KR20060129059A - 휴대용 엑스선 기기 - Google Patents

휴대용 엑스선 기기

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KR20060129059A
KR20060129059A KR1020067019369A KR20067019369A KR20060129059A KR 20060129059 A KR20060129059 A KR 20060129059A KR 1020067019369 A KR1020067019369 A KR 1020067019369A KR 20067019369 A KR20067019369 A KR 20067019369A KR 20060129059 A KR20060129059 A KR 20060129059A
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KR1020067019369A
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디. 클라크 터너
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아리벡스, 인코포레이티드
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Abstract

휴대용 엑스선 기기 및 이러한 기기를 사용하는 방법을 기술한다. 이 기기는 통합 전력 시스템에 의해 전력을 공급받는 엑스선관을 가지고 있다. 엑스선관은 Z값이 높은 물질(high-Z substance)을 함유하는 저밀도 절연 소재로 차폐되어 있다. 또한 기기는 내장된 디스플레이 구성요소를 구비하고 있다. 이러한 구성요소들의 사용으로, 엑스선 기기의 크기와 무게를 감소시키고 이동성을 강화할 수 있다. 따라서, 휴대용 엑스선 기기는 간호 시설, 재택 진료(home healthcare), 학교 교실 등 현장 작업, 원격 작업 및 이동성을 필요로 하는 작업과 같이 휴대성이 특히 중시되는 애플리케이션에 특히 유용하다. 이러한 휴대성은 진료실이 많은 병원과 치과처럼 각 진료실마다 개별 장치를 사용할 필요 없이, 하나의 엑스선 기기를 다수의 진료실에서 사용할 수 있는 환경에서 그 활용도가 크다.
휴대용, 핸드헬드, 엑스선, 엑스레이, 치과용, 촬상, 통합전력시스템

Description

휴대용 엑스선 기기 {PORTABLE X-RAY DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2004년 2월 20일에 출원된 미국 특허출원 제60/546,575호에 대해 우선권을 주장하며, 이 특허출원의 개시내용 전체는 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 엑스선 기기 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 엑스선 기기에 사용되는 엑스선관에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 통합 전력 시스템(integrated power system)을 구비한 휴대용 엑스선 기기, 이러한 휴대용 엑스선 기기를 사용하는 방법, 및 이러한 휴대용 엑스선 기기를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
전형적인 엑스선관과 엑스선 기기(엑스선관을 가지고 있는 기기)는 이미 알려져 있고 얼마 동안 사용되어 왔다. 그러나 안타깝게도 이들은 보통 부피가 크고 무거운 고전압 전원 장치에 연결하여 전력을 공급받는 관계로 이동성이 제한된다. 또한 사용하기가 어렵고 시간이 걸리는 경우가 자주 발생한다. 많은 경우, 엑스선 기기에 의한 분석을 위해서는 분석용 샘플을 외부 실험실에 의뢰해야만 한다.
널리 이용되는 엑스선 기기의 용도 중 많은 수가 이러한 제한을 받고 있어 이용에 지장을 주는데, 그 예로는 토양, 물, 금속, 광석, 웰 보어스(well bores) 등의 엑스선 형광 분석(XRF), 회절 분석 및 도금 두께 측정이 포함된다. 전형적인 엑스선 촬상 애플리케이션은, 촬상할 샘플을 엑스선 기기로 가져가야 한다. 이러한 제한은 휴대용 엑스선 기기에 대한 관심을 증가시켰다. 그 예로는, 미국특허 제6,661,876호, 제6,459,767호, 제6,038,287호, 및 제6,205,200호; 미국 공개특허공보 제2003/0048877호, 제2003/0002627호, 및 제2003/0142788호; 그리고 유럽특허 EP0946082, EP0524064, EP0247758, EP0784965, 및 EP0488991를 참조할 수 있으며, 이들 문헌에 개시된 내용 전부는 본 명세서에 참조 문헌으로 통합된다.
기존의 많은 디자인은 엑스선 기기의 휴대성을 강화한다. 그러나 이와 동시에, 다음과 같은 이유로 인하여 이러한 디자인은 제한성을 가진다. 첫째, 대부분의 디자인은 외부 전원(예를 들면, 공공 전기 설비에 의해 선간전압을 공급받는 것을 요함)을 가지므로 진정한 휴대용으로 볼 수 없다. 둘째, 일부 휴대용 디자인, 특히 XRF 시스템에는 내부의 또는 "통합된(integrated)" 전원 공급 장치가 있기는 하지만, 엑스선 촬상을 위해 종종 필요한 고 엑스선관 전류부하(current load)가 없다. 예를 들면, 에너지 분산형 XRF는 보통 1 밀리암페어 미만의 엑스선 빔 전류를 필요로 하는 반면, 엑스선 촬상은 보통 약 2 밀리암페어보다 높은 값을 필요로 한다. 셋째, 엑스선 분석의 결과를 표시하기 위한 고품질의 촬상 디스플레이는 존재하지 않는다. 마지막으로, 엑스선관의 방사선 차폐물은 보통 납으로 구성되어 있어 상당히 무거우며 장치의 휴대성을 제한한다.
디자인의 이동성을 강화하는 데 있어 또 다른 제한은 영상 수집과 영상 디스플레이 부품이다. 많은 휴대용 디자인은 엑스선관을 포함하는 섀시(chassis) 또는 하우징(housing)의 외부에 영상 디스플레이 부품을 두고 있다. 그러나 이러한 구성은 기기의 크기와 시스템의 부품 수를 증가시켜 결과적으로 기기의 휴대성을 감소시킨다.
본 발명은 휴대용 엑스선 기기 및 이러한 기기를 이용하는 방법에 관한 것이다. 이 휴대용 엑스선 기기는 통합된 전원 시스템에 의해 전력을 공급받는 엑스선관을 가지고 있다. 엑스선관은 Z값이 높은 물질(high-Z substance)을 함유하는 저밀도의 절연 소재로 차폐되며, 엑스선 기기는 일체화된 디스플레이 구성요소를 가질 수 있다. 이러한 구성요소들의 사용으로, 엑스선 기기의 크기와 무게는 감소하고 휴대성은 증대되었다. 따라서, 휴대용 엑스선 기기는 간호시설, 원격 재택 진료, 학교 교실 등 현장 작업, 원격 작업, 및 이동성을 필요로 하는 작업과 같이 휴대성을 중요한 특징으로 하는 작업에 특히 유용하게 쓰일 수 있다. 이러한 휴대성은 진료실이 많은 병원과 치과처럼 각 진료실마다 개별 장치를 사용할 필요 없이 하나의 엑스선 기기를 다수의 진료실에서 사용하는 환경에서 특히 유용하다.
이하에서 설명하는 본 발명은 다음의 도면에 비추어 보면 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 양태에서의 엑스선 기기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태에서의 엑스선 기기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에서의 엑스선 기기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에서의 엑스선관 및 엑스선 기기의 전원 공급 장치를 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 양태에서의 엑스선 기기의 전원과 그 전원을 엑스선 기기에 연결하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 양태에서의 엑스선 기기의 엑스선관을 나타낸 도면이다.
도 9는 종래의 구성(configuration)에서의 종래의 엑스선관을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 구체적인 양태를 예시하고 있으며, 명세서의 일부를 이루고 있다. 도면에서, 구성요소의 두께와 외형은 정확하게 보이도록 확대되었을 수 있다. 상이한 도면에서의 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타내는 것이다. 도면은 다음의 기술된 내용과 더불어 본 발명의 원리를 보여주고 설명한다.
이하의 설명에서는 본 발명을 완전히 이해하기 위한 구체적인 내용을 제공한다. 그러나 숙련된 기술자라면 이러한 구체적인 내용을 사용하지 않고도 본 발명을 실시할 수 있음을 이해할 것이다. 사실, 설명된 방법과 이를 이용하여 제작한 제품을 변경하여서도 본 발명을 실시할 수 있으며, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되어 온 장치, 기술과 함께 본 발명을 이용할 수도 있다. 본 발명이 치과용 목적을 위한 엑스선 촬상에 사용하는 것으로 설명되어 있긴 하지만, 의료용 촬상, 수의학 및 골밀도와 같은 다른 의료용도로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명은 공업 분야에서의 촬상, 금속 피로파괴 조사, 균열/갈라진 틈과 파이프에 대한 용접 검사, 화물과 여객기 내 반입 수하물의 무작위 조사를 가능하게 하는 안전 검사 등의 비 치과용 및 비 의료용 애플리케이션에도 사용될 수 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 주로 원격 및/또는 다수의 진료실 체제를 갖춘 시설을 포함하여 시설 내에서 사용되는 휴대용 엑스선 기기를 포함한다. 엑스선 기기는 손에 들거나(handheld) 삼각대 등을 이용하여 일정한 장소에 임시로 고정시키도록 디자인될 수 있다. 또한 본 발명은 방사선 작업에 흔히 이용되는 관절 아암(articulating arm) 또는 또는 C-아암(C-arm) 및 앞서 언급한 문헌에 설명되어 있는 것 등과 같은 반고정 기구라면 어느 것에나 설치할 수 있다. 본 발명의 엑스선 기기는 휴대용으로서 다른 기계적 기구의 도움 없이도 손으로 한곳에서 다른 곳으로 옮길 수 있다. 가장 중요한 점으로는 본 발명은 통합된 전원 시스템을 사용하므로, 사용장소에 있어서 공공 전기 시설에 의해 전력을 공급받는 집이나 사무실에서 일반적으로 사용하는 AC 전압과 같은, 외부의 고정식 전원의 영향을 받지 않는다는 것이다. 외부 전원과 독립하여 작동할 수 있다는 점은 본 발명의 엑스선 기기에 있어 특히 유용한 특징이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 엑스선 기기(10)는 기기의 모든 내부 구성요소를 수용하기 위한 하우징(housing) 또는 섀시(20)를 포함하고 있 다. 하우징(20)은 엑스선을 발생시키는 엑스선관(30)을 감싸고 있다. 엑스선 기기(10)는, 엑스선 기기(10)에 전력을 공급하는 전원 시스템(전원(40)을 포함)과, 필름, CCD 센서, 또는 촬상 플레이트(도시되지 않음)와 같은 엑스선 탐지 수단을 구비하고 있다. 또한 엑스선 기기(10)는 일체형 영상 디스플레이 스크린(60)(도 4에 도시됨)과 같은, 분석 결과를 표시하기 위한 수단; 제어기(70)와 같은 제어 수단; 및 샘플로부터 후방 산란되는 방사선으로부터 기계의 작동자를 보호하기 위한 방사선 차폐물(80)을 가지고 있다. 엑스선 기기(10)는 또한 해당 기술분야에서 효과적인 작동을 위한 것으로 알려진 기타 구성요소[예를 들면, 엑스선 시준기(32)]를 포함하고 있으며, 이는 앞서 언급한 문헌에 기술 구성요소들을 포함한다.
엑스선 기기(10)는 엑스선 기기에 전력을 공급하는 독특한 시스템을 구비하고 있다. 이 엑스선 기기의 전력 시스템은 전원(40), 전원 공급 장치(34), 및 변환 장치를 포함한다. 본 발명의 엑스선 기기에 사용된 전원(40)은 해당 기술분야에서 원하는 양의 전력을 공급하면서 엑스선 기기의 제한적인 공간에도 들어맞는 것으로 알려져 있는 전원이면 무엇이나 활용할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서 전원은 14.4V 니켈카드뮴(NiCd) 배터리팩과 같은 배터리를 포함한다. 적정 전압에 연결하여 충전 가능한 배터리를 사용하는 등의 적절한 방법이라면 어떤 것이라도 사용하여 전원을 충전할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어, 전원(40)은 엑스선 기기(10)의 다른 부분으로부터 탈착 가능하다. 본 발명의 이 양태에 있어, 전원(40)은 전원(40)을 엑스선 기기(10)에 연결하기 위한 기계적 연결 수단 및 전기적 연결 수단을 포함한다. 이 기계적 연결 수단 및 전기적 연결 수단은 해당 기술 분야에서 알려진 어느 것이라도 사용할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전기적 연결 수단은 연장 부재(extension member)(41)와 이것의 윗부분에 장착된 전기 커넥터(42)를 포함할 수 있다. 기계적 연결 수단은 연결 해제 장치(release machanism)(43a)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 엑스선 기기(10)는 잠금장치(43b)를 포함하고 있다. 전원(40)을 엑스선 기기(10)에 연결하려면, 전원(40)을 엑스선 기기(10)의 핸들(15)의 하단으로 부드럽게 밀어 넣는다. 완전히 연결되면 전기 커넥터(42)가 엑스선 기기(10)의 내부 전자 기기에 연결된다. 잠금장치(43b)는 이 위치에서 엑스선 기기(10)에 대한 전원(40)의 연결을 유지하도록 자동적으로 작동한다. 전원(40)을 분리하려면, 연결 해제 장치(43a)를 이용하여 잠금장치(43b)를 열고 전원(40)을 핸들(15)에서 부드럽게 밀어서 빼낸다.
전원(40)은 전술한 문헌에 기술되어 있는 것들을 포함하여 해당 기술 분야 상 알려진 임의의 연결 수단을 이용하여 변환 수단에 전기적으로 연결될 수 있다. 변환 수단은 전원(40)이 공급한 초기 전압을 전원 공급 장치(34)에 공급되는 변환 전압으로 변환한다. 일반적으로 변환수단은 전원(40)에서 공급하는 14.4V(또는 유사한 전압)를 약 80-200V 범위의 전압으로 변환한다. 본 발명의 일 양태에서 초기 전압은 약 100V의 변환 전압으로 변환되었다. 본 발명에서는 전력 관리 보드(power management boards)(36)를 포함하여, 이러한 방식으로 동작으로 해당 기술 분야에서 알려진 모든 변환 수단이 사용될 수 있다.
변환 수단은 전원 공급 장치(34)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급 장치( 34)는 변환 수단이 공급하는 변환된 전압(예를 들면 100V)을 엑스선관(30)에 사용 가능한 전압으로 증대시킨다. 전원 공급 장치(34)에서 발생되어 커넥션(35)(도 8에 도시되어 있음)를 통하여 엑스선관(30)에 공급된 전원은, 엑스선관을 작동하는데 필요한 전력이 얼마인지와 전원의 최대 발생 가능 전력이 얼마인지에 따라 달라진다. 일반적으로 전원 공급 장치(34)가 엑스선관(30)에 공급하는 전력은 약 20-150kV 범위이며, 보통 전원 공급 장치가 공급하는 전력은 약 40-100kV 범위이다.
본 발명의 일 양태에서, 전원 공급 장치가 공급하는 전력은 복수의 개별 전원 공급 장치에 의해 공급되는 것이다. 사용되는 개별 전원 공급 장치의 수는 엑스선관에 필요한 전압, 전원 공급장치(34)가 필요로 하는 공간, 전원이 공급할 수 있는 총 전력 및 엑스선관의 전자 촉진 그리드(electron-accelerating grids)의 수에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 사용된 개별 전원 공급장치의 수는 2개[도 5에 도시된 전원 공급 장치(45, 46)]이며, 여기에서 도면부호 45는 양전압을 양극에, 그리고 도면부호 46은 음전압을 음극에 공급한다.
각각의 개별 전원 공급 장치가 공급하는 전력은, 사용되는 개별 전원 공급 장치, 전원의 최대 발생 가능 전압 및 엑스선관의 열방출 용량에 따라 다르다. 일반적으로 각각의 개별 전원 공급 장치가 공급하는 전력은, 엑스선관을 작동하는 데 필요한 총 전력을 개별 전원 공급 장치의 수로 나눈 것이다. 예를 들면, 각각의 전원 공급 장치(2개를 이용하는 경우)가 공급하는 전력은 약 20-50kV 범위이다. 본 발명의 일 양태에서 각각의 개별 전원 공급장치(2개를 사용하는 경우)가 공급하는 전력은 약 +35kV와 -35kV이다. 이 실시예에서, +35kV는 엑스선관의 양극에, -35kV는 엑스선관의 음극에 부착된다. 필라멘트 변압기(filament transformer)는 음극 전원 공급 장치에 포함되어 있으며, 엑스선관 필리멘트에 전류를 공급하고 엑스선관의 음극에서 전자 빔을 발생시킨다. 따라서, 전원 공급 장치가 공급하는 총 전력은 개별 양극 전원 공급 장치와 개별 음극 전원 공급 장치가 공급하는 전력의 합과 같다.
이러한 저전압 전원 공급 장치를 사용할 때, 본 발명의 엑스선관(30)의 휴대성이 한층 더 강화된다. 종래의 엑스선관은 70kV 이상의 훨씬 더 높은 전압으로 작동된다. 이러한 고전압은 고전압 격리 절연기를 필요로 하기 때문에, 종래의 엑스선관(300)은 도 9에 도시된 바와 같이, 액상 밀폐 용기(306) 내의 절연유(302)에 넣어 보관되는 경우가 많았다. 또한 절연유(302)는 기기 작동으로 발생한 고온을 방출한다는 장점도 가지고 있다. 작동에 필요한 전압을 2개(또는 그 이상)의 전원 공급 장치에 나누어 공급하게 함에 따라, 각 전원 장치는 고전압의 절반씩만 공급(그리고 격리)할 수 있으면 된다.
이러한 저전압을 사용하는 본 발명의 엑스선관(30)은 고밀도유가 아닌 다른 소재를 사용하여 보관할 수 있다. 이때 다른 소재는 낮춰진 전압에 비례하여 절연시킬 수 있는 것이기만 하면 된다. 예를 들면, 기존에 사용되던 전력의 절반만 공급되므로 기존에 사용되던 절연유에 비해 그 절반만 절연하면 되는 것이다. 이러한 방식으로 절연 가능하다고 알려진 모든 소재가 본 발명에 사용될 수 있는데 여기에는 절연용 젤(gel), 실리콘 고무, 에폭시(epoxy) 또는 이들의 혼합물을 비롯한 저밀도 소재가 포함된다. 절연 소재는 층(layer)(33)으로 제공되고, 이는 엑스 선관에서 엑스선이 방사되는 부분[예를 들면, 엑스선 시준기(32)로 방사]을 제외한 엑스선관(30)을 충분히 감싸고 있다.
절연 소재(33)의 층 두께는 상기 설명된 목적을 충족시키는 것이면 충분하다. 일반적으로 절연 소재의 두께는 약 1/4 인치에서 약 1 인치 범위 내이다. 본 발명의 일 양태에서는 실리콘 고무가 절연 소재로 사용되며, 그 두께는 약 1/3 인치에서 약 1/2인치 범위 내이다. 본 발명의 다른 양태에서는, 엑스선관을 감싸는 이중층으로 이루어진 절연 소재를 사용되는데, 이때 첫 번째 층과 두 번째 층은 각기 다른 절연 소재로 구성된다.
고밀도유을 사용할 필요가 없어지면서 기기의 무게도 상당히 감소되며, 액상유(302)를 보관하기 위해 액상 밀폐 용기(306)를 사용할 필요가 없다는 추가적인 장점이 있다. 실제로 실리콘 고무 같은 고체 재료를 사용할 때, 선택적으로 용기를 사용하기도 하지만, 용기를 반드시 사용할 필요는 없다. 용기를 제거하고 엑스선관의 형태에 부합되는 실리콘 고무를 사용하는 경우, 절연 소재의 총 부피가 상당히 감소된다.
도 9에서 볼 수 있듯이, 종래의 엑스선관(300)은 또한 엑스선관에서 방사된 스트레이 엑스선(stray x-rays)을 흡수할 수 있는 차폐물을 구비하고 있다. 차폐물은 주로 납으로 만들어졌으며 액상 밀폐 용기 내에 편입되어 있다. 납은 뛰어난 엑스선 흡수 특성이 있어 통상적인 차폐물의 소재로 사용되나, 그 무게가 상당히 무거워 결과적으로 엑스선 기기의 휴대성을 제한한다. 본 발명의 엑스선 기기는 이 납 차폐물을 제거하여 엑스선 기기의 추가 구성요소에 대한 필요성을 낮추고 휴 대성을 강화한다. 대신, 절연 소재(예를 들면, 실리콘 고무) 내에 Z값이 높은 소재(high-Z material)가 분산되어 있다. Z값이 높은 소재는 모든 스트레이 엑스선을 흡수한다. Pb, W, Ta, Bi, Ba의 화합물(compound)나 이들의 혼합물(combination)을 포함하여, 해당 기술 분야에서 알려진 모든 Z값이 높은 소재가 사용될 수 있다.
절연 소재 내의 Z값이 높은 소재의 농도(concentration)는 예상되는 양만큼의 스트레이 엑스선을 흡수할 수 있는 정도이면 충분하다. 일반적으로, Z값이 높은 소재의 농도는 약 30wt%에서 약 60wt%까지 이를 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, Z값이 높은 소재의 농도는 약 45wt%-50wt%의 범위이다. 본 발명의 일 양태에서, 절연 소재는 금속 입자와 같이 열전도성을 최적화한다고 알려진 물질이나 고열전도성 물질의 함유물을 포함하고 있다.
본 발명의 엑스선 기기에는 작동자를 위한 선택적으로 차폐물(80)을 포함한다. 기기 작동 시, 엑스선이 환자의 치아와 같은 분석대상으로 종종 후방 산란하여 작동자를 쏘는 경우가 있다. 차폐물(80)은 이러한 비정상적 방사 피폭으로부터 작동자를 보호하기 위해 이용된다. 본 발명의 일 양태에서는, Pb로 충전된 아크릴 방사선 산란 차폐물(Pb-filled acrylic radiation scatter shield)이 사용된다.
본 발명의 엑스선 기기는 또한 엑스선 기기를 작동시키는 제어 수단도 구비하고 있다. 해당 기술 분야에 알려진 제어 수단이면 어떤 것이든 본 발명의 제어 수단으로 이용할 수 있다. 이러한 제어 수단의 예에는 노출 시간을 조정하기 위한 LED 판독(readout)이 있는 상하 화살표 멤브레인 스위치(up and down arrow membrane switches)를 포함한다. 표시기(indicator)는 "전원 온(power on)", "시작(start)", "엑스선 온(x-rays on)" 등의 LED 등을 포함할 수 있다. 도 1에 나타낸 본 발명의 일 양태에서, 제어 수단[제어기(70)]이 기기의 하우징(20)에 통합되어 있는 것을 볼 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 제어 수단[예를 들면 제어기(76)]은 기기의 외부에 존재하고, 케이블(72)( 도 3 참조)과 같이 알려져 있는 임의의 전기 연결 수단을 이용해서 기기의 다른 부분에 연결된다. 두 경우 모두 제어 수단은 트리거(trigger)(74)를 포함하는데, 이 트리거는 핸들(15)에 통합되어 있고, 작동자가 엑스선 노출을 시작(또는 종료)할 때 이용된다.
또한 본 발명에는 또한 엑스선 탐지 수단이 포함되어 있다. 엑스선 방사에 민감한 것으로 해당 기술 분야에서 알려져 있으면, 어떠한 탐지 수단이라도 본 발명에 사용될 수 있다. 이러한 탐지 수단의 예로는, 엑스선 수신기(receptor), 엑스선 필름, CCD 센서, CMOS 센서, TFT 센서, 촬상 플레이트, 이미지 증폭기(image intensifier) 등을 포함한다. 본 발명의 일 양태에서는, CCD 센서가 본 발명의 엑스선 기기에서 탐지 수단으로 사용된다.
엑스선 기기는 또한 탐지 수단이 탐지한 엑스선을 표시하는 수단을 구비할 수도 있다. 기기 작동자가 이해할 수 있는 방식으로 탐지된 엑스선을 표시하는 것이면 어떠한 디스플레이 수단이라도 본 발명에 사용될 수 있다. 디스플레이 수단의 예로는 필름, 촬상 플레이트, 및 음극선관(CRT)이나 액정 디스플레이(LCD) 스크린과 같은 디지털 영상 디스플레이가 사용될 수 있다. 본 발명에서의 일 양태에서는, 디스플레이 수단을 엑스선 흡수에 대한 농도계(densitometer)로서 사용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 디스플레이 수단은 엑스선 기기의 하우징에 통합되어 있다. 그러나 지나치게 큰 디스플레이 수단은 기기의 휴대성을 감소시키므로, 이러한 통합은 디스플레이의 크기를 제한할 것이다. 본 발명의 이 양태에서는, 액정 디스플레이(LCD) 스크린(60)을 포함하여, 충분한 해상도를 가진 소형 디스플레이 수단이라면 어떠한 것도 본 발명에 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 디스플레이 수단은 엑스선 기기의 외부에 위치한다. 이 양태에서는 규모가 큰 촬상(예를 들면, 의료용 또는 수의학용 촬상) 작업을 위해 별도의 촬상 플레이트(예를 들면. CMOS 또는 TFT 플레이트)를 사용할 수 있다. 별도의 촬상 플레이트는 해당 기술 분야에서 알려진 방식대로 엑스선 기기 본체에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 엑스선 기기(10)는 CCD 센서(50)와 같은 일체형 탐지 수단과 LCD 스크린(60)과 같은 일체형 디스플레이 수단을 모두 포함하여 엑스선 기기의 크기를 최소화하고 휴대성을 최적화할 수 있다. 탐지 수단과 디스플레이 수단은 엑스선 기기에 임시로 영상을 저장하는데 사용할 수 있다. 임시 영상 저장 용량이 다 차면, 해당 기술분야에 공지된 바와 같이, 선택적인 무선 또는 유선 연결이 영구 데이터베이스나 개인용 컴퓨터 등의 외부 전자 시스템에 원활한 갱신(seamless update)을 제공할 수 있다. 유선 또는 무선 연결은 해당 기술 분야에 알려진 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 양태에서는 진정한 의미의 휴대성과 선간 전압으로부터의 자유를 가져다주는 무선 연결을 사용한다.
//본 발명의 엑스선 기기는, 전술한 구성방식으로 기기에 부품들을 공급할 수 있는 모든 방법으로 제작될 수 있다.
하우징, 엑스선관, 탐지 수단(sensing means), 디스플레이 수단, 제어 수단, 방사선 차폐물, 전원, 변환 수단 등은 해당 기술 분야에 알려진 바와 같이, 그리고 앞서 언급한 문헌에 기술된 바와 같이 공급될 수 있다. 절연 소재는 필요한 양만큼의 Z값이 높은 물질(중금속의 산화물 등)을 절연 소재[실리콘의 A 부분과 B 부분을 함께 혼합했을 때의 실리콘 포팅 재료(silicone potting material)]에 혼합시켜 만들 수 있다. 결과로 얻어진 혼합물은 완전히 섞어서 포장 몰드(encapsulating mold)에 붓는 등의 방법으로 엑스선관 주변에 균일하게 공급한다. 이러한 방법으로 Z값이 높은 물질을 함유하는 절연 소재를 엑스선관을 둘러싼 층 전체에 균일하게 분포시킨다.
전원 공급 장치 제작 시, 그 과정을 두 개의 개별 전원 공급 장치를 이용하여 설명한다. 각 전원 공급 장치는, 그 접지 부분(grounded ends)이 엑스선관의 중앙 가까이에 위치하도록 배치된다. 하나의 전원 공급 장치에서 발생하는 양전압은 엑스선관의 한 쪽에 공급되고, 다른 전원 공급 장치에서 발생하는 음전압은 엑스선관의 다른 쪽에 공급된다. 이러한 배치에서, 최대 전압(예를 들면, 두 전압의 합)은 엑스선관의 총 길이를 따라 각각의 개별 전원 공급 장치로부터 절연되고, 접지로부터의 절연은 총 전압의 1/2만 되면 충분하다. 결과적으로 절연 경로(insulating paths) 역시 전체 길이의 1/2만 되면 충분하다.
엑스선 기기는 방사선 촬상을 제공할 수 있기만 하면 어떠한 방법으로도 작 동시킬 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 엑스선 기기는 기기의 제어 수단에 있는 적절한 버튼을 눌러 작동을 개시한다. 노출 시간 설정 후 "활성화(enable)" 버튼을 누른다. "활성화" 버튼은 작동자가 기계를 올바른 위치에 두고 트리거를 당길 때까지 엑스선 노출로부터 작동자를 보호하는 안전 스위치로 기능한다.
그 후 트리거를 당기면(또는 "시작" 버튼을 누르면), 전원 공급 장치(34)가 공급하는 고전압(HV)이 70kV(예를 들면 ,하나의 전원 공급 장치에서는 +35kV, 다른 전원 공급 장치에서는 -35kV 공급)까지 증가한다. HV 레벨이 적정 수준에 이르면 필라멘트가 최대 설정치에서 엑스선관에 필요한 방사 전류를 공급한다. 필라멘트는 작동자가 지정한 시간(예를 들면, 제어 수단을 이용하여 지정) 동안 이 레벨을 유지한다. 트리거를 당기면, 제어수단 LED의 시작 표시기에 불이 들어온다. 제어 수단 LED의 "엑스선 온(x-rays on)" 표시기에는 엑스선관에 방사 전류가 공급되는 시간 동안 내내 불이 들어온다. 추가적으로 엑스선이 방사됨을 표시하는 청각 신호가 사용될 수 있다.
트리거(74)를 누른 후, 노출 시간 동안 엑스선은 엑스선관(30)에서 방사되어 분석대상, 예를 들면 치과 진료 목적으로 엑스선 기기를 사용하는 경우는 환자의 치아에 닿는다. 엑스선 기기 표준에 부합되도록, 버튼 또는 트리거(74)는 노출 기간 내내 반드시 눌러져 있어야 한다. 노출 중, 엑스선은 해당 기술분야에 알려진 바와 같이 탐지 수단을 사용하여 대상을 분석하는데 사용된다. 그 다음 작동자는 분석 결과를 디스플레이 수단을 이용하여 관찰할 수 있고 선택적으로 외부 저장 장치에 영상을 다운로드할 수도 한다.
환자를 엑스선에 노출시킨 후에는 필라멘트를 끄고("엑스선 온" 표시기도 함께 끔) HV를 차단한다. HV가 차단되면 제어기의 LED에 있는 시작 표시기의 불이 꺼지고 엑스선 기기는 대기 상태로 된다. 본 발명의 일 양태에서 작동자는 다음 노출을 시작하기 전에 노출 시간을 다시 입력해야 할 수도 있다. 이러한 재입력 절차는 노출 시간 설정 후 제어 수단의 LED의 "준비(ready)" 표시기에 불이 들어오면 완료된다.
본 발명의 엑스선 기기는, 앞서 언급한 문헌에 설명된 모든 사항을 포함하여 추가적 선택 기능을 포함하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 배터리 수명을 높이기 위해 엑스선 기기는 엑스선 노출이 없으면, 2분 후 기기가 꺼지는 자동 꺼짐(automatic shut off) 기능을 이용할 수 있다. 기기에 추가할 수 있는 다른 특성으로는, 손상 위험을 완화하기 위하여 고충격 소재(예를 들면, 심한 충격에 대한 저항을 위해 설계된 ABS 또는 ABS와 기타 재료의 플라스틱 합금)로 만든 하우징 또는 섀시(20)(또는 12)를 제조하는 것을 들 수 있다.
본 발명의 엑스선 기기는 엑스선 분석 시스템의 일부분으로 이용될 수 있다. 시스템은 엑스선 기기 작동 또는 엑스선 분석을 돕는 어떠한 구성요소도 포함할 수 있고, 여기에는 방사선 영상 저장을 위한 외부 수단을 포함하여 상기 언급한 사항들이 포함된다. 또한 시스템은 하드 사이드(hard-side) 운반 용기, 업계 표준 강도의 삼각대, 원격 조종 패널(76)에 이용되는 3 m 길이의 공급선(umbilical cord)및 백업(back-up) 전원(40)을 포함할 수 있다. 마지막으로 시스템은 또한 위에서 언급한 문헌에 기술된 구성요소이면 어느 것이나 포함할 수 있다.
본 발명의 엑스선 기기는 종래의 기기에 비해 몇몇의 개선점을 제공한다. 첫째로는 통합된 전력 시스템을 들 수 있다. 전력 시스템은 막스 발생기(Marx generators)(펄스로 전력 공급)또는 전기 용량을 펄스로 공급하는(capacitively-pulsed) 시스템 대신 배터리에 의해 가동될 수 있으면서도 지속적으로 고전압을 공급한다. 따라서 엑스선 기기는 지속적으로 DC 고전압을 유지하면서 한 번에 고전류 방전을 몇 초 동안씩 내보내는 고전압을 발생시킬 수 있다. 배터리가 제공하는 고저장 용량은 10-20 앰프(amps)로 수 초 동안 지속되는 수백 회의 방전을 가능하게 한다. 치과용 목적을 포함한 대부분의 애플리케이션의 경우, 본 발명의 엑스선 기기는 매 노출시마다 1초 미만의 시간을 요한다.
그러나 종래의 대부분의 엑스선 기기는 외부 전원 공급 장치를 가지고 있다. 이러한 종래의 엑스선 기기에는 통합된 전원 공급 장치가 있으나 상기 언급된 고전류 부하(high current load)는 없다. 따라서 본 발명의 전력 시스템은 엑스선 노출 대상(예를 들면 환자)에 대한 엑스선 피폭량을 감소시키면서도 연속적인 방사 출력을 공급하고 향상된 품질의 영상을 얻을 수 있게 해 준다.
본 발명의 엑스선 기기에 있어 다른 향상된 점은 엑스선관 차폐물에 있다. 종래의 엑스선관은 액상유 용기(liquid oil encasement)와 납 차폐물(lead shielding)로 차폐되어 있는데, 이들 둘 다 부피가 크고 무겁다. 본 발명의 엑스선관에서는 이들 두 가지 부품을 모두 제거하였다. 대신에, Z값이 높은 물질을 함유하는 저밀도의 절연 소재를 포함하고 있다. 이러한 구성은 재료의 수를 줄이고 무게 또한 일반적으로 감소시킨다.
앞서 언급한 모든 변형(variation)에 더하여, 해당 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상과 범위 및 첨부된 청구범위를 벗어나지 않으면서, 기타 많은 변경 및 대안적 구성을 고안할 수 있다. 따라서 현재 가장 실용적이고 선호되는 발명의 바람직한 양태와 관련하여 본 발명을 구체적이고 자세하게 설명하였으나, 해당 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자들은 본 청구범위에서 규정한 원칙과 개념을 벗어나지 않는 범위에서 형태, 기능, 작동방법 등을 포함하나 이에 국한되지 않는 다수의 변경 작업을 실행할 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다.

Claims (24)

  1. 휴대용 엑스선 기기로서.
    엑스선 소스(source); 및
    통합 전력 시스템(integrated power system)
    을 포함하며,
    고전류 부하(high current load)를 가지는, 휴대용 엑스선 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템은 복수의 저전압 전원 공급 장치를 포함하는, 휴대용 엑스선 기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치 각각은 약 20-50kV 범위 내의 전력을 공급하는, 휴대용 엑스선 기기
  4. 제2항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템은 연속적인 고전압 DC 전력을 공급하는, 휴대용 엑스선 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    일체형 디스플레이 수단을 더 포함하는 휴대용 엑스선 기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 소스가 저밀도 절연 소재로 차폐되는, 휴대용 엑스선 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저밀도 절연 소재는 실리콘 또는 에폭시(epoxy)를 포함하는, 휴대용 엑스선 기기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 차폐물은 Z값이 높은 물질(high-Z substance)을 함유하는, 휴대용 엑스선 기기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 Z값이 높은 물질은 Pb, W, Ta, Bi, Ba의 화합물(compund) 또는 이들의 혼합물(combination)인, 휴대용 엑스선 기기.
  10. 핸드헬드형 엑스선 기기로서,
    저밀도 절연 소재로 차폐된 엑스선 소스; 및
    통합 전력 시스템
    을 포함하며,
    고전류 부하를 가지는, 핸드헬드형(handheld) 엑스선 기기.
  11. 제19항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템은, 각각이 약 20-50kV 범위 내의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 포함하는, 핸드헬드형 엑스선 기기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저밀도 절연 소재는 실리콘 또는 에폭시를 포함하는, 핸드헬드형 엑스선 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차폐물은 Pb, W, Ta, Bi, Ba의 합성물 또는 이들의 혼합물을 함유하는 Z값이 높은 물질을 포함하는, 핸드헬드형 엑스선 기기.
  14. 엑스선 소스, 및 통합 전력 시스템을 포함하고, 고전류 부하를 가지는, 휴대용 엑스선 기기를 포함하는 엑스선 분석 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템은, 각각이 약 20-50kV 범위 내의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 포함하는, 엑스선 분석 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 엑스선 소스가 저밀도 절연 소재로 차폐되어 있는, 엑스선 분석 시스템.
  17. 고전류 부하를 가지는 휴대용 엑스선 기기를 제조하는 방법으로서,
    엑스선 소스를 설치하는 단계; 및
    통합 전력 시스템을 설치하는 단계
    를 포함하는 휴대용 엑스선 기기의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템에, 각각 약 20-50kV 범위 내의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 설치하는 단계; 및
    상기 엑스선 소스에, Z값이 높은 물질을 함유하는 저밀도 절연 소재를 포함하는 차폐물을 설치하는 단계
    를 더 포함하는 휴대용 엑스선 기기의 제조 방법.
  19. 엑스선 소스 및 통합 전력 시스템을 포함하고, 고전류 부하를 가지는 휴대용 엑스선 기기를 설치하는 단계: 및
    상기 통합 전력 시스템을 사용하여 상기 엑스선 소스를 가동시키는 단계
    를 포함하는 분석 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템에, 각각이 약 20-50 kV 범위 내의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 설치하는 단계; 및
    상기 엑스선 소스에, Z값이 높은 물질을 함유하는 저밀도 절연 소재를 포함하는 차폐물을 설치하는 단계
    를 더 포함하는 분석 방법.
  21. 엑스선 소스 및 통합 전력 시스템을 포함하고, 방사선 촬상을 위한 고전류 부하를 가지는 휴대용 엑스선 기기를 설치하는 단계; 및
    엑스선이 환자의 치아에 인가되도록, 상기 통합 전력 시스템을 이용하여 상기 엑스선 소스를 가동시키는 단계
    를 포함하는 치의학용 촬상 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템에, 각각 약 20-50 kV 범위 내의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 설치하는 단계; 및
    상기 엑스선 소스에, Z값이 높은 물질을 함유하는 저밀도 절연 소재를 포함하는 차폐물을 설치하는 단계
    를 더 포함하는 치의학용 촬상 방법.
  23. 휴대용 엑스선 카메라로서,
    엑스선 소스; 및
    통합 전력 시스템
    을 포함하고,
    방사선 촬상을 위한 고전류 부하를 가지는, 휴대용 엑스선 카메라.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 통합 전력 시스템은, 각각이 약 20-50 kV의 전력을 공급하는 복수의 저전압 전원 공급 장치를 포함하고,
    상기 엑스선 소스는 Z값이 높은 물질을 함유하는 저밀도 절연 소재로 포함하는 차폐물을 포함하는, 휴대용 엑스선 카메라.
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