KR20090093815A - 멀티 ｘ선 발생장치 및 ｘ선 촬영장치 - Google Patents

멀티 ｘ선 발생장치 및 ｘ선 촬영장치

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KR20090093815A
KR20090093815A KR1020090013259A KR20090013259A KR20090093815A KR 20090093815 A KR20090093815 A KR 20090093815A KR 1020090013259 A KR1020090013259 A KR 1020090013259A KR 20090013259 A KR20090013259 A KR 20090013259A KR 20090093815 A KR20090093815 A KR 20090093815A
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오사무 츠지이
사토시 시미즈
타카시 오구라
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Abstract

2차원으로 배치된 복수의 전자원과, 이 복수의 전자원에 대향하는 위치에 배치된 타겟을 갖는 멀티 X선 발생장치는, 복수의 전자원을 포함하고, 공급된 구동신호에 따라 복수의 전자원을 선택적으로 구동해서 구동된 전자원으로부터 전자를 출력하는, 멀티 전자원과, 멀티 전자원으로부터 출력된 전자의 조사에 따라 X선을 발생하는 복수의 타겟을 포함하고, X선의 발생 장소에 따라 선질이 다른 X선을 출력하는, 타겟부를 포함한다. 멀티 전자원의 전자원의 선택적인 구동에 의해, 타겟부로부터의 X선의 발생 장소와 선질이 제어된다.

Description

멀티 Ｘ선 발생장치 및 Ｘ선 촬영장치{MULTI X-RAY GENERATING APPARATUS AND X-RAY IMAGING APPARATUS}
본 발명은, X선원을 사용하는 의료기기와 산업기기의 분야에 있어서의 비파괴 X선 촬영, 진단 등에 사용하는 멀티 X선 발생장치와 이 멀티 X선 발생장치를 사용하는 X선 촬영장치에 관한 것이다.
일반적으로, X선관은 전자원으로서 열전자원을 사용하고, 높은 온도로 가열된 필라멘트로부터 방출되는 열전자를 웨넬트(Wehnelt) 전극, 인출전극, 가속 전극, 및 렌즈 전극으로 전달하여, 전자빔을 고에너지 전자빔으로 가속한다. 그리고, X선관은 원하는 형상으로 전자빔을 형성한 후에, 금속으로 이루어진 X선 타겟에 빔을 조사해서 X선을 발생시키고 있다.
최근, 이 열전자원을 대신하는 전자원으로서 냉음극형 전자원이 개발되고 있고, 플랫 패널 디텍터(Flat Panel Detector;FPD)와의 조합의 응용으로서 널리 연구되고 있다. 냉음극의 대표적인 것으로서, 수10nm의 사이즈를 갖는 바늘의 선단에 고전계를 인가해서 전자를 추출하는 스핀트(Spindt)형의 전자원이 알려져 있다. 또한, 카본 나노튜브(Carbon NanoTube;CNT)를 재료로서 이용하는 전자 이미터(emitter)와, 유리 기판의 표면에 나노미터(nm) 오더의 미세구조를 형성하여, 전자를 방출하는 표면 전도형 전자원 등이 있다.
이러한 전자원의 응용으로서, 스핀트형 전자원이나 카본 나노튜브형 전자원을 사용하여 단일의 전자빔을 형성해서 X선을 추출하는 기술이, 일본국 공개특허공보 특개평09-180894호 및 일본국 공개특허공보 특개2004-329784호에 제안되어 있다. 그리고, 이들의 냉음극 전자원을 복수 사용해서 멀티 전자원으로부터의 전자빔을 X선 타겟에 조사해서 X선을 발생시키는 기술도, 일본국 공개특허공보 특개평08-264139호와, Applied Physics Letters 86, 184104(2005), J.Zhang "Stationary scanning x-ray source based on carbon nanotube field emitters"에 기재되어 있다. 또한, 멀티 X선원으로부터의 X선 빔을 상호 간섭이 없는 특성이 좋은 멀티 X선 빔으로 형성하는 X선 장치가, 일본국 공개특허공보 특개2007-265981호에 기재되어 있다.
종래부터 이용되고 있는 단초점의 X선원으로서, 회전 타겟형의 X선원이 이용가능하다. 이 X선원을 사용해서 서로 다른 선질(radiation quality)의 X선을 발생하는 방법이 제안되어 있다. 그 구체적인 방법으로서, 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 하나의 회전 타겟(101)에 2종류의 타겟 재료 102, 102a를 배치해서 각각 전자빔을 조사하는 방법이, 일본국 공개특허공보 특개평05-028939호 및 일본국 공개특허공보 특개평05-036368호에 기재되어 있다. 또한, 일본국 공개특허공보 특개평01-204649호에는, 하나의 회전 타겟의 양면에 다른 타겟 재료를 배치해서 선질이 다른 X선을 발생하는 방법과, 그 응용 방법이 기재되어 있다.
단초점의 X선원으로서 대표적인 회전 타겟형의 X선원에 있어서는, 전자원이나 타겟 구조 등의 형상에 의한 제약 때문에, 하나의 선관으로부터 취득할 수 있는 선질의 종류의 수는 2종류 정도로 한정되어 있다. 또한, X선원의 초점의 수도 2초점 정도로 한정되기 때문에, 피사체의 부위와 형상에 따라 선질과 선량(dose)을 조정하는 것이 곤란해서, 질이 높은 X선 화상을 얻는 것이 어려웠다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 예시적인 실시 예는 X선원에 있어서의 선질과 조사위치의 선택의 자유도를 증대시킴으로써 낮은 선량으로 높은 콘트라스트의 X선 화상을 고속으로 얻을 수 있는 X선 발생장치 및 X선 촬영장치를 제공한다.
본 발명의 일 국면에 따른 멀티 X선 발생장치는 2차원으로 배치된 복수의 전자원을 포함하고, 공급되는 구동신호에 따라 상기 복수의 전자원을 선택적으로 구동함으로써 구동된 전자원들로부터 전자들을 출력하는 멀티 전자원과, 상기 복수의 전자원에 대향하도록 2차원으로 배치된 복수의 타겟을 포함하고, 상기 멀티 전자원으로부터 출력된 전자들의 조사에 따라 X선을 발생하며, X선의 발생 장소에 따라 선질이 다른 X선을 출력하는 타겟부를 구비하고, 상기 멀티 전자원에 있어서의 전자원들의 선택적인 구동에 의해, 상기 타겟부로부터의 X선의 발생 장소와 선질이 제어된다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따른 X선 촬영장치는 상기에 기재된 멀티 X선 발생장치와, 상기 멀티 X선 발생장치로부터 출력되어 검출면에 도달한 X선의 선량에 대응한 전기신호를 생성하는 2차원 X선 검출기와, 구동조건에 따라 구동신호를 생성하고, 그 구동신호를 상기 멀티 전자원에 공급함으로써 각 전자원을 구동하는 구동수단을 구비한다.
본 발명의 그외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 멀티 X선 발생장치의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 2는, 소자 기판의 평면도다.
도 3a는, 전자방출소자의 일례로서의 스핀트형 소자의 구성 예를 나타내는 도면이다.
도 3b는, 전자방출소자의 일례로서의 카본 나노튜브형 소자의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 3c는, 전자방출소자의 일례로서의 표면 전도형 소자의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 4는, 멀티 전자방출소자의 전압-전류특성을 나타내는 그래프다.
도 5a는, 멀티 타겟을 이용하는 투과형 타겟의 구성 예를 나타내는 평면도다.
도 5b는, 멀티 타겟을 이용하는 투과형 타겟의 구성 예를 나타내는 단면도다.
도 6은, 멀티 타겟 방식에 있어서의 X선 스펙트럼의 예를 나타내는 도면이다.
도 7a는, 멀티 필터를 이용하는 투과형 타겟의 구성 예를 나타내는 평면도다.
도 7b는, 멀티 필터를 이용하는 투과형 타겟의 구성 예를 나타내는 단면도다.
도 8은, 멀티 필터를 이용하는 투과형 타겟의 X선 스펙트럼의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 제3 실시 예에 따른 투과형 타겟의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 10은, 제3 실시 예에 따른 X선 촬영장치의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 11은, 제3 실시 예에 따른 X선 촬영장치의 조사부를 설명하는 도면이다.
도 12는, 제4 실시 예에 따른 멀티 X선 촬영장치의 전체구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 13은, 선질이 서로 다른 X선을 발생할 수 있는 X선 발생장치의 종래 예를 도시한 도면이다.
도 14는, 제4 실시 예의 제어부에 의한 X선 촬영 처리를 설명하는 플로차트다.
이하, 첨부의 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
[제1 실시 예]
도 1은 멀티 X선원으로서의 멀티 X선 발생장치(10)의 구성 예를 도시한 도면이다. 도 1에 있어서, 진공 챔버(11) 내에는, 멀티 전자원으로서의 멀티 전자빔 발생부(12)와, 멀티 X선원으로서의 투과형 타겟(13)이 배치되어 있다. 멀티 전자빔 발생부(12)는, 소자 기판(14)과, 그 위에 복수개의 전자방출소자(15)가 배열된 소자 어레이(16)로 구성된다. 전자방출소자(15)는 전자원으로서 기능한다. 구동부(17)는 전자방출소자(15)의 구동을 제어한다. 전자방출소자(15)로부터 방출된 전자빔 e를 제어하기 위해서 절연체(18)에 고정된 렌즈 전극(19)과 애노드 전극(20)이 설치된다. 이들의 렌즈 전극(19) 및 애노드 전극(20)에는, 고전압 도입부 21, 22를 거쳐서 고전압이 공급된다.
발생한 전자빔 e가 충돌하는 투과형 타겟(13)은, 전자빔 e에 따라 이산적으로 배치되어 있다. 투과형 타겟(13)에 중금속으로 이루어진 진공 챔버 X선 차폐판(47)이 설치된다. 이 진공 챔버 X선 차폐판(47)에는 X선 추출부(24)가 설치된다. X선 추출부(24)와 대향하는 진공 챔버(11)의 벽부(25)에는, X선 투과막(26)을 구비한 X선 추출창(27)이 설치된다.
전자방출소자(15)로부터 발생한 전자빔 e는, 렌즈 전극(19)의 렌즈 작용을 받고, 애노드 전극(20)의 투과형 타겟(13)의 부분에 의해 최종전위 레벨로 가속된다. 투과형 타겟(13)에 의해 발생한 X선 빔 x은 X선 추출부(24)를 통과하고, X선 추출창(27)을 통해서 대기 중에 추출된다.
전자방출소자(15)는 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 소자 어레이(16) 위에 이차원적으로 배열되어 있다. 최근의 나노테크놀러지(nanotechnology)의 진보에 따라, 미리 결정된 위치에 나노미터(nm) 사이즈의 미세한 구조체를 디바이스 프로세스에 의해 형성하는 것이 가능하다. 전자방출소자(15)는 이 나노테크놀러지를 사용해서 제작될 수 있다. 이들 전자방출소자(15)의 전자방출량은, 구동부(17)를 거쳐서 (후술하는) 구동신호 S1, S2에 의해 개별적으로 제어된다. 다시 말해, 구동신호 S1, S2를 매트릭스 신호로서 사용해서 소자 어레이(16)의 전자방출소자(15)의 전자방출량을 개별적으로 제어함으로써 각 X선 빔의 온/오프를 제어할 수 있게 된다.
도 3a∼3c는, 전자방출소자(15)로서 사용가능한 소자구조의 예의 몇몇을 나타내는 도면이다. 도 3a는 스핀트형의 전자원으로서 대표되는 원추형의 니들(conical needle)을 갖는 전자방출소자(15)의 구성을 도시한 도면이다. Si로 이루어진 소자 기판(31) 위에 절연체(32)와 인출전극(33)이 설치된다. 전극의 중심에 있어서의 ㎛ 사이즈의 홈에 금속이나 반도체 재료로 이루어진 수10nm의 선단 직경의 원추형의 이미터(34)가 디바이스 제작의 프로세스를 사용해서 형성된다.
도 3b는, 카본 나노튜브형의 전자방출소자(15)의 구성을 도시한 도면이다. 이미터(35)의 재료로서, 수10nm의 미세한 구조체를 갖는 카본 나노튜브를 사용한다. 이미터(35)가, 소자 기판(31) 위의 인출전극(36)의 중심에 형성되어 있다.
이러한 스핀트형 소자와 카본 나노튜브형 소자의 인출전극 33 및 인출전극 36에 수10∼수100V의 전압을 인가하는 경우, 이미터 34, 35의 선단에 고전계가 인가됨으로써, 전계방출현상에 의해 전자빔 e가 방출된다.
도 3c는 표면 전도형의 전자방출소자(15)의 구성을 도시한 도면이다. 유리소자 기판(39) 위에 형성된 박막전극(37)의 간극에, 나노 입자로 이루어진 미세한 구조체가 이미터(38)로서 형성되어 있다. 이 표면 전도형 소자의 전극들 사이에 10수V의 전압을 인가하는 경우, 전극 사이의 미립자로 형성된 미세한 갭에 고전계가 인가된다. 그것에 의해서 전도 전자가 발생한다. 동시에, 진공 중에 전자빔 e가 방출되어, 비교적 저전압으로 전자방출을 제어할 수 있다.
도 4는, 도 3a∼3c를 참조하여 상기 설명한 스핀트형 소자, 카본 나노튜브형 소자, 표면 전도형 소자 중의 일부를 사용했을 때의 스핀트형 소자, 카본 나노튜브형 소자, 및 표면 전도형 소자의 전압-전류 특성의 차이의 예를 나타내고 있다. 복수의 전자방출소자의 각각으로부터 일정한 방사 전류를 얻기 위해서는, 평균의 구동전압 Vo을 보정전압 △Ⅴ으로 보정해서 얻은 전압을, 구동전압으로서 전자방출소자(15)에 공급한다. 이것에 의해 전자방출소자(15)로부터의 이미션 전류의 변동을 보정할 수 있다.
또한, 전자방출소자의 구성은 전술한 것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 상기의 전자방출소자 이외의 멀티 X선 빔 발생용의 전자원으로서, MIM(Metal Insulator Metal)형 소자 및 MIS(Metal Insulator Semiconductor)형 소자를 사용할 수 있다. 또한, 반도체의 PN 접합형 전자원, 쇼트키(Schottky) 접합형 전자원, 나노탄소섬유로 이루어진 카본계 박막의 전자원 등, 모든 타입의 냉음극형 전자원을, 멀티 X선 빔 발생용의 전자원으로서 사용하는 것이 가능하다.
상기의 냉음극형 전자 방출소자를 전자원으로서 사용하는 X선 발생장치는, 캐소드를 가열하지 않고 실온에서 전자방출소자에 전압을 공급함으로써 전자를 방출한다. 따라서, 이 장치는 X선 발생을 위한 대기 시간을 필요로 하지 않는다. 또한, 캐소드를 가열하기 위해서 전력을 필요로 하지 않기 때문에, 멀티 X선원을 사용해서도 저소비 전력형의 X선원을 제작할 수 있다. 이들 전자방출소자로부터의 전류는 구동전압을 이용하는 고속구동 동작에 의해 온/오프 제어될 수 있기 때문에, 전자방출소자를 선택적으로 구동하는 것이 가능하고, 또한 고속 응답 동작을 행하는 것이 가능한 멀티 어레이형의 X선원을 제작할 수 있다.
본 실시 예의 투과형 타겟(13)은, 멀티 전자원으로서의 멀티 전자빔 발생부(12)로부터 출력되는 전자의 조사에 따라 X선을 발생하는 복수의 타겟을 포함하고, X선의 발생 장소에 따라 서로 다른 선질의 X선을 출력하는 타겟부로서 기능한다. 도 5a, 5b는, 멀티 X선 발생장치(10)에 있어서, 발생하는 X선의 선질을 선택 가능하게 하는 멀티 X선원(타겟부)의 구성을 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 5a, 5b는, 제1 실시 예에 따른 투과형 타겟(13)의 구성을 설명하는 도면이며, 멀티 타겟의 일례를 나타낸 도면이다. 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, 멀티 타겟을 적용한 투과형 타겟(13)은, 도 1의 전자방출소자(15)에 대향하는 위치에 배치되어 있는 복수의 타겟을 갖는다. 이들의 타겟은, 타겟 A41 및 B42의 재료와 다른 재료로 구성되어 있다. 도 5b는, 도 5a에 나타낸 투과형 타겟(13)의 단면도다. 각각의 타겟 A41 및 B42는 기판(45) 위에 있는 X선/반사 전자빔 차폐판(46)과 진공 챔버 X선 차폐판(47)과의 사이에 삽입되어 있다. 투과형 타겟(13)을, X선/반사 전자빔 차폐판(46)과 진공 챔버 X선 차폐판(47)과의 사이에 밀착성 좋게 삽입함으로써 타겟에 의해 발생하는 열을 효율적으로 방산할 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 복수의 전자방출소자(15)로부터 전자빔 e가 방출되는 위치를 지정하는 것으로 다른 종류의 타겟으로부터 X선을 추출할 수 있다. 다시 말해, 투과형 타겟(13)은, X선의 발생 장소에 따라 선질이 다른 X선을 출력한다. 이 때문에, 본 실시 예의 멀티 X선 발생장치(10)는, 하나의 X선관에서 여러가지의 에너지 특성을 가진 X선을 발생시킬 수 있다. 도 6은, 본 실시 예의 멀티 타겟을 사용한 멀티 X선 발생방법에 의해 발생하는 X선 스펙트럼을 에너지와 선량의 특성으로 나타낸 그래프이다. 도 6은, 타겟 A41과 B42로부터 발생하는 X선 스펙트럼을 나타내고 있다. 타겟 재료들 사이의 원자 번호의 차로 인해, 특성 X선 A와 특성 X선 B와의 에너지가 다르게 되기 때문에, 전자빔의 가속 전압(최대 에너지 Eo)이 같아도 실효 에너지가 다른 X선의 선질을 얻을 수 있다. 타겟 재료의 조합을, 대표적인 Cu, Mo, Rh, Pd, Sn, Ta, W, Pt, Au 등의 금속 원소의 조합으로부터 선택할 수 있다. 또한, 그 밖의 원소 또는 합금의 조합을 이용하는 것도 괜찮다는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 제1 실시 예에 따른 멀티 X선 발생장치는, 종래의 X선관을 사용하는 방법과 비교해서 용이하게 선질을 선택할 수 있기 때문에, 고화질의 X선 화상을 용이하게 얻을 수 있다.
[제2 실시 예]
제1 실시 예에서는, X선의 발생 장소에 따라 서로 다른 선질의 X선을 출력하는 투과형 타겟(13)을 멀티 타겟에 의해 실현했다. 제2 실시 예에서는 그러한 투과형 타겟을, X선에 대하여 서로 다른 X선 흡수 특성을 갖는 복수의 필터가 배치된 멀티 필터에 의해 실현하는 경우를 설명한다.
도 7a, 7b는, 제2 실시 예에 따른 투과형 타겟(13)의 구성 예를 나타내는 도면이고, X선 흡수판으로서의 멀티 필터를 사용한 예를 나타낸 것이다. 도 7a에 나타나 있는 바와 같이, 투과형 타겟(13)에 있어서, 전자방출소자(15)에 대향하는 타겟 위치에, 필터가 독립적으로 배치되어 있다. 이들 필터 A43 및 B44은, 다른 재료로 이루어져 있다. 도 7b는, 이 투과형 타겟(13)의 단면도다. 필터 A43 및 B44로 이루어진 멀티 필터는, 전자빔이 조사되는 타겟 기판(48)과 반대측의 기판(45)의 표면에 배치되고, 진공 챔버 X선 차폐판(47)과 기판(45)과의 사이에 직접 멀티 필터가 삽입되어 있다. 이러한 구조는, 전자방출소자(15)로부터 방출된 전자빔 e의 위치를 지정하는 것으로 다른 필터 위치로부터의 X선을 추출하는 것이 가능하다. 따라서, 같은 종류의 타겟으로부터 발생한 X선이 필터 A43 및 B44을 투과함으로써 하나의 X선관이 X선 흡수 특성의 차이에 의해 다른 X선 스펙트럼을 얻을 수 있다.
도 8은, 이 멀티 필터를 사용함으로써 취득한 X선 스펙트럼을 나타낸 것으로, 좀더 구체적으로 필터 A 및 B을 통과한 X선의 스펙트럼을 나타내고 있다. 도 8은, 저에너지측의 스펙트럼을 필터 A 및 B로 커트했을 경우를 나타낸다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 다른 실효 에너지는 투과된 X선의 실효 에너지로서 취득될 수 있다. 필터 A 및 B에 대해서 재료의 대표적인 조합으로서 Mo 및 Cu를 설정했을 경우, 필터 A는, 특성 X선과 근접한 저에너지측의 선량(dose)을 커트한다. 반면, 필터 B는 특성 X선으로부터 다소 떨어진 위치로부터 선량을 커트한다. 이들 필터에 대해서 재료와 재질의 두께를, 바람직한 스펙트럼에 따라 자유롭게 선택할 수 있기 때문에, 이 멀티 필터를 사용하는 것으로 실효 에너지가 다른 X선 스펙트럼을 자유롭게 형성할 수 있다.
상기의 멀티 타겟 및 멀티 필터의 재료와 그 조합은 자유롭게 설정 가능하고, X선의 촬영 조건에 따라 그러한 재료들을 조합하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 실시 예의 멀티 타겟과 제2 실시 예의 멀티 필터를 조합하여, 보다 다양한 X선 스펙트럼의 X선을 발생하는 것도 가능하다.
이상과 같은 제2 실시 예에 따른 멀티 X선 발생장치는, 종래의 X선관을 사용하는 방법과 비교해서 용이하게 실효 에너지가 다른 X선(선질이 다른 X선)을 선택할 수 있어, 고화질의 X선 화상을 용이하게 얻을 수 있다.
[제3 실시 예]
다음에, 이 멀티 선질의 특징을 갖는 X선원을 응용한 예에 대해서, 도 9 내지 도 11을 사용하여 설명한다. 도 9는, 제3 실시 예에 따른 투과형 타겟(13)을 나타낸 도면이다. 본 실시 예에서는 제2 실시 예에서 설명한 멀티 타겟과 제1 실시 예에서 설명한 멀티 필터를 조합해서 투과형 타겟(13)을 구성한 경우를 예시하고 있다.
제3 실시 예의 투과형 타겟(13)은, 피사체의 조사 조건에 적합하도록, 멀티 타겟과 멀티 필터를 조합함으로써 취득된다. 이 경우에서는, X선의 선질의 내림차순(실효 에너지의 내림차순)으로, 즉 (3), (2), (1)의 순으로 필터가 배열되어 있다. 타겟군 A, B, C의 각각에 있어서는, 선질의 내림차순으로 순차적으로 위쪽으로(c으로부터 a로) 타겟이 배열되어 있다. 다시 말해, 도 9에 나타낸 투과형 타겟(13)에 있어서는, 복수 종류의 다른 타겟이 주기적으로 배치되어 있다. 또한, 특성이 다른 필터들을 주기적으로 배치해도 된다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 타겟군 (1), (2), (3)을, 선질의 내림차순으로, 즉 (3)→(2)→(1)의 순으로 배치한다. 선질의 내림차순으로, 즉 c→b→a의 순으로 다른 필터를 배열해도 된다. 이렇게 타겟군 중에 주기적으로 다른 X선을 발생하는 장소를 배열함으로써 개개의 X선원으로부터의 X선의 선질을 X선 조사 조건에 따라 변경하면서 X선을 피사체에 조사하는 것이 가능해진다.
이와 같이 구성된 멀티 X선 발생장치(10)는, 도 10에 나타나 있는 바와 같은 맘모그라피(mammography)의 X선 촬영장치에 적용할 수 있다. 이 X선 촬영장치에서는, 도 9에 나타나 있는 바와 같은 투과형 타겟(13)을 구비한 멀티 X선 발생장치(10), 2차원의 X선 센서(54), 및 피사체(55)를 압박하는 압박판(56)이, 지지대(57)에 장착되어 있다. 2차원의 X선 센서(54)는, 피사체(55)를 거쳐서 검출면에 도달한 X선의 선량에 따라 전기신호를 생성하는 2차원 X선 검출기다. 피사체(55)의 X선 투과도는, 도 10에 있어서 우측에서 좌측으로 증가하기 때문에, 이 방향으로 X선의 실효 에너지를 감소시키도록 필터를 배열하면((3)→(1)), 조사 전영역을, 최적의 X선 선질로 촬영할 수 있다. 이렇게 조사 전영역을 최적의 X선 선질로 촬영하는 것은, 노출량을 저감하는 것과, 높은 콘트라스트 X선 화상을 얻는데 있어서 매우 유효하다.
도 11은, 도 10의 X선 촬영장치를 다른 각도에서 나타낸 도면으로, 좀더 구체적으로, 멀티 X선 발생장치의 이점을 이용해서 타겟군 B와 타겟군 C로부터의 각도가 다른 X선을 사용해서 단층촬영을 행하는 경우를 도시한 도면이다. 이 경우에, 타겟군 B 및 C에 있어서의 조사 조건에 따라 피사체에 X선을 비스듬히 조사하기 때문에, 타겟군 A에서 선택된 X선 선질과 다른 X선 선질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시 예에 따른 멀티 X선 발생장치는, 그러한 X선 조사를 용이하게 실현할 수 있다.
[제4 실시 예]
도 12는 멀티 선질 기능을 갖는 멀티 X선 발생장치(10)를 구비한 멀티 X선 촬영장치의 구성 예를 도시한 도면이다. 이 촬영장치에 있어서, 도 1에 나타낸 멀티 X선 발생장치(10)의 전방에는, X선 강도 측정부(71)를 구비한 투과형 X선 검출기(72)가 배치되어 있다. 또한, 이 장치는, 멀티 X선 발생장치(10)에서 출력되고 (도면에 나타내지 않은) 피검체를 거쳐서 검출면에 도달한 X선의 선량에 대응한 전기신호를 생성하는 2차원 X선 검출기(73)를 포함하고 있다. X선 강도 측정부(71)는, X선 추출창(27)마다 설치된다. 투과형 X선 검출기(72) 및 2차원 X선 검출기(73)는 각각 X선 검출 신호 처리부 74 및 75를 거쳐서 제어부(76)에 접속되어 있다. 제어부(76)의 출력은 전자방출소자 구동회로(77)를 거쳐서 구동부(17)에 접속되어 있다. 제어부(76)의 출력은 또한 고전압 제어부 78 및 79를 거쳐서 각각 렌즈 전극(19) 및 애노드 전극(20)의 고전압 도입부 21 및 22에 접속되어 있다.
투과형 타겟(13)으로부터 발생한 X선 빔 x은, 벽부(25)에 설치된 X선 추출창(27)을 통해서 멀티 X선 빔 x로서 대기중에 추출된다. 그리고나서, X선 빔 x은 X선 강도 측정부(71)를 향한다. X선 빔 x은, 투과형 X선 검출기(72)의 X선 강도 측정부(71)를 투과한 후에 X선 빔 x이 피검체에 조사된다. 2차원 X선 검출기(73)는 피검체를 투과한 X선 빔 x을 검출하여 피검체의 화상을 얻는다.
X선 선량을 감소시켜서 높은 콘트라스트 화상을 얻기 위해서는, 피사체 정보에 의거하여 X선의 선질과 선량을 최적화하는 것이 필요하다. 제어부(76)는, 도 4에 나타나 있는 바와 같은 전자방출소자(15)의 전압-전류특성 데이터와 피검체의 부위의 두께를 기초로 낮은 선량으로 최적의 콘트라스트를 얻기 위해 사용되는 멀티 전자빔 발생부(12)의 구동정보를 홀드한다. 그리고, 제어부(76)는, (도면에 나타내지 않은) 입력장치로부터 유저에 의한 촬영 부위의 지정과 촬영 부위의 두께 등의 정보를 수신하면, 구동정보를 참조하여, 멀티 전자빔 발생부(12)의 각 전자방출소자(15)의 구동조건(구동의 필요성, 인가전압 등)을 결정한다. 그리고나서, 제어부(76)는 결정된 구동조건에 따라, 전자방출소자 구동회로(77)를 제어한다. 전자방출소자 구동회로(77)는, 제어부(76)의 제어 하에서, 구동신호 S1, S2을 발생하고, 이들을 구동부(17)에 공급한다. 또한, 제어부(76)는, 실제로 발생한 X선의 강도를, X선 강도 측정부(71) 및 X선 검출신호 처리부 74에 의해 측정하고, 각 전자방출소자의 구동전압을 보정한다. 이에 따라, 피검체의 각 부위의 X선 화상을, 최적의 X선 조사 조건에 따른 설정으로 촬영할 수 있다.
또한, 제어부(76)는, X선 강도 측정부(71)가 취득한 측량 결과인 X선의 강도에 의거하여 2차원 X선 검출기(73)로부터의 각 신호를 보정한다. 다시 말해, 제어부(76)는, X선 강도 측정부(71)가 취득한 측정 결과에 의거하여 선질이 다른 X선의 선량에 대응한 전기신호를 수치 처리해서 X선 화상을 형성한다. 동질(homogeneous) 피검체를 다른 선질로 촬영했을 경우, 취득한 X선 화상은 피검체에 조사되는 X선이 다른 실효 에너지를 갖기 때문에 콘트라스트가 다른 화상으로서 관측된다. 이 이유 때문에, 이 장치는 선질이 달라도 콘트라스트가 동일한 화상을 얻도록 취득 화상마다 콘트라스트의 범위를 보정(압축/ 확대)하는 처리를 행하고 있다. 이에 따라 X선 선질의 차이에 의한 X선 화상에의 영향을 배제할 수 있다. 또한, 이 장치가 투과형 X선 검출기(72)를 구비하고 있지 않은 경우에는, 제어부(76)는, 제어부(76) 자신이 지시한 각 전자방출소자의 구동상태와, 각 전자방출소자의 전압전류특성과, 타겟 및 필터의 종류에 의거하여 2차원 X선 검출기(73)로부터의 각 신호를 보정해도 된다. 다시 말해, 제어부(76)는, 멀티 전자원에 있어서의 각 전자원의 구동조건에 의거하여 선질이 다른 복수의 X선의 선량에 대응한 전기신호를 수치 처리해서 X선 화상을 형성한다.
도 14는, 제어부(76)에 의한 X선 촬영 처리의 순서를 설명하는 플로차트이다. 스텝 S1401에 있어서, 제어부(76)는 (도면에 나타내지 않은) 조작부를 거쳐서 유저가 지시한 촬영 부위를 수신한다. 스텝 S1402에 있어서, 제어부(76)는, 멀티 전자빔 발생부(12)의 구동정보를 참조하여, 멀티 전자빔 발생부(12)의 구동조건(구동 패턴)을 설정한다. 구동정보 테이블(1400)에는, 촬영 부위와 구동조건(패턴 정보)이 쌍을 이루어서 등록되어 있다. 촬영 부위를 특정하는 것으로 대응하는 구동조건을 얻을 수 있다. 구동조건에는, 멀티 전자빔 발생부(12)의 복수의 전자방출소자의 각각의 ON/OFF 정보, 인가하는 전압(전류), X선의 선질을 결정하는 타겟/필터 정보 등이 포함되어 있다.
스텝 S1403에 있어서, 제어부(76)는, 스텝 S1402에서 취득한 구동조건 하에서 멀티 전자빔 발생부(12)를 구동하는 전자방출소자 구동회로(77)를 제어한다. 스텝 S1404에 있어서, 제어부(76)는, 상기 구동 동작에 따라 X선 강도 측정부(71)의 측정 결과로서, X선 강도의 분포를 취득한다. 스텝 S1405에 있어서, 제어부(76)는 상기 구동동작에 따라 2차원 X선 검출기(73)의 검출 결과로서, X선 검출신호 처리부 75로부터 X선 검출 신호를 취득한다. 스텝 S1406에 있어서, 제어부(76)는, X선 강도의 분포를 사용해서 X선 검출 신호를 보정하고, 보정된 X선 검출 신호를 사용해서 X선 화상 데이터를 생성한다. 스텝 S1407에 있어서, 제어부(76)는 X선 강도의 분포에 의거하여 구동정보 테이블(1400)의 구동조건을, 필요에 따라 수정한다. 예를 들면, 측정된 X선의 강도분포와, 지정된 촬영 부위에 대하여 요구되는 X선 강도분포와의 사이에 차이가 있을 경우에, 그 차이를 해소하도록 구동조건을 수정한다.
이상과 같이, 제4 실시 예에 따른 멀티 X선 발생장치(10)를 사용한 X선 촬영장치는, 피검체와 그 부위의 조건에 따라, 최적의 X선 스펙트럼을 발생하도록 전자방출소자 구동회로(77)의 구동조건과 구동하는 소자영역을 설정한다. 다시 말해, 피 검체와 그 부위의 조건에 따라 전자방출소자의 구동조건을 지정할 수 있는 선질 가변형의 평면형 X선원을 구비한 X선 촬영장치를 실현할 수 있다.
이상과 같이, 제3, 제4 실시 예에 의하면, 피사체의 형상 정보와 부위정보마다 X선의 흡수 조건과 조사 각도에 따라, 최적의 선질의 X선을 선택해서 피사체에 조사할 수 있다. 이 때문에, 저선량으로 고콘트라스트의 X선 화상을 형성하는 X선 촬영장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, X선원에 있어서의 선질과 조사 위치의 선택의 자유도를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시 예를 참조하면서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 이하의 청구범위는 모든 변경 및 균등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 멀티 X선 발생장치로서,
    2차원으로 배치된 복수의 전자원을 포함하고, 공급되는 구동신호들에 따라 상기 복수의 전자원을 선택적으로 구동함으로써 구동된 전자원들으로부터 전자들을 출력하는 멀티 전자원과,
    상기 복수의 전자원에 대향하도록 2차원으로 배치된 복수의 타겟을 포함하고, 상기 멀티 전자원으로부터 출력된 전자들의 조사에 따라 X선을 발생하며, X선의 발생 장소에 따라 선질이 다른 X선을 출력하는 타겟부를 구비하고,
    상기 멀티 전자원에 있어서의 전자원들의 선택적인 구동에 의해, 상기 타겟부로부터의 X선의 발생 장소와 선질이 제어되는 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 타겟은 서로 다른 재료로 이루어진 적어도 2종류의 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟부에 있어서 서로 다른 재료로 이루어진 타겟들이 주기적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟부는, 상기 복수의 타겟에 대응한 복수의 필터를 포함하고, 상기 복수의 필터는, X선에 대하여 서로 다른 특성을 갖는 적어도 2종류의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 필터는, 서로 다른 특성을 갖고 주기적으로 배치되어 있는 필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전자원의 각각은, 냉음극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티 X선 발생장치.
  7. X선 촬영장치로서,
    청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 멀티 X선 발생장치와,
    상기 멀티 X선 발생장치로부터 출력되어 검출면에 도달한, X선의 선량에 대응한 전기신호를 생성하는 2차원 X선 검출기와,
    구동조건에 따라 구동신호를 생성하고, 그 구동신호를 상기 멀티 전자원에 공급함으로써 각 전자원을 구동하는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    촬영하는 부위의 정보에 의거하여 상기 멀티 전자원에 있어서의 각 전자원의 구동조건을 설정하는 설정수단을 더 구비하고,
    상기 구동수단은, 상기 설정수단에 의해 설정된 구동조건에 따라, 상기 멀티 전자원의 각 전자원을 구동하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 멀티 X선 발생장치와 피검체와의 사이에서 상기 멀티 X선 발생장치로부터 출력된 X선의 강도를 측정하는 측정수단을 더 구비하고,
    상기 구동수단은, 상기 측정수단에 의해 취득된 측정 결과에 의거하여 촬영하는 부위에 대응한 구동조건을 보정하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차원 X선 검출기에 의해 생성된 전기신호로부터 X선 화상을 생성하는 생성수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티 X선 발생장치와 피검체와의 사이에서 상기 멀티 X선 발생장치로부터 출력된 X선의 강도를 측정하는 측정수단을 더 구비하고,
    상기 생성수단은, 선질이 다른 X선의 선량에 대응한 전기신호들을, 상기 측정 수단에 의해 취득된 측정 결과에 의거하여 수치 처리해서 X선 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 생성수단은, 선질이 다른 X선의 선량에 대응한 전기신호들을, 상기 멀티 전자원에 있어서의 각 전자원의 구동조건에 의거하여 수치 처리해서 X선 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
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