KR20130048001A

KR20130048001A - 고해상도 및 고대조도 영상을 동시에 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130048001A
Application number: KR1020110112875A
Authority: KR
Inventors: 한상욱; 강동구; 성영훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-09
Also published as: JP2013096993A; EP2589986A3; US9291721B2; EP2589986A2; CN103083029B; KR101871361B1; CN103083029A; EP2589986B1; US8772730B2; US20130105701A1; US20140284492A1

Abstract

센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로들을 포함하는 광자 계수 검출 장치에 있어서, 상기 독출 회로들은 방사선의 촬영 영역의 픽셀들에 대응하고, 상기 촬영 영역의 모든 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된 소정 에너지 대역의 광자를 계수하고, 상기 촬영 영역의 픽셀들 중 일부 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된, 상기 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다.

Description

고해상도 및 고대조도 영상을 동시에 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법{The photon counting detector and method for generating high resolution and high contrast image}

의료 영상을 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사선을 이용한 의료기기들이 사용 또는 개발 중에 있다. 방사선을 이용한 의료영상기기인 X선 영상촬영 시스템이 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 빠르게 변화하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 디지털 X선 시스템의 핵심부품인 X선 검출장치 역시 매우 빠르게 발전하고 있다. 디지털 X선 검출 기술은 크게 X선을 가시광 빛으로 바꾼 후 가시광 빛 신호를 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 간접 방식과 X선 신호를 바로 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 직접 방식으로 나눌 수 있다.

직접 방식에서는 일정 시간 동안 바뀐 전기 신호를 누적하여 영상 신호를 생성하는 적분 방식과 입사하는 X선 광자들의 개수를 계수하여 영상 신호를 생성하는 광자 계수 방식으로 나누어진다. 이 중 광자 계수 방식은 한 번의 촬영만으로도 X선 에너지 대역 구분 가능한 영상을 만들 수 있고, 적은 X선 노출만으로도 고화질의 영상을 얻을 수 있는 방식으로써 최근 연구가 매우 활발히 전개되고 있다.

광자 계수 검출 장치를 소형화하여 고해상도 및 고대조도 영상을 동시에 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자 계수 검출 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로들을 포함하는 광자 계수 검출 장치에 있어서, 상기 독출 회로들은 방사선의 촬영 영역의 픽셀들에 대응하고, 상기 촬영 영역의 모든 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된 소정 에너지 대역의 광자를 계수하고, 상기 촬영 영역의 픽셀들 중 일부 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된, 상기 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자 검출 방법은 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로들 중 어느 하나의 독출 회로에서의 광자 계수 검출 방법에 있어서, 상기 광자의 에너지 대역을 결정하는 단계; 상기 광자가 소정 에너지 대역의 광자이면, 상기 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 상기 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계; 및 상기 광자가 상기 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자이면, 상기 광자가 입사한 픽셀의 위치에 따라 선택적으로 상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계를 포함한다.

촬영 영역의 모든 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 방사선에 포함된 소정의 에너지 대역의 광자를 계수하기 때문에, 독출 회로로부터 출력된 소정 에너지 대역의 광자 계수 검출 결과를 기초로 고해상도의 영상을 생성할 수 있으며, 촬영 영역의 픽셀들 중 일부 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 방사선에 포함된, 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자를 계수하기 때문에, 광자를 에너지 대역별로 나누어 계수할 수 있고, 에너지 대역별 광자 계수 검출 결과를 기초로 고대조도 영상을 생성할 수 있다.

또한, 하나의 비교기를 이용하여 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분할 수 있어, 광자 계수 검출 장치를 소형화할 수 있고, 소형 광자 계수 검출 장치를 이용하여 광자 계수 결과를 출력하여 높은 해상도의 영상을 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 독출 회로(33)들이 계수기를 공유하는 경우의 일례를 도시한 구성도이다.
도 6은 도 3에 도시된 독출 회로(33)들이 계수기를 공유하는 경우의 일례를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 광자 계수 검출 장치를 통해 생성된 각 픽셀의 영상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다.
도 9는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 회로도이다.
도 10은 도 8에 도시된 독출 회로가 동작하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 도 9에 도시된 독출 회로들이 계수기를 공유하는 경우의 일례를 도시한 구성도이다.
도 12는 광자 계수 검출 방법의 일례를 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 의료영상 시스템은 방사선 발생장치(10), 광자 계수 검출 장치(11) 및 영상 생성 장치(12)를 포함한다. 방사선을 이용하는 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선을 센서를 통하여 검출하고, 센서에 의해 검출된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과에 기초하여 인체 영역의 멀티-해상도 영상(13, 14)을 생성한다. 멀티-에너지 방사선이 조사된 피검체의 종류, 밀도 또는 방사선의 에너지 대역에 따라 피검체가 방사선을 흡수하는 정도는 다르다. 예를 들어 뼈는 X선을 많이 흡수하며, 반대로 근육 등은 뼈에 비하여 X선을 많이 흡수하지 않는다. 따라서, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들은 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우에 검출되는 광자의 수가 서로 다르다. 또한, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들의 에너지 대역에 따라, 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우 검출되는 광자들의 에너지 대역 별 개수는 서로 다르다. 영상 생성 장치(12)는 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 광자 계수 검출 장치(11)에서 광자들 각각을 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하고, 계수한 결과를 이용하여 인체 조직들을 선명하게 구분하는 X선 영상을 생성할 수 있다.

방사선 발생장치(10)는 방사선을 발생시켜 환자에게 조사한다. 방사선 발생장치(10)로부터 발생하는 방사선은 초음파, 알파선, 베타선, 감마선, X선 및 중성자선 등 여러 가지가 될 수 있다. 다만, 일반적으로 방사선이라 하면 전리 현상을 일으켜 인체에 해를 줄 수 있는 X선을 의미할 수 있다. 발명의 용이한 설명을 위해 X선을 예를 들어 설명할 수 있으나, X선 이외의 방사선들로도 본 발명이 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 대응하여 입력받은 광자들의 에너지 대역에 따라 계수한 데이터를 기초로 영상을 생성한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 방사선을 이용하여 피검체를 촬영하고자 하는 촬영 영역에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로를 포함하고 있다. 광자 계수 검출 장치(11)는 각각의 독출 회로에서 계수한 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력하기 때문에, 동일한 촬영 영역 내에 픽셀의 수를 증가시킬수록, 픽셀에 대응하는 독출 칩의 독출 회로들이 많아지므로, 영상 생성 장치(12)는 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 또한, 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 다수의 에너지 대역으로 구분하여 계수함으로써, 멀티-에너지 영상들을 통해 고대조도의 영상을 생성할 수 있다.

영상 생성 장치(12)에서 생성되는 고해상도 영상은 아주 작은 병변을 검출할 수 있으며, 멀티-에너지 영상들을 영상 처리 기법을 이용하여 생성한 고대조도 영상은 연조직들간의 구분이 가능하다. 예를 들어, X선을 이용한 유방암 검진(Mammography)과 같은 분야에서는 수십 마이크로 크기의 석회화(calcification)을 검출이 요구되기 때문에, 고해상도의 영상이 필수적이지만, 상대적으로 주변 조직과의 대조도(Contrast) 비가 높으므로 고대조도의 영상은 반드시 필요하지 않다. 이와는 반대로, Mass(종양과 같은 덩어리) 의 경우 주변 연조직들과의 구분을 위해서는 고대조도의 영상이 필수적이지만, 상대적으로 크기가 크기 때문에 고해상도의 영상이 반드시 필요한 것은 아니다. 따라서, 영상 생성 장치(12)에서 고해상도 영상과 고대조도 영상을 한 번의 방사선 촬영을 통해서 생성하여, 작은 크기의 병변 및 mass 를 동시에 검출할 수 있다.

광자 계수 검출 장치(11)의 가장 큰 기술적 이슈 중 하나는 고해상도를 위한 소형 독출 회로(Readout Circuit)를 구현하는 것이다. 독출 칩 내에 어레이 형태로 포함되는 독출 회로는 대응하는 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과를 영상 생성 장치(12)에 출력한다. 단위 센서는 센서의 일정 영역에 해당하며, 단위 출력단을 통해서 대응하는 독출 칩내의 독출 회로로 검출된 광자에 의한 전기 신호를 출력한다. 독출 회로에서 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 독출하는 방법으로는 전하 축적 방식(Charge Integration mode)과 포톤 계수형 방식(Photon Counting mode)이 있다. 전하 축적 방식은 전하 축적용 커패시터를 이용하는 방식으로 일정한 시간 동안 발생된 전기 신호를 커패시터에 축적하여 A/D 변환기를 통하여 읽어내는 방식이다. 이 방식은 광자의 에너지 대역에 상관없이 모든 대역의 광자에 의해 발생하는 전기 신호가 축적됨에 따라 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하는 것이 불가능하다. 하지만, 포톤 계수형 방식의 독출 회로는 광자를 검출하는 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 비교를 통해 임의의 임계값과 비교하여 '1' 또는 '0'의 디지털 신호를 출력하고, 계수기에서 '1'이 몇 번 나왔는지 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다. 포톤 계수형 방식은 단일 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 비교기를 통해 정해진 임계값과 비교하여 계수하는 방식을 사용한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 포톤 계수형 방식을 이용한 독출 회로를 구현하여, 각 단위 센서에서 검출된 광자를 단위 센서에 대응하는 독출 회로에서 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다.

도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(21) 및 독출 칩(22)을 포함한다. 센서(21)는 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하고, 검출된 광자를 전기 신호로 변환하여 광자가 검출된 영역에 대응하는 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 센서(21)의 단위 출력단을 통해 전기 신호를 출력한다. 센서(21)는 촬영 영역에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀이 대응하는 센서(21)의 일정 영역을 단위 센서라 한다. 단위 센서는 입사한 광자를 전기 신호로 변환하여, 단위 센서에 대응하는 단위 출력단을 통하여 전기 신호를 출력한다.

독출 칩(22)은 촬영 영역 및 센서(21)에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)들을 포함한다. 따라서, 촬영 영역의 크기가 결정되면, 이에 대응하는 독출 칩(22)의 크기도 결정된다. 만약, 동일한 촬영 영역이 많은 수의 픽셀로 분할되기 위해서는, 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)도 작아져야 하기 때문에, 촬영 영역의 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)를 소형화하는 것이 요구된다. 독출 회로(23)를 소형화하여 동일한 촬영 영역을 다수의 픽셀로 분할하면, 동일한 촬영 영역을 통해 고해상도의 영상을 생성할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(31) 및 독출 칩(32)을 포함한다. 센서(31)는 광자를 검출하여 전기 신호로 변환하고 변환된 전기 신호를 본딩(34)을 통해 센서의 각 영역에 대응하는 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 출력한다. 센서(31)는 광자가 센서(31)의 공핍영역(312)에 입사하면 전자-전공 쌍을 발생시키고, 전자-전공 쌍은 전계의 영향으로 N형 중성영역(311)과 P형 중성영역(313)으로 끌려가 외부로 전류가 흐르게 된다. 예를 들어, 센서(31)로 멀티-에너지 X선이 입사하면, 센서(31)는 입사한 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호를 센서(31)의 각 영역에 대응하는 P형 중성영역(313)을 통해 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 출력한다. P형 중성영역(313)은 센서(31)의 단위 센서에 대응하는 단위 출력단이며, 센서(31)는 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 단위 센서에서 광자를 검출하면 단위 출력단을 통해 전기 신호를 독출 칩(32)의 각 독출 회로(33)로 출력한다.

센서(31)는 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 서로 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 센서(31)에 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자들의 수에 대응하여 전기 신호들을 발생시킨다. 센서(31)는 광자가 입사되면 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호들간에는 시간 간격이 존재할 수 있다. 발생된 전기 신호들간의 시간 간격은 광자 계수 검출 장치(11)에서 입력된 전기 신호를 통해 광자의 에너지 대역을 구분하는데 충분한 시간일 수 있다. 다만, 센서(31)에서 발생된 전기 신호들이 광자 계수 검출 장치(11)에서 구분하여 검출하지 못할 정도의 짧은 시간 간격을 갖는 경우가 있을 수 있으나, 이러한 경우가 발생할 확률은 매우 낮기 때문에 전체 영상 생성에 미치는 영향은 미미하다.

도 3에서는 센서(31)가 N형 중성영역(311), 공핍영역(312) 및 P형 중성영역(313)을 포함하는 경우를 일례로써 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 광자를 검출하는 다양한 센서가 이용될 수 있음은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또한, 도 3을 통해서, 센서(31)와 독출 칩(32)이 본딩(34)으로 연결되어 있는 경우를 예를 들었으나, 센서(31)와 독출 칩(32)은 본딩(34) 뿐만 아니라, 증착 등의 방법을 통해서 연결될 수 있다.

독출 칩(32)은 센서(31)의 각 영역에 대응하는 독출 회로(33)의 어레이로 이루어져 있으며, 독출 회로(33)는 센서(31)로부터 입력된 광자에 의한 전기 신호를 통해 센서(31)에 입사된 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수하고, 계수한 데이터를 영상 생성 장치(12)로 출력한다. 독출 칩(32)은 촬영 영역에 대응하는 크기를 가지며, 독출 칩에 포함된 각각의 독출 회로(33)는 촬영 영역의 각각의 픽셀에 대응한다. 따라서 고해상도의 영상을 생성하기 위해서는 동일한 촬영 영역내에 다수의 픽셀이 포함되어야 하기 때문에, 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(33)의 소형화가 요구된다. 영상 생성 장치(12)가 촬영 영역의 각 픽셀에 대하여 생성하는 영상은 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(33)에서 광자를 계수한 결과에 기초하여 생성된다.

독출 회로(33)는 센서(31)에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하고, 구분한 결과에 따라 광자의 에너지 대역을 나타내는 디지털 신호를 출력하여 광자를 에너지 대역 별로 계수한다. 독출 회로(33)는 대응되는 단위 센서로부터 전기 신호가 입력되면, 미리 설정된 임계값들과 비교하여 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다. 예를 들어, 독출 회로(33)는 대응되는 단위 센서로부터 입력된 전기 신호를 미리 설정된 임계값들과 비교한 결과, 단위 센서로부터 입력된 전기 신호가 미리 설정된 임계값보다 큰 경우 이에 대응하는 계수기에서 광자를 계수하여 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수할 수 있다.

본딩(Bonding, 34)은 센서(31)와 독출 칩(32)의 각각의 독출 회로(33)를 연결하여 독출 회로(33)에 대응하는 센서(31)의 영역에서 발생한 전기 신호가 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 이동할 수 있도록 한다. 도 3에서는 센서(31)와 독출 칩(32)의 독출 회로(33)를 연결하는 방식으로 본딩(34)을 예로 들어 도시하였으나, 센서(31)와 독출 칩(32)의 독출 회로(33)를 연결하는 방식은 독출 칩(32)위에 센서(31)를 반도체 공정을 통해 증착하는 방식을 사용할 수도 있으며, 본딩 및 증착 등의 방식에 한정되지 않음은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다. 도 4를 참조하면, 독출 회로(33)는 증폭기(41), 비교부(42) 및 계수부(43)를 포함한다. 증폭기(41)는 센서(31)로부터 검출된 광자를 변환한 전기 신호를 입력받아 증폭하고, 증폭된 전기 신호를 비교부(42)로 출력한다.

비교부(42)는 비교기(421) 내지 비교기(423)를 포함하며, 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호를 입력받아 각 비교기에서 미리 설정된 임계값과 비교하여, 비교 결과를 계수부(43)로 출력한다. 비교부(42)의 비교기(421) 내지 비교기(423)들은 임계값들과 대응되어, 비교기(421)는 임계값(Vth1)과 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호를 비교하며, 비교기(422)는 임계값(Vth2)과 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호를 비교하며, 비교기(423)는 임계값(VthN)과 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호를 비교한다. 도 4에서는 비교기를 3개만 도시하였으나, 비교부(42)는 임계값의 개수만큼의 비교기들을 포함할 수 있다. Vth1 내지 VthN 은 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하기 위한 임계값들일 수 있다. 예를 들어, Vth1 내지 VthN 을 순차적으로 큰 전압값으로 미리 설정하되, 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자가 가질 수 있는 에너지 대역을 구분할 수 있는 크기의 전압값으로 설정할 수 있다. 즉, 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자에 의해 발생하는 전기 신호들의 크기를 미리 측정하여 측정된 전기 신호들을 구분할 수 있는 크기의 전압값을 Vth1 내지 VthN으로 설정할 수 있다.

각 비교기는 임계값과 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호를 비교한 결과를 계수기로 출력한다. 예를 들어, 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호가 Vth1보다 큰 경우, 비교기(421)는 '1' 을 계수기(431)로 출력할 수 있고, 반대의 경우, 비교기(421)는 '0'을 계수기(431)로 출력하거나 아무런 출력을 하지 않을 수 있다. 비교기들(422, 423)도 상술한 예와 동일하게 동작할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 비교부(42)가 비교 결과를 출력하는 신호는 상술한 경우 이외에도 가능함을 알 수 있을 것이다.

계수부(43)는 계수기들(431, 432)을 포함하며, 비교부(42)로부터 비교 결과를 입력받아 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하며, 계수한 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력한다. 계수기들(431, 432)은 비교기들(421 내지 423) 중 어느 하나로부터 비교 결과를 입력받을 수 있으며, 계수기(431)와 계수기(432)는 서로 다른 비교기로부터 비교 결과를 입력받는다. 예를 들어, 계수기(431)가 비교기(421)로부터 비교 결과를 입력받으면, 계수기(432)는 비교기(422)로부터 비교 결과를 입력받을 수 있다. 다만, 계수기(431)는 독출 회로(33)에 포함된 비교기(421)로부터 비교 결과를 입력받지만, 계수기(432)는 독출 회로(33)에 포함된 비교기(422) 및 독출 회로(33)을 포함하는 주변 독출회로에 포함된 비교기로부터 비교 결과를 입력받을 수 있다. 이와 관련해서는 도 5를 통해 상세히 설명한다.

도 5는 2×2 구획 내의 독출 회로들이 2×2 픽셀 내에 입사된 광자를 에너지 대역별로 계수하는 것을 설명하기 위한 구성도이다. 도 5에서는 2×2 구획 내의 독출 회로들이 소정 에너지 대역 및 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자를 계수하는 것을 설명하기 위해 독출 회로들을 간략하게 도시한 도면으로, 독출 회로에 포함될 수 있는 증폭기를 생략하여 나타내었으며, 비교기도 각 독출 회로마다 2개의 비교기만을 포함하도록 나타내었다. 논리 게이트(513)가 제 1 독출 회로(51)에만 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 비교기가 2개인 경우의 일례로 들어 이해를 돕기 위해 간략하게 표현하였기 때문이며, 도 6과 같이 논리 게이트는 제 2 내지 제 5 독출 회로(52 내지 54)에도 포함될 수 있다.

또한, 촬영 영역의 픽셀들이 다수의 2×2 구획들로 나누어지며, 광자 계수 검출 장치(11)는 2×2 픽셀들에 대응하는 2×2 독출 회로들을 포함한다. 따라서, 이하에서 2×2 독출 회로들의 동작은 독출 회로들이 N×N 으로 구획된 경우 N×N 독출 회로들에도 동일하게 적용될 수 있다.

제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)은 소정 에너지 대역 및 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자를 계수한다. 각 독출 회로는 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 제 1 계수기를 포함한다. 즉, 독출 회로들(51 내지 54)은 비교기들(511, 521, 531, 541)의 비교 결과를 이용하여 각 독출 회로에서 소정 에너지 대역의 광자를 계수한다. 또한, 제 1 독출 회로(51)는 계수기(515)를 포함하여, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)에서 입력받은 비교 결과를 통해 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다. 즉, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)에 대응되는 2×2 픽셀에 입사된 제 2 에너지 대역의 광자들은 모두 제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)에서 계수한다. 따라서, 계수 결과만으로 제 2 에너지 대역의 광자들이 2×2 픽셀에 입사된 것을 알 수 있지만, 어느 픽셀에 입사된 것인지는 알 수 없다. 또한, 제 2 에너지 대역의 광자를 계수한 결과 생성되는 영상은 모든 독출 회로마다 출력된 제 1 에너지 대역의 광자 계수 결과를 이용하여 생성되는 영상에 비하여 2×2 독출 회로들 중에서 하나에서만 출력된 제 2 에너지 대역의 광자 계수 결과를 이용하여 생성되므로 1/4 해상도를 갖는다. 즉, 제 2 에너지 대역에 대응하는 영상은 2×2 픽셀들에 동일한 영상이 생성된다.

제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542)에서 비교한 결과를 기초로 계수한다. 비교기들(512, 522, 532, 542)은 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호와 임계값(Vth2)을 비교한다. 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542)은 비교한 결과를 제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)로 출력한다. 예를 들어, 제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542)로부터 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호가 Vth2보다 크다는 신호(상기 예에서는 '1')를 2번 입력받은 경우 2번 계수할 수 있다. 여기서, Vth1은 비교기들(511, 521, 531, 541)에서 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호와 비교하는 임계값이며, Vth2는 비교기들(512, 522, 532, 542)에서 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호와 비교하는 임계값이다.

제 1 독출 회로(51)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542)로부터 신호를 입력받아 연산 결과를 출력하는 논리 회로를 포함할 수 있다. 논리 회로가 제 1 독출 회로(51)에 포함되는 경우, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542)은 제 1 독출 회로(51)의 논리 회로로 비교 결과를 출력한다. 논리 회로는 AND, OR, NOR 등의 논리 연산을 수행하는 논리 게이트일 수 있으며, 다수의 논리 게이트들로 구성된 전자 회로일 수 있다. 예를 들어, 논리 회로가 OR 게이트인 경우, 제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)의 비교기들(512, 522, 532, 542) 중 하나 이상에서 입력받은 신호가 '1' 인 경우에 계수할 수 있다.

도 5에서와 같이 제 1 내지 제 4 독출 회로들(51 내지 54)은 제 1 독출 회로(51)에 포함된 계수기(515)를 공유하기 때문에, 제 2 내지 제 4 독출 회로들(52 내지 54)은 1개의 계수기(523, 533, 543)만을 포함한다. 따라서, 독출 회로가 2개의 계수기들을 포함하는 경우에 비하여 독출 회로를 소형화하는 것이 가능하다. 또한, 소형화된 독출 회로들을 이용해서 독출 회로에 대응되는 촬영 영역의 픽셀의 크기를 줄일 수 있으므로, 동일한 촬영 영역을 다수의 픽셀로 분할할 수 있으며, 각 픽셀에 대한 광자 계수 결과를 이용하여 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성 장치(12)는 촬영 영역의 각 픽셀마다 광자를 에너지 대역별로 획득한 광자 계수 데이터를 통하여 고대조도의 영상을 생성할 수 있다. 즉, 영상 생성 장치(12)는 광자 계수 장치(11)로부터 광자를 에너지 대역별로 계수한 결과를 입력받고, 계수 결과를 이용하여 에너지 대역별 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성 장치(12)는 에너지 대역별로 생성된 영상을 이용하여 고대조도의 영상을 생성한다. 즉, 동일한 인체 부위를 투과한 광자라도 에너지 대역에 따라 투과 정도가 다르기 때문에, 다른 에너지 대역의 광자들의 투과 정도를 이용하여 고대조도의 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 제 1 독출 회로(51)에 포함된 계수기(515)를 공유하여, 광자 계수 검출 장치(11)를 소형화하고, 각 독출 회로로부터 출력된 제 1 에너지 대역의 광자 계수 결과를 이용하여 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 또한, 2×2 픽셀에 입사된 제 2 에너지 대역의 광자를 제 1 독출 회로(51)의 계수기(515)를 통해 계수한 결과 및 제 1 에너지 대역의 광자 계수 결과를 이용하여 에너지 대역별 광자 데이터를 획득함으로써, 영상 생성 장치(12)는 고대조도의 영상을 생성할 수 있다.

도 5에서는 각 독출 회로에 비교기가 2개인 경우를 예를 들어 설명하였으나, 각 독출 회로에 비교기가 2개 이상인 경우도 가능하다. 각 독출 회로에 비교기가 4개 포함되고, 각 독출 회로마다 2개의 계수기를 포함하는 경우를 예를 들어 설명한다. 이 경우 제 1 독출 회로(51)에서는 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호와 임계값(Vth2)의 비교 결과를 이용하여 제 2 에너지 대역의 광자를 계수하며, 제 2 독출 회로(52)에서는 증폭기(41)에 의해 증폭된 전기 신호와 임계값(Vth3)의 비교 결과를 이용하여 제 2 에너지 대역의 광자를 계수

도 6은 도 3에 도시된 독출 회로들이 계수기들을 공유하는 경우의 일례를 도시한 회로도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)은 2개의 계수기들을 포함하며, 계수기들(617, 627, 637, 647)을 공유하여 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(611 내지 615, 621 내지 625, 631 내지 635, 641 내지 645)에 대응하는 계수기들(616, 617, 626, 627, 636, 637, 646, 647)에서 계수한다. 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(612, 622, 632, 642)로부터 비교 결과를 입력받아 계수하며, 제 2 독출 회로(62)의 계수기(627)는 제 1 내지 제 4 독출회로들(61 내지 64)의 비교기들(613, 623, 633, 643)로부터 비교결과를 입력받아 계수한다. 제 3 독출 회로(63)의 계수기(637)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(614, 624, 634, 644)로부터 비교 결과를 입력받아 계수하며, 제 4 독출 회로(64)의 계수기(647)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(615, 625, 635, 645)로부터 비교 결과를 입력받아 계수한다.

제 1 내지 제4 독출 회로들(61 내지 64)은 비교기들로부터 신호를 입력받아 계수기(617, 627, 637, 647)에 연산 결과를 출력하는 논리 회로를 포함할 수 있다. 논리 회로는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들로부터 신호를 입력받아 논리 연산을 수행하는 전자 회로이다. 예를 들어, 제 1 독출 회로(61)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(612, 622, 632, 642)로부터 신호를 입력받아 논리 연산 결과를 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)로 출력하는 논리 회로를 포함할 수 있다. 논리 회로가 제 1 독출 회로(51)에 포함되는 경우, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(612, 622, 632, 642)은 제 1 독출 회로(51)의 논리 회로(618)로 비교 결과를 출력하고, 논리 회로(618)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(612, 622, 632, 642)로부터 비교 결과를 입력받아 논리 연산을 수행하여 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)로 논리 연산 결과를 출력한다. 예를 들어, 논리 회로(618)가 OR 게이트인 경우, 논리 회로(618)는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(61 내지 64)의 비교기들(612, 622, 632, 642) 중 하나 이상으로부터 '1'(증폭기에 의해 증폭된 전기 신호가 제 2 임계값보다 큰 경우)을 입력받으면, 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)로 '1'을 출력한다.

도 6의 경우, 4 개의 인접한 독출 회로들(61 내지 64)이 계수기들(617, 627, 637, 647)를 공유하는 경우를 예를 들어 표현하였으나, N 개의 인접한 독출 회로들이 계수기들을 공유할 수도 있다. N 개의 인접한 독출 회로들이 계수기들을 공유하면, 각 독출 회로는 N+1 개의 비교기를 포함할 수 있으며, N+1 개의 비교기 중 어느 하나를 통해서는 고해상도 영상을 생성하기 위한 소정 에너지 대역의 광자 계수 결과를 출력하고, 광자의 소정 에너지 대역을 계수하는 계수기 이외의 계수기를 통해서는 고대조도 영상을 생성하기 위한 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자 계수 결과를 출력한다. 이때, 다른 에너지 대역들은 각 독출 회로마다 다른 에너지 대역을 의미할 수 있다. 따라서, 다른 에너지 대역은 모두 N 개의 에너지 대역일 수 있으며, N 개의 인접한 독출 회로들은 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다. 각 독출 회로는 N+1 개의 비교기 중 어느 하나의 비교기로부터 비교 결과를 입력받아 계수하는 계수기를 포함하기 때문에, 영상 생성 장치(12)는 모든 독출 회로에서 특정 에너지 대역의 광자를 계수한 결과를 입력받아 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 반면에, N개의 독출 회로들은 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 포함하기 때문에, 영상 생성 장치(12)는 서로 다른 영역의 에너지 대역의 광자를 계수한 결과를 입력받아 에너지 대역별 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 모든 픽셀에서 모든 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 포함하지 않으며, 각각의 독출 회로마다 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 포함하기 때문에, 독출 회로의 크기를 줄일 수 있다. 독출 회로의 크기가 줄어들면 독출 회로에 대응하는 영상의 픽셀의 크기도 줄일 수 있기 때문에 고해상도의 영상을 생성할 수 있다.

도 6의 경우, 4 개의 독출 회로들이 계수기들(617, 627, 637, 647)를 공유하기 때문에, 모든 비교기마다 계수기를 연결하지 않아도 되므로, 계수기의 개수를 줄일 수 있다. 계수기들(617, 627, 637, 647)이 계수한 결과를 통해 생성된 영상은 계수기들(616, 626, 636, 646)이 계수한 결과를 통해 생성된 영상보다 1/4 의 해상도를 갖게 된다. 예를 들어, 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)에서 광자의 제 2 에너지 대역을 계수한 결과는 제 1 내지 제 4 독출 회로(61 내지 64)에 대응되는 촬영 영역의 픽셀들에 입사된 광자에 대한 결과이므로, 영상 생성 장치(12)는 제 1 내지 제 4 독출 회로(61 내지 64)에 대응되는 픽셀들에 영상을 생성할 때, 제 1 독출 회로(61)의 계수기(617)에서 광자의 제 2 에너지 대역을 계수한 결과에 기초하여 영상을 생성하게 된다. 따라서, 4 개의 픽셀에서 동일한 영상이 생성되기 때문에, 1개의 픽셀마다 영상을 생성할 때보다 해상도가 1/4로 낮아지게 된다. 공유한 계수기(617, 627, 637, 647)를 통해 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수한 결과를 출력하기 때문에, 영상 생성 장치(12)는 1/4 의 해상도를 갖는 4개의 영상을 생성할 수 있으며, 4개의 영상을 이용하여 고대조도의 영상을 생성할 수 있다. 즉, 4개의 영상은 광자의 에너지 대역별 영상이므로, 에너지 대역별로 인체의 조직에 대한 투과 정도가 달라 다른 영상이 생성될 수 있으며, 이러한 특성을 분석하여 영상 생성 장치(12)는 고대조도의 영상을 생성할 수 있다.따라서, 도 6과 같은 독출 회로를 구성함으로써, 영상 생성 장치(12)는 모든 독출 회로에서 소정 에너지 대역의 광자 계수 결과를 입력받아 고해상도의 영상을 생성하고, 계수기를 공유하는 독출 회로마다 서로 다른 에너지 대역들의 광자 계수 결과를 입력받아 에너지 대역별 영상을 생성하고, 에너지 대역별 영상을 이용하여 고대조도의 영상을 생성할 수 있다.

영상 생성 장치(12)는 각각의 독출 회로로부터 소정 에너지 대역의 광자 계수 결과를 입력받아, 각각의 독출 회로들에 대응하는 픽셀마다 영상을 생성한다. 또한, 영상 생성 장치(12)는 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자 계수 결과를 입력받아, 계수기를 공유한 독출 회로들에 대응하는 촬영 영역의 픽셀 전체에 영상을 생성한다. 즉, 영상 생성 장치(12)는 하나의 독출 회로로부터 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자 계수 결과를 입력받았지만, 다수의 독출 회로에 대응하는 촬영 영역의 픽셀 전체에 동일한 영상을 생성한다.

도 7은 본 발명의 광자 계수 검출 결과를 이용하여 생성된 각 픽셀의 영상을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 영상 생성 장치(12)가 2×2 픽셀들에 영상을 생성하는 일례를 표현한 것으로서, 각 픽셀에 기재된 제 1 내지 제 5영상은 영상 생성 장치(12)가 각 픽셀에 생성하는 영상을 나타낸다. 광자 계수 검출 장치(11)의 각 독출 회로는 영상 생성에 이용되는 광자 계수 검출 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력하며, 영상 생성 장치(12)는 독출 회로들로부터 입력된 광자 계수 검출 데이터를 이용하여 각각의 픽셀에 의료 영상을 생성한다. 도 7을 참조하면, 영상 생성 장치(12)는 모든 독출 회로로부터 소정 에너지 대역의 광자 계수 검출 결과를 입력받아 모든 픽셀에서 단일 에너지 대역의 제 1 영상을 생성한다. 또한, 영상 생성 장치(12)는 독출 회로들로부터 제 2 내지 제 5 에너지 대역의 광자 계수 검출 결과를 입력받아 각 에너지 대역별 영상들(제 2 내지 제5 영상)을 생성한다. 즉, 제 2 내지 5 에너지 대역에 대하여 2×2 독출 회로들이 에너지 대역별로 나누어 계수하고, 영상 생성 장치(12)는 2×2 독출 회로들로부터 계수한 결과를 입력받아 2×2 독출 회로들에 대응되는 2×2 전체 픽셀들에 영상을 생성한다. 예를 들어, 광자 계수 검출 장치(11)는 제 2 에너지 대역의 광자가 촬영 영역의 2×2 픽셀들에 입사하면, 2×2 픽셀들에 대응하는 2×2 독출 회로들 중 어느 하나의 독출 회로에서 2×2 픽셀들에 입사된 제 2 에너지 대역의 광자를 계수하고, 그 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력한다. 영상 생성 장치(12)는 입력된 광자 계수 결과를 기초로 제 2 에너지 대역의 영상인 제 2 영상을 2×2 픽셀들에 생성한다. 즉, 2×2 독출 회로들 중 어느 하나의 독출 회로에서 제 2 에너지 대역의 광자를 계수하지만, 생성되는 영상은 2×2 독출 회로들에 대응하는 2×2 픽셀들 전체에 생성된다. 따라서, 2×2 픽셀들의 각 픽셀에 생성되는 영상들은 모두 동일하기 때문에 2×2 픽셀들 각각에 별도의 영상을 생성할 때보다 1/4 해상도를 갖는다. 상기에서는 제 2 영상이 생성되는 과정을 설명하였으며, 제 2 영상의 생성 과정과 같이 제 3 내지 제 5 영상도 생성되며, 제 3 내지 제 5 영상도 1/4 해상도를 갖는다. 즉, 영상 생성 장치(12)가 생성하는 1 영상은 Full resolution 영상이지만, 제 2 내지 제 5 영상은 1/4 resolution 영상이다.

영상 생성 장치(12)는 생성된 제 2 내지 제5 영상들을 이용하여 고대조도의 영상을 생성할 수 있다. 동일한 인체의 조직을 투과한 방사선이라도 방사선의 에너지 대역에 따라서 투과되는 정도는 상이하다. 따라서, 에너지 대역별로 생성된 영상들은 동일한 인체의 조직을 투과하더라도 상이한 영상들이 생성될 수 있다. 이렇게 에너지 대역별로 상이한 영상들을 분석한 결과를 바탕으로 영상 생성 장치(12)는 대조도가 높은 영상을 생성할 수 있다.

도 8은 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다. 도 8을 참조하면, 독출 회로(33)는 적분기(81), 비교기(82), 신호 처리부(83), 멀티플렉서(84) 및 계수기(85)를 포함한다. 적분기(81)는 센서(31)로부터 검출된 광자를 변환한 전기 신호를 입력받아 누적하고, 누적된 전기 신호를 비교기(82)로 출력한다. 적분기(81)는 신호 처리부(83)로부터 리셋 지시를 입력받을 때까지 센서(31)로부터 입력되는 전기 신호를 누적하고, 신호 처리부(83)로부터 리셋 지시를 입력받으면 전기 신호를 누적하기 전의 상태로 되돌린다. 적분기(81)는 출력단에서 누적된 전기 신호에 의한 전압값을 리셋 지시가 있기 전까지는 유지하기 때문에, 비교기(82)에 일정한 전압값을 계속해서 출력한다. 따라서, 적분기(81)는 펄스 형태의 신호가 아닌, DC전압과 같이 크기가 일정한 형태의 신호를 출력한다.

비교기(82)는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 멀티플렉서(84)로부터 입력받은 임계값의 크기를 비교하여 그 비교 결과를 신호 처리부(83)로 출력한다. 임계값은 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 적어도 두 개 이상으로 구분하기 위해 미리 정해진 크기의 전압값이다. 따라서, 비교하는 임계값이 많을수록 광자의 에너지 대역을 세밀하게 나누어 검출할 수 있다.

비교기(82)가 신호 처리부(83)로 출력하는 비교 결과는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 크거나 임계값이 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호보다 크다는 것이다. 예를 들어 비교기(82)는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 신호 처리부(83)로 '1'을 출력하고, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 작은 경우 신호 처리부(83)로 '0'를 출력할 수 있다. 상기에서는 누적된 신호가 임계값보다 큰 경우에 신호 처리부(83)로 '1'을 전달하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 반대의 경우도 가능하다.

비교기(82)는 적분기(81)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(84)로부터 입력된 임계값들을 순차적으로 비교한다. 비교기(82)는 적분기(81)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(84)로부터 입력된 임계값을 비교하여 비교 결과를 신호 처리부(83)로 출력한다. 비교기(82)는 멀티플렉서(84)로부터 입력된 임계값이 변경되면, 변경된 임계값과 적분기(81)로부터 입력된 전기 신호를 다시 비교하고, 그 비교 결과를 신호 처리부(83)로 출력한다. 비교기(82)는 임계값이 변경될 때마다 비교한 결과를 순차적으로 계수부(43)로 출력한다. 따라서, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호를 순차적으로 임계값들과 비교하여, 하나의 비교기만으로도 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호의 크기를 구분할 수 있다.

적분기(81)의 출력단에서 누적된 전기 신호에 의한 전압값이 유지되기 때문에, 비교기(82)는 적분기(81)로부터 전압값을 계속해서 입력받아, 펄스 신호가 입력될 때에 비하여 동작속도가 빠르지 않아도 적분기(81)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(84)로부터 입력되는 임계값들을 순차적으로 비교할 수 있다. 즉, 펄스 신호가 입력될 때에는 비교기는 펄스 신호가 일정 전압값 이하로 떨어지기 전에 비교를 종료해야 하기 때문에, 빠른 동작을 필요로 한다. 하지만, 적분기(81)는 누적된 전기 신호에 의한 전압을 신호 처리부(83)의 리셋 지시가 있기 전까지는 유지하기 때문에, 비교기(82)는 적분기(81)로부터 누적된 전기 신호에 의한 전압을 계속해서 입력받고, 이를 이용하여 임계값들과 순차적으로 비교할 수 있다. 동작속도가 빠른 비교기는 동작속도가 상대적으로 느린 비교기에 비하여 큰 전류를 필요로 하기 때문에, 전력소모가 심하다. 비교기(82)는 적분기(81)로부터 계속적으로 전압을 입력받을 수 있기 때문에 동작속도가 빠르지 않아도 되므로 작은 전류로 동작하는 비교기로 구현하여 전력소모를 줄일 수 있다.

신호 처리부(83)는 비교기(82)에서 임계값들과 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호를 순차적으로 비교한 결과를 입력받아 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다. 비교기(82)의 비교 결과 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 신호 처리부(83)는 멀티플렉서(84)에 멀티플렉서(84)에서 비교기(82)로 출력하는 임계값을 변경하도록 지시하며, 이에 대응하는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다. 만약, 임계값을 변경한 후 비교한 결과, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값보다 큰 경우, 상술한 과정을 반복한다. 멀티플렉서(84)에서 비교기(82)로 출력하는 임계값을 변경할 때에는 임계값의 크기 순으로 순차적으로 변경한다. 만약, 임계값을 변경한 후 비교한 결과, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값이 보다 작은 경우, 신호 처리부(83)는 이에 대응하는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다. 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값이 보다 작은 경우, 신소 처리부(43)는 적분기(81)에 리셋을 지시하고, 멀티플렉서(84)에 최소 임계값을 출력하도록 지시한다.

신호 처리부(83)는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값을 비교한 결과를 비교기(82)로부터 입력받는다. 비교기(82)로부터 입력되는 비교 결과는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값 중 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 크거나 임계값이 크다는 것을 나타낸다. 예를 들어 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 비교기(82)로부터 '1'을 입력받고, 누적된 신호가 임계값보다 작은 경우 비교기(82)로부터 '0'를 입력받을 수 있다. 상기에서는 누적된 신호가 임계값보다 큰 경우에 신호 처리부(83)가 비교기(82)로부터 '1'을 전달하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 반대의 경우도 가능하다.

신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 어떤 임계값을 비교한 결과인지에 따라 그에 대응하는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다. 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값보다 작은 경우, 해당 임계값보다 작다는 것을 나타내는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력하며, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값보다 큰 경우, 해당 임계값보다 크다는 것을 나타내는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다. 즉, 신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 어떤 임계값과 비교한 결과인지 멀티플렉서(84)의 제어를 통해 알 수 있으며, 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값들과의 비교 결과를 디지털 신호를 통해 계수기(85)로 출력한다.

신호 처리부(83)는 적분기(81)에 대해 리셋할 것을 지시하여 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호를 제거한다. 즉, 상술한 비교 과정을 통해 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호의 크기가 확인되면, 다음에 적분기(81)로 입력되는 전기 신호를 새로 누적하기 위해 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 대해 리셋을 지시한다.

예를 들어, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호를 Vin, 멀티플렉서(84)에서 출력되는 임계값들을 순차적으로 Vthd, Vth_low, Vth_mid, Vth_high 라 할 때, Vthd 는 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음에 대응하는 크기의 최소 임계값이며, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 들은 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값들이다. Vin 이 Vthd 보다 작은 경우에는 Vin 이 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음인지 광자에 의한 전기 신호인지 확인할 수 없기 때문에, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 입력되는 전기 신호를 계속 누적할 수 있도록 적분기(81)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(84)에도 임계값을 변경하라는 지시를 하지 않는다.

Vin 이 Vthd 보다 큰 경우에는 Vin 이 광자에 의한 전기 신호일 수 있기 때문에, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vthd에서 Vth_low로 변경할 것을 지시하여, 비교기(82)가 Vin 과 Vthd_low를 비교할 수 있도록 한다.

Vin 이 Vth_low 보다 작은 경우에는 신호 처리부(83)는 Vin 을 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음으로 판단하고, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vthd 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(82)가 다음 Vin 과 Vthd를 비교할 수 있도록 한다. 또한, 이 경우 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_low 보다 작다는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다.

Vin 이 Vth_low 보다 큰 경우에는 Vin 이 광자에 의한 전기 신호이기 때문에, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_low 에서 Vth_mid 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(82)가 Vin 과 Vth_mid 를 비교할 수 있도록 한다. 또한, 이 경우 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_low 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다.

Vin 이 Vth_mid 보다 작은 경우에는, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_mid 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_mid보다 작다는 디지털 신호를 계수부(43)로 출력할 수 있다.

Vin 이 Vth_mid 보다 큰 경우에는, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_mid 에서 Vth_high 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(82)가 Vin 과 Vth_high를 비교할 수 있도록 한다. 이 경우 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_mid 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다.

Vin 이 Vth_high 보다 작은 경우에는, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_high 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우, 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_high 보다 작다는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력할 수 있다.

Vin 이 Vth_high 보다 큰 경우에는, 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_high 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우 신호 처리부(83)는 Vin 이 Vth_high 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(85)로 출력한다.

여기서, Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 는 순차적으로 큰 값을 나타낼 수 있다. 즉, Vthd는 Vth_low보다 작고, Vth_low은 Vth_mid보다 작고, Vth_low은 Vth_mid보다 작다. Vthd는 임계값들 중에서 최소값이다. 상술한 일례에서는 임계값이 4개인 경우를 설명하였으나, 임계값이 N개 인 경우도 최소 임계값인 Vthd보다 작은 경우를 제외하고, 나머지 임계값들과 순차적으로 비교한 결과, Vin 이 나머지 임계값들보다 작은 경우 계수부(43)는 적분기(81)에 대해 리셋을 지시할 수 있다. 즉, Vin 이 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 임계값들보다 작은 경우, 계수부(43)는 적분기(81)에 대해 리셋을 지시할 수 있다.

Vthd 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음에 의한 것인지를 판단하기 위한 임계값이다. 센서(31)에 의한 누설전류의 크기는 센서(31)에 방사선을 조사하지 않은 상태에서 발생하는 센서(31) 자체에 의해 발생한 전류의 크기를 측정하여 알 수 있다. 이렇게 측정된 누설전류의 크기에 따라 Vthd 의 크기를 미리 설정하여 적분기(81)에 의해 누적된 신호와 비교함으로써, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 방사선에 포함된 광자에 의한 것이 아닌 센서(31)의 누설전류에 의한 것임을 판단할 수 있다.

Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 등은 광자의 에너지 대역을 구분하기 위해 미리 설정되는 전압값으로, 광자의 에너지 대역에 따라 센서(31)에 의해 발생하는 전기 신호의 크기를 측정하고, 측정 결과를 기초로 Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 등의 전압값을 설정함으로써, 센서(31)에 의해 검출된 광자의 에너지 대역을 구분할 수 있다.

신호 처리부(83)가 비교기(82)의 비교 결과에 따라 계수기(85)로 출력하는 디지털 신호는 다음과 같다. OUT_low="0" 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_low="1" 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 크다는 디지털 신호이다. OUT_mid="0" 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_mid="1" 은 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 크다는 디지털 신호이다. OUT_high="0" 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_high="1" 는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 크다는 디지털 신호이다. 상술한 예는 "1" 과 "0" 으로 신호의 대소를 표현하였으나, 반대의 경우도 가능하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 비교 결과를 출력하는 신호는 상술한 경우 이외에도 가능함을 알 수 있을 것이다.

멀티플렉서(84)는 신호 처리부(83)의 지시에 따라 임계값을 변경하며, 비교기(82)에 순차적으로 임계값을 출력한다. 멀티플렉서(84)는 Vthd 을 비교기(82)로 출력하며, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 큰 경우, 신호 처리부(83)의 지시에 따라, Vth_low 을 비교기(82)로 출력한다. 또한, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low보다 큰 경우, 신호 처리부(83)의 지시에 따라, Vth_mid 을 비교기(82)로 출력한다. 상술한 과정은 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 비교되는 임계값들보다 큰 경우, 멀티플렉서(84)가 Vth_high 을 출력할 때까지 반복된다. 이때, Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 은 순차적으로 큰 값을 갖는다.

계수기(85)는 신호 처리부(83)로부터 입력받은 디지털 신호에 따라 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수한다. 계수기(85)는 신호 처리부(83)로부터 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호의 크기에 따른 디지털 신호를 입력받는다. 예를 들어, 신호 처리부(83)로부터 입력받은 디지털 신호는 OUT_low="0", OUT_low="1", OUT_mid="0", OUT_mid="1", OUT_high="0", OUT_high="1" 일 수 있다.

계수기(85)는 Low_counter, mid_counter 및 high_counter를 포함할 수 있다. Low_counter 는 Vth_low 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수하며, Mid_counter 는 Vth_mid 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수하며, High_counter 는 Vth_high 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수한다.

계수기(85)는 신호 처리부(83)로부터 OUT_low="1" 을 입력받으면 Low_counter 에서 계수하고, 신호 처리부(83)로부터 OUT_mid="1" 을 입력받으면 Mid_counter 에서 계수하며, 신호 처리부(83)로부터 OUT_high="1" 을 입력받으면 High_counter 에서 계수한다. 상술한 바와 같이, 계수기(85)는 Low_counter, mid_counter 및 high_counter 에서 신호 처리부(83)로부터 광자의 에너지 대역을 구분한 결과에 따른 신호를 입력받아 계수한다.

Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들은 디지털 계수기들(Digital Counter)일 수 있다. 디지털 계수기는 일정한 클럭을 입력으로 하여 정해진 순서대로 계수하는 회로를 나타낸다. 디지털 계수기는 카운트 방향에 따라서 업 계수기(Up Counter), 다운 계수기(Down Counter)로 구분될 수 있다. 예를 들어, Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들이 업 계수기인 경우, Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들은 신호 처리부(83)로부터 입력받은 디지털 신호에 따라 광자를 계수할 때마다 숫자를 증가시켜 저장한다. 예를 들어, 계수기(85)가 신호 처리부(83)로부터 OUT_low="1" 을 3번 입력받으면, Low_counter 에서는 3번 계수하여 "3" 이라는 값을 저장한다.

도 9는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 회로도이다. 도 9를 참조하면, 도 8에 도시된 독출 회로(33)의 구성요소의 일부를 회로도로 도시하였다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로(33)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 실시예에 따른 독출 회로(33)에도 적용된다.

적분기(91)는 증폭기(911), 커패시터(912) 및 스위치(913) 등을 포함한다. 증폭기(911)는 커패시터(912) 및 스위치(913)와 병렬로 연결된다. 즉, 증폭기(911)의 입력단과 출력단에 커패시터(912) 및 스위치(913)가 연결된다. 증폭기(911)와 커패시터(912)가 병렬로 연결되면, 적분기(91)로 입력된 전류는 증폭기(911)의 입력단의 높은 저항으로 인해 증폭기(911)로 입력되지 못하고, 커패시터(912)로 모두 축적된다. 커패시터(912)는 축적된 전하에 의해 양단에 전압차가 발생한다. 커패시터(912)의 양단에 발생한 전압차만큼, 증폭기(911)의 출력단은 입력단보다 높은 전압을 갖는다. 커패시터(912)의 양단의 전압(V(t))은 하기의 수학식1과 같이 계산된다.

여기서, C 는 커패시터(912)의 정전용량이며, I(τ) 는 적분기(91)로 입력되는 전류를 나타내며, V(0)는 커패시터(912)의 초기 전압을 나타낸다.

멀티플렉서(94)는 임계값들의 개수만큼의 스위치(Switch)들을 포함하여, 스위치의 동작을 제어하여 임계값들을 비교기(92)로 출력할 수 있다. 각각의 스위치는 회로 외부에서 제공되는 각각의 전압원과 연결될 수 있다. 전압원들 각각은 Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 의 크기를 갖는 전압을 제공한다. 따라서, 계수기(95)의 지시에 따라 멀티플렉서(94)는 스위치들 중 어느 하나의 스위치를 닫고, 스위치가 닫히면 스위치와 연결된 전압원의 전압이 멀티플렉서(94)에서 출력된다. 예를 들어, 멀티플렉서(94)의 첫번째 스위치가 Vthd 을 공급하는 전압원과 연결된 경우, 첫번째 스위치가 닫히면, 멀티플렉서(94)는 비교기(92)에 Vthd 를 출력하게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법은 도 3에 도시된 독출 회로(33)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로(33)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법에도 적용된다. 독출 회로(33)에서 하나의 비교기를 이용한 광자 계수 방법은 다음과 같은 단계들로 구성된다.

101단계에서 신호 처리부(83)는 적분기(81)에 리셋을 지시한다. 신호 처리부(83)의 리셋 지시에 따라, 적분기(81)는 어떤 신호도 누적하지 않은 초기 상태가 된다.

102단계에서 신호 처리부(83)는 멀티플렉서(84)에 비교기(82)로 Vthd 를 출력하도록 지시한다.

103단계에서 신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 104단계로 진행하고, "0" 인 경우 102단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 큰 경우이며, 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 작은 경우이다.

104단계에서 신호 처리부(83)는 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vthd 에서 Vth_low 로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(83)의 지시에 따라, 멀티플렉서(84)에서 비교기(82)로 출력하는 임계값이 변경된다.

105단계에서 신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 106단계로 진행하고, "0" 인 경우 107단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 큰 경우이며, 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 작은 경우이다.

106단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_low="1" 이라는 신호를 출력하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_mid로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_low="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(85)가 Low_counter 에서 계수할 수 있도록 하며, 멀티플렉서(84)에서 비교기(82)로 출력하는 임계값을 Vth_mid 로 변경하도록 지시하여, 108단계에서 비교기(82)가 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 Vth_mid 를 비교하도록 한다.

107단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_low="0" 이라는 신호를 출력하고 101단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 계수기(85)로 OUT_low="0" 을 출력할 때는 계수기(85)는 계수하지 않는다.

108단계에서 신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 109단계로 진행하고, "0 인 경우 110단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 큰 경우이며, 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 작은 경우이다.

109단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_mid="1" 이라는 신호를 출력하고, 멀티플렉서(84)에 임계값을 Vth_high 로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_mid="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(85)가 mid_counter 에서 계수할 수 있도록 하며, 멀티플렉서(84)에서 비교기(82)로 출력하는 임계값을 Vth_high 로 변경하도록 지시하여, 111단계에서 비교기(82)가 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호와 Vth_high 를 비교하도록 한다.

110단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_mid="0" 이라는 신호를 출력하고 101단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 계수기(85)로 OUT_mid="0" 을 출력할 때는 계수기(85)는 계수하지 않는다.

111단계에서 신호 처리부(83)는 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 112단계로 진행하고, "0 인 경우 113단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 큰 경우이며, 비교기(82)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 작은 경우이다.

112단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_high="1" 이라는 신호를 출력하고, 101단계로 진행한다. 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_high="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(85)가 high_counter 에서 계수할 수 있도록 한다.

113단계에서 신호 처리부(83)는 계수기(85)로 OUT_high="0" 이라는 신호를 출력하고 101단계로 진행한다. 신호 처리부(83)가 계수기(85)로 OUT_high="0" 을 출력할 때는 계수기(85)는 계수하지 않는다.

신호 처리부(83)는 상술한 단계들을 제어하여, 적분기(81)에 의해 누적된 전기 신호를 임계값들과 순차적으로 비교하여, 비교 결과를 계수기(85)로 출력할 수 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.

도 11은 도 9에 도시된 독출 회로들이 계수기를 공유하는 경우의 일례를 도시한 구성도이다. 도 11은 도 6의 각 독출 회로들(61 내지 64)를 도 9의 독출 회로로 변경하였으며, 독출 회로들(120 내지 150)이 계수기를 공유하는 기술적 특징은 도 6의 경우와 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 6에서 기술된 내용은 도 11의 실시예에도 적용된다.

도 11을 참조하면, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 신호 처리부들(123, 133, 143, 153)은 비교기(122, 132, 142, 152)로부터 임계값과 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 비교한 결과를 입력받아, 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 계수기(124, 125, 134, 135, 144, 145, 154, 155) 또는 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 신호처리부(123, 133, 143, 153)로 출력한다. 즉, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 각 신호 처리부는 각 신호 처리부가 포함된 독출 회로의 계수기에서 계수하는 경우에는 해당 계수기로 디지털 신호를 출력하고, 다른 독출 회로의 계수기에서 계수하는 경우에는 해당 독출 회로의 신호 처리부로 디지털 신호를 출력한다. 예를 들어, 제 1 독출 회로(120)의 신호 처리부(123)는 비교기(122)에서 임계값과 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 비교한 결과를 입력받아, 제 1 독출 회로(120)의 계수기들(124, 125) 중 어느 하나에서 계수하는 경우에는 해당 계수기로 디지털 신호를 출력하여 해당 계수기가 계수할 수 있도록 하며, 제 1 독출 회로(120)의 계수기들(124, 125)에서 계수하는 경우가 아니면, 해당 계수기를 포함하는 제 2 내지 제 4 독출 회로(130 내지 150)의 신호 처리부로 디지털 신호를 출력하여 해당 독출 회로의 계수기에서 계수할 수 있도록 한다.

제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)은 2개의 계수기들을 포함하며, 1개의 계수기를 공유한다. 예를 들어, 제 1 독출 회로(120)는 계수기들(124, 125)를 포함하며, 계수기(125)를 제 2 내지 제 4 독출 회로들(130 내지 150)과 공유한다. 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 계수기들(124, 134, 144, 154)은 임계값 Vth1 내지 Vth5 중 어느 하나와 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수할 수 있으며, 계수기들(124, 134, 144, 154)은 동일한 임계값에 대응된다. 예를 들어, 제 1 독출 회로의 계수기(124)가 Vth1 에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수하면, 제 2 내지 제 4 독출 회로들(130 내지 150)의 계수기들(134, 144, 154)도 Vth1 에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수한다. 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 계수기들(125, 135, 145, 155)은 계수기(124, 134, 144, 154)가 대응하는 임계값을 제외한 나머지 임계값들과 각각 대응된다. 즉, 제 1 내지 제 4 독출 회로들(120 내지 150)의 계수기들(125, 135, 145, 155)은 서로 다른 임계값들과 대응된다. 예를 들어, 계수기들(124, 134, 144, 154)이 Vth1 에 대응하는 경우, 제 1 독츨 회로(120)의 계수기(125)는 Vth2 에, 제 2 독출 회로(130)의 계수기(135)는 Vth3 에, 제 3 독출 회로(140)의 계수기(145)는 Vth4 에, 제 4 독출 회로(150)의 계수기(155)는 Vht5 에 각각 대응될 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 4 독출 회로(120 내지 150)에 대응하는 센서에서 검출된 광자들 중, Vth2 에 대응하는 에너지 대역의 광자는 제 1 내지 제 4 독출 회로(120 내지 150) 중 제 1 독출 회로(120)의 계수기(125)에서 계수하며, Vth3 에 대응하는 에너지 대역의 광자는 제 2 독출 회로(130)의 계수기(135)에서 계수하며, Vth4 에 대응하는 에너지 대역의 광자는 제 3 독출 회로(140)의 계수기(145)에서 계수하며, Vth5 에 대응하는 에너지 대역의 광자는 제 4 독출 회로(150)의 계수기(155)에서 계수한다.

도 9에 도시된 독출 회로들을 이용함으로써, 각 독출 회로에 포함되는 비교기를 하나로 줄일 수 있으며, 주변 독출 회로들이 계수기들(125, 135, 145, 155)를 공유함으로써, 모든 에너지 대역별로 계수기를 포함하는 경우에 비하여 계수기의 계수를 줄여 독출 회로의 소형화가 가능하다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 12는 광자 계수 검출 방법의 일례를 도시한 순서도이다. 도 12를 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 광자의 에너지 대역을 결정하고, 소정 에너지 대역의 광자인 경우 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 계수하고, 소정 에너지 대역의 광자가 아닌 경우 광자가 입사된 픽셀의 위치에 따라 선택적으로 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다. 광자 계수 검출 장치(11)에 포함된 각각의 독출 회로들은 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 제 1 계수기를 포함하고 있으므로, 소정 에너지 대역의 광자가 입사한 경우에는 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 계수한다. 하지만, 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자는 N×N 독출 회로들 중 어느 하나에서 계수하기 때문에, 광자가 입사된 픽셀을 포함하는 N×N 픽셀들에 대응하는 N×N 독출 회로들 중 어느 하나에서 계수한다. 이때, 소정 에너지 대역은 특정 에너지 대역 하나를 의미할 수 있으며, 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들은 소정 에너지 대역을 제외한 서로 다른 수 개의 에너지 대역을 의미할 수 있다. 따라서, 다른 에너지 대역들은 N×N 독출 회로들마다 서로 다른 에너지 대역을 의미하는 것으로, 소정 에너지 대역의 광자가 아닌 경우에는 해당 에너지 대역의 광자를 계수하는 N×N 독출 회로들 중 어느 하나의 독출 회로에서 해당 에너지 대역의 광자를 계수한다. 예를 들어, N×N 독출 회로들은 제 1 임계값 내지 제 5 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수할 수 있으며, 제 1 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자는 N×N 독출 회로들 모두에서 계수하지만, 제 2 내지 제 5 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자는 N×N 독출 회로들에서 나누어 계수한다. 즉, N×N 독출 회로들 중 어느 하나는 제 2 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수하고, 다른 하나는 제 3 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수한다. 제 4 내지 제5 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자 역시 제 2 내지 제 3 임계값에 대응하는 에너지 대역의 광자를 계수하는 독출 회로들 이외의 독출 회로에서 각각 계수한다.

210단계에서, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서에 입사된 광자의 에너지 대역을 결정한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 다수의 비교기를 이용하여 다수의 임계값과 센서에 의해 변환된 전기 신호를 비교하여 광자의 에너지 대역을 결정할 수 있다. 즉, 센서에 의해 변환된 전기 신호를 특정 임계값과 비교하고, 센서에 의해 변환된 전기 신호가 특정 임계값보다 크거나 적다는 비교 결과를 통해 센서에 의해 변환된 전기 신호의 크기를 결정할 수 있다. 이렇게 센서에 의해 변환된 전기 신호의 크기를 결정하여, 결정된 전기 신호의 크기에 따라 센서에 입사된 광자의 에너지 대역이 결정된다. 또한, 광자 계수 검출 장치(11)는 하나의 비교기를 이용하여 센서에 의해 변환된 전기 신호를 다수의 임계값과 순차적으로 비교하여 광자의 에너지 대역을 결정할 수 있다. 즉, 센서에 의해 변환된 전기 신호를 하나의 비교기에서 여러번 임계값과 비교하고, 순차적으로 임계값들과 비교한 결과, 특정 임계값들 사이의 크기를 가짐을 확인하여 센서에 의해 변환된 전기 신호의 크기를 결정할 수 있다. 결정된 전기 신호의 크기에 따라 센서에 입사된 광자의 에너지 대역은 결정된다.

220단계에서, 광자 계수 검출 장치(11)는 210단계에서 결정된 광자의 에너지 대역이 소정 에너지 대역인지 판단한다. 만약, 소정 에너지 대역이라면, 230단계로 진행하고, 소정 에너지 대역이 아니라면, 240단계로 진행한다. 광자의 에너지 대역이 소정 에너지 대역이라는 것은 센서에 의해 변환된 전기 신호가 제 1 임계값과 비교하여 더 크다는 것을 나타낼 수 있다. 이 경우, 소정 에너지 대역은 제 1 에너지 대역이 된다. 다수의 비교기를 통해서 광자의 에너지 대역을 결정하는 경우에는, 제 1 임계값과 비교하는 제 1 비교기에서 센서에 의해 변환된 전기 신호가 제 1 임계값보다 크다는 비교 결과가 출력된 경우 제 1 에너지 대역의 광자임을 나타낸다. 또한, 하나의 비교기를 통해서 광자의 에너지 대역을 결정하는 경우에는, 비교기에서 제 1 임계값과 비교한 결과, 센서에 의해 변환된 전기 신호가 제 1 임계값보다 크다는 비교 결과가 출력된 경우 제 1 에너지 대역의 광자임을 나타낸다. 제 1 에너지 대역의 광자가 아닌 경우는, 다수의 비교기 중에서 제 1 임계값이 아닌 다른 임계값과 비교하는 비교기들에서 결과가 출력되는 경우를 나타낸다. 또한, 하나의 비교기를 통해 비교하는 경우에는, 제 1 임계값이 아닌 다른 임계값과 비교한 결과가 출력된 경우를 나타낸다.

230단계에서, 광자 계수 검출 장치(11)는 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 소정 에너지 대역의 광자를 계수한다. 소정 에너지 대역의 광자를 모든 독출 회로에서 계수하기 때문에, 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 소정 에너지 대역의 광자를 계수한다.

240단계에서, 광자 계수 검출 장치(11)는 광자가 입사된 픽셀을 포함하는 N×N 픽셀들에 대응하는 N×N 독출 회로들 중 어느 하나에서 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다. 다른 에너지 대역의 광자는 N×N 독출 회로들 중 어느 하나에서만 계수하기 때문에, 해당 에너지 대역의 광자를 계수하는 독출 회로에서 계수한다. 따라서, 광자의 다른 에너지 대역이 어느 대역인지 결정이 되면, N×N 독출 회로들 중에서 해당 에너지 대역의 광자를 계수하는 독출 회로로 해당 에너지 대역의 광자가 입력된 결과를 출력한다. N×N 독출 회로들 소정 에너지 대역 이외에 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수한다. N×N 독출 회로들은 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 각각 하나씩 포함하여, 소정 에너지 대역을 제외한 모든 에너지 대역의 광자를 나누어 계수한다. 이로써, N×N 독출 회로들은 소정 에너지 대역을 제외한 모든 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 포함하지 않아도 되므로, 광자 계수 검출 장치(11)를 소형화할 수 있다.

상술한 단계들을 통해서, 소정 에너지 대역의 광자가 입사된 경우에는 해당 광자가 입사된 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 소정 에너지 대역의 광자를 계수하며, 소정 에너지 이외의 다른 에너지 대역의 광자가 입사된 경우에는 결정된 에너지 대역에 따라 광자가 입사된 픽셀을 포함하는 N×N 픽셀들에 대응하는 N×N 독출 회로들 중 결정된 에너지 대역의 광자를 계수하는 계수기를 포함한 독출 회로에서 광자를 계수한다. 이로써, N×N 독출 회로들은 소정 에너지 대역의 광자에 대한 광자 계수 검출 결과와 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역의 광자에 대한 광자 계수 검출 결과를 동시에 출력할 수 있다. 소정 에너지 대역의 광자는 모든 독출 회로에서 계수하므로, 이를 통해 고해상도의 영상을 생성할 수 있고, 소정 에너지 대역을 제외한 다른 에너지 대역들의 광자는 에너지 대역별로 N×N 독출 회로들에서 나누어 계수하므로, 에너지 대역별 광자 계수 검출 결과를 통해 다수의 영상을 생성하고 다수의 영상을 통해 고대조도 영상을 생성할 수 있다.

51 : 제 1 독출 회로
52 : 제 2 독출 회로
53 : 제 3 독출 회로
54 : 제 4 독출 회로

Claims

센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로들을 포함하는 광자 계수 검출 장치에 있어서,
상기 독출 회로들은 방사선의 촬영 영역의 픽셀들에 대응하고,
상기 촬영 영역의 모든 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된 소정 에너지 대역의 광자를 계수하고,
상기 촬영 영역의 픽셀들 중 일부 픽셀들에 대응하는 독출 회로들 각각은 상기 방사선에 포함된, 상기 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 독출 회로들은 N×N 픽셀들에 대응하는 N×N 독출 회로들로 구획되고,
상기 N×N 독출 회로들 각각은
상기 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 제 1 계수기; 및
상기 적어도 하나의 다른 에너지 대역 중 어느 하나의 에너지 대역의 광자를 계수하는 제 2 계수기를 포함하고,
상기 제 2 계수기는 상기 N×N 독출 회로마다 서로 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 N×N 독출 회로들 각각은,
상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 다수의 임계값들과 비교하는 비교부를 더 포함하고,
상기 제 1 계수기는 상기 비교부의 제 1 비교기로부터 상기 임계값들 중 제 1 임계값과의 비교 결과를 입력받아 계수하고,
상기 제 2 계수기는 상기 N×N 독출 회로들의 비교부의 제 2 비교기들로부터 입력받은 상기 임계값들 중 제 2 임계값과의 비교 결과들에 기초하여 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 계수기는 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호가 상기 제 2 임계값과의 비교 결과보다 크다는 비교 결과가 입력될 때 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 임계값들과의 비교 결과들을 입력받아 논리 연산을 수행하여 제 2 계수기로 연산 결과를 출력하는 논리 회로를 더 포함하고,
상기 제 2 계수기는 상기 논리 회로의 논리 연산 결과를 입력받아 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 논리 회로는 OR 게이트인 광자 계수 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 N×N 독출 회로들 각각은,
상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기;
상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 더 포함하고,
상기 제 1 계수기는 상기 신호 처리부로부터 상기 임계값들 중 제 1 임계값과의 비교 결과에 기초한 상기 디지털 신호를 입력받아 광자를 계수하고,
상기 제 2 계수기는 상기 신호 처리부로부터 상기 임계값들 중 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초한 상기 디지털 신호를 입력받아 광자를 계수하는 광자 계수 검출 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 제 2 임계값과의 비교 결과를 상기 N×N 독출 회로들의 신호 처리부로부터 입력받아 상기 제 2 계수기로 출력하는 광자 계수 검출 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 N×N 독출 회로들로부터 상기 제 2 임계값과의 비교 결과들을 입력받아 논리 연산을 수행하여 계수기로 연산 결과를 출력하는 광자 계수 검출 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 논리 연산은 OR 연산인 광자 계수 검출 장치.
센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로들 중 어느 하나의 독출 회로에서의 광자 계수 검출 방법에 있어서,
상기 광자의 에너지 대역을 결정하는 단계;
상기 광자가 소정 에너지 대역의 광자이면, 상기 광자가 입사한 픽셀에 대응하는 독출 회로에서 상기 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계; 및
상기 광자가 상기 소정 에너지 대역을 제외한 적어도 하나의 다른 에너지 대역의 광자이면, 상기 광자가 입사한 픽셀의 위치에 따라 선택적으로 상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계를 포함하는 광자 계수 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 독출 회로들은 N×N 픽셀들에 대응하는 N×N 독출 회로들로 구획되고,
상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 광자가 입사한 픽셀의 위치가 N×N 독출 회로들의 제 1 위치이면, 상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하고, 상기 광자가 입사한 픽셀의 위치가 N×N 독출 회로들의 제 2 위치이면, 상기 제 2 위치에 대응하는 독출 장치로 상기 결정 결과를 출력하는 광자 계수 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 광자의 에너지 대역을 결정하는 단계는 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 다수의 임계값들과 비교하는 광자 계수 검출 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 임계값들 중 제 1 임계값과의 비교 결과에 기초하는 광자 계수 검출 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 임계값들 중 제 2 임계값과의 비교 결과에 기초하는 광자 계수 검출 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 N×N 독출 회로들로부터 상기 제 2 임계값과의 비교 결과들을 입력받아 논리 연산을 수행한 결과에 기초하는 광자 계수 검출 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 논리 연산은 OR 연산인 광자 계수 검출 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 광자의 에너지 대역을 결정하는 단계는,
상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 단계;
상기 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대한 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 단계를 포함하는 광자 계수 검출 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 소정 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 제 1 임계값보다 큰 경우인 광자 계수 검출 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 제 2 임계값보다 큰 경우인 광자 계수 검출 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 다른 에너지 대역의 광자를 계수하는 단계는 상기 N×N 독출 회로들로부터 상기 임계값들 중 제 2 임계값과의 비교 결과를 입력받아, 논리 연산을 수행한 결과에 기초하는 광자 계수 검출 방법.