KR20180115310A - X-선 튜브와 감마 소스 초점 튜닝 장치 및 방법 - Google Patents

X-선 튜브와 감마 소스 초점 튜닝 장치 및 방법 Download PDF

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KR20180115310A
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브리트 에이 뮈흘하우저
매튜 제이 존슨
터커 제이 베른스
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Abstract

방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함할 수 있다. 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용한다. 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시킨다. 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 초점의 표면 상의 위치 또는 그 근처의 위치에 수렴하도록 채널을 획정할 수 있다.

Description

X-선 튜브와 감마 소스 초점 튜닝 장치 및 방법
본 개시 내용은 x-선 및 감마선 촬영에 사용되기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
x-선 튜브는 x-선 방사선을 방출하는 장치이다. 많은 경우에, x-선 튜브는 캐소드(cathode)와 애노드(anode)를 봉입하는 진공 튜브를 포함한다. 캐소드는 전자를 방출하고 애노드는 방출된 전자를 수집한다. 캐소드와 애노드 사이의 전압은 캐소드로부터 애노드로 간격에 걸쳐 전자를 가속한다. 전자가 애노드에 부딪칠 때, x-선이 방출된다. 캐소드로부터 애노드로 흐르는 전자 스트림은 전자 빔이라 하거나 간단히 빔이라 할 수 있다.
전자가 애노드에 부딪칠 때 생성된 x-선은 진공 튜브를 통과하며, x-선 검출기에 의해 검출될 수 있다. x-선의 경로에 놓여 있는 대상(object)은 x-선을 감쇠시킬 수 있다, 따라서, x-선 검출기는 고감쇠 위치에서 더 적은 x-선을 검출하고, 저감쇠 위치에서 더 많은 x-선을 검출한다. 감쇠 패턴은 x-선 영상을 형성한다.
전자 빔은 캐소드로부터 캐소드로의 1차원 선이 아니다. 대신에, 전자는 캐소드 상에서 2차원 또는 3차원 영역으로부터 방출되고, 애노드의 2차원 또는 3차원 영역에 부딪친다. 전자 빔이 애노드의 2차원 또는 3차원 영역에 부딪치기 때문에, x-선은 단일의 0 차원 점 대신에 2차원 또는 3차원 영역으로부터 방출된다.
이상적으로는, x-선은 단일의 0차원 점으로부터 방출될 것이 있다. 이것은 x-선 검출기의 어떠한 부분도 반음영(penumbra)의 범위에 들어가지 않는 것을 보장할 것이다. 반음영은 대상이 광원의 일부를 가리지만 광원의 다른 부분은 가리지 않을 때 발생한다. 예를 들어, 달이 태양의 일부를 가릴 때인 일식(eclipse) 동안 반음영이 발생하는 것처럼, 대상이 비점(non-point) 소스로부터의 x-선을 감쇠시킬 때 반음영이 발생한다. 반음영은 x-선 영상에 왜곡을 야기하여, 종종 대상이 비점 소스에 더 가까이 위치 설정될 때 x-선이 방출되는 영역의 증가에 따라 악화되는 영상 품질에 대한 부정적인 영향을 초래한다.
따라서, x-선이 방출되는 영역을 최소화하기 위한 시도가 이루어졌다. 일반적으로, 이러한 시도는 애노드의 작은 영역에 전자 빔의 초점을 맞추려고 시도한다. 전자 빔이 부딪치고 x-선이 방출되는 작은 영역은 애노드의 "초점(focal spot)" 또는 방사선 소스의 "초점"이라 할 수 있다. 전자 빔의 모든 에너지를 매우 작은 점(spot)에 집중 시키는 것은 애노드를 손상시킬 수 있다(예를 들어, 애노드 상의 그 점을 과열시킴으로써). 따라서, 작은 초점을 성취하고 이에 의해 반음영을 감소시키기 위하여, 전자 빔의 에너지는 감소되어야 한다. 그 결과, x-선 튜브의 x-선속(x-ray flux) 출력은 감소된다. x-선속에서의 이러한 감소는 작은 초점을 갖는 x-선 튜브의 적용예를 제한한다. 예를 들어, 노출 시간의 증가를 야기하는 x-선속에서의 감소 때문에 높은 감쇠를 갖는 일부 대상의 방사선 촬영을 위하여 작은 초점을 갖는 x-선 튜브를 이용하는 것은 실용적이지 않을 수 있다.
위의 논의가 x-선에 관련 있지만, 동일한 원리가 감마선과 같은 다른 종류의 방사선에 대하여 적용된다.
일반적으로, 본 개시 내용은 x-선 및 감마선 촬영에서의 사용을 위한 장치 및 방법을 설명한다. 설명의 용이를 위하여, 본 개시 내용의 대부분은 x-선과 관련되며, 감마선이나 전자기 방사선의 다른 스펙트럼 대역에서의 감마선과 같은 다른 종류의 광선(ray)이 동일하게 적용 가능할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 장치는 x-선 튜브와 검사될 대상 사이에 배치된다. 예를 들어, 장치는 x-선 튜브의 포트에 배치될 수 있다. 장치는 소스 측 표면과 대상 측 표면을 가진다. 소스 측 표면은 x-선 튜브를 마주보고, 대상 측 표면은 검사될 대상을 마주본다. 더하여, 장치는 소스 측 표면으로부터 대상 측 표면으로 장치를 통과하는 채널을 획정하는 일련의 컬럼 구조체(column structure)를 포함한다. 채널은 공기, 폴리머, 탄소 기반 재료 또는 다른 저감쇠 물질과 같은 하나 이상의 저감쇠(low-attenuation) 물질로 채워질 수 있다. 컬럼 구조체는, 텅스텐, 납, 납 유리 또는 탄탈룸과 같은 하나 이상의 고감쇠 물질로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, x-선은 상당한 감쇠 없이 채널을 통과할 수 있지만, 상당한 감쇠 없이 컬럼 구조체를 통과하지 못할 수 있다.
장치는 x-선 튜브 자체를 수정하지 않고 초점의 유효 크기를 변경하거나 튜닝하는 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 장치는 초점이 실제로 더 작아지지 않고 더 작은 초점 크기의 효과를 제공할 수 있다. 장치는 실제 초점의 외부 부분에 의해 방출된 x-선 광자(photon)를 차단하고 실제 초점의 중심 영역으로부터 x-선 광자가 장치를 통과할 수 있게 함으로써 이 효과를 제공할 수 있다. 이 효과를 성취하기 위하여, 장치의 채널은 채널이 이의 경로 전체에 걸쳐 실제 초점의 중심 영역에 의해 방출된 x-선 광자의 경로와 정렬되도록 획정된다. 따라서, 실제 초점의 중심 영역으로부터 방출된 x-선 광자는 장치를 통과할 수 있는 반면, 실제 초점의 비중심 영역으로부터 방출된 x-선 광자는 장치의 컬럼 구조체의 고감쇠 물질에 의해 감쇠된다.
일례에서, 본 개시 내용은 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치를 설명하며, 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선(line)이 수렴하도록 채널을 획정한다.
다른 예에서, 본 개시 내용은 방사선 소스의 유효 초점 크기를 튜닝하는 방법을 설명하며, 방법은, 방사선 소스와 방사선 검출기 사이에 장치를 위치 설정하는 단계로서, 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 채널을 획정하는 단계; 및 캐소드로부터 애노드로 간격에 걸쳐 이동하는 전자 빔을 활성화하는 단계를 포함하고, 채널을 통한 선의 투사에 의해 덮이는 영역은 애노드 상의 전자 빔의 초점보다 더 작다.
다른 예에서, 본 개시 내용은, 대상을 향하여 방사선을 전달하도록 구성된 방사선 소스; 방사선을 검출하도록 구성된 방사선 검출기; 및 방사선 소스의 유효 초점 크기를 튜닝하기 위한 장치를 포함하는 시스템을 설명하고, 장치는, 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 채널을 획정한다.
하나 이상의 예의 상세가 첨부된 도면과 아래의 설명에서 설명된다. 다른 특징, 목적 및 이점은 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술을 수행할 수 있는 예시적인 x-선 검사 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시 내용의 기술에 따라 초점 튜닝 장치와 함께 예시적인 x-선 소스를 도시하는 개념도이다.
도 3은 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 예시적인 단면도를 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 예시적인 전면도를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 예시적인 배면도를 도시하는 개념도이다.
도 6은 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 예시적인 사시도를 도시하는 개념도이다.
도 7은 본 개시 내용의 기술에 따른 방사선 소스의 유효 초점을 조정하는 예시적인 동작을 도시하는 순서도이다.
도 8은 본 개시 내용의 기술에 따른 거친 컬럼 표면과 매끄러운 컬럼 표면의 적층된 조합을 갖는 초점 튜닝 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 x-선 검사 장치의 예시적인 단면도를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 초점 튜닝 장치 조정 메커니즘을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 x-선 소스에 결합된 초점 튜닝 장치 조정 메커니즘의 예시도를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 예시적인 프로파일 도면을 도시하는 개념도이다.
도 13은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 초점 튜닝 장치의 다른 예시적인 프로파일 도면을 도시하는 개념도이다.
도 14는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 감마선 소스와 함께 사용되는 초점 튜닝 장치의 예시적인 단면도이다.
도 15는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 다른 예시적인 초점 튜닝 장치를 도시하는 개념도이다.
도 16은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 검사 장치를 도시하는 분해도이다.
도 17은 본 개시 내용의 기술에 따른 반원형 초점 튜닝 장치(600)를 도시하는 개념도이다.
도 1은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술을 수행할 수 있는 예시적인 x-선 검사 장치(100)를 도시하는 블록도이다. 도 1의 예에서, 장치(100)는 x-선 소스(102)와 x-선 검출기(104)를 포함한다. x-선 소스(102)는 x-선(106)을 방출한다. x-선 소스(102)는 x-선 튜브의 일례일 수 있다. 도 1의 예에 도시된 바와 같이, x-선(106)은 발산 경로를 따라 x-선 소스(102)로부터 나올 수 있다. x-선 검출기(104)는 x-선 소스(102)로부터 방출된 것과 같은 x-선을 검출한다. 도 1 및 본 개시 내용의 나머지 부분이 주로 x-선을 논의하지만, x-선의 논의는 감마선과 같은 다른 종류의 방사선에 적용 가능할 수 있다. 따라서, x-선 소스(102)는 방사선 소스의 일례일 수 있고, x-선 검출기(104)는 방사선 검출기의 일례일 수 있다.
또한, 도 1의 예에서, 목표 대상은 x-선 소스(102)와 x-선 검출기(104) 사이에 배치된다. 목표 대상(108)은 피조사(under investigation) 대상일 수 있다. 예를 들어, 목표 대상(108)은 결함에 대하여 조사되고 있는 산업 설비의 부품일 수 있다. x-선(106)이 목표 대상(108)을 통과함에 따라, 목표 대상(108) 내의 특정 구조체는 목표 대상(108) 내의 다른 구조체보다 더 많이 x-선(106)을 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, x-선 검출기(104)는 목표 대상(108) 내의 고감쇠 구조체를 통한 x-선 소스(102)로부터의 광선 선(ray line)에 대응하는 x-선 검출기(104) 상의 위치에서 더 적은 x-선 방사선을 검출한다. 따라서, 고감쇠 구조체는 x-선 검출기(104)에 x-선 그림자를 드리운다.
일부 예에서, x-선 검출기(104)는 목표 대상(108) 내의 고감쇠 구조체에 의해 드리워진 그림자의 패턴을 나타내는 물리적 방사선 사진을 생성하도록 현상될 수 있는 x-선 감응 필름을 포함한다. 다른 예에서, x-선 검출기(104)는 그림자 패턴을 나타내는, 전기 신호 또는 광학 신호와 같은, 신호를 생성할 수 있다. 이러한 예들에서, 영상 처리 시스템(110)은 그림자 패턴을 나타내는 전자/디지털 방사선 사진을 생성하기 위하여 신호를 처리할 수 있다. 영상 처리 시스템(110)은, 개인용 컴퓨터, 전용 컴퓨팅 장치 또는 다른 종류의 컴퓨팅 장치와 같은 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
다양한 예에서, x-선 검출기(104)는 다양한 방식으로 구현된다. 예를 들어, x-선 검출기(104)는 평면 패널(flat panel) x-선 검출기(FPD)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, x-선 검출기(104)는 렌즈 결합 신틸레이션(lens-coupled scintillation) 검출기, 선형 다이오드 어레이(LDA(linear diode array)) 또는 다른 종류의 x-선 검출기를 포함할 수 있다. FPD는 유리 검출기 어레이 상의 비정질 실리콘 상에 제조된 세슘 요오드화물과 같은 산틸레이션 재료층을 포함할 수 있다. 신틸레이션층은 x-선을 흡수하고, 그 다음에 고체 상태(solid state) 검출기에 의해 검출되는 가시광 광자를 방출하다. 검출기 픽셀 크기는 수십 내지 수백 마이크로미터에 이를 수 있다. 일부 예에서, x-선 검출기(104)는 평면 패널 x-선 검출기를 포함한다. 일부 예에서, x-선 검출기(104)의 픽셀 크기는 25 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 더하여, 일반적인 상용 FPD의 시야는 범위가 대략 100 mm 내지 500 mm에 이른다. 상용 FPD는 큰 시야를 요구하는 애플리케이션에 사용될 수 있다.
고해상도 애플리케이션은 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 검출기와 같은 검출기에 방출된 가시광을 중계하기 위하여 광학 렌즈를 사용하는 렌즈 결합 검출기를 사용할 수 있다. 일부 예에서, 렌즈는 1x 내지 100x 범위의 배율을 제공할 수 있고, 따라서 유효 픽셀 크기를 0.1 내지 20 마이크로미터로 만든다. x-선 검출기(104)가 렌즈 결합 검출기를 포함하는 일부 예에서, x-선 검출기(104)의 픽셀 크기는 0.1 마이크로 미터 내지 10 마이크로미터의 범위에 있다. 더하여, x-선 검출기(104)가 렌즈 결합 검출기를 포함하는 일부 예에서, 시야는 범위가 0.2 mm 내지 25 mm에 이를 수 있다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)는 x-선 소스(102)와 목표 대상(108) 사이에 배치된다. 일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 x-선 소스(102) 상에 또는 그 내에 장착된다. 일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 x-선 소스(102)의 차폐 재료와 같은 x-선 소스(102)의 부품의 통합부를 형성한다. 일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 이동 가능하고, 탈착 가능하고 그리고/또는 교체 가능하다. 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)는 x-선 튜브 자체를 수정하지 않고 x-선 소스(102)의 x-선 튜브의 초점의 유효 크기를 변경하거나 튜닝하는 효과를 제공할 수 있다.
아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)는 x-선 튜브 또는 감마선 소스로부터 방출되는 산란 방사선을 제거하면서 x-선 튜브 또는 감마선 소스의 유효 초점을 튜닝할 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)는 실질적인 고감쇠 재료를 포함하는 채널간 구조체에 인접한 공기 또는 실질적인 저감쇠 재료를 포함하는 복수의 채널을 획정하는 그리드형 구조체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 고정된 영상 그리드 패턴을 제거하는 것뿐만 아니라 추가로 전자 빔의 유효 초점을 튜닝하기 위한 모션 메커니즘을 제공할 수 있다. 또한, 빔 출력의 최적화를 위하여 초점 튜닝 장치(112)를 정렬하기 위한 방법이 제공된다. 초점 튜닝 장치(112)의 사용은 주어진 x-선 튜브 또는 감마선 소스로 생성된 영상의 공간 해상도 및 콘트라스트 감도를 개선할 수 있다.
초점 튜닝 장치(112)는 다양한 설정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 초점 튜닝 장치(112)는 고정 위치 설정된 설비 및 이동식 설비 모두에서 산업, 의료 및 기타 산업에 사용되는 x-선 및 감마선 시스템에 적용될 수 있다. 더하여, 초점 튜닝 장치(112)는 회전하는 음극관뿐만 아니라 고정된 음극관과 함께 사용될 수 있고, 개방 진공 튜브(vacuum tube)뿐만 아니라 밀봉된 튜브(sealed tube)과 함께 채용될 수 있다.
도 2는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따라 초점 튜닝 장치와 함께 예시적인 x-선 소스(102)를 도시하는 개념도이다. 도 2는 설명의 목적을 위하여만 제공되고, 부품들의 스케일 또는 실제 형상을 나타내도록 의도되지 않는다.
도 2의 예에서, x-선 소스(102)는 하우징(198)을 포함한다. 하우징(198)은 원하지 않는 장소에서의 x-선 소스(102)로부터 방사되는 x-선을 차단하기 위한 차폐 재료를 포함한다. 하우징(198)은 강철, 납, 텅스텐, 탄탈룸 또는 다른 금속이나 재료와 같은 다양한 재료로 구성될 수 있다. 강철, 납, 탄탈룸 또는 텅스텐이 x-선을 차폐하기 위하여 하우징(198)에서 유용할 수 있지만, 특히 x-선 소스로부터의 x-선 대신에 감마선 또는 전자기 방사선의 다른 대역이 사용된다면, 다른 재료가 또한 하우징(198)에 대하여 작용할 수 있다. 예를 들어, 하우징(198)은 금속 세라믹 튜브를 포함할 수 있다. 하우징(198)은 둘러싸인 내부 공간(204)을 획정한다. 내부 공간(204)은, 진공이 하우징(198)의 내부 공간(204)에 존재하도록, 실질적으로 진공 처리될 수 있다. 하우징(198)의 내부 공간(204)은 캐소드(206) 및 애노드(208)를 수용한다. 캐소드(206)는 또한 본 명세서에서 필라멘트라 할 수 있다. 캐소드(206)는 전자의 빔(210)(점선)을 방출하고, 애노드(208)는 방출된 전자를 수집한다. 또한, 본 개시 내용은 전자의 빔(210)을 전자 빔(210)이라 한다. 전자의 빔(210)의 전자가 애노드(208)에 부딪칠 때, x-선(작은 점들의 선)이 애노드(208)에 의해 방출된다.
저감쇠 재료의 윈도우(200)(즉, 빔 포트)는 x-선 소스(102)의 내부로부터 x-선의 방출을 허용하도록 하우징(198) 내에 획정된다. 도 2의 예에서, 윈도우(200)는 초점 튜닝 장치(112)와 정렬된다.
도 2의 예에 도시된 바와 같이, 전자 빔(210)의 전자는 본 개시 내용에서 초점(focal spot)(212)이라 하는 애노드(208)의 다차원 영역에 부딪친다. 종래의 초점 튜브(즉, 400 ㎛보다 큰 초점을 갖는 x-선 튜브), 미니 초점(mini-focus) x-선 튜브(100 ㎛ 및 400 ㎛ 사이) 및 감마선 소스의 애플리케이션에서, 기하학적 배율은 초점(선(ray)의 원점)의 크기에 의해 실질적으로 제한된다. 본 명세서에서의 초점의 크기의 치수(즉, 400 ㎛)의 표시는 초점의 가장 긴 치수와 같은 제조자에 의해 획정되는 초점의 치수를 나타낸다. 본 개시 내용에서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 초점(212)이 단일 기하학적 점이 아니기 때문에, 반음영이 방사선 사진에서 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 일반적인 튜브 설계(예를 들어, 종래의 초점 또는 미니 초점) 중 하나 또는 감마선 소스 이용할 때, 기하학적 배율은 초점 크기 때문에 기하학적 불선명도(geometric unsharpness)(예를 들어, 반음영)에 의해 제한될 수 있다.
x-선 튜브의 종래 구성은, 전자 방출기(emitter) 필라멘트 크기를 제어하는 것, 전자 빔의 포커싱, 전자 빔을 크로핑(cropping) 및/또는 콜리메이팅(collimating)하는 것, 전자 빔이 목표에 부딪히는 목표(예를 들어, 애노드(208))의 각도를 조정하는 것 및 전술한 기술들의 임의의 조합과 같은 다양한 기술에 의해 초점을 제어할 수 있다. 일부 X-선 튜브는 튜브 전력량(wattage)의 증가에 따라 전자 빔을 연속적으로 디포커싱한다. 또한, "가변 초점(variable focus)" 튜브는 다수의 초점을 생성하기 위하여 전자 빔의 포커싱을 증가식으로 조정할 수 있다. 더하여, 일부 x-선 튜브에는 단일 x-선 튜브로부터 다수의 초점을 생성하기 위하여 종종 상이한 크기의 다수의 필라멘트가 구비된다. 감마선 소스는 이의 초점 크기를 획정하기 위한 주요 인자인 다양한 크기로 제공된다.
도 2의 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 주로 x-선 소스(102)의 하우징(198) 외부에 배치된다. 그러나, 다른 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 주로 또는 완전히 하우징(198) 내부에 있을 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)는 한 세트의 컬럼 구조체(214)를 포함한다. 컬럼 구조체(214)는 초점 튜닝 장치(112)의 소스 측 표면(218)으로부터 초점 튜닝 장치(112)의 대상 측 표면(220)으로 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 채널(216)을 획정한다. 따라서, 컬럼 구조체(214)는 채널간(inter-channel) 구조체라 할 수 있다. 단순함을 위하여, 도 2의 예는 단지 4개의 채널만을 도시한다. 그러나, 컬럼 구조체(214)는 규칙적인 패턴 또는 무작위 패턴으로 이격되어 배열될 수 있는 더 많은 채널을 획정할 수 있다.
채널(216)은 x-선에 대하여 상대적으로 낮은 감쇠를 갖는 물질로 채워질 수 있다. 예를 들어, 채널(216)은 공기 또는 다른 물질을 수용할 수 있다. 그러나, 컬럼 구조체(214)는 x-선에 대하여 상대적으로 높은 감쇠를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 컬럼 구조체(214)는 텅스텐, 납, 납 유리 또는 탄탈룸과 같은 고밀도 재료로 이루어질 수 있다. 채널(216)이 저감쇠 물질을 수용하고 컬럼 구조체(214)가 고감쇠 물질을 포함하기 때문에, x-선은 채널(216)을 통과할 수 있고, 컬럼 구조체(214)에 의해 감쇠될 수 있다.
컬럼 구조체(214)는 채널(216)이 대상 측 표면(220)으로부터 소스 측 표면(218)으로 내부를 향해 비스듬하게 놓여서 채널(216)의 중심선을 통과하는 개념적인 선이 또한 초점 내의 영역을 통과하도록 채널(216)을 획정한다. 따라서, 개념적인 선은 초점(212)의 표면 상의 위치 또는 그 근처(예를 들어, 뒤)의 위치에 수렴할 수 있다. 본 개시 내용은 초점(212) 내의 영역을 유효 초점(222)이라 할 수 있다. 따라서, 유효 초점(222)은 초점(212)의 부 영역(sub-region)일 수 있다. 다른 말로 하면, 채널의 투사에 의해 덮이는 영역은 애노드 상의 전자 빔의 초점보다 더 작다.
채널(216)의 각도 때문에, 유효 초점(222) 외부의 초점(212)의 부분에 의해 방출된 x-선은 컬럼 구조체(214)에 의해 감쇠되지 않고서 소스 측 표면(218)으로부터 대상 측 표면(220)으로 채널을 통과할 가능성이 적다. 예를 들어, x-선(226)은 유효 초점(222) 외부의 초점(212)의 일부에 의해 방출되고, x-선(228)은 동일한 각도로 유효 초점(222) 내부로부터 방출된다. 도 2의 예에 도시된 바와 같이, x-선(228)은 상당한 감쇠 없이 채널(216) 중 하나를 통과할 수 있지만, x-선(226)은 그럴 수 없다. 따라서, 초점 튜닝 장치(112)의 대상 측 표면(220)으로부터 나오는 x-선은 주로 유효 초점(222) 내부로부터 방출되고, 유효 초점(222) 외부로부터 방출된 x-선은 실질적으로 차단된다.
상이한 초점 튜닝 장치가 상이한 크기를 갖는 유효 초점을 성취하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 초점 튜닝 장치에 의해 획정된 채널을 통과하는 개념적인 선이 초점(212)의 더 작은 영역과 교차할 때 더 작은 유효 초점이 그 특정 초점 튜닝 장치로 성취될 수 있다. 따라서, 유효 초점의 크기는 채널의 각도, 채널의 길이 및 초점(212)으로부터의 초점 튜닝 장치의 거리의 함수일 수 있다. 이런 이유로, x-선 소스(102)와 함께 사용되는 상이한 초점 튜닝 장치를 교체함으로써, 사용자는 초점(212)의 유효 크기를 튜닝할 수 있다. 다른 말로 하면, 초점 튜닝 장치(112)를 이용하여, x-선 소스(102)의 유효 초점은 콜리메이션 개구(즉, 채널(216)의 개구)의 크기, 콜리메이션 개구와 컬럼 구조체(214)의 발산 각도 및 이들의 원점 크기에 의해 튜닝될 수 있다.
따라서, 초점 튜닝 장치(112)는 튜브 또는 소스의 내부 설계 또는 동작에 대한 어떠한 수정 없이 장치의 외부에 있는 기존의 x-선 튜브 또는 감마선 소스 자체의 초점 크기를 변경하거나 튜닝하는 것을 가능하게 할 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)의 다양한 구성이 제조자가 특정한 초점보다 더 작은 유효 초점을 제공할 수 있고, 따라서 감마선 소스뿐만 아니라 종래 및 미니 초점 x-선 튜브의 기하학적 확대 능력을 확장할 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)는 표준 초점(예를 들어, 초점(212))의 외부 부분으로부터 나오는 바람직하지 않은 x-선 광자의 크로핑을 이용함으로써 반음영을 감소시킬 수 있다. 실질(virtual)(유효) 초점은 제조자의 원래 초점 크기까지 더 작거나 더 큰 원점으로 빔 콘(beam cone) 크기와 발산 각도를 변경하기 위하여 초점 튜닝 장치(112)를 이용함으로써 조정될 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)의 그리드 구조체는 다양한 원하는 빔 콘 크기 및 각도에 매칭하도록 제조될 수 있다. 일반적으로, 원하는 초점 크기는 원하는 초점의 특성을 나타내는 빔을 생성하기 위하여 그리드의 컬럼 크기 및 깊이와 빔 발산 각도 및 원점 크기에 매칭된다. 실질 초점(예를 들어, 유효 초점(222))은 더 작은 컬럼 크기와, 더 큰 컬럼 깊이 및/또는 두께와, 콜리메이션 구조체의 더 작은 중심점을 갖는 더 가파른 빔 콜리메이션 발산 각도에 따라 감소될 수 있다. 추가로, 실질 초점은 초점(212)에 더 가까이 초점 튜닝 장치(112)를 위치 설정함으로써 감소될 수 있다. 반대가 더 큰 유효 초점 스폿에 대하여 성취될 수 있다. 초점(212)에 가까이 사용하기 위하여 설계된 초점 튜닝 장치는 더 극심한 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 초점 튜닝 장치의 소스 측 표면과 윈도우(200) 사이에 1/2 인치 간격으로 위치 설정된 초점 튜닝 장치와, 더 극심한 컬럼 각도를 갖는 초점 튜닝 장치의 소스 측 표면 사이에 1/8 인치 간격으로 위치 설정된 다른 초점 튜닝 장치는 더 작은 실질 초점을 얻을 수 있다. 또한, 컬럼 각도를 변경하지 않고 초점 튜닝 장치를 윈도우(200)에 더 가까이 이동시키는 것은 실질 초점 크기를 감소시킬 수 있다. 모션 시스템(232)은 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 방사선 소스의 애노드를 향하거나 그로부터 멀어지게 장치를 이동시키도록 구성될 수 있다.
추가로, 초점(212)으로부터 방출된 일부 x-선은 하우징(198)과 같은 x-선 소스(102) 내의 표면으로부터 산란된다. 즉, x-선 튜브와 감마선 소스가 x-선 튜브와 감마 소스 내, 차폐부, 카메라 및 x-선 튜브의 빔 포트 근처로부터 산란 방사선을 생성한다는 것이 이해된다. 예를 들어, 도 2의 예에서, x-선(230)은 하우징(198)으로부터 산란된다. 산란된 x-선은 방사선 사진에서 콘트라스트를 감소시킬 수 있다. 추가로, 영상 선명도는 기하학적 확대가 적용될 때 이 산란 방사선에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 산란된 x-선이 무작위 각도로 초점 튜닝 장치(112)의 소스 측 표면(218)에 도착할 수 있기 때문에, 대부분의 산란된 x-선은 채널(216)을 깨끗하게 통과하지 않을 것이고, 대신에 컬럼 구조체(214)에 의해 감쇠될 것이다. 이러한 이유로, 초점 튜닝 장치(112)의 설계는, x-선 빔의 연속 다중 포트 콜리메이션을 제공할 수 있어, 빔 포트의 표면, 외부 차폐부 및 x-선 소스(102)의 외부 케이싱으로부터 나오는 x-선 소스(102) 또는 소스의 내부 공간(204) 외부의 산란 방사선뿐만 아니라 x-선 소스(102)의 내부 공간(204)(예를 들어, 진공 챔버) 내부로부터 나오는 산란 방사선의 대부분을 감쇠시킨다. 따라서, 초점 튜닝 장치(112)는 산란된 x-선의 효과를 감소시킴으로써 방사선 사진에서 콘트라스트와 선명도를 증가시키는 추가 이점을 가질 수 있다.
컬럼 구조체(214)는 유효 초점(222) 내로부터 방출된 일부 x-선을 감쇠시킬 수 있다. 따라서, 초점 튜닝 장치(112) 자체는 x-선 검출기(104)에 그림자를 드리울 수 있다. 예를 들어, 컬럼 구조체(214)가 채널의 그리드 패턴을 획정하면, 그리드 패턴이 방사선 사진 내에 나타날 수 있다. 이에 대응하기 위하여, 모션 시스템(232)은 컬럼 구조체(214)가 x-선 검출기(104) 상의 동일한 위치에 그림자를 연속으로 드리우지 않게 초점 튜닝 장치(112)를 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모션 시스템(232)은 초점 튜닝 장치(112)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 모션이 추가 초점 튜닝을 위하여 뿐만 아니라 영상 내의 고정된 패터닝의 제거에 도움을 주도록 사용될 수 있다. 일부 예에서, 영상 내의 고정된 패터닝은 또한 일반적인 감산(subtraction) 방법을 통해 제거될 수 있다. 이러한 감산 방법에서, 초점 튜닝 장치(112)에 의해 차단되는 영역에 대응하는 픽셀 값은 상대적으로 낮은 휘도값을 가질 수 있다. 이에 따라, 보상을 위하여, 값은 이러한 픽셀 값으로부터 감산될 수 있거나, 아니면 이러한 픽셀 값이 조정될 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)의 모션이 요구되는 경우에, 회전, 장동(nutation) 및 진동(oscillation)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 모션에 기계, 전기, 음향, 자기, 압전, 공압 및 유압 방법이 제공될 수 있다. 휴대용 애플리케이션에서, 초점 튜닝 장치(112)의 모션은 스프링 응력(tension), 공압 및 유압 모션 생성 시스템과 같은 기계 전용 메커니즘뿐만 아니라 배터리 또는 다른 전력원을 채용할 수 있다. 도 2의 예에서, 모션 시스템(232)은 하우징(198) 외부에 위치된다. 다른 예에서, 모션 시스템(232)은 하우징(198) 내부에 위치되거나, 부분적으로 하우징(198) 내에 그리고 부분적으로 하우징(198) 밖에 위치된다.
유효 초점은 원하는 초점 및 콜리메이션 개구의 크기에 의해 획정되는 바와 같은 가변 오프셋 변위를 갖는 장치에 모션을 제공함으로써 초점 튜닝 장치(112)를 이용하여 더 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 메커니즘은 특정 개구 간격 크기에 대하여 훨씬 더 많은 초점 감소를 생성하도록 (조작을 이용하거나 조작 없이) 초점 튜닝 장치(112)를 비스듬하게 하거나 기울일 수 있다. 다른 말로 하면, 메커니즘은 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 초점 튜닝 장치(112)를 비스듬하게 하거나 기울일 수 있다. 본 개시 내용의 다른 곳에서 나타낸 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)의 위치를 실제 초점에 상대적으로 변경하는 것은 유효 초점의 크기를 변경할 수 있다.
채널(216)의 개구는 다양한 형상을 갖도록 초점 튜닝 장치(112)에 의해 획정될 수 있다. 예를 들어, 초점 튜닝 장치(112)는 개구 패턴에 대하여 차폐를 잠재적으로 최적화하기 위하여 원형, 정사각형, 삼각형, 6각형 또는 다른 기하학적 형상이나 기하학적 형상의 조합을 갖도록 채널(216)(또는 컬럼 구조체(214))의 개구를 획정할 수 있다. 채널(216)의 개구의 패턴 또는 컬럼 구조체(214)의 패턴은 상이한 모션 구성 및 영상 고정 패턴 감소를 위하여 컬럼 구조체에 대한 개구의 최적의 비를 제공하도록 서로에 대하여 정렬되어 변할 수 있다. 예를 들어, 홀 및/또는 벽 크기는 장치의 두께를 통해 변할 수 있다. 일례에서, 컬럼 구조체(214)는 대상 측 표면(220)에서의 채널(216)의 개구보다 더 넓게 소스 측 표면(218)에서의 채널(216)의 개구를 획정하거나 그 반대로 획정할 수 있다. 더욱 일반적으로 말하면, 컬럼 구조체(214)는 초점 튜닝 장치(112)의 제2 표면에서의 채널(216)의 개구보다 더 넓게 초점 튜닝 장치(112)의 제1 표면에서의 채널(216)의 개구를 획정할 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)의 외부 대상 측 표면(220)은 주어진 검출기 크기 및/또는 형상을 위한 빔 출력을 최적화하는 것뿐만 아니라 주어진 튜브/소스 설계를 이용하여 구현을 최적화하기 위하여 원형, 정사각형 또는 다른 기하학적 구조일 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)는 감소된 시야 애플리케이션을 위하여 추가 빔 크로핑/차단 콜리메이션과 함께 사용될 수 있어, 1차 빔 광자를 생성하는 산란뿐만 아니라 튜브/소스 산란을 더 제거한다.
일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 유효 초점(222)의 추가 조정을 제공하기 위하여 다수의 층의 상이한 콜리메이션 개구 구성을 이용하여 또한 생성될 수 있다. 더하여, 고에너지 애플리케이션에 대하여, 바람직하지 않은 더 높은 에너지의 x-선 광자의 추가 감쇠를 제공하기 위하여 차폐 컬럼 구조체(214)의 두께뿐만 아니라 초점 튜닝 장치(112)의 두께/깊이가 증가될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, 전자 빔(210)이 애노드(208)의 더 작은 영역으로 집속됨에 따라, 캐소드(206)와 애노드(208) 사이의 간격에 걸쳐 인가될 수 있는 전압은 감소한다. 이것은, 전압이 일정하게 유지되는 경우에 전자 빔(210)에 의해 애노드의 표면 영역의 각각의 평방 단위에 부여되는 에너지가 증가할 것이기 때문이다. 작은 영역에서 너무 많은 에너지를 공급 받는 것은 애노드(208)를 손상시킬 수 있다. 이에 따라, 초점(212)의 크기가 감소함에 따라, 전압 및 이에 따른 전력량이 감소하도록 강제될 수 있다. 전압이 감소함에 따라, 애노드(208)의 x-선속 출력이 감소한다. 이 상황에서, 선속(flux)은 단위 시간당 방출되는 방사 에너지를 말한다.
따라서, 마이크로 초점(micro-focus) 튜브(예를 들어, 100 ㎛ 미만의 초점을 갖는 x-선 튜브) 설계는 전형적으로 전력량에서 제한되고, 따라서 미니 초점(100 ㎛ 및 400 ㎛ 사이의 초점) 및 종래의 초점 튜브(400 ㎛보다 더 큰 초점)의 x-선속 출력을 생성할 수 없다는 점이 이해된다. 초점 튜닝 장치(112)는 종래의 x-선 튜브(예를 들어, 종래의 x-선 튜브의 전력량을 갖는 것)가 종래, 미니 초점 및 마이크로 초점에 이르기까지 초점을 생성할 수 있게 하고, 따라서 고전력량 애플리케이션에서 기능하는 능력을 유지하면서 더 넓은 범위의 기하학적 확대 애플리케이션을 통해 x-선 튜브의 효율적인 사용을 상당히 증가시킨다. 추가로, 일부 마이크로 초점 튜브는 생산 애플리케이션에 대하여 미니 초점 및 종래 초점 튜브보다 더 비싸고 종종 덜 안정적이다. 이것은 종종 개방 진공 설계 및 개방 진공 설계를 지원하는 추가 부품에 기인한다. 이것은 225kV 위에서의 개방 진공 설계 마이크로 초점 튜브에서 특히 맞을 수 있다. 따라서, 초점 튜닝 장치(112)의 사용은 실제 마이크로 초점 또는 미니 초점 튜브의 상당한 비용 증가 없이 마이크로 초점 또는 미니 초점의 효과를 제공할 수 있다.
더하여, 많은 x-선 튜브가 초점의 상이한 위치에 걸쳐 가변하는 x-선 광자 세기(intensity)를 가진다는 것이 이해된다. 초점 튜닝 장치(112)는 더 큰 초점의 더 작은 "핫 스폿(hot spot)" 영역의 선택이 감소된 초점 영역을 위한 가장 높은 x-선속 출력의 최적 위치를 제공할 수 있게 한다. 또한, 이것은 더욱 일관된 초점 형상 및 출력 세기를 제공할 수 있다. 단일 초점 및 다중 초점 튜브가 이 장치와 함께 사용될 수 있다. 다중 초점 튜브의 경우, x-선 튜브의 상이한 초점을 활용하기 위하여 다른 위치에서, 초점 튜닝 장치(112)가 재위치 설정될 수 있거나, 상이한 초점 튜닝 장치가 사용될 수 있다. 더하여, 많은 미니 초점 튜브 설계는 더 작은 초점을 생성하기 위하여 극심한 목표 각도를 사용한다. 극심한 목표 각도의 사용은 왜곡된 초점 형상과, 광자 분포에서의 가변성과, 상이한 방향으로의 공간 해상도에서의 가변성뿐만 아니라 x-선속 출력에서의 가변성을 발생시키는 광범위한 치유 효과를 발생시킬 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)는, 더욱 균일한 빔 형상과 더욱 균질된 x-선 광자 분포를 생성하면서, 종래의 초점으로부터 마이크로 초점에 이르는 초점을 생성하기 위하여 덜 극심한 목표 각도를 갖는 튜브 설계의 사용을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 초점 튜닝 장치(112)는 전형적인 종래 크기의 초점 스폿의 목표 각도(예를 들어, 30도)를 갖는 미니 또는 마이크로 초점 크기의 유효 초점을 가능하게 할 수 있다.
초점 튜닝 장치(112)는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 초점 튜닝 장치(112)는 3D 인쇄, 분말 금속, 마이크로 기계 가공, 에칭, 전기 주조(electroforming), 레이저 드릴링, 분말 형성 및 다른 제조 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 다양한 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 단일 부품으로 제조될 수 있거나, 다수의 부분으로 제조되어 제조 방법에 의해 정의된 바에 따라 조립될 수 있다.
위에서 주목된 바와 같이, x-선 튜브의 일부 종래 구성은 목표(예를 들어, 애노드(208))의 각도를 조정함으로써 초점을 감소시킨다. 목표의 각도를 조정하는 것은 부작용을 생성할 수 있고, 이에 의해 목표에 걸친 초점은 균일하지 않다. 예를 들어, 초점은 형상에 있어서 불균일할 수 있다. 예를 들어, 초점은 타원형일 수 있거나, 아니면 직사각형 형상의 초점의 코너로부터의 날개 형상의 연장부를 가질 수 있다. 다른 예에서, 초점은 세기에 있어서 불균일할 수 있다. 예를 들어, 초점의 일부 부분에 의해 초점의 다른 부분보다 더 많은 방사선이 출력될 수 있다. 불균일한 초점 또는 다른 영향이 방사선 사진 내에서 목표의 애노드 측으로부터 캐소드 측으로 변동하는 불선명도(unsharpness) 상태를 생성할 수 있다. 본 개시 내용의 기술에 따라, 초점 튜닝 장치(112)에서의 채널 구조체 크기는 초점의 변동을 상쇄하도록 비례적으로 변동할 수 있다. 따라서, 컬럼 구조체(214)(즉, 채널간 구조체)는 채널(216)의 직경이 초점 튜닝 장치(112)의 일측(예를 들어, 캐소드(206)에 더 가까운 측)으로부터 초점 튜닝 장치(112)의 반대 측(예를 들어, 애노드(208)에 더 가까운 측)으로 좁아지도록 채널(216)을 획정할 수 있다. 예를 들어, 캐소드(206)에 더 가까운 채널은 애노드(208)에 더 가까운 채널보다 더 작을 수 있다. 이것은 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 광자의 분포를 균일하게 하는 역할을 할 수 있다. 이러한 방식으로, 채널간 구조체는 초점으로부터 불선명도 상태의 변동을 야기하는 것으로 알려진 영향(예를 들어, 불균일성)을 보상하기 위하여 채널의 직경이 변동하도록 채널을 획정한다. 또한, 채널 구조체 크기를 변경하는 것은 초점 변동을 상쇄하기 위하여 초점 튜닝 장치(112)의 변동하는 두께를 활용하는 것이 수반될 수 있다. 예를 들어, 캐소드(206)에 더 가까운 채널은 애노드(208)에 더 가까운 채널보다 더 길 수 있다. 따라서, 광자는 캐소드(206)에 더 가까운 채널을 성공적으로 통과할 가능성이 적다. 이것은 전체 초점 전체에 걸쳐 초점을 균등하게 하는데 도움을 줄 수 있어, 방사선 사진 전체에 걸쳐 균일한 양의 불선명도 또는 방사선 사진 전체에 걸쳐 동일한 공간 해상도를 생성한다. 이러한 예들 중 어느 것에서나, 모션 시스템(232)은 소정의 각도로 유효 초점으로부터 나오는 광자가 초점 튜닝 장치(112)에 의해 항상 차단되는 것을 방지하기 위하여 초점 튜닝 장치(112)를 진동시킬 수 있다.
도 3은 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치(112)의 예시적인 단면도를 도시하는 개념도이다. 도 3의 예에서, 채널(216)은 초점 튜닝 장치(112)의 소스 측 표면(218)로부터 대상 측 표면(220)으로 연장하는 흰색 영역으로 도시된다. 더하여, 도 3의 예에서, 컬럼 구조체(214)는 음영 영역으로 도시된다.
도 4는 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치(112)의 예시적인 전면도를 도시하는 개념도이다. 다른 말로 하면, 도 4는 소스 측 표면(218)을 보여주는 초점 튜닝 장치(112)의 일례를 도시한다. 도 4의 예에서, 채널(216)의 개구는 작은 원으로 도시된다.
도 5는 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치(112)의 예시적인 배면도를 도시하는 개념도이다. 다른 말로 하면, 도 5는 대상 측 표면(220)을 보여주는 초점 튜닝 장치(112)의 일례를 도시한다. 도 5의 예에서, 채널(216)의 개구는 작은 원으로 도시된다. 소스 측 표면(218)으로부터 대상 측 표면(220)으로의 채널(216)의 확산 경로 때문에 채널(216)의 개구는 도 4보다 더 넓은 영역 위로 퍼져있다는 점에 주목하라.
도 6은 본 개시 내용의 기술에 따른 초점 튜닝 장치(112)의 예시적인 사시도를 도시하는 개념도이다. 도 6의 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 소스 측 표면(218)으로부터 대상 측 표면(220)으로 직경이 증가한다. 도 6의 예에서, 채널(216)의 개구는 소스 측 표면(218) 상의 작은 원으로 도시된다. 초점 튜닝 장치(112)가 도 6의 예에서 평탄한 대상 측 표면(220)과 평탄한 소스 측 표면(218)을 갖는 것으로 도시되지만, 대상 측 표면(220) 및/또는 소스 측 표면(218)은 볼록하거나 오목할 수 있다. 따라서, 다음이 초점 튜닝 장치에 대하여 적용될 수 있다: 초점 튜닝 장치(112)의 제1 표면(예를 들어, 소스 측 표면(218))이 오목하거나 초점 튜닝 장치(112)의 제2 표면(예를 들어, 대상 측 표면(220))이 볼록한 것 중 적어도 하나. 초점 튜닝 장치(112)의 전술한 오목하고 볼록한 표면은 초점 튜닝 장치(112)에서의 복수의 채널(216)을 통한 동일한 이동 거리를 가능하게 한다.
도 7은 본 개시 내용의 기술에 따른 방사선 소스의 유효 초점을 조정하는 예시적인 동작을 도시하는 순서도이다. 도 7의 예에서, 사용자 또는 장치는 방사선 소스와 방사선 검출기 사이에 장치(예를 들어, 초점 튜닝 장치(112))를 위치 설정할 수 있다(300). 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체를 포함할 수 있다. 채널간 구조체는 제1 물질을 포함한다. 채널은 제2 물질을 수용한다. 본 예에서, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 채널을 획정한다. 예를 들어, 채널의 각각을 통과하는 개념적인 선은 공간에서 동일한 점에 수렴할 수 있다. 더하여, 장치(예를 들어, x-선 소스(102))는 캐소드(예를 들어, 캐소드(206))와 애노드(예를 들어, 애노드(208)) 사이의 간격에 걸쳐 이동하는 전자 빔을 활성화할 수 있다(302). 예를 들어, 장치는 전자 빔이 캐소드로부터 애노드로 간격에 걸쳐 이동하도록 캐소드와 애노드 사이의 간격에 걸쳐 전압을 인가할 수 있다. 본 예에서, 채널을 통한 선의 투사에 의해 덮이는 영역은 애노드 상의 전자 빔의 초점보다 더 작다. 일부 예에서, 감마선 소스가 사용될 때와 같이, 동작(302)은 생략될 수 있다. 더하여, 도 7의 예에서, 방사선 검출기(예를 들어, x-선 검출기(104)(도 1))는 채널을 통과한 방사선을 검출할 수 있다(304). 방사선 검출기는 본 개시 내용에서의 다른 곳에서의 예에서 설명된 방식으로 방사선을 검출할 수 있다.
도 8은 본 개시 내용의 기술에 따른 거친 컬럼 표면과 매끄러운 컬럼 표면의 적층된 조합을 갖는 초점 튜닝 장치(112)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8의 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는 한 세트의 컬럼 구조체(314)를 포함한다. 컬럼 구조체(314)는 초점 튜닝 장치(112)의 소스 측 표면(318)으로부터 초점 튜닝 장치(112)의 대상 측 표면(320)으로 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 채널(316)을 획정한다.
일부 예에서, 채널(316)의 표면 마감은 광자의 산란 및 감쇠에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 매끄러운 표면은 광자 굴절을 가능하게 할 수 있어, 수신기 측에서 더 높은 광자 수치(count)를 제공한다. 거친 표면은 추가 광자를 감쇠할 수 있어, 수신기 측에서 더 낮은 광자 수치를 제공한다. 장치 내에서의 거친 컬럼 표면과 매끄러운 컬럼 표면의 적층된 조합은 향상된 결과를 생성할 수 있다. 따라서, 점선을 사용하는 도 8의 예에 도시된 바와 같이, 소스 측 표면(318)에 더 가까운 채널(316)의 표면은 상대적으로 매끄럽다. 대상 측 표면(320)에 더 가까운 채널(316)의 표면은 소스 측 표면(318)에 더 가까운 채널에 비하여 거칠다. 따라서, 도 8의 예에서, 채널(316)의 적어도 하나에 대하여, 컬럼 구조체(314)(즉, 채널간 구조체)는 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 채널을 획정한다.
도 9는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 x-선 소스(102)의 예시적인 단면도를 도시하는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, x-선 소스(102)는 하우징(198)과 모션 시스템(232)을 포함한다. 이전에 논의된 바와 같이, 모션 시스템(232)은 컬럼 구조체(214)가 x-선 검출기(104) 상의 동일한 위치에 그림자를 연속으로 드리우지 않게 초점 튜닝 장치(112)를 이동시키도록 구성될 수 있다. 추가로, 모션 시스템(232)은 원하는 유효 초점 크기를 위하여 초점 튜닝 장치(112)를 정확하게 위치 설정하도록 구성될 수 있다.
도 10은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 초점 튜닝 장치 조정 메커니즘(350)을 도시하는 도면이다. 도 10의 예에서, 메커니즘(350)은 6개의 액추에이터(352A 내지 352F)(집합적으로, "액추에이터(352)")를 포함한다. 액추에이터(352)의 피스톤은 메커니즘(350)의 조인트 부재(354A 내지 354C)(집합적으로, "조인트 부재(354)")에 결합된다. 조인트 부재(354)의 각각은 메커니즘(350)의 칼라(collar) 부재(356)에 결합된다. 도 9의 예에 도시지 않지만, 초점 튜닝 장치(예를 들어, 초점 튜닝 장치(112))는 칼라 부재(356)의 내부 링(358)에 장착될 수 있다.
액추에이터(352)의 피스톤은 조인트 부재(354)를 이동시키고 이에 따라 칼라 부재(356)를 이동시키도록 연장하거나 수축할 수 있다. 따라서, 액추에이터(352)의 이동은 칼라 부재(356)에 장착된 초점 튜닝 장치를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(352A, 352D)의 피스톤의 연장 또는 수축은 칼라 부재(356)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 액추에이터(352B, 352C, 352E, 352F)의 피스톤의 동시 연장 또는 수축은 초점을 향하여 또는 그로부터 멀리 칼라 부재(356)를 이동시킬 수 있다. 액추에이터(352B, 352F)의 피스톤의 연장 및 수반되는 액추에이터(352C, 352E)의 피스톤의 수축은 칼라 부재(356)를 수직으로 아래로 향하여 이동시킨다. 액추에이터(352C, 352E)의 피스톤의 연장 및 수반되는 액추에이터(352B, 352F)의 피스톤의 수축은 칼라 부재(356)를 수직으로 위를 향하여 이동시킨다. 이러한 방식으로, 액추에이터(352)는 6 자유도 만큼 초점 튜닝 장치(112)의 위치를 조정할 수 있다.
영상 처리 시스템(110)(도 1)과 같은 폐루프 제어 시스템이 초점 튜닝 장치의 정확한 위치 설정을 보장하기 위하여 초점 튜닝 장치(112)의 이동을 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 폐루프 제어 시스템은 애노드(208)로부터 상대적으로 멀리 있는 위치에 초점 튜닝 장치(112)를 위치 설정하기 위하여 메커니즘(350)에 신호를 출력할 수 있다. 더하여, 제어 시스템은 이 위치에서 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 x-선속을 결정할 수 있다. 그 다음, 본 예에서, 제어 시스템은 애노드(208)에 더 가까이 초점 튜닝 장치(112)를 이동시키기 위하여 메커니즘(350)에 신호를 출력할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템은 선속을 다시 결정할 수 있다. 본 예에서, 선속은 초점 튜닝 장치(112)가 애노드(208)에 너무 가까워 질 때가지 초점 튜닝 장치(112)가 애노드(208)에 더 가까이 갈수록 계속 증가할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템은 최대 검출 선속과 연관된 위치로 초점 튜닝 장치(112)를 다시 움직이게 할 수 있다. 제어 시스템은 수직 및 수평 방향에 대하여 이 과정을 반복할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 시스템은 초점 튜닝 장치(112)를 위치 설정하는 자동화된 과정을 수행할 수 있다. 초점 튜닝 장치(112)가 정확하게 위치 설정된 후에, 초점 튜닝 장치(112)는 사용을 위하여 잠긴 위치를 유지할 수 있다. 일부 예에서, 정렬은 빛(x-선 대신에)과 충분하게 정확한 개방형 또는 폐쇄형 제어 시스템을 이용하여 벤치탑(bench-top) 스테이션에서 수행될 수 있다. 개방형 제어 시스템의 일례에서, 인간 운전자가 조정을 할 수 있다.
일부 예에서, 초점 튜닝 장치(112)는, 칼라 부재(356)가 고정된 위치에 유지되는 동안, 제거되어 칼라 부재(356)에 재삽입될 수 있다. 따라서, 칼라 부재(356)가 고정된 위치에 유지되는 동안, 다른 초점 튜닝 장치가 대체될 수 있다. 예를 들어, 다른 초점 튜닝 장치가 다른 유효 초점 크기를 성취하기 위하여 대체될 수 있다.
도 11은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 x-선 소스(102)에 결합된 초점 튜닝 장치 조정 메커니즘(350)의 예시도를 도시하는 도면이다. 도 10의 예에서, 메커니즘(350)은 브라켓(370A, 370B)(집합적으로, "브라켓(370)")에 결합된다. 일부 예에서, 브라켓(370)은 x-선 소스(102)에 결합된다. 일부 예에서, 브라켓(370)은 x-선 소스(102)에 바로 결합되지 않고, 대신에 브라켓(370)이 x-선 소스(102)에 대하여 일관된 위치를 유지하도록 다른 구조체(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 브라켓(370A)에 결합된 플레이트(372)가 브라켓(370A)을 이러한 구조체에 장착하는데 사용될 수 있다.
도 12는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 초점 튜닝 장치(112)의 예시적인 프로파일 도면을 도시하는 개념도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 초점 튜닝 장치(112)는 오목한 내부 표면(400)과 볼록한 외부 표면(402)을 가진다. 도 13에 도시된 바와 같이, 내부 표면(400)이 그릇 형상이 되도록 내부 표면(400)은 3차원으로 오목하다. 유사하게, 도 12에 도시된 바와 같이, 외부 표면(402)이 돔 형상이 되도록 외부 표면(402)은 3차원으로 볼록하다.
이러한 방식으로, 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 채널의 길이는 상이한 각도에서 초점 튜닝 장치(112)를 통과하는 x-선에 대하여 동일할 수 있다. 다른 말로 하면, 모든 채널은 동일한 길이를 가질 수 있다. 대조적으로, 도 3의 예에서, 더 높은 각도에 대한(즉, 중심으로부터 더 먼) 채널은 더 낮은 각도에 대한(즉, 중심에 더 가까운) 채널보다 더 길다는 점에 주목하라. 도 12 및 도 13의 예에서, 채널 길이를 동일하게 하는 것은 다양한 각도로 초점 튜닝 장치를 통과하는 광자의 개수를 동일하게 하는데 도움을 줄 수 있어, 초점 튜닝 장치(112)의 외부 표면(402)으로부터 나오는 광자의 더욱 동일한 분포를 잠재적으로 제공한다.
도 14는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 감마선 소스(452)와 함께 사용되는 초점 튜닝 장치(450)의 예시적인 단면도이다. 도 14의 예에서, 감마선 소스(452)는 방사선 실드(454)와 감마 방사선 소스(456)를 포함한다. 감마 방사선 소스(456)는 이리듐-192와 같은 방사성 재료를 포함할 수 있다. 더하여, 캐비티(458)가 방사선 실드(454) 내에 정의된다. 도 14의 예에서, 캐비티(458)는 절두형(truncated) 콘의 형상을 가진다. 감마 방사선 소스(456)는 캐비티(458)의 베이스에 위치 설정된다. 초점 튜닝 장치(450)는 캐비티(458)의 외부 림(rim)에 또는 캐비티 내의 감마 방사선 소스(456)에 더욱 근접하게 위치 설정된다. 본 개시 내용의 다른 곳에서 설명된 초점 튜닝 장치(112)처럼, 채널이 초점 튜닝 장치(450) 내에 획정된다. 초점 튜닝 장치의 채널은 감마 방사선 소스(456) 상의 또는 그 내의 스폿에 수렴하도록 정렬된다. 따라서, 초점 튜닝 장치(112)는 감마 방사선 소스(456)의 전체 표면보다 더 작은 초점을 생성하는 역할을 할 수 있다. 본 개시 내용의 다른 곳에서 설명된 메커니즘처럼, 초점 튜닝 장치(112)는 도 10에 도시된 것과 유사한 수단을 통해 장착되고 조정될 수 있다.
도 15는 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 다른 예시적인 초점 튜닝 장치(500)를 도시하는 개념도이다. 본 개시 내용의 다른 예에서, 초점 튜닝 장치를 통과하는 방사선은 콘 형상이었다. 그러나, 본 개시 내용의 기술은 그렇게 제한되지 않는다. 대신에, 초점 튜닝 장치(500)를 통과하는 방사선은 360°만큼 큰 각도를 갖는 팬 형상 또는 디스크 형상을 가질 수 있다. 도 15의 예에서, 초점 튜닝 장치(500)는 형상에 있어서 원통형이며, 방사선은 360°의 각도를 갖는 디스크 형상의 패턴으로 초점 튜닝 장치(500)를 통과할 수 있다. 다른 예에서, 90°, 180° 또는 0°보다 더 크고 360° 이하인 임의의 다른 각도가 사용될 수 있다. 방사선 소스(502)는 원통의 중심축을 따르는 위치에 배치된다. 방사선 소스(502)는 이리듐-192와 같은 감마선의 소스를 포함할 수 있다.
초점 튜닝 장치(500)는 한 세트의 컬럼 구조체(504)를 포함한다. 컬럼 구조체(504)는 초점 튜닝 장치(500)를 통과하는 채널(506)을 획정한다. 시각적 단순함을 위하여, 도 15 및 도 16에 적은 개수의 컬럼 구조체(504) 및 채널(506)에 대하여만 도면 부호가 제공된다. 더하여, 단순함을 위하여, 도 15의 예는 단지 24개의 채널만을 도시하고, 도 1은 단일 로우(row)의 채널만을 도시한다. 그러나, 컬럼 구조체(504)는 더 많은 채널을 획정할 수 있다. 채널(506)은 x-선에 대하여 상대적으로 낮은 감쇠를 갖는 물질로 채워질 수 있다. 예를 들어, 채널(506)은 공기 또는 다른 물질을 수용할 수 있다. 컬럼 구조체(504)는 x-선에 대하여 상대적으로 높은 감쇠를 갖는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 컬럼 구조체(504)는 텅스텐, 납, 납 유리 또는 탄탈룸과 같은 고밀도 재료로 이루어질 수 있다. 채널(506)이 저감쇠 물질을 수용하고 컬럼 구조체(504)가 고감쇠 물질을 포함하기 때문에, x-선은 채널(506)을 통과할 수 있고, 컬럼 구조체(504)에 의해 감쇠될 수 있다.
컬럼 구조체(504)는 채널(506)이 대상 측 표면(510)으로부터 소스 측 표면(508)로 내부를 향하여 비스듬하게 놓여서 채널(506)의 중심선을 통과하는 개념적인 선이 방사선 소스(502) 내의 단일 위치에서의 위치 또는 그 근처의 위치에 수렴하도록 채널(506)을 획정한다. 예를 들어, 채널(506)의 중심선은 방사선 소스(502)의 중심에 또는 그 근처에 수렴할 수 있다. 화살표 512로 도시된 바와 같이, 채널(506)의 각도 때문에, 채널(506)의 중심선과 정렬된 점이 아닌 방사선 소스(502)의 일부에 의해 방출된 방사선은 컬럼 구조체(504)에 의해 감쇠되지 않으면서 소스 측 표면(508)으로부터 대상 측 표면(510)으로 채널(506)을 통과할 가능성이 적다. 그 결과, 방사선의 유효 소스는 방사선 소스(502)의 실제 크기보다 더 작을 수 있다. 이것은 공간 해상도와 콘트라스트 감도를 개선할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 소스 측 표면(508)(즉, 채널(506)을 통과하는 선이 수렴하는 점을 마주보는 표면)은 원통형이다.
더하여, 도 15의 예에서, 방사선 검출기(514)는 초점 튜닝 장치(500) 외부에 배치될 수 있다. 일부 예에서, 방사선 검출기(514)는 방사선 감응 필름 또는 전자 방사선 검출기를 포함한다. 검사될 대상은 초점 튜닝 장치(500)와 방사선 검출기(514) 사이에 위치 설정될 수 있다. 도 15의 구성은, 특히, 초점 튜닝 장치(500)와 방사선 검출기(514) 사이에 활주할 수 있는 파이프 및 튜브와 같은 원통형 대상을 검사할 때 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 15의 구성은 튜브 내의 용접, 특히 둘레 용접을 검사할 때 유용할 수 있다.
일부 예에서, 모션 시스템(도시되지 않음)은 초점 튜닝 장치의 컬럼 구조체(504)가 방사선 검출기(514) 상의 동일한 위치에 그림자를 연속으로 드리우지 않도록 초점 튜닝 장치(500)를 회전시키거나 아니면 이동시킬 수 있다.
도 16은 본 개시 내용의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 검사 장치(550)를 도시하는 분해도이다. 검사 장치(550)는 도 15의 초점 튜닝 장치(500)를 포함한다. 방사선 소스(502)는 초점 튜닝 장치(550) 내에 배치된다. 검사될 대상(552)은 초점 튜닝 장치(500) 외부에 동심으로 배치될 수 있다. 더하여, 단순함을 위하여, 방사선 검출기(514)는 대상(552) 외부에 동심으로 배치된 단일 검출기로서 도시된다. 검출기는 원통형이거나, 평탄형이거나, 곡선형이거나, 직사각형이거나 또는 형상 및 크기의 임의의 다른 변형일 수 있다. 도 16의 예에 도시되지 않지만, 방사선 차폐부가 방사선 검출기(514) 외부에 동심으로 배치될 수 있다.
도 17은 본 개시 내용의 기술에 따른 반원형 초점 튜닝 장치(600)를 도시하는 개념도이다. 도 17의 예에 도시된 바와 같이, 초점 튜닝 장치(600)는 형상에 있어서 반구형이다. 유사한 예에서, 초점 튜닝 장치(600)는 완전히 구형일 수 있거나, 다른 구형 부채꼴(sector), 구형 쐐기형(wedge) 또는 구형 세그먼트일 수 있다. 초점 튜닝 장치(600)는 구조에 있어서 본 개시 내용에서의 다른 곳에서 설명된 초점 튜닝 장치에 유사할 수 있다. 예를 들어, 채널은 채널을 통과하는 선의 각도가 방사선 소스(502) 내의 위치에 수렴하도록 초점 튜닝 장치(600)에서 획정될 수 있다. 이것은 더 작은 유효 초점을 제공하는 유사한 효과를 가질 수 있다.
다음 문단들은 본 개시 내용의 기술의 다양한 예를 설명한다.
예 1. 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치에 있어서, 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선(line)이 수렴하도록 채널을 획정하는, 장치.
예 2. 예 1 및 2에 있어서, 제1 표면이 오목한 것 또는 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인, 장치.
예 3. 예 1 또는 2에 있어서, 모든 채널은 동일한 길이를 갖는, 장치.
예 4. 예 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체는 채널의 직경이 전자 빔의 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 채널을 획정하는, 장치.
예 5. 예 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 채널 중 적어도 하나에 대하여, 채널간 구조체는 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 채널을 획정하는, 장치.
예 6. 예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체는 장치의 제2 표면에서의 채널의 개구보다 더 넓도록 장치의 제1 표면에서의 채널의 개구를 획정하는, 장치.
예 7. 예 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 방사선은 x-선 방사선 또는 감마선 방사선인, 장치.
예 8. 예 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 채널을 통과하는 선이 수렴하는 점을 마주보는 장치의 표면은 원통형인, 장치.
예 9. 방사선 소스의 유효 초점 크기를 튜닝하는 방법에 있어서, 방사선 소스와 방사선 검출기 사이에 장치를 위치 설정하는 단계로서, 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 수용하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 채널을 획정하는 단계; 및 방사선 검출기에 의해, 채널을 통과한 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
예 10. 예 9에 있어서, 캐소드로부터 애노드로 간격을 가로질러 이동하는 전자 빔을 활성화하는 단계를 더 포함하고, 채널을 통한 선의 투사에 의해 덮이는 영역은 애노드 상의 전자 빔의 초점보다 더 작은, 방법.
예 11. 예 9 또는 10에 있어서, 제1 표면이 오목한 것 또는 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인, 방법.
예 12. 예 9 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 채널을 통과하는 선이 수렴하는 점을 마주보는 장치의 표면은 원통형인, 방법.
예 13. 예 9 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 모든 채널은 동일한 길이를 갖는, 방법.
예 14. 예 9 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체는 채널의 직경이 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 채널을 획정하는, 방법.
예 15. 예 9 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 채널 중 적어도 하나에 대하여, 채널간 구조체는 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 채널을 획정하는, 방법.
예 16. 예 9 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체는 장치의 제2 표면에서의 채널의 개구보다 더 넓도록 장치의 제1 표면에서의 채널의 개구를 획정하는, 방법.
예 17. 예 9 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 방사선은 x-선 방사선이거나, 예 9 및 11 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 방사선은 감마선 방사선인, 방법.
예 18. 예 9 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 영역의 크기를 조정하기 위하여 장치를 애노드를 향하여 이동시키거나 애노드로부터 멀리 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 19. 예 9 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 영역의 크기를 조정하기 위하여 장치를 비스듬하게 하거나 기울이는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 20. 예 9 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체가 방사선 검출기 상의 위치에서 그림자를 연속적으로 드리우지 않도록 장치를 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 21. 예 20에 있어서, 장치를 이동시키는 단계는, 장치를 회전시키는 단계, 장치를 장동(nutation)시키는 단계 또는 장치를 진동시키는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
예 22. 대상(object)을 향하여 방사선을 전달하도록 구성된 방사선 소스; 방사선을 검출하도록 구성된 방사선 검출기; 및 상기 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치를 포함하고, 장치는, 제1 표면으로부터 제2 표면으로 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체를 포함하고, 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 채널은 제2 물질을 포함하고, 제1 물질은 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 채널간 구조체는 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 채널을 획정하는, 시스템.
예 23. 예 22에 있어서, 제1 표면이 오목한 것 또는 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인, 시스템.
예 24. 예 22 또는 23에 있어서, 채널을 통과하는 선이 수렴하는 점을 마주보는 장치의 표면은 원통형인, 시스템.
예 25. 예 22 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 모든 채널은 동일한 길이를 갖는, 시스템.
예 26. 예 22 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체는 채널의 직경이 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 채널을 획정하는, 시스템.
예 27. 예 22 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 채널 중 적어도 하나에 대하여, 채널간 구조체는 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 상기 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 채널을 획정하는, 시스템.
예 28. 예 22 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 채널간 구조체는 장치의 제2 표면에서의 채널의 개구보다 더 넓도록 장치의 제1 표면에서의 채널의 개구를 획정하는, 시스템.
예 29. 예 22 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 방사선은 x-선 방사선이거나, 예 22 및 23 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 방사선은 감마선 방사선인, 시스템.
예 30. 예 22 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 장치를 방사선 소스의 애노드를 향하여 이동시키거나 애노드로부터 멀리 이동시키도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는, 시스템.
예 31. 예 22 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 장치를 비스듬하게 하거나 기울이도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는, 시스템.
예 32. 예 22 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 채널간 구조체가 방사선 검출기 상의 위치에서 그림자를 연속적으로 드리우지 않도록 장치를 이동시키도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는, 시스템.
예 33. 예 32에 있어서, 모션 시스템은 장치를 회전시키거나, 장치를 장동시키거나 또는 장치를 진동시키도록 구성된, 시스템.
예 34. 예 22 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 방사선 소스는 캐소드와 애노드를 포함하고, 시스템의 동작 동안, 전자 빔은 캐소드로부터 애노드로 간격을 가로질러 이동하고, 유효 초점 크기는 애노드 상의 전자 빔의 초점보다 더 작은, 시스템.
다양한 예들이 설명되었다. 이 예들 및 다른 예들은 다음의 청구범위의 범위 내에 있다. 예를 들어, 본 개시 내용의 대부분이 x-선을 나타내지만, x-선의 논의는 감마선과 같은 다른 종류의 방사선에 동일하게 적용될 수 있다.

Claims (34)

  1. 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치에 있어서,
    제1 표면으로부터 제2 표면으로 상기 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함하고, 상기 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 상기 채널은 제2 물질을 수용하고, 상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 상기 채널간 구조체는 상기 채널을 통과하는 선(line)이 수렴하도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면이 오목한 것 또는 상기 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    모든 상기 채널은 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 채널의 직경이 전자 빔의 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 중 적어도 하나에 대하여, 상기 채널간 구조체는 상기 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 상기 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 장치의 제2 표면에서의 상기 채널의 개구보다 더 넓도록 상기 장치의 제1 표면에서의 상기 채널의 개구를 획정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방사선은 x-선 방사선 또는 감마선 방사선인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 채널을 통과하는 상기 선이 수렴하는 점을 마주보는 상기 장치의 표면은 원통형인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하는 방법으로서,
    상기 방사선 소스와 방사선 검출기 사이에 장치를 위치 설정하는 단계로서, 상기 장치는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 상기 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함하고, 상기 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 상기 채널은 제2 물질을 수용하고, 상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 상기 채널간 구조체는 상기 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 상기 채널을 획정하는 단계; 및
    상기 방사선 검출기에 의해, 상기 채널을 통과한 방사선을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    캐소드(cathode)로부터 애노드(anode)로 간격을 가로질러 이동하는 전자 빔을 활성화하는 단계를 더 포함하고, 상기 채널을 통한 상기 선의 투사에 의해 덮이는 영역은 상기 애노드 상의 상기 전자 빔의 초점보다 더 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 표면이 오목한 것 또는 상기 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 채널을 통과하는 상기 선이 수렴하는 점을 마주보는 상기 장치의 표면은 원통형인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    모든 상기 채널은 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 채널의 직경이 상기 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 채널 중 적어도 하나에 대하여, 상기 채널간 구조체는 상기 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 상기 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 장치의 제2 표면에서의 상기 채널의 개구보다 더 넓도록 상기 장치의 제1 표면에서의 상기 채널의 개구를 획정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 방사선은 x-선 방사선 또는 감마선 방사선인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 영역의 크기를 조정하기 위하여 상기 장치를 상기 애노드를 향하여 이동시키거나 상기 애노드로부터 멀리 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 영역의 크기를 조정하기 위하여 상기 장치를 비스듬하게 하거나 기울이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 채널간 구조체가 방사선 검출기 상의 위치에서 그림자를 연속적으로 드리우지 않도록 상기 장치를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 장치를 이동시키는 단계는, 상기 장치를 회전시키는 단계, 상기 장치를 장동(nutation)시키는 단계 또는 상기 장치를 진동시키는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 대상(object)을 향하여 방사선을 전달하도록 구성된 방사선 소스;
    상기 방사선을 검출하도록 구성된 방사선 검출기; 및
    상기 방사선 소스의 유효 초점 크기(effective focal spot size)를 튜닝하기 위한 장치
    를 포함하고,
    상기 장치는, 제1 표면으로부터 제2 표면으로 상기 장치를 통과하는 복수의 채널을 획정하는 복수의 채널간 구조체(inter-channel structure)를 포함하고, 상기 채널간 구조체는 제1 물질을 포함하고, 상기 채널은 제2 물질을 수용하고, 상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 더 많이 방사선을 감쇠시키고, 상기 채널간 구조체는 상기 채널을 통과하는 선이 수렴하도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 표면이 오목한 것 또는 상기 제2 표면이 볼록한 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 채널을 통과하는 상기 선이 수렴하는 점을 마주보는 상기 장치의 표면은 원통형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제22항에 있어서,
    모든 상기 채널은 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 채널의 직경이 상기 초점의 불균일성을 보상하기 위하여 변동되도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 채널 중 적어도 하나에 대하여, 상기 채널간 구조체는 상기 채널의 내부 표면의 제1 세그먼트가 상기 채널의 내부 표면의 제2 세그먼트보다 더 매끄럽도록 상기 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 채널간 구조체는 상기 장치의 제2 표면에서의 상기 채널의 개구보다 더 넓도록 상기 장치의 제1 표면에서의 상기 채널의 개구를 획정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 방사선은 x-선 방사선 또는 감마선 방사선인 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 상기 장치를 상기 방사선 소스의 애노드(anode)를 향하여 이동시키거나 상기 애노드로부터 멀리 이동시키도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 유효 초점 크기를 조정하기 위하여 상기 장치를 비스듬하게 하거나 기울이도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 채널간 구조체가 방사선 검출기 상의 위치에서 그림자를 연속적으로 드리우지 않도록 상기 장치를 이동시키도록 구성된 모션 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 모션 시스템은 상기 장치를 회전시키거나, 상기 장치를 장동(nutation)시키거나, 또는 상기 장치를 진동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 제22항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 캐소드(cathode)와 애노드를 포함하고, 상기 시스템의 동작 동안, 전자 빔은 상기 캐소드로부터 상기 애노드로 간격을 가로질러 이동하고, 상기 유효 초점 크기는 상기 애노드 상의 상기 전자 빔의 초점보다 더 작은 것을 특징으로 하는 시스템.
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