KR20110032047A - 멀티-에너지 ｘ선 시스템 및 멀티-에너지 ｘ선 물질 분리 이미지 처리 장치와, 멀티-에너지 ｘ선 시스템의 물질 분리 이미지 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
멀티-에너지 X선 시스템 및 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치와, 멀티-에너지 X선 시스템의 물질 분리 이미지 처리 방법이 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치는, 하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보를 기록하는 테이블; 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지에 대한 상기 물질 각각의 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 초기 이미지 추정부; 및 상기 추정된 초기 이미지 및 상기 테이블에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)하는 이미지 갱신부를 포함한다.
멀티-에너지 X선, 이미지, 갱신, 물질 분리
Description
멀티-에너지 X선 시스템 및 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치와, 멀티-에너지 X선 시스템의 물질 분리 이미지 처리 방법이 개시된다.
많은 X선 시스템은 단일 에너지 밴드를 갖는 X선이 피검물을 경유하며 검출되는 감쇄 특성(attenuation characteristic)를 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 X선 시스템에서, 피사물을 구성하는 물질들의 감쇄 특성이 서로 다른 경우, 품질이 좋은 이미지를 얻을 수 있으나, 물질들의 감쇄 특성이 유사한 경우에는 이미지의 품질이 열화된다.
멀티-에너지 X선 시스템은 2개 이상의 에너지 밴드의 X-선 영상을 획득할 수 있다. 일반적으로, 물질은 서로 다른 에너지 밴드에서 서로 다른 X선 감쇄 특성을 보이기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 물질 별 영상 분리가 가능하다.
현재, 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography; CT)나 비파괴검사기(nondestructive inspector)의 경우, 듀얼 에너지 소스 또는 듀얼 에너지 분리 검출기를 채용한 제품이 출시되고 있고, 이러한 장비의 경우 소스를 피검물 상에서 180도 이상 돌려가면서 이미지를 획득하므로, 피검물을 구성하는 물질의 밀도 이미지를 얻을 수 있다. 이러한 듀얼 에너지 CT 장비의 경우 획득한 이미지를 더하거나 빼거나, 혹은 세그먼트화(segmentation) 해서 유사 컬러(Pseudo-color)를 입히는(masking) 등의 비교적 간단한 방법으로 일정 품질의 이미지를 얻는데 이용된다.
본 발명의 일측에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치는, 하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보를 기록하는 테이블; 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지에 대한 상기 물질 각각의 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 초기 이미지 추정부; 및 상기 추정된 초기 이미지 및 상기 테이블에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)하는 이미지 갱신부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따른 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법은, 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지를 수신하는 단계; 상기 프로젝션 이미지를 이용하여 상기 물질 별 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 단계; 및 상기 초기 이미지에 대해 이미지 갱신 알고리즘을 적용하여 상기 물질 각각에 대한 물질 분리(material discriminated) 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따른 멀티-에너지 X선 시스템은, 멀티-에너지 X선 스펙트럼을 조사하는 멀티-에너지 X선 기구부; 및 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지를 수신하여 상기 물질 각각에 대한 물질 분리 이미지를 획득하는 물질 분리 이미지 처리부를 포함하되, 상기 물질 분리 이미지 처리부는, 하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보를 기록하는 테이블; 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지에 대한 상기 물질 각각의 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 초기 이미지 추정부; 및 상기 추정된 초기 이미지 및 상기 테이블에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)하는 이미지 갱신부를 포함한다.
물질 분리 영상을 획득할 수 있는 멀티-에너지 X선 시스템이 제공된다.
피사물이 인체 등의 생체 조직인 경우, 생체 골밀도, 체지방 양, 또는 체수분양 등의 데이터 측정이 가능한 멀티-에너지 X선 시스템이 제공된다.
또한, 상술한 멀티-에너지 X선 시스템에서 이용되는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치가 제공된다.
또한, 의료용 영상 기기에서 고품질/고대조도의 X선 이미지를 얻을 수 있는 멀티-에너지 X선 시스템이 제공된다.
기존의 듀얼 에너지(Dual energy) CT에도 적용될 수 있는, 물질 분리 이미지를 얻을 수 있는 멀티-에너지 X선 시스템이 제공된다.
본 명세서에 기재된 멀티-에너지 X선 시스템은, 2개 이상의 X선 소스를 이용 하거나, 2개 이상의 에너지 밴드 별 분리가 가능한 X선 검출기를 이용하거나, 2개 이상의 X선 소스와 더불어 2개 이상의 에너지 밴드 별 분리가 가능한 X선 검출기를 이용하는 시스템을 의미하는 것으로서, 래디오그래피(Radiography) 시스템, 토모신테시스(tomosynthesis) 시스템, 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography; CT) 시스템, 또는 비파괴검사기(non-destructed inspector) 중 어느 하나로 구현될 수 있는 시스템을 의미한다. 이러한 구현예는 일례일 뿐, 본 명세서에 기재된 멀티-에너지 X선 시스템은 다양한 형태 및 응용예를 위해 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템은 멀티-에너지 X선 기구부(110) 및 물질 분리 이미지 처리부(120)를 포함한다. 구현 방식에 따라, 물질 분리 이미지 처리부(120)는 획득한 물질 분리 이미지를 디스플레이 하는 디스플레이(130)을 포함하여 구현될 수도 있고, 영상 입력/출력 단자를 통해 디스플레이(130)와 연결되어 획득한 물질 분리 이미지를 디스플레이 하도록 구현될 수 있다.
멀티-에너지 X선 기구부(110)는 아래의 방식으로 구현될 수 있다.
(1) 서로 다른 스펙트럼 성질을 가진 복수의 소스를 사용하는 소스 방식,
(2) 검출기 단에서 입사되는 X선 양자를 에너지 밴드 별로 구분하여 측정하는 검출기 방식, 또는
(3) N1개의 에너지 밴드를 갖는 X선 소스와 N2개의 에너지 밴드 구분이 가능한 검출기를 사용하는 소스-검출기 하이브리드(hybrid) 방식.
위에서 설명한 3가지 방식 중 어느 하나의 방식으로 구현된 멀티-에너지 X선 기구부(110)에서 조사된 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 내지 EN)은 물질 분리 이미지 처리부(120)에서 이미지 신호 처리되고, 디스플레이(130)를 통하여 물질 분리 이미지가 출력된다.
상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼은 멀티-에너지 X선 기구부(110)의 구현 방식에 따라, (1) 소스 방식인 경우 소스에서 조사되는 X선 스펙트럼을, (2) 검출기 방식인 경우 검출기에서 수신되는 각각의 에너지 밴드의 스펙트럼을, (3) 소스-검출기 하이브리드 방식인 경우 소스에서 조사되는 X선 스펙트럼과 검출기에서 검출된 각 에너지 밴드의 스펙트럼을 모두 의미한다.
<물질 분리 이미지 처리부의 동작>
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 물질 분리 이미지 처리부를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도 1에 도시된 물질 분리 이미지 처리부(120)는 초기 이미지 추정부(221), 저장부(222), 및 이미지 갱신부(223)을 포함한다.
초기 이미지 추정부(221)는 도 1의 멀티-에너지 X선 기구부(110)의 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 내지 EN)을 입력 받아 피검물(140)을 구성하는 M개의 물질 별 초기 이미지를 생성한다. 초기 이미지 추정부(221)는 피검물(140)을 구성하는 하나 이상의 물질 별 에너지 분포 정보를 이용하여 상기 초기 이미지를 추정할 수 있다.
저장부(222)는 하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 기구부(110)의 스펙트럼 정보를 기록한다. 저장부(222)에 기록된 감쇄 정보(IA) 및 스펙트럼 정보(IS)는 이미지 갱신부(223)로 입력되어 초기 이미지 추정부(221)에서 출력된 초기 이미지를 갱신하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 저장부(222)에 저장되는 스펙트럼 정보는 구현에 따라 외부의 저장 장치에 기록될 수 있으나, 본 명세서에서 설명하는 저장부(222)는 논리적인 의미로서 해당 정보들이 실제 기록되는 물리적인 위치를 의미하는 것은 아니다.
이미지 갱신부(223)는 초기 이미지 추정부(221)에서 추정된 초기 이미지 및 테이블(222)에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)한다. 이미지 갱신부(223)에서 수행되는 이미지 갱신 프로시저(procedure)는, 선정된(predetermined) 비용 함수(cost function)을 최소화하는 보정 값을 연산하고, 상기 초기 이미지에 상기 보정 값을 적용하여 상기 초기 이미지를 상기 물질 분리 이미지로 갱신하는 방법이 채용될 수 있다. 본 발명의 일측에 따르면, 이미지 갱신부(223)에서는 이미지를 구성하는 픽셀 단위(pixel by pixel based)로 상기 갱신이 수행될 수 있고, 구현에 따라 블록 단위(block by block) 또는 이미지 단위(image by image)로 상기 갱신이 수행될 수 있다. 본 명세서에서는 일례로 픽셀 단위의 구현 예를 중심으로 이미지 갱신부(223)의 동작을 설명한다.
이하 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 갱신부(223)의 동작을 상세하게 설명한다.
단계(301)에서, 도 1의 멀티-에너지 X선 기구부(110)의 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 내지 EN)를 입력 받아 피검물(140)을 구성하는 M개의 물질 별 초기 이미지를 추정한다.
단계(302)에서, 멀티-에너지 X선 시스템에 대한 시뮬레이션(simulation)이 수행된다.
일례로, 단계(301)에서 얻은 초기 이미지를 바탕으로 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템을 시뮬레이션 한다. 시뮬레이션 된 멀티-에너지 X선 시스템은 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
좌측의 Y는 j 번째 에너지 밴드에서 측정된 멀티-에너지 X선 시스템의 측정 이미지이고, 우측의 I는 피검물에 조사된 소스의 영향 및 검출기의 응답 영향에 따른 함수로서 멀티-에너지 X선 시스템의 스펙트럼 정보를 의미하며 알고 있는(known) 함수이다. F는 해당 에너지 밴드에서 피검물을 구성하는 물질의 구성비의 영향에 따른 함수(x와 E)로서, j는 에너지 밴드의 인덱스, r은 N-차원(dimension)의 위치 벡터(일례로, 2차원 이미지인 경우 (x, y), 3차원 이미지인 경우 (x, y, z) 등)를 의미한다. E는 에너지 변수(variable)이다. 또한, n은 잡음 텀(noise term)을 의미한다. 피사물의 r 지점에 어떤 물질이 있는지에 따라 X선의 감쇄 특성이 변하므로, X선 이미지에는 피사물의 내부 구조가 표현될 수 있다. 그러나, 모든 에너지 밴드에 대해서 적분을 하는 경우, 물질 간 감쇄 특성의 차이가 스무딩(Smoothing) 되어 피사물의 내부 구조를 표현하기가 어렵다. 따라서 수학식 1에서 표현된 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템에서는, 0~무한대인 적분 구간을 N개로 나누어 복수의 X선 이미지를 획득하도록 구현될 수 있다.
수학식 1과 같이 시뮬레이션 된(simulated) 멀티-에너지 X선 시스템 함수에서 구하고자 하는 값은 x(r)이고, 본 발명의 일측에 따르면 선정된 횟수의 반복 연산(iteration)을 통해 최적의 x(r)을 구하도록 구현될 수 있다.
단계(302)에서 멀티-에너지 X선 시스템을 Y 함수로 시뮬레이션 한 후, 해당 Y 함수에 포함된 x(r)을 구하기 위한 방법 중 하나로서, 피델리티 텀(fidelity term)을 구성할 수 있다(303). 피델리티 텀은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에 너지 X선 시스템의 측정치와의 유사도(similarity)를 표현할 수 있는 텀을 의미한다. 설명의 편의를 위해, 단계(303)에서, 프와송 로그-유사성 함수(Poisson Log-Likelihood function)를 피델리티 텀으로 이용할 수 있다. 수학적으로 입증된, 프와송 로그-유사성과 KL Kullback-Leibler) 다이버전스(divergence)의 동일성을 이용하고, 픽셀 별로 뉴튼-랩손(Newton-Raphson) 방법으로 갱신하는 ICD/NR 기법을 적용할 수 있다.
일례로, 위 수학식 1에서 
라고 하고, 벡터 타입을 
로 정의하면, 피델리티 텀은 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 
이다.
수학식 2에서, 
는 k 번째 갱신 프로시저 중 i 번째 물질의 에너지에 따른 감쇄 특성 곡선을, Li는 i 번째 물질의 양(길이)을 의미한다. 수학식 2에서 정의된 함수 F는 설명의 편의를 위한 일례일 뿐, 구현에 따라 다른 방식으로 정의될 수 있다.
단계(303)에서 피델리티 텀을 구성하고, 구성된 피델리티 텀을 이용하여 최적화 함수를 연산한다(304). 단계(304)는 단계(303)의 피델리티 텀을 이용한 소정의 비용 함수(cost function)을 최소화하는 보정 값을 연산하고, 상기 초기 이미지에 상기 보정 값을 적용하여 초기 이미지를 물질 분리 이미지로 갱신하는 단계일 수 있다. 상술한 것과 같이, 단계(304)는 픽셀 단위, 블록 단위, 또는 이미지 단위로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 수학식 2와 같이 구성된 피델리티 텀에 소정의 정규화(regularization) 텀을 더 포함하여 최적화 함수를 연산할 수 있다.
이러한 정규화 텀의 일례로, 쿼드래틱 정규화(Quadratic regularization)를 사용할 경우, (A+R)x=b 인 행렬식을 풀면 된다. 만일 쿼드래틱(Quadratic) 하지 않은 정규화 텀을 사용하는 경우, 수식적으로 최적화 함수를 풀 수 있다. 일례로, 쿼드래틱 정규화 텀을 사용하는 경우, 수학식 2의 A 행렬 대신에 아래 수학식 3을 사용할 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3에서 인버스(inverse) 매트릭스 연산 방법을 이용하여 주어진 
에 대해 갱신된 물질 양 측정치를 얻을 수 있다.
단계(304)에서 초기 이미지를 갱신하여 물질 분리 이미지를 생성한 다음, 선정된 횟수의 반복 연산(iteration)을 수행한다(305). 반복 연산을 통하여 더 좋은 품질의 물질 분리 이미지를 얻을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 이미지 갱신부(223)는 도 3을 참조하여 설명한 방법으로 초기 이미지를 물질 분리 이미지로 갱신한다. 도 3의 단계(305)에서 수행된 선정된 횟수의 반복 연산이 종료되면 물질 M개 각각에 대한 물질 분리 이미지를 출력한다.
출력된 물질 분리 이미지는 이미지 신호 처리부(도시되지 아니함)로 입력되어 디스플레이 될 이미지(각 물질 분리 이미지가 오버레이된 이미지)로 변환되어 디스플레이(130)로 출력된다.
<본 발명에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치를 활용한 실시예 1>
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템은 아래와 같이 동작할 수 있다.
멀티-에너지 X선 기구부의 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 이미지 내지 EN 이미지)가 수신된다(401). 수신된 프로젝션 이미지는 멀티-에너지 X선 스펙트럼의 N개의 에너지 밴드에 따라 E1 이미지 내지 EN 이미지로 구성된다(402).
E1 이미지 내지 EN 이미지에 대해, 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보(Is) 및 물질 별 감쇄 특성(Ia)을 이용하여 초기 이미지를 추정한다(403). 추정 결과, 피검물을 구성하는 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지를 얻을 수 있다(404).
추정된 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지에 대해 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 갱신 알고리즘이 적용된다(405). 적용 결과, 물질 1 이미지 내지 물질 M 이미지를 얻을 수 있다(406). 단계(406)에서는 선정된 횟수의 반복 연산이 수행될 수 있다.
<본 발명에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치를 활용한 실시예 2>
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 실시예는, 피검물을 구성하는 M개의 물질에 대한 물질 분리를 직접적으로 하기 어려운 경우, 피사물을 구성하는 물질에 대한 성분비와 관련된 하이퍼파라미터(hyperparameter) 세트를 이용하여 C번 시도를 통해 얻어진 물질 분리 이미지 중에서 최적의 모델을 선택하는 방법이 채용된 것이다. 일례로, 피검물이 인체 등의 생체 조직인 경우, 인체를 구성하는 뼈(bone), 물(water), 및 지방(fat)을 소프트(soft) 조직(물, 지방)과 하드(hard) 조직(뼈)로 나누고, 뼈, 물, 및 지방을 제어할 수 있는 하이퍼파라미터를 설정하는 방식이 이용될 수 있다.
멀티-에너지 X선 기구부의 상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 이미지 내지 EN 이미지)가 수신된다(501). 수신된 프로젝션 이미지는 멀티-에너지 X선 스펙트럼의 N개의 에너지 밴드에 따라 E1 이미지 내지 EN 이미지로 구성된다(502).
E1 이미지 내지 EN 이미지에 대해, 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보(Is) 및 물질 별 감쇄 특성(Ia)을 이용하여 초기 이미지를 추정한다(503). 추정 결과, 피검물을 구성하는 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지를 얻을 수 있다(504).
추정된 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지에 대해 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 갱신 알고리즘이 적용된다(505). 이때, 하이퍼파라미터가 적용되어 선정된 횟수(C회)의 연산이 수행된다(507). 적용 결과, 물질 1 이미지(1-C) 내지 물질 M 이미지(1-C)를 얻을 수 있다(506).
단계(506)에서 얻은 물질 1 이미지(1-C) 내지 물질 M 이미지(1-C)에 대해 선정된 최적 모델 선택 알고리즘을 통해 최적 모델을 선택하고(508), 적용 결과, 물질 1 이미지 내지 물질 M 이미지를 얻을 수 있다(509).
단계(508)에서는, C번의 시도 중에서 가장 좋은 결과를 보이는 하이퍼파라미터 세트를 선정한다. 이는 레지듀얼(residual) 값, 가중치가 적용된 레지듀얼(Weighted residual) 값, 또는 라이크리후드(Likelihood) 값 등을 기준으로 선정될 수 있다.
도 5에서, 하이퍼파라미터를 적용하여 최적 모델을 선택한 다음 물질 1 이미지 내지 물질 M 이미지를 얻는 것으로 루틴(routine)을 종료할 수 있고, 구현에 따라 한 번 더 이미지 갱신 알고리즘(506)을 적용할 수도 있다. 또는, 하이퍼파라미터의 변화에 대해 물질 분리 결과가 예측 가능한 경우라면, 적용 결과를 재연산하여(fitting) 미지수(M)를 줄인 후 다시 이미지 갱신 알고리즘을 적용(506)하여 M개의 물질 분리 영상을 얻을 수 있다.
<본 발명에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치를 활용한 실시예 3>
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 실시예는, 피검물을 구성하는 M개의 물질을 구성하는 필수 성분(일례로, 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N) 등)에 대한 성분 분리 이미지를 먼저 얻고, 이들 성분 분리 이미지에 대해 이미지 갱신 알고리즘을 적용하여 물질 분리 이미지를 얻는 방법이 채용된 것이다. 일례로, 피검물이 인체 등의 생체 조직인 경우, 해당 생체 조직을 구성하는 성분은 잘 알려져(well-known) 있으므로 이러한 성분에 대한 초기 이미지를 얻고, 이를 다시 갱신하여 물질 분리 이미지를 얻을 수 있다.
멀티-에너지 X선 기구부의 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션 이미지(E1 이미지 내지 EN 이미지)가 수신된다(601). 수신된 X선 이미지는 멀티-에너지 X선 스펙트럼의 N개의 에너지 밴드에 따라 E1 이미지 내지 EN 이미지로 구성된다(602).
E1 이미지 내지 EN 이미지에 대해, 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보(Is) 및 물질 별 감쇄 특성(Ia)을 이용하여 초기 이미지를 추정한다(603). 추정 결과, 피검물을 구성하는 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지를 얻을 수 있다(604).
추정된 물질 1 초기 이미지 내지 물질 M 초기 이미지에 대해 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 갱신 알고리즘이 적용된다(605). 적용 결과, 피검물을 구성하는 성분 별 물질 A 초기 이미지 내지 물질 X 초기 이미지를 얻을 수 있다(606).
단계(606)에서 얻은 물질 A 초기 이미지 내지 물질 X 초기 이미지에 대해 이미지 갱신 알고리즘을 더 적용한다(607). 적용 결과, 물질 1 이미지 내지 물질 M 이미지를 얻을 수 있다(608).
본 발명의 일측에 따른 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 획득 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통 상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 물질 분리 이미지 처리부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 물질 분리 이미지 처리부의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 멀티-에너지 X선 시스템의 동작 방법을 도시한 도면이다.
Claims (16)
- 하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보를 기록하는 테이블;상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지에 대한 상기 물질 각각의 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 초기 이미지 추정부; 및상기 추정된 초기 이미지 및 상기 테이블에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)하는 이미지 갱신부를 포함하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 초기 이미지 추정부는 상기 물질 별 에너지 분포 정보를 이용하여 상기 초기 이미지를 추정하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 이미지 갱신부는 상기 이미지를 구성하는 픽셀 단위(pixel by pixel based)로 상기 갱신을 수행하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 이미지 갱신부는,선정된(predetermined) 비용 함수(cost function)을 최소화하는 보정 값을 연산하고, 상기 초기 이미지에 상기 보정 값을 적용하여 상기 초기 이미지를 상기 물질 분리 이미지로 갱신하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제4항에 있어서,상기 이미지 갱신부는,상기 보정 값이 적용된 상기 초기 이미지를 상기 이미지 갱신부의 입력으로 피드백(feedback) 하여 선정된 횟수 동안 반복 수행하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 이미지 갱신부는,상기 물질과 관련된 하이퍼파라미터(hyperparameter)를 더 이용하여 상기 초 기 이미지를 상기 물질 분리 이미지로 갱신하는 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 제6항에 있어서,상기 하이퍼파라미터는 상기 물질의 성분비인 멀티-에너지 X선 물질 분리 이미지 처리 장치.
- 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지를 수신하는 단계;상기 프로젝션 이미지를 이용하여 상기 물질 별 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 단계; 및상기 초기 이미지에 대해 이미지 갱신 알고리즘을 적용하여 상기 물질 각각에 대한 물질 분리(material discriminated) 이미지를 획득하는 단계를 포함하는 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제8항에 있어서,상기 초기 이미지 추정 단계는, 상기 물질 별 에너지 분포 정보를 이용하여 상기 초기 이미지를 추정하는 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제8항에 있어서,상기 이미지 갱신 알고리즘은 상기 초기 이미지를 구성하는 픽셀 단위(pixel by pixel based)로 적용되는 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제8항에 있어서,상기 물질 분리 이미지 획득 단계는,선정된(predetermined) 비용 함수(cost function)을 최소화하는 보정 값을 연산하고, 상기 초기 이미지에 상기 보정 값을 적용하여 상기 초기 이미지를 상기 물질 분리 이미지로 갱신하는 단계인 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제11항에 있어서,상기 물질 분리 이미지 획득 단계는,상기 보정 값이 적용된 상기 초기 이미지에 대해, 선정된 횟수 동안 상기 보정 값을 다시 연산하고 상기 초기 이미지에 상기 보정 값을 다시 적용하는 피드백 단계가 더 수행되는 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제8항에 있어서,상기 물질 분리 이미지 획득 단계는,상기 물질과 관련된 하이퍼파라미터(hyperparameter)를 더 이용하여 상기 초기 이미지를 상기 물질 분리 이미지로 갱신하는 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제13항에 있어서,상기 하이퍼파라미터는 상기 물질의 성분비인 멀티-에너지 X선 이미지 획득 방법.
- 제8항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
- 멀티-에너지 X선 스펙트럼을 조사하는 멀티-에너지 X선 기구부; 및상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지를 수신하여 상 기 물질 각각에 대한 물질 분리 이미지를 획득하는 물질 분리 이미지 처리부를 포함하되,상기 물질 분리 이미지 처리부는,하나 이상의 물질에 대응하는 감쇄(attenuation) 정보 및 멀티-에너지 X선 스펙트럼 정보를 기록하는 테이블;상기 멀티-에너지 X선 스펙트럼이 하나 이상의 물질로 구성된 피검물을 경유하여 발생되는 에너지 밴드 각각의 프로젝션(projection) 이미지에 대한 상기 물질 각각의 초기(initial) 이미지를 추정(guess)하는 초기 이미지 추정부; 및상기 추정된 초기 이미지 및 상기 테이블에 기록된 상기 스펙트럼 정보와 상기 감쇄 정보를 이용하여, 상기 초기 이미지를 물질 분리(material discriminated) 이미지로 갱신(update)하는 이미지 갱신부를 포함하는 멀티-에너지 X선 시스템.
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