KR101501842B1 - 싱글형 다중 배열 x-선원 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 공개한다. 이 장치는 복수개의 전극들을 구비하는 엑스레이 소스가 스위칭부의 제어에 응답하여 개별 구동하여 X-선을 방출시키는 복수개의 엑스레이 발생부; 및 상기 스위칭부의 제어를 프로그래밍하여 상기 복수개의 엑스레이 발생부 내 상기 엑스레이 소스의 위치별 X-선량을 조절하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 엑스레이 소스의 전류 조절에 의하여 방사선량이 조절되어 멀티 어레이로 구성되는 엑스레이 소스의 위치별 X-선 세기가 조절되고, 단위 면적당 전자의 방출 전류가 밀리 암페어 단위까지 가능하여 고해상도의 분해능을 가진 X-선을 출력할 수 있게 된다. 또한, 엑스레이 소스 내 전극들의 위치 조절을 통하여 고효율의 전자 방출 특성 제어가 가능하고, 하나의 X-선원 모듈에 엑스레이 소스를 다중 배열하여 구동 장치를 소형화하고 방사선량을 최소화함으로써 피촬영자나 방사선 작업종사자뿐 아니라 엑스레이 시스템 내 환경 전체에 대한 피폭선량을 감소시킬 수 있다. 또한, 실시간 초저선량 3차원 X-선 고속 출력이 가능하여 고해상도 방사선 시스템을 활용한 산업용 및 의학용 특히, 암의 초기 발견이 가능한 조기 검진을 할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈에 관한 것으로서, 특히 엑스레이 소스의 X-선량을 위치별로 조절할 수 있고, 엑스레이 소스 내 전극들의 두께 및 복수개의 홀의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 다양하게 제어하는 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈에 관한 것이다.
방사선 기술은 일반적으로 의학 및 산업 등에서 널리 사용하고 있으며, 특히 의학 연구에 있어서 세포와 기질 간의 상호 관련성을 조사하기 위하여 대상 샘플 내의 국소적, 생물학적 정보를 얻는 것은 매우 중요한 사항이다.
방사선학적 접근법을 이용한 인간의 인체 조직 관측은 비침습성 등의 장점으로 인류 문명에 큰 혜택을 주고 있는데, 생명 공학 및 의학 계열에서 방사선학적으로 마이크로미터 크기 조직의 관찰은 많은 연구 개발 활동 및 인류 보건 향상에 큰 기여를 하고 있다.
하지만, 현재 마이크로 혹은 나노 크기의 구조 정보와 생물학적 정보들을 관련짓기 위한 효과적인 방법이 존재하지 않아 앞으로 나아가야 할 방향은 새로운 이미징 기술을 개발하기 위한 기술들과 경험을 적절하게 결합하는 것이 요구되고 있다.
이를 위하여 종래의 방사선 기기는 밀리미터 크기의 해상도를 갖기는 하나, 공간 분해능의 부족으로 미세(마이크로미터 크기) 조직의 관측이 어려워 입자 가속기를 활용한 거대한 방사광을 이용하여 관측해야 하는 한계가 있었다.
또한, 기존의 방사선 기술, 즉 필라멘트 기반에서의 방사선 영상 획득은 단일 엑스레이 소스의 움직임에 의한 것으로, 엑스레이 소스 움직임에 의한 방사선 영상의 흐려짐과 특정 피검체 모양에 따른 엑스레이 시스템의 조합이 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 종래의 마이크로 엑스레이 장치는 필라멘트 기반의 전자 방출원 사용에 따라 단위 면적당 전자의 방출 전류가 40 kV 의 가속전압에서 0.1 mA 로서, 마이크로미터 크기의 해상도를 갖는 튜브의 방출 엑스레이 선량(flux)이 부족하여 다양한 영상 기기로의 응용에 한계가 있었다.
한편, 종래의 필라멘트 기반의 엑스레이 선원은 온/오프 스위칭을 할 때 예열이 불가피하여 고속 동작에 한계가 있었고, 멀티 어레이 구성 및 디텍터와의 동기화가 용이하지 않은 단점이 있었다.
또한, 종래의 열전자 방식의 엑스레이 선원은 짧은 시간에 촬영할 수 없고, 냉각 장치 및 구동 장치의 소형화에 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 하나의 X-선원 모듈에 개별적으로 스위칭되어 구동하는 복수개의 엑스레이 발생부를 구비하여 엑스레이 소스의 X-선량을 위치별로 조절할 수 있는 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 방사선 시스템의 크기에 제한이 없도록 다중 배열 X-선원 모듈을 싱글형으로 조합하고, 엑스레이 발생부가 복수개의 다양한 형태로 조합될 수 있는 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 엑스레이 소스 내 캐소드 전극 상에 제공되는 하나 이상의 절연 수단을 통하여 전극들의 고정 위치 및 상호간의 간격을 조절하고 에미터로부터 방출되는 전자 궤적 변화를 용이하게 제어할 수 있는 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 단위 면적당 전자의 방출 전류가 밀리 암페어 단위까지 가능한 에미터를 통하여 마이크로미터 단위의 고해상도를 가능하게 하고, 게이트 전극 및 포커싱 전극의 두께 및 복수개의 홀의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 다양하게 제어하는 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 복수개의 전극들을 구비하는 엑스레이 소스가 스위칭부의 제어에 응답하여 개별 구동하여 X-선을 방출시키는 복수개의 엑스레이 발생부; 및 상기 스위칭부의 제어를 프로그래밍하여 상기 복수개의 엑스레이 발생부 내 상기 엑스레이 소스의 위치별 X-선량을 조절하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 엑스레이 소스는, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 복수개의 에미터; 상기 복수개의 에미터 상측에 위치하는 애노드 전극; 상기 복수개의 에미터와 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 복수개의 에미터 위에 복수개의 제1홀을 구비하는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 복수개의 제1홀 위에 복수개의 제2 및 제3홀을 각각 구비하는 제1 및 제2 포커싱 전극;를 포함하고,상기 스위칭부는 상기 제어부의 제어에 응답하여 상기 복수개의 에미터를 각각 구동하는 복수개의 스위치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 게이트 전극과 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 두께 및 상기 복수개의 제1 내지 제3홀의 크기를 조절하여 상기 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 복수개의 스위치는 상기 복수개의 에미터 각각에 연결되는 제1단자; 상기 제어부의 제어 신호가 인가되는 제2단자; 및 접지되는 제3단자;를 구비하고, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1단자 및 상기 제3단자가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 복수개의 스위치는 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 복수개의 제1 내지 제3홀은
하나의 열 또는 복수개의 열로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 엑스레이 소스는, 상기 캐소드 전극 위에 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극의 위치를 고정 및 조절할 수 있는 하나 이상의 절연 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극은 상기 하나 이상의 절연 기둥이 관통될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 하나 이상의 절연 기둥은 그 내부가 빈 중공형 또는 꽉찬 기둥 형태로 형성되며, 그리고 상기 하나 이상의 절연 기둥이 빈 중공형일 경우, 상기 하나 이상의 절연 기둥의 내부에는 외부 전원과 연결된 전선이 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 하나 이상의 절연 기둥은 세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 고정 위치를 상기 하나 이상의 절연 기둥을 통하여 조절함으로써, 상기 복수개의 에미터로부터 방출되는 전자의 궤적을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 엑스레이 소스는, 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극의 위치를 고정 및 조절할 수 있는 하나 이상의 절연 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 하나 이상의 절연 스페이서는 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 및 상기 애노드 전극 각각의 사이 양측에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 하나 이상의 절연 스페이서는 기둥형, 판형 및 원통형 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 하나 이상의 절연 스페이서는 세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 고정 위치를 상기 하나 이상의 절연 스페이서를 통하여 조절함으로써, 상기 복수개의 에미터로부터 방출되는 전자의 궤적을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 상기 복수개의 엑스레이 발생부는 피검체의 종류 및 엑스레이 시스템의 사용 환경에 따라 선형, 면형, 곡선형 및 이의 조합 중 어느 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 엑스레이 소스의 전류 조절에 의하여 방사선량이 조절되어 멀티 어레이로 구성되는 엑스레이 소스의 위치별 X-선 세기가 조절되고, 단위 면적당 전자의 방출 전류가 밀리 암페어 단위까지 가능하여 고해상도의 분해능을 가진 X-선을 출력할 수 있게 된다.
또한, 엑스레이 소스 내 전극들의 위치 조절을 통하여 고효율의 전자 방출 특성 제어가 가능하고, 하나의 X-선원 모듈에 엑스레이 소스를 다중 배열하여 구동 장치를 소형화하고 방사선량을 최소화함으로써 피촬영자나 방사선 작업 종사자뿐 아니라 엑스레이 시스템 내 환경 전체에 대한 피폭선량을 감소시킬 수 있다.
또한, 실시간 초저선량 3차원 X-선 고속 출력이 가능하여 초고해상도 방사선 시스템을 활용한 산업용 및 의학용 특히 암의 초기 발견이 가능한 조기 검진을 할 수 있게 된다.
또한, 엑스레이 소스를 디지털화, 소형화, 모듈화하여 엑스레이 시스템의 형태 및 기능이 다양화된다.
도 1은 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 포함한 엑스레이 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제1 실시예(100)에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제2 실시예(200)에 대한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제3 실시예(300)에 대한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제4 실시예(400)에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제1 실시예(100)에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제2 실시예(200)에 대한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제3 실시예(300)에 대한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제4 실시예(400)에 대한 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈을 포함한 엑스레이 시스템의 개략적인 구성도로서, 엑스레이 디텍터(10), 메인 진공 챔버(20), 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400), 엑스레이 필터(30) 및 제어부(500)를 구비한다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈의 각 블록의 기능을 설명하면 다음과 같다.
엑스레이 디텍터(10)는 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)에서 방출되어 피검체(40)를 투과한 X-선을 검출하여 이를 영상화한다. 즉, 투과된 X-선이 엑스레이 컨버터를 통해 가시광선으로 변환되면 수백만개에 이르는 화소마다 설치된 포토 다이오드가 가시광선을 다시 전기신호로 변환해 디지털 영상정보로 전송한다.
메인 진공 챔버(20)는 엑스레이 디텍터(10)와 일정 거리 이격되어 위치하면서, 진공 펌프 등을 이용하여 고진공으로 유지될 수 있도록 구성된다. 즉, 후술되는 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)가 진공 상태에서 전자를 방출하여 X-선을 발생할 수 있는 적절한 환경을 제공한다.
복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)는 엑스레이 소스 및 스위칭부를 구비하고 메인 진공 챔버(20)의 일측면에 부착되어 스위칭부의 제어에 응답하여 개별 구동하여 X-선을 방출시킨다.
여기에서, 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)는 촬영하고자 하는 피검체(40)의 종류 및 엑스레이 시스템의 사용 환경에 따라 선형, 면형, 곡선형 및 이의 조합 중 어느 하나의 다양한 형태로 배열될 수 있고, 그 배열 밀도가 조절될 수 있으며, 유지 및 보수를 위하여 메인 진공 챔버(20)로부터 착탈 가능하게 부착되도록 구성될 수 있다.
피검체(40)는 엑스레이 디텍터(10)와 일정 거리만큼 이격되며, 중심으로부터 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)와 특정한 각도()를 가지도록 배치될 수 있다. 다만, 일정 거리와 특정한 각도()는 엑스레이 시스템의 종류 및 사용 환경에 따라 변경될 수 있음을 유의한다.
한편, 이러한 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
엑스레이 필터(30)는 메인 진공 챔버(20)와 엑스레이 디텍터(10) 사이에 위치하게 되며, 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400)로부터 발생한 X-선을 필터링한다.
제어부(500)는 복수개의 엑스레이 발생부(100, 200, 300 또는 400) 내 스위칭부의 제어를 프로그래밍하여 상기 엑스레이 소스의 위치별 X-선량을 조절하고, 일관된 영상 획득을 위하여 전류 변화에 대한 전압을 보정한다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제1 실시예(100)에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 엑스레이 발생부(100)는 엑스레이 소스 및 스위칭부(105)를 구비하고, 엑스레이 소스는 캐소드 전극(110), 복수개의 에미터(120), 애노드 전극(130), 게이트 전극(140), 포커싱 전극(150) 및 하나 이상의 절연 기둥(160)을 포함한다.
캐소드 전극(110)은 유리, 금속, 석영, 규소 또는 알루미나로 형성된 기판(도시 안됨)의 상부에 위치하는 것으로서, 캐소드 전극(110) 상에는 후술되는 점광원 형태 및/또는 면광원 형태의 복수개의 에미터(120)가 위치하게 된다.
또한, 캐소드 전극(110)에는 하나 이상의 절연 기둥(160)이 제공되어, 후술되는 게이트 전극(140) 및 포커싱 전극(150)을 분리 및 고정시킴으로써, 상기 전극들의 위치 및 상호간의 간격을 용이하게 제어할 수 있게 되는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
복수개의 에미터(120)는 전자를 방출하는 역할을 수행하는 것으로서, 점광원 형태의 구성을 가지는 것으로 도시된다.
이러한 점광원 형태의 복수개의 에미터(120)는 전자가 방출되는 선단이 뾰족한 형상을 가지는 한 그 형태가 특별히 제한되지는 않는다.
다만, 바람직하게는, 원뿔형, 사면체형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비하는 원기둥형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비하는 다면체형 중 어느 하나일 수 있다.
이러한 점광원 형태의 복수개의 에미터(120)는 그 밑면의 지름이 약 0.1~4mm이며 그 높이가 0.5~5cm인 것을 특징으로 한다.
이러한 이유는 상술된 정도의 크기 및 규모를 가지는 경우에 점광원으로서 전자를 효과적으로 방출할 수 있으며 본 발명에 따른 효과를 달성할 수 있기 때문이다.
또한, 복수개의 에미터(120)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 금속, 탄소계열 물질로 구성된 전도성 물질인 것이 바람직하다.
한편, 복수개의 에미터(120)는 방출되는 전자의 궤적을 조절하거나 원하는 엑스레이 소스의 성능 등에 따라 점광원 형태뿐만 아니라 면광원 형태의 복수개의 에미터가 사용될 수 있음을 유의한다.
이 경우, 면광원 형태의 복수개의 에미터(120)는 규소, 금속, 탄소계열 위에 형성된 탄소구조물 또는 금속인 것이 바람직하다.
애노드 전극(130)은 복수개의 에미터(120)의 상측에 위치한다.
애노드 전극(130)에는 전원을 인가하기 위한 전극 및/또는 DC 전원공급기(도시 안됨)가 제공되는데, 피검체(40)의 종류에 따라 인가되는 전압의 크기를 달리 할 수 있다.
예를 들어, 피검체(40)가 치아인 경우에는 70 kV의 전압을 인가하고, 피검체(40)가 피부인 경우에는 30 kV의 전압을 인가한다.
이러한 애노드 전극(130)의 재료는 일반적으로 구리, 텅스텐, 망간, 몰디브덴 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 박막형 엑스레이의 경우 애노드 전극(130)은 금속 박막으로 형성될 수 있음을 유의한다.
이러한 구성으로 인해, 상술된 복수개의 에미터(120)가 전자를 방출하는 경우에 방출된 전자는 애노드 전극(130)을 구성하는 금속에 충돌한 후, 반사 또는 그 금속을 통과하면서 X-선을 발생시키게 된다.
게이트 전극(140)은 복수개의 에미터(120)와 애노드 전극(130) 사이에 위치하고, 상기 복수개의 에미터 위에 복수개의 제1홀(145)을 구비한다.
이러한 게이트 전극(140)은 복수개의 에미터(120)로부터 방출되는 전자의 방출량을 증가시키고 방출된 전자의 속도를 보다 가속시키는 역할을 수행하는데, 전극의 두께 및 복수개의 제1홀(145)의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 제어한다.
포커싱 전극(150)은 복수개의 제2홀(152)이 형성된 제1 포커싱 전극(150a) 및 복수개의 제3홀(154)이 형성된 제2 포커싱 전극(150b)으로 구성되어, 게이트 전극(140)과 애노드 전극(130) 사이에 위치하게 된다.
이러한 포커싱 전극(150)은 복수개의 에미터(120)로부터 방출된 전자가 퍼지거나 산란되지 않고 애노드 전극(130)을 향하여 이동할 수 있게 한다.
또한, 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b) 각각의 두께 및 복수개의 제2 및 제3홀(152, 154)의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 제어한다.
도면에서는 상기 게이트 전극(140)이 하나 존재하고, 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)이 2개 존재하는 것으로 도시하였으나, 방출되는 전자의 궤적을 조절하거나 원하는 엑스레이 소스의 성능 등에 따라 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)의 개수는 다양하게 변경될 수 있음을 유의한다.
또한, 이러한 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)은 후술되는 하나 이상의 절연 기둥(160)으로부터 착탈 가능하게 구성되어 그 추출이 용이하게 된다.
한편, 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)은 복수개의 에미터(120)부터 방출되는 전자의 궤적에 따라 그 형태가 결정될 수 있다.
하나 이상의 절연 기둥(160)은 캐소드 전극(110)의 상부에 제공되거나 또는 캐소드 전극(110)에 수직 방향으로 삽입되도록 제공되어, 상술된 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)을 분리하는 역할을 수행하며 또한 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)의 위치를 고정 및 조절하는 역할을 수행한다.
이러한 하나 이상의 절연 기둥(160)이 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)의 위치를 제어하는 원리를 구체적으로 살펴보면 아래와 같다.
하나 이상의 절연 기둥(160)은 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)을 관통하도록 구성된다.
즉, 게이트 전극(140) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(150a, 150b)에는 절연 기둥(160)이 관통될 수 있도록 절연 기둥(160)의 크기 및 모양에 상응하는 관통홀이 형성되게 된다.
한편, 하나 이상의 절연 기둥(160)은 내부가 꽉찬 기둥형 형태일 수도 있으나, 그 내부가 빈 중공형으로 형성되어 내부에는 외부 전원과 연결된 전선(161)이 위치할 수도 있다.
또한, 절연 기둥(160)은 내부가 꽉찬 기둥형 형태인 경우에는 각각의 전극에 전원을 인가하기 위한 별도의 DC 전원공급기(도시 안됨)가 제공되어, 각각의 전극에 전원을 인가하도록 구성될 수 있다.
여기서, 하나 이상의 절연 기둥의 단면 형태는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 다면체형 및 이의 조합형 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하나 이상의 절연 기둥은 세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 엑스레이 소스의 구동은 애노드 전극(130), 포커싱 전극(150), 게이트 전극(140), 캐소드 전극(110) 순으로 전압이 인가되는데, 캐소드 전극(110)은 제어부(500) 및 스위칭부(105)의 다음과 같은 작동에 의해 복수개의 에미터(120)의 위치별 X-선 방출량을 조절한다.
이러한 엑스레이 발생부(100)의 구동을 개별 순차 구동 액티브 구동이라 한다.
즉, 엑스레이 발생부(100) 내 스위칭부(105)는 복수개의 스위치를 구비하고, 복수개의 스위치는 제1 내지 제3단자를 구비한다.
여기에서, 복수개의 스위치는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)나 접합형 트랜지스터 (bipolar junction transistor, BJT)와 같이 3개의 단자를 가지는 트랜지스터를 사용한다.
제1단자는 엑스레이 소스 내 에미터에 연결되고, 제2단자에는 제어부(500)의 프로그래밍된 제어 신호가 인가되며, 제3단자는 접지된다.
제1단자 및 제3단자는 제어부(500)에서 프로그래밍된 제어 신호에 응답하여 연결 여부가 결정된다.
즉, 제어부(500)에서 엑스레이 소스 내 해당 에미터에서 X-선의 방출이 필요하다고 판단되는 경우 제어 신호를 제1 레벨(예를 들어, 하이 레벨)로 프로그래밍하고, X-선의 방출이 필요없다고 판단되는 경우 제어 신호를 제2 레벨(예를 들어, 로우 레벨)로 프로그래밍한다.
제2단자는 제어부(500)로부터 제1 레벨의 제어 신호를 인가받는 경우, 이에 응답하여 제1단자 및 제3단자를 연결시켜 전류를 도통시키고, 제어부(500)로부터 제2 레벨의 제어 신호를 인가받는 경우, 이에 응답하여 제1단자 및 제3단자를 오픈시켜 전류의 흐름을 차단한다.
제1단자 및 제3단자가 연결되어 전류가 도통하는 경우, 엑스레이 소스 내 해당 에미터에서 X-선이 방출되고, 제1단자 및 제3단자가 오픈되어 전류의 흐름이 차단되는 경우, 엑스레이 소스 내 해당 에미터에서 X-선이 방출되지 않는다.
이를 통하여 제어부(500)는 엑스레이 소스의 위치별 X-선 방출 여부를 제어하여 위치별로 X-선량을 조절하게 된다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제2 실시예(200)에 대한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 엑스레이 발생부(200)는 엑스레이 소스 및 스위칭부(205)를 구비하고, 엑스레이 소스는 캐소드 전극(210), 복수개의 에미터(220), 애노드 전극(230), 게이트 전극(240), 포커싱 전극(250) 및 하나 이상의 절연 기둥(260)을 포함한다.
본 실시예와 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예의 차이점은 복수개의 제1 내지 제3홀(245, 252, 254)이 하나의 열 대신 2개의 열로 형성되고, 이에 따라 복수개의 에미터(220)의 개수가 2배로 형성된다는 점이다.
이를 통하여 본 실시예는 제1 실시예보다 2배의 X-선 종류 및 X-선량을 방출하게 되므로 게이트 전극(240), 제1 및 제2 포커싱 전극(250a, 250b) 각각의 두께 및 복수개의 제1 내지 제3홀(245, 252, 254)의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 다양하게 제어할 수 있게 된다.
도 4에서는 복수개의 제1 내지 제3홀(245, 252, 254)이 2개의 열로 도시되어 있으나, 3개 이상의 열로 형성될 수 있음은 당연하다.
캐소드 전극(210), 복수개의 에미터(220), 애노드 전극(230), 게이트 전극(240), 포커싱 전극(250) 및 하나 이상의 절연 기둥(260)의 기능은 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제3 실시예(300)에 대한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 사시도에 대한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 엑스레이 발생부(300)는 엑스레이 소스 및 스위칭부(305)를 구비하고, 엑스레이 소스는 캐소드 전극(310), 복수개의 에미터(320), 애노드 전극(330), 게이트 전극(340), 포커싱 전극(350) 및 하나 이상의 절연 스페이서(370)를 포함한다.
본 실시예와 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예의 차이점은 제1 실시예의 경우에는 하나 이상의 절연 기둥(160)이 캐소드 전극(110)의 상부에 제공되거나 또는 캐소드 전극(110)에 수직 방향으로 삽입되도록 제공되는 반면, 제3 실시예의 경우에는 하나 이상의 절연 스페이서(370)가 캐소드 전극(310), 게이트 전극(340), 제1 및 제2 포커싱 전극(350a, 350b), 애노드 전극(330) 각각의 사이 양측에 삽입되도록 제공된다는 점이다.
하나 이상의 절연 스페이서(370)는 세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물과 같은 절연특성이 우수한 재질을 사용하고, 도 5 및 도 6에는 기둥형의 형태로 도시되어 있으나, 판형 또는 원통형으로 형성될 수 있음은 당연하다.
이를 통하여 제1 실시예의 하나 이상의 절연 기둥(160)처럼 게이트 전극(340) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(350a, 350b)을 분리하고 위치를 고정 및 조절하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
캐소드 전극(310), 복수개의 에미터(320), 애노드 전극(330), 게이트 전극(340) 및 포커싱 전극(350)의 기능은 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈 내 엑스레이 발생부의 제4 실시예(400)에 대한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 엑스레이 발생부(400)는 엑스레이 소스 및 스위칭부(405)를 구비하고, 엑스레이 소스는 캐소드 전극(410), 복수개의 에미터(420), 애노드 전극(430), 게이트 전극(440), 포커싱 전극(450) 및 하나 이상의 절연 스페이서(470)를 포함한다.
본 실시예와 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제3 실시예의 차이점은 복수개의 제1 내지 제3홀(445, 452, 454)이 하나의 열 대신 2개의 열로 형성되고, 이에 따라 복수개의 에미터(420)의 개수가 2배로 형성된다는 점이다.
이를 통하여 본 실시예는 제3 실시예보다 2배의 X-선 종류 및 X-선량을 방출하게 되므로 게이트 전극(440), 제1 및 제2 포커싱 전극(450a, 450b) 각각의 두께 및 복수개의 제1 내지 제3홀(445, 452, 454)의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 다양하게 제어할 수 있게 된다.
도 7에서는 복수개의 제1 내지 제3홀(445, 452, 454)이 2개의 열로 도시되어 있으나, 3개 이상의 열로 형성될 수 있음은 당연하다.
또한, 하나 이상의 절연 스페이서(470)는 세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물과 같은 절연특성이 우수한 재질을 사용하고, 도 7에는 기둥형의 형태로 도시되어 있으나, 판형 또는 원통형으로 형성될 수 있음은 당연하다.
이를 통하여 제1 실시예의 하나 이상의 절연 기둥(160)처럼 게이트 전극(440) 및 제1 및 제2 포커싱 전극(450a, 450b)을 분리하고 위치를 고정 및 조절하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
캐소드 전극(410), 복수개의 에미터(420), 애노드 전극(430), 게이트 전극(440), 포커싱 전극(450) 및 하나 이상의 절연 스페이서(470)의 기능은 본 발명의 제3 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명에 따른 싱글형 다중 배열 X-선원 모듈은 하나의 X-선원 모듈에 개별적으로 스위칭되어 구동하는 복수개의 엑스레이 발생부를 구비하여 엑스레이 소스의 X-선량을 위치별로 조절함으로써 멀티 어레이로 구성되는 엑스레이 소스의 위치별 X-선 세기가 조절되고, 단위 면적당 전자의 방출 전류가 밀리 암페어 단위까지 가능하여 고해상도의 분해능을 가진 X-선을 출력할 수 있게 된다.
또한, 엑스레이 소스 내 캐소드 전극 상에 제공되는 하나 이상의 절연 기둥 또는 절연 스페이서를 통하여 전극들의 고정 위치 및 상호간의 간격을 조절하고 에미터로부터 방출되는 전자 궤적 변화를 용이하게 제어함으로써 고효율의 전자 방출 특성 제어가 가능하고, 구동 장치를 소형화하고 방사선량을 최소화하여 피촬영자나 방사선 작업종사자뿐 아니라 엑스레이 시스템 내 환경 전체에 대한 피폭선량을 감소시킬 수 있다.
또한, 게이트 전극 및 포커싱 전극의 두께 및 복수개의 홀의 크기를 조절하여 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 다양하게 제어함으로써 실시간 초저선량 3차원 X-선 고속 출력이 가능하여 초고해상도 방사선 시스템을 활용한 산업용 및 의학용 특히 암의 초기 발견이 가능한 조기 검진을 할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 엑스레이 발생부
105: 스위칭부
110: 캐소드 전극
120: 복수개의 에미터
130: 애노드 전극
140: 게이트 전극
150: 포커싱 전극
160: 하나 이상의 절연 기둥
105: 스위칭부
110: 캐소드 전극
120: 복수개의 에미터
130: 애노드 전극
140: 게이트 전극
150: 포커싱 전극
160: 하나 이상의 절연 기둥
Claims (17)
- 복수개의 전극들을 구비하는 엑스레이 소스가 스위칭부의 제어에 응답하여 개별 구동하여 X-선을 방출시키는 복수개의 엑스레이 발생부; 및
상기 스위칭부의 제어를 프로그래밍하여 상기 복수개의 엑스레이 발생부 내 상기 엑스레이 소스의 위치별 X-선량을 조절하는 제어부;
를 구비하고,
상기 엑스레이 소스는,
캐소드 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성되는 복수개의 에미터;
상기 복수개의 에미터 상측에 위치하는 애노드 전극;
상기 복수개의 에미터와 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 복수개의 에미터 위에 복수개의 제1홀을 구비하는 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 복수개의 제1홀 위에 복수개의 제2 및 제3홀을 각각 구비하는 제1 및 제2 포커싱 전극; 를 포함하고,
상기 스위칭부는 상기 제어부의 제어에 응답하여 상기 복수개의 에미터를 각각 구동하는 복수개의 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 전극과 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 두께 및 상기 복수개의 제1 내지 제3홀의 크기를 조절하여 상기 방출되는 X-선의 빔 크기 및 빔 폭을 제어하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제3항에 있어서,
상기 복수개의 스위치는
상기 복수개의 에미터 각각에 연결되는 제1단자;
상기 제어부의 제어 신호가 인가되는 제2단자; 및
접지되는 제3단자;를 구비하고,
상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1단자 및 상기 제3단자가 연결되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 복수개의 스위치는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 복수개의 제1 내지 제3홀은
하나의 열 또는 복수개의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 엑스레이 소스는,
상기 캐소드 전극 위에 상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극의 위치를 고정 및 조절할 수 있는 하나 이상의 절연 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극은
상기 하나 이상의 절연 기둥이 관통될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 하나 이상의 절연 기둥은
그 내부가 빈 중공형 또는 꽉찬 기둥 형태로 형성되며, 그리고
상기 하나 이상의 절연 기둥이 빈 중공형일 경우, 상기 하나 이상의 절연 기둥의 내부에는 외부 전원과 연결된 전선이 위치하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 하나 이상의 절연 기둥은
세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 고정 위치를 상기 하나 이상의 절연 기둥을 통하여 조절함으로써, 상기 복수개의 에미터로부터 방출되는 전자의 궤적을 제어하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 엑스레이 소스는,
상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극의 위치를 고정 및 조절할 수 있는 하나 이상의 절연 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 절연 스페이서는
상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 및 상기 애노드 전극 각각의 사이 양측에 삽입되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 절연 스페이서는
기둥형, 판형 및 원통형 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 절연 스페이서는
세라믹, 석영, 유리, 테프론, 폴리머 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 게이트 전극 및 상기 제1 및 제2 포커싱 전극 각각의 고정 위치를 상기 하나 이상의 절연 스페이서를 통하여 조절함으로써, 상기 복수개의 에미터로부터 방출되는 전자의 궤적을 제어하는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 복수개의 엑스레이 발생부는
피검체의 종류 및 엑스레이 시스템의 사용 환경에 따라 선형, 면형, 곡선형 및 이의 조합 중 어느 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는,
싱글형 다중 배열 X-선원 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130125477A KR101501842B1 (ko) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | 싱글형 다중 배열 x-선원 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130125477A KR101501842B1 (ko) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | 싱글형 다중 배열 x-선원 모듈 |
Publications (1)
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2013
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|---|---|---|---|---|
| KR101222224B1 (ko) * | 2011-03-25 | 2013-01-16 | 경희대학교 산학협력단 | 다중 배열 엑스레이 시스템 |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20190067614A (ko) * | 2017-12-07 | 2019-06-17 | 경희대학교 산학협력단 | 엑스레이 소스유닛 및 이를 구비하는 엑스레이장치 |
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