KR102263487B1 - 방사선 촬영 장치, 방사선 촬영 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents
방사선 촬영 장치, 방사선 촬영 시스템 및 그 작동 방법 Download PDFInfo
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Abstract
방사선 촬영 시스템은 방사선 방사 장치와 방사선 촬영 장치를 포함한다. 상기 방사선 촬영 장치는 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부전극, 상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되는 픽셀 유닛 어레이 및 픽셀 유닛 어레이에 연결된 트랜지스터 어레이를 포함한다.
Description
본 발명은 방사선 촬영 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 인가된 전계(electric field) 하에서 전기 절연 재료를 사용하는 방사선 촬영 시스템에 관한 것이다.
방사선 촬영사진(Radiogram)은 방사선 이미지를 전하(電荷)의 영상 방식 변조 패턴(image-wise modulated pattern)으로서 직접 포착하는 방사선 감응 재질의 층을 사용하여 생성되어져 왔다. 입사된 X선 방사선의 강도에 따라, 픽셀화된 영역 내에서 X선 방사선에 의해 전기적 또는 광학적으로 생성된 전하는, 규칙적으로 배열된 개별 고체-상태 방사선 센서(discrete solid-state radiation sensor)의 어레이를 이용하여 양자화된다.
미국 특허 제 5,319,206호는, 박막 트랜지스터와 같은 전기 감응성 소자에 의해 대응하는 아날로그 픽셀(화소)값으로 후속 변환되는 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)의 영상 방식 변조된 영역 분포를 생성하기 위해 광 전도성 물질의 층을 이용하는 시스템을 개시한다. 미국 특허 제 5,262,649호는, 비정질 실리콘 포토다이오드와 같은 감광성 소자에 의해 대응되는 영상 방식 변조된 전하의 분포로 후속 변환되는 영상 방식 변조된 광자 분포를 생성하기 위해 인광체(phosphor) 또는 신틸레이션(scintillation) 물질을 사용하는 시스템을 개시한다. 이러한 고체-상태 시스템들은 할로겐화 은(silver halide) 필름의 소비 및 화학적 처리 없이 반복적으로 X선 방사선에 노출되는데 유용하다는 이점이 있다.
선행 기술인 도 1에 도시된 종래의 방사선 촬영 시스템(100)과 같이 셀레늄(Selenium)과 같은 광 전도 물질을 이용하는 시스템에서, 영상 방식 변조된 X선 방사선에 노출되기 전에, 적절한 전계를 제공하기 위해 전위(電位)가 상부 전극(110)에 인가된다. X선 방사선에 노출되는 동안, 전자-정공 쌍은 X선 방사선의 영상방식 변조 패턴의 강도에 대응하여 유전체 층(dielectric layer, 120) 아래의 광 전도층(190)에서 생성되고, 이들 전자-정공 쌍은 고전압 전원 장치에 의해 공급되는 인가된 바이어스(biasing) 전계에 의해 분리된다. 전자-정공 쌍은 광 전도 층(190)의 대향 표면을 향해 전계 라인을 따라 반대 방향으로 이동한다. X선 방사선 노출 후에, 전하 영상은 전하-수집 전극(130)에서 수신되어 기판(170)상에 형성된 트랜지스터(150)의 저장 커패시터(160)에 저장된다. 이후, 이 영상전하는 박막 트랜지스터의 직교 배열과 전하 집적 증폭기(140)에 의해 판독된다. 이러한 유형의 직접 변환 시스템은 X선을 변환하는 광 전도 층의 두께에 거의 독립적인 높은 공간 해상도를 유지하는 뚜렷한 장점을 가진다. 그러나 현재, 단지 매우 제한적인 수의 직접 변환 광 전도체만이 상용 제품에 사용될 수 있다.
가장 대중적이고 기술적으로 성숙된 물질은 X선에 의해 생성된 정공 및 전자 모두에 대해 우수한 전하 전송 특성을 가지는 비정질 셀레늄이다. 그러나 원자 번호가 34인 셀레늄은 저 에너지 영역, 일반적으로 50KeV 이하에서만 양호한 X선 흡수를 갖는다. 고 에너지 X선에서의 셀레늄의 흡수 계수는 더 작고, 이에 따라 적절한 X선 포착을 위해 더 두꺼운 셀레늄 층이 요구된다. 좋은 영상 품질의 비정질 셀레늄의 제조의 복잡성 및 어려움이 셀레늄 두께와 강한 함수관계이기 때문에, 성공적인 X선 촬영 제품들은 유방 X선 촬영(Mammography), 저 에너지 X선 결정학(Crystallography) 및 저 에너지 비 파괴 검사와 같은 더 낮은 에너지 X선 적용으로 제한된다.
고 에너지 또는 고강도 X선 적용을 위하여, 다수의 전자-정공 쌍이 각각의 흡수된 X선 광자로부터 발생될 수 있다. 전자 및 정공이 전계를 따라 전하 수집 전극 또는 바이어스 전극으로 이동할 때, 상당한 수의 전자 및/또는 정공이 셀레늄 층에 포획(trap)될 수 있다. 이러한 포획 전하는 국부 전계(local electric field)를 변화시킴으로써 이후의 전하 전송 및 전하 생성 효율을 변화시켜 “고스팅(Ghosting)”으로 알려진 현상인 후속 영상에 겹쳐지는 이전 영상의 그림자(shadow)를 초래한다. 이러한 전하를 제거하고 균일한 전하 변환 특성으로 셀레늄 층을 회복시키기 위해서는 어떠한 영상 소거 공정이 일반적으로 요구된다.
첫 번째 엑스레이에 노출된 후에, 셀레늄은 전하 트래핑(Trapping)을 겪기 때문에,고스팅 효과에 걸리게 된다. 이러한 원치 않는 결과로 인해, 고스팅을 줄이기 위해서는 소거 공정이 필요하다. 비정질 셀레늄으로부터의 K-밴드 방사선은 또한 영상 해상도를 저하시킬 수 있다. 결과적으로, 도 1에 도시된 종래 기술과 같이, 유전체층(120)과 전하-수집전극(130) 사이에 광 전도 물질을 이용하는 시스템은, 100keV-MV범위와 같은 고 에너지 범위의 X선에서 고품질(예를 들어, 고해상도) 영상을 생성할 수 없다. 실제로, 이러한 종래 기술의 장치는 일반적으로, 50 KeV 이하와 같은 수십 keV까지의 범위에서 고 해상도 영상을 생성할 수 있을 뿐이다.
따라서, 높은 방사선 에너지 또는 고선량(high dose)에서 해상도의 손실 없이, 그리고 고스팅을 최소화 하는 방사선 촬영 시스템을 설계하는 것이 바람직하다.
하전(荷電)입자(charged particle)를 사용하는 방사선 치료 동안, 환자는(상당한 배경 X선 및 감마선이 있는) 높은 배경 방사선 공간(high-background radiation room)에 있게 된다. 이러한 환경에서, 하전 입자에 대한 높은 검출 효율 및 X선 또는 감마선에 대한 낮은 검출 효율을 갖는 검출기를 갖는 것이 바람직하다.
방사선 치료의 한 가지 방법은 양성자 치료로서, 고 에너지 양성자 빔(proton beam)이 환자에게 조사된다. 치료를 제공하는 양성자 치료의 한가지 이점은 양성자가 체내의 특정 위치에 이온화 선량의 대부분을 쏟아 부은 다음 신체를 더 이상 통과하지 않는다는 것이다. 이러한 효과는 타겟(target)을 둘러싸는 조직의 손상을 줄인다. 그러나 양성자 빔은 신체를 통과하지 않기 때문에, 양성자 치료에서 양성자는 환자를 통과한 후에는 검출될 수 없으며 양성자 빔의 에너지를 정확하게 검출하는 것이 어려웠다.
현재 의사들은 양성자 빔이 치료를 위해 원하는 위치에 방사되는지 여부 및 양성자 빔의 강도가 원하는 수준에 있는지 여부를 알고자 하는 요구가 있다.
통상적으로, 환자를 치료하는데 사용되는 양성자 빔의 검출 또는 측정은 가능하지 않았다. 대신에, 별개의 양성자 빔(테스트 빔)이 검출기에 대해 조사되고, 빔의 위치 및 강도가 검출된다. 별개의 양성자 빔(치료 빔)이 치료를 위해 환자에게 조사된다.
도 6은 그러한 시스템의 예를 제공한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 양성자 빔 치료 시스템(600)은 신틸레이션 패널(601)과, 카메라(602) 및 신틸레이션 패널(601)로부터 카메라로 신틸레이션(광자)을 유도하기 위한 미러(603)를 포함한다.
위치 및 강도가 시스템(600)에 의해 검출된 후에, 시스템(600)은 이동되고 치료 빔은 환자에게 조사될 수 있다. 대안으로, 시뮬레이션된 빔은 치료빔과 병렬로 생성될 수 있다. 어느 경우에나 치료 빔의 위치와 강도의 실시간 검출 또는 "인 라인 선량측정(inline dosimetry)"은 불가능하다. 결과적으로 시뮬레이션된 빔과 치료 빔의 위치와 강도 간에 차이가 있을 수 있으며, 치료 효과가 덜 효과적일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 장치는, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 상기 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부전극, 상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 픽셀 유닛 어레이 및 상기 픽셀 유닛 어레이에 연결된 트랜지스터 어레이를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 방사선 방사장치, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 상기 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부전극, 상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 픽셀 유닛 어레이 및 상기 픽셀 유닛 어레이에 연결된 트랜지스터 어레이를 포함하는 방사선 촬영시스템이 제공된다. 복수의 픽셀 유닛 각각은 전기 절연층의 하부 표면에 배치된 전하 수집 전극을 포함한다. 상기 복수의 픽셀 유닛 각각은 전하 저장 커패시터 및 적어도 하나의 트랜지스터를 더 포함한다.
상기 복수의 픽셀 유닛은 X선 반도체 없이 전기 절연층에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터는 전하 수집 전극과 전하 집적 증폭기 사이에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 상기 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부전극, 상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 픽셀 유닛 어레이 및 상기 복수의 픽셀 유닛 각각에 연결된 트랜지스터를 포함하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상부 전극에 바이어스 전압을 인가하는 단계, 하전 입자 빔을 수신하는 단계로서 상기 하전 입자 빔이 전기 절연층을 관통하여 전하 신호를 생성하는 단계, 복수의 전하 신호는 복수의 저장 커패시터에 저장되도록 저장 커패시터에 전하 신호를 저장하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 1행의 트랜지스터들의 게이트 라인 바이어스 전압의 극성을 변경하고, 복수의 저장 커패시터 중 각각의 저장 커패시터에 각각이 연결된 직교하는 데이터 라인으로부터의 전하를 집적하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적, 측면 및 장점은 상부 표면과 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 상기 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부전극, X선 반도체 없이 전기 절연층에 전기적으로 연결된 픽셀 유닛 어레이 및 픽셀 유닛 어레이에 연결된 트랜지스터 어레이를 포함하는 방사선 촬영 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 측면 및 장점은 동일한 참조 번호가 동일한 구성요소, 요소 또는 특징을 지칭하는 다음의 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 명백해질 것이다.
본 발명의 특징들은 도면을 참조하여 이하 설명으로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1은 직접 변환 기술(Direct Conversion Technology : DCT)을 사용하는 종래의 방사선 촬영 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판독 회로의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템을 작동시키는 방법의 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상과 종래의 방사선 촬영 시스템으로부터 획득한 X선 영상의 비교를 도시한다.
도 6은 양성자 빔 치료 환경에서 양성자 빔 방사를 검출하기 위한 종래 기술의 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양성자 빔 치료 시스템이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 아웃 브래그 피크(Spread out Bragg Peak, SOBP) 양성자 빔 촬영 시스템을 이용하여 얻어진 스타 타켓(Star traget) 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 방사선 촬영 시스템을 이용하여 획득한 양성자 펜슬 빔(pencil beam)의 이미지를 나타내는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 시스템으로 측정된 다양한 위치 좌표 및빔 강도 프로파일을 갖는 5개의 양성자 펜슬 빔의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 1은 직접 변환 기술(Direct Conversion Technology : DCT)을 사용하는 종래의 방사선 촬영 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판독 회로의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템을 작동시키는 방법의 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상과 종래의 방사선 촬영 시스템으로부터 획득한 X선 영상의 비교를 도시한다.
도 6은 양성자 빔 치료 환경에서 양성자 빔 방사를 검출하기 위한 종래 기술의 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양성자 빔 치료 시스템이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 아웃 브래그 피크(Spread out Bragg Peak, SOBP) 양성자 빔 촬영 시스템을 이용하여 얻어진 스타 타켓(Star traget) 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 방사선 촬영 시스템을 이용하여 획득한 양성자 펜슬 빔(pencil beam)의 이미지를 나타내는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 시스템으로 측정된 다양한 위치 좌표 및빔 강도 프로파일을 갖는 5개의 양성자 펜슬 빔의 강도를 나타내는 그래프이다.
간략화 및 예시의 목적으로, 본 발명은 주로 예시적인 실시예를 참조하여 설명된다. 이하의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부 사항이 제시된다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명이 이러한 특정한 세부 사항들에 제한 없이 실시될 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 본 발명을 불필요하게 불명확하게 하는 것을 피하기 위해 공지된 방법들 및 구조들은 상세히 설명되지 않는다.
본 발명의 실시예는 방사선 촬영 시스템 및 방사선 촬영 시스템을 작동시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 상세한 내용은 하기 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 본 명세서에 포함되지 않은 실시예들은 통상의 기술자에게 용이하게 인식되고 이해될 것이며, 그 설명은 생략된다.
방사선은 X선, 감마선 및 이온화 방사선으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 이온화 방사선은 물질을 관통하고 신틸레이션 물질에서 빛을 생성하는 모든 방사선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온화 방사선은 알파선, 베타선, 양자빔, 하전 입자 빔, 중성자 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)을 도시하는 개략도이다. 방사선 촬영 시스템(200)은 방사선 방출 장치(205) 및 방사선 촬영 장치(206)를 포함한다. 일 실시예는 하전 입자 방사선과 관련하여 이하에서 설명된다. 하전 입자 방사선의 예는 이온 빔 방사선을 포함한다. 하전 입자 방사선 또는 이온 빔 방사선의 예는 양성자 빔 방사선, 헬륨 이온 빔, 탄소 이온 빔, 중(heavy) 이온 빔, 전자 빔, 뮤온(muon) 빔, 파이온(pion) 빔 등을 포함한다. 방사선 촬영 장치(206)는, 상부 전극(210), 전기 절연층(220) 및 전하 수집 전극(230)을 포함한다. 방사선 촬영 시스템(200)은, 전하 집적 증폭기(240), 트랜지스터(250) 및 저장 커패시터(260)를 더 포함한다. 상부 전극(210)은 스퍼터링(sputtering) 증착 및/또는 접착에 의해 형성될 수 있고 금속과 같은 임의의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 전기 절연층(220)의 예로는, 폴리테트라 플루오르 에틸렌(TEFLON) 및 아크릴 수지와 같은, 수소(H), 산소(O), 탄소(C), 질소(N), 불소(F)와 같은, 낮은 Z 물질(예를 들어 핵 내에 양성자의 낮은 원자 번호를 갖는 화학 원소들)을 포함하는 유기 화합물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전기 절연층(220)의 바람직한 재료의 예로는, 절연 내력(dielectric strength)이 높은 파릴렌(parylene), BCB(Benzocyclobutene), 폴리이미드 필름(KAPTON)이 있다. 파릴렌에 대해 진공 증착이 사용될 수 있고, 바람직하게는 50미크론(micron)의 두께를 갖는 필름 테이프를 준비함으로써 파릴렌 또는 캡톤(KAPTON) 어느 하나에 대해 접착이 사용될 수 있다. 도 2에서, 방사선 촬영 장치(206)의 좌측에 있는 커패시터는 전기 절연층(220) 및 저장 커패시터(260)의 정전 용량(capacitance)을 나타낸다.
방사선 촬영 시스템(200)에서, 방사선 방출 장치(205)는 방사선 촬영 장치(206)의 상부에 배치되고, 상부 전극(210)은 전기 절연층(220)의 상부면에 배치되고, 픽셀 유닛으로서의 전하 수집 전극(230)은 전기 절연층(220)의 하부면에 배치된다. 일 실시예에서, 픽셀 유닛으로서의 전하 수집 전극(230)은 전기 절연층(220) 내에서 전기 절연층(220)의 하부면에 배치된다. 일 실시예에서, 픽셀 유닛들은 전기 절연층(220)에 전기적으로 연결되고, 적어도 하나의 트랜지스터는 픽셀 유닛들이 전기 절연층(220)의 하부 표면에 배치되도록 각 픽셀 유닛에 연결된다. 각각의 트랜지스터는 전하 수집 전극들(230) 중 하나와 그라운드(ground) 사이에 연결되는데, 전자 수집 전극들(230)은 전기 절연층(220)의 하부 표면 내에 위치될 수 있다.
다른 실시 예에서, 픽셀 유닛은, 전하 수집 전극(230), 저장 커패시터(260) 및 트랜지스터(250)를 포함할 수 있다. 전하 수집 전극(230)은 전기 절연층(220)의 픽셀 영역에서 전하 신호를 수집한다. 저장 커패시터(260)는 전하 수집 전극(230)에 의해 수집된 전하 신호를 저장하도록 전하 수집 전극(230)에 연결된다. 전계 효과 트랜지스터(FET)(250)는 전하 수집 전극(230)에 연결되고 저장 커패시터(260) 및 외부의 전하 집적 증폭기(240)사이의 스위치로서 작용한다.
본 발명의 실시예에 따른 검출기(방사선 촬영 시스템(200)이라고도 함)에서, 하전 입자가 유전체층(220)을 가로지르는 시점에서, 그 경로를 따르는 연속적인 이온화는 바이어스 전극(210)으로부터 픽셀 전극(230)으로 전류가 전도되는 것을 허용하는 전도성 채널을 형성한다. 이 전도성 채널은 하전 입자가 유전체 층(220)을 가로지르는 때에만 개방된다. 반면, X선 또는 감마선 광자와 유전체 층(220)의 광-전기(photo-electric) 상호작용은, 상호 작용점에 국한된 전자-정공 쌍의 그룹을 생성한다. 바이어스 전극과 픽셀 전극 사이의 전계가 있더라도, 유전체 층(220)에서의 전자-정공 쌍의 전하 분리 및 이동성은 제한되고, 이에 따라 상기 바이어스 전극으로부터 상기 픽셀 전극으로의 전류를 허용하는 전도성 경로를 생성하기 위해서는 픽셀에서 인접한 위치에서의 다수의 X선 또는 감마선 광자들의 상호작용이 요구된다. 이 검출기(200)(또는 방사선 촬영 시스템(200))에서, 단일 X선 또는 감마선의 검출은 낮지만, 하전 입자의 검출은 높다. 따라서 높은 배경 광자 방사 환경에서도 배경 광자 노이즈에 대한 하전 입자 신호의 비율이 높다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판독 회로(300)의 개략도를 도시한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 픽셀 행렬은 N행(row)×M열(column)과 같이 다중 행 및 다중 열로 배열된다. 도 3은 3행×3열의 배열을 도시하고 있음에도, 다른 수의 행과 열이 이용될 수 있다. 각 행의 트랜지스터들의 게이트 라인들은 다수의 외부 게이트 드라이버들 각각에 연결된다. 게이트 라인에 직교하는 각 열의 트랜지스터의 데이터 라인은 다수의 전하 집적 증폭기들 각각에 연결된다. 방사선 빔 노출 전에, 전기 절연체의 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하지 않는 크기를 갖는 바이어스 전압이 상부 전극(210)에 인가되고, 음 전압(negative voltage)이 픽셀 FET 트랜지스터의 모든 게이트 전극에 인가된다. 방사선 빔이 노출되는 동안, 절연층(220)의 이온화 채널 전류는 방사선의 강도 또는 선량(dose)에 비례하여 증가한다. 각 픽셀 위의 로컬 이온화 채널 전하는 저장 커패시터(260)에 저장된다.
방사선 빔 노출에 기인한 영상의 판독 동안, 하나의 행(1행, 2행 또는 3행)에서의 게이트 전압은 음(negative)의 값에서 양(positive)의 값으로 변환되어, 그 행의 각 픽셀에 저장된 전하가 직교 데이터 라인(301a, 301b, 301c)을 거쳐 각각의 전하 집적 증폭기(240a, 240b, 240c)로 전달되도록 하고, 이어서 처리 컴퓨터(도 3에 도시되지 않음)에 의해 디지털화된다. 행렬의 한 행의 데이터가 완료된 후, 그 행의 게이트 라인의 전위는 음의 값으로 되돌아 가고, FET 트랜지스터는 "오프(Off)"상태로 되돌아 간다. 게이트 라인의 다음 행의 전위는 음의 값에서 양의 값으로 변환되어 저장된 전하가 직교하는 전하 집적 증폭기로 흐르게 된다. 이 프로세스는 픽셀 행렬의 모든 전하가 판독될 때까지 교대로 반복될 것이다.
일 실시예에서, 픽셀 유닛 어레이는, 비정질 셀레늄과 같은 전하 생성 물질(Charge Generation Material :CGM)을 갖는 방사선 변환기를 위한 개재 층(intervening layer)을 구비하지 않고, 또는 X선 에너지를 전자-정공 쌍으로 변환하기 위한 광전도 층을 구비하지 않고, 전기 절연층(220)에 직접 결합된다. 셀레늄으로 된 층이 없는 전기 절연 재료의 얇은 층을 사용하면, 광자와 절연 재료의 상호 작용인 광전 효과(photo-electric effect)로 인한 전하 생성 효율은 광자의 셀레늄과의 상호 작용에 의한 전하 생성 효율보다 통상적으로 100배 낮다. 그러나 입자 빔 방사선에 노출되면, 이온화 채널을 통과하는 전하들은 높은 공간 해상도를 유지하는 반면, 더 낮은 자리수의 전하 트래핑(trapping) 또는 이어지는 영상에 영향을 주는 국부 전계의 변화를 나타낸다. 전기 절연층(220) 및 전기 절연층(220) 내에 전하 수집 전극(230)을 갖는 방사선 촬영 시스템(200)은 셀레늄으로 된 층을 갖지 않고 전기 절연층(220) 상에 전자를 차단하는 층을 갖지 않는다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 방사선 촬영 시스템(200)은 입자 방사선 빔으로부터 영상을 얻을 수 있다. 에너지를 갖는 하전 입자가 절연체를 가로지르면, 하전 입자는 절연 재료 내의 중성 원자를 이온화시켜 그 경로를 따라 이온화 채널을 형성한다. 이 이온화 채널은 바이어스 전극과 각각의 픽셀의 저장 커패시터 내에 축적된 전하를 갖는 픽셀 전극 사이에 전류가 흐르게 한다. 이 이온화 채널은 절연층으로부터 에너지를 갖는 하전 입자가 이탈하면 닫혀진다. 절연 재료의 이온화는, 전자 빔, 양성자 빔, 헬륨 이온 빔, 탄소 이온 빔, 중이온 빔, 뮤온 빔, 파이온 빔 등을 포함하는 다양한 유형의 하전 입자 빔 방사선에 의해 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 방사선 빔은 고강도 X선 빔이며, X선 에너지는 약 5keV 내지 약 10MeV의 범위일 수 있다. 도전성 채널은, 픽셀 내의 다중 X선 광자의 농도가 바이어스 전극과 픽셀 전극 사이의 연속적인 경로를 형성하기에 충분히 높을 때 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예는 50keV(또는 50keV - 10MeV)보다 큰 에너지 레벨을 갖는 고강도 X선을 사용하여 고해상도 영상을 생성할 수 있는데, 이는 종래 기술의 장치가 고해상도 영상을 생성할 수 있는 범위를 벗어난 것이다. 더불어, 본 발명의 실시예는 100 keV 또는 그 이상(또는 100 keV - 10 MeV)의 에너지 레벨을 갖는 고강도 X선을 사용하여 고해상도 이미지를 생성할 수 있는데, 이는 종래 기술의 장치가 고해상도 영상을 생성할 수 있는 범위를 상당히 초과하는 것이다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 방사선 촬영 시스템(200)을 사용하는 목적에 따라 임의의 특정 레벨의 X선 에너지가 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부 전극(210)에 인가되는 방사선의 범위는 시간당 50 밀리뢴트겐(milliroentgent)(mR/hr) 또는 그 이상이다. 다른 실시예에서, 상부 전극(210)에 인가되는 방사선의 범위는 100mR/hr 또는 그 이상이다. 일 실시예에 따르면, 전기 절연층(220)은 약 0.1 마이크로미터 또는 그 이상의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 설명 및 청구 범위에 따르면, 용어 "약 0.1 마이크로미터"는 10 % 이하의 변화를 의미한다. 그러나, 전기 절연층(220)의 두께는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 방사선 촬영 시스템(200)을 사용하는 목적에 따라 선택될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 절연층(220)은 10 mm 이하의 두께를 갖는다.
일 실시 예에서, 방사선 촬영 시스템(200)은 양성자 빔 시스템이며, 방사선 촬영 시스템(200)의 상부 전극(210)에 양성자 빔을 조사함으로써 영상이 생성되고, 전기 절연층(220)은 충분히 얇아서 방사선 촬영 시스템(200) 내에서 전하를 생성한 후 양성자 빔은 전기 절연층(220)을 통과하여 환자에게 전달된다. 이러한 실시 예에서, 전기 절연층은 적어도 약 0.1 마이크로미터일 수 있다.
일 실시 예에서, 전기 절연층(220)은 전하 수집 전극(230)의 상부에 증착될 수 있다. 전하 수집 전극(230)은 상부 전극(210)이 부착되는 전기 절연층(220)의 상부 표면에 대향되는 전기 절연층(220)의 하부 표면에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 전하 수집 전극(230)은, 도 2에 도시 된 바와 같이, 전기 절연층(220)의 하부 표면에서 전기 절연층(220) 내에 일체화 될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 전하 수집 전극(230)은 전기 절연층(220)과 직접 접촉하게 되며, 또는 바꿔 말하면 광전도성 층이 전하 수집 전극(230)과 전기 절연층(220) 사이에 형성되지 않는다. 일 실시예에서, 상부 전극(210)은 전기 절연층(220)의 상부 표면에 직접 형성되어 전기 절연층(220)의 상부 표면과 직접 접촉한다.
일 실시예에서, 방사선 촬영 시스템(200)의 방사선 촬영 장치(206)는, 기판(270), 저장 커패시터(260), 트랜지스터(250) 및 전하 집적 증폭기(240)를 포함하는 상업적으로 이용 가능한 박막 트랜지스터 패널로 시작하여 준비될 수 있다. 액정 디스플레이에 사용되는 상업적으로 이용 가능한 패널은 박막 트랜지스터 패널을 제조하기 위한 편리한 출발점일 수 있다. 전하 수집 전극(230)은 박막 트랜지스터 패널 상에 형성될 수 있다. 전하 수집 전극(230)의 표면 위에 전기 절연층(220)이 적용될 수 있다. 전기 절연층(220)은 전하 수집 전극(230) 상에 직접 형성될 수 있다. 전기 절연층(220)은 또한 박막 트랜지스터 패널 상에 직접 형성될 수 있다. 상부 전극(210)은 전기 절연층(220) 상에 형성될 수 있다.
종래의 신틸레이션 촬영 검출기의 섬광(scintillating light)은 포토 다이오드에 의해 빛을 전기적 전하로 변환하기 전에 통상적으로 수백 미크론(micron)의 먼 거리를 이동해야 할 필요가 있다. 이러한 긴 광학 경로를 따라, 종래의 신틸레이션 촬영 검출기의 섬광은 신틸레이션 물질 내부에서 산란될 수 있고, 결과적으로 영상 선명도가 저하될 수 있다.
반면에 비정질 셀레늄과 같은 종래의 직접 변환 광전도 물질의 문제점은, 광 전도층 내에서 생성된 일부 전하가 광 전도층 내에서 포획된 전하로서 계속 머무를 뿐만 아니라 광 전도층의 표면과 인접한 층 사이의 평탄한 계면(interface)에 머무를 수 있다는 것이다. 이러한 잔여 전기적 전하는 다음 X선 노출 전에 완전히 제거되어야 한다. 그렇지 않으면, 이전 방사선 패턴과 관련된 허상(false image) 패턴이 후속되는 방사선 영상에 추가될 수 있다. 본 발명의 방사선 촬영 시스템(200)에 있어서, 상당한 히스테리시스의(hysteretic) 전하 이동이 없는 전기 절연 재료는 상부 전극(210), 전기 절연층(220) 및 전하 수집 전극(230)의 새로운 구조 또는 구현으로 이용되고, 잔류 전하 소거 방식이 촬영에 필요하지 않으며 높은 공간 해상도가 유지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 방사선 촬영 시스템(200)을 동작시키는 방법(400)의 순서도를 도시한다. 방사선 촬영 시스템은 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 전기 절연층의 상부 표면상의 상부 전극, 전기 절연층에 전기적으로 연결된 픽셀 유닛 어레이 및 픽셀 유닛 어레이에 연결된 트랜지스터 어레이를 가지는 방사선 영상 생성 장치를 포함한다. 상기 방법(400)은 컴퓨터 시스템에서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용하여 전자적으로 실행되고 동작될 수 있다. 예를 들면, 사용자는 컴퓨터 시스템의 GUI와 상호 작용하여, 방사선을 방출하도록 방사선 방출 장치를 제어하는 명령을 생성하고, 방출된 방사선에 기초하여 전기 신호를 출력하는 데 필요한 전하를 생성하도록 방사선 이미지 생성 장치를 제어할 수 있다. 그 다음, 컴퓨터 시스템은 수신된 신호를 디스플레이 장치 상에 출력될 영상으로 변환하거나 전기적 저장 장치(메모리)에 저장할 수 있다.
높은 공간 영상 해상도를 가지는 영상을 획득하기 위해 사용될 수 있는 도 2 및 3에 도시된 방사선 촬영 시스템(200)의 방법의 실시예가 다음의 도 4에 도시된 방법(400)의 순서도를 참조하여 설명될 것이다. 상기 방법(400)은 일반화된 예시를 나타내며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 단계들이 추가될 수 있거나 또는 기존 단계들이 제거, 수정 또는 재 배열될 수 있음은 통상의 기술자에게 명백하다. 또한, 상기 방법(400)은 일례로서 방사선 촬영 시스템(200)에 관하여 설명되었지만 이에 한정되지 않고, 상기 방법(400)은 다른 유형의 방사선 촬영 시스템에서 수행될 수 있다.
단계(401)에서, 전기 절연층의 항복 전압을 초과하지 않는 이하의 크기를 갖는 바이어스 전압이 전기 절연층(220)을 향하여 상부 전극(210)에 인가된다.
단계(402)에서, 게이트 라인 바이어스 전압이 트랜지스터(250)의 게이트들에 인가되어 트랜지스터(250) 각각을 "오프"상태로 만든다.
단계(403)에서, 방사선 방출 장치(205)로부터 방사선이 방출되고, 상부 전극(210)으로부터 전기 절연층(220)을 향하여 신호가 수신된다. 수신된 신호에 기초하여, 하전 입자가 전기 절연층(220)을 관통하여 전하 신호를 생성한다. 일 실시예에서, 방사선은 고강도 X선 방사선이며, 광자는 X선 광자이다. 일 실시예에 따르면, X선 신호의 전압은 5KeV 내지 약 10MeV의 범위일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상부 전극(210)에 인가되는 방사선의 범위는 시간당 50 밀리뢴트겐(mR/hr) 또는 그 이상이다. 다른 실시예에서, 상부 전극(210)에 인가되는 방사선의 범위는 100mR/hr또는 그 이상이다. 다른 실시예에 따르면, 방사선은 양성자 빔 방사선이고, 광자는 상부 전극(210)에 조사되는 양성자 빔에 기초하여 생성된다. 단계(403)에서, 신호는 픽셀 유닛 어레이에서 수집된다. 각 픽셀 유닛은, 도2에 도시된 바와 같이, 전기 절연층(220)의 하부 면에 배치된 전하 수집 전극(230)을 포함한다. 단계(403)에서, 신호는 전기 절연층(220) 내에 수집된다.
단계(404)에서, 전하 신호는 전하 저장 커패시터(260)에 저장된다. 일 행의 게이트 라인 바이어스 전압의 극성이 변경되어 각 행의 모든 픽셀 트랜지스터가 "온(On)" 상태가 되도록 한다. 더욱이, 직교 데이터 라인으로부터의 전하가 집적된 후, 집적된 전하가 컴퓨터 메모리에 저장될 값으로서 디지털화된다. 게이트 라인 바이어스 전압의 극성이 복원되어 각 행의 트랜지스터가 "오프(Off)" 상태가 되도록 한다. 다음 행의 게이트 라인 바이어스 전압의 극성이 변경되어 다음 행의 모든 픽셀 트랜지스터가 "온" 상태가 되도록 한다. 이러한 단계들은 어레이에 저장된 모든 전하 신호가 판독되어 컴퓨터 메모리에 저장될 때까지 반복될 수 있다.
단계(405)에서, 전하 저장 커패시터에 저장된 신호에 기초하여 방사선 영상이 생성되고 생성된 방사선 영상은 사용자에게 디스플레이 된다. 방사선 영상은 컴퓨터 모니터 또는 필름 또는 종이를 통해 전기적으로 표시될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상과 종래의 방사선 촬영 시스템으로부터 획득된 X선 영상의 비교를 도시한다. 도 5(A) 및 도 5(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상들을 도시한다. 도 5(B)는 간접 변환 방법을 사용하는 X선 검출기로부터 획득된 X선 영상을 도시한다. 도 5(D)는 광전도 층(190)을 포함하는, 도 1에 나타낸 것과 유사한 구조를 포함하는 X선 검출기로부터 직접 변환 방법을 사용하여 획득된 X선 영상을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상은 간접 변환 방법을 사용하는 X선 검출기로부터 획득된 X선 영상과 비교하여 우수한 영상 품질을 나타낸다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템(200)으로부터 획득된 X선 영상은 직접 변환 방법을 사용하는 X선 검출기로부터 획득된 X선 영상과 비교하여 더 좋은 이미지 품질 또는 최소한 동일한 품질을 나타낸다.
"검출 양자 효율(Detective Quantum Efficiency, DQE)"은 검출 장치가 얼마나 효율적인지의 척도이다. 방사선 촬영 시스템(200)에 대한 DQE는 X선 및 감마선에 대해 10%미만이며, 이미지화 가능한 데이터를 얻기 위해 고 에너지 X선의 사용을 요구한다. 그러나, 양성자 빔 방사선(하전 입자)에 대한 방사선 촬영 시스템(200)의 DQE는 100%에 가깝게(즉, 98 % 내지 100 %의 범위 내) 매우 높다. 하나의 X선 또는 감마선은 검출 가능한 이미지화 가능 포인트(imageable point)를 생성할 수 없다. 그러나, 양성자와 같은 모든 단일 하전 입자는 절연층을 가로지르므로 방사선 촬영 시스템(200)내에서 이미지화 가능 포인트를 생성한다.
또한, 양성자 치료에서, 환자는 높은 배경 방사선 공간(즉, 상당한 배경 엑스레이 및 감마선이 있는 곳)에 있을 수 있다. X선 및 감마선의 DQE는 방사선 촬영 시스템(200)으로는 낮지만 하전 입자의 검출은 높기 때문에, 높은 배경 방사선 환경에서도 양성자 빔을 사용하는 방사선 촬영 시스템의 정확도는 높다. 결과적으로, 일 실시예에 따르면, 방사선 촬영 시스템은 양성자 방사선 치료 동작에서 양성자 빔을 수신하는 데 사용된다.
도 7은 일 실시예에 따른 방사선 치료 시스템을 도시한다. 특히, 도 7은 양성자 빔 방사선 치료 시스템(700)을 도시한다. 이 시스템은 양성자 가속기 (701), 양성자 성형기(proton shaper)(702) 및 촬영 시스템(703)을 포함한다.
작동 시, 양성자 입자는 양성자 가속기(701)에 의해 가속된다. 양성자 가속기(701)에 의해 가속된 양성자 입자는 원하는 형상의 빔을 형성하기 위해 양성자 성형기(702)를 통과한다. 예를 들어, 환자(704)의 종양이 치료되는 실시예에서, 양성자 성형기(702)는 양성자 가속기(701)로부터 가속된 양성자 빔을 종양의 직경에 대응하는 직경(또는 종양에 대해 미리 결정된 크기 내에서)을 가지도록 성형한다. 양성자 성형기(702)는 자석, 코일, 콜리메이터 등을 이용하여 가속된 양성자 빔을 성형한다.
촬영 시스템(703)은 도2의 방사선 촬영 시스템(200)에 대응한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 방사선 촬영 시스템(200)의 전기 절연층(220)은, 입자 빔이 양성자 빔이 종결되는 환자(704)에 도달하기 위해 촬영 시스템(703)을 통과하는 것을 허용하도록 충분히 얇다. 일 실시예에서, 전기 절연층(220)은 적어도 약 0.1 마이크로미터이다.
일 실시예에서, 시스템(700)은 촬영 제어 컴퓨터(705)를 포함한다. 촬영 제어 컴퓨터(705)는, 촬영 시스템(703)을 통해 환자(704)에게 특정한 형상의 양성자 빔을 방출하도록 양성자 가속기(701) 및 양성자 성형기(702)의 동작을 제어하는, 제어 회로를 포함하거나 프로그램 될 수 있다. 상기 촬영 제어 컴퓨터(705)는 촬영 시스템(703)을 통과하는 양성자 빔에 기초하여 촬영 시스템(703)으로부터의 신호를 더 수신할 수 있고, 수신된 신호에 기초하여 데이터를 저장 및 분석하고, 영상을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 촬영 제어 컴퓨터(705)는 환자(704)의 위치 데이터를 저장하고, 촬영 시스템(703)으로부터 수신된 신호에 기초하여 양성자 빔의 위치 데이터를 환자(704)의 위치 데이터에 매핑한다.
도 8은 양성자 가속기(701)로부터의 150 MeV SOBP(스프레드 아웃 브래그 피크) 양성자 빔 및 본 발명의 실시 예에 따른촬영 시스템(703)을 사용하여, 환자(704)대신에 얻어진 스타 타겟의 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 제어 컴퓨터(705)에서 사용되는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 예이다. GUI는 촬영시스템(703)에 의해 출력된 신호 및 양성자 펜슬 빔의 강도 프로파일(902)에 기초하여 생성된 150MeV 양성자 펜슬 빔을 묘사하는 이미지(901)를 포함한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 촬영 시스템(703)으로 측정된 5개의 양성자 펜슬 빔(10a, 10b, 10c, 10d 및 10e)의 강도 프로파일 및 위치를 도시하는 그래프이다. 도 10에 도시 된 바와 같이, 촬영 시스템(703)은 촬영 제어 컴퓨터(705)에 의해 그래프로서 표시되도록 X축 및 Y축(도 10에서는 X축만 도시됨)을 따라 강도 및 위치 데이터를 출력할 수 있다.
본 발명의 전체에 걸쳐서 구체적으로 설명되었지만, 본 발명의 대표적인 실시예는 광범위한 응용 분야에 걸쳐 유용성을 가지며, 이상의 논의는 제한적으로 의도된 것이 아니고 제한적으로 해석되어서도 안 되며, 본 발명의 양태에 대한 예시적인 논의로서 제시된 것이다.
본 명세서에 기술되고 예시된 것은 본 발명의 실시예들의 일부 변형례에 따른 실시예들이다. 본 명세서에 사용된 용어, 설명 및 도면은 단지 설명을 위한 것이며 한정적인 의미는 아니다. 통상의 기술자는 본 발명의 사상 및 범위 내에서 많은 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다음의 청구 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 것으로 의도되며, 여기에서 모든 용어는 달리 명시되지 않는한 가장 넓은 의미에서 의미가 있다.
Claims (29)
- 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층;
상기 전기 절연층의 상부 표면상의 상부 전극; 및
상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 복수의 픽셀 유닛을 포함하고,
상기 상부 전극에 방사선이 조사되고, 상기 상부 전극에 바이어스 전압이 인가되면, 상기 전기 절연층이 이온화되어 상기 픽셀 유닛에 전하 신호를 생성하고,
상기 전기 절연층은 광 전도 물질을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는,
방사선 촬영 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 유닛 각각은 전하 수집 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 전하 수집 전극은 상기 전기 절연층 내에서 상기 전기 절연층의 하부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 유닛 각각은 전하 저장 커패시터와 적어도 하나의 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 유닛은 상기 전기 절연층의 하부 표면에 배치되는 것을 특징으로하는 방사선 촬영 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 트랜지스터는 상기 전하 수집 전극과 전하 집적 증폭기 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 전기 절연층의 두께는 적어도 0.1 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치. - 방사선 방출 장치; 및
상기 방사선 방출 장치로부터 방사선을 수신하고 상기 방사선에 기초하여 영상을 생성하도록 구성된 방사선 촬영장치;를 포함하고,
상기 방사선 촬영 장치는,
상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층;
상기 전기 절연층의 상부 표면상의 상부전극; 및
상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 복수의 픽셀 유닛을 포함하고,
상기 상부 전극에 방사선이 조사되고, 상기 상부 전극에 바이어스 전압이 인가되면, 상기 전기 절연층이 이온화되어 상기 픽셀 유닛에 전하 신호를 생성하고,
상기 전기 절연층은 광 전도 물질을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는,
방사선 촬영 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 유닛 각각은 전하 수집 전극을 포함하고,
상기 전하 수집 전극은 상기 전기 절연층 내에서 상기 전기 절연층의 하부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 전기 절연층은 파릴렌(parylene), BCB(Benzocyclobutene) 및 폴리이미드 필름(KAPTON) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 방사선 방출 장치는 X선 방출기인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 방사선 방출 장치는 하전 입자 빔 방출기인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 12항에 있어서,
상기 하전 입자 빔 방출기는 양성자 빔 방출기인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 13항에 있어서,
상기 방사선 촬영 장치는, 양성자 빔이 상기 방사선 촬영 장치를 통과한 후에 환자에게 조사되도록 상기 하전 입자 빔 방출기와 환자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 전기 절연층의 두께는 적어도 0.1 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템. - 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 전기 절연층, 상기 전기 절연층의 상부 표면 상의 상부 전극, 상기 전기 절연층에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연층의 하부 표면과 직접 접촉하는 복수의 픽셀 유닛 및 상기 복수의 픽셀 유닛 각각에 연결된 트랜지스터를 포함하고, 상기 전기 절연층은 광 전도 물질을 포함하지 않는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법으로서,
(1) 상기 상부 전극에 바이어스 전압을 인가하는 단계;
(2) 상기 상부 전극에 조사되는 방사선 빔에 기초하여 생성되는 하전 입자를 수신하는 단계로서, 상기 하전 입자에 의해 상기 전기 절연층이 이온화되고, 상기 하전 입자는 상기 전기 절연층을 관통하여 전하 신호를 생성하는 단계;
(3) 복수의 상기 전하 신호가 복수의 저장 커패시터에 저장되도록 상기 전하 신호를 상기 저장 커패시터에 저장하는 단계;
(4) 한 행의 트랜지스터의 게이트 라인 바이어스 전압의 극성을 변화시키는 단계; 및
(5) 복수의 상기 저장 커패시터 중 각각의 저장 커패시터에 각각이 연결된 직교 데이터 라인으로부터 전하를 집적 전하로 집적하는 단계;
를 포함하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 단계(5)는 상기 집적 전하를 값(value)으로 디지털화하고, 상기 값을 컴퓨터 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 17항에 있어서,
(6) 상기 게이트 라인 바이어스 전압의 극성을 복원하여 상기 한 행의 트랜지스터를 "오프(Off)" 상태가 되도록 하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 18항에 있어서,
상기 게이트 라인 바이어스 전압의 다음 행의 극성을 변경하여 상기 다음 행의 트랜지스터를 "온(On)" 상태가 되도록 하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 19항에 있어서,
복수의 상기 전하 신호들이 복수의 상기 하전 입자에 의해 생성되고, 상기 복수의 저장 커패시터에 복수의 상기 전하 신호들이 저장되며,
(8) 각각의 상기 전하 신호가 판독되어 상기 컴퓨터 메모리에 저장될 때까지 상기 단계 (5), (6) 및 (7)을 반복하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 바이어스 전압은 상기 전기 절연층의 항복 전압을 초과하지 않는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 방사선 빔은 X선 빔인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 상부 전극으로부터 상기 전기 절연층을 향하여 상기 전하 신호를 수신하기 전에, 상기 트랜지스터의 게이트에 상기 게이트 라인 바이어스 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 트랜지스터가 "오프(Off)" 상태로 되도록 상기 게이트 라인 바이어스 전압이 상기 트랜지스터의 상기 게이트에 인가되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 24항에 있어서,
상기 단계(4)에서, 상기 한 행의 모든 트랜지스터가 "온" 상태가 되도록 상기 한 행의 트랜지스터의 게이트 라인 바이어스 전압의 극성이 변경되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 방사선 빔은 양성자 빔인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 양성자 빔이 상기 방사선 촬영 시스템을 통과한 후에, 상기 양성자 빔을 환자에게 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 전기 절연층은 적어도 0.1 마이크로미터이고, 상기 양성자 빔은 상기 전기 절연층을 관통하여 통과하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 방사선 빔은 전자 빔, 헬륨 이온 빔, 탄소 이온 빔, 중 이온 빔, 뮤온 빔 및 파이온 빔 중 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 시스템의 작동 방법.
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