KR20160060505A - 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치 - Google Patents

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KR20160060505A KR1020140162952A KR20140162952A KR20160060505A KR 20160060505 A KR20160060505 A KR 20160060505A KR 1020140162952 A KR1020140162952 A KR 1020140162952A KR 20140162952 A KR20140162952 A KR 20140162952A KR 20160060505 A KR20160060505 A KR 20160060505A
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삼성전자주식회사
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Abstract

새로운 광계수 검출 장치 및 새로운 광계수 검출 장치를 적용한 방사선 촬영 장치를 제안 한다. 새로운 광계수 검출 장치는 신호 증폭 장치에서 부귀환 커패시터 대신 부귀환 저항을 적용하여 누설전류 및 회로 노이즈를 최소화 하고, 고속 동작 시 광전 누적 효과를 최소화 하여 개선된 영상을 획득할 수 있다..

Description

광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치{Apparatus and method for counting photon, radiographic imaging apparatus}
본 개시는 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치에 관한 것이다.
방사선 촬영 장치는 엑스선(X-ray)과 같은 방사선을 인체나 물건과 같은 대상체에 조사하여 대상체 내부의 영상을 획득하기 위한 영상 시스템이다. 이러한 방사선 촬영 장치는 대상체에 조사된 방사선을 검출하는 방사선 검출기를 구비한다.
방사선 검출기로 입사되는 방사선 포톤들(photons)을 계수화하는 광계수(photon counting detection; PCD) 기법을 기본으로 하는 광계수 검출 장치가 제안되고 있다. 이러한 광계수 검출 장치는 종래의 인티그레이션(integration) 방식의 검출기과 비교하여 신호 대비 잡음비(SNR; signal to noise ratio) 특성에 장점을 가지며 에너지 분리가 가능하므로 최근 들어 엑스선 검출기 분야에서 많은 주목을 받고 있다.
광계수 검출 장치는 입력된 엑스선 포톤들을 전기적 전하들로 변환해주는 광전 변환 물질부와 광전 변환 물질부에선 변환된 전기적 전하들의 계수화 처리를 담당하는 판독 회로부를 포함할 수 있다. 광전 변환 물질부 안에서 발생한 전하는 패킷(한 번의 광조사 이벤트로 광전변환 물질에서 발생한 전하의 집합체) 형태로 생성되고, 생성된 전하 패킷은 내부 전위차에 의해 판독 회로부의 입력단에 도달하게 된다. 종래의 엑스선 광계수 검출 장치의 경우에는 판독 회로부의 입력단에 도달된 전하들이 증폭부의 귀환 커패시터(feedback capacitor)를 충전 하고, 충전된 귀환 커패시터의 양단의 전위차를 전압 신호로 독출하는 방식으로 전압 신호 변경된다. 이론적으로는 이 때의 전압 크기가 엑스선 포톤에 의해 광전변환 물질에서 생성된 전하의 양과 비례하게 된다.
이렇게 형성된 전압 신호는 이후 추가 증폭 및/또는 성형(shaping)의 과정을 거쳐 내부 비교부 및 카운터를 통해 그 해당 크기별로 계수화가 진행될 수 있다.
귀환 커패시터에 전하가 충전되는 방식의 경우, 엑스선 조사로 인해 발생한 전하들만 충전되지는 않으며, 광전 변환 물질부의 누설전류나 노이즈 전류 성분들이 모두 귀환 커패시터 충전에 영향을 주어 충전된 전하의 전압 신호가 달라질 수 있다. 그 결과 귀환 커패시터에 충전되어 변환된 전압은 이상적인 결과와 비교할 때 오차를 포함할 수 있다. 또한, 입사하는 포톤들을 고속으로 계수해야 하는 경우, 귀환 커패시터 를 전압 신호 변환기로 적용한 광계수 검출 장치는 충전과 방전을 하는 데 걸리는 시간(예를 들어, μsec ~ msec)로 인하여 전압 신호가 중첩(overlap)되어 왜곡된 이미지 정보를 생성할 수 있다. 또한 광전 변환 물질부의 누설전류나 방사선 조사시 발생되는 추가 누설전류가 귀환 커패시터에 계속해서 누적되게 되면 결국 계수자체가 불가능할 수 있으므로 누설전류를 보상할 수 있는 추가 회로를 필요로 한다.
판독 회로부에 입력된 전하들을 전압 신호로 변환하고, 변환된 전압 신호를 증폭시키는 증폭부의 구조를 개선한 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치를 제공한다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 실시예에 따르는 광계수검출기는 방사선을 흡수하여 흡수된 방사선의 에너지에 상응하는 전하를 생성하는 광전변환물질부; 상기 광전변환물질부에서 생성된 전하를 전압 신호로 변환하는 능동 저항과, 상기 능동 저항에서 변환된 전압 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하는 증폭부; 및 상기 증폭부에서 변환 및 증폭된 전압 신호를 계수하는 계수부;를 포함한다.
상기 능동 저항은 상기 증폭기에 부귀환 형태로 연결될 수 있다.
상기 능동 저항은 CMOS 트랜지스터를 포함할 수 있고, 상기 CMOS 트랜지스터는 PMOS 및/또는 NMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
저항은 PMOS 트랜지스터 능동저항 또는 NMOS 트랜지스터 능동저항을 포함할 수 있다.
상기 능동 저항은 복수의 트랜지스터들이 연결된 캐스코드(cascode) 회로로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르는 광계수 검출 장치는 상기 능동 저항을 구동하는 동작 공급원을 더 포함할 수 있다.
상기 동작 공급원은 전류원 또는 저항을 포함할 수 있다.
상기 동작 공급원은 상기 증폭부에 바이어스 전류를 공급하는 전류원일 수 있다.
상기 동작 공급원은 상기 능동 저항을 제어하는 저항 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르는 광계수 검출 장치는 상기 증폭부에서 증폭된 전압 신호를 기준 전압과 비교 출력하는 비교부를 더 포함할 수 있다.
상기 증폭기는 연산증폭기일 수 있다.
상기 연산증폭기는 공통 드레인 증폭기 또는 공통 소스 증폭기일 수 있다.
상기 방사선은 엑스선 혹은 감마선일 수 있다.
다른 실시예에 따르는 광계수 검출 방법은 광전변환물질부에서 방사선을 흡수하여 흡수된 방사선의 에너지에 상응하는 전하를 생성하는 단계; 상기 광전변환물질부에서 생성된 전하를 능동 저항에 입력하는 단계; 상기 전하가 상기 능동 저항에 입력될 때 상기 능동 저항에 인가되는 전압을 계측하여 전압 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 전압 신호를 상기 능동 저항에 연결된 증폭기로 증폭 시키는 전압 신호 증폭 단계; 및 증폭된 전압 신호를 계수하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르는 광계수 검출 방법은 동작 공급원을 통해 상기 능동 저항을구동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 구동하는 단계는 상기 능동 저항을 전류로 구동하는 전류 구동 단계를 포함할 수 있다. 상기 구동하는 단계는 상기 능동 저항을 구동 저항으로 구동하는 저항 구동 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 구동 단계는 상기 광전변환물질부에 바이어스 전류를 공급하는 전류원에서 생성된 전류로 상기 능동 저항을 구동하는 공통 전류 구동 단계를 포함할 수 있다. 상기 동작 공급원을 통해 상기 능동 저항을 구동할 수 있다.
다른 실시예에 따르는 광계수 검출 방법은 상기 증폭부에서 변환된 전압을 문턱 전압과 비교하여 출력 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 방사선 영상장치는 광계수 검출 장치; 및 상기 광계수 검출 장치에서 검출된 검출신호를 영상 정보로 변환하고 상기 변환된 영상 정보를 처리하는 영상 변환처리부;를 포함하며, 상기 광계수 검출 장치는 방사선을 흡수하여 흡수된 방사선의 에너지에 상응하는 전하 생성하는 광전변환물질부; 상기 광전변환물질부에서 생성된 전하를 전압 신호로 변환하는 능동 저항과, 상기 능동 저항에서 변환된 전압 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하는 증폭부; 및 상기 증폭부에서 증폭된 전압 신호를 계수하는 계수부;를 포함한다.
개시된 실시예들에 의한 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치는 노이즈 성분의 누적에 의한 이미지 왜곡현상을 방지할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치는 고속의 계수화가 가능하다.
개시된 실시예들에 의한 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치는 에너지 분해능 저하를 최소화할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치는 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography; CT) 및 토모씬서시스(tomosynthesis) 분야에서 영상의 고속 및 다량 획득으로 대체에 용이하다.
도 1은 실시예에 따른 광계수 검출 장치의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 광계수 검출 장치의 광전변환부의 개념도와 판독 회로부 및 증폭부의 회로도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3h은 능동 저항의 일부 구성 예들을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 증폭부에서 능동 저항과 증폭기가 연결되는 예들을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치와 종래의 광계수 검출 장치에서의 노이즈 성분에 대한 특성차를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치와 종래의 광계수 검출 장치에서의 시간 분해능에 대한 특성차를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 방사선 촬영 장치를 도시한 구성도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 7의 방사선 촬영 장치의 구성도이다.
도 9는 방사선 수광 패널의 실시예를 도시한 구성도이다.
도 10은 방사선 수광 패널 및 광계수 검출 장치의 실시예를 도시한 구성도이다.
도 11은 방사선 수광 패널 및 광계수 검출 장치의 다른 실시예를 도시한 구성도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 광계수 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에 포함된 용어는 본 발명의 기술 분야에서 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)를 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 2는 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)의 광전변환부(110)와 판독 회로부(120)의 증폭부(130)를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광계수 검출 장치(100)는 광전변환부(110)와 판독 회로부(120)를 포함한다.
광전변환부(110)는 외부에서 입사되는 방사선을 수광하고 수광된 방사선에 상응하는 전하 패킷을 생성한다. 광전변환부(110)는 도 2에 도시되듯이 광전변환물질부(111)를 포함할 수 있다. 광전변환물질부(111)는 방사선에 감응하여 전하를 생성시키는 특성을 갖는 물질로 다양한 종류의 포토 컨덕터(photoconductor) 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엑스선에 대해 비결정질 셀레니움(Amorphous Selenium)이나 HgI2 는 광전변환물질로 잘 알려져 있다. 나아가, 광전변환부(110)는 광전변환물질부(111)에 생성된 전하를 출력시키는 상부전극(112) 및 화소전극(113)이 마련될 수 있다. 상부전극(112)에는 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가된다. 광전변환물질부(111)에 방사선이 조사되면, 광전변환물질부(111)에서는 전자-정공쌍이 생성되고, 상부전극(112)에 전압이 인가된 상태에서 전자-정공쌍이 분리되고, 분리된 전자 및 정공을 전하(charge)라 한다. 광전변환물질부(111)에 생성된 전하는 화소전극(113)를 통하여 판독 회로부(120)의 입력패드(121)로 출력된다. 후술하는 바와 같이 광계수 검출 장치(100)는 이미지를 검출할 수 있는 평판형 패널일 수 있다. 이 경우, 복수의 화소전극(113)들이 2차원으로 배열되어, 화소전극(113) 별로 입사되는 방사선에 상응하는 전기적 신호를 생성하도록 할 수 있다. 상부전극(112)은 공통 전극이 될 수 있다. 이러한 상부전극(112) 및 화소전극(113)는 광전변환물질부(111)에 생성된 전하를 출력시키는 전극 구조의 예시이고, 본 실시예를 제한하지 않는다.
판독 회로부(120)는 광전변환부(110)에서 생성된 전기적 신호를 입력 신호로 전달받아, 광전변환부(110)에 입사되는 방사선의 포톤(photon)을 계수(counting)하고, 계수 결과에 대한 소정의 결과 신호를 출력한다. . 구체적으로 판독 회로부(120)는 증폭부(130)와, 측정부(140)를 포함할 수 있다. 증폭부(130)는 광전변환부(110)로부터 입력되는 전기적 신호를 전압이 읽힐 수 있도록 변환하면서 증폭시킨다. 측정부(140)는 증폭부(130)에서 증폭된 전기적 신호의 전압을 기초로 포톤을 계수한다. 측정부(140)는 증폭부(130)에서 증폭된 전기적 신호의 전압과 소정의 기준 전압을 비교하는 비교부(141)와, 비교 결과에 따라서 포톤을 계수하는 계수부(145)를 포함할 수 있다.
증폭부(130)는 능동 저항(131)과 능동 저항(131)에 병렬 연결된 증폭기(135)를 포함한다.
능동 저항(131)의 일단은 입력패드(121)에 연결된다. 능동 저항(131)은 트랜지스터를 이용해 저항성 부하(resistive laod) 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 능동 저항(131)은 트랜지스터를 다이오드로 구성화하거나, 트랜지스터로 구현되는 정전류원 회로를 통해 구현될 수 있다. 트랜지스터는 저항(수동소자)이나 커패시터에 비해 상대적으로 작은 칩 면적을 갖는다. 따라서, 능동 저항(131)을 능동소자인 트랜지스터로 구현함에 따라, 판독 회로부(120)에서 능동 저항(131)이 차지하는 칩 면적을 줄일 수 있다. 종래의 광계수 검출 장치의 경우, 광전변환부(110)로부터 입력받은 전기적 신호를 귀환 커패시터에 충전함으로써 귀환 커패시터 양단에 걸리는 전압으로 변환시켰는데, 이와 같은 귀환 커패시터는 상대적으로 큰 칩 면적을 차지한다. 또한, 광전변환부(110)로부터 입력받은 전기적 신호는 매우 약한데, 능동 저항(131)는 큰 출력저항을 가지므로 미세한 전기적 신호를 전압 신호로 변환시키는데 유리하다.
증폭기(135)는 능동 저항(131)에 의해 변환된 전압 신호를 입력받아 증폭시킨다. 이러한 증폭기(135)는 연산 증폭기일 수 있다. 연산 증폭기는 두 개의 입력단자와 한 개의 출력단자를 갖는다. 증폭기(135)은 능동 저항(131)와 부귀환 형태로 연결될 수 있다. 즉, 증폭기(135)의 반전입력단자(-)와 출력단자가 능동 저항(131)의 양단에 연결된다. 증폭기(135)의 입력저항은 매우 크거나 실질적으로 무한대이므로, 입력패드(121)로부터 입력된 전기적 신호(즉, 전하 패킷)는 증폭기(135)의 반전입력단자(-)에 흐르지 않고, 능동 저항(131)으로 흐르게 된다. 능동 저항(131)에 흐르는 전하 패킷의 시간당 전하량은 전류로 이해될 수 있다. 따라서 오옴의 법칙에 따라 능동 저항(131)의 양단에 걸리는 전압 V은 하기의 수학식 1과 같이 읽혀 질 수 있다.
Figure pat00001
여기서, I는 능동 저항(131)에 흐르는 전하 패킷의 시간당 전하량, 즉 전류를 나타내며, R은 능동 저항(131)의 저항을 나타낸다. 수학식 1에서 볼 수 있듯이, 능동 저항(131)에 의해 변환된 전압 V의 크기는 능동 저항(131)에 시간당 유입되는 전기적 전하 패킷의 양과 비례할 수 있다. 달리 말하면, 능동 저항(131)은 광전변환부(110)에서 생성된 전하 패킷 형태의 전기적 신호를 입력 신호로 전달받아 전압이 읽힐 수 있는 전기적 신호로 변경한다. 이와 같이 증폭부(130)에 입력되는 전기적 신호(즉, 전하 패킷)는 능동 저항(131)에서 선형으로 전압으로 읽혀지는 상태로 증폭기(135)에 의해 증폭되므로, 광전변환부(110)에서 생성된 전기적 신호에 대해 고속으로 증폭 동작을 수행할 수 있다.
한편, 능동 저항(131)의 저항 R은 능동 저항(131)에 인가되는 바이어스 전류나 바이어스 전압등에 의해 제어될 수 있다. 또는, 능동 저항(131)의 저항 R의 적절한 값은, 광계수 검출 장치(100)의 제조단계에서 트랜지스터의 사이즈(가령, 폭 W과 길이 L)를 이용하여 정해질 수 있다.
도 3a 내지 도 3h은 능동 저항(131)의 다양한 회로의 예들을 도시한다.
도 3a은 CMOS 공정에서의 PMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 일 예를 도시한다. 도 3a에 도시된 것처럼 PMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인을 연결하는 다이오드 구성화를 통해 능동 저항(131)을 구현할 수 있다. PMOS 트랜지스터의 게이트/드레인은 동작공급원(132)에 연결되며, 광전변환부(110)에서 전기적 신호을 입력받는다. 동작공급원(132)은 정전류원이거나 정압원일 수 있다. 이때, 능동 저항(131)을 통해 읽혀지는 전압은 게이트 전압이다.
도 3b는 CMOS 공정에서의 PMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 다른 예를 도시한다. 도 3b에 도시된 것처럼 게이트와 드레인이 연결된 PMOS 트랜지스터들을 캐스코드(cascode)로 연결함으로써 높은 저항값을 구현할 수 있다.
도 3c는 CMOS 공정에서의 PMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 또 다른 예를 도시한다. 도 3c에 도시된 것처럼, PMOS 트랜지스터의 게이트는 바이어스 전압(Vb)에 의해 제어되며, 드레인은 동작공급원(132)에 연결되며, 광전변환부(110)에서 전기적 신호을 입력받는다.
도 3d는 CMOS 공정에서의 PMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 또 다른 예를 도시한다. 도 3d에 도시된 것처럼 바이어스 전압(Vb1, Vb2)에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터들을 캐스코드(cascode)로 연결함으로써 높은 저항값을 구현할 수 있다.
도 3e는 CMOS 공정에서의 NMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 일 예를 도시한다. 도 3e에 도시된 것처럼 NMOS 트랜지스터의 게이트와 소스를 연결하는 다이오드 구성화를 통해 능동 저항(131)을 구현할 수 있다. MOSFET 트랜지스터의 게이트/소스는 동작공급원(132)에 연결되며, 광전변환부(110)에서 전기적 신호을 입력받는다.
도 3f는 CMOS 공정에서의 NMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 다른 예를 도시한다. 도 3f에 도시된 것처럼 게이트와 소스가 연결된 NMOS 트랜지스터들을 캐스코드(cascode)로 연결함으로써 높은 저항값을 구현할 수 있다.
도 3g는 CMOS 공정에서의 NMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 또 다른 예를 도시한다. 도 3g에 도시된 것처럼, NMOS 트랜지스터의 게이트는 바이어스 전압(Vb)에 의해 제어되며, 소스는 동작공급원(132)에 연결되며, 광전변환부(110)에서 전기적 신호을 입력받는다.
도 3h는 CMOS 공정에서의 NMOS 트랜지스터로 구현된 능동 저항(131)의 또 다른 예를 도시한다. 도 3h에 도시된 것처럼 바이어스 전압(Vb1, Vb2)에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터들을 캐스코드(cascode)로 연결함으로써 높은 저항값을 구현할 수 있다.
도 4a는 증폭부(130)에서 능동 저항(131)과 증폭기가 연결되는 일 예를 도시한다. 도 4a를 참조하면, 증폭부(120)의 능동 저항(131)은 공통 드레인 증폭기()에 연결된다. Vg 전압은 공통 드레인 증폭기(135)를 통해서 전압으로 증폭된다. 증폭된 전압(Vout)은 후속하는 비교부(141)로 전달된다.
도 4b는 증폭부(130)에서 능동 저항(131)과 증폭기가 연결되는 다른 예를 도시한다. 도 4b를 참조하면, 증폭부(130)의 능동 저항(131)은 공통 소스 증폭기()에 연결된다. Vg 전압은 공통 소스 증폭기()를 통해서 전류 형태로 증폭된다. 증폭된 전류(Iout)은 후속하는 비교부(141)로 전달된다.
상기와 같이 증폭부(130)는 능동 저항(131)을 이용하여 전달되는 전기적 신호를 전압으로 인식할 수 있도록 하고, 이를 이용하여 입력되는 전기적 신호를 증폭하도록 할 수 있다.
이하, 측정부(140)에 대해 설명하도록 한다.
판독 회로부(120)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 측정부(140)를 더 포함할 수 있다. 측정부(140)는 증폭부(130)에서 증폭된 전기적 신호를 수신하고, 수신한 증폭된 전기적 신호를 이용하여 포톤을 계수하여 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다.
구체적으로 측정부(140)는, 비교부(141) 및 계수부(145)를 포함할 수 있다.
비교부(141)는 증폭부(130)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(141)는 증폭부(130)에서 증폭된 전기적 신호의 전압과 적어도 하나의 임계 에너지에 상응하는 적어도 하나의 기준 전압(Vth)을 비교하여 비교되는 전기적 신호의 전압이 기준 전압(Vth)보다 크거나 또는 작은지 여부를 판단하도록 할 수도 있다. 이 경우 비교부(141)에서 비교 대상으로 이용되는 적어도 하나의 기준 전압은 사용자 또는 시스템 설계자에 의해 미리 정의된 것일 수도 있다. 또한 적어도 하나의 기준 전압은 시스템 설정에 따라 결정된 것일 수도 있다. 뿐만 아니라 적어도 하나의 기준 전압은 사용자 또는 시스템에 의해 필요에 따라 변경될 수도 있다.
도면상 도시되지는 않았으나 측정부(140)는 적어도 하나의 임계 에너지 또는 기준 전압을 저장하는 데이터베이스를 더 포함할 수도 있다. 그러면 비교부(141)는 적어도 하나의 임계 에너지 또는 기준 전압을 저장한 데이터베이스를 먼저 열람하고 데이터베이스로부터 사용자의 선택 또는 시스템 설정에 따라서 소정의 기준 전압이나 임계 에너지를 호출한 후, 호출된 소정의 임계 에너지를 증폭부(130)에서 증폭된 전기적 신호와 비교하도록 할 수도 있다.
비교부(141)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(141)는 기준 전압과 전기적 신호의 비교 판단 결과 만약 전기적 신호의 전압이 기준 전압과 동일하거나 또는 기준 전압보다 큰 경우에는 1의 신호를 출력하고, 기준 전압보다 작은 경우에는 0의 신호를 출력하도록 할 수 있다. 비교부(141)에서 출력되는 이진 신호 등의 비교 판단 결과에 대한 신호는 계수부(145)로 전달된다.
계수부(145)는 비교부(141)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(145)는 비교부(141)로부터 출력되는 1의 신호만을 계수함으로써 임계 에너지보다 큰 포톤의 갯수를 계수하도록 할 수도 있다.
계수부(145)에 의한 포톤 계수 결과 신호(z)는 판독 회로부(120) 의 출력 패드(output pad)를 통해 외부로 출력될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 판독 회로부(120) 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.
도 5a 내지 도 5c는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치와 종래의 광계수 검출 장치에서의 노이즈 성분에 대한 특성차를 도시한다.
도 5a는 증폭부(130)에 입력되는 입력신호를 도시한다. 도 5a를 참조하면, 광전변환부(110)에 방사선 포톤들(photons)이 입사하면, 상기 광전변환부(110) 내에서 방사선 포톤들에 상응하는 전기적 신호, 즉 전하 패킷이 발생된다. 가령, 엑스선 촬영장치에서 엑스선은 짧은 시간(예를 들어 수 μs 이하) 동안에 대상체에 조사되면, 광전변환부(110)에서 발생된 전하 패킷 역시 엑스선이 조사되는 시간에 상응하는 시간 동안에 발생된다. 한편, 광전변환부(110)에는 인가되는 바이어스 전압에 의해 누설전류나, 검출하고자 하는 방사선 외의 다른 방사선에 의한 노이즈 성분(xN)이 발생될 수도 있다. 이러한 노이즈 성분(xN)은 입사된 방사선 포톤들에 상응하는 전기적 신호(x0)와 함께 연속적으로 발생되어 증폭부(130)에 입력될 수 있다.
도 5b는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)에 채용된 증폭부(130)에서 출력되는 출력신호를 도시한다. 도 5b를 참조하면, 증폭부(130)에서 출력되는 출력신호는 방사선 포톤들에 상응하는 전압 신호(x0)와 노이즈 성분에 상응하는 전압 신호(xN)를 포함한다. 전술한 바와 같이 증폭부(130)의 능동 저항(131)는 입력되는 전하 흐름에 대해 전압 신호가 선형 특성을 보인다. 즉, 일 실시예에 따른 증폭부(130)는 귀환 커패시터를 대신하여 능동 저항(131)을 이용하므로, 입력되는 전하 흐름을 전압 신호로 변환하는데 있어서 귀환 커패시터와 관련된 충전 및 방전 시간이 불필요하다. 따라서, 능동 저항(131)에 입력되는 전하들이 방사선에 기인한 것이든 누설전류등에 의한 것이든 상관없이 선형적인 특성을 보이며 즉각적으로 전압 신호로 변환한다. 따라서, 노이즈 성분(xN)에 의한 전압 신호(xN)는 방사선에 기인한 전압 신호(x0)에 섞이지 않고 구분될 수 있으며, 노이즈 성분(xN)에 의한 전압 신호(xN)는 후속하는 처리 신호 단계에서 방사선에 기인한 전압 신호(x0)와 구분하여 제거하는 것이 가능하다.
도 5c는 종래의 광계수 검출 장치에 채용되는 증폭부에서 출력되는 출력신호를 도시한다. 종래의 광계수 검출 장치는 광전변환부(110)에서 발생된 전하들이 증폭기에 부귀환 연결된 귀환 커패시터에 충전되면서 전압 신호로 변환되는데, 이러한 전하들의 충전은 수 μs 내지 수 ms의 시간이 소요될 수 있다. 귀환 커패시터에서 충전되는 시간 동안에 방사선 포톤들이 변환된 전기적 신호(x0)뿐만 아니라 누설 전류등에 의한 노이즈 성분(xN)이 귀환 커패시터에 유입되므로, 귀환 커패시터에는 방사선 포톤들이 변환된 전기적 신호(x0)나 노이즈 성분(xN)이 모두 누적되어 전압 신호로 변환된다. 종래의 귀환 커패시터를 이용하는 증폭부의 경우, 이와 같이 전압 신호에 누적된 노이즈 성분(xN)은 후속하는 신호 처리에 오차를 발생시키고 왜곡된 영상 정보를 전달하게 된다. 또한, 종래의 귀환 커패시터를 이용한 광계수 검출 장치의 경우, 증폭부 이후의 후속 신호처리단계에서 노이즈 성분(xN)을 전압 신호(x)에서 분리하는 것이 곤란하므로, 증폭부 단계에서 누설전류에 대한 보상회로가 마련되는 것이 일반적이다. 반면에, 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)의 경우, 전술한 바와 같이 노이즈 성분(xN)에 의한 전압 신호(xN)는 후속하는 처리 신호 단계에서 방사선에 기인한 전압 신호(x0)와 구분하여 제거하는 것이 가능하므로, 별도의 누설전류 보상회로가 필요없으며, 이에 따라 픽셀 설계 면적을 줄일 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치와 종래의 광계수 검출 장치에서의 시간 분해능에 대한 특성차를 도시한다.
도 6a는 방사선 조사가 짧은 시간 간격을 가지고 연속적으로 발생되어, 제1 전기적 신호(x1)와 제2 전기적 신호(x2)가 연속적으로 발생한 경우를 도시한다.
도 6b는 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)에 채용된 증폭부(130)에서 출력되는 전압 파형의 특성을 도시한다. 전술한 바와 같이 일 실시예에 따른 증폭부(130)는 귀환 커패시터를 대신하여 능동 저항(131)을 이용하므로, 입력되는 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)를 제1 및 제2 전압 신호(x1, x2)로 변환하는데 있어서 귀환 커패시터와 관련된 방전 회복 시간이 불필요하며, 따라서 증폭부(130)에 입력되는 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)가 짧은 시간 간격을 가지더라도, 증폭부(130)에서 출력되는 제1 및 제2 전압 신호(x1, x2)는 서로 구분되게 분해될 수 있다. 따라서, 방사선을 매우 짧은 시간 간격을 가지고 조사하더라도, 이에 대응하여 고속으로 광계수 동작을 수행할 수 있으므로, 고속의 영상 촬영이 가능하다.
도 6c는 종래의 광계수 검출 장치에서 도 6a에 도시된 전하의 흐름에 따라 증폭부로부터 출력되는 전압 파형의 특성을 도시한다. 종래의 광계수 검출 장치는 광전변환부(110)에서 발생된 전하들이 증폭기에 부귀환 연결된 귀환 커패시터에 충전되면서 전압 신호로 변환되며, 다음 신호 검출을 위해서 귀환 커패시터는 방전이 필요하다.
만일 광전변환부(110)에서 연속적으로 발생되는 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)의 시간 간격이 귀환 커패시터의 방전회복 시간(예를 들어, μsec ~ msec) 보다 짧게 된다면, 도 6c에 도시된 것과 같이 귀환 커패시터에 의해 변환되는 제1 전압 신호(x1)와 제2 전압 신호(x2)가 중첩(overlap)되어 서로 명확히 분리되지 않게 된다. 이 결과, 제1 전기적 신호(x1)에 관련된 정보와 제2 전기적 신호(x2)에 관련된 정보가 섞이게 되고 왜곡된 이미지 정보를 전달할 수 있다. CT 촬영이나 동영상 촬영을 위하여 방사선이 소정 시간 간격을 가지고 연속적으로 조사되는데, 고속 영상 촬영을 위해서는 방사선 조사의 시간 간격을 짧게 할 것이 요구된다. 그런데, 종래의 귀환 커패시터를 이용하는 증폭부의 경우, 상기와 같이 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)의 시간 간격이 귀환 커패시터의 방전회복 시간보다 짧게 된다면, 촬영된 방사선 영상들이 올바로 분리되지 않게 될 것이므로, 방사선 조사의 시간간격을 귀환 커패시터의 방전회복 시간보다 짧게 할 수 없으며, 따라서 고속 영상 촬영이 용이하지 않게 될 것이다. 또한, 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)의 전하들이 귀환 커패시터의 방전 회복시간보다 짧은 시간동안에 연속적으로 발생할 때, 제1 및 제2 전기적 신호(x1, x2)는 연속적인 정보를 계속 누적하여 (파일-업(pile-up) 현상) 왜곡된 영상정보를 전달하게 된다.
본 개시는 X-ray PCD의 판독 회로에 해당이 되는 것으로써, 입력 photon에 해당하는 전하를 전압으로 변환해주는 장치에 관한 것이다. 본 개시는 종래의 전하를 누적하는 커패시터를 이용한 판독회로와는 달리 입력 전하들을 능동 저항을 이용하여 선형적으로 전압을 변환하는 방법에 해당한다. 또한 CMOS 공정을 이용한 능동형 소자로 구현하여 작은 면적으로도 큰 저항의 효과를 기대할 수 있다. 이러한 제안기술을 통해 노이즈 및 신호 성분의 누적없이 고속으로 신호처리가 가능하다. 결론적으로 종래 방법에 비해 고속 정확한 측정이 가능하므로 영상 정보의 왜곡이 없는 CT 및 동영상 X-ray의 고속영상 획득에 유리하다.
이하 도 7 내지 도 11을 참조하여 방사선 촬영 장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 방사선 촬영 장치(1)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 방사선 촬영 장치(1)는 방사선 조사 모듈(310)과, 대상체가 거치되는 거치대(411)가 형성된 거치부(410)를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 구성을 예로 들어 방사선 촬영 장치에 대해 설명하도록 하나, 설명되는 방사선 촬영 장치는 이에 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 8은 일 실시예에 따른 방사선 촬영 장치(1)의 구성도이다. 도 8을 참조하면, 방사선 촬영 장치(1)는 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(200)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 방사선을 방출하는 방사선원(radiation source)를 포함한다. 방사선원은 예를 들어 음(-)극과 애노드(anode, 양극)를 포함하는 방사선튜브일 수 있다. 가령, 엑스선은 진공 방전에 있어서 음극에서 고속으로 튀어나오는 전자선(electron ray)을 금속에 충돌시켜 발생되는 파장이 짧은 전자기파이다. 방사선원은 소정 에너지의 방사선을 방출하여 단일 에너지 방사선 영상이 획득되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 방사선원은 서로 상이한 복수 에너지의 방사선을 대상체(ob)로 수회 조사하여 멀티 에너지 방사선 영상(MEX, multi-energy X-ray image)이 획득되도록 할 수도 있다. 나아가 방사선 조사부(300)는 사용자는 방사선의 조사 방향이나 조사 범위를 제어하는 콜리메이터(collimator)를 더 포함할 수도 있다. 이러한 방사선 조사부(300)는 도 7에 도시된 방사선 조사 모듈(310)의 내부에 배치되어, 대상체(ob)로 방사선을 조사하도록 한다.
방사선 검출부(400)는 방사선 조사부(300)에서 조사된 방사선을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광전변환부(도 1의 110)를 포함한다. 방사선 검출부(400)는 방사선 조사부(300)에서 조사되고 대상체(ob)를 투과한 방사선을 수광할 수 있도록, 방사선 거치부(400)의 거치대(410)의 내면에 형성되어 있을 수 있다. 만약 도 7에 도시된 바와 같이 방사선 조사부(300)가 설치된 방사선 조사 모듈(310)이 상 방향에서 방사선을 조사한다면, 방사선 검출부(400)는 방사선 거치부(400)의 거치대(410)의 하단에 설치될 수 있을 것이다.
도 9는 일 예에 따른 방사선 검출부(400)의 픽셀 어레이 구조를 개략적으로 도시한다. 도 9를 참조하면, 방사선 검출부(400)는 평판패널 타입의 검출기로서, 적어도 하나의 픽셀(pixel)(420)로 구획될 수 있다. 광계수 검출 장치(100)의 각각의 픽셀(420)은 방사선이 각 픽셀(420)에 도달한 경우 도달한 방사선에 상응하는 전기적 신호를 생성하여 수광된 방사선에 상응하는 방사선 신호로 변환하도록 할 수도 있다. 다른 일 실시예에 의하면, 각각의 픽셀()은 방사선의 도달에 따라 도달한 방사선에 상응하는 가시광선 포톤을 출력하고 가시광선 포톤을 감지한 후 감지된 가시광선 포톤에 상응하는 전기적 신호를 생성하여 방사선을 상응하는 방사선 신호로 변환하도록 할 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)의 각각의 픽셀(421)의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 광계수 검출 장치(100)의 각각의 픽셀(421)은 광전변환부()와, 포톤 카운터부(500)를 포함한다. 광전변환부()는 광전변환부(110)와, 광전변환부(110)가 설치될 수 있는 씨모스칩(CMOS chip)()를 포함할 수 있다. 광전변환부(110)는 직접 방식에 따라서 수광된 방사선을 소정의 전기적 신호, 즉 방사선 신호로 변환하도록 할 수 있다. 일 예로, 광전변환부(110)는 광도전체(photoconductor)일 수 있다. 광전변환부()는 수광된 방사선에 따라서 방사선에 상응하는 소정의 전기적 신호, 즉 방사선 신호를 출력하도록 할 수 있다. 광전변환부()에서 출력된 방사선 신호는 직접 포톤 카운터부(500)로 전달될 수 있다. 출력되는 방사선 신호는 전기적 전하 패킷일 수 있다. 또한 전기적 전하 패킷은 음의 전하로 이루어진 전기적 전하 패킷일 수도 있다.
광전변환부()는 포톤 카운터부(500)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 포톤 카운터부(500)는 임계 에너지 이상의 포톤을 계수하여 방사선 영상 생성에 필요한 소정의 데이터, 일례로 방사선 강도에 대한 정보를 획득하도록 할 수 있다.
포톤 카운터부(500)는 증폭부(130), 비교부(141), 및 계수부(145)를 포함할 수 있다.
증폭부(130)는 증폭기(135)와 상기 증폭기(135)에 귀환 병렬 연결되는 능동 저항(131)을 포함할 수 있다. 증폭기(135)의 음의 입력단은 방사선 신호가 출력되는 광전변환부(110)와 연결된 입력단과 연결될 수 있고, 양의 입력단은 기준 전압과 연결될 수 있다. 증폭부(130)는 입력되는 방사선 신호, 즉 전기적 전하 패킷을 능동 저항(131)을 통해 전압으로 전환하고 증폭기(135)에 의해 증폭되도록 한다. 이러한 증폭부(130)는 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명한 실시예들의 증폭부(130)가 채용될 수 있다.
비교부(141)는 증폭부(130)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. 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(145)는 비교부(141)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()에 의해 독출될 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 광계수 검출 장치(100)의 각각의 픽셀()의 구성도이다. 도 11을 참조하면, 광계수 검출 장치(100)의 각각의 픽셀()은 광전변환부()와 포톤 카운터부(500)를 포함한다. 본 실시예의 광전변환부()는 간접 방식으로 방사선을 검출한다. 구체적으로, 광전변환부()는 신틸레이터(scintillator)(), 광전소자() 및 광전소자()가 설치될 수 있는 씨모스칩()를 포함할 수 있다. 신틸레이터()는 방사선을 수광하고 수광된 방사선에 따라서 소정의 포톤, 일례로 가시 포톤(visible photon)을 출력하는 소자이다. 광전소자()는 신틸레이터()에서 출력된 가시 광선 포톤을 감지하여 전기적 신호, 즉 방사선 신호를 출력하도록 할 수 있다. 일 예로, 광전소자()는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다. 광전소자()에서 출력되는 방사선 신호는 전기적 전하 패킷일 수 있다. 또한 전기적 전하 패킷은 음의 전하로 이루어진 전기적 전하 패킷일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 광전변환부()로부터 전달받은 방사선 신호, 즉 전기적 전하 패킷을 계수하여 그 결과 정보를 출력한다.
영상처리부(600)는 포톤 카운터부(500)에서 출력되는 계수 결과 정보를 기초로 방사선 영상을 생성하도록 할 수 있다. 예를 들어 영상처리부(600)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 워크스테이션에 설치된 디스플레이부(d)를 통해 표시될 수도 있다.
또한 영상처리부(600)로부터 출력되는 방사선 영상은, 영상 후처리부()로 전달될 수도 있다. 영상 후처리부()는 방사선 영상의 명도(brightness)나 채도(color), 대조도(contrast) 또는 선예도(sharpness)를 수정하여 방사선 영상을 더 보정할 수 있다. 다른 예로서 영상 후처리부()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 12를 참조하여 방사선 촬영 장치의 제어 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 12는 방사선 촬영 장치의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 방사선 촬영 장치의 제어 방법에 있어서 먼저 방사선이 발생하여 대상체(ob)로 조사된다(S710). 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(S720).
출력된 방사선 신호는 증폭부(130)의 능동 저항(131)에 의해 전압 신호로 변환된다(S730). 능동 저항(131)에서 변환된 전압 신호는 증폭부(130)의 증폭기(135)에 의해 증폭되어 출력된다(S740). 증폭부(130)는 증폭된 방사선 신호를 출력하여 비교부(141)로 전달하도록 할 수 있다.
비교부(141)에서는 증폭된 방사선 신호의 전압과 기준 전압을 비교하고 비교 결과에 따른 비교 결과 신호를 출력하도록 할 수 있다(S750). 출력된 비교 결과 신호는 계수부(145)로 전달될 수 있다.
계수부(145)는 비교 결과에 따라 기준 전압보다 큰 포톤의 개수를 계수할 수 있다(S760).
계수부(145)는 계수 결과를 독출하고(S770), 영상 처리부(600)는 독출된 계수 결과에 따라 소정의 방사선 영상을 생성하도록 할 수 있다(S780).
상기 단계들 중 적어도 하나의 단계에 선행하여 수행될 수도 있고, 적어도 하나의 단계와 동시에 수행될 수도 있으며, 경우에 따라서 적어도 하나의 단계에 후행하여 수행될 수도 있다.
한편, 별도로 능동 저항(131)의 저항값을 조정하거나 구동을 제어하는 제어부가 더 마련된 경우, 증폭부(130)에서 증폭되는 전압신호의 크기를 조정할 수도 있다.
전술한 본 발명인 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 광계수 검출 장치 110: 광전변환부
120: 판독회로부 130: 증폭부
131: 능동 저항 132: 동작공급원
135: 증폭기 140: 측정부
141: 비교부 145: 계수부
150: 영상처리부 i: 입력부
200: 제어부 300: 방사선 조사부
ob: 대상체 400: 방사선 검출부
500: 포톤 카운터부 600: 영상 처리부
610: 영상후 처리부 d: 디스플레이부

Claims (20)

  1. 방사선을 흡수하여 흡수된 방사선의 에너지에 상응하는 전하 신호를 생성하는 광전변환물질부;
    상기 광전변환물질부에서 생성된 전하 신호를 전압으로 변환하는 능동 저항과, 상기 능동 저항에서 변환된 전압을 증폭시키는 증폭기를 포함하는 증폭부; 및
    상기 증폭부에서 변환된 전압 신호를 계수하는 계수부;를 포함하는 광계수검출기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 능동 저항은 상기 증폭기에 부귀환 형태로 병렬 배치된 광계수 검출 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 능동 저항은 상기 증폭기에 부귀환 형태로 연결된 광계수 검출 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 능동 저항은 PMOS 트랜지스터 능동저항 또는 NMOS 트랜지스터 능동저항을 포함하는 광계수검출기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 능동 저항은 복수의 트랜지스터들이 연결된 캐스코드(cascode) 회로인 광계수검출기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 능동 저항을 구동하는 동작 공급원을 더 포함하는 광계수 검출 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 동작 공급원은 전류원 또는 저항을 포함하는 광계수 검출 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 동작 공급원은 상기 증폭부에 바이어스 전류를 공급하는 전류원과 공통인 광계수 검출 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 동작 공급원은 상기 능동 저항을 제어하는 저항 제어부를 포함하는 광계수 검출 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부에서 증폭된 전압을 기준 전압과 비교 출력하는 비교부를 더 포함하는 광계수 검출 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭기는 연산증폭기인 광계수 검출 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 연산증폭기는 공통 드레인 증폭기 또는 공통 소스 증폭기인 광계수 검출 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 방사선은 엑스선 혹은 감마선인 광계수 검출 장치.
  14. 광전변환물질부에서 방사선을 흡수하여 흡수된 방사선의 에너지에 상응하는 전하 신호를 생성하는 단계;
    상기 광전변환물질부에서 생성된 전하 신호를 능동 저항에 입력하는 단계;
    상기 능동 저항에 입력된 전하 신호가 상기 능동 저항에 의해 전압을 증폭시키는 단계; 및
    증폭된 전압 신호를 계수하는 단계;를 포함하는 광계수 검출 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    동작 공급원을 통해 상기 능동 저항의 구동하는 단계;를 더 포함하는 광계수 검출 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 동작 공급원은 전류원 또는 저항을 포함하는 광계수 검출 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 동작 공급원은 상기 광전변환물질부에 바이어스 전류를 공급하는 전류원인 광계수 검출 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 동작 공급원을 통해 상기 능동 저항을 제어하는 광계수 검출 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 증폭부에서 변환된 전압을 기준 전압과 비교 출력 하는 단계;를 더 포함하는 광계수 검출 방법.
  20. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항의 광계수 검출 장치;
    상기 광계수 검출 장치에서 검출된 검출신호를 영상처리하는 영상처리부;를 포함하는 방사선 영상장치.
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