KR20180020143A - 멀티 모달 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 모달 검출 시스템(100) 및 방법에 관한 것이다. 피검체(111)를 조사하는 분포식 방사선원(101)과, 분포식 방사선원(101)의 방사선을 XRD 검출용 방사선과 CT 검출용 방사선 두 부분으로 분할하는 전방 콜리메이터(102)와, CT 검출을 수행하여 피검체(111)의 CT 이미지를 획득하는 CT 검출 설비(103)와, XRD 검출을 수행하여 피검체(111)의 XRD 이미지를 획득하는 XRD 검출 설비(104)를 포함하고, CT 검출과 XRD 검출이 동시에 수행되는 멀티 모달 검출 시스템(100)이 개시된다. 당해 멀티 모달 검출 시스템(100) 및 방법에 따르면, CT 검출 설비(103)와 XRD 검출 설비(104)는 1 셋트의 분포식 방사선원(101)을 공유할 수 있고, CT 검출과 XRD 검출을 동시에 수행할 수 있다.

Description

멀티 모달 검출 시스템 및 방법
본 발명은 이미징 기술분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 멀티 모달 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 방사선 영상 기술에서, X-선 투과 영상 및 X-선 회절 영상은 일반적으로 사용되는 두 가지 비파괴 검사 수단이다. 이 두 가지 X-선 영상 기술은 단독으로 또는 조합하여 사용하여 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
이 두 가지 수단을 조합하여 사용하는 것에 관하여, 미국 특허 제7924978B2호 및 미국 특허 제7869566B2호에는 먼저 X-선 단층 이미징 기술(Computed Tomography:CT)의 검출을 수행하고, 후에 X-선 회절 이미징 기술(X-ray DiffraCTion:XRD)의 검출을 수행하는 2단계 검출 시스템이 개시되어 있다. 그러나 이러한 2단계 검출 시스템은 실제적으로 2 셋트의 독립적인 시스템이 조립된 것으로, 각 시스템은 별도의 방사선원을 이용하기 때문에 시스템은 부피가 커지고 방사선원의 이용률이 낮다. 또한 이러한 2단계 검출 시스템은 2 셋트의 시스템 사이에서 의심스러운 영역의 위치를 정확하게 제어해야 하므로 검출 효율이 낮다.
또한 미국 특허 제7787591B2호에는 XRD 측정과 동시에 멀티 앵글 투과 이미징을 수행할 수 있는 '역부채꼴 빔'의 XRD 검출 시스템이 개시되어 있다. 당해 시스템은 1 셋트의 방사선원을 이용하고 있지만, 당해 시스템은 실제적으로 준 3D 크로마토 검출 시스템이므로, 방사선원의 분포 각도가 제한되어 CT 이미징의 품질 효과에 달성하기 어렵다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피검체를 조사하는 분포식 방사선원과; 분포식 방사선원의 방사선을 CT 검출용 방사선과 XRD 검출용 방사선의 두 부분으로 분할하는 전방 콜리메이터와; CT 검출을 수행하여 피검체의 CT 이미지를 획득하는 CT 검출 설비와; XRD 검출을 수행하여 피검체의 XRD 이미지를 획득하는 XRD 검출 설비를 포함하고, CT 검출과 XRD 검출이 동시에 수행되는 멀티 모달 검출 시스템을 제공한다.
일 실시예에서, 멀티 모달 검출 시스템은 복수의 분포식 방사선원을 구비하고, 각 분포식 방사선원에 대응하는 전방 콜리메이터와 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비를 포함한다.
일 실시예에서, 각 분포식 방사선원은 전송 통로 테두리의 내측의 적어도 일부에 배치되어 있고, 각 분포식 방사선원에 대응하는 전방 콜리메이터는 당해 분포식 방사선원과 피검체 사이에 배치되어 있고, 대응되는 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 피검체가 전방 콜리메이터와 당해 대응되는 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비 사이에 위치하도록 배치되어 있다.
일 실시예에서, 각 분포식 방사선원은 직선형, 원호형, L자형, U자형, 멀티 세그먼트형 중 하나에서 선택된다.
일 실시예에서, 각 분포식 방사선원은 복수의 방사선원 초점을 가지고, 이들 방사선원 초점은 독립적으로 활성화되어 방사선을 방출한다.
일 실시예에서, 멀티 모달 검출 시스템은 각 분포식 방사선원의 방사선원 초점의 활성화 형태를 제어하는 분포식 방사선원 제어 설비를 더 포함한다.
일 실시예에서, 복수의 분포식 방사선원 각각은 동일한 수량의 방사선원 초점을 가진다. 다른 실시예에서 복수의 분포식 방사선원 모듈 각각은 서로 상이한 수량의 방사선원 초점을 가진다.
일 실시예에서, CT 검출 설비는 CT 검출을 수행하여 CT 데이터를 획득하는 적어도 하나의 CT 검출기를 포함한다.
일 실시예에서, CT 검출기는 에너지 침적형 검출기, 듀얼 에너지 검출기, 에너지 스펙트럼 검출기 중 하나에서 선택된다. 다른 실시예에서, CT 검출기는 1차원 라인 어레이 검출기, 2차원 평면 어레이 검출기 중 하나의 형태를 가진다.
일 실시예에서, CT 검출 설비는 CT 검출기에 의해 획득된 CT 데이터를 처리하여 CT 이미지를 획득하는 CT 데이터 프로세서를 더 포함한다.
일 실시예에서, CT 검출용 방사선은 부채꼴 빔이다. 다른 실시예에서, CT 검출용 방사선은 원추형 빔이다.
일 실시예에서, XRD 검출용 방사선은 피검체를 경우하여 산란되고, XRD 검출 설비는 산란선에서 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 선택하는 후방 콜리메이터와 후방 콜리메이터를 통과하여 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 받아 XRD 산란 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 산란 검출기를 포함한다.
일 실시예에서, XRD 검출용 방사선은 피검체를 통과하고, XRD 검출 설비는 피검체를 통과한 방사선을 받아 XRD 투과 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 투과 검출기를 더 포함한다.
일 실시예에서, XRD 검출 설비는 XRD 산란 데이터 및 상기 XRD 투과 데이터를 처리하여 XRD 이미지를 획득하는 XRD 데이터 프로세서를 더 포함한다.
일 실시예에서, XRD 검출용 방사선은 펜 빔이다. 다른 실시예에서, XRD 검출용 방사선은 부채형으로 분포된다. 또한 다른 실시예에서, XRD 검출용 방사선은 평행으로 분포된다. 일 실시예에서, 상기 XRD 검출용 방사선은 복수 부분으로 분할되고, 이들 복수 부분의 방사선은 각각 상기 XRD 검출에 사용된다. 다른 실시예에서, 상기 CT 검출용 방사선의 방사선은 복수 부분으로 분할되고, 이들 복수 부분의 방사선은 각각 상기 CT 검출에 사용된다.
일 실시예에서, CT 검출용 방사선의 조사 평면의 중심선과 XRD 검출용 방사선의 조사 평면의 중심선은 XRD 검출과 CT 검출이 서로 간섭하지 않도록 일정한 편각을 갖고 있다.
일 실시예에서, XRD 검출 설비와 CT 검출 설비는 서로 교정이 이루어지도록 XRD 이미지의 데이터와 CT 이미지의 데이터를 통신한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 피검체는 방사선을 조사하는 분포식 방사선원을 제어하는 단계와; 전방 콜리메이터에 의해 분포식 방사선원의 방사선을 CT 검출용 방사선과 XRD 검출용 방사선 두 부분으로 분할하는 단계와; CT 검출 설비에 의해 CT 검출을 수행하여 피검체의 CT 이미지를 획득하고, XRD 검출 설비에 의해 XRD 검출을 수행하여 피검체의 XRD 이미지를 획득하고, CT 검출과 XRD 검출을 동시에 수행하는 단계를 포함하는 멀티 모달 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 멀티 모달 검출 시스템 및 방법에 따르면, CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 1 셋트의 분포식 방사선원을 공유할 수 있고, CT 검출과 XRD 검출을 동시에 수행하여 CT 이미지 및 XRD 이미지를 획득할 수 있다. 또한, XRD 검출 설비와 CT 검출 설비는 XRD 이미지의 데이터와 CT 이미지의 데이터를 상호 통신하여 영상 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 도면을 참조함으로써 보다 명확하게 이해할 수 있다. 도면은 예시적인 것이며, 본 발명에 대한 제한으로 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템을 나타낸 시스템 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템을 나타낸 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 영상의 원리를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 영상의 원리를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 L 자 모양 및 U 자 모양으로 배열된 분포식 방사선원을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 세그먼트형으로 배열된 분포식 방사선원을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 검출 방사선 빔의 형태 및 분포를 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 XRD 검출 방사선 빔의 형태 및 분포를 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 데이터를 이용하여 XRD 이미지를 교정하는 것을 나타낸 모식도이다.
본 발명의 실시예에 대한 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부 사항이 포함된다. 그러나, 당업자라면 본 발명은 특정 세부 사항의 일부를 포함하지 않고도 실시할 수 있다는 것이 분명하다. 이하 실시예에 대한 설명은, 단지 본 발명의 예를 제시함으로써 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것이다. 본 발명은 이하에 설명되는 임이의 특정 배치 및 방법 단계에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한, 관련된 소재, 부재 및 방법 단계의 임의의 수정, 대체 및 개선을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템(100)을 나타낸 시스템 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템(100)은 피검체를 조사하는 분포식 방사선원(101); 분포식 방사선원(101)의 방사선을 CT 검출용과 XRD 검출용의 두 부분으로 분할하는 전방 콜리메이터(102); CT 검출을 수행하여 피검체의 CT 이미지를 획득하는 CT 검출 설비(103); XRD 검출을 수행하여 피검체의 XRD 이미지를 획득하는 XRD 검출 설비(104)를 포함하고, CT 검출과 XRD 검출은 동시에 진행된다.
일 실시예에서, 전방 콜리메이터는 분포식 방사선원의 방사선이 CT 검출용과 XRD 검출용의 두 부분으로 분할되도록 이중 개구를 갖는 전방 콜리메이터일 수 있다. 그러나 분포식 방사선원의 방사선에 대한 전방 콜리메이터의 분할은 반드시 분포식 방사선원의 방사선을 물리적으로 두 부분으로 분할하는 것이 아니고, 전방 콜리메이터에 의해 큰 원추각을 갖는 방사선 빔을 형성하여 일 부분의 방사선은 CT 검출에 사용되고 기타 부분의 방사선은 XRD 검출에 사용될 수도 있다.
CT 검출 부분에서, CT 검출 설비(103)는 CT 검출을 수행하여 CT 데이터를 획득하는 적어도 하나의 CT 검출기(105)를 포함한다.
일 실시예에서, CT 검출 설비(103)는 CT 검출기(105)에 의해 획득된 CT 데이터를 처리하여 CT 이미지를 획득하는 CT 데이터 프로세서(106)를 더 포함한다. CT 검출기(105) 및 CT 데이터 프로세서(106)는 별개의 장치로 기재되어 있지만, 양자는 통합될 수도 있다. 또는 CT 데이터 프로세서(106)에 대신하여 CT 검출기(105)가 CT 데이터를 당해 CT 검출 설비(103)의 주변 처리 기기에 전송하여 처리하도록 하고, 처리된 CT 이미지를 처리 기기가 다시 CT 검출 설비(103)로 되돌릴 수도 있다.
일 실시예에서, CT 검출 설비(103)는 후방 콜리메이터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 당해 후방 콜리메이터는 전방 콜리메이터(102)와 CT 검출기(105) 사이에 배치되어 CT 검출 부분의 방사선의 방향을 제어하여, CT 검출 설비(103)의 CT 영상 품질을 향상시킬 수 있다. 당해 후방 콜리메이터는 CT 검출 설비(103)에서 반드시 필요한 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
XRD 검출 부분에서, XRD 검출용 방사선은 피검체를 경유해서 산란한다는 것을 이해해야 한다. 일 실시예에서, XRD 검출 설비(104)는 산란선 중에서 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 선택하는 후방 콜리메이터(107) 및 후방 콜리메이터(107)를 통과한 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 수광하여 XRD 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)를 포함한다.
또한 XRD 검출용 방사선은 피검체를 통과한다는 것을 이해해야 한다. 일 실시예에서, XRD 검출 설비(104)는 피검체를 통과한 방사선을 수광하여 XRD 투과 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 투과 검출기(109)를 더 포함한다.
일 실시예에서, XRD 검출 설비(104)는 XRD 산란 데이터 및 XRD 투과 데이터를 처리하여 XRD 이미지를 획득하는 XRD 데이터 프로세서(110)를 더 포함한다. CT 검출 부분과 마찬가지로, 여기서 XRD 산란 검출기(108) 및/또는 XRD 투과 검출기(109)는 별개의 장치로 기재되어 있지만, 이들은 통합될 수도 있다. 또는 XRD 데이터 프로세서(110)를 대신하여, XRD 산란 검출기(108) 및/또는 XRD 투과 검출기(109)가 XRD 데이터를 당해 XRD 검출 설비(104)의 주변 처리 기기에 전송하여 처리하도록 하고, 처리된 XRD 이미지를 처리 기기가 다시 XRD 검출 설비(104)에 되돌릴 수도 있다.
CT 검출 설비(103)에 의해 얻어진 CT 이미지 및 XRD 검출 설비(104)에 의해 얻어진 XRD 이미지는 물질 인식에 사용될 수 있다. 또한 CT 검출 설비(103) 및 XRD 검출 설비(104)는 도 1에 도시된 바와 같이 CT 이미지 데이터 및 XRD 이미지 데이터를 통신하여, 서로 교정이 이루어지도록 할 수 있다. 따라서 본 발명의 멀티 모달 검출 시스템(100)에 의하면, CT 검출 설비(103)와 XRD 검출 설비(104)는 1 셋트의 분포식 방사선원(101)을 공유할 수 있으며, CT 검출과 XRD 검출을 동시에 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템(100)을 나타낸 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피검체(111)은 전송 벨트에 의해 일정한 속도 V로 Z방향으로 전송 통로(112)를 통과한다. 설명의 편의상 도 2에는 XYZ좌표계가 표시되어 있으며, Z방향은 전송 벨트의 전송 방향이고, Y방향은 전송 벨트의 평면에 수직되는 방향이며, X방향은 Z방향 및 Y방향에 의해 구성된 평면에 수직되는 방향이다.
멀티 모달 검출 시스템(100)은 피검체(111)를 조사하는 분포식 방사선원(101)을 포함한다. 도 2에는 분포식 방사선원(101)이 2개 표시되어 있지만, 멀티 모달 검출 시스템(100)은 더 많은 분포식 방사선원(101)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 분포식 방사선원(101)은 전송 통로 테두리(113)의 내측의 적어도 일부에 배치되어 있을 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 분포식 방사선원(101) 중의 하나는 전송 통로 테두리(113)의 내측의 상단 가장자리에 위치하고 있으며, 다른 하나는 전송 통로 테두리(113)의 내측의 측벽 가장자리에 위치하고 있지만, 분포식 방사선원(101)의 설치 위치는 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 분포식 방사선원(101)는 전송 통로 테두리(113)의 상단, 하단 및 측벽의 적어도 하나의 내측의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
분포식 방사선원(101)은 적어도 하나의 방사선원 초점을 가질 수 있고, 이 방사선원 초점은 독립적으로 활성화되어 방사선을 방출할 수 있다. 이러한 방사선원 초점의 활성화 형태(예를 들면 활성화 순서 및 조합 형태)는 분포식 방사선원 제어 기기 또는 제어 프로그램에 의해 제어될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 복수의 분포식 방사선원(101)을 갖는 경우, 이러한 분포식 방사선원(101) 각각이 갖는 방사선원 초점의 수는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 분포식 방사선원(101)의 방사선원 초점이 활성화되는 임의의 시점에서 XRD 데이터 및 CT 데이터를 동시에 획득할 수 있다.
멀티 모달 검출 시스템(100)은 전방 콜리메이터(102), CT 검출 설비(103) 및 XRD 검출 설비(104)(도 2에는 미도시)를 더 포함한다. 전방 콜리메이터(102)는 분포식 방사선원(101)의 방사선을 두 부분으로 분할하고, 일 부분은 CT 검출에 사용되고, 기타 부분은 XRD 검출에 사용된다. CT 검출 설비(103)는 CT 검출을 수행하여 피검체의 CT 이미지를 획득한다. XRD 검출 설비(104)는 XRD 검출을 수행하여 피검체의 XRD 이미지를 획득한다. 주의해야 할 것은 CT 검출과 XRD 검출은 동시에 수행된다.
본 발명의 멀티 모달 검출 시스템에 있어서 복수의 분포식 방사선원을 갖고 있는 경우, 시스템은 각 분포식 방사선원에 대응하는 전방 콜리메이터, CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비를 포함한다. 각 분포식 방사선원에 대응하는 전방 콜리메이터는 당해 분포식 방사선원과 피검체 사이에 배치되고, CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 피검체가 전방 콜리메이터와 그에 대응되는 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비 사이에 위치하도록 배치되고, 즉 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 피검체의 전방 콜리메이터와 대향되는 측에 배치되어 있다. 예를 들면, 도 2를 참조하면, 분포식 방사선원(101)은 전송 통로 테두리(113)의 내측의 상단 가장자리에 배치되고, 전방 콜리메이터는 방사선을 분할할 수 있도록 분포식 방사선원(101)의 하방에 배치될 수 있고, CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 전송 벨트의 하방에 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템(100)은 CT 검출 시스템과 XRD 검출 시스템이 결합되어 종래의 다단 검출을 유기적으로 조합하고, CT 검출 시스템과 XRD 검출 시스템은 실질적으로 1 셋트의 분포식 방사선원을 공유하고 있으므로 CT 이미지 및 XRD 이미지를 동시에 획득할 수 있다. 따라서 다단 검출 시스템에 비해 시스템의 규모를 감소시키고, 검출 효율 및 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템(100)을 나타낸 종단면도이다. 도 3에도 XYZ좌표계가 표시되어 있으며, 이 좌표계는 도 2의 XYZ좌표계와 동일하며, 도 3은 종단면도이므로, X방향이 용지면에 수직되어 내측으로 향하고 있다. 또한 도 3에 있어서, 도 1과 동일한 부호는 동일한 소자를 나타낸다. 주의해야 할 것은 이하의 설명에서는 오직 하나의 분포식 방사선원에 대해 설명하지만, 복수의 분포식 방사선원을 갖는 경우, 각 분포식 방사선원에 대해 대응하는 전방 콜리메이터, CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비를 배치하고 유사한 검출을 수행한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 피검체(111)는 전송 벨트(114)와 함께 Z방향으로 이송된다. 피검체(111)는 전송 통로(112)를 통과할 때 분포식 방사선원(101)에 의해 조사된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 분포식 방사선원(101)의 방사선원 초점에서 방출되는 방사선은 두 부분으로 분할되고, 일 부분은 CT 검출 설비(103)를 향해 조사되어 CT 검출에 사용되고 기타 부분은 XRD 검출 설비(104)를 향해 조사되어 XRD 검출에 사용된다. 상기 방사선의 분할은 실제적으로 분포식 방사선원(101)과 피검체(111) 사이에 배치된 전방 콜리메이터(102)에 의해 이루어진다. CT 검출과 XRD 검출이 간섭되지 않도록 전방 콜리메이터(102)에 의해 분할된 두 부분의 방사선 조사면 사이에는 일정한 편각이 있기 때문에 CT 검출과 XRD 검출을 독립적으로 동시에 수행할 수 있다. XRD 검출을 위한 검출 평면은 CT 검출 평면의 한쪽 또는 양쪽에 있을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, CT 검출 부분에서, 멀티 모달 검출 시스템(100)은 CT 검출 설비(103)를 더 포함한다. CT 검출 설비(103)는 CT 검출을 수행하여 CT 데이터를 획득하는 적어도 하나의 CT 검출기(105)를 포함한다. 일 실시예에서, CT 검출기(105)는 에너지 침적형 검출기, 듀얼 에너지 검출기, 에너지 스펙트럼 검출기(즉, 광자 계수 검출기)중에서 하나를 선택할 수 있다. CT 검출기(105)는 1차원 라인 어레이 검출기 또는 2차원 평면 어레이 검출기 형태를 가질 수 있으며, 2차원 평면 어레이 검출기는 예를 들면 평면 검출기 또는 곡면 검출기 일 수 있다. CT 검출 설비(103)는 CT 검출기(105)에 의해 얻은 CT 데이터를 처리하여 CT 이미지를 획득하는 CT 데이터 프로세서(106)(도에는 미도시)를 더 포함할 수 있다. CT 검출용 방사선은 각각 단일 슬라이스 또는 멀티 슬리이스 나선형 CT 영상 방식에 대응하는 부채꼴 빔 또는 원추형 빔 일 수 있다.
XRD 검출 부분에서, 멀티 모달 검출 시스템(100)은 XRD 검출 설비(104)를 더 포함한다. 전방 콜리메이터(102)를 통과하여 XRD 검출에 사용되는 방사선은 피검체(111)에 조사된 후 산란된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 산란선은 후방 콜리메이터(107)를 통과한 후 XRD 검출 설비(104)에 포함되어 있는 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)에 입사된다. 후방 콜리메이터(107)는 산란선에서 동일한 산란 방향을 가지는 방사선을 선택한다. 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)는, 후방 콜리메이터(107)를 통과하여 동일한 산란 방향을 가지는 방사선을 수광하여, XRD 산란 데이터를 획득한다. 도 3에 있어서, 후방 콜리메이터(107)는 산란각θ의 산란선을 선택하여 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)에 입사시킨다. 일 실시예에서, XRD 산란 검출기(108)는 픽셀 수준의 에너지 스펙트럼 검출기일 수 있다.
또한 XRD 검출용 방사선도 일부가 피검체(111)를 투과하기 때문에, 일 실시예에서, XRD 검출 설비는 피검체(111)를 투과한 방사선을 수광하여 XRD 투과 데이터를 획득하는 XRD 투과 검출기(109)를 더 포함할 수 있다. 당해 XRD 투과 데이터는 XRD 산란 검출기(108)의 측정 결과를 교정할 수 있으므로 피검체(111)의 더 정확한 정보를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출의 원리를 나타내는 모식도이다. 도 4에서 도 1 내지 도 3과 동일 부호는 동일한 소자를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부호 115는 검출 영역을 나타내고 있다. 분포식 방사선원(101)의 방사선원 초점에서 방출되는 방사선은 전방 콜리메이터(102)의 제한에 의해 두 부분으로 분할되고, 일 부분은 CT 검출 설비(103)을 향해 조사되어 CT 검출에 사용되고, 기타 부분은 XRD 검출 설비(104)를 향해 조사되어 XRD 검출에 사용된다. CT 검출과 XRD 검출이 간섭되지 않도록 전방 콜리메이터(102)에 의해 분할된 두 부분의 방사선의 조사 평면 사이에는 일정한 편각이 있기 때문에 CT 검출과 XRD 검출을 독립적으로 동시에 수행할 수 있다.
CT 검출 부분에서, CT 검출 설비(103)에 포함되어 있는 CT 검출기(105)는 전방 콜리메이터(102)의 제한에 의해 분할된 일 부분의 방사선을 받아 CT 검출을 수행하여 CT 데이터를 획득한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 영상의 원리를 나타내는 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피검체(111)는 분포식 방사선원(101)과 CT 검출기(105) 사이에 위치하고 있다. 상술한 바와 같이, CT 검출용 방사선은 각각 단일 슬라이스 또는 멀티 슬라이스 나선형 CT 영상 방식에 대응하는 부채꼴 빔 또는 원추형 빔 일 수 있다. 분포식 방사선원(101)의 부동한 방사선원 초점이 활성화될 때, 방사선원 초점에서 방출되는 방사선은 부동한 각도로 피검체(111)에 조사되는바, CT 검출기(105)는 1개의 평면을 취하여 당해 조사 평면상의 피검체(111)의 투영 데이터를 얻을 수 있다. 도 5는 분포식 방사선원(101)의 두 가장자리 위치의 방사선원 초점에서 방출된 방사선이 피검체(111)를 통과하여 이미징 되는 상황만을 나타내고 있다. 분포식 방사선원(101)의 더 많은 방사선원 초점이 활성화되는 경우, 투영된 이미지는 더 정확하게 피검체(111) 자신의 상태를 반영할 수 있다.
도 5에서 분포식 방사선원(101)은 직선형으로 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 그러나, 분포식 방사선원은 이에 한정되지 않고 다른 실시예에 있어서, 분포식 방사선원은 원호형, L자형, U자형으로 배열되거나 또는 다른 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, 분포식 방사선원(101)은 부동한 평면상에 배치되는 복수의 세그먼트로 구성되어, 즉 멀티 세그먼트형으로 배치될 수 있다. 도 6은 L자형 및 U자형으로 배열된 분포식 방사선원을 나타내고 있고, 이러한 배열 형태는 매우 큰 각도 범위의 투영 데이터를 획득하는 것을 보장할 수 있으므로, CT 이미지의 재구성의 정확도을 향상시킬 수 있다. 도 7은 멀티 세그먼트형으로 배열된 형태의 분포식 방사선원 모듈을 나타내고 있고, 이러한 배열 형식은 충분한 각도의 투영 데이터를 획득할 수 있다.
계속해서, 도 4를 참조하면, 한편, XRD 검출 설비(104)는 전방 콜리메이터(102)의 제한에 의해 분할된 기타 부분의 방사선을 받아 XRD 검출을 수행하여 XRD 이미지를 획득한다. 도 4에 도시된 바와 같이, XRD 검출용 방사선(116)은 피검체에 조사된 후 산란된다. 여러 개의 부동한 방향의 산란선이 있다는 것을 이해해야 하지만 시스템은 후방 콜리메이터(107)를 통해 각 산란선에서 동일한 산란 방향을 갖는 방사선이 선택되어 XRD 검출 설비(104)에 포함되어 있는 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)에 입사되도록 구성되어 있다. 적어도 하나의 XRD 산란 검출기(108)은 후방 콜리메이터(107)에 의해 제한된 방사선을 받아 XRD 검출을 수행하여 XRD 산란 데이터(예를 들면, XRD 산란 에너지 스펙트럼도)를 획득한다.
XRD 검출은 포인트 바이 포인트 측정이 가능하므로 다양한 배열 형태의 분포식 방사선원에 대해 모두 완벽한 데이터를 획득할 수 있다. CT 검출에는 대량의 방사선원 초점이 필요하며, 간격이 좁고 분포가 넓기 때문에 XRD 검출은 이러한 방사선원 초점의 전부 또는 일부를 이용하여 전방 콜리메이터를 통해 대응하는 방사선을 인출하고, 후방 콜리메이터의 제한에 의해 각 점의 고정 산란 각도의 산란 데이터를 획득할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 검출 방사선 빔의 형태 및 분포를 나타낸 모식도이다. 도 8에도 XYZ좌표계가 표시되어 있고, 이 좌표계는 도 2의 XYZ좌표계와 동일한바, 마찬가지로 X방향이 용지면에 수직되어 내측으로 향하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전방 콜리메이터(102)의 제한 하에 분포식 방사선원(101)의 각 방사선원 초점은 XRD 검출 평면내에서 복수의 펜 빔 방사선을 방출하고, 이 펜 빔 방사선은 부채꼴 모양으로 분포된다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 XRD 검출 방사선 빔의 형태 및 분포를 나타낸 모식도이다. 도 9에도 XYZ좌표계가 표시되어 있고, 이 좌표계는 도 8의 XYZ좌표계와 동일한바, 마찬가지로 X방향이 용지면에 수직되어 내측으로 향하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 전방 콜리메이터(102)의 제한 하에 분포식 방사선원(101)의 각 방사선원 초점은 XRD 검출 평면내에서 단일 펜 빔의 방사선을 방출하고, 모든 방사선원 초점에서 방출되는 펜 빔은 평행으로 분포된다. 어떠한 형태의 방사선 분포이든지 이런 방사선 빔은 후방 콜리메이터(107)의 제한에 의해 각 XRD 산란 검출기(108)에 입사되고, 각 XRD 산란 검출기(108)는 피검체의 각 점의 고정 산란 각도의 산란 정보를 측정한다. XRD 검출용 방사선은 상기 형태에 한정되지 않는 다는 것을 이해해야 한다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, XRD 검출용 방사선(115)도 피검체 통과한다. 따라서 XRD 검출 설비(104)는 피검체를 통과한 방사선을 받아 XRD 투과 데이터(예를 들면 XRD 투과 에너지 스펙트럼도)를 획득하는 XRD 투과 검출기(109)를 더 포함할 수 있다. 당해 XRD 투과 데이터는 XRD 산란 검출기(108)의 측정결과를 교정할 수 있는바, 피검체의 더 풍부하고 정확한 정보를 얻을 수 있다.
XRD 검출용 방사선의 조사 평면과 CT 검출용 방사선의 조사 평면 사이에는 CT 검출과 XRD 검출을 더 잘 분리할 수 있도록 일정한 편각을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이 각도는 필요에 따라 변화할 수 있다. 일 실시예에서, CT 검출용 방사선의 조사 평면은 XY평면(즉 전송 벨트의 주행 방향과 수직)과 평행될 수 있고, XRD 검출용 방사선의 조사 중심 평면은 XY평면과 일정한 각도를 가질 수 있다. 또한 XRD 검출의 검출 평면은 CT 검출의 검출 평면의 한쪽 또는 양쪽에 있을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템에 대해 설명했다. 본 발명은 멀티 모달 검출 방법을 더 제공한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 검출 방법(200)을 나타낸 흐름도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 멀티 모달 검출 방법(200)은, 피검체에 조사되는 방사선을 방출하는 분포식 방사선원을 제어하는 단계(S201)와; 전방 콜리메이터에 의해 분포식 방사선원의 방사선을 XRD 검출용과 CT 검출용 두 부분으로 분할하는 단계(S202)와; CT 검출 설비에 의해 CT 검출을 수행하여 피검체의 CT 이미지를 획득하고, XRD 검출 설비에 의해 XRD 검출을 수행하여 피검체의 XRD 이미지를 획득하고, CT 검출과 XRD 검출이 동시에 진행되는 단계(S203)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법에서, CT 검출 설비와 XRD 검출 설비는 CT 이미지의 데이터와 XRD 이미지의 데이터를 상호 통신하여 서로의 교정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, XRD 이미지는 일반적으로 신호대잡음비가 낮고, 공간 해상도가 높지 않기 때문에 상이한 물질의 XRD 스펙트럼이 피검체의 가장자리 부분에서 겹쳐지는 경우가 있다. 한편 CT 이미지는 구조 정보가 명확하고, 공간 해상도가 높다. 그러므로 CT 이미지의 데이터를 사용하여 XRD 이미지의 가장자리를 샤프하게 할 수 있고, 어느 정도 스펙트럼 앨리어싱에 의한 물질의 오인식을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 데이터를 사용하여 XRD 이미지를 교정하는 것을 나타낸 모식도이다. 구체적으로는 XRD 이미지의 공간 해상도가 높지 않으므로 XRD 이미지의 한 픽셀이 CT 이미지에서 두 물질의 가장자리로 표시된다. 이 경우 두 물질의 독립적인 XRD 스펙트럼을 가중합산하여, 물질의 가장자리에 위치할 가능성이 있는 픽셀의 XRD 이미지 정보와 비교하여, 양자의 차이가 일정한 범위내에 있는 경우, 당해 픽셀의 XRD 이미지 정보는 제 3의 물질이 아닌 두 물질의 XRD 이미지 정보의 합이다고 인식한다. 다음 이 두 물질의 XRD 정보를 각자의 구조에 충전하여 앨리어싱된 XRD 데이터를 제거할 수 있다.
한편, XRD 검출에 의해 얻어진 이미지 데이터를 사용하여 CT 이미지에 대해 산란 교정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, XRD 검출에 의해 물체내의 각 점의 코히어런트 산란 및 비코히어런트 산란의 합 분포(코히어런트 산란이 대부분을 차지함)를 얻을 수 있다. 각 점의 XRD 스펙트럼에 의해 일정 범위내의 물질의 산란 커널 함수를 얻을 수 있고, 당해 산란 커널 함수를 이용하여 CT 이미지의 산란 교정을 수행함으로써 CT 이미지 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, CT 이미지 정보 및 XRD 이미지 정보를 이용하고, 이미지 구조 유사성(CT 이미지)과 물질 재료 유사성(XRD 이미지)을 조합하여, Non_Local 노이즈 감소 알고리즘에 따라 가중치를 계산하고, 두 이미지에 대해 노이즈를 감소시켜 각 이미지의 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
또한, 고해상도의 에너지 스펙트럼 검출기로 CT 이미지를 측정하면, 물체의 각 점의 감쇠 계수가 에너지에 대한 분포를 얻을 수 있어,당해 CT 데이터를 이용하여 XRD 이미지에 대해 감쇠 교정을 할 수 있다. 산란 경로의 감쇠 스펙트럼 대신 투과 경로의 감쇠 스펙트럼을 이용하는 종래의 감쇠 교정 방법에 비해 보다 정확하고, XRD 검출에 사용되는 투과 검출기도 절약할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법에 따르면, 두가지 검출(CT 검출 및 XRD 검출)에 의해 얻어진 물질 정보의 조합에 따라 물질 인식을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법에 따르면, '먼저 CT, 다음 XRD'의 방식이 아니라 CT 검출 정보와 XRD 검출 정보를 동시에 사용하여 물질 인식을 수행한다. CT 검출에 의해 안전 영역으로 간주되는 영역에 대해서도 XRD 검출을 수행하므로 시스템의 허위 경보율 및 체크 누락율을 저하시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법에 따르면, CT 검출 시스템과 XRD 검출 시스템을 시스템 구조 및 물리적 정보 양면에서 진정으로 유기적으로 결합하고 있다. 양자는 1 셋트의 분포식 방사선원을 공유하고 있으므로 비용을 절감하는 동시에 검출 시스템의 전체 부피를 감소시킨다. CT 검출과 XRD 검출이 동시에 수행되고, 검출 평면이 가까우므로 멀티 모달 정보의 위치 정렬 및 다중 교호 작용의 복잡성을 감소시켜 시스템의 검출 효율 및 정확성이 향상된다. 시스템에서 CT 검출 및 XRD 검출은 모두 고정 측정이기 때문에, 검출기, 방사선원 및 피검체의 복잡한 기계적 운동을 방지하여 시스템의 안전성이 향상된다. 또한 CT 검출 및 XRD 검출 데이터를 동시에 처리하기 때문에, 멀티 모달 이미징 데이터 간의 정보 교호 작용을 증가시켜 실제적으로 외부(시스템 구조)와 내부(데이터)의 조합을 구현하여 검출 품질이 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법은 보안 검사 분야에 적용할 수 있지만, 당업자라면 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모달 검출 시스템 및 방법이 보안 검사 분야에 한정되지 않고 다른 관련 분야에도 적용할 수 있음을 이해해야 한다.
특허 청구 범위에 있어서 '포함하다' 또는 '구비하다'라는 용어는 특허 청구 범위에 기재되어 있지 않는 소자 또는 모듈의 존재를 배제하는 것이 아님을 유의해야 한다. 소자 또는 모듈의 앞에 위치하는 관사 '1' 또는 '하나'는 이와 같은 소자 또는 모듈이 복수개 존재하는 것을 배제하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 주로 가독성 및 교시의 목적으로 선택된 것이며, 본 발명의 주제를 해석하거나 제한하기 위해 선택된 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 첨부된 특허 청구 범위 및 정신에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능한 것은 당업자에 있어서 명백한 것이다. 본 발명의 범위에 관해서, 본 명세서에 기재된 것은 설명하기 위한 것이지 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해 한정되는 것이다.

Claims (21)

  1. 피검체를 조사하는 분포식 방사선원;
    상기 분포식 방사선원의 방사선을 CT 검출용 방사선과 XRD 검출용 방사선의 두 부분으로 분할하는 전방 콜리메이터;
    상기 CT 검출을 수행하여 상기 피검체의 CT 이미지를 획득하는 CT 검출 설비; 및
    상기 XRD 검출을 수행하여 상기 피검체의 XRD 이미지를 획득하는 XRD 검출 설비를 포함하고,
    상기 CT 검출과 상기 XRD 검출이 동시에 수행되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 검출 시스템은 복수의 상기 분포식 방사선원을 구비하고, 상기 분포식 방사선원 각각에 대응하는 상기 전방 콜리메이터, 상기 CT 검출 설비 및 상기 XRD 검출 설비를 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분포식 방사선원 각각은 전송 통로 테두리의 내측의 적어도 일부에 배치되어 있고, 상기 분포식 방사선원 각각에 대응하는 상기 전방 콜리메이터는 상기 분포식 방사선원과 상기 피검체 사이에 배치되어 있고, 상기 대응되는 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비는 상기 피검체가 상기 전방 콜리메이터와 상기 대응되는 CT 검출 설비 및 XRD 검출 설비 사이에 위치하도록 배치되어 있는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분포식 방사선원 각각은 직선형, 원호형, L자형, U자형, 멀티 세그먼트형 중 하나로 선택되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분포식 방사선원 각각은 복수의 방사선원 초점을 가지고, 상기 방사선원 초점은 독립적으로 활성화되어 방사선을 방출하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분포식 방사선원 각각의 상기 방사선원 초점의 활성화 형태를 제어하는 분포식 방사선원 제어 설비를 더 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 분포식 방사선원 각각은 서로 상이한 수량 또는 동일한 수량의 상기 방사선원 초점을 가지는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 CT 검출 설비는
    상기 CT 검출을 수행하여 CT 데이터를 획득하는 적어도 하나의 CT 검출기를 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CT 검출기는 에너지 침적형 검출기, 듀얼 에너지 검출기, 에너지 스펙트럼 검출기 중 하나로 선택되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 CT 검출 설비는 상기 CT 검출기에 의해 획득된 CT 데이터를 처리하여 상기 CT 이미지를 획득하는 CT 데이터 프로세서를 더 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 CT 검출용 방사선은 부채꼴 빔 또는 원추형 빔인,
    멀티 모달 검출 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 XRD 검출용 방사선은 상기 피검체를 경유하여 산란되고,
    상기 XRD 검출 설비는
    산란선에서 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 선택하는 후방 콜리메이터와,
    상기 후방 콜리메이터를 통과하여 동일한 산란 방향을 갖는 방사선을 받아 XRD 산란 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 산란 검출기를 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 XRD 검출용 방사선은 상기 피검체를 통과하고,
    상기 XRD 검출 설비는
    상기 피검체를 통과한 방사선을 받아 XRD 투과 데이터를 획득하는 적어도 하나의 XRD 투과 검출기를 더 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 XRD 검출 설비는
    상기 XRD 산란 데이터 및 상기 XRD 투과 데이터를 처리하여 상기 XRD 이미지를 획득하는 XRD 데이터 프로세서를 더 포함하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    XRD 검출용 방사선은 펜 빔인,
    멀티 모달 검출 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 XRD 검출용 방사선은 부채형으로 분포 또는 평행으로 분포되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 XRD 검출용 방사선은 복수 부분으로 분할되고, 상기 복수 부분의 방사선은 각각 상기 XRD 검출에 사용되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 CT 검출용 방사선은 복수 부분으로 분할되고, 상기 복수 부분의 방사선은 각각 상기 CT 검출에 사용되는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  19. 제1항, 제17항 및 제18항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 CT 검출용 방사선의 조사 평면과 상기 XRD 검출용 방사선의 조사 중심 평면은 상기 XRD 검출과 상기 CT 검출이 서로 간섭하지 않도록 일정한 편각을 갖고 있는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 XRD 검출 설비와 상기 CT 검출 설비는 서로 교정이 이루어지도록 상기 XRD 이미지의 데이터와 상기 CT 이미지의 데이터를 통신하는,
    멀티 모달 검출 시스템.
  21. 피검체에 방사선을 조사하는 분포식 방사선원을 제어하는 단계;
    전방 콜리메이터에 의해 상기 분포식 방사선원의 방사선을 CT 검출용 방사선과 XRD 검출용 방사선 두 부분으로 분할하는 단계; 및
    CT 검출 설비에 의해 상기 CT 검출을 수행하여 상기 피검체의 CT 이미지를 획득하고, XRD 검출 설비에 의해 상기 XRD 검출을 수행하여 상기 피검체의 XRD 이미지를 획득하고, 상기 CT 검출과 상기 XRD 검출을 동시에 수행하는 단계를 포함하는,
    멀티 모달 검출 방법.
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