KR100917930B1

KR100917930B1 - 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출단층촬영장치

Info

Publication number: KR100917930B1
Application number: KR1020070124585A
Authority: KR
Inventors: 미끼꼬 이또우; 홍성종; 이재성; 홍병식; 이경세; 심광숙
Original assignee: 미끼꼬 이또우; 홍성종; 이재성; 홍병식; 이경세; 심광숙
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-09-21
Also published as: KR20090057831A

Abstract

본 발명은 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로, 특히 다층구조로 적층되는 각각의 섬광결정층이 좌우측으로 번갈아 가면서 일정 오프셋을 둠으로써, 종래의 섬광검출기보다 더 상세한 섬광결정간의 상호작용의 깊이(DOI) 정보를 가진 섬광신호를 검출할 수 있기 때문에 민감도를 그대로 유지하면서도 향상된 공간분해능을 갖는 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 섬광결정층군을 2단 또는 3단으로 구성함으로써, 민감도의 저하없이 중심 방향의 공간분해능이 현저하게 향상된 섬광검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따르는 다층 구조의 섬광검출기는, 각 섬광결정층(110,120,130,140)이 단차진 형태가 되도록 적층된 섬광결정층군(100); 및 섬광결정층군(100)으로부터 섬광신호를 감지하는 감지셀들을 포함하고, 감지셀들로부터 방출된 광전자를 증폭시켜 출력하는 광전소자(200);을 포함하는 섬광검출기(300)로서, 섬광검출기(300)는 각 섬광결정층(110,120,130,140)이 적층될 때마다 적층면의 가로(X) 및 세로(Y)방향으로 각각 교번하여 섬광결정의 1/2폭의 길이만큼 오프셋을 두고 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

양전자방출 단층촬영장치, 섬광결정, 광전자증배관, 상호작용깊이

Description

다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치{Multi-layer Scintillator Detector and Positron Emission Tomography device therewith}

본 발명은 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로, 특히 다층으로 적층되는 섬광결정층이 각각 좌우로 섬광결정의 1/2폭만큼 오프셋을 둠으로써, 민감도를 유지하면서도 보다 향상된 공간분해능을 갖는 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것이다.

일반적으로 인체의 생화학적인 변화를 영상화하여 이상을 찾아내고 각종 질병의 조기 진단을 할 수 있는 의학 분야의 방사선 영상장치로는 크게 자기공명찰영장치(Magnetic Resonance Imaging; MRI), 컴퓨터단층촬영장치(computer tomography; CT) 그리고 양전자방출 촬영장치(Positron Emission Tomography; PET)를 들 수 있다.

특히, PET는 생체 내에 방사선 시료를 정맥주사 또는 흡입 등의 방법으로 주입하고, 이를 검출하여 이물질의 체내 분포를 영상화하는 장치로, 인체의 물질대사 연구, 암진단, 심장 및 신경계통의 이상 등 여러가지 질병의 진단 및 연구에 사용되고 있다.

이러한 PET는 불안정한 방사선 시료가 양전자를 방출하면서 소위 쌍소멸(pair aN×Nihilation) 현상에 의해 서로 반대방향으로 방출되는 감마선을 섬광검출기로 검출하여 방사선 핵종의 분포를 통해 영상을 얻는다. 여기서, PET의 구조에 대하여 간단하게 살펴보면, 크게 검출수단과 영상장치로 구분된다.

검출수단은 감마선을 검출하는 섬광결정 및 섬광결정으로부터 검출된 신호를 전기적 신호로 바꿔주는 광전소자를 포함하는 섬광검출기를 포함하여 이루어지며, 특히 복수의 섬광검출기를 링 형태로 배치하여 반대방향으로 방출되는 감마선을 검출한다.

영상장치는 검출수단으로부터 검출한 데이터를 저장하고 이를 영상처리하는 컴퓨터와 같은 제어부와, 실제 영상을 볼 수 있도록 디스플레이부를 포함한다.

이와 같이 이루어지는 PET는 보통 섬광검출기의 공간분해능 및 민감도에 따라 얻을 수 있는 영상에 큰 차이를 보이게 된다. 그러나, 종래의 섬광검출기는 다음과 같은 문제가 있다.

1) 직경이 200mm 이하인 소동물용 PET의 종래 섬광검출기는 상호작용의 깊이(DOI) 정보를 알 수 없기 때문에 중심에서 멀어질수록 공간분해능을 악화시키는 페럴렉스 오차(Parallex error) 때문에 섬광결정의 길이를 길게 할 수 없어 민감도가 떨어지는 문제가 있다.

2) 직경이 200mm 이하인 소동물용 PET의 종래 섬광검출기는 섬광결정의 길이 를 길게 하여 민감도를 증가시키고자 하면 중심에서 멀어질수록 공간분해능이 떨어진다.

3) APD를 사용하여 섬광결정의 양쪽에서 신호를 읽는 경우, 섬광검출기 및 검출기로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리부의 갯수가 그만큼 늘어나기 때문에 제작 비용이 늘어나게 된다.

4) 이러한 섬광검출기는 종래의 섬광검출기를 이용하는 양전자방출 단층촬영장치의 공간분해능과 민감도와 같은 성능에도 영향을 준다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 다층구조로 적층되는 각각의 섬광결정층이 좌우측으로 번갈아 가면서 일정 오프셋을 둠으로써, 종래의 섬광검출기보다 더 상세한 섬광결정간의 상호작용의 깊이(DOI) 정보를 가진 섬광신호를 검출할 수 있기 때문에 민감도를 그대로 유지하면서도 향상된 공간분해능을 갖는 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 섬광결정층군을 2단 또는 3단으로 구성함으로써, 민감도의 저하없이 중심 방향의 공간분해능이 현저하게 향상된 섬광검출기 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따르는 다층 구조의 섬광검출기는,

각 섬광결정층(110,120,130,140)이 단차진 형태가 되도록 적층된 섬광결정층군(100); 및

섬광결정층군(100)으로부터 섬광신호를 감지하는 감지셀들을 포함하고, 감지셀들로부터 방출된 광전자를 증폭시켜 출력하는 광전소자(200);을 포함하는 섬광검출기(300)로서,

섬광검출기(300)는 각 섬광결정층(110,120,130,140)이 적층될 때마다 적층면의 가로(X) 및 세로(Y)방향으로 각각 교번하여 섬광결정의 1/2폭의 길이만큼 오프 셋을 두고 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 섬광결정층군(100)은, 다수의 섬광결정(111)이 N×N 행렬 형태로 배치된 제1섬광결정층(110); 다수의 섬광결정(121)이 N×(N-1) 행렬 형태로 배치된 제2섬광결정층(120); 다수의 섬광결정(131)이 (N-1)×(N-1) 행렬 형태로 배치된 제3섬광결정층(130); 및 다수의 섬광결정(141)이 (N-1)×(N-2) 행렬 형태로 배치된 제4섬광결정층(140);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 섬광결정층군(100)은 각 섬광결정층(110,120,130,140)의 두께가 1~10mm이고, 가로 및 세로의 길이가 각각 0.5~5.0mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 섬광결정층군(100)은 각 섬광결정층(110,120,130,140)을 구성하는 각각의 섬광결정(111,121,131,141)이 LSO, LYSO, LGSO, GSO, BGO, LuYAP, 및 BaF 중에서 선택된 동일 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 각각의 섬광결정(111,121,131,141)은 섬광이 반응하는 광전소자(200)로 유도될 수 있도록 각각 반사체(112,122,132,142)로 싸여 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 광전소자(200)는 실리콘 광증배관(SiPM), 다중픽셀 광계수기(MPPC), 또는 반도체 광증배관(SSPM)인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따르는 다른 실시예로서의 다층 구조의 섬광 검출기는, 섬광검출기(300a)를 구성함에 있어서, 섬광검출기(300a)는 섬광결정층군(100)이 2단으로 적층된 섬광결정층군(100a)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 섬광결정층군(100a)은 각 섬광결정층군(100)이 각각 다른 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따르는 또 다른 실시예로서의 다층 구조의 섬광 검출기는, 섬광검출기(300b)를 구성함에 있어서,

섬광검출기(300b)는 섬광결정층군(100)이 3단으로 적층된 섬광결정층군(100b)을 포함하여 이루어지며, 섬광결정층군(100b)은 각 섬광결정층군(100)이 각각 다른 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따르는 양전자방출 단층촬영장치는,

다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410a)로 형성된 검출링(410) 및 검출링(410)으로부터 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리부(420)을 포함하는 검출수단(400);

신호처리부(420)로부터 얻은 데이터를 영상신호로 변환하여 이를 표시해 주는 영상장치(500);를 포함하여 이루어진 양전자방출 단층촬영장치로서,

각 섬광검출기(410a)는 제 1 항 내지 제 6 항중에서 택일된 섬광검출기(300)이고,

서로 마주보는 섬광검출기(410a) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따르는 다른 실시예로의 양전자방출 단층촬영장치는,

다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410b)로 형성된 검출링(410) 및 검출링(410)으로부터 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리부(420)을 포함하는 검출수단(400);

각 섬광검출기(410b)는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 다층 구조의 섬광검출기(300)이고,

섬광검출기(300)는 섬광결정층군(100)이 2단으로 적층된 섬광결정층군(100a);을 포함하여 이루어지고,

섬광결정층군(100a)은 각각의 섬광결정층군(100)이 서로 다른 섬광물질로 이루어지고,

서로 마주보는 섬광검출기(410b) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다른 실시예로서의 양전자방출 단층촬영장치는,

다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410c)로 형성된 검출링(410) 및 검출링(410)으로부터 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리부(420)을 포함하는 검출수단(400);

각 섬광검출기(410c)는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 다층 구조의 섬광검출기(300)이고,

섬광검출기(300)는 섬광결정층군(100)이 3단으로 적층된 섬광결정층군(100b);을 포함하여 이루어지고,

섬광결정층군(100b)은 각각의 섬광결정층군(100)이 서로 다른 섬광물질로 이루어지고,

서로 마주보는 섬광검출기(410c) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 감마선의 상호작용이 일어난 섬광결정층을 검출할 수 있기 때문에, PET 장치에서 잘 알려져 있는 "반경방향 신장왜곡", 즉 반경길이(환형의 검출기링에서 중심축으로부터의 수직거리)가 커질수록 그 위치에서의 공간분해능이 급격히 감소하는 기하학적인 한계를 크게 감소시킬 수 있다.

2) 4층의 섬광결정을 사용하여 총 섬광결정길이를 증가시켜 민감도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 같은 종류의 섬광결정을 사용함으로써 섬광결정의 선택폭을 넓힐 수 있으며, 전자장치 또한 간단해지는 장점이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 다층구조의 섬광검출기를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 다층구조의 섬광검출기(300)는 감마선으로부터 섬광신호를 검출하는 섬광결정층군(100)과, 이 섬광결정층군(100)으로부터 검출된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시켜 주는 광전소자(200)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 설명의 편의를 위해 섬광결정층(110,120,130,140)을 제1~제4섬광결정층으로 구분하 여 설명하기로 한다.

섬광결정층군(100)은 4개의 섬광결정층(110,120,130,140)으로 구성되어 있으며, 각 섬광결정층(110,120,130,140)은 각각 복수의 섬광결정(111,121,131,141)이 일정한 간격을 두고 행렬 형태로 배치되어 구성된다. 즉, 제1섬광결정층(110)은 복수의 제1섬광결정(111)이 일정한 간격을 두고 행렬 형태로 배치되게 되는 것이다. 그리고, 다른 섬광결정층(120,130,140)도 각각 복수의 섬광결정(121,131,141)이 일정한 간격을 두고 행렬 형태로 배치되어 이루어진다. 특히, 각각의 섬광결정(111,121,131,141)은 낱개로 양단면을 제외한 둘레를 반사체(112,122,132,142)로 감싸 섬광과의 반응시 섬광이 대응하는 섬광결정(111,121,131,141)의 광전소자(200)로 유도될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 각 섬광물질(111,121,131,141)은 LSO, LYSO, LGSO, GSO, BGO, LuYAP, 및 BaF 중에서 선택된 하나의 섬광물질을 이용하여 단면이 정사각형인 직육면체 형태로 제작하게 된다. 이는 감마선의 일정 펄스에 대해서만 반응을 감지할 수 있도록 하고, 특히 직육면체 형태로 이루어진 섬광물질(111,121,131,141)의 중심을 통해 섬광이 광전소자(200)를 향하도록 하기 위함이다. 이러한 섬광물질(111,121,131,141)은 정사각형 단면의 가로와 세로가 각각 0.5~5.0mm이고, 두께(높이)가 1~10mm이 되도록 제작하여 사용한다. 본 발명의 바람직한 실시예에, 섬광물질(111,121,131,141)은 정사각형 단면의 가로와 세로가 각각 1.5mm이고, 두께(높이)가 5mm로 제작하여 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 각각의 섬광결정층(110,120,130,140)은 단차진 형태로 적층하여 섬광결정층군(100)을 형성한다. 이를 위해, 본 발명에 따르는 각 섬광결정층(110,120,130,140)은 다음의 규칙에 따라 각각의 섬광물질(111,121,131,141)을 행렬 형태로 배치한다. 여기서의 섬광물질(111,121,131,141)은 각각 반사체(112,122,132,142)로 둘러싸인 것을 이용한다.

제1섬광결정층(110)은 섬광결정(111)을 N×N 행렬 형태로 배치하고,

제2섬광결정층(120)은 섬광결정(121)을 N×(N-1) 행렬 형태로 배치하고,

제3섬광결정층(130)은 섬광결정(131)을 (N-1)×(N-1) 행렬 형태로 배치하며,

제4섬광결정층(140)은 섬광결정(141)을 (N-1)×(N-2) 행렬 형태로 배치한다. 이때, N은 2보다 큰 자연수이다.

상기한 행렬의 배치 형태를 보면, 위에 적층되는 섬광결정층이 아래의 섬광결정층과 비교해 볼 때, 가로 또는 세로의 행 또는 열수가 1씩 작아지는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는, 이러한 행 또는 열의 1/2폭, 즉 섬광결정(111,121,131,141)의 단면폭의 절반만큼 오프셋으로 두어 각각의 섬광결정층(110,120,130,140)을 적층하게 된다. 이때, 적층방향에 있어서, 직각으로 좌우 교번하여 적층하게 된다.

이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명에 따르는 섬광결정층(110,120,130,140)의 적층방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 섬광결정층(110,120,130,140)의 적층 상태를 보여주는 평면도이다. 여기서, 설명의 편의를 위해 제1섬광결정층(110)이 7X7이고, 제2섬광결정층(120)이 6X7이고, 제3섬광결정층(130)이 6X6이고, 제4섬광결정층(140)이 5X6인 것을 예로 들어 설명한다.

먼저, 도 2a와 같이 제1섬광결정층(110)을 중심으로 기준좌표(X축과 Y축)을 설정한다. 이어, 제1섬광결정층(110) 위에 제2섬광결정층(120)을 적층한다. 이때, 제2섬광결정층(120)은 가로변인 X축이 1열이 적기 때문에, 제1섬광결정층(120)의 X축 상에서 섬광결정(111)의 1/2폭만큼 오프셋시켜 적층하면 도 2a와 같이 적층된다. 이어, 제3섬광결정층(130)을 제2섬광결정층(120)에 적층하게 되는데, 이때는 Y축 상에서 섬광결정(121)의 1/2폭만큼 오프셋시켜 적층하면 도 2b와 같이 적층된다. 마지막으로, 제4섬광결정층(140)을 제3섬광결정층(130)에 적층하게 되는데, 이때는 다시 X축 상에서 섬광결정(131)의 1/2폭만큼 오프셋시켜 적층하면 도 2c와 같이 적층된다.

이와 같이 적층을 하게 되면, 섬광결정층군(100)은, 도 3a 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 각 섬광결정층(110,120,130,140)은 인접한 다른 섬광결정층과 한면이 일치하고 다른 한면이 어긋난 상태로 배치된다. 여기서, 도면부호 200은 광전소자를 나타낸다.

광전소자(200)는 각각의 섬광결정(111,121,131,141)로부터 섬광신호를 검출하게 되면, 이 신호를 받아서 전기신호로 변환 및 증폭 작용을 통해 외부의 미도시 된 영상장치로 송신해 주게 된다. 이러한 광전소자(200)로 본 발명에서는 실리콘 광증배관(SiPM), 다중픽셀 광계수기(MPPC), 또는 반도체 광증배관(SSPM)을 이용할 수 있다. 또한, 광전소자(200)는 첨부도면에서는 도시하지 않았지만, 실제 섬광신호를 수신하는 감지셀을 포함하고 있다는 것은 이미 주지되어 있다.

한편, 본 발명에 따르는 다층구조의 섬광검출기의 다른 실시예로서, 섬광결정층군(100)을 2단 또는 3단으로 구성하는 것도 가능하다. 도 4a는 섬광결정층군(100)이 2단으로 적층된 섬광검출기(300a)를 보여주고, 도 4b는 섬광결정층군(100)이 3단으로 적층된 섬광검출기(300b)를 각각 보여준다. 본 발명에 따른 다른 실시예로서의 섬광검출기(300a,300b)는 상술한 섬광검출기(300)와 비교해 볼때 그 구성이 동일하되, 섬광결정층군(100)이 2단 및 3단으로 동일선상에 위치하도록 설치하여 각각의 섬광결정층군(100a,100b)을 구성한 것이다. 이에, 각 섬광결정층군(100)에 대한 설명은 상술한 바와 같기 때문에 여기서는 각 섬광결정층군(100a,100b)에 관한 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 상술한 섬광결정층군(100)과 각 섬광결정층군(100a,100b)을 비교할 때의 차이점은, 각 섬광결정층군(100a,100b)을 구성하는 각 섬광결정층군(100)의 섬광결정이 다른 것을 이용한다는 것이다. 이는, 예를 들어, 2단 섬광검출기(300a)의 경우 각각 다른 섬광결정으로 이루어진 2개의 섬광결정층군(100)이 동일선상에 위치하도록 적층된다. 따라서, 2개의 섬광결정층군(100)은 섬광의 검출위치가 같아지게 되는데, 이때 섬광결정이 다르기 때문에 섬광결정간의 상호작용의 깊이(DOI)에 대한 보다 상세한 정보를 검출하여 감마선의 초기 발생위치를 더욱 정확하게 결정할 수 있다. 따라서, 민감도를 유지하면서도 향상된 공간분해능을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따르는 섬광검출기(300)를 이용하여 섬광을 검출하는 과정에서 반응을 판별하는 과정을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 섬광검출기를 이용하여 섬광을 검출하여 판별하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 여기서, 제1섬광결정층(110)은 4X4인 경우를 예로 든다.

도 5a는 제1섬광결정층(110)만을 이용하여 섬광을 검출한 경우이다. 이때에는 각 섬광결정(111)은 4X4 즉, 16개의 점이 일정한 간격을 두고 나타나게 된다. 이때의 각 점은 각각의 섬광결정(111)의 중심점에 해당하는 위치에 각각 제1대응점(113)이 형성된다.

제2섬광결정층(120)은 3X4인 경우로, 도 5b에서 좌우측으로 섬광결정(111)의 1/2폭만큼 오프셋되어 있다. 따라서, 제2섬광결정층(120)을 통해 얻은 섬광에 대응하는 제2대응점(123)은 도 5a의 점과 점 사이, 특히 격자의 세로변의 길이가 변하지 않기 때문에 제2대응점(123)은 제1대응점(113)의 가로줄 사이에 찍힌다.

제3섬광결정층(130)은 3X3인 경우로, 도 5c에서 보는 바와 같이, 위에서 아래로 섬광결정(121)의 1/2폭만큼 오프셋되어 있다. 제2대응점(123)의 가로변이 변하지 않기 때문에, 제3대응점(133)은 세로줄에서 제2대응점(123) 사이에 찍히게 된다.

마지막으로, 제4섬광결정층(140)은 2X3인 경우로, 도 5d에서 도시한 바와 같이, 좌우측으로 섬광결정(131)의 1/2폭만큼 오프셋되어 있다. 따라서, 제4대응점(143)은 제1대응점(113)을 잇는 세로선상의 형성된다.

이와 같은 대응점(113~143)은 섬광결정층군(100)이 2단 또는 3단으로 설치한 섬광검출기(300a,300b)인 경우도 동일한 위치에 형성된다. 그러나, 2단 또는 3단으로 설치한 섬광검출기(300a,300b)는 각각의 섬광결정층군(100)이 다른 섬광결정으로 이루어져 있기 때문에, 섬광결정의 상호작용의 깊이(DOI:Depth of Interaction)가 달라지게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 바와 같이 이루어진 섬광검출기(300)를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 포함한다.

양전자방출 단층촬영장치는, 도 6에서와 같이, 크게 감마선을 검출하는 검출수단(400)과, 이 검출수단(400)으로부 검출된 섬광신호를 통해 영상을 얻는 모니터와 같은 영상장치(500)를 포함한다. 특히, 검출수단(400)은 섬광검출기(410a)가 링 형태로 형성된 검출링(410) 및 검출된 신호를 처리하여 영상장치(500)에 영상 신호를 제공하는 신호처리부(420)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 본 발명의 양전자방출 단층촬영장치는 종래의 구성과 동일하나 섬광검출기(410a)의 구성에 있어서, 상술한 섬광결정층군(100)이 하나인 섬광검출기(300)를 이용한다. 뿐만 아니라 섬광검출기로서 2단 및 3단으로 각각 적층된 각각의 섬광검출기(410b,410c)를 적용하여 본 발명의 양전자방출 단층촬영장치를 구성하는 것도 가능하다. 여기서, 도면부호 410b와 410c는 섬광결정층군(100)의 적층 갯수에 관한 부분만 차이가 있고 나머지 구성에 대해서는 도 6과 동일하기 때문에 별도로 도면에 표시하지 않는다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 검출링(410)을 구성하는 각 섬광검출기(410a,410b,410c)는 그 단부와 단부 사이의 직경(R)을 50mm ~ 500mm로 제작하는 것이 바람직하다. 이는 검출링(410)의 반경이 200mm 이상이면 중심에서 멀어질수록 공간분해능을 악화시키는 페럴렉스 오차(Parallex error)를 무시할 수 있기 때문이며, 이 범위는 생쥐와 같은 소동물 및 인체를 촬상할 수 있는 크기를 고려한 것이다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 제1섬광결정층(110)부터 제4섬광결정층(140)까지 각각 단일층으로 하여 섬광을 검출한 상태를 보여주는 플로드(flood) 이미지 및 3차원 영상이다. 여기서, 각 좌우측 그래프의 X축과 Y축은 각각 본 발명의 섬광검출기로 섬광신호를 검출하여 얻어지는 가로변 및 세로변의 길이를 나타내고, 오른쪽 그래프는 왼쪽 그래프와 마찬가로 X축과 Y축은 동일하며, Z축은 깊이를 각각 나타낸다.

도 7a~7d에서 보는 바와 같이, 각 섬광결정층(110,120,130,140)만을 이용하여 얻은 영상에서 보는 바와 같이, 각각 다른 위치에서 섬광결정(111,121,131,141)을 나타내는 영상의 피크 위치가 다르게 나타나게 된다.

본 발명에서는 이와 같이 각 각 섬광결정층(110,120,130,140)에서 얻어진 영상을 오버랩시키게 되면 이들 피크 위치가 겹치지 않기 때문에 섬광 반응이 어느 층에서 일어났는지를 쉽게 알 수 있게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌으나, 이러한 실시예는 본 발명을 더욱 명확히 개시하기 위한 것이며, 본 명세서 및 도면에 기재된 사항의 범위에서 신규사항을 추가함이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다 할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 명세서 및 도면에 기재된 사항 및 그 기재에 의하여 당업자가 일의적으로 추론할 수 있는 범위내에서 이러한 수정이나 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층구조의 섬광검출기의 일예를 나타내는 사시도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 섬광결정층(110,120,130,140)의 적층 상태를 보여주는 평면도.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 섬광결정층(110,120,130,140)의 적층 상태를 보여주는 정면도 및 측면도.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 섬광검출기의 다른 실시예를 보여주는 사시도.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 섬광검출기를 이용하여 섬광을 검출하여 판별하는 과정을 설명하기 위한 모식도.

도 6은 본 발명에 따른 섬광검출기를 이용하는 PET의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 각 섬광결정층을 통해 얻은 플로드 이미지 및 3차원 영상을 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 섬광결정층군

110, 120, 130, 140 : 섬광결정층

111, 121, 131, 141 : 섬광물질

112, 122, 132, 142 : 반사체

113, 123, 133, 143 : 대응점

200 : 광전소자

300, 300a, 300b, 410a, 410b, 410c : 섬광검출기

400 : 검출수단

410 : 검출링

420 : 신호처리부

500 : 영상장치

Claims

각 섬광결정층(110,120,130,140)이 단차진 형태가 되도록 적층된 섬광결정층군(100); 및

상기 섬광결정층군(100)으로부터 섬광신호를 감지하는 감지셀들을 포함하고, 감지셀들로부터 방출된 광전자를 증폭시켜 출력하는 광전소자(200);을 포함하는 섬광검출기(300)로서,

상기 섬광검출기(300)는 상기 각 섬광결정층(110,120,130,140)이 적층될 때마다 적층면의 가로(X) 및 세로(Y)방향으로 각각 교번하여 섬광결정의 1/2폭의 길이만큼 오프셋을 두고 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,

상기 섬광결정층군(100)은,

다수의 섬광결정(111)이 N×N 행렬 형태로 배치된 제1섬광결정층(110);

다수의 섬광결정(121)이 N×(N-1) 행렬 형태로 배치된 제2섬광결정층(120);

다수의 섬광결정(131)이 (N-1)×(N-1) 행렬 형태로 배치된 제3섬광결정층(130); 및

다수의 섬광결정(141)이 (N-1)×(N-2) 행렬 형태로 배치된 제4섬광결정층(140);을 포함하여 이루어지며, 여기서 N은 2보다 큰 자연수인 것을 특징으로 하 는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 2 항에 있어서,

상기 섬광결정층군(100)은 각 섬광결정층(110,120,130,140)의 두께가 1~10mm이고, 가로 및 세로의 길이가 각각 0.5~5.0mm인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 3 항에 있어서,

상기 섬광결정층군(100)은 각 섬광결정층(110,120,130,140)을 구성하는 각각의 섬광결정(111,121,131,141)이 LSO, LYSO, LGSO, GSO, BGO, LuYAP, 및 BaF 중에서 선택된 어느 하나의 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 4 항에 있어서,

상기 각각의 섬광결정(111,121,131,141)은 섬광이 반응하는 광전소자(200)로 유도될 수 있도록 각각 반사체(112,122,132,142)로 싸여 있는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,

상기 광전소자(200)는 실리콘 광증배관(SiPM), 다중픽셀 광계수기(MPPC), 또 는 반도체 광증배관(SSPM)인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 섬광검출기(300a)로서,

상기 섬광검출기(300a)는 상기 섬광결정층군(100)이 2단으로 적층된 섬광결정층군(100a)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 7 항에 있어서,

상기 섬광결정층군(100a)은 각 섬광결정층군(100)이 각각 다른 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 섬광검출기(300b)로서,

상기 섬광검출기(300b)는 상기 섬광결정층군(100)이 3단으로 적층된 섬광결정층군(100b)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
제 9 항에 있어서,

상기 섬광결정층군(100b)은 각 섬광결정층군(100)이 각각 다른 섬광물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 섬광 검출기.
다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410a)로 형성된 검출링(410) 및 상기 각 섬광검출기(410a)에 의해 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리 부(420)을 포함하는 검출수단(400);

상기 신호처리부(420)로부터 얻은 데이터를 영상신호로 변환하여 이를 표시해 주는 영상장치(500);를 포함하여 이루어진 양전자방출 단층촬영장치로서,

상기 각 섬광검출기(410a)는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 다층 구조의 섬광검출기(300)이고,

서로 마주보는 상기 섬광검출기(410a) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치.
다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410b)로 형성된 검출링(410) 및 상기 복수의 섬광검출기(410b)에 의해 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리부(420)을 포함하는 검출수단(400);

상기 신호처리부(420)로부터 얻은 데이터를 영상신호로 변환하여 이를 표시해 주는 영상장치(500);를 포함하여 이루어진 양전자방출 단층촬영장치로서,

상기 각 섬광검출기(410b)는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 다층 구조의 섬광검출기(300)이고,

상기 섬광검출기(300)는 상기 섬광결정층군(100)이 2단으로 적층된 섬광결정층군(100a);을 포함하여 이루어지고,

상기 섬광결정층군(100a)은 각각의 섬광결정층군(100)이 서로 다른 섬광물질로 이루어지고,

서로 마주보는 상기 섬광검출기(410b) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치.
다층 구조로 이루어진 복수의 섬광검출기(410c)로 형성된 검출링(410) 및 상기 복수의 섬광검출기(410c)에 의해 검출된 광신호를 분석하여 처리하는 신호처리부(420)을 포함하는 검출수단(400);

상기 신호처리부(420)로부터 얻은 데이터를 영상신호로 변환하여 이를 표시해 주는 영상장치(500);를 포함하여 이루어진 양전자방출 단층촬영장치로서,

상기 각 섬광검출기(410c)는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 의한 다층 구조의 섬광검출기(300)이고,

상기 섬광검출기(300)는 상기 섬광결정층군(100)이 3단으로 적층된 섬광결정층군(100b);을 포함하여 이루어지고,

상기 섬광결정층군(100b)은 각각의 섬광결정층군(100)이 서로 다른 섬광물질로 이루어지고,

서로 마주보는 상기 섬광검출기(410c) 사이의 직경(R)이 50mm 내지 500mm인 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치.