KR20190052300A - System and method of Compton computed tomography - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a system for a compton tomography. The compton tomography system is a system which can image a distribution of an electron density in an object, comprising: a radiation source for emitting radiation toward the object; a first radiation measuring device disposed facing the radiation source with the object therebetween, and generating a first compton scattering reaction by the radiation transmitted through the object; and a second radiation measuring device located at a rear side of the first radiation measuring device, and generating the second compton scattering reaction by the radiation generated by the first compton scattering reaction.

Description

콤프턴 단층 촬영 시스템 및 방법{System and method of Compton computed tomography}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 콤프턴 단층 촬영 시스템 및 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 물체 내의 전자 밀도 분포를 영상화할 수 있는 콤프턴 단층 촬영 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a compton tomography system and method, and more particularly, to a compton tomography system and method capable of imaging an electron density distribution in an object.

일반적으로 컴퓨터 단층 촬영 시스템은, 물체 내를 투과할 방사선을 방출하는 외부 선원, 외부 선원에서 방출된 방사선이 물체 내에서 감쇠되는 정도를 계측하는 방사선 계측기, 방사선 계측기에서 계측한 데이터를 바탕으로 물체 내부의 전자 밀도를 재구성하는 영상재구성 소프트웨어로 구성된다. Generally, a computer tomography system includes an external source for emitting radiation to be transmitted through an object, a radiation meter for measuring the degree of radiation of radiation emitted from an external source within the object, And reconstructing the electron density of the image reconstruction software.

상기 컴퓨터 단층 촬영 시스템은 그 적용 분야에 따라 외부 선원으로 감마선을 방출하는 동위원소 선원을 이용하기도 하는데 이 시스템을 감마 단층 촬영 시스템이라고 통칭한다. 이러한 영상기술은 현재 의료 및 산업분야에서 활발하게 응용되어, 비침습/비파괴적인 방식을 통해 대상체의 내부 구조를 영상화하여 확인하는데 사용되고 있다.The computer tomography system also uses an isotope source that emits gamma rays as an external source depending on its application, which system is referred to as a gamma tomography system. Such imaging techniques are now being actively applied in medical and industrial fields and are used to image and visualize the internal structure of objects through noninvasive / non-destructive methods.

상기 방사선 계측기는 방사선의 반응 위치를 추정할 수 있어야 하며, 방사선 계측기에서의 반응 위치 정보를 바탕으로 입사하는 감마선의 방향을 특정할 수 있어야 하며, 상기 반응 위치에서의 계측수를 바탕으로 상기 감마선의 특정 물체 내에서의 감쇠 정도를 수치화할 수 있어야 한다. 상기 외부 선원과 상기 방사선 계측기를 정렬하고 상기 시스템을 특정 각도를 기준으로 일정 각도만큼 회전시키거나, 상기 특정 물체를 일정 각도만큼 회전시켜가면서 상기 특정 물체에 대한 각도별 방사선 감쇠 정도를 상기 방사선 계측기 부분에서 수치화한다. 상기 영상재구성 소프트웨어에서 상기 특정 각도별 계측 데이터를 영상재구성 알고리즘을 이용하여 처리하면 해당 물체 내의 전자 밀도 분포를 얻을 수가 있다. The radiation meter should be capable of estimating the reaction position of the radiation and should be able to specify the direction of the incident gamma ray on the basis of the reaction position information in the radiation meter and, based on the number of measurements at the reaction position, The degree of attenuation in a specific object must be quantifiable. The method comprising: aligning the external source and the radiation meter, rotating the system by a predetermined angle relative to a specific angle, or rotating the particular object by a predetermined angle, . When the image reconstruction software processes the measurement data for each specific angle using an image reconstruction algorithm, an electron density distribution in the object can be obtained.

상기 방사선 계측기를 이용하여 선원에서 발생한 감마선이 물체 내에서 감쇠되는 정도를 수치화함에 있어 상기 외부 선원에서 방출된 뒤 추가적인 반응을 전혀 일으키지 않은 감마선을 제외하면, 그 외의 모든 계측 정보는 상기 물체 내 전자 밀도 분포 영상에 있어 허상(artifact)의 요인이 된다. 보다 구체적으로는, 상기 외부 선원에서 방출되었으나 방사선 계측기까지의 도달 과정에서 추가적인 산란 반응을 거친 감마선, 시스템의 구성요소가 아닌 제2의 방사선원에 의해 방출된 감마선이 대표적인 허상의 요인이 되는 거짓 계측 정보가 된다. 상기 허상을 제거하기 위해서는 상기 거짓 계측 값을 효과적으로 선별하여 제거하는 것이 핵심적이다. Except for the gamma rays which have been emitted from the external source and have not caused any additional reaction in quantifying the degree of attenuation of the gamma rays generated in the source by using the radiation meter, all other measurement information includes the electron density It is a factor of artifact in distribution image. More specifically, a gamma ray emitted from the external source but subjected to an additional scattering reaction in the process of reaching the radiation meter, a gamma ray emitted by a second radiation source other than a component of the system is a false measurement information . In order to remove the virtual image, it is essential to effectively select and remove the false measurement values.

일반적인 감마 단층 촬영 시스템은 방사선 계측기에 입사하는 감마선의 방향을 제한하기 위해서 두 가지 종류의 집속 방식을 이용한다. 상기 집속 방식 중 첫 번째 방식은 물리적 시준기를 이용하는 것으로, 납 등으로 구성된 시준기를 방사선 계측기 전면에 배치시켜, 감마선이 방사선 계측기에 입사하는 방향을 물리적으로 제한하는 방식이다. 따라서 상기 물리적 시준기 기반의 집속 방식은 상기한 방향이 제한된 감마선만이 방사선 계측기에서 계측되게끔 한다. 두 번째 방식은 전자적 시준 방식으로, 감마선이 방사선 계측기에서 광전흡수되어 모든 에너지를 계측기에 전달한 경우만을 에너지 선별을 통해 선별한다. 상기 전자적 시준 방식은 감마선의 에너지와 진행 방향이 상기 산란 감마선의 경우 변한다는 사실을 바탕으로 하여 상기 물리적 시준기를 이용하지 않으면서 방사선 계측기에 첨두에너지를 기록한 이벤트만을 선별하여 감마선의 방향을 제한할 수 있는 방식이다.A general gamma tomography system uses two types of focusing methods to limit the direction of gamma rays entering a radiation meter. The first type of the focusing method uses a physical collimator, and a collimator composed of lead or the like is disposed on the front surface of the radiation measuring device to physically limit the direction in which the gamma ray enters the radiation measuring device. Therefore, the focusing method based on the physical collimator allows only the gamma rays having the limited direction to be measured by the radiation measuring instrument. The second method is an electronic collimation method, in which only gamma rays are photoelectrically absorbed by the radiation measuring instrument and all the energy is transmitted to the measuring instrument through energy sorting. The electron collimation system can limit the direction of the gamma rays by selecting only the events in which the peak energy is recorded in the radiation meter without using the physical collimator based on the fact that the energy and the direction of the gamma rays change in the case of the scattered gamma rays It is a way.

의료용 단층 촬영 시스템과 달리 산업용 단층 촬영 시스템에서는 일반적으로 밀도와 원자번호가 높은 촬영대상에 대해서도 적용이 가능해야 함으로 인해 수백 keV에서 수 MeV 수준의 높은 에너지를 갖는 감마선을 방출하는 외부 방사선원을 사용한다. 상기 에너지의 감마선은 투과력이 높기 때문에 상기 물리적 시준기를 이용하여 상기 감마선의 방향을 제한하기에는 물리적 한계가 있으며, 상기 감마선의 방향을 충분하게 제한하기 위해서는 상당한 두께와 크기를 갖는 물리적 시준기를 이용해야 한다. 이와 같은 물리적 시준기를 이용하게 되면 감마 단층 촬영시스템의 크기가 상기 물리적 시준기로 인해 매우 크고 복잡해진다는 한계가 있다. 또한, 전자 밀도 분포를 영상화하고자 하는 물체의 크기나 구조, 방사선 계측기의 배열에 따라서 상기 물리적 시준기로 인해 감마 단층 촬영 시스템의 구조를 변화시키기에는 어려움이 있다. Unlike medical tomography systems, industrial tomography systems generally require external radiation sources that emit gamma rays with a high energy of several MeV at several hundred keV because of their applicability to subjects with high density and atomic numbers. Since the gamma rays of the energy have high permeability, there is a physical limit to limit the direction of the gamma rays using the physical collimator. In order to sufficiently limit the direction of the gamma rays, a physical collimator having a considerable thickness and size should be used. When such a physical collimator is used, there is a limit that the size of the gamma tomography system becomes very large and complicated due to the physical collimator. In addition, it is difficult to change the structure of the gamma tomography system due to the physical collimator according to the size and structure of the object to be imaged with the electron density distribution and the arrangement of the radiation measuring instrument.

상술한 전자적 시준 방식 기반의 집속 방식은 콤프턴 산란 반응을 일으키지 않은 감마선은 발생 당시의 에너지와 방향을 그대로 유지한 상태로 방사선 계측기에서 입사한다는 사실에 입각하여, 감마선이 방사선 계측기에서 광전흡수되어 상기 감마선이 지닌 모든 에너지를 계측기에 전달하는 이벤트를 선별함으로써 진행 방향이 바뀐 상기 산란 감마선에 의한 이벤트를 걸러낼 수 있는 방식이다. In the focusing method based on the electronic collimation method, the gamma ray which does not cause the compton scattering reaction is incident on the radiation measuring device while maintaining the energy and direction at the time of generation, and the gamma ray is photoelectrically absorbed in the radiation measuring device, It is a method that can filter out the event by the scattering gamma ray whose direction is changed by sorting the event which transmits all the energy of the gamma ray to the measuring instrument.

그러나 상기 전자적 시준 방식은 진행방향이 바뀌지 않은 유효한 감마선이 상기 계측기에서 콤프턴 산란한 후 빠져나가는 경우를 배제함으로 인해 유의미한 정보의 누락 및 손실을 초래한다는 한계를 갖는다. 특히, 감마선은 그 에너지가 높을수록 광전흡수반응을 일으킬 확률이 매우 급격하게 낮아지며, 이로 인해 상대적으로 콤프턴 산란 반응이 상대적으로 우세해진다. 상술한 바와 같이 산업용 감마 단층 촬영 시스템에 이용되는 대부분의 감마선은 수백 keV에서 수 MeV 수준의 높은 에너지를 갖기 때문에 광전흡수 반응 단면적이 매우 낮으며, 이는 결과적으로 전자적 시준 방식의 계측 효율이 크게 떨어지는 근본적인 요인이 된다. 더불어, 외부 선원 이외에 물체 내부에 추가적인 방사성 물질이 존재하고, 상기 방사성 물질에서 방출되는 감마선이 상기 외부 선원에서 방출되는 감마선과 동일한 에너지를 갖는 경우, 상기 전자적 시준 방식을 이용해서는 두 감마선을 원리적으로 구분할 수가 없다는 한계가 존재한다.However, the electronic collimation method has a limitation that it causes a loss or loss of meaningful information by eliminating the case where effective gamma rays whose traveling directions are not changed are scattered after being scattered in the instrument. In particular, the higher the energy of the gamma ray, the more rapidly the probability of causing the photoabsorption reaction, and the comparative scattering reaction becomes relatively dominant. As described above, since most of the gamma rays used in the industrial gamma tomography system have a high energy of several MeV at several hundred keV, the cross-sectional area of the photoelectric absorption reaction is very low. As a result, the measurement efficiency of the electron collimation method . In addition, when there is additional radioactive material inside the object other than the external source, and the gamma rays emitted from the radioactive material have the same energy as the gamma rays emitted from the external source, two gamma rays are basically used There is a limitation that it can not be distinguished.

본 발명은 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 효과적으로 선별할 수 있는 콤프턴 단층 촬영 시스템을 제공한다.The present invention provides a compton tomography system capable of effectively selecting only events caused by radiation emitted from a radiation source and not causing an additional reaction.

또한, 본 발명은 물체 내부의 전자 밀도 분포를 효과적으로 영상화할 수 있는 콤프턴 단층 촬영 시스템을 제공한다.The present invention also provides a compton tomography system capable of effectively imaging the electron density distribution within an object.

본 발명에 따른 콤프턴 단층 촬영 시스템은 물체 내의 전자 밀도 분포를 영상화할 수 있는 시스템으로, 상기 물체를 향해 방사선을 방출하는 방사선원; 상기 물체를 사이에 두고 상기 방사선원과 마주 배치되며, 상기 물체를 투과한 방사선이 1차 콤프턴 산란 반응을 일으키는 제1방사선 계측기; 및 상기 제1방사선 계측기의 후방에 위치하며, 상기 1차 콤프턴 산란 반응을 일으킨 방사선이 2차 반응을 일으키는 제2방사선 계측기를 포함한다.A compton tomography system according to the present invention is a system capable of imaging an electron density distribution in an object, comprising: a radiation source for emitting radiation toward the object; A first radiation meter disposed opposite to the radiation source with the object therebetween, the radiation transmitted through the object causing a first-order scattering reaction; And a second radiation meter located at the rear of the first radiation meter, the radiation causing the primary compton scattering reaction causing a secondary reaction.

또한, 상기 제1방사선 계측기는, 상기 1차 콤프턴 산란 반응이 일어나는 제1반응 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값을 계측하고, 상기 제2방사선 계측기는, 상기 2차 반응이 일어나는 제2반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값을 계측하며, 상기 방사선원이 방사선을 방출하는 방출 위치 좌표, 상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값, 상기 제1반응 위치 좌표, 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값, 상기 제2반응 위치 좌표, 그리고 상기 제2반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하는 방사선 이벤트 선별부를 더 포함할 수 있다.The first radiation meter may measure a radiation energy value at a first reaction position coordinate and a first reaction position coordinate at which the first complement scattering reaction occurs, And a second reaction location coordinate at which the radiation source emits the radiation, and wherein the radiation source coordinates the radiation position coordinate at which the radiation source emits radiation, the energy value of the radiation emitted by the radiation source, , A radiation energy value measured at the first reaction location coordinate, a second reaction location coordinate, and a radiation energy value measured at the second reaction location coordinate, And may further include a radiation event selector for selecting only an event.

또한, 상기 방사선 이벤트 선별부는, 상기 방출 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표로부터 제1반응 벡터를 산출하고, 상기 제1반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표로부터 제2반응 벡터를 산출하고, 상기 제1반응 벡터와 상기 제2반응 벡터의 사잇각을 기하학적 산란각으로 산출하고, 상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값과 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값으로부터 콤프턴 콘 산란각을 산출하며, 상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별할 수 있다.The radiation event selector may calculate a first reaction vector from the emission position coordinate and the first reaction position coordinate, calculate a second reaction vector from the first reaction position coordinate and the second reaction position coordinate, Calculating an angle of incidence of the first reaction vector and the second reaction vector by a geometric scattering angle and calculating a compton scattering angle from an energy value of the radiation emitted by the radiation source and a radiation energy value measured at the first reaction location coordinate And using only the geometric scattering angle and the compton scattering angle, only the event caused by the radiation emitted from the radiation source and not causing the additional reaction can be selected.

또한, 상기 방사선 이벤트 선별부는 아래 수식 1을 이용하여 상기 기하학적 산란각을 산출하고, 아래 수식 2를 이용하여 상기 콤프턴 콘 산란각을 산출할 수 있다.Also, the radiation event selector may calculate the geometric scattering angle using Equation 1 and calculate the complex cone scattering angle using Equation 2 below.

[수식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[수식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, θg는 기하학적 산란각, υ1은 제1반응 벡터, υ2는 제2반응 벡터, θc는 콤프턴 콘 산란각, E0는 방사선원에서 방출하는 방사선의 에너지 값, E1은 제1반응 위치에서 계측된 방사선 에너지 값, meC2는 전자의 정지질량 에너지값.Here, θ g is a geometric scattering angle, υ 1 is a first reaction vector, υ 2 of the second reaction vector, θ c is Compton cone scattering angle, E 0 is the energy value of the radiation emitted by the radiation source, E 1 is the 1 is the radiation energy value measured at the reaction site, and m e C 2 is the stationary mass energy value of the electron.

또한, 상기 방사선 이벤트 선별부는, 상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각의 차로부터 SAD 값을 산출하고, 상기 SAD 값이 기 설정된 범위에 해당하는 경우, 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 판단할 수 있다.The radiation event selector may calculate the SAD value from the difference between the geometric scattering angle and the compton scattering angle, and when the SAD value falls within a predetermined range, the radiation event selector may select the radiation emitted from the radiation source, As shown in Fig.

또한, 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 상기 전자 밀도 분포를 영상화하는 영상 구성부를 더 포함할 수 있다.The image forming apparatus may further include an image forming unit for imaging the electron density distribution only by an event caused by the radiation emitted from the radiation source and not causing an additional reaction.

본 발명에 따른 콤프턴 단층 촬영 방법은 물체 내의 전자 밀도 분포를 영상화하는 방법으로, 방사선원으로부터 상기 물체를 향해 방사선을 방출하는 단계; 상기 물체를 투과한 방사선이 제1방사선 계측기에서 1차 콤프턴 산란 반응을 일으키며 계측되는 1차 방사선 계측 단계; 상기 1차 콤프턴 산란 반응을 일으킨 방사선이 상기 제1방사선 계측기의 후방에 제공된 제2방사선 계측기에서 2차 반응을 일으키며 계측되는 2차 방사선 계측 단계를 포함한다.A compton tomography method according to the present invention is a method for imaging an electron density distribution in an object, comprising: emitting radiation from a radiation source toward the object; A first radiation measurement step in which radiation transmitted through the object is measured with a first radiation scattering reaction occurring at a first radiation meter; And a secondary radiation measurement step in which the radiation causing the primary compton scattering reaction is measured by causing a secondary reaction at a second radiation meter provided at the rear of the first radiation meter.

또한, 상기 방사선원이 방사선을 방출하는 방출 위치 좌표, 상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값, 상기 1차 콤프턴 산란 반응이 일어나는 제1반응 위치 좌표, 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값, 상기 2차 반응이 일어나는 제2반응 위치 좌표, 그리고 상기 제2반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하는 방사선 이벤트 선별 단계; 및 선별된 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 상기 전자 밀도 분포를 영상화하는 영상 구성 단계를 더 포함할 수 있다.Further, it is preferable that the radiation source includes a radiation position coordinate at which radiation is emitted, an energy value of radiation emitted by the radiation source, a first reaction position coordinate at which the first compton scattering reaction occurs, a radiation energy value at the first reaction position coordinate A radiation event selection step of selecting only an event caused by the radiation emitted from the radiation source and not causing an additional reaction using the coordinates of the second reaction site where the secondary reaction takes place and the radiation energy value measured at the second reaction location coordinates ; And an image forming step of imaging the electron density distribution only by an event caused by the radiation emitted from the selected radiation source and not causing further reaction.

또한, 상기 방사선 이벤트 선별 단계는, 아래 수식 1을 이용하여 기하학적 산란각을 산출하고, 아래 수식 2를 이용하여 콤프턴 콘 산란각을 산출하고, 상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각의 차로부터 SAD 값을 산출하고, 산출된 SAD값이 기설정된 범위에 해당하는 경우, 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 판단할 수 있다.The radiation event selecting step may include calculating a geometric scattering angle using the following equation 1, calculating a compton scattering angle using the following equation 2, and calculating a difference between the geometrical scattering angle and the compton scattering angle If the calculated SAD value is within the predetermined range, it can be determined that the event is caused by the radiation emitted from the radiation source and not causing the additional reaction.

[수식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[수식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, θg는 기하학적 산란각, υ1은 상기 방출 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표로부터 산출되는 제1반응 벡터, υ2는 상기 제1반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표로부터 산출되는 제2반응 벡터, θc는 콤프턴 콘 산란각, E0는 방사선원에서 방출하는 방사선의 에너지 값, E1은 제1반응 위치에서 계측된 방사선 에너지 값, meC2는 전자의 정지질량 에너지값.Here, θ g is a geometric scattering angle, υ 1 is a first reaction vector, υ 2, which is calculated from the release position coordinates of the first reaction position coordinates are calculated from the first reaction the position coordinates and the second reaction location coordinates second response vector, θ c is Compton cone scattering angle, e 0 is the energy value of the radiation emitted by the radiation source, e 1 is the radiation energy values measured in the first reaction where, m e C 2 is the electron rest mass energy value.

본 발명에 의하면, 허상의 요인이 되는 계측 정보를 효과적으로 걸러내고, 이를 통해 방사선원에서 방출된 뒤 추가 반응을 거치지 않은 방사선에 의한 유효한 이벤트만을 선별함으로써, 물체 내부의 전자 밀도 분포를 효과적으로 영상화할 수 있다.According to the present invention, it is possible to efficiently filter the measurement information, which is a factor of the virtual image, and to effectively image the electron density distribution inside the object by selecting only effective events by the radiation that has not been subjected to the additional reaction after being emitted from the radiation source .

또한, 본 발명에 의하면, 방사성폐기물 드럼과 같이 전자 밀도 분포를 얻고자 하는 물체 내에 미지의 방사성동위원소가 존재하는 경우에도, 상기 미지의 방사성동위원소에서 방출된 방사선에 의한 이벤트를 효과적으로 제거하여, 물체 내부의 전자 밀도 분포 영상화 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, even when an unknown radioisotope is present in an object to be obtained with an electron density distribution like a radioactive waste drum, the event caused by the radiation emitted from the unknown radioisotope is effectively removed, The electron density distribution imaging performance inside the object can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 콤프턴 단층 촬영 시스템을 간략하게 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1의 방사선원, 제1방사선 계측기, 그리고 제2방사선 계측기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 기하학적 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 콤프턴 콘 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 물체 내에 미지의 방사선원이 존재하는 경우, 기하학적 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 물체 내에 미지의 방사선원이 존재하는 경우, 콤프턴 콘 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 콤프턴 단층 촬영 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a block diagram briefly illustrating a compton tomography system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing the radiation source, the first radiation meter, and the second radiation meter of Fig. 1;
3 is a diagram for explaining a method of calculating a geometric scattering angle according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of calculating a compton scattering angle according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a method of calculating a geometric scattering angle when an unknown radiation source is present in an object.
6 is a diagram for explaining a method of calculating a compton scattering angle when an unknown radiation source is present in an object.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of calculating a contrast tomography according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises " or " having " are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term " connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 콤프턴 단층 촬영 시스템을 간략하게 나타내는 블럭도이고, 도 2는 도 1의 방사선원, 제1방사선 계측기, 그리고 제2방사선 계측기를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a simplified block diagram of a complex tomography system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating the radiation source, the first radiation meter, and the second radiation meter of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 콤프턴 단층 촬영 시스템(10)은 콤프턴 산란 원리를 이용하여 물체(D) 내의 전자 밀도 분포를 영상화할 수 있다. 콤프턴 단층 촬영 시스템(10)은 물체(D) 내부의 전자 밀도 분포를 삼차원적으로 영상화할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 콤프턴 단층 촬영 시스템(10)이 고정 위치하고, 물체(D)가 회전 수단(미도시)에 의해 회전되는 실시 예에 대해 설명한다. 이와 달리, 물체(D)가 고정되고 콤프턴 단층 촬영 시스템(10)이 물체(D)를 중심으로 회전됨으로써, 물체(D) 내부의 전자 밀도 분포를 삼차원적으로 영상화할 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the compton tomography system 10 can image the distribution of electron density in the object D using the principle of compton scattering. The compton tomography system 10 can image the distribution of the electron density inside the object D three-dimensionally. To this end, in the present invention, a description will be given of an embodiment in which the compton tomography system 10 is fixed and the object D is rotated by a rotating means (not shown). Alternatively, the object D may be fixed and the complex tomography system 10 may be rotated about the object D to thereby image the distribution of the electron density in the object D three-dimensionally.

콤프턴 단층 촬영 시스템(10)은 방사선원(110), 제1방사선 계측기(120), 제2방사선 계측기(130), 방사선 이벤트 선별부(140), 그리고 영상 구성부(150)를 포함한다.The compton tomography system 10 includes a radiation source 110, a first radiation meter 120, a second radiation meter 130, a radiation event selector 140, and an imaging unit 150.

방사선원(110)은 방사선(radiation, r)을 방출할 수 있다. 방사선원(110)에서 방사선이 방출되는 위치 정보(P0)와 방출되는 방사선의 에너지 정보(E0)는 사용자에 의해 미리 획득된다. 실시 예에 의하면, 방사선원(110)에서는 감마선(gamma radiation)이 방출될 수 있다.The radiation source 110 may emit radiation (r). A radiation source (110) (E 0) the energy information of the radiation which radiation is emitted and discharge location (P 0) in which is previously obtained by the user. According to the embodiment, gamma radiation may be emitted from the radiation source 110.

제1방사선 계측기(120)는 물체(D)를 사이에 두고 방사선원(110)과 마주 배치되며, 물체(D)를 투과한 방사선이 입사되어 1차 콤프턴 산란 반응을 일으킨다. 제1방사선 계측기(120)에서는 1차 콤프턴 산란 반응이 발생하는 제1반응 위치 좌표(P1)와 제1반응 위치 좌표(P1)에서의 방사선 에너지 값(E1)이 계측된다. The first radiation measuring instrument 120 is disposed opposite to the radiation source 110 with the object D therebetween, and the radiation transmitted through the object D is incident to cause a first-order scattering reaction. The first instrument is the radiation 120 in the primary reaction comp first location coordinates to the turn-scattering reaction occurs (P 1) and the radiation energy value of the first reaction coordinate position (P 1) (E 1) measurement.

제2방사선 계측기(130)는 제1방사선 계측기(120)의 후방에 위치한다. 이에 따라, 방사선원(110), 물체(D), 제1방사선 계측기(120), 그리고 제2방사선 계측기(130)의 순서로 일렬 배열될 수 있다. 제1방사선 계측기(120)에서 1차 콤프턴 산란된 방사선은 제2방사선 계측기(130)에 입사되며, 제2방사선 계측기(130)에서 2차 반응을 일으킨다. 제2방사선 계측기(130)에서는 2차 반응이 발생하는 제2반응 위치 좌표(P2)와 제2반응 위치 좌표(P2)에서의 방사선 에너지 값(E2)이 계측된다.The second radiation meter 130 is located behind the first radiation meter 120. Accordingly, the radiation source 110, the object D, the first radiation meter 120, and the second radiation meter 130 may be arranged in series in this order. The first radiation scattered by the first radiation meter 120 is incident on the second radiation meter 130 and the second radiation meter 130 generates a second reaction. Second radiation instrument 130. In the second reaction the position coordinates (P 2) and the radiation energy value in said second reaction position coordinates (P 2) (E 2) to the second reaction occurs is measured.

방사선 이벤트 선별부(140)는 제1방사선 계측기(120)와 제2방사선 계측기(130)에서 계측된 방사선 정보 중 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별한다. 제1방사선 계측기(120)와 제2방사선 계측기(130)에는 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트 이외의 다른 이벤트에 의한 방사선이 계측될 수 있다. 예컨대, 방사선원(110)에서 방출된 방사선(r)이 물체(D)를 투과하는 과정에서 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응을 일으킬 수 있으며, 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응이 발생된 방사선이 방사선 계측기(120, 130)들에 입사될 수 있다. 그리고 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원에서 방출된 방사선이 방사선 계측기(120, 130)들에 입사될 수 있다. 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응이 발생된 방사선과, 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원에서 방출된 방사선이 방사선 계측기(120, 130)들에 계측될 경우, 이러한 방사선들은 물체(D) 내의 전자 밀도 분포를 영상화하는데 있어 허상(artifact) 요인이 된다. 따라서, 방사선 계측기(120, 130)들에서 계측된 방사선 정보 중 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하고, 이를 제외한 나머지 방사선 정보의 제거가 요구된다.The radiation event selection unit 140 selects only events of the radiation information measured by the first radiation meter 120 and the second radiation meter 130, which are emitted from the radiation source 110 and are not subjected to the additional reaction. The first radiation meter 120 and the second radiation meter 130 can measure radiation due to events other than events caused by radiation emitted from the radiation source 110 and not causing further reaction. For example, the radiation r emitted from the radiation source 110 may cause a compton scattering reaction in the object D in the course of transmitting the object D, and a complex scattering reaction occurs in the object D The radiation may be incident on the radiation meters 120, 130. And radiation emitted by other unknown radiation sources present in the object D may be incident on the radiation meters 120, When radiation emitted from the radiation source in the object D and radiation emitted from other unknown radiation sources present in the object D are measured by the radiation meters 120 and 130, ) Is an artifact factor in imaging the electron density distribution in the sample. Therefore, it is required to select only the events caused by the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing the additional reaction among the radiation information measured by the radiation meters 120 and 130, and to remove the remaining radiation information.

본 발명에 따른 방사선 이벤트 선별부(140)는 방사선원(110)이 방출하는 방사선(D)의 방출 위치 좌표(P0), 방사선원(110)이 방출하는 방사선의 에너지 값(E0), 제1반응 위치 좌표(P1), 제1반응 위치 좌표(P1)에서 계측된 방사선 에너지 값(E1), 제2반응 위치 좌표(P2), 그리고 제2반응 위치 좌표(P2)에서 계측된 방사선 에너지 값(E2)을 이용하여 방사선원(110)에서 방출된 방사선(r)에 의한 이벤트만을 선별한다.The radiation event selector 140 according to the present invention may be configured such that the emission position coordinate P 0 of the radiation D emitted by the radiation source 110, the energy value E 0 of the radiation emitted by the radiation source 110, The measurement of the radiation energy value E 1 measured at the reaction position coordinate P 1 , the first reaction position coordinate P 1 , the second reaction position coordinate P 2 and the second reaction position coordinate P 2 Only the event by the radiation r emitted from the radiation source 110 is selected using the calculated radiation energy value E 2 .

이를 위해, 방사선 이벤트 선별부(140)는 기하학적 산란각과 콤프턴 콘 산란각을 산출한다.To this end, the radiation event selector 140 calculates the geometric scattering angle and the compton scattering angle.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 기하학적 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 콤프턴 콘 산란각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a method of calculating a geometric scattering angle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining a method of calculating a compton scattering angle according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3을 참조하면, 방사선 이벤트 선별부(140)는 방사선원(110)의 위치(P0)와 방사선 계측기(120, 130)들 내에서의 반응 위치 정보(P1, P2)만을 이용하여 기하학적 산란각(θg)을 산출한다. 구체적으로, 방사선 이벤트 선별부(140)는 아래 수식 1을 이용하여 방사선원(110)이 방출하는 방사선의 방출 위치 좌표(P0)와 제1반응 위치 좌표(P1)로부터 제1반응 벡터(v1)를 산출하고, 아래 수식 2를 이용하여 제1반응 위치 좌표(P1)와 제2반응 위치 좌표(P2)로부터 제2반응 벡터(v2)를 산출한다. 그리고 두 벡터(v1, v2) 간의 각도 계산식인 아래 수식 3을 이용하여 제1반응 벡터(v1)와 제2반응 벡터(v2)의 사잇각을 기하학적 산란각(θg)으로 산출한다. 3, the radiation event selector 140 uses only the position P 0 of the radiation source 110 and the reaction position information P 1 and P 2 in the radiation meters 120 and 130 To calculate the geometric scattering angle ([theta] g ). Specifically, the radiation event selector 140 calculates the first reaction vector v (v) from the radiation position coordinates (P 0 ) of the radiation emitted by the radiation source 110 and the first reaction position coordinates (P 1 ) 1 ), and calculates the second reaction vector v 2 from the first reaction position coordinate P 1 and the second reaction position coordinate P 2 using the following equation ( 2 ). Then, the angles of the first reaction vector v 1 and the second reaction vector v 2 are calculated as a geometric scattering angle θ g using the following equation 3, which is an angle calculation formula between the two vectors (v 1 , v 2 ) .

[수식 1][Equation 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

[수식 2][Equation 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

[수식 3][Equation 3]

Figure pat00007
Figure pat00007

도 4를 참조하면, 방사선 이벤트 선별부(140)는 방사선원(110)에서 방출되는 방사선의 에너지 값(E0)과 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값(E1)으로부터 콤프턴 콘 산란각(θc)을 산출한다. 방사선 이벤트 선별부(140)는 상기 에너지 값(E0, E1)들과 콤프턴 산란 원리를 기반으로 아래 수식 4를 이용하여 콤프턴 콘 산란각(θc)을 산출할 수 있다. 4, the radiation event selector 140 calculates Compton scattering from the energy value E 0 of the radiation emitted from the radiation source 110 and the radiation energy value E 1 measured at the first reaction location coordinates And calculates the angle? C. The radiation event selector 140 may calculate the compton scattering angle? C using Equation 4 based on the energy values E 0 and E 1 and the principle of the complex scattering.

[수식 4][Equation 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

(여기서, meC2는 전자의 정지질량 에너지값이다.)(Where m e C 2 is the stationary mass energy value of the electron)

상기 수식 3 및 상기 수식 4에서 알 수 있듯이, 기하학적 산란각(θg)은 방사선의 발생원이나 계측이전의 콤프턴 산란 반응 여부와 관계없이 산란각 계산의 기준점이 될 수 있는 반면, 콤프턴 콘 산란 각(θc)은 방사선의 발생원이나 콤프턴 산란 반응 여부에 영향을 받는다. 즉, 콤프턴 콘 산란 각(θc)은 기하학적 산란각(θg)과 달리, 콤프턴 산란 원리를 기반으로 계산하기 때문에, 방사선의 물체(D) 내 반응 유무, 혹은 물체(D) 내 방사선원의 존재 유무에 따라 다른 값으로 계산될 수 있다. 때문에, 방사선원(110)에서 방출된 방사선이 물체(D) 내에서 어떠한 반응을 일으키지 않고 제1방사선 계측기(120)에서 콤프턴 산란 반응을 일으키고, 연속하여 제2방사선 계측기(130)에서 2차 반응을 일으키는 이벤트의 경우, 산출된 기하학적 산란각(θg)과 콤프턴 콘 산란각(θc)은 이론적으로 같은 값을 가진다.As can be seen from Equations (3) and (4), the geometric scattering angle (? G ) can be a reference point for the calculation of scattering angle irrespective of the source of radiation or whether the scattering response is before the measurement, The angle (θ c ) is affected by the source of the radiation or the frequency of the compound scattering reaction. In other words, since the compton scattering angle (θ c ) is calculated based on the principle of compton scattering, unlike the geometric scattering angle (θ g ), the presence or absence of the reaction of the radiation in the object (D) Can be calculated with different values according to the presence or absence. Therefore, the radiation emitted from the radiation source 110 causes a complex scattering reaction in the first radiation meter 120 without causing any reaction in the object D, and the second radiation meter 130 continuously performs the second- , The computed geometric scattering angle (θ g ) and the compton scattering angle (θ c ) have theoretically the same value.

반면, 방사선원(110)에서 방출된 방사선이 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응을 일으킨 후 제1방사선 계측기(120)에서 콤프턴 산란 반응을 일으키고, 연속하여 제2방사선 계측기(130)에서 2차 반응을 일으키는 이벤트의 경우, 기하학적 산란각(θg)과 콤프턴 콘 산란각(θc)은 이론적으로 다른 값을 갖는다.On the other hand, when the radiation emitted from the radiation source 110 causes a complex scattering reaction in the object D, the first radiation meter 120 causes a complex scattering reaction, and the second radiation meter 130 continuously outputs 2 In the case of an event causing a differential response, the geometric scattering angle (θ g ) and the compton scattering angle (θ c ) are theoretically different values.

또한, 도 5 및 도 6과 같이, 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원(210)에서 방출된 방사선(r1)이 제1방사선 계측기(120)에서 콤프턴 산란 반응을 일으키고, 연속하여 제2방사선 계측기(130)에서 2차 반응을 일으키는 이벤트의 경우, 기하학적 산란각(θg)과 콤프턴 콘 산란각(θc)은 이론적으로 다른 값을 갖는다.5 and 6, the radiation r 1 emitted from another unknown radiation source 210 existing in the object D causes a complex scattering reaction in the first radiation measuring instrument 120, In the case of an event causing a second-order reaction in the second radiation meter 130, the geometrical scattering angle? G and the compton scattering angle? C have theoretically different values.

방사선 이벤트 선별부(140)는 상술한 과정에 의해 산출된 기하학적 산란각(θg)과 콤프턴 콘 산란각(θc)의 차이를 이용하여, 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별한다. 이를 위해 방사선 이벤트 선별부(140)는 SAD(Scattering Angle Difference) 값을 산출한다. SAD 값은 아래 수식 5와 같이, 기하학적 산란각(θg)과 콤프턴 콘 산란각(θc) 간의 차이로 정의된다.The radiation event selection unit 140 calculates the difference between the geometric scattering angle? G and the compton scattering angle? C calculated by the above-described process using the difference between the geometric scattering angle? G and the compton scattering angle? Only events by radiation are selected. To this end, the radiation event selector 140 calculates a scattering angle difference (SAD) value. The SAD value is defined as the difference between the geometric scattering angle ([theta] g ) and the compton scattering angle ([theta] c ), as shown in Equation 5 below.

[수식 5][Equation 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

수식 5에 따르면, 방사선원(110)에서 방출된 방사선(r)이 물체(D) 내에서 어떠한 반응을 일으키지 않고 방사선 계측기(120, 130)들에 반응될 경우, 이론적 SAD 값은 0이다. 반면, 방사선원(110)에서 방출된 방사선(r)이 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응을 일으키거나, 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원(210)에서 방출된 방사선(r1)이 방사선 계측기(120, 130)들에 반응될 경우, 이론적 SAD 값은 0이 아니다.According to Equation 5, when the radiation r emitted from the radiation source 110 is reacted to the radiation meters 120, 130 without causing any reaction in the object D, the theoretical SAD value is zero. On the other hand, when the radiation r emitted from the radiation source 110 causes a compton scattering reaction in the object D or the radiation r 1 emitted from another unknown radiation source 210 existing in the object D, When responding to these radiation meters 120 and 130, the theoretical SAD value is not zero.

그러나 실제 방사선 측정에서는, 방사선원(110)에서 방출되어 물체(D) 내에서 어떠한 반응을 일으키지 않은 방사선, 방사선원(110)에서 방출되어 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응을 일으킨 방사선, 그리고 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원(210)에서 방출된 방사선 이외에, 다른 요인으로 인한 측정 오차가 발생될 수 있다. 예컨대, 방사선 계측기(120, 130)에서의 측정되는 에너지를 추종하는 과정에서 발생될 수 있는 측정 오차와, 제1반응 벡터(v1)와 제2반응 벡터(v2)를 산출에 이용되는 방사선원(110)의 방출 위치 좌표(P0), 제1반응 위치 좌표(P1), 그리고 제2반응 위치 좌표(P2) 간의 측정 오차 등이 발생될 수 있다. 이런 측정 오차를 고려할 경우, 방사선원(110)에서 방출되어 물체(D) 내에서 어떠한 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 SAD 값은 0뿐만 아니라, 0에 근접한 값들로 나타날 수 있다. 이러한 이유에서, 방사선 이벤트 선별부(140)는 이론적 SAD 값 0으로부터 사용자가 기 설정한 범위의 SAD 값을 관심 영역으로 선정하고, 관심 영역에 해당하는 이벤트를 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 선별할 수 있다.However, in the actual radiation measurement, the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing any reaction in the object D, the radiation emitted from the radiation source 110, the radiation causing the complex scattering reaction in the object D, D, there may be a measurement error due to other factors, in addition to the radiation emitted by other unknown radiation sources 210. [ For example, a measurement error that can be generated in the process of following the energy measured in the radiation meters 120 and 130, and a measurement result of the first and second reaction vectors v 1 and v 2 , A measurement error between the discharge position coordinate P 0 , the first reaction position coordinate P 1 , and the second reaction position coordinate P 2 may occur. Considering such a measurement error, the SAD value due to the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing any reaction in the object D can be represented as 0, as well as values close to zero. For this reason, the radiation event selector 140 selects an SAD value within a range preset by the user from the theoretical SAD value 0 as a region of interest, and an event corresponding to the region of interest is emitted from the radiation source 110 to perform an additional reaction It can be selected as an event caused by unexposed radiation.

영상 구성부(150)는 방사선 이벤트 선별부(140)에서 선별된, 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 물체(D) 내 전자 밀도의 분포를 영상화한다. 이를 통해, 최종적으로 물체(D) 내 전자 밀도 분포 영상을 획득할 수 있다.The image forming unit 150 images the distribution of the electron density in the object D only by the event selected by the radiation event selector 140 and caused by the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing the additional reaction. Thus, finally, an electron density distribution image in the object D can be obtained.

이하, 상술한 콤프턴 단층 촬영 시스템을 이용하여, 물체 내 전자 밀도 분포 영상을 획득할 수 있는 콤프턴 단층 촬영 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a description will be given of a contrast tomography method capable of acquiring an electron density distribution image of an object using the above-described compton tomography system.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 콤프턴 단층 촬영 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of calculating a contrast tomography according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 콤프터 단층 촬영 방법은, 방사선 방출 단계(S10), 1차 방사선 계측 단계(S20), 2차 방사선 계측 단계(S30), 방사선 이벤트 선별 단계(S40), 그리고 영상 구성 단계(S50)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the compressor tomography method includes a radiation emission step S10, a first radiation measurement step S20, a second radiation measurement step S30, a radiation event selection step S40, (S50).

방사선 방출 단계(S10)는 방사선원(110)으로부터 물체(D)를 향해 방사선(r)을 방출한다. 방사선 방출 단계(S10)에서는 방사선원(110)에서 방사선(r)을 방출하는 방출 위치 좌표(P0)와 방사선원에서 방출되는 방사선의 에너지 값(E0)이 획득된다.The radiation emitting step S10 radiates the radiation r from the radiation source 110 to the object D. In the radiation emitting step S10, the emission position coordinate P 0 for emitting the radiation r at the radiation source 110 and the energy value E 0 of the radiation emitted from the radiation source are obtained.

1차 방사선 계측 단계(S20)는 물체(D)를 투과한 방사선이 제1방사선 계측기(120)에서 1차 콤프턴 산란 반응을 일으키며 계측된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 1차 방사선 계측 단계(S20)에서는, 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선, 방사선원(110)에서 방출되어 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응이 발생된 방사선, 그리고 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원(20)에서 방출된 방사선(r1)에 의한 1차 콤프턴 산란 반응이 계측될 수 있다. 1차 방사선 계측 단계(S20)에서는 상술한 방사선에 의한 1차 콤프턴 산란 반응이 일어난 제1반응 위치 좌표(P1)와, 제1반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값(E1)이 계측된다.In the primary radiation measurement step S20, the radiation transmitted through the object D is measured by causing the first radiation measurement device 120 to generate a first-order scattering reaction. As described above, in the primary radiation measurement step S20, the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing the additional reaction, the radiation emitted from the radiation source 110, and the radiation generated in the object D, , And the first compton scattering reaction by the radiation (r 1 ) emitted by the other unknown radiation source (20) present in the object (D) can be measured. In the primary radiation measurement step S20, the first reaction position coordinate P 1 at which the first-order compton scattering reaction by radiation occurs and the radiation energy value E 1 at the first reaction position coordinates are measured .

2차 방사선 계측 단계(S30)는 제1방사선 계측기(110)에서 1차 콤프턴 산란된 방사선이 제2방사선 계측기(130)에서 2차 반응을 일으키며 계측된다. 2차 방사선 계측 단계(S30)에서는 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선, 방사선원(110)에서 방출되어 물체(D) 내에서 콤프턴 산란 반응이 발생된 방사선, 그리고 물체(D) 내에 존재하는 다른 미지의 방사선원(210)에서 방출된 방사선(r1)에 의해 1차 콤프턴 산란된 방사선이 제2방사선 계측기(130)에 계측된다. 2차 방사선 계측 단계(S30)에서는 2차 반응이 일어난 제2반응 위치 좌표(P2)와, 제2반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값(E2)이 계측된다.In the secondary radiation measurement step S30, the first radiation is scattered in the first radiation meter 110 and the second radiation is measured in the second radiation meter 130. [ In the secondary radiation measurement step S30, the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing an additional reaction, the radiation emitted from the radiation source 110, the radiation generated a complex scattering reaction in the object D, Is radiated to the second radiation meter 130 by the radiation r 1 emitted from another unknown radiation source 210 present in the second radiation source 210. In the secondary radiation measurement step (S30), the second reaction position coordinates (P 2 ) where the second reaction occurs and the radiation energy value (E 2 ) at the second reaction position coordinates are measured.

방사선 이벤트 선별 단계(S40)는 제1방사선 계측기(120)와 제2방사선 계측기(130)에서 계측된 방사선 정보 중 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별한다. 방사선 이벤트 선별 단계(S40)는 방사선원(110)이 방출하는 방사선(r)의 방출 위치 좌표(P0), 방사선원(110)이 방출하는 방사선의 에너지 값(E0), 제1반응 위치 좌표(P1), 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값(E1), 제2반응 위치 좌표(P2), 그리고 제2반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값(E2)을 이용하여 방사선원(110)에서 방출된 방사선에 의한 이벤트만을 선별한다.The radiation event selection step S40 selects only the events caused by the radiation emitted from the radiation source 110 among the radiation information measured by the first radiation meter 120 and the second radiation meter 130 so as not to cause the additional reaction. Radiation event selection step (S40) is the radiation source 110 emits position coordinate (P 0), the energy value of the radiation to the radiation source 110 emits radiation (r) to the release (E 0), the first reaction position coordinates ( P 1), the radiation energy values measured in the first reaction coordinate position (E 1), the second reaction coordinate position (P 2), and radiation sources using a radiation energy value (E 2) measured in the second reaction location coordinates Only the event caused by the radiation emitted from the light source 110 is selected.

구체적으로, 방사선 이벤트 선별 단계(S50)는 상술한 수식 3을 이용하여 기하학적 산란각(θg)을 산출하고, 수식 4를 이용하여 콤프턴 콘 산란각(θc)을 산출하고, 수식 5를 이용하여 SAD 값을 산출한다. 그리고 이론적 SAD 값 0으로부터 사용자가 기 설정한 범위의 SAD 값을 관심 영역으로 선정하고, 관심 영역에 해당하는 이벤트를 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 선별한다.Specifically, in the radiation event selection step S50, the geometric scattering angle? G is calculated using the equation 3, the compton scattering angle? C is calculated using the equation 4, To calculate the SAD value. From the theoretical SAD value of 0, the SAD value of the range set by the user is selected as the region of interest, and the event corresponding to the region of interest is selected as the event caused by the radiation emitted from the radiation source.

영상 구성 단계(S50)는 방사선 이벤트 선별 단계(S40)에서 선별된, 방사선원(110)에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 물체(D) 내 전자 밀도의 분포를 영상화한다.The image forming step S50 images the distribution of the electron density in the object D based on only the event selected by the radiation event selection step S40 and caused by the radiation emitted from the radiation source 110 and not causing the additional reaction.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

10: 콤프턴 단층 촬영 시스템
110: 방사선원
120: 제1방사선 계측기
130: 제2방사선 계측기
140: 방사선 이벤트 선별부
150: 영상 구성부10: Compton tomography system
110: source of radiation
120: first radiation meter
130: second radiation meter
140: Radiation event selection unit
150:

Claims (9)

물체 내의 전자 밀도 분포를 영상화할 수 있는 콤프턴 단층 촬영 시스템에 있어서,
상기 물체를 향해 방사선을 방출하는 방사선원;
상기 물체를 사이에 두고 상기 방사선원과 마주 배치되며, 상기 물체를 투과한 방사선이 1차 콤프턴 산란 반응을 일으키는 제1방사선 계측기; 및
상기 제1방사선 계측기의 후방에 위치하며, 상기 1차 콤프턴 산란 반응을 일으킨 방사선이 2차 반응을 일으키는 제2방사선 계측기를 포함하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.A compton tomography system capable of imaging an electron density distribution in an object,
A radiation source for emitting radiation toward the object;
A first radiation meter disposed opposite to the radiation source with the object therebetween, the radiation transmitted through the object causing a first-order scattering reaction; And
And a second radiation meter located behind the first radiation meter and causing the radiation causing the primary compton scattering reaction to cause a secondary reaction. 제 1 항에 있어서,
상기 제1방사선 계측기는, 상기 1차 콤프턴 산란 반응이 일어나는 제1반응 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값을 계측하고,
상기 제2방사선 계측기는, 상기 2차 반응이 일어나는 제2반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표에서의 방사선 에너지 값을 계측하며,
상기 방사선원이 방사선을 방출하는 방출 위치 좌표, 상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값, 상기 제1반응 위치 좌표, 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값, 상기 제2반응 위치 좌표, 그리고 상기 제2반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하는 방사선 이벤트 선별부를 더 포함하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first radiation meter measures a radiation energy value at a first reaction position coordinate at which the first compton scattering reaction occurs and at a first reaction position coordinate,
Wherein the second radiation meter measures a radiation energy value at a second reaction position coordinate at which the secondary reaction occurs and at a second reaction position coordinate,
Wherein the first reaction position coordinate, the second reaction position coordinate, the second reaction position coordinate, and the second reaction position coordinate, and the second reaction position coordinate, Further comprising a radiation event selector for selecting only events caused by the radiation emitted from the radiation source and not causing further reaction using the radiation energy values measured at the second reaction position coordinates. 제 2 항에 있어서,
상기 방사선 이벤트 선별부는,
상기 방출 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표로부터 제1반응 벡터를 산출하고, 상기 제1반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표로부터 제2반응 벡터를 산출하고, 상기 제1반응 벡터와 상기 제2반응 벡터의 사잇각을 기하학적 산란각으로 산출하고,
상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값과 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값으로부터 콤프턴 콘 산란각을 산출하며,
상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the radiation event selector comprises:
Calculating a first reaction vector from the emission position coordinate and the first reaction position coordinate, calculating a second reaction vector from the first reaction position coordinate and the second reaction position coordinate, 2 The angle of the reaction vector is calculated by the geometric scattering angle,
Calculating a compton scattering angle from an energy value of the radiation emitted by the radiation source and a radiation energy value measured at the first reaction position coordinates,
Wherein the system uses only the geometric scattering angle and the complex cone scattering angle to select only events due to radiation emitted from the radiation source and not causing further reaction. 제 3 항에 있어서,
상기 방사선 이벤트 선별부는 아래 수식 1을 이용하여 상기 기하학적 산란각을 산출하고, 아래 수식 2를 이용하여 상기 콤프턴 콘 산란각을 산출하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.
[수식 1]
Figure pat00010

[수식 2]

Figure pat00011

여기서, θg는 기하학적 산란각, υ1은 제1반응 벡터, υ2는 제2반응 벡터, θc는 콤프턴 콘 산란각, E0는 방사선원에서 방출하는 방사선의 에너지 값, E1은 제1반응 위치에서 계측된 방사선 에너지 값, meC2는 전자의 정지질량 에너지값.The method of claim 3,
Wherein the radiation event selector calculates the geometric scattering angle using Equation 1 and calculates the complex angle of scattering using Equation 2 below.
[Equation 1]
Figure pat00010

[Equation 2]

Figure pat00011

Here, θ g is a geometric scattering angle, υ 1 is a first reaction vector, υ 2 of the second reaction vector, θ c is Compton cone scattering angle, E 0 is the energy value of the radiation emitted by the radiation source, E 1 is the 1 is the radiation energy value measured at the reaction site, and m e C 2 is the stationary mass energy value of the electron. 제 3 항에 있어서,
상기 방사선 이벤트 선별부는,
상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각의 차로부터 SAD 값을 산출하고,
상기 SAD 값이 기 설정된 범위에 해당하는 경우, 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 판단하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.The method of claim 3,
Wherein the radiation event selector comprises:
Calculating a SAD value from a difference between the geometric scattering angle and the compton scattering angle,
Wherein the SAD value is determined as an event caused by radiation emitted from the radiation source and not causing an additional reaction when the SAD value falls within a predetermined range. 제 2 항에 있어서,
상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 상기 전자 밀도 분포를 영상화하는 영상 구성부를 더 포함하는 콤프턴 단층 촬영 시스템.3. The method of claim 2,
Further comprising an image constructing unit for imaging the electron density distribution only by an event caused by radiation emitted from the radiation source and not causing further reaction. 물체 내의 전자 밀도 분포를 영상화하는 방법에 있어서,
방사선원으로부터 상기 물체를 향해 방사선을 방출하는 단계;
상기 물체를 투과한 방사선이 제1방사선 계측기에서 1차 콤프턴 산란 반응을 일으키며 계측되는 1차 방사선 계측 단계;
상기 1차 콤프턴 산란 반응을 일으킨 방사선이 상기 제1방사선 계측기의 후방에 제공된 제2방사선 계측기에서 2차 반응을 일으키며 계측되는 2차 방사선 계측 단계를 포함하는 콤프턴 단층 촬영 방법.A method of imaging an electron density distribution in an object,
Emitting radiation from the radiation source toward the object;
A first radiation measurement step in which radiation transmitted through the object is measured with a first radiation scattering reaction occurring at a first radiation meter;
And a secondary radiation measurement step in which the radiation causing the primary compton scattering reaction is measured by causing a secondary reaction at a second radiation meter provided at the rear of the first radiation meter. 제 7 항에 있어서,
상기 방사선원이 방사선을 방출하는 방출 위치 좌표, 상기 방사선원이 방출하는 방사선의 에너지 값, 상기 1차 콤프턴 산란 반응이 일어나는 제1반응 위치 좌표, 상기 제1반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값, 상기 2차 반응이 일어나는 제2반응 위치 좌표, 그리고 상기 제2반응 위치 좌표에서 계측된 방사선 에너지 값을 이용하여 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만을 선별하는 방사선 이벤트 선별 단계; 및
선별된 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트만으로 상기 전자 밀도 분포를 영상화하는 영상 구성 단계를 더 포함하는 콤프턴 단층 촬영 방법.8. The method of claim 7,
A radiation position coordinate at which the radiation source emits radiation, an energy value of the radiation emitted by the radiation source, a first reaction position coordinate at which the primary compton scattering reaction occurs, a radiation energy value measured at the first reaction position coordinate, A radiation event selection step of selecting only events due to radiation emitted from the radiation source and not causing an additional reaction using the second reaction position coordinates at which the second reaction occurs and the radiation energy values measured at the second reaction position coordinates; And
Further comprising an image forming step of imaging the electron density distribution only by an event caused by radiation that is emitted from the selected radiation source and does not cause an additional reaction. 제 8 항에 있어서,
상기 방사선 이벤트 선별 단계는,
아래 수식 1을 이용하여 기하학적 산란각을 산출하는 아래 수식 2를 이용하여 콤프턴 콘 산란각을 산출하고, 상기 기하학적 산란각과 상기 콤프턴 콘 산란각의 차로부터 SAD 값을 산출하고,
산출된 SAD값이 기설정된 범위에 해당하는 경우, 상기 방사선원에서 방출되어 추가 반응을 일으키지 않은 방사선에 의한 이벤트로 판단하는 콤프턴 단층 촬영 방법.
[수식 1]
Figure pat00012

[수식 2]
Figure pat00013

여기서, θg는 기하학적 산란각, υ1은 상기 방출 위치 좌표와 상기 제1반응 위치 좌표로부터 산출되는 제1반응 벡터, υ2는 상기 제1반응 위치 좌표와 상기 제2반응 위치 좌표로부터 산출되는 제2반응 벡터, θc는 콤프턴 콘 산란각, E0는 방사선원에서 방출하는 방사선의 에너지 값, E1은 제1반응 위치에서 계측된 방사선 에너지 값, meC2는 전자의 정지질량 에너지값.9. The method of claim 8,
The radiation event selection step may include:
The SAD value is calculated from the difference between the geometric scattering angle and the compton scattering angle, and the SAD value is calculated from the difference between the geometric scattering angle and the compton scattering angle,
And when the calculated SAD value falls within a preset range, it is determined that the event is caused by radiation emitted from the radiation source and not causing an additional reaction.
[Equation 1]
Figure pat00012

[Equation 2]
Figure pat00013

Here, θ g is a geometric scattering angle, υ 1 is a first reaction vector, υ 2, which is calculated from the release position coordinates of the first reaction position coordinates are calculated from the first reaction the position coordinates and the second reaction location coordinates second response vector, θ c is Compton cone scattering angle, e 0 is the energy value of the radiation emitted by the radiation source, e 1 is the radiation energy values measured in the first reaction where, m e C 2 is the electron rest mass energy value.
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