KR102335083B1 - The calibration phantom device for discriminating material using x-ray and the system thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중에너지 엑스선을 이용한 물질 분별 방법을 수행하는 교정 팬텀 장치 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화물검색기에서 회전하는 원기둥 모양 또는 타원기둥 모양의 교정 팬텀을 통해 얻은 투과영상에 대해 감쇠 기반의 복수 개의 기저를 생성함으로써 물질분별 계수를 교정하고, 상기 교정된 물질 분별 계수를 이용하여 물질을 분별하는 방법을 수행하는 교정 팬텀 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration phantom device and system for performing a material classification method using dual-energy X-rays, and more particularly, to a transmission image obtained through a cylindrical or elliptical column-shaped calibration phantom rotating in a cargo detector based on attenuation The present invention relates to a calibration phantom apparatus and system for calibrating a material discrimination coefficient by generating a plurality of basis of
Description
본 발명은 엑스선 물질 분별을 위한 교정 팬텀 장치 및 교정 팬텀 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화물검색기에서 회전하는 원기둥 모양 또는 타원기둥 모양의 교정 팬텀을 통해 얻은 투과영상을 이용하여 물질을 분별하는 방법을 수행하는 교정 팬텀 장치 및 교정 팬텀 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration phantom device and a calibration phantom system for discriminating X-ray materials, and more particularly, a method for classifying a material using a transmission image obtained through a cylindrical or oval-shaped calibration phantom rotating in a cargo screening machine It relates to a calibration phantom device and a calibration phantom system for performing.
최근, 각 국가는 안전상의 이유로 항만이나 공항과 같이 국제 화물을 취급하는 시설에서 화물에 대한 보안검색을 강화하고 있다. 이에, 화물을 빠르게 검색하기 위하여 컨테이너 검색기와 같이, 화물을 실은 컨테이너를 컨테이너 검색기에 통과시켜 컨테이너에 적재된 대규모의 화물을 빠르게 검색하는 장치가 많이 사용되고 있다. 화물 검색은 방사선으로 X-ray를 일반적으로 사용하게 된다.Recently, for safety reasons, each country is strengthening security screening for cargo at facilities that handle international cargo, such as ports and airports. Accordingly, in order to quickly search for cargo, a device for quickly searching a large-scale cargo loaded in a container by passing a container loaded with the cargo through the container searcher, such as a container searcher, is widely used. Cargo screening will generally use X-rays as radiation.
X선 화물 검색기는 방사선원, 이송대차, 검출기로 구성이 되는데, X선을 이용하여 화물의 직접적인 개장검사 없이도 화물의 내부를 검색할 수 있다.The X-ray cargo inspection machine is composed of a radiation source, a transport truck, and a detector, and it is possible to search the inside of the cargo without direct inspection of the cargo by using X-rays.
이중에너지 X선 화물 검색기는 단일 에너지 X선 대비 더 많은 물질정보를 제공해준다. 특히 대형 화물검색에 사용되는 X선은 MeV급이며 이중에너지 X선을 발생하기 위한 가속기도 국내에서 상용화될 정도로 개발되었다.Dual-energy X-ray cargo scanners provide more material information than single-energy X-rays. In particular, X-rays used for large-scale cargo search are MeV-class, and accelerators for generating dual-energy X-rays have been developed enough to be commercialized in Korea.
X선 화물 검색기가 대상체에 대한 영상의 질을 확보하기 위해서는 일정 기간마다 검출기의 교정 작업이 필요하고, 이러한 교정 작업을 위해, 팬텀을 사용하게 된다. In order for the X-ray cargo detector to secure the image quality of the object, it is necessary to calibrate the detector every predetermined period, and for this calibration work, a phantom is used.
팬텀은 물질 분별 알고리즘을 교정하기 위한 것으로, 이중에너지(dual energy)를 이용하여 유기물 및 무기물을 구분할 때, 팬텀의 3D 영상을 확보하고, 3D 영상의 정보를 컨테이너 검색기로부터 획득된 화물 영상에 적용하여 유기물 및 무기물을 분별하는 알고리즘을 이용하게 된다. 이때, 물질분별 알고리즘에 사용되는 선형 감쇠계수의 값을 얻고 이를 교정함으로써 검출기의 성능을 확보할 수 있게 된다.The Phantom is to calibrate the material classification algorithm. When using dual energy to distinguish organic and inorganic materials, a 3D image of the Phantom is secured, and the information of the 3D image is applied to the cargo image obtained from the container searcher. An algorithm that separates organic and inorganic substances will be used. At this time, it is possible to secure the performance of the detector by obtaining the value of the linear attenuation coefficient used in the material classification algorithm and correcting it.
보다 상세하게는, 각 대표물질(예컨대, 물, 알루미늄, 철 또는 납)에 대해서 교정 팬텀 장치를 이용하여 물질분별 계수를 찾는 방법이 일반적으로 사용되는 이중에너지 물질분별 방법이다. More specifically, for each representative material (eg, water, aluminum, iron, or lead), a method of finding a material fractionation coefficient using a calibration phantom device is a commonly used dual energy material fractionation method.
그리고, 화물을 엑스선으로 촬영하기에 앞서, 원자번호별로 대표하는 물질에 대해서 교정을 수행한다. 이 후, 물질 분별의 정확도는 교정 방법 및 교정 팬텀에 따라 매우 큰 영향을 받는다.And, before photographing the cargo with X-rays, calibration is performed on materials represented by atomic numbers. After that, the accuracy of material classification is greatly affected by the calibration method and the calibration phantom.
하지만 가속기에서 발생하는 X선은 다색 에너지 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 물체를 투과하면서 빔하드닝(beam hardening)이 일어나는데, 빔하드닝으로 인하여 동일 물질에 대해서도 그 물질의 밀도 및 두께에 따라서 물질 분별에 필요한 계수가 변하게 된다.However, since X-rays generated from the accelerator have a multicolor energy spectrum, beam hardening occurs while penetrating an object. coefficient will change.
따라서, 동일 물질에 대해서도 그 물질의 두께 및 밀도에 따라서 물질 분별에 필요한 계수를 다르게 사용해야 한다. 그래서 물질의 두께 변화를 고려한 교정방법 및 이를 위한 다양한 두께 정보를 포함하는 교정 팬텀이 필요한 실정이다.Therefore, even for the same material, a coefficient required for material classification should be used differently according to the thickness and density of the material. Therefore, there is a need for a calibration method in consideration of the thickness change of the material and a calibration phantom including various thickness information for this.
그러나 두께 및 밀도에 따라서 다른 계수를 모두 데이터베이스 구축하고 각 두께 및 밀도에 대한 팬텀을 제작하기는 힘들 뿐만 아니라, 실제 교정에는 시간이 많이 소요되기 때문에 모든 계수에 대한 교정 작업은 매우 힘든 작업이다.However, it is difficult to build a database of all coefficients according to the thickness and density and to create a phantom for each thickness and density, and since the actual calibration takes a lot of time, the calibration work for all coefficients is very difficult.
한편, 임의의 두께 몇 샘플을 선정하여 계수를 구하여 물질분별을 수행하는 방법은 부정확하며, 물질 분별 성능을 크게 저하시키는 단점이 있다. On the other hand, the method of performing material fractionation by selecting several samples of arbitrary thickness to obtain coefficients is inaccurate, and has the disadvantage of significantly lowering the material fractionation performance.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다양한 물질의 두께 및 밀도 정보를 고려한 교정 팬텀 장치 및 이 장치를 이용한 물질분별 방법을 제공한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and provides a calibration phantom device in consideration of thickness and density information of various materials, and a material classification method using the device.
본 발명은 물질분별 성능을 향상시키고 더 나아가 교정하지 못하는 물질의 감쇠영역에 대해서도 신뢰도 있는 물질분별을 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to improve the material classification performance and further provide a method for reliable material classification even in the attenuated area of a material that cannot be corrected.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 단일 물질로 이루어진 적어도 2개 이상의 복수의 피검체 팬텀들을 포함하고, 상기 복수의 피검체 팬텀 각각은 서로 다른 물질로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 피검체 팬텀들은 엑스선이 조사되는 방향에 수직한 방향으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.The calibration phantom device according to an embodiment of the present invention includes at least two or more plurality of subject phantoms made of a single material, and each of the plurality of subject phantoms is made of a different material. The subject phantoms may have a structure in which they are stacked in a direction perpendicular to the direction in which the X-rays are irradiated.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 상기 복수의 피검체 팬텀들은 타원기둥 또는 원형기둥인 것을 특징으로 할 수 있다.The calibration phantom apparatus according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the plurality of phantoms to be examined are ellipsoidal or circular.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 상기 복수의 피검체 팬텀은 단일 물질로 이루어진 제1 피검체 팬텀; 상기 제1 피검체 팬텀과 다른 물질로 이루어진 제2 피검체 팬텀을 포함하고, 상기 제2 피검체 팬텀의 반지름은 제1 피검체 팬텀의 반지름보다 작을 수 있다.A calibration phantom apparatus according to an embodiment of the present invention may include: a first subject phantom made of a single material; A second subject phantom may include a second subject phantom made of a material different from that of the first subject phantom, and a radius of the second subject phantom may be smaller than a radius of the first subject phantom.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 상기 복수의 피검체 팬텀 각각의 두께가 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다.The calibration phantom apparatus according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the thickness of each of the plurality of phantoms under test is different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 상기 복수의 피검체 팬텀들을 회전시키는 모터를 더 포함하고, 상기 모터는 상기 복수의 피검체 팬텀들이 적층된 방향과 같은 축 상에 배치되고, 상기 모터의 회전에 따라 상기 복수의 피검체 팬텀들이 회전하는 것을 특징으로 할 수 있다.The calibration phantom apparatus according to an embodiment of the present invention further includes a motor for rotating the plurality of phantoms under test, the motor being disposed on the same axis as the direction in which the plurality of phantoms under test are stacked, and the motor According to the rotation of the plurality of subject phantoms may be characterized in that the rotation.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템은 교정 팬텀 장치 및 물질분별 계수 산출 장치를 포함할 수 있다.A calibration phantom system according to an embodiment of the present invention may include a calibration phantom device and a material classification coefficient calculating device.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 물질분별 계수 산출 장치는 엑스선 검출기로부터 획득한 피검체 팬텀 투과 영상을 수신하는 투과 영상 수신부; 상기 수신한 피검체 팬텀 투과 영상을 배경 신호에 대하여 로그 변환하여 감쇠 영상 데이터를 산출하는 감쇠 영상 데이터 산출부; 상기 산출한 감쇠 영상 데이터에 대하여 복수개의 단계별 역치를 기준으로 복수개의 영상 데이터로 분리하여 기저를 생성하는 기저 생성부; 상기 생성된 기저를 기초로 영상 데이터를 재건하는 영상 재건부; 및 상기 재건된 영상 데이터로부터 물질분별 계수를 산출하는 물질분별 계수 산출부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus for calculating a material fractionation coefficient of a calibration phantom system includes: a transmission image receiver configured to receive a phantom transmission image of a subject obtained from an X-ray detector; an attenuated image data calculator configured to log-transform the received phantom transmission image with respect to a background signal to calculate attenuated image data; a basis generator for generating a basis by dividing the calculated attenuated image data into a plurality of image data based on a plurality of step-by-step thresholds; an image reconstruction unit for reconstructing image data based on the generated basis; and a material classification coefficient calculator for calculating a material classification coefficient from the reconstructed image data.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 물질분별 계수 산출 장치는 상기 복수개의 단계별 역치의 개수가 n개인 경우, 복수의 m개 피검체 팬텀들 각각에 대해 모두 수행되어, 상기 물질분별 계수는 (m x n) 개가 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus for calculating the material classification coefficient of the calibration phantom system according to an embodiment of the present invention is performed for each of the plurality of m subject phantoms when the number of the plurality of step-by-step thresholds is n, and the material classification coefficient is It can be characterized in that (mxn) dogs are produced.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 물질분별 계수 산출 장치는 상기 감쇠 영상 데이터 산출부가 하기 수학식을 통해 감쇠 영상 데이터를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.The apparatus for calculating the material fractionation coefficient of the calibration phantom system according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the attenuated image data calculating unit calculates the attenuated image data through the following equation.
감쇠 영상 데이터 = -log(b/a)Attenuated image data = -log(b/a)
(여기서 a는 배경신호, b는 투과 영상 신호이다.)(Here, a is the background signal, and b is the transmitted image signal.)
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 물질분별 계수 산출 장치는 상기 기저 생성부가 상기 복수개의 단계별 역치는 소정의 간격으로 순차적으로 구성되어 복수개의 구간을 형성하고, 상기 감쇠 영상 데이터의 각 픽셀의 값이 상기 복수개의 구간 중 어느 하나의 구간에 해당하는 경우, 해당 픽셀의 감쇠 영상 데이터 값만 유지하고 나머지 픽셀은 0인 영상 데이터를 출력하여 상기 복수개의 구간 개수만큼의 영상 데이터를 출력하여, 상기 출력된 영상 데이터를 상기 복수개의 구간에 대한 영상 데이터로 나누는 것을 특징으로 할 수 있다.In the apparatus for calculating the material fractionation coefficient of the calibration phantom system according to an embodiment of the present invention, the basis generating unit sequentially configures the plurality of step-by-step threshold values at predetermined intervals to form a plurality of sections, and each pixel of the attenuated image data When the value of corresponds to any one of the plurality of sections, only the attenuated image data value of the corresponding pixel is maintained and the remaining pixels are 0 image data to output image data equal to the number of the plurality of sections, The output image data may be divided into image data for the plurality of sections.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 물질분별 계수 산출 장치는 영상 재건부가 각 역치 구간에 대해 분리된 영상 데이터 별로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The apparatus for calculating the material fractionation coefficient of the calibration phantom system according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the image reconstruction unit is performed for each image data separated for each threshold section.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중에너지 엑스선을 이용한 물질 분별 방법은 엑스선 검출기가 엑스선 발생원으로부터 조사된 피검체 팬텀 투과 영상을 획득하는 단계(a); 물질분별 계수 산출 장치가 상기 피검체 팬텀 투과 영상을 배경 신호에 대하여 로그 변환하여 감쇠 영상 데이터를 획득하는 단계(b); 상기 물질분별 계수 산출 장치가 상기 감쇠 영상 데이터에 대하여 복수개의 단계별 역치를 기준으로 복수개의 영상 데이터로 분리하여 기저를 생성하는 단계(c); 상기 물질분별 계수 산출 장치가 상기 생성된 기저를 기초로 영상 데이터를 재건하는 단계(d); 및 상기 물질 분별 계수 산출 장치가 재건된 영상 데이터로부터 물질분별 계수를 산출하는 단계(e)를 포함할 수 있다.A method for material classification using dual energy X-rays according to an embodiment of the present invention includes: (a) obtaining, by an X-ray detector, a phantom transmission image of a subject irradiated from an X-ray source; (b) obtaining, by an apparatus for calculating a material classification coefficient, attenuated image data by log-transforming the phantom transmission image of the subject with respect to a background signal; (c) generating a basis by dividing the attenuated image data into a plurality of image data based on a plurality of step-by-step thresholds by the material discrimination coefficient calculating apparatus; (d) reconstructing the image data based on the generated basis by the material classification coefficient calculating device; and (e) calculating, by the apparatus for calculating a substance discrimination coefficient, a substance discrimination coefficient from the reconstructed image data.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중에너지 엑스선을 이용한 물질 분별 방법은 상기 복수개의 단계별 역치의 개수가 n개인 경우, 상기 단계들이 복수의 m개 피검체 팬텀들 각각에 대해 모두 수행되어, 상기 물질분별 계수는 (m x n) 개가 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the method for material fractionation using dual energy X-rays according to an embodiment of the present invention, when the number of the plurality of step-by-step thresholds is n, all of the steps are performed for each of the plurality of m subject phantoms, and the material classification It may be characterized in that (mxn) coefficients are calculated.
본 발명의 일 실시예에 따른 감쇠 영상 데이터를 획득하는 단계(b)는, 하기 수학식을 통해 획득할 수 있다.The step (b) of obtaining the attenuated image data according to an embodiment of the present invention may be obtained through the following equation.
감쇠 영상 데이터 = -log(b/a)Attenuated image data = -log(b/a)
(여기서 a는 배경신호, b는 투과 영상 신호이다.)(Here, a is the background signal, and b is the transmitted image signal.)
본 발명의 일 실시예에 따른 기저를 생성하는 단계(c)는, 상기 복수개의 단계별 역치는 소정의 간격으로 순차적으로 구성되어 복수개의 구간을 형성하는 단계 및 상기 감쇠 영상 데이터의 각 픽셀의 값이 상기 복수개의 구간 중 어느 하나의 구간에 해당하는 경우, 해당 픽셀의 감쇠 영상 데이터 값만 유지하고 나머지 픽셀은 0인 영상 데이터를 출력하여 상기 복수개의 구간 개수만큼의 영상 데이터를 출력하는 단계; 및 상기 출력된 영상 데이터를 상기 복수개의 구간에 대한 영상 데이터로 나누는 단계를 포함할 수 있다.In the step (c) of generating a basis according to an embodiment of the present invention, the plurality of step-by-step thresholds are sequentially configured at predetermined intervals to form a plurality of sections, and the values of each pixel of the attenuated image data are outputting image data corresponding to any one of the plurality of sections by maintaining only the attenuated image data value of the corresponding pixel and outputting image data in which the remaining pixels are 0; and dividing the output image data into image data for the plurality of sections.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리된 복수개의 영상 데이터를 재건하는 단계(d)는 각 역치 구간에 대해 분리된 영상 데이터 별로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. The step (d) of reconstructing a plurality of separated image data according to an embodiment of the present invention may be performed for each image data separated for each threshold section.
본 발명은, 이중에너지 X선의 투과영상을 감쇠 기반의 기저로 나누어서 물질의 두께 및 밀도 변화를 고려함으로써 물질분별이 가능하게 하고 물질 검색 시에 물질분별 성능을 크게 향상시킬 수 있다.The present invention divides the transmission image of dual energy X-rays into an attenuation-based basis and considers changes in the thickness and density of the material, thereby enabling material classification and greatly improving material classification performance during material search.
또한 본 발명은 획득한 영역의 계수를 이용하여 측정되지 못한 물질의 두께 영역에 대해서도 신뢰성있는 물질 분별이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to reliably discriminate a material even for a thickness area of a material that has not been measured using the obtained area coefficient.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 교정 팬텀 장치가 투과영상을 감쇠기반으로 나누어 교정을 수행하기 때문에 두께 및 밀도의 차이에 따른 계수를 구할 수 있는 장점이 있다. According to an embodiment of the present invention, since the calibration phantom device performs calibration by dividing the transmission image based on the attenuation, there is an advantage in that it is possible to obtain a coefficient according to the difference in thickness and density.
즉, 본 발명은 물질의 두께 및 밀도의 차이에 따라 다른 물질분별 계수를 보다 세밀하게 교정할 수 있다.That is, according to the difference in the thickness and density of the material, the present invention can more precisely correct different material classification coefficients.
또한, 교정은 X선이 투과 가능한 모든 두께 범위에 대해서 수행하는 것이 좋은데, 실제로 이는 비용 및 시간 측면에서 부담이 될 수 있다. 본 발명은 감쇠기반의 기저로 나누어 교정을 수행하기 때문에, 얻지 못한 데이터 영역에 대해서는 선형보간법 및 보외법을 이용하여 합리적으로 물질분별이 가능한 장점이 있다.In addition, it is good to perform the calibration for all thickness ranges through which X-rays can pass, but in practice, this can be burdensome in terms of cost and time. Since the present invention performs the calibration by dividing the attenuation-based basis, there is an advantage in that the material can be rationally classified using the linear interpolation method and the extrapolation method for the data area that has not been obtained.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교정 팬텀 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템을 이용하여 물질을 분별하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단계별 역치를 예시로 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 영상 데이터로 분리하는 방법을 나타낸다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 분리된 기저를 기초로 재건한 영상을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 물질분별 계수를 나타낸다.1 shows a calibration phantom device according to an embodiment of the present invention.
2 shows a calibration phantom device according to another embodiment of the present invention.
3 shows a block diagram of a calibration phantom system according to an embodiment of the present invention.
4 shows a flowchart of a method for fractionating substances using a calibration phantom system according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates, by way of example, a plurality of step-by-step thresholds according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B illustrate a method of dividing image data into a plurality of pieces of image data according to an embodiment of the present invention.
7 to 8 show images reconstructed based on the separated base according to an embodiment of the present invention.
9 shows a material fractionation coefficient calculated according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related description items or any of a plurality of related description items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. something to do. On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should also be understood that the terms "first" and "second" are used herein for distinguishing purposes only, and are not meant to indicate or anticipate sequence or priority in any way.
본 명세서 전체에서 “기저”는 여러 개의 영상 데이터로 분리된 영상 데이터를 지칭할 수 있다.Throughout this specification, “base” may refer to image data divided into several pieces of image data.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part includes a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치를 도시하고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교정 팬텀 장치를 도시한다. Figure 1 shows a calibration phantom device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a calibration phantom device according to another embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 단일 물질로 이루어진 적어도 2개 이상의 복수개의 피검체 팬텀들을 포함하고, 상기 복수의 피검체 팬텀 각각은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 1 and 2 , the calibration phantom device according to an embodiment of the present invention includes at least two or more plurality of subject phantoms made of a single material, and each of the plurality of subject phantoms is made of a different material. can be done
본 발명의 일 실시예에서, 복수개의 피검체 팬텀은 물질 분별 계수를 교정하기 위한 데이터 베이스를 확보하는데 사용되는 교정용 팬텀이다. In an embodiment of the present invention, the plurality of subject phantoms are phantoms for calibration used to secure a database for calibrating the material discrimination coefficient.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 피검체 팬텀을 각각 구성하는 물질은 모든 종류의 물질들을 밀도 및 원자번호를 기준으로 나누었을 때 각 영역에서 대표적인 물질 4가지로 선정될 수 있다. 예컨대 복수개의 피검체 팬텀들은 각각 아크릴 팬텀(101,201), 알루미늄 팬텀(102,202), 철 팬텀(103,203) 및 납 팬텀(104,204)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Materials constituting each of the plurality of subject phantoms according to an embodiment of the present invention may be selected as four representative materials in each region when all kinds of materials are divided based on density and atomic number. For example, the plurality of subject phantoms may include
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 피검체 팬텀들은 X선이 조사되는 방향에 수직한 방향으로 적층된 구조를 갖도록 구성될 수 있다. The plurality of phantoms to be inspected according to an embodiment of the present invention may be configured to have a stacked structure in a direction perpendicular to a direction in which X-rays are irradiated.
X선은 X선 선원(106)으로부터 발생되어 콜리메이터(107)를 거쳐 교정 팬텀 장치(1000)로 조사될 수 있다. 한편, 콜리메이터는 X선 선원(106)에서 방사되는 엑스선의 조사 범위 외 영역을 차단하기 위해 X선 선원(106)의 빔 출구 또는 검출기 앞에 설치될 수 있다.X-rays may be generated from the
교정 팬텀 장치(1000)로 조사되는 엑스선은 피검체 팬텀(101, 102, 103, 104)의 기둥 옆면에 수직으로 입사할 수 있다. 보다 상세하게는 피검체 팬텀(101, 102, 103, 104)의 기둥 옆면의 점선 부분에 X선이 입사될 수 있다. The X-rays irradiated by the
피검체 팬텀(101, 102, 103, 104)을 투과한 투과 영상은 검출기에서 획득될 수 있다. 상기 검출기와 상기 X선 선원(106)의 사이에 피검체가 있도록 상기 X선 선원과 대향하도록 배치될 수 있다(미도시).Transmission images passing through the
본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 팬텀들은 도 1에 도시된 바와 같이 타원형 기둥(101, 102, 103, 104)으로 형성될 수 있거나, 도 2에 도시된 바와 같이 원형 기둥(201, 202, 203, 204)으로 형성될 수 있다.Subject phantoms according to an embodiment of the present invention may be formed of
본 발명의 실시예에 따라 피검체 팬텀들이 타원형 기둥(101, 102, 103, 104) 또는 원형 기둥(201, 202, 203, 204)으로 형성됨으로써, 피검체 팬텀의 두께가 얇은 부분부터 두꺼운 부분까지의 다양한 두께에 대한 많은 데이터를 획득할 수 있다. 그리고 피검체 팬텀들이 타원형 기둥 또는 원형 기둥으로 형성됨으로써, 다양한 두께에 대한 데이터가 가우시안 분포를 이루면서, 데이터가 골고루 획득될 수 있는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, the phantoms under test are formed of
반면, 피검체 팬텀이 삼각형이나 사각형으로 형성된다면 특정 두께에 대한 데이터만 획득되는 단점이 있을 수 있다.On the other hand, if the subject phantom is formed in a triangle or a rectangle, there may be a disadvantage in that only data for a specific thickness is obtained.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 장치는 상기 복수의 피검체 팬텀들(101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204)을 회전시키는 모터(105, 205)를 더 포함할 수 있다.The calibration phantom apparatus according to an embodiment of the present invention may further include
본 발명의 일 실시예에 따른 모터(105, 205)는 피검체 팬텀들이 적층된 방향과 같은 축 상에 배치될 수 있다. 상기 모터는 등속 원운동을 하면서 360도 회전할 수 있다.The
엑스선 검출기는 상기 모터(105, 205)의 회전에 따라 피검체 팬텀들도 회전하면서 각각의 피검체 팬텀들을 통과한 투과 영상을 촬영한다. 이 투과 영상을 통해 각 피검체 팬텀을 구성하는 물질의 두께 변화에 대한 물질분별 계수를 획득할 수 있다.The X-ray detector also rotates the subject phantoms according to the rotation of the
상기 획득된 다양한 두께 변화에 대한 물질분별 계수를 획득하여 각 물질에 대한 데이터 베이스를 구축할 수 있다.A database for each material may be constructed by acquiring material classification coefficients for the obtained various thickness changes.
한편, 복수의 피검체 팬텀들을 순서대로 각각 회전시키면서 물질분별 계수를 획득할 수도 있고, 복수의 피검체 팬텀들을 한꺼번에 회전시키면서 각 물질에 대한 물질분별 계수를 동시에 획득할 수도 있다.Meanwhile, the material classification coefficient may be obtained by rotating each of the plurality of subject phantoms in order, or the material classification coefficient for each material may be simultaneously obtained while rotating the plurality of subject phantoms at once.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템의 블록도를 도시한다. 3 shows a block diagram of a calibration phantom system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 교정 팬텀 장치를 사용하여 획득되는 팬텀 투과 영상을 이용하여 물질분별 계수를 산출하고 데이터베이스화 할 수 있다.The calibration phantom system according to an embodiment of the present invention may calculate material discrimination coefficients using the phantom transmission image obtained using the calibration phantom device shown in FIGS. 1 and 2 and form a database.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템은 교정 팬텀 장치(1000) 및 물질 분별 계수 산출 장치(2000)를 포함할 수 있고, 물질 분별 계수 산출 장치(2000)는 투과 영상 수신부(2100), 감쇠 영상 데이터 산출부(2200), 기저 생성부(2300), 영상 재건부(2400) 및 물질분별 계수 산출부(2500)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the calibration phantom system according to an embodiment of the present invention may include a
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 팬텀 시스템을 이용하여 물질을 분별하는 방법의 순서도를 도시한다.4 shows a flowchart of a method for fractionating substances using a calibration phantom system according to an embodiment of the present invention.
이중에너지 엑스선을 이용한 물질 분별 방법은 엑스선 검출기가 엑스선 발생원으로부터 조사된 피검체 팬텀 투과 영상을 획득하여 투과 영상 수신부(2100)가 상기 투과 영상을 수신하는 단계(a, S100); 물질분별 계수 산출 장치(2000)의 감쇠 영상 데이터 산출부(2200)가 상기 피검체 팬텀 투과 영상을 배경 신호에 대하여 로그 변환하여 감쇠 영상 데이터를 획득하는 단계(b, S200);The method for classifying a substance using dual energy X-rays includes: acquiring a phantom transmission image of a subject irradiated from an X-ray source by an X-ray detector and receiving the transmission image by the transmission image receiving unit 2100 (a, S100); obtaining, by the attenuated image
기저 생성부(2300)가 상기 감쇠 영상 데이터에 대하여 복수개의 단계별 역치를 기준으로 복수개의 영상 데이터로 분리함으로써 기저를 생성하는 단계(c, S300); 영상 재건부(2400)가 상기 생성된 기저를 기초로 영상 데이터를 재건하는 단계(d, S400); 및 물질분별 계수 산출부(2500)가 재건된 영상 데이터로부터 물질분별 계수를 산출하는 단계(e, S500)를 포함할 수 있다.generating, by the
본 발명의 일 실시예에 따른 이중에너지 엑스선을 이용한 물질 분별 방법은 상기 산출된 물질분별 계수를 데이터베이스화 한 다음, 최종적으로 새롭게 촬영되는 피사체에 대하여 상기 데이터베이스에 구축된 물질 분별 계수를 이용하여 물질분별을 수행할 수 있다.In the method for fractionation of substances using dual energy X-rays according to an embodiment of the present invention, the calculated substance fractionation coefficient is converted into a database, and finally, the material fractionation coefficient constructed in the database for a newly photographed subject is used to classify substances. can be performed.
X선 촬영한 피사체에 대한 물질분별 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 로그 변환 감쇠기법을 기반으로 영상을 나누고, 상기 구축된 물질 분별 계수를 이용하여 물질분별을 수행할 수 있다. In the method of material classification for an X-ray photographed subject, an image may be divided based on a log transformation attenuation method according to an embodiment of the present invention, and material classification may be performed using the constructed material classification coefficient.
한편, 구축된 물질 분별 계수를 이용하여 물질 분별을 수행하는 방법은 종래의 기법이 적용될 수 있다.On the other hand, the conventional technique may be applied to a method of performing substance fractionation using the established substance fractionation coefficient.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단계별 역치를 나타내고, 도 6a은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 영상 데이터로 분리하는 방법을 나타낸다. 도 6b는 모든 물질에 대한 분리된 영상 데이터를 각 물질별로 나눠 도시한 것을 나타낸다. 5 shows a plurality of step-by-step thresholds according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6A shows a method of dividing the image data into a plurality of image data according to an embodiment of the present invention. FIG. 6B shows separated image data for all materials divided by each material.
도 5 및 도 6a을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 감쇠기법을 기반으로 영상을 나누고, 물질 분별 계수에 대한 데이터베이스를 구축하는 방법을 설명한다.A method of dividing an image based on an attenuation method and constructing a database for material discrimination coefficients according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6A .
본 발명의 일 실시에에 따른 감쇠기법은 피검체 팬텀 투과 영상을 배경 신호에 대하여 로그 변환하여 감쇠시키는 기법을 지칭하며, 보다 상세하게는 하기 수학식 1을 통해 수행될 수 있다. The attenuation technique according to an embodiment of the present invention refers to a technique of attenuating a phantom transmission image of a subject by logarithmic transformation with respect to a background signal, and in more detail, it may be performed through
여기서 a는 배경 신호를 의미하고, b는 투과 영상 신호를 의미한다.Here, a denotes a background signal and b denotes a transmitted image signal.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학식을 통해 산출된 감쇠 영상 데이터는 여러 개의 영상 데이터로 분리된다. 여러 개의 영상 데이터로 분리된 영상 데이터는 본 명세서 전체에서 “기저”로 지칭될 수 있다. 본 발명은 상기 감쇠 기반의 분리된 기저를 사용하여 물질분별을 수행하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the attenuated image data calculated through the above equation is divided into several image data. Image data separated into several pieces of image data may be referred to as “base” throughout this specification. The present invention is characterized in that the material fractionation is performed using the separated basis of the damping basis.
도 5 및 도 6a을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 감쇠기법을 기반으로 여러 개의 영상으로 나누어 기저를 생성하는 방법에 대하여 설명한다.A method of generating a basis by dividing into several images based on an attenuation technique according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6A .
도 5에 도시된 바와 같이 감쇠 영상 데이터의 최저 값(예컨대 0) 부터 최대 값(예컨대 n) 까지 데이터 분포가 있을 때, 소정의 간격으로 순차적으로 n개의 구간을 나누어 복수 개(n개)의 단계별 역치를 설정한다. As shown in FIG. 5, when there is a data distribution from the lowest value (eg 0) to the largest value (eg n) of the attenuated image data, n sections are sequentially divided at a predetermined interval to a plurality of (n) steps Set the threshold.
그리고 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 감쇠 영상 데이터의 각 픽셀 값이 상기 구간들 중 어느 하나의 구간에 해당하는 경우, 해당 픽셀의 감쇠영상 데이터 값만 유지하고 나머지 픽셀은 0으로 설정하여, 단계별 역치 개수만큼 영상 데이터를 나누어 기저를 생성한다. And as shown in FIGS. 6A and 6B, when each pixel value of the attenuated image data corresponds to any one of the above sections, only the attenuated image data value of the corresponding pixel is maintained and the remaining pixels are set to 0, A basis is generated by dividing the image data by the number of thresholds for each step.
보다 구체적으로, 0과 1 구간 사이에 대한 분리된 영상 a1은 0이상 1이하의 값을 가지는 픽셀만 값을 유지하고 나머지 픽셀은 0으로 설정되고, n-1 과 n 구간 사이에 대한 분리된 영상 an은 n-1 초과 n 이하의 값을 가지는 값을 가지는 픽셀만 값을 유지하고 나머지 픽셀은 0으로 설정되어 n개의 분리된 영상 데이터가 출력된다. More specifically, in the separated image a1 for the
도 6b는 모든 물질에 대한 분리된 영상 데이터를 각 물질별로 나눠 도시한 것을 나타낸 것으로, 아크릴 물질(501), 알루미늄 물질(502), 철 물질(503) 및 납 물질(504)에 대한 분리된 데이터를 도시한다.FIG. 6B shows the separated image data for all materials divided by each material, and separated data for an
한편, 본 발명의 일 실시예는 고에너지 및 저에너지를 포함하는 이중 에너지 엑스선을 이용하는 것이다. 일반적으로 고에너지 선원을 사용한 쪽이 신호가 높은데, 고에너지 영상을 기초로 감쇠 값을 나눈 뒤, 거기서 나뉜 데이터의 공간적 정보를 이용하여 저에너지 영상을 감쇠기반으로 분리한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기저 분리 기법은 저에너지 영상을 기초로 수행된다.Meanwhile, an embodiment of the present invention uses dual energy X-rays including high energy and low energy. In general, a signal using a high-energy source has a higher signal. After dividing the attenuation value based on the high-energy image, the low-energy image is separated based on the attenuation by using the spatial information of the divided data. That is, the basis separation technique according to an embodiment of the present invention is performed based on a low energy image.
상술한 내용을 종합하여 보다 구체적으로 설명하면, 획득한 투과영상을 
감쇠기반의 기저 생성 기법은 저에너지 영상에 대해서만 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 감쇠 기반의 분리된 기저는 여러 개의 단층 영상으로 재건되고, 피검체 팬텀들 별로 각각 수행될 수 있다. 영상 재건은 2D Filter Back Projection을 통해 재건된다. 분리된 모든 기저 영상의 합은 기존의 분리되지 않은 영상의 데이터의 재건 영상과 수학적으로 동일하다.The attenuation-based basis generation technique is performed only on low-energy images. According to an embodiment of the present invention, the attenuation-based separated basis may be reconstructed into several tomographic images, and may be performed for each phantom of the subject. Image reconstruction is reconstructed through 2D Filter Back Projection. The sum of all the separated base images is mathematically the same as the reconstruction image of the data of the existing non-separated image.
감쇠기반으로 분리된 투과영상을 
여기서 
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 분리된 기저를 기초로 재건한 영상을 도시한다. 7 to 8 show images reconstructed based on the separated base according to an embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 아크릴 팬텀(101)에 대한 기저를 기초로 재건된 영상을 도시하는데, 도 7a는 감쇠기법이 적용된 고에너지 영상을 도시하고, 도 7b는 감쇠 기반의 분리된 저에너지 기저 영상을 도시한다.7A and 7B show an image reconstructed based on the basis of the
아래 표 1은 도 7b에 적용된 기저 분리 기법에 사용된 단계별 역치(threshold)를 도시한다.Table 1 below shows the step-by-step thresholds used in the basal separation technique applied to FIG. 7B .
도 8a 및 도 8b는 철 팬텀(101)에 대한 기저를 기초로 재건된 영상을 도시하는데, 도 8a는 감쇠기법이 적용된 고에너지 영상을 도시하고, 도 8b는 감쇠 기반의 분리된 저에너지 기저 영상을 도시한다.8A and 8B show an image reconstructed based on the base for the
아래 표 2는 도 8b에 적용된 기저 분리 기법에 사용된 단계별 역치(threshold)를 도시한다.Table 2 below shows the step-by-step thresholds used in the basal separation technique applied to FIG. 8B .
본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분별 방법의 알고리즘은 각 기저 데이터에서 물질 분별 계수를 산출하는데, 교정 팬텀 장치에 포함된 모든 물질에 대해서 물질 분별 계수를 정한다.The algorithm of the material classification method according to an embodiment of the present invention calculates a material fractionation coefficient from each base data, and determines the material fractionation coefficient for all substances included in the calibration phantom device.
상술한 바와 같이 구한 고에너지 영상과 저에너지 기저 영상을 이용한 물질분별 계수 결정 비용함수(E)는 다음 수학식 6과 같다.The cost function (E) for determining the material classification coefficient using the high-energy image and the low-energy basis image obtained as described above is expressed in Equation (6) below.
여기서 
상기 비용함수(E)는 물질분별 계수에 대한 미분 식을 0으로 함으로써 해석적으로 결정할 수 있다. 즉, 각 기저의 값과 물질분별 계수의 곱의 합을 최소화시키는 계수를 물질분별 계수로 결정할 수 있다.The cost function (E) can be analytically determined by setting the differential equation for the material classification coefficient to 0. That is, a coefficient that minimizes the sum of the product of each base value and the material classification coefficient may be determined as the material classification coefficient.
이 과정을 모든 물질 팬텀에 대해서 동일하게 적용하면 각 물질에 대한 교정 계수를 구할 수 있다. 위에서 얻어진 물질분별 계수는 항상 1보다 작은 값을 가지게 되는데 그 이유는 항상 저에너지의 감쇠가 고에너지의 감쇠보다 크기 때문이다. 그리고 이는 해당 물질의 해당 기저에서의 감쇠비라고 해석할 수 있다.If this process is applied equally to all material phantoms, the calibration coefficient for each material can be obtained. The material fractionation coefficient obtained above always has a value less than 1 because the attenuation of low energy is always greater than that of high energy. And this can be interpreted as the damping ratio at the corresponding base of the corresponding material.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 물질분별 계수를 나타낸다. 9 shows a material fractionation coefficient calculated according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 같은 물질에 대해서도 여러 개의 물질분별 계수를 획득할 수 있다. 즉, 한 종류의 물질에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따라 분리된 기저 개수만큼 물질분별 계수를 얻을 수 있으므로, 본 발명은 물질의 두께 및 밀도의 차이에 따라 다른 물질분별 계수를 보다 세밀하게 교정할 수 있는 장점이 있다. Referring to FIG. 9 , according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain several material classification coefficients even for the same material. That is, since a material fractionation coefficient can be obtained for one type of material as many as the number of bases separated according to an embodiment of the present invention, the present invention more precisely corrects other material fractionation coefficients according to the difference in thickness and density of the material There are advantages to doing.
상술한 바와 같이 물질분별 계수 교정 작업을 완료하여 물질분별 계수에 대한 데이터베이스를 구축한 후, 화물 피사체를 촬영하여 해당 피사체에 대한 물질 분별을 수행한다. As described above, after completing the material classification coefficient calibration work to build a database for material classification coefficients, a cargo object is photographed to perform material classification on the object.
화물 피사체에 대한 투과 영상에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 동일하게 감쇠기반으로 저에너지 영상을 분리하는 작업을 수행한다. 그리고 특정 하나의 영상 데이터의 픽셀 좌표에 대해 그 좌표가 가지는 감쇠가 해당 기저에서 계산된 저에너지와 고에너지 영상의 감쇠비와 가장 유사한 물질분별 계수를 기 구축된 데이터베이스로부터 찾는다. In the same manner as in the method according to an embodiment of the present invention, a low-energy image is separated based on an attenuation for a transmission image of a cargo subject. In addition, for a pixel coordinate of one specific image data, a material discrimination coefficient in which the attenuation of the coordinate is most similar to the attenuation ratio of the low-energy and high-energy image calculated based on the corresponding basis is found from the established database.
기 저장된 물질분별 계수와 가장 유사한 물질분별 계수를 찾으면, 그 물질분별 계수가 속한 물질 레이블을 화물 피사체 투과 영상의 상기 픽셀 위치에 할당해준다. 화물 피사체에 대한 물질분별은 상기 물질 레이블링 과정을 모든 영상 좌표에 대해 수행하는 것을 의미한다.When a material classification coefficient most similar to the previously stored material classification coefficient is found, a material label to which the material classification coefficient belongs is assigned to the pixel position of the cargo object transmission image. Material classification for cargo objects means performing the material labeling process for all image coordinates.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations may be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
1000 : 교정 팬텀 장치
101, 201 : 아크릴 팬텀
102, 202 : 알루미늄 팬텀
103, 203 : 철 팬텀
104, 204 : 납 팬텀
105, 205 : 모터
106 : X선 선원
107 : 콜리메이터
2000 : 물질 분별 계수 산출 장치
2100 : 투과 영상 수신부
2200 : 감쇠 영상 데이터 산출부
2300 : 기저 생성부
2400 : 영상 재건부
2500 : 물질분별 계수 산출부1000: calibration phantom device
101, 201: Acrylic Phantom
102, 202: aluminum phantom
103, 203: Iron Phantom
104, 204: lead phantom
105, 205: motor
106: X-ray source
107: collimator
2000: Substance fractionation coefficient calculation device
2100: transmitted image receiving unit
2200: attenuated image data calculation unit
2300: base generator
2400: image reconstruction unit
2500: substance classification coefficient calculation unit
Claims (16)
단일 물질로 이루어진 적어도 2개 이상의 복수의 피검체 팬텀들을 포함하고, 상기 복수의 피검체 팬텀 각각은 서로 다른 물질로 이루어진 것을 특징으로 하며,
상기 복수의 피검체 팬텀들은 엑스선이 조사되는 방향에 수직한 방향으로 적층되는 구조를 갖는 교정 팬텀 장치 및
물질분별 계수 산출 장치를 포함하고,
상기 물질분별 계수 산출 장치는
엑스선 검출기로부터 획득한 피검체 팬텀 투과 영상을 수신하는 투과 영상 수신부;
상기 수신한 피검체 팬텀 투과 영상을 배경 신호에 대하여 로그 변환하여 감쇠 영상 데이터를 산출하는 감쇠 영상 데이터 산출부;
상기 산출한 감쇠 영상 데이터에 대하여 복수개의 단계별 역치를 기준으로 복수개의 영상 데이터로 분리하여 기저를 생성하는 기저 생성부;
상기 생성된 기저를 기초로 영상 데이터를 재건하는 영상 재건부; 및
상기 재건된 영상 데이터로부터 물질분별 계수를 산출하는 물질분별 계수 산출부를 포함하고,
상기 기저 생성부는,
상기 복수개의 단계별 역치는 소정의 간격으로 순차적으로 구성되어 복수개의 구간을 형성하고,
상기 감쇠 영상 데이터의 각 픽셀의 값이 상기 복수개의 구간 중 어느 하나의 구간에 해당하는 경우,
해당 픽셀의 감쇠 영상 데이터 값만 유지하고 나머지 픽셀은 0인 영상 데이터를 출력하여 상기 복수개의 구간 개수만큼의 영상 데이터를 출력하여,
상기 출력된 영상 데이터를 상기 복수개의 구간에 대한 영상 데이터로 나누는 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템.
In the calibration phantom device,
It comprises at least two or more plurality of subject phantoms made of a single material, wherein each of the plurality of subject phantoms is made of a different material,
a calibration phantom device having a structure in which the plurality of subject phantoms are stacked in a direction perpendicular to a direction to which X-rays are irradiated; and
Including a device for calculating the fractionation coefficient,
The material fractionation coefficient calculation device is
a transmission image receiver configured to receive a phantom transmission image of the subject obtained from the X-ray detector;
an attenuated image data calculator configured to log-transform the received phantom transmission image with respect to a background signal to calculate attenuated image data;
a basis generator for generating a basis by dividing the calculated attenuated image data into a plurality of image data based on a plurality of step-by-step thresholds;
an image reconstruction unit for reconstructing image data based on the generated basis; and
and a material classification coefficient calculator for calculating a material classification coefficient from the reconstructed image data,
The basis generator,
The plurality of step-by-step thresholds are sequentially configured at predetermined intervals to form a plurality of sections,
When the value of each pixel of the attenuated image data corresponds to any one of the plurality of sections,
By outputting image data in which only the attenuated image data value of the corresponding pixel is maintained and the remaining pixels are 0, image data equal to the number of the plurality of sections is output,
Calibration phantom system, characterized in that dividing the output image data into image data for the plurality of sections.
상기 복수의 피검체 팬텀들은 타원기둥 또는 원형기둥인 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템.
According to claim 1,
The calibration phantom system, characterized in that the plurality of subject phantoms are ellipsoidal or circular columns.
상기 복수의 피검체 팬텀은 단일 물질로 이루어진 제1 피검체 팬텀;
상기 제1 피검체 팬텀과 다른 물질로 이루어진 제2 피검체 팬텀을 포함하고,
상기 제2 피검체 팬텀의 반지름은 제1 피검체 팬텀의 반지름보다 작은 교정 팬텀 시스템.According to claim 1,
The plurality of subject phantoms may include: a first subject phantom made of a single material;
and a second subject phantom made of a material different from that of the first subject phantom,
and a radius of the second phantom under test is smaller than a radius of the phantom under test.
상기 복수의 피검체 팬텀 각각의 두께는 서로 다른 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템According to claim 1,
The calibration phantom system, characterized in that the thickness of each of the plurality of subject phantoms is different from each other
상기 복수의 피검체 팬텀들을 회전시키는 모터를 더 포함하고,
상기 모터는 상기 복수의 피검체 팬텀들이 적층된 방향과 같은 축 상에 배치되고,
상기 모터의 회전에 따라 상기 복수의 피검체 팬텀들이 회전하는 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템.
According to claim 1,
Further comprising a motor for rotating the plurality of subject phantoms,
The motor is disposed on the same axis as the direction in which the plurality of subject phantoms are stacked,
The calibration phantom system, characterized in that the plurality of subject phantoms rotate according to the rotation of the motor.
상기 복수개의 단계별 역치의 개수가 n개인 경우,
상기 투과 영상 수신부, 상기 감쇠 영상 데이터 산출부, 상기 기저 생성부, 상기 영상 재건부 및 상기 물질분별 계수 산출부는 복수의 m개 피검체 팬텀들 각각에 대해 모두 수행하여, 상기 물질분별 계수는 (m x n) 개가 산출되는 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템.According to claim 1,
When the number of the plurality of step-by-step thresholds is n,
The transmission image receiving unit, the attenuated image data calculating unit, the basis generating unit, the image reconstruction unit, and the material discrimination coefficient calculating unit are all performed on each of the plurality of m subject phantoms, so that the material discrimination coefficient is (mxn) ) Corrective phantom system, characterized in that dogs are produced.
상기 감쇠 영상 데이터 산출부는,
하기 수학식을 통해 감쇠 영상 데이터를 산출하는 것인 교정 팬텀 시스템.
감쇠 영상 데이터 = -log(b/a)
(여기서 a는 배경신호, b는 투과 영상 신호이다.)According to claim 1,
The attenuated image data calculation unit,
A calibration phantom system that calculates attenuated image data through the following equation.
Attenuated image data = -log(b/a)
(Here, a is the background signal, and b is the transmitted image signal.)
상기 영상 재건부는 각 역치 구간에 대해 분리된 영상 데이터 별로 수행되는 것을 특징으로 하는 교정 팬텀 시스템.According to claim 1,
The calibration phantom system, characterized in that the image reconstruction unit is performed for each image data separated for each threshold section.
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