비파괴검사, 토모그래피, 팬텀

비파괴검사, 토모그래피, 팬텀

비파괴검사

비파괴검사란 어떤 물체를 손상시키지 않으면서 그 물체 내부에서 알고 싶은 정보를 얻어내는 검사 방법을 말한다. 비파괴검사라는 말 자체는 처음 들어봤어도 개념 자체는 굉장히 일상적인 것이다. 사람의 뼈에 금이 갔는지, 간암이 있는지, 뇌경색이 있는지 알 수 있는 확실한 방법은 절개해서 확인해보는 것이지만 이는 현실적으로 불가능하다. 이때 쓰이는 비파괴검사로 CT, MRI 등이 있다. 또한 공항에서 탑승객의 수화물, 소지품을 모두 열어 확인해보는 것은 불가능하므로 이 때도 비파괴검사를 통해 내부에 위험한 물건이 있는지 확인한다. 조금 거창하게 말해서 물리적 사실을 바탕으로 수학적으로 이론을 만들어서 컴퓨터 공학으로 구현하여 의료, 산업 등 여러 분야에서 쓰는 기술이다.

토모그래피tomography

토모그래피는 한국어로 단층촬영이라고 하며 비파괴검사의 일종으로 특히 파동을 이용하여 물체 내부의 단면을 예측하는 것을 말한다. 주로 X-선, 자기장, 초음파, 빛 등을 이용하며 어떤 물리적 이론을 바탕으로하는지에 따라 CT, MRI, PAT 등 여러 종류가 있다. CT는 computerized tomography의 약자로 이는 계산량이 너무 많아 컴퓨터로 처리해야하기에 붙여진 이름이다.

팬텀phantom

수학적인 이론을 세웠다면 이를 실제로 컴퓨터 프로그래밍으로 구현 가능한지, 이론이 현실과 잘 들어맞는지 확인하는 과정이 필요하다. 이때 쓰이는 가상의 그림을 팬텀 이라고 한다. 팬텀이 너무 단순할 경우 알고리즘이 잘 작동하는지 확인하기 어렵기 때문에 Shepp, Logan은 아래와 같은 그림을 소개하였다.

1.png

위 그림은 사람 머리의 단면에서 나타나는 특징을 반영한 그림이다. 이러한 단면을 CT 촬영했을 때 얻어지는 이미지는 다음과 같다.

2.png

실제로 CT 촬영을 했을 때 얻어지는 데이터는 위 그림과 같으며 이를 첫번째 그림의 라돈 변환이라 한다. 실제 상황에 비유하자면 머리를 갈라보지 않았으므로 첫번째 그림은 모르는 상태이다. 두번째 그림으로부터 첫번째 그림을 얻어내는 것을 라돈 역변환이라하며 이에 맞게 프로그래밍 코드를 잘 짰다면 위 그림으로부터 아래의 그림을 얻을 수 있다.

3.png

원본에 비해서 조금 흐리긴 하지만 거의 비슷한 그림을 얻었다.

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