KR20140088687A

KR20140088687A - 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법

Info

Publication number: KR20140088687A
Application number: KR20130000501A
Authority: KR
Inventors: 이종하; 이강호; 성영훈; 한상욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-01-03
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2014-07-11
Also published as: EP2756802B1; CN103908272A; US20140185762A1; JP2014131619A; US9377418B2; EP2756802A1; KR102086371B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법은 엑스선 검출 시의 감도 또는 이득(gain)을 대상체의 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 따라 영역 별로 조절하여 하나의 영상 내의 다양한 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 대응 가능한 고명암비(Hign Dynamic Range) 영상을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 영상 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 제어부를 포함한다.

Description

엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법{X-RAY IMAGE APPARATUS AND X-RAY IMAGE FORMING METHOD}

대상체에 엑스선을 투과시켜 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법이 개시된다.

엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고 대상체를 투과한 엑스선을 분석하여 대상체의 내부구조를 파악할 수 있도록 하는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.

자동 노출 제어(Auto Exposure Control : AEC)를 실행하면, 대상체에 대한 사전 촬영(Pre-shot)을 분석하여 대상체의 특성에 최적화된 엑스선의 촬영 조건을 계산하고, 계산된 촬영 조건을 설정하여 본 촬영을 수행할 수 있다.

그러나, 자동 노출 제어는 사전 촬영 영상의 전체 영역 또는 미리 설정된 영역의 특정 계조 표현력(intensity level)에 대하여 최적화된 촬영 조건을 영상 전체에 동일하게 설정하기 때문에, 대상체의 영역 별 밀도, 두께 또는 감쇠 특성에 따라 계조 표현력이 떨어지거나 포화되어 정확한 정보를 나타낼 수 없는 영역이 발생한다.

일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법은 엑스선 검출 시의 감도 또는 이득(gain)을 대상체의 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 따라 영역 별로 조절하여 하나의 영상 내의 다양한 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 대응 가능한 고명암비(Hign Dynamic Range) 영상을 제공한다.

엑스선 영상 장치의 일 실시예는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 영상 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 제어부를 포함한다.

상기 엑스선 검출부는, 복수의 픽셀 영역을 포함하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역은 적어도 하나의 픽셀 영역을 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 노이즈 영역과 포화 영역을 추출할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역을 상기 포화 영역으로 판단하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역을 노이즈 영역으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 엑스선 검출부의 노이즈 영역에 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 포화 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 별 오프셋을 설정할 수 있다.

상기 엑스선 검출부는 상기 변환된 전기 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 제어부에서 설정된 이득을 입력 받아 상기 증폭기의 이득을 조절하는 이득 조절 회로를 포함할 수 있다.

상기 엑스선 검출부는, 상기 제어부에서 설정된 오프셋을 입력 받아 상기 증폭기의 오프셋을 조절하는 오프셋 조절 회로를 포함할 수 있다.

상기 엑스선 발생부는, 사전 촬영(Pre-shot)을 위해 상기 대상체에 엑스선을 조사하고, 상기 제어부에서 분석하는 영상 신호는 상기 사전 촬영 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 변환된 영상 신호인 것으로 할 수 있다.

상기 엑스선 검출부는, 상기 제어부에서 설정한 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고, 본 촬영(Main shot) 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선을 영상 신호로 변환하고, 상기 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 증폭하여 출력할 수 있다.

상기 엑스선 검출부는, 상기 제어부에서 설정한 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고, 상기 변환된 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 다시 증폭하여 출력할 수 있다.

일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 영상 신호로 변환하고; 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것을 포함한다.

상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하는 것은, 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 노이즈 영역과 포화 영역을 추출하는 것을 포함할 수 있다.

상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하는 것은, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역을 상기 포화 영역으로 판단하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역을 노이즈 영역으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

상기 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것은, 상기 노이즈 영역에 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 포화 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정하는 것을 포함할 수 있다.

상기 상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것은, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정할 수 있다.

상기 엑스선 영상 장치의 제어 방법은 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 별 오프셋을 설정하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 분석에 사용되는 대상체에 관한 영상 신호는, 사전 촬영(Pre-shot) 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 변환된 영상 신호인 것으로 할 수 있다.

일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법에 의하면, 엑스선 검출 시의 감도(gain)를 대상체의 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 따라 영역 별로 조절하여 하나의 영상 내의 다양한 두께, 밀도 또는 엑스선 감쇠 특성에 대응 가능한 고명암비(Hign Dynamic Range) 영상을 제공할 수 있다.

도 1에는 엑스선 영상 장치의 일 측면에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 측면에 있어서, 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 3에는 대상체가 유방인 경우 대상체의 조직 구조를 간략하게 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 4에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 개략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 5에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 6a에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기(flux)에 따른 엑스선 검출부의 출력 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 6b에는 노이즈 영역과 포화 영역을 포함하는 로우(Raw) 영상이 도시되어 있다.
도 7에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서, 하나의 픽셀 영역의 구조에 관한 개략적인 회로도가 도시되어 있다.
도 8a에는 픽셀 영역의 이득을 증가시키는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 8b에는 엑스선 검출부의 이득을 감소시키는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 9에는 영상 처리부에서 전처리가 수행된 경우의 동적 영역을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 10에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기, 출력 전압 및 오프셋의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 11에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서, 오프셋 조절이 가능한 하나의 픽셀 영역의 구조에 관한 개략적인 회로도가 도시되어 있다.
도 12에는 오프셋을 낮추는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 13에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 이득을 설정하는 방법에 관한 실시예가 도시되어 있다.
도 14에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 사전 촬영을 통해 이득을 설정하고 설정된 이득에 따라 본 촬영을 수행하는 경우에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 15에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 본 촬영에서 이득을 설정하는 경우에 관한 순서도가 도시되어 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1에는 엑스선 영상 장치의 일 측면에 관한 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 측면에 있어서, 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.

엑스선 영상 장치는 촬영 대상에 따라 그 구조나 제어 조건 등이 조금씩 달라진다. 엑스선 영상 장치(100)는 촬영 대상에 제한을 두지 않으나, 도 2에서는 구체적인 설명을 위한 예시로서 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부(110), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출부(120), 대상체의 영상을 분석하고 분석 결과에 따라 엑스선 촬영 조건 또는 엑스선의 검출 감도를 설정하는 제어부(130)를 포함한다.

엑스선 발생부(110)는 하우징(111)에 구비되어 있으며, 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사한다. 대상체(30)가 유방인 경우에는 대상체를 압착 패들(20)과 엑스선 검출부(120) 사이에 위치시키고 압착 패들로 유방을 압착한 상태에서 엑스선을 조사한다.

엑스선 발생부(110)는 전원 공급부(미도시)로부터 전원을 공급받아 엑스선을 발생시키며, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다.

엑스선 발생부(110)는 단색광(monochromatic) 엑스선 또는 다색광(polychromatic) 엑스선을 조사한다. 일 실시예로서, 엑스선 발생부(110)는 일정 에너지 대역을 갖는 다색광 엑스선을 조사할 수 있고, 조사되는 엑스선의 에너지 대역은 상한과 하한에 의해 정의된다.

에너지 대역의 상한, 즉 조사되는 엑스선의 최대 에너지는 관전압의 크기에 의해 조절되고, 에너지 대역의 하한, 즉 조사되는 엑스선의 최소 에너지는 엑스선 발생부의 내부 또는 외부에 구비된 필터에 의해 조절될 수 있다. 필터를 이용하여 저에너지 대역의 엑스선을 여과시키면, 조사되는 엑스선의 평균 에너지를 높일 수 있다.

엑스선 검출부(120)는 CCD, CMOS, TFT 등의 반도체 소자로 구현될 수 있으며, 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기 신호로 변환한다. 검출된 엑스선을 전기 신호로 변환하는 방식은 직접변환 방식과 간접변환 방식으로 구분할 수 있다. 직접변환 방식은 엑스선의 흡수에 의해 바로 전하를 발생시키는 광전물질(phtoconductors)을 사용하는 방식이고, 간접변환 방식은 대상체를 투과한 엑스선이 섬광체와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하고, 이를 수광소자가 전하로 변환하는 방식이다. 한편, 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 검출부(120)의 검출 방식이나 구현 소자에 제한을 두지 않는다. 다만, 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 CMOS로 구현되는 엑스선 검출부(120)를 중심으로 설명하도록 한다.

엑스선 검출부(120)는 포토 다이오드 등의 복수의 수광 소자를 포함하고, 복수의 수광 소자 각각을 하나의 픽셀 단위로 할 수 있다. 복수의 수광 소자는 대상체를 투과한 엑스선을 전하로 변환하며 엑스선 검출부(120)에 구비된 증폭 회로가 상기 전하의 양에 대응되는 전기 신호를 증폭하여 출력한다. 여기서의 전기 신호는 전압 신호를 의미한다.

이 때, 증폭 회로는 증폭기를 구비하여 상기 전기 신호를 용도에 맞는 크기로 증폭하여 출력한다. 전기 신호가 증폭되는 비율을 이득(gain)이라 하며 엑스선 검출부의 이득을 검출 감도(sensitivity)라고도 한다.

엑스선 발생부(110)에서 조사된 엑스선은 대상체를 투과하면서 감쇠되는바, 엑스선이 조사된 부분을 구성하는 조직의 특성 또는 엑스선이 조사된 부분의 두께에 따라 엑스선의 감쇠율이 다르므로 대상체의 내부 구성에 따라서 검출되는 엑스선의 양이 달라진다. 따라서, 엑스선 검출부(120)가 변환한 전기 신호를 복수의 픽셀에 대해 합치면 대상체를 영상화할 수 있는바, 상기 전기 신호는 일종의 영상 신호라 할 수 있다. 상기 영상 신호는 제어부(130)로 전송되는바, 제어부(130)로 전송되는 영상 신호는 아날로그 신호일 수도 있고, 디지털 신호일 수도 있다.

제어부(130)는 엑스선 검출부(120)로부터 전송된 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부(120)의 각 검출 영역에 대한 이득(gain)을 대상체의 특성에 맞게 설정한다. 엑스선 검출부(120)는 복수의 픽셀 영역을 포함하는바, 픽셀 영역은 하나의 수광 소자를 포함하는 검출 단위이고, 검출 영역은 적어도 하나의 픽셀 영역을 포함하는 것으로 한다.

제어부(130)의 분석에 사용되는 영상 신호는 사전 촬영(Pre-shot)에 의해 획득된 것일 수도 있고, 본 촬영(Main shot)에 의해 획득된 것일 수도 있다. 이하, 사전 촬영(Pre-shot)에 대해 간략하게 설명하도록 한다.

엑스선 영상의 촬영 조건으로는 관전압, 관전류, 엑스선 노출 시간, 필터 및 양극(타겟 물질) 등이 있다. 제어부(130)는 사전 촬영을 통해 얻은 대상체의 정보를 이용하여 상기 촬영 조건을 적절한 값으로 설정할 수 있고, 엑스선 영상 장치는 촬영 조건이 적절하게 설정된 이후에 본 촬영을 수행할 수 있다.

사전 촬영은 관전류와 엑스선 노출 시간을 일반 촬영보다 낮게 한 상태에서 대상체에 엑스선을 조사함으로써 수행된다. 제어부(130)는 사전 촬영에 의해 획득된 영상 신호를 분석하여 촬영 조건을 설정한다. 일 실시예로서, 사전 촬영에서 검출된 엑스선의 세기(intensity)의 대표값을 계산하고, 대상체의 정보(두께, 압착강도), 사전 촬영 시의 조건 및 상기 대표값으로부터 본 촬영에 대한 촬영 조건을 직접 계산하거나, 상기 파라미터들을 기준으로 설정된 최적 촬영 조건을 데이터베이스화 시켜두고 대응되는 촬영 조건을 가져오는 것도 가능하다.

이하, 제어부(130)의 분석에 사용되는 영상 신호가 본 촬영(Main shot)에 의해 획득된 것인 경우를 간략하게 설명한다. 사전 촬영을 수행하지 않는 경우에는 영상 신호의 분석 없이 얻을 수 있는 대상체의 정보(두께, 압착 강도 등)를 이용하여 엑스선의 목표 세기를 설정하고, 본 촬영을 시작하여 엑스선을 조사한다. 엑스선 검출부(120)에서 실시간으로 엑스선의 세기를 측정하고, 엑스선의 세기가 목표 세기에 도달하면 엑스선 조사를 멈출 수 있다. 다만, 상기 방식 외에 목표 노출 시간을 설정하여 엑스선 노출 시간이 목표 노출 시간에 도달하면 엑스선 조사를 멈추는 방식도 적용될 수 있고, 사용자가 직접 엑스선의 조사를 제어할 수도 있으며, 제어부가 사전 촬영 없이 영상 신호를 획득하는 방식에는 제한이 없다.

엑스선 조사가 완료되면, 엑스선 검출부(120)에서 엑스선을 검출하여 대상체에 관한 영상 신호를 제어부(130)로 전송한다. 제어부(130)는 전송된 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 검출 영역 별로 대상체의 특성에 맞게 이득을 설정한다.

그리고, 제어부(130)의 설정에 따라 엑스선 검출부(120)의 이득이 조절되면 엑스선 검출부(120)에 일시적 또는 비일시적으로 저장되어 있던 대상체를 투과한 엑스선 정보를 다시 전기 신호로 변환하여 조절된 이득에 따라 증폭하고, 제어부(130)로 전송하여 엑스선 영상을 생성한다.

이하, 제어부의 동작에 관하여 더 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3에는 대상체가 유방인 경우 대상체의 조직 구조를 간략하게 나타낸 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 개략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 유방(30)의 조직은 유방의 둘레를 둘러싸면서 형태를 유지시켜주는 섬유 조직(31), 유방 전체에 분포되는 지방 조직(32), 모유를 생산하는 유선 조직(33), 모유의 이동 통로인 유관 조직(34) 등으로 구성된다. 이 중에서 유선 조직(33)과 유관 조직(34) 등 모유의 생산과 공급에 관계되는 조직을 유방의 실질 조직이라 하는바, 이러한 실질 조직은 엑스선의 감쇠량이 커서 실질 조직이 많이 모여 있는 부분은 엑스선 영상에서 하얗게 나오는 경우가 많다. 따라서, 실질 조직이 많이 분포된 영역은 밀도가 높다고 표현한다.

엑스선이 투과하는 대상체의 두께가 두껍거나 밀도가 높은 경우에는 엑스선의 감쇠량이 커지므로 대상체를 투과하는 엑스선의 세기는 작아진다. 반대로, 엑스선이 투과하는 대상체의 두께가 얇거나 밀도가 낮은 경우에는 엑스선의 감쇠량이 작아지므로 대상체를 투과하는 엑스선의 세기는 커진다.

두께가 균일한 대상체(30)라 하더라도 위치에 따라 그 밀도가 다를 수 있다. 예를 들어, 대상체(30)가 유방인 경우에는 상기 도 2에 도시된 바와 같이 압착 패들(20)로 유방을 압착하여 균일한 두께로 만들더라도 유방 내의 조직 분포에 따라 실질 조직이 발달되어 밀도가 높은 부분이 있고, 밀도가 낮은 부분이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 대상체(30)를 그 밀도에 따라 밀도가 높은 제1영역(Dense), 밀도가 중간인 제2영역(Normal), 밀도가 낮은 제3영역(Sparse)으로 구분하는 것으로 가정한다. 제어부(130)에서 촬영 조건을 설정할 때 또는 사전 촬영 없이 본 촬영을 수행할 때 대상체의 영역 별 두께 또는 밀도 변화를 고려하지 않으므로, 대상체(30)에 엑스선을 조사하면 제1영역(Dense)을 투과한 엑스선의 세기가 가장 낮고 제3영역(Sparse)을 투과한 엑스선의 세기가 가장 높다.

엑스선 검출부(120)에서 증폭하여 출력할 수 있는 전기 신호의 크기에는 한계가 있다. 따라서, 제3영역(Sparse)의 밀도가 매우 낮으면 도 3에 도시된 바와 같이 제3영역(Sparse)을 투과한 엑스선에 대한 전기 신호는 포화될 수 있다. 반대로, 제1영역(Dense)의 밀도가 매우 낮으면 제1영역(Dense)을 투과한 엑스선에 대한 전기 신호는 노이즈에 묻혀 화질이 저하된 영상을 생성하게 된다.

따라서, 제어부(130)는 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 대상체의 영역 별 두께 또는 밀도에 따라 즉, 대상체의 영역 별 영상 신호의 크기에 따라 엑스선 검출부(120)의 이득(gain)을 다르게 설정한다. 예를 들어, 대상체의 영역 중 두께 또는 밀도가 큰 영역(영상 신호가 작은 영역)에 대해서는 엑스선 검출부(120)의 이득을 높게 설정하여 노이즈의 영향을 감소시키고, 대상체의 영역 중 두께 또는 밀도가 작은 영역(영상 신호가 큰 영역)에 대해서는 엑스선 검출부(120)의 이득을 낮게 설정하여 포화 영역을 감소시킨다.

도 5에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있는바, 이하 도 5를 참조하여 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 5의 실시예에서 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)의 기본적인 동작은 앞서 도 1에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 설명을 생략하도록 한다.

제어부(130)는 엑스선 검출부(120)에서 획득한 영상 신호를 분석하여 대상체의 영역 별 두께 또는 밀도에 대응되도록 엑스선 검출부(120)의 이득을 설정하는 조건 설정부(131) 및 조건 설정부(131)에 의해 설정된 이득에 따라 엑스선 검출부(120)에서 출력하는 영상 신호에 대해 이득 보정을 수행하는 영상 처리부(132)를 포함한다.

도 6a에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기에 따른 엑스선 검출부(120)의 출력 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 6b에는 노이즈 영역과 포화 영역을 포함하는 로우(Raw) 영상이 도시되어 있다.

도 6을 설명하기에 앞서, 이하 상술할 실시예에서 엑스선의 세기(intensity)는 엑스선의 플럭스(flux) 즉, 단위 시간 당 포톤의 수로 나타내는 것으로 한다. 포톤은 엑스선을 이루는 입자이다.

도 6a의 그래프는 엑스선 검출부의 단일 픽셀 영역에서의 출력값을 나타낸 것이고, 원 이득을 적용한 경우이다. 즉, 도 6a의 그래프에서 기울기는 원 이득이다. 원 이득은 엑스선 검출부(120)에 디폴트(default)로 설정되어 있는 값일 수도 있고, 사전 촬영을 수행하는 경우에는 사전 촬영에 의해 설정되는 엑스선의 세기에 맞게 설정되는 값일 수도 있다.

대상체를 투과하여 엑스선 검출부(120)에서 검출된 엑스선은 일정 이득에 따라 증폭된 전압 신호로 출력된다. 도 6a를 참조하면, 대상체를 투과한 엑스선의 세기가 커질수록 출력되는 전압 신호의 크기도 커진다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 엑스선 검출부(120)에서 증폭하여 출력할 수 있는 전압의 크기에는 한계가 있으므로 대상체를 투과한 엑스선의 세기가 포화 전압(Vs)에 대응되는 세기(b) 이상이 되면 그에 대응되어 출력되는 전압 신호는 포화된다.

따라서, 대상체를 투과한 엑스선의 세기가 b 이상이 되면 대상체에 관한 영상 정보가 손실된다. 이하, 엑스선 검출부(120)의 검출 영역 중에서 검출되는 엑스선의 세기가 b 이상인 영역, 즉 출력되는 전압 신호가 포화되는 영역을 포화 영역(S)이라 하기로 한다. 도 6b를 참조하면, 로우(Raw) 영상에서 포화 영역(S)에 해당하는 부분은 하얗게 보여 대상체에 관한 정보를 확인하기 어려운 것을 알 수 있다.

엑스선 검출부(120)에서 출력되는 전압 신호에는 노이즈가 포함되어 있고, 노이즈 레벨보다 작은 전압 신호는 노이즈에 묻혀 화질이 저하된 엑스선 영상을 만든다. 이하, 엑스선 검출부(120)의 검출 영역 중에서 검출되는 엑스선의 세기가 a 이하인 영역, 즉 출력되는 전압 신호가 노이즈 레벨보다 작은 영역을 노이즈 영역(N)이라 하기로 한다. 도 6b를 참조하면, 로우(Raw) 영상에서 노이즈 영역(N)에 해당하는 부분은 다른 부분에 비하여 화질이 저하된 것을 알 수 있다.

엑스선 검출부(120)에서 측정할 수 있는 최대 신호와 최소 신호의 레벨 차이를 동적 영역(Dynamic Range)이라 하는바, 도 6a의 그래프에서는 엑스선의 세기 a와 b 사이의 영역이 동적 영역(Dynamic Range)이 되고, 이 동적 영역을 넓게 함으로써 고대조도 엑스선 영상을 획득할 수 있다.

따라서, 조건 설정부(131)는 사전 촬영 또는 본 촬영에 의해 엑스선 검출부(120)에서 획득한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부(120)의 각 검출 영역 별로 이득을 조절함으로써 엑스선 영상의 동적 영역을 확장시킨다.

이를 위해, 조건 설정부(131)는 사전 촬영에 의해 획득한 영상 신호를 분석하여 노이즈 영역과 포화 영역을 추출한다. 그리고, 노이즈 영역에 대해서는 엑스선 검출부(120)의 이득을 높게 설정하고 포화 영역에 대해서는 엑스선 검출부(120)의 이득을 낮게 설정한다.

노이즈 영역과 포화 영역을 추출하는 일 실시예로서, 조건 설정부(131)는 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 선량을 추정하고 추정된 선량으로부터 엑스선 검출부(120)의 복수의 검출 영역이 본 촬영 시에 노이즈 영역에 해당할 지 또는 포화 영역에 해당할 지 여부를 판단한다.

복수의 검출 영역은 각각 적어도 하나의 픽셀 영역을 포함한다고 하였는바, 각 검출 영역이 하나의 픽셀 영역을 포함하는 경우에는 각 픽셀 영역에서 출력되는 영상 신호를 이용하고, 각 검출 영역이 복수의 픽셀 영역을 포함하는 경우에는 복수의 픽셀 영역에서 출력되는 영상 신호의 평균값을 이용할 수 있다. 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 각 검출 영역이 하나의 픽셀 영역을 포함하는 것으로 한다.

예를 들어, 사전 촬영에 의해 획득된 영상 신호에서 어느 픽셀 영역의 출력 전압이 2v이고, 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 선량이 사전 촬영 시의 2배로 설정되는 경우, 해당 픽셀은 본 촬영 시에 4V의 전압을 출력할 것으로 예상할 수 있다. 또한, 조사되는 엑스선의 선량과 출력 신호의 관계가 선형이 아니더라도 둘 사이의 관계는 미리 예상될 수 있다.

그리고, 상기 예상된 출력 전압을 엑스선 검출부(120)의 포화 전압과 비교하여 예상 출력 전압이 포화 전압 이상이면 해당 픽셀 영역이 포화 영역에 해당하는 것으로 판단한다. 예상 출력 전압이 포화 전압 미만인 경우에는 예상 출력 전압을 노이즈 레벨과 비교하고, 예상 출력 전압이 노이즈 레벨 이하이면 해당 픽셀은 노이즈 영역에 해당하는 것으로 판단한다.

정리하면, 조건 설정부(131)는 엑스선 검출부(120)의 픽셀 영역에서 출력되는 영상 신호를 포화 전압에 대응되는 제1기준레벨 또는 노이즈 레벨에 대응되는 제2기준레벨과 비교하여 영상 신호가 제1기준레벨 이상이면 포화 영역인 것으로, 영상 신호가 제2기준레벨 이하이면 노이즈 영역인 것으로 판단한다.

여기서, 제1기준레벨 및 제2기준레벨은 사전 촬영에 의해 조사된 엑스선의 선량과 본 촬영에 의해 조사될 엑스선의 선량 사이의 관계가 반영된 신호 레벨이다. 그러나, 사전 촬영을 수행하지 않고 바로 본 촬영을 위한 엑스선을 조사한 경우에는 제1기준레벨은 포화 전압 레벨이 되고, 제2기준레벨은 노이즈 레벨이 된다.

조건 설정부(131)는 엑스선 검출부(120)의 모든 픽셀 영역에 대해 상기 판단을 수행할 수도 있고, 대상체가 촬영된 픽셀 영역에 대해서만 상기 판단을 수행할 수도 있다.

그리고, 조건 설정부(131)는 포화 영역에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 엑스선 검출부(120)에서의 이득을 낮게 설정하고, 노이즈 영역에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 엑스선 검출부(120)에서의 이득을 높게 설정한다.

도 7에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서, 하나의 픽셀 영역의 구조에 관한 개략적인 회로도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 픽셀 영역은 엑스선을 감지하여 전하로 변환하는 수광 소자(15)와 변환된 전하의 양을 읽어 전압 신호로 출력하는 증폭 회로를 포함할 수 있다. 수광 소자(15)는 PN 포토 다이오드, PIN 포토 다이오드, schottky형 포토 다이오드, Avalanche형 포토 다이오드 등으로 구현될 수 있다.

수광 소자(15)에서 전하를 흘려 보내면 전하의 흐름은 전류를 형성하고, 이 전류는 증폭 회로의 버퍼(14)를 지나 증폭기(13)로 입력되면서 증폭된 전압 신호를 출력한다. 증폭기(13)의 이득은 가변 캐패시터(12)에 의해 조절되고, 조건 설정부(131)는 래치(11)를 통해 가변 캐패시터(12)의 용량을 제어한다. 이로써, 포화 영역 또는 노이즈 영역에 해당되는 픽셀 영역의 이득이 조건 설정부(131)에서 설정된 값으로 동적으로 조절되고, 증폭 회로는 이득 조절 회로가 된다. 이득 조절 회로는 복수의 수광 소자 별 이득을 조건 설정부(131)에서 설정된 값에 따라 상호 독립적으로 조절할 수 있다.

다만, 도 7의 픽셀 영역은 엑스선 검출부(120)가 CMOS 타입으로 구현되는 경우에 관한 것이고, 엑스선 검출부(120)가 TFT 타입으로 구현되는 경우에는 각 픽셀 영역 별로 이득 조절 회로를 구비하지 않고, row 방향으로 데이터를 독출(read-out)할 때 sync를 맞춰서 column 별 이득을 조절하는 것도 가능하다.

엑스선 검출부(120)의 검출 영역 중에서 포화 영역 또는 노이즈 영역에 해당되지 않는 영역은 원 이득(original gain)을 유지한다. 조건 설정부(131)에서 설정하는 이득의 기준은 원 이득이 되며, 포화 영역에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 이득을 설정하고, 노이즈 영역에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 원 이득보다 높은 이득을 설정한다. 설정되는 이득의 구체적인 값은 해당 픽셀 영역에서 출력된 신호의 크기와 포화 레벨 및 노이즈 레벨을 모두 고려하여 결정될 수 있고, 주어진 조건에서 최적의 계조 표현력을 갖도록 하는 값이 실험 또는 시뮬레이션을 통해 맵핑되어 있을 수 있다.

도 8a에는 픽셀 영역의 이득을 증가시키는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 8b에는 픽셀 영역의 이득을 감소시키는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 8a 및 도 8b의 그래프는 단일 픽셀 영역에 관한 것이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역의 이득을 증가시키면 즉, 원 이득보다 높은 이득을 갖도록 제어하면, 상기 픽셀 영역에 같은 양의 엑스선이 들어오더라도 원 이득을 갖는 경우보다 더 큰 전압 신호가 출력된다.

이득을 증가시키면 신호에 포함된 잡음도 함께 증폭이 되므로 노이즈 레벨도 어느 정도 상승하게 되나, 도 8a에 도시된 바와 같이 그래프의 기울기가 증가하면서 노이즈 레벨보다 낮은 전압 신호를 출력하는 엑스선의 최대 세기가 작아진다(a->a').

더 구체적으로 설명하면, 도 8a의 그래프에 대응되는 픽셀 영역에 대상체를 투과하여 들어오는 단위 시간 당 광자의 수(flux)가 f₁이라고 하면, 원 이득을 적용했을 때에는 상기 픽셀 영역이 노이즈 영역에 해당됐으나 조건 설정부(131)에서 설정한 이득을 적용하면 노이즈 영역에 해당되지 않게 된다. 즉, 노이즈에 의한 화질 저하가 나타나지 않게 된다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역의 이득을 감소시키면 즉, 원 이득보다 낮은 이득을 갖도록 제어하면 상기 픽셀 영역에 같은 양의 엑스선이 들어오더라도 원 이득을 갖는 경우보다 작은 전압 신호가 출력된다.

따라서, 출력 신호가 포화되기 시작하는 엑스선의 세기가 커지며(b->b'), 도 8b의 그래프에 대응되는 픽셀 영역에 대상체를 투과하여 들어오는 단위 시간 당 광자의 수(flux)를 f₂라고 하면, 원 이득을 적용했을 때에는 상기 픽셀 영역이 포화 영역에 해당됐으나 조건 설정부(131)에서 설정한 이득을 적용하면 포화 영역에 해당되지 않게 된다. 즉, 포화에 의한 정보 손실을 피할 수 있게 된다.

영상 처리부(132)는 엑스선 검출부(120)에서 획득한 영상 신호에 대해 영상 처리를 수행하여 엑스선 영상 장치(100)에 구비된 디스플레이부에 표시할 수 있는 엑스선 영상을 생성한다. 영상 처리부(132)에서 영상 처리를 수행하는 영상 신호는 조건 설정부(131)에서 설정한 이득이 적용된 영상 신호이다.

구체적으로, 사전 촬영을 수행한 경우에는 조건 설정부(131)가 사전 촬영에 의해 획득된 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부(120)의 이득을 조절하고, 본 촬영을 위해 엑스선을 조사하면 이득이 조절된 엑스선 검출부(120)가 엑스선을 검출하여 영상 신호를 획득한다. 이 영상 신호가 영상 처리부(132)의 영상 처리 대상이 되는 영상 신호이다.

또는, 사전 촬영을 수행하지 않는 경우에는, 조건 설정부(131)가 본 촬영을 위해 조사된 엑스선으로부터 획득된 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부(120)의 이득을 조절하고, 엑스선 검출부(120)에 임시로 저장되어 있던 전하는 이득이 조절된 증폭 회로를 다시 통과하여 영상 신호를 출력한다. 이 영상 신호가 영상 처리부(132)의 영상 처리 대상이 되는 영상 신호이다.

영상 처리부(132)에서 수행하는 영상 처리는 전처리와 후처리를 포함한다. 본 발명의 실시예에서의 전처리는 대상체에 관한 전체 영상을 동일 감도 영상으로 보정해주는 것이고, 후처리는 영상 개선 또는 영상 강화를 위해 수행되는 영상 처리를 의미하는 것으로 정의한다.

먼저, 픽셀 값 즉, 각 픽셀 영역에 대응되는 밝기 값(i)에 대해 flat field correction을 수행한다. 밝기 값은 각 픽셀 영역에서 검출된 엑스선의 세기에 비례하는 것으로서, 각 픽셀 영역에서 출력되는 영상 신호 즉, 전압 신호로부터 산출할 수 있다. Flat field correction은 아래 [수학식 1]에 의해 수행될 수 있다.

[수학식 1]

i_correct = -log{(i_measure-i_dark)/(i_white-i_dark)}

여기서, i_measure는 본 촬영 시에 획득한 픽셀 값이고, i_dark는 엑스선을 조사하지 않은 상태에서 획득한 픽셀 값이며, i_white는 대상체 없이 엑스선을 조사하여 얻은 픽셀 값이다. 그리고, i_dark와 i_white는 i_measure와 동일한 두께 조건 및 동일한 이득 조건에서 획득된 것이어야 한다. 예를 들어 i_measure가 이득을 G₁으로 하여 출력된 픽셀 값이면, i_dark와 i_white 역시 이득을 G₁으로 하여 얻은 값이어야 한다.

따라서, 상기 [수학식 1]을 계산하기 위해 설정 가능한 이득 및 두께 별로 i_dark와 i_white을 미리 획득하여 저장해두거나, 일부 이득 및 두께에 대한 i_dark와 i_white만 미리 저장해두고, 이를 이용하여 필요한 이득 및 두께 조건의 i_dark와 i_white에 관한 정보를 획득할 수 있다.

도 9에는 영상 처리부에서 전처리가 수행된 경우의 동적 영역을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 포화 영역(S₁)에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 이득을 G₁으로 설정하였고, 노이즈 영역(N₁)에 해당하는 픽셀 영역에 대해서는 이득을 G₂로 설정하여 엑스선 촬영을 실행한 경우, 포화 영역(S₁)에 해당하는 픽셀 영역의 출력 신호와 노이즈 영역(N₁)에 해당하는 픽셀 영역의 출력 신호에 대해 픽셀 영역 별 이득에 맞게 상기 [수학식 1]의 flat field correction을 수행하면, 동일 감도 영상으로 변환할 수 있고, 이 영상은 전체 픽셀 영역에 대해 이득을 G₀으로 했을 때보다 동적 영역이 확장됨(DR₁->DR)을 알 수 있다.

각 픽셀 영역에 대해 Flat field correction이 완료되면, 영상 처리부(132)는 영상 개선 및 영상 강화를 위한 후처리를 수행한다. 구체적으로, 계조처리 및 주파수 처리 등을 통하여 영상의 계조 및 주파수 대응 특성을 제어할 수 있는바, 공간 주파수 처리를 통해 진단 영상의 질을 향상시킬 수 있고, 계조 처리에 의해 객관적인 영상 강조(image enhancement)를 실현할 수 있다. 또한, 영상 처리부(132)는 픽셀 영역 별로 설정된 이득에 맞는 후처리를 수행할 수 있다.

상술한 실시예에서는 엑스선 검출부의 오프셋은 고려하지 않았으나, 엑스선 검출부에서 출력하는 신호에는 오프셋이 포함될 수 있는바, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 검출부의 이득 조절 뿐만 아니라 오프셋 조절도 수행할 수 있다.

도 10에는 대상체를 투과한 엑스선의 세기, 출력 전압 및 오프셋의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 엑스선 검출부(120)로부터 출력되는 신호에는 오프셋(offset)이 포함될 수 있고, a₀ 이하의 세기를 갖는 엑스선이 검출되면 노이즈와 오프셋에 의한 화질 저하가 나타나게 된다. 즉, 오프셋은 노이즈 영역(N)을 확장시킨다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치(100)의 조건 설정부(131)는 각 픽셀 영역에 대해 이득을 조절함과 동시에 오프셋을 낮추어 화질 저하 영역을 줄일 수 있다.

도 11에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서, 오프셋 조절이 가능한 하나의 픽셀 영역의 구조에 관한 개략적인 회로도가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 증폭기(13)의 반전 입력단(-)에는 검출된 엑스선의 세기에 대응되는 신호가 입력되고, 비반전 입력단(+)에는 오프셋을 결정하는 기준 전압(V_ref)이 입력된다. 이 때, 입력되는 기준 전압을 그라운드 전압 또는 정전압으로 하지 않고, 디지털 래치(16) 및 디지털 값을 아날로그 값으로 변환하는 DAC(Digital Analog Converter)와 연결 하여 기준 전압이 외부에서 제어될 수 있도록 한다. 따라서, 제어부(130)가 디지털 래치(16)를 통해 기준 전압을 조절할 수 있다. 또는, 엑스선 영상 장치(100)에 구비된 입력부를 통해 사용자로 하여금 기준 전압을 조절하도록 하는 것도 가능하다.

도 12에는 오프셋을 낮추는 경우의 출력 전압과 포화 영역 및 노이즈 영역의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 상기 그래프는 단일 픽셀 영역에 관한 것이다.

도 12를 참조하면, 픽셀 영역이 낮은 오프셋을 갖도록 조절된 경우, 엑스선의 세기와 출력 전압에 관한 그래프가 우측으로 이동한다. 따라서, 포화가 시작되는 엑스선의 세기가 커지므로(b₀->b₀'), 포화에 의한 정보 손실을 줄일 수 있다. 조건 설정부(131)는 매 촬영 시마다 대상체의 특성에 맞게 픽셀 영역 별로 오프셋을 조절할 수 있다. 일반적으로 낮은 오프셋은 동적 영역을 확장시키는데 유리하게 작용하지만, 특히 포화 전압에 도달하는 엑스선의 세기를 증가시키므로, 포화 영역에 대해 오프셋을 낮게 조절하면 포화에 의한 정보 손실을 막는데 도움이 된다.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 실시예를 설명하도록 한다.

도 13에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 이득을 설정하는 방법에 관한 실시예가 도시되어 있다.

도 13을 참조하면, 먼저 대상체에 관한 영상 신호를 획득한다(511). 앞서 엑스선 영상 장치의 실시예에서 설명한 바와 같이, 검출 영역 별 이득의 설정은 사전 촬영을 통해 이루어질 수도 있고 본 촬영 시에 이루어질 수도 있다. 따라서, 당해 단계에서 대상체에 관한 영상 신호는 사전 촬영에 의해 획득된 것일 수도 있고, 본 촬영에 의해 획득된 것일 수도 있다.

획득된 영상 신호를 분석하여 단일 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호를 미리 설정된 제1기준레벨과 비교한다(512). 여기서, 영상 신호는 단일 픽셀 영역에서 출력되는 전압 신호일 수 있다. 제1기준레벨은 픽셀 영역이 포화 영역에 해당하는지 여부를 판단하는 기준으로서, 상기 영상 신호가 사전 촬영에 의해 획득된 것이면 포화 전압, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 세기 및 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 세기의 관계를 이용하여 제1기준레벨을 설정할 수 있고, 상기 영상 신호가 본 촬영에 의해 획득된 것이면 포화 전압을 제1기준레벨로 설정할 수 있다.

단일 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호가 제1기준레벨보다 크면(513의 예) 포화 영역으로 판단하고 해당 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 낮은 값으로 설정한다(514). 이 때, 설정되는 값은 실험적으로 또는 시뮬레이션을 통해 미리 맵핑된 값들 중에서 선택된 값일 수 있다. 원 이득은 엑스선 검출부(120)에 디폴트(default)로 설정된 값일 수 있다.

단일 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호가 제1기준레벨보다 크지 않은 경우(513의 아니오)에는 상기 영상 신호를 제2기준레벨과 비교한다(515). 여기서, 제2기준레벨은 픽셀 영역이 노이즈 영역에 해당되는지 여부를 판단하는 기준으로서 상기 영상 신호가 사전 촬영에 의해 획득된 것이면 노이즈 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 세기 및 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 세기의 관계를 이용하여 제2기준레벨을 설정할 수 있고, 상기 영상 신호가 본 촬영에 의해 획득된 것이면 노이즈 레벨을 제2기준레벨로 설정할 수 있다.

상기 영상 신호가 제2기준레벨보다 작은 경우에는(516의 예) 상기 픽셀 영역이 노이즈 영역에 해당하는 것으로 판단하고, 상기 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 높은 값으로 설정한다(517). 이 때 설정되는 값 역시 실험적으로 또는 시뮬레이션을 통해 미리 맵핑된 값들 중에서 선택된 값일 수 있다.

상기 511단계부터 517단계를 엑스선 검출부(120)의 모든 픽셀 영역 또는 관심 영역(대상체가 촬영된 영역)에 대해서 수행하면 대상체의 영역 별 두께 또는 밀도 특성에 적합한 이득을 설정할 수 있다.

도 14에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 사전 촬영을 통해 이득을 설정하고 설정된 이득에 따라 본 촬영을 수행하는 경우에 관한 순서도가 도시되어 있다.

도 14를 참조하면, 먼저 사전 촬영을 통해 대상체에 관한 영상 신호를 획득한다(521). 여기서, 영상 신호는 대상체에 대응되는 복수의 픽셀 영역으로부터 출력되는 전기 신호를 의미하며, 디지털로 변환된 신호일 수 있다.

단일 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호를 제1기준레벨과 비교한다(522). 제1기준레벨은 픽셀 영역이 포화 영역에 해당하는지 여부를 판단하기 위한 기준이 며, 포화 전압, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 세기 및 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 세기를 고려하여 결정된다.

상기 영상 신호가 제1기준레벨보다 크면(523의 예) 단일 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 낮은 값으로 설정한다(524). 앞서 설명한 바와 같이, 여기서 설정되는 이득 값은 실험 또는 시뮬레이션에 의해 미리 맵핑된 값 중에서 선택된 하나일 수 있고, 원 이득은 엑스선 검출부(120)에 디폴트(default)로 설정된 값일 수 있다.

상기 영상 신호가 제1기준레벨보다 작으면(523의 아니오), 상기 영상 신호를 제2기준레벨과 비교한다(525). 제2기준레벨은 픽셀 영역이 노이즈 영역에 해당하는지 여부를 판단하기 위한 기준이며, 노이즈 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 세기 및 본 촬영 시에 조사될 엑스선의 세기를 고려하여 결정된다.

상기 영상 신호가 제2기준레벨보다 작으면(526의 예) 단일 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 높은 값으로 설정한다(527). 여기서 설정되는 이득 값 역시 실험 또는 시뮬레이션에 의해 미리 맵핑된 값 중에서 선택된 하나일 수 있다.

상기 522단계 내지 527단계를 관심 영역에 해당하는 모든 픽셀 영역에 대해 완료한 경우(528의 예) 해당 픽셀 영역의 이득을 각각 설정된 값으로 조절한다(529). 그리고, 대상체에 대해 본 촬영을 수행한다(530). 사전 촬영에 의해 획득된 영상 신호를 분석하여 본 촬영 시에 적용될 관전압, 관전류, 엑스선 노출 시간 등의 촬영 조건을 설정할 수 있는바, 본 촬영은 설정된 촬영 조건에 따라 수행될 수 있다.

본 촬영을 통해 대상체에 관한 영상 신호를 획득한다(531). 그리고, 각 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호에 대해 해당 픽셀 영역의 이득에 따라 flat field correction을 수행한다(532). Flat field correction은 앞서 설명한 [수학식 1]에 의해 수행될 수 있다.

Flat field correction이 수행된 영상 신호에 대해 영상 후처리를 수행하여 엑스선 영상을 생성하고(533), 생성된 엑스선 영상을 디스플레이부에 표시한다(534). 영상 후처리는 엑스선 영상 생성을 위해 일반적으로 수행되는 영상 개선 및 영상 강화 처리를 의미한다.

도 15에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 일 실시예에 있어서, 본 촬영에서 이득을 설정하는 경우에 관한 순서도가 도시되어 있다.

도 15를 참조하면, 엑스선을 조사하여 대상체에 관한 영상 신호를 획득한다(541). 이 때 조사되는 엑스선은 본 촬영을 위한 것이며, 조사되는 엑스선의 선량은 대상체의 종류, 대상체의 두께 정보 등을 이용하여 설정될 수 있다.

그리고, 단일 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호를 제1기준레벨과 비교한다(542). 제1기준레벨은 픽셀 영역이 포화 영역에 해당하는지 여부를 판단하는 기준이 되는바, 포화 전압 레벨을 제1기준레벨로 할 수 있다.

영상 신호가 제1기준레벨보다 크면(543의 예) 단일 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 낮은 값으로 설정한다(544). 여기서, 설정되는 값은 실험 또는 시뮬레이션을 통해 맵핑된 값 중에서 선택될 수 있고, 원 이득은 엑스선 검출부(120)에 디폴트로 설정된 값일 수 있다.

영상 신호가 제1기준레벨보다 작으면 해당 픽셀 영역이 포화 영역이 아닌 것으로 판단하고, 영상 신호를 제2기준레벨과 비교한다(545). 영상 신호가 제2기준레벨보다 작으면(546의 예) 단일 픽셀 영역의 이득을 원 이득보다 높은 값으로 설정한다(547). 여기서 설정되는 이득 값 역시 실험 또는 시뮬레이션을 통해 맵핑된 값 중에서 선택될 수 있다.

관심 영역에 해당하는 모든 픽셀 영역에 대해 상기 541단계 내지 547단계가 실행되었으면(548의 예) 픽셀 영역의 이득을 각각 설정된 값으로 조절한다(549).

그리고, 엑스선 검출부(120)에 일시적 또는 비일시적으로 저장된 전하를 조절된 이득에 따라 다시 증폭시킨다(550).

증폭된 신호로부터 대상체에 관한 영상 신호를 획득하고(551), 획득된 영상 신호에 대해 영상 처리를 수행한다. 영상 처리는 전처리와 후처리로 나뉠 수 있다.

전처리는 대상체에 관한 전체 영상 신호를 동일 이득에 관한 것으로 보정하는 것이다. 이를 위해 각 픽셀 영역에 대응되는 영상 신호에 대해 각 픽셀 영역 별 이득을 적용하여 flat field correction을 수행한다(552).

그리고, flat field correction이 수행된 영상 신호에 대해 영상 후처리를 수행하여 엑스선 영상을 생성한다(553). 영상 후처리는 일반적인 엑스선 영상에 적용되는 영상 처리로서, 영상 개선 또는 영상 강화를 위한 처리이다.

그리고, 생성된 영상을 디스플레이부에 표시한다(553).

상기 도 13 내지 도 15의 순서도에 도시하지는 않았으나 엑스선 검출부의 이득을 조절하는 단계에서 기준 전압을 조절하여 오프셋을 낮추는 동작을 함께 수행하는 것도 가능하다. 오프셋을 낮추는 동작은 모든 픽셀 영역 또는 관심 영역에 대해 수행하는 것도 가능하고, 포화 영역에 대해 수행하는 것도 가능하다.

상술한 실시예에 따른 본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 대상체의 두께 또는 밀도 특성에 따라 엑스선 검출부의 검출 영역 별로 이득을 설정하므로 동적 영역이 확장되어 고명암비 엑스선 영상을 얻을 수 있게 된다.

100 : 엑스선 영상 장치 110 : 엑스선 발생부
120 : 엑스선 검출부 130 : 제어부
131 : 조건 설정부 132 : 영상 처리부

Claims

엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부;
상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 영상 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 상기 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
복수의 픽셀 영역을 포함하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역은 적어도 하나의 픽셀 영역을 포함하는 엑스선 영상 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 노이즈 영역과 포화 영역을 추출하는 엑스선 영상 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역을 상기 포화 영역으로 판단하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역을 노이즈 영역으로 판단하는 엑스선 영상 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 엑스선 검출부의 노이즈 영역에 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 포화 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정하는 엑스선 영상 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정하는 엑스선 영상 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 별 오프셋을 설정하는 엑스선 영상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
상기 제어부에서 설정된 이득을 입력 받아 상기 엑스선 검출부의 이득을 조절하는 이득 조절 회로를 포함하는 엑스선 영상 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
상기 제어부에서 설정된 오프셋을 입력 받아 상기 엑스선 검출부의 오프셋을 조절하는 오프셋 조절 회로를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엑스선 발생부는,
사전 촬영(Pre-shot)을 위해 상기 대상체에 엑스선을 조사하고,
상기 제어부에서 분석하는 영상 신호는 상기 사전 촬영 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 변환된 영상 신호인 엑스선 영상 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 포화 전압 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 세기 및 본 촬영(main shot) 시에 조사될 엑스선의 세기의 관계를 이용하여 설정되고,
상기 제2기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 노이즈 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 선량 및 본 촬영(main shot) 시에 조사될 엑스선의 선량의 관계를 이용하여 설정되는 엑스선 영상 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
상기 제어부에서 설정한 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고, 본 촬영(Main shot) 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선을 영상 신호로 변환하여 상기 조절된 이득에 따라 증폭하여 출력하는 엑스선 영상 장치.
제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
상기 제어부에서 설정한 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고, 상기 엑스선 검출부에 저장된 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 다시 증폭하여 출력하는 엑스선 영상 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 포화 전압 레벨에 대응되고,
상기 제2기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 노이즈 레벨에 대응되는 엑스선 영상 장치.
제 12 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 조절된 이득에 따라 증폭하여 출력된 영상 신호에 대해 상기 검출 영역 별 이득 차이를 보상하기 위한 보정을 수행하는 엑스선 영상 장치.
엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고;
상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 영상 신호로 변환하고;
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것을 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부는,
복수의 픽셀 영역을 포함하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역은 적어도 하나의 픽셀 영역을 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하는 것은,
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 노이즈 영역과 포화 영역을 추출하는 것을 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하는 것은,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역을 상기 포화 영역으로 판단하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역을 노이즈 영역으로 판단하는 것을 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것은,
상기 노이즈 영역에 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 포화 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 대상체에 관한 영상 신호를 분석하여 엑스선 검출부의 이득(gain)을 검출 영역 별로 설정하는 것은,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제1기준레벨 이상인 검출 영역 대해서는 원 이득보다 높은 값을 이득으로 설정하고, 상기 엑스선 검출부의 검출 영역 중 대응되는 영상 신호가 미리 설정된 제2기준레벨 이하인 영역에 대해서는 원 이득보다 낮은 값을 이득으로 설정하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 엑스선 검출부의 검출 영역 별 오프셋을 설정하는 것을 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
제 19 항 및 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분석에 사용되는 대상체에 관한 영상 신호는,
사전 촬영(Pre-shot) 시에 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 변환된 영상 신호인 엑스선 영상 생성 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 제1기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 포화 전압 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 선량 및 본 촬영(main shot) 시에 조사될 엑스선의 선량의 관계를 이용하여 설정되고,
상기 제2기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 노이즈 레벨, 사전 촬영 시에 조사된 엑스선의 선량 및 본 촬영(main shot) 시에 조사될 엑스선의 선량의 관계를 이용하여 설정되는 것인 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정된 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고;
상기 엑스선 검출부에 저장된 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 다시 증폭하여 출력하는 것을 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
제 19 항 및 제 21 항 중 어느 한 항 에 있어서,
상기 설정된 이득에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고;
상기 엑스선 검출부에 저장된 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 다시 증폭하여 출력하는 것을 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 제1기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 포화 전압 레벨에 대응되고,
상기 제2기준레벨은, 상기 엑스선 검출부의 노이즈 레벨에 대응되는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 설정된 이득값에 따라 해당 검출 영역의 이득을 조절하고;
본 촬영(Main shot)을 위해 대상체에 엑스선을 조사하고;
상기 대상체를 투과한 엑스선을 영상 신호로 변환하고;
상기 영상 신호를 상기 조절된 이득에 따라 증폭하여 출력하는 것을 더 포함하는 영상 장치의 제어 방법.
제 26 항 및 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조절된 이득에 따라 증폭하여 출력된 영상 신호에 대해 상기 검출 영역 별 이득 차이를 보상하기 위한 보정을 수행하는 것을 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
엑스선을 감지하여 전기 신호로 변환하는 수광 소자; 및
상기 수광 소자를 통해 출력되는 전기 신호의 이득을 동적으로 조절하는 이득 조절 회로를 포함하는 엑스선 검출부.
엑스선을 감지하여 전기 신호로 변환하는 복수의 수광 소자; 및
상기 복수의 수광 소자를 통해 출력되는 전기 신호의 이득을 조절하는 이득 조절회로를 포함하고,
상기 이득 조절회로는 상기 복수의 수광 소자를 통해 출력되는 전기 신호의 이득을 상기 전기 신호의 크기에 따라 상호 독립적으로 조절하는 엑스선 검출부.