KR102193662B1 - 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법 - Google Patents

감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법 Download PDF

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조규성
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고길영
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Abstract

감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법이 개시된다. 본 발명은, 피사체에 대하여, 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기의 중심과 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 이동하면서 복수회 촬영함으로써, 넓은 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)과 높은 분해능(resolution)을 가지는 영상을 획득할 수 있다.

Description

감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법{Apparatus and method for finding radioactive hotspot using gamma camera}
본 발명은 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 2차원 영상을 획득하고 이를 기반으로 핫스팟의 위치를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
방사능 오염은 사람 및 환경에 심각한 영향을 끼치므로 정확하게 평가하여야 한다. 오염이 심한 지점을 '핫스팟(hotspot)'이라 하며, 다양한 환경에 존재할 수 있다. 예를 들어 후쿠시마 및 체르노빌 원자력 발전소 사고로 인한 방사능 누출, 방사성폐기물 저장소의 방사능 누출, 핫 셀(hot cell)의 노후화로 인한 내부 방사능 오염, 치료용 동위원소의 운반, 보관 및 치료 시 발생한 방사능 누출 등으로 인해 핫스팟이 존재할 수 있다. 핫스팟은 고방사능으로 인체를 과피폭하므로 정확하게 분석 및 측정하여 제거하여야만 한다. 효율적인 핫스팟 제염을 위해서는 오염원의 3차원 위치 정보 및 핵종 정보를 평가하여야 한다.
일반적으로 핫스팟을 가시적으로 보여주는 영상화 장비는 컴프턴 카메라와 조준기(collimator)를 이용한 감마 카메라가 있다. 컴프턴 카메라는 CZT(Cadmium Zinc Telluride) 등과 같은 위치 민감형 방사선 검출기를 2열로 구성하여 1열 검출기에서 산란된 감마선을 2열 검출기에서 완전히 흡수하여 핫스팟의 위치 정보를 획득한다. 그러나 컴프턴 카메라는 고선량에서 검출 신호의 포화 현상(saturation)으로 핫스팟 검출이 어렵다. 코드화된 마스크(Coded mask)를 이용한 감마 카메라는 패턴 인식 기법을 이용하여 핫스팟의 위치 정보를 획득하는 것으로 패턴이 있는 두 개의 코드화된 마스크를 2열로 배열하여 핫스팟의 3차원 위치를 탐지하는 방법이 개발되었다. 그러나 코드화된 마스크를 이용한 감마 카메라는 저선량 측정용으로 방사능이 높은 핫스팟을 검출하는 데에는 한계가 있다.
일반적으로 핫스팟의 3차원적 정보는 감마 카메라에서 얻은 다수의 2차원적 영상을 이용하여 배경 투사(backprojection), 최대 우도 추정 방법(maximum likelihood estimation method), ordered subset expectation maximization(OSEM) 등의 알고리즘을 적용하여 추정한다.
도 1은 종래의 2차원 영상 획득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
다수의 2차원적 영상을 획득하는 방법은 크게 원형 스캔과 선형 스캔으로 구분된다.
도 1의 (a)를 참고하면, 대표적인 원형 스캔은 원형 스캔 콘빔 단층촬영(Computed Tomography, CT)으로 핫스팟을 중심으로 검출기가 원형을 이루며 이동해야 한다는 점에서 시스템이 복잡해지고 구조적 제약이 있는 환경에 적용하기 어려운 점이 있다. 또한, 원형 궤적 기반 배경 투사(backprojection)는 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)이 작아서 넓은 장소를 스캔하기에 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다.
즉, CT에서 사용하는 영상 재구성 방법인 배경 투사(backprojection) 방법은 다양한 각도에서 획득한 프로젝션을 이용하여 3차원 영상을 재구성하는 것입니다. CT에서 사용하는 스캔 방법은 검출기와 조준기 중심을 이은 축을 중심으로 원형 회전하면서 수백장의 프로젝션을 얻어서 영상을 재구성합니다. 이 스캔 방법은 영상의 해상도가 높다는 장점이 있지만 시스템을 구성하기에 복잡하고 넓은 공간이 필요한 단점이 있습니다.
도 1의 (b)를 참조하면, 대표적인 선형 스캔인 라미노그라피(Laminography)는 핫스팟을 중심으로 검출기가 선형 이동을 한다. 이 방법은 원형 스캔에 비해서 구조적 제약은 적지만 재건 영상 영역이 작은 단점이 있다.
즉, 라미노그라피 스캔 방법은 검출기와 조준기 중심을 이은 축의 수직 방향으로 스캔하여 프로젝션을 얻는 것입니다. 이 방법은 CT에 비해서 간소화 되었지만, 재건 영상 영역(FOV)이 작아서 큰 영역을 스캔하고자 할때 시간이 오래 걸리는 단점이 있습니다.
한국등록특허 제10-0726341호 (한국원자력연구원) 2007. 6. 1. 특허문헌 1은 평행 주사형 산업공정 진단용 감마선 단층 촬영장치로서, 특허문헌 1에는 가동 중인 반응기 또는 배관 등의 단면 밀도 측정이 가능하도록 방사선원과 방사선 검출기가 조준기를 통하여 마주 보면서 평행하게 이동하는 동시에 측정 대상체를 투과함으로써 감쇄된 방사선 세기를 계측하여 투영된 데이터를 발생시키고, 이러한 작업을 여러 각도에서 자동으로 반복하여 단면 밀도 이미지의 복원을 위한 데이터를 발생시키는 평행 주사형 산업공정 진단용 감마선 단층 촬영장치에 대한 내용이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 넓은 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)과 높은 분해능(resolution)을 가지는 영상을 획득하여 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치는, 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기와 검출기를 포함하는 영상 촬영부; 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 상기 영상 촬영부가 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 영상 획득부를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 위치 추정부;를 포함한다.
상기 조준기는, 상기 복수개의 핀홀이 상기 조준기의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조를 가지도록 상기 복수개의 핀홀이 배치될 수 있다.
상기 핀홀은, 상기 조준기의 외측에서 내측 방향으로 점점 넓어지는 콘 모양의 형상을 가질 수 있다.
상기 핀홀은, 짝수개일 수 있다.
상기 조준기는, 텅스텐으로 이루어지고, 상기 복수개의 핀홀이 배치되어 있는 조리개; 및 일측에 상기 조리개가 삽입되고, 백그라운드 방사선을 차폐하기 위해 납으로 이루어지는 격벽;을 포함할 수 있다.
상기 조준기는, 수광각(acceptance angle)이 37도 이고, 초점 거리(focal length)가 15 cm일 수 있다.
상기 영상 획득부는, 상기 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 상기 영상 촬영부가 선형 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득할 수 있다.
상기 위치 추정부는, 상기 영상 획득부를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상에 램프(ramp) 필터를 적용하고, 램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득하며, 3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사(backprojection)하고, 배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 상기 핫스팟의 3차원 위치를 추정할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법은, 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기와 검출기를 포함하는 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법으로서, 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영하는 단계; 및 촬영한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 단계;를 포함한다.
상기 조준기는, 상기 복수개의 핀홀이 상기 조준기의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조를 가지도록 상기 복수개의 핀홀이 배치될 수 있다.
상기 핀홀은, 상기 조준기의 외측에서 내측 방향으로 점점 넓어지는 콘 모양의 형상을 가질 수 있다.
상기 핀홀은, 짝수개일 수 있다.
상기 조준기는, 텅스텐으로 이루어지고, 상기 복수개의 핀홀이 배치되어 있는 조리개; 및 일측에 상기 조리개가 삽입되고, 백그라운드 방사선을 차폐하기 위해 납으로 이루어지는 격벽;을 포함할 수 있다.
상기 조준기는, 수광각(acceptance angle)이 37도 이고, 초점 거리(focal length)가 15 cm일 수 있다.
상기 영상 촬영 단계는, 상기 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 선형 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 위치 추정 단계는, 촬영한 복수개의 2차원 영상에 램프(ramp) 필터를 적용하는 단계; 램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득하는 단계; 3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사(backprojection)하는 단계; 및 배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 상기 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법에 의하면, 피사체에 대하여, 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기의 중심과 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 이동하면서 복수회 촬영함으로써, 넓은 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)과 높은 분해능(resolution)을 가지는 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 종래의 2차원 영상 획득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 영상 촬영부의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 영상 촬영부의 구성을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 2차원 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 전체 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시한 위치 추정 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법의 성능을 실험하기 위한 세팅 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 따른 세팅 조건에 따라 획득한 영상을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시한 영상 촬영부의 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시한 영상 촬영부의 구성을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치(이하 '핫스팟 검출 장치'라 한다)(100)는 넓은 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)과 높은 분해능(resolution)을 가지는 영상을 획득하여 핫스팟의 3차원 위치를 추정한다.
이를 위해, 핫스팟 검출 장치(100)는 영상 촬영부(110), 영상 획득부(130) 및 위치 추정부(150)를 포함할 수 있다.
영상 촬영부(110)는 복수개의 핀홀(PH)을 구비하는 조준기(111)와 검출기(113)를 포함하며, 피사체(200)를 촬영한다. 이때, 핀홀(PH)은 짝수개일 수 있다.
여기서, 조준기(111)는 복수개의 핀홀(PH)이 조준기(111)의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조를 가지도록 복수개의 핀홀(PH)이 배치될 수 있다. 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)이 4개인 경우, 4개의 핀홀(PH)은 조준기(111)의 중심을 기준으로 하는 가로축(x축)과 세로축(y축)을 기준으로 서로 대칭되게 배치될 수 있다. 즉, 조준기(111)의 중심점을 (0, 0)이라고 하면, 제1 핀홀(PH)은 (-1.5, 1.5)에 위치하고, 제2 핀홀(PH)은 (1.5, 1.5)에 위치하며, 제3 핀홀(PH)은 (-1.5, -1.5)에 위치하고, 제4 핀홀(PH)은 (-1.5, 1.5)에 위치할 수 있다.
이때, 핀홀(PH)은 조준기(111)의 외측에서 내측 방향으로 점점 넓어지는 콘 모양의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)은 조준기(111)의 외측면에서 내측면 방향으로 그 넓이가 점점 넓어지는 형상, 즉 콘 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고, 조준기(111)는 도 4에 도시된 바와 같이 조리개(aperture)(111a)와 격벽(septa)(111b)을 포함할 수 있다. 조리개(111a)는 텅스텐으로 이루어지고, 복수개의 핀홀(PH)이 배치되어 있다. 격벽(111b)은 일측에 조리개(111a)가 삽입되고, 백그라운드 방사선을 차폐하기 위해 납으로 이루어질 수 있다.
또한, 조준기(111)는 수광각(acceptance angle)이 37도 이고, 초점 거리(focal length)가 15 cm일 수 있다.
검출기(113)는 도 3에 도시된 바와 같이 조준기(111)의 하단부, 즉 격벽(111b)의 타측(조리개가 삽입되지 않은 측면)에 위치하는 섬광체(113a)와 섬광체(113a)의 하단부에 위치하는 위치 민감형 광증배관(Position Sensitive Multianode Photomultiplier, PSPMT)(113b)를 포함할 수 있다. 여기서, 섬광체(113a)는 NaI(Tl)일 수 있다.
영상 획득부(130)는 피사체(200)에 대하여, 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향으로 영상 촬영부(110)가 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득한다.
즉, 영상 획득부(130)는 피사체(200)에 대하여, 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향(z축 방향)으로 영상 촬영부(110)가 선형 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득할 수 있다.
예컨대, 영상 촬영부(110)는 피사체(200)에 가까운 곳에 위치하다가 피사체(200)에서 멀어지도록 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향(z축 방향)으로 선형 이동하면서 미리 설정된 시간(예컨대, 1초, 2초, 5초, 10초 등) 단위나 미리 설정된 거리(예컨대, 10cm, 50cm, 1m 등) 단위로 2차원 영상을 복수회 촬영하고, 영상 획득부(130)는 영상 촬영부(110)에 의해 촬영된 복수개의 2차원 영상을 획득할 있다.
위치 추정부(150)는 영상 획득부(130)를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정한다.
즉, 위치 추정부(150)는 영상 획득부(130)를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상에 램프(ramp) 필터를 적용할 수 있다.
영상을 재건하게 되면 다양한 아티팩트(artifact)가 존재하게 된다. 예를 들어 CT는 별 아티팩트(star artifact)가 발생하는데, 이는 360도 회전하면서 얻은 프로젝션을 이용하여 영상을 재건하기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 필터를 적용하게 된다.
본 발명에 따라 획득된 각 2차원 영상은 서로 다른 각도 정보를 가지기 때문에 재건을 할 때 주파수 별로 밀도가 달라지게 된다. 낮은 주파수 영역의 샘플링 밀도가 높아지는 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 램프 필터를 적용하고 있다. 즉, 2차원 영상 데이터는 여러 방향의 각도에서 찍히므로 주파수 영역으로 푸리에 변환했을때, 저주파의 샘플링 밀도가 상대적으로 높게 된다. 고주파 통과필터인 램프 필터를 사용하면, 균일한 주파수 샘플링으로 영상의 희미함(blur)을 줄여주어 영상 품질을 높일 수 있다.
그리고, 위치 추정부(150)는 램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득할 수 있다.
그리고, 위치 추정부(150)는 3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사(backprojection)할 수 있다. 즉, 3차원 재건 영상의 한 픽셀을 조준기(111)의 중심과 연결한 후, 이 연장선이 검출기(113)와 만나는 점의 값을 읽어 3차원 재건 영상에 값을 더해준다. 여기서, 검출기(113)와 만나는 점의 값은 점 주변 4개의 검출기 픽셀 값을 보간하여 계산한다.
그리고, 위치 추정부(150)는 배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정할 수 있다. 즉, 최소 180도 이상의 조밀한 각도에서 샘플링이 되지 않은 한정 각도 재건 영상에서는 영상이 완벽한 위치정보를 담고 있지 않으므로, 오염 영역을 특정하기 위해 영상 분석을 수행하여, 핫스팟의 3차원 위치를 추정할 수 있다. 예컨대, 일정 값 이상의 영상 픽셀만을 추려내어 그 픽셀들의 무게중심을 구하거나, 픽셀 좌표들의 평균값, 중간값을 구할 수 있다.
한편, 영상 획득부(130)와 위치 추정부(150)가 별도의 모듈인 것으로 설명하였으나, 이는 하나의 실시예일 뿐이고, 영상 획득부(130)와 위치 추정부(150)가 하나의 모듈로 구현될 수도 있다.
그러면, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 동작 과정에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 2차원 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 전체 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)는 원형 스캔하는 CT나 검출기(113)와 조준기(111) 중심을 이은 축의 수직 방향으로 스캔하는 라미노그라피(laminography)와 달리, 검출기(113)와 조준기(111) 중심을 이은 축과 같은 방향으로 스캔하여 방사능 오염 부위인 핫스팟을을 검출하는 것 입니다.
즉, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)는 재건 영상 영역(Field-of-view, FOV)이 작아지는 단점이 있는 라미노그라피 스캔 방법을 보안한 방법입니다. 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)는 검출기(113)와 조준기(111) 중심을 이은 축과 같은 방향으로 이동하면서 프로젝션을 얻는 것입니다. 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)에서 중요한 것 중 또 하나는 조준기(111)의 설계입니다. 만약 조준기(111)가 싱글 핀홀(PH)이면, 각도 정보를 획득할 수 없기 때문에, 검출기(113)와 조준기(111)의 중심을 이은 축에 있는 핫스팟을 검출할 수가 없습니다. 따라서, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)는 대칭 구조를 가지는 복수개(예컨대, 4개 등)의 핀홀(PH)로 조준기(111)가 설계되어 있습니다.
그러면, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 핫스팟 검출 장치(100)는 피사체(200)에 대하여, 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향으로 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영한다(S110).
즉, 핫스팟 검출 장치(100)는 피사체(200)에 대하여, 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향(z축 방향)으로 선형 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영할 수 있다.
예컨대, 핫스팟 검출 장치(100)는 피사체(200)에 가까운 곳에 위치하다가 피사체(200)에서 멀어지도록 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향(z축 방향)으로 선형 이동하면서 미리 설정된 시간(예컨대, 1초, 2초, 5초, 10초 등) 단위나 미리 설정된 거리(예컨대, 10cm, 50cm, 1m 등) 단위로 2차원 영상을 복수회 촬영할 수 있다.
그런 다음, 핫스팟 검출 장치(100)는 촬영한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정한다(S130).
도 8은 도 7에 도시한 위치 추정 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 핫스팟 검출 장치(100)는 촬영한 복수개의 2차원 영상에 램프 필터를 적용할 수 있다(S131).
그런 다음, 핫스팟 검출 장치(100)는 램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득할 수 있다(S133).
그리고, 핫스팟 검출 장치(100)는 3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사를 할 수 있다(S135).
그런 다음, 핫스팟 검출 장치(100)는 배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정할 수 있다(S137).
그러면, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법의 효과에 대하여 설명한다.
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법의 성능을 실험하기 위한 세팅 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9에 따른 세팅 조건에 따라 획득한 영상을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100) 및 이의 핫스팟 검출 방법의 성능, 즉 핫스팟의 3차원 위치의 추정 정확도를 평가하기 위해 몬테카를로 전산모사(MCNP simulationn)를 수행하였다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 철 재질의 방사성폐기물 보관용 드럼, 즉 피사체(200)의 앞쪽 표면, 뒤쪽 표면 및 안쪽에 137Cs과 60Co 포인트 선원(P)을 위치하시킨 다음, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)를 조준기(111)의 중심과 검출기(113)의 중심을 이은 축 방향(z축 방향)으로 등각도(1.5도) 선형 이동하면서, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 총 5개의 프로젝션(2차원 영상)을 획득하고, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 3차원 재건 영상을 획득하였다.
이후, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100)를 통한 핫스팟의 3차원 위치의 추정 정확도는 아래의 [표 1]에서 확인할 수 있듯이 98% 이상(에러율이 2% 미만)임이 확인되었다.


선원 위치



Error (%)


핵종 판별

137 Cs

60 Co

드럼 앞쪽 표면
1.43
○
○

드럼 안쪽
1.21
○
○

드럼 뒷쪽 표면
1.58
○
○
그리고, 본 발명에 따른 핫스팟 검출 장치(100) 및 이의 핫스팟 검출 방법은 핫스팟이 피사체(즉, 드럼) 표면에 있는지 피사체(즉, 드럼) 안에 있는지 정확하게 구분할 수 있다. 또한, 5개의 프로젝션, 즉 5번의 2차원 영상 촬영만으로도 높은 정확도를 보이는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치 및 이의 핫스팟 검출 방법을 이용하여 높은 방사능 오염인 핫스팟을 검출하고 핵종을 판별할 수 있다. 이때, 조준기(111)에 구비된 핀홀(PH)의 개수와 핀홀(PH)의 직경, 영상 촬영부(110)의 이동 간격과 총 이동 거리의 최적화 과정을 통해 핫스팟의 3차원 위치의 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 많은 수의 프로젝션이 필요한 CT와 달리 본 발명에서는 멀티 핀홀 조준기의 최적화를 통해서 다수의 프로젝션으로도 높은 정확도로 핫스팟의 3차원 위치를 추정할 수 있다.
또한, 멀티 핀홀 조준기를 이용하여 검출기에 도달하는 감마선의 수를 제한함으로써, 고방사능 환경에서도 핫스팟을 검출할 수 있다.
본 발명에서 제안한 스캔 방법은 좁은 재건 영상 영역을 갖는 라미노그라피의 단점을 보완할 수 있다. 이에 따라, 원자력 발전소와 같이 넓은 부지에 존재하는 핫스팟을 빠르게 검출할 수 있을 것으로 판단된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 핫스팟 검출 장치,
110 : 영상 촬영부, 111 : 조준기,
111a : 조리개, 111b : 격벽,
113 : 검출기, 113a : 섬광체,
113b : 위치 민감형 광증배관, 130 : 영상 획득부,
150 : 위치 추정부,
200 : 피사체

Claims (16)

  1. 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기와 검출기를 포함하는 영상 촬영부;
    피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 상기 영상 촬영부가 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 영상 획득부를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 위치 추정부;
    를 포함하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 조준기는, 상기 복수개의 핀홀이 상기 조준기의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조를 가지도록 상기 복수개의 핀홀이 배치되는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 핀홀은, 상기 조준기의 외측에서 내측 방향으로 점점 넓어지는 콘 모양의 형상을 가지는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 핀홀은, 짝수개인,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 조준기는,
    텅스텐으로 이루어지고, 상기 복수개의 핀홀이 배치되어 있는 조리개; 및
    일측에 상기 조리개가 삽입되고, 백그라운드 방사선을 차폐하기 위해 납으로 이루어지는 격벽;
    을 포함하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 조준기는, 수광각(acceptance angle)이 37도 이고, 초점 거리(focal length)가 15 cm인,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 영상 획득부는, 상기 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 상기 영상 촬영부가 선형 이동하면서 촬영한 복수개의 2차원 영상을 획득하는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 위치 추정부는, 상기 영상 획득부를 통해 획득한 복수개의 2차원 영상에 램프(ramp) 필터를 적용하고, 램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득하며, 3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사(backprojection)하고, 배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 상기 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치.
  9. 복수개의 핀홀을 구비하는 조준기와 검출기를 포함하는 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법으로서,
    피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영하는 단계; 및
    촬영한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 단계;
    를 포함하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 조준기는, 상기 복수개의 핀홀이 상기 조준기의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조를 가지도록 상기 복수개의 핀홀이 배치되는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 핀홀은, 상기 조준기의 외측에서 내측 방향으로 점점 넓어지는 콘 모양의 형상을 가지는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 핀홀은, 짝수개인,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 조준기는,
    텅스텐으로 이루어지고, 상기 복수개의 핀홀이 배치되어 있는 조리개; 및
    일측에 상기 조리개가 삽입되고, 백그라운드 방사선을 차폐하기 위해 납으로 이루어지는 격벽;
    을 포함하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  14. 제9항에서,
    상기 조준기는, 수광각(acceptance angle)이 37도 이고, 초점 거리(focal length)가 15 cm인,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  15. 제9항에서,
    상기 영상 촬영 단계는, 상기 피사체에 대하여, 상기 조준기의 중심과 상기 검출기의 중심을 이은 축 방향으로 선형 이동하면서 복수개의 2차원 영상을 촬영하는 것으로 이루어지는,
    감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
  16. 제9항에서,
    상기 위치 추정 단계는,
    촬영한 복수개의 2차원 영상에 램프(ramp) 필터를 적용하는 단계;
    램프 필터를 적용한 복수개의 2차원 영상을 기반으로 3차원 재건 영상을 획득하는 단계;
    3차원 재건 영상을 대상으로 배경 투사(backprojection)하는 단계; 및
    배경 투사한 3차원 재건 영상을 기반으로 상기 핫스팟의 3차원 위치를 추정하는 단계;
    를 포함하는 감마 카메라를 이용한 핫스팟 검출 장치의 핫스팟 검출 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09218268A (ja) * 1996-02-08 1997-08-19 Daiichi Rajio Isotope Kenkyusho:Kk ガンマーカメラの簡易三次元画像を得る方法
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KR100726341B1 (ko) 2006-04-27 2007-06-11 한국원자력연구원 평행 주사형 산업공정 진단용 감마선 단층 촬영장치
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