KR102604256B1 - Hybrid scintillator based x-ray detector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터에 관한 것으로서, 본 발명의 엑스선 디텍터는 이미지 센서 기판; 및 상기 이미지 센서 기판 상에 배치되며 마이크로 섬광체 입자들에 나노 섬광체 입자들이 혼합되어 구성된 하이브리드 섬광체층을 포함하는 섬광체 구조물;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 빛 번짐을 줄임과 동시에 이미지 센서에 전달되는 광량을 늘려 낮은 조사 선량으로 고해상도의 영상을 획득할 수 있고 환자의 피폭량을 줄일 수 있다. The present invention relates to a hybrid scintillator-based X-ray detector. The X-ray detector of the present invention includes an image sensor substrate; And a scintillator structure disposed on the image sensor substrate and including a hybrid scintillator layer composed of a mixture of micro scintillator particles and nano scintillator particles.
According to the present invention, it is possible to obtain high-resolution images with a low irradiation dose by reducing light spread and simultaneously increasing the amount of light transmitted to the image sensor, and reducing the patient's radiation exposure.
Description
본 발명은 엑스선 디텍터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 빛 번짐을 줄임과 동시에 이미지 센서에 전달되는 광량을 늘려 낮은 조사 선량으로 고해상도의 영상을 획득할 수 있는 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray detector, and more specifically, to a hybrid scintillator-based
엑스선 디텍터는 CMOS 혹은 CCD를 기반으로 하는 이미지 센서 위에 엑스선용 섬광체를 부착한 구조로 이루어져 있다. 이는 촬영 대상, 예를 들어 환자를 투과한 후에 입사하는 엑스선을 섬광체 내부에서 일차적으로 가시광선으로 변환하고, 변환된 가시광선을 이미지 센서에서 수광하여 엑스선 영상을 구현하게 해주며, 이를 간접 방식의 엑스선 디지털 영상 처리(Indirect X-ray Digital Imaging) 방식이라 부른다. The X-ray detector consists of a scintillator for X-rays attached to an image sensor based on CMOS or CCD. This converts the incident X-rays after passing through the subject of imaging, for example, a patient, into visible light primarily inside the scintillator, and receives the converted visible light at the image sensor to create an X-ray image, which is an indirect X-ray. It is called digital image processing (Indirect X-ray Digital Imaging).
상기 방식을 이용하여 엑스선 영상을 취득할 시, 엑스선이 섬광체 내부에서 가시광선으로 변환될 때 가시광선이 등방위 방향으로 번져 나감으로 인해 빛 번짐(blurring)이 발생하여 이미지의 해상도가 감소하게 된다. 광자의 섬광 현상으로 생성된 가시광선은 등방향(Isotropic)으로 재방출되어 나가므로, 빛 번짐 현상을 만들게 되는 것이다. 이에, 대안으로서 픽셀형 섬광체가 제안되었다. When acquiring an X-ray image using the above method, when the The visible light generated by the flashing phenomenon of photons is re-emitted isotropically, creating a light blurring phenomenon. Accordingly, a pixel-type scintillator was proposed as an alternative.
픽셀형 섬광체는, RIE(deep reactive ion etching) 반도체 공정이나 PDP(Plasma Display Panel) 디스플레이 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 픽셀에 대응하는 다수의 트렌치를 형성하여 픽셀 구조체를 제작한 후에, CsI 섬광체 분말을 픽셀 구조체의 트렌치에 삽입하고 온도를 높여서 섬광체를 용융(melting)시킨 후에 고화(solidification)시키거나, GOS 섬광체 분말이 포함된 페이스트(paste)를 픽셀 구조체의 트렌치에 채워 넣는 방식으로 형성할 수 있다.The pixel-type scintillator is manufactured by etching a silicon wafer using a RIE (deep reactive ion etching) semiconductor process or a PDP (Plasma Display Panel) display process to form a plurality of trenches corresponding to pixels to produce a pixel structure, and then producing a CsI scintillator. It can be formed by inserting the powder into the trench of the pixel structure and raising the temperature to melt the scintillator and then solidify it, or by filling the trench of the pixel structure with a paste containing GOS scintillator powder. there is.
이러한 픽셀형 섬광체에서는 픽셀 구조체의 트렌치들 사이의 격벽에 의해 광이 이웃한 픽셀로 퍼지는 것을 차단하는 것을 방지함으로써 해상도를 높일 수 있다. In such a pixel-type scintillator, resolution can be increased by preventing light from being blocked from spreading to neighboring pixels by partition walls between the trenches of the pixel structure.
그러나, 섬광체를 용융(melting) 및 고화(solidification)시키는 방식의 경우 용융 온도가 실리콘 기판의 용융 온도보다 낮은 섬광체만 사용이 가능하고, 섬광체가 용융 및 고화되는 과정에서 내부에 기포가 생성되는 문제점이 있다. However, in the case of melting and solidification of the scintillator, only scintillators with a melting temperature lower than the melting temperature of the silicon substrate can be used, and there is a problem in that bubbles are created inside the scintillator during the melting and solidification process. there is.
한편, 섬광체 분말이 포함된 페이스트를 채워 넣는 방식의 경우 상온에서 제작이 가능하지만, 트렌치가 픽셀 사이즈에 대응하는 매우 작은 크기를 가지므로, 트렌치에 페이스트를 채워 넣을 시에 충진 밀도가 매우 불량하여 다량의 공극 및 기공이 생성된다. On the other hand, in the case of filling the paste containing scintillator powder, it can be manufactured at room temperature, but since the trench has a very small size corresponding to the pixel size, when filling the trench with the paste, the filling density is very poor and a large amount of voids and pores are created.
픽셀형 섬광체를 이용할 경우 해상도를 높일 수 있지만, 그 제조 공정 중에 섬광체 내부에 다량의 빈 공간이 생성됨으로 인해 광 발생량 및 광 전달률이 좋지 않고, 이미지 센서에 전달되는 광량이 적어 이미지 센서에서 필요로 하는 광의 양에 못 미치게 되는 어려움이 생기게 된다. 이러한 이유로, 엑스선 촬영에 요구되는 엑스선 조사 선량을 늘려야 하므로 촬영 대상에 대한 피폭량이 증가가 불가피하다. 이 뿐만 아니라, 픽셀 구조체를 형성해야 하므로 제작에 시간이 많이 걸리고 비용이 비싸다는 단점도 가지고 있다.Resolution can be increased when using a pixel-type scintillator, but during the manufacturing process, a large amount of empty space is created inside the scintillator, which results in poor light generation and light transmission rate, and the amount of light transmitted to the image sensor is low, which reduces the amount of light required by the image sensor. Difficulties arise where the amount of light is not sufficient. For this reason, the X-ray radiation dose required for X-ray imaging must be increased, so an increase in the amount of radiation exposure to the imaging subject is inevitable. In addition, it has the disadvantage of being time-consuming and expensive to manufacture since it requires forming a pixel structure.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 해상도를 높이면서도, 이미지 센서에 전달되는 광량을 늘려 영상 신호의 세기가 저하되는 것을 방지하여 엑스선 조사 선량을 줄일 수 있고 피폭량을 줄일 수 있는 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above. While increasing the resolution, the intensity of the image signal is prevented from decreasing by increasing the amount of light transmitted to the image sensor, thereby reducing the X-ray radiation dose and reducing the amount of radiation exposure. The purpose is to provide a hybrid scintillator-based X-ray detector that can reduce
또한, 제작에 소요되는 시간이 짧고 저렴한 비용으로 제작 가능한 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the purpose is to provide a hybrid scintillator-based X-ray detector that requires a short manufacturing time and can be manufactured at a low cost.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.In addition, the detailed purpose of the present invention can be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field through the specific contents described below.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터는, 이미지 센서 기판; 및 상기 이미지 센서 기판 상에 배치되며 마이크로 섬광체 입자들에 나노 섬광체 입자들이 혼합되어 구성된 하이브리드 섬광체층을 포함하는 섬광체 구조물;을 포함한다.A hybrid scintillator-based X-ray detector according to embodiments of the present invention includes an image sensor substrate; And a scintillator structure disposed on the image sensor substrate and including a hybrid scintillator layer composed of a mixture of micro scintillator particles and nano scintillator particles.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터에서, 상기 하이브리드 섬광체층은 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 서로 다른 이중 층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 이중 층 중에서 상기 이미지 센서 기판 측의 층이 다른 층보다 나노 섬광체의 혼합 비율이 작은 것을 특징으로 한다.In the hybrid scintillator-based X-ray detector according to embodiments of the present invention, the hybrid scintillator layer is characterized by having a double layer structure with different mixing ratios of nano scintillator particles. Among the double layers, the layer on the image sensor substrate side has a smaller mixing ratio of nano scintillator than the other layers.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터에서, 상기 섬광체 구조물은, 나노 섬광체 입자들로 구성된 나노 섬광체층과 상기 하이브리드 섬광체층이 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 하이브리드 섬광체층이 상기 이미지 센서 기판 측에 배치되고, 상기 나노 섬광체층은 상기 하이브리드 섬광체층의 개재 하에 상기 이미지 센서 기판과 떨어져 배치된 것을 특징으로 한다.In the hybrid scintillator-based The hybrid scintillator layer is disposed on the image sensor substrate side, and the nano scintillator layer is disposed away from the image sensor substrate with the intervention of the hybrid scintillator layer.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터에서, 상기 섬광체 구조물은, 나노 섬광체 입자들로 구성된 나노 섬광체층과 상기 하이브리드 섬광체층이 적층된 구조를 가지며, 상기 하이브리드 섬광체층은 제1하이브리드 섬광체층 및 상기 제1하이브리드 섬광체층보다 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 높은 제2하이브리드 섬광체층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 이미지 센서 기판 상에 상기 제1하이브리드 섬광체층, 상기 제2하이브리드 섬광체층 및 상기 나노 섬광체층의 순서로 적층되는 것을 특징으로 한다.In the hybrid scintillator-based and a second hybrid scintillator layer having a higher mixing ratio of nano scintillator particles than the first hybrid scintillator layer. The first hybrid scintillator layer, the second hybrid scintillator layer, and the nano scintillator layer are stacked on the image sensor substrate in that order.
상기 섬광체 구조물은 상기 이미지 센서 기판 상에 페이스트 형태로 직접 적층 및 건조되어 상기 이미지 센서 기판과 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The scintillator structure is stacked and dried directly on the image sensor substrate in a paste form to be integrated with the image sensor substrate.
본 발명의 일 실시예들에 의하면, 마이크로 섬광체 입자와 나노 섬광체 입자가 혼합된 페이스트를 이용하여 형성된 하이브리드 섬광체층을 사용하여 빛 번짐을 줄여줌과 동시에 이미지 센서에 전달되는 광량을 늘려줄 수 있으므로 낮은 선량으로 고해상도의 영상을 구현할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a hybrid scintillator layer formed using a paste mixed with micro scintillator particles and nano scintillator particles can be used to reduce light spread and at the same time increase the amount of light transmitted to the image sensor, resulting in low dose. It is possible to produce high-resolution images.
또한, 크기가 큰 마이크로 섬광체 입자들 사이 사이에 크기가 작은 나노 섬광체 입자들이 배치되어 섬광체층 내의 빈 공간을 현저하게 줄일 수 있으므로, 빈 공간으로 인하여 광 발생량 및 광 전달량이 저하되는 것을 억제하여 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기의 영상 신호를 획득할 수 있고 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄여줄 수 있다. In addition, small-sized nano scintillator particles are placed between large-sized micro scintillator particles, which can significantly reduce the empty space within the scintillator layer, thereby suppressing a decrease in the amount of light generation and light transmission due to the empty space, thereby lowering the irradiation rate. An image signal of sufficient size can be obtained with a sufficient dose and the patient's radiation exposure required for X-ray imaging can be reduced.
게다가, 픽셀 구조체와 같은 별도의 구조물을 형성하지 않아도 되므로 제작 비용을 줄일 수 있고 제작 시간을 단축시킬 수 있다. In addition, since there is no need to form a separate structure such as a pixel structure, manufacturing costs can be reduced and manufacturing time can be shortened.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide examples of the present invention and explain the technical idea of the present invention along with the detailed description.
1 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.The present invention can be modified in various ways and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail based on the accompanying drawings.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 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. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is only for describing embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used for the purpose of distinguishing one component from another component. It is used only as
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터는 이미지 센서 기판(10) 및 하이브리드 섬광체층(20)을 구비하는 섬광체 구조물을 포함한다. Referring to FIG. 1, a hybrid scintillator-based X-ray detector according to an embodiment of the present invention includes a scintillator structure including an
하이브리드 섬광체층(20)은 마이크로 섬광체 입자들에 나노 섬광체 입자들이 혼합된 페이스트를 이용하여 제작될 수 있다. 예시적으로, 마이크로 섬광체 입자들과 나노 섬광체 입자들을 섞어 혼합(mixing) 후에 바인더를 추가하거나, 경우에 따라서 바인더 외에 기타 첨가제를 더 추가하여 만든 페이스트를 사용하여 하이브리드 섬광체층(20)을 제작할 수 있다.The
이와 같이, 크기가 작은 나노 섬광체 입자들을 크기가 큰 마이크로 섬광체 입자들에 혼합하여 제작되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체층(20)은 마이크로 섬광체 입자들 사이 사이에 나노 섬광체 입자들이 배치된 구조를 가질 수 있다. In this way, since it is manufactured by mixing small-sized nano scintillator particles with large-sized micro scintillator particles, the
엑스선이 하이브리드 섬광체층(20)의 전면 쪽을 향하여 또는 하이브리드 섬광체층(20)의 후면 쪽을 향하여(즉, 이미지 센서 기판(10)을 향하여) 조사되면 하이브리드 섬광체층(20)의 섬광 물질에서 엑스선을 흡수하여 가시광을 발생시키며, 이미지 센서 기판(10)의 각 픽셀에서 가시광에 비례하는 전기적 신호를 생성한다.When X-rays are irradiated toward the front side of the
도시하지 않았지만, 이미지 센서 기판(10)은 유리 기판, 실리콘 기판, 플라스틱 기반, 카본 기판, 알루미늄 기판 또는 광섬유 기판(Fiber Optic Plate, FOP) 등의 기판 상에 1차원 또는 2차원적으로 어레이된 복수의 픽셀 센서를 포함하며, 각 픽셀 센서에 대응되도록 1차원 또는 2차원 어레이 형태로 형성된 포토다이오드와 각 픽셀 센서의 구동을 위한 회로 어레이를 포함할 수 있다.Although not shown, the
이미지 센서 기판(10)은 엑스선이 투과 가능하도록 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 평면 형태일 수 있지만, 곡면 형태, 플렉시블한 형태, 또는 밴더블한 형태일 수도 있다. 또는, 유연성이 부족한 유리 기판, 실리콘 기판 등의 기판의 전면에 포토다이오드와 회로 어레이를 형성한 후 기판의 후면을 식각하거나 그라인딩하여 곡면 형태 또는 유연한 기판 형태로 제작된 것일 수도 있다.The
여기서, 회로 어레이는 비정질 실리콘을 활성층으로 사용하여 PD(photodiode)와 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조로 형성되는 PD(photodiode)-TFT(thin film transistor) 어레이, 또는 결정질 실리콘 기반의 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)나 CCD(Charge Coupled Device) 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치과용 구강 엑스선 디텍터로서 작동을 위하여는, 저선량으로 고속, 고감도 및 고해상도를 실현하여야 하므로 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 회로나 CCD(Charge Coupled Device) 회로로 구현되는 방식이 바람직하다. Here, the circuit array is a PD (photodiode)-TFT (thin film transistor) array formed of a PD (photodiode) and MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) structure using amorphous silicon as an active layer, or a crystalline silicon-based CMOS ( It may include a complementary metal oxide semiconductor (CCD) or charge coupled device (CCD) array. For example, in order to operate as a dental oral X-ray detector, high speed, high sensitivity, and high resolution must be achieved at a low dose, so a method implemented with a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuit or a CCD (Charge Coupled Device) circuit is preferable.
경우에 따라, 이미지 센서 기판(10)은 기타 결정질 실리콘 기판 상에 구현 가능한 다양한 이미지 센서로 구현될 수도 있다.In some cases, the
마이크로 섬광체는 다량의 광을 발생시키므로 이미지 센서에 제공하는 광량을 늘리는데 도움을 줄 수 있다. 한편, 나노 섬광체는 빛 퍼짐(blurring)이 적게 발생한다.Micro scintillator generates a large amount of light, so it can help increase the amount of light provided to the image sensor. On the other hand, nano scintillators cause less light blurring.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체층(20)은 마이크로 섬광체 입자에 나노 섬광체 입자가 혼합된 구조를 가지므로, 빛 퍼짐은 적게 발생하면서 광 발생량을 늘리고 이미지 센서 기판에 전달되는 광량을 늘릴 수 있으며, 해상도를 크게 저하시키지 않으면서도 조사 선량을 낮추어 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄일 수 있다. Since the
또한, 크기가 큰 마이크로 섬광체 입자들 사이 사이에 크기가 작은 나노 섬광체 입자들이 배치되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 섬광체층(20)은 높은 충진 밀도(packing density)를 가지며 빈 공간이 거의 없으므로, 광 발생량 및 이미지 센서 기판에 전달되는 광량을 늘릴 수 있고 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기의 영상 신호를 획득할 수 있어 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄일 수 있다. In addition, small-sized nano scintillator particles are arranged between large-sized micro scintillator particles, so that the
하이브리드 섬광체층(20)의 섬광체 입자로는 가격이 저렴한 GOS 섬광체를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. It is desirable to use inexpensive GOS scintillator as the scintillator particles of the
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 섬광체층(20)은 마이크로 섬광체 입자에 나노 섬광체 입자가 혼합된 페이스트를 침전법, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 등으로 이미지 센서 기판(10) 상에 직접 적층 및 건조하여 이미지 센서 기판(10)과 일체형으로 형성될 수 있다. The
이에 따라, 엑스선 디텍터를 곡면 형태로 제작하는 경우에도 뒤틀림 방지가 가능하고, 이미지 센서 기판(10)과 섬광체 구조물이 서로 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이미지 센서 기판(10)과 섬광체 구조물을 정렬할 필요가 없다는 이점도 있다. 게다가, 지그 등의 고정 기구를 이용한 물리적인 압착, OCA(Optically Clear Adhesive)를 이용한 라미네이팅, 에폭시/실리콘을 이용한 접착 등의 기존 방식 대비, 직접 코팅시 광 발광량, 민감도 및 해상도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, even when the X-ray detector is manufactured in a curved shape, distortion can be prevented, and the
도 1을 참조로 한 실시예는 섬광체 구조물이 하이브리드 섬광체층(20)의 단일 층으로 구성된 경우를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2 내지 도 4를 참조로 후술되는 바와 같이, 2개 또는 3개 이상의 섬광체층을 적층하여 2층 또는 3층 이상의 다층 구조로 섬광체 구조물을 제작할 수도 있다.The embodiment with reference to FIG. 1 shows a case where the scintillator structure is composed of a single layer of the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 섬광체 구조물은 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 서로 다른 제1하이브리드 섬광체층(21) 및 제2하이브리드 섬광체층(22)을 포함할 수 있다. Referring to Figure 2, the scintillator structure of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention includes a first
제1하이브리드 섬광체층(21)은 제2하이브리드 섬광체층(22)에 비해서 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 낮고, 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 낮은 대신에 제2하이브리드 섬광체층(22)에 비해서 마이크로 섬광체 입자의 비율이 높다.The first
제2하이브리드 섬광체층(22)은 제1하이브리드 섬광체층(21)에 비해서 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 높고, 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 높은 대신에 제1하이브리드 섬광체층(21)에 비해서 마이크로 섬광체 입자의 비율이 낮다.The second
마이크로 섬광체 입자의 비율이 높은 제1하이브리드 섬광체층(21)은 이미지 센서 기판(10) 측에 배치되고, 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 높은 제2하이브리드 섬광체층(22)은 제1하이브리드 섬광체층(21) 상에 적층되며 제1하이브리드 섬광체층(21)의 개재 하에 이미지 센서 기판(10)과 떨어져 배치될 수 있다.The first
이미지 센서 기판(10) 측에 마이크로 섬광체 입자의 비율이 높아 다량의 광을 발생시킬 수 있는 제1하이브리드 섬광체층(21)이 배치되므로, 제1하이브리드 섬광체층(21)에서 발생된 다량의 광이 짧은 경로를 거쳐 이미지 센서 기판(10)에 도달하며, 이에 따라 이미지 센서 기판(10)에 전달되는 광량을 늘릴 수 있고 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기를 갖는 영상을 획득할 수 있어 촬영 대상의 피폭량을 줄일 수 있다.Since the first
또한, 이미지 센서 기판(10)에서 먼 측에는 마이크로 섬광체 입자의 혼합 비율이 낮은 제2하이브리드 섬광체층(22)을 배치하여 빛 퍼짐을 줄여 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.In addition, the second
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 섬광체 구조물은 하이브리드 섬광체층(20)과, 나노 섬광체 입자로 구성된 나노 섬광체층(30)이 적층된 이중층 구조일 수 있다.Referring to FIG. 3, the scintillator structure of a hybrid scintillator-based there is.
하이브리드 섬광체층(20)은 이미지 센서 기판(10) 측에 배치되고, 나노 섬광체층(30)은 하이브리드 섬광체층(20) 상에 적층되며 하이브리드 섬광체층(20)의 개재 하에 이미지 센서 기판(10)과 떨어져 배치된다.The
이미지 센서 기판(10) 측에 마이크로 섬광체 입자를 포함하여 다량의 광을 발생시킬 수 있는 제1하이브리드 섬광체층(21)을 배치하므로 제1하이브리드 섬광체층(21)에서 발생된 다량의 광이 짧은 경로를 거쳐 이미지 센서 기판(10)에 도달한다. 이에 따라, 이미지 센서 기판(10)에 전달되는 광량을 늘릴 수 있고 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기를 갖는 영상을 제공하여 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄일 수 있다. Since the first
또한, 이미지 센서 기판(10)에서 먼 측에는 나노 섬광체층(30)을 배치하여 빛 퍼짐을 줄여 줌으로써 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.In addition, the resolution of the image can be improved by placing the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view of a hybrid scintillator-based X-ray detector according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터의 섬광체 구조물은 제1하이브리드 섬광체층(21), 제2하이브리드 섬광체층(22), 나노 섬광체층(30)이 적층된 3중층 구조일 수 있다. Referring to FIG. 4, the scintillator structure of a hybrid scintillator-based It may be a triple layer structure.
나노 섬광체 입자의 비율이 가장 낮은 대신 마이크로 섬광체 입자의 비율이 가장 높은 제1하이브리드 섬광체층(21)이 이미지 센서 기판(10) 측에 배치되고, 제1하이브리드 섬광체층(21)보다 나노 섬광체 입자의 비율이 높은 제2하이브리드 섬광체층(22)이 제1하이브리드 섬광체층(21) 상에 배치되고, 나노 섬광체 입자로 구성된 나노 섬광체층(30)이 제2하이브리드 섬광체층(22) 상에 배치될 수 있다.The first
이미지 센서 기판(10) 측에 마이크로 섬광체 입자의 비율이 높아 다량의 광을 발생시킬 수 있는 제1하이브리드 섬광체층(21)을 배치하므로, 제1하이브리드 섬광체층(21)에서 발생된 다량의 광이 짧은 경로를 거쳐 이미지 센서 기판(10)에 도달하며, 이에 따라 이미지 센서 기판(10)에 전달되는 광량을 늘리고 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기를 갖는 영상을 획득하여 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄여줄 수 있다. Since the first
제1하이브리드 섬광체층(21) 상에 제2하이브리드 섬광체층(22) 및 나노 섬광체층(30)을 차례로 적층하여, 이미지 센서 기판(10)과의 거리거 멀어 질수록 마이크로 섬광체 입자의 비율이 낮아지도록 하여 블러링 발생을 줄여 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.The second
한편, 도시하지 않았지만, 섬광체 구조물 상에 광흡수체 또는 광반사체와 같은 추가층이 더 형성될 수 있다. 추가층은 해당 물질을 페이스트 형태로 만들어 스크린 프린팅 또는 스프레이 코팅 방식 등으로 섬광체 구조물 상에 직접 적층하고 건조시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 전면 엑스선 조사 방식에서 추가층은 엑스선에 대한 광흡수체가 될 수 있고, 후면 엑스선 조사 방식에서 추가층은 엑스선에 대한 광반사체가 될 수 있다. Meanwhile, although not shown, an additional layer, such as a light absorber or light reflector, may be further formed on the scintillator structure. The additional layer can be formed by making the material in paste form and laminating it directly on the scintillator structure using screen printing or spray coating methods, and then drying it. For example, in the front X-ray irradiation method, the additional layer can be a light absorber for X-rays, and in the rear X-ray irradiation method, the additional layer can be a light reflector for X-rays.
추가층은 이미지 센서 기판(10) 측에 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 전면 엑스선 조사 방식에서 추가층은 엑스선에 대한 광반사체가 될 수 있고, 후면 엑스선 조사 방식에서 추가층은 엑스선에 대한 흡수체가 될 수 있다.An additional layer may be formed on the
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 섬광체 기반 엑스선 디텍터를 이용하면, 마이크로 섬광체 입자와 나노 섬광체 입자가 혼합된 페이스트를 이용하여 형성된 하이브리드 섬광체층을 사용하여 빛 번짐을 줄여줌과 동시에 이미지 센서에 전달되는 광량을 늘려줄 수 있으므로 낮은 선량으로 고해상도의 영상을 구현할 수 있다. In this way, when using the hybrid scintillator-based Since the amount of light transmitted can be increased, high-resolution images can be created with low dose.
또한, 크기가 큰 마이크로 섬광체 입자들 사이 사이에 크기가 작은 나노 섬광체 입자들이 배치되어 섬광체층 내의 빈 공간을 현저하게 줄일 수 있으므로, 빈 공간으로 인하여 광 발생량 및 광 전달량이 저하되는 것을 억제하여 낮은 조사 선량으로도 충분한 크기의 영상 신호를 획득할 수 있고 엑스선 촬영에 요구되는 환자의 피폭량을 줄여줄 수 있다. In addition, small-sized nano scintillator particles are placed between large-sized micro scintillator particles, which can significantly reduce the empty space within the scintillator layer, thereby suppressing a decrease in the amount of light generation and light transmission due to the empty space, thereby lowering the irradiation rate. An image signal of sufficient size can be obtained with a sufficient dose and the patient's radiation exposure required for X-ray imaging can be reduced.
게다가, 픽셀 구조체와 같은 별도의 구조물을 형성하지 않아도 되므로 제작 비용을 줄일 수 있고 제작 시간을 단축시킬 수 있다. In addition, since there is no need to form a separate structure such as a pixel structure, manufacturing costs can be reduced and manufacturing time can be shortened.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present invention are for illustrative purposes rather than limiting the technical idea of the present invention, and are not limited to these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.
10: 이미지 센서 기판
20: 하이브리드 섬광체층
21,22: 제1,제2하이브리드 섬광체층
30: 나노 섬광체층10: Image sensor substrate
20: Hybrid scintillation layer
21, 22: 1st, 2nd hybrid scintillation layer
30: Nano scintillator layer
Claims (8)
상기 이미지 센서 기판 상에 배치되며 마이크로 섬광체 입자들에 나노 섬광체 입자들이 혼합되어 구성된 하이브리드 섬광체층을 포함하는 섬광체 구조물;
을 포함하고,
상기 섬광체 구조물은, 나노 섬광체 입자들로 구성된 나노 섬광체층과 상기 하이브리드 섬광체층이 적층된 구조를 가지며,
상기 하이브리드 섬광체층은 제1하이브리드 섬광체층 및 상기 제1하이브리드 섬광체층보다 나노 섬광체 입자의 혼합 비율이 높은 제2하이브리드 섬광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 디텍터.Image sensor substrate; and
A scintillator structure disposed on the image sensor substrate and including a hybrid scintillator layer composed of a mixture of micro scintillator particles and nano scintillator particles;
Including,
The scintillator structure has a structure in which a nano scintillator layer composed of nano scintillator particles and the hybrid scintillator layer are stacked,
The hybrid scintillator layer is an X-ray detector comprising a first hybrid scintillator layer and a second hybrid scintillator layer having a higher mixing ratio of nano scintillator particles than the first hybrid scintillator layer.
상기 하이브리드 섬광체층이 상기 이미지 센서 기판 측에 배치되고, 상기 나노 섬광체층은 상기 하이브리드 섬광체층의 개재 하에 상기 이미지 센서 기판과 떨어져 배치된 것을 특징으로 하는 엑스선 디텍터.According to paragraph 1,
An X-ray detector, wherein the hybrid scintillator layer is disposed on a side of the image sensor substrate, and the nano scintillator layer is disposed away from the image sensor substrate with the intervention of the hybrid scintillator layer.
상기 이미지 센서 기판 상에 상기 제1하이브리드 섬광체층, 상기 제2하이브리드 섬광체층 및 상기 나노 섬광체층의 순서로 적층되는 것을 특징으로 하는 엑스선 디텍터.According to paragraph 2,
An X-ray detector, wherein the first hybrid scintillator layer, the second hybrid scintillator layer, and the nano scintillator layer are stacked on the image sensor substrate in that order.
상기 섬광체 구조물은 상기 이미지 센서 기판 상에 페이스트 형태로 직접 적층 및 건조되어 상기 이미지 센서 기판과 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 디텍터.According to any one of claims 1 to 3,
An X-ray detector, wherein the scintillator structure is stacked and dried directly on the image sensor substrate in a paste form to be integrated with the image sensor substrate.
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|---|---|---|---|
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