KR102399325B1 - 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기 및 이를 포함하는 핵 의학 영상 장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 질병 진단. 방사선 사고 등에서의 방사선 검출에 적용하는데 있어 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하면서도 제조 비용 및 신호 처리 시간을 현저히 줄이고, 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 방사선 검출기를 제공한다.
Description
본 출원은 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기 및 이를 포함하는 핵의학 영상 장치에 관한 것이다.
핵 의학 영상 장치는 특정 병변을 추적하는 방사성 의약품을 인체내에 투여하여 정량적 영상을 생성하는 장치이다. 핵 의학 영상 장치의 성능 개선을 위해서는 피폭량을 줄이면서 영상 품질을 높여야 한다.
상기 장치의 감도를 높이기 위하여 방사선을 동일시간에 많이 탐지해야 하고, 필연적으로 감쇠 시간이 긴 섬광체(Scintillator)를 이용해야 했다. 그러나, 길이가 긴 섬광체를 사용하게 되면, 방사선이 중앙에서 올 경우에는 상관없지만 다른 방향에서 방사선이 올 경우 어느 위치에서 방사선이 검출되었는지 파악이 어려워 섬광체의 길이만큼의 불확실성을 가지게 되는데, 이를 시차 오류(Parallax error)라고 부르며, 시차 오류에 의해 영상 품질이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 반응 깊이 판별법(Depth of interaction, DOI)과 비정시간 판별법(Time of flight, TOF)을 적용하였다.
종래 반응 깊이 판별법(Depth of interaction, DOI)으로는 빠른 감쇠시간을 갖는 섬광체와 느린 감쇠 시간을 갖는 섬광체로 구성되어 신호 형상의 차이로 구분하는 파형분별법(pulse shape discrimination, PSD)과 서로 다른 배열이나 모양으로 구성하여 섬광체에서 발생하는 빛이 퍼지는 정도나 모양을 다르게 하여 판별하는 Off-Set 방법이 알려져 있다.
그러나, 파형분별법(pulse shape discrimination, PSD)은 고속의 아날로그-디지털 변환회로(analog-to-digital converter, ADC)와 파형구별을 위한 알고리즘을 사용해야 하는데, 회로와 컴퓨터에서 신호 처리 속도 및 비용 문제를 야기하고, 섬광체끼리 감쇠시간이 서로 달라야하기 때문에 시간 분해능이 떨어지는 단점이 있다.
그리고, Off-Set 방법은 반응하는 섬광체를 특정하기 위해서 무게 중심(Center of gravity, COF) 알고리즘 등의 복잡한 알고리즘이 필요로 하며, 또한 섬광체 가공 및 하우징으로 인한 비용이 증가하는 문제가 있다.
그리고, 비정시간 판별법(Time of flight, TOF)은 감마선의 비정시간을 측정하여 감마선 발생 위치에 대한 불확실성을 줄여 피폭량을 낮추면서 영상 품질을 올릴 수 있는 방법이다.
한편, 종래 핵의학 기기는 상술한 반응 깊이 판별법과 비정시간 판별법을 적용하기 위하여, 포스위치 검출기(Phoswich detector, '샌드위치 검출기'라고도 함)를 도입하였다.
일반적으로 포스위치 검출기란 고-에너지 방사선 환경에서 알파 입자, 베타 입자뿐만 아니라 저준위, 저 에너지 감마선과 엑스선을 검출하기 위해 개발된 검출기이다. 이러한 포스위치 검출기는 구조적인 형태에 따라 입사된 모든 에너지별 방사선들을 동시에 구별하여 처리할 수 있다.
'포스위치(Phoswich)'라는 명칭은 Phosphor sandwich으로부터 파생된 용어이며, 서로 다른 특성, 예컨대 서로 다른 파형을 가진 두 개 이상의 섬광체들이 광학적으로 서로 연결되어 photodiode, APD (Avalanche photodiode), SiPM (Silicon photomultiplier, 실리콘광증배소자), PMT (photomultiplier tube, 광증배관) 등 광센서와 결합된 구조를 일컫는다. 입사된 방사선이 특정 섬광체에서 반응한 신호를 파형 분석 등과 같은 기법으로 구별할 수 있다.
포스위치 검출기는, 서로 다른 2개 이상의 섬광체를 전후 또는 적층 구조로 배치하여 방사선의 투과도와 섬광체와의 반응 유무를 이용하여 구별한다. 섬광체를 구분하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 가장 대표적인 예는 신호의 감쇠 시간을 이용하는 것이다. 예를 들면, 하나의 섬광체는 빠른 감쇠 시간 성능을 갖고, 다른 쪽 섬광체는 느린 감쇠 시간 성능을 갖도록 구성하여 신호 형상의 차이로 구분한다.
도 1은, 종래의 광학 필터를 이용한 포스위치 검출기에 대한 도면이다.
도 1과 같이, 광학 필터(또는 차단 필터)를 이용한 종래 포스위치 검출기는 동일한 섬광체 각 층(layer)에 광학 필터를 삽입하여 두 개의 파장대역으로 나누어 광 센서에 들어오는 신호의 차이로 위치를 판별하였다. 도 1을 참조하여 설명하면, 종래 포스위치 검출기는 450nm 이하의 파장을 막는 단파장 광학 필터(21)를 상단 섬광체(11)와 하단 섬광체(12) 층 사이에 삽입하고, 450nm 이상의 파장을 막는 장파장 광학 필터(22)를 하단 섬광체(12)와 광 센서(30)에 삽입하여 구성된다. 예를 들어, 450nm 파장이 광량의 절반이라고 가정하면, 상단 섬광체(11)에서 생성된 빛은 채널 A(31)에서 0, 채널 B(32)에서는 0.5가 도달하게 되고, 하단 섬광체(12)에서 생성된 빛은 채널 A(31)에는 0.5, 채널 B(32)에는 1이 도달하게 된다. 해당 구조는 복잡한 알고리즘 등이 필요 없으며, 시간 분해능도 우수한 장점을 가지지만, 섬광체에서 발생되는 광량의 손실이 커 에너지 분해능이 저하되며, 이는 영상 품질의 저하로 이어지게 된다.
본 출원은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 핵의학 영상 장치에 적용하는데 있어 감마선의 반응 위치를 정확하고 신속하게 구별할 수 있는 방사선 검출기 및 피폭량을 줄이면서 영상 품질이 향상되는 핵의학 영상장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기에 있어서, 감마선과 반응하여 제1 파장대의 빛을 방출하는 제1 섬광체 및 감마선과 반응하여 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 빛을 방출하는 제2 섬광체가 적층되어 형성된 섬광체 모듈; 상기 섬광체 모듈의 일 영역에 부착되어 제1 파장대 또는 제2 파장대의 빛 중 어느 하나의 빛을 일부 또는 전부 차단시키는 광학필터; 상기 섬광체 모듈의 다른 일 영역에 부착되어 제1 및 제2 파장대의 빛을 투과시키는 광 가이드; 상기 광학필터 또는 광 가이드 중 어느 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 또는 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제1 감지 신호(S1)를 생성하는 제1 광 검출기; 상기 광학 필터 또는 광 가이드 중 어느 하나에 부착되되, 상기 제1 광 검출기와 다른 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 또는 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제2 감지 신호(S2)를 생성하는 제2 광 검출기; 및 상기 제1 및 제2 감지 신호에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별하는 제어부를 포함하는, 방사선 검출기가 제공된다.
본 출원에 따른 방사성 검출기는 특정 섬광체에서 방출된 빛만을 선택적으로 일부 또는 전부 차단시키는 광학 필터 및 특정 섬광체에서 방출된 빛을 투과시키는 광 가이드를 사용함으로써, 회로 구성과 신호 처리 과정을 현저하게 간소화시키면서도 감마선의 반응 위치를 보다 정확히 판별할 수 있는 장점을 가진다.
그리고, 핵의학 영상 장치의 반응 깊이 판별법과 비정시간 판별법에 적용되어, 영상 품질 향상 및 피폭량을 줄이는 효과가 있다.
또한, 간단한 회로 구성으로 이루어져, 장비 비용 절감 및 처리 속도 향상을 기대할 수 있다.
마지막으로, 검출기 구조를 단순화하여 장치의 소형화를 달성할 수 있다.
도 1은, 종래의 광학 필터를 이용한 포스위치 검출기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 광학 필터가 제1 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 6 및 7은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 광학 필터가 제2 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기에 있어서, 제1 섬광체와 제2 섬광체의 적층 순서가 다른 구조를 각각 나타낸 도면이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 18은 도 2에 도시된 검출기에 있어서, 광학필터, 광가이드, 제1 및 제2 검출기의 다양한 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 19 및 20은 3 개의 섬광체를 포함하는 방사선 검출기를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 단일 방사선 검출기에 있어서 광학 필터의 다양한 면적 비율에 대한 배열 상태를 도면이다.
도 22는 방사선 검출기 어레이에 있어서 광학 필터의 면적 비율이 50%일 때를 배열 상태를 도면이다.
도 23 내지 28은 광학 필터 모듈을 포함하는 방사선 검출기의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 광학 필터가 제1 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 6 및 7은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 광학 필터가 제2 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기에 있어서, 제1 섬광체와 제2 섬광체의 적층 순서가 다른 구조를 각각 나타낸 도면이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 18은 도 2에 도시된 검출기에 있어서, 광학필터, 광가이드, 제1 및 제2 검출기의 다양한 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 19 및 20은 3 개의 섬광체를 포함하는 방사선 검출기를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 단일 방사선 검출기에 있어서 광학 필터의 다양한 면적 비율에 대한 배열 상태를 도면이다.
도 22는 방사선 검출기 어레이에 있어서 광학 필터의 면적 비율이 50%일 때를 배열 상태를 도면이다.
도 23 내지 28은 광학 필터 모듈을 포함하는 방사선 검출기의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 방사선 검출기에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기는 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하고, 구체적으로, 섬광체 모듈(100), 광학필터(200), 광 가이드(300), 제1 광 검출기(400), 제2 광 검출기(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
상기 섬광체 모듈(100)은 감마선과 반응하여 제1 파장대의 빛을 방출하는 제1 섬광체(110) 및 감마선과 반응하여 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 빛을 방출하는 제2 섬광체(120)가 적층되어 형성된다. 상기 제1 파장대와 제2 파장대는 가시광 영역이고, 예를 들어, 400 내지 700nm 파장 대 영역일 수 있다. 그리고, 상기 제1 파장대와 제2 파장대는 파장 영역 전부 중첩되지 않거나, 또는 주 파장 영역만 중첩되지 않을 수 있다.
상기 광학필터(200)는 섬광 모듈의 일 영역에 부착되어 제1 파장대 또는 제2 파장대의 빛 중 어느 하나의 빛을 일부 또는 전부 차단시킨다. 여기서 「일부 차단시킨다」는 일부는 차단하고 일부는 투과시킨다는 것이고, 예를 들면, 섬광체에서 방출된 빛의 광량 100%라고 할 때, 광학필터(200)에 의해 일부 차단된 빛의 광량은 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60%이하 또는 50% 이하일 수 있다. 반면, 「전부 차단시킨다」는 섬광체에서 방출된 빛의 광량을 100%라고 했을 때, 광학필터(200)를 투과한 빛의 광량이 0%인 것을 의미한다. 상기 광학필터(200)는 섬광 모듈 내 섬광체에 직접 코팅되거나 광 검출기에 직접 코팅될 수 있다. 다른 예로, 상기 광학필터(200)는 별도의 기재 위에 코팅되어 섬광체와 광 검출기 사이에 삽입될 수 있다. 그리고, 상기 광학필터(200)의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 특정 파장대의 빛을 차단할 수 있는 공지된 광학필터(200)를 사용할 수 있다. 상기 광학필터(200)는 특정 파장대의 빛을 차단하고, 차단되는 파장대 이외의 빛은 투과시킬 수 있다.
그리고 광 가이드(300)는 섬광체 모듈(100)의 다른 일 영역에 부착되어 제1 및 제2 파장대의 빛을 투과시킨다. 상기 광 가이드(300)의 재질은 유리일 수 있다. 상기 광 가이드(300)는 제1 및 제2 파장대는 물론이고, 모든 영역대의 빛을 투과시킬 수 있다.
상기 제1 광 검출기(400)는 상기 광학필터(200) 또는 광 가이드(300) 중 어느 하나에 부착되고, 부착된 광학필터(200) 또는 광 가이드(300)를 투과한 빛을 감지하여 제1 감지 신호(S1)를 생성한다. 또한, 제2 광 검출기(500)는 상기 광학필터(200) 또는 광 가이드(300) 중 어느 하나에 부착되되, 상기 제1 광 검출기(400)와 다른 하나에 부착되고, 부착된 광학필터(200) 또는 광 가이드(300)를 투과한 빛을 감지하여 제2 감지 신호(S2)를 생성한다. 예를 들어, 제1 광 검출기(400)가 광학필터(200)에 부착되고, 제2 광 검출기(500)가 광 가이드(300)에 부착될 수 있다. 반대로, 제1 광 검출기(400)가 광 가이드(300)에 부착되고, 제2 광 검출기(500)가 광학필터(200)에 부착될 수 있다.
상기 제1 및 제2 광 검출기(500)는 빛의 파형과 광량을 감지하여 신호를 발생하는 광 센서로서, 다양한 공지된 장치가 사용될 수 있고, 예를 들어, DSiPM(Digital SiPM), 광증배관(PMT/ Photo Multiplier Tube), 실리콘 광증배관(SiPM/Silicon Photomultiplier), 광다이오드(Photodiode), 아발란치 광 다이오드(APD/Avalanche Photodiode) 등을 예로 들 수 있다.
상기 제1 및 제2 광 검출기(500)에서 생성된 상기 제1 및 2 감지 신호(S1, S2)는 투과한 빛의 광량에 비례하여 세기가 결정된다. 즉, 투과한 빛의 광량이 클수록 감지 신호의 세기도 클 수 있다.
그리고, 제어부(600) 제1 및 제2 감지 신호에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별한다. 제어부(600)는 제1 및 제2 감지 신호에 기초하여 감마선이 입사된 섬광체가 제1 섬광체(110)인지 제2 섬광체(120)인지 판별할 수 있다.
제어부(600)는 광학필터(200)가 차단하는 파장대에 따라, 제1 및 제2 섬광체(110, 120)의 적층 구조에 따라, 제1 및 제2 감지 신호의 비율에 따라, 감마선의 반응 위치를 판별할 수 있다. 이하에서는 도면을 참조하여, 본 출원에 따른 방사선 검출기의 다양한 케이스들에 대해서 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 광학 필터가 제1 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
구체적으로, 도 3은 제1 섬광체(110)에서 방출한 빛을 차단하는 광학필터(200)를 포함하는 검출기에 있어서, 제1 섬광체(110)로 감마선이 입사된 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 제1 섬광체(110)에서 방출한 빛을 차단하는 광학필터(200)를 포함하는 검출기에 있어서, 제2 섬광체(120)로 감마선이 입사된 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 섬광체(110)로부터 방출된 제1 파장대의 빛은 광학필터(200)에 차단되는 반면, 광 가이드(300)를 투과하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 도 4를 참조하면, 제2 섬광체(120)로부터 방출된 제2 파장대의 빛은 광학필터(200) 및 광 가이드(300)를 투과하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 5의 케이스 1은 제1 섬광체(110)에서 제1 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다. 도 5의 케이스 2는 제2 섬광체(12)0에서 제2 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(400, 500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다.
도 6 및 7은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2)을 나타내고, 도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)을 나타낸다.
하나의 예시에서, 상기 제어부(600)는 제1 및 제2 감지 신호 비율에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(600)는 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2) 또는 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)을 통해 감마선의 반응 위치를 판별할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제어부(600)는 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2)이 상대적으로 낮을 경우, 감마선의 반응 위치를 제1 섬광체(110)로 판단할 수 있다. 그리고, 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2)이 상대적으로 높을 경우, 감마선의 반응 위치를 제2 섬광체(120)로 판단할 수 있다.
반대로, 도 7을 참조하면, 제어부(600)는 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 낮을 경우, 감마선의 반응 위치를 제2 섬광체(120)로 판단할 수 있다. 그리고, 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 높을 경우, 감마선의 반응 위치를 제1 섬광체(110)로 판단할 수 있다.
도 8 및 도 9는 광학 필터가 제2 섬광체에서 방출한 빛을 차단하는 예시적인 방사선 검출기에 관한 것이다.
구체적으로, 도 8은 제2 섬광체(120)에서 방출한 빛을 차단하는 광학필터(200)를 포함하는 검출기에 있어서, 제1 섬광체(110)로 감마선이 입사된 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 9는 제2 섬광체(120)에서 방출한 빛을 차단하는 광학필터(200)를 포함하는 검출기에 있어서, 제2 섬광체(120)로 감마선이 입사된 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 섬광체(110)로부터 방출된 제1 파장대의 빛은 광학필터(200) 및 광 가이드(300)를 투과하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 도 9를 참조하면, 제2 섬광체(120)로부터 방출된 제2 파장대의 빛은 광학필터(200)에 의해 차단되는 반면, 광 가이드(300)를 투과하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 10의 케이스 1은 제1 섬광체(110)에서 제1 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다. 도 10의 케이스 2는 제2 섬광체(120)에서 제2 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(400, 500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다.
도 11은 도 8 및 도 9에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 13은 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 광학필터(200)가 제2 섬광체(120)의 빛을 차단할 경우, 제어부(600)는 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2)이 상대적으로 낮을 경우, 감마선의 반응 위치를 제2 섬광체(120)로 판단할 수 있다. 그리고, 제2 감지 신호에 대한 제1 감지 신호의 비율(S1/S2)이 상대적으로 높을 경우, 감마선의 반응 위치를 제1 섬광체(110)로 판단할 수 있다. 광학필터(200)가 제2 섬광체(120)의 빛을 차단할 경우, 비록 도면에 도시되어 있지 않지만, 제어부(600)는 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 낮을 경우, 감마선의 반응 위치를 제1 섬광체(110)로 판단할 수 있다. 그리고, 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 높을 경우, 감마선의 반응 위치를 제2 섬광체(120)로 판단할 수 있다.
도 12 및 도 13은 도 3 및 도 4에 도시된 검출기에 있어서, 제1 섬광체와 제2 섬광체의 적층 순서가 다른 구조를 각각 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 3 및 도 4는 제1 섬광체(110)가 상부이고, 제2 섬광체(120)가 하부에 적층된 구조를 나타낸 도면이고, 도 12 및 도 13은 제2 섬광체(120)가 상부이고, 제1 섬광체(110)의 하부에 적층된 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 광 검출기(500)에 의해 각각 생성된 제1 및 제2 감지 신호 및 비교기를 통해 생성된 고정된 판별값을 나타낸 도면이다.
도 14의 케이스 1은 제2 섬광체(120)에서 제2 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(400, 500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다. 도 14의 케이스 2는 제1 섬광체(110)에서 제1 파장대의 빛이 방출된 경우이고, 이 때 제1 및 제2 광 검출기(400, 500)에서 생성된 제1 및 제2 감지 신호를 나타낸다.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시된 검출기의 작동 상태일 때, 제1 및 제2 감지 신호 비율을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 15는 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 제2 섬광체(120)가 상부, 제1 섬광체(110)가 하부에 적층된 구조이고, 광학필터(200)가 제2 섬광체(120)의 제2 파장대의 빛을 차단하는 경우, 제어부(600)는 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 낮을 경우, 감마선의 반응 위치를 제2 섬광체(120)로 판단할 수 있다. 그리고, 제1 감지 신호에 대한 제2 감지 신호의 비율(S2/S1)이 상대적으로 높을 경우, 감마선의 반응 위치를 제1 섬광체(110)로 판단할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1 광 검출기(400)에서 감지된 빛의 광량과 미리 정해진 기준 값을 비교하여 고정된 판별값을 생성하는 비교기를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비교기는 제1 광 검출기(400)에서 감지된 빛의 광량이 미리 정해진 기준 값 이하인 경우 '0'의 판별값을 생성하고, 제1 광 검출기(400)에서 감지된 빛의 광량이 미리 정해진 기준 값 이상인 경우 '1'의 판별값을 생성할 수 있다.
제어부(600)는 상기 비교기로부터 생성된 고정된 판별값을 통해 감마선의 반응 위치를 판별할 수 있다. 상기 제어부(600)는 제1 및 제2 섬광체(110, 120)의 적층 구조 및 광학필터(200)에 의해 차단되는 빛의 파장대를 고려하여, 상기 고정된 판별값으로부터 감마선의 반응 위치를 판별할 수 있다. 구체적인 고정된 판별값 및 이에 따른 감마선의 반응 위치 판별은 도 5, 도 10 및 도 14를 참조로 한다.
일 구체예에서, 제1 섬광체(110) 및 제2 섬광체(200)는 감마선과 반응하여 서로 다른 파장대의 빛을 방출하는 재질이면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 제1 및 제2 섬광체(110, 120)는 CaF2(Eu), CsI(Na), LYSO, LSO, NaI(TI), LaBr3, BaF2, LuAG:Pr, GPS, YAP:Ce, GSO, Ce:GAGG, Ce:GFAG, LuAg:Ce, CsI(TI) 및 YAG:Ce로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 다른 섬광체 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 다양한 공지된 섬광체를 이용할 수 있다. 상기에서, CaF2(Eu), CsI(Na), LYSO, LSO, NaI(TI), LaBr3, BaF2, LuAG:Pr, GPS, YAP:Ce 및 GSO는 단파장 섬광체일 수 있고, Ce:GAGG, Ce:GFAG, LuAg:Ce, CsI(TI) 및 YAG:Ce는 장파장 섬광체일 수 있다.
한편, 이하에서는 도 16 내지 도 18은 도 2에 도시된 검출기에 있어서, 광학필터, 광가이드, 제1 및 제2 검출기의 다양한 배치 구조를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2에 도시된 실시예에 따른 방사선 검출기에서는 광학필터(200) 및 광 가이드(300)가 제2 섬광체(120)의 제1 섬광체(110) 반대편 표면에 부착되는 것을 예로 하였다. 반면, 도 16에 도시된 방사선 검출기는 광학필터(200)가 제 제1 섬광체(110)의 제2 섬광체(120) 반대편 표면에 부착 형성되고, 광 가이드(300)가 제2 섬광체(120)의 제1 섬광체(110) 반대편 표면에 부착 형성된 것을 예로 하고 있다. 그리고 제1 광 검출기(400)는 광학필터(200)의 후단에 위치하고, 광 가이드(300)의 후단에 배치되어 도 16의 아래로부터 제2 광 검출기(500), 광 가이드(300), 제2 섬광체(120), 제1 섬광체(110), 광학필터(200) 및 제1 광 검출기(400)가 순차적으로 적층되어 구성되는 것을 예로 한다.
도 17에 도시된 방사선 검출기는 광학필터(200) 및 광 가이드(300)가 제1 섬광체(110) 및 제2 섬광체(120)의 적층 방향의 일 측면에 부착되는 것을 예로 한다. 도 17에서는 광학필터(200)가 제1 섬광체(110)의 일 측면에 부착되고, 광가이드가 제2 섬광체(120)의 일 측면에 부착되는 것을 예로 하고 있다. 그리고, 제1 광 검출기(400) 및 제2 광 검출기(500)는 각각 광학필터(200) 및 광 가이드(300)의 측면에 배치되는 것을 예로 하고 있다.
도 18에 도시된 방사선 검출기는 광학필터(200) 및 광 가이드(300)가 제1 섬광체(110)와 제2 섬광체(120)의 적층 방향의 양측에 분산되어 설치된 것을 예로 하고 있다. 구체적으로, 도 18에서는 상기 광학필터(200)는 제1 섬광체(110)와 제2 섬광체(120)의 적층 방향의 일 측면에 부착 형성되고, 상기 광 가이드(300)는 상기 제1 및 제2 섬광체(110, 120)의 적층 방향의 다른 측면에 부착 형성된 것을 예로 하고 있다. 보다 자세히 설명하면, 도 18에서는 상기 광학필터(200)는 제1 섬광체(110)와 제2 섬광체(120)의 일측 측면에 걸쳐 부착되고, 광 가이드(300)는 제1 섬광체(110)와 제2 섬광체(120)의 타측 일면에 걸쳐 부착된 것을 예로 하고 있다. 그리고, 제1 광 검출기(400) 및 제2 광 검출기(500)는 각각 광학필터(200) 및 광 가이드(300)의 측면에 배치되는 것을 예로 하고 있다.
한편, 본 출원에 따른 방사선 검출기는 3개 이상의 섬광체와 이에 따른 광학 필터 및 광 가이드로 구성될 수 있고, 그 구체적인 예시를 도 19 및 20에 도시하였다.
도 19 및 20에 도시된 방사선 검출기는 제1 섬광체(110), 제2 섬광체(200), 제3 섬광체(130), 제1 광학필터(200), 제2 광학필터(800), 광 가이드(300), 제1 광 검출기(400), 제2 광 검출기(500) 및 제3 광 검출기(700)를 포함한다.
구체적으로, 도 19에 도시된 방사선 검출기는 도 2의 배치 구조의 확장된 형태이고, 도 20에 도시된 방사선 검출기의 배치 구조는 도 17의 확장 형태이다.
또한, 도 16 내지 도 20의 다양한 배치 구조에서, 섬광체의 위치는 변경 가능할 수 있고, 광학필터(200)가 차단하는 빛의 파장대도 변경 가능하다.
도 21은 단일 방사선 검출기에 있어서 광학 필터의 다양한 면적 비율에 대한 배열 상태를 도면이고, 도 22는 방사선 검출기 어레이에 있어서 광학 필터의 면적 비율이 50%일 때를 배열 상태를 도면이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 본 출원에 따른 방사선 검출기는 섬광 체모듈과 광학필터(200)의 단면적 비율에 기초하여 광학필터(200)를 투과하는 빛의 광량을 조절할 수 있다. 도 21 (a)는 섬광체 모듈(100)에 대한 광학필터(200) 단면적 비율이 50%를 차지하는 경우이고, 도 21 (b)는 섬광체 모듈(100)에 대한 광학필터(200) 단면적 비율이 25%를 차지하는 경우이며, 도 21 (c)는 섬광체 모듈(100)에 대한 광학필터(200) 단면적 비율이 10%를 차지하는 경우에 해당한다.
또한, 본 출원에 따른 방사선 검출기가 복수 개 연결된 방사선 검출기 어레이일 경우, 도 22와 같이 배열하면 섬광체 모듈(100)에 대한 광학필터(200) 단면적 비율이 50%에 해당한다.
본 출원은 전술한 방사선 검출기와 다른 구조를 가지는 방사선 검출기에 관한 것이다. 상기 방사선 검출기는 광학필터(210) 및 제1 광 가이드(220)를 포함하는 광학 필터 모듈이 마련된 점에서 전술한 방사선 검출기와 다른 구조를 가진다.
도 23 내지 28은 광학 필터 모듈을 포함하는 방사선 검출기의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 23에 도시된 방사선 검출기는 도 2에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이고, 도 24에 도시된 방사선 검출기는 도 16에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이며, 도 25에 도시된 방사선 검출기는 도 17에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이고, 도 26에 도시된 방사선 검출기는 도 18에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이며, 도 27에 도시된 방사선 검출기는 도 19에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이고, 도 28에 도시된 방사선 검출기는 도 20에 도시된 방사선 검출기의 다른 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 방사선 검출기는 섬광체 모듈(100), 광학 필터 모듈, 제2 광 가이드(300), 제1 광 검출기(400), 제2 광 검출기(500) 및 제어부(600)를 포함한다. 제2 광 가이드는 전술한 광 가이드와 동일하므로 같은 도면 부호를 사용하였다. 상기 광학 필터 모듈은 상기 섬광체 모듈(100)의 일 영역에 부착되어 제1 파장대 및 제2 파장대의 빛 중 어느 하나의 빛을 일부 또는 전부 차단시키는 광학필터(210), 및 제1 파장대 및 제2 파장대의 빛을 투과시키는 제1 광 가이드(220)를 포함한다. 상기 광학필터(210)에 대한 자세한 설명은 전술한 내용과 동일하므로 이하에서 생략하기로 한다. 또한, 상기 제1 광 가이드(220) 및 제2 광 가이드(300)의 역할은 전술한 광 가이드(300)와 동일하고, 섬광체 모듈(100), 광 검출기 및 제어부(600)에 대한 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로 이하에서 생략하기로 한다.
상기 광학 필터 모듈은 광학필터(210)와 제1 광 가이드(220)를 함께 포함함에 따라 섬광체에서 방출된 빛이 광 검출기로 도달되는 광량 조절이 보다 효과적인 장점을 가진다.
본 출원은 또한 핵 의학 영상 장치에 관한 것이다. 상기 핵의학 영상 장치는 전술한 방사선 검출기를 반응 깊이 판별법과 비정시간 판별법에 적용한다. 이러한 장치는 예를 들어, 양전자방출단층촬영기(Positron emission tomography, PET)일 수 있다.
전술한 방사선 검출기를 포함하는 핵 의학 영상 장치는 종래 반응 깊이 판별법과 비정시간 판별법에 요구되는 복잡한 알고리즘이 필요 없기 때문에, 비용 측면 및 신호 처리 속도에서 유리하면서도 우수한 영상 품질을 제공할 수 있는 장점을 가진다.
이상과 같이, 본 출원은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 출원은 이것에 의해 한정되지 않으며, 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있다.
100: 섬광체 모듈
110: 제1 섬광체
120: 제2 섬광체
200: 광학 필터
300: 광 가이드
400: 제1 광 검출기
500: 제2 광 검출기
600: 제어부
110: 제1 섬광체
120: 제2 섬광체
200: 광학 필터
300: 광 가이드
400: 제1 광 검출기
500: 제2 광 검출기
600: 제어부
Claims (11)
- 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기에 있어서,
감마선과 반응하여 제1 파장대의 빛을 방출하는 제1 섬광체 및 감마선과 반응하여 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 빛을 방출하는 제2 섬광체가 적층되어 형성된 섬광체 모듈;
상기 섬광체 모듈의 일 영역에 부착되어 제1 파장대 또는 제2 파장대의 빛 중 어느 하나의 빛을 일부 또는 전부 차단시키는 광학필터;
상기 섬광체 모듈의 다른 일 영역에 부착되어 제1 및 제2 파장대의 빛을 투과시키는 광 가이드;
상기 광학필터 또는 광 가이드 중 어느 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 또는 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제1 감지 신호(S1)를 생성하는 제1 광 검출기;
상기 광학 필터 또는 광 가이드 중 어느 하나에 부착되되, 상기 제1 광 검출기와 다른 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 또는 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제2 감지 신호(S2)를 생성하는 제2 광 검출기;
상기 제1 및 제2 감지 신호에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별하는 제어부; 및
제1 광 검출기에서 감지된 빛의 광량과 미리 정해진 기준 값을 비교하여 고정된 판별값을 생성하는 비교기를 포함하는, 방사선 검출기. - 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 제1 및 제2 감지 신호 비율에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별하는, 방사선 검출기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 제어부는 상기 비교기에서 생성된 고정된 판별값을 통해 감마선의 반응 위치를 판별하는, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬광체는 CaF2(Eu), CsI(Na), LYSO, LSO, NaI(TI), LaBr3, BaF2, LuAG:Pr, GPS, YAP:Ce, GSO, Ce:GAGG, Ce:GFAG, LuAg:Ce, CsI(TI) 및 YAG:Ce로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 다른 섬광체를 포함하는, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서, 광학 필터 및 광 가이드는 제2 섬광체의 제1 섬광체 반대편 표면에 부착 형성된, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서, 광학 필터는 제1 섬광체의 제2 섬광체 반대편 표면에 부착 형성되고,
상기 광 가이드는 제2 섬광체의 제1 섬광체 반대편 표면에 부착 형성된, 방사선 검출기. - 제 1 항에 있어서, 광학 필터 및 광 가이드는 제1 섬광체와 상기 제2 섬광체의 적층 방향의 일 측면에 부착 형성된, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학 필터는 제1 섬광체와 제2 섬광체의 적층 방향의 일 측면에 부착 형성되고,
상기 광 가이드는 상기 제1 및 제2 섬광체의 적층 방향의 다른 측면에 부착 형성된, 방사선 검출기. - 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기에 있어서,
감마선과 반응하여 제1 파장대의 빛을 방출하는 제1 섬광체 및 감마선과 반응하여 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 빛을 방출하는 제2 섬광체가 적층되어 형성된 섬광체 모듈;
상기 섬광체 모듈의 일 영역에 부착되어 제1 파장대 및 제2 파장대의 빛 중 어느 하나의 빛을 일부 또는 전부 차단시키는 광학 필터, 및 제1 파장대 및 제2 파장대의 빛을 투과시키는 제1 광 가이드를 포함하는 광학 필터 모듈;
상기 섬광체 모듈의 다른 일 영역에 부착되어 제1 및 제2 파장대의 빛을 투과시키는 제2 광 가이드;
상기 광학 필터 모듈 또는 제2 광 가이드 중 어느 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 모듈 또는 제2 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제1 감지 신호(S1)를 생성하는 제1 광 검출기;
상기 광학 필터 모듈 또는 제2 광 가이드 중 어느 하나에 부착되되, 상기 제1 광 검출기와 다른 하나에 부착되고, 부착된 광학 필터 모듈 또는 제2 광 가이드를 투과한 빛을 감지하여 제2 감지 신호(S2)를 생성하는 제2 광 검출기; 및
상기 제1 및 제2 광 검출기의 감지 신호에 기초하여 감마선의 반응 위치를 판별하는 제어부를 포함하는, 방사선 검출기. - 제 1 항 또는 제 10항에 따른 방사선 검출기를 포함하는 핵 의학 영상 장치.
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| KR1020200048760A KR102399325B1 (ko) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기 및 이를 포함하는 핵 의학 영상 장치 |
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| KR1020200048760A KR102399325B1 (ko) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기 및 이를 포함하는 핵 의학 영상 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000258540A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Toshiba Corp | 放射線検出器 |
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-
2020
- 2020-04-22 KR KR1020200048760A patent/KR102399325B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000258540A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Toshiba Corp | 放射線検出器 |
| US20060243913A1 (en) * | 2003-04-24 | 2006-11-02 | Michael Overdick | Detector element for spatially resolved detection of gamma radiation |
Also Published As
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| KR20210130483A (ko) | 2021-11-01 |
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