KR101232124B1 - 양전자 방출 단층 촬영장치 및 그 촬영방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두뇌의 PET단층 촬영에서 환자의 정수리 방향에 단층면과 평행하게 콤프턴 카메라 추가하여 촬영하며, 상기 콤프턴카메라는 극저온 입자 검출기를 사용한 것으로서, 추가적인 방사선 피폭 없이(경우에 따라 더 작은 피폭으로) 단층면의 수직한 방향에서 바라보는 영상 구할 수 있으며. 이 영상을 이용해 종래 PET의 오류 보정 및 분해능 향상시켰으며, 극저온 입자 검출기를 이용한 콤프턴 카메라는 고순도 게르마늄 또는 카드뮴아연텔로라이드 등을 이용한 기존의 직접방식 방사선 검출에 비해 10배 이상의 에너지 분해능을 갖는 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴 카메라를 양전자방출단층촬영기에 추가 설치하여 촬영하는 양전자 방출 단층 촬영방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 두뇌의 양전자 방출 단층 촬영 장치를 이용한 단층 촬영에서 환자의 정수리 방향에 단층면과 평행하도록 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴 카메라를 양전자 방출 단층 촬영 장치에 추가 설치하여 촬영하는 양전자 방출 단층 촬영장치 및 그 촬영방법에 관한 것이다.
양전자 방출 단층 촬영 (Positron Emission Tomography, 이하 'PET' 라 한다)은 양전자 단층 촬영이라고도 부르며 양전자 방출을 이용하는 핵의학 검사 방법 중 하나로 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 결합한 의약품을 체내에 주입한 후 양전자 방출 단층 촬영기를 이용하여 이를 추적하여 체내 분포를 알아보는 방법이다. 암 검사, 심장 질환, 뇌 질환 및 뇌 기능 평가를 위한 수용체 영상이나 대사 영상도 얻을 수 있다.
음전하를 가지고 있는 전자와 물리적 특성이 유사하지만 정반대로 양전하를 가지고 있는 것을 양전자라고 한다. 이러한 양전자는 방사선의 한 종류로서, C-11, N-13, O-15, F-18 등의 방사성 동위원소에서 방출되는데 이러한 원소들은 생체의 주 구성 물질이기 때문에 이를 이용하여 의약품을 만들 수 있다. 가장 흔히 이용하는 방사성 의약품인 F-18-FDG는 포도당 유사 물질이어서, 이를 주사하면 몸 안에서 암과 같이 포도당 대사가 항진된 부위에 많이 모이게 된다.
최근에는 양전자 단층 촬영 스캐너와 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캐너를 하나로 결합시킨 양전자/컴퓨터단층촬영(PET/CT) 스캐너가 널리 보급되어 있다. 양전자/컴퓨터단층촬영은 컴퓨터 단층 촬영 스캐너의 첨가로 해부학적 정보 제공과 함께 좀 더 정확한 영상 보정이 가능하여 기존 양전자 단층 촬영에 비해 영상 화질이 한층 우수하다.
컴프턴 카메라는 1973년 컴프턴 산란이라는 물리적 현상을 기하학적으로 해석하여 감마선원의 위치에 대한 정보를 획득하는 전기적 집속(electric collimation) 원리에 기반하여 감마선원을 위치 및 형상을 영상화할 수 있는 장치로, 전기적 집속에 기반하므로 기계적 집속기를 필요로 하지 않으며, 광자의 에너지를 구별해 내고 고유 에너지마다 해당 추적자의 영상을 얻을 수 있는 멀티 트레이서(Multi-racer) 기능을 보유하고 있다. 즉, 영상해상도와 투여 방사선량 간의 대립적인 상관관계가 존재하지 않아 적은 방사선량으로도 우수한 해상도를 얻을 수 있으며, 컴프턴 산란의 동역학 조건을 가하면 배경계수를 완벽한 수준으로 제거할 수 있으므로 영상 감도 역시 우수한 수준으로 얻을 수 있다. 따라서 실생활에의 적용에 대한 기대가 높아지고 있는 추세이다.
핵의학영상기기 분야에서 컴프턴 카메라가 실용화된다면 암과 같은 조직의 발견이 용이할 뿐만 아니라 암조직의 위치를 고도로 정확하게 찾아낼 수 있다.
금속 자성 열량계(Metallic Magnetic Calorimeters; 이하, 'MMC' 라 한다.)는 극저온 입자검출(Cryogenic Particle Detection)의 일종으로 에너지 흡수로 인한 온도 변화에 따른 상자성 물질의 자화 변화를 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서로 감지함. 이 센서의 매우 높은 민감도로 인하여 매우 높은 에너지 분해능 보장한다.
MMC의 에너지 분해능을 살펴보면, 현재까지 발표된 데이터에 의하면 수백 keV의 광자에 대해 수백 eV의 분해능(약 0.1%)을 가진다.
국내공개특허공보 공개번호 제10-2007-0085387호에는 PET 단층 촬영에서 실제 산란(TS) 및 랜덤(R) 소멸 사건들을 포함하는 사건들에 대해서 실제(T) 소멸 사건들을 선택하는 것을 향상시켜 PET 스캐너들의 감광도 및/또는 분해능을 향상시키는 새로운 방법은 검출기에서 수용되는 감마선들의 입사각들을 결정하기 위해 감마선 검출기에서의 콤프턴 산란 상호 작용들의 재구성을 포함하며, 양전자 소멸 및 콤프턴 산란과 관련된 감마선 편광 및 전자 반동 데이터를 사용할 수 있다. 감마선 편광 효과의 사용으로, PET 기기에서, TS 및 R 사건들을 억제하는 동시에 T 사건들에 대응하는 데이터를 선택하는 기능을 향상시키는 양전자 방출 단층 촬영에서의 실제 동시 발생 사건들 선택시스템이 공개되어 있고,
동 공보 공개번호 제10-2009-0109868호에는 측정하고자 하는 감마선의 진행방향을 따라 순차로 중첩 배치된 복수의 제1 감마선 검출기를 포함하고, 상기 감마선을 산란시키되, 산란이 일어난 위치와 산란에 의해 상기 감마선이 잃은 에너지를 측정하는 산란부와, 상기 산란부에서 산란된 감마선이 도달하는 위치에 배치된 제2 감마선 검출기를 포함하고, 상기 산란된 감마선의 도달 위치와 에너지를 측정하는 흡수부를 포함하여 이루어진 컴프턴 카메라 및 이를 이용한 단층촬영장치가 기재되어 있으며,
동 공보 공개번호(일자) 1020090128735호에는 광펌핑 원자자력계가 자기장 측정 민감도가 우수하다는 것을 이용하여, 피측정대상인 시료에 의한 교류 자기투자율의 변화를 측정함으로써, 초미량 시료(예를 들어, 생체 분자)의 검출이 가능한 측정 장치 및 그 이용방법에 관한 것으로, 시료에 의한 자기장에 영향을 받는 알칼리 금속원자가 포함된 셀(110); 셀(110)의 알칼리 금속원자를 자기분극시키는 광원부(120); 알칼리 금속원자의 측정 공명주파수를 조절하기 위한 바이어스 자기장(Bo)을 인가하는 바이어스자기장 인가부(130);를 포함하는 원자자력수단(100); 시료를 자기적으로 여기 시키기 위하여 소정의 주파수를 갖는 복수개의 교류자기장(Bs1,Bs2)으로 구성된 여기자기장(Bs)을 시료에 인가하는 여기자기장 인가수단(200); 및 여기자기장(Bs)에 의하여 자기적으로 여기된 시료에 의한 자기장(B)에 영향을 받은 알칼리 금속원자의 자기분극의 변화를 측정하여 시료의 투자율 변화를 검출하는 검출수단(300);을 포함하는 원자자력계를 이용한 초고감도 투자율 검출장치 및 그 이용방법이 기술되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제10-0656313호에는 재료는 저온 유지 장치(2) 내의 강자계 내에서 분극되고 그 다음 저온 유지 장치(2) 내에 있는 동안 용액으로 된 ＮＭＲ 분석용 초분극된 고체 재료를 용해하기 위한 방법 및 장치가 공개되어 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 종래의 기술들은 양전자 방출 단층 촬영 장치와 콤프턴 카메라 모두 20년이 넘은 기술로서, 컴프턴 양전자 방출 단층 촬영 (Positron Emission Tomography, 이하 'PET' 라 한다), 카메라기술. 금속 자성 열량계(Metallic Magnetic Calorimeters; 이하, 'MMC' 라 한다.)를 하나 또는 두 개를 사용하여 의료기술치료기로 개발되어 왔으나, 오차의 범위를 줄이지 못하여 수술시 애로사항을 겪는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래의 선행기술은 PET의 구성요소로 콤프턴 카메라를 이용한 것으로서, 하나의 영상을 얻는 것인 반면, 본 발명은 콤프턴 카메라를 Brain PET과 결합한 것으로서, 콤프턴 카메라로 독자적인 영상을 얻어 Brain PET 의 영상을 수정 및 보정하는 원리로서,
뇌 단층촬영을 위한 PET 에 적용 가능하며, 기존 PET에 추가적으로 Scatter(산란부)와 absorber(흡수부)scatter와 absorber를 추가하여 촬영하는 방법으로서, 링형상의 PET의 오류를 컴프턴카메라의 Scatter(산란부)와 absorber(흡수부)로 이루어진 검출기를 이용하여 방사선과 산란부(scatter) 사이에 콤프턴 산란이 일어난 위치와 흡수부에 방사선이 흡수된 위치 그리고 흡수부에 흡수된 에너지를 검출하여 방사선원의 위치를 정확하게 계산함과 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴 카메라를 링형상의 PET 끝단부에 설치하여, 에너지 흡수로 인한 온도 변화에 따른 상자성 물질의 자화 변화를 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서로 감지함으로서, 센서의 매우 높은 민감도로 인하여 매우 높은 에너지 분해능으로 정확한 위치를 측정하는 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴 카메라를 양전자방출 단층촬영기에 추가 설치하여 촬영하는 양전자 방출 단층 촬영장치 및 그 촬영방법을 제공하는데 본 발명의 과제 해결 수단인 것이다.
본 발명은 뇌의 양전자 방출 단층 촬영 장치를 이용한 단층 촬영에서 환자의 정수리 방향에 단층면과 평행하게 콤프턴 카메라 추가하였으며, 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴카메라는 추가적인 방사선 피폭 없이(경우에 따라 더 작은 피폭으로) 단층면의 수직한 방향에서 바라보는 영상 구할 수 있으며. 이 영상을 이용해 종래 양전자 방출 단층 촬영장치 의 오류 보정 및 분해능 향상시켰으며, 상기 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서는 고순도 게르마늄 또는 카드뮴아연텔로라이드 등을 이용한 기존의 직접방식 방사선 검출에 비해 10배 이상의 공간분해능 향상을 기대할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도1은 종래의 양전자 방출 단층 촬영장치의 오류현상 상태도
도2는 <2A> 본 발명의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도
<2B> 종래의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도
도3은 일반적인 방사선 영상중 기계적 사준 상세도
도4는 일반적인 방사선 영상중 전기적 사준 상세도
도5는 본 발명의 영상획득 흐름도
도6 및 도7은 본 발명의 콤프턴 카메라에 장착된 흡수부 또는 산란부 상세도
도2는 <2A> 본 발명의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도
<2B> 종래의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도
도3은 일반적인 방사선 영상중 기계적 사준 상세도
도4는 일반적인 방사선 영상중 전기적 사준 상세도
도5는 본 발명의 영상획득 흐름도
도6 및 도7은 본 발명의 콤프턴 카메라에 장착된 흡수부 또는 산란부 상세도
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 두뇌촬영시 종래의 링형상 또는 관형상의 PET의 구조상 뇌의 정수리 부분을 정밀하게 측정할 수 없는 것을 뇌의 정수리부분 즉 종래의 PET의 일측 끝단부에 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴카메라(Compton camera using MMC)를 양전자방출 단층촬영기에 추가 설치하여 촬영하는 양전자 방출 단층 촬영장치 및 그 촬영방법에 관한 것이다.
본 발명은 두뇌촬영 PET에서 기존 장비를 그대로 두고 환자의 정수리 쪽에 콤프턴 카메라를 추가하였으며, 기존의 콤프턴 카메라를 설치해서는 전혀 효과를 거둘 수 없어, 콤프턴 카메라의 산란부와 흡수부(혹은 흡수부만이라도)를 극저온 입자 검출방법의 하나인 금속자석열량계기를 이용한 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서를 사용하여, 에너지 흡수로 인한 온도 변화에 따른 상자성 물질의 자화 변화를 감지함으로서, 센서의 매우 높은 민감도로 인하여 매우 높은 에너지 분해능으로 정확한 위치를 측정하는 극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서가 장착된 콤프턴 카메라를 양전자방출 단층촬영기에 추가 설치하여 촬영하는 양전자 방출 단층 촬영장치 및 그 촬영방법인 것이다.
본 발명은 두뇌의 PET단층 촬영에서 환자의 정수리 방향에 단층면과 평행하게 콤프턴 카메라 추가하여 촬영하며, 상기 콤프턴카메라는 극저온 입자 검출기를 사용한 것으로서, 추가적인 방사선 피폭 없이(경우에 따라 더 작은 피폭으로) 단층면의 수직한 방향에서 바라보는 영상 구할 수 있으며. 이 영상을 이용해 종래 PET의 오류 보정 및 분해능 향상시켰으며, 극저온 입자 검출기를 이용한 콤프턴 카메라는 고순도 게르마늄 또는 카드뮴아연텔로라이드 등을 이용한 기존의 직접방식 방사선 검출에 비해 10배 이상의 에너지 분해능을 가지므로 보다 정밀한 핵의학기기를 개발한 것이다.
PET와 콤프턴 카메라가 적용된 종래의 기술인 국내공개특허공보 공개번호 제10-2007-0085387호와, 제10-2009-0109868호에는 PET 의 방사선 검출기 대신 콤프턴 카메라를 장착한 것으로,
콤프턴 카메라를 PET 단층영상의 반응선(LOR)을 만들어 내는 방사선 검출기(링 형태)로 직접 활용하고 있으나, 본 발명에서는 종래 PET 장치에 단층면과 평행한 콤프턴 카메라를 부가적으로 설치하여, 추가적인 방사선 피폭 없이 단층영상의 질을 향상시키는 기술구성이다.
콤프턴 카메라를 핵의학 영상에 이용하기 위한 노력은 약 20년 전부터 수행되어 왔지만, 아직까지 핵의학분야에서 좋은 결과를 보이지 못하고,
상기와 같은 종래의 기술인 PET은 방사선 영상장치 중 아주 독특한 방식으로서, 두 개의 511keV 감마선이 거의 180도 반대방향으로 발생하여 두 개의 검출기에 동시에 검출되었을 때, 이 검출기들을 연결한 선을 하나의 반응선(LOR)으로 하여 영상을 형성하고, 핀 홀 카메라등과 같은 기계적 사준이 필요 없어, 민감도 측면에서, 현재 상용 PET 시스템에서 사용되고 있는 섬광체 검출기와 비교해 콤프턴 카메라의 장점이 없으며, 특히, 국내공개특허공보 공개번호 제10-2009-0109868호에서 제시하고 있는 CZT 등의 검출기가 갖고 있는 고유 에너지 분해능으로부터 유도되는 콤프턴 카메라의 공간분해능은 현재 상용 PET 의 공간분해능과 비교해 비슷하거나 그보다 못한 결과를 나타내어 현재 사용되지 못하고 있는 실정이다.
극저온이온검출기는 금속자석열량계(MMC)를 포함하며, 극저온 이온검출기에는 1. 금속자석열량계를 포함하여 2. 전이에지센서(Transition Edge Sensor), 3. 전자탐지미세분석(Electron Probe Microanalysis) 등 5~6 종류의 알려진 기술이 있습니다.
극저온입자검출방법중 하나인 금속자석열량계에 사용되는 초전도 양자 간섭소자(SQUID : Superc:onducting Quantum Interference Device) 는 금속자석열량계를 구성하는 하나의 소자로서, SQUID센서는 고순도 게르마늄 또는 카드뮴아연텔로라이드 등을 이용한 기존의 직접방식 방사선 검출에 비해 10배 이상의 에너지 분해능을 가지므로 보다 정밀한 핵의학기기에 사용되며,
SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서는
입자(방사선) 흡수 -> 온도변화 -> 자화변화 -> 자화계측순으로 측정하여 신호를 보내며, 매우 미세한 자화의 변화를 계측하여 흡수된 입자(방사선)의 에너지를 계산하며, 금속의 자화(magnetization) 변화를 측정해주는 매우 민감도가 높은 센서로서,
매우 민감한 자력계로 극히 작은 자기장을 측정하는데 사용되며 조셉슨 접합을 포함하는 초전도 루프에 기초한다. 또한 측정시의 잡신호(noise)는 3fTㅇHz-½수준으로매우낮다.
예를 들면, 일반적인 냉장고의 자석은 0.01 테슬라 (10-2T)이며 동물 신체내에서 발생되는 약한 자기장은 10-9T에서 10-6T까지이다 .
근래에 발명된 SERF 원자 자력계는 더욱 민감하지만 SQUID에 비해 크기가 거대하며 전력이 많이 든다. 수십 년간 SQUID 센서는 매우 작은 자기장을 측정하는 유일한 방법이었다.
직류 SQUID는 1964년 로버트 자클레빅, 존 람비, 아놀드 실버 그리고 제인스 머세로 등의 포드 연구 실험에 의해 발명되었다.
B.D. 조셉슨이 1962년 조셉슨 효과를 주장하고 1963년 벨랩에서 존 로웰과 필립 앤더선에 의해 조셉슨 접합이 만들어진 이후의 일이었다. 교류 SQUID는 1965년 포드사의 제임스 에드워드 짐머만과 아놀드 실버에 의해 발명되었다.
자화감응(Manetosensor)이 매우 정밀하기 때문에 계산해 낸 에너지 값도 정밀한(분해능이 높은) 값을 갖게 되는 원리를 이용한 것이다.
일반적으로 방사선 검출은 방사선을 전기적 신호로 바꾸는 과정. 에너지 분해능, 공간분해능, 민감도 등의 특성이 있으며, 직접 방식과 간접방식이 있으며, 직접방식은 반도체 검출기가 방사선 흡수(전기적 신호)하는 것으로서, 에너지 분해능 높고, 민감도 낮으며, 간접 방식(섬광체 이용)은 섬광체가 방사선 흡수하여 (섬광 발생) 광증배관 이용해 신호 증폭에 의해 검출하는 방법으로, 에너지 분해능 낮고, 민감도 높다.
방사선 영상방식은 기계적 사준(mechanical collimator)과 전기적 사준 (electrical collimator)이 있어, 기계적 사준은 도3에 도시된 바와 같이, 핀홀 카메라가 대표적인 예로 방사선원의 위치를 파악하기 위해 방사선의 검출기로의 입사각을 제한하며. 공간분해능과 민감도가 서로 상충관계에 있고, 전기적 사준은 도4에 도시된 바와 같이, 콤프턴 카메라. 두 개 이상의 검출기를 이용하여 콤프턴 산란에 의해 꺾인 각을 계산하여 방사선원의 위치를 파악. 방사선의 검출기로의 입사각을 제한하지 않아 기계적 사준에 비해 민감도가 높다. 공간분해능이 에너지 분해능과 비례관계임을 알 수 있다.
PET에서 발생할 수 있는 오류를 살펴보면, 도1과 같이, 방사선산란(Scatter) : 검출기에 도달하기 전 인체 혹은 공기와의 반응(물리적)으로 진행 방향이 변하는 현상과,
무작위 동시발생(Random coincidence) : 서로 다른 방사선원으로부터 도달한 방사선이 우연히 동시에 검출기에 도달하는 현상과, 관측 위치에 따른 오차(Parallax error) : 검출기 링의 중심에서 먼 방사선원으로부터 발생한 방사선은 기하학적으로 검출기 결정을 투과해 이웃한 검출기에서 검출될 확률이 상대적으로 높음. 이에 따라 영상이 중심에서 멀어질수록 흐릿해지는 현상 발생이 있다.
PET의 공간분해능은 현재 2~5mm 정도 인 것으로 알려져 있으며, 고유의 공간분해능에 영향을 미치는 요소는, 검출기 크리스탈의 크기(디지털 카메라의 화소와 같은 원리)와, 앵저로직(Anger logic : 검출기 신호를 가상의 평면좌표상의 신호로 변환하는 논리)과, 광자의 비선형성(감마선 방출각도가 180도에서 0.25도 정도 오차) 와, 양전자 반응범위(양전자의 평균자유이동거리 (F-18 : 0.5mm, Rb-82 : 4.5mm))와, 영상복원 알고리즘(검출기 크리스털의 크기가 가장 지배적인 역할을 함)이 있다.
콤프턴 카메라(Compton camera)는 Scatter(산란부)와 absorber(흡수부)로 이루어진 검출기를 이용하여 방사선과 scatter 사이에 콤프턴 산란이 일어난 위치와 흡수부에 방사선이 흡수된 위치 그리고 흡수부에 흡수된 에너지를 검출하여 방사선원의 위치를 계산하는 방사선 검출기인 것이다.
콤프턴 효과는 1923년 아서 콤프턴에 의해 발견되었고 그 이듬해 그의 학생에 의해 확인되었다. 콤프턴은 이 발견으로 1927년 노벨 물리학상을 수상하였다. 콤프턴 산란 또는 콤프턴 효과는 X선이나 감마선의 광자가 물질과 반응(interaction)하여 에너지를 잃고 파장이 증가하는 현상을 나타낸다. 역 콤프턴 산란도 존재하는데, 반대로 광자가 물질과 반응하여 에너지를 얻어 파장이 감소하는 현상이다. 산란된 빛의 파장은 입사하는 빛의 파장과 다르기 때문에, 콤프턴 산란은 비탄성 산란의 일예이다. 그러나 이 효과의 기원은 광자와 전자 사이의 탄성 충돌로 간주된다. 이 효과에 의해 변화된 파장의 양은 콤프턴 이동(shift)이라고 불린다. 비록 핵 콤프턴 산란이 있지만, 콤프턴 산란은 보통 원자의 전자들을 포함하는 반응에 사용된다.
이 효과는 빛이 파동 현상만으로는 완전히 설명될 수 없다는 것을 보여주기 때문에 중요한 의미를 지닌다. 전하를 지닌 입자들의 전자기파 산란에 대한 고전적 이론인, 톰슨 산란은 낮은 에너지 쪽으로 파장의 변화를 설명할 수 없다. 콤프턴 산란을 설명하기위해서 빛의 입자로 구성된 것처럼 행동해야만 한다. 콤프턴의 실험은 빛이 진동수에 비례하는 에너지를 갖는 입자 물체들의 흐름처럼 행동한다는 것을 보여 주었다.
콤프턴 카메라의 공간분해능
(수식 -1)
수식-1 과 같이 각 분해능은 에너지 분해능과 비례하는 것으로 나타난다. 통상 수 keV(약 1%)의 에너지 분해능을 나타내는 검출기를 이용한 콤프턴 카메라는
2°의 각 분해능을 나타낸다. 10cm 떨어진 선원의 위치를 파악하는데 약 3mm 정도의 불확도를 가지게 된다.
2°의 각 분해능을 나타낸다. 10cm 떨어진 선원의 위치를 파악하는데 약 3mm 정도의 불확도를 가지게 된다.
상기 3mm의 불확도는 뇌의 수술시 엄청난 오류를 일으켜 환자의 생명을 잃을 수도 있다.
금속 자성 열량계(Metallic Magnetic Calorimeters)는 극저온 입자검출(Cryogenic Particle Detection)계기의 일종으로 에너지 흡수로 인한 온도 변화에 따른 상자성 물질의 자화 변화를 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서로 감지함. 이 센서의 매우 높은 민감도로 인하여 매우 높은 에너지 분해능을 보장한다.
MMC의 에너지 분해능을 살펴보면, 현재까지 발표된 데이터에 의하면 수백 keV의 광자에 대해 수백 eV의 분해능(약 0.1%)을 가진다.
본 발명은 도2와 같으며, 두뇌촬영시 종래의 링형상 또는 관형상의 PET의 구조상 뇌의 정수리 부분을 정밀하게 측정할 수 없는 것을 뇌의 정수리부분 즉 종래의 PET의 일측 끝단부에 극저온입자검출방식인 금속자성열량계(MMC)이용한 콤프턴 카메라(Compton camera using MMC)를 설치하여, 정수리부분까지 정밀하게 측정할 수 있는 MMC를 이용한 콤프턴 카메라는
수식-1을 이용해 단순히 계산을 하면 MMC를 이용한 콤프턴 카메라는 0.2도 정도의 각분해능을 갖게 되고, 이는 10cm 떨어진 선원의 위치에 대한 불확도는 0.3mm가 된다.
본 발명의 콤프터 카메라의 SQUID센서가 PET(1)영상을 보정하는 원리를 보다 구체적으로 설명하면,
뇌에 주입한 방사선 동위원소로부터 방출된 양전자가 이웃하는 전자와 결합하여 소멸되면서 발생하는 소멸 방사선(511keV의 감마선)을 정수리 부분에 설치한 콤프턴 카메라를 이용해 검출한다. 본 발명에서 제안한 콤프턴 카메라를 이용해 약 0.3mm의 오차범위에서 소멸 방사선이 발생한 위치를 찾을 수 있다. 이를 이용하면 뇌 속에 주입한 방사선원의 분포를 매우 정확하게 알 수 있다. 기존 PET에 사용되는 검출기에 비해 민감도가 현저히 떨어지는 약점이 있어, 그 자체로 진단용 영상이 되기는 힘들 것으로 예상되지만 그 정확한 위치 정보를 이용해 기존 PET 영상에 존재하는 오류들을 보정할 수 있다. 오류 보정에는 여러 가지 알고리즘이 있을 수 있다.
1. 단순비교 : 콤프턴 카메라의 영상과 PET의 영상을 단순 비교하여 공통된 부분을 강조하는 방법.
2. 거리 반비례 팩터 연산 : PET 영상 좌표들의 화소값(pixel)에 콤프턴 카메라 영상에서 검출된 방사선원의 위치와의 거리에 반비례하는 factor를 곱해주는 방법.
이 두 가지 알고리즘을 기본으로 의학적 응용분야에 따라 오류 보정에 적합한 알고리즘을 설계할 수 있다.
도6의 하나의 셀을 입체적으로 그린 것이 도7이며, 도6은 전체가 흡수부(22)또는 산란부(21)가 될수 있습니다.
실시예)
콤프턴카메라(2)가 일측 후방 끝단부에 설치된 관형상의 PET(1)내부를 촬영하면, PET(1)와 콤프턴카메라(2)에서 각각 촬영된 두 개의 영상을 얻은 다음,
콤프턴카메라(2)의 촬영된 영상은 흡수부를(22)에서 방사선신호를 흡수시키고, 가열된 열은 흡수부(22) 하부에 열배출연결부(54)에 의해 연결되는 열배출구(55)를 통해 배출시키고,
흡수부(22)의 흡수체(53)에서 방사선신호를 얻으면, 일부는 SQUID센서연결부(52)를 통해 SQUID센서로 신호를 보내어 영상을 얻어,
PET(1)의 촬영된 영상을 콤프턴카메라(2)의 촬영된 영상으로 콤프턴 카메라의 영상과 PET의 영상을 단순 비교하여 공통된 부분을 강조하거나, PET 영상 좌표들의 화소값(pixel)에 콤프턴 카메라 영상에서 검출된 방사선원의 위치와의 거리에 반비례하는 factor를 곱해주는 방법을 이용하여 최종 영상을 보정하여 최종 보정된 PET(1)의 영상을 나타나게 하였다.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 종래의 양전자 방출 단층 촬영장치의 오류현상 상태도, 도2는 <2A> 본 발명의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도 <2B> 종래의 양전자 방출 단층 촬영장치 상세도, 도3은 일반적인 방사선 영상중 기계적 사준 상세도, 도4는 일반적인 방사선 영상중 전기적 사준 상세도, 도5는 본 발명의 영상획득 흐름도, 도6 및 도7은 본 발명의 콤프턴 카메라에 장착된 흡수부 또는 산란부 상세도를 도시한 것이며, PET(1), 콤프턴카메라(2), 산란부(21), 흡수부(22), SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서(51), SQUID센서연결부(52), 흡수체(53), 열배출연결부(54), 열배출구(55)를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면 본 발명의 양전자 방출 단층 촬영장치는 도2, 도6및 도7에 도시된 바와 같이, 관형상의 PET(1)와, 상기 PET(1)의 일측 끝단부에 설치된 콤프턴카메라(2)와, 상기 콤프턴카메라(2)에 장착된 극저온입자검출기로 구성되어 있으며, 상기 콤프턴카메라(2)에 장착된 극저온입자검출기는 금속자석열량계에 사용되는 SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서(51),
로 구성되어 있음을 알 수 있다.
상기 콤프턴카메라(2)는 도2에 도시된 바와 같이, 전면에 설치된 산란부(21)와, 상기 산란부(21)의 후면에 설치된 흡수부(22)로 구성되며,
상기 흡수부(22)는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 흡수체(53)와, 상기 흡수체(53)의 상부 일측에 돌출되어 SQUID센서에 연결되는 전선이 부착된 SQUID센서연결부(52)와, 상기 흡수체(53)의 하부에 설치된 열배출연결부(54)에 의해 연결되는 열배출구(55)로 구성되어 있음을 알 수 있다.
PET(1), 콤프턴카메라(2), 산란부(21), 흡수부(22), SQUID(super conducting Quantum Interface Devices) 센서(51), SQUID센서연결부(52), 흡수체(53), 열배출연결부(54), 열배출구(55),
Claims (4)
- 삭제
- 양전자 방출 단층 촬영장치에 있어서,
관이 수평으로 위치된 형상의 PET(1)와, 링 형상 또는 관이 수평으로 위치된 PET(1)의 일측 끝단부에 막히도록 전면에 설치된 콤프턴카메라(2)와, 상기 콤프턴카메라(2)에 장착된 극저온입자검출기로 구성되며,
상기 콤프턴카메라(2)는 전면에 설치된 산란부(21)와, 상기 산란부(21)의 후면에 설치된 흡수부(22)로 구성되고,
상기 흡수부(22)는 흡수체(53)와, 상기 흡수체(53)의 상부 일측에 돌출되어 SQUID센서에 연결되는 전선이 부착된 SQUID센서연결부(52)와, 상기 흡수체(53)의 하부에 설치된 열배출연결부(54)에 의해 연결되는 열배출구(55)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 양전자 방출 단층 촬영장치. - 삭제
- 삭제
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |