KR20220057199A - 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 관한 것으로서, 방사선 방출부에서 방출되어 외주면에 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하는 적어도 하나의 섬광결정과, 상기 섬광결정의 섬광신호를 전기신호로 변환하는 광센서와, 상기 섬광결정에 설치되어 방사선이 입사되는 상기 섬광결정의 입사면이 변경될 수 있도록 상기 섬광결정을 회전시키는 회전유닛을 구비한다.
본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 회전유닛에 의해 섬광결정을 회전시켜 방사선이 입사되는 입사면을 변경하므로 검출기를 교체하지 않더라도 용이하게 다양한 해상도의 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.

Description

다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기{Rotary radiation detector with multiple resolutions}
본 발명은 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사선 검출기를 횡축방향으로 회전함으로써 고분해능 모드로 동작하고, 역회전함으로써 일반분해능 모드로 동작할 수 있는 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 관한 것이다.
핵의학 영상기기 중 이중에너지 방사선 흡수법(Dual energy X-ray Absorptiometry)는 Highand Low-energy X선을 조사하여 투과/흡수 영상을 획득하고 골 또는 인접 조직에 X선을 투과하여 골밀도와 미네랄함량을 측정하는 기구이다.
지난 DEXA 검출기로는 넓은 밴드 갭과 에너지 분해능이 우수한 CZT(CdZnTe)센서를 활용한 검출기가 상용제품으로 활용되고 있으나, 깨지기 쉬운 구조와 시간에 따른 손상, 전하트래핑으로 인한 불완전한 전하 수집, 온도 증가에 따른 큰 암전류와 같은 기술적 문제점이 있다. 또 최근 WHO에서 카드뮴이 위해물질로 선정되어 CZT센서의 사용을 제재하고 있다.
LYSO 섬광결정은 빠른 감쇠시간(~40 ns), 높은 광 출력 및 DEXA 적용을 위한 저렴한 비용과 같은 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, 20 keV ~ 100 keV의 DEXA에너지 범위에 대해 우수한 검출효율(80 keV에서 선형 감쇠 계수 = 4356 cm-1)을 가졌다.
GAPD 광센서는 통과시간 스프레드를 증가시켜 센서의 타이밍 성능을 크게 향상시키고 낮은 공급전압, 우수한 온도 안정성, 견고성, 소형화 및 출력 균일성과 같은 고성능 장점이 있다. 또한 최소 공급전압이 낮고 최대 파장이 LYSO와 비슷(420 nm)하며 PDE%가 높고 신호 상승시간이 짧아 검출 효율이 좋다. 따라서, 최근에는 LYSO-GAPD를 결합한 방사선 검출기를 이용하여 종래의 CZT 기반 DEXA 제품들을 교체하는 상용제품들이 등장하고 있다.
그러나, 종래의 방사선 검출기의 경우, 방사선이 입사되는 섬광결정의 입사면 크기가 고정되어 있으므로 해상도를 변경하기 위해서는 방사선을 검출기를 교체해야하므로 번거로운 단점이 있다.
등록특허공보 제10-1661936호: 내흡습성 향상과 표면 알파입자 제거를 위한 이중섬광 검출기 및 그 제작방법
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 섬광결정을 회전시켜 방사선이 입사되는 입사면을 변경하므로 일반분해능 및 고분해능 영상을 제공할 수 있는 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 방사선 방출부에서 방출되어 외주면에 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하는 적어도 하나의 섬광결정과, 상기 섬광결정의 섬광신호를 전기신호로 변환하는 광센서와, 상기 섬광결정에 설치되어 방사선이 입사되는 상기 섬광결정의 입사면이 변경될 수 있도록 상기 섬광결정을 회전시키는 회전유닛을 구비한다.
상기 섬광결정은 상기 방사선이 입사되는 것으로서, 제1입사면과, 상기 제1입사면에 대해 이격되되, 상기 제1입사면의 면적과 상이한 면적을 갖도록 형성된다.
상기 회전유닛은 상기 제1 및 제2입사면 중 어느 한 입사면에 상기 방사선이 입사되도록 상기 섬광결정을 회전시키는 것이 바람직하다.
상기 섬광결정은 육면체 형상으로 형성되어 있다.
상기 섬광결정은 상기 제1 및 제2입사면이 상호 직교하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광센서는 상기 제1 및 제2입사면에 대해 이격된 위치의 상기 섬광결정에 설치되어 있다.
상기 광센서는 상기 섬광결정의 중심을 기준으로 상기 제1입사면에 대향되는 외주면에 설치될 수 있다.
상기 광센서는 광학 그리스 또는 접착제에 의해 상기 섬광결정의 외주면에 고정되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 상기 제1 및 제2입사면과, 상기 광센서가 설치되는 설치면을 제외한 상기 섬광결정의 외주면을 감싸도록 설치되어 상기 섬광신호를 반사하는 반사체를 더 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 상기 섬광결정의 회전시 발생되는 방사선 손실을 감소시킬 수 있도록 상기 광센서의 외주면을 감싸도록 형성되어 방사선을 차폐하는 차폐시트를 더 구비할 수도 있다.
상기 회전유닛은 프레임과, 상기 프레임에 회동가능하게 설치되며, 일측에 상기 섬광결정 또는 광센서가 설치되는 회동 브라켓과, 상기 회동 브라켓에 설치되어 상기 회동 브라켓을 회전시키는 구동부재를 구비할 수 있다.
상기 회전유닛은 상기 제1 및 제2입사면 중 방사선이 입사되도록 사용자에 의해 선택된 입사면이 상기 방사선 방출부에 대향되도록 상기 섬광결정이 세팅되게 상기 구동부재를 제어하는 회전 제어부를 더 구비할 수도 있다.
상기 섬광결정은 BGO(Bismuth Germanate), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate), LuAP(Lutetium Aluminum Perovskite), LuYAP(Lutetium Yttrium Aluminum Perovskite), LaBr3(Lanthanum Bromide), LuI3(Lutetium Iodide), GSO(Gadolinium oxyorthosilicate), LGSO(lutetium gadolinium oxyorthosilicate), LuAG(Lutetium aluminum garnet), GAGG(Gd3Al2Ga3 O123Al2Ga3O12), LFS(Lutetium Fine Silicate), NaI(Tl) (Thallium doped Sodium Iodide), CsI(Tl) (Thallium activated Cesium Iodide) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
상기 광센서는 PN 다이오드, PIN 다이오드, APD(Avalanche Photo Diode), GAPD, PMT 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 상기 섬광결정의 제1입사면에 설치되는 것으로서, 상기 방사선 방출부에 방출되어 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하되, 상기 제2입사면과 상이한 면적의 입사면을 갖는 서브결정체를 더 구비할 수도 있다.
상기 서브결정체는 중심을 기준으로 상기 제1입사면에 접촉된 접촉면에 대향되게 제3입사면이 형성되고, 상기 제2입사면으로 입사되는 방사선이 입사될 수 있도록 상기 제2입사면에 인접되되, 상기 제2입사면과 나란하게 연장된 외주면에, 상기 제2입사면의 면적과 상이한 면적을 갖도록 제4입사면이 형성된다.
상기 서브결정체는 육면체 형상으로 형성되며, 상기 제3입사면은 상기 제1입사면의 면적에 대응되는 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기는 회전유닛에 의해 섬광결정을 회전시켜 방사선이 입사되는 입사면을 변경하므로 검출기를 교체하지 않더라도 용이하게 다양한 해상도의 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 대한 사시도이고,
도 2 및 도 3은 도 1의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기의 작동상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 대한 블럭도이고,
도 5는 성능 검사를 위해 제작된 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 대한 개념도이고,
도 6은 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기의 성능 검사에 사용된 팬텀 샘플에 대한 평면도이고,
도 7은 본 발명의 회전형 방사선 검출기에 대한 이중 에너지 X 선 스텍트럼을 검사한 결과이고,
도 8은 본 발명의 방사선 검출기를 이용해 획득한 팬텀 샘플에 대한 DEXA 영상이고,
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기의 작동상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)는 방사선 방출부에서 방출되어 외주면에 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하는 섬광결정(110)과, 상기 섬광결정(110)의 섬광신호를 전기신호로 변환하는 광센서(120)와, 상기 섬광결정(110)에 설치되어 방사선이 입사되는 상기 섬광결정(110)의 입사면이 변경될 수 있도록 상기 섬광결정(110)을 회전시키는 회전유닛(130)을 구비한다.
상기 섬광결정(110)은 피검사자의 생체 내에 주입된 방사성 의약품 또는 방사선이 출사되는 방사선 방사기 등과 같은 방사선 방출부에서 입사된 방사선에 의해 섬광신호를 발생시키는 것으로서, BGO(Bismuth Germanate), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate), LuAP(Lutetium Aluminum Perovskite), LuYAP(Lutetium Yttrium Aluminum Perovskite), LaBr3(Lanthanum Bromide), LuI3(Lutetium Iodide), GSO(Gadolinium oxyorthosilicate), LGSO(lutetium gadolinium oxyorthosilicate), LuAG(Lutetium aluminum garnet), GAGG(Gd3Al2Ga3 O123Al2Ga3O12), LFS(Lutetium Fine Silicate), NaI(Tl) (Thallium doped Sodium Iodide), CsI(Tl) (Thallium activated Cesium Iodide) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
여기서, LYSO는 빠른 감쇠시간(~40 ns), 높은 광 출력 및 DEXA 적용을 위한 저렴한 비용과 같은 우수한 특성을 가지고 있고, 20 keV ~ 100 keV의 DEXA에너지 범위에 대해 우수한 검출효율(80 keV에서 선형 감쇠 계수 = 4356 cm-1)을 가지므로 섬광결정(110)은 LYSO가 적용되는 것이 바람직하다.
상기 섬광결정(110)은 상하방향으로 연장된 직육면체 형상으로 형성된다. 여기서, 섬광결정(110)의 상면에는 방사선이 입사되는 제1입사면(111)을 이루고, 제1입사면(111)과 이격된 섬광결정(110)의 후면에는 제2입사면(112)이 형성되어 제1 및 제2입사면(111,112)은 상호 직교하도록 마련된다.
그리고, 섬광결정(110)은 제1 및 제2입사면(111,112)의 면적이 상호 상이하도록 즉, 제1입사면(111)이 제2입사면(112)보다 더 큰 면적을 갖도록 형성된다. 상기 섬광결정(110)은 3×3×2 mm3 로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 제1입사면(111)은 3×3mm2의 면적을 갖고, 제2입사면(112)은 3×2mm2의 면적을 갖는다.
한편, 섬광결정(110)은 이에 한정하는 것이 아니라 3×3×1 mm3 의 LYSO, 3×3×1 mm3 GAGG 가 적용될 수도 있다. 섬광결정(110)의 하면에는 상기 광센서(120)가 설치되어 있다.
한편, 섬광결정(110)은 상기 제1 및 제2입사면(111,112)과, 상기 광센서(120)가 설치되는 설치면을 제외한 외주면을 감싸도록 반사체(미도시)가 형성되어 있다. 상기 반사체는 섬광결정(110)에서 생성된 섬광신호를 광센서(120) 측으로 반사하여 광센서(120)의 감지효율을 향상시킨다. 작업자는 제1 및 제2입사면(111,112), 해당 설치면을 제외한 섬광결정(110)의 외주면을 연마한 다음, 반사체로 감싼다.
한편, 도시된 예에서는 하나의 섬광결정(110)이 마련되어 있으나, 이에 한정하는 것이 아니라 다수의 섬광결정(110)이 격자형태로 배열될 수도 있다.
광센서(120)는 섬광결정(110)의 하면에, 광학 그리스 또는 접착제로 이루어진 접착층(121)에 의해 접합고정된다. 상기 광센서(120)는 섬광결정(110)에서 발생된 섬광신호를 감지하기 위한 것으로서, PN 다이오드, PIN 다이오드, APD(Avalanche Photo Diode), GAPD, PMT 중 적어도 어느 하나가 적용된다. 여기서, GAPD는 통과시간 스프레드를 증가시켜 센서의 타이밍 성능을 크게 향상시키고 낮은 공급전압, 우수한 온도 안정성, 견고성, 소형화 및 출력 균일성과 같은 고성능 장점이 있으며, 공급전압이 낮고 최대 파장이 LYSO와 비슷(420 nm)하며 PDE%가 높고 신호 상승시간이 짧아 검출 효율이 좋으므로 광센서(120)는 GAPD가 적용되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광센서(120)는 해당 섬광결정(110)의 형상에 대응되게 3×3mm2의 면적을 갖도록 형성되나, 이에 한정하는 것이 아니라 섬광결정(110)의 크기에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 광센서(120)는 상기 섬광결정(110)의 회전시 발생되는 방사선 손실을 감소시킬 수 있도록 상기 광센서(120)의 외주면을 감싸도록 차폐시트(미도시)가 형성되어 있다. 상기 차폐시트는 방사선을 차폐할 수 있도록 납과 같은 방사선 차폐소재로 형성되며, 2mm의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 광센서(120)의 후면에는 납으로 이루어진 고정블럭(122)이 설치되어 있다. 상기 고정블럭(122)은 광센서(120)의 좌우폭에 대응되는 길이로 연장형성된다.
회전유닛(130)은 프레임(131)과, 상기 프레임(131)에 회동가능하게 설치되며, 일측에 광센서(120)가 설치되는 회동 브라켓(132)과, 상기 회동 브라켓(132)에 설치되어 상기 회동 브라켓(132)을 회전시키는 구동부재(133)와, 상기 구동부재(133)를 제겅하는 회전 제어부(미도시)를 구비한다.
상기 프레임(131)은 방사선 방출부에 대향되게 위치되는 것으로서, 도면에 도시되진 않았지만, 피검사자가 누워 있는 베드에 대향되는 검사장치에 설치된다. 이때, 본 발명의 방사선 검출기(100)와 X선 장치는 상호 반대쪽에 배치되어 있으며 3 mm 두께의 납콜리메이터를 사용하고 1 mm 두께의 k-edge Ce 필터를 통과할 수도 있다. 한편, 프레임(131)은 이에 한정하는 것이 아니라 방사선을 검출할 수 있는 검출수단에 설치되는 구조이면 무엇이든 가능하다.
회동 브라켓(132)은 구동부재(133)에 의해 프레임(131)에 회전가능하게 설치된다. 이때, 회동 브라켓(132)은 광센서(120)의 하부에 설치되며, 좌우방향으로 연장된 중심선을 기준으로 회전가능하게 구동부재(133)에 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 도시된 예에서는 회동 브라켓(132)이 광센서(120)에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 회동 브라켓(132)은 이에 한정하는 것이 아니라 섬광결정(110)의 측면에 고정될 수도 있다.
구동부재(133)는 프레임(131)에 설치되며, 인가된 전기에 의해 회전력을 발생시키는 스텝모터가 적용된다. 이때, 구동부재(133)는 구동축이 회동 브라켓(132)에 고정되어 있다. 한편, 구동부재(133)는 이에 한정하는 것이 아니라 상기 회동 브라켓(132)을 회전시킬 수 있는 구동수단이면 무엇이든 적용가능하다.
회전 제어부는 제1 및 제2입사면(111,112) 중 방사선이 입사되도록 사용자에 의해 선택된 입사면이 방사선 방출부에 대향되도록 섬경결정이 세팅되게 구동부재(133)를 제어한다. 회전 제어부는 도면에 도시되진 않았지만, 사용자가 제1 및 제2입사면(111,112) 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 선택모듈을 구비한다. 회전 제어부는 선택모듈을 통해 제1입사면(111)이 선택되면, 도 2와 같이 제1입사면(111)으로 방사선이 입사되도록 제1입사면(111)이 상측에 위치하도록 구동부재(133)를 제어하고, 선택모듈을 통해 제2입사면(112)이 선택되면, 도 3과 같이 제2입사면(112)으로 방사선이 입사되도록 제2입사면(112)이 상측에 위차하도록 구동부재(133)를 제어한다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자는 일반 해상도의 영상을 획득하길 원할 경우, 선택모듈을 통해 제1입사면(111)을 선택한다. 회전 제어부는 제1입사면(111)이 상측에 위치하도록 섬광결정(110)이 회전되게 구동부재(133)를 제어한다. 이때, 3×3mm2의 면적을 갖는 제1입사면(111)을 통해 방사선이 입사되고, 입사된 방사선에 대응되게 섬광결정(110)은 섬광신호를 방출한다. 방출된 섬광신호를 광센서(120)에선 전기신호로 변환하고, 광센서(120)는 변환된 전기신호를 신호처리부(200)에 전달한다.
또한, 사용자는 고해상도의 영상을 획득하기 원할 경우, 선택모듈을 통해 제2입사면(112)을 선택한다. 회전 제어부는 제2입사면(112)이 상측에 위치하도록 섬광결정(110)이 회전되게 구동부재(133)를 제어한다. 이때, 2×3mm2의 면적을 갖는 제2입사면(112)을 통해 방사선이 입사되고, 입사된 방사선에 대응되게 섬경결정은 섬광신호를 방출한다. 방출된 섬광신호를 광센서(120)에선 전기신호롤 변환하고, 광센서(120)는 변환된 전기신호를 신호처리부(200)에 전달한다.
상기 신호처리부(200)는 기설정된 패턴에 따라 배열된 다수의 방사선 검출기(100)에 연결되며, 광센서(120)에서 제공되는 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 것으로서, 아날로그 처리부(210) 및 디지털 처리부(220)를 구비한다.
상기 아날로그 처리부(210)는 방사선 검출기(100)들에 각각 설치되며, 아날로그 형태의 전기신호를 입력받아 기설정된 문턱전압에 따른 신호와 비교하여 트리거 신호를 생성하는 것으로서, 제1전치 증폭부(211), 비교부(212), 제2전치 증폭부(213) 및 스위칭부(214)를 구비한다.
제1전치 증폭부(211)는 광센서(120)에서 전기신호를 입력받은 것으로서, 광센서(120)의 각 채널별 복수 개의 아날로그 형태의 전기신호를 입력받아 상기 전기신호의 이득이 균일하도록 상기 전기신호를 증폭시킨다. 한편, 제1전치 증폭부(211)는 증폭된 복수개의 전기신호를 하나의 신호로 합성하여 출력할 수도 있다.
상기 비교부(212)는 상기 제1전치 증폭부(211)에서 증폭된 전기신호를 입력받아 기설정된 문턱전압에 따른 신호와 입력받은 전기신호를 비교하여 상기 전기신호가 문턱전압에 따른 신호를 초과하면 트리거신호를 생성한다.
제2전치 증폭부(213)는 제1전치 증폭부(211)에서 증폭된 복수 개의 전기신호를 입력받아 펄스 정형(Pulse shaping)을 수행한 후 출력한다. 상기 스위칭부(214)는 제2전치 증폭부(213)로부터 정형화된 펄스를 입력받고, 디지털 처리부(220)로부터 스위칭신호를 입력받아, 입력받은 스위칭신호에 응답하여 복수 개의 광센서(120)의 채널로부터 각각 수신한 전기신호 중 상기 스위칭 신호에 의해 선택된 채널에 대한 복수개의 아날로그 전기신호를 선택하여 출력한다.
디지털 처리부(220)는 상기 복수 개의 아날로그 처리부(210)로부터 상기 트리거신호를 입력받아, 이에 응답하여 방사선 검출 위치에 대한 위치정보, 에너지정보를 획득한다. 이러한 디지털 처리부(220)는 처리 제어부(221), 주소위치변환부(222) 및 계수부(223)를 포함한다.
처리 제어부(221)는 상기 아날로그 처리부(210)의 비교부(212)로부터 생성된 트리거 신호를 입력받고, 입력받은 트리거 신호 중 가장 먼저 입력받은 트리거 신호에 기초하여 방사선 검출위치로 예상되는 제1위치정보를 생성한다. 이러한 처리 제어부(221)는 복수 개의 아날로그 처리부(210) 중 상기 제1위치정보에 해당하는 하나의 아날로그 처리부(210)를 선택하도록 스위칭 신호를 생성하고, 생성한 스위칭 신호를 상기 아날로그 처리부(210)의 상기 스위칭부(214)로 전송한다.
주소위치변환부(222)는 상기 복수 개의 아날로그 처리부(210)(140) 중 상기 스위칭부(214)에 의해 선택된 아날로그 처리부(210)로부터 복수 개의 아날로그 전기신호를 입력받아, 디지털 신호로 변환한다. 이때, 변환되는 상기 디지털 신호는 10 bit의 크기를 가질 수 있다. 특히, 주소위치변환부(222)는 상기 디지털 신호로부터 방사선의 세부 검출위치를 나타내는 제2위치정보 및 상기 방사선의 검출 당시의 에너지 상태를 나타내는 에너지 정보를 출력한다. 이때, 상기 주소위치변환부(222)는 각각 80 MHz 의 샘플링율을 가질 수 있다. 상기 계수부(223)는 아날로그 처리부(210)들에서 제공되는 전기신호를 계수한다.
상기 신호처리부(200)는 처리된 디지털 신호, 위치정보, 에너지 정보를 영상생성부(미도시)에 제공하고, 영상생성부는 해당 정보를 토대로 사용자에게 분석영상을 표시한다. 한편, 상기 신호처리부(200)는 상술된 예에 한정하는 것이 아니라 광센서(120)에서 제공되는 전기신호를 처리하여 영상을 생성할 수 있는 신호처리수단이면 무엇이든 적용가능하다.
한편, 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)에 대한 성능 검사를 실시하였다. 도 5에는 성능검사를 위해 제작된 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)에 대한 개념도가 도시되어 있다. 여기서, 섬광결정(110)은 3×3×2 mm3인 LYSO가 적용되고, 광센서(120)는 3.07×3.07mm2인 GAPD가 적용된다. 소정 패턴의 문양이 마련된 팬텀(Phantom)샘플의 하방에 방사선을 방출하는 방사선 소스를 세팅하고, 팬텀 샘플을 통과한 방사선을 수집하기 위해 팬텀 샘플의 상측에 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)를 세팅한다. 도 6에는 상기 팬텀 샘플에 대한 평면도가 도시되어 있다. 여기서, 상기 방사선 소스는 Max. Voltage/Current는 80 kVp/0.1 mA이고, 리드 콜리메이터(Lead Collimator)는 3mm 두께가 적용되고, k-edge Ce 필터는 0.1mm 두께가 적용된다. 방사선 소스와 팬텀 샘플 사이의 거리는 186mm이고, 방사선 소스와 방사선 검출기(100) 사이의 거리는 584mm로 세팅된다. 하기의 표 1 및 도 7에는 본 발명의 회전형 방사선 검출기(100)에 대한 이중 에너지 X 선 스텍트럼을 검사한 결과가 게시되어 있다.
Figure pat00001
여기서, 'Normal-resolution mode'는 제1입사면(111)이 방사선 소스에 대향되게 세팅된 상태이고, 'High-resolution mode'는 제2입사면(112)이 방사선 소스에 대향되게 세팅된 상태이다. 표 1 및 도 7을 참조하면, Spectra shape, PPP, PVR 등 에너지 정보에 변화가 없으며, 획득환 계수율(count rate) 감소량(31.3%)는 검사 전에 예측한 예상 값(33.3%)과 거의 일치함을 알 수 있다.
도 8에는 본 발명의 방사선 검출기(100)를 이용해 획득한 팬텀 샘플에 대한 DEXA 영상이 게시되어 있다. 여기서, '일반해상도 모드'는 제1입사면(111)이 방사선 소스에 대향되게 세팅된 상태에서 획득된 DEXA(Dual Energy X-Ray Absorptiometry) 영상이고, '고해상도 모드'는 제2입사면(112)이 방사선 소스에 대향되게 세팅된 상태에서 획득된 DEXA 영상이다. 도면을 참조하면, 고해상도 모드에서 획득한 영상은 팬텀샘플의 문양의 미세한 디테일이 비교적 선명하게 보이며, 대조도 및 공간분해능이 우수함을 알 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(100)는 회전유닛(130)에 의해 섬광결정(110)을 회전시켜 방사선이 입사되는 입사면을 변경하므로 검출기(100)를 교체하지 않더라도 용이하게 다양한 해상도의 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 DEXA 검출기 및 시스템 개발에 적용가능하고, 다양한 엑스선 검출기 응용분야에 활용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 방사선 검출기(100)는 섬광결정(110)을 종축방향에서 횡축방향으로 90도 회전함으로써 일반해상도모드에서 고해상도 모드로 변환할 수 있으므로 일반 해상도 모드에서는 3 × 3 mm2 입사면적에서 엑스선을 수집하고, 고해상도 모드에서는 2 × 3 mm2 입사면적에서 엑스선을 수집함으로써 고유해상도는 33% 향상될 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(300)가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 상기 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(300)는 상기 섬광결정(110)의 제1입사면(111)에 설치되는 서브결정체(310)를 더 구비한다.
상기 서브결정체(310)는 상기 방사선 방출부에 방출되어 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하는 것으로서, GO(Bismuth Germanate), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate), LuAP(Lutetium Aluminum Perovskite), LuYAP(Lutetium Yttrium Aluminum Perovskite), LaBr3(Lanthanum Bromide), LuI3(Lutetium Iodide), GSO(Gadolinium oxyorthosilicate), LGSO(lutetium gadolinium oxyorthosilicate), LuAG(Lutetium aluminum garnet), GAGG(Gd3Al2Ga3 O123Al2Ga3O12), LFS(Lutetium Fine Silicate), NaI(Tl) (Thallium doped Sodium Iodide), CsI(Tl) (Thallium activated Cesium Iodide) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다. 바람직하게는 상기 서브결정체(310)는 LYSO 소재로 형성된다.
상기 서브결정체(310)는 도 9를 기준으로 상하방향으로 연장된 직육면체 형상으로 형성된다. 이때, 서브결정체(310)는 하면이 섬광결정(110)의 제1입사면(111)에 접촉되어 고정되는 접촉면이 되고, 중심을 기준으로 해당 접촉면에 대향되는 상면에, 방사선이 입사되는 제3입사면(311)이 마련된다.
또한, 서브결정체(310)는 상기 제2입사면(112)으로 입사되는 방사선이 입사될 수 있도록 상기 제2입사면(112)에 인접되되, 상기 제2입사면(112)과 나란하게 연장된 외주면 즉, 후면에, 상기 제2입사면(112)의 면적과 상이한 면적을 갖도록 제4입사면(312)이 형성된다. 여기서, 제3 및 제4입사면(311,312)은 상호 직교하도록 마련되고, 면적이 상이하게 형성된다. 이때, 제3입사면(311)은 섬광결정(110)의 제1입사면(111)에 대응되는 면적을 갖도록 형성되며, 제4입사면(312)은 섬광결정(110)의 제2입사면(112)보다 작은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 서브결정체(310)는 3×3×1 mm3 로 형성되는데, 제3입사면(311)은 3×3mm2의 면적을 갖고, 제4입사면(312)은 3×1mm2의 면적을 갖는다. 한편, 상기 서브결정체(310)는 접촉면, 제3 및 제4입사면(311,312)을 제외한 외주면을 감싸도록 반사체(미도시)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 반사체는 서브결정체(310)에서 생성된 섬광신호를 광센서 측으로 반사하여 광센서의 감지효율을 향상시킬 수 있다. 작업자는 접촉면, 제3 및 제4입사면(311,312)을 제외한 서브결정체(310)의 외주면을 연마한 다음, 반사체로 감싼다.
사용자는 일반 해상도의 영상을 획득하길 원할 경우, 회전 제어부를 통해 제3입사면(311)이 상측에 위치하도록 서브결정체(310) 및 섬광결정(110)이 회전되게 구동부재(133)를 제어한다. 이때, 3×3mm2의 면적을 갖는 제1입사면(111)을 통해 방사선이 입사되고, 입사된 방사선에 대응되게 섬광결정(110)은 섬광신호를 방출한다. 방출된 섬광신호를 광센서(120)에선 전기신호로 변환하고, 광센서(120)는 변환된 전기신호를 신호처리부(200)에 전달한다.
사용자가 고분해능 영상을 획득하길 원할 경우, 회전 제어부를 통해 제4입사면(312)이 상측에 위치하도록 서브결정체(310)가 회전되게 구동부재(133)를 제어한다. 여기서, 제2입사면(112)보다 면적이 작은 3×1mm2의 제4입사면(312)으로 방사선이 입사되고, 서브결정체(310)에 의해 생성된 광신호가 광센서(120)에 입력되고, 광센서(120)는 해당 광신호에 대응되게 전기신호를 변환하여 신호처리부(200)에 전달한다. 여기서, LYSO-GAGG 구분은 종래의 Pulse shape discrimination 방법이 적용된다.
상술된 바와 같이 본 발명의 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기(300)는 제2입사면(112)보다 면적이 작은 면적의 제4입사면(312)을 갖는 서브결정체(310)를 섬광결정(110)에 설치하므로, 보다 더 고해상도의 영상을 획득할 수 있으며, 일반해상도의 영상 획득 모드에서도 반응깊이 판별이 가능하다.
제시된 실시 예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기
110: 섬광결정
111: 제1입사면
112: 제2입사면
120: 광센서
121: 접착층
122: 고정블럭
130: 회전유닛
131: 프레임
132: 회동 브라켓
133: 구동부재

Claims (17)

  1. 방사선 방출부에서 방출되어 외주면에 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하는 섬광결정;
    상기 섬광결정의 섬광신호를 전기신호로 변환하는 광센서; 및
    상기 섬광결정에 설치되어 방사선이 입사되는 상기 섬광결정의 입사면이 변경될 수 있도록 상기 섬광결정을 회전시키는 회전유닛;을 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬광결정은 상기 방사선이 입사되는 것으로서, 제1입사면과, 상기 제1입사면에 대해 이격되되, 상기 제1입사면의 면적과 상이한 면적을 갖도록 제2입사면이 형성된,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 제1 및 제2입사면 중 어느 한 입사면에 상기 방사선이 입사되도록 상기 섬광결정을 회전시키는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 섬광결정은 육면체 형상으로 형성된,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 섬광결정은 상기 제1 및 제2입사면이 상호 직교하도록 형성된,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 광센서는 상기 제1 및 제2입사면에 대해 이격된 위치의 상기 섬광결정에 설치되는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 광센서는 상기 섬광결정의 중심을 기준으로 상기 제1입사면에 대향되는 외주면에 설치되는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광센서는 광학 그리스 또는 접착제에 의해 상기 섬광결정의 외주면에 고정되는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2입사면과, 상기 광센서가 설치되는 설치면을 제외한 상기 섬광결정의 외주면을 감싸도록 설치되어 상기 섬광신호를 반사하는 반사체;를 더 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 섬광결정의 회전시 발생되는 방사선 손실을 감소시킬 수 있도록 상기 광센서의 외주면을 감싸도록 형성되어 방사선을 차폐하는 차폐시트;를 더 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 회전유닛은
    프레임;
    상기 프레임에 회동가능하게 설치되며, 일측에 상기 섬광결정 또는 광센서가 설치되는 회동 브라켓;
    상기 회동 브라켓에 설치되어 상기 회동 브라켓을 회전시키는 구동부재;를 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 제1 및 제2입사면 중 방사선이 입사되도록 사용자에 의해 선택된 입사면이 상기 방사선 방출부에 대향되도록 상기 섬광결정이 세팅되게 상기 구동부재를 제어하는 회전 제어부;를 더 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 섬광결정은 BGO(Bismuth Germanate), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate), LuAP(Lutetium Aluminum Perovskite), LuYAP(Lutetium Yttrium Aluminum Perovskite), LaBr3(Lanthanum Bromide), LuI3(Lutetium Iodide), GSO(Gadolinium oxyorthosilicate), LGSO(lutetium gadolinium oxyorthosilicate), LuAG(Lutetium aluminum garnet), GAGG(Gd3Al2Ga3 O123Al2Ga3O12), LFS(Lutetium Fine Silicate), NaI(Tl) (Thallium doped Sodium Iodide), CsI(Tl) (Thallium activated Cesium Iodide) 중 적어도 어느 하나로 이루어진,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 PN 다이오드, PIN 다이오드, APD(Avalanche Photo Diode), GAPD, PMT 중 적어도 어느 하나로 이루어진,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 섬광결정의 제1입사면에 설치되는 것으로서, 상기 방사선 방출부에 방출되어 입사되는 방사선을 검출하여 섬광신호로 변환하되, 상기 제2입사면과 상이한 면적의 입사면을 갖는 서브결정체;를 더 구비하는,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 서브결정체는 중심을 기준으로 상기 제1입사면에 접촉된 접촉면에 대향되게 제3입사면이 형성되고, 상기 제2입사면으로 입사되는 방사선이 입사될 수 있도록 상기 제2입사면에 인접되되, 상기 제2입사면과 나란하게 연장된 외주면에, 상기 제2입사면의 면적과 상이한 면적을 갖도록 제4입사면이 형성된,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 서브결정체는 육면체 형상으로 형성되며, 상기 제3입사면은 상기 제1입사면의 면적에 대응되는 면적을 갖도록 형성된,
    다중 해상도를 제공하는 회전형 방사선 검출기.
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