KR20140087246A - 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법은 엑스선 검출부의 에너지 응답 특성을 추정하고, 추정된 응답 특성에 기초하여 엑스선 데이터의 왜곡을 보정하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부; 상기 조사된 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 상기 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부; 상기 조사된 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 상기 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 대상체에 다중 에너지 대역의 엑스선을 투과시켜 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고 대상체를 투과한 엑스선을 분석하여 대상체의 내부구조를 파악할 수 있도록 하는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.
구체적으로, 엑스선 발생부에서 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하면 엑스선 검출부가 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고 검출된 엑스선을 전기 신호로 변환하여 제어부로 전송한다.
제어부는 엑스선 검출부에서 전송하는 전기 신호를 이용하여 대상체에 관한 엑스선 영상을 생성하기 때문에 엑스선 검출부의 응답 특성에 따라 엑스선 영상의 화질, 선명도 또는 정확도 등이 달라질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법은 엑스선 검출부의 에너지 응답 특성을 추정하고, 추정된 응답 특성에 기초하여 엑스선 데이터의 왜곡을 보정하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 상기 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 동일한 응답 특성 파라미터 조건에서 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하고; 상기 측정 데이터 및 상기 참조 데이터를 미리 정의된 공간 상의 좌표인 엑스선 특성 좌표로 각각 변환하고; 상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 것을 포함한다.
상기 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하는 것은, 상기 응답 특성 파라미터를 일정 값으로 설정하여 엑스선 팬텀에 엑스선을 조사하고; 상기 엑스선 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 엑스선 검출부의 에너지 응답 특성을 추정하고, 추정된 응답 특성에 기초하여 엑스선 데이터의 왜곡을 보정함으로써 엑스선 영상에 나타나는 왜곡을 효과적으로 보정할 수 있다.
도 1에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예 중 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 3a에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3b에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 독출 회로의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 회로도가 도시되어 있다.
도 4a에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대한 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 4b에는 엑스선 검출부에서 상기 엑스선을 에너지 대역 별로 분리한 경우의 이상적인 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 5에는 전하 공유 현상을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6a에는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대해 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 6b에는 엑스선을 에너지 대역 별로 분리할 때 나타나는 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 7에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 제어부를 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8a에는 왜곡이 발생하지 않은 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있다.
도 8b에는 왜곡이 발생한 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있다.
도 9에 응답 특성 추정부에서 추정한 함수와 좌표 보정부에서 이용되는 함수의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 10에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예를 더 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 11에는 인체를 구성하는 물질 별 엑스선 감쇠계수 변화를 계략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 12에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 엑스선 검출부의 응답 특성을 추정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 13에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 엑스선 데이터를 보정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예 중 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 3a에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3b에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 독출 회로의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 회로도가 도시되어 있다.
도 4a에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대한 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 4b에는 엑스선 검출부에서 상기 엑스선을 에너지 대역 별로 분리한 경우의 이상적인 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 5에는 전하 공유 현상을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6a에는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대해 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 6b에는 엑스선을 에너지 대역 별로 분리할 때 나타나는 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 7에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 제어부를 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8a에는 왜곡이 발생하지 않은 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있다.
도 8b에는 왜곡이 발생한 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있다.
도 9에 응답 특성 추정부에서 추정한 함수와 좌표 보정부에서 이용되는 함수의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 10에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예를 더 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 11에는 인체를 구성하는 물질 별 엑스선 감쇠계수 변화를 계략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 12에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 엑스선 검출부의 응답 특성을 추정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 13에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 엑스선 데이터를 보정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 그 제어방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 엑스선 영상 장치의 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 2에는 엑스선 영상 장치 중 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
엑스선 영상 장치는 촬영 대상에 따라 그 구조나 제어 조건 등이 조금씩 변경된다. 엑스선 영상 장치(100)의 실시예에서는 촬영 대상에 제한을 두지 않으나, 도 2에서는 구체적인 설명을 위한 예시로서 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부(110), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출부(120), 엑스선 검출부의 응답 특성을 추정하여 엑스선 검출부(120)의 엑스선 데이터의 왜곡을 보정하는 제어부(130)를 포함한다.
엑스선 발생부(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사한다. 대상체가 유방(30)인 경우에는 대상체를 압착 패들(20)과 엑스선 검출부(120) 사이에 위치시키고 압착 패들(20)로 압착한 상태에서 엑스선을 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)와 엑스선 검출부(120)는 하우징(111)에 기구적으로 연결되고 하우징(111)은 엑스선 발생부(110)와 엑스선 검출부(120)를 지지하는 동시에 내부에 제너레이터를 포함하는 것도 가능하다.
엑스선 발생부(110)는 단색광(monochromatic) 엑스선 또는 다색광(polychromatic) 엑스선을 조사할 수 있으나, 엑스선 영상 장치(100)의 일 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 조절되고, 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 엑스선 데이터로 변환한다.
일반적으로, 엑스선 검출부(120)는 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식 및 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라 구분될 수 있는바, 이하 엑스선 검출부(120)가 엑스선을 검출하고 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하는 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, 수광소자인 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 수광소자를 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 수광소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 엑스선 검출부(120)가 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
간접변환방식에서는, 수광소자와 엑스선 발생부(110) 사이에 섬광체(scintillator)를 구비하여 엑스선 발생부(110)에서 조사된 엑스선이 섬광체와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로기둥형 또는 바늘구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 엑스선 검출부(120)는 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 계수하는 광자 계수 방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 상술한 방식 중 어느 방식도 적용할 수 있으나 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 엑스선으로부터 전기 신호를 직접 획득하는 직접 변환 방식, 엑스선을 검출하는 센서 칩과 독출회로 칩이 결합되는 하이브리드 방식 및 광자계수방식을 적용하는 것으로 하여 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.
도 3a에는 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예 에 있어서 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 3b에는 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에 있어서 엑스선 검출부의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 회로도가 도시되어 있다.
도 3a를 참조하면, 엑스선 검출부(120)는 엑스선을 검출하여 전기 신호를 발생시키는 검출소자(121)와 발생된 전기 신호를 읽어 내는(read-out) 독출 회로 칩(122)을 포함한다. 검출소자(121)는 수광소자에 포함되는 개념이다. 여기서, 독출 회로 칩(122)은 복수의 픽셀 영역(50)을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 형태로 이루어질 수 있다.
검출소자(121)로는 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.
검출소자(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(50) 별로 검출소자(121)와 결합된다. CMOS 독출 회로(122)와 검출소자(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.
엑스선의 광자(photon)가 검출소자(121)에 입사하게 되면 가전도대에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달 받아 밴드갭 에너지 차이를 넘어 전도대로 여기된다. 이로써 공핍 영역에서 전자-정공쌍이 발생된다.
검출소자(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, 검출소자(121)의 구조와 걸어주는 전압 등에 따라 독출 회로(122)에 전자가 입력되어 전기 신호를 생성하는 것도 가능하다.
독출 회로(122)는 검출소자(121)의 p형 반도체와 대응되는 2차원 픽셀 어레이 구조로 형성될 수 있으며, 각 픽셀(50) 별로 전기 신호를 읽어 낼 수 있다. 도 3b를 참조하면, 범프 본딩(123)을 통해 검출소자(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 임의의 문턱전압과 입력된 전압신호를 비교하여 그 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 펄스 신호를 출력하고, 카운터에서는 '1'이 몇 번 나왔는지를 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다. 따라서, 엑스선 검출부(120)에서 출력하는 엑스선 데이터는 픽셀 당 광자의 수에 관한 정보를 포함한다.
도 4a에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대한 스펙트럼이 도시되어 있고, 도 4b에는 엑스선 검출부에서 상기 엑스선을 에너지 대역 별로 분리한 경우의 이상적인 스펙트럼이 도시되어 있다.
예를 들어, 엑스선 발생부(110)에서 관전압을 50kvp로 하여 엑스선을 발생시키고, 저에너지 대역(약 0-10kev)을 필터링하여 조사하면 엑스선 발생부(110)에서 조사되는 엑스선은 도 4a에 도시된 바와 같은 에너지 스펙트럼을 갖는다. 이 때, y축으로 표현되는 엑스선의 선량(광자의 수)은 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 제어될 수 있다.
엑스선 영상 장치(100)는 상기 도 4a의 스펙트럼을 갖는 엑스선의 전체 에너지 대역을 이용하여 하나의 영상을 생성할 수도 있으나, 조직 간의 대조도를 향상시키기 위해 도 4a의 에너지 스펙트럼을 갖는 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리하여 각 에너지 대역에 대한 엑스선 영상을 생성하고 이들 엑스선 영상으로부터 대조도를 향상시킨 다중 에너지 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
이를 위해 엑스선 검출부(120)는 입사된 엑스선을 에너지 대역 별로 분리하는바, 당해 실시예에서와 같이 엑스선 검출부(120)가 광자 계수 방식으로 구현되는 경우에는 독출 회로(122)의 하나의 픽셀 영역에 복수의 에너지 대역에 대응되는 복수의 비교기 및 복수의 계수기를 구비하고, 각 비교기의 문턱 전압을 분리하고자 하는 에너지 대역에 대응되는 전압으로 조절하여 각 계수기에서 문턱 전압에 대응되는 에너지보다 큰 에너지를 갖는 광자만을 계수함으로써 에너지 대역 별 엑스선 신호를 얻을 수 있다.
또는, 엑스선 발생부(110)에서 각 에너지 대역을 갖는 엑스선을 복수 회 조사하는 방식도 가능하나, 당해 실시예에서는 엑스선 검출부(120)가 광자 계수 방식으로 구현되므로 엑스선 발생부(110)에서는 복수의 서로 다른 에너지 대역을 포함하는 엑스선을 조사하고, 엑스선 검출부(120)에서 검출된 엑스선을 에너지 대역 별로 분리하는 것으로 한다. 이 경우, 엑스선 검출부(120)에서 획득하는 엑스선 데이터는 에너지 대역 별 픽셀 당 광자수에 관한 정보를 포함한다.
예를 들어, 엑스선을 3개의 에너지 대역(E1, E2, E3)으로 분리하는 경우에는 상기 도 4a의 엑스선 스펙트럼이 도 4b에 도시된 바와 같이 3개의 에너지 대역으로 분리된다. 엑스선 발생부(110)에서 조사되는 엑스선의 에너지 대역은 대상체의 종류나 대상체의 특성을 고려하여 결정될 수 있다. 일 실시예로서 대상체가 유방인 경우, 도 4b에 도시된 바와 같은 3개의 에너지 대역(E1, E2, E3)을 이용하기 위해 10-50kev의 에너지 대역을 포함하는 엑스선을 조사할 수 있다.
그러나, 검출되는 엑스선의 에너지 스펙트럼은 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 따라 상기 도 4a 및 도 4b에 도시된 이상적인 스펙트럼과 달리 왜곡이 발생할 수 있다.
특히, 엑스선 검출부(120)가 광자 계수 방식으로 구현되는 경우에는 전하 공유(charge share) 또는 파일-업(pile-up) 현상이 나타날 수 있고, 이들 현상은 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 영향을 주어 결과적으로 엑스선 데이터를 왜곡시킬 수 있다.
전하 공유 현상은, 일정 에너지를 갖는 하나의 광자로부터 발생된 전자 또는 정공들이 엑스선 검출부(120)의 복수의 픽셀 영역에서 검출됨으로써, 상기 하나의 광자가 상기 일정 에너지보다 작은 에너지를 갖는 복수의 광자로 인식되는 현상을 의미한다.
파일-업 현상은 하나의 광자에 대한 신호의 획득이 완료되기 전에 다음 광자가 검출됨으로써 두 개의 광자에 대한 신호가 하나의 광자에 대한 신호로 인식되는 현상을 의미한다.
도 5에는 전하 공유 현상을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 50kev의 에너지를 갖는 광자가 엑스선 검출부(120)의 4개의 픽셀 영역에 걸쳐서 입사되는 경우 엑스선 검출부(120)는 상기 하나의 광자를 50kev보다 작은 에너지를 갖는 4개의 광자로 인식할 수 있다. 예를 들어, 50kev의 에너지를 갖는 하나의 광자를 각각 25kev, 6kev, 16kev 및 4kev를 갖는 4개의 광자로 인식할 수 있다. 또는, 광자의 입사 영역에 상관 없이 하나의 광자에 의해 생성된 전하가 복수의 픽셀 영역으로 나뉘어 입력되는 경우도 전하 공유 현상에 포함된다.
도 6a에는 엑스선의 전체 에너지 대역에 대해 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있고, 도 6b에는 엑스선을 에너지 대역 별로 분리할 때 나타나는 왜곡된 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b에 나타난 왜곡은 엑스선 검출부의 전하 공유 현상에 의해 발생한 것으로 한다.
엑스선 검출부(120)에 전하 공유 현상이 나타나면 고에너지를 갖는 광자가 저에너지를 갖는 복수의 광자로 인식되므로 엑스선 검출부(120)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 고에너지(대략 30-40kev) 영역의 광자의 수가 실제 스펙트럼에서보다 더 적은 것으로 인식하고, 저에너지(대략 10-20kev) 영역의 광자의 수는 실제 스펙트럼에서보다 더 많은 것으로 인식하게 된다. 도 6a의 그래프의 a 스펙트럼에서 c 스펙트럼으로 갈수록 왜곡 현상이 심해지는 것을 알 수 있다.
또한, 엑스선 검출부(120)에서 검출한 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리할 때에도 전하 공유 현상의 영향을 받아 도 6b에 도시된 바와 같은 왜곡이 발생한다. 앞서 설명한 바와 같이, 전하 공유 현상이 발생하면 고에너지를 갖는 광자가 저에너지를 갖는 복수의 광자로 인식되므로 실제 고에너지를 갖는 광자가 저에너지를 갖는 광자로 계수된다. 따라서, 실제로 E2 에너지 대역에 속하는 광자의 일부 및 E3 에너지 대역에 속하는 광자의 일부가 E1 에너지 대역에 속하는 것으로 계수될 수 있고, 결과적으로 분리되는 에너지 대역은 도 6b에 도시된 E1' E2' E3'가 되고, 이로 인해 엑스선 검출부의 엑스선 에너지 구분력이 저하된다.
따라서, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에서 제어부(130)는 엑스선 검출부(120)의 응답 특성을 미리 추정하고, 추정된 응답 특성을 역으로 이용하여 검출된 엑스선 데이터를 보정함으로써 엑스선 데이터에 나타나는 왜곡 현상을 보상할 수 있다.
이하, 제어부(130)의 구체적인 구성 및 동작에 관하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 7에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 제어부를 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)의 동작은 앞서 도 1에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 설명을 생략하도록 한다.
도 7을 참조하면, 제어부(130)는 엑스선 검출부(120)에서 획득한 엑스선 데이터를 좌표로 변환하는 좌표 변환부(131), 엑스선 검출부(120)의 응답 특성을 추정하는 응답 특성 추정부(132), 추정된 응답 특성을 이용하여 엑스선 데이터가 변환된 좌표를 보정하는 좌표 보정부(133) 및 보정된 좌표를 다시 엑스선 데이터로 변환하는 데이터 변환부(134)를 포함한다.
좌표 변환부(131)는 엑스선 검출부(120)에서 획득한 엑스선 데이터를 미리 정해진 공간 상의 좌표로 변환한다. 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 엑스선 데이터가 변환된 좌표를 엑스선 특성 좌표라 하기로 한다.
미리 정해진 공간은 각 에너지 대역의 엑스선 데이터의 특성을 표현할 수 있는 공간으로서, 좌표 변환 방식은 컬러 영상 구현을 위한 RGB 데이터의 공간 변환 방식에 기반을 둘 수 있다. 일 실시예로서, 좌표 변환부(131)에서 정규화 좌표계를 사용하는 경우, 좌표 변환은 아래 [수학식 1]에 의해 이루어질 수 있다.
[수학식 1]
d1=D1/(D1+D2+D3), d2=D2/(D1+D2+D3), d3=D3/(D1+D2+D3)
여기서, 는 각 에너지 대역 별 픽셀 당 광자의 수에 대응되는 엑스선 데이터이다.
엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 좌표 변환부(131)를 통해 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 이를 이용하여 엑스선 검출부(120)의 응답 특성을 추정하며, 추정된 응답 특성을 이용하여 엑스선 데이터를 보정할 때에도 엑스선 데이터 자체를 보정하는 것이 아니라 엑스선 특성 좌표를 보정할 수 있다. 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 상태에서 응답 특성을 추정하고 데이터를 보정하면 엑스선 영상에서의 화질 저하를 최소화하면서 데이터의 왜곡을 보정할 수 있다.
도 8a에는 왜곡이 발생하지 않은 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있고, 도 8b에는 왜곡이 발생한 엑스선 데이터를 좌표로 변환한 도표가 도시되어 있다.
상기 도 4b에서 같이 엑스선 검출부(120)에서 검출된 엑스선을 E1, E2, E3 에너지 대역 별로 각각 분리하고 왜곡이 발생하지 않는다면, 엑스선 검출부(120)에서 획득한 엑스선 데이터는 도 8a에 도시된 바와 같이 미리 정해진 공간 상의 A 영역에서 그 특성 표현이 가능하다. 도 8a의 도표는 RGB 색도표와 유사한 원리에 의해 그려진 것이다.
그러나, 상기 도 6b에 도시된 바와 같이 엑스선의 분리에 있어 에너지 대역 간 겹침 현상이 나타나게 되면 엑스선 데이터가 왜곡되고, 도 8b에 도시된 바와 같이 엑스선의 특성을 표현할 수 있는 영역이 축소된다(A→A').
응답 특성 추정부(132)는 이러한 왜곡을 미리 추정하기 위해 엑스선 검출부(120)의 응답 특성을 추정한다. 구체적으로, 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 영향을 줄 수 있는 파라미터(이하 '응답 특성 파라미터'라 함)를 가변시키면서 팬텀(phantom)에 대한 복수의 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하고, 측정 데이터 및 참조 데이터 사이의 관계를 이용하여 엑스선 검출부(120)의 응답 특성 함수를 추정할 수 있다.
팬텀은 엑스선 영상 장치의 성능 검사 및 유지 관리를 위해 사용되는 피측정 소자로서, 다양한 물질 및 형상으로 구현될 수 있는바, 엑스선 영상 장치(100)의 실시예에서 사용되는 팬텀은 그 종류에 제한을 두지 않는다. 측정 데이터는 팬텀을 투과한 엑스선을 엑스선 검출부(120)에서 검출하여 획득한 데이터이고, 참조 데이터는 측정 데이터의 획득 시에 설정된 응답 특성 파라미터를 동일하게 적용한 시뮬레이션을 통해 획득된 데이터이다.
응답 특성 파라미터는 엑스선 검출부(120)의 전압 즉, 검출 소자(121)의 양단에 걸리는 전압, 엑스선 발생부(110)의 관전압, 엑스선 발생부(110)에서 조사되는 엑스선의 스펙트럼 길이 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 영향을 줄 수 있는 것이면 응답 특성 파라미터가 될 수 있다.
예를 들어, 엑스선 검출부(120)의 전압을 V1 내지 Vn (n≥2, 정수)으로 각각 다르게 하여 팬텀에 대한 측정 데이터를 획득하고, 시뮬레이션을 통해 엑스선 검출부(120)의 전압이 V1 내지 Vn인 경우의 팬텀에 대한 참조 데이터를 획득할 수 있다.
그리고, 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계를 이용하여 엑스선 검출부(120)의 응답 특성 함수를 추정한다.
같은 방식으로 복수의 서로 다른 관전압 세트나 복수의 서로 다른 엑스선 스펙트럼 세트 등에 대해 측정 데이터와 참조 데이터를 획득하여 엑스선 검출부(120)의 응답 특성 함수를 추정할 수 있다.
또는, 복수의 응답 특성 파라미터를 하나의 세트로 하고, 이들 중 적어도 하나를 가변시키면서 복수의 세트에 대해 측정 데이터와 참조 데이터를 획득하는 것도 가능하다.
상술한 팬텀 검출을 통한 응답 특성 추정은 엑스선 영상 장치(100)의 사용 시작 전에 한 번 수행되는 것도 가능하고, 주기적으로 수행되는 것도 가능하며, 엑스선 영상 장치(100)의 사용시마다 수행되는 것도 가능하다. 즉, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예에서는 응답 특성 추정부(132)에서 수행되는 응답 특성 추정의 횟수에 제한을 두지 않는다.
좌표 보정부(133)는 추정된 응답 특성을 이용하여 대상체에 관한 엑스선 데이터를 보정한다. 이 때, 좌표 보정부(133)는 좌표 변환부(131)에서 엑스선 특성 좌표로 변환한 엑스선 데이터를 보정할 수 있다. 즉, 대상체를 투과한 엑스선을 엑스선 검출부(120)가 검출하고 에너지 대역 별 광자의 수를 나타내는 엑스선 데이터로 변환하여 제어부(130)에 전송하면, 제어부(130)의 좌표 변환부(131)가 엑스선 데이터를 미리 정해진 공간 상의 좌표, 즉 엑스선 특성 좌표로 변환한다. 그리고, 좌표 보정부(133)는 엑스선 특성 좌표를 보정하게 된다.
좌표 보정부(133)는 응답 특성 추정부(132)에서 추정한 응답 특성 함수를 역으로 이용하여 엑스선 데이터를 보정한다. 도 9에 응답 특성 추정부에서 추정한 함수와 좌표 보정부에서 이용되는 함수의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, E1, E2, E3의 에너지 대역으로 분리된 엑스선 데이터를 미리 정해진 공간 상의 좌표로 변환하면 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 A 영역 상에서 엑스선 데이터의 특성을 표현할 수 있고, 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 의해 대역 겹침 현상이 나타나면 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 엑스선 데이터의 특성을 표현할 수 있는 영역이 축소된다.(A 영역→A'영역) 응답 특성 추정부(132)에서 추정하는 응답 특성 함수는 A 영역을 A'영역으로 변환하는 함수에 해당하므로, 반대로 A'영역을 A 영역으로 변환하려면 응답 특성 함수의 역함수를 적용해야 한다.
따라서, 좌표 보정부(133)는 응답 특성 추정부(132)에서 추정한 함수의 역함수(이하 '응답 특성 역함수'라 함)를 산출하고, 응답 특성 역함수를 엑스선 특성 좌표에 적용하여 보정을 수행한다.
또는, 응답 특성 추정부(132)에서 응답 특성 역함수까지 산출하고 이를 좌표 보정부(133)로 전송하여 좌표 보정부(133)에서 응답 특성 역함수를 바로 엑스선 특성 좌표에 적용하도록 하는 것도 가능하다.
데이터 변환부(134)는 엑스선 특성 좌표를 다시 엑스선 데이터로 변환하는바, 좌표 보정부(133)에서 보정이 수행된 엑스선 특성 좌표를 엑스선 데이터로 변환하고, 이를 영상 처리부로 전송하여 엑스선 영상을 생성하기 위한 영상 처리가 수행되도록 한다.
좌표 변환부(131), 응답 특성 추정부(132) 및 좌표 보정부(133)를 통한 엑스선 데이터의 보정을 하나의 식으로 표현하면 아래 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Dcorrected = M-1·F-1·M·Dmeasured
Dmeasured 는 엑스선 검출부(120)를 통해 획득된 대상체에 관한 엑스선 데이터를 나타내고, M은 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하는 함수를 나타내며, F는 응답 특성 함수를 나타내고, Dcorrected 는 최종적으로 보정된 엑스선 데이터를 나타낸다.
따라서, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 [수학식 2]에 표시된 바와 같이, 대상체에 관한 엑스선 데이터(Dmeasured)를 엑스선 특성 좌표로 변환하고(M 적용), 변환된 엑스선 특성 좌표를 응답 특성 함수를 이용하여 보정하고(F-1 적용), 보정된 엑스선 특성 좌표를 다시 엑스선 데이터로 변환하여(M-1 적용) 왜곡이 보정된 엑스선 데이터(Dcorrected)를 얻을 수 있게 된다.
도 10에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예를 더 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)의 일 실시예는 제어부(130)에 다중 에너지 엑스선 영상을 생성하는 영상 처리부(135)를 더 포함할 수 있고, 영상 처리부(135)에서 생성한 엑스선 영상을 표시하는 디스플레이부(140)를 더 포함할 수 있다. 나머지 구성요소는 앞서 상술한 바와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략하도록 한다.
영상 처리부(135)는 데이터 변환부(134)로부터 보정된 엑스선 데이터를 전송받아 다중 에너지 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 전송되는 엑스선 데이터는 각 에너지 대역 별 엑스선 신호를 포함하는바, 예를 들어, 엑스선 검출부(120)에서 검출된 엑스선을 E1, E2, E3의 에너지 대역 별로 분리한 경우, 영상 처리부(135)로 전송되는 엑스선 데이터는 E1 에너지 대역에 속하는 광자의 수, E2 에너지 대역에 속하는 광자의 수 및 E3 에너지 대역에 속하는 광자의 수에 관한 정보를 포함한다. 광자의 수는 픽셀 별로 계수된 값이다.
이하, 영상 처리부(135)에서 다중 에너지 엑스선 영상을 생성하는 방식 중 하나를 구체적인 실시예로서 설명한다.
도 11에는 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 11의 그래프에는 인체를 구성하는 물질 중 뼈, 근육 및 지방에 대해 엑스선의 에너지에 따른 감쇠 계수 변화를 나타낸 곡선이 도시되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 뼈, 근육 및 지방의 감쇠 계수 변화가 각각 다르게 나타나며 엑스선의 에너지에 따라 각 물질 별 감쇠 계수 차이도 달라진다.
도 11에는 뼈, 근육, 및 지방에 대해서만 감쇠 계수 변화를 도시하였으나, 지방을 포함하는 여러 연조직들 사이에도 감쇠 계수 변화에 차이가 있다. 따라서, 서로 다른 에너지 대역에 대한 복수의 영상 신호를 이용하면 하나의 영상 내에서 서로 다른 감쇠 특성을 나타내는 물질들을 분리해낼 수 있다.
에너지 E를 갖는 N0개의 광자로 이루어진 엑스선의 감쇠 계수가 μ(E)라 하면, 두께 T인 대상체를 통과한 후의 광자의 개수 N은 하기 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
N = N0 * e-μ(E)T
엑스선이 투과하는 물질의 종류가 M개인 경우, m번째 물질의 두께는 Tm이라고 하면, 상기 [수학식 3]은 하기 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
N = N0 * e-{μ1(E)T1+ μ2(E)T2+ ... + μM(E) TM }
상기 수식을 기반으로, 양변을 측정 가능한 N0으로 나누고, -log를 취하여 영상의 픽셀 값이 결정된다. 같은 방식으로 L개의 서로 다른 에너지 E1, E2, ..., EL 에 대하여 L개의 엑스선 영상을 얻으면 픽셀 값 I(E1)은 하기 [수학식 5]로 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
I(E1) = -log(N(E1)/N0)
= μ1(E1)T1 + μ2(E2)T2 + ... + μM(E1)TM
따라서, L개의 엑스선 영상으로부터 각 픽셀에 대해 상기 [수학식 5]와 같은 L개의 방정식을 얻을 수 있으며, 이를 행렬식으로 표현하면 하기 [수학식 6]과 같다.
[수학식 6]
I = μ·T
따라서, L=M인 경우 물질 별 분리 영상은 행렬 연산 T = μ-1·I를 계산하여 얻을 수 있다. 상기 [수학식 6]은 이상적인 단색광(Monochromatic) 엑스선 영상을 가정하고 유도된 식이지만 일정 에너지 대역을 갖는 엑스선 영상을 이용할 경우 이에 맞게 상기 [수학식 6]을 변경하여 사용할 수 있다.
영상 처리부(135)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 컬러 맵핑 또는 밝기 조절 등을 통해 하나의 영상에서 복수의 물질을 구분할 수 있는 영상이다.
그리고, 영상 처리부(135)에서 생성한 다중 에너지 엑스선 영상은 디스플레이부(140)를 통해 표시될 수 있다.
이하 엑스선 영상 장치의 제어 방법에 관한 실시예를 설명하도록 한다.
도 12에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 일 실시예에 있어서, 엑스선 검출부의 응답 특성을 추정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 응답 특성 파라미터를 일정 값으로 설정하여 팬텀에 엑스선을 조사한다(130). 응답 특성 파라미터는 엑스선 검출부(120)의 응답 특성에 영향을 미치는 파라미터로서, 엑스선 검출부(120)의 전압, 즉 검출 소자(121)의 양단에 걸리는 전압, 엑스선 발생부(110)의 관전압, 조사되는 엑스선의 스펙트럼 길이 등이 있다. 설정되는 파라미터 값은 미리 정의된 것일 수도 있고, 제어부(130) 또는 각 유닛에서 임의로 설정된 것일 수도 있다. 엑스선이 조사되는 팬텀은 엑스선 영상 장치의 성능 검사 및 유지 관리에 사용되는 피측정 소자로서 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 실시예서는 팬텀의 형상이나 구성 물질에 제한을 두지 않는다. 팬텀에 조사되는 엑스선은 복수의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선이다.
그리고, 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하고(311) 복수의 에너지 대역 별로 분리하여 측정 데이터를 획득한다(312). 여기서, 분리되는 에너지 대역은 미리 설정된 것일 수 있다. 측정 데이터는 각 에너지 대역 별 광자의 수를 포함하며, 광자의 수는 픽셀 별로 측정된다.
측정 데이터를 미리 정의된 공간 상의 좌표, 즉 엑스선 특성 좌표로 변환한다(313). 여기서, 미리 정의된 공간은 엑스선의 특성을 표현할 수 있는 공간이다.
그리고, 측정 데이터의 획득이 완료되었는지 여부를 판단한다(314). 일 실시예로서, 미리 정의된 모든 응답 특성 파라미터 세트에 대해 엑스선을 조사 및 검출하여 측정 데이터를 획득한 경우 측정 데이터의 획득이 완료된 것으로 판단할 수 있다.
측정 데이터의 획득이 완료되지 않은 경우에는(314의 아니오) 응답 특성 파라미터를 다르게 설정하여 펜텀에 엑스선을 조사하고(315), 311 내지 314 단계들을 반복적으로 수행한다.
측정 데이터의 획득이 완료된 경우에는(314의 예) 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계를 이용하여 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정한다(316). 참조 데이터는 측정 데이터의 획득 시에 설정된 응답 특성 파라미터를 동일하게 적용하여 시뮬레이션을 통해 획득된 엑스선 데이터이다.
상기 응답 특성 함수의 추정은 엑스선 영상 장치의 사용 시작 전에 한 번 수행되는 것도 가능하고, 주기적으로 수행되는 것도 가능하며, 엑스선 영상 장치의 사용시마다 수행되는 것도 가능하다.
도 13에는 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 실시예에 있어서, 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 엑스선 데이터를 보정하는 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 복수의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사한다(320). 여기서, 광대역 엑스선의 에너지 대역은 대상체에 따라 다르게 설정될 수 있다.
대상체를 투과한 엑스선을 검출하고(321), 검출된 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리하여 엑스선 데이터를 획득한다(322). 여기서, 복수의 에너지 대역은 대상체의 종류에 따라 미리 설정된 것일 수도 있고, AEC(Auto Exposure Control)에 의해 대상체의 두께나 밀도 등을 고려하여 설정된 것일 수도 있다. 엑스선 데이터는 각 에너지 대역 별 광자의 수를 나타내고, 픽셀 별로 획득될 수 있다.
획득한 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고(323), 상기 도 11의 과정에 의해 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 엑스선 특성 좌표를 보정한다(324). 구체적으로, 상기 도 9에서 설명한 바와 같이, 추정된 응답 특성 함수는 정상적인 엑스선 특성 좌표에서 왜곡된 엑스선 특성 좌표로 변하는 관계를 나타내는 것이므로, 왜곡된 엑스선 특성 좌표를 정상적인 엑스선 특성 좌표로 보정하기 위해서는 추정된 응답 특성 함수를 역으로 적용해야 한다. 즉, 추정된 응답 특성 함수의 역함수를 산출하고, 응답 특성 역함수를 엑스선 특성 좌표에 적용하여 보정된 엑스선 특성 좌표를 얻을 수 있다.
그리고, 보정된 엑스선 특성 좌표를 다시 엑스선 데이터로 변환하고(325), 각 에너지 대역 별 보정된 엑스선 데이터를 이용하여 다중 에너지 엑스선 영상을 생성한다(326). 다중 에너지 엑스선 영상은 대상체에 관한 영상을 물질 별로 분리한 복수의 영상 중 적어도 하나일 수도 있고, 물질 별 분리 영상을 하나의 영상에 표시한 영상일 수도 있다.
지금까지 상술한 실시예는 엑스선 검출부가 직접 변환 방식, 하이브리드 소자, 광자 계수 방식을 사용하는 것으로 하여 설명하였으나, 이는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 불과하고, 엑스선 영상 장치의 실시예가 보정할 수 있는 왜곡의 종류에는 제한이 없으므로 상기 엑스선 검출부 외에 다른 방식을 사용하는 엑스선 검출부 역시 적용되어 그 응답 특성에 따른 데이터 왜곡을 보정할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 검출된 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리하는 경우를 예로 들었으나, 엑스선 영상 장치의 실시예는 이에 한정되지 않고 단일 에너지 대역의 엑스선을 이용하는 경우에 대해서도 적용될 수 있다.
100 : 엑스선 영상 장치 110 : 엑스선 발생부
120 : 엑스선 검출부 130 : 제어부
131 : 좌표 변환부 132 : 응답 특성 추정부
133 : 좌표 보정부 134 : 데이터 변환부
135 : 영상 처리부
120 : 엑스선 검출부 130 : 제어부
131 : 좌표 변환부 132 : 응답 특성 추정부
133 : 좌표 보정부 134 : 데이터 변환부
135 : 영상 처리부
Claims (18)
- 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 발생부;
상기 조사된 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및
상기 엑스선 검출부에서의 엑스선 검출을 통한 측정 데이터와 시뮬레이션을 통한 참조 데이터를 각각 미리 정의된 공간 상의 좌표인 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 엑스선 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 상기 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 측정 데이터는,
상기 엑스선 검출부의 응답 특성에 영향을 주는 응답 특성 파라미터를 미리 정의된 값으로 설정하고, 상기 엑스선 발생부가 엑스선 팬텀에 엑스선을 조사하고, 상기 엑스선 검출부가 상기 엑스선 팬텀을 투과한 엑스선 검출하여 획득된 엑스선 데이터를 포함하는 엑스선 영상 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 참조 데이터는,
상기 측정 데이터의 획득 시에 설정된 응답 특성 파라미터와 동일한 응답 특성 파라미터를 적용한 시뮬레이션을 통해 획득된 엑스선 데이터를 포함하는 엑스선 영상 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 측정 데이터 및 상기 참조 데이터는,
상기 응답 특성 파라미터를 다르게 설정하여 복수 회 획득되는 엑스선 영상 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 응답 특성 파라미터는,
상기 엑스선 발생부의 관전압, 상기 엑스선 검출부의 검출 소자 양단에 걸리는 전압 및 상기 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 스펙트럼 중 적어도 하나를 포함하는 엑스선 영상 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 대상체에 관한 엑스선 데이터를 보정하는 엑스선 영상 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 대상체에 관한 엑스선 데이터를 엑스선 특성 좌표로 변환하고, 상기 변환된 엑스선 특성 좌표를 상기 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 보정하는 엑스선 영상 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 추정된 응답 특성 함수로부터 응답 특성 역함수를 산출하고, 상기 응답 특성 역함수를 상기 변환된 엑스선 특성 좌표에 적용하는 엑스선 영상 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 보정된 엑스선 특성 좌표를 다시 엑스선 데이터로 변환하고, 이를 이용하여 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
- 동일한 응답 특성 파라미터 조건에서 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하는 단계;
상기 측정 데이터 및 상기 참조 데이터를 미리 정의된 공간 상의 좌표인 엑스선 특성 좌표로 각각 변환하는 단계;
상기 엑스선 특성 좌표로 변환된 측정 데이터와 참조 데이터 사이의 관계로부터 엑스선 검출부의 응답 특성 함수를 추정하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하는 단계는,
상기 응답 특성 파라미터를 일정 값으로 설정하여 엑스선 팬텀에 엑스선을 조사하는 단계;
상기 엑스선 팬텀을 투과한 엑스선을 검출하여 엑스선 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하는 단계는,
상기 응답 특성 파라미터를 다르게 설정하여 측정 데이터를 복수 회 획득하는 단계를 포함하는 영상 장치의 제어 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 측정 데이터 및 참조 데이터를 획득하는 단계는,
상기 측정 데이터의 획득 시에 설정된 응답 특성 파라미터와 동일한 조건을 적용한 시뮬레이션을 통해 엑스선 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 응답 특성 파라미터는,
상기 엑스선 발생부의 관전압, 상기 엑스선 검출부의 검출 소자 양단에 걸리는 전압 및 상기 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선의 스펙트럼 중 적어도 하나를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 추정된 응답 특성 함수를 이용하여 대상체에 관한 엑스선 데이터를 보정하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법. - 제 15 항에 있어서
상기 엑스선 데이터를 보정하는 단계는,
상기 대상체에 관한 엑스선 데이터를 획득하여 엑스선 특성 좌표로 변환하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 엑스선 데이터를 보정하는 단계는,
상기 추정된 응답 특성 함수에 대한 역함수인 응답 특성 역함수를 산출하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 엑스선 데이터를 보정하는 단계는,
상기 엑스선 데이터가 변환된 엑스선 특성 좌표에 상기 응답 특성 역함수를 적용하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
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