KR20210084233A - X-ray generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 엑스선 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray generating device.
최근 들어 엑스선(X-Ray) 촬영은 반도체 및 정보처리기술의 발전에 힘입어 디지털 센서를 이용한 DR(Digital Radiograhpy)로 빠르게 대체되는 가운데 엑스선 촬영 기술 또한 목적에 따라 다양하게 발전하고 있다. In recent years, X-ray imaging is rapidly being replaced by DR (Digital Radiography) using a digital sensor thanks to the development of semiconductor and information processing technology, and X-ray imaging technology is also developing variously depending on the purpose.
일례로, 치과 분야에서 주로 시행되는 구강내(Intra-Oral) 엑스선 촬영을 들 수 있다. For example, intra-oral X-ray imaging, which is mainly performed in the dental field, may be used.
구강내 엑스선 촬영은 피검자의 구강내 한정된 영역의 엑스선 영상을 얻기 위한 엑스선 촬영기술로서, 피검자의 구강 내부에 엑스선 센서를 배치하고 구강 외부의 엑스선 발생 장치로부터 엑스선을 조사하여 이들 사이의 치아 및 치아 주변 조직에 대한 엑스선 영상을 획득한다. 이 같은 구강내 엑스선 촬영 영상은 왜곡이 적고 해상도와 선예도가 우수하며 방사선 노출이 상대적으로 적다는 장점을 지니고 있어, 고해상도가 요구되는 임플란트 시술이나 근관치료 등에 주로 활용되고 있다. Intraoral X-ray imaging is an X-ray imaging technique for obtaining an X-ray image of a limited area in the oral cavity of a subject. An X-ray sensor is placed inside the subject's oral cavity and X-rays are irradiated from an X-ray generator outside the oral cavity. Obtain an X-ray image of the tissue. Such intraoral X-ray imaging has the advantages of low distortion, excellent resolution and sharpness, and relatively low radiation exposure, so it is mainly used for implant surgery or root canal treatment that requires high resolution.
한편, 구강내 엑스선 촬영을 위한 엑스선 촬영 장치는 통상적으로 포터블 엑스선 발생 장치라 불리며, 사용자가 손에 들고 엑스선 촬영을 하는 경우가 대부분인 바, 구강내 엑스선 촬영의 편의성과 정확성을 높여 그 활용도를 향상시키기 위해서는 엑스선 발생 장치의 경량화 및 소형화가 요구된다. On the other hand, an X-ray imaging device for intraoral X-ray imaging is commonly called a portable X-ray generating device, and most of the users take an X-ray while holding it in their hand. For this purpose, weight reduction and miniaturization of the X-ray generator are required.
본 발명은 경량화 및 소형화가 가능하고, 불필요한 대기시간을 줄여 효율을 높일 수 있는 엑스선 발생 장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an X-ray generator capable of reducing weight and size, and reducing unnecessary waiting time to increase efficiency.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 전압원으로부터 공급된 제 1 직류전압을 상기 제 1 직류전압 보다 큰 제 2 직류전압으로 승압하는 승압부; 상기 2차 직류전압을 인가받아 충전전압을 생성하는 적어도 하나의 캐패시터; 상기 충전전압을 구동전압으로 변환하는 변환부; 상기 구동전압을 인가받아 엑스선을 조사하는 엑스선 소스; 상기 승압부, 상기 변환부 및 상기 엑스선 소스를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제2 직류전압의 크기는 가변하고, 상기 제어부는 상기 엑스선 소스가 기 설정된 온도 이하로 냉각되는데 필요한 쿨링타임을 산출하고, 상기 쿨링타임에 따라 상기 제 2 직류전압의 크기를 결정하고, 상기 쿨링타임 동안 상기 제2 직류전압을 상기 캐패시터에 인가하는 엑스선 발생 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes: a step-up unit for boosting a first DC voltage supplied from a voltage source to a second DC voltage greater than the first DC voltage; at least one capacitor receiving the secondary DC voltage to generate a charging voltage; a converter converting the charging voltage into a driving voltage; an X-ray source receiving the driving voltage and irradiating X-rays; and a control unit for controlling the boosting unit, the converting unit, and the X-ray source, wherein the magnitude of the second DC voltage is variable, and the control unit calculates a cooling time required for cooling the X-ray source to a preset temperature or less, and , an X-ray generator for determining the level of the second DC voltage according to the cooling time and applying the second DC voltage to the capacitor during the cooling time.
이때, 상기 승압부는, 상기 전압원에 연결되는 인덕터를 포함하는 입력단; 상기 캐패시터에 연결되는 다이오드를 포함하는 출력단; 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 온/오프 하는 스위칭소자를 포함하고, 상기 제어부는 상기 스위칭소자의 온/오프 사이클을 조절해서 상기 제 2 직류전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.In this case, the boosting unit may include: an input terminal including an inductor connected to the voltage source; an output terminal including a diode connected to the capacitor; and a switching element for turning on/off the electrical connection between the input terminal and the output terminal, wherein the controller adjusts an on/off cycle of the switching element to adjust the magnitude of the second DC voltage.
또한 상기 승압부는, 상기 전압원과 인덕터 사이에 병렬 연결되는 입력 커패시터; 상기 다이오드와 상기 사이에 병렬 연결되는 출력 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The boosting unit may include: an input capacitor connected in parallel between the voltage source and the inductor; It characterized in that it further comprises an output capacitor connected in parallel between the diode and the said diode.
또한 상기 제어부는, 상기 쿨링타임 동안 상기 구동전압이 상기 엑스선 소스로 인가되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller may block the application of the driving voltage to the X-ray source during the cooling time.
또한 사용자로부터 엑스선 촬영모드와 촬영조건을 포함하는 촬영정보를 입력받는 사용자 입력부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 엑스선 촬영정보를 기초로 상기 쿨링타임을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, it further includes a user input unit for receiving photographing information including an X-ray photographing mode and photographing conditions from a user, wherein the control unit calculates the cooling time based on the X-ray photographing information.
또는 상기 엑스선 소스의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 엑스선 소스의 온도를 기초로 상기 쿨링 타임을 산출하는 것을 특징으로 한다.or a temperature sensor sensing a temperature of the X-ray source, wherein the controller calculates the cooling time based on the temperature of the X-ray source.
본 발명은 장치의 경량화 및 소형화를 가능케하여 편의성을 증대시키는 한편 불필요한 대기시간을 최소화해서 효율 높은 엑스선 발생 장치를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing an X-ray generating apparatus with high efficiency by minimizing unnecessary waiting time while increasing convenience by enabling weight reduction and miniaturization of the apparatus.
도 1은 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 전원부의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 승압부의 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 제어부의 블럭도이다.
도 6과 도 7은 각각 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a perspective view of an X-ray generating apparatus according to the present invention.
2 is a block diagram of an X-ray generating apparatus according to the present invention.
3 is a circuit diagram of a power supply unit of the X-ray generator according to the present invention.
4 is a circuit diagram of a boosting unit of the X-ray generator according to the present invention.
5 is a block diagram of a control unit of the X-ray generating apparatus according to the present invention.
6 and 7 are each a flowchart illustrating a method of driving an X-ray generating apparatus according to the present invention.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해 질 것이다. The above object, features and advantages will become more apparent through the following examples in conjunction with the accompanying drawings.
특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 출원의 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Specific structural or functional descriptions are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and the embodiments described in the specification of the present application It should not be construed as being limited to
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 출원의 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the specification of the present application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다"거나 또는 "직접 접속되어 있다"고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. will have to be understood On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, that is, expressions such as "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", should be interpreted similarly.
본 출원의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the specification of the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
도 1은 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of an X-ray generating apparatus according to the present invention.
보이는 것처럼, 본 발명에 따른 엑스선 발생장치는 후술하는 전원부, 제어부, 변환부, 엑스선 소스 등이 내장되는 본체(10), 사용자가 손으로 잡고 사용할 수 있도록 본체(10) 일측에 구비되는 손잡이(12), 엑스선 조사에 대한 사용자 조작을 위해 본체(10)의 일측, 바람직하게는 손잡이(12) 근처에 구비되는 조사스위치(14), 본체(10)의 일측에 구비되어 엑스선이 조사되는 조사구(20), 조사구(20)의 둘레를 따라 둘러 붙여져 엑스선 조사방향의 반대편에 있는 사용자의 피폭을 최소화하는 차폐판(22), 본체(10)의 일측에 구비되어 촬영모드와 촬영조건 등 엑스선 촬영을 위한 각종 촬영정보와 구동 관련 메시지를 표시하는 계기판(32), 촬영정보 조절 등을 위한 사용자 조작이 입력되는 버튼, 다이얼 등의 사용자 입력부(34), 본체(10)의 일측, 바람직하게는 손잡이(12)의 일측에 구비되고 외부전원과 연결되어 외부전력을 전압원으로 입력받거나 후술하는 배터리의 충전전력으로 입력받는 전원커넥터(36)을 포함한다.As can be seen, the X-ray generator according to the present invention includes a
따라서 사용자는 손잡이(12)를 잡고 본체(10)를 들어 계기판(32)과 사용자 입력부(34)으로 적절한 촬영모드와 촬영조건 등을 설정한 후, 본체(10)의 조사구(20)가 엑스선 조사위치를 향하도록 조준한 다음 조사스위치(14)를 눌러 조사구를 통해 엑스선 조사위치로 엑스선을 조사할 수 있다. 그리고 차폐판(22)은 후방으로 산란되는 엑스선을 차단해서 사용자의 피폭을 최소화하고, 전원커넥터 (36)는 아탑터 등을 매개로 외부전원과 연결되어 외부전력을 전압원으로 공급받거나 후술하는 배터리의 충전전력으로 공급받는다.Therefore, the user holds the
참고로, 도 1은 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 일례에 지나지 않으며 구체적인 형태나 구조 등은 얼마든지 변형될 수 있다.For reference, FIG. 1 is only an example of an X-ray generating apparatus according to the present invention, and specific shapes and structures may be modified as much as possible.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 내부 구성도로서, 편의상 본 발명의 설명에 필요한 부분 만을 간략히 나타내었다. FIG. 2 is an internal configuration diagram of an X-ray generating apparatus according to the present invention, and only the parts necessary for the description of the present invention are briefly shown for convenience.
보이는 것처럼, 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치는 전원부(100), 제어부(200), 전력변환부(300) 및 엑스선 소스(400)를 포함한다.As can be seen, the X-ray generating apparatus according to the present invention includes a
전원부(100)는 전압원(102), 스위치(104), 승압부(106) 및 캐패시터(108)를 포함한다.The
전압원(102)은 배터리일 수 있고, 상용의 1차 배터리 또는 2차 배터리를 사용할 수 있다. 배터리는 1개 또는 2개 이상의 복수개로 구성될 수 있다. 배터리의 용량이 다 소진되면, 상용 1차 배터리는 새로운 배터리로 교환하고, 2차 배터리는 충전을 통해 다시 전압원으로 사용될 수 있다. 배터리가 상용의 1차 배터리라는 전제 하에, 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치에서 교체 또는 변경이 필요한 구성은 배터리뿐이며, 후술하겠지만 본 발명에 따른 엑스선 발생장치에서 전압원은 저전압(예컨대, 2.5V~4.2V)의 1차 직류전압을 공급할 수 있으면 충분한바, 본 발명은 전압원으로 상용 1차 배터리 또는 2차 배터리를 사용함으로써, 장치의 소형화 및 충전시간을 최소화할 수 있다.The
참고로, 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 전압원(102)은 배터리가 아닌 외부전원도 가능하고, 배터리가 2차 배터리인 경우 외부전원으로 충전될 수 있다.For reference, the
스위치(104)는 전압원(102)과 캐패시터(106)의 전기적 연결을 온/오프해서 전압원(102)으로부터 승압부(106)로 공급되는 1차 직류전압을 온/오프 제어한다. The
스위치(104)는 제어부(200)로부터 온/오프 제어신호를 인가받아 온/오프된다.The
스위치(104)는 제어부(200)로부터 온 제어신호를 인가받아 전압원(102)과 승압부(106)를 전기적으로 연결한다. 스위치(104)를 통해 전압원(102)과 승압부(106)가 연결되면 전압원(102)에서 출력되는 1차 직류전압이 승압부(106)를 통해 2차 직류전압으로 승압되어 캐패시터(108)를 충전한다. 스위치(104)는 제어부(200)로부터 오프 제어신호를 인가받아 전압원(102)와 승압부(106)의 전기적 연결을 해제할 수 있다. 스위치(104)에 의해 전압원(102)과 승압부(103)의 연결이 해제되면, 전압원(102)의 전압공급이 차단되어 캐패시터(104)의 충전이 중단된다.The
비록 도면 및 이상의 설명에서는 스위치(104)가 전압원(102)과 승압부(106) 사이에 개재된 것으로 나타내었지만, 승압부(106)와 캐패시터(108) 사이에 개재되어도 같은 기능을 할 수 있다.Although the
승압부(106)는 스위치(104)를 통해 전압원(102)와 연결되며, 스위치(104)의 온/오프 상태에 따라 구동이 제어된다. 승압부(103)는 전압원(102)에서 출력되는 1차 직류전압을, 캐패시터(108)를 충전하기 위한 2차 직류전압으로 변환하는 역할을 한다. 일례로, 승압부(106)는 전압원(102)에서 발생된 저전압(예컨대, 2.5V~4.2V)의 1차 직류전압을 공급받아 캐패시터(108)를 충전하는데 적합한 2차 직류전압(예컨대, 24V~30V, 0.15A)으로 승압해서 캐패시터(108)에 공급할 수 있다. 이를 위한 전압승압부(106)는 DC/DC 부스터 컨버터(Booster converter) 회로를 포함할 수 있다. The
도 3은 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 전원부를 나타낸 회로도로서, 예를 들어, 전원부(100)가 전압원(102)과 복수의 직렬 연결된 캐패시터 소자로 구성된 캐패시터(108)를 포함하는 경우, 승압부(106)는 일례로 전압원(102)의 출력전압인 2.5V 내지 4.2V의 1차 직류전압을 공급받아 캐패시터(108)를 충전하기에 적합한 전압인 24V 내지 30V의 2차 직류전압으로 변환하여 캐패시터(108)를 충전할 수 있다.3 is a circuit diagram illustrating a power supply unit of an X-ray generator according to the present invention. For example, when the
도 4는 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 승압부(106)를 나타낸 회로도로서, 전압원(102)과 직렬로 연결되는 인덕터(In)를 포함하는 입력단(106a), 캐패시터(108)와 직렬로 연결되는 다이오드(D)를 포함하는 출력단(106b), 입력단(106a)과 출력단(106b)의 전기적 연결을 온/오프 하는 스위칭 소자(SW)를 포함하고, 전압원(102)과 인덕터(In) 사이에는 입력 캐패시터(Cin)가 병렬 연결되고 다이오드(D)와 캐패시터(108) 사이에는 출력 캐패시터(Cout)가 병렬 연결된다.4 is a circuit diagram showing the boosting
따라서 스위칭 소자(SW)의 온 상태에서는 인덕터(In)에 전류가 충전되고, 스위칭 소자(SW)의가 오프 상태(SW)에서는 인덕터(In)에 충전된 전류가 방전되어 제 1 직류전압 보다 큰 제 2 직류전압을 캐패시터(108)로 전달한다. 이때, 스위칭 소자(SW)의 온/오프 사이클에 따라 제 2 직류전압의 크기가 가변되고, 후술하는 제어부(200)는 스위칭 소자(SW)의 온/오프 사이클을 조절해서 제 2 직류전압의 크기를 조절한다. Therefore, in the on state of the switching element SW, a current is charged in the inductor In, and in the off state SW of the switching element SW, the current charged in the inductor In is discharged, so that the first DC voltage is greater than the first DC voltage. 2 The DC voltage is transferred to the
다시 도 2를 참조하면, 캐패시터(108)는 승압부(106)로부터 공급받은 2차 직류전압으로 충전될 수 있다. 캐패시터(108)는 엑스선 조사를 위해 변환부(300)에 충전전압을 공급할 수 있다. 캐패시터(108)는 직렬 연결된 적어도 2개 이상의 캐패시터 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 엑스선 소스(400)의 구동에 65kV, 3mA, 1s가 필요하다고 가정하면, 캐패시터(108)는 25F~30F의 정전용량을 갖는 캐패시터 소자 2~4개로 구성될 수 있다. 캐패시터 소자가 약 12.5ø×20mm의 크기를 갖는 전해 캐패시터(eletrolytic Capacitor)라 가정하면, 캐패시터(108)의 크기는 약 25×50×20mm가 될 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the
비교예로, 배터리의 1차 직류전압 만을 이용할 경우에는 엑스선 소스(400)에 순간적으로 고전압을 인가하여야 하므로 배터리의 수명 저하 및 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 다른 비교예로, 고출력용으로 만들어진 특수 배터리의 직류전압 만을 이용할 경우에는 엑스선 발생 장치의 단가 상승 요인이 되는 문제가 있다. 또 다른 비교예로, 고용량 캐패시터의 직류전압만을 이용할 경우에는 캐패시터의 에너지 밀도가 낮아 전원부가 비대해지므로 엑스선 발생 장치의 사용성이 떨어질 수 있다. 또 다른 비교예로, 저용량 캐패시터 직류전압만을 이용할 경우에는 촬영할 때마다 충전해야 하는 번거로움으로 인해 장치의 편의성이 매우 떨어지는 문제가 있다.As a comparative example, when only the primary DC voltage of the battery is used, a high voltage must be applied to the
따라서, 본 발명에서는 에너지 밀도가 높은 배터리 등의 전압원(102) 및 고출력이 용이한 복수의 직렬 연결된 캐패시터 소자를 포함하는 캐패시터(104)로 전원부(100)를 구성함으로써, 장치의 경량화 및 소형화를 가능하게 하여 엑스선 발생 장치의 효율성 및 편의성을 모두 증대시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, by configuring the
제어부(200)는 본 발명에 따른 엑스선 장치의 전반적인 동작을 제어한다.The
앞서 도 1을 함께 참조하면, 제어부(200)는 사용자가 계기판(32)과 사용자 입력부(34)을 통해 촬영모드와 촬영조건 등 원하는 촬영정보를 입력하면 그에 따른 엑스선 촬영이 이루어지도록 변환부(300)를 제어해서 엑스선 소스(400)로 공급되는 구동전압의 크기를 조절하고, 사용자가 조사스위치(14)를 통해 엑스선 조사명령을 입력하면 변환부(300)의 구동전압을 엑스선 소스(400)로 공급해서 엑스선이 조사되게 하며, 엑스선 촬영이 완료되면 엑스선 소스(400)로 전달되는 구동전압을 차단해서 엑스선 조사를 중단한다. 그리고 엑스선 조사 후 일정시간인 쿨링 타임 동안 사용자가 조사스위치(14)를 통해 엑스선 조사명령을 입력하더라도 변환부(300)에서 엑스선 소스(400)로 전달되는 구동전압을 계속 차단해서 엑스선 소스(400)가 기 설정된 온도 이하로 냉각되게 한다.Referring to FIG. 1 above together, the
특히 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 제어부(200)는 사용자 입력부(34)를 통한 촬영정보의 입력 후 또는 엑스선 소스(400)의 엑스선 조사 종료 후 촬영정보 또는 엑스선 소스(400)의 온도를 기초로 쿨링 타임을 산출하고, 해당 시간 내 캐패시터(108)의 충전전압이 미리 설정된 전압값 이상이 되도록 승압부(106)의 구동시점과 제 2 직류전압의 크기를 제어하며, 캐패시터(108)의 충전이 완료되고 엑스선 소스(400)의 온도가 기 설정된 온도값 이하로 냉각되면 계기판(32)에 엑스선 촬영이 가능함을 알리는 엑스선 조사대기 메시지를 표시한다.In particular, the
또한 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 제어부(200)는 전원부(102)와 엑스선 소스(400)의 상태를 모니터링하고, 이를 기초로 계기판(32)을 통해 사용자에게 적절한 알림 메시지를 표시할 수 있다. 일례로 제어부(200)는 배터리의 전압 잔랑을 측정해서 기 설정된 전압값 이하라면 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청메시지를 계기판(32)에 표시하고, 캐패시터(108)의 과전압 또는 단락 여부를 확인해서 이상이 있다면 캐패시터(108)의 이상을 알리는 오류메시지를 계기판(32)에 표시하며, 엑스선 소스(400)의 실제 온도를 측정해서 계기판(32)을 통해 사용자에게 표시할 수 있다.In addition, the
도 5는 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 제어부를 나타낸 구성도이다. 5 is a block diagram illustrating a control unit of an X-ray generator according to the present invention.
보이는 것처럼, 제어부(200)는 엑스선 촬영을 위한 일련의 제어알고리즘이 탑재된 논리연산회로(210), 쿨링 타임 산출을 위한 촬영정보 또는 엑스선 소스(400)의 온도 별 쿨링타임정보가 포함된 각종 필요정보가 저장되는 메모리(240), 전원부(100), 특히 전압원(102)과 캐패시터(108)의 모니터링을 위한 전원부 관리모듈(230), 엑스선 소스(400)의 온도를 측정하는 온도 센서(240), 쿨링 타임 측정을 위한 타이머(260)를 포함할 수 있다.As can be seen, the
제어부(200)의 구체적인 동작은 해당 부분에서 상세히 살펴본다. A detailed operation of the
다시 도 2로 돌아가서, 변환부(300)는 캐패시터(108)로부터 공급된 충전전압을 엑스선 소스(400)의 구동을 위한 구동전압(예컨대, 65kV, 3mA)으로 승압해서 엑스선 소스(400)에 공급한다.Returning again to FIG. 2 , the
변환부(300)는 인버터(302), 1차 승압부 (304) 및 2차 승압부(306)를 포함할 수 있고, 일례로 1차 승압부(304)는 트랜스포머를, 2차 승압부(304)는 배합회로(Cockcroft walton)를 포함할 수 있다. 배합회로는 입력 전압을 n배의 전압으로 승압하는 n배 전압 정류회로 또는 코크로프트 배전압 정류회로로 구성될 수 있다. The converting
변환부(300)는 제어부(200)로부터 전달되는 인버터(302)의 온/오프 제어신호로 제어되고, 제어부(200)에서 인버터(302)로 온 제어신호가 전달되면, 변환부(300)는 전원부(100)의 캐패시터(108)로부터 공급된 충전전압을 구동전압으로 변환해서 엑스선 소스(400)로 공급하고, 이로써 엑스선 소스(400)에서는 엑스선이 조사된다.The
제어부(200)는 촬영정보에 따른 엑스선 조사 후, 인버터(302)에 오프 제어신호를 전달해서 엑스선 소스로 공급되는 구동전압을 차단하고, 이로써 엑스선 소스의 엑스선 조사는 중단된다. After X-ray irradiation according to the photographing information, the
엑스선 소스(400)는 변환부(300)로부터 구동전압을 인가받아 엑스선을 생성해서 피검체를 향해 조사한다. 엑스선 소스(400)는 전자 방출원(emitter)을 갖는 캐소드(cathode) 전극, 엑스선 타겟면을 갖는 애노드 전극, 전자 방출원의 전계방출을 제어하는 게이트 전극을 포함하는 전계방출방식일 수 있다.The
도 6과 도 7은 각각 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 구동 방법을 나타낸 순서도로서, 이들 도면과 앞서 도 1 내지 도 5를 함께 참조해서 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 구동 방법과 더불어 제어부의 구체적인 동작을 살펴본다. 본 발명에 따른 엑스선 발생 장치의 구동 방법은 2가지 실시예로 구분 가능하므로 각각을 구분하되, 설명의 편의를 위해 중복된 내용은 제 1 실시예를 통해, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 차이점을 위주로 살펴본다.6 and 7 are flow charts each showing a method of driving an X-ray generating apparatus according to the present invention, and with reference to these drawings and FIGS. 1 to 5, a method of driving an X-ray generating apparatus according to the present invention and a detailed control unit Look at the action. Since the method of driving the X-ray generating apparatus according to the present invention can be divided into two embodiments, each is divided. For convenience of explanation, the overlapping contents are shown in the first embodiment, and the second embodiment is compared with the first embodiment. Let's focus on the differences.
[제 1 실시예][First embodiment]
먼저, 본 발명에 따른 엑스선 발생장치의 구동을 위해 제어부(200)는 전원부 관리모듈 모듈(230)을 통해 캐패시터(108)의 충전전압이 미리 정해진 전압값 이상인지 확인한다(ST10).First, for driving the X-ray generator according to the present invention, the
캐패시터(108)의 충전전압이 미리 정해진 전압값 이상이면 제어부(200)는 전원부(100)의 스위치(104)를 오프 제어해서 캐패시터(108)로 전달되는 제 2 직류전압을 차단함으로써 캐패시터(108)의 불필요한 과충전을 방지한다(ST15). 반면, 캐패시터(108)의 충전전압이 미리 정해진 전압값 미만이면 제어부(200)는 전원부(100)의 스위치(104)를 온 제어해서 승압부(106)의 2차 직류전압으로 커패시터(108)를 충전한다(ST22). 이때, 2차 직류전압의 크기는 미리 설정된 값일 수 있다.When the charging voltage of the
이어서, 제어부(200)는 온도센서(240)를 통해 엑스선 소스(400)의 온도를 확인한다(ST20).Next, the
엑스선 소스(400)의 온도가 미리 정해진 온도값 이상이면 제어부(200)는 사용자가 조사스위치(14)를 통해 엑스선 조사명령을 입력하더라도 변환부(300)에서 엑스선 소스(400)로 전달되는 구동전압을 계속 차단하는 쿨링 타임을 유지한다(ST25). 반면 엑스선 소스(400)의 온도가 미리 정해진 온도값 미만이면 제어부(200)는 계기판(32)에 엑스선 조사대기 메시지를 표시하고, 사용자의 엑스선 조사명령을 대기한다(ST30).If the temperature of the
이어서, 사용자가 계기판(32)과 사용자 입력부(34)을 통해 촬영모드와 촬영조건 등의 촬영정보를 입력하고, 엑스선 조사스위치(14)를 눌러 엑스선 조사명령을 입력하면, 제어부(200)는 촬영정보에 따른 엑스선 촬영이 진행되도록 변환부(300)의 구동전압을 조절해서 엑스선 소스(400)로 전달하고, 엑스선 소스(400)는 엑스선을 조사한다(ST35, ST40). 반면 엑스선 조사스위치(14)를 통한 엑스선 조사명령이 입력되지 않으면 제어부(200)는 엑스선 조사명령을 대기한다(ST30).Then, when the user inputs shooting information such as a shooting mode and shooting conditions through the
그리고 제어부(200)는 사용자 입력부(34)를 통해 촬영정보가 입력되면 메모리(240)에 저장된 쿨링타임정보를 기초로 예상 쿨링 타임을 산출한다. 이를 위한 쿨링타임정보는 촬영정보 별로 쿨링타임이 매칭된 테이블의 형태를 나타낼 수 있다. (ST50)In addition, when shooting information is input through the
참고로, 본 실시예는 후술하는 제 2 실시예 대비 캐패시터(108)의 충전시간을 최대한 확보하는데 특징이 있고, 이를 위해 제어부(200)는 사용자 입력부(34)로 입력되는 촬영정보를 기초로 예상 쿨링 타임을 산출한다. 따라서 제어부(200)가 예상 쿨링 타임을 산출하는 시점은 사용자 입력부(34)를 통한 촬영정보의 입력 후로서, 엑스선 소스(400)의 엑스선 조사 전 부터 엑스선 조사 종료 후 중 어느 한 시점일 수 있지만, 바람직하게는 엑스선 소스(400)의 엑스선 조사 전 또는 엑스선 조사와 동시일 수 있다.For reference, this embodiment is characterized in that the charging time of the
이어서 제어부(200)는 산출된 쿨링 타임 내에 캐패시터(108)의 충전을 완료하기 위한 제 2 직류전압의 크기를 결정한다(ST55). 이때, 쿨링 타임과 제 2 직류전압의 크기는 반비례의 선형 관계를 나타내므로 메모리(240)에는 쿨링 타임에 따른 제 2 직류전압의 크기를 산출하는 소정의 함수가 저장되거나 쿨링 타임 별 제 2 직류전압의 크기가 테이블 형태로 매칭된 제 2 직류전압정보가 미리 저장될 수 있다. Next, the
이어서 제어부(200)는 승압부(106)가 제 1 직류전압을 ST55 단계에서 결정된 크기의 제 2 직류전압으로 승압하도록 제어한다. 이를 위해 제어부(200)는 승압부(106)의 스위칭 소자(SW)의 온/오프 사이클을 조절할 수 있다. 온 사이클 시간과 제 2 직류전압의 크기는 비례관계에 있다.Subsequently, the
한편, 제어부(200)는 원하는 촬영정보에 따른 엑스선 조사가 완료되면 변환부(300)에서 엑스선 소스(400)로 전달되는 구동전압을 차단해서 엑스선 조사를 종료한다(ST60). Meanwhile, when the X-ray irradiation according to the desired photographing information is completed, the
이어서 제어부(200)는 쿨링 타임을 유지하고, 쿨링 타임 동안 사용자가 조사스위치(14)를 통해 엑스선 조사명령을 입력하더라도 변환부(300)에서 엑스선 소스(400)로 전달되는 구동전압을 계속 차단한다. 이때, 제어부(200)는 쿨링 타임을 알리는 메시지를 계기판(32)에 표시할 수 있고, 바람직하게는 잔여 쿨링 타임을 계기판(32)에 함께 표시할 수 있다(ST25).Subsequently, the
이어서, 쿨링 타임이 종료되면 제어부(200)는 다시 ST10 단계로 돌아가서 ST10 이하의 단계를 반복한다. Then, when the cooling time is over, the
본 실시예는 제어부(200)는 엑스선 조사와 동시에 촬영정보 별 쿨링타임과 제 2 직류전압의 크기를 결정하고, 해당 크기의 제 2 직류전압이 출력되도록 제 2 승압부(106)를 제어한다. 따라서 캐패시터(108)의 충전시간을 최대한으로 확보할 수 있어 쿨링 타임 후 캐패시터(108)의 충전전압 부족으로 인해 발생될 수 있는 불필요한 대기시간을 최소화할 수 있다.In the present embodiment, the
[제 2 실시예][Second embodiment]
본 실시예에 따른 엑스선 발생장치의 구동방법은 ST10 단계에서 ST40 단계 까지 앞서 제 1 실시예와 실질적으로 동일하지만, 제어부(200)는 ST40 단계의 엑스선 조사 시작과 동시에 촬영정보 별 쿨링 타임을 산출하는 대신, 엑스선 조사가 종료(ST60) 후 온도센서(240)를 통해 엑스선 소스(400)의 실제 온도를 감지한다(ST47). The driving method of the X-ray generator according to this embodiment is substantially the same as in the first embodiment from step ST10 to step ST40, but the
그리고 엑스선 소스(400)의 실제 온도로 엑스선 소스(400)의 온도 별 쿨링 타임을 산출한다. 이를 위해 메모리(240)에는 엑스선 소스(400)의 온도 별 쿨링타임이 테이블 형태로 매칭된 온도 별 쿨링타임정보가 미리 저장될 수 있다. In addition, the cooling time for each temperature of the
이어서 제어부(200)는 산출된 쿨링타임 동안 캐패시터(108)를 미리 정해진 전압값 이상으로 충전하기 위한 제 2 직류전압의 크기를 결정하고(ST55), 승압부(106)의 스위칭 소자(SW)의 온오프 사이클을 조절해서 승압부(106)가 ST55 단계에서 결정된 크기의 제 2 직류전압을 출력하도록 제어한다(ST60).Then, the
본 실시예는 제 1 실시예와 비교할 경우 엑스선 소스(400)의 실제 온도에 따른 쿨링 타임을 산출하는 반면, 엑스선 조사 종료 후 쿨링 타임을 산출하므로 캐패시터(108)의 충전시간이 다소 줄어들 수 있다. In this embodiment, compared to the first embodiment, the cooling time according to the actual temperature of the
따라서 바람직하게는 제어부(200)는 X선 조사와 동시에 미리 정해진 크기의 제 2 직류전압을 출력하도록 승압부(106)를 제어하고, ST55 단계 후 ST55 단계에서 결정된 크기로 제 2 직류전압을 조절할 수 있다. Therefore, preferably, the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can learn from these descriptions of the present invention. Various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical spirit.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
100 : 전원부
200 : 제어부
300 : 전력변환부
400 : 엑스선 소스100: power unit 200: control unit
300: power conversion unit 400: X-ray source
Claims (6)
상기 2차 직류전압을 인가받아 충전전압을 생성하는 적어도 하나의 캐패시터;
상기 충전전압을 구동전압으로 변환하는 변환부;
상기 구동전압을 인가받아 엑스선을 조사하는 엑스선 소스; 및
상기 승압부, 상기 변환부 및 상기 엑스선 소스를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제2 직류전압의 크기는 가변하고,
상기 제어부는 상기 엑스선 소스가 엑스선 조사 후 기 설정된 온도 이하로 냉각되는데 필요한 쿨링타임을 산출하고, 상기 쿨링타임에 따라 상기 제 2 직류전압의 크기를 결정하고, 상기 쿨링타임 동안 상기 제2 직류전압을 상기 캐패시터에 인가하는
엑스선 발생 장치.
a boosting unit boosting the first DC voltage supplied from the voltage source to a second DC voltage greater than the first DC voltage;
at least one capacitor receiving the secondary DC voltage to generate a charging voltage;
a converter converting the charging voltage into a driving voltage;
an X-ray source receiving the driving voltage and irradiating X-rays; and
a control unit for controlling the boosting unit, the converting unit, and the X-ray source;
The magnitude of the second DC voltage is variable,
The controller calculates a cooling time required for the X-ray source to cool below a preset temperature after irradiation with X-rays, determines the level of the second DC voltage according to the cooling time, and controls the second DC voltage during the cooling time. applied to the capacitor
X-ray generator.
제 1 항에 있어서,
상기 승압부는,
상기 전압원에 연결되는 인덕터를 포함하는 입력단;
상기 캐패시터에 연결되는 다이오드를 포함하는 출력단;
상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 온/오프 하는 스위칭소자를 포함하고,
상기 제어부는 상기 스위칭소자의 온/오프 사이클을 조절해서 상기 제 2 직류전압의 크기를 조절하는 엑스선 발생 장치.
According to claim 1,
The method of claim 1,
The boosting unit,
an input terminal including an inductor connected to the voltage source;
an output terminal including a diode connected to the capacitor;
and a switching element for turning on/off the electrical connection between the input terminal and the output terminal,
The control unit controls an on/off cycle of the switching device to adjust the magnitude of the second DC voltage.
상기 승압부는,
상기 전압원과 인덕터 사이에 병렬 연결되는 입력 커패시터;
상기 다이오드와 상기 사이에 병렬 연결되는 출력 커패시터를 더 포함하는 엑스선 발생 장치.
3. The method of claim 2,
The boosting unit,
an input capacitor connected in parallel between the voltage source and the inductor;
The X-ray generator further comprising an output capacitor connected in parallel between the diode and the diode.
상기 제어부는,
상기 쿨링타임 동안 상기 구동전압이 상기 엑스선 소스로 인가되는 것을 차단하는 엑스선 발생 장치.
The method of claim 1,
The control unit is
An X-ray generator for blocking the application of the driving voltage to the X-ray source during the cooling time.
사용자로부터 엑스선 촬영모드와 촬영조건을 포함하는 촬영정보를 입력받는 사용자 입력부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 촬영정보의 입력 후 상기 엑스선 촬영정보를 기초로 상기 쿨링타임을 산출하는 엑스선 발생 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a user input unit for receiving the shooting information including the X-ray imaging mode and shooting conditions from the user,
The controller is configured to calculate the cooling time based on the X-ray imaging information after input of the imaging information.
상기 엑스선 소스의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 엑스선 소스의 엑스선 조사 후 상기 엑스선 소스의 온도를 기초로 상기 쿨링 타임을 산출하는 엑스선 발생 장치.The method of claim 1,
Further comprising a temperature sensor for sensing the temperature of the X-ray source,
The controller is configured to calculate the cooling time based on the temperature of the X-ray source after the X-ray source is irradiated with X-rays.
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