연구팀이 개발한 기술은 단일 광자의 검출이 가능한 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 활용해 기존 CMOS X-ray 디텍터에 비해 매우 낮은 선량의 X-ray를 사용하면서도 동일한 이미지 품질을 유지할 수 있으며, 이를 활용해 저선량 혹은 고속 X-ray 촬영이 필요한 환자에게 효과적으로 적용될 수 있다.
연구팀은 이 기술을 바탕으로 대면적 CMOS X-ray 디텍터를 개발했으며 600 fps의 높은 프레임의 X-ray 이미지를 획득하는 데 성공했다. 또한 기존 SPAD 기반 센서들이 가지고 있던 높은 전력 소모 문제를 시간 인코딩을 활용한 보외법으로 해결해 센서의 전력 소모를 약 100배가량 낮출 수 있었다.
개발된 X-ray 디텍터는 세계 최고의 전력 효율, 높은 이미지 품질, 넓은 동적 영역, 고속 동작을 동시에 달성한 매우 혁신적인 연구 결과로, 그 기술적 가치를 인정받아 2023년 ISSCC에 발표 논문으로 선정됐다.
연세대 채영철 교수는 "기존 포톤 카운팅 기반의 X-ray 디텍터는 낮은 효율과 낮은 이미지 품질로 인해 상업화가 어려웠으나, 본 연구에서 제안하는 SPAD 기반의 포톤 카운팅 X-ray 디텍터를 통해 관련된 문제를 모두 해결했다"며 "개발된 초저선량 X-ray 디텍터를 통해 실시간 X-ray 촬영을 필요로 하는 고난도 수술에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대한다"라고 말했다.
한편 이 연구는 범부처 전주기 의료기기 연구개발사업의 'Global Shutter 기반의 20 x 20cm 대면적 Hybrid X선 동영상 검출기 개발' 프로그램의 지원으로 ㈜레이언스와 공동으로 수행됐다. 김대성기자 kdsung@dt.co.kr
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