KR100948461B1 - 물체 구성의 3차원 영상화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체의 구성원소를 비파괴식으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 물체에 의한 방사선의 컴프턴 산란을 계수하여 물체의 구성원소를 분석하고, 이를 토대로 물체의 원소 구성을 3차원 영상화시키는 기술에 관한 것이다.
본 발명인 물체 구성의 3차원 영상화 장치는, 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과, 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와, 물체를 지지하며 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과, 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와, 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와, 검출기로부터 입력받은 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와, 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와, 복수의 복셀 각각에 대해 연산부로부터 구성원소를 입력받고 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함한다.
컴프턴, 산란, 감마선, 비파괴, 구성원소, 운동량분포함수, 에너지분포함수, 3차원, 영상화

Description

물체 구성의 3차원 영상화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMAGING OBJECT 3-DIMENSIONALLY}
본 발명은 물체의 구성원소를 비파괴식으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 물체에 의한 방사선의 컴프턴 산란을 계수하여 물체의 구성원소를 분석하고, 이를 토대로 물체의 원소 구성을 3차원 영상화시키는 기술에 관한 것이다.
방사선을 이용한 비파괴 검사 및 영상화 기술의 원리는 물체의 방사선 흡수 및 투과에 기반을 두고 있다. 예컨대, 감마(γ)선을 이용하여 물체의 구성원소를 판별하고자 할 경우, 집속된 감마선원을 이용하여 물체 상의 특정 지점으로 감마선을 조사한 후, 반대방향으로 투과되어 나오는 감마선을 계수하여, 입사 감마선과 투과 감마선의 각 에너지를 비교하면, 물체를 투과하면서 감쇠된 감마선의 에너지를 산출할 수 있다. 이와 같은 감마선의 감쇠(attenuation)는 물체의 밀도와 같은 물성에 따라 그 양이 달라지므로, 이로부터 물체의 밀도 분포를 판별할 수 있다. 나아가 물체에 대해 감마선을 3차원적으로 스캐닝함으로써, 물체의 구성원소에 대한 3차원 영상을 얻을 수도 있다.
그러나 이와 같이 입사 방사선과 투과 방사선을 비교하여 물체의 구성을 분 석하는 기술에 있어서 가장 큰 단점은 물체의 구성원소를 직접 판별하기에는 부족하다는 것이다. 예로서, 총이든 가방을 촬영했을 경우 총의 모습은 명확히 보이나 이것이 납으로 만들었는지 또는 구리로 만들었는지 판별할 수가 없다. 또한 밀도가 큰 물체 속에 밀도가 작은 물체를 넣을 경우에도 영상재구성이 어렵다. 즉, 상대적으로 밀도가 높은 부분과 낮은 부분을 구별할 수 있을 뿐이다.
이를 보완하기 위해 감마선의 컴프턴 산란을 이용한 영상기술이 소개되었다. 감마선이 물체와 충돌할 때 일어나는 컴프턴 산란(Compton Scattering)은 감마선과 물체 내 전자와의 반응이므로 물체 내 전자밀도에 대한 정보를 제공한다. 각 물체마다 고유한 전자밀도를 가지므로 전자밀도의 정보는 곧 물체의 종류를 판별할 수 있는 중요한 단서라 할 수 있다. 따라서 컴프턴 산란을 이용한 비파괴 영상기술은 물체의 구조 뿐만 아니라 물체의 구성원소까지 직접 판별할 수 있는 한 차원 높은 비파괴 영상기술이라 할 수 있다.
그러나 이 기술이 지닌 문제점은 컴프턴 산란된 감마선의 계수를 통해서 컴프턴 산란 확률을 산출하고, 이로부터 물체의 전자밀도를 구한다는 점이다. 물체 내의 특정 위치에 대한 컴프턴 산란확률을 구할 때 입사 감마선의 경로와 산란 감마선의 경로에 위치한 전자분포의 영향이 포함되므로, 이 영향을 제거하기 위해서는 추가적인 계측기기가 필요하고 복잡한 수치적 분석과정을 거치게 되므로 오류를 범하기 쉽다. 또한 전자의 밀도는 구성원소의 조성비에 대해 선형적이지 않으므로 각 물체에 따른 전자밀도를 데이터베이스화하여야 하는 문제가 있다.
본 발명은 물체의 구성원소의 종류를 분석하여 이를 3차원 영상화할 수 있는 물체 구성의 3차원 영상화방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 물체 구성의 3차원 영상화 장치로서, 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과, 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와, 상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와, 상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와, 상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와, 상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와, 상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함한다.
또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함 수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하고, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하며, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 분해능을 구하며, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하고, 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하고, 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하며, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하고, 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정할 수 있다.
또한, 상기 검출기는 복수 개가 상기 감마선이 입사되는 복셀을 중심으로 하는 반원상 등간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 검출기는 게르마늄 검출기로 마련될 수 있다.
또한, 상기 감마선원은 137Cs 선원으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 입사집속기는 원형단면을 가진 구멍이 형성되어 있고, 상기 산란집속기는 상기 입사집속기에 형성된 구멍의 직경과 같은 폭을 가진 슬릿이 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 물체 구성의 3차원 영상화 방법으로서, 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와, 상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와, 상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와, 상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하는 미지원소운동량산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하는 기지원소운동량산출단계와, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 미지원소운동량산출단계와 상기 미지원소운동량산출단계에서 구하는 전자 운동량 분포함수는,
Figure 112009019206045-pat00001
......(E1)
(여기서,Eγ은 입사 감마선의 에너지, Eγ'는 산란 감마선의 에너지, θ는 산란 감마선의 입사 감마선에 대한 산란각도, Pz는 산란 전 전자의 운동량, m0은 전자의 질량)에 의해 구할 수 있다.
또한, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체내의 미지의 원소에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 기지원소에너지분포함수산출단계와, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복셀분석단계는 분석대상인 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산 란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하는 계측응답함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 분해능을 구하는 분해능산출단계와, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하는 기지원소에너지분포함수산출단계와, 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하는 이론응답함수산출단계와, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하는 편차산출단계와, 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하는 최소편차값산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하는 복수원소편차값산출단계와, 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이론응답함수산출단계는 상기 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 측정에 의해 결정하는 단계와, 상기 산란 감마선에 대한 상기 검출기의 응답함수 RA(E)를 수학식
Figure 112009019206045-pat00002
(여기서, C는 계측데이터의 이벤트 수를 보정하는 값, fA(E) 기지의 원소 A에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수)에 의해 구하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 감마선의 컴프턴 산란을 이용하여 물체 내 원자에 속박된 전자의 운동량 정보를 획득하므로 물체의 구성원소의 종류까지 파악할 수 있다. 또한 물체를 이동시켜가면서 물체 내부의 각 지점에 대한 구성원소의 종류를 파악하고, 이를 도식화 또는 이미지화함으로써 물체의 내부 구성원소의 종류별 분포를 3차원 영상화할 수 있다.
또한 본 발명은 영상구성을 위한 정보가 감마선의 경로에 의존하지 않으며 또한 구성원소의 특성에 의존하므로 조성비에 따라 선형성이 보장된다. 따라서 물체구성원소의 판별 및 영상재구성이 용이하다.
도 1은 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
먼저 분석대상인 물체를 향해 감마(γ)선을 입사시킨다(S101, 감마선입사단계). 물체에 입사시키는 감마선은 그 에너지를 알고 있거나 측정을 통해 알 수 있는 것이어야 한다. 이 입사 감마선은 물체를 구성하는 원자에 속해 있는 전자와 충돌하면서 컴프턴 산란(Compton Scattering)을 일으킨다. 산란된 감마선은 입사 감마선에 대해 일정한 각도를 가진 방향으로 진행하게 된다.
이렇게 산란 감마선의 진행 경로에 검출기를 위치시켜 산란 감마선를 계측한다(S102, 산란감마선계측단계). 이때 검출기에서 계측되는 구체적인 대상은 산란 감마선의 에너지 및 산란 감마선의 검출 수이다. 산란 감마선의 진행방향은 임의적이라 볼 수 있지만, 반복적인 실험이나 수학적 계산을 통해 산란확률이 가장 높은 각도를 구할 수 있으므로, 검출기는 입사 감마선의 입사축에 대해 산란확률이 가장 높은 각도에 배치되는 것이 바람직하다. 또한 검출기의 배치 위치는 입사 감마선의 입사축에 대해 고정된 지점이어야 하는데, 그 이유를 설명하면 다음과 같다.
움직이는 전자에 의한 컴프턴 산란공식에 의하면, 아래 수학식 1과 같이, 산란된 감마선의 에너지(Eγ')는 입사감마선에 대한 산란방향(θ)과 산란 전 전자의 운동량(Pz)에 의존하게 된다.
Figure 112009019206045-pat00003
여기서, Eγ은 입사감마선의 에너지이고, m0은 전자의 질량이다.
산란방향(θ)이란 입사 감마선의 입사축을 수직축으로 보았을 때 산란 감마선이 입사 감마선에 대해 가지는 수평면상의 각도를 의미한다. 만일 이 각도를 고정한다면 산란 감마선의 에너지(Eγ')는 산란전 전자의 운동량(Pz)에만 의존하게 된다.
산란전 전자의 운동량(Pz)은 각 원소에 대해 이미 알려져 있거나 통상의 방법으로 알 수 있으므로, 산란방향(θ)을 고정한 상태에서, 즉 산란 감마선을 계측하는 위치를 고정한 상태에서 입사 감마선의 에너지(Eγ)만 측정한다면, 위 수학식 1을 통해 각 원소에 대한 이론적인 산란 감마선의 에너지(Eγ')를 구할 수 있다.
따라서 산란감마선계측단계(S102)에서 산란 감마선을 계측하기 위한 검출기의 위치는 입사 감마선의 입사축에 대해 미리 정해진 각도로 고정되어 있어야 한다.
전자는 원자 내에서 핵 주위를 빠른 속도로 궤도운동하고 있으므로, 전자의 운동량도 일정한 값이 아니라 일정영역에 걸쳐 분포하게 되므로, 산란방향(θ)이 고정된 상태에서 산란 감마선의 에너지는 전자의 운동량에만 의존하므로, 산란 감마선의 에너지 또한 일정영역에 걸쳐 분포된 형태를 보인다. 도 2는 365 keV의 입사 감마선이 30도로 컴프턴 산란되었을 때 납(Pb) 및알루미늄(Al)에 의해 각각 산란되는 산란 감마선의 에너지 분포를 예시한 그래프이다. 그러므로 계측에너지분포함수산출단계(S103)에서는 산란감마선계측단계(S102)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 변환한다. 이하에서는 이 함수를 계측된 산란 감마선의 에너지분포함수라 한다.
원자 내 전자의 운동량분포는 원자핵과 전자의 전자기력에 기인하므로, 원소의 종류에 따라 각각 고유한 운동량 분포를 나타내게 된다. 도 3은 납(Pb)과 알루미늄(Al) 각각의 원자 내 전자의 운동량분포를 예시한 것으로, 원소의 종류가 다르 면 전자의 운동량 분포 또한 다르게 나타나고 있음을 보여주고 있다. 각 원소에 대한 산란전 전자의 운동량 분포는 수학적으로 가우시안 선모양(Gaussian Line Shape)으로 모델링할 수 있으며 함수의 형태로 표현할 수 있다. 이하에서는 이 함수를 산란전 전자의 운동량 분포함수라 한다.
각 원소에 대한 산란전 전자의 운동량분포함수를 이용하여 위 수학식 1을 통해 이론적으로 계측되어야 할 산란 감마선의 에너지(Eγ') 또한 함수의 형태로 구해낼 수 있는데, 이 함수는 로렌츠 선모양(Lorentzian Line Shape)을 가지게 된다. 이하에서는 이 함수를 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수라 한다.
한편, 검출기는 그 시스템 고유의 특성으로 인해 산란 감마선의 에너지를 그대로 출력하는 것이 현실적으로 불가능하며, 그 출력값은 실제 산란 감마선의 에너지와는 차이가 있다. 이는 검출기의 물리적, 전자적인 특성, 바꾸어 말해 응답 특성 때문인데, 이 응답 특성을 수학적으로 모델링하면 가우시안 선모양이 되고 함수의 형태, 즉 응답함수로 표현할 수 있다. 요컨대, 검출기에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포는 가우시안 함수 꼴인 검출기 응답함수와 로렌츠 함수 꼴인 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수가 컨벌루션(convolution)된 결과가 된다. 이때 감안해야 할 부분은, 전자 운동량에 의한 에너지 불확정성이 약 3 keV(FWHM) 이상 된다는 점이다. 검출기의 에너지 분해능은 이보다 작은 값을 가져야 하므로, 고순도 게르마늄 검출기인 것이 바람직하다. 또한 검출기의 에너지 분해능을 적절한 수준으로 얻기 위해, 물체에 감마선을 입사시키는 감마선원은 컴프턴 산란이 상대적으 로 우세한 높은 에너지의 감마선을 입사시켜야 한다. 따라서 감마선원으로는 662 keV의 단일 감마선을 방출하는 137Cs 선원이 적합하다.
도 4는 금(Au)에 대해 산란 감마선의 에너지를 계측한 결과를 예시한 그래프로서, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포(Au)의 대표값으로 도시된 그래프(G+L)가 검출기의 응답함수의 그래프(G)와 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수의 그래프(L)가 컨벌루션된 형태로 나타나는 것을 보여주고 있다. 즉,
(계측된 산란 감마선의 에너지 분포) = (검출기의 응답함수) * (이론상 산란 감마선의 에너지 분포)
*와 같은 관계에 있는 것으로 정리할 수 있으며, 수학식 2를 구성하고 있는 세 개의 요소들 중 두 개의 요소를 구하거나 알 수 있다면, 나머지 하나를 구할 수 있게 된다. 예컨대, 산란감마선계측단계(S102)에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하면(S104) 이 검출기 응답함수를 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 디컨벌루션(deconvolution)함으로써 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수를 구할 수 있다(S105, 이론에너지분포함수산출단계).
이 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 위 수학식 1을 통해 역산하면, 분석대상인 물체 내의 미지의 원소의 산란전 전자의 운동량 분포함수를 얻게 되며, 이 단계가 미지원소운동량산출단계(S106)이다. 획득된 산란전 전자의 운동 량 분포함수는 곧 계측된 물체를 구성하는 원소의 산란전 전자의 운동량 분포함수가 된다. 따라서 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구한(S107, 기지원소운동량산출단계) 다음, 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 기지의 각 원소에 대한 전자의 운동량 분포함수와 비교하여, 가장 근접한 산란전 전자의 운동량 분포함수를 가진 원소를 계측된 물체의 구성 원소라고 판정할 수 있다. 이 단계가 원소판정단계(S108)이다.
앞서 설명한 바와 같이 검출기가 배치된 위치가 고정적이라면, 산란방향(θ)이 고정되어 있는 것이므로, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수는 산란전 전자의 운동량 분포함수에만 의존하게 되어, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수 자체가 각 원소에 따라 고유한 값을 가지게 된다. 따라서 기지의 각 원소에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수를 알고 있는 상태에서는 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 산란전 전자의 운동량 분포함수를 구하는 과정을 생략할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예를 도시한 도 5에 나타난 바와 같이, 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예에서 미지원소운동량산출단계(S106)와 기지원소운동량산출단계(S107)를 생략하는 대신, 이론에너지분포함수산출단계(S105) 이후에 곧바로 기지의 각 원소에 대해 산란 감마선의 에너지 분포함수를 구하는 단계(S114, 기지원소에너지분포함수산출단계)를 수행하고, 그 이후에 원소판정단계(S115)에서는 기지의 각 원소에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수를 이론에너지분포함수산출단계(S105)에서 구한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수와 비교하여, 가장 근접하는 산란 감마선의 에너지 분 포함수를 가지는 원소를 분석대상인 물체의 구성원소로 판정하는 것이 가능하다.
그런데, 앞서 설명한 디컨벌루션 과정은 수학적으로 지난한 작업을 필요로 한다. 이하에서는 도 6을 참조로, 이와 같은 디컨벌루션 과정을 용이하게 수행할 수 있도록 하는, 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예에 대해 상세히 설명한다.
검출기의 응답함수 RA(E)는 수학식 3과 같은 형태로 얻어진다.
Figure 112009019206045-pat00004
여기서 fA(E)는 기지의 원소 A에 대한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수이고, σ(E)는 검출기의 에너지 분해능이며, E1은 원소 A에 대해 산란 감마선의 에너지값이 0이 아닌 구역의 최소값이고, C는 그래프에 있어서 세로축 비율을 보정하기 위한 스케일링 팩터(scaling factor)로서 임의로 지정할 수 있는 상수이다.
산란방향(θ)이 고정된 상태에서는, 기지의 원소 중 임의로 선택된 원소 A에 대한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수 fA(E)를 위 수학식 1을 통해 구할 수 있고, E1 또한 알려져 있으므로, 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 구하면, 이론상 검출기의 응답함수 RA Cal(E)를 C를 팩터로 하는 함수형태로 구할 수 있다. 이론상 검출기의 응답함수 또한 각 원소별로 고유한 형태를 갖게 된다.
따라서 본 실시예에서는 앞선 제1 실시예에서 설명한 감마선입사단계(S101), 산란감마선계측단계(S102)와 각각 동일한 단계를 거친 후, 계측된 산란 감마선으로부터 검출기의 계측된 응답함수 RA Exp(E)를 얻는다(S203, 계측응답함수산출단계). 미리 다양한 에너지의 감마선원을 이용하여 산란감마선계측단계(S102)에서 사용된 검출기의 분해능을 구해 놓는다(S204, 분해능산출단계). 또한 기지원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출한 다음(S205, 기지원소에너지분포함수산출단계), 산출된 검출기의 분해능과 기지원소의 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 가지고 수학식 3을 통해 검출기의 이론상 응답함수를 구한다(S205, 이론응답함수산출단계).
이렇게 얻어진 검출기의 이론상 응답함수 RA CAl(E)와 계측된 검출기의 응답함수 RA Exp(E)와 비교함으로써, 분석대상인 물체의 구성 원소를 판별할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하자면, 먼저 아래 수학식 4와 같이 계측된 검출기의 응답함수 RA Exp(E)와 이론상 검출기의 응답함수 RA Cal(E) 사이의 편차 χ를 구한다(S207, 편차산출단계).
Figure 112009019206045-pat00005
여기서 N은 미지의 원소, 즉 분석대상인 물체의 구성 원소를 의미하며, χA는 기지의 원소 A에 대한 검출기의 응답함수와 미지의 원소 N에 대한 검출기의 응답함수 사이의 편차이다.
구해진 편차χA에 대해 C값을 변화시켜가면서 최소 편차값 mimχ2 A를 구한다(S208, 최소편차값산출단계). mimχ2 A가 구해지면, 기지의 원소들 중 임의로 선택된 다른 원소B에 대하여 최소 편차값을 구하며, 이 과정을 모든 기지의 원소에 대해 반복한다(S209, 복수원소편차값산출단계). 각 기지의 원소에 대한 최소 편차값들 중에서도 최소의 편차값을 가지는 원소를 찾게 되면, 이 원소가 미지의 원소 N, 즉 분석대상인 물체의 구성 원소가 된다(S210, 원소판정단계).
이하에서는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 방법의 바람직한 실시예를 도 7을 참조로 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법은 물체 내의 특정 지점, 구체적으로는 입사 감마선이 산란되는 지점에 위치한 원소의 종류를 판별할 수 있게 된다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 영상화대상인 물체를 복수개의 복셀(voxel)로 분할하고(S301, 복셀분할단계), 분할된 복수의 복셀 중 임의로 선택된 하나의 복셀에 대해 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법을 적용하여 복셀의 구성원소를 분석한다(S302, 복셀분석단계). 즉, 복셀분석단계(S302)에서 선택된 복셀은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법에서의 분석대상인 물체에 해당하는 것이다. 또한 복셀분석단계(S302)의 구체적인 내용은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법과 동일하다.
그런 다음 물체 내의 모든 복셀에 대해 원소분석이 완료되었는지 판단하여(S303, 종료여부판단단계) 그렇지 않은 경우에는 감마선원을 영상화대상인 물체에 대해 상대적으로 이동시킨다(S304, 상대이동단계). 이동에 의해 감마선은 다른 복셀로 입사되며, 그 다른 복셀에 대해 원소분석단계(S302)를 반복하여 수행한다. 상대이동단계(S304)에서는 영상화대상인 물체를 고정하고 감마선원을 이동시킬 수도 있으나, 감마선원을 이동시킨다면, 산란 감마선을 계측하는 지점도 함께 이동되어야 하므로, 감마선원은 고정시킨 채 영상화대상인 물체를 이동시키는 것이 바람직하다. 또한 1회의 이동량은 각 복셀 사이의 피치(pitch)에 대응시키는 것이 바람직하다.
종료여부판단단계(S303)에서 모든 복셀에 대해 원소분석단계(S302)가 완료된 것으로 판단되면 이로써 모든 단계가 종료되며, 각 복셀의 좌표값과 구성원소로부터 영상화대상인 물체의 3차원적인 원소 분포를 알 수 있다. 각 복셀의 좌표값과 구성원소를 통상의 데이터 처리과정 또는 이미지화 과정을 통해 물체 구성의 3차원 영상화가 완료된다.
도 8은 물체의 구성원소 분석장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.
감마선원(110)은 분석대상인 물체(50)에 대해 감마선을 입사시키기 위한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 662 keV의 단일 감마선을 방출하는 137Cs선원인 것이 바람직하다. 도 8에는 감마선원으로부터의 입사 감마선의 진행방향을 점선 화살표로 표시하고 있다.
입사집속기(120)는 감마선원(110)으로부터 무작위적인 방향으로 방출되는 감마선 중 일부를 특정 방향으로 집속하기 위한 것으로, 원형단면을 가진 구멍(121)이 형성되어 있어 이 구멍(121)을 통해 감마선이 방출되도록 한다. 입사집속기(120)의 주재질은 텅스텐인 것이 바람직하다.
검출기(130)는 감마선원(110)으로부터의 감마선이 물체의 구성원자와 충돌하여 컴프턴 산란되는 산란 감마선을 계측하기 위한 것으로, 입사 감마선의 입사축에 대해 미리 정해진 고정된 각도에 배치된다. 검출기(130)의 입사 감마선에 대한 각도는 산란확률이 가장 높은 각도를 미리 측정하거나, 계산에 의해 정할 수 있다. 이 검출기(130)는 복수 개 구비되어 있는 것이 바람직한데, 이는 데이터 측정의 시간 단축을 위한 것이다. 도 8에는 검출기(130) 3개가 반원상 등간격으로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이와 같이 복수 개의 검출기(130)가 구비되면 같은 감마선원(110)에 대해 단위시간당 획득할 수 있는 산란 감마선이 배가된다. 계측되는 산란 감마선이 적은 경우에는 물체의 구성원소 분석에 오차가 많이 생기므로, 산란 감마선은 일정정도 이상 계측하여야만 유의미한 분석이 가능하다는 점에서, 계측에 소요되는 시간을 단축하는 것은 장치의 실용화를 위해 매우 중요하다. 복수 개의 검출기(130)를 구비하는 경우 계측 시간을 현저히 단축시킬 수 있으므로, 실용성을 향상시킬 수 있다.
산란집속기(140)는 검출기(130)로 진입하는 산란 감마선을 집속하기 위한 것으로, 슬릿이 형성되어 있다. 산란 감마선의 에너지는 입사 감마선의 입사축에 대한 수평 방위각(azimuthal angle)에만 의존하므로, 산란집속기(140)는 입사집속기(120)와는 달리 슬릿(141)이 형성되어 있는 것으로 충분하다. 다만 검출기(130)에서의 계수 효율을 향상시키기 위해 이 슬릿(141)의 폭은 입사집속기(120)에 형성된 구멍(121)의 직경과 같은 값을 가지는 것이 바람직하다. 산란집속기(140)의 재질은 납을 주성분으로 하는 것이 바람직하다.
연산부(150)는 각 검출기(130)와 전기적으로 연결되어 있으며, 검출기(130)로부터 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 입력받아 이로부터 물체(50)의 구성원소를 판별한다.
연산부(150)가 물체(50)의 구성원소를 판별하는 구체적인 방식은 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1, 제2, 제3 실시예 중에서 택일하여 구성할 수 있다. 예컨대, 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예에 따라, 검출기(130)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 검출기(130)의 응답함수를 구하며, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 검출 기의 응답함수를 디컨벌루션하여 물체(50) 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 물체(50) 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하고, 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정한다. 또한 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예에 따라, 검출기(130)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 검출기(50)의 응답함수를 구하며, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 검출기(50)의 응답함수를 디컨벌루션하여 물체(50) 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하며, 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 물체(50) 내의 미지 원소로 판정할 수도 있다. 또한 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예에 따라, 물체에 에너지를 알고 있는 감마선을 입사시키고, 고정된 산란방향에서 산란 감마선을 계측함으로써 검출기(50)의 계측된 응답함수를 구하고, 검출기(50)의 분해능을 구하며, 검출기(50)의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 검출기(50)의 이론상 응답함수를 구하고, 검출기(50)의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하고, 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하며, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출과 최소편차 값산출을 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하고, 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 물체의 미지 원소로 판정할 수도 있다. 일일이 열거하지는 않았으나, 연산부(150)는 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 각 실시예가 가지는 세부적인 특징을 더 가질 수 있음은 자명하다.
테이블(160)은 분석대상인 물체(50)를 지지하기 위한 것으로, 반드시 구비되어야 하는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치는, 감마선원(210)과, 입사집속기(220)와, 검출기(230)와, 산란집속기(240)와, 연산부(250)와, 테이블(260)과, 테이블 제어부(270)와, 영상화부(280)를 포함하여 이루어진다.
이 중 감마선원(210)과, 구멍(221)이 형성된 입사집속기(220)와, 검출기(230)와, 슬릿(241)이 형성된 산란집속기(240)는 영상화대상인 물체(60)를 가상적으로 분할한 복셀에 대해 구성원소를 분석하기 위한 구성이라는 점을 제외하고는 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치에서 설명한 감마선원(110)과, 구멍(121)이 형성된 입사집속기(120)와, 검출기(130)와, 슬릿(141)이 형성된 산란집속기(140)와 각각 동일한 구성 및 특징을 가지므로 설명의 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 즉, 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치에서 영상화대상인 물체(60)의 복셀은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치에서 지칭하는 분석대상인 물체(50)에 상응한다.
연산부(250) 또한 각 복셀의 구성원소를 판정한다는 점, 테이블 제어부(270)및 영상화부(280)와의 상호작용이 있다는 점과 같은 차이점 이외에는 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치의 연산부(150)와 동일한 바, 이와 같은 차이점에 대한 설명은 테이블 제어부(270) 및 영상화부(280)에 대한 설명으로 대체한다.
테이블(260)은 영상화대상인 물체(60)를 지지하며, 감마선원(210)으로부터 조사되는 입사 감마선의 입사축을 한 축으로 하여 3차원적으로 물체(60)를 이동시킨다. 테이블(260)의 작동 정밀도는 결과적으로 얻어지는 물체(60)의 3차원 영상의 정밀도를 결정하게 되므로, 가능한 높은 정밀도로 작동되는 것이 바람직하다. 예컨대 3차원상 각 축을 따라 50㎛ 단위로 작동되는 테이블은 100㎛ 단위로 작동되는 테이블에 비해 2배 높은 해상도로 물체(60)의 3차원 영상을 얻을 수 있게 해준다. 테이블(260)이 작동되는 기구적 구성은 통상의 기술로 구현 가능하므로 상세한 설명을 생략한다.
테이블 제어부(270)는 테이블(260)의 작동을 제어하기 위한 것으로, 영상화대상인 물체(60)을 가상적으로 분할한 복셀의 피치를 기본값으로 하여 테이블(260)이 작동되도록 제어한다. 여기서 복셀의 피치는 테이블(260)의 작동 정밀도 이상의 크기로 설정되어야 한다. 또한 테이블 제어부(270)는 모든 복셀에 대해 연산 부(250)가 구성원소를 분석할 수 있도록, 모든 복셀이 적어도 1회 이상 감마선을 입사받도록 물체(60)을 간헐적으로 이동시키게 한다.
영상화부(280)는 각 복셀에 대한 구성원소 판정 결과를 연산부(250)로부터 입력받으며, 테이블 제어부(270)로부터는 해당 복셀의 3차원 좌표를 입력받아 이들을 서로 매칭시킨다. 즉, 영상화부(280)는 임의의 복셀에 대해 그 구성원소 및 좌표값을 매칭시키는 것이다. 그러면 통상의 데이터 처리기법을 통해 영상화대상인 물체(60)를 구성하는 원소의 3차원적 배치관계를 파악할 수 있으며, 데이터를 영상화하는 통상의 기법을 통해 그 3차원적 배치관계를 이미지화할 수도 있다. 따라서 영상화부(280)는 이와 같은 통상의 데이터 처리기법 및 데이터를 영상화하는 통상의 기법을 더 수행하는 것이 바람직하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
도 1은 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예를 도시한 순서도,
도 2는 365 keV의 입사 감마선이 30도로 컴프턴 산란되었을 때 납(Pb) 및 알루미늄(Al)에 의해 각각 산란되는 산란 감마선의 에너지 분포를 예시한 그래프,
도 3은 납(Pb)과 알루미늄(Al) 각각의 원자 내 전자의 운동량분포를 예시한 그래프,
도 4는 금(Au)에 대해 산란 감마선의 에너지를 계측한 결과를 예시한 그래프,
도 5는 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예를 도시한 순서도,
도 6은 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예를 도시한 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 방법의 일실시예를 도시한 순서도,
도 8은 물체의 구성원소 분석장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도,
도 9은 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과,
    상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와,
    상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과,
    상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와,
    상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와,
    상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와,
    상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와,
    상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함하며,
    상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  3. 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과,
    상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와,
    상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과,
    상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와,
    상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와,
    상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와,
    상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와,
    상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함하며,
    상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  4. 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과,
    상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와,
    상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과,
    상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와,
    상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와,
    상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와,
    상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와,
    상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함하며,
    상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 분해능을 구하며, 산란전 전자 운동량 분포함수가 알려진 원소 각각에 대해 산출된 이론상 산란 감마선 에너지분포함수와 상기 검출기의 분해능으로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 상기 계측된 응답함수 사이의 편차의 최소 편차값을 구하며, 산출된 복수의 최소 편차값 중에서 최소의 최소 편차값을 가지는 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는 복수 개가 상기 감마선이 입사되는 복셀을 중심으로 하는 반원상 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는 게르마늄 검출기인 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감마선원은 137Cs 선원인 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사집속기는 원형단면을 가진 구멍이 형성되어 있고,
    상기 산란집속기는 상기 입사집속기에 형성된 구멍의 직경과 같은 폭을 가진 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.
  9. 삭제
  10. 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와,
    상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와,
    상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와,
    상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하며,
    상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하는 미지원소운동량산출단계와, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미지원소운동량산출단계와 상기 미지원소운동량산출단계에서 구하는 전자 운동량 분포함수는,
    Figure 112009019206045-pat00006
    ......(E1)
    (여기서,Eγ은 입사 감마선의 에너지, Eγ'는 산란 감마선의 에너지, θ는 산란 감마선의 입사 감마선에 대한 산란각도, Pz는 산란 전 전자의 운동량, m0은 전자의 질량)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 방법.
  12. 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와,
    상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와,
    상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와,
    상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하며,
    상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체내의 미지의 원소에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.
  13. 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와,
    상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와,
    상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와,
    상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하며,
    상기 복셀분석단계는 분석대상인 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하는 계측응답함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 분해능을 구하는 분해능산출단계와, 산란전 전자 운동량 분포함수가 알려진 원소 각각에 대해 산출된 이론상 산란 감마선 에너지분포함수와 상기 검출기의 분해능으로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하는 이론응답함수산출단계와, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 상기 계측된 응답함수 사이의 편차의 최소 편차값을 구하는 최소편차값산출단계와, 산출된 복수의 최소 편차값 중에서 최소의 최소 편차값을 가지는 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이론응답함수산출단계는,
    상기 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 측정에 의해 결정하는 단계와,
    상기 산란 감마선에 대한 상기 검출기의 응답함수 RA(E)를 수학식
    Figure 112009054914792-pat00007
    (여기서, C는 계측데이터의 이벤트 수를 보정하는 값, fA(E)는 산란전 전자 운동량 분포함수가 알려진 원소 A에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수)에 의해 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 방법.
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