KR20150002965A - 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

엑스선 영상 장치는, 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)에 조사하는 엑스선 소스; 복수의 센서를 포함하여, 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하여 출력하는 엑스선 검출기; 상기 출력되는 엑스선에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 영상 생성부; 상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 함수 획득부; 및 상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하는 영상 조정부; 를 포함할 수 있다..
이와 같은 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 의하면 복수의 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도를 조정함으로써 노이즈가 저감된 결과 영상을 얻을 수 있다. 또한, 팬텀에 대한 두개의 엑스선 영상, 즉 두개의 1차원 영상을 이용함으로써 데이터량과 샘플링량을 줄일 수 있다.

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 그 제어 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고 대상체를 투과한 엑스선을 이용하여 대상체의 내부 영상을 획득할 수 있는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 강도를 검출하여 대상체의 내부 구조를 영상화할 수 있다.
기존에는 주로 단일 에너지의 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득하였으나, 이 경우 석회화 결절과 비석회화 결절의 구분이나 미세한 조직이 겹쳐있는 부분과 결절의 구분이 어려웠다.
따라서, 최근에는 서로 다른 에너지 레벨에 대응되는 복수의 엑스선 영상으로부터 대상체 내부의 구성 물질을 분리하는 방법이 개발되어 이에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한편, 엑스선 검출기의 모든 센서에 동일한 강도의 엑스선이 입사되더라도 검출기를 구성하는 수광 소자나 독출 회로(read-out circuit)의 특성에 영향을 받아 센서별로 다른 강도의 엑스선을 출력할 수 있고, 이는 영상의 노이즈를 발생시키는 원인이 된다.
팬텀에 대한 두개의 엑스선 영상을 이용하여, 복수의 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도를 조정하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
엑스선 영상 장치는, 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)에 조사하는 엑스선 소스; 복수의 센서를 포함하여, 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 엑스선 검출기; 상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 영상 생성부; 상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 함수 획득부; 및 상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하는 영상 조정부; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 엑스선 검출기는, 위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 방향 변화 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
상기 엑스선 검출기는, 엑스선이 조사되는 방향을 기준축으로 하여 90°도 회전하는 상기 팬텀에 대하여, 회전 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 회전 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치일 수도 있다.
상기 영상 생성부는, 방향 변화 전에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
상기 함수 획득부는, 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상에서의 픽셀값과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
엑스선 영상 장치는, 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)과 대상체에 조사하는 엑스선 소스; 복수의 센서를 포함하여, 상기 팬텀과 대상체를 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 엑스선 검출기; 상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상과 대상체 영상을 에너지별로 생성하는 영상 생성부; 상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 에너지별로 획득하는 함수 획득부; 및 상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하는 영상 조정부; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 엑스선 검출기는, 위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 에너지별로, 방향 변화 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
상기 엑스선 검출기는, 엑스선이 조사되는 방향을 기준축으로 하여 90°도 회전하는 상기 팬텀에 대하여, 에너지별로, 회전 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 회전 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치일 수도 있다.
상기 영상 생성부는, 에너지별로, 방향 변화 전에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
상기 함수 획득부는, 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 저에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하고, 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 고에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치일 수도 있다.
상기 영상 조정부는, 상기 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 저에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 1 팬텀 영상과 제 1 대상체 영상을 각각 획득하고, 상기 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 고에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 2 팬텀 영상과 제 2 대상체 영상을 각각 획득하는 엑스선 영상 장치일 수 있다.
엑스선 영상 장치는, 상기 제 1 팬텀 영상에 상기 제 1 대상체 영상의 소정의 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 1 영역을 표시하고, 상기 제 2 팬텀 영상에 상기 제 2 대상체 영상의 상기 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 2 영역을 표시한 후, 상기 표시된 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 영상 합성부; 를 더 포함할 수 있다.
엑스선 영상 장치는, 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 교차 지점을 검출하여, 상기 픽셀에 대응되는 대상체 부분의 두께 및 구성 물질의 혼합비를 추정하는 대상체 특성 추정부; 를 더 포함할 수도 있다.
엑스선 영상 장치 제어 방법은, 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)에 조사하는 단계; 복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계; 상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 단계; 상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
엑스선 영상 장치 제어 방법은, 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom) 조사하는 단계; 복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계; 상기 팬텀을 투과한 엑스선에 대응하여 팬텀 영상을 에너지별로 생성하는 단계; 상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 에너지별로 획득하는 단계; 상기 발생된 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 대상체에 조사하는 단계; 복수의 센서에 의해 상기 대상체를 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계; 상기 대상체를 투과한 엑스선에 대응하여 대상체 영상을 에너지별로 생성하는 단계; 및 상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하는 단계; 를 포함할 수도 있다.
상기한 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 복수의 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도를 조정함으로써 노이즈가 저감된 결과 영상을 얻을 수 있다.
또한, 팬텀에 대한 두개의 엑스선 영상, 즉 두개의 1차원 영상을 이용함으로써 데이터량과 샘플링량을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 2는 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 3은 엑스선 튜브의 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 에너지와 감쇠계수와의 관계를 대상체 내부의 물질별로 나타낸 그래프이다.
도 5는 혼성형의 1차원 어레이 엑스선 검출기의 구조을 예시한 도면이다.
도 6은 복수의 센서의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 컴펜새이션 수행을 위한 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 8은 팬텀을 예시한 도면이다.
도 9는 엑스선 검출기(120)의 엑스선 검출 과정을 예시한 도면이다.
도 10은 컴펜새이션 함수를 구하는 과정을 예시한 도면이다.
도 11은 조정되기 전과 조정된 후의 팬텀 영상에 대한 영상 데이터를 예시한 도면이다.
도 12는 캘리브레이션 및 컴펜새이션 수행을 위한 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 13a는 엑스선을 검출하여 팬텀 영상을 생성하고, 생성된 팬텀 영상을 조정하는 과정을 예시한 도면이다.
도 13b는 엑스선을 검출하여 대상체 영상을 생성하고, 생성된 대상체 영상을 조정하는 과정을 예시한 도면이다.
도 14는 팬텀과 팬텀 영상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 17은 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법을 후술된 실시예들에 따라 상세하게 설명하도록 한다.
엑스선 영상 장치는 촬영 부위, 엑스선 영상의 종류 또는 촬영 목적에 따라 그 구조나 촬영 방식이 달라질 수 있다. 구체적으로, 흉부, 팔, 다리 등을 촬영하는 일반적인 엑스선 영상 장치, 유방 촬영 기술인 맘모그래피(mammography)를 이용한 엑스선 영상 장치, 형광 투시법(fluoroscopy)을 이용한 엑스선 영상 장치, 혈관 조영술(angiography)을 이용한 엑스선 영상 장치, 심박동 기록(cardiography)을 위한 엑스선 영상 장치, 단층 촬영법(tomography)을 이용한 엑스선 영상 장치 등이 있는바, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치는 상기 엑스선 영상 장치 중 어느 하나이거나, 두 종류 이상의 엑스선 영상 장치가 결합된 것일 수도 있다.
도 1은 일반적인 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 엑스선 영상 장치는 엑스선 소스(110), 엑스선 검출기(120), 호스트 장치(170)을 포함할 수 있다.
엑스선 소스(110)는 대상체(35)에 대한 엑스선 영상을 얻기 위하여 엑스선을 발생시키고, 발생된 엑스선을 피검체(30)에 조사할 수 있다.
여기서 피검체(subject; 30)는 인간이나 동물의 생체가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 영상 장치(100)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이면 피검체(30)가 될 수 있다.
또한, 대상체(35)는 피검체(30) 내부에서 엑스선 영상 장치(100)를 이용한 진단의 대상이 되는 부분, 즉 엑스선 촬영 부위를 의미한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 엑스선 영상 장치의 경우에, 대상체(35)는 흉부, 팔, 다리 등이 될 수 있다.
엑스선 소스(110)는 엑스선 소스(110)의 상부에 장착된 홀더(102)를 통해 천장과 연결될 수 있다. 홀더(102)는 상하 방향으로 길이가 조절되게 구비될 수 있으며, 홀더(102)의 길이를 조절함으로써 엑스선 소스(110)의 위치가 대상체(35)의 위치에 대응되도록 할 수 있다.
엑스선 검출기(120)는, 대상체(35)를 사이에 두고 엑스선 소스(110) 반대편에 배치되어, 엑스선 소스(110)에서 조사되어 대상체(35)를 투과한 엑스선을 검출할 수 있다. 또한, 엑스선 검출기(120)는 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
엑스선 검출기(120)의 일단은 지지대(101)에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 엑스선 검출기(120)의 위치를 대상체(35)의 위치에 대응되게 이동시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 달리, 피검체(30)를 테이블 위에 눕히고, 엑스선 소스(110)를 천장에서 테이블 길이 방향으로 이동 가능하게 장착하고, 엑스선 검출기(120)를 테이블 내부에서 테이블 길이 방향으로 이동 가능하게 장착하는 것도 가능하다.
호스트 장치(170)에는 사용자로부터 명령을 입력 받는 입력부(171)와 엑스선 영상을 표시하는 디스플레이부(172)가 구비되어, 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 여기서 사용자는 엑스선 영상 장치(100)를 이용하여 대상체(35)의 진단을 수행하는 자로서 의사, 방사선사, 간호사 등을 포함하는 의료진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 영상 장치(100)를 사용하는 자이면 모두 사용자가 될 수 있는 것으로 한다.
입력부(171)의 구성에 있어, 스위치, 키보드, 트랙볼, 터치 스크린중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
디스플레이부(172)는 브라운관(Cathod Ray Tube: CRT)이나, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광다이오드 표시장치(Light Emitting Diode: LED) 등으로 적용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 2는 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 2를 참조하면, 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치는 일반적인 엑스선 영상 장치와 마찬가지로 엑스선 소스(110), 엑스선 검출기(120), 호스트 장치(170)을 포함할 수 있다.
다만, 엑스선 영상 장치(100)가 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치인 경우에는, 도 1에 도시된 일반적인 엑스선 영상 장치와 달리, 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120)를 대상체(35)의 상부와 하부에 각각 배치시키고, 대상체(35)의 상부에서 엑스선을 조사할 수 있다.
또한, 엑스선 영상 장치(100)가 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치인 경우에는 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120) 사이에 대상체(35)를 압착시키기 위한 압착 패들(103)을 더 포함할 수 있다. 여기서 대상체(35)는 유방이며, 압착 패들(103)을 이용하여 대상체를 압착시킴으로써, 대상체에 대한 선명한 엑스선 영상을 얻을 수 있다.
압착 패들(103)은 프레임(106)에 상하 방향으로 이동할 수 있게 장착될 수 있으며, 압착 패들(103)의 이동으로 압착의 정도를 조절할 수 있다.
엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120)는 프레임(106)을 통해 연결되고, 프레임(106)은 상하 방향으로 높이가 조절되게 지지대(101)에 장착될 수 있다. 따라서, 프레임(106)의 높이를 조절함으로써 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120) 사이에 대상체(35)가 위치하도록, 더 정확하게는 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120) 사이에 있는 압착 패들(103) 위에 대상체(35)가 위치하도록 할 수 있다.
다음으로 엑스선 영상 장치의 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출기(120)에 대하여 더욱 구체적으로 설명하기로 하며, 이를 위해 도 3 내지 5를 참조한다.
엑스선 소스(110)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 튜브(111)를 포함한다.
도 3은 엑스선 튜브의 구성을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 엑스선 튜브(111)는 양극(111c)과 음극(111e)을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있고, 관체는 규산경질 유리 등을 재료로 하는 유리관(111a)일 수 있다.
음극(111e)은 필라멘트(111h)와 전자를 집속시키는 집속 전극(111g)을 포함하며, 집속 전극(111g)은 포커싱 컵(focusing cup)이라고도 한다. 유리관(111a) 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트(111h)를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(111h)의 일 예로 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선(111f)에 전류를 가하여 필라멘트(111h)를 가열할 수 있다. 다만, 개시된 발명의 실시예가 음극(111e)에 필라멘트(111h)를 채용하는 것에 한정되는 것은 아니며, 고속 펄스로 구동 가능한 카본 나노 튜브(carbon nano-tube)를 음극으로 하는 것도 가능하다.
양극(111c)은 주로 구리로 구성되고, 음극(111e)과 마주보는 쪽에 타겟 물질(111d)이 도포 또는 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질의 녹는점이 높을수록 초점 크기(focal spot size)가 작아진다.
그리고 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질(111d)에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우(111i)를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베릴륨(Be) 박막을 사용할 수 있다.
타겟 물질(111d)은 로터(111b)에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질(111d)이 회전하게 되면 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있고, 초점 크기가 감소된다.
엑스선 튜브(111)의 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 그 크기는 파고치 kvp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선 튜브(111)에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다.
따라서, 관전압에 의해 엑스선의 에너지 레벨이 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 강도 또는 선량이 제어될 수 있는바, 대상체(35)의 종류나 특성에 따라 조사되는 엑스선의 에너지 레벨 및 강도를 제어할 수 있다.
엑스선 소스(110)는 위에서 설명한 엑스선 튜브(111)를 이용하여 엑스선을 발생시키고, 발생된 엑스선을 피검체(30)에, 더 정확하게는 대상체(35)에, 조사한다.
엑스선 소스(110)로부터 대상체(35)에 엑스선이 조사되면, 대상체(35) 내부의 물질에 따라, 그리고 조사되는 엑스선의 에너지 레벨에 따라 엑스선이 감쇠하는 정도가 달라진다. 여기서, 엑스선이 감쇠하는 정도를 수치적으로 나타낸 것을 감쇠계수(attenuation coefficient)라고 한다.
첫째로, 대상체(35) 내부의 물질에 따라 감쇠계수가 달라진다.
그 예를 위해, 도 4를 참조하여 살펴보도록 한다. 도 4는 에너지와 감쇠계수와의 관계를 대상체 내부의 물질별로 나타낸 그래프이다.
도 4의 그래프를 보면, 뼈의 감쇠계수를 나타내는 곡선이 연조직(근육, 지방)의 감쇠계수를 나타내는 곡선보다 위에 위치한다. 구체적으로, 동일한 에너지 레벨의 엑스선 예를 들어 E1이 조사될 때, 뼈의 감쇠계수는(B1)는 근육의 감쇠계수(M1)보다 크고, 근육의 감쇠계수(M1)는 지방의 감쇠계수(F1)보다 크다.
즉, 대상체(35) 내부의 서로 다른 물질은 서로 다른 감쇠계수를 갖고, 물질의 성질이 단단할수록 감쇠계수가 증가하게 된다.
둘째로, 조사되는 엑스선의 에너지 레벨에 따라 감쇠계수가 달라진다.
도 4의 그래프에서, 대상체(35) 내부의 물질인 뼈에 대하여 에너지 레벨이 E1, E2인 엑스선이 각각 조사될 때, 에너지 레벨이 낮은 E1에서의 감쇠계수(B1)가 에너지 레벨이 높은 E2에서의 감쇠계수(B2)보다 크다. 대상체(35) 내부의 물질이 근육이나 지방인 경우에도, 에너지 레벨이 낮은 E1이 조사될 때의 감쇠계수(M1), F1)가 에너지 레벨이 높은 E2이 조사될 때의 감쇠계수(M2, F2)보다 크다는 것을 각각 확인할 수 있다.
즉, 대상체(35)에 조사되는 엑스선의 에너지 레벨이 낮을수록 감쇠계수가 증가하게 된다.
이와 같은 감쇠계수는 아래의 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001

여기서, I0는 물질에 조사된 엑스선의 강도이고, I는 물질을 투과한 엑스선의 강도이며, μ(E)는 에너지 E를 갖는 엑스선에 대한 물질의 감쇠계수이다. T는 엑스선이 투과되는 물질의 두께이다.
[수학식 1]에 의하면 감쇠계수가 증가할수록(즉, 물질의 성질이 단단할수록 또는 조사되는 엑스선의 에너지 레벨이 낮을수록), 그리고 물질의 두께가 두꺼울수록 투과한 엑스선의 강도가 작아짐을 알 수 있다.
엑스선 검출기(120)는 대상체(35)를 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 출력한다.
엑스선 검출기(120)는 재료의 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당한다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각기 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다.
또한, 엑스선 검출기(120)는 기하학적 구성 방식에 따라 1차원 어레이인 경우와 2차원 어레이인 경우로 구분된다.
도 5는 혼성형의 1차원 어레이 엑스선 검출기의 구조을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 엑스선 검출기(120)는 엑스선을 검출하여 전기 신호를 발생시키는 수광 소자(121)와 발생된 전기 신호를 읽어 내는(read-out) 독출 회로 (122)을 포함할 수 있다.
수광 소자(121)로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질이 사용될 수 있으며, 이 때 사용되는 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(121)는 고저항의 n형 반도체 기판(121b)의 하부에 1차원 픽셀(50) 어레이 구조의 p형 반도체 기판(121c)이 접합되는 PIN 포토다이오드 형태를 형성할 수 있다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 이용한 독출 회로(122)는 픽셀별로 수광 소자(121)의 p형 기판(121c)과 결합되어, p형 기판에 대응되게 1차원 픽셀(51) 어레이 구조를 형성할 수 있다. 이 때, 결합 방식은 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)(123)를 형성한 후 reflow하고 열을 가하며 압착하는 플립칩 본딩 방식이 이용될 수 있다.
여기서, 수광 소자(121)의 p형 기판의 픽셀(50)과 그에 결합되는 독출 회로(51)의 픽셀(51)이 엑스선 검출기(120)의 센서(sensor)가 된다. 다만, 상술한 구조는 엑스선 검출기(120)의 일례에 불과하며, 엑스선 검출기(120)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
엑스선 검출기(120)의 복수의 센서는 동일한 성능을 갖아야 하지만, 검출기를 구성하는 수광 소자나 독출 회로의 특성에 의해, 모든 센서가 100% 동일한 성능을 갖기는 어렵다. 즉, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서에 동일한 강도의 엑스선이 입사되더라도 센서별로 다른 강도의 엑스선을 출력할 수 있는 것이다.
도 6은 복수의 센서의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)에서는, 대상체(35)가 존재하지 않는 상태에서 에너지 레벨이 E인 엑스선이 조사된다. 대상체(35)가 존재하지 않기 때문에, 조사되는 엑스선의 강도 I0가 엑스선 검출기(120)에 입사되는 엑스선의 강도가 된다. 따라서, I0가 100이라고 하면, 이상적으로는 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서(Se1, Se2, Se3, Se4, Se5)에 의해 출력되는 엑스선의 강도(I1, I2, I3, I4, I5) 또한 모두 100으로써 동일해야 한다.
그러나 실제로는, 도 6의 (a)에 예시된 바와 같이, 센서 Se1, Se2, Se3, Se4, Se5에 의해 출력되는 엑스선의 강도가 각각 99(I1), 98(I2), 96(I3), 95(I4), 98(I5)으로써 다른 강도의 엑스선을 출력하는 센서가 존재할 수 있다. 즉, 복수의 센서가 모두 동일한 성능을 갖지 않을 수 있는 것이다.
도 6의 (b)에서는, 하나의 물질로 구성되고, 두께가 일정한 대상체(35)에 대하여 에너지 레벨이 E인 엑스선이 조사된다. 구성 물질이 하나이며, 조사되는 엑스선의 에너지 레벨에도 변화가 없기 때문에, 대상체(35)는 일정한 감쇠계수를 갖는다. 더욱이, 대상체(35)는 일정한 두께를 갖는다고 하였으므로, 전술한 [수학식 1]에 따라 대상체(35)를 투과한 엑스선의 강도 또한 일정해야 한다. 그러므로, 이상적으로는 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서(Se1, Se2, Se3, Se4, Se5)에 의해 출력되는 엑스선의 강도(I1, I2, I3, I4, I5)가 모두 동일해야 한다.
그러나, 도 6의 (a)에서 예시한 엑스선 검출기(120)가 동일하게 사용된다고 하면, 복수의 센서(Se1, Se2, Se3, Se4, Se5)의 성능이 모두 동일하지는 않으므로, 다른 강도의 엑스선을 출력하는 센서가 존재하게 된다. 도 6의 (b)에 예시된 바와 같이, 센서 Se1, Se2, Se3, Se4, Se5에 의해 출력되는 엑스선의 강도가 각각 50(I1), 49(I2), 48(I3), 46(I4), 48(I5)이 될 수 있는 것이다.
엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 검출기(120)가 출력하는 엑스선 강도에 기초하여 영상을 생성하기 때문에, 위에서 설명한 바와 같이 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 갖지 못하는 경우 영상의 노이즈를 발생시킨다.
따라서, 영상 생성시 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록 조정하는 컴펜새이션(compensation)을 수행하여야 한다.
도 7은 컴펜새이션 수행을 위한 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 7을 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 소스(110), 엑스선 검출기(120), 영상 처리부(130), 제어부(140), 입력부(171), 디스플레이부(172)를 포함할 수 있다.
엑스선 소스(110)는, 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상을 생성하기 위해, 엑스선 튜브(111)를 이용하여 엑스선을 발생시키고, 발생된 엑스선을 팬텀(40)에 조사할 수 있다. 여기서 팬텀(phantom; 40)이란, 대상체(35)의 구성 물질과 동일한 물질로 이루어지고, 대상체(35)가 가지는 두께 및 구성 물질의 혼합비를 모두 나타낼 수 있는 대상체(35)의 모델을 의미한다.
그 예로써, 도 8을 참조하도록 한다. 도 8은 팬텀을 예시한 도면이다.
대상체(35)가 유방 조직인 경우, 지방조직(adipose tissue; 제 1물질)과 선상조직(glandular tissue; 제 2물질)의 2가지 물질로 구성될 수 있으며, 위치에 따라 최소 D1, 최대 D2의 두께를 갖는다고 가정할 수 있다.
이와 같은 대상체(35)에 대하여, 도 8의 (a)에 도시된 제 1물질(T1)과 도 8의 (b)에 도시된 제 2물질(T2)을 결합시켜, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같은 팬텀(40)을 형성할 수 있다.
구체적으로, x축 및 y축이 이루는 평면과 평행한 직사각형의 전면(S1)과 후면(S2), y축 및 z축이 이루는 평면과 평행한 직각사다리꼴의 좌면(S3)과 우면(S4)으로 구성되고, 전면(S1)에서 y축 방향으로의 두께는 D1이지만, 후면(S2)으로 갈수록 두께가 선형적으로 증가하여, 후면(S2)에서는 y축 방향으로의 두께가 D2가 되도록 팬텀(40)을 형성할 수 있는 것이다.
여기서, 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)은 사선으로 결합되기 때문에, 팬텀(40)의 좌면(S3)에서 우면(S4)으로 갈수록 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)의 혼합비가 변경될 수 있다. 즉, 팬텀(40)의 좌면(S3)에서 y축 방향으로의 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)의 혼합비는 1:0이지만, 우면(S4)으로 갈수록 제 1물질(T1)의 비율은 선형적으로 감소되는 반면 제 2물질(T2)의 비율은 선형적으로 증가되어, 우면(S4)에서는 y축 방향으로의 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)의 혼합비는 0:1이 될 수 있다.
이와 같이 형성된 팬텀(40)은 위에서 가정한 대상체(35)의 구성 물질, 두께, 및 혼합비를 모두 나타낼 수 있게 된다. 다만, 팬텀(40)의 형태는 상술한 예에 한정되지는 않으며, 대상체(35)의 모델이 될 수 있는 것이면 다른 형태의 팬텀을 이용하는 것도 가능하다.
엑스선 검출기(120)는 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 출력한다. 여기서, 엑스선 검출기(120)의 종류 혹은 구성 방식에는 제한이 없으나, 일례로 1차원 어레이의 엑스선 검출기(120)를 이용하는 것으로 한다.
도 9는 엑스선 검출기(120)의 엑스선 검출 과정을 예시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 엑스선 소스(110)로부터 에너지 레벨이 동일(E)한 엑스선이 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 두번의 엑스선 검출 과정을 거칠 수 있다.
먼저, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, S1면과 S2면이 x축 및 y축이 이루는 평면과 평행하도록, S3면과 S4면이 y축 및 z축이 이루는 평면과 평행하도록, z값이 증가하는 방향을 따라 두께가 선형적으로 증가하도록 팬텀(40)을 위치시킨다.
그리고 엑스선 검출기(120)는 x축과 평행하게 위치시키고, z축을 따라 S1면에서 S2면으로 이동하면서 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 검출한다.
다음으로, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, S1면과 S2면이 y축 및 z축이 이루는 평면과 평행하도록, S3면과 S4면이 x축 및 y축이 이루는 평면과 평행하도록, z값이 감소하는 방향을 따라 두께가 선형적으로 증가하도록 팬텀(40)을 위치시킨다. 즉, 도 9의 (a)에 도시된 팬텀(40)을 y축을 기준으로 하여 90°회전시킨다.
그리고 엑스선 검출기(120)는 x축과 평행하게 위치시키고, z축을 따라 S3면에서 S4면으로 이동하면서 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 검출한다.
더 정확하게는, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서(Se1, Se2, Se3, Se4, Se5)가 센서별로 엑스선을 각각 검출하게 된다. 여기서, 설명의 편의를 위해 복수의 센서를 5개로 한정하고 있으나, 센서의 개수에 제한은 없는 것으로 한다.
영상 처리부(130)는 영상 생성부(131), 함수 획득부(132), 영상 조정부(133)를 포함할 수 있다.
영상 생성부(131)는 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 검출하여, 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상을 간단히 팬텀 영상이라 한다.
도 9에서 설명한 바와 같이 엑스선 검출기(120)가 두번의 엑스선 검출 과정을 거치기 때문에, 영상 생성부(131) 또한 팬텀의 방향 변화에 따라 두개의 영상을 생성하게 된다. 여기서, 도 9의 (a) 과정을 통해 생성된 팬텀 영상을 제 1 조정 전 영상이라 칭하고, 도 9의 (b) 과정을 통해 생성된 팬텀 영상을 제 2 조정 전 영상이라 칭하기로 한다.
제 1 및 제 2 조정 전 영상에서 픽셀값은 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도가 된다.
함수 획득부(132)는 영상 생성부(131)로부터 생성된 두 개의 영상에 기초하여 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득할 수 있다. 여기서 컴펜새이션 함수란, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록, 센서로부터 출력되는 엑스선 강도를 변환하는 함수를 의미한다.
이에 대한 구체적 설명을 위해 도 10를 참조하기로 한다. 도 10은 컴펜새이션 함수를 구하는 과정을 예시한 도면이다.
도 10의 (a)에 도시된 영상은, 도 9의 (a) 과정을 통해 생성된 제 1 조정 전 영상이고, 도 10의 (b)에 도시된 영상은, 도 9의 (b) 과정을 통해 생성된 제 2 조정 전 영상이다.
엑스선 검출기(120)가 z축을 따라 이동하기 때문에, 복수의 센서는 제 1 및 제 2 영상에서 z축을 따라 직선 형태의 픽셀들의 집합을 각각 형성하게 된다. 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에는 센서 Se1에 의해 형성된 픽셀들이 실선으로, 센서 Se2에 의해 형성된 픽셀들이 점선으로 각각 표시되어 있다. 엑스선 검출기(120)상에서 센서 Se1가 센서 Se2보다 상대적으로 x값이 감소하는 방향에 위치하고 있기 때문에, 센서 Se1에 의해 형성된 픽셀들(실선) 또한 센서 Se2에 의해 형성된 픽셀들(점선)보다 상대적으로 x값이 감소하는 방향에 위치하게 된다.
제 2 조정 전 영상을 y축을 기준으로 90°회전시켜, 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓으면, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이 직선과 실선의 교차 지점(P21, P22)이 생긴다. 즉, 센서 Se1에 의해 형성된 픽셀임과 동시에 센서 Se2에 의해 형성된 픽셀 P21, P22을 검출하게 된다.
제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상은, 동일한 에너지 레벨의 엑스선을 동일한 팬텀(40)에 조사함으로써 생성된 영상이므로, 이상적으로는 동일한 픽셀은 동일한 픽셀값을 갖아야 한다. 즉, 픽셀 P21를 형성하기 위해(또는 픽셀 P22를 형성하기 위해) 센서 Se1로부터 출력되는 엑스선의 강도(I1)와 센서 Se2로부터 출력되는 엑스선의 강도(I2)가 같아야 한다.
그러나, 도 10의 (c)에 예시된 바와 같이, 픽셀 P21를 형성하기 위해 센서 Se1, Se2로부터 출력되는 엑스선의 강도가 각각 54(I1), 50(I2)으로써 서로 달라질 수 있다. 이것은 센서 Se1, Se2의 성능이 동일하지 않기 때문이며, 같은 센서의 사용으로 픽셀 P22를 형성하기 위해 센서 Se1, Se2로부터 출력되는 엑스선의 강도가 각각 42(I1), 40(I2) 가 될 수 있는 것이다.
이에 대하여, 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수가 하기의 [수학식 2]와 같이 제시될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002

여기서, Ii는 센서 Sei에 의해 출력되는 엑스선의 강도이고, fi(Ii)은 센서 Sei에 대한 조정된 후의 엑스선의 출력 강도이며, ai와 bi는 센서 Sei에 대한 파라미터 값이다. 파라미터 값인 ai와 bi를 구함으로써 Sei에 대한 컴펜새이션 함수 fi를 획득할 수 있다.
컴펜새이션 함수를 획득하기 위해 상술한 예를 이용할 수 있는데, 이 때 센서 Se1을 기준으로 하여 센서 Se2의 출력 강도를 조정하는 것으로 한다.
픽셀 P21를 형성하기 위해(또는 픽셀 P22를 형성하기 위해) 센서 Se1로부터 출력되는 엑스선의 강도(I1)와 센서 Se2로부터 출력되는 엑스선의 강도(I2)가 같아야 하므로, 센서 Se2에 대한 조정된 후의 엑스선의 출력 강도 f2(I2)는 I1이 된다. 그러므로, [수학식 2]에 따라 픽셀 P21에 대해서는 54=a2·50+b2 (I1=a2·I2+b2), 픽셀 P22에 대해서는 42=a2·40+b2 (I1=a2·I2+b2)라는 두 식을 세울 수 있다.
두 식을 연립하면 a2=6/5, b2=0이라는 값이 얻어지고, 따라서 센서 Se2에 대한 컴펜새이션 함수 f2(I2)=6/5·I2 를 획득할 수 있다.
마찬가지로, 제 1 및 제 2 조정 전 영상에서 센서 Se1에 의해 형성된 픽셀임과 동시에 센서 Se3에 의해 형성된 두개의 픽셀 P31, P32 검출하고, 픽셀 P31를 형성하기 위해(또는 픽셀 P32를 형성하기 위해) 센서 Se1로부터 출력되는 엑스선의 강도(I1)와 센서 Se3로부터 출력되는 엑스선의 강도(I3)가 같아야 한다는 점을 이용하여, 센서 Se1을 기준으로 하는 센서 Se3에 대한 컴펜새이션 함수 f3을 획득 수 있다.
센서 Se4와 센서 Se5에 대해서도 이를 반복함으로써, 나머지 컴펜새이션 함수 f4와 f5를 획득할 수 있는 것이다.
다만, 제시된 컴펜새이션 함수에 한정되는 것은 아니며, 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록 조정할 수 있는 것이라면 컴펜새이션 함수로써 이용될 수 있다.
영상 조정부(133)는 컴펜새이션 함수를 이용하여 영상 생성부(131)로부터 생성된 팬텀 영상을 조정할 수 있다. 조정되는 팬텀 영상은 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상 중 어느 것이어도 상관은 없으나, 여기서는 제 1 조정 전 영상을 조정하는 것으로 한다.
도 11은 조정되기 전과 조정된 후의 팬텀 영상에 대한 영상 데이터를 예시한 도면이다.
도 11의 왼쪽에 도시된 영상 데이터는 도 9의 (a) 과정을 통해 생성된 제 1 조정 전 영상의 영상 데이터이다. 5개의 센서 Se1, Se2, Se3, Se4, Se5가 1차원 배열된 엑스선 검출기(120)를 이용하고 있기 때문에, 제 1 조정 전 영상은 5ⅹn (n≥1)의 복수의 픽셀로 구성된다. 이 때, 엑스선 검출기(120)상에서의 센서의 위치에 따라, 센서 Se1에 의해 형성된 픽셀들, 센서 Se2에 의해 형성된 픽셀들, 센서 Se3에 의해 형성된 픽셀들, 센서 Se4에 의해 형성된 픽셀들, 센서 Se5에 의해 형성된 픽셀들이 x축 방향으로 차례로 배열된다. 또한, 각 픽셀은 대응되는 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도를 픽셀값으로 한다. 예를 들어, 두번째 행의 첫번째 픽셀은, 해당 픽셀을 형성하기 위해 센서 Se2가 출력하는 엑스선의 강도(I2), 즉 V21을 픽셀값으로 갖는다.
이러한 영상 데이터에 대하여, 픽셀값(센서로부터 출력되는 엑스선의 강도)을 컴팬세이션 함수를 적용하여 조정한다.
센서 Se1을 기준으로 하여 나머지 센서(Se2, Se3, Se4, Se5)의 출력 강도를 조정하는 것으로 하면, 센서 Se2, Se3, Se4, Se5에 대한 컴펜새이션 함수 f2, f3, f4, f5가 각각 획득됨을 이미 확인한 바 있다. 센서 Se2에 대한 컴펜새이션 함수는 f2이므로, f2를 센서 Se2에 의해 형성된 픽셀들 모두에 적용시킨다. 마찬가지로, 센서 Se3, Se4, Se5에 의해 형성된 픽셀들에, 대응되는 컴펜새이션 함수 f3, f4, f5를 각각 적용시키면, 도 11의 오른쪽 도시된 영상 데이터를 얻게 된다.
즉, 데이터의 크기 및 픽셀들의 배열에는 변함이 없고, 기준 센서(Se1)에 의해 형성된 픽셀들을 제외한 나머지 픽셀들의 픽셀값이 조정된 영상 데이터를 얻게 되는 것이다.
이와 같이 조정된 후의 팬텀 영상은, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하여 생성된 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상으로 볼 수 있다.
영상 조정부(133)는 조정된 후의 팬텀 영상을 저장하기 위하여 영상 데이터의 압축을 수행할 수 있고, 조정된 후의 팬텀 영상을 사용자가 확인할 수 있도록 영상 데이터를 디스플레이부(172)로 전송할 수도 있다.
제어부(140)는 명령신호 출력부(141), 저장부(142)를 포함할 수 있다.
명령신호 출력부(141)는 제어부(140)와 유선 통신이나 무선 통신으로 연결된 입력부(171)를 통해 사용자가 진단 명령을 입력하는 경우, 엑스선을 조사하라는 제어 명령 신호를 엑스선 소스(110)에 출력할 수 있다.
또한, 명령신호 출력부(141)는 조사할 엑스선의 에너지 레벨에 대한 제어 명령신호를 엑스선 소스(110)에 함께 출력할 수 있다. 이 때, 사용자가 입력부(171)를 통해 입력한 에너지 레벨로 명령신호를 보낼 수도 있고, 대상체(35)의 부위나 특성에 따라 자동 선택된 에너지 레벨로 명령신호를 보낼 수도 있다.
명령신호 출력부(141)는 조정된 후의 팬텀 영상을 디스플레이부(172)에 표시하라는 제어 명령신호를 영상 처리부(130)에 출력할 수 있다.
저장부(142)는 엑스선 영상 장치의 조작을 위한 데이터나 알고리즘을 저장할 수 있다. 예를 들면, 대상체(35)의 부위나 특성에 따라 조사할 엑스선의 에너지 레벨, 컴펜새이션 함수, 또는 조정된 후의 팬텀 영상에 대한 압축 데이터 등을 저장 할 수 있다. 또한, 컴펜새이션 함수를 획득하기 위한 알고리즘, 생성된 팬텀 영상에 컴팬새이션 함수를 적용하기 위한 알고리즘 등을 저장 할 수도 있다.
이러한 저장부(142)는 롬(Read Only Memory: ROM), 피롬(Programmable Read Only Memory: PROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 플레시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자, 또는 램(Random Access Memory: RAM)과 같은 휘발성 메모리 소자, 또는 하드 디스크, 광 디스크와 같은 저장 장치로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수도 있다.
엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 영상으로부터 대상체(35)의 두께와 대상체(35)를 구성하는 물질의 혼합비를 추정하는 캘리브레이션(calibration)을 수행할 수 있는데, 이 캘리브레이션을 수행하는 과정에서 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록 조정하는 컴펜새이션 과정이 더 포함될 수 있다.
도 12는 캘리브레이션 및 컴펜새이션 수행을 위한 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 12을 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 소스(110), 엑스선 검출기(120), 영상 처리부(150), 제어부(160), 입력부(171), 디스플레이부(172)를 포함할 수 있다. 이하에서는 엑스선 영상 장치(100)의 구성에 대해 구체적으로 살펴보되, 전술한 내용과 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 소스(110)는 팬텀(40)에 에너지 레벨이 낮은 엑스선 EL과 에너지 레벨이 높은 엑스선 EH를 조사한다.
여기서 에너지 레벨이 낮은 엑스선 EL을 저에너지 엑스선이라 칭하며, 에너지 레벨이 높은 엑스선 EH을 고에너지 엑스선이라 칭하는데, 저에너지와 고에너지는 상대적인 개념으로 대상체(35)의 종류나 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 대상체(35)가 유방인 경우, 저에너지 엑스선은 30kev, 고에너지 엑스선은 70kev일 수 있고, 대상체(35)가 흉부인 경우, 저에너지 엑스선은 70kev, 고에너지 엑스선은 140kev일 수 있다.
마찬가지로, 엑스선 소스(110)는 팬텀(40)에 저에너지 엑스선(EL)과 고에너지 엑스선(EH)을 조사한다. 대상체(35)가 유방 조직인 경우, 대상체(35)를 압착 패들(103)로 압착시킨 상태에서, 그리고 대상체(35)의 상부에서 엑스선이 조사될 수 있다.
엑스선 검출기(120)는 팬텀(40)과 대상체(35)를 투과한 엑스선을 각각 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 출력한다. 이에 대한 구체적인 설명을 위해 도 13a와 도 13b를 참조하기로 한다.
도 13a는 엑스선을 검출하여 팬텀 영상을 생성하고, 생성된 팬텀 영상을 조정하는 과정을 예시한 도면이고, 도 13b는 엑스선을 검출하여 대상체 영상을 생성하고, 생성된 대상체 영상을 조정하는 과정을 예시한 도면이다. 여기서 팬텀 영상은 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상이며, 대상체 영상은 대상체(35)에 대한 엑스선 영상을 의미한다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 팬텀(40)에 저에너지 엑스선(EL)이 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 두번의 엑스선 검출 과정을 거친다. 여기서, 두번의 엑스선 검출 과정은, 도 9에서 설명한 방법과 동일하다. 즉, 방향에 변화를 주어 팬텀(40)을 위치시키고, 각각의 방향에서 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 검출한다. 이 때, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 센서별로 엑스선을 검출하는 것으로 한다.
마찬가지 방법으로, 팬텀(40)에 고에너지 엑스선(EH)을 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 두번의 엑스선 검출 과정을 거친다.
그러나, 대상체(35)에 저에너지 엑스선(EL)과 고에너지 엑스선(EH)이 조사될 때는, 엑스선 검출기(120)는 각 에너지 레벨에 대하여 한번의 검출 과정을 거치는 것으로 할 수 있다.
구체적으로, 도 13b에 도시된 바와 같이, x축과 z축이 이루는 평면과 평행하게 구비된 압착패들(103)로 대상체(35)를 압착시킨 상태에서 저에너지 엑스선(EL)과 고에너지 엑스선(EH)이 각각 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 x축과 평행하게 위치시키고, z축을 따라 이동하면서 각 에너지 레벨에 대하여 대상체(35)를 투과한 엑스선을 센서별로 검출한다.
영상 처리부(150)는 영상 생성부(151), 함수 획득부(152), 영상 조정부(153), 영상 합성부(154)를 포함할 수 있다.
영상 생성부(151)는 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 팬텀 영상을 생성할 수 있다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 엑스선 검출기(120)가 각 에너지 레벨에 대하여 두번의 엑스선 검출 과정을 거치기 때문에, 영상 생성부(131) 또한 팬텀의 방향 변화에 따른 두개의 영상을 에너지 레벨별로 각각 생성하게 된다. 즉, 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 생성하고, 고에너지 엑스선 (EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 생성하는 것이다.
또한, 영상 생성부(151)는 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 대상체 영상을 생성할 수 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 대상체 영상을 생성하고, 고에너지 엑스선 (EL)에 대응하는 대상체 영상을 생성한다.
함수 획득부(152)는 영상 생성부(151)로부터 생성된 팬텀 영상에 기초하여 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득할 수 있다.
예를 들어, 엑스선 검출기(120)가 복수의 센서 Se1, Se2, Se3, Se4, Se5을 포함한다고 하고, 센서 Se1을 기준으로 하여 나머지 센서의 출력 강도를 조정하는 것으로 한다. 그러면 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 이용하여, 센서 Se2, Se3, Se4, Se5에 대한 컴펜새이션 함수 f12, f13, f14, f15을 각각 획득할 수 있다. 마찬가지로, 고에너지 엑스선(EH)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 이용하여, 센서 Se2, Se3, Se4, Se5에 대한 컴펜새이션 함수 f22, f23, f24, f25을 각각 획득할 수 있다.
컴펜새이션 함수를 구하기 위한 구체적인 과정은 이미 상술한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
영상 조정부(153)는 컴펜새이션 함수를 이용하여 영상 생성부(151)로부터 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상을 조정할 수 있다. 여기서, 조정되는 팬텀 영상은 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상 중 어느 것이어도 상관 없으나, 에너지 레벨간에 대응되는 팬텀 영상이 조정되어야 한다. 예를 들어, 저에너지 엑스선(EL)에 대하여 제 1 조정 전 영상이 조정된다면, 고에너지 엑스선(EL)에 대하여도 제 1 조정 전 영상이 조정되어야 한다.
컴펜새이션 함수를 이용하여 영상을 조정하는 과정은 도 11을 통해 이미 상술한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다. 또한, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 저에너지 엑스선(EL)에 대하여 조정된 후의 팬텀 영상과 고에너지 엑스선(EH)에 대하여 조정된 후의 팬텀 영상을 각각 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상으로 칭하며, 저에너지 엑스선(EL)에 대하여 조정된 후의 대상체 영상과 고에너지 엑스선(EH)에 대하여 조정된 후의 대상체 영상을 각각 제 1 대상체 영상과 제 2 대상체 영상으로 칭한다.
이와 같이 조정된 후의 영상들은, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하여 생성된 엑스선 영상들로 볼 수 있다.
영상 조정부(133)는 제 1 및 제 2 팬텀 영상과 제 1 및 제 2 대상체 영상을 저장하기 위하여 영상 데이터의 압축을 수행할 수 있다.
또한, 영상 조정부(133)는 제 1 및 제 2 팬텀 영상과 제 1 및 제 2 대상체 영상을 사용자가 확인할 수 있도록 영상 데이터를 디스플레이부(172)로 전송할 수도 있다.
영상 합성부(154)는 캘리브레이션의 수행을 위해 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성할 수 있다.
먼저, 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 이유를 설명하기 위해 도 14를 참조하기로 한다.
도 14는 팬텀과 팬텀 영상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14의 (a)에 도시된 팬텀(40)은, 도 8을 통해 설명한 팬텀(40)과 동일하다. 도 14의 (b)에 도시된 팬텀 영상은, 팬텀(40)의 상부에서 엑스선을 조사하여 생성된 영상에 컴펜새이션 함수를 적용시킨, 조정된 후의 팬텀 영상이다.
이 때, 팬텀(40)의 각 부분에 대응되는 팬텀 영상의 픽셀이 존재하게 되는데, 팬텀(40)의 Pa1부분과 대응되는 팬텀 영상의 픽셀을 Py1이라 하고, 팬텀(40)의 Pa2부분과 대응되는 팬텀 영상의 픽셀이 Py2이라 하자. 그러면 Py1는 Pa1의 두께 와 구성 물질의 혼합비에 대한 정보를 포함하게 되고, Py2는 Pa2의 두께 와 구성 물질의 혼합비에 대한 정보를 포함하게 된다.
예를 들어, 팬텀(40)에서 Pa1이 5.5cm의 두께를 가지고, 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)간에 7:3의 혼합비를 갖는다면, Pa1에 대응되는 픽셀 Py1은 '두께 5.5cm, 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)의 혼합비 7:3'라는 정보를 포함한다. 마찬가지로, 팬텀(40)에서 Pa2가 7.5cm의 두께를 가지고, 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)간에 5:5의 혼합비를 갖는다면, Pa2에 대응되는 픽셀 Py2는 '두께 7.5cm, 제1 물질(T1)과 제2 물질(T2)의 혼합비 5:5'라는 정보를 포함한다.
이와 같이 팬텀 영상의 각 픽셀은, 대응되는 팬텀(40)의 부분에 대한 전체 두께 및 구성 물질의 혼합비 정보를 포함하게 되는 것이다.
한편, 팬텀(40)은 대상체(35)에 대한 모델이기 때문에, 대상체(35)의 각 부분에 대응되는 팬텀의 부분이 존재한다.
결론적으로, 대상체(35)의 각 부분에 대응되는 팬텀 영상의 픽셀이 존재하게 되는 것이며, 그 픽셀이 포함하는 두께 및 구성 물질의 혼합비 정보는 대응되는 대상체(35)의 부분에 대한 정보가 되는 것이다. 따라서, 대상체(35)의 각 부분에 대응되는 팬텀 영상의 픽셀을 검출함으로써, 해당 부분의 두께 및 구성 물질의 혼합비를 알 수 있게 된다.
영상 합성부(154)가 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 이유는 대상체(35)의 각 부분에 대응되는 팬텀 영상의 픽셀을 검출하기 위함이다.
합성 과정에 대한 구체적인 설명은 도 15를 참조하기로 한다. 도 15는 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15에서와 같이, 제 1 대상체 영상과 제 2 대상체 영상에서 동일한 위치의 픽셀 Px에 대해 픽셀값을 각각 구한다. 이 때, 제 1 대상체 영상에서 픽셀 Px의 픽셀값을 IL라 하고, 제 2 대상체 영상에서 픽셀 Px의 픽셀값을 IH라고 하면, IL과 IH는 서로 다른 값을 갖게 된다. 전술한 바와 같이, 동일한 위치의 픽셀이라 할지라도, 조사되는 엑스선의 에너지 레벨에 따라 감쇠계수가 달라지고, 따라서 투과되는 엑스선의 강도 또한 달라지기 때문이다.
제 1 팬텀 영상 위에 IL과 동일한 픽셀값을 갖는 픽셀들(영역 AL)을 표시하고, 제 2 팬텀 영상 위에 IH과 동일한 픽셀값을 갖는 픽셀들(영역 AH)을 표시한다. 여기서, IL과 IH는 서로 다른 값을 갖기 때문에, 영역 AL와 영역 AH의 기울기도 서로 달라질 수밖에 없다.
영역 AL과 영역 AH이 각각 표시된 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 위치에 맞게 합성하면, 교차 지점 Py를 검출할 수 있다. 즉, 대상체 영상(제 1 및 제 2 대상체 영상)의 픽셀 Px에 대응되는 팬텀 영상(합성 팬텀 영상)의 픽셀 Py을 획득하게 되는 것이다.
이와 같은 과정을 대상체 영상(제 1 및 제 2 대상체 영상)의 모든 픽셀에 대해 수행하여, 팬텀 영상(합성 팬텀 영상)에서 대응되는 픽셀을 각각 검출한다.
제어부(160)는 명령신호 출력부(161), 대상체 특성 추정부(162), 저장부(163)를 포함할 수 있다.
명령신호 출력부(161)는 제 1 및 제 2 팬텀 영상과 제 1 및 제 2 대상체 영상을 디스플레이부(172)에 표시하라는 제어 명령신호를 영상 처리부(150)에 출력할 수 있다.
대상체 특성 추정부(162)는 영상 합성부(154)로부터 검출된 팬텀 영상(합성 팬텀 영상)의 픽셀들에 기초하여, 대상체의 모든 부분에 대한 두께 및 구성 물질의 혼합비를 추정할 수 있다.
예를 들어, 도 15를 다시 참조하면, 팬텀 영상(합성 팬텀 영상)에서 검출된 픽셀 Py가 포함하는 두께 및 구성 물질의 정보를 대상체(35)의 부분 Px에 대한 두께 및 구성 물질의 혼합비로 추정한다.
저장부(142)는 엑스선 영상 장치의 조작을 위한 데이터나 알고리즘을 저장할 수 있다. 예를 들면, 대상체(35)의 부위나 특성에 따라 조사할 엑스선의 에너지 레벨, 컴펜새이션 함수, 또는 제 1 및 제 2 팬텀 영상과 제 1 및 제 2 대상체 영상에 대한 압축 데이터 등을 저장 할 수 있다. 또한, 컴펜새이션 함수를 획득하기 위한 알고리즘, 영상 생성부(151)로부터 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상에 컴팬새이션 함수를 적용하기 위한 알고리즘 등을 저장 할 수도 있다.
디스플레이부(172)는 저장된 영상 데이터로부터 제 1 및 제 2 팬텀 영상과 제 1 및 제 2 대상체 영상을 화면에 표시할 수 있다. 이로써 사용자는 각 에너지 레벨에 따른 결과 영상을 확인할 수 있게 된다.
디스플레이부(172)는 사용자가 입력부(171)를 통해 제 1 대상체 영상 또는 제 2 대상체 영상에서 픽셀을 지정하는 경우, 그 픽셀에 대한 두께 및 구성물질의 혼합비를 화면에 표시할 수 있다.
이상으로 엑스선 영상 장치(100)의 구성 및 각 구성의 역할에 대해 설명하였으며, 이하에서는 주어진 순서도를 참조하여 엑스선 영상 장치의 제어 방법을 살펴보기로 한다.
도 16은 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 먼저 엑스선 소스(110)가 엑스선 튜브(111)를 이용하여 엑스선을 발생시키고, 발생된 엑스선을 팬텀(40)에 조사한다(410).
이 때, 엑스선 튜브(111)의 관전압과 관전류에 의해 엑스선의 에너지 레벨과 강도를 제어할 수 있다.
또한, 팬텀(40)은 대상체(35)의 구성 물질과 동일한 물질로 이루어지고, 대상체(35)가 가지는 두께 및 구성 물질의 혼합비를 모두 나타낼 수 있는 것이면, 즉 대상체(35)의 모델이 될 수 있는 것이면 그 형태에 제한이 없다.
다음으로, 엑스선 검출기(120)가 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 출력한다(420).
엑스선 검출기(120)는 팬텀(40)을 위치시키는 방향에 변화를 주어 두번의 엑스선 검출 과정을 거치는데, 이에 대해서는 전술한 바 있으므로 여기서는 구체적 설명을 생략하기로 한다.
또한, 엑스선 검출기(120)의 종류 혹은 구성 방식에는 제한이 없으나, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 센서별로 엑스선을 검출하는 것으로 한다.
엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 팬텀 영상을 생성한다(430).
엑스선 검출기(120)가 팬텀(40)을 위치시키는 방향에 변화를 주어 두번의 엑스선 검출 과정을 거치기 때문에, 그에 대응하여 두개의 팬텀 영상(제 1 조영 전 영상과 제 2 조영 전 영상)을 생성하게 된다.
생성된 팬텀 영상에 기초하여 컴펜새이션(compensation) 함수 fi를 획득한다(440).
컴펜새이션 함수는 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하도록 조정하기 위한 함수이다. 즉, 복수의 센서로부터 출력되는 엑스선의 강도(영상의 픽셀값)을 변환하는 함수이다.
이 때, 기준이 되는 센서는 복수의 센서 중 어느 것을 택하더라도 상관 없으며, 기준이 되는 센서를 제외한 나머지 센서에 대하여 컴펜새이션 함수를 각각 획득하게 된다.
컴펜새이션 함수를 획득하기 위하여 생성된 두개의 팬텀 영상 즉, 제 1 조영 전 영상과 제 2 조영 전 영상을 이용하는데, 컴펜새이션 함수의 획득 과정은 전술한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
컴펜새이션 함수를 이용하여, 생성된 팬텀 영상을 조정한다(450).
조정되는 팬텀 영상은 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상 중 어느 것이어도 상관은 없다.
컴펜새이션 함수를 각각 적용하면, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들을 제외한 나머지 픽셀들의 픽셀값이 조정된 영상을 얻을 수 있다. 컴펜새이션 함수의 적용 방법은 전술한 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
조정된 후의 팬텀 영상은, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하여 생성된 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상으로 볼 수 있다.
조정된 후의 팬텀 영상을 사용자가 확인할 수 있도록 화면에 출력한다(460).
도 17은 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 먼저 엑스선 소스(110)가 팬텀(40)에 저에너지 엑스선 EL과 고에너지 엑스선 EH를 조사하고, 엑스선 검출기(120)가 팬텀(40)을 투과한 엑스선을 에너지별로 각각 검출한다(510).
여기서, 저에너지와 고에너지는 대상체(35)의 종류나 특성에 따라 달라질 수 있다.
팬텀(40)에 저에너지 엑스선(EL)이 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 팬텀(40)을 위치시키는 방향에 변화를 주어 두번의 엑스선 검출 과정을 거친다. 마찬가지 방벙으로, 팬텀(40)에 고에너지 엑스선(EH)을 조사될 때, 엑스선 검출기(120)는 두번의 엑스선 검출 과정을 거친다. 이 때, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 센서별로 엑스선을 검출하는 것으로 한다.
다음으로, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 팬텀 영상을 생성한다(520).
구체적으로, 엑스선 검출기(120)가 각 에너지 레벨에 대하여 두번의 엑스선 검출 과정을 거치기 때문에, 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 생성하고, 고에너지 엑스선 (EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 생성한다.
생성된 팬텀 영상에 기초하여 컴펜새이션(compensation) 함수 f1,i 및 f2,i 획득하고, 저장한다.(530).
저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 이용하여, 컴펜새이션 함수 f1,i 를 획득한다. 마찬가지로, 고에너지 엑스선(EH)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상을 이용하여, 컴펜새이션 함수 f2,i 를 획득한다.
이 때, 함수 f1,i를 획득하기 위한 기준 센서와 함수 f2,i를 획득하기 위한 기준 센서는 동일한 것으로 한다.
컴펜새이션 함수를 이용하여, 생성된 팬텀 영상을 조정하고 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 획득한다(540).
구체적으로, 컴펜새이션 함수 f1,i 를 이용하여, 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상 중 어느 하나를 조정함으로써 제 1 팬텀 영상을 획득한다. 또한, 컴펜새이션 함수 f2,i 를 이용하여, 고에너지 엑스선(EH)에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상 중 어느 하나를 조정함으로써 제 2 팬텀 영상을 획득한다.
이 때, 에너지 레벨간에 대응되는 팬텀 영상을 조정하는 것으로 한다. 예를 들어, 저에너지 엑스선(EL)에 대하여 제 1 조정 전 영상을 조정한다면, 고에너지 엑스선(EL)에 대하여도 제 1 조정 전 영상을 조정한다.
제 1 및 제 2 팬텀 영상은, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하여 생성된 팬텀(40)에 대한 엑스선 영상으로 볼 수 있다.
엑스선 소스(110)가 대상체(35)에 저에너지 엑스선 EL과 고에너지 엑스선 EH를 조사하고, 엑스선 검출기(120)가 대상체(35)을 투과한 엑스선을 에너지별로 각각 검출한다(550).
이 때, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 센서별로 엑스선을 검출하는 것으로 한다.
엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 출력하는 엑스선의 강도에 기초하여 대상체 영상을 생성한다(560).
즉, 저에너지 엑스선(EL)에 대응하는 대상체 영상을 생성하고, 고에너지 엑스선 (EL)에 대응하는 대상체 영상을 생성한다.
컴펜새이션 함수를 이용하여, 생성된 대상체 영상을 조정하고 제 1 대상체 영상과 제 2 대상체 영상을 획득한다(570).
구체적으로, 저에너지 엑스선(EL)이 조사되어 생성된 대상체 영상에 대해, 컴펜새이션 함수 f1,i를 적용하여 제 1 대상체 영상을 획득한다. 또한, 고에너지 엑스선(EH)이 조사되어 생성된 대상체 영상에 대해, 컴펜새이션 함수 f2,i를 적용하여 제 2 대상체 영상을 획득한다.
제 1 및 제 2 대상체 영상은, 엑스선 검출기(120)의 복수의 센서가 동일한 성능을 발휘하여 생성된 대상체(40)에 대한 엑스선 영상으로 볼 수 있다.
제 1 및 제 2 대상체 영상에서 픽셀 Px의 픽셀값을 구하고, 제 1 및 제 2 팬텀 영상 위에 동일한 값을 갖는 영역을 표시한다(580).
제 1 대상체 영상에서 픽셀 Px의 픽셀값을 IL라 하고, 제 2 대상체 영상에서 픽셀 Px의 픽셀값을 IH라고 하면, 제 1 팬텀 영상 위에 IL과 동일한 픽셀값을 갖는 픽셀들(영역 AL)을 표시하고, 제 2 팬텀 영상 위에 IH과 동일한 픽셀값을 갖는 픽셀들(영역 AH)을 표시한다.
표시된 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 위치에 맞게 합성하여 합성 팬텀 영상을 생성하고, 합성 팬텀 영상에서 교차 지점를 검출한다(590).
이와 같이 검출된 교차 지점이, 대상체 영상(제 1 및 제 2 대상체 영상)의 픽셀 Px에 대응되는 팬텀 영상(합성 팬텀 영상)의 픽셀이 된다.
합성 팬텀 영상에서 검출된 픽셀이 포함하는 두께 및 구성 물질의 정보를 대상체(35)의 부분 Px에 대한 두께 및 구성 물질의 혼합비로 추정한다(600).
대상체 영상(제 1 및 제 2 대상체 영상)의 모든 픽셀에 대해 두께 및 구성 물질의 혼합비가 추정되었는지 판단한다(610).
만약, 모든 픽셀에 대해 두께 및 구성 물질의 혼합비가 추정되지 않았다면, 580단계로 돌아간다.
그리고, 모든 픽셀에 대해 두께 및 구성 물질의 혼합비가 추정되었다면, 제 1 대상체 영상과 제 2 대상체 영상을 사용자가 확인할 수 있도록 화면에 출력한다(620).
이 때, 사용자가 1 대상체 영상 또는 제 2 대상체 영상에서 픽셀을 지정하는 경우, 그 픽셀에 대한 두께 및 구성 물질의 혼합비를 화면에 함께 표시할 수도 있다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 엑스선 영상 장치 및 초음파 영상 장치의 제어 방법의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 엑스선 영상 장치 110 : 엑스선 소스
120 : 엑스선 검출기 130, 150 : 영상 처리부
131, 151 : 영상 생성부 132, 152 : 함수 획득부
133, 153 : 영상 조정부 154 : 영상 합성부
140, 160 : 제어부 141, 161 : 명령 신호 출력부
142, 163 : 저장부 162 : 대상체 특성 추정부
171 : 입력부 172 : 디스플레이부

Claims (32)

  1. 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)에 조사하는 엑스선 소스;
    복수의 센서를 포함하여, 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 엑스선 검출기;
    상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 영상 생성부;
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 함수 획득부; 및
    상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하는 영상 조정부;
    를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스선 검출기는,
    위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 방향 변화 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엑스선 검출기는,
    엑스선이 조사되는 방향을 기준축으로 하여 90°도 회전하는 상기 팬텀에 대하여, 회전 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 회전 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는,
    방향 변화 전에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 함수 획득부는,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상에서의 픽셀값과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 조정부는,
    상기 제 1 조정 전 영상 또는 상기 제 2 조정 전 영상의 픽셀값을 조정하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 함수 획득부는,
    기준 센서를 제외한 나머지 센서에 대응하는 컴펜새이션 함수를 각각 획득하는 엑스선 영상 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 조정부는,
    상기 생성된 팬텀 영상에서, 기준 센서를 제외한 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 픽셀값을 조정하는 엑스선 영상 장치.
  9. 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)과 대상체에 조사하는 엑스선 소스;
    복수의 센서를 포함하여, 상기 팬텀과 대상체를 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 엑스선 검출기;
    상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상과 대상체 영상을 에너지별로 생성하는 영상 생성부;
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 에너지별로 획득하는 함수 획득부; 및
    상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하는 영상 조정부;
    를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 엑스선 검출기는,
    위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 에너지별로, 방향 변화 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 엑스선 검출기는,
    엑스선이 조사되는 방향을 기준축으로 하여 90°도 회전하는 상기 팬텀에 대하여, 에너지별로, 회전 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 회전 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 영상 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는,
    에너지별로, 방향 변화 전에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 함수 획득부는,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 저에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하고, 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 고에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 영상 조정부는,
    에너지별로, 상기 제 1 조정 전 영상 또는 상기 제 2 조정 전 영상의 픽셀값을 조정하는 엑스선 영상 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 함수 획득부는,
    저에너지 엑스선에 대하여, 기준 센서를 제외한 나머지 센서에 대응하는 컴펜새이션 함수를 각각 획득하고, 고에너지 엑스선에 대하여, 기준 센서를 제외한 나머지 센서에 대응하는 컴펜새이션 함수를 각각 획득하는 엑스선 영상 장치.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상 조정부는,
    상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상에서, 기준 센서를 제외한 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 픽셀값을 조정하는 엑스선 영상 장치.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상 조정부는,
    상기 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 저에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 1 팬텀 영상과 제 1 대상체 영상을 각각 획득하고, 상기 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 고에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 2 팬텀 영상과 제 2 대상체 영상을 각각 획득하는 엑스선 영상 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 팬텀 영상에 상기 제 1 대상체 영상의 소정의 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 1 영역을 표시하고, 상기 제 2 팬텀 영상에 상기 제 2 대상체 영상의 상기 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 2 영역을 표시한 후, 상기 표시된 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 영상 합성부;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 영역과 제 2 영역의 교차 지점을 검출하여, 상기 픽셀에 대응되는 대상체 부분의 두께 및 구성 물질의 혼합비를 추정하는 대상체 특성 추정부;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  21. 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom)에 조사하는 단계;
    복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계;
    상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 단계;
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하는 단계;
    를 포함하는 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 단계는,
    위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 방향 변화 전에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후에 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 팬텀 영상을 생성하는 단계는,
    방향 변화 전에 출력되는 엑스선 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 획득하는 단계는,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상에서의 픽셀값과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  25. 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 발생시켜 미리 설계된 팬텀(phantom) 조사하는 단계;
    복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계;
    상기 팬텀을 투과한 엑스선에 대응하여 팬텀 영상을 에너지별로 생성하는 단계;
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 에너지별로 획득하는 단계;
    상기 발생된 저에너지 엑스선과 고에너지 엑스선을 대상체에 조사하는 단계;
    복수의 센서에 의해 상기 대상체를 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하고, 검출된 엑스선의 강도를 출력하는 단계;
    상기 대상체를 투과한 엑스선에 대응하여 대상체 영상을 에너지별로 생성하는 단계; 및
    상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하는 단계;
    를 포함하는 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    복수의 센서에 의해 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 에너지별로 검출하는 단계는,
    위치하는 방향에 변화가 있는 상기 팬텀에 대하여, 에너지별로, 방향 변화 전의 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고, 방향 변화 후의 상기 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 팬텀을 투과한 엑스선에 대응하여 팬텀 영상을 에너지별로 생성하는 단계는,
    에너지별로, 방향 변화 전에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 1 조정 전 영상을 생성하고, 방향 변화 후에 출력되는 엑스선의 강도에 대응하여 제 2 조정 전 영상을 생성하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 생성된 팬텀 영상을 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상의 픽셀값을 조정하기 위한 컴펜새이션(compensation) 함수를 에너지별로 획득하는 단계는,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을 위치에 맞게 겹쳐 놓고, 기준 센서에 의해 형성된 픽셀들과 나머지 센서에 의해 형성된 픽셀들의 교차 지점을 검출한 후, 상기 교차 지점의 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상에서의 픽셀값을 이용하여 컴펜새이션 함수를 획득하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 저에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하고, 상기 제 1 조정 전 영상과 상기 제 2 조정 전 영상을, 고에너지 엑스선에 대응하는 제 1 조정 전 영상과 제 2 조정 전 영상으로 하여 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 획득하는 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 획득된 컴펜새이션 함수를 이용하여 상기 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정하는 단계는,
    상기 저에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 저에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 1 팬텀 영상과 제 1 대상체 영상을 각각 획득하고, 상기 고에너지 엑스선에 대응하는 컴펜새이션 함수를 이용하여, 상기 고에너지 엑스선에 대응하여 생성된 팬텀 영상과 대상체 영상의 픽셀값을 조정함으로써 제 2 팬텀 영상과 제 2 대상체 영상을 각각 획득하는 단계인 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 팬텀 영상에 상기 제 1 대상체 영상의 소정의 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 1 영역을 표시하고, 상기 제 2 팬텀 영상에 상기 제 2 대상체 영상의 상기 픽셀의 픽셀값과 동일한 값을 갖는 제 2 영역을 표시한 후, 상기 표시된 제 1 팬텀 영상과 제 2 팬텀 영상을 합성하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치 제어 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 영역과 제 2 영역의 교차 지점을 검출하여, 상기 픽셀에 대응되는 대상체 부분의 두께 및 구성 물질의 혼합비를 추정하는 합성하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 장치 제어 방법.
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