KR101375275B1 - Ｘ―선의 위상 대조 영상을 위한 연성 그레이팅 시트의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 리소그래피(lithography) 방식을 개선하여 곡면 구현이 가능한 물질에 의한 코팅 방식으로 그레이팅 시트를 제작함으로써, 복잡한 시설이나 공정 없이, 간단히 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 유연성이 있는(flexible) 그레이팅 시트를 제작하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 그레이팅 시트의 제작 방법에 관한 것으로서, 특히, 기존의 리소그래피(lithography) 방식을 개선하여 곡면 구현이 가능한 물질에 의한 코팅 방식으로 그레이팅 시트를 제작함으로써, 복잡한 시설이나 공정 없이, 간단히 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 유연성이 있는(flexible) 그레이팅 시트를 제작하는 방법에 관한 것이다.
사람 등 대상체의 내부 구조를 알기 위하여 일반적으로 도 1과 같이 Talbot-Lau의 간섭계 원리에 따른 X-선 영상 촬영이 이루어진다. 예를 들어, X-선 소스를 통해 나온 X-선은 소스 그레이팅 판(10)에서 소정의 면광원으로 만들어져 대상체를 통과하며, 대상체를 통과한 X-선은 위상 그레이팅 판(20)에서 회절된 후 간섭 패턴을 만들고, 간섭 패턴은 분석 그레이팅 판(30)에서 샘플링되고 검출기(40)를 통하여 샘플링된 패턴에 대한 영상 신호를 획득할 수 있다. 이와 같이 X-선 영상 촬영을 위한 그레이팅 판(10, 20, 30)은 X-선의 간섭이나 회절을 일으켜 간섭 패턴을 획득하기 위하여 사용된다.
이와 같은 X-선 영상 촬영을 위한 그레이팅 판들은, 일반적으로 도 2와 같이 높이와 폭의 비율(aspect ratio, 종횡비)이 10:1로부터 100:1 이상이 되는 마이크로미터 단위(예, 높이 100μm, 폭 1μm)의 낮은 밀도로 채워진 부분(빈공간 또는 폴리머)과 높은 밀도로 채워진 부분(금속, 예를 들면 금 또는 니켈)벽이 반복되도록 형성된 구조를 갖는다.
이와 같은 낮은 밀도로 구성된 부분과 높은 밀도로 구성된 미세한 구조체를 제작하기 위한 기존의 기술은, 일반적으로 X-선 리소그래피(lithography)(LIGA)를 이용하여 몰드를 만들고 도금하는 과정으로 이루어지며, 위와 같은 높은 종횡비(aspect ratio)를 구현하기 위하여 위와 같은 리소그래피에 의한 반복적인 열적 건조, 노광, 현상 등의 공정을 수차례 진행하게 된다. 관련기술로서 미국공개특허번호 2010/0246764, 2011/0052800 등을 참조할 수 있다. 이러한 공정을 수행하기 위해서는 지지 역할을 하는 기판이 필요하며, 통상 지지 기판은 실리콘 혹은 유리 재질로 유연성이 확보되지 않아, X-선 영상 촬영 장치에 최적화된 곡면으로 가공하기 어려운 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 구조체 제작 이후 지지 기판을 얇게 가공하는 등의 추가 공정을 수행하는 등의 기술이 제안되었으나, 공정의 효율성과 수율이 저하되는 문제점과 함께, 구현할 수 있는 곡률이 제한되며, 구현할 수 있는 면적 또한 제약이 있으므로 의료용 장치에서 필요한 수십 센티미터 크기의 그레이팅 판을 제작하는 데는 어려움이 있다.
또한 이와 같은 기존의 그레이팅 판 제작 기술에서는 Synchrotron(가속기) 등 고가의 X-선 광원이 요구되고, 리소그래피 공정을 수차례 반복하여 진행하여야 하는 어려움이 있다. 이런 문제점으로 인해 기존의 그레이팅 판 제작 기술은 비용이 높고 수율이 낮은 문제점이 상존하여 왔다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 간단한 공정과 장비를 통해서 유연성이 있는(flexible) 높은 밀도의 물질과 낮은 밀도의 물질을 반복 코팅하고 절단하여 사용함으로써, 100:1 이상의 높은 종횡비(aspect ratio)가 손쉽게 구현 가능한, X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 연성 그레이팅 시트를 제작하는 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 그레이팅 시트의 제작 방법에 있어서, 폴리머 용액과 폴리머-나노입자 혼합 용액을 준비하는 단계; 기판 상에 상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액을 교대로 코팅하고 건조하여 건조된 제1두께의 폴리머층과 제2두께의 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층을 반복 적층하는 단계; 상기 기판을 제거하여 상기 교번층이 반복 적층된 구조물을 획득하는 단계; 및 상기 구조물을 상기 교번층이 적층되는 방향과 평행하게 시트 형태로 절단하고 경면 가공하는 단계를 포함한다.
상기 제1두께와 상기 제2두께는 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있으며, X-선의 에너지에 따라 0.1 마이크로미터부터 10 마이크로미터 범위에서 조정 가능하다.
상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액의 상기 코팅을 위하여 스프레이 방식을 이용한다.
상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액의 상기 건조를 위하여 자외선을 이용한다.
상기 폴리머-나노입자 혼합층의 밀도가 상기 폴리머층의 밀도 보다 5배 이상 크게 할 수 있다.
상기 폴리머-나노입자 혼합층의 상기 나노입자는 Bi, Au, Ag, CdTe, 또는 Gd2O3중 하나, 혹은 이들을 혼합한 고 밀도의 무기물 입자이다.
상기 시트 형태의 두께에 대한 상기 제1두께 또는 상기 제2두께의 비율인 종횡비(aspect ratio)가 10:1 이상, 바람직하게는 100:1 이상까지 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 연성 그레이팅 시트 제작 방법에 따르면, 고가의 X-선 광원이나 리소그래피 공정 없이 간단한 공정과 장비를 통해서 코팅 방식으로 제작할 수 있으며, 유연성이 있는(flexible) 폴리머 등으로 점광원 X-선의 초점거리에 맞도록 곡면 구현이 용이하며, 대면적이나 100:1 이상의 높은 종횡비(aspect ratio)가 손쉽게 구현될 수 있다.
도 1은 Talbot-Lau의 간섭계 원리에 따른 일반적인 X-선 영상 촬영 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 기존의 그레이팅 시트의 단면 사진의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그레이팅 시트의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 기존의 그레이팅 시트의 단면 사진의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그레이팅 시트의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 그레이팅 시트의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 폴리머(polymer) 용액과 폴리머-나노입자(polymer-nano particle) 혼합 용액을 준비한다. 폴리머 용액은 에폭시, 실리콘, 폴리이미드 등 상용의 다양한 수지계 고분자화합물이 주성분으로 이루어질 수 있다. 폴리머-나노입자 혼합 용액은 위와 같은 폴리머 용액에 Bi, Au, Ag, CdTe, 또는 Gd2O3 등 중 하나 또는 이들을 혼합한 물질의 고밀도 나노스케일의 무기물 입자를 혼합한 용액이다.
이와 같이, 폴리머 용액과 폴리머-나노입자 혼합 용액이 준비되면, 먼저, 진공 상태가 아닌 일반적인 상온의 클린룸에서 준비된 기판 상에 위와 같은 폴리머 용액 또는 폴리머-나노입자 혼합 용액을 먼저 스프레이 방식으로 코팅하고 자외선을 이용하여 건조한다(S10). 기판은 플라스틱류, 유리, 수지계 등 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 필요한 그레이팅 시트 사이즈에 맞게 일정 크기(예, 50cm*50cm 등)를 갖는다.
폴리머 용액 또는 폴리머-나노입자 혼합 용액 중 어느 것을 먼저 코팅하는 지 여부는 상관없으며, 폴리머 용액과 폴리머-나노입자 혼합 용액을 교대로 코팅하고 건조하여 건조된 폴리머층과 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층이 일정 높이까지 반복 적층되도록 한다(S20). 건조된 폴리머층과 폴리머-나노입자 혼합층의 두께는 동일한 것이 바람직하지만, 제조상 약간씩 다를 수도 있고, 목적에 따라 각각 다르게 제조할 수도 있다. 폴리머층과 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층이 반복 적층되는 높이는 필요한 그레이팅 시트 사이즈에 따라 결정되며, 그림에서 50cm를 가정하였다. 이와 같은 교번층에서 폴리머-나노입자 혼합층의 밀도가 폴리머층의 밀도 보다 5배 이상 크게 함으로써, X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)이 가능하도록 할 수 있다.
이와 같이 폴리머층과 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층이 일정 높이까지 반복 적층된 후, 기판을 제거한다(S30). 기판이 제거됨에 따라 폴리머층과 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층이 반복 적층된 구조물이 획득되고, 이를 상기 교번층이 적층되는 방향과 평행하게 시트 형태로 절단(slicing)하고 양면을 필요에 따라 경면 가공(polishing)한다. 일정 간격으로 절단하여 복수의 그레이팅 시트가 획득될 수 있다.
이에 따라 필요한 크기(예, 50cm*40cm 등)의 그레이팅 시트가 획득되며, 이때 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)이 가능하도록 하기 위하여, 그레이팅 시트의 높이(절단 간격)는 1cm이하가 된다. 예를 들어, 그레이팅 시트의 두께에 대한 폴리머층 또는 폴리머-나노입자 혼합층의 각 적층 두께의 비율인 종횡비(aspect ratio)가 10:1 이상 바람직하게는 100:1 이상으로 할 수 있다. 예를 들어, 폴리머층 또는 폴리머-나노입자 혼합층의 각 적층 두께가 1μm인 경우에 그레이팅 시트의 높이(절단 간격)를 100μm이상으로 제작할 수 있다. 이는 예시적이며, 폴리머층 또는 폴리머-나노입자 혼합층의 각 적층 두께가 좀더 크거나 작은 경우(X-선의 에너지에 따라 0.1 마이크로미터부터 10 마이크로미터 등)에 있어서도 종횡비(aspect ratio)가 100:1 이상으로 함으로써 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 위와 같이 제조된 그레이팅 시트를 사용한 경우에(phase Contrast Imaging), 그렇지 않은 경우(absorption image)와 비교하여, X-선의 위상차가 검출기(도 1참조)에서 검출되도록 함으로써 대조비를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
이외에도, 본 발명에 따른 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 그레이팅 시트는, 유연성이 있는(flexible) 폴리머 구조물로 이루어져 점광원 X-선의 초점거리에 맞도록 곡면 구현이 용이하게 된다. 사용자는 필름 형태의 본 발명에 따른 그레이팅 시트를 X-선 점광원의 거리에 맞게 적절히 구부려 곡면이 되도록 사용함으로써, 면광원 발생, 회절 또는 간섭 등을 위한 목적으로 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 그레이팅 시트는, 고가의 X-선 광원이나 리소그래피 공정 없이 간단한 공정과 장비를 통해서 코팅 방식으로 제작되므로 대면적 구현이 용이하고, 절단 간격에 따라 10:1 이상 바람직하게는 100:1 이상의 높은 종횡비(aspect ratio)가 손쉽게 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (8)
- X-선의 위상 대조 영상(Phase Contrast Imaging)을 위한 그레이팅 시트의 제작 방법에 있어서,
폴리머 용액과 폴리머-나노입자 혼합 용액을 준비하는 단계;
기판 상에 상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액을 교대로 코팅하고 건조하여 건조된 제1두께의 폴리머층과 제2두께의 폴리머-나노입자 혼합층의 교번층을 반복 적층하는 단계;
상기 기판을 제거하여 상기 교번층이 반복 적층된 구조물을 획득하는 단계; 및
상기 구조물을 상기 교번층이 적층되는 방향과 평행하게 시트 형태로 절단하고 경면 가공하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1두께와 상기 제2두께는 동일한 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1두께와 상기 제2두께는 서로 다른 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액의 상기 코팅을 위하여 스프레이 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머 용액과 상기 폴리머-나노입자 혼합 용액의 상기 건조를 위하여 자외선을 이용하는 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머-나노입자 혼합층의 밀도가 상기 폴리머층의 밀도 보다 5배 이상 큰 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머-나노입자 혼합층의 상기 나노입자는 Bi, Au, Ag, CdTe, 또는 Gd2O3 를 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 물질의 무기물 입자인 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 시트 형태의 두께에 대한 상기 제1두께 또는 상기 제2두께의 비율인 종횡비(aspect ratio)가 10:1 이상인 것을 특징으로 하는 그레이팅 시트의 제작 방법.
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| KR1020120134638A KR101375275B1 (ko) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Ｘ―선의 위상 대조 영상을 위한 연성 그레이팅 시트의 제작 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101375275B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040022403A (ko) * | 2002-09-06 | 2004-03-12 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 산란 방지 그리드 또는 콜리메이터 및 그의 제조 방법 |
| JP2010236986A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Fujifilm Corp | 放射線位相画像撮影装置 |
| KR20110059487A (ko) * | 2009-11-27 | 2011-06-02 | 한국전기연구원 | 고효율 스캔용 센서를 이용한 광 검출 장치 및 방법 |
| KR20110115432A (ko) * | 2010-04-15 | 2011-10-21 | 한국전기연구원 | 수직 적층형 섬광체 구조물을 이용한 방사선 검출 장치 |
-
2012
- 2012-11-26 KR KR1020120134638A patent/KR101375275B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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