KR20140090831A - THE REDUCTION METHOD OF X-ray SCATTER FROM DIGITAL RADIOGRAPHY IMAGE BY IMAGE PROCESSING AND DIGITAL RADIOGRAPHY SYSTEM USING THE SAME - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of removing scattered rays, capable of minimizing exposure of a patient to X-rays and obtaining X-rays having excellent quality by removing scattered rays using image processing without using grid, and to a digital radiography system using the same. The method of removing scattered rays according to the present invention includes a first step of imaging a subject with a predetermined X-ray level by the digital radiography system; a second step of acquiring an original image from a detector of the digital radiography system; a third step of calculating a single scatter component as a fixed Gaussian width (σ) according to the X-ray energy level; a fourth step of calculating a scattered ray weight map (σ map) from the original image of the detector; a fifth step of generating a primary X-ray image by removing the scattered rays included in the original image of the detector by performing convolution with respect to the distribution of the single scattered ray to the weight map; and a sixth step of outputting the primary X-ray image from which the scattered rays are removed. Since the scattered rays are removed using image processing without using a grid or air gap, the exposure of a patient is reduced and an X-ray image having excellent quality can be obtained as compared with a case of using the grid.

Description

산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템{THE REDUCTION METHOD OF X-ray SCATTER FROM DIGITAL RADIOGRAPHY IMAGE BY IMAGE PROCESSING AND DIGITAL RADIOGRAPHY SYSTEM USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of removing a scattered ray and a digital radiating system using the same,

본 발명은 디지털 방사선 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그리드를 사용하지 않고 영상처리를 이용하여 산란선을 제거함으로써 환자에 대한 방사선 피폭을 최소화하고 양질의 방사선(X-ray) 영상을 얻을 수 있는 산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a digital radiation system, and more particularly, to a digital radiation system capable of minimizing radiation exposure to a patient and obtaining a high-quality X-ray image by removing scattering lines using image processing without using a grid And a digital radiation system using the same.

일반적으로, X-선을 이용한 의료용 영상화에는 10 keV 내지 200 keV의 X-선 에너지를 사용하는데, X-선 광자의 에너지 일부만이 전자(electron)로 전달되는 콤프턴 효과(Compton effect) 또는 모든 에너지가 전자로 전달되고 X-선이 완전히 흡수되는 광전 효과를 통해 피사체 물질을 촬상한다.Generally, for medical imaging using X-rays, X-ray energies of 10 keV to 200 keV are used, in which only a part of the energy of an X-ray photon is transmitted as an electron, or a Compton effect, Is electronically transmitted and the object material is imaged through the photoelectric effect in which the X-ray is completely absorbed.

X-선 영상을 구하기 위한 디지털 엑스레이(X-ray) 촬영장치는, 피사체를 통과한 X-선이 감광판(scintillator)에 부딪혀 가시광선을 만들어내고 이를 CCD(Charge Coupled Devise)나 Photodiode가 설치된 TFT(Thin Film Transistor) 등을 통해 화상신호로 바꾸는 간접방식의 장비와, 피사체를 통과한 X-선이 Photoconductor(혹은 Photoresistor)가 설치된 TFT에 직접적으로 조사되어 화상 신호화하여 영상을 획득하는 직접방식의 장비로 구분된다.In a digital X-ray imaging apparatus for obtaining an X-ray image, an X-ray passing through a subject impinges on a scintillator to produce a visible ray, which is converted into a CCD (Charge Coupled Device) or a TFT Thin Film Transistor), and direct-type equipment in which an X-ray passing through a subject is directly irradiated to a TFT having a photoconductor (or Photoresistor) Respectively.

이러한 X-선 촬영장치는 X-선관으로부터 방사되는 X-선의 원뿔 형태로 일시에 넓은 면적에 조사되어 X-선의 산란에 의한 영상의 왜곡을 초래하며, 이러한 X-선의 산란선을 제거하기 위한 방법으로 도 1에 도시된 바와 같은 산란선 제거용 그리드(anti-scatter grid)나 에어 갭(air gap)을 이용한 방식을 주로 사용해왔다. Such an X-ray imaging apparatus is irradiated on a large area at a time in a conical shape of an X-ray emitted from an X-ray tube to cause image distortion due to scattering of X-rays, and a method An anti-scatter grid or an air gap as shown in FIG. 1 has been mainly used.

도 1을 참조하면, 그리드(Grid) 방식은 1차 X-선(Primary radiation)은 디텍터(Film/Detector)에 거의 수직으로 입사되는 반면, 산란선 성분(Scatter radiation)은 랜덤한 방향으로 입사되는 점을 이용한 것으로서, 납과 알루미늄으로 구성된 산란선 제거용 그리드(anti-scatter Grid)를 피사체(Patient)와 디텍터(Film/Detector) 사이에 위치시킴으로써 피사체(Patient)를 통과한 X-선이 납으로 된 격자를 통과하는 과정에서 비스듬하게 입사되는 산란선 성분(Scatter radiation)이 디텍터(Film/Detector)에 도달하지 못하도록 물리적으로 차단하는 것이다.Referring to FIG. 1, in the grid system, the primary radiation is incident almost perpendicularly to the detector (film / detector), whereas the scatter radiation component is incident on the detector in a random direction Point, an anti-scattering grid consisting of lead and aluminum is placed between the patient and the detector so that the X-ray passing through the patient can be lead And physically shields scatter radiation incident obliquely from passing through the grating to prevent it from reaching the detector (film / detector).

에어 갭(Air gap)을 이용한 방법은 피사체와 디텍터 사이에 공간을 두고 촬영하는 방식으로서, 산란선의 진행 방향은 디텍터에 수직이 아닌 비스듬하게 입사되므로 디텍터와 피사체 사이에 air gap을 두게 되면 피사체를 통과한 광자들 중 1차 X-선 성분은 디텍터에 도달하는 반면, 산란선 성분은 주변으로 흩어져 도달하지 못하게 하는 것이다.The air gap method is a method in which a space is placed between the subject and the detector. Since the traveling direction of the scattered ray is obliquely incident on the detector rather than perpendicular to the detector, if an air gap is provided between the detector and the subject, One of the photons in the first X-ray reaches the detector, while the scattered ray component is scattered around.

그러나 이러한 종래의 방법들은 그 자체에서 손실되는 X-선으로 인하여 디텍터에 도달하는 선량을 감쇠시켜 검출 효율을 저하시킬 수 있고, 결과적으로 충분한 신호대 잡음비를 얻어 영상의 질이 일정 수준 이상에 도달하도록 하기 위해서는 환자에 대한 방사선 피폭이 늘어나게 되는 것이 불가피하며, 그리드를 사용하는 경우라 하더라도 완벽하게 모든 산란선을 제거하지 못하는 문제점이 있다. 또한 종래의 방법은 두께별로 여러 번의 연산을 수행함으로써 상대적으로 많은 처리시간이 요구되어 흉부와 같이 밀도나 두께가 다양한 부위에 대해서는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
However, these conventional methods can reduce the detection efficiency by attenuating the dose reaching the detector due to the loss of X-rays in itself, and as a result, the sufficient signal-to-noise ratio is obtained and the quality of the image reaches a certain level In this case, it is inevitable that the radiation exposure to the patient is increased. Even if the grid is used, there is a problem that the scattering line can not be completely removed. In addition, the conventional method requires a relatively long processing time by performing a plurality of calculations for each thickness, and thus it is difficult to apply to a region having a density or thickness such as a chest.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 그리드를 사용하지 않고 영상처리를 이용하여 산란선을 제거함으로써 환자에 대한 방사선 피폭을 최소화하고 양질의 영상을 얻을 수 있는 산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for minimizing radiation exposure to a patient by removing scattering lines using image processing without using a grid, And a digital radiation system using the same.

즉, 본 발명은 디지털 방사선 시스템에서 그리드나 별도의 장치를 사용하지않고 영상처리 만으로 산란선을 제거함으로써, 그리드를 사용하여 촬영한 영상과 유사한 영상 품질을 지니면서도 환자에게 피폭되는 방사선량을 줄임과 동시에 그리드가 가지는 불편한 점을 줄일 수 있는 개선된 형태의 디지털 방사선 시스템을 제공하는 것이다.That is, according to the present invention, in a digital radiation system, by removing image scattering lines only by using image processing without using a grid or a separate device, the image quality similar to that of the image captured using the grid is reduced, It is an object of the present invention to provide an improved type digital radiation system capable of reducing the inconvenience of a grid at the same time.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은, 소정의 에너지 레벨로 X-선을 발생하는 X-선관; 피사체를 통과한 X-선을 검출하여 전기적인 영상신호로 변환하는 디텍터; X-선 에너지 레벨에 따라 달라지는 단일 산란선 성분의 가우시안 폭(σ)값을 구하고 상기 디텍터의 영상신호로부터 산란선 가중치 맵(σ map)을 구해 가중치 맵에 단일 산란선 성분을 콘볼루션하여 상기 디텍터의 영상신호에 포함된 산란선을 제거하는 디지털 영상처리부; 및 상기 디지털 영상처리부로부터 입력된 산란선이 제거된 X-선 영상을 출력하는 출력수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system comprising: an X-ray tube generating X-rays at a predetermined energy level; A detector for detecting an X-ray passing through a subject and converting the detected X-ray into an electric image signal; A scattering line weight map (? Map) is obtained from the image signal of the detector to obtain a Gaussian width? Of a single scattering line component depending on an X-ray energy level, a single scattering line component is convoluted to a weight map, A digital image processor for removing a scattering line included in a video signal of the video signal; And output means for outputting an X-ray image from which the scattering line input from the digital image processing unit is removed.

상기 디지털 영상처리부는 X-선의 에너지 크기에 따른 가우시안 폭(σ)값이 저장되어 있는 룩업 테이블과, 촬영시의 X-선 에너지 크기에 따라 가우시안 폭값을 선정하는 σ값 선정부와, 선정된 σ값을 소정 식에 따라 연산하여 단일 산란선 성분을 생성하는 단일 산란선 생성부와, 상기 디텍터의 원영상을 입력받는 원영상 입력부와, 원영상으로부터 산란선에 대한 가중치 맵(α map)을 생성하는 α영상 생성부와, 상기 가중치 맵과 상기 단일 산란선 성분을 콘볼루션 연산하여 산란선 분포 영상을 생성하는 산란선 분포영상 생성부와, 원영상에서 상기 산란선 분포 영상을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 산란선 영상 제거부와, 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 영상 출력부로 구성된다.The digital image processing unit includes a look-up table storing a Gaussian width (sigma) value according to an energy level of an X-ray, a sigma value selecting unit for selecting a Gaussian width value according to an X- And generating a weight map (? Map) for the scattered line from the original image; a single scattered ray generating unit for generating a single scattered ray component by calculating a value of the scattered ray from the original image; A scattering line distribution image generating unit for generating a scattering line distribution image by convoluting the weight map and the single scattering line component to generate a scattered ray distribution image; - a scattering line image removing unit for generating a line image, and an image output unit for outputting a primary X-ray image from which scattering lines have been removed.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 디지털 방사선 시스템이 소정 X-선 에너지 레벨로 피사체를 촬상하는 제 1 단계; 상기 디지털 방사선 시스템의 디텍터로부터 원영상을 획득하는 제 2 단계; 상기 X-선 에너지 레벨에 따라 고정된 가우시안 폭(σ)값으로 단일 산란선 성분을 산출하는 제 3 단계; 상기 디텍터의 원영상으로부터 산란선 가중치 맵(σ map)을 산출하는 제 4 단계; 상기 가중치 맵에 상기 단일 산란선 성분을 콘볼루션하여 상기 디텍터의 원영상에 포함된 산란선을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 제 5 단계; 및 상기 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 제 6 단계로 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring an image of a subject at a predetermined X-ray energy level using a digital radiography system. A second step of obtaining an original image from a detector of the digital radiation system; A third step of calculating a single scattering ray component at a fixed Gaussian width (?) Value according to the X-ray energy level; A fourth step of calculating a scattered ray weight map (? Map) from the original image of the detector; A fifth step of generating a first X-ray image by removing the scattering line included in the original image of the detector by convoluting the single scattering line component with the weight map; And a sixth step of outputting the primary X-ray image from which the scattering line is removed.

상기 제 3 단계는 룩업 테이블을 이용하여 X-선 에너지 레벨에 따른 가우시안 폭(σ)을 구하고, 수학식

Figure pat00001
에 따라 단일 산란선 성분을 산출한다.In the third step, a Gaussian width (?) According to an X-ray energy level is obtained using a lookup table,
Figure pat00001
To calculate a single scatter line component.

상기 제4단계는 원영상에서 룩업테이블을 이용하여 산란선 가중치 맵을 산출하고,In the fourth step, a scattered ray weight map is calculated using a lookup table in an original image,

상기 제5단계는 수학식

Figure pat00002
와 수학식
Figure pat00003
에 따라 역퓨리에변환을 통해 산란선 분포영상을 생성한다.
The fifth step is a step
Figure pat00002
And Equation
Figure pat00003
To generate a scattered ray distribution image through inverse Fourier transform.

본 발명에 따른 산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템은 그리드나 에어 갭 등의 방법을 사용하지 않고 영상처리를 이용하여 산란선을 제거함으로써 환자에 대한 피폭량을 40∼50% 정도 줄이면서도 그리드를 사용하는 경우보다 양질의 X-선 영상을 얻을 수 있다. The scattering line elimination method and the digital radiation system using the same according to the present invention can reduce the dose to the patient by about 40% to 50% by removing the scattering line by using image processing without using a method such as grid or air gap, It is possible to obtain a high-quality X-ray image.

또한, 종래의 영상처리를 이용한 산란선 제거 방법에서는 조사되는 X-선 에너지의 변화에 따른 산란선 분포의 변화를 고려하지 않거나, 단일 산란선 성분의 형태나 크기가 실제와 차이가 있는 경우가 있었고, 두께별로 여러 번의 연산을 수행함으로써 상대적으로 많은 처리시간이 요구되어 흉부와 같이 밀도나 두께가 다양한 부위에 대해 적용하는 것이 어려웠으나 본 발명에서는 적절한 형태와 충분한 크기의 단일 산란선 성분을 사용하면서도 불필요한 요소를 생략하여 처리속도를 향상시킴으로써 흉부와 같이 복잡한 해부학적 구조를 가지는 부위에 대한 실제 X-선 영상 시스템에 적용할 수 있다.
In addition, in the conventional scattering line elimination method using image processing, there is a case in which a change in the scattering line distribution due to a change in X-ray energy to be irradiated is not considered, or a shape or size of a single scattering ray component is different from the actual one , It is difficult to apply to a region having various densities and thicknesses such as a chest, since it requires a relatively long processing time by performing a plurality of calculations per thickness. However, in the present invention, a single scattering line component having a proper shape and sufficient size is used, By omitting the elements and improving the processing speed, it can be applied to real X-ray imaging systems for areas with complex anatomical structures such as the chest.

도 1은 X-선 영상 시스템에서 그리드를 이용한 산란서 제거 개념을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템의 전체 구성을 도시한 구성 블럭도,
도 3은 도 2에 도시된 산란선 제거부의 세부 구성 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템의 작동 절차를 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따라 영상처리를 통해 산란선을 제거하는 절차를 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 적용되는 픽셀값 프로파일의 예,
도 7은 본 발명의 실험에 사용된 아크릴판의 예,
도 8은 본 발명의 실험에 사용된 빔 스톱 어레이 구조의 예,
도 9는 본 발명의 실험에 사용되는 아크릴 스텝 에지의 예,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 α값 룩업테이블의 예,
도 13은 본 발명에 따른 스텝 영상의 픽셀값 프로파일의 예,
도 14는 그리드 장착시와 그리드 제거시 조사선량 비교 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a concept of removing a scattering sheet using a grid in an X-
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of a digital radiation system according to the present invention,
FIG. 3 is a detailed block diagram of scattering line removal shown in FIG. 2,
4 is a flowchart showing an operational procedure of the digital radiation system according to the present invention,
5 is a flowchart illustrating a procedure for removing a scattered ray through image processing according to the present invention.
Figure 6 is an example of a pixel value profile applied to the present invention,
7 shows an example of an acrylic plate used in the experiment of the present invention,
8 shows an example of the beam stop array structure used in the experiments of the present invention,
Figure 9 is an example of an acrylic step edge used in the experiments of the present invention,
10 to 12 show an example of an alpha value lookup table according to the present invention,
13 shows an example of a pixel value profile of a step image according to the present invention,
Fig. 14 is a graph of irradiation dose comparison at the time of grid mounting and grid removal.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings. The following examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템의 전체 구성을 도시한 구성 블럭도이고, 도 3은 도 2에 도시된 산란선 제거부의 세부 구성 블럭도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the digital radiation system according to the present invention, and FIG. 3 is a detailed block diagram of the scattering line removing unit shown in FIG.

본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제어신호에 따라 소정의 에너지 레벨로 X-선을 발생하는 X-선관(110)과, 피사체(20)를 통과한 X-선 영상을 검출하여 전기적인 영상신호로 변환하여 저장하는 디텍터(120)와, 조작입력에 따라 X-선 에너지 레벨을 제어하고 X-선 조건을 디지털 영상처리부에 제공하는 제어부(130)와, 디텍터(120)로부터 영상신호를 입력받는 영상 입력부(142)와, 디텍터의 map과 gain을 보정하는 디텍터 보정부(144)와, 디텍터의 보정 영상에서 산란선을 제거하여 1차 X-선 영상을 출력하는 산란선 제거부(146)와, 1차 X-선 영상의 에지 및 콘트라스트를 조정하는 에지 및 콘트라스트 조정부(148)와, 최종 X-선 영상을 모니터에 디스플레이하는 표시부(150)로 구성된다. 영상 입력부(142)와 디텍터 보정부(144), 산란선 제거부(146), 및 에지 및 콘트라스트 조정부(148)는 디지털 영상처리부(140)로서, 컴퓨터(프로세서)에 의해 수행되는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 최종 X-선 영상은 필름 형태로 출력될 수도 있다.2, the digital radiation system 100 according to the present invention includes an X-ray tube 110 for generating X-rays at a predetermined energy level according to a control signal, an X- A controller 130 for controlling an X-ray energy level according to an operation input and providing an X-ray condition to a digital image processing unit, An image input unit 142 for receiving a video signal from the detector 120, a detector correction unit 144 for correcting the map and gain of the detector, and a correction unit 144 for removing the scattered line from the corrected image of the detector, An edge and contrast adjusting unit 148 for adjusting the edge and contrast of the primary X-ray image, and a display unit 150 for displaying the final X-ray image on a monitor . The image input unit 142, the detector correction unit 144, the scattering line removal unit 146 and the edge and contrast adjustment unit 148 are digital image processing units 140 and implemented as software executed by a computer (processor) And the final X-ray image may be output in film form.

본 발명의 실시예에서 디텍터(120)는 비정질 셀레늄(Amorphous selenium; a-Se) 기반의 직접방식 디텍터를 사용하며, 이 디텍터는 화소당 최대 표현능력은 14비트로 입사된 X-선 에너지를 16383 단계의 전기적 신호로 양자화할 수 있다. 한 픽셀의 크기는 168um이며, 획득되는 영상의 크기는 2560x2560 픽셀로 43x43cm의 영역에 대한 영상을 획득할 수 있다. 이 영상은 사용자가 선택한 각 촬영 부위에 따라 적절한 영상처리를 거친 후 처리 전 원영상과 함께 DICOM 파일로 저장된다. 이러한 디텍터(120)는 피사체 및 촬영부위에 따라 피사체를 지지하기 위한 기구적인 구성(예컨대, 베드, 받침대 등)에 장착되며, 기구적인 구성은 제어부(130)의 제어에 따라 구동되는 모터 등을 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the detector 120 uses an amorphous selenium (a-Se) -based direct mode detector, and the maximum expressive power per pixel of the detector is 16383 Lt; / RTI > The size of one pixel is 168um, and the size of the acquired image is 2560x2560 pixels, and the image of 43x43cm area can be obtained. This image is appropriately processed according to each shooting region selected by the user, and then stored as a DICOM file together with the processed image. The detector 120 is mounted on a mechanical structure (for example, a bed, a pedestal, or the like) for supporting a subject according to a subject and a photographing part, and the mechanical structure includes a motor or the like driven under the control of the controller 130 can do.

또한 본 발명에 따라 그리드를 사용하지 않고 영상처리방식으로 산란선을 제거하는 산란선 제거부(146)는 도 3에 도시된 바와 같이, X-선의 에너지 크기에 따른 단일 산란선 성분의 가우시안 폭(σ)값이 저장되어 있는 룩업 테이블(146-1)과, X-선 에너지 크기에 따라 가우시안 폭값을 선정하는 σ값 선정부(146-2)와, 선정된 σ값을 소정 식에 따라 연산하여 단일 산란선 성분을 생성하는 단일 산란선 생성부(146-3)와, 디텍터의 원영상을 입력받는 원영상 입력부(146-4)와, 산란선에 대한 가중치 맵(α map)을 생성하는 α영상 생성부(146-5)와, 가중치 맵과 단일 산란선 성분을 콘볼루션 연산하여 산란선 분포 영상을 생성하는 산란선 분포영상 생성부(146-6)와, 원영상에서 산란선 분포 영상을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 산란선 영상 제거부(146-7)와, 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 영상 출력부(146-8)로 구성된다.
As shown in FIG. 3, the scattering line removing unit 146, which removes the scattering line by using an image processing method without using a grid according to the present invention, can calculate the Gaussian width of a single scattering line component according to the energy level of the X- a σ value selection unit 146-2 for selecting a Gaussian width value according to the X-ray energy level, and a selected σ value according to a predetermined formula A single scattering line generation unit 146-3 for generating a single scattering line component, an original image input unit 146-4 for receiving an original image of the detector, and an alpha A scattering line distribution image generation unit 146-6 for convoluting a weight map and a single scattering line component to generate a scattering line distribution image, A scattered ray image removing unit 146-7 for generating a primary X-ray image by removing the scattered ray, It consists of the first image output unit (146-8) for outputting an X- ray imaging.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템의 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.The operation of the digital radiation system according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

도 4는 본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템의 작동 절차를 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따라 영상처리를 통해 산란선을 제거하는 절차를 도시한 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation procedure of a digital radiation system according to the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of removing a scattered ray through image processing according to the present invention.

본 발명에 따른 디지털 방사선 시스템(100)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가우시안 폭(σ) 룩업 테이블을 생성하는 단계(S1)와, 소정 X-선 에너지 레벨로 피사체(20)를 촬상하는 단계(S2)와, 디텍터(120)로부터 원영상을 획득하는 단계(S3)와, 영상 처리를 통해 원영상에서 산란선을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 단계(S4)와, 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 모니터나 필름으로 출력하는 단계(S5)로 구성된다.2 and 4, a digital radiation system 100 according to the present invention includes a step S1 of generating a Gaussian width? Lookup table, a step S2 of generating a Gaussian width? (S4) of generating a primary X-ray image by removing a scattered ray from an original image through image processing, and a step (S4) of generating a primary X- , And outputting a primary X-ray image from which scattered rays are removed to a monitor or a film (S5).

또한 본 발명에 따라 영상처리를 통해 산란선을 제거하는 절차(S4)는 도 5에 도시된 바와 같이, X-선관의 조건(에너지 레벨)을 수집하는 단계(S41)와, X-선 에너지 레벨에 따라 룩업 테이블을 통해 단일 산란선 성부의 가우시안 폭(σ)값을 산출하는 단계(S42)와, 산출된 σ값으로 소정 식에 따라 연산하여 단일 산란선 성분을 생성하는 단계(S43)와, 디텍터의 원영상을 입력받는 단계(S44)와, 산란선에 대한 가중치 맵(α map)을 생성하는 단계(S45)와, 가중치 맵과 단일 산란선 성분을 콘볼루션 연산하여 산란선 분포 영상을 생성하는 단계(S46)와, 원영상에서 산란선 분포 영상을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 단계(S47)와, 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 단계(S48)로 구성된다.5, the step S4 of removing the scattered rays through the image processing according to the present invention includes a step S41 of collecting the condition (energy level) of the X-ray tube, (S42) of calculating a Gaussian width (sigma) value of a single scattered line portion through a lookup table according to a predetermined formula, a step (S43) of generating a single scattered line component by a calculation according to a predetermined equation with the calculated sigma value, (S45) of generating a weight map (? Map) for a scattering line, a step (S45) of receiving an original image of a detector, generating a scattering line distribution image by convoluting a weight map and a single scattering line component A step S47 of generating a primary X-ray image by removing a scattered ray distribution image from the original image, a step S48 of outputting a primary X-ray image from which a scattered ray is removed, .

먼저, 본 발명에서는 단일 산란선 성분을 다음 수학식1과 같이 일반적인 가우시안 함수로 모델링하여 hs(r)로 표시하였다. 이 중 σ를 조정하여 함수의 폭을 변화시켜 형태를 변경할 수 있으며, r은 극좌표계의 원점으로부터의 거리를 나타낸다.First, in the present invention, a single scattering line component is modeled as a general Gaussian function as shown in the following Equation 1 and expressed as hs (r). You can change the shape by changing the width of the function by adjusting σ, and r represents the distance from the origin of the polar coordinate system.

Figure pat00004
Figure pat00004

획득된 영상의 산란선 성분의 분포는 영상 전체 영역에 대해 서로 다른 단일 산란선 성분들이 컨벌루션된 결과이다. 획득된 영상에는 산란선 성분뿐만 아니라 1차 X-선, 그리고 디지털 방사선 시스템의 경우 디텍터 자체의 영점 오프셋 값이 존재한다. 도 6은 본 발명에 따라 산란선이 있는 경우의 픽셀값 프로파일로서, 프로파일이 전반적으로 평탄하지 않고 곡선 형태이며, 단일 산란선 성분들이 영상 전체에 걸쳐 컨벌루션된 결과로 볼 수 있다. 본 발명에서는 도 6에 도시된 픽셀값 프로파일과 같이, 영상의 중심 부분의 최대값을 가지는 부분을 산란선 성분에 대한 가중치 α로 하고, 1차 X-선 부분은 β, 시스템 자체의 오프셋을 γ라 정의하고, 빔 스톱(beam stop)을 이용하여 측정된 SF값을 토대로 각 가중치 값들을 계산하여 영상처리에 이용하였다.The distribution of the scattered line components of the acquired image is the result of the single scattered line components being convolved with respect to the entire image region. In the acquired image, there exists the zero point offset value of the detector itself in the case of the primary X-ray as well as the scattering ray component and the digital radiation system. Figure 6 is a pixel value profile in the presence of scattered lines according to the present invention, where the profile is generally non-planar and curved, and can be seen as a result of single scattered line components being convolved over the entire image. In the present invention, as in the pixel value profile shown in Fig. 6, the portion having the maximum value of the central portion of the image is set as a weight α for the scattering line component, the first X-ray portion is β, the offset of the system itself is γ And weights were calculated based on the SF values measured using a beam stop and used for image processing.

한편, 획득된 영상을 수식으로 표현하면 다음 수학식 2와 같으며, 이 중 산란선 분포만을 수식으로 나타내면 다음 수학식 3과 같다.The obtained image can be expressed by the following equation (2), and only the scattering line distribution among these can be expressed by the following equation (3).

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

임상 영상에서의 α, β는 위치에 따라서 변화하는 값이지만, 일정한 두께의 물체에서는 위치에 관계없이 항상 동일한 값을 유지한다. 즉, 산란선의 분포는 위치에 관계없이 α 값만 가지는 균일한 영상에 hs를 컨벌루션한 결과가 되며, β가 거기에 더해진 형태로 나타난다. 실제 실험을 통해 얻어지는 결과는 디텍터에 도달한 에너지에 디텍터의 시스템 함수가 컨벌루션된 형태이다. 또한, 여러 가지 요인에 의해 발생하는 노이즈가 항상 존재한다. 따라서, 최종적으로 얻어진 영상 I는 다음과 같이 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.In clinical images, α and β are values that change according to position, but they always keep the same value regardless of their position in an object of constant thickness. In other words, the distribution of the scattered rays is a result of convoluting hs with a uniform image having only an alpha value irrespective of the position, and β is added thereto. The result obtained from the actual experiment is a system in which the system function of the detector is convoluted with the energy reaching the detector. In addition, there is always noise generated by various factors. Therefore, the finally obtained image I can be expressed by the following equation (4).

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 4에서 f는 시스템에 대한 함수, 그리고 σ는 노이즈를 나타낸다. 그러나, 디텍터의 시스템 함수f는 그 폭이 작아 고려하지 않아도 되며, 노이즈는 curve fitting법을 통해 무시될 수 있다. 각 성분의 가중치를 구하기 위해 먼저 다음 수학식 5와 같이 α와 β, γ와 SPR간의 관계를 정의하였다.In Equation (4), f represents a function for the system, and sigma represents noise. However, the system function f of the detector does not need to be considered because its width is small, and the noise can be ignored by the curve fitting method. In order to obtain the weight of each component, the relation between? And?,? And SPR is first defined as shown in Equation (5).

Figure pat00008
Figure pat00008

SPR은 α/β로 생각할 수 있으며, 실제 측정되는 값을 좀 더 정확히 표현하면 산란선을 제외한 1차 X-선 성분이라고 생각하는 값에는 디텍터 시스템의 오프셋이 포함되어 있다. SPR이나 SF는 균일한 두께의 물체에서는 모든 부위에서 동일한 값을 가지므로, M, N이 각각 영상의 x, y 축 방향으로의 크기라고 가정하였을 때, M/2, N/2가 되는 지점의 픽셀값을 Icenter라고 하면, Icenter는 다음 수학식 6과 같고, 이를 정리하면 α는 수식 다음 수학식 7과 같이 표현된다.The SPR can be thought of as α / β. If the actual measured value is expressed more accurately, the value considered as the primary X-ray component excluding the scattering line includes the offset of the detector system. Since SPR and SF have the same value in all regions in an object of uniform thickness, when M and N are assumed to be the sizes in the x and y directions of the image, respectively, the points of M / 2 and N / 2 If the pixel value is Icenter, Icenter is expressed by the following Equation 6, and by summarizing it,? Is expressed by Equation 7 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

수학식 6과 7에 의해 1차 X-선의 크기인 β는 다음 수학식 8로 표현된다.By the formulas (6) and (7),?, Which is the size of the primary X-ray, is expressed by the following equation (8).

Figure pat00011
Figure pat00011

그리고 α는 수학식 6과 수학식 8을 이용하여 다음 수학식 9와 같이 유도된다.Then,? Is derived as shown in Equation (9) using Equations (6) and (8).

Figure pat00012
Figure pat00012

다시 도 5를 참조하면, X-선의 에너지 레벨을 입력받아 룩업 테이블에서 해당 σ값을 가져오고, 수학식 1을 변형한 다음 수학식 10에 따라 단일 산란선 성분을 산출한다(S41~S43).Referring again to FIG. 5, the energy level of the X-ray is received, the corresponding sigma value is obtained from the lookup table, the single scattered ray component is calculated according to Equation (10) after modifying Equation 1 (S41 to S43).

Figure pat00013
Figure pat00013

각 위치에서의 산란선 성분에 대한 가중치 맵 α(m,n)은 원영상을 입력받아 각 위치에서의 픽셀값을 이용하여 가중치 맵 전용의 룩업테이블에서 해당 값을 가져와 구한다(S44).The weight map? (M, n) for the scattered ray component at each position is obtained by obtaining the corresponding value from the lookup table dedicated to the weight map using the pixel value at each position after receiving the original image (S44).

그리고 산란선 분포 영상 생성 단계(S46)에서는 기존의 역퓨리에 변환법을 일부 변경하여 산란선 분포 영상을 얻기 위한 알고리즘을 설계하였다. 단일 산란선 성분 hs의 σ값이 고정되어 있다면, 다음 수학식 11∼13과 같은 연산을 통해서 산란선 분포 영상을 산출할 수 있다.In the step S46 of generating the scattered ray distribution image, an algorithm for obtaining the scattered ray distribution image is designed by partially modifying the conventional inverse Fourier transform method. If the σ value of the single scattering line component hs is fixed, the scattering line distribution image can be calculated by the following calculations.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

여기에서, m', n'을 각각 M/2, N/2로 정의하면, |m'-n|, |n'-n|은 영상의 중심으로부터 떨어진 거리를 나타낸다. 수학식 12에서 계산한 값을 다시 퓨리에 역변환을 수행하면 다음 수학식 13과 같이 산란선 분포 영상을 얻을 수 있다.Here, when m 'and n' are defined as M / 2 and N / 2, respectively, | m'-n | and | n'-n | If the value calculated in Equation (12) is again subjected to inverse Fourier transform, a scattered ray distribution image can be obtained as shown in Equation (13).

Figure pat00016
Figure pat00016

이와 같이 산란선 분포 영상을 구하게 되면, 원영상에서 산란선 분포 영상을 제거함으로써 최종적으로 산란선 성분이 제거된 영상을 다음 수학식 14와 같이 구할 수 있다(S47).When the scattered ray distribution image is obtained as described above, the image in which the scattered ray component is finally removed by removing the scattered ray distribution image from the original image can be obtained as shown in the following Equation 14 (S47).

Figure pat00017
Figure pat00017

한편, α(m,n)은 각 위치에서의 산란선 성분에 대한 가중치로써 단일 산란선 성분 측정법에서 전술한 방법으로 구할 수 있다. 본 발명에서는 산란선 성분의 연산 속도를 개선시키기 위한 방법 중 하나로써 hs의 σ값은 조사된 X-선 에너지에 대해서만 변화시키고, 두께에 대한 σ값의 변화는 예측된 값과 실측된 값 사이의 오차가 최소가 되는 값으로 고정하였다. 픽셀값을 이용하여 각 위치에서의 가중치α(m,n) 배열을 생성한 후 위의 수식에 적용하였다. 즉, 본 발명에서는 원영상을 이용하여 각 픽셀값에 대응하는 α값을 찾아낸 영상을 만든 후, 적절한 단일 산란선 성분(scatterpoint spread function; sPSF)을 컨벌루션한 예측 영상을 원영상으로부터 제거하여 결과를 얻는다.On the other hand,? (M, n) is a weight for the scattering line component at each position and can be obtained by the above-described method in the single scattering line component measurement method. In the present invention, one of the methods for improving the operation speed of the scattering line component is to change the sigma value of hs only for the irradiated X-ray energy, and the change of the sigma value with respect to the thickness is the difference between the predicted value and the measured value And the error is fixed to a value that minimizes the error. We use the pixel values to generate an array of weights α (m, n) at each position and apply it to the above equation. That is, in the present invention, an image having an alpha value corresponding to each pixel value is generated using an original image, and a predicted image convolved with a suitable scatter point spread function (sPSF) is removed from the original image, .

본 발명에서 제안된 영상처리 과정 중 사용된 퓨리에 및 역변환을 수행하기 위해 고속 퓨리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용하였다. 획득된 영상의 크기가 2560×2560 픽셀이며, FFT의 특성상 처리할 수 있는 영상의 크기가 2n으로만 제한되어 있으므로, 원영상과 단일 산란선 성분 함수 배열 모두 들어갈 수 있도록 4096×4096 픽셀 크기로 할당하고 나머지 영역은 zero filling 하여 영상처리에 이용하였다.A Fast Fourier Transform (FFT) algorithm was used to perform the inverse transform and the Fourier transform used in the image processing proposed in the present invention. Since the size of the acquired image is 2560 × 2560 pixels and the size of the image that can be processed is limited to 2n due to the nature of the FFT, it is allocated to the size of 4096 × 4096 pixels to accommodate both the original image and the single scattering line component function array. And the remaining area was zero filled and used for image processing.

[실험예][Experimental Example]

도 7은 본 발명의 실험에 사용된 아크릴판의 예이고, 도 8은 본 발명의 실험에 사용된 빔 스톱 어레이 구조의 예이며, 도 9는 본 발명의 실험에 사용되는 아크릴 스텝 에지의 예이다. Fig. 7 is an example of an acrylic plate used in the experiment of the present invention, Fig. 8 is an example of a beam stop array structure used in the experiment of the present invention, and Fig. 9 is an example of an acrylic step edge used in the experiment of the present invention .

본 발명의 실험 예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 20mm 두께를 갖는 여러장의 아크릴판과 도 8에 도시된 빔 스톱 어레이를 이용하여 점차적으로 두께를 변화시켜 가며 측정하였다. 그리드를 제거한 상태에서 두께가 일정한 아크릴판의 영상을 획득하여 단일 산란선 성분의 형태를 측정하였다. 관전압 및 두께에 따라 달라지는 산란선에 대한 가중치 α 및 σ 값을 구하고 픽셀값 및 관전압과의 상관관계를 분석하였다. 영상획득 시 FOV(field of view)는 아크릴판 면적 전체를 포함할 수 있도록 하였고, 아크릴판 두께 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120,140mm에서 영상을 획득하였다. X-선은 일반적인 흉부 촬영(Chest PA)에서 가장 많이 사용되고 있는 조사조건인 180cm의 SID (source to image distance)에 320mA의 관전류, 조사시간은 AEC(automatic exposure control)로 조절하고, 관전압만 100, 110, 120kV으로 변경하였다. 산란선의 분포를 실제 측정하여 얻어진 값과 비교하기 위하여 두께가 0mm인, 즉 아무것도 놓지 않고 촬영한 영상을 제외한 모든 조건에 대해 beam stop array를 놓고 영상을 획득하였다. 두께 0mm에서는 산란선이 발생하지 않은 경우로 가정하였고, 산란선이 있는 경우의 픽셀값 프로파일과 비교하는 목적으로 사용된다. In the experimental example of the present invention, as shown in FIG. 7, a plurality of acrylic plates having a thickness of 20 mm and the beam stop array shown in FIG. 8 were used to measure the thickness gradually. The shape of a single scattering line component was measured by acquiring an image of an acrylic plate having a constant thickness with the grid removed. Weights α and σ of the scattering lines vary depending on the tube voltage and thickness, and the correlation between the pixel values and tube voltage are analyzed. The FOV (field of view) of the image acquisition was made to include the entire area of the acrylic plate, and images were acquired at the acrylic plate thicknesses of 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120 and 140 mm. The X-ray was adjusted to 320 mA of tube current and the irradiation time to AEC (automatic exposure control) at 180 cm SID (source to image distance), which is the most commonly used irradiation condition in general chest radiography (Chest PA) 110, and 120kV, respectively. In order to compare the scattered line distribution with the measured values, we obtained the beam stop array for all the conditions except for the images with 0 mm thickness, ie, without any image. It is assumed that the scattering line does not occur at the thickness of 0 mm, and it is used for the purpose of comparing with the pixel value profile in the case of the scattering line.

획득된 영상은 heel effect의 영향을 덜 받는 튜브의 anode, cathode 배치 방향과 수직한 방향으로 픽셀값 프로파일을 얻었다. 중심 픽셀값 Icenter와 중심 부분의 SF를 구하기 위하여 영상의 중심부에서 1mm×1mm의 크기를 가지는 ROI(region of interest)에 대해 픽셀값들의 평균을 구하고, beam stop이 있는 부위에 대해서도 동일하게 평균값을 측정하였다. SF를 이용하여 산란선, 1차 X-선에 대한 각각의 가중치α와 β를 구하고 픽셀값과의 상관관계를 분석하였으며, 예측한 값과 실제값 사이의 평균 제곱근 오차율을 구하였다. 구해진 α와 β값, 그리고 수식2를 이용하여 It 영상을 만들고, 획득된 영상과 동일한 위치에 대해 픽셀값 프로파일을 얻은 후 획득된 영상의 픽셀값 프로파일과 curve fitting법을 이용하여 가장 근접한 σ값을 구하였다. 또한, beam stop의 각 위치에서의 산란선 측정값은 α와 β, 그리고 σ을 이용하여 만들어진 산란선 분포 영상 Is의 값과 비교하여 위치별 오차율(percentage error;pe) 및 beam stop array 영역 전체의 평균제곱근 오차율(root mean square pe;rmspe)을 측정하여 예측 정확도를 평가하였다.Obtained pixel value profiles were obtained in the direction perpendicular to the direction of anode placement and cathode placement of the tube, which was less affected by the heel effect. To obtain the center pixel value Icenter and the SF of the central part, the average value of the pixel values for the region of interest (ROI) having a size of 1 mm × 1 mm at the center of the image is obtained, and the average value Respectively. SF was used to calculate the weighting factors α and β for the scattered ray and the primary X-ray, and the correlation between the values and the pixel values was analyzed. The mean square root error rate between the predicted value and the actual value was obtained. Using the obtained α and β values and Equation (2), an It image is created and the pixel value profile is obtained for the same position as the acquired image. Then, the nearest σ value is obtained by using the pixel value profile of the obtained image and the curve fitting method Respectively. In addition, the scattering line measurement values at each position of the beam stop are compared with the scattering line distribution image Is made using α, β, and σ, so that the percentage error (pe) The prediction accuracy was evaluated by measuring the root mean square error (rmspe).

Ibs는 beam stop이 있는 위치에서 측정된 산란선 성분의 값을, Iconv는 수학식 3을 이용하여 예측한 산란선 분포 영상 Is에서 같은 위치에서의 픽셀값이다. M과 N은 각각 x, y축 방향에서 beam stop 개수를 나타낸다.Ibs is the value of the scattered ray component measured at the position where the beam stop is present, and Iconv is the pixel value at the same position in the scattered ray distribution image Is predicted using Equation (3). M and N denote the number of beam stops in the x and y axes, respectively.

다른 한편, 단일 산란선 성분의 모델링을 위해 수행한 아크릴판 실험과 동일한 X-선 조사 및 SID 조건에서 영상처리 결과에 대한 정량적인 평가를 위하여 도 8에 도시된 바와 같은 아크릴판으로 구성된 스텝의 영상을 획득하였다. 아크릴 스텝웨지는 도 8과 같이 60mm에서 140mm 사이의 두께를 가지도록 구성하였으며, 각 스텝은 20mm의 두께 간격을 가지도록 되어 있다. 아크릴 스텝 웨지 영상은 그리드를 장착한 상태와 제거한 상태의 두 가지 조건에 대해 각각 영상을 획득하여 그리드를 장착하여 촬영한 영상과 그리드 없이 촬영한 후 영상처리에 의해 보정한 영상을 서로 정량적으로 비교 분석하였다. 또한, 그리드를 제거한 상태에서 아크릴 스텝웨지에 대한 영상을 획득할 때, beam stop array를 입사면에 위치시킨 영상 한 세트를 함께 획득하여 예측한 산란선 분포와 실제 측정된 값 사이의 오차를 비교하고자 하였다. 오차율을 분석하는 방법은 단일 산란선 모델링을 위한 실험에서와 동일한 방식으로 진행하였다. 또한, 각 실험 진행시 아크릴 스텝의 입사면에 선량계(Alpha plus, Pehamed, 독일)를 놓고 조사되는 선량을 함께 측정하여 그리드를 사용하였을 때와 아닌 경우를 비교하고자 하였다. 선량은 X-선 튜브와의 거리에 따라 달라지므로 동일한 거리를 유지하기 위하여 아크릴판 140mm 두께를 기준의 높이를 유지하면서 측정하였다.On the other hand, in order to quantitatively evaluate the image processing result in the same X-ray irradiation and SID condition as the acrylic plate experiment performed for modeling the single scatter line component, a step image composed of an acrylic plate as shown in FIG. 8 . As shown in FIG. 8, the acrylic step wedge is configured to have a thickness between 60 mm and 140 mm, and each step has a thickness interval of 20 mm. Acrylic step wedge images were acquired for two conditions, with and without grid, respectively. The images captured with the grid and the images without the grid were then quantitatively compared Respectively. To obtain the image of the acrylic step wedge with the grid removed, we compare the error between the scattered line distribution predicted by acquiring a set of images with the beam stop array on the incident surface and the actual measured values Respectively. The method of analyzing the error rate was performed in the same manner as in the experiment for single scattering line modeling. In addition, the dosimetry (Alpha plus, Pehamed, Germany) was placed on the incidence plane of the acrylic step during each experiment and the dose to be irradiated was measured together to compare the case with the case of using the grid. Since the dose varies with the distance from the X-ray tube, the thickness of the acrylic plate 140 mm was measured while maintaining the reference height to maintain the same distance.

[실험결과][Experiment result]

다음 표 1은 아크릴판의 두께를 점차적으로 늘려가며 촬영한 영상에 대해 σ값을 측정한 결과이다. 예컨대, 두께 60mm를 기준으로 할 경우에 관전압이 110kV일 경우 룩업 테이블을 통해 구해진 σ값은 다음 표1과 같이 7.5㎝가 된다. 본 발명의 예는 흉부촬영을 예로 든 경우이며, 다른 부위를 촬영할 경우에는 그 값이 달라질 수 있다.Table 1 below shows the result of measuring the σ value of the images taken while gradually increasing the thickness of the acrylic plate. For example, when the tube voltage is 110 kV when the thickness is 60 mm, the sigma value obtained through the look-up table is 7.5 cm as shown in Table 1 below. An example of the present invention is an example in which chest radiography is taken as an example, and the value may be changed when photographing another region.

Figure pat00018
Figure pat00018

상기 표 1은 Curve fitting을 이용하여 구한 각 관전압, 두께별 σ값과, 측정된 프로파일과 curve 사이의 correlation coefficient를 나타낸 것이며, Correlation coefficient의 경우 0.9에서 0.98 사이의 값을 보여 fitting이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 이 값은 가중치 σ나 β가 변화하더라도 같은 값을 지닌다. 이와 같이 아크릴판 두께와 관전압 조건별 σ값과 curve fitting시 correlation coefficient σ는 두께나 관전압이 증가할수록 함께 증가하는 것을 볼 수 있으며, correlation coefficient는 0.9에서 0.98범위를 보였다.Table 1 shows the correlation coefficient between the measured value and the σ value of each tube voltage and thickness obtained by using the curve fitting. Correlation coefficient shows a value between 0.9 and 0.98, indicating that the fitting was performed well. I could confirm. This value has the same value even if the weights σ and β change. The correlation coefficient σ during curve fitting and σ value of acrylic plate thickness and tube voltage condition increased with increasing thickness and tube voltage, and correlation coefficient ranged from 0.9 to 0.98.

또한, 산란선 성분, 1차 X-선에 대한 가중치 α와 β를 구하기 위하여 영상의 중심부에서 beam stop을 이용하여 SF와 SPR, 그리고 픽셀값의 평균을 측정하고 기록하였다. 그 결과 다음 표 2와 같이, 아크릴판의 두께가 증가할수록 SF와 SPR은 증가하는 추세를 보인 반면, 관전압의 변화에 따라서는 큰 변화를 보이지 않았다. 픽셀값은 두께가 증가할수록 투과하는 X-선의 양이 줄어들기 때문에 감소하는 경향을 보였고, 관전압이 증가할수록 따라서 증가하는 모습을 보였다. 가중치 α와 β는 관전압이 증가할수록, 두께가 얇아질수록 그 값이 증가하는 추세를 보여준다.The mean values of SF, SPR, and pixel values were measured and recorded using beam stop at the center of the image to obtain the weights α and β of the scattering line component and the primary X-ray. As a result, as the thickness of the acrylic plate increased, the SF and the SPR showed an increasing tendency as shown in the following Table 2, but they did not show a significant change according to the change of the tube voltage. As the thickness increased, the pixel value tended to decrease as the amount of transmitted X-rays decreased, and the pixel value increased as the tube voltage increased. The weights α and β show a tendency to increase as the tube voltage increases and as the thickness decreases.

Figure pat00019
Figure pat00019

상기 표 2를 참조하면, 아크릴판 두께와 관전압 조건별 픽셀값과 SF, SPR 측정 결과. 아크릴판의 두께가 증가하면 동일 관전압 조건에서는 픽셀값이 감소하지만, 관전압이 증가하면 픽셀값이 커진다. SF와 SPR은 아크릴판 두께에 따라 증가하는 추세를 보였으며, 관전압의 변화와는 관계가 없었다Referring to Table 2, pixel values and SF and SPR measurement results for acrylic plate thickness and tube voltage condition. As the thickness of the acrylic plate increases, the pixel value decreases under the same tube voltage condition, but when the tube voltage increases, the pixel value increases. SF and SPR showed an increasing tendency depending on the acrylic plate thickness and were not related to changes in tube voltage

또한 아크릴판 두께와 관전압 조건별 가중치 α와 β값 측정 결과 다음 표3과 같이, 두께가 증가함에 따라서는 두 값 모두 감소하는 추세를 보이며, 관전압이 증가하면 함께 값이 증가하는 추세를 보여준다.As a result of measurement of the weight values α and β of the acrylic plate thickness and tube voltage conditions, both values decrease with increasing thickness as shown in Table 3, and the value increases with increasing tube voltage.

Figure pat00020
Figure pat00020

도 10 내지 도 12는 관전압에 따른 α값 룩업테이블의 예로서, 도 10은 관전압 100kV, 도 11은 관전압 110kV, 도 12는 관전압 120kV의 예이다. 영상의 픽셀값을 α값으로 변환할 경우, 110kV의 조사조건에서 촬영한 영상의 경우에는 도 11에 근거한 룩업테이블(Y = 318 ln(x)-1506.9)을 적용하여 픽셀값 1000은 약 650 으로 변환된다. 10 to 12 show an example of an alpha value look-up table according to the tube voltage, wherein FIG. 10 shows a tube voltage of 100 kV, FIG. 11 shows a tube voltage of 110 kV, and FIG. 12 shows an example of a tube voltage of 120 kV. When the pixel value of an image is converted into an alpha value, a pixel value 1000 is set to about 650 by applying a lookup table (Y = 318 ln (x) -1506.9) based on FIG. 11 in the case of an image photographed under the irradiation condition of 110 kV .

도 13은 본 발명에 따른 스텝 영상의 픽셀값 프로파일의 예이고, 도 14는 그리드 장착시와 그리드 제거시 조사선량 비교 그래프이다.FIG. 13 is an example of a pixel value profile of a step image according to the present invention, and FIG. 14 is a graph of irradiated dose when a grid is mounted and when a grid is removed.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 영상처리 방법을 사용할 경우에는 그리드를 사용할 때보다도 피폭량을 줄이면서도 그리드를 사용하는 수준의 양질의 영상을 구할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 13 and FIG. 14, it can be seen that when using the image processing method according to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image using a grid while reducing the amount of exposure compared to using a grid.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

20: 피사체 100: 디지털 방사선 시스템
110: X-선관 120: 디텍터
130: 제어부 140: 디지털 영상처리부
142: 영상 입력부 144: 디텍터 보정부
146: 산란선 제거부 148: 에지 및 콘트라스트 조정부
150: 표시부
20: Subject 100: Digital radiation system
110: X-ray tube 120: detector
130: control unit 140: digital image processing unit
142: Image input unit 144: Detector correction unit
146: scattering line rejection 148: edge and contrast adjustment section
150:

Claims (7)

소정의 에너지 크기로 X-선을 발생하는 X-선관;
피사체를 통과한 X-선을 검출하여 전기적인 영상신호로 변환하는 디텍터;
X-선 에너지 크기에 따른 단일 산란선 성분의 가우시안 폭(σ)값을 구하고 상기 디텍터의 영상신호로부터 산란선 가중치 맵(σ map)을 구해 가중치 맵에 단일 산란선 성분을 콘볼루션하여 상기 디텍터의 영상신호에 포함된 산란선을 제거하는 디지털 영상처리부; 및
상기 디지털 영상처리부로부터 입력된 산란선이 제거된 X-선 영상을 출력하는 출력수단을 포함하는 디지털 방사선 시스템.
An X-ray tube generating an X-ray with a predetermined energy magnitude;
A detector for detecting an X-ray passing through a subject and converting the detected X-ray into an electric image signal;
A value of a Gaussian width (sigma) of a single scattering line component according to an X-ray energy size is obtained, a scattering line weight map (? Map) is obtained from an image signal of the detector, a single scattering line component is convoluted to a weight map, A digital image processor for removing a scattered ray included in a video signal; And
And output means for outputting an X-ray image from which the scattering line input from the digital image processing unit is removed.
제1항에 있어서, 상기 디지털 영상처리부는
X-선의 에너지 크기에 따른 단일 산란선 성분의 가우시안 폭(σ)값이 저장되어 있는 룩업 테이블과,
촬영시의 X-선 에너지 크기에 따라 가우시안 폭값을 선정하는 σ값 선정부와,
선정된 σ값을 소정 식에 따라 연산하여 단일 산란선 성분을 생성하는 단일 산란선 생성부와,
상기 디텍터의 원영상을 입력받는 원영상 입력부와,
원영상으로부터 산란선에 대한 가중치 맵(α map)을 생성하는 α영상 생성부와,
상기 가중치 맵과 상기 단일 산란선 성분을 콘볼루션 연산하여 산란선 분포 영상을 생성하는 산란선 분포영상 생성부와,
원영상에서 상기 산란선 분포 영상을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 산란선 영상 제거부와,
산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 영상 출력부로 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the digital image processor
A look-up table storing a Gaussian width (sigma) value of a single scattering line component according to an energy level of an X-ray,
A sigma value selection unit for selecting a Gaussian width value according to the X-ray energy size at the time of photographing,
A single scattering line generator for generating a single scattering ray component by calculating a predetermined sigma value according to a predetermined equation,
An original image input unit for receiving an original image of the detector,
An? Image generating unit for generating a weight map? Map for a scattered ray from an original image,
A scattering line distribution image generator for generating a scattering line distribution image by convoluting the weight map and the single scattering line component;
A scattered ray image removing unit for removing the scattered ray distribution image from the original image to generate a primary X-ray image,
And an image output unit for outputting a primary X-ray image from which scattering lines have been removed.
디지털 방사선 시스템이 소정 X-선 에너지 크기로 피사체를 촬상하는 제 1 단계;
상기 디지털 방사선 시스템의 디텍터로부터 원영상을 획득하는 제 2 단계;
상기 X-선 에너지 크기에 따라 고정된 가우시안 폭(σ)값으로 단일 산란선 성분을 산출하는 제 3 단계;
상기 디텍터의 원영상으로부터 산란선 가중치 맵(σ map)을 산출하는 제 4 단계;
상기 산란선 가중치 맵에 상기 단일 산란선 성분을 콘볼루션하여 상기 디텍터의 원영상에 포함된 산란선을 제거하여 1차 X-선 영상을 생성하는 제 5 단계; 및
상기 산란선이 제거된 1차 X-선 영상을 출력하는 제 6 단계를 포함하는 디지털 방사선 시스템의 산란선 제거 방법.
A digital radiography system comprising: a first step of capturing an object at a predetermined X-ray energy level;
A second step of obtaining an original image from a detector of the digital radiation system;
A third step of calculating a single scattering ray component at a fixed Gaussian width (?) Value according to the X-ray energy magnitude;
A fourth step of calculating a scattered ray weight map (? Map) from the original image of the detector;
A fifth step of generating a first X-ray image by convoluting the single scattered ray component on the scattered ray weight map and removing a scattered ray included in the original image of the detector; And
And a sixth step of outputting a primary X-ray image from which the scattering line has been removed.
제3항에 있어서, 상기 제 3 단계는 룩업 테이블을 이용하여 X-선 에너지 크기에 따른 가우시안 폭(σ)값을 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 시스템의 산란선 제거 방법.4. The method of claim 3, wherein the third step is to obtain a Gaussian width (sigma) value according to an X-ray energy level using a lookup table. 제3항에 있어서, 상기 제3단계는
수학식
Figure pat00021
에 따라 단일 산란선 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 시스템의 산란선 제거 방법.
4. The method of claim 3, wherein the third step comprises:
Equation
Figure pat00021
And a single scattering line component is calculated according to the scattering line.
제3항에 있어서, 상기 제4단계는
원영상에서 룩업테이블을 이용하여 산란선 가중치 맵을 산출하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 시스템의 산란선 제거 방법.
4. The method of claim 3, wherein the fourth step
Wherein the scattered ray weight map is calculated using a lookup table in the original image.
제3항에 있어서, 상기 제5단계는
수학식
Figure pat00022
와 수학식
Figure pat00023
에 따라 역퓨리에변환을 통해 산란선 분포영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 시스템의 산란선 제거 방법.
4. The method of claim 3, wherein the fifth step
Equation
Figure pat00022
And Equation
Figure pat00023
Wherein the scattered ray distribution image is generated through inverse Fourier transform according to the scattered ray distribution image.
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