KR20070036780A - 카드뮴-텔루르계 및 카드뮴-아연-텔루르계 카메라용고에너지 실시간 직접 방사선 변환 엑스선 이미징 시스템 - Google Patents

카드뮴-텔루르계 및 카드뮴-아연-텔루르계 카메라용고에너지 실시간 직접 방사선 변환 엑스선 이미징 시스템 Download PDF

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Abstract

캘리브레이션된 실시간 고에너지 X선 이미징 시스템은 직접 방사선 변환 X선 이미징 카메라와 고속 이미지 처리 모듈을 구비한다. 고에너지 이미징 카메라는 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te계의 직접 변환 검출기 기판을 이용한다. 이미지 프로세서는 소프트웨어로 구동되는 캘리브레이션 모듈을 구비하고, 이 캘리브레이션 모듈은 알고리즘을 이용해서 시간 의존형 미처리 디지털 픽셀 데이터를 분석함으로써 이미지 프레임의 각 픽셀에 대하여 시간과 연관된 일련의 보정계수를 제공한다. 또한 이미지 프로세서는 초당 10 프레임 이상에서 100 프레임 이상에 이르는 프레임 판독률로 이미지 프레임을 생성할 수 있는 고속 이미지 프레임 처리 모듈을 구비한다. 이미지 프로세서는 정규화된 이미지 프레임을 실시간으로 제공할 수도 있고, 통상적인 경우처럼 신호 대 잡음 비를 악화시키는 일 없이 극히 오랜 시간에 걸쳐서 정적 프레임 데이터를 축적할 수 도 있다.
X선, 이미징, 보정, 캘리브레이션, 픽셀 데이터, 카드뮴-텔루르

Description

카드뮴-텔루르계 및 카드뮴-아연-텔루르계 카메라용 고에너지 실시간 직접 방사선 변환 엑스선 이미징 시스템 {HIGH ENERGY, REAL TIME CAPABLE, DIRECT RADIATION CONVERSION X-RAY IMAGING SYSTEM FOR CD-TE AND CD-ZN-TE BASED CAMERAS}
본 특허출원은 2004년 7월 6일자로 출원된 미국 가 특허출원 제60/585,742호와 2004년 12월 20일자로 출원된 미국 정규 특허출원 제11/017,629호에 근거한 우선권의 이익을 주장하며, 본 특허출원은 이들 미국 특허출원을 인용함으로써 그 내용을 포함하고 있으며, 또한 이들 미국 특허출원으로부터 본 국제특허출원과 미국 일부계속 출원을 진행한다.
본 발명은 X선 및 감마선 방사 에너지를 영상화하기 위한 반도체 이미징 시스템의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 카드뮴-텔루르계 또는 카드뮴-아연-텔루르계 검출기 기판과 CMOS 판독 기판을 병용하는 고 프레임률(high frame rate)의 고에너지 전하 집적 이미징 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 고에너지 이미징 장치를 캘리브레이션(calibaration)하기 위한 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
지난 십년간 일부 응용분야에 있어서 종래의 방사선 이미징은 디지털 방사선 이미징으로 점차 대체되어왔다. 종래의 방사선 이미징 응용 분야에 있어서 검출 혹은 기록 수단으로 사용되는 것은 감광성 필름이거나 이미지 증강기 등과 같은 아날로그 장치이다. 디지털 방사선 이미징은 이미징 장치 (또는 카메라)에 입사하는 방사선을 전자 신호로 변환한 다음 그 전자 신호를 디지털 처리하여 디지털 신호를 생성하는 방식으로 실행한다.
X선 방사 이미지를 생성하기 위한 디지털 이미징 시스템은 지금도 존재한다. 이러한 장치 중 어떤 것은 입사 방사선의 일부를 검출기의 반도체 물질 내에서 전하로 변환한다. 이렇게 변환된 전하는 수집 접점 혹은 수집 픽셀에 모인 다음, 전자 신호로서 신호 처리 회로로 전달된다. 이 신호 처리 회로는 이미징 장치 또는 카메라에서 입사 방사선의 필드 강도를 디지털 이미지로 표현하는데 사용되는 전자 신호를 아날로그 전하로 저장하거나 증폭하거나 식별하거나 디지털 처리하는 등의 각종 기능을 수행한다. 이러한 방식의 이미징 시스템을 "직접 방사선 검출" 장치라고 부른다.
다른 종류의 장치에 있어서는 먼저 입사 방사선을 가시광선 스펙트럼의 광학 부 또는 근접 광학부에서 광으로 변환한다. 이어서 이 광을 광 검출 다이오드 등을 이용해서 전자 신호로 변환한다. 이렇게 변환된 전자 신호는 디지털 처리되고 이미징 장치 또는 카메라에서 입사 방사선의 필드 강도를 디지털 이미지로 표현하는데 사용된다. 이러한 방식의 이미징 시스템을 "간접 방사선 검출" 장치라고 부른다.
요즈음의 평판 이미징 장치나 카메라 (직접 방식의 검출기를 구비한 것이든 간접 방식의 검출기를 구비한 것이든)는 일반적으로 다음과 같이 작동한다. 즉, 픽셀의 전하를 일정 시간에 걸쳐 수집하여 집적하고 그 결과 얻어지는 아날로그 신호를 출력한다. 이어서 출력 아날로그 신호는 디지털 처리된다. 이 때 전하 집적 시간은 통상적으로 100 msec 내지 수 초로 한다. 현재 본 기술분야에서 사용되고 있는 장치는 일회 노출의 디지털 X선/감마선 이미지용이나 10 fps(frame per second) 이하의 저속 멀티 프레임 작동용으로 적합하다. 디지털 처리의 정밀도는 일반적으로 10 비트 정도에 불과하고 전하 집적 시간을 충분히 길게 할 경우 14 내지 16 비트 까지도 가능하다. 현 시점에서 가장 높은 수준의 디지털 처리 정밀도는 전하 집적 시간이 통상 수백 msec 내지 수 초인 이미징 장치에 의해 실현되고 있다. 따라서 이와 같은 현재의 이미징 시스템에서는 디지털 처리 정밀도를 높이려면 픽셀 전하 집적 시간을 늘릴 필요가 있다. 그러나 현재의 이미징 시스템은 고유의 오차로 인하여 전하 집적 사이클의 길이에 제약을 받기 때문에 전하 집적 시간을 기껏해야 수 초 정도까지밖에 늘릴 수 없으며 신호 대 잡음비가 먼저 "포화 상태"에 이르러 나빠지기 때문에 전하 집적 시간의 증가를 통한 디지털 처리 정밀도의 향상을 도모할 수 없게 된다.
어쨌든 카메라로부터 판독되어 디지털 처리되는 것은 축적된 상태의 집적 아날로그 신호이다. 이어서 평판 이미징 장치 고유의 불균일성을 보정하기 위한 캘리브레이션 또는 드물기는 하지만 이미징 시스템 그 자체의 비선형적 거동을 보정하기 위한 캘리브레이션을 행한다.
민감한 고에너지 방사선 이미징 장치를 설계하고 제조하는 것은 매우 복잡한 작업이다. 완전한 기능의 카메라를 만들기에 앞서 장치의 모든 구조 모듈과 성능 특성을 주의 깊게 설계하고 검증하고 조립하고 시험해야한다. 반도체 방사선 이미징 장치의 연구 개발 분야에서는 큰 진전이 있었지만, 과거에 존재하던 여러 가지의 성능 문제가 아직도 그대로 남아있고 몇 가지의 성능 문제가 새롭게 나타나고 있다. 새로운 성능 문제 중에는 더욱 심각한 다른 성능 문제를 해결하는 과정에서 파생된 것도 있고 해당 장치의 작동 원리에 기인하는 것도 있다.
고에너지 "직접 방사선 검출기"형 X선 이미징 시스템은 일반적으로 Cd-Te 조성물 또는 Cd-Zn-Te 조성물로 이루어진 반도체 검출기 기판을 이용한다. 이러한 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te 검출기 기판은 통상적으로 CMOS 판독 (신호처리) 기판에 범프(bump) 방식으로 접합된다. 또한 이 검출기 기판은 도전성 접착제를 사용해서 CMOS 판독 기판에 전자적으로 접속할 수도 있다 (Vuorela의 미국 특허 공개 공보 제2003/0215056호 참조). CMOS 판독 기판 상의 개별 픽셀은 검출기 기판의 두께 방향으로 입사하는 X선/감마선의 흡수 시에 발생하는 전하를 집적한다. Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te계 전하 집적 장치와 관련하여 성능에 영향을 미치는 것으로 알려진 문제점은 2가지로 대별할 수 있는 바, 그 중 한 가지는 전기적 성능의 문제이고 다른 한 가지는 소재 및 제조 과정의 결함이다. 전기적 성능 문제는 부분적으로 중첩되는 6가지의 문제점, 즉 누설 전류, 분극화 또는 전하 트래핑(trapping), 시간적 변화, 온도 의존성, X선 필드의 불균일성 및 스펙트럼 의존성으로 세분할 수 있다. 또한 소재 및 제조 과정의 결함은 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te 검출기 물질의 문제, CMOS-ASIC 제조 시의 문제 및 장치 제조 과정 전반의 문제로 세분할 수 있다.
전하 집적 이미징 장치의 검출기 기판에서 CdTe 및 CdZnTe와 같은 결정성 화합물 반도체를 사용하는 주된 이유는 뛰어난 감도, 우수한 픽셀 해상도 및 입사 방사선에 대한 빠른 응답(매우 적은 잔광) 때문이다. 한편, 현재 사용되고 있는 Cd-Te 및 Cd-Zn-Te 평판 기판의 제조 방법은 균일성 면에서 제약을 받을 뿐만 아니라 해당 물질의 결정 결함 발생률에 영향을 미치며, 이는 상술한 문제점 중 일부의 원인이 될 수 있다. 더욱이, 100V/mm 이상의 필드를 이용하므로 상당량의 누설 전류(또는 암(dark) 전류)가 발생하여 화질을 저하시킨다.
Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te계 X선/감마선 이미징 장치에 관해서는 선행 기술 문헌이 존재한다. 예를 들면, Kramer 등에게 허여된 미국 특허 제5,379,336호 및 Orava 등에게 허여된 미국 특허 제5,812,191호는 전하 집적형 디지털 이미징 카메라의 ASIC 기판에 범프 방식으로 접합된 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te 반도체 검출기 기판의 용도에 관하여 개괄하고 있다. 그러나 이들 문헌은 그러한 형식의 장치가 10 fps를 초과하는 높은 프레임률로 작동할 때 파생되는 문제점, 캘리브레이션 방법, 심지어는 그러한 응용 예에 있어서 캘리브레이션의 필요성에 대해서조차 아무런 언급이 없다. 선행 기술 문헌의 다른 예로 유럽 특허 제EP0904655호가 있는 바, 이 문헌에서는 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te 이미징 장치의 픽셀 값을 보정하기 위한 알고리즘을 기술하고 있다. 그러나 이 문헌은 장치를 높은 프레임률로 작동시키는 문제와 보정되지 않은 다수의 개별 프레임으로부터 어떻게 이미지를 만들어 낼 것인 지에 관하여 언급하고 있지 않다. 유럽 특허 제EP0904655호는 일회의 노출로부터 픽셀 값을 보정하고 그러한 픽셀 값을 표시하기 위한 보정 알고리즘을 제공하고 있는 것에 불과 하다.
상술한 종래의 장치 및 방법은 그 나름대로의 목적에는 유용한 것이지만, 본 기술분야에서는 대략 10 fps 이상의 높은 이미지 프레임 판독률과 16 비트 이상의 디지털 처리 정밀도를 구현하는 고에너지 X선 실시간 이미징 시스템이 있다면 좋을 것이다. 예를 들면, 치과의 파노라마 이미징, 두부계측(cephalometry) 및 컴퓨터 단층 촬영 분야에 있어서는 향상된 프레임 판독률과 높은 디지털 처리 정밀도를 구현하는 고에너지 X선 이미징 시스템이 있다면 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. 노출 시간이 단일 프레임 지속 시간의 배수로 되는 정적 이미징 분야에 있어서도 그러한 이미징 장치가 있다면 유용할 것이다.
발명의 요약
본 발명은 고에너지 직접 방사선 변환 실시간 X선 이미징 시스템에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명의 실시간 X선 이미징 시스템은 Cd-Te계 및 Cd-Zn-Te계 카메라에 사용하기 위한 것이다. 본 발명은 CMOS 판독기에 접합된 CdTe 및 CdZnTe 픽셀화 방사선 검출기에서 목격되는 바와 같이 픽셀 성능이 비선형이면서도 높은 이미지 프레임 획득률을 필요로 하는 X선 이미징 시스템에 특히 유용하다. 본 발명에서 "고에너지"라는 말은 1Kev 이상의 필드 강도를 갖는 X선 및 감마선 방사 이미징 시스템에 사용하기 위한 것이라는 의미이다. 본 발명에 따른 X선 이미징 시스템의 고에너지 능력은 카드뮴 및 텔루르 화합물을 포함하는 검출기 기판 조성물 (예를 들면, Cd-Te계 및 Cd-Zn-Te계 방사선 검출기 기판)을 이미징 카메라에 사용함으로써 얻어진다. Cd-Te계 및 Cd-Zn-Te계 방사선 검출기 기판을 사용하는 까닭에 본 발명은 직접 방사선 변환형 검출기라고 정의할 수 있다. 그 이유는 입사하는 방사선이 검출기 소재 그 자체에서 직접 전하로 변환되기 때문이다.
검출기 기판은 단일체이며, 고도로 픽셀화된 판독 면 또는 판독 표면을 갖는다. 즉, 검출기 기판은 그 표면에 고밀도 패턴의 픽셀 전하 컬렉터/전극을 갖추고 있다. 패턴이 고밀도라는 말은 픽셀 전하 컬렉터의 피치 (중심에서 중심까지의 거리)가 0.5mm 이하라는 의미이다. 개별 픽셀의 컬렉터/전극은 판독/신호처리 기판의 픽셀 판독 ASIC ("Application Specific Integrated Circuit"-용도 특정 집적 회로)의 입력 측과 (예를 들면, 범프 접합부 또는 도전성 접착제 등의 전기 접점을 통해서) 전기적으로 연통하고 있다. 검출기 기판은 입사하는 X선 또는 감마 방사선을 직접 전하로 변환하고 전하 신호를 픽셀의 전기 접점을 통해 판독 ASIC으로 송신하기 위한 것이다. 판독/신호처리 ASIC은 관련 픽셀로부터의 전기 신호를 추가적인 처리나 표시를 위해 송출하기 전에 필요에 따라 처리하기 위한 것 (예를 들면, 해당 신호를 디지털화하고 계수하고 저장하기 위한 것) 이다. 본 발명은 높은 프레임률로 판독을 행할 수 있기 때문에 실시간 이미징 특성이 구현되고 나아가서 복수의 디지털화된 개별 프레임으로부터 (실시간으로 또는 정적으로) 이미지를 재구성할 수 있게 된다. 실시간 이미징이라 함은 사물의 움직임이 인간의 눈에 사실상 실시간으로 일어나는 것처럼 보일 정도의 동영상 기록을 제공할 수 있을 만큼 빠르게 연속적으로 표시용 이미지 프레임을 생성할 수 있는 이미징 시스템의 능력을 말한다.
본 발명에서 의도하고 있는 것과 같은 ASIC 판독/신호처리 기판에 접합된 Cd-Te계 또는 Cd-Zn-Te계 전하 집적 검출기와 상당히 유사한 평판 X선 카메라가 문헌을 통해 본 기술분야에 알려져 있다. 그 예로 방사선 이미징 장치 및 시스템에 관한 Spartiotis 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2003-0155516호와 저온 범프 접합 방사선 이미징 장치에 관한 Vuorela의 미국 특허 출원 공개 공보 제2003-0173523호를 들 수 있다. 본 출원에서는 이들 문헌을 인용함으로써 그 전체 내용을 있는 그대로 포함시키고자한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 이미징 장치 또는 카메라는 높은 프레임률로 "판독"된다. 본 명세서에서 사용하는 높은 프레임률이라는 말은 검출기 반도체 기판에 형성되는 전하의 축적 및 배분을 이용해서 (판독해서) 초당 약 10개를 넘어 50개까지, 어떤 실시예에서는 초당 300개 이상의 개별 프레임 생성률로 디지털 이미지 프레임을 생성하는 것을 의미한다. 개별 이미지 프레임이라 함은 카메라 검출기기판의 활성 영역(픽셀 패턴)에 대한 디지털 표현을 말한다. 이미지 프레임은 ASIC 기판이 판독될 때마다 생성된다. 이러한 디지털 표현은 디지털화된 개별 픽셀 신호 값의 매트릭스로서 나타낼 수 있다. 즉, 이미지 프레임 내의 각 픽셀 값은 검출기 기판 상의 대응하는 특정 픽셀에 대하여 판독한 전자 신호 레벨의 세기를 디지털화해서 표현한 것이다.
본 발명에 따르면, 이미지 프레임 내의 각 픽셀 값은 특정 프레임의 픽셀 값 에 맞춘 개별적인 캘리브레이션 보정치를 포함하며 따라서 실제로는 보정된 디지털 픽셀 값이다. 각 이미지 픽셀에 대한 캘리브레이션 보정치는 본 발명의 픽셀 값 보정 캘리브레이션 프로세스로부터 얻어진다. 서로 다른 이미지 프레임으로부터의 특정한 동일 이미지 픽셀에 대한 보정된 개별 디지털 픽셀 값은 수집된 이미지 프레임의 적어도 일부에 대하여 캘리브레이션 프로세스의 알고리즘에 따라 처리함으로써 최종 이미지에 표시될 필셀 값을 얻는다. 최종 이미지는 실시간 이미지일 수도 있고 정적인 디지털 축적 이미지일 수도 있다.
본 발명의 특징은 표시 대상의 최종 이미지가 개별 프레임으로부터의 픽셀에 비해 비트 깊이가 더 큰 픽셀 값을 갖는다는 점이다. 예를 들면, 각각의 프레임은 12 비트의 해상도를 가질 수 있지만, 실시간 이미지 또는 정적 이미지를 만들기 위해 각 프레임을 여러 차례 축적시키면 표시된 이미지의 최종 픽셀 깊이는 실제로 14, 16 또는 심지어 18 비트로 될 수 있다. 이것은 종래 기술에 비해 현저한 진보이다. 그 이유는 다른 성능을 희생시키는 것만으로 이와 같은 부가적 비트 해상도를 얻을 수 있는 것이 아니기 때문이다. 예를 들면, 종래기술에서는 16 비트 이상을 실현하기 위해서는 수백 msec 내지 수 초 동안 이미징 장치에서 집적 (아날로그 집적)을 행하여야한다. 그러나 그렇게 하면 암 전류(또는 누설 전류) 및 기타 노이즈까지도 집적되어버린다. 원하는 성능을 얻기 위해서는 개별 프레임을 캘리브레이션하고 개별 프레임의 픽셀 값을 높은 정밀도로 보정하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 발명의 목적 중 하나는 본 발명을 구현할 수 있는 캘리브레이션 방법 (또는 보정 방법)을 제공하는 것이다. 이 캘리브레이션 방법은 이미징 시스템의 각 픽셀에 적용할 수 있으며, 프레임 별로 실행되므로 시간적(시간) 보정뿐만 아니라 오프셋 및 이득 보정까지도 고려한다. 각 픽셀과 각 프레임을 반드시 다르게 보정할 필요는 없지만, 본 발명에 따르면 프레임 중 적어도 일부는 대응하는 픽셀에 대하여 다른 방식의 시간적 보정을 거치게 된다.
도1a는 본 발명에 따른 고에너지 직접 방사선 변환 실시간 X선 이미징 시스템의 구성요소 간의 연결 관계를 개괄적으로 도시하는 블록도이다.
도1b는 본 발명의 X선 이미징 시스템에 대한 개략도이다.
도2a는 본 발명의 카메라 모듈에 유용한 이미징 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2b는 본 발명의 카메라에 대한 측단면도이다.
도2c는 일련의 이미지 픽셀로 이루어진 본 발명의 카메라 및/또는 프레임에 대한 개략도이다.
도3a는 본 발명의 정적 프레임 축적 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도3b는 본 발명의 이동-가산 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도3c는 실측 픽셀 응답을 이상적 픽셀 응답과 비교해서 나타내는 그래프이다.
도4a는 검출기 바이어스 전압 스위칭을 이용하는 Cd-Te계 직접 변환 카메라의 단일 픽셀 회로에서 시간 경과에 따른 출력 추이를 나타내는 그래프도이다. 이 도면은 회로가 바이어스 전압 스위칭 시행(펄스) 후 복귀할 때 일반적 픽셀 회로로부터의 출력신호가 시간 경과에 따라 드리프트되는 것을 보여주고 있다.
도4b는 본 발명에서 사용되는 검출기 기판 바이어스 스위칭 회로에 대한 개 략도이다.
도5는 바이어스 전압 스위칭 시행 후 시간의 경과에 따라 생성되는 일련의 이미지 프레임 캡처(capture) 포인트가 겹쳐진 도4a의 동일한 단일 이미지 픽셀에 있어서 미처리 강도 값의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.
도6은 각 이미지 프레임에 있어서 특정 이미지 픽셀 출력의 미처리 강도 값에 소정의 시간 의존형 보정 계수를 적용하여 이미지 픽셀의 강도 값을 정규화하는 것을 보여주는 그래프이다.
도7은 과도한 데이터 수집 및 처리에 따른 부담의 문제를 완화하기 위하여 본 발명의 이미징 장치의 캘리브레이션 과정에서 행하는 비대칭적 데이터 샘플링의 특징을 보여주는 그래프이다.
도8은 본 발명의 캘리브레이션 과정에 대한 간단한 블록도이다.
도9는 본 발명의 캘리브레이션 과정 전체를 개괄적으로 나타내는 블록 흐름도이다.
도10은 소정의 기준 X선 필드 강도에서 단일 픽셀 회로로부터 데이터를 수집하는 기법을 보여주는 블록 흐름도이다.
도11은 픽셀 프레임에서 각 이미지 픽셀에 대한 보정 계수를 산출하는 기법을 보여주는 블록 흐름도이다.
도12는 불량 또는 보정 불능 픽셀을 검출하여 보정하는 기법을 보여주는 블록 흐름도이다.
도13은 본 발명의 캘리브레이션 프로세스를 적용해서 정규화 이미지 프레임 을 얻는 방법을 보여주는 블록 흐름도이다.
도14a는 소정 시점 또는 소정 강도에서의 픽셀 강도 값을 특정 커브에 맞게 정규화하기 위한 보정 계수를 결정함에 있어 구분적 상수 함수를 이용하는 종래의 일반적 균일 샘플링 방법을 나타내는 그래프이다.
도14b는 소정 시점에서의 픽셀 강도 값을 정규화하기 위한 보정 계수를 결정함에 있어 구분적 상수 함수를 이용하는 불균일 샘플링 방법을 나타내는 그래프이다.
도14c는 소정 시점에서의 픽셀 강도 값을 정규화하기 위한 보정 계수를 결정함에 있어 구분적 선형 함수를 이용하는 또 다른 (불균일) 샘플링 방법을 나타내는 그래프이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
먼저 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세 구성이 도표 및 선도로서 표현되어있다. 각 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 인용번호로 표시하고, 유사한 구성요소는 동일한 인용번호에 서로 다른 종류의 소문자 접미어를 붙여서 표시한다.
도1a 및 2b에 도시되어있는 바와 같이, 본 발명은 고에너지 실시간 직접 방사선 변환 X선 이미징 시스템(10)에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는 본 발명은 카드뮴-텔루르(Cd-Te)계 또는 카드뮴-아연-텔루르(Cd-Zn-Te)계 카메라를 이용하는 X선 이미징 시스템(10)에 관한 것이다. 본 발명의 실시간 X선 이미징 시스템(10)은 통상의 이미징 시스템과 마찬가지로 카메라 모듈(12)과, 이미지 프로세서(14)와, 표시 수단(16)을 포함한다. 본 발명의 실시간 X선 이미징 시스템(10)에 있어서 카메라 모듈(12)은 X선 이미징 장치(28)를 구비하고, 이 X선 이미징 장치(28)는 용도 특정 집적 회로(ASIC)의 판독 기판(32)과 전기적으로 연통하는 Cd-Te계 또는 Cd-Zn-Te계 방사선 검출기 기판(30)을 갖는다. 검출기 기판(30)의 각 활성 픽셀(36)은 ASIC 판독 기판(32) 상의 대응 픽셀 회로(31)에 전기적으로 접속되어있다.
다음으로 도1b를 참조하면, 이미징 시스템(10)은 프레임 그라버(frame grabber)(78) 및 이미징 소프트웨어(80)를 내장한 퍼스널 컴퓨터(PC)(76)를 구비하며, 이 퍼스널 컴퓨터(76)는 카메라 링크(82)를 거쳐서 카메라(37), 전원(86) 및 AC/DC 어댑터(88)를 구비한 X선 유닛(84)에 연결된다. 일반적으로 X선 유닛(84)은 예를 들면 네트워크 내의 퍼스널 컴퓨터나 단자에 접속을 하기 위한 네트워크 접속부(90)를 더 구비한다.
다음으로 도2a를 참조하면, 카메라(37)는 인터페이스 인쇄회로기판(PCB)(92)을 갖추고 있으며, 이 인쇄회로기판(92)은 데이터 버스(94)를 통해서 검출기 인쇄회로기판(96)에 접속되는 것으로, 냉각 요소(98)를 갖는다.
X선 이미징 장치(28)는 다수의 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있고, 각 이미지 프레임(44)은 미보정 이미지 픽셀 값의 어레이(45)로 이루어진다.
다음으로 도2b를 참조하면, 본 발명의 이미징 시스템(28)의 카메라 모듈(12)에 유용한 이미징 장치(28)가 개략도로서 도시되어있다. 도2b에 개괄적으로 예시한 이 이미징 장치(28)에 있어서 검출기 반도체 기판(30)은 ASIC 판독 기판(32)과의 전기 접속부(35)(예를 들면, 도시된 바람직한 실시예의 범프 접합부)를 갖는다. 반도체 기판(30)의 검출기 소재(34)는 본 발명에 있어서 카드뮴-텔루르계 또는 카드뮴-아연-텔루르계 조성물로 이루어지며 입사 방사선을 흡수한다. 이러한 흡수에 따라 방사선 에너지는 검출기 소재(34)의 두께 내에서 직접 전하로 변환된다. 이 전하는 각 활성 픽셀 또는 기능 픽셀(36)의 검출기 픽셀 수집 전극(픽셀 접점)(38)에 모이고 전기 접속부(35)를 통해서 ASIC 판독 기판(32)의 픽셀 회로(31) 상의 픽셀 회로 접점(33)과 전기적으로 연통한다. 이렇게 생성된 전하 신호는 ASIC 판독 기판(32)의 검출기 픽셀의 대응 픽셀 회로(31)에서 저장 및/또는 처리된다. 그 후 ASIC 픽셀 회로(31)는 통상적으로 멀티플렉스되고, 이어서 아날로그 출력이 생성되어 칩 내에서 혹은 칩 외에서 디지털화된다. 본 발명에 따르면, 이미지 프레임(44)의 각 픽셀 값(36)은 디지털화되고 해당 프레임의 픽셀 값에 맞춘 개별적 캘리브레이션 보정치를 더 갖는다. 따라서 각 픽셀 값(36)은 실제로는 보정된 디지털 픽셀 값이다. 각 이미지 픽셀(47)에 맞춰진 보정치는 보정 캘리브레이션 프로세스에 따라 보정된 복수의 개별적 단일 프레임 픽셀 값(36)으로부터 유도된다. 서로 다른 이미지 프레임(44)으로부터의 동일한 특정 이미지 픽셀(47)의 보정된 개별적 디지털 픽셀 값(36)은 수집된 이미지 프레임(44)의 적어도 일부에 대하여 정규화 모듈(24)의 알고리즘에 따라 처리함으로써 최종 이미지에 표시될 픽셀 값을 얻는다. 최종 이미지는 실시간 이미지일 수도 있고 정적인 디지털 축적 이미지일 수도 있다.
다음으로 도2c를 참조하면, 본 발명의 이미징 장치(28)는 다수의 이미지 프 레임(44)을 생성할 수 있으며, 각 이미지 프레임은 소정의 비트 깊이(즉, 개별 픽셀의 컬러 스케일 또는 그레이 스케일)를 갖는 프레임 픽셀 값(36)의 어레이(45)를 포함한다. (여기서, 컬러 당 8비트의 픽셀은 24 비트의 이미지를 제공하는데, 그 이유는 8 비트x3 컬러=24 비트이기 때문이다. 예를 들어 24 비트 컬러 해상도는 16,700,000 컬러이다.) 이미징 시스템(10)은 서로 다른 프레임(44)의 픽셀 값(36)으로부터 이미지 픽셀 값(47)을 산출하기 위한 처리 수단(24)을 구비하는 바, 이 때 이미지 픽셀 값(47)의 비트 깊이는 개별 프레임(44)로부터의 픽셀 값(36)의 비트 깊이보다 크다. 예를 들면, 단일 프레임을 디지털화하면 12 비트에 불과하며 0 내지 최대 4096로 된다. 이러한 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 매우 흔한 것으로 요즈음에는 가격도 저렴하다. 또한, 아날로그-디지털 변환기는 처리 속도가 상당히 빠르며 5 MHz, 심지어는 10 MHz-20 MHz의 클록 속도(clock rates)로 작동한다. 본 발명의 양수인이 구현한 통상의 CdTe-CMOS 카메라는 10 k 내지 1 M 픽셀을 포함할 수 있다. 이것은 단일의 ADC로 20 fps-300 fps, 심지어는 2,000 fps의 프레임률을 실현할 수 있다는 의미이다. 이미지 프레임(44)의 판독 후, 미보정 픽셀 값은 디지털화된다. 따라서 본 발명에 의하면 픽셀 보정 알고리즘(20)을 이용해서 산출한 보정치를 디지털 픽셀 값에 적용함으로써 단일 프레임으로부터 보정된 프레임의 디지털 픽셀 값(36)을 얻을 수 있다. 이어서, 도3a에 나타내는 바와 같이, 서로 다른 프레임(44)으로부터의 디지털 보정 픽셀 값(36)을 축적함으로써 12 비트보다 훨씬 큰 비트 해상도로 표시될 이미지의 디지털 보정 픽셀 값(47)을 얻을 수 있다. 예를 들면, 12 비트 해상도의 프레임이 17개 있다면, 각 프레임은 디지털 축적 후 16 비 트 이상이 될 수 있다 (17x4096=69632>16 비트). 이는 디지털 X선 이미징 분야에서 실로 놀라운 기술 혁신이 아닐 수 없다. 그 이유는 종래에 이 정도의 해상도를 얻으려면 긴 집적 시간을 필요로 할 뿐만 아니라 고가이면서 속도가 느린 16 비트 ADC를 사용해야하는 관계로 이미지를 실시간으로 표시할 수 없었기 때문이다. 또한, 위에서도 설명했고 나중에도 추가로 설명하겠지만, 아날로그 신호의 집적 시간이 길어지면 암 전류가 증가하는 등의 다른 문제점이 나타나고 다른 종류의 노이즈가 발생하게 된다.
다음으로 도3b를 참조하면, 서로 다른 프레임(44)으로부터의 보정된 디지털 픽셀 값(36)은 대응하는 픽셀 값일 수도 있고 (스캐닝의 경우처럼) 프레임(44) 내의 다른 위치에서 온 것일 수도 있다. 본질적으로 본 발명의 이미징 시스템(10)은 서로 다른 이미지 프레임(44)으로부터의 이미지 픽셀 값을 보정하기 위한 방법 (20, 49)과 이미지의 보정된 픽셀 값(47)을 산출하기 위한 처리 방법(24)을 포함하며, 이 처리 방법은 넓은 의미에서 서로 대응하는 여러 개의 프레임으로부터 온 보정된 디지털 픽셀 값을 이용한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이미징 장치(10)는 바람직하게는 CdTe계 또는 CdZnTe계 X선/감마선 이미징 장치(28)를 포함하며, 이에 따라 CdTe/CdZnTe로 픽셀화된 검출기 기판(30)이 적어도 하나의 ASIC 판독 기판(32)에 범프 접합된다. 이 CdTe/CdZnTe 검출기 기판은 입사하는 X선 또는 감마선을 전자 신호로 직접 변환하기 위한 것이고, ASIC 판독 기판은 각 픽셀(36)로부터의 전자 신호를 저장 및/또는 처리하고 그 신호를 판독하기 위한 것이다. CdTe/CdZnTe 이미징 장치(28) 는 바람직하게는 10 fps 더욱 바람직하게는 25 fps-100 fps, 경우에 따라서는 300 fps 이상의 높은 프레임률로 판독된다. 개별 프레임(44)은 각 프레임이 일련의 픽셀 값(36)으로 표현될 수 있도록 디지털화된다. 여기서 각 픽셀 값은 이미징 장치(28)에 의해 생성된 프레임 내의 특정 픽셀(36)에 대한 디지털 신호 레벨에 대응한다. 각 프레임(44)에 대하여 디지털화된 픽셀 값은 위에서 이미 설명한 픽셀 보정 알고리즘(49)에 따라 보정된다. 동일한 픽셀(36)에 대응하는 서로 다른 프레임(44)의 보정된 개별 디지털 픽셀 값(36)은 수집된 프레임의 적어도 일부에 걸쳐서 소정의 알고리즘에 따라 가산되거나 평균화되거나 처리됨으로써 최종 이미지에 표시될 픽셀 값(47)으로 된다.
본 발명의 핵심은 CdTe 또는 CdZnTe 결정의 결함, CMOS의 비선형성 및 오프셋, 암 전류, 분극화 그리고 후술하는 기타 영향을 모두 고려해야함에도 불구하고 각 개별 프레임(44)으로부터의 디지털 픽셀 값에 대한 보정을 실제로 행할 수 있다는 점이다. 다음 장에서는 픽셀 보정을 실시간으로 효율 좋게 행하는 것에 관해서 설명한다. 본 발명에서는 발명의 범위를 변화시키거나 그 범위로부터 벗어나지 않으면서도 여러 가지의 보정 및/또는 캘리브레이션 기법을 이용할 수 있다.
카메라 모듈(12)과 고속 프레임 프로세서 모듈(18)은 케이블 링크(60)를 통해서 서로 통신한다. 카메라 모듈(12)은 각 픽셀 (36) 또는 픽셀 셀(pixel cell)(29)의 개별적 미처리 픽셀 회로 출력을 나타내는 처리 및 체계화된 픽셀 데이터를 프레임 프로세서 모듈(18)로 공급한다. 이러한 고속 프레임 프로세서 모듈(18)은 본 기술분야에서 카메라 모듈(12)로부터의 픽셀 회로 데이터를 획득하는 데 일반적으로 사용되는 프레임 그라버 (78)용 회로를 구비하며 [경우에 따라 프레임 그라버(78)는 카메라 모듈(12)의 일부일 수도 있음], 픽셀 회로 데이터를 처리함으로써 각 픽셀 셀(29)의 미처리 픽셀 회로 출력을 나타내는 미처리 상태의 타임스탬프(time stamp) 이미지 프레임을 제공한다. 이어서 프레임 프로세서는 이미징 시스템(10)이 캘리브레이션 모드일 경우에는 미처리 상태의 타임스탬프 이미지 프레임을 프레임 데이터 링크(66)를 통해서 캘리브레이션 모듈(20)로 보내고 캘리브레이션 모드가 아닐 경우에는 정규화 모듈(24)로 보낸다.
캘리브레이션 모듈(20)은 캘리브레이션 프로세스(49)를 제어한다. 캘리브레이션 프로세스(49)는 미처리 상태의 타임스탬프 이미지 프레임 데이터 및 기준 필드 방사 강도 등과 같은 기타 캘리브레이션 파라미터를 분석하고 캘리브레이션 데이터 구조 모듈(22)의 룩업 테이블을 탑재하는데 필요한 데이터를 생성한다. 캘리브레이션 모듈(20)은 데이터베이스 링크(68)를 통해서 데이터 구조에 데이터를 기입한다. 만약 룩업 테이블에 적절한 캘리브레이션 데이터를 탑재하지 않으면 정규화 모듈(24)로부터 표시 모듈로의 모든 이미지 출력은 정확성을 잃게 된다. 따라서 본 발명의 이미징 시스템(10)이 정상적인 이미징 동작에 들어가기에 앞서 캘리브레이션 프로세스(49)를 실행하는 것이 필요하다.
캘리브레이션 모드가 아닐 경우 프레임 프로세서(18)는 이미지 프레임(44)의 타임스탬프 데이터를 정규화 모듈(24)로 보낸다. 정규화 모듈(24)은 제2 데이터베이스 링크(70)를 통해 룩업 테이블로부터 추출한 이미지 픽셀의 대응 보정 요구 조건에 따라 미처리 상태의 타임스탬프 이미지 프레임의 각 이미지 픽셀에 대한 정규 화 동작을 실행한다. 이어서 정규화 모듈(24)은 정규화된 이미지 프레임을 표시 데이터 링크(74)를 거쳐 표시 모듈(16)로 공급한다. 정규화된 이미지 프레임의 모든 이미지 픽셀은 각각에 대응하는 미처리 이미지 픽셀 강도 값을 표시하며 이 강도 값은 각각에 대응하는 룩업 테이블로부터의 보정 계수에 의해 보정된 것이다.
고품질의 이미지를 얻기 위해서는 카드뮴-텔루르계 검출기 기판(30)과 관련해서 몇 가지의 장애를 극복해야한다. 예를 들면, 누설 전류(암 전류라고도 불림)가 계속해서 발생하며 이에 대한 보상이 필요하다. Cd-Te계 또는 Cd-Zn-Te계 검출기 소재(34) 중 어떤 것은 누설 전류의 레벨을 조절하기 위한 블로킹 접점(도시하지 않음)을 갖도록 제조된다. 검출기 소재(34) 중 다른 어떤 것은 누설 전류를 억제하도록 Zn이나 기타 도판트(dopant)의 함량을 달리해서 제조한다. 어쨌든 누설 전류는 노이즈를 발생시킬 뿐만 아니라 각 픽셀 회로(31) 상의 전하 수집 게이트(33)를 폐색시키게 된다. 또한 블로킹 접점을 사용하면 분극화나 전하 트래핑의 문제점을 발생시키게 되는데, 이러한 문제점은 장치에 따라 다르기는 하지만 작동을 시작하고 나서 수 초, 예를 들면 5초, 10초 또는 60초 후에 현저하게 나타난다.
본 발명의 검출기 기판(30)에서 카드뮴-텔루르계 조성물(즉, Cd-Te 및 Cd-Zn-Te)을 방사선 흡수 매체(34)로 사용할 때의 장점은 매우 높은 방사선 흡수 효율, 잔광(afterglow)의 최소화 그리고 높은 이미지 해상도의 실현 가능성이다. 이러한 장점은 위에서 언급한 문제점을 완화하거나 해소할 수 있는 이미징 장치를 구현하는데 있어 중요하다. 블로킹 접점을 사용하지 않는 경우라고 하더라도, ASIC 판독 기판(32)의 각 픽셀 회로(31)에 있어서 전하 저장 콘덴서의 용량을 증가시키 지 않는 이상, 100 msec 이상의 장시간 노출은 누설 전류 및 결정 결함의 문제 때문에 곤란하다. 그러나 전하 저장 콘덴서의 크기를 증가시키는 것은 감도 면에서 불리하다. 그 이유는 전하 저장 용량이 커지는 만큼 감도가 저하하기 때문이다. 일예이기는 하지만, 본 발명은 전하를 수용하는 각 ASIC 픽셀 회로의 전하 저장 콘덴서로서 50fF용량의 것을 사용함으로써 성공적으로 구현되었다. 이러한 용량의 콘덴서를 사용하면 실용 가능한 최대 노출 시간을 100 msec 이하로 줄여 Cd-Te 또는 Cd-Zn-Te 매체에 있어서 누설 전류 및 기타 결함의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로 도4a 및 도4b를 참조하면, 직접 변환(전하 결합) 방사선 검출기 장치에 있어서 과도한 분극화를 방지하는데 매우 유용한 메커니즘을 이용해서 고전압 바이어스의 온/오프 사이클을 단축시킨다. 이 기법을 검출기 바이어스 전압 스위칭 기법이라 부르는데, 이에 의하면 데이터 수집 사이클의 말미에 검출기 기판의 바이어스 전압을 짧은 주기(100 msec 미만)로 스위칭 오프하게 된다. 데이터 수집 사이클의 시간은 선택 가능하며, 예를 들면 3초 내지 20초 이상으로 할 수 있다. 바이어스 전압을 스위칭하면 검출기 기판(30)에서 분극화 또는 전하 트래핑이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러나 바이어스 전압 스위칭 기법은 X선 이미징 시스템 분야에서 새로운 것이며, 잘 다루지 않을 경우 이미지 품질에 악영향을 줄 수도 있는 몇 가지 속성을 가지고 있다. 그러한 속성 중 하나는 "데드 타임(Dead-time)"이고 다른 하나는 "픽셀 응답 드리프트"이다. "데드 타임"이라 함은 검출기 바이어스 전압이 오프되어 검출기 전하가 수집되지 않는 데이터 수집 사이클의 기간을 말한다. "픽셀 응답 드리프트"는 검출기 바이어스 전압을 다시 온시켰을 때 나타나는 결과 로서, 정적 방사선 필드에 대한 픽셀의 응답성이 아직 안정화되지 않은 데이터 수집 사이클의 초기에 해당한다. 이와 같은 2가지의 제약 사항이 도4a에 도시되어있다. 도4b에는 검출기 기판 바이어스 스위칭 회로(121)가 도시되어있다.
도4a에 도시한 실시예에 있어서, 데이터 수집 사이클 타임 Ct는 검출기 바이어스 전압 온/오프 펄스(50)의 발생 개시 시점간의 간격을 말한다. 데드 타임 Dt는 실제의 고전압 다운 시간 Vo과 고전압이 다시 스위치 온된 후에 필요한 얼마간의 안정화 시간을 합산한 것이다. 데드 타임 Dt는 고전압 다운 시간 Vo보다 작을 수 없으므로 검출기 바이어스 전압 스위칭 방식의 이미징 시스템에 있어서 데드 타임 Dt의 영향을 완전히 없애는 것은 불가능하다. 그러나 분극화(전하 트래핑)를 감소시키고/시키거나 데드타임을 데이터 수집 사이클에 있어서 무시할 수 있을 만큼 작게 유지할 수 있도록 바이어스 전압의 오프 시간을 단축함으로써 데드 타임 Dt을 부분적으로 최소화할 수는 있다.
바이어스 전압 스위칭 방식 검출기의 다른 한 가지 잠재적 제약 사항은 픽셀 응답 드리프트 Rd인데, 이는 정적 방사선 필드 노출 레벨에 대하여 픽셀 회로의 경시적 출력 신호(40)가 비선형성을 갖는 것과 관련이 있다(도4a 참조). 이러한 비선형성은 전압 오프-온 펄스(50)의 전압 온 스텝 직후에 가장 현저하게 나타난다. 이러한 비선형성을 바로 잡지 않으면 실시간 이미지 표시기에 있어서 이미지의 전반적 휘도 레벨을 급 등락시키는 원인이 된다. 바이어스 전압 스위칭 방식의 이미징 장치에 있어서 픽셀 셀의 응답이 비선형인 것은 본 발명의 이미징 시스템의 이미지 프레임 생성 후 캘리브레이션 방법을 적용하여 위와 같은 실시간 X선 이미지 표시 기의 강도 왜곡을 제거하기에 아주 좋은 대상이다.
다음으로 도9를 참조하면, 본 발명의 캘리브레이션 방법(49)은 암 전류 강도를 비롯한 여러 가지의 서로 다른 균질의 기준 방사선 필드 강도에서 완전한 데이터 수집 사이클 동안 캘리브레이션 데이터를 수집한다. 그러므로 이 캘리브레이션 방법(49)은 검출기 바이어스 전압 스위칭 기법을 이용하는 디지털 이미징 시스템에서 특히 실용성이 있다. 검출기 바이어스 전압 스위칭 기법을 이용하는 디지털 이미징 시스템의 카메라 모듈(12)은 일반적으로 수천 개의 픽셀 셀(29)을 갖는 검출기/ASIC 조립체(28)를 포함하며, 각각의 픽셀 셀(29)은 검출기 픽셀(36)과 관련 픽셀 회로(31)를 포함한다. 각 픽셀 회로(31)는 해당 픽셀 회로(31)의 디지털화 픽셀 신호를 생성하는 관련 회로 부품과 픽셀 회로 신호 출력부(도시하지 않음)를 구비한다. 픽셀 회로 출력 신호는 관련 검출기 픽셀(36)에 입사하는 X선/감마선 방사 에너지의 강도를 표시한다(도2b 참조). 또한, 무작위로 발생하는 노이즈를 감소시키기 위하여 각각의 기준 강도에 대하여 사이클을 반복한다.
이렇게 수집된 디지털화 픽셀 신호 출력은 카메라 링크(60)를 거쳐서 이미지 프로세서(14)의 고속 프레임 프로세서 모듈(18)로 보내진다. 이 프레임 프로세서 모듈(18)은 각 픽셀 회로(31)로부터의 개별 픽셀 회로 출력 신호를 수신하는 프레임 그라버 회로를 구비한다. 프레임 프로세서 모듈(18)은 개별 디지털화 픽셀 신호를 체계화하여 이미지 프레임을 만든다. 이 때 이미지 프레임의 각 이미지 픽셀은 카메라 모듈(12)의 이미징 장치(28)에 있어서 픽셀 회로에 대응하는 픽셀 신호를 나타낸다. 이미지 프레임에서 이미지 픽셀의 강도는 대응 픽셀 회로(31)로부터 수 신된 픽셀 신호의 세기를 나타낸다. 그러나 각 픽셀 셀(29)을 이루는 개별 성분의 기계적 특성과 전기적 특성은 근본적으로 다르기 때문에 이미지 프레임을 포함하는 각종 픽셀의 필드 강도 응답성은 균일한 X선 필드에 대해서조차도 일률적이지 않다. 따라서 이미지 프레임으로 표시되는 정보를 사용자가 이용하기 전에 이미징 장치를 캘리브레이션할 필요가 있다.
캘리브레이션 과정
다음으로 도8을 참조하면, 캘리브레이션 과정(49)이 상위 개념의 흐름도로서 도시되어있는 바, 여기서 보정 함수(110)에는 픽셀 값(36)을 입력하고 보정 계수(120)를 적용하여 보정된 픽셀 값(47)을 얻는다. 도9는 본 발명의 이미징 시스템(10)에 있어서 캘리브레이션 프로세스(49)의 단계를 좀 더 상세하게 보여주고 있다. 캘리브레이션 데이터는 완전한 데이터 수집 사이클 동안 암 전류 강도 ID를 비롯한 여러 가지의 서로 다른 균질의 기준 방사선 필드 강도로 수집된다. 제1 단계(49a)에서는 암 전류 강도 ID에 대하여 데이터가 수집된다. 제2 단계(49b)에서는 X선 강도 I1에 대하여 데이터가 수집된다. 제3 단계(49c)에서는 X선 강도 IN에 대하여 데이터가 수집된다. 제4 단계(49d)에서는 보정 계수가 산출되고 룩업 테이블(22)이 작성된다.
다음으로 도10 내지 도12를 참조하면, 캘리브레이션 과정(49)이 더욱 상세하게 설명되어있다. 도10에는 데이터 수집 사이클의 하위 개념 방법(120)이 설명되어있다. 제1 단계(122)에서는 데이터 빈(Data Bin)이 초기화되며, 이 데이터 빈은 다 음과 같은 구조를 갖는다.
빈 1: 시간 0....T2
빈 2: 시간 T1....T2
빈 N: 시간 TN-1....TN
제2 단계(124)에서는 방사선 필드 강도가 설정된다. 제3 단계(126)에서는 고전압 펄스가 발생된다. 제4 단계(130)에서는 타이머가 리세트된다. 제5 단계(132)에서는 수집 시간이 이미지 프레임의 시간 TIF과 같게 설정되고 데이터 빈 B이 탐색되고 프레임(44)이 데이터 빈 B에 부가되며 사이클이 활성화되어 있는 한 이 루프는 계속 실행된다. 이어서 제7 단계(134)에서는 노이즈 감소를 위하여 위의 동작을 더 반복할 필요가 있는 경우 예를 들면 위의 루프를 다시 실행한다.
도11에 있어서 보정 계수를 산출하기 위한 하위개념 방법(120)은 다음의 단계를 포함한다. 각각의 빈에 대한 루프(140)와 이 루프에 속하는 각 픽셀(36)에 대한 루프(142)의 제1 단계(144)에서는 모든 강도 값 ID 및 I0....IN에 맞춰 다항식을 만들고 픽셀이 한계치 테스트를 통과하지 못하면 해당 픽셀(36)을 플래그한다. 제2 단계(146)에서는 데이터 구조(룩업 테이블)에 기입한다. 제3 단계(148)에서는 하위개념의 방법(120)을 마스킹 루틴(150)으로 이행하여 계속 실행한다.
도12에 있어서 마스킹 하위개념 방법(150)은 다음의 단계를 포함한다. 제1 단계(152)에서 하위개념 방법(150)은 플래그된 픽셀(36)을 체크한다. 제2 단 계(154)에서 하위개념 방법(150)은 각각의 플래그된 픽셀(36)과 관련하여 양호한 인접 픽셀(36)을 탐색한다. 제3 단계(156)에서는 이렇게 탐색된 양호한 인접 픽셀의 위치를 데이터 구조(20)에 기입한다. 플래그된 픽셀(36)이 더 이상 없으면 하위개념 방법(150)을 종료한다.
도13에는 정규화 과정(160)이 설명되어있는 바, 이 정규화 과정은 다음의 단계를 포함하고, 이들 단계는 프레임 프로세서 모듈로부터의 미처리 이미지 픽셀 데이터에 대하여 실행된다. 제1 단계(162)에서는 이미징 시스템(10)의 동작 중 이미지 프레임(44)이 수신되고 타임스탬프가 "T"로 설정된다. 제2 단계(164)에서는 시간 "T" 동안 빈이 탐색된다. 제3 단계(166)에서는 각 픽셀(36)을 반복적으로 체크하여 플래그된 픽셀 또는 불량 픽셀인지의 여부를 판단한다. 긍정으로 판단되면, 제4 단계(168)에서 픽셀 값(47)을 양호한 인접 픽셀들의 가중 평균치로 대체한다. 제5 단계에서는 보정 다항식을 적용한다.
프레임 프로세서 모듈로부터 미처리 이미지 픽셀 데이터가 공급됨에 따라, 캘리브레이션 프로세스에서는 소프트웨어로 구동되는 캘리브레이션 모듈(20)을 이용해서 "룩업 테이블"을 생성하고 이것을 데이터 구조 모듈(22)에 유지한다. 룩업 테이블은 이미지 프레임의 각 픽셀에 대한 시간 의존형 이미지 픽셀 별 보정계수(54)의 집합이다. 픽셀 별 보정계수(54)는 목표 균일 강도 값(52)을 기준으로 하며(도6 참조), 해당 이미지 픽셀의 미처리강도 값을 정규화된 값으로 보정하는데 이용된다. 따라서 이미지 프레임에 표시된 각 이미지 픽셀은 복수의 기준 X선 필드 강도마다 각각 생성된 데이터 구조 모듈(22)의 룩업 테이블 내에 있어서 시간 의존 형 보정계수의 데이터 집합을 갖는다.
보정계수/보정치 집합의 시간 의존성은 고속 프레임 모듈에 의해 처리되는 각 이미지 프레임에 타임스탬프를 적용함에 따라 생겨난다. 타임스탬프라 함은 이미지 프레임(44)이 생성되는 데이터 수집 사이클 Ct의 개시 후 경과한 시간을 말한다. 도5에 도시된 바람직한 실시예에 있어서 타임스탬프를 적용한 이미지 프레임(44)은 데이터 수집 사이클 Ct 동안 균일한 프레임 간격(46)으로 카메라 모듈(12)로부터 캡처(획득)된다. 따라서 타임스탬프를 적용한 이미지 프레임(44)은 항상 서로에 대하여 동일한 시간차를 갖는다. 검출기 바이어스 전압이 스위칭 온된 후 획득된 제1 프레임에는 타임스탬프 0을 할당하고, 제2 프레임에는 타임스탬프 1을 할당하며, 타임스탬프 N까지 이러한 방식으로 할당을 행한다. 실제의 경우 개별적 캘리브레이션 데이터 집합은 각각의 이미지 픽셀에 대하여 산출되는 것으로, 데이터 수집 사이클 Ct에서의 각 타임 스탬프시마다 해당 이미지 픽셀에 대한 보정치가 포함된다. 이와 달리, 캘리브레이션 데이터는 데이터 수집 사이클 Ct당 하나씩 N개의 서로 다른 캘리브레이션 데이터 집합으로 이루어진 것으로 간주하가나 그렇게 구성할 수도 있으며, 이 때 각각의 프레임 데이터 집합은 프레임 내의 각 이미지 픽셀에 대한 개별적 보정치/보정계수를 포함한다. 최고의 화질을 얻기 위해서는 상기 "N"을 여러 가지의 타임스탬프 중 가능한 가장 높은 수 Nmax. 바꾸어 말하면 가능한 가장 높은 프레임률이 되도록 선택해야한다. 그러나 이는 극도로 많은 데이터를 필요로 하는 조건이며, 현재로서는 기술적 제약, 즉 컴퓨터 메모리 처리 시간 의 제약을 받기 때문에 N<Nmax가 되도록 선택할 수밖에 없다.
다음으로 도6을 참조하면, 그래프(180)는 각 이미지 프레임(44)의 특정 이미지 픽셀 출력의 미처리 강도 값에 소정의 시간 의존형 보정계수를 적용함으로써 이미지 픽셀(47)의 강도 값을 정규화하는 것을 보여주고 있다.
데이터의 수집: 캘리브레이션 방법의 제1 단계는 관련 데이터, 구체적으로는 여러 가지의 기준 방사선 필드 강도에 대한 카메라 이미징 장치(28)의 응답 결과를 수집하는 것이다. 이미징 장치(28)의 각 픽셀 셀(29)의 응답 결과는 데이터 수집 사이클 Ct 중의 모든 타임스탬프에 대하여 수집한다. 도면에 도시한 바람직한 실시예에 있어서, 이 단계는 착신되는 퀀텀(quantum) 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있도록 1회 이상(대체적으로 20회 이상) 반복한다. 이러한 방식으로 관련 데이터를 수집하면 검출기 또는 ASIC 부품의 불균일성을 보정할 수 있을 뿐만 아니라 기본적으로 "플랫 필드(flat-field)" 보정이 가능해진다. 본 실시예에 있어서, 캘리브레이션 방법은 카메라 모듈(12)의 이미징 장치(28)가 방사선 공급원과 소정의 기하학적 관계에 있음을 전제로 한다. 이 말은 방사선 공급원이 달라지거나 이미징 장치(28)와 방사선 공급원 간의 배치관계가 변화할 때마다 캘리브레이션을 다시 실시해야한다는 뜻이다. 또한 캘리브레이션은 사용된 방사선 스펙트럼 별로 반복해야한다.
픽셀 별 보정계수/보정치의 산출: 여러 가지의 기준 방사선 필드 강도로 노출을 행하였을 때 시간의 함수로서의 단일 픽셀 셀(29)의 응답 결과는 특징적 모습 을 갖는다. 본 발명의 캘리브레이션 방법에 있어서 기본이 되는 개념은 균일성이다. 모든 픽셀 셀(29)은 동일한 강도의 방사선에 노출되었을 때 동일한 픽셀 출력 신호를 발생해야한다. 이는 다음의 캘리브레이션 함수가 픽셀 출력 값 x in 로부터 총 출력 값 y out 으로 맵핑된 것임을 의미한다.
Figure 112007006790216-PCT00001
(1)
이와 같이 맵핑을 하는 것은 다른 모든 픽셀과 동일한 출력을 내는 각 픽셀에 적합한 함수 f pix ()를 구하기 위함이다.
다항식을 이용하는 이유는 계산을 극히 빠르게 할 수 있고 이는 실시간 동작을 위해 반드시 필요하기 때문이다. 다항식은 예상치 못한 보간(interpolation) 및 외삽(extrapolation)의 거동을 나타내기 때문에 이와 같은 회귀 문제의 가장 확실한 해법이 되지는 못한다. 이제 위의 함수 f pix ()는 분명히 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007006790216-PCT00002
(2)
식 중, a i,pix 는 픽셀 pix에 대한 계수이고 M은 다항식의 차수이다. 통상적으로 사용되는 선형 캘리브레이션(이득 및 오프셋 보정)은 M=1일 때 특히 유효하다. 본 실시예에서는 기본적으로 3차까지의 다항식을 이용하지만, 충분히 많은 수의 시간 의존형 계수 데이터 집합을 이용할 경우에는 선형 보정만으로 충분할 수도 있다.
캘리브레이션 파라미터의 추정: 이와 같은 회귀 문제에서 모델 파라미터를 추정하는 일반적 방법은 최대 우도 (Maximum Likelihood/ML) 추정법이다. 이는 함수 및 노이즈 모델이 주어졌다는 가정 하에 특정 시점에서 하나의 픽셀에 대한 모든 데이터 포인트의 가능성을 최대화할 수 있음을 의미한다. 정규 분포의 제로 평균 노이즈를 가정하며, 하나의 데이터 샘플 x i 의 확률은 다음과 같다.
Figure 112007006790216-PCT00003
(3)
그리고 모든 샘플이 통계적으로 독립적이라는 가정 하에 해당 샘플의 총 우도는 다음과 같다.
Figure 112007006790216-PCT00004
(4)
최대 우도 추정법의 한 가지 문제점은 이미 알고 있는 지식을 정확히 적용하기가 매우 어렵다는 점이다. 이를 극복하기 위해서 최대 사후 (Maximum A Posteriori/MAP) 추정법을 이용한다. 이 최대 사후 추정법에서는 모든 샘플의 사후 분포가 다음 식과 같이 최대화된다.
Figure 112007006790216-PCT00005
(5)
식 중, A는 독립성을 전제로 추정된 샘플의 공분산 행렬(covariance matrix)이고,
Figure 112007006790216-PCT00006
및 x=[x1...xNdata]는 데이터 샘플의 벡터이며, f=[f(x1)...f(xNdata)]는 이 픽셀에 대한 캘리브레이션 값의 벡터이다. p(x)는 상관성이 없는 스케일링 팩터(factor), 즉 에비던스(evidence)이다. 노이즈 및 함수 파라 미터 프라이어에 대한 정규 분포가 다음과 같다고 가정하면,
Figure 112007006790216-PCT00007
(6)
Figure 112007006790216-PCT00008
(7)
최종 사후 추정치는 다음의 식으로 표현된다.
Figure 112007006790216-PCT00009
(8)
상기 식의 자연지수를 취하여 모든 상수 계수를 하나로 묶으면 다음과 같은 비용 함수가 얻어진다.
Figure 112007006790216-PCT00010
(9)
이 비용 함수는
Figure 112007006790216-PCT00011
의 페널티 파라미터를 갖는 가중치 및 제약이 부여된 선형 최소 자승 비용 함수로 해석할 수 있다. 최종 파라미터 값은 위의 방정식을 모든 함수 파라미터 a i 에 대하여 미분하고 이어서 미분계수를 0으로 설정함으로써 풀 수 있다. 가중치가 부여된 최소 자승을 이용하는 이유는 서로 다른 X선 강도를 이용할 경우 가장 큰 강도에 대한 퀀텀 노이즈가 예를 들면 암 전류에 대한 퀀텀 노이즈보다도 훨씬 커지기 때문이다. 이에 의하면 상대적으로 작은 값에 상대적으로 큰 가중치를 부여할 수 있어 정확도를 향상시킬 수 있다.
실시 및 성능에 관한 고려사항: 모든 계산에서는 화질을 최적화하기 위해 32 비트 플로팅 포인트 계산법을 이용한다. 요즈음의 86배속 프로세서는 매우 효율적 인 병렬 처리를 가능하게 하는 SIMD(단일 명령 복수 데이터) 지령을 잘 실행한다.
보정 프로토콜에 사용하기에 적합한 타임스탬프 캘리브레이션 이미지 프레임의 선택: 실용상의 이유에서 데이터 수집 사이클 Ct의 모든 타임스탬프를 사용하는 것은 불가능하다. 그 이유는 생성되는 데이터의 양이 막대하고 경우에 따라서는 처리 시간 및 메모리의 할당이 곤란하기 때문이다. 이는 요즈음의 대(large) 면적 카메라의 경우 이미지 크기가 508x512 픽셀에 이르는데서 연유한다. 단위 픽셀 당 파라미터는 4개에 이르고(3차 다항식을 이용할 경우), 각 파라미터는 4 byte이다. 이는 단위 프레임 당 수집되는 데이터의 크기가 3.97 MB라는 것을 의미한다. 본 실시예에 있어서 카메라는 초당 50 프레임의 속도로 동작하는데, 이는 데이터 수집 속도가 198 MB/sec라는 의미이다. 더욱이 이미지는 PCI 버스에서 16 비트 포맷(24.8 MB/sec)으로 판독되고 메모리에 저장된다(또 다시 24.8 MB/sec). 그러므로 50 fps로 동작할 때 총 데이터 처리 속도는 248 MB/sec가 된다. 또한 프레임 평균화 모드에서는 메모리로부터 상기 이미지 값을 읽어내는데 이 때 속도는 또 다시 24.8 MB/sec이므로 메모리 밴드 폭은 총 273 MB/sec가 된다. 이미지를 스크린에 표시할 경우에는 메모리로부터 16 비트 픽셀 값을 읽어내고, 픽셀 단위의 룩업 테이블로부터 32 비트 컬러 값을 읽어내고, 마지막으로 디스플레이 메모리에 32 비트 값이 저장되는 바, 이 때 처리 속도는 총 273 MB/sec중 124 MB/sec가 된다. 그리고 방사선 필드는 더 큰 카메라로 이동해간다.
1차 모델을 이용할 경우 하나의 픽셀은 적어도 2개의 32 비트 플로팅 포인트 수/프레임을 필요로 한다. 30초의 데이터 수집 사이클 시간 동안 300 fps의 프레임 률로 96,000 픽셀 이미지 프레임을 처리한다면 1회의 데이터 수집 사이클에서 생성되는 데이터는 6.4 GB가 된다. 도14a 내지 도14c는 이것을 도시하는 도면이다. 도14a는 균일 샘플링 법(Uniform Sampling)이라고 알려진 종래의 에러 샘플링 방법을 도시하는 바, 이 때 조건은 300 fps의 프레임률, 30초의 사이클, 100,000개의 픽셀, 4개의 파라미터 그리고 파라미터 당 4 byte이다. 여기서 신호에 대하여는 3차 다항식, 시간에 대해서는 0차 다항식을 이용한다. 그러나 300 fps의 프레임률, 30초의 사이클, 100,000개의 픽셀, 4개의 파라미터 그리고 파라미터 당 4 byte의 조건 하에서는 13 GB에 이르는 데이터를 수집해서 처리해야하며, 이는 실용성이 없다. 도14b는 본 발명의 비선형 에러 샘플링 방법을 도시하는 바, 이 때 조건은 0차 보간법, 300개의 데이터 집합, 4개의 파라미터이다. 이 방법에 의하면 도14a와 유사한 카메라 작동 조건에서 불과 480 MB 정도의 데이터가 생성되고 이것을 수집해서 처리하면 된다. 이에 의하면 저장 공간과 처리 용량이 종래 기술에 비해 30배는 줄어든다. 여기서 사이클의 초기와 말기는 인위적인 수정을 가하였음을 밝힌다. 도14c는 선형 보간법, 10개의 데이터 집합 및 4개의 파라미터를 이용한 바람직한 비선형 에러 샘플링 방법을 도시한다. 이 방법에 의하면 도14a와 유사한 카메라 작동 조건에서 불과 16 MB 정도의 데이터가 생성되고 이것을 수집해서 처리하면 된다. 이에 의하면 저장 공간과 처리 용량이 도14a의 종래 방법에 비해 30배는 줄어든다. 여기서 사이클의 초기와 말기는 약간의 인위적 수정을 가하였음을 밝힌다. 쌍선형 보정은 신호에 대해서도 선형이고 시간에 대해서도 선형이다. 시간에 대하여 선형 보간을 행하면 신호의 비선형성이 현저히 감소하므로 신호에 대한 선형 보정은 그 것으로 충분하다.
도7 및 도14c에 도시되어있는 바와 같이, 최적의 하위 집합 이미지 프레임을 이용하는 선택을 할 수도 있으며 본 발명의 캘리브레이션 방법에서는 그렇게 하고 있다. 데이터 수집 사이클 Ct의 초기에는 시간의 경과에 따른 픽셀 셀의 회로 출력 신호(40)의 변화가 현저하다. 이처럼 신호의 변화가 크기 때문에 캘리브레이션 데이터 집합은 시간의 경과에 따른 출력 신호(40)의 변화가 비교적 완만해지는 수집 사이클 Ct의 말기에서보다 수집 사이클 Ct의 초기 부분에서 상대적으로 더 많은 기준 프레임을 포함하고 있어야한다. 바람직한 실시예에 있어서는 사용자가 노출 시간(즉, 프레임률) 및/또는 검출기 바이어스 전압(5)의 오프 시간을 변경할 수 있도록 자동실행 방법을 이용한다. 물론 설정은 수동으로 행한다. 도시된 그래프에서 막대 하나는 하나의 캘리브레이션 값 집합을 나타내는 것이다.
마스크 대상 픽셀의 선택 방법: 이미징 장치(28)의 픽셀 셀(29) 중 일부는 소재의 결함이나 제조상의 결함 때문에 실제로는 쓸모가 없다. 그러므로 이러한 픽셀 셀(29)은 색출해서 마스킹을 실시해야한다. 다시 말해 그러한 픽셀 셀의 출력 값은 인접한 픽셀 셀(29)로부터 산출한 적정한 값으로 대체해야한다. 본 발명의 캘리브레이션 방법에서는 인접한 픽셀 셀의 출력 신호 집합의 국소적 평균치를 산출하고 이 평균치를 개별 픽셀의 출력 신호 값과 비교한다. 이 결과 본 발명의 캘리브레이션 방법을 비정지형(non-stationary) 방사선 필드에도 적용할 수 있게 된다. 바람직한 실시예에 있어서는 적어도 5회의 완전한 데이터 수집 사이클 동안 기준 방사선 필드 강도를 1회 설정하여 평균 프레임을 계산한다. 이렇게 함으로써 이미 징 장치(28) 내에 불량 픽셀 셀(29)이 존재하는 지의 여부를 최단 시간 내에 확실하고 신뢰성 있게 판단할 수 있다.
대체 값의 계산: 모든 불량 픽셀 셀(29)을 찾아낸 후 그들의 출력 신호 값을 국소적 산술 평균치로 대체한다. 다시 말해 고립성 불량 픽셀 셀(29)의 신호 출력을 4개의 양호한 인접 픽셀의 출력 신호 평균치로 대체한다. 이러한 계산 과정에서 불량 픽셀 셀(29)로부터의 픽셀 출력 신호는 제외한다. 4개의 양호한 인접 픽셀 셀(29)을 선택함에 있어서는 가능한 모든 방향에 동일한 가중치가 부여되도록 한다. 예를 들면, 제1 불량 픽셀 셀(29)의 상측의 픽셀 셀(29)도 역시 불량일 경우, 제1 불량 픽셀 셀(29)의 픽셀 출력 신호에 대한 대체 값을 계산함에 있어서는 좌상 측 및 우상 측의 픽셀 셀(29)을 대신 이용한다.
형상 보정 및 비활성 영역 메우기: 이상적인 면에서 볼 때 ASIC 하이브리드 간의 상대 위치는 밀접하고 균일하다. 이는 인접한 하이브리드 간에 비활성 영역(데드 스페이스)이 일부 존재하고 서로 다른 인접 하이브리드 간의 상대적 거리가 달라질 수 있음을 의미한다. 이 문제에 대한 해결책은 2가지 단계로 이루어진다. 먼저, 기준 물체의 캘리브레이션 이미지에 의거하여 하이브리드 간의 거리와 하이브리드의 회전 가능 각도를 측정한다. 이러한 측정은 카메라 그 자체를 측정 장치로 이용하되, 매우 정확한 치수를 갖는 캘리브레이션 완료 기준 물체를 이미징 함으로써 행한다. 다음으로, 거리를 측정한 후 기지 값과 실측치를 비교하여 불일치 여부를 확인한다.
불일치의 보정과 메우기: 하이브리드의 정확한 위치를 알아낸 후 보정 알고 리즘을 실행한다. 측정된 거리에 의거하여 이미지 내에서 픽셀의 위치를 정확히 표시하는 그리드를 만든다. 이에 기초해서 쌍선형 보간법(또는 기타 보간법)으로 하위 픽셀을 새로운 픽셀 값을 갖도록 이동 및 회전시킨다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 다양하게 변경 및 변형할 수 있다. 여기에서는 본 발명의 몇 가지 실시예를 예시적으로 도시하고 설명하였으나 이상의 내용을 광범위하게 변형, 변경 및 대체할 수 있음은 물론이다. 경우에 따라서는 본 발명의 특징 중 일부를 다른 특징과 별개로 이용할 수 도 있다. 따라서 이상의 설명은 넓은 의미로 해석되어야하고 예시적인 것으로만 받아들여야하며, 본 발명의 사상 및 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해지는 것이다.

Claims (40)

  1. 미보정 이미지 픽셀 값의 어레이(45)를 각각 포함하는 다수의 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28)로서,
    a. 서로 다른 이미지 프레임으로부터의 이미지 픽셀 값을 보정하기 위한 수단(20, 49, 22, 24)과,
    b. 이미지의 보정된 픽셀 값을 계산하기 위한 것으로, 복수개의 프레임으로부터의 보정된 픽셀 값을 이용하는 처리 수단(24)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  2. 제1항에 있어서,
    고에너지 X선 이미징 카메라(37)를 더 포함하고, 이 카메라는 고 픽셀 밀도의 직접 변환식 방사선 검출기 기판(30)을 가지며, 검출기 기판의 픽셀(36)은 ASIC 판독 기판(32) 상의 대응 픽셀 회로(31)에 전기적으로 접속되고, 상기 검출기 기판은 입사하는 고에너지의 X선 및 감마선(80)을 직접 전하로 변환함과 아울러 변환된 전하를 픽셀(36)사이의 전기 접속부(35)를 거쳐 상기 ASIC 판독 기판(32) 상의 대응 픽셀 회로에 전하 신호로서 공급하기 위한 것이고, 상기 픽셀 회로는 각 픽셀로부터의 전하 신호를 처리하기 위한 것인 X선 이미징 장치(28).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미징 카메라(37)의 ASIC 판독 기판(32)과 전자적으로 연통하는 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)을 더 포함하고, 이 프레임 처리 모듈은 상기 판독 기판의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻은 디지털화 픽셀 신호를 수신함과 아울러 이 픽셀 신호를 이용해서 초당 10 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레임 처리 모듈(18)과 선택적으로 디지털 연통하는 캘리브레이션 모듈을 더 포함하고, 이 캘리브레이션 모듈은 그것이 선택되었을 때 캘리브레이션 루틴(20)을 포함하는 소프트웨어 프로세스에 의해 구동되고, 상기 캘리브레이션 루틴은 이미지 프레임(44)의 각 픽셀(36)에 맞춰진 픽셀 보정 데이터를 룩업 테이블(22)에 기입하도록 된 X선 이미징 장치(28).
  5. 제4항에 있어서,
    룩업 테이블(22)을 더 포함하고, 이 룩업 테이블은 픽셀 별 보정 데이터를 캘리브레이션 모듈(20)에 의해 기입할 수 있고 정규화 모듈(24)에 의해 판독할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 프레임 처리 모듈(18) 및 룩업 테이블(22))과 선택 적으로 연통되고, 이 정규화 모듈은 프레임 처리 모듈로부터는 실시간 이미지 프레임 데이터/기록내용을, 룩업 테이블로부터는 픽셀 별 보정 데이터를 수신하고, 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)의 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 실시간 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)으로부터의 동적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 실시간 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)으로부터의 정적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 소정 시간 축적하여 상기 표시 모듈(16)에서 정적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 고정밀 표시 이미지 출력을 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  10. 제7항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 1/100초 내지 10초의 시간 동안 축적함으로써 상기 표시 모듈(16)에서 동적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 각각의 축적 시간에 대한 고정밀 표시 이미지 출력을 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 1/100초 내지 300초의 시간 동안 축적하는 X선 이미징 장치(28).
  12. 제9항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 5분간 축적하는 X선 이미징 장치(28).
  13. 제2항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 ASIC 판독 기판(32)과 연통하는 카드뮴 텔루르 조성물계 방사선 검출기 기판(30)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 카드뮴-텔루르 및 카드뮴-아연-텔루르로 이루어진 군에서 선택된 조성물로 구성된 방사선 검출기 기판(30)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  15. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 검출기 기판 바이어스 스위치 회로(121)를 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  16. 제3항에 있어서,
    상기 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)이 상기 판독 기판(32)의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻어진 디지털화 픽셀 신호를 수신할 수 있고 또한 이 디지털화 픽셀 신호를 이용해서 초당 25 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  17. 제3항에 있어서,
    상기 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)이 상기 판독 기판(32)의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻어진 디지털화 픽셀 신호를 수신할 수 있고 또한 이 디지털화 픽셀 신호를 이용해서 초당 50 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  18. 제4항에 있어서,
    상기 소프트웨어 프로세스가 캘리브레이션 루틴(20)을 포함하고, 이 캘리브레이션 루틴은 수집된 캘리브레이션 프레임(44) 중 적어도 일부가 픽셀 값 보정 알고리즘(49)에 따라 분석되는 동안 각각의 디지털화 픽셀 값(47)을 분석함으로써 이미지 프레임(44)의 각 픽셀(36)에 맞는 픽셀 값 보정 데이터를 상기 룩업 테이블(22)로 제공하여 기입하는 X선 이미징 장치(28).
  19. 제4항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 모듈(20)을 구동하는 소프트웨어가 시간의 함수로서 각 픽셀(36)에 대한 에러 보정을 행하는 픽셀 비선형 성능 보상 루틴(123)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 픽셀 비선형 성능 보상 루틴(123)이 시간의 함수로서 각 픽셀(36)에 대한 에러 보정을 행하는데 필요한 보정계수를 결정하기 위한 비대칭 선형 다항식 계산을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  21. 소정 비트 깊이의 픽셀 값의 어레이(45)를 각각 포함하는 다수의 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28)로서, 서로 다른 프레임으로부터의 이미지 픽셀 값(47)을 계산하기 위한 처리 수단(24)을 포함하고, 상기 이미지 픽셀 값(47)의 깊이는 개별 프레임으로부터의 픽셀 값의 비트 깊이보다 큰 X선 이미징 장치(28).
  22. 제21항에 있어서,
    고에너지 X선 이미징 카메라(37)를 더 포함하고, 이 카메라는 고 픽셀 밀도의 직접 변환식 방사선 검출기 기판(30)을 가지며, 검출기 기판의 픽셀(36)은 ASIC 판독 기판(32) 상의 대응 픽셀 회로(31)에 전기적으로 접속되고, 상기 검출기 기판은 입사하는 고에너지의 X선 및 감마선(80)을 직접 전하로 변환함과 아울러 변환된 전하를 픽셀(36)사이의 전기 접속부(35)를 거쳐 상기 ASIC 판독 기판(32) 상의 대응 픽셀 회로에 전하 신호로서 공급하기 위한 것이고, 상기 픽셀 회로는 각 픽셀로부터의 전하 신호를 처리하기 위한 것인 X선 이미징 장치(28).
  23. 제22항에 있어서,
    상기 이미징 카메라(37)의 ASIC 판독 기판(32)과 전자적으로 연통하는 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)을 더 포함하고, 이 고속 이미지 프레임 처리 모듈은 상기 판독 기판의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻은 디지털화 픽셀 신호를 수신함과 아울러 이 픽셀 신호를 이용해서 초당 10 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  24. 제23항에 있어서,
    상기 프레임 처리 모듈(18)과 선택적으로 디지털 연통하는 캘리브레이션 모듈을 더 포함하고, 이 캘리브레이션 모듈은 그것이 선택되었을 때 캘리브레이션 루틴(20)을 포함하는 소프트웨어 프로세스에 의해 구동되고, 상기 캘리브레이션 루틴은 이미지 프레임(44)의 각 픽셀(36)에 맞춰진 픽셀 보정 데이터를 룩업 테이블(22)에 기입하도록 된 X선 이미징 장치(28).
  25. 제24항에 있어서,
    룩업 테이블(22)을 더 포함하고, 이 룩업 테이블은 픽셀 별 보정 데이터를 캘리브레이션 모듈(20)에 의해 기입할 수 있고 정규화 모듈(24)에 의해 판독할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  26. 제25항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 프레임 처리 모듈(18) 및 룩업 테이블(22))과 선택적으로 연통하고, 이 정규화 모듈은 프레임 처리 모듈로부터는 실시간 이미지 프레임 데이터/기록내용을, 룩업 테이블로부터는 픽셀 별 보정 데이터를 수신함과 아울러 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)의 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  27. 제26항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 실시간 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)으로부터의 동적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  28. 제26항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 상기 표시 모듈(16)에서 고에너지 실시간 직접 검출 X선 이미징 시스템(10)으로부터의 정적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 정규화된 이미지 데이터를 표시 이미지 출력부를 통해 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  29. 제28항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 소정 시간 축적하여 상기 표시 모듈(16)에서 정적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 고정밀 표시 이미지 출력을 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  30. 제27항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 1/100초 내지 10초의 시간 동안 축적함으로써 상기 표시 모듈(16)에서 동적 X선 이미지를 표현하는데 사용할 각각의 축적 시간에 대한 고정밀 표시 이미지 출력을 제공하는 X선 이미징 장치(28).
  31. 제29항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 1/100초 내지 300초의 시간 동안 축적하는 X선 이미징 장치(28).
  32. 제29항에 있어서,
    상기 정규화 모듈(24)이 정규화된 이미지 데이터를 적어도 5분간 축적하는 X선 이미징 장치(28).
  33. 제32항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 ASIC 판독 기판(32)과 연통하는 카드뮴 텔루르 조성물계 방사선 검출기 기판(30)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  34. 제33항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 카드뮴-텔루르 및 카드뮴-아연-텔루르로 이루어진 군에서 선택된 조성물로 구성된 방사선 검출기 기판(30)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  35. 제21항에 있어서,
    상기 카메라 모듈(12)이 검출기 기판 바이어스 스위치 회로(121)를 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  36. 제23항에 있어서,
    상기 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)이 상기 판독 기판(32)의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻어진 디지털화 픽셀 신호를 수신할 수 있고 또한 이 디지털화 픽셀 신호를 이용해서 초당 25 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  37. 제23항에 있어서,
    상기 고속 이미지 프레임 처리 모듈(18)이 상기 판독 기판(32)의 각 픽셀 회로(31)의 출력으로부터 얻어진 디지털화 픽셀 신호를 수신할 수 있고 또한 이 디지털화 픽셀 신호를 이용해서 초당 50 이미지 프레임 이상의 프레임 판독률로 이미지 프레임(44)을 생성할 수 있는 X선 이미징 장치(28).
  38. 제24항에 있어서,
    상기 소프트웨어 프로세스가 캘리브레이션 루틴(20)을 포함하고, 이 캘리브레이션 루틴은 수집된 캘리브레이션 프레임(44) 중 적어도 일부가 픽셀 값 보정 알고리즘(49)에 따라 분석되는 동안 각각의 디지털화 픽셀 값(47)을 분석함으로써 이미지 프레임(44)의 각 픽셀(36)에 맞는 픽셀 값 보정 데이터를 상기 룩업 테이블(22)로 제공하여 기입하는 X선 이미징 장치(28).
  39. 제24항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 모듈(20)을 구동하는 소프트웨어가 시간의 함수로서 각 픽셀(36)에 대한 에러 보정을 행하는 픽셀 비선형 성능 보상 루틴(123)을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
  40. 제39항에 있어서,
    상기 픽셀 비선형 성능 보상 루틴(123)이 시간의 함수로서 각 픽셀(36)에 대한 에러 보정을 행하는데 필요한 보정계수를 결정하기 위한 비대칭 선형 다항식 계산을 포함하는 X선 이미징 장치(28).
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