KR101693679B1 - 실시간 광전피크 탐색 방법 및 장치 - Google Patents

실시간 광전피크 탐색 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법은 방사선 계수기에서 출력된 방사선 에너지 값을 수신하는 단계; 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신하는 단계; 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계; 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 광전피크 변수값을 갱신하는 단계; 및 갱신 단계에서 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하는 단계를 수행하되, 계곡점 변수값을 갱신하는 단계는 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 계곡점 변수값을 갱신하고, 광전피크 변수값을 갱신하는 단계는 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 광전피크 변수값을 갱신한다.

Description

실시간 광전피크 탐색 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR REAL-TIME PHOTO-PEAK SEARCHING}
본 발명은 반도체 센서 계수기, 이온화 센서 계수기 등의 방사선 계수기에서 검출하는 방사선의 광전피크(photo-peak)를 실시간으로 탐색하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 방사선에 대한 이용 분야의 증대 및 그 중요성에 대한 인식이 점점 높아지면서 방사선 계측기술의 필요성이 높아지고 있다. 자연방사선과 산란방사선을 배제하고 원하는 방사선을 검출하기 위해 방사선 계수기는 일반적으로 하한파고선별기(LLD, Lower Level Discriminator)와 상한파고선별기(ULD, Upper Level Discriminator)를 사용한다. 일반적으로 사용하는 기존의 파고선별기는 에너지 스펙트럼을 완전히 획득한 후 광전피크를 찾기 때문에 실시간으로 검출함에 적용하기 어려운 방법이다.
또한, 방사선 계수기는 인가전압과 온도에 따라 이득 변화가 생길 수 있다. 이득 변화는 에너지의 대역 이동을 발생시켜 자연방사선과 산란방사선 등의 잡음을 검출하게 만드는 요인이 된다. 이런 검출기온도 및 인가전압 등의 환경변화에 따라 발생하는 이득 변화는 보정할 수 없다. 이를 해결하기 위해 실시간으로 광전피크 이동을 추적하고 자동으로 하한파고선별기와 상한파고선별기를 설정하여 이득 변화를 능동적으로 탐색하는 방법이 필요하다.
한편, 이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-0113012 호(발명의 명칭: 방사선 검출기 및 방사선 검출 방법)는 복수의 에너지 영역간의 검출 감도의 균일화가 도모된 에너지 판별형의 방사선 검출기에 관한 것으로 방사선 검출부에 입사하는 방사선을 그 방사선이 가지는 에너지에 따라 복수의 에너지 영역으로 판별하여 검출하는 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 일부 실시예는 방사선 에너지 스펙트럼의 패턴 특성을 활용하여 실시간으로 광전피크를 탐색할 수 있는 방법 및 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법은 방사선 계수기에서 출력된 방사선 에너지 값을 수신하는 단계, 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신하는 단계, 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계, 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 광전피크 변수값을 갱신하는 단계, 및 갱신 단계에서 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하는 단계를 수행하되, 계곡점 변수값을 갱신하는 단계는 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 계곡점 변수값을 갱신하고, 광전피크 변수값을 갱신하는 단계는 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 광전피크 변수값을 갱신한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 실시간 광전피크 탐색 장치는 실시간 광전피크 탐색 애플리케이션이 저장된 메모리; 및 광전피크 탐색 애플리케이션을 실행하는 프로세서를 포함한다. 이때, 프로세서는 광전피크 탐색 애플리케이션의 실행에 따라, 방사선 계수기로부터 수신한 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신 또는 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 광전피크 변수값을 갱신하고, 갱신할 때 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하되, 프로세서는 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 계곡점 변수값을 갱신하고, 프로세서는 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 광전피크 변수값을 갱신한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 방사선 계수기의 실시간 광전피크 탐색 방법을 제공하여, 방사선 에너지 분해능 및 계수기 이득을 간단하게 평가할 수 있도록 한다.
또한, 통상적인 방사선 계수기의 성능은 온도 및 인가전압의 특성 변화에 민감한 문제를 가지고 있으나, 본 발명의 일실예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법으로 방사선 계측 시 발생하는 변화에 즉각적으로 대처를 할 수 있다. 특히, 온도 센서와 인가전압 제어기 등과 같은 추가적인 구성이 없어도, 본 발명을 통하여 종래에 사용되던 방사선 검출기와 계수 측정 디지털 회로만을 이용하여 쉽게 대처가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선의 에너지를 탐색방향 결정에 적용하는 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법을 구체적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 계곡점 변수값을 갱신하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전피크 변수값을 갱신하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전피크를 탐색한 결과를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 계수기의 실시간 광전피크 탐색 방법에 대하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 방사선의 에너지를 탐색방향 결정에 적용하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 어떤 함수에서 탐색점(searching point)을 기준으로 동일한 크기의 탐색범위(searching range)를 적분할 경우에 계산되는 함수 기울기를 통해 함수의 최소점과 최대점에 접근하는 방향을 찾을 수 있다.
도 1의 점선 그래프가 계수기에서 검출되는 방사선의 에너지 분포라고 할 때, 방사선 검출 확률은 탐색구간의 적분값에 비례할 수 있다. 이때, 탐색범위 내에 해당되는 에너지의 방사선을 검출할 경우, 방사선 에너지 분포 함수의 기울기를 추측할 수 있다.
예를 들어, 탐색점 k와 탐색범위 m을 더한 k+m 사이의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우 방사선 에너지 스펙트럼 함수의 최대점은 +방향, 즉, 탐색점(K)을 기준으로 탐색범위(k+m)의 방향으로 있을 확률이 높다고 할 수 있다.
이와 같이, 방사선 계수를 경사법(gradient method)의 비용함수(cost fuction)를 응용하여 실시간으로 모니터링 하여 광전피크를 탐색할 수 있다.
즉, 탐색점을 통해 방사선 에너지 스펙트럼의 최소점과 최대점을 추적할 수 있고, 감마선이 검출될 때마다 감마선의 에너지값으로 탐색점의 위치를 갱신하도록 하여 방사선 광전피크를 추적할 수 있다.
한편, 도시된 그래프와 같이, 방사선 에너지 스펙트럼은 산란방사선 대역이 나타난 후에 최소점이 나타나고, 이후에 최대점이 나타나는 패턴을 갖게 된다. 여기에서 산란방사선은 물질에 의해 산란된 방사선으로 물질을 통과하여 방향이 변화된 방사선을 의미한다. 본 발명에서는 이러한 패턴의 특성을 이용하여, 실시간으로 최소점과 최대점을 탐색하는 방법을 제안한다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 장치의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 실시간 광전피크 탐색 장치(10)는 방사선을 측정하는 방사선 계수기(100), 측정된 방사선 에너지 스펙트럼을 수신하여 실시간으로 최소점 에너지와 최대점 에너지를 분석하는 실시간 광전피크 탐색기(200), 광전피크 탐색기(200)로부터 측정된 에너지 값을 반영하여 실시간으로 측정된 방사선 핵종을 분석하는 다중 파고분석기(300), 및 방사선 계수기(100)의 동작을 제어하고, 실시간으로 분석된 광전피크 변수값을 갱신하며, 다중 파고분석기(300)로부터 얻어진 결과를 출력하는 중앙컴퓨터(400)를 포함한다.
방사선 계수기(100)는 방사선을 측정할 수 있다. 예를 들어, 방사선이 계수기 내의 신틸레이터(scintillator)에 닿으면 광전효과, 컴프턴 효과, 전자쌍 생성 등 상호작용을 하면서 발생하는 전자 또는 양전자들이 여기 발생하여 스펙트럼으로 검출될 수 있다. 또한, 가스 검출기 및 반도체 검출기는 방사선이 물질을 통과할 때 물질 중의 원자 혹은 분자가 전리하여 이온을 만드는 전리 작용으로부터 전자를 얻는 방법에 의하여 방사선을 측정할 수 있다.
광전피크 탐색기(200)는 방사선 계수기(100)로부터 측정된 방사선 에너지 스펙트럼을 수신하여 최소점 에너지(계곡점)와 최대점 에너지(광전피크)를 실시간으로 분석할 수 있다.
다중 파고분석기(300)는 실시간으로 측정된 방사선 핵종을 분석할 수 있다. 여기에서는 광전피크 탐색기(200)로부터 분석된 계곡점 변수값과 광전피크 변수값을 이용하여 하한 파고분석기 또는 상한 파고분석기로 설정될 수 있다.
중앙컴퓨터(400)는 방사선 계수기(100) 및 광전피크 탐색기(200)를 제어하고, 다중 파고분석기(300)의 분석 결과를 출력할 수 있다. 또한, 중앙컴퓨터(400) 는, 실시간 광전피크 탐색 애플리케이션이 저장된 메모리, 및 광전피크 탐색 애플리케이션을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이때의 프로세서는 광전피크 애플리케이션의 실행에 따라, 방사선 계수기로부터 수신한 방사선 에너지 스펙트럼상에서 계곡점 변수값과 광전피크 변수값을 탐색하여 실시간으로 갱신할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
또한, 실시간 광전피크 탐색 장치(10)의 각각의 구성요소들은 별도의 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색기(200)는, 실시간 광전피크 탐색 애플리케이션이 저장된 메모리, 및 광전피크 탐색 애플리케이션을 실행하는 프로세서를 포함한다. 또한, 별도의 디스플레이를 통해 광전피크 탐색과정을 실시간으로 사용자에게 표시할 수 있다.
또한, 프로세서는 광전피크 애플리케이션의 실행에 따라, 방사선 계수기로부터 수신한 방사선 에너지 스펙트럼상에서 계곡점 변수값과 광전피크 변수값을 탐색하여 실시간으로 갱신할 수 있다.
즉, 프로세서는 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 계곡점 변수값을 갱신하고, 프로세서는 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 광전피크 변수값을 갱신한다.
이때, 계곡점 변수값과 광전피크 변수값을 탐색하는 방법은 도 1 에서 전술한 원리에 의해, 탐색점을 기준으로 탐색범위를 설정한 후 탐색범위에서 방사선이 검출되는 확률에 따라 탐색점을 이동하며 계곡점 변수값과 광전피크 변수값을 탐색할 수 있다. 광전피크 애플리케이션의 실행에 따라, 프로세서는 후술하는 도 3이후에 설명할 각각의 단계를 수행할 수 있다.
다음으로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 실시간 광전피크 탐색 방법은 방사선 계수기에서 출력된 방사선 에너지 값을 수신하는 단계(S300), 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 계곡점 변수값을 갱신하는 단계(S310), 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계(S320), 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 광전피크 변수값을 갱신하는 단계(S330), 갱신 단계에서 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하는 단계(S340)를 포함한다. 보다 자세한 설명은 후술하는 도 4 내지 도6의 도면과 함께 설명하도록 한다.
이때, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법을 구체적으로 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 계곡점 변수값을 갱신하는 방법을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전피크 변수값을 갱신하는 방법을 도시한 도면이다.
특히, 도 4에 도시된 실시간 에너지 탐색 방법은 디지털 회로를 통해 구현될 수 있다.
이때의 디지털 회로는 방사선 계수기의 광전피크를 실시간으로 탐색하는 방법이 구현된 논리합 소자, 조합논리회로, 레지스터, 계수 소자, 프로그래머블 논리 어레이, 프로그래머블 어레이 논리, 디지털 집적 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 등을 포함할 수 있다. 특히, 도 4와 같이 광전피크 탐색 방법의 디지털 회로 구현을 위해 실수(integer)를 저장하는 2개의 레지스터와 비교기만으로 파이프라인(pipe-line) 처리되도록 구현할 수 있다.
먼저, 방사선 계수기에서 출력된 방사선 에너지 값을 수신하는 단계(S300)는 방사선 계수기에서 측정된 방사선 에너지 스펙트럼을 수신한다.
일반적으로 방사성 붕괴를 하는 원자핵을 방사성 핵종이라고 한다. 방사성 핵종이 보이는 붕괴형식은 알파(α)입자를 방출하는 알파(α)붕괴, 베타(β±)입자를 방출하는 베타(β±)붕괴, 감마(γ)선을 방출하는 감마(γ)붕괴의 세 종류로 대별될 수 있다. 도 4에서는, 감마에너지를 예시로 사용하고 있지만, 이에 한정된 것은 아니며 베타선과 알파선 등의 검출에도 사용될 수 있다.
다음으로, 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 계곡점 변수값을 갱신하는 단계(S310)는 방사선 에너지 스펙트럼 상에 초기 계곡점 변수값(Valley point)을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때의, 초기 계곡점 변수값은 방사선 계수기를 통해 얻어진 방사선 에너지 스펙트럼의 평균값으로 설정할 수 있다. 또한, 도 5의 (a)에서와 같이, 초기 계곡점 변수값은 탐색점(Searching Point)으로 인식되고 초기 계곡점 변수값을 기준으로 소정의 간격으로 탐색범위(Searching range)가 설정될 수 있다.
이때, 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값 내지 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위(Searching range)만큼 큰 값 사이에 위치하는 경우(S311), 계곡점 변수값을 제 1 단계값(Coarse step) 만큼 감소시킨다(S312).
또한, 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값 내지 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치하는 경우(S313), 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 증가시킨다(S314).
도 5의 (a)~(g)를 참조하여 설명하면, 도 5의 (a), (b), (c)의 경우는 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점의 왼편에 존재할 확률에서의 계곡점을 탐색하는 방법을 예시하고 있다. 이때, 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점의 왼편에 위치한 것은 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점보다 낮은 에너지 영역대에 위치한다는 것으로 가정할 수 있다.
도 5의 (a)를 살펴보면, 초기 계곡점 변수값을 기준으로 제 1 탐색범위만큼 작은 에너지 영역을 A라고 할 수 있고, 제 1 탐색범위만큼 큰 에너지 영역을 B라고 가정할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (b)를 살펴보면 A대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우에는 초기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 높은 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 도 5의 (c)를 참조하면, B대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우에는 초기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 낮은 에너지 방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 방사선 계수기로부터 실제 획득될 에너지 스펙트럼을 고려하면, A대역의 에너지를 갖는 방사선이 B대역의 방사선보다 검출될 확률이 높기 때문에 에너지 스펙트럼 상의 초기 계곡점 변수값은 점진적으로 계곡점(Minimum)으로 가까워 질 수 있다.
한편, 도 5의 (d), (e), (f)의 경우는 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점의 오른편에 존재할 확률에서의 계곡점을 탐색하는 방법을 예시하고 있다. 이때, 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점의 오른편에 위치한다는 것은 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 초기 계곡점 변수값이 실제 계곡점보다 높은 에너지 영역대에 위치한다는 것을 가정할 수 있다.
도 5의 (d)를 살펴보면, 초기 계곡점 변수값을 기준으로 제 1 탐색범위만큼 작은 에너지 영역을 A라고 할 수 있고, 제 1 탐색범위만큼 큰 에너지 영역을 B라고 가정할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (e)를 살펴보면, B대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우 초기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 낮은 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 도 5의 (f)를 참조하면, A대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우에는 초기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 높은 에너지 방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 방사선 계수기로부터 실제 획득될 에너지 스펙트럼을 고려하면, B대역의 에너지를 갖는 방사선이 A대역의 방사선보다 검출될 확률이 높기 때문에 에너지 스펙트럼 상의 초기 계곡점 변수값은 점진적으로 계곡점으로 가까워 질 수 있다.
다음으로, 도 5의 (g)와 같이 초기 계곡점 변수값이 지속적으로 갱신되어 방사선이 검출될 확률A영역과 B영역의 적분값이 같아질 때까지 이동하면 평형상태에 이를 수 있다. 이때, 방사선 계수기의 게인(gain)값이 달라져 에너지 스펙트럼의 변화가 생기게 되면 계곡점 변수값은 또 다시 갱신되어 새로운 계곡점 변수값을 향해 이동할 수 있다.
다시 설명하자면, 방사선 에너지 스펙트럼 상에서 계곡점 변수값을 갱신하는 단계(S310)는 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값 내지 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 감소시키고, 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값 내지 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 증가시킬 수 있다. 단계 (S310)에서 갱신된 계곡점 변수값은 점차 최소점 에너지 값에 가까워 질 수 있다.
또한, 이때 제 1 단계값은 계곡점 변수값이 갱신되어 광전피크 변수값을 넘도록 큰 값으로 설정할 수 없다.
다음으로, 실시간 광전피크 탐색 장치(10)는 앞선단계(S310)로부터 갱신된 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정한다(S320).
광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계(S320)는 광전피크 변수값(peak point)의 초기 값이 계곡점 변수값보다 제 3 단계값(Coarse step)만큼 큰 값 보다 작은 경우(S321), 광전피크 변수값의 초기값을 계곡점 변수값보다 제 3 단계값만큼 큰 값으로 설정(S322)하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 실시간 광전피크 탐색 장치(10)는 앞선단계(S320)로부터 설정된 광전피크 변수값의 초기값에 기초하여 광전피크 변수값을 갱신할 수 있다(S330).
즉, 광전피크 변수값을 갱신하는 단계(S330)는, 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위(Coarse step)만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 광전피크 변수값을 갱신한다(S320). 단계 (S320)에서 갱신된 광전피크 변수값은 최대점 에너지 값에 가까워 질 수 있다.
이때, 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값 내지 광전피크 변수값보다 제 2 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우(S323), 광전피크 변수값을 제 2 단계값(Coarse step)만큼 증가시킨다(S324).
또한, 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값 내지 광전피크 변수값 보다 제 2 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우(S325), 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 감소시킬 수 있다(S326).
다음으로, 실시간 광전피크 탐색 장치(10)는 앞선단계(S330)에서 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력한다(S340).
도 6의 (a)~(d)를 참조하여 설명하면, 초기 광전피크 변수값은 탐색점(Searching Point)으로 인식되고 초기 광전피크 변수값을 기준으로 소정의 간격으로 탐색범위(Searching range)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6의 (a)를 살펴보면, 초기 광전피크 변수값(Searching point)을 기준으로 제 2 탐색범위만큼 작은 에너지 영역을 A라고 할 수 있고, 제 2 탐색범위만큼 큰 에너지 영역을 B라고 가정할 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)를 살펴보면 A대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우에는 초기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 낮은 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 도 6의 (c)를 참조하면, B대역의 에너지를 갖는 방사선이 검출될 경우에는 초기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 높은 에너지 방향으로 이동시킬 수 있다. 방사선 계수기로부터 실제 획득될 에너지 스펙트럼을 고려할 때, B대역의 에너지를 갖는 방사선이 A대역의 방사선보다 빈번하게 검출될 확률이 높기 때문에 에너지 스펙트럼 상의 초기 광전피크 변수값은 점진적으로 광전피크의 최대점(Maximum)으로 가까워 질 수 있다.
다음으로, 도 6의 (d)와 같이 탐색점이 지속적으로 갱신되어 방사선이 검출될 확률 A영역과 B영역의 적분값이 같아질 때까지 이동하여 평형상태에 이를 수 있다. 하지만 방사선 계수기의 게인(gain)값이 달라져 에너지 스펙트럼의 변화가 생기게 되면 초기 광전피크 변수값은 갱신되어 새로운 광전피크 변수값을 향해 이동할 수 있다.
한편, 도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전피크를 탐색한 결과를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 점선은 모사된 F-18 방사선원의 에너지 스펙트럼이며, 사각형 마커는 광전피크와 산란방사선 에너지 사이의 계곡점 변수값을 찾은 제 1 탐색범위의 분포를 나타내고, 원형 마커는 검출된 광전피크의 제 2 탐색범위 분포를 나타낸다. 또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 방사선 계수기와 Na-22 방사선원으로 획득한 미가공 데이터(raw data)를 사용해 본 발명에서 개발된 방법으로 광전피크를 탐색한 결과를 알 수 있다.
한편, 실시간 광전피크 탐색 방법은 앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이, 방사선 계수기에서 광전피크를 실시간으로 탐색한 후, 방사선을 검출을 위한 파고선별기 설정에 있어 방사선 계수기의 성능 변화에 즉각적으로 대처할 수 있다.
예를 들어, 511 keV의 광전피크를 갖는 방사선원의 경우에는 원하는 에너지 대역이 300~600 keV일 때, 하한 파고선별기는 광전피크의 에너지 채널에 300/511을 곱한 숫자가 되며 상한 파고선별기는 600/511을 곱한 숫자로 설정될 수 있다.
이러한 실시간 광전피크 탐색 방법은 다양하게 이용될 수 있는데, 그 중에서도 디지털 회로와 방사선 계수기를 결합한 x-선 영상기기 및 컴퓨터 단층촬영, 감마선 카메라, 단일광자 단층촬영, 양전자방출단층촬영, 방사선 치료기, 가이거 계수기, 우물형 계수기, 선량 측정기, 및 방사선 경보기 등 방사선 의료 기기와 핵의학 기기에 응용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법은 많은 개수의 센서가 구비될 수 있는 계수방법을 사용하는 방사선 카메라 또는 의료기기 등에 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 광전피크 탐색 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 실시간 광전피크 탐색 장치
100: 방사선 계수기
200: 실시간 광전피크 탐색기
300: 다중 파고분석기
400: 중앙 컴퓨터

Claims (11)

  1. 실시간 광전피크 탐색 방법에 있어서,
    방사선 계수기에서 출력된 방사선 에너지 값을 수신하는 단계;
    상기 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신하는 단계;
    상기 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계;
    상기 수신된 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 광전피크 변수값을 갱신하는 단계; 및
    상기 갱신 단계에서 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하는 단계를 수행하되,
    상기 계곡점 변수값을 갱신하는 단계는 상기 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 상기 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 계곡점 변수값을 갱신하고,
    상기 광전피크 변수값을 갱신하는 단계는 상기 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 상기 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 광전피크 변수값을 갱신하는 실시간 광전피크 탐색 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계곡점 변수값을 갱신하는 단계는 상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 계곡점 변수값 내지 상기 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우 상기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 감소시키고,
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 계곡점 변수값 내지 상기 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우 상기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 증가시키는 것인 실시간 광전피크 탐색 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계곡점 변수값을 갱신하는 단계는
    상기 방사선 에너지 스펙트럼 상에 초기 계곡점 변수값을 설정하는 단계를 더 포함하되,
    이때의 초기 계곡점 변수값은 상기 방사선 에너지 스펙트럼의 평균값으로 설정된 것인 실시간 광전피크 탐색 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전피크 변수값을 갱신하는 단계는
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 광전피크 변수값 내지 상기 광전피크 변수값보다 제 2 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우 상기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 증가시키고,
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 광전피크 변수값 내지 상기 광전피크 변수값보다 제 2 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우 상기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 감소시키는 것인 실시간 광전피크 탐색 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계곡점 변수값에 기초하여 광전피크 변수값의 초기 값을 설정하는 단계는,
    상기 광전피크 변수값의 초기값을 상기 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신하는 단계를 통해 갱신된 계곡점 변수값보다 제 3 단계값만큼 큰 값으로 설정하는 실시간 광전피크 탐색 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터 상에서 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  7. 실시간 광전피크 탐색 장치에 있어서,
    실시간 광전피크 탐색 애플리케이션이 저장된 메모리; 및
    상기 광전피크 탐색 애플리케이션을 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 광전피크 탐색 애플리케이션의 실행에 따라,
    방사선 계수기로부터 수신한 방사선 에너지 값의 크기에 기초하여 상기 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 계곡점 변수값을 갱신 또는 상기 방사선 에너지 스펙트럼 상에서의 광전피크 변수값을 갱신하고,
    상기 갱신할 때 결정된 광전피크 변수값을 광전피크 값으로서 출력하되,
    상기 프로세서는 상기 수신된 방사선 에너지 값이 계곡점 변수값으로부터 제 1 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 상기 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 계곡점 변수값을 갱신하고,
    상기 프로세서는 상기 수신된 방사선 에너지 값이 광전피크 변수값으로부터 제 2 탐색범위만큼 작거나 큰 값의 범위에 포함되는 경우, 상기 수신된 방사선 에너지의 값에 따라 상기 광전피크 변수값을 갱신하는 것인 실시간 광전피크 탐색 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 계곡점 변수값 내지 상기 계곡점 변수값 보다 제 1 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우 상기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 감소시키고,
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 계곡점 변수값 내지 상기 계곡점 변수값보다 제 1 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우 상기 계곡점 변수값을 제 1 단계값만큼 증가시키는 것인 실시간 광전피크 탐색 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 방사선 에너지 스펙트럼 상에 초기 계곡점 변수값을 설정하는 것을 더 포함하되,
    이때의 초기 계곡점 변수값은 상기 방사선 에너지 스펙트럼의 평균값으로 설정된 것인 실시간 광전피크 탐색 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 광전피크 변수값 내지 상기 광전피크 변수값보다 제 2 탐색범위만큼 큰 값 사이에 위치한 경우 상기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 증가시키고,
    상기 수신된 방사선 에너지 값이 상기 광전피크 변수값 내지 상기 광전피크 변수값보다 제 2 탐색범위만큼 작은 값 사이에 위치한 경우 상기 광전피크 변수값을 제 2 단계값만큼 감소시키는 것인 실시간 광전피크 탐색 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 광전피크 변수값의 초기값을 상기 수신된 방사선 에너지 값에 따라 갱신된 계곡점 변수값보다 제 3 단계값만큼 큰 값으로 설정하는 실시간 광전피크 탐색 장치.
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