KR20180060879A - 팬빔형 이중에너지 x선 흡수법 구현을 위한 캘리브레이션 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팬빔형 DXA구현을 위한 DXA캘리브레이션팬텀의 형상과 그 팬텀을 이용한 캘리브레이션 방법에 관한 것으로 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 배치하여 구성함으로써 일회 스캔으로 모든 데이터를 획득할 수 있게 된다. 또한 뼈팬텀과 티슈팬텀의 연결구조의 편의성도 높아지며 팬텀 구조의 안정성 또한 높아지게 구성된 팬텀을 단방향 스캔을 통하여 데이터를 획득하고 이미 파악하고 있는 위치 정보에 따라 각 두께별 감쇄량데이터를 확보해 놓을 수 있으므로 효과적인 캘리브레이션이 가능하다.

Description

팬빔형 이중에너지 X선 흡수법 구현을 위한 캘리브레이션 방법{Calibration method for fan-beam dual energy X-ray absorptiometry}

본 발명은 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 팬빔형 DXA구현을 위한 DXA캘리브레이션팬텀의 형상과 그 팬텀을 이용한 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이중에너지X선흡수법(DXA; Dual energy X-ray Absorptiometry)은 골밀도(骨密度; bone density)를 측정하는 방법 중 한 가지로 Low energy X-ray가 High energy X-ray에 비해 물질의 강도에 따라 감쇄가 크게 발생하는 성질을 이용하여 인체의 체성분(體成分; body composition)를 분석하여 강도가 큰 뼈(bone)조직과 강도가 작은 티슈(tissue)조직을 분류하고 이렇게 분류된 성분에 대해 정량화(定量化; 양을 정하는 일)하는 작업에 필요하다.

이러한, 정량화를 위해서는 각기 다르게 선정된 두 에너지 대역의 X선이, 각각 뼈를 대표하고 티슈를 대표하는 두 물질에 대해 어느 정도의 감쇄가 발생하는가를 파악하고, 미리 구해놓은 감쇄데이터를 역으로 분석하여 물질의 강도를 추정하는 과정을 DXA캘리브레이션이라 한다.

즉, DXA캘리브레이션은 뼈를 대표하는 물질을 선정하고, 티슈를 대표하는 물질을 선정하여 일정 형상을 구성하고 그렇게 구성된 형상에 X선을 조사하여 감쇄량데이터를 구축하는 과정을 말한다.

이렇게, 구성되는 형상을 팬텀(phantom)이라고 하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 뼈의 팬텀으로는 뼈와 유사한 감쇄를 갖는 물질인 알루미늄 등 금속을 뼈팬텀으로 하고, 강도가 비교적 낮고 티슈와 유사한 감쇄를 갖는 아크릴 등의 플라스틱 물질을 사용하여 티슈팬텀으로 하여 캘리브레이션의 기본 개념을 도식화 하였다.

한편, X선으로 면상데이터를 획득하는 방법으로는 X선 빔의 형태에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 팬실빔(pencil beam), 팬빔(fan beam), 콘빔(cone beam)으로 나눌 수 있다.

여기서, 팬실빔을 사용하여 2차원 면상데이터를 획득하년 경우 디텍터를 지그재그 스캔을 하여 면상데이터를 구성하게 되고, 팬빔의 경우 디텍터의 단방향 이동을 통해 면상데이터를 구성하며, 콘빔의 경우 디텍터의 이동 없이도 면상데이터를 구성할 수 있게 된다.

이때, 콘빔의 경우 디텍터와 소스의 이동 없이 면상데이터를 획득할 수 있는 장점이 있으나, DXA를 구현함에 있어 네 방향으로 확산되는 빔의 형상으로 인해 측정된 물체의 크기에 오류가 발생할 수 있으므로 DXA구현에는 사용이 어렵고, 팬실빔의 경우 빔의 각도가 존재하지 않기 때문에 크기 오류가 발행하지 않으나 빔을 지그재그로 반복하여 조사해야 하므로 시간이 오래 걸림으로 인해서 인체의 X선 노출량이 많아 피해가 발생하는 단점이 있어 최근에는 절충적 특징을 갖는 팬빔을 사용하는 경우가 늘어나고 있다.

이러한, 팬실빔과 팬빔은 소스와 디텍터를 이동하는 과정을 거치기 때문에 앞서 설명한 DXA캘리브레이션을 위해서도 동일하게 이동 과정을 갖는다.

한편,

기존의 방법A는 도 3과 같이, 캘리브레이션팬텀을 뼈팬텀과 티슈팬텀을 두께별로 가공하고 이를 교차시켜 형상화하며, 차된 각 사각형 영역별로 모두 각기 다른 뼈팬텀과 티슈팬텀의 두께가 배치되도록 구현됨으로써 나름의 편의성을 갖는다.

그러나, 방법A의 경우 획득된 데이터가 점의 형태로 구현되어 지그재그 이동을 해야 하는 팬실빔의 경우에는 유리하나, 단방향 이동으로 면상데이터를 구현할 수 있는 팬빔의 경우에는 불필요한 동작이 필요하며 팬텀 자체의 실제 구현을 위하여 구조적 안정성을 확보하기 위한 뼈팬텀과 티슈팬텀의 고정방법 또한 어려움을 갖게 된다.

그리고, 기존의 방법B는 도 4와 같이, 뼈팬텀 또는 티슈팬텀을 두께별로 나열되도록 하고, 나열되지 않은 다른 팬텀의 두께를 한 단계씩 들여가며 반복 획득하여 필요한 데이터를 확보하는 방식이다.

그러나, 방법B의 경우 팬빔에 적합하도록 팬텀의 형태와 크기를 구성할 수 있지만, 여러 번의 반복 스캔하는 번거로운 과정을 거쳐야하며, 반복적으로 두께를 늘여야 함에 따라 팬텀의 총량이 늘어나게 되어 보다 많은 물량이 소요되는 단점이 있다.

KR 10-2015-0056582 A

상기한, 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 배치하여 구성하여 일회 스캔으로 모든 데이터를 획득할 수 있는 팬빔형 이중에너지 X선 흡수법 구현을 위한 캘리브레이션 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 단일 방향으로 스캔하기에 유리한 팬빔의 특성을 최대한 활용하기 위한 것으로서, 도 5와 같이 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 배치하여 구성함으로써 일회 스캔으로 모든 데이터를 획득할 수 있게 된다.

또한, 뼈팬텀과 티슈팬텀의 연결구조의 편의성도 높아지며 팬텀 구조의 안정성 또한 높아지게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 팬텀을 단방향 스캔을 통하여 데이터를 획득하고 이미 파악하고 있는 위치 정보에 따라 각 두께별 감쇄량데이터를 확보해 놓을 수 있으므로 효과적인 캘리브레이션이 가능하다.

도 1은 일반적인 캘리브레이션의 기본 개념도.
도 2는 기존에 X선 면상데이터 획득을 위한 빔의 형태를 나타내는 개념도.
도 3은 기존에 DXA캘리브레이션팬텀 및 방법A를 나타내는 그래프.
도 4는 기존에 DXA캘리브레이션팬텀 및 방법B를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 제안하는 DXA캘리브레이션팬텀과 그 방법을 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 팬빔형 이중에너지 X선 흡수법 구현을 위한 캘리브레이션 방법은 단일 방향으로 스캔하기에 유리한 팬빔의 특성을 최대한 활용하기 위한 것으로서, 도 5와 같이 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 배치하여 구성한다.

즉, 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 구성하는 배치단계와;

또한 뼈팬텀과 티슈팬텀의 연결구조의 편의성도 높아지며 팬텀 구조의 안정성 또한 높아지게 된다.

반복 배치된 팬텀을 팬빔으로 일회 스캔하여 데이터를 획득하는 스캔단계를 통해 일회 스캔으로 모든 데이터를 획득할 수 있게 된다.

도 5와 같이 구성된 팬텀을 단방향 스캔을 통하여 데이터를 획득하고 이미 파악하고 있는 위치 정보에 따라 각 두께별 감쇄량데이터를 확보해 놓을 수 있으므로 효과적인 캘리브레이션이 가능하다.

즉, 획득한 데이터를 DXA캘리브레이션을 통해 각 위치 정보에 따라 각 두께별 감쇄량데이터를 확보단계를 포함하여 구성된다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (1)

1. 뼈팬텀 및 티슈팬텀을 각각 계단형태로 구성을 하고 둘 중 하나의 단계 위에 다른 팬텀을 반복 구성하는 배치단계와;
   반복 배치된 팬텀을 팬빔으로 일회 스캔하여 데이터를 획득하는 스캔단계와;
   획득한 데이터를 DXA캘리브레이션을 통해 각 위치 정보에 따라 각 두께별 감쇄량데이터를 확보단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팬빔형 이중에너지 X선 흡수법 구현을 위한 캘리브레이션 방법.

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