KR20170000652A - 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치는 내부가 통공된 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 일정 간격 이격되어 회전 가능하게 설치되고, 방사선원으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위한 구멍이 형성된 복수의 회전 플레이트를 포함하는 회전 변조 시준기(RMC); 및 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하고, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하는 방사선 검출기를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 방사선 영상 처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 변조 시준기(RMC)를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
방사선 계측 방법론을 이용한 특수 핵물질 검출의 경우, 감마선은 비교적 차폐하기가 쉬워, 고농축 우라늄과 같은 특수 핵물질을 신속 정확하게 검출해 내기가 어려우며, 중성자 계측을 이용한 방법은 입사 방사선의 계수만으로는 핵종 정보를 파악할 수 없는 단점이 존재하였다.
더불어 지난 10여 년 간, 미국에서 He-3 고갈 문제가 심각하게 대두됨에 따라, 중성자 계측기의 수급이 급격히 어려워지고, 다른 형태의 중성자 계측 방법론의 경우 중성자 신호로부터 감마선 신호를 분리해내는 것이 어려워 이에 대한 대책을 마련하기 위한 연구가 미국을 중심으로 활발하게 진행되었다.
핵안보 검증 및 핵 비확산을 위한 핵 활동 탐지 또는 조약 이행 검증 기술에 있어서, 중성자 계측 기술은 핵심적인 역할을 담당한다. 감마선을 이용한 탐지 기술의 경우, 납 등의 중금속을 이용하여 방사선원에 대한 차폐가 가능하나, 중성자의 경우 산란에 의한 감속이 이루어질 뿐 완벽한 차폐가 어려워 감마선 계측만을 이용한 핵 탐지 기술의 한계를 보완하는 역할을 하고 있다.
하지만 중성자 계측만을 이용할 경우, 에너지 분포 스펙트럼을 통한 핵종 분석에 한계가 있다. 따라서 감마선과 중성자를 동시에 계측하여 선원의 위치를 파악하는 기술의 개발이 필요하다.
특히, 최근 일본 후쿠시마 지역의 원전 사고 이후 방사성 물질로 오염된 환경을 원래대로 복원하기 위해 기존의 방사선 검출기 및 방사능 측정 시스템을 활용하고 있으나, 오염 지역이 너무 광범위하고, 방사선 작업 종사자가 직접 검출기를 들고 오염 지역을 구석구석 찾아 다니며 오염 물질을 찾아내야만 하는 기존 시스템의 한계로 인해, 해결에 큰 어려움을 겪고 있다.
단시간에 넓은 오염 지역을 측정하여 오염 정도를 정량화 할 수 있고, 오염된 영역과 오염되지 않은 영역을 정확하게 분리해 낼 수 있는 신개념의 방사선 측정 기술 개발이 필요하다.
감마선을 영상화 할 수 있는 기술은 현재 몇몇 연구 그룹들에 의해 개발되어 있으나, 중성자 선원의 분포 및 선량을 시각화 할 수 있는 기술은 아직 신뢰할 수준의 기술이 개발되어 있지 못한 상황이므로, 중성자 선원을 영상화 할 수 있는 기술의 개발을 통해 자가 흡수를 비롯한 감마선 차폐가 이루어진 방사능 물질들에 대한 탐색 및 감시가 하루속히 이루어져야 하는 상황이다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0251064호(발명의 명칭: 방사선 분포 3차원 측정장치 및 방법, 등록일자: 2000년 1월 10일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 신호 파형 분석이 가능한 섬광 물질 또는 반도체 물질을 기반으로 한 방사선 검출기에 회전 변조 시준기(RMC)를 장착하여, 회전 변조 시준기를 통과한 방사선 신호의 계수 패턴을 분석함으로써 방사선 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하여 영상화 할 수 있는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치는 내부가 통공된 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 일정 간격 이격되어 회전 가능하게 설치되고, 방사선원으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위한 구멍이 형성된 복수의 회전 플레이트를 포함하는 회전 변조 시준기(RMC); 및 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하고, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하는 방사선 검출기를 포함한다.
상기 방사선 검출기는 상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하고, 감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 각각 다른 에너지를 지닌 감마선과 중성자들에 대해 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득하고, 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 회전 변조 시준기가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용한 패턴 매칭을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 추출하고, 상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 방사선원의 핵종 및 공간적인 정보를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보를 추정하는 과정을 통해, 상기 방사선원의 추정된 실제 방사능에 따른 상기 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 회전 플레이트의 회전에 따른 각도 변화에 따라 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선의 계수 패턴에 기초하여 상기 방사선원의 계수율을 측정하고, 상기 측정된 계수율을 토대로, 상기 최대 우도 추정-기대값 극대화 알고리즘을 이용하여 상기 방사선원의 실제 방사능을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 위치 정보를 시각화 하여 상기 방사선원을 영상화하는 영상 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 변조 시준기는 상기 하우징의 일단에 배치되되, 상기 방사선 검출기와 고정된 상태로 마주보며 배치되는 제1 회전 플레이트; 및 상기 하우징의 타단에 배치되되, 상기 구멍을 통해 상기 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위해 회전 가능하게 설치되는 제2 회전 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 구멍의 패턴은 상기 제1 회전 플레이트와 상기 제2 회전 플레이트에 동일하게 형성될 수 있다.
상기 방사선 검출기는 신호 파형 분석이 가능한 섬광 물질 또는 반도체 물질을 기반으로, 상기 회전 변조 시준기의 일단에 결합되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법은 방사선 영상 처리 장치에서, 내부가 통공된 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 일정 간격 이격되어 회전 가능하게 설치되고, 방사선원으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위한 구멍이 형성된 복수의 회전 플레이트를 포함하는 회전 변조 시준기(RMC)를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하는 단계; 및 상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하는 단계를 포함한다.
상기 분리하는 단계는 상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하는 단계; 및 감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분리하는 단계는 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득하는 단계; 상기 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리하는 단계는 상기 회전 변조 시준기가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용한 패턴 매칭을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 추출하는 단계; 및 상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 방사선원의 핵종 및 공간적인 정보를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법은 상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보를 추정하는 과정을 통해, 상기 방사선원의 추정된 실제 방사능에 따른 상기 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법은 상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 방사선원의 위치 정보를 시각화 하여 상기 방사선원을 영상화 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 파형 분석이 가능한 섬광 물질 또는 반도체 물질을 기반으로 한 방사선 검출기에 회전 변조 시준기(RMC)를 장착하여, 회전 변조 시준기를 통과한 방사선 신호의 계수 패턴을 분석함으로써 방사선 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하여 영상화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 감마선/중성자의 이중 영상을 감지하고, 이를 통해 방사선 선원의 공간적 분포를 계산하여 각 핵종별 위치 정보를 시각화 하여 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 변조 시준기를 통한 영상화 원리를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 파형 분석에 따른 방사선의 계수 패턴을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 변조 시준기의 회전 각도에 따른 다양한 신호 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방사선원의 공간적 분포를 시각화 하여 표시한 결과를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2d, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 변조 시준기를 통한 영상화 원리를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 파형 분석에 따른 방사선의 계수 패턴을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 변조 시준기의 회전 각도에 따른 다양한 신호 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방사선원의 공간적 분포를 시각화 하여 표시한 결과를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 참고로, 본 발명의 실시예들은 이동 가능한 탐사 장비에 탑재되어 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예들에 따른 중성자 및 감마선 영상화 기술은 원자력 시설 주변의 환경 방사선 탐지 및 핵안보 검증기술, 사용후 연료 또는 핵폐기물 등의 방사성 물질 검출에 적용되거나 핵물질 탐지 분야에 응용될 수 있으며, 우주선 검출 및 태양 플레어 관찰 등의 우주 탐사 분야에도 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 회전 변조 시준기(RMC)(110) 및 방사선 검출기(120)를 포함한다.
상기 회전 변호 시준기(110)는 하우징(112) 및 복수의 회전 플레이트(114)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(112)은 내부가 통공된 원통형으로 형성될 수 있다. 상기 하우징(112)은 방사선원(101)으로부터 방출되는 방사선이 입사되는 통로 역할을 하며, 그 내부에는 후술하는 상기 복수의 회전 플레이트(114)가 설치될 수 있다.
상기 복수의 회전 플레이트(114)는 상기 하우징(112)의 내부에 일정 간격 이격되어 설치된다. 이때, 상기 복수의 회전 플레이트(114)는 회전 가능하게 설치될 수 있다.
상기 복수의 회전 플레이트(114)는 도 1에 도시된 바와 같이 2개가 서로 이격되어 설치될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 2개 또는 그 이상이 서로 이격되어 설치될 수 있다.
상기 복수의 회전 플레이트(114)는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 길이를 가지며 일정 간격 이격된 배치 구조로 형성된 복수의 구멍(116)을 구비할 수 있다. 상기 복수의 회전 플레이트(114)는 상기 복수의 구멍(116)을 통해 상기 방사선원(101)으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 복수의 회전 플레이트(114)는 상기 하우징(112)의 일단에 배치되되, 상기 방사선 검출기(120)와 고정된 상태로 마주보며 배치되는 제1 회전 플레이트(114a), 및 상기 하우징(112)의 타단에 배치되되, 상기 구멍(116)을 통해 상기 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위해 회전 가능하게 설치되는 제2 회전 플레이트(114b)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 구멍(116)의 패턴은 상기 제1 회전 플레이트(114a)와 상기 제2 회전 플레이트(114b)에 동일하게 형성될 수 있다.
이때, 상기 방사선원이 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사선 영상 처리 장치(100)의 축상에 존재하는 경우, 빨간색 부분이 상기 방사선 검출기(120)라고 가정하면, 상기 방사선원 입장에서 보기에, 상기 제1 및 제2 회전 플레이트(114a, 114b)의 구멍(116)을 통해 보이는 부분은 도 2a와 같이 나타난다.
상기 제2 회전 플레이트(114b)를 시계 방향으로 조금씩 계속해서 돌리면 도 2b 내지 도 2d와 같이 나타난다. 그리고 한 바퀴 다 돌고 나면 도 2a와 같이 원래대로 돌아오게 된다. 결국, 상기 제2 회전 플레이트(114b)의 회전 각도에 따라 상기 제1 및 제2 회전 플레이트(114a, 114b)의 구멍(116)을 통해 입사되는 방사선의 패턴이 다르게 형성된다.
이와는 달리, 상기 방사선원이 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)의 축상에 존재하지 않을 수 있다. 예를 들면, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 방사선원이 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)의 축상에서 오른쪽으로 어긋나게 존재할 수 있으며, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 방사선원이 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)의 축상에서 아래쪽으로 어긋나게 존재할 수 있다. 이와 같은 예들에서도 위와 마찬가지로, 상기 제1 및 제2 회전 플레이트(114a, 114b)의 회전 각도에 따라 상기 방사선의 패턴이 다르게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사선의 다양한 패턴을 통해, 후술하는 상기 방사선 검출기(120)를 이용하여 상기 방사선원(101)을 분리하여 그 공간적 분포를 파악 및 영상화할 수 있다. 이하에서는 상기 방사선 검출기(120)에 대해 자세히 설명하기로 한다.
상기 방사선 검출기(120)는 신호 파형 분석이 가능한 섬광 물질 또는 반도체 물질을 기반으로, 상기 회전 변조 시준기(110)의 일단에 결합되어 형성될 수 있다.
상기 방사선 검출기(120)는 상기 회전 변조 시준기(110)를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하고, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리한다.
즉, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하고, 감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악할 수 있다.
상기 방사선 검출기(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 다른 에너지를 지닌 상기 감마선과 중성자들에 대해, 상기 회전 변조 시준기(110)를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득할 수 있다. 상기 방사선 검출기(120)는 상기 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정할 수 있다. 참고로, 도 5에서 X축은 회전 플레이트가 회전한 각도(angle), Y축은 신호 투과율(% signal transmitted)을 각각 나타낸다.
이때, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 회전 변조 시준기(110)가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원(101)의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 도면에는 도시되지 않았지만 상기 데이터베이스를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭(pattern matching)을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원(101)의 공간적 분포에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여, 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 방사선원(101)의 핵종 및 공간적인 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정할 수 있다.
상기 방사선 검출기(120)는 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보를 추정하는 과정을 통해, 상기 방사선원의 추정된 실제 방사능에 따른 상기 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득할 수 있다. 여기서, 상기 방사선원(101)의 공간적 분포에 관한 정보는 후술하는 영상 표시부에 의해 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 시각화되어 표시될 수 있다.
즉, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 방사선원이 없는 곳에서는 계수율이 0에 가까울 것이고 상기 방사선원이 존재하는 곳에서는 계수율이 큰 값을 가질 것이므로, 상기 MLEM 알고리즘을 통해 추정한 실제 방사능의 공간상 분포에 관한 정보를 이용해 상기 방사선원의 위치를 얻을 수 있다.
이때, 상기 방사선 검출기(120)는 상기 회전 플레이트(114)의 회전에 따른 각도 변화에 따라 상기 회전 변조 시준기(110)를 통과한 상기 방사선의 계수 패턴에 기초하여 상기 방사선원의 계수율을 측정하고, 상기 측정된 계수율을 토대로, 상기 최대 우도 추정-기대값 극대화 알고리즘을 이용하여 상기 방사선원의 실제 방사능을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 방사선원의 계수율은 중성자 계수율 및 감마선 계수율을 모두 포괄할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 회전 플레이트(114)의 회전 각도에 따라 추출되는 다양한 신호 패턴에 기초하여 추정될 수 있다. 참고로, 도 6에서 X축은 회전 각도(Mask Orientation), Y축은 계수(Counts)를 각각 나타낸다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 방사선 영상 처리 장치(100)는 도면에는 도시되지 않았지만 영상 표시부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 영상 표시부는 상기 방사선원(101)의 위치 정보를 시각화하여 상기 방사선원을 영상화할 수 있다. 즉, 상기 영상 표시부는 각각의 방사성 핵종들이 존재하는 위치 정보, 중성자 선원이 존재하는 위치 정보를 각각 영상 처리하여 표시할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법은 도 1의 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 단계(1010)에서 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 회전 변조 시준기(RMC)(110)를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석한다.
다음으로, 단계(1020)에서 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 상기 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리한다.
이때, 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하고, 감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악할 수 있다.
또한, 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 회전 변조 시준기(110)를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득하고, 상기 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정할 수 있다.
또한, 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 회전 변조 시준기가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용한 패턴 매칭을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 추출하고, 상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 상기 방사선원의 핵종 및 공간적인 정보를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정할 수 있다.
또한, 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보 추정하는 과정을 통해, 추정된 실제 방사능에 따른 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득할 수 있다.
다음으로, 단계(1030)에서 상기 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치(100)는 상기 방사선원(중성자선원 및 감마선원)의 위치 정보를 시각화하여 영상화한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
101: 방사선원
110: 회전 변조 시준기(RMC)
112: 하우징
114: 회전 플레이트
116: 구멍
120: 방사선 검출기
110: 회전 변조 시준기(RMC)
112: 하우징
114: 회전 플레이트
116: 구멍
120: 방사선 검출기
Claims (16)
- 내부가 통공된 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 일정 간격 이격되어 회전 가능하게 설치되고, 방사선원으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위한 구멍이 형성된 복수의 회전 플레이트를 포함하는 회전 변조 시준기(RMC); 및
상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하고, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하는 방사선 검출기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하고, 상기 감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
각각 다른 에너지를 지닌 상기 감마선과 중성자들에 대해, 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득하고, 상기 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
상기 회전 변조 시준기가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용한 패턴 매칭을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 추출하고, 상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 방사선원의 핵종 및 공간적인 정보를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보를 추정하는 과정을 통해, 상기 방사선원의 추정된 실제 방사능에 따른 상기 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
상기 회전 플레이트의 회전에 따른 각도 변화에 따라 상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선의 계수 패턴에 기초하여 상기 방사선원의 계수율을 측정하고, 상기 측정된 계수율을 토대로, 상기 최대 우도 추정-기대값 극대화 알고리즘을 이용하여 상기 방사선원의 실제 방사능을 추정하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 방사선원의 위치 정보를 시각화 하여 상기 방사선원을 영상화 하는 영상 표시부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 회전 변조 시준기는
상기 하우징의 일단에 배치되되, 상기 방사선 검출기와 고정된 상태로 마주보며 배치되는 제1 회전 플레이트; 및
상기 하우징의 타단에 배치되되, 상기 구멍을 통해 상기 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위해 회전 가능하게 설치되는 제2 회전 플레이트
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 구멍의 패턴은
상기 제1 회전 플레이트와 상기 제2 회전 플레이트에 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출기는
신호 파형 분석이 가능한 섬광 물질 또는 반도체 물질을 기반으로, 상기 회전 변조 시준기의 일단에 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치.
- 방사선 영상 처리 장치에서, 내부가 통공된 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 일정 간격 이격되어 회전 가능하게 설치되고, 방사선원으로부터 방출되어 입사되는 방사선의 선량을 조절하기 위한 구멍이 형성된 복수의 회전 플레이트를 포함하는 회전 변조 시준기(RMC)를 통과한 상기 방사선의 신호를 디지털화 하여 파형을 분석하는 단계; 및
상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 파형의 분석 결과에 기초하여 상기 방사선의 신호를 중성자 및 감마선에 의한 신호로 각각 분리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 분리하는 단계는
상기 방사선으로부터 생성되는 신호의 형태 및 파고를 분석하여 상기 방사선이 감마선인지 중성자인지 구별하는 단계; 및
감마선인 경우 파고 높이에 대한 스펙트럼으로부터 입사 감마선의 에너지와 핵종 정보를 파악하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 분리하는 단계는
상기 회전 변조 시준기를 통과한 상기 방사선에 대한 계수 패턴을 별도로 구분하여 각각 획득하는 단계;
상기 각각의 계수 패턴으로부터 감마선원 및 중성자선원의 공간적 분포를 각각 구분하여 추정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 분리하는 단계는
상기 회전 변조 시준기가 회전함에 따라 생성되는 복수의 계수 패턴별로 방사선원의 위치 및 공간적 분포에 관한 확률 정보가 각각 계산되어 저장된 데이터베이스(DB)를 이용한 패턴 매칭을 통해, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 매칭되는 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 추출하는 단계; 및
상기 방사선의 신호 형태 및 파고 분석을 통해 구분하여 계측한 감마선과 중성자 선원 각각에 대하여 상기 데이터베이스를 이용한 패턴 매칭을 적용하여 방사선원의 핵종 및 공간적인 정보를 포함하는 방사선원에 대한 정보를 동시에 추정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 방사선에 대한 계수 패턴에 최대 우도 추정-기대값 극대화(MLEM) 알고리즘을 적용하여 상기 방사선원의 위치 정보를 추정하는 과정을 통해, 상기 방사선원의 추정된 실제 방사능에 따른 상기 방사선원의 공간적 분포에 관한 정보를 계산하고 획득하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 방사선 영상 처리 장치에서, 상기 방사선원의 위치 정보를 시각화 하여 상기 방사선원을 영상화 하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020150089850A KR101741246B1 (ko) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치 및 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020150089850A KR101741246B1 (ko) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | 회전 변조 시준기를 이용한 감마선/중성자 이중 영상 처리 장치 및 방법 |
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| KR20190119766A (ko) | 2018-04-13 | 2019-10-23 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 회전 변조 시준기를 이용한 방사선원 위치 검출 방법 및 이를 수행하기 위한 영상화 장치 |
| EP4085844A1 (en) * | 2021-05-03 | 2022-11-09 | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | Solid-state dose calibration system |
| US11497461B1 (en) | 2021-05-03 | 2022-11-15 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Solid-state dose calibration system |
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