KR20170011340A - 엑스선 디텍터 및 엑스선 촬영장치 - Google Patents

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KR20170011340A
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antenna
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김정민
성일
이우성
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삼성전자주식회사
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Abstract

측면 프레임과 상기 측면 프레임 외측에 결합되는 커버과 상기 측면 프레임과 결합되어 급전되는 제1 안테나 방사체와 상기 제1 안테나 방사체와 이격되어 상기 커버에 마련되고, 상기 제1 안테나 방사체와 공진하는 제2 안테나 방사체를 포함하는 엑스선 디텍터를 제공한다.

Description

엑스선 디텍터 및 엑스선 촬영장치{X-RAY DETECTOR AND X-RAY IMAGING APPARATUS}
본 발명은 엑스선 디텍터 및 엑스선 디텍터를 포함하는 엑스선 촬영 장치에 관한 것으로, 상세하게는 무선 통신 성능이 향상시키기 위한 구조를 가지는 엑스선 디텍터 및 이를 포함하는 엑스선 촬영 장치에 관한 것이다.
엑스선 촬영장치는 엑스선(X-ray)을 이용하여 대상체 내부의 영상을 얻는 기기이다. 엑스선 촬영 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고, 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 비침습적인 방법으로 대상체 내부를 영상화할 수 있다. 따라서, 의료용 엑스선 촬영장치는 외관으로 확인할 수 없는 대상체 내부의 상해 또는 질병 등의 진단에 이용될 수 있다.
대상체를 투과한 엑스선의 검출은 엑스선 디텍터(x-ray detector)에 의해 이루어질 수 있다. 엑스선 디텍터(x-ray detector)는 유선/무선 방식을 이용하여 검출된 엑스선에 대응되는 데이터를 외부로 전송할 수 있다.
무선 통신 성능이 개선된 엑스선 디텍터 및 엑스선 촬영장치를 제공한다.
일 양상에 따른 엑스선 디텍터는 측면 프레임;과 측면 프레임 외측에 결합되는 커버;와 측면 프레임과 결합되어 급전되는 제1 안테나 방사체;와 제1 안테나 방사체와 이격되어 커버에 마련되고, 제1 안테나 방사체와 공진하는 제2 안테나 방사체;를 포함할 수 있다.
이때, 제2 안테나 방사체는, 제2 안테나 방사체와 일부 또는 전부가 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 커버의 내측면 또는 외측면에 배치될 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 커버에 실정되어 마련될 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 제1 안테나 방사체와 공진되기 위한 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 안테나 방사체는 제1 주파수의 전자기파를 방사하는 고주파 패치;와 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 전자기파를 방사하는 저주파 패치;를 포함할 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 고주파 방사체와 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 제1 주파수는 WiFi 통신용 주파수이고, 제2 주파수는 블루투스 통신용 주파수일 수 있다.
또한, 고주파 패치와 저주파 패치를 전기적으로 연결하는 연결부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 안테나 방사체에 전자기파 에너지를 급전하는 급전부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 제1 안테나 방사체에 의해 간접 급전될 수 있다.
일 양상에 따른 엑스선 촬영 장치는 무선 통신하기 위한 제1 안테나 방사체가 마련된 엑스선 디텍터;와 엑스선 디텍터를 수용하고, 제1 안테나 방사체와 공진하는 제2 안테나 방사체가 마련된 엑스선 디텍터가 수용되는 수용부;를 포함할 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 제1 안테나 방사체와 일부 또는 전부가 중첩될 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체는 제1 안테나 방사체에 의해 간접 급전될 수 있다.
또한, 제1 안테나 방사체는 제1 주파수의 전자기파를 방사하는 고주파 패치;와 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 전자기파를 방사하는 저주파 패치;를 포함할 수 있다.
또한, 제1 주파수는 WiFi 통신용 주파수이고, 제2 주파수는 블루투스 통신용 주파수일 수 있다.
또한, 엑스선 디텍터는 복수 개의 제1 안테나 방사체를 포함하여 외부와 다중입출력 방식으로 통신할 수 있다.
상술한 것과 같이 복수 개의 안테나 방사체를 이용하여 무선 통신을 수행함으로써, 엑스선 디텍터의 전송 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치를 예시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 조작 장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 튜브의 내부 구조를 예시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 감지패널의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 감지패널의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 도시한 회로 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 촬영테이블에 장착되는 방법을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 촬영스탠드에 장착되는 방법을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 포터블 모드에 있는 경우를 예시한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치에 있어서, 테이블 결합모듈, 스탠드 결합모듈 및 포터블 결합모듈의 위치에 관한 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 저면 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 분해사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 캡을 도시한 분해사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 18은 제2 안테나 방사체의 다양한 패턴을 도시한 도면한 도면이다.
도 19은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 디텍터의 통신부를 도시한 분해 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 디텍터의 통신부를 설명하기 위해 도 13의 엑스선 디텍터(300)를 A-A`로 절개한 단면도이다.
도 21은 안테나 방사체의 다양한 배치 위치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 한편, 하기의 설명에서 사용된 용어 "선단", "후단", "상부", "하부", "상단" 및 하단" 등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치를 예시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치를 도시한 분해사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 조작 장치를 도시한 정면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엑스선 촬영장치(1)는 가이드레일(40), 이동캐리지(45), 포스트프레임(50), 모터(110), 엑스선 소스(70), 엑스선 디텍터(300), 조작 장치(80), 워크스테이션(workstation)(170)을 포함할 수 있다. 엑스선 촬영장치(1)는 엑스선 디텍터(300)가 장착될 수 있는 촬영테이블(10)과 촬영스탠드(20)를 더 포함할 수 있다.
가이드레일(40), 이동캐리지(45), 포스트프레임(50) 등은 엑스선 소스(70)를 대상체를 향하여 이동시키기 위하여 마련된다.
가이드레일(40)은 서로 소정의 각도를 이루도록 설치되는 제 1가이드레일(41)과 제 2가이드레일(42)을 포함할 수 있다. 제 1가이드레일(41)과 제 2가이드레일(42)은 서로 직교하는 방향으로 연장되는 것이 바람직하다.
제 1가이드레일(41)은 엑스선 촬영장치(1)가 배치되는 검사실의 천장에 설치될 수 있다.
제 2가이드레일(42)은 제 1가이드레일(41)의 하측에 위치하고, 제 1가이드레일(41)에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 제 1가이드레일(41)에는 제 1가이드레일(41)을 따라 이동 가능한 롤러(미도시)가 설치될 수 있다. 제 2가이드레일(42)은 이 롤러(미도시)에 연결되어 제 1가이드레일(41)을 따라 이동할 수 있다.
제 1가이드레일(41)이 연장되는 방향으로 제 1방향(D1)이 정의되고, 제 2가이드레일(42)이 연장되는 방향으로 제 2방향(D2)이 정의된다. 따라서, 제 1방향(D1)과 제 2방향(D2)은 서로 직교하고, 검사실의 천장과 평행할 수 있다.
이동캐리지(45)는 제 2가이드레일(42)을 따라 이동 가능하도록 제 2가이드레일(42)의 하측에 배치될 수 있다. 이동캐리지(45)에는 제 2가이드레일(42)을 따라 이동하도록 마련되는 롤러(미도시)가 설치될 수 있다. 따라서, 이동캐리지(45)는 제 2가이드레일(42)과 함께 제 1방향(D1)으로 이동 가능하고, 제 2가이드레일(42)을 따라 제 2방향(D2)으로 이동 가능하다. 포스트프레임(50)은 이동캐리지(45)에 고정되어 이동캐리지(45)의 하측에 위치한다. 포스트프레임(50)은 복수의 포스트(51,52,53,54,55)를 구비할 수 있다.
복수의 포스트(51,52,53,54,55)는 서로 절첩 가능하게 연결될 수 있다. 포스트프레임(50)은 이동캐리지(45)에 고정된 채로 검사실의 상하 방향으로 길이가 증가 또는 감소할 수 있다.
포스트프레임(50)의 길이가 증가 또는 감소하는 방향으로 제 3방향(D3)이 정의된다. 따라서, 제 3방향(D3)은 제 1방향(D1) 및 제 2방향(D2)과 서로 직교할 수 있다.
엑스선 소스(70)는 대상체에 엑스선(x-ray)을 조사하는 장치이다. 여기서 대상체는 인간이나 동물의 생체가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 촬영장치(1)에 의해 그 내부 구조가 영상화될 수 있는 것이면 대상체가 될 수 있다.
또한, 엑스선 소스(70)의 일 측면에는 사용자가 인터페이스를 제공하는 조작 장치(80)가 마련될 수 있다. 여기서 사용자는 엑스선 촬영장치(1)를 이용하여 대상체의 진단을 수행하는 자로서 의사, 방사선사, 간호사 등을 포함하는 의료진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 촬영장치(1)를 사용하는 자이면 모두 사용자가 될 수 있다.
조작 장치(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1표시부(81) 및 버튼(84)을 포함하여, 사용자가 엑스선 촬영에 관한 각종 정보를 입력하거나 각각의 장치들을 조작할 수 있도록 한다. 이 때, 제 1표시부(81)는 브라운관(Cathod Ray Tube: CRT)이나, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기발광다이오드 표시장치(Light Emitting Diode: LED) 등으로 적용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 버튼(84)에는 사용자가 엑스선 소스(70)를 제 4방향(D4) 또는 제 5방향(D5)으로 회전시키고자 할 때 조작하는 회전선택버튼(84)이 포함될 수 있다. 즉, 엑스선 소스(70)를 제 4방향(D4)으로 회전시키고자 할 때 사용자는 제4방향 회전선택버튼(85)을 누른 후 엑스선 소스(70)를 제 4방향(D4)으로 회전시킬 수 있고, 엑스선 소스(70)를 제 5방향(D5)으로 회전시키고자 할 때, 사용자는 제 5방향(D5) 회전선택버튼(84)을 누른 후 엑스선 소스(70)를 제 5방향(D5)으로 회전시키거나 제5방향 회전선택버튼(86)을 누른 채 엑스선 소스(70)를 제 5방향(D5)으로 회전시킬 수 있다. 도 3에 도시된 회전선택버튼(84)의 위치는 일 예일 뿐 다른 위치에 마련될 수 있음은 물론이다.
또한, 조작 장치(80)는 사용자가 파지할 수 있는 손잡이(82)를 포함할 수 있다. 사용자는 조작 장치(80)의 손잡이(82)를 파지하여 힘 또는 토크를 가함으로써 엑스선 소스(70)를 이동시킬 수 있다. 이를 수동 이동모드라고 정의한다. 엑스선 소스(70)의 이동은 모터 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있고, 이를 자동 이동모드라고 정의한다. 도 3에는 손잡이(82)가 조작 장치(80)의 하부에 마련되어 있으나, 이는 일 예일 뿐, 조작 장치(80)의 다른 위치에 마련될 수도 있다.
구체적으로, 엑스선 소스(70)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 튜브(x-ray tube)(71)와, 발생된 엑스선을 대상체를 향하도록 안내하는 콜리메이터(collimator)(72)를 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 튜브의 내부 구조를 예시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 엑스선 튜브(71)는 양극(71c)과 음극(71e)을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있고, 관체는 규산 경질유리 등을 재료로 하는 유리관(71a)일 수 있다.
음극(71e)은 필라멘트(71h)와 전자를 집속시키는 집속 전극(71g)을 포함하며, 집속 전극(71g)은 포커싱 컵(focusing cup)이라고도 한다. 유리관(71a) 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트(71h)를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(71h)의 일 예로 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고, 필라멘트에 연결된 전기도선(71f)에 전류를 가하여 필라멘트(71h)를 가열할 수 있다. 다만, 개시된 발명의 실시예가 음극(71e)에 필라멘트(71h)를 채용하는 것에 한정되는 것은 아니며, 고속 펄스로 구동 가능한 카본 나노 튜브(carbon nano-tube)를 음극으로 하는 것도 가능하다.
양극(71c)은 주로 구리로 구성되고, 음극(71e)과 마주보는 쪽에 타겟 물질(71d)이 도포 또는 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질의 녹는점이 높을수록 초점 크기(focal spot size)가 작아진다.
그리고 음극(71e)과 양극(71c) 사이에 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질(71d)에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우(71i)를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베릴륨(Be) 박막을 사용할 수 있다.
타겟 물질(71d)은 로터(71b)에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질(71d)이 회전하게 되면 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있고, 초점 크기가 감소된다.
엑스선 튜브(71)의 음극(71e)과 양극(71c) 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 그 크기는 파고치 kvp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선 튜브(71)에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다. 즉, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 선량이 제어될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 엑스선 소스(70)와 포스트프레임(50) 사이에는 회전조인트(60)가 배치될 수 있다.
회전조인트(60)는 엑스선 소스(70)를 포스트프레임(50)에 결합시키고, 엑스선 소스(70)에 작용하는 하중을 지지한다.
회전조인트(60)는 포스트프레임(50)의 하단 포스트(51)와 연결되는 제 1회전조인트(61)와, 엑스선 소스(70)와 연결되는 제 2회전조인트(62)를 포함할 수 있다.
제 1회전조인트(61)는 검사실의 상하 방향으로 연장되는 포스트프레임(50)의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 마련될 수 있다. 따라서, 제 1회전조인트(61)는 제 3방향(D3)과 수직을 이루는 평면 상에서 회전할 수 있다. 이 때, 제 1회전조인트(61)의 회전 방향을 새롭게 정의할 수 있는데, 새롭게 정의되는 제 4방향(D4)은 제 3방향(D3)과 평행한 축의 회전 방향이다.
제 2회전조인트(62)는 검사실의 천장과 수직을 이루는 평면 상에서 회전 가능하도록 마련될 수 있다. 따라서, 제 2회전조인트(62)는 제 1방향(D1) 또는 제 2방향(D2)과 평행한 축의 회전 방향으로 회전할 수 있다. 이 때, 제 2회전조인트(62)의 회전 방향을 새롭게 정의할 수 있는데, 새롭게 정의되는 제 5방향(D5)은 제 1방향(D1) 또는 제 2방향(D2)으로 연장되는 축의 회전 방향이다. 엑스선 소스(70)는 회전조인트(60)에 연결되어 제 4방향(D4) 및 제 5방향(D5)으로 회전 이동할 수 있다. 또한, 엑스선 소스(70)는 회전조인트(60)에 의하여 포스트프레임(50)에 연결되어 제 1방향(D1), 제 2방향(D2) 및 제 3방향(D3)으로 직선 이동할 수 있다.
엑스선 소스(70)를 제 1방향(D1) 내지 제 5방향(D5)으로 이동시키기 위하여 모터(110)가 마련될 수 있다. 모터(110)는 전지적으로 구동되는 모터일 수 있고, 모터(110)에는 엔코더가 포함될 수 있다.
모터(110)는 각각의 방향에 대응하여 제 1모터(111), 제 2모터(112), 제 3모터(113), 제 4모터(114) 및 제 5모터(115)를 포함할 수 있다.
각각의 모터(110)는 설계의 편의성을 고려하여 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2가이드레일(42)을 제 1방향(D1)으로 이동시키는 제 1모터(111)는 제 1가이드레일(41) 주위에 배치되고, 이동캐리지(45)를 제 2방향(D2)으로 이동시키는 제 2모터(112)는 제 2가이드레일(42) 주위에 배치되고, 포스트프레임(50)의 길이를 제 3방향(D3)으로 증가 또는 감소시키는 제 3모터(113)는 이동캐리지(45) 내부에 배치될 수 있다. 그리고, 엑스선 소스(70)를 제 4방향(D4)으로 회전 이동시키는 제 4모터(114)는 제 1회전조인트(61) 주위에 배치되고, 엑스선 소스(70)를 제 5방향(D5)으로 회전 이동시키는 제 5모터(115)는 제 2회전조인트(62) 주위에 배치될 수 있다.
각각의 모터(110)는 엑스선 소스(70)를 제 1방향(D1) 내지 제 5방향(D5)으로 직선 또는 회전 이동시키도록 동력전달수단(미도시)과 연결될 수 있다. 동력전달수단(미도시)은 일반적으로 사용되는 벨트와 풀리, 체인과 스프라킷, 샤프트 등일 수 있다.
워크스테이션(170)은 입력부(171)와 제 2표시부(172)를 포함하여, 제 2표시부(172)를 통해 사용자 인터페이스를 제공한다. 따라서, 사용자는 워크스테이션(170)을 통해 엑스선 촬영에 관한 각종 정보를 입력하거나 각각의 장치들을 조작할 수 있다. 또한, 사용자는 워크스테이션(170)을 통해 엑스선 촬영장치(1)의 동작과 관련된 각종 명령, 예를 들어 촬영 위치의 선택 명령, 엑스선 촬영의 시작 명령 등을 입력할 수 있다. 또한, 사용자는 워크스테이션(170)을 통해 엑스선 촬영으로 획득된 영상을 확인할 수 있다.
입력부(171)는 스위치, 키보드, 트랙볼, 마우스, 터치 스크린 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력부(171)가 터치 스크린 등과 같이 GUI(Graphical User Interface), 즉, 소프트웨어적으로 구현되는 경우에는 제 2표시부(172)를 통해 표시될 수 있다. 그리고 제 2표시부(172)는 제 1표시부(81)와 마찬가지로 브라운관(Cathod Ray Tube, CRT)이나, 액정 표시 패널(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광다이오드 표시장치(Light Emitting Diode, LED) 등으로 적용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
또한, 워크스테이션(170)에는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)나 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit, GPU) 등과 같은 다양한 처리장치 및 인쇄회로기판 등이 내장되어 있을 수 있으며, 필요에 따라 다양한 종류의 저장 장치 역시 내장되어 있을 수 있다.
따라서, 워크스테이션(170)에는 엑스선 촬영장치(1)의 주요 구성요소, 예를 들어, 제어부(미도시)가 마련되어 엑스선 촬영장치(1)의 동작을 위한 각종 판단을 수행하거나, 각종 제어신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 워크스테이션(170)은 대상체에 엑스선이 조사되도록 엑스선 소스(70)를 제어하고, 엑스선 디텍터(300)로부터 수신한 데이터에 기초하여 대상체에 대한 엑스선 영상을 생성하고, 제2 표시부(172)를 통해 생성된 엑스선 영상을 표시할 수 있다.
이와 같은 구성의 워크스테이션(170)은 엑스선이 차단되는 별도의 독립된 공간(S)에 마련될 수 있으며, 엑스선 소스(70) 및 엑스선 디텍터(300)와 유선 통신이나 무선 통신을 통해 연결될 수 있다.
엑스선 디텍터(300)는 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 장치이다. 엑스선 디텍터(300)의 전면에는 엑스선이 입사되는 입사면(130)이 마련되고, 엑스선 디텍터(300)의 내부에는 감지패널(120)(도5참고)이 마련될 수 있다. 감지패널(120)에는 엑스선에 감응하는 복수의 픽셀(150)(도5참고)이 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 엑스선 디텍터(300)의 상단 중앙에는 손잡이(131)가 마련되어, 사용자가 엑스선 디텍터(300)를 이동시키거나 휴대할 수 있다.
엑스선 디텍터(300)는 엑스선 촬영 시의 위치에 따라 다양한 촬영 모드에서 동작할 수 있다. 구체적으로, 촬영테이블(10)에 장착되는 테이블 모드나 촬영스탠드(20)에 장착되는 스탠드 모드에서 동작할 수도 있고, 촬영테이블(10)이나 촬영스탠드(20)에 장착되지 않고 대상체의 위치 및 촬영 부위에 따른 임의의 위치에 배치되는 포터블 모드에서 동작할 수도 있다. 특히, 촬영테이블(10)과 촬영스탠드(20)에는 엑스선 디텍터(300)가 장착될 수 있도록 수용부가 각각 구비되는데, 촬영테이블(10)에 구비된 수용부를 제 1수용부(15)로 정의하고, 촬영스탠드(20)에 구비된 수용부를 제 2수용부(25)로 정의한다. 제 2수용부(25)는 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(22)의 길이방향으로 이동 가능하게, 그리고 지지대(22)의 길이방향에 수직한 축의 회전방향으로 회전할 수 있게 마련된다. 이 때, 지지대(22)의 길이방향을 제 6방향(D6)으로, 제 6방향(D6)과 수직한 축의 회전방향을 제 7방향(D7)으로 정의한다.
엑스선 디텍터(300)는 입사되는 엑스선을 검출하는 장치로, 엑스선 디텍터(300)는 대상체를 투과한 엑스선을 검출할 수 있다.
엑스선의 검출은 엑스선 디텍터(300) 내부의 감지패널(120)에서 이루어진다. 감지패널(120)은 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하여, 대상체 내부의 영상을 획득하게 한다.
감지패널(120)은 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식 및 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라 분류될 수 있다.
먼저, 감지패널(120)은 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각각 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드, CCD, CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 디텍터를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
그리고, 감지패널(120)은 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분된다.
직접변환방식에서는, 엑스선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는 바, 감지패널(120)이 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
간접변환방식에서는, 엑스선 소스(70)에서 조사된 엑스선이 섬광체(scintillator)와 반응하여 가시광선 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 감지패널(120)은 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정 시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 계수하는 광자계수방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
감지패널(120)은 상술한 방식 중 어느 방식으로도 적용가능하나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 엑스선으로부터 전기 신호를 직접 획득하는 직접 변환 방식, 엑스선을 검출하는 센서 칩과 독출 회로 칩이 결합되는 하이브리드 방식 및 광자계수방식을 적용하는 것으로 하여 설명하도록 한다.
감지패널(120)은 도 5에 도시된 바와 같은 복수의 픽셀(150)을 포함하는 2차원 어레이 구조를 가질 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 감지패널의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 감지패널(120)은 엑스선을 검출하여 전기 신호를 발생시키는 수광 소자(121)와 발생된 전기 신호를 읽어 내는(read-out) 독출 회로(122)를 포함할 수 있다.
수광 소자(121)로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질이 사용될 수 있으며, 이 때 사용되는 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(121)는 고저항의 n형 반도체 기판(121b)의 하부에, 2차원 어레이 구조의 p형 반도체 기판(121c)이 접합되는 PIN 포토다이오드 형태를 형성할 수 있다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 이용한 독출 회로(122)는 2차원 어레이 구조를 형성하여, 픽셀(150)별로 수광 소자(121)의 p형 반도체 기판(121c)과 결합될 수 있다. 이 때, 결합 방식은 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)(123)를 형성한 후 reflow하고 열을 가하여 압착하는 플립칩 본딩 방식이 이용될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 감지패널의 단일 픽셀 영역을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 엑스선의 광자(photon)가 수광 소자(121)에 입사하게 되면 가전도대(valance band)에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달 받아 밴드갭(band gap) 에너지 차이를 넘어 전도대(conduction band)로 여기된다. 이로써 전자와 정공이 존재하지 않는 공핍 영역에서 전자-정공쌍이 발생된다.
수광 소자(121)의 p형 층과 n형 기판에 각각 메탈 전극을 형성하고, 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍 영역에서 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 n형 영역으로, 정공은 p형 영역으로 끌려간다. 그리고, p형 영역으로 끌려간 정공이 범프(123)을 통해 독출 회로(122)로 입력된다.
독출 회로(122)에 입력된 전하는 전증폭기(pre-amplifier)(122a)에 전달되고, 그에 대응되는 전압 신호를 출력하게 된다.
전증폭기(122a)에서 출력된 전압 신호는 비교기(122b)로 전달되고, 비교기(122b)는 외부에서 제어될 수 있는 임의의 문턱 전압과 입력된 전압 신호를 비교하여, 그 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 펄스 신호를 출력한다. 즉, 비교기(122b)는 입력된 전압이 문턱 전압보다 크면 '1'의 신호를 출력하고, 문턱 전압보다 작으면 '0'의 신호를 출력한다. 카운터(122c)에서는 '1'이 몇 번 나왔는지를 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다.
상술한 바와 같은 엑스선 디텍터(300)는 엑스선의 검출을 위하여 테이블 모드, 스탠드 모드 또는 포터블 모드에서 작동할 수 있다. 각각의 촬영 모드에서 엑스선 디텍터(300)의 위치는 이하 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 촬영테이블에 장착되는 방법을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 촬영스탠드에 장착되는 방법을 예시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터가 포터블 모드에 있는 경우를 예시한 도면이다.
결합모듈(200)은 각각의 촬영 모드에 대응될 수 있도록 복수 개 마련될 수 있다. 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 결합모듈(200)은 테이블 모드에 대응되는 테이블 결합모듈(200-1), 스탠드 모드에 대응하는 스탠드 결합모듈(200-2) 및 포터블 모드에 대응되는 포터블 결합모듈(200-3)을 포함할 수 있다. 상기 결합모듈(200)의 위치와 개수는 예시에 불과하며, 다른 예시로는 테이블 결합모듈(200-1)과 스탠드 결합모듈(200-2)만 마련되거나 네 개 이상의 결합모듈이 마련되는 것도 가능하다. 다만, 이하 상술할 실시예에서는 결합모듈(200)이 테이블 결합모듈(200-1), 스탠드 결합모듈(200-2) 및 포터블 결합모듈(200-3)을 포함하는 예시를 이용하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 테이블 결합모듈(200-1)은 제 1수용부(15)에 구비될 수 있다. 촬영테이블(10)에 눕혀져 있는 대상체를 촬영할 때는, 엑스선 디텍터(300)가 촬영테이블(10)에 장착될 수 있으며, 이를 위해, 엑스선 디텍터(300)는 촬영테이블(10)에 구비된 제 1수용부(15)에 삽입된다. 제 1수용부(15)에 삽입될 때, 엑스선 디텍터(300)는 도 7(a)에 도시된 바와 같이 바닥면, 즉 x축과 y축이 이루는 평면과 평행한 상태로 삽입된다. 그리고 제 1수용부(15)에 삽입된 이후에도, 엑스선 디텍터(300)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 바닥면과 평행한 상태 또는 x축과 y축이 이루는 평면과 평행한 상태를 유지하게 된다. 한편, 제 1수용부(15)에 삽입된 엑스선 디텍터(300)는 테이블 결합모듈(200-1)과 결합되는데, 이와 같이 엑스선 디텍터(300)가 제 1수용부(15)에 삽입되어 테이블 결합모듈(200-1)과 결합된 상태를 테이블 모드로 본다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스탠드 결합모듈(200-2)은 제 2수용부(25)에 구비될 수 있다. 촬영스탠드(20)에 서 있는 대상체를 촬영할 때는, 엑스선 디텍터(300)가 촬영스탠드(20)에 장착될 수 있으며, 이를 위해, 엑스선 디텍터(300)는 촬영스탠드(20)에 구비된 제 2수용부(25)에 삽입된다. 제 2수용부(25)가 제 7방향(D7)으로 회전 가능하므로, 제 2수용부(25)에 삽입될 때, 엑스선 디텍터(300)는 도 8(a) 좌측에 도시된 것처럼 바닥면과 수직인 상태 혹은 x축과 z축이 이루는 평면과 평행한 상태로 삽입될 수도 있고, 도8(a) 우측에 도시된 것처럼 바닥면에 평행한 상태 혹은 x축과 y축이 이루는 평면과 평행한 상태로 삽입될 수도 있다. 엑스선 디텍터(300)가 제 2수용부(25)에 삽입된 후 제 2수용부(25)의 회전 등에 의하여, 엑스선 디텍터(300)는 도 8(b)에 도시된 바와 같이 바닥면과 수직인 상태, 즉 x축과 z축이 이루는 평면과 평행한 상태를 유지하게 된다. 한편, 제 2수용부(25)에 삽입된 엑스선 디텍터(300)는 스탠드 결합모듈(200-2)과 결합되는데, 이와 같이 엑스선 디텍터(300)가 제 2수용부(25)에 삽입되어 스탠드 결합모듈(200-2)과 결합된 상태를 스탠드 모드로 본다.
눕혀져 있거나 서 있는 대상체뿐만 아니라 이동하는 대상체를 촬영할 때는, 엑스선 디텍터(300)가 촬영테이블(10)이나 촬영스탠드(20)에 장착되지 않고 포터블 상태에 있을 수 있다. 이를 포터블 모드로 본다. 도 9에 도시된 바와 같이, 포터블 모드에서는 엑스선 디텍터(300)가 포터블 결합모듈(200-3)과 결합될 수 있고, 포터블 결합모듈(200-3)은 포터블 모드에서의 용이한 촬영을 가능하게 하는 임의의 위치에 마련될 수 있다. 예를 들어, 포터블 결합모듈(200-3)은 도 9에 도시된 바와 같이 촬영테이블(10)의 상판 후면에 위치할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치에 있어서, 테이블 결합모듈, 스탠드 결합모듈 및 포터블 결합모듈의 위치에 관한 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 테이블 결합모듈(200-1)은 제 1수용부(15)의 외부에 마련될 수 있고, 제 1수용부(15)에 삽입된 엑스선 디텍터(300)와 케이블(36)을 통해 결합될 수 있다. 이를 위해, 테이블 결합모듈(200-1)은 촬영테이블(10)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 스탠드 결합모듈(200-2)은 제 2수용부(25)의 외부에 마련될 수 있고, 제 2수용부(25)에 삽입된 엑스선 디텍터(300)와 케이블(36)을 통해 결합될 수 있다. 이를 위해, 스탠드 결합모듈(200-2)은 촬영스탠드(20)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 포터블 결합모듈(200-3)은 포터블 모드의 엑스선 디텍터(300)와 케이블(36)을 통해 결합될 수 있다.
한편, 엑스선 디텍터(300)가 유선으로 전원을 공급받고, 유선으로 워크스테이션과 결합되는 경우에는, 결합모듈(200)이 외부의 전원공급장치 및 네트워크 허브와 엑스선 디텍터(300)를 연결하는 역할도 함께 수행할 수 있다. 또는, 외부의 전원 장치 및 네트워크 허브와 엑스선 디텍터(300)를 연결하는 구성과는 별도로 전기소자가 장착된 보드에 의해 구현되는 것도 가능하다.
먼저, 결합모듈(200)이 외부의 전원공급장치 및 네트워크 허브와 엑스선 디텍터(300)를 연결하는 구성을 포함하는 경우를 예로 든다. 이러한 경우, 결합모듈(200)은 전원 박스(power box)라고도 지칭될 수 있으나, 결합모듈(200)은 그 구성과 동작에 의해 정의되는 것이지 그 명칭에 의해 정의되는 것은 아니다.
엑스선 디텍터(300)는 워크스테이션(170)과 무선 통신할 수 있다. 이하, 엑스선 디텍터(300)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 사시도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 저면 사시도이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 엑스선 디텍터를 도시한 분해사시도이다. 이하, 이물질은 먼지, 혈액, 액체 등을 포함할 수 있다.
도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(300)는 엑스선 소스(70)에서 조사된 엑스선을 검출하도록 마련될 수 있다.
엑스선 디텍터(300)는 서로 결합하여 엑스선 디텍터(300)의 외관을 형성하는 탑 프레임(360), 측면부재(390) 및 바텀 프레임(310)을 포함할 수 있다.
탑 프레임(360)은 엑스선 디텍터(300)의 상면 외관을 형성할 수 있다. 탑 프레임(360)은 카본 플레이트 등과 같은 형태로 구비될 수 있다. 탑 프레임(360)의 일 면에는 데코 시트(370)가 더 구비될 수도 있다.
바텀 프레임(310)은 엑스선 디텍터(300)의 하면 외관을 형성할 수 있다. 이때, 바텀 프레임(310)은 탑 프레임(360)과 동일한 소재로 형성될 형성될 수 있다.
측면부재(390)는 엑스선 디텍터(300)의 측면 외관을 형성할 수 있다. 측면부재(390)의 일측에는 탑 프레임(360)이 결합되고, 다른 일측에는 바텀 프레임(310)이 마련될 수 있다. 한편, 측면부재(390)은 탑 프레임(360) 및 바텀 프레임(310) 중 적어도 하나의 일체로 형성될 수도 있다.
측면부재(390)에는 유선 통신을 위한 단자부와 무선 통신을 위한 통신부가 마련될 수 있다. 단자부와 통신부에서 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.
바텀 프레임(310), 측면부재(390) 및 탑 프레임(360)에 의해 장치가 수용되는 수용 공간이 형성될 수 있다. 수용공간의 내부에는 절연기판(320), 감지패널(120), 신틸레이션(330) 및 회로기판(340)이 수용될 수 있다. 탑 프레임(360), 측면부재(390) 및 바텀 프레임(310)에 의해 절연기판(320), 감지패널(120), 신틸레이션(330) 및 회로기판(340) 등의 구성은 외부의 충격으로부터 보호될 수 있다.
절연기판(320)은 감지패널(120) 및 신틸레이션(330)을 지지할 수 있다. 절연기판(320)의 일 면에는 감지패널(120)이 안착되고, 감지패널(120)에는 신틸레이션(330)이 안착될 수 있다. 절연기판(320)의 다른 일 면에는 회로기판(340)이 위치될 수 있다.
신틸레이션(330)은 형광체를 포함할 수 있다. 신틸레이션(330)은 입사된 엑스선을 가시광선으로 변환시킬 수 있다. 신틸레이션(330)의 일면에는 신틸레이션(330)을 보호하기 위한 커버(350)가 위치될 수 있다. 커버(350)는 알루미늄 등과 같은 금속 소재로 구비될 수 있다. 커버(350)는 탑 프레임(360)의 하부에 위치할 수 있다.
감지패널(120)에는 복수의 픽셀(150)(도5참고)이 구비되고, 각 픽셀(150)에는 박막 트랜지스터와 포토다이오드 등과 같은 광전 변환 소자가 구비될 수 있다. 감지패널(120)은 신틸레이션(330)을 통과한 광의 세기를 픽셀 단위로 판독할 수 있다. 감지패널(120)에는 광전 변환 소자에 의한 출력을 외부로 전달하기 위한 전기 회로가 구비될 수 있다.
회로기판(340)은 감지패널(120)에서 판독된 신호들에 기초하여 획득된 데이터를 이용하여 대상체에 대한 영상을 획득하기 위한 연산을 수행한다. 회로기판(340)은 메모리 및 연산부를 포함할 수 있다. 메모리는 엑스선의 조사 각도에 따른 대상체의 그림자 정보를 저장하고, 연산부는 감지패널(120)에 맺히는 대상체의 그림자 형상과 메모리의 그림자 정보에 기초하여 엑스선의 조사 각도를 계산할 수 있다. 메모리 및 연산부는 엑스선 디텍터(300)의 외부에 위치할 수도 있다.
감지패널(120)과 회로기판(340)은 연성회로기판(380)에 의해 연결될 수 있다. 연성회로기판(380)에는 감지패널(120)의 정보를 읽어 들이는 리드아웃 단자(미도시)가 위치할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영장치의 캡을 도시한 분해사시도이다.
도 16을 참조하면, 엑스선 디텍터(300)는 유선 통신을 위한 단자부(410)를 더 포함할 수 있다.
단자부(410)는 측면부재(390)의 일 측에 형성될 수 있다. 단자부(410)는 자성(磁性)을 가질 수 있다. 따라서, 결합모듈(200)은 자성에 의해 단자부(410)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 결합모듈(200)에는 단자부(410)와 결합할 수 있도록 단자부(410)와 서로 다른 극을 가지는 자성체(미도시)가 마련될 수 있다.
캡(420)은 단자부(410)에 대응되는 위치에 마련되어 결합모듈(200)이 결합되는 단자부(410)에 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 캡(420)은 결합모듈(200)이 결합되는 단자부(410)를 개폐할 수 있도록 측면부재(390)에 결합될 수 있다.
캡(420)의 적어도 일 단부는 측면부재(390)에 고정 결합될 수 있다. 예를 들어, 캡(420)의 일 단부는 볼트와 같은 고정부재(430)에 의해 측면부재(390)에 고정 결합될 수 있다. 캡(420)은 일 단부가 측면부재(390)에 고정된 상태로 고정부재(430)를 축으로 회전할 수 있다.
캡(420)은 자성(磁性)에 의해 단자부(410)에 결합될 수 있다. 이를 위해, 캡(420)의 금속부재, 예컨대, 스테인리스스틸을 포함할 수 있다. 캡(420)은 금속부재에 의해 단자부(410)의 주변에 마련되는 적어도 하나의 자성체(411)와 상호 작용할 수 있다
엑스선 디텍터(300)는 무선 통신을 위한 통신부(500)를 더 포함할 수 있다. 이하, 엑스선 디텍터(300)에 마련된 통신부(500)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 18은 제2 안테나 방사체의 다양한 패턴을 도시한 도면한 도면이다. 구체적으로, 도 17a는 안테나 방사체의 배치를 도시한 평면도이고, 도 17b는 안테나 방사체의 배치를 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 통신부(500)는 복수 개의 안테나 방사체(510, 520)와 급전부(530)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 통신부(500)는 제1 안테나 방사체(510)와 제2 안테나 방사체(520)를 포함할 수 있다.
급전부(530)(feed part)는 복수의 안테나 방사체(510, 520)에 대해 전자기 에너지를 공급할 수 있다. 급전부(530)는 회로기판(340)에 마련되어 복수의 안테나 방사체(510, 520) 중 적어도 하나의 안테나 방사체에 전원을 공급한다. 급전부(530)에 의해 전자기 에너지를 공급 받은 안테나 방사체는 전자기 에너지에 따라 전자기파를 외부에 방사하여 외부로 원하는 신호를 전송할 수 있다.
구체적으로, 급전부(530)는 전기적 연결수단(예컨대, 도전성 테이프, C-Clip, Pogo-Pin 또는 납땜 등)을 매개로 제1 안테나 방사체(510)와 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 급전부(530)는 제1 안테나 방사체(510)와 소정 거리 이격되게 마련되어 간접 급전 방식으로 제1 안테나 방사체(510)에 급전할 수도 있다.
제1 안테나 방사체(510)는 전자기 신호를 방사할 수 있다. 구체적으로, 제1 안테나 방사체(510)는 급전부(530)로부터 전자기 에너지를 공급받고, 공급된 전자기 에너지에 의한 전자기파를 외부에 방사할 수 있다.
또한, 제1 안테나 방사체(510)는 도 17에 도시된 바와 같이 급전부(530)와 전기적으로 연결되어 급전 받을 수 있으나, 제1 안테나 방사체(510)의 급전 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 안테나 방사체(510)는 소정의 형태로 패터닝된 박막 형태로 구성될 수 있다. 제1 안테나 방사체(510)의 패턴은 제1 안테나 방사체(510)의 동작 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다.
제1 안테나 방사체(510)는 복수의 동작 대역을 가질 수 있다. 이를 위해, 제1 안테나 방사체(510)는 서로 다른 동작 주파수 대역을 가지는 복수의 패치(511, 512)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 안테나 방사체(510)는 제1 주파수의 전자기파를 방사하는 고주파 패치(511), 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수의 전자기파를 방사하는 저주파 패치(512)를 포함할 수 있다. 이때, 고주파 패치(511)와 저주파 패치(512)의 형상과 패턴은 각 동작 주파수에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 고주파 패치(511)는 5GHz 대역에서 동작하는 WiFi 통신용 방사 패턴을 가지고, 저주파 패치(512)는 2.4GHz 대역에서 동작하는 블루투스 통신용 방사 패턴을 가질 수 있다.
한편, 저주파 패치(512)와 고주파 패치(511)는 연결부재(513)에 의해 전기적으로 연결된 수 있다. 연결부재(513)는 도전성 재질로 마련되어 저주파 패치(512)와 고주파 패치(511)를 전기적으로 연결하는 것으로, 연결부재(513)에 의해 저주파 패치(512)와 고주파 패치(511)의 마이크로 스트립 라인(microstrip line)이 형성될 수 있다.
즉, 저주파 패치(512)는 고주파 패치(511)를 통해 급전될 수 있으나, 저주파 패치(512)의 급전 방식이 이에 한정되는 것이 아니고, 다양한 급전 방식에 따라 급전될 수 있다.
제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)와 공진하여 제1 안테나 방사체(510)의 방사 성능을 개선할 수 있다. 즉, 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)의 공진에 의해 전기적으로 커플링될 수 있다.
또한, 제2 안테나 방사체(520)는 소정의 형태로 패터닝된 박막 형태의 패치로 구성될 수 있다. 제2 안테나 방사체(520)의 패턴은 공진 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다. 이때, 제2 안테나 방사체(520)의 공진 주파수 대역은 제1 안테나 방사체의 동작 주파수에 따라 결정될 수도 있다.
또한, 제2 안테나 방사체(520)는 도 17a에 도시된 것과 같이 소정의 길이(l)와 폭(w)을 가진 사각 패치로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 안테나 방사체(520)는 10~20mm 사이의 길이를 가지고, 2~6mm 사이의 폭을 가지는 패치로 구현될 수 있으나, 제2 안테나 방사체(520)의 형상이 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 제2 안테나 방사체(520)는 도 18a에 도시된 것과 같이 미앤더라인(Meander Line) 형상, 도 18b에 도시된 것과 같이 동일한 크기의 사각 패치(521a, 521b)가 연결된 대칭 형상, 도 18c에 도시된 것과 같이 패치 중앙에 개구(522)가 형성된 슬롯(Slot) 형상, 도 18d에 도시된 것과 같이 서로 다른 크기의 사각 패치(523a, 523b)가 연결된 비대칭 형상, 도 18e에 도시된 것과 같이 사각 패치의 적어도 하나의 귀퉁이(524a 524b)가 잘린 트런케이드(truncate) 형상, 도 18f에 도시된 것과 같이 가장자리가 둥글게 형성된 타입 형상, 도 18g에 도시된 것과 같은 슬리트(Slit) 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 필요에 따라 제2 안테나 방사체(520)는 도 18h에 도시된 것과 같이 3차원 형상으로 마련되거나, 엑스선 디텍터(300)의 제조사의 상호 형상으로 마련될 수 도 있다.
제2 안테나 방사체(520)의 급전 방식은 그 제한이 없으나, 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)를 통해 간접 급전될 수 있다. 이를 위해, 제2 안테나 방사체(520)는 도 17b에 도시된 것과 같이 제1 안테나 방사체(510)와 소정 거리(d)만큼 이격되어 마련될 수 있으며, 간접 급전을 위해 도 17a와 같이 적어도 일부가 제1 안테나 방사체(510)와 중첩되도록 배치될 수 있다.
예컨대, 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)의 고주파 패치(511)와 0.5mm 내지 3mm 정도 이격되어 배치될 수 있으면, 제1 안테나 방사체(510)의 고주파 패치(511)와 적어도 일부가 중첩되도록 배치되어 고주파 패치(511)에 의해 간접 급전될 수 있다.
이와 같이 고주파 패치(511)에 의해 제2 안테나 방사체(520)에 간접 급전되면 제2 안테나 방사체(520)는 고주파 패치(511)와 공진하여, 제1 주파수 대역에 대한 방사 성능을 개선할 수 있다.
상술한 통신부(500)는 엑스선 디텍터(300)의 일측에 마련될 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 통신부(500)의 구체적인 배치 구조에 대해 설명한다.
도 19은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 디텍터의 통신부를 도시한 분해 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 디텍터의 통신부를 설명하기 위해 도 13의 엑스선 디텍터(300)를 A-A`로 절개한 단면도이고, 도 21은 안테나 방사체의 다양한 배치 위치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 22는 은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 디텍터(300)의 통신부(500)의 공진 특성을 도시한 그래프이다.
도 19 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 엑스선 디텍터(300)의 일측에는 워크스테이션(170)과 무선 통신하는 통신부(500)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 통신부(500)는 엑스선 디텍터(300)의 측면부재(390)에 마련될 수 있다.
측면부재(390)는 측면 외관을 형성하는 측면 프레임(391)과 측면 프레임(391)의 외측에 결합되어 엑스선 디텍터(300)를 보호하는 커버(392)를 포함할 수 있다. 이때,
측면 프레임(391)에는 적어도 하나의 결합홈이 마련되고, 커버(392)에는 측면 프레임(391)의 결합홈(391a)과 대응되는 형상을 가진 적어도 하나의 결합 돌기(392a)가 마련될 수 있다. 즉, 커버(392)의 결합 돌기(392a)가 측면 프레임(391)의 결합홈(391a)에 안착되어, 커버(392)가 측면 프레임(391)에 고정될 수 있으나, 커버(392)와 측면 프레임(391)의 고정 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
측면 프레임(391)에는 제1 안테나 방사체(510)가 수용되는 수용홈(391b)이 마련될 수 있다. 수용홈(391b)은 제1 안테나 방사체(510)와 대응되는 형상으로 마련될 수 있으며, 수용홈(391b)의 표면은 플라스틱 등과 같은 전기 절연성 재질로 마련될 수 있다. 다만, 수용홈(391b)은 제1 안테나 방사체(510)의 형성 방법에 따라 생략될 수도 있다.
커버(392)는 측면 프레임(391)과 결합할 수 있다. 커버(392)는 외부의 충격으로부터 엑스선 디텍터(300)를 보호할 수 있도록 고무, 플라스틱, 강화 플라스틱과 같은 재질로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 커버(392)와 측면 프레임(391)은 사이에는 소정의 이격 공간(393)이 마련된다. 커버(392)와 측면 프레임(391) 사이에 마련된 소정의 이격 공간(393)에 의해 제1 안테나 방사체(510)와 제2 안테나 방사체(520)는 소정 거리 이격될 수 있다.
제1 안테나 방사체(510)는 측면 프레임(391)에 결합할 수 있다. 제1 안테나 방사체(510)는 측면부재(390)의 수용홈(391b)에 결합되어 마련될 수 있으나, 제1 안테나 방사체(510)의 형성 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제1 안테나 방사체(510)는 접착부재에 의해 측면 프레임(391)에 직접 결합되거나, LSD(Laser Direct Structuring), 이중 사출, IMA(Insert Mold Antenna), FPCB(FLEXIBLE PCB) 방식 등과 같은 종래의 안테나 형성 방법뿐만 아니라, 추후 개발될 안테나 형성 방법에 따라 형성될 수 있다.
이때, LSD는 열가소성 수지를 레이저로 가공한 후에 도금하는 방식으로 안테나 방사체를 형성하는 방법이고, 이중 사출은 제1 사출과 제2 사출 성형 후에 도금 처리하여 안테나 방사체를 형성하는 방법이고, IMA는 몰드(Mold) 삽입 통해 안테나 방사체를 형성하는 방법이다.
제2 안테나 방사체(520)는 커버(392)에 형성될 수 있다. 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)와 이격되도록 커버(392)의 내측면에 마련될 수 있다. 이와 같이, 제2 안테나 방사체(520)가 커버(392)의 내측면에 위치하면 커버(392)와 측면 프레임(391) 사이에는 존재하는 이격 공간(393)에 의해 제2 안테나 방사체(520)와 제1 안테나 방사체(510)는 서로 이격되어 배치된다.
또한, 제2 안테나 방사체(520)의 배치 위치는 그 제한이 없으나, 상술한 것과 같이 적어도 일부가 제1 안테나 방사체(510)와 중첩되도록 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 안테나 방사체(520)는 도 19에 도시된 것과 같이 고주파 패치(511)와 적어도 일부가 중첩되도록 그 위치가 결정될 수 있다.
제2 안테나 방사체(520)는 접착부재에 의해 커버(392)의 내측면에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고, LSD(Laser Direct Structuring), 이중 사출, IMA(Insert Mold Antenna), FPCB(FLEXIBLE PCB) 방식 등과 같은 종래의 안테나 형성 방법에 따라 커버에 마련될 수 있다. 또한, 제2 안테나 방사체(520)는 추후 개발될 안테나 방사체 형성 방법에 따라 형성될 수도 있다.
한편, 도 19 및 20에서는 제2 안테나 방사체(520)가 커버(392)의 내측에 결합된 것으로 설명하였으나, 제2 안테나 방사체(520)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제2 안테나 방사체(520)는 도 21a에 도시된 것과 같이 커버(392)의 외측면에 마련될 수 있다. 이와 같이, 제2 안테나 방사체(520)가 커버(392)의 외측면에 마련되는 경우, 커버(392)는 제조사의 상호 형상으로 마련될 수도 있다.
다른 예로, 제2 안테나 방사체(520)는 도 21b 및 도 21c와 같이 커버(392)의 내부에 실장되어 마련될 수 있다. 이때, 제2 안테나 방사체(520)는 도 21b와 같이 고주파 패치(511)와 평행하게 실장될 수도 있으나, 도 21c와 같이 고주파 패치(511)와 소정의 각도를 이루도록 실장될 수 있다.
또 다른 예로, 제2 안테나 방사체(520)는 도 21d와 같이 일부가 커버(392) 내부로 실장되도록 마련될 수도 있다.
한편, 도 21에 도시된 것과 같이 제2 안테나 방사체(520)가 커버(392)의 내측면이 아닌 곳에 마련되는 경우에는, 커버(392)에 의해 제2 안테나 방사체(520)와 제1 안테나 방사체(510)가 소정거리 이격되므로, 커버(392)와 측면 프레임(391) 사이에 마련된 이격 공간(393)의 폭은 더 좁아지거나 생략될 수 있다.
다시 말하면, 커버(392)의 내측면이 아닌 커버(392)의 내부 또는 외측면에 제2 안테나 방사체(520)가 마련된 경우에는, 커버(392)는 측면 프레임(391)과 이격 없이 결합될 수도 있다.
상술한 것과 같이 제1 안테나 방사체(510)와 제2 안테나 방사체(520)가 서로 이격되어 배치되면, 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)와 공진하므로, 도 22에 도시된 것과 같이 통신부(500)의 전송 성능이 향상된다.
도 22에 도시된 것과 같이 제1 안테나 방사체(510)의 고주파 패치(511)는 f1을 중심 주파수로 하는 방사 특성을 가지고, 고주파 패치(511)에 의해 급전되는 제2 안테나 방사체(520)는 f2를 중심으로 하는 방사 특성을 가진다. 그러므로, 제2 안테나 방사체(520)와 고주파 패치(511)의 공진에 의해 W형의 방사 특성이 나타난다. 즉, 제2 안테나 방사체(520)가 제1 안테나 방사체(510)와 공진함으로써, 제1 안테나 방사체(510)의 대역폭이 넓어져 통신부(500)는 광대역 특성을 가지게 된다.
또한, 제2 안테나 방사체(520)의 공진에 의해 제1 안테나 방사체(510)의 반사 손실이 감소하므로, 전반적인 통신 성능이 향상된다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 디텍터(300)를 도시한 사시도
도 23에 도시된 것과 같이, 다른 실시예에 따른 엑스선 디텍터(300)는 복수 개의 통신부(500)를 포함할 수 있다. 엑스선 디텍터(300)는 복수 개의 통신부(500)는 이용하여 다중입출력(Multiple Input Multiple Output/MIMO) 방식으로 무선 통신할 수 있다.
다중입력 방식으로 통신하기 위하여 복수의 통신부(500)는 소정의 각도를 가지고 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 통신부(500)는 제1 측면에 마련되고, 제2 통신부(500)는 제1 측면과 수직하는 제2 측면에 마련될 수 있다.
도 24와 도 25는 또 다른 실시예에 따른 엑스선 디텍터(300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 24및 도 25를 참조하면, 제2 안테나 방사체(520)가 엑스선 디텍터(300)에 마련되는 것으로 설명하였으나. 제2 안테나 방사체(520)는 수용부(15, 25)에 마련될 수도 있다.
상술한 것과 같이 엑스선 디텍터(300)는 수용부(15, 25)에 삽입되어 사용될 수도 있다. 그러므로, 제2 안테나 방사체(520)는 수용부(15, 25)의 마련되어 엑스선 디텍터(300)에 마련된 제1 안테나 방사체(510)와 공진하여, 제1 안테나 방사체(510)의 무선 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 제2 안테나 방사체(520)는 제1 안테나 방사체(510)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 상술한 것과 같이 제1 안테나 방사체(510)는 측면 프레임(391)에 마련되므로, 커버(392)에 의해 제2 안테나 방사체(520)와 제1 안테나 방사체(510)는 소정 거리 이격될 수 있다.
수용부(15, 25)에 마련된 제2 안테나 방사체(520)는 엑스선 디텍터(300)에 마련된 제1 안테나 방사체(510)에 의해 간접 근접되어, 제1 안테나 방사체(510)의 무선 통신 효율을 증가시킬 수 있다.
본원 발명의 실시예 들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 엑스선 촬영장치 10: 촬영테이블
15: 제 1수용부 20: 촬영스탠드
25: 제 2수용부 70: 엑스선 소스
80: 조작 장치 170:워크스테이션
300: 엑스선 디텍터 500:통신부
510, 520: 안테나 방사체 530: 급전부

Claims (17)

  1. 측면 프레임;
    상기 측면 프레임 외측에 결합되는 커버;
    상기 측면 프레임과 결합되어 급전되는 제1 안테나 방사체; 및
    상기 제1 안테나 방사체와 이격되어 상기 커버에 마련되고, 상기 제1 안테나 방사체와 공진하는 제2 안테나 방사체;를 포함하는 엑스선 디텍터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는, 상기 제2 안테나 방사체와 일부 또는 전부가 중첩되게 배치되는 엑스선 디텍터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 커버의 내측면 또는 외측면에 배치되는 엑스선 디텍터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 커버에 실정되어 마련되는 엑스선 디텍터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 제1 안테나 방사체와 공진되기 위한 형상을 가지는 엑스선 디텍터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 방사체는 제1 주파수의 전자기파를 방사하는 고주파 패치; 및
    상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 전자기파를 방사하는 저주파 패치;를 포함하는 엑스선 디텍터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 고주파 방사체와 중첩되는 위치에 배치되는 엑스선 디텍터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 WiFi 통신용 주파수이고, 상기 제2 주파수는 블루투스 통신용 주파수인 엑스선 디텍터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 고주파 패치와 상기 저주파 패치를 전기적으로 연결하는 연결부재;를 더 포함하는 엑스선 디텍터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 방사체에 전자기파 에너지를 급전하는 급전부;를 더 포함하는 엑스선 디텍터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 제1 안테나 방사체에 의해 간접 급전되는 엑스선 디텍터.
  12. 무선 통신하기 위한 제1 안테나 방사체가 마련된 엑스선 디텍터; 및
    상기 엑스선 디텍터를 수용하고, 상기 제1 안테나 방사체와 공진하는 제2 안테나 방사체가 마련된 상기 엑스선 디텍터가 수용되는 수용부;를 포함하는 엑스선 촬영 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 제1 안테나 방사체와 일부 또는 전부가 중첩되도록 위치하는 엑스선 촬영장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 안테나 방사체는 상기 제1 안테나 방사체에 의해 간접 급전되는 엑스선 촬영장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 안테나 방사체는 제1 주파수의 전자기파를 방사하는 고주파 패치; 및
    상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 전자기파를 방사하는 저주파 패치;를 포함하는 엑스선 촬영장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 WiFi 통신용 주파수이고, 상기 제2 주파수는 블루투스 통신용 주파수인 엑스선 촬영장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 엑스선 디텍터는 복수 개의 제1 안테나 방사체를 포함하여 외부와 다중입출력 방식으로 통신하는 엑스선 촬영장치.
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