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의료 방사선 검출기로써 스마트폰 카메라의 특성에 관한 연구
A Study on the Characteristics of Smartphone Camera as a Medical Radiation Detector 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.53 no.5, 2016년, pp.143 - 151  

강한규 (을지대학교 대학원 시니어헬스케어학과) ,  김호철 (을지대학교 방사선학과)

초록
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본 연구의 목적은 별도의 방사선 외부 검출장치 없이 스마트폰 자체의 CMOS 반도체 소자만을 활용하여 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 방사선을 효율적으로 검출하기 위한 최적의 조건과 알고리즘을 개발하는 것이다. 본 연구를 통하여 스마트폰에 내장된 CMOS 반도체 소자에 X-선의 선량을 증가시켜가면서 CMOS 영상 센서에서 반응하는 픽셀의 개수 및 밝기 등을 측정하였다. 스마트폰의 전면 카메라가 후면 카메라보다 노이즈가 적고 X-선과 같은 방사선에 대한 반응 특성이 우수하였다. 섬광결정을 사용한 간접 검출방식에 보다 CMOS 자체에 X-선을 반응시키는 직접 검출방식이 더 적은 선량까지 정확하게 검출이 가능하였다. 또한 X-선에 대한 선량의존성은 역치값을 넘어가는 픽셀의 개수를 계산한 Pixel number에 비해 개별 반응한 픽셀의 밝기까지 이용한 Pixel intensity가 더욱 선형적으로 나타났다. 컬러모델에 의한 실험에서는 스마트폰의 컬러모델인 YUV 컬러모델의 값 중 픽셀의 밝기값의 정보를 가지고 있는 Y값을 활용하면 방사선 검출에 있어 효율적일 것으로 사료된다. 향후 이와 같은 방사선 검출을 위한 최적의 조건들과 효율적 검출 알고리즘들에 대한 추가적인 연구가 진행된다면 방사선 선량의 관리가 효율적이며 체계적으로 이루어 질 수 있기 때문에 국민보건건강에 일조 할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The aim of this study is to investigate the optimal algorithm to extract medical radiation induced pixel signal from complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensors of smartphones camera. The pixel intensity and pixel number of smartphone camera were measured as the X-ray dose was increased. ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구의 목적은 별도의 방사선 외부 검출장치 없이 스마트폰의 CMOS 반도체 소자만을 활용하여 의료용 방사선을 검출하게 해주는 알고리즘을 개발하고 이를 이용해 의료용 X-선에 대한 선량 의존성을 측정하는 것이다.
  • 또한 스마트폰의 전·후면 카메라의 하드웨어적 특성에 따른 CMOS 소자의 방사선 민감도를 비교하고, 스마트폰 카메라의 CMOS소자와 방사선을 받으면 빛을 발하는 섬광결정의 조합 유무, 영상신호 변환 방식 및 RGB 컬러모델과 Gray 모델에서의 반응정도 차이를 각각 비교 측정하여 최적의 방사선 검출 방법을 찾고자 하였다. 또한 방사선에 반응하면 빛을 발하는 섬광체를 카메라 센서 앞에 부착시켜서 엑스선 검출효율 향상에 대한 가능성을 확인하기 위한 실험도 진행하였다.
  • 스마트폰에 내장된 CMOS 반도체 소자를 이용하여 의료용 X-선 대한 반응특성을 확인하였다. 또한 별도의 외부 방사선 검출기 없이 스마트폰 자체만으로 방사선 검출기로 사용하기 위한 알고리즘을 개발하였고 이를 위한 최적의 인자를 확인할 수 있었다
  • 본 연구에서는 감마선 검출도 가능하고 의료현장에서 사용되는 X-선으로 인한 환자 및 의료진의 피폭 선량을 측정하여 효율적으로 관리하기 위한 목적으로 실험을 진행하였다. 또한 스마트폰의 전·후면 카메라의 하드웨어적 특성에 따른 CMOS 소자의 방사선 민감도를 비교하고, 스마트폰 카메라의 CMOS소자와 방사선을 받으면 빛을 발하는 섬광결정의 조합 유무, 영상신호 변환 방식 및 RGB 컬러모델과 Gray 모델에서의 반응정도 차이를 각각 비교 측정하여 최적의 방사선 검출 방법을 찾고자 하였다.
  • 본 연구에서는 스마트폰에 내장된 CMOS 반도체 소자가 X-선과 같은 방사선에 반응하는 특성을 이용하여 스마트폰으로 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 방사선을 검출하기 위한 최적의 조건과 알고리즘을 개발하고자 하였다.
  • 영상을 Gray 성분에 대해 분석했을 때와 RGB 컬러 모델에서 R, G, B성분 별로 각각으로 분석했을 때 반응 정도의 차이를 분석하여 가장 안정적이고 유용한 값을 나타내는 인자를 확인하고자 하였다.

가설 설정

  • (b) Pixel number of the front camera as a function of X-ray tube current. (direct detection method)
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
방사선 측정 장비인 GM-counter의 장점은 무엇인가? 일반적으로 사용되는 방사선 측정 장비인 GM-counter 의 경우 측정범위가 넓고 작은 선량까지도 측정이 가능하지만 제품의 제조 목적상 병원 및 연구소에 주로 공급된다. 반도체 검출기의 경우는 에너지 분해능이 우수하지만 가격대가 높아 일반 대중들에게는 보급되기 어려운 것이 현실이다.
스마트폰 카메라에 탑재 된 CMOS 기반의 반도체 소자가 주목되는 이유는 무엇인가? 최근 스마트폰 보급률이 전세계적으로 급격하게 높아지고 있으며, 한국의 경우 스마트폰 보급률이 세계 최고 수준을 유지하고 있는 것을 볼 때, CMOS 반도체 소자가 X-선과 같은 방사선에 반응하는 특성을 이용하면 별도의 외부 검출기 없이 기존의 스마트폰만을 이용하여 누구나 간편하게 의료용 X선을 검출할 수 있을 것으로 기대된다
첨단 방사선 의료영상 장치로는 무엇이 있는가? 방사선 피폭 관련 언론보도들로 인해 방사선에 대한 국민들의 인식 수준과 및 피폭에 대한 관심 또한 높아졌다. 의료영역에서도 첨단 방사선 의료영상 장치의 급속한 발전으로 인해 진단용 방사선 발생장치인 X-선장치, 컴퓨터 단층 영상 촬영 장치(CT; Computed Tomography) 및 방사성 동위원소를 이용한 핵의학 검사 등에서 방사선의 사용이 급격하게 증가하고 있다. 이에 따라 의료용 방사선의 피폭에 대한 국민들의 우려와 관심 또한 높아지게 되었으며, 이러한 방사선 피폭 선량을 보다 간편하고 정확하게 측정하려는 수요 또한 늘고 있는 실정이다.
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참고문헌 (5)

  1. G. A. Drukier, E.P. Rubenstien, P.R. Solomon, M.A. Wojtowicz, M.A. Serio, "Low cost, pervasive detection of radiation threats," Proceedings of the 2011 IEEE International Conference, 2011. pp. 365-371, 

  2. D. Igoe, A. Parisi, and B. Carter, "Characterization of a smartphone camera's response to ultraviolet A radiation," Photochem Photobiol, vol. 89, no. 1, pp. 215-218, Feb, 2013. 

  3. F. Wang, M-Y. Wang, Y. -F. Liu, C. -W. MA, L. Chang, "Obtaining low energy $\gamma$ dose with CMOS sensors," Nuclear Science and Techniques, vol. 25, no. 060401, pp. 1-4, Dec, 2014. 

  4. H.Hartmann, V. Hietschold, R.Freudenberg, J. Kotzerke, Dresden, "Smartphones now even smarter - possibility of using a "dose warner"," RoFo, vol. 185. 1, pp. 558-562, May, 2013. 

  5. Olivier Van Hoey, Alexia Salavrakos et al, "Radiation dosimetry properties of smartphone CMOS sensors", Radiation Protection Dosimetry, vol. 163, no. 3, pp. 1-8, May, 2015. 

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