KR20220040818A - 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제1 전자빔을 방출하는 제1 전계 라인 소스 및 제2 전자빔을 방출하는 제2 전계 라인 소스를 포함하는 캐소드(Cathode) 및 상기 제1 전자빔이 제1 포컬 스팟(focal spot)에 포커싱되어 제1 X선을 발생시키고, 상기 제2 전자빔이 제2 포컷 스팟에 포커싱되어 제2 X선을 발생시키는 반사형 애노드(Anode)를 포함하는 엑스선 튜브를 제공한다.
Description
본 발명은 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2D 타입 및 3D 타입의 X선 영상을 촬영하기 용이한 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치에 관한 것이다.
일반적으로, X선관은 전자원으로서 열전자원을 사용하고, 높은 온도로 가열된 필라멘트로부터 방출되는 열전자를 웨넬트(Wehnelt) 전극, 인출전극, 가속 전극, 및 렌즈 전극으로 전달하여, 전자빔을 고에너지 전자빔으로 가속한다. 그리고, X선관은 원하는 형상으로 전자빔을 형성한 후에, 금속으로 이루어진 X선 타겟에 빔을 조사해서 X선을 발생시키고 있다.
최근, 이 열전자원을 대신하는 전자원으로서 냉음극형 전자원이 개발되고 있고, 디지털 엑스레이 디텍터(Digital X-ray Detector, DXD)와의 조합의 응용으로서 널리 연구되고 있다. 냉음극의 대표적인 것으로서, 수 10nm의 사이즈를 갖는 바늘의 선단에 고전계를 인가해서 전자를 추출하는 스핀트(Spint)형의 전자원이 알려져 있다. 또한, 카본나노튜브(Carbon NanoTube;CNT)를 재료로서 이용하는 전자 이미터(emitter)와, 유리 기판의 표면에 나노미터(nm) 오더의 미세구조를 형성하여, 전자를 방출하는 표면 전도형 전자원 등이 있다.
최근 들어, 엑스선 발생기와 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 촬영장치가 기계적인 회전 없이 3D 타입의 X선 영상을 획득하기 위한 연구를 진행하고 있다.
본 발명의 목적은, 2D 타입 및 3D 타입의 X선 영상을 촬영하기 용이한 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 2D 타입 및 3D 타입의 X선 영상을 촬영하기 위해 복수의 포컬 스팟(focal spot)이 형성되는 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 엑스선 튜브에 포함된 반사형 애노드에서 발생되는 열 용량(heat capacity)을 증가시킴으로써 가속된 전자빔이 반사형 애노드에 충돌될 때 발생되는 열에 대한 신뢰성을 높이는 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 엑스선 튜브는, 제1 전자빔을 방출하는 제1 전계 라인 소스 및 제2 전자빔을 방출하는 제2 전계 라인 소스를 포함하는 캐소드(Cathode) 및 상기 제1 전자빔이 제1 포컬 스팟(focal spot)에 포커싱되어 제1 X선을 발생시키고, 상기 제2 전자빔이 제2 포컷 스팟에 포커싱되어 제2 X선을 발생시키는 반사형 애노드(Anode)를 포함할 수 있다.
상기 캐소드는, 상기 제1, 2 전계 라인 소스가 본딩(bonding)되며, 상기 제1, 2 전자빔 각각이 포커싱되게 곡면 구조로 형성된 캐소드 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 전계 라인 소스는, 상기 캐소드 기판에 코바르(Kovar), 은-구리 합금, 금-구리 합금 및 니켈기반 합금 중 적어도 하나로 본딩될 수 있다.
상기 제1, 2 전계 라인 소스는, 제1 방향으로 배열되고, 상기 제1, 2 전계 라인 소스 각각은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 복수의 전계 방출 소자를 포함할 수 있다.
상기 전계 방출 소자는, MIM(Metal Insulator Metal) 또는 MIS(Metal Insulator Silicon)일 수 있다.
상기 곡면 구조는, 상기 제2 방향으로 구분된 제1, 2 곡면 구조를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전계 방출 소자는, 제1 그룹 전자빔을 방출하는 제1 전계 방출 소자 그룹 및 제2 그룹 전자빔을 방출하는 제2 전계 방출 소자 그룹으로 그룹핑되고, 상기 제1, 2 전자빔 각각은, 상기 제1, 2 그룹 전자빔을 포함하고, 상기 제1, 2 그룹 전자빔은, 상기 제1, 2 포컬 스탓 각각에 포함되는 서로 다른 제1, 2 스팟에 포커싱될 수 있다.
상기 캐소드는, 상기 제1, 2 전자빔을 집속하여 포커싱을 확보하기 위한 EM(Electro Magnetic) 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 포컬 스팟은, 상기 반사형 애노드의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 엑스선 촬영장치는, X선을 발생시키는 엑스선 튜브 및 상기 엑스선 튜브를 동작시키는 튜브 동작부를 포함하는 엑스선 발생기, 상기 X선을 검출하여 전기 신호로 변환하는 엑스선 검출기 및 상기 튜브 동작부의 동작을 제어하고, 상기 전기 신호를 영상처리하여 X선 영상을 생성하는 제어기를 포함하고, 상기 엑스선 튜브는, 상기 튜브 동작부로부터 공급되는 동작 전원을 기반으로, 제1 전자빔을 방출하는 제1 전계 라인 소스 및 제2 전자빔을 방출하는 제2 전계 라인 소스를 포함하는 캐소드(Cathode) 및 상기 제1 전자빔이 제1 포컬 스팟(focal spot)에 포커싱되어 제1 X선을 발생시키고, 상기 제2 전자빔이 제2 포컷 스팟에 포커싱되어 제2 X선을 발생시키는 반사형 애노드(Anode)를 포함할 수 있다.
상기 제어기로부터 제1 제어 신호가 입력되는 경우, 상기 튜브 동작부는, 상기 제1, 2 전계 라인 소스 중 적어도 하나로 상기 동작 전원을 공급할 수 있다.
상기 제어기로부터 제2 제어 신호가 입력되는 경우, 상기 튜브 동작부는, 상기 제1, 2 전계 라인 소스가 순차적으로 개별 동작되게 상기 동작 전원을 공급할 수 있다.
2D 타입의 X선 영상을 촬영하기 위한 제1 명령이 입력되는 경우, 상기 제어기는, 상기 제1, 2 전계 라인 소스 중 적어도 하나가 동작되게 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 엑스선 검출기로부터 입력된 전기 신호로 상기 2D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
3D 타입의 X선 영상을 촬영하기 위한 제2 명령이 입력되는 경우, 상기 제어기는, 상기 제1, 2 전계 라인 소스가 순차적으로 개별 동작되게 제2 제어 신호를 출력하고, 상기 엑스선 검출기로부터 순차적으로 입력된 전기 신호로 X선 영상을 생성하고, 순차적으로 생성된 X선 영상을 영상처리하여 상기 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치는, 곡면 구조의 기판에 본딩된 복수의 전계 발광 소자를 포함하는 복수의 전계 라인 소스를 개별 또는 전체로 동작시켜, 2D 타입 및 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치는, 복수의 X선 전계 라인 소스에 하나의 반사형 애노드를 적용함으로써, 열 용량(heal capacity)을 증가시킬 수 있으며, 전자빔이 애노드에 충돌하면서 발생되는 열에 의한 데미지를 줄이며 신뢰성을 높여줄 수 있는 이점이 있다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 엑스선 튜브의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제1 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제2 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 엑스선 튜브의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제1 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제2 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 촬영장치(100)는 엑스선 발생기(110), 엑스선 검출기(120) 및 제어기(1300를 포함할 수 있다.
도 1에서 엑스선 발생기(110) 및 엑스선 검출기(120) 사이에는 X선 영상을 촬영하기 위해 검사 대상(target)이 위치한 것으로 설명한다.
엑스선 발생기(110)는 복수의 X선을 발생시켜 엑스선 검출기(120) 방향으로 X선을 조사할 수 있다.
이때, 상기 X선은 검사 대상(target)을 스캔(scan)할 수 있다.
여기서, 엑스선 발생기(110)는 엑스선 튜브(미도시) 및 튜브 동작부(미도시)를 포함할 수 있으며, 도 2에서 자세히 설명하기로 한다.
엑스선 발생기(110)는 제어기(130)의 제어에 따라 복수의 X선을 순차적으로 발생시키거나, 동시에 발생시킬 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
엑스선 검출기(120)는 검사 대상(target)을 통과한 X선의 선량에 대응하는 전기 신호(es)를 제어기(130)로 출력할 수 있다.
여기서, 엑스선 검출기(120)는 복수의 X선에 대응하는 복수의 픽셀 각각에서 전기 신호(es)를 출력할 수 있다.
실시 예에서, 엑스선 발생기(110) 및 엑스선 검출기(120)는 휴대용으로 촬영 위치가 고정되지 않을 수 있으며, 고정된 상태에서도 검사 대상(target)이 이동하여도 X선 영상을 촬영할 수 있다.
제어기(130)는 엑스선 발생기(110) 및 엑스선 검출기(120)를 제어할 수 있다.
2D 타입의 X선 영상을 생성하는 제1 명령이 입력되는 경우, 제어기(130)는 엑스선 발생기(110)로 제1 제어 신호(sc1)를 출력하고, 엑스선 검출기(120)에서 입력되는 전기 신호(es)를 영상 처리하여 2D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
또한, 3D 타입의 X선 영상을 생성하는 제2 명령이 입력되는 경우, 제어기130)는 엑스선 발생기(110)로 제2 제어 신호(sc2)를 출력하고, 엑스선 검출기(120)에서 입력되는 전기 신호(es)를 영상 처리하여 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도 및 도 3은 도 2에 나타낸 엑스선 튜브의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 엑스선 촬영장치(100)는 엑스선 발생기(110), 엑스선 검출기(120) 및 제어기(130)를 포함할 수 있다.
엑스선 발생기(110)는 엑스선 튜브(150) 및 튜브 동작부(160)를 포함할 수 있다.
엑스선 튜브(150)는 캐소드(Cathode, 152) 및 반사형 애노드(Anode, 156)를 포함할 수 있다.
먼저, 캐소드(152)는 캐소드 기판(153) 및 복수의 전계 라인 소스(154)를 포함할 수 있다.
캐소드 기판(153)은 복수의 전계 라인 소스(154)로 튜브 동작부(160)에서 공급되는 동작 전원(vcc)을 공급할 수 있다.
이때, 캐소드 기판(153)은 복수의 전계 라인 소스(154)와 열 팽창율이 유사한 금속 재질의 기판일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
캐소드 기판(153)은 복수의 전계 라인 소스(154)가 제1 방향으로 배열되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 휘어진 곡면 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
곡면 구조로 형성된 캐소드 기판(153)은 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에서 방출된 전자빔(e)이 포커싱할 수 있다.
복수의 전계 라인 소스(154) 각각은 제2 방향으로 배열된 복수의 전계 방출 소자를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 전계 방출 소자는 1차원 라인(line) 형태로 배열되며, 냉음극형 전계 방출 소자인 복수의 MIM(Metal Insulator Metal) 또는 MIS(Metal Insulator Silicon)일 수 있다.
이때, MIM(Metal Insulator Metal) 또는 MIS(Metal Insulator Silicon)은 전자빔(e)를 방출할 수 있다.
또한, 복수의 전계 방출 소자는 반도체의 PN 접합형 전자원, 쇼트키(Schottky) 접합형 전자원, 나노탄소섬유로 이루어진 카본계 박막의 전자원 등, 모든 타입의 냉음극형 전자원을, 멀티 X선 빔 발생용의 전자원으로서 사용할 수 있다.
여기서, 복수의 전계 방출 소자는 캐소드 기판(153)에 코바르(Kovar), 은-구리 합금, 금-구리 합금 및 니켈기반 합금 중 적어도 하나로 본딩될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
엑스선 튜브(150)는 캐소드(152) 및 반사형 애노드(156) 사이에 EM(Electro Magnetic) 렌즈(158)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에서 고전압의 동작 전원이 공급되는 경우, EM 렌즈(158)는 복수의 전계 라인 소스(154)에서 방출되는 전자빔이 반사형 애노드(156)에 집속하여 포커싱되도록 할 수 있다.
실시 예에서, 엑스선 튜브(150)는 EM 렌즈(158)를 포함하는 것으로 설명하지만, EM 렌즈(158)를 포함하지 않을 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
반사형 애노드(156)는 일체형으로 캐소드 기판(153)의 길이와 동일하거나 길게 형성될 수 있다.
이때, 반사형 애노드(156)는 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에서 방출된 전자빔(e)이 포커싱되어 X선을 발생시키는 복수의 포컬 스팟(focal spot, fs)이 형성될 수 있다.
복수의 포컬 스팟(fs)은 전자빔(e)이 충돌하는 지점을 나타내며, 반사형 애노드(156)에 라인 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 반사형 애노드(156)는 투과형이 아닌 반사형으로 사용함으로써, 전자빔(e)의 충돌에 의해 발생되는 열에 대한 데미지를 줄일 수 있는 이점이 있다.
반사형 애노드(156)는 경사면으로 형성되어, 전자빔(e)이 출동하여 생성된 X선이 입사각과 다른 반사각을 가질 수 있다.
여기서, 반사형 애노드(156)와 캐소드(152) 사이의 이격거리는 캐소드 기판(153)의 곡면 구조에 따른 곡률에 의해 결정될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
튜브 동작부(160)는 제어기(130)의 제1, 2 제어 신호(sc1, sc2)에 따라 동작 전원(vcc)를 복수의 전계 라인 소스(154) 각각 또는 전체로 공급할 수 있다.
즉, 제1 제어 신호(sc1)가 입력되는 경우, 튜브 동작부(160)는 복수의 전계 라인 소스(154) 전체에 동작 전원(vcc)을 공급할 수 있다.
실시 예에서, 튜브 동작부(160)는 복수의 전계 라인 소스(154) 전체에 동작 전원(vcc)을 공급하는 것으로 설명하지만, 설정된 방식에 따라 복수의 전계 라인 소스(154) 중 설정된 개수의 전계 라인 소스(154)로만 동작 전원(vcc)을 동시에 공급할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제1 제어 신호(sc1)가 입력되는 경우, 튜브 동작부(160)는 X선의 오버랩되지 않도록, 설정된 개수의 전계 라인 소스(154)만 동시에 동작시킬 수 있다.
제2 제어 신호(sc2)가 입력되는 경우, 튜브 동작부(160)는 복수의 전계 라인 소스(154)를 순차적으로 개별 동작되게 동작 전원(vcc)을 공급할 수 있다.
엑스선 검출기(120)는 엑스선 발생기(110)에서 조사된 X선이 검사 대상(target)을 통과한 X서의 선량에 대응하는 전기 신호(es)를 출력할 수 있다.
이때, 엑스선 검출기(120)는 X선을 수광하여 전기 신호(es)로 변환하여 출력하는 수광소자를 포함할 수 있다.
예를 들어, 간접 방식의 엑스선 수광소자는 신틸레이터, 포토다이오드 및 저장 소자를 포함할 수 있다. 신틸레이터는 X선(X)을 수광하고 수광된 X선(X)에 따라서 포톤(photon), 특히 가시 포톤, 즉 가시 광선(visible photon)을 출력한다. 포토다이오드는 신틸레이터가 출력한 포톤을 수광하고 이를 전기적 신호로 변환한다. 저장소자는 포토다이오드에 전기적으로 연결되고 포토다이오드가 출력하는 전기적 신호를 저장한다. 여기서 저장소자로는, 예를 들어 스토리지 캐패시터(storage capacitor) 등이 있을 수 있다.
또한, 직접 방식의 엑스선 수광소자는 포토컨덕터(photoconductor)와 포토컨덕터의 상하부에 형성된 전극과, 하부의 전극으로부터 전달되는 전기적 신호를 카운팅하는 신호처리부를 포함할 수 있다.
제어기(130)는 사용자가 입력하는 제1, 2 명령(in1, in2)에 따라 튜브 동작부(160)를 제어하는 제1, 2 제어 신호(sc1, sc2)를 출력할 수 있다.
여기서, 제1 명령(in1)은 검사 대상(target)에 대해 2D 타입의 X선 영상을 생성하는 명령이고, 제2 명령(in2)은 검사 대상(target)에 대해 3D 타입의 X선 영상을 생성하는 명령일 수 있다.
먼저, 제1 명령(in1)이 입력되는 경우, 제어기(130)는 복수의 전계 라인 소스(154)가 온(on) 동작되게 튜브 동작부(160)로 제1 제어 신호(sc1)를 출력할 수 있다.
이후, 제어기(130)는 엑스선 검출기(120)로부터 입력된 픽셀별 전기 신호(es)를 영상처리하여 2D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
제2 명령(in2)이 입력되는 경우, 제어기(130)는 복수의 전계 라인 소스(154)가 설정된 순서에 따라 순차적으로 개별적으로 온(on) 동작되게 튜브 동작부(160)로 제2 제어 신호(sc2)를 출력할 수 있다.
제2 제어 신호(sc2)가 입력되는 경우, 튜브 동작부(160)는 복수의 전계 라인 소스(154)를 순차적으로 개별 동작되게 동작 전원(vcc)을 공급할 수 있다.
즉, 튜브 동작부(160)는 복수의 전계 라인 소스(154)에 설정된 시간 간격으로 동작 전원(vcc)을 공급하여, 온(on) 동작시킬 수 있다.
이후, 엑스선 검출기(120)는 순차적으로 입력되는 X선에 대한 전기 신호(es)를 순차적으로 제어기(130)로 출력할 수 있다.
제어기(130)는 순차적으로 입력되는 전기 신호(es)를 영상 처리하여 순차적인 X선 영상을 생성할 수 있으며, 순차적으로 생성한 복수의 X선 영상을 재구성(reconstruction)하여 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
즉, 제어기(130)는 설정된 순서, 즉 시간 차이에 대한 정보를 통해 복수의 전계 라인 소스(154)의 위치를 구분하여 X선이 발생한 포컬 스팟의 위치를 구분하고, 전기 신호(es)를 출력한 엑스선 검출기(120)의 픽셀과 포컬 스팟의 상대적인 위치를 계산하여 X선(X)이 입사된 각도를 확인할 수 있다.
제어기(130)는 X선의 입사 각도에 따라 생성한 X선 영상을 재구성하여 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
실시예에서, 엑스선 촬영장치(100)는 검사 대상(target)이 스캔 범위를 초과하는 경우, 엑스선 발생기(110) 및 검사대상(target) 중 적어도 하나를 이동시켜, 상술한 바와 같이 X선 영상을 생성할 수 있다.
도 4는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제1 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도 및 도 5는 도 2에 나타낸 엑스선 튜브에 대한 제2 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 엑스선 튜브(150)는 캐소드 기판(153)와 복수의 전계 라인 소스(154)를 포함하는 캐소드(152) 및 반사형 애노드(156)를 포함할 수 있다.
캐소드 기판(153)은 복수의 전계 라인 소스(154)와 열 팽창율이 유사한 금속 재질의 기판일 수 있으며, 곡면 구조로 형성될 수 있다.
복수의 전계 라인 소스(154) 각각은 복수의 전계 방출 소자(ms)가 1차원 라인 형태로 배열될 수 있다.
먼저, 도 4에 나타낸 캐소드 기판(153)는 복수의 전계 라인 소스(154)가 제1 방향으로 배열되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 휘어진 곡면 구조로 형성될 수 있다.
즉, 캐소드 기판(153)는 전체적인 곡면 구조로 형성됨으로써, 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에 대응하는 포컬 스팟(fs)이 반사형 애노드(156)에 형성될 수 있다.
캐소드 기판(156)은 구조적으로 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에서 방출되는 전자빔(e)이 포컬 스팟(fs)에 포커싱되도록 할 수 있다.
즉, 포컬 스팟(fs)은 하나의 전계 라인 소스(154)에 대응되게 형성될 수 있으며, 복수의 포컬 스팟(fs)은 상기 제1 방향으로 라인 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 캐소드 기판(154)의 곡면 구조는 반사형 애노드(156)와의 이격거리에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 도 5에 나타낸 캐소드 기판(153)은 도 4와 다르게 제1, 2 곡면 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1, 2 곡면 구조는 서로 동일한 곡률 또는 다른 곡률을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
상기 제1, 2 곡면 구조에는 도 4와 동일하게 복수의 전계 라인 소스(154)가 제1 방향으로 배열될 수 있으며, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 휘어질 수 있다.
여기서, 복수의 전계 라인 소스(154) 각각에 포함된 복수의 전계 발광 소자는 제1 그룹 전자빔을 방출하는 제1 전계 방출 소자 그룹 및 제2 그룹 전자빔을 방출하는 제2 전계 방출 소자 그룹으로 그룹핑될 수 있다.
상기 제1 곡면 구조에는 제1 전계 방출 소자 그룹이 본딩되고, 상기 제2 곡면 구조에는 제2 전계 방출 소자 그룹이 본딩될 수 있다.
여기서, 복수의 전계 라인 소스(154) 각각은 제1, 2 스팟(fs1, fs2)를 포함하는 포컬 스팟에 포커싱될 수 있다.
즉, 제1 스팟(fs1)에는 제1 전계 방출 소자 그룹에서 방출된 제1 그룹 전자빔이 포커싱되고, 제2 스팟(fs2)에는 제2 전계 방출 소자 그룹에서 방출된 제2 그룹 전자빔이 포커싱될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 엑스선 촬영장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 엑스선 촬영장치(100)의 제어기(130)는 제1, 2 명령(in1, in2) 중 어느 하나의 입력 유무를 판단할 수 있다(S110).
제1 명령(in1)이 입력되는 경우, 제어기(130)는 제1 제어 신호(sc1)를 엑스선 발생기(110)로 출력할 수 있다(S120).
제1 제어 신호(sc1)가 입력되는 경우, 엑스선 발생기(110)의 튜브 동작부(160)는 엑스선 튜브(150)에 포함된 복수의 전계 라인 소스(154) 전체 또는 설정된 개수만큼 동시에 온(on) 동작시켜 X선이 방출되게 동작 전원(vcc)을 공급할 수 있다(S130).
엑스선 검출기(120)는 검출 대상(targer)을 통과한 X선의 선량에 대응하는 전기 신호(es)를 출력할 수 있다(S140).
제어기(130)는 입력된 전기 신호(es)를 기반으로 2D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다(S150).
(S110) 단계에서, 제2 명령(in2)이 입력되는 경우, 제어기(130)는 제2 제어 신호(sc2)를 엑스선 발생기(110)로 출력할 수 있다(S160).
제2 제어 신호(sc2)가 입력되는 경우, 엑스선 발생기(110)의 튜브 동작부(160)는 엑스선 튜브(150)에 포함된 복수의 전계 라인 소스(154)가 설정된 순서에 따라 순차적으로 온(on) 동작시켜 X선이 방출되게 동작 전원(vcc)을 순차적으로 공급할 수 있다(S170).
엑스선 검출기(120)는 복수의 전계 라인 소스(154)가 순차적으로 동작하여, 검출 대상(targer)을 통과한 X선의 선량에 대응하는 전기 신호(es)를 출력할 수 있다(S180).
제어기(130)는 순차적으로 입력되는 전기 신호(es)를 영상 처리하여 순차적인 X선 영상을 생성할 수 있으며, 순차적으로 생성한 복수의 X선 영상을 재구성(reconstruction)하여 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다(S190).
즉, 제어기(130)는 설정된 순서, 즉 시간 차이에 대한 정보를 통해 복수의 전계 라인 소스(154)의 위치를 구분하여 X선이 발생한 포컬 스팟의 위치를 구분하고, 전기 신호(es)를 출력한 엑스선 검출기(120)의 필셀과 포컬 스팟의 상대적인 위치를 계산하여 X선(X)이 입사된 각도를 확인할 수 있다.
제어기(130)는 X선의 입사 각도에 따라 생성한 X선 영상을 재구성하여 3D 타입의 X선 영상을 생성할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 제1 전자빔을 방출하는 제1 전계 라인 소스 및 제2 전자빔을 방출하는 제2 전계 라인 소스를 포함하는 캐소드(Cathode); 및
상기 제1 전자빔이 제1 포컬 스팟(focal spot)에 포커싱되어 제1 X선을 발생시키고, 상기 제2 전자빔이 제2 포컷 스팟에 포커싱되어 제2 X선을 발생시키는 반사형 애노드(Anode)를 포함하는,
엑스선 튜브. - 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드는,
상기 제1, 2 전계 라인 소스가 본딩(bonding)되며, 상기 제1, 2 전자빔 각각이 포커싱되게 곡면 구조로 형성된 캐소드 기판을 더 포함하는,
엑스선 튜브. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1, 2 전계 라인 소스는,
상기 캐소드 기판에 코바르(Kovar), 은-구리 합금, 금-구리 합금 및 니켈기반 합금 중 적어도 하나로 본딩되는,
엑스선 튜브. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1, 2 전계 라인 소스는,
제1 방향으로 배열되고,
상기 제1, 2 전계 라인 소스 각각은,
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 복수의 전계 방출 소자를 포함하는,
엑스선 튜브. - 제 4 항에 있어서,
상기 전계 방출 소자는,
MIM(Metal Insulator Metal) 또는 MIS(Metal Insulator Silicon)인,
엑스선 튜브. - 제 4 항에 있어서,
상기 곡면 구조는,
상기 제2 방향으로 구분된 제1, 2 곡면 구조를 포함하는,
엑스선 튜브. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 전계 방출 소자는,
제1 그룹 전자빔을 방출하는 제1 전계 방출 소자 그룹 및 제2 그룹 전자빔을 방출하는 제2 전계 방출 소자 그룹으로 그룹핑되고,
상기 제1, 2 전자빔 각각은,
상기 제1, 2 그룹 전자빔을 포함하고,
상기 제1, 2 그룹 전자빔은,
상기 제1, 2 포컬 스팟 각각에 포함되는 서로 다른 제1, 2 스팟에 포커싱되는,
엑스선 튜브. - 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드는,
상기 제1, 2 전자빔을 집속하여 포커싱을 확보하기 위한 EM(Electro Magnetic) 렌즈를 더 포함하는,
엑스선 튜브. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1, 2 포컬 스팟은,
상기 반사형 애노드의 서로 다른 위치에 형성되는,
엑스선 튜브. - X선을 발생시키는 엑스선 튜브 및 상기 엑스선 튜브를 동작시키는 튜브 동작부를 포함하는 엑스선 발생기;
상기 X선을 검출하여 전기 신호로 변환하는 엑스선 검출기; 및
상기 튜브 동작부의 동작을 제어하고, 상기 전기 신호를 영상처리하여 X선 영상을 생성하는 제어기를 포함하고,
상기 엑스선 튜브는,
상기 튜브 동작부로부터 공급되는 동작 전원을 기반으로, 제1 전자빔을 방출하는 제1 전계 라인 소스 및 제2 전자빔을 방출하는 제2 전계 라인 소스를 포함하는 캐소드(Cathode); 및
상기 제1 전자빔이 제1 포컬 스팟(focal spot)에 포커싱되어 제1 X선을 발생시키고, 상기 제2 전자빔이 제2 포컷 스팟에 포커싱되어 제2 X선을 발생시키는 반사형 애노드(Anode)를 포함하는,
엑스선 촬영장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어기로부터 제1 제어 신호가 입력되는 경우,
상기 튜브 동작부는,
상기 제1, 2 전계 라인 소스 중 적어도 하나로 상기 동작 전원을 공급하는,
엑스선 촬영장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어기로부터 제2 제어 신호가 입력되는 경우,
상기 튜브 동작부는,
상기 제1, 2 전계 라인 소스가 순차적으로 개별 동작되게 상기 동작 전원을 공급하는,
엑스선 촬영장치. - 제 10 항에 있어서,
2D 타입의 X선 영상을 촬영하기 위한 제1 명령이 입력되는 경우,
상기 제어기는,
상기 제1, 2 전계 라인 소스 중 적어도 하나가 동작되게 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 엑스선 검출기로부터 입력된 전기 신호로 상기 2D 타입의 X선 영상을 생성하는,
엑스선 촬영장치. - 제 10 항에 있어서,
3D 타입의 X선 영상을 촬영하기 위한 제2 명령이 입력되는 경우,
상기 제어기는,
상기 제1, 2 전계 라인 소스가 순차적으로 개별 동작되게 제2 제어 신호를 출력하고, 상기 엑스선 검출기로부터 순차적으로 입력된 전기 신호로 X선 영상을 생성하고, 순차적으로 생성된 X선 영상을 영상처리하여 상기 3D 타입의 X선 영상을 생성하는,
엑스선 촬영장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200123999A KR20220040818A (ko) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200123999A KR20220040818A (ko) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220040818A true KR20220040818A (ko) | 2022-03-31 |
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ID=80934959
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200123999A KR20220040818A (ko) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 엑스선 튜브 및 엑스선 촬영장치 |
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| KR (1) | KR20220040818A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024025000A1 (ko) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | 주식회사 피코팩 | 엑스레이 튜브 음극부 |
-
2020
- 2020-09-24 KR KR1020200123999A patent/KR20220040818A/ko active Search and Examination
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024025000A1 (ko) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | 주식회사 피코팩 | 엑스레이 튜브 음극부 |
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