KR101088057B1 - Detector modules for positron emission tomography and the positron emission tomography using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사상으로 다수개 배치되어 환형의 검출링(Ring)을 형성하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 섬광층을 구성하는 다수개의 막대형 섬광체를 검출링의 축방향(axial)과 평행하게 배열하되, 사다리꼴 형상의 픽셀 어레이로 배열하여 사다리꼴 직육면체 형상의 검출기 모듈을 구성함으로써, 검출링 형성시, 각 검출기 모듈들 사이의 공백공간을 최소화하여 감마선이 검출링의 외부로 손실되는 것을 방지함으로써 감마선의 검출효과를 향상시키고, 또한, 감마선을 섬광체의 길이방향의 측면으로 직접 입사받아, 섬광체를 통과하는 감마선의 LOR(Line Of Response) 폭을 균일화하여, 고해상의 영상을 얻을 수 있는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a detector module for a positron emission tomography device and a positron emission tomography device using the same. In the dental detector module, a plurality of rod-shaped scintillators constituting the scintillating layer are arranged in parallel with the axial direction of the detection ring, and arranged in a trapezoidal pixel array to form a trapezoidal rectangular parallelepiped detector module. When the ring is formed, the gap between the detector modules is minimized to prevent the gamma rays from being lost to the outside of the detection ring, thereby improving the detection effect of the gamma rays and receiving the gamma rays directly to the side of the scintillator in the longitudinal direction. High resolution image by uniformizing the LOR (Line Of Response) width of gamma rays passing through the scintillator Relates to a positron emission tomography filming reformation detector module, and positron emission tomography apparatus using the same can be obtained.
일반적으로 양전자방출 단층촬영장치(PET : Positron Emission Tomography)는 인체 내에 주입된 방사성 물질의 양전자가 이웃하는 전자와 충돌할 때 발생하는 한 쌍의 감마선을 검출하여, 감마선의 검출 위치를 통해 신체 내부에 대한 3차원 단층영상을 획득하는 단층촬영장치이다.In general, positron emission tomography (PET) detects a pair of gamma rays generated when a positron of radioactive material injected into a human body collides with a neighboring electron, and detects a gamma ray inside the body through a detection position of the gamma ray. A tomography apparatus for acquiring 3D tomography images.
상술한 바와 같은 양전자방출 단층촬영장치는 크게 검출수단과 영상장치로 구분되는데, 이때, 검출수단의 경우 다수개의 검출기 모듈이 방사상으로 배치되어 검출링(Ring)을 형성함으로써 구성되며, 체내로부터 방사되는 감마선을 다수개의 검출기 모듈을 통해 검출하게 된다.The positron emission tomography apparatus as described above is largely divided into a detection means and an imaging device. In this case, a plurality of detector modules are radially arranged to form a detection ring, which is radiated from the body. Gamma rays are detected through multiple detector modules.
도 1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a conventional detector module for a positron emission tomography apparatus and a detection ring using the same.
도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 종래의 양전자방출 단층촬영장치의 검출기 모듈(10)은 감마선을 입사받는 다수개의 섬광체(11)가 검출링(20)의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있으며, 이러한 다수개의 섬광체(11)들 끝단에는 섬광신호를 감지하는 광센서 어레이(12) 및 섬광신호의 전기적신호를 검출하는 검출회로부(13)가 연결된다.As shown in FIGS. 1A and 1B, the
이와 같은 종래의 검출기 모듈(10)을 이용하여 검출링(20)을 구성하는 경우, 도면에서 나타나는 바와 같이 검출기 모듈(10)들 사이에 공백공간(14)이 형성되어, 체내로부터 방출되는 감마선이 검출링(20)의 외부로 이탈됨으로써, 이러한 감마선 손실로 인해 감마선 검출에 대한 민감도(Sensitivity)가 저하되는 문제점이 있다.In the case of configuring the
한편, 검출기 모듈(10)은 검출링(20)의 직경 크기와 상관없이, 통상적으로 동일한 크기로 모듈화되어 제작되는데, 이러한 검출기 모듈(10)들로 구성되는 검출링(20)은 그 직경 크기가 촬영 대상에 따라 다르게 형성된다.On the other hand, the
즉, 촬영 대상이 인체의 흉부와 같이 비교적 큰 대상인 경우에는 상대적으로 검출링(20)의 직경이 크게 형성되고, 이와 반대로 촬영 대상이 인체의 두개골이나 작은 동물 등과 같이 비교적 작은 대상인 경우에는 상대적으로 검출링(20)의 직경이 작게 형성된다. That is, when the photographing target is a relatively large object such as the chest of the human body, the diameter of the
이때, 상술한 바와 같이 동일한 크기로 제작되는 검출기 모듈(10)을 사용하여 직경이 작은 검출링(20)을 형성하는 경우, 동일한 크기의 검출기 모듈(10)들로 이루어지는 직경이 큰 검출링(20) 보다 필연적으로 공백 공간의 상대적 비율이 증가하게 되어 민감도 및 공간분해능 등의 검출 효율이 저하되는 문제점이 있다.In this case, when the
또한, 상술한 바와 같은 종래의 검출기 모듈(10)은 방사성동위원소가 중심에서 멀어질수록 공간 분해능이 악화되는 패럴랙스 오차(parallax error) 즉, 방사성 동위원소가 감마선의 촬영 영역(FOV : Field Of View)의 가장자리에 있을 경우, 감마선이 섬광체(11)의 단면으로 입사하여 섬광체(11)의 길이를 따라 지나가게 됨으로써 LOR의 폭이 크게 형성되어 영상의 해상도가 저하되는 문제점이 있다.In addition, the
더불어, 전술한 바와 같은 작은 크기의 검출링(20)을 형성하는 경우에는 이러한 패럴랙스 오차가 더욱 커지게 되어 선명한 화질의 영상을 얻는데에 어려움이 있는 문제점도 있다.In addition, in the case of forming the
이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 LOR의 폭을 줄이기 위한 검출기 모듈(10) 기술로는 LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), BGO(Bismuth Germanate Oxide)와 같이 감쇠 계수가 서로 다른 2개 이상의 섬광체(11)를 하나의 검출기 모듈(10)에 이용하여, 각각 다른 섬광신호의 검출을 통해 감마선과 반응한 섬광체(11)를 구별하는 기술, 한 종류의 섬광체(11)를 사용하고 섬광체(11) 양 끝단에 광센서 어레이(12)를 각각 구비하여, 각각의 광센서 어레이(12)에서 감지되는 광량을 비교하는 기술 및 한 종류의 섬광체(11)를 사용하되, 두 층의 섬광체(11)를 일정 오프셋으로 위치하여 섬광체(11)의 반응 위치를 찾는 기술 등이 있다.As a
그러나, 이들 검출기 모듈(10) 역시, LOR의 폭을 줄이는 데는 어느 정도 한계가 있으며, 이들 검출기 모듈(10)들을 결합하여 검출링(20)을 형성하는 경우, 여전히 각 검출기 모듈(10)들 사이에는 감마선이 검출기링(20) 외부로 이탈되는 공백 공간이 형성됨으로써, 감마선의 검출 효율이 저하되는 문제점 있다.However, these
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 다수개의 막대형 섬광체를 검출링의 축방향과 평행하게 배열하되, 사다리꼴 형상의 픽셀 어레이로 배열하여 검출기 모듈을 구성함으로써, 검출링 형성시, 다수개의 검출기 모듈들을 빈틈없이 밀착 결합하여 체내로부터 방출되는 감마선이 검출링(Ring)의 외부로 손실되는 것을 방지함으로써, 감마선의 검출 효율을 높이는 데에 있다.The present invention is to solve the above problems according to the prior art. That is, an object of the present invention is to arrange a plurality of bar-shaped scintillator in parallel with the axial direction of the detection ring, arranged in a trapezoidal pixel array to configure the detector module, when forming the detection ring, a plurality of detector modules without gap It is to improve the detection efficiency of gamma rays by preventing the gamma rays emitted from the body due to tight coupling to be lost to the outside of the detection ring.
또한, 검출링의 제작 크기에 상관없이 다수개의 검출기 모듈들을 밀착 결합할 수 있어, 뇌(Brain)측정 및 소동물용 양성자방출 단층촬영장치와 같은 소구경의 양성자방출 단층촬영장치에서도 충분한 감마선 검출 효율을 확보할 수 있다.In addition, a large number of detector modules can be closely coupled regardless of the size of the detection ring, so that the gamma ray detection efficiency is sufficient even in a small diameter proton emission tomography device such as a brain measurement and a small animal proton emission tomography device. Can be secured.
또한, 감마선을 섬광체의 길이방향의 측면으로 직접 입사받아, 각각의 섬광체를 통과하는 감마선의 LOR(Line Of Response) 폭을 균일화하여, 고해상의 영상을 얻을 수 있는 데에 그 목적이 있다.
In addition, the object of the present invention is to obtain a high resolution image by directly injecting gamma rays to the side surface in the longitudinal direction of the scintillator to uniformize the LOR (Line Of Response) width of the gamma rays passing through the scintillators.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 방사상으로 다수개 배치되어 환형의 검출링을 형성하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열된 다수개의 막대형 섬광체가 픽셀 타입의 어레이로 배열되어 구성되되, 상기 다수개의 막대형 섬광체가 배열된 픽셀 어레이는 상기 검출링의 래디얼(radial) 방향 단면이 사다리꼴 형상을 형성하도록 배열되어 구성되는 섬광층; 상기 섬광층의 양단에 각각 연결되어, 상기 섬광층을 구성하는 각각의 섬광체로부터 전달되는 섬광신호를 확산시키는 한 쌍의 광확산층; 상기 한 쌍의 광확산층에 각각 연결되어 상기 광확산층으로부터 전달되는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하는 한 쌍의 광센서 어레이; 및 상기 한 쌍의 광센서 어레이에 각각 연결되어, 상기 광센서 어레이로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 비교 분석하여 섬광층 내에서의 감마선의 반응 위치를 검출하는 한 쌍의 검출회로부;를 포함하여 구성되어, 촬영 영역으로부터 방출되는 감마선을 상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열된 다수개의 막대형 섬광체의 측면부를 통해 입사받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention as a technical concept for achieving the above object is a detector module for a positron emission tomography apparatus which is arranged radially in a plurality and forms an annular detection ring to detect gamma rays, parallel to the axial direction of the detection ring. A plurality of arranged bar scintillators are arranged in an array of pixel type, wherein the plurality of bar scintillators are arranged in a radial direction cross section of the detection ring to form a trapezoidal shape. Scintillation layer; A pair of light diffusion layers respectively connected to both ends of the scintillation layer to diffuse scintillation signals transmitted from the scintillators constituting the scintillation layer; A pair of optical sensor arrays connected to the pair of light diffusing layers, respectively, for converting a flash signal transmitted from the light diffusing layer into an electrical signal; And a pair of detection circuits connected to the pair of optical sensor arrays, respectively, for comparing and analyzing an electrical signal transmitted from the optical sensor array through a preset detection algorithm to detect a reaction position of gamma rays in the scintillation layer. It is configured to include, characterized in that the gamma rays emitted from the imaging area is configured to receive through the side portion of the plurality of rod-shaped scintillator arranged in parallel with the axial direction of the detection ring.
본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈은 다수개의 막대형 섬광체를 검출링의 축방향과 평행하게 배열하되, 사다리꼴 형상의 픽셀 어레이로 배열하여 사다리꼴 직육면체 형상의 검출기 모듈을 구성함으로써, 검출링 형성시, 다수개의 검출기 모듈이 밀착 결합되어, 검출기 모듈간의 공백공간을 최소화함으로써, 감마선의 손실을 방지하여 감마선의 검출 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.The detector module for a positron emission tomography apparatus according to the present invention is arranged in parallel with the axial direction of the detection ring, but arranged in a trapezoidal pixel array to form a trapezoidal rectangular parallelepiped detector module to form a detection ring, In this case, the plurality of detector modules are tightly coupled, thereby minimizing the empty space between the detector modules, thereby preventing the loss of gamma rays, thereby increasing the detection efficiency of the gamma rays.
또한, 감마선을 섬광체의 길이방향의 측면으로 직접 입사받아, 섬광체를 통과하는 감마선의 LOR(Line Of Response) 폭을 균일화하여 고해상의 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the gamma ray is incident directly to the side surface in the longitudinal direction of the scintillator, and the LOR (Line Of Response) width of the gamma ray passing through the scintillator is uniform, thereby obtaining a high resolution image.
또한, 다수개의 섬광체 양단에 광증폭 기능을 갖는 광센서 어레이를 구비함에 따라, 검출회로부를 검출링 외부에 위치시킬 수 있어 검출링을 보다 견고하게 제작할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the optical sensor array having an optical amplification function is provided at both ends of the plurality of scintillators, the detection circuit unit can be positioned outside the detection ring, thereby making it possible to more robustly manufacture the detection ring.
또한, 검출링의 제작 크기에 상관없이 다수개의 검출기 모듈들을 밀착 결합할 수 있어, 뇌(Brain)측정 및 소동물용 양성자방출 단층촬영장치와 같은 소구경의 양성자방출 단층촬영장치에서도 감마선 검출 효율을 높이는 동시에, 고해상의 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.
In addition, a large number of detector modules can be closely coupled regardless of the size of the detection ring, so that the detection efficiency of gamma rays can be improved even in small diameter proton emission tomography devices such as brain measurement and small animal proton emission tomography devices. At the same time, it is effective to obtain a high resolution image.
도 1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈를 이용한 검출링을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 검출기 모듈을 이용하여 특정 섬광체들에서의 발광현상을 모사하여 검출한 실험 결과를 보여주는 도면.1 is a view showing a conventional detector module for a positron emission tomography device and a detection ring using the same.
2 is a view showing a detection ring using a detector module for a positron emission tomography apparatus according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing the configuration of a detector module for a positron emission tomography apparatus according to a first embodiment of the present invention.
4 is a view showing the configuration of a detector module for a positron emission tomography apparatus according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing the results of experiments detected by simulating the light emission phenomenon in specific scintillators using the detector module according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈를 이용한 검출링을 보여주는 도면이며, 도 2(a)는 본 발명에 따른 검출링의 사시도이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 도시한 검출링을 A-A' 선을 따라 절취한 단면도이다.Figure 2 is a view showing a detection ring using a detector module for a positron emission tomography apparatus according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 (a) is a perspective view of the detection ring according to the present invention, Figure 2 (b) is a figure It is sectional drawing which cut | disconnected the detection ring shown to 2 (a) along the AA 'line.
도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈(100)을 이용한 검출링(200)은 각 검출기 모듈(100)들이 사다리꼴 직육면체의 형상으로 구성되어 각 측면을 통해 서로 밀착하여 결합되어 있다.As shown in Figure 2 (a) and 2 (b), the
이에 따라, 각 검출기 모듈(100)들 간의 공백 공간을 최소화하여 감마선이 검출링 외부로 이탈되는 것을 방지함으로써, 감마선의 손실을 줄여 감마선의 검출 효율을 높일 수 있다.Accordingly, the gap between the
또한, 상술한 바와 같은 검출기 모듈(100)은 사람의 뇌(Brain) 또는 작은 동물 등과 같이 크기가 작은 대상을 검출하기 위한 소구경의 검출링(200)을 형성하는 경우에도, 검출링(200)의 제작 크기에 상관없이, 최대한 밀접하여 결합될 수 있어, 각 검출기 모듈(100)들간의 공백공간을 최소화하여 민감도의 저하 없이 감마선을 검출할 수 있다.In addition, the
이때, 검출기 모듈(100)은 섬광층(110)을 구성하는 다수개의 막대형 섬광체(111)가 검출링(200)의 축방향과 평행하게 배열되어 있기 때문에, 감마선이 통과하는 섬광체(111)의 단면적이 균일화되어 고해상의 영상을 얻을 수 있다.In this case, since the plurality of rod-
다시 말해서, 본 발명에 따른 검출기 모듈(100)은 방출되는 감마선을 섬광체(111)의 길이 방향의 측면을 통해 입사 받기 때문에, 도 2(b)에서 나타나듯이, 검출링(200)의 촬영 영역(FOV : Field Of View)에서 방사성 동위원소가 촬영 영역의 가장자리에 있는 경우라 하더라도, 방출되는 감마선을 섬광체(111)의 측면부를 통해 직접적으로 입사받음으로써, LOR(Line Of Response)의 폭을 균일하게 형성하여 영상의 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.In other words, since the
한편, 상술한 바와 같은 검출기 모듈(100)은 감마선이 섬광체(111)의 길이방향의 측면으로 직접 입사되기 때문에, 섬광체(111)에 입사되는 감마선의 입사 위치를 검출하기 위하여 다수개의 섬광체(111)의 양단에 광센서 어레이(130)가 각각 구비되며, 각 광센서 어레이(130)에서 검출되는 각 섬광신호를 검출회로부를 통해 비교 및 분석함으로써 섬광체(111)에 대한 감마선의 반응 위치를 검출한다.On the other hand, in the
이때, 이와 같은 검출기 모듈(100)의 구체적인 구성은 도 3을 통해 상세하게 설명하기로 한다.
At this time, the specific configuration of such a
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈(100)의 구성을 보여주는 도면이다.3 is a view showing the configuration of the
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈(100)은 섬광층(110), 광확산층(120), 광센서 어레이(130) 및 검출회로부(140)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the
섬광층(110)은 다수개의 막대형 섬광체(111)로 구성되며, 다수개의 막대형 섬광체(111)는 검출링의 축방향과 평행하도록 세로로 배열되되, 사다리꼴 형상의 픽셀 어레이로 배열되어, 체내로부터 방출되는 감마선을 입사받아 섬광신호를 발생시킨다.
이때, 각 섬광체(111)의 둘레면에는 하나의 섬광체(111)에서 발생한 섬광이 다른 섬광체(111)로 퍼져나가지 못하도록 반사체(115)가 형성되어 있으며, 이러한 섬광체(111)는 NaI, LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), BGO(Bismuth Germanate Oxide) 및 LuYAP(Lutetium-Yttrium Aluminate-Perovskite) 등의 섬광 결정으로 구성될 수 있다.At this time, the
광확산층(120)은 섬광층(110) 양단에 각각 연결되어, 다수개의 섬광체(111)의 양단으로부터 방출되는 각 섬광신호를 확산시키는 역할을 수행한다.The light diffusing
이때, 광확산층(120)은 석영 또는 유리 등으로 이루어질 수 있으며, 섬광체(111)의 배열 형태에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.In this case, the
광센서 어레이(130)는 광전자를 증폭시키는 실리콘 광전자증배관 또는 실리콘 광전자증배관과 같이 광증폭 기능을 갖는 반도체형 광센서로 구성되며, 광확산층(120)에 연결되어 구성된다.The
이러한 광센서 어레이(130)는 섬광체(111)로 입사되는 감마선의 반응 위치를 검출하기 위해 섬광층(110)의 양단 측에 각각 위치되어, 섬광체(111)의 양단에서 출력되어 광확산층(120)을 통해 확산되는 각 섬광신호를 전기적 신호로 변환하는 역할을 수행한다. The
한편, 광센서 어레이(130)는 다수개의 광센서(132)가 픽셀형으로 배열되는데, 이때, 다수개의 광센서(132) 픽셀은 다수개의 섬광체(111) 픽셀과 각각 일대일 매칭되도록 사다리꼴 형태로 배열된다.On the other hand, the
즉, 도면에 도시된 B-B'선을 따라 절취하여 저면에서 광센서 어레이(130)를 바라보면, 사다리꼴 형상의 기판(131) 상에 다수개의 광센서(132)가 사다리꼴의 픽셀 어레이를 구성하도록 탑재된 COB(Chip on board) 형태로 구성되며, 상기 광센서 어레이(130)를 구성하는 다수개의 광센서(132)는 상기 섬광층(110)을 구성하는 다수개의 막대형 섬광체(111)와 각각 일대일 매칭되도록 구성됨으로써, 각 섬광체(111)로부터 발생하는 섬광신호를 매칭되는 해당 광센서(132)를 통해 검출할 수 있게 된다.That is, when cutting along the line B-B 'shown in the drawing and looking at the
이때, 영상의 해상도를 보다 향상시키기 위해서는 섬광체(111)의 픽셀 크기를 광센서(132)의 픽셀 크기보다 세분화할 수도 있으며, 이 경우 각 광센서로 입사되는 광신호의 크기에 기초한 위치 결정 로직을 사용하여 감마선의 반응 위치를 파악함으로써 고해상의 영상을 얻을 수 있다.In this case, in order to further improve the resolution of the image, the pixel size of the
검출회로부(140)는 각 광센서 어레이(130)에 각각 연결되어, 광센서 어레이(130)로부터 측정되는 각 전기적 신호를 전치증폭기(미도시)를 통해 증폭시키고, 증폭된 각 신호의 크기를 비교 분석함으로써 섬광체 내에서의 감마선의 반응 위치를 검출하는 역할을 수행한다.The
한편, 본 발명에서는 광센서 어레이(130)를 신호증폭률이 높은 실리콘 광전자증배관 또는 반도체형 광센서로 구성하고 있으며, 이러한 광센서(132)는 통상 105 이상의 이득을 갖고 있기 때문에, 광센서 어레이(130)와 전치증폭기가 2m 이상 떨어져 있어도 신호의 손실없이 상기 섬광신호를 전치증폭기로 전달할 수 있게 된다.On the other hand, in the present invention, the
이에 따라, 본 발명에 따른 검출기 모듈(100)에서는 검출회로부(140)를 광센서 어레이(130)에 근접시킬 필요없이, 동축 케이블(300) 등을 통해 광센서 어레이(130)와 연결하여 검출링 외부에 별도로 위치시킬 수 있어, 검출링의 구성을 보다 용이하게 할 수 있다.
Accordingly, in the
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration of a detector module for a positron emission tomography apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈은 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈과 그 기본적인 구성은 동일하다.As shown in FIG. 4, the detector module for a positron emission tomography apparatus according to the second embodiment of the present invention has the same basic configuration as the detector module for a positron emission tomography apparatus according to the first embodiment of the present invention described above. .
다만, 본 실시예에서의 섬광층(110)은 3개의 층으로 적층된 다수개의 막대형 섬광체(112, 113, 114)가 사다리꼴 형상의 픽셀 어레이로 배열되어 구성되며, 이때, 섬광층(110)을 구성하는 각 섬광체층에 배열된 막대형 섬광체(112, 113, 114)들은 서로 인접한 섬광체층을 구성하는 막대형 섬광체(112, 113, 114)의 배열과 각각 좌우로 일정 간격 오프셋(offset)된 형태로 배열되어 구성된다는 점에서 차이가 있다.However, the
이 경우에도 각각의 섬광체(112, 113, 114)들의 측면에는 반사체(117)가 형성되어 있으며, 이러한 구성을 통해 도면에 나타난 바와 같이, 감마선이 특정 섬광체(113)에 입사되면, 입사된 감마선은 해당 섬광체(113) 내에서 섬광을 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 섬광은 섬광체(113)를 따라 이동하여 인접한 섬광체(112, 114)를 경유함으로써 광확산층(120)을 통해 확산되어 광센서 어레이(130)에 섬광신호로 각각 입력된다.Even in this case,
이때, 광센서 어레이(130)에는 특정 섬광체(113)에 이웃하는 각 섬광체(112, 114)들로부터 서로 다른 광량 및 시간적 특성을 갖는 섬광 신호가 입력되며, 광센서 어레이(130)는 이들 각 섬광신호들을 전기적 신호로 각각 변환하고, 검출회로부(140)에서 이들 각 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘에 의해 분석함으로써 감마선과 상호작용이 일어난 해당의 섬광체(113) 및 섬광체(113)의 반응 위치를 정밀하게 측정할 수 있다.At this time, the
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 검출기 모듈은 하나의 감마선에 대해서 다수개의 섬광신호를 생성하여 비교, 분석함으로써 섬광체(112, 113, 114)에 대한 감마선의 반응 위치를 더욱 정확하게 검출할 수 있으며, 결과적으로 감마선의 검출 효율을 높여 보다 향상된 공간분해능을 얻을 수 있다.As described above, the detector module according to the present embodiment can more accurately detect a gamma ray response position with respect to the
또한, 상술한 바와 같이 섬광체층을 3개의 층으로 적층하여 구성하는 경우, 각 층별로 서로 다른 특성을 갖는 다른 재질의 섬광체로 적용하여 구성하면, 감마선의 반응 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
In addition, when the scintillator layer is formed by stacking three layers as described above, if the scintillator layer is formed of scintillators of different materials having different characteristics for each layer, the reaction position of the gamma ray can be detected more accurately.
도 5는 본 발명에 따른 검출기 모듈을 이용하여 특정 섬광체들에서의 발광현상을 모사하여 검출한 실험 결과를 보여주는 도면으로서, 도 5(a)는 본 실험에서 사용한 검출기 모듈의 구성을 개략적으로 보여주고 있으며, 도 5(b)는 도 5(a)에서 설명한 검출기 모듈을 통해 특정 섬광체들에서의 발광현상을 모사하여 검출한 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 5 is a view showing an experimental result obtained by simulating the light emission phenomenon of specific scintillators using the detector module according to the present invention. FIG. 5 (a) schematically shows the configuration of the detector module used in this experiment. 5 (b) is a graph showing the results obtained by simulating the light emission phenomenon of specific scintillators through the detector module described with reference to FIG. 5 (a).
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈을 구성함에 있어, 30mm 두께의 2.2mm 픽셀형 LSO 섬광체, 1mm 두께의 광확산층 및 두 개의 8x4 광센서 어레이로 구성하였다.As shown in FIG. 5 (a), in the present embodiment, in constructing a detector module for a positron emission tomography apparatus, a 30 mm thick 2.2 mm pixel LSO scintillator, a 1 mm thick light diffusion layer, and two 8 × 4 optical sensor arrays are provided. Configured.
이렇게 구성된 검출기 모듈을 이용하여 검출기 모듈을 구성하는 섬광체들 중, 3x3, 3x4, 4x1, 4x2 위치의 섬광체에 감마선을 조사하여 측정된 신호를 검출해본 결과, 도 5(b)에 도시된 그래프에서 나타나는 바와 같은 신호가 검출되었다.Among the scintillators constituting the detector module using the detector module configured as described above, gamma rays were detected on the scintillators at 3x3, 3x4, 4x1, and 4x2 positions to detect the measured signal, and as shown in the graph shown in FIG. A signal as was detected.
이때, 그래프의 X축은 섬광체의 전체 길이에서 섬광이 발생하는 위치값을 나타내며, Y축은 각 광센서 어레이에서 검출되는 각 섬광신호를 비교한 비율값을 나타낸다.In this case, the X axis of the graph represents a position value at which the flash is generated in the entire length of the scintillator, and the Y axis represents a ratio value comparing each scintillation signal detected by each optical sensor array.
상술한 바와 같은 그래프를 살펴보면, 각 픽셀들 모두 감마선이 섬광체에 입사한 위치, 즉 섬광이 발생하는 위치가 섬광체의 하단(botton)으로 갈수록 하단의 광센서 어레이에서 검출되는 섬광신호가 점점 커지고, 이와 반대로, 섬광이 발생한 위치가 섬광체의 상단(top)으로 갈수록 하단의 광센서 어레이에서 검출되는 섬광신호는 점점 작아진다.Looking at the graph as described above, as each pixel is a position where the gamma ray is incident on the scintillator, that is, the position where the flash occurs toward the bottom of the scintillator, the flash signal detected by the photosensor array at the bottom becomes larger and larger. On the contrary, as the position where the flash is generated reaches the top of the scintillator, the flash signal detected by the optical sensor array at the bottom becomes smaller.
이러한 원리를 이용하여 각 광센서 어레이에서는 섬광체의 양단에서 각각 출력되는 각 섬광신호들을 검출하며, 이렇게 검출된 각 섬광신호들은 광센서 어레이를 통해 전기적 신호로 변환되고, 변환된 각 전기적 신호들은 검출회로부에서 비교 분석되어 디스플레이 장치를 통해 영상 정보로 출력된다.By using this principle, each optical sensor array detects each of the flash signals output from both ends of the scintillator, and each of the detected flash signals is converted into an electrical signal through the optical sensor array, and the converted electrical signals are detected by the detection circuit unit. In comparison, the image is output as image information through the display device.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈은 다수개의 섬광체가 검출링의 축방향으로 위치되어 사다리꼴 직육면체 형태로 적층되는 검출기 모듈을 구성함으로써, 검출링 형성시, 다수개의 검출기 모듈이 밀착 결합되어, 검출기 모듈간의 공백공간을 최소화함으로써, 감마선의 손실을 방지하여 감마선의 검출 효율을 높일 수 있다.As described above, the detector module for a positron emission tomography apparatus according to the present invention constitutes a detector module in which a plurality of scintillators are positioned in the axial direction of the detection ring and stacked in a trapezoidal rectangular parallelepiped form, thereby forming a plurality of detector modules in forming a detection ring. This tight coupling is achieved, thereby minimizing the void space between the detector modules, thereby preventing the loss of gamma rays, thereby increasing the detection efficiency of the gamma rays.
또한, 감마선을 섬광체의 길이방향의 측면으로 직접 입사받아, 섬광체를 통과하는 감마선의 LOR(Line Of Response) 폭을 균일화하여 고해상의 영상을 얻을 수 있다.In addition, the gamma ray is directly incident on the side surface of the scintillator in the longitudinal direction, and a high resolution image can be obtained by uniformizing the LOR (Line Of Response) width of the gamma ray passing through the scintillator.
또한, 다수개의 섬광체 양단에 광증폭 기능을 갖는 광센서 어레이를 구비함에 따라, 검출회로부를 검출링 외부에 위치시킬 수 있어 검출링을 보다 견고하게 제작할 수 있다.In addition, by providing an optical sensor array having an optical amplification function at both ends of the plurality of scintillators, the detection circuit portion can be positioned outside the detection ring, thereby making the detection ring more robust.
또한, 검출링의 제작 크기에 상관없이 다수개의 검출기 모듈들을 밀착 결합할 수 있어, 뇌(Brain)측정 및 소동물용 양성자방출 단층촬영장치와 같은 소구경의 양성자방출 단층촬영장치에서도 감마선 검출 효율을 높이는 동시에, 고해상의 영상을 얻을 수 있다.In addition, a large number of detector modules can be closely coupled regardless of the size of the detection ring, so that the detection efficiency of gamma rays can be improved even in small diameter proton emission tomography devices such as brain measurement and small animal proton emission tomography devices. At the same time, a high resolution image can be obtained.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have knowledge of God.
10, 100 : 검출기 모듈 11, 111, 112, 113, 114 : 섬광체
12, 130 : 광센서 어레이 13, 140 : 검출회로부
14 : 공백공간 20, 200 : 검출링
110 : 섬광층 120 : 광확산층
131 : 기판 132 : 광센서
115, 117 : 반사체 10, 100:
12, 130:
14:
110: scintillation layer 120: light diffusion layer
131: substrate 132: optical sensor
115, 117: reflector
Claims (11)
상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열된 다수개의 막대형 섬광체가 픽셀 타입의 어레이로 배열되어 구성되되, 상기 다수개의 막대형 섬광체가 배열된 픽셀 어레이는 상기 검출링의 래디얼(radial) 방향 단면이 사다리꼴 형상을 형성하도록 배열되어 구성되는 섬광층;
상기 섬광층의 양단에 각각 연결되어, 상기 섬광층을 구성하는 각각의 섬광체로부터 전달되는 섬광신호를 확산시키는 한 쌍의 광확산층;
상기 한 쌍의 광확산층에 각각 연결되어 상기 광확산층으로부터 전달되는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하는 한 쌍의 광센서 어레이; 및
상기 한 쌍의 광센서 어레이에 각각 연결되어, 상기 광센서 어레이로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 비교 분석하여 섬광층 내에서의 감마선의 반응 위치를 검출하는 한 쌍의 검출회로부;를 포함하여 구성되어,
촬영 영역으로부터 방출되는 감마선을 상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열된 다수개의 막대형 섬광체의 측면부를 통해 입사받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
A detector module for a positron emission tomography apparatus, wherein a plurality of radially arranged beams are formed to form an annular detection ring to detect gamma rays.
A plurality of bar scintillators arranged in parallel with the axial direction of the detection ring is arranged in an array of pixel types, wherein the pixel array in which the plurality of bar scintillators are arranged has a radial cross section of the detection ring. A glare layer arranged to form a trapezoidal shape;
A pair of light diffusion layers respectively connected to both ends of the scintillation layer to diffuse scintillation signals transmitted from the scintillators constituting the scintillation layer;
A pair of optical sensor arrays connected to the pair of light diffusing layers, respectively, for converting a flash signal transmitted from the light diffusing layer into an electrical signal; And
A pair of detection circuits connected to the pair of optical sensor arrays, respectively, for comparing and analyzing an electrical signal transmitted from the optical sensor array through a preset detection algorithm to detect a reaction position of gamma rays in the scintillation layer; Consists of including,
And a gamma ray emitted from a photographing area is incident through side surfaces of a plurality of rod-shaped scintillators arranged in parallel with the axial direction of the detection ring.
상기 픽셀 어레이를 구성하는 막대형 섬광체 각각의 둘레에는 반사체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
A detector module for a positron emission tomography apparatus, characterized in that a reflector is formed around each of the rod-shaped scintillators constituting the pixel array.
상기 광센서 어레이는 실리콘 광전자증배관 또는 반도체형 광센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
The optical sensor array is a detector module for a positron emission tomography device, characterized in that consisting of a silicon photomultiplier tube or a semiconductor optical sensor.
상기 한 쌍의 검출회로부는 케이블을 통해 상기 한 쌍의 광센서 어레이에 각각 연결되어 상기 검출링과 소정 거리 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
And the pair of detection circuit units are connected to the pair of optical sensor arrays via cables, respectively, and are provided at positions spaced apart from the detection ring by a predetermined distance.
상기 섬광체는 NaI, LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), BGO(Bismuth Germanate Oxide) 또는 LuYAP(Lutetium-Yttrium Aluminate-Perovskite) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
The scintillator is any one of NaI, LUT (Lutetium Oxyorthosilicate), BGO (Bismuth Germanate Oxide) or LuYAP (Lutetium-Yttrium Aluminate-Perovskite) detector module for positron emission tomography apparatus.
상기 광확산층은 석영 또는 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
The light diffusing layer is a detector module for a positron emission tomography device, characterized in that consisting of quartz or glass.
상기 광센서 어레이는 사다리꼴 형상의 기판 상에 다수개의 광센서가 사다리꼴의 픽셀 어레이를 구성하도록 탑재된 COB(Chip on board) 형태로 구성되며, 상기 광센서 어레이를 구성하는 다수개의 광센서는 상기 섬광층을 구성하는 다수개의 막대형 섬광체와 각각 일대일 매칭되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 1,
The optical sensor array is configured in the form of a chip on board (COB) mounted on the trapezoidal substrate such that a plurality of optical sensors constitute a trapezoidal pixel array, and the plurality of optical sensors constituting the optical sensor array are the flashes. A detector module for a positron emission tomography apparatus, characterized in that configured to match one-to-one with a plurality of rod-shaped scintillators constituting a layer.
상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열되되, 길이 방향으로 각각 3개의 층으로 적층된 다수개의 막대형 섬광체가 픽셀 타입의 어레이로 배열되어 구성되며, 상기 다수개의 막대형 섬광체가 배열된 픽셀 어레이는 상기 검출링의 래디얼(radial) 방향 단면이 사다리꼴 형상을 형성하도록 배열되어 구성되는 섬광층;
상기 섬광층의 양단에 각각 연결되어, 상기 섬광층을 구성하는 각각의 섬광체로부터 전달되는 섬광신호를 확산시키는 한 쌍의 광확산층;
상기 한 쌍의 광확산층에 각각 연결되어 상기 광확산층으로부터 전달되는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하는 한 쌍의 광센서 어레이; 및
상기 한 쌍의 광센서 어레이에 각각 연결되어, 상기 광센서 어레이로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 비교 분석하여 섬광층 내에서의 감마선의 반응 위치를 검출하는 한 쌍의 검출회로부;를 포함하여 구성되어,
촬영 영역으로부터 방출되는 감마선을 상기 검출링의 축방향과 평행하게 배열된 다수개의 막대형 섬광체의 측면부를 통해 입사받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
A detector module for a positron emission tomography apparatus, wherein a plurality of radially arranged beams are formed to form an annular detection ring to detect gamma rays.
A plurality of rod-shaped scintillators arranged in parallel with the axial direction of the detection ring and stacked in three layers in the longitudinal direction are arranged in an array of pixel types, and the pixel array in which the plurality of rod-shaped scintillators are arranged A glare layer configured to be arranged such that a radial cross section of the detection ring forms a trapezoidal shape;
A pair of light diffusion layers respectively connected to both ends of the scintillation layer to diffuse scintillation signals transmitted from the scintillators constituting the scintillation layer;
A pair of optical sensor arrays connected to the pair of light diffusing layers, respectively, for converting a flash signal transmitted from the light diffusing layer into an electrical signal; And
A pair of detection circuits connected to the pair of optical sensor arrays, respectively, for comparing and analyzing an electrical signal transmitted from the optical sensor array through a preset detection algorithm to detect a reaction position of gamma rays in the scintillation layer; Consists of including,
And a gamma ray emitted from a photographing area is incident through side surfaces of a plurality of rod-shaped scintillators arranged in parallel with the axial direction of the detection ring.
상기 섬광층을 구성하는 각 섬광체층에 길이 방향으로 각각 3개의 층으로 적층되어 배열된 막대형 섬광체들은 길이 방향으로 서로 인접한 막대형 섬광체의 배열과 각각 좌우로 일정 간격 오프셋(offset)된 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 8,
The bar scintillators stacked and arranged in three layers in the length direction on each scintillator layer constituting the scintillating layer are arranged in the form of an array of bar scintillators adjacent to each other in the length direction and offset by a predetermined interval from each side. Detector module for positron emission tomography apparatus, characterized in that the.
상기 길이 방향으로 각각 3개의 층으로 적층된 섬광층은 적층된 각 층별로 서로 다른 재질의 섬광체로 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈.
The method of claim 8,
The scintillation layer laminated in three layers each in the longitudinal direction is a detector module for a positron emission tomography apparatus, characterized in that composed of scintillators of different materials for each layer stacked.
12. A positron emission tomography apparatus comprising an annular detection ring formed by radially arranging said detector modules using a detector module having the configuration of any one of claims 1 to 10.
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