KR101647395B1 - 양극성 임계상한시간방법을 이용한 방사선 신호처리 장치 및 방법 - Google Patents

양극성 임계상한시간방법을 이용한 방사선 신호처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 방사선 신호처리 방법은 방사선 신호를 입력받는 단계, 입력된 신호를 증폭하는 단계, 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성하는 단계, 및 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 이때, 디지털 신호를 출력하는 단계는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간 및 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 것을 포함한다. 출력된 두 디지털 펄스의 시작 시간과 폭을 산출하고 계산하여 방사선의 에너지와 시간정보를 획득하는 것을 포함한다. 특히, 본 발명에 의한 방사선 신호처리 방법은 단극성 아날로그 신호를 양극성으로 변화시킨 후 미리 지정한 문턱전압에 의하여 발생한 두 개의 디지털 신호 폭을 시간-디지털 변환기로 계산함으로써 방사선의 에너지와 검출 시간 정보를 획득하여 선형성이 우수하고, 향상된 에너지와 시간 분해능을 제공한다.

Description

양극성 임계상한시간방법을 이용한 방사선 신호처리 장치 및 방법 {RADIATION APPARATUS AND RADIATION DETECTION SIGNAL PROCESSING METHOD USING BIPOLAR TIME-OVER-THRESHOLD METHOD}
본 발명은 방사선 의료영상기기에서 검출한 방사선의 에너지와 시간 정보를 획득하는 임계상한시간(Time-Over-Threshold, TOT) 신호처리 방법에 관한 것이다.
방사선 의료영상기기에서 일반적으로 사용되는 방사선 신호처리 시스템은 검출기의 방사선 정보를 아날로그-디지털 변환기와 시간-디지털 변환기를 이용하여 방사선의 에너지, 시간 정보를 각각 분석한다. 일반적으로, 다수의 검출기를 가지는 방사선 의료영상기기는 다수의 방사선 정보를 분석해야 하기 때문에 많은 변환기를 포함한 복잡한 신호처리 시스템으로 구성된다.
최근에 등장한 TOT방법을 이용한 신호처리방법은 비교기에 문턱전압을 미리 설정한 후, 검출기의 아날로그 신호가 비교기에 인가될 때 출력하는 디지털 신호를 시간-디지털 변환기를 이용하여 방사선의 에너지와 시간 정보를 분석하는 방법이다.
전술한 방법은 아날로그-디지털 변환기를 사용하지 않고도 신호처리 시스템을 구축할 수 있는 장점을 가진다. 이 방법을 이용하여 몇몇 그룹에서는 비교기에 문턱전압을 설정하여, 아날로그 신호 변화에 따른 디지털 신호 너비 변화를 유도하여 발생한 디지털 신호의 너비와 시작지점을 계산하여 방사선의 에너지와 시간 정보를 분석하는 방법을 제안하였다. 하지만 이 방법은 아날로그 신호 변화에 따른 디지털 신호 너비 변화가 선형적이지 않아 정확한 에너지와 시간을 계산하지 못한다는 단점을 가진다.
또한, 최근에는, 이러한 단점을 극복하기 위하여 미국공개특허 제 US2010-0025589A1호(발명의 명칭: 펄스 폭 변조를 사용하는 고에너지 광자 검출)등 검출한 아날로그 신호에 대한 디지털 신호의 너비를 변화시켜 선형성을 개선 시킨 발명을 개시 하고 있다.
본 발명의 일부 실시 예는 단극성의 방사선 신호를 양극성 신호로 변경하고, 이때의 신호를 임계상한시간 방법을 이용하여 디지털 신호로 변환하여, 방사선의 에너지와 시간 정보를 분석하는 방법 및 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 방사선 신호처리 방법은 방사선 신호를 입력받는 단계, 입력된 신호를 증폭하는 단계, 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성하는 단계, 및 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 이때, 디지털 신호를 출력하는 단계는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간 및 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 방사선 신호처리 장치는 방사선 검출기를 포함하는 입력부, 방사선 검출기를 통해 입력된 신호를 증폭하는 증폭부, 증폭된 신호를 양극화 처리하고, 양극성 신호를 생성하는 양극성 신호 생성부, 및 양극성 신호에서 제 1 임계값(+) 및 제 2 임계값(-) 과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호로 합산하여 출력하는 비교부를 포함한다. 이때, 비교부는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 1 비교기 및 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 2 비교기를 포함한다. 또한, 제 1 비교기, 및 제 2 비교기의 디지털 신호의 폭과 시작점을 계산하여 방사선의 에너지와 시간 정보를 획득한다.
본 발명은 단극성 아날로그 신호를 양극성으로 변화시킨 후 미리 지정한 문턱전압에 의하여 발생한 두 개의 디지털 신호 폭을 시간-디지털 변환기로 계산함으로써 방사선의 에너지와 검출 시간 정보를 획득하여 기존의 신호처리 방법보다 간단하고 경제적으로 우수하다. 또한 종래의 TOT 신호처리 시스템보다 선형성이 우수하고 향상된 시간 분해능을 가지는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리의 회로도의 각 단계에서 발생된 방사선 신호의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 방법의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치를 이용한 결과의 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치에 대하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 방사선 신호처리 장치(10)는 입력부(100), 증폭부(200), 양극성 신호 생성부(300), 노이즈 제거부(400), 비교부(500), 및 산출부(600)를 포함한다.
입력부(100)는 방사선 신호를 입력 받는다. 일반적으로 방사성 붕괴를 하는 원자핵을 방사성 핵종이라고 한다. 방사성 핵종이 보이는 붕괴형식은 알파(α)입자를 방출하는 알파(α)붕괴, 베타(β±)입자를 방출하는 베타(β±)붕괴, 감마(γ)선을 방출하는 감마(γ)붕괴의 세 종류로 대별될 수 있다. 입력부(100)는 엑스선, 감마선 및 알파선 등에 대한 방사선 신호중 적어도 하나 이상을 처리 할 수 있지만 여기에서는, 감마선 신호를 예를 들어 설명하도록 한다. 이때, 입력부(100)로 광전자 증배관, 반도체 검출기, 또는 반도체 광센서 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 증폭부(200)는 입력부(100)를 통해 입력된 신호를 증폭한다. 이때의 증폭부(200)로 연산 증폭기 및 트랜지스터등을 사용하여 증폭부를 구성할 수 있다. 또한, 증폭부(200)는 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력단자 사이에 연결되는 피드백 경로를 포함할 수 있다.
다음으로, 양극성 신호 생성부(300)는 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성한다. 이때, 사용 목적에 맞게 고역통과필터(High pass filter)가 사용될 수 있다. 양극성 신호 생성부(300)는 고역통과필터를 사용하여 저주파 성분을 제거하고, 고주파 성분은 통과 시켜 단극성 신호를 양극성 신호로 생성한다.
참고로, 양극성은 단극성과 대별되는 용어로, 서로 다른 전압 극성으로 표시된 때의 입력 신호를 말한다. 즉, 양극성 신호는 0V, (-)V, (+)V의 세가지 전위를 갖는다. 데이터 값이 0이면 0V, 1이면 번갈아 가며 (-)V, 와 (+)V값을 갖는다.
또한, 양극성 신호 생성부(300)는 증폭된 신호의 베이스(base)부분의 전압레벨을 조절한다. 특히, 전압레벨을 전체적으로 상승시킬 수 있다. 또한, 경우에 따라, 전압 극성을 변경시킬 수도 있다.
다음으로, 노이즈 제거부(400)는 생성된 양극성 신호의 노이즈를 제거한다. 노이즈 제거부(400)는 저역통과필터(Low pass filter) 또는 밴드패스필터(band pass filter) 등을 사용하여 양극화 처리된 신호에서 특정영역의 주파수대역을 필터링 할 수 있다. 노이즈 제거부(400)는 저역통과필터또는 밴드패스필터 등을 사용하여 저주파 신호만을 통과시키고, 시스템의 작동 주파수 대역을 벗어나는 신호성분을 걸러낼 수 있다.
다음으로, 비교부(500)는 노이즈가 제거된 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 펄스를 출력한다. 비교부(500)는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간과 비교하여 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 1 비교기 및 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간과 비교하여 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 2 비교기를 포함한다.
다음으로, 산출부(600)는 비교부(500)에서 출력된 디지털 신호의 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출할 수 있다. 이때 산출되는, 디지털 신호의 시간폭은 방사선 에너지 정보를 나타낸다. 종래의 TOT 방법은 하나의 디지털 신호의 시간폭으로 방사선 에너지 정보를 계산 하였다면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 두개의 디지털 신호의 시간폭으로 방사선 에너지 정보를 분석 한다.
또한, 산출부(600)는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하고, 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출한다. 또한, 산출된 각 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 합산한 값으로부터 입사된 방사선의 검출 에너지를 산출할 수 있다. 이때, 방사선의 검출 에너지는 방사선의 검출이 유지되는 시간을 나타낼 수 있다. 또한, 제 1 비교기에서 출력되는 디지털 펄스의 시작 시간에 기초하여, 방사선 검출의 시작 지점을 나타내는 방사선의 검출 시간을 특정할 수 있다.
보다 자세하게 설명하기 위하여 도 2 및 도 3을 함께 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리의 회로도의 각 단계에서 발생된 방사선 신호의 예시도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 입력부(100)로 사용되는 광전자 증배관, 반도체 검출기, 또는 반도체 광센서 등을 통해 입력된 방사선 신호는 증폭부(200)로 입력 된다. 입력된 신호는 도 3의 (a)와 같은 개형일 수 있다.
이때, 증폭부(200)는 전선으로 인한 신호의 감쇠 또는 외래 잡음에 의한 신호대 잡음비의 저하를 막기 위해 검출기 뒷쪽에 설치될 수 있고, 이때의 증폭기를 전치증폭기(Preamplifier)라고도 한다.
증폭부(200)는 연산 증폭기 및 트랜지스터 등을 사용하여 신호를 증폭시킬 수 있다. 여기에서는 연산 증폭기를 예로 들어 설명할 수 있다. 도 2를 참조하면, 이때의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자는 일측단자가 입력부(100)에 연결된 저항(R1)및 저항(R1)의 타측단자와 접지 사이의 접속된 저항(R2)과 접속된다. 이때, 저항(R1)및 저항(R2) 값을 조절하여방사선 검출기와 증폭부(200)간의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 연산 증폭기의 반전 입력단자는 일측단자가 접지와 접속된 저항(R3), 저항(R3)의 타측단자와 접속된 저항(R4)에 연결될 수 있다. 이때, 저항(R4)은 반전단자와 양극성 신호 생성부(300)를 연결하는 피드백 소자 이며 증폭률을 조절 하는 기능을 한다. 이렇게 전치증폭기를 통과한 신호는 도 3의 (b)와 같이 신호가 증폭된 형태로 처리될 수 있다.
다음으로, 증폭된 신호는 양극성 신호 생성부(300)를 통과하며, 이때, 전압의 레벨이 조절될 수 있다. 양극성 신호 생성부(300)는 커패시터(C), 커패시터(C)에 병렬 접속된 저항을 포함할 수 있다. 이때, 커패시터(C)의 일측단자는 증폭부(200)의 출력단에 접속되고, 커패시터(C)의 타측단자는 저항(R5)과, 저항(R6), 및 이와 연결된 가변저항(R7)과 연결될 수 있다. 도 2를 참조하면, 커패시터(C)는 전하를 모을 수 있고, 가변저항은 전류량을 조절할 수 있다. 커패시터(C)와 저항(R5)이 고역통과필터로서 기능하게 되면, 이 필터에 의하여 양극성 신호가 생성될 수 있다. 또한, 양극성 신호 생성부(300)는 모든 신호가 양의 신호가 되도록 베이스(base)전압을 조절할 수 있다. 이에 따라, 커패시터(C) 와 저항(R5)으로 이루어진 필터의 출력단 신호에 저항(R6), (R7)에 의하여 공급되는 양의 전압이 추가될 수 있다. 양극성 신호 생성부(300)에 의해 양극화된 신호는 도 3의 (c)의 형태로 생성될 수 있다.
다음으로, 노이즈 제거부(400)를 통해 양극성 신호의 노이즈를 간소화 시킬 수 있다. 여기에서는 저역통과필터 또는 밴드패스필터 등이 사용될 수 있다. 저역통과필터는 고주파 신호를 걸러내어 잡음을 제거 할 수 있다. 노이즈 제거부(400)는 연산 증폭기와 이에 접속된 저항(R8, R9, R10)을 포함한다. 연산 증폭기의 비반전 입력 단자는 양극성 신호 생성부(300)의 출력단에 접속되고, 연산 증폭기의 비반전 입력단자와 접지 사이에 저항(R8)이 접속된다. 또한, 연산 증폭기의 반전 입력단자는 일측단자가 접지와 접속된 저항(R9)과 접속되고, 저항(R9)의 타측단자와 접속된 저항(R10)이 연산 증폭기의 출력단에 연결된다. 이때, 저항(R10)은 반전단자와 출력단을 연결하는 피드백 소자로서 기능한다. 이와 같이, 노이즈 제거부(400)를 통과한 신호는 비교부(500)에 입력된다.
다음으로, 비교부(500)는 노이즈가 제거된 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 펄스를 출력할 수 있다. 도 2를 참조하면, 비교부(500)는 제 1 비교기(510) 및 제 2 비교기(520)를 포함하고, 이때의 비교기(510, 520)는 신호를 분리하여 처리할 수 있다. 도 3의 (d)를 참조하면, 제 1 임계값 및 제 2 임계값을 확인할 수 있는데, 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간은 노이즈 제거부(400)의 출력단과 연결된 신호선이 비반전 입력단자로 입력되는 제 1 비교기(510)를 통하여 신호처리를 할 수 있고, 제 2 임계값보다 작은 구간은 노이즈 제거부(400)의 출력단과 연결된 신호선이 반전 입력단자와 연결된 제 2 비교기(520)를 통하여 신호처리를 할 수 있다. 이때, 제 1 임계값은 제 2 임계값 보다 큰 값이다.
제 1 비교기(510)의 반전 입력단자로는 제 1 임계값의 전압이 인가되는데, 제 1 임계값의 전압은제 1 비교기(510)의 반전 입력단자에 접속된 가변저항(R11)에 의하여 설정될 수 있다. 또한, 제 2 비교기(520)의 비반전 입력단자로는 제 2 임계값의 전압이 인가되는데, 제 2 임계값의 전압은 제 2 비교기(520)의 비반전 입력단자에 접속된 가변저항(R12)에 의하여 설정될 수 있다. 이때의 제1 임계값 및 제 2 임계값은 각각의 가변저항(R11,R12)에 의해 조절될 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 양극성 신호가 제 1 임계값 보다 큰 구간에서는 제 1 비교기(510)가 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하게 되고, 양극성 신호가 제 2 임계값 보다 작은 구간에서는 제 2 비교기(520)가 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하게 된다.
그리고, 산출부(600)는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스값을 시간-디지털 변환기로 계산하고, 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스값을 시간-디지털 변환기로 계산한다. 그리고, 각각 변환된 시간값을 합산하여 시간폭에 따른 방사선 에너지 정보를 나타낼 수 있고 제 1 디지털 펄스 값의 시작지점을 통해 방사선 시간 정보를 나타낼 수 있다(도 3의 (e)). 이를 통해, 방사선의 에너지 및 시간 정보를 산출할 수 있다.
즉, 제 1 및 제 2 임계값으로 인해 두 디지털 펄스가 출력되면, 출력된 두 디지털 펄스의 하이레벨이 유지되는 시간폭을 계산하여 방사선 검출 에너지를 산출하고 첫 번째 디지털 펄스의 시작 지점을 측정하여 입사된 방사선 검출시간을 특정할 수 있다.
보다 자세한 설명은 도 4와 함께 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 방법의 개념도이다.
참고로, 시간-디지털 변환기는 미리 설정된 주기에 따라 출력되는 클럭신호에 기초하여 하이레벨의 디지털 신호가 유지되는 시간을 측정할 수 있다. 예를 들면, 첫번째 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간동안 출력되는 클럭신호의 개수(4개)와 두번째 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간동안 출력된 클럭신호의 개수(3개)를 각각 누적 합산하여 각 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 방법의 순서도이다.
방사선 신호처리 방법은 방사선 신호를 입력받는 단계(S510), 입력된 신호를 증폭하는 단계(S520), 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성하는 단계(S530), 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호를 출력하는 단계(S550)를 포함한다. 또한, 양극성 신호를 생성하는 단계는 노이즈를 제거하는 단계(S540)를 더 포함할 수 있다.
또한, 방사선 신호처리 방법은 디지털 신호를 출력하는 단계(S550)로부터 출력된 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 단계(S560)를 더 포함할 수 있다.
하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 단계(S560)는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하는 단계, 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하는 단계, 및 산출된 각 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 합산한 값으로부터 입사된 방사선의 검출 에너지를 산출할 수 있다. 또한, 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시작 시간에 기초하여, 방사선 검출의 시작 지점을 나타내는 방사선의 검출 시간을 특정할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면 먼저, 방사선 신호처리 장치(10)는 방사선 신호를 입력받는다(S510). 측정된 방사선 신호는 방사선 신호처리 시스템의 입력부(100)에 입력될 수 있다.
이때, 방사선 신호는 다양한 기기로 측정될 수 있다. 예를 들어, 방사선 계수기를 이용하여 방사선 신호를 측정할 수 있다. 방사선이 계수기 내의 신틸레이터(scintillator)에 닿으면 광전효과, 컴프턴 효과, 전자쌍 생성 등 상호작용을 하면서 발생하는 전자 또는 양전자들이 여기 발생하여 스펙트럼으로 검출될 수 있다. 또한, 가스 검출기 및 반도체 검출기는 방사선이 물질을 통과할 때 물질 중의 원자 혹은 분자가 전리하여 이온을 만드는 전리 작용으로부터 전자를 얻는 방법에 의하여 방사선 신호를 측정할 수 있다.
다음으로, 방사선 신호처리 장치(10)는 앞선단계(S510)에서 입력된 신호를 증폭한다(S520). 입력된 신호는 증폭부(200)에서 증폭될 수 있다. 증폭부(200)는 1개의 신호 라인에 1개의 증폭부가 대응하도록 배열될 수 있다. 이때 사용되는 증폭 방식에는 대표적으로, 전압을 증폭하는 방식(Voltage amplifier)과 전류를 증폭하는 방식(Current amplifier, Charge sensitive amplifier)이 있다.
다음으로, 방사선 신호처리 장치(10)는 앞선단계(S520)에서 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성한다(S530). 증폭된 신호는 양극성 신호 생성부(300)에서 설정된 고역통과필터(High pass filter)에 의해 양극성으로 신호가 변경될 수 있다. 또한, 양극성 신호 생성부(300)는 증폭된 신호의 베이스(base)부분의 전압레벨을 조절할 수 있다.
다음으로, 방사선 신호처리 장치(10)는 앞선단계(S530)에서 생성된 양극성 신호의 노이즈를 제거한다(S540). 이때, 노이즈 제거부(400)는 저역통과필터(Low pass filter), 및 밴드패스필터 등을 설정하여 양극성 신호에서 특정영역의 주파수대역을 필터링 할 수 있다.
경우에 따라, 노이즈를 제거하는 단계(S540)는 시행되지 않을 수도 있다. 하지만, 양극성 신호에서 노이즈를 제거하게 되면 주파수 범위를 제한하거나, 불필요한 과도 응답 신호를 제거할 수 있다.
다음으로, 방사선 신호처리 장치(10)는 앞선단계(S540)에서 노이즈가 제거된 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호를 출력한다(S550).
이때, 디지털 신호를 출력하는 단계(S550)는 양극성 신호가 제 1 임계값보다 큰 구간 및 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 것을 포함한다.
다음으로, 방사선 신호처리 장치(10)는 앞선단계(S550)에서 출력된 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출한다(S560). 이때, 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간에 해당하는 시간폭을 산출할 수 있으며 디지털 펄스가 시작된 시간을 측정할 수 있다. 이를 통해, 시간폭에 따른 방사선 에너지 정보와 시작점에 따른 방사선 시간 정보를 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치를 이용한 결과의 예시도이다.
도 6을 참조하면, (a)및 (c)는 본 발명의 실시예에 의한 방사선 신호처리 장치를 이용한 결과이고, (b)및 (d)는 기존의 TOT방법에 의한 방사선 신호처리 결과이다. 먼저, (a)와 (b)를 비교하면, (a)의 경우가 에너지 대역 구별에 대한 선형성이 우수한 것을 알 수 있다. (c)와 (d)를 비교하면, (c)의 경우 0을 기준으로 좁은 폭의 그래프 개형을 보이고 있다. 이를 통해, 향상된 시간분해능을 가지는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 신호처리 장치(10) 및 방법은 방사선 신호를 처리하는 다양한 검출기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 감마선을 검출하는 양전자방출단층촬영(Positron Emission Tomography, PET) 영상기기는 대상체에서 방사선 동위원소를 주입하고 병변에서 나오는 감마선을 검출하는데, 이때 사용되는 검출기는 대상체에서 나온 감마선을 가시광으로 변환한 뒤 이를 전기신호로 변환할 수 있다. 검출기에 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 TOT방식의 방사선 신호처리 회로도를 적용하면 감마선 신호를 처리하여 에너지와 시간 정보를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 신호처리 장치(10) 및 방법은 엑스선을 검침하는 방법으로도 사용될 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 및 CT(Computed tomography)촬영장치는 대상체에 엑스선을 조사하여 대상체를 투과한 엑스선의 감쇠 비율로 영상을 만들게 되는데, 이때 사용되는 검출기는 투과되고 나온 엑스선을 가시광으로 변환한 뒤 전기 신호로 변환하는 역할을 할 수 있다. 검출기에 TOT방법을 적용하여 엑스선 신호를 처리하여 기존보다 선형성이 우수한 신호를 획득할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 일실시예에 따른 TOT방식의 방사선 신호처리 장치(10) 및 방법은 감마카메라(Gamma camera), 단일광자 단층촬영등의 방사선 신호를 처리하는 검출기에 다양하게 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 방사선 신호처리 장치
100: 입력부
200: 증폭부
300: 양극성 신호 생성부
400: 노이즈 제거부
500: 비교부
600: 산출부

Claims (14)

  1. 방사선 신호처리 방법에 있어서,
    상기 방사선 신호를 입력받는 단계;
    상기 입력된 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 신호를 양극화 처리하여 양극성 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 양극성 신호와 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 디지털 신호를 출력하는 단계는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간 및 상기 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 것을 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극성 신호를 생성하는 단계는
    상기 증폭된 신호의 베이스(base)부분의 전압레벨을 조절하는 단계를 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 양극성 신호로부터 신호의 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노이즈를 제거하는 단계는
    저역통과필터 또는 밴드패스필터를 사용하여 상기 생성된 양극성 신호에서 특정영역의 주파수대역을 필터링하는 것을 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 단계를 더 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하이레벨의 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 단계는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하는 단계;
    상기 양극성 신호가 상기 제 2 임계값보다 작은 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 각 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 합산하여 입사된 방사선의 검출 에너지를 산출하는 단계를 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하이레벨의 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 단계는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시작 시간에 기초하여, 방사선 검출의 시작 지점을 나타내는 방사선의 검출 시간을 특정하는 단계를 더 포함하는 방사선 신호처리 방법.
  8. 방사선 신호처리 장치에 있어서,
    방사선 검출기를 포함하는 입력부;
    상기 방사선 검출기를 통해 입력된 신호를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭된 신호를 양극화 처리하고, 양극성 신호를 생성하는 양극성 신호 생성부; 및
    상기 양극성 신호에서 제 1 임계값 및 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하여 디지털 신호로 합산하여 출력하는 비교부를 포함하되,
    상기 비교부는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 1 비교기 및 상기 양극성 신호가 제 2 임계값보다 작은 구간에서 하이레벨의 디지털 펄스를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 것인 방사선 신호처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 비교기는 상기 양극성 신호가 비반전단자로 인가되고, 상기 제 1 임계값에 해당하는 전압이 반전단자로 인가되고,
    상기 제 2 비교기는 상기 양극성 신호가 반전단자로 인가되고, 상기 제 2 임계값에 해당하는 전압이 비반전단자로 인가되는 것인 방사선 신호처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 생성된 양극성 신호로부터 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 더 포함하는 방사선 신호처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는
    저역통과필터 또는 밴드패스필터를 사용하여 상기 생성된 양극성 신호에서 특정영역의 주파수대역을 필터링하는 것인 방사선 신호처리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이레벨 디지털 펄스가 유지되는 시간을 산출하는 산출부를 더 포함하는 방사선 신호처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 산출부는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하고,
    상기 양극성 신호가 상기 제 2 임계값보다 작은 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 산출하고,
    상기 산출된 각 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시간을 합산하여 입사된 방사선의 검출 에너지를 산출하는 것인 방사선 신호처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 산출부는
    상기 양극성 신호가 상기 제 1 임계값보다 큰 구간에서 출력되는 하이레벨 디지털 펄스의 출력 시작 시간에 기초하여, 방사선 검출의 시작 지점을 나타내는 방사선의 검출 시간을 특정하는 것인 방사선 신호처리 장치.
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