Fabrication of Gd2O2S:Tb fine scintillator film and evaluation of image quality for resolution improvement of X-ray imaging based on CMOS

In this study, fine $Gd_2O_2S$:Tb powder was synthesized by using a low temperature solution-combustion method for a high-resolution digital x-ray imaging detector. From the fabricated phosphor power, the fine scintillator films was fabricated by particle sedimentation method and was investigated the luminescent property. From the experimental results of relative light output as a function of terbium concentration, the highest luminescent efficiency has at 5 wt% Tb concentration, and luminescent intensity decreased rapidly according to quenching effect about higher Tb concentration. Also, the relative light output of $270{\mu}m$-$Gd_2O_2S$:Tb film has 2945 pC/$cm^2$/mR. And light intensity was saturated at higher film thickness. Finally, to evaluate an image acquisition performance of fabricated phosphor, images were obtained by using commercial CMOS sensor and measured the MTF, NPS, and DQE. DQE(0 lp/mm) of fine phosphor film has 37%. But, DQE improvement of fine phosphor film is possible by resolving problem of film fabrication process and has a significant potential in the application of digital radiation imaging system later.

CMOS 기반 X선 영상의 해상력 향상을 위한 Gd2O2S:Tb 미세형광체 필름 제작 및 영상 질 평가

본 연구는 고해상도 디지털 X선 영상 검출기 적용을 위해 미세 $Gd_2O_2S$:Tb 형광체 분말을 저온 액상법을 이용하여 합성하였다. 제조된 형광체 분말을 이용하여 입자침전법을 이용하여 형광체 필름을 제작하여 발광특성을 조사하였다. 측정결과, Tb 첨가농도에 따른 상대적인 발광량 측정결과 5 wt%의 첨가농도에서 가장 높은 발광효율을 보였으며, 첨가농도가 증가할수록 소광현상에 의한 발광강도가 급격히 감소하는 경향을 보였다. 또한 270 ${\mu}m$ 두께의 $Gd_2O_2S$:Tb에서 2945 pC/$cm^2$/mR의 발광 강도를 가졌으며, 발광 강도가 거의 포화되는 것을 관찰할 수 있었다. 끝으로 제조된 형광체의 영상획득 성능을 평가하기 위해 상용화된 CMOS 센서를 이용하여 X선 영상을 획득하여 MTF, NPS를 측정하여 DQE 평가를 수행하였다. 측정결과, DQE(0)의 값은 37%로 다소 낮은 값을 보였다. 향후 필름 제조 공정상의 문제점을 해결한다면, DQE를 개선할 수 있을 것으며, 고해상도 의료 방사선 영상 시스템 적용에 유용하게 적용 가능할 것으로 판단된다.