KR101526798B1 - 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 - Google Patents
양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 Download PDFInfo
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Abstract
본원발명은 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 관한 것으로 상세하게는 방사상으로 검출기를 다수개 배치하여 만든 환형의 검출링을 이용하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합되어 가로N개 X 세로 M개의 배열로 구성되되, 일면은 이웃하는 열중 하나의 열이 돌출되도록 하여 가로 N열 중 N/2열의 섬광 결정셀이 돌출되고, 타면은 이웃하는 행중 하나의 행이 돌출되도록 하여 세로 M행 중 M/2행의 섬광 결정셀이 돌출되도록 형성되어 있는 신틸레이터와, 신틸레이터의 일면 및 타면에 있는 홈에 각각 결합되어 섬광 결정셀로부터 발생된 섬광신호의 이동방향을 변화시키는 신호이동부재와, 신틸레이터와 신호이동부재가 이루는 일면과 타면에 각각 결합되는 반사판과, 신호이동부재의 일단에 결합되어 신호이동부재로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부 및, 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 전송하는 검출회로부를 포함하여 구성되되, 신틸레이터는 다수개가 결합되어 링 형상의 검출링이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원발명은 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로 상세하게는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈이 방사상으로 잇대어 배치됨으로써 형성된 환형의 검출링과, 검출회로부로부터 데이터를 전송받아 미리 설정된 분석 알고리즘을 통해 감마선의 발생위치를 분석하여 영상 신호로 출력하는 신호처리부 및, 신호처리부로부터 출력되는 영상 신호를 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 신틸레이터의 상면과 하면에 Wavelength-shifting(WLS) fiber가 결합되어 섬광신호를 감지하는 것으로 감마선 반응이 일어난 위치를 측정할 수 있는 분해능이 높을 뿐만 아니라 검출기에 의한 산란선 및 민감도 저하 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본원발명은 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로 상세하게는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈이 방사상으로 잇대어 배치됨으로써 형성된 환형의 검출링과, 검출회로부로부터 데이터를 전송받아 미리 설정된 분석 알고리즘을 통해 감마선의 발생위치를 분석하여 영상 신호로 출력하는 신호처리부 및, 신호처리부로부터 출력되는 영상 신호를 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 신틸레이터의 상면과 하면에 Wavelength-shifting(WLS) fiber가 결합되어 섬광신호를 감지하는 것으로 감마선 반응이 일어난 위치를 측정할 수 있는 분해능이 높을 뿐만 아니라 검출기에 의한 산란선 및 민감도 저하 문제를 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 공간분해능의 균일도를 높인 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것이다.
일반적으로 양전자방출 단층촬영장치(PET : Positron Emission Tomography)는 인체 내에 주입된 방사성 물질에서 발생한 양전자가 이웃하는 전자와 충돌할 때 발생하는 한 쌍의 감마선을 검출하여, 감마선의 검출 위치를 통해 신체 내부에 대한 3차원 단층영상을 획득하는 단층촬영장치이다.
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.
종래의 양전자방출 단층촬영장치의 검출기 모듈을 사용할 경우 스캐너 시야 외곽에 위치한 선원으로부터 발생된 감마선이 검출기 면에 비스듬하게 입사하여 섬광결정의 여러 픽셀층을 투과하게 됨으로 외곽 시야의 공간분해능이 저하되는 패럴랙스 오차(parallax error)가 발생되는 문제가 있다. 따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 섬광체 내에서 감마선이 검출기와 반응한 반응 깊이를 측정하여 섬광결정을 투과한 정도를 영상재구성시 적용하여 패럴랙스 오차를 보정함으로써 공간분해능의 균일도를 향상 시킬 수 있는 방법이 연구되고 있다. 패럴랙스 오차를 보정할 수 있는 양전자방출 단층촬영장치의 검출기 모듈은, 도1에 도시된 바와 같이 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있되, 섬광체가 여러층의 섬광결정을 쌓아 올려진 형태로 되어 있어 각 섬광결정의 서로 다른 감쇠시간을 측정하여 감마선 반응이 일어난 위치를 측정하는 형태와, 도2에 도시된 바와 같이, 감마선을 입사 받는 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있으며, 이러한 다수개의 섬광체들 끝단에는 섬광신호를 감지하는 광센서 어레이가 설치되어 있어 감마선 반응이 일어난 위치를 양단 광센서의 신호비를 이용하여 측정하는 형태이다.
그러나 여러층의 섬광결정을 쌓아 올려진 형태의 모듈은 측정할 수 있는 반응 깊이가 섬광결정층 수에 의해서 제한되며, 섬광결정 층간의 빛 손실에 의한 에너지 분해능의 저하, 두 검출기 신호 분리의 정확도가 떨어지는 등의 문제로 인해 반응 깊이 측정의 한계가 있는 문제가 있다. 또한, 섬광체 양단에 검출기를 결합한 형태의 모듈은 양쪽에서 검출되는 신호의 비를 이용하여 연속적인 반응깊이를 측정할 수 있지만 섬광체 양단에 존재하는 검출기에 의한 산란선, 민감도 저하의 문제를 해결할 수 없는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 Wavelength-shifting(WLS) fiber를 사용하여 섬광결정 양단으로부터 검출기를 분리하는 것이 가능해졌지만, 섬광체마다 결합된 WLS fiber끼리의 간섭(crosstalk)과 길이가 긴 WLS fiber에 의한 빛 수집효율 감소 등에 의해 분해능 저하가 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로 WLS fiber끼리의 간섭현상을 해결하고 빛 수집효율을 극대화함과 동시에 전기적 신호를 송부하는 채널의 수를 줄일 수 있는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하기 위함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 방사상으로 검출기를 다수개 배치하여 만든 환형의 검출링을 이용하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합되어 가로N개 X 세로 M개의 배열로 구성되되, 일면은 이웃하는 열중 하나의 열이 돌출되도록 하여 가로 N열 중 N/2열의 섬광 결정셀이 돌출되고, 타면은 이웃하는 행중 하나의 행이 돌출되도록 하여 세로 M행 중 M/2행의 섬광 결정셀이 돌출되도록 형성되어 있는 신틸레이터와, 신틸레이터의 일면 및 타면에 있는 홈에 각각 결합되어 섬광 결정셀로부터 발생된 섬광신호의 이동방향을 변화시키는 신호이동부재와, 신틸레이터와 신호이동부재가 이루는 일면과 타면에 각각 결합되는 반사판과, 신호이동부재의 일단에 결합되어 신호이동부재로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부 및, 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 전송하는 검출회로부를 포함하여 구성되되, 신틸레이터는 다수개가 결합되어 링 형상의 검출링이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈을 제공한다.
또한, 본원발명은 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈이 방사상으로 잇대어 배치됨으로써 형성된 환형의 검출링과, 검출회로부로부터 데이터를 전송받아 미리 설정된 분석 알고리즘을 통해 감마선의 발생위치를 분석하여 영상 신호로 출력하는 신호처리부 및, 신호처리부로부터 출력되는 영상 신호를 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈을 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공한다.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 신틸레이터의 상면과 하면에 Wavelength-shifting(WLS) fiber가 결합되어 섬광신호를 감지하는 것으로 감마선 반응이 일어난 위치를 측정할 수 있는 분해능이 높을 뿐만 아니라 검출기에 의한 산란선 및 민감도 저하 문제를 해결할 수 있다.
둘째, 본 발명은 다수개의 섬광 결정셀이 결합된 형태의 신틸레이터 상면과 하면에 이웃하는 열 또는 행중 하나의 열 또는 행이 돌출되어 있도록 형성되어 있고, 상기 신틸레이터의 섬광 결정셀이 돌출되어 형성된 홈에 WLS fiber가 결합되어 있어 WLS fiber끼리의 간섭현상을 해결할 수 있고, 모듈의 면적에 맞게 줄이고 광전변환부를 직접 결합시킴으로 빛 수집효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 광전변환부가 섬광 결정체의 행 또는 열 사이 사이에 설치되어 있는 WLS fiber의 일단에 결합되어 있어 신호를 획득하기 위한 해석 채널 수를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 양전자방출 단층촬영장치의 경우 6~20개의 검출기 모듈이 사용되기 때문에 신호처리부의 채널 수를 줄이는 것은 일치된(coincidence) 데이터를 수집하고 처리하는데 있어서 시스템 성능을 향상시키는 매우 효과적인 방법이다.
도1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 검출기 모듈과 이를 이용한 검출링을 나타내는 사시도이다.
도4는 신틸레이터, 신호이동부재, 반사판 및 광전변환부의 결합을 나타내는 분리 사시도이다.
도5는 광전변환부의 전기적 신호가 검출회로부에 전달되는 것을 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 검출링을 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 개략도이다.
도2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 검출기 모듈과 이를 이용한 검출링을 나타내는 사시도이다.
도4는 신틸레이터, 신호이동부재, 반사판 및 광전변환부의 결합을 나타내는 분리 사시도이다.
도5는 광전변환부의 전기적 신호가 검출회로부에 전달되는 것을 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 검출링을 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 개략도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이고, 도2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 검출기 모듈과 이를 이용한 검출링을 나타내는 사시도이고, 도4는 신틸레이터, 신호이동부재, 반사판 및 광전변환부의 결합을 나타내는 분리 사시도이다.
도5는 광전변환부의 전기적 신호가 검출회로부에 전달되는 것을 나타내는 도면이다.
본원발명은 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 관한 것으로 상세하게는 방사상으로 검출기를 다수개 배치하여 만든 환형의 검출링을 이용하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀(110)이 결합되어 가로N개 X 세로 M개의 배열로 구성되되, 일면은 이웃하는 열중 하나의 열이 돌출되도록 하여 가로 N열 중 N/2열의 섬광 결정셀이 돌출되고, 타면은 이웃하는 행중 하나의 행이 돌출되도록 하여 세로 M행 중 M/2행의 섬광 결정셀(110)이 돌출되도록 형성되어 있는 신틸레이터(100)와, 신틸레이터(100)의 일면 및 타면에 있는 홈에 각각 결합되어 섬광 결정셀(110)로부터 발생된 섬광신호의 이동방향을 변화시키는 신호이동부재(200)와, 신틸레이터(100)와 신호이동부재(200)가 이루는 일면과 타면에 각각 결합되는 반사판(300)과, 신호이동부재(200)의 일단에 결합되어 신호이동부재(200)로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부(400) 및, 광전변환부(400)에 전기적으로 연결되어 광전변환부(400)로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 전송하는 검출회로부(500)를 포함하여 구성되되, 신틸레이터(100)는 다수개가 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본원발명은, 도3 및 도5에 도시된 바와 같이, 신틸레이터(100), 신호이동부재(200), 반사판(300), 광전변환부(400), 검출회로부(500)로 구성되는 검출기 모듈(20)에 관한 것으로 본 발명에 따르면 단층 촬영시 공간 분해능의 균일도가 우수하여 촬영된 영상의 질을 높일 수 있는 발명이다. 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈(20)을 이용한 검출링(10)은 섬광신호를 감지하는 성능을 최고로 유지하면서 해석 채널 수를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 원리에 기반을 둔 장치이다.
일반적으로 양전자방출 단층촬영장치(PET : Positron Emission Tomography)는 인체 내에 주입된 방사성 물질에서 발생한 양전자가 이웃하는 전자와 충돌할 때 발생하는 한 쌍의 감마선을 검출하여, 감마선의 검출 위치를 통해 신체 내부에 대한 3차원 단층영상을 획득하는 단층촬영장치이다.
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.
종래의 양전자방출 단층촬영장치의 검출기 모듈을 사용할 경우 스캐너 시야 외곽에 위친한 선원으로부터 발생된 감마선이 검출기 면에 비스듬하게 입사하여 섬광결정의 여러 픽셀층을 투과하게 됨으로 외곽 시야의 공간분해능이 저하되는 패럴랙스 오차(parallax error)가 발생되는 문제가 있다, 따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 섬광체 내에서 감마선이 검출기와 반응한 반응 깊이를 측정하여 섬광결정을 투과한 정도를 영상재구성시 적용하여 패럴랙스 오차를 보정함으로써 공간분해능의 균일도를 향상 시킬 수 있는 방법이 연구되고 있다. 패럴랙스 오차를 보정할 수 있는 양전자방출 단층촬영장치의 검출기 모듈은, 도1에 도시된 바와 같이 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있되, 섬광체가 여러층의 섬광결정을 쌓아 올려진 형태로 되어 있어 각 섬광결정의 서로 다른 감쇠시간을 측정하여 감마선 반응이 일어난 위치를 측정하는 형태와, 도2에 도시된 바와 같이, 감마선을 입사 받는 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있으며, 이러한 다수개의 섬광체들 끝단에는 섬광신호를 감지하는 광센서 어레이가 설치되어 있어 감마선 반응이 일어난 위치를 측정하는 형태이다.
그러나 여러층의 섬광결정을 쌓아 올려진 형태의 모듈은 측정할 수 있는 반응 깊이가 섬광결정층 수에 의해서 제한되며, 섬광결정 층간의 빛 손실에 의한 에너지 분해능의 저하, 두 검출기 신호 분리의 정확도가 떨어지는 등의 문제로 인해 반응 깊이 측정의 한계가 있는 문제가 있다. 또한, 섬광체 양단에 검출기를 결합한 형태의 모듈은 양쪽에서 검출되는 신호의 비를 이용하여 연속적인 반응깊이를 측정할 수 있지만 섬광체 양단에 존재하는 검출기에 의한 산란선, 민감도 저하의 문제를 해결할 수 없는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 Wavelength-shifting(WLS) fiber를 사용하여 섬광결정 양단으로부터 검출기를 분리하는 것이 가능해졌지만, 섬광체마다 결합된 WLS fiber끼리의 간섭(crosstalk)과 길이가 긴 WLS fiber에 의한 빛 수집효율 감소 등에 의해 분해능 저하가 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로 WLS fiber끼리의 간섭현상을 해결하고 빛 수집효율을 극대화함과 동시에 전기적 신호를 송부하는 채널의 수를 줄일 수 있는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치를 제공하기 위함이다.
즉, 본 발명은 신틸레이터의 상면과 하면에 Wavelength-shifting(WLS) fiber가 결합되어 섬광신호를 감지하는 것으로 감마선 반응이 일어난 위치를 측정할 수 있는 분해능이 높을 뿐만 아니라 검출기에 의한 산란선 및 민감도 저하 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 다수개의 섬광 결정셀이 결합된 형태의 신틸레이터 상면과 하면에 이웃하는 열 또는 행중 하나의 열 또는 행이 돌출되어 있도록 형성되어 있고, 상기 신틸레이터의 섬광 결정셀이 돌출되어 형성된 홈에 WLS fiber가 결합되어 있어 WLS fiber끼리의 간섭현상을 해결할 수 있고, 모듈의 면적에 맞게 줄이고 광전변환부를 직접 결합시킴으로 빛 수집효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 광전변환부가 섬광 결정체의 행 또는 열 사이 사이에 설치되어 있는 WLS fiber의 일단에 결합되어 있어 신호를 획득하기 위한 센서 수를 획기적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 양전자방출 단층촬영장치의 경우 6~20개의 검출기 모듈이 사용되기 때문에 신호처리부의 채널 수를 줄이는 것은 일치된(coincidence) 데이터를 수집하고 처리하는데 있어서 시스템 성능을 향상시키는 매우 효과적인 방법이다.
신틸레이터(100)는 검출기 모듈(20)의 뼈대 역할을 하는 것으로 감마선 반응이 일어난 위치를 측정할 수 있는 분해능이 높을 뿐만 아니라 검출기에 의한 산란선 및 민감도 저하 문제를 해결할 수 있도록 형성되어 있다. 신틸레이터(100)는 감마선의 검출효율을 높이기 위하여 다양한 모양으로 형성될 수 있는데 상세하게는, 도4에 도시된 바와 같이, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀(110)이 결합되어 가로N개 X 세로 M개의 배열로 구성되되, 일면은 이웃하는 열중 하나의 열이 돌출되도록 하여 가로 N열 중 N/2열의 섬광 결정셀이 돌출되고, 타면은 이웃하는 행중 하나의 행이 돌출되도록 하여 세로 M행 중 M/2행의 섬광 결정셀(110)이 돌출되도록 형성되어 있다. 즉, 신틸레이터(100)는 다수개의 섬광 결정셀(110)이 결합된 형태로 상면과 하면에 이웃하는 열 또는 행중 하나의 열 또는 행이 돌출되어 있도록 형성되어 있고, 상기 신틸레이터(100)의 섬광 결정셀(110)이 돌출되어 형성된 홈에 신호이동부재(200)가 결합되어 있어 감마선 반응이 일어난 위치를 쉽게 측정하고 측정된 데이터를 수집하고 처리하는데 있어서 시스템 성능을 향상시킬 수 있도록 형성되어 있다. 섬광 결정셀(110)은 길이가 세가지 타입으로 다수개가 결합되어 신틸레이터의 일면과 타면에 일정한 홈이 생성되도록 이웃하는 열(행) 중 하나의 열(홈)이 돌출되도록 한다. 섬광 결정셀(110)은 다수개가 결합되어 신틸레이터(100)의 형상을 만들 수 있으면 다양한 형상으로 구성될 수 있는데 일례로 단면이 사각형의 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 여기서, 각 섬광 결정셀(110)은 사각 기둥 형상으로 도시하였으나, 다각형 기둥 형상으로 구현될 수 있으며, 다각형은, 삼각형, 오각형, 육각형 등의 단결정 가공에 근접한 형태이면서도 단결정 간의 접합시, 빈틈이 없이 밀집되어(close-packing) 배열될 수 있는 형태로 가공되면 된다. 섬광 결정셀(110)는 감마선을 섬광신호로 변환할 수 있는 재료면 다양한 재료가 사용될 수 있으나 바람직하게는 크리스탈이 사용된다.
신틸레이터(100)는 섬광 결정셀(110) 일측면에 반사막이 형성되어 있을 수 있다. 반사막은 섬광 결정셀(110)의 각각의 측면에 형성되는 물질이다. 반사막은 섬광 결정셀(110)의 각각의 측면에 ESR 3M 반사체 물질(3M사의 Enhanced Specular Reflector material)을 사용하여 면처리된다. 반사막은 감마선이 변환된 광신호를 내부로 반사시켜 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 구성이다. 이러한 반사막은 얇은 두께(nm)로 충분한 광신호의 차단 또는 광반사 기능이 확보 가능하면서, 각 섬광 결정셀(110)의 표면에 증착이 용이한 금속물질 또는 그 합금 물질이 사용될 수 있다. 금속물질로는 Pt, Au, Ag, Cu, Ni, Al, V, Ti, Mo, W, Cr 및 Co를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속물질 또는 이들의 합금물질일 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 광신호의 차단 또는 광반사 기능을 갖는 물질이라면, 금속물질 이외에도 폴리머 등 다양한 물질이 사용되어 반사막이 형성될 수 있다.
신호이동부재(200)는, 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 신틸레이터(100)의 일면 및 타면에 있는 홈에 각각 결합되어 섬광 결정셀(110)로부터 발생된 섬광신호의 이동방향을 변화시키는 부재이다. 신호이동부재(200)는 감마선에 의해서 생성된 섬광신호가 섬광 결정셀(110)을 타고 진행하다가 일정한 방향으로 섬광신호의 진행방향을 변경시키는 구성이다. 즉, 신호이동부재(200)는 신호이동부재(200)가 결합된 섬광 결정셀(110)에서 감마 반응이 발생될 경우 섬광신호가 섬광 결정셀(110)의 길이방향으로 진행하다가 진행방향과 수직되게 이동하여 신호이동부재(200)의 일단(광전변환부(400)가 결합된 단)쪽으로 흘러가도록 하고, 신호이동부재(200)가 결합되지 않은 섬광 결정셀(110)에서 감마 반응이 발생될 경우 섬광신호가 섬광 결정셀(110)의 길이방향으로 진행하다가 상기 섬광 결정셀(110)에 이웃하여 설치되어 있는 2개의 신호이동부재(200)에 나뉘어져 이동된 후 상기 신호이동부재(200)의 일단(광전변환부가 결합된 단)쪽으로 흘러가도록 하는 부재이다. 신호이동부재(200)는 신틸레이터(100)의 섬광 결정셀(110)이 돌출되어 형성된 홈에 결합되어 있어 신호이동부재(200)끼리의 간섭현상을 해결할 수 있고, 모듈의 면적에 맞게 줄이고 광전변환부(400)를 직접 결합시킴으로 빛 수집효율을 극대화할 수 있다. 신호이동부재(200)는 다양한 부재가 사용될 수 있는데 일례로 Wavelength-shifting(WLS) fiber가 사용될 수 있다. Wavelength-shifting(WLS) fiber는 섬광체에서 나온 약 420nm 파장영역의 빛을 흡수하여 더 긴 파장의 빛으로 방출함으로써 섬광 결정셀(110)과 빛의 간섭이 없이 광전변화부로 섬광신호를 전달하는 역할을 한다.
반사판(300)는 신틸레이터(100)와 신호이동부재(200)가 이루는 일면과 타면에 각각 결합되는 부재이다. 반사판(300)은 감마선이 변환된 광신호를 내부로 반사시켜 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 구성이다. 이러한 반사판(300)은 얇은 두께(nm)로 충분한 광신호의 차단 또는 광반사 기능이 확보 가능하면 다양한 물질이 사용될 수 있다.
광전변환부(photoelectric conversion element)(400)는 신호이동부재(200)의 일단에 결합되어 신호이동부재(200)로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 부재이다. 광전변환부(400)는 신호이동부재(200)와 각각 일대일 매칭되도록 구성되어 있어 기존의 모듈에 설치되는 광전변환부의 숫자를 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 기존의 양단에 검출기를 결합한 형태의 검출기 모듈은 23 x 23 array의 섬광 결정셀(110)로부터 독립적으로 데이터를 획득하기 위해서 1058(9x9x2)개의 광전변환부(400)가 필요한데 비해 본 발명은 독립적으로 데이터를 획득하기 위해서, 24(12x2)개의 광전변환부(400)만 필요함으로 광전변환부(400)의 숫자를 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 본원발명은 기존발명에 비해 독립적으로 획득되는 데이터의 량이 적어서 이를 수집하고 처리하는 시간을 획기적으로 줄이고, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 광전변환부(400)는 신호이동부재(200)에 결합되어 섬광 결정셀(110)로부터 발생된 섬광신호를 확산시키는 광확산층(410)이 더 포함하여 구성되어 있어 광확산층(410)으로부터 전달되는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시킬 수 있다. 광확산층(410)은 발생된 섬광신호를 확산시킬 수 있으면 다양한 재료가 사용될 수 있으나 바람직하게는 석영 또는 유리로 구성되는 것을 특징으로 한다. 광전변환부(400)는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시킬 수 있으면 다양한 광센서가 사용될 수 있는데 일예로 실리콘 광전자 증배관(SI-PM:silicon photomultiplier)이 사용될 수 있다.
검출회로부(500)는 광전변환부(400)에 연결되어 광전변환부(400)로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 전송하는 구성이다. 검출기 모듈(20)의 설치 장소에 따라 검출회로부(500)는 케이블을 통해 광전변환부(400)에 연결되어 검출링(10)과 소정 거리 이격된 위치에 구비될 수 있다.
본원발명은 상기와 같이 구성된 검출기 모듈(20)로서 위치 검출 원리는 신호이동부재(200)가 결합된 섬광 결정셀(110)에서 감마반응이 발생된 경우 섬광 결정셀(110) 내에서 발생된 빛이 신호이동부재(200)를 통해 바로 광전변환부(400)로 전달된는 반면, 신호이동부재(200)가 결합되지 않은 섬광 결정셀(110)에서 감마반응이 발생된 경우 섬광 결정셀(110) 내에서 발생된 빛이 상기 섬광 결정셀(110)에 이웃하여 설치된 양쪽의 신호이동부재(200)로 나뉘어져 이동된 후 바로 광전변환부(400)로 전달되도록 하여 해석됨으로써 감마 반응이 일어난 섬광 결정셀(110)을 구별하는 원리이다. 즉, 신틸레이터(100)의 일면에 하나의 축 방향으로 설치된 신호이동부재(200)를 통해 감마선 반응이 일어난 하나의 축(X축) 위치, 타면에 상기 하나의 축 방향과 직각되는 방향으로 설치된 신호이동부재(200)를 통해 감마선 반응이 일어난 또 하나의 축(Y축, 상기 X축과 평면상에서 직각을 이루는 축) 위치, 상기 신틸레이터(100)의 일면과 타면에 설치된 신호이동부재(200)에서 발생된 신호간의 크기 비교를 통해 깊이(Z축 위치)를 측정할 수 있다. 이와 같은 방식은 기존에 존재하지 않는 새로운 검출형태로 해석 채널 수를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 원리에 기반을 둔 검출방식이다.
도6은 본 발명의 검출링을 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 개략도이다.
본원발명은 검출기 모듈(20)을 이용한 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로 상세하게는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈(20)이 방사상으로 잇대어 배치함으로서 형성된 환형의 검출링(10)과, 검출회로부(500)로부터 데이터를 전송받아 미리 설정된 분석 알고리즘을 통해 감마선의 발생위치를 분석하여 영상 신호로 출력하는 신호처리부(30) 및, 신호처리부(30)로부터 출력되는 영상 신호를 표시하기 위한 디스플레이부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원발명은, 도6에 도시된 바와 같이, 공간 분해능의 균일도가 우수한 고분해능 양전자방출 단층촬영장치에 관한 것으로 검출링(10)과 신호처리부(30), 디스플레이부(40)로 구성되어 있는 장치이다.
검출링(10)은 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈(20)이 방사상으로 잇대어 배치된 구성으로 상기 검출기 모듈(20)에 관한 설명에서 설명되어 진 것으로 한다.
검출링(10)은 축상으로 복수개가 배치되고 피검체를 그 내부의 중심 부근에 위치시킨 후 방사성 핵종의 3차원 공간분포를 측정하는 구성이다.
검출링(10) 내부공간의 중심 부근인 방사성 핵종의 위치에서 발생된 감마선은, 검출기 모듈(20)의 전단을 이루는 섬광 결정셀(110)에 도달하고 일정한 파장의 섬광 신호를 발생시킨다. 발생된 섬광 신호는 신호이동부재(200) 일단의 광전변환부(400)에 의해 감지되어 광전자가 방출된다. 이러한 광전자는 처리가 용이한 디지털 신호로 변환되어 출력되고, 이 신호는 컴퓨터 등으로 구성된 신호처리부(30)에 의해 분석 및 재구성되어 디스플레이부(40)를 통해 3차원 정보를 담은 단층 영상으로 표시된다.
이상으로 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 바람직한 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.
10 : 검출링 20 : 검출기 모듈
30 : 신호처리부 40 : 디스플레이부
100 : 신틸레이터 110 : 섬광결정체
200 : 신호이동부재
300 : 반사판
400 : 광전변환부 410 : 광확산층
500 : 검출회로부
30 : 신호처리부 40 : 디스플레이부
100 : 신틸레이터 110 : 섬광결정체
200 : 신호이동부재
300 : 반사판
400 : 광전변환부 410 : 광확산층
500 : 검출회로부
Claims (8)
- 방사상으로 검출기를 다수개 배치하여 만든 환형의 검출링을 이용하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서,
다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀(110)이 결합되어 가로N개 X 세로 M개의 배열로 구성되되, 일면은 이웃하는 열중 하나의 열이 돌출되도록 하여 가로 N열 중 N/2열의 섬광 결정셀이 돌출되고, 타면은 이웃하는 행중 하나의 행이 돌출되도록 하여 세로 M행 중 M/2행의 섬광 결정셀이 돌출되도록 형성되어 있는 신틸레이터(100);
상기 신틸레이터(100)의 일면 및 타면에 있는 홈에 각각 결합되어 상기 섬광 결정셀로부터 발생된 섬광신호의 이동방향을 변화시키는 신호이동부재(200);
상기 신틸레이터(100)와 상기 신호이동부재(200)가 이루는 일면과 타면에 각각 결합되는 반사판(300);
상기 신호이동부재(200)의 일단에 결합되어 상기 신호이동부재(200)로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부(400); 및,
상기 광전변환부(400)에 전기적으로 연결되어 상기 광전변환부(400)로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 전송하는 검출회로부(500);를 포함하여 구성되되,
상기 신틸레이터(100)는 다수개 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 광전변환부(400)는
상기 신호이동부재(200)의 일단에 결합되어 상기 신호이동부재(200)로부터 전달된 섬광신호를 확산시키는 광확산층(410)이 더 포함하여 구성되어 있어 상기 광확산층(410)으로부터 전달되는 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 광확산층(310)은 석영 또는 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 광전변환부(300)는 실리콘 광전자 증배관(SIPM : silicon photomultiplier) 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 검출회로부(500)는 케이블을 통해 상기 광전변환부(400)에 연결되어 상기 검출링(10)과 소정 거리 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 신틸레이터(100)의 섬광 결정셀(110) 일측면에 반사막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 신틸레이터(100)는 섬광 결정셀(110)이 가로 23개 X 세로 23개의 개수로 배열되는 것을 특징으로 하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈(20)이 방사상으로 잇대어 배치됨으로써 형성된 환형의 검출링(10);
상기 검출회로부(500)로부터 데이터를 전송받아 미리 설정된 분석 알고리즘을 통해 감마선의 발생위치를 분석하여 영상 신호로 출력하는 신호처리부(30); 및
상기 신호처리부(30)로부터 출력되는 영상 신호를 표시하기 위한 디스플레이부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 모듈을 이용한 양전자방출 단층촬영장치.
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| KR1020140046716A KR101526798B1 (ko) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20240119936A (ko) | 2023-01-30 | 2024-08-07 | 연세대학교 원주산학협력단 | 전신 방사성 물질 추적 방법, 장치 및 시스템 |
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| KR100917930B1 (ko) * | 2007-12-03 | 2009-09-21 | 미끼꼬 이또우 | 다층 구조의 섬광 검출기 및 이를 이용한 양전자방출단층촬영장치 |
| KR101088057B1 (ko) * | 2010-05-28 | 2011-11-30 | 한국과학기술원 | 양전자방출 단층촬영장치(ｐｅｔ)용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 |
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2014
- 2014-04-18 KR KR1020140046716A patent/KR101526798B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240119936A (ko) | 2023-01-30 | 2024-08-07 | 연세대학교 원주산학협력단 | 전신 방사성 물질 추적 방법, 장치 및 시스템 |
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