KR200417267Y1 - Ｘ선 에너지 선별장치 - Google Patents

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KR200417267Y1 KR2020060007068U KR20060007068U KR200417267Y1 KR 200417267 Y1 KR200417267 Y1 KR 200417267Y1 KR 2020060007068 U KR2020060007068 U KR 2020060007068U KR 20060007068 U KR20060007068 U KR 20060007068U KR 200417267 Y1 KR200417267 Y1 KR 200417267Y1
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코스텍기술(주)
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Abstract

본 고안은 X선 에너지 선별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 X선관에서 방사되는 X선으로부터 특정 에너지를 갖는 X선만을 선별하여 피사체에 조사함으로써 조사되는 X선의 에너지 스펙트럼에 따른 영상의 불균일성을 최소화하여 고 해상도의 X선 영상을 획득할 수 있고, 특정 에너지 외의 X선을 X선 에너지 선별 결정체를 통해 흡수 및 산란시켜 실험자 및 방사선 작업종사자의 방사선 피폭을 줄일 수 있는 X선 에너지 선별장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치는, X선원과; 상기 X선원으로부터 소정 거리 이격되어 구비되는 고정판과; 상기 고정판의 일측에 장착되어 상기 X선원으로부터 방사되는 X선을 반사시키는 에너지 선별 결정체와; 상기 고정판에 구비되며, 상기 X선원으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체에 입사되는 각도를 조절할 수 있도록 상기 고정판을 회동시키는 각도조절장치와; 상기 에너지 선별 결정체로부터 반사된 X선의 진행방향을 따라 소정 거리 이격되어 구비되며, 몸체 중심부에 홀이 형성되어 있는 콜리메이터와; 상기 콜리메이터에 평행하게 구비되는 영상획득장치와; 상기 콜리메이터와 상기 영상획득장치 사이에 구비되며, 상기 콜리메이터를 통해 입사한 X선을 투과시키기 위한 피사체를 장착하는 테이블과; 상기 콜리메이터, 영상획득장치 및 테이블을 고정시키고, 상기 콜리메이터가 상기 고정판으로부터 일정 거리를 유지하며 상기 에너지 선별 결정체와 상기 홀 간의 각도를 조절할 수 있도록 곡률을 갖는 레일 상부에서 이동 가능하게 하는 스테이지; 및 상 기 X선원, 각도조절장치 및 스테이지에 연결되어 각각의 동작을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
X선, 비파괴검사, 에너지 선별, 결정체, 브래그의 법칙, 고해상도, 방사선 피폭

Description

Ｘ선 에너지 선별장치{A discriminator for X-ray beam}
도 1은 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치를 구성을 간략하게 도시한 사시도.
도 2는 본 고안에 따른 X선 선별 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 X선원으로부터 발생되는 통상의 X선의 에너지 스펙트럼.
도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 X선 에너지 선별장치에 의해 선별된 X선의 에너지 스펙트럼.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 방사선실 20 : X선원
30 : 고정판 32 : 각도조절장치
34 : 에너지 선별 결정체 40 : 콜리메이터
42 : 홀 50 : 영상획득장치
60 : 테이블 62 : 피사체
70 : 스테이지 80 : 레일
90 : 마이크로프로세서 92 : 모니터
본 고안은 X선 에너지 선별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 X선관에서 방사되는 X선으로부터 특정 에너지를 갖는 X선만을 선별하여 피사체에 조사함으로써 조사되는 X선의 에너지 스펙트럼에 따른 영상의 불균일성을 최소화하여 고 해상도의 X선 영상을 획득할 수 있고, 특정 에너지 외의 X선을 X선 에너지 선별 결정체를 통해 흡수 및 산란시켜 실험자 및 방사선 작업종사자의 방사선 피폭을 줄일 수 있는 X선 에너지 선별장치에 관한 것이다.
일반적으로 X선은 진공관 내에 구비되는 필라멘트 형상의 캐소드로부터 가속된 전자빔이 고 에너지 상태로 애노드 상의 타겟 물질에 입사되어 원추형 빔(cone beam) 타입의 X선을 발생시킨다. 이렇게 발생된 X선은 임상용 및 산업용으로 사용되고 있다.
통상의 임상용 X선 촬영장치는 X선의 연속 스펙트럼을 이용하고, 따라서, 이러한 X선 촬영장치에서 방사되는 X선의 에너지 분포는 비교적 넓은 영역에 걸쳐 있으며, 이렇게 에너지 영역이 넓게 분포되면 에너지의 크기에 따라 획득되는 영상의 해상도가 불균일하게 되는 문제점이 있다. 또한, 영상의 해상도를 향상시키기 위해 X선의 선량을 과다하게 증가시키는 경우 환자나 방사선 작업종사자의 피폭량이 증가하게 된다는 문제점도 있다.
한편, 물품 속에 공동(空洞) 등의 결함을 측정하기 위해서 물품을 파괴하지 않고 물품의 내부 특성을 검사할 수 있는 비파괴검사가 널리 사용되고 있으며, 특히 용접부나 주물 속의 공동을 조사하는 데는 X선, β선, γ선 등의 방사선을 이용 하는 검사방법이 주로 사용되고 있다.
방사선 투과를 이용한 비파괴검사에는 X선이 가장 많이 사용되고 있는데, 이 방법의 원리는 결함 부분은 제품의 일반 부분과는 다른 물질(개재물) 또는 공동으로 되어 있어서 X선을 통과시키는 능력이 다른 것을 이용한 것으로서, 필름 위에는 결함 부분이 일반 다른 부분과 다른 농도로 감광되므로 결함을 검출할 수 있다.
상기한 바와 같이 종래의 X선 촬영장치에서 방사되는 X선은 비교적 넓은 에너지 분포를 갖고 있어, 임상용으로 사용되는 경우 X선의 에너지 분포에 따라 균일한 영상을 획득하기 어려웠고, 비파괴검사용으로 사용되는 경우에는 정밀하게 결함을 검출할 수 없었기 때문에 좁은 대역의 스펙트럼을 갖는 균일한 에너지의 X선이 요구되어 왔다.
따라서, 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 연속 스펙트럼을 갖는 X선 촬영장치에서 특정 에너지를 갖는 X선만을 선별하여 피사체에 조사함으로써 조사되는 X선의 에너지 스펙트럼에 따른 영상의 불균일성을 최소화하여 고해상도의 X선 영상을 획득할 수 있는 X선 에너지 선별장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치는,
X선원과;
상기 X선원으로부터 소정 거리 이격되어 구비되는 고정판과;
상기 고정판의 일측에 장착되어 상기 X선원으로부터 방사되는 X선을 반사시 키는 에너지 선별 결정체와;
상기 고정판에 구비되며, 상기 X선원으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체에 입사되는 각도를 조절할 수 있도록 상기 고정판을 회동시키는 각도조절장치와;
상기 에너지 선별 결정체로부터 반사된 X선의 진행방향을 따라 소정 거리 이격되어 구비되며, 몸체 중심부에 홀이 형성되어 있는 콜리메이터와;
상기 콜리메이터에 평행하게 구비되는 영상획득장치와;
상기 콜리메이터와 상기 영상획득장치 사이에 구비되며, 상기 콜리메이터를 통해 입사한 X선을 투과시키기 위한 피사체를 장착하는 테이블과;
상기 콜리메이터, 영상획득장치 및 테이블을 고정시키고, 상기 콜리메이터가 상기 고정판으로부터 일정 거리를 유지하며 상기 에너지 선별 결정체와 상기 홀 간의 각도를 조절할 수 있도록 곡률을 갖는 레일 상부에서 이동 가능하게 하는 스테이지; 및
상기 X선원, 각도조절장치 및 스테이지에 연결되어 각각의 동작을 제어하는 마이크로프로세서;
를 포함하여 구성된다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치의 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치는 방사선실(10) 내부에 X선원(20)과 상기 X선원(20)으로부터 소정 거리 이격되어 구비되는 고정판(30)과, 상기 고정판(30)의 일측에 장착되어 상기 X선원(20)으로부터 방사되는 X선을 반사시키기 위한 에너지 선별 결정체(34)와, 상기 고정판(30)에 구비되어 상기 X선원(20)으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체(34)에 입사되는 각도를 조절할 수 있도록 상기 고정판(30)을 회동시키는 각도조절장치(32)와, 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 X선의 진행방향을 따라 소정 거리 이격되어 구비되며, 몸체 중심부에 소정 크기의 홀(42)이 형성되어 있는 콜리메이터(40)와, 상기 콜리메이터(40)의 홀(42)을 통해 입사된 X선을 투과시키기 위한 피사체(62)를 장착하는 테이블(60)과, 상기 콜리메이터(40)에 평행하게 구비되며, 상기 테이블(60)의 후방에 구비되는 영상획득장치(50)와, 상기 콜리메이터(40), 테이블(60) 및 영상획득장치(50)를 고정시키며, 곡률을 갖는 레일(80) 상부에서 이동 가능하여 상기 에너지 선별 결정체(34)와 콜리메이터(40) 사이에 일정 거리를 유지하는 동시에 상기 X선원(20)으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체(34)로 입사되는 입사각과 동일한 반사각을 갖도록 각도를 조절하기 위한 스테이지(70)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 고안에 따른 X선 선별장치는 상기 방사선실(10) 외부에 구비되며, 상기 X선원(20), 각도조절장치(32), 스테이지(70) 및 영상획득장치(50)에 연결되어 모든 작동을 제어하고 획득된 영상을 디스플레이하거나 저장하는 마이크로 프로세서(90) 및 모니터(92)를 더 포함한다.
본 고안에 따른 X선 선별장치의 구성을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 방사선실(10) 내부에 구비되는 X선원(20)은 진공관 내에 구비되는 필라멘트 형상의 캐소드로부터 가속된 전자빔이 고 에너지 상태로 애노드 상의 타겟 물질에 입사되어 X선을 발생시킨다.
상기 고정판(30)은 상기 X선원(20)의 본체에 고정되거나 상기 X선원(20)으로부터 분리되어 구비될 수 있으며, 상기 고정판(30)과 상기 X선원(20)은 2㎝ 내지 8㎝ 이격(X)되어 구비된다. 상기 고정판(30)이 X선원(20)으로부터 멀어질수록 X선이 원추형빔 형상으로 방사되어 상기 에너지 선별 결정체(34)로 입사될 때의 입사각의 변화폭이 커지고, 이에 따라 특정 입사각으로 입사하는 X선의 선량이 저감되어 같은 각도로 반사되는 X선의 선량 역시 저감되므로, 전체적으로 X선의 이용 효율이 저하되게 된다. 따라서, 이를 해결하기 위해서는 상기 고정판(30)을 상기 X선원(20)으로부터 비교적 짧은 거리 내에 위치시키는 것이 바람직하다.
상기 에너지 선별 결정체(34)는 상기 X선원(20)으로부터 방사되는 X선을 반사시키기 위한 것으로서, 원자 간의 거리(d)가 알려진 모든 종류의 결정체가 사용될 수 있다. 상기 에너지 선별 결정체(34)는 원자 간의 거리가 알려진 결정체에 X선을 입사시키면 결정체로 입사되는 입사각과 동일한 크기의 반사각을 갖는 X선은 입사된 X선과 같은 크기의 파장(즉, 같은 에너지)을 갖는다는 브래그(Bragg) 법칙에 따라, 특정 에너지의 X선을 선별해내기 위해 사용된다. 본 고안에서 사용된 에너지 선별 결정체(34)의 크기는 가로, 세로 길이가 2㎝이고, 두께가 1㎜인 것을 사 용하였다.
상기 각도조절장치(32)는 상기 고정판(30)을 회동시켜 상기 고정판(30)의 일측에 장착되는 에너지 선별 결정체(34)에 입사되는 X선의 입사각을 조절한다.
상기 각도조절장치(32)는 스텝 모터(step motor)에 의해 회동하여 상기 고정판(30)의 각도를 조절하며, 상기 방사선실(10) 외부에 구비되는 마이크로 프로세서(90)에 의해 제어된다.
상기 콜리메이터(40)는 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 X선의 진행방향을 따라 20㎝ 내지 40㎝ 이격(Y)된 곳에 구비되며, 몸체 중심부에는 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 특정 에너지의 X선을 통과시키기 위한 홀(42)이 형성되어 있다. 상기 콜리메이터(40)는 몸체 중심부에 형성되어 있는 홀(42)과 상기 에너지 선별 결정체(34)가 이루는 각도가 X선원(20)으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체(34)로 입사되는 입사각과 동일한 크기의 각도를 이루도록 위치된다. 또한, 상기 콜리메이터(40)는 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 X선 중 상기 X선원(20)에서 방사된 X선이 상기 에너지 선별 결정체(34)로 입사될 때의 각도와 동일한 각도를 갖는 X선만을 입사시키고, 그 이외의 X선은 흡수시킬 수 있도록 납과 같은 X선 흡수체로 이루어진다. 본 고안에서 사용된 콜리메이터(40)는 가로, 세로의 크기가 20㎝이고, 두께는 2㎜인 크기로 이루어졌으며, 중심부에 형성되는 홀(42)의 크기는 1㎝ 내지 2㎝ 크기로 구성되었다. 상기 홀(42)의 크기가 비교적 작기 때문에 특정 에너지를 갖는 X선만이 투과되어 피사체의 국소부위를 정밀하게 검사하는데 유리하다.
상기 영상획득장치(50)는 이미지 플레이트 또는 X선 필름을 이용하여 2차원 영상을 획득하거나, 형광스크린, 광검출기 및 마이크로 프로세서를 이용한 토모그래피 기법을 사용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다.
상기 콜리메이터(40), 테이블(60) 및 영상획득장치(50)는 스테이지(70) 상에 서로 평행하게 위치되고, 상기 스테이지(70)는 상기 고정판(30)을 중심으로 같은 거리를 유지하며 이동할 수 있도록 곡률을 갖는 레일(80) 상에 구비된다. 상기 스테이지(70)는 스텝 모터에 의해 이동하며, 상기 방사선실(10) 외부의 마이크로 프로세서(90)에 의해 제어된다.
상기 마이크로 프로세서(90)는 상기 방사선실(10)의 외부에 구비되어 상기 X선원(20), 각도조절장치(32) 및 스테이지(70)를 각각 제어하고, 상기 영상획득장치(50)가 형광스크린 및 광검출기로 이루어진 경우 광검출기로부터 전달받은 디지털 영상신호를 이용하여 X선 영상을 구성하여 저장하거나, 상기 마이크로 프로세서(90)에 연결된 모니터(92)를 통해 이를 디스플레이시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치의 실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 고안에 따른 X선 선별 원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 X선원으로부터 발생되는 통상의 X선의 에너지 스펙트럼이며, 도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 X선 에너지 선별장치에 의해 선별된 X선의 에너지 스펙트럼으로서, 도 1과 연관하여 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 X선 에너지 선별장치의 고정판(30)에 에너지 선별 결정체(34)를 장착한다. 이때, 상기 에너지 선별 결정체(34)의 중심부와 X선원(20)으로부터 방사되는 X선의 중심부를 최대한 일치시키는 동시에 X선의 중심부와 얻고자 하는 특정 에너지를 갖는 X선을 얻기 위하여 브래그 면을 갖는 에너지 선별 결정체(34)를 사용한다.
도 2를 참조하면, 브래그의 법칙은 원자 사이의 거리(d)가 이미 알려진 결정체에 X선을 입사시키면, 결정체의 원자에 입사되는 입사각(θ1)과 동일한 각도를 갖는 반사각(θ2)에서 X선의 파장, 즉 에너지가 동일하다는 것으로 다음과 같은 수학식으로 정의된다.
Figure 112006018373013-utm00001
상기 고정판(30)에 장착되어 있는 각도조절기(32)를 마이크로 프로세서(90)로 제어하여 상기 에너지 선별 결정체(34)의 중심부와 X선원(20)으로부터 방사되는 X선의 중심부를 일치시키고, 에너지 선별 결정체(34)를 예정된 각도로 고정시킨다. 이때, 상기 X선원으로부터 방출되는 X선의 파장(λ)과 상기 에너지 선별 결정체(34)의 원자 간 거리(d)를 미리 알고 있기 때문에 상기 [수학식 1]을 만족하는 각도(θ)를 구할 수가 있다.
그 다음, 마이크로 프로세서(90)에서 스테이지(70)를 제어하여 상기 에너지 선별 결정체(34)의 중심부와 콜리메이터(40) 중심부에 형성되어 있는 홀(42) 간에 각도를 조절하여 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사된 X선 중에서 특정 에너지 크기를 갖는 X선을 상기 홀(42)을 통해 입사시킨다. 이때, 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 X선의 중심부와 상기 홀(42)이 이루는 각도는 상기 [수학식 1]을 만족하는 각도(θ)와 동일하게 한다.
그 후, 스테이지(70) 상의 테이블(60)에 피사체를 장착하고, 마이크로 프로세서(90)로 X선원(20)을 제어하여 X선을 발생시킨다. 상기 X선원(20)을 통해 방사되는 X선은 에너지 선별 결정체(34)에 반사되어 콜리메이터(40)의 홀(42)로 입사되고, 피사체를 투과한 X선의 영상을 영상획득장치(50)를 통해 획득한다. 상기 콜리메이터(40)의 홀(42)로 입사된 X선은 일정한 에너지를 갖기 때문에 상기 영상획득장치(50)를 통해 고해상도의 X선 영상을 획득할 수 있다.
상기 X선원(20)에서 방사되는 X선은 도 3에 도시된 바와 같이 넓은 에너지 영역을 갖지만, 상기 에너지 선별 결정체(34)에서 반사되어 콜리메이터(40)의 홀(42)로 입사되는 X선은 도 4에 도시된 바와 같이 일정한 에너지 영역을 갖게 된다.
본 고안은 상기 X선원(20)으로부터 방출되는 X선을 상기 에너지 선별 결정체(34)에 예정된 각도로 입사시키고, 상기 에너지 선별 결정체(34)로부터 반사되는 X선 중에서 콜리메이터(40)의 홀(42)을 통해 특정 에너지를 갖는 X선을 선별하여 입사시킴으로써 피사체의 국소부위에서 고해상도의 X선 영상을 획득할 수 있다. 이러한 방식을 이용하여 임상용 X선 촬영장치를 비파괴검사용으로 이용할 수도 있다.
이와 같이, 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였 으나, 본 고안의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 고안의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 실용신안청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치는 일정한 에너지를 갖는 X선을 선별하여 사용할 수 있으므로 X선의 에너지 스펙트럼 분포에 따라 고해상도의 X선 영상을 획득할 수 있고, 특정 에너지를 갖는 X선을 사용하기 때문에 피사체의 국소부위를 촬영하는데 유리하고, 통상의 임상용 X선원에 적용하여 비파괴검사용으로도 적용할 수 있으므로 장비의 이용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 고안에 따른 X선 에너지 선별장치는 특정 에너지를 갖는 X선을 선별하여 사용하기 때문에 환자나 방사선 작업종사자가 불필요한 X선에 노출되는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims (4)

  1. X선원과;
    상기 X선원으로부터 소정 거리 이격되어 구비되는 고정판과;
    상기 고정판의 일측에 장착되어 상기 X선원으로부터 방사되는 X선을 반사시키는 에너지 선별 결정체와;
    상기 고정판에 구비되며, 상기 X선원으로부터 방사되는 X선이 상기 에너지 선별 결정체에 입사되는 각도를 조절할 수 있도록 상기 고정판을 회동시키는 각도조절장치와;
    상기 에너지 선별 결정체로부터 반사된 X선의 진행방향을 따라 소정 거리 이격되어 구비되며, 몸체 중심부에 홀이 형성되어 있는 콜리메이터와;
    상기 콜리메이터에 평행하게 구비되는 영상획득장치와;
    상기 콜리메이터와 상기 영상획득장치 사이에 구비되며, 상기 콜리메이터를 통해 입사한 X선을 투과시키기 위한 피사체를 장착하는 테이블과;
    상기 콜리메이터, 영상획득장치 및 테이블을 고정시키고, 상기 콜리메이터가 상기 고정판으로부터 일정 거리를 유지하며 상기 에너지 선별 결정체와 상기 홀 간의 각도를 조절할 수 있도록 곡률을 갖는 레일 상부에서 이동 가능하게 하는 스테이지; 및
    상기 X선원, 각도조절장치 및 스테이지에 연결되어 각각의 동작을 제어하는 마이크로프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 에너지 선별장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 납으로 형성되는 것을 특징으로 하는 X선 에너지 선별장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀의 직경은 1㎝ 내지 2㎝ 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 X선 에너지 선별장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상획득장치는 X선 필름, 이미지 플레이트 및 디지털 X선 검출기로 이루어지는 군에서 선택되는 한 가지인 것을 특징으로 하는 X선 에너지 선별장치.
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