KR20060106573A

KR20060106573A - 준단색 엑스-선 필터 및 이를 이용한 엑스-선 촬영 장치

Info

Publication number: KR20060106573A
Application number: KR1020050072549A
Authority: KR
Inventors: 한대수
Original assignee: 엠엑스에스티, 인크
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2006-10-12
Also published as: KR100801186B1; TW200637436A

Abstract

본 발명은 준단색 X-선 비임을 방사할 수 있도록, X-선 발생장치 및 X-선 검출기로 되는 통상의 X-선 촬영장치의 구성에 다색 X-선으로부터 준단색 X-선으로 선별할 수 있도록 하는 준단색 X-선 필터가 포함된 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 사용되는 상기 준단색 X-선 필터는 동일한 복수의 반사경을 하우징 내부에 적층으로 장착하여서 되는 것으로, 각 반사경은 기판의 상부에 소정 주파수의 X-선을 반사시키기 위한 Z 중금속 재질로 된 제1층과 소정 주파수의 X-선을 투과하는 재질로 된 제2층으로 코팅층을 복수개 형성시킴으로써 이루어지고, 상기 코팅층은 반사경으로부터 반사된 X-선 비임들이 브랙의 회절식(1)을 만족하도록, X-선 발생원에 대하여 놓여질 때 X-선 발생원으로부터 먼 방향으로 갈수록 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

2d sinθ=nλ ----- (1).

준단색 X-선, X-선 촬영장치

Description

준단색 엑스-선 필터 및 이를 이용한 엑스-선 촬영 장치{Quasi-Monochromatic X-Ray Filter and the X-Ray Imaging System using thereof}

도1은 종래 일반적인 X-선 촬영장치 개략도

도2는 다색 X-선 주파수 분포도,

도3 (a)는 19KeV 주파수의 X-선으로 촬영한 손가락 사진

도3(b)는 26KeV 주파수의 X-선으로 촬영한 손가락 사진

도4는 종래기술에 의한 준단색 X-선 필터 샘플 사진,

도5(a)는 도4의 준단색 X-선 필터를 적용하는 경우의 개념도,

도5(b)는 도5a의 경우에 촬영되는 범위의 개념도,

도6은 브랙의 회절법칙 설명도,

도7은 브랙의 회절법칙에 의한 반사거울 구조 설명도,

도8은 종래 준단색 X-선 필터의 단면도,

도9는 본 발명의 준단색 X-선 필터를 적용한 X-선 촬영장치 개략도,

도10은 본 발명의 준단색 X-선 반사경의 평면도,

도11는 종래 준단색 X-선 반사경의 단면도,

도12은 본 발명의 준단색 X-선 반사경의 일 실시예의 단면도,

도13은 본 발명의 준단색 X-선 필터를 적용한 경우 X-선이 반사되는 것을 보 여주는 개념도,

도14은 본 발명의 준단색 X-선 필터의 일 실시예의 사시도이다.

도면의 부호들에 대한 설명

1: 음극, 2: 필라멘트, 3: 양극, 4: 타겟, 5: 피사체, 6: 검출기,

100: 준단색 X-선 촬영장치, 102: X-선 발생원, 104: 다색 X-선 비임,

106: 준단색 X-선 필터, 108: 위치 조절기구, 110: 준단색 X-선 비임,

112: 각속도 회전장치, 114: 셔터장치, 116: 검출기, 118: 검출기 프로세서, 120: 피사체, 124: X-선 발생장치, 126: 셔터 제어장치,

200: 준단색 X-선 반사경 202: 반사경의 기판, 204: 반사경의 코팅층,

206: 반사경의 근접단, 208: 반사경의 원격단, 210: 반사경의 코팅면,

300: 반사경의 횡단면, 302: 반사경 코팅층의 제1층,

304: 반사경 코팅층의 제2층, 306: 반사경의 하나의 코팅층,

400: 반사경의 종단면, 500: 필터 하우징, 502: 슬롯

본 발명은 준단색 X-선 필터 및 이를 이용한 X-선 촬영장치에 관한 것이다. 준단색(Quasi-Monochromatic) X-선이라 함은 X-선의 영역에 속하는 주파수(frequency) 대역(帶域) 중에서 특정 색상이 속하는 주파수가 속하는 좁은 대역(narrow band)의 X-선을 의미하는 것으로, 본 발명은 이러한 특정 준단색 X-선을 선별하여 사용할 수 있도록 하는 필터 및 그 필터를 이용한 X-선 촬영장치에 관한 것이다.

특정 단색(Monochromatic)의 주파수에 해당하는 X-선만을 선별하는 것은 이론상으로는 가능할 수 있겠으나, 경제성 등을 고려할 때 현실적으로 적용될 수 있는 가능성이 거의 없다. 이에, 본 발명은 특정 단색의 주파수를 포함하는 가능한 좁은 대역의 X-선, 즉 준단색 X-선을 선별하여 사용하고자 하는 것이다.

X-선은 병원에서 환자의 의학적 정보를 얻기 위한 목적으로, 그리고 실험실 등에서 연구의 목적으로, 또는 공항 등에서 승객이나 화물의 보안정보를 얻기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다.

이와 같이 종래 널리 사용되고 있는 일반적인 X-선 촬영장치의 개략적인 구성은 도1과 같다. 도1에서 보듯이, 음극(1)의 필라멘트(2)에서 생성된 전자가 양극(3)의 타겟(4)에 부딪히면서 X-선이 발생하게 된다. 이와 같이 하여 발생된 X-선이 피사체(5)에 조사(照射)되면, 피사체(5)를 통과한 X-선이 피사체의 뒤에 설치된 검출기(6)에 영상을 형성하게 된다.

그런데 종래 X-선 발생기에 의하여 발생되는 X-선은 넓은 주파수 대역의 다색 (Polychromatic 또는 Panchromatic) X-선이다. 이러한 다색 X-선은 도2에 도시된 바와 같이, 각 주파수 대역에 따른 방사선의 강도 (Radiation intensity) 및 광양자 에너지(Photon Energy)의 세기가 다르기 때문에, 다색 X-선을 이용하여 피사체를 촬영하는 경우에는 다음의 세 가지 문제점이 있다.

첫 번째 문제점은 주파수가 다른 X-선들의 잡음(noise) 현상으로 피사체의 영상이 선명하지 못하다는 것이다. 다색 X-선으로 피사체를 촬영하는 경우에, 주파수가 낮은 X-선은 피사체 투과성이 낮기 때문에 피사체의 음영이 어둡게 되는 반면에, 주파수가 높은 X-선은 피사체 투과성이 높기 때문에 피사체의 음영이 희게 된다. 따라서 이러한 넓은 대역 주파수의 X-선으로 피사체를 촬영하면, 주파수가 다른 각각의 X-선들이 잡음(noise) 현상을 일으켜 검출기에 형성되는 영상이 명확하지 않게 된다.

두 번째 문제점은 피사체의 재질이나 특성을 고려한 최선의 영상을 도출할 수 없다는 것이다. 주파수가 낮은 X-선은 인체의 피부나 근육과 같은 부드러운 조직(soft tissue)에 잘 흡수되는 성질이 있어 부드러운 조직을 촬영하는데 (특히 암을 조기 발견하는데) 매우 유익한 반면에, 주파수가 높은 X-선은 뼈와 같은 단단한 물질을 촬영하는데 유익하다. 도3은 미국의 밴드빌트 대학(Vanderbilt University) 실험실에서 X-선으로 촬영한 손가락뼈 사진이다. 도3의 (a)는 광양자에너지 19KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 것이고, 도3의 (b)는 광자에너지 26KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 것인데, 26KeV에 해당하는 주파수의 X-선으로 촬영한 사진이 훨씬 더 선명함을 보여주고 있다. 이와 같이 피사체의 성질이나 특성을 고려하여 그것에 가장 적합한 주파수 대역의 준단색 X-선을 투사하여 촬영할 수 있으면 효과적인데, 다색 X-선을 이용하는 경우에는 이러한 고려를 할 수가 없다.

세 번째 문제점은 불필요하게 많은 량의 방사선을 피사체에 조사(照射)하게 된다는 것이다. 자연 상태에서 인체에 조사되는 방사선의 량은 1년에 약 300mrem로 서 이 정도의 방사선은 인체에 무해하다고 할 수 있으나, 이보다 과도하게 많은 방사선에 노출되는 경우에는 인체에 치명적인 손상이 올 수 있다. 참고적으로 병원에서 일반적인 X-선 흉곽사진을 촬영하는 경우 한번에 20-30mrem의 방사선을 조사하게 되며, X-선에 의한 혈관조영 촬영을 하는 경우에는 한번에 500-2,000mrem의 방사선을, CT에 의한 흉곽사진 촬영의 경우에는 한번에 300-400mrem의 방사선을, CT에 의한 스캔닝 촬영의 경우에는 한번에 600-1,000mrem의 방사선을 조사하게 된다. 따라서 혈관조영 촬영이나 CT촬영 등을 자주하는 것은 인체에 치명적인 위해가 될 수 있다. 그런데 이와 같이 일반적인 X-선 촬영의 경우 많은 량의 방사선을 조사하게 되는 가장 큰 이유는 다색 X-선을 사용하기 때문이다. 따라서 준단색의 X-선을 사용하게 되면, 인체에 조사되는 방사선의 량은 종전 다색 X-선을 사용하는 것에 비하여 1/10 내지 1/20 정도에 불과하게 된다.

이와 같은 이유로 관련 분야에 종사하는 모든 사람들은 다색 X-선이 아닌, 준단색 X-선을 사용하는 것이 바람직하고 또한 필요하다는 것을 잘 알고 있다. 그러나 경제성이나 효율성에 있어서 준단색 X-선 사용을 현실적으로 가능하게 하는 연구결과는 아직까지 발표되지 않고 있다. 싱크로트론(가속기)이나 자유전자 레이저(Free Electron Laser)에 의하여 준단색의 X-선을 활용할 수 있으나, 이러한 장치는 제조 설치에 수십억원 이상의 비용이 소요될 뿐만 아니라 부피가 너무 커서 설치에 많은 면적을 요하기 때문에, 현실적으로 병원이나 연구소 등에서 사용되지 못하고 있다.

한편, 종래 반사경을 내재한 필터를 이용하여 다색 X-선으로부터 준단색 X- 선을 선별하는 방법이 제안된 바 있다. 이 종래기술의 준단색 X-선 필터는 도4에서 보듯이, 부채꼴 형상의 상, 하면으로 구성되는데, 그 상, 하면 각각의 내부에는 미세한 홈이 방사상으로 길게 형성되어 있으며, 각 홈에는 슬라이드 필름 형상의 반사경이 끼워지며, 그 상면과 하면은 그 사이에 반사경을 두고 서로 꽉 조이게 체결되어 일체가 된다. 이 종래기술의 준단색 X-선 필터는 내부의 슬라이드 필름 형상의 반사경들에 의하여 다색 X-선으로부터 특정 준단색 X-선을 선별하도록 하는 것이나, 그 두께가 매우 얇기 때문에, X-선 발생기로부터 발생되는 X-선 중 극히 일부만을 사용한다는 문제점이 있다.

도5의 (a) 및 (b)는 종래기술의 준단색 X-선 필터를 적용하는 경우에 대한 개념도이다. 이들 도면에서 보듯이, 종래기술의 준단색 X-선 필터(8)는 다색 X-선 비임이 방사되는 면적(7)의 극히 일부만을 커버하게 되므로, 피사체를 촬영함에 있어서도 다색 X-선으로 촬영하는 경우의 넓이(9)에 비하여 극히 좁은 면적(10)만을 촬영할 수 있다. 따라서 이 종래의 준단색 X-선 필터를 사용하여 피사체를 촬영하기 위해서는, (피사체의 크기가 큰 경우) 피사체의 크기를 수십 개 이상으로 잘게 나누고 그 나누어진 조각을 대상으로 각각 촬영을 하여야 한다는 문제점이 있다.

본 발명자는, 반사경을 적층하여서 된 좁은 대역의 X-선을 필터링할 수 있는 필터 시스템에 대하여 출원된 PCT/US2004/017131호 (2005. 2. 3. 공개) (이하에서는 "PCT17131호"라 한다)의 공동 발명자기도 하다. 브랙의 회절법칙(Bragg's Diffraction Law)에 의하면(도6 참조), 2d sinθ=nλ 을 만족하도록 반사경의 층 두께(d) 및 입사각도(θ)를 정하면 그 반사경에 비춰진 다색 X-선 중에서 특정 주 파수(λ) 대역의 준단색 X-선만이 반사되며, 한편으로 반사경의 층 두께가 두꺼울수록 높은 주파수 대역의 준단색 X-선이 반사된다(도7참조). PCT17131호는 이러한 원리들을 응용한 것으로, 브랙의 회절법칙을 적용할 수 있는 반사경 다수를 적층하여서 된 필터의 구조에 관한 것이다.

즉, PCT17131호는 반사경의 층 두께(d)와 반사경에 입사되는 다색 X-선의 입사각도(θ)를 조절하여, 원하는 주파수 대역의 준단색 X-선만을 선별할 수 있도록 하고, 이러한 반사경 복수 개를 이용하여 준단색 X-선 필터를 구성시킨 것이다. 이 필터를 다색 X-선 광원과 피사체 사이에 위치시키고, 피사체의 뒤에 X-선 검출기를 배치하면, 이 반사경에 의하여 선별된 준단색 X-선이 피사체를 조사하여 피사체 뒤에 설치된 검출기에 영상을 형성시키게 된다.

그러나 PCT17131호 발명의 준단색 X-선 필터에 있어서는, 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선의 대역이 필요한 주파수 대역을 넘어 과도하게 넓어진다는 것과, 또한 반사된 준단색 X-선이 검출기에 균일하게 조사되지 않는다는 문제점이 있다. 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선의 대역이 필요 이상으로 넓어지면 불필요한 주파수의 X-선으로 인하여 잡음현상이 발생되고, 또한 피사체에 준단색 X-선을 균일하게 조사(照射)하지 않으면 피사체에 닿는 X-선의 광양자의 수가 다르게 되기 때문에 검출기에 명확한 영상이 형성되지 않는다.

PCT17131호 발명에 있어서 준단색 X-선을 반사하는 반사경은, 도8에서 보듯이, 코팅면이 수평을 이루도록 형성되어 있기 때문에, X-선 발생원(102)으로부터 방사상으로 조사되는 (다색) X-선 비임(104)이 반사경과의 관계에서 입사 및 반사 되는 각도가 위치에 따라 달라진다. 즉 X-선은 하나의 점으로 된 아주 작은 광원에서 발생되기 때문에 방사상으로 퍼져나가고, 이로 인하여, 광원에서 가까운 쪽의 반사경에 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ)와, 반사경의 중간 부위에 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ1)와, 광원에서 먼 쪽의 반사경에서 X-선이 입사(반사)되는 각도(θ2)가 달라진다. 이러한 이유로, PCT17131호에 사용된 반사경에 의하면, 각도(θ)에서 각도(θ2)에 이르는 상당히 넓은 범위의 주파수 대역의 X-선이 반사되므로, 실제 필요한 주파수 대역보다 넓은 대역의 X-선이 피사체에 방사되게 되고, 결과적으로 불필요한 주파수의 X-선으로 인하여 잡음현상이 발생되는 것이다.

한편, 준단색 X-선 필터의 각 반사경에 의하여 반사되는 준단색 X-선은 각 반사되는 위치에 따라 광양자의 수가 다른데, 이와 같은 준단색 X-선을 광양자 수를 동일하게 하는 별도의 수단 없이 피사체에 조사하면, 피사체에 균일한 광양자 수의 X-선을 조사할 수 없게 되고, 그 결과 검출기에 명확한 영상을 형성시키지 못하게 된다. 그런데 PCT17131호는 이와 같은 문제점 해결을 위한 방안을 제시하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 다색 X-선으로부터 보다 좁은 대역의 특정 준단색 X-선을 선별하여 피사체에 조사할 수 있도록 함으로써, 보다 정확한 측정을 가능하게 하고, 나아가, 피사체가 받는 방사선의 량을 최소한으로 줄이는 것이다. 그리고 본 발명의 다른 목적은 피사체에 준단색 X-선을 균일하게 조사할 수 있도록 하는 것이다.

이하 본 발명의 구성을 설명한다.

도9는 본 발명이 적용된 준단색 X-선 촬영장치(100)의 개략도이다. 상기 준단색 X-선 촬영장치(100)는 (다색) X-선 발생원(102), 다색 X-선 비임(104), 준단색 X-선 필터(106), 위치 조절기구(108), 준단색 X-선 비임(110), 각속도 회전장치(112), 셔터장치(114) 및 X-선 검출기(116)를 포함하는 구성으로 된다. 그리고 X-선 발생원(102)은 X-선 발생장치에 의하여 발생되는 X-선을 방사하게 되고, 셔터장치(114)는 셔터 제어장치(126)에 의하여 컨트롤 되도록 연결되어 있으며, 한편으로 각속도 회전장치(112)와 셔터장치(114)는 서로 연동되어 작동되도록 구성되어 있다.

본 발명의 상기 구성들에 있어서, X-선 발생원(102), 검출기(116), 균일 각속도 회전장치(112) 및 정밀 셔터장치(114)는 각 기술 분야에서 현재 사용되고 있거나 또는 장차 개선되는 기술들을 적용할 수 있다. 일례로서, X-선 발생원(102)은 현재 널리 사용되고 있는 일반 X-선 촬영장치의 X-선 방사부로 구성할 수 있고, 검출기(116)는 주지의 X-선 필름 또는 디지털 검출기로 구성할 수 있다. 그리고 디지털 검출기를 사용하는 경우에는 디지털 검출기(116)로부터의 데이터를 수집 및 처리하여 X-선 영상을 만들기 위한 프로세서(118)가 포함될 수 있다. 물론, 본 발명에 있어서 상기 구성들은 각 기술 분야의 현재 기술에 제한되거나 구속되지 않고, 해당분야의 장차 개발되는 기술들에서 적절한 것들을 응용 또는 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서, X-선 발생원(102)에서 발생되는 전색 X-선이 준단색 X-선 필터(106)를 통과하는 광로(光路) 만큼의 광폭으로 준단색 X-선 비임(110)이 발생된다. 위치 조절기구(108)는 적어도 1 내지 3의 자유도 내에서 준단색 X-선 필터(106)를 X-선 발생원(102)에 대해 상대 이동시켜 필터(106)를 가장 적절한 위치에 정렬되게 한다. 상기 촬영장치(100)에 있어서, 위치 조절기구(108)는 X선 발생원 상의 필터(106)의 초점거리를 1 내지 3차원으로 정밀조절하기 위해 사용되는 것이다. 즉, 상기 X선 발생원(102)은 일정 위치에 고정되어 있는 반면에, 필터(106)는 위치 조절기구(108)에 의해 이동이 가능하다.

X-선 방사진단의 피사체(120)는 준단색 X선 비임(110)에 의해 조사되도록 필터(106)와 검출기(116) 사이에 배치된다. 피사체(120)의 검사대상 부위의 특성이나 성질을 고려하여 가장 적절하게 조정된 준단색 X-선 비임(110)을 선정하고, 그러한 준단색 X-선이 필터링되도록 하여, 그 필터링된 준단색 X-선을 피사체에 조사하면 검출기(116) 상에 다양한 강도의 X-선 음영이 조사되고, 이 음영은 검출기(116)에서 피사체(120)의 영상으로 변환된다. 상기 피사체(120)는 인간이나 동물들과 같은 생명체일 수도 있고, 기계 또는 화물 등과 같은 무생물이 될 수 있다.

도10은 본 발명의 준단색 X-선 필터에 사용되는 반사경의 일실시예를 보여주는 평면도이다. X-선 광원(102)으로부터 반사경(200)의 근접단(206)까지 거리를 d1, 원격단(208)까지 거리를 d2라 하고, 광원(102)의 X-선 발산각을 θ라 할 때, 상기 반사경의 방사상 길이는 (d2-d1)이고, 근접단(206)의 원호상 길이는 d1*2(θ+Δ), 원격단(208)의 원호상 길이는 d2*2(θ+Δ) 이다. 이때 Δ는 제로가 아닌 양수의 값(positive value)을 갖는 것이다.

도10에 도시된 반사경(200)의 일실시예는 그 일측면은 좁고 그 반대측면은 넓은 부채꼴 형상인데, 이와 같이 평면 형상을 부채꼴로 한 것은 부채꼴 형상의 넓은 부위에서 좁은 부위로 가장자리 선(201A, 201B)을 연장할 때 이 선들이 맞닿은 초점부위의 상부에 광원(102)이 놓여지는 것을 상정하였기 때문이다. 즉, 광원으로부터 조사되는 X-선은 소정의 발산각(θ)으로 방사상으로 퍼져나가는데, 이점을 고려하여 조사되는 X-선을 가장 경제적, 효율적으로 커버할 수 있도록 하기 위함이다. 이와 같이, 본 발명의 준단색 X-선 필터에 사용되는 반사경의 바람직한 평명 형상은 부채꼴 형상이라 할 수 있으나, 반드시 부채꼴 형상에 한정되는 것은 아니다.

도11은 도10의 반사경을 A-B선을 따라 절단한 종단면도이다. 도11에는 기판(202)상에 5개의 제1층(302) 및 5개의 제2층(304)이 형성된 것이 도시되어 있는데, 상기 제1층(302)과 제2층(304)이 하나의 코팅층(306)을 형성한다. 즉, 본 발명의 준 단색 X-선 필터에 사용되는 반사경(200)은 표면이 매끄러운 재질로된 기판과 하나 이상의 코팅층으로 이루어진 적층체로 구성되는 것으로, 각 코팅층은 소정의 주파수 대역의 X-선을 반사하기 위한 Z 중금속으로 된 제1층(302)와 소정의 X선 주파수에 대해 투과성이 있는 재질로 된 제2층(304)으로 이루어진다. 반사경을 이루는 코팅층의 수는(가장 기본적으로는) 2개 층이면 되나, 코팅층을 형성하는 중금속 및 금속의 종류 또는 이 반사경으로 구성되는 필터의 용도를 고려하여, 필요에 따라 수백개의 코팅층을 형성시킬 수도 있다. 상기 기판의 재질로는 표면이 매끄러운 재질이면 모두 사용가능하나, 바람직하게는 표면조도가 10Å 이하인 유리, 실리콘, 알루미늄 포일 중의 하나를 사용하는 것이 좋다.

상기 제1층의 Z 중금속으로는 금, 백금, 이리듐 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 제2층의 X-선 투과성 재질로는 탄소나 실리콘 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

X-선 광원(102)으로부터 방사된 전색 X-선 비임(104)은 소정의 각도(θ)로 반사경의 표면(210)에 입사될 것이므로, 이때 각 코팅층(306)의 두께는 다음의 브랙(Bragg)의 회절식을 만족하도록 주어진다.

2d*sinθ= nλ (1)

위 식에서,

θ는 코팅층 표면과 입사광(104)의 사이각,

D 는 코팅층(306)의 두께,

n은 정수, 및

λ는 반사되는 X선 비임(110)의 주파수의 파장이다.

에너지와 주파수에 관한 에너지식 중의 하나는 다음과 같다.

E = ħω=ħ(2π/f) (2)

여기서,

E는 에너지,

ħ는 플랑크 상수,

ω는 각주파수; 및

f는 주파수이다.

브라그 회절식(1)은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

2d*sinθ=nλ=nc/f (3)

여기서, c는 광속이다.

상기 브랙의 회절식을 만족시키면, 그 반사경(200)에 의하여 반사된 비임(110)은 동일한 주파수를 가지므로 준단색 X-선 비임을 형성한다.

도12는 도10의 C-D선을 따라 절단한 반사경(200)의 횡단면도(400)로서, 5개의 제1층(302) 및 5개의 제2층(304)이 기판(202)의 상부에 차례로 코팅되어 있는 것을 보여준다. 앞서 설명하였듯이 제1층(302) 및 제2층(304)은 하나의 코팅층(306)을 형성한다. X-선 발생원(102)으로부터 방사된 다색 X선 비임(104)은 θ1의 각도로 반사기(200)의 근접단에 입사되고, θ2의 각도로 반사기(200)의 원격단에 입사된다. 본 발명에서는 각 코팅층(306)의 두께가 횡방향으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 함으로써 반사기로부터 반사된 비임들의 주파수가 상기 브랙의 회절식(1)을 만족하도록 하였다. 즉, 전색 X-선의 여러 가지 입사각 θ에 대해 λ를 일정하게 하기 위해, 코팅층(306)의 두께(d)를 상기 브랙의 회절식(10)에 의거 점진적으로 변화시켰고, 그와 같이 된 코팅층(306)에 의하여 반사되는 반사광은 동일 주파수를 구비하므로 하나의 준단색 X-선 비임을 형성한다.

도13은 본 발명의 준단색 X-선 필터(106)의 횡단면도로서, 이 필터(106)가 5개의 반사경(200)으로 구성되어 있음을 예시적으로 보여주고 있다. 본 발명의 필터 (106)에 사용되는 반사경(200)의 개수는 촬영될 피사체의 크기를 고려하고, 또한 사용될 용도를 고려하여 적절한 개수 조정될 수 있으며, 필요에 따라 2개 내지 1,000개 이상의 반사경으로 구성될 수도 있다. 필터(106)를 구성하는 각 반사경(200)은 발생원(102)으로부터 거리 d1에 위치하고, 근접단(206)과 θ1의 각도를 이루고, 원격단(208)과 θ2의 각도를 이룬다. 필터 하우징에 적층되는 반사경들은 (X-선이 입사되는 방향에 인접한) 근접단으로 입사되는 X-선과 (그 근접단의 반대쪽인) 원격단으로 입사되어 반사되는 X-선이 이웃한 반사경에 간섭되지 않는 각도를 갖도록 서로에 대하여 소정각도로 기울어져 있도록 하여야 한다. 그리고 인접하는 2개의 반사경(200)의 사이 각을 Φ라 할 때, 각 반사경(402)들 간의 사이각 Φ는 모든 반사경들에 대하여 일정한 것이 바람직하다.

본 발명의 준단색 X-선 필터를 구성함에 있어서, 각 반사경(200)은 동일 하우징 내에 배치 및 장착되도록 하여야 하는데, 바람직하게는 도14에서 보듯이, 하우징(500) 내부에 복수개의 그루브형 슬롯(502)을 형성시켜, 반사경(200)들이 그 슬롯(502)에 끼워지게 할 수도 있다. 하우징에 있어서 X-선이 입사되는 쪽과 반사되는 쪽은 개방되어 있고, 그루브형 슬롯이 형성된 부분은 당연히 폐쇄되어 있다. 하우징의 구체적인 형상이나 또는 하우징 내부에 반사경(200)을 장착시키는 방법은 관련 기술에 의하여 얼마든지 다양하게 변화될 수 있을 것이다.

본 발명의 필터(106)는 3개의 직각방향 및 롤 및 요각도(roll and yaw angles)로 이동 가능하게 구성되어야 하므로, 이러한 점에서, 본 발명은 상기 필터(106)에 3개의 직각방향 및/또는 롤 및 요각도로 이동시키기 위한 각속도 회전장치 (112) 및 셔터장치(114)와 결합되는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 필터(106)를 각속도 회전장치(112) 및 셔터장치(114)와 결합시키는 이유는 주어진 점에 도달한 모든 광양자(photons)의 수가 실질적으로 동일하도록 하기 위함이다. 본 발명의 이러한 구성의 일실시예는 균일 각속도 회전기구 및 셔터장치를 구비하여 본 발명의 필터로 하여금 인접하는 두 반사기 사이의 각도인 Φ의 각도로 X선 초점의 주위를 일정한 각속도로 회전하고, 이때 X-선 발생원은 균일한 X-선 비임을 방사한다. 이 필터 회전기구(112)는 회전 중에 실질적인 진동의 발생이 없이 균일한 각속도를 부여하여야 한다. 또한, 소정의 기간 동안 개방되는 셔터(114)를 구비하여야 하는데, 상기 셔터의 개폐기구는 실질적인 진동이 없고, 약 1/1000초 이상의 시간정밀도를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 필터 회전기구(112)는 피사체의 각 점에 조사되는 X-선의 총합 적분 강도를 실질적으로 균일하도록 X-선이 조사되게 한다.

이와 같이 본 발명의 필터(106)는 다색 X-선 발생원(102), 셔터장치(114) 및 각속도 회전장치(112)에 연동되어 작동됨으로써, 필터(106)가 X-선 발생원에 연결된 셔터가 열려있는 극히 짧은 시간동안 X-선 초점의 주위를 일정한 각속도로 회전함으로써 피사체에 원하는 실질적 균일한 조사가 이루어지도록 한다. 이러한 셔터장치(114) 및 각속도 회전장치(112) 등은 현재 카메라 등의 관련 기술 분야에 널리 사용되는 기술을 응용 및 적용하여 제조할 수 있으므로, 본 발명 만에 적용하기 위한 별도의 특별한 기술을 개발할 필요는 없다고 하겠다.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명의 준단색 X-선 필터 및 이를 이용한 X-선 촬영장치는, 다색 X-선 발생원(102), 평평한 기판 상에 2종의 물질을 번갈아 코팅한 복수의 코팅층을 구비하는 실질적으로 동일한 복수의 반사경(106), 하우징(500) 내부에 복수의 준단색 X-선 반사경(106) 을 장착하여서 된 필터(106), 상기 필터(106)를 X-선 발생원에 대해 위치를 조정하기 위한 위치 조절기구(108), 노출시간을 제어하기 위한 셔터장치(114) 및 필터를 일정한 각속도로 회전시키는 각속도 회전장치(112)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

이상은 본 발명이 적용된 몇 가지 실시예에 대하여 설명한 것으로, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 이 기술 분야의 전문가에 의하여 변경, 개조 및 추가가 가능하므로, 본 발명은 전술한 설명에 한정되지 않고 관련 업계에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 및 개조할 수 있는 부분까지 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 균일조사 준단색 X선 촬영장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims

동일한 복수의 반사경을 하우징 내부에 적층으로 장착하여서 되는 준단색 X-선 필터에 있어서, 상기 각 반사경은 표면이 매끄러운 재질로 된 기판의 상부에, 소정 주파수의 X-선을 반사시키기 위한 Z 중금속 재질의 제1층과 소정 주파수의 X-선을 투과하는 재질의 제2층으로 된 코팅층을 복수개 형성시킴으로써 이루어지고, 상기 코팅층은 반사경으로부터 반사된 X-선 비임들이 브랙의 회절식(1)을 만족하도록, X-선 발생원에 대하여 놓여질 때 X-선 발생원으로부터 먼 방향으로 갈수록 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 형성된 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터.

2d sinθ=nλ ----- (1)
제1항에 있어서, 상기 기판의 재질은 유리, 실리콘, 알루미늄 포일 중의 하나이고, 상기 제1층의 Z중금속은 금, 백금, 이리듐 중 어느 하나이며, 상기 제2층의 소정 주파수의 X-선을 투과하는 재질은 탄소나 실리콘 중의 하나인 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 하우징에 적층되는 상기 반사경들은 (X-선이 입사되는 방향에 인접한) 근접단으로 입사되는 X-선과 (그 근접단의 반대쪽인) 원격단으로 입사되어 반사되는 X-선이 이웃한 반사경에 간섭되지 않는 각도를 갖도록 서로에 대하여 소정각도로 기울어지고, 인접하는 2개의 반사경(200)의 사이 각을 Φ라 할 때, 각 반사경(402)들 간의 사이각 Φ는 모든 반사경들에 대하여 일정하도록 한 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 반사경은 근접단과 원격단의 곡률 중심이 동일하게 형성된 부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 하우징에는 양측면에 그루브형 슬롯이 복수개 형성되어 그 슬롯에 상기 반사경이 끼워져 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터.
X-선 발생장치 및 X-선 검출기로 되는 통상의 X-선 촬영장치의 구성에 있어서, 다색 X-선으로부터 준단색 X-선으로 선별할 수 있도록 제1항의 준단색 X-선 필터가 포함된 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항에 있어서, 각 반사경을 구성하는 상기 기판의 재질은 유리, 실리콘, 알루미늄 포일 중의 하나이고, 상기 제1층의 Z중금속은 금, 백금, 이리듐 중 어느 하나이며, 상기 제2층의 소정 주파수의 X-선을 투과하는 재질은 탄소나 실리콘 중의 하나인 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 필터 하우징에 적층되는 상기 반사경들은 (X-선이 입사되는 방향에 인접한) 근접단으로 입사되는 X-선과 (그 근접단의 반대쪽인) 원격단으로 입사되어 반사되는 X-선이 이웃한 반사경에 간섭되지 않는 각도를 갖도록 서로에 대하여 소정각도로 기울어지고, 인접하는 2개의 반사경(200)의 사이 각을 Φ라 할 때, 각 반사경(402)들 간의 사이각 Φ는 모든 반사경들에 대하여 일정하도록 한 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 반사경은 근접단과 원격단의 곡률 중심이 동일하게 형성된 부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 하우징에는 양측면에 그루브형 슬롯이 복수개 형성되어 그 슬롯에 상기 반사경이 끼워져 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 준단색 X-선 필터는 3개의 직각 방향과 롤각 및 요각으로 이동 가능하도록 구성되고, 이 준단색 X-선 필터를 3개의 직각방향과 롤각 및 요각으로 이동시킬 수 있는 위치 조절기구가 포함된 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.
제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 준단색 필터를 X-선 발생원에 대하여 일정 시간동안 일정한 각속도로 회전시킬 수 있도록 각속도 회전장치와, 상기 준단색 필터가 일정한 시간 동안만 준단색 X-선을 방사할 수 있도록 하는 셔터장치가 포함되어, 이들이 서로 연동되어 작동되게 구성된 것을 특징으로 하는 준단색 X-선 필터를 이용한 X-선 촬영장치.