KR20070047224A - Ｘ-선 검출기 및 이를 구비하는 ｘ-선 ｃｔ 장치 - Google Patents

Ｘ-선 검출기 및 이를 구비하는 ｘ-선 ｃｔ 장치 Download PDF

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KR20070047224A
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지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 2차원으로 배열된 고상검출기(41) 사이에 갭(50)이 존재하는 채로 X-선에 대한 효율이 향상된 X-선 검출기(24) 및 X-선 CT 장치에 관한 것이다. 신틸레이터는 상부 표면과 하부 표면이 채널 방향에서 갭(11)의 폭을 초과하는 크기(d1)만큼 서로 어긋난 평행 6면체 구조체를 가지며, 그에 따라 X-선 입사 방향에서 보았을 때 X-선 비감지 영역이 제거된다. 따라서, X-선 활용 효율이 향상되고, 또한 X-선 검출도 및 포착될 슬라이스 이미지의 영상 품질이 개선된다.

Description

Ｘ-선 검출기 및 이를 구비하는 Ｘ-선 ＣＴ 장치{X-RAY DETECTOR AND X-RAY CT APPARATUS}
도 1은 X-선 CT 장치의 전반적인 구성을 도시한 블록도.
도 2는 제 1 실시예의 X-선 검출기의 외부도.
도 3은 제 1 실시예의 평면 블록의 외부도.
도 4는 제 1 실시예의 평면 블록의 단면도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 제 1 실시예의 평면 블록의 동작을 도시한 예시적인 도면.
도 6(a) 및 도 6(b)은 각각 제 2 실시예의 평면 블록의 외부도 및 단면도.
도 7은 제 2 실시예의 평면 블록의 동작을 도시한 예시적인 도면.
도 8(a) 및 도 8(b)은 각각 제 3 실시예의 평면 블록의 단면도 및 외부도.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 제 3 실시예의 평면 블록을 구성하는 복수층 신틸레이터의 평면도.
도 10은 제 3 실시예의 평면 블록의 동작을 도시한 예시적인 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
6 : 동작 콘솔(operation console) 60 : 데이터 프로세서
62 : 제어 인터페이스 64 : 데이터 수집 버퍼
66 : 저장부 68 : 디스플레이
70 : 동작 디바이스 10 : 스캔 갠트리(scan gantry)
34 : 회전부 20 : X-선관
22 : 콜리메이터(collimator) 24 : X선 검출기
26 : 데이터 수집기 28 : X선 제어기
29 : 보어(bore) 30 : 콜리메이터 제어기
36 : 회전 제어기 4 : 이미지 포착 테이블
41 : 신틸레이터(scintillator) 42 : 포토다이오드
43 : 평면 보드 44 : 탄력성 인쇄 보드
45 : 인쇄 보드 46 : 전기 케이블
47 : 평면 블록 50 : 갭(gap)
48 : 반사 필름 51 : 어노드(anode)
40 : 신틸레이터 49 : 갭
70 : 신틸레이터 72 : 포토다이오드
73 : 평면 보드 77 : 평면 블록
74 : 갭 75 : 반사 필름
71 : 어노드 82 : 포토다이오드
98 : 평면 블록 85 : 반사 필름
89 : 제 4 층 88 : 제 3 층
87 : 제 2 층 86 : 제 1 층
83 : 평면 보드 81 : 어노드
91 : 신틸레이터 92 : 신틸레이터
93 : 신틸레이터 94, 95, 96, 97 : 갭
본 발명은 고상검출기(solid state detector)를 각각 구비하는 X-선 검출기 및 X-선 CT 장치에 관한 것으로, 고상검출기는 반복적으로 2차원 배열되고 X-선이 입사하는 평면 보드 상에 자신들 사이에 소정 갭을 갖는다.
최근에, 채널 방향 및 슬라이스 방향에서 2차원으로 배열되는 고상검출기가 X-선 CT 장치에 사용되는 X-선 검출기로서 사용된다. X-선 검출기의 스캔 방향에서의 채널 수와 슬라이스 방향에서의 X-선 검출기의 수는 증가한다. 예를 들어, 채널 방향에서의 X-선 검출기의 수는 약 1000개이며, 슬라이스 방향에서의 X-선량은 그의 10배이다(예를 들어 일본 특허 제 2004-093489(1 페이지와 도 4)를 참조하여라).
이러한 환경에서, 고상검출기의 X-선 수신 표면의 치수는 수 ㎟까지 감소되었다. 다시 말하면, 고상검출기가 2차원으로 배열될 때 발생하는 고상검출기 사이의 각 갭의 폭은 약 0.2㎜ 내지 0.4㎜이다. 갭의 폭은 채널 방향 및 슬라이스 방향 에서의 고상검출기 수의 증가에 따라 크게 변경되지 않고 어느 정도 일정하다.
그러나 종래 기술에서, 2차원으로 배열된 고상검출기의 X-선 활용 효율은 저하된다. 특히, 2차원으로 배열된 고상검출기가 미세해질수록, 고상검출기의 X-선 수신 표면에 대한 갭의 비율이 증가하여, X-선이 고상검출기에 의해 검출되지 않은 채로 통과하는 비율이 증가한다.
특히, 고상검출기의 갭은 고상검출기를 2차원 어레이로 제작하는 과정에서 생성되며, 또한 이것은 고상검출기들 사이의 X-선에 의해 발생되는 형광의 누수를 방지하는 역할을 한다. 따라서, 고상검출기를 처리하는 기계 공구의 정밀도와 고상검출기의 성능 측면에서 보았을 때 갭의 크기를 감소시키는 것은 쉬운 일이 아니다.
결과적으로 2차원으로 배열된 고상검출기 사이에 존재하는 갭을 유지한 채 X-선 활용 효율이 향상된 X-선 검출기 및 X-선 CT 장치가 필요하다.
본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 택해졌으며, 본 발명의 목적은 2차원으로 배열된 고상검출기 사이에 존재하는 갭을 유지한 채 X-선 활용 효율이 향상된 X-선 검출기 및 X-선 CT 장치를 제공하는 것이다.
문제를 해결하고 목표를 달성하기 위해, 제 1 측면에 따른 본 발명은 각각 평행 6면체 형태인 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭(gap)을 가지고 X-선 입사 방향과 대향하는 평면 보드 상에 2차원 어레이로 배열되는 X-선 검출기 를 제공한다. 고상검출기의 각 평행 6면체에서 입사 방향에 수직인 평행한 두 면은 이 두 면의 평면 방향에서 위치상 편차를 갖는다.
본 발명의 제 1 측면에 따른 고상검출기에서, 갭 부분은 입사 방향과 대향하는 평행한 두 면들 사이의 평면 방향에서의 위치상 편차에 의해 커버된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 본 발명의 제 1 측면에 따른 X-선 검출기에서, 위치상 편차는 2차원 어레이의 채널 방향 및 슬라이스 방향 중 적어도 한 방향에서 제공된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 위치상 편차는 X-선 입사 방향에 수직인 임의의 방향으로 존재한다.
본 발명의 제 3 측면에 따른 X-선 검출기는, 본 발명의 제 1 및 제 2 측면에서의 위치상 편차가 평면 방향에서 갭의 폭을 초과하는 크기를 갖는다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 3 측면에서, X-선 입사 방향에서 본 평면 보드는 고상검출기로 커버된다.
본 발명의 제 4 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 1 내지 제 3 측면 중 어느 하나에서의 고상검출기가 신틸레이터라는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 4 측면에 따르면, 고상검출기는 X-선을 효율적으로 검출한다.
본 발명의 제 5 측면에 따른 X-선 검출기는, 본 발명의 제 4 측면에서의 평면 보드가 신틸레이터에 의해 발생된 형광을 검출하는 포토다이오드를 구비한다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 5 측면에 따르면, 평면 보드는 포토다이오드에 의해 형광을 전기 신호로 효율적으로 변환시킨다.
본 발명의 제 6 측면에서, 각각 평행 6면체 형태인 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선 입사 방향과 대향하는 평면 보드 상에 2차원 어레이로 배열되며, 고상검출기 내 각 평행 6면체의 평행한 두 면의 X-선 입사 방향에서의 상대적인 위치는 두 면의 평면 방향에서 위치상 편차를 갖는 X-선 검출기를 구비하는 X-선 CT 장치를 제공한다.
본 발명의 제 6 측면에서, 고상검출기는 입사 방향과 대향하는 평행한 두 면들 사이의 평면 방향에서의 위치상 편차에 의해 갭을 커버한다.
본 발명의 제 7 측면에 따른 X-선 CT 장치는, 본 발명의 제 6 측면에서의 위치상 편차가 평면 방향에서 갭의 폭을 초과한다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 7 측면에서, X-선 입사 방향에서 본 평면 보드는 고상검출기로 커버된다.
본 발명의 제 8 측면에 따른 X-선 CT 장치는 본 발명의 제 6 또는 제 7 측면에서의 고상검출기가 신틸레이터라는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 8 측면에서, 고상검출기는 X-선을 효율적으로 검출한다.
본 발명의 제 9 측면에 따른 X-선 검출기는, 본 발명의 제 8 측면에서의 평면 보드가 신틸레이터에 의해 발생된 형광을 검출하는 포토다이오드를 구비한다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 9 측면에서, 평면 보드는 포토다이오드에 의해 형광을 전기 신 호로 효율적으로 변환시킨다.
본 발명의 제 10 측면에 따르면 X-선을 발생시키는 X-선관과; 각각 수직의 평행 6면체 형태인 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드 상에 2차원 어레이로 배열되는 X-선 검출기를 포함하되; 평면 보드는 입사 방향에 수직인 방향으로 경사진 X-선 CT 장치가 제공된다.
본 발명의 제 10 측면에서, 평면 보드는 X-선 입사 방향에 대한 기울기를 가지고 고상검출기 사이의 갭은 입사하는 X-선의 그늘에 위치한다.
본 발명의 제 11 측면에 따른 X-선 CT 장치는 본 발명의 제 10 측면에서의 평면 보드가 경사짐에 따라 직육면체의 X-선 투영이 갭을 초과하여 인접한 직육면체에 겹쳐지는 것으로 특징지어진다.
본 발명의 제 11 측면에서, 기울기는 직육면체의 투영이 갭을 커버하도록 설정된다.
본 발명의 제 12 측면에 따른 X-선 CT 장치는 본 발명의 제 10 또는 제 11 측면에서의 고상검출기가 신틸레이터인 것으로 특징지어진다.
본 발명의 제 12 측면에서, 고상검출기는 X-선을 효율적으로 검출한다.
본 발명의 제 13 측면에 따른 X-선 CT 장치는 본 발명의 제 12 측면에서의 평면 보드가 신틸레이터에 의해 발생된 형광을 검출하는 포토다이오드를 구비한다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 13 측면에서, 평면 보드는 포토다이오드에 의해 형광을 전기 신호로 효율적으로 변환시킨다.
본 발명의 제 14 측면에 따르면 각각 직육면체 형태의 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드 상에 2차원 어레이로 배열되며, 2차원 어레이의 복수의 고상검출기들이 입사 방향으로 적층되는 복수층 고상검출기을 구비하되, 적층된 고상검출기의 상대적인 위치는 적층된 방향에 수직인 방향으로 어긋난 X-선 검출기가 제공된다.
본 발명의 제 14 측면에서, 복수층 고상검출기는 2차원 어레이의 복수의 고상검출기들이 이들의 상대적인 위치가 갭의 폭만큼만 어긋나게 구성되도록 입사 방향으로 적층된다.
본 발명의 제 15 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 14 측면에서의 2차원 어레이가 2차원 어레이의 두 배열 방향인 채널 방향과 슬라이스 방향 중 적어도 한 방향에서 변화하는 상대적인 위치를 갖는 것으로 특징지어진다.
본 발명의 제 15 측면에서, 2차원 어레이의 상대적인 위치는 X-선 입사 방향에 수직인 임의의 방향에서 변화한다.
본 발명의 제 16 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 15 측면에서의 복수층 고상검출기가 서로 다른 상대적인 위치를 갖는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 고상검출기를 구비한다는 점으로 특징지어진다.
본 발명의 제 16 측면에서, X-선 입사 방향에서 본 갭은 복수층 고상검출기에 의해 커버된다.
본 발명의 제 17 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 14 측면 내지 제 16 측면 중 어느 하나에 따른 고상검출기가 신틸레이터라는 것으로 특징지어진다.
본 발명의 제 17 측면에서, 고상검출기는 X-선을 효율적으로 검출한다.
본 발명의 제 18 측면에 따르면 각각 직육면체 형태의 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드 상에 2차원 어레이로 배열되며, 2차원 어레이의 복수의 고상검출기들이 입사 방향으로 적층되는 복수층 고상검출기을 구비하되, 적층된 고상검출기의 상대적인 위치는 적층된 방향에 수직인 방향으로 어긋난 X-선 검출기를 포함하는 X-선 CT 장치가 제공된다.
본 발명의 제 18 측면에서, 복수층 고상검출기는 2차원 어레이의 복수의 고상검출기들이 이들의 상대적인 위치가 갭의 폭만큼만 어긋나게 구성되도록 입사 방향으로 적층된다.
본 발명의 제 19 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 18 측면에서의 복수층 고상검출기의 상대적인 위치가 2차원 어레이의 두 배열 방향인 채널 방향과 슬라이스 방향 중 적어도 한 방향에서 변화한다는 것으로 특징지어진다.
본 발명의 제 19 측면에서, 2차원 어레이의 상대적인 위치는 X-선 입사 방향에 수직인 임의의 방향에서 변화한다.
본 발명의 제 20 측면에 따른 X-선 검출기는 본 발명의 제 18 또는 제 19 측면에서의 고상검출기가 신틸레이터라는 것으로 특징지어진다.
본 발명의 따른 제 20 측면에서, 고상검출기는 X-선을 효율적으로 검출한다.
본 발명에 따르면, 고상검출기에서 갭 부분은 입사 방향과 대향하는 평행한 두 면들의 평면 방향에서의 위치상 편차에 의해 커버된다. 따라서, 평면 보드 상의 X-선 입사면은 고상검출기로 커버되며, 그에 따라 X-선 비감지 영역이 제거된다. 따라서, X-선 활용 효율이 항상되고, 또한 X-선 검출도 및 영상 품질이 개선된다.
본 발명에 따른 X-선 검출기 및 X-선 CT 장치를 실행하는 최상의 방법이 첨부된 도면을 참조로 하여 후술될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 최상의 방법으로 제한되는 것은 아니다.
제 1 실시예
제 1 실시예에 따른 X-선 CT 장치의 전반적인 구성이 기술될 것이다. 도 1은 X-선 CT 장치의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 장치는 스캔 갠트리(scan gantry)(10) 및 동작 콘솔(operation console)(6)을 구비한다.
스캔 갠트리(10)는 X-선관(20)을 구비한다. 도시되지 않은 X-선이 X-선관(20)으로부터 예를 들어 두께를 갖는 팬(fan) 형태로 발산하며, 콜리메이터(collimator)(22)에 의해 원뿔형 X-선의 형태가 되어 X-선 검출기(24)로 방사된다.
X-선 검출기(24)는 팬 형태의 X-선빔의 발산 방향을 따라 행렬로 배열된 복수의 신틸레이터를 구비한다. X-선 검출기(24)는 복수의 신틸레이터가 2차 행렬로 배열된 채널 방향 및 슬라이스 방향으로 폭을 갖는 다채널 검출기이다.
X-선 검출기(24)에는, 전체적으로 오목한 형태로 곡선을 이루는 X-선 입사면이 형성된다. X-선 검출기(24)는 예를 들어, 무기 결정으로 제조된 고상검출기와 같은 신틸레이터와 광전자 변환기와 같은 포토다이오드를 결합시킴으로써 획득된다.
데이터 수집기(26)가 X-선 검출기(24)로 접속된다. 데이터 수집기(26)는 X-선 검출기(24)의 각 신틸레이터의 검출 정보를 수집한다. X-선관(20)으로부터의 X-선 조사(irradiation)는 X-선 제어기(28)에 의해 제어된다. X-선관(20)과 X-선 제어기(28) 사이의 접속 관계 및 콜리메이터(22)와 콜리메이터 제어기(30) 사이의 접속 관계는 도시되지 않았다. 콜리메이터(22)는 콜리메이터 제어기(30)에 의해 제어된다.
X-선관(20)에서 콜리메이터 제어기(30)까지 이르는 전술된 구성 요소들은 스캔 갠트리(10)의 회전부(34) 상에 장착된다. 피검체 또는 팬텀(phantom)은 회전부(34)의 중심에 위치한 보어(29) 내의 이미지 포착 테이블(4) 상에 위치된다. 회전부(34)는 회전 제어기(36)에 의해 제어되는 동안 회전하며, X-선이 X-선관(20)으로부터 방사되고, X-선 검출기(24)는 회전 각도에 따른 각 뷰의 투영 정보로서 피검체 또는 팬텀을 통과한 X-선을 검출한다. 회전부(34)와 회전 제어기(36) 사이의 접속 관계는 도시되지 않는다.
동작 콘솔(6)은 데이터 프로세서(60)를 구비한다. 데이터 프로세서(60)는 예를 들어, 컴퓨터로 구성된다. 데이터 프로세서(60)에는 제어 인터페이스(62)가 접속된다. 제어 인터페이스(62)에는 스캔 갠트리(10)가 접속된다. 데이터 프로세 스(60)는 제어 인터페이스(62)를 통해 스캔 갠트리(10)를 제어한다.
스캔 갠트리(10) 내의 데이터 수집기(26), X-선 제어기(28), 콜리메이터 제어기(30) 및 회전 제어기(36)는 제어 인터페이스(62)를 통해 제어된다. 이러한 각 구성 요소와 제어 인터페이스(62) 사이의 접속은 도시되지 않았다.
데이터 수집 버퍼(64)가 데이터 프로세서(60)에 접속된다. 데이터 수집 버퍼(64)는 스캔 갠트리(10) 내의 데이터 제어기(26)로 접속된다. 데이터 제어기(26)에 의해 수집된 데이터는 데이터 수집 버퍼(64)를 통해 데이터 프로세서(60)로 입력된다.
데이터 프로세서(60)는 전달 X-선 신호, 즉 데이터 수집 버퍼(64)를 통해 수집된 투영 정보를 사용하여 이미지을 재구성한다. 저장부(66)는 데이터 프로세서(60)로 접속된다. 저장부(66)는 데이터 수집 버퍼(64)에 의해 수집된 투영 정보, 재구성된 슬라이스 이미지 정보, 장치의 기능을 알리는 프로그램 및 그의 균등물을 저장한다.
디스플레이(68) 및 동작 디바이스(70)가 데이터 프로세서(60)로 접속된다. 디스플레이(68)는 데이터 프로세서(60)로부터 출력된 슬라이스 이미지 정보와 그외 정보를 디스플레이한다. 동작 디바이스(70)는 동작기에 의해 동작하며 다양한 명령, 정보 및 그의 균등물을 데이터 프로세서(60)로 입력한다. 동작기는 디스플레이(68)와 동작 디바이스(70)를 사용함으로써 장치를 상호적으로 동작시킨다. 스캔 갠트리(10), 이미지 포착 테이블(4) 및 동작 콘솔(6)은 피검체 또는 팬텀을 X-선 촬영하여 슬라이스 이미지을 획득한다.
도 2는 X-선관(20), X-선 검출기(24) 및 데이터 수집기(26)의 3차원 구조를 도시하는 외부도이다. X-선 검출기(24)는 X-선관(20)에 의해 발생된 원뿔형의 X-선빔을 검출하는 신틸레이터(41), 신틸레이터(41)의 발광을 검출하는 광전자 변환기로서의 포토다이오드(42), 반사 필름(48) 및 평면 보드(43)를 포함한다. 반사 필름(48)은 신틸레이터(41)의 2차 행렬 상에 존재하지만 도시되지는 않았다.
신틸레이터(41)는 원뿔형의 X-선빔을 대향하는 표면 상에 2차원으로 배열되며 X-선이 입사할 때 발광한다. 대략 64개의 신틸레이터(41)가 원뿔형 X-선빔의 두께 방향인 슬라이스 방향으로 배열되고 대략 1000개의 신틸레이터(41)가 팬 형태의 X-선빔의 발산 방향인 채널 방향으로 배열된다.
포토다이오드(42)는 평면 보드(43) 상에 형성되며 신틸레이터(41)의 발광을 검출한다. 단일 평면 보드인 평면 보드(43) 상에, 복수의 채널과 복수의 슬라이스에 상응하는 신틸레이터(41) 및 포토다이오드(42)가 형성된다. 집적 구조체 내에 형성된 신틸레이터(41), 포토다이오드(42) 및 평면 보드(43)로, 단일 평면 블록(47)이 형성된다. 복수의 평면 블록(47)을 결합함으로써, 거의 오목한 형태를 갖는 X-선 검출기(24)가 설계된다. 도 2의 예에서, 4개의 채널과 3개의 슬라이스를 포함하는 평면 블록(47)이 형성된다. 평면 블록(47)은 원뿔형의 입사 X-선빔에 거의 수직인 오목한 표면 상에 형성된다.
데이터 수집기(26)는 탄력성 인쇄 보드(44), 인쇄 보드(45) 및 전기 케이블(46)을 포함한다. 탄력성 인쇄 보드(44)는 포토다이오드(42)에 의해 검출된 X-선의 아날로그 신호를 인쇄 보드(45)로 전달한다.
전기 케이블(46)은 슬라이스 방향으로 단부에서부터 인쇄 보드(45)로 전기적으로 접속된 편평 케이블이다. 인쇄 보드(45)는 전기 케이블(46)을 통해서 전기적으로 데이터 수집 버퍼(64)로 접속된다.
도 3 및 도 4는 신틸레이터(41), 포토다이오드(42) 및 평면 블록(47)을 구성하는 평면 보드(43)를 도시한 도면이다. 하기에서, 평면 블록(47)이 YZ 평면에 위치하고 X-선 입사 방향이 X축 방향인 경우에 대해 기술될 것이다.
도 3은 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 평면 블록(47)의 평면도이다. 후술될 반사 필름(48)이 평면 블록(47)의 신틸레이터(41) 상에 존재하지만, 신틸레이터(41)의 2차원 배열을 명확하게 도시하기 위해 도 3에는 도시되지 않았다. 도 3에서, 예를 들어, 가려진 부분을 나타내는 점선은 오직 좌상의 신틸레이터(41)에만 도시되었다.
각 신틸레이터(41)는 평행 6면체의 형태를 갖는다. 신틸레이터(41)는 동일한 구조체를 가지며 자신들 사이에 소정 갭(50)을 두고 채널 방향과 슬라이스 방향에서 2차원으로 반복적으로 배열된다. 본 명세서에서는 채널 방향에서의 갭(50)의 길이는 l1이며, 슬라이스 방향에서의 갭(50)의 길이는 l2라고 가정한다.
입사된 X-선에 수직인, 평행 6면체인 신틸레이터(41)의 상부 표면(a)과 도 3의 점선으로 나타낸 하부 표면(c)은 채널 방향 및 슬라이스 방향에서 서로 어긋난다. 상부 표면(a)과 하부 표면(c) 사이의 위치상의 편차값은 채널 방향에서 (d1)이고 슬라이스 방향에서 (d2)이며, 아래의 식을 만족시킨다.
채널 방향에서 d1 ＞ l1
슬라이스 방향에서 d2 ＞ l2
도 4는 2차원으로 배열된 도 3의 신틸레이터(41)를 Z축 방향에서 보았을 때의 라인(A-A')에 따른 단면도이다. 포토다이오드(42) 상의 신틸레이터(41) 상에, 도 3에 도시되지 않은 반사 필름(48)이 도시된다. 반사 필름(48)은 금속 파우더를 포함하는 레진 충진물로 제조되고 신틸레이터(41)의 상부와 갭(50)을 충진한다. 또한 도 4는 포토다이오드(42)의 어노드(anode)(51)를 도시한다. 어노드(51)는 포토다이오드(42)의 광 수신면으로서의 역할을 하며 신틸레이터(41)의 하부 표면(c)과 겹쳐진다.
X-선의 입사에 의해 신틸레이터(41)에서 발생되는 섬광은 반사 필름(48)에 의해 신틸레이터(41)에 갇히며, 어노드(51)에 의해 검출된다. 신틸레이터(41)들에서 누수된 광 또한 반사 필름(48)에 의해 갭(50)의 일부에서 보존된다.
전술된 바와 같이, 채널 방향에서 상부 표면(a)은 단지 길이(d1)만큼 하부 표면(c)으로부터 어긋난다. 이 길이는 채널 방향에서 갭(50)의 길이(l1)보다 길기 때문에, 평면 블록(47)을 X-선 입사 방향으로 보면, 갭(50)은 2차 어레이의 주변부를 제외하고는 보이지 않는다.
다음으로, 제 1 실시예에 따른 신틸레이터(41)의 동작이 도 5(a) 및 도5(b)를 참조하여 기술될 것이다. 도 5(a)는 도 4와 마찬가지로 도 3의 라인(A-A')에 따른 예시적인 단면도이다. 신틸레이터(41)는 평행 6면체의 형태를 가지며, 상부 표면(a)과 하부 표면(c)은 채널 방향에서 길이(d1)만큼 서로 어긋난다. 따라서, 채널 방향에서의 상부 표면(a)의 길이 또는 하부 표면(c)의 길이를 (s)라고 하면, 위에 서 입사하는 X-선에 대해 채널 방향에서의 신틸레이터(41)의 X-선 감지 영역의 길이는 (s+d1)이다. 길이(s+d1)와 길이(s+l1)를 비교했을 때, 다음과 같은 식이 성립한다.
s+d1 ＞ s+l1
따라서, X-선 입사 방향에서 본 전체의 평면 블록(47)은 신틸레이터(41)의 X-선 감지 영역으로 커버되며, 따라서 X-선 활용 효율이 향상된다.
이웃하는 신틸레이터(41)의 X-선 감지 영역은 서로 겹쳐지며 갭(50)을 가린다. 따라서, 갭(50)이 아래에 있는 신틸레이터(41)의 단부에서, X-선 입사 방향의 신틸레이터 길이가 감소하고, 입사 X-선 흡수율이 감소한다. 다시 말해, 입사한 X-선이 신틸레이터(41)의 단부를 통과할 가능성이 높다. 이러한 현상을 줄이기 위해, 신틸레이터(41)의 X-선 입사 방향에서 높이(h)가 증가되거나 또는 채널 방향에서의 상부 표면(a)과 하부 표면(c) 사이의 편차 거리(d1)가 증가되며, 그에 따라 X-선 입사 방향에서의 갭(50)의 폭이 줄어든다.
도 5(b)는 도 5(a)와 비교하여 직육면체를 갖는 각 신틸레이터(40)가 어노드(51) 상에 배열된 예시적인 경우를 도시한 예시적인 도면이다. 위에서 입사하는 X-선에 대해 신틸레이터(40)의 채널 방향에서의 X-선 감지 영역의 길이는 "s"이다. 다시 말해, 폭(l1)을 갖는 신틸레이터(40) 사이의 갭(49)은 완전한 X-선 비감지 영역이다. 따라서, X-선 활용 효율은 도 5(a)의 경우보다 약 s/(s+l1)만큼 더 낮다.
신틸레이터(41)의 채널 방향에서의 X-선 감지 영역이 도 5(a) 및 도 5(b)에 예로서 도시되었지만, 유사하게 슬라이스 방향에도 X-선 비감지 영역이 없으며, X- 선 활용 효율이 향상한다.
제 1 실시예에 전술된 바와 같이, 신틸레이터(41)는 상부 표면(a) 및 하부 표면(c)이 채널 방향과 슬라이스 방향으로 각각 갭(50)의 직교 방향에서 갭의 폭을 초과하는 길이(d1, d2)만큼 서로 어긋난 평형 6면체 구조체를 구비하며, 그에 따라 X-선 입사 방향에서 보았을 때 X-선 비감지 영역이 제거된다. 따라서, X-선 활용 효율은 향상되며, 또한 X-선 검출도 및 슬라이스 이미지의 영상 품질이 향상될 수 있다.
제 2 실시예
전술한 제 1 실시예에서, 신틸레이터(41)는 갭(50)의 두께를 초과하는 길이만큼 서로 어긋하는 상부 표면(a) 및 하부 표면(c)을 갖는 평행 6면체 구조체를 구비하며, 그에 따라 X-선 입사 방향에서 보았을 때 갭(50)에 의해 나타나는 X-선 비감지 영역을 제거한다. 이와는 달리, 직육면체 형태의 구조체에서 신틸레이터를 형성하고 신틸레이터가 위에 부착된 평면 블록을 입사 X-선에 대해 경사지게 함으로써 X-선 입사 방향에서 보았을 때 X-선 비감지 영역이 제거될 수 있다. 제 2 실시예에서, 신틸레이터가 직육면체의 구조체를 가지며 평면 블록이 입사 X-선에 대해 경사지는 경우가 기술될 것이다. 제 2 실시예에 따른 본 발명의 전반적인 구성은 도 1에 도시된 바와 같으며, 이에 대한 세부적인 설명은 반복되지 않을 것이다.
도 6(a) 및 도 6(b)은 제 2 실시예에 따른 평면 블록(77)의 구성을 도시한 도면이다. 평면 블록(77)은 도 2에 도시된 신틸레이터(41), 포토다이오드(42) 및 평면 보드(43)를 포함하는 평면 블록(47)에 해당한다. 그외 다른 구성은 도 2에 도시된 바와 동일하기 때문에, 이에 대한 세부적인 설명은 반복되지 않을 것이다.
평면 블록(77)은 반사 필름(75), 신틸레이터(70), 포토다이오드(72) 및 평면 보드(73)를 포함한다. 각각의 신틸레이터(70)는 직육면체의 형태를 갖는채널 방향과 슬라이스 방향에서 2차원으로 반복적으로 배열되며, X-선 입사에 의해 발광한다. 신틸레이터(70)가 광검출기로서 어노드(71)에 장착되었을 때 포토다이오드(72)는 신틸레이터(70)로부터 방사된 광을 전기 신호로 변환한다. 신틸레이터(70) 및 포토다이오드(72)는 평면 보드(73) 상에 장착되고, 평면 보드(73)는 입사 X-선에 대해 수직인 채널 방향으로부터 사전 결정된 기울기(θ)로 배치된다.
도 6(a)은 X-선 입사 방향인 X-축 방향에서 본 평면 블록(77)을 도시한 평면도이다. 후술될 반사 필름(75)이 평면 블록(77)의 신틸레이터(70) 상에 존재하지만, 신틸레이터(70)의 2차원 어레이를 명확하게 도시하기 위해 도시되지 않았다.
신틸레이터(70)는 직육면체 형태를 갖는다. 동일한 구조체를 갖는 신틸레이터(70)가 채널 및 슬라이스 방향으로 갭(74)을 가지고 반복적으로 배열된다.
도 6(b)은 2차원으로 배열된 도 6(a)의 신틸레이터(70)를 Z축 방향에서 보았을 때 라인(B-B')에 따른 단면도이다. 도 6(a)에 도시되지 않은 반사 필름(75)은 포토다이오드(72) 상의 신틸레이터(70) 상에 도시된다. 반사 필름(48)처럼, 반사 필름(75)는 섬광을 신틸레이터(70) 내에 속박시키고 신틸레이터(70) 사이에서의 광의 누수을 방지한다. 즉, 평면 블록(73)은 입사 X-선에 수직하는 수직 방향으로부터 사전 결정된 기울기(θ)만큼만 경사진다.
도 7은 평면 블록(77)의 기울기(θ)의 크기를 도시한 예시적인 도면이다. 도 7은 도 6(b)과 동일한 방법으로 도 6(a)에 도시된 라인(B-B')에 따른 단면도이다. 포토다이오드(72)로부터 직육면체를 갖는 신틸레이터(70)의 높이는 "h"로 설정되고 신틸레이터(70)들 사이의 갭(74)의 폭은 l3로 설정된다.
포토다이오드(72)로 투영된 신틸레이터(71)의 그림자가 신틸레이터(71)의 단부로부터 거리(d3)를 갖는다고 가정한다. 이 경우에, 거리(d3)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
d3 = h×tan(θ)
기울기(θ)는 d3 ＞ l3가 되도록, 즉, h×tan(θ) ＞ l3를 만족하도록 설정되며 X-선 입사 방향에서 보았을 때 X-선 비감지 영역은 존재하지 않는다.
전술된 바와 같이, 제 2 실시예에서, 직육면체의 형태를 갖는 각 신틸레이터(71)가 2차원으로 배열된 평면 블록(77)은 입사 X-선에 수직인 수직 방향에서 오직 기울기(θ)에 의해서만 경사지도록 배열된다. 결과적으로, 입사 X-선의 방향에서 보았을 때 갭(74)에 의한 X-선 비감지 영역은 존재하지 않으며 X-선 감지 영역은 평면 블록(77)의 거의 전체 표면 상에 제공될 수 있다. 따라서, X-선 활용 효율이 향상될 수 있다.
제 3 실시예
제 1 실시예에서, 신틸레이터(41)는 갭(50)의 폭을 초과하는 길이만큼 서로 어긋난 상부 표면(a)과 하부 표면(c)을 갖는 평행 6면체의 구조체를 가지며, 따라 서 X-선 입사 방향에서 보았을 때 X-선 비감지 영역이 제거된다. 이와는 달리, 각각 직육면체의 구조체를 갖는 복수의 신틸레이터가 적층된 복수층 고상검출기로서 복수층 신틸레이터를 사용함으로써 X-선 입사 방향에서 보았을 때 2차원 신틸레이터 어레이의 X-선 비감지 영역이 제거될 수 있다. 제 3 실시예에서, 직육면체를 각각 갖는 다수의 신틸레이터가 적층된 복수층 신틸레이터가 기술된다. 제 3 실시예에 따른 본 발명의 전반적인 구성이 도 1에 도시된 바와 동일하기 때문에 세부적인 설명은 반복되지 않을 것이다.
도 8(a)은 제 3 실시예에 따른 평면 블록(98)의 구성을 도시하는 XY축에서의 단면도이다. 평면 블록(98)은 도 2에 도시된 평면 블록(47)에 해당하고, 그외 다른 구성은 도 2에 도시된 바와 동일하다. 평면 블록(98)은 반사 필름(85), 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89), 포토다이오드(82), 어노드(81) 및 평면 보드(83)를 포함한다. 반사 필름(85), 포토다이오드(82), 어노드(81) 및 평면 보드(83)는 각각 도 4에 도시된 반사 필름(48), 포토다이오드(42), 어노드(51) 및 평면 보드(43)와 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다.
복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)은 복수층 고상검출기를 형성하며, 각각의 신틸레이터는 직육면체 형태를 갖는다. 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)은 2차원으로 배열되고 X-선 입사 입사 방향으로 적층된 4개의 층이며 이것의 상대적인 위치는 Y축 또는 Z축 방향에서 서로 다르다. 도 9(a) 내지 도 9(d)는 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 4개의 복수층 신틸레이터의 위치를 나타낸 도면이다. 도 9(a) 내지 도 9(d)의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)은 동일한 프레임에서 도시되었으며, 수직 및 수평 방향에서의 상대적인 위치가 도시되었다.
도 9(a)는 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 제 1 층(86)을 도시한다. 제 1 층(86)은 각각 직육면체 형태를 가지며 2차원으로 배열된 신틸레이터(90) 와 신틸레이터들 사이의 갭(94)을 포함한다. 도 9(b)는 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 제 2 층(87)을 도시한다. 제 2 층(87)은 각각 직육면체 형태를 가지며 2차원으로 배열된 신틸레이터(91)와 신틸레이터들 사이의 갭(95)을 포함한다. 신틸레이터(91)는 신틸레이터(90)와 동일한 크기를 가지며, 갭(95)은 갭(94)과 동일한 폭을 가지고, 신틸레이터(91) 및 갭(95)은 채널 방향에서 갭(94)의 폭 길이만큼만 이동한다.
도 9(c)는 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 제 3 층(88)을 도시한다. 제 3 층(88)은 각각 직육면체 형태를 가지며 2차원으로 배열된 신틸레이터(92)와 신틸레이터들 사이의 갭(96)을 포함한다. 신틸레이터(92)는 신틸레이터(90)와 동일한 크기를 가지며, 갭(96)은 갭(94)과 동일한 폭을 가지고, 신틸레이터(92) 및 갭(96)은 채널 방향에서 갭(94)의 폭 길이만큼만 이동한다. 도 9(d)는 X-선 입사 방향인 X축 방향에서 본 제 4 층(89)을 도시한다. 제 4 층(89)은 각각 직육면체 형태를 가지며 2차원으로 배열된 신틸레이터(93)와 신틸레이터들 사이의 갭(97)을 포함한다. 신틸레이터(93)는 신틸레이터(90)와 동일한 크기를 가지며, 갭(97)은 갭(94)과 동일한 폭을 가지고, 신틸레이터(93) 및 갭(97)은 채널 방향에서 갭(94)의 폭 길이만큼만 이동한다.
도 8(b)은 도 9(a) 내지 도 9(d)에 도시된 복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)이 적층된 평면 블록(98)을 X-선 입사 방향에서 본 도면이다. X- 선 입사 방향에서 본 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)의 위치를 명확하게 도시하기 위해 신틸레이터(90, 91, 92, 93)를 커버하는 반사 필름(85)은 도시되지 않았다.
X-선 입사 방향에서 보았을 때, X-선 입사 방향에서 최상층에 위치하는 신틸레이터(93)(제 4 층(89)) 사이의 갭(97)은 신틸레이터(92)(제 3 층(88))로 커버되고, 신틸레이터(91)(제 2 층(87)) 및 신틸레이터(90)(제 1 층(86))는 보다 낮은 층에 위치한다. X-선 입사 방향에서 보았을 때, 신틸레이터가 없지만 포토다이오드(82)가 바로 보이는 X-선 비감지 영역은 2차원 어레이의 주변부에만 존재한다.
X-선이 입사할 때 복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)에 의해 수행되는 동작이 도 10을 참조로 하여 기술될 것이다. 도 10은 X-선이 신틸레이터(93) 사이의 갭(97) 부분에 입사하는 경우를 예로서 도시한 도 9(a)와 같은 채널 방향에서의 단면도이다. 신틸레이터(93) 사이의 갭(97) 부분에 입사하는 X-선은 적어도 신틸레이터(91, 92) 중 하나에 입사한다. 신틸레이터(91, 92) 중 하나와의 상호 작용으로 형광 발광이 발생된다. 형광 발광은 신틸레이터(90, 91, 92, 93)를 둘러싸는 반사 필름(95)에 의해 다중 반사되며, 마지막으로 어노드(81)에 의해 흡수되어 전기 신호로 변환된다. 부분적으로 인접한 채널과 접촉하는 부분이 존재하지만, 접촉 부분이 선형이기 때문에, 이 부분에서 발생시키는 인접한 채널로의 광의 누수는 작다고 여겨진다.
X-선이 신틸레이터(92) 사이의 갭(96) 부분에 입사하는 경우, X-선이 신틸레이터(91) 사이의 갭(95) 부분에 입사하는 경우 및 X-선이 신틸레이터(90) 사이의 갭(94) 부분에 입사하는 경우도 전술된 경우와 상당히 유사하다. 따라서, 평면 블 록(98)을 X-선 입사 방향에서 보았을 때, X-선 비감지 영역은 2차원 배열된 복수층 신틸레이터의 제 1 내지 제 4 층의 주변부에만 존재한다.
X-선 입사 방향에서의 복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)의 두께는 X-선 검출 효율, 무게, 가격 등을 고려하여 최적으로 설정된다. 확실히 말하면, 신틸레이터 자신의 각 층은 얇기 때문에, 갭(94) 내지 갭(97)로 입사하는 X-선 검출 효율은 낮다. 결과적으로, X-선 입사 방향에서의 복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)의 각 두께를 증가시켜 검출 효율을 향상시킴으로써 X-선 활용 효율이 더 향상될 수 있다.
전술된 바와 같이, 제 3 실시예에서, 각각 직육면체 형태를 갖는 복수층 신틸레이터의 제 1 층(86) 내지 제 4 층(89)은 층들의 상대적인 위치가 채널 방향 및 슬라이스 방향에서 갭(94) 내지 갭(97)의 폭만큼만 이동됨으로써, X-선 입사 방향에서 보았을 때 평면 블록(98) 내의 X-선 비감지 영역이 제거되도록 겹쳐진다. 따라서, 신틸레이터들 사이의 갭 때문에 X-선이 비검출되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 X-선 활용 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 고상검출기에서 갭 부분은 입사 방향과 대향하는 평행한 두 면들의 평면 방향에서의 위치상 편차에 의해 커버된다. 따라서, 평면 보드 상의 X-선 입사면은 고상검출기로 커버되며, 그에 따라 X-선 비감지 영역이 제거된다. 따라서, X-선 활용 효율이 항상되고, 또한 X-선 검출도 및 영상 품질이 개선된다.

Claims (9)

  1. X-선 검출기(24)로서,
    각각 평행 6면체 형태인 복수의 고상검출기(solid state detector)(41)들이 자신들 사이에 소정 갭(gap)(50)을 가지고 X-선 입사 방향과 대향하는 평면 보드(42) 상에 2차원 어레이로 배열되며,
    상기 각 평행 6면체의 평행한 두 면의 상기 X-선 입사 방향에서의 상대적인 위치는 상기 두 면의 평면 방향(plane direction)에서 위치상 편차(d1)를 갖는
    X-선 검출기(24).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치상 편차는 상기 2차원 어레이의 채널 방향 및 슬라이스 방향 중 적어도 한 방향에서 제공되는
    X-선 검출기(24).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위치상 편차의 크기(d1)는 상기 평면 방향에서 상기 갭의 폭(l1)을 초과하는
    X-선 검출기(24).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고상검출기(41)는 신틸레이터(scintillator)(41)인
    X-선 검출기(24).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 평면 보드(42)는 상기 신틸레이터(41)에 의해 발생되는 형광을 검출하는 포토다이오드(42)를 구비하는
    X-선 검출기(24).
  6. X-선 CT 장치로서,
    각각 평행 6면체 형태인 복수의 고상검출기(41)들이 자신들 사이에 소정 갭(50)을 가지고 X-선 입사 방향과 대향하는 평면 보드(42) 상에 2차원 어레이로 배열되며,
    상기 각 평행 6면체의 평행한 두 면의 상기 X-선 입사 방향에서의 상대적인 위치는 상기 두 면의 평면 방향에서 위치상 편차(d1)를 갖는 X-선 검출기(24)를 구 비하는
    X-선 CT 장치.
  7. X-선을 발생시키는 X-선관(20)과,
    각각 직육면체 형태의 복수의 고상검출기(41)들이 자신들 사이에 소정 갭(50)을 가지고 상기 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드(42) 상에 2차원 어레이로 배열되는 X-선 검출기(24)를 포함하되,
    상기 평면 보드(42)는 상기 입사 방향에 수직인 방향으로 경사진
    X-선 CT 장치.
  8. X-선 검출기(24)로서,
    각각 직육면체 형태의 복수의 고상검출기들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드(83) 상에 2차원 어레이로 배열되며,
    상기 2차원 어레이의 복수의 고상검출기(90, 91, 92, 93)들이 상기 입사 방향으로 적층되는 복수층 고상검출기(90, 91, 92, 93)을 구비하되,
    상기 적층된 고상검출기의 상대적인 위치는 적층된 방향에 수직인 방향으로 어긋난
    X-선 검출기(24).
  9. X-선 CT 장치로서,
    각각 직육면체 형태의 복수의 고상검출기(90, 91, 92, 93)들이 자신들 사이에 소정 갭을 가지고 X-선의 입사 방향과 대향하는 평면 보드(82) 상에 2차원 어레이로 배열되고,
    상기 2차원 어레이의 복수의 고상검출기(90, 91, 92, 93)들이 상기 입사 방향으로 적층되는 복수층 고상검출기(90, 91, 92, 93)을 구비하되,
    상기 적층된 고상검출기의 상대적인 위치는 적층된 방향에 수직인 방향으로 어긋난 X-선 검출기(24)를 포함하는
    X-선 CT 장치.
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