KR20150024721A - 전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법 및 장치. - Google Patents

전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법 및 장치. Download PDF

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Abstract

전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법을 개시한다. 전압을 초기화하는 방법은 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득하는 단계; 상기 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 상기 전압 값을 초기화(reset)시킬 시점을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 시점에 기초하여 상기 전압을 초기화시키는 단계;를 포함한다.

Description

전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법 및 장치. {Method and apparatus for determining reset point of voltage adaptively}
전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법 및 장치에 관한다.
방사선을 이용한 의료영상기기인 X선 영상촬영 시스템이 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변화하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 디지털 X선 시스템의 핵심부품인 X선 검출장치 역시 변화하고 있다. 디지털 X선 검출 기술은 크게 X선을 가시광 빛으로 바꾼 후 가시광 빛 신호를 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 간접 방식과 X선 신호를 바로 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 직접 방식으로 나눌 수 있다.
직접 방식에서는 일정 시간 동안 바뀐 전기 신호를 누적하여 영상 신호를 생성하는 적분 방식과 입사되는 X선 광자들의 개수를 계수화(counting)하여 영상 신호를 생성하는 광자 계수 방식(PCD; Photon Counting Detection)으로 나누어진다. 이 중 광자 계수 방식은 한 번의 촬영만으로도 X선 에너지 대역 구분 가능한 영상을 만들 수 있고, 적은 X선 노출만으로도 피검체에 대한 고화질의 영상을 얻을 수 있다.
전압의 초기화 시점을 적응적으로 결정하는 방법 및 장치를 개시한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른 전압을 초기화하는 방법은 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득하는 단계; 상기 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 상기 전압 값을 초기화(reset)시킬 시점을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 시점에 기초하여 상기 전압을 초기화시키는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따른 상기된 전압을 초기화하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또 다른 측면에 따른 전압을 초기화하는 장치는 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득하는 획득부; 상기 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 상기 전압 값을 초기화(reset)시킬 시점을 결정하는 결정부; 및 상기 결정된 시점에 기초하여 상기 전압을 초기화시키는 초기화부;를 포함한다.
상술한 바에 따르면, 전압이 초기화되는데 걸리는 시간(dead time)을 최소화하여 고속으로 광자 계수화를 수행할 수 있다. 또한, 피검체 내부에 포함된 물질들의 다양한 특성에 대응하여 전압을 초기화하는 시점을 자동으로 가변화함으로써, 정확한 광자 계수화를 수행할 수 있다.
또한, 넓은 에너지 대역에 대한 X선 촬영이 가능하며, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 동영상 X선 분야에서 고속으로 다량의 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 독출 회로의 일 예를 도시한 블럭도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 독출 회로의 다른 예를 도시한 블럭도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 독출 회로의 다른 예를 도시한 회로도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 결정부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1은 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 의료영상 시스템은 광자 계수 검출 장치(10, Photon Counting Detector), 영상 생성 장치(20) 및 방사선 발생장치(30)를 포함한다. 방사선을 이용하는 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지(Multi-energy) 방사선을 센서를 통하여 검출하고, 센서에 의해 검출된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수(counting)한 결과에 기초하여 인체 영역의 영상을 에너지 대역 별로 생성한다.
의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하며, 계수된 에너지 대역(energy level)에 따른 광자들의 개수를 이용하여 에너지 대역 별 의료영상을 생성한다. 멀티-에너지 방사선이 조사된 피검체의 종류, 밀도 또는 방사선의 에너지 대역에 따라 피검체가 방사선을 흡수하는 정도는 다르다.
예를 들어, 뼈는 X선을 많이 흡수하며, 반대로 근육 등은 뼈에 비하여 X선을 많이 흡수하지 않는다. 따라서, 방사선 발생장치(30)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들은 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우에 검출되는 광자의 수가 서로 다르다. 또한, 방사선 발생장치(30)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들의 에너지 대역에 따라, 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우 검출되는 광자들의 에너지 대역 별 개수는 서로 다르다.
영상 생성 장치(20)는 광자 계수 검출 장치(10)에서 광자들을 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과를 이용하여 인체 조직들을 선명하게 구분하는 X선 영상을 생성할 수 있다.
방사선 발생장치(30)는 방사선을 발생시키고, 피검체를 향하여 조사한다. 방사선 발생장치(30)로부터 발생하는 방사선은 초음파, 알파선, 베타선, 감마선, X선 및 중성자선 등 여러 가지가 될 수 있다. 다만, 일반적으로 방사선이라 하면 전리 현상을 일으켜 인체에 해를 줄 수 있는 X선을 의미할 수 있다. 이하에서는 X선을 예를 들어 실시예들을 설명하지만, X선 이외의 방사선에도 후술할 기술적 원리들이 동일하게 적용될 수 있다.
광자 계수 검출 장치(10)의 픽셀(Pixel) 영역은 방사선을 이용하여 피검체를 촬영하고자 하는 촬영 영역에 대응하며, 광자 계수 검출 장치(10)는 픽셀 영역에 포함된 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(100)(Readout Circuit)를 포함하고 있다. 광자 계수 검출 장치(10)는 각각의 독출 회로(100)에서 계수한 결과를 영상 생성 장치(20)로 출력하고, 영상 생성 장치(20)는 입력된 계수 결과를 이용하여 피검체에 대한 영상을 생성한다.
구체적으로, 광자 계수 검출 장치(10)에 포함된 독출 회로(100)는 독출 회로(100)에 대응하는 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하여 영상 생성 장치(20)에 출력한다. 단위 센서는 센서의 일정 영역에 해당하며, 단위 출력단을 통해서 대응하는 독출 칩 내의 독출 회로(100)로 검출된 광자에 의한 전기 신호를 출력한다. 독출 회로(100)가 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 독출하는 방법으로는 전하 축적 방식(Charge Integration mode)과 포톤 카운팅 방식(Photon Counting mode)이 있다.
여기에서, 포톤 카운팅 방식으로 동작하는 독출 회로(100)를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 독출 회로(100)는 입력된 광자를 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 임의의 임계값(threshold value)과 비교함으로써 '1' 또는 '0'의 디지털 신호들을 출력한다. 그리고, 독출 회로(100)는 출력된 디지털 신호들에서 '1'이 몇 번 나왔는지 카운팅하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다. 이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 후술할 독출 회로(100)는 상술한 포톤 카운팅 방식을 이용한 독출 회로(100)로서, 광자 계수 검출 장치(10)는 이러한 독출 회로(100)를 복수 개 포함한다.
다시 말하면, 도 2 내지 도 4에 도시된 구성도는 하나의 독출 회로(100)에 포함된 구성들을 도시한 것이다. 구체적으로, 광자 계수 검출 장치(10)에 포함된 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀에 대응하는 독출 회로(100)를 도시한 것이다. 따라서, 광자 계수 검출 장치(10)는 도 2 내지 도 8을 참조하여 후술할 독출 회로(100)와 동일한 방식으로 동작하는 다른 독출 회로(100)들을 복수 개 포함하고 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법은 독출 회로(100)에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법은 독출 회로(100)가 입력된 광자를 변환한 전압을 초기화하는 방법으로 구현될 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 독출 회로(100)에서 수행되는 전압을 초기화하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 독출 회로(100)의 일 예를 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 독출 회로(100)는 획득부(110), 비교부(140), 결정부(120) 및 초기화부(130)를 포함한다. 도 2에 도시된 독출 회로(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 독출 회로(100)의 획득부(110), 비교부(140), 결정부(120) 및 초기화부(130)들은 독립적인 전압 초기화 장치로 존재할 수도 있음을 본 발명과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
획득부(110)는 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득한다. 구체적으로, 획득부(110)는 입력된 광자를 전하(electrical charge)로 변환하는 광전도 소자(photoconducting material)와 변환된 전하를 전압으로 변환하는 캐패시터 등으로 구성될 수 있다. 획득부(110)가 광자를 이용하여 전압을 획득하는 과정은 도 4를 참조하여 후술한다.
도 4는 일 실시예에 따른 독출 회로(100)의 다른 예를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 식별번호 110에 해당되는 회로도가 획득부(110)의 일 예가 될 수 있다.
광자는 획득부에 포함된 광전도 소자(111)로 입력된다. 입력된 광자는 광전도 소자(111) 내에서 전하 패킷(electrical charge packet)을 발생시키고, 발생된 전하 패킷은 광전도 소자(111) 내부의 전위차로 인한 드리프트(drift) 효과로 인하여 입력 패드(input pad)에 도달하게 된다. 도달된 전하 패킷은 전치 증폭기(pre-amplifier)(112)의 피드백 캐패시터(CFB)를 거치면서 전압의 형태로 변환된다. 여기에서, 변환된 전압의 크기는 입력된 광자에 의하여 발생된 전하 패킷의 양과 비례한다. 구체적으로, 전치 증폭기(112) 및 피드백 캐패시터(CFB)를 거치면서 변환된 전압의 출력 형태는 전치 증폭기(112)의 레퍼런스 전압(VREF)을 기준으로 상승(충전)하고, 이후에 다시 원래의 위치로 돌아오는(방전) 모양을 갖는다.
다시 도 2를 참조하면, 결정부(120)는 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 전압을 초기화(reset)시킬 시점을 결정한다. 구체적으로, 결정부(120)는 획득부(110)가 획득한 전압이 상승하는 구간에서의 사건 정보를 이용하여 전압을 초기화시킬 시점을 결정한다.
결정부(120)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
PCD 방식을 이용한 X 선 검출 회로의 경우, 획득부(110)가 획득한 전압은 소정의 시간이 지난 후에 초기화되어야 한다. 다시 말하면, 하나의 전하 패킷에 관한 정보를 표현하는 전압(즉, 캐패시터(CFB)에 충전된 전압)은 소정의 시간이 지난 후에 원래의 전압 크기로 돌아가야 한다. 이는, 연속하여 입력되는 광자에 대응하여 생성되는 전하 패킷들이 캐패시터(CFB)에 쌓이게 되면, 영상 생성 장치(20)에서 생성되는 영상의 품질이 저하되기 때문이다. 따라서, 전압이 초기화되는 시간(dead time)은 가능한 한 짧아야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 독출 회로(100)는 캐패시터(CFB)에 병렬로 저항들을 배치함으로써 전압을 초기화시키는 방식을 대신하여, 캐패시터(CFB)에 스위치(SWRST)를 연결하여 충전된 캐패시터(CFB)를 고속 방전시키는 방식을 제안한다. 다시 말하면, 결정부(120)는 충전된 캐패시터(CFB)를 방전시키기 위하여 스위치(SWRST)가 동작하는 시점을 결정한다.
도 5의 (a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, (a) 및 (b)에 도시된 세 개의 그래프(a, b, c)는 피사체의 특성에 따라 다양하게 획득될 수 있는 전압 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 5의 (a)는 동일한 시간 간격(tr)을 두고 초기화되는 전압을 도시한 도면이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정부(120)가 획득된 전압의 형태에 따라 적응적으로(adaptively) 초기화 시점을 결정하는 일 예를 도시한 도면이다.
피검체의 특성에 따라 전압의 그래프는 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들어, X 선이 조사된 피검체의 두께 또는 피검체를 구성하는 물질의 밀도 등에 따라서 전압은 다양한 형태의 그래프로 나타날 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 서로 다른 형태를 갖는 전압 그래프 a, b 및 c에 대하여 전압이 상승하게 된 시점(즉, 광자가 입력된 시점)부터 일정 시간(tr)이 도과된 후에 전압을 초기화하면, 그래프 a, b 및 c가 초기화되는 전압 값들이 서로 상이하게 된다. 즉, 그래프 a 와는 다르게 그래프 b 및 c의 경우, 상승된 전압 값을 완전하게 반영하지 못한 채로 전압이 초기화된다. 따라서, 영상 생성 장치(20)가 생성한 피검체에 대한 영상은 피검체의 두께 또는 피검체를 구성하는 물질의 밀도 등을 완전하게 반영하지 못하게 되므로, 영상의 품질이 저하된다.
도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정부(120)는 획득된 전압의 형태(즉, 전압 그래프)에 따라 적응적으로 초기화 시점을 결정한다. 다시 말하면, 결정부(120)는 그래프 a, b 및 c가 나타내는 전압 값 및 그래프의 기울기 등을 반영하여 전압을 초기화시킬 시점을 각각 다르게 결정(ta, tb, tc)한다. 따라서, 영상 생성 장치(20)가 생성한 피검체에 대한 영상에는 피검체의 특성(예를 들어, 두께또는 밀도)에 관한 정보가 반영되어 영상 정보의 왜곡이 최소화되고, 영상의 품질이 높아질 수 있다. 이하, 결정부(120)가 획득된 전압을 초기화시킬 시점을 결정하기 위하여 선행되는 비교부(140)의 구체적인 동작 내용을 설명한다.
다시 도 2를 참조하면, 비교부(140)는 n개의 서로 다른 전압 값들을 이용하여 획득된 전압의 전압 값의 변화를 검출한다. 구체적으로, 비교부(140)는 전압이 가질 수 있는 전압 범위를 n개의 서로 다른 전압 값으로 구획화한다. 그리고, 비교부(140)는 구획화된 n 개의 전압 값들을 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압이 나타내는 전압 값들 검출한다.
다시 도 4를 참조하면, 식별번호 140에 해당되는 회로도가 획득부(110)의 일 예가 될 수 있다. 구체적으로, 비교부(140)는 서로 다른 임계값을 갖는 n개의 비교기들을 병렬로 연결함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 비교부(140)에 포함된 비교기들이 각각 서로 다른 크기의 임계값(Vth _1, Vth _2, … Vth _n)을 갖고, 획득부(110)가 획득한 전압의 최대 값이 Vth _n-1 보다는 크고 Vth _n 보다는 작은 값이라고 가정하면, 비교부(140)는 Vth _1의 임계값을 갖는 비교기부터 Vth _n-1의 임계값을 갖는 비교기까지는 순차적으로 온(on)의 결과를 출력하고, Vth _n의 임계값을 갖는 비교기는 오프(off)의 결과를 출력할 수 있다. 상술한 방법에 따라, 비교부(140)는 획득부(110)가 획득한 전압의 전압 값의 변화를 검출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 결정부(120)는 검출된 전압 값의 변화 정보를 이용하여 전압을 초기화시킬 시점을 결정한다. 구체적으로, 결정부(120)는 비교부(140)가 검출한 전압 값의 변화에 대응하는 시간 정보를 이용하여 전압을 초기화시킬 시점을 결정한다. 이하, 도 6을 참조하여 결정부(120)가 전압의 초기화 시점을 결정하는 구체적인 방법을 설명한다.
도 6의 (a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 결정부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 획득부(110)가 획득한 전압을 나타내는 그래프(610) 및 비교부(140)가 구획화한 n개의 서로 다른 전압 값들(Vth _1 … Vth _n)이 도시되어 있다. 여기에서, n개의 서로 다른 전압 값들(Vth _1 … Vth _n)은 비교부(140)에 포함된 n 개의 비교기들의 임계값들을 나타낸다. 또한, 도 6의 (a)에는 n개의 서로 다른 전압 값들(Vth _1 … Vth _n)과는 별도의 값(Vm)이 도시되어 있다. 여기에서, 획득부(110)가 획득한 전압을 나타내는 그래프(610)는 n개의 서로 다른 전압 값들(Vth _1 … Vth _n) 중에서 가장 높은 값(Vth _n)을 초과하는 값까지 상승하는 것으로 가정한다.
도 6의 (a)에 도시된 그래프(610)에 따르면, 비교부(140)에 포함된 n개의 비교기들은 모두 온(on)의 결과를 출력해야한다. 따라서, 전압이 초기화되는 시점(Δt1 + Δt2)은 전압이 가장 높은 임계값(Vth _n)을 초과하는 값까지 상승한 후로 결정되어야 한다. 결정부(120)는 획득부(110)가 획득한 전압이 소정의 전압 값(Vm)에 도달하는 이전 시간(Δt1) 및 이후 시간(Δt2)을 계산함으로써, 전압이 초기화되는 시점(Δt1 + Δt2)을 결정한다. 이하, 도 6의 (b)를 참조하여 결정부의 동작 내용을 설명한다.
도 6의 (b)를 참조하면, 결정부(120)는 획득된 전압이 제 1 임계값(Vth _1)부터 소정의 전압 값(Vm)까지 상승하는데 걸린 제 1 시간(Δt1)을 계산한다. 그리고, 결정부(120)는 획득된 전압이 소정의 전압 값(Vm)부터 제 2 임계값(Vth _n)까지 상승하는데 걸린 제 2 시간(t1)을 계산한다. 그리고, 결정부(120)는 계산된 제 1 시간(Δt1) 및 제 2 시간(t1)을 합산하여 전압의 초기화 시점(Δt1 + t1)으로 결정할 수 있다.
여기에서, 제 1 임계값(Vth _1) 및 제 2 임계값(Vth _n)은 각각 비교부(140)가 구획화한 n 개의 서로 다른 전압 값들 중 어느 하나를 의미할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 임계값(Vth _1)은 n 개의 서로 다른 전압 값들 중에서 가장 낮은 전압 값을 의미하고, 제 2 임계값(Vth _n)은 n 개의 서로 다른 전압 값들 중에서 획득부(110)가 획득한 전압이 갖는 가장 높은 전압 값을 의미한다.
한편, 소정의 전압 값(Vm)은 n 개의 서로 다른 전압 값들과는 별도로 정해진 전압 값으로서, 비교부(140)에 소정의 전압 값(Vm)을 임계값으로 갖는 비교기를 추가함으로써 구현할 수 있다. 여기에서, 소정의 전압 값(Vm)은 n 개의 서로 다른 전압 값들이 나타내는 전압 크기 범위에 포함된 일정한 값을 의미한다.
먼저, 결정부(120)는 획득된 전압이 제 1 임계값(Vth _1)부터 소정의 전압 값(Vm)까지 상승하는데 걸린 제 1 시간(Δt1)을 계산한다. 예를 들어, 결정부(120)는 제 1 임계값(Vth_1)을 갖는 비교기가 나타내는 결과와 소정의 전압 값(Vm)을 갖는 비교기가 나타내는 결과에 XOR 연산을 수행함으로써 제 1 시간(Δt1)을 계산할 수 있다. 다만, 결정부(120)가 XOR 연산을 수행하는 것은 일 예에 불과하며, 제 1 시간(Δt1)을 계산할 수 있는 방식이라면 제한 없이 본 발명의 일 실시예에 해당될 수 있다.
그 후에, 결정부(120)는 획득된 전압이 소정의 전압 값(Vm)부터 제 2 임계값(Vth _n)까지 상승하는데 걸린 제 2 시간(t1)을 계산한다. 구체적으로, 결정부(120)는 제 1 임계값(Vth _1)과 상기 소정의 전압 값(Vm)의 차이인 제 1 전압차(ΔV1), 상기 소정의 전압 값(Vm)과 상기 제 2 임계값(Vth _n)의 차이인 제 2 전압차(ΔV2) 및 상기 제 1 시간(Δt1)을 조합함으로써 제 2 시간(t1)을 계산할 수 있다.
획득부(110)가 획득한 전압이 상승하는 구간은 시간 대비 선형성을 갖는 것으로 가정한다. 다시 말하면, 시간에 따른 전압의 상승률은 일정한 것으로 가정한다. 따라서, 획득부(110)가 제 1 시간(Δt1)을 계산하고, 제 1 전압차(ΔV1) 및 제 2 전압차(ΔV2)를 측정하면, 제 2 시간(t1)을 계산할 수 있다.
예를 들어, 획득부는 아래의 수학식 1에 따라 제 2 시간(t1)을 계산할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, Δt1는 제 1 시간을 의미하고,
Figure pat00002
은 제 2 전압차(ΔV2)를 의미한다. 또한,
Figure pat00003
은 제 1 전압차(ΔV1)를 의미한다.
즉, 결정부(120)는 제 1 전압차(ΔV1)와 제 2 전압차(ΔV2)의 비율(ratio)을 계산하고, 계산된 비율과 제 1 시간(Δt1)을 조합함으로써 제 2 시간(t1)을 계산할 수 있다.
한편, 결정부(120)는 획득부(110)의 특성에 기초하여 소정의 지연 시간(td)을 산정하고, 산정된 지연 시간(td)을 포함하여 전압을 초기화시킬 시점(Δt1 + t1 + td)을 결정할 수도 있다. 여기에서, 획득부(110)의 특성은 전압을 획득하는 과정에서 시간당 상기 전압의 변화율이 변경되는 특성을 의미한다.
상술한 바에 따르면, 획득부(110)가 획득한 전압이 상승하는 구간은 시간 대비 선형성을 갖는 것으로 가정하였다. 그러나, 실질적으로는 획득부(110)에 포함된 누설 보상부(leakage compensation unit)(113)에 의하여 시간 대비 선형성을 갖지 않을 수 있다. 여기에서, 누설 보상부(113)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전치 증폭기(112) 및 피드백 캐패시터(CFB)에 병렬로 연결될 수 있다.
구체적으로, 누설 보상부(113)는 광전도 소자에서 발생한 암전류(dark current)나 독출 회로(100) 내의 누설 전류(leakage current)로 인해서 획득한 상승 전압의 오차를 보상한다. 또한, 누설 보상부(113)는 획득부(110)가 획득한 전압이 레퍼런스 전압(VREF)으로 다시 방전되도록 하는 역할을 수행한다.
구체적으로, 획득부(110)에 포함된 피드백 캐피시터(CFB)에 전하가 충전되는 과정에서 누설 보상부(113)의 동작에 의해 충전 전하가 일부 상쇄된다. 따라서, 피드백 캐피시터(CFB)에 충전되는 전하량이 시간 대비 일정하지 않게 될 수 있고, 이에 대응하여 전압의 상승 구간이 선형성을 갖지 않을 수도 있다.
결정부(120)는 상술한 누설 보상부(113)의 동작에 따라 전압의 상승 구간이 선형성을 갖지 않을 수 있음에 대비하여, 소정의 지연 시간(td)을 산정한다. 그리고, 획득부(110)는 산정된 지연 시간(td)과 계산된 제 1 시간(Δt1) 및 제 2 시간(t1)을 합산하여 전압의 초기화 시점(Δt1 + t1 + td)을 결정할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 결정부(120)는 피사체의 특성(예를 들어, 두께 또는 밀도)에 관한 정보 및 독출 회로(100)의 특성(예를 들어, 누설 보상부(113)의 동작)에 관한 정보를 반영하여 전압의 초기화 시점을 결정함으로써, 영상 생성 장치(20)가 생성하는 영상의 왜곡을 최소화하고, 고 명암 대비 영상을 획득하도록 할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 초기화부(130)는 결정된 시점에 기초하여 전압을 초기화한다. 구체적으로, 초기화부(130)는 결정부(120)가 결정한 시점에 전압을 초기화할 수 있다. 여기에서, 초기화부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 캐패시터(CFB)의 양 단에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 스위치(SWRST)로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 3은 일 실시예에 따른 독출 회로(100)의 다른 예를 도시한 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 독출 회로(100)는 획득부(110), 결정부(120), 비교부(140) 및 초기화부(130) 뿐만 아니라 카운팅부(150)를 더 포함한다. 도 3에 도시된 독출 회로(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 독출 회로(100)의 획득부(110), 결정부(120), 비교부(140), 초기화부(130) 및 카운팅부(150)들은 독립적인 전압 초기화 장치로 존재할 수도 있음을 본 발명과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 획득부(110), 결정부(120), 비교부(140) 및 초기화부(130)는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같다. 따라서, 이하에서는 자세한 설명을 생략한다.
카운팅부(150)는 검출된 전압 값의 변화에 포함된 정보를 이용하여 카운팅(counting)을 증가한다. 여기에서, 검출된 전압 값들에 포함된 정보는 비교부(140)가 전압이 n개의 서로 다른 전압 값들에 도달하는지 여부를 판단한 정보를 의미한다.
다시 도 4를 참조하면, 식별번호 150에 해당되는 회로도가 카운팅부(150)의 일 예가 될 수 있다. 구체적으로, 카운팅부(150)는 서로 다른 n개의 비교기들 각각에 직렬로 연결된 디지털 카운터들로써 구현될 수 있다.
카운팅부(150)는 비교부(140)에 포함된 비교기들로부터 전압이 비교기의 임계값을 초과하는지 여부에 대한 정보를 전송받는다. 예를 들어, 비교부(140)에 포함된 비교기들은 온(on)된 경우를 '1'로, 오프(off)된 경우를 '0'으로 정의한 디지털 신호를 카운팅부(150)로 전송한다. 카운팅부(150)는 전송된 디지털 신호를 이용하여 '1'이 몇 번 발생되었는지를 카운팅할 수 있다.
카운팅부(150)는 카운팅 결과가 포함된 데이터를 영상 생성 장치(20)로 전송하고, 영상 생성 장치(20)는 전송된 데이터를 이용하여 피검체를 나타내는 영상을 생성한다.
도 7은 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 전압을 초기화하는 방법은 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 의료영상시스템 또는 독출 회로(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 의료영상시스템 또는 독출 회로(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 7의 전압을 초기화하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
710 단계에서, 획득부(110)는 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득한다.
720 단계에서, 결정부(120)는 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 710 단계에서 획득된 전압을 초기화(reset)시킬 시점을 결정한다.
730 단계에서, 초기화부(130)는 결정된 시점에 기초하여 710 단계에서 획득된 전압을 초기화한다.
도 8은 일 실시예에 따른 전압을 초기화하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 전압을 초기화하는 방법은 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 의료영상시스템 또는 독출 회로(100)와 도 7에 도시된 흐름도에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 의료영상시스템 또는 독출 회로(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 전압을 초기화하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 810 단계 및 860 단계는 도 7에 도시된 710 단계 및 730 단계에 각각 대응된다. 따라서, 이하에서는 810 단계 및 860 단계에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
820 단계에서, 결정부(120)는 획득된 전압이 제 1 임계값부터 소정의 전압 값 까지 상승하는데 걸린 제 1 시간을 계산한다.
830 단계에서, 결정부(120)는 획득된 전압이 소정의 전압 값부터 제 2 임계값까지 상승하는데 걸린 제 2 시간을 계산한다.
840 단계에서, 결정부(120)는 획득부(110)의 특성에 기초하여 소정의 지연 시간을 산정한다.
850 단계에서, 결정부(120)는 820 단계 내지 840 단계에서 도출된 결과(즉, 제 1 시간, 제 2 시간 및 지연 시간)을 포함하여 전압을 초기화시킬 시점을 결정한다.
상술한 바에 따르면, 독출 회로(100)는 전압이 초기화되는데 걸리는 시간(dead time)을 최소화하여 고속으로 광자 계수화를 수행할 수 있다. 또한, 독출 회로(100)는 피검체 내부에 포함된 물질들의 다양한 특성에 대응하여 전압을 초기화하는 시점을 자동으로 가변화함으로써, 정확한 광자 계수화를 수행할 수 있다.
또한, 독출 회로(100)를 포함하는 의료영상시스템은 넓은 에너지 대역에 대한 X선 촬영이 가능하며, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 동영상 X선 분야에서 고속으로 다량의 영상을 획득할 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등), PC 인터페이스(PC Interface)(예를 들면, PCI, PCI-express, Wifi 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 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.
100: 독출 회로
110: 획득부
120: 결정부
130: 초기화부
140: 비교부

Claims (18)

  1. 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득하는 단계;
    상기 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 상기 전압을 초기화(reset)시킬 시점을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 시점에 기초하여 상기 전압을 초기화시키는 단계;를 포함하는 전압을 초기화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    n개의 서로 다른 전압 값들을 이용하여 상기 획득된 전압의 전압 값의 변화를 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 결정하는 단계는 상기 검출된 전압 값의 변화에 대응하는 시간 정보를 이용하여 상기 전압을 초기화시킬 시점을 결정하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는
    상기 획득된 전압이 제 1 임계값부터 소정의 전압 값까지 상승하는데 걸린 제 1 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 획득된 전압이 상기 소정의 전압 값부터 제 2 임계값까지 상승하는데 걸린 제 2 시간을 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 임계값 및 제 2 임계값은 각각 상기 n 개의 서로 다른 전압 값들 중 어느 하나인 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은 상기 n개의 값들 중 가장 낮은 전압 값을 의미하고, 상기 제 2 임계값은 상기 n개의 값들 중 상기 획득된 전압이 갖는 가장 높은 전압 값을 의미하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 시간을 계산하는 단계는 상기 제 1 임계값과 상기 소정의 전압 값의 차이인 제 1 전압차, 상기 소정의 전압 값과 상기 제 2 임계값의 차이인 제 2 전압차 및 상기 제 1 시간을 조합함으로써 계산하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 시간을 계산하는 단계는 상기 제 1 임계값과 상기 소정의 전압 값의 차이인 제 1 전압차와 상기 소정의 전압 값과 상기 제 2 임계값의 차이인 제 2 전압차의 비율(ratio)을 계산하고, 상기 계산된 비율과 상기 제 1 시간을 조합함으로써 계산하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압을 획득하는 수단의 특성에 기초하여 소정의 지연 시간을 산정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 결정하는 단계는 상기 산정된 지연 시간을 포함하여 상기 전압을 초기화시킬 시점을 결정하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 특성은 상기 전압을 획득하는 과정에서 발생하는 누설(leakage)을 보상함에 따라 시간당 상기 전압의 변화율이 변경되는 특성을 포함하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  10. 입력된 광자(photon)를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전압을 획득하는 획득부;
    상기 획득된 전압이 상승하는 구간에서의 시간 정보를 이용하여 상기 전압을 초기화(reset)시킬 시점을 결정하는 결정부; 및
    상기 결정된 시점에 기초하여 상기 전압을 초기화시키는 초기화부;를 포함하는 전압을 초기화하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    n개의 서로 다른 전압 값들을 이용하여 상기 획득된 전압의 전압 값의 변화를 검출하는 비교부;를 더 포함하고,
    상기 결정부는 상기 검출된 전압 값의 변화에 대응하는 시간 정보를 이용하여 상기 전압을 초기화시킬 시점을 결정하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 획득된 전압이 제 1 임계값부터 소정의 전압 값까지 상승하는데 걸린 제 1 시간 및 상기 획득된 전압이 상기 소정의 전압 값부터 제 2 임계값까지 상승하는데 걸린 제 2 시간을 계산하고,
    상기 제 1 임계값 및 제 2 임계값은 각각 상기 n 개의 서로 다른 전압 값들 중 어느 하나인 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은 상기 n개의 값들 중 가장 낮은 전압 값을 의미하고, 상기 제 2 임계값은 상기 n개의 값들 중 상기 획득된 전압이 갖는 가장 높은 전압 값을 의미하는 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 제 1 임계값과 상기 소정의 전압 값의 차이인 제 1 전압차, 상기 소정의 전압 값과 상기 제 2 임계값의 차이인 제 2 전압차 및 상기 제 1 시간을 조합함으로써 상기 제 2 시간을 계산하는 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 제 1 임계값과 상기 소정의 전압 값의 차이인 제 1 전압차와 상기 소정의 전압 값과 상기 제 2 임계값의 차이인 제 2 전압차의 비율(ratio)을 계산하고, 상기 계산된 비율과 상기 제 1 시간을 조합함으로써 상기 제 2 시간을 계산하는 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 획득부의 특성에 기초하여 소정의 지연 시간을 산정하고, 상기 산정된 지연 시간을 포함하여 상기 전압을 초기화시킬 시점을 결정하는 장치.
  17. 제 17 항에 있어서,
    상기 특성은 상기 전압을 획득하는 과정에서 발생하는 누설(leakage)을 보상함에 따라 시간당 상기 전압의 변화율이 변경되는 특성을 포함하는 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 검출된 전압 값들에 포함된 정보를 이용하여 카운팅(counting)을 증가시키는 카운팅부;를 더 포함하고,
    상기 검출된 전압 값들에 포함된 정보는 상기 비교부가 상기 획득된 전압이 상기 n개의 서로 다른 전압 값들에 도달하는지 여부를 판단한 정보를 포함하는 장치.
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