KR20210093676A - System, apparatus and method for single-energy material decomposition using three-dimensional scanner - Google Patents

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KR20210093676A KR1020200007561A KR20200007561A KR20210093676A KR 20210093676 A KR20210093676 A KR 20210093676A KR 1020200007561 A KR1020200007561 A KR 1020200007561A KR 20200007561 A KR20200007561 A KR 20200007561A KR 20210093676 A KR20210093676 A KR 20210093676A
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Abstract

Disclosed are a single energy material separation system using a three-dimensional laser scanner, a device thereof and a method thereof. According to an embodiment of the present application, the single energy material separation system using a three-dimensional laser scanner comprises the following steps of: obtaining a surface image of a subject by using the three-dimensional laser scanner; generating a thickness projection image for the subject based on the surface image; obtaining a radiation image detected by allowing a radiation, irradiated toward the subject by a radiographic photographing device, to be transmitted through the subject; and deriving a material separation image corresponding to each of first and second base materials constituting the subject based on the thickness projection image and the radiation image.

Description

3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 시스템, 장치 및 방법{SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR SINGLE-ENERGY MATERIAL DECOMPOSITION USING THREE-DIMENSIONAL SCANNER}SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR SINGLE-ENERGY MATERIAL DECOMPOSITION USING THREE-DIMENSIONAL SCANNER

본원은 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본원은 단일에너지(Single-energy) 방사선 영상 기법(radiography)에서 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 연부 조직과 뼈로 분리된 영상을 구현하는 기법에 관한 것이다.The present application relates to a single energy material separation system, apparatus and method using a three-dimensional laser scanner. In particular, the present application relates to a technique for implementing an image separated into soft tissue and bone by using a 3D laser scanner in a single-energy radiation imaging technique (radiography).

1895년 뢴트겐에 의해 처음 발견된 엑스선은 피사체에 대한 투과력이 높기 때문에 오늘날 의료 및 산업 분야에서 유용한 비파괴검사 수단으로 널리 사용되고 있다.X-rays, which were first discovered by Roentgen in 1895, have high penetrating power to the subject, and are therefore widely used today as a useful non-destructive testing method in medical and industrial fields.

일반적인 엑스선 촬영은 엑스선이 피사체를 투과할 때 구성물질의 ‘선감약계수’와 ‘두께’에 비례해 발생하는 흡수능 차이를 이용하여 영상화하는 감약차 기반의 2차원 투영영상 기법이다. 도 1은 종래의 이중에너지 물질 분리 기법을 설명하기 위한 도면이다.General X-ray imaging is a two-dimensional projection imaging technique based on attenuation difference that uses the difference in absorption power that occurs in proportion to the 'ray attenuation coefficient' and the 'thickness' of constituent materials when X-rays pass through a subject. 1 is a view for explaining a conventional dual energy material separation technique.

도 1을 참조하면, 이중에너지 물질분리(dual-energy material decomposition, DEMD)기법이란, 피사체에서 두 가지 기저가 되는 물질(basis-material)의 ‘두께’로 영상을 표현해 주는 기법으로, 기존의 일반 엑스선 촬영에서 확인하기 힘들었던 정보를 추가적으로 제공하여 흉부촬영 및 골밀도 측정 등의 진단 분야와 공항의 보안 검색 등의 산업 분야에 기여하고 있다.Referring to FIG. 1 , the dual-energy material decomposition (DEMD) technique is a technique for expressing an image with the 'thickness' of two basis-materials in a subject. By providing additional information that was difficult to confirm in X-ray imaging, it is contributing to diagnostic fields such as chest imaging and bone density measurement and industrial fields such as airport security screening.

인체를 조사하는 경우 인체를 구성하는 대표적인 두 가지의 물질이면서 각각 광전효과(photon-electric effect)와 컴프턴 산란(compton scattering)의 현상을 주로 반영하는 뼈와 연부 조직이 기저 물질로 선정되어 활용되고 있다. 하지만, 원리적으로 두 가지의 서로 다른 엑스선 에너지 스펙트럼(X-ray energy spectrum)을 획득하기 위해 두 번의 독립적인 촬영이 요구되고, 이는 환자에게 전달하는 피폭선량의 증가와 두 번의 독립적인 촬영 사이에서 발생 가능한 환자의 움직임으로 인한 인공물(motion-artifact)을 초래한다. 이를 해결하기 위해서 듀얼 레이어-디텍터(dual-layer-detector)와 광자계수-디텍터(photon-counting-detector)가 개발되었으나 해당 디텍터의 값비싼 비용으로 인하여 진단용으로 사용되는 대면적 2차원 디텍터를 대체하는 데 어려움이 있다.When irradiating the human body, bone and soft tissue, which are two representative materials constituting the human body, which mainly reflect the photon-electric effect and compton scattering, respectively, are selected and used as the base material. there is. However, in principle, two independent imaging is required to acquire two different X-ray energy spectra, and this is between the increase of the dose delivered to the patient and the two independent imaging. resulting in possible motion-artifacts due to patient movement. To solve this problem, a dual-layer-detector and a photon-counting-detector were developed, but due to the high cost of the detector, a large-area 2D detector used for diagnosis has been replaced. have difficulty in

본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제10-2019-0140641호에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present application is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0140641.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엑스선 촬영 등의 방사선 촬영을 1회만 수행하더라도 이중 에너지 물질 분리 기법과 유사한 효과를 획득할 수 있어 대상자의 신체에 조사되는 방사선의 양을 저감시키면서도 피사체를 이루는 각각의 기저 물질에 대한 분리 영상을 획득할 수 있는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 시스템, 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art described above, and even if radiographic imaging such as X-ray imaging is performed only once, an effect similar to the dual energy material separation technique can be obtained, thereby reducing the amount of radiation irradiated to the body of the subject. An object of the present invention is to provide a single energy material separation system, apparatus, and method using a three-dimensional laser scanner capable of acquiring a separation image of each base material constituting a subject.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법은, 상기 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 피사체의 표면 이미지를 획득하는 단계, 상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하는 단계, 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 획득하는 단계 및 상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application includes: acquiring a surface image of a subject using the three-dimensional laser scanner; generating a thickness projection image of the subject based on a surface image; obtaining a radiation image detected by radiation irradiated toward the subject by a radiographic imaging apparatus through the subject; and the thickness projection image and the The method may include deriving a material separation image corresponding to each of the first base material and the second base material constituting the subject based on the radiographic image.

또한, 상기 피사체가 신체 중 적어도 일부이면, 상기 제1기저 물질은 연부 조직이고 상기 제2기저 물질은 뼈일 수 있다.Also, when the subject is at least a part of a body, the first basal material may be a soft tissue and the second basal material may be a bone.

또한, 상기 표면 이미지는 상기 피사체의 표면을 나타내는 3차원 이미지일 수 있다.In addition, the surface image may be a three-dimensional image representing the surface of the subject.

또한, 상기 두께 투영 영상을 생성하는 단계는, 상기 표면 이미지의 내부 영역을 상기 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 상기 두께 투영 영상을 생성할 수 있다.In addition, the generating of the thickness projection image may include generating the thickness projection image by performing forward-projection in a state in which an inner region of the surface image is filled to correspond to the surface image.

또한, 상기 두께 투영 영상을 생성하는 단계는, 상기 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향하여 상기 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 상기 전방향-투영을 수행할 수 있다.In addition, the generating of the thickness projection image may include performing the omnidirectional projection based on a geometric structure corresponding to a geometric structure to which the radiation is irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus.

또한, 상기 물질 분리 영상을 도출하는 단계는 하기 식 1의 연립 방정식의 해를 구하는 것일 수 있다.In addition, the step of deriving the material separation image may be to obtain a solution of the simultaneous equations of Equation 1 below.

한편, 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치는, 상기 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 촬영된 피사체의 표면 이미지를 상기 3차원 레이저 스캐너로부터 획득하고, 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 상기 방사선 촬영 장치로부터 획득하는 기초 영상 획득부, 상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하는 투영부 및 상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 연산부를 포함할 수 있다.On the other hand, the single energy material separation apparatus using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application obtains a surface image of a subject photographed using the three-dimensional laser scanner from the three-dimensional laser scanner, a basic image acquisition unit for acquiring a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject from passing through the subject from the radiographic imaging apparatus, a projection unit for generating a thickness projection image for the subject based on the surface image, and and a calculator for deriving a material separation image corresponding to each of the first and second base materials constituting the subject based on the thickness projection image and the radiographic image.

또한, 상기 투영부는, 상기 표면 이미지의 내부 영역을 상기 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 상기 두께 투영 영상을 생성할 수 있다.Also, the projection unit may generate the thickness projection image by performing forward-projection in a state in which an inner region of the surface image is filled to correspond to the surface image.

또한, 상기 투영부는, 상기 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향하여 상기 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 상기 전방향-투영을 수행할 수 있다.Also, the projection unit may perform the omnidirectional projection based on a geometric structure corresponding to a geometric structure to which the radiation is irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus.

또한, 상기 연산부는, 하기 식 1의 연립 방정식의 해를 연산함으로써 상기 물질 분리 영상을 도출할 수 있다.Also, the calculator may derive the material separation image by calculating a solution of the simultaneous equations of Equation 1 below.

한편, 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 시스템은, 피사체의 표면 이미지를 획득하는 3차원 레이저 스캐너, 상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 획득하는 방사선 촬영 장치 및 상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하고, 상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 단일 에너지 물질 분리 장치를 포함할 수 있다.On the other hand, the single-energy material separation system according to an embodiment of the present application is a three-dimensional laser scanner for acquiring a surface image of a subject, and radiography for obtaining a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject passing through the subject Generates a thickness projection image of the subject based on the device and the surface image, and a material separation image corresponding to each of the first base material and the second base material constituting the subject based on the thickness projection image and the radiographic image It may include a single energetic material separation device for deriving

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 problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 엑스선 촬영 등의 방사선 촬영을 1회만 수행하더라도 이중 에너지 물질 분리 기법과 유사한 효과를 획득할 수 있어 대상자의 신체에 조사되는 방사선의 양을 저감시키면서도 피사체를 이루는 각각의 기저 물질에 대한 분리 영상을 획득할 수 있는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 시스템, 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, even if radiographic imaging such as X-ray imaging is performed only once, an effect similar to the dual energy material separation technique can be obtained, thereby reducing the amount of radiation irradiated to the subject's body while reducing the amount of radiation irradiated to the subject's body It is possible to provide a single energy material separation system, apparatus, and method using a three-dimensional laser scanner capable of acquiring a separation image for the underlying material of

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 종래의 방사선 영상 기법들에 존재하였던 추가 피폭선량의 문제 및 촬영 사이의 촬영 대상자의 움직임에 의한 인공물 발생의 문제가 해결될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the problem of the additional exposure dose existing in the conventional radiographic imaging techniques and the problem of the generation of artifacts due to the movement of the subject to be photographed between imaging can be solved.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 종래의 방사선 영상 기법들에 비하여 저렴한 비용으로 기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 획득할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to obtain a material separation image corresponding to each base material at a lower cost than conventional radiographic imaging techniques.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1은 종래의 이중에너지 물질 분리 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 피사체의 표면 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6a는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 시뮬레이션 된 가상의 피사체에 대한 방사선 영상, 표면 이미지 및 두께 투영 영상을 각각 나타낸 것이다.
도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 실제 피사체에 대한 방사선 영상, 표면 이미지 및 두께 투영 영상을 각각 나타낸 것이다.
도 7a는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 가상의 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대한 물질 분리 영상을 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 실제 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대한 물질 분리 영상을 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서 제1기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상 및 제2기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상 각각에 대한 화질을 프로파일을 이용해 평가한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 대한 동작 흐름도이다.1 is a view for explaining a conventional dual energy material separation technique.
2 is a schematic configuration diagram of a single energy material separation system according to an embodiment of the present application.
3 is a conceptual diagram for explaining a single energy material separation method according to an embodiment of the present application.
4 is a view for explaining a process of acquiring a surface image of a subject according to an embodiment of the present application.
5 is a diagram illustrating a radiographic imaging apparatus according to an embodiment of the present application.
6A is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and shows a radiation image, a surface image, and a thickness projection image of a simulated virtual object, respectively.
6B is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and shows a radiation image, a surface image, and a thickness projection image of an actual subject.
7A is an experimental example linked to a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and is a material separation image for each of the first and second basis materials constituting a virtual object. It is a diagram showing compared to the conventional dual energy material separation technique.
7B is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and a material separation image for each of the first and second basis materials constituting an actual subject is conventionally shown. It is a diagram showing comparison with the dual energy material separation technique of
8A and 8B are an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and a material separation image corresponding to a first base material and a material corresponding to a second base material It is a diagram showing the results of evaluating the image quality of each separated image using a profile.
9 is a schematic configuration diagram of a single energy material separation apparatus using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application.
10 is an operation flowchart of a method for separating a single energy material using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application.

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 application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

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 a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where

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.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

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 a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원은 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본원은 단일에너지(Single-energy) 방사선 영상 기법(radiography)에서 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 연부 조직과 뼈로 분리된 영상을 구현하는 기법에 관한 것이다.The present application relates to a single energy material separation system, apparatus and method using a three-dimensional laser scanner. In particular, the present application relates to a technique for implementing an image separated into soft tissue and bone by using a 3D laser scanner in a single-energy radiation imaging technique (radiography).

도 2는 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 방식을 설명하기 위한 개념도이다.2 is a schematic configuration diagram of a single energetic material separation system according to an embodiment of the present application, and FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a single energetic material separation method according to an embodiment of the present application.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 단일 에너지 물질 분리 시스템(10)은 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치(100)(이하, '물질 분리 장치(100)'라 한다.), 3차원 레이저 스캐너(200) 및 방사선 촬영 장치(300)를 포함할 수 있다.2 and 3, the single energy material separation system 10 according to an embodiment of the present application is a single energy material separation apparatus 100 using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application (hereinafter, ' It may include a material separation apparatus 100 '), a three-dimensional laser scanner 200 and a radiographic imaging apparatus 300 .

물질 분리 장치(100), 3차원 레이저 스캐너(200) 및 방사선 촬영 장치(300) 상호간은 네트워크(20)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(20)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(20)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.The material separation apparatus 100 , the 3D laser scanner 200 , and the radiographic imaging apparatus 300 may communicate with each other through the network 20 . The network 20 refers to a connection structure in which information exchange is possible between each node, such as terminals and servers, and an example of such a network 20 includes a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) network, a long-term LTE (LTE) network. Term Evolution) network, 5G network, WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, Internet, LAN (Local Area Network), Wireless LAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN (Personal Area) Network), a wifi network, a Bluetooth network, a satellite broadcasting network, an analog broadcasting network, a Digital Multimedia Broadcasting (DMB) network, etc. are included, but are not limited thereto.

최근 들어, 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 3차원 레이저 스캐너(200)는 스캐너에서 방출한 레이저를 이용해 물체(피사체)의 표면과 스캐너 사이의 거리를 계산하고, 해당 물체(피사체)의 표면을 재구성하여 3차원으로 시각화한 정보를 제공하도록 동작한다.Recently, a three-dimensional laser scanner 200, which is widely used in the industrial field, calculates the distance between the surface of an object (subject) and the scanner using the laser emitted from the scanner, and reconstructs the surface of the object (subject). It operates to provide information visualized as a dimension.

도 4는 본원의 일 실시예에 따른 피사체의 표면 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 본원의 3차원 레이저 스캐너(200)는 피사체의 표면 이미지를 획득할 수 있다.4 is a view for explaining a process of acquiring a surface image of a subject according to an embodiment of the present application. The 3D laser scanner 200 of the present application may acquire a surface image of the subject.

구체적으로 도 4를 참조하면, 3차원 레이저 스캐너(200)는 두께 투영 영상을 획득하기 위하여 피사체의 표면을 3차원 재구성(3D 모델링)할 수 있다. 도 4를 참조하면 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너(200)는 사용자가 파지하고 피사체(Object)의 주변부를 3차원 레이저 스캐너(200)를 회전시키면서 표면 이미지(Surface image)의 획득을 위한 스캔을 수행하는 핸드-헬드 방식으로 마련될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 3차원 레이저 스캐너(200)는 CMM(Coordinate Measuring Machine) 방식, 터치 프로브 기반 방식 등의 접촉식 스캐닝 기기일 수 있다. 또 다른 예로, 3차원 레이저 스캐너(200)는 TOF(Time-Of-Flight) 방식, 삼각 측량 방식, 패턴 이미지 방식 등의 비접촉식 스캐닝 기기일 수 있다. 참고로, 후술하는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예에서는 3D Systems Co.에서 개발한 SenseTM 레이저 스캐너를 사용하였다.Specifically, referring to FIG. 4 , the 3D laser scanner 200 may 3D reconstruct (3D modeling) the surface of the subject in order to obtain a thickness projection image. Referring to FIG. 4 , the 3D laser scanner 200 according to an embodiment of the present application is obtained by a user holding a surface image while rotating the 3D laser scanner 200 around a periphery of an object. It may be provided in a hand-held manner for performing a scan for the purpose, but is not limited thereto. As another example, the 3D laser scanner 200 may be a contact-type scanning device such as a coordinate measuring machine (CMM) method or a touch probe-based method. As another example, the 3D laser scanner 200 may be a non-contact scanning device such as a time-of-flight (TOF) method, a triangulation method, or a pattern image method. For reference, in an experimental example linked to a method for separating a single energy material using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, which will be described later, a Sense TM laser scanner developed by 3D Systems Co. was used.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다. 방사선 촬영 장치(300)는 피사체를 향해 조사된 방사선이 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 획득할 수 있다.5 is a diagram illustrating a radiographic imaging apparatus according to an embodiment of the present application. The radiographic imaging apparatus 300 may acquire a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject passing through the subject.

구체적으로 도 5를 참조하면, 방사선 촬영 장치(300)는 엑스선에 해당하는 방사선을 방출하는 선원(X-ray tube) 및 2차원 대면적 디텍터(Flat-panel detector)를 포함할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 선원(X-ray tube)은 80kVp의 엑스선을 방출할 수 있으며, 2차원 대면적 디텍터(Flat-panel detector)는 198m의 해상도를 가질 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 방사선 촬영 장치(300)에 의해 방사선 영상을 획득하기 위해서 피사체(도 5를 참조하면, Animal bone)는 선원과 대면적 디텍터 사이에 배치될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 5 , the radiographic imaging apparatus 300 may include an X-ray tube emitting radiation corresponding to X-rays and a two-dimensional flat-panel detector. According to an embodiment of the present application, an X-ray tube may emit X-rays of 80 kVp, and a two-dimensional flat-panel detector may have a resolution of 198 m. In addition, in order to acquire a radiographic image by the radiographic imaging apparatus 300 shown in FIG. 5 , a subject (refer to FIG. 5 , an animal bone) may be disposed between the source and the large-area detector.

물질 분리 장치(100)는 3차원 레이저 스캐너(200)를 이용하여 획득된 피사체의 표면 이미지를 3차원 레이저 스캐너(200)로부터 수신할 수 있다. 또한, 물질 분리 장치(100)는 수신된 피사체의 표면 이미지에 기초하여 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성할 수 있다. 참고로, 본원의 실시예에 관한 설명에서, "두께"라는 용어는 감쇠 길이(Attenuation Length)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.The material separation apparatus 100 may receive a surface image of a subject obtained using the 3D laser scanner 200 from the 3D laser scanner 200 . Also, the material separation apparatus 100 may generate a thickness projection image of the subject based on the received surface image of the subject. For reference, in the description of the embodiments of the present application, the term “thickness” may be understood to mean an attenuation length.

본원의 일 실시예에 따르면, 표면 이미지는 피사체의 표면을 나타내는 3차원 이미지 형태로 획득될 수 있으며, 본원의 일 실시예에 따른 물질 분리 장치(100)는 표면 이미지의 내부 영역을 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 두께 투영 영상을 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the surface image may be obtained in the form of a three-dimensional image representing the surface of the subject, and the material separation apparatus 100 according to the embodiment of the present application corresponds to the inner region of the surface image with the surface image. A thickness projection image may be generated by performing forward-projection in a filled state as much as possible.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 물질 분리 장치(100)는 방사선 촬영 장치(300)에 의해 피사체를 향하여 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 전술한 전방향-투영을 수행하는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the material separation apparatus 100 performs the above-described omnidirectional projection based on a geometric structure corresponding to a geometric structure irradiated with radiation toward a subject by the radiographic imaging apparatus 300 . may be doing

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 물질 분리 장치(100)가 3차원 레이저 스캐너(200)를 통해 획득된 표면 이미지에 기초하여 두께 투영 영상을 생성하는 것은, 미리 설정된 임계값 적용 및 광선 추적(ray tracing)을 통해 표면 이미지로부터 피사체에 대한 감쇠 길이(attenuation length)를 추정하는 프로세스로 이해될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the material separation apparatus 100 generates a thickness projection image based on the surface image acquired through the three-dimensional laser scanner 200, applying a preset threshold value and ray tracing ( It can be understood as a process of estimating an attenuation length for a subject from a surface image through ray tracing.

본원의 발명자는 본원에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법을 평가하고 기존의 이중에너지 물질 분리 기법(DEMD)과의 비교를 위하여 가상의 피사체에 대한 시뮬레이션 및 실제 피사체에 대한 실험을 수행하였으며, 시뮬레이션 수행 결과는 후술하는 도 6a 및 도 7a를 통해 확인할 수 있고, 실제 피사체에 대한 실험 결과는 후술하는 도 6b 및 도 7b를 통해 확인할 수 있다.The inventor of the present application evaluates the single-energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to the present application, and performs simulations on virtual objects and experiments on real objects for comparison with the existing dual-energy material separation technique (DEMD) The simulation performance results can be confirmed through FIGS. 6A and 7A to be described later, and the experimental results for an actual subject can be confirmed through FIGS. 6B and 7B to be described later.

참고로, 시뮬레이션 및 실제 피사체에 대한 실험 모두에서 종래의 이중에너지 물질 분리 기법(DEMD)의 경우, 80kVp 및 50kVp로 촬영된 두 엑스선 영상을 활용하였으며, 본원의 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법의 경우, 80kvP에 해당하는 방사선 영상을 활용하였다.For reference, in the case of the conventional dual-energy material separation technique (DEMD) in both simulations and experiments on real subjects, two X-ray images taken at 80 kVp and 50 kVp were utilized, and single-energy material separation using the 3D laser scanner of the present application For the method, a radiographic image corresponding to 80 kvP was used.

도 6a는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 시뮬레이션 된 가상의 피사체에 대한 방사선 영상, 표면 이미지 및 두께 투영 영상을 각각 나타낸 것이다.6A is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and shows a radiation image, a surface image, and a thickness projection image of a simulated virtual object, respectively.

도 6a를 참조하면, 시뮬레이션을 위한 가상의 피사체(팬텀)는 종래의 3차원 Shepp-logan을 활용하였으며, 구성 성분(기저 물질)은 인체를 구성하는 물질인 연부 조직, 물 및 뼈를 포함하도록 하였고, 가상의 피사체(팬텀)의 사이즈는 256*256*256으로 설정하였다.Referring to Figure 6a, the virtual subject (phantom) for the simulation utilizes a conventional three-dimensional Shepp-logan, and the component (base material) includes soft tissue, water, and bone, which are materials constituting the human body, , the size of the virtual subject (phantom) was set to 256*256*256.

구체적으로, 도 6a의 (a)는 시뮬레이션을 통해 획득된 방사선 영상이고, 도 6a의 (b)는 표면 이미지이고, 도 6a의 (c)는 두께 투영 영상을 나타낸 것이다.Specifically, (a) of FIG. 6A is a radiation image obtained through simulation, (b) of FIG. 6A is a surface image, and (c) of FIG. 6A is a thickness projection image.

도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 실제 피사체에 대한 방사선 영상, 표면 이미지 및 두께 투영 영상을 각각 나타낸 것이다.6B is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and shows a radiation image, a surface image, and a thickness projection image of an actual subject.

도 6b를 참조하면, 실제 피사체를 활용한 실험에서는 컵 안에 물을 채우고 물 속에 동물의 뼈를 넣어 인체를 모사하였다. 또한, 도 6a와 마찬가지로 도 6b의 (a)는 실제 피사체에 대한 방사선 촬영을 통해 획득된 방사선 영상이고, 도 6a의 (b)는 실제 피사체에 대한 표면 이미지이고, 도 6a의 (c)는 표면 이미지로부터 생성된 두께 투영 영상을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 6B , in an experiment using a real subject, a human body was simulated by filling a cup with water and putting animal bones in the water. Also, like FIG. 6A, (a) of FIG. 6B is a radiographic image obtained through radiographic imaging of a real subject, (b) of FIG. 6A is a surface image of an actual subject, and (c) of FIG. 6A is a surface The thickness projection image generated from the image is shown.

물질 분리 장치(100)는 방사선 촬영 장치(300)에 의해 피사체를 향해 조사된 방사선이 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 방사선 촬영 장치(300)로부터 수신(획득)할 수 있다. 또한, 물질 분리 장치(100)는 생성된 두께 투영 영상 및 수신된 방사선 영상에 기초하여 해당 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출할 수 있다.The material separation apparatus 100 may receive (acquire) a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus 300 through the object, from the radiographic imaging apparatus 300 . Also, the material separation apparatus 100 may derive a material separation image corresponding to each of the first and second basis materials constituting the subject based on the generated thickness projection image and the received radiation image.

구체적으로, 본원의 일 실시예에 따르면 촬영 대상인 피사체가 사람 또는 동물의 신체 중 적어도 일부이면, 제1기저 물질은 연부 조직이고, 제2기저 물질은 뼈일 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present application, when the subject to be photographed is at least a part of a human or animal body, the first base material may be a soft tissue, and the second base material may be a bone.

본원의 일 실시예에 따르면, 물질 분리 장치(100)는 하기 식 1의 연립 방정식의 해를 구함으로써 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the material separation apparatus 100 may derive a material separation image corresponding to each of the first and second basis materials by solving the simultaneous equations of Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, P는 방사선 영상이고, L은 두께 투영 영상이고, Eeff는 촬영 조건과 관련된 유효에너지 값이고, μ1은 제1기저 물질의 감약계수이고, μ2는 제2기저 물질의 감약계수이고, L1은 제1기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상이고, L2는 제2기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상일 수 있다.where P is a radiographic image, L is a thickness projection image, E eff is an effective energy value related to imaging conditions, μ 1 is the attenuation coefficient of the first base material, μ 2 is the attenuation coefficient of the second base material, and , L 1 may be a material separation image corresponding to the first base material, and L 2 may be a material separation image corresponding to the second base material.

본원의 일 실시예에 따르면, 제1기저 물질의 감약계수(μ1) 및 제2 기저 물질의 감약계수(μ2)는 촬영 조건과 관련된 유효에너지 값(Eeff)을 기반으로 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology, NIST)에서 제공하는 데이터베이스를 통해 획득할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the attenuation coefficient (μ 1 ) of the first base material and the attenuation factor (μ 2 ) of the second base material are based on the effective energy value (E eff ) related to the imaging conditions, based on the US National Standard Technology It can be obtained through the database provided by the National Institute of Standards and Technology (NIST).

도 7a는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 가상의 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대한 물질 분리 영상을 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 비교하여 나타낸 도면이다.7A is an experimental example linked to a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and is a material separation image for each of the first and second basis materials constituting a virtual object. It is a diagram showing compared to the conventional dual energy material separation technique.

도 7a를 참조하면, 도 7a의 상측 두 그림은 본원에서 제안하는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법을 이용한 시뮬레이션에서 획득된 제1기저 물질인 연부조직에 대한 물질 분리 영상(좌상단) 및 제2기저 물질인 뼈에 대한 물질 분리 영상(우상단)을 나타낸 것이다. 또한, 도 7a의 하측 두 그림은 종래의 이중에너지 물질 분리 기법(DEMD)을 이용하여 획득된 물질 분리 영상(하단)을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 7A , the upper two figures of FIG. 7A are a material separation image (upper left) and a first basal material, soft tissue, obtained in a simulation using a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner proposed in the present application; It shows the material separation image (upper right) for the bone, which is the second base material. In addition, the lower two figures of FIG. 7A show a material separation image (bottom) obtained using a conventional dual energy material separation technique (DEMD).

도 7a를 참조하면, 본원에서 제안하는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 의할 때, 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 대비하여 유사한 수준으로 각각의 기저 물질이 분리되는 것을 확인할 수 있고, 종래의 이중에너지 물질 분리 기법에서 문제가 되었던 노이즈 증폭에 관한 문제도 해결되어 분리 영상 각각의 화질(노이즈 특성)이 개선되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7a, when the single-energy material separation method using the three-dimensional laser scanner proposed herein, it can be seen that each base material is separated at a similar level compared to the conventional dual-energy material separation technique, , it can be confirmed that the problem of noise amplification, which has been a problem in the conventional dual-energy material separation technique, is also solved, so that the image quality (noise characteristic) of each separated image is improved.

도 7b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서, 실제 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대한 물질 분리 영상을 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 비교하여 나타낸 도면이다.7B is an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and a material separation image for each of the first and second basis materials constituting an actual subject is conventionally shown. It is a diagram showing comparison with the dual energy material separation technique of

도 7b를 참조하면, 도 7b의 상측 두 그림은 본원에서 제안하는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법을 이용한 실제 피사체 기반 실험에서 획득된 제1기저 물질인 연부조직에 대한 물질 분리 영상(좌상단) 및 제2기저 물질인 뼈에 대한 물질 분리 영상(우상단)을 나타낸 것이다. 또한, 도 7b의 하측 두 그림은 종래의 이중에너지 물질 분리 기법(DEMD)을 이용하여 획득된 물질 분리 영상(하단)을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 7b, the upper two figures of FIG. 7b are material separation images of soft tissue, the first basal material, obtained in an actual subject-based experiment using the single energy material separation method using the three-dimensional laser scanner proposed herein ( upper left) and a material separation image (upper right) for bone, which is the second base material. In addition, the lower two figures of FIG. 7B show a material separation image (bottom) obtained using a conventional dual energy material separation technique (DEMD).

도 7b를 참조하면, 본원에서 제안하는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 의할 때, 종래의 이중에너지 물질 분리 기법과 대비하여 유사한 수준으로 각각의 기저 물질이 분리되는 것을 확인할 수 있고, 종래의 이중에너지 물질 분리 기법에서 문제가 되었던 노이즈 증폭에 관한 문제도 해결되어 분리 영상 각각의 화질(노이즈 특성)이 개선되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7b, when the single-energy material separation method using the three-dimensional laser scanner proposed herein, it can be confirmed that each base material is separated at a similar level compared to the conventional dual-energy material separation technique, , it can be confirmed that the problem of noise amplification, which has been a problem in the conventional dual-energy material separation technique, is also solved, so that the image quality (noise characteristic) of each separated image is improved.

도 8a 및 도 8b는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법과 연계된 일 실험예로서 제1기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상 및 제2기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상 각각에 대한 화질을 프로파일을 이용해 평가한 결과를 나타낸 도면이다.8A and 8B are an experimental example associated with a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application, and a material separation image corresponding to a first base material and a material corresponding to a second base material It is a diagram showing the results of evaluating the image quality of each separated image using a profile.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본원에서 제안하는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 의해 제1기저 물질(연부 조직, 도 8a)과 제2기저 물질(뼈, 도 8b)로 분리된 분리 영상 각각의 화질을 프로파일을 이용해 평가하면, 종래의 이중에너지 물질 분리 기법(DEMD)과 유사한 수준의 분리 결과를 보이면서도 화질은 개선되는 것을 확인할 수 있다.8A and 8B, a first basal material (soft tissue, FIG. 8A) and a second basal material (bone, FIG. 8B) are separated by a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner proposed herein. When the image quality of each separated image is evaluated using a profile, it can be confirmed that the image quality is improved while showing a separation result similar to that of the conventional dual energy material separation technique (DEMD).

도 9는 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치의 개략적인 구성도이다.9 is a schematic configuration diagram of a single energy material separation apparatus using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application.

도 9를 참조하면, 물질 분리 장치(100)는 기초 영상 획득부(110), 투영부(120) 및 연산부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the material separation apparatus 100 may include a basic image acquisition unit 110 , a projection unit 120 , and a calculation unit 130 .

기초 영상 획득부(110)는 3차원 레이저 스캐너(200)를 이용하여 촬영된 피사체의 표면 이미지를 3차원 레이저 스캐너(200)로부터 획득할 수 있다. 여기서, 피사체의 표면 이미지는 피사체의 표면을 나타내는 3차원 이미지일 수 있다. 또한, 기초 영상 획득부(110)는 방사선 촬영 장치(300)에 의해 피사체를 향해 조사된 방사선이 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 방사선 촬영 장치(300)로부터 획득할 수 있다.The basic image acquisition unit 110 may acquire a surface image of a subject photographed using the 3D laser scanner 200 from the 3D laser scanner 200 . Here, the surface image of the subject may be a three-dimensional image representing the surface of the subject. In addition, the basic image acquisition unit 110 may acquire a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus 300 through the object from the radiographic imaging apparatus 300 .

투영부(120)는 표면 이미지에 기초하여 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성할 수 있다.The projection unit 120 may generate a thickness projection image of the subject based on the surface image.

본원의 일 실시예에 따르면, 투영부(120)는 표면 이미지의 내부 영역을 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 두께 투영 영상을 생성할 수 있다. 또한, 투영부(120)는 방사선 촬영 장치(300)에 의해 피사체를 향하여 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 전술한 전방향-투영을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the projection unit 120 may generate a thickness projection image by performing forward-projection in a state in which the inner region of the surface image is filled to correspond to the surface image. Also, the projection unit 120 may perform the above-described omnidirectional projection based on a geometric structure corresponding to a geometric structure to which radiation is irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus 300 .

연산부(130)는 생성된 두께 투영 영상 및 획득된 방사선 영상에 기초하여 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 연산부(130)는 상술한 식 1의 연립 방정식의 해를 연산함으로써 물질 분리 영상을 도출하는 것일 수 있다.The calculator 130 may derive a material separation image corresponding to each of the first and second base materials constituting the subject based on the generated thickness projection image and the obtained radiographic image. According to an embodiment of the present application, the calculator 130 may derive a material separation image by calculating a solution of the simultaneous equations of Equation 1 described above.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.

도 10은 본원의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 대한 동작 흐름도이다.10 is an operation flowchart of a method for separating a single energy material using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application.

도 10에 도시된 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법은 앞서 설명된 물질 분리 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 물질 분리 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The single-energy material separation method using the 3D laser scanner shown in FIG. 10 may be performed by the material separation apparatus 100 described above. Therefore, even if omitted below, the description of the material separation apparatus 100 may be equally applied to the description of the single energy material separation method using the 3D laser scanner.

도 10을 참조하면, 단계 S1010에서 기초 영상 획득부(110)는, 3차원 레이저 스캐너(200)를 이용하여 획득된 피사체의 표면 이미지를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 10 , in step S1010 , the basic image acquisition unit 110 may acquire a surface image of the subject acquired using the 3D laser scanner 200 .

다음으로, 단계 S1020에서 투영부(120)는 획득된 피사체의 표면 이미지에 기초하여 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성할 수 있다.Next, in step S1020 , the projection unit 120 may generate a thickness projection image of the subject based on the acquired surface image of the subject.

다음으로, 단계 S1030에서 기초 영상 획득부(110)는, 방사선 촬영 장치(300)에 의해 피사체를 향해 조사된 방사선이 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 방사선 촬영 장치(300)로부터 획득할 수 있다.Next, in step S1030 , the basic image acquisition unit 110 may acquire a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject by the radiographic imaging apparatus 300 through the subject from the radiographic imaging apparatus 300 . .

다음으로, 단계 S1040에서 연산부(130)는, 두께 투영 영상 및 방사선 영상에 기초하여 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출할 수 있다.Next, in operation S1040 , the calculator 130 may derive a material separation image corresponding to each of the first and second basis materials constituting the subject based on the thickness projection image and the radiographic image.

상술한 설명에서, 단계 S1010 내지 S1040은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S1010 to S1040 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted as necessary, and the order between steps may be changed.

본원의 일 실시 예에 따른 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 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.The single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

또한, 전술한 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the single energy material separation method using the three-dimensional laser scanner described above may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.

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.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may 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 application is indicated by the following claims rather than the above 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 in the scope of the present application.

10: 단일 에너지 물질 분리 시스템
100: 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치
110: 기초 영상 획득부
120: 투영부
130: 연산부
200: 3차원 레이저 스캐너
300: 방사선 촬영 장치
20: 네트워크10: single energy material separation system
100: Single-energy material separation device using a three-dimensional laser scanner
110: basic image acquisition unit
120: projection unit
130: arithmetic unit
200: 3D laser scanner
300: radiography device
20: network

Claims (10)

3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 방법에 있어서,
상기 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 피사체의 표면 이미지를 획득하는 단계;
상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하는 단계;
방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 획득하는 단계; 및
상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 단계,
를 포함하는, 단일 에너지 물질 분리 방법.In a single energy material separation method using a three-dimensional laser scanner,
obtaining a surface image of the subject using the three-dimensional laser scanner;
generating a thickness projection image of the subject based on the surface image;
acquiring a radiographic image detected by radiation irradiated toward the subject by a radiographic imaging apparatus through the subject; and
deriving a material separation image corresponding to each of the first base material and the second base material constituting the subject based on the thickness projection image and the radiographic image;
A method for separating a single energetic material comprising: 제1항에 있어서,
상기 피사체가 신체 중 적어도 일부이면,
상기 제1기저 물질은 연부 조직이고 상기 제2기저 물질은 뼈인 것을 특징으로 하는, 단일 에너지 물질 분리 방법.According to claim 1,
If the subject is at least a part of the body,
wherein the first basal substance is soft tissue and the second basal substance is bone. 제2항에 있어서,
상기 표면 이미지는 상기 피사체의 표면을 나타내는 3차원 이미지이고,
상기 두께 투영 영상을 생성하는 단계는,
상기 표면 이미지의 내부 영역을 상기 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 상기 두께 투영 영상을 생성하는 것인, 단일 에너지 물질 분리 방법.3. The method of claim 2,
The surface image is a three-dimensional image representing the surface of the subject,
The step of generating the thickness projection image comprises:
and generating the thickness projection image by performing forward-projection in a state in which an inner region of the surface image is filled to correspond to the surface image. 제3항에 있어서,
상기 두께 투영 영상을 생성하는 단계는,
상기 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향하여 상기 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 상기 전방향-투영을 수행하는 것인, 단일 에너지 물질 분리 방법.4. The method of claim 3,
The step of generating the thickness projection image comprises:
The omnidirectional projection is performed on the basis of a geometry corresponding to a geometry to which the radiation is irradiated toward the subject by the radiographic apparatus. 제4항에 있어서,
상기 물질 분리 영상을 도출하는 단계는 하기 식 1의 연립 방정식의 해를 구하는 것이고,
[식 1]
Figure pat00002

여기서, P는 상기 방사선 영상이고, L은 상기 두께 투영 영상이고, Eeff는 촬영 조건과 관련된 유효에너지 값이고, μ1은 상기 제1기저 물질의 감약계수이고, μ2는 상기 제2기저 물질의 감약계수이고, L1은 상기 제1기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상이고, L2는 상기 제2기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상인 것인, 단일 에너지 물질 분리 기법.5. The method of claim 4,
The step of deriving the material separation image is to obtain a solution of the simultaneous equations of Equation 1 below,
[Equation 1]
Figure pat00002

Here, P is the radiographic image, L is the thickness projection image, E eff is an effective energy value related to imaging conditions, μ 1 is the attenuation coefficient of the first basis material, and μ 2 is the second basis material is the attenuation coefficient of, L 1 is a material separation image corresponding to the first basis material, and L 2 is a material separation image corresponding to the second basis material, a single energy material separation technique. 3차원 레이저 스캐너를 이용한 단일 에너지 물질 분리 장치에 있어서,
상기 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 촬영된 피사체의 표면 이미지를 상기 3차원 레이저 스캐너로부터 획득하고, 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 상기 방사선 촬영 장치로부터 획득하는 기초 영상 획득부;
상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하는 투영부; 및
상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 연산부,
를 포함하는, 단일 에너지 물질 분리 장치.In a single energy material separation device using a three-dimensional laser scanner,
A surface image of the subject photographed using the 3D laser scanner is obtained from the 3D laser scanner, and the radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject by the radiographic imaging device is transmitted through the subject by the radiographic imaging Basic image acquisition unit to acquire from the device;
a projection unit generating a thickness projection image of the subject based on the surface image; and
a calculator for deriving a material separation image corresponding to each of the first and second base materials constituting the subject based on the thickness projection image and the radiographic image;
A single energy material separation device comprising a. 제6항에 있어서,
상기 표면 이미지는 상기 피사체의 표면을 나타내는 3차원 이미지이고,
상기 투영부는,
상기 표면 이미지의 내부 영역을 상기 표면 이미지와 대응되도록 채운 상태에서 전방향-투영(forward-projection)을 수행함으로써 상기 두께 투영 영상을 생성하는 것인, 단일 에너지 물질 분리 장치.7. The method of claim 6,
The surface image is a three-dimensional image representing the surface of the subject,
The projection unit,
and generating the thickness projection image by performing forward-projection in a state in which an inner region of the surface image is filled to correspond to the surface image. 제7항에 있어서,
상기 투영부는,
상기 방사선 촬영 장치에 의해 상기 피사체를 향하여 상기 방사선이 조사되는 기하학 구조와 대응되는 기하학 구조를 기반으로 상기 전방향-투영을 수행하는 것인, 단일 에너지 물질 분리 장치.8. The method of claim 7,
The projection unit,
The omnidirectional projection is performed based on a geometry corresponding to a geometry to which the radiation is irradiated toward the subject by the radiographic apparatus. 제8항에 있어서,
상기 연산부는,
하기 식 1의 연립 방정식의 해를 연산함으로써 상기 물질 분리 영상을 도출하되,
[식 1]
Figure pat00003

여기서, P는 상기 방사선 영상이고, L은 상기 두께 투영 영상이고, Eeff는 촬영 조건과 관련된 유효에너지 값이고, μ1은 상기 제1기저 물질의 감약계수이고, μ2는 상기 제2기저 물질의 감약계수이고, L1은 상기 제1기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상이고, L2는 상기 제2기저 물질에 대응하는 물질 분리 영상인 것인, 단일 에너지 물질 분리 장치.9. The method of claim 8,
The calculation unit,
However, the material separation image is derived by calculating the solution of the simultaneous equations of Equation 1 below,
[Equation 1]
Figure pat00003

Here, P is the radiographic image, L is the thickness projection image, E eff is an effective energy value related to imaging conditions, μ 1 is the attenuation coefficient of the first basis material, and μ 2 is the second basis material is the attenuation coefficient of, L 1 is a material separation image corresponding to the first basis material, and L 2 is a material separation image corresponding to the second basis material, a single energy material separation device. 단일 에너지 물질 분리 시스템에 있어서,
피사체의 표면 이미지를 획득하는 3차원 레이저 스캐너;
상기 피사체를 향해 조사된 방사선이 상기 피사체를 투과하여 검출된 방사선 영상을 획득하는 방사선 촬영 장치; 및
상기 표면 이미지에 기초하여 상기 피사체에 대한 두께 투영 영상을 생성하고, 상기 두께 투영 영상 및 상기 방사선 영상에 기초하여 상기 피사체를 이루는 제1기저 물질 및 제2기저 물질 각각에 대응하는 물질 분리 영상을 도출하는 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 단일 에너지 물질 분리 장치,
를 포함하는, 단일 에너지 물질 분리 시스템.A single energetic material separation system comprising:
a three-dimensional laser scanner for acquiring a surface image of a subject;
a radiographic imaging apparatus for acquiring a radiation image detected by the radiation irradiated toward the subject passing through the subject; and
A thickness projection image of the subject is generated based on the surface image, and a material separation image corresponding to each of the first base material and the second base material constituting the subject is derived based on the thickness projection image and the radiographic image. A single energetic material separation device according to any one of claims 6 to 9,
A single energetic material separation system comprising a.
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