현재 개발중에 있는 이중 산란형 컴프턴 카메라는 두 대의 산란부 검출기(양면 실리콘 스트립 검출기, DSSD)와 하나의 흡수부 검출기(NaI(Tl) 섬광 검출기)로 구성되며, 소형이면서도 높은 영상해상도를 제공할 수 있는 구조를 가지고 있다. 본 연구에서는 이중 산란형 컴프턴 카메라를 구성하고 있는 감마선 검출기들의 에너지 분해능 및 시간 분해능을 평가하고, 산란부 검출기의 에너지 분해능에 영향을 미치는 인자들을 등가 노이즈 전하(equivalent noise charge)를 통하여 분석하였다. DSSD-1은 평균적으로 59.5 keV 피크($^{241}Am$)에 대하여 $25.2keV{\pm}0.8keV$ FWHM의 에너지 분해능을 보였으며, DSSD-2는 $31.8keV{\pm}4.6keV$ FWHM의 에너지 분해능 지니고 있는 것으로 확인되었다. DSSD의 시간 분해능은 57.25 ns FWHM으로 평가되었고, NaI(Tl) 섬광 검출기의 시간 분해능은 7.98 ns FWHM이었다. 또한 이중산란형 컴프턴 카메라를 이용하여 $^{137}Cs$ 점선원에 대한 컴프턴 영상을 획득한 후 성능을 평가하였다. 이번 실험을 통해서 영상해상도 8.4 mm FWHM (각 분해능 $8.1^{\circ}$ FWHM)을 획득하였고, 영상감도는 $1.5{\times}10^{-7}$(고유 효율=$1.9{\times}10^{-6}$)으로 나타났다.
현재 개발중에 있는 이중 산란형 컴프턴 카메라는 두 대의 산란부 검출기(양면 실리콘 스트립 검출기, DSSD)와 하나의 흡수부 검출기(NaI(Tl) 섬광 검출기)로 구성되며, 소형이면서도 높은 영상해상도를 제공할 수 있는 구조를 가지고 있다. 본 연구에서는 이중 산란형 컴프턴 카메라를 구성하고 있는 감마선 검출기들의 에너지 분해능 및 시간 분해능을 평가하고, 산란부 검출기의 에너지 분해능에 영향을 미치는 인자들을 등가 노이즈 전하(equivalent noise charge)를 통하여 분석하였다. DSSD-1은 평균적으로 59.5 keV 피크($^{241}Am$)에 대하여 $25.2keV{\pm}0.8keV$ FWHM의 에너지 분해능을 보였으며, DSSD-2는 $31.8keV{\pm}4.6keV$ FWHM의 에너지 분해능 지니고 있는 것으로 확인되었다. DSSD의 시간 분해능은 57.25 ns FWHM으로 평가되었고, NaI(Tl) 섬광 검출기의 시간 분해능은 7.98 ns FWHM이었다. 또한 이중산란형 컴프턴 카메라를 이용하여 $^{137}Cs$ 점선원에 대한 컴프턴 영상을 획득한 후 성능을 평가하였다. 이번 실험을 통해서 영상해상도 8.4 mm FWHM (각 분해능 $8.1^{\circ}$ FWHM)을 획득하였고, 영상감도는 $1.5{\times}10^{-7}$(고유 효율=$1.9{\times}10^{-6}$)으로 나타났다.
Prototype double-scattering Compton camera, which consists of three gamma-ray detectors, that is, two double-sided silicon strip detectors (DSSDs) as scatterer detectors and a NaI(Tl) scintillation detector as an absorber detector, could provide high imaging resolution with a compact system. In the ...
Prototype double-scattering Compton camera, which consists of three gamma-ray detectors, that is, two double-sided silicon strip detectors (DSSDs) as scatterer detectors and a NaI(Tl) scintillation detector as an absorber detector, could provide high imaging resolution with a compact system. In the present study, the energy resolution and the timing resolution of component detectors were measured, and the parameters affecting the energy resolution of the DSSD were examined in terms of equivalent noise charge (ENC). The energy resolutions of the DSSD-1 and DSSD-2 were, in average, $25.2keV{\pm}0.8keV$ FWHM and $31.8keV{\pm}4.6keV$ FWHM at the 59.5 keV peak of $^{241}Am$, respectively. The timing resolutions of the DSSD and NaI(Tl) scintillation detector were 57.25 ns FWHM and 7.98 ns FWHM, respectively. In addition, the Compton image was obtained for a point-like $^{137}Cs$ gamma source with double-scattering Compton camera. From the present experiment, the imaging resolution of 8.4 mm FWHM (angular resolution of $8.1^{\circ}$ FWHM), and the imaging sensitivity of $1.5{\times}10^{-7}$ (intrinsic efficiency of $1.9{\times}10^{-6}$) were obtained.
Prototype double-scattering Compton camera, which consists of three gamma-ray detectors, that is, two double-sided silicon strip detectors (DSSDs) as scatterer detectors and a NaI(Tl) scintillation detector as an absorber detector, could provide high imaging resolution with a compact system. In the present study, the energy resolution and the timing resolution of component detectors were measured, and the parameters affecting the energy resolution of the DSSD were examined in terms of equivalent noise charge (ENC). The energy resolutions of the DSSD-1 and DSSD-2 were, in average, $25.2keV{\pm}0.8keV$ FWHM and $31.8keV{\pm}4.6keV$ FWHM at the 59.5 keV peak of $^{241}Am$, respectively. The timing resolutions of the DSSD and NaI(Tl) scintillation detector were 57.25 ns FWHM and 7.98 ns FWHM, respectively. In addition, the Compton image was obtained for a point-like $^{137}Cs$ gamma source with double-scattering Compton camera. From the present experiment, the imaging resolution of 8.4 mm FWHM (angular resolution of $8.1^{\circ}$ FWHM), and the imaging sensitivity of $1.5{\times}10^{-7}$ (intrinsic efficiency of $1.9{\times}10^{-6}$) were obtained.
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문제 정의
이중 산란형 컴프턴 카메라는 두 대의 산란부 검출기(양면 실리콘 스트립 검출기, DSSD)와 하나의 흡수부 검출기(NaI(Tl) 섬광 검출기)로 구성이 되어 있으며, 소형이면서도 높은 영상해상도를 제공할 수 있는 구조를 가지고 있다. 본 연구에서는 이중 산란형 컴프턴 카메라를 구성하고 있는 감마선 검출기의 에너지 분해능 및 시간 분해능을 평가하고, 산란부 검출기의 에너지 분해능에 영향을 미치는 요인들을 분석하였다. 구성 검출기들의 시간 분해능을 바탕으로 현재 시스템에서 적절한 동시계수 시간 윈도우를 결정할 수 있었다.
본 연구에서는 이중 산란형 컴프턴 카메라의 성능을 결정하는 구성 검출기들의 에너지 분해능 및 시간 분해능을 평가하였으며, 137Cs 점선원에 대해서 실험적으로 컴프턴 영상을 획득하고 이중 산란형 컴프턴 카메라의 성능을 평가하여 보았다.
산란부 검출기의 에너지 분해능 및 반응위치 분해능이 개발중인 이중 산란형 컴프턴 카메라의 성능을 제한하고 있는 것으로 판단되며, 이에 최근 반응위치 분해능이 현재 사용중인 DSSD 보다 4배 우수한 DSSD (760 μm strip pitch)를 새로이 도입하였으며 노이즈 레벨이 낮은 다채널 신호처리 모듈을 개발하기 위한 노력을 진행하고 있다.
가설 설정
이에 DSSD와 NaI(Tl) 검출기를 산란 구조로 구성하고 실제 감마선의 반응 시간에는 차이가 없다고 가정하였다. 즉, DSSD와 NaI(Tl) 검출기를 매우 가깝게 위치시키고(1 cm 간격), DSSD에서 산란된 후 NaI(Tl) 검출기에서 완전히 흡수된 경우에 반응의 시간차는 없다고 가정하였다.
이에 DSSD와 NaI(Tl) 검출기를 산란 구조로 구성하고 실제 감마선의 반응 시간에는 차이가 없다고 가정하였다. 즉, DSSD와 NaI(Tl) 검출기를 매우 가깝게 위치시키고(1 cm 간격), DSSD에서 산란된 후 NaI(Tl) 검출기에서 완전히 흡수된 경우에 반응의 시간차는 없다고 가정하였다. 선원으로는 662 keV 감마선을 방출하는 137Cs 점선원을 DSSD 앞면에서부터 4 cm 거리에 두었다.
제안 방법
2차원 에너지 게이트를 적용하여 최종적으로 1548개의 유효반응들을 획득하였으며, 이들을 사용하여 영상재구성을 실시하였다. 컴프턴 카메라에서 영상감도는 유효반응의 수를 선원에서 방출된 감마선의 수로 나누어 줌으로써 구할 수 있으며, 이번 실험에서의 영상감도는 1.
DSSD 및 이와 연결된 신호처리회로의 시간 분해능을 결정하기 위해서 DSSD와 NaI(Tl) 검출기 조합을 선택하였다. 앞서 설명한 NaI(Tl) 검출시스템의 시간 분해능을 결정하기 위해 사용하였던 방법은 DSSD에는 적합하지 않는데, 그 이유는 DSSD는 원자번호가 낮고 두께가 매우 얇기 때문에 511 keV 감마선에 대한 전에너지 피크 (full-energy peak)를 형성할 확률이 매우 낮기 때문이다.
따라서 우수한 에너지 분해능은 양질의 컴프턴 영상을 획득하기 위해 매우 중요한 인자가 된다. DSSD의 에너지 분해능을 결정하기 위하여 59.5 keV 감마선을 방출하는 241Am 선원과 88 keV 감마선을 방출하는 109Cd 선원을 사용하여 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 그림 3과 4에서는 241Am 및 109Cd 감마선원에 대한 두 DSSD의 각 스트립별 에너지 분해능을 나타내고 있다.
두 대의 동일한 섬광 검출기 및 신호처리 로직을 구성하고 두 검출기 사이에 511 keV 소멸 감마선을 방출하는 22Na 감마선원을 위치시켰다. Timing filter amplifier (TFA; model 474, ORTEC, USA)를 사용하여 빠르게 shaping 한 다음 시간 분해능에 영향을 미치는 amplitude walk의 영향을 최소화하기 위하여 constant fraction discriminator (CFD; model 935, ORTEC, USA) 를 사용하여 트리거 신호를 획득하였다. 이렇게 생성된 로직 신호를 time-to-digital converter (TDC; model 7186, Phillips Scientific, USA)에 넣어 주어 반응시간 정보를 획득하였다.
구성 검출기들의 시간 분해능을 바탕으로 현재 시스템에서 적절한 동시계수 시간 윈도우를 결정할 수 있었다. 그리고 점선원 형태의 137Cs 감마선원에 대한 컴프턴 영상을 획득하고 컴프턴 카메라의 성능을 평가하였다. 산란부 검출기의 에너지 분해능 및 반응위치 분해능이 개발중인 이중 산란형 컴프턴 카메라의 성능을 제한하고 있는 것으로 판단되며, 이에 최근 반응위치 분해능이 현재 사용중인 DSSD 보다 4배 우수한 DSSD (760 μm strip pitch)를 새로이 도입하였으며 노이즈 레벨이 낮은 다채널 신호처리 모듈을 개발하기 위한 노력을 진행하고 있다.
동시계수회로를 구성하여 두 대의 검출기에서 동시에 반응이 일어난 경우에만 게이트를 열어주어 데이터를 기록하였으며, 우연 동시반응들을 제거하기 위하여 511±50 keV의 에너지 게이트를 적용하여 주었다.
그림 5에서는 NaI(Tl) 섬광 검출시스템의 시간 분해능을 결정하기 위해 사용된 신호처리 로직을 보여주고 있다. 두 대의 동일한 섬광 검출기 및 신호처리 로직을 구성하고 두 검출기 사이에 511 keV 소멸 감마선을 방출하는 22Na 감마선원을 위치시켰다. Timing filter amplifier (TFA; model 474, ORTEC, USA)를 사용하여 빠르게 shaping 한 다음 시간 분해능에 영향을 미치는 amplitude walk의 영향을 최소화하기 위하여 constant fraction discriminator (CFD; model 935, ORTEC, USA) 를 사용하여 트리거 신호를 획득하였다.
앞서 결정된 영상감도는 선원의 위치에 의존하는 값이므로 컴프턴 카메라의 고유 효율(intrinsic efficiency)을 추가적으로 확인하여 보았다. 이중 산란형 컴프턴 카메라의 고유 효율은 삼중 동시계수로 획득한 유효반응의 수(=1548 개)를 첫 번째 산란부에 입사된 감마선의 수로 나누어 줌으로써 구하였다.
그림 6에서 확인할 수 있듯이 단독(single)으로 데이터를 획득하면 511 keV 피크뿐만 아니라 22Na 선원에서 방출되는 1275 keV 감마선에 대한 피크도 선명하게 보이는데 반하여, 동시계수를 통해 획득한 스펙트럼에서는 511 keV를 제외한 이벤트들이 상당 부분 제거가 되었음을 알 수 있다. 여기에 추가적으로 에너지 게이트를 적용하여 두 검출기 모두 511 keV에 해당하는 이벤트가 있을 경우에만 해당 이벤트들의 반응 시간 정보를 사용하여 시간차 스펙트럼을 획득하였다.
Timing filter amplifier (TFA; model 474, ORTEC, USA)를 사용하여 빠르게 shaping 한 다음 시간 분해능에 영향을 미치는 amplitude walk의 영향을 최소화하기 위하여 constant fraction discriminator (CFD; model 935, ORTEC, USA) 를 사용하여 트리거 신호를 획득하였다. 이렇게 생성된 로직 신호를 time-to-digital converter (TDC; model 7186, Phillips Scientific, USA)에 넣어 주어 반응시간 정보를 획득하였다. 동시계수회로를 구성하여 두 대의 검출기에서 동시에 반응이 일어난 경우에만 게이트를 열어주어 데이터를 기록하였으며, 우연 동시반응들을 제거하기 위하여 511±50 keV의 에너지 게이트를 적용하여 주었다.
이를 위해서는 각 구성 검출기 및 이와 연결된 신호처리회로 조합의 시간 분해능을 정확히 결정하는 것이 선결되어야 한다. 이에 본 연구에서는 컴프턴 카메라를 구성하는 검출기 및 신호처리회로를 사용하여 각 검출 시스템의 시간분해능을 결정하였다.
앞서 결정된 영상감도는 선원의 위치에 의존하는 값이므로 컴프턴 카메라의 고유 효율(intrinsic efficiency)을 추가적으로 확인하여 보았다. 이중 산란형 컴프턴 카메라의 고유 효율은 삼중 동시계수로 획득한 유효반응의 수(=1548 개)를 첫 번째 산란부에 입사된 감마선의 수로 나누어 줌으로써 구하였다. 선원에서 방출된 감마선 중 7.
참고로 전에너지 피크는 다중 산란 이후 흡수된 경우도 포함하고 있으나, 검출기의 픽셀 사이즈가 작고(3 mm×3 mm×1.5 mm) 다중 채널 반응은 측정 시 포함하지 않기 때문에 포토피크(photopeak)에 대한 반응 확률을 확인하여 보았다.
5 mm이다. 첫 번째 산란부에서 발생한 컴프턴 산란 반응의 위치를 컴프턴 원뿔면의 꼭짓점으로 결정하며, 두 산란부에서의 반응 위치를 사용하여 컴프턴 원뿔면의 축으로 결정한다. 그리고, 첫번째 산란부에 전달된 에너지를 식 1에 대입하여 산란각을 결정하고 이는 컴프턴 원뿔면의 내각으로 사용한다.
컴프턴 카메라에 사용되는 동일한 신호처리 모듈들을 사용하였고, 역시 에너지까지 기록하여 두 검출기에 전달된 에너지의 합이 선원의 에너지와 같아야 한다는 에너지 게이트(662±60 keV)를 적용하여 우연동시반응들은 제거하여 주었다.
그림 13에서는 1548개의 유효반응을 사용하여 재구성된 컴프턴 영상을 보여주고 있으며, 그림 14에서는 재구성된 영상을 x축으로 프로젝션한 분포를 보여주고 있다. 해당 분포에 가우시안 피팅을 하여 영상해상도를 구하였고, 이번 실험에서는 137Cs 점선원에 대하여 8.4 mm FWHM의 영상해상도를 획득하였다. 컴프턴 영상 기법에 있어서 영상해상도를 표현하는 또 다른 방법은 각 분해능 (angular resolution)이다[11].
대상 데이터
662 keV 감마선을 방출하는 점선원 형태의 137Cs 선원을 사용하여 컴프턴 영상을 획득하였다. 선원은 이중 산란형 컴프턴 카메라로부터 4 cm 앞에 위치시켰고, 삼중동시계수를 통해 10시간 동안 데이터를 획득하였다.
즉, DSSD와 NaI(Tl) 검출기를 매우 가깝게 위치시키고(1 cm 간격), DSSD에서 산란된 후 NaI(Tl) 검출기에서 완전히 흡수된 경우에 반응의 시간차는 없다고 가정하였다. 선원으로는 662 keV 감마선을 방출하는 137Cs 점선원을 DSSD 앞면에서부터 4 cm 거리에 두었다. 컴프턴 카메라에 사용되는 동일한 신호처리 모듈들을 사용하였고, 역시 에너지까지 기록하여 두 검출기에 전달된 에너지의 합이 선원의 에너지와 같아야 한다는 에너지 게이트(662±60 keV)를 적용하여 우연동시반응들은 제거하여 주었다.
Cs 선원을 사용하여 컴프턴 영상을 획득하였다. 선원은 이중 산란형 컴프턴 카메라로부터 4 cm 앞에 위치시켰고, 삼중동시계수를 통해 10시간 동안 데이터를 획득하였다. 실험 당일 방사능의 세기는 9.
성능/효과
NIST에서 제공하는 XCOM [9]을 통해 실리콘에서 511 keV 광자의 광전흡수에 대한 선형 감쇠계수를 4.06×10-4 cm-1(= 1.74×10-4 cm2g-1 × 2.33 gcm-3)로 확인 하였고, 여기에 산란부 검출기 두께에 해당하는 0.15 cm를 곱하여 최종적으로 0.006%의 반응확률을 획득하였다.
이는 동시계수의 시간 윈도우를 결정하는 값이며, 시간 분해능 보다는 몇 배정도 넓게 잡아주는 것이 적절하다고 알려져 있다[10]. 또한, 이중 산란형 컴프턴 카메라의 경우 삼중 동시계수를 사용하고 있고, 합에너지 게이트를 통해 추가적으로 우연 동시반응을 제거할 수 있으므로 다소 넓게 잡아주는 것이 유효한 반응을 놓치지 않고 기록하는데에 유리하다고 판단된다.
선원에서 방출된 감마선 중 7.87%가 검출기로 입사되는 것으로 평가되었고, 이에 137Cs 선원에 대한 고유 효율은 1.9×10-6임을 확인하였다.
8 μs이다. 이 값들을 사용하여 계산된 누설전류에 의한 ENCL 값은 2039 electrons이며, 여기에 실리콘 검출기에서 하나의 전자/전공쌍을 생성하기 위한 에너지인 3.62 eV를 곱하고, FWHM으로 계산하기 위해 2.35를 곱하면 최종적으로 17.3 keV FWHM의 노이즈 값을 구할 수 있다.
이 각 분해능은 에너지로 계산된 산란각과 반응위치로 계산된 산란각의 차(angular resolution measure)를 그림 15와 같이 분포화 시킨 다음 해당 분포를 가우시안(또는 보이트) 피팅함으로써 구할 수 있다. 재구성된 컴프턴 영상을 통해 구할 수 있는 길이 단위의 영상해상도는 컴프턴 카메라의 성능뿐만 아니라 영상재구성 알고리듬의 성능에도 영향을 받는 값으로 종합적인 성능 평가가 가능하지만, 각 분해능은 온전히 컴프턴 카메라 구성 검출기의 성능에만 영향을 받는 값이므로 단순히 영상장치의 성능을 표현하기에는 각 분해능이 더욱 적절하다고 생각한다. 이번 실험에서는 8.
25 ns라고 결정할 수 있었다(식 7). 참고로 검출기 연결을 해제하고 펄스생성기를 통해 결정된 MUX-16과 그 뒷단의 시스템 시간 분해능은 2.56 ns으로 평가되었다.
컴프턴 카메라에서 영상감도는 유효반응의 수를 선원에서 방출된 감마선의 수로 나누어 줌으로써 구할 수 있으며, 이번 실험에서의 영상감도는 1.5×10-7으로 평가되었다(식 8).
후속연구
검출기 누설전류는 온도에 매우 민감하여 7 K 감소함에 따라 누설전류는 대략 절반 정도로 줄어든다고 한다[8]. 따라서 DSSD의 에너지 분해능 향상을 위해서 검출기 냉각을 고려해야 할 것으로 생각되며, 현재 90 cm에 달하는 검출기와 전치증폭기 사이의 케이블을 짧은 것으로 대체하는 것도 고려해야 될 것으로 생각한다. 또한 현재 MUX-16이 외부적인 노이즈에 상당히 민감하게 반응하므로 최적의 그라운드 설정을 통해 노이즈를 빼 주어야 할 것으로 판단된다.
따라서 DSSD의 에너지 분해능 향상을 위해서 검출기 냉각을 고려해야 할 것으로 생각되며, 현재 90 cm에 달하는 검출기와 전치증폭기 사이의 케이블을 짧은 것으로 대체하는 것도 고려해야 될 것으로 생각한다. 또한 현재 MUX-16이 외부적인 노이즈에 상당히 민감하게 반응하므로 최적의 그라운드 설정을 통해 노이즈를 빼 주어야 할 것으로 판단된다.
컴프턴 카메라는 공간상에 존재하는 방사선원의 위치를 3차원적으로 확인할 수 있는 감마선 영상장치로서 다양한 목적으로 활용될 가능성을 지니고 있다. 예로, 의료진단 목적으로 인체내에 주입된 방사성 동위원소의 분포를 영상화 할 수 있으며 방사성 폐기물 분석 및 대형 원자력 시설에서의 방사화된 오염원의 추적 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 이중 산란형 컴프턴 카메라는 두 대의 산란부 검출기(양면 실리콘 스트립 검출기, DSSD)와 하나의 흡수부 검출기(NaI(Tl) 섬광 검출기)로 구성이 되어 있으며, 소형이면서도 높은 영상해상도를 제공할 수 있는 구조를 가지고 있다.
즉, 두 개의 매우 얇은 실리콘 검출기를 산란부로 사용하여 광자의 궤적을 정확히 결정하겠다는 것이 주된 아이디어이다. 이를 통해 시스템을 매우 간소화하면서도 높은 영상해상도를 제공할 수 있을 것으로 기 대한다. 이러한 구조는 Scannavini 등에 의해 최초로 제안되었으나[6] 아직까지 실험적으로 실증되지 않고 있다.
그림 3과 4에서 볼 수 있듯이 DSSD-2는 전체적인 에너지 분해능 값도 좋지 않을뿐더러 각 검출기 채널간 편차도 심하게 나타나는 것으로 확인되었다. 이에 에너지 분해능이 상대적으로 우수한 DSSD-1을 첫 번째 산란부로 사용하는 것이 높은 영상해상도를 얻는데 도움이 될 것으로 판단된다.
컴프턴 카메라는 공간상에 존재하는 방사선원의 위치를 3차원적으로 확인할 수 있는 감마선 영상장치로서 다양한 목적으로 활용될 가능성을 지니고 있다. 예로, 의료진단 목적으로 인체내에 주입된 방사성 동위원소의 분포를 영상화 할 수 있으며 방사성 폐기물 분석 및 대형 원자력 시설에서의 방사화된 오염원의 추적 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
컴프턴 영상기법에서 필수적으로 획득해야하는 물리량은 무엇인가?
컴프턴 영상기법에서 필수적으로 획득해야하는 물리량은 컴프턴 산란 위치와 산란된 감마선의 진행 방향, 그리고 산란된 감마선의 에너지이다. 이러한 물리량들을 사용하여 컴프턴 영상 재구성에 사용되는 원뿔면(conical surface)의 꼭짓점 및 축, 그리고 내각을 결정하므로, 결국 이러한 물리량을 얼마나 정확히 결정할 수 있는지가 컴프턴 카메라의 영상해상도를 결정하는 요소가 된다.
컴프턴 산란에 기반을 둔 컴프턴 카메라의 장점은 무엇인가?
컴프턴 산란에 기반을 둔 컴프턴 카메라는 3차원적인 방사선원의 분포를 고정된 위치에서 결정할 수 있는 감마선 영상장치로서 물리적 집속기를 사용하지 않기 때문에 높은 에너지 감마선을 방출하는 핵종에 대한 영상화가 유리하다는 장점이 있다[1]. 또한 선원의 에너지가 높아질수록 영상해상도가 향상된다는 점, 영상해상도와 영상감도 사이에 대립적인 특성이 없다는 장점 등을 바탕으로 의료용 영상장치 뿐만 아니라 원자력 산업용 영상장치로서의 활용 가능성을 가지고 있다.
컴프턴 카메라가 의료용 영상장치 뿐만 아니라 원자력 산업용 영상장치로서의 활용 가능성을 가지고 있는 이유는?
컴프턴 산란에 기반을 둔 컴프턴 카메라는 3차원적인 방사선원의 분포를 고정된 위치에서 결정할 수 있는 감마선 영상장치로서 물리적 집속기를 사용하지 않기 때문에 높은 에너지 감마선을 방출하는 핵종에 대한 영상화가 유리하다는 장점이 있다[1]. 또한 선원의 에너지가 높아질수록 영상해상도가 향상된다는 점, 영상해상도와 영상감도 사이에 대립적인 특성이 없다는 장점 등을 바탕으로 의료용 영상장치 뿐만 아니라 원자력 산업용 영상장치로서의 활용 가능성을 가지고 있다. 현재 사용중인 의료용 영상 장치의 경우에는 511 keV 미만의 감마선에 대한 영상화에만 용도가 한정되며, 산업적 목적으로 활용되기 위해서는 511 keV 이상의 감마선원에 대해서도 성능이 보장되어야 하기 때문에 핀홀 카메라 또는 단일광자방출단층촬영(single photon emission computed tomography, SPECT)과 같이 물리적 집속기를 사용하는 영상장치 보다는 컴프턴 영상기법이 대안으로 주목받고 있다[2].
참고문헌 (11)
서희, 이세형, 박진형, 김찬형, 박성호, 이주한, 이춘식, 이재성. 4-D 전산모사 기법을 이용한 회전형 컴프턴 카메라의 영상 특성 평가. 방사선방어학회지 2009;34(3):107-114.
Seo H, Lee SH, Kim CH, An SH, Lee JH, Lee CS. Optimal geometrical configuration of a double- scattering Compton camera for maximum imaging resolution and sensitivity. Nucl. Instr. and Meth. A 2008;591:80-83.
Seo H, Kim CH. Park JH, Kim JK, Lee JH, Lee CS, Lee JS. Development of double-scattering-type Compton camera with double-sided silicon strip detectors and NaI(Tl) scintillation detector. Nucl. Instr. and Meth. A 2010;615:333-339.
Scannavini MG, Speller RD, Royle GJ, Cullum I, Raymond M, Hall G, Iles G. A possible role for silicon microstrip detectors in nuclear medicine: Compton imaging of positron emitters. Nucl. Instr. and Meth. A 2002;477:514-520.
Toker O, Masciocchi S, Nygoard E, Rudge A, and Weilhammer P. VIKING, a CMOS low noise monolithic 128 channel frontend for Si-strip detector readout. Nucl. Instr. Meth. A 1994;340:572-579.
Knoll GF. Radiation detection and measurement. 3rd ed. New York; John Wiley and Sons, 2000.
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