KR102293584B1 - Real Time Image Acquisition System using a Image Intensifier and Position Error Verification - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템은 X선 발생장치를 이용하여 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사한 후, 나온 영상 신호를 증폭하는 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템에 있어서, 납으로 제작되어 방사선을 차폐할 수 있는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되어 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사하는 X선 발생장치; 상기 X선 발생장치 및 상기 대상과 일직선으로 설치되어 상기 X선의 투시휘도를 증강시키는 영상증배관 및 상기 하우징 내부에 설치되고 상기 영상증배관과 연결되어, 상기 대상을 투사한 상기 X선에 대한 영상을 획득하는 영상획득 장치를 포함하고, 본 발명에 따른 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법은 X선 발생장치, 영상증배관 및 영상획득 장치을 포함하는 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법에 있어서, 이미지를 획득하는 단계; 색상 평면 추출 단계; 템플릿(주형)을 설정하는 단계; 영상분석영역을 지정하는 단계; 템플릿영상과 비교영상에 대한 패턴을 매칭하는 단계 및 포지션 에러를 검증하는 단계를 포함한다.A real-time image acquisition system using an image multiplier according to the present invention is a real-time image acquisition system using an image multiplier that generates X-rays using an X-ray generator to project an object to be measured, and then amplifies the output image signal. In the following, The housing is made of lead to shield the radiation; an X-ray generator installed inside the housing to generate X-rays and project an object to be measured; The X-ray generator and the image multiplier tube installed in a straight line with the object to enhance the fluoroscopic luminance of the X-ray, and the X-ray image installed inside the housing and connected to the image multiplier tube to project the object In the position error verification method using an image acquisition system including an X-ray generator, an image multiplier, and an image acquisition device, acquiring an image; color plane extraction step; setting a template (template); designating an image analysis area; It includes the steps of matching a pattern for the template image and the comparison image and verifying the position error.
Description
본 발명은 포터블 형 X-ray 발생장치로부터 영상증배관을 이용하여 실시간 영상획득시스템을 구축하여 획득한 영상으로부터 인공관절의 취기가 초기 영상과 차이가 있는지를 검증할 수 있는 실시간 위치오차검증 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time position error verification method that can verify whether the odor of an artificial joint is different from an initial image from an image obtained by constructing a real-time image acquisition system using an image multiplier from a portable X-ray generator. it's about
물품검사에는 주로 광학적인 검사가 많이 시행되고 있다. 광학검사의 경우 대부분 물품의 표면만을 검사하기 때문에 물품 내부적인 결함은 검사하기 어렵다. 본 발명에서는 이를 보완하기 위한 방법으로 물품의 내부까지 들여다 볼 수 있는 X-ray를 이용하고 있다. X-ray는 1895년 뢴트겐이 발견한 이후 의학 및 산업분야에서 그 사용범위는 점점 확대되고 있다. 병원에서 환자 진단용으로 촬영하거나, 동물의 건강 상태를 진단하기 위해서도 촬영하고, 또한, 공항 등에서 내부물품 검사 및 다양한 산업분야에서 내부 결함을 찾기 위한 비파괴검사용으로도 다양하게 활용되고 있다.In the inspection of goods, mainly optical inspection is carried out a lot. In the case of optical inspection, it is difficult to inspect internal defects of an article because most only the surface of the article is inspected. In the present invention, an X-ray that can look into the inside of the article is used as a method to compensate for this. Since X-ray was discovered by Roentgen in 1895, the range of its use in medicine and industry has been gradually expanding. It is used in various ways for imaging for patient diagnosis in hospitals, for diagnosing animal health conditions, and also for non-destructive testing to find internal defects in airports, etc., and in various industrial fields.
X-ray 장치는 보편적으로 필름(Flim)을 이용하여 영상을 판독한다. 하지만 이러한 방식은 필름을 장착, 조사, 운반, 현상, 판독까지의 시간과 비용이 많이 소요된다는 단점이 있다. 대량 생산을 목적으로 하는 산업분야의 물품검사 자동화 시스템에 실질적으로 적용하기 위해서는 빠른 영상획득과 판독시간이 요구되기 때문에 필름 X-ray 시스템은 적절하지 않으며, 위와 같은 필름 X-ray 시스템의 단점을 보안하기 위해 영상을 디지털 영상으로 변환하여 획득할 수 있는 영상증배관(Image Intensifier) 시스템이 많이 사용되고 있다. 이러한 방식으로 획득한 디지털 영상은 아날로그 영상에 비해 컴퓨터를 이용할 수 있기 때문에 영상 정보 기록장소가 적어지며, 빠른 영상처리가 가능하다. 영상처리를 통한 영상의 다양한 조작이 가능해 디스플레이의 유연성을 통해 병원의 방사선과나 치과 등의 의료방사선뿐만 아니라, 훼손된 문화재의 내부 상태 확인, 다양한 산업분야 등에서 비파괴검사를 통한 안전 진단을 시행하는 곳에서도 안전성과 시간, 경제적인 부분에서의 문제점이나 상태 등을 판단하는데 중요한 영향을 미치는 판독효율의 증대까지 기대할 수 있다. 또한, 디지털 영상은 전화선이나 인공위성 등을 이용한 통신 네트워크를 통해 원거리로 신속한 영상 전송이 가능하여 상호 정보교환을 할 수 있기 때문에, 필름 현상 및 운반 작업단계의 생략으로 시간과 비용의 효율성을 높일 수 있어 병원의 PACS(Picture Archiving and Communication System)에 많이 적용되고 있다.X-ray devices generally read images using a film. However, this method has a disadvantage in that it takes a lot of time and money to install, inspect, transport, develop, and read the film. Film X-ray system is not appropriate because fast image acquisition and reading time are required to be practically applied to an automated product inspection system in the industrial field for mass production, and the above disadvantages of the film X-ray system are secured In order to do this, an image intensifier system that can convert an image to a digital image and acquire it is widely used. Since digital images acquired in this way can use a computer compared to analog images, there are fewer places to record image information and faster image processing is possible. Through the flexibility of the display, various manipulations of images are possible through image processing, so it is safe not only for medical radiation in hospital radiology and dentistry, but also for checking the internal condition of damaged cultural assets and performing safety diagnosis through non-destructive testing in various industrial fields. It can be expected to increase the reading efficiency, which has an important influence in judging problems or conditions in terms of time, time, and economy. In addition, digital images enable rapid image transmission over long distances through a communication network using a telephone line or satellite, so that information can be exchanged. It is widely applied to PACS (Picture Archiving and Communication System) of hospitals.
획득된 영상으로부터 영상처리를 통해 자동으로 인공관절 등 위치 오차 검증을 수행할 수 있으면 진료에 도움을 줄 수 있을 것이다. 병원에서 사용하는 X-선 촬영은 환자의 상태나 해당 부위에 따라 검사 주기 혹은 X-선 촬영 후 영상의학과 전문의가 판독을 하고 있다. 그러나 영상전문의가 없는 병원이나 외부에서 발생된 응급환자의 경우 등에 전문의가 아닌 의료관계자가 내부 상태의 확인 및 인공관절위치 변화여부 등을 판단할 근거를 제시해 준다면 위치 오차 검증 프로그램은 편리한 경우가 있게 된다. 또한, 전문의가 객관적인 판독을 하는 과정에 있어서도 환자의 인공관절 상태 점검을 위한 촬영결과물이 많아질수록 모든 변화를 비교하여 분석하기가 어려워 질 수 있으므로 영상전문가에게도 객관화된 위치 검증자료를 제공하는 것은 정밀 검진에도 필요하게 된다.If it is possible to automatically verify position errors such as artificial joints through image processing from the acquired images, it will be helpful for medical treatment. X-rays used in hospitals are being read by radiologists after the examination cycle or X-rays depending on the patient's condition or the area concerned. However, in the case of an emergency patient in a hospital without an imaging specialist or an external emergency patient, if a non-specialist medical person presents the basis for checking the internal condition and judging whether the artificial joint position has changed, the position error verification program may be convenient. . In addition, even in the process of an expert reading objectively, as the number of results obtained for checking the patient's artificial joint condition increases, it may become difficult to compare and analyze all changes. examination is also required.
본 발명에서는 소형화된 Portable X-선 장치를 구축하고 발생된 X-선을 현장에서 실시간 검사할 수 있도록 영상증배관을 이용하여 영상을 획득하였다. 획득된 영상을 통하여 내부 상태를 파악할 수 있을 뿐만 아니라, LabVIEW-Vision 패턴매칭을 이용한 영상처리기법을 통하여 검증하고자 하는 부위의 위치와 각도 차이를 구별하여 원래 기준영상과 비교하여 위치에 변화가 있는지 검증하고자 하였다.In the present invention, an image was acquired using an image multiplier tube to build a miniaturized portable X-ray apparatus and to inspect the generated X-rays in real time in the field. Not only can the internal state be identified through the acquired image, but also the position and angle difference of the part to be verified is distinguished through the image processing technique using LabVIEW-Vision pattern matching to verify whether there is a change in the position compared to the original reference image. wanted to
본 발명에 따른 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템은 X선 발생장치를 이용하여 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사한 후, 나온 영상 신호를 증폭하는 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템에 있어서, 납으로 제작되어 방사선을 차폐할 수 있는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되어 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사하는 X선 발생장치; 상기 X선 발생장치 및 상기 대상과 일직선으로 설치되어 상기 X선의 투시휘도를 증강시키는 영상증배관 및 상기 하우징 내부에 설치되고 상기 영상증배관과 연결되어, 상기 대상을 투사한 상기 X선에 대한 영상을 획득하는 영상획득 장치를 포함하고, 본 발명에 따른 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법은 X선 발생장치, 영상증배관 및 영상획득 장치을 포함하는 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법에 있어서, 이미지를 획득하는 단계; 색상 평면 추출 단계; 템플릿(주형)을 설정하는 단계; 영상분석영역을 지정하는 단계; 템플릿영상과 비교영상에 대한 패턴을 매칭하는 단계 및 포지션 에러를 검증하는 단계를 포함한다.A real-time image acquisition system using an image multiplier according to the present invention is a real-time image acquisition system using an image multiplier that generates X-rays using an X-ray generator to project an object to be measured, and then amplifies the output image signal. In the following, The housing is made of lead to shield the radiation; an X-ray generator installed inside the housing to generate X-rays and project an object to be measured; The X-ray generator and the image multiplier tube installed in a straight line with the object to enhance the fluoroscopic luminance of the X-ray, and the X-ray image installed inside the housing and connected to the image multiplier tube to project the object In the position error verification method using an image acquisition system including an X-ray generator, an image multiplier, and an image acquisition device, acquiring an image; color plane extraction step; setting a template (template); designating an image analysis area; It includes the steps of matching a pattern for the template image and the comparison image and verifying the position error.
본 발명에 따른 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템 및 이를 이용한 위치오차검증 방법은 획득한 영상으로부터 인공관절의 위치가 초기 영상과 차이가 있는지를 검증할 수 있고, 패턴 매칭 기법을 이용하여 간단히 기준영상에서 관심영역 부위의 템플릿영상을 추출하여 비교하고 싶은 비교영상과 비교하여 유사정도를 알 수 있고, X,Y 위치와 차이가 나는 각도를 표시해 줌으로써 실시간 위치오차 검증이 가능한 효과가 있다. 또한 본 발명은 포터블형이며, 자체 차폐시설을 갖추고 있다. 조사장치의 출력도 1kw의 소형으로 제작되어 이동형으로 사용할 수 있으며, 산업용의 비파괴분야 및 의료기관이 없는 외진 곳에서 발생된 응급환자의 경우 손, 발과 같은 작은 부위의 진단용 분야 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.The real-time image acquisition system using the image multiplier tube according to the present invention and the position error verification method using the same can verify whether the position of the artificial joint is different from the initial image from the acquired image, and can simply be a standard using a pattern matching technique. By extracting the template image of the region of interest from the image and comparing it with the comparison image to be compared, the degree of similarity can be known, and the angle at which the X, Y position differs is displayed, so that real-time position error verification is possible. In addition, the present invention is portable and has its own shielding facility. The output of the irradiation device is also made in a small size of 1kw, so it can be used as a mobile device. have.
도 1은 본 발명에 따른 휴대형 X-ray 발생장치와 영상획득 장치를 통한 영상처리 모습이다.
도 2는 본 발명에 따른 X-ray 발생장치의 타임차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 X-ray 발생장치의 제어판의 예시이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시 예로 컴퓨터와 X-ray 발생장치 간의 DAQ 6251 인터페이스 장치이다.
도 5는 본 발명에 따른 영상획득 H/W 시스템이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상획득 H/W 시스템의 하우징이다.
도 7은 본 발명에 따른 위치오차검증 방법의 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 플라스틱 팬텀이다.
도 9a는 본 발명의 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상이다.
도 9b는 본 발명에 따른 템플릿 영상을 이용한 프라스틱 팬텀의 기준 영상처리 결과1이다.
도 10은 본 발명에 따른 템플릿 영상을 이용한 프라스틱 팬텀의 비교 영상처리 결과2이다.
도 11a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상1이다.
도 11b은 본 발명에 따른 템플릿 영상1 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과1이다.
도 12는 본 발명에 따른 템플릿 영상1 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과1이다.
도 13a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상2이다.
도 13b은 본 발명에 따른 템플릿 영상2 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과2이다.
도 14는 본 발명에 따른 템플릿 영상2 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과2이다.
도 15a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상3이다.
도 15b는 본 발명에 따른 템플릿 영상3 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과3이다.
도 16은 본 발명에 따른 템플릿 영상3 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과3이다.1 is a view of image processing through a portable X-ray generator and an image acquisition device according to the present invention.
2 is a time chart of the X-ray generator according to the present invention.
Figure 3 is an example of the control panel of the X-ray generator according to the present invention.
4 is a DAQ 6251 interface device between a computer and an X-ray generator according to an embodiment of the present invention.
5 is an image acquisition H/W system according to the present invention.
6 is a housing of the image acquisition H/W system according to the present invention.
7 is a flowchart of a position error verification method according to the present invention.
8 is a plastic phantom for showing an embodiment according to the present invention.
9A is a template image for illustrating an embodiment of the present invention.
9B is a reference
10 is a comparative image processing result 2 of a plastic phantom using a template image according to the present invention.
11A is a
11B is a reference
12 is a comparison
13A is a template image 2 for illustrating an embodiment according to the present invention.
13B is a reference image processing result 2 of an artificial joint using a template image 2 according to the present invention.
14 is a comparison image processing result 2 of an artificial joint using a template image 2 according to the present invention.
15A is a
15B is a reference
16 is a comparative
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. .
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.In the present specification, when one component 'transmits' data or signal to another component, the component may directly transmit the data or signal to another component, and through at least one other component This means that data or signals can be transmitted to other components.
설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.Prior to the description, a number of aspects and embodiments are described herein, which are merely illustrative and not limiting.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.After reading this specification, those skilled in the art will understand that other aspects and embodiments are possible without departing from the scope of the invention.
이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.Before proceeding with the details of the embodiments described below, some terms are defined or clarified.
ROI란 Region of Interest의 약자로 어떤 이미지상에서 사용자가 관심있어하는 일부 영역을 뜻한다. 예를 들면 이미지의 크기가 1024x1024 더라도 사용자가 관심있어하는(필요한) 부분은 300x300의 크기를 갖는 일부분이라면 그것이 바로 ROI인 셈이다.ROI is an abbreviation of Region of Interest, which refers to a portion of an image that a user is interested in. For example, even if the size of the image is 1024x1024, if the part the user is interested (necessary) is the part with the size of 300x300, that is the ROI.
도 1은 본 발명에 따른 휴대형 X-ray 발생장치와 영상획득 장치를 통한 영상처리 모습이고, 도 2는 본 발명에 따른 X-ray 발생장치의 타임차트이고, 도 3은 본 발명에 따른 X-ray 발생장치의 제어판의 예시이고, 도 4는 본 발명에 따른 실시 예로 컴퓨터와 X-ray 발생장치 간의 DAQ 6251 인터페이스 장치이고, 도 5는 본 발명에 따른 영상획득 H/W 시스템이고, 도 6은 본 발명에 따른 영상획득 H/W 시스템의 하우징이고, 도 7은 본 발명에 따른 위치오차검증 방법의 플로우 차트이고, 도 8은 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 플라스틱 팬텀이고, 도 9a는 본 발명의 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상이고, 도 9b는 본 발명에 따른 템플릿 영상을 이용한 프라스틱 팬텀의 기준 영상처리 결과1이고, 도 10은 본 발명에 따른 템플릿 영상을 이용한 프라스틱 팬텀의 비교 영상처리 결과2이고, 도 11a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상1이고, 도 11b은 본 발명에 따른 템플릿 영상1 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과1이고, 도 12는 본 발명에 따른 템플릿 영상1 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과1이고, 도 13a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상2이고, 도 13b은 본 발명에 따른 템플릿 영상2 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과2이고, 도 14는 본 발명에 따른 템플릿 영상2 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과2이고, 도 15a는 본 발명에 따른 실시 예를 보여주기 위한 템플릿 영상3이고, 도 15b는 본 발명에 따른 템플릿 영상3 을 이용한 인공관절의 기준 영상처리 결과3이고, 도 16은 본 발명에 따른 템플릿 영상3 을 이용한 인공관절의 비교 영상처리 결과3이다.1 is a view of image processing through a portable X-ray generator and an image acquisition device according to the present invention, FIG. 2 is a time chart of the X-ray generator according to the present invention, and FIG. 3 is an X-ray according to the present invention. It is an example of a control panel of a ray generator, Figure 4 is a DAQ 6251 interface device between a computer and an X-ray generator as an embodiment according to the present invention, Figure 5 is an image acquisition H / W system according to the present invention, Figure 6 is A housing of an image acquisition H/W system according to the present invention, FIG. 7 is a flowchart of a position error verification method according to the present invention, FIG. 8 is a plastic phantom for showing an embodiment according to the present invention, and FIG. 9A is A template image for showing an embodiment of the present invention, FIG. 9B is a reference
본 발명에 따른 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템은 X선 발생장치를 이용하여 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사한 후, 나온 영상 신호를 증폭하는 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템에 있어서, 납으로 제작되어 방사선을 차폐할 수 있는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되어 X선을 발생시켜 측정하고자 하는 대상을 투사하는 X선 발생장치; 상기 X선 발생장치 및 상기 대상과 일직선으로 설치되어 상기 X선의 투시휘도를 증강시키는 영상증배관 및 상기 하우징 내부에 설치되고 상기 영상증배관과 연결되어, 상기 대상을 투사한 상기 X선에 대한 영상을 획득하는 영상획득 장치를 포함하고, 본 발명에 따른 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법은 X선 발생장치, 영상증배관 및 영상획득 장치을 포함하는 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법에 있어서, 이미지를 획득하는 단계; 색상 평면 추출 단계; 템플릿(주형)을 설정하는 단계; 영상분석영역을 지정하는 단계; 템플릿영상과 비교영상에 대한 패턴을 매칭하는 단계 및 포지션 에러를 검증하는 단계를 포함한다.A real-time image acquisition system using an image multiplier according to the present invention is a real-time image acquisition system using an image multiplier that generates X-rays using an X-ray generator to project an object to be measured, and then amplifies the output image signal. In the following, The housing is made of lead to shield the radiation; an X-ray generator installed inside the housing to generate X-rays and project an object to be measured; The X-ray generator and the image multiplier tube installed in a straight line with the object to enhance the fluoroscopic luminance of the X-ray, and the X-ray image installed inside the housing and connected to the image multiplier tube to project the object In the position error verification method using an image acquisition system including an X-ray generator, an image multiplier, and an image acquisition device, acquiring an image; color plane extraction step; setting a template (template); designating an image analysis area; It includes the steps of matching a pattern for the template image and the comparison image and verifying the position error.
또한, 상기 영상증배관은, X선이 입사하여 가시광선 상을 형성하도록 하는 입력형광면; 상기 입력형광면으로 부터 상기 가시광선을 받아 광전자가 방출되도록 하는 광전관; 방출된 상기 광전자를 모아주는 초점 회로; 상기 광전관에서 방출된 상기 광전자를 가속시키는 가속양극 및 가속된 상기 광전자가 도달하면 다시 가시광선으로 재현하는 출력형광면을 포함할 수 있다.In addition, the image multiplier tube, X-rays incident on the input fluorescent surface to form a visible light image; a phototube that receives the visible light from the input fluorescent surface and emits photoelectrons; a focus circuit for collecting the emitted photoelectrons; It may include an accelerating anode for accelerating the photoelectrons emitted from the phototube, and an output fluorescence surface for reproducing visible light when the accelerated photoelectrons arrive.
도 1은 휴대형 X-ray 발생장치, 영상증배관을 이용한 영상획득 장치 및 컴퓨터 인터페이스 이후 컴퓨터에서 영상처리 과정을 실제 장치 사진과 영상처리 결과 그림으로 보여주고 있다. 최종 처리 영상도 UI 모니터링(Monitoring) 화면에 표시하고 있음을 보여주고 있다. 1 shows a portable X-ray generator, an image acquisition device using an image multiplier tube, and an image processing process in a computer after a computer interface as a picture of an actual device and an image processing result. It shows that the final processed image is also displayed on the UI Monitoring screen.
다음은 본 발명에 적용할 수 있는 X선 발생장치 특성에 대해 좀 더 상세히 설명하자면, X-ray 발생장치는 AC 110/220V 50~60Hz를 공급받아 X-ray 발생용 TUBE(0711SB)에 고전압 및 필라멘트에 히터 전압을 공급하여 X-ray을 발생시키는 발생장치이며, 고주파 인버터 방식의 최대 70 kV, 1.0 kW의 HFG(High Frequency Generator)이다. 이 전원은 두개의 Unit로 구성되어 있는데, 고주파 드라이버 Unit와 고전압 및 X-ray 발생 Unit인 TANK로 구성되어 있다. 표 1은 발생장치의 주요사양을 나타내고 있다.Next, to describe the characteristics of the X-ray generator applicable to the present invention in more detail, the X-ray generator receives AC 110/
<표 1. X선 발생장치 특성><Table 1. Characteristics of X-ray generator>
다음은 도 2를 참조하여 X선 발생장치에서 각각의 인터페이스 신호 별 X-ray가 조사되는 시간별 동작하는 Time Table을 살펴보면, Pre Heat 신호 On 후, 1.5s 에서 필라멘트의 예비 가열이 완료되고 고전압 On Stand-By 상태가 된다. 이 후 고전압 On-Off는 X-Ray Con 신호 ON 에서 고전압이 발생한다. 또한, X-Ray Con 신호 Off 에서 고전압 발생을 정지하게 된다. 관전압, 관전류 및 조사시간은 제어 전압 X-Ray On 0.5s(최소) 이전에 설정 전압이 인가되어 있어야 조사가 가능하게 된다. 관전압 모니터링전압 3.5V는 실제 관전압 70kV을 나타내며, 관전류 모니터링 전압 0.5V는 실제 관전류 1.0mA를 나타냄을 보여주고 있다. 그러므로, 이를 기반으로 모니터링 표시장치를 설계하여야 한다.Next, with reference to FIG. 2, looking at the time table that the X-ray generator operates for each time X-ray is irradiated for each interface signal. After the Pre Heat signal is turned on, the preheating of the filament is completed in 1.5s and the high voltage On Stand -By state. After that, high voltage On-Off generates a high voltage when the X-Ray Con signal is ON. In addition, the generation of high voltage is stopped when the X-Ray Con signal is Off. Tube voltage, tube current, and irradiation time can be investigated only when the set voltage is applied before the control voltage X-Ray On 0.5s (minimum). It shows that the tube voltage monitoring voltage of 3.5V represents the actual tube voltage of 70kV, and the tube current monitoring voltage of 0.5V represents the actual tube current of 1.0mA. Therefore, it is necessary to design a monitoring display device based on this.
다음은 X선 발생 장치 제어를 위한 인터페이스 특성에 대해 설명하자면, 표 2는 X-ray 발생장치를 위한 인터페이스를 나타내고 있다. 표에서 보는 것처럼 CN1 인터페이스부는 X-ray 발생신호, 고압튜브의 필라멘트 가열신호, 관전압, 관전류 제어신호 및 튜브에 이상이 있을 때 발생되는 알람신호를 위한 인터페이스부로 구성되어 있다. 또한 CN2 인터페이스부는 관전류 및 관전압이 튜브내에서 이상이 있을 때 발생하는 알람신호와 관전압, 관전류 모니터링 신호를 위한 인터페이스 신호 및 이상시 발생된 알람신호를 제거하는 리셋신호 등으로 구성되어 있다. 이런 인터페이스 특성에 맞추어 발생장치 제어장치를 설계하였다. The following describes the interface characteristics for controlling the X-ray generator, Table 2 shows the interface for the X-ray generator. As shown in the table, the CN1 interface part consists of an interface part for the X-ray generation signal, the filament heating signal of the high-pressure tube, the tube voltage, the tube current control signal, and the alarm signal that is generated when there is an abnormality in the tube. In addition, the CN2 interface unit consists of an alarm signal that occurs when there is an abnormality in tube current and tube voltage in the tube, an interface signal for tube voltage and tube current monitoring signal, and a reset signal that removes the alarm signal generated when there is an abnormality. The generator control device was designed according to these interface characteristics.
설계된 제어장치는 X-ray On SW를 누르게 되면 릴레이를 통해 X-ray 조사시간을 담당하는 타이머가 동작하여 0.5s 등 설정된 시간 동안만 방사선이 발생되도록 구성하였다. X-ray 조사는 보통 X-ray 장비가 갖추고 있는 것처럼 두 스텝의 스위치를 사용하여 1단을 누르면 Pre-heat SW에 신호가 가서 튜브의 필라멘트를 가열하여 가속될 열전자를 방출하게 된다. 이때 제어장치 판넬에도 필라멘트가 가열되고 있다는 표시를 위해 가열램프가 ON되게 구성하였다. 이후 2단 스위치를 누르면 관전압이 튜브에 공급되면서 발생된 열전자는 타겟에 부딪치게 되고 이때 약 1%만이 X-ray로 변환하여 발생하게 된다. 나머지는 열로 방출된다. 이때 조사램프도 ON되게 구성하여 표시하였다. 관전압과 관전류를 7-세그먼트 디스플레이에 표시하기 위해서는 인터페이스에서 나오는 모니터링용 신호를 7-세그먼트 디스플레이 전압으로 상향 조정하였는데, 실제 관전압 크기 전압으로 표시하기 위해서 신호 컨티셔닝은 OP-Amp 증폭기를 사용하여 조정하였다.The designed control device is configured so that when X-ray On SW is pressed, a timer in charge of the X-ray irradiation time is activated through a relay, and radiation is generated only for a set time such as 0.5s. X-ray irradiation uses a two-step switch as in general X-ray equipment, and when the first stage is pressed, a signal goes to the Pre-heat SW and heats the filament of the tube to release the hot electrons to be accelerated. At this time, the heating lamp was configured to be ON to indicate that the filament is being heated on the control panel as well. Then, when the 2-stage switch is pressed, the thermal electrons generated while the tube voltage is supplied to the tube collide with the target, and only about 1% of it is converted into X-rays and generated. The rest is released as heat. At this time, the irradiation lamp was also configured to be turned on and displayed. In order to display tube voltage and tube current on the 7-segment display, the monitoring signal from the interface was adjusted upward to the 7-segment display voltage. did.
<표2. X선 발생장치의 인터페이스 신호선><Table 2. Interface signal line of X-ray generator>
다음은 X선 발생 장치를 원격제어 하기 위한 UI 구성에 대해 설명하도록 한다. X선 발생 장치는 원격 제어도 가능하도록 NI LabVIEW 기반 모니터링 UI를 구성할 수 있다. 본 발명에서의 실시예로 컴퓨터 인터페이스는 DI 8채널, DO 8채널, AI 16 채널 및 AO 2채널을 갖추고 있는 NI DAQ 6251을 사용하였다. X-ray발생장치와 컴퓨터 인터페이스 신호는 TLP 551 옵토커플러를 사용하여 컴퓨터부와 X-ray 발생 인터페이스부를 광으로 분리하여 인터페이스단의 전기적 안전을 도모하였다. 도 3은 LabVIEW 프로그램으로 개발한 모니터링 화면을 보여주고 있다. UI에는 관전압, 관전류 및 조사시간을 설정할 수 있는 컨트롤 부분과 관전압, 관전류 모니터링 및 필라멘트 가열 램프, X-ray 조사 램프 등으로 구성되어 있고, 도 4는 컴퓨터 인터페이스로 NI DAQ 6251 H/W 인터페이스 구성모습을 보여주고 있다.The following describes the UI configuration for remote control of the X-ray generator. The X-ray generator can also be configured with an NI LabVIEW-based monitoring UI to enable remote control. As an embodiment of the present invention, NI DAQ 6251 equipped with
다음은 영상증배관을 이용한 실시간 X선 영상획득 H/W 시스템에 대해 설명하도록 한다. 도 5에서 보여주는 것처럼, 영상증배관을 이용한 실시간 X-ray 영상획득 H/W 시스템은 X-ray 발생장치와 영상증배관으로 주로 이루어져 있다. 휴대용 X-선 발생장치에서 X-선을 조사하게 되면, X-선이 영상 증배관(Image Intensifying Tube)의 신틸레이션(scintillation)에 조사되고 여기서 가시광선으로 변환된다. 그 후, 광전관(photocathode)에 의하여 빛이 다시 전자로 변환되고, 변환된 전자가 주변의 초점 회로 (focusing electrode)를 통해 모이게 된 후, 광전관과 양극(anode)사이에 걸린 DC전압에 의하여 가속된다. 이때 형광 물질이 분포되어 있는 Screen에 전자가 도달하게 되면 다시 가시광선의 이미지로 재현된다. 최종 발생된 빛은 영상획득 장치 내부에 장착된 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(camera)와 영상획득 보드(IMAQ A6822, National Instruments, USA)로 전송된 후 디지털 영상으로 변환된다. 최종 영상은 PC 모니터의 사용자 인터페이스(User Interface)에 실시간으로 보여 지게 된다. 도 6은 제작된 X-ray 발생장치와 영상증배관을 이용한 영상획득시스템은 사용할 때마다 방사선이 노출됨으로 0.8mm의 납으로 자체 하우징을 제작하여 방사선을 자체 차폐하도록 구성한 모습이다. 이와 같은 실시 예를 통해 방사선 조사시 외부에서 누설선량은 1% 미만으로 측정되어 매우 안전하게 차폐됨을 알 수 있었다. The following describes a real-time X-ray image acquisition H/W system using an image multiplier tube. As shown in FIG. 5, the real-time X-ray image acquisition H/W system using an image multiplier mainly consists of an X-ray generator and an image multiplier. When X-rays are irradiated from a portable X-ray generator, X-rays are irradiated to a scintillation of an Image Intensifying Tube, where they are converted into visible light. Then, the light is converted back to electrons by the photocathode, and the converted electrons are collected through the surrounding focusing electrode, and then accelerated by the DC voltage applied between the phototube and the anode. . At this time, when the electrons reach the screen where the fluorescent material is distributed, it is reproduced as an image of visible light again. The finally generated light is transmitted to the CCD (Charge Coupled Device) camera and the image acquisition board (IMAQ A6822, National Instruments, USA) mounted inside the image acquisition device, and then converted into a digital image. The final image is displayed in real time on the user interface of the PC monitor. 6 is a view showing that the manufactured X-ray generator and the image acquisition system using the image multiplier tube are configured to self-shield radiation by making their own housing with 0.8 mm lead because radiation is exposed every time they are used. Through such an embodiment, it was found that the leakage dose was measured to be less than 1% from the outside during irradiation with radiation, so that it was very safely shielded.
다음은 본 발명의 실시 예에 따른 영상처리 방법에 대해 좀 더 상세히 설명 하도록 한다. 본 발명의 실시 예로 상기와 같은 X선 발생장치와 영상증배관을 통해 실시간 획득된 X-ray 영상의 영상처리는 NI Vision Assistant(National Instruments, USA)를 이용하여 수행 하였다. 획득된 영상은 먼저 Corlor Plane Extraction를 이용해 최초 획득한 16bit 영상을 8bit 흑백영상으로 변환시키고 영상에서 위치오차를 검증할 부분을 탬플릿(template)으로 설정하게 된다. 전체 영상 중 영상처리가 필요한 부분만의 영상분석영역을 지정하는 ROI(Region of Interest)를 지정하였다. 이렇게 지정된 관심영역 내에서 템플릿 영상과 비교영상을 패턴매칭(Pattern matching) 기법을 사용하여 영상유사도, 위치오차와 각도 오차 등 차이가 나는 부분을 검출할 수 있었다. 기준영상과 똑같을 때는 유사도 1000점(100%)으로 비슷한 정도에 따라 정량화된 값으로 결과를 얻을 수 있도록 구성하였다. 이로 인해 특수한 형태를 지닌 인체 골격이나 삽입된 인공관절이 시간의 경과함에 따라 원래의 위치와 각도 등에서 차이가 나는 정도를 측정할 수 있도록 구성하였다. Vision Assistant로 처리된 영상처리는 LabVIEW 영상처리 프로그램으로 변환될 수 있고, LabVIEW 프로그램으로 X-ray 시스템 제어 및 영상처리 결과를 통합하여 UI에 디스플레이 되게 구성하였다. 도 7은 영상획득으로부터 위치 오차를 검출하기 까지 영상처리 과정을 보여주고 있다.Hereinafter, an image processing method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. In an embodiment of the present invention, the image processing of the X-ray image acquired in real time through the X-ray generator and the image multiplier tube as described above was performed using NI Vision Assistant (National Instruments, USA). The acquired image is first converted into an 8-bit black-and-white image by using Corlor Plane Extraction to convert the first 16-bit image to an 8-bit black-and-white image, and the part to verify the positional error in the image is set as a template. An ROI (Region of Interest) that designates the image analysis area of only the part that requires image processing among the entire image was designated. By using the pattern matching technique between the template image and the comparison image within the designated region of interest, it was possible to detect the parts with differences such as image similarity, position error, and angle error. When it is the same as the reference image, the similarity is 1000 points (100%), and the results can be obtained as quantified values according to the degree of similarity. For this reason, it was constructed to measure the degree of difference in the original position and angle of the human skeleton with a special shape or the inserted artificial joint over time. The image processing processed by Vision Assistant can be converted to a LabVIEW image processing program, and the X-ray system control and image processing results are integrated into the LabVIEW program to be displayed on the UI. 7 shows an image processing process from image acquisition to detection of a position error.
다음은 본 발명을 적용하여 플라스틱 팬텀 내의 나사 위치 오차 검증을 하는 실험에 대해 설명하도록 한다. 인공관절에 대한 영상처리로 위치오차 검증을 수행하기에 앞서, 시스템의 성능검사를 수행하기 위해 도 8에서 보여 지는 것처럼 프라스틱 팬텀 내 나사 위치를 변경하며, 오차 검증 실험을 수행하였다. 먼저 플라스틱 팬텀 내에 나사를 부착한 후 기준영상을 찍고, 위치오차를 검증하기 위해 팬텀내의 나사 위치를 실험자가 조정한 후 비교영상을 찍어 위치 오차 정도를 영상처리를 통해 측정하도록 하였다.Next, an experiment to verify the screw position error in the plastic phantom by applying the present invention will be described. Before performing the position error verification by image processing for the artificial joint, the screw position in the plastic phantom was changed as shown in FIG. 8 to perform a system performance test, and an error verification experiment was performed. First, after attaching the screw in the plastic phantom, a reference image was taken, and the experimenter adjusted the screw position in the phantom to verify the position error, and then took a comparative image to measure the position error degree through image processing.
도 8에 보여주는 프라스틱 상자의 나사 위치 및 각도 측정은 인체 내부의 인공관절처럼 비슷한 상태를 만들기 위한 테스트용 팬텀이고 상자 내부에 수직으로 부착된 나사를 인위적으로 각도와 위치를 변하게 만들어 인체에 삽입된 인공관절 등이 시간에 따라 위치가 틀어지는 환경과 비슷한 환경을 구현하여 위치오차를 검증하기 위함 이였다. The screw position and angle measurement of the plastic box shown in Figure 8 is a phantom for testing to create a similar state like an artificial joint inside the human body, and artificially inserted into the human body by artificially changing the angle and position of the screw attached vertically inside the box. This was to verify the position error by realizing an environment similar to an environment in which the position of joints, etc. is shifted according to time.
먼저 초기상태의 영상을 획득하기 위해 나사의 각도를 0도로 수직으로 위치시킨 후 영상을 획득하였고 이를 기준 영상으로 사용하였다. 두 번째 영상은 일부러 각도와 위치를 다르게 한 후 비교영상을 획득하였다. 실험에 사용된 영상기법은 앞에서 언급한 영상처리 기법을 통하여 수행하였다. 패턴매칭기법을 통해 기준영상과 비교영상의 차이나는 정도인 유사도 점수와 어느 정도의 각도 오차와 위치오차가 차이 나는지 수치로 제시하였다. 본 실험 결과 기준영상과 비교영상이 일치하면 최대 1000점으로 나타냈다. 이때, 500점 이상이어야 설정한 관심영역 ROI안에 패턴을 자동으로 분석하여 점수로 나타내며, 500점 미만이면 비교 대상이 안될 정도로 너무 많은 차이가 남으로 아예 분석되지 않게 하였다. 템플릿 영상을 이용하여 처음 기준 영상과의 패턴매칭은 같은 사진으로 위치 검증한 경우이므로, 도 9b처럼 기준 x, y 위치는 (303, 224)로, 동일한 영상임을 나타내는 유사도 1000점(100% 동일함)으로, 각도 오차는 0도로 분석결과가 나왔다. 두 번째로 인위적으로 위치를 변화시킨 후 촬영한 비교영상의 경우, 나사의 x, y 위치는 (294, 153)으로 변화되었고, 팬턴매칭 결과의 원영상과의 유사도는 도 10처럼 유사도 904.98점(90.4%의 유사도)과 각도는 337.95도로 표시되면서 위치와 각도 22.04도 오차를 검증 할 수 있었다. First, to obtain an image of the initial state, the angle of the screw was vertically positioned at 0 degrees, and then the image was acquired, which was used as a reference image. For the second image, a comparison image was obtained after deliberately different angles and positions. The imaging technique used in the experiment was performed through the image processing technique mentioned above. Through the pattern matching technique, the similarity score, which is the degree of difference between the reference image and the comparison image, and the degree of angle error and position error were presented numerically. As a result of this experiment, if the reference image and the comparison image match, a maximum of 1000 points was displayed. At this time, the pattern within the set region of interest ROI must be 500 points or more and automatically analyzed and expressed as a score. If it is less than 500 points, the difference is too large to be compared, so that the analysis is not performed at all. Since the pattern matching with the first reference image using the template image is a case where the position is verified with the same photo, the reference x and y positions are (303, 224) as shown in FIG. ), and the angle error was 0 degrees. Second, in the case of the comparative image taken after artificially changing the position, the x, y position of the screw was changed to (294, 153), and the similarity of the panton matching result with the original image was 904.98 points ( The similarity of 90.4%) and the angle were displayed as 337.95 degrees, so it was possible to verify the position and angle 22.04 degrees error.
다음은 본 발명을 적용하여 인공관절에 대한 위치오차 검증 실험에 대하여 설명하도록 한다. 도 11a의 탬플릿 영상1은 인공관절의 위치오차를 검증하기 위해서 좌측의 기준 영상에서 획득한 템플릿 영상이다. 도 11b는 기준영상에서 수집한 템플릿 영상1(붉은 테두리)으로 당연히 동일하다는 점수인 유사도 1000점과 각도 오차는 0도로 표시하고 있다. 도 12의 오른쪽 사진은 왼쪽의 기준영상과 비교하기 위한 비교영상이다. 비교 영상은 인공관절이 틀어져 있고, 이를 기준 템플릿 영상1로 패턴매칭하여 오차정도를 비교영상에 적용하였을 경우 유사도는 653.52로 각도는 0.24 오차가 남을 판별할 수 있었다.Next, a position error verification experiment for an artificial joint by applying the present invention will be described.
계속해서, 다른 탬플릿 영상2, 3을 설정하여 실험을 반복하였다. 도 13b은 기준영상에서 수집한 템플릿 영상2(붉은 테두리)임으로 당연히 동일하다는 점수인 1000점과 각도 오차는 0도로 동일하게 표시하고 있으며, 도 14는 왼쪽의 기준영상에서 발췌한 기준 템플릿 영상2를 비교영상에 적용하였을 경우 유사도는 875.82로 각도는 1.57도 오차가 남을 판별할 수 있었다.Subsequently, the experiment was repeated by setting
도 15도 기준영상에서 수집한 템플릿 영상3(붉은 테두리)으로 기준영상에 적용한 유사도는 1000점으로 각 오차는 0도 로 표시하고 있다. 도 16은 왼쪽의 기준영상에서 발췌한 기준 템플릿 3을 오른쪽 비교영상에 적용하였을 경우 유사도는 504.3로 각도는 3.17도 오차가 남을 판별할 수 있었다.The similarity applied to the reference image with template image 3 (red border) collected from the reference image in FIG. 15 is 1000 points, and each error is indicated by 0 degrees. In FIG. 16 , when the
여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.The predetermined numerical values described above are described to help the understanding of the present invention, which may vary according to an operator's setting, and it is natural that the above-described numerical values are not limited to the present invention.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.As described above with reference to the drawings according to the embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above content.
100 : 하우징
200 : X선 발생장치
300 : 영상증배관
310 : 입력형광면
320 : 광전관
330 : 초점회로
340 : 가속양극
350 : 출력형광면
400 : 영상획득 장치100: housing
200: X-ray generator
300: image multiplier tube
310: input fluorescent surface
320: photo tube
330: focus circuit
340: accelerated anode
350: output fluorescent surface
400: image acquisition device
Claims (3)
칼라영역추출(Color Plane Extraction)을 이용해 최초 획득한 16bit 영상을 8bit 흑백영상으로 변환시키고 영상에서 위치오차를 검증할 부분을 탬플릿(template)으로 설정하는 단계;
전체 영상 중 영상처리가 필요한 부분만의 영상분석영역을 지정하는 ROI(Region of Interest)를 지정하는 단계;
상기 ROI로 지정된 관심영역 내에서 템플릿 영상과 비교영상을 패턴매칭(Pattern matching) 기법을 사용하여 영상유사도, 위치오차와 각도 오차 차이가 나는 부분을 검출하는 단계;
상기 ROI로 지정된 영상이 기준영상과 똑같을 때는 유사도 1000점(100%)으로 비슷한 정도에 따라 정량화된 값으로 얻는 단계;로 구성되며,
상기 위치오차 검증 방법은 플라스틱 팬텀 내에 나사를 부착한 후 기준영상을 찍고, 위치오차를 검증하기 위해 팬텀내의 나사 위치에 대하여 비교영상과 비교하여 위치 오차 정도를 영상처리를 통해 측정하여 위치오차를 검증하는 것을 특징으로 하는 영상증배관을 이용한 실시간 영상획득시스템을 이용한 위치오차검증 방법.
housing 100; an X-ray generator 200 installed inside the housing 100 to generate X-rays and project an object to be measured; The X-ray generator 200 and the image multiplier tube 300 installed in a straight line with the target 10 to enhance the X-ray luminance and installed inside the housing 100, the image multiplier tube 300 In a position error verification method using a real-time image acquisition system that is connected to and includes an image acquisition device 400 for acquiring an image of the X-ray projected on the object
converting a 16-bit image initially acquired using color plane extraction into an 8-bit black-and-white image and setting a part of the image to be verified for positional error as a template;
designating an ROI (Region of Interest) for designating an image analysis region of only a portion of the entire image requiring image processing;
detecting a portion having a difference in image similarity, position error, and angle error using a pattern matching technique between a template image and a comparison image within the region of interest designated as the ROI;
When the image designated as the ROI is the same as the reference image, obtaining a quantified value according to the similarity with a similarity of 1000 points (100%); consists of,
The position error verification method takes a reference image after attaching the screw in the plastic phantom, and compares the position of the screw in the phantom with a comparative image to measure the position error through image processing to verify the position error. Position error verification method using a real-time image acquisition system using an image multiplier tube, characterized in that
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2018
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