KR20000051947A - 감마카메라 시스템 - Google Patents

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최용
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최연성
김상은
이경한
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윤종용
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    • A61B6/42Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
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Abstract

본 발명은 인체의 굴곡지는 부위에서 국부 영상을 얻는 경우, 상기 국부에 밀착시켜 물리적 영상의 저하요인인 배후 방사능과 광자 감쇠 효과를 저감시키고, 소형으로 되어 이동이 용이하며, 이에 따라서 국부 촬영 전용으로 사용되는 감마카메라 시스템을 제공하기 위하여 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선을 입력받아 2차원의 정보를 포함하는 신호를 출력하는 검출수단; 상기 검출수단으로부터 인가되는 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 소정시간동안 지연시키는 지연수단; 상기 지연수단에서 증폭된 신호를 입력하며, 입력되는 신호 중에서 설정치 이상으로 되는 신호를 선택하는 제어수단; 상기 지연수단의 출력을 입력으로 하며, 상기 제어수단의 출력에 의하여 제어되어서 상기 지연수단으로부터 입력되는 신호를 변환하는 신호변환수단; 및 상기 신호변환수단의 출력을 입력으로 하여 영상을 출력하는 영상출력수단을 포함함으로써, 방사능 분포의 위치와 그 크기를 정확하게 영상화할 수 있고, 소형으로 제작이 가능하며, 특히 광전자 증배관이 하나로 구비되면서도 그 기능은 오히려 증대되어 고성능으로 동작되는 장점이 있다.

Description

감마카메라 시스템{Gamma camera system}
본 발명은 감마카메라 시스템에 관한 것으로서, 특히 인체의 굴곡진 국부를 촬영할 수 있는 감마카메라 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 감마카메라 시스템은 방사성 동위원소가 표지된 의약품을 인체 내에 주입한 후, 방사성 동위원소가 인체조직에 부가되면서 방출되는 감마선을 검출하여 질병진단 이나 또는 생체현상 규명에 사용된다. 예를 들면, 암과 같은 악성 종양에 친화되는 방사성 동위원소를 인체 내에 주입하면, 상기 악성종양에 방사성 동위원소가 부가되고, 이에 따라서 감마선이 상기 악성종양으로부터 방출되기 때문에 감마카메라에 의하여 이를 촬영함으로써 병소의 위치 진단이 가능하게 된다.
이와 같이 병소의 위치 진단을 하기 위한 종래 기술의 감마카메라는, 1958년 Anger에 의하여 최초로 고안되었는데, 영상을 얻기 위하여 방사성 동위원소가 표지된 의약품을 인체 내에 주입한 후, 체내에서 방출되는 감마선을 조준기와 NaI(Tl) 섬광체로 검출하여 가시광선으로 변환시킨다.
그러나, 이러한 가시광선은 매우 미약하기 때문에 이를 측정하기 위하여 증폭하는데, 일반적으로 수십개의 광전자 증배관을 상기 섬광체에 광학적으로 부착하여 사용한다.
또한, 상기 가시광선인 광자들은 상기 광전자 증배관에서 검출되면서 광전자로 변환된 후, 일련의 증폭과정을 통하여 펄스신호로 출력된다. 상기 출력되는 펄스신호는 파고분석기(pulse height analyzer)와 영상표시 및 기록장치를 통하여 구현되며, 대부분 웍스테이션(workstation)급의 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현된다.
이에 따라서, 상기 종래 기술에 따른 감마카메라는, 영상 진단기법 중에서 종래 기술에서의 X선 촬영기술과 CT 기술에 비하여 방사선의 피폭량이 상대적으로 적으며, MRI 또는 초음파 영상으로는 알 수 없는 세포의 기능을 검사할 수 있는 우수한 진단방법으로 알려져 있다.
그러나, 상기의 종래 기술에 따른 감마카메라는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 감마카메라의 유효시야가 전신영상을 얻는 것에 적합하도록 설계되어 있기 때문에 여성의 유방과 같은 작은 국부위의 영상을 얻는 장치로는 부적합하고, 현재 감마카메라를 이용하여 유방의 영상을 얻는 경우, 인체 내의 다른 장기로부터 발생되는 방사능에 의한 잡음(noise)이 크게 발생되며, 검출장치가 대형으로 되어서 영상을 얻기 위한 대상 즉, 인체의 굴곡부위에 밀착시키기가 어렵기 때문에 감마선의 광자 감쇠에 따라서 영상의 질이 저하되는 문제점이 있다.
둘째, 감마카메라를 구성하는 조준기, 섬광체 및 광전자 증배관이 복수개 또는 대형으로 되고, 이에 따라서 전자회로가 복잡하게 되며 웍크스테이션급의 컴퓨터를 사용하기 때문에 생산단가가 크게 증가되는 문제점이 있다.
셋째, X선 촬영 기술에서는 유방 촬영을 위한 전용시스템으로서 유방 조영기가 상용화되어 있지만, 비교적 작은 장기를 촬영하기 위한 시스템 즉, 여성의 유방 등과 같은 국부의 영상을 얻기 위한 전용 감마카메라 시스템이 상용화되어 있지 않은 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 인체의 굴곡지는 부위에서 국부 영상을 얻는 경우에 상기 국부에 밀착시켜 물리적 영상의 저하요인인 배후 방사능과 광자 감쇠 효과를 저감시키고, 소형으로 되어 이동이 용이하게 되는 국부 촬영 전용시스템인 감마카메라 시스템을 제공하고자 하는데 있다.
도 1은 본 발명의 감마카메라 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 검출부를 나타내는 도면이다.
도 3a는 샘플상에 구비된 시험용 시료를 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a에 따른 감마카메라의 영상을 나타낸 도면이다.
도 4는 감마카메라의 에너지 분해능을 나타내는 특성도이다.
도 5a는 감마카메라의 X 방향 선퍼짐 함수 특성을 나타내는 특성도이다.
도 5b는 감마카메라의 Y 방향 선퍼짐 함수 특성을 나타내는 특성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1.. 조준기 2.. 섬광체
3.. 포토케소우드부 4.. 다이노드 체인부
5.. 그리드부 5a, 5b, 6a, 6b.. 광전자검출부
5c.. 횡도선부 6c.. 종도선부
7.. 증폭부 8, 60.. 전원공급부
9.. 광전자 증배관 10.. 검출부
20.. 지연부 22.. 증폭부
24.. 지연출력부 30.. 제어부
32.. 가산부 34.. 식별부
36.. 구동부 40.. 신호변환부
50.. 영상출력부 70.. 모형
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 감마카메라 시스템은, 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선을 입력받아 2차원의 정보를 포함하는 신호를 출력하는 검출수단; 상기 검출수단으로부터 인가되는 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 소정시간동안 지연시키는 지연수단; 상기 지연수단에서 증폭된 신호를 입력하며, 입력되는 신호 중에서 설정치 이상으로 되는 신호를 선택하는 제어수단; 상기 지연수단의 출력을 입력으로 하며, 상기 제어수단의 출력에 의하여 제어되어서 상기 지연수단으로부터 입력되는 신호를 변환하는 신호변환수단; 및 상기 신호변환수단의 출력을 입력으로 하여 영상을 출력하는 영상출력수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출수단은, 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선의 방향을 제어하는 조준부재; 상기 조준부재로부터 인가되는 방사선을 검출하여 광자를 발생하는 섬광부재; 및 상기 섬광부재로부터 인가되는 광자에 의하여 광전자를 발생시키고, 상기 광전자를 증폭하며, 상기 증폭된 광전자에 의한 2차원 정보를 출력하는 광전자 증배부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성 및 동작을 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 감마카메라 시스템의 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 감마카메라 시스템은, 검출수단인 검출부(10), 지연수단인 지연부(20), 제어수단인 제어부(30), 신호변환수단인 신호변환부(40) 및 영상출력수단인 영상출력부(50)를 포함한다.
상기 검출부(10)는 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선을 검출한다.
상기 지연부(20)는 검출부(10)로부터 인가되는 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 소정시간동안 지연시켜서 출력하는데, 검출부의 출력을 입력으로 하여 증폭하는 증폭부(22) 및 증폭부(22)의 출력을 입력으로 하여 소정시간동안 지연시키는 지연출력부(24)를 포함한다.
상기 제어부(30)는 증폭부(22)에서 증폭된 신호를 입력하며, 입력되는 신호가 설정치 이상인지를 검출하는데, 증폭부(22)에서 증폭된 신호를 입력하여 가산하는 가산부(32), 가산부(32)에서 가산된 신호를 소정의 설정치에 의하여 그 크기를 일정하게 구별하는 식별부(34) 및 식별부(34)의 출력에 의하여 제어되어서 신호변환부(40)를 제어하는 구동부(36)를 포함한다.
상기 신호변환부(40)는 지연부(20)의 출력을 입력으로 하며, 제어부(30)의 제어에 의하여 지연부(20)로부터 입력되는 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
영상출력부(50)는 신호변환부(40)의 출력을 입력으로 하여 그에 상응하는 영상을 출력하는데, 바람직하게는 모니터(monitor)를 포함하는 컴퓨터 시스템이다.
또한, 상기 검출부(10)는 전원공급수단인 전원공급부(60)에 의하여 고전압의 전원을 공급받는다.
도 2는 도 1의 검출부를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이 검출부(10)는, 조준부재인 조준기(1), 섬광부재인 섬광체(2) 및 광전자 증배부재인 광전자 증배관(9)을 포함한다.
상기 조준기(1)는 평행구멍을 포함하는 납재질로 구성되며, 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선의 방향을 제어하기 위한 것으로서, 바람직하게는 가로 세로가 60×60㎟이고, 상기 평행구멍은 길이는 40㎜, 직경은 1.3㎜, 구멍과 구멍 사이의 격벽의 두께는 0.2㎜이며, 상기 납의 밀도는 11.35g/㎤으로 된다.
상기 섬광체(2)는 상기 조준기(1)로부터 인가되는 방사선에 의하여 광자를 발생하기 위한 것으로서, 그 재질은 의료용으로 사용되는 NaI(Tl)인 것이 바람직하다. 섬광체(2)는 붕괴시간이 230㎱이고, 광전환효율이 양호하며, 바람직하게는 가로 세로로 되는 그 규격이 60×60㎟이고, 두께는 6㎜로 된다. 또한, 실시예에서 섬광체(2)는 감마선 입사면과 측면이 0.5㎜ 두께의 알루미늄으로, 밑면은 6㎜두께의 유리로 밀봉된다.
상기 광전자 증배관(9)은 포토케소우드(photocathode)부(3), 다이노드 체인(dynode chain)부(4), 그리드(grid)부(5) 및 전원공급부(8)를 포함한다.
상기 포토케소우드부(3)는 전원공급부(8)로부터 전원(V)이 인가되고, 섬광체(2)로부터 광자가 인가되면 광전자를 발생시키는데, 바람직하게는 그 재질이 Sb-Cs으로 형성된다.
상기 다이노드 체인부(4)는 전원공급부(8)로부터 전원(V)이 각각 인가되며, 상기 포토케소우드부(3)로부터 인가되는 광전자를 차례대로 증폭시키기 위하여 복수개로 구비된다.
상기 그리드부(5)는 횡도선부(5C), 종도선부(6C) 및 4개의 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)를 포함한다.
상기 횡도선부(5C)는 양단이 도면에서 좌우의 광전자검출부(5a)(5b)에 연결되고, 횡방향으로 소정의 간격으로 배열되는 복수개의 금속선이다. 실시예로서 상기 소정의 간격은 약 3.7mm로 되고, 상기 금속선의 수는 18개 이다.
상기 종도선부(6C)는 양단이 도면에서 상하의 광전자검출부(6a)(6b)에 연결되고, 횡도선부(5C)와 교차되는 종방향으로 소정의 간격을 가지며 배열되는 복수개의 금속선이다. 실시예로서 상기 소정의 간격은 약 3.7mm로 되고, 상기 금속선의 수는 16개 이다.
상기 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)는 횡도선부(5C) 및 종도선부(6C)의 양단에서 구비되어 인가되는 광전자 신호에 상응하는 전압을 출력한다.
또한, 상기 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)에서 검출되는 각각의 광전자신호는 증폭부(7)에서 증폭됨으로써 상기 광전자신호에 상응하는 2차원 정보 즉, 종방향 정보(X+)(X-)와 횡방향 정보(Y+)(Y-)로 출력된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 감마카메라 시스템의 동작을 설명한다.
즉, 암 등과 같은 악성종양의 위치를 파악하기 위하여 인체 내로 주입된 방사성 의약품은 상기 악성종양에 부가되면서, 방사성 의약품으로부터 감마선이 방출된다.
상기 감마선은 주변의 배후방사능 효과에 의한 간섭을 최소화하기 위하여 납을 포함하여 구성되는 검출부(10)의 조준기(1)를 통하여 입사되는데, 이때 방사선원(原)에서 방출되는 감마선은 조준기(1)에 형성된 평행구멍을 통하여 바르게 입사되게 된다. 즉, 평행구멍과 평행되지 않는 감마선은 납으로 형성되는 조준기(1)에 의하여 차단된다.
상기와 같이 조준기(1)를 통하여 입사되는 감마선은 섬광체(2)에 인가되고, 섬광체(2)에서 그 에너지에 해당되는 광자가 등방적으로 생성되면, 상기 광자는 광전자 증배관(9)의 포토케소우드(3)에 인가된다.
이때, 전원공급부(8)에 의하여 전원(V)이 인가되는 포토케소우드(3)는 인가되는 상기 광자에 의하여 광전자를 발생시키는데, 상기 광전자는 그 세기가 극미량으로 되기 때문에 이를 증폭하기 위하여 복수개로 구비되며, 전원(V)이 인가되는 다이노드 체인(4)을 차례대로 통과하면서 증폭된다.
이와 같이 증폭된 광전자가 그리드부(5)의 횡도선부(5C)와, 종도선부(6C)가 서로 교차되는 각각의 점으로 인가되면, 상기 광전자가 인가되는 점과 각각의 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)와의 거리에 의한 저항의 차이에 의하여 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)에서 검출되는 광전자신호가 서로 다르게 된다. 즉, 상기 광전자검출부(5a)(5b)(6a)(6b)에서 각각 검출되는 광전자신호는 증폭부(7)로 입력되어서 증폭됨으로써 상기 광전자신호에 상응하는 2차원 정보 즉, 종방향 정보(X+)(X-)와 횡방향 정보(Y+)(Y-)로 출력된다.
상기 검출부(10)에서 출력되는 미세전기 신호들을 단극형으로 정형하고, 증폭하기 위하여 증폭부(22)로 입력된다. 이때, 실시예로서 증폭부(22)는 이중증폭기(dual amp)가 사용된다.
또한, 트리거 신호가 생성되는 동안 상기 2차원 정보로 이루어지는 위치신호를 지연하기 위하여 2차원 정보의 각각의 정보를 지연시키는 지연출력부(24)를 구비하는데, 바람직하게는 지연증폭기(delay amp)이다.
한편, 각각의 증폭부(22)에서 출력되는 증폭된 각각의 신호는 제어부(30)의 가산부(32)로 입력되어 가산되고, 가산부(32)에서 합치된 신호는 식별부(34)로 입력되는데, 바람직하게는 가산부(32)는 가산 및 전도(sum and invert) 증폭기이며, 식별부(34)는 입력되는 신호에서 파형 파고치의 20%를 일정하게 분획하여 변조된 신호로부터 원래의 신호를 검출하는 일정분획식별기(constant fraction discriminator)이다.
따라서, 식별부(34)의 출력을 입력하여 트리거신호를 발생하는 구동부(36)의 신호에 의하여 지연부(20)에서 지연된 위치신호가 신호변환부(40)로 입력되기 때문에 일정레벨 이상으로 되는 신호가 아니면, 예를 들어 일정레벨 이하로 되는 잡음신호는 차단된다. 즉, 신호변환부(40)에서 아나로그 신호에서 디지털 신호로 변환되는 신호는 구동부(36)로부터 트리거 신호가 입력되는 경우에만 실제의 데이터를 얻을 수 있도록 변환되기 때문에 검출부(10)에서 검출된 신호가 소정레벨 이상으로 되는 신호가 입력되는 경우에 신호변환부(40)에서 검출됨으로써, 발생될 수 있는 잡음을 최소화할 수 있게 된다.
상기와 같이 신호변환부(40)에서 변환되어서 출력되는 신호는 영상출력부(50)로 입력되는데, 영상출력부(50)는 모니터를 포함하는 컴퓨터 시스템이기 때문에 미리 설정된 프로그램에 따라서 검출되어 증폭된 신호에 따른 위치를 화면상에 그래픽으로 나타낼 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 샘플상에 구비된 시험용의 시료와 감마카메라의 영상을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 도 3a에서는 서로 다른 직경을 갖는 방사성 동위원소로 표지된 시료들이 유방의 형태로 형성된 모형(70) 상에 구비되는 것을 나타내고, 도 3b에서는 도 3a의 시료들로부터 검출부(10)에 의하여 검출된 신호에 따라서 영상출력부(50)의 모니터에서 출력되는 영상을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 감마카메라의 에너지 분해능을 나타내는 특성도이다. 도 5는 감마카메라의 각 X, Y 방향으로 선퍼짐 함수의 특성을 나타내는 특성도이다.
즉, 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 감마카메라는 일반 감마카메라 검사에서 가장 많이 사용되는 Tc-99m 선원에 대하여 약 8000 counts/sec/μCi의 내인성 계수율을 가지며, 상기 선원의 감마선 붕괴에너지인 140KeV에 대하여 18% FWHM(Full Width Half Maximum)의 에너지 분해능을 보인다.
또한, 도 5a 내지 도 5b에서 도시된 바와 같이, 상기 Tc-99m 선원에 대하여 X, Y 방향으로 각각 2.3㎜, 2.2㎜의 선퍼짐 함수의 특성을 갖는다.
상기의 선퍼짐 함수 특성에 있어서, 일반 상용 감마카메라와 유사한 결과이며, 오히려 진단 영상에서 매우 중요한 인자인 위치 분해능의 경우, 종래 일반 감마카메라가 3.1㎜인 것에 비하여 각각 2.3㎜, 2.2㎜의 위치 분해능 특성을 갖는 본 발명의 감마카메라 시스템이 우수함을 알 수 있다.
도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 카메라가 소형으로 되어 이동이 용이하고, 이에 따라서 인체의 굴곡지는 국부에 보다 밀착시킬 수 있기 때문에 방사능 분포의 위치와 그 크기를 정확하게 영상화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 조준기, 섬광체 및 광전자 증배관의 크기가 작아져서 저 비용으로 소형 제작이 가능하며, 특히 광전자 증배관이 하나로 구비되면서 그 효율은 오히려 증대되어 고성능으로 동작되는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선을 입력받아 2차원의 정보를 포함하는 신호를 출력하는 검출수단;
    상기 검출수단으로부터 인가되는 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 소정시간동안 지연시키는 지연수단;
    상기 지연수단에서 증폭된 신호를 입력하며, 입력되는 신호 중에서 설정치 이상으로 되는 신호를 선택하는 제어수단;
    상기 지연수단의 출력을 입력으로 하며, 상기 제어수단의 출력에 의하여 제어되어서 상기 지연수단으로부터 입력되는 신호를 변환하는 신호변환수단; 및
    상기 신호변환수단의 출력을 입력으로 하여 영상을 출력하는 영상출력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감마카메라 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출수단은,
    인체 내로 주입된 방사성 동위원소로부터 방사되는 방사선의 방향을 제어하는 조준부재;
    상기 조준부재로부터 인가되는 방사선을 검출하여 광자를 발생하는 섬광부재; 및
    상기 섬광부재로부터 인가되는 광자에 의하여 광전자를 발생시키고, 상기 광전자를 증폭하며, 상기 증폭된 광전자에 의한 2차원 정보를 출력하는 광전자 증배부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마카메라 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지연수단은,
    상기 검출수단의 출력을 입력으로 하여 증폭하고, 증폭된 신호를 출력하는 증폭부; 및
    상기 증폭부의 출력신호를 소정시간동안 지연시키는 지연출력부를 포함하며,
    상기 검출수단에서 출력되는 상기 2차원 정보를 입력하여 처리하기 위하여 상기 증폭부와 상기 지연출력부는 각각 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 감마카메라 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은,
    상기 증폭부에서 증폭된 신호를 입력하여 가산하는 가산부;
    상기 가산부의 출력을 입력으로 하고, 소정의 설정치에 의하여 입력된 신호의 크기를 판단하는 식별부; 및
    상기 식별부의 출력에 의하여 제어되어서 상기 신호변환수단을 제어하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마카메라 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출수단으로 고전압의 전원을 공급하는 전원공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감마카메라 시스템.
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KR20160117663A (ko) 2015-03-30 2016-10-11 주식회사 에스비이앤이 오염수 처리 장치 및 이를 이용한 오염수 처리 방법
KR20230174067A (ko) 2022-06-20 2023-12-27 강원대학교산학협력단 감마카메라용 섬광체 및 이를 포함하는 공간분해능 및 민감도 향상 감마카메라

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