다층박막 거울을 이용한 단색 엑스선 획득

천권수(Kwon-Su Chon) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2010 방사선기술과학 Vol.33 No.3

나노 공간분해능을 갖는 영상을 얻기 위한 경엑스선 현미경 시스템에서는 단색 엑스선이 요구된다. 엑스선관에서 발생되는 화이트 빔으로부터 8.4 keV의 텅스텐 L α 특성방사선을 84% 이상 반사시킬 수 있는 5.65 nm의 단위막 두께를 가지는 C/W 다층박막 거울을 설계하였고, 이온빔 스파터링 장치를 이용하여 50×50 mm 크기로 제작하였다. 제작된 C/W 다층박막 거울은 99.5% 이상의 균일도(Uniformity)를 가지며, TEM 사진을 이용해 그 구조를 확인하였다. 8.05 keV의 구리 특성방사선을 광원으로 하는 엑스선 반사율 측정 장치를 이용한 다층박막 거울의 반사율을 측정함으로써 C/W 다층박막 거울의 8.4 keV에서의 반사율을 예상할 수 있었다. 제작된 C/W 다층박막 거울과 엑스선관을 이용하여 8.4 keV의 특성방사선을 획득함으로써 단색 엑스선을 획득하였다. 이때의 반사율은 77.1%였고, 단색 엑스선의 반치폭은 0.21 keV이었다. 엑스선관에서 높은 효율로 단색 엑스선을 획득할 수 있어 실험실 규모의 경엑스선 현미경 장치의 광원으로써 사용될 수 있는 가능성을 확인하였고, 다층박막 거울의 단위막 두께를 수 나노미터로 제작한다면 17.5keV의 몰리브덴 특성방사선에 해당하는 단색 엑스선을 얻어 유방촬영에도 적용할 수 있을 것이다. A hard X-ray microscope system for obtaining images of nano-spatial resolution has been widely stud-ied and requires monochromatic X-ray. A multilayer mirror of 84% reflectivity was designed to acquire tungsten characteristic X-ray of 8.4 keV from the white beam generated from an X-ray tube, and the C/W multilayer mirror of 50×50 mm size and 5.65 nm d-spacing was fabricated by the ion-beam sputter-ing system. The C/W multilayer had a uniformity of 99.5%, and the structure of the multilayer mirror was verified by a TEM image. The obtainable x-ray reflectivity for the C/W multilayer mirror at 8.4 keV was estimated from measuring the X-ray reflectivity using the copper characteristic X-ray of 8.05 keV. Monochromatic X-ray of 8.4 keV was generated by combining a X-ray tube, and the reflectivity and mon-ochromaticity were 77.1% and 0.21 keV, respectively. Monochromatic X-ray generated from the combination of an X-ray tube and an C/W multilayer mirror has enough potential to use X-ray source for hard X-ray microscope system of laboratory size. If the C/W multilayer mirror of d-spacing of a few nanometers can be fabricated, monochromatic X-ray corre-sponded to 17.5 keV, molybdenum characteristic X-ray, can be obtained and applied to mammography in the medical application.

작은 두께주기를 갖는 W/Si 다층박막거울의 반사율 계산

천권수(Kwon Su Chon) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.1

다층박막거울은 규소나 게르마늄과 같은 단결정 회절소자를 대체할 수 있는 광학소자로 수 나노미터 두께의 인공적인 회절 평면을 갖는다. 작은 두께 주기를 갖는 W/Si 다층박막거울에서 박막의 두께 변화에 따른 첫 번째 브래그 각도 및 반사율 저하를 조사하였다. 작은 두께 주기를 갖는 W/Si 다층박막거울은 0.55°및 17.5 keV에서 최대 반사율을 나타내도록 설계되었고 72.67%의 반사율을 보였다. 텅스텐 및 규소의 박막두께가 동일하게 변화되었을 때 첫 번째 브래그 각도의 변화 및 반사율 저하가 관찰되었다. 다층박막거울에서 텅스텐 박막중 하나의 층에서만 두께 변화가 있을 때는 반사율의 변화는 없지만 포락선의 요철이 관찰되었다. 무작위적인 가우시안 두께 변화에서도 반사율 저하가 관찰되었다. 작은 두께 주기를 갖는 W/Si다층박막거울에서 두께 변화에 따른 반사율의 저하를 통해 제작되는 다층박막거울의 공차를 예측할 수 있을 것이다. Multilayer mirrors are optical elements that can replace single crystal optical elements such as silicon or germanium, and they have artificial diffraction plane of a thickness of several nanometers. We examined the first Bragg angle and the reduction of reflectivity by variation of layer thickness in a W/Si multilayer mirror of small d-spacing. A W/Si multilayer mirror for an incidence angle of 0.55° and an energy of 17.5 keV was designed and showed a maximum reflectivity of 72.67%. When the thickness of tungsten or silicon layer was simultaneously changed, the first Bragg angle was shifted and the reflectivity was reduced. When there was a change in thickness for one layer of W/Si multilayer, no change in the reflectivity was showed but the unevenness of the envelope was observed. Reduction of reflectivity was also observed at random Gaussian thickness variations. It is possible to predict the tolerance of multilayer mirror by examining the reflectivity degradation according to the thickness change in the W/Si multilayer mirror of small d-spacing.

대수적 재구성 기법을 통한 링 아티팩트 조사

천권수(Kwon Su Chon) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.1

CT 장치는 물체 내부의 단면 영상 획득이 가능하기 때문에 여러 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 단면 영상을 획득하는 여러 단계의 에러 요인들로 인해 다양한 아티팩트가 유발되고 있다. 장치에 의해 발생하는 링 아티팩트를 조사하였다. 512 × 512 크기의 수치 팬텀을 구현하고 대수적 재구성 기법으로 링 아티팩트의 특성을 연구하였다. 프로그램은 Visual C++로 작성하였으며 720개의 투영 및 1,280개의 검출기 픽셀을 갖는 상황에서 구현하였다. 링 아티팩트는 검출기 픽셀의 검출 효율이 서로 달라서 발생한다는 것을 확인하였다. Ring Value 값이 증가할수록 Ring Intensity의 값도 증가하였고, 영상의 원점에 가까울수록 링 아티팩트가 강하게 나타났다. 단면 영상에서 링 아티팩트가 발생하는 위치를 파악하고 역으로 검출기 픽셀의 위치를 추적해 검출효율을 보정함으로써 링 아티팩트를 제거할 수 있을 것이다. Computed tomography system is widely used on various fields because section image of an object can be acquired. During several step to obtain section image, artifacts by many error factors can be added on the image. Ring artifact induced by the CT system is examined in this study. A test phantom of 512 × 512 size was constructed numerically, and the ring artifact was investigated by the algebraic reconstruction technique. The computer program was realized using Visual C++ under the fan beam geometry with projections of 720 and detector pixel of 1,280. The generation of ring artifact was verified by applying different detection efficiency on detector pixels. The ring intensity became large as increasing the ring value, and the ring artifacts were strongly emphasized near the center of the reconstructed image. The ring artifact may be eliminated by tracking the position of ring artifact on the reconstructed image and by calibrating the detector pixel.

전산화단층촬영장치에서 링 아티팩트 제거

천권수(Kwon Su Chon) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.6

경엑스선은 물체의 내부구조 관찰에 유용하고 의료 및 산업분야에 광범위하게 사용되고 있다. 전산화단층촬영기법 은 수백장의 투영영상을 이용하여 재구성함으로써 물체의 2차원 단면 영상을 얻을 수 있다. 단면 영상의 품질은 투영 영상에 크게 의존한다. 투영영상을 얻는 검출기의 픽셀에 따라 링 아티팩트가 나타난다. 본 연구는 visual C++기반으 로 한 원형 팬텀에서 검출기의 검출 에러에 따른 링 아티팩트 비를 조사하였다. 평행빔 및 부채살빔에서 링 아티팩트 비는 검출기의 검출 에러에 비례하여 나타났고, 회전 중심에 가까울수록 링 아티팩트는 강하게 나타났다. 전산화단층 촬영의 단면 영상에서 링 아티팩트를 줄이기 위해서는 영상재구성 이전에 검출기의 보정이 필요함을 알 수 있었다. Hard X-ray has been widely used in medical and industrial fields because it can be applied to observe the inside of a sample. Computed tomography provides sectional images of the sample through the reconstruction of the projection images. The quality of sectional images strongly depends on that of projection images. Ring artifact appeared on the seconal image can be made by the abnormal pixels of the detector used. In this study, we examine the ring artifact ratio in the circle phantom as a function of detection error of the detector used in computed tomography. The ring artifact increased with the increment of detection error under parallel and fan beam geometries and strongly increased near the center of rotation. The corrections, dead pixel and flat field corrections, for the images taken with the detector are required before the image reconstruction process to reduce the ring artifact in the computed tomography

CT 영상재구성을 위한 빠른 선적분 알고리즘

천권수 ( Kwon Su Chon ),길준민 ( Joon-min Gil ) 한국정보처리학회 2023 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.12 No.1

CT의 반복재구성법은 투영과 역투영을 번갈아 가며 최적의 단면 영상을 얻을 때까지 반복 수행하기 때문에 계산 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 영상재구성 시간을 단축하기 위하여 계산 시간이 많이 소요되는 투영을 빠르게 수행할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문은 Siddon 알고리즘을 개선한 Jacobs 버전보다 대략 10% 빠른 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 기존의 Jacobs 버전의 루프 횟수를 줄임으로써 계산 시간을 줄이도록 하였다. 제안한 방법은 계산속도뿐만 아니라 영상 품질 측면에서도 우수한 성능을 보였다. 평행빔의 경우에 대해 조사되었지만 향후 부채살빔 및 콘빔의 경우로 확장이 가능하다. Iterative reconstruction of CT takes a long time because projection and back-projection are alternatively repeated until taking a good image. To reduce the reconstruction time, we need a fast algorithm for calculating the projection which is a time-consuming step. In this paper, we proposed a new algorithm to calculate the line integral and the algorithm is approximately 10% faster than the well-known Siddon method (Jacobs version) and has a good image quality. Although the algorithm has been investigated for the case of parallel beams, it can be extended to the case of fan and cone beam geometries in the future.

이중 엑스선 에너지를 이용한 전자부품 검사

천권수(Kwon Su Chon),서승준(Seung Jun Seo),임재홍(Jae Hong Lim) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.5

엑스선을 이용하면 다양한 종류의 시료에 대한 투영 영상을 얻을 수 있다. 시료가 저밀도 및 고밀도의 복합 물질로 구성되어 있는 경우는 단일 관전압 엑스선을 이용해서 두 물질을 모두 대조도가 높도록 영상화하기 어렵다. 저관전압과 고관전압을 이용하여 영상을 획득하고 영상처리하면 밀도의 차이가 큰 물질을 영상화하기에 용이하다. 크기가 작은 전자부품을 저관전압과 고관전압에서 영상을 획득하여 visual C++을 이용하여 픽셀-픽셀 영상 합성을 통하여 전자부품의 합성수지부분과 금속부분을 동시에 영상화하여 전자부품의 검사 및 관찰의 가능성을 검증하였다. X-ray can be applied to obtain a projection image of an object. It is not easy to obtain an high quality image for the object composed of low and high density materials. For the object with large difference in density, it is possible to realize high contrast image using images of low and high tube voltages and image processing. The plastic and metalic parts of the electronic components can be imaged by the dual energy technique which use low and high tube voltages and by processing pixel-by-pixel using visual C++. The contrast-enhanced image can be used to detect and observe defects within the electronic components.

CT 영상 재구성의 공간분해능에 대한 영향

천권수(Kwon Su Chon) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.1

전산화단층촬영기법은 투영 영상을 재구성하여 단면 영상을 획득하는 기법으로 다양한 분야에 적용되고 있다. 재구성된 영상의 공간분해능은 장치, 대상, 재구성 과정에 의존한다. 본 논문은 평행빔 구조에서 투영 영상의 개수 및 검출기의 픽셀 크기가 재구성된 영상의 공간분해능에 미치는 영향을 조사하였다. 재구성 프로그램은 Visual C++로 작성하였으며 단면 영상은 512 × 512 크기로 하였다. 공간분해능의 특성을 평가하기 위해 수학적 막대 팬텀을 구성하였고, Min-Max 방법을 도입하였다. 재구성에 사용되는 투영의 개수가 작은 경우 허상이 나타났으며 Min-Max도 낮았다. 투영의 개수를 지속적으로 증가시키면 재구성된 영상의 공간분해능을 나타내는 Min-Max는 상향 포화되었다. 검출기의 픽셀 크기를 재구성되는 단면 영상의 픽셀 크기의 50%로 줄이면 영상은 거의 완벽하게 복원되고, 검출기픽셀 크기가 증가할수록 Min-Max는 감소하였다. 본 연구는 CT장치 설계 시 요구되는 공간분해능을 달성하기 위해 필요한 검출기 및 회전 스테이지의 정밀도를 결정하는데 도움이 될 것이다. Computed tomography, which obtains section images from reconstruction process using projection images, has been applied to various fields. The spatial resolution of the reconstructed image depends on the device used in CT system, the object, and the reconstruction process. In this paper, we investigates the effect of the number of projection images and the pixel size of the detector on the spatial resolution of the reconstructed image under the parallel beam geometry. The reconstruction program was written in Visual C++, and the matrix size of the reconstructed image was 512 × 512. The numerical bar phantom was constructed and the Min-Max method was introduced to evaluate the spatial resolution on the reconstructed image. When the number of projections used in reconstruction process was small, artifact like streak appeared and Min-Max was also low. The Min-Max showed upper saturation when the number of projections is increased. If the pixel size of the detector is reduced to 50% of the pixel size of the reconstructed image, the reconstructed image was perfectly recovered as the original phantom and the Min-Max decreased as increasing the detector pixel size. This study will be useful in determining the detector and the accuracy of rotation stage needed to achieve the spatial resolution required in the CT system.

엑스선 다층박막 광학소자의 제작 및 응용

천권수(Kwon Su Chon) 대한기계학회 2016 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2016 No.12

Improvement of Genetic Algorithm for Evaluating X-ray Reflectivity on Multilayer Mirror

천권수(Kwon Su Chon) 한국방사선학회 2020 한국방사선학회 논문지 Vol.14 No.1

다층박막 거울은 산업뿐만 아니라 의료 분야에서도 사용되고 있다. 층수가 40인 W/C 다층박막 거울의 성능을 평가하기 위해 엑스선회절분석기로 엑스선반사율을 측정하였다. 40층의 각 층에 대해 두께, 밀도, 계면거칠기를 획득하기 위하여 유전 알고리즘이 사용된다. 기존의 균일 무작위 선택을 하면 해가 수렴하지 않거나 수렴하더라도 오차가 커지는 문제가 발생하여 개선이 요구되었다. 유전 알고리즘의 적합도를 계산하는 시간을 단축하기 위해 C/C++로 병렬 프로그래밍하였다. 제작된 유전 알고리즘은 세대수의 증가와 개체군의 증가에 대해 선형적인 시간 증가를 보여 우수한 scalability를 보였다. 유전 알고리즘의 선택을 균일과 가우시안 무작위를 1:1로 하여 해의 수렴을 보다 안정적으로 개선하였다. 개선된 유전 알고리즘은 다층박막 거울과 같이 층의 개수가 수십 층 이상이 되는 시료의 각 층의 특성을 파악하는데 적용할 수 있을 것이다. Multilayer mirrors have widely been used not only in the industry but also in the medical field. X-ray reflectivity was measured by X-ray diffractometer to evaluate the performance of W/C multilayer mirror with 40 layers. Genetic algorithm are used to obtain thickness, density, and interfacial roughness for each of the 40 layers. The existing uniform random selection causes a problem that the solution does not converge or the error increases even if it convergence. To reduce the time to calculate the fitness of the genetic algorithm, the genetic algorithm was written in C/C++ parallel programming. The genetic algorithm showed excellent scalability of linear time increase with increasing number of generation and population. The genetic algorithm was selected with uniform and Gaussian randomness of 1:1 to improve the convergence of solution. The improved genetic algorithm can be applied to characterize each layer of a sample with more than a few tens of layers, such as a multilayer mirror.

CT의 투영을 위한 빠른 선적분 계산 방법

천권수 ( Kwon Su Chon ),길준민 ( Joom-min Gil ) 한국정보처리학회 2022 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.29 No.1

CT의 반복재구성방법은 투영과 역투역을 번갈아가며 최적의 단면영상을 얻을 때까지 반복한다. 영상재구성 시간을 단축하기 위하여 시간이 많이 소요되는 투영을 빠르게 수행할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문은 Siddon 알고리즘을 개선한 Jacobs 버전보다 대략 10% 빠른 알고리즘을 제안한다. 평행빔의 경우에 대해 조사되었지만 향후 부채살빔 및 콘빔의 경우로 확장이 가능하다.