KR100998313B1 - 디지털 ｘ선 검출기의 고전압 전원 제공 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 ｘ선 검출기의 고전압 전원 제공 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 X선 검출기에 X선 조사시 이온화되는 전하의 분리를 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 고전압 전원 제공 장치는, 디지털 엑스선 검출기에 엑스선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 장치에 있어서, 고전압 전원을 출력하는 전원; 상기 전원 출력이 상기 디지털 엑스선 검출기에 인가되거나 단락될 때의 인가 및 단락 경로를 제공하는 경로 결정부; 및 상기 인가 및 단락 경로를 결정하는 경로 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 고전압 전원 파형의 오버슈트(overshoot)를 방지할 수 있고, 고전압 전원 단락시 신속하게 전하를 방출시킴으로써 영상 획득 시간을 단축시킬 수 있고, 획득 영상의 균일성(uniformity)을 증가시킬 수 있다.
X선 검출기, 고전압 전원

Description

디지털 Ｘ선 검출기의 고전압 전원 제공 장치 및 방법 {Apparatus and method of providing high voltage power supply to digital X-ray detector}
본 발명은 디지털 X선 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 X선 검출기에 X선 조사시 이온화되는 전하의 분리를 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래 의료용으로 사용되는 진단용 X선 영상 촬영 장치는 필름(film)을 사용하여 피사체를 촬영하고, 판독을 위해 그 필름을 인화하여 영상을 얻었다. 그러나 최근에는 박막 트랜지스터를 이용하여 디지털 영상을 얻는 디지털 X선 평면 검출기(digital flat panel x-ray detector)가 연구, 개발되고 있다.
디지털 X선 평면 검출기에서는 X선의 조사에 의해 신호 전하를 발생하는 X선 감광화소가 2차원으로 배치되어 있다. 그리고 조사된 X선에 의해 각 감광 화소에서 발생한 신호 전하를 신호 전하 축적부에 축적하고, 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터에 의해 신호 전하를 판독하도록 구성되어 있다.
보다 상세하게 설명하면, 디지털 X선 검출기에 X선이 조사되면 X선 검출기 내부의 비정질 실리콘(amorphous silicon)이 이온화되어, 음전하는 탑 전극(top electrode)으로 이동하고 양전하는 전하수집전극(charge collection electrode)으로 이동한다. 그리고 전하수집전극에서 수집된 전하를 축적하여 박막 트랜지스터에 의해 신호 전하를 판독하게 된다.
이때 전하의 이동속도를 높이기 위해 탑 전극에 고전압을 인가하게 되는데 종래의 고전압 인가장치는 별도의 제어장치없이 단순하게 고전압을 인가하거나 단락시키기 때문에 공급되는 고전압 전원 파형에 오버슈트(overshoot)가 발생하기도 하고, 고전압 전원이 일정한 레벨 이하가 될 때까지 다소의 시간이 걸리기 때문에 신호 전하 판독에 시간이 걸리기도 하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디지털 X선 검출기에 X선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는데 있어, 고전압 인가 경로와 단락 경로가 서로 상이하도록 하여 고전압 전원의 파형을 제어할 수 있는 고전압 전원 제공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 고전압 전원 단락시 단락 경로의 종단을 신속하게 접지시켜 디지털 X선 검출기에 남아 있는 전하를 신속하게 방출시킴으로서 영상 획득 시간을 단축시키는 고전압 전원 제공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라 디지털 엑스선 검출기에 엑스선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 장치에 있어서, 고전압 전원을 출력하는 전원; 상기 전원 출력이 상기 디지털 엑스선 검출기에 인가되거나 단락될 때의 인가 및 단락 경로를 제공하는 경로 결정부; 및 상기 인가 및 단락 경로를 결정하는 경로 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치에 의해 달성된다.
상기 경로 결정부는, 상기 인가 경로와 단락 경로가 서로 상이하도록 결정하며, 상기 인가 경로와 단락 경로는 상기 디지털 엑스선 검출기로의 고전압 전원 인가 경로와 병렬로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단락 경로의 종단은 접지되어 있어 상기 고전압의 단락시 상기 디지털 엑스선 검출기에 남아 있는 전하를 방출시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 경로 결정부는 저항을 포함하며 상기 고전압 인가시에 사용되는 제1경로; 및 스위치를 포함하며 상기 고전압 단락시에 사용되는 제2경로를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따라 디지털 엑스선 검출기에 엑스선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 방법에 있어서, 고전압 전원이 상기 디지털 엑스선 검출기에 인가되거나 단락될 때의 인가 및 단락 경로를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 인가 및 단락 경로에 따라 상기 엑스선 검출기에 고전압 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 고전압 전원의 인가시의 고전압 전원 파형의 상승 타임(rising time)과 단락시의 하강 타임(falling time)을 제어하여 고전압 전원 파형의 오버슈트(overshoot)를 방지할 수 있다. 그리고, 고전압 전원 단락시 신속하게 전하를 방출시킴으로써 영상 획득 시간을 단축시킬 수 있고, 획득 영상의 균일성(uniformity)을 증가시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치의 구성도이다.
본 발명의 고전압 전원 제공장치(100)는 경로 결정부(110), 전원(120), 경로 제어부(130)를 포함한다. 전술한 바와 같이 X선 검출기(Flat panel X-ray detector)(10)에 X선이 조사되면 내부의 비정질 실리콘이 이온화되어 양전하와 음전하가 분리되고, 음전하는 탑 전극(top electrode)으로 이동하고 양전하는 전하수집전극(charge collection electrode)으로 이동한다. 이때 고전압 전원 제공장치(100)는 분리된 전하의 이동속도를 가속하기 위해 고전압 전극(20)을 통해 고전압 전원을 공급한다.
전원(120)은 고전압 전원을 출력한다. 그리고 경로 결정부(110)는 전원(120)에서 출력된 고전압 전원이 X선 검출기(10)에 인가되거나 단락될 때의 인가 및 단락 경로를 제공한다. 즉, 전원(120)에서 출력된 고전압 전원은 X선 검출기(10)로 인가될 뿐만 아니라 경로 결정부(110)를 통해서도 흐르게 된다. 따라서 경로 결정부(110)에서 형성된 인가 및 단락 경로에 따라, X선 검출기(10)에 공급되는 고전압 전원 파형의 상승시간(rising time)이나 하강 시간(falling time)이 달라지게 된다.
이때 고전압 전원의 인가 경로와 단락 경로는 서로 상이하며, 도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이 인가 경로와 단락 경로는 X선 검출기(10)로의 고전압 전원 인가 경로와 병렬로 구성되어 있다. 그리고, 단락 경로의 종단은 접지되어 있어 고전압 전원의 단락시 X선 검출기(10)에 남아 있는 전하를 신속하게 방출시킨다.
한편, 경로 제어부(130)는 인가 및 단락 경로를 결정한다. 즉, 고전압 전원을 공급할 때의 경로와 단락시킬 때의 경로가 달라지도록 제어한다. 이때 인가 경로와 단락 경로를 구성하는 소자값에 따라 경로의 선택시간이 제어된다. 다시 말하면 인가 및 단락 경로상의 저항값, 스위칭 소자 특성값 등에 따라 경로 선택 시간이 달라진다. 이하 경로 결정부(110)의 여러가지 실시예와 스위칭 시간에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치의 상세 구성도이다.
도 2를 참조하면 경로 결정부(110)는 제1저항(230)과 제1스위치(250)로 구성된 제1경로와 제2저항(240)과 제2스위치(260)로 구성된 제2경로를 포함함을 알 수 있다. 그리고 경로 제어부(210)는 제1스위치(250)와 제2스위치(260)의 온/오프를 제어함으로써 제1경로로의 인가 경로와 제2경로로의 단락 경로를 제어한다.
여기서 제1경로는 전원(220)에서 출력된 고전압 전원이 X선 검출기(10)에 공급될 때의 인가경로이다. 즉, 전원(220)에서 출력된 고전압 전원은 X선 검출기(10)에 공급됨과 동시에 제1스위치(250)가 온 되며, 이에 따라 제1저항(230)과 제1스위치(250)를 통해 흐른다. 고전압 전원이 일정값에 도달하면 제1스위치(250)는 오프되고 일정시간 유지된다.
그리고 제2경로는 전원(220)에서 고전압 전원이 단락되어 X선 검출기(10)에 잔류된 전압이 방전되는 경로이다. 즉, 전원(220)에서의 고전압 전원 공급이 중단되면 제2스위치(260)가 온 되며, 이에 따라 제2저항(240)과 제2스위치(260)를 통해 X선 검출기(10)에 남아 있던 전압이 방전된다. 이후 고전압 전원이 안정화되면 X선 검출기(10)에서 데이터가 독출된다.
한편, 제1경로에서의 제1스위치(250)와 제2경로에서의 제2저항(240)은 경우에 따라 구비되지 않아도 된다. 즉, 제1경로는 제1저항(230)만으로 구성될 수 있고, 제2경로는 제2스위치(260)만으로 구성될 수도 있다. 또한 각각의 제1저항(230) 및 제2저항(240)의 저항값은 가변될 수 있다. 그리고 그 저항값에 따라 고전압 전원 파형의 상승시간과 하강시간이 결정된다.
그리고 제1스위치(250) 및 제2스위치(260)는 릴레이(Relay), 반도체 릴레이(Solid State Relay), 전계효과 트랜지스터(FET), 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등의 소자로 구현될 수 있다.
도 3a는 도 2의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출 타이밍도이다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 액티브 로우(active low)인 제1스위치 제어신호(330)와 액티브 로우인 제2스위치 제어신호(240)에 따라 고전압 신호(310)의 상승타임과 하강타임이 결정됨을 알 수 있다. 또한 하강타임이 완료된 이후 데이터(320)가 독출됨을 알 수 있다.
도 3b는 도 2의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출의 또 다른 타이밍도이다.
도 3b를 참조하면, 하강타임을 달리함에 따라 제2스위치 제어신호(340a)의 온/오프 시간이 달라짐을 알 수 있다. 또한 그 온/오프 시간에 따라 데이터(320a)의 독출에 걸리는 시간도 단축됨을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치에서의 고전압 인가 및 단락 경로 구성도이다.
고전압 인가 경로 및 단락 경로는 다양하게 구성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 3개의 경로로 구성할 수 있으며 제1경로는 제1저항(410)과 제1스위치(440)로 구성되고, 제2경로는 제2저항(420)과 제2스위치(450)로 구성되며, 제3경로는 제3저항(430)과 제3스위치(460)로 구성됨을 알 수 있다. 그리고 경로 제어부(470)는 스위치(440, 450, 460)의 온/오프를 제어함으로써 이들 경로 중에서 어떤 경로를 고전압 전원 인가 경로로 사용할지, 단락 경로로 사용할지의 여부를 결정한다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출 타이밍도이다.
제1스위치 제어신호(530)가 온인 동안 고전압(510) 전원은 서서히 상승하고 일정값에 도달한다. 그리고 제2스위치 제어신호(540)가 온인 동안 고전압(510) 전원은 하강한다. 그리고 제3스위치 제어신호(550)가 온인 동안 데이터(520)가 독출된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 방법의 흐름도이다.
먼저 고전압 전원을 발생시킨다(S610). 그리고 고전압 전원이 디지털 X선 검출기에 인가되거나 단락될 때의 인가 및 단락 경로를 결정한다(S620). 이때 인가 경로와 단락 경로가 서로 상이하도록 결정하며, 인가 경로와 단락 경로는 디지털 X선 검출기로의 고전압 전원 인가 경로와 병렬로 구성된다. 그리고 단락 경로의 종단은 접지되어 있어 고전압의 단락시 디지털 X선 검출기에 남아 있는 전하를 방출시킨다.
그리고 나서 이렇게 결정된 인가 및 단락 경로에 따라 X선 검출기에 고전압 전원을 공급한다(S630).
한편, 전술한 고전압 전원 제공 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 고전압 전원 제공 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 디지털 X선 검출장치에 이용되어 필름없이 X선 디지털 영상을 얻는 분야에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치의 상세 구성도,
도 3a는 도 2의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출 타이밍도,
도 3b는 도 2의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출의 다른 타이밍도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전압 전원 제공 장치에서의 고전압 인가 및 단락 경로 구성도,
도 5는 도 4의 실시예에 따른 스위치 동작과 고전압 공급 및 데이터 독출 타이밍도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 제공 방법의 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10 : X선 검출기 20 : 고전압 전극
110 : 경로 결정부 120 : 전원
130 : 경로 제어부

Claims (12)

  1. 디지털 엑스선 검출기에 엑스선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 장치(100)에 있어서,
    고전압 전원을 출력하는 전원(120);
    제1저항(230)을 포함하며 상기 고전압 전원 인가시에 사용되는 제1경로와, 제2스위치(260)를 포함하며 상기 고전압 전원 단락시에 사용되는 제2경로를 제공하는 경로 결정부(110); 및
    상기 제1경로 및 제2경로를 결정하는 경로 제어부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경로 결정부(110)는
    상기 제1경로와 제2경로가 서로 상이하도록 결정하며, 상기 제1경로와 제2경로는 상기 디지털 엑스선 검출기로의 고전압 전원 인가 경로와 병렬로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2경로의 종단은 접지되어 있어 상기 고전압의 단락시 상기 디지털 엑스선 검출기에 남아 있는 전하를 방출시키는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1경로는 제1스위치(250)를 더 포함하고, 상기 제2경로는 제2저항(240)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경로 제어부(210)는
    상기 제1경로상의 제1스위치(250) 및 제2경로상의 제2스위치(260)를 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1저항(230) 또는 제2저항(240)의 저항값은 조절 가능하도록 가변되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서
    고전압 인가 또는 단락에 사용되는 제3경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1스위치(250) 또는 제2스위치(260)는 릴레이, 반도체 릴레이, 전계효과 트랜지스터(FET), 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 장치.
  10. 디지털 엑스선 검출기에 엑스선 조사시 이온화되는 전하의 분리 이동을 가속화하기 위한 고전압 전원을 제공하는 방법에 있어서,
    제1저항(230)을 포함하며 상기 고전압 전원 인가시에 사용되는 제1경로와, 제2스위치(260)를 포함하며 상기 고전압 전원 단락시에 사용되는 제2경로를 결정하는 경로결정단계; 및
    상기 결정된 제1경로 및 제2경로에 따라 상기 엑스선 검출기에 고전압 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 경로 결정단계는
    상기 제1경로와 제2경로가 서로 상이하도록 결정하며, 상기 제1경로와 제2경로는 상기 디지털 엑스선 검출기로의 고전압 전원 인가 경로와 병렬로 구성하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2경로의 종단은 접지되어 있어 상기 고전압의 단락시 상기 디지털 엑스선 검출기에 남아 있는 전하를 방출시키는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 제공 방법.
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