[논문 리뷰] Development of a cost-effective X-ray imaging device based on Raspberry Pi Camera

N. Ton, N. T. Luan외 6명|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 24.

Digital Radiography and Breast Imaging인용 수 0

한 줄 요약

이 논문은 Raspberry Pi 카메라로 구성된 휴대용 X선 이미징 장치를 Gd2O2S:Tb 형광체로 만들어 임상급 공간 해상도(MTF20은 주변빛에서 최대 68 lp/mm, X선 노출 하에서 25 lp/mm) 달성하고, 모듈성을 위한 여러 화면으로 시연한 것을 보고한다.

ABSTRACT

This study reports the development and characterization of a cost-effective X-ray imaging device built from Raspberry Pi components, including a high-quality 12.3-megapixel camera configured for indirect detection with a Gd2O2S: Tb scintillation screen. The device was evaluated under both ambient light and X-ray exposure conditions. Initial characterization under ambient light ensured proper optical focusing; subsequently, camera settings (ISO and exposure time) were evaluated and optimized for X-ray imaging performance. Spatial resolution of the developed device was quantified using the Slanted-Edge method to derive the Modulation Transfer Function (MTF). The device achieves MTF20 values of 68 lp/mm under ambient light and 25 lp/mm under X-ray irradiation (50 and 70 kV) with Gd2O2S:Tb screen. Besides, the modularity of the developed device was confirmed by conducting the tests with LYSO:Ce and GAGG:Ce screens. Results demonstrate that this compact, cost-effective platform delivers spatial resolution comparable to clinical radiography systems, with potential applications in scientific, educational, and medical contexts where cost and portability are critical factors.

연구 동기 및 목표

• Raspberry Pi 카메라를 기반으로 한 компакт하고 비용 효율적인 X선 이미징 시스템 개발.
• X선 이미징 성능을 최적화하기 위한 광학 초점 및 카메라 설정 평가.
• 다른 형광 스크린으로 공간 해상도와 모듈성 특성화.
• 주변광 및 X선 조사 조건에서 장치 시연.
• 휴대성이 중요한 교육, 과학, 의학 분야의 잠재적 응용 평가.

제안 방법

• Indirect X-ray 검출을 위해 고품질 12.3메가픽셀 Raspberry Pi 카메라를 조립.
• Indirect X-ray 변환을 위한 Gd2O2S:Tb 형광 스크린 사용.
• 기본 광학 특성을 확립하기 위해 주변광에서 초점 특성 평가.
• X선 이미징 성능을 위해 카메라 매개변수(ISO, 노출 시간) 최적화.
• Slanted-Edge 방법으로 해상도 정량화하여 Modulation Transfer Function(MTF) 도출.
• 모듈성 확인을 위해 대체 스크린(LYSO:Ce, GAGG:Ce)으로 장치 테스트.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 휴대용 저비용 조건에서 Raspberry Pi 카메라 기반 시스템이 임상적으로 관련된 X선 이미징 공간 해상도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 형광 스크린과 함께 어떤 카메라 설정이 X선 이미징 성능을 최적화하는가?
• RQ3 해상도와 모듈성 측면에서 서로 다른 형광 스크린으로 시스템 성능은 어떻게 다른가?
• RQ4 휴대성이 중요한 교육, 과학, 의학 분야에서 이 장치가 적합한가?

주요 결과

• 주변 광 하에서의 MT F20 값이 68 lp/mm.
• X선 방사하에서 50 및 70 kV에서 MT F20 값이 25 lp/mm.
• 시스템은 저잡음 성능과 LYSO:Ce 및 GAGG:Ce 스크린과의 모듈식 호환성 시연.
• 측정 범위 내에서 임상 방사 촬영 시스템과 비슷한 공간 해상도 달성.
• 고품질 12.3 MP Raspberry Pi 카메라를 간단하고 휴대 가능한 하드웨어로 간접 X선 이미징에 사용할 수 있다.