KR102541734B1 - Positron emission tomography apparatus and method using multi-layer flat scintillator - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법에 관한 것으로서, 적층 구조를 가지는 복수의 평판형 섬광체와 섬광체의 측면에 배치되는 복수의 광센서를 포함하며, 감마선을 검출하기 위한 광센서의 개수를 줄이며, 복잡한 섬광체의 구조, 신호처리회로 없이도 단층 영상을 생성할 수 있는 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention relate to a positron emission tomography apparatus and method, which includes a plurality of planar scintillators having a stacked structure and a plurality of optical sensors disposed on the sides of the scintillator, and the number of optical sensors for detecting gamma rays. To provide a positron emission tomography apparatus and method capable of generating tomography images without a complex structure of a scintillator and a signal processing circuit.

Figure R1020210085847
Figure R1020210085847

Description

다층 평판형 섬광체를 이용한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법{POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY APPARATUS AND METHOD USING MULTI-LAYER FLAT SCINTILLATOR}Positron emission tomography apparatus and method using a multi-layer planar scintillator

본 발명의 실시예는 다층 평판형 섬광체를 이용한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감마선의 입사방향으로 적층된 다층 평판형 섬광체를 이용하여 감마선 검출 깊이를 측정하기 위한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a positron emission tomography apparatus and method using a multi-layer planar scintillator, and more particularly, positron emission for measuring a gamma-ray detection depth using a multi-layer planar scintillator stacked in an incident direction of gamma rays. It relates to a tomography apparatus and method.

일반적으로 인체의 생화학적인 변화를 영상화하여 이상을 찾아내고 각종 질병의 조기 진단을 할 수 있는 의학 분야의 방사선 영상장치로는 크게 자기공명촬영장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI), 컴퓨터 단층 촬영장치(Computer Tomography, CT) 그리고 양전자 방출 단층 촬영 장치(Positron Emission Tomography, PET)를 들 수 있다. In general, radiation imaging devices in the medical field that can image biochemical changes in the human body to find abnormalities and early diagnose various diseases include magnetic resonance imaging (MRI) and computer tomography (CT). Tomography (CT) and Positron Emission Tomography (PET).

이러한 방사선 의료 영상 기기의 경우 방사선을 검출하여 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 이용하여 대상체에 대한 영상 신호를 획득한다. 특히, PET는 생체 내에 양전자를 방출하는 방사성 의약품을 정맥주사 또는 흡입 등의 방법으로 주입하고, 이를 검출하여 방사성 의약품의 체내 분포를 영상화하는 장치이다. PET는 인체의 물질대사 연구, 암진단, 심장 및 신경계통 이상 등 여러가지 질병의 진단 및 연구에 사용된다. In the case of such a radiation medical imaging device, radiation is detected and converted into an optical signal, and an image signal for an object is acquired using the converted optical signal. In particular, PET is a device that injects a radiopharmaceutical that emits positrons into a living body by a method such as intravenous injection or inhalation, and detects it to image the body distribution of the radiopharmaceutical. PET is used in the diagnosis and research of various diseases such as metabolic studies of the human body, cancer diagnosis, heart and nervous system abnormalities.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 PET의 동작 방법을 설명한다. Hereinafter, a general PET operation method will be described with reference to FIG. 1 .

도 1은 일반적인 일반적인 PET 장치에서의 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a process of generating an image in a general general PET device.

도 1을 참조하면, PET는 불안정한 방사선 시료가 베타+붕괴(beta+ decay, β+-decay)할 때 방출되는 양전자(positron, e+) 가 전자와 쌍소멸(pair annihilation)할 때 나오는 두 개의 감마선(방사선)을 검출하여 이로부터 이미지를 생성한다. 따라서, 외과적 수술 없이 인체의 내부를 촬영하여 병의 발생 여부 및 정확한 발병 위치를 알 수 있다. Referring to FIG. 1, PET is two gamma rays emitted when a positron (e + ) emitted when an unstable radiation sample undergoes beta+ decay (β+-decay) and pair annihilation with an electron (radiation) is detected and an image is created from it. Therefore, it is possible to know whether a disease has occurred and the exact location of the disease by taking a picture of the inside of the human body without a surgical operation.

종래의 PET는 크게 배열형 섬광체(array scintillator)를 이용하는 방식과 평판형 섬광체(flat scintillator)를 이용하는 방식으로 구분할 수 있다. 배열형 섬광체를 사용하는 경우, 해상도가 우수하지만 평판형 섬광체를 적용한 검출기에 비하여 민감도와 에너지 분해능 등의 성능이 낮다는 문제점이 있다.Conventional PET can be largely classified into a method using an array scintillator and a method using a flat scintillator. In the case of using an array type scintillator, resolution is excellent, but there is a problem in that performance such as sensitivity and energy resolution is lower than that of a detector using a flat scintillator.

또한, 도 1을 참조하면, PET(1) 스캐너 내부에는 얇고 긴 배열형 섬광체 기반의 검출기(100)가 원형으로 배치된다. 따라서 외곽시야에서 시차오차가 발생하여 영상의 해상도가 저하된다. 이를 해결하기 위해서 섬광체에 결합하는 광센서의 개수 및 결합 방식을 변경시키는 방식이 개발되었으나, 기존에 비해 2배 증가된 광센서가 필요하거나 복잡한 신호 분석 알고리즘 또는 감마선 검출 깊이 별 빛 분포에 대한 사전 측정을 요구하는 문제점이 있다. Also, referring to FIG. 1 , a detector 100 based on a thin and long arrayed scintillator is disposed in a circular shape inside the PET(1) scanner. Therefore, parallax error occurs in the outer field of view, and the resolution of the image is lowered. In order to solve this problem, a method of changing the number and coupling method of optical sensors coupled to the scintillator has been developed, but an optical sensor that is twice as large as the previous one is required, a complex signal analysis algorithm, or a preliminary measurement of light distribution by gamma ray detection depth. There is a problem that requires

본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 감마선 검출 장치 및 방법은 적은 개수의 광센서를 이용하여 감마선의 검출 깊이를 측정할 수 있는 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. An apparatus and method for detecting gamma rays using a multi-layer planar scintillator according to embodiments of the present invention are intended to provide a positron emission tomography apparatus and method capable of measuring a detection depth of gamma rays using a small number of optical sensors.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 감마선 검출 장치 및 방법은 간단한 알고리즘을 이용하여 감마선의 깊이를 도출할 수 있는 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, an apparatus and method for detecting gamma rays using a multilayer planar scintillator according to an embodiment of the present invention are intended to provide a positron emission tomography apparatus and method capable of deriving the depth of gamma rays using a simple algorithm.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 감마선 검출 장치 및 방법은 감마선 검출 깊이 별 빛 분포에 대한 사전 측정 없이 감마선의 깊이를 검출할 수 있는 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the gamma ray detection apparatus and method using the multi-layer planar scintillator according to the embodiment of the present invention provide a positron emission tomography apparatus and method capable of detecting the depth of gamma rays without prior measurement of light distribution for each gamma ray detection depth. it is for

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치는, 감마선이 입사되면 섬광 신호를 발생시키며, 상기 감마선의 입사 방향으로 적층되는 복수의 평판형 섬광체(Scintillator), 상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하고, 상기 평판형 섬광체의 4개 측면에, 상기 평판형 섬광체의 적층 방향과 같은 방향으로 적층되는 복수의 광센서, 그리고 상기 전기적 신호를 이용하여, 상기 평판형 섬광체의 중점을 원점으로 하는 상기 감마선 검출 위치의 3차원 값을 도출하고, 상기 감마선의 검출 위치를 이용하여 영상을 생성하는 신호처리부를 포함한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the positron emission tomography apparatus according to the embodiment generates a scintillation signal when gamma rays are incident, and a plurality of planar scintillators stacked in the direction of incidence of the gamma rays, The flat scintillator converts the scintillation signal into an electrical signal, uses a plurality of optical sensors stacked on four sides of the flat scintillator in the same direction as the stacking direction of the flat scintillator, and the electrical signal, and a signal processing unit for deriving a 3D value of the gamma-ray detection location having a midpoint as an origin and generating an image using the gamma-ray detection location.

또한, 실시예 따른 광센서는, 2개 이상, 상기 평판형 섬광체의 적층 개수 이하로 적층된다.In addition, the optical sensor according to the embodiment is stacked with two or more and less than or equal to the number of stacked flat scintillators.

또한, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치는, 상기 복수층의 평판형 섬광체와 상기 복수층의 광센서 사이에 배치되는 광가이드를 더 포함하며, 상기 광가이드는 상기 섬광 신호를 확산시켜 상기 광센서로 전송한다. In addition, the positron emission tomography apparatus according to the embodiment further includes a light guide disposed between the multi-layer planar scintillator and the multi-layer optical sensor, wherein the light guide diffuses the scintillation signal to generate light sent to the sensor.

또한, 실시예에 따른 신호처리부는, 상기 섬광체의 4개의 측면 중 제1 측면에 배치된 광센서와 제3 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 상기 감마선의 x축 검출 위치를 도출하고, 상기 섬광체의 제2 측면에 배치된 광센서와 제4 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 상기 감마선의 y축 위치를 도출하며, 상기 적층된 광센서의 층별로 측정된 전기적 신호의 비율을 이용하여 상기 감마선의 z축 위치를 도출하고, 상기 z축은 상기 감마선이 입사하는 방향으로서 깊이를 나타내며, x축은 상기 섬광체의 적측면의 가로, y축은 상기 적측면의 세로 방향을 의미하며, 상기 제1 측면 및 상기 제3 측면은 x축과 수직하고, 상기 제2 측면 및 상기 제4 측면은 y축과 수직인 측면을 의미한다. In addition, the signal processing unit according to the embodiment detects the x-axis of the gamma ray using a difference between an electrical signal measured by an optical sensor disposed on a first side of the scintillator and an optical sensor disposed on a third side among the four sides of the scintillator. The position is derived, and the y-axis position of the gamma ray is derived using the difference between the electrical signal measured by the optical sensor disposed on the second side and the optical sensor disposed on the fourth side of the scintillator, and the stacked optical sensor The z-axis position of the gamma ray is derived using the ratio of electrical signals measured for each layer of the gamma ray, the z-axis is a direction in which the gamma ray is incident and indicates depth, the x-axis is the horizontal side of the red side of the scintillator, and the y-axis is the red It means a vertical direction of the side, the first side and the third side are perpendicular to the x-axis, and the second side and the fourth side are sides perpendicular to the y-axis.

또한, 실시예에 따른 복수의 평판형 섬광체는, 상기 복수의 섬광체 사이와 전면 및 후면에 반사체가 결합되며, 상기 전면은 상기 감마선이 임사하는 면을 의미하고, 상기 후면은 상기 감마선이 입사하는 면과 평행하게 마주보는 바닥면을 의미하며, 상기 반사체는 상기 섬광 신호를 반사한다.In addition, in the plurality of flat scintillators according to the embodiment, reflectors are coupled between the plurality of scintillators and on the front and rear surfaces, the front surface means a surface on which the gamma rays are near, and the rear surface means a surface on which the gamma rays are incident. Means a bottom surface facing parallel to, and the reflector reflects the scintillation signal.

또한, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 방법은, 감마선의 입사 방향으로 적층된 복수의 평판형 섬광체(Scintillator)가 상기 감마선이 입사되면 섬광 신호를 발생시키는 단계, 상기 평판형 섬광체의 4개 측면에 배치되며, 상기 평판형 섬광체의 적층 방향과 같은 방향으로 적층된 복수의 광센서가 상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계, 그리고 신호 처리부가, 상기 전기적 신호를 이용하여 상기 평판형 섬광체의 중점을 원점으로 하는 상기 감마선 검출 위치의 3차원 값을 도출하고, 상기 감마선의 검출 위치를 이용하여 영상을 구성하는 단계를 포함한다.In addition, the positron emission tomography method according to the embodiment includes generating a scintillation signal when a plurality of planar scintillators stacked in the direction of incidence of gamma rays are incident with the gamma rays, on four sides of the planar scintillator. converting the scintillation signal into an electrical signal by a plurality of optical sensors disposed and stacked in the same direction as the stacking direction of the flat scintillator, and a signal processor using the electrical signal to determine the center point of the flat scintillator and deriving a 3D value of the gamma-ray detection position as an origin and constructing an image using the gamma-ray detection position.

또한, 실시예에 따른 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계는, 2개 이상, 상기 평판형 섬광체의 적층 개수 이하로 적층된 광 센서를 이용하여 상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계를 더 포함한다.In addition, the step of converting the scintillation signal into an electrical signal according to the embodiment further includes converting the scintillation signal into an electrical signal using optical sensors stacked at least two and less than or equal to the number of stacked flat scintillators. do.

또한, 실시예에 따른 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계는, 상기 복수의 평판형 섬광체와 상기 복수의 광센서 사이에 배치되는 광가이드를 이용하여 상기 섬광 신호를 확산시켜 상기 광센서로 전송하는 단계를 더 포함한다.In addition, in the step of converting the scintillation signal into an electrical signal according to the embodiment, the scintillation signal is diffused using an optical guide disposed between the plurality of flat scintillators and the plurality of optical sensors and transmitted to the optical sensor. Include more steps.

또한, 실시예에 따른 영상을 구성하는 단계는, 상기 신호처리부가, 상기 섬광체의 4개의 측면 중 제1 측면에 배치된 광센서와 제3 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 상기 감마선의 x축 검출 위치를 도출하는 단계, 상기 섬광체의 제2 측면에 배치된 광센서와 제4 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 상기 감마선의 y축 위치를 도출하는 단계, 그리고 상기 적층된 광센서의 층별로 측정된 전기적 신호의 비율을 이용하여 상기 감마선의 z축 위치를 도출하는 단계를 더 포함하며, 상기 z축은 상기 감마선이 입사하는 방향으로서 깊이를 나타내며, x축은 상기 섬광체의 적측면의 가로, y축은 상기 적측면의 세로 방향을 의미하고, 상기 제1 측면 및 상기 제3 측면은 x축과 수직하고, 상기 제2 측면 및 상기 제4 측면은 y축과 수직인 측면을 의미한다.In addition, in the step of configuring the image according to the embodiment, the signal processing unit measures the difference between the electrical signal measured by the optical sensor disposed on the first side and the optical sensor disposed on the third side of the four sides of the scintillator. Deriving the x-axis detection position of the gamma ray using the difference between the electrical signals measured by the optical sensor disposed on the second side and the optical sensor disposed on the fourth side of the scintillator, the y-axis position of the gamma ray and deriving a z-axis position of the gamma ray using a ratio of electrical signals measured for each layer of the stacked photosensors, wherein the z-axis is a direction in which the gamma ray is incident and represents a depth. The x-axis is the horizontal direction of the red-side surface of the scintillator, the y-axis means the vertical direction of the red-side surface, the first side and the third side are perpendicular to the x-axis, and the second side and the fourth side are The side perpendicular to the y-axis.

또한, 실시예에 따른 섬광 신호를 발생시키는 단계는, 상기 복수의 평판형 섬광체 사이와 전면 및 후면에 결합된 반사체가 상기 섬광 신호를 반사하는 단계를 더 포함하며, 상기 전면은 상기 감마선이 입사하는 면을 의미하고, 상기 후면은 상기 감마선이 입사하는 면과 평행한 바닥면을 의미한다.In addition, the step of generating the scintillation signal according to the embodiment further includes reflecting the scintillation signal by a reflector coupled between the plurality of flat scintillators and to the front and rear surfaces, the front surface of which the gamma rays are incident. surface, and the rear surface means a bottom surface parallel to the surface on which the gamma rays are incident.

본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법은 광센서를 이용하여 감마선의 검출 깊이를 측정할 수 있는 감마선 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다. Positron emission tomography apparatus and method using multi-layer planar scintillators according to embodiments of the present invention may provide a gamma ray detection apparatus and method capable of measuring a detection depth of gamma rays using an optical sensor.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법은 간단한 알고리즘을 이용하여 감마선의 깊이를 도출할 수 있는 감마선 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다. In addition, the positron emission tomography apparatus and method using the multi-layer planar scintillator according to an embodiment of the present invention can provide a gamma ray detection apparatus and method capable of deriving the depth of gamma rays using a simple algorithm.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 평판형 섬광체를 이용한 양전자 방출 단층 촬영 장치 및 방법은 감마선 검출 깊이 별 빛 분포에 대한 사전 측정 없이 감마선의 깊이를 검출할 수 있는 감마선 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다. In addition, the positron emission tomography apparatus and method using the multilayer planar scintillator according to an embodiment of the present invention provide a gamma ray detection apparatus and method capable of detecting the depth of gamma rays without prior measurement of light distribution for each gamma ray detection depth. can

도 1은 일반적인 PET 장치에서의 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 구성도이다.
도 3은 실시예에 따른 섬광체의 구성도이다.
도 4는 실시예에 따른 광센서의 구성도이다.
도 5는 실시예에 따른 광센서의 구성도이다.
도 6은 실시예에 따른 검출기의 측면도이다.
도 7은 실시예에 따른 광가이드가 결합된 검출기의 측면도이다.
도 8은 실시예에 따른 감마선 검출 위치 측정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 실시예에 따른 양자선 방출 단층 촬영 방법의 흐름도이다.
도 10은 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 성능을 설명하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한 예시도이다.
도 11은 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 성능을 설명하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한 예시도이다.
도 12는 실시예에 따른 감마선 검출 깊이 분포 그래프의 예시이다.
도 13은 실시예에 따른 감마선 검출 깊이 별 2차원 평면 영상의 예시도이다.
1 is a diagram for explaining a process of generating an image in a general PET device.
2 is a configuration diagram of a positron emission tomography device according to an embodiment.
3 is a configuration diagram of a scintillator according to an embodiment.
4 is a configuration diagram of an optical sensor according to an embodiment.
5 is a configuration diagram of an optical sensor according to an embodiment.
6 is a side view of a detector according to an embodiment.
7 is a side view of a detector coupled with a light guide according to an embodiment.
8 is an exemplary diagram for explaining a gamma ray detection position measurement method according to an embodiment.
9 is a flowchart of a quantum beam emission tomography method according to an embodiment.
10 is an exemplary diagram to which Monte Carlo simulation is applied to describe performance of a positron emission tomography apparatus according to an embodiment.
11 is an exemplary diagram to which Monte Carlo simulation is applied to describe performance of a positron emission tomography apparatus according to an embodiment.
12 is an example of a gamma ray detection depth distribution graph according to an embodiment.
13 is an exemplary view of a 2D plane image for each gamma ray detection depth according to an embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

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. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.In this specification, a "unit" includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Further, one unit may be realized using two or more hardware, and two or more units may be realized by one hardware. Meanwhile, '~unit' is not limited to software or hardware, and '~unit' may be configured to be in an addressable storage medium or configured to reproduce one or more processors. Therefore, as an example, '~unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functions provided within components and '~units' may be combined into smaller numbers of components and '~units' or further separated into additional components and '~units'. In addition, the components and '~units' may be implemented to regenerate one or more CPUs in the device.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)의 구성을 설명한다. Hereinafter, the configuration of the positron emission tomography apparatus 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. 2 .

도 2는 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 구성도이다. 2 is a configuration diagram of a positron emission tomography device according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)는 감마선(방사선, S1)이 입사되는 경우, 감마선의 검출 위치에 대응하는 전기적 신호(S3)를 생성하는 검출기(100)와 전기적 신호(S3)를 이용하여 감마선의 검출 위치를 도출하여 영상을 구성하는 신호 처리부(200)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the positron emission tomography apparatus 1 according to the embodiment includes a detector 100 that generates an electrical signal S3 corresponding to a detection position of gamma rays (radiation S1) when gamma rays (radiation S1) are incident on it. It includes a signal processing unit 200 that constructs an image by deriving a detection location of gamma rays using the electrical signal S3.

구체적으로, 검출기(100)는 복수의 섬광체(Scintillator, 110)와 복수의 광센서(photosensor, 130)를 포함한다. 복수의 섬광체(110)는 감마선(S1)이 입사되는 경우 이에 대응하여 섬광 신호(S2)를 생성한다. Specifically, the detector 100 includes a plurality of scintillators 110 and a plurality of photosensors 130 . The plurality of scintillators 110 generate a scintillation signal S2 in response to the incident gamma rays S1.

섬광체(110)는 방사선이 부딪침으로써 섬광을 발하는 모든 물질을 포함할 수 있다. 또한, 섬광 결정(Scintillator Crystal)과 같은 섬광 물질을 칭하는 용어를 모두 포함하는 의미로 사용된다. 더불어, 섬광 신호(S2)는 방사선의 입사에 대응하여 섬광체(110)가 생성하는 빛, 가시광선 등과 같은 모든 광 신호를 포함한다.The scintillator 110 may include any material that emits light when radiation strikes it. In addition, it is used as a meaning including all terms referring to a scintillator material such as a scintillator crystal. In addition, the scintillation signal S2 includes all light signals such as light and visible light generated by the scintillator 110 in response to the incidence of radiation.

복수의 광센서(130)는 복수의 섬광체(100)에서 생성된 섬광 신호(S2)에 대응하는 전기적 신호(S3)를 생성한다. 따라서, 광센서(130)는 섬광 신호(S2) 또는 섬광 신호(S2)에 포함된 파장, 진폭 주파수 등과 같은 모든 정보를 이용하여 전기적 신호(S3)로 변환할 수 있다. The plurality of optical sensors 130 generate an electrical signal S3 corresponding to the scintillation signal S2 generated by the plurality of scintillators 100 . Accordingly, the optical sensor 130 may use the scintillation signal S2 or all information included in the scintillation signal S2, such as the wavelength, amplitude, and frequency, to convert the electrical signal S3 into the electrical signal S3.

신호 처리부(200)는 감마선 검출 위치를 도출하는 알고리즘과, 검출기(100)에서 측정된 전기적 신호(S3)를 이용하여 감마선의 검출 위치를 도출하고, 감마선의 검출 위치를 근거로 영상을 구성한다. 따라서, 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)의 성능은 감마선 검출기(100)의 구조와 감마선 검출 위치를 도출하는 알고리즘에 의해 결정될 수 있다.The signal processing unit 200 derives the gamma-ray detection position using an algorithm for deriving the gamma-ray detection position and the electrical signal S3 measured by the detector 100, and constructs an image based on the gamma-ray detection position. Accordingly, the performance of the positron emission tomography apparatus 1 may be determined by the structure of the gamma ray detector 100 and an algorithm for deriving the gamma ray detection position.

감마선 검출기(100)는 일반적으로 얇고 긴 직육면체 섬광체를 복수 개 결합한 배열형 섬광체 또는 하나의 직육면체 블록인 평인 평판형 섬광체 중 하나를 사용한다. 배열형 섬광체를 사용하는 경우 해상도가 우수하다는 장점이 있다. 하지만, 배열형 섬광체는 평판형 섬광체에 비하여 민감도와 에너지 분해능 등의 성능이 낮다는 단점이 존재한다. The gamma ray detector 100 generally uses either an array type scintillator in which a plurality of thin and long rectangular parallelepiped scintillators are combined or a flat planar scintillator that is a single rectangular parallelepiped block. In the case of using an array type scintillator, there is an advantage in that the resolution is excellent. However, the array type scintillator has a disadvantage in that performance such as sensitivity and energy resolution is lower than that of the flat scintillator.

또한, 배열형 섬광체를 원형으로 배치하는 경우, 외곽시야에서 시차오차가 발생하여 영상의 해상도가 저하하는 문제점이 발생한다. 이 때, 시차오차로 인한 해상도 저하는 원형 PET(1)의 지름이 작을수록 커진다. In addition, when array-type scintillators are arranged circularly, parallax errors occur in the outer field of view, resulting in a problem in that the resolution of the image is lowered. At this time, resolution degradation due to parallax error increases as the diameter of the circular PET 1 decreases.

따라서, 이러한 해상도 저하 문제를 해결하기 위해, 종래에는 배열형 섬광체의 구조를 변경하거나, 광센서의 개수 및 결합 방식을 변경하여 감마선의 검출 깊이를 측정하여 해상도 저하 문제를 해결하였다. Therefore, in order to solve the resolution degradation problem, the resolution degradation problem has been conventionally solved by changing the structure of an arrayed scintillator or measuring the detection depth of gamma rays by changing the number and coupling method of optical sensors.

하지만, 이로 인해 섬광체의 구조 또는 신호처리회로가 복잡해지고, 광센서의 개수가 2배이상 증가하여 PET의 제작 비용이 증가하였다. 또한, 감마선 검출 위치를 도출하기 위한 데이터 분석 시간이 과도하게 증가하고, 기대값 최대화 위치 계산 알고리즘과 같은 복잡한 신호 분석 알고리즘이 요구된다. However, this complicates the structure of the scintillator or signal processing circuit, and increases the number of optical sensors by more than two times, thereby increasing the manufacturing cost of PET. In addition, data analysis time for deriving the gamma-ray detection location is excessively increased, and a complex signal analysis algorithm such as an expected value maximization location calculation algorithm is required.

따라서, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치는 두께가 얇은 평판형 섬광체를 감마선의 입사방향으로 적층하고, 4개의 측면에 광센서(130)를 배치하여 민감도와 에너지 분해능을 향상시킨다. 또한, 광센서의 개수 증가 및 복잡한 신호 분석 알고리즘을 필요로 하지 않으므로, 제작 비용 및 영상 생성 소요 시간을 절감할 수 있다. 섬광체(130) 구체적인 구성은 후술하는 도 3을 참조하여 설명한다.Therefore, the positron emission tomography device according to the embodiment improves sensitivity and energy resolution by stacking thin flat scintillators in the incident direction of gamma rays and disposing the optical sensors 130 on four side surfaces. In addition, since an increase in the number of optical sensors and a complicated signal analysis algorithm are not required, manufacturing cost and time required to generate an image can be reduced. A specific configuration of the scintillator 130 will be described with reference to FIG. 3 to be described later.

이하, 도 3을 참조하여 실시예에 따른 섬광체의 구성을 설명한다. Hereinafter, the configuration of the scintillator according to the embodiment will be described with reference to FIG. 3 .

도 3은 실시예에 따른 섬광체의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a scintillator according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 검출기(100)에 포함되는 섬광체(130)는 복수의 평판형 섬광체가 적층된 구조를 가진다. 복수의 평판형 섬광체는 감마선의 입사 방향(D1)으로 높이가 증가하도록 적층된 구조를 가진다. 또한, 복수의 평판형 섬광체(110)의 사이와 전면 및 후면 중 적어도 어느 한 면에는 반사체(reflector, 120)가 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the scintillator 130 included in the detector 100 according to the embodiment has a structure in which a plurality of flat scintillators are stacked. A plurality of flat scintillators have a stacked structure such that the height increases in the incident direction D1 of gamma rays. In addition, a reflector 120 may be disposed between the plurality of flat scintillators 110 and at least one of the front and rear surfaces.

이 때, 전면은 감마선이 입사되는 면을 의미하고, 후면은 전면과 평행하며, 마주보는 바닥면을 의미한다. 섬광체(110)의 두께는 5mm로 설정할 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 사용 목적 및 사용 조건에 따라 두께를 변경할 수 있다. At this time, the front means a surface on which gamma rays are incident, and the rear means a bottom surface parallel to and facing the front. The thickness of the scintillator 110 may be set to 5 mm. However, the embodiment is not limited thereto, and the thickness may be changed according to the purpose of use and conditions of use.

또한, 복수의 섬광체(110)의 접합면에 배치되는 반사체(120)는 섬광 신호(S2)를 반사한다. 따라서, 복수의 층으로 적층된 섬광체(110) 중 어느 한 층에서 감마선(S1)이 검출되어 섬광 신호(S2)가 발생하면, 섬광 신호(S2)는 생성된 섬광체(110)내에서만 전파되며, 다른 섬광체(110)로 전파되지 않는다. In addition, the reflector 120 disposed on the bonding surface of the plurality of scintillators 110 reflects the scintillation signal S2. Therefore, when gamma rays (S1) are detected in any one layer of the scintillator 110 stacked with a plurality of layers and a scintillation signal (S2) is generated, the scintillation signal (S2) propagates only within the generated scintillator 110, It does not propagate to other scintillators 110 .

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 실시예에 따른 광센서(130)의 구성을 설명한다. Hereinafter, the configuration of the optical sensor 130 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4는 실시예에 따른 광센서의 구성도이다.4 is a configuration diagram of an optical sensor according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 광센서(130)는 섬광체(110)의 4개 측면에 배치된다. 즉, 섬광체의 6면 중 감마선의 입사 방향(D1)과 수직인 두 면(전면, 후면)을 제외한 나머지 4개 면을 둘러 싸도록 배치된다. Referring to FIG. 4 , optical sensors 130 according to the embodiment are disposed on four sides of the scintillator 110 . That is, among the six surfaces of the scintillator, the scintillator is arranged to surround the remaining four surfaces except for the two surfaces (front and rear) perpendicular to the incident direction (D1) of gamma rays.

섬광체(110)로 감마선(S1)이 입사되는 경우, 섬광체(110)는 섬광 신호(S2)를 생성한다. 복수의 광센서(130)는 섬광체(110)에서 생성된 섬광 신호를 감지하여 감마선의 검출 위치를 도출할 수 있다. 감마선의 검출 위치를 도출하기 위해 실시예에 따른 PET는 서로 평행하며, 마주보는 면에 위치한 광센서에서 측정된 결과값을 비교하여 감마선의 검출 위치의 좌표를 도출할 수 있다. When gamma rays S1 are incident on the scintillator 110, the scintillator 110 generates a scintillation signal S2. The plurality of optical sensors 130 may detect a scintillation signal generated by the scintillator 110 to derive a detection position of gamma rays. In order to derive the detection location of the gamma ray, PET according to the embodiment is parallel to each other, and the coordinates of the detection location of the gamma ray may be derived by comparing result values measured by optical sensors located on opposite surfaces.

도 5는 실시예에 따른 광센서의 구성도이다. 5 is a configuration diagram of an optical sensor according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 광센서(130)는 상단에 제1 광센서(130-1)가 배치되고 하단에 제2 광센서(130-2)가 배치된 적층구조를 가진다. 즉, 감마선의 입사 방향으로 높이가 증가하도록 복수의 광센서가 배치될 수 있다. Referring to FIG. 5 , the optical sensor 130 has a stacked structure in which the first optical sensor 130-1 is disposed on the upper side and the second optical sensor 130-2 is disposed on the lower side. That is, a plurality of optical sensors may be arranged such that the height increases in the incident direction of the gamma rays.

도 5에는 제1 광센서(130-1)와 제2 광센서(130-2)가 적층 구조를 가지며 배치되는 것을 도시하였으나, 이는 예시로서 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 광센서가 적층 구조로 배치될 수 있다. 5 shows that the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2 have a stacked structure, but this is an example and the embodiment is not limited thereto, and a plurality of optical sensors are stacked. structure can be placed.

복수의 광센서(130)가 적층 구조를 가지도록 배치됨으로써, 다층 평판형 섬광체(110)를 사용하여도 감마선(S1)의 검출 깊이를 측정할 수 있다. 구체적으로, 적층 구조를 가지는 광센서(130)의 각 층에서 검출되는 섬광 신호(S2)의 비율을 이용하여 감마선(S1)의 검출 깊이를 측정할 수 있다. Since the plurality of optical sensors 130 are arranged to have a stacked structure, the detection depth of gamma rays S1 can be measured even when the multi-layer flat scintillator 110 is used. Specifically, the detection depth of the gamma ray S1 may be measured using the ratio of the scintillation signal S2 detected in each layer of the optical sensor 130 having the stacked structure.

따라서, 감마선(S1)의 검출 깊이를 측정하기 위해서, 광센서(130)의 적층 수는 최소 2개 이상의 개수를 가져야 한다. 또한, 광센서(130)의 적층 수는 복수의 섬광체(110)의 개수 이하일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 광센서(130)의 적층 수를 증가시킬수록 감마선(S1) 검출 깊이의 측정 정확도를 상승시킬 수 있다. Therefore, in order to measure the detection depth of the gamma rays S1, the number of layers of the optical sensor 130 must be at least two. In addition, the number of stacked optical sensors 130 may be less than or equal to the number of scintillators 110 . However, the embodiment is not limited thereto, and as the number of layers of the optical sensor 130 increases, measurement accuracy of the detection depth of the gamma ray S1 may be increased.

감마선(S1)의 검출 깊이를 측정하는 방법은 후술하는 도6 및 도 7을 참조하여 설명한다. A method of measuring the detection depth of gamma rays S1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7 to be described later.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 감마선의 검출 깊이를 측정하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of measuring the detection depth of gamma rays will be described with reference to FIGS. 6 and 7 .

도 6은 실시예에 따른 검출기의 측면도이다.6 is a side view of a detector according to an embodiment.

도 6은 섬광체(110)가 3개 이고, 광센서(130)가 2 개 인 검출기(100)의 예시를 도시한다. 또한, 도 6에는 도시되어 있지 않지만 각각의 섬광체(110) 사이에는 도 3과 같이 반사체(120)가 포함될 수 있다. FIG. 6 shows an example of a detector 100 having three scintillators 110 and two optical sensors 130 . In addition, although not shown in FIG. 6 , a reflector 120 may be included between each scintillator 110 as shown in FIG. 3 .

제1 섬광체(110-1)에 감마선(S1)이 도달하는 경우, 제1 섬광체(110-1)가 섬광 신호(S2)를 생성한다. 제1 섬광체(110-1)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 반사체(120)에 의해 제2 섬광체(110-2)로 전파되지 않으며, 측면에 위치한 제1 광센서(130-1)로 전파된다. 따라서, 제1 섬광체(110-1)에서 감마선이 검출되는 경우, 제1 광센서(130-1)에서 섬광 신호(S2)가 측정된다. When gamma rays S1 reach the first scintillator 110-1, the first scintillator 110-1 generates a scintillation signal S2. The scintillation signal S2 generated by the first scintillator 110-1 does not propagate to the second scintillator 110-2 by the reflector 120, but propagates to the first optical sensor 130-1 located on the side. do. Therefore, when gamma rays are detected by the first scintillator 110-1, the scintillation signal S2 is measured by the first optical sensor 130-1.

또한, 제2 섬광체(110-2)에 감마선(S2)이 도달하는 경우, 제2 섬광체(110-2)가 섬광 신호(S2)를 생성한다. 제2 섬광체(110-2)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 반사체(120)에 의해 제1 섬광체(110-1) 및 제3 섬광체(110-3)로 전파되지 않으며, 측면에 위치한 제1 광센서(130-1) 및 제2 광센서(130-2)로 전파된다. 따라서, 제2 섬광체(110-2)에서 감마선(S1)이 검출되는 경우, 제1 광센서(130-1) 및 제2 광센서(130-2) 모두에서 섬광 신호(S2)가 측정된다. In addition, when gamma rays S2 reach the second scintillator 110-2, the second scintillator 110-2 generates a scintillation signal S2. The scintillation signal S2 generated by the second scintillator 110-2 is not propagated to the first scintillator 110-1 and the third scintillator 110-3 by the reflector 120, and the first scintillator located on the side It propagates to the optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2. Accordingly, when gamma rays S1 are detected by the second scintillator 110-2, the scintillation signal S2 is measured by both the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2.

제3 섬광체(110-3)에 감마선(S1)이 도달하는 경우, 제3 섬광체(110-3)가 섬광 신호(S2)를 생성한다. 제3 섬광체(110-3)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 반사체(120)에 의해 제2 섬광체(110-2)로 전파되지 않으며, 측면에 위치한 제2 광센서(130-2)로 전파된다. 따라서, 제3 섬광체(110-3)에서 감마선(S1)이 검출되는 경우, 제2 광센서(130-2)에서 섬광 신호가 측정된다. When gamma rays S1 reach the third scintillator 110-3, the third scintillator 110-3 generates a scintillation signal S2. The scintillation signal S2 generated by the third scintillator 110-3 does not propagate to the second scintillator 110-2 by the reflector 120, but propagates to the second optical sensor 130-2 located on the side. do. Accordingly, when gamma rays (S1) are detected by the third scintillator 110-3, a scintillation signal is measured by the second optical sensor 130-2.

따라서, 검출기(100)는 제1 광센서(130-1) 및 제2 광센서(130-2)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 세기를 이용하여 감마선의 검출 깊이를 도출할 수 있다. Accordingly, the detector 100 may derive the detection depth of the gamma rays using the intensity of the flash signal S2 measured by the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2.

도 7은 실시예에 따른 광가이드가 결합된 검출기의 측면도이다.7 is a side view of a detector coupled with a light guide according to an embodiment.

도 7은 섬광체(110)의 개수가 4개이고, 광센서(130)의 개수가 2 개인 검출기(100)의 예시를 나타내며, 섬광체(110)와 광센서(130) 사이에는 광가이드(140)가 배치될 수 있다. 더불어, 도 7에는 도시되어 있지 않지만 각각의 섬광체(110) 사이에는 도 3과 같이 반사체(120)가 포함될 수 있다.7 shows an example of a detector 100 in which the number of scintillators 110 is four and the number of optical sensors 130 is two, and an optical guide 140 is provided between the scintillator 110 and the optical sensor 130. can be placed. In addition, although not shown in FIG. 7 , a reflector 120 may be included between each scintillator 110 as shown in FIG. 3 .

광가이드(140)는 빛을 확산시켜 전송하기 위해서 사용되는 광섬유이다. 광가이드(140)는 섬광체(110)에서 발생하는 섬광 신호(S2)의 전달을 도움으로써, 감마선(S1)의 검출 깊이 측정의 정확도를 높일 수 있다. The light guide 140 is an optical fiber used to diffuse and transmit light. The light guide 140 helps transfer the scintillation signal S2 generated from the scintillator 110, thereby increasing the accuracy of measuring the detection depth of the gamma ray S1.

광가이드(140)가 없는 경우에는, 제1 섬광체(110-1)와 제2 섬광체(110-2)에 감마선(S1)이 입사하더라도 제1 광센서(130-1)에서만 섬광 신호(S2)가 측정되며, 제1 광센서(130-2)에서는 섬광 신호(S2)가 측정되지 않는다. 따라서, 광가이드(140)가 삽입되지 않는 경우, 제1 섬광체(110-1)와 제2 섬광체(110-2)에 감마선(S1)이 입사되는 경우를 구분하기 어려워 감마선의 검출 깊이를 정확히 측정할 수 없다. When there is no light guide 140, even if gamma rays (S1) are incident on the first scintillator 110-1 and the second scintillator 110-2, only the first optical sensor 130-1 generates a scintillation signal (S2). is measured, and the flash signal S2 is not measured in the first optical sensor 130-2. Therefore, when the light guide 140 is not inserted, it is difficult to distinguish the case where gamma rays (S1) are incident on the first scintillator 110-1 and the second scintillator 110-2, and the detection depth of gamma rays is accurately measured. Can not.

하지만, 검출기(100)가 광가이드(140)를 포함하는 경우, 제1 섬광체(110-1)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 제1 광센서(130-1)로 전송되며, 일부 신호가 제2 광센서(130-2)로 전송될 수 있다. However, when the detector 100 includes the light guide 140, the scintillation signal S2 generated by the first scintillator 110-1 is transmitted to the first optical sensor 130-1, and some signals are It may be transmitted to the second optical sensor 130-2.

또한, 제2 섬광체(110-2)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 제1 광센서(130-1) 및 제2 광센서(130-2)로 분산되어 전송된다. 하지만, 제2 섬광체(110-2)에서 섬광 신호(S2)가 생성되는 경우, 제1 섬광체(110-1)에서 섬광 신호(S2)가 생성되는 경우에 비하여 강한 신호가 제2 광센서(130-2)에서 측정된다. In addition, the scintillation signal S2 generated by the second scintillator 110-2 is distributed and transmitted to the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2. However, when the scintillation signal S2 is generated from the second scintillator 110-2, a stronger signal than the case where the scintillation signal S2 is generated from the first scintillator 110-1 is generated by the second optical sensor 130. -2) is measured.

즉, 광가이드(140)를 삽입하는 경우, 제2 광센서(130-2)에서 측정되는 섬광 신호(S2)의 세기를 비교하여 제1 섬광체(110-1)와 제2 섬광체(110-2)에 감마선(S1)이 도달하는 경우를 구분할 수 있다. That is, when the light guide 140 is inserted, the first scintillator 110-1 and the second scintillator 110-2 are compared with the intensities of the scintillation signal S2 measured by the second optical sensor 130-2. ), the case where the gamma ray (S1) arrives can be distinguished.

제3 섬광체(110-3)와 제4 섬광체(110-4) 또한 제1 섬광체(110-1)와 제2 섬광체(110-2)와 같이, 광가이드(140)가 포함되지 않은 경우, 제2 섬광체(130-2)에서만 섬광 신호(S2)가 검출된다. Like the third scintillator 110-3 and the fourth scintillator 110-4, as well as the first scintillator 110-1 and the second scintillator 110-2, when the light guide 140 is not included, The scintillation signal S2 is detected only in the two scintillators 130-2.

하지만, 광가이드(140)가 삽입된 경우, 제4 섬광체(110-4)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 제2 광센서(130-2)로 대부분 전송되며, 일부 신호가 제1 광센서(130-1)로 전송될 수 있다. However, when the light guide 140 is inserted, most of the scintillation signal S2 generated by the fourth scintillator 110-4 is transmitted to the second optical sensor 130-2, and some of the signals are transmitted to the first optical sensor. It can be sent to (130-1).

또한, 제3 섬광체(110-3)에서 섬광 신호(S2)가 생성되는 경우, 섬광 신호(S2)는 제1 광센서(130-1)와 제2 광센서(130-2)로 분산되어 전송된다. 하지만 제4 섬광체(110-4)에 감마선(S1)이 도달하는 경우에 비하여 더 강한 섬광 신호가 제1 광센서(130-1)에서 측정된다. In addition, when the scintillation signal S2 is generated by the third scintillator 110-3, the scintillation signal S2 is distributed and transmitted to the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2. do. However, a stronger scintillation signal is measured by the first optical sensor 130-1 compared to the case where gamma rays (S1) reach the fourth scintillator 110-4.

따라서, 광가이드(140)를 삽입하는 경우, 광센서(130)의 개수가 n개이고, 섬광체(110)의 개수가 2n개인 경우에도 감마선(S1)의 검출 깊이를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 광가이드(140)를 이용함으로써, 광센서(130)의 개수를 증가시키지 않고도 감마선(S1)의 검출 깊이를 정확하게 측정할 수 있다. Therefore, when the light guide 140 is inserted, the detection depth of gamma rays S1 can be accurately measured even when the number of optical sensors 130 is n and the number of scintillators 110 is 2n. In addition, by using the light guide 140, the detection depth of gamma rays S1 can be accurately measured without increasing the number of optical sensors 130.

이하, 도 8을 참조하여 감마선의 검출 깊이를 측정하기 위한 알고리즘을 설명한다. Hereinafter, an algorithm for measuring the detection depth of gamma rays will be described with reference to FIG. 8 .

도 8은 실시예에 따른 감마선 검출 위치 측정 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 8 is an exemplary diagram for explaining a gamma ray detection position measurement method according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 감마선의 입사방향(D1)을 z축으로 설정하고, 섬광체의 적측면의 가로 방향을 x축, 적측면의 세로 방향을 y축으로 설정한다. Referring to FIG. 8 , the incident direction D1 of gamma rays is set to the z-axis, the horizontal direction of the red-side surface of the scintillator is set to the x-axis, and the vertical direction of the red-side surface is set to the y-axis.

또한, 도 8에서 제1 측면(A)과 제3 측면(C)은 x축과 직교하는 측면을 의미하고, 제2 측면(B)과 제4 측면(D)은 Y축과 직교하는 측면을 의미한다. 더불어, 도 8은 섬광체(110)가 3개이고 광센서(130)가 2개인 검출기(100)의 예시이다. 그러므로, 광센서(130)는 제1 광센서(130-1)와 제2 광센서(130-2)가 적층된 구조를 가진다. In addition, in FIG. 8, the first side (A) and the third side (C) mean sides orthogonal to the x-axis, and the second side (B) and the fourth side (D) are sides orthogonal to the Y-axis. it means. In addition, FIG. 8 is an example of a detector 100 having three scintillators 110 and two optical sensors 130 . Therefore, the optical sensor 130 has a structure in which the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2 are stacked.

제1 광센서(130-1)는 제1 측면 내지 제4측면의 제1행에 위치한 광센서(130-A1, 130-B1, 130-C1, 130-D1)를 포함한다. 제2 광센서(130-2)는 제1 측면 내지 제4 측면의 제2 행에 위치한 광센서(130-A2, 130-B2, 130-C2, 130-D2)를 포함한다.The first optical sensor 130-1 includes optical sensors 130-A1, 130-B1, 130-C1, and 130-D1 located in the first row of the first to fourth side surfaces. The second optical sensor 130-2 includes optical sensors 130-A2, 130-B2, 130-C2, and 130-D2 located in the second row of the first to fourth side surfaces.

감마선(S1)의 x축 좌표를 측정하기 위해서는 x축과 직교하는 제1 측면(A) 및 제3 측면(C)에 배치된 광센서(130-A, 130-C)에서 측정된 값을 이용한다. 신호 처리부(200)는 제1 측면에 배치된 광센서(130-A)와 제3 측면에 배치된 광센서(130-C)에서 측정된 섬광 신호(S2) 차이 값을 이용하여 감마선의 x축 검출 위치를 도출한다.In order to measure the x-axis coordinate of the gamma ray S1, values measured by the optical sensors 130-A and 130-C disposed on the first and third side surfaces A and C orthogonal to the x-axis are used. . The signal processing unit 200 uses the difference value between the flash signal S2 measured by the optical sensor 130-A disposed on the first side and the optical sensor 130-C disposed on the third side, and uses the x-axis of gamma rays. Derive the detection position.

구체적으로, 신호 처리부(200)는 아래의 수학식 1을 이용하여 감마선의 x축 검출 위치를 도출할 수 있다. Specifically, the signal processing unit 200 may derive the x-axis detection position of the gamma ray using Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)

여기서, X-position은 감마선(S1)의 x축 검출 위치를 의미하고, SUM_A1은 제1 측면의 제1 행에 위치한 광센서(130-A1)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미하고, SUM_A2는 제1 측면의 제2 행에 위치한 광센서(130-A2)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미한다. 또한, SUM_C1은 제3 측면의 제1 행에 위치한 광센서(130-C1)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미하고, SUM_C2는 제3 측면의 제2행에 위치한 광센서(130-C2)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미한다. Here, X-position means the x-axis detection position of the gamma ray S1, SUM_A1 means the sum of the scintillation signals S2 measured by the optical sensor 130-A1 located in the first row of the first side, , SUM_A2 denotes the sum of the flash signals S2 measured by the photosensors 130-A2 located in the second row of the first side. In addition, SUM_C1 means the sum of the flash signals S2 measured by the optical sensors 130-C1 located in the first row of the third side, and SUM_C2 is the optical sensor 130-C2 located in the second row of the third side. It means the sum of the scintillation signal (S2) measured in C2).

즉, 제1 측면에 위치한 광센서(130-A)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합(SUM_A1 + SUM_A2)와 제3 측면에 위치한 광센서(130-C)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합(SUM_C1 + SUM_ C2)의 차이 값을 이용하여 감마선(S1)의 x축 검출 위치 값을 측정할 수 있다. That is, the sum (SUM_A1 + SUM_A2) of the scintillation signal S2 measured by the optical sensor 130-A located on the first side and the scintillation signal S2 measured by the optical sensor 130-C located on the third side The x-axis detection position value of the gamma ray S1 may be measured using a difference value of the sum of (SUM_C1 + SUM_C2).

또한, 감마선(S1)의 y축 좌표를 측정하기 위해서는 y축과 직교하는 제2 측면(B) 및 제4 측면(D)에 배치된 광센서(130-B, 130-D)에서 측정된 값을 이용한다. 신호 처리부(200)는 제2 측면에 배치된 광센서(130-B)와 제4 측면에 배치된 광센서(130-D)에서 측정된 섬광 신호(S2) 차이 값을 이용하여 감마선의 y축 검출 위치를 도출한다.In addition, in order to measure the y-axis coordinate of the gamma ray S1, the value measured by the optical sensors 130-B and 130-D disposed on the second and fourth sides B and D orthogonal to the y-axis Use The signal processing unit 200 uses the difference value between the flash signal S2 measured by the optical sensor 130-B disposed on the second side and the optical sensor 130-D disposed on the fourth side to determine the y-axis of the gamma ray. Derive the detection position.

구체적으로, 신호 처리부(200)는 아래의 수학식 2를 이용하여 감마선의 y축 검출 위치를 도출할 수 있다. Specifically, the signal processing unit 200 may derive the y-axis detection position of the gamma ray using Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)

여기서, Y-position은 감마선(S1)의 y축 검출 위치를 의미하고, SUM_B1은 제2 측면의 제1 행에 위치한 광센서(130-B1)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미하고, SUM_B2는 제2 측면의 제2 행에 위치한 광센서(130-B2)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미한다. 또한, SUM_D1은 제4 측면의 제1 행에 위치한 광센서(130-D1)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미하고, SUM_D2는 제4 측면의 제2행에 위치한 광센서(130-D2)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합을 의미한다. Here, Y-position means the y-axis detection position of gamma rays S1, and SUM_B1 means the sum of the scintillation signals S2 measured by the optical sensor 130-B1 located in the first row of the second side, , SUM_B2 denotes the sum of the flash signals S2 measured by the photosensors 130-B2 located in the second row of the second side. In addition, SUM_D1 means the sum of the flash signals S2 measured by the optical sensors 130-D1 located in the first row of the fourth side, and SUM_D2 is the optical sensor 130-D2 located in the second row of the fourth side. It means the sum of the scintillation signals (S2) measured in D2).

즉, 제2 측면에 위치한 광센서(130-B)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합(SUM_B1 + SUM_B2)와 제4 측면에 위치한 광센서(130-D)에서 측정된 섬광 신호(S2)의 합(SUM_D1 + SUM_ D2)의 차이 값을 이용하여 감마선(S1)의 y축 검출 위치 값을 측정할 수 있다. That is, the sum (SUM_B1 + SUM_B2) of the scintillation signal S2 measured by the optical sensor 130-B located on the second side and the scintillation signal S2 measured by the optical sensor 130-D located on the fourth side The y-axis detection position value of the gamma ray S1 may be measured using the difference value of the sum of (SUM_D1 + SUM_D2).

또한, 신호 처리부(200)는 상술한 도 6 및 도 7에서와 같이 감마선의 검출 깊이에 따른 광센서(130)의 검출 신호 값의 비율을 이용하여 감마선의 검출 깊이(z) 값을 측정할 수 있으며, 구체적으로 아래의 수학식 3을 이용하여 z값을 도출할 수 있다. In addition, the signal processing unit 200 may measure the value of the detection depth (z) of the gamma rays by using the ratio of the detection signal value of the optical sensor 130 to the detection depth of the gamma rays as shown in FIGS. 6 and 7 described above. And, specifically, the z value can be derived using Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Z-position = Log10(SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)Z-position = Log 10 (SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)

여기서, Z-position은 감마선(S1)의 Z축 검출 위치(깊이)를 의미하고, SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1는 제1 광센서(130-1)에서 측정된 섬광 신호의 합산 값을 의미하며, SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2 는 제2 광센서(130-2)에서 측정된 섬광 신호의 합산 값을 의미한다. Here, Z-position means the Z-axis detection position (depth) of the gamma ray S1, and SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1 means the sum of the scintillation signals measured by the first optical sensor 130-1, , SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2 denote the sum of the flash signals measured by the second optical sensor 130-2.

다만, 수학식 3에서 로그(Log10)값을 취하는 이유는, z축의 위치 값이 과도하게 커지는 것을 방지하기 위한 것이므로, 반드시 수학식 3에서 로그 값을 취하여 하는 것은 아니다. However, the reason why the log (Log 10 ) value is taken in Equation 3 is to prevent the position value of the z-axis from becoming excessively large, and therefore, the log value is not necessarily taken in Equation 3.

따라서, 4개의 측면에 2개의 층으로 배치된 광센서(130-1, 130-2)는 섬광체(110)의 4개 측면에서 측정된 섬광 신호(S2)에 대응하여 전기적 신호(S3)를 생산한다. 신호 처리부(200)는 전기적 신호(S3)의 값을 상술한 수학식 1 내지 수학식 3에 대입하여 감마선(S1)의 검출 위치 및 깊이 좌표를 도출할 수 있다. Therefore, the optical sensors 130-1 and 130-2 arranged in two layers on the four sides produce an electrical signal S3 in response to the light signal S2 measured on the four sides of the scintillator 110. do. The signal processor 200 may derive the detection position and depth coordinates of the gamma ray S1 by substituting the value of the electrical signal S3 into Equations 1 to 3 described above.

이하, 도 9를 참조하여 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 방법을 설명한다. Hereinafter, a positron emission tomography method according to an embodiment will be described with reference to FIG. 9 .

도 9는 실시예에 따른 양자선 방출 단층 촬영 방법의 흐름도이다.9 is a flowchart of a quantum beam emission tomography method according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 단계(S100)에서는, 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)에 포함된 검출기는(100)로 감마선(S1)이 입사된다. 또한, 단계(S100)는 감마선(S1)의 입사 전, 복수의 평판형 섬광체(110)를 감마선의 입사 방향(D1)으로 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 더불어, 평판형 섬광체(110)의 4개의 측면에 섬광체(130)의 적층 방향과 같은 방향으로 적층되는 복수의 광센서를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9 , in step S100 , gamma rays S1 are incident on the detector 100 included in the positron emission tomography apparatus 1 . In addition, step S100 may include stacking a plurality of flat scintillators 110 in the direction D1 of incident of gamma rays before the gamma rays S1 is incident. In addition, a step of arranging a plurality of optical sensors stacked in the same direction as the stacking direction of the scintillator 130 may be further included on four side surfaces of the flat scintillator 110 .

단계(S200)에서는, 복수의 섬광체(110)가 감마선(S1)이 입사되면 섬광 신호(S2)를 생성한다. 이때, 복수의 섬광체(110)에서 생성된 섬광 신호(S2)는 섬광체(110)의 측면에 배치된 광센서(130)로 전송된다. 더불어, 복수의 섬광체(110)사이에는 반사체(120)가 배치됨으로, 섬광 신호(S2)는 생성된 섬광체(110)내에서만 이동한다. In step S200, the plurality of scintillators 110 generate a scintillation signal S2 when gamma rays S1 are incident. At this time, the scintillation signal S2 generated by the plurality of scintillators 110 is transmitted to the optical sensor 130 disposed on the side of the scintillator 110 . In addition, since the reflector 120 is disposed between the plurality of scintillators 110, the scintillation signal S2 moves only within the generated scintillator 110.

단계(S300)에서는, 복수의 광센서(130)가 측정된 섬광 신호(S2)에 대응하여 전기적 신호(S3)를 생성한다. 이 때, 광센서(130)는 복수의 층으로 구성된다. 따라서, 감마선(S1)의 검출 깊이에 따라 광센서 각각(130-1, 130-2)에서 측정되는 섬광 신호(S2)의 비율이 달라진다. In step S300, the plurality of photosensors 130 generate an electrical signal S3 in response to the measured flash signal S2. At this time, the optical sensor 130 is composed of a plurality of layers. Accordingly, the ratio of the scintillation signal S2 measured by each of the optical sensors 130-1 and 130-2 varies according to the detection depth of the gamma ray S1.

그러므로 단계(S300)에서는 감마선(S1)의 검출 깊이에 따라 제1 광센서(130-1) 및 제2 광센서(130-2)에서 측정되는 전기적 신호의 비율 값이 달라진다. 따라서, 복수의 층으로 구성된 광센서(130)에서 측정되는 섬광 신호(S1)의 차이 및 비율을 이용하여, 광센서의 증가 없이 감마선의 검출 위치 및 깊이를 측정할 수 있다. Therefore, in step S300, the ratio values of electrical signals measured by the first optical sensor 130-1 and the second optical sensor 130-2 vary according to the detection depth of the gamma rays S1. Therefore, the detection position and depth of gamma rays can be measured without increasing the number of optical sensors by using the difference and ratio of the scintillation signal S1 measured by the optical sensor 130 composed of a plurality of layers.

단계(S400)에서는, 신호 처리부(200)가 광센서(130)에서 생성된 전기적 신호(S3)를 이용하여 감마선(S1)의 검출 위치 및 깊이 값을 도출한다. 이 때, 복수의 광센서(130)에서 측정된 값을 상술한 수학식 1 내지 수학식 3에 대입하여 감마선의 검출 위치(x, y) 및 깊이(z) 값을 도출할 수있다. In step S400, the signal processing unit 200 derives the detection position and depth value of the gamma ray S1 using the electrical signal S3 generated by the optical sensor 130. At this time, values measured by the plurality of optical sensors 130 may be substituted into Equations 1 to 3 above to derive the values of the detection positions (x, y) and depth (z) of the gamma rays.

단계(S500)에서는 도출된 감마선(S1) 검출 위치 및 깊이 값을 이용하여 검사 대상의 단층 영상을 구성한다. In step S500, a tomographic image of the object to be examined is configured using the derived gamma ray (S1) detection position and depth value.

이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 시뮬레이션 결과를 설명한다. Hereinafter, simulation results of the positron emission tomography apparatus according to the exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 13 .

도 10 및 도 11은 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치의 성능을 설명하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한 예시도이다.10 and 11 are exemplary diagrams to which Monte Carlo simulation is applied to describe the performance of the positron emission tomography apparatus according to the embodiment.

몬테카를로 시뮬레이션 방법은 불확실한 상황 하에서 확률적 시스템을 이용한 모의 실험 방법이다. 알 수 없는 값의 추정 등 무작위 통계적 샘플링 기법을 사용하는 모의 실험 방법이다. 몬테카를로 시뮬레이션 방법은 시뮬레이션에 포함되어 있는 확률론적 모델들에 모두 난수(random number)를 발생시켜 얻은 수 차례의 반복 시뮬레이션 결과를 종합하여 실세계에서의 오차 범위를 예측하는 시뮬레이션 방법이다. The Monte Carlo simulation method is a simulation method using a stochastic system under uncertain circumstances. A simulation method that uses random statistical sampling techniques, such as estimation of unknown values. The Monte Carlo simulation method is a simulation method for estimating the error range in the real world by synthesizing the results of repeated simulations obtained by generating random numbers in all stochastic models included in the simulation.

따라서, 도 10 및 도 11은 섬광체(110) 내부 임의의 위치에 감마선 검출이 발생한 상황을 모사한다. 즉, (x, y) 좌표는 (1,1), (1,15), (1, 30), (15, 1), (15,15), (15,30), (30,1), (30,15), (30,30)에 감마선 검출이 발생한 경우이다. 더불어, z 좌표 값이 1.0, 2.5, 4.0, 6.0, 7.5, 9.0, 11.0, 12.5, 14.0인 깊이에 감마선 검출이 발생한 경우를 가정한다. Accordingly, FIGS. 10 and 11 simulate a situation in which gamma ray detection occurs at an arbitrary position inside the scintillator 110 . That is, the (x, y) coordinates are (1,1), (1,15), (1, 30), (15, 1), (15,15), (15,30), (30,1) , (30,15), and (30,30) when gamma ray detection occurs. In addition, it is assumed that gamma ray detection occurs at depths with z coordinate values of 1.0, 2.5, 4.0, 6.0, 7.5, 9.0, 11.0, 12.5, and 14.0.

도 12는 실시예에 따른 감마선 검출 깊이 분포 그래프의 예시이다.12 is an example of a gamma ray detection depth distribution graph according to an embodiment.

도 12참조하면, x축은 감마선 측정 위치(z-coordinate, mm)을 나타낸다. 따라서, 시뮬레이션에 사용한 섬광체(110)의 두께가 5mm이므로, 0 내지 5(mm)는 최하층인 제3 섬광체(110-3), 5 내지 10(mm)는 중간층인 제2 섬광체(110-2), 10 내지 15mm는 최상층인 제1 섬광체(110-1)를 의미할 수 있다. Referring to FIG. 12, the x-axis represents the gamma-ray measurement position (z-coordinate, mm). Therefore, since the thickness of the scintillator 110 used in the simulation is 5 mm, 0 to 5 (mm) is the lowest layer, the third scintillator 110-3, and 5 to 10 (mm) is the middle layer, the second scintillator 110-2 , 10 to 15 mm may mean the first scintillator 110-1, which is the uppermost layer.

또한, y축은 상술한 수학식 3에 따라 도출된 감마선의 깊이 측정 값(Z-position)을 나타낸다. 따라서, 도 12를 참조하면, 감마선 검출이 발생한 위치에 따른 감마선 검출 깊이 측정 값을 확인할 수 있다. In addition, the y-axis represents the depth measurement value (Z-position) of the gamma ray derived according to Equation 3 described above. Therefore, referring to FIG. 12 , it is possible to check the gamma ray detection depth measurement value according to the location where the gamma ray detection occurred.

구체적으로, 도 10 및 도 11과 같이 감마선 검출이 발생한 경우, 제3 섬광체(110-3)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 -5에 가까운 값이 측정된다. 더욱 상세하게는, 감마선 검출의 발생 깊이가 제3 섬광체(110-3)의 내부인 1.0, 2.5, 4.0 인 경우, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 약 -5의 값을 가진다. Specifically, when gamma ray detection occurs as shown in FIGS. 10 and 11 , the detection depth of gamma rays measured at the third scintillator 110-3 is a value close to -5. More specifically, when the depth of detection of gamma rays is 1.0, 2.5, or 4.0, which is the inside of the third scintillator 110-3, the detection depth of gamma rays measured by the positron emission tomography apparatus 1 according to the embodiment is It has a value of about -5.

또한, 제2 섬광체(110-2)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 0에 가까운 값이 측정된다. 더욱 상세하게는, 감마선 검출의 발생 깊이가 제2 섬광체(110-2)의 내부인 6.0, 7.5, 9.0인 경우, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 약 0의 값을 가진다. In addition, the detection depth of gamma rays measured by the second scintillator 110-2 is a value close to 0. More specifically, when the depth of detection of gamma rays is 6.0, 7.5, or 9.0, which is the inside of the second scintillator 110-2, the detection depth of gamma rays measured by the positron emission tomography apparatus 1 according to the embodiment is has a value of about 0.

또한, 제1 섬광체(110-1)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 5에 가까운 값이 측정된다. 더욱 상세하게는, 감마선 검출의 발생 깊이가 제1 섬광체(110-1)의 내부인 11.0, 12.5, 14.0인 경우, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)에서 측정된 감마선의 검출 깊이는 약 5의 값을 가진다. In addition, the detection depth of gamma rays measured by the first scintillator 110-1 is a value close to 5. More specifically, when the depth of detection of gamma rays is 11.0, 12.5, or 14.0, which is the inside of the first scintillator 110-1, the detection depth of gamma rays measured by the positron emission tomography apparatus 1 according to the embodiment is It has a value of about 5.

도 13은 실시예에 따른 감마선 검출 깊이 별 2차원 평면 영상의 예시도이다.13 is an exemplary view of a 2D plane image for each gamma ray detection depth according to an embodiment.

도 13을 참조하면, 복수의 섬광체(110)의 각 층에서 측정된 감마선의 검출 위치(x,y)를 나타낸다. 상술한 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 감마선의 검출 위치(x, y)를 도출하고 이를 표시한 값이다. Referring to FIG. 13 , the detection positions (x, y) of gamma rays measured in each layer of the plurality of scintillators 110 are shown. It is a value obtained by deriving the detection position (x, y) of the gamma ray using Equation 1 and Equation 2 described above and displaying it.

도 13에 도시된 바와 같이 감마선 검출 위치는 섬광체(110)의 층에 상관 없이 모두 동일 한 값이 측정된다. 즉. 제1 섬광체(110-1), 제2 섬광체(110-2), 제3 섬광체(110-3) 모두에서 감마선 검출의 발생 위치인 (1,1), (1,15), (1, 30), (15, 1), (15,15), (15,30), (30,1), (30,15), (30,30)에 대응하는 결과 값이 측정된다.As shown in FIG. 13, the same value is measured for all gamma ray detection positions regardless of the layer of the scintillator 110. in other words. (1,1), (1,15), (1, 30), which are the occurrence positions of gamma ray detection in all of the first scintillator 110-1, the second scintillator 110-2, and the third scintillator 110-3 ), (15, 1), (15, 15), (15, 30), (30, 1), (30, 15), and (30, 30) are measured.

따라서, 실시예에 따른 양전자 방출 단층 촬영 장치(1)는 적층 구조를 형성하는 다층 편한형 섬광체(110)와 섬광체(110)의 측면에 배치되는 복수의 광센서(130)를 이용함으로써, 광센서(130)의 개수를 절감하면서도 감마선의 검출 위치 및 깊이를 측정하여 단층 촬영 영상을 구성할 수 있다. Therefore, the positron emission tomography device 1 according to the embodiment uses the multi-layer comfortable scintillator 110 forming a stacked structure and a plurality of optical sensors 130 disposed on the side of the scintillator 110, thereby providing an optical sensor. It is possible to configure a tomography image by measuring the detection location and depth of gamma rays while reducing the number of lines 130 .

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. An embodiment of the present invention may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules executed by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer readable media may include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

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.Although the methods and systems of the present invention have been described with reference to specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general-purpose hardware architecture.

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.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

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.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

1: 영상단층촬영장치 100: 검출기
200: 신호 처리부 110: 섬광체
120: 반사체 130: 광센서
140: 광가이드
1: image tomography device 100: detector
200: signal processing unit 110: scintillator
120: reflector 130: optical sensor
140: light guide

Claims (10)

감마선이 입사되면 섬광 신호를 발생시키며, 상기 감마선의 입사 방향으로 적층되는 복수의 평판형 섬광체(Scintillator),
상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하고, 상기 평판형 섬광체의 4개 측면에, 상기 평판형 섬광체의 적층 방향과 같은 방향으로 적층되는 복수의 광센서, 그리고
상기 전기적 신호를 이용하여, 상기 평판형 섬광체의 중점을 원점으로 하는 상기 감마선 검출 위치의 3차원 값을 도출하고, 상기 감마선의 검출 위치를 이용하여 영상을 생성하는 신호처리부
를 포함하되,
상기 복수의 광센서는, 2개로 구비되고,
상기 신호처리부는,
상기 섬광체의 4개의 측면 중 제1 측면에 배치된 광센서와 제3 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 수학식 1을 통해 상기 감마선의 x축 검출 위치를 도출하며,
상기 섬광체의 제2 측면에 배치된 광센서와 제4 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 수학식 2를 통해 상기 감마선의 y축 위치를 도출하고,
상기 적층된 광센서의 층별로 측정된 전기적 신호의 비율을 이용하여 수학식 3을 통해 상기 감마선의 z축 위치를 도출하며,
상기 z축은 상기 감마선이 입사하는 방향으로서 깊이를 나타내며, x축은 상기 섬광체의 적측면의 가로, y축은 상기 적측면의 세로 방향을 의미하고,
상기 제1 측면 및 상기 제3 측면은 x축과 수직하고, 상기 제2 측면 및 상기 제4 측면은 y축과 수직인 측면을 의미하며,
[수학식 1]
X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)
상기 X-position은 감마선의 x축 검출 위치를, SUM_A1및 SUM_A2는 제1 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를, SUM_C1 및 SUM_C2는 제3 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를 나타내고,
[수학식 2]
Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)
상기 Y-position은 감마선의 y축 검출 위치를, SUM_B1 및 SUM_B2는 제2 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를, SUM_D1 및 SUM_D2는 제4측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를 나타내며,
[수학식 3]
Z-position = Log10(SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)
상기 Z-position은 감마선의 z축 검출 위치를 나타내는 것인, 양전자 방출 단층 촬영 장치.
A plurality of flat scintillators that generate scintillation signals when gamma rays are incident and are stacked in the direction of incidence of the gamma rays;
A plurality of optical sensors that convert the scintillation signal into an electrical signal and are stacked on four sides of the flat scintillator in the same direction as the stacking direction of the flat scintillator, and
A signal processing unit for deriving a 3D value of the gamma-ray detection position having the center point of the flat scintillator as an origin by using the electrical signal, and generating an image using the gamma-ray detection position.
Including,
The plurality of optical sensors are provided with two,
The signal processing unit,
The x-axis detection position of the gamma ray is derived through Equation 1 using the difference between the electrical signal measured by the optical sensor disposed on the first side and the optical sensor disposed on the third side among the four sides of the scintillator,
Deriving the y-axis position of the gamma ray through Equation 2 using the difference between the electrical signals measured by the optical sensor disposed on the second side and the optical sensor disposed on the fourth side of the scintillator,
The z-axis position of the gamma ray is derived through Equation 3 using the ratio of electrical signals measured for each layer of the stacked optical sensors,
The z-axis represents the depth as the direction in which the gamma rays are incident, the x-axis represents the horizontal direction of the red-side surface of the scintillator, and the y-axis represents the vertical direction of the red-side surface of the scintillator,
The first side and the third side are perpendicular to the x-axis, and the second side and the fourth side are sides perpendicular to the y-axis,
[Equation 1]
X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)
The X-position is the x-axis detection position of the gamma ray, SUM_A1 and SUM_A2 are the strengths of electrical signals measured by the optical sensors located on the first and second rows of the first side, and SUM_C1 and SUM_C2 are the third side. Indicates the strength of the electrical signal measured by the optical sensors located in the first row and the second row,
[Equation 2]
Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)
The Y-position is the y-axis detection position of the gamma ray, SUM_B1 and SUM_B2 are the strengths of electrical signals measured by the optical sensors located in the first and second rows of the second side, SUM_D1 and SUM_D2 are the fourth side Indicates the strength of the electrical signal measured by the optical sensors located in the first row and the second row,
[Equation 3]
Z-position = Log10(SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)
The Z-position represents a z-axis detection position of gamma rays, positron emission tomography apparatus.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 평판형 섬광체와 상기 복수의 광센서 사이에 배치되는 광가이드
를 더 포함하며,
상기 광가이드는 상기 섬광 신호를 확산시켜 상기 광센서로 전송하는, 양전자 방출 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
An optical guide disposed between the plurality of flat scintillators and the plurality of optical sensors
Including more,
The light guide diffuses the scintillation signal and transmits it to the photosensor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 평판형 섬광체는,
상기 복수의 섬광체 사이와 전면 및 후면에 반사체가 결합되며,
상기 전면은 상기 감마선이 임사하는 면을 의미하고, 상기 후면은 상기 감마선이 입사하는 면과 평행하게 마주보는 바닥면을 의미하며,
상기 반사체는 상기 섬광 신호를 반사하는, 양전자 방출 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
The plurality of flat scintillators,
Reflectors are coupled between the plurality of scintillators and between the front and rear surfaces,
The front surface means a surface on which the gamma rays are incident, and the rear surface means a bottom surface facing parallel to the surface on which the gamma rays are incident,
The reflector reflects the scintillation signal, the positron emission tomography apparatus.
감마선의 입사 방향으로 적층된 복수의 평판형 섬광체(Scintillator)가 상기 감마선이 입사되면 섬광 신호를 발생시키는 단계,
상기 평판형 섬광체의 4개 측면에 배치되며, 상기 평판형 섬광체의 적층 방향과 같은 방향으로 적층된 복수의 광센서가 상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계, 그리고
신호 처리부가, 상기 전기적 신호를 이용하여 상기 평판형 섬광체의 중점을 원점으로 하는 상기 감마선 검출 위치의 3차원 값을 도출하고, 상기 감마선의 검출 위치를 이용하여 영상을 구성하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 광센서는, 2개로 구비되고,
상기 신호처리부는,
상기 섬광체의 4개의 측면 중 제1 측면에 배치된 광센서와 제3 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 수학식 1을 통해 상기 감마선의 x축 검출 위치를 도출하며,
상기 섬광체의 제2 측면에 배치된 광센서와 제4 측면에 배치된 광센서에서 측정된 전기적 신호의 차이를 이용하여 수학식 2를 통해 상기 감마선의 y축 위치를 도출하고,
상기 적층된 광센서의 층별로 측정된 전기적 신호의 비율을 이용하여 수학식 3을 통해 상기 감마선의 z축 위치를 도출하며,
상기 z축은 상기 감마선이 입사하는 방향으로서 깊이를 나타내며, x축은 상기 섬광체의 적측면의 가로, y축은 상기 적측면의 세로 방향을 의미하고,
상기 제1 측면 및 상기 제3 측면은 x축과 수직하고, 상기 제2 측면 및 상기 제4 측면은 y축과 수직인 측면을 의미하며,
[수학식 1]
X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)
상기 X-position은 감마선의 x축 검출 위치를, SUM_A1및 SUM_A2는 제1 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를, SUM_C1 및 SUM_C2는 제3 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를 나타내고,
[수학식 2]
Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)
상기 Y-position은 감마선의 y축 검출 위치를, SUM_B1 및 SUM_B2는 제2 측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를, SUM_D1 및 SUM_D2는 제4측면의 제1 행 및 제2 행에 위치한 광센서에서 측정된 전기적 신호의 세기를 나타내며,
[수학식 3]
Z-position = Log10(SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)
상기 Z-position은 감마선의 z축 검출 위치를 나타내는 것인, 양전자 방출 단층 촬영 방법.
Generating a scintillation signal when a plurality of planar scintillators stacked in the direction of incidence of gamma rays are incident upon the gamma rays;
Converting the scintillation signal into an electrical signal by a plurality of optical sensors disposed on four sides of the flat scintillator and stacked in the same direction as the stacking direction of the flat scintillator, and
Deriving, by a signal processing unit, a 3D value of the gamma-ray detection position having the center point of the flat scintillator as an origin using the electrical signal, and constructing an image using the gamma-ray detection position
including,
The plurality of optical sensors are provided with two,
The signal processing unit,
The x-axis detection position of the gamma ray is derived through Equation 1 using the difference between the electrical signal measured by the optical sensor disposed on the first side and the optical sensor disposed on the third side among the four sides of the scintillator,
Deriving the y-axis position of the gamma ray through Equation 2 using the difference between the electrical signals measured by the optical sensor disposed on the second side and the optical sensor disposed on the fourth side of the scintillator,
The z-axis position of the gamma ray is derived through Equation 3 using the ratio of electrical signals measured for each layer of the stacked optical sensors,
The z-axis represents the depth as the direction in which the gamma rays are incident, the x-axis represents the horizontal direction of the red-side surface of the scintillator, and the y-axis represents the vertical direction of the red-side surface of the scintillator,
The first side and the third side are perpendicular to the x-axis, and the second side and the fourth side are sides perpendicular to the y-axis,
[Equation 1]
X-position = (SUM_A1 + SUM_A2 - SUM_C1 - SUM_C2) / (SUM_A1 + SUM_A2 + SUM_C1 + SUM_C2)
The X-position is the x-axis detection position of the gamma ray, SUM_A1 and SUM_A2 are the strengths of electrical signals measured by the optical sensors located on the first and second rows of the first side, and SUM_C1 and SUM_C2 are the third side. Indicates the strength of the electrical signal measured by the optical sensors located in the first row and the second row,
[Equation 2]
Y-position = (SUM_B1 + SUM_B2 - SUM_D1 - SUM_D2) / (SUM_B1 + SUM_B2 + SUM_D1 + SUM_D2)
The Y-position is the y-axis detection position of the gamma ray, SUM_B1 and SUM_B2 are the strengths of electrical signals measured by the optical sensors located in the first and second rows of the second side, SUM_D1 and SUM_D2 are the fourth side Indicates the strength of the electrical signal measured by the optical sensors located in the first row and the second row,
[Equation 3]
Z-position = Log10(SUM_A1 + SUM_B1 + SUM_C1 + SUM_D1) / (SUM_A2 + SUM_B2 + SUM_C2 + SUM_D2)
The Z-position represents the z-axis detection position of gamma rays, the positron emission tomography method.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 섬광 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계는,
상기 복수의 평판형 섬광체와 상기 복수의 광센서 사이에 배치되는 광가이드를 이용하여 상기 섬광 신호를 확산시켜 상기 광센서로 전송하는 단계
를 더 포함하는, 양전자 방출 단층 촬영 방법.
According to claim 6,
Converting the flash signal into an electrical signal,
Spreading the scintillation signal using a light guide disposed between the plurality of flat scintillators and the plurality of light sensors and transmitting the light to the light sensor.
Further comprising, positron emission tomography method.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 섬광 신호를 발생시키는 단계는,
상기 복수의 평판형 섬광체 사이와 전면 및 후면에 결합된 반사체가 상기 섬광 신호를 반사하는 단계를 더 포함하며,
상기 전면은 상기 감마선이 입사하는 면을 의미하고, 상기 후면은 상기 감마선이 입사하는 면과 평행한 바닥면을 의미하는, 양전자 방출 단층 촬영 방법.
According to claim 6,
Generating the flash signal,
Reflecting the scintillation signal by reflectors coupled between the plurality of flat scintillators and on the front and rear surfaces,
The front surface means a surface on which the gamma rays are incident, and the rear surface means a bottom surface parallel to the surface on which the gamma rays are incident.
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