KR101408328B1 - 방사선 자동감지를 위한 디지털 방사선 감지장치 - Google Patents

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Abstract

방사선 자동감지를 위한 디지털 방사선 감지장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 방사선 감지장치는 디지털 방사선 검출기에 고전압을 공급하는 고전압 공급기와, 고전압 공급기에 전원을 인가하는 고전압 공급기 전원과, 고전압 공급기 및 고전압 공급기 전원 사이에 형성되어 전원 라인의 전류 변화로부터 방사선 조사를 감지하는 조사 감지부를 포함한다.

Description

방사선 자동감지를 위한 디지털 방사선 감지장치 {Digital radiation sensing apparatus for radiation auto sensing}
본 발명은 디지털 방사선 검출기에 조사된 방사선을 자동으로 감지하는 디지털 방사선 감지장치에 관한 것이다.
디지털 방사선 검출기(Digital radiation detector)(이하 '검출기'라 칭함)는 인체 또는 물체를 투과한 엑스선(X-ray)과 같은 방사선을 필름 없이 전기적으로 검출하여 영상정보를 획득하는 장치이다. 즉, 방사선을 조사(照射)하여 얻어진 영상정보를 전기적 신호로 변환하고 이를 검출함으로써, 인체의 골격이나 장기의 이상 여부 또는 물체의 균열 등을 확인할 수 있다. 검출기는 방사선 영상을 검출하는 방식에 따라 크게 직접 방식과 간접 방식으로 나누어진다. 직접 방식은 통상적으로 비정질 셀레늄(또는 비정질 실리콘)과 박막 필름 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 이용하여 인체를 투과한 방사선에 의해 발생한 전기신호를 직접 검출하는 방식이다.
검출기에서 방사선이 조사되었음을 검출하기 위해서 작업자는 일일이 핸드 스위치 혹은 엑스레이 콘솔과 같은 조작을 통해 방사선 준비신호 및 조사신호를 수동으로 입력해야한다. 이같이 수동으로 방사선 준비신호 및 조사신호를 수동으로 입력하는 불편함을 없애기 위해, 직접 검출기에 조사된 방사선을 인식하기 위한 구조가 필요하다.
일 실시 예에 따라, 디지털 방사선 검출기에 조사된 방사선을 자동으로 정확히 인식할 수 있는 디지털 방사선 감지장치를 제안한다.
일 실시 예에 따른 디지털 방사선 감지장치는, 디지털 방사선 검출기에 고전압을 공급하는 고전압 공급기와, 고전압 공급기에 전원을 인가하는 고전압 공급기 전원과, 고전압 공급기 및 고전압 공급기 전원 사이에 형성되어 전원 라인의 전류 변화로부터 방사선 조사를 감지하는 조사 감지부를 포함한다.
디지털 방사선 검출기에 방사선이 조사되면 디지털 방사선 검출기에 인가된 고전압이 순간 하락하게 되고 동시에 고전압 공급기의 고전압 공급라인에 전류가 증가한다. 또한 이때 고전압 공급기 전원 라인의 전류가 급증하게 되며 조사 감지부는 이러한 전원 라인의 전류 증가를 감지하여 방사선 조사를 자동으로 감지할 수 있다.
조사 감지부는, 전원 라인의 전압 변화를 감지하는 전류 감지부와, 전류 감지부에서 감지된 전압을 증폭하는 증폭부와, 증폭부에서 증폭된 전압을 디지털화하여 디지털 값을 생성하는 ADC와, ADC에서 생성된 디지털 값으로부터 이벤트 발생 여부를 판별하는 프로세서를 포함할 수 있다.
조사 감지부는, 전원 라인의 전압 변화를 감지하는 전류 감지부와, 전류 감지부에서 감지된 전압을 증폭하는 증폭부와, 증폭부에서 증폭된 전압 값의 디지털화와 그 디지털 값으로부터 이벤트 발생여부 판별을 동시에 진행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
ADC는 증폭부의 출력전압을 샘플링하면서 디지털 값을 생성하고, 프로세서는 디지털 값을 모니터링하여 이전 값과 현재 값을 비교하고, 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 증가하는 경우 방사선이 조사된 것으로 판단하며, 방사선 조사 판단 이후에 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 이전 값에 비하여 감소하는 경우에는 방사선 조사가 종료된 것으로 판단할 수 있다.
ADC는 증폭부의 출력전압을 샘플링하면서 디지털 값을 생성하고, 프로세서는 디지털 값을 모니터링하여 현재 값을 설정 값과 비교하고, 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 설정 값보다 큰 경우 방사선이 조사된 것으로 판단하며, 방사선 조사 판단 이후에 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 설정 값보다 작은 경우에는 방사선 조사가 종료된 것으로 판단할 수 있다.
디지털 방사선 검출기는, 입사된 방사선을 전기신호로 변환하는 광 도전체와, 디지털 방사선 감지장치의 조사 감지부에서 방사선 조사가 감지되면 광 도전체에서 변환된 전기신호를 검출하여 방사선 영상을 생성하는 영상 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 디지털 방사선 검출기의 설치가 용이하며, 검출기에 방사선이 조사되는 경우 디지털 방사선 감지장치가 방사선 노출 시간을 정확하게 감지할 수 있어서 검출기가 방사선 조사로부터 방사선 영상을 획득하는 시간을 단축시킬 수 있다. 나아가, 감지장치의 전류 감지회로 구성이 간단하고, 전류 감지회로 고장률을 낮추며 감지 정확성까지 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 방사선 검출시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 방사선 감지장치의 조사 감지부의 세부 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디지털 방사선 감지장치의 조사 감지부의 세부 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 조사 판별 방식을 설명하기 위한 출력 전압 그래프,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선 조사 판별 방식을 설명하기 위한 출력 전압 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 방사선 검출시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 디지털 방사선 검출시스템은 디지털 방사선 검출기(이하 '검출기'라 칭함)(1)와 디지털 방사선 감지장치(이하 '감지장치'라 칭함)(2)를 포함한다. 검출기(1)는 상부전극(10), 절연층(11), 광 도전체(12), TFT 기판(13), 유리 기판(14) 및 영상 처리부(15)를 포함한다. 감지장치(2)는 고전압 공급기(20), 고전압 공급기 전원(22) 및 조사 감지부(24)를 포함한다.
방사선을 검출하여 방사선 영상을 생성하는 직접방식의 검출기(1)는 패널 구조상 패널의 상단에 상부전극(10)이 형성되어 상부전극(10)에 고전압이 인가됨으로써 구동될 수 있다. 따라서 상부전극(10)에 고전압을 인가하는 고전압 공급기(20)가 필요하다. 보통 상태에서 고전압 공급기(20)는 4kV 이상의 고전압을 상부전극(10)에 공급하고, 이때 전압 공급라인을 따라 일정량의 전류가 흐르게 된다.
방사선이 검출기(1)에 방사선이 조사되면 방사선이 광 도전체(12)에 도달되어 광 도전체(12)에서 전자 및 정공의 분리 현상이 일어나게 되고 패널 내부에 전류가 흐르게 된다. 이 순간 전극에 인가된 4kV가 순간적으로 하락하게 되고 동시에 보통 상태보다 많은 량의 전류가 흐르게 된다. 이때 고전압 공급기(20)를 동작시키는 고전압 공급기 전원(22)의 전원 라인으로 순간적인 전류 증가가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 고전압 공급기(20)와 고전압 공급기 전원(22) 사이에 조사 감지부(24)를 설치하여 전원 라인의 전류 변화로부터 방사선 조사를 감지한다. 방사선은 엑스선(X-ray), 알파선(α-ray), 감마선(γ-ray) 등이 이용될 수 있다. 감지장치(2)의 세부 구성에 대해서는 도 2와 도 3에서 후술한다.
고전압 공급기(20)와 검출기(1) 사이에 조사 감지부(24)가 위치할 수도 있지만, 이 경우 고전압 공급기(20)의 고전압 공급라인에 4kV 이상의 매우 높은 전압이 인가되기 때문에, 방사선 감지 회로를 안전하게 구성하기 힘들다. 또한 고전압 공급기(20)는 리플 노이즈(Ripple Noise)에 의해 조사 감지부(24)를 오작동시킬 가능성이 크다. 따라서, 본 발명은 고전압 공급기(20)와 고전압 공급기 전원(22) 사이에 조사 감지부(24)를 위치시킨다. 이 경우, 고전압 공급기(20)와 검출기(1) 사이에 조사 감지부(24)가 위치했을 때의 전류 감지회로 구성의 어려움, 전류 감지회로 내구성 취약 및 감지의 정확성 등의 문제를 해결하여, 더욱 간단하게 전류 감지회로를 구성하고 전류 감지회로 고장률을 낮추며 감지 정확성까지 향상시킬 수 있다.
이하 검출기(1)의 각 구성요소의 기능에 대해 후술한다.
상부전극(Top electrode)(10)은 고전압 공급기(20)로부터 고전압(예를 들어, 4kV)을 인가받아 광 도전체(Photo conductor)(12)에서 생성된 전하가 TFT 기판(13)의 전하 수집전극(132)에 수집될 수 있도록 전기장을 형성한다.
광 도전체(12)는 상부전극(10)로부터 방사선을 전달받아 이를 전기신호로 변환한다. 광 도전체(12)는 상부전극(10)을 통해 전달된 방사선에 의해 광 도전성을 나타낸다. 광 도전체(12)는 방사선 조사에 따라 양전하(또는 정공) 및 음전하(또는 전자) 쌍을 생성한다. 상부전극(10)에 인가된 고전압에 의해 광 도전체(12)의 양전하와 음전하가 상하로 분리되는데, 이때 분리되는 양전하와 음전하는 상부전극(10)과 광 도전체(12) 하부의 픽셀전극(pixel electrode)(120)의 극성에 의해 끌려간다. 상부전극(10)에 (-)성분의 전압을 인가하고, 픽셀전극(120)에 (+)성분의 전압을 인가하면, 양전하는 상부전극(10)으로, 음전하는 픽셀전극(120)으로 끌려간다. 끌려간 음전하들은 픽셀전극(120)을 통해 TFT 기판(13)의 전하 수집전극(132)에 충전된다.
TFT 기판(13)은 광 도전체(12)의 하부에 위치하여, 전하 수집전극(132)과 TFT(Thin Film Transistor)(134)를 포함한다. 전하 수집전극(132)은 광 도전체(12)의 광 도전성에 의해 생성된 전하(양전하 또는 음전하)를 수집한다. 전하 수집전극(132)은 메탈층, 유전체층 또는 메탈층 및 유전체층의 조합으로 구성될 수 있다. 영상 처리부(15)는 TFT(134)의 활성화를 통해 전하 수집전극(132)에 수집된 전하를 검출하고 이로부터 영상을 생성한다.
이하, 도 1을 참조로 하여 검출기(1)를 이용한 디지털 방사선 검출방법을 설명한다.
검출기(1)의 상부에서 광 제너레이터가 방사선을 조사하면, 방사선이 광 도전체(12)에 도달한다. 방사선이 도달되면 광 도전체(12)는 방사선에 의해 광 도전성을 나타내어 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 광 도전체(12)는 고전압 공급기(20)를 통해 상부전극(10)에 인가된 고전압(예를 들어, 4kV)에 의해 전기장이 형성되고, 광 도전체(12)에서 생성된 양전하 및 음전하 쌍은 전기장을 따라 서로 다른 방향으로 분리된다. 따라서, 전하 수집전극(132)에는 양전하 또는 음전하가 수집된다. 예를 들어, 상부전극(10)에 양(+) 전위가 인가되면, 광 도전체(12)에서 발생한 음전하는 상부전극(10)으로 이동하고, 양전하는 전하 수집전극(132)으로 이동한다. 이어서, TFT 기판(13)의 TFT(134)가 활성화되면 영상 처리부(15)는 전하 수집전극(132)에 수집된 전하로부터 방사선 영상을 생성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지장치(2)의 조사 감지부(24a)의 세부 구성도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 조사 감지부(24a)는 전류 감지부(240a), 증폭부(242a), ADC(244a) 및 FPGA(246a)를 포함한다.
검출기(1)에 방사선이 입사되면 고전압 공급기(20)는 순간적으로 평소보다 많은 전류를 소비하게 된다. 전류 감지부(Current Sensing Resistor)(240a)에 평소보다 많은 전류가 순간적으로 흐르게 되면, 전류 감지부(240a) 양단의 전압이 순간적으로 커지게 되고, 이 전압을 증폭부(Current AMP)(242a)가 증폭하게 된다. 결국 증폭부(242a)의 출력전압(Vout)이 ADC(244a)의 아날로그 입력값(Analog Input)이 되고 ADC(244a)는 이 아날로그 입력값을 디지털화하여 디지털 값(Digital Output)을 FPGA(246a)로 전송한다. FPGA(246a)는 이 디지털 값을 이용하여 이벤트 발생 여부를 판별한다. 여기서 이벤트는 방사선 조사 감지와 방사선 조사 종료 등을 포함한다. FPGA(246a)의 이벤트 발생 여부 판별 프로세스는 도 4와 도 5에서 후술한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 감지장치(2)의 조사 감지부(24b)의 세부 구성도이다.
도 1과 도 3을 참조하면, 조사 감지부(24b)는 전류 감지부(240b), 증폭부(242b) 및 마이콤(246b)를 포함한다.
검출기(1)에 방사선이 입사되면 고전압 공급기(20)는 순간적으로 평소보다 많은 전류를 소비하게 된다. 전류 감지부(Current Sensing Resistor)(240b)에 평소보다 많은 전류가 순간적으로 흐르게 되면, 전류 감지부(240b) 양단의 전압이 순간적으로 커지게 되고, 이 전압을 증폭부(Current AMP)(242b)가 증폭하게 된다. 결국 증폭부(242b)의 출력전압(Vout)이 마이콤(MICOM)(246b)의 아날로그 입력값(Analogue Input)이 되고 마이콤(246b)의 내부 ADC가 이 아날로그 입력값을 디지털화한다. 마이콤(246b)은 이 디지털 값을 이용하여 이벤트 발생 여부를 판별한다. 마이콤(246b)의 이벤트 발생 여부 판별 프로세스는 도 4와 도 5를 참조로 하여 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 조사 판별 방식을 설명하기 위한 출력 전압 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, ADC는 출력전압(Vout)을 지속적으로 샘플링(sampling)하면서 디지털 값을 생성한다. 도 3의 FPGA(246a) 또는 도 4의 마이콤(246b)에 해당하는 프로세서는 이 디지털 값을 계속해서 모니터링하여 이전 값과 현재 값의 전압 크기를 비교한다. 프로세서는 전압 크기 비교를 통해, 미리 설정된 횟수(예: 3회)로 연속 증가하는 경우 방사선 조사가 이루어진 것으로 판단한다(EXP 감지). 이에 비하여, 그렇지 못한 신호는 노이즈(Noise) 처리를 하여 방사선 조사가 이루어지지 않은 것으로 판단한다. 이때, 디지털 값 비교횟수를 더 증가시켜 노이즈와 데이터 구별에 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
또한 방사선 조사 감지(EXP 감지) 이후에 디지털 값이 이전 값과 비교하여 떨어지는 순간은 이미 제너레이터의 방사선 조사가 완료된 것으로 판단할 수 있으며, 결국 방사선 조사 종료를 감지(EXP END 감지)할 수 있게 되는 것이다. 방사선 조사 종료의 감지는 이전 방식에 비해 검출기(1)가 더 신속하게 방사선 영상을 처리할 수 있게 하기 때문에 큰 강점이 된다. 방사선 조사 종료 판별을 위한 디지털 값 비교 횟수를 증가시켜 더 정확한 방사선 조사 종료를 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선 조사 판별 방식을 설명하기 위한 출력 전압 그래프이다.
ADC는 출력전압(Vout)을 지속적으로 샘플링하면서 디지털 값을 생성한다. 도 3의 FPGA(246a) 또는 도 4의 마이콤(246b)에 해당하는 프로세서는 이 디지털 값을 계속해서 모니터링하여 모니터링한 현재 값을 미리 설정해둔 설정 값과 전압 크기를 비교한다. 프로세서는 크기 비교에 따라 미리 설정된 횟수(예: 3회) 이상으로 연속 증가하는 경우 방사선 조사(EXP 감지)가 이루어진 것으로 판단한다. 이에 비하여, 그렇지 않은 신호는 노이즈 처리를 하여 방사선 조사가 이루어지지 않은 것으로 판단한다. 물론 디지털 값 비교횟수를 더 증가시켜 노이즈와 데이터 구별에 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
또한 방사선 조사 감지 이후에 디지털 값을 미리 설정된 설정 값과 비교하여 그 미만으로 떨어지는 순간은 방사선 조사가 완료된 것으로 판단하며, 이에 따라 방사선 조사 종료를 감지(EXP END 감지)할 수 있다. 방사선 조사 종료의 감지는 이전 방식에 비해 검출기(1)가 더 신속하게 방사선 영상을 처리할 수 있게 하기 때문에 큰 강점이 된다. 방사선 조사 종료 판별을 위한 디지털 값 비교 횟수를 증가시켜 더 정확한 방사선 조사 종료를 감지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 디지털 방사선 검출기 2 : 디지털 방사선 감지장치
10 : 상부전극 11 : 절연층
12 : 광 도전체 13 : TFT 기판
14 : 유리 기판 15 : 영상 처리부
20 : 고전압 공급기 22 : 고전압 공급기 전원
24 : 조사 감지부

Claims (7)

  1. 디지털 방사선 검출기에 고전압을 공급하는 고전압 공급기;
    상기 고전압 공급기에 전원을 인가하는 고전압 공급기 전원; 및
    상기 고전압 공급기와 고전압 공급기 전원 사이에 전류 감지회로를 구성하여 상기 디지털 방사선 검출기에 방사선이 조사되면 상기 고전압 공급기의 고전압 공급라인과 상기 고전압 공급기 전원 라인의 전류가 급증할 때 상기 전원 라인에서의 전류 증가를 감지하여 방사선 조사를 자동으로 감지하는 조사 감지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조사 감지부는,
    전원 라인의 전압 변화를 감지하는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에서 감지된 전압을 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭부에서 증폭된 전압을 디지털화하여 디지털 값을 생성하는 ADC; 및
    상기 ADC에서 생성된 디지털 값으로부터 이벤트 발생 여부를 판별하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조사 감지부는,
    전원 라인의 전압 변화를 감지하는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에서 감지된 전압을 증폭하는 증폭부;
    ADC가 내장되어 상기 증폭부에서 증폭된 전압을 ADC를 통해 디지털화하여 디지털 값을 생성하고 생성된 디지털 값으로부터 이벤트 발생 여부를 판별하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 ADC는 상기 증폭부의 출력전압을 샘플링하면서 디지털 값을 생성하고,
    상기 프로세서는 상기 디지털 값을 모니터링하여 이전 값과 현재 값을 비교하고, 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 증가하는 경우 방사선이 조사된 것으로 판단하며, 방사선 조사 판단 이후에 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 이전 값에 비하여 감소하는 경우에는 방사선 조사가 종료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 ADC는 상기 증폭부의 출력전압을 샘플링하면서 디지털 값을 생성하고,
    상기 프로세서는 상기 디지털 값을 모니터링하여 현재 값을 설정 값과 비교하고, 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 설정 값보다 큰 경우 방사선이 조사된 것으로 판단하며, 방사선 조사 판단 이후에 미리 설정된 횟수 이상으로 현재 값이 설정 값보다 작은 경우에는 방사선 조사가 종료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 방사선 검출기는,
    입사된 방사선을 전기신호로 변환하는 광 도전체와, 상기 디지털 방사선 감지장치의 조사 감지부에서 방사선 조사가 감지되면 상기 광 도전체에서 변환된 전기신호를 검출하여 방사선 영상을 생성하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방사선 감지장치.
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