KR20130015619A - Apparatus and method for acquiring positron emission tomography ucsing compton events, and a medium having computer readable program for executing the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양전자 단층 촬영 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an imaging device, and more particularly, to a positron emission tomography device and method.
인류의 가장 큰 질병인 암을 진단하는데 있어서 유용하게 사용되는 양전자 단층 촬영(positron emission tomography; PET)은 암세포에 모인 동위원소에서 나온 두 개의 511 keV 감마선을 검출하여 인체와 암의 3차원 영상을 재구성한다. Positron emission tomography (PET), useful for diagnosing cancer, the largest disease of mankind, reconstructs three-dimensional images of the human body and cancer by detecting two 511 keV gamma rays from isotopes collected in cancer cells. do.
도 1은 PET의 감마선 검출 원리를 도시하는 개략적인 도면이다. 1 is a schematic diagram illustrating the gamma ray detection principle of PET.
도 1에는 광전 효과만을 사용하는 종래 PET의 검출 방식이 도시되어 있다. 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 일반적으로 사용되는 PET에서는 이미지의 재구성을 위해 광전 효과만을 사용하고 있다.1 illustrates a conventional PET detection method using only a photoelectric effect. As can be seen in Figure 1, the commonly used PET uses only the photoelectric effect for the reconstruction of the image.
그러나 511keV 감마선의 검출기에서의 반응은 광전 효과 이외에도 컴프턴 산란이 있다. 그럼에도 불구하고, 종래의 PET에서는 광전 효과에 의한 정보만 유효한 정보로 사용하고 컴프턴 산란에 의한 정보는 노이즈로 취급하여 버려 왔다. However, in addition to the photoelectric effect, the reaction at the detector of 511keV gamma rays has Compton scattering. Nevertheless, in the conventional PET, only the information by the photoelectric effect is used as valid information, and the information by Compton scattering has been treated as noise.
다중 산란 반응이 무시된 이유는 일반 검출기 내에서 반응이 일어난 위치를 정확히 알아낼 수 없으며 올바른 컴프턴 산란 순서를 파악하기가 힘들기 때문이다.The multiple scattering reactions were ignored because it was difficult to pinpoint the location of the reaction within the normal detector and it was difficult to determine the correct Compton scattering order.
그러나 511keV 의 에너지 영역에서는 컴프턴 산란이 광전 효과보다 약 2배 이상 많이 발생하며, 따라서 검출 효율의 상승을 위해서는 컴프턴 산란에 의한 정보를 유용한 정보로 이용할 수 있어야 한다. However, in the energy region of 511keV, Compton scattering occurs about twice as much as the photoelectric effect. Therefore, in order to increase the detection efficiency, information by Compton scattering should be used as useful information.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 컴프턴 산란에 의해 발생하는 정보를 이용함으로써 더욱 효과적으로 양전자 단층 촬영을 수행할 수 있도록 하는 장치, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an apparatus, method, and computer for executing the method can be used to more effectively perform positron emission tomography by using information generated by Compton scattering. It is an object to provide a medium on which a readable program is recorded.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치는 감마선 검출부, 검출 순서 산출부, 및 피검사체 정보 생성부를 포함한다. 감마선 검출부는 양전자 소멸로 인해 피검사체에서 방출되는 2개의 감마선의 검출 위치 및 검출 위치에서의 검출 에너지를 획득하고, 검출 순서 산출부는 2개의 감마선 중 어느 하나의 감마선에 대해서라도 검출 위치가 복수개 검출되는 경우 복수의 검출 위치에 대한 검출 순서를 산출하며, 피검사체 정보 생성부는 감마선의 검출 위치와 검출 위치의 검출 순서에 대한 정보를 이용하여 피검사체에 대한 정보를 생성한다.In order to achieve the above object, the positron emission tomography apparatus using the Compton phenomenon according to the present invention includes a gamma ray detector, a detection order calculator, and a subject information generator. The gamma ray detector acquires the detection position of the two gamma rays and the detection energy at the detection position due to positron disappearance, and the detection order calculation unit detects a plurality of detection positions for any one of the two gamma rays. In this case, the detection order of the plurality of detection positions is calculated, and the object information generation unit generates information on the object under test using information about the detection position of the gamma ray and the detection order of the detection position.
양전자 소멸로 인해 방출되는 감마선의 검출 위치와 검출 위치에서의 검출 에너지를 이용하여 컴프턴 산란에 의해 발생하는 복수의 감마선 검출에 대한 순서를 산출함으로써, 양전자 단층 촬영에 있어서, 광전 효과뿐만 아니라 컴프턴 효과까지 이용할 수 있게 되어 더욱 우수한 영상을 구현할 수 있게 된다.By calculating the order for the detection of a plurality of gamma rays generated by Compton scattering using the detection position of the gamma rays emitted due to positron disappearance and the detection energy at the detection position, in the positron tomography, not only the photoelectric effect but also the Compton Effects can be used to realize better images.
이때, 감마선 검출부는 픽셀화된 검출 어레이 구조를 포함할 수 있으며, 픽셀화된 검출 어레이는 카드뮴아연텔루라이드(CdZnTe; CZT) 화합물이나, LYSO 섬광체로 이루어질 수 있다. 이와 같이 픽셀화된 검출 어레이 구조의 채용은 감마선의 검출 위치의 용이한 획득을 가능하게 해준다.In this case, the gamma ray detector may include a pixelated detection array structure, and the pixelated detection array may be formed of a cadmium zinc telluride (CdZnTe; CZT) compound or a LYSO scintillator. The adoption of such a pixelated detection array structure enables easy acquisition of the detection position of gamma rays.
검출 순서는 검출된 감마선의 에너지 정보로부터 산출한 방사선의 산란 각도와 검출된 위치 정보로부터 산출한 감마선 산란 각도를 비교하여, 두 각도의 차가 작게 나오는 검출 순서일 수 있다.The detection order may be a detection order in which the difference between the two angles is smaller by comparing the scattering angle of the radiation calculated from the energy information of the detected gamma rays with the gamma ray scattering angle calculated from the detected position information.
이때, 에너지 정보에서 산출한 방사선의 산란 각도(θE)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,At this time, the scattering angle θ E of the radiation calculated from the energy information is calculated by the following equation,
여기서, E0는 소멸 방사선 에너지이고, E1은 컴프턴 산란의 리코일 에너지이고, E2는 컴프턴 산란의 산란(scattered) 에너지이고, mec2는 전자의 에너지이며,Where E 0 is the extinction radiation energy, E 1 is the recoil energy of Compton scattering, E 2 is the scattered energy of Compton scattering, m e c 2 is the energy of electrons,
위치 정보에서 산출한 감마선의 산란 각도(θp)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,The scattering angle θ p of the gamma ray calculated from the positional information is calculated by the following equation,
여기서, (x0, y0), 및 (x2, y2)는 광전 효과의 반응 위치이며, (x1, y1)은 컴프턴 산란 반응 위치일 수 있다.Here, (x 0 , y 0 ), and (x 2 , y 2 ) may be reaction positions of the photoelectric effect, and (x 1 , y 1 ) may be Compton scattering reaction positions.
또한, 컴프턴 산란에 의한 복수개의 검출 위치는 2개의 검출 위치일 수 있다. 컴프턴 산란이 두 번 이상 발생하는 경우에는 정확한 검출의 순서를 결정하기가 실질적으로 어려우므로 컴프턴 산란 이후 바로 광전 현상이 발생하는 경우의 컴프턴 산란만 이용함으로써 효과적으로 영상 재구성을 수행할 수 있게 된다.In addition, the plurality of detection positions due to Compton scattering may be two detection positions. When compton scattering occurs more than once, it is practically difficult to determine the exact order of detection. Therefore, by using only compton scattering when photoelectric phenomenon occurs immediately after compton scattering, image reconstruction can be effectively performed. .
아울러, 상기 장치를 방법의 형태로 구현한 발명과 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체가 개시된다.In addition, an invention in which the apparatus is implemented in the form of a method and a medium on which a computer readable program for executing the method is recorded.
본 발명에 의하면, 양전자 소멸로 인해 방출되는 감마선의 검출 위치와 검출 위치에서의 검출 에너지를 이용하여 컴프턴 산란에 의해 발생하는 복수의 감마선 검출에 대한 순서를 산출함으로써, 양전자 단층 촬영에 있어서, 광전 효과뿐만 아니라 컴프턴 효과까지 이용할 수 있게 되어 더욱 우수한 영상을 구현할 수 있게 된다.According to the present invention, photoelectric imaging in positron tomography is performed by calculating the order for the detection of a plurality of gamma rays generated by Compton scattering using the detection position of the gamma rays emitted due to positron disappearance and the detection energy at the detection position. Not only the effect, but also the Compton effect can be used to achieve a better image.
또한, 감마선의 검출을 위해 픽셀화된 검출 어레이 구조를 채용함으로써, 감마선의 검출 위치의 용이한 획득이 가능하게 된다.Further, by employing a pixelated detection array structure for the detection of gamma rays, it is possible to easily obtain the detection position of the gamma rays.
또한, 감마선 검출 순서를 위해, 컴프턴 산란 이후 바로 광전 현상이 발생하는 경우의 컴프턴 산란만 이용함으로써 더욱 효과적으로 영상 재구성을 수행할 수 있게 된다.In addition, for the gamma ray detection sequence, image reconstruction may be performed more effectively by using only Compton scattering when photoelectric phenomenon occurs immediately after Compton scattering.
도 1은 광전 효과를 이용한 종래의 양전자 단층 촬영 장치의 감마선 검출 방식을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 감마선 검출 방식을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 감마선 검출 방식을 개략적으로 도시한 다른 도면.
도 5는 도 2의 감마선 검출부에서 LYSO 섬광체를 사용한 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 2의 감마선 검출부에서 CdZnTe 반도체를 사용한 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 LYSO-PSAPD 섬광체를 이용해 구현된 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 개략적인 전체 장비 완성도.
도 8은 CdZnTe 반도체를 이용해 구현된 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 개략적인 전체 장비 완성도.1 is a diagram schematically illustrating a gamma ray detection method of a conventional positron emission tomography apparatus using a photoelectric effect.
2 is a schematic block diagram of an embodiment of a positron emission tomography apparatus using a Compton phenomenon according to the present invention;
3 is a diagram schematically illustrating a gamma ray detection method of the positron emission tomography apparatus of FIG. 2.
4 is another diagram schematically illustrating a gamma ray detection method of the positron emission tomography apparatus of FIG. 2.
FIG. 5 schematically illustrates an example of using an LYSO scintillator in the gamma ray detector of FIG. 2. FIG.
FIG. 6 schematically illustrates an example of using a CdZnTe semiconductor in the gamma ray detector of FIG. 2. FIG.
7 is a schematic complete equipment complete view of the positron tomography apparatus of FIG. 2 implemented using a LYSO-PSAPD scintillator.
FIG. 8 is a schematic overall equipment complete view of the positron emission tomography device of FIG. 2 implemented using a CdZnTe semiconductor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치의 개략적인 블록도이다.2 is a schematic block diagram of a positron emission tomography apparatus using a Compton phenomenon according to the present invention.
도 2에서, 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치(100)는 감마선 검출부(110), 검출 순서 산출부(120), 및 피검사체 정보 생성부(130)를 포함한다. In FIG. 2, the positron
감마선 검출부(110)는 양전자 소멸로 인해 피검사체에서 방출되는 2개의 감마선의 검출 위치 및 검출 위치에서의 검출 에너지를 획득한다.The
이때, 감마선 검출부(110)는 픽셀화된 검출 어레이 구조를 포함할 수 있으며, 픽셀화된 검출 어레이는 카드뮴아연텔루라이드(CdZnTe; CZT) 화합물이나, LYSO 섬광체로 이루어질 수 있다. In this case, the
이와 같이 픽셀화된 검출 어레이 구조의 채용은 감마선의 검출 위치의 용이한 획득을 가능하게 해준다. 다시 말해, 픽셀화된 다중 검출기는 다중 산란 반응의 각각의 반응 위치를 계산해 낼 수 있도록 해 준다.The adoption of such a pixelated detection array structure enables easy acquisition of the detection position of gamma rays. In other words, the pixelated multiple detector allows to calculate each reaction location of the multiple scattering response.
양전자의 소멸하는 경우 두 개의 511keV의 방사선이 서로 반대 방향으로 나오는데, 양전자 단층 촬영에서는 이 두 개의 511 KeV방사선을 검출하여 영상의 재구성에 이용한다.When the positrons die off, two 511 keV radiations are emitted in opposite directions. In positron tomography, these two 511 KeV radiations are detected and used to reconstruct the image.
이와 대비되는, 단일 광자 단층 촬영(single photon emission tomography; SPECT)에서는, 방사선 선원에서 모든 방향으로 방사선이 무작위적으로 방출된다. 따라서 카메라로 측정시 조리개 역할을 하는 기계적 집속기나 컴프턴 카메라와 같은 전자적 집속기를 사용하기 때문에 효율이 많이 떨어진다.In contrast, in single photon emission tomography (SPECT), radiation is randomly emitted in all directions from the radiation source. Therefore, the efficiency is much lowered by using an electronic focuser such as a mechanical focuser or a Compton camera that acts as an aperture when measured with a camera.
반면에 양전자 단층 촬영(PET)은 서로 반대 방향으로 두 개의 동일 에너지 방사선이 방출되기 때문에 이 두 방사선이 검출된 위치를 선으로 연결하면 그 선 안에 방사선 선원의 위치가 포함되게 된다. 따라서 별도의 기계적 접속이 필요 없다.On the other hand, since positron emission tomography (PET) emits two identical energy radiations in opposite directions, connecting the positions where these two radiations are detected by a line includes the position of the radiation source in the line. Thus no separate mechanical connection is required.
그런데 광전 흡수가 컴프턴 산란 이후에 발생하는 경우, 어느 위치에서 컴프턴 산란이 일어났고 어느 위치에서 광전 흡수가 일어났는지 통상의 방법으로는 알 수가 없다. However, in the case where photoelectric absorption occurs after Compton scattering, it is not known in a usual way at which position Compton scattering occurred and at which position photoelectric absorption occurred.
다시 말해, 두 개의 방사선이 양쪽으로 나가서 그중 하나는 위치 1에서 광전흡수가 되었다 치고 다른 하나는 위치 2에서 컴프턴 산란 후 위치 3에서 광전흡수가 되었다고 가정을 할 시, 실제 검출기에서는 위치 2에서 컴프턴 산란이 일어난 후 위치 3에서 광전흡수가 되었는지, 반대로 위치 3에서 컴프턴 산란이 일어나고 위치 2에서 광전흡수가 일어났는지 알 수가 없다.In other words, assuming that two radiations go out on both sides, one of them is photoabsorbed at
반응 순서를 알 수 없으면 정확한 방사선 반응 위치를 알 수 없으므로 PET 영상 복구에 사용할 수 없다. 따라서, PET 영상 복구에 컴프턴 산란 반응을 이용하기 위해서는 반응 순서를 알아내는 것이 중요하다.If the order of reaction is unknown, the exact location of the radiation response cannot be known and cannot be used for PET image recovery. Therefore, it is important to know the reaction sequence in order to use Compton scattering reaction for PET image recovery.
이에, 검출 순서 산출부(120)는 2개의 감마선 중 어느 하나의 감마선에 대해서라도 검출 위치가 복수개 검출되는 경우 복수의 검출 위치에 대한 검출 순서를 산출한다.Accordingly, the detection
이때, 검출 순서는 검출된 감마선의 에너지 정보로부터 산출한 방사선의 산란 각도와 검출된 위치 정보로부터 산출한 감마선 산란 각도를 비교하여, 두 각도의 차가 작게 나오는 검출 순서일 수 있다.In this case, the detection order may be a detection order in which the difference between the two angles is smaller by comparing the scattering angle of the radiation calculated from the energy information of the detected gamma rays with the gamma ray scattering angle calculated from the detected position information.
다시 말해, 각각의 반응 순서에 대하여 방사선 반응의 에너지 정보에서 구한 방사선의 산란 각도와 기하학적 정보에서 구한 방사선 산란 각도를 비교했을 때 두 각도의 차가 작게 나오는 반응 순서가 올바른 반응 순서가 된다.In other words, when the scattering angle of the radiation obtained from the energy information of the radiation response and the radiation scattering angle obtained from the geometric information are compared with respect to each reaction sequence, the reaction sequence in which the difference between the two angles is smaller becomes the correct reaction sequence.
또한, 이때의 복수개의 검출 위치는 2개의 검출 위치일 수 있다. 즉, 한번의 컴프턴 산란 뒤 광전 반응이 발생하는 경우만 고려될 수 있다. 왜냐하면, 두번 이상의 다중 산란이 발생하는 경우, 가능한 산란 순서가 너무 많아 정확한 반응 순서를 결정하기 어려워진다. 따라서, 광전 현상 직전의 컴프턴 산란만이 영상 재구성을 위한 효과적인 산란으로 고려될 수 있다. In addition, the plurality of detection positions at this time may be two detection positions. That is, only the case where a photoelectric reaction occurs after one Compton scattering can be considered. Because, if more than one multiple scattering occurs, there are too many possible scattering sequences, making it difficult to determine the correct sequence of reactions. Therefore, only Compton scattering just before photoelectric development can be considered as effective scattering for image reconstruction.
도 3은 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 감마선 검출 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a gamma ray detection method of the positron emission tomography apparatus of FIG. 2.
도 3에는 컴프턴 효과까지 사용하는 본 발명에 따른 Compton-PET의 검출 방식이 도시되어 있으며, 방출되는 두 개의 감마선 중 하나가 컴프턴 반응을 하는 예가 도시되어 있다.3 shows a detection method of the Compton-PET according to the present invention using the Compton effect, and an example in which one of the two gamma rays emitted emits a Compton reaction.
감마선의 에너지 정보에서 산출한 방사선의 산란 각도(θE)는 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
The scattering angle θ E of the radiation calculated from the energy information of the gamma ray may be calculated by
여기서, E0는 소멸 방사선 에너지(incident radiation energy)이고, E1은 컴프턴 산란의 리코일 에너지(recoiled electron energy by Compton scattering)이고, E2는 컴프턴 산란의 산란 에너지(scattered radiation energy by Compton scattering)이고, mec2는 전자의 에너지(rest mass energy of an electron; 511keV)이다.Where E 0 is the incident radiation energy, E 1 is the recoiled electron energy by Compton scattering, and E 2 is the scattered radiation energy by Compton scattering ) And m e c 2 is the rest mass energy of an electron (511 keV).
위치 정보에서 산출한 감마선의 산란 각도(θp)는 수학식 2에 의해 산출되고,
The scattering angle θ p of the gamma ray calculated from the positional information is calculated by
여기서, (x0, y0), 및 (x2, y2)는 광전 효과의 반응 위치이며, (x1, y1)은 컴프턴 산란 반응 위치이다.Here, (x 0 , y 0 ), and (x 2 , y 2 ) are reaction positions of the photoelectric effect, and (x 1 , y 1 ) are Compton scattering reaction positions.
피검사체 정보 생성부(130)는 감마선의 검출 위치와 검출 위치의 검출 순서에 대한 정보를 이용하여 피검사체에 대한 정보를 생성한다.The inspected object
이와 같이, 양전자 소멸로 인해 방출되는 감마선의 검출 위치와 검출 위치에서의 검출 에너지를 이용하여 컴프턴 산란에 의해 발생하는 복수의 감마선 검출에 대한 순서를 산출함으로써, 양전자 단층 촬영에 있어서, 광전 효과뿐만 아니라 컴프턴 효과까지 이용할 수 있게 되어 더욱 우수한 영상을 구현할 수 있게 된다.In this way, by calculating the order for the detection of a plurality of gamma rays generated by Compton scattering using the detection position of the gamma rays emitted due to positron disappearance and the detection energy at the detection position, only the photoelectric effect in positron tomography In addition, the Compton effect can be used to achieve a better image.
도 4는 도 2의 양전자 단층 촬영 장치의 감마선 검출 방식을 개략적으로 도시한 다른 도면이다.4 is another diagram schematically illustrating a gamma ray detection method of the positron emission tomography apparatus of FIG. 2.
도 4에는 방출되는 2개의 방사선 모두가 컴프턴 산란 이후 광전 현상을 일으키는 예가 도시되어 있다.4 shows an example in which both radiations emitted cause photoelectric development after Compton scattering.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 두 개의 방사선 중 하나가 광전 효과이고 다른 하나는 컴프턴 산란 이후 광전 효과의 경우만 적용하는 것이 아니라 둘 다 컴프턴 산란 이후 광전 효과를 일으키는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.As shown in FIG. 4, the present invention is equally true when one of the two radiations is a photoelectric effect and the other is not only applied to the photoelectric effect after Compton scattering, but also both cause the photoelectric effect after Compton scattering. Can be applied.
이를 위해, 도 3의 예에서 설명된 바와 같은 방법으로 각도들을 계산하여 에너지에 의한 각도와 위치에 의한 각도의 차가 가장 작은 조합을 구하여 검출 순서를 산출할 수 있다. 이때에는 총 반응 순서가 4가지가 되므로 마찬가지로, 이들 중 가장 각도의 차이가 적은 경우의 순서를 선택하면 된다.To this end, the detection order may be calculated by calculating the combinations having the smallest difference between the angle due to energy and the angle due to position by calculating the angles as described in the example of FIG. 3. In this case, since there are four total reaction sequences, the order in which the difference in angle is smallest among them may be selected.
도 5는 도 2의 감마선 검출부에서 LYSO 섬광체를 사용한 예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 2의 감마선 검출부에서 CdZnTe 반도체를 사용한 예를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of using the LYSO scintillator in the gamma ray detector of FIG. 2, and FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of using CdZnTe semiconductor in the gamma ray detector of FIG. 2.
도 5와 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, PET의 감마선 검출부를 다수의 복셀로 이루어진 단일 검출기 혹은 여러 층으로 이루어진 검출기로 구현할 수 있다.As can be seen in FIGS. 5 and 6, the gamma ray detection unit of PET may be implemented as a single detector composed of a plurality of voxels or a detector composed of several layers.
도 5에는 LySO 섬광체를 사용한 Compton-PET의 설계도가 도시되어 있다.5 is a schematic of Compton-PET using LySO scintillator.
도 5에서, 방사선은 LySO에서 빛으로 바뀐 후 위치 민감형 증폭 광다이오드(PSAPD)에서 다시 한번 전기 신호로 바뀌면서 증폭되고, 이 증폭된 전기 신호의 시간 정보는 FPGA(Field Programmable Gate Arrary)에서 추출되고 크기 정보는 DAQ 보드(Data Acquisition Board)에서 추출되며 FPGA에서 나온 신호가 DAQ의 신호검출을 시간적으로 통제한다.In FIG. 5, the radiation is amplified by changing the light from LySO to light and then converting it into an electrical signal in a position sensitive amplified photodiode (PSAPD), and the time information of the amplified electric signal is extracted from a field programmable gate array (FPGA). The size information is extracted from the Data Acquisition Board and the signal from the FPGA controls the signal detection in the DAQ in time.
도 6에는 CdZnTe 반도체 검출기를 사용한 Compton-PET 설계도가 도시되어 있다.6 shows a Compton-PET schematic using a CdZnTe semiconductor detector.
도 6에서, 방사선은 CZT에서 전기 신호로 바뀐 후 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)에서 증폭되며, 마찬가지로 이 증폭된 전기 신호의 시간 정보는 FPGA(Field Programmable Gate Arrary)에서 추출되고 크기 정보는 DAQ 보드(Data Acquisition Board)에서 추출되며 FPGA에서 나온 신호가 DAQ의 신호검출을 시간적으로 통제한다.In FIG. 6, the radiation is amplified in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) after the conversion from the CZT to an electrical signal. Similarly, the time information of the amplified electrical signal is extracted from a field programmable gate array (FPGA) and the size information is a DAQ board ( Extracted from the Data Acquisition Board, the signal from the FPGA controls the signal detection in the DAQ in time.
도 7과 도 8은 도 2의 양전자 단층 촬영 장치 실제 구현예의 개략적인 전체 장비 완성도이다.7 and 8 are schematic complete equipment complete views of actual implementations of the positron emission tomography apparatus of FIG. 2.
도 7과 도 8에는 각각 LySO-PSAPD 섬광체 검출기, 및 CdZnTe 반도체를 이용해 구현된 Compton-PET의 전체 장비 완성도가 도시되어 있다.
7 and 8 show the complete equipment completeness of the Compton-PET implemented with LySO-PSAPD scintillation detector and CdZnTe semiconductor, respectively.
본 발명에 따르면, 방사선 검출효율이 200% 정도 상승하게 되어 영상의 질을 획기적으로 높이고 환자나 시술자의 방사선 피폭을 크게 줄일 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 픽셀화된 검출기들을 사용하여, 2D와 3D에서 모두 구현 가능하다. According to the present invention, the radiation detection efficiency is increased by about 200%, which greatly improves the image quality and greatly reduces the radiation exposure of the patient or the operator. In addition, the present invention can be implemented in both 2D and 3D, using pixelated detectors.
본 발명의 기술은 PET영상의 질을 획기적으로 높이면서 환자와 시술자의 피폭을 매우 줄인다는 점에서 PET성능과 안전도를 동시에 크게 높인다는 우수성을 가지고 있다. The technology of the present invention has the advantage of significantly increasing the PET performance and safety at the same time in that it significantly reduces the exposure of the patient and the operator while significantly improving the quality of the PET image.
검출효율의 증가에 따라 영상의 질이 향상됨에 따라 보다 정밀하고 정확한 암진단이 가능해지고 방사선의 피폭량을 줄임에 따라 컴프턴-PET에 대한 신뢰도 및 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다.
As the quality of the image is improved with increasing detection efficiency, more accurate and accurate cancer diagnosis is possible, and as the radiation exposure is reduced, the reliability and demand for Compton-PET are expected to increase significantly.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby but should be modified and improved in accordance with the above-described embodiments.
100: 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치
110: 감마선 검출부
120: 검출 순서 산출부
130: 피검사체 정보 생성부100: Positron tomography apparatus using Compton phenomenon
110: gamma ray detector
120: detection sequence calculator
130: subject information generation unit
Claims (15)
상기 2개의 감마선 중 어느 하나의 감마선에 대해서라도 검출 위치가 복수개 검출되는 경우 상기 복수의 검출 위치에 대한 검출 순서를 산출하는 검출 순서 산출부; 및
상기 감마선의 검출 위치와 상기 검출 위치의 검출 순서에 대한 정보를 이용하여 상기 피검사체에 대한 정보를 생성하는 피검사체 정보 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.A gamma ray detector which acquires detection positions of the two gamma rays emitted from the test subject due to positron disappearance and detection energy at the detection positions;
A detection order calculation unit that calculates a detection order for the plurality of detection positions when a plurality of detection positions are detected for any one of the two gamma rays; And
And a subject information generation unit configured to generate information about the subject by using information about the detection position of the gamma ray and the detection order of the detection positions.
상기 감마선 검출부는 픽셀화된 검출 어레이 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.The method of claim 1,
And the gamma ray detector comprises a pixelated detection array structure.
상기 픽셀화된 검출 어레이는 카드뮴아연텔루라이드(CdZnTe; CZT) 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.The method of claim 2,
And the pixelated detection array comprises cadmium zinc telluride (CdZnTe; CZT) compounds.
상기 픽셀화된 검출 어레이는 LYSO 섬광체로 이루어진 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.The method of claim 2,
And the pixelated detection array comprises a LYSO scintillator.
상기 검출 순서는 상기 검출된 감마선의 에너지 정보로부터 산출한 방사선의 산란 각도와 상기 검출된 위치 정보로부터 산출한 감마선 산란 각도를 비교하여, 두 각도의 차가 작게 나오는 검출 순서인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.The method of claim 1,
The detection order is a Compton phenomenon characterized in that the difference between the two angles is smaller by comparing the scattering angle of the radiation calculated from the energy information of the detected gamma rays with the gamma ray scattering angle calculated from the detected position information. Positron tomography apparatus using a.
상기 에너지 정보에서 산출한 방사선의 산란 각도(θE)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,
여기서, E0는 소멸 방사선 에너지이고, E1은 컴프턴 산란의 리코일 에너지이고, E2는 컴프턴 산란의 산란 에너지이고, mec2는 전자의 에너지이며,
상기 위치 정보에서 산출한 감마선의 산란 각도(θp)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,
여기서, (x0, y0), 및 (x2, y2)는 광전 효과의 반응 위치이며, (x1, y1)은 컴프턴 산란 반응 위치인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치.The method of claim 1,
The scattering angle θ E of the radiation calculated from the energy information is calculated by the following equation,
Wherein E 0 is the extinction radiation energy, E 1 is the recoil energy of Compton scattering, E 2 is the scattering energy of Compton scattering, m e c 2 is the energy of electrons,
The scattering angle θ p of the gamma ray calculated from the position information is calculated by the following equation,
Here, (x 0 , y 0 ), and (x 2 , y 2 ) are reaction positions of the photoelectric effect, and (x 1 , y 1 ) are compton scattering reaction positions. Tomography device.
상기 복수개 검출 위치는 2개의 검출 위치인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 장치. The method of claim 1,
The positron emission tomography apparatus using the Compton phenomenon, wherein the plurality of detection positions are two detection positions.
상기 2개의 감마선 중 어느 하나의 감마선에 대해서라도 검출 위치가 복수개 검출되는 경우 상기 복수의 검출 위치에 대한 검출 순서를 산출하는 단계; 및
상기 감마선의 검출 위치와 상기 검출 위치의 검출 순서에 대한 정보를 이용하여 상기 피검사체에 대한 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.Acquiring the detection position of the two gamma rays emitted from the test subject due to the positron disappearance and the detection energy at the detection position;
Calculating a detection order for the plurality of detection positions when a plurality of detection positions are detected for any one of the two gamma rays; And
And generating information about the object under test using information on the detection position of the gamma ray and the order of detection of the detection position.
상기 감마선의 검출 위치는 픽셀화된 검출 어레이 구조의 검출기를 이용해 검출되는 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.The method of claim 8,
And a detection position of the gamma ray is detected using a detector having a pixelated detection array structure.
상기 픽셀화된 검출 어레이는 카드뮴아연텔루라이드(CdZnTe; CZT) 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.The method of claim 9,
And the pixelated detection array is made of a cadmium zinc telluride (CdZnTe; CZT) compound.
상기 픽셀화된 검출 어레이는 LYSO 섬광체로 이루어진 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.The method of claim 9,
And the pixelated detection array comprises a LYSO scintillator.
상기 검출 순서는 상기 검출된 감마선의 에너지 정보로부터 산출한 방사선의 산란 각도와 상기 검출된 위치 정보로부터 산출한 감마선 산란 각도를 비교하여, 두 각도의 차가 작게 나오는 검출 순서인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.The method of claim 8,
The detection order is a Compton phenomenon characterized in that the difference between the two angles is smaller by comparing the scattering angle of the radiation calculated from the energy information of the detected gamma rays with the gamma ray scattering angle calculated from the detected position information. Positron tomography method using.
상기 에너지 정보에서 산출한 방사선의 산란 각도(θE)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,
여기서, E0는 소멸 방사선 에너지이고, E1은 컴프턴 산란의 리코일 에너지이고, E2는 컴프턴 산란의 산란에너지이고, mec2는 전자의 에너지이며,
상기 위치 정보에서 산출한 감마선의 산란 각도(θp)는 다음의 수학식에 의해 산출되고,
여기서, (x0, y0), 및 (x2, y2)는 광전 효과의 반응 위치이며, (x1, y1)은 컴프턴 산란 반응 위치인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법.The method of claim 8,
The scattering angle θ E of the radiation calculated from the energy information is calculated by the following equation,
Where E 0 is the extinction radiation energy, E 1 is the recoil energy of Compton scattering, E 2 is the scattering energy of Compton scattering, m e c 2 is the energy of electrons,
The scattering angle θ p of the gamma ray calculated from the position information is calculated by the following equation,
Here, (x 0 , y 0 ), and (x 2 , y 2 ) are reaction positions of the photoelectric effect, and (x 1 , y 1 ) are compton scattering reaction positions. Tomography method.
상기 복수개 검출 위치는 2개의 검출 위치인 것을 특징으로 하는 컴프턴 현상을 이용한 양전자 단층 촬영 방법. The method of claim 8,
The plurality of detection positions are two detection positions, positron emission tomography method using the Compton phenomenon.
A medium having a computer readable program recorded thereon for executing the method of claim 8.
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