KR101905690B1 - 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치 - Google Patents

지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101905690B1
KR101905690B1 KR1020170017695A KR20170017695A KR101905690B1 KR 101905690 B1 KR101905690 B1 KR 101905690B1 KR 1020170017695 A KR1020170017695 A KR 1020170017695A KR 20170017695 A KR20170017695 A KR 20170017695A KR 101905690 B1 KR101905690 B1 KR 101905690B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
comparator
group
output
delay
Prior art date
Application number
KR1020170017695A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180092210A (ko
Inventor
김규범
최용
임현태
김연경
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단 filed Critical 서강대학교산학협력단
Priority to KR1020170017695A priority Critical patent/KR101905690B1/ko
Publication of KR20180092210A publication Critical patent/KR20180092210A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101905690B1 publication Critical patent/KR101905690B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G01T1/164—Scintigraphy
    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1645—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using electron optical imaging means, e.g. image intensifier tubes, coordinate photomultiplier tubes, image converter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G01T1/164—Scintigraphy
    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1647—Processing of scintigraphic data

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

본 발명은 방사선 영상을 처리하는 멀티플렉싱 신호처리 장치에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 멀티플렉싱 신호처리 장치는, 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서가 격자 형태로 배치된 광센서 어레이를 포함하는 광 검출기; 광센서 어레이의 각 행(row)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제1 비교기 그룹, 광센서 어레이의 각 열(column)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 비교기 그룹, 및 제2 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호를 기 결정된 지연시간으로 지연시키는 복수의 지연소자를 포함하는 지연소자 그룹을 포함하는 아날로그 신호처리 및 비교기; 및 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호 및 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 기초로, 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기 중 적어도 하나를 결정하는 디지털 신호처리기를 포함한다.

Description

지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치{APPARATUS FOR MULTIPLEXING SIGNAL PROCESSING USING DELAY ELEMENTS}
본 발명은 방사선영상기기에 활용될 수 있는 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치에 관한 것이다.
최근들어 널리 활용되고 있는, 여러 종류의 의료영상기기의 경우 방사선을 광신호로 변환하고, 광신호를 검출하여 대상체에 대한 영상신호를 획득한다. 이때, 정확한 해부학적/생리학적 영상 정보를 제공하기 위해 다채널로 구성된 검출기를 사용한다. 예를 들어, 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography: 이하, 'PET'라 함)나 감마카메라(Gamma camera)와 같은 방사선영상기기들은 민감도 향상을 위하여 단위면적당 채널 수가 많은 광센서를 이용하고 있다. 이러한 채널의 증가로 인하여, 데이터를 획득하고 처리함에 있어 신호처리 부담이 가중되고 있는 상태이다.
예를 들어, 양전자방출단층촬영장치는 생물학적 과정을 촬영하여 생체기능 이상 유무를 진단하는 장치이다. PET는 γ-선을 검출하도록 링이나 다각형으로 배치된 여러 개의 섬광 체(scintillator), 광 검출기 및 신호처리부를 포함하여 구성된다.
특히, 광 검출기는 사각 기둥 형상의 섬광체를 1단 또는 다단으로 적층한 구조로 이루어진 것을 많이 사용하고 있으며, 섬광체의 하단에는 검출된 신호를 처리하는 광전소자 및 기타 신호처리기를 포함하여 이루어진다.
이러한 PET 장치에 대하여 종래에는 저항분배회로(resistive change division multiplexing)를 이용하여 멀티플렉싱 신호처리를 수행하였다.
도 1은 통상적으로 사용되는 멀티플렉싱 신호처리 회로를 도시한 것이다.
도1 에 도시된 저항분배회로에 기반한 멀티플렉싱 처리 장치는 복수의 저항 소자가 직렬 및 병렬 연결된 상태이이다. 저항분배회로에 기반한 멀티플렉싱 처리 장치는 감마선의 반응위치를 식별한다. 구체적으로, 저항분배회로에 기반한 멀티플렉싱 처리 장치는 각 위치별로 상이한 저항 가중치에 기반하여 각 채널(또는 광센서)에서 출력되는 신호의 크기를 이용하여 반응위치를 식별한다. 이때, 저항분배회로에 기반한 멀티플렉싱 처리 장치는 데이터 신호처리 및 획득을 위해 아날로그-디지털 변환기(analog-digital converter, ADC)와 시간-디지털 변환기(time-to-digital converter, TDC)를 이용하여 에너지와 반응시간 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다. 그러나 이러한 저항분배회로는 채널이 많아질수록 신호잡음이 증가하여 검출기의 반응위치 및 반응시간 정확도가 낮아지는 단점이 있다.
이와 관련하여, 미국 공개 특허 제2010-00258731호(발명의 명칭: OPTICAL DELAY COMBINING FOR MULIPLEXING IN RADIATION IMAGING SYSTEMS)는 광학 케이블을 이용한 시간 지연 방식을 통해 검출기의 반응위치를 식별하는 내용을 개시한다. 그러나, 미국 공개 특허 제2010-0258731호에서 제시하는 시간 지연 방식은 전기적 신호를 광학 신호로 변환한 후에 다시 전기적 신호로 재변환하는 과정을 포함한다. 이러한 변환 및 재변환 과정은 아날로그적 잡음을 발생시켜 검출기의 정확성을 저해할 수 있다. 또한, 미국 공개 특허 제2010-0258731호에서 제시하는 시간 지연 방식은 광학 케이블의 물리적 길이에 따라 지연 시간이 결정된다는 점에서 정확한 지연 시간의 설정이 어렵다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각 채널(또는 광센서)에서 출력되는 신호의 지연시간을 기초로 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기를 식별하는 멀티플렉싱 신호처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일측면에 따른 방사선 영상을 처리하는 멀티플렉싱 신호처리 장치는 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서가 격자 형태로 배치된 광센서 어레이를 포함하는 광 검출기; 광센서 어레이의 각 행(row)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제1 비교기 그룹, 광센서 어레이의 각 열(column)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 비교기 그룹, 및 제2 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호를 기 결정된 지연시간으로 지연시키는 복수의 지연소자를 포함하는 지연소자 그룹을 포함하는 아날로그 신호처리기; 및 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호 및 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 기초로, 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기 중 적어도 하나를 결정하는 디지털 신호처리기를 포함한다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 개시된 실시예에 따른 멀티플렉싱 신호처리 장치는 능동소자를 이용하여 광센서 어레이의 위치에 따라 신호를 미리 결정된 지연시간으로 지연시킴으로써, 반응위치를 보다 정확하게 식별할 수 있다. 또한, 멀티플렉싱 신호처리 장치는 능동소자를 이용하여 보다 정확하고 단순하게 지연시간을 설정할 수 있다는 점에서 경제적이다.
아울러, 개시된 실시예에 따른 멀티플렉싱 신호처리 장치는 ADC와 TDC를 사용하지 않으면서도 정확하게 신호의 반응크기 및 반응시간 정보를 식별할 수 있다는 점에서 경제적이다.
도 1은 통상적으로 사용되는 멀티플렉싱 신호처리 회로를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플렉싱 신호처리 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광 검출기 및 아날로그 신호처리 및 비교기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 신호처리기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 XOR 연산회로의 제1 입력단자 및 제2 입력단자로 입력되는 신호 및 그에 따른 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 OR 연산회로, AND 연산회로 및 이들의 출력신호를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 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.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플렉싱 신호처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
멀티플렉싱 신호처리 장치(1000)는 광 검출기(1100), 아날로그 신호처리 및 비교기(1200) 및 디지털 신호처리기(1300)를 포함한다.
멀티플렉싱 신호처리 장치(1000)는 PET나 감마카메라와 같은 방사선 영상기기에 활용되는 것으로서, 해당 장치에 포함하여 일 구성요소로서 기능할 수 있다.
광 검출기(1100)는 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체(scintillator, 미도시 됨)에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서가 격자 형태로 배치된 광센서 어레이를 포함한다. 한편, 광센서로는 포토다이오드가 사용될 수 있다.
아날로그 신호처리 및 비교기(1200)는 광센서 어레이와 연결되어, 광센서 어레이의 각 행을 구성하는 복수의 광센서의 병합된 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제1 비교기 그룹, 광센서 어레이의 각 열을 구성하는 복수의 광센서의 병합된 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 비교기 그룹, 및 제2 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력 신호를 기 결정된 지연시간으로 지연시키는 복수의 지연소자를 포함하는 지연소자 그룹을 포함한다. 이때, 각 지연소자는 각 비교기의 출력신호를 서로 다른 지연시간으로 지연시킨다.
디지털 신호처리기(1300)는 아날로그 신호처리 및 비교기(1200)의 출력 신호로부터 방사선 반응 정보를 해석한다. 구체적으로, 디지털 신호처리기(1300)는 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호 및 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자의 병합된 출력신호를 기초로, 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기 중 적어도 하나를 결정한다. 이때, 반응위치는 전기신호를 출력한 광센서의 위치정보에 대응하며, 반응시간은 광센서가 전기신호를 출력한 시간에 대응한다. 또한, 반응 에너지 크기는, 광센서가 출력한 전기신호의 길이에 대응한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 섬광체의 하단에 복수의 광센서가 격자 형태로 배치된 광센서 어레이가 배치된 광 검출기(1100)가 배치되며, 광센서 어레이와 결합되는 합산 회로를 거쳐 아날로그 신호처리 및 비교기(1200) 및 디지털 신호처리기(1300)로 전달된다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광 검출기(1100)는 복수의 광센서가 NxM 형태로 배열된 광센서 어레이(1101)를 구성한다. 이때, 복수의 광센서의 각 행 및 열을 구성하는 복수의 센서그룹(1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1121, 1122, 1123, 1124, 1125) 각각은 합산회로로 연결된다.
한편, 도면의 경우, NxM 개의 광센서들에서 각각의 채널신호(즉, 전기신호)를 출력하는 것으로, NxM 채널 구조에 해당한다. 본 명세서에서는, 광센서와 채널을 혼용하여 사용한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광 검출기 및 아날로그 신호처리 및 비교기(1200)의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 아날로그 신호처리기(1200)는 광센서 어레이(1101)의 각각의 행을 구성하는 센서그룹(1111, 1112, 1113, 1114, 1115)의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제1 비교기 그룹(1210)과, 광센서 어레이의 각각의 열을 구성하는 센서그룹(1121, 1122, 1123, 1124, 1125)의 병합된 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 비교기 그룹(1220)을 포함한다. 또한, 아날로그 신호처리 및 비교기(1200)는 제2 비교기 그룹(1220)에 포함된 각 비교기의 출력 신호를 기 결정된 지연시간으로 지연시키는 복수의 지연소자(1231, 1232, 1233, 1234, 1235)를 포함하는 지연소자 그룹(1230)을 포함한다.
각각의 비교기는 광센서 어레이(1101)의 각 행 및 각 열에 대응하여 병합된 전기신호가 임계전압 이상이면 디지털 신호로 변환한다.
NXM 형태의 광센서 어레이(1101)의 경우, 제1 비교기 그룹(1210)은 M개의 비교기를 포함하며, 제2 비교기 그룹(1220)은 N 개의 비교기를 포함한다.
또한, 지연소자 그룹(1230)은 제2 비교기 그룹(1220)에 포함된 N개의 비교기의 출력신호를 지연시키는 N 개의 지연소자를 포함한다.
한편, 각각의 지연소자(1231, 1232, 1233, 1234, 1235)는, 제2 비교기 그룹(1220)에 포함된 각 비교기의 출력신호를 서로 다른 지연시간으로 지연시킨다. 예를 들어, 제1 지연소자(1231)는 (5*1)ns의 지연시간을 가지며, 제2 지연소자(1232)는 (5*2)ns 의 지연시간을 가질 수 있다. 또한, N 지연소자(1235)는 (5*N)ns 의 지연시간을 가질 수 있다. 이와 같이, 각각의 지연소자(1231, 1232, 1233, 1234, 1235)는 지연소자에 대응하는 광센서 어레이(1101)의 열의 위치에 따라, 서로 다른 지연시간을 갖는다.
이후, 아날로그 신호처리 및 비교기(1200)는 제1 비교기 그룹(1210)에 포함된 각 비교기의 출력신호를 디지털 신호처리기(1300)로 제공하며, 지연소자 그룹(1230)에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 디지털 신호처리기(1300)로 제공한다. 도면의 경우, 제1 비교기 그룹(1210)으로부터 M개의 신호가 출력되며 지연소자 그룹(1230)으로부터 1 개의 신호가 출력된다.
한편, 비교기 및 지연소자는 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 비교기 회로 및 지연 회로가 이용될 수 있다. 또한, 지연소자는 회로 구현 예에 따라 다양한 지연시간으로 미리 설정될 수 있으며, 능동 소자로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 신호처리기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 디지털 신호처리기(1300)는 방사선의 반응정보를 검출하기 위한 논리회로(1310)와 연결되며, 광센서 어레이(1101)의 각 행에 대응하는 복수의 카운터를 포함하는 카운터 그룹(1320), 및 카운터 그룹(1320)의 출력값을 기초로 방사선의 반응정보를 해석(또는 결정)하는 데이터 연산부(1330)를 포함한다. 여기서, 방사선의 반응정보는 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기를 포함한다.
구체적으로, 논리회로(1310)는 복수의 배타적 논리합(XOR) 연산회로(1311)를 포함한다. 복수의 XOR 연산회로(1311)는 제1 비교기 그룹(1210)에 포함된 각 비교기의 출력신호를 입력받는 제1 입력단자 및 지연소자 그룹(1230)에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 입력받는 제2 입력단자를 포함한다. 즉, 각 XOR 연산회로는 지연되지 않은 신호(제1 비교기 그룹(1210)의 출력신호)와 지연된 신호(지연소자 그룹(1230)의 출력신호)에 대한 XOR 연산을 수행함으로써, 방사선에 반응한 광센서가 얼마만큼 지연되었는지를 검출한다.
구체적으로, 제1 광센서(610)가 반응한 경우, 광센서 어레이(1101)의 제 1 행을 구성하는 광센서들의 병합된 출력신호는, 제1 비교기 그룹(1210)의 제1 비교기(620)를 거쳐 제1 XOR 연산회로(660)의 제1 입력단자로 입력된다. 이와 동시에, 광센서 어레이(1101)의 제1 열을 구성하는 광센서들의 병합된 출력신호는, 제2 비교기 그룹(1220)의 제1 비교기(630)를 거쳐 제1 지연소자(1231)에 의해 5 ns 지연된 후, 제1 XOR 연산회로(660)의 제2 입력단자로 입력된다.
도 7은 제1 XOR 연산회로(660)의 제1 입력단자 및 제2 입력단자로 입력되는 신호 및 그에 따른 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 제1 광센서(610)가 반응한 경우의 제1 XOR 연산회로(660)의 제1 입력단자의 입력신호(710), 제2 입력단자의 입력신호(720) 및 제1 출력신호(730)를 나타낸다. 제1 출력신호(730)의 제1 및 제2 상승단(rising edge)(703, 704)의 지속시간(701-1, 701-2)은 지연소자 그룹(1230)의 제1 지연소자(1231)가 갖는 지연시간(즉, 5 ns)에 상응한다.
만약, 도 6의 제2 광센서(650)가 반응한 경우라면, 제1 XOR 연산회로(660)의 제1 입력단자로 입력되는 신호는 동일하나, 제1 XOR 연산회로(660)의 제2 입력단자로 입력되는 신호는 지연소자 그룹(1230)의 제2 지연소자(1232)에 의해 10 ns로 지연된 신호이다.
따라서, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 XOR 연산회로(660)의 제2 입력단자의 입력신호(750)는 제1 입력단자의 입력신호(740)와 10 ns 의 시간차를 갖는다. 또한, 제2 출력신호(760)의 제1 및 제2 상승단(705, 706)의 지속시간(702-1, 702-2)은 지연소자 그룹(1230)의 제2 지연소자(1232)가 갖는 지연시간(즉, 10ns)에 상응한다.
이후, 제1 XOR 연산회로(660)의 출력신호(730, 760)는 광센서 어레이(1101)의 제1 행에 대응하는 제1 카운터(670)를 거쳐 데이터 연산부(1330)로 제공될 수 있다. 데이터 연산부(1330)는 제1 카운터(670)에 대응하는 행의 위치와 제1 XOR 연산회로(660)를 통해 검출된 제1 및/또는 제2 상승단(705, 706)의 지속시간(지연시간에 상응)(702-1, 702-2)에 대응하는 열의 위치를 이용하여, 반응위치를 결정할 수 있다.
또한, 데이터 연산부(1330)는 제1 상승단(705)을 기초로 반응시간을 결정할 수 있으며, 제1 상승단(705)과 제2 상승단(706) 간의 차이시간을 기초로 반응 에너지 크기를 결정할 수 있다.
한편, 멀티플렉싱 신호처리 장치(1000)의 채널 수가 증가하여 광센서 어레이(1101)의 크기가 증가함에 따라, 광센서 어레이의 마지막 열(예컨대, N 열)에 적용되는 지연시간(예컨대, (N*5)ns)이 증가하면, 복수의 XOR 연산회로(1311)에서 출력되는 신호의 길이가 불필요하게 연장될 수 있다. 이는, 멀티플렉싱 신호처리 장치(1000)에 방사선이 짧은 시간 간격으로 입사되는 경우, 데이터 연산부(1330)가 연속하는 다음 신호를 처리하지 못하는 불감시간(deadtime) 구간을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 도 7의 701-2 및 702-2 은 불감시간 구간이다.
따라서, 논리회로(1310)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전술한 불감시간을 제거하기 위한 하나의 논리합(OR) 연산회로(1312) 및 복수의 논리곱(AND) 연산회로(1313)를 더 포함한다.
구체적으로, OR 연산회로(1312)는 제1 비교기 그룹(1210)에 포함된 각 비교기의 병합된 출력신호를 입력받는 제1 입력단자, 및 상기 제1 입력단자로 입력되는 신호를 기 결정된 시간으로 지연시킨 후 입력받는 제2 입력단자를 포함한다. 이를 위해, 논리회로(1310)는 제1 비교기 그룹(1210)에 포함된 각 비교기의 출력신호를 기 결정된 시간으로 지연시키는 지연소자(1314)를 더 포함한다. 이때, 지연소자(1314)에 의해 지연되는 시간은, 광센서 어레이(1101)의 제1 열에 대응하는 지연시간(예컨대, 5 ns) 일 수 있으나, 이보다 작거나 클 수 있다.
또한, 복수의 AND 연산회로(1313)에 포함된 각 AND 연산회로는, 광센서 어레이(1101)의 각 행에 대응하며, 복수의 XOR 연산회로(1311)에 포함된 각 XOR 연산회로의 출력신호를 입력받는 제1입력단자 및 OR 연산회로(1312)의 출력신호를 입력받는 제2 입력단자를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 OR 연산회로, AND 연산회로 및 이들의 출력신호를 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 (b)와 관계된다.
도 8을 참조하면, 제2 광센서(650)가 반응한 경우, OR 연산회로(1312)의 제1 입력단자에는 제1 비교기 그룹(1210)에 포함된 각 비교기의 출력신호(810)가 입력되며, OR 연산회로(1312)의 제2 입력단자에는 제1 입력단자에 입력되는 신호(810)가 5 ns 시간(즉, 지연소자(1314)에 의해 지연되는시간, 지연시간은 최소 1 ns에서 5 ns이상으로 조정 가능)으로 지연된 후 입력된다(820).
이후, 제1 XOR 연산회로(660)의 출력신호(760)와 OR 연산회로(1312)의 출력신호(830)는 제2 AND 연산회로(680)로 입력된다. 이에 따라, 카운터 그룹(1320)으로 제공되는 신호는 (본래의 신호 길이)+(기 결정된 시간)로 제한된다. 이를 통해, 멀티플렉싱 신호처리 장치(1000)는 불감대 구간을 제거할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 논리회로(1310)의 출력신호는 카운터 그룹(1320)으로 입력된다.
카운터 그룹(1320)에 포함된 각 카운터는, 각각의 AND 연산회로와 연결되며, 광센서 어레이(1101)의 각 행에 대응한다. 각 카운터는, 입력되는 신호의 제1 상승단, 제2 상승단 및 각 상승단의 지속시간 중 적어도 하나를 검출한다. 여기서, 제1 상승단의 지속시간은, 전술한 바와 같이, 각 지연소자에 의해 지연된 지연시간에 상응한다. 또한, 제2 상승단은 반응 에너지 크기를 결정하는데 이용된다.
구체적으로, 각 카운터는 내부 클럭(10 MHz부터 500 MHz이상까지)으로 동작하며, 시계열적으로 입력되는 신호(0 또는 1)의 상승단(즉, 0→1 전환)을 감지하여, 상승단의 지속기간을 카운팅한다. 이후, 하강단(즉, 1→0)이 감지되면, 카운팅된 값을 데이터 연산부(1330)로 출력할 수 있다. 이를 통해, 디지털 신호처리기(1300)는 TDC를 생략할 수 있다.
도 6및 도8을 참조하여 예를 들면, 카운터 그룹(1320)의 제1 카운터(690)는 입력되는 신호를 카운팅한 결과, 제1 상승단(705)의 지속시간 '(1*10)'와, 제1하강단의 지속시간 '(1*20)', 및 제2 상승단(706)의 지속시간 '(1*5)'를 데이터 연산부(1330)로 출력할 수 있다.
데이터 연산부(1330)는 카운터 그룹(1320)으로부터 출력된 정보를 기초로, 방사선의 반응정보를 해석한다.
전술한 예에 이어서, 데이터 연산부(1330)는 제1 카운터(690)로부터 수신되는 값((1*10), (1*20) 및 (1*5))을 기초로 제1 상승단(705) 및 제2 상승단(706)을 결정한다. 데이터 연산부(1330)는 "(1*10)이 수신된 PC(program counter)값-(10)"을 이용하여, 제1 상승단(705)을 결정한다. 또한, 데이터 연산부(1330)는 "(1*20)이 수신된 PC값-(20)"를 이용하여, 제1 하강단(707)을 결정한다. 또한, 데이터 연산부(1330)는 "(1*5)가 수신된 PC값-(5)"를 이용하여, 제2 상승단(706)을 결정한다.
데이터 연산부(1330)는 결정된 제1 상승단(705)을 기초로 반응시간을 결정한다. 즉, 도 7의 (b)를 참조하여 예를 들면, 반응 시간은 제1 상승단(705)의 상승시간으로 해석될 수 있다.
또한, 데이터 연산부(1330)는 결정된 제1 상승단(705)과 제2 상승단(706)의 차이시간을 기초로 반응에너지 크기를 결정한다. 도 7의 (b)를 참조하여 예를 들면, 방사선의 반응 에너지는, 제1 상승단(705)의 지속시간과 제1 하강단(707의 지속시간의 카운트 값의 합으로 해석될 수 있다.
또한, 데이터 연산부(1330)는 제1 상승단(705)의 지속시간(즉, (1*10))에 대응하는 광센서 어레이(1101)의 열(즉, 제2 열)을 결정하고, 제1 상승단의 지속시간(즉, (1*10))을 출력한 카운터(즉, 제1 카운터(690))에 대응하는 광센서 어레이(1101)의 행(즉, 제1행)을 결정한다. 데이터 연산부(1330)는 결정된 열과 행을 기초로 반응 위치를 결정한다. 즉, 도 7의 (b)를 참조하여 예를 들면, 반응 위치는, 제1 상승단(705)부터 제1 하강단(707)까지의 카운트 값으로 해석될 수 있다.
한편, 디지털 신호처리기(1300)는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array)로 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1000 : 멀티플렉싱 신호처리 장치
1100 : 광 검출기
1200: 아날로그 신호처리 및 비교기
1300 : 디지털 신호처리기

Claims (13)

  1. 방사선 영상을 처리하는 멀티플렉싱 신호처리 장치에 있어서,
    방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서가 격자 형태로 배치된 광센서 어레이를 포함하는 광 검출기;
    상기 광센서 어레이의 각 행(row)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제1 비교기 그룹, 상기 광센서 어레이의 각 열(column)을 구성하는 복수의 광센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 비교기 그룹, 및 상기 제2 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호를 서로 다른 지연시간으로 지연시키는 복수의 지연소자를 포함하는 지연소자 그룹을 포함하는 아날로그 신호처리 및 비교기; 및
    상기 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호 및 상기 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 기초로, 상기 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기 중 적어도 하나를 결정하는 디지털 신호처리기;를 포함하되,
    상기 디지털 신호처리기는
    논리회로;
    상기 논리회로와 연결되며, 상기 광센서 어레이의 각 행에 대응하는 복수의 카운터(counter)를 포함하는 카운터 그룹; 및
    상기 복수의 카운터에 포함된 각 카운터의 출력값을 기초로 상기 방사선의 반응위치, 반응시간 및 반응 에너지 크기 중 적어도 하나를 해석하는 데이터 연산부를 포함하고,
    상기 논리회로는
    상기 제 1 비교기 그룹에 포함된 각 행의 비교기와 대응하도록 접속되며, 제 1 입력단자를 통해 상기 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력신호를 입력받고, 제 2 입력단자를 통해 상기 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자의 출력신호를 입력받는 복수의 배타적 논리합(XOR) 연산회로;
    상기 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력단자에 공통으로 접속된 지연소자;
    제 1 입력단자가 상기 제1 비교기 그룹에 포함된 각 비교기의 출력단자에 공통으로 접속되고, 제 2 입력단자가 상기 지연소자와 접속된 논리합 연산회로; 및
    상기 각 배타적 논리합 연산회로와 행별로 대응하도록 접속되며, 제 1 입력단자를 통해 상기 배타적 논리합 연산회로의 출력신호를 입력받고, 제 2 입력단자를 통해 상기 논리합 연산회로의 출력신호를 입력받으며, 출력단자가 상기 카운터 그룹의 각 카운터와 행별로 접속된 복수의 논리곱 연산회로를 포함하는 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연소자 그룹에 포함된 각 지연소자는
    상기 광센서 어레이 내의 열의 위치에 따라 기 결정된 비율로 증가하는 지연 시간을 갖도록 배치된 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 카운터 그룹의 각 카운터는
    입력되는 신호의 제1 상승단(rising edge), 제2 상승단 및 각 상승단의 지속시간(duration)을 기초로 각 디지털 신호를 특정하는 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입력되는 신호의 제1 상승단의 지속시간은 기 결정된 지연시간에 상응하는 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 연산부는
    상기 입력되는 신호의 제1 상승단의 지속시간에 대응하는 상기 광센서 어레이의 열을 결정하고, 상기 제1 상승단의 지속시간을 출력한 카운터에 대응하는 행을 결정하며, 상기 결정된 열 및 행을 기초로 상기 방사선의 반응위치를 결정하는 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 연산부는
    상기 입력되는 신호의 제1 상승단을 기초로 상기 방사선의 반응시간을 결정하는 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 연산부는
    상기 입력되는 신호의 제1 상승단 및 상기 제2 상승단 간의 차이시간을 기초로 상기 방사선의 반응 에너지 크기를 결정하는 것인,멀티플렉싱 신호처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리기는
    필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA)로 구현되는 것인, 멀티플렉싱 신호처리 장치.
KR1020170017695A 2017-02-08 2017-02-08 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치 KR101905690B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170017695A KR101905690B1 (ko) 2017-02-08 2017-02-08 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170017695A KR101905690B1 (ko) 2017-02-08 2017-02-08 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180092210A KR20180092210A (ko) 2018-08-17
KR101905690B1 true KR101905690B1 (ko) 2018-11-21

Family

ID=63408310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170017695A KR101905690B1 (ko) 2017-02-08 2017-02-08 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101905690B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102376455B1 (ko) * 2020-06-22 2022-03-18 한국원자력연구원 고 에너지 레이저 증폭기 시스템에서 레이저 에너지 계측장치 및 그 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007078636A (ja) 2005-09-16 2007-03-29 Toshiba Corp 放射線検出器
JP2009038726A (ja) 2007-08-03 2009-02-19 Panasonic Corp 物理量検知装置およびその駆動方法
JP2010078338A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Toshiba Corp Ｘ線検出器
KR101330117B1 (ko) * 2012-07-24 2013-11-20 서울대학교산학협력단 다채널 광전소자를 이용하는 양전자방출 단층촬영장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007078636A (ja) 2005-09-16 2007-03-29 Toshiba Corp 放射線検出器
JP2009038726A (ja) 2007-08-03 2009-02-19 Panasonic Corp 物理量検知装置およびその駆動方法
JP2010078338A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Toshiba Corp Ｘ線検出器
KR101330117B1 (ko) * 2012-07-24 2013-11-20 서울대학교산학협력단 다채널 광전소자를 이용하는 양전자방출 단층촬영장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180092210A (ko) 2018-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9677931B2 (en) Detection of radiation quanta using an optical detector pixel array and pixel cell trigger state sensing circuits
US9442201B2 (en) CMOS SPAD array with mixed timing pick-off for time-of-flight positron emission tomography
Frach et al. The digital silicon photomultiplier—System architecture and performance evaluation
EP2257835B1 (en) Single photon radiation detector
KR101871361B1 (ko) 고해상도 및 고대조도 영상을 동시에 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법
CN103858022B (zh) 数据获取装置、对湮没伽马射线检测器及对湮没伽马射线检测方法
US8822933B2 (en) Time-to-digital converter for a medical imaging system
JP2013040935A (ja) 光子エネルギー帯域区分装置及びその方法
US6586743B1 (en) X-ray detector having sensors and evaluation units
CN111953350A (zh) 基于重心法的SiPM阵列读出装置及读出方法
KR101905690B1 (ko) 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치
US11662483B2 (en) Signal readout circuit, signal readout device, and signal readout method for photodetection element
JP6911872B2 (ja) 光検出器
CN109283569B (zh) 用于测量光子信息的装置和光子测量设备
KR101330117B1 (ko) 다채널 광전소자를 이용하는 양전자방출 단층촬영장치
JP2008533469A (ja) 改良型信号ディスクリミネータを備える放射線検出システムとその利用法
KR101815290B1 (ko) 양극성 펄스를 이용한 멀티플렉싱 신호 처리 방법
EP3938809A1 (en) Charge sharing compensation with sampled discriminators
JP6938239B2 (ja) 光検出器及び光検出装置
JPWO2015129069A1 (ja) 放射線検出装置、放射線量計測処理方法、及び放射線量計測処理プログラム
KR102222349B1 (ko) 반도체 수동소자 기반의 멀티플렉싱 신호 처리 장치
CN110389141B (zh) 位置读出设备、方法及装置
KR101844022B1 (ko) 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 장치 및 방법
US20170074996A1 (en) Transmission Of PET-Signals By Means Of Time Division Multiplexing
CN112415568A (zh) 能量校正方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant