KR100801186B1 - Quasi-Monochromatic X-Ray Filter and the X-Ray Imaging System using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 준단색 X-선 비임을 방사할 수 있도록, X-선 발생장치 및 X-선 검출기로 되는 통상의 X-선 촬영장치의 구성에 다색 X-선으로부터 준단색 X-선으로 선별할 수 있도록 하는 준단색 X-선 필터가 포함된 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 사용되는 상기 준단색 X-선 필터는 동일한 복수의 반사경을 하우징 내부에 적층으로 장착하여서 되는 것으로, 각 반사경은 기판의 상부에 소정 주파수의 X-선을 반사시키기 위한 Z 중금속 재질로 된 제1층과 소정 주파수의 X-선을 투과하는 재질로 된 제2층으로 코팅층을 복수개 형성시킴으로써 이루어지고, 상기 코팅층은 반사경으로부터 반사된 X-선 비임들이 브랙의 회절식(1)을 만족하도록, X-선 발생원에 대하여 놓여질 때 X-선 발생원으로부터 먼 방향으로 갈수록 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention is to select from a multi-color X-ray to a quasi-monochrome X-ray in the configuration of a conventional X-ray imaging apparatus comprising an X-ray generator and an X-ray detector so as to emit a semi-monochrome X-ray beam. Quasi-monochrome X-ray filter is included. The quasi-monochrome X-ray filter used in the present invention is to mount a plurality of the same reflector in a stack inside the housing, each reflector is made of Z heavy metal material for reflecting the X-ray of a predetermined frequency on the upper portion of the substrate A plurality of coating layers are formed of a first layer and a second layer made of a material that transmits X-rays of a predetermined frequency, and the coating layer is formed so that the X-ray beams reflected from the reflector satisfy the diffraction equation of Brac (1). When it is placed with respect to the X-ray source, it is characterized in that the thickness is gradually thickened toward the direction away from the X-ray source.
2d sinθ=nλ ----- (1).2d sin θ = nλ −---- (1).
준단색 X-선, X-선 촬영장치 Semi-monochrome x-ray, x-ray
Description
도1은 종래 일반적인 X-선 촬영장치 개략도1 is a schematic view of a conventional general X-ray imaging apparatus
도2는 다색 X-선 주파수 분포도,2 is a multi-color X-ray frequency distribution diagram,
도3 (a)는 19KeV 주파수의 X-선으로 촬영한 손가락 사진Figure 3 (a) is a photograph of the finger taken by X-ray of the 19KeV frequency
도3(b)는 26KeV 주파수의 X-선으로 촬영한 손가락 사진Fig. 3 (b) is a finger photograph taken with X-rays of 26 KeV frequency
도4는 종래기술에 의한 준단색 X-선 필터 샘플 사진,Figure 4 is a sample of the quasi-monochrome X-ray filter according to the prior art,
도5(a)는 도4의 준단색 X-선 필터를 적용하는 경우의 개념도,FIG. 5 (a) is a conceptual diagram when the quasi-monochrome X-ray filter of FIG. 4 is applied;
도5(b)는 도5a의 경우에 촬영되는 범위의 개념도,FIG. 5B is a conceptual diagram of a range photographed in the case of FIG. 5A;
도6은 브랙의 회절법칙 설명도,6 is an explanatory diagram of Brack's diffraction law;
도7은 브랙의 회절법칙에 의한 반사거울 구조 설명도,7 is an explanatory diagram of a reflection mirror structure according to Bragg's diffraction law;
도8은 종래 준단색 X-선 필터의 단면도,8 is a cross-sectional view of a conventional quasi-monochrome X-ray filter,
도9는 본 발명의 준단색 X-선 필터를 적용한 X-선 촬영장치 개략도, 9 is a schematic diagram of an X-ray photographing apparatus to which the quasi-monochrome X-ray filter of the present invention is applied;
도10은 본 발명의 준단색 X-선 반사경의 평면도,10 is a plan view of a quasi-monochrome X-ray reflector of the present invention;
도11는 종래 준단색 X-선 반사경의 단면도,11 is a cross-sectional view of a conventional quasi-monochrome X-ray reflector,
도12은 본 발명의 준단색 X-선 반사경의 일 실시예의 단면도,12 is a cross-sectional view of one embodiment of the quasi-monochrome X-ray reflector of the present invention;
도13은 본 발명의 준단색 X-선 필터를 적용한 경우 X-선이 반사되는 것을 보 여주는 개념도,Figure 13 is a conceptual diagram showing that the X-rays are reflected when the semi-monochrome X-ray filter of the present invention is applied,
도14은 본 발명의 준단색 X-선 필터의 일 실시예의 사시도이다. Figure 14 is a perspective view of one embodiment of a quasi-monochrome X-ray filter of the present invention.
도면의 부호들에 대한 설명Explanation of Symbols in the Drawings
1: 음극, 2: 필라멘트, 3: 양극, 4: 타겟, 5: 피사체, 6: 검출기,1: cathode, 2: filament, 3: anode, 4: target, 5: subject, 6: detector,
100: 준단색 X-선 촬영장치, 102: X-선 발생원, 104: 다색 X-선 비임,100: quasi-monochrome x-ray apparatus, 102: x-ray source, 104: multi-color x-ray beam,
106: 준단색 X-선 필터, 108: 위치 조절기구, 110: 준단색 X-선 비임,106: quasi-monochrome X-ray filter, 108: positioning mechanism, 110: semi-monochrome X-ray beam,
112: 각속도 회전장치, 114: 셔터장치, 116: 검출기, 118: 검출기 프로세서, 120: 피사체, 124: X-선 발생장치, 126: 셔터 제어장치, 112: angular velocity rotating device, 114: shutter device, 116: detector, 118: detector processor, 120: subject, 124: X-ray generator, 126: shutter control device,
200: 준단색 X-선 반사경 202: 반사경의 기판, 204: 반사경의 코팅층, 200: semi-monochrome X-ray reflector 202: substrate of the reflector, 204: coating layer of the reflector,
206: 반사경의 근접단, 208: 반사경의 원격단, 210: 반사경의 코팅면, 206: proximal end of the reflector, 208: remote end of the reflector, 210: coated surface of the reflector,
300: 반사경의 횡단면, 302: 반사경 코팅층의 제1층, 300: cross section of the reflector, 302: first layer of reflector coating layer,
304: 반사경 코팅층의 제2층, 306: 반사경의 하나의 코팅층, 304: second layer of reflector coating layer, 306: one coating layer of reflector,
400: 반사경의 종단면, 500: 필터 하우징, 502: 슬롯400: longitudinal section of the reflector, 500: filter housing, 502: slot
본 발명은 준단색 X-선 필터 및 이를 이용한 X-선 촬영장치에 관한 것이다. 준단색(Quasi-Monochromatic) X-선이라 함은 X-선의 영역에 속하는 주파수(frequency) 대역(帶域) 중에서 특정 색상이 속하는 주파수가 속하는 좁은 대역(narrow band)의 X-선을 의미하는 것으로, 본 발명은 이러한 특정 준단색 X-선을 선별하여 사용할 수 있도록 하는 필터 및 그 필터를 이용한 X-선 촬영장치에 관한 것이다. The present invention relates to a quasi-monochrome X-ray filter and an X-ray imaging apparatus using the same. Quasi-Monochromatic X-ray refers to a narrow band of X-rays belonging to a frequency belonging to a specific color among frequency bands belonging to the area of X-rays. The present invention relates to a filter and to an X-ray imaging apparatus using the filter to select and use such a specific semi-monochrome X-rays.
특정 단색(Monochromatic)의 주파수에 해당하는 X-선만을 선별하는 것은 이론상으로는 가능할 수 있겠으나, 경제성 등을 고려할 때 현실적으로 적용될 수 있는 가능성이 거의 없다. 이에, 본 발명은 특정 단색의 주파수를 포함하는 가능한 좁은 대역의 X-선, 즉 준단색 X-선을 선별하여 사용하고자 하는 것이다. It may be theoretically possible to select only X-rays that correspond to a particular monochromatic frequency, but it is unlikely to be practically applied in view of economics. Accordingly, the present invention intends to select and use a narrow band of X-rays, i.e., quasi-monochrome X-rays, containing a specific monochromatic frequency.
X-선은 병원에서 환자의 의학적 정보를 얻기 위한 목적으로, 그리고 실험실 등에서 연구의 목적으로, 또는 공항 등에서 승객이나 화물의 보안정보를 얻기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다. X-rays are widely used for the purpose of obtaining medical information of patients in hospitals, for research in laboratories, and for securing passenger or cargo security information in airports.
이와 같이 종래 널리 사용되고 있는 일반적인 X-선 촬영장치의 개략적인 구성은 도1과 같다. 도1에서 보듯이, 음극(1)의 필라멘트(2)에서 생성된 전자가 양극(3)의 타겟(4)에 부딪히면서 X-선이 발생하게 된다. 이와 같이 하여 발생된 X-선이 피사체(5)에 조사(照射)되면, 피사체(5)를 통과한 X-선이 피사체의 뒤에 설치된 검출기(6)에 영상을 형성하게 된다.As such, a schematic configuration of a general X-ray imaging apparatus widely used as shown in FIG. 1 is shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, X-rays are generated when electrons generated in the
그런데 종래 X-선 발생기에 의하여 발생되는 X-선은 넓은 주파수 대역의 다색 (Polychromatic 또는 Panchromatic) X-선이다. 이러한 다색 X-선은 도2에 도시된 바와 같이, 각 주파수 대역에 따른 방사선의 강도 (Radiation intensity) 및 광양자 에너지(Photon Energy)의 세기가 다르기 때문에, 다색 X-선을 이용하여 피사체를 촬영하는 경우에는 다음의 세 가지 문제점이 있다. However, the X-rays generated by the conventional X-ray generators are polychromatic (Panchromatic or Panchromatic) X-rays of a wide frequency band. Since the multi-color X-rays have different radiation intensity and photon energy intensity according to each frequency band, as shown in FIG. 2, the multi-color X-rays are photographed using the multi-color X-rays. In this case, there are three problems.
첫 번째 문제점은 주파수가 다른 X-선들의 잡음(noise) 현상으로 피사체의 영상이 선명하지 못하다는 것이다. 다색 X-선으로 피사체를 촬영하는 경우에, 주파수가 낮은 X-선은 피사체 투과성이 낮기 때문에 피사체의 음영이 어둡게 되는 반면에, 주파수가 높은 X-선은 피사체 투과성이 높기 때문에 피사체의 음영이 희게 된다. 따라서 이러한 넓은 대역 주파수의 X-선으로 피사체를 촬영하면, 주파수가 다른 각각의 X-선들이 잡음(noise) 현상을 일으켜 검출기에 형성되는 영상이 명확하지 않게 된다. The first problem is that the noise of the X-rays of different frequencies is not clear. When photographing subjects with multicolor X-rays, low-frequency X-rays darken the subject's shadows because they have low object permeability, while high-frequency X-rays have high whiteness, which causes the subject's shadows to be white. do. Therefore, when the subject is photographed with X-rays having such a wide band frequency, each of the X-rays having different frequencies causes noise, and the image formed on the detector is not clear.
두 번째 문제점은 피사체의 재질이나 특성을 고려한 최선의 영상을 도출할 수 없다는 것이다. 주파수가 낮은 X-선은 인체의 피부나 근육과 같은 부드러운 조직(soft tissue)에 잘 흡수되는 성질이 있어 부드러운 조직을 촬영하는데 (특히 암을 조기 발견하는데) 매우 유익한 반면에, 주파수가 높은 X-선은 뼈와 같은 단단한 물질을 촬영하는데 유익하다. 도3은 미국의 밴드빌트 대학(Vanderbilt University) 실험실에서 X-선으로 촬영한 손가락뼈 사진이다. 도3의 (a)는 광양자에너지 19KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 것이고, 도3의 (b)는 광자에너지 26KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 것인데, 26KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 사진이 훨씬 더 선명함을 보여주고 있다. 이와 같이 피사체의 성질이나 특성을 고려하여 그것에 가장 적합한 주파수 대역의 준단색 X-선을 투사하여 촬영할 수 있으면 효과적인데, 다색 X-선을 이용하는 경우에는 이러한 고려를 할 수가 없다. The second problem is that it is impossible to derive the best image considering the material and characteristics of the subject. Low-frequency X-rays are well absorbed by soft tissues such as human skin and muscles, which is very beneficial for capturing soft tissues (especially early detection of cancer), while high-frequency X-rays Lines are good for shooting hard materials like bones. Figure 3 is a finger bone photograph taken by X-ray in the laboratory of Vanderbilt University (USA). Figure 3 (a) is taken with X-rays of the frequency corresponding to the photon energy 19 KeV, Figure 3 (b) is taken with X-rays of the frequency corresponding to the photon energy 26 KeV, corresponding to 26 KeV Pictures taken with frequency X-rays are much clearer. In this way, it is effective to photograph and project quasi-monochrome X-rays in the frequency band most suitable for the characteristics and characteristics of the subject, but this cannot be considered when using multi-color X-rays.
세 번째 문제점은 불필요하게 많은 량의 방사선을 피사체에 조사(照射)하게 된다는 것이다. 자연 상태에서 인체에 조사되는 방사선의 량은 1년에 약 300mrem로 서 이 정도의 방사선은 인체에 무해하다고 할 수 있으나, 이보다 과도하게 많은 방사선에 노출되는 경우에는 인체에 치명적인 손상이 올 수 있다. 참고적으로 병원에서 일반적인 X-선 흉곽사진을 촬영하는 경우 한번에 20-30mrem의 방사선을 조사하게 되며, X-선에 의한 혈관조영 촬영을 하는 경우에는 한번에 500-2,000mrem의 방사선을, CT에 의한 흉곽사진 촬영의 경우에는 한번에 300-400mrem의 방사선을, CT에 의한 스캔닝 촬영의 경우에는 한번에 600-1,000mrem의 방사선을 조사하게 된다. 따라서 혈관조영 촬영이나 CT촬영 등을 자주하는 것은 인체에 치명적인 위해가 될 수 있다. 그런데 이와 같이 일반적인 X-선 촬영의 경우 많은 량의 방사선을 조사하게 되는 가장 큰 이유는 다색 X-선을 사용하기 때문이다. 따라서 준단색의 X-선을 사용하게 되면, 인체에 조사되는 방사선의 량은 종전 다색 X-선을 사용하는 것에 비하여 1/10 내지 1/20 정도에 불과하게 된다.The third problem is that the subject is irradiated with a large amount of radiation unnecessarily. In the natural state, the amount of radiation irradiated to the human body is about 300mrem per year, which can be said to be harmless to the human body. However, exposure to too much radiation can cause fatal damage to the human body. For reference, when a typical X-ray thorax image is taken at a hospital, 20-30 mrem of radiation is irradiated at a time. When angiography by X-ray is performed, 500-2,000 mrem of radiation is irradiated at once. In the case of thoracic imaging, 300-400mrem of radiation is irradiated at a time, and in the case of CT scan, 600-1,000mrem of radiation is irradiated at a time. Therefore, frequent angiography or CT scans can be fatal to the human body. However, in the case of general X-ray imaging, the biggest reason for irradiating a large amount of radiation is because of the use of multi-color X-rays. Therefore, when the semi-monochrome X-rays are used, the amount of radiation irradiated to the human body is only about 1/10 to 1/20 of that of the conventional multi-color X-rays.
이와 같은 이유로 관련 분야에 종사하는 모든 사람들은 다색 X-선이 아닌, 준단색 X-선을 사용하는 것이 바람직하고 또한 필요하다는 것을 잘 알고 있다. 그러나 경제성이나 효율성에 있어서 준단색 X-선 사용을 현실적으로 가능하게 하는 연구결과는 아직까지 발표되지 않고 있다. 싱크로트론(가속기)이나 자유전자 레이저(Free Electron Laser)에 의하여 준단색의 X-선을 활용할 수 있으나, 이러한 장치는 제조 설치에 수십억원 이상의 비용이 소요될 뿐만 아니라 부피가 너무 커서 설치에 많은 면적을 요하기 때문에, 현실적으로 병원이나 연구소 등에서 사용되지 못하고 있다.For this reason, everyone in the relevant field is well aware that it is desirable and necessary to use quasi-monochrome X-rays rather than multi-color X-rays. However, no research has yet been published that makes it possible to use quasi-monochrome X-rays in economics and efficiency. Semi-monochrome X-rays can be utilized by synchrotrons or free electron lasers, but these devices can cost billions of billions in manufacturing installations and are too bulky to require large footprint. As a result, it is not practically used in hospitals or research institutes.
한편, 종래 반사경을 내재한 필터를 이용하여 다색 X-선으로부터 준단색 X- 선을 선별하는 방법이 제안된 바 있다. 이 종래기술의 준단색 X-선 필터는 도4에서 보듯이, 부채꼴 형상의 상, 하면으로 구성되는데, 그 상, 하면 각각의 내부에는 미세한 홈이 방사상으로 길게 형성되어 있으며, 각 홈에는 슬라이드 필름 형상의 반사경이 끼워지며, 그 상면과 하면은 그 사이에 반사경을 두고 서로 꽉 조이게 체결되어 일체가 된다. 이 종래기술의 준단색 X-선 필터는 내부의 슬라이드 필름 형상의 반사경들에 의하여 다색 X-선으로부터 특정 준단색 X-선을 선별하도록 하는 것이나, 그 두께가 매우 얇기 때문에, X-선 발생기로부터 발생되는 X-선 중 극히 일부만을 사용한다는 문제점이 있다. On the other hand, a method for screening semi-monochrome X-rays from multicolored X-rays using a filter incorporating a conventional reflector has been proposed. The quasi-monochrome X-ray filter of the prior art, as shown in Fig. 4, is composed of a fan-shaped upper and lower surfaces, each of which is formed with a long radially long groove in each of the upper and lower surfaces, and a slide film in each groove. The reflector of the shape is fitted, and the upper and lower surfaces are integrally fastened tightly with a reflecting mirror therebetween. This prior art monochromatic X-ray filter allows the selection of a particular quasi monochromatic X-ray from a multicolor X-ray by means of internal slide film reflectors, but since its thickness is very thin, There is a problem that only a small part of the generated X-rays is used.
도5의 (a) 및 (b)는 종래기술의 준단색 X-선 필터를 적용하는 경우에 대한 개념도이다. 이들 도면에서 보듯이, 종래기술의 준단색 X-선 필터(8)는 다색 X-선 비임이 방사되는 면적(7)의 극히 일부만을 커버하게 되므로, 피사체를 촬영함에 있어서도 다색 X-선으로 촬영하는 경우의 넓이(9)에 비하여 극히 좁은 면적(10)만을 촬영할 수 있다. 따라서 이 종래의 준단색 X-선 필터를 사용하여 피사체를 촬영하기 위해서는, (피사체의 크기가 큰 경우) 피사체의 크기를 수십 개 이상으로 잘게 나누고 그 나누어진 조각을 대상으로 각각 촬영을 하여야 한다는 문제점이 있다. 5 (a) and 5 (b) are conceptual views of the case of applying the quasi-monochrome X-ray filter of the prior art. As shown in these figures, the conventional
본 발명자는, 반사경을 적층하여서 된 좁은 대역의 X-선을 필터링할 수 있는 필터 시스템에 대하여 출원된 PCT/US2004/017131호 (2005. 2. 3. 공개) (이하에서는 "PCT17131호"라 한다)의 공동 발명자기도 하다. 브랙의 회절법칙(Bragg's Diffraction Law)에 의하면(도6 참조), 2d sinθ=nλ 을 만족하도록 반사경의 층 두께(d) 및 입사각도(θ)를 정하면 그 반사경에 비춰진 다색 X-선 중에서 특정 주 파수(λ) 대역의 준단색 X-선만이 반사되며, 한편으로 반사경의 층 두께가 두꺼울수록 높은 주파수 대역의 준단색 X-선이 반사된다(도7참조). PCT17131호는 이러한 원리들을 응용한 것으로, 브랙의 회절법칙을 적용할 수 있는 반사경 다수를 적층하여서 된 필터의 구조에 관한 것이다. The present inventors filed PCT / US2004 / 017131 (published on Feb. 3, 2005) filed with respect to a filter system capable of filtering narrow band X-rays by stacking reflectors (hereinafter referred to as “PCT17131”). He is also a co-inventor. According to Bragg's Diffraction Law (see Fig. 6), the layer thickness (d) and the incident angle (θ) of the reflector are determined so as to satisfy 2d sinθ = nλ. Only the quasi-monochrome X-rays in the wavenumber lambda band are reflected, while the thicker the layer thickness of the reflector is, the quasi-monochrome X-rays in the high frequency band are reflected (see Fig. 7). PCT17131 applies these principles, and relates to the structure of a filter by stacking a large number of reflectors to which Bragg's diffraction law can be applied.
즉, PCT17131호는 반사경의 층 두께(d)와 반사경에 입사되는 다색 X-선의 입사각도(θ)를 조절하여, 원하는 주파수 대역의 준단색 X-선만을 선별할 수 있도록 하고, 이러한 반사경 복수 개를 이용하여 준단색 X-선 필터를 구성시킨 것이다. 이 필터를 다색 X-선 광원과 피사체 사이에 위치시키고, 피사체의 뒤에 X-선 검출기를 배치하면, 이 반사경에 의하여 선별된 준단색 X-선이 피사체를 조사하여 피사체 뒤에 설치된 검출기에 영상을 형성시키게 된다. That is, PCT17131 adjusts the layer thickness (d) of the reflector and the incident angle (θ) of the multi-color X-rays incident on the reflector, so that only quasi-monochrome X-rays of a desired frequency band can be selected. The quasi-monochrome X-ray filter was constructed using. When the filter is placed between the multicolor X-ray light source and the subject, and the X-ray detector is placed behind the subject, the quasi-monochrome X-rays selected by the reflector irradiate the subject to form an image on a detector installed behind the subject. Let's go.
그러나 PCT17131호 발명의 준단색 X-선 필터에 있어서는, 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선의 대역이 필요한 주파수 대역을 넘어 과도하게 넓어진다는 것과, 또한 반사된 준단색 X-선이 검출기에 균일하게 조사되지 않는다는 문제점이 있다. 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선의 대역이 필요 이상으로 넓어지면 불필요한 주파수의 X-선으로 인하여 잡음현상이 발생되고, 또한 피사체에 준단색 X-선을 균일하게 조사(照射)하지 않으면 피사체에 닿는 X-선의 광양자의 수가 다르게 되기 때문에 검출기에 명확한 영상이 형성되지 않는다. However, in the quasi-monochrome X-ray filter of the invention of PCT17131, the band of the quasi-monochrome X-ray reflected by the reflector is excessively widened beyond the required frequency band, and the reflected quasi-monochrome X-ray is uniformly applied to the detector. There is a problem that it is not investigated. If the band of quasi-monochrome X-rays reflected by the reflector becomes wider than necessary, noise may be caused by X-rays of unnecessary frequency, and if the subject is not irradiated with quasi-monochrome X-rays uniformly, Since the number of photons of the touching X-rays is different, no clear image is formed on the detector.
PCT17131호 발명에 있어서 준단색 X-선을 반사하는 반사경은, 도8에서 보듯이, 코팅면이 수평을 이루도록 형성되어 있기 때문에, X-선 발생원(102)으로부터 방사상으로 조사되는 (다색) X-선 비임(104)이 반사경과의 관계에서 입사 및 반사 되는 각도가 위치에 따라 달라진다. 즉 X-선은 하나의 점으로 된 아주 작은 광원에서 발생되기 때문에 방사상으로 퍼져나가고, 이로 인하여, 광원에서 가까운 쪽의 반사경에 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ)와, 반사경의 중간 부위에 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ1)와, 광원에서 먼 쪽의 반사경에서 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ2)가 달라진다. 이러한 이유로, PCT17131호에 사용된 반사경에 의하면, 각도(θ)에서 각도(θ2)에 이르는 상당히 넓은 범위의 주파수 대역의 X-선이 반사되므로, 실제 필요한 주파수 대역보다 넓은 대역의 X-선이 피사체에 방사되게 되고, 결과적으로 불필요한 주파수의 X-선으로 인하여 잡음현상이 발생되는 것이다.In the invention of PCT17131, the reflector reflecting the quasi-monochrome X-rays is formed so that the coating surface is horizontal as shown in Fig. 8, so that the (multicolor) X- irradiated radially from the
한편, 준단색 X-선 필터의 각 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선은 각 반사되는 위치에 따라 광양자의 수가 다른데, 이와 같은 준단색 X-선을 광양자 수를 동일하게 하는 별도의 수단 없이 피사체에 조사하면, 피사체에 균일한 광양자 수의 X-선을 조사할 수 없게 되고, 그 결과 검출기에 명확한 영상을 형성시키지 못하게 된다. 그런데 PCT17131호는 이와 같은 문제점 해결을 위한 방안을 제시하지 못하고 있다. On the other hand, the quasi-monochrome X-rays reflected by each reflector of the quasi-monochrome X-ray filter have a different number of photons depending on the positions of the reflections, and the quasi-monochrome X-rays do not need to have the same number of photons. When irradiated on the subject, X-rays of uniform photon count cannot be irradiated on the subject, and as a result, a clear image cannot be formed on the detector. However, PCT17131 does not provide a solution for such a problem.
본 발명의 목적은 다색 X-선으로부터 보다 좁은 대역의 특정 준단색 X-선을 선별하여 피사체에 조사할 수 있도록 함으로써, 보다 정확한 측정을 가능하게 하고, 나아가, 피사체가 받는 방사선의 량을 최소한으로 줄이는 것이다. 그리고 본 발명의 다른 목적은 피사체에 준단색 X-선을 균일하게 조사할 수 있도록 하는 것이다.An object of the present invention is to select specific quasi-monochrome X-rays in a narrower band from multi-color X-rays and to irradiate the subject, thereby enabling more accurate measurement and further minimizing the amount of radiation received by the subject. To reduce. And another object of the present invention is to be able to uniformly irradiate quasi-monochrome X-rays to the subject.
이하 본 발명의 구성을 설명한다. Hereinafter, the configuration of the present invention.
도9는 본 발명이 적용된 준단색 X-선 촬영장치(100)의 개략도이다. 상기 준단색 X-선 촬영장치(100)는 (다색) X-선 발생원(102), 다색 X-선 비임(104), 준단색 X-선 필터(106), 위치 조절기구(108), 준단색 X-선 비임(110), 각속도 회전장치(112), 셔터장치(114) 및 X-선 검출기(116)를 포함하는 구성으로 된다. 그리고 X-선 발생원(102)은 X-선 발생장치에 의하여 발생되는 X-선을 방사하게 되고, 셔터장치(114)는 셔터 제어장치(126)에 의하여 컨트롤 되도록 연결되어 있으며, 한편으로 각속도 회전장치(112)와 셔터장치(114)는 서로 연동되어 작동되도록 구성되어 있다.9 is a schematic diagram of a quasi-monochrome
본 발명의 상기 구성들에 있어서, X-선 발생원(102), 검출기(116), 균일 각속도 회전장치(112) 및 정밀 셔터장치(114)는 각 기술 분야에서 현재 사용되고 있거나 또는 장차 개선되는 기술들을 적용할 수 있다. 일례로서, X-선 발생원(102)은 현재 널리 사용되고 있는 일반 X-선 촬영장치의 X-선 방사부로 구성할 수 있고, 검출기(116)는 주지의 X-선 필름 또는 디지털 검출기로 구성할 수 있다. 그리고 디지털 검출기를 사용하는 경우에는 디지털 검출기(116)로부터의 데이터를 수집 및 처리하여 X-선 영상을 만들기 위한 프로세서(118)가 포함될 수 있다. 물론, 본 발명에 있어서 상기 구성들은 각 기술 분야의 현재 기술에 제한되거나 구속되지 않고, 해당분야의 장차 개발되는 기술들에서 적절한 것들을 응용 또는 적용할 수 있다.In the above configurations of the present invention, the
본 발명에 있어서, X-선 발생원(102)에서 발생되는 전색 X-선이 준단색 X-선 필터(106)를 통과하는 광로(光路) 만큼의 광폭으로 준단색 X-선 비임(110)이 발생된다. 위치 조절기구(108)는 적어도 1 내지 3의 자유도 내에서 준단색 X-선 필터(106)를 X-선 발생원(102)에 대해 상대 이동시켜 필터(106)를 가장 적절한 위치에 정렬되게 한다. 상기 촬영장치(100)에 있어서, 위치 조절기구(108)는 X선 발생원 상의 필터(106)의 초점거리를 1 내지 3차원으로 정밀조절하기 위해 사용되는 것이다. 즉, 상기 X선 발생원(102)은 일정 위치에 고정되어 있는 반면에, 필터(106)는 위치 조절기구(108)에 의해 이동이 가능하다.In the present invention, the full-color X-rays generated from the
X-선 방사진단의 피사체(120)는 준단색 X선 비임(110)에 의해 조사되도록 필터(106)와 검출기(116) 사이에 배치된다. 피사체(120)의 검사대상 부위의 특성이나 성질을 고려하여 가장 적절하게 조정된 준단색 X-선 비임(110)을 선정하고, 그러한 준단색 X-선이 필터링되도록 하여, 그 필터링된 준단색 X-선을 피사체에 조사하면 검출기(116) 상에 다양한 강도의 X-선 음영이 조사되고, 이 음영은 검출기(116)에서 피사체(120)의 영상으로 변환된다. 상기 피사체(120)는 인간이나 동물들과 같은 생명체일 수도 있고, 기계 또는 화물 등과 같은 무생물이 될 수 있다.The subject 120 of the X-ray radiograph is placed between the
도10은 본 발명의 준단색 X-선 필터에 사용되는 반사경의 일실시예를 보여주는 평면도이다. X-선 광원(102)으로부터 반사경(200)의 근접단(206)까지 거리를 d1, 원격단(208)까지 거리를 d2라 하고, 광원(102)의 X-선 발산각을 θ라 할 때, 상기 반사경의 방사상 길이는 (d2-d1)이고, 근접단(206)의 원호상 길이는 d1*2(θ+Δ), 원격단(208)의 원호상 길이는 d2*2(θ+Δ) 이다. 이때 Δ는 제로가 아닌 양수의 값(positive value)을 갖는 것이다. Figure 10 is a plan view showing one embodiment of a reflector used in the quasi-monochrome X-ray filter of the present invention. When the distance from the
도10에 도시된 반사경(200)의 일실시예는 그 일측면은 좁고 그 반대측면은 넓은 부채꼴 형상인데, 이와 같이 평면 형상을 부채꼴로 한 것은 부채꼴 형상의 넓은 부위에서 좁은 부위로 가장자리 선(201A, 201B)을 연장할 때 이 선들이 맞닿은 초점부위의 상부에 광원(102)이 놓여지는 것을 상정하였기 때문이다. 즉, 광원으로부터 조사되는 X-선은 소정의 발산각(θ)으로 방사상으로 퍼져나가는데, 이점을 고려하여 조사되는 X-선을 가장 경제적, 효율적으로 커버할 수 있도록 하기 위함이다. 이와 같이, 본 발명의 준단색 X-선 필터에 사용되는 반사경의 바람직한 평명 형상은 부채꼴 형상이라 할 수 있으나, 반드시 부채꼴 형상에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the
도11은 도10의 반사경을 A-B선을 따라 절단한 종단면도이다. 도11에는 기판(202)상에 5개의 제1층(302) 및 5개의 제2층(304)이 형성된 것이 도시되어 있는데, 상기 제1층(302)과 제2층(304)이 하나의 코팅층(306)을 형성한다. 즉, 본 발명의 준 단색 X-선 필터에 사용되는 반사경(200)은 표면이 매끄러운 재질로된 기판과 하나 이상의 코팅층으로 이루어진 적층체로 구성되는 것으로, 각 코팅층은 소정의 주파수 대역의 X-선을 반사하기 위한 Z 중금속으로 된 제1층(302)와 소정의 X선 주파수에 대해 투과성이 있는 재질로 된 제2층(304)으로 이루어진다. 반사경을 이루는 코팅층의 수는(가장 기본적으로는) 2개 층이면 되나, 코팅층을 형성하는 중금속 및 금속의 종류 또는 이 반사경으로 구성되는 필터의 용도를 고려하여, 필요에 따라 수백개의 코팅층을 형성시킬 수도 있다. 상기 기판의 재질로는 표면이 매끄러운 재질이면 모두 사용가능하나, 바람직하게는 표면조도가 10Å 이하인 유리, 실리콘, 알루미늄 포일 중의 하나를 사용하는 것이 좋다.FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of the reflector of FIG. 10 taken along line A-B. FIG. 11 shows five
상기 제1층의 Z 중금속으로는 금, 백금, 이리듐 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 제2층의 X-선 투과성 재질로는 탄소나 실리콘 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use one of gold, platinum, and iridium as the Z heavy metal of the first layer, and one of carbon or silicon as the X-ray transparent material of the second layer.
X-선 광원(102)으로부터 방사된 전색 X-선 비임(104)은 소정의 각도(θ)로 반사경의 표면(210)에 입사될 것이므로, 이때 각 코팅층(306)의 두께는 다음의 브랙(Bragg)의 회절식을 만족하도록 주어진다.Since the full
2d*sinθ= nλ (1)2d * sinθ = nλ (1)
위 식에서,In the above formula,
θ는 코팅층 표면과 입사광(104)의 사이각,θ is the angle between the surface of the coating layer and the
D 는 코팅층(306)의 두께,D is the thickness of the
n은 정수, 및n is an integer, and
λ는 반사되는 X선 비임(110)의 주파수의 파장이다.λ is the wavelength of the frequency of the reflected
에너지와 주파수에 관한 에너지식 중의 하나는 다음과 같다.One of the energy equations for energy and frequency is
E = ħω=ħ(2π/f) (2)E = ħω = ħ (2π / f) (2)
여기서,here,
E는 에너지,E is energy,
ħ는 플랑크 상수,ħ is Planck's constant,
ω는 각주파수; 및ω is the angular frequency; And
f는 주파수이다.f is frequency.
브라그 회절식(1)은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.Bragg diffraction (1) can be rewritten as follows.
2d*sinθ=nλ=nc/f (3)2d * sinθ = nλ = nc / f (3)
여기서, c는 광속이다.Where c is the luminous flux.
상기 브랙의 회절식을 만족시키면, 그 반사경(200)에 의하여 반사된 비임(110)은 동일한 주파수를 가지므로 준단색 X-선 비임을 형성한다.When the diffraction equation of the Brack is satisfied, the
도12는 도10의 C-D선을 따라 절단한 반사경(200)의 횡단면도(400)로서, 5개의 제1층(302) 및 5개의 제2층(304)이 기판(202)의 상부에 차례로 코팅되어 있는 것을 보여준다. 앞서 설명하였듯이 제1층(302) 및 제2층(304)은 하나의 코팅층(306)을 형성한다. X-선 발생원(102)으로부터 방사된 다색 X선 비임(104)은 θ1의 각도로 반사기(200)의 근접단에 입사되고, θ2의 각도로 반사기(200)의 원격단에 입사된다. 본 발명에서는 각 코팅층(306)의 두께가 횡방향으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 함으로써 반사기로부터 반사된 비임들의 주파수가 상기 브랙의 회절식(1)을 만족하도록 하였다. 즉, 전색 X-선의 여러 가지 입사각 θ에 대해 λ를 일정하게 하기 위해, 코팅층(306)의 두께(d)를 상기 브랙의 회절식(10)에 의거 점진적으로 변화시켰고, 그와 같이 된 코팅층(306)에 의하여 반사되는 반사광은 동일 주파수를 구비하므로 하나의 준단색 X-선 비임을 형성한다.FIG. 12 is a
도13은 본 발명의 준단색 X-선 필터(106)의 횡단면도로서, 이 필터(106)가 5개의 반사경(200)으로 구성되어 있음을 예시적으로 보여주고 있다. 본 발명의 필터 (106)에 사용되는 반사경(200)의 개수는 촬영될 피사체의 크기를 고려하고, 또한 사용될 용도를 고려하여 적절한 개수 조정될 수 있으며, 필요에 따라 2개 내지 1,000개 이상의 반사경으로 구성될 수도 있다. 필터(106)를 구성하는 각 반사경(200)은 발생원(102)으로부터 거리 d1에 위치하고, 근접단(206)과 θ1의 각도를 이루고, 원격단(208)과 θ2의 각도를 이룬다. 필터 하우징에 적층되는 반사경들은 (X-선이 입사되는 방향에 인접한) 근접단으로 입사되는 X-선과 (그 근접단의 반대쪽인) 원격단으로 입사되어 반사되는 X-선이 이웃한 반사경에 간섭되지 않는 각도를 갖도록 서로에 대하여 소정각도로 기울어져 있도록 하여야 한다. 그리고 인접하는 2개의 반사경(200)의 사이 각을 Φ라 할 때, 각 반사경(402)들 간의 사이각 Φ는 모든 반사경들에 대하여 일정한 것이 바람직하다. Fig. 13 is a cross sectional view of the
본 발명의 준단색 X-선 필터를 구성함에 있어서, 각 반사경(200)은 동일 하우징 내에 배치 및 장착되도록 하여야 하는데, 바람직하게는 도14에서 보듯이, 하우징(500) 내부에 복수개의 그루브형 슬롯(502)을 형성시켜, 반사경(200)들이 그 슬롯(502)에 끼워지게 할 수도 있다. 하우징에 있어서 X-선이 입사되는 쪽과 반사되는 쪽은 개방되어 있고, 그루브형 슬롯이 형성된 부분은 당연히 폐쇄되어 있다. 하우징의 구체적인 형상이나 또는 하우징 내부에 반사경(200)을 장착시키는 방법은 관련 기술에 의하여 얼마든지 다양하게 변화될 수 있을 것이다. In constructing the quasi-monochrome X-ray filter of the present invention, each
본 발명의 필터(106)는 3개의 직각방향 및 롤 및 요각도(roll and yaw angles)로 이동 가능하게 구성되어야 하므로, 이러한 점에서, 본 발명은 상기 필터(106)에 3개의 직각방향 및/또는 롤 및 요각도로 이동시키기 위한 각속도 회전장치 (112) 및 셔터장치(114)와 결합되는 구성으로 하는 것이 바람직하다.Since the
이와 같이 필터(106)를 각속도 회전장치(112) 및 셔터장치(114)와 결합시키는 이유는 주어진 점에 도달한 모든 광양자(photons)의 수가 실질적으로 동일하도록 하기 위함이다. 본 발명의 이러한 구성의 일실시예는 균일 각속도 회전기구 및 셔터장치를 구비하여 본 발명의 필터로 하여금 인접하는 두 반사기 사이의 각도인 Φ의 각도로 X선 초점의 주위를 일정한 각속도로 회전하고, 이때 X-선 발생원은 균일한 X-선 비임을 방사한다. 이 필터 회전기구(112)는 회전 중에 실질적인 진동의 발생이 없이 균일한 각속도를 부여하여야 한다. 또한, 소정의 기간 동안 개방되는 셔터(114)를 구비하여야 하는데, 상기 셔터의 개폐기구는 실질적인 진동이 없고, 약 1/1000초 이상의 시간정밀도를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 필터 회전기구(112)는 피사체의 각 점에 조사되는 X-선의 총합 적분 강도를 실질적으로 균일하도록 X-선이 조사되게 한다.The reason for combining the
이와 같이 본 발명의 필터(106)는 다색 X-선 발생원(102), 셔터장치(114) 및 각속도 회전장치(112)에 연동되어 작동됨으로써, 필터(106)가 X-선 발생원에 연결된 셔터가 열려있는 극히 짧은 시간동안 X-선 초점의 주위를 일정한 각속도로 회전함으로써 피사체에 원하는 실질적 균일한 조사가 이루어지도록 한다. 이러한 셔터장치(114) 및 각속도 회전장치(112) 등은 현재 카메라 등의 관련 기술 분야에 널리 사용되는 기술을 응용 및 적용하여 제조할 수 있으므로, 본 발명 만에 적용하기 위한 별도의 특별한 기술을 개발할 필요는 없다고 하겠다.As such, the
이상에서 설명하였듯이, 본 발명의 준단색 X-선 필터 및 이를 이용한 X-선 촬영장치는, 다색 X-선 발생원(102), 평평한 기판 상에 2종의 물질을 번갈아 코팅한 복수의 코팅층을 구비하는 실질적으로 동일한 복수의 반사경(106), 하우징(500) 내부에 복수의 준단색 X-선 반사경(106) 을 장착하여서 된 필터(106), 상기 필터(106)를 X-선 발생원에 대해 위치를 조정하기 위한 위치 조절기구(108), 노출시간을 제어하기 위한 셔터장치(114) 및 필터를 일정한 각속도로 회전시키는 각속도 회전장치(112)를 포함하는 구성으로 이루어진다. As described above, the semi-monochrome X-ray filter of the present invention and the X-ray imaging apparatus using the same include a
이상은 본 발명이 적용된 몇 가지 실시예에 대하여 설명한 것으로, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 이 기술 분야의 전문가에 의하여 변경, 개조 및 추가가 가능하므로, 본 발명은 전술한 설명에 한정되지 않고 관련 업계에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 및 개조할 수 있는 부분까지 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above has described some embodiments to which the present invention is applied, and the present invention is not limited to these embodiments. Since the present invention can be changed, modified, and added by those skilled in the art, the present invention is not limited to the above description and includes parts that can be easily changed and modified by those skilled in the relevant art. Should be interpreted as.
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 균일조사 준단색 X선 촬영장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a uniform irradiation semi-monochrome X-ray imaging apparatus and a manufacturing method thereof at low cost.
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