KR20150114570A

KR20150114570A - 섬광 검출기

Info

Publication number: KR20150114570A
Application number: KR1020157024092A
Authority: KR
Inventors: 드미트리 알렉산드로비치 수폰니코브; 안드레이 니콜라예비치 푸틸린; 아나톨리 루돌포비치 다바고브
Original assignee: "에스티씨-엠티" 엘엘씨
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-10-12
Also published as: US20150378033A1; US9864070B2; EP2951613A1; WO2014120050A1

Abstract

본 발명은 X-선 이미지화 장치, 특히 X-선 유방촬영술 및 단층촬영술용 장치에 관한 것이다. 섬광 검출기는 감광성 구역을 각각 갖는 셀의 어레이를 구비한 적어도 하나의 광센서, 및 서로 분리되고 광센서의 표면상에 배치된 소자로 제작된 구조적인 집합체 형태로 배열된 섬광체를 포함한다. 제시된 섬광 검출기의 새로운 구조는 광센서의 셀 매트릭스를 구비한 소자에 기반하여 구조화된 섬광체의 정확한 정렬에 대한 필요를 완벽하게 제거한다. 섬광 소자 및 광센서의 셀 매트릭스의 정확한 정렬은 섬광 소자를 구성하는 동안 직접 수행된다. 본 발명을 사용함으로써 달성되는 기술적인 결과는 이미지 대비를 중가시키는 것이다.

Description

섬광 검출기{SCINTILLATION DETECTOR}

본 발명은 X-선 또는 감마 방사선 이미지를 획득하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 X-선 유방 촬영술, 단층촬영술 및 비파괴시험 시스템용 장치에 관한 것이다.

일명 "평면판" 가시 이미지 검출기(광센서)는 통상적으로 유방암 검출기를 포함하는 디지털 X-선 검출기를 구성하는데 사용되는데, 물체의 X-선 그림자로부터 변환된 가시광 영역을 검출한다. 이러한 평면판 검출기는 1 : 1 스케일 변환을 하는 실물 크기의 2D 매트릭스 이미지 센서이다.

광센서 자체는 가시광 파장 대역(400 ~ 700㎚)에서 높은 감도를 갖고 일반적으로는 X-선 방사선에 민감하지 않다. 따라서, X-선 이미지는 가시광으로 변환되고, 섬광체 스크린(섬광체(scintillator))이 이를 위해 사용된다. 섬광체 스크린은 특정 효율 및 산란 특성의 형광체(phosphor) 층에 기반한다. 이 스크린은 물리적으로 2D 광센서 매트릭스에 부착되어, 공간적 변환 : "X-선 이미지 -> 전기 신호"를 위한 스택(stack)을 구성한다. 다음으로 이러한 신호는 디지털화되고 프로세싱 및 렌더링을 위해 디지털화되고 전송된다. 유사한 방식이 감마 방사선 검출기에 사용된다.

종래 기술로부터 옥시황화 가돌리늄(gadolinium oxysulfide) 형광체에 의해 채워진 우물-형상으로 에칭된 실리콘 구조물에 기반한 섬광 스크린이 알려져 있다. 우물 형상 구조물은 실리콘 웨이퍼의 이방성 플라즈마 에칭에 의해 얻어진다(Pixel-structured scintillators for digital x-ray imaging, S Yun, C H Lim, T W Kim, H K Kim).

미국특허 54183771(1995.05.23 발행, IPC A61B 6/00, G21K4/00, H01J9/227)으로부터 알려진 섬광 검출기가 가장 가까운 유사체로서 선택된다. 섬광 검출기는 기판상의 중공(간극)에 채워진 형광체 층에 의해 구성되는데, 중공 사이의 경계의 폭은 5 마이크론을 넘지 않는다. 이 중공은 형광체 소자의 픽셀화된 어레이를 구성한다. 간극은 리소그래피에 의해 구성되고 형광체 소자 사이의 산란을 감소시키기 위한 것이다.

언급된 섬광 검출기의 단점은 형광체 인접 소자의 광 산란으로 인한 낮은 이미지 대비이다. 광 형광체 층의 상부가 픽셀화되어 있다는 사실에도 불구하고, 하부는 확산된 산란이 발생하는 연속 층이다. 또한, 하부 층에서는 내부 반사가 발생할 수 있어, 추가적인 대비 감소를 야기할 수 있다. 그 기술의 복잡성은 이 구조물의 추가적인 단점을 나타내는데, 첫 번째로는 감광성 세포의 매트릭스에 대해 홈 격자를 정렬할 필요성; 두 번째로 기존 기술의 복잡성이 형광체 코팅내에서 픽셀화된 소자의 확립을 위해 사용된다.

본 발명의 목적은 이미지의 높은 대비를 보장하는 새로운 섬광 검출기를 생성하는 것이다. 본 발명에 의해 달성되는 기술적 결과는 이미지 대비의 증가에 있다.

지적된 문제점을 해결하고 주장하는 기술적 결과를 달성하기 위해 셀의 매트릭스를 구비한 적어도 하나의 광 검출기(광 센서)를 포함하는 새로운 섬광 검출기를 제안하는데, 각각의 셀은 하나의 광감지 영역 및 섬광체를 갖는다. 섬광체의 시제품은 광 센서의 표면상에 직접 부착된 독립 소자의 구조화된 2DD 어레이로 구성된다는 특징을 갖는다.

섬광 소자의 위치는 매트릭스 광센서 셀과 공간적으로 일치되어, 섬광 소자 각각이 광센서 셀의 감광성 영역 중 하나 위에 배치된다.

각각의 섬광 소자의 형태는 최적의 "x-선 → 광" 출력 변환에 대해 계산되고; 이 광은 광센서 셀의 감광성 영역 중 적어도 하나의 향한다. 바람직하게는, 각각의 섬광 소자는 반구형 및/또는 포물선 및/또는 포콘(focon) 형태의 것이며, 섬광 소자의 바닥 가장자리는 감광성 지역의 표면 구역을 너머 연장되지 않는다.

또한, 섬광체는 섬광 소자 사이에 분리된 쉴드(shield)를 갖는데, 여기에서 상기 세퍼레이터는 x-선/감마 방사선 흡수 물질로 제작되고 가시광선을 반사한다. 선택적으로, 세퍼레이터는 x-선/감마 방사선을 전달하는 물질로 제작될 수 있고 가시 광선을 반사한다.

쉴드의 적어도 일부분은 검출된(x-선 또는 감마) 방사선을 흡수하고 가시광을 반사하는 물질로 제작되고; 이 쉴드의 적어도 일부분은 검출된 방사선을 전달하고 가시광을 반사하는 물질로 제작된다.

섬광체 표면, 또는 바람직하게는 섬광 소자의 표면은 반사 물질로 추가적으로 코팅된다. 섬광 검출기는 또한 섬광체와 광센서 사이에 접착층을 포함한다.

섬광 검출기는 적어도 하나의 전력 공급원 및/또는 적어도 하나의 냉각 유닛 및/또는 적어도 하나의 컨트롤 유닛 및 디지털 통신 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 아날로그 인터페이스 유닛, 또는 상기 유닛의 임의의 가능한 조합을 갖는다.

제시된 섬광 검출기의 필수적인 차이는 광센서 셀의 감광성 구역의 표면상에 구성된 상호 분리된 소자의 구조적 어레이의 형태로 제시된 새로운 디자인 개면이다. 각각의 섬광체 소자의 구역화되고 분리된 배열(다른 소자에 대해)은 섬광체 층 레벨에서의 광학적 분리를 제공하여, 광센서 셀의 인접하는 셀 사이의 노이즈 광 양자 조명 및 산란을 피하는데, 즉, 경계 셀 사이의 산란 효과를 제거하여, 주장하는 기술 결과를 달성한다. 분리 특성은 섬광체 소자의 도파(waveguiding) 기능에 의해 증가할 수 있다.

도1은 섬광 검출기의 평면도이다.
도2는 가시광을 반사하는 x-선 또는 감마 흡수 분리기를 구비한 섬광 검출기의 수직 단면을 나타내는 개략도이다.
도3은 검출된 방사선을 전달하고 가시광을 반사하는 물질로 제작된 쉴드를 구비한 섬광 검출기의 수직 단면도이다.
도4는 검출된 방사선을 흡수하고 가시광을 반사하는 물질로 제작된 입자 및 접착층을 구비한 섬광 검출기의 수직 단면도이다.

도1은 셀(2)의 매트릭스를 구비한 적어도 하나의 광센서 및 상호 독립된 소자(3)를 구비한 구조화된 섬광체를 구비한 섬광 검출기를 도시한다. 각각의 셀(2)은 낮은 감광도(또는 비감광성) 지역(4) 및 지역(5)을 갖는다. 전기 접점(6)은 셀들 사이에 배치되고 이 접점은 투명 유전체로 밀폐된다(도시되지 않음). 보통은 지역(4)의 감광성 구역은 낮은 감광도의 지역(5)보다 훨씬 큰 구역을 갖는다.

광센서(1)의 표면상에 구성된 섬광체 소자(3)는 감출된 방사선, 예를 들어 x-선 또는 감마 방사선의 해당 범위를 구비한 인광체에 기반하는 적어도 하나의 나노-복합재료를 사용하여 제작된다. 나노복합재료로서, 목표 방사선의 효과적인 등록을 구비한 임의의 공지된 나노-입자 인광체-기반 물질을 사용할 수 있다.

섬광 소자(3)의 위치는 광센서(1)의 셀-매트릭스(2)와 공간적으로 연관되는데, 각각의 섬광체 소자(3)는 섬광체의 감광성 지역을 물리적 분리를 제공하는 광센서(1)(도1, 도2)의 셀(2)의 감광성 영역(4) 중 하나 위에 배치된다. 실제로, 분리 섬광 소자(3)에 의해 생성된 광은 그 자체의 셀(2)의 감광성 구역(4)에만 도달하여, 결과적인 이미지의 대비 개선을 제공한다.

바람직하게는, 각각의 섬광체 소자(3)는 최적의 광 출력을 위해 계산된 형상, 예를 들어, 반구(도1~4), 또는 포물선(도시되지 않음) 또는 이 다양한 형성의 조합(도시되지 않음)을 갖는다. 섬광 소자(3)의 바닥 가장자리는 가장 완벽하고 정확한 검출을 달성하는 것 뿐만 아니라 이미지를 추가로 선명하게 하기 위해 가능하다면(도1) 감광성 구역(4)을 넘어 연장되지 않는다. 섬광 소자의 형상이 전체 검출기의 효율성에 영향을 미치므로, 많은 수의 광양자가 광센서 표면에 도달한다는 사실로 인해 섬광 검출기의 발광 효율이 증가하므로 전술된 형상이 바람직하다는 것에 유의해야 한다.

섬광 소자(3) 사이에 쉴드(7)(도2) 배열을 추천한다. 이 쉴드(7)는 가시광을 반사하는 X-선 흡수 물질로 제작된다. 다른 선택사항은 가시광을 반사하는 X-선 투과성 물질로 제작된 쉴드(입자)(8)를 갖는 것이다(도3).

쉴드(7)는 소자(3)에 의해 생성된 광이 그 자체의 셀(2)의 지역(4)에만 도달하고 인접 셀 안으로 들어가지않는 것을 보장하는데 추가적인 도움을 주며; 그로인해 이미지 대비를 추가로 증가시킨다. 예를 들어, x-선 방사선 및 감마 방사선의 등록 도중에, 쉴드(7)는 셀간 간격에서 해당 추가 방사선의 흡수를 용이하게 하여, 섬광체에 의한 산란 레벨을 일반적으로 감소시킨다.

칸막이(8)는 섬광 소자(3)의 기계적 보호와 동시에 광 차단을 제공한다.

섬광체 디자인은 쉴드 및 칸막이의 임의의 가능한 조합을 가질 수 있는데, 즉, 칸막이의 적어도 일부는 x-선 또는 감마 흡수 및 가시광으로 제작될 수 있고, 칸막이의 적어도 일부는 검출된 방사선 및 반사 가시광에 대한 투과성 물질로 제작될 수 있다.

섬광체 표면 또는, 바람직하게는 섬광체 소자(3)의 표면은 가시광 반사 물질로 추가적으로 코팅된다(도시되지 않음). 이 코팅은 람버시안 소스(Lambertian source)처럼 각각의 신틸레이팅 입자로부터 광-방사선 손실을 감소시킴으로써 각각의 섬광 소자(3)의 효율성을 증가시킬 수 있다.

바람직하게는 섬광 검출기는 광센서(1) 자체의 표면에 섬광 소자(3) 뿐만 아니라 칸막이(7)(도4)의 우수한 접착을 위해 광센서 표면 상에 접착층(9)을 포함한다.

제시된 섬광 검출기는 전자 프로세싱 및 제어 회로에 접속될 수 있고 하우징안에 배치된다(도시되지 않음). 섬광 검출기의 전자 프로세싱 및 제어 회로는 적어도 하나의 전력 공급기 및/또는 적어도 하나의 냉각 유닛 및/또는 적어도 하나의 제어 유닛 및 디지털 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 아날로그 인터페이스 유닛, 또는 이들의 임의의 가능한 조합을 추가로 포함할 수 있다.

보통은, 섬광체 셀 구조물 내의 광센서 매트릭스의 정확한 정렬은 기술적으로 도전적인 과제를 나타낸다. 이러한 정렬 과제에 필요한 장비 및 감가상각 비용은 구조화된 섬광체상에 설치된 제품의 비용을 눈에 띄게 증가시킨다. 제시된 섬광 검출기의 새로운 구조의 주요 장점 중 하나는 광센서(1)의 셀(2)의 매트릭스를 구비한 소자(3)에 기반하여 구조화된 섬광체의 정확한 정렬에 대한 필요성이 완전히 제거되었다는 것이다. 섬광 소자(3) 및 광센서(1)의 셀(2)의 매트릭스의 정확한 정렬은 섬광 소자(3)의 구성 중에 직접 수행된다.

제시된 섬광 검출기는 유방 촬영술(이 의료 시스템은 여성 유방 X-선 연구를 위한 것임) 및 통상적인 X-선 시스템에서 사용될 수 있다. 제시된 검출기의 이용은 이미지의 대비 개선 및 최상의 진단 이미지 품질을 달성할 수 있다. 이 검출기의 바람직한 적용은 더 우수한 해상도가 중요한 유방촬영술에서이다. 이 검출기에 대한 가까운 적용 분야는 라디오그래피(radiography) 및 형광투시법(fluoroscopy)이다.

따라서, 본 발명은 매트릭스 광센서의 표면상에 놓여진 섬광체 구성으로 인해 달성된 이미지의 높은 대비가 주된 특징인 새로운 유형의 섬광 검출기를 제시한다. 제시된 검출기는 광센서 매트릭스의 인접하는 셀 사이에서 제거된 확산으로 인해 높은 이미지 대비를 갖는다. 이 결과는 섬광체에서 이웃하는 감광성 구역의 물리적 분리에 의해 달성되어 섬광체 소자에 의해 생성된 광이 지정된 셀에만 도달할 수 있고 가끔은 임의의 상이한(다음) 셀 안으로 들어갈 수 없다.

1 : 광센서 2 : 셀 매트릭스
3 : 섬광 소자 4 : 감광성 구역
5 : 저감광도 영역 6 : 전기 접점
7, 8 : 쉴드 9 : 접착층

Claims

감광성 구역을 각각 갖는 셀의 어레이를 구비한 적어도 하나의 광센서, 및
섬광체를 포함하고,
상기 섬광체는 광센서 표면상에 놓여진 독립 소자의 구조화된 어레이로서 구성되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
섬광 소자의 공간적 배열은 광센서 매트릭스와 일치하는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 2 항에 있어서,
각각의 섬광 소자는 광센서 셀의 감광성 영역 중 하나 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
각각의 섬광 소자는 최적 광 출력을 위해 계산된 3D 형상이고, 섬광 소자의 바닥은 광센서 셀의 감광성 영역 중 하나에 직면하는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
각각의 섬광 소자는 최적 광 출력을 위해 계산된 도파(focon) 특성을 갖고, 섬광 소자의 바닥은 광센서 셀의 감광성 영역 중 하나에 직면하는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 4 항에 있어서,
각각의 섬광 소자는 반구형 및/또는 포물선 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 4 항에 있어서,
섬광 소자의 바닥 가장자리는 광센서 셀의 감광성 지역의 표면 구역을 지나 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
섬광체는 섬광 소자 사이에 쉴드를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 8 항에 있어서,
상기 쉴드는 x-선/감마 방사선을 흡수하고 가시광을 반사하는 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 8 항에 있어서,
상기 쉴드는 검출된 방사선을 투과시키고 가시광을 반사하는 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 8 항에 있어서,
상기 쉴드의 적어도 일부는 검출된 방사선을 흡수하고 가시광을 반사하는 물질로 구성되고 쉴드의 적어도 일부는 검출된 방사선(x-선 또는 감마)을 전달하고 가시광을 반사하는 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
섬광체 표면, 바람직하게는 섬광 소자의 표면은 반사성 물질로 추가로 코팅되는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
섬광체와 광센서 사이에 배치된 접착층을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.
제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 전력 공급기 및/또는 적어도 하나의 냉각 유닛 및/또는 적어도 하나의 제어 유닛 및 디지털 통신 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 아날로그 인터페이스 유닛, 또는 이들의 임의의 가능한 조합을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬광 검출기.