Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR101999266B1 - 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101999266B1
KR101999266B1 KR1020120158361A KR20120158361A KR101999266B1 KR 101999266 B1 KR101999266 B1 KR 101999266B1 KR 1020120158361 A KR1020120158361 A KR 1020120158361A KR 20120158361 A KR20120158361 A KR 20120158361A KR 101999266 B1 KR101999266 B1 KR 101999266B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ray
threshold energy
pixel
energy
data
Prior art date
Application number
KR1020120158361A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140087755A (ko
Inventor
강성훈
강동구
한상욱
성영훈
오현화
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020120158361A priority Critical patent/KR101999266B1/ko
Priority to US14/144,766 priority patent/US9423517B2/en
Publication of KR20140087755A publication Critical patent/KR20140087755A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101999266B1 publication Critical patent/KR101999266B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/005—Details of radiation-measuring instruments calibration techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/169—Exploration, location of contaminated surface areas

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)

Abstract

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법의 일 측면은 픽셀 별 특성에 따른 오차를 보정할 수 있는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
엑스선 영상 장치의 일 실시예는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부; 상기 엑스선을 검출하고, 상기 검출된 엑스선에 포함되는 광자 중 문턱 에너지 이상의 에너지를 갖는 광자의 수를 픽셀 별로 카운팅하는 엑스선 검출부; 목표 문턱 에너지에 대응되는 보정 문턱 에너지를 픽셀 별로 추출하여 맵핑시키는 맵 생성부; 및 대상체의 촬영 시에 상기 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 복수의 근사 에너지를 상기 엑스선 검출부의 문턱 에너지로 입력하여 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 데이터 보정부를 포함한다.

Description

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법{X-RAY IMAGE APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
개시된 발명은 대상체에 엑스선을 투과시켜 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고 대상체를 투과한 엑스선을 이용하여 대상체의 내부 영상을 획득할 수 있는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기 또는 강도를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.
구체적으로, 엑스선 발생부에서 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하면 엑스선 검출부가 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환한다. 전기적인 신호의 변환은 픽셀 별로 이루어지기 때문에 각 픽셀에 대응되는 전기적인 신호를 조합하여 하나의 엑스선 영상을 얻을 수 있다.
기존에는 전기적인 신호를 일정 시간 동안 누적하여 독출하는 방식이 주로 적용되었으나, 최근에는 일정 에너지 이상의 광자를 계수하여 검출된 엑스선을 에너지 별로 분리하는 PCD(Photon Counting Detector)가 개발되었다.
PCD는 엑스선 영상으로부터 특정 물질의 분리가 가능하고 엑스선 노출과 노이즈가 적다는 장점이 있으나, 픽셀 별 수광 소자의 특성이나 독출 회로(read-out circuit)의 특성에 영향을 받아 모든 픽셀에 동일한 에너지의 엑스선이 입사되더라도 픽셀 별로 다른 계수 값(counter value)이 출력될 수 있고, 이는 영상에 노이즈를 발생시키는 원인이 된다.
엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법의 일 측면은 픽셀 별 특성에 따른 오차를 보정할 수 있는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
엑스선 영상 장치의 일 실시예는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부; 상기 엑스선을 검출하고, 상기 검출된 엑스선에 포함되는 광자 중 문턱 에너지 이상의 에너지를 갖는 광자의 수를 픽셀 별로 카운팅하는 엑스선 검출부; 목표 문턱 에너지에 대응되는 보정 문턱 에너지를 픽셀 별로 추출하여 맵핑시키는 맵 생성부; 및 대상체의 촬영 시에 상기 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 복수의 근사 에너지를 상기 엑스선 검출부의 문턱 에너지로 입력하여 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 데이터 보정부를 포함한다.
상기 맵 생성부는, 미리 설계된 팬텀에 대해 상기 문턱 에너지를 달리하여 측정된 엑스선 데이터의 곡선을 픽셀 별로 생성하는 곡선 생성부를 포함할 수 있다.
상기 맵 생성부는, 상기 엑스선 데이터가 측정된 조건과 동일한 조건에서 상기 목표 문턱 에너지에 대응되는 이론적인 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 시뮬레이션부를 더 포함할 수 있다.
상기 맵 생성부는, 상기 측정된 엑스선 데이터의 곡선 상에서 상기 이론적인 엑스선 데이터에 대응되는 문턱 에너지를 추출하고, 상기 추출된 문턱 에너지를 상기 보정 문턱 에너지로서 해당 픽셀에 맵핑시키는 에너지 맵핑부를 더 포함할 수 있다.
상기 엑스선 데이터는, 상기 팬텀에 조사된 엑스선의 강도(intensity)와 상기 팬텀을 투과한 엑스선의 강도(intensity)의 비율로 표현될 수 있다.
상기 데이터 보정부는, 상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터로부터 문턱 에너지와 엑스선 데이터 사이의 관계를 나타내는 함수식을 추정하고, 상기 추정된 함수식에 상기 보정 문턱 에너지를 대입하여 보정 엑스선 데이터를 산출할 수 있다.
상기 데이터 보정부는, 상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터에 가중치를 부여한 후 합산하여 상기 보정 엑스선 데이터를 산출할 수 있다.
광자 계수 검출기(PCD)를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일실시예는 상기 광자 계수 검출기의 각 픽셀 별로 목표 문턱 에너지에 대응되는 보정 문턱 에너지를 획득하여 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계; 상기 목표 문턱 에너지와 동일하거나 근사한 복수의 근사 에너지를 상기 광자 계수 검출기의 문턱 에너지로 각각 입력하여 대상체를 복수 회 촬영하는 단계; 및 상기 촬영에 의해 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계를 포함한다.
엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법의 일 측면에 따르면 픽셀 별로 수광 소자나 독출 회로의 특성을 고려한 보정 문턱 에너지를 맵핑시키고, 실제 대상체의 촬영에 의해 획득된 데이터로부터 상기 맵핑된 보정 문턱 에너지에 대응되는 데이터를 산출하여 픽셀 별 특성에 따른 오차를 보정할 수 있다.
도 1에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2a에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 2b에는 도 2a에 도시된 엑스선 검출부의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 3에는 복수의 에너지 대역 별로 엑스선을 분리할 수 있는 엑스선 검출부의 픽셀 영역의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 4a에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 에너지 스펙트럼의 예시가 도시되어 있고, 도 4b에는 엑스선 검출부에서 도 4a의 엑스선을 에너지 대역 별로 분리한 경우의 이상적인 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 5에는 문턱 에너지 별 표준화된 엑스선 강도를 측정한 그래프와 이론적인 그래프의 예시가 도시되어 있다.
도 6에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 제어부의 구성을 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 7에는 제어부에 의해 생성되는 에너지 맵을 개략적으로 가시화한 도면이 도시되어 있다.
도 8에는 영상 생성부에서 대상체의 영상을 생성하는 동작을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
도 9에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 대한 다른 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 10에는 인체를 구성하는 물질 별 엑스선 감쇠계수 변화를 계략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 11에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 12에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 에너지 맵을 생성하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부(110), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부(120) 및 엑스선 데이터를 픽셀 별 수광 소자나 독출 회로의 특성에 맞게 보정하는 제어부(130)를 포함한다.
엑스선 발생부(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사한다. 엑스선 발생부(110)는 전원 공급부(미도시)로부터 전원을 공급받아 엑스선을 발생시키며, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다.
엑스선 발생부(110)는 단색광(monochromatic) 엑스선 또는 다색광(polychromatic) 엑스선을 조사할 수 있으나, 당해 실시예에서는, 엑스선 발생부(110)가 일정 에너지 대역을 갖는 다색광 엑스선을 조사하는 것으로 하고, 조사되는 엑스선의 에너지 대역은 상한과 하한에 의해 정의되는 것으로 한다.
에너지 대역의 상한, 즉 조사되는 엑스선의 최대 에너지는 관전압의 크기에 의해 조절될 수 있고, 에너지 대역의 하한, 즉 조사되는 엑스선의 최소 에너지는 엑스선 발생부(110)의 내부 또는 외부에 구비된 필터에 의해 조절될 수 있다. 필터를 이용하여 저에너지 대역의 엑스선을 여과시키면, 조사되는 엑스선의 평균 에너지를 높일 수 있다.
엑스선 검출부(120)는 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 엑스선 데이터를 획득한다.
일반적으로, 엑스선 검출부(120)는 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환시키는 방식 및 엑스선 데이터를 획득하는 방식에 따라 구분될 수 있는바, 이하 엑스선 검출부가 엑스선을 검출하고 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 엑스선 데이터를 획득하는 다양한 방식에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 엑스선 검출부(120)는 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각기 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드, CCD, CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 검출기를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC를 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
그리고, 엑스선 검출부(120)는 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분된다.
직접변환방식에서는, 엑스선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 엑스선 검출부가 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
간접변환방식에서는, 수광 소자와 엑스선 발생부 사이에 섬광체(scintillator)를 구비하여 엑스선 발생부에서 조사된 엑스선이 섬광체와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 엑스선 검출부는 엑스선 데이터를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하 누적 방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 문턱 에너지(threshold energy) 이상의 에너지를 갖는 광자를 계수하는 광자 계수 방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 전하 누적 방식에 비해 대상체의 엑스선 노출량과 엑스선 영상의 노이즈가 적은 광자 계수 방식을 이용한다. 따라서, 엑스선 검출부(120)는 PCD(Photon Counting Dector)로 구현된다.
한편, 엑스선 검출부(120)의 재료 구성 방식과 전기적인 신호의 변환 방식에는 제한이 없으나 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 엑스선으로부터 전기 신호를 직접 획득하는 직접 변환 방식 및 엑스선을 검출하는 수광 소자와 독출 회로 칩이 결합되는 하이브리드 방식을 적용하는 것으로 하여 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.
도 2a에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있고, 도 2b에는 도 2a에 도시된 엑스선 검출부의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 2a를 참조하면, 엑스선 검출부(120)는 엑스선을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 수광 소자(121)와 전기적인 신호를 읽어 내는 독출 회로 칩(122)을 포함한다. 여기서, 독출 회로 칩(122)은 복수의 픽셀 영역을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 형태로 이루어진다. 수광 소자(121)를 구성하는 물질로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질을 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(121)는 고저항의 n형 반도체 기판(121b)의 하부에 p형 반도체가 2차원 픽셀 어레이 구조로 배열된 p형 층(121c)을 접합하여 PIN 포토다이오드 형태로 형성할 수 있고, CMOS 공정을 이용한 독출 회로 칩(122)은 각 픽셀 별로 수광 소자(121)와 결합된다. CMOS 독출 회로(122)와 수광 소자(121)는 플립 칩 본딩 방식으로 결합할 수 있는바, 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)(123)를 형성한 후 reflow하고 열을 가하며 압착하는 방식으로 결합할 수 있다. 다만, 상술한 구조는 엑스선 검출부(120)의 일 실시예에 불과하며, 엑스선 검출부(120)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2b를 참조하면, 엑스선의 광자(photon)가 수광 소자(121)에 입사하게 되면 가전도대에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달 받아 밴드 갭 에너지 차이를 넘어 전도대로 여기 된다. 이로써 공핍 영역에서 전자-정공 쌍이 발생된다.
수광 소자(121)의 P형 층과 n형 기판에 각각 메탈 전극을 형성하고 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍 영역에서 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 n형 영역으로, 정공은 p형 영역으로 끌려간다. 그리고, p형 영역으로 끌려간 정공이 범프 본딩(123)을 통해 독출 회로(122)로 입력되어 광자에 의해 발생된 전기 신호를 읽을 수 있도록 한다. 그러나, 수광 소자(121)의 구조와 걸어주는 전압 등에 따라 독출 회로(122)에 전자가 입력되어 전기 신호를 생성하는 것도 가능하다.
독출 회로(122)는 수광 소자(121)의 p형 반도체와 대응되는 2차원 픽셀 어레이 구조로 형성될 수 있으며, 각 픽셀 별로 전기 신호를 읽어 낸다. 범프 본딩(123)을 통해 수광 소자(121)에서 독출 회로(122)로 전하가 입력되면, 독출 회로(122)의 전증폭기(pre-amplifier)(122a)에서 하나의 광자로부터 발생된 입력 전하를 축적(charging)하고 이에 대응되는 전압 신호를 출력한다.
그리고, 전증폭기(122a)에서 출력된 전압 신호는 비교기(122b)로 전달되고, 비교기는 외부에서 제어될 수 있는 문턱 전압(threshold voltage)과 입력 전압신호를 비교하여 그 결과에 따라 ‘1’ 또는 ‘0’의 펄스 신호를 출력하고, 카운터(122c)에서는 ‘1’이 몇 번 나왔는지를 카운팅하여 디지털 형태로 엑스선 데이터를 출력한다. 픽셀 별 엑스선 데이터를 조합하면 대상체의 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 문턱 전압은 문턱 에너지(threshold energy)에 대응되는 것으로서, E 이상의 에너지를 갖는 광자의 개수를 카운팅하고자 하는 경우 문턱 에너지 E에 대응되는 문턱 전압을 비교기(122b)에 입력한다. 문턱 에너지와 문턱 전압을 대응시킬 수 있는 것은, 광자가 갖는 에너지에 따라 수광 소자에서 발생되는 전기적인 신호(전압)의 크기가 달라지기 때문이다. 따라서, 광자의 에너지와 발생되는 전압 사이의 관계식을 이용하여 원하는 문턱 에너지에 대응되는 문턱 전압을 계산할 수 있고, 이하 상술할 실시예에서 엑스선 검출부(120)에 문턱 에너지를 입력한다는 것은 문턱 에너지에 대응되는 문턱 전압을 입력한다는 것과 같은 의미로 사용될 수 있다.
도 3에는 복수의 에너지 대역 별로 엑스선을 분리할 수 있는 엑스선 검출부의 픽셀 영역의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
대상체의 내부 조직 간의 대조도를 향상시키기 위해 서로 다른 복수의 에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하여 다중 에너지 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 이 때, 서로 다른 복수의 에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하기 위해 에너지 대역을 달리하여 엑스선을 복수 회 조사할 수도 있으나, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 엑스선 검출부(120)가 PCD로 구현되므로 엑스선 발생부(110)는 엑스선을 한 번만 조사하고, 엑스선 검출부(120)가 검출된 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리한다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 비교기와 카운터를 복수 개 비교하여 복수의 에너지 대역 별로 광자를 카운팅한다. 도 3의 예시에는 비교기를 3개 구비하는 것으로 하였으나, 엑스선 검출부(120)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고 분리하고자 하는 에너지 대역의 수에 따라 비교기를 구비할 수 있다.
도 3을 참조하면, 단일 광자에 의해 발생된 전자 또는 정공이 전증폭기(122a)로 입력되어 전압 신호로 출력되면 이 전압 신호는 3 개의 비교기(122b-1,122b-2,122b-3)로 입력된다. 그리고 각각의 비교기에 문턱 전압 1(Vth1) 내지 문턱 전압 3(Vth3)을 입력하면 비교기 1(122b-1)에서는 문턱 전압 1과 입력 전압을 비교하고 카운터 1에서는 문턱 전압 1보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다. 같은 방식으로 카운터 2에서는 문턱 전압 2보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅하고, 카운터 3에서는 문턱 전압 3보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다.
도 4a에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 에너지 스펙트럼의 예시가 도시되어 있고, 도 4b에는 엑스선 검출부에서 도 4a의 엑스선을 에너지 대역 별로 분리한 경우의 이상적인 스펙트럼이 도시되어 있다.
엑스선 발생부(110)에서 조사되는 엑스선의 에너지는 대상체에 따라 달라지는바, 대상체를 유방으로 하는 경우에는 도 4a에 도시된 바와 같이 에너지의 하한을 10keV로 하고 에너지의 상한을 50keV로 하는 엑스선을 발생시켜 조사할 수 있다. 이를 위해 관전압을 50kvp로 하여 엑스선을 발생시키고, 저에너지 대역(약 0-10kev)을 필터링하여 엑스선을 조사할 수 있다. 이 때, y축으로 표현되는 엑스선의 선량(광자의 수)은 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 제어될 수 있다.
그리고, 엑스선 검출부(120)에서 검출한 엑스선을 도 4b에 도시된 바와 같이 3개의 에너지 대역(Eband1, Eband2, Eband3) 별로 분리할 수 있다. 이를 위해, 도 3의 비교기 1(122b-1)에 E1 , min에 대응되는 전압을 계산하여 문턱 전압으로 입력하고, 비교기 2(122b-2)에는 E2 , min에 대응되는 전압을 계산하여 문턱 전압으로 입력하고, 비교기 3(122b-3)에는 E3 , min에 대응되는 전압을 계산하여 문턱 전압으로 입력할 수 있다.
이론적으로 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에서 발생되는 전압 신호의 크기는 입사되는 광자의 에너지에만 영향을 받아야 하지만 각 픽셀의 수광 소자의 특성이나 독출 회로의 특성에도 영향을 받을 수 있다. 따라서, 모든 픽셀에 대해 동일한 에너지를 갖는 광자가 입사되더라도 픽셀 별로 단일 광자에서 발생되는 전압 신호의 크기가 달라질 수 있다.
구체적인 예로서, 문턱 에너지 이상의 에너지를 갖는 광자 만을 계수하기 위해 문턱 에너지에 대응되는 문턱 전압을 비교기에 입력하면, 전증폭기에 입력되거나 출력된 신호에 오차가 있으므로 카운터에서 출력되는 엑스선 데이터에도 오차가 발생한다.
따라서, 제어부(130)는 각 픽셀의 특성에 따른 오차가 반영된 보정 문턱 에너지를 픽셀 별로 추출하여 맵을 생성하고, 실제 대상체를 촬영하여 획득된 엑스선 데이터를 이용하여 각 픽셀 별로 맵핑된 보정 문턱 에너지에 대응되는 엑스선 데이터를 산출한다. 이하 제어부(130)의 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.
엑스선 데이터는 엑스선 검출부(120)에서 카운팅한 광자의 수(엑스선 강도)에 관한 정보를 나타낸다. 엑스선 영상에서 나타내고자 하는 것은 엑스선 발생부(110)에서 조사된 엑스선이 대상체를 투과하면서 얼마나 감쇠되었는지에 관한 정보이다. 따라서, 엑스선 영상을 생성하는데 있어 의미 있는 엑스선 데이터는 표준 엑스선 강도가 될 수 있고, 제어부(130)에서 사용되는 엑스선 데이터는 표준 엑스선 강도일 수 있다. 표준 엑스선 강도는 동일한 조건에서 대상체 없이 측정된 엑스선 강도(I0) 즉, 대상체에 조사되는 엑스선 강도와 대상체를 투과한 엑스선 강도(I)의 비율이다.
도 5에는 문턱 에너지 별 표준화된 엑스선 강도를 측정한 그래프와 이론적인 그래프의 예시가 도시되어 있고, 도 6에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 제어부의 구성을 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다. 도 5의 그래프는 단일 픽셀에 대한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 문턱 에너지를 바꿔가면서 측정된 표준 엑스선 강도 곡선과 동일한 조건에서의 이론적인 표준 엑스선 강도 곡선 사이에는 픽셀 특성에 따라 오차가 발생할 수 있다.
예를 들어, 문턱 에너지로 입력하고자 하는 값이 E인 경우, 즉 E 이상의 에너지를 갖는 광자의 수를 카운팅 하고자 하는 경우, 문턱 에너지 E에 대한 이론적인 표준 엑스선 강도는 m2이나, 실제 E를 문턱 에너지로 입력했을 때 측정된 표준 엑스선 강도는 m1일 수 있다.
측정된 표준 엑스선 강도 곡선과 이론적인 표준 엑스선 강도 곡선을 비교하면, 동일한 조건에서 문턱 에너지 E 이상에 대응되는 이론적인 표준 엑스선 강도 m2를 엑스선 검출부(120)를 통해 획득하기 위해서는 문턱 에너지를 E’으로 입력해야 함을 알 수 있다.
이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 실제 문턱 에너지로 삼고자 하는 에너지(E)를 목표 문턱 에너지라 하고, 엑스선 검출부(120)를 통해 목표 문턱 에너지에 대응되는 이론적인 표준 엑스선 강도를 얻을 수 있는 문턱 에너지(E’)를 보정 문턱 에너지라 하기로 한다.
픽셀 별로 그 특성이 다를 수 있기 때문에 보정 문턱 에너지 역시 픽셀 별로 다를 수 있다. 픽셀 별로 문턱 에너지를 다르게 입력하는 것은 회로의 복잡도를 증가시키고 오류를 발생시킬 수 있어 비효율적이다. 따라서, 제어부(130)는 엑스선 검출부(120)를 통해 획득한 엑스선 데이터를 이용하여, 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에 보정 문턱 에너지를 입력한 것과 같은 엑스선 데이터를 산출한다. 이하 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6를 참조하면, 제어부(130)는 픽셀 별로 보정 문턱 에너지를 추출하여 에너지 맵을 생성하는 맵 생성부(131)와 실제 대상체의 촬영 시에 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 산출하는 데이터 보정부(132)를 포함한다.
그리고, 맵 생성부(131)는 미리 설계된 팬텀에 대해 문턱 에너지를 변화시켜가면서 측정한 표준 엑스선 강도 곡선을 생성하는 곡선 생성부(131a), 동일한 조건에서의 이론적인 표준 엑스선 강도를 산출하는 시뮬레이션부(131b) 및 측정된 표준 엑스선 강도 곡선 상에서 이론적인 표준 엑스선 강도에 대응되는 문턱 에너지를 추출하여 해당 픽셀에 맵핑하는 에너지 맵핑부(131c)를 포함한다.
곡선 생성부(131a)는 미리 설계된 팬텀에 대해 문턱 에너지를 변화시켜가면서 측정한 복수의 표준 엑스선 강도를 이용하여 픽셀 별로 표준 엑스선 강도 곡선을 생성한다. 픽셀 별로 생성된 곡선에는 픽셀 별 특성에 따른 출력 값의 오차가 반영되어 있다. 한편, 팬텀은 픽셀 전체에 걸쳐 균일한 두께와 균일한 물질 구성을 갖도록 설계될 수 있다.
시뮬레이션부(131b)는 팬텀에 대해 표준 엑스선 강도를 측정했을 때와 동일한 조건에서의 이론적인 표준 엑스선 강도를 산출한다. 동일한 조건은 팬텀의 두께 및 물질 구성을 포함하고, 엑스선 검출부(120)의 수광 소자 특성 및 회로 특성 외에 표준 엑스선 강도에 영향을 줄 수 있는 조건을 포함할 수 있다.
이 때, 문턱 에너지를 변화시켜가면서 이론적인 표준 엑스선 강도를 산출하는 것도 가능하고, 즉 도 5에 도시된 바와 같은 이론적인 표준 엑스선 강도 곡선을 생성하는 것도 가능하고, 실제 촬영 시에 적용되는 적어도 하나의 목표 문턱 에너지에 대해서만 이론적인 표준 엑스선 강도를 산출하는 것도 가능하다.
도 7에는 제어부에 의해 생성되는 에너지 맵을 개략적으로 가시화한 도면이 도시되어 있다. 이하 도 7을 참조하여 에너지 맵핑부(131c)의 동작을 설명한다.
에너지 맵핑부(131c)는 시뮬레이션부(131b)로부터 목표 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 추출하고, 곡선 생성부(131a)에서 생성한 곡선으로부터 상기 추출된 표준 엑스선 강도에 대응되는 보정 문턱 에너지를 추출하여 각 픽셀에 맵핑시킨다. 도 7을 참조하면, 엑스선 검출부(120)가 mxn의 픽셀로 구성된 경우(m과 n은 각각 자연수), 각 픽셀 별로 보정 문턱 에너지(E’11 내지 E'nm)가 추출되어 해당 픽셀에 맵핑된다.
도 7의 예시에서는 픽셀 별로 하나의 변형 문턱 에너지가 맵핑되는 것으로 하였으나, 엑스선 영상 장치(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 검출된 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리하는 경우에는 픽셀 별로 복수의 변형 문턱 에너지를 맵핑하는 것도 가능하다.
지금까지 설명한 맵 생성부(131)의 동작은 각 픽셀 별로 보정 문턱 에너지를 미리 맵핑시키기 위한 것으로서, 엑스선 영상 장치(100)를 사용하기 전에 실행하거나, 주기적으로 실행하거나, 장치를 초기화할 때 실행하거나 또는 목표 문턱 에너지를 변경할 때마다 실행할 수 있다.
데이터 보정부(132)는 실제 대상체의 촬영 시에 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 입력하여 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출한다. 픽셀 별로 산출된 보정 엑스선 데이터를 조합하면 오차가 보정된 대상체의 영상이 된다. 여기서, 근사 에너지는 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 에너지를 의미한다.
도 8에는 데이터 보정부에서 보정 엑스선 데이터를 산출하는 동작을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 실제 대상체의 촬영 시에 픽셀 전체에 대해 목표 문턱 에너지(E)와 동일하거나 이와 근사한 적어도 두 개 이상의 근사 에너지(E1, E2, E3, E4)를 문턱 에너지로 각각 입력하여 적어도 두 개 이상의 대상체의 영상을 획득한다. 도 8의 예시에서는 4개의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하였으므로 대상체의 영상을 4개 획득할 수 있다. 복수의 근사 에너지는 도 8의 예시와 같이 목표 문턱 에너지(E)를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.
맵 생성부(131)에서 맵핑시킨 보정 문턱 에너지는 픽셀 별로 다를 수 있는바, 실제 대상체의 촬영 시에 모든 픽셀의 보정 문턱 에너지에 대해 촬영을 수행하는 것은 시간적인 제약이 따르고 대상체의 엑스선 노출량도 과도하게 증가되어 문제가 된다. 따라서, 엑스선 영상 장치(100)는 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 적어도 두 개의 근사 에너지를 문턱 에너지로 입력하여 적어도 두 개의 대상체의 영상을 획득한 후에, 이를 이용하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 산출한다. 전술한 바와 같이, 엑스선 데이터는 표준 엑스선 강도일 수 있다.
예를 들어, 도 8의 예시와 같이 4개의 근사 에너지에 대한 대상체의 영상을 획득하는 경우에는, 근사 에너지 1(E1)을 문턱 에너지로 입력하여 대상체를 촬영하고, 근사 에너지 2(E2)를 문턱 에너지로 입력하여 대상체를 촬영하고, 근사 에너지 3(E3)을 문턱 에너지로 입력하여 대상체를 촬영하고, 근사 에너지 4(E4)를 문턱 에너지로 입력하여 대상체를 촬영하여 4개의 근사 에너지 각각에 대한 대상체의 영상을 획득할 수 있다. 대상체의 영상은 픽셀값으로 이루어져 있고, 픽셀값은 엑스선 데이터를 포함하므로 대상체의 영상을 획득하는 것은 엑스선 데이터를 획득하는 것과 같다.
그리고, 데이터 보정부(132)는 데이터 보간법(Interpolations), 곡선 적합법(Curve Fittings) 및 가중치 합산법(Weighted sum) 등의 다양한 데이터 추정 방법 중 적어도 하나를 이용하여 각 픽셀 별 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 산출할 수 있다.
데이터 보간법을 이용하는 경우에는 획득된 대상체의 영상으로부터 대상체의 촬영 시에 입력된 문턱 에너지(입력값 x1 내지 xn)와 그에 대해 측정된 단일 픽셀의 표준 엑스선 강도(함수값 f(x1) 내지 f(xn))를 추출하고, 이들의 관계를 정확하게 표현할 수 있는 함수식(f(x))을 추정한다. 그리고, 추정된 함수식에 해당 픽셀에 맵핑된 보정 문턱 에너지를 대입하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 산출한다. 데이터 보정부(132)는 상술한 과정을 모든 픽셀에 대해 수행하여 픽셀 별 특성에 의한 오차가 보정된 영상을 생성할 수 있다.
곡선 적합법을 이용하는 경우에는, 문턱 에너지(입력값 x1 내지 xn)와 그에 대해 측정된 단일 픽셀의 표준 엑스선 강도(함수값 f(x1) 내지 f(xn))의 관계를 주어진 제한 조건 내에서 가장 근사하게 표현할 수 있는 함수식(f(x))을 추정한다. 함수식(f(x))을 추정하는 대표적인 방법으로는 최소자승법(Least-squares regression) 등이 있다. 그리고, 추정된 함수식에 해당 픽셀에 맵핑된 보정 문턱 에너지를 입력하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 산출한다. 데이터 보정부(132)는 상술한 과정을 모든 픽셀에 대해 수행하여 픽셀 별 특성에 의한 오차가 보정된 영상을 생성할 수 있다.
가중치 합산법을 이용하는 경우에는 문턱 에너지(입력값 x1 내지 xn)에 대해 측정된 단일 픽셀의 표준 엑스선 강도(함수값 f(x1) 내지 f(xn))에 적절한 가중치를 곱한 후 이들을 합산하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 산출한다. 데이터 보정부(132)는 상술한 과정을 모든 픽셀에 대해 수행하여 픽셀 별 특성에 의한 오차가 보정된 영상을 생성할 수 있다.
한편, 상기 도 3의 예시와 같이 단일 픽셀이 복수의 비교 회로(비교기와 카운터 포함)를 구비하는 경우, 맵 생성부(131)가 단일 픽셀의 각각의 비교 회로에 대해 에너지 맵을 생성하고, 데이터 보정부(132)는 각각의 비교 회로에서 출력되는 엑스선 데이터로부터 보정 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 산출할 수 있다.
도 9에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 대한 다른 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 제어부(130)에서 생성한 대상체의 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(140)를 더 포함할 수 있고, 제어부(130)는 데이터 보정부(132)에서 생성한 대상체의 영상을 처리하여 디스플레이부(140)에 표시할 영상을 생성하는 영상 처리부(133)를 더 포함할 수 있다.
영상 처리부(133)는 영상의 화질 개선을 위한 후처리를 수행할 수 있고, 엑스선 검출부(120)의 단일 픽셀이 복수의 비교 회로를 구비한 경우에는 데이터 보정부(132)에서 생성한 각 에너지 대역 별 영상을 이용하여 대상체의 내부 조직 간 대조도가 향상된 다중 에너지 엑스선 영상을 생성할 수도 있다.
도 10에는 인체를 구성하는 물질 별 엑스선 감쇠계수 변화를 계략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 엑스선은 투과되는 물질의 특성에 따라 그 투과성이 달라지며, 이를 수치적으로 나타낸 것이 감쇠 계수(attenuation coefficient)이다.
도 10의 그래프에는 인체를 구성하는 물질 중 뼈, 근육 및 지방에 대해 엑스선의 에너지에 따른 감쇠 계수 변화를 나타낸 곡선이 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 뼈, 근육 및 지방의 감쇠 계수 변화가 각각 다르게 나타나며 엑스선의 에너지에 따라 각 물질 별 감쇠 계수 차이도 달라진다.
한편, 도 10에는 뼈, 근육, 및 지방에 대해서만 감쇠 계수 변화를 도시하였으나, 지방을 포함하는 여러 연조직들 사이에도 감쇠 계수 변화에 차이가 있다. 특히, 유방의 경우 지방조직과 실질조직 사이에도 감쇠 계수 변화에 차이가 있다. 따라서, 서로 다른 에너지 대역에 대한 복수의 엑스선 영상을 이용하면 서로 다른 감쇠 특성을 나타내는 물질들을 분리한 다중 에너지 엑스선 영상을 생성할 수 있다.
영상 처리부(133)에서 생성하는 다중 에너지 엑스선 영상은 물질 별 분리 영상 중 적어도 하나일 수도 있고, 물질 별 분리 영상을 하나의 영상으로 표현한 특성 영상일 수도 있다. 특성 영상은 하나의 영상 내에서 복수의 물질을 구분할 수 있는 영상이다.
그리고, 영상 처리부(133)에서 생성한 다중 에너지 엑스선 영상은 디스플레이부(140)를 통해 표시될 수 있다.
이하 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 측면에 대한 실시예를 설명하도록 한다.
도 11에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 먼저 엑스선 검출부의 각 픽셀에 대응되는 보정 문턱 에너지를 추출하여 에너지 맵을 생성한다(311). 보정 문턱 에너지는 엑스선 검출부의 각 픽셀이 목표 문턱 에너지에 대응되는 이론적인 엑스선 데이터를 출력하기 위해 입력 받아야 하는 문턱 에너지를 의미한다. 보정 문턱 에너지는 픽셀 별 수광 소자의 특성이나 독출 회로의 특성에 따라 달라질 수 있다. 에너지 맵 생성에 관한 구체적인 방법은 이하 도 12에서 자세하게 설명하도록 한다.
에너지 맵의 생성은 실제 대상체를 촬영하기 전에 미리 수행될 수 있으며, 장치를 초기화 할 때, 목표 문턱 에너지를 변경할 때 또는 일정 주기마다 수행될 수 있다.
그리고, 실제 대상체의 촬영 시에 에너지 맵을 이용하여 픽셀 별 특성에따른 오차가 보정된 영상을 생성한다. 이를 위해, 대상체에 일정 에너지 대역을 갖는 엑스선을 조사하고(312), 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 근사 에너지 1을 문턱 에너지로 입력한다(313,314). 이 때, 조사되는 엑스선의 에너지 대역은 대상체의 종류나 두께에 따라 달라질 수 있는바, 예를 들어 대상체가 유방인 경우에는 10-50keV의 에너지 대역을 갖는 엑스선을 조사할 수 있고, 대상체가 흉부인 경우에는 10-140keV의 에너지 대역을 갖는 엑스선을 조사할 수 있다.
그리고, 근사 에너지 1에 대응되는 엑스선 데이터를 획득한다(315). 근사 에너지 1에 대응되는 엑스선 데이터는 엑스선 검출부에서 검출된 엑스선 중 근사 에너지 1 이상의 에너지를 갖는 광자의 수(엑스선의 강도)에 관한 정보를 포함하는 데이터이며, 구체적으로는 근사 에너지 1 이상의 에너지를 갖는 표준 엑스선 강도일 수 있다.
엑스선의 조사 및 엑스선 데이터의 획득은 복수의 근사 에너지에 대해 수행되며, 근사 에너지의 수와 세기는 엑스선 영상 장치 내에서 데이터 보정의 정확도와 대상체의 엑스선 노출량을 반영하여 설정될 수도 있고 사용자에 의해 설정될 수도 있다.
엑스선 데이터의 획득이 완료되지 않았으면(316의 아니오), 근사 에너지1과 다른 근사 에너지2를 문턱 에너지로 입력하여(317) 다시 엑스선 데이터를 획득한다.
엑스선 데이터의 획득이 완료되면(316의 예), 획득된 엑스선 데이터를 이용하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 산출한다(318). 구체적으로, 데이터 보간법(Interpolations), 곡선 적합법(Curve Fittings) 및 가중치 합산법(Weighted sum) 등의 다양한 데이터 추정 방법 중 적어도 하나를 이용하여 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 산출할 수 있다. 보정 엑스선 데이터 산출에 관한 자세한 설명은 앞서 엑스선 영상 장치(100)의 실시예에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 생략하도록 한다.
보정 문턱 에너지는 픽셀 별로 맵핑되어 있으므로, 보정 엑스선 데이터의 산출도 픽셀 별로 수행된다. 따라서, 모든 픽셀에 대해 보정 엑스선 데이터가 산출되면(319의 예), 이들을 조합하여 픽셀 별 특성에 따른 오차가 보정된 하나의 영상을 생성할 수 있다.
도 12에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 에너지 맵을 생성하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다. 당해 실시예에서는 엑스선 데이터를 표준 엑스선 강도로 하여 설명한다.
도 12를 참조하면, 미리 설계된 팬텀에 대해 문턱 에너지를 다르게 하여 표준 엑스선 강도를 측정한다(321). 팬텀은 픽셀 전체에 걸쳐 균일한 두께와 균일한 물질 구성을 갖도록 설계될 수 있다.
그리고, 문턱 에너지에 대한 표준 엑스선 강도 측정 곡선을 생성하고(322), 동일한 조건에 대한 이론적인 곡선을 생성한다(323). 이 때, 실제 촬영 시에 적용되는 적어도 하나의 목표 문턱 에너지에 대해서만 이론적인 표준 엑스선 강도를 산출하는 것도 가능하다. 동일한 조건은 팬텀의 두께 및 물질 구성을 포함하고, 엑스선 검출부(120)의 수광 소자 특성 및 회로 특성 외에 표준 엑스선 강도에 영향을 줄 수 있는 조건을 포함할 수 있다. 한편, 측정 곡선과 이론적인 곡선을 모두 단일 픽셀 별로 생성된다.
이론적인 곡선에서 목표 문턱 에너지에 대응되는 표준 엑스선 강도를 추출하고(324), 추출된 표준 엑스선 강도에 대응되는 측정 곡선 상의 문턱 에너지를 추출한다(325). 추출된 문턱 에너지가 보정 문턱 에너지가 된다.
따라서, 추출된 문턱 에너지를 해당 픽셀에 맵핑시키고(326), 모든 픽셀에 대해 상기 322 단계부터 326단계까지 수행하면(327의 예), 에너지 맵의 생성이 완료된다.
100 : 엑스선 영상 장치 110: 엑스선 발생부
120 : 엑스선 검출부 130 : 제어부
131 : 맵 생성부 132 : 데이터 보정부
131a : 곡선 생성부 131b : 시뮬레이션부
131c : 에너지 맵핑부

Claims (18)

  1. 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부;
    상기 엑스선을 검출하고, 상기 검출된 엑스선에 포함되는 광자 중 문턱 에너지 이상의 에너지를 갖는 광자의 수를 픽셀 별로 카운팅하는 엑스선 검출부;
    목표 문턱 에너지에 대응되는 보정 문턱 에너지를 픽셀 별로 추출하여 맵핑시키는 맵 생성부; 및
    대상체의 촬영 시에 상기 목표 문턱 에너지와 동일하거나 이와 근사한 복수의 근사 에너지를 상기 엑스선 검출부의 문턱 에너지로 입력하여 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 데이터 보정부를 포함하되,
    상기 맵 생성부는,
    미리 설계된 팬텀에 대해 상기 문턱 에너지를 달리하여 측정된 엑스선 데이터의 곡선을 픽셀 별로 생성하는 곡선 생성부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 맵 생성부는,
    상기 엑스선 데이터가 측정된 조건과 동일한 조건에서 상기 목표 문턱 에너지에 대응되는 이론적인 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 시뮬레이션부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 맵 생성부는,
    상기 측정된 엑스선 데이터의 곡선 상에서 상기 이론적인 엑스선 데이터에 대응되는 문턱 에너지를 추출하고, 상기 추출된 문턱 에너지를 상기 보정 문턱 에너지로서 해당 픽셀에 맵핑시키는 에너지 맵핑부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 엑스선 데이터는,
    상기 팬텀에 조사된 엑스선의 강도(intensity)와 상기 팬텀을 투과한 엑스선의 강도(intensity)의 비율로 표현되는 엑스선 영상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    데이터 보간법(interpolation), 곡선 적합법(curve fitting) 및 가중치 합산법(weighted sum) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터로부터 문턱 에너지와 엑스선 데이터 사이의 관계를 나타내는 함수식을 추정하고, 상기 추정된 함수식에 상기 보정 문턱 에너지를 대입하여 보정 엑스선 데이터를 산출하는 엑스선 영상 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터에 가중치를 부여한 후 합산하여 상기 보정 엑스선 데이터를 산출하는 엑스선 영상 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 엑스선 데이터는,
    상기 대상체에 조사된 엑스선의 강도(intensity)와 상기 대상체를 투과한 엑스선의 강도(intensity)의 비율로 표현되는 엑스선 영상 장치.
  10. 광자 계수 검출기(PCD)를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 광자 계수 검출기의 각 픽셀 별로 목표 문턱 에너지에 대응되는 보정 문턱 에너지를 획득하여 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계;
    상기 목표 문턱 에너지와 동일하거나 근사한 복수의 근사 에너지를 상기 광자 계수 검출기의 문턱 에너지로 각각 입력하여 대상체를 복수 회 촬영하는 단계;및
    상기 촬영에 의해 획득된 복수의 엑스선 데이터로부터 상기 보정 문턱 에너지에 대응되는 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 보정 문턱 에너지를 획득하여 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계는,
    미리 설계된 팬텀에 대해 상기 문턱 에너지를 달리하여 측정된 엑스선 데이터의 곡선을 픽셀 별로 생성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 보정 문턱 에너지를 획득하여 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계는,
    상기 엑스선 데이터가 측정된 조건과 동일한 조건에서 상기 목표 문턱 에너지에 대응되는 이론적인 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보정 문턱 에너지를 획득하여 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계는,
    상기 측정된 엑스선 데이터의 곡선 상에서 상기 이론적인 엑스선 데이터에 대응되는 문턱 에너지를 추출하고, 상기 추출된 문턱 에너지를 상기 보정 문턱 에너지로서 해당 픽셀에 맵핑시키는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 엑스선 데이터는,
    상기 팬텀에 조사된 엑스선의 강도(intensity)와 상기 팬텀을 투과한 엑스선의 강도(intensity)의 비율로 표현되는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계는,
    데이터 보간법(interpolation), 곡선 적합법(curve fitting) 및 가중치 합산법(weighted sum) 중 적어도 하나를 이용하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계는,
    상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터로부터 문턱 에너지와 엑스선 데이터 사이의 관계를 나타내는 함수식을 픽셀 별로 추정하고, 상기 추정된 함수식에 상기 보정 문턱 에너지를 대입하여 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 보정 엑스선 데이터를 픽셀 별로 산출하는 단계는,
    상기 복수의 근사 에너지를 문턱 에너지로 각각 입력하여 획득된 엑스선 데이터에 가중치를 부여한 후 합산하여 상기 보정 엑스선 데이터를 산출하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 엑스선 데이터는,
    상기 대상체에 조사된 엑스선의 강도(intensity)와 상기 대상체를 투과한 엑스선의 강도(intensity)의 비율로 표현되는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
KR1020120158361A 2012-12-31 2012-12-31 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 KR101999266B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120158361A KR101999266B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법
US14/144,766 US9423517B2 (en) 2012-12-31 2013-12-31 X-ray imaging apparatus and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120158361A KR101999266B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140087755A KR20140087755A (ko) 2014-07-09
KR101999266B1 true KR101999266B1 (ko) 2019-07-12

Family

ID=51017209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120158361A KR101999266B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9423517B2 (ko)
KR (1) KR101999266B1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130301799A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-14 Samsung Electronics Co., Ltd. X-ray imaging apparatus and control method therefor
US9528947B2 (en) * 2012-05-14 2016-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Calibration method of radiation detecting apparatus, radiation imaging apparatus and control method of radiation imaging apparatus
JP6305692B2 (ja) * 2013-05-28 2018-04-04 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Ｘ線診断装置
JP6188488B2 (ja) * 2013-08-27 2017-08-30 キヤノン株式会社 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム
EP2871496B1 (en) 2013-11-12 2020-01-01 Samsung Electronics Co., Ltd Radiation detector and computed tomography apparatus using the same
JP6525680B2 (ja) * 2015-03-31 2019-06-05 キヤノン株式会社 放射線撮影システム、制御方法およびプログラム
US10646176B2 (en) * 2015-09-30 2020-05-12 General Electric Company Layered radiation detector
EP3658960B1 (en) * 2017-07-26 2022-09-07 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-ray detector capable of managing charge sharing at its periphery
WO2019019039A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-31 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-RAY DETECTOR
EP3494889B1 (de) * 2017-12-11 2020-06-17 Siemens Healthcare GmbH Verfahren zur kalibrierung einer röntgenmesseinrichtung
WO2019226700A1 (en) 2018-05-21 2019-11-28 Rombakh Volodymyr Pavlovich Non-invasive monitoring of atomic reactions to detect structural failure
KR102284561B1 (ko) * 2020-06-29 2021-08-03 한국원자력의학원 엑스선 스펙트럼 추정 장치 및 방법
CN116831604A (zh) * 2021-12-06 2023-10-03 武汉联影生命科学仪器有限公司 数据校正方法
KR102608797B1 (ko) * 2023-04-10 2023-12-01 부산대학교 산학협력단 후방산란 엑스선 영상의 왜곡 보정 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001508171A (ja) * 1996-10-27 2001-06-19 ジーイー メディカル システムズ イスラエル リミテッド ２つの順次補正マップを有するガンマ・カメラ
US6408050B1 (en) 2000-09-14 2002-06-18 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc X-ray detector and method for tissue specific image
JP2010112866A (ja) 2008-11-07 2010-05-20 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 可搬型放射線画像撮影装置および放射線画像撮影システム
WO2011114845A1 (ja) 2010-03-18 2011-09-22 コニカミノルタエムジー株式会社 Ｘ線撮影システム
JP2011250810A (ja) * 2008-09-19 2011-12-15 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 放射線画像生成システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7668289B2 (en) 2005-04-29 2010-02-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Energy-resolved photon counting for CT
JP5337047B2 (ja) 2006-12-13 2013-11-06 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Ｘ線光子を計数する装置、撮像デバイス及び方法
JP2011085479A (ja) 2009-10-15 2011-04-28 Tele Systems:Kk 光子計数型放射線検出器のキャリブレーション装置及びそのキャリブレーション方法
US9155516B2 (en) * 2013-02-19 2015-10-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus and method for count loss calibration of photon-counting detectors in spectral computed tomography imaging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001508171A (ja) * 1996-10-27 2001-06-19 ジーイー メディカル システムズ イスラエル リミテッド ２つの順次補正マップを有するガンマ・カメラ
US6408050B1 (en) 2000-09-14 2002-06-18 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc X-ray detector and method for tissue specific image
JP2011250810A (ja) * 2008-09-19 2011-12-15 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 放射線画像生成システム
JP2010112866A (ja) 2008-11-07 2010-05-20 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 可搬型放射線画像撮影装置および放射線画像撮影システム
WO2011114845A1 (ja) 2010-03-18 2011-09-22 コニカミノルタエムジー株式会社 Ｘ線撮影システム

Also Published As

Publication number Publication date
US9423517B2 (en) 2016-08-23
KR20140087755A (ko) 2014-07-09
US20140185766A1 (en) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101999266B1 (ko) 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법
US9254113B2 (en) X-ray imaging apparatus and method of controlling the same
US20130301799A1 (en) X-ray imaging apparatus and control method therefor
US9625589B2 (en) Photon counting x-ray detector
US20150146849A1 (en) Radiographic imaging apparatus and method of controlling the same
CN104285164A (zh) 数字x射线传感器
CN112088320B (zh) 光子计数谱ct
Aamir et al. Pixel sensitivity variations in a CdTe-Medipix2 detector using poly-energetic x-rays
EP3465276B1 (en) Dead-time calibration for a radiation detector
CN105700004A (zh) Ct图像中伪影的校正中的噪声抑制
EP3977936A1 (en) Radiographic imaging device and radiographic imaging method
Heo et al. 12-inch-wafer-scale CMOS active-pixel sensor for digital mammography
US11178346B2 (en) Charge sharing calibration method and system
US20230258832A1 (en) Methods and systems for forming images with radiation
Barber et al. Fast photon counting CdTe detectors for diagnostic clinical CT: dynamic range, stability, and temporal response
JP6700737B2 (ja) 放射線撮像システム、信号処理装置、及び、放射線画像の信号処理方法
KR20130127356A (ko) 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법
Barber et al. Optimizing CdTe detectors and ASIC readouts for high-flux x-ray imaging
Barber et al. Energy-resolved photon-counting x-ray imaging arrays for clinical K-edge CT
Kuhls-Gilcrist et al. The solid state x-ray image intensifier (SSXII) in single photon counting (SPC) mode
Tumer et al. New two-dimensional solid state pixel detectors with dedicated front-end integrated circuits for x-ray and gamma-ray imaging
Barber et al. Energy dispersive photon counting detectors for breast imaging
KR20150027340A (ko) 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법
Barber et al. Optimizing Si detectors and ASIC readouts for high resolution energy resolved x-ray imaging
Rodricks et al. A quantum-limited CMOS-sensor-based high-speed imaging system for time-resolved x-ray scattering

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20121231

PG1501 Laying open of application
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20171114

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20121231

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20181128

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190529

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20190705

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20190708

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20230416