KR102458523B1 - Method and server for processing energy spectrum data of photon counting x-ray detector based on silicon photomultiplier - Google Patents
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Abstract
본원의 일 측면에 따른 서버에 의해 수행되는 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법은, 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하는 단계; 수신된 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하는 단계; 및 학습 데이터를 입력으로 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시키는 단계;를 포함한다. 전처리 프로세스는 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼에 가우스 곡선 함수를 적용하여 에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것이다.An energy spectrum data processing method performed by a server according to an aspect of the present application includes: receiving energy spectrum data measured by an X-ray detector; generating training data by applying a pre-processing process to the received energy spectrum data; and training the energy spectrum data processing model to discriminate energy bands by inputting the training data. The preprocessing process is to check the number of peaks in the energy spectrum data, to distinguish energy bands by applying a Gaussian curve function to the energy spectrum, and to identify a threshold value that is a junction of a Gaussian curve between each energy band.
Description
본 발명은 에너지 스펙트럼 데이터의 에너지 판별 정확성 및 균일성을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 광증배기 기반 광자 계수 엑스선 검출기로 측정한 에너지 스펙트럼 데이터의 에너지 판별 정확성 및 균일성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for improving the energy discrimination accuracy and uniformity of energy spectrum data, and more particularly, to improve the energy discrimination accuracy and uniformity of energy spectrum data measured by a silicon photomultiplier-based photon counting X-ray detector it's about how to do it.
최근 COVID-19 확산으로 엑스선 검출기(X-ray detector)에 대한 관심이 높아 지고 있다. 이로 인해, 의료 장치 산업 분야에서 엑스선 검출기의 위상은 날로 높아지고 있다. 이에 따라, 환자의 병을 정확하고, 신속하게 진단하기 위하여, 고 신뢰성을 갖는 엑스선 검출기의 필요성이 커지고 있다.Recently, interest in X-ray detectors is increasing due to the spread of COVID-19. For this reason, the phase of the X-ray detector in the medical device industry is increasing day by day. Accordingly, in order to accurately and quickly diagnose a patient's disease, the need for an X-ray detector with high reliability is increasing.
엑스선 검출기는 엑스선을 개별로 카운트하여 엑스선의 에너지 값을 획득하는 광자 계수 방식 검출기(photon counting detector, PCD)와 일정 기간 동안 검출한 엑스선의 에너지 값을 통합하여 획득하는 에너지 통합 방식 검출기(energy integration detector, EID)로 나뉜다.The X-ray detector is a photon counting detector (PCD) that obtains an energy value of X-rays by individually counting X-rays and an energy integration detector that integrates energy values of X-rays detected for a certain period of time , EID).
CZT와 CdTe 같은 화합물 반도체 센서는 높은 에너지 분해능 때문에 광자 계수 검출기에 주로 사용되고 있으나, 높은 동작 전압과 느린 응답신호, 낮은 이득, 높은 비용 등의 단점을 가지고 있다. 최근 낮은 동작 전압과 빠른 응답신호, 높은 이득, 낮은 비용 등의 장점을 가지는 실리콘 광증배기 센서가 새로운 광자 계수 엑스선 검출기로 각광 받고 있으나, 낮은 에너지 분해능과 온도에 민감한 특성으로 인하여 에너지 구별 정확성과 균일성이 저하되어 영상의 대조도 및 해상도에 악영향을 미치는 단점을 가지고 있다. 따라서 이를 해결하기 위한 방법이 필요한 실정이다.Compound semiconductor sensors such as CZT and CdTe are mainly used for photon counting detectors due to their high energy resolution, but have disadvantages such as high operating voltage, slow response signal, low gain, and high cost. Recently, a silicon photomultiplier sensor with advantages such as low operating voltage, fast response signal, high gain, and low cost has been in the spotlight as a new photon counting X-ray detector. This has a disadvantage of adversely affecting the contrast and resolution of the image. Therefore, there is a need for a method to solve this problem.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 딥러닝 방법을 사용하여 실리콘 광증배기 센서 기반의 광자 계수 엑스선 검출기의 에너지 구별 정확성과 균일성 저하를 개선하는 것을 기술적 과제로 한다. The present invention is to solve the above problems, and it is a technical task to improve the energy discrimination accuracy and uniformity degradation of a photon counting X-ray detector based on a silicon photomultiplier sensor using a deep learning method.
또한 실리콘 광증배기 센서 기반의 광자 계수 엑스선 검출기로 측정한 엑스선의 에너지 스펙트럼을 학습하여 저·고 에너지 대역을 구분할 수 있는 문턱 값을 찾고, 해당 문턱 값에 따른 저·고 에너지 대역을 가우스곡선에 맞춰 각 에너지 대역의 윈도우 값을 찾아 에너지 판별의 정확성을 높이도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, it learns the energy spectrum of X-rays measured with a photon counting X-ray detector based on a silicon photomultiplier sensor to find a threshold value that can distinguish low and high energy bands, and matches the low and high energy bands according to the threshold to a Gaussian curve. It aims to increase the accuracy of energy discrimination by finding the window value of each energy band.
또한, 온도에 따라 변동하는 에너지스펙트럼을 지속적으로 분석하여 에너지스펙트럼의 변동에 따른 저·고 에너지 윈도우를 변경하여 에너지 판별의 균일성을 향상시킨다.In addition, the uniformity of energy discrimination is improved by continuously analyzing the energy spectrum that fluctuates according to the temperature and changing the low and high energy window according to the fluctuation of the energy spectrum.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical task to be achieved by the present embodiment is not limited to the above-described technical task, and other technical tasks may exist.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제 1측면에 따른 서버에 의해 수행되는 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법은, 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하는 단계; 수신된 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하는 단계; 및 학습 데이터를 입력으로 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시키는 단계;를 포함한다. 전처리 프로세스는 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼에 가우스 곡선 함수를 적용하여 에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것이다.As a technical means for solving the above technical problem, the energy spectrum data processing method performed by the server according to the first aspect of the present disclosure includes: receiving energy spectrum data measured by an X-ray detector; generating training data by applying a pre-processing process to the received energy spectrum data; and training the energy spectrum data processing model to discriminate energy bands by inputting the training data. The preprocessing process is to check the number of peaks in the energy spectrum data, to distinguish energy bands by applying a Gaussian curve function to the energy spectrum, and to check a threshold value that is a junction of the Gaussian curve between each energy band.
또한, 본 개시의 제 2 측면에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버는, 에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램이 저장된 메모리; 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는 프로그램의 실행에 의해, 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하고, 수신된 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하고, 학습 데이터를 입력으로 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시킨다. 전처리 프로세스는 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼에 가우스 곡선 함수를 적용하여 에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것이다.In addition, the energy spectrum data processing server according to the second aspect of the present disclosure includes a memory in which the energy spectrum data processing program is stored; A processor for executing a program stored in a memory is included. The processor receives the energy spectrum data measured by the X-ray detector by executing the program, generates training data by applying a preprocessing process to the received energy spectrum data, and uses the training data as an input to distinguish energy bands from energy spectrum data. Train the processing model. The preprocessing process is to check the number of peaks in the energy spectrum data, to distinguish energy bands by applying a Gaussian curve function to the energy spectrum, and to identify a threshold value that is a junction of a Gaussian curve between each energy band.
전술한 본원의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 실리콘 광증배기의 낮은 에너지 분해능으로 인하여 겹쳐진 저에너지 영역과 고에너지 영역의 에너지 스펙트럼을 명확하게 구분할 수 있어 정확성을 높일 수 있고, 이를 통해 영상의 대조도를 향상시킬 수 있다.According to any one of the above-described problem solving means of the present application, the energy spectrum of the overlapping low-energy region and the high-energy region can be clearly distinguished due to the low energy resolution of the silicon photomultiplier, so that the accuracy can be increased, and through this, the contrast of the image can improve
실리콘 광증배기는 온도에 민감하게 반응하여 에너지 스펙트럼이 온도에 따른 변화가 생길 때 각 에너지 영역의 카운트 수가 움직여 균일성이 떨어진다. 본 발명은 온도에 따라 변화하는 에너지 스펙트럼을 추적하고 각 에너지 스펙트럼의 에너지 윈도우를 설정하여 균일한 카운트 수를 획득할 수 있어 영상의 대조도 및 해상도를 향상시킬 수 있다.Silicon photomultipliers react sensitively to temperature, and when the energy spectrum changes with temperature, the number of counts in each energy region moves, resulting in poor uniformity. According to the present invention, a uniform number of counts can be obtained by tracking an energy spectrum that changes according to temperature and setting an energy window of each energy spectrum, so that the contrast and resolution of an image can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 전처리 프로세스를 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 설명하는 도면이다.
도 6a, 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 스펙트럼를 설명하는 도면이다.
도 7a, 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 영역대 카운트를 설명하는 순서도이다.1 is a block diagram illustrating the configuration of an energy spectrum data processing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating the configuration of an energy spectrum data processing server according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a pre-processing process in an energy spectrum data processing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an energy spectrum data processing model in a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are diagrams for explaining an energy spectrum in a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B are flowcharts for explaining the energy domain versus count in the energy spectrum data processing method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 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 this specification, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an energy spectrum data processing system according to an embodiment of the present invention.
에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법은 서버(100)에서 실시될 수 있다. 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 엑스선 에너지 스펙트럼 데이터의 수집은 엑스선 검출기(200)에서 이루어질 수 있다. 엑스선 검출기는 실리콘 광증배기 기반 광자 계수 엑스선 검출기를 포함할 수 있다. The energy spectrum data processing method may be implemented in the
광자 계수 검출기는 엑스레이 광선의 에너지별로 광자를 구분해 측정하는 기술이며, 인체 조직 성분별로 에너지 반응이 다른 점을 이용해 병변을 보다 명확하게 구분할 수 있도록 해 준다. 광자 계수 검출기는 X-ray와 CT, DEXA, PET, Gamma Camera, SPECT 등 여러 의료기기의 검출기에 적용되고 있다. 광자 계수 엑스선 검출기는 엑스선을 전하 신호로 변환하는 포토컨덕터 부분과 생성된 전하 신호를 입력으로 사용하여 전기 신호로 변환하여 처리하는 신호처리단으로 구성된다.The photon counting detector is a technology to classify and measure photons by energy of X-ray rays, and it makes it possible to distinguish lesions more clearly by using the fact that the energy response is different for each tissue component of the human body. Photon counting detectors are being applied to detectors of various medical devices such as X-ray, CT, DEXA, PET, Gamma Camera, and SPECT. The photon counting X-ray detector includes a photoconductor portion that converts X-rays into a charge signal, and a signal processing stage that converts and processes the generated charge signal into an electrical signal using the generated charge signal as an input.
광자 계수 엑스선 검출기에 사용되는 실리콘 광증배기 센서는 각각 가이거 모드로 동작하는 병렬로 연결된 수 천개의 가이거 모드 아발란치 포토다이오드 구조체로 이루어져 있으며, 낮은 동작 전압과 빠른 응답신호, 높은 이득, 낮은 비용 등의 장점을 가진다.The silicon photomultiplier sensor used in the photon counting X-ray detector consists of thousands of Geiger-mode avalanche photodiode structures connected in parallel each operating in Geiger mode. has the advantage of
에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 수집된 데이터를 기초로 학습되어 에너지 대역을 구별하는 모델로, 합성곱 신경망(CNN: Convolutional Neural Network)과 같은 딥러닝 신경망을 이용하여 학습될 수 있다.The energy spectrum data processing model is a model for distinguishing energy bands by learning based on the collected data, and may be learned using a deep learning neural network such as a convolutional neural network (CNN).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating the configuration of an energy spectrum data processing server according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버(100)는 통신 모듈(110), 메모리(120), 프로세서(130), 데이터베이스(140) 및 입력모듈(150)을 포함할 수 있다.As shown, the energy spectrum
통신모듈(110)은 접속된 단말(200)과 데이터를 송수신할 수 있다. 통신모듈(110)은 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.The
메모리(120)에는 에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램이 저장된다. 에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램은 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하고, 수신된 상기 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터를 입력으로 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시킨다.The
이러한 메모리(120)에는 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버(100)의 구동을 위한 운영 체제나 에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램의 실행 과정에서 발생되는 여러 종류가 데이터가 저장된다. Various types of data generated during the execution of an operating system for driving the energy spectrum
이때, 메모리(120)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다. In this case, the
또한, 메모리(120)는 프로세서(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 메모리(120)는 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치 외에 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the
프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 프로그램을 실행하되, 에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램의 실행에 따르는 전체 과정을 제어한다. 프로세서(130)가 수행하는 각각의 동작에 대해서는 추후 보다 상세히 살펴보기로 한다.The
이러한 프로세서(130)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이 크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The
데이터베이스(140)는 프로세서(130)의 제어에 따라, 에너지 스펙트럼 데이터 처리 시스템에 필요한 데이터를 저장 또는 제공한다. 이러한 데이터베이스(140)는 메모리(120)와는 별도의 구성 요소로서 포함되거나, 또는 메모리(120)의 일부 영역에 구축될 수도 있다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법을 설명하는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
프로세서(130)는 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신한다(S110). 이때 에너지 스펙트럼 데이터는 실리콘 광증배기 기반 광자계수 검출기에서 검출된 엑스선 데이터일 수 있다.The
프로세서(130)는 수신된 상기 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성한다(S120).The
전처리 프로세스는 측정된 에너지 스펙트럼 데이터 중 에너지 대역이 구별되는 데이터를 선별하여 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시키기 위한 것이다. 전처리 프로세스는 상기 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼에 가우스 곡선 함수를 적용하여 에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것일 수 있다. 또한 프로세스는 상기 가우스 곡선 함수 및 문턱 값에 기초하여 저/고 대역의 에너지 윈도우를 설정하고, 에너지 스펙트럼에 따라 에너지 대역의 구별이 가능한지 확인하여 상기 에너지 스펙트럼 데이터를 선별하는 것일 수 있다.The pre-processing process is to train an energy spectrum data processing model by selecting data in which energy bands are distinguished from the measured energy spectrum data. The preprocessing process may include identifying the number of peaks in the energy spectrum data, distinguishing energy bands by applying a Gaussian curve function to the energy spectrum, and identifying a threshold value that is a junction of a Gaussian curve between energy bands. Also, the process may include setting an energy window of a low/high band based on the Gaussian curve function and a threshold value, and selecting the energy spectrum data by checking whether energy bands can be distinguished according to the energy spectrum.
프로세서(130)는 상기 학습 데이터를 입력으로 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시킨다(S130).The
프로세서(130)는 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 통해 에너지 스펙트럼 데이터 처리 결과값을 생성한다(S140).The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 전처리 프로세스를 설명하는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a pre-processing process in an energy spectrum data processing method according to an embodiment of the present invention.
프로세서(130)는 에너지 스펙트럼 데이터에서 에너지 스펙트럼 피크 개수를 확인한다(S121). 에너지 대역 구별을 위한 가우스 곡선 함수를 적용하기 전, 이를 위해 측정한 에너지 스펙트럼의 피크 개수를 파악하는 것일 수 있다. 피크 수에 따라 측정된 데이터의 에너지 대역 또는 엑스선량과 같은 데이터의 특성을 확인할 수 있다.The
프로세서(130)는 에너지 스펙트럼 데이터에서 가우스 곡선 함수를 적용한다(S122). 가우스 곡선은 정규분포라고도 하며, 연속 확률 분포의 하나로 평균과 표준편차라는 두 가지의 매개 변수를 통해 모양이 정해지며, 대개는 도수 분포 곡선이 평균점을 중심으로 좌우 대칭인 종 모양을 나타낸다. 본 발명에서는 에너지 대역을 구분하기 위해 가우스 곡선을 이용하며, 저/고 두개의 에너지 영역을 구분할 수 있다.The
프로세서(130)는 에너지 스펙트럼 데이터에서 문턱값을 확인한다(S123). 문턱값은 각 에너지 대역 간의 가우스 곡선의 접합 부분일 수 있다.The
프로세서(130)는 에너지 스펙트럼 데이터에서 에너지 대역의 판별이 가능한지에 따라 데이터를 선별한다(S124). 에너지 스펙트럼에 따라 에너지 대역의 구별 또는 판별이 가능한지 확인하고, 가능한 데이터만 선별하여 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델의 학습 데이터로 활용할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 설명하는 도면이다.5 is a diagram illustrating an energy spectrum data processing model in a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 합성곱 신경망을 이용하며, 인코더 네트워크와 디코더 네트워크로 구성될 수 있다. 인코더 네트워크는 3 x 3의 콘벌루션 커널과 6개의 콘벌루션 레이어로 이루어질 수 있고, 입력레이어 이후의 레이어들의 입력을 정규화 하기 위한 배치 정규화(Batch normalization), ReLU 활성화 함수(ReLU activation function), 2x2 맥스 풀링, 이중 선형 보간법을 포함할 수 있다. The energy spectrum data processing model uses a convolutional neural network and can be composed of an encoder network and a decoder network. The encoder network can consist of a 3 x 3 convolutional kernel and 6 convolutional layers, and includes batch normalization, ReLU activation function, and 2x2 max for normalizing inputs of layers after the input layer. It may include pooling and bilinear interpolation.
디코더 네트워크는 인코더 네트워크를 미러한 방식으로 구성될 수 있다. 네트워크의 구성은 상기와 같이 한정되는 것은 아니며, 학습시간, 성능 등을 고려하여 다르게 구성될 수 있다.The decoder network may be configured in a way that mirrors the encoder network. The configuration of the network is not limited as described above, and may be configured differently in consideration of learning time, performance, and the like.
도 6a, 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 스펙트럼를 설명하는 도면이다.6A and 6B are diagrams for explaining an energy spectrum in a method for processing energy spectrum data according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 실리콘 광증배기 기반의 광자 계수 엑스선 검출기의 8채널 에너지 스펙트럼을 나타낸다. 실리콘 광증배기의 채널 별 오차(구조적, 센서 성능 별)를 확인할 수 있으며, 저·고 에너지 대역을 완벽하게 구별할 수 없는 문제가 있다.6A shows an 8-channel energy spectrum of a photon counting X-ray detector based on a silicon photomultiplier. It is possible to check the channel-specific errors (structural and sensor performance) of the silicon photomultiplier, and there is a problem that the low and high energy bands cannot be completely distinguished.
도6b는 딥러닝 방법을 사용하여 저·고 에너지 대역의 문턱 값(X)을 찾고 가우스곡선에 맞춰 저·고 대역의 에너지윈도우를 설정한 8채널 에너지 스펙트럼을 표시한다. 에너지 대역을 판별할 수 있으며, 각 영역에 에너지 윈도우를 적용할 수 있다.Figure 6b displays the 8-channel energy spectrum in which the low- and high-energy band threshold (X) is found using the deep learning method and the low- and high-band energy window is set according to the Gaussian curve. An energy band can be determined, and an energy window can be applied to each region.
도 7a, 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법에서 에너지 영역대 카운트를 설명하는 순서도이다.7A and 7B are flowcharts for explaining the energy domain versus count in the energy spectrum data processing method according to an embodiment of the present invention.
광자 계수 엑스선 검출기에서 광자 계수는 미약광을 측정하는 방법의 일종으로, 엑스선을 단위 시간당의 광자로서 계산하여 그 엑스선의 강도를 측정한다. 광자는 광전자 증배관에 의해 전류 펄스로 변환되어 계수(카운트)된다.Photon counting In an X-ray detector, photon counting is a type of method for measuring weak light, and the X-ray intensity is measured by calculating X-rays as photons per unit time. Photons are converted into current and pulses by a photomultiplier tube and counted (counted).
도 7a는 엑스선을 10분간 조사하여 획득한 에너지 스펙트럼의 저 에너지 영역 카운트이다. X는 딥러닝 구조를 적용하지 않았을 때의 시간에 따른 카운트이며, Y는 딥러닝 구조를 적용하였을 때의 시간에 따른 카운트이다. 실리콘 광증배기 센서는 온도에 민감한 특성으로 인하여 시간에 따라 높아진 온도에 스펙트럼이 이동하여 카운트 변동(X: 원형 선)이 발생하여 균일성이 저하되나 딥러닝 구조를 적용하였을 때(Y: 네모 선) 에너지 윈도우를 보정하여 균일성을 향상시킬 수 있다.7A is a count of a low energy region of an energy spectrum obtained by irradiating X-rays for 10 minutes. X is the count over time when the deep learning structure is not applied, and Y is the count over time when the deep learning structure is applied. The silicon photomultiplier sensor has a temperature-sensitive characteristic, so the spectrum shifts as the temperature rises over time, resulting in count fluctuation (X: circular line), resulting in reduced uniformity, but when deep learning structure is applied (Y: square line) The energy window can be corrected to improve uniformity.
도 7b는 엑스선을 10분간 조사하여 획득한 에너지 스펙트럼의 고 에너지 영역 대 카운트를 표시한다. X는 딥러닝 구조를 적용하지 않았을 때의 시간에 따른 카운트이며, Y는 딥러닝 구조를 적용하였을 때의 시간에 따른 카운트이다. 실리콘 광증배기 센서는 온도에 민감한 특성으로 인하여 시간에 따라 높아진 온도에 스펙트럼이 이동하여 카운트 변동(X: 원형 선)이 발생하여 균일성이 저하되나 딥러닝 구조를 적용하였을 때(Y: 네모 선) 에너지 윈도우를 보정하여 균일성을 향상시킬 수 있다.7B shows counts versus high energy regions of an energy spectrum obtained by irradiating X-rays for 10 minutes. X is the count over time when the deep learning structure is not applied, and Y is the count over time when the deep learning structure is applied. The silicon photomultiplier sensor has a temperature-sensitive characteristic, so the spectrum shifts as the temperature rises over time, resulting in count fluctuation (X: circular line), resulting in reduced uniformity, but when deep learning structure is applied (Y: square line) The energy window can be corrected to improve uniformity.
도 7a, 7b에 표시된 바와 같이, 측정된 에너지 스펙트럼 데이터는 실리콘 광증배기 센서의 온도민감성으로 인해 고에너지 영역과 저에너지 영역 모두 온도 변화에 따라 균일성이 저하되나 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델에서 딥러닝 학습 구조를 이용하면 데이터의 균일성을 향상시킬 수 있다. As shown in Figures 7a and 7b, the measured energy spectrum data is uniform in both the high energy region and the low energy region due to the temperature sensitivity of the silicon photomultiplier sensor. can improve the uniformity of the data.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. An embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer-readable media may include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the methods and systems of the present invention have been described with reference to specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
110: 통신 모듈
120: 메모리
130: 프로세서
140: 데이터베이스
150: 입력모듈
200: 엑스선 검출기110: communication module
120: memory
130: processor
140: database
150: input module
200: X-ray detector
Claims (13)
(a) 실리콘 광증배기 센서 기반의 광자 계수 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하는 단계;
(b) 수신된 상기 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 학습 데이터를 기초로 학습되고, 입력되는 에너지 스펙트럼 데이터의 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시키는 단계; 를 포함하고,
상기 전처리 프로세스는 상기 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼 데이터에 가우스 곡선 함수를 적용하여 저에너지 대역과 고에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것이고,
상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 온도에 따라 변하는 에너지 스펙트럼 데이터를 기초로 학습된 것인, 에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법.In the energy spectrum data processing method performed by the server,
(a) receiving energy spectrum data measured by a photon counting X-ray detector based on a silicon photomultiplier sensor;
(b) generating training data by applying a pre-processing process to the received energy spectrum data; and
(c) training an energy spectrum data processing model to be learned based on the learning data and to distinguish energy bands of input energy spectrum data; including,
The pre-processing process identifies the number of peaks in the energy spectrum data, applies a Gaussian curve function to the energy spectrum data to distinguish a low energy band from a high energy band, and identifies a threshold value that is a junction part of a Gaussian curve between each energy band will,
The energy spectrum data processing model will be learned based on the energy spectrum data that changes with temperature, the energy spectrum data processing method.
상기 전처리 프로세스는 상기 가우스 곡선 함수 및 문턱 값에 기초하여 저/고 대역의 에너지 윈도우를 설정하는 것인,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
The pre-processing process is to set the energy window of the low/high band based on the Gaussian curve function and the threshold value,
Energy spectrum data processing method.
상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 인코더 및 디코더를 포함하는 딥러닝 네트워크이고,
상기 인코더 및 디코더는 하나 이상의 콘볼루션 레이어를 포함하고,
상기 디코더는 상기 인코더를 미러한 방식으로 구성된 것인,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
The energy spectrum data processing model is a deep learning network including an encoder and a decoder,
the encoder and decoder comprise one or more convolutional layers,
wherein the decoder is configured in a mirrored manner of the encoder,
Energy spectrum data processing method.
상기 (c) 단계 이후, 상기 광자 계수 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하고, 상기 수신된 에너지 스펙트럼 데이터가 입력되면 상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 통해 에너지 스펙트럼 데이터 처리 결과값을 생성하는 단계;를 더 포함하는,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
After step (c), receiving the energy spectrum data measured by the photon counting X-ray detector, and when the received energy spectrum data is input, generating an energy spectrum data processing result value through the energy spectrum data processing model; further comprising,
Energy spectrum data processing method.
에너지 스펙트럼 데이터 처리 프로그램이 저장된 메모리;
상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 프로그램의 실행에 의해, 실리콘 광증배기 센서 기반 광자 계수 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하고, 수신된 상기 에너지 스펙트럼 데이터에 전처리 프로세스를 적용하여 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터를 기초로 학습되고, 입력되는 에너지 스펙트럼 데이터의 에너지 대역을 구별하도록 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 학습시키고,
상기 전처리 프로세스는 상기 에너지 스펙트럼 데이터에서 피크 개수를 확인하고, 에너지 스펙트럼 데이터에 가우스 곡선 함수를 적용하여 저에너지 대역과 고에너지 대역을 구별하고, 각 에너지 대역간의 가우스 곡선의 접합 부분인 문턱 값을 확인하는 것이고,
상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 온도에 따라 변하는 에너지 스펙트럼 데이터를 기초로 학습된 것인, 에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버.In the energy spectrum data processing server,
a memory storing an energy spectrum data processing program;
A processor for executing the program stored in the memory;
The processor receives energy spectrum data measured by a silicon photomultiplier sensor-based photon counting X-ray detector by executing the program, and applies a preprocessing process to the received energy spectrum data to generate training data, and the training data Learned based on and train the energy spectrum data processing model to distinguish the energy bands of the input energy spectrum data,
The pre-processing process identifies the number of peaks in the energy spectrum data, applies a Gaussian curve function to the energy spectrum data to distinguish a low energy band from a high energy band, and identifies a threshold value that is a junction part of a Gaussian curve between each energy band will,
The energy spectrum data processing model will be learned based on the energy spectrum data that changes with temperature, the energy spectrum data processing server.
상기 전처리 프로세스는 상기 가우스 곡선 함수 및 문턱 값에 기초하여 저/고 대역의 에너지 윈도우를 설정하는 것인,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버.8. The method of claim 7,
The pre-processing process is to set the energy window of the low/high band based on the Gaussian curve function and the threshold value,
Energy Spectrum Data Processing Server.
상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델은 인코더 및 디코더를 포함하는 딥러닝 네트워크이고,
상기 인코더 또는 디코더는 하나 이상의 콘볼루션 레이어를 포함하고,
상기 디코더는 상기 인코더를 미러한 방식으로 구성된 것인,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버.8. The method of claim 7,
The energy spectrum data processing model is a deep learning network including an encoder and a decoder,
the encoder or decoder comprises one or more convolutional layers,
wherein the decoder is configured in a mirrored manner of the encoder,
Energy Spectrum Data Processing Server.
상기 프로세서는 상기 광자 계수 엑스선 검출기에서 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 수신하고, 상기 수신된 에너지 스펙트럼 데이터가 입력되면 상기 에너지 스펙트럼 데이터 처리 모델을 통해 에너지 스펙트럼 데이터 처리 결과값을 생성하는,
에너지 스펙트럼 데이터 처리 서버.8. The method of claim 7,
The processor receives the energy spectrum data measured by the photon counting X-ray detector, and when the received energy spectrum data is input, generates an energy spectrum data processing result value through the energy spectrum data processing model,
Energy Spectrum Data Processing Server.
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