KR102082302B1 - 엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치 - Google Patents

Abstract

일부 실시예에 따른 검출 장치는, 매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 광검출 다이오드, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트 배선, 상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있는 복수의 데이터 배선 및 상기 복수의 데이터 배선과 연결되어, 상기 복수의 광검출 다이오드로부터의 광전류를 리드 아웃하여 엑스선 이미지 데이터로 변환하는 리드아웃 회로를 포함하며, 상기 매트릭스에서 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들은 각각 N개의 복수의 데이터 배선 중 하나의 데이터 배선에 연결되어 있다.

Description

엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치{X RAY DETECTOR AND APPARATUS}

본 발명은 엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 엑스선 검출 속도를 향상시킬 수 있는 엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치에 관한 것이다.

엑스선(X-ray)이란, 일반적으로 0.01 ~ 100 옴스트롬(Å)의 파장을 갖는 전자기파로서, 물체를 투과하는 성질을 가지고 있어서 생체 내부를 촬영하는 의료장비나 일반산업의 비파괴검사장비 등에 일반적으로 널리 사용될 수 있다.

엑스선을 이용하는 엑스선 장치는 엑스선 소스에서 방출된 엑스선을 대상체에 투과시키고, 투과된 엑스선의 강도 차이를 엑스선 디텍터에서 검출하여 대상체에 대한 엑스선 영상을 획득할 수 있다. 엑스선 영상으로 대상체의 내부 구조를 파악하고 대상체를 진단할 수 있다. 엑스선 장치는 대상체의 밀도, 대상체를 구성하는 원자의 원자번호에 따라 엑스선의 투과율이 달라지는 원리를 이용하여 대상체의 내부 구조를 손쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 엑스선의 파장이 짧으면 투과율이 커지고 화면이 선명(Brightness)해진다.

본 발명의 목적은, 엑스선 검출 속도를 향상시킬 수 있는 엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치를 제공하는 것이다.

일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치는, 매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 광검출 다이오드, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트 배선, 상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있는 복수의 데이터 배선 및 상기 복수의 데이터 배선과 연결되어, 상기 복수의 광검출 다이오드로부터의 광전류를 리드 아웃하여 엑스선 이미지 데이터로 변환하는 리드아웃 회로를 포함하며, 상기 매트릭스에서 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들은 각각 N개의 복수의 데이터 배선 중 하나의 데이터 배선에 연결되어 있다.

상기 복수의 게이트 배선에 연결되어 상기 스위칭 소자를 턴온시키는 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부를 더 포함할 수 있고, 상기 게이트 신호는 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들 중 서로 다른 데이터 배선에 연결된 N개의 스위칭 소자들로 동시에 인가될 수 있다.

상기 게이트 신호에 의해 상기 매트릭스에서 상기 제1 방향으로 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온될 수 있다.

턴온된 스위칭 소자들에 연결된 광검출 다이오드로부터의 광전류는 상기 턴온된 스위칭 소자들에 연결된 데이터 배선을 통해 상기 리드아웃 회로로 입력될 수 있다.

상기 리드아웃 회로는 상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 형성되어 있는 N개의 데이터 배선과 연결되어 있는 N개의 샘플 홀더 및 상기 N개의 샘플 홀더와 연결되어 있는 멀티플렉서를 포함할 수 있다.

상기 N개의 샘플 홀더는 각각 전기적으로 연결되는 광검출 다이오드로부터의 광전류를 기반으로 샘플 전하를 축적할 수 있고, 상기 멀티플렉서는 상기 N개의 샘플 홀더에 축적된 샘플 전하들을 순차적으로 출력할 수 있다.

상기 리드아웃 회로는 데이터 배선과 샘플 홀더 사이에 입력단을 더 포함할 수 있고, 상기 입력단은 입력 커패시터를 포함하며, 상기 입력 커패시터는 상기 광전류를 기반으로 광전하를 축적할 수 있다.

상기 N개의 샘플 홀더들은 각각 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함할 수 있고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온되기 전, 상기 제1 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 제1 샘플 전하를 축적할 수 있고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온된 후, 상기 제2 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 상기 광전하를 기반으로 제2 샘플 전하를 축적할 수 있다.

상기 멀티플렉서는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하를 동시에 출력할 수 있다.

상기 리드아웃 회로는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하의 차이를 기반으로 상기 엑스선 이미지 데이터를 획득할 수 있다.

일부 실시예에 따른 엑스선 장치는, 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부 및 조사된 상기 엑스선을 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 검출부는 상기 엑스선을 광으로 변환하는 신틸레이터, 매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 광검출 다이오드, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트 배선, 상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있는 복수의 데이터 배선 및 상기 복수의 데이터 배선과 연결되어, 상기 복수의 광검출 다이오드로부터의 광전류를 리드 아웃하여 엑스선 이미지 데이터로 변환하는 리드아웃 회로를 포함하며, 상기 매트릭스에서 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들은 각각 N개의 복수의 데이터 배선 중 하나의 데이터 배선에 연결되어 있다.

상기 검출부는 상기 복수의 게이트 배선에 연결되어 상기 스위칭 소자를 턴온시키는 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부를 더 포함할 수 있고, 상기 게이트 신호는 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들 중 서로 다른 데이터 배선에 연결된 N개의 스위칭 소자들로 동시에 인가될 수 있다.

도 1은 엑스선 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 고정식 엑스선 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 모바일 엑스선 장치를 도시하는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치를 도시한다.
도 5는 도 4의 엑스선 검출 장치의 게이트 구동부에서 인가되는 게이트 신호의 파형의 예이다.
도 6은 일부 실시예에 따르지 않는 엑스선 검출 장치의 예이고, 도 7은 도 6의 엑스선 검출 장치의 게이트 구동부에서 인가되는 게이트 신호의 파형의 예이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치에 포함되는 리드아웃 회로의 구성을 도시한다.
도 9는 도 8의 리드아웃 회로에서 하나의 샘플 홀더부 및 멀티플렉서의 실시예를 도시한다.
도 10은 도 4 및 도 9의 엑스선 검출 장치의 각 구성에 인가되는 신호들의 파형의 예이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 명세서에서 "이미지"는 이산적인 이미지 요소들(예를 들어, 2차원 이미지에 있어서의 픽셀들 및 3차원 이미지에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 이미지의 예로는 엑스선 장치, CT 장치, MRI 장치, 초음파 장치 및 다른 의료 영상 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 이미지 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부일 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)일 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사하고 또한 생물의 부피에 아주 근사한 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

엑스선 장치는 엑스선을 인체에 투과시켜 인체의 내부 구조를 이미지로 획득하는 의료 영상 장치이다. 엑스선 장치는 MRI 장치, CT 장치 등을 포함하는 다른 의료 영상 장치에 비해 간편하고, 짧은 시간 내에 대상체의 의료 이미지를 획득할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 엑스선 장치는 단순 흉부 촬영, 단순 복부 촬영, 단순 골격 촬영, 단순 부비동 촬영, 단순 경부 연조직(neck soft tissue) 촬영 및 유방 촬영 등에 널리 이용되고 있다.

도 1은 엑스선 시스템(1000)의 구성을 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 엑스선 시스템(1000)은 엑스선 장치(100) 및 워크스테이션(110)을 포함한다. 도 1에 도시된 엑스선 장치(100)는 고정식 엑스선 장치 또는 이동식 엑스선 장치가 될 수 있다. 엑스선 장치(100)는 엑스선 조사부(120), 고전압 발생부(121), 검출부(130), 조작부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 엑스선 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

고전압 발생부(121)는 엑스선의 발생을 위한 고전압을 발생시켜 엑스선 소스(122)에 인가한다.

엑스선 조사부(120)는 고전압 발생부(121)에서 발생된 고전압을 인가받아 엑스선을 발생시키고 조사하는 엑스선 소스(122) 및 엑스선 소스(122)에서 조사되는 엑스선의 경로를 안내하여 엑스선의 조사영역을 조절하는 콜리메이터(collimator)(123)를 포함할 수 있다.

엑스선 소스(122)는 엑스선관(X-ray tube)을 포함하며, 엑스선관은 양극과 음극으로 된 2극 진공관으로 구현될 수 있다. 엑스선관 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트로는 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선에 10V의 전압과 3-5A 정도의 전류를 가하여 필라멘트를 가열할 수 있다.

그리고 음극과 양극 사이에 10-300kVp 정도의 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베륨 박막을 사용할 수 있다. 이 때, 타겟 물질에 충돌하는 전자의 에너지 중 대부분은 열로 소비되며 열로 소비되고 남은 나머지 에너지가 엑스선으로 변환된다.

양극은 주로 구리로 구성되고, 음극과 마주보는 쪽에 타겟 물질이 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질은 회전자계에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질이 회전하게 되면 전자 충격 면적이 증대되고 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있다.

엑스선관의 음극과 양극 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 이는 고전압 발생부(121)에서 인가되고, 그 크기는 파고치 kVp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선관에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 필라멘트에서 방출되는 열전자의 수가 증가하고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다.

따라서, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다.

검출부(130)는 엑스선 조사부(120)에서 조사되어 대상체를 투과한 엑스선을 검출한다. 검출부(130)는 디지털 검출부일 수 있다. 검출부(130)는 TFT를 사용하여 구현되거나, CCD를 사용하여 구현될 수 있다. 도 1에서는 검출부(130)가 엑스선 장치(100)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 검출부(130)는 엑스선 장치(100)에 연결 가능한 별개의 장치인 엑스선 디텍터, 엑스선 검출 장치일 수도 있다.

또한, 엑스선 장치(100)는 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공하는 조작부(140)를 더 포함할 수 있다. 조작부(140)는 출력부(141) 및 입력부(142)를 포함할 수 있다. 입력부(142)는 사용자로부터 엑스선 장치(300)의 조작을 위한 명령 및 엑스선 촬영에 관한 각종 정보를 입력받을 수 있다. 제어부(150)는 입력부(142)에 입력된 정보를 기반으로 엑스선 장치(100)를 제어하거나 조작할 수 있다. 출력부(141)는 제어부(150)의 제어 하에 엑스선의 조사 등 촬영 관련 정보를 나타내는 사운드를 출력할 수 있다.

워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 워크스테이션(110)은 엑스선 장치(100)와 물리적으로 분리된 공간에 존재할 수도 있다.

워크스테이션(110)은 출력부(111), 입력부(112) 및 제어부(113)를 포함할 수 있다. 출력부(111) 및 입력부(112)는 사용자에게 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공한다. 제어부(113)는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)를 제어할 수 있다.

엑스선 장치(100)는 워크스테이션(110)을 통해 제어될 수 있고, 엑스선 장치(100)에 포함되는 제어부(150)에 의해서도 제어될 수 있다. 따라서, 사용자는 워크스테이션(110)을 통해 엑스선 장치(100)를 제어하거나, 엑스선 장치(100)에 포함되는 조작부(140) 및 제어부(150)를 통해 엑스선 장치(100)를 제어할 수도 있다. 다시 말해, 사용자는 워크스테이션(110)을 통해 원격으로 엑스선 장치(100)를 제어할 수도 있고, 엑스선 장치(100)를 직접 제어할 수도 있다.

도 1에서는 워크스테이션(110)의 제어부(113)과 엑스선 장치(100)의 제어부(150)를 별개로 도시하였으나, 도 1은 예시일 뿐이다. 다른 예로, 제어부들(113, 150)은 하나의 통합된 제어부로 구현될 수도 있고, 통합된 제어부는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 중 하나에만 포함될 수도 있을 것이다. 이하, 제어부(113, 150)는 워크스테이션(110)의 제어부(113) 및/또는 엑스선 장치(100)의 제어부(150)를 의미한다.

워크스테이션(110)의 출력부(111) 및 입력부(112)와 엑스선 장치(100)의 출력부(141) 및 입력부(142)는 각각 사용자에게 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 도 1에서는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 각각이 출력부(111, 141) 및 입력부(112, 142)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 출력부 또는 입력부는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 중 하나에만 구현될 수도 있을 것이다.

이하, 입력부(112, 142)는 워크스테이션(110)의 입력부(112) 및/또는 엑스선 장치(100)의 입력부(142)를 의미하고, 출력부(111, 141)는 워크스테이션(110)의 출력부(111) 및/또는 엑스선 장치(100)의 출력부(141)를 의미한다.

입력부(112, 142)의 예로는 키보드, 마우스, 터치스크린, 음성 인식기, 지문 인식기, 홍채 인식기 등을 포함할 수 있으며, 기타 당업자에게 자명한 입력 장치를 포함할 수 있다. 사용자는 입력부(112, 142)를 통해 엑스선 조사를 위한 명령을 입력할 수 있는데, 입력부(112, 142)에는 이러한 명령 입력을 위한 스위치가 마련될 수 있다. 스위치는 두 번에 걸쳐 눌러야 엑스선 조사를 위한 조사명령이 입력되도록 마련될 수 있다.

즉, 사용자가 스위치를 누르면 스위치는 엑스선 조사를 위한 예열을 지시하는 준비명령이 입력되고, 그 상태에서 스위치를 더 깊게 누르면 실질적인 엑스선 조사를 위한 조사명령이 입력되는 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 사용자가 스위치를 조작하면, 제어부(113, 150)는 스위치 조작을 통해 입력되는 명령에 대응하는 신호 즉, 준비신호를 생성하여 엑스선 발생을 위한 고전압을 생성하는 고전압 발생부(121)로 전달한다.

고전압 발생부(121)는 제어부(113, 150)로부터 전달되는 준비신호를 수신하여 예열을 시작하고, 예열이 완료되면, 준비완료신호를 제어부(113, 150)로 전달한다. 그리고, 엑스선 검출을 위해 검출부(130) 또한 엑스선 검출준비가 필요한데, 제어부(113, 150)는 고전압 발생부(121)의 예열과 함께 검출부(130)가 대상체를 투과한 엑스선을 검출하기 위한 준비를 할 수 있도록 검출부(130)로 준비신호를 전달한다. 검출부(130)는 준비신호를 수신하면 엑스선을 검출하기 위한 준비를 하고, 검출준비가 완료되면 검출준비완료신호를 제어부(113, 150)로 전달한다.

고전압 발생부(121)의 예열이 완료되고, 검출부(130)의 엑스선 검출준비가 완료되며, 제어부(113, 150)는 고전압 발생부(121)로 조사신호를 전달하고, 고전압 발생부(121)는 고전압을 생성하여 엑스선 소스(122)로 인가하고, 엑스선 소스(122)는 엑스선을 조사하게 된다.

제어부(113, 150)는 조사신호를 전달할 때, 엑스선 조사를 대상체가 알 수 있도록, 출력부(111, 141)로 사운드 출력신호를 전달하여 출력부(111, 141)에서 소정 사운드가 출력되도록 할 수 있다. 또한, 출력부(111, 141)에서는 엑스선 조사 이외에 다른 촬영 관련 정보를 나타내는 사운드를 출력할 수 있다. 도 1은 출력부(141)가 조작부(140)에 포함되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 출력부(141) 또는 출력부(141)의 일부는 조작부(140)가 위치하는 지점과 다른 지점에 위치할 수 있다. 예를 들어, 대상체에 대한 엑스선 촬영이 수행되는 촬영실 벽에 위치할 수도 있다.

제어부(113, 150)는 사용자에 의해 설정된 촬영 조건에 따라 엑스선 조사부(120)와 검출부(130)의 위치, 촬영 타이밍 및 촬영 조건 등을 제어한다.

구체적으로, 제어부(113, 150)는 입력부(112, 142)를 통해 입력되는 명령에 따라 고전압 발생부(121) 및 검출부(130)를 제어하여 엑스선의 조사 타이밍, 엑스선의 세기 및 엑스선의 조사 영역 등을 제어한다. 또한, 제어부(113, 150)는 소정의 촬영 조건에 따라 검출부(130)의 위치를 조절하고, 검출부(130)의 동작 타이밍을 제어한다.

또한, 제어부(113, 150)는 검출부(130)를 통해 수신되는 이미지 데이터를 이용하여 대상체에 대한 의료 이미지를 생성한다. 구체적으로, 제어부(113, 150)는 검출부(130)로부터 이미지 데이터를 수신하여, 이미지 데이터의 노이즈를 제거하고, 다이나믹 레인지(dynamic range) 및 인터리빙(interleaving)을 조절하여 대상체의 의료 이미지를 생성할 수 있다.

출력부(111, 141)는 제어부(113, 150)에 의해 생성된 의료 이미지를 출력할 수 있다. 출력부(111, 141)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 엑스선 장치(100)를 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(111, 141)의 예로서 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP 디스플레이, FPD 디스플레이, 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력 장치들을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 워크스테이션(110)은 네트워크(150)를 통해 서버(162), 의료 장치(164) 및 휴대용 단말(166) 등과 연결될 수 있는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

통신부는 유선 또는 무선으로 네트워크(150)와 연결되어 외부의 서버(162), 외부의 의료 장치(164), 또는 외부의 휴대용 단말(166)과 통신을 수행할 수 있다. 통신부는 네트워크(150)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, 엑스선 장치 등 다른 의료 장치(164)에서 촬영한 의료 이미지 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부는 서버(162)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부는 병원 내의 서버(162)나 의료 장치(164)뿐만 아니라, 의사나 고객의 휴대폰, PDA, 노트북 등의 휴대용 단말(166)과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.

통신부는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.

근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 위치하는 장치와 근거리 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 통신 기술의 예로는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Fie1214 Communication) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

유선 통신 모듈은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 유선 통신 기술의 예로는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 이용한 유선 통신 기술이 포함될 수 있고, 당업자에게 자명한 유선 통신 기술이 포함될 수 있다.

무선 통신 모듈은, 이동 통신망 상에서의 기지국, 외부의 장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호의 예로는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 엑스선 장치(100)는, 다수의 디지털 신호 처리 장치(DSP), 초소형 연산 처리 장치 및 특수 용도용(예를 들면, 고속 A/D 변환, 고속 푸리에 변환, 어레이 처리용 등) 처리 회로 등을 포함할 수 있다.

한편, 워크스테이션(110)과 엑스선 장치(100) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.

도 2는 고정식 엑스선 장치(200)를 도시하는 사시도이다. 도 2의 엑스선 장치(200)는 도 1의 엑스선 장치(100)의 실시예일 수 있다. 도 2의 엑스선 장치(200)에 포함되는 구성 요소들 중 도 1과 동일한 구성 요소는 도 1과 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 엑스선 장치(200)는 엑스선 장치(200)의 조작을 위한 인터페이스를 제공하는 조작부(140), 대상체에 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부(120), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 검출부(130), 엑스선 조사부(120)를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 제1, 제2 및 제3 모터(211,212,213), 제1, 제2 및 제3 모터(211, 212, 213)의 구동력에 의해 엑스선 조사부(120)를 이동시키기 위하여 마련되는 가이드레일(220), 이동캐리지(230) 및 포스트 프레임(240)을 포함한다.

가이드레일(220)은 서로 소정의 각도를 이루도록 설치되는 제1가이드레일(221)과 제2가이드레일(222)을 포함한다. 제1가이드레일(221)과 제2가이드레일(222)은 서로 직교하는 방향으로 연장되는 것이 바람직하다.

제1가이드레일(221)은 엑스선 장치(200)가 배치되는 검사실의 천장에 설치된다.

제2가이드레일(222)은 제1가이드레일(221)의 하측에 위치되고, 제1가이드레일(221)에 슬라이딩 이동 가능하게 장착된다. 제1가이드레일(221)에는 제1가이드레일(221)을 따라 이동 가능한 롤러(미도시)가 설치될 수 있다. 제2가이드레일(222)은 이 롤러(미도시)에 연결되어 제1가이드레일(221)을 따라 이동할 수 있다.

제1가이드레일(221)이 연장되는 방향으로 제1방향(D1)이 정의되고, 제2가이드레일(222)이 연장되는 방향으로 제2방향(D2)이 정의된다. 따라서, 제1방향(D1)과 제2방향(D2)은 서로 직교하고 검사실의 천장과 평행할 수 있다.

이동캐리지(230)는 제2가이드레일(222)을 따라 이동 가능하도록 제2가이드레일(222)의 하측에 배치된다. 이동캐리지(230)에는 제2가이드레일(222)을 따라 이동하도록 마련되는 롤러(미도시)가 설치될 수 있다.

따라서, 이동캐리지(230)는 제2가이드레일(222)과 함께 제1방향(D1)으로 이동 가능하고, 제2가이드레일(222)을 따라 제2방향(D2)으로 이동 가능하다.

포스트프레임(240)은 이동캐리지(230)에 고정되어 이동캐리지(230)의 하측에 위치한다. 포스트프레임(240)은 복수 개의 포스트(241, 242, 243, 244, 245)를 구비할 수 있다.

복수 개의 포스트(241, 242, 243, 244, 245)는 서로 절첩 가능하게 연결되어 포스트프레임(240)은 이동캐리지(230)에 고정된 채로 검사실의 상하 방향으로 길이가 증가 또는 감소할 수 있다.

포스트프레임(240)의 길이가 증가 또는 감소하는 방향으로 제3방향(D3)이 정의된다. 따라서, 제3방향(D3)은 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)과 서로 직교할 수 있다.　

검출부(130)는 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는데, 테이블 타입(290)이나 스탠드 타입(280)으로 구현될 수 있다.

엑스선 조사부(120)와 포스트프레임(240) 사이에는 회전조인트(250)가 배치된다. 회전조인트(250)는 엑스선 조사부(120)를 포스트프레임(240)에 결합시키고 엑스선 조사부(120)에 작용되는 하중을 지지한다.

회전조인트(250)에 연결된 엑스선 조사부(120)는 제3방향(D3)과 수직을 이루는 평면상에서 회전할 수 있다. 이때, 엑스선 조사부(120)의 회전방향을 제4방향(D4)으로 정의할 수 있다.

또한, 엑스선 조사부(120)는 검사실의 천장과 수직을 이루는 평면상에서 회전 가능하도록 마련된다. 따라서, 엑스선 조사부(120)는 회전조인트(250)에 대해 제1방향(D1) 또는 제2방향(D2)과 평행한 축을 중심으로 한 회전방향인 제5방향(D5)으로 회전할 수 있다.

제1, 제2 및 제3 모터(211, 212, 213)는 엑스선 조사부(120)를 제1방향(D1) 내지 제3방향(D3)으로 이동시키기 위하여 마련될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 모터(211, 212, 213)는 전기적으로 구동되는 모터일 수 있고, 모터에는 엔코더가 포함될 수 있다.

제1, 제2 및 제3 모터(211,212,213)는 설계의 편의성을 고려하여 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2가이드레일(222)을 제1방향(D1)으로 이동시키는 제1모터(211)는 제1가이드레일(221) 주위에 배치되고, 이동캐리지(230)를 제2방향(D2)으로 이동시키는 제2모터(212)는 제2가이드레일(222) 주위에 배치되고, 포스트프레임(240)의 길이를 제3방향(D3)으로 증가 또는 감소시키는 제3모터(213)는 이동캐리지(230) 내부에 배치될 수 있다. 다른 예로, 제1, 제2 및 제3 모터(211,212,213)는 엑스선 조사부(120)를 제1방향(D1) 내지 제3방향(D3)으로 직선 이동시키도록 동력전달수단(미도시)과 연결될 수 있다. 동력전달수단(미도시)은 일반적으로 사용되는 벨트와 풀리, 체인과 스프라킷, 샤프트 등 일 수 있다.

다른 예로서, 엑스선 조사부(120)를 제4방향(D4) 및 제5방향(D5)으로 회전시키기 위해 회전조인트(250)와 포스트 프레임(240) 사이 및 회전조인트(250)와 엑스선 조사부(120) 사이에 모터가 마련될 수 있다.

엑스선 조사부(120)의 일 측면에는 조작부(140)가 마련될 수 있다.

도 2는 검사실의 천장에 연결된 고정식 엑스선 장치(200)에 대해 도시하고 있지만, 도 2에 도시된 엑스선 장치(200)는 단지 이해의 편의를 위함일 뿐이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치는 도 2에 도시된 고정식 엑스선 장치(200)뿐만 아니라 C-암(arm) 타입 엑스선 장치, 혈관 조영(angiography) 엑스선 장치 등 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 구조의 엑스선 장치를 포함할 수 있다.

도 3에는 촬영장소에 구애받지 않고 엑스선 촬영을 수행할 수 있는 모바일 엑스선 장치(300)가 도시되어 있다. 도 3의 엑스선 장치(300)는 도 1의 엑스선 장치(100)의 실시예일 수 있다. 도 3의 엑스선 장치(300)에 포함되는 구성 요소들 중 도 1과 동일한 구성 요소는 도 1과 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 3에 도시된 엑스선 장치(300)는 엑스선 장치(300)의 이동을 위한 휠이 마련되는 이동부(370)와, 엑스선 장치(300)의 조작을 위한 인터페이스를 제공하는 조작부(140), 엑스선 소스(122)에 인가되는 고전압을 발생시키는 고전압 발생부(121), 엑스선 장치(300)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함하는 메인부(305)와, 엑스선을 발생시키는 엑스선 소스(122), 엑스선 소스(122)에서 발생되어 조사되는 엑스선의 경로를 안내하여 엑스선의 조사영역을 조절하는 콜리메이터(123)를 포함하는 엑스선 조사부(120)와, 엑스선 조사부(120)에서 조사되어 대상체(10)를 투과한 엑스선을 검출하는 검출부(130)를 포함한다.

도 3에서의 검출부(130)는 테이블 타입(390)으로 도시되어 있으나, 스탠드 타입으로도 구현될 수 있음이 자명하다.

도 3에서는 조작부(140)가 메인부(305)에 포함되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 엑스선 장치(300)의 조작부(140)는 엑스선 조사부(120)의 일 측면에 마련될 수도 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치를 도시한다. 도 4의 엑스선 검출 장치(400)는 도 1 내지 도 3의 검출부(130)의 실시예일 수 있다. 도 4의 엑스선 검출 장치(400)는 간접 방식 검출 장치일 수 있다.

도 4를 참조하면, 엑스선 검출 장치(400)는 신틸레이터(미도시), 광검출 기판(410), 바이어스 회로(430), 게이트 구동부(450) 및 리드아웃 회로(470)를 포함할 수 있다.

신틸레이터는 엑스선 소스(도 1 내지 도 3의 122)로부터 조사된 엑스선을 수신하여 엑스선을 광으로 변환한다.

광검출 기판(410)은 신틸레이터로부터 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 광검출 기판(410)은 게이트 배선(GL)들, 데이터 배선(DL)들, 박막 트랜지스터(412)들, 광검출 다이오드(414)들 및 바이어스 배선(BL)들을 포함할 수 있다.

복수의 광검출 다이오드(414)들은 매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 박막 트랜지스터(412)와 연결되어 있다. 도 4에서 박막 트랜지스터(414)는 예시일 뿐, 다양한 스위칭 소자로 구현될 수 있다. 도 4는 일 실시예로서, 4행 4열로 배치된 16개의 광검출 다이오드(414)들을 도시하고 있다.

게이트 배선(GL)들은 제1 방향(DR1)으로 형성될 수 있고, 데이터 배선(DL)들은 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 형성될 수 있다. 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)은 서로 수직하게 직교할 수 있다. 데이터 배선(DL)들은 매트릭스에서 제2 방향(DR2)의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있다. 도 4는 N이 2인 경우를 도시하였으나 N은 2보다 클 수도 있다. 도 4와 같이 N이 2인 경우, 각 열마다 데이터 배선(DL1, DL2, DL3, DL4)은 2개의 데이터 배선(CIN1, CIN2)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 열에 대해서는 2개의 데이터 배선[DL2(CIN1), DL2(CIN2))]이 형성될 수 있다. 각 열마다 형성되어 있는 N개의 복수의 데이터 배선은 N개의 채널 데이터 배선(CIN1, CIN2)이라 칭한다.

도 4는 일 실시예로서, 4개의 게이트 배선(GL)들 및 8개의 데이터 배선(DL)들을 도시하고 있다. 도 4와 같이 N이 2인 경우를 기준으로 설명하나, N은 2보다 클 수도 있다.

박막 트랜지스터(412)들은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터(412)들 각각은 게이트 배선(GL)들 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 매트릭스에서 제2 방향(DR2)의 열에 속하는 박막 트랜지스터(412)들은 각각 N개(도 4에서 N=2)의 복수의 데이터 배선(CIN1, CIN2) 중 하나의 데이터 배선에 연결될 수 있다. 도 4에서는 제1 게이트 배선(GL1) 및 제 3 게이트 배선(GL3)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(412)들은 제1 채널 데이터 배선(CIN1)에 연결되어 있고, 제2 게이트 배선(GL2) 및 제 4 게이트 배선(GL4)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(412)들은 제2 채널 데이터 배선(CIN21)에 연결되어 있다.

박막 트랜지스터(412)의 게이트 전극은 게이트 배선(GL)과 전기적으로 연결되고, 박막 트랜지스터(412)의 소스 전극은 데이터 배선(DL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4는 일 실시예로서, 4행 4열로 배치된 16개의 박막 트랜지스터(412)들을 도시하고 있다.

광검출 다이오드(414)들은 박막 트랜지스터(412)들과 일대일로 대응되도록 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 광검출 다이오드(414)들 각각은 박막 트랜지스터(412)들 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 광검출 다이오드(414)의 N측 전극은 박막 트랜지스터(412)의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4는, 일 실시예로서 4행 4열로 배치된 16개의 광검출 다이오드(414)들을 도시하고 있다.

바이어스 배선(BL)들은 광검출 다이오드(414)들과 전기적으로 연결된다. 바이어스 배선(BL)들 각각은 일 방향을 따라 배치된 광검출 다이오드(414)들의 P측 전극들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 바이어스 배선(BL)들은 제2 방향(DR2)과 실질적으로 평행하게 형성되어, 광검출 다이오드(414)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 다르게, 바이어스 배선(BL)들은 제1 방향(DR1)과 실질적으로 평행하게 형성되어, 광검출 다이오드(414)들과 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 4는, 일 실시예로서, 제2 방향(DR2)을 따라 형성된 4개의 바이어스 배선(BL)들을 도시하고 있다.

바이어스 회로(430)는 바이어스 배선(BL)들과 전기적으로 연결되어, 바이어스 배선(BL)들로 구동 전압을 인가한다. 바이어스 회로(430)는 광검출 다이오드(414)에 리버스 바이어스(reverse bias) 전압 또는 포워드 바이어스(forward bias) 전압을 선택적으로 인가할 수 있다. 광검출 다이오드(414)의 N측 전극에는 기준 전압이 인가될 수 있다. 기준 전압은 리드아웃 회로(470)을 통해 인가될 수 있다. 바이어스 회로(430)는 광검출 다이오드(414)에 리버스 바이어스 전압을 인가하기 위해, 광검출 다이오드(414)의 P측 전극에 상기 기준 전압보다 낮은 전압을 인가할 수 있다. 또한, 바이어스 회로(430)는 광검출 다이오드(414)에 포워드 바이어스 전압을 인가하기 위해, 광검출 다이오드(414)의 P측 전극에 기준 전압보다 높은 전압을 인가할 수도 있다.

게이트 구동부(450)는 게이트 배선(GL)들과 전기적으로 연결되어 있어, 상기 게이트 배선(GL)들로 게이트 신호들을 인가할 수 있다. 예를 들어, 게이트 신호들이 게이트 배선(GL)들로 인가되면, 게이트 신호들에 의해 상기 박막 트랜지스터(412)들이 턴온(turn-on)될 수 있다. 반면, 게이트 신호들이 게이트 배선(GL)들로 인가되지 않으면, 박막 트랜지스터(412)들이 턴오프(turnoff)될 수 있다.

리드아웃 회로(470)는 데이터 배선(DL)들과 전기적으로 연결되어 있다. 광검출 기판(410)에서 수신된 광이 전기 신호로 변환되면, 변환된 전기 신호는 데이터 배선(DL)을 통해 리드아웃 회로(470)로 리드 아웃(read out)될 수 있다.

도 4에는 도시되지 않았지만, 도 4에 도시된 엑스선 검출 장치(400)가 무선 검출부인 경우, 엑스선 검출 장치(400)는 배터리부 및 무선 통신 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.

이하, 엑스선 검출 장치(400)의 동작을 도 5를 참고하여 설명한다. 설명되는 엑스선 검출 장치(400)의 동작 동안 바이어스 회로(430)는 광 검출 다이오드(414)에 리버스 바이어스 전압을 인가할 수 있다.

도 5는 도 4의 엑스선 검출 장치의 게이트 구동부에서 인가되는 게이트 신호의 파형의 예이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 게이트 구동부를 통해 게이트 배선(GL1-GL4)들로 각 게이트 신호가 인가될 수 있다. 도 5에서 박막 트랜지스터(412)들을 턴온시키는 턴온 게이트 신호는 하이 레벨의 게이트 신호이고, 박막 트랜지스터(412)들을 턴오프시키는 턴오프 게이트 신호는 로우 레벨의 게이트 신호이다. 다만, 박막 트랜지스터(412)의 유형에 따라 턴온 게이트 신호 및 턴오프 게이트 신호가 달라질 수 있음이 자명하다.

박막 트랜지스터(412)들이 턴오프되는 동안, 광검출 다이오드(414)들 각각은 신틸레이터로부터의 광을 수신하여, 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 발생시켜 전하를 축적할 수 있다. 광검출 다이오드(414)들 각각에 축적되는 전하량은 엑스선의 광량에 대응될 수 있다.

다음, 게이트 구동부(450)는 게이트 배선(GL)들로 박막 트랜지스터(412)들을 턴온시키는 턴온 게이트 신호를 인가한다. 턴온 게이트 신호는 제2 방향(DR2)의 열에 속하는 박막 트랜지스터(412)들 중 서로 다른 데이터 배선(CIN, CIN2)에 연결된 N개(도 4에서 N=2)의 박막 트랜지스터(412)들로 동시에 인가될 수 있다. 즉, 턴온 게이트 신호에 의해 제1 방향(DR1)으로 N개의 행에 속하는 박막 트랜지스터(412)들이 동시에 턴온될 수 있다.

도 4 및 도 5에서는 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL1)에 동시에 턴온 게이트 신호가 인가되고, 다음 제 3 게이트 배선(GL3) 및 제 4 게이트 배선(GL4)에 동시에 턴온 게이트 신호가 인가된다.

턴온 게이트 신호가 게이트 배선(GL)에 인가되어 박막 트랜지스터(412)가 턴온되면, 광검출 다이오드(414)에 축적되었던 전하에 의해 광전류가 데이터 배선(DL)을 통해 리드아웃 회로(470)로 흐를 수 있다. 먼저, 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL1)에 동시에 턴온 게이트 신호가 인가된 후, 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL1)에 연결된 광검출 다이오드(414)들로부터 광전류가 리드아웃 회로(470)로 수신될 것이다. 다음, 제3 게이트 배선(GL3) 및 제4 게이트 배선(GL4)에 동시에 턴온 게이트 신호가 인가된 후, 제3 게이트 배선(GL3) 및 제4 게이트 배선(GL4)에 연결된 광검출 다이오드(414)들로부터 광전류가 리드아웃 회로(470)로 수신될 것이다.

리드아웃 회로(470)는 수신된 광전류들을 이미지 데이터로 변환할 수 있다. 리드아웃 회로(470)는 외부로 출력할 수 있다. 이미지 데이터는 광전류에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 이미지 데이터는 매트릭스 형태의 복수의 픽셀들로 구성된 데이터일 수 있다. 이미지 데이터의 해상도(resolution)는 화소들의 개수 또는 화소들이 이루는 매트릭스의 크기로 정의될 수 있다. 이 매트릭스 형태의 복수의 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열된 광검출 다이오드(414)들에 대응될 수 있다.

도 6은 일부 실시예에 따르지 않는 엑스선 검출 장치의 예이고, 도 7은 도 6의 엑스선 검출 장치의 게이트 구동부에서 인가되는 게이트 신호의 파형의 예이다.

도 4에서와 달리, 도 6의 엑스선 검출 장치(40)에서 데이터 배선(DL)은 제2 방향(DR2)의 열마다 하나씩 형성되어 있다. 도 6에서는 4개의 게이트 배선(GL)들 및 4개의 데이터 배선(DL)들을 도시하고 있다.

도 6 및 도 7을 참고하면, 게이트 구동부(45)는 게이트 배선(GL)들로 제2 방향(DR2)을 따라 턴온 게이트 신호들을 순차적으로 인가한다. 즉, 제1 게이트 배선(GL1)부터 제 4 게이트 배선(GL4)까지 순차적으로 턴온 게이트 신호들이 인가된다.

도 5 및 도 7을 비교하면, 도 5에서는 제1 게이트 배선(GL1)을 턴온시킨 후, 제3 게이트 배선(GL3)을 턴온 시키는 시간이 t라면, 도 7에서는 약 2t가 걸린다. 즉, 도 5에 비해 도 7에서는 엑스선 검출 장치의 모든 게이트 배선(GL1-GL4)에 턴온 게이트 신호가 인가되는 시간이 약 2배가 걸림을 알 수 있다. 따라서, 도 6 및 7의 엑스선 검출 장치의 엑스선 검출 속도는 일부 실시예에 따른 도 4 및 도 5의 경우의 엑스선 검출 속도의 약 1/2임을 알 수 있다. 따라서 일부 실시예에 따르면 엑스선 검출 속도를 향상시킬 수 있는 엑스선 검출 장치가 제공될 수 있다.

다시 도 8 내지 도 10을 참고하여 일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치에 대해 상술한다.

도 8은 일부 실시예에 따른 엑스선 검출 장치에 포함되는 리드아웃 회로의 구성을 도시한다.

도 8의 리드아웃 회로(500)는 도 4의 리드아웃 회로(470)의 실시예일 수 있다. 도 8의 리드아웃 회로(500)는 도 4와 같이 엑스선 검출 장치가 2개의 채널 데이터 배선(CIN1, CIN2)을 포함하는 경우를 가정한 것이다.

도 4 및 도 8을 참고하면, 리드아웃 회로(500)는 복수의 샘플 홀더부(510-1, ..., 510-4) 및 멀티플렉서(520)를 포함할 수 있다.

복수의 샘플 홀더부(510-1, ..., 510-4)는 각각 도 4의 각 열마다 형성되어 있는 2개의 채널 데이터 배선(CIN1, CIN2)과 연결되어 있다. 예를 들어, 제4 샘플 홀더부(510-4)는 도 4의 제4 열에 대한 2개의 채널 데이터 배선[DL4(CIN1), DL4(CIN2))]과 패드(pad)를 통해 연결될 수 있다. 도 8에서는 4개의 샘플 홀더부(510-1, ..., 510-4)가 도시되었으나, 샘플 홀더부의 개수는 엑스선 검출 장치의 매트릭스에서 열의 개수와 동일할 것이다.

각 샘플 홀더부(510-1, ..., 510-4)는 제1 채널 데이터 배선(CIN1)과 연결되어 있는 제1 입력단(511)와 제1 샘플 홀더(513), 그리고 제2 채널 데이터 배선(CIN2)과 연결되어 있는 제2 입력단(512)와 제2 샘플 홀더(514)를 포함할 수 있다.

멀티플렉서(520)는 복수의 샘플 홀더부(510-1, ..., 510-4)와 연결되어 있다.

전술하였듯이, 도 4에서 턴온된 스위칭 소자들에 연결된 광검출 다이오드로부터의 광전류는 턴온된 스위칭 소자들에 연결된 각 데이터 배선[DL1(CIN1), ..., DL4(CIN4)]을 통해 리드아웃 회로(500)로 입력될 것이다.

각 샘플 홀더부(510-1, ...,510-4)에 포함되는 2개의 샘플 홀더(513, 514)는 각각 수신된 광전류를 기반으로 샘플 전하를 축적할 수 있다. 멀티플렉서(520)는 각 샘플 홀더(513, 514)에 축적된 샘플 전하들을 순차적으로 출력 패드(VD)를 통해 출력할 수 있다. 출력 패드(VD)를 통해 출력된 출력 신호들을 기반으로 엑스선 이미지 데이터가 획득될 수 있다. 리드아웃 회로(500)는 출력 신호(VD)를 기반으로 엑스선 이미지 데이터를 획득하는 영상 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 8에서는 N이 2인 경우, 즉 각 열마다 2개의 채널 데이터 배선(CIN1, CIN2)이 형성되어 있는 경우를 도시한 것이나, N이 2보다 클 수도 있다. 복수의 샘플 홀더부는 각각 N개의 채널 데이터 배선과 연결되어 있는 N개의 입력단 및 N개의 샘플 홀더를 포함할 것이다.

도 9는 도 8의 리드아웃 회로에서 하나의 샘플 홀더부 및 멀티플렉서의 실시예를 도시한다. 도 9에서는 도 8의 복수의 샘플 홀더부(510-1, ...,510-4) 중 하나의 샘플 홀더부(510-1)만을 도시하였으나, 다른 샘플 홀더부들(510-2, ...,510-4)도 동일한 구조일 것이다.

도 9를 참고하면, 제1 채널 데이터 배선[DL1(CIN1)]은 제1 입력단(511-1) 및 제1 샘플 홀더(513-1)에 연결되어 있다. 제2 채널 데이터 배선[DL1(CIN2)]은 제2 입력단(512-1) 및 제2 샘플 홀더(514-1)에 연결되어 있다. 리드아웃 회로는 각 입력단(511-1, 512-1)과 각 샘플 홀더(513-1, 514-1) 사이에는 저역 통과 필터(LPF)를 더 포함할 수 있다.

각 입력단(511-1, 512-1)은 입력 커패시터(Cin) 및 입력 커패시터(Cin)에 연결된 증폭기(AMP)를 포함할 수 있다. 입력 커패시터(Cin)의 양단에는 리셋 신호(RST)에 의해 제어되는 스위칭 소자가 연결되어 있을 수 있다.

각 샘플 홀더(513-1, 514-1)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.

제1 커패시터(C1)의 일단은 제1 샘플 신호(SH1)에 의해 제어되는 스위칭 소자를 통해 입력단(511-1, 512-1)에 연결될 수 있다. 제1 커패시터(C1)의 타단에는 기준 전압이 인가될 수 있다.

제2 커패시터(C2)의 일단은 제2 샘플 신호(SH2)에 의해 제어되는 스위칭 소자를 통해 입력단(511-1, 512-1)에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(C2)의 타단에는 기준 전압이 인가될 수 있다.

상세하게는, 제1 샘플 홀더(513-1)의 제1 커패시터(C1)에 연결되는 스위칭 소자는 제1 채널의 제1 샘플 신호[SH1(CIN1)]에 의해 제어될 수 있고, 제1 샘플 홀더(513-1)의 제2 커패시터(C2)에 연결되는 스위칭 소자는 제1 채널의 제2 샘플 신호[SH2(CIN1)]에 의해 제어될 수 있다.

제2 샘플 홀더(514-1)의 제1 커패시터(C1)에 연결되는 스위칭 소자는 제2 채널의 제1 샘플 신호[SH1(CIN2)]에 의해 제어될 수 있고, 제2 샘플 홀더(514-1)의 제2 커패시터(C2)에 연결되는 스위칭 소자는 제2 채널의 제2 샘플 신호[SH2(CIN2)]에 의해 제어될 수 있다.

멀티플렉서(520)는 각 제1 커패시터(C1)에 연결된 제1 버퍼(BF1: 521-1, 521-2)들, 각 제2 커패시터(C2)에 연결된 제2 버퍼(BF2: 522-1, 522-2)들을 포함할 수 있다. 또한, 멀티플렉서(520)는 제1 버퍼(BF1: 521-1, 521-2)들에 연결되는 제1 출력 버퍼(BO1) 및 제2 버퍼(BF2: 522-1, 522-2)들에 연결되어 있는 제2 출력 버퍼(BO2)를 더 포함할 수 있다. 제1 출력 버퍼(BO1)의 출력 신호는 제1 출력 패드(VD1)를 통해 출력될 수 있고, 제2 출력 버퍼(BO2)의 출력 신호는 제2 출력 패드(VD2)를 통해 출력될 수 있다.

제1 버퍼(BF1: 521-1, 521-2)들과 제1 출력 버퍼(BO1) 사이마다 스위칭 소자로 연결될 수 있다. 또한, 제2 버퍼(BF2: 522-1, 522-2)들과 제2 출력 버퍼(BO2) 사이마다 스위칭 소자로 연결될 수 있다.

제1 채널 데이터 배선[DL1(CIN1)]에 연결된 제1 샘플 홀더(513-1)에 연결된 제1 버퍼(521-1) 및 제2 버퍼(522-1)에 연결된 스위칭 소자들은 제1 스캔 신호(SCAN1)를 통해 제어될 수 있다.

제2 채널 데이터 배선[DL1(CIN2)]에 연결된 제2 샘플 홀더(514-1)에 연결된 제1 버퍼(521-2) 및 제2 버퍼(522-2)에 연결된 스위칭 소자들은 제2 스캔 신호(SCAN2)를 통해 제어될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 다음 데이터 배선[도 4의 DL2(CIN1)]에 연결된 샘플 홀더와 제1, 제2 출력 버퍼(BO1, BO2) 사이에는 제3 스캔 신호(SCAN3)에 의해 제어되는 스위칭 소자들이 연결되어 있을 것이다. 마찬가지로, 도 4의 마지막 데이터 배선[도 4의 DL4(CIN2)]에 연결된 샘플 홀더와 제1, 제2 출력 버퍼(BO1, BO2) 사이에는 제8 스캔 신호(SCAN8)에 의해 제어되는 스위칭 소자들이 연결되어 있을 것이다.

제1 스캔 신호(SCAN1) 내지 제8 스캔 신호(SCAN8)는 각 스위칭 소자들을 턴온시키는 턴온 신호를 순차적으로 인가할 수 있다.

따라서 제1 스캔 신호(SCAN1)를 통해 스위칭 소자들이 턴온되거나 또는 닫히면, 제1 샘플 홀더(513-1)의 제1 커패시터(C1)에 축적된 제1 샘플 전하는 제1 출력 패드(VD1)를 통해 출력될 것이고, 제2 커패시터(C2)에 축적된 제2 샘플 전하는 제2 출력 패드(VD2)를 통해 출력될 것이다. 이때, 제1 샘플 전하와 제2 샘플 전하는 동시에 출력될 수 있다. 다음, 제2 스캔 신호(SCAN2)를 통해 스위칭 소자들이 턴온되면, 제2 샘플 홀더(514-1)의 제1 커패시터(C1)에 축적된 제1 샘플 전하는 제1 출력 패드(VD1)를 통해 출력될 것이고, 제2 커패시터(C2)에 축적된 제2 샘플 전하는 제2 출력 패드(VD2)를 통해 출력될 것이다. 이와 같은 방식으로 각 샘플 홀더에 축적된 제1 샘플 전하와 제2 샘플 전하가 순차적으로 출력될 수 있다.

도 10은 도 4 및 도 9의 엑스선 검출 장치의 각 구성에 인가되는 신호들의 파형의 예이다. 도 4, 도 9 및 도 10을 참고하여, 시간의 흐름에 따른 엑스선 검출 장치의 동작을 설명한다.

리셋 신호(RST)가 하이 레벨이면, 입력단(511-1, 512-1)에 포함되는 입력 커패시터(Cin)가 단락된다. 따라서 입력 커패시터(Cin) 양단의 전압차가 0이 된다. 즉, 리셋 신호(RST)를 통해 입력 커패시터(Cin) 양단의 전압차를 초기화시킬 수 있다.

입력 커패시터(Cin)를 초기화시킨 후, 시프트레지스터 클리어 신호(SR_CLR)가 하이 레벨이 되어, 멀티플렉서(520)의 동작이 리셋될 수 있다. 시프트레지스터 클리어 신호(SR_CLR)가 하이 레벨이 되면 리셋 신호(RST)가 로우 레벨로 전환된다.

다음, 제1 채널의 제1 샘플 신호[SH1(CIN1)] 및 제2 채널의 제1 샘플 신호[SH1(CIN2)]가 동시에 하이 레벨이 된다. 이를 통해, 각 입력단(511-1, 512-1)의 입력 커패시터(Cin)는 각 샘플 홀더(513-1, 514-1)의 제1 커패시터(C1)에 전기적으로 연결된다. 제1 커패시터(C1)는 전기적으로 연결된 입력 커패시터(Cin)에 축적된 전하를 기반으로 제1 샘플 전하를 축적한다. 제1 샘플 전하는 엑스선 검출 장치(도 4의 400)의 박막 트랜지스터(도 4의 412)들이 모두 턴오프된 경우의 노이즈 전압이라 할 수 있다.

다음, 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL2)에 턴온 게이트 신호가 동시에 인가된다. 각 입력단(511-1, 512-1)은 광검출 다이오드(414)와 전기적으로 연결되고, 각 입력 커패시터(Cin)는 광검출 다이오드(414)로부터의 광전류를 기반으로 광전하를 축적한다.

다음, 제1 채널의 제2 샘플 신호[SH2(CIN1)] 및 제2 채널의 제1 샘플 신호[SH2(CIN2)]가 동시에 하이 레벨이 된다. 이를 통해, 각 입력단(511-1, 512-1)의 입력 커패시터(Cin)는 각 샘플 홀더(513-1, 514-1)의 제2 커패시터(C2)에 전기적으로 연결된다. 제2 커패시터(C2)는 전기적으로 연결된 입력 커패시터(Cin)에 축적된 광전하를 기반으로 제2 샘플 전하를 축적한다.

다음, 멀티플렉서(520)는 출력 패드(VD1, VD2)를 통해 샘플 홀더(513-1, 514-1)들에 축적된 샘플 전하들을 순차적으로 출력할 수 있다. 이때, 샘플 홀더(513-1, 514-1)들의 제1 샘플 전하는 제1 출력 패드(VD1)를 통해 순차적으로 출력되고, 샘플 홀더(513-1, 514-1)들의 제2 샘플 전하는 제2 출력 패드(VD2)를 통해 순차적으로 출력될 수 있다. 멀티플렉서(630)의 2개의 출력 패드(VD1, VD2)를 통해, 각 샘플 홀더(513-1, 514-1)의 제1 샘플 전하 및 제2 샘플 전하는 동시에 출력될 수 있다.

멀티플렉서(630)를 통해 샘플 홀더(513-1, 514-1)들에 축적된 샘플 전하들이 신호들이 출력되는 동안, 리셋 신호(RST)가 다시 하이 레벨이 된다. 따라서 입력단(511-1, 512-1)에 포함되는 입력 커패시터(Cin)가 단락되어, 입력 커패시터(Cin) 양단의 전압차가 0이 될 것이다.

다음, 전술한 신호 파형들이 반복된다. 다만, 제3 게이트 배선(GL3) 및 제4 게이트 배선(GL4)에 턴온 게이트 신호가 인가될 것이다.

이와 같이, 일부 실시예에 따르면, 엑스선 검출 속도를 향상시킬 수 있는 엑스선 검출 장치 및 엑스선 장치가 제공될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 엑스선 검출 장치에 포함된 모든 광검출 다이오드 각각의 광전류를 리드 아웃하기 위해 필요한 시간인 프레임 레이트(frame rate)가 감소될 수 있어 엑스선 검출 숙도가 향상될 수 있다. 이때, 프레임 레이트가 감소하나, 광검출 다이오드의 매트릭스 배열, 즉 엑스선 이미지 데이터의 해상도가 감소되지 않는 장점이 있다.

한편, 상술한 일부 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

1. 매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 광검출 다이오드;
   상기 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트 배선;
   상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있는 복수의 데이터 배선;
   상기 복수의 게이트 배선에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 통해서 상기 광검출 다이오드를 턴온시키며, i)상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들 중 ii)서로 다른 데이터 배선에 연결된 N개의 스위칭 소자들로 동시에 인가하는 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부; 및
   상기 복수의 데이터 배선과 연결되어, 상기 복수의 광검출 다이오드로부터 광전류를 리드 아웃하여 엑스선 이미지 데이터로 변환하는 리드아웃 회로를 포함하며,
   상기 매트릭스에서 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들은 각각 N개의 복수의 데이터 배선 중 하나의 데이터 배선에 연결되어 있는, 엑스선 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 게이트 배선은 상기 매트릭스에서 제1 방향의 열에 형성되고,
   상기 게이트 구동부는 상기 N개의 게이트 배선으로 상기 게이트 신호를 동시에 인가하는,
   엑스선 검출 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 게이트 신호에 의해 상기 매트릭스에서 상기 제1 방향으로 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온되는, 엑스선 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,
   턴온된 스위칭 소자들에 연결된 광검출 다이오드로부터의 광전류는 상기 턴온된 스위칭 소자들에 연결된 데이터 배선을 통해 상기 리드아웃 회로로 입력되는, 엑스선 검출 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 리드아웃 회로는
   상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 형성되어 있는 N개의 데이터 배선과 연결되어 있는 N개의 샘플 홀더; 및
   상기 N개의 샘플 홀더와 연결되어 있는 멀티플렉서를 포함하는, 엑스선 검출 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 N개의 샘플 홀더는 각각 전기적으로 연결되는 광검출 다이오드로부터의 광전류를 기반으로 샘플 전하를 축적하고,
   상기 멀티플렉서는 상기 N개의 샘플 홀더에 축적된 샘플 전하들을 순차적으로 출력하는, 엑스선 검출 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 리드아웃 회로는 데이터 배선과 샘플 홀더 사이에 입력단을 더 포함하고,
   상기 입력단은 입력 커패시터를 포함하며, 상기 입력 커패시터는 상기 광전류를 기반으로 광전하를 축적하는, 엑스선 검출 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 N개의 샘플 홀더들은 각각 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고,
   상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온되기 전, 상기 제1 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 제1 샘플 전하를 축적하고,
   상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온된 후, 상기 제2 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 상기 광전하를 기반으로 제2 샘플 전하를 축적하는, 엑스선 검출 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 멀티플렉서는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하를 동시에 출력하는, 엑스선 검출 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하의 차이를 기반으로 상기 엑스선 이미지 데이터를 획득하는, 엑스선 검출 장치.
11. 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부; 및
    조사된 상기 엑스선을 검출하는 검출부를 포함하고,
    상기 검출부는:
    상기 엑스선을 광으로 변환하는 신틸레이터;
    매트릭스 형태로 배치되어 있으며 각각이 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 광검출 다이오드;
    상기 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 방향으로 형성되어 있는 복수의 게이트 배선;
    상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 1보다 큰 N개씩 형성되어 있는 복수의 데이터 배선;
    상기 복수의 게이트 배선에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 통해서 상기 광검출 다이오드를 턴온시키며, i)상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들 중 ii)서로 다른 데이터 배선에 연결된 N개의 스위칭 소자들로 동시에 인가하는 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부; 및
    상기 복수의 데이터 배선과 연결되어, 상기 복수의 광검출 다이오드로부터 광전류를 리드 아웃하여 엑스선 이미지 데이터로 변환하는 리드아웃 회로를 포함하며,
    상기 매트릭스에서 상기 제2 방향의 열에 속하는 스위칭 소자들은 각각 N개의 복수의 데이터 배선 중 하나의 데이터 배선에 연결되어 있는, 엑스선 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 게이트 배선은 상기 매트릭스에서 제1 방향의 열에 형성되고,
    상기 게이트 구동부는 상기 N개의 게이트 배선으로 상기 게이트 신호를 동시에 인가하는,
    엑스선 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 게이트 신호에 의해 상기 매트릭스에서 상기 제1 방향으로 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온되는, 엑스선 장치.
14. 제13항에 있어서,
    턴온된 스위칭 소자들에 연결된 광검출 다이오드로부터의 광전류는 상기 턴온된 스위칭 소자들에 연결된 데이터 배선을 통해 상기 리드아웃 회로로 입력되는, 엑스선 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 매트릭스에서 제2 방향의 열마다 형성되어 있는 N개의 데이터 배선과 연결되어 있는 N개의 샘플 홀더; 및
    상기 N개의 샘플 홀더와 연결되어 있는 멀티플렉서를 포함하는, 엑스선 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 N개의 샘플 홀더는 각각 전기적으로 연결되는 광검출 다이오드로부터의 광전류를 기반으로 전기 신호를 축적하고,
    상기 멀티플렉서는 상기 N개의 샘플 홀더에 축적된 전기 신호들을 순차적으로 출력하는, 엑스선 장치.
17. 제15항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는 데이터 배선과 샘플 홀더 사이에 입력단을 더 포함하고,
    상기 입력단은 입력 커패시터를 포함하며, 상기 입력 커패시터는 상기 광전류를 기반으로 광전하를 축적하는, 엑스선 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 N개의 샘플 홀더들은 각각 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고,
    상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온되기 전, 상기 제1 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 제1 샘플 전하를 축적하고,
    상기 게이트 신호에 의해 상기 N개의 행에 속하는 스위칭 소자들이 동시에 턴온된 후, 상기 제2 커패시터는 상기 입력 커패시터에 전기적으로 연결되어 제2 샘플 전하를 축적하는, 엑스선 장치.
19. 제18항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하를 동시에 출력하는, 엑스선 장치.
20. 제19항에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는 상기 제1 샘플 전하 및 상기 제2 샘플 전하의 차이를 기반으로 상기 엑스선 이미지 데이터를 획득하는, 엑스선 장치.

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