KR102461458B1 - 엑스선 면적선량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면적선량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기전리함의 구조를 간소화하여 제조 단가를 크게 낮출 수 있고 공기전리함에 조사되는 엑스선의 선량 세기에 관계없이 신속 정확하게 계측할 수 있는 엑스선 면적선량계에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 조사되는 엑스선에 의해 내부 공기가 전리되면서 발생 및 이동하는 전자가 포집되는 공기전리함과, 포집된 전자를 입력받아 엑스선의 선량 세기를 출력하는 선량출력기로 이루어진 엑스선 면적선량계에 있어서, 상기 공기전리함은 소정의 두께를 가지고 공기가 존재하는 전리공간이 전후로 관통 형성된 프레임; 상기 프레임의 전면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제1절연기판; 및 상기 프레임의 후면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제2절연기판으로 구성되어 상기 프레임의 내면에 전극이 코팅되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.를 기술적 요지로 한다.

Description

엑스선 면적선량계{X-ray Dose Area Product Meter}
본 발명은 면적선량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기전리함의 구조를 간소화하여 제조 단가를 크게 낮출 수 있고 공기전리함에 조사되는 엑스선의 선량 세기에 관계없이 신속 정확하게 계측할 수 있는 엑스선 면적선량계에 관한 것이다.
일반적으로 방사선 영상은 엑스선(X-Ray)을 피사체인 인체에 조사하여 투과시켜 엑스선의 투과 및 흡수로 인해 인체 내부의 조직과 장기 및 뼈 등의 구조가 형광판 또는 모니터 또는 뢴트겐 필름에 반영된 것을 말한다.
여기서 엑스선의 선량이 필요 이상으로 과다하게 되면 인체가 많은 양의 방사선에 노출된 상태가 되므로 단기 및 장기적으로 인체에 크고 작은 부작용을 일으키게 된다.
이러한 부작용을 최소화하기 위해 인체의 부위에 따른 엑스선의 기준 선량을 규정화하고 있다. 따라서 방사선 영상을 얻고자 하는 인체의 부위에 따라 규정화된 기준 선량에 맞게 설정하여 엑스선을 조사하여 방사선 영상을 생성하고 있다.
한편, 방사선 영상을 생성하는 방사선 영상 장치에서 엑스선의 선량을 규정화된 기준 선량에 맞추기 위해서는 엑스선의 선량을 신속 및 정밀하게 측정하기 위한 엑스선 선량계가 필요하다.
이를 위해 개발된 종래의 엑스선 선량계는 공기 유동이 자유로운 공기전리함에 엑스선을 통과시켜 엑스선에 의해 공기가 전리되는 전리작용에 의해 발생하는 전리전류(ionization current)를 수집하여 엑스선의 선량을 측정하는 구조이다.
그러나 종래의 엑스선 선량계는 공기전리함이 길이가 서로 다른 두 개 이상의 공기전리함으로 구성됨에 따라 구조가 복잡하여 제조단가가 높고 사용시 공기전리함의 교체가 필요하여 사용에 불편한 문제점이 있다. 그리고 엑스선의 선량을 전리전류의 비교를 통해 측정함에 따라 엑스선의 선량이 작아 전리전류가 미세할 때 엑스선의 선량이 정확하게 측정되지 않는 문제점이 있다.
따라서 구조가 간단하고 사용이 편리하며 엑스선의 선량 크기에 관계없이 신속 정확하게 측정할 수 있는 엑스선 선량계가 필요하다.
한국 등록특허공보 제10-1051148호, 2011.07.22.자 공고. 한국 공개특허공보 제10-2015-0052404호, 2015.05.14.자 공개.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 공기전리함의 구조를 단순화시켜 사용이 편리하고 제조단가를 낮출 수 있고 공기전리함으로 조사되는 엑스선의 선량 크기에 관계없이 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 구조를 가진 엑스선 면적선량계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엑스선 면적선량계는 조사되는 엑스선에 의해 내부 공기가 전리되면서 발생 및 이동하는 전자가 포집되는 공기전리함과, 포집된 전자를 입력받아 엑스선의 선량 세기를 출력하는 선량출력기로 이루어진 엑스선 면적선량계에 있어서, 상기 공기전리함은 소정의 두께를 가지고 공기가 존재하는 전리공간이 전후로 관통 형성된 프레임; 상기 프레임의 전면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제1절연기판; 및 상기 프레임의 후면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제2절연기판으로 구성되어 상기 프레임의 내면에 전극이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과들을 기대할 수 있다.
먼저, 공기전리함이 하나 이상의 프레임의 양면에 전극에 내면에 코팅된 절연기판이 설치된 구조이므로 구조가 간단하고 제조가 용이하여 제조단가가 크게 낮출 수 있는 효과가 있다. 그리고 선량출력기에서는 엑스선의 선량 세기에 선형적으로 비례하는 전자의 개수 혹은 전류의 전하량에 따른 전류값이 표시되므로 엑스선의 선량 세기에 관계없이 정밀도 있게 출력할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 엑스선 면적선량계를 도시한 전체 구성도.
도 2는 도 1의 공기전리함의 일 형태를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 종단면도.
도 4는 도 1의 공기전리함의 다른 형태를 도시한 종단면도.
도 5는 도 1의 선량출력기의 일 형태를 도시한 구성도.
도 6은 도 1의 선량출력기의 다른 형태를 도시한 구성도.
도 7은 도 1의 선량출력기에서 획득한 전자의 전하량 신호를 출력한 오실로스코프 출력 화면.
도 8은 본 발명의 엑스선 면적선량계에서 엑스선 선량과 카운트 형태의 숫자 간의 선형성을 도시한 그래프.
도 9는 도 1의 선량출력기에서 엑스선 선량에 비례하여 발생하는 전자들의 수를 카운트하여 출력한 예시도.
도 10은 도 1의 공기전리함에 장착된 유연전극판에 코팅된 CNT 전극판(a) 및 ITO 전극판(b)을 도시한 예시도.
본 발명은 방사선 영상 등을 생성할 때 사용하는 엑스선의 선량을 측정하기 위한 엑스선 면적선량계에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 엑스선 면적선량계는 공기전리함의 구조를 간소화하여 제조단가를 낮출 수 있고 공기전리함에 조사되는 엑스선의 선량 세기에 관계없이 신속 정확하게 계측할 수 있는 것이 특징이다.
이러한 특징은 소정의 두께를 가지고 전후로 전리공간이 관통 형성된 프레임의 전면과 후면에 전극이 내면에 코팅된 제1절연기판과 제2절연기판이 각각 설치된 공기전리함과, 제1절연기판의 전극과 제2절연기판의 전극에 전기적으로 연결되고 전리공간에서 공기가 전리될 때 발생하여 이동하는 전자를 이용하여 엑스선의 선량 세기를 카운트 형태의 숫자로 표시하는 선량출력기로 이루어진 구성에 의해 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 면적선량계를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 면적선량계(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 공기전리함(200)과 선량출력기(300)로 구성될 수 있다.
먼저, 상기 공기전리함(200)은 외부에서 엑스선이 조사될 때 내부에 존재하는 공기를 전리시키고 공기의 전리에 따라 발생 및 이동되는 전자를 수집하기 위한 구성이다.
이를 위해 공기전리함(200)은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 프레임(210)과 제1절연기판(220) 및 제2절연기판(230)으로 구성될 수 있다.
상기 프레임(210)은 소정의 두께를 가지고 전후 방향으로 전리공간(211)이 관통 형성되며 절연 재질로 이루어지고 사각형이나 원형이나 다각형 등의 다양한 형태로 구성된다.
이때 전리공간(211)을 둘러싸는 프레임(210)의 내면에 Cu, Al, Ag 등의 전극(212)이 코팅되는데, 이는 공기전리함(200)에 전압이 인가되어 전기장이 내부에서 발생할 때 등전위면이 수직방향으로 일정하게 형성되도록 하기 위함이다.
상기 제1절연기판(220)과 제2절연기판(230)은 도 10에 도시된 바와 같이 절연 재질로 이루어지고 내면에 CNT(Carbone nanotube), ITO(Indium Tin Oxide), MgO, 그래핀(Graphene), 금속성나노입자 중의 하나 혹은 이들을 혼합한 도전성 물질로 이루어진 전극(221)(231)이 코팅되어 전리공간(211)의 전후 위치하도록 프레임(210)의 전면과 후면에 각각 설치된다.
즉, 제1절연기판(220)의 전극(221)은 외부 전원의 음극과 전기적으로 연결되는 접지전극이 되고, 제2절연기판(230)의 전극(231)은 외부 전원의 양극과 전기적으로 연결되어 공기의 전리에 따라 발생 및 이동되는 전자가 수집되는 수집전극이 된다.
따라서 제1절연기판(220)의 전극(221)과 제2절연기판(230)의 전극(231)에 외부 전원이 연결되어 전압이 인가되고 제1절연기판(220) 혹은 제2절연기판(230)을 향해 엑스선이 조사되어 전리공간(211)으로 투과되면 전리공간(211)에 존재하는 공기의 전리현상에 의해 발생하는 전자가 제2절연기판(230) 혹은 제1절연기판(220)의 전극(231)으로 이동하게 된다.
한편, 제1절연기판(220)과 제2절연기판(230)은 투명 재질과 불투명 재질 모두 가능하나, 의료용 등에 사용될 경우 중심 정렬을 위해 투명 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 제1절연기판(220)과 제2절연기판(230)은 도시하지 않았지만 전극이 내면에 코팅된 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름으로도 구성될 수 있는데, 이는 반도체 등의 생산 공장에서 발생하는 미세먼지나 정전기 등을 제거하는 용도로도 사용 가능하다.
즉, 제1절연기판(220)과 제2절연기판(230)은 상기한 도전성 물질이 내면에 코팅될 수 있는 폴리카보네이트와 PET 등과 같은 절연재료로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서 프레임(210)은 도 4에 도시된 바와 같이 복수 개가 전후 다단으로 설치되는 형태로 가능하다. 단, 이때는 각 프레임(210)의 사이사이에 CNT, ITO, MgO, 그래핀, 금속성나노입자 중의 하나 혹은 이들을 혼합한 도전성 물질로 이루어진 전극(241)이 양면에 각각 코팅된 제3절연기판(240)이 설치되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 선량출력기(300)는 공기전리함(200)과 전기적으로 연결되어 공기전리함(200)에서 포집된 전자를 이용하여 공기전리함(200)에 조사된 엑스선의 선량 세기를 출력하는 구성이다.
여기서 선량출력기(300)는 엑스선의 선량 세기에 관계없이 정확도를 높이기 위해 공기전리함(200)에서 포집된 전자의 개수를 카운트하여 엑스선의 선량 세기에 선형적으로 비례하는 숫자가 출력되는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 엑스선의 선량 세기가 상대적으로 높을 경우 상대적으로 높은 숫자를 출력하고 상대적으로 낮을 경우 상대적으로 낮은 숫자를 출력하게 된다. 따라서 엑스선의 선량 세기가 미세하더라도 선량출력기(300)에서 출력되는 전자의 개수에 따른 숫자를 통해 상대적인 세기를 파악할 수 있다.
이를 위해 선량출력기(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 전자를 입력받는 입력부(310a)와, 입력부(310a)에서 입력된 전자의 개수를 카운트하는 카운트부(320a)와, 카운트부(320a)에서 카운트된 전자의 개수를 증폭시키는 증폭부(330a)와, 증폭부(330a)에서 증폭된 전자의 개수를 출력하는 출력부(340a)로 구성될 수 있다. 따라서 입력된 전자의 개수를 카운트하고 이를 증폭한 후 LED 혹은 LCD와 같은 디스플레이 등을 통해 표시함으로써 엑스선의 선량 세기를 카운트 형태로 출력할 수 있다.
여기서 전자의 개수는 엑스선의 선량 크기에 비례하게 된다. 특히, 전자의 개수에 대한 신호는 도 7에 도시된 바와 같이 사인파 형태로 나타나게 되는데, 이는 전자의 전하량이 엑스선의 선량에 비례하기 때문이다.
즉, 엑스선에 의해 발생된 전하량(charge)은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016089917948-pat00001
여기서 Q는 시간에 따른 전하량이고, Q0는 t=0일 때의 총 전하량이다.
상기 수학식 1에서
Figure 112016089917948-pat00002
로 정의되므로 수학식 1은 아래의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016089917948-pat00003
상기 수학식 2에서 실수항만을 고려하면 상기 수학식 1은 아래의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016089917948-pat00004
이때 엑스선의 조사기간을 Δt 라 하고, 이때 발생된 전하량 ΔQ는 아래의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016089917948-pat00005
여기서 Q0는 총 전하량이므로 수학식 4는 Q0=Ne로 나타낼 수 있고 N은 총 전자의 개수이며 e는 1개의 전자가 갖는 전하량으로서 -1.6×10-19(C)이므로 아래의 수학식 5로 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016089917948-pat00006
따라서 상기 수학식 5에 따르면 엑스선이 Δt 동안 조사되어 발생한 전하량 ΔQ 은 총 전자의 개수(N)에 비례함을 알 수 있다.
이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1절연기판(220)과 제2절연기판(230)이 폴리카보네이트로 구성되고 전극(221)(231)이 ITO 금속전극으로 구성된 공기전리함(200)을 사용한 결과 측정 신호인 전자의 개수가 엑스선의 선량 세기에 선형적으로 비례함을 나타내는 도 8을 통해 확인할 수 있다.
이때 도 8의 (a)는 본 발명의 공기전리함과 기존의 공기전리함 간의 성능 비교 데이터이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 공기전리함(ITO/탄소나노튜브:CNT)) 특성 비교 및 분석 데이터이며, 도 8의 (c)는 본 발명의 ITO 공기전리함의 엑스선 동작전압에 대한 특성분석 데이터이고, 도 8의 (d)는 본 발명의 CNT 공기전리함의 엑스선 동작전압에 대한 특성분석 데이터이다.
그리고 선량출력기(300)의 보정 및 켈리브레이션을 통해 정밀도도 더욱 높일 수 있다.
한편, 선량출력기(300)는 공기전리함(200)에서 포집된 전자에 대한 전하량을 기초로 산출한 전류값을 엑스선의 선량 세기로 출력되는 형태로도 구성될 수 있다.
즉, 선량출력기(300)는 엑스선의 선량 세기에 선형적으로 비례하는 숫자가 아닌 전자의 전하량으로부터 산출된 전류값을 바로 출력함으로써 엑스선의 선량 세기를 나타낼 수 있다.
이를 위해 선량출력기(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 포집된 전자가 입력되는 입력부(310b)와, 입력부(310b)에서 입력된 전자의 전하량을 획득하여 증폭시키는 전하량획득부(320b)와, 전하량획득부(320b)에서 획득된 전자의 전하량을 전류값으로 환산하는 연산부(330b)와, 연산부(330b)에서 환산된 전류값을 출력하는 출력부(340b)로 구성될 수 있다. 따라서 입력된 전자의 전하량을 획득하고 증폭시키고 이를 전류값으로 환산한 후 LED 혹은 LCD와 같은 디스플레이 등을 통해 표시함으로써 엑스선의 선량 세기를 전류값 형태로 출력할 수 있다.
한편, 선량출력기(300)에는 도 1에 도시된 바와 같이 통신부(350)가 더 포함될 수 있다. 상기 통신부(350)는 선량출력기(300)를 모니터, 노트북 등과 같은 외부의 유무선 디스플레이 장치와 유무선 통신채널을 통해 유무선으로 연결하여 엑스선의 선량 세기를 나타내는 전자의 개수나 전류값을 원격에서 출력 가능하게 하는 것이다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
100: 엑스선 면적선량계
200: 공기전리함
210: 프레임
211: 전리공간
212: 전극
220: 제1절연기판
221: 전극
230: 제2절연기판
231: 전극
240: 제3절연기판
241: 전극
300: 선량출력기
310a: 입력부
320a: 카운트부
330a: 증폭부
340a: 출력부
310b: 입력부
320b: 전하량획득부
330b: 연산부
340b: 출력부
350: 통신부

Claims (10)

  1. 조사되는 엑스선에 의해 내부 공기가 전리되면서 발생 및 이동하는 전자가 포집되는 공기전리함과, 포집된 전자를 입력받아 엑스선의 선량 세기를 출력하는 선량출력기로 이루어진 엑스선 면적선량계에 있어서,
    상기 공기전리함은
    소정의 두께를 가지고 공기가 존재하는 전리공간이 전후로 관통 형성된 프레임;
    상기 프레임의 전면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제1절연기판; 및
    상기 프레임의 후면에 설치되고 전극이 내면에 코팅된 제2절연기판으로 구성되어 상기 프레임의 내면에 전극이 코팅되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은
    CNT, ITO, MgO, 그래핀, 금속성나노입자 중의 하나 이상을 혼합한 도전성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연기판과 제2절연기판은
    투명한 재질 혹은 불투명한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연기판과 제2절연기판은
    도전성 물질이 내면에 코팅 가능한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 전극은
    Cu, Al, Ag 중의 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은
    복수 개로 구성되어 전극이 양면에 코팅된 제3절연기판을 사이에 두고 전후 다단으로 설치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은
    원형 혹은 다각형 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선량출력기는
    포집된 전자들의 개수를 출력하여 엑스선의 선량 세기를 나타내는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선량출력기는
    포집된 전자들의 전하량에 따른 전류값을 출력하여 엑스선의 선량 세기를 나타내는 것을 특징으로 하는 엑스선 면적선량계.
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