KR20100078626A - 방사선 검출장치 및 방사선 검출방법 - Google Patents
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Abstract
방사선 검출방법이 개시된다. 상기 방법은 선원으로부터 방출된 방사선을 광전효과를 이용하는 검출로 제 1 신호를 제공하고, 상기 선원으로부터 방출된 상기 방사선을 컴프턴 산란을 이용하는 검출로 제 2 신호를 제공하고, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 처리하여 영상을 취득하는 것을 포함한다. 상기 제 1 신호의 제 1 포아송 확률분포와 상기 제 2 신호의 제 2 포아송 확률분포의 합을 사용하여, 특정 위치의 선원의 분포도를 영상으로 재구성한다.
방사선, 검출, 광전효과, 컴프턴 산란
Description
본 발명은 방사선 검출장치 및 방사선 검출방법에 관한 것이다.
방사선 검출 장치, 예를 들면 감마선 검출장치는 기계적 컬리메이터와 전자적 컬리메이터를 포함할 수 있다. 상기 기계적 컬리메이터는 광전효과를 이용하고, 상기 전자적 컬리메이터는 컴프턴 산란을 이용한다. 상기 기계적 컬리메이터는 낮은 에너지(예를 들면, 300keV 이하)의 방사선을 검출하는데 효과적이고, 상기 전자적 컬리메이터는 높은 에너지(예를 들면, 800keV 이상)의 방사선을 검출하는데 효과적이다. 그러나 상기 컬리메이터들은 중간 에너지(예를 들면, 300~800keV)의 방사선을 효과적으로 검출할 수 없다.
본 발명은 기계적 컬리메이터와 전자적 컬리메이터를 동시에 사용함으로서 방사선 검출효율을 극대화하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예는 방사선 검출장치를 제공한다. 상기 장치는 선원으로부터 방출된 방사선을 광전효과를 이용하여 제 1 신호를 검출하는 제 1 검출기; 상기 선원으로부터 방출된 상기 방사선을 컴프턴 산란을 이용하여 제 2 신호를 검출하는 제 2 검출기; 및 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 처리하여 영상을 취득하는 영상취득부를 포함한다. 상기 제 1 신호의 제 1 포아송 확률분포와 상기 제 2 신호의 제 2 포아송 확률분포의 합을 사용하여, 특정 위치의 선원의 분포도를 영상으로 재구성한다.
상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달하고,
의 수학식에 따른 알고리듬을 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 처리하고, λj는 픽셀 j에서의 선원의 세기, cij는 상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달할 확률, Yi는 i번째 투사픽셀에서의 검출된 양, U는 상기 제 1 검출기, C는 상기 제 2 검출기를 표시하고, n은 상기 수학식을 n번째 반복하는 것을 의미한다.
기계적 컬리메이터와 전자적 컬리메이터를 동시에 사용함으로서 방사선 검 출효율을 극대화 할 수 있다. 또한 넓은 에너지 영역을 다룰 수가 있어 SPECT이나 PET와 같은 의료기기로부터 환경 및 공업용 검출 기기까지 다양한 분야에 걸쳐서 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출장치(100)가 설명된다. 상기 방사선 검출장치(100)는 선원(110)으로부터 방출된 방사선, 예를 들면 감마선을 검출하는 제 1 검출기(120), 및 상기 선원(110)으로부터 방출된 상기 방사선을 검출하는 제 2 검출기(130)를 포함할 수 있다. 제 1 검출기(120) 및 상기 제 2 검출기(130)는 LaCl3(Ce) 섬광체와 결합된 PSPMT(photomultiplier tube)일 수 있다. URA(uniformly redundant array) 컬리메이터(115)가 상기 선원(110)과 상기 제 1 검출기(120)의 사이에 제공되어, 상기 선원으로부터의 방사선을 집속하여 원하는 방사선만을 통과시킨다. 상기 제 2 검출기(130)은 상기 제 1 검출기로부터 대략 35cm 떨어지고, 상기 방사선의 진행 방향으로부터 대략 45°정도 오프셋되어 배치될 수 있다.
상기 URA 컬리메이터를 통과한 대략 300keV 이하의 낮은 에너지를 갖는 방사선은 상기 제 1 검출기(120)에서 광전 흡수(photoelectric absorption)된다. 대략 800keV 이상의 높은 에너지를 갖는 방사선은 상기 URA 컬리메이터를 투과하여, 상기 제 1 검출기(120)에서 컴프턴 산란(Compton scatter)되어, 상기 제 2 검출기(130)에서 광전 흡수될 수 있다.
상기 방사선 검출장치(100)는 상기 제 1 검출기(120)로부터의 제 1 신호와 상기 제 2 검출기(130)로부터의 제 2 신호를 처리하여 영상을 취득하는 영상 취득부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 영상 취득부(140)는 상기 제 1 신호의 제 1 포아송 확률분포와 상기 제 2 신호의 제 2 포아송 확률분포의 합을 사용하여, 특정 위치의 선원의 분포도를 영상으로 재구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출장치(100)는 기계적 컬리메이터(즉, 상기 제 1 검출기)와 전자적 컬리메이터(즉, 상기 제 2 검출기)를 동시에 사용하므로 보다 좋은 영상을 만들어낼 수 있고, 획득 가능한 에너지 범위도 기계적 컬리메이터와 전자적 컬리메이터의 범위를 모두 포함할 수 있다. 특히 I131 이나 양전자단층촬영이 이루어지는 중간에너지 영역(300keV ~ 700keV) 보다 우수한 성능을 나타 낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출장치(100)는 복합식 카메라로, 두개의 독립된 정보(예를 들면, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호)를 사용하여 최적화된 영상을 만드는 방법으로 MLEM(list-mode Maximum Likelihood Expectation Maximization) 방법을 사용한다. 이는 포아송 확률분포를 기반으로 만들어진 알고 리즘으로 통계적 오차를 감안하여 구성되어 있으며 정보의 확률적인 분포를 고려하여 가장 가능성이 높은 선원의 분포도를 영상으로 재구성하는 방식이다. 그 알고리듬은 다음의 수학식 1과 같다.
여기서, λj는 j번째 픽셀에서의 선원의 세기, cij는 상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달할 확률, Yi는 i번째 투사픽셀에서의 검출된 양, U는 상기 제 1 검출기, C는 상기 제 2 검출기를 표시하고, n은 상기 수학식 1을 n번째 반복하는 것을 의미한다. 상기 j번째 픽셀은 상기 선원을 복수개의 요소로 구분할 때 j번째 요소를 의미하고, 상기 i번째 투사픽셀은 상기 검출기들에서 방사선이 검출되는 부분들을 복수개의 요소로 구분할 때 i번째 요소를 의미한다.
상기 수학식 1에서 아래와 같이 부분적으로 따로 떼어 놓으면, 수학식 2가 된다.
cijλj는 j번째 픽셀에서의 선원의 세기인 λj n와 j번째 픽셀로부터의 방사선이 i번째 투사픽셀에 도달할 확률 cij를 곱한 값이다. 따라서 cijλj는 상기 방사선이 j번째 픽셀에서 방사되어 i번째 투사픽셀에 도달할 수 있는 양을 의미한다. 여기에 선원에 대한 변수 k에 대한 합을 구했으므로, 상기 수학식 2는 (관심영역 안의 모든 선원에서 출발하여) i번째 투사픽셀에 도달하는 모든 방사선의 양을 의미한다. cij는 계산이나 시뮬레이션 등을 통해 구현되며, 확률적으로 발생 가능한 모든 경우를 포함한 함수이다.
수학식 3의 Yi는 i번째 투사픽셀에 실제 검출된 방사선의 양을 나타낸다. Yi를 상기 수학식 2로 나누면, 실제로 i번째 투사픽셀에 검출된 양을 i번째 투사픽셀에 검출될 수 있는 이론적 전체 양으로 나눈 것이 된다. 이를 i번째 투사픽셀에 대한 투사검출가중치로 정의된다. 상기 투사검출가중치에 cij를 곱하고 투사픽셀 변수 i에 합을 하면, 상기 수학식 3은 상기 투사검출가중치로 보정된 j번째 픽셀의 방사확률이 된다.
상기 방사가중치를 j번째 픽셀에서의 선원의 세기에 대한 기존 예측값 λj n에 곱하면, 수학식 5가 된다. 이는 상기 방사가중치로 보정된 선원의 다음 단계의 예측값 λn+1 j이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출장치(100)는 두 가지의 방식으로 동시에 정보를 얻으므로, 단독 포아송 분포 대신 독립된 두 개의 포아송 분포를 확률밀도 함수로 하여 만들어진다. 예를 들면, 상기 수학식 5에서 상기 투사검출가중치로 보정된 j번째의 픽셀의 방사확률을 상기 기계적 컬리메이터의 경우와 상기 전자적 컬리메이터의 경우에서 각각 구하고, 이들을 합한 것이 상기 수학식 1의 분자가 된다. 다음, 방사선이 j번째 픽셀에서 방사될 총 확률을 기계적 컬리메이터 경우와 전자적 컬리메이터인 경우에서 각각 구하고, 이들을 합한 것이 상기 수학식 1의 분모가 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출장치의 개략도를 도시한다.
Claims (4)
- 선원으로부터 방출된 방사선을 광전효과를 이용하여 제 1 신호를 검출하는 제 1 검출기;상기 선원으로부터 방출된 상기 방사선을 컴프턴 산란을 이용하여 제 2 신호를 검출하는 제 2 검출기; 및상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 처리하여 영상을 취득하는 영상취득부를 포함하고,상기 제 1 신호의 제 1 포아송 확률분포와 상기 제 2 신호의 제 2 포아송 확률분포의 합을 사용하여, 특정 위치의 선원의 분포도를 영상으로 재구성하는 방사선 검출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달하고,
의 수학식에 따른 알고리듬을 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 처리하고, λj는 픽셀 j에서의 선원의 세기, cij는 상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달할 확률, Yi는 i번째 투사픽셀에서의 검출된 양, U는 상기 제 1 검출기, C는 상기 제 2 검출기를 표시하고, n은 상기 수학식을 n번째 반복하는 것을 의미하는 방사선 검출장치. - 선원으로부터 방출된 방사선을 광전효과를 이용하는 검출로 제 1 신호를 는 제공하는 것;상기 선원으로부터 방출된 상기 방사선을 컴프턴 산란을 이용하는 검출로 제 2 신호를 제공하는 것; 및상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 처리하여 영상을 취득하는 것을 포함하고,상기 제 1 신호의 제 1 포아송 확률분포와 상기 제 2 신호의 제 2 포아송 확률분포의 합을 사용하여, 특정 위치의 선원의 분포도를 영상으로 재구성하는 방사선 검출방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달하고,
의 수학식에 따른 알고리듬을 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 처리하고, λj는 픽셀 j에서의 선원의 세기, cij는 상기 선원의 i번째 픽셀을 떠난 방사선이 상기 검출기들의 j번째의 투사픽셀에 도달할 확률, Yi는 i번째 투사픽셀에서의 검출된 양, U는 상기 제 1 검출기, C는 상기 제 2 검출기를 표시하고, n은 상기 수학식을 n번째 반복하는 것을 의미하는 방사선 검출방법.
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| KR1020080136931A KR20100078626A (ko) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 방사선 검출장치 및 방사선 검출방법 |
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| KR (1) | KR20100078626A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101311787B1 (ko) * | 2011-05-30 | 2013-09-25 | 고려대학교 산학협력단 | 방사선을 이용한 물질 탐지 장치, 및 방법 |
| KR20140064524A (ko) * | 2012-11-20 | 2014-05-28 | 삼성전자주식회사 | 방사선이 방출된 위치의 분포를 추정하는 방법 및 장치 |
-
2008
- 2008-12-30 KR KR1020080136931A patent/KR20100078626A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101311787B1 (ko) * | 2011-05-30 | 2013-09-25 | 고려대학교 산학협력단 | 방사선을 이용한 물질 탐지 장치, 및 방법 |
| KR20140064524A (ko) * | 2012-11-20 | 2014-05-28 | 삼성전자주식회사 | 방사선이 방출된 위치의 분포를 추정하는 방법 및 장치 |
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