KR20150061083A - 방사선 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 방출하는 방사선 소스와 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 포함된 광자 중 문턱 에너지 이상의 에너지를 가지는 광자의 수를 카운팅하는 방사선 검출부와 방사선 검출부에서 검출된 에너지 스펙트럼과 방사선 소스의 고유한 에너지 스펙트럼을 비교하여, 문턱 에너지를 보정하는 제어부를 포함하는 방사선 영상 장치와 그 제어방법을 제공한다.

Description

방사선 영상 장치 및 그 제어 방법{RADIOGRAPHIC IMAGING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING RADIOGRAPHIC IMAGING APPARATUS}
본 발명은 대상체 방사선을 투과시켜 방사선 영상을 생성하는 방사선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
방사선 영상 장치는 대상체에 방사선을 조사하고 대상체를 투과한 방사선을 이용하여 대상체의 내부 영상을 획득할 수 있는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 방사선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 방사선의 세기 또는 강도를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.
구체적으로, 방사선 발생부에서 방사선을 발생시켜 대상체에 조사하면 방사선 검출부가 대상체를 투과한 방사선을 검출하고 검출된 방사선을 전기적인 신호로 변환한다. 전기적인 신호의 변환은 픽셀 별로 이루어지기 때문에 각 픽셀에 대응되는 전기적인 신호를 조합하여 하나의 방사선 영상을 얻을 수 있다.
기존에는 전기적인 신호를 일정 시간 동안 누적하여 독출하는 방식이 주로 적용되었으나, 최근에는 일정 에너지 이상의 광자를 계수하여 검출된 방사선을 에너지 별로 분리하는 포턴 카운팅 감지기(Photon Counting Detector, 이하, PCD라 한다)가 개발되었다.
PCD는 방사선 영상으로부터 특정 물질의 분리가 가능하고 방사선 노출과 노이즈가 적다는 장점이 있으나, 픽셀 별 수광 소자의 특성이나 독출 회로(read-out circuit)의 특성에 영향을 받아 모든 픽셀에 동일한 에너지의 방사선이 입사되더라도 픽셀 별로 다른 계수 값(counter value)이 출력될 수 있고, 이는 영상에 노이즈를 발생시키는 원인이 된다.
픽셀 별 특성에 따른 오차를 보정할 수 있는 방사선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 양상에 따른 방사선 영상 장치는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 방출하는 방사선 소스;와 방사선을 수광하고, 수광된 방사선을 전기신호로 변환하여 문턱 에너지 이상의 에너지를 가지는 광자의 수를 카운팅하는 방사선 검출부;와 방사선 검출부에서 검출된 에너지 스펙트럼과 방사선 소스의 고유한 에너지 스펙트럼을 비교하여, 문턱 에너지를 보정하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 방사선 소스는 하나 이상의 동위 원소를 포함할 수 있다. 이때, 동위 원소는 점선원, 선선원, 면선원 중 하나의 형성일 수 있다. 예를 들어, 동위 원소는 아메리슘-241(Americium-241), 카드늄-109(Cadmium-109), 코발트-57(Cobalt-57) 일 수 있다.
또한, 방사선 소스는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 차폐하기 위한 차폐부;를 포함할 수 있다. 이때, 차폐부는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선의 조사 방향을 가이드할 수 있다.
또한, 제어부는 문턱 에너지를 변경시켜면서 픽셀 별로 에너지 스펙트럼을 검출하는 스펙트럼 생성부;와 고유한 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지와 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지를 각 픽셀 별로 비교하는 비교부;와 비교부의 비교 결과를 기반으로 각 픽셀 별로 문턱 에너지를 보정하는 보정부;를 포함할 수 있다.
이때, 제어부는 각 픽셀 별로 문턱 에너지의 값을 저장하고 있는 맵핑 테이블;을 더 포함하고, 보정부는 보정된 문턱 에너지에 따라 맵핑 테이블을 업데이트할 수 있다.
또한, 제어부는 업데이트된 맵핑 테이블에 따라 각 픽셀의 문턱 에너지를 설정하고, 각 픽셀의 오차가 기 설정된 범위 이내인지 판단하는 테스트부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 방사선 영상 장치는 방사선 소스에서 방출되는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선이 방사선 검출부에 균일하게 조사되도록 방사선 소스를 이동시킬 수 있는 이동 유닛;을 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 방사선 영상 장치의 제어 방법은 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 방사선의 에너지 스펙트럼을 검출하는 단계;와 검출된 에너지 스펙트럼과 방사선의 고유한 에너지 스펙트럼을 비교하여 문턱 에너지를 보정하는 단계;를 포함한다.
이때, 검출된 에너지 스펙트럼은 문턱 에너지를 소정 간격으로 변화시켜가면서, 각 픽셀에서 카운팅되는 광자의 수를 모니터링하여 검출될 수 있다.
또한, 보정하는 단계는 각 픽셀 별로 불연속적인 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지와 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지의 차이 값을 산출하는 단계;와 차이 값을 기반으로 각 픽셀의 문턱 에너지를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 문턱 에너지를 결정하는 단계는 차이 값을 기 설정된 함수의 파라미터를 대입하여 각 픽셀의 문턱 에너지를 결정할 수 있다.
한편, 보정하는 단계는 각 픽셀 별로 문턱 에너지를 저장하고 있는 맵핑 테이블을 업데이트 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 보정하는 단계는 업데이트된 맵핑 테이블에 따라 문턱 에너지를 설정하여, 각 픽셀의 오차가 기 설정된 범위 이내인지 체크하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 방사선 영상 장치의 제어 방법은 보정된 문턱 에너지를 기반으로 대상체를 투과한 방사선에 포함된 광자의 수를 카운팅하고, 카운팅된 광자의 수를 기반으로 방사선 영상을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 방사선 영상 장치 및 방사선 영상 장치의 제어 방법에 의하여 방사선 검사 대상체 내부에 대한 보다 정확하고 적절한 영상을 획득할 수 있게 된다.
아울러, 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 하나 이상의 동위 원소를 이용하여 방사선 영상 장치의 문턱 에너지를 조절함으로써, 정밀도의 한계 극복이 가능할 뿐만 아니라, 각 픽셀의 불균일으로 인한 오차를 최소화 할 수 있다.
도 1은 방사선 영상 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 방사선 영상 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 3는 방사선 소스에서 방출되는 방사선의 고유한 에너지 스펙트럼의 일례를 도시한 그래프이다.
도 4는 방사선 발생부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 방사선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 방사선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 방사선 검출부의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 7은 복수의 에너지 대역 별로 방사선을 분리할 수 있는 방사선 검출부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 문턱 에너지의 보정 필요성에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 제어부의 일 실시예에 설명하기 위한 블록도이다.
도 10는 제어부에 의하여 검출된 에너지 스펙트럼을 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 맵핑 테이블을 개략적으로 가시화한 도면이다.
도 12는 방사선 영상 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 방사선 영상 장치의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 방사선 영상 장치의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 방사선 영상 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 도 15의 S103단계의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 1은 방사선 영상 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 방사선 영상 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 1, 2을 참조하면, 방사선 영상 장치(10)는 방사선 소스(100), 방사선 발생부(200), 방사선 검출부(300), 제어부(400), 영상 처리부(500)를 포함할 수 있다.
방사선 소스(100)는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 방출할 수 있다. 방사선 소스(100)에서 방출되는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선은 문턱 에너지 보정을 위해 이용될 수 있다. 더 구체적으로, 방사선 소스(100)는 차폐부(110), 동위 원소(120)를 포함할 수 있다.
차폐부(110)는 동위 원소(120)에서부터 방출되는 방사선의 조사를 조절한다. 더 구체적으로, 동위 원소(120)에서 방출되는 방사선이 외부로 방출되지 않도록 차단하거나, 방사선 조사 방향이나 조사 범위를 가이드 할 수 있다. 이를 위해 차폐부(110)는 방사선을 흡수하는 물질, 일례로 납(Pb), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등과 같은 금속 재질의 콜리메이터 필터(collimator filter)나 콜리메이터 블레이드(collimator blade) 등을 포함하고 있을 수 있다.
동위 원소(120)는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 방출한다. 이때, 방사선 동위 원소(120)는 원자핵이 안정된 상태로 변환하며 방사선을 방출하는 것으로, 예를 들어, 방사선 동위 원소(120)는 아메리슘-241(Am-241, Americium-241), 카드늄109(Cd-109, Cadmium-109), 또는 코발트-57(Co-57, cobalt-57) 등 일 수 있다. 한편, 방사선 소스(100)는 하나 이상의 동위 원소(120)를 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 방사선 동위 원소(120)에 의하여 방출되는 방사선의 에너지의 분포는 불연속적이다. 이하, 도 3을 참조하여, 방사선 동위 원소(120)의 불연속적인 스펙트럼에 대하여 상세히 설명한다.
도 3는 방사선 소스에서 방출되는 방사선의 고유한 에너지 스펙트럼의 일례를 도시한 그래프이다. 도 3a는 카드늄-109의 에너지 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 3b는 아메리슘-241의 에너지 스펙트럼을 도시한 도면이다. 이때, 도 3의 가로축은 광자가 가진 에너지를 나타낸 것이고, 세로축은 각 에너지를 가진 광자의 수를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 카드늄-109에서 방출되는 포함된 광자들은 대부분 특정 에너지를 가진다. 더 구체적으로, 카드늄-109에서 방출되는 광자는 약 80%가 22keV, 약 15%가 25keV, 약 4%가 88keV의 에너지를 가진다. 즉, 카드늄-109에서 방출되는 광자를 에너지에 따라 분류하여 도시하면 도 3a와 같이 불연속적인 에너지 스펙트럼으로 표시된다. 이때, 22keV, 25keV, 88keV에서 광자 수는 급격하게 증가하였다가 감소한다. 다시 말하면, 22keV, 25keV, 88keV에서 검출되는 광자의 수는 다른 에너지 대역에 비하여 급격하게 증가하게 된다.
도 3b를 참조하면, 아메리슘-241에서 방출되는 포함된 광자들은 대부분 특정 에너지를 가진다. 더 구체적으로, 아메리슘-241에서 방출되는 광자는 약 42%가 14keV, 약 2.4%가 26keV, 약 35.9%가60keV의 에너지를 가진다. 즉, 아메리슘-241에서 방출되는 광자를 에너지에 따라 분류하여 도시하면 도 3a와 같이 불연속적인 에너지 스펙트럼으로 표시된다. 이때, 14keV, 26keV, 60keV에서는 광자 수는 급격하게 증가하였다가 감소한다.
이와 같은 동위 원소(120)의 불연속적인 에너지 스펙트럼은 이하 상술되는 제어부(400)의 문턱 에너지 보정의 기준으로 이용될 수 있다.
한편, 방사선 동위 원소(120)는 카드늄-109 또는 아메리슘-241에 한정되어 해석되어서는 아니되며, 코발트-57 등과 같이 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 동위 원소(120)를 모두 포함하는 이해하여야 한다.
다시 도 1, 2를 참조하면, 방사선 발생부(200)는 방사선을 발생시켜 대상체에 조사할 수 있다. 방사선 발생부(200)는 전원을 공급받아 방사선을 발생시키며, 관전압에 의해 방사선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 방사선 노출 시간에 의해 방사선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 방사선 발생부(200)를 더 상세하게 설명한다.
도 4는 방사선 발생부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 방사선 발생부(200)의 방사선 생성부(210) 및 콜리메이터(collimator, 220)를 포함할 수 있다.
방사선 생성부(210)는 전압을 제공하기 위한 전원(211), 및 인가된 전압에 상응하는 에너지 레벨의 방사선을 발생시킬 수 있는 방사선 튜브(212, 음극선관)를 포함할 수 있다.
전원(211)은 방사선 튜브(212)와 전기적으로 연결되고, 외부의 제어 명령에 따라 소정의 전압을 방사선 튜브(212)에 인가한다.
방사선 튜브(212)는 음(-)극의 필라민트(213)와 애노드(양극, anode, 214)를 포함하고 있다. 방사선 튜브(212)에 전원(211)으로부터 소정의 전압이 인가되면 방사선 튜브(212)의 음극 필라민트(213)의 전자가 애노드(214) 방향으로 가속하여 이동한다. 가속된 전자가 애노드(214) 근처에서 쿨롱힘에 따라 급격히 감속될 때 에너지 보존 법칙에 따라서 애노드(214)에서는 소정의 방사선, 일례로 엑스선이 발생하게 된다.
이때, 방사선 튜브(212)에서 생성되는 방사선의 에너지량, 즉 에너지 레벨은 전원(211)으로부터 인가된 전압에 따라 결정된다. 더 상세하게, 낮은 전압이 방사선 튜브(212)의 양 말단에 인가되면 방사선 튜브(212) 내의 전자가 상대적으로 느리게 가속되므로 애노드(214)에서는 낮은 에너지의 방사선이 발생하게 된다. 반대로 높은 전압이 방사선 튜브(212)에 인가되면 방사선 튜브(212) 내의 전자가 빠르게 가속되어 애노드(214)에서는 높은 에너지의 방사선이 발생하게 된다. 방사선 튜브(212)의 애노드(214)에서 발생된 방사선은 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 방향, 일례로 방사선 검출부(300) 방향으로 조사될 수 있다.
방사선 생성부(210)에서 생성된 방사선은, 방사선 검출부(300)로 조사되기 전에 콜리메이터(collimator, 220)를 먼저 통과할 수도 있다. 콜리메이터(220)는, 방사선 조사 방향이나 조사 범위를 가이드하는 장치로, 원하는 방향 외의 방향으로 조사되는 방사선을 흡수하는 등의 방법으로 차단하여 방사선의 조사 방향이나 범위를 결정하도록 할 수 있다. 이를 위해 콜리메이터(220)는 방사선을 흡수하는 물질, 일례로 납(Pb) 등과 같은 금속 재질의 콜리메이터 필터(collimator filter)나 콜리메이터 블레이드(collimator blade) 등을 포함하고 있을 수 있다.
다시 도 1, 2를 참조하면, 방사선 검출부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이 인체 등의 대상체(ob)가 거치될 수 있는 거치부(301)와, 거치부(301)를 지지하는 지지대를 포함하고 있을 수 있다.
방사선 검출부(300)는 방사선을 검출하고, 검출된 방사선 또는 방사선을 전기적인 신호로 변환하여 방사선 영상을 생성하기 위한 방사선 데이터를 획득할 수 있다. 더 구체적으로, 방사선 검출부(300)는 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 포함된 광자 중 문턱 에너지 이상의 에너지를 가지는 광자의 수를 픽셀 별로 카운팅하여 방사성 영상을 생성하기 위한 데이터를 획득할 수 있다.
일반적으로, 방사선 검출부(300)는 재료 구성 방식, 검출된 방사선을 전기적인 신호로 변환시키는 방식 및 방사선 데이터를 획득하는 방식에 따라 구분될 수 있는바, 이하 방사선 검출부(300)가 방사선을 검출하고 검출된 방사선을 전기적 신호로 변환하여 방사선 데이터를 획득하는 다양한 방식에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 방사선 검출부(300)는 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분될 수 있다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 방사선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 방사선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각기 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드, CCD, CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 방사선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 검출기를 이용하여 방사선을 검출하고 CMOS ROIC를 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
그리고, 방사선 검출부(300)는 방사선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분될 수 있다.
직접변환방식에서는, 방사선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 방사선 검출부(300)가 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2등이 있다.
간접변환방식에서는, 수광 소자와 방사선 발생부(200) 사이에 섬광체(scintillator)를 구비하여 방사선 발생부(200)에서 조사된 방사선이 섬광체와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 방사선 검출부(300)는 방사선 데이터를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하 누적 방식(Charge Integration Mode)과 단일 방사선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 문턱 에너지(threshold energy) 이상의 에너지를 갖는 광자를 계수하는 광자 계수 방식(Photon Counting Mode)으로 구분될 수 있다.
방사선 영상 장치(10)의 일 실시예는 전하 누적 방식에 비해 대상체의 방사선 노출량과 방사선 영상의 노이즈가 적은 광자 계수 방식을 이용한다. 따라서, 방사선 검출부(300)는 PCD(Photon Counting Dector)로 구현된다.
한편, 방사선 검출부(300)의 재료 구성 방식과 전기적인 신호의 변환 방식에는 제한이 없으나 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 방사선으로부터 전기 신호를 직접 획득하는 직접 변환 방식 및 방사선을 검출하는 수광 소자와 독출 회로가 결합되는 하이브리드 방식을 적용하는 것으로 하여 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.
도 5는 방사선 영상 장치의 일 실시예에 있어서 방사선 검출부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 방사선 검출부의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 7은 복수의 에너지 대역 별로 방사선을 분리할 수 있는 방사선 검출부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 방사선 검출부(300)는 방사선을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 수광 소자(310)와 전기적인 신호를 읽어 내는 독출 회로(320)를 포함한다. 여기서, 독출 회로(320)은 복수의 픽셀 영역을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 형태로 이루어진다. 수광 소자(310)를 구성하는 물질로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질을 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(310)는 고저항의 n형 반도체 기판(311)의 하부에 p형 반도체가 2차원 픽셀 어레이 구조로 배열된 p형 층(312)을 접합하여 PIN 포토다이오드 형태로 형성할 수 있고, CMOS 공정을 이용한 독출 회로(320)은 각 픽셀 별로 수광 소자(310)와 결합된다. CMOS 독출 회로(320)와 수광 소자(310)는 플립 칩 본딩 방식으로 결합할 수 있는바, 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)를 형성한 후 리플로우(reflow)하고 열을 가하며 압착하는 방식으로 결합할 수 있다. 다만, 상술한 구조는 방사선 검축부의 일 실시예에 불과하며, 방사선 검출부(300)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6를 참조하면, 방사선의 광자(photon)가 수광 소자(310)에 입사하게 되면 가전도대에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달 받아 밴드 갭 에너지 차이를 넘어 전도대로 여기 된다. 이로써 공핍 영역에서 전자-정공 쌍이 발생된다.
수광 소자(310)의 P형 층과 n형 기판에 각각 메탈 전극을 형성하고 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍 영역에서 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 n형 영역으로, 정공은 p형 영역으로 끌려간다. 그리고, p형 영역으로 끌려간 정공이 범프 본딩(330)을 통해 독출 회로(320)로 입력되어 광자에 의해 발생된 전기 신호를 읽을 수 있도록 한다. 그러나, 수광 소자(310)의 구조와 걸어주는 전압 등에 따라 독출 회로(320)에 전자가 입력되어 전기 신호를 생성하는 것도 가능하다.
독출 회로(320)는 수광 소자(310)의 p형 반도체와 대응되는 2차원 픽셀 어레이 구조로 형성될 수 있으며, 각 픽셀 별로 전기 신호를 읽어 낸다. 범프 본딩(330)을 통해 수광 소자(310)에서 독출 회로(320)로 전하가 입력되면, 독출 회로(320)의 전증폭기(pre-amplifier)(321)에서 하나의 광자로부터 발생된 입력 전하를 축적(charging)하고 이에 대응되는 전압 신호를 출력한다.
그리고, 전증폭기(321)에서 출력된 전압 신호는 비교기(322)로 전달되고, 비교기는 외부에서 제어될 수 있는 문턱 에너지(threshold voltage, Vth)과 입력 전압신호를 비교하여 그 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 펄스 신호를 출력하고, 카운터(323)에서는 '1'이 몇 번 나왔는지를 카운팅하여 디지털 형태로 방사선 데이터를 출력한다. 픽셀 별 방사선 데이터를 조합하면 대상체의 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 문턱 에너지는 문턱 에너지(threshold energy)에 대응되는 것으로서, E 이상의 에너지를 갖는 광자의 개수를 카운팅하고자 하는 경우 문턱 에너지 E에 대응되는 문턱 에너지를 비교기(322)에 입력한다. 문턱 에너지와 문턱 에너지를 대응시킬 수 있는 것은, 광자가 갖는 에너지에 따라 수광 소자에서 발생되는 전기적인 신호(전압)의 크기가 달라지기 때문이다. 따라서, 광자의 에너지와 발생되는 전압 사이의 관계식을 이용하여 원하는 문턱 에너지에 대응되는 문턱 에너지를 계산할 수 있고, 이하 상술할 실시예에서 방사선 검출부에 문턱 에너지를 입력한다는 것은 문턱 에너지에 대응되는 문턱 에너지를 입력한다는 것과 같은 의미로 사용될 수 있다.
한편, 방사선 영상 장치는 대상체의 내부 조직 간의 대조도를 향상시키기 위해 서로 다른 복수의 에너지 대역의 방사선 영상을 획득하여 다중 에너지 방사선 영상을 생성할 수 있다. 이를 위해, 방사선 영상 장치는 서로 다른 복수의 에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하기 위해 방사선 대역을 달리하여 방사선을 복수 회 조사할 수 있다.
다만, 방사선 영상 장치의 일 실시예에 따르면 도7에 도시된 것과 같은 독출 회로(320)를 이용하여 방사선 검출부(300)는 수광된 광자를 복수 개의 에너지 대역 별로 분리할 수 있다.
더 구체적으로, 독출 회로(320)는 비교기(322)와 카운터(323)를 복수 개 비교하여 복수의 에너지 대역 별로 광자를 카운팅할 수 있다. 도 7의 예시에는 비교기를 3개 구비하는 것으로 하였으나, 방사선 검출부(300)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고 분리하고자 하는 에너지 대역의 수에 따라 비교기를 구비할 수 있다.
방사선 검출부는 64개의 픽셀로 이루어진 경우, 도 7에 도시된 것과 같이 방사선 검출부는 64개의 수광 소자(310_1~310_64)와 64개의 독출 회로(320_1~320_64)를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 방사선의 광자(photon)가 수광 소자(310)에 입사하게 되면 광자의 에너지를 전달 받아 많은 전자-정공 쌍이 생성된다. 이때, 발생하는 전자-전공 쌍의 개수는 수광 소자(310)를 구성하는 물질의 결합 에너지와 비례한다. 일예로, 도 7에 도시된 것과 같이 수광 소자(310)가 CdTe로 구성된 경우, 수광 소자(310)는 4.43eV당 전자-정공 1쌍을 생성한다. 따라서, 310_1의 수광 소자에 100keV의 에너지를 가진 광자가 입사하는 경우 310_1의 수광 소자는 약 22600쌍 전자-정공을 생성한다.
그리고, 방사선 광자에 의하여 생성된 전자-정공 쌍의 전자는 양극(Anode)로 이동하고, 범프 본딩(330)을 통해 독출 회로(320)로 입력되어 광자에 의해 발생된 전기 신호를 읽을 수 있도록 한다. 한편, 수광 소자(310)의 구조 또는 수광 소자(310)에 인가되는 전압 등에 따라 독출 회로(320)에 정공이 입력되어 전기 신호를 생성할 수도 있다.
예를 들어, 수광 소자 310_1 에 방사선의 광자가 수광되면, 수광된 광자에 의하여 발생한 전자에 의하여 전기 신호가 생성되며, 전증폭기 321_1은 수광 소자310_1에 의하여 생성된 전기 신호를 증폭하여 출력한다.
이와 같이 전증폭기321_1에 의하여 출력된 전기신호는 3 개의 비교기(322_1a, 322_1b, 322_1c)로 입력된다. 그리고 각각의 비교기(323_1a, 323_1b, 323_1c)에 문턱 에너지 1(Vth1) 내지 문턱 에너지 3(Vth3)을 입력하면 비교기 1(322_1a)에서는 문턱 에너지 1과 입력 전압을 비교하고 카운터 1(323_1a)에서는 문턱 에너지 1보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다. 같은 방식으로 카운터 2(323_1b)에서는 문턱 에너지 2(Vth2)보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅하고, 카운터 3(323_1c)에서는 문턱 에너지 3(Vth3)보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다.
한편, 이론적으로 방사선 검출부(300)의 각 픽셀에서 발생되는 전압 신호의 크기는 입사되는 광자의 에너지에만 영향을 받아야 하지만 각 픽셀의 수광 소자(310)의 특성이나 독출 회로(320)의 특성에도 영향을 받을 수 있다. 따라서, 모든 픽셀에 대해 동일한 에너지를 갖는 광자가 입사되더라도 픽셀 별로 단일 광자에서 발생되는 전압 신호의 크기가 달라질 수 있다. 이하, 도 7 내지 도 8를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 8은 문턱 에너지 보정의 필요성에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
하나의 방사선 검출부(300)의 포함된 각 픽셀에 동일한 에너지를 가지는 광자가 수광되더라도, 각 픽셀에서 검출되는 에너지 스펙트럼은 도 8a와 도8b와 같이 상이할 수 있다.
도 7, 8을 참조하면, 도 8a와 같은 에너지 스펙트럼을 가진 광자들이 픽셀에 수광되면, 각 광자들은 전증폭기(321)로 입력되어 전압 신호로 출력되면 이 전압 신호는 3 개의 비교기(322a, 322b, 322c)로 입력되면, 각각의 비교기(323a, 323b, 323c)는 각각의 문턱 에너지(Vth1, Vth2, Vth3)과 광자의 에너지를 비교하고, 각각의 카운터(323a, 323b, 323c)는 문턱 에너지보다 큰 광자의 수를 카운팅하게 된다.
따라서, 이상적으로 픽셀에서는 2 에너지 영역(bin #2), 1 에너지 영역(bin #1), 3 에너지 영역(bin #3)순으로 많은 수의 광자가 카운터 된다.
다만, 픽셀에 8a와 동일한 에너지 스펙트럼을 가진 광자들이 수광되더라도, 수광소자(310)의 특성 또는 독출 회로(320)의 특성에 의하여 광자에서 발생하는 전압 신호가 8b와 같은 에너지 스펙트럼을 가진 광자들이 수광된 것으로 해석될 수 있다.
따라서, 보정이 필요한 픽셀에서는 1 에너지 영역(bin #1), 2 에너지 영역(bin #2), 3 에너지 영역(bin #3)순으로 많은 수의 광자가 카운터 된다. 즉, 방사선 검출부(300)에 의하여 검출된 각 에너지 영역의 광자의 수에 오차가 발생하게 된다. 따라서, 방사선 영상에 오차가 발생하게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(400)는 방사선 검출부(300)를 제어하여 각 픽셀 별로 에너지 스펙트럼을 생성하고, 생성된 에너지 스펙트럼과 방사선 소스(100)에서 방출된 고유의 에너지 스펙트럼을 비교하여 각 픽셀 별로 문턱 에너지를 보정한다. 이하, 도 9 내지 11을 참조하여 제어부(400)에 대하여 더 상세히 설명한다.
도 9는 제어부의 일 실시예에 설명하기 위한 블록도이다. 도 10는 제어부에 의하여 검출된 에너지 스펙트럼을 일례를 도시한 도면이다. 도 11은 맵핑 테이블을 개략적으로 가시화한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제어부(400)는 스펙트럼 생성부(410), 비교부(420), 보정부(430), 테스트부(440), 맵핑 테이블(450)을 포함할 수 있다. 이하, 제어부(400)의 설명의 편의를 위하여 스펙트럼 생성부(410), 비교부(420), 보정부(430), 테스트부(440), 맵핑 테이블(450)로 나누어서 제어부(400)를 설명하나, 스펙트럼 생성부(410), 비교부(420), 보정부(430), 테스트부(440), 맵핑 테이블(450)은 하나의 장치로 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
스펙트럼 생성부(410)는 방사선 검출의 각 픽셀의 문턱 에너지를 변화시켜가면서 에너지 스펙트럼을 생성한다. 스펙트럼 생성부(410)는 각 픽셀의 에너지 스펙트럼을 생성하기 위하여 각 픽셀의 문턱 에너지를 변경시켜가면서 카운팅되는 광자의 수를 모니터링 할 수 있다.
일 실시예로, 스펙트럼 생성부(410)는 문턱 에너지를 소정의 간격으로 변화시켜가면서 방사건 검출부의 각 픽셀에서 카운팅된 광자의 수를 저장하여 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 생성부(410)는 5keV단위로 문턱 에너지를 변화시켜가면서 픽셀 별로 카운팅 되는 광자의 수를 저장하고, 저장된 광자의 수를 통하여 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다.
다른 일 실시예로, 스펙트럼 생성부(410)는 문턱 에너지를 변경시켜가면서 기 설정된 수치 이상으로 광자의 수가 급변하는 문턱 에너지만을 저장할 수도 있다. 예를 들어, 스펙트럼 생성부(410)는 문턱 에너지를 3keV단위로 변경시켜가면서, 각 픽셀별로 30%이상의 카운팅되는 광자의 수가 증가하거나 감소하는 에너지 값만을 저장하여 형식으로 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다.
이와 같이 방사선 소스(100)에서 방출되는 불연속적인 에너지 스펙트럼과 비교 가능할 정도의 최소한의 데이터를 저장함으로써, 제어부(400)의 부하를 최소화할 수 있다.
예를 들어, 이상적인 픽셀이 카드늄-109로부터 방출되는 방사선을 수광하면, 도 3a에 도시된 것과 같은 에너지 스펙트럼이 나타난다. 따라서, 픽셀의 문턱 에너지을 점점 증가시키는 경우 22keV, 25keV, 88keV인근에서 카운팅되는 광자의 수는 급격하게 감소된다. 따라서, 스펙트럼 생성부(410)는 광자수가 급변하는 에너지인 22keV, 25keV, 88keV만이 저장할 수 있다. 또한, 광자 수 급변의 기준을 상승시키는 경우, 스펙트럼 생성부(410)는 가장 광자의 수가의 변화가 큰 22keV만이 저장될 수도 있다.
그리고, 카드늄-109로부터 방출되는 방사선을 수광하더라도, 앞서 상술한 것과 같이 일부 픽셀에서 검출되는 에너지 스펙트럼이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 10a와 같은 에너지 스펙트럼이 나타날 수 있다. 따라서, 픽셀의 문턱 에너지를 점점 증가시키는 경우 45keV, 46keV, 60keV인근에서 카운팅되는 광자의 수는 급격하게 감소된다. 따라서, 스펙트럼 생성부(410)는 광자 수가 급변하는 에너지인 45keV, 46keV, 60keV를 저장할 수 있다.
한편, 이상적인 픽셀이 아메리슘-241로부터 방출되는 방사선을 수광하면, 도 3b에 도시된 것과 같은 광자의 스펙트럼이 나타난다. 따라서, 픽셀의 문턱 에너지를 점점 감소시키는 경우 60keV, 14keV인근에서 카운팅되는 광자의 수는 급격하게 증가된다. 따라서, 스펙트럼 생성부(410)는 광자수가 급변하는 에너지인 60keV, 14keV만을 저장할 수 있다.
또한, 아메리슘-241로부터 방출되는 방사선을 수광하더라도, 앞서 상술한 것과 같이 일부 픽셀에서 검출되는 에너지 스펙트럼이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 10b와 같은 에너지 스펙트럼이 나타날 수 있다. 따라서, 픽셀의 문턱 에너지을 점점 감소시키는 경우 40keV, 100keV인근에서 카운팅되는 광자의 수는 급격하게 증가된다. 따라서, 스펙트럼 생성부(410)는 카운팅 되는 광자의 수가 급변하는 40keV, 100keV를 저장할 수 있다.
비교부(420)는 방사선 소스(100)에서 방출되는 불연속적인 에너지 스펙트럼과 스펙트럼 생성부(410)에서 생성된 에너지 스펙트럼을 비교한다. 더 구체적으로, 비교부(420)는 방사선 소스(100)의 고유한 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지와 스펙트럼 생성부(410)에서 불연속이 발생하는 에너지를 비교할 수 있다.
이때, 비교부(420)는 고유한 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지를 저장하고 있을 수 있으며, 저장된 에너지 값과 스펙트럼 생성부(410)에 의하여 생성된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 값만을 비교할 수도 있다.
아울러, 비교부(420)는 비교 결과를 보정부(430)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 비교부(420)는 불연속이 발생하는 에너지의 차이 값을 산출하고, 산출된 차이 값을 보정부(430)에 저장할 수 있다. 더 구체적으로, 비교부(420)는 고유한 에너지 스펙트럼(도 3a)에서 불연속이 발생하는 에너지인 22keV, 25keV, 88keV와 픽셀에서 검출된 에너지 스펙트럼(도 10a)에서 불연속이 발생하는 에너지인 45keV, 46keV, 60keV의 차이 값을 산출하고, 산출된 차이 값(23, 23, -28)을 보정부(430)에 전달할 수 있다.
보정부(430)는 비교부(420)로부터 전달받은 결과를 기반으로 각 픽셀의 문턱 에너지를 보정할 수 있다. 더 구체적으로, 보정부(430)는 비교부(420)로부터 불연속이 발생하는 에너지의 차이 값을 전달 받고, 전달 받은 차이값을 기반으로 각 픽셀의 문턱 에너지를 보정할 수 있다.
일 실시예로, 보정부(430)는 비교부(420)로부터 전달받은 차이 값을 기반으로 선형으로 문턱 에너지의 보정 값을 산출하고, 산출된 값에 따라 문턱 에너지를 보정할 수 있다.
예를 들어, 보정부(430)는 고유 에너지 스펙트럼(도 3a)과 검출된 에너지 스펙트럼(도 10a)를 대조하여 선형으로 문턱 에너지 값을 보정할 수 있다. 즉, 보정부(430)가 비교로부터 전달 받은 차이 값(23, 23, -28)과 고유의 에너지 스펙트럼을 이용하여 해당하는 문턱 에너지를 값을 선형 보정할 수 있다. 더 구체적으로, 보정부(430)는 22keV, 25keV와 인접한 문턱 에너지는 차이 값인 23keV만큼 증가시키고, 60keV와 인접한 문턱에는 차이 값인 28keV만큼 감소시킬 수 있다.
다른 실시예로, 보정부(430)는 비교부(420)로부터 전달 받은 에너지의 차이 값을 파라미터로하는 함수를 사용하여 보정될 문턱 에너지 값을 결정할 수 있다. 여기서, 함수는 경험칙 또는 실험에 의하여 생성될 수 있다.
한편, 보정부(430)는 상술한 방법 이외에도 다양한 방법으로 문턱 에너지를 보정할 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 보정부(430)는 보정된 문턱 에너지 값에 따라 맵핑 테이블(450)을 업데이트 할 수도 있다.
테스트부(440)는 보정된 문턱 에너지를 기반으로 각 픽셀의 오차가 보정되었는지 판단한다. 이때, 각 픽셀의 오차가 소정 범위 이내인 경우 올바르게 보정된 것으로 판단할 수 있으며, 오차가 소정 범위 이상인 경우 다시 문턱 에너지 보정이 수행되도록 할 수 있다.
더 구체적으로, 테스트부(440)는 방사선 소스(100) 또는 방사선 발생부(200)로부터 균일한 방사선을 조사 받은 각 픽셀에서 카운팅된 광자의 수가 일정한 범위 이내인 경우 각 픽셀의 오차가 보정된 것으로 판단할 수 있다. 이때, 테스트부(440)는 맵핑 테이블(450)에 저장된 문턱 에너지를 각 픽셀의 문턱 에너지로 입력할 수 있다.
맵핑 테이블(450)은 각 픽셀별로 인가될 문턱 에너지에 대한 정보를 저장하고 있을 수 있다. 이때, 맵핑 테이블(450)에 저장된 문턱 에너지 정보는 보정부(430)에 의하여 보정될 수 있다. 이하 도 11을 참조하여, 맵핑 테이블(450)에 대하여 더 상세하게 설명한다.
보정부(430)는 보정된 문턱 에너지에 따라 맵핑 테이블(450)을 업데이트 할 수 있다. 방사선 검출부(300)가 m x n의 픽셀로 구성된 경우, 맵핑 테이블(450)은 각 픽셀 별로 문턱 에너지의 값을 가지고 있을 수 있다.
한편, 도 11의 맵핑 테이블(450)은 각 픽셀 별로 하나의 문턱 에너지 값을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 픽셀이 복수 개의 문턱 에너지를 가지는 경우, 맵핑 테이블(450)의 복수 개의 문턱 에너지 값을 가지기 위한 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 각 픽셀이 3개의 문턱 에너지를 가지는 경우, 맵핑 테이블(450)을 m x n x 3의 구조일 수 있다.
또한, 도 9에서 맵핑 테이블(450)은 제어부(400)에 포함된 것으로 도시되어 있으나, 맵핑 테이블(450)은 방사선 검출부(300)에 구비되어 있을 수 있다. 이때, 보정부(430)는 보정된 문턱 에너지 값에 따라, 방사선 검출부(300)에 구비된 맵핑 테이블(450)의 값을 보정할 수 있다.
이와 같은 문턱 에너지의 보정은 방사선 영상 장치를 사용하기 전에 실행하거나, 주기적으로 실행되거나, 장치의 초기화에 의하여 실행될 수 있으며, 문턱 에너지 보정을 통하여 더 정확한 방사선 영상을 제공할 수 있다.
한편, 방사선 검출부(300)에 의하여 출력된 광자의 수에 관한 정보는 영상 처리부(500)에 의해 독출될 수 있다.
영상 처리부(500)는 방사선 검출부(300)에서 출력되는 광자 수에 관한 정보를 기초로 방사선 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(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. 더 구체적으로, 영상 처리부(500)는, 소정의 픽셀에 대해서 카운팅된 광자의 수가 적거나 거의 없어 방사선 강도가 낮은 경우에는 소정의 픽셀에 대응하는 방사선 영상의 픽셀에는 상대적으로 어두운 색, 일례로 검은색이 표시되도록 하고, 반대로 소정의 픽셀에 대해서 카운팅된 광자의 수가 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.
영상 처리부(500)에서 생성된 방사선 영상은, 별도의 자기 디스크나 메모리칩과 같은 저장 매체에 저장될 수도 있고 방사선 촬영 장치나 외부의 워크 스테이션에 설치된 디스플레이0를 통해 표시될 수도 있다.
또한 영상 처리부(500)는 후처리를 수행할 수 있다. 더 구체적으로, 영상 처리부(500)는 방사선 영상의 명도(brightness)나 채도(color), 대조도(contrast) 또는 선예도(sharpness)를 수정하여 방사선 영상을 더 보정할 수 있다. 실시예에 따라서는 삼차원 입체 방사선 영상을 생성할 수도 있다.
한편, 방사선 영상 장치의 제어부(400) 또는 영상 처리부(500)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 이때, 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수 도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 12는 방사선 영상 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
방사선 영상 장치는 균일한 방사선의 조사를 위하여 선형 방사선 소스(100)를 가질 수 있다. 이때, 방사선 소스(100)의 차폐부(110)는 타원형일 수 있으며, 차폐부(110) 내부에는 동위 원소(120)가 선형으로 구비되어 있을 수 있다. 아울러, 차폐부(110)는 동위 원소(120)에서 방출되는 방사선이 문턱 에너지 보정 시에만 방사선 차폐부(110)에서 조사되도록 도어 구조를 가질 수 있다.
한편, 방사선 영상 장치는 이동 유닛(600)을 더 포함한다. 이동 유닛(600)은 방사선 소스(100)를 방사선 검출부(300)를 따라 이동시킬 수 있다. 이때, 이동 유닛(600)은 방사선 소스(100)를 방사선 검출부(300)를 따라 이동시킬 수 있는 다양한 구조일 수 있다. 예를 들어, 이동 유닛(600)은 방사건 검출부의 일단에 레일을 따라 이동할 수 있는 구조로 설치되어 있고, 레일을 따라 방사선 검출부(300)를 이동시킬 수 있다.
이와 같이 선형의 방사선 소스(100)가 방사선 검출부(300)를 따라 이동하여 방사선 검출부(300)의 각 픽셀에 조사되는 방사선의 양을 균일하게 조절하여 문턱 에너지 보정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 12에서 방사선 소스(100)는 외부에 노출된 것으로 도시되어 있으나, 방사선 소스(100)는 방사선 검출부(300)의 내부에 위치할 수 있다. 더 구체적으로, 방사선 소스(100)는 거치부(301)의 하단에 구비되어 있을 수 있다. 이때, 이동 유닛(600)도 방사선 검출부(300)의 내부에 위치하여 방사선 소스(100)를 이동 시킬 수 있다.
도 13은 방사선 영상 장치의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 14는 방사선 영상 장치의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 13, 14를 참조하면, 방사선 영상 장치는 컴퓨터 단층 촬영 장치 일 수 있다.
도 13를 참조하면, 방사선 영상 장치(20)는, 중앙 부근에 보어(22)가 형성된 하우징(21), 거치된 대상체를 이송하는 거치부(23) 및 거치부(23)를 지지하는 지지대(24)를 포함하고 있을 수 있다. 대상체가 상단에 거치된 거치부(23)는, 하우징(21)에 형성된 보어(22)로 소정 속도로 이송될 수 있다.
아울러, 방사선 영상 장치(20)는 실시예에 따라서 대상체의 영상을 표시하고, 사용자로부터 방사선 영상 장치(20)에 대한 다양한 제어 명령을 입력 받는 정보처리장치(25)를 포함할 수 있다. 정보처리장치(25)에는 사용자에게 방사선 영상을 표시하는 디스플레이와 상술한 것과 같은 제어부(400)가 마련되어 있을 수 있다.
도 13 내지 도 14를 참조하면, 하우징(21)의 내부에는 갠트리(22)가 설치될 수 있다. 갠트리(22)에는 방사선 소스 (100), 방사선 발생부(200) 및 방사선 검출부(300)가 장착될 수 있다.
이때, 방사선 소스(100)는 도 14a에 도시된 것과 같이 방사선 발생부(200)에 위치할 수 있다. 이때, 방사선 소스(100)는 문턱 에너지를 보정시에만 방사선을 방출하고, 방사선 발생부(200)에서 발생하는 방사선에 따라 방사선 영상을 생성시에는 방사선이 방출되지 않을 수 있다. 이를 위해, 방사선 소스(100)의 이동 유닛(600)에 의하여 이동될 수 있는 구조를 가질 수 있다.
한편, 방사선 소스(100)는 도 14b에 도시된 것과 같이 방사선 검출부(300)와 인접하여 마련될 수 있다. 아울러, 방사선 소스(100)는 방사선 검출부(300)를 따라 이동할 수 있는 있도록 이동 유닛(600)을 더 포함할 수 있다.
또한, 방사선 소스(100)는 면 형태일 수 있다. 더 구체적으로, 방사선 소스(100)는 방사선 검출부(300)와 일정 거리 이격되어 있을 수 있다. 면 형태의 방사선 소스(100)는 방사선 검출부(300)와 일정 거리 이격되어 이동하면서 방사선 검출부(300)에 방사선을 조사할 수 있다. 이를 위해, 캔트리(22)내부에는 이동 유닛(600)이 구비되어 있을 수 있다.
도 15는 방사선 영상 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 방사선 영상 장치는 S101단계에서 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 방사선을 검출한다. 더 구체적으로, 방사선 영상 장치는 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 방사선의 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다.
이때, 방사선 검출에는 포톤 카운팅 방식이 이용될 수 있다. 여기서, 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 방사선은 아메리슘-241(Americium-241), 카드늄-109(Cadmium-109), 또는 코발트-57(cobalt-57) 등과 같은 동위 원소에 의하여 방출되는 방사선일 수 있다.
더 구체적으로, S101단계에서는 각 픽셀의 문턱 에너지를 소정의 단위 마다 변화시켜가면서, 문턱 에너지 이상의 광자의 수를 카운팅하여 저장하는 방식으로 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다.
또는, 문턱 에너지 이상의 광자 수가 급변(예를 들어, 이전 문턱 에너지보다 30프로 이상 카운팅되는 광자수가 증가 또는 감소하는 경우)하는 에너지만 저장하는 방식으로, 에너지 스펙트럼의 특징적인 에너지만을 저장하는 형식으로 에너지 스펙트럼을 각 픽셀별로 생성할 수도 있다.
방사선 영상 장치는 S103단계에서 S101단계에서 검출된 에너지 스펙트럼과 방사선의 고유의 에너지 스펙트럼을 비교하여 문턱 에너지를 보정한다. 여기서, 고유의 에너지 스펙트럼은 이상적인 픽셀에서 검출되는 에너지 스펙트럼이고, 검출된 에너지 스펙트럼은 S101단계에서 각 픽셀에 의하여 검출된 에너지 스펙트럼일 수 있다. 이하, 도 16을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
방사선 영상 장치는 S105단계에서 보정된 문턱 에너지를 기반으로 방사선 영상을 생성한다. 더 구체적으로, 방사선을 대상체에 조사하고, 대상체를 투과한 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 포함된 광자를 보정된 문턱 에너지에 따라 카운팅한다. 이후, 각 픽셀에서 카운팅된 광자 수 정보를 기반으로 방사선 영상을 생성한다.
도 16은 도 15의 S103단계의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 이하, 도 16을 참조하여, S103단계에 대하여 상세하게 설명한다.
도 16을 참조하면, S201단계에서 문턱 에너지 이상의 광자의 수를 카운팅하여 저장할 수 있다.
S201단계에서 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지를 검출한다. 더 구체적으로, 각 픽셀 별로 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지를 검출한다. 이때, 불연속이 발생하는 에너지는 카운팅되는 광자의 수가 급변하는 에너지로, 광자의 수가 급변하는 기준은 사용자에 의하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 일정 기준 퍼센트 이상 광자의 수가 증가하거나, 기 설정된 범위 이상 광자의 수가 증가하는 경우 불연속이 발생하는 에너지로 검출할 수 있다.
한편, S101단계에서 급변하는 에너지만을 저장하는 방식으로 에너지 스펙트럼을 생성한 경우 S201단계는 생략될 수도 있다.
S203단계에서, 수광된 방사선의 불연속이 발생하는 에너지와 검출된 에너지를 비교할 수 있다. 이를 위하여 수광되는 방사선의 불연속이 발생하는 에너지는 별로도 저장될 수 있다.
더 구체적으로, S203단계에서 수광된 방사선의 고유의 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지(예를 들어, 도 3a의 22keV, 25keV, 88keV)과 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지(예를 들어, 도 10a의 45keV, 46keV, 60keV)를 의 차이를 산출할 수 있다.
S205단계에서는 S203단계에서 산출된 비교 결과를 기반으로 보정될 문턱 에너지의 값을 산출할 수 있다. 더 구체적으로, 비교 결과를 기반으로 각 픽셀의 문턱 에너지를 선형 보정하거나, 기 설정된 함수에 따라 각 픽셀의 문턱 에너지를 산출할 수 있다.
한편, 에너지의 차이 값에 따라 미리 설정된 값으로 보정될 문턱 에너지를 산출할 수도 있다. 이때, 차이 값에 따라 보정될 문턱 에너지의 값을 저장하고 있는 데이터 베이스를 이용할 수 있으며, 데이터 베이스는 경험칙 또는 실험으로 생성될 수 있다.
S207단계에서, 보정된 문턱 에너지에 따라 맵핑 테이블을 업데이트 될 수 있다. 여기서, 맵핑 테이블은 각 픽셀별로 인가될 문턱 에너지에 대한 정보를 정하고 있는 것으로, 예를 들어 2차 행렬로 구성된 데이터 베이스일 수 있다.
S209단계에서, 업데이트된 맵핑 테이블에 따라 에너지 스펙트럼을 다시 검사할 수 있다. 더 구체적으로, 맵핑 테이블에 저장된 문턱 에너지 값에 따라 각 픽셀의 문턱 에너지를 설정하고, 균등한 방사선을 각 픽셀에 조사하여 각 픽셀에서 검출되는 광자의 수가 일정한 범위 이내에 존재하는 검사하여, 문턱 에너지 보정이 잘 수행되었는지 판단한다.
10, 20: 방사선 영상 장치
100: 방사선 소스
200: 방사선 발생부
300: 방사선 검출부
400: 제어부
500: 영상 처리부

Claims (17)

  1. 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 방출하는 방사선 소스;
    상기 방사선을 수광하고, 수광된 방사선을 전기 신호로 변환하여 문턱 에너지 이상의 에너지를 가지는 광자의 수를 카운팅하는 방사선 검출부; 및
    상기 방사선 검출부에서 검출된 에너지 스펙트럼과 상기 방사선 소스의 고유한 에너지 스펙트럼을 비교하여, 상기 문턱 에너지를 보정하는 제어부;
    를 포함하는 방사선 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 하나 이상의 동위 원소를 포함하는 방사선 영상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동위 원소는 아메리슘-241(Americium-241), 카드늄-109(Cadmium-109), 코발트-57(Cobalt-57) 중 하나 이상인 방사선 영상 장치.
  4. 제1에 있어서,
    상기 방사선 소스는 상기 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선을 차폐하기 위한 차폐부;를 더 포함하는 방사선 영상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선의 조사 방향을 가이드하는 방사선 영상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 문턱 에너지를 변경시켜면서 픽셀 별로 에너지 스펙트럼을 검출하는 스펙트럼 생성부;
    상기 고유한 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지와 상기 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지를 각 픽셀 별로 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과를 기반으로 각 픽셀 별로 문턱 에너지를 보정하는 보정부;
    를 포함하는 방사선 영상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 각 픽셀 별로 상기 문턱 에너지의 값을 저장하고 있는 맵핑 테이블을 더 포함하고,
    상기 보정부는 보정된 상기 문턱 에너지에 따라 상기 맵핑 테이블을 업데이트하는 방사선 영상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 업데이트된 상기 맵핑 테이블에 따라 각 픽셀의 문턱 에너지를 설정하고, 각 픽셀의 오차가 기 설정된 범위 이내인지 판단하는 테스트부;를 더 포함하는 방사선 영상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스에서 방출되는 상기 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 방사선이 상기 방사선 검출부에 균일하게 조사되도록 상기 방사선 소스를 이동시킬 수 있는 이동 유닛;을 더 포함하는 방사선 영상 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 동위 원소는 점선원, 선선원, 면선원 중 하나의 형성인 방사성 영상 장치.
  11. 불연속적인 에너지 스펙트럼을 가진 방사선의 에너지 스펙트럼을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 에너지 스펙트럼과 상기 방사선의 고유한 에너지 스펙트럼을 비교하여 상기 문턱 에너지를 보정하는 단계;를 포함하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검출된 에너지 스펙트럼은 문턱 에너지를 소정 간격으로 변화시켜가면서, 각 픽셀에서 카운팅되는 광자의 수를 모니터링하여 검출되는 것인 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는 각 픽셀 별로 상기 불연속적인 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지와 상기 검출된 에너지 스펙트럼에서 불연속이 발생하는 에너지의 차이 값을 산출하는 단계; 및
    상기 차이 값을 기반으로 각 픽셀의 상기 문턱 에너지를 결정하는 단계;를 포함하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 문턱 에너지를 결정하는 단계는 상기 차이 값을 기 설정된 함수의 파라미터를 대입하여 상기 각 픽셀의 문턱 에너지를 결정하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는 각 픽셀 별로 상기 문턱 에너지를 저장하고 있는 맵핑 테이블을 업데이트 하는 단계;를 포함하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는 상기 업데이트된 맵핑 테이블에 따라 상기 문턱 에너지를 설정하여, 각 픽셀의 오차가 기 설정된 범위 이내인지 체크하는 단계;를 더 포함하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 보정된 문턱 에너지를 기반으로 대상체를 투과한 방사선에 포함된 광자의 수를 카운팅하고, 상기 카운팅된 광자의 수를 기반으로 방사선 영상을 생성하는 단계;를 더 포함하는 방사선 영상 장치의 제어 방법.
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