KR20140092438A - 엑스선 검출 패널, 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 생성 방법 - Google Patents

Abstract

엑스선 검출 패널과, 이를 이용한 엑스선 영상 생성 방법 및 상기 엑스선 검출 패널이 적용된 엑스선 촬영 장치에 관한 것이다.
엑스선 검출 패널은 조사된 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수광 소자 및 상기 수광 소자 각각에 복수 개로 연결되고 상기 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 선택적으로 저장하는 복수의 저장 소자를 포함한다.
엑스선 촬영 장치는, 대상체에 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부, 상기 대상체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하고 변환된 전기적 신호를 출력하는 복수의 수광 소자과, 상기 수광 소자 각각에 연결되고 복수의 커패시터를 포함하는 복수의 커패서터 모듈을 구비한 복수의 픽셀로 구획되는 엑스선 검출 패널 및 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 엑스선 영상을 생성하는 영상처리부를 포함한다.

Description

엑스선 검출 패널, 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 생성 방법{X-ray detecting panel, X-ray photograph device and method for generating of X-ray image}

엑스선 검출 패널과, 엑스선 검출 패널을 이용하는 엑스선 촬영 장치 및 이를 이용한 엑스선 영상 생성 방법이 개시된다.

엑스선 촬영 장치, 예를 들어 CT(Computed tomography)나 유방 촬영 장치(마모그라피, full field digital mammography, FFDM. 이하 유방 촬영 장치)는, 엑스선(X-ray, 다른 말로 뢴트겐선이라고도 한다)을 인체나 물건과 같은 대상체에 조사하여 상기 대상체 내부에 대한 영상을 획득하기 위한 영상 시스템으로, 엑스선이 대상체에 조사될 때 엑스선이 지나가는 물질의 특성에 따라서 흡수되거나 투과하는 성질을 이용한 것이다. 이와 같은 엑스선 촬영 장치는, 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나, 물체나 부품의 내부 구조를 파악하기 위해서 사용되기도 하고, 또한 공항 등에서 수하물을 스캐닝하기 위해 사용되기도 한다.

구체적으로 엑스선 촬영 장치의 동작 원리에 대해 살펴보면, 인체 등의 대상체에 엑스선을 조사하고, 대상체를 투과하거나 또는 투과하지 않은 엑스선을 수광한 후, 수광된 엑스선을 전기적 신호로 변환시켜 엑스선 영상을 독출(read out)함으로써 영상을 생성하고, 이를 사용자에게 표시하여 제공한다.

유방 촬영 장치는 인체 중 특히 여성의 유방을 촬영하여 유방 내부의 암조직과 같은 병변을 검출하기 위하여 개발된 의료 영상 장치로, 유방 촬영 장치로 인하여 유방암 등의 병변 검사의 효율성이 증진되었고, 기존의 필름형 유방조영술보다 더욱 많은 케이스를 검진할 수 있게 되었다.

이와 같은 유방 촬영 장치 역시 엑스선을 여성의 유방에 조사하여 유방을 투과한 엑스선을 수광하여 엑스선 영상을 획득한다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 상면이 평탄한 검출부가 설치된 거치대 위에 여성의 유방을 위치시키고, 이를 압착기(compressor)로 압착하여 엑스선이 조사될 조사 면적을 넓힌다. 그리고 거치대 상 방향에 위치한 엑스선 발생부가, 압착기로 압착되어 있는 유방으로 엑스선을 조사함으로써 최종적으로 여성 유방 내부 구조에 대한 평면적인 엑스선 영상을 얻게 되는 것이다.

복수의 에너지의 엑스선에 상응하는 복수의 엑스선 영상을 획득할 수 있도록 하는 엑스선 검출 패널 및 엑스선 영상 생성 방법과, 이를 이용한 엑스선 촬영 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 엑스선 검출 패널 및 엑스선 영상 생성 방법과, 이를 이용한 엑스선 촬영 장치가 제공된다.

여기서 엑스선 검출 패널은, 구체적으로 조사된 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수광 소자 및 수광 소자에 연결되고 상기 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 선택적으로 저장하는 복수의 저장 소자를 포함할 수 있다. 이와 같은 수광 소자 및 복수의 저장 소자는 엑스선 검출 패널을 이루는 각각의 픽셀마다 형성되어 있을 수 있다.

이때 저장 소자는, 상기 조사되는 엑스선의 에너지에 따라 상기 수광 소자에 전기적으로 연결되거나 차단되고, 상기 수광 소자와 전기적으로 연결된 경우 상기 엑스선이 상기 수광 소자에 수광되면 상기 각 수광 소자에서 변환되어 출력된다.

저장 소자와 수광 소자와의 전기적 연결, 차단 여부를 선택하기 위하여 엑스선 검출 패널은, 외부에서 조사되는 엑스선의 에너지에 따라서 하나의 수광 소자에 연결된 복수의 저장 소자 중 어느 하나의 저장 소자를 선택하여 상기 선택된 저장 소자를 상기 하나의 수광 소자에 전기적으로 연결시키는 스위칭부를 더 포함할 수도 있다.

한편, 상기 복수의 저장 소자에 저장된 전기적 신호는 영상처리부에 의해 판독되어 상기 수광 소자에 조사된 엑스선의 조사 회수에 상응하는 복수의 엑스선 영상이 생성될 수 있는데, 이 경우 복수의 저장 소자에 저장된 전기적 신호는 상기 영상처리부에 의해 상기 엑스선의 에너지별로 각각 판독되어 상기 엑스선의 에너지에 상응하는 복수의 엑스선 영상이 생성되게 된다.

그리고 수광 소자는 복수 회수로 엑스선을 수광하고, 상기 복수의 저장 소자 중 선택된 적어도 하나의 저장 소자는 상기 수광 소자에 의해 변환되어 출력되는 전기적 신호를 저장하도록 할 수 있다.

이와 같은 수광 소자는, 엑스선의 수광에 따라 빛을 발생시키는 신틸레이터(Scintillator) 및 상기 신틸레이터로부터 발생된 빛을 감지하여 전기적 신호를 출력하는 광다이오드(photo diode)를 구비하는 씨모스칩(CMOS chip)을 포함할 수 있다. 이 경우 씨모스칩은, 이면에 상기 신틸레이터가 배치되고 상기 전면에 상기 저장 소자가 배치되도록 할 수도 있다.

한편, 엑스선 영상 생성 방법은, 조사될 엑스선의 에너지에 따라서, 엑스선 검출 패널에 포함되는 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터가 선택되는 단계, 엑스선 발생부가 대상체로 엑스선을 조사하는 단계, 상기 엑스선 검출 패널의 복수의 수광 소자가 상기 조사되고 대상체를 투과한 엑스선을 수광하고, 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계 및 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 상기 선택된 커패시터가 상기 출력된 전기적 신호를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 엑스선 영상 생성 방법은 상기 커패시터에 저장된 전기적 신호를 판독하여 엑스선 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

아울러 엑스선 영상 생성 방법은 서로 다른 엑스선 에너지에 대해서 상기 단계를 복수 회로 반복하여, 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터가 상기 에너지량에 따라서 각각 상호 다른 전기적 신호를 저장하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 또한 이러한 경우에 있어서 상기 에너지량에 따라서 저장된 상호 다른 전기적 신호를 각각 판독하여 복수의 엑스선 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

또한 엑스선 영상 생성 방법은, 수광 소자마다 복수 개로 연결되고 상기 수광 소자에서 출력된 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장 소자 중 적어도 하나의 저장 소자가 선택되는 단계, 상기 수광 소자가 대상체를 투과한 엑스선을 수광하고, 상기 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계 및 상기 선택된 적어도 하나의 저장 소자가 상기 출력된 전기적 신호를 저장하는 단계를 포함하도록 할 수도 있다.

이 경우 엑스선 영상 생성 방법은, 서로 다른 물리량의 엑스선에 대하여 상기 단계를 복수 회로 반복하여, 상기 엑스선의 물리량에 따라 각각 선택된 저장 소자가 각각 서로 다른 전기적 신호를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우에 있어서 엑스선 영상 생성 방법은, 엑스선의 물리량에 따라서 저장된 전기적 신호를 판독하여 복수의 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

엑스선 촬영 장치는, 대상체에 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부, 상기 대상체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하고 상기 변환된 전기적 신호를 출력하는 복수의 수광 소자와, 상기 수광 소자 각각에 연결되고 복수의 커패시터를 포함하는 커패서터 모듈을 구비하는, 복수의 픽셀을 포함하는 엑스선 검출 패널 및 상기 복수의 커패시터로부터 전기적 신호를 독출하여 엑스선 영상을 생성하는 영상처리부를 포함할 수 있다.

여기서 상기 커패시터 모듈의 커패시터는, 상기 조사되는 엑스선의 에너지에 따라 각 픽셀과 전기적으로 연결되거나 차단되며, 상기 커패시터가 상기 각 수광 소자과 전기적으로 연결된 상태에서 상기 엑스선이 각 수광 소자에 수광되면 상기 각 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 저장하도록 한다.

한편 엑스선 촬영 장치는, 커패시터 모듈에 속하는 복수의 커패시터 모듈 중 적어도 하나의 커패시터를 선택하기 위하여, 상기 엑스선 발생부로부터 조사되는 엑스선의 에너지에 따라서 상기 수광 소자에 연결된 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터를 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 커패시터가 상기 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 저장하도록 하는 스위칭부를 더 포함할 수도 있다.

이 경우에 영상처리부는, 상기 복수의 커패시터에 저장된 전기적 신호를 상기 엑스선의 에너지 별로 각각 판독하여 상기 엑스선의 에너지에 상응하는 복수의 엑스선 영상을 독출하는 기능을 수행할 수도 있다.

한편 상기 엑스선 촬영 장치의 상기 엑스선 발생부는, 복수 회수로 엑스선을 조사하고, 상기 패널의 복수의 수광 소자는, 상기 복수 회수로 조사된 엑스선을 수광하여 복수 회수로 전기적 신호를 출력하고, 상기 커패시터 모듈은, 상기 조사된 복수의 엑스선의 에너지에 따라서 상기 커패시터 모듈의 적어도 하나의 커패시터에 상기 수광 소자로부터 전달되는 전기적 신호를 저장함으로써 상기 복수 회수의 전기적 신호를 저장하도록 제어될 수도 있다.

이 경우에 있어서 상기 영상처리부는, 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터에 상기 수광 소자로부터 전달되는 전기적 신호가 저장된 후에 동일한 엑스선 에너지에 상응하는 전기적 신호를 저장한 각각의 커패시터로부터 이미지를 독출할 수 있다.

한편 엑스선 촬영 장치의 수광 소자는, 엑스선의 수광에 따라 빛을 발생시키는 신틸레이터 및 상기 신틸레이터로부터 발생된 빛을 감지하여 전기적 신호를 출력하는 광다이오드를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 엑스선 검출 패널은, 상기 기판의 전면에 상기 신틸레이터를 배치하여 수광하는 전면조사방식 또는 상기 기판의 후면에 상기 신틸레이터를 배치하여 수광하는 이면조사방식을 이용하여 엑스선을 수광하고 이를 전기적 신호로 변환시키도록 할 수도 있다.

상술한 바와 같이 엑스선 검출 패널 및 엑스선 영상 생성 방법과 이를 이용한 엑스선 촬영 장치를 제공함으로써, 다중 에너지의 엑스선 촬영 방법에 있어서 복수의 에너지의 엑스선에 상응하는 복수의 엑스선 영상을 신속하고 용이하게 획득할 수 있게 된다.

도 1은 엑스선 촬영 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 엑스선 촬영 장치의 일 실시예에 대한 전체 구성도이다.
도 3은 엑스선 검출 패널의 일 실시예에 대한 전체 구성도이다.
도 4는 수광 소자가 엑스선으로부터 전기적 신호를 출력하는 과정을 설명하기 위한 수광 소자의 일 실시예에 대한 구조도이다.
도 5는 수광 소자가 엑스선으로부터 전기적 신호를 출력하는 과정을 설명하기 위한 수광 소자의 다른 일 실시예에 대한 구조도이다.
도 6은 엑스선 검출 패널로부터 엑스선 영상을 독출하기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 엑스선 영상 생성 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 8은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선 발생부가 복수 회로 엑스선을 조사하는 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 이미지 생성 모듈로부터 복수 회로 엑스선 영상을 독출하는 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선 에너지와 복수의 저장 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선의 에너지에 따라 획득되는 영상에 대해 도시한 도면이다.
도 12는 유방 촬영 장치의 일 실시예에 대한 사시도이다.
도 13은 유방 촬영 장치를 이용하여 엑스선 이미지를 얻는 방법에 대한 흐름도이다.

이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 엑스선 검출 패널과 엑스선 촬영 장치에 대해서 설명한다.

도 1은 엑스선 촬영 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 엑스선 촬영 장치는, 엑스선을 발생시켜 대상체에 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부(10) 및 대상체를 중심으로 엑스선 발생부(10)와 대칭하여 위치하고 엑스선 발생부(10)에서 조사되고 대상체를 투과하거나 또는 투과하지 않은 엑스선을 수광하고 수광된 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 저장하는 엑스선 검출 패널(20)을 포함하고 있다.

엑스선 발생부(10)는, 일 실시예에 따르면, 인가된 전압에 따라서 상기 전압에 상응하는 에너지의 엑스선을 생성하는 엑스선 튜브와 엑스선 튜브에 소정의 전압을 인가할 수 있도록 전압을 변화(변압)시키는 등의 기능을 수행하는 전기적 회로를 포함한다. 여기서 엑스선 튜브에서는 인가된 소정의 전압에 따라서 가속된 전자가 원자의 원자핵 근처에서 쿨롱힘에 의해 감속되면서 에너지 보존 법칙에 따라 다양한 에너지의 엑스선을 방출한다. 다시 말해서 엑스선 발생부(10)는 다양한 에너지의 엑스선을 인가되는 전압에 따라서 생성 및 대상체로 조사할 수 있다.

엑스선 검출 패널(20)은, 엑스선을 수광하고 엑스선에 상응하는 전기적 신호를 출력, 저장하는 기능을 수행하는데, 예를 들어서 플랫 패널 디텍터(flat panel detector) 등일 수 있다.

여기서 상기 엑스선 검출 패널(20)에 대해 좀더 상세히 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면 엑스선 검출 패널(20)은 실시예에 따라서 각각 복수의 작은 픽셀(pixel)로 더 세분될 수 있다.

복수의 엑스선 검출 패널(20)을 이루는 복수의 픽셀(100) 각각은 대상체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하고 상기 변환된 전기적 신호를 출력하는 수광 소자(110)와, 수광 소자(110)에 전기적으로 연결되고 수광 소자(110)에서 출력되는 전기적 신호를 저장하는 저장 소자(120)를 포함한다.

다시 한번 도 1을 참조하면 일 실시예에 있어서 어느 하나의 픽셀(100)의 어느 하나의 수광 소자(110)에는 적어도 둘 이상의 저장 소자(120), 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 세 개의 저장 소자(121 내지 123)가 전기적으로 연결될 수 있음을 알 수 있다.

다시 말해서 엑스선 촬영 장치의 엑스선 검출 패널(20)의 하나의 수광 소자(110)에는 복수 개의 저장 소자(121 내지 123)가 할당되어 있고, 각각의 저장 소자(121 내지 123)는 서로 별개로 수광 소자(110)로부터 출력되는 전기적 신호를 저장할 수 있다는 것이다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 일 실시예에 있어서, 각각의 픽셀(100)의 수광 소자(110) 하나에는 복수의 저장 소자(121 내지 123)가 연결될 수 있되, 각각의 저장 소자(121 내지 123)는 필요에 따라서 상기 수광 소자(110)와 전기적으로 연결되거나 차단되도록 할 수 있다.

더욱 구체적으로는 수광 소자(110)가 소정 에너지의 엑스선에 대한 전기적 신호를 출력하기 전에 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나의 저장 소자(예를 들어 121)가 선택되고, 이렇게 선택된 저장 소자(121)는 수광 소자(110)와 전기적으로 연결되되, 다른 선택되지 않은 저장 소자(122 및 123)는 전기적으로 차단되어, 오직 선택된 저장 소자(121)만이 수광 소자(110)로부터 출력되는 전기적 신호를 저장하게 되는 것이다.

따라서 하나의 수광소자(110)로부터 여러 회에 걸쳐서 전기적 신호가 출력된다 하더라도 각각의 전기적 신호는 서로 다른 저장 소자(121 내지 123)에 저장될 수 있게 되므로, 엑스선이 복수 회수로 조사된다고 하더라도 상기 각각의 엑스선에 대응되는 복수의 전기적 신호를 한꺼번에 저장하고 있을 수 있게 되는 것이다.

이하에서는 하나의 수광 소자(110)에 연결된 복수의 저장 소자(121 내지 123)의 집단을 저장 소자 모듈(120)이라고 칭한다. 아울러 만약 저장 소자(121 내지 123)로 스토리지 커패시터(storage capacitor)가 사용되는 경우에는 저장 소자 모듈(120)은 커패시터 모듈이라고 칭할 것이다.

이하 도 2 내지 도 6을 참조하여 엑스선 촬영 장치에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 엑스선 촬영 장치에 대한 전체 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 일 실시예에 따르는 엑스선 촬영 장치는, 엑스선 발생부(10), 엑스선 검출 패널(20), 영상처리부(200), 저장부(210), 표시부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

엑스선 촬영 장치의 엑스선 발생부(10)는 상술한 바와 같이 엑스선을 발생시켜 대상체로 조사한다. 여기서 엑스선은 복수 회수로 조사될 수 있으며, 이 경우 각각의 조사되는 엑스선은 서로 다른 에너지량을 가지도록 할 수 있다. 물론 필요에 따라서 각각의 조사되는 엑스선 중 전부 또는 일부는 서로 동일한 에너지의 엑스선일 수도 있다. 이와 같이 엑스선 발생부(10)로부터 대상체로 조사되고 대상체를 투과한 엑스선은 엑스선 검출 패널(20)에 의해 수신된다.

엑스선 검출 패널(20)은 대상체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호를 생성 및 저장한다. 필요에 따라서는 상기 엑스선 검출 패널(20)에는 엑스선 검출 패널(20)을 고정하기 위한 지지 프레임과, 엑스선 검출 패널(20)을 보호하기 위한 렌즈 등이 더 부과될 수도 있다.

도 3은 엑스선 검출 패널의 전체 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 엑스선 검출 패널(20)는 일 실시예에 있어서 구체적으로 엑스선을 수광하고 상기 수광된 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수광 소자(110), 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장 소자(121 내지 123) 및 상기 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나의 저장 소자를 선택하기 위한 스위치의 기능을 제공하는 스위칭부(130)를 포함한다.

상술한 바와 같이 하나의 수광 소자(110)는 대상체를 투과한 엑스선을 수광하고 전기적 신호를 출력한다.

도 3을 참조하면 수광 소자(110)는, 일 실시예에 있어서, 엑스선을 수광하고 수광된 엑스선에 따라서 포톤(특히 가시 가능 포톤, 즉 가시광선, visible photon)을 내보내는 신틸레이터(110a)와, 빛을 감지하여 전기적 신호의 영상을 확보하는 수광처리수단, 예를 들어 CMOS칩(110b, Complementary Metal Oxide Semiconductor chip)을 포함하고 있을 수 있다. 또한 더욱 구체적으로 CMOS칩(110b)에는, 신틸레이터(110a)에서 출력된 포톤을 감지하여 전기적 신호를 생성하는 포토다이오드(광다이오드, 110c)가 배설되어 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 일 실시예에 있어서의 수광 소자(110)의 구조에 대해서 좀더 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4 및 도 5는 각각 수광 소자가 엑스선으로부터 전기적 신호를 출력하는 과정을 설명하기 위한 수광 소자의 서로 다른 일 실시예에 대한 구조도이다.

일 실시예에 있어서 수광 소자(110)는 두 가지 구조로 빛을 수집하여 전기적 신호를 생성할 수 있는데, 하나는 웨이퍼(wafer)의 전면에 상기 신틸레이터를 배치하여 엑스선을 수광하는 전면조사방식(front side illumination)이고, 다른 하나는 웨이퍼의 후면에 신틸레이터를 배치하여 엑스선을 수광하는 이면조사방식(back-side illumination, 또는 후면조사방식, 이하 이면조사방식으로 명칭을 통일한다)이다. 전면조사방식의 일례가 도 4에, 이면조사방식에 대한 일례가 도 5에 도시되어 있다.

먼저 전면조사방식은 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 전면을 빛을 모으는 수광 수단으로 사용하는 것이다. 도 4에 도시된 바를 참조하면 전면조사방식에서는, CMOS칩(110b)의 전면에 신틸레이터(110a)가 부착된다. CMOS칩(110b)은 배선층과 탄소-실리콘 기판(C-Si substrate), 즉 웨이퍼를 포함한다.

배선층은 CMOS칩(110b)의 상단에 형성되어 신틸레이터(110a)와 부착되어 있는데, 각종 회로 부품, 예를 들어 커패시터(120) 등이 배치된다. 이와 같은 배선층은 예를 들어 약 4~5㎛의 두께로 형성될 수 있다.

웨이퍼는 도 4에 도시된 바와 같이 배선층 하부에 위치하는데, 가시광선을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드(110c)가 배치된다. 한편 웨이퍼에는, 포토다이오드(110c)에서 출력되는 전기적 신호를, 복수의 커패시터(120) 중 어느 하나의 커패시터로 선택적으로 전달할 수 있도록 하는 트랜지스터(transister, 110d)가 배치될 수도 있다.

그리고 웨이퍼의 이면에 기판(substrate)이 배치된다.

도 4에 도시된 바를 참조하면 전면조사방식을 사용하는 경우 신틸레이터(110a)가 엑스선 포톤(Xray photon)을 수광하고 이에 따라서 포톤을 내보내면, 포톤은 커패시터(120)가 배치된 배선층을 투과한 후에야 하부의 포토다이오드(110c)로 전달된다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 광원과 포토다이오드(110c) 간의 물리적 길이가, 후술하는 이면조사방식에 비해 상대적으로 길게 된다. 그 결과 단위 화소 면적 역시 축소되는 문제점이 있다.

이면조사방식은, 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 이면(裏面)을 빛을 모으는 수광부로 사용하는 것이다.

도 5에 도시된 바에 따르면 이면조사방식에서는 신틸레이터(110a)가 CMOS칩(110b)의 후면, 즉 웨이퍼의 이면에 부착되고, 웨이퍼에는, 가시광선을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드(110c)와 트랜지스터(110d)가 배치된다. 여기서 웨이퍼는 10㎛보다 훨씬 작을 수 있다.

그리고 웨이퍼의 전면에 각종 회로 부품, 예를 들어 커패시터(120)가 배치되는 배선층이 배치되고, 배선층의 전면, 즉 웨이퍼가 부착되지 않은 반대쪽 면(110b의 상단)에 기판, 예를 들어 별도의 웨이퍼나 유리 등으로 형성된 기판이 배치된다.

도 5에 도시된 바를 참조하면, 신틸레이터(110a)가 엑스선 포톤을 수광하고 가시광선 포톤을 출력하면, 포톤이 별도의 배선층을 투과하지 않고도 바로 포토다이오드(110c)가 위치하는 배선층으로 전달될 수 있어, 광원과 포토다이오드(110c) 간의 물리적 거리가 상대적으로 짧아지게 된다. 결과적으로 CMOS칩(110b)의 칩의 크기를 증가시키기 않더라도 단위 화소의 면적을 넓게 하는 효과도 얻을 수 있게 되는 것이다.

따라서 이면조사방식을 사용하는 경우에는 전면조사방식에 비해서, CMOS 칩의 크기 변화 없이도 단위 화소의 면적이 상대적으로 넓어져, 상대적으로 노이즈가 개선되고 밝은 영상을 얻을 수 있게 되는 장점을 더 얻을 수 있게 된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 있어서 상기 엑스선 검출 패널(20)의 각각의 픽셀들(100)은, 상술한 바와 같이 수광 소자(110)와 전기적으로 연결될 수 있는 복수의 저장 소자(121 내지 123), 예를 들어 복수의 스토리지 커패시터를 포함하는 저장 소자 모듈(120)을 포함할 수 있다.

이와 같은 저장 소자 모듈(120)에 포함되는 복수의 저장 소자(121 내지 123)는, 수광 소자(110)에서 출력되는 전기적 신호를 저장하는데, 상술한 바와 같이 수광 소자(110)로부터 출력되는 전기적 신호를 저장하기 위하여 소정의 조건에 따라서 또는 임의적으로 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나가 선택된다. 그리고 선택된 저장 소자는 출력되는 전기적 신호를 저장하여 후술하는 영상처리부(200)가 전기적 신호를 기초로 한 엑스선 영상을 생성할 수 있도록 한다.

다시 말해서 엑스선 발생부(10)에 의해 엑스선이 조사될 때마다 저장 소자 모듈(120)의 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나가 소정의 조건에 따라 또는 임의적으로 선택되어, 수광 소자(110)로부터 출력되는 전기적 신호를 복수 회로 저장하도록 할 수 있다는 것이다.

상술한 저장 소자(121 내지 123)의 동작에 대해서 설명한다.

일 실시예에 있어서 저장 소자(121 내지 123)는 수광 소자(110)에서 출력되는 복수의 전기적 신호를 동시에 저장할 수 있는 것은 아니고, 수광 소자(110)에서 출력되는 복수의 전기적 신호 중 오직 하나만을 저장할 수도 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 수광 소자(110)에서 전기적 신호가 출력되면, 출력된 전기적 신호는 저장 소자(예를 들어 121), 예를 들어 스토리지 커패시터에 의해서 수신되어 저장된다. 그리고 이후 수광 소자(110)에서 새로운 전기적 신호가 출력되면, 먼저 저장 소자(121)에 저장된 전기적 신호는 삭제되고 새로운 전기적 신호가 먼저 저장된 전기적 신호 대신에 저장 소자(121)에 저장된다. 다시 말해서 각각의 저장 소자(121)는 수광 소자(110)에서 출력된 전기적 신호를 다른 새로운 전기적 선호가 전달될 때까지 일시적으로 저장한다고 할 수 있다.

여기서 만약 하나의 수광 소자(110)에 연결된 저장 소자(121 내지 123 중 어느 하나)가 오직 하나라고 하자. 그러면 복수 회수로 엑스선 촬영하는 경우에는, 매번 촬영마다 새로운 전기적 신호가 수광 소자(110)로부터 출력되고, 종전의 엑스선 촬영에 따른 전기적 신호는 상실된다. 따라서 각각 엑스선 촬영에 따른 전기적 신호를 잃지 않기 위해서는 매번 촬영하기 전에 저장 소자(121 내지 123 중 어느 하나)로부터 엑스선 영상을 독출해야 한다. 다시 말해서 엑스선 촬영 회수에 상응하는 복수의 엑스선 영상을 얻기 위해서는, 영상처리부(200)가 차회의 엑스선 촬영 전에 반드시 저장 소자(121 내지 123)로부터 전기적 신호를 독출하여, 엑스선 영상을 획득해야 한다는 것이다.

그러나 이와 같은 저장 소자(121)로부터 엑스선 영상을 독출하는 과정은, 영상처리부(200)가 엑스선 검출 패널(20)의 모든 개별 픽셀(100)로부터 전기적 신호를 읽어들인 후, 읽어들인 결과에 따라서 엑스선 영상을 조합, 생성하는 과정을 거칠 수밖에 없기 때문에 많은 시간을 필요로 한다.

그러므로 이와 같은 저장 소자(121)가 하나인 경우에는 매 엑스선 촬영 시마다 영상처리부(200)를 통하여 엑스선 영상을 생성하는 작업을 거쳐야 하기 때문에 복수의 엑스선 촬영이 필요한 경우, 예를 들어 다중 에너지 엑스선 촬영(MEX)와 같은 경우에는 엑스선 촬영 시간이 길어지는 것은 피할 수가 없다. 특히 유방 촬영 장치와 같이 유방을 압착해서 촬영하는 경우에는, 압착에 의해서 피검자가 고통을 느낄 수밖에 없기 때문에, 엑스선 촬영 시간의 증가는 피검자의 고통의 증가가 되어 문제가 될 수밖에 없다.

그러나 일 실시예에 의하면 복수 개의 저장 소자(121 내지 123)가 하나의 수광 소자(110)에 연결되어 있고, 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나의 저장 소자(110)가 선택되어 수광 소자(110)에서 출력되는 전기적 신호를 저장하기 때문에, 저장 소자(110)의 개수에 따라서 저장할 수 있는 전기적 신호의 출력 회수가 증가하게 된다. 따라서 복수 회수로 엑스선을 조사하여 복수 회수로 엑스선이 변환된 전기적 신호가 출력된다고 하더라도, 엑스선 조사 회수가 저장 소자(121 내지 123)의 개수와 같거나 더 적다면, 매 엑스선 조사 때마다 영상처리부(200)가 엑스선 영상을 독출할 필요가 없게 된다.

다시 말해서 저장 소자(121 내지 123)의 개수 이하의 회수로 엑스선을 조사하는 경우에는, 엑스선을 모두 조사한 후에 일거에 저장 소자(121 내지 123)의 전기적 신호를 독출할 수 있게 된다. 따라서 예를 들어 다중 에너지 엑스선 촬영(MEX)와 같은 경우에도 피검체의 엑스선 노출 시간을 최소화할 수 있게 되어 환자의 움직임에 의한 화질 열화를 최소화하고 아울러 유방 촬영 장치와 같이 유방을 압착해서 촬영하는 경우에는, 압착에 의한 피검자의 고통을 경감할 수 있게 되는 것이다.

앞서 말한 바와 같이 일 실시예에 의하면 엑스선 검출 패널(20)을 이루는 모든 개별 픽셀(100)은 복수의 저장 소자(121 내지 123)를 포함할 수 있다. 물론 다른 실시예에 따라서는 엑스선 검출 패널(20)을 이루는 픽셀 중 일부의 픽셀(100)은 복수의 저장 소자(121 내지 123)를 포함하고, 다른 일부의 픽셀(100)은 하나의 저장 소자만을 포함하도록 하는 것도 가능할 것이다. 이 경우 상대적으로 제작비의 절감의 효과가 있을 수 있다. 하지만 정확한 영상의 확보를 위해서 엑스선 검출 패널(20)을 이루는 모든 픽셀(100)이 복수의 저장 소자(121 내지 123)를 포함하도록 하는 것이 일반적일 것이다.

한편 이와 같은 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나의 저장 소자의 선택을 위하여 엑스선 검출 패널(20)은, 스위칭부(130)를 더 포함할 수 있다. 스위칭부(130)는 후술하는 제어부(400)로부터 수신되는 제어 명령에 따라서 수광 소자(110)와 저장 소자(121 내지 123)를 전기적으로 연결시키거나, 또는 차단시킨다. 특히 이와 같이 스위칭부(130)에 의한 어느 하나의 저장 소자의 선택은 엑스선이 조사될 때 또는 조사되기 전에 수행될 수도 있다.

이와 같은 스위칭부(130)는, 예를 들어 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같은 트랜지스터가 사용될 수 있다.

이와 같이 저장 소자(121 내지 123)에 저장된 전기적 신호는 영상 처리부(130)에 의해서 독출된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 영상처리부(200)는 엑스선 검출 패널(20)의 저장 소자(121 내지 123) 각각에 저장된 전기적 신호로부터 엑스선 영상을 독출하도록 한다.

일 실시예에 따르면 영상처리부(200)는 엑스선 촬영에 따라 상기 저장 소자(121 내지 123)에 전기적 신호가 저장될 때마다 엑스선 영상을 독출하는 것이 아니라, 복수 회수의 엑스선 촬영 이후에 각각의 저장 소자(121 내지 123)로부터 엑스선 영상을 독출하도록 할 수도 있다.

이때 영상처리부(200)는 복수의 수광 소자(110) 각각에 할당된 복수의 저장 소자(121 내지 123)의 모든 전기적 신호를 무차별적으로 독출하는 것이 아니라, 일정한 기준에 따라서, 예를 들어 조사된 엑스선의 에너지에 따라서 얻어진 전기적 신호를 저장한 저장 소자들(예를 들어 121)로부터만 전기적 신호를 읽어들여 영상을 생성하도록 한다.

이를 도 3을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 엑스선 발생부(10)로부터 엑스선이 대상체로 조사될 때, 또는 그 전에 각각의 픽셀의 저장 소자 모듈(120) 중 어느 하나의 저장 소자(예를 들어 121. 이하 제1 저장 소자라고 한다)가 선택된다. 이때 상술한 스위칭부(130)가 사용될 수 있다.

각각의 픽셀에 속한 선택된 제1 저장 소자들(121)은 조사된 엑스선에 상응하고 수광 소자(110)로부터 출력되는 전기적 신호들을 저장한다.

이후 다시 엑스선 발생부(10)로부터 엑스선이 조사될 때 또는 그 전에 다른 저장 소자(예를 들어 122, 이하 제2 저장 소자라고 한다)가 선택되고, 각각의 픽셀에 속한 선택된 제2 저장 소자들(122)이 전기적 신호들을 저장한다. 모든 엑스선의 조사가 완료되면, 각각의 픽셀의 제1 저장 소자(121)와 제2 저장 소자(122)가 전기적 신호를 저장하게 된다.

이때 영상처리부(200)는, 예를 들어 제1 저장 소자들(121)로부터 제1 엑스선 영상을 먼저 독출하고(도 3의 ?), 이어서 제2 저장 소자들(122)로부터 제2 엑스선 영상을 독출(도 3의 ?)하여 복수의 엑스선 영상을 확보한다.

만약 3개의 저장 소자(121 내지 123)가 사용되는 경우라면 영상처리부(200)는, 제1 저장 소자들(121), 제2 저장 소자들(122) 및 제3 저장 소자들(123)로부터 순차적으로 제1 엑스선 영상, 제2 엑스선 영상 및 제3 엑스선 영상을 독출(도 3의 ?, ? 및 ?)하여 복수의 엑스선 영상을 얻는다.

다시 말해서 영상처리부(200)는 저장 소자 모듈(120)에서 엑스선 촬영 시의 선택에 따라서 저장 소자들(121 내지 123)로부터 각각 엑스선 영상을 독출한다는 것이다.

이하, 도 6을 참조하여 수광 소자에 의해 출력된 전기적 신호가 커패시터에 저장되고, 다시 전기적 신호가 영상처리부(200)에 의해서 독출되는 과정에 대해 좀더 구체적으로 설명하도록 한다.

도 6은 엑스선 검출 패널을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 복수의 저장 소자(120), 예를 들어 제1 커패시터(121) 내지 제3 커패시터(123)는 스위칭부(140), 예를 들어 제1 스위치(141) 내지 제3 스위치(143)를 통하여 수광 소자(110)와 전기적으로 연결되거나 차단될 수 있다. 이와 같은 제1 스위치(141) 내지 제3 스위치(143)의 선택, 다시 말해서 제1 커패시터(121) 내지 제3 커패시터(123)의 선택은 후술하는 제어부(400)의 제어 명령에 따라 수행된다.

그리고 제1 커패시터(121)는, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 커패시터(121)에 저장된 전기적 신호, 즉 제1 전기적 신호를 증폭하기 위한 제1 증폭기(121a)와 연결되어 있고, 제1 증폭기(121a)는 출력 버스(output but)와 연결된 제4 스위치(121b)와 연결되어 있다.

제2 커패시터(121) 및 제3 커패시터(123) 역시 각각 제2 증폭기(122a) 및 제3 증폭기(123a)와 연결되어 있고 제2 증폭기(122a) 및 제3 증폭기(123a)는 제5 스위치(122b) 및 제6 스위치(123b)와 연결되어 있다.

이를 통해 구체적으로 저장 소자, 즉 스토리지 커패시터(121 내지 123)에 제1 내지 제3 전기적 신호가 저장되고 영상처리부(200)가 제1 내지 제3 전기적 신호로부터 제1 내지 제3 영상을 획득하는 과정을 설명한다.

엑스선 발생부(10)가 대상체로 소정의 에너지의 제1 엑스선을 조사할 때 또는 제1 엑스선을 조사하기 전에, 제어부(400)의 제어 명령에 따라서 제1 내지 제3 스위치(141 내지 143) 중 어느 하나의 스위치, 예를 들어 제1 스위치(141)가 선택된다. 그러면 선택된 제1 스위치(141)와 연결된 제1 커패시터(121)만이 수광 소자(110)와 연결되고, 나머지 스위치(142 내지 143)와 연결되는 제2 내지 제3 커패시터(122, 123)는 수광 소자(110)와 전기적으로 차단된다. 다시 말해서, 제1 저장소자, 즉 제1 커패시터(121)가 선택된다.

그리고 소광 소자(110)가 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 출력하면, 상술한 바와 같이 선택된 스위치(141)를 통해서 수광 소자(110)와 전기적으로 연결되는 커패시터, 예를 들어 제1 커패시터(121)가 제1 엑스선의 조사에 따른 제1 전기적 신호를 저장한다.

이어서 다른 에너지로 제2 엑스선을 조사하려고 한다면, 제어부(400)에 의해서 기선택되지 않은 다른 스위치, 예를 들어 제2 스위치(142)가 선택되어 제2 커패시터(122)를 수광 소자(110)와 전기적으로 연결시킨다. 마찬가지로 제2 스위치(142)의 선택은 엑스선 발생부(10)가 다시 대상체로 엑스선을 조사할 때, 마찬가지로 엑스선이 조사될 때 또는 조사되기 전에 수행될 수 있다.

그러면 상술한 바와 동일하게 제2 커패시터(122)가 제2 엑스선에 상응하는 제2 전기적 신호를 저장한다.

연속적으로 상술한 바와 다른 에너지로 제3 엑스선을 이용하여 엑스선 촬영을 수행한다면, 동일하게 제3 스위치(143)를 통하여 제3 커패시터(123)가 선택되어 제3 엑스선에 상응하는 제3 전기적 신호를 저장한다.

이후 엑스선 촬영이 모두 종료되면 제1 커패시터(121)와 전기적으로 연결된 제4 스위치(121b)가 열리고, 제1 커패시터(121)의 제1 전기적 신호가 출력 버스(output bus)를 통하여 영상처리부(200)로 전달된다. 이때 제1 커패시터(121)에 저장된 제1 전기적 신호는, 영상처리를 위해서 제1 증폭기(121a)를 통해서 증폭될 수도 있을 것이다. 그러면 영상처리부(200)는 제1 전기적 신호를 이용하여 제1 엑스선 영상을 생성하고 이를 저장부(210)에 저장한다.

이어서 영상처리부(200)에 의한 제1 엑스선 영상의 생성 및 저장이 완료되면, 제2 커패시터(122)와 전기적으로 연결된 제5 스위치(122b)가 열리고, 제2 커패시터(122)의 제2 전기적 신호가 출력 버스를 통하여 영상처리부(200)로 전달되고, 영상처리부(200)는 이를 기초로 제2 엑스선 영상을 생성한다. 마찬가지로 제2 증폭기(122a)가 상기 제2 전기적 신호를 증폭시킬 수도 있다.

연속해서 영상처리부(200)에 의해서 제2 엑스선 영상이 생성 및 저장된 후에, 제3 커패시터(123)와 전기적으로 연결된 제6 스위치(123c)가 열리고, 제3 커패시터(123)의 제3 전기적 신호가 출력 버스를 통하여 영상처리부(200)로 전달된다.그러면 영상처리부(200)는 제3 전기적 신호를 이용하여 제3 엑스선 영상을 생성한다. 상술한 바와 마찬가지로 이 경우에서도 제3 증폭기(123a)가 상기 제3 전기적 신호를 증폭시킬 수도 있다.

이 과정을 통해서 영상처리부(200)는 순차적으로 복수의 저장 소자, 즉 제1 내지 제3 커패시터(121 내지 123)에 저장된 제1 내지 제3 전기적 신호에 따라서 제1 내지 제3 엑스선 영상을 순차적으로 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 영상처리부(200)에 의해서 독출된 영상은 저장부(300)에 저장된다.

필요에 따라서는 영상처리부(200)는 저장부(300)에 의해 저장된 영상을 호출하여 호출된 영상에 대해서 소정의 영상 처리, 예를 들어 휴(hue)값의 조절, 블러(blur) 등의 영상 처리를 더 수행할 수도 있고, 또한 복수의 영상을 호출하여 이들을 중첩하여 조합함으로써 중첩된 영상, 예를 들어 다중 에너지 엑스선 영상(MEX)이나, 또는 입체 영상을 생성하도록 할 수도 있다. 이와 같이 다중 에너지 엑스선 영상이나 입체 영상들은 다시 일시적 또는 반영구적으로 저장부(300)에 저장된다.

저장부(300)에 저장된 엑스선 영상은 엑스선 영상을 표시하는 표시부(300)에 의해서 사용자, 예를 들어 의사나 피검자에게 표시된다. 이와 같은 표시부(300)는 엑스선 촬영 장치에 포함되어 구동될 수도 있고, 또는 엑스선 촬영 장치와 유무선 네트워크망을 통해 연결된 외부의 단말기에서 구동될 수도 있다.

한편 일 실시예에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 엑스선 발생부(10) 내지 표시부(300)의 구동을 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서 제어부(400)는 상술한 각각의 구성요소들을 제어하는데, 특히 엑스선 발생부(10)의 조사되는 에너지에 따라서 픽셀(100) 내의 저장 소자 모듈(120) 중 오직 하나 또는 복수의 저장 소자(121 내지 123)를 선택하는 제어 명령 신호를 발생시켜 스위칭부(130)를 제어함으로써(예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 제1 내지 제3 스위치(141 내지 143) 각각이 개폐되도록 제어함으로써) 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 어느 하나의 저장 소자(예를 들어 121)만이 수광된 엑스선에 상응하는 전기적 신호를 저장하도록 할 수 있다.

이 경우 제어부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 수광 소자(110)의 광다이오드(110c)와 연결된 각각의 스위칭부(140, 예를 들어 트랜지스터) 모두에 동일한 제어 명령을 전송하여 동일한 엑스선(예를 들어 제1 엑스선)에 대해서 하나의 저장 소자 모듈(120, 예를 들어 커패시터 모듈)에서 상기 엑스선, 즉 제1 엑스선에 상응하는 저장 소자(예를 들어 제1 커패시터(121))만을 선택하도록 제어할 수 있다.

특히 만약 제1 엑스선을 이용한 촬영에 있어서, 어떤 커패시터 모듈(120)에서 선택된 커패시터는 제1 커패시터(121)이나 다른 커패시터 모듈(120)에서 선택된 커패시터는 제2 커패시터(122)이고, 추후 영상처리부(200)에 의해서 영상이 독출될 때 오직 제1 커패시터(121)들로부터 하나의 엑스선 영상을 독출한다면, 서로 다른 엑스선에서 얻어진 전기적 신호가 조합되어 엑스선 영상이 생성되어 불분명한 엑스선 영상을 얻을 수도 있게 된다. 따라서 저장 소자 모듈(120)에서 어느 하나의 저장 소자(121 내지 123)의 선택 제어 명령은 모든 스위칭부(140)에 동일하도록 할 수 있을 것이다.

(2) 이하 도 7 내지 도 11을 참조하여 엑스선 영상 생성 방법에 대해 설명하도록 한다.

일 실시예에 있어서 엑스선 이미지를 생성하는 방법은, 조사될 엑스선의 에너지가 결정되는 단계, 결정된 엑스선의 에너지에 따라서, 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터가 선택되는 단계, 엑스선 발생부가 대상체로 엑스선을 조사하는 단계, 상기 엑스선 검출 패널을 이루는 픽셀 내의 수광 소자가 대상체를 투과한 엑스선을 수광하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계, 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 선택된 적어도 하나의 커패시터가 출력된 전기적 신호를 저장하는 단계 및 선택된 커패시터에 저장된 전기적 신호를 판독하여 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

도 7은 엑스선 영상 생성 방법에 대한 흐름도이다.

엑스선 영상 생성 방법의 일 실시예에 있어서 만약 n회 엑스선을 조사하여 총 n개의 엑스선 영상을 얻는 경우에 따르면, 먼저 사용자의 선택에 따라 또는 기저장된 설정에 따라서 조사될 제k 엑스선(k=1)의 에너지가 결정된다.(s500)

그러면 제어부(400)가 결정된 엑스선의 에너지에 따라서, 복수의 저장 소자 모듈(120) 내의 복수의 저장 소자(121 내지 123) 중 상기 제k 엑스선에 대응하는 제k 저장 소자(예를 들어 121)를 선택하고, 이에 따른 제어 명령을 스위칭부(130)에 전달하여 수광 소자(110)와 제k 저장 소자(121)를 전기적으로 연결하도록 한다.(s510)

이후 엑스선 촬영 장치의 엑스선 발생부(10)가 대상체로 제k 엑스선을 조사한다.(s520)

그러면 제k 엑스선은 대상체를 투과하거나 또는 투과하지 않고 엑스선 검출 패널(20)로 전달되고, 엑스선 검출 패널(20) 중 수광 소자(110)가 제k 엑스선을 수광한다. 그리고 수광 소자(110)의 신틸레이터(110a)가 수광된 엑스선에 상응하여 섬광을 발생시키고, 즉 포톤을 출력하고 출력된 포톤을 포토다이오드(110b)가 수신한 후에 이를 변환하여 전기적 신호를 출력한다.(s530)

상술한 바와 같이 스위칭부(130)에 의해서 수광 소자(110)와 전기적으로 연결된 제k 저장 소자(121)가 출력된 전기적 신호를 저장한다.(s540)

이후 얻고자 하는 엑스선의 영상의 개수(n)보다 조사 회수 또는 전기적 신호를 저장한 저장 소자의 개수가 더 적은 경우에는(s550) 상기 단계를 반복(s551)하도록 할 수도 있다. 물론 사용자나 설정에 따라서 엑스선 촬영이 더 수행될 수도 있고, 수행되지 않을 수도 있다.

이와 같이 엑스선을 복수 회로 조사하여 조사된 엑스선에 상응하는 복수의 전기적 신호를 저장하는 과정에 대해서 도 8 및 도 9를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 8은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선 발생부가 복수 회로 엑스선을 조사하는 방법을 도시한 도면이고, 도 9는 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선 에너지와 복수의 저장 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 엑스선 영상 생성 방법의 일 실시예에 따르면, 먼저 조사될 엑스선 에너지가 저에너지(low energy)로 선택될 수 있다.(s500)

그러면 저에너지의 엑스선에 할당된 저장 소자, 예를 들어 제1 저장 소자(121)가 선택되어(s510) 엑스선 검출 패널(20)의 수광 소자(110)와 전기적으로 연결되고, 수광 소자(110)로부터의 전기적 신호의 저장을 위해 사용된다.

즉, 제1차 엑스선의 검출을 위해 제1 저장 소자(121)가 활성화되었다고 할 것이다. 이는 도 9에 도시된 바와 같이 제1 저장 소자(121)가 사용되는 온(on) 상태 또는 제1 스위치(131)를 통해 제1 저장 소자(121)가 수광 소자(110)와 연결된 상태라고 표현할 수 있을 것이다.

그 후에 엑스선 발생부(10)가 저에너지(도 9의 (a))의 제1 엑스선을 엑스선 검출 패널(20) 방향으로 조사하면, 상술한 바와 같은 단계 s520 내지 s540을 통하여 제1 저장 소자(121)에 상기 저에너지의 제1 엑스선으로부터 획득한 제1 전기적 신호가 저장된다. 제1 전기적 신호가 저장된 후에, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 저장 소자(121)는 오프(off) 상태가 된다. 다시 말해 제1 스위치(131)가 오프 상태가 되어 제1 저장 소자(121)는 수광 소자(121)와 전기적으로 차단된다. 전기적으로 차단된 후에도 제1 저장 소자(121)는 제1 전기적 신호의 저장 상태를 유지한다.

제2차 엑스선 조사에서는, 조사될 제2 엑스선의 에너지로, 저에너지보다는 상대적으로 큰 중에너지(middle energy, 도 9의 (b))를 선택할 수 있다.(s500) 상술한 바와 마찬가지로 중에너지의 엑스선을 저장하기 위한 저장 소자, 예를 들어 제2 저장 소자(122)가 제어부(400)로부터 출력되는 제어 신호에 따라서 선택되고, 엑스선 검출 패널(20)의 수광 소자(110)와 전기적으로 연결된다.(s510) 그리고 엑스선 발생부(10)는 중에너지의 제2 엑스선을 조사하고, 상술한 바와 같은 단계 s520 내지 s540을 거쳐 제2 저장 소자(122)가 제2 엑스선에 상응하는 제2 전기적 신호를 저장한다. 다시 말하면 도 9에 도시된 바와 같이 제2 엑스선이 조사될 때, 즉 제2차 조사 시에 제2 저장 소자(122)가 온 상태로 전환된다. 제1 저장 소자(121)의 경우와 동일하게 제2 저장 소자(122)는 제2 전기적 신호를 저장한 후에, 수광 소자(110)와 전기적으로 차단되어 오프 상태로 전환된다.

이어서 제3 엑스선의 에너지가 고에너지(high energy, 도 9의 (c))로 선택될 수 있으며,(s500) 동일하게 제3 엑스선 에너지가 조사될 때 제3 저장 소자(123)가 활성화, 즉 온 상태가 되어 제3차 엑스선 조사에서 조사된 제3 엑스선 에너지에 상응하는 제3 전기적 신호를 저장한다.(s520 내지 s540)

이와 같은 단계를 반복해서 총 n번 조사된 제1 엑스선부터 제n 엑스선 각각에 상응하는 제1 내지 제n의 전기적 신호를 제1 내지 제n의 저장 소자에 저장하도록 한다.

영상처리부(200)는 도 2, 도 3 및 도 6을 통해 상술한 바와 같이 제1 저장 소자 내지 제n 저장 소자에 저장된 제1 전기적 신호 내지 제n 전기적 신호를 순차적으로 읽어들여(s560) 총 n개의 제1 내지 제n 엑스선 영상을 얻는다.(s570)

일 실시예에 있어서 영상처리부(200)는, 도 9에 도시된 바처럼 각각의 저장 소자(121 내지 123)가 모두 전기적 신호, 즉 제1 내지 제3 전기적 신호를 저장한 후에 비로소 구동되고, 상기 제1 내지 제3 전기적 신호로부터 제1 내지 제3 엑스선 영상을 도 10에 도시된 바와 같이 순차적으로 독출하여 획득하도록 할 수도 있다. 이와 같은 영상처리부(200)의 제어는 상술한 바와 같이 제어부(400)의 제어 명령에 의해 수행될 수 있을 것이다.

이하 영상처리부(400)의 동작을 도 10을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.

도 10은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 이미지 생성 모듈로부터 복수 회로 엑스선 영상을 독출하는 방법을 도시한 도면이다.

일 실시예에 있어서 엑스선이 3회 연속하여 조사되면, 각각의 저장 소자(121 내지 123)는 각각 제1 내지 제3 전기적 신호를 저장하고 있게 된다.

그러면 도 10에 도시된 바와 같이 먼저 제1 저장 소자(121)가 출력 버스와 연결되고 영상처리부(200)는 출력 버스를 통해 전달되는 제1 전기적 신호를 이용하여 제1 영상을 생성한다. 이어서 제2 저장 소자(122)가 출력 버스와 연결되고 영상처리부(200)는 제2 저장 소자(122)의 제2 전기적 신호를 이용하여 제2 영상을 생성한다. 마지막으로 제3 저장 소자(123)가 출력 버스와 연결되어 제3 영상이 생성된다. 그 결과 최종적으로 제1 엑스선 영상 내지 제3 엑스선 영상을 획득할 수 있게 된다.

이와 같은 방법을 통해서 영상처리부(200)는, 제1 저장 소자 내지 제3 저장 소자(121 내지 123)로부터 제1 엑스선 영상 내지 제3 엑스선 영상을 순차적으로 독출하게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 영상처리부(200) 및 출력 버스를 통해서 영상을 획득하는 일례에 대해서 도 7을 통해 상술한 바 있다.

이상 설명을 통해서 동일한 대상체에 대하여 다양한 에너지의 엑스선을 연속적으로 조사하고, 모든 엑스선이 조사된 후에 각각의 엑스선에 상응하는 엑스선 영상을 얻는 방법에 대해 설명하였다.

이와 같이 동일한 대상체에 대해 다양한 에너지의 엑스선, 예를 들어 저에너지, 중에너지, 고에너지의 엑스선을 연속적으로 조사하여 엑스선 촬영을 하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 엑스선 에너지에 따라서 서로 다른 엑스선 영상을 확보할 수 있게 되어 대상체 내부의 다양한 조직을 검출할 수 있게 된다.

왜냐하면 엑스선 발생부(10)에서 조사되는 엑스선의 에너지에 따라서 대상체 내부의 각각의 조직들이 조사된 엑스선을 흡수하거나 투과시키는 정도가 변하기 때문이다. 예를 들어 고에너지의 엑스선을 인체에 대해 조사하는 경우, 연한 조직은 엑스선을 투과시키나 뼈와 같은 조직은 엑스선을 흡수한다. 따라서 고에너지의 엑스선의 조사 시에는 연한 조직들 대신 뼈와 같은 단단한 조직들에 대한 영상을 획득할 수 있다. 반대로 저에너지의 엑스선을 인체에 조사하는 경우에는 내부의 연한 조직들의 검출도 가능해진다. 따라서 다양한 에너지 스펙트럼의 엑스선을 조사할 필요가 있는 것이다.

도 11은 엑스선 영상 생성 방법에 있어서 엑스선의 에너지에 따라 획득되는 영상을 간략하게 표시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 저에너지의 엑스선을 대상체에 조사하는 경우 연한 조직들에 대한 기본적인 엑스선 영상을 얻을 수 있게 된다. 저에너지보다 상대적으로 큰 중에너지의 엑스선 영상을 조사하면, 일반 조직과 이상 조직을 분리할 수 있게 되고, 중에너지보다 상대적으로 큰 고에너지의 엑스선을 조사하면 뼈와 조직을 분리하여 검출할 수 있게 된다.

따라서 동일한 대상체에 서로 다른 에너지의 엑스선을 조사하면, 하나의 대상체에 대한 서로 다른 엑스선 영상을 얻을 수 있게 되어 인체 또는 물건의 내부의 조직이나 구조를 더욱 명확하게 파악할 수 있게 된다. 아울러 이와 같이 서로 다른 에너지의 엑스선으로 얻어진 영상을 조합하여 다중 에너지 엑스선 영상을 획득할 수도 있으며, 실시예에 따라서는 입체 영상을 얻을 수도 있을 것이다.

(3) 이하 도 12 및 도 13을 참조하여 일 실시예로서 유방 촬영 장치에 대해 설명한다.

도 12는 유방 촬영 장치에 대한 사시도이다.

도 12에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 유방 촬영 장치는 상부(H)에 엑스선을 생성하여 대상체, 즉 유방으로 조사하는 엑스선 발생부(10)와, 유방이 거치되는 거치대(P)를 포함하고 있되, 거치대(P)에는 대상체를 투과한 엑스선을 검출할 수 있는 엑스선 검출 패널(20)이 형성되어 있다. 아울러 유방 촬영 장치의 경우에는 유방의 압착을 위한 압착기(C)가 상부(H)와 거치대(P) 사이에 위치하고 있다.

유방 촬영 장치의 엑스선 발생부(10) 역시 다양한 에너지의 엑스선을 조사할 수 있다. 다만 유방 촬영 장치의 경우에는, 유방은 대부분 연한 조직으로 이루어져 있고, 아울러 인체에 대한 방사선 피폭량을 감소시키기 위하여, 저에너지의 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득한다.

그러나 저에너지의 엑스선을 조사한다고 하더라도 서로 상대적으로 크기가 다른 엑스선을 복수 회 조사하여 유방에 대한 다양한 영상을 확보함으로써 엑스선 촬영을 이용한 유방 내부의 병변, 예를 들어 유방암조직의 진단을 더욱 효율적으로 할 수 있다.

일 실시예에 따른 유방 촬영 장치의 엑스선 검출 패널(20)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 픽셀(100)로 이루어져 있으며, 복수의 픽셀(100)은, 신틸레이터(110a) 및 CMOS 칩(110b)를 포함하는 수광 소자(110)와 수광 소자(100)와 전기적으로 연결되거나 차단될 수 있는 커패시터 모듈(120)을 포함하고 있다. 커패시터 모듈(120)은 복수의 커패시터(121 내지 123)를 포함한다.

이하 이와 같은 유방 촬영 장치를 이용하여 엑스선 영상을 얻는 방법을 설명한다.

도 13은 유방 촬영 장치를 이용하여 엑스선 영상을 획득하는 방법에 대한 흐름도이다.

도 13에 도시된 바와 같이 일 실시예에 있어서 유방 촬영 장치를 이용한 엑스선 영상을 얻기 위해서, 먼저 사용자의 선택 또는 유방 촬영 장치 내의 설정에 따라서 조사될 엑스선 에너지가 결정된다.(s600)

이와 같이 결정된 엑스선 에너지에 따라서 커패시터 모듈(120)의 복수의 커패시터 중 어느 하나의 커패시터(예를 들어 121)가 선택되고, 구체적으로 선택된 커패시터와 연결된 스위칭부(예를 들어 131)가 닫혀져 선택된 커패시터(121)와 수광 소자(110)가 연결된다.(s610) 이때 다른 커패시터(예를 들어 122나 123)는 수광 소자(110)와 전기적으로 차단되어 있다.

그리고 단계 s600에 결정된 바에 따라 소정의 에너지의 엑스선이 조사된다.(s620)

그리고 엑스선 검출 패널(20)의 수광 소자(110)가 대상체, 즉 유방을 투과한 엑스선을 수광하고(s630), 엑스선을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.(s640)

그러면 선택된 커패시터(121)가 출력된 전기적 신호를 저장한다.(s650)

이후 사용자의 선택 또는 유방 촬영 장치의 설정에 따라서 다른 에너지의 엑스선이 조사될지가 결정되고,(s660) 추가로 다른 에너지의 엑스선이 조사될 경우에는 다른 에너지에 대해서 단계 s600 내지 단계 s650을 반복하도록 한다.

대상체, 즉 유방에 대해서 모든 에너지의 엑스선 촬영이 종료되면, 유방 촬영 장치의 영상 처리를 위한 프로세서가 각각의 커패시터(121 내지 123)로부터 엑스선 에너지에 따라서 전기적 신호를 독출하고,(s670) 그 결과 적어도 하나의 유방에 대한 엑스선 영상을 획득한다.

10 : 엑스선 발생부 20 : 엑스선 검출 패널
100 : 픽셀 110 : 수광 소자
120 : 저장 소자 130 : 스위칭부
200 : 영상 처리부 210 : 저장부
300 : 표시부 400 : 제어부

Claims (23)

1. 대상체에 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부;
   상기 대상체를 투과한 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하고 상기 변환된 전기적 신호를 출력하는 수광 소자와, 상기 수광 소자에 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 커패서터 모듈이 구비된 복수의 픽셀을 포함하는 엑스선 검출 패널; 및
   상기 복수의 커패시터로부터 전기적 신호를 독출하여 엑스선 영상을 생성하는 영상처리부;
   를 포함하는 엑스선 촬영 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 커패시터 모듈의 커패시터는,
   상기 조사되는 엑스선의 에너지에 따라 각 픽셀과 전기적으로 연결되거나 차단되며, 상기 커패시터가 상기 각 수광 소자과 전기적으로 연결된 상태에서 상기 엑스선이 각 수광 소자에 수광되면 상기 각 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 저장하는 엑스선 촬영 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 엑스선 발생부로부터 조사되는 엑스선의 에너지에 따라서 상기 수광 소자에 연결된 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터를 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 커패시터가 상기 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 저장하도록 하는 스위칭부;
   를 더 포함하는 엑스선 촬영 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 영상처리부는,
   상기 복수의 커패시터에 저장된 전기적 신호를 상기 엑스선의 에너지 별로 각각 판독하여 상기 엑스선의 에너지에 상응하는 복수의 엑스선 영상을 독출하는 엑스선 촬영 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 엑스선 발생부는,
   복수 회수로 엑스선을 조사하고,
   상기 패널의 복수의 수광 소자는, 상기 복수 회수로 조사된 엑스선을 수광하여 복수 회수로 전기적 신호를 출력하고,
   상기 커패시터 모듈은, 상기 조사된 복수의 엑스선의 에너지에 따라서 상기 커패시터 모듈의 적어도 하나의 커패시터에 상기 수광 소자로부터 전달되는 전기적 신호를 저장함으로써 상기 복수 회수의 전기적 신호를 저장하도록 제어되는 엑스선 촬영 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 영상처리부는,
   상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터에 상기 수광 소자로부터 전달되는 전기적 신호가 저장된 후에 동일한 엑스선 에너지에 상응하는 전기적 신호를 저장한 각각의 커패시터로부터 이미지를 독출하는 엑스선 촬영 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 수광 소자는,
   엑스선의 수광에 따라 빛을 발생시키는 신틸레이터(Scintillator); 및
   상기 신틸레이터로부터 발생된 빛을 감지하여 전기적 신호를 출력하는 광다이오드(photo diode);
   을 포함하는 엑스선 촬영 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 엑스선 검출 패널은, 상기 기판의 전면에 상기 신틸레이터를 배치하여 수광하는 전면조사방식(front side illumination) 또는 상기 기판의 후면에 상기 신틸레이터를 배치하여 수광하는 이면조사방식(back-side illumination)을 이용하는 엑스선 촬영 장치.
   
9. 조사된 엑스선을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수광 소자; 및
   상기 수광 소자에 연결되고 상기 수광 소자에서 출력되는 전기적 신호를 선택적으로 저장하는 복수의 저장 소자;
   를 포함하는 엑스선 검출 패널.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 저장 소자는,
    상기 조사되는 엑스선의 에너지에 따라 상기 수광 소자에 전기적으로 연결되거나 차단되고, 상기 수광 소자와 전기적으로 연결된 경우 상기 엑스선이 상기 수광 소자에 수광되면 상기 각 수광 소자에서 변환되어 출력되는 전기적 신호를 저장하는 엑스선 검출 패널.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    외부에서 조사되는 엑스선의 에너지에 따라서 하나의 수광 소자에 연결된 복수의 저장 소자 중 어느 하나의 저장 소자를 선택하여 상기 선택된 저장 소자를 상기 하나의 수광 소자에 전기적으로 연결시키는 스위칭부;
    를 더 포함하는 엑스선 검출 패널.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 수광 소자는 복수 회수로 엑스선을 수광하고, 상기 복수의 저장 소자 중 선택된 적어도 하나의 저장 소자는 상기 수광 소자에 의해 변환되어 출력되는 전기적 신호를 저장하는 엑스선 검출 패널.
    
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 저장 소자에 저장된 전기적 신호는 영상처리부에 의해 판독되어 상기 수광 소자에 조사된 엑스선의 조사 회수에 상응하는 복수의 엑스선 영상이 생성되는 엑스선 검출 패널.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 저장 소자에 저장된 전기적 신호는 상기 영상처리부에 의해 상기 엑스선의 에너지별로 각각 판독되어 상기 엑스선의 에너지에 상응하는 복수의 엑스선 영상이 생성되는 엑스선 검출 패널.
    
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 수광 소자는,
    엑스선의 수광에 따라 빛을 발생시키는 신틸레이터(Scintillator); 및
    상기 신틸레이터로부터 발생된 빛을 감지하여 전기적 신호를 출력하는 광다이오드(photo diode)를 구비하는 씨모스칩(CMOS chip);
    을 포함하는 엑스선 검출 패널.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 씨모스칩은,
    이면에 상기 신틸레이터가 배치되고 상기 전면에 상기 저장 소자가 배치되는 엑스선 검출 패널.
    
17. 조사될 엑스선의 에너지에 따라서, 엑스선 검출 패널의 각각의 픽셀에 포함되는 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터가 선택되는 단계;
    엑스선 발생부가 대상체로 엑스선을 조사하는 단계;
    상기 엑스선 검출 패널의 복수의 수광 소자가 상기 조사된 엑스선을 수광하고, 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계; 및
    상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터 중 상기 선택된 커패시터가 상기 출력된 전기적 신호를 저장하는 단계;
    를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 커패시터에 저장된 전기적 신호를 판독하여 엑스선 영상을 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
19. 청구항 17에 있어서,
    서로 다른 엑스선 에너지에 대해서 상기 단계를 복수 회로 반복하여, 상기 커패시터 모듈의 복수의 커패시터가 상기 에너지량에 따라서 각각 상호 다른 전기적 신호를 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 에너지량에 따라서 저장된 상호 다른 전기적 신호를 각각 판독하여 복수의 엑스선 영상을 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
21. 수광 소자마다 복수 개로 연결되고 상기 수광 소자에서 출력된 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장 소자 중 적어도 하나의 저장 소자가 선택되는 단계;
    상기 수광 소자가 대상체를 투과한 엑스선을 수광하고, 상기 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계; 및
    상기 선택된 적어도 하나의 저장 소자가 상기 출력된 전기적 신호를 저장하는 단계;
    를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
22. 청구항 21에 있어서,
    서로 다른 물리량의 엑스선에 대하여 상기 단계를 복수 회로 반복함으로써, 상기 엑스선의 물리량에 따라 각각 선택된 저장 소자가 각각 서로 다른 전기적 신호를 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
    
23. 청구항 22에 있어서,
    상기 엑스선의 물리량에 따라서 저장된 전기적 신호를 판독하여 복수의 이미지를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.

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