KR20230004217A - 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선을 이용하여 컬러 영상을 촬영하기 위한 장치에 관한 것으로, 엑스선을 발생하여 대상물에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상물을 투과한 엑스선의 서로 다른 에너지 대역을 검출하여 가시광선으로 변환하는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터를 포함하는 엑스선 검출부; 상기 엑스선 검출부에서 변환된 각각의 가시광선에 대응하는 포토다이오드를 포함하여 컬러 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치{Color image acquisition device using X-rays}

본 발명은 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 에너지 대역을 가지는 엑스선과 보수의 신틸레이터를 사용하여 컬러 영상을 획득할 수 있는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치에 관한 것이다.

엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사사고 투과한 엑스선을 분석하여 대상체의 내부 구조를 파악할 수 있도록 하는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.

엑스선 영상 획득 장치는 엑스선을 발생시키는 제너레이터와 엑스선을 감지하는 디텍터로 나눌 수 있으며, 디텍터의 성능에 따라 엑스선 검사 시스템의 이미지 품질이 결정되므로 제너레이터는 크게 변화가 없고 다양한 방식의 디텍터가 개발되었다. 기존 엑스선은 제너레이터에서 대역폭이 넓은 에너지가 들어가더라도 신틸레이터에 반응한 단색 파장의 대한 정보만을 획득할 수 있다.

고품질의 영상과 많은 정보 획득을 위해서는 에너지 영역대가 다른 별도의 추가 촬영을 해야 한다. 즉 짧은 시간동안 여러번 촬영을 해야만 한다.

이는 결과적으로 대상체의 피폭량을 증가시키고 시간차에 의한 해당 데이터의 정보차가 발생하는 요인이 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 엑스선 촬영을 나타낸 것이다.

종래에는 엑스선를 통해 얻어진 인체영상은 뼈와 연부조직이 중첩되어 구분이 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 병변의 미세변화 관측이 어렵고 잡음으로 인해 영상의 질이 떨어지게 된다. 이를 극복하기 위해 저에너지의 엑스선 영상과 고에너지의 엑스선 영상을 찍어 이를 조합한다.

뼈와 연부조직 모두를 보기 위한 영산진단을 위해서 환자는 반드시 엑스선 방사선에 수회 노출되며, 각 촬영시간의 지연(delay)로 인한 오차가 발생하게 된다.

본 발명은 엑스선을 한 번만 조사하여 컬러 영상을 획득할 수 있는 컬러 영상 획득 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 서로 다른 영역의 에너지 대역에서 엑스선을 검출하는 신틸레이터를 사용하여 컬러 영상을 획득할 수 있는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치는 엑스선을 발생하여 대상물에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상물을 투과한 엑스선의 서로 다른 에너지 대역을 검출하여 가시광선으로 변환하는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터를 포함하는 엑스선 검출부; 상기 엑스선 검출부에서 변환된 각각의 가시광선에 대응하는 포토다이오드를 포함하여 컬러 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 신틸레이터는 20 kVp 이상 50kVp 미만의 저에너지 대역을 검출하고, 상기 제2 신틸레이터는 50 kVp 이상 80kVp 미만의 중에너지 대역을 검출하고, 상기 제3 신틸레이터는 80kVp 이상 120kVp 미만의 고에너지 대역을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 신틸레이터는 Csl:Tl 성분을 포함하고, 상기 제2 신틸레이터는 Nal:Tl 성분을 포함하고, 상기 제3 신틸레이터는 Csl:Na 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 포토다이오드는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 파장에 응답하는 3종의 포토다이오드로 구성되고, 서로 교차하여 배치되어 모자이크 방식으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 다중에너지 엑스선 영상을 획득함으로써 연부조직부터 뼈까지 고화질의 엑스선 영상 획득이 가능하다.

또한, 본 발명의 의하면 한 번의 촬영만으로 고화질의 컬러 영상 획득이 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 엑스선 촬영 영상을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 사용되는 고에너지 엑스선의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 사용되는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터에서 흡수된 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 사용되는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터의 발광 특성을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 사용되는 포토다이오드의 배열을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 대해 상세히 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 영상 획득 장치는 엑스선을 발생하여 대상물에 조사하는 엑스선 발생부(100); 상기 대상물을 투과한 엑스선의 서로 다른 에너지 대역을 검출하여 가시광선으로 변환하는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터를 포함하는 엑스선 검출부(200); 상기 엑스선 검출부에서 변환된 각각의 가시광선에 대응하는 포토다이오드를 포함하여 컬러 영상을 생성하는 영상 생성부(300)를 포함할 수 있다.

상기 엑스선 발생부(100)는 복수의 에너지 대역을 가지는 엑스선을 생성하여 대상물에 조사한다. 엑스선 발생부(100)는 엑스선 제너레이터와 튜브를 포함할 수 있고, 엑스선 제너레이터에서 생성된 엑스선은 튜브를 통해 대상물에 조사된다.

도 3은 상기 엑스선 발생부에서 발생되는 엑스선의 에너지 스펙트럼의 예를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면 대략 20KeV 대역의 에너지부터 100KeV 까지의 에너지 대역이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

상기 엑스선 검출부(200)는 복수의 신틸레이터를 포함하는데, 본 발명의 실시예에서는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터를 포함할 수 있다.

상기 제1 신틸레이터는 20 kVp 이상 50kVp 미만의 저에너지 대역을 검출하고, 상기 제2 신틸레이터는 50 kVp 이상 80kVp 미만의 중에너지 대역을 검출하고, 상기 제3 신틸레이터는 80kVp 이상 120kVp 미만의 고에너지 대역을 검출할 수 있다.

도 4는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터에서 흡수된 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 신틸레이터는 25kVp 근처에서 에너지 세기가 최대고, 상기 제2 신틸레이터는 60kVp 근처에서 에너지 세기가 최대이며, 상기 제3 신틸레이터는 85kVp 근처에서 에너치 세기가 최대이다.

즉, 상기 다수의 신틸레이터는 각각 대응하는 에너지 대역의 엑스선을 검출하고, 이를 가시광선으로 변환한다.

상기 제1 신틸레이터는 Csl:Tl 성분을 포함하고, 상기 제2 신틸레이터는 Nal:Tl 성분을 포함하고, 상기 제3 신틸레이터는 Csl:Na 성분을 포함할 수 있다.

상기 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터는 각각 서로 다른 파장대의 발광특성을 가진다.

도 5는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터의 발광 특성을 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 제1 신틸레이터는 450nm 파장 대역의 파란색(B) 발광 특성이 우수하고, 제2 신틸레이터는 550nm 파장 대역의 초록색(G) 발광 특성이 우수하며, 제3 신틸레이터는 650nm 파장 대역의 빨강색(R) 발광 특성이 우수하다.

상기 이미지 처리부(300)는 상기 엑스선 검출부로터 검출신호를 수신하여 컬러 영상을 생성한다.

상기 영상 생성부(300)는 상기 엑스선 검출부로부터 영상신호를 수신하는 포토다이오드와 상기 포토다이오드에서 수신된 영상신호를 합성하여 디지털 처리하여 컬러 영상을 생성하는 이미지 처리부를 포함할 수 있다.

상기 포토다이오드는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 파장에 응답하는 3종의 포토다이오드로 구성된다. R, G, B 의 서로 파장에 반응하는 서로 다른 3종의 포토다이오드를 구비함으로써 컬러 필터를 사용하지 않고도 컬러 영상을 획득할 수 있다.

상기 포토다이오드는 도 6에서와 같이 모자이크 방식으로 배열할 수 있다. 모자이크 방식으로 포토다이오드가 서로 교차하여 배치되면 각 유닛 픽셀에서 R, G, B 중 하나의 구성(component)만 추출하여 디지털 영상 처리를 통해 컬러 이미지를 구현할 수 있다.

상기 이미지 처리부는 각각의 포토다이오드의 영상 데이터를 수신하여 합성하여 컬러 신호를 생성한다. 이때 선명도 향상 처리 및 노이즈 저감 처리 등의 이미지 처리 과정을 수행할 수 있다. 또한, 이미지 처리부는 최종 영상에 적용할 발기 정보를 보정할 수 있다. 밝기 정보는 원본 영상의 밝기 정보를 그대로 적용할 수도 있고, 원본 영상들을 평균한 평균 영상을 생성하여 평균 영상으로 밝기 정보를 보정할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 엑스선을 발생하여 대상물에 조사하는 엑스선 발생부;
   상기 대상물을 투과한 엑스선의 서로 다른 에너지 대역을 검출하여 가시광선으로 변환하는 제1 신틸레이터 내지 제3 신틸레이터를 포함하는 엑스선 검출부;
   상기 엑스선 검출부에서 변환된 각각의 가시광선에 대응하는 포토다이오드를 포함하여 컬러 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 신틸레이터는 20 kVp 이상 50kVp 미만의 저에너지 대역을 검출하고,
   상기 제2 신틸레이터는 50 kVp 이상 80kVp 미만의 중에너지 대역을 검출하고,
   상기 제3 신틸레이터는 80kVp 이상 120kVp 미만의 고에너지 대역을 검출하는 것을 특징으로 하는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 신틸레이터는 Csl:Tl 성분을 포함하고, 상기 제2 신틸레이터는 Nal:Tl 성분을 포함하고, 상기 제3 신틸레이터는 Csl:Na 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 포토다이오드는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 파장에 응답하는 3종의 포토다이오드로 구성되고, 서로 교차하여 배치되어 모자이크 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 엑스선을 이용한 컬러 영상 획득 장치.

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