KR20150021067A - 미지의 방사선 도즈량의 신속한 결정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

미지의 방사선 도즈량의 신속한 결정을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20150021067A
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마크 에스. 악셀로드
켄트 제이. 딜린
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랜다우어, 인크.
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Abstract

OSL (optically stimulated luminescence) 센서가 노출된 방사선의 미지의 방사선 도즈량을 POSL (pulsed optically stimulated luminescence) 기법 및 배터리 동작형 휴대용 기기를 사용하여서 결정하는 방법이 개시된다.

Description

미지의 방사선 도즈량의 신속한 결정을 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus for Fast Determination of Unknown Radiation Dose}
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 Akselrod 등에 의해서 2013년 6월 21일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/923,402 "METHOD AND APPARATUS FOR FAST DETERMINATION OF UNKNOWN RADIATION DOSE"에 대한 우선권을 주장하며, 이 402 출원은 2012년 6월 22일자에 Akselrod 등에 의해서 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/663,223 "NOVEL OPTICAL SYSTEM FOR PORTABLE OSL READER" 및 2012년 6월 22일에 Dillin 등에 의해서 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/663,241 "Method and Apparatus for Fast Determination of Unknown Radiation Dose"에 대한 우선권을 주장하며, 상기 모든 3 개의 출원들의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 미지의 방사선 도즈량 (unknown radiation dose) 을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
OSL (Optically stimulated luminescence) 판독기들은 이온화 방사선과 같은 방사선에 노출된 OSL 재료 (OSLM) 를 포함하는 OSL 센서들을 판독하는데 사용된다. POSL (pulsed optically stimulated luminescence) 동작 모드를 사용하는 OSL 판독기들은 고 전력 YAG 레이저들, 도즈량 측정의 동적 범위를 연장하기 위해 레이저 광 강도를 제어하기 위한 복잡한 광학 시스템, 정교한 게이팅 전자장치들 (sophisticated gating electronics), 독립형 광자 카운터들 (stand-alone photon counters) 및 이러한 하드웨어 및 데이터 프로세싱을 제어하기 위한 데이터 취득 보드들을 갖는 개인용 컴퓨터를 요구하고 있다. 이러한 OSL 판독기들은 McKeever 등에 허여된 미국 특허 번호들 5,892,234 및 5,962,857 에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌들의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에서 통합된다.
제 1 광범위한 양태에 따라서, 본 발명은 방법을 제공하며, 이 방법은 (a) LED로부터의 조사 광 (illumination light) 으로 OSL (optically stimulated luminescence) 센서를 마이크로프로세서의 클록 사이클들의 제 1 수 (number) 에 기초한 제 1 기간에 걸쳐서 조사하는 단계; (b) 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들 (photon pulses) 을 지연 시간 후의 제 2 기간에 걸쳐서 펄스 카운터를 사용하여서 카운팅하는 단계; (c) 측정 사이클들의 제 1 사전결정된 수에 걸쳐서 단계 (a) 및 단계 (b) 를 반복하는 단계; (d) 단계 (a) 및 단계 (b) 가 측정 사이클들의 제 1 사전결정된 수에 걸쳐서 반복된 후에, OSL 센서가 노출된 일 타입의 이온화 방사선에 대한 방사선 도즈량 (dose) 을 단계 (b) 에서 카운팅된 광자 펄스들의 수에 기초하여서 마이크로프로세서가 결정하는 단계; (e) 방사선 도즈량을 사용자에게 표시하고/하거나 방사선 도즈량을 저장 매체에 저장하는 단계를 포함하며, OSL 센서에 의해서 방출된 발광성 광 (luminescent light) 의 광자들은 광검출기에 의해서 검출되며 (registered), 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들은 광검출기에 의해서 검출된 발광성 광의 광자들에 기초하며, 제 2 기간은 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 3 수에 기초한 지연 시간 후의, 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 2 수에 기초하며, 지연 시간은 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 3 수에 기초하며, OSL 센서는 단계 (a) 이전에 일 타입의 이온화 방사선의 도징 (dosing) 을 받으며, 발광성 광은 단계 (a) 에 응답하여서 OSL 센서에 의해서 방출되며, 펄스 카운터는 마이크로프로세서의 일부이다.
제 2 광범위한 양태에 따라서, 본 발명은 장치를 제공하며, 이 장치는 OSL (optically stimulated luminescence) 센서를 조사하기 위한 녹색 조사 광을 방출하기 위한 LED 광 소스; OSL 센서에 의해서 방출된 청색 발광성 광을 검출하는 광검출기; OSL 센서에 의해서 방출되고 광검출기에 의해서 카운팅된 발광성 광의 광자들에 기초하여서 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들을 카운팅하기 위한 펄스 카운터; LED 광 소스 및 광검출기 및 펄스 카운터를 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함하고, LED 광 소스 및 광검출기 및 펄스 카운터가 온 상태와 오프 상태 간에서 스위칭되는 때를 마이크로프로세서는 제어하고, 펄스 카운터는 마이크로프로세서의 일부이며, 마이크로프로세서는 OSL 센서가 노출된 일 타입의 이온화 방사선의 방사선 도즈량을 펄스 카운터에 의해서 카운팅된 광자 펄스들에 기초하여서 결정한다.
본 명세서에서 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하고 본 발명의 예시적인 실시예들을 예시하는 첨부 도면들이 위에서 주어진 대략적인 설명 및 아래에서 주어지는 상세한 설명과 더불어서 본 발명의 특징들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OSL 판독기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 방사선 도즈량을 결정하기 위한 도즈량 결정 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 도즈량 결정 방법에서 사용될 수 있는 측정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OSL 판독기를 도시한다.
도 5는 내부 컴포넌트들을 도시하기 위해서 OSL 판독기의 케이스가 개방된 상태에서의 도 4의 OSL 판독기를 도시한다.
도 6은 OSL 판독기의 다양한 컴포넌트들을 도시하는 도 4의 OSL 판독기의 블록도이다.
도 7은 몇몇 측정 사이클들 동안의 LED 펄스, 시간 지연 및 광자 카운팅 시간 기간을 도시하는, 마이크로프로세서 제어 하에서 POSL 모드로 동작하는 OSL 판독기의 타이밍도이다.
도 8은 통상적인 OSL 측정 동안에 획득된 각 측정 사이클에 대해 누적된 광자 카운팅 데이터의 시간 의존성을 예시하는 그래프이다.
도 9는 저 도즈량 측정 모드에서 OSL 신호의 열화를 예시하면서 판독 회수의 함수로서 플롯팅된 그래프이다.
도 10은 고 도즈량 측정 모드에서 OSL 신호의 열화를 예시하면서 판독 회수의 함수로서 플롯팅된 그래프이다.
정의
본 명세서에서 사용하는 용어의 정의가 일반적으로 사용되는 의미로부터 벗어나는 경우, 본원 특허 출원인은 구체적으로 표시하지 않는 한, 아래에 명시된 정의를 이용하는 것으로 의도한다.
본 발명의 목적을 위해서, "상단 (top), 하단 (bottom), 상부 (upper), 아래쪽 (lower), 위 (above), 아래 (below), 왼쪽 (left), 오른쪽 (right), 수평 (horizontal), 수직 (vertical), 상부 방향 (upward), 아래쪽 방향 (downward) 등과 같은 방향을 나타내는 용어"는, 본 발명의 다양한 실시예를 기술하기 위한 편의에서만 사용된다.
본 발명의 목적을 위해서, "수치값(value) 또는 성질(property)"은, 수치값이 수치값, 성질 또는 기타요소에 의해 수학적연산 또는 논리연산으로 도출된다면, 특정 수치값, 성질, 조건의 충족, 또는 기타요소에 기초한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "Al2O3 재료"는 즈로 Al2O3로 구성된 재료를 말한다. Al2O3 재료의 실례는 Al2O3:C (탄소로 도핑된 Al2O3) 이다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "컴퓨터"는 개인용 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 미니컴퓨터 등과 같은 개별 컴퓨터를 포함하여 소프트웨어를 구현하는 임의의 타입의 컴퓨터 시스템을 지칭한다. 컴퓨터는 또한 스마트폰, eBook 리더, 셀 폰, 텔레비전, 핸드헬드 전자 게임 콘솔, 비디오게임 콘솔, 압축 오디오 또는 비디오 플레이어, 예를 들어서 MP3 플레이어, 블루-레이 플레이어, DVD 플레이어 등과 같은 전자 장치들을 말할 수 있다. 또한, 용어 "컴퓨터"는 기업, 컴퓨터 뱅크, 클라우드, 인터넷 등 내의 컴퓨터들의 네트워크와 같은 컴퓨터들의 임의의 타입의 네트워크들을 말할 수도 있다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "지연 시간"은 OSL 센서가 LED로부터의 조사 광에 노출되는 시간과 광 카운터가 OSL 센서에 의해서 방출되어 광검출기에 의해서 검출된 발광성 광의 광자들을 카운팅하는 것을 시작할 때 시간 간의 기간을 말한다. 발광성 광은 OSL 센서가 조사 광에 노출되는 것에 응답하여서 방출된다. 지연 시간은 OSL 센서를 조사하기 위해서 사용되는 LED 광이 완전하게 감쇠되게 한다. 지연 시간을 갖는 것은 중요한데 그 이유는 이 지연 시간이 광검출기가 광학적 필터들로부터 누출되는 조사 광에 노출된 후에 완화하게 하고 흡수 및 투과 특성과 관련하여서 이러한 광학적 필터들에 대한 요건을 저감시킬 수 있게 하며 이로써 광 검출기에 의한 발광되는 광 검출의 효율을 증가시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "선량적 파라미터 (dosimetric parameter)" 는 조사된 발광 재료로부터 획득된 발광 신호의 프로세싱으로부터 결정된 값 또는 수를 말하며 발광 재료를 함유하는 방사선 검출기에 의해서 흡수된 방사선의 도즈량과 직접적으로 관련된다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "도즈량 측정치들의 동적 범위"는 판독기 하드웨어 및 소프트웨어에 의해서 동적으로 조절가능한 적어도 10의 5 승의 도즈량 측정치들을 말한다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "하드웨어 및/또는 소프트웨어"는 디지털 소프트웨어, 디지털 하드웨어, 또는 이들의 조합에 의해서 구현될 수 있는 디바이스를 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, "강하게 대전된 입자 (HCP)"는 질량이 프로톤 (proton) 보다 크거나 같은 핵이나 이온을 의미한다. 이러한 강하게 대전된 입자의 비한정적인 일부 대표적인 것들은 알파 입자, 삼중 수소이온, 프로톤, 리코일 프로톤 등을 포함한다.
본 발명의 목적을 위하여, "간접적으로 이온화하는 방사선"은 전자기 방사선 (x 선, 감마 선 등) 또는 중성자들을 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, "이온화 방사선(ionizing radiation)"이란, 원자를 양이온 및 음이온 쌍으로 해리할 수 있는 미립자 방사선 또는 전자파 방사선을 의미한다. 본 발명은 직접 이온화 방사선과 간접 이온화 방사선의 도즈량을 결정하는데 사용할 수 있다.
본 발명의 목적을 위하여, "조사(irradiation)"는 통상적인 의미의 조사(irradiation)를 말한다. 즉, 전자, 프로톤, 알파 입자, 또는 감마선, 엑스선, 자외선과 같이 가시광선보다 파장이 짧은 전자파 방사선에 노출되는 것을 의미한다.
본 발명의 목적을 위하여, "저 침투 방사선(low penetrating radiation)"이란, 방사선 감지 물질 또는 흡수기에서 100 마이크로미터 이하로 침투 범위를 갖도록 하는, 강하게 대전된 입자로부터의 방사선을 의미한다. 저 침투 방사선의 예: 알파 입자, 리코일 프로톤, 등.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "저 전력"은 1 회용 또는 재충전가능한 배터리와 같은 저 전압 및 용량 온-보드 전기적 전력 소스에 의해서 제공될 수 있지만 한정되지 않는 OSL 센서에 의한 저 전력 소모량을 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "머신 판독가능한 매체"는 컴퓨터, 네트워크 디바이스, PDA, 제조 툴, 하나 이상의 프로세스들의 세트를 갖는 임의의 디바이스 등과 같은 머신에 의해서 액세스가능한 형태로 정보를 저장하는 임의의 메카니즘을 말한다. 예를 들어서, 머신 판독가능한 매체는 기록가능한/기록가능하지 않은 매체 (예를 들어서, ROM (read-only memory), RAM (random access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스들 등), 바 코드, RFID 태그 등일 수 있다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "측정 사이클"은 OSLM이 LED 광 소스와 같은 광 소스로부터의 자극 광의 일 펄스들에 의해서 자극됨으로써 유발되는 OSLM으로부터 방출된 발광성 광에 기초하여서 방사선 도즈량을 측정할 시에 OSL 판독기에 의해서 수행되는 동작의 주기를 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "마이크로프로세서"는 집적 회로 칩 상에 포함된 컴퓨터 프로세서를 말하며, 이러한 프로세서는 또한 메모리 및 관련 회로들을 포함할 수도 있다. 마이크로프로세서는 선택된 기능들, 계산적 방법들, 스위칭 등을 실행 또는 제어하는 프로그램된 인스트럭션들을 더 포함할 수 있다. 마이크로프로세서들 및 이와 관련된 디바이스들은 다음으로 한정되지 않지만 Cypress Semiconductor Corporation, IBM Corporation, Applied Microsystems Corporation, Intel Corporation, Microchip Technology, ARM Ltd. 등을 포함하는 다수의 소스들로부터 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "측정 사이클들의 정상적 수"는 OSL 센서에 대한 방사선 도즈량을 측정하기 위해서 고 도즈량 모드를 OSL 판독기들이 사용할 때에 OSL 판독기에 의해서 사용되는 측정 사이클들의 수를 말한다. 본 발명의 일 실시예에서, OSL 판독기가 OSL 센서에 대한 방사선 도즈량을 결정하기 위해서 고 도즈량 모드 또는 저 도즈량 모드를 사용해야하는지를 결정하고자 OSL 센서 상의 테스트 측정을 OSL 판독기가 수행할 때에, 측정 사이클의 정상적 수보다 작은 측정 사이클의 수에 대해서는 테스트 측정은 고 도즈량 모드에서 수행된다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "온-보드"는 OSL 판독기의 물리적 일부인 디바이스 또는 컴포넌트를 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "온 상태"는 LED 소스와 같은 디바이스가 턴 온되는 것을 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "오프 상태"는 LED 소스와 같은 디바이스가 턴 오프되는 것을 말한다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "OSLM"은 OSL 재료를 말하며, 즉 광학적으로 자극되는 발광 기법들을 사용하여서 결정되는 방사선 피폭량을 갖는 재료를 말한다. Al2O3 재료, 예를 들어서, Al2O3:C는 OSLM의 실례이다. Al2O3 재료가 받은 방사선 피폭량은 레이저 또는 발광 다이오드 소스로부터의 녹색 광으로 Al2O3 재료를 자극함으로써 측정될 수 있다. 이로써 Al2O3 재료로부터 방출된 청색 광은 피폭량 및 자극 광의 강도에 비례한다. 고 에너지 및 저 에너지 광자 및 베타 입자들 모두가 이 기법으로 측정될 수 있다. OSL 재료 및 시스템들에 대한 보다 많은 정보를 위해서, 미국 특허 번호 5,731,590 (Miller에게 공고됨); 미국 특허 번호 6,846,434 (Akselrod에게 공고됨); 미국 특허 번호 6,198,108 (Schweitzer 등에게 공고됨); 미국 특허 번호 6,127,685 (Yoder 등에게 공고됨); 미국 특허 출원 번호 10/768,094 (Akselrod에 의해서 출원됨) 을 참조하면 되고, 이 모든 특허 문헌들은 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 또한, Optically Stimulated Luminescence Dosimetry, Lars Botter-Jensen et al., Elesevier (2003); Klemic, G., Bailey, P., Miller, K., Monetti, M. External radiation dosimetry in the aftermath of radiological terrorist event, Rad. Prot. Dosim., 120 (1-4): 242-249 (2006); Akselrod, M. S., Kortov, V. S., and Gorelova, E. A., Preparation and properties of Al2O3:C, Radiat. Prot. Dosim. 47, 159-164 (1993); and Akselrod, M. S., Lucas, A. C., Polf, J. C., McKeever, S. W. S. Optically stimulated luminescence of Al2O3:C, Radiation Measurements, 29, (3-4), 391-399 (1998) 와 같은 비특허 문헌을 참조하면 되며, 이들 역시 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
본 발명의 목적을 위하여, "OSL 판독기"는 빛을 방출하도록 OSL 센서의 OSLM을 자극하는 파장의 빛을 방출하는 장치를 의미한다. 특정 자극 방식 (특정 파장 및 강도의 연속 자극, 다양한 펄스 시간, 펄스 주파수, 펄스 형상 및 펄스들 간의 시간으로 하는 펄싱된 자극) 하에서, 방출된 발광성 광의 강도 약 0.01 mGy (1 mrad) 내지 약 100 Gy (10,000 rads) 이상까지의 방사선 피폭량에 비례한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "OSL 센서"는 OSLM를 포함하거나 이로 이루어지는 방사선 센서를 말한다. OSL 센서들은 OSL 판독기를 사용하여서 판독될 수 있다. 하나 이상의 OSL 센서들이 방사선 선량계 및/또는 선량계 슬레드 (sled) 의 일부일 수 있다. OSL 센서들을 포함하는 방사선 선량계들 및 선량계 슬레드들의 실례들은 미국 특허 번호 8,373,142 (Yoder 등에게 2013년 2월 12일에 공고됨) "DOSIMETER SLED"에 도시 및 기술되어 있다.
본 발명의 목적을 위하여, "침투 광자 방사선"이란 10 keV 또는 그 이상의 에너지를 가지는 단파장의 전자기파 방사선을 의미하는 것으로서, 방사성 핵 붕괴에 의한 방사선, 우주공간로부터 날아오는 방사선, 또는 엑스선 기계 또는 가속기에서 하전 입자의 가속 또는 감속에 의해 만들어지는 방사선을 의미한다.
본 발명의 목적을 우하여, "침투 베타 방사선"은 10 keV 또는 그 이상의 에너지를 가지는 전자로서, 방사성 핵 붕괴에 의한 방사선, 우주공간로부터 날아오는 방사선, 또는 방사선에 기인한 원자의 이온화 또는 전기장에 의한 가속에 의해 만들어지는 방사선을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "광자 펄스들"은 PMT (photomultiplier tube) 에 의해서 카운트된 발광성 광의 광자들에 기초하여서 PMT에 의해서 생성된 펄스들을 말한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이러한 광자 펄스들은 마이크로프로세서의 펄스 카운터에 의해서 카운트된다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "프로세서"는 예를 들어서 인스트럭션들을 실행하고 로직을 구현하고 값들을 계산 및 저장 등을 할 수 있는 디바이스를 말한다. 예시적인 프로세서들은 ASIC (application specific integrated circuits), CPU (central processing units), 마이크로프로세서들, 예를 들어서 Intel 및 AMD 등으로부터 상업적으로 입수가능한 마이크로프로세서들을 포함한다.
본 발명의 목적을 위해서, "펄싱된 광학적으로 자극된 발광"은 LED 광 또는 레이저 광과 같은 광의 짧은 (발광 수명보다 작음) 펄스들의 연속적인 스트림을 사용하여서 OSL 센서 내의 OSL 재료를 자극하고 각 자극 펄스 이후의 소정의 지연과 함께, 오직 이 스트림 내의 펄스들 간에만 OSL 센서로부터 방출된 광을 측정함으로써 OSL 센서를 판독하는 기법을 말한다. POSL (pulsed optically simulate luminescent) 기법들은 상대적으로 긴 수명을 갖는 발광 (즉, 수십 마이크로초 내지 수십 밀리초) 을 갖는 OSL 재료들을 갖는 OSL 센서들을 판독할 시에 사용될 수 있다. POSL에서 중요한 요소는 OSL 재료로부터의 OSL 방출의 수명보다 매우 짧은 레이저 또는 LED 펄스 폭을 선정하는 것이다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "방사선 도즈량"은 OSL 센서가 피폭된 특정 타입의 방사선에 대한 방사선 도즈량의 값을 말한다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "방사선 선량측정"은 용어 "방사선 선량측정"의 통상적인 의미, 즉 재료, 대상 또는 개인의 몸 내에 흡수된 방사선 도즈량 측정을 말한다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "방사선 감지 재료"는 방사선 센서 내에서 방사선을 감지하는데 사용되는 재료를 말한다. 방사선 감지 재료의 실례는 OSL 센서들을 위한 광학적으로 자극되는 발광 재료들 (optically stimulated luminescent materials), TLD 센서들을 위한 열발광 재료들 (thermoluminescent materials) 등을 포함한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "판독 위치"는 OSL 센서가 OSL 판독기에 의해서 판독될 수 있게 하는, OSL 판독기의 광학적 엔진에 대한 위치에 있는 OSL 센서를 말한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "광검출기의 포화"는 입력 광 강도의 추가 증가가 광검출기 출력 신호의 비례적 증가를 낳지 않는 광검출기의 조건을 말한다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "저장 매체"는 정보의 비트들을 저장하는데 사용될 수 있는 임의의 형태의 저장체를 말한다. 저장체의 실례는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리 양자, 예를 들어서, MRRAM, MRRAM, ERAM, 플래시 메모리, RFID 태그, 플로피 디스크, ZiPTM 디스크, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, 하드 디스크, 광학 디스크 등을 포함한다.
본 발명의 목적들을 위하여, 용어 "시각적 디스플레이 디바이스" 또는 "시각적 디스플레이 장치" 또는 "시각적 디스플레이"는 임의의 타입의 시각적 디스플레이 디바이스 또는 장치, 예를 들어서 CRT 모니터, 터치스크린, LCD 스크린, LED들, 투영된 디스플레이, 이미지, 예를 들어서 화상 및/또는 텍스트 등을 인쇄하기 위한 프린터를 포함한다. 시각적 디스플레이 디바이스는 다른 디바이스, 예를 들어서 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 프로젝터, 전화, 셀 전화, 스마트폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 핸드헬드 음악 및/또는 비디오 플레이어, PDA, 핸드헬드 게임 플레이어, 헤드 장착용 디스플레이, HUD (heads-up display), GPS (global positioning system) 수신기, 자동차 네비게이션 시스템, 대시보드, 시계, 마이크로웨이브 오븐, 전자적 오르겐, ATM (automatic teller machine) 등의 일부분일 수 있다.
설명
일 실시예에서, 본 발명은 저 전력 마이크로프로세서가 구비된 배터리에 의해서 전력이 공급되고 휴대가능한 POSL 판독기를 사용하여서 방사선 도즈량을 신속하게 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 목적은 마이크로프로세서 명령들의 순차적 실행을 통해서 POSL (Pulsed Optically Stimulated Luminescence) 을 사용하여서 검출기로부터 방사선 도즈량을 결정하는 것이다. 이는 이전에 개발된 OSL 판독기에 비해서 개선된 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 제어 및 데이터 처리를 위해서 PC를 요구하지 않는 컴팩트하고 배터리로 동작되는 도구를 사용하여서 POSL 측정을 수행함으로써 종래의 CW 판독기들에 대해서 개선된다. 이러한 도구는 휴대가능하며 독립적이다. 동작하기 위해서 데스크탑 또는 랩탑 PC를 필요로 한 이전의 판독기들은 매우 크며 무거워서 현장 측정을 어렵게 하거나 불가능하게 하였다. 이전의 판독기들은 민감하지 않거나 정확하지 않은 CW 모드를 사용하였다.
방사선 도즈량의 현장 POSL 측정치들은 독립적인 배터리 이외의 전력 소스 또는 PC를 사용하지 않고서 결정될 수 있다. 이 도구는 이후에 데이터베이스로 업로드될 수 있도록 다수의 측정치들을 기록하는데 사용될 수 있다. POSL 방법 및 장치 (판독기) 는 고 신호 대 잡음 비, 판독 시의 저 열화 및 높은 신뢰성으로 해서 다수의 회로 동일한 검출기를 판독할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OSL 판독기 (102) 를 도시한다. OSL 판독기 (102) 는 광학적 엔진 (104) 을 포함한다. 광학적 엔진 (104) 은 광학적 엔진 프레임 (106) 을 포함하고, 이 프레인 상 및 내에 광학적 엔진 (104) 의 다양한 컴포넌트들이 장착된다. 도 1에서, 광학적 엔진 (104) 은 3 개의 OSL 센서들, 즉, OSL 센서들 (110), (111) 및 (112) 을 포함하는 선량계 슬레드 (108) 를 판독하는데 사용되게 도시된다. OSL 센서들 (110), (111) 및 (112) 은 각각의 OSLM 디스크들 (113), (114) 및 (115) 및 각각의 반사성 백킹부들 (backings) (116), (117) 및 (118) 를 포함한다. OSLM 디스크들 (113), (114) 및 (115) 은 각각의 노출된 측면들 (120), (122) 및 (124) 을 포함한다. 선량계 슬레드 (108) 의 각 OSL 센서가 OSL 판독기 (102) 에 의해서 판독될 수 있도록, 선량계 슬레드 (108) 는 화살표 (126) 로 도시된 바와 같이 OSL 판독기 (102) 의 판독 위치 (128) 로 이동된다. 도 1에서, OSL 센서 (110) 가 파선 박스로서 도시된 바와 같은 판독 위치 (128) 이다. LED (134) 로부터의 녹색 자극 광 (132) 은 장파장 통과 필터 (136) 를 통해서 투과되며 집광 렌즈 (138) 로 향한다. 장파장 통과 필터 (136) 는 녹색 자극 광 (132) 으로 비청색 광을 필터 제거하며, 즉, 장파장 통과 필터 (136) 는 녹색 광을 통과시키고 청색 광을 흡수 또는 반사하는 황색 필터이다. 집광 렌즈 (138) 는, 집광 렌즈 (138) 가 녹색 자극 광 (132) 을 집광 및 콜리메이션하도록 위치된다. 녹색 자극 광 (132) 은 다이크로믹 미러 (다이크로믹 미러 (142)) 를 더 통과한다. 녹색 자극 광이 수집 렌즈 (collection lens) (146) 에 의해서 더 포커싱되며 윈도우 (148) 를 통과하게 되고 OSL 센서를 향하게 되며 이 OSL 센서는 판독 위치 내에 현재 있다. 판독 위치 (128) 내의 OSL 센서는 녹색 자극 광 (132) 에 노출되는 때에, 청색 발광성 광 (152) 이 OSL 센서로부터 방출된다. 청색 발광성 광은 윈도우 148 를 통과하여서 수집 렌즈 (146) 에 의해서 수집 및 포커싱된다. 청색 발광성 광 (152) 은 이어서 다이크로믹 미러 (142) 에 의해서 90 도로 반사하여서 청색 필터 (154) 를 통과한다. 청색 필터 (154) 는 청색 발광성 광 (152) 으로부터 비청색 광을 필터링 제거하는데 즉, 필터 (154) 는 청색 대역-통과 필터로서 오직 청색 광만을 통과시키고 다른 파장의 광을 거부한다. 청색 필터 (154) 를 통과한 후에, 청색 발광성 광은 PMT (photomultiplier tube) (158) 를 포함하는 광검출기 (156) 에 의해서 기록된다 (registered) (검출된다:detected). PMT (158) 는 광자 카운팅 모드 (counting mode) 로 동작하며 방사선 유도된 청색 발광성 광 (152) 로서 OSL 센서에서 생성되고 광학적 시스템에 의해서 수집되고 광검출기에 의해서 검출된 발광을 정량화한다. 포토다이오드 (162) 가 광검출기 (156) 바로 반대편에 위치한다. 녹색 자극 광 (132) 의 일부는 다이크로믹 미러 (142) 에 의해서 반사되고 포토다이오드 (162) 에 의해서 검출되며, 이로써 녹색 자극 광 (132) 의 강도가 측정될 수 있게 한다. OSL 판독기 (102) 는 마이크로프로세서 (166), 시각적 디스플레이 디바이스 (168), 저장 매체 (170) 및 배터리 (172) 를 포함한다. 마이크로프로세서 (166) 는 펄스 카운터 (174) 를 포함하며, 이 가운터는 PMT (158) 에 의해서 카운팅된 발광성 광의 광자들에 기초하여서 PMT (158) 에 의해서 생성된 광자 펄스들을 카운트한다. 마이크로프로세서 (166) 는 LED (134), 광검출기 (156), 포토다이오드 (162), 시각적 디스플레이 디바이스 (168) 및 저장 매체 (170) 와 각기 접속 (176), (178), (180), (182) 및 (184) 으로 표시된 바와 같이 전기적으로 접속되고 대이터를 통신한다. 마이크로프로세서 (166) 와 광검출기 (156) 간의 접속 (178) 은 광검출기 (156) 가 펄스 카운터 (174) 와 통신할 수 있게 한다. 추가 전기적 및/또는 데이터 통신 접속들이 OSL 판독기 (102) 내에 존재하지만, 오직 이러한 전기적 및/또는 데이터 접속들의 일부만이 도 1에서 설명의 간략성을 위해서 도시되었다. 예를 들어서, 도 1에서 도시되지 않은 전기적 접속들이 배터리 (172) 와 OSL 판독기 (102) 의 모든 컴포넌트들, 예를 들어서 배터리 (172) 에 의해서 전력을 공급받는 LED (134), 광검출기 (156), 포토다이오드 (162), 시각적 디스플레이 디바이스 (168) 및 저장 매체 (170), 등 간에서 존재한다. 또한, 저장 매체 (170) 도 마이크로프로세서 (166) 이외에 OSL 판독기 (102) 의 다른 컴포넌트들과 전기적으로 및/또는 데이터 통신을 할 수 있다.
도 1에서 예시의 단순화를 위해서 자극 광 및 발광성 광이 평행하게 존재하는 것으로 도시되었지만, 자극 광 및 발광성 광은 실제로 정렬되거 있으며 자극 광 및 발광성 광 모두가 OSL 판독기의 윈도우 및 수집 렌즈의 중심을 통과한다. 또한, 자극 광이 오직 판독되는 OSL 센서의 OSLM 디스크의 부분만을 커버하는 것으로 도시되었지만, 자극 광은 OSLM 디스크의 노출된 측면의 일부 또는 전부를 조사한다. 또한, 발광성 광이 오직 판독되는 OSL 센서의 OSLM 디스크의 부분에 의해서만 방출되는 것으로 도시되었지만, 발광성 광은 실제로 OSLM 디스크의 노출된 측면의 일부 또는 전부로부터 방출될 수 있다.
도 1에서의 다이크로믹 미러는 LED로부터 방출된 녹색 자극 광 및 OSL 센서로부터 방출된 청색 발광성 광 모두에 대해서 45 도로 위치된다.
일 실시예에서, 본 발명은 POSL (펄싱된 광학적으로 자극된 발광) 기법을 사용하여서 미지의 방사선 도즈량을 신속하게 결정하는 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명은 고속 순차적 코드 실행을 통해서 측정들을 수행하는 고속 및 저전력 소비 마이크로제어기 (마이크로프로세서) 를 갖는 배터리에 의해서 동작하는 휴대가능한 OSL 판독기를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 방사선 도즈량을 결정하는 도즈량 결정 방법 (202) 을 예시한다. 방법 (202) 은 단계 (212) 에서 OSL 판독기, 예를 들어서 도 1의 OSL 판독기를 사용하여서 시작된다. 단계 (214) 에서, 테스트 측정들이 작은 사전결정된 회수의 측정 사이클들에 걸쳐서, 예를 들어서 20 내지 100 회의 측정 사이클들에 걸쳐서 고 도즈량 모드로 OSL 센서 상에서 수행된다. 단계 (214) 동안에, OSL 센서는 OSL 센서의 OSLM이 발광성 광의 광자들을 방출하도록 OSL 판독기의 LED 광 소스로부터의 자극 광의 펄스들에 노출된다. 발광성 광의 이러한 방출된 광자들은 OSL 판독기의 광검출기의 PMT 에 의해서 기록된다 (registered) (검출된다). 검출된 광자들에 기초하여서, PMT는 OSL 판독기의 마이크로프로세서의 펄스 카운터에 의해서 카운팅되는 광자 펄스들을 생성한다. 단계 (216) 에서, OSL 판독기의 마이크로프로세서는 카운팅된 광자 펄스들의 총 개수가 임계 파라미터보다 작은지의 여부를 결정한다. 카운팅된 광자 펄스들의 총 개수가 임계 파라미터보다 작다면, OSL 판독기는 저 도즈량 모드 (low dose mode) 로 단계 (222) 에서 측정을 수행한다. 카운팅된 광자 펄스들의 총 개수가 임계 파라미터 이상이면, OSL 판독기는 고 도즈량 모드 (high dose mode) 로 단계 (224) 에서 측정을 수행한다. 고 도즈량 모드에서, LED 펄스 폭은 보다 짧으며 펄스들의 이격정도, 즉 펄스들 간의 시간은 보다 길어진다. 저 도즈량 모드에서, LED 펄스 폭은 보다 길며 펄스들의 이격정도, 즉 펄스들 간의 시간은 보다 짧아진다. 방사선 도즈량 측정이 고 도즈량 모드 또는 저 도즈량 모드에서 수행되어서 특정 기간 내에 검출된 광자들의 수가 PMT의 동적 범위 내에 있는 것을 보장한다. 예를 들어서, 고 도즈량 모드에서 보다 긴 이격정도를 사용함으로써, 소정의 기간에 걸쳐서 PMT에 의해서 검출된 광자들의 수가 PMT의 동적 범위를 초과하는 것을 방지한다. 이와 대조하여서, 저 도즈량 모드에서 보다 짧은 이격정도를 사용함으로써, 소정의 기간에 걸쳐서 PMT에 의해서 검출된 광자들의 수가 OSL 센서에 의해서 방출된 광자들의 수에 대응하며 다른 소스들로부터의 부유 (stray) 광자들에 의해서 크게 영향을 받지 않도록 보장한다. 고 도즈량 모드 및 저 도즈량 모드로의 측정 방법의 단계들은 실질적으로 동일하며 도 3에서 도시된다. 특정 임계 파라미터, 고 도즈량 모드에서 사용된 펄스 폭 및 펄스 이격정도, 및 방법 (302) 에서 사용된 고 도즈량 모드에서 사용되는 펄싱된 폭 및 펄스 이격정도는 요구된 측정 도즈량 범위, 센서 내의 OSL 재료의 양, 목표된 OSL 센서 열화 레이트 (depletion rate), OSL 판독기에서 사용된 PMT의 동적 범위, 사용된 OSL 센서의 타입, 광학적 엔진의 설계, 광 소스 (LED) 의 광 파워 (power) 등을 포함하는 다양한 인자들에 의존할 것이다.
도 3은 OSL 센서가 노출된 방사선의 방사선 도즈량을 결정하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 측정들을 수행하는 방법 (302) 을 예시한다. 방법 (302) 은 고 도즈량 모드 또는 저 도즈량 모드 중 하나에서 수행된다. 방법 (302) 의 단계들은 OSL 판독기, 예를 들어 도 1의 OSL 판독기에 의해서 수행되며, 이러한 판독기는 조사 광을 생성하기 위한 LED 광 소스, 이 조사 광에 노출된 이후에 OSL 센서에 의해서 방출된 발광성 광의 광자들을 검출하기 위한 광검출기, 마이크로프로세서 및 이 마이크로프로세서의 일부인 펄스 카운터를 포함한다. 이러한 OSL 판독기의 실례는 도 1에서 도시된다. 단계 (312) 에서, 방법 (302) 은 사용자가 OSL 센서를 판독 위치에서 OSL 판독기에 의해서 판독하는 것을 개시함으로써 또는 OSL 판독기가 OSL 센서가 판독 위치에 있음을 "단부 스위치" 또는 위치 센서를 사용하여 감지함으로써 시작된다. 사용자는 OSL 판독기 상의 버튼을 누르거나, OSL 판독기 상의 스위치를 전환시키거나, OSL 판독기의 시각적 디스플레이, 예를 들어서 터치스크린 상의 메뉴 항목을 선택함으로써 OSL 센서를 판독하는 것을 개시할 수 있다. 단계 (314) 에서, 마이크로프로세서는 펄스 카운터로부터 모든 이전의 취득된 데이터를 소거한다. 단계 (316) 에서, 마이크로프로세서는 OSL 판독기의 LED 광 소스를 턴온하는 인스트럭션을 실행하여서 이로써 조사 광을 생성한다. 단계 (318)에서, OSL 센서는 마이크로프로세서에 대한 마이크로프로세서 클록 사이클들의 사전결정된 수와 동일한 제 1 파라미터의 값에 의해서 규정된 사전결정된 기간에 걸쳐서 OSL 판독기로부터의 조사 광에 의해서 조사를 받는다 (illuminated). 단계 (320) 에서, 마이크로프로세서는 LED 광 소스를 턴오프하는 인스트럭션을 실행한다. 단계 (322) 에서, 마이크로프로세서는 마이크로프로세서 클록 사이클들의 수와 동일한 제 2 파라미터의 값에 의해서 규정된 지연 시간을 실행하여서 LED 광 소스로부터의 조사가 완전하게 소멸되게 한다. 단계 (324) 에서, 마이크로프로세서는 광검출기에 의해서 검출된 광자들의 수에 기초하여서, 마이크로프로세서 클록 사이클들의 수와 동일한 제 3 파라미터의 값에 의해서 규정된 사전결정된 발광 카운팅 기간에 걸쳐서, 온-보드 펄스 카운터를 사용하여서 광자 펄스들을 카운팅하는 것을 시작하는 명령을 실행한다. 단계 (326) 에서, 마이크로프로세서는 온-보드 펄스 카운터가 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들을 카운팅하는 것을 중지하도록 하는 명령을 실행한다.
단계들 (316), (318), (320), (322), (324) 및 (326) 은 함께 측정 사이클 (328) 을 구성한다. 단계 (332) 에서, 마이크로프로세서는 측정 사이클 (328) 이 제 4 파라미터의 값에 의해서 규정된 사전결정된 회수에 걸쳐서 수행되었는지의 여부를 결정한다. 측정 사이클 (328) 이 사전결정된 회수에 걸쳐서 수행되지 않았다면, 측정 사이클 (328) 이 단계 (328) 에서 화살표 (334) 로 표시된 바와 같이 반복된다. 측정 사이클 (328) 이 사전결정된 회수에 걸쳐서 수행되었다면, 마이크로프로세서는 단계 (342) 에서 측정 사이클들의 사전결정된 수의 실행 동안에 누적된 단일 광자 펄스들의 총 수를 온-보드 펄스 카운터로부터 획득한다. 단계 (344) 에서, 마이크로프로세서는 온-보드 펄스 카운터 내에 저장된 단일 광자 펄스들의 누적된 수의 값에 기초하고 그리고 OSL 판독기의 캘리브레이션 동안에 결정된 제 5 파라미터 값 및 제 6 파라미터 값에 기초하여서 방사선 도즈량의 값을 계산하기 위해 수학적 도즈량 계산 알고리즘을 사용한다. 제 5 파라미터는 저 도즈량 측정 범위에서 방사선 도즈 단위당 단일 광자 펄스들의 수와 관련된 감도이며 각 방사선 타입에 대해 OSL 판독기 캘리브레이션 절차 동안에 결정된다. 제 6 파라미터는 고 도즈량 측정 범위에서 방사선 도즈 단위당 단일 광자 펄스들의 수와 관련된 감도이며 각 방사선 타입에 대해 OSL 판독기 캘리브레이션 절차 동안에 결정된다. 저 도즈량 측정 범위 및 고 도즈량 측정 범위는 제 1 파라미터의 값 - LED 펄스의 기간 (단계들 (316), (318), (320)), 제 3 파라미터의 값 - 단일 광자 카운팅 기간 (단계들 (324) 및 (326)), 및 제 4 파라미터의 값 - 측정 사이클들의 수에 의해서 차별화된다 (differentiated). 도즈량 측정치들의 2 개의 범위들 및 제 1, 제 3 및 제 4 파라미터들의 2 개의 세트들이 사용되어서 OSL 판독기에 의해서 수행되는 도즈량 측정치들의 동적 범위를 확장시키고 이로써 고 방사선 도즈량으로 조사된 OSL 센서로부터의 고 강도 발광 방출에 의한 광검출기 (PMT) 의 포화를 방지하며 종국적으로는 OSL 센서의 1 회 판독마다의 열화량을 제어한다.
단계 (346) 에서, 방사선 도즈량의 값이 시각적 디스플레이 디바이스 상에서 사용자에게 표시되고 및/또는 방사선 도즈량의 값이 저장 매체 내에 저장된다. 저장 매체는 OSL 판독기의 일부일 수도 있거나 또는 OSL 판독기에 접속된 외부 저장 매체, 예를 들어 플래시 드라이브 (flash drive) 일 수도 있다.
다양한 파라미터들의 값들은 캘리브레이션 테스트들에 기초할 수 있으며, 이러한 값들은 구성 파일로서 마이크로프로세서 소프트웨어 코드로 마이크로프로세서 플래시 메모리 내에 저장될 수 있으며 허가된 사용자 등에 의해서 입력 또는 수정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 광검출기 포화를 억제하기 위해서, 도즈량 측정치의 동적 범위가 증가될 수 있다. 동적 범위를 증가시키기 위해서, "저" 및/또는 "고"에 대응하는 측정 모드가 일련의 단계들을 수행함으로써 규정된다. OSL 판독기의 캘리브레이션 동안에는, 일련의 캘리브레이션 OSL 센서들의 측정이 LED 조사 시간 (사전결정된 수의 마이크로프로세서 클록 사이클들과 동일함) 을 규정하는 방법 (302) 의 단계 (318) 의 제 1 파라미터의 값 및 수행된 측정 사이클들의 수와 동일한 제 4 파라미터의 값을 사용하여서 수행되며, 이러한 값들은 보다 작은 값으로 설정되는 한편, 마이크로프로세서 클록 사이클들 (단계들 (324) 및 (326)) 의 사전결정된 수와 동일하며 광자 카운팅 시간을 규정하는 제 3 파라미터의 값은 저 방사선 도즈량 범위에서의 측정 동안에서의 이러한 3 개의 파라미터들의 값들보다 큰 값으로 설정된다. 펄스 카운터에 의해서 카운트된 광자 펄스들의 총 수, 즉 누적된 광자 펄스들의 수는 방법 (302) 의 도즈량 측정 시에 사용될 파라미터의 세트를 결정하도록, 제 7 파라미터 값, 즉 도즈량 범위 임계 파라미터 값과 비교된다. 누적된 광자 펄스의 수가 도즈량 임계 파라미터 값보다 작으면, OSL 센서가 마이크로프로세서 클록 사이클들의 수로서 조사되는 기간과 동일한 단계 (318) 의 제 1 파라미터 및 수행된 측정 사이클들의 수와 동일한 제 4 파라미터는 큰 값으로 설정되고 제 3 파라미터는 저 도즈량 범위에 대응하는 보다 작은 값으로 설정된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 파라미터에 대한 "저 도즈량 모드" 값은 15 마이크로초와 동일하거나 이를 초과하는 값일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 4 파라미터 (사이클들의 수) 에 대한 "저 도즈량 모드" 값은 300 내지 1000 일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 3 파라미터에 대한 "저 도즈량 모드" 값은 1000 마이크로초 이하일 수 있다. 누적된 광자 펄스의 수가 제 7 파라미터 (도즈량 임계 파라미터) 값보다 크면, OSL 센서가 마이크로프로세서 클록 사이클들의 수로서 조사되는 기간과 동일한 단계 (318) 의 제 1 파라미터 값 및 수행된 측정 사이클들의 수와 동일한 제 4 파라미터 값은 작은 값으로 설정되는 한편, (광자 카운팅 시간을 규정하는) 제 3 파라미터의 값은 "고 도즈량 범위"에 대응하는 보다 큰 값으로 설정된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 파라미터에 대한 작은 값은 3 마이크로초 이하일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 4 파라미터에 대한 작은 값은 100 내지 400 일 수 있으며, 제 3 파라미터에 대한 값은 2000 마이크로초 내지 10,000 마이크로초일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조사된 OSL 센서의 측정은 1 내지 7의 사전결정된 파라미터들을 사용하여서 다수회 수행될 수 있으며, OSL 판독기의 캘리브레이션 동안에 결정된 OSL 측정치들의 제 8 파라미터 및 제 9 파라미터 - 열화 계수들에 의해서 도즈량 계산의 결과들이 보정된다. 제 8 파라미터는 저 도즈량 모드에 대한 열화 계수이며, 제 9 파라미터는 고 도즈량 모드에 대한 열화 계수이다. 열화 계수는 1 회의 판독 프로세스 동안에 손실된 발광성 신호 (광자 카운트들의 총 개수) 의 분율이다. 동일한 OSLM 센서의 OSL 판독 프로세스가 다수회 반복될 때에, 각 판독 동안의 열화된 발광성 신호의 총 양이 방사선 도즈량을 올바르게 계산하기 위해서 최종 측정된 OSL 신호에 가산되어야 한다. 고 도즈량 범위 및 저 도즈량 범위에 대한 열화 계수들은 상이하며 (고 도즈량 범위 열화 계수가 보다 낮음) OSL 판독기 캘리브레이션 동안에 결정된다. 열화는 단일 파라미터로서 또는 보정 함수로서 보다 정밀하게 규정될 수 있다. 판독 회수의 함수로서 열화 계수들 및 도즈량 보정을 결정하기 위해서 사용되는 열화 곡선들 및 그들의 피팅 보정 함수들 (fitting correction functions) 이 도 9 및 도 10에서 예시된다.
본 발명의 일 실시예에서, OSL 판독기는 방사선의 알려진 도즈량들로 조사된 OSL 센서를 사용하여서 캘리브레이션되어서 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 파라미터들의 값을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에서, LED 펄스 기간을 규정하는 제 1 파라미터 값은 1 내지 100 마이크로초의 범위 내에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 저 도즈량 범위에서 LED 펄스 기간을 규정하는 제 1 파라미터 값은 15 마이크로초의 이상이다. 본 발명의 일 실시예에서, 고 도즈량 범위에서 LED 펄스 기간을 규정하는 제 1 파라미터 값은 3 마이크로초의 이상이다.
본 발명의 일 실시예에서, LED 조사 후의 지연 시간을 규정하는 제 2 파라미터 값은 10 내지 50 마이크로초 범위 내에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, LED 조사 후의 지연 시간을 규정하는 제 2 파라미터 값은 15 마이크로초와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광 카운트 시간의 기간을 규정하는 제 3 파라미터 값은 100 내지 10,000 마이크로초 범위에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 발광 카운트 시간의 기간을 규정하는 제 3 파라미터 값은 1000 마이크로초와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 조사 및 발광성 측정 사이클들의 수를 제 4 파라미터 값은 100 내지 3000 사이클 범위에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 조사 및 발광성 측정 사이클들의 수를 제 4 파라미터 값은 1000 사이클들과 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 저 도즈량 측정치 범위에 대한 감도 계수를 규정하는 제 5 파라미터 값은 1 mrad 도즈량당 0.5 내지 200 카운트 범위에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 저 도즈량 측정치 범위에 대한 감도 계수를 규정하는 제 5 파라미터 값은 1 mrad 도즈량당 2 카운트와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 고 도즈량 측정치 범위에 대한 감도 계수를 규정하는 제 6 파라미터 값은 1 mrad 도즈량당 0.01 내지 2 카운트 범위에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 고 도즈량 측정치 범위에 대한 감도 계수를 규정하는 제 6 파라미터 값은 1 mrad 도즈량당 0.05 카운트와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 예비 측정들 동안에 획득된 고 도즈량 범위와 저 도즈량 범위 간의 임계 값으로서 누적된 단일 광자 펄스들의 수를 규정하는 제 7 파라미터 값은 1,000 내지 20,000 카운트 범위에 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 예비 측정들 동안에 획득된 고 도즈량 범위와 저 도즈량 범위 간의 임계 값으로서 누적된 단일 광자 펄스들의 수를 규정하는 제 7 파라미터 값은 5000 카운트와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 저 도즈량 모드에서의 다수 회의 측정들에 대한 OSL 신호의 열화를 규정하는 제 8 파라미터 값은 1 회 선량계 판독당 0.01% 내지 20% 범위에 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 저 도즈량 모드에서의 다수 회의 측정들에 대한 OSL 신호의 열화를 규정하는 제 8 파라미터 값은 1 회 선량계 판독당 0.5% 와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 고 도즈량 모드에서의 다수 회의 측정들에 대한 OSL 신호의 열화를 규정하는 제 9 파라미터 값은 1 회 선량계 판독당 0.005% 내지 0.2% 범위에 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 고 도즈량 모드에서의 다수 회의 측정들에 대한 OSL 신호의 열화를 규정하는 제 9 파라미터 값은 1 회 선량계 판독당 0.03% 와 동일하다.
일 실시예에서, 본 발명은 광학적 엔진의 컴포넌트들 예를 들어 LED 광 소스, 광검출기, 포토다이오드, 등을 포함하여, OSL 판독기의 다양한 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 마이크로프로세서를 사용하여서 미지의 방사선 도즈량으로 조사된 OSL 센서의 신속한 방사선 도즈량 측정을 위한 OSL 판독기를 제공한다. 마이크로프로세서는 발광성 신호의 광자들을 검출하는 광검출기에 기초하여서 이 광검출기에 의해서 생성된 단일 광자 펄스들을 카운팅하기 위한 펄스 카운터를 포함한다. 마이크로프로세서는 또한 아날로그 신호를 취득 및 처리하기 위한 아날로그 대 디지털 변환기를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 또한 OSL 판독기에 대한 파라미터 값들, 기기의 동작과 관련된 정보, OSL 센서들의 도즈량 측정 결과들 등을 표시하기 위한 시각적 디스플레이, 예를 들어 LED 디스플레이 또는 터치스크린을 제어할 수 있다.
OSL 판독기는 사용자로 하여금 OSL 판독기를 동작시키고/시키거나 OSL 판독기의 시각적 디스플레이를 통해서 OSL 판독기로부터 정보를 획득하게 하는 하나 이상의 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 입력 디바이스들은 푸시버튼, 키 등일 수 있다. 일 실시예에서 입력 디바이스는 또한 OSL 판독기에 대한 주 시각적 디스플레이일 수 있는 터치스크린일 수 있다. 사용자는 OSL 판독기의 다양한 파라미터들을 변경하기 위해서 입력 디바이스들을 사용할 수 있다. OSL 판독기는 저장 디바이스 예를 들어 하드 드라이브, 플래시 드라이브 등을 포함할 수 있다. OSL 판독기는 또한 외부 데이터 통신을 위한 하나 이상의 컴포넌트들, 예를 들어 USB 포트, RFID 태그, 이더넷 포트, 무선 수신기 및/또는 송신기 예를 들어 Wi-Fi 수신기 및/또는 송신기, 등을 포함할 수 있으며, 이러한 컴포넌트들은 데이터가 OSL 판독기로부터 다른 디바이스, 예를 들어 랩탑 (laptop), 스마트폰 (smartphone), 태블릿 컴퓨터 (tablet computer) 등으로 전달되고 다른 디바이스, 예를 들어 랩탑 (laptop), 스마트폰 (smartphone), 태블릿 컴퓨터 (tablet computer) 등으로부터 OSL 판독기로 전달될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 본 발명은 전력 소스로서 배터리를 포함하는 휴대가능한 OSL 판독기를 포함한다. 배터리는 분리식 및/또는 재충전식일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, OSL 판독기의 케이스는 한 손으로 파지하기 용이하게 성형될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파지형 (handheld) 배터리-동작형 POSL 판독기 (402) 를 도시한다. POSL 판독기 (402) 는 2 개의 부분들, 즉, 부분 (414) 및 부분 (416) 을 갖는 중공형 케이스 (412) 를 포함한다. 이 케이스 내에 POSL 판독기 (402) 의 다양한 컴포넌트들, 광학적 엔진 (422), 인쇄 회로 보드 (426) 상의 마이크로프로세서 (424), 시각적 디스플레이 (428) 및 배터리 (430) 가 장착된다. 푸시버튼 (472) 이 사용되어서 OSL 센서들을 판독하기 위해서 POSL 판독기 (402) 를 활성화시킨다.
광학적 엔진 (422) 은 렌즈 어셈블리 (452) 및 광검출기 (454) 를 포함한다. 조사 광은 POSL 판독기가 OSL 센서 (미도시) 를 판독하기 위해서 사용되는 경우에, 렌즈 어셈블리 (452) 를 통해서 방출된다. OSL 센서에 의해서 방출된 발광성 광은 그의 경로에 있어서 렌즈 어셈블리 (452) 를 통해서 다시 돌아오며 광검출기 (454) 에 의해서 검출된다.
도 6은 마이크로프로세서 (424), 시각적 디스플레이 (428), 배터리 (430) 및 광검출기 (454) 를 포함하는 POSL 판독기 (402) 의 다양한 특징부들의 도시하는 블록도이다. POSL 판독기 (402) 는 또한 LED 및 구동기 (612), 포토다이오드 (614), 저장 매체 (616), 키패드 (622), USB 인터페이스 (624) 및 RFID 태그 라이터 (writer)/판독기 (626) 를 포함한다. 파선 박스 (632) 에 의해서 표시된 POSL 판독기 (402) 의 전자적 컴포넌트들은 라인 (634) 에 의해서 표현된 다양한 전기적 접속들에 의해서 배터리 (430) 로부터 전력을 공급받는다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 OSL 판독기 및 방법은 Al2O3:C 재료를 포함하는 OSL 센서를 판독하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, OSL 센서들에서 사용된 OSLM은 Stillwater, OK 소재의 Landauer, Inc에 의해서 제조된 특정화된 탄소 도핑된 알루미늄 산화물 (Al2O3:C) 재료일 수 있으며 상표명 LUXEL+ 및 INLIGHT을 갖는 선량계들로 판매되는 것과 유사하다. 이 OSLM은 특정하게 제법되고 독점적인 분말화된 Al2O3:C로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, Al2O3:C 재료는 디스크 형상의 펠릿 (pellet) 또는 막 형태로 될 수 있다. 이러한 Al2O3:C 재료의 이온화 방사선으로의 노출은 전자들이 재료의 결정 구조 내의 디펙트들, 즉, 전자 트랩 (electron traps) 내에 트랩되게 한다. 520 ± 25 nm 파장 광 (즉 녹색) 으로 자극되는 때에 전자들이 이러한 전자 트랩들로부터 해방된다. 이들이 그라운드 상태로 복귀할 때에, 420 ± 25 nm 파장 광 (즉 청색) 이 방출된다. 상이한 타입들의 OSL 재료들을 함유하는 OSL 센서들을 판독하는데 사용되는 본 발명의 OSL 판독기에 대해서 검출된 다른 타입의 방출된 발광성 광 및 다른 타입의 조사 광이 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이러한 OSL 센서를 판독할 시에, LED 광 소스는 약 520 nm에서 중심을 갖는 파장을 갖는 녹색 조사 광을 제공할 수 있다.
본 발명은 이제 본 발명의 다양한 실시예들 및 특징들을 기술하는 다음의 실례들에 의해서 기술될 것이다.
실례들
실례1
본 발명의 방법을 사용하여 OSL 센서에 의해서 누적된 방사선 도즈량의 신속한 결정을 위한 OSL 판독기 동작의 실례는 이하에서 판독기의 테스트 및 캘리브레이션 동안에 마이크로프로세서에 의해서 생성된 외부 오실로스코프에 의해서 기록된 타임 시퀀스를 도시하는 도 7을 사용하여서 기술된다. 도 7은 예시적인 일련의 LED 펄스들 (712) 을 예시하고, 각 펄스는 LED 펄스 기간 (duration) (714) (제 1 파라미터), 및 LED 펄스 (712) 의 종료와 광자 카운팅 시간 (718) (제 3 파라미터) 의 시작 간의 시간 지연 (time delay) (716) (제 2 파라미터) 을 갖는다. 시간 스케일 (time scale) 로 인해서, 도 7은 오직 OSL 판독기 동작의 2 개의 전 (full) 사이클들, 즉 2 개의 LED 펄스들 (712) 및 2 개의 광자 카운팅 시간들 (718) 을 도시한다. 제 3 사이클의 시작은 제 3 LED 펄스에 의해서 지시된다. 이러한 사이클들의 수 (제 4 파라미터) 는 1000 회 또는 그 이상일 수도 있다.
실험 2
본 발명의 일 실시예에 따른 OSL 판독기 측정들의 실례가 도 8을 사용하여서 이하에서 기술된다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로프로세서 제어된 OSL 판독기에 의해서 수행되는 일 POSL 측정을 예시한다. 이 실례에서, 판독기는 총 2 초의 기간 동안에 각각 5000 마이크로초의 기간을 갖는 400 개의 사이클들을 수행한다. LED 펄스, 시간 지연 및 광자 카운팅 시간으로 구성된 각 사이클은 그래프 상에서 하나의 점 (dot) 에 의해서 표현된다. LED 펄스들은 제 1의 200 개의 사이클 동안에만 (그래프 상에서 1 초의 측정) 생성되었다. 1 초와 2 초 간의 측정의 제 2 부분은 LED 펄스들 없이 수해되어서 Al2O3:C OSLM의 발광성 소멸 시간 (luminescent decay time) 을 예시한다. 일 사이클 동안에 마이크로프로세서 펄스 카운터에 의해서 누적된 단일 광자 펄스들의 개수를 수직 축이 나타내고 이 수직 축은 로그 스케일 (logarithmic scale) 로 되어 있다.
실험3
OSL 판독기가 저 도즈량 모드에서 방사선 도즈량을 측정하는데 사용되는 때에 OSL 신호의 열화를 나타내는 실례가 도 9에서 도시된다. 도 9는 저 도즈량 측정 모드에서 OSL 신호의 공급을 예시하는 그래프이며 판독 회수의 함수로서 플롯팅된다.
실험 4
OSL 판독기가 고 도즈량 모드에서 방사선 도즈량을 측정하는데 사용되는 때에 OSL 신호의 열화를 나타내는 실례가 도 10에서 도시된다. 도 10은 고 도즈량 측정 모드에서 OSL 신호의 공급을 예시하는 그래프이며 판독 회수의 함수로서 플롯팅된다.
본원에서 인용되는 모든 문헌들, 특허, 저널 문헌 및 다른 내용들은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명이 특정 실시예들을 참조하여서 기술되었지만, 다양한 수정, 변경 및 변화들이 청구항들에서 규정된 본 발명의 범위 및 사상 내에서 기술된 실시예들에서 대해서 가능하다. 따라서 본 발명은 기술된 실시예들로 한정되지 않고 다음의 청구항들의 언어로 규정된 모든 범위 및 이의 균등 범위를 갖는 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. (a) LED로부터의 조사 광 (illumination light) 으로 OSL (optically stimulated luminescence) 센서를 마이크로프로세서의 클록 사이클들의 제 1 수 (number) 에 기초한 제 1 기간에 걸쳐서 조사하는 단계;
    (b) 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들 (photon pulses) 을 지연 시간 후의 제 2 기간에 걸쳐서 펄스 카운터를 사용하여서 카운팅하는 단계;
    (c) 측정 사이클들의 제 1 사전결정된 수에 걸쳐서 단계 (a) 및 단계 (b) 를 반복하는 단계;
    (d) 단계 (a) 및 단계 (b) 가 상기 측정 사이클들의 제 1 사전결정된 수에 걸쳐서 반복된 후에, 상기 OSL 센서가 노출된 일 타입의 이온화 방사선에 대한 방사선 도즈량 (dose) 을, 단계 (b) 에서 카운팅된 광자 펄스들의 수에 기초하여서 상기 마이크로프로세서가 결정하는 단계;
    (e) 상기 방사선 도즈량을 사용자에게 표시하고/하거나 상기 방사선 도즈량을 저장 매체에 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 OSL 센서에 의해서 방출된 발광성 광 (luminescent light) 의 광자들은 상기 광검출기에 의해서 기록되며 (registered),
    상기 광검출기에 의해서 생성된 상기 광자 펄스들은 상기 광검출기에 의해서 검출된 발광성 광의 광자들에 기초하며,
    상기 제 2 기간은 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 3 수에 기초한 지연 시간 후의, 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 2 수에 기초하며,
    상기 지연 시간은 마이크로프로세서 클록 사이클들의 제 3 수에 기초하며,
    상기 OSL 센서는 단계 (a) 이전에 상기 일 타입의 이온화 방사선의 도징 (dosing) 을 받으며,
    상기 발광성 광은 단계 (a) 에 응답하여서 상기 OSL 센서에 의해서 방출되며,
    상기 펄스 카운터는 상기 마이크로프로세서의 일부인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 OSL 센서는 Al2CO3:C를 포함하는 OSL 재료를 함유하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간은 제 1 시간 값을 갖고 상기 제 2 기간은 제 2 시간 값을 가지며,
    상기 제 1 시간 값 및 상기 제 2 시간 값은 함께 상기 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들이 시간상 중첩되는 것을 방지하고 상기 광검출기가 상기 광검출기에 의해서 검출된 상기 발광성 광에 의해서 포화되는 것을 방지하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간은 제 1 시간 값을 갖고 상기 제 2 기간은 제 2 시간 값을 가지며,
    상기 제 1 시간 값 및 상기 제 2 시간 값은 함께 1 회 판독당 상기 OSL 센서의 열화량 (depletion amount) 을 1 퍼센트보다 낮게 감소시키는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간은 1 내지 1000 마이크로초의 범위에 있는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 시간은 10 내지 50 마이크로초의 범위에 있는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기간은 100 내지 10,000 마이크로초의 범위에 있는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 사이클들의 제 1 사전결정된 수는 100 내지 3000 범위에 있는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    단계 (e) 는 상기 방사선 도즈량을 사용자에게 표시하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    단계 (e) 는 상기 방사선 도즈량을 저장 매체에 저장하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    (f) 단계 (a), 단계 (b) 및 단계 (c) 를 포함하는 테스트 측정들을 측정 사이클들의 제 2 사전결정된 수에 걸쳐서 고 도즈량 모드 (high dose mode) 로 수행하는 단계;
    (g) 단계 (f) 동안에 상기 펄스 카운터에 의해서 카운팅된 광자 펄스들의 수를 결정하는 단계;
    (h) 단계 (g) 에서의 상기 펄스 카운터에 의해서 카운팅된 광자 펄스들의 수가 임계 파라미터보다 작은지의 여부를 결정하는 단계; 및
    (i) 단계 (h) 에서 상기 카운팅된 광자 펄스들의 수가 상기 임계 파라미터보다 작다고 결정되면 저 도즈량 모드로 단계 (a), 단계 (b) 및 단계 (c) 를 수행하거나, 단계 (h) 에서 상기 카운팅된 광자 펄스들의 수가 상기 임계 파라미터보다 크거나 같다고 결정되면 측정 사이클들의 정상적인 수 (normal number) 에 걸쳐서 고 도즈량 모드로 단계 (a), 단계 (b) 및 단계 (c) 를 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 측정 사이클들의 제 2 사전결정된 수는 상기 측정 사이클들의 정상적인 수 (normal number) 보다 작은, 방법.
  12. OSL (optically stimulated luminescence) 센서를 조사하기 위한 녹색 조사 광을 방출하기 위한 LED 광 소스;
    상기 OSL 센서에 의해서 방출된 청색 발광성 광을 검출하는 광검출기;
    상기 OSL 센서에 의해서 방출되고 상기 광검출기에 의해서 카운팅된 발광성 광의 광자들에 기초하여서 상기 광검출기에 의해서 생성된 광자 펄스들을 카운팅하기 위한 펄스 카운터;
    상기 LED 광 소스 및 상기 광검출기 및 상기 펄스 카운터를 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함하고,
    상기 LED 광 소스 및 상기 광검출기 및 상기 펄스 카운터가 온 상태와 오프 상태 간에서 스위칭되는 때를 상기 마이크로프로세서는 제어하고,
    상기 펄스 카운터는 상기 마이크로프로세서의 일부이며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 OSL 센서가 노출된 일 타입의 이온화 방사선의 방사선 도즈량을 상기 펄스 카운터에 의해서 카운팅된 광자 펄스들에 기초하여서 결정하는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 LED 광 소스, 상기 광검출기 및 상기 마이크로프로세서는 상기 장치 내에 장착된 배터리에 의해서 전력을 공급받는, 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 마이크로프로세서에 의해서 결정된 방사선 도즈량을 사용자에게 표시하기 위한 시각적 디스플레이를 포함하는, 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 마이크로프로세서에 의해서 결정된 방사선 도즈량을 저장하기 위한 저장 디바이스를 포함하는, 장치.
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