KR101413574B1 - 다중 에너지 ｘ－선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템 - Google Patents

다중 에너지 ｘ－선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압과 전자 방출 시기를 동시에 제어함으로써 다양한 에너지 스펙트럼의 X-선 영상을 획득할 수 있는 다중 에너지 X-선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템을 제안한다.
이를 구현하기 위해 본 발명인 다중 에너지 X-선 발생장치는 전계 전자 방출형 냉음극, 상기 냉음극으로부터 전자를 방출하기 위해 전계가 인가되는 그리드 전극 및 방출된 전자가 충돌함으로써 X-선을 발생시키는 양극을 포함하는 냉음극 X-선 튜브; 상기 냉음극에서 전자가 방출되도록 하기 위하여 상기 냉음극과 상기 그리드 전극 사이에 일정 크기의 전계를 인가하는 직류전원; 상기 냉음극에 전자 방출 전류를 공급하는 전류발생장치 및 상기 전류발생장치의 전류 공급 여부를 제어하는 스위치를 포함하는 전류제공부; 상기 냉음극에서 방출된 전자를 하나 이상의 크기로 가속시키기 위해 상기 그리드 전극과 상기 양극사이로 가변전압을 인가하는 고전압 발생부; 및 상기 고전압 발생부와 상기 전류제공부의 스위치 작동을 동기화하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

다중 에너지 Ｘ－선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템 {Multi-energy X-ray generator and system using the same}
본 발명은 X-선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압을 제어하여 다중 에너지 X-선을 발생시키는 X-선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엑스선(X-ray)은 산업, 과학, 의료 등 다양한 분야에서 비파괴 검사, 재료의 구조 및 물성 검사, 영상 진단, 보안 검색 등의 용도로 다방면에 걸쳐 사용되고 있으며, 경우에 따라서는 두 가지 이상의 서로 다른 에너지를 갖는 X-선을 발생시킬 필요가 있었다.
특히 각종 의료용 진단장치, 예를 들어 CT 또는 Mammography, Fluoroscopy 장치의 진단 정확도를 향상시키거나, 산업용 및 보안검색용 X-선 장치에서 이물질 혹은 검색 대상을 용이하게 구분하기 위하여 두 가지 이상의 서로 다른 에너지를 갖는 X-선을 연속하여 빠르게 발생시킬 것이 요구되었다.
이에 따라 종래에는, 고전압 펄스 발생장치를 이용하여 다중 에너지 X-선을 발생시키거나, 수개의 X-선 발생장치를 사용하여 여러 에너지의 X-선을 발생시키는 방법 등이 제안되었다.
그러나 이러한 종래의 기술에는 고전압 펄스장치의 구현에 따른 고전압 커패시터 등의 특별한 부품이 요구된다거나 수개의 X-선 발생장치를 병합한다는 등의 복잡한 전기회로를 필요로 한다는 점, 방출되는 X-선에 대한 짧은 펄스로의 제어가 용이하지 않아 X-선 에너지를 안정적으로 확보할 수 없어 품질이 떨어진다는 점, 다중 에너지 X-선을 발생시키기 위해 구형파 전압의 크기를 변화시키는데 전환시간이 요구되어 신속하게 원하는 에너지의 X-선을 얻지 못한다는 점 등의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압을 제어하여 다중 에너지 X-선을 발생시키는 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 목적은 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압과 전자 방출 시기를 동시에 제어함으로써 다양한 에너지 스펙트럼의 X-선 영상을 획득할 수 있는 다중 에너지 X-선 발생장치를 이용한 영상 시스템을 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태 일 실시예에 따른 다중 에너지 X-선 발생장치는, 전계 전자 방출형 냉음극, 상기 냉음극으로부터 전자를 방출하기 위해 전계가 인가되는 그리드 전극 및 방출된 전자가 충돌함으로써 X-선을 발생시키는 양극을 포함하는 냉음극 X-선 튜브; 상기 냉음극에서 전자가 방출되도록 하기 위하여 상기 냉음극과 상기 그리드 전극 사이에 일정 크기의 전계를 인가하는 직류전원; 상기 냉음극에 전자 방출 전류를 공급하는 전류발생장치 및 상기 전류발생장치의 전류 공급 여부를 제어하는 스위치를 포함하는 전류제공부; 상기 냉음극에서 방출된 전자를 하나 이상의 크기로 가속하기 위해 상기 그리드 전극과 상기 양극 사이로 가변전압을 인가하는 고전압 발생부; 및 상기 고전압 발생부와 상기 전류제공부의 스위치 작동을 동기화하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 고전압 발생부에서의 가변 전압 크기에 기초하여 상기 전류제공부 스위치의 온-오프(on-off) 동작을 제어함으로써, 상기 냉음극 X-선 튜브에서 하나 이상의 에너지 크기를 갖는 X-선의 펄스가 연속적으로 발생하도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 제어부는, 상기 스위치의 온-오프(on-off) 동작을 제어하여, 상기 전류발생장치에서 상기 냉음극으로 펄스 형태의 전류를 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 제어부는, 상기 펄스 형태 전류의 펄스폭을 1us~1ns 로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 제어부는, 상기 고전압 발생부에서 발생하는 가변전압을 크기에 따라 하나 이상으로 구분하고, 상기 구분되는 가변전압의 크기에 따라 상기 스위치의 온-오프(on-off) 동작 주기를 동일하게 또는 비동일하게 설정하여 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 냉음극 X-선 튜브는, 상기 제어부의 가속관 전압 제어 및 냉음극 X-선 튜브의 전계 방출 제어를 통해 펄스 형태의 다중 에너지 X-선을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 냉음극 X-선 튜브의 내부를 진공으로 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 냉음극 X-선 튜브는 상기 양극에서 X-선이 발생할 때 생성되는 발열에너지를 냉각시키는 구조물을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 냉음극 X-선 튜브는 가속관 전압의 크기에 따라 가속되는 전자를 집속하여 한점으로 모으는 집속장치를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 다중 X-선 발생장치는 상기 집속장치의 전계를 가속 에너지 변조에 동기화하여 조절하는 집속 전계 제어부를 포함하여 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태 일 실시예에 따른 다중 에너지 X-선 발생장치를 이용한 영상시스템은, 가속관 전압 제어를 통해 다중 에너지 X-선이 방출될 수 있는 단일 X-선 발생장치, 상기 단일 X-선 발생장치의 가속관에 변조 전압을 인가하는 고전압 발생부, 상기 단일 X-선 발생장치의 전계 방출 제어 및 고전압 발생부의 가속관 전압 크기 제어, 영상신호 획득 및 처리부로 X-선 발생의 동기신호를 제공하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있는 다중 에너지 X-선 발생장치, 상기 다중 에너지 X-선 발생장치로부터 발생하는 다중 에너지 X-선이 관측대상을 투과할 때, 관측대상을 투과한 X-선을 검출하여 검출 결과를 영상 신호로 변환하는 검출부; 상기 X-선 발생장치가 다중 에너지 X-선을 발생시킬 때에 동기되어 검출부로부터 영상 신호를 획득하고 획득한 영상 신호를 기초로 다중 에너지 영상을 생성하는 영상 신호 획득 및 처리부; 영상신호 획득 및 처리부로부터 생성된 다중에너지 영상을 시각화하는 디스플레이 또는 저장장치;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 실시 형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압을 제어하여 서로 다른 에너지를 갖는 X-선을 연속적 · 주기적으로 발생시킬 수 있다.
그리고 기존의 고전압 펄스 발생장치를 이용한 X-선 발생장치에 비해 빠른 X-선 에너지 변조가 가능하며, 고속 스캔이 필요한 장치에 있어 위치 오차를 줄이고 다중 에너지 대역의 영상촬영이 가능하다.
이러한 효과로부터 각종 의료용 진단장치, 예를 들어 CT 또는 Mammography, Fluoroscopy 장치의 진단 정확도를 향상시키거나, 산업용 및 보안검색용 X-선 장치에서 이물질 혹은 검색 대상을 용이하게 구분할 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 다중 에너지 X-선 발생장치 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 다중 에너지 X-선에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 다중 에너지 X-선에 대한 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 X선의 다중 에너지 스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치를 이용한 영상 시스템 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명은 다중 에너지 X-선 발생장치 및 이를 이용한 영상 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 단일 X-선 발생 장치의 가속관 전압을 제어하여 다중 에너지 X-선을 발생시키는 장치와 이 장치를 이용한 다중 에너지 영상 시스템을 제안하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 다중 에너지 X-선 발생장치 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 에너지 X-선 발생장치(100)는 일정 전압 이상의 전계가 인가되면 전자가 방출되어 X-선을 발생시키는 냉음극 X-선 튜브(110), 냉음극 X-선 튜브(110)로 일정 전계를 인가하는 직류전원(120), 상기 냉음극 X-선 튜브(110)로 전자 방출을 위한 전류를 공급하는 전류 발생 장치(130), 전류발생장치(130)에서 냉음극 X-선 튜브(110)로 전류의 공급 여부를 제어하는 스위치(140), 냉음극 X-선 튜브(110)의 가속관에 다양한 형태의 가변 전압을 인가하기 위한 고전압 발생부(150) 및 고전압 발생부(150)와 스위치(140)의 동기화를 제어하기 위한 제어부(160)를 포함한다.
냉음극 X-선 튜브(110)는 일정 전압 이상의 전계가 인가되면 전자를 방출하는 냉음극(111), 냉음극(111)으로부터 전자를 방출하기 위해 전계가 인가되는 그리드 전극(112) 및 냉음극(111)으로부터 방출된 전자가 충돌함으로써 X-선을 발생시키는 양극(113)을 포함한다.
바람직하게는, 상기 냉음극 X-선 튜브(110)는 내부를 진공으로 유지하는 진공 용기일 수 있다. .
바람직하게는, 상기 냉음극 X-선 튜브(110)는 상기 양극(113)에서 X-선이 발생할 때 생성되는 발열에너지를 냉각시키는 구조물을 포함할 수 있다.
직류전원(120)은 냉음극(111)에서 전자가 방출되도록 하기 위하여, 냉음극(111)과 그리드 전극(112) 사이에 일정 크기의 전계를 지속적으로 인가한다. 직류전원(120)에서 인가되는 일정 크기의 전계에 의해 냉음극 X-선 튜브(110)에서는 일정 크기의 에너지를 갖는 X-선이 발생될 수 있다.
전류발생장치(130)는 냉음극 X-선 튜브(110)의 냉음극(111)으로 일정 크기의 전류를 공급하여 냉음극(111)에서 전자가 방출되도록 한다.
이때, 스위치(140)가 전류발생장치(130)와 냉음극 X-선 튜브(110)간 전류 공급선에 부착되어 제어부(160)의 제어신호에 따라 스위치 온-오프(on-off)동작을 수행함으로써, 냉음극(111)으로 펄스 전류가 공급되어 펄스 형태로 전자가 방출되며, 마찬가지 펄스 형태의 에너지를 갖는 X-선이 방출될 수 있다.
여기서 제어부(160)는 상기 냉음극(111)에 공급되는 펄스 전류를 1us~1ns의 펄스폭으로 제어 할 수 있다.
여기서 냉음극(111)에 전자 방출 전류를 제공하는 전류발생장치(130) 및 상기 전류발생장치(130)를 제어하는 스위치(140)를 하나의 전류제공부로 구성할 수 있다.
고전압 발생부(150)는 냉음극(111)에서 방출된 전자의 가속을 위해 가속관에 해당하는 그리드 전극(112)과 양극(113) 사이에 다양한 형태의 가변 전압을 인가한다. 고전압 발생부(150)에서 상기 가속관에 인가하는 전압파형에 따라 발생하는 X-선의 에너지 스펙트럼을 다양하게 만들 수 있다.
제어부(160)는 다중 에너지 X-선을 발생하도록 냉음극 X-선 튜브(110)의 가속관 전압 크기 및 전자 방출 시기를 제어한다.
구체적으로, 제어부(160)는 상기 고전압 발생부(150)에서 발생하는 가변전압을 크기에 따라 하나 이상으로 구분하고, 상기 구분되는 가변전압의 크기에 따라 상기 전류제공부의 스위치(140) 온-오프(on-off) 동작 주기를 동일하게 또는 비동일하게 설정하여 제어함으로써 단일 에너지 혹은 서로 다른 에너지를 갖는 X-선을 연속적으로 발생시키도록 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관련된 다중에너지 X-선의 발생에 대하여도 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 다중 에너지 X-선에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로는, 도 1에서 상술한 고전압 발생부(150)에서 냉음극 X-선 튜브(110)의 가속관으로 정현파를 인가하는 경우의 다중 에너지 X-선의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 고전압 발생부에서 가속관으로 인가하는 크기 V1~V2, 주파수 1Hz~100kHz, 주기 T1을 갖는 정현파 형태의 전압을 시간 대 전압 그래프로 나타낸다.
도 2의 (b)는 제어부에서 소정 주기에 따라 전류제공부의 스위치 동작을 제어함으로써, 전류제공부에서 냉음극으로 공급되는 전류가 주기 T2, 1us~1ns의 펄스폭을 갖는 형태로 제어되는 것을 나타낸다.
도 2의 (c)는 제어부에서 도 2의 (a)에 예시된 고전압 발생부의 가변전압이 가속관으로 인가되는 신호 형태와 도 2의 (b)에 예시된 냉음극으로 공급되는 전류의 신호 형태를 동기화시킴으로써, 서로 다른 크기(E1, E2)의 에너지를 갖는 X-선이 연속하여 주기적으로 발생하는 형태를 나타낸다.
여기서, 도 1의 가속관 내부의 전자 e1, e2의 흐름을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, X-선 튜브(110)에서 발생되는 X-선의 에너지는 가속관 전압의 크기에 따라 결정되는 것으로서 전자 e1은 가속관 전압 V1에서 냉음극으로부터 방출되며 가속관 전압 V1의 크기에 따라 가속되어 양극에 충돌함으로써 E1 에너지의 X-선이 발생되고, 전자 e2는 가속관 전압 V2에서 냉음극으로부터 방출되며 가속관 전압 V2의 크기에 따라 가속되어 양극에 충돌함으로써 E2 에너지의 X-선이 발생된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 다중 에너지 X-선에 대한 다른 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로는, 도1에서 상술한 고전압 발생부(150)에서 냉음극 X-선 튜브(110)의 가속관으로 톱니파를 인가하는 경우의 다중 에너지 X-선의 일 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도 3의 (a)는 고전압 발생부(150)에서 가속관으로 인가하는 주파수 1Hz~100kHz, 주기 T3를 갖는 톱니파 형태의 전압을 시간 대 전압그래프로 나타낸다.
도 3의 (b)는 제어부에서 소정 주기에 따라 전류제공부의 스위치 동작을 제어함으로써, 전류제공부에서 냉음극으로 공급되는 전류가 주기 T3, 1us~1ns의 펄스폭을 갖는 형태로 제어되는 것을 나타낸다.
도 3의 (c)는 제어부에서 도 3의 (a)에 예시된 고전압 발생부의 가변전압이 가속관으로 인가되는 신호 형태와 도 3의 (b)에 예시된 냉음극으로 공급되는 전류의 신호 형태를 동기화시킴으로써, 서로 다른 크기(E1, E2, E3)의 에너지를 갖는X-선이 연속하여 발생하는 형태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 발생장치에서 발생하는 X-선의 다중 에너지 스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면이다.
전류제공부에서 냉음극으로 소정 주기에 따라 전류를 공급하고, 고전압 발생부 가변전압의 다양한 전압 크기별로 전류 공급 시점을 동기화시킴으로써, 양극으로 인가되는 전자의 가속크기를 다양하게 조정하여 지속적으로 X-선을 방출하게 함으로써, 도 4에 도시된 것처럼 다양한 크기(E1, E2, E3)의 X-선 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 4는 상기 도 3에서 상술한 톱니파 형태의 가변전압을 인가하는 경우 냉음극 X-선 튜브에서 생성되는 다중 에너지(E1, E2, E3)의 X-선이 지속적으로 생성됨에 따라 각 에너지 크기별로 형성되는 X-선 스펙트럼을 나타낸다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 X-선 발생장치는 상기 도 1에 도시된 구성 외 가속된 전자를 집속하여 한 점으로 모으는 집속장치 및 가속 에너지 변조에 동기되어 집속장치의 전계를 조절하는 집속 전계 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 집속장치는 상기 도 1에서 상술한 그리드 전극(112)에 결합되거나 별도의 구성으로 부가되는 형태로 구현될 수 있다. 집속 전계 제어부는 고전압 발생부(150)에서 가속관으로 인가하는 가변전압의 크기에 기초하거나 또는 냉음극 X-선 튜브(110)에서 가공되는 전자의 가속 에너지 크기에 기초하여 집속장치의 전계를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 에너지 X-선 발생장치(510)를 이용한 다중 에너지 X-선 영상 시스템(500) 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 에너지 X-선 영상 시스템(500)의 구성은, 가속관 전압 제어를 통해 다중 에너지 X-선이 방출되는 단일 X-선 발생장치(511), 상기 단일 X-선 발생장치(511)의 가속관에 변조 전압을 인가하는 고전압 발생부(513), 단일 X-선 발생장치 (511)의 전계방출 제어 및 고전압 발생부(513)의 가속관 전압 크기 제어, 영상신호 획득 및 처리부(530)로 X-선 발생의 동기신호를 제공하는 제어부(512)를 포함하여 구성할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 다중 에너지 발생장치(510), 상기 다중 에너지 X-선 발생장치(510)로부터 발생하는 다중 에너지 X-선이 관측대상을 투과할 때, 관측대상을 투과한 X-선을 검출하여 검출 결과를 영상 신호로 변환하는 검출부(520), 다중 에너지 X-선 발생장치(510)가 다중 에너지 X-선을 발생시킬 때에 동기되어 검출부(520)로부터 영상 신호를 획득하고 획득한 영상 신호를 기초로 다중 에너지 영상을 생성하는 영상신호 획득 및 처리부(530), 영상신호 획득 및 처리부(530)로부터 생성된 다중에너지 영상을 시각화하는 디스플레이 또는 저장장치(540)로 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 영상 시스템(500)의 처리 과정은 다음과 같다.
제어부(512)는 단일 X-선 발생장치(511)의 전자 방출 시기 및 고전압 발생부(513)의 가속관 전압 크기 제어를 통해 단일 X-선 발생장치에서 단일 에너지 혹은 서로 다른 에너지를 갖는 X-선이 연속적으로 발생하도록 제어할 수 있다.
검출부(520)는, 제어부(512)의 동기화 제어동작에 의해 발생된 다중 에너지 X-선이 관측대상(예를 들어 임의의 물체 또는 사람의 몸 등)을 투과할 때, 관측대상을 투과한 X-선을 검출하여 검출 결과를 영상신호로 변환한다.
영상 신호 획득 및 처리부(530)에서는 제어부(512)로부터 전송된 동기신호에 기초하여 검출부(520)에서 변환된 상기 영상신호로부터 서로 같은 에너지를 갖는 X-선의 검출 결과를 조합한 각 X-선 에너지별 영상신호를 생성한다. 즉, X-선 에너지 크기에 따라 영상신호를 조합함으로써, 다중 에너지 X-선에 따른 다중 영상 데이터가 생성될 수 있다.
상기 생성된 각 X-선 에너지별 다중 에너지 영상신호를 디스플레이 또는 저장장치(540)를 통해 시각화한다.
영상 시스템(500)의 상술한 처리 과정으로부터 동일 관측 대상에 대한 서로 다른 에너지를 갖는 X-선의 투과 결과를 동시에 확인할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 다중 에너지 X-선 발생장치
110 : 냉음극 X-선 튜브
111 : 냉음극
112 : 그리드 전극
113 : 양극
120 : 직류전원
130 : 전류발생장치
140 : 스위치
150 : 고전압 발생부
160 : 제어부
500 : 다중 에너지 X-선 영상시스템
510 : 다중 에너지 X-선 발생장치

Claims (11)

  1. 가속관 전압 제어를 통해 하나 이상의 에너지 크기를 갖는 X-선을 연속적으로 발생시키기 위한 다중 에너지 X-선 발생장치에 있어서,
    전계 전자 방출형 냉음극, 상기 냉음극으로부터 전자를 방출하기 위해 전계가 인가되는 그리드 전극 및 방출된 전자가 충돌함으로써 X-선을 발생시키는 양극을 포함하는 냉음극 X-선 튜브;
    상기 냉음극에서 전자가 방출되도록 하기 위하여 상기 냉음극과 상기 그리드 전극 사이에 일정 크기의 전계를 인가하는 직류전원;
    상기 냉음극에 전자 방출 전류를 공급하는 전류발생장치 및 상기 전류발생장치의 전류 공급 여부를 제어하는 스위치를 포함하는 전류제공부;
    상기 냉음극에서 방출된 전자를 하나 이상의 크기로 가속시키기 위해 상기 그리드 전극과 상기 양극 사이로 가변전압을 인가하는 고전압 발생부; 및
    상기 고전압 발생부와 상기 전류제공부의 스위치 작동을 동기화하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 발생부에서의 가변 전압 크기에 기초하여 상기 전류제공부 스위치의 온-오프(on-off) 동작을 제어함으로써, 상기 냉음극 X-선 튜브에서 하나 이상의 에너지 크기를 갖는 X-선이 연속적으로 발생하도록 제어하는, 다중 에너지 X-선 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위치의 온-오프(on-off) 동작을 제어하여, 상기 전류발생장치에서 상기 냉음극으로 펄스 형태의 전류를 공급하도록 제어하는, 다중 에너지 X-선 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 펄스 형태 전류의 펄스폭을 1us~1ns 로 제어하는, 다중 에너지 X-선 발생장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 발생부에서 발생하는 가변전압을 크기에 따라 하나 이상으로 구분하고, 상기 구분되는 가변전압의 크기에 따라 상기 스위치의 온-오프(on-off) 동작 주기를 동일하게 또는 비동일하게 설정하여 제어하는, 다중 에너지 X-선 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉음극 X-선 튜브는,
    상기 제어부의 가속관 전압 제어 및 냉음극 X-선 튜브의 전계방출 제어를 통해 펄스 형태의 다중 에너지 X-선을 발생 시키는 것을 특징으로 하는 다중 에너지 X-선 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉음극 X-선 튜브의 내부를 진공으로 유지하는 것을 특징으로 하는 다중 에너지 X-선 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉음극 X-선 튜브는 상기 양극에서 X-선이 발생할 때 생성되는 발열에너지를 냉각시키는 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 에너지 X-선 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉음극 X-선 튜브는,
    가속관 전압의 크기에 따라 가속되는 전자를 집속하여 한점으로 모으는 집속장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 에너지 X-선 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 집속장치의 전계를 가속 에너지 변조에 동기화하여 조절하는 집속 전계 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 에너지 X-선 발생장치.
  10. 가속관 전압 제어를 통해 다중 에너지 X-선이 방출될 수 있는 단일 X-선 발생장치,
    상기 단일 X-선 발생장치의 가속관에 변조 전압을 인가하는 고전압 발생부,
    상기 단일 X-선 발생장치의 전계방출 제어 및 고전압 발생부의 가속관 전압 크기 제어, 영상신호 획득 및 처리부로 X-선 발생의 동기신호를 제공하는 제어부,
    를 포함하여 구성할 수 있는 다중 에너지 X-선 발생장치,
    상기 다중 에너지 X-선 발생장치로부터 발생하는 다중 에너지 X-선이 관측대상을 투과할 때, 관측대상을 투과한 X-선을 검출하여 검출 결과를 영상 신호로 변환하는 검출부;
    상기 X-선 발생장치가 다중 에너지 X-선을 발생시킬 때에 동기되어 검출부로부터 영상 신호를 획득하고 획득한 영상 신호를 기초로 다중 에너지 영상을 생성하는 영상 신호 획득 및 처리부;
    영상신호 획득 및 처리부로부터 생성된 다중에너지 영상을 시각화하는 디스플레이 또는 저장장치;
    를 포함하는 다중 에너지 X-선 영상 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 다중 에너지 X-선 발생장치는,
    전계 전자 방출형 냉음극, 상기 냉음극으로부터 전자를 방출하기 위해 전계가 인가되는 그리드 전극 및 방출된 전자가 충돌함으로써 X-선을 발생시키는 양극을 포함하는 냉음극 X-선 튜브;
    상기 냉음극에서 전자가 방출되도록 하기 위하여 상기 냉음극과 상기 그리드 전극 사이에 일정 크기의 전계를 인가하는 직류전원;
    상기 냉음극에 전자 방출 전류를 공급하는 전류발생장치 및 상기 전류발생장치의 전류 공급 여부를 제어하는 스위치를 포함하는 전류제공부;
    상기 냉음극에서 방출된 전자를 하나 이상의 크기로 가속시키기 위해 상기 그리드 전극과 상기 양극 사이로 가변전압을 인가하는 고전압 발생부; 및
    상기 고전압 발생부와 상기 전류제공부의 스위치 작동을 동기화하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 발생부에서의 가변 전압 크기에 기초하여 상기 전류제공부 스위치의 온-오프(on-off) 동작을 제어함으로써, 상기 냉음극 X-선 튜브에서 하나 이상의 에너지 크기를 갖는 X-선이 연속적으로 발생하도록 제어하는, 다중 에너지 X-선 영상 시스템.
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