KR20140132829A - 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 방법 - Google Patents

포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 방법 Download PDF

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Abstract

포톤 계수 유닛, 포톤 계수 방법 및 방사선 촬영 장치에 관한 것으로, 포톤 계수 유닛은 입력되는 전기적 신호를 충전하여 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하고 상기 충전된 전기적 신호를 방전하는 증폭부, 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부 및 상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 방사선 강도를 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 충전 제어부는 수신한 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.

Description

포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 방법{photon counting unit, radiographic imaging apparatus and method for controlling the photon counting unit}
포톤 계수 유닛, 포톤 계수 유닛의 제어 방법 및 방사선 촬영 장치에 관한 것이다.
방사선 촬영 장치는, 방사선, 일례로 엑스선(X-ray)을 인체나 물건과 같은 대상체에 조사하여 대상체 내부의 영상을 획득하기 위한 영상 시스템이다. 구체적으로 방사선 촬영 장치는 방사선이 대상체에 조사될 때 지나가는 물질의 특성에 따라서 흡수되거나 투과하는 성질을 이용한 것이다.
이와 같은 방사선 촬영 장치로는 예를 들어 디지털 방사선 촬영 장치(DR, digital radiography), 형광 투시 영상 장치(fluoroscopy), 심전도 측정기(cardiography), 컴퓨터 단층 촬영 장치(CT, Computed tomography)나 유방 촬영 장치(마모그라피, mammography) 등이 있다. 이와 같은 엑스선 촬영 장치는, 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나, 물체나 부품의 내부 구조를 파악하기 위해서 사용되기도 하고, 또한 공항 등에서 수하물을 스캐닝하기 위해 사용되기도 한다.
구체적으로 엑스선 촬영 장치의 동작 원리에 대해 살펴보면, 인체 등의 대상체에 방사선을 조사하고, 방사선 검출 장치(detector)를 이용하여 대상체를 투과하거나 또는 직접 도달하는 투과하지 않은 방사선을 수광하여 전기적 신호로 변환시킨 후, 전기적 신호를 독출(read out)하고, 독출된 전기적 신호를 이용하여 영상을 생성함으로써 방사선 영상을 획득하도록 한다.
방사선 촬영 장치는 대상체 내부 구조를 용이하게 파악할 수 있기 때문에 의료 분야 등에서 인체 내부의 병변 등을 검출하거나, 물체나 부품의 내부 구조를 파악하기 위해서 사용되곤 한다. 또한 방사선 촬영 장치는 공항 등에서 수하물 내부를 확인하기 위해 사용되기도 한다.
수광된 방사선의 포톤을 계수하여 이용하여 방사선 영상을 획득하는 포톤 계수 방법(PCD, photon counting detection)에 있어서, 신속하게 입력되는 포톤을 계수할 수 있는 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 유닛 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
방사선 포톤을 계수함에 있어서 입력된 전기적 신호가 충전된 충전 소자의 방전을 신속하게 하여, 재충전을 위해 필요한 데드 타임(dead time)을 단축시킬 수 있는 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 유닛 제어 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
더 나아가 포톤 계수 방법을 이용하는 방사선 촬영 장치가 신속하게 포톤을 계수하여 복수의 방사선 영상을 획득할 수 있도록 하는 것 역시 목적이 될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 방법이 제공된다.
포톤 계수 유닛은 입력되는 전기적 신호를 충전하여 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하고 상기 충전된 전기적 신호를 방전하는 증폭부, 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부 및 상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 방사선 강도를 측정하는 측정부를 포함할 수 있다. 여기서 충전 제어부는 수신한 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
한편 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 가변되는 적어도 하나의 저항을 포함할 수 있다.
또한 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부와 연결 또는 단절 가능한 복수의 저항을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 적어도 하나의 저항을 상기 증폭부와 병렬로 연결시켜 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수도 있다.
또한 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 피드백 신호에 상응하는 전류를 상기 증폭부에 인가하여 상기 증폭부의 전기적 신호의 방전을 제어하도록 할 수도 있다.
방사선 촬영 장치는, 대상체로 방사선을 조사하는 방사선 조사부, 상기 대상체를 투과하거나 또는 직접 도달하는 방사선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 방사선 검출부, 상기 변환된 전기적 신호를 충전하여 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하고, 상기 충전된 전기적 신호를 방전하고, 상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 상기 대상체를 투과한 방사선 강도를 측정하는 포톤 카운팅부 및 상기 포톤 카운팅부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부를 포함할 수 있다. 여기서 충전 제어부는 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수 있다.
포톤 계수 유닛 제어 방법은, 입력되는 전기적 신호를 충전 소자에 충전하고 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭 단계, 상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하는 비교 단계 및 상기 비교 결과를 기초로 포톤을 계수하는 계수 단계를 포함할 수 있으며, 또한 수신한 피드백 신호에 따라서 상기 충전된 전기적 신호를 방전시키는 방전 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 유닛 제어 방법에 의하면, 수광된 방사선의 포톤을 계수하여 이용하여 방사선 영상을 획득하는 포톤 계수 방법에 있어서, 신속하게 입력되는 포톤을 계수할 수 있게 된다.
또한 방사선 포톤 계수 장치에 있어서 증폭부의 충전 소자에 충전된 전기적 신호를 신속하게 방전시킴으로써, 재충전을 위해 필요한 데드 타임을 필요에 따라 요구하는 수준으로 단축할 수 있게 되는 효과를 얻을 수도 있다.
더 나아가 상술한 포톤 계수 유닛, 방사선 촬영 장치 및 포톤 계수 유닛 제어 방법에 의하면, 방사선 촬영 장치가 신속하게 포톤을 계수하여 복수의 방사선 영상을 획득할 수 있게 된다.
도 1은 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 2는 충전 제어부의 동작에 따른 충전 및 방전의 일례를 설명하기 위한 그래프 도면이다.
도 3은 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 4는 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 5는 포톤 카운팅 유닛의 충전부의 충전 및 방전을 설명하기 위한 그래프 도면이다.
도 6은 포톤 카운팅 유닛의 다른 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 7은 포톤 카운팅 유닛의 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 8은 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 9는 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 10은 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 11은 측정부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 12 내지 도 14는 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 여러 실시예에 대한 흐름도이다.
도 15는 방사선 촬영 장치의 일 실시예에 대한 정면도이다.
도 16은 방사선 촬영 장치의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 17은 방사선 조사부의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 18은 방사선 수광 패널의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 19 및 도 21은 방사선 수광 패널 및 포톤 카운팅부의 여러 실시예에 대한 구성도이다.
도 21은 방사선 촬영 장치의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이하 도 1 내지 도 11을 참조하여 포톤 카운팅 유닛에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이다.
포톤 카운팅 유닛(100)은 전기적 신호(x)를 기초로 포톤을 계수(計數, counting)하도록 할 수 있다.
포톤 카운팅 유닛(100)은, 일 실시예에 있어서 도 1에 도시된 바와 같이 신호 생성부(10)로부터 전기적 신호(x)를 입력 신호로 하여 전달받을 수 있다.
신호 생성부(10)는, 소정의 동작에 따라 소정의 전기적 신호(x), 일례로 복수의 전기적 전하 패킷(electrical charge packet)를 생성하고 생성된 전기적 신호(x)를 포톤 카운팅부(110)로 전달하도록 할 수 있다. 신호 생성부(10)는, 예를 들어, 외부에서 전달되는 방사선을 수광하고, 방사선의 수광에 따라 수광된 방사선에 상응하는 소정의 전기적 신호(x)를 생성하는 방사선 검출 장치(radiation detector)일 수 있다.
포톤 카운팅 유닛(100)은, 신호 생성부(10)에서 생성된 전기적 신호를 기초로 포톤을 계수하여 결과 신호(z)를 생성하고, 생성된 결과 신호(z)를 출력하여 영상 처리부(20)로 전달하도록 할 수 있다.
구체적으로 포톤 카운팅 유닛(100)은, 포톤 카운팅부(110) 및 충전 제어부(120)를 포함할 수 있다.
포톤 카운팅부(110)는, 포톤에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 입력받고 포톤의 개수를 계수하여 계수 결과에 대한 소정의 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다. 구체적으로 포톤 카운팅부(110)는 입력되는 전기적 신호를 충전(charging)하여 증폭시키고 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 임계 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라서 포톤을 계수하여 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다. 이 경우 포톤 카운팅부(110)가 충전한 전기적 신호는 일정 시간 후에 방전(discharging)될 수 있다.
충전 제어부(120)는 포톤 카운팅부(110)의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어할 수도 있다.
보다 구체적으로 포톤 카운팅부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 증폭부(111)를 포함할 수 있다.
증폭부(111)는 신호 생성부(10)에서 생성되어 증폭부(111)로 입력되는 전기적 신호(x)를 증폭하여 증폭된 소정 전압의 전기적 신호를 출력하고, 증폭된 전기적 신호를 측정부(130)로 전달하도록 할 수 있다. 증폭된 소정 전압의 전기적 신호는 충전 제어부(120)를 제어하는 제어 신호로 이용될 수도 있다.
증폭부(111)는, 전기적 신호(x)를 증폭하면서 전기적 신호(x)를 충전하도록 할 수 있다. 충전된 전기적 신호는 새로운 전기적 신호(x)의 충전을 위해 방전될 수 있다. 전기적 신호(x)의 충전을 위해서 증폭부(111)는 소정의 충전 소자를 포함할 수 있다. 충전 소자는 예를 들어 커패시터(capacitor)일 수도 있다. 증폭부(111)의 충전 소자는 증폭부(111)에 전달되는 전기적 신호(x), 일례로 전기적 전하 패킷을 저장하면서 전기적 전하 패킷을 전압으로 표현 가능하도록 할 수 있다. 이 경우 충전 소자에 충전된 전압의 크기는 전기적 전하 패킷의 양과 비례할 수 있다. 이와 같이 증폭부(111)는 충전 소자를 이용하여 전달되는 전기적 신호(x)를 충전하면서 전압으로 인식할 수 있도록 하고, 이를 이용하여 입력되는 전기적 신호(x)를 증폭하도록 할 수 있다.
증폭부(111)는 전기적 신호(x)의 충전 및 방전은 도 1에 도시된 바와 같이 충전 제어부(120)에 의해 제어될 수도 있다.
충전 제어부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 증폭 신호 또는 제어 신호 등과 같은 피드백 신호를 수신하고, 수신한 피드백 신호를 기초로 포톤 카운팅부(110)의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수 있다. 구체적으로 충전 제어부(120)는 피드백 신호에 따라서 포톤 카운팅부(110)의 증폭부(111)의 전기적 신호(x)의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수 있다.
도 2는 충전 제어부의 동작에 따른 충전 및 방전의 일례를 설명하기 위한 그래프 도면이다.
도 2의 (a)에 도시된 바에 의하면 증폭부(111)는 소정의 충전 기간(t0 내지 t1) 동안 입력되는 전기적 신호(x)를 충전 소자에 충전하고, 충전된 전기적 신호를 소정의 방전 기간(t1 내지 t2) 동안 방전하게 된다. 즉, 증폭부(111)는 입력되는 전기적 신호(x)를 일정 시간을 소모하여 충전 소자에 저장하고, 다시 일정 시간을 소모하여 충전 소자에 저장된 전기적 신호(x)를 삭제하게 된다.
이하 이를 보다 자세히 설명하도록 한다.
만약 입력되는 전기적 신호(x)가 복수의 전하를 포함하는 소정의 전기적 전하 패킷인 경우, 증폭부(111)의 충전 소자에는 일정 시간, 즉 소정의 충전 기간(t0 내지 t1) 동안 지속적으로 전기적 전하 패킷이 전달되고, 지속적으로 전달된 전기적 전하 패킷은 충전 소자에 누적되어 충전 소자를 충전시킨다. 이 경우 전기적 전하 패킷은 상술한 바와 같이 전압의 형태로 충전될 수 있다. 따라서 전기적 전하 패킷이 지속적으로 충전 소자에 유입하는 경우 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 전압은 시간의 경과(t0에서 t1)에 따라서 상승하게 된다. 소정의 기준 이상 전기적 전하 패킷이 충전 소자에 충전되면, 증폭부(111)의 충전 소자에 충전된 전기적 전하 패킷은 소정의 방전 기간(t1 내지 t2)동안 방전하게 된다.
충전 소자는 충전된 전기적 전하 패킷이 방전됨에 따라 새로 인가되는 전기적 전하 패킷을 충전할 수 있게 된다. 즉, 소정의 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷이 저장되어 있는 충전 소자에 새로운 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷을 충전하고자 한다면, 새로운 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷의 충전을 위해서 충전 소자에 먼저 충전되어 있는 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷은 방전되어야 할 필요가 있다. 그렇지 않으면 증폭부(111)의 충전 소자는 새로 전달되는 전기적 전하 패킷을 저장할 수 없게 된다. 전기적 전하 패킷의 방전에는 소정의 방전 기간(t1 내지 t2)가 소요되는 까닭에, 증폭부(111)의 충전 소자는 소정의 전기적 신호를 저장한 후 소정의 시간, 즉 방전 시간(t1 내지 t2)이 경과한 후에야 비로소 새로운 전기적 신호를 저장할 수 있게 된다.
증폭부(111)에서 새로운 전기적 신호의 저장을 위해 일정한 시간, 즉 방전 시간(t1 내지 t10)이 경과되어야 하기 때문에, 증폭부(111)로부터 증폭된 신호를 전달받는 측정부(130) 역시 일정한 시간, 즉 방전 시간(t1 내지 t10)이 경과한 후에야 새로운 포톤 계수 동작을 수행할 수 있게 된다. 따라서 연속적인 포톤 계수 동작 사이에 있어서 방전 시간(t1 내지 t2)에 상응하는 데드 타임을 필요로 하게 된다.
충전 제어부(120)는 증폭부(111)의 충전 소자에 저장된 전기적 신호(x), 즉 충전 소자에 충전된 전기적 전하 패킷을 신속하게 방전시킬 수 있도록 제어하여 상술한 데드 타임을 최소화한다.
이하 충전 제어부(120)에 대해 설명하도록 한다.
구체적으로 충전 제어부(120)는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 신속하게 증폭부(111)의 충전 소자에 저장된 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷이 방전되도록 하여 방전 시간(t1 내지 t2')을 단축시켜 데드 타임을 최소화할 수 있도록 할 수 있다.
충전 제어부(120)는 일 실시예에 의하면 적어도 하나의 가변 저항을 이용하여 충전 소자의 방전 시간을 제어하도록 할 수도 있고, 별도의 수동 소자(passive component)를 이용하여 충전 소자의 방전 시간을 제어하도록 할 수도 있으며, 능동 소자(active component)를 이용하여 충전 소자의 방전 시간을 제어하도록 할 수도 있다.
이하 충전 제어부(120)의 제1 실시예에 대해 설명한다.
도 3은 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이고, 도 4는 포톤 카운팅 유닛의 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면 포톤 카운팅 유닛(100)의 증폭부(110)는 증폭기(111a) 및 충전 소자(111b)를 포함할 수 있다. 이 경우 도 4에 도시된 바에 의하면 증폭기(111a) 및 충전 소자(111b)는 서로 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 또한 충전 제어부(120)는 적어도 하나의 가변 저항(121)일 수 있다. 충전 제어부(120)는 충전 소자(111b)에 병렬로 연결될 수 있다.
증폭부(1110)의 증폭기(111a)는 입력되는 전류 또는 전압의 변화량을 증폭시켜 더 큰 변화량의 신호가 출력되도록 할 수 있다. 구체적으로 증폭기(111a)는 도 4의 (A) 지점에서 소정의 전압 또는 전류의 변화가 생긴 경우, 전압 또는 전류의 변화에 민감하게 반응하여 (B) 지점에서 더 큰 변화의 전압 또는 전류를 생성하도록 할 수 있다. 이와 같은 증폭기(111a)는 예를 들어 연산 증폭기(operation amplifier)일 수 있다.
증폭기(111a)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 양(+)의 입력단은 외부의 제1 기준 전압(Vref)과 연결될 수 있고, 음(-)의 입력단은 신호 생성부(10)에서 생성된 전기적 신호가 입력되는 입력 패드(11)에 연결될 수 있다. 증폭기(111a)의 음의 입력단으로는 양전하 또는 음전하가 유입되지 않는다.
한편 도 4에 도시된 바와 같이 증폭기(111a)와 병렬로 충전 소자(111b)가 연결되어 있을 수 있다. 충전 소자(111b)는 예를 들어 커패시터일 수 있다.
충전 소자(111b)는 전기적 신호가 입력되는 입력 패드(11)와 연결되어 있으며, 실시예에 따라서 입력 패드(11)를 통해 입력되는 음의 전하를 전달받고 전달받은 음의 전화를 충전하도록 할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 도면상 충전 소자(111b)의 좌측은 음의 전하가 충전될 수 있다. 이에 따라 충전 소자(111b)의 우측은 양으로 대전될 수 있다. 이 경우 전류는 충전 소자(111b)에 서 입력 패드(11) 방향으로 흐를 수 있다.
한편 충전 제어부(120)의 일례인 적어도 하나의 가변 저항(121)은, 외부의 피드백 신호, 일례로 증폭된 전기적 신호 또는 별도의 제어 신호를 수신하고, 수신한 피드백 신호, 일례로 증폭된 전기적 신호 또는 별도의 제어 신호에 따라 저항값을 변경하여 충전 소자(111b)의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수 있다. 여기서 증폭된 전기적 신호는 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호일 수 있다. 별도의 제어 신호는 외부의 처리 유닛(processing unit)이나 측정부(130) 등에서 생성된 제어 신호일 수 있다.
적어도 하나의 가변 저항(121)은 외부의 피드백 신호에 따라 저항값을 증가시키거나 또는 감소시켜 충전 소자(111b) 및 방전을 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어 충전 소자(111b)에 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷의 충전이 필요한 경우, 적어도 하나의 가변 저항(121)은 저항값을 최대로 크게 하여 입력 패드(11)에서 전달되는 전기적 신호, 일례로 전하가 가변 저항(121) 방향으로 이동하지 않고 충전 소자(111b) 방향으로만 이동하도록 한다. 그에 따라 충전 소자(111b)에는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 전기적 신호가 전압의 형태로 충전하게 된다.
만약 충전 소자(111b)의 방전이 필요한 경우, 적어도 하나의 가변 저항(121)은 저항값을 작게 하여 입력 패드(11)에서 전달되는 전기적 신호, 일례로 전하가 가변 저항(121)으로도 이동 가능하도록 한다. 적어도 하나의 가변 저항(121)의 저항값이 작은 경우 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호, 일례로 전하는 적어도 하나의 가변 저항(121)을 방향으로 이동하여 (B) 지점으로 흘러갈 수 있게 된다. 그 결과 충전 소자(111b)에 충전된 전하가 방전될 수 있게 된다.
도 5는 포톤 카운팅 유닛의 충전 소자의 충전 및 방전을 설명하기 위한 그래프 도면이다.
신호 생성부(10)로부터 전달되어 입력 패드(11)를 통해 전하가 회로상에 유입될 때 적어도 하나의 가변 저항(121)이 최대값을 가지면 전하는 충전 소자(111b)로 유입되어 충전 소자(111b)를 충전시킨다. 적어도 하나의 가변 저항(121)은 충전 소자(111b)와 병렬로 연결되어 있으므로 적어도 하나의 가변 저항(121)의 저항값이 최대인 경우 충전된 전하의 손실을 막아 최대 크기의 전압 신호를 생성할 수 있다. 그 결과 도 5에 도시된 바와 같이 전압이 점차로 증가하게 된다.
만약 전압이 소정의 임계 전압, 일례로 제1 임계 전압(Vt1)을 초과하게 되면 가변 저항의 저항값은 피드백 신호에 따라 감소할 수 있다. 이 경우 피드백 신호는 증폭된 전기적 신호일 수 있다. 보다 구체적으로 증폭된 전기적 신호의 전압일 수 있다. 즉, 증폭된 전기적 신호의 전압이 일정 수준 이상으로 증가하면 가변 저항(111b)는 저장값을 감소시키도록 할 수 있다. 저항값의 감소 결과 충전 소자(111b)에 충전된 전하는 충전 소자(111b)에서 방전되어 가변 저항(121)를 통해 흐르게 된다. 이 경우 도 5에 도시된 바와 같이 가변 저항(111b)의 저항값이 감소할수록 충전 소자(111b)에 충전된 전하가 더욱 용이하게 가변 저항(111b)을 통해 나갈 수 있으므로, 더욱 빠르게 방전될 수 있다. 즉 저항값의 감소에 상응하여 방전 시간이 감소하게 된다. 다시 말해서 저항값이 최소일 경우의 방전 시간(t1 내지 t2)은, 저항값이 상대적으로 큰 경우의 방전 시간(t1 내지 t3, t4 또는 t5)보다 더욱 단축될 수 있다. 이에 따라 충전 제어부(120)의 일례인 적어도 하나의 가변 저항(121)은 외부의 피드백 신호에 따라서 충전 소자(111b)가 신속하게 방전될 수 있도록 제어할 수 있으며, 그에 따라 데드 타임을 감소시킬 수 있게 된다.
이하 충전 제어부(120)의 제2 실시예에 대해 설명한다.
도 6은 포톤 카운팅 유닛의 다른 일 실시예에 대한 구성도이고, 도 7은 포톤 카운팅 유닛의 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 충전 제어부는 패시브 소자(122)일 수 있다.
패시브 소자(122)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 충전 소자(111b)와 병렬로 연결되어 있을 수 있다.
구체적으로 패시브 소자(122)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 저항(1221b 내지 122nb)을 포함하고 있을 수 있다. 패시브 소자(122)의 복수의 저항(1221b 내지 122nb)은 충전 소자(111b)와 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 또한 복수의 저항(1221b 내지 122nb)은 서로 병렬로 연결되어 있을 수도 있다. 물론 실시예에 따라서 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 일부는 병렬로 일부는 직렬로 연결되는 것도 가능하다.
한편으로 패시브 소자(122)는 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 각각에 연결된 복수의 스위치(1221a 내지 122na)를 더 포함할 수 있다.
패시브 소자(122)의 각각의 스위치(1221a 내지 122na)는 외부에서 전달되는 피드백 신호, 예를 들어 증폭된 전기적 신호 또는 제어 신호에 따라 각각의 스위치(1221a 내지 122na)에 연결된 저항(1221b 내지 122nb)을 전기적으로 연결하거나 차단하도록 하여 패시브 소자(122)의 저항값을 변화시키도록 할 수 있다. 구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 패시브 소자(122)는 증폭부(111)와 전기적으로 연결되어 증폭부(111)에서 출력되는 증폭된 전기적 신호를 전달받고 전달받은 전기적 신호에 따라 패시브 소자(122)의 각각의 스위치(1221a 내지 122na)를 제어하여 패시브 소자(122)의 저항값을 변화시키도록 할 수 있다.
이 경우 예를 들어 충전 소자(111b)에 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷의 충전이 필요한 경우, 패시브 소자(122)의 각각의 스위치(1221a 내지 122na)가 모두 닫혀 패시브 소자(122)의 저항값을 최대로 크게 하도록 하거나, 또는 패시브 소자(122)의 각각의 스위치(1221a 내지 122na)가 모두 열려 각각의 저항(1221b 내지 122nb)이 전기적으로 연결되지 않도록 할 수 있다. 그러면 입력 패드(11)에서 전달되는 전기적 신호, 일례로 전하는 패시브 소자(122)의 높은 저항값 또는 전기적 단절에 기안하여 패시브 소자(122) 방향 이동하는 대신에 충전 소자(111b) 방향으로만 이동할 수 있게 된다. 그에 따라 충전 소자(111b)에는 전기적 신호가 충전되어 도 5에 도시된 바와 같이 충전 소자(111b)의 전압이 증가하게 된다. 물론 패시브 소자(122)의 저항값이 크다고 하더라도 일부 소량의 전하는 각각의 저항(1221b 내지 122nb)로 흐를 수는 있을 것이나, 큰 영향을 미치지는 못할 것이다.
만약 충전 소자(111b)를 방전시키는 경우, 각각의 스위치(1221a 내지 122na) 중 일부의 스위치는 열리고 일부의 스위치는 닫혀서 패시브 소자(122)의 저항값을 감소시킬 수 있다. 패시브 소자(122)의 저항값이 작은 경우 입력 패드(11)에서 전달되는 전기적 신호, 일례로 전하가 패시브 소자(122)으로도 이동 가능하게 될 수 있다. 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호, 일례로 전하는 패시브 소자(122)를 통하여 (B) 지점으로 이동 가능하게 된다. 따라서 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호는 방전될 수 있게 된다.
이 경우 패시브 소자(122)의 저항값은 복수의 스위치(1221a 내지 122na)의 동작 및 동작하는 복수의 스위치(1221a 내지 122na)에 연결된 저항(1221b 내지 122nb)의 크기에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어 충전 소자(111b)의 방전이 필요한 경우 패시브 소자(122)의 복수의 스위치(1221a 내지 122na) 중 가장 작은 저항과 연결된 스위치가 열려 가장 작은 저항을 충전 소자(111b)와 전기적으로 연결시킴으로써 충전 소자(111b)에 충전된 전하를 신속하게 방전시키도록 할 수도 있다.
이하 충전 제어부(120)의 제3 실시예에 대해 설명한다.
도 8은 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 패시브 소자(122)는 복수의 저항(122b1 내지 122bn)과 복수의 저항(122b1 내지 122bn)을 전환시키는 스위치(122a)를 포함할 수도 있다.
복수의 저항(122b1 내지 122bn)은 스위치(122a)의 동작에 따라서 증폭부(111)의 충전 소자(111b)와 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우 각각의 저항(122b1 내지 122bn)의 저항값을 서로 상이할 수도 있다.
스위치(122a)는 외부에서 전달되는 피드백 신호, 예를 들어 증폭된 전기적 신호 또는 제어 신호에 따라 스위치(122a)에 연결된 저항(122b1 내지 122bn) 중 적어도 하나의 저항을 전기적으로 연결하거나 차단하도록 하여 패시브 소자(122)의 저항값을 변경시킬 수 있다.
만약 충전 소자(111b)에 전기적 신호, 일례로 전기적 전하 패킷의 충전이 필요한 경우, 스위치(122a)는 복수의 저항(122b1 내지 122bn) 중 가장 저항값이 큰 저항을 충전 소자(111b)와 병렬로 연결시키거나 또는 복수의 저항(122b1 내지 122bn) 중 어떠한 저항도 충전 소자(111b)와 연결시키지 않음으로써 신호 생성부(11)에서 전달되는 전기적 신호가 충전 소자(111b)로만 전달될 수 있도록 함으로써 충전 소자(111b)가 충전될 수 있도록 할 수 있다.
반대로 충전 소자(111b)를 방전시킬 필요가 있는 경우 스위치(122a)는 복수의 저항(122b1 내지 122bn) 중 가장 저항값이 작은 저항을 충전 소자(111b)에 병렬로 연결시킴으로써 저장값이 작은 저항으로도 전류가 흐를 수 있게 하여 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호, 즉 전하가 방전되도록 할 수 있다.
도 9는 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 구성도이고, 도 10은 포톤 카운팅 유닛의 또 다른 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 포톤 카운팅 유닛(100)의 충전 제어부는 능동 소자(123)일 수도 있다. 능동 소자(123)는 증폭부(111), 구체적으로는 충전 소자(111b)와 병렬로 연결되어 있을 수 있다.
능동 소자(123)는, 일 실시예에 의하면, 증폭된 전기적 신호나 제어 신호와 같은 피드백 신호를 수신하고, 수신한 피드백 신호에 따라서 소정의 전류를 충전 소자(111b)에 인가하여 충전 소자(111b)를 방전시키도록 할 수 있다.
도 10에 도시된 것처럼 신호 생성부(10)에서 외부의 방사선 등의 감지에 따라 출력되는 전기적 신호가 음(-)의 전하인 경우, 음의 전하는 입력 패드(11)를 통하여 충전 소자(111b)로 전달될 수 있다. 충전 소자(111b)는 전달된 음의 전하를 충전하도록 할 수 있다. 결과적으로 도 10의 충전 소자(111b)의 좌측은 음극으로, 우측은 양극으로 대전된다.
증폭기(111a)와 충전 소자(111b)를 통하여 전기적 신호가 증폭되면 능동 소자(123)는 증폭된 전기적 신호 또는 증폭된 전기적 신호의 전압을 입력받고, 입력받은 증폭된 전기적 신호의 전압에 따라서 소정의 전류를 증폭부(111)에 공급하도록 할 수 있다.
예를 들어 능동 소자(123)는 증폭된 전기적 신호의 전압과 원래의 전압과의 차이에 상응하는 소정의 전류를 증폭부(111)에 공급하도록 할 수 있다.
또한 능동 소자(123)는 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 제2 기준 전압(Vref2)과 비교하고 비교 결과에 따라 소정의 전류를 증폭부(111)에 공급하도록 할 수도 있다. 구체적으로 능동 소자(123)는, 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 제2 기준 전압(Vref2)과의 차이(ΔV)를 연산하고, 연산된 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 제2 기준 전압(Vref2)과의 차이(ΔV)에 따라서 소정의 전류를 증폭부(111)의 입력단에 공급하도록 할 수 있다. 증폭부(111)에 공급된 전류는 충전 소자(111b)에 도달하게 되고, 충전 소자(111b)에 저장된 음의 전하는 증폭부(111)에 공급된 전류에 따라서 방전하게 된다. 다시 말해서 능동 소자(123)는 충전 소자(111b)에서 능동 소자(123)의 방향으로 음의 전하가 흐르도록 하여 충전 소자(111b)에 저장된 음의 전하를 방전시키도록 할 수 있다.
물론 반대로 만약 충전 소자(111b)가 양의 전하를 충전한 경우라면, 능동 소자(123)는 음의 전하를 충전 소자(111b)에 공급함으로써, 즉 전류가 충전 소자(111b)에서 능동 소자(123)의 방향으로 흐르도록 함으로써 충전 소자(111b)를 방전시키도록 할 수도 있을 것이다.
능동 소자(123)는 신속하게 전류 또는 음의 전하를 충전 소자(111b)에 공급하여 충전 소자(111b)가 조속히 방전되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 충전 제어부(120)는, 충전 제어부(120)의 저항값을 변경하거나 또는 충전 소자(111b)에 전류 또는 음의 전하를 인가하여 충전 소자(111b)의 방전 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 포톤 계수 시의 데드 타임을 단축시킬 수 있도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 포톤 카운팅부(110)의 증폭부(111)는 증폭된 전기적 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이 출력된 전기적 신호는 도 3, 도 4, 도 6 내지 10에 도시된 바와 같이 충전 제어부(120)로 전달될 수도 있다. 충전 제어부(123)는 출력된 증폭된 전기적 신호에 따라서 증폭부(111)의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하도록 할 수 있다.
예를 들어 충전 제어부(120)는 전달되는 증폭된 전기적 신호가 소정 전압보다 큰 경우에는 가변 저항(121)의 저항값을 감소시키거나, 스위치(도 6의 1221a 내지 122na 또는 도 8의 122a)를 동작시켜 작은 저항값의 저항을 증폭부(111)와 전기적으로 연결시킴으로써 증폭부(111)의 전기적 신호가 신속하게 방전될 수 있도록 할 수 있다. 또한 충전 제어부(120)는 전달되는 증폭된 전기적 신호가 소정 전압보다 큰 경우에는 소정의 전류를 증폭부(111)에 인가하여 증폭부(111)의 전기적 신호가 신속하게 방전되도록 할 수도 있다.
반대로 충전 제어부(120)는 전달되는 증폭된 전기적 신호가 소정 전압보다 작은 경우에는 가변 저항(121)의 저항값을 감소시키거나, 스위치(도 6의 1221a 내지 122na 또는 도 8의 122a)를 동작시켜 큰 저항값의 저항을 증폭부(111)와 전기적으로 연결시킴으로써 증폭부(111)의 전기적 신호가 신속하게 충전되도록 할 할 수도 있다. 또한 충전 제어부(120)는 소정의 전류의 증폭부(111)에 대한 인가를 차단하여 증폭부(111)가 전기적 신호를 신속하게 충전하도록 할 수도 있을 것이다.
이하 측정부(130)에 대해 설명하도록 한다.
포톤 카운팅부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 측정부(130)를 더 포함할 수 있다. 측정부(130)는 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호를 수신하고, 수신한 증폭된 전기적 신호를 이용하여 포톤을 계수하여 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다.
구체적으로 측정부(130)는 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 임계 전압(Vt)을 비교하고, 비교 결과에 따라서 포톤을 계수할 수 있다. 포톤 카운팅 유닛(110)이 방사선 촬영 장치에 적용되는 경우 측정부(130)는 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 임계 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라서 방사선 강도를 측정할 수도 있다.
도 11은 측정부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
구체적으로 측정부(130)는, 도 1 및 도 11에 도시된 바와 같이 비교부(131) 및 계수부(132)를 포함할 수 있다.
비교부(131)는 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호와 적어도 하나의 임계 에너지를 서로 비교하여 증폭된 전기적 신호가 적어도 하나의 임계 에너지보다 큰지 작은지 여부를 판단하고, 비교 판단 결과에 따른 신호를 출력한다. 일 실시예에 의하면 비교부(131)는 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호의 전압과 적어도 하나의 임계 에너지에 상응하는 적어도 하나의 임계 전압(Vt)을 비교하여 비교되는 전기적 신호의 전압이 임계 전압(Vt)보다 크거나 또는 작은지 여부를 판단하도록 할 수도 있다.
이 경우 비교부(131)에서 비교 대상으로 이용되는 적어도 하나의 임계 전압은 사용자 또는 시스템 설계자에 의해 미리 정의된 것일 수도 있다. 또한 적어도 하나의 임계 전압은 시스템 설정에 따라 결정된 것일 수도 있다. 뿐만 아니라 적어도 하나의 임계 전압은 사용자 또는 시스템에 의해 필요에 따라 변경될 수도 있다.
도면상 도시되지는 않았으나 측정부(130)는 적어도 하나의 임계 에너지 또는 임계 전압을 저장하는 데이터베이스를 더 포함할 수도 있다. 그러면 비교부(131)는 적어도 하나의 임계 에너지 또는 임계 전압을 저장한 데이터베이스를 먼저 열람하고 데이터베이스로부터 사용자의 선택 또는 시스템 설정에 따라서 소정의 임계 전압이나 임계 에너지를 호출한 후, 호출된 소정의 임계 에너지를 증폭부(111)에서 증폭된 전기적 신호와 비교하도록 할 수도 있다.
비교부(131)는 일 실시예에 의하면 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지 사이의 비교 판단 결과에 따라서 소정의 이진 신호(binary signal)를 생성하여 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어 비교부(131)는 임계 전압과 전기적 신호의 비교 판단 결과 만약 전기적 신호의 전압이 임계 전압과 동일하거나 또는 임계 전압보다 큰 경우에는 1의 신호를 출력하고, 임계 전압보다 작은 경우에는 0의 신호를 출력하도록 할 수 있다. 비교부(131)에서 출력되는 이진 신호 등의 비교 판단 결과에 대한 신호는 계수부(132)로 전달된다.
계수부(132)는 비교부(131)에서 전달되는 신호에 따라서 임계 에너지 이상의 포톤을 계수하고, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)를 출력하도록 한다. 방사선 촬영 장치에 있어서 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)는 방사선 강도를 측정하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에 의하면 계수부(132)는 비교부(131)로부터 출력되는 1의 신호만을 계수함으로써 임계 에너지보다 큰 포톤의 갯수를 계수하도록 할 수도 있다.
한편 일 실시예에 의하면 도 11에 도시된 바와 같이 측정부(130)는 신호 생성부(133)를 더 포함할 수 있다.
신호 생성부(133)는 비교부(131)로 입력되는 증폭된 전기적 신호, 비교부(131)에서 출력되는 비교 판단 결과에 따른 신호 및 계수부(132)에서 출력되는 결과 신호 중 적어도 하나의 신호를 감지하거나 수신하고, 감지하거나 수신한 신호에 따라서 소정의 제어 신호를 생성한 후 생성된 제어 신호를 충전 제어부(120)로 전달할 수 있다.
신호 생성부(133)는, 예를 들어 비교부(131)에서 비교 판단 결과에 따른 신호를 출력하는 경우, 비교 판단 결과에 따른 신호를 감지하고 신호의 감지에 따라 비교 판단이 종료되었다고 판단하도록 할 수 있다. 신호 생성부(133)는 비교 판단이 종료되었다고 판단한 경우, 충전 제어부(120)에 대해서 증폭부(111)에 충전된 전기적 신호를 방전할 수 있도록 동작하라는 제어 신호를 생성하고 생성된 제어 신호를 충전 제어부(120)로 전달할 수 있다. 충전 제어부(120)는 전달받은 제어 신호에 따라서 가변 저항(121)의 저항값을 감소시키거나, 적어도 하나의 스위치(도 6의 1221a 내지 122na 또는 도 8의 122a 등)를 동작시켜 소정 저항값의 저항을 증폭부(111)와 전기적으로 연결시키거나, 또는 소정의 전류를 증폭부(111), 구체적으로는 충전 소자(111b)에 인가함으로써 증폭부(111)의 전기적 신호가 신속하게 방전되도록 할 수 있다.
계수부(132)에 의한 포톤 계수 결과 신호(z)는 포톤 카운팅 유닛(100)의 출력 패드(output pad)를 통해 외부로 출력될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 포톤 카운팅 유닛(100)에서 출력되는 결과 신호(z)는 예를 들어 영상처리부(20) 등으로 전달될 수 있다. 영상처리부(20)는 임계 에너지 이상의 포톤의 개수에 따라서 소정의 임계 에너지에서의 영상을 생성하도록 할 수 있다.
이하 도 12 내지 도 14를 참조하여 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 여러 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
도 12는 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 12에 도시된 바에 따르면 먼저 신호 생성부(10)에서 생성된 전기적 신호(x)가 포톤 카운팅 유닛(100)으로 입력된다. (s711) 입력된 전기적 신호는 증폭부(111)로 전달될 수 있다.
증폭부(111)에 전달된 전기적 신호가 증폭부(111)의 충전 소자(111b)에 충전될 수 있도록, 충전 제어부(120)의 가변 저항(121)이 저항값이 최대값이 되도록 변경된다. (s721) 여기서 가변 저항(121)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 증폭부(111)와 병렬로 연결될 수 있다.
가변 저항(121)의 저항값이 최대값이 된 결과, 전기적 신호는 가변 저항(121)을 통해 흐르지 않거나 또는 최소한으로 흐르게 되고, 따라서 모든 또는 대부분의 전기적 신호는 증폭부(111)의 충전 소자(111b)로 전달되어 충전 소자(111b)를 충전시킨다. (s712) 충전 소자(111b)가 충전되면서 전달되는 전기적 신호는 전압의 형태로 표현될 수 있다.
증폭부(111)를 통과하면서 전기적 신호는 증폭되고, 증폭된 전기적 신호는 출력되어 측정부(130)로 전달될 수 있다. (s713) 또한 증폭된 전기적 신호는 충전 제어부(120)로 전달될 수도 있다. 충전 제어부(120)로 전달된 증폭된 전기적 신호는 충전 제어부(120)를 제어하기 위한 제어 신호의 역할을 할 수 있다.
측정부(130)는 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압의 대소를 비교한다. 여기서 임계 전압은 사용자 또는 시스템 설정에 따라서 결정될 수 있으며, 필요에 따라 가변적일 수 있다. (s731)
증폭된 전기적 신호와 임계 전압의 비교 결과에 따라서 포톤 계수를 수행한다. (s732) 구체적으로 측정부(130)는 임계 에너지 이상의 포톤을 계수하고, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)를 출력하도록 할 수 있다.
이에 따라 포톤의 계수가 수행될 수 있다.
한편 단계 s731 및 단계 s732에서는 각각 비교 결과에 대한 신호와 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)가 출력될 수 있다. 출력된 비교 결과에 대한 신호 또는 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)는 충전 제어부(120)로 전달되어 그 자체로 충전 제어부(120)에 대한 제어 신호가 될 수 있다. 한편으로 비교 결과에 대한 신호 또는 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)는 별도의 신호 생성부(133)에 의해 감지 또는 수신될 수 있다. 별도의 신호 생성부(1330)는 감지 또는 수신한 비교 결과에 대한 신호 또는 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)에 따라서 소정의 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다. (s735) 출력된 제어 신호는 충전 제어부(120)로 전달될 수 있다.
충전 제어부(120)는 전달받은 증폭된 전기적 신호, 비교 결과에 대한 신호, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z) 또는 신호 생성부(133)에서 생성된 제어 신호를 수신하고, 수신한 비교 결과에 대한 신호, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z) 또는 신호 생성부(133)에서 생성된 제어 신호에 따라서 가변 저항의 저항값을 변경한다. (s722) 이 경우 충전 제어부(120)는 저항값이 최소화되도록 가변 저항(121)의 저항값을 변경할 수도 있다.
가변 저항의 저항값이 가장 작은 값이 되면 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호가 가변 저항을 통해 이동할 수 있게 되므로, 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호가 방전되게 된다. (s714)
소정의 시간이 경과되거나, 방전이 완료되거나 또는 충전 소자(111b)의 전기적 신호의 잔여량이 기준 잔여량 이하인 경우, (s715) 충전 제어부(120)의 가변 저항은 다시 최대치로 변경되어 전기적 신호가 다시 충전될 수 있도록 할 수 있다. (s721, s712)
한편 포톤 계수가 수행되어 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)가 출력되면 (s732) 출력된 결과 신호(z)는 별도의 저장 공간 등에 일시적 또는 비일시적으로 저장될 수도 있다. 별도의 저장 공간에 일시적 또는 비일시적으로 저장된 결과 신호(z)는 영상처리부(20)와 같은 별도의 영상 처리 수단에 의해 독출될 수 있다. (s733) 필요에 따라서 결과 신호(z)가 독출된 후 별도의 신호 생성부(133)가 결과 신호(z)의 독출에 응하여 충전 제어부(120)에 대한 소정의 제어 신호를 생성하여 출력할 수도 있다. (s735) 독출된 결과 신호에 따라서 독출된 결과 신호에 상응하는 영상이 생성될 수 있다. (s734)
도 13은 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 다른 실시예에 대한 흐름도이다.
도 13에 도시된 바에 따르면 상술한 바와 동일하게 먼저 신호 생성부(10)에서 생성된 전기적 신호(x)가 포톤 카운팅 유닛(100)으로 입력된다. 입력된 전기적 신호(x)는 포톤 카운팅 유닛(100)의 증폭부(111)로 전달될 수 있다. (s741)
충전 제어부(120)의 수동 소자(122)에 포함되는 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 적어도 하나의 저항이 선택될 수 있다. (s751) 충전 제어부(120)의 수동 소자(122)에 포함되는 복수의 저항(1221b 내지 122nb)는, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 증폭부(111)의 충전 소자(111b)와 병렬로 연결되어 있을 수 있다.
이 경우 실시예에 따라서 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 저항값이 가장 큰 저항이 선택될 수 있다. 이와 같은 선택은 적어도 하나의 스위치(1221a 내지 122na)의 온-오프(on-off) 동작 또는 스위치(122a)의 전환 동작에 따라 수행될 수도 있다.
수동 소자(122)의 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 저항값이 가장 큰 저항이 선택되었기 때문에, 전기적 신호는 수동 소자(122)를 통해 흐르지 않거나 또는 최소한으로 흐르게 된다. 따라서 모든 또는 대부분의 전기적 신호(x)는 증폭부(111)의 충전 소자(111b)로 전달되어 충전 소자(111b)를 충전시킬 수 있게 된다. (s742)
증폭부(111)를 통과하면서 전기적 신호는 증폭되고, 증폭된 전기적 신호는 출력되어 측정부(130) 또는 충전 제어부(120)로 전달될 수 있다. (s743) 충전 제어부(120)로 전달되는 증폭된 전기적 신호는 충전 제어부(120)를 제어하기 위한 제어 신호로 기능할 수 있다.
측정부(130)는 상술한 바와 동일하게 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압의 대소를 비교하고, 비교 결과에 대한 신호를 출력할 수 있다. (s761) 비교 결과에 대한 신호는 충전 제어부(120)로 전달될 수도 있고, 신호 생성부(133)에 의해 감지 또는 수신될 수 있다. 이 경우 신호 생성부(133)는 비교 결과에 대한 신호에 따라서 충전 제어부(120)에 대한 제어 신호를 생성하여 출력하고, 출력된 제어 신호를 충전 제어부(111)로 전달할 수도 있다. (s765)
측정부(130)는 증폭된 전기적 신호와 임계 전압의 비교 결과에 따라서 포톤 계수를 수행하고, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)를 출력하도록 할 수 있다. (s762) 이 경우 결과 신호(z) 역시 충전 제어부(120)로 전달될 수도 있고, 신호 생성부(133)에 의해 감지 또는 수신될 수도 있다. (s765)
출력된 결과 신호(z)는 영상처리부(20) 등에 의해 독출되고, (s763) 영상처리부(20)는 독출된 결과 신호(z)를 기초로 소정의 영상을 생성하도록 할 수 있다. 한편 영상처리부(20)에 의해 결과 신호가 독출될 때, 신호 생성부(133)가 충전 제어부(120)에 대한 소정의 제어 신호를 생성하여 출력하는 것도 가능하다. (s765)
충전 제어부(120)는 전달받은 증폭된 전기적 신호, 비교 결과에 대한 신호, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z) 또는 신호 생성부(133)에서 생성된 제어 신호를 수신하고, 수신한 비교 결과에 대한 신호, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z) 또는 신호 생성부(133)에서 생성된 제어 신호에 따라서 수동 소자(121)의 저항값을 변경하도록 할 수 있다. (s752) 예를 들어 수동 소자(121)의 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 가장 저항값이 작은 저항을 선택하여 수동 소자의 저항값을 변경하도록 할 수 있다. 실시예에 따라서 복수의 저항(1221b 내지 122nb) 중 하나의 저항을 선택하거나 또는 복수의 저항을 선택할 수도 있다.
수동 소자(122)의 저항값이 변경되면 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호가 가변 저항을 통해 이동하게 되어, 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호가 방전될 수 있다. (s744)
소정의 시간이 경과하거나, 방전이 완료되거나 또는 충전 소자(111b)의 전기적 신호의 잔여량이 기준 잔여량보다 작은 경우, (s745) 수동 소자(122)의 저항값은 원상 복귀하여 증폭부(111)의 충전 소자(111b)에 전기적 신호가 다시 충전될 수 있도록 할 수 있다. (s721, s712)
도 14는 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 또 다른 실시예에 대한 흐름도이다.
도 14에 도시된 바와 같이 포톤 카운팅 유닛 제어 방법의 또 다른 실시예에 의하면, 먼저 신호 생성부(10)에서 전기적 신호(x)가 생성된다. 이 때 생성되는 전기적 신호(x)는 전기적 전하 패킷일 수 있으며, 더 나아가 음의 전하로 이루어진 것일 수 있다. 신호 생성부(10)에서 생성된 전기적 신호(x)는 포톤 카운팅 유닛(100)의 증폭부(111)로 전달될 수 있다. (s771) 증폭부(111)로 전달된 전기적 신호(x)는 증폭부(111)의 충전 소자(111b)로 인가되어 충전 소자(111b)를 소정의 전압에 도달할 때까지 충전시킨다. (s772) 한편으로는 증폭부(111)를 통과하면서 전기적 신호(x)는 증폭될 수 있다. 증폭된 전기적 신호는 측정부(130) 또는 충전 제어부(120)로 전달될 수 있다. (s773) 충전 제어부(120)로 전달되는 증폭된 전기적 신호는 충전 제어부(120)를 제어하기 위한 제어 신호로 기능할 수 있다.
측정부(130)는 상술한 바와 동일하게 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압의 대소를 비교하고, 비교 결과에 대한 신호를 출력하고, (s791) 비교 결과에 대한 신호를 충전 제어부(120) 또는 측정부(130) 내의 계수부(132)로 전달할 수 있다. 측정부(130), 구체적으로 계수부(132는 증폭된 전기적 신호와 임계 전압의 비교 결과에 따라서 포톤 계수를 수행하고, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z)를 출력할 수 있다. (s792)
영상처리부(20)는 결과 신호(z)를 독출하고, (s793) 독출된 결과 신호(z)를 기초로 소정의 영상을 생성할 수 있다. (s794)
일 실시예에 의하면 비교 결과에 대한 신호 및 결과 신호(z) 중 적어도 하나는 충전제어부(130)를 제어하기 위한 제어 신호로 기능할 수 있다. 또한 비교 결과에 대한 신호 및 결과 신호(z) 중 적어도 하나는 신호 생성부(133)에 의해 감지되거나 수신될 수 있으며, 신호 생성부(133)는 감지하거나 수신한 비교 결과에 대한 신호 및 결과 신호(z)를 기초로 충전제어부(130)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다. (s795) 상술한 바와 같이 신호 생성부(133)는, 한편 영상처리부(20)에 의해 결과 신호가 독출될 때, 충전 제어부(120)에 대한 소정의 제어 신호를 생성하여 출력할 수도 있다.
충전 제어부(120)는 증폭된 전기적 신호, 비교 결과에 대한 신호, 포톤 계수에 대한 결과 신호(z) 또는 신호 생성부(133)에서 생성된 제어 신호를 수신하고, 수신한 신호에 따라서 동작할 수 있다. 이 경우 충전 제어부(120)는 능동 소자(123)일 수도 있다. 능동 소자(123)는, 일 실시예에 따르면, 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 제2 기준 전압(Vref2)의 차이(ΔV)를 연산한 후, 연산된 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 제2 기준 전압(Vref2)과의 차이(ΔV)에 따라서 소정의 전류를 출력하여 증폭부(111)에 공급하도록 할 수 있다. (s781)
출력된 소정의 전류는 증폭부(111)의 충전 소자(111b)에 도달하여 충전 소자(111b)에 저장된 음의 전하로 이루어진 전기적 신호를 방전시킬 수 있다. (s774)
충전 소자(111b)의 전기적 신호의 방전이 완료되거나, 충전 소자(111b)에 충전된 전기적 신호의 잔여량이 기준 잔여량 이하인 경우 능동 소자(123)는 전류의 출력을 중단하도록 할 수 있다. (s782) 또는 소정의 시간이 경과한 후 능동 소자(123)가 전류의 출력을 중단시킴으로써 충전 소자(111b)가 방전을 완료하도록 하는 것도 가능할 것이다. 방전이 완료되면 충전 소자(111b)는 새로 입력되는 전기적 신호를 다시 충전할 수 있게 된다.
이하 도 15 내지 도 20을 참조하여 방사선 촬영 장치에 대해서 설명하도록 한다.
도 15는 방사선 촬영 장치의 일 실시예에 대한 정면도이다.
도 15에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 방사선 촬영 장치는 디지털 방사선 촬영 장치(1)일 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 디지털 방사선 촬영 장치를 통하여 방사선 촬영 장치의 일 실시예에 대해 설명하도록 하나, 설명되는 방사선 촬영 장치는 디지털 방사선 촬영 장치에 한정되지 않으며, 형광 투시 영상 장치, 심전도 측정기, 유방 촬영 장치나 컴퓨터 단층 촬영 장치 등 방사선 포톤의 개수를 계수하여 영상을 생성하는 다른 여타의 방사선 촬영 장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이 방사선 촬영 장치는 방사선 조사부(300)가 형성되는 방사선 조사 모듈(310)과, 대상체(ob)가 거치되는 거치대(411)가 형성된 거치부(410)를 포함할 수 있다.
도 16은 방사선 촬영 장치의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 16에 도시된 바에 의하면 방사선 촬영 장치는 일 실시예에 있어서, 입력부(i), 제어부(200), 방사선 조사부(300), 방사선 검출부(400), 포톤 카운터부(500), 영상처리부(600) 및 디스플레이부(d)를 포함할 수 있다.
입력부(i)는 방사선 촬영 장치의 조작자로부터 소정의 정보, 지시 또는 명령을 입력받는다. 구체적으로 입력부(i)는 방사선 촬영이나 방사선 영상 처리에 관한 다양한 각종 정보, 지시 또는 명령, 예를 들어 방사선 조사 회수나 방사선 조사량 등을 입력받고, 입력받은 각종 정보, 지시 또는 명령을 제어부(200)로 전달하도록 할 수 있다.
입력부(i)는 일 실시예에 의하면 방사선 촬영 장치에 직접 설치된 각종 사용자 인터페이스, 일례로 각종 버튼, 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball), 트랙패드(track-pad), 터치스크린 패널 또는 각종 레버(lever), 핸들(handle)이나 스틱(stick) 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 입력부(i)는 방사선 촬영 장치에 직접 설치되어 있을 수도 있고, 방사선 촬영 장치와 유무선 통신망을 통하여 데이터를 송수신할 수 있는 별도의 워크스테이션(workstation)에 마련되어 있을 수도 있다.
제어부(200)는 소정의 제어 명령을 생성하고 생성된 제어 명령을 방사선 조사부(300), 방사선 검출부(400), 포톤 카운터부(500) 또는 영상처리부(600) 등에 전달함으로써 방사선 촬영 장치의 전반적인 동작을 제어하도록 할 수 있다. 구체적으로 제어부(10)는 상술한 입력부(i)로부터 입력되는 사용자의 지시나 명령 또는 각종 정보를 전달받고, 전달받은 지시나 명령 또는 각종 정보를 이용하여 방사선 촬영 장치의 소정의 동작을 제어하도록 할 수도 있고, 미리 정의된 설정에 따라서 방사선 촬영 장치의 소정의 동작을 제어하도록 할 수도 있다.
예를 들어 제어부(200)는 입력부(i)를 통해 사용자로부터 소정 선량의 방사선을 대상체(ob)로 조사하라는 방사선 촬영 개시 명령을 입력받고, 입력된 방사선 촬영 개시 명령에 따라 방사선 조사부(300)가 대상체(ob)로 방사선을 조사하도록 할 수도 있다.
방사선 조사부(300)는 대상체(ob)로 소정 에너지의 방사선을 조사하도록 한다. 실시예에 따라서 방사선 조사부(300)는 서로 상이한 복수 에너지의 방사선을 대상체(ob)로 수회 조사하여 멀티 에너지 방사선 영상(MEX, multi-energy X-ray image)가 획득될 수 있도록 할 수도 있다.
만약 방사선 촬영 장치가 도 15에 도시된 바와 같이 디지털 방사선 촬영 장치인 경우, 방사선 조사부(300)는 방사선 조사 모듈(310)의 내부에 형성되어 있을 수 있다.
도 17은 방사선 조사부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 17에 도시된 바를 참조하면 방사선 조사부(300)는 방사선 튜브(320) 및 전원(323) 를 포함할 수 있다.
전원(323)은 조사될 방사선의 조사량이나 방사선 에너지에 따라서 방사선 튜브(320)에 소정의 전압을 인가할 수 있다.
방사선 튜브(320)는 도 17에 도시된 바와 같이 전자가 모여있는 음(-)극의 필라멘트(321) 및 애노드(anode, 양극, 322)를 포함할 수 있다.
방사선 튜브(320)에 전원(323)로부터 소정의 전압이 인가되면, 인가된 관전압에 따라서 방사선 튜브(320) 내부의 음극의 필라멘트(321) 또는 그 주변에 위치하는 전자는 애노드(322) 방향으로 가속되면서 이동하게 된다. 애노드(322) 방향으로 가속되면서 이동하는 전자는 애노드(322)에 충돌하면서 쿨롱힘에 의해 급격히 감속하게 된다. 전자가 감속될 때 에너지 보존 법칙에 따라서 애노드(322)에서는 인가된 관전압에 상응하는 방사선이 발생하게 된다. 이에 따라 방사선 조사부(300)는 방사선을 발생시킬 수 있게 된다.
방사선 조사부(300)는 콜리메이터(collimator, 324)를 더 포함할 수 있다. 콜리메이터(23)는 도 17에 도시된 바와 같이 방사선의 조사 경로상에 설치될 수 있다. 콜리메이터(23)는 특정 방향의 방사선은 통과시키고 특정 방향 외의 방향으로 진행하는 방사선은 흡수하거나 반사시켜 필터링(filtering)함으로써 방사선 조사부(300)가 소정의 범위 또는 소정의 방향으로 방사선을 조사할 수 있도록 한다. 콜리메이터(23)는 예를 들어 납(Pb)과 같이 방사선을 흡수할 수 있는 소재로 이루어질 수 있다. 이와 같은 콜리메이터(23)를 이용하여 사용자는 방사선의 조사 방향이나 조사 범위를 제어할 수 있게 된다.
방사선 조사부(300)는 전원(323)으로부터 인가되는 관전압 등을 변화시켜서 여러 에너지의 방사선을 대상체(ob)로 조사하도록 할 수 있다. 또한 방사선 조사부(300)는 관전압을 수회 인가하여 관전압의 인가 회수에 상응하는 회수로 방사선을 발생시킬 수도 있다.
방사선 검출부(400)는 방사선 조사부(300)에서 조사된 방사선을 수광하고 수광된 방사선을 전기적 신호로 변환한다. 방사선 검출부(400)는 방사선 조사부(300)에서 조사되고 대상체(ob)를 투과한 방사선을 수광할 수 있도록, 방사선 거치부(410)의 거치대(411)의 내면에 형성되어 있을 수 있다. 만약 도 15에 도시된 바와 같이 방사선 조사부(300)가 설치된 방사선 조사 모듈(310)이 상 방향에서 방사선을 조사한다면, 방사선 검출부(400)는 방사선 거치부(410)의 거치대(411)의 하단에 설치될 수 있을 것이다.
방사선 조사부(300)는 대상체(ob)를 투과하거나 또는 직접 도달하는 방사선을 수광하기 위하여 방사선 수광 패널(420)을 포함할 수 있다.
도 18은 방사선 수광 패널의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 18에 도시된 바와 같이 방사선 수광 패널(420)은 적어도 하나의 픽셀(pixel, 420p)로 구획될 수 있다. 방사선 검출 패널(420)의 각각의 픽셀(420p)은, 일 실시예에 의하면 방사선이 각 픽셀(420p)에 도달한 경우 도달한 방사선에 상응하는 전기적 신호를 생성하여 수광된 방사선에 상응하는 방사선 신호로 변환하도록 할 수도 있다. 또한 각각의 픽셀(420p)은 다른 일 실시예에 의하면 방사선의 도달에 따라 도달한 방사선에 상응하는 가시광선 광자를 출력하고 가시광선 광자를 감지한 후 감지된 가시광선 광자에 상응하는 전기적 신호를 생성하여 방사선을 상응하는 방사선 신호로 변환하도록 할 수도 있다.
도 19 및 도 20은 방사선 수광 패널 및 포톤 카운팅부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 방사선 검출부(400)는 복수의 픽셀(420p)로 이루어진 방사선 검출 패널(410)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면 도 19에 도시된 바와 같이 방사선 검출 패널(410)의 각각의 픽셀(420p)은 수광 소자(421) 및 수광 소자가 설치될 수 있는 씨모스칩(CMOS chip, 422)를 포함할 수 있다. 이 경우 직접 방식에 따라서 수광된 방사선을 소정의 전기적 신호, 즉 방사선 신호로 변환하도록 할 수 있다.
이 경우 수광 소자(421)는 광도전체(photoconductor)일 수 있다.
광도전체(421)는 수광된 방사선에 따라서 방사선에 상응하는 소정의 전기적 신호, 즉 방사선 신호를 출력하도록 할 수 있다. 출력된 방사선 신호는 직접 포톤 카운터부(500)로 전달될 수 있다. 이 경우 출력되는 방사선 신호는 전기적 전하 패킷일 수 있다. 또한 전기적 전하 패킷은 음의 전하로 이루어진 전기적 전하 패킷일 수도 있다.
다른 일 실시예에 의하면 도 20에 도시된 바와 같이 방사선 검출 패널(410)의 각각의 픽셀(420p)은 수광 소자(421'), 광 감지 소자(423) 및 수광 소자(421) 및 광 감지 소자(423)가 설치될 수 있는 씨모스팁(422)를 포함할 수 있다. 이 경우 간접 방식에 따라서 수광된 방사선을 소정의 전기적 신호, 즉 방사선 신호로 변환하도록 할 수 있다.
이 경우 수광소자(421')는 신틸레이터(scintillator)일 수 있다. 신틸레이터(421')는 방사선을 수광하고 수광된 방사선에 따라서 소정의 포톤, 일례로 가시 포톤(visible photon)을 출력하는 소자이다.
광 감지 소자(423)은, 신틸레이터(421')에서 출력된 가시 광선 포톤을 감지하여 전기적 신호, 즉 방사선 신호를 출력하도록 할 수 있다. 광 감지 소자(423)는 일 실시예에 의하면 포토다이오드(photodiode)일 수 있다. 상술한 바와 동일하게 출력되는 방사선 신호는 전기적 전하 패킷일 수 있다. 또한 전기적 전하 패킷은 음의 전하로 이루어진 전기적 전하 패킷일 수도 있다.
일 실시예에 있어서 방사선 수광 패널(420)의 복수의 픽셀(420p)은, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 복수의 포톤 카운터부(500)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 각각의 픽셀(420p)은 대응하는 각각의 포톤 카운터부(500)와 전기적으로 연결될 수 있다.
각각의 포톤 카운터부(500)는 임계 에너지 이상의 포톤을 계수하여 방사선 영상 생성에 필요한 소정의 데이터, 일례로 방사선 강도를 획득하도록 할 수 있다.
포톤 카운터부(500)는 일 실시예에 의하면 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 증폭부(510), 충전 제어부(520), 비교부(530) 및 계수부(540)를 포함할 수 있다.
증폭부(510)는 입력되는 방사선 신호를 소정의 충전 소자, 일례로 커패시터에 충전하여 방사선 신호를 증폭하고 소정의 충전 소자, 일례로 커패시터에 충전된 전기적 신호를 방전하도록 할 수 있다.
일 실시예에 의하면 증폭부(510)는 도 3, 도 4, 도 6 내지 10에 도시된 바와 같이 서로 병렬로 연결되는 증폭기와 충전 소자를 포함할 수 있다. 여기서 증폭기의 음의 입력단은 방사선 신호가 출력되는 수광 소자 또는 포토 다이오드와 연결된 입력단과 연결될 수 있고, 양의 입력단은 기준 전압과 연결될 수 있다.
증폭부(510)의 충전 소자에는 방사선 신호가 충전될 수 있다. 이 경우 충전 소자는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 소정의 충전 시간(t0 내지 t1) 동안 방사선을 충전하도록 하여 증폭부(510)가 증폭된 방사선 신호를 출력할 수 있도록 한다. 한편 증폭된 방사선 신호가 출력되면 충전 소자는 소정의 방전 기간(t1 내지 t2) 동안 방전하여 새로운 방사선 신호가 충전될 수 있도록 한다.
충전제어부(520)는 증폭부(510)의 충전 소자의 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수 있다.
구체적으로 충전제어부(520)는 적어도 하나의 가변 저항을 이용하거나, 패시브 소자를 이용하거나 또는 능동 소자를 이용하여 증폭부(510)에 대한 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수 있다.
예를 들어 충전제어부(520)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 가변 저항의 저항값을 충전 시에는 최대로 하고 방전 시에는 최소로 하여 증폭부(510)의 충전 소자에 대한 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수 있다.
또한 충전제어부(520)는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 저항과 적어도 하나의 스위치를 포함하는 패시브 소자를 이용하여, 복수의 저항 중 적어도 하나의 저항을 선택함으로써 패시브 소자의 저항을 변경함으로써 증폭부(510)에의 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수도 있다. 이 경우 방사선 신호의 충전 시에는 패시브 소자의 저항의 저항값이 최대가 되도록 제어하고, 방전 시에는 패시브 저항의 저항값이 최소가 되도록 제어하도록 할 수 있다.
뿐만 아니라 충전제어부(520)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 능동 소자를 이용하여 증폭부(510)에의 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수도 있다. 능동 소자는 방사선 신호가 충전되는 경우에는 별도의 전류를 증폭부(510)로 전달하지 않고, 방사선 신호가 방전되어야 하는 경우에는 별도의 전류를 증폭부(510)로 전달하여 방사선 신호가 방전되도록 제어할 수 있다. 이 경우 능동 소자는 증폭된 방사선 신호의 전압을 이용하여 방사선 신호의 전압에 상응하는 전류를 증폭부(510)에 전달하여 방사서 신호를 방전시킬 수 있다.
한편 충전 제어부(520)는 피드백 신호를 기초로 증폭부(510)의 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수도 있다.
구체적으로 충전 제어부(520)는 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 증폭부(510)에서 출력되는 증폭된 방사선 신호, 비교부(530)에서 출력되는 비교 결과 신호 또는 계수부(540)에 출력되는 결과 신호를 수신하거나, 또는 이와 같은 신호를 기초로 생성된 별도의 제어 신호를 수신하고, 수신된 신호에 따라 증폭부(510)의 방사선 신호의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수도 있다.
비교부(530)는 증폭부(510)에서 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지를 비교하여 증폭된 전기적 신호가 임계 에너지보다 크거나 또는 작은 전기적 신호인지 여부를 비교 판단하고 그에 따른 비교 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다. 이 경우 비교 결과 신호는 이진 신호일 수도 있다. 예를 들어 만약 증폭된 전기적 신호가 임계 에너지보다 큰 경우 비교 결과 신호는 1일 수 있고, 반대로 증폭된 전기적 신호가 임계 에너지보다 작은 경우 비교 결과 신호는 0일 수 있다.
계수부(540)는 비교부(530)에서 전달되는 비교 결과 신호를 이용하여 임계 에너지 이상의 포톤을 계수하고 포톤에 대한 계수 결과 정보를 출력하도록 할 수 있다. 이와 같은 계수 결과 정보는 방사선 강도일 수 있다.
출력된 계수 결과 정보는 영상 처리부(600)에 의해 독출될 수 있다.
영상처리부(500)는 포톤 카운터부(500)에서 출력되는 계수 결과 정보를 기초로 방사선 영상을 생성하도록 할 수 있다. 예를 들어 영상처리부(500)는 각각의 픽셀에 대한 방사선의 강도에 따라 각각의 픽셀에 상응하는 방사선 영상 상의 픽셀에 대해 소정의 영상값을 대입하여 방사선 영상을 생성하도록 할 수도 있다. 보다 구체적으로는 영상처리부(600)는, 소정의 픽셀에 대해서 계수된 포톤의 숫자가 적거나 거의 없어 방사선 강도가 낮은 경우에는 소정의 픽셀에 대응하는 방사선 영상의 픽셀에는 상대적으로 어두운 색, 일례로 검은색이 표시되도록 하고, 반대로 소정의 픽셀에 대해서 계수된 포톤의 숫자가 많아 방사선 강도가 높은 경우에는 소정의 픽셀에 대응하는 방사선 영상의 픽셀에는 상대적으로 밝은 색, 일례로 흰색이 표시되도록 하여 소정의 방사선 영상을 생성하도록 할 수 있다.
이상 설명한 영상처리부(600)는 방사선 촬영 장치에 설치된 프로세서일 수도 있고, 방사선 촬영 장치와 유무선 통신망으로 연결된 워크스테이션 등에 설치된 프로세서 등일 수도 있다.
영상처리부(600)에서 생성된 방사선 영상은, 별도의 자기 디스크나 메모리칩과 같은 저장 매체에 저장될 수도 있고 방사선 촬영 장치나 외부의 워크 스테이션에 설치된 디스플레이부(d)를 통해 표시될 수도 있다.
또한 영상처리부(440)로부터 출력되는 방사선 영상은, 영상 후처리부(610)로 전달될 수도 있다. 영상 후처리부(610)는 방사선 영상의 명도(brightness)나 채도(color), 대조도(contrast) 또는 선예도(sharpness)를 수정하여 방사선 영상을 더 보정할 수 있다. 실시예에 따라서 영상 후처리부(441)는 복수의 방사선 영상을 이용하여 삼차원 입체 방사선 영상을 생성할 수도 있다. 후처리된 방사선 영상은 저장 매체에 전달되어 저장될 수도 있고, 또는 방사선 촬영 장치나 워크스테이션에 마련된 디스플레이부(d) 등으로 전달되어 사용자 등에게 표시될 수도 있다.
이하 도 21을 참조하여 방사선 촬영 장치의 제어 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 21은 방사선 촬영 장치의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 21에 도시된 바에 따르면 방사선 촬영 장치의 제어 방법에 있어서 먼저 방사선이 발생하여 대상체(ob)로 조사된다. (s800) 조사된 방사선은 대상체(ob)를 투과하면서 소정의 감쇠율에 따라 감쇠하게 된다.
대상체(ob)를 투과하면서 소정의 감쇠율에 따라 감쇠된 방사선 및 대상체(ob)를 지나지 않고 직접 도달하는 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 상응하는 전기적 신호, 즉 방사선 신호를 출력한다. (s801)
출력된 방사선 신호는 증폭부의 충전 소자 등에 충전될 수 있다. (s810) 한편 이 경우 일 실시예에 의하면 충전 제어부가 증폭부의 충전 소자가 전기적 신호가 충전될 수 있도록 가변 저항의 저항값을 최대로 하거나, 복수의 저항 중 저항값이 가장 큰 저항을 선택하여 연결하거나, 또는 소정의 전류를 차단하도록 할 수도 있다. 실시예에 따라서 충전 소자와 충전 제어부 사이의 전기적 연결을 단절시킴으로써 오직 증폭부의 충전 소자로 방사선 신호가 이동하도록 할 수도 있다. 출력된 방사선 신호는 증폭부의 충전 소자 등에 충전되면서 전압으로 변경되면서 증폭된다.
증폭부는 증폭된 방사선 신호를 출력하여 비교부로 전달하도록 할 수 있다. (s811) 이 경우 증폭된 방사선 신호는 충전 제어부로 전달되는 피드백 신호로 이용될 수 있다.
비교부에서는 증폭된 방사선 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고 비교 결과에 따른 비교 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다. (s820) 출력된 비교 결과 신호는 계수부로 전달될 수 있다. 또한 비교 결과 신호는 충전 제어부로 전달되어 피드백 신호로 이용될 수도 있다.
계수부는 비교 결과에 따라 임계 전압보다 큰 포톤의 개수를 계수할 수 있다. (821) 그리고 포톤 계수의 결과를 계수 결과 신호의 형태로 출력하도록 할 수 있다. 결과 신호 역시 충전 제어부로 전달되어 피드백 신호로 이용될 수도 있다.
영상 처리부는 계수 결과를 독출하고, (s822) 독출된 계수 결과에 따라 소정의 방사선 영상을 생성하도록 할 수 있다. (s823)
한편 단계 s810에서 충전 소자에 충전된 전기적 신호는 다음 새로운 방사선 신호의 충전을 위해 방전될 수 있다. 이 경우 방사선 신호의 방전은 상술한 단계 s820 내지 s822 중 적어도 하나의 단계에 선행하여 수행될 수도 있고, 적어도 하나의 단계와 동시에 수행될 수도 있으며, 경우에 따라서 적어도 하나의 단계에 후행하여 수행될 수도 있다.
이와 같은 방사선 신호의 방전을 위해서 증폭된 방사선 신호, 비교 결과 신호 또는 포톤 계수의 계수 결과 신호 등과 같은 피드백 신호가 충전 제어부로 전달될 수 있다. (s830)
충전 제어부는 피드백 신호에 따라서 동작할 수 있다. (s831) 이 경우 충전 제어부는, 실시예에 따라서 가변 저항의 저항값을 최소로 하거나, 복수의 저항 중 저항값이 가장 작은 저항을 선택하여 연결하거나, 또는 소정의 전류를 증폭부에 유입시키도록 할 수 있다.
이와 같이 충전 제어부가 동작함으로써 충전 소자에 충전된 방사선 신호가 방전될 수 있다. (s832)
방사선 신호가 방전된 충전 소자는, 단계 s801처럼 새로운 방사선 신호가 출력되는 경우, 출력되는 방사선 신호를 충전하도록 할 수 있다.
10 : 신호 생성부 20 : 영상처리부
100 : 포톤 카운팅 유닛 110 : 포톤 카운팅부
111 : 증폭부 120 : 충전 제어부
130 : 측정부 131 : 비교부
132 : 계수부 133 : 신호 생성부
200 : 제어부 300 : 방사선 조사부
400 : 방사선 검출부
500 : 방사선 촬영 장치의 포톤 카운터부
600 : 방사선 촬영 장치의 영상 처리부
610 : 영상 후처리부

Claims (23)

  1. 입력되는 전기적 신호를 충전하여 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하고 상기 충전된 전기적 신호를 방전하는 증폭부;
    상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부; 및
    상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 포톤을 계수하는 측정부;
    를 포함하되, 상기 충전 제어부는 수신한 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 포톤 계수 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 신호는, 상기 증폭된 전기적 신호 또는 상기 측정부로부터 전달되는 제어 신호 중 적어도 하나인 포톤 계수 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는, 상기 입력되는 전기적 신호를 충전하는 충전 소자;
    를 포함하는 포톤 계수 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 증폭부와 병렬로 연결되는 포톤 계수 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 가변되는 적어도 하나의 저항을 포함하는 포톤 계수 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부와 연결 또는 단절 가능한 복수의 저항을 포함하는 포톤 계수 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 복수의 저항 중 적어도 하나의 저항을 상기 증폭부와 병렬로 연결시켜 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 포톤 계수 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 피드백 신호에 상응하는 전류를 상기 증폭부에 인가하여 상기 증폭부의 전기적 신호의 방전을 제어하는 포톤 계수 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 증폭된 전기적 신호에 따라서 상기 충전 제어부에 대한 제어 신호를 생성하는 포톤 계수 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지를 비교하여 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지의 대소를 판단하는 비교부; 및
    상기 비교부의 판단 결과에 따라서 포톤을 계수하는 계수부;
    를 포함하는 포톤 계수 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 비교부는, 상기 비교 결과에 따라서 상기 충전 제어부에 대한 제어 신호를 생성하는 포톤 계수 유닛.
  12. 대상체로 방사선을 조사하는 방사선 조사부;
    상기 대상체를 투과하거나 또는 직접 도달하는 방사선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 방사선 검출부;
    상기 변환된 전기적 신호를 충전하여 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하고, 상기 충전된 전기적 신호를 방전하고, 상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 상기 대상체를 투과한 방사선 강도를 측정하는 포톤 카운팅부; 및
    상기 포톤 카운팅부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부;
    를 포함하되, 상기 충전 제어부는 피드백 신호에 따라서 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 방사선 촬영 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피드백 신호는, 상기 포톤 카운팅부로부터 전달되는 제어 신호인 방사선 촬영 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포톤 카운팅부는, 상기 증폭된 전기적 신호에 따라서 상기 충전 제어부에 대한 제어 신호를 생성하여 상기 충전 제어부로 전달하는 방사선 촬영 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 가변하는 적어도 하나의 가변 저항을 포함하는 방사선 촬영 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 포톤 카운팅부와 연결 또는 단절 가능한 복수의 저항을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 적어도 하나의 저항을 상기 포톤 카운팅부와 연결시켜 상기 증폭부의 전기적 신호의 충전 및 방전을 제어하는 방사선 촬영 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 피드백 신호에 상응하는 전류를 상기 증폭부에 인가하여 상기 증폭부의 전기적 신호의 방전을 제어하는 방사선 촬영 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 포톤 카운팅부는,
    상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지를 비교하여 증폭된 전기적 신호와 임계 에너지의 대소를 판단하는 비교부; 및
    상기 비교부의 판단 결과에 따라서 포톤을 계수하는 계수부;
    를 포함하되, 상기 증폭부는 입력되는 전기적 신호를 충전하고 상기 충전된 전기적 신호를 방전하는 충전 소자를 포함하는 방사선 촬영 장치.
  19. 입력되는 전기적 신호를 충전 소자에 충전하고 상기 입력되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭 단계;
    상기 증폭된 전기적 신호의 전압과 임계 전압을 비교하는 비교 단계; 및
    상기 비교 결과를 기초로 포톤을 계수하는 계수 단계;
    를 포함하되,
    수신한 피드백 신호에 따라서 상기 충전된 전기적 신호를 방전시키는 방전 단계;
    를 더 포함하는 포톤 계수 유닛 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 피드백 신호는, 상기 증폭된 전기적 신호 또는 상기 측정부로부터 전달되는 제어 신호 중 적어도 하나인 포톤 계수 유닛 제어 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 방전 단계는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 충전 소자와 병렬로 연결된 적어도 하나의 가변 저항의 저항을 변화시켜 상기 충전된 전기적 신호를 방전시키는 포톤 계수 유닛 제어 방법.
  22. 제19항에 있어서
    상기 방전 단계는, 상기 충전 소자와 병렬로 연결되고 상기 피드백 신호에 따라서 상기 충전 소자와 전기적으로 연결 또는 단절 가능한 복수의 저항 중 적어도 하나의 저항을 전기적으로 연결시켜 상기 충전된 전기적 신호를 방전시키는 포톤 계수 유닛 제어 방법.
  23. 제19항에 있어서
    상기 방전 단계는, 상기 피드백 신호에 따라서 상기 피드백 신호에 상응하는 전류를 상기 충전 소자에 인가하여 상기 충전된 전기적 신호를 방전시키는 포톤 계수 유닛 제어 방법.
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