KR102060403B1 - 방사선 차폐 필터 및, 이를 포함하는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리 - Google Patents

방사선 차폐 필터 및, 이를 포함하는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 문건은 방사선 영상 촬영장치의 조광(照光)부에 위치되는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리를 개시한다.
개시된 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리는, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 삼산화붕소(B2O3) 및, 산화나트륨(Na2O)를 포함하는 방사선 차폐 필터; 및, 상기 방사선 차폐 필터와 동일한 구성 성분으로 이루어져, 상기 방사선 차폐 필터의 전방에 포개지고, 표면에 다수 개의 미세홀이 형성된 방사선 얼라인먼트 필터;를 포함하며, 방사선 영상 촬영장치에서 발생하는 방사선은 효과적으로 차폐하되, 방사선 영상의 품질에는 큰 영향을 미치지 않다.

Description

방사선 차폐 필터 및, 이를 포함하는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리{RADIATION SHIELD FILTER, AND FILTER ASSEMBLY FOR RADIOGRAPHIC DEVICES INCLUDING THE SAME}
본 문건이 개시하는 기술은, 방사선 영상 촬영장치의 조광(照光)부에 위치되는 방사선 차폐 필터와 관련된다.
일반적으로 외과(정형외과, 신경외과 등)적 수술 시에는, 수술실에서 C-arm이라고 불리는 이동형 방사선 영상 촬영장치(이하, 'X-Ray 촬영장치'라 칭함)가 사용된다. 수술실에 C-arm이 구비되면, 수술 중에 환부를 촬영하여, 정복(Reposition) 등이 정상적으로 이루어졌는 지를 실시간으로 확인할 수 있다.
C-arm은 일반적인 고정형 X-Ray 촬영장치에 비하여, 촬영시 방출하는 방사선의 양은 적지만, 수술 도중에 지속적으로 사용되기 때문에, C-arm의 인근에 위치한 의사와 간호사, 환자 등은 수술 과정에서 다량에 방사선에 노출될 수밖에 없다.
그에 따라, C-arm에서 방출되는 방사선량을 줄이기 위하여, C-arm의 조광(照光)부에 장착할 수 있는, 방사선 차폐 필터에 관한 기술들이 지속적으로 연구되고 있다.
계속해서, 한국등록특허공보 제10-1638364호(이하 '종래기술'이라 칭함)에는 전술한 방사선 차폐 필터의 일례가 개시되어 있다.
그러나 종래기술은 케이스의 내부에 물과 분말로 된 은이 충전되어 이루어진 액상형 필터이기 때문에, 제조가 까다로울 뿐만 아니라, 파손의 위험도가 높은 문제점이 있다.
한편, 방사선 차폐율이 높은 납(Pb)이나 은(Ag) 등의 금속으로 방사선 차폐 필터가 제작되기도 하지만, X-Ray 촬영장치에 납이나 은으로 제작된 방사선 차폐 필터가 적용될 경우, 촬영된 방사선 영상의 품질(선명도, 명암 대비 등)이 지나치게 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-1638364 B1(2016.07.11. 공고) KR 10-1225241 B1(2013.01.22. 공고)
방사선 차폐율과 내구성이 우수한 유리 형태의 방사선 차폐 필터를 제공하는 것이다.
또한, 방사선 영상 촬영장치에서 발생하는 방사선은 효과적으로 차폐하되, 방사선 영상의 품질에는 큰 영향을 미치지 않는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리를 제공하는 것이다.
방사선 영상 촬영장치의 조광부에 위치되는 것으로서, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 삼산화붕소(B2O3) 및, 산화나트륨(Na2O)를 포함하는 방사선 차폐 필터가 제공된다.
상기 이산화규소 75 내지 86 중량%, 상기 산화알루미늄 2 내지 4 중량%, 상기 삼산화붕소 9 내지 16 중량% 및, 상기 산화나트륨 3 내지 5 중량%의 범위일 수 있으며, 상기 방사선 차폐 필터에는 산화칼슘(CaO), 산화크로뮴(Cr2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO) 및, 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물질을 더 포함될 수도 있다.
또한, 상기 방사선 차폐 필터; 및, 상기 방사선 차폐 필터와 동일한 구성 성분으로 이루어져, 상기 방사선 차폐 필터의 전방에 포개지고, 표면에 다수 개의 미세홀이 형성된 방사선 얼라인먼트 필터;를 포함하는, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리가 제공된다.
과제의 해결 수단으로 제공되는 방사선 차폐 필터는, 유리 형태의 필터이며, 방사선 차폐율과 내구성이 우수하다.
또한, 과제의 해결 수단으로 제공되는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리는, 방사선 영상 촬영장치에 장착될 경우, 방사선 영상 촬영장치에서 발생하는 방사선은 효과적으로 차폐하되, 방사선 영상의 품질에는 큰 영향을 미치지 않다.
도 1은 방사선 영상 촬영장치에 과제의 해결 수단으로 제공되는 방사선 차폐 필터와, 납 필터 및, 세라믹 필터를 각각 적용한 후, 촬영된 영상을 나타낸다.
도 2는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)의 구성과, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)에 투과되는 방사선(XB)의 모습을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 3은 방사선 차폐 필터(110)와, 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 두께 조합에 따른 방사선 영상을 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 방사선 차폐 필터와, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)를 구체적으로 설명한다.
방사선 차폐 필터
과제의 해결 수단으로 제공되는 방사선 차폐 필터(이하, '방사선 차폐 필터'라 칭함)는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 삼산화붕소(B2O3) 및 산화나트륨(Na2O)를 포함하며, 투과되는 방사선을 차폐(이온화)하는 효과가 있다.
구체적으로, 방사선 차폐 필터는 이산화규소 75 내지 86 중량%, 산화알루미늄 2 내지 4 중량%, 삼산화붕소 9 내지 16 중량% 및, 산화나트륨 3 내지 5 중량%의 범위로 구성될 수 있다.
또한, 방사선 차폐 필터에는 산화칼슘(CaO), 산화크로뮴(Cr2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO) 및, 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물질이 더 포함될 수 있다.
이산화규소는 방사선 차폐 필터가 유리 형태로 이루어지도록 하며, 방사선 차폐 필터의 구성 성분 중 최대 중량비를 차지한다.
이산화규소의 중량비가 86 중량% 초과하면, 방사선 차폐물질(산화알루미늄, 삼산화붕소)의 중량비가 낮아져, 방사선 차폐 필터의 방사선 차폐율이 낮아질 수 있다. 이에 반하여, 이산화규소의 중량비가 75 중량% 미만이면, 방사선 차폐물질(산화알루미늄, 삼산화붕소)의 중량비가 높아져, 촬영된 방사선 영상의 선명도가 낮아질 수 있다.
산화알루미늄은 저에너지 영역의 방사선을 차폐하고, 혼합물의 경화를 유도하는 역할을 한다.
산화알루미늄의 중량비가 4 중량%를 초과하면, 촬영된 방사선 영상의 콘트라스트(Contrast) 대비가 증가하게 된다. 일정 수준의 콘트라스트 대비 증가는 촬영된 방사선 영상을 식별하는데 도움을 주지만, 과도한 수준의 콘트라스트 대비 증가는 촬영된 방사선 영상의 식별을 어렵게 할 수 있다. 이에 반하여, 산화알루미늄의 중량비가 2 중량% 미만이면, 저에너지 영역의 방사선 차폐 능력이 저하된다.
삼산화붕소는 산화알루미늄이 차폐하는 방사선보다 높은 에너지 영역의 방사선을 차폐하는 역할을 한다.
자체 시험에 의하면, 삼산화붕소가 1 중량% 증가할수록 방사선 차폐율은 3.5 내지 4% 증가하였다. 이에 반하여, 1 중량% 감소할수록 방사선 차폐율은 3.5 내지 4% 감소하였다. 또한, 삼산화붕소의 중량비가 높아질수록 촬영된 방사선 영상이 어두워지는 현상이 나타났다.
산화나트륨은 방사선 차폐 필터의 내열충격성을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 이산화규소, 산화알루미늄, 삼산화붕소가 고체화될 때, 각 성분들이 균일하게 혼합(분포)되도록 한다.
자체 시험에 의하면, 산화나트륨은 3 내지 5 중량%일 때, 그 효과가 유효하였다.
산화칼슘(CaO), 산화크로뮴(Cr2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO) 및, 산화지르코늄(ZrO2) 등의 첨가물질은, 방사선 차폐 필터의 방사선 차폐율에는 영향을 주지 않으나, 방사선 차폐 필터의 강도와 내구성에 영향을 준다.
방사선 차폐 시험
A) 시험 방법 및 소급성 : 엑스선조사장치와 기준전리함 사이에 시료가 있을 경우(Ci)와 없을 경우(C0)의 측정 선량률값의 비로 엑스선에 대한 차폐율(1-Ci/C0)을 결정함.
B) 조사에 사용한 표준장비 명세
기기명 제작회사 및 형식 기기번호 차기교정예정일자 교정기관
엑스선조사장치 YXLON, MG325 9040059413 2017.4.5. KAERI
기준전리함 NE2530 613 2017.6.21. KRISS
온도계 WIKA/CTR2000-024 024617 2017.1.25. 목원대학교
산학협력단
기압계 Mensor DPGII-14500 290266 2017.7.27. 목원대학교
산학협력단
C) 시험환경 : 온도 (23 ± 5) ℃ / 상대습도 (48 ± 2) % R.H.
D) 시험조건 :
선질
(Beam Code)		 인가전압 (kV) 부가필터 (mm) 평균에너지 (keV)
ISO NS60 60 0.6 Cu 48
ISO NS80 80 2.0 Cu 65
ISO NS100 100 5.0 Cu 83
ISO NS120 120 5.0 Cu + 1.0 Sn 100
ISO NS150 150 2.5 Su 118
Inherent filtration : 3.0mm Be + 3.7mm AI
- 시료면과 광자선 빔라인이 상호 수직이 되도록 설치되었음.
- 선원과 측정기의 거리 : 200cm
- 시료표면과 측정기의 거리 : 5cm
- 시험빔의 크기 : ~ 직경 26cm
시험예 1
이산화규소 80.2%, 산화알루미늄 2.3%, 삼산화붕소 12.5%, 산화나트륨 3.31% 및, 기타 첨가물질 1.69%로 구성된 두께 8.2mm ± 0.1mm의 방사선 차폐 필터로 방사선 차폐 시험을 실시하였다. 표 3은 시험 결과이다.
선질 선량률 C0 (mGy/h) 선량률 Ci (mGy/h) 차폐율 (1-Ci/C0) 상대측정 불확도(%)
ISO NS60 30.89 16.79 0.46 5.3
ISO NS80 18.31 13.00 0.29 5.4
ISO NS100 7.91 6.10 0.23 5.3
ISO NS120 9.37 7.47 0.20 5.4
ISO NS150 63.33 51.37 0.19 5.3
* 상대측정불확도는 신뢰수준 약 95%, k = 2에서의 값임.
시험예 2
이산화규소 80.2%, 산화알루미늄 2.3%, 삼산화붕소 12.5%, 산화나트륨 3.31% 및, 기타 첨가물질 1.69%로 구성된 두께 9.9mm ± 0.1mm의 방사선 차폐 필터로 방사선 차폐 시험을 실시하였다. 표 4는 시험 결과이다.
선질 선량률 C0 (mGy/h) 선량률 Ci (mGy/h) 차폐율 (1-Ci/C0) 상대측정 불확도(%)
ISO NS60 30.89 15.23 0.51 5.3
ISO NS80 18.31 12.27 0.33 5.4
ISO NS100 7.91 5.84 0.26 5.3
ISO NS120 9.37 7.91 0.23 5.3
ISO NS150 63.33 49.73 0.21 5.3
* 상대측정불확도는 신뢰수준 약 95%, k = 2에서의 값임.
방사선 영상 촬영
도 1은 방사선 영상 촬영장치에 방사선 차폐 필터[이산화규소 80.2%, 산화알루미늄 2.3%, 삼산화붕소 12.5%, 산화나트륨 3.31% 및, 기타 첨가물질 1.69%로 구성된 두께 9.9mm ± 0.1mm]와, 납 함유량 70%의 필터 및, 세라믹 필터를 각각 적용한 후, 촬영된 영상을 나타낸다.
이를 참조하면, 방사선 차폐 필터가 적용된 방사선 영상의 이미지는, 납 필터 및 세리믹 필터에 비하여, 육안으로 보더라도 월등히 선명하다는 것을 알 수 있다.
방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)
도 2는 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)의 구성과, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)에 투과되는 방사선(XB)의 모습을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 2를 참조하면, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)는 방사선 차폐 필터(100)와, 방사선 얼라인먼트 필터(130)를 포함한다.
방사선 차폐 필터(110)는 방사선 영상을 형성하는데 필수적인 선량을 제외하고, 나머지의 대다수 선량을 이온화(차폐)하는 기능을 한다.
방사선 얼라인먼트 필터(130)는 방사선 차폐 필터(100)와 동일한 구성 성분이되, 표면에는 다수 개의 미세홀이 형성된 형태이다. 방사선 얼라인먼트 필터(130)는 방사선 차폐 필터(100)의 전방[방사선(XB)의 이동 방향 기준]에 포개어 진다.
방사선 얼라인먼트 필터(130)는 방사선(XB)을 2차적으로 차폐하는 기능을 한다. 또한, 방사선(XB)의 직진성을 보정하여, 방사선 영상의 이미지를 개선하는 기능을 한다.
자체 실험에 의하면, 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 표면에 형성되는 미세홀의 크기가 40 내지 50㎛이고, 미세홀 사이의 간격은 120 내지 170㎛일 때, 방사선 영상의 이미지 개선 효과가 유효하였다.
한편, 일반적인 C-arm 장비를 기준<방사선 조사 조건 70KV / 2.5mAs / 2.0sec>으로, 방사선 차폐 필터(110)와 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 총 두께가 10mm 이하인 것이 바람직하다. 자체 실험에 의하면, 방사선 차폐 필터(110)와 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 총 두께가 10mm 초과할 경우, 방사선 영상의 이미지가 저하되는 것으로 나타났다.
표 5는 방사선 조사 조건 70KV / 2.5mAs / 2.0sec에서, 방사선 차폐 필터(110)와 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 두께 변화에 따른 방사선 차폐 정도와 이미지의 상태를 개략적으로 나타낸다.
또한, 도 3은 방사선 차폐 필터(110)와, 방사선 얼라인먼트 필터(130)의 두께 조합에 따른 방사선 영상을 나타낸다.
방사선 차폐 필터 방사선 얼라인먼트 필터 비고
2mm 8mm 차폐율 아주 낮음 / 이미지 매우 좋음
3mm 7mm 차폐율 낮음 / 이미지 좋음
4mm 6mm 차폐율 적정 / 이미지 보통
5mm 5mm 차폐율 최적 / 이미지 좋음
6mm 4mm 차폐율 적정 / 이미지 보통
7mm 3mm 차폐율 높음 / 이미지 나쁨
8mm 2mm 차폐율 아주 높음 / 이미지 매우 나쁨
즉, 적정한 두께(4mm 내지 6mm)의 방사선 차폐 필터(110)와, 적정한 두께(4mm 내지 6mm)의 방사선 얼라인먼트 필터(130)가 조합된 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)는, 방사선 영상 촬영장치에 장착될 경우, 방사선 영상 촬영장치에서 발생하는 방사선은 효과적으로 차폐하되, 방사선 영상의 품질에는 큰 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
앞서 설명된 방사선 차폐 필터 및, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리(100)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여, 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형(응용)될 수 있음이 자명하다.
따라서, 본 문건이 개시하는 기술의 청구범위는 발명의 설명 및 도면 전반에 내포된 기술적 사상을 바탕으로 폭넓게 해석되어야 할 것이다.
100 : 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리
110 : 방사선 차폐 필터
130 : 방사선 얼라인먼트 필터
XB : 방사선

Claims (7)

  1. 방사선 영상 촬영장치의 조광부에 위치되는 것으로서,
    이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 삼산화붕소(B2O3) 및, 산화나트륨(Na2O)를 포함하는,
    상기 이산화규소 75 내지 86 중량%, 상기 산화알루미늄 2 내지 4 중량%, 상기 삼산화붕소 9 내지 16 중량% 및, 상기 산화나트륨 3 내지 5 중량%의 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방사선 차폐 필터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    산화칼슘(CaO), 산화크로뮴(Cr2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO) 및, 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사선 차폐 필터.
  4. 제1항, 제3항 중 어느 한 항의 방사선 차폐 필터; 및,
    상기 방사선 차폐 필터와 동일한 구성 성분으로 이루어져, 상기 방사선 차폐 필터의 전방에 포개지고, 표면에 다수 개의 미세홀이 형성된 방사선 얼라인먼트 필터;를 포함하는, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방사선 얼라인먼트 필터에 형성된 미세홀의 크기는 40 내지 50㎛이고,
    미세홀 사이의 간격은 120 내지 170㎛인 것을 특징으로 하는, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 방사선 차폐 필터와 상기 방사선 얼라인먼트 필터의 총 두께는 10mm 이하인 것을 특징으로 하는, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방사선 차폐 필터의 두께는 4 내지 6mm이고,
    상기 방사선 얼라인먼트 필터의 두께는 4 내지 6mm인 것을 특징으로 하는, 방사선 영상 촬영장치용 필터 어셈블리.
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