Development of Multi-Channel DXA Detector for Cone Beam Data Acquisition
Cone beam 데이터 획득을 위한 다채널 이중에너지 X선 흡수계측법 검출기 개발
- 주제어 (키워드) Cone beam , DXA , Multi-channel , Diode-based SCD multiplexing , 콘빔 , 이중에너지 X선 흡수계측법 , 다채널 , 다이오드 기반의 SCD 멀티플렉싱
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 최용
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079847
- UCI I804:11029-000000079847
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Linear-type fan beam detectors have been commonly used in dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), which requires long scan time and high radiation exposure when imaging a large area. These problems could be resolved by employing array-type cone beam detectors that could provide a wide field-of-view with a single exposure. The purpose of this study was to develop an array-type multi-channel cone beam DXA detector. The detector was composed of LYSO coupled with a SiPM. Diode-based SCD readout was used to reduce the 256 signals of SiPMs to 32. Diode-based time-over- threshold (ToT) was used to measure the time and energy information. A 32-ch tapped delay-line TDC was implemented in FPGA to measure the rising edge and the width of the ToT output. Energy resolutions were acquired using Am-241 and Co-57 point sources. The 256 energy spectra were also acquired using X-ray generator. The count variations of the low- and high- energy regions were measured to evaluate the uniformity and stability of the detector. The energy resolutions were 25.4% and 21.3% at 60 keV and 122 keV, respectively. Two energy peaks in low- and high-energy regions were clearly discriminated in the 256 energy spectra. Average count variations of the low and high energy regions were 0.6% and 1.3%, respectively. These results indicated that the proposed cone beam DXA detector had sufficient energy resolution, uniformity and stability to discriminate low-energy X- rays and could be useful for cone beam DXA detector.
more초록 (요약문)
선형형 팬빔 검출기는 이중에너지 X선 흡수계측법(DXA)에서 일반적으로 사용되고 있으나, 넓은 영역을 촬영할 경우 긴 촬영 시간과 높은 방사선 노출이라는 문제가 있다. 이 문제는 한번에 넓은 범위를 촬영할 수 있는 배열형 콘빔 검출기를 사용함으로써 해결할 수 있다. 본 연구의 목적은 배열형 다채널 콘빔 DXA 검출기를 개발하는 것이다. 검출기는 LYSO와 SiPM을 결합하여 구성되었다. SiPM의 256개 신호를 32개로 줄이기 위해 다이오드를 대칭 구조로 배열하여 전하를 분배하는 방식을 사용하였으며, 시간 및 에너지 정보를 측정하기 위해 다이오드 기반의 ToT(Time-over-Threshold) 방식을 적용하였다. ToT 출력 신호가 검출기에 도달한 시간과 신호의 너비를 측정하기 위해 FPGA에 32채널 tapped delayline TDC(Time-to-Digital Converter)를 구현하였다. Am-241 및 Co-57 점선원을 사용하여 에너지분해능을 측정하였으며, X선 발생기를 사용하여 256채널 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 검출기의 균일성과 안정성을 평가하기 위해 저에너지 및 고에너지 영역의 카운트 변동성을 측정하였다. 에너지 해상도는 60 keV와 122 keV에서 각각 25.4%와 21.3%였다. 256채널 에너지 스펙트럼에서 저에너지와 고에너지 영역의 두 에너지 피크가 명확히 구분되었다. 저에너지와 고에너지 영역의 평균 카운트 변동성은 각각 0.6%와 1.3%로 나타났다. 이러한 결과는 제안된 콘빔 DXA 검출기가 저에너지 X선을 구분하기에 충분한 에너지 분해능, 균일성 및 안정성을 가지고 있으며, 콘빔 DXA 검출기로 유용하게 사용할 수 있음을 나타낸다.
more목차
1. Introduction 1
2. Materials and Methods 3
2.1. 256-ch cone beam X-ray detector 3
2.2. Diode-based SCD Multiplexing circuit 5
2.3. Analog Signal Processing 6
2.4. Digital Signal Processing and Data Acquisition 7
2.5. 256-ch Cone Beam DXA Detector 9
2.6. Performance Evaluation 10
3. Results 11
3.1. Energy resolutions of Cone Beam DXA Detector 11
3.2. Dual-energy X-ray Spectra 12
3.3. Ce K-edge Filtering 14
3.4. Count rate 15
3.5. Stability Evaluations 16
4. Discussion 18
5. Conclusions 20
Bibliography 22
