WO2019124692A1 - Single grid-based phase contrast x-ray imaging system and device - Google Patents

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WO2019124692A1
WO2019124692A1 PCT/KR2018/011870 KR2018011870W WO2019124692A1 WO 2019124692 A1 WO2019124692 A1 WO 2019124692A1 KR 2018011870 W KR2018011870 W KR 2018011870W WO 2019124692 A1 WO2019124692 A1 WO 2019124692A1
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distance
grating
ray
detector
grid
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PCT/KR2018/011870
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임현우
이헌우
서창우
조효성
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연세대학교 원주산학협력단
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
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    • A61B6/52Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10116X-ray image

Definitions

  • the present invention relates to a single lattice-based phase contrast x-ray imaging system and apparatus capable of removing artifacts from a single lattice-based phase-contrast x-ray image.
  • Imaging technology using the phase information of a sample is a key element of the latest X-ray imaging science. This attracts the attention of many researchers as a promising tool to significantly improve x-ray imaging performance in the medical and industrial sectors.
  • a radio-based imaging technique see, for example, A. Burvall, U. Lundstr ⁇ m, P. Takman, D. Larsson, H. Hertz, Opt. 2011) 10359.
  • analyzer-based imaging techniques for example, C. Parham, Z. Zhong, D. Connor, L. Chapman, E. Pisano, Acad. Radiol. .
  • a document relating to a crystal interferometer and a grating-based imaging technique has been reported.
  • the lattice-based imaging technique is a new and precise phase-sensing imaging technique capable of simultaneously recovering absorption, scattering (or rockstone) and differential phase contrast images at high resolution and sensitivity using existing X-ray tubes and detectors Proven.
  • this technique has the drawbacks of requiring a high precision grid, high sensitivity to the array of experimental equipment, and limited speed by analytical grid scanning.
  • Figure 1 is a schematic representation of a conventional single-grid based phase-contrast x-ray imaging (PCXI) system.
  • PCXI phase-contrast x-ray imaging
  • an X-ray grid is placed between an X-ray tube and a detector, It can be placed in front of the grid.
  • the transmitted wavefront is distorted as it is refracted by the refractive index difference of the specimen structure, and its intensity can be modulated by the periodic lattice pattern.
  • the wavefront before the x-ray passes through the specimen is undistorted, whereas the wavefront after the x-ray passes through the specimen is distorted so that the x-rays transmitted from the grating are refracted Refracted x-rays and unrefracted x-rays are present.
  • the grating serves as a frequency modulator for the Fourier component of the sample, the phase information can be reconstructed using a Fourier processing technique.
  • phase information reconstructed by the conventional single-lattice-based PCXI system is damaged by moire fringe and wraparound aliasing, which are two main artifacts that damage the reconstructed image.
  • moire fringe and wraparound aliasing are two main artifacts that damage the reconstructed image.
  • grid-based PCXI system it is difficult to obtain high-quality images with two major artifacts removed.
  • the present invention has been made to solve the problems of the conventional art described above, and it is an object of the present invention to provide a high-quality image which effectively removes two main artefacts moire fringe and wraparound aliasing in a single lattice-based phase- Based phase-contrast x-ray imaging apparatus capable of acquiring a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus.
  • a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus comprising: an X-ray tube and a grating for irradiating X-rays placed on a straight line with a distance therebetween; And a detector disposed at a distance on a straight line from the grating and detecting an irradiated x-ray for the specimen transmitted from the grating, wherein the x-ray tube, the specimen, the grating, A first distance between the specimens, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector are set to a distance such that artifacts in the x-ray image generated using the detected x- Respectively.
  • a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging system comprises: a single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to the first aspect; And an image output device for outputting an image generated using the X-ray detected by the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus.
  • a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging method comprising the steps of: Disposing a grating at a distance between the specimens on a straight line, and placing the detector at a distance on a straight line from the grating; Irradiating the sample with an X-ray; And a step of detecting an irradiated X-ray on the specimen transmitted from the grating, wherein in the arranging step, the X-ray tube, the specimen, the grating, 1 distance, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector are set to a distance such that artifacts in the x-ray image generated using the x-ray detected through the detector are removed .
  • an X-ray tube, a specimen, a grating, and a detector such that the first distance, the second distance, and the third distance are set to distances for removing artifacts in the X-
  • the arrangement of the single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus can acquire a high-quality image in which two main artefacts moire fringe and wraparound aliasing are effectively removed.
  • X-ray images generated by using the detected X-rays can be used to acquire images with high contrast while simultaneously removing artifacts, thereby improving the efficiency and quality of medical image diagnosis.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional single-grating-based phase-contrast X-ray imaging system.
  • Figure 2 is a schematic representation of a simplified Fourier process in a single grid-based PCXI for retrieving absorbance, scattering and differential phase contrast images in a single original image of the examined sample.
  • 3 is a view showing an example of a moire pattern formed by two sets of parallel lines.
  • FIG. 4 is a view showing an example in which a wide angle phenomenon is formed.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a theoretical curve for a critical pixel size expressed as a function of the grating line density when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in a single grating-based phase-contrast imaging apparatus according to an embodiment of the present invention .
  • FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the spacing of the gratings expressed as a function of the first distance and the focal length size of the x-ray tube when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in the single grid- Fig.
  • FIG. 8 is a schematic view of an x-ray grating used in an experimental example of the present invention and a photograph of an actual x-ray grating.
  • Figure 9 shows a raw image of anchovy taken at 20 kV P with a horizontal grating and a raw image taken with a tilted grating.
  • FIG. 10 is a diagram showing a two-dimensional Fourier spectrum of each of the raw images of FIG. 9 having a horizontal grid and a slanted grid.
  • Figure 11 is a set of PCXI results retrieved from a raw image of anchovy applied with a horizontal grid and a tilted grating, showing absorption, scattering and differential phase contrast images.
  • 13 is a diagram for comparing the characteristics of the fusion images obtained by combining the single absorption image and the absorption image with the color scattering image.
  • Figure 2 shows a simplified Fourier process in a single grid-based PCXI for retrieving the absorption, scattering and differential phase-contrast images in a single raw image of the examined sample Fig.
  • a band pass filter e.g., a Hann filter
  • Figure 2 shows three types of interactions (i. E., Absorption, scattering, differential phase difference) used as contrast mechanisms in a single lattice-based PCXI.
  • the incident x-ray beam profile (assuming that the x-ray beam has a Gaussian shape, for example) is attenuated and laterally displaced by the absorption and refraction characteristics of the sample, And is broadened by small-angle scattering due to the microstructure of the specimen.
  • phase-contrast imaging can provide a high contrast between materials with different refractive indices, whereas scattering images can be obtained by conventional radiography It is possible to provide information on the microstructure which can not be visualized.
  • 3 is a view showing an example of a moire pattern formed by two sets of parallel lines.
  • a moire fringe refers to an interference artifact generated by interaction between a digital detector and periodic lattice streaks. That is, the moire pattern can be used in a variety of digital video and computer graphics techniques to produce an opaque pattern with transparent gaps (e.g., a grid pitch (For example, a pattern corresponding to a detector pitch), but different patterns having similar pitches (e.g., Which is often seen when the image is superimposed or rotated on a pattern (e.g.
  • moiré patterns typically occur as a digital detector improperly samples grid shadows (i.e., when a fixed grid with a digital detector is used, the grid shadow is improperly sampled by detector pixels ), Which causes strong vibrations in the grid shadows.
  • the angle of the moire pattern can be defined theoretically to satisfy the following equation (3).
  • the angle of the moire pattern (Which may be expressed as a grid frequency) (In other words, the angle between the grating and the detector, the grid angle), the angle at which the grating is inclined with respect to the detector Represents the sampling frequency of the detector, and m and n represent integers satisfying the condition of the above-mentioned equation (3).
  • the moire pattern when the grating is tilted at a certain angle, the moire pattern can be separated from the main harmonics frequency of the grating frequency.
  • the moire pattern in a single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention to be described later, by arranging gratings at specific angles, the moire pattern can be effectively separated from the main harmonic frequency of the grating frequency.
  • An explanation of the formation theory of moire patterns is given in [M. Gauntt and G. Barnes, A novel technique to suppress grid line artifacts, Med. Phys. 33, 1654-1667 (2006)), and a detailed description thereof will be omitted below.
  • the wide angle phenomenon refers to an artifact generated by the spectral overlap of adjacent harmonic maximum values in the Fourier spectrum when the lattice is placed. That is, the wide angle phenomenon is caused by the spectrum overlap of the adjacent harmonic maximum in the Fourier spectrum.
  • the wraparound aliasing can be more easily understood with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a view showing an example in which a wide angle phenomenon is formed.
  • the sample spectrum is smoothed (or the band is limited, Band-limited) by increasing the focal spot size or magnifying the object magnification
  • the wide angle phenomenon can be suppressed as shown in (b) of FIG.
  • spectral separation can be achieved without overlap between the spectra in the sample image modulated by the grating and the sample spectra in which the band is limited So that the wide angle phenomenon can be suppressed.
  • a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the above-described contents. More specifically, in the following description, a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus capable of effectively removing an artifact in a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging technique for recovering an elastic scattering signal from a single original image using a Fourier- Will be described in detail.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 for artifact removal according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as 'apparatus 10' for convenience of explanation).
  • the apparatus 10 may include an X-ray tube 1, a sample 2, a grid 3, and a detector 4.
  • the x-ray tube 1 can irradiate the x-ray (x-ray) toward the sample 2.
  • the grating 3 can transmit the irradiated X-rays to the specimen 2.
  • the grating 3 may serve as a frequency modulator for the Fourier component of the sample 2. Accordingly, the phase information of the sample 2 can be reconstructed using a Fourier processing technique.
  • the grating 3 may be a linear grating, but is not limited thereto. Further, the grating 3 can be arranged at an inclined angle, and a description thereof will be described later in more detail.
  • the x-ray tube 1 and the lattice 3 can be arranged at a distance on a straight line with the sample 2 interposed therebetween.
  • the detector 4 can be arranged at a distance on the straight line from the grating 3 to detect the irradiated x-rays against the specimen 2 transmitted from the grating 3.
  • the detector 4 may be, for example, a flat plate detector, but is not limited thereto.
  • the distance between the x-ray tube 1 and the specimen 2 is the first distance
  • the distance between the specimen 2 and the lattice 3 is defined as the second distance
  • the distance between the grating 3 and the detector 4 is defined as the third distance ).
  • the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3 and the detector 4 in the present apparatus 10 are arranged such that the first distance, the second distance and the third distance are detected through the detector 4 Ray image generated by using the X-ray can be removed. That is, in the present apparatus 10, the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3 and the detector 4 are arranged so as to have a first distance to a third distance for removing artifacts in the X- .
  • the first arrangement condition of the present device 10 for effective artifact removal is such that the pixel size of the detector 4 (i.e., the first harmonic peak, otherwise referred to as the first harmonic peak) Of the grating appearing on the surface of the detector (4) (In other words, the period of the grid shadow / RTI > of < / RTI > Accordingly, the first distance, the second distance, and the third distance can be set to satisfy the following equation (4).
  • the first distance which is the distance between the x-ray tube 1 and the specimen 2
  • the second distance which is the distance between the specimen 2 and the lattice 3
  • Represents the third distance which is the distance between the lattice 3 and the detector 4.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a function of a grid strip density (in other words, a function of a grating frequency) when a third distance is fixed at 55 cm in a single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. And the theoretical curve for the critical pixel size.
  • the sum of the first distance to the third distance (that is, + + ) May be set to 100 cm, and the third distance may be set to 55 cm.
  • the pixel size of the maximum detector satisfying the expression (4) is 94 Lt; / RTI >
  • the second arrangement condition of the device 10 for effective artifact removal is that the size of the x-ray tube 1 is adjusted so that the lattice 3 can be clearly seen in the detector 4 ) May be set to be smaller than the period of the grating shadow (in other words, the grating blur due to the focus size of the x-ray tube).
  • the ratio of the spacing of the grating 3 to the focus size ( ) can be set to be smaller than the spacing of the gratings so that the gratings in the detector are clearly visible.
  • the first distance, the second distance, and the third distance can be set to satisfy the following equation (5).
  • the above-described wide angle phenomenon can be suppressed when the magnification of the sample (differently expressed as the magnification of the object) is sufficiently large as shown in Equation (6) below, which can lead to the condition of Equation (7).
  • the degree of enlargement of the sample is sufficiently large that the sample 2 is disposed between the x-ray tube 1 and the detector 4 as close as possible to the x-ray tube 1, which means that one distance is set short.
  • the ratio of the interval of the grating and the focus size may be set to satisfy the following Equation 7 in consideration of the magnification of the sample according to the first distance,
  • the enlarged view can be set to satisfy the following expression (6).
  • the ratio of the distance between the gratings 3 and the focus size of the x-ray tube 1 ( The upper limit value and the lower limit value can be set.
  • FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the spacing of the gratings expressed as a function of the first distance and the focal length size of the x-ray tube when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in the single grid- ( FIG. 4 is a diagram showing a zone of tolerance of the present invention.
  • the ratio of the spacing of the gratings to the focus size of the x-ray tube ) And 0.43 for a given ratio of 0.43 May be set to be not larger than 16.3 cm to satisfy the above-mentioned Equations (5) and (7).
  • the apparatus 10 can allow the first arrangement condition to allow the first harmonic maximum to be sufficiently sampled, and the second arrangement condition to allow the grating 3 to be clearly So that it can be seen.
  • the apparatus 10 further includes a first distance to a third distance L3 for satisfying the conditions of the equations (4) to (7) above for the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3, It is possible to acquire an image in which the wide angle phenomenon, which is one of artifacts, is removed.
  • the moiré pattern can theoretically be removed from the image when the grid shadow and the frequency of the detector match exactly.
  • the moire pattern can be effectively separated from the first harmonic maximum value.
  • the grating 3 can be arranged so as to have a predetermined angle so that the moiré pattern is effectively separated from the first harmonic maximum.
  • the lattice 3 can be arranged to be inclined at a predetermined angle in the right direction, for example, with respect to the lattice 3 facing the x-ray tube 1 on the basis of Fig.
  • the predetermined angle may mean, for example, any angle of 20 to 30 degrees. However, it is preferable that the predetermined angle is set to 27.8 degrees.
  • the first distance, the second distance, and the third distance may be set to 15 cm, 30 cm, and 55 cm, respectively.
  • the distance between the X-ray tube 1 and the detector 4 may be set to 100 cm.
  • the x-ray tube 1 used in the experimental example of the present application was 20 , And 1 mAs, respectively.
  • FIG. 8 is a schematic view (a) of an x-ray grating 3 used in an experimental example of the present invention and a photograph (b) of an actual x-ray grating 3.
  • the lattice 3 having a lattice line density of 200-lines / inch used in an experimental example of the present invention has a thickness of lead or lead strip 25 , And the thickness (or spacing) of the lattice space 102 , And the height h of the lattice plate is 510 Lt; / RTI > Accordingly, The Due to 127 Lt; / RTI >
  • the lattice used in one experimental example of the present invention And a grating ratio of 5: 1.
  • the lattice 3 used in one experimental example of the present invention can be manufactured by a precise sawing process together with a carbon-fiber plate as an example.
  • the grating 3 used in one experimental example of the present invention was produced by precisely aligning grooves with microcontrol diamond blades rotating at about 30,000 rpm during the manufacturing process, and pouring lead compounds in a liquid state into the grooves It can be a grid with accurate grid strips.
  • the drawing on the right in Fig. 9 shows an enlarged image with respect to the area A on the left side.
  • Figure 10 is a two-dimensional (2D) Fourier spectrum of each of the raw images of Figure 9 with a horizontal grid and a tilted grid.
  • the Fourier spectrum includes several harmonics of the lattice frequency and corresponding moiré components.
  • the symmetric impulse-like bursts indicated by the arrows in FIG. 10 may be the result of the near periodicity of the moire pattern.
  • the moiré component in the case of a tilted grating, is well separated from a window of a band-pass filter (window to which a band-pass filter is applied), whereas in the case of a horizontal grating, Can not be separated well.
  • FIG. 11 is a complete set of PCXI results retrieved from a raw image of anchovy applied with a top image and a bottom image and showing absorption, scattering and differential phase-contrast, Fig.
  • FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of each of an absorption image (left), a scattering image (center), and a differential phase-contrast image (right) obtained according to a change in the first distance. At this time, in Fig. 12, Are images of the three characteristics obtained when 10 cm, 15 cm, 20 cm and 35 cm, respectively.
  • the edges of the anchovy structure in particular are more severely affected with the first distance due to the spectrum overlap of adjacent harmonic peaks , And it can be confirmed that most of them are high frequency components of the first harmonic peak (or first harmonic peak) separated.
  • FIG. 13 is a diagram for comparing characteristics between a single absorbance image (a) and a fusion image (i.e., absorption + scattering) (b) obtained by combining an absorption image and a coloring scattering image.
  • the fusion image shown in FIG. 13 is a complementary image that can provide much richer information about the existing specimen than the image of the existing radiography Can be used as an authentication mechanism.
  • the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging system includes a single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 and a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10, And a video output device for outputting an image.
  • the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus means the same apparatus as the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above, and thus a duplicated description will be omitted.
  • the video output device may be, for example, a device such as a desktop PC, a monitor, and a portable terminal device, but is not limited thereto and various video output devices can be applied.
  • the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging method is characterized in that the X-ray tube for irradiating X-rays in the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above and the distance on a straight line (Step 1) of disposing the detector at a distance from the grating in a straight line (step 1), irradiating the sample with the x-ray through the x-ray tube (step 2), and irradiating the irradiated sample with the x- (Step 3) through a detector.
  • the x-ray tube, the specimen, the grating and the detector are positioned such that the first distance between the x-ray tube and the specimen, the second distance between the specimen and the grating, Ray image generated by using the X-ray detected through the X-ray detector.
  • the single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus means the same apparatus as the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above. Therefore, Can be equally applied to a description of a single-grating-based phase-contrast x-ray imaging method.

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Abstract

The present invention relates to a single grid-based phase contrast x-ray imaging device and the single grid-based phase contrast x-ray imaging device comprises an X-ray tube which irradiates X-rays, and a grid which are disposed at a distance on a straight line having a specimen between the X-ray tube and the grid; and a detector which is disposed at a distance on a straight line from the grid and detects an irradiated x-ray for the specimen, which is transmitted from the grid, wherein the x-ray tube, the specimen, the grid and, the detector may be disposed such that a first distance between the x-ray tube and the specimen, a second distance between the specimen and the grid, and a third distance between the grid and the detector are set to a distance which removes artifacts in generated X-ray image by using the detected X-ray.

Description

단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치Single Grid-Based Phase-Phase X-ray Imaging Systems and Devices
본원은 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상에서 인공물을 제거할 수 있는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single lattice-based phase contrast x-ray imaging system and apparatus capable of removing artifacts from a single lattice-based phase-contrast x-ray image.
표본(sample)의 위상 정보를 이용하는 영상화 기술은 최신 엑스선 영상 과학의 핵심 요소라 할 수 있다. 이는 의학 및 산업 분야의 엑스선 영상 성능을 크게 개선할 수 있는 유망한 도구로서 많은 연구원들의 주목을 끌고 있다. 종래에는 위상 민감(phase-sensitive) 엑스선 영상화 기술과 관련하여 전파 기반 영상화 기술(일예로, 논문 [A. Burvall, U. Lundstrφm, P. Takman, D. Larsson, H. Hertz, Opt. Express 19 (2011) 10359.] 참조), 분석기 기반 영상화 기술(일예로, 논문 [C. Parham, Z. Zhong, D. Connor, L. Chapman, E. Pisano, Acad. Radiol. 16 (8) (2009) 911.] 참조), 결정간섭계와 격자 기반 영상화 기술 관련 문헌이 보고된 바 있다.Imaging technology using the phase information of a sample is a key element of the latest X-ray imaging science. This attracts the attention of many researchers as a promising tool to significantly improve x-ray imaging performance in the medical and industrial sectors. Conventionally, in connection with phase-sensitive x-ray imaging techniques, a radio-based imaging technique (see, for example, A. Burvall, U. Lundstrøm, P. Takman, D. Larsson, H. Hertz, Opt. 2011) 10359.), analyzer-based imaging techniques (for example, C. Parham, Z. Zhong, D. Connor, L. Chapman, E. Pisano, Acad. Radiol. .), A document relating to a crystal interferometer and a grating-based imaging technique has been reported.
이러한 종래의 기술들 중 격자 기반 영상화 기술은 기존의 엑스선관과 검출기를 사용하여 고해상도 및 감도에서 흡수, 산란(또는 암장이라고 함) 및 미분 위상차 영상을 동시에 복원할 수 있는 새롭고 정밀한 위상 감지 영상화 기술로 입증되었다. 그러나, 이 기술은 고정밀 격자가 필요하고, 실험장비 배열에 대한 높은 민감성과 분석 격자 스캔에 의한 속도가 제한되는 등의 단점이 있다.Among these conventional techniques, the lattice-based imaging technique is a new and precise phase-sensing imaging technique capable of simultaneously recovering absorption, scattering (or rockstone) and differential phase contrast images at high resolution and sensitivity using existing X-ray tubes and detectors Proven. However, this technique has the drawbacks of requiring a high precision grid, high sensitivity to the array of experimental equipment, and limited speed by analytical grid scanning.
상기와 같은 종래의 격자 기반 영상화 기술의 단점들을 극복하기 위한 시도로서, 최근에는 논문 [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Carroll, IEEE Trans. on Med. Imaging 27 (8) (2008) 997.]에서 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 기술이 제안된 바 있다. 상기의 기술에서는 격자 간격이 크고 큰 면적의 기존의 격자를 사용한다. As an attempt to overcome the disadvantages of the conventional lattice-based imaging technique as described above, recently, in the paper [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Carroll, IEEE Trans. on Med. Imaging 27 (8) (2008) 997. A single-grid based phase-contrast x-ray imaging technique has been proposed. In the above technique, a conventional lattice with a large lattice spacing and a large area is used.
도 1은 종래의 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화(phase-contrast x-ray imaging, PCXI) 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a schematic representation of a conventional single-grid based phase-contrast x-ray imaging (PCXI) system.
도 1을 참조하면, 일예로 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템에서는 엑스선 격자(X-ray grid)가 엑스선관(X-ray tube)과 검출기(Detector) 사이에 놓여있고, 실험 표본(Sample)이 격자 앞에 놓여있을 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엑스선관으로부터 조사된 엑스선이 표본을 지날 때, 투과된 파면이 표본 구조의 굴절률 차이에 의해 굴절됨에 따라 왜곡되고 주기적 격자 무늬에 의해 그 강도가 변조될 수 있다. 달리 말해, 엑스선이 표본을 지나기 이전의 파면(Wavefront)은 왜곡되지 않은(undistorted) 반면, 엑스선이 표본을 지난 이후의 파면(Wavefront)은 왜곡됨(distorted)에 따라 격자로부터 투과된 x 선에는 굴절된 엑스선(Refracted x-ray)과 굴절되지 않은 엑스선(Unrefracted x-ray)이 존재하게 된다. 또한, 격자는 표본의 푸리에 성분에 대한 주파수 변조기 역할을 하므로, 위상정보는 푸리에 처리 기법을 사용하여 복원될 수 있다.Referring to FIG. 1, for example, in a conventional single-grid-based PCXI system, an X-ray grid is placed between an X-ray tube and a detector, It can be placed in front of the grid. As shown in FIG. 1, when the X-ray irradiated from the X-ray tube passes through the specimen, the transmitted wavefront is distorted as it is refracted by the refractive index difference of the specimen structure, and its intensity can be modulated by the periodic lattice pattern. In other words, the wavefront before the x-ray passes through the specimen is undistorted, whereas the wavefront after the x-ray passes through the specimen is distorted so that the x-rays transmitted from the grating are refracted Refracted x-rays and unrefracted x-rays are present. Also, since the grating serves as a frequency modulator for the Fourier component of the sample, the phase information can be reconstructed using a Fourier processing technique.
그러나, 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템에 의해 복원된 위상정보는 복원된 영상을 손상시키는 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)에 의해 손상받기 때문에, 종래의 단일 격자 기반의 PCXI 시스템을 통해서는 두 개의 주요한 인공물이 제거된 양질의 영상을 획득하는 데에 어려움이 있다.However, since the phase information reconstructed by the conventional single-lattice-based PCXI system is damaged by moire fringe and wraparound aliasing, which are two main artifacts that damage the reconstructed image, Through the grid-based PCXI system, it is difficult to obtain high-quality images with two major artifacts removed.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상에서 인공물을 효과적으로 제거할 수 있는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템 및 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a single lattice-based phase contrast X-ray imaging system and apparatus capable of effectively removing artifacts from a single lattice-based phase-contrast X-ray image.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템(PCXI)에서 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 효과적으로 제거된 양질의 영상 획득이 가능한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조를 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional art described above, and it is an object of the present invention to provide a high-quality image which effectively removes two main artefacts moire fringe and wraparound aliasing in a single lattice-based phase- Based phase-contrast x-ray imaging apparatus capable of acquiring a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It is to be understood, however, that the technical scope of the embodiments of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는, 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치되는 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자; 및 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 검출기를 포함하고, 상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기는, 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus comprising: an X-ray tube and a grating for irradiating X-rays placed on a straight line with a distance therebetween; And a detector disposed at a distance on a straight line from the grating and detecting an irradiated x-ray for the specimen transmitted from the grating, wherein the x-ray tube, the specimen, the grating, A first distance between the specimens, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector are set to a distance such that artifacts in the x-ray image generated using the detected x- Respectively.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템은, 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치; 및 상기 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 영상을 출력하는 영상 출력 장치를 포함할 수 있다.As a technical means to achieve the above object, a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging system according to the second aspect of the present invention comprises: a single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to the first aspect; And an image output device for outputting an image generated using the X-ray detected by the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제3 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법은, 본원의 제1 측면에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계; 상기 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계; 및 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 배치하는 단계에서는, 상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기가, 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging method, comprising the steps of: Disposing a grating at a distance between the specimens on a straight line, and placing the detector at a distance on a straight line from the grating; Irradiating the sample with an X-ray; And a step of detecting an irradiated X-ray on the specimen transmitted from the grating, wherein in the arranging step, the X-ray tube, the specimen, the grating, 1 distance, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector are set to a distance such that artifacts in the x-ray image generated using the x-ray detected through the detector are removed .
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described task solution is merely exemplary and should not be construed as limiting the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments in the drawings and the detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리가 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기가 배치됨으로써, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조로 하여금 두 개의 주요한 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 효과적으로 제거된 양질의 영상을 획득할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an X-ray tube, a specimen, a grating, and a detector such that the first distance, the second distance, and the third distance are set to distances for removing artifacts in the X- The arrangement of the single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus can acquire a high-quality image in which two main artefacts moire fringe and wraparound aliasing are effectively removed.
본원은 격자를 기울어져 배치하고, 엑스선관과 표본 사이의 거리인 제1 거리가 짧도록 표본을 배치(즉, 표본이 엑스선관과 검출기 사이에서 가능한한 엑스선관에 가까이 위치하도록 배치)함에 따라, 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상으로 하여금 인공물이 제거됨과 동시에 높은 대조도(contrast)를 갖는 영상의 획득이 가능하며, 이로부터 의료영상 진단의 효율성 향상과 질적 향상을 제공할 수 있다.We place the grid at an angle and arrange the specimen so that the first distance, the distance between the x-ray tube and the specimen, is short (ie, the specimen is positioned as close to the x-ray tube as possible between the x-ray tube and the detector) X-ray images generated by using the detected X-rays can be used to acquire images with high contrast while simultaneously removing artifacts, thereby improving the efficiency and quality of medical image diagnosis.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable here are not limited to the effects as described above, and other effects may exist.
도 1은 종래의 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional single-grating-based phase-contrast X-ray imaging system.
도 2는 검사된 샘플의 단일 원본 이미지에서 흡수, 산란 및 미분 위상 대조도 영상을 검색하기 위한 단일 격자 기반 PCXI에서의 단순화된 푸리에 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a schematic representation of a simplified Fourier process in a single grid-based PCXI for retrieving absorbance, scattering and differential phase contrast images in a single original image of the examined sample.
도 3은 두 세트의 평행선에 의하여 형성되는 모아레 무늬의 예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an example of a moire pattern formed by two sets of parallel lines.
도 4는 광각 현상이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.4 is a view showing an example in which a wide angle phenomenon is formed.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 격자 선밀도의 함수로 표현되는 임계 픽셀크기에 대한 이론적인 곡선을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a graph illustrating a theoretical curve for a critical pixel size expressed as a function of the grating line density when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in a single grating-based phase-contrast imaging apparatus according to an embodiment of the present invention .
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 제1 거리의 함수로 표현되는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율의 허용 범위를 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the spacing of the gratings expressed as a function of the first distance and the focal length size of the x-ray tube when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in the single grid- Fig.
도 8은 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선 격자의 개략도와 실제 엑스선 격자의 사진을 나타낸 도면이다.8 is a schematic view of an x-ray grating used in an experimental example of the present invention and a photograph of an actual x-ray grating.
도 9는 수평 격자와 함께 20kVP에서 촬영한 멸치의 원시 영상과 기울어져 있는 격자와 함께 촬영된 원시 영상을 나타낸다.Figure 9 shows a raw image of anchovy taken at 20 kV P with a horizontal grating and a raw image taken with a tilted grating.
도 10은 수평 격자와 기울어진 격자를 갖는 도 9의 원시 영상 각각의 2차원 푸리에 스펙트럼을 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing a two-dimensional Fourier spectrum of each of the raw images of FIG. 9 having a horizontal grid and a slanted grid.
도 11은 수평 격자와 기울어진 격자가 적용된 멸치의 원시 영상으로부터 검색된 PCXI 결과의 세트로서, 흡수, 산란 및 미분 위상차 영상을 나타낸 도면이다.Figure 11 is a set of PCXI results retrieved from a raw image of anchovy applied with a horizontal grid and a tilted grating, showing absorption, scattering and differential phase contrast images.
도 12는 제1 거리의 변화에 따라 획득된 흡수 영상, 산란 영상 및 미분 위상차 영상 각각의 특성을 나타낸 도면이다.12 is a graph showing the characteristics of each of the absorption image, the scattered image, and the differential phase difference image obtained according to the change of the first distance.
도 13은 단독 흡수 영상 및 흡수 영상과 착색 산란 영상을 결합함으로써 획득된 융합 영상 간의 특성을 비교하기 위한 도면이다.13 is a diagram for comparing the characteristics of the fusion images obtained by combining the single absorption image and the absorption image with the color scattering image.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when an element is referred to as being "connected" to another element, it is intended to be understood that it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" "Is included.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.It will be appreciated that throughout the specification it will be understood that when a member is located on another member "top", "top", "under", "bottom" But also the case where there is another member between the two members as well as the case where they are in contact with each other.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원은 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화(phase-contrast x-ray imaging, PCXI) 기술에서 복원된 영상을 손상시키는 인공물인 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)을 효과적으로 제거할 수 있는 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 장치에서의 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기의 배치 구조에 대하여 제안한다.In this paper, we propose a new technique to remove moire fringe and wraparound aliasing, which are artifacts that damage reconstructed images in single-grid phase-contrast x-ray imaging (PCXI) We propose the arrangement structure of X-ray tube, specimen, grating and detector in lattice-based phase-contrast X-ray imaging apparatus.
이하에서는 본원에 대한 구체적인 설명에 앞서, 먼저 단일 격자 기반의 PCXI에서 사용되는 푸리에 처리 기법과 이와 관련된 인공물에 대하여 설명하고, 이후에 본원에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Before describing the present invention in detail, the Fourier processing technique used in the PCXI based on a single grid and the artifacts related thereto will be described first, and hereafter, the present invention will be described in detail.
단일 격자 기반의 PCXI에서 사용되는 푸리에 처리 기법은 예시적으로 논문 [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Rapacchi, Radiology 251 (3) (2009) 910.]를 참조하여 이해될 수 있으며, 간단히 살펴보면 다음과 같다.The Fourier processing technique used in the PCXI based on a single grid is exemplified in [H. Wen, E. Bennett, M. Hegedus, S. Rapacchi, Radiology 251 (3) (2009) 910. Hereinafter,
도 2는 검사된 샘플의 단일 원본 영상(single raw image)에서 흡수(absorption), 산란(scattering) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상을 검색하기 위한 단일 격자 기반 PCXI에서의 단순화된 푸리에 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 shows a simplified Fourier process in a single grid-based PCXI for retrieving the absorption, scattering and differential phase-contrast images in a single raw image of the examined sample Fig.
도 2를 참조하면, 격자만 촬영한 영상(Raw image of the bare grid,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000001
) 및 격자와 함께 촬영한 표본 영상(Raw image of the sample with grid,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000002
) 각각이 획득되면, 획득된 영상 각각을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 할 수 있다. 이후, 획득된 영상 각각에 대한 푸리에 영역(Fourier domain)에서, 주(Primary) 최대치와 첫번째 조화(first harmonic, 첫번째 고조파) 최대치를 둘러싸는 면적들이 대역통과필터(예를 들어, Hann filter)를 통해 각각 선택될 수 있으며, 주영상(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000003
, Primary image)(즉, 복원된 흡수 영상, Absorption image)과 첫번째 조화 영상(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000004
, first harmonic image)을 얻기 위해 역푸리에 변환(Inverse FFT)과 격자 영상을 통한 영상 정규화가 적용될 수 있으며, 주영상과 첫번째 조화 영상은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
Referring to FIG. 2, a Raw image of the bare grid,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000001
) And a grid image (Raw image of the sample with grid,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000002
Are obtained, Fast Fourier Transform (FFT) can be performed on each of the acquired images. Thereafter, in the Fourier domain for each of the acquired images, the areas surrounding the primary maximum value and the first harmonic maximum are passed through a band pass filter (e.g., a Hann filter) Respectively, and the main image (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000003
, Primary image (ie, reconstructed absorption image, absorption image), and first harmonic image
Figure PCTKR2018011870-appb-I000004
Inverse FFT and image normalization using a grid image may be applied to obtain a first harmonic image, and the main image and the first harmonic image may satisfy Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2018011870-appb-I000005
Figure PCTKR2018011870-appb-I000005
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000006
Figure PCTKR2018011870-appb-I000007
는 각각 격자와 함께 촬영한 표본의 주영상과 첫번째 조화 영상을 나타낸다.
Figure PCTKR2018011870-appb-I000008
Figure PCTKR2018011870-appb-I000009
는 각각 격자의 주영상과 첫번째 조화 영상을 나타낸다. 이때, 위상정보를 복원하기 위해 주영상(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000010
)과 첫번째 조화 영상(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000011
)의 비가 하기 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000006
Wow
Figure PCTKR2018011870-appb-I000007
Represents the main image and the first harmonic image of the specimen taken with the grid, respectively.
Figure PCTKR2018011870-appb-I000008
Wow
Figure PCTKR2018011870-appb-I000009
Represent the main image and the first harmonic image of the lattice, respectively. At this time, in order to restore the phase information,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000010
) And the first harmonic image
Figure PCTKR2018011870-appb-I000011
) Can be calculated through the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000012
Figure PCTKR2018011870-appb-I000012
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000013
의 진폭(Amplitude,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000014
)과 각(Angle,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000015
) 성분은 각각 복원된 산란 영상(Scattering image)과 미분 위상차 영상(differential Phase-contrast image, 위상 대조도 영상)을 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000013
(Amplitude,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000014
) And angles (Angle,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000015
) Components represent a reconstructed scattering image and a differential phase-contrast image, respectively.
도 2에는 단일 격자 기반 PCXI에서 대조도 메커니즘(contrast mechanisms)으로 사용된 3가지 종류의 상호작용(즉, 흡수, 산란, 미분 위상차)이 도시되어 있다. 이를 참조하면, 입사되는 엑스선빔 프로파일(일예로, 엑스선빔은 가우시안 모양인 것으로 가정함)은 표본(sample)의 흡수와 굴절 특성에 의해 각각 감약(Attenuation)되고 측방향으로 이동(laterally displacement)하게 되며, 표본의 미세구조에 의한 소각(small-angle) 산란으로 인해 퍼지게(broadening) 된다. 여기서, 위상차 영상(phase-contrast imaging)은 서로 다른 굴절률을 가진 물질들 사이에서 높은 대조도(contrast)를 제공할 수 있는 반면, 산란 영상(Scattering image)은 기존의 일반적인 방사선 촬영(conventional radiography)에서 시각화할 수 없는 미세구조에 대한 정보를 제공할 수 있다.Figure 2 shows three types of interactions (i. E., Absorption, scattering, differential phase difference) used as contrast mechanisms in a single lattice-based PCXI. Referring to this, the incident x-ray beam profile (assuming that the x-ray beam has a Gaussian shape, for example) is attenuated and laterally displaced by the absorption and refraction characteristics of the sample, And is broadened by small-angle scattering due to the microstructure of the specimen. Here, phase-contrast imaging can provide a high contrast between materials with different refractive indices, whereas scattering images can be obtained by conventional radiography It is possible to provide information on the microstructure which can not be visualized.
이하 인공물에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.The following description of artifacts is as follows.
복원된 영상을 손상시키는 인공물에는 모아레 무늬(moire fringe)와 광각 현상(wraparound aliasing)이 있다. 모아레 무늬는 도 3을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있고, 광각 현상은 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.There are moire fringes and wraparound aliasing in artifacts that damage the reconstructed image. The moire pattern can be more easily understood with reference to Fig. 3, and the wide angle phenomenon can be more easily understood with reference to Fig.
도 3은 두 세트의 평행선에 의하여 형성되는 모아레 무늬의 예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an example of a moire pattern formed by two sets of parallel lines.
도 3을 참조하면, 모아레 무늬(moire fringe)는 디지털 검출기와 주기적인 격자 줄무늬 간 상호작용에 의해 발생하는 간섭 인공물을 의미한다. 즉, 모아레 무늬는 다양한 디지털 영상 및 컴퓨터 그래픽 기술에서, 투명한 틈(gaps)을 갖는 불투명한 패턴(예를 들어, 격자 간격(grid pitch)인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000016
에 대응하는 패턴)이 이와는 다르지만 유사한 간격(pitch)을 가지는 다른 패턴(예를 들어, 검출기 간격(detector pitch)인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000017
에 대응하는 패턴)에 중첩되거나 회전될 때 흔히 나타나는 영상의 간섭 인공물을 의미한다.
Referring to FIG. 3, a moire fringe refers to an interference artifact generated by interaction between a digital detector and periodic lattice streaks. That is, the moire pattern can be used in a variety of digital video and computer graphics techniques to produce an opaque pattern with transparent gaps (e.g., a grid pitch
Figure PCTKR2018011870-appb-I000016
(For example, a pattern corresponding to a detector pitch), but different patterns having similar pitches (e.g.,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000017
Which is often seen when the image is superimposed or rotated on a pattern (e.g.
도 3에서 (a)는 두 세트가 나란하게 위치해있는 것(즉,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000018
=0°일 때)을 나타내고, (b)는 두 세트 중 한 세트(예를 들어, 격자 간격)가 다른 한 세트(예를 들어, 검출기 간격)에 대하여
Figure PCTKR2018011870-appb-I000019
만큼 기울어져 있는 것을 나타낸다. 여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000020
는 격자가 기울어진 각도, 즉 격자 각도(Grid angle)를 나타내고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000021
는 모아레 무늬의 각도(Moire angle)를 나타낸다.
In Fig. 3 (a), two sets are arranged side by side (i.e.,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000018
= 0 [deg.]), And (b) represents one set (e.g., a detector interval) in which one set of two sets
Figure PCTKR2018011870-appb-I000019
As shown in FIG. here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000020
Denotes an angle at which the grating is inclined, that is, a grid angle,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000021
Represents the moire angle of the moire pattern.
디지털 방사선 촬영에서, 모아레 무늬는 일반적으로 디지털 검출기가 격자 그림자(grid shadows)를 부적절하게 샘플링함에 따라 발생(즉, 디지털 검출기를 갖는 고정된 그리드의 사용시 검출기 픽셀에 의하여 격자 그림자가 부적절하게 샘플링됨으로써 발생)하며, 이는 격자 그림자(grid shadows)에서 강한 진동을 일으킨다.In digital radiography, moiré patterns typically occur as a digital detector improperly samples grid shadows (i.e., when a fixed grid with a digital detector is used, the grid shadow is improperly sampled by detector pixels ), Which causes strong vibrations in the grid shadows.
모아레 무늬의 각도는 이론적으로 하기 수학식 3을 만족하도록 정의될 수 있다.The angle of the moire pattern can be defined theoretically to satisfy the following equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000022
Figure PCTKR2018011870-appb-I000022
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000023
는 모아레 무늬의 각도,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000024
는 격자 선밀도(달리 표현하여, 격자 주파수라 할 수 있음),
Figure PCTKR2018011870-appb-I000025
는 격자가 검출기에 대하여 기울어진 각도(달리 표현하여, 격자와 검출기 사이의 각도, grid angle),
Figure PCTKR2018011870-appb-I000026
는 검출기의 샘플링 주파수, m 과 n 은 상기 수학식 3의 조건을 만족하는 정수를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000023
The angle of the moire pattern,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000024
(Which may be expressed as a grid frequency)
Figure PCTKR2018011870-appb-I000025
(In other words, the angle between the grating and the detector, the grid angle), the angle at which the grating is inclined with respect to the detector
Figure PCTKR2018011870-appb-I000026
Represents the sampling frequency of the detector, and m and n represent integers satisfying the condition of the above-mentioned equation (3).
이에 따르면, 격자를 특정 각도로 기울여 놓을 경우, 격자 주파수의 주 조화(main harmonics) 주파수로부터 모아레 무늬를 분리시킬 수 있다. 이를 고려하여, 후술할 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서는 격자를 특정 각도로 기울여 배치함으로써 모아레 무늬를 격자 주파수의 주 조화 주파수로부터 효과적으로 분리시킬 수 있다. 모아레 무늬의 형성 이론에 대한 설명은 논문 [M. Gauntt and G. Barnes, A novel technique to suppress grid line artifacts, Med. Phys. 33, 1654-1667 (2006).]를 참조하여 자세히 이해될 수 있으며, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.According to this, when the grating is tilted at a certain angle, the moire pattern can be separated from the main harmonics frequency of the grating frequency. In consideration of this, in a single grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention to be described later, by arranging gratings at specific angles, the moire pattern can be effectively separated from the main harmonic frequency of the grating frequency. An explanation of the formation theory of moire patterns is given in [M. Gauntt and G. Barnes, A novel technique to suppress grid line artifacts, Med. Phys. 33, 1654-1667 (2006)), and a detailed description thereof will be omitted below.
한편, 광각 현상은 격자가 놓여있을 때의 푸리에 스펙트럼에서 인접한 조화 최대치들의 스펙트럼 중첩에 의해 발생하는 인공물을 의미한다. 즉, 광각 현상은 푸리에 스펙트럼에서 인접한 조화 최대치의 스펙트럼 겹침에 의해 발생한다. 광각 현상(wraparound aliasing)은 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.On the other hand, the wide angle phenomenon refers to an artifact generated by the spectral overlap of adjacent harmonic maximum values in the Fourier spectrum when the lattice is placed. That is, the wide angle phenomenon is caused by the spectrum overlap of the adjacent harmonic maximum in the Fourier spectrum. The wraparound aliasing can be more easily understood with reference to FIG.
도 4는 광각 현상이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.4 is a view showing an example in which a wide angle phenomenon is formed.
도 4를 참조하면, PCXI에서 표본이 격자와 함께 촬영되었을 때, 표본의 푸리에 스펙트럼(original Sample spectrum)은 격자 스펙트럼의 조화 최대치에서 복사가 되며, 이는 도 4의 (a)와 같이 격자에 의해 변조된 표본 영상(Sample spectrum modulated by grid)에서의 스펙트럼 겹침(Spectral overlap) 가능성을 제공한다. 달리 말해, 복사된 스펙트럼이 주파수 영역에서 중첩되는 경우 광각 현상이 발생할 수 있다.Referring to FIG. 4, when a sample is taken with a grating in PCXI, the original Sample spectrum of the sample is copied at the harmonic maximum of the grating spectrum, which is modulated by the grating as shown in FIG. 4 (a) Spectral overlap in the sample spectrum modulated by grid. In other words, wide-angle phenomena can occur when the copied spectra overlap in the frequency domain.
이러한 경우, 엑스선 영상을 찍을 때, 초점(focal spot) 크기를 크게하거나 물체 배율(즉, 확대도)를 크게하여 표본 스펙트럼을 흐리게(smoothing) 함(또는 대역을 제한함, Band-limited)으로써 도 4의 (b)와 같이 광각 현상을 억제시킬 수 있다. 달리 말해, 초점(focal spot) 크기를 크게하거나 물체 배율(즉, 확대도)를 크게함으로써, 격자에 의해 변조된 표본 영상에서의 스펙트럼과 대역이 제한된 표본 스펙트럼 간에 겹침 없이 스펙트럼 분리(Spectral separation)가 이루어지도록 하여 광각 현상을 억제시킬 수 있다.In this case, when the x-ray image is taken, the sample spectrum is smoothed (or the band is limited, Band-limited) by increasing the focal spot size or magnifying the object magnification The wide angle phenomenon can be suppressed as shown in (b) of FIG. In other words, by increasing the focal spot size or by enlarging the object magnification (ie magnification), spectral separation can be achieved without overlap between the spectra in the sample image modulated by the grating and the sample spectra in which the band is limited So that the wide angle phenomenon can be suppressed.
이하에서는 앞서 설명된 내용을 기반으로 하여, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 구체적으로, 이하에서는 단일 원영상으로부터 푸리에 처리법을 사용하여 탄성 산란 신호를 복원하는 단일 격자 기반의 위상차 엑스선 영상화 기법에서 인공물을 효과적으로 제거할 수 있는 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the above-described contents. More specifically, in the following description, a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus capable of effectively removing an artifact in a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging technique for recovering an elastic scattering signal from a single original image using a Fourier- Will be described in detail.
이때, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대한 실행 가능성을 증명하기 위해, 본원의 일 실험예에서는 격자(3)의 경우 일예로 초점형 선형 격자로서 200-lines/inch의 격자 선밀도(grid strip density)를 갖는 선형 격자를 이용하고, 엑스선관(1)의 경우 미소초점 엑스선관(microfocus X-ray tube)으로서 55
Figure PCTKR2018011870-appb-I000027
의 초점 크기를 갖는 엑스선관을 이용하며, 검출기(4)의 경우 CMOS타입의 평판형 검출기로서 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000028
의 픽셀 크기를 갖는 검출기를 이용할 수 있다.
In order to demonstrate the feasibility of the arrangement structure of a single-grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, in one experiment example of the present invention, 200-lines / inch grid strip density and a microfocus X-ray tube in the case of the X-ray tube 1
Figure PCTKR2018011870-appb-I000027
Ray tube having the focal size of the detector 4 is used, and as the CMOS type flat plate detector 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000028
Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 인공물 제거를 위한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)(이하 설명의 편의상 '본 장치(10)'라 함)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 for artifact removal according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as 'apparatus 10' for convenience of explanation).
도 5를 참조하면, 본 장치(10)는 엑스선관(X-ray tube, 1), 표본(Sample, 2), 격자(Grid, 3) 및 검출기(Detector, 4)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the apparatus 10 may include an X-ray tube 1, a sample 2, a grid 3, and a detector 4.
엑스선관(1)은 엑스선(x-선)을 표본(2)을 향하여 조사할 수 있다. The x-ray tube 1 can irradiate the x-ray (x-ray) toward the sample 2.
격자(3)는 표본(2)에 대하여 조사된 엑스선을 투과시킬 수 있다. 격자(3)는 표본(2)의 푸리에 성분에 대한 주파수 변조기 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 표본(2)의 위상 정보는 푸리에 처리 기법을 사용하여 복원될 수 있다.The grating 3 can transmit the irradiated X-rays to the specimen 2. The grating 3 may serve as a frequency modulator for the Fourier component of the sample 2. Accordingly, the phase information of the sample 2 can be reconstructed using a Fourier processing technique.
또한, 격자(3)는 선형 격자일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 격자(3)는 기울어져 배치될 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하여 보다 자세히 설명하기로 한다.Further, the grating 3 may be a linear grating, but is not limited thereto. Further, the grating 3 can be arranged at an inclined angle, and a description thereof will be described later in more detail.
엑스선관(1)과 격자(3)는 표본(2)을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치될 수 있다.The x-ray tube 1 and the lattice 3 can be arranged at a distance on a straight line with the sample 2 interposed therebetween.
검출기(4)는 격자(3)로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 격자(3)로부터 투과된 표본(2)에 대하여 조사된 엑스선을 검출할 수 있다. 또한, 검출기(4)는 일예로 평판형 검출기일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The detector 4 can be arranged at a distance on the straight line from the grating 3 to detect the irradiated x-rays against the specimen 2 transmitted from the grating 3. The detector 4 may be, for example, a flat plate detector, but is not limited thereto.
본 장치(10)에서, 엑스선관(1)과 표본(2) 사이의 거리는 제1 거리(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000029
)로 정의되고, 표본(2)과 격자(3) 사이의 거리는 제2 거리(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000030
)로 정의되고, 격자(3)와 검출기(4) 사이의 거리는 제3 거리(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000031
)로 정의될 수 있다.
In the present apparatus 10, the distance between the x-ray tube 1 and the specimen 2 is the first distance
Figure PCTKR2018011870-appb-I000029
, And the distance between the specimen 2 and the lattice 3 is defined as the second distance
Figure PCTKR2018011870-appb-I000030
, And the distance between the grating 3 and the detector 4 is defined as the third distance
Figure PCTKR2018011870-appb-I000031
). ≪ / RTI >
이때, 본 장치(10)에서 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)는, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리가 검출기(4)를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다. 즉, 본 장치(10)에서 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)는, 엑스선 영상 내의 인공물이 제거될 수 있도록 하는 제1 거리 내지 제3 거리를 갖도록 배치될 수 있다.At this time, the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3 and the detector 4 in the present apparatus 10 are arranged such that the first distance, the second distance and the third distance are detected through the detector 4 Ray image generated by using the X-ray can be removed. That is, in the present apparatus 10, the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3 and the detector 4 are arranged so as to have a first distance to a third distance for removing artifacts in the X- .
구체적으로, 효과적인 인공물 제거를 위한 본 장치(10)의 제1 배치 조건으로는, 첫번째 조화 최대치(first harmonic peak, 달리 표현하여 첫번째 고조파 피크)가 충분히 샘플링될 수 있도록, 검출기(4)의 픽셀 크기
Figure PCTKR2018011870-appb-I000032
가 검출기(4)의 표면에 나타나는 격자의 간격
Figure PCTKR2018011870-appb-I000033
(달리 말해, 격자 그림자의 주기
Figure PCTKR2018011870-appb-I000034
)의 1/3보다 크지 않도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 하기 수학식 4를 만족하도록 설정될 수 있다.
Specifically, the first arrangement condition of the present device 10 for effective artifact removal is such that the pixel size of the detector 4 (i.e., the first harmonic peak, otherwise referred to as the first harmonic peak)
Figure PCTKR2018011870-appb-I000032
Of the grating appearing on the surface of the detector (4)
Figure PCTKR2018011870-appb-I000033
(In other words, the period of the grid shadow
Figure PCTKR2018011870-appb-I000034
/ RTI > of < / RTI > Accordingly, the first distance, the second distance, and the third distance can be set to satisfy the following equation (4).
[수학식 4]&Quot; (4) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000035
Figure PCTKR2018011870-appb-I000035
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000036
는 검출기(4)의 픽셀 크기를 나타낸다.
Figure PCTKR2018011870-appb-I000037
는 격자(3)의 간격(달리 말해, 격자 그림자의 주기
Figure PCTKR2018011870-appb-I000038
)을 나타낸다.
Figure PCTKR2018011870-appb-I000039
은 엑스선관(1)과 표본(2) 사이의 거리인 제1 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000040
는 표본(2)과 격자(3) 사이의 거리인 제2 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000041
은 격자(3)와 검출기(4) 사이의 거리인 제3 거리를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000036
Represents the pixel size of the detector 4.
Figure PCTKR2018011870-appb-I000037
(In other words, the period of the grid shadow)
Figure PCTKR2018011870-appb-I000038
).
Figure PCTKR2018011870-appb-I000039
The first distance, which is the distance between the x-ray tube 1 and the specimen 2,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000040
The second distance, which is the distance between the specimen 2 and the lattice 3,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000041
Represents the third distance, which is the distance between the lattice 3 and the detector 4.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 격자 선밀도(Grid strip density)의 함수(달리 말해 격자 주파수의 함수)로 표현되는 임계 픽셀크기에 대한 이론적인 곡선(theoretical curve)을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a graph illustrating a function of a grid strip density (in other words, a function of a grating frequency) when a third distance is fixed at 55 cm in a single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. And the theoretical curve for the critical pixel size.
도 6을 참조하면, 본 장치(10)에서는 일예로, 제1 거리 내지 제3 거리의 합(즉,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000042
+
Figure PCTKR2018011870-appb-I000043
+
Figure PCTKR2018011870-appb-I000044
)이 100cm로 설정되고, 제3 거리가 55cm로 설정될 수 있다.
Referring to FIG. 6, in the present device 10, for example, the sum of the first distance to the third distance (that is,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000042
+
Figure PCTKR2018011870-appb-I000043
+
Figure PCTKR2018011870-appb-I000044
) May be set to 100 cm, and the third distance may be set to 55 cm.
이때, 본원의 일 실험예에서 적용되는 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)를 이용하기 위해, 상기 수학식 4를 만족하는 최대 검출기의 픽셀 크기는 94
Figure PCTKR2018011870-appb-I000045
일 수 있다. 다시 말해, 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)의 적용을 위한 최대 검출기의 픽셀 크기(Threshold pixel size for a 200-lines/inch grid)는 94
Figure PCTKR2018011870-appb-I000046
일 수 있다. 한편, 본원의 일 실험예에서는 일예로 상기의 수학식 4의 조건을 충족시키는 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000047
의 픽셀 크기를 갖는 검출기(4)가 이용될 수 있다.
At this time, in order to use the lattice 3 having a lattice line density of 200-lines / inch applied in an experimental example of the present invention, the pixel size of the maximum detector satisfying the expression (4) is 94
Figure PCTKR2018011870-appb-I000045
Lt; / RTI > In other words, the threshold pixel size for a 200-lines / inch grid for the application of a grating 3 with a grating line density of 200-lines /
Figure PCTKR2018011870-appb-I000046
Lt; / RTI > Meanwhile, in one experimental example of the present invention, for example, 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000047
A detector 4 having a pixel size of < / RTI >
또한, 효과적인 인공물 제거를 위한 본 장치(10)의 제2 배치 조건으로는 검출기(4)에서 격자(3)가 명확하게 보일 수 있도록, 엑스선관(1)의 초첨 크기(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000048
)에 의해 흐려지는(blurring) 격자(달리 말해, 엑스선관의 초점 크기에 의한 격자의 흐려짐)는 격자 그림자의 주기보다 작게 설정될 수 있다. 달리 표현하여, 격자(3)의 간격과 초점 크기의 비율(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000049
)은 검출기에서 격자가 명확하게 보이도록 하기 위해 격자의 간격보다 작도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 하기 수학식 5를 만족하도록 설정될 수 있다.
The second arrangement condition of the device 10 for effective artifact removal is that the size of the x-ray tube 1 is adjusted so that the lattice 3 can be clearly seen in the detector 4
Figure PCTKR2018011870-appb-I000048
) May be set to be smaller than the period of the grating shadow (in other words, the grating blur due to the focus size of the x-ray tube). In other words, the ratio of the spacing of the grating 3 to the focus size (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000049
) Can be set to be smaller than the spacing of the gratings so that the gratings in the detector are clearly visible. Accordingly, the first distance, the second distance, and the third distance can be set to satisfy the following equation (5).
[수학식 5]&Quot; (5) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000050
Figure PCTKR2018011870-appb-I000050
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000051
는 격자(3)의 간격(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000052
)과 엑스선관(1)의 초점 크기(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000053
)의 비율을 나타내고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000054
은 제1 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000055
는 제2 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000056
은 제3 거리를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000051
(3) < / RTI >
Figure PCTKR2018011870-appb-I000052
) And the focus size of the x-ray tube 1 (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000053
), ≪ / RTI >
Figure PCTKR2018011870-appb-I000054
The first distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000055
The second distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000056
Represents the third distance.
한편, 앞서 설명한 광각 현상은 표본 확대도(달리 표현하여, 물체의 확대도)가 하기 수학식 6과 같이 충분히 클 때 억제될 수 있으며, 이는 하기 수학식 7의 조건으로 이어질 수 있다. 여기서, 표본 확대도가 충분히 크다는 것은 표본(2)이 엑스선관(1)과 검출기(4) 사이에서 가능한한 엑스선관(1)에 가까이 위치하도록 배치되어 1 거리가 짧게 설정됨을 의미할 수 있다. On the other hand, the above-described wide angle phenomenon can be suppressed when the magnification of the sample (differently expressed as the magnification of the object) is sufficiently large as shown in Equation (6) below, which can lead to the condition of Equation (7). Here, the degree of enlargement of the sample is sufficiently large that the sample 2 is disposed between the x-ray tube 1 and the detector 4 as close as possible to the x-ray tube 1, which means that one distance is set short.
달리 말해, 광각 현상의 억제를 위해, 본 장치(10)에서는 격자의 간격과 초점 크기의 비율이 제1 거리에 따른 표본 확대도를 고려하여 하기 수학식 7을 만족하도록 설정될 수 있으며, 이때 표본 확대도는 하기 수학식 6을 만족하도록 설정될 수 있다. In other words, in order to suppress the wide angle phenomenon, in the present apparatus 10, the ratio of the interval of the grating and the focus size may be set to satisfy the following Equation 7 in consideration of the magnification of the sample according to the first distance, The enlarged view can be set to satisfy the following expression (6).
[수학식 6]&Quot; (6) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000057
Figure PCTKR2018011870-appb-I000057
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000058
는 표본 확대도(달리 말해, 물체의 확대도)를 나타내고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000059
는 엑스선관의 초점 크기를 나타내고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000060
는 격자 그림자의 주기(달리 말해, 격자의 간격
Figure PCTKR2018011870-appb-I000061
)를 나타낸다. 또한,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000062
은 제1 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000063
는 제2 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000064
은 제3 거리를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000058
Represents the magnification of the sample (in other words, the magnification of the object)
Figure PCTKR2018011870-appb-I000059
Represents the focus size of the x-ray tube,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000060
Is the period of the lattice shadow (in other words, the spacing of the lattice
Figure PCTKR2018011870-appb-I000061
). Also,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000062
The first distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000063
The second distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000064
Represents the third distance.
[수학식 7]&Quot; (7) "
Figure PCTKR2018011870-appb-I000065
Figure PCTKR2018011870-appb-I000065
여기서,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000066
는 격자(3)의 간격(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000067
)과 엑스선관(1)의 초점 크기(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000068
)의 비율을 나타내고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000069
은 제1 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000070
는 제2 거리,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000071
은 제3 거리를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000066
(3) < / RTI >
Figure PCTKR2018011870-appb-I000067
) And the focus size of the x-ray tube 1 (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000068
), ≪ / RTI >
Figure PCTKR2018011870-appb-I000069
The first distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000070
The second distance,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000071
Represents the third distance.
이에 따르면, 상기의 수학식 5 및 상기의 수학식 7에 의하여 격자(3)의 간격과 엑스선관(1)의 초점 크기의 비율(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000072
)의 상한 값과 하한 값이 설정될 수 있다.
According to this, the ratio of the distance between the gratings 3 and the focus size of the x-ray tube 1 (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000072
The upper limit value and the lower limit value can be set.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 일예로 제3 거리가 55 cm로 고정되어 있을 때 제1 거리의 함수로 표현되는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000073
)의 허용 범위(zone of tolerance)를 나타낸 도면이다.
FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the spacing of the gratings expressed as a function of the first distance and the focal length size of the x-ray tube when the third distance is fixed at 55 cm, for example, in the single grid- (
Figure PCTKR2018011870-appb-I000073
FIG. 4 is a diagram showing a zone of tolerance of the present invention.
도 7을 참조하면, 본원의 일 실험예에서는 격자의 간격과 엑스선관의 초점 크기의 비율(
Figure PCTKR2018011870-appb-I000074
)로 0.43이 적용될 수 있으며, 주어진 비율 0.43에 대하여 제1 거리인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000075
은 상기 수학식 5와 수학식 7을 만족시키기 위해 16.3cm 보다 크지 않도록 설정될 수 있다.
Referring to FIG. 7, in one experimental example of the present invention, the ratio of the spacing of the gratings to the focus size of the x-ray tube
Figure PCTKR2018011870-appb-I000074
) And 0.43 for a given ratio of 0.43,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000075
May be set to be not larger than 16.3 cm to satisfy the above-mentioned Equations (5) and (7).
이에 따르면, 본 장치(10)는 상기의 제1 배치 조건으로 하여금 첫번째 조화 최대치가 충분히 샘플링될 수 있도록 할 수 있고, 상기의 제2 배치 조건으로 하여금 검출기(4)에서 격자(3)가 명확하게 보일 수 있도록 할 수 있다. 또한 본 장치(10)는 엑스선관(1), 표본(2), 격자(3) 및 검출기(4)를 상기의 수학식 4 내지 수학식 7의 조건을 만족하도록 하는 제1 거리 내지 제3 거리로 배치함으로써, 인공물 중 하나인 광각 현상이 제거된 영상의 획득을 가능케할 수 있다.According to this, the apparatus 10 can allow the first arrangement condition to allow the first harmonic maximum to be sufficiently sampled, and the second arrangement condition to allow the grating 3 to be clearly So that it can be seen. The apparatus 10 further includes a first distance to a third distance L3 for satisfying the conditions of the equations (4) to (7) above for the X-ray tube 1, the sample 2, the lattice 3, It is possible to acquire an image in which the wide angle phenomenon, which is one of artifacts, is removed.
한편, 모아레 무늬는 이론적으로 격자 그림자와 검출기의 주파수가 정확하게 일치할 때 영상에서 제거될 수 있다. 그러나, 실제로는 격자 구조의 제조 공차로 인해 격자 그림자와 검출기의 주파수를 정확하게 일치하도록 하는 것이 거의 불가능하다고 할 수 있다. 이를 고려하여, 본 장치(10)에서는 격자(3)를 특정 각도로 기울여 놓음으로써, 모아레 무늬가 첫번째 조화 최대치에서 효과적으로 분리되도록 할 수 있다.On the other hand, the moiré pattern can theoretically be removed from the image when the grid shadow and the frequency of the detector match exactly. However, in practice, it is almost impossible to precisely match the grating shadow and detector frequency due to the manufacturing tolerances of the grating structure. In consideration of this, in the present apparatus 10, by arranging the grating 3 at a specific angle, the moire pattern can be effectively separated from the first harmonic maximum value.
즉, 본 장치(10)에서 격자(3)는 모아레 무늬가 첫번째 조화 최대치에서 효과적으로 분리되도록, 소정의 각도를 갖도록 기울어져 배치될 수 있다. 이때, 격자(3)는 일예로 도 5를 기준으로 엑스선관(1)과 마주하는 격자(3)에 대하여 일예로 우측 방향으로 소정의 각도를 갖도록 기울어져 배치될 수 있다. 여기서, 소정의 각도는 일예로 20° 내지 30° 중 어느 하나의 각도를 의미할 수 있다. 다만, 소정의 각도는 27.8°로 설정됨이 바람직하다.That is, in the present apparatus 10, the grating 3 can be arranged so as to have a predetermined angle so that the moiré pattern is effectively separated from the first harmonic maximum. At this time, the lattice 3 can be arranged to be inclined at a predetermined angle in the right direction, for example, with respect to the lattice 3 facing the x-ray tube 1 on the basis of Fig. Here, the predetermined angle may mean, for example, any angle of 20 to 30 degrees. However, it is preferable that the predetermined angle is set to 27.8 degrees.
이러한 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치의 배치 구조에 대한 실행 가능성을 증명하기 위해, 앞서 말한 바와 같이, 본원의 일 실험예에서는 일예로 55
Figure PCTKR2018011870-appb-I000076
의 초점 크기를 갖는 엑스선관(1), 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3), 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000077
의 픽셀 크기를 갖는 CMOS타입의 평판형 검출기(4)가 적용될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서는 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는 각각 15 cm, 30 cm 및 55 cm로 설정될 수 있다. 또한, 엑스선관(1)과 검출기(4) 사이 거리는 100cm로 설정될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선관(1)은 20
Figure PCTKR2018011870-appb-I000078
, 1 mAs의 조건으로 설정될 수 있다.
In order to demonstrate the feasibility of the arrangement structure of a single grating-based phase-contrast imaging apparatus according to one embodiment of the present application, as described above, in one experimental example of the present invention, 55
Figure PCTKR2018011870-appb-I000076
Ray tube 1 having a focal spot size of 200-lines / inch, a grating 3 having a grating line density of 200-lines / inch, 49.5
Figure PCTKR2018011870-appb-I000077
A flat type detector 4 of CMOS type having a pixel size of the pixel type can be applied. Also, in one experiment example of the present invention, the first distance, the second distance, and the third distance may be set to 15 cm, 30 cm, and 55 cm, respectively. The distance between the X-ray tube 1 and the detector 4 may be set to 100 cm. Further, the x-ray tube 1 used in the experimental example of the present application was 20
Figure PCTKR2018011870-appb-I000078
, And 1 mAs, respectively.
도 8은 본원의 일 실험예에서 사용된 엑스선 격자(3)의 개략도(a)와 실제 엑스선 격자(3)의 사진(b)을 나타낸 도면이다.8 is a schematic view (a) of an x-ray grating 3 used in an experimental example of the present invention and a photograph (b) of an actual x-ray grating 3. Fig.
도 8의 (a)를 참조하면, 본원의 일 실험예에서 사용된 200-lines/inch의 격자 선밀도를 갖는 격자(3)는 납 또는 리드 선(lead strip)의 두께인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000079
가 25
Figure PCTKR2018011870-appb-I000080
이고, 격자 공간의 두께(또는 간격)인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000081
가 102
Figure PCTKR2018011870-appb-I000082
이고, 격자 판의 높이인 h가 510
Figure PCTKR2018011870-appb-I000083
일 수 있다. 이에 따라, 격자의 간격
Figure PCTKR2018011870-appb-I000084
Figure PCTKR2018011870-appb-I000085
로 인해 127
Figure PCTKR2018011870-appb-I000086
일 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자는
Figure PCTKR2018011870-appb-I000087
의 초점거리와 5:1의 격자 비율을 가질 수 있다.
Referring to FIG. 8 (a), the lattice 3 having a lattice line density of 200-lines / inch used in an experimental example of the present invention has a thickness of lead or lead strip
Figure PCTKR2018011870-appb-I000079
25
Figure PCTKR2018011870-appb-I000080
, And the thickness (or spacing) of the lattice space
Figure PCTKR2018011870-appb-I000081
102
Figure PCTKR2018011870-appb-I000082
, And the height h of the lattice plate is 510
Figure PCTKR2018011870-appb-I000083
Lt; / RTI > Accordingly,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000084
The
Figure PCTKR2018011870-appb-I000085
Due to 127
Figure PCTKR2018011870-appb-I000086
Lt; / RTI > In addition, the lattice used in one experimental example of the present invention
Figure PCTKR2018011870-appb-I000087
And a grating ratio of 5: 1.
도 8의 (b)를 참조하면, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자(3)는 일예로 탄소-섬유 판과 함께 정밀한 톱질 공정으로 제조될 수 있다. 또한, 본원의 일 실험예에서 사용된 격자(3)는, 제조과정에서 약 30,000 rpm으로 회전하는 마이크로컨트롤 다이아몬드 블레이드로 정확하게 정렬된 그루브를 생산하고, 액체상태의 납 화합물을 그루브에 부음으로써 제조된 정확한 격자 선(grid strips)을 갖는 격자일 수 있다.Referring to FIG. 8 (b), the lattice 3 used in one experimental example of the present invention can be manufactured by a precise sawing process together with a carbon-fiber plate as an example. In addition, the grating 3 used in one experimental example of the present invention was produced by precisely aligning grooves with microcontrol diamond blades rotating at about 30,000 rpm during the manufacturing process, and pouring lead compounds in a liquid state into the grooves It can be a grid with accurate grid strips.
도 9는 수평 격자(즉,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000088
=0°)와 함께 20kVP에서 촬영한 멸치(anchovy)의 원시 영상(top image)과 기울어져 있는 격자(즉,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000089
=27.8°)와 함께 촬영된 원시 영상(bottom image)을 나타낸다. 도 9에서 우측의 도면은 좌측의 A영역에 대하여 확대된 영상을 나타낸다.
Figure 9 shows a horizontal grid (i.e.,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000088
= 0 °) and an anchovy top image taken at 20 kV P and a tilted grating (ie,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000089
= 27.8 [deg.]). The drawing on the right in Fig. 9 shows an enlarged image with respect to the area A on the left side.
도 9를 참조하면, 수평 격자와 함께 촬영된 원시 영상에서는 출판 그림의 크기를 줄이기 위한 서브 샘플링으로 인해 화면에 모아레가 나타남을 확인할 수 있다. 반면, 기울어진 격자와 함께 촬영된 영상에서는 격자 그림자가 화면에 모아레 없이 선명하게 나타남을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that Moire appears on the screen due to subsampling to reduce the size of the published picture in the raw image captured with the horizontal grid. On the other hand, in the image taken with the inclined grid, it can be seen that the grid shadow is clearly displayed on the screen without moire.
도 10은 수평 격자와 기울어진 격자를 갖는 도 9의 원시 영상(raw images) 각각의 2차원(2D) 푸리에 스펙트럼을 나타낸 도면이다.Figure 10 is a two-dimensional (2D) Fourier spectrum of each of the raw images of Figure 9 with a horizontal grid and a tilted grid.
도 10을 참조하면, 푸리에 스펙트럼은 격자 주파수의 여러 고조파(harmonics)와 그에 해당하는 모아레 성분을 포함한다. 도 10에서 화살표로 지시된 대칭 임펄스 형 버스트(symmetric impulse-like bursts)는 모아레 무늬의 가까운 주기성의 결과라 할 수 있다. 도 10에 따르면, 기울어진 격자의 경우에는 선택된 윈도우(Window of a band-pass filter, 밴드패스 필터가 적용된 윈도우) 영역으로부터 모아레 성분이 잘 분리되는 반면, 수평 격자의 경우에는 선택된 윈도우 영역으로부터 모아레 성분이 잘 분리되지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, the Fourier spectrum includes several harmonics of the lattice frequency and corresponding moiré components. The symmetric impulse-like bursts indicated by the arrows in FIG. 10 may be the result of the near periodicity of the moire pattern. Referring to FIG. 10, in the case of a tilted grating, the moiré component is well separated from a window of a band-pass filter (window to which a band-pass filter is applied), whereas in the case of a horizontal grating, Can not be separated well.
도 11은 수평 격자(top image)와 기울어진 격자(bottom image)가 적용된 멸치의 원시 영상으로부터 검색된 PCXI 결과의 전체 세트로서, 흡수(absorption), 산란(scattering) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상을 나타낸 도면이다.11 is a complete set of PCXI results retrieved from a raw image of anchovy applied with a top image and a bottom image and showing absorption, scattering and differential phase-contrast, Fig.
도 11을 참조하면, 도 11에서는 엑스선관으로부터 표본까지의 거리인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000090
은 15cm, 표본으로부터 격자까지의 거리인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000091
는 30cm, 격자로부터 검출기까지의 거리인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000092
는 55cm로 설정되어 있고,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000093
의 비율로서 사용된
Figure PCTKR2018011870-appb-I000094
= 55
Figure PCTKR2018011870-appb-I000095
/127
Figure PCTKR2018011870-appb-I000096
Figure PCTKR2018011870-appb-I000097
0.43 는 도 7에 도시된 바와 같이 허용 범위에 속할 수 있다.
11, in Fig. 11, the distance from the x-ray tube to the specimen
Figure PCTKR2018011870-appb-I000090
Is the distance from the specimen to the grid
Figure PCTKR2018011870-appb-I000091
Is 30 cm, and the distance from the lattice to the detector
Figure PCTKR2018011870-appb-I000092
Is set to 55 cm,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000093
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure PCTKR2018011870-appb-I000094
= 55
Figure PCTKR2018011870-appb-I000095
/ 127
Figure PCTKR2018011870-appb-I000096
Figure PCTKR2018011870-appb-I000097
0.43 may fall within the allowable range as shown in FIG.
도 11의 상단 도면을 참조하면, 수평 격자의 경우에는 모아레 성분이 분리된 첫번째 조화 최대치(달리 말해, 첫번째 고조파 피크)에 여전이 포함되어 있기 때문에(도 10의 (a) 참조), 산란 및 미분 위상차 영상에서 모두 관계없는 결과가 획득됨을 확인할 수 있다.11, in the case of the horizontal grating, since the first harmonic maximum (in other words, the first harmonic peak) in which moire components are separated is still included (see FIG. 10A), the scattering and differential It can be confirmed that all results are obtained irrespective of phase difference images.
이에 반해, 도 11의 하단 도면을 참조하면, 기울어진 격자의 경우에는 모아레 성분이 분리된 첫번째 조화 최대치로부터 잘 분리되기 때문에(도 10의 (b) 참조), 이러한 인공물이 기울어진 격자로 하여금 효과적으로 제거될 수 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to the bottom view of FIG. 11, in the case of a tilted lattice, the moiré component is well separated from the first harmonic maximum (see FIG. 10 (b) Can be removed.
또한, 도 11의 하단 도면을 참조하면, 멸치의 장(intestines)이 흡수 영상에 비해 산란 영상에서 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있다.11, it can be seen that the intestines of the anchovy are clearly visible in the scattered image as compared with the absorbed image.
엑스선 산란 방사선 촬영(x-ray scattering radiography)은 공기-조직 경계면(air-tissue interfaces)에서 엑스선의 작은 각의 산란을 시각화하기 때문에, 다른 구조물보다 공기-조직 경계면이 감소하고 결합 조직에 의해 대체되고 파괴된 멸치의 장에서 엑스선 산란이 더 강하게 감소될 수 있다. 이는 멸치의 장의 대조도를 증가시킨다는 긍정적인 결과를 보인다.Because x-ray scattering radiography visualizes small angular scattering of the x-rays at air-tissue interfaces, the air-tissue interface is reduced and replaced by connective tissue X-ray scattering can be more strongly reduced in the field of destroyed anchovies. This results in a positive effect of increasing the contrast of the anchovy field.
도 12는 제1 거리의 변화에 따라 획득된 흡수(absorption) 영상(왼쪽), 산란(scattering) 영상(가운데) 및 미분 위상차(differential phase-contrast) 영상(오른쪽) 각각의 특성을 나타낸 도면이다. 이때, 도 12에서는 제1 거리인
Figure PCTKR2018011870-appb-I000098
이 각각 10cm, 15cm, 20cm 및 35cm 일 때 획득된 세 가지 특성의 이미지가 도시되어 있다.
FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of each of an absorption image (left), a scattering image (center), and a differential phase-contrast image (right) obtained according to a change in the first distance. At this time, in Fig. 12,
Figure PCTKR2018011870-appb-I000098
Are images of the three characteristics obtained when 10 cm, 15 cm, 20 cm and 35 cm, respectively.
여기서, 앞서 설명된 도 7을 참조한 설명에 기초하여 보면, 제1 거리가 10cm일 때와 15cm일 때의 본 장치(10)의 레이아웃은 허용 영역에 속해 있다고 볼 수 있는 반면, 20cm 및 35cm일 때에는 허용 영역에 속해있지 않다고 볼 수 있다.Based on the description with reference to Fig. 7 described above, it can be seen that the layout of the present apparatus 10 when the first distance is 10 cm and 15 cm belongs to the allowable area, whereas when 20 cm and 35 cm It can be said that it does not belong to the allowable area.
도 12를 참조하면, 제1 거리가 20cm이고 35cm 일 때 획득된 산란 영상과 미분 위상차 영상에서 특히 멸치 구조물의 가장자리는 인접 조화 최대치(adjacent harmonic peaks)의 스펙트럼 중첩으로 인해 제1 거리와 함께 더욱 심각하게 손상되었으며, 그 중 대부분은 분리된 첫번째 조화 피크(또는 1차 고조파 피크)의 고주파 성분임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, in the scattered image and the differential phase contrast image obtained when the first distance is 20 cm and 35 cm, the edges of the anchovy structure in particular are more severely affected with the first distance due to the spectrum overlap of adjacent harmonic peaks , And it can be confirmed that most of them are high frequency components of the first harmonic peak (or first harmonic peak) separated.
이에 반해, 흡수 영상은 격자 변조를 포함하지 않는 주 최대치(primary peaks)로부터 검색되기 때문에, 제1 거리에 의해 확실히 영향을 받지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 도 12에 의하면, 본원의 일 실험예에 따른 실험 결과가 이론적인 예측과 잘 일치함을 확인할 수 있다.On the other hand, since the absorbed image is retrieved from the primary peaks that do not include lattice modulation, it can be confirmed that it is not affected by the first distance. 12, it can be confirmed that the experimental result according to one experimental example of the present application agrees well with the theoretical prediction.
도 13은 단독 흡수 영상(a) 및 흡수 영상과 착색 산란 영상을 결합함으로써 획득된 융합 영상(즉, 흡수+산란)(b) 간의 특성을 비교하기 위한 도면이다. 13 is a diagram for comparing characteristics between a single absorbance image (a) and a fusion image (i.e., absorption + scattering) (b) obtained by combining an absorption image and a coloring scattering image.
도 13을 참조하면, 흡수 및 작은 각의 산란 현상의 영향은 원칙적으로 상이하기 때문에, 도 13에 도시된 융합 영상은 기존 방사선 촬영의 영상보다 기존 표본에 대해 훨씬 더 풍부한 정보를 제공할 수 있는 상보적인 대조 매커니즘으로서 사용될 수 있다.13, since the influence of the absorption and the small angular scattering phenomenon is different in principle, the fusion image shown in FIG. 13 is a complementary image that can provide much richer information about the existing specimen than the image of the existing radiography Can be used as an authentication mechanism.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템은, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10) 및 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상을 출력하는 영상 출력 장치를 포함할 수 있다.The single-grid-based phase-contrast X-ray imaging system according to one embodiment of the present invention includes a single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 and a single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10, And a video output device for outputting an image.
이때, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)와 동일한 장치를 의미하므로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Here, the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus means the same apparatus as the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above, and thus a duplicated description will be omitted.
또한, 영상 출력 장치는 일예로 데스크탑 PC, 모니터, 휴대 단말기기 등의 장치를 의미할 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니고 다양한 영상 출력 장치가 적용될 수 있다.In addition, the video output device may be, for example, a device such as a desktop PC, a monitor, and a portable terminal device, but is not limited thereto and various video output devices can be applied.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법은, 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계(step 1), 엑스선관을 통해 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계(step 2) 및 격자로부터 투과된 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출기를 통해 검출하는 단계(step 3)를 포함할 수 있다.In addition, the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the X-ray tube for irradiating X-rays in the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above and the distance on a straight line (Step 1) of disposing the detector at a distance from the grating in a straight line (step 1), irradiating the sample with the x-ray through the x-ray tube (step 2), and irradiating the irradiated sample with the x- (Step 3) through a detector.
또한, 배치하는 단계(step 1)에서는, 엑스선관, 표본, 격자 및 검출기가, 엑스선관과 표본 사이의 제1 거리, 표본과 격자 사이의 제2 거리 및 격자와 검출기 사이의 제3 거리가 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치될 수 있다.In addition, in the step of placement (step 1), the x-ray tube, the specimen, the grating and the detector are positioned such that the first distance between the x-ray tube and the specimen, the second distance between the specimen and the grating, Ray image generated by using the X-ray detected through the X-ray detector.
이때, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치는 앞서 설명한 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)와 동일한 장치를 의미하므로, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치(10)에 대하여 설명된 내용은 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.Here, the single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus means the same apparatus as the single-grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus 10 described above. Therefore, Can be equally applied to a description of a single-grating-based phase-contrast x-ray imaging method.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (10)

  1. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 있어서,A single-grating-based phase-contrast x-ray imaging apparatus,
    표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치되는 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자; 및X-ray tubes and lattices for irradiating x-rays placed at a distance on a straight line with the sample in between; And
    상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 배치되어 상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 검출기,A detector disposed at a distance on a straight line from the grating to detect an irradiated X-ray on the specimen transmitted from the grating,
    를 포함하고,Lt; / RTI >
    상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기는, The x-ray tube, the specimen, the grating and the detector,
    상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.A first distance between the x-ray tube and the specimen, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector are such that artifacts in the x-ray image generated using the detected x- Wherein the single grid-based phase-contrast x-ray imaging device is arranged to set a distance to the first grid-based phase-contrast x-ray imaging device.
  2. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 격자는 선형 격자이고, 기울어져 배치되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.Wherein the grating is a linear grating and is tilted.
  3. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 검출기는 평판형 검출기이고,Wherein the detector is a flat plate detector,
    상기 검출기의 픽셀 크기는 상기 검출기의 표면에 나타나는 상기 격자의 간격의 1/3보다 크지 않도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.Wherein the detector pixel size is set not to be greater than 1/3 of the spacing of the grating appearing on the surface of the detector.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 제1 거리, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리는 하기 수학식 1을 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;Wherein the first distance, the second distance, and the third distance are set to satisfy the following equation (1): " (1) "
    [수학식 1][Equation 1]
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000099
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000099
    여기서,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000100
    는 검출기의 픽셀 크기,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000101
    는 격자의 간격,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000102
    은 제1 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000103
    는 제2 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000104
    은 제3 거리를 나타냄.
    here,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000100
    The pixel size of the detector,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000101
    Lt; RTI ID = 0.0 >
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000102
    The first distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000103
    The second distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000104
    Represents the third distance.
  5. 제1항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 격자의 간격과 초점 크기의 비율은 상기 격자의 간격보다 작도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치.Wherein a ratio of the spacing and the focal spot size of the grating is set to be smaller than the spacing of the grating.
  6. 제5항에 있어서,6. The method of claim 5,
    상기 제1 거리, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리는 하기 수학식 2를 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;Wherein the first distance, the second distance, and the third distance are set to satisfy: < EMI ID = 2.0 >
    [수학식 2]&Quot; (2) "
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000105
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000105
    여기서,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000106
    는 초점 크기,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000107
    는 격자의 간격,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000108
    은 제1 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000109
    는 제2 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000110
    는 제3 거리를 나타냄.
    here,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000106
    The focus size,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000107
    Lt; RTI ID = 0.0 >
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000108
    The first distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000109
    The second distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000110
    Represents the third distance.
  7. 제5항에 있어서,6. The method of claim 5,
    상기 격자의 간격과 초점 크기의 비율은 상기 제1 거리에 따른 표본 확대도를 고려하여 하기 수학식 3을 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;Wherein the ratio of the spacing and focus size of the grating is set to satisfy Equation (3) in view of the magnification of the sample according to the first distance;
    [수학식 3]&Quot; (3) "
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000111
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000111
    여기서,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000112
    는 초점 크기,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000113
    는 격자의 간격,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000114
    은 제1 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000115
    는 제2 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000116
    는 제3 거리를 나타냄.
    here,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000112
    The focus size,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000113
    Lt; RTI ID = 0.0 >
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000114
    The first distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000115
    The second distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000116
    Represents the third distance.
  8. 제7항에 있어서,8. The method of claim 7,
    상기 표본 확대도는 하기 수학식 4를 만족하도록 설정되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치;Wherein the sample magnification is set to satisfy Equation (4): " (4) "
    [수학식 4]&Quot; (4) "
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000117
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000117
    여기서,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000118
    는 표본 확대도,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000119
    는 격자 그림자의 주기,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000120
    는 초점 크기,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000121
    은 제1 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000122
    는 제2 거리,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000123
    는 제3 거리를 나타냄.
    here,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000118
    Is a sample magnification,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000119
    The period of the grid shadow,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000120
    The focus size,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000121
    The first distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000122
    The second distance,
    Figure PCTKR2018011870-appb-I000123
    Represents the third distance.
  9. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템에 있어서,In a single-grating-based phase-contrast x-ray imaging system,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치; 및9. A single-grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus as claimed in any one of claims 1 to 8; And
    상기 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에 의하여 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 영상을 출력하는 영상 출력 장치,An image output device for outputting an image generated by using the X-ray detected by the single grid-based phase-contrast X-ray imaging apparatus,
    를 포함하는 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 시스템.Based phase-contrast x-ray imaging system.
  10. 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법에 있어서,In a single-grating-based phase-contrast x-ray imaging method,
    제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 장치에서 엑스선을 조사하는 엑스선관과 격자를 표본을 사이에 두고 일직선 상에 거리를 두고 배치하고, 상기 격자로부터 일직선 상에 거리를 두고 검출기를 배치하는 단계;A single-grating-based phase-contrast X-ray imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein an X-ray tube and a grating for irradiating an X-ray are arranged at a distance from each other with a distance therebetween and a distance on a straight line from the grating Placing a detector;
    상기 표본에 대하여 엑스선을 조사하는 단계; 및Irradiating the sample with an X-ray; And
    상기 격자로부터 투과된 상기 표본에 대하여 조사된 엑스선을 검출하는 단계,Detecting an irradiated X-ray on the specimen transmitted from the grating,
    를 포함하고,Lt; / RTI >
    상기 배치하는 단계에서는, In the arranging step,
    상기 엑스선관, 상기 표본, 상기 격자 및 상기 검출기가 상기 엑스선관과 상기 표본 사이의 제1 거리, 상기 표본과 상기 격자 사이의 제2 거리 및 상기 격자와 상기 검출기 사이의 제3 거리가 상기 검출기를 통해 검출된 엑스선을 이용하여 생성된 엑스선 영상 내의 인공물이 제거되도록 하는 거리로 설정되도록 배치되는 것인, 단일 격자 기반 위상차 엑스선 영상화 방법.Wherein the x-ray tube, the specimen, the grating and the detector have a first distance between the x-ray tube and the specimen, a second distance between the specimen and the grating, and a third distance between the grating and the detector, Ray image generated by using the X-ray detected through the X-ray detector is removed.
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