KR20230041307A - 최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치 - Google Patents

최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치 Download PDF

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백철하
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Abstract

본 발명은 명확한 영상 획득으로 안정적인 검출 성능을 확보하면서도, 종래 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 비하여 상대적으로 적은 수의 광센서 모듈과 단순한 회로 구성으로 구성할 수 있어 충분한 검출 성능의 확보 및 전체적인 비용 절감을 도모할 수 있는, 최적화된 광센서 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수의 섬광 픽셀로 구성되는 섬광체; 상기섬광체에서 방출된 방사선과 상호작용하여 발생된 빛을 검출하도록 구성되며, 상기 섬광체의 섬광 픽셀의 개수보다 적은 개수로 이루어지는 복수의 광센서; 및 상기 섬광체, 및 상기 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛을 상기 광센서로 제공하도록 구성되는 광 전달 모듈:을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치이 제공된다.

Description

최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치 {RADIATION DETECTOR OF POSITION EMISSION TOMOGRAPHY HAVING OPTIMIZED DETECTING MODULE}
본 발명은 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 명확한 영상 획득으로 안정적인 검출 성능을 확보하면서도, 종래 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 비하여 상대적으로 적은 수의 광센서 모듈과 단순한 회로 구성으로 구성할 수 있어 충분한 검출 성능의 확보 및 전체적인 비용 절감을 도모할 수 있는, 최적화된 광센서 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 비침습적으로 생체 내부를 영상 형태로 나타내어 정확한 질병 진단에 필요한 정보를 제공하는 의료용 영상 기기가 널리 사용되고 있다.
이러한 의료용 영상 기기 중에서도 특히, 핵의학 영상 기기 중 양전자방출단층촬영기기(Positron Emission Tomography, PET)는 양전자를 방출하는 방사성의 약품을 체내에 주입 후, 양전자와 전자의 상호작용에 의해 발생되는 소멸방사선(2개의 감마선)을 외부의 검출기에서 동시 검출하여 영상화를 수행하는 장비이다.
양전자방출단층촬영기기는 여러 가지 생리적, 병리적 기본이 되는 생물현상을 영상화하는 도구로서 사용되는데, 양전자방출단층촬영기기의 영상을 이용하는 경우, 혈류량, 기저대사율 및 합성율과 같은 생화학적 현상을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 신경수용체와 전달체 농도, 유전자의 영상화도 가능한 장점을 갖는다.
이러한 양전자방출단층촬영기기(PET)는 검출 모듈(검출기)을 포함하는데, 검출 모듈은 섬광체(섬광 픽셀)와 광센서(광센서 픽셀)를 기본으로 구성되어 있다.
구체적으로, 양전자방출단층촬영기기에서 서로 반대방향으로 방출된 소멸방사선은 양측의 검출기로 측정되며 동시응답선(line of response, LOR)을 형성한다. 소멸방사선을 검출하는 검출기는 고에너지의 감마선을 검출하기 위해 밀도가 높은 섬광체와 섬광체에서 감마선과 상호작용하여 발생된 빛을 검출하기 위한 광센서로 이루어져 있다. 섬광체는 작은 크기의 섬광 픽셀이 배열형태로 이루어져 공간분해능을 향상시킨다. 광센서는 섬광체에서 발생된 빛의 검출효율이 높고, 낮은 동작 전압과 작은 크기의 실리콘광전증배센서(silicon photomultiplier, SiPM)을 사용한다.
도 1은 종래 검출 모듈을 포함하는 일 예로서 Cannon 사의 Cartesion Prime PET/CT와 이에 사용되는 검출기를 나타내는 도면이며, 도 2는 종래 다른 검출 모듈로서 36개의 섬광 픽셀과 이와 동일한 수의 광센서가 사용된 예를 나타내는 도면이다.
종래 양전자방출단층촬영기기(PET)의 검출 모듈(검출기)은 도 1의 경우, 12
Figure pat00001
12 배열의 섬광 픽셀과 12
Figure pat00002
12 배열의 광센서(SiPM)로 구성되며, 도 2의 경우 36
Figure pat00003
36 배열의 섬광 픽셀과 36
Figure pat00004
36 배열의 광센서로 구성되는 형태로서, 검출 모듈에서는 섬광 픽셀과 광센서가 1:1 매칭으로 감마선 반응이 일어난 섬광 픽셀을 직접적으로 측정할 수 있다.
즉, 도 1 및 2와 같이 다수의 섬광 픽셀과 동일한 수의 광센서로 이루어진 검출 모듈의 경우 디지털 신호로 바로 획득이 가능하다.
그러나 이러한 검출 모듈은 섬광 픽셀과 광센서가 1:1로 이루어져야 하므로 매우 많은 광센서가 필요하며, 이를 처리하기 위한 다수의 회로가 필요하다. 이와 같은 검출 모듈에서는 전체 광센서에서 발생된 신호를 모두 처리하기 위해 해당 개수의 채널의 신호처리 회로가 필요하며, 이러한 구성 역시 신호 획득에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 검출 모듈을 구성할 경우 사용되는 광센서의 수가 매우 많아지게 되며, 이는 많은 수의 광센서 사용과 복잡한 회로구성을 요구하여 전체적인 비용 상승을 발생시키는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1450806(2014.10.15. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1595929(2016.02.19. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-2063828(2020.01.08. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1174485(2012.08.17. 공고)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 안정적인 검출 성능을 확보할 수 있으면서, 종래 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 비하여 상대적으로 적은 수의 광센서 모듈과 단순한 회로 구성으로 구성할 수 있어 성능의 확보와 동시에 전체적인 비용 절감을 도모할 수 있는, 최적화된 광센서 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 복수의 섬광 픽셀로 구성되는 섬광체; 상기섬광체에서 방출된 방사선과 상호작용하여 발생된 빛을 검출하도록 구성되며, 상기 섬광체의 섬광 픽셀의 개수보다 적은 개수로 이루어지는 복수의 광센서; 및 상기 섬광체, 및 상기 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛을 상기 광센서로 제공하도록 구성되는 광 전달 모듈:을 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 섬광체는 밀도가 6.5g/cm3인 GAGG 섬광 픽셀로 구성되고, 상기 광센서는 실리콘 광증배소자(SiPM)로 구성되며, 상기 광센서는 상기 섬광체를 평면적으로 투영시킬 때 생성되는 투영면에 대하여 모서리 4개소에 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광 전달 모듈은, 상기 섬광체에 구비되어 그 섬광체에서 발생된 빛이 상기 광센서에 전달되도록 구성되는 반사 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광 전달 모듈은, 상기 섬광체의 하부 또는 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛이 모든 광센서에 분포될 수 있게 분산 입사되도록 구성되는 광가이드 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광 전달 모듈은, 상기 섬광체에 구비되어 그 섬광체에서 발생된 빛이 상기 광센서에 전달되도록 구성되는 반사 부재; 및 상기 섬광체의 하부 또는 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛이 모든 광센서에 분포될 수 있게 분산 입사되도록 구성되는 광가이드 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반사 부재는 무작위 반사 각도를 갖는 난반사체로 이루어지며, 상기 광가이드 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반사 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지며, 상기 광가이드 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광가이드 부재는 3mm ~ 5mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 최적화된 광센서 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 의하면, 종래 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 비하여 상대적으로 적은 수의 광센서 모듈과 단순한 회로 구성으로 구성할 수 있어 전체적인 비용을 절감할 수 있으면서, 동일한 검출 성능은 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 검출 모듈을 포함하는 일 예로서 Cannon 사의 Cartesion Prime PET/CT와 이에 사용되는 검출기를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 다른 검출 모듈로서 36개의 섬광 픽셀과 이와 동일한 수의 광센서가 사용된 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치를 도식화하여 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험을 위하여 6 × 6 GAGG 섬광 픽셀 배열과 4개의 SiPM 픽셀 배열을 사용한 방사선 검출 모듈을 설계 사항을 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험에서 섬광 픽셀과 광가이드의 반사체를 모두 난반사체로 처리한 결과를 나타내는 평면 영상이다.
도 6은 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험에서 섬광 픽셀은 거울반사체를 적용하고, 광가이드는 난반사체를 적용하였을 경우 각 광가이드의 두께에 따라 획득한 평면 영상이다.
도 7은 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험에서 섬광 픽셀은 난반사체, 광가이드는 거울반사체로 처리하였을 경우 획득한 평면 영상이다.
도 8은 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험에서 섬광 픽셀과 광가이드에 모두 거울반사체를 사용하여 획득한 평면 영상이다.
도 9는 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험에서 광가이드의 두께에 따른 프로파일을 나타내는 도면으로, (a)는 섬광 픽셀을 난반사체로 처리하였을 경우 광가이드의 두께에 따른 프로파일을 나타내고, (b)는 섬광 픽셀을 거울반사체로 처리하였을 경우를 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치는, 특정 배치 구조의 광센서와 검출 모듈 중심에 위치한 섬광 픽셀에서 발생된 빛을 각 광센서에서 획득하기 위해 광가이드와 반사체를 포함하여 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 최적화된 검출 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치를 도식화하여 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 섬광체(섬광 픽셀)(100: 110); 광센서(200); 및 광 전달 모듈(300);을 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 섬광 픽셀(110)로 이루어지는 섬광체(100); 상기섬광체(100)에서 방출된 방사선과 상호작용하여 발생된 빛을 검출하도록 구성되며, 상기 섬광체(100)의 섬광 픽셀(110)의 개수보다 적은 개수로 이루어지는 복수의 광센서(200); 및 상기 섬광체(100), 및 상기 섬광체(100)와 광센서(200) 사이에 구비되며, 상기 섬광체(100)의 섬광 픽셀(110)에서 발생된 빛, 즉 상기 복수의 섬광 픽셀(110) 모두에서 발생된 빛을 상기 광센서(200)로 제공하도록 구성되는 광 전달 모듈(300):을 포함한다.
본 발명에서 상기 섬광체(100)의 섬광 픽셀(110)은 일 예로 GAGG 섬광 픽셀로 구성되는 것이 바람직하다. GAGG 섬광 픽셀은 고체로서, 밀도가 6.5g/cm3으로, 3.67g/cm3의 NaI(Tl) 보다 고밀도로서 고에너지 측정 효율이 우수하고, 감쇠 시간(decay time)이 짧기 때문에 더 많은 광자를 받을 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 상기 광센서(200)는 실리콘 광증배소자(SiPM)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치는, 복수의 섬광 픽셀(110)로 이루어지는 섬광체(100)를 평면적으로 투영시킬 때 생성되는 투영면에 대하여 모서리 4개소에 광센서(200)가 구비되는 것으로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 광 전달 모듈(300)은 상기 섬광체(100) 및 상기 섬광체(100)와 광센서(200) 사이에 구비되며, 상기 섬광체(100)의 섬광 픽셀(110)에서 발생된 빛, 즉 상기 복수의 섬광 픽셀 (110) 모두에서 발생된 빛을 상기 광센서(200)로 제공하도록 구성되는 구성부이다.
구체적으로, 상기 광 전달 모듈(300)은 상기 섬광체(100)에 구비되어 그 섬광체(100)에서 발생된 빛이 최대한 상기 광센서(200)에 전달되도록 구성되는 반사 부재(반사체)(310)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 전달 모듈(300)은 상기 섬광체(100)의 하부 또는 섬광체(100)와 광센서(200) 사이에 구비되어 상기 섬광체(100)에서 발생된 빛이 모든 광센서(200)에 분포될 수 있게 분산 입사되도록 구성되는 광가이드 부재(320)를 포함할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 광 전달 모듈(300)은 상기 섬광체(100)에 구비되어 그 섬광체(100)의 각 섬광 픽셀(110)에서 발생된 빛이 상기 광센서(200)에 전달되도록 구성되는 반사 부재(반사체)(310); 및 상기 섬광체(100)의 하부(즉, 빛이 광센서(200)로 전달되는 부분)에 구비되어 그 섬광체(100)의 각 섬광 픽셀(110)에서 발생된 빛이 모든 광센서(200)에 분산되어 입사되도록 구성되는 광가이드 부재(320); 및 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 반사 부재(반사체)(310)는 무작위 반사 각도를 갖는 난반사체 또는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체(바람직하게는 거울반사체)로 이루어지고, 상기 광가이드 부재(320)는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 반사 부재(반사체)(310)가 무작위 반사 각도를 갖는 난반사체나 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지고, 광가이드 부재(320)가 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지는 것이 명확한 영상을 얻는데 바람직함은 아래에서 상세히 설명될 실험을 통해 확인하였으며, 이에 대해서는 후술한다.
또한, 본 발명에서 상기 광가이드 부재(320)의 두께는 3mm ~ 5mm인 것이 바람직하다. 이러한 광가이드 부재(320)의 두께에 대한 범위 또한 아래에서 상세히 설명될 실험을 통해 명확한 영상을 얻는데 확인하였으며, 이에 대해서는 아래에서 설명한다.
한편, 본 발명의 발명자는 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치를 도출하는데 포함되는 광가이드의 두께 및 반사체의 종류, 섬광 픽셀에 적용된 반사체의 종류에 따른 평면 영상에 대한 실험을 실시하였으며, 이에 대하여 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
1. 양전자방출촬영기기(PET)의 방사선 검출기 설계
상대적으로 적은 수의 광센서를 사용한 PET 검출기를 설계하기 위해 DETECT2000을 사용하여 검출기를 구성 후 성능을 평가하였다. DETECT2000은 섬광체와 광센서로 이루어진 검출기에서 감마선과 상호작용하여 발생된 빛의 이동과 반사 및 흡수, 산란 등을 모사할 수 있다. DETECT2000을 사용하여 섬광체에서 발생된 빛은 광센서로 설계한 영역을 통해 검출이 가능하며, 이를 통해 평면 영상을 획득할 수 있다. 그러므로 광센서의 수에 따른 검출된 빛 분포를 분석할 수 있으며, 빛의 분포에 따라 다른 양상의 평면 영상이 나타난다.
검출기의 섬광체는 빛의 발생량이 우수하고, 밀도가 높으며 자연방사선이 발생하지 않는 GAGG 섬광체를 사용하였으며, 광센서로는 3mm × 3mm 크기의 SiPM을 사용하여 검출기를 구성하였다. 도 4는 본 발명에 따른 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치의 실험을 위하여 6 × 6 GAGG 섬광 픽셀 배열과 4개의 SiPM 픽셀 배열을 사용한 방사선 검출 모듈을 설계 사항을 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 4와 같이 6 × 6 GAGG 섬광 픽셀 배열과 4개의 SiPM 픽셀 배열을 사용하여, GAGG 섬광 픽셀과 SiPM의 사용 비율을 9:1로 설계하였다. GAGG 섬광 픽셀의 크기는 2mm × 2mm × 20mm이며, 2.1mm 간격으로 배열하였다. 섬광 픽셀 배열의 전체 크기는 12.5mm × 12.5mm이며, 4개의 SiPM 픽셀의 위치는 섬광 픽셀의 가장자리 영역에 놓이도록 위치시켰다. 적은 수의 SiPM을 사용하여 모든 GAGG 섬광 픽셀에서 발생된 빛을 획득하기 위해 섬광 픽셀과 SiPM 사이에 광가이드를 삽입하여, GAGG에서 발생된 빛이 모든 SiPM에 분산되어 입사하도록 설계하였다.
GAGG 섬광 픽셀에서 발생된 빛을 최대한 SiPM에 전달시키기 위해 반사체를 사용하였다. 사용한 반사체는 무작위 반사각도를 지닌 난반사체와 입사각도와 동일한 반사각도를 지닌 거울반사체를 사용하여 획득한 영상의 특성을 분석하였다. 또한, 광가이드의 옆면과 SiPM의 영역 이외의 바닥면을 반사체 처리하여 최대한 빛을 SiPM에서 획득하도록 하였으며, 광가이드의 반사체 또한 난반사체와 거울반사체를 적용하여 획득된 영상을 분석하였다.
2. 평면 영상 획득
설계한 검출기의 평면 영상을 획득하기 위해 각 섬광 픽셀에서 소멸방사선의 에너지에 해당하는 빛을 발생시켜 광센서로 획득한 후 영상을 재구성하였다. 빛은 각 섬광 픽셀의 중심에서 발생시켰다. 평면 영상에서 각 섬광 픽셀의 위치가 구분되기 위해서는 4개의 SiPM에서 섬광 픽셀의 위치에 따라 서로 다른 빛의 신호가 획득되어야 한다. 이를 위해 각 섬광 픽셀에서 발생된 빛을 모든 SiPM에 분포시키기 위해 광가이드를 사용하였으며, 광가이드의 두께에 따라 획득된 평면 영상을 분석하여 최적의 두께를 평가하였다.
실험 결과
1. 반사체 처리에 따른 평면 영상 비교
GAGG 섬광 픽셀과 광가이드에 적용한 반사체의 종류에 따른 평면 영상을 획득 후 비교하였다. 도 5는 섬광 픽셀과 광가이드의 반사체를 모두 난반사체로 처리한 결과를 나타내는 평면 영상이다. (a)는 광가이드의 두께가 2mm일 경우, (b)는 3mm, (c)는 4mm, (d)는 5mm일 때 평면 영상이다. 모든 광가이드의 두께에서 6 × 6의 섬광 픽셀이 구분되지 않는 것을 확인할 수 있다
도 6은 섬광 픽셀은 거울반사체를 적용하고, 광가이드는 난반사체를 적용하였을 경우 각 광가이드의 두께에 따라 획득한 평면 영상이다. 광가이드의 두께는 도 5의 배열 순서와 동일하다. 도 5와 마찬가지로 섬광 픽셀들이 구분되지 않는 것을 확인할 수 있다. 도 7은 섬광 픽셀은 난반사체, 광가이드는 거울반사체로 처리하였을 경우 획득한 평면 영상이다. 광가이드의 모든 두께에서 6 × 6의 섬광 픽셀들이 모두 잘 구분되는 것을 확인할 수 있다. 도 8은 섬광 픽셀과 광가이드에 모두 거울반사체를 사용하여 획득한 평면 영상으로, 도 6과 마찬가지로 모든 두께의 광가이드에서 섬광 픽셀들이 모두 잘 구분되는 것을 확인할 수 있었다.
2. 프로파일 비교
광가이드는 거울반사체를 사용할 경우 섬광 픽셀에 어떠한 반사체를 사용하는 것이 우수한 평면 영상을 획득 가능한지를 평가하기 위해 인접한 두 섬광 픽셀의 영상의 프로파일을 획득하여 비교평가 하였다. 인접한 두 섬광 픽셀은 도 9의 (a)와 (b)의 노란색 선의 위치와 같이 모든 평면 영상에서 가장 인접한 위치로 나타난 곳을 선정하였다. 도 9의 (a)는 섬광 픽셀을 난반사체로 처리하였을 경우 광가이드의 두께에 따른 프로파일을 나타내고, (b)는 섬광 픽셀을 거울반사체로 처리하였을 경우를 나타낸다.
프로파일의 정량적 평가를 위해 그래프의 꼭대기 지점 간의 거리(peak to peak distance), 꼭대기 지점과 골짜기 지점의 거리(peak to valley distance), 골짜기 지점의 영상의 계수(valley counts)를 통해 평가하였다. 모든 결과에서 섬광 픽셀의 반사체를 거울반사체를 사용하였을 경우 우수한 결과로 나타났다. 꼭대기 지점 간의 거리는 모든 광가이드 두께에서 평균적으로 난반사체를 적용하였을 경우 9.6 픽셀이 거울반사체에서는 12.6 픽셀로 거울반사체를 사용하였을 경우 더욱 뚜렷이 구분되는 것을 확인할 수 있었다. 꼭대기 지점과 골짜기 지점 간의 거리는 난반사체일 경우 평균적으로 5.4 픽셀, 거울반사체는 6.2 픽셀로 나타나 거울반사체일 경우가 더욱 우수하였다. 골짜기 계수는 난반사체일 경우 평균적으로 25.4, 거울반사체는 13.2로 마찬가지로 거울반사체일 경우 더욱 적은 수의 계수를 보여 두 섬광 픽셀의 평면 영상의 영역간 구분이 잘되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 난반사체와 거울반사체를 사용하여 획득한 영상에서 광가이드의 반사체 처리를 거울반사체로 할 경우, 섬광 픽셀은 어떤 반사체를 사용하더라도 모든 광가이드의 두께에서 섬광 픽셀이 모두 잘 구분되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 평면 영상에서 섬광 픽셀의 반사체에 따른 영향보다는 광가이드의 적용 반사체에 따라 평면 영상에서 각 섬광 픽셀들이 모두 구분되는지가 결정된다.
광가이드 두께를 2mm를 사용하여 획득한 평면 영상은 대체적으로 모든 섬광 픽셀들이 뚜렷이 나타나지 않고 가장자리 4개의 섬광 픽셀만 잘 나타난 것을 확인할 수 있었다. 이는 가장자리 4개의 섬광 픽셀들은 영상에 퍼짐이 다른 위치의 섬광 픽셀들에 비해 적어 높은 카운트를 나타내 상대적으로 더욱 밝은 영상으로 나타났다. 그러나 이는 영상의 밝기 차이만 있는 것이며, 섬광 픽셀들 간의 구분 정도와는 관계가 없다.
본 발명의 발명자는 적은 수의 광센서를 사용한 PET 검출기를 DETECT2000 시뮬레이션 툴을 사용하여 설계하였고, 섬광체는 6 × 6 배열의 GAGG 섬광 픽셀을 사용하였고, 광센서로써 4개의 SiPM을 사용하여 검출기를 구성하였으며, 광가이드의 두께 및 반사체의 종류, 섬광 픽셀에 적용된 반사체의 종류에 따른 평면 영상을 획득하였고, 각 획득된 평면 영상의 비교 평가를 수행하였다. 섬광 픽셀 및 광가이드의 반사체를 모두 거울반사체를 사용할 경우 각 섬광 픽셀이 가장 잘 분리되어 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 광가이드의 두께에서는 모든 두께에서 각 섬광 픽셀이 잘 구분되었으나 5mm 두께에서 모든 수치가 우수하게 나타났으며, 광가이드 두께가 증가함에 따라 섬광 픽셀 하나의 영상이 커지므로 3mm의 광가이드를 사용하는 것이 가장 적합할 것으로 판단되었다.
본 발명의 발명자는 이러한 연구와 실험을 통해 상대적으로 적은 수의 광센서를 사용하는 검출기를 구현함으로써 비용의 감소를 이룰 수 있고, 복잡한 회로를 간단히 구성함으로써 신호 처리의 편리함과 간결함을 도모할 수 있음을 확인하였다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 최적화된 광센서 모듈을 갖는 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 의하면, 종래 양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치에 비하여 상대적으로 적은 수의 광센서 모듈과 단순한 회로 구성으로 구성할 수 있어 전체적인 비용을 절감할 수 있으면서, 명확한 영상 획득으로 검출 성능은 유지할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 섬광체
110: 섬광 픽셀
200: 광센서
300: 광 전달 모듈
310: 반사 부재(반사체)
320: 광가이드 부재

Claims (8)

  1. 복수의 섬광 픽셀로 구성되는 섬광체;
    상기섬광체에서 방출된 방사선과 상호작용하여 발생된 빛을 검출하도록 구성되며, 상기 섬광체의 섬광 픽셀의 개수보다 적은 개수로 이루어지는 복수의 광센서; 및
    상기 섬광체, 및 상기 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛을 상기 광센서로 제공하도록 구성되는 광 전달 모듈:을 포함하는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체는 밀도가 6.5g/cm3인 GAGG 섬광 픽셀로 구성되고,
    상기 광센서는 실리콘 광증배소자(SiPM)로 구성되며,
    상기 광센서는 상기 섬광체를 평면적으로 투영시킬 때 생성되는 투영면에 대하여 모서리 4개소에 구비되는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 전달 모듈은,
    상기 섬광체에 구비되어 그 섬광체에서 발생된 빛이 상기 광센서에 전달되도록 구성되는 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 전달 모듈은,
    상기 섬광체의 하부 또는 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛이 모든 광센서에 분포될 수 있게 분산 입사되도록 구성되는 광가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 전달 모듈은,
    상기 섬광체에 구비되어 그 섬광체에서 발생된 빛이 상기 광센서에 전달되도록 구성되는 반사 부재; 및 상기 섬광체의 하부 또는 섬광체와 광센서 사이에 구비되어 상기 섬광체에서 발생된 빛이 모든 광센서에 분포될 수 있게 분산 입사되도록 구성되는 광가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 무작위 반사 각도를 갖는 난반사체로 이루어지며,
    상기 광가이드 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지며,
    상기 광가이드 부재는 동일한 반사 각도를 갖는 거울반사체로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광가이드 부재는 3mm ~ 5mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
    양전자방출촬영기기의 방사선 검출 장치.
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