KR100770348B1

KR100770348B1 - 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 엑스-선진단 시스템

Info

Publication number: KR100770348B1
Application number: KR1020050135742A
Authority: KR
Inventors: 박양하; 김종욱; 장원석; 김현숙; 최해영
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-10-25
Also published as: KR20070071900A

Abstract

본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템은, 전자빔 발생원으로서의 초점이 수십 ㎛인 오목한 구조의 탄소나노튜브 음극부와, 전자 방출을 유도하는 게이트부와, 전자의 충돌에 의해 X-선을 발생하는 양극부를 구비하는 탄소나노튜브 기반의 3극 X-선관; 및 상기 X-선관의 양극부로부터 발생하는 X-선의 진행 경로 상에 X-선관으로부터 소정 거리 이격되어 X-선의 진행방향에 대해 수직 방향으로 설치되며, 샘플을 투과한 X-선을 검출하는 X-선 검출기를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, X-선의 필라멘트 대신 오목한 음극 구조의 탄소나노튜브 기반 엑스-선관을 이용하여 X-선의 초점을 ㎛ 정도로 작게 함으로써 공간 분해능을 높이고, 또한 위상 대비(phase contrast) 기법을 사용함으로써 암 등 생체 조직의 정밀한 진단이 가능한 장점이 있다.

탄소나노튜브, 마이크로 포커싱, 위상 대비, X-선

Description

탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 엑스-선 진단 시스템{Phase-contrasted X-ray diagnosis system using carbon nanotube micro-focusing}

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템의 구성을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템에 있어서, 오목한 구조를 가지는 탄소나노튜브 음극부의 구성을 보여주는 도면.

도 3은 일반적인 X-선 진단 시스템 구성과, 위상 대비(phase contrast)를 적용한 본 발명의 X-선 진단 시스템 구성을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 적용되는 X-선 위상 대비(phase contrast) 기법의 원리를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101...오목한 구조의 CNT 음극부를 갖는 X-선관 102...음극부 공급전원

103...공급전류 제한용 저항소자 104...벌브

105...음극부 106...양극부

107...양극부 공급전원 108...X-선

109...가장자리가 개선된 위상 대비 110...샘플

111...X-선 검출기 201...기판

202...지지대 203...게이트

204...전자빔 205...양극 타겟

본 발명은 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템에 관한 것으로서, 특히 X-선의 필라멘트 대신 오목한 음극 구조의 탄소나노튜브 기반 엑스-선관을 이용하여 X-선의 초점을 ㎛ 정도로 작게 함으로써 공간 분해능을 높이고, 또한 위상 대비(phase contrast) 기법을 사용하여 암 등 생체 조직의 정밀한 진단이 가능한 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템에 관한 것이다.

생체 조직의 영상진단에는 X-선을 사용하는 경우가 대다수이다. 그러나 기존의 필라멘트 방식의 X-선으로는 정밀한 영상을 얻는데 한계가 있다. 특히 유방암 진단의 경우 유방 조직과 암의 구분은 X-선을 이용할 경우 조기 및 정밀 진단에 많은 어려움이 있다. 따라서 X-선의 영상 화질을 높이기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.

종래의 X-선 영상 촬영은 X-선의 강도(intensity)만을 이용함으로써, 조직간의 영상을 분석하는데 공간 분해력이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 특히 유방암 등의 조기진단에는 기존의 X-선을 이용하면 오진의 확률이 많이 나타나는 문제가 있다. X-선 영상의 공간 분해능을 높이기 위해서는 기존의 X-선일 경우, 마이크로포커싱(microfocusing)을 해야 하나 기존의 X-선관에 추가로 자기 거울(magnetic mirror) 등을 설치하면 크기, 구성, 무게 등 여러 가지 문제점이 발생하며, 전체 X-선 시스템을 구성하는데 어려움이 수반된다. 공간 분해능을 높이는 다른 방법으로는 X-선의 위상을 이용한 공간 분해능을 향상시키는데. 지금까지는 싱크로트론(synchrotron:하전입자 가속장치)을 이용한 위상 대비(phase contrast)를 적용하여 X-선의 공간 분해능을 향상시켰으나, 싱크로트론의 거대화로 인해 실용화에는 많은 어려움이 따르고 있다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, X-선의 필라멘트 대신 오목한 음극 구조의 탄소나노튜브 기반 엑스-선관을 이용하여 X-선의 초점을 ㎛ 정도로 작게 함으로써 공간 분해능을 높이고, 또한 위상 대비(phase contrast) 기법을 사용하여 암 등 생체 조직의 정밀한 진단이 가능한 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템은,

전자빔 발생원으로서의 초점이 수십 ㎛인 오목한 구조를 가져 전자빔을 방출하고 수십 ㎛ 수준으로 포커싱하는 탄소나노튜브 음극부, 상기 탄소나노튜브 음극부로부터 상기 전자빔을 유도하는 게이트부, 및 상기 게이트부에 의해 유도된 상기 전자빔을 수십 ㎛ 수준으로 집속함으로써 수십 ㎛의 집속도를 갖는 X-선을 발생하는 양극부를 구비하는 탄소나노튜브 기반의 3극 X-선관; 및

상기 X-선관의 양극부로부터 발생하는 상기 X-선의 진행 경로 상에 상기 X-선관으로부터 소정 거리 이격되어 상기 X-선의 진행방향에 대해 수직 방향으로 설치되며, 샘플을 투과한 상기 X-선을 검출하는 X-선 검출기를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템은, 전자빔 발생원으로서의 초점이 수십 ㎛인 오목한 구조의 탄소나노튜브 음극부(105)와, 전자 방출을 유도하는 게이트부(mesh)와, 전자의 충돌에 의해 X-선을 발생하는 양극부(106)를 구비하는 탄소나노튜브 기반의 3극 X-선관(101)과, 그 X-선관(101)의 양극부(106)으로부터 발생하는 X-선의 진행 경로 상에 X-선관(101)으로부터 소정 거리 이격되어 X-선의 진행방향에 대해 수직 방향으로 설치되며, 샘플(110)을 투과한 X-선을 검출하는 X-선 검출기(111)를 포함하여 구성된다. 도 1에서 참조번호 102는 CNT 음극부에 공급되는 직류전원, 103은 공급전류를 제한하는 저항 소자, 104는 벌브(pyrex), 107은 양극부에 공급되는 전원, 108은 양극부의 타겟에 의해 방출되는 X-선, 109는 가장자리가 개선된 위상 대비(edge enhancement phase contrast)를 각각 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템에 있어서, 오목한 구조를 가지는 탄소나노튜브 음극부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 알루미늄 기판(201)의 상면에는 오목한 구조의 탄소나노튜브가 증착되어 있고, 메시(mesh)로 이루어진 게이트(203)와 상기 기판(201) 사이에는 지지대(202)가 설치된다. 기판 위의 CNT로부터 발생한 전자빔(204)은 애노드 타겟(205)에 충돌하고, 그 결과 애노드 타겟(205)은 X-선을 발생하게 된다. 참조번호 206은 오페라 시뮬레이션 툴(opera simulation tool)에 의한 시뮬레이션(simulation) 결과를 나타낸다.

도 3은 일반적인 X-선 진단 시스템 구성(a)과, phase contrast를 적용한 본 발명의 X선 진단 시스템 구성(b)을 보여주는 도면이다.

도 3에서 참조번호 301은 일반적인 X선 발생장치이고, 302는 조직 등 샘플을 나타내며, 303은 X-선 검출기를 나타낸다. 또한, 304는 microfocusing CNT X-선 발생장치를, 305는 조직 등 샘플을, 306은 X-선 검출기를 각각 나타낸다. d1과 d2의 거리 조정에 의해 최적의 edge enhancement phase contrast에 의한 고분해능의 영상 획득이 가능하다.

도 4는 본 발명에 적용되는 X-선 위상 대비(phase contrast) 기법의 원리를 보여주는 도면이다.

도 4에서 참조번호 401은 microfocusing CNT X-선 발생장치, 402는 조직 등 샘플, 403은 거리 등의 조정이 안 이루어졌을 때의 영상의 획득, 404는 최적의 거 리 조정이 이루어졌을 때의 phase contrast 영상을 얻는 것을 각각 나타낸다. 그리고, 405는 거리가 멀어졌을 때의 회절 상태를 나타낸다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템은 X-선의 필라멘트 대신 오목한 음극 구조의 탄소나노튜브 기반 엑스-선관을 이용하여 X-선의 초점을 ㎛ 정도로 작게 함으로써 공간 분해능을 높이고, 또한 위상 대비(phase contrast) 기법을 사용함으로써 암 등 생체 조직의 정밀한 진단이 가능한 장점이 있다.

Claims

전자빔 발생원으로서의 초점이 수십 ㎛인 오목한 구조를 가져 전자빔을 방출하고 수십 ㎛ 수준으로 포커싱하는 탄소나노튜브 음극부, 상기 탄소나노튜브 음극부로부터 상기 전자빔을 유도하는 게이트부, 및 상기 게이트부에 의해 유도된 상기 전자빔을 수십 ㎛ 수준으로 집속함으로써 수십 ㎛의 집속도를 갖는 X-선을 발생하는 양극부를 구비하는 탄소나노튜브 기반의 3극 X-선관; 및

상기 X-선관의 양극부로부터 발생하는 상기 X-선의 진행 경로 상에 상기 X-선관으로부터 소정 거리 이격되어 상기 X-선의 진행방향에 대해 수직 방향으로 설치되며, 샘플을 투과한 상기 X-선을 검출하는 X-선 검출기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템.
제1항에 있어서,

상기 X-선 검출기에 의해 샘플을 투과한 X-선을 검출할 시 위상 대비(phase contrast) 기법을 적용하여 최적의 거리를 조정하여 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 마이크로 포커싱을 이용한 위상 대비 X-선 진단 시스템.