KR101979391B1

KR101979391B1 - 다중 문턱전압을 이용한 의료 영상 기기에서의 신호 중복 보정 방법 및 그 의료 영상 기기

Info

Publication number: KR101979391B1
Application number: KR1020170128493A
Authority: KR
Inventors: 김규범; 최용; 임현태; 박건태
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2019-05-16
Also published as: KR20190038967A

Abstract

본 발명은 다중 문턱전압을 이용한 신호 처리 시스템에 대한 것으로서, 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서 또는 방사선을 전기신호로 변환하는 복수의 반도체센서를 포함하는 신호 검출기; 신호 검출기로부터 출력된 각 채널별 전기 신호와, 기 설정된 복수의 서로 다른 문턱전압을 입력 받아, 전기 신호와 복수의 서로 다른 문턱전압에 따른 신호를 각각 비교하여 복수의 비교 신호를 생성하는 아날로그 신호처리부; 및 아날로그 신호처리부로부터 출력된 비교 신호를 입력받고, 상기 입력받은 비교 신호에 응답하여 방사선의 반응 에너지 크기 정보, 반응 시간 정보 및 반응 위치 정보를 획득하는 디지털 신호처리부를 포함한다. 이때, 디지털 신호처리부는 적어도 하나의 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는지 여부에 따라 신호들이 신호 중복된 신호 중복인지 여부를 판단하고, 신호 중복의 문턱전압 별 펄스폭을 기초로 신호 중복을 구성하는 복수의 신호 각각에 대응하는 반응 에너지 크기 정보 및 반응 시간 정보를 복원한다.

Description

다중 문턱전압을 이용한 의료 영상 기기에서의 신호 중복 보정 방법 및 그 의료 영상 기기{METHOD FOR CORRECTION PILE UP SIGNAL IN MEDICAL IMAGING DEVICE USING MULTI-THRESHOLD VOLTAGE AND MEDICAL IMAGING DEVICE THEREOF}

본 발명은 다중 문턱전압을 이용한 의료 영상 기기에서의 신호 중복 보정방법 및 그 의료 영상 기기에 관한 것으로서, 의료 영상 분야의 서로 다른 값을 갖는 복수의 문턱전압을 이용하여 검출되는 방사선 신호로부터 신호 중복된 신호를 검출 및 보정하는 방법 및 그 의료 영상 기기의 신호처리 시스템에 관한 것이다.

최근들어 널리 활용되고 있는, 여러 종류의 의료 영상 기기의 경우 대상체 내부에 주입된 방서성의약품으로부터 방출된 방사선 또는 상기대상체로 조사되어 투과된 방사선을 검출하여, 검출된 신호를 이용하여 대상체애대한 영상신호를 획득한다. 이때, 정확한 해부학적/생리학적 영상 정보를 제공하기 위해 다채널로 구성된 방사선 검출기를 사용한다. 예를 들어, 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography: 이하, 'PET'라 함)나 감마카메라(Gamma camera)와 같은 방사선 영상기기들은 민감도 향상을 위하여 단위면적당 채널 수가 많은 광센서를 이용하고 있다. 이러한 채널의 증가로 인하여, 데이터를 획득하고 처리함에 있어 신호처리 부담이 가중되고 있는 상태이다.

이를 해소하기 위한 한 방편으로서, 방사선 영상기기들은 채널 수를 감소시키기 위한 앵거 회로(Anger circuit)와 같은 채널 감소 회로를 사용하고 있으나, 방사선 계수율이 증가함에 따라 다채널에서 출력되는 신호들이 중첩되는 신호 중복(Pile up)이 발생되고 있다. 신호 중복 현상은 방사선 검출기의 능력 저하 및 전체 시스템의 방사선 계수율과 SNR(Signal to noise ratio)을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 채널 수를 감소시키면서도 효율적으로 신호 중복 현상을 검출 및 보정할 필요가 있다.

대한민국 등록 특허 제10-1686306 호(발명의 명칭: 방사선 계수 방식 센서 신호 처리단의 신호 중첩으로 인한 손실 정보를 막고 에너지의 왜곡을 없애는 방법과 구조)

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 의료 영상 기기에서 ADC 또는 TDC를 사용하지 않고, 비교기에 서로 다른 값을 갖는 다수의 문턱전압을 인가하고 방사선 검출 신호와의 비교를 통해 방사선에 대한 정보를 파악하는 한편, 신호 중복된 방사선 신호를 실시간으로 검출 및 복원할 수 있는 의료 영상 기기의 신호처리 시스템을 제공하는데에 그 목적이 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서 또는 방사선을 전기적신호로 변환하는 반도체센서를 포함하는 신호 검출기; 신호 검출기로부터 출력된 각 채널별 전기 신호와, 기 설정된 복수의 서로 다른 문턱전압을 입력 받아, 전기 신호와 복수의 서로 다른 문턱전압에 따른 신호를 각각 비교하여 복수의 비교 신호를 생성하는 아날로그 신호처리부; 및 아날로그 신호처리부로부터 출력된 비교 신호를 입력받고, 입력받은 비교 신호에 응답하여 방사선의 반응 에너지 크기 정보, 반응 시간 정보 및 반응 위치 정보를 획득하는 디지털 신호처리부를 포함하는 신호 처리 시스템을 제공한다. 이때, 디지털 신호처리부는 적어도 하나의 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는지 여부에 따라 신호들이 신호 중복(Pile-up)되었는지 여부를 판단하고, 신호 중복의 문턱전압 별 펄스폭을 기초로 신호 중복을 구성하는 복수의 신호 각각에 대응하는 반응 에너지 크기 정보 및 반응 시간 정보를 복원한다.

또한, 본 발명의 제2 측면은, 방사선 신호를 검출한 후, 검출된 신호를 복수의 서로 다른 문턱전압과 상호 비교한 결과에 따라 복수의 비교 신호를 생성하는 단계; 복수의 비교 신호 중 적어도 하나의 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는지 여부에 따라 방사선 신호들이 신호 중복 여부를 판단하는 단계; 적어도 하나의 비교 신호에 포함된 펄스의 개수에 따라 신호 중복을 복수의 신호로 구분하는 단계; 및 복수의 신호 각각의 문턱전압 별 펄스폭에 기초하여, 복수의 신호 각각에 대응하는 방사선의 반응 에너지 정보 및 반응 시간 정보를 복원하는 단계를 포함하는 신호 중복 복원 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제3 측면은, 상기한 제2 측면의 방법을 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록매체를 제공한다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 비교기에 인가되는 복수의 서로 다른 문턱전압을 통해 신호 검출기의 출력신호를 분리함으로써, ADC 또는 TDC를 사용하여 검출한 방사선에 대한 에너지, 시간, 위치 등의 정보를 파악해야 하는 종래 기술에 비하여 신호 처리 시스템의 크기 및 비용이 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 비교기에 인가되는 서로 다른 문턱전압을 통해 신호 검출기의 출력신호를 분리함으로써, 신호 중복을 실시간으로 파악하고 디지털 신호처리 (Digital signal processor, DSP)를 사용하여 신호 중복을 복원함으로써 신호 처리 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 문텁전압을 이용한 의료 영상 기기의 신호처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 입출력 신호를 도시한 일례이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 FPGA에 신호 중복이 입력되는 일례를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 신호처리부가 수행하는 복원 프로세스를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 중복 및 문턱전압 별 펄스폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 도 5의 제1 신호에 대해 각 문턱전압 별 펄스폭을 복원한 일례를 도시한다.
도 6b는 도 5의 제2 신호에 대해 각 문턱전압 별 펄스폭을 복원한 일례를 도시한다.
도 7은 도 5 의 신호 중복에서의 중첩 에너지를 도시한 일례이다.

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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 문텁전압을 이용한 의료 영상 기기의 신호처리 시스템의 개념도이다. 여기서, 의료 영상 기기는 전산화단층촬영장치(Computed Tomography, CT), 단일광자방출컴퓨터단층 촬영장치(Single Photon Emitted Computerized Tomography, SPECT), 양전자방출단층촬영장치 (Positron Emission Tomography, PET) 또는 감마카메라(Gamma Camera)와 같은 방사선 영상 처리 장치일 수 있으며, 신호처리 시스템(100)은 이러한 방사선 영상 처리 장치의 일 구성요소일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신호처리 시스템(100)은 신호 검출기(110), 아날로그 신호처리부(120) 및 디지털 신호처리부(130)를 포함한다.

신호 검출기(110)는 대상체 내부로 주입된 방사성의약품으로부터 방출되는 방사선 또는 대상체로 조사되어 투과된 방사선을 검출하여, 체내 분포 또는 장기 내 분포를 나타내는 방사선 검출신호를 생성한다. 이를 위해, 신호 검출기(110)는 방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체(scintillator, 미도시 됨)에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서 및 방사선을 전기신호로 변환하는 복수의 반도체센서를 포함한다. 이때, 광센서로는 포토다이오드가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반도체센서로는 CZT가 사용될수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

아날로그 신호처리부(120)는 신호 검출기(110)로부터 출력된 각 채널별 전기 신호와, 외부로부터 기설정된 복수의 서로 다른 문턱전압을 각각 입력받아, 입력받은 전기 신호와 서로 다른 문턱전압을 각각 비교하여 복수의 비교 신호를 생성한다. 아날로그 신호처리부(120)는 증폭기(121), 신호합성부(미도시) 및 복수의 비교기(122, 123, 124, 125)를 포함한다.

증폭기(121)는 신호 검출기(110)로부터 출력된 각 채널별 전기 신호를 입력받아, 각 전기 신호의 이득이 균일하도록 전기 신호를 증폭한다.

복수의 비교기(122, 123, 124, 125)는 신호검출기(110)으로부터 출력된 전기 신호와 서로 다른 문턱전압을 입력받아, 서로 다른 문턱전압을 상호 비교하여 복수의 비교 신호를 생성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 입출력 신호를 도시한 일례이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증폭기(121)를 통해 증폭된 전기 신호는 서로 다른 문턱전압을 갖는 복수의 비교기(122, 123, 124, 125)를 각각 통과하여 비교 신호로 변환된다. 이후, 비교 신호는 디지털 신호처리부(130)로 입력된다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 4개의 비교기(122, 123, 124, 125)를 이용하여 4개의 서로 다른 비교 신호를 생성하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 비교기의 수는 다양한 개수로 설정될 수 있으며, 이에 따라 다양한 개수의 서로 다른 문턱전압이 설정될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 디지털 신호처리부(130)는 복수의 비교기(122, 123, 124, 125) 각각으로부터 비교 신호를 입력받고, 비교 신호를 분석하여 방사선의 반응 에너지 크기 정보, 반응 시간 정보 및 반응 위치 정보를 산출한다. 특히, 디지털 신호처리부(130)는 두 개 이상의 신호가 중첩된 신호 중복(pile-up signal)를 복원하여 각 신호의 반응 에너지 크기 정보 및 반응 시간 정보를 획득한다. 이때, 디지털 신호처리부(130)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)(131)와 신호 중복을 복원 처리하기 위한 디지털 신호 프로세서(Digital signal processor, DSP)(134)를 포함할 수 있다. 또한, 도 1에서는 도시되지 않았으나, 디지털 신호처리부(130)는 DSP(134)가 실행가능한 프로그램(또는, 적어도 하나의 인스트럭션(instruction))이 저장되는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, FPGA(131)는 다중 문턱전압에 따른 복수의 비교 신호가 입력됨에 응답하여, 내부에서 동작 중인 카운터(133)의 카운터 값을 저장한 후, 카운터 값의 폭을 기초로 문턱전압 별 펄스폭을 측정하고, 카운터 값이 출력된 시간 정보를 이용하여 펄스 도착 시간을 측정함으로써 방사선의 반응 에너지 및 반응 시간 정보를 연산하는 구성가능한 로직 블록(configurable logic block, CLB)(132)을 포함한다. 이때, CLB(132)는 비교 신호가 입력되는 FPGA(131)의 입출력(I/O) 핀의 위치를 이용하여 방사선의 반응 위치 정보를 획득할 수도 있다.

이때, CLB(132)는FPGA(131)에 입력된 복수의 비교 신호를 기초로 입력신호의 중복 여부를 판단한다. 신호 중복은 복수의 방사선 신호가 중첩되어 검출되는 것으로서, 하위 문턱전압에서는 중첩된 상태로 측정 되나, 상위 문턱전압에서는 중첩 되지 않은 상태로 측정된다. 따라서, CLB(132)는 가장 낮은 문턱전압에 대응하여 입력된 비교 신호가 하나의 펄스를 갖는데 반하여, 다른 문턱전압에 대응하여 입력된 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는 경우, 신호 중복으로 결정할 수 있다. 도 3은 FPGA(131)에 신호 중복(310)가 입력된 일례를 도시한다. CLB(132)는 FPGA(131)의 제3 입력핀(I/O)에서 두 개 이상의 펄스가 입력되고, 제1 입력핀(I/O)에서 하나의 펄스가 입력됨에 따라, 입력된 신호를 신호 중복으로 구분할 수 있다.

한편, FPGA(131)에 신호 중복이 입력됨에 따라, FPGA(131)는 DSP(134)로 신호 중복을 복원하라는 이벤트 신호를 제공할 수 있다. 예컨대, FPGA(131)는 입력된 신호가 신호 중복으로 결정됨에 따라, FPGA(131)에서 측정된 펄스폭 및 펄스 도착 시간 정보를 DPS(134)로 제공할 수 있다.

한편, 상기한 설명에서 디지털 신호처리부(130)가 FPGA(131) 및 DSP(134)로 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 디지털 신호처리부(130)는 ASIC(application specific integrated circuit), 마이크로 코어(micro-core) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 신호처리부(130)가 수행하는 복원 프로세스를 도시한 순서도이다.

먼저, 디지털 신호처리부(130)는 앞서 설명한 바와 같이, 신호가 신호 중복되었는지 여부를 판단한다(S400). 예컨대, FPGA(131)는 신호 중복으로 판단되면, DSP(134)는 FPGA(131)로부터의 이벤트 신호에 따라 하기의 복원 프로세스를 수행할 수 있다.

구체적으로, 디지털 신호처리부(130)는 비교 신호에 포함된 펄스의 개수에 따라 신호 중복을 복수의 신호로 구분한다(S410). 예컨대, 디지털 신호처리부(130)는 가장 많은 개수의 펄스를 갖는 가장 문턱전압에 대응하는 비교 신호에 포함된 펄스의 개수를 기준으로 신호 중복을 복수의 신호로 구분할 수 있다.

이후, 디지털 신호처리부(130)는 각 신호의 문턱전압 별 펄스폭을 산출한다(S420). 디지털 신호처리부(130)는 각 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭 및 방사선 신호의 기울기를 기초로 복수의 신호 각각에 대한 문턱전압 별 펄스폭을 산출할 수 있다. 한편, 상기한 방사선 신호의 기울기는 방사선의 반응 에너지 크기에 관계없이 일정한 것으로 가정한다. 이에 따라, 방사선 신호의 상승 시간 및 하강 시간은 상기한 가정에 따라 실험적으로 도출된 지수 함수를 통해 산출될 수 있다. 이에 따라, 디지털 신호처리부(130)는 하기의 수학식 1을 통해 각 신호의 문턱전압 별 펄스폭을 산출할 수 있다.

위 식에서,

는 i 번째 문턱전압에 대한 펄스폭(sec)을 나타내며,

는 각 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭(sec)을 나타내며,

는 i번째 문턱전압을 나타낸다. EXP함수는 실험적으로 도출된 방사선 신호의 기울기 함수를 나타낸다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 신호 중복(500)가 제1 신호(501) 및 제2 신호(502)로 구성되는 경우, 디지털 신호처리부(130)는 제1 신호(501)의 문턱전압 별 펄스폭을 먼저 산출한 후, 제2 신호(502)의 문턱전압 별 펄스폭을 산출할 수 있다. 이때, 디지털 신호처리부(130)는 제1 신호(501)가 측정된 가장 높은 문턱전압인 제3 문턱전압(513)에서의 펄스폭(510)과 방사선 신호의 기울기 함수를 이용하여, 제1 신호(501)의 제2 문턱전압(512)에서의 펄스폭과 제1 문턱전압(511)에서의 펄스폭을 순차적으로 산출할 수 있다. 도 6a는 도 5의 제1 신호(501)에 대해 각 문턱전압 별 펄스폭을 복원한 일례를 도시한다.

이어서, 디지털 신호처리부(130)는 제2 신호(502)가 측정된 가장 높은 문턱전압인 제4 문턱전압(514)에서의 펄스폭(520)과 방사선 신호의 기울기 함수를 이용하여, 제2 신호(502)의 제3 내지 제1 문턱전압(513 내지 511)에서의 펄스폭을 순차적으로 산출할 수 있다. 도 6b는 도 5의 제2 신호(502)에 대해 각 문턱전압 별 펄스폭을 복원한 일례를 도시한다.

이후, 디지털 신호처리부(130)는 신호 중복된 각 신호에 대응하는 방사선의 반응 에너지 및 반응 시간 정보를 복원한다(S430).

먼저, 디지털 신호처리부(130)는 각 신호의 문턱전압 별 펄스폭을 합하여 각 신호의 에너지 크기를 산출한다. 이때, 신호 중복된 신호들 중 선행 신호와 중첩된 후행 신호는 선행 신호의 영향으로 인해 에너지의 크기가 왜곡될 수 있다. 따라서, 디지털 신호처리부(130)는 선행 신호와 후행 신호 간의 중첩 에너지를 산출한 후, 후행 신호의 반응 에너지에서 중첩 에너지를 감산함으로써, 후행 신호의 반응 에너지를 보정할 수 있다. 이때, 중첩 에너지는 선행 신호의 끝 시간(즉, 펄스의 하강 시간)에서 후행 신호의 도착 시간(즉, 펄스의 상승 시간)을 감산한 결과의 합으로 산출될 수 있다.

도 7은 도 5 의 신호 중복에서의 중첩 에너지(710)를 도시한 일례이다. 디지털 신호처리부(130)는 제2 신호(502)의 반응 에너지(즉, 제2 신호(502)의 문턱전압 별 펄스폭의 합)에서 중첩 에너지(710)를 감산함으로써, 제2 신호(502)의 에너지 정보를 복원할 수 있다.

한편, 반응 시간 정보는 각 신호의 도착 시간(즉, 펄스의 상승 시간)과 끝 시간(즉, 펄스의 하강 시간)을 기초로 산출된다. 이때, 각 시간 정보는, 예컨대, FPGA(131)에 구비된 카운터(133)의 출력 시간에 의해 결정될 수 있다. 그러나 신호 중복된 신호들은 구분된 시간 정보를 갖지 못함으로써, 디지털 신호처리부(130)는 이들을 구분하기 위한 복원 작업을 수행한다.

도 6a를 참조하여 설명하면, 디지털 신호처리부(130)는 가장 낮은 문턱전압(즉, 제1 문턱전압(511))에서의 선행 신호(즉, 제1 신호(501))의 펄스 도착 시간 및 펄스폭을 기초로 선행 신호의 반응 시간 정보를 복원할 수 있다. 즉, 제1 신호(501)의 도착 시간(610)은 제1 문턱전압(511)에서의 펄스 도착 시간(610)과 동일하며, 제1 신호(501)의 끝 시간(620)은 상기 신호 중복의 도착 시간(610)에 상기 제1 문턱전압(511)에서의 수학식1을 이용하여 획득 및 보정된 제1 신호(501)의 펄스폭을 더한 값으로 결정될 수 있다.

또한, 도 6b를 참조하여 설명하면, 후행 신호의 반응 시간 정보는, 후행 시간이 측정된 가장 높은 문턱전압(즉, 제4 문턱전압(514))에서의 후행 신호의 펄스 도착 시간 및 방사선 신호의 기울기를 기초로 복원될 수 있다. 즉, 제2 신호(502)의 도착 시간(640)은 제4 문턱전압(514)의 펄스 도착 시간(630)과 방사선 신호 기울기 함수에 따라 유추될 수 있다.

이와 같이, 개시된 실시예에 따른 신호 처리 시스템(100)은 ADC 및 TDC 를 사용하지 않으면서 방사선 신호를 분석함으로써 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, DSP를 포함하여 구성되는 디지털 신호처리부를 이용하여 신호 중복을 실시간으로 복원함으로써 신호 중첩으로 인한 신호 손실 및 왜곡을 최소화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 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.

100 : 신호 처리 시스템
110 : 신호 검출기
120: 아날로그 신호처리부
130 : 디지털 신호처리부
131: FPGA(field programmable gate array)
132: DSP(digital signal processor)

Claims

다중 문턱전압을 이용한 신호 처리 시스템에 있어서,
방사선을 섬광신호로 변환하는 섬광체 유닛에서 출력된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 복수의 광센서 또는 방사선을 바로 변환하는 복수의 반도체센서를 포함하는 신호 검출기;
상기 신호 검출기로부터 출력된 각 채널별 전기 신호와, 기 설정된 복수의 서로 다른 문턱전압을 입력 받아, 상기 전기 신호와 상기 복수의 서로 다른 문턱전압에 따른 신호를 각각 비교하여 복수의 비교 신호를 생성하는 아날로그 신호처리부; 및
상기 아날로그 신호처리부로부터 출력된 비교 신호를 입력받고, 상기 입력받은 비교 신호에 응답하여 방사선의 반응 에너지 크기 정보, 반응 시간 정보 및 반응 위치 정보를 획득하는 디지털 신호처리부를 포함하되,
상기 디지털 신호처리부는
적어도 하나의 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는지 여부에 따라 신호들의 중복 여부를 판단하고, 상기 신호들이 중복되면 신호 중복의 문턱전압 별 펄스폭을 기초로 상기 신호 중복을 구성하는 복수의 신호 각각에 대응하는 반응 에너지 크기 정보 및 반응 시간 정보를 복원하는 것이되,
상기 비교 신호에 포함된 펄스의 개수에 따라 상기 신호 중복을 선행 신호와 후행 신호로 구분하고, 상기 선행 신호와 후행 신호 각각이 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭 및 방사선 신호의 기울기를 기초로, 하기 수학식 1에 기초하여 상기 선행 신호와 후행 신호 각각에 대한 문턱전압 별 펄스폭을 산출하고, 상기 선행 신호와 후행 신호의 문턱전압 별 펄스폭을 합하여 상기 선행 신호와 후행 신호의 반응 에너지값을 각각 산출하고, 상기 후행 신호의 반응 에너지에서 선행 신호와 후행 신호 간의 중첩 에너지값을 감산하여 상기 후행 신호의 반응 에너지를 보정하되, 상기 중첩 에너지값은 상기 선행 신호의 펄스 하강 시간에서 후행 신호의 펄스 상승 시간을 감산한 결과의 합으로 산출되는 것이고,
[수학식 1]

는 i 번째 문턱전압에 대한 펄스폭(sec)을 나타내고,
는 각 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭(sec)을 나타내고,
는 i번째 문턱전압을 나타내며, EXP함수는 실험적으로 도출된 방사선 신호의 기울기 함수를 나타내는 것인 신호처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 신호처리부는,
가장 낮은 문턱전압에 대응하여 입력된 비교 신호가 하나의 펄스로 구성되고, 다른 문턱전압에 대응하여 두 개 이상의 펄스를 갖는 비교 신호가 입력되면, 신호 중복이 입력된 것으로 결정하는 것인 신호처리 시스템.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 신호처리부는
가장 낮은 문턱전압에서의 상기 선행 신호의 펄스 도착 시간을 기초로 상기 선행 신호의 반응 시간 정보를 측정하고,
상기 후행 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 상기 후행 신호의 펄스 도착 시간 및 측정 신호의 기울기를 기초로 상기 후행 신호의 반응 시간 정보를 복원하는 것인 신호처리 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 신호처리부는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 DSP(digital signal processor)를 포함하고,
상기 FPGA는
상기 다중 문턱전압에 따른 복수의 비교 신호가 입력됨에 응답하여, 내부에서 구동 중인 카운터 값을 저장하고, 상기 카운터 값의 폭을 기초로 문턱전압 별 펄스폭을 측정하고, 상기 카운터 값의 출력시간을 이용하여 펄스 도착 시간을 측정하고, 상기 비교 신호를 입력받는 입출력(I/O) 핀의 위치에 기초하여 위치 정보를 산출하되,
상기 복수의 비교 신호가 신호 중복으로 판단되면, DSP 로 상기 문턱전압 별 펄스폭 및 펄스 도착 시간 정보를 제공하며,
상기 DSP는
상기 문턱전압 별 펄스폭 및 펄스 도착 시간 정보를 기초로, 상기 신호 중복을 구성하는 상기 복수의 신호 각각에 대응하는 반응 에너지 크기 정보 및 반응 시간 정보를 복원하는 것인 신호처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 아날로그 신호처리부는
상기 출력된 각 채널별 방사선 검출신호를 입력받아, 상기 방사선 검출신호의 이득이 균일하도록 상기 방사선 검출신호를 증폭시키는 증폭기; 및
상기 증폭된 복수의 방사선 검출신호 및 상기 복수의 서로 다른 문턱전압을 입력받아, 상기 방사선 검출신호와 상기 복수의 서로 다른 문턱전압에 따른 신호를 상호 비교하여 상기 복수의 비교 신호를 생성하는 복수의 비교기를 포함하는 것인 신호처리 시스템.
다중 문턱전압을 이용하여 방사선 신호를 분석하는 신호처리 시스템에서 신호 중복된 신호를 복원하는 방법에 있어서,
방사선 신호를 검출한 후, 상기 검출된 신호를 복수의 서로 다른 문턱전압과 상호 비교한 결과에 따라 복수의 비교 신호를 생성하는 단계;
상기 복수의 비교 신호 중 적어도 하나의 비교 신호가 두 개 이상의 펄스를 갖는지 여부에 따라 신호들이 신호 중복된 신호 중복인지 여부를 판단하는 단계;
상기 적어도 하나의 비교 신호에 포함된 펄스의 개수에 따라 상기 신호 중복을 복수의 신호로 구분하는 단계; 및
상기 복수의 신호 각각의 문턱전압 별 펄스폭에 기초하여, 상기 복수의 신호 각각에 대응하는 방사선의 반응 에너지 정보 및 반응 시간 정보를 복원하는 단계를 포함하되,
상기 신호 중복을 복수의 신호로 구분하는 단계는
상기 비교 신호에 포함된 펄스의 개수에 따라 상기 신호 중복을 선행 신호와 후행 신호로 구분하는 단계 및
상기 선행 신호와 후행 신호 각각이 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭 및 방사선 신호의 기울기를 기초로, 하기 수학식 1에 기초하여 상기 선행 신호와 후행 신호 각각에 대한 문턱전압 별 펄스폭을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 신호 각각에 대응하는 방사선의 반응 에너지 정보 및 반응 시간 정보를 복원하는 단계는
상기 선행 신호와 후행 신호의 문턱전압 별 펄스폭을 합하여 상기 선행 신호와 후행 신호의 반응 에너지값을 각각 산출하는 단계;
상기 후행 신호의 반응 에너지에서 상기 선행 신호와 후행 신호 간의 중첩 에너지값을 감산하여 상기 후행 신호의 반응 에너지를 보정하는 단계를 포함하되,
상기 중첩 에너지값은 상기 선행 신호의 펄스 하강 시간에서 후행 신호의 펄스 상승 시간을 감산한 결과의 합으로 산출되는 것이고
[수학식 1]

는 i 번째 문턱전압에 대한 펄스폭(sec)을 나타내고,
는 각 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 펄스폭(sec)을 나타내고,
는 i번째 문턱전압을 나타내며, EXP함수는 실험적으로 도출된 방사선 신호의 기울기 함수를 나타내는 것인 신호 중복 복원 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 신호 중복인지 여부를 판단하는 단계는
가장 낮은 문턱전압에 대응하는 비교 신호가 하나의 펄스로 구성되고, 다른 문턱전압에 대응하는 비교 신호가 두 개 이상의 펄스로 구성되면, 신호 중복으로 판단하는 것인 신호 중복 복원 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 반응 시간 정보를 복원하는 단계는
가장 낮은 문턱전압에서의 상기 선행 신호의 펄스 도착 시간을 기초로 상기 선행 신호의 반응 시간 정보를 측정하는 단계; 및
상기 후행 신호가 측정된 가장 높은 문턱전압에서의 상기 후행 신호의 펄스 도착 시간 및 측정 신호의 기울기를 기초로 상기 후행 신호의 측정 시간 정보를 복원하는 단계를 포함하는 것인 신호 중복 복원 방법.
제 9 항, 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록매체.