KR101773960B1 - 단층합성영상 시스템 - Google Patents
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Abstract
유지, 보수 등의 관리가 용이한 단층합성영상 시스템이 개시된다. 본 발명에 의한 단층합성영상 시스템은, 진공 용기, 상기 진공 용기에 돌출형으로 결합되어 피검사체 방향으로 엑스선(X-ray)을 발생시키는 다수의 엑스선 발생원 및 상기 피검사체를 통과한 엑스선 투영 영상을 감지하는 영상 감지기를 포함한다.
Description
본 발명은 단층합성영상 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 엑스선(X-ray) 발생원을 포함하는 단층합성영상 시스템에 관한 것이다.
기존의 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography, CT) 시스템은 하나의 엑스선 발생원을 회전시키면서 피검사체에 조사하여 엑스선 투영 영상을 발생시키고, 이를 합성하여 3차원 영상을 만들어 낸다. 반면에, 최근에는 다수의 엑스선 발생원에서 서로 다른 각도로 피검사체에 조사된 엑스선에 의해 만들어진 다수의 엑스선 투영 영상을 합성하여 3차원의 영상을 얻는 단층합성영상(Tomosynthesis) 시스템이 연구, 개발되고 있다. 이러한 시스템은 기존의 CT 시스템보다 낮은 방사선량으로 연조직(soft tissue)에 대해 겹친 조직이 분리된 단층합성영상을 빠른 시간 내에 생성할 수 있다.
그런데, 종래 제안된 단층합성영상 시스템은 다수의 엑스선 발생원이 하나의 진공 용기(vacuum chamber) 내부에 위치하여 구동되는 형태를 가진다. 이러한 경우, 다수의 엑스선 발생원 중 하나에만 이상이 발생하더라도 수리를 위해 전체 시스템을 분해해야 하는 등 관리의 어려움이 발생한다. 또한, 각각의 엑스선 발생원의 각도 등을 쉽게 조정하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유지, 보수 등의 관리 및 엑스선 발생 각도 조절이 용이한 단층합성영상 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 시스템 내의 다수의 엑스선 발생원에 대한 관리를 용이하게 하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 단층합성영상 시스템은, 진공 용기, 상기 진공 용기에 돌출형으로 결합되어 피검사체 방향으로 엑스선(X-ray)을 발생시키는 다수의 엑스선 발생원 및 상기 피검사체를 통과한 엑스선 투영 영상을 감지하는 영상 감지기를 포함한다.
상기 엑스선 발생원은, 전자를 방출하는 전계 방출원을 포함하며 상기 진공 용기와 결합되는 제 1 결합부, 상기 전자와 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 금속부 및 상기 결합부와 상기 타겟 금속부 사이에 결합되며, 상기 전자의 진행 경로가 되는 제 2 결합부를 포함할 수 있다.
상기 다수의 엑스선 발생원은 상기 진공 용기 외부에 서로 이격되어 배치되며, 서로 다른 각도에서 순차적으로 상기 피검사체 방향으로 엑스선을 방출할 수 있다. 또한, 상기 진공 용기와 분리가 가능하도록 결합될 수 있고, 상기 엑스선의 방출 각도를 조절할 수 있다.
본 발명에 의한 단층합성영상 시스템은 상기 영상 감지기의 감지 결과를 이용하여 상기 피검사체에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상 처리기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 단층합성영상 시스템 내의 다수의 엑스선 발생원을 진공 용기 외부에 돌출형으로 결합함으로써 다수의 엑스선 발생원 중 하나에 문제가 발생할 경우 전체 시스템을 분해할 필요 없이 해당 소자만을 쉽게 수리 또는 교체할 수 있다. 또한, 각각의 엑스선 발생원 내부의 전계 방출원만을 쉽게 분리해낼 수 있다. 따라서, 전체 시스템의 유지, 보수 등 관리가 용이해지는 효과가 있다.
또한, 각각의 엑스선 발생원의 엑스선 방출 각도를 쉽게 조절할 수 있으므로, 방출되는 엑스선의 방향을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 단층합성영상 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 단층합성영상 시스템 구성도.
도 3은 방출된 엑스선(140)이 피검사체(120)를 통과하여 영상 감지기(130)에 투영되는 것을 나타낸 도면.
도 4는 엑스선 발생원(100) 및 그 결합 부분을 상세히 나타낸 도면.
도 5a 및 도 5b는 영상 감지기(130)의 다른 실시예 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 단층합성영상 시스템 구성도.
도 3은 방출된 엑스선(140)이 피검사체(120)를 통과하여 영상 감지기(130)에 투영되는 것을 나타낸 도면.
도 4는 엑스선 발생원(100) 및 그 결합 부분을 상세히 나타낸 도면.
도 5a 및 도 5b는 영상 감지기(130)의 다른 실시예 구성도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 의한 단층합성영상 시스템 구성도이고, 도 3은 방출된 엑스선(140)이 피검사체(120)를 통과하여 영상 감지기(130)에 투영되는 것을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 단층합성영상 시스템은, 진공 용기(110), 진공 용기(110)에 돌출형으로 결합되어 피검사체(120) 방향으로 엑스선(140)을 발생시키는 다수의 엑스선 발생원(100) 및 피검사체(120)를 통과한 엑스선 투영 영상을 감지하는 영상 감지기(130)를 포함한다.
다수의 엑스선 발생원(100)은 진공 용기(110)의 외부 면에 돌출형으로 결합되고, 피검사체(120)가 위치한 방향으로 엑스선(140)을 방출한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 엑스선 발생원(100)이 서로 다른 각도에서 피검사체(120)를 향하여 순차적으로 엑스선(140)을 방출하면, 방출된 각각의 엑스선(140)은 피검사체(120)를 통과하여 뒤쪽에 마련된 영상 감지기(130)에 순차적으로 영상이 투영된다. 이 때, 다수의 엑스선 발생원(100)은 엑스선(140)의 방출 각도를 개별적으로 조절할 수 있어, 다수의 엑스선 발생원(100)에서 방출된 엑스선(140)이 정확하게 피검사체(120)를 향하도록 할 수 있다.
진공 용기(110)는 단순한 직선 형태이거나, 도 1과 같은 원호 형태 또는 도 2와 같은 링(ring) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 도 2와 같이 진공 용기(110)를 링 형태로 형성할 경우, 그 외부면에 다수의 엑스선 발생원(100)을 원형으로 배치하여, 진공 용기(110) 사이를 통과하는 피검사체(120)에 조사된 엑스선(140)에 의해 투영된 영상이 영상 감지기(130)에 감지되도록 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 형태는 공항이나 박물관 등 다수의 물체에 대해 빠른 시간 내에 비파괴 검사를 수행해야 하는 경우에 폭넓게 적용될 수 있다.
더불어, 본 발명에 의한 단층합성영상 시스템은 영상 감지기(130)의 감지 결과를 이용하여 피검사체(120)에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상 처리기(도면에 미도시)를 더 포함할 수 있다. 영상 처리기는 다수의 엑스선 발생원(100)에서 방출된 엑스선(140)에 의해 영상 감지기(130)에 투영된 영상을 컴퓨터 시스템으로 합성, 가공하여 3차원 영상을 생성할 수 있으며, 필요에 따라 특정 에너지 영역의 엑스선을 차단하는 필터를 삽입하여 원하는 목적의 이미지를 얻을 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2의 엑스선 발생원(100) 및 그 결합 부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 엑스선 발생원(100)은, 전자를 방출하는 전계 방출원(103)을 포함하며, 진공 용기(110)와 결합되는 제 1 결합부(101), 방출된 전자와 충돌하여 엑스선(140)을 방출하는 타겟 금속부(107) 및 제 1 결합부(101)와 타겟 금속부(107) 사이에 결합되며, 방출된 전자의 진행 경로가 되는 제 2 결합부(105)를 포함하여 구성될 수 있다.
전계 방출원(103)은 진공 환경에서 전계(electric field)를 인가하여 캐소드(Cathode) 전극을 통해 전자를 방출시키는 소자로, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)와 같은 나노 에미터(emitter)를 이용하여 형성될 수 있다. 타겟 금속부(107)는 아노드(Anode) 전극에 해당하며, 전계 방출원(103)에서 나온 전자가 제 2 결합부(105)의 전자 이동 통로를 거쳐 타겟 금속부(107)에 충돌하게 되면 특정 방향으로 엑스선(140)이 방출된다. 이 때, 아노드 전극의 전압을 조절하여 방출되는 엑스선의 에너지를 가변할 수 있다. 이러한 엑스선 발생원(100)의 상세 구성 및 동작 방법은 본 발명이 속한 기술 분야에서 널리 알려진 내용이므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
진공 용기(110)는 진공펌프가 연결되어 장비 구동 시 상시 진공 펌프를 동작시키는 오픈(Open)형태이거나, 진공 용기(110)가 진공 밀봉되어 진공펌프가 필요없는 밀폐(Close)형태가 될 수 있다.
각각의 엑스선 발생원(100)은 진공 용기(110)와 제 1 결합부(101)에 의해 진공 결합되며, 제 1 결합부(101)와 제 2 결합부(105) 또한 진공 결합되어 전계 방출원(103)을 기준으로 서로 분리가 가능하다. 이러한 결합부는 오링(O-ring) 또는 가스켓(Gasket) 등의 진공 결합 구조를 가질 수 있다.
이렇게 진공 용기(110) 외부에 엑스선 발생원(100)을 돌출형으로 결합함으로써, 다수의 엑스선 발생원(100) 중 하나에 문제가 발생할 경우 전체 시스템을 분해할 필요 없이 해당 소자만을 쉽게 교체할 수 있다. 또한, 제 1 결합부(101)와 제 2 결합부(105)도 분리가 가능하므로 전계 방출원(103)만 교체하는 것도 가능하여 시스템의 유지 보수가 용이해진다. 더불어, 각각의 엑스선 발생원(100)의 각도를 쉽게 조절할 수 있으므로 방출되는 엑스선(140)의 방향을 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.
도 5a 및 도 5b는 영상 감지기(130)의 다른 실시예 구성도이다.
본 발명에 의한 단층합성영상 시스템의 영상 감지기(130)는, 도 5a와 같이 원통형으로 구현되거나, 도 5b와 같이 평판 센서 다수를 조합한 구조를 가질 수 있다. 이러한 영상 감지기(130)의 구조 및 형태는 시스템의 목적과 구조에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
100 : 엑스선 발생원
110 : 진공 용기
120 : 피검사체
130 : 영상 감지기
140 : 엑스선
101 : 제 1 결합부
103 : 전계 방출원
105 : 제 2 결합부
107 : 타겟 금속부
110 : 진공 용기
120 : 피검사체
130 : 영상 감지기
140 : 엑스선
101 : 제 1 결합부
103 : 전계 방출원
105 : 제 2 결합부
107 : 타겟 금속부
Claims (11)
- 진공 용기;
상기 진공 용기에 돌출형으로 결합되어 피검사체 방향으로 엑스선(X-ray)을 발생시키는 다수의 엑스선 발생원; 및
상기 피검사체를 통과한 엑스선 투영 영상을 감지하는 영상 감지기를 포함하되,
상기 엑스선 발생원은:
상기 진공 용기와 결합되는 제 1 결합부; 및
전자를 방출하는 전자원을 포함하고,
상기 제 1 결합부는 상기 진공 용기로부터 돌출되고,
상기 전자원은 상기 제 1 결합부의 내부에 배치되는 단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 엑스선 발생원은
상기 전자와 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 금속부; 및
상기 제 1 결합부와 상기 타겟 금속부 사이에 결합되며, 상기 전자의 진행 경로가 되는 제 2 결합부를 더 포함하는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 전자원은 전계 방출원을 포함하고,
상기 전계 방출원은
탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)를 이용하여 형성되는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 다수의 엑스선 발생원은
상기 진공 용기 외부에 서로 이격되어 배치되며, 서로 다른 각도에서 순차적으로 상기 피검사체 방향으로 엑스선을 방출하는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 다수의 엑스선 발생원은
상기 진공 용기와 분리가 가능하도록 결합되는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 진공 용기와 상기 다수의 엑스선 발생원은 오링 또는 가스켓 구조로 진공 결합되는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 다수의 엑스선 발생원은
상기 엑스선의 방출 각도를 조절할 수 있는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 진공 용기 및 상기 영상 감지기는
상기 피검사체가 가운데로 통과할 수 있도록 링 형태로 형성되는
단층합성영상 시스템.
- 제 8항에 있어서,
상기 피검사체가 상기 진공 용기와 상기 영상 감지기 사이의 특정 위치를 통과할 때 상기 엑스선이 투영되어 상기 영상 감지기에 감지되는
단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 영상 감지기의 감지 결과를 이용하여 상기 피검사체에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상 처리기
를 더 포함하는 단층합성영상 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 진공 용기에 연결되며, 시스템 구동시 상시 동작하는 진공펌프
를 더 포함하는 단층합성영상 시스템.
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