평판 검출기(FPD, Flat Panel Detector in X-ray)

X-ray 분석에서 평판 검출기(FPD, Flat Panel Detector)는 X-ray를 이용한 분석결과를 사람이 육안으로 관찰할 수 있도록 디지털 사진 및 비디오로 변환하는 장치로서 평판으로 된 것이다.

 

특징 및 장점과 단점

평판 검출기는 기존의 필름보다 민감하고 빠르다는 명백한 장점을 가지고 있다. 또한, 필름보다 더 낮은 선량의 방사선으로 높은 감도와 해상도를 구현할 수 있다. 또한, 기존의 필름 현상 대비 소형화와 경량화가 가능하며, 높은 내구성과 낮은 이미지 왜곡을 구현할 수 있다. FPD 덕분에 일부 X-ray 장치는 경량화가 가능해 졌으며, 디지털 저장을 통해 장시간 이미지 저장과 편집 등도 가능해졌다. 또한 기존 필름 대비 현상의 단계가 불필요해져 촬영 절차가 단순해 졌다. 단점으로 기존의 필름 현상 대비 가격이 비싸졌으며, 장시간 사용시 수명이 제한될수 있다. 또한 기계 장치이다 보니 상대적으로 충격에 민감하며, 열 등에 민감할 수 있다.

 

X-ray용 평판 검출기는 다음의 두 종류가 존재한다.

 

간접 검출기(Indirect FPD)

간접 검출기에는 일반적으로 가돌리늄 옥시설파이드(Gadolinium Oxysulfide, Gd₂O₂S) 또는 요오드화 세슘(Cesium Iodide, CsI)과 같은 신틸레이터(Scintillator, 방사선에 의해 가시광 등의 빛을 방출하는 물질을 말한다.) 물질 층이 포함된 평판에서 X-ray를 빛으로 변환한다. 신틸레이터 층 바로 뒤에는 LCD 텔레비전 및 컴퓨터 모니터를 만드는 데 사용되는 것과 매우 유사한 프로세스를 사용하여 제조된 비정질 실리콘 등으로 구성된 검출기 어레이가 있어 TFT-LCD 등의 디스플레이와 마찬가지로 각각 박막 트랜지스터(포토 다이오드)를 포함하는 수많은 수의 픽셀이 유리 기판에 비정질 실리콘으로 패턴화된 그리드를 형성하여 이미지를 구현한다. 포토 다이오드의 전기신호는 증폭되어 인간이 더 관찰하기 쉬운 이미지로 구현될 수 있다.

 

직접 검출기(Direct FPD)

직접 검출기는 비정질 셀레늄(amorphous Selenium, a-Se)과 같은 광전도체(photoconductor)를 사용하여 입사 X선을 직접 전하로 변환한다. a-Se 층에 입사하는 X선 광자는 내부 광전 효과를 통해 전자-정공 쌍을 생성하며, 셀레늄 층에 전압을 가하여 전자와 정공을 검출할 수 있는 전극으로 끌어당겨 이미지를 구성할 수 있다.(쉽게 얘기하여, a-Se는 X-ray를 가하면 전기를 흐르며, 이 때 발생하는 전기 신호를 이용하여 이미지를 구성한다.) 생성된 전류는 조사의 강도에 비례하며, TFT(Thin-Film Transistor) 어레이 등과 같은 장치를 이용하여 전기신호를 이미지화 한다. 직접 검출기는 신틸레이터 등에 의한 변환단계가 없기 때문에 간접 검출기 대비 높은 분해능을 가질 수 있다. 그러나, 직접 검출기는 간접 검출기 대비 열에 민감할 수 있다.

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그림. Indirect FPD의 단면구조(출처 : ams.com), 간접, 직접 검출기의 원리 (출처 : 위키피디아)