KR101746190B1 - 섬광픽셀과 반사체 형태 조합을 이용한 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 - Google Patents
섬광픽셀과 반사체 형태 조합을 이용한 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 결정셀(110)이 가로N개 X 세로 M개의 배열로 결합되어 구성되는 신틸레이터(100), 상기 다수개의 섬광 결정셀(110)간에 마주보는 면 사이에 기설정된 패턴으로 구비되며, 상기 섬광 결정셀(110)의 길이 방향에 따라 서로 다른 패턴층을 가지는 반사막(190), 상기 신틸레이터(100)의 적어도 일면에 각각 결합되는 반사판(300), 상기 신틸레이터(100)의 일단에 결합되어 상기 섬광 결정셀(110)으로부터 전달된 섬광 신호를 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,를 포함하여 구성되고 상기 신틸레이터(100)는 다수개 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 적은 개수의 광센서를 이용하더라도 정확한 반응 깊이의 측정을 통한 분해능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 적은 개수의 광센서를 이용하더라도 정확한 반응 깊이의 측정을 통한 분해능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 공간분해능을 향상시킨 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, 도 1에 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, 도 2에 도시된 바와 같이, 감마선을 입사 받는 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있으며, 이러한 다수개의 섬광체들 끝단에는 섬광 신호를 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 반응 깊이를 측정할 수 있지만 섬광체 양단에 존재하는 검출기에 의한 산란선, 민감도 저하의 문제를 해결할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로 적은 수의 광센서를 이용하면서도 반응 깊이를 효과적으로 측정할 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 결정셀(110)이 가로N개 X 세로 M개의 배열로 결합되어 구성되는 신틸레이터(100); 상기 다수개의 섬광 결정셀(110)간에 마주보는 면 사이에 기설정된 패턴으로 구비되며, 상기 섬광 결정셀(110)의 길이 방향에 따라 서로 다른 패턴층을 가지는 반사막(190); 상기 신틸레이터(100)의 적어도 일면에 각각 결합되는 반사판(300); 상기 신틸레이터(100)의 일단에 결합되어 상기 섬광 결정셀(110)으로부터 전달된 섬광 신호를 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;를 포함하여 구성되고, 상기 신틸레이터(100)는 다수개 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되도록 하는, 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈을 제공한다.
이때, 상기 광전변환부(400)는, 상기 다수개의 신틸레이터 각각의 일단에 결합되는 광센서를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 검출 알고리즘은, 상기 광센서 상에서 상기 섬광 신호가 검출되는 위치에 따라, 상기 섬광 신호의 반응 깊이를 판단할 수 있다.
좀 더 구체적으로 상기 검출 알고리즘은, 상기 광센서 상에서 상기 섬광 신호의 검출 위치가 제 1 위치일 경우 상기 섬광 신호의 반응 깊이를 제 1 깊이라고 판단하고, 상기 검출 위치가 제 2 위치일 경우 상기 섬광 신호의 반응 깊이를 제 2 깊이라고 판단할 수 있다.
상기 반사막은, 상기 섬광 결정셀(110)의 상기 길이 방향으로 제 1 거리에서는 제 1 패턴층을 갖고, 상기 길이 방향으로 제 2 거리에서는 제 2 패턴층을 갖도록 구비될 수 있다.
상기 검출회로부는 케이블을 통해 상기 광전변환부(400)에 연결되어 상기 검출링(10)과 소정 거리 이격된 위치에 구비될 수 있다.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 적은 개수의 광센서를 이용하더라도, 반응 깊이를 정확하게 측정할 수 있어,
둘째, 본 발명은 여러 광센서를 사용함으로써 발생될 수 있는 빛의 손실을 각 섬광 결정셀 당 하나의 광센서를 사용함으로써 최소화 시킬 수 있으므로 에너지 분해능의 향상을 기대할 수 있다.
셋째, 본 발명은 각 섬광 결정셀 당 광센서 하나를 사용함으로써 데이터 처리 회로를 간단하게 구성할 수 있으며 제작이 용이하다.
마지막으로, 광센서 비용 감소 및 데이터 처리 회로 구성비용의 감소를 토대로 비용 측면에서 장점을 지닌다.
도 1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 반사막을 이용하여 반응 깊이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 신틸레이터(100)의 간단한 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4 X 4 섬광 결정셀에서의 반사막 패턴층의 예시를 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 패턴층 및 제 2 패턴층의 예시에 따라 섬광 신호의 분포가 치우치는 것을 도시하는 도면이다.
도 7은 제 1 내지 제 4 패턴층(501-1 내지 501-4)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 4 감지 위치(503-1 내지 503-4)를 도시한다.
도 8은 섬광 결정셀이 6각형 기둥 형태인 경우 제 1 내지 제 6 패턴층(501-1 내지 501-6)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 6 감지 위치(503-1 내지 503-6)를 도시한다.
도 9는 광전변환부(400)에 포함되는 4 X 4 광센서에 도달하는 섬광 신호의 분포의 실제 시뮬레이션 영상을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 신틸레이터(100)의 전면 단면도를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 4 X 4 섬광 결정셀으로 구성되는 검출기 모듈(20)의 정면 사시도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 검출링을 이용한 양전자방출 단층촬영장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 반사막을 이용하여 반응 깊이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 신틸레이터(100)의 간단한 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4 X 4 섬광 결정셀에서의 반사막 패턴층의 예시를 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 패턴층 및 제 2 패턴층의 예시에 따라 섬광 신호의 분포가 치우치는 것을 도시하는 도면이다.
도 7은 제 1 내지 제 4 패턴층(501-1 내지 501-4)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 4 감지 위치(503-1 내지 503-4)를 도시한다.
도 8은 섬광 결정셀이 6각형 기둥 형태인 경우 제 1 내지 제 6 패턴층(501-1 내지 501-6)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 6 감지 위치(503-1 내지 503-6)를 도시한다.
도 9는 광전변환부(400)에 포함되는 4 X 4 광센서에 도달하는 섬광 신호의 분포의 실제 시뮬레이션 영상을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 신틸레이터(100)의 전면 단면도를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 4 X 4 섬광 결정셀으로 구성되는 검출기 모듈(20)의 정면 사시도를 도시한다.
도 12는 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.
도 1은 종래의 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이고, 도 2는 종래의 또 다른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 검출링을 보여주는 도면이다.
본원발명은 방사상으로 검출기를 다수개 배치하여 만든 환형의 검출링을 이용하여 감마선을 검출하는 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈에 있어서, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀(110)이 가로N개 X 세로 M개의 배열로 결합되어 구성되는 신틸레이터(100), 상기 다수개의 섬광 결정셀(110)간에 마주보는 면 사이에 기설정된 패턴으로 구비되며, 상기 섬광 결정셀(110)의 길이 방향에 따라 서로 다른 패턴층을 가지는 반사막(190), 상기 신틸레이터(100)의 적어도 일면에 각각 결합되는 반사판(300), 상기 신틸레이터(100)의 일단에 결합되어 상기 섬광 결정셀(110)으로부터 전달된 섬광 신호를 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,를 포함하여 구성되고, 상기 신틸레이터(100)는 다수개 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
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 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 반사판(300)는 신틸레이터(100) 적어도 일면에 각각 결합되는 부재이다. 반사판(300)은 감마선이 변환된 섬광 신호(혹은 광신호)를 내부로 반사시켜 섬광 신호가 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 신틸레이터(100)의 일단에 결합되어 섬광 결정셀(110)으로부터 전달된 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 부재이다. 광전변환부(400)는 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시킬 수 있으면 다양한 광센서가 사용될 수 있는데 일예로 실리콘 광전자 증배관(SI-PM:silicon photomultiplier)이 사용될 수 있다.
검출회로부는 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 검출회로부는 케이블을 통해 광전변환부(400)에 연결되어 검출링(10)과 소정 거리 이격된 위치에 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면 단층 촬영시 공간 분해능을 향상시켜 촬영된 영상의 질을 높일 수 있는 발명이다. 본 발명에 따른 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈(20)을 이용한 검출링(10)은 섬광 신호를 감지하는 성능을 최고로 유지하면서 동시에 사용하는 광센서의 수를 줄임으로써 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 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, 도 1에 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, 도 2에 도시된 바와 같이, 감마선을 입사 받는 다수개의 섬광체가 검출링의 축에 대하여 수직(Transaxial)방향으로 위치되어 있으며, 이러한 다수개의 섬광체들 끝단에는 섬광 신호를 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 반응 깊이를 측정할 수 있지만 섬광체 양단에 존재하는 검출기에 의한 산란선, 민감도 저하의 문제를 해결할 수 없는 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 반사막을 이용하여 반응 깊이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 신틸레이터(100)의 간단한 예시이다.
도 3에서는 간단한 예시를 위한 신틸레이터(100)는 제 1 섬광 결정셀(110-1) 및 제 2 섬광 결정셀(110-2)만을 구비한다고 가정한다. 도 3 (a)는, 신틸레이터(100)의 정면 내부 구조를 도시하며, 정면에도 반사판(300)이 구비되어 덮일 수 있다. 도 3 (b)는, 광전변환부(400)의 제 1 및 제 2 광센서(305-1, 305-2) 상에서 섬광 신호의 검출 위치를 도시한다. 이하, 본 발명의 상세한 설명에서 구비되는 섬광 결정셀은, 섬광 픽셀로써의 역할을 할 수 있을 것이다.
도 3을 포함하는 이하 실시예에서 섬광 결정셀(110, 110-1, 110-2, ...)은 사각 기둥 형상으로 도시되나, 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 섬광 신호로 변환할 수 있는 재료면 다양한 재료가 사용될 수 있으나 바람직하게는 크리스탈이 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반사판(300-1, 300-2, 300-3)은 광전변환부(400)가 결합되는 일면을 제외한 신틸레이터(100)의 나머지 면을 모두 감싸도록 결합될 수 있다.
도 3 (b)에서의 광전변환부(400)는, 각 섬광 결정셀 각각에 결합되는 복수 개의 광센서(305-1, 305-2, ...)를 포함할 수 있다. 각 섬광 결정셀의 내부에서 생성된 섬광 신호는, 매칭되는 광센서에 도달하여 전기적 신호로 전환된다. 광센서의 감지에 기초하여 상기 섬광 결정셀 내부의 감마선을 감지할 수 있다. 즉, 상기 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 내부에서 감마선의 상호작용이 일어나는 경우, 상기 제 1 광센서(305-1)가 그 반응을 감지할 수 있다.
종래 기술에 따르면(상기 반사막이 없다면), 상기 제 1 광센서(305-1)에서 섬광 신호를 감지하더라도, 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 제 1 깊이(d1) 및 제 2 깊이(d2)의 반응 깊이는 구분하기 어렵다(구체적으로는, 하나의 센서로는 구분할 수 없다). 본 발명의 일실시예에서는, 상기 다각형 기둥 형상을 가지는 섬광 결정셀(110)에서 감마선이 반응하는(상호 작용하는) 반응 깊이를 구분할 수 있는 구조를 제안한다. 본 발명의 일실시예에 따른 반사막(190)이 구비되는 경우, 하나의 광센서만으로도 상기 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 제 1 깊이(d1) 및 제 2 깊이(d2)의 반응 깊이를 구분할 수 있다.
반사막은 섬광 결정셀(110)의 각각의 측면에 형성되는 물질로, 섬광 결정셀(110)의 각각의 측면에 ESR 3M 반사체 물질(3M사의 Enhanced Specular Reflector material)을 사용하여 면처리된다. 반사막은 감마선이 변환된 섬광신호(광신호)를 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.
도 3 (a)에서 도시된 예시에서, 길이 방향으로 제 1 깊이(d1) 및 제 2 깊이(d2) 중 어느 반응 깊이를 가지는지 구분할 수 있는 구조를 가진다. 구체적으로 이러한 구조는, 복수 개의 섬광 결정셀이 마주보는 면에 반사막(190)을 구비한다.
섬광 결정셀의 개수에 따라서, 상기 마주보는 면의 개수도 많아지게 되는데, 마주보는 면 중 일부는 반사막을 구비하고 나머지는 반사막을 구비하지 않을 수 있다. 이하, 본 발명의 설명에서는, 이를 반사막 패턴이라고 표현한다.
구체적으로 도 3의 예시에서 상기 반사막(190)은, 상기 제 1 섬광 결정셀(110-1) 및 제 2 섬광 결정셀(110-2)이 마주보는 면에 구비되고 있으며, 제 2 깊이(d2)에서 제 1 및 제 2 섬광 결정셀(110-1 및 110-2)간에 빛의 이동을 차단할 수 있다. 하지만, 상기 반사막(190)은 제 1 깊이(d1)까지 확장되어 있지 않고 개방되어 있다. 그렇기 때문에, 제 2 깊이(d2)에서 제 1 및 제 2 섬광 결정셀(110-1 및 110-2)간에 빛의 이동을 차단되지 않고 이동할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 이렇게 빛의 이동이 차단되지 않은 상태를 광학적으로 연결되어 있다고 표현하기로 한다. 즉, 상기 예시에서, 제 1 깊이(d1)에서 상기 제 1 및 제 2 섬광 결정셀(110-1 및 110-2)은 서로 광학적으로 연결되어 있고, 제 2 깊이(d2)에서 상기 제 1 및 제 2 섬광 결정셀(110-1 및 110-2)은 서로 광학적으로 연결되어 있지 않다(또는 광학적으로 분리되어 있다).
도 3 (a)에서, 제 1 반응 위치(301-1)는, 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 제 1 깊이(d1)에 해당한다. 제 1 반응 위치(301-1)에서 감마선의 상호작용이 일어난다면, 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 외부를 둘러싼 반사판(300-2)의 반사에 의해서 안쪽으로(즉, 제 2 섬광 결정셀의 방향으로) 치우쳐서 제 1 광센서(305-1)에 도달할 것이다.
즉, 제 1 깊이(d1)에서는, 제 1 및 제 2 섬광 결정셀(110-1 및 110-2) 간에 광학적으로 연결되어 있어, 섬광 신호(빛)의 일부가 공유될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 반응 위치(301-1)에 대응하는 섬광 신호는, 제 1 광센서(305-1)상 제 1 감지위치(306-1)에 도달할 것이다. 보다 정확하게는 감지되는 섬광 신호의 분포가 상기 제 1 감지위치(306-1)로 치우칠 수 있다.
도 3 (a)에서 제 2 반응 위치(301-2)는, 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 제 2 깊이(d2)에 해당한다. 제 2 반응 위치(301-2)에서 감마선의 상호작용이 일어난다면, 제 1 섬광 결정셀(110-1)의 외부를 둘러싼 반사판(300-2)뿐만 아니라, 반사막(190)의 반사에 의해서 치우침 없이 제 1 광센서(305-1)에 도달할 수 있다.
그러므로, 상기 제 2 반응 위치(301-2)에 대응하는 섬광 신호는, 제 1 광센서(305-1)상 제 1 감지위치(306-1) 보다 중앙에 위치하는 제 2 감지위치(306-2)에 도달할 것이다.
즉, 반사막(190)이 없는 제 1 거리(d1)에서의 반응과 반사막(190)이 있는 제 2 거리(d1)에서의 반응이, 광센서에 도달하는 빛(섬광 신호)의 치우침을 기초로 구분되는 것이다. 빛(섬광 신호)의 치우침은, 광센서 자체에서 감지되는 위치를 기초로 판단할 수 있을 것이다.
마찬가지로, 제 2 섬광 결정셀(110-2)에서도, 제 1 깊이(d1) 및 제 2 깊이(d2)에 대응하는 제 3 반응 위치(301-3) 및 제 4 반응 위치(301-4)가, 상기 제 2 광센서(305-2)에 도달하는 빛(섬광 신호)의 치우침으로 구분 가능할 것이다. 즉, 제 3 감지 위치(306-3)에서 섬광 신호가 감지되면, 제 2 섬광 결정셀(110-2)의 제 1 깊이(d1)에서 감마선의 상호작용이 일어났음을 확인할 수 있을 것이다. 제 4 감지 위치(306-4)가 제 4 반응 위치(301-4)에 대응됨은 마찬가지일 것이다.
상술한 바에 따르면, 구분하고자 하는 거리 별로 반사막(190)의 패턴층을 형성하는 경우, 광센서에 도달하는 섬광 신호의 치우치는 정도에 기초하여 반응 깊이를 구별할 수 있을 것이다. 도 3에서 도시된 예시에서는, 제 1 깊이(d1)에 해당하는 층에서는 반사막(190)이 존재하지 않는 제 1 패턴층, 제 2 깊이(d2)에 해당하는 층에서는 반사막(190)이 존재하는 제 2 패턴층의 두 개의 패턴층으로 표현할 수 있을 것이다.
이에 따르면, 하나의 섬광 결정셀을 이용하더라도 마치 두 개의 섬광 결정셀을 이용하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 본 발명의 일실시예에 따른 반사막의 구조에 의해서 가상의 섬광 결정셀을 얻을 수 있다.
이하에서는, 반사막의 좀 더 복잡한 패턴에 대해서 살펴본다. 특히, 섬광 결정셀이 가로 N개 X 세로 M개 구비되는 경우, 깊이 별로(길이 방향) 서로 다른 패턴층을 가지는 반사막이 구비될 수 있다. 이때, 측정 가능한 반응 깊이의 개수는, 섬광 결정셀의 개수에 따라 달라질 것이다. 구체적으로 측정 가능한 반응 깊이의 개수는, 섬광 결정셀의 측면의 수 + 1로 결정될 수 있을 것이다.
이때, 반사막 패턴층의 각 높이는 층별로 같을 수도 있고 다르게 구비될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4 X 4 섬광 결정셀에서의 반사막 패턴층의 예시를 도시하는 도면이다.
도 4의 도시된 예시에서 짙은 선이 반사체 처리된 반사막을 나타내고, 흐린 선은 반사막이 존재하지 않음을 나타낸다. 즉, 흐린 선으로 구분되는 두 섬광 결정셀은 광학적으로 연결되어 있는 면일 것이다.
상기 도 4 (a) 내지 (d)의 각 패턴층은, 각 층의 단면을 나타낸다.
상기 도 4 (a) 내지 (d)의 각 패턴층은, 1층 내지 4층(401-1 내지 401-4) 각각에 대응되어 반응 깊이를 판단할 수 있도록 섬광 신호의 분포를 제어한다. 모든 층에서 섬광 결정셀간 광학적으로 연결되는지 여부가 다르므로 반응 깊이에 따라 획득하는 섬광 신호의 분포도 달라지게 되는 것이다.
이하, 도 5 및 도 6의 패턴층의 예시에 기초하여, 광센서 상에서 섬광 신호의 치우치는 방향에 대해 살펴본다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 패턴층 및 제 2 패턴층의 예시에 따라 섬광 신호의 분포가 치우치는 것을 도시하는 도면이다.
도 5 (a)는, 도 4에서 상술한 제 1 패턴층(501-1)을 도시한다. 4 X 4 섬광 결정셀 중에서 (2,3) 섬광 결정셀(511, 네모 박스 친 위치)에서 상호반응이 일어나는 경우, 광학적으로 연결되어 있는 (3,3) 섬광 결정셀 및 (2,4) 섬광 결정셀로 섬광 신호의 분포가 치우칠 수 있다.
도 5 (b)는, 도 5 (a)에서 치우치는 제 1 광센서(305-1)상에서의 섬광 신호의 분포를 도시한다. 제 1 광센서(305-1)의 중앙(510)에서 오른쪽 아래 방향으로 치우친 제 1 감지 위치(503-1)에 섬광 신호의 분포가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 6 (a)는, 도 4에서 상술한 제 2 패턴층(501-2)을 도시한다. 4 X 4 섬광 결정셀 중에서 (2,3) 섬광 결정셀(511, 네모 박스 친 위치)에서 상호반응이 일어나는 경우, 광학적으로 연결되어 있는 (2,2) 섬광 결정셀 및 (1,3) 섬광 결정셀로 섬광 신호의 분포가 치우칠 수 있다.
도 6 (b)는, 도 6 (a)에서 치우치는 제 2 광센서(305-2)상에서의 섬광 신호의 분포를 도시한다. 제 2 광센서(305-2)의 중앙(520)에서 오른쪽 아래 방향으로 치우친 제 2 감지 위치(503-2)에 섬광 신호의 분포가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 제 1 내지 제 4 패턴층(501-1 내지 501-4)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 4 감지 위치(503-1 내지 503-4)를 도시한다. 도 7에서 제 1 내지 제 4 패턴층(501-1 내지 501-4)은 제 1 내지 제 4 감지 위치(503-1 내지 503-4) 각각에 대응할 수 있다.
도 8은 섬광 결정셀이 6각형 기둥 형태인 경우 제 1 내지 제 6 패턴층(501-1 내지 501-6)에서 발생한 상호반응에 의한 제 1 내지 제 6 감지 위치(503-1 내지 503-6)를 도시한다. 도 8에서 제 1 내지 제 6 패턴층(501-1 내지 501-6)은 제 1 내지 제 6 감지 위치(503-1 내지 503-6) 각각에 대응할 수 있다.
도 9는 광전변환부(400)에 포함되는 4 X 4 광센서에 도달하는 섬광 신호의 분포의 실제 시뮬레이션 영상을 도시한다. 시뮬레이션 영상에 따르면, 각 광센서 별로 도달하는 섬광 신호의 분포가 4개의 지점으로 구분되는 것이 명확히 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 신틸레이터(100)의 전면 단면도를 도시하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 각 층(401-1 내지 401-4) 별로 반사체 처리(반사막)된 위치가 다르다는 것을 확인할 수 있다. 각 층(401-1 내지 401-4) 별로 반응 깊이 측정을 위한 반사막 패턴층을 구비되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 4 X 4 섬광 결정셀으로 구성되는 검출기 모듈(20)의 정면 사시도를 도시한다. 각 섬광 결정셀은 광전변환부(400)에 구비되는 광센서들과 결합될 것이다. 도면에는 도시되지 않지만 광센서와 맞닿는 배면을 제외한 모든 외부면은 반사판(300, 도 11에서는 미도시)으로 덮여 질 수 있을 것이다.
도 12는 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, 검출회로부로부터 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, 도 12에 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 상술한 검출기 모듈(20)이 방사상으로 잇대어 배치된 구성으로 상기 검출기 모듈(20)에 관한 설명에서 설명되어진 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 신틸레이터(100) 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
300 : 반사판
400 : 광전변환부
30 : 신호처리부 40 : 디스플레이부
100 : 신틸레이터 110 : 섬광결정체
300 : 반사판
400 : 광전변환부
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 가로N개 X 세로 M개의 배열로 결합되어 구성되는 신틸레이터(100);
상기 다수개의 섬광 결정셀(110)간에 마주보는 면 사이에 기설정된 패턴으로 구비되며, 상기 섬광 결정셀(110)의 길이 방향에 따라 서로 다른 패턴층을 가지는 반사막(190);
상기 신틸레이터(100)의 적어도 일면에 각각 결합되는 반사판(300);
상기 신틸레이터(100)의 일단에 결합되어 상기 섬광 결정셀(110)으로부터 전달된 섬광 신호를 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;를 포함하여 구성되고
상기 신틸레이터(100)는 다수개 결합되어 링 형상의 검출링(10)이 형성되고,
상기 광전변환부(400)는, 상기 다수개의 신틸레이터 각각의 일단에 결합되는 광센서를 포함하며,
상기 검출 알고리즘은, 상기 광센서 상에서 상기 섬광 신호의 검출 위치가 제 1 위치일 경우 상기 섬광 신호의 반응 깊이를 제 1 깊이라고 판단하고, 상기 검출 위치가 제 2 위치일 경우 상기 섬광 신호의 반응 깊이를 제 2 깊이라고 판단하는,
상기 반사막 패턴이란 상기 마주보는 면 중 일부는 반사막을 구비하고 나머지는 반사막을 구비하지 않도록 하는,
양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반사막은, 상기 섬광 결정셀(110)의 상기 길이 방향으로 제 1 거리에서는 제 1 패턴층을 갖고, 상기 길이 방향으로 제 2 거리에서는 제 2 패턴층을 갖는,
양전자 방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 검출회로부는 케이블을 통해 상기 광전변환부(400)에 연결되어 상기 검출링(10)과 소정 거리 이격된 위치에 구비되는,
양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 신틸레이터(100)의 섬광 결정셀(110) 일측면에 반사막이 형성되어 있는,
양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈. - 제1항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 검출기 모듈(20)이 방사상으로 잇대어 배치됨으로써 형성된 환형의 검출링(10);
상기 검출회로부로부터 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 검출기 모듈을 이용한,
양전자방출 단층촬영장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150117862A KR101746190B1 (ko) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 섬광픽셀과 반사체 형태 조합을 이용한 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150117862A KR101746190B1 (ko) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 섬광픽셀과 반사체 형태 조합을 이용한 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170022626A KR20170022626A (ko) | 2017-03-02 |
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|---|---|---|---|
| KR1020150117862A KR101746190B1 (ko) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 섬광픽셀과 반사체 형태 조합을 이용한 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008523381A (ja) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 相互作用深度感度を持つ画素化検出器 |
| US20090032717A1 (en) | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | High-Resolution Depth-of-Interaction PET Detector |
| KR101070527B1 (ko) | 2009-04-24 | 2011-10-05 | 서울대학교산학협력단 | 빛 퍼짐을 이용한 상호작용깊이 측정장치, 측정방법 및 이를 이용한 양전자 방출 단층촬영장치 |
-
2015
- 2015-08-21 KR KR1020150117862A patent/KR101746190B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523381A (ja) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 相互作用深度感度を持つ画素化検出器 |
| US20090032717A1 (en) | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | High-Resolution Depth-of-Interaction PET Detector |
| KR101070527B1 (ko) | 2009-04-24 | 2011-10-05 | 서울대학교산학협력단 | 빛 퍼짐을 이용한 상호작용깊이 측정장치, 측정방법 및 이를 이용한 양전자 방출 단층촬영장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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