디지털 영상처리 사용 분야의 예(gamma 선, x-선)

 오늘날 디지털 영상 처리에 의해 어떻게든 영향을 받지 않는 기술 분야는 거의 없다. 디지털 영상 처리의 응용 분야가 매우 다양해서 이 분야의 폭을 포착하려면 어떤 형태의 게통화가 바람직하다. 영상 처리 응용의 범위에 대한 기본적 이해를 함양하기 위한 가장 간단한 방법 중 하나는 영상을 그 소스(ex. 가시선 ,X-선 등)에 의해 분류하는 것이다. 오늘날 사용되는 주요 영상 에너지원에는 음파, 초음파, 전자파 등이 있다. 모델링과 시각화에 사용되는 합성 영상은 컴퓨터에 의해 생성된다.

 EM 스펙트럼으로부터의 방사에 기반한 영상들, 특히 X-선이나 스펙트럼의 가시 대역의 영상들은 가장 익숙한 영상들이다. EM 파는 파장이 가지각색인 전파(傳播)하는 정현파로 해석될 수 있으며, 또는 각각이 파형같은 패턴으로 움직이고 빛의 속도로 이동하는 질량이 없는 미립자들의 스트림으로 생각될 수 있다. 만일 스펙트럼 대역을 광자당 에너지로 묶는다면 아래와같은 스펙트럼을 얻는다. Gamma 선의 에너지가 가장 높으며, 라디오 파의 에너지가 가장 낮다.

광자 에너지에 따른 EM spectrum

 

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Gamma 선 영상화

Gamma 선에 기반한 영상화의 주요 이용 분야에는 핵의학과 천체 관찰 등이 있다. 핵의학에서의 접근법은 붕괴하면서 gamma 선을 방출하는 방사성 동위원소를 환자에게 주입하는 것이다. Gamma 선 검출기로 수집된 방사물로부터 영상이 만들어진다. 좌측 그림은 gamma선 영상화로 얻어진 전체 골격 스캔 영상을 보여준다. 이런 종류의 영상은 감염/종양과 같은 뼈의 이상을 찾아내는데 이용된다.

 

 

우측 그림은 양전자 방사단층촬영(PET) 이라는 핵 영상화의 또다른 유형이다. 원리는 외부 X-선 에너지원을 사용하는 대신에 붕괴하면서 양전자를 방출하는 방사성 동위원소가 환자에게 제공된다. 양전자가 저낮를 만나게되면, 둘 다 소멸되고 두 개의 gamma 선이 방출된다. 이들이 검출되며 기본적인 X-선 단층 촬영 원리를 이용해서 단층 촬영 영상이 생성된다. 이 영상에서는 쉽게 분간이 가능한 작고 흰 덩어리로 뇌와 폐의 종양을 보여준다.

 

 

 

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X-선 영상화

X-선은 영상화를 위해 사용된 EM 방사의 가장 오래된 소스들 중 하나다. X-선의 가장 잘 알려져 있는 용도는 의료 진단이지만, 산업과 천문학 같은 다른 분야들에서도 널리 사용된다. 영상화를 위한 X-선은 음극(cathode)과 양극(anode)을 갖는 일종의 진공관인 X-선 관을 사용해서 생성된다. 음극이 가열되어 자유 전자가 방출된다. 이 전자들이 양전하를 띤 애노드로 높은 속도로 흘러간다. 이 전자들이 핵을 때릴 때 X-선 방사 형태로 에너지가 방출된다. X_선의 에너지는 애노드에 가해진 전압과 캐소드의 필라멘트에 가해진 전류에 의해 제어된다. 다음 그림은 환자를 X-선 소스와 X-선 에너지에 민감한 필름 사이에 위치시켜서 생성된 익숙한 가슴 X-선 사진을 보여준다. X-선 세기는 환자를 통과할 때의 흡수에 의해 바뀌며, 빛이 사진 필름을 현상하듯이, 필름에 도달하는 남은 에너지가 필름을 현상한다. 디지털 방사선 사진술에서는 디지털 영상이 다음의 둘 중 한가지 방법에 의해 얻어진다.

1) X-선 필름을 디지털화한다.

2) 환자의 몸을 통과한 X-선이 X-선을 빛으로 바꾸는 장치(인광 스크린)에 직접 닿게 한다. 이후 빛 신호는 빛에 민감한 디지털화 시스템에 의해 포착된다.