WO2012018188A2 - 이중 에너지 ｘ-선 흡광분석을 이용한 ｘ-선 영상장치 - Google Patents

이중 에너지 ｘ-선 흡광분석을 이용한 ｘ-선 영상장치 Download PDF

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WO2012018188A2
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김광현
차명애
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라드텍 주식회사
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G01N23/087—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays using polyenergetic X-rays

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray imaging apparatus using dual-energy X-ray absorption spectroscopy, and more particularly, through a pair of filters connected in parallel with X-rays having a broadband energy spectrum generated from an X-ray source.
  • a low-level X-ray beam having a low level energy spectrum and a high-level X-ray beam having a high level energy spectrum, respectively, to be scanned on the subject. Can be detected independently through a pair of image detectors provided in a parallel structure to obtain a high contrast X-ray image with high contrast, thereby improving dual-energy X-ray absorption
  • the present invention relates to an X-ray imaging apparatus using analysis.
  • X-ray imaging uses X-rays having a continuous spectrum from a low level energy band to a high level energy band, and is used in various fields such as medical, security screening, and non-destructive testing.
  • this X-ray imaging method is obtained through X-ray imaging because it uses a wide-band X-ray beam having a continuous energy spectrum without sufficiently considering the attenuation rate of the X-rays on the properties of the material constituting the transmission target.
  • the contrast between materials constituting the object to be transmitted is lowered in the captured image, so that the density or component of the material constituting the object to be transmitted cannot be clearly understood.
  • the dual-energy X-ray absorption spectroscopy as described above can be used in various fields such as bone mineral density measurement, growth plate examination, body fat examination, computed tomography (CT) examination, general diagnostic examination, as well as security, health and food safety. Is being applied to.
  • CT computed tomography
  • Dual-energy X-ray absorption spectroscopy transmits X-rays with a wide band of continuous energy spectrum generated from X-ray sources through a filter and converts them into X-rays with energy spectra that can be divided into high and low levels, respectively. It irradiates the object and detects X-rays passing through the transmission object separately from each other by separately detecting X-rays having high and low level energy spectra through a high level X-ray detector and a low level X-ray detector. Generate x-ray images and high-level x-ray images.
  • low-level and high-level X-ray images are separately generated and recombined using high-level X-ray and low-level X-ray absorption coefficients according to the characteristics of the transmission material.
  • a line image can be acquired and compared with a standard value to more accurately grasp the state of the transmission target.
  • a technique for extracting X-rays having energy spectra that can be clearly distinguished from high and low levels is required.
  • a K-edge filter is used.
  • extract X-rays with energy spectra distinguished from low and high levels from a broadband X-ray beam, or double X-rays via tube voltage control of X-ray sources The method of selectively irradiating a low level X-ray beam and a high level X-ray beam using ray irradiation has been mainly used.
  • the dual-energy X-ray absorption spectrometry using the K-edge filter includes installing a K-edge filter at the portion from which the X-ray beam having the wideband continuous energy spectrum is emitted from the X-ray source, and the broadband energy spectrum.
  • the low level X-ray beam and the high level X-ray beam passing through the transmission object are detected through separate detectors.
  • rare earth materials (Sare) (Samarium), cerium (Cerium) and gadolinium (Gadolinium) and the like have been used.
  • a high-level X-ray beam and a low-level X-ray beam are simultaneously passed through a transmission object in which a low density material and a high density material coexist, a low level X-
  • the beam beam is preferentially absorbed by low-density materials, which causes beam hardening, which increases the average energy of the X-ray beam. Artifacts occur.
  • the contrast of high-density material parts is relatively high in the obtained X-ray image, but the contrast between low-density material parts is low because of the hardening of the beam, so the boundary between the materials is ambiguous, so the separation of the test object There was a problem of degrading the ability and the discernment.
  • a detector for detecting a low level X-ray beam is usually located on the upper side, and a high level X-ray is spaced a predetermined distance below the lower side.
  • the detector for detecting the beam is configured such that low and high level X-rays passing through the detector for detecting the low level X-ray beam are scattered between both detectors, and the scattered low level and high level X-ray beams.
  • the contrast of the image is further reduced by acting as a noise on the X-ray image obtained by being incident to the detector for detecting the high level X-ray beam.
  • the present invention provides a method for selectively passing only an X-ray beam having a low level energy spectrum from a broadband X-ray beam having a broadband energy spectrum generated from an X-ray source.
  • a filter and a second filter for selectively passing only a high level X-ray beam having a high level energy spectrum are configured in parallel, and a low level X-ray beam and a high level X-ray beam passing through each filter are irradiated to the subject.
  • Each X-ray beam passing through the subject is independently detected through an image detector connected in parallel to improve the contrast of the X-ray image obtained by minimizing the occurrence of beam hardening and artifacts.
  • An object of the present invention is to provide an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorption analysis.
  • An X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis includes an X-ray source for emitting an X-ray beam; A first filter provided at a portion of the X-ray beam emitted from the X-ray source and selectively passing only a low level X-ray beam having a low level energy spectrum in the X-ray beam emitted from the X-ray source An X-ray filter configured to be connected in parallel with a second filter for selectively passing only a high level X-ray beam having a high level energy spectrum in the X-ray beam emitted from the X-ray source; A collimator provided at the rear of the X-ray filter to determine a shape and a moving direction of the low level X-ray beam and the high level X-ray beam that have passed through the X-ray filter; And a pair of image detectors spaced apart from the rear of the collimator by a predetermined distance and provided in parallel to detect the low level X-ray beam and the high level
  • X-ray imaging apparatus using dual-energy X-ray absorbance analysis screening the low-level and high-level X-ray beam from the X-ray beam having a wideband energy spectrum generated from the X-ray source It is composed by connecting the filters that pass through in parallel, and a pair of image detectors are configured in parallel at the position of the X-ray beam passing through each filter, and the dual-energy X-ray beam passing through the subject is formed.
  • detecting each independently it is possible to improve the contrast of the obtained X-ray image by minimizing the occurrence of beam hardening and artifacts, thereby increasing the ability to identify the components of the subject.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an X-ray imaging apparatus using dual-energy X-ray absorbance analysis according to the present invention.
  • Figure 2 is a front and side cross-sectional view showing the configuration of the filter and the collimator constituting the X-ray imaging apparatus using dual-energy X-ray absorbance analysis according to the present invention.
  • 3 is a graph showing the energy spectrum of X-rays obtained using the filter material used as a conventional K-edge filter.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in the attenuation coefficient ratio according to the change of the hard tissue thickness in the image obtained through the dual-energy X-ray absorption spectrometry using the conventional K-edge filter shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing an energy spectrum of an X-ray beam obtained by passing through a filter material applied to an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis according to the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in attenuation coefficient ratio according to a change in hard tissue thickness in an image obtained by using an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis according to the present invention.
  • X-ray source 200 collimator
  • first opening 220 second opening
  • separator 300 X-ray filter
  • first filter 320 second filter
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorption analysis according to the present invention
  • Figure 2 is a X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorption analysis according to the present invention It is sectional drawing which shows the structure of the filter and the collimator which comprise (a is front sectional drawing, (b) is a side sectional view).
  • an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis includes an X-ray source 100 emitting an X-ray beam and an X-ray at the X-ray source 100.
  • a first filter 310 provided at a portion where the rays are emitted and selectively passing only a low level X-ray beam having a low level energy spectrum in the X-ray beam emitted from the X-ray source 100, and the X-ray source
  • An X-ray filter 300 configured to be connected in parallel with a second filter 320 for selectively passing only a high level X-ray beam having a high level energy spectrum in the X-ray beam emitted from 100, and It is provided at the rear of the collimator 200 and the collimator 200 which is provided at the rear of the X-ray filter 300 and determines the shape and direction of the low level and high level X-ray beams passing through the X-ray filter 300.
  • the low-level X-ray beam and the high-level X-ray beam passing through the first filter 310 and the second filter 320 are provided at a distance from each other.
  • the X-ray source 100 is an X-ray having a broadband continuous energy spectrum of a cone beam type in which an electron beam accelerated from a filamentous cathode provided in a vacuum tube is incident on a target material on the anode in a high energy state. Generate a sun beam.
  • the X-ray filter 300 is provided on the surface from which the X-ray beam is emitted from the X-ray source 100, and has a low level X-ray having a low level energy spectrum in the X-ray beam emitted from the X-ray source 100.
  • the first filter 310 selectively passes only the beam
  • the second filter 320 selectively passes only the high level X-ray beam having a high level energy spectrum in the X-ray beam emitted from the X-ray source 100.
  • the first filter 310 and the second filter 320 may be used a variety of materials having the characteristic of selectively passing only a specific energy spectrum in the X-ray beam having a broad energy spectrum, in this embodiment
  • the first filter 310 is composed of erbium (Er)
  • the second filter 320 is composed of a laminated structure of rhodium (Rh) and copper (Cu).
  • Er Erbium (Er) forming the first filter 310 and rhodium (Rh) / copper (Cu) forming the second filter 320 are somewhat different in the energy spectrum of the X-ray beam obtained depending on the thickness formed therein. The difference is shown, which will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6 to be described later.
  • the collimator 200 is provided at the rear of the X-ray filter 300 and determines the direction and shape of the low level X-ray beam and the high level X-ray beam that have passed through the X-ray filter 300.
  • the first filter 310 and the second filter 320 are fixed to the front of the collimator 200, and the low level X-ray beam and the high level passed through the first filter 310 and the second filter 320, respectively, in the center portion.
  • the first opening 210 and the second opening 220 which are the moving paths of the X-ray beam are formed in parallel, and the first opening 210 and the second opening 220 are separated by the separating plate 230. Are separated from each other.
  • the first opening 210 and the second opening 220 are formed in a tapered slit shape so as to become wider along the traveling direction of the X-ray beam, and are provided in parallel with each other.
  • the low-level X-ray beam and the high-level X-ray beam that have passed through the first opening 210 and the second opening 220, respectively, are fan-shaped line beams that gradually widen along the traveling direction of the X-ray beam.
  • the first image detector 410 and the second image detector 420 formed at the rear side may be independently incident to each other.
  • the image detector 400 is provided at a rear of the collimator 200 at a predetermined distance, and is located in parallel with the first image detector 410 and the first image detector 410 for detecting a low level X-ray beam. And a second image detector 420 for detecting the high level X-ray beam.
  • the first image detector 410 and the second image detector 420 are spaced apart from each other by a predetermined distance to effectively detect the low level X-ray beam and the high level X-ray beam that are incident side by side in a fan-shaped line beam. . This is to minimize interference between the low level X-ray beam and the high level X-ray beam respectively incident on the first image detector 410 and the second image detector 420.
  • the distance between the first image detector 410 and the second image detector 420 when the distance between the first image detector 410 and the second image detector 420 is too wide, the X-ray beam deviating from the center of the X-ray beam that has passed through the collimator 200 becomes the image detector 410, Since the detection efficiency of the image detectors 410 and 420 is reduced, and the distance is too close, noise may be generated in an image obtained by interference between the low level X-ray beam and the high level X-ray beam. Therefore, the distance between the first image detector 410 and the second image detector 420 may be appropriately adjusted, and preferably, spaced at intervals of 1.5 cm to 2.5 cm.
  • the positions of the image detector 400 and the X-ray source 100 are fixed to each other, and the X-ray source 100 and the image detector 400 move the subject (not shown) horizontally in the X-ray image while moving the subject in a horizontal direction. It is configured to acquire X-ray image and high level X-ray image. Through such a configuration, a low level X-ray image and a high level X-ray image may be sequentially obtained by scanning a subject using a single X-ray beam irradiation.
  • a stage (not shown) may be additionally provided as a configuration for positioning a subject to be irradiated, and the stage may be configured to be moved horizontally between the X-ray source 100 and the image detector 400. do.
  • X-ray imaging apparatus using dual-energy X-ray absorbance analysis can be applied to a variety of fields, such as medical, security, health and food safety, non-destructive testing, where the dual-energy X- An example of applying an X-ray imaging apparatus using ray absorption analysis to medical imaging is described.
  • the phantom used as a subject in the present experimental example was manufactured to have a width of 2 cm, a height of 2 cm, and a height of 20 cm, and a hard tissue was formed at the bottom and a soft tissue was formed at the bottom of the hard tissue.
  • the X-ray beam was irradiated while increasing the height of the hard tissue by 1 cm within the range of 1 cm to 7 cm in the height of the hard tissue, and the distance from the X-ray source 100 to the image detector 400 was 680. It set to mm.
  • 3 is a graph showing the energy spectrum of X-rays obtained using the filter material used as a conventional K-edge filter.
  • Table 1 type Filter material Coverage (mg / cm 2) Tube voltage (kVp) S1 Samarium 400 90 S2 400 100 S3 650 100 C1 Cerium 400 80 C2 400 76 G1 Gadilinium 400 100 G2 300 120
  • K-edge filters of the S1 to G2 type as described above selectively filter the low-level and high-level X-ray beam in the X-ray beam having a continuous energy spectrum of the broadband generated from the X-ray source 100 It has the property to pass.
  • low and high level energy spectra appear in the range of approximately 45 keV to 80 keV for samarium (S1, S2 and S3), and 40 keV to 70 keV for cerium (C1, C2), respectively.
  • G1, G2 gadolinium
  • X-ray flux hardening was one of the main causes of deterioration of image quality, and it is important to identify the degree of beam hardening.
  • the attenuation coefficient ratio values for the low and high level X-rays can be used.
  • Equation 1 shows the attenuation coefficient ratio values of the low level X-rays and the high level X-rays as they pass through the subject, which is the intensity of the X-rays incident on the subject and the X-rays passing through the subject. It is represented by the ratio of illuminance.
  • the attenuation coefficient ratio value expressed by the above Equation 1 may indicate the degree of beam hardening of the X-ray energy spectrum in the process of passing through the subject. As the value is close to 1, the beam hardening phenomenon is almost It can be judged that the ideal irradiation state does not appear.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in the attenuation coefficient ratio according to the change of the hard tissue thickness in the image obtained through the dual energy X-ray absorption spectrometry using the conventional K-edge filter shown in FIG. 3.
  • FIG. (R) has a value larger than 1 as a whole, and it can be seen that as the thickness of the hard tissue increases, the attenuation coefficient ratio R increases.
  • the S1-type filter shows the best results, but in the case of the S1-type filter, the attenuation coefficient ratio R is phantom. It can be seen that as the thickness of the hard tissue increases within the range from about 1.38 to 1.6.
  • a low level X-ray beam and a high level X-ray beam are independently extracted from an X-ray beam having a wideband energy spectrum and irradiated to the subject by using an X-ray filter formed in a parallel structure.
  • FIG. 5 is a graph showing an energy spectrum of an X-ray beam obtained by passing through a filter material applied to an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis according to the present invention.
  • the second filter 320 is 0.8 mm / 0.4 mm, 0.9 mm / 0.2 mm thick copper (Cu) / rhodium (Rh) laminated structure, respectively
  • It is a graph showing the energy spectrum of the X-ray obtained by forming a.
  • the X-ray beam passing through the first filter 310 formed of erbium (Er) has a low level energy spectrum in which a peak appears at 60 keV or less, and a copper (Cu) / rhodium (Rh) layer is stacked. It can be seen that the X-ray beam passing through the second filter 320 of the structure has a high level energy spectrum in which peaks appear at 70 keV to 80 keV.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in attenuation coefficient ratio according to a change in hard tissue thickness in an image obtained by using an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis according to the present invention. The attenuation coefficient ratio in the image obtained through the combination of the filter 310 and the second filter 320 is shown.
  • the attenuation coefficient ratio R in an image obtained by using an X-ray imaging apparatus using dual energy X-ray absorbance analysis according to the present invention has a value in the range of 1.0 to 1.4. It can be confirmed that this has a lower attenuation coefficient ratio (R) as a whole than when applying the above-described conventional S1 ⁇ G2 type filter.
  • the degree of X-ray beam hardening in the process of passing through the subject is conventional In addition to being relatively low compared to the technology, it is possible to prevent the phenomenon that the beam hardening phenomenon is amplified by the change in the thickness of the hard tissue in the subject, it can be confirmed that a high-quality image with a relatively high contrast can be obtained.
  • two different filters for selectively transmitting only X-ray beams having high and low energy spectra are used.
  • parallel X-ray filters are constructed, and low-level X-rays and high-levels that pass through the X-ray filter are constructed.
  • X-rays are obtained by minimizing the beam hardening of the X-ray energy spectrum in the process of passing through the subject by independently detecting the low-level and high-level X-rays that pass through the subject.
  • the contrast of line images can be improved, and this makes it possible to identify the constituents of the subject by clarifying the boundary between the substances constituting the subject. The can be improved.
  • the X-ray imaging apparatus using the dual energy X-ray absorption analysis according to the present invention is obtained by minimizing the occurrence of beam hardening and artifacts by independently detecting the X-ray beam of the dual energy passing through the subject. By improving the contrast of the X-ray image, it is possible to accurately determine the state of the transmission object.
  • Such a device of the present invention can be used in various fields such as bone density measurement, growth plate test, body fat test, CT (Computed Tomography) test, general diagnostic test, as well as security, health, food safety.
  • CT Computer Tomography

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Abstract

본 발명은 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 X-선원으로부터 발생된 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 병렬로 연결된 한 쌍의 필터를 통과시켜 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔과, 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔으로 각각 분리하여 피사체에 주사하고, 이렇게 분리되어 피사체를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 병렬구조로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기를 통해 각각 독립적으로 검출함으로써 대조도가 높은 양질의 X-선 영상을 획득하여 피사체의 구성 성분에 대한 식별 능력을 향상시킬 수 있는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치는, X-선 빔을 방출하는 X-선원과; 상기 X-선원에서 방출되는 X-선 빔이 출사되는 부분에 구비되되, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제1필터와, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제2필터가 병렬로 연결되어 구성되는 X-선 필터와; 상기 X-선 필터의 후방에 구비되어, 상기 X-선 필터를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔의 형상 및 진행방향을 결정하는 콜리메이터; 및 상기 콜리메이터의 후방에 소정 거리 이격되어 구비되어, 상기 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 검출할 수 있도록 병렬로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 에너지 Ｘ-선 흡광분석을 이용한 Ｘ-선 영상장치
본 발명은 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 X-선원으로부터 발생된 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 병렬로 연결된 한 쌍의 필터를 통과시켜 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔과, 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔으로 각각 분리하여 피사체에 주사하고, 이렇게 분리되어 피사체를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 병렬구조로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기를 통해 각각 독립적으로 검출함으로써 대조도가 높은 양질의 X-선 영상을 획득하여 피사체의 구성 성분에 대한 식별 능력을 향상시킬 수 있는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 관한 것이다.
일반적으로 X-선 촬영법은 저준위 에너지 대역에서 고준위 에너지 대역에 걸친 연속 스펙트럼을 갖는 X-선을 이용하고, 의료용, 보안 검색용, 비파괴 테스트 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
그러나 이러한 X-선 촬영법은 투과 대상을 구성하는 물질의 특성에 대한 X-선의 감쇄율을 충분히 고려하지 않고 연속적인 에너지 스펙트럼을 갖는 광대역의 X-선 빔을 이용하기 때문에, X-선 촬영을 통해 획득된 영상에서 투과 대상을 구성하는 물질 간의 대조도가 낮아져 투과 대상을 구성하는 물질의 밀도나 구성성분을 명확하게 파악할 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, X-선이 물질을 투과함에 있어서, 조사되는 X-선의 에너지 레벨에 따라 투과 대상 물질의 특성 및 밀도에 따른 X-선 흡수계수가 달라지고, 이에 따라 투과 대상 물질에서 방사선의 감쇄, 즉 X-선의 흡수가 일어나는 정도가 다른 점을 이용하여 각각 서로 구별되는 고준위 에너지 스펙트럼과 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 이중 에너지 X-선의 조사를 통해 투과 물질의 밀도나 구성성분을 보다 정확하게 측정할 수 있는 이중 에너지 X-선 흡광분석법(Dual energy X-ray Absorptiometry : DXA)이 개발되어 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 이중 에너지 X-선 흡광분석법은 골밀도 측정, 성장판 검사, 체지방 검사, CT(Computed Tomography : CT)검사, 일반 진단 검사 등의 의료분야는 물론, 보안, 보건 및 식품 안전분야 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
이중에너지 X-선 흡광분석법은 X-선원에서 발생된 광대역의 연속적인 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 필터에 통과시켜 고준위와 저준위로 각각 구분될 수 있는 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선으로 변환하여 투과 대상에 조사하고, 투과 대상을 통과한 X-선을 고준위 X-선 검출기 및 저준위 X-선 검출기를 통해 고준위와 저준위의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 각각 분리하여 검출함으로써 서로 독립적인 저준위 X-선 영상과 고준위 X-선 영상을 생성한다. 이렇게 투과 물질의 특성에 따라 고준위 X-선과 저준위 X-선의 흡수계수가 다른 점을 이용하여 저준위 X-선 영상과 고준위 X-선 영상을 개별적으로 생성한 후 이를 다시 조합함으로써 대조도가 높은 X-선 영상을 획득하고, 표준치와의 비교를 통해 투과 대상의 상태를 보다 정확하게 파악할 수 있다.
이러한 이중에너지 X-선 흡광분석법을 적용하기 위해서는 고준위와 저준위로 뚜렷하게 구별될 수 있는 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 추출하는 기술이 요구되는 바, 종래에는 K-에지 필터(K-edge filter)를 사용한 단일 X-선 조사를 통해 광대역 X-선 빔으로부터 저준위와 고준위로 구별되는 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 추출하여 조사하거나, 또는 X-선원의 관 전압(tube voltage) 제어를 통한 이중 X-선 조사를 이용하여 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 선택적으로 조사하는 방식이 주로 이용되어 왔다.
그 중, K-에지 필터를 이용한 이중에너지 X-선 흡광분석법은, X-선원에서 광대역의 연속 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔이 출사되는 부분에 K-에지 필터를 설치하고, 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔을 K-에지 필터에 통과시켜 고준위와 저준위로 구별될 수 있는 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 추출하여, 이렇게 추출된 특정 에너지 스펙트럼의 X-선 빔을 투과 대상에 조사한 후, 투과 대상을 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 별도의 검출기를 통해 검출한다. 이때, K-에지 필터로는 주로 희토류 물질(Rare earth material)인 사마륨(Samarium), 세륨(Cerium) 및 가돌리늄(Gadolinium) 등이 사용되어 왔다.
그러나 이러한 K-에지 필터를 이용한 이중 에너지 X-선 흡광분석에서는, 저밀도의 물질과 고밀도의 물질이 공존하는 투과 대상에 고준위 X-선 빔과 저준위 X-선 빔을 동시에 통과시키게 되면, 저준위 X-선 빔이 저밀도의 물질에 우선적으로 흡수되어 X-선 빔의 평균에너지가 상승하는 선속경화(Beam hardening) 현상이 발생하게 되고, 획득된 X-선 영상에 피사체에 실제로 존재하지 않는 허위 영상, 즉 아티팩트(artifacts)가 발생한다.
따라서 획득된 X-선 영상에서 고밀도 물질 부분의 대조도(contrast)는 비교적 높게 나타나지만, 선속경화현상에 의해 저밀도 물질 부분에서의 대조도가 낮게 나타나기 때문에 물질 간의 경계부분이 모호하게 나타나서 검사 대상의 분리 능력 및 식별 능력을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, K-에지 필터를 이용한 이중 에너지 X-선 흡광분석에 사용되는 영상 검출기는, 통상 저준위 X-선 빔을 검출하기 위한 검출기가 상부측에 위치하고, 그 하부에 소정 거리 이격되어 고준위 X-선 빔을 검출하기 위한 검출기가 위치하도록 구성되어 있는 바, 저준위 X-선 빔을 검출하기 위한 검출기를 통과한 저준위 및 고준위 X-선이 양 검출기 사이에서 산란되고, 산란된 저준위 및 고준위 X-선 빔이 고준위 X-선 빔을 검출하기 위한 검출기로 입사됨으로써 획득된 X-선 영상에 노이즈로 작용하여 영상의 대조도를 더욱 저하시키는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, X-선원에서 발생된 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 광대역 X-선 빔으로부터 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키기 위한 제1필터와, 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키기 위한 제2필터를 병렬로 구성하고, 각각의 필터를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 피사체에 조사하여, 피사체를 투과한 각각의 X-선 빔을 병렬로 연결된 영상 검출기를 통해 각각 독립적으로 검출함으로써 선속경화현상 및 아티팩트(artifacts)의 발생을 최소화하여 획득되는 X-선 영상의 대조도를 향상시킬 수 있는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치는, X-선 빔을 방출하는 X-선원과; 상기 X-선원에서 방출되는 X-선 빔이 출사되는 부분에 구비되되, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제1필터와, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제2필터가 병렬로 연결되어 구성되는 X-선 필터와; 상기 X-선 필터의 후방에 구비되어, 상기 X-선 필터를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔의 형상 및 진행방향을 결정하는 콜리메이터; 및 상기 콜리메이터의 후방에 소정 거리 이격되어 구비되어, 상기 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 검출할 수 있도록 병렬로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치는, X-선원에서 발생된 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔에서 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 선별적으로 통과시키는 필터를 병렬로 연결하여 구성하고, 각각의 필터를 통과한 X-선빔이 진행하는 위치에 한 쌍의 영상 검출기를 병렬로 구성하여, 피사체를 투과한 이중 에너지의 X-선 빔을 각각 독립적으로 검출함으로써 선속경화현상 및 아티팩트가 발생하는 것을 최소화하여 획득된 X-선 영상의 대조도를 향상시켜 피사체의 구성 성분에 대한 식별 능력을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치의 구성을 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 구성하는 필터 및 콜리메이터의 구성을 보여주는 정단면도 및 측단면도.
도 3은 종래의 K-에지 필터로 사용되오던 필터 물질을 이용하여 획득된 X-선의 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프.
도 4는 도 3에 도시된 종래의 K-에지 필터를 이용하는 이중 에너지 X-선 흡광분석법을 통해 얻어진 영상에서의 경조직 두께 변화에 따른 감쇄계수비값의 변화를 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 적용되는 필터 물질을 통과하여 얻어진 X-선 빔의 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 이용하여 획득된 영상에서의 경조직 두께 변화에 따른 감쇄계수비값의 변화를 보여주는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : X-선원 200 : 콜리메이터
210 : 제1개구부 220 : 제2개구부
230 : 분리판 300 : X-선 필터
310 : 제1필터 320 : 제2필터
400 : 영상 검출기 410 : 제1영상 검출기
420 : 제2영상 검출기
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 구성하는 필터 및 콜리메이터의 구성을 보여주는 단면도((a)는 정단면도, (b)는 측단면도)이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치는, X-선 빔을 방출하는 X-선원(100)과, X-선원(100)에서 X-선이 출사되는 부분에 구비되어 X-선원(100)으로부터 방출되는 X-선 빔에서 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제1필터(310)와, 상기 X-선원(100)으로부터 방출되는 X-선 빔에서 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제2필터(320)가 병렬로 연결되어 구성되는 X-선 필터(300)와, 상기 X-선 필터(300)의 후방에 구비되어 X-선 필터(300)를 통과한 저준위 및 고준위 X-선 빔의 형상 및 진행방향을 결정하는 콜리메이터(200) 및 콜리메이터(200)의 후방에 소정 거리 이격되어 구비되어, 제1필터(310) 및 제2필터(320)를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 검출할 수 있도록 병렬로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
X-선원(100)은 진공관 내에 구비되는 필라멘트 형상의 캐소드로부터 가속된 전자빔이 고 에너지 상태로 애노드 상의 타겟 물질에 입사되어, 원추형 빔(cone beam) 타입의 광대역의 연속적인 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔을 발생시킨다.
X-선 필터(300)는 X-선원(100)에서 X-선 빔이 출사되는 면에 구비되며, X-선원(100)에서 방출되는 X-선 빔에서 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제1필터(310)와, X-선원(100)에서 방출되는 X-선 빔에서 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제2필터(320)가 병렬로 연결되어 구성된다. 이때, 제1필터(310)와 제2필터(320)는 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔에서 특정 에너지 스펙트럼만을 선별적으로 통과시키는 특성을 갖는 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 제1필터(310)는 에르븀(Er)으로 구성하였고, 제2필터(320)는 로듐(Rh)과 구리(Cu)의 적층구조로 구성하였다.
제1필터(310)를 형성하는 에르븀(Er)과 제2필터(320)를 형성하는 로듐(Rh)/구리(Cu)는 그 형성되는 두께에 따라 획득되는 X-선 빔의 에너지 스펙트럼에 다소 차이를 보이며, 이는 후술되는 도 3 내지 도 6의 설명을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
콜리메이터(200)는 X-선 필터(300)의 후방에 구비되며, X-선 필터(300)를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔의 진행방향 및 형상을 결정한다.
콜리메이터(200)의 전방에는 제1필터(310) 및 제2필터(320)가 고정되고, 중앙부에는 제1필터(310)와 제2필터(320)를 각각 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔의 이동경로가 되는 제1개구부(210)와 제2개구부(220)가 병렬로 형성되어 있으며, 제1개구부(210)와 제2개구부(220)는 분리판(230)에 의해 서로 분리되어 있다. 제1개구부(210)와 제2개구부(220)는 X-선 빔의 진행방향을 따라 점점 넓어지도록 테이퍼진 슬릿(tapered slit)형태로 형성되며, 서로 나란하게 구비된다. 이러한 구성을 통해 제1개구부(210)와 제2개구부(220)를 각각 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔은 X-선 빔의 진행방향을 따라 점점 넓어지는 부채꼴 형상의 라인빔으로 형성되어 후방에 구비되는 제1영상 검출기(410)와 제2영상 검출기(420)로 각각 독립적으로 입사될 수 있다.
영상 검출기(400)는 콜리메이터(200)의 후방에 소정 거리 이격되어 구비되며, 저준위 X-선 빔을 검출하기 위한 제1영상 검출기(410)와, 제1영상 검출기(410)에 병렬로 위치되어 고준위 X-선 빔을 검출하기 위한 제2영상 검출기(420)로 구성된다.
제1영상 검출기(410)와 제2영상 검출기(420)는 부채꼴 형상의 라인빔으로 나란하게 입사되는 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 효과적으로 검출할 수 있도록 서로 소정 거리 이격되어 구비된다. 이는 제1영상 검출기(410) 및 제2영상 검출기(420)로 각각 입사되는 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔 간의 간섭을 최소화하기 위함이다. 이때, 제1영상 검출기(410)와 제2영상 검출기(420) 간의 간격이 지나치게 넓은 경우에는 콜리메이터(200)를 통과한 X-선 빔에서 중심부위를 벗어난 X-선 빔이 영상 검출기(410, 420)로 입사될 수 있으므로 영상 검출기(410, 420)의 검출 효율이 저하되고, 간격이 지나치게 가까운 경우에는 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔 간의 간섭에 의해 획득된 영상에 노이즈가 발생할 수 있으므로, 제1영상 검출기(410)와 제2영상 검출기(420) 간의 간격을 적절하게 조절하는 것이 좋으며, 바람직하게는 1.5㎝ 내지 2.5㎝ 간격으로 이격시켜 구성하는 것이 좋다.
영상 검출기(400)와 X-선원(100)의 위치는 서로 고정되어 있으며, X-선 촬영시 X-선원(100)과 영상 검출기(400)에서 피사체(미도시)를 수평방향으로 이동시키면서 저준위 X-선 영상과 고준위 X-선 영상을 획득할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성을 통해 단일 X-선 빔 조사를 이용하여 피사체를 스캔(scan)하는 방식으로 저준위 X-선 영상과 고준위 X-선 영상을 순차적으로 획득할 수 있다. 이때, 조사대상이 되는 피사체를 위치시키기 위한 구성으로 스테이지(미도시)가 추가로 구비될 수 있으며, 스테이지는 X-선원(100)과 영상 검출기(400) 사이에서 수평방향으로 이동될 수 있도록 구성된다.
이하에서는 상술한 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 구성하는 필터 물질의 선택과 최적화된 필터 구조를 도출하기 위한 실험예에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치는 의료분야, 보안분야, 보건 및 식품 안전분야, 비파괴검사분야 등 다양한 분야에 적용되어 사용될 수 있으며, 여기에서는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 의료용 영상 촬영에 적용한 예에 대해서 설명한다.
먼저, 본 실험예에서 피사체로 사용된 팬텀(phantom)은 가로 2㎝, 세로 2㎝, 높이 20㎝ 크기로 제작되었으며, 하부에는 경조직이 형성되어 있고, 경조직 하부에는 연조직이 형성되어 있다. 또한, 실험 시 경조직의 높이를 1㎝에서 7㎝의 범위 내에서 경조직의 높이를 1㎝씩 증가시키면서 X-선 빔을 조사하였으며, X-선원(100)에서 영상 검출기(400)까지의 거리는 680㎜로 설정하였다.
도 3은 종래의 K-에지 필터로 사용되오던 필터 물질을 이용하여 획득된 X-선의 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 3에 적용된 K-에지 필터는 사마륨(Samarium), 세륨(Cerium), 가돌리늄(Gadolinium)을 사용하였으며, 하기의 [표 1]에 기재된 S1 내지 G2 타입의 필터가 적용되었다.
표 1
타입 필터물질 커버리지(㎎/㎠) 관 전압(kVp)
S1 Samarium 400 90
S2 400 100
S3 650 100
C1 Cerium 400 80
C2 400 76
G1 Gadilinium 400 100
G2 300 120
상기와 같은 S1 내지 G2 타입의 K-에지 필터는 X-선원(100)에서 발생된 광대역의 연속된 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔에서 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 선별적으로 통과시키는 특성을 갖는다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 사마륨(S1, S2, S3)의 경우 대략 45keV 내지 80keV의 범위에서 저준위 에너지 스펙트럼과 고준위 에너지 스펙트럼이 각각 나타나고, 세륨(C1, C2)의 경우 40keV 내지 70keV의 범위에서 저준위 에너지 스펙트럼과 고준위 에너지 스펙트럼이 각각 나타나며, 가돌리늄(G1, G2)의 경우에는 50keV 내지 80keV의 범위에서 저준위 에너지 스펙트럼과 고준위 에너지 스펙트럼이 각각 나타나는 것을 통해 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 K-에지 필터를 이용하는 이중 에너지 X-선 흡광분석법에서는, X-선의 선속경화현상이 영상의 품질을 저하시키는 주요인 중 하나였으며, 이러한 선속경화의 정도를 파악하는 주요 인자로 저준위 X-선과 고준위 X-선에 있어서의 감쇄계수비값을 이용할 수 있다.
아래의 [수학식 1]은 피사체를 통과하는 과정에서의 저준위 X-선과 고준위 X-선의 감쇄계수비값을 나타내고 있으며, 이는 피사체로 입사되는 X-선의 조도(intensity)와 피사체를 투과한 X-선의 조도의 비를 통해 나타내어진다.
수학식 1
Figure PCTKR2011005432-appb-M000001
(R : 감쇄 계수, LS : 저준위 X-선 에너지 스펙트럼 시점, LE : 저준위 X-선 에너지 스펙트럼 종점, Ii : 입사 X-선 강도, Itr : 투과 X-선 강도, HS : 고준위 X-선 에너지 스펙트럼 시점, HE : 고준위 X-선 에너지 스펙트럼 종점)
즉, 상술한 [수학식 1]로 표현되는 감쇄계수비값은 피사체를 통과하는 과정에서의 X-선 에너지 스펙트럼의 선속경화정도를 나타낸다 할 수 있으며, 그 값이 1에 가까울수록 선속경화현상이 거의 나타나지 않는 이상적인 조사 상태로 판단될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 종래의 K-에지 필터를 이용하는 이중 에너지 X-선 흡광분석법을 통해 얻어진 영상에서의 경조직 두께 변화에 따른 감쇄계수비값의 변화를 보여주는 그래프로서, 그래프에 나타난 감쇄계수비값(R)은 전체적으로 1보다 큰 값을 가지고 있으며, 경조직의 두께가 증가함에 따라 감쇄계수비값(R)도 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
도 4에 나타난 그래프에서 확인할 수 있듯이, 종래의 K-에지 필터를 적용한 경우에 있어서는 S1 타입의 필터가 가장 양호한 결과를 보여주고 있기는 하나, S1 타입 필터의 경우에도 감쇄계수비값(R)은 팬텀 내에서 경조직의 두께가 증가함에 따라 약 1.38에서 1.6까지 증가하고 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서 상술한 종래의 K-에지 필터를 적용한 이중 에너지 X-선 흡광분석에 있어서는, 피사체에 연조직과 경조직이 공존하는 경우, 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔 중 저준위 X-선 빔이 조직 내에서 다량 흡수되는 선속경화현상의 발생을 억제하는데 한계가 있고, 그에 따라 획득된 X-선 영상의 대조도가 저하되고, 그 결과로 피사체를 구성하는 물질, 즉 연조직과 경조직 간의 경계를 모호하게 함으로써 피사체의 구성 성분에 대한 식별 능력을 어렵게 하는 문제점을 발생시킨다.
이에 비하여, 본 발명에서는 병렬구조로 형성된 X-선 필터를 이용하여 광대역의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔으로부터 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 독립적으로 추출하여 피사체에 조사하고, 피사체를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 독립적으로 검출함으로써 선속경화현상을 최소화하여 획득되는 X-선 영상의 대조도를 높여 피사체의 구성 성분에 대한 식별능력을 향상시키는데 그 특징이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치에 적용되는 필터 물질을 통과하여 얻어진 X-선 빔의 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프로서, 제1필터(310)는 각각 0.5㎜, 0.6㎜, 0.7㎜ 두께의 에르븀(Er)으로 형성하고, 제2필터(320)는 각각 0.8㎜/0.4㎜, 0.9㎜/0.2㎜ 두께의 구리(Cu)/로듐(Rh) 적층구조로 형성하여 얻어진 X-선의 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 5를 살펴보면, 에르븀(Er)으로 형성된 제1필터(310)를 통과한 X-선 빔은 60keV 이하에서 피크(peak)가 나타나는 저준위 에너지 스펙트럼을 갖고, 구리(Cu)/로듐(Rh) 적층구조의 제2필터(320)를 통과한 X-선 빔은 70keV 내지 80keV에서 피크가 나타나는 고준위 에너지 스펙트럼을 갖고 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 이용하여 획득된 영상에서의 경조직 두께 변화에 따른 감쇄계수비값의 변화를 보여주는 그래프로서, 도 5에 적용된 제1필터(310)와 제2필터(320)를 조합을 통해 획득된 영상에서의 감쇄계수비값의 변화을 보여주고 있다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 이용하여 획득된 영상에서의 감쇄계수비값(R)은 1.0에서 1.4 범위 내의 값을 가지고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 상술한 종래의 S1 ~ G2 타입의 필터를 적용한 경우보다 전체적으로 낮은 감쇄계수비값(R)을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 전체적으로 그래프의 기울기가 0에 가까운 것에서 확인할 수 있듯이, 연조직 내의 경조직의 두께 변화에 따른 선속경화의 정도가 극히 미미한 것을 확인 할 수 있다.
다시 말해서, 상기 그래프에 나타난 필터 물질을 적용하여 본 발명에 따른 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 구성하는 경우, 피사체를 투과하는 과정에서의 X-선의 선속경화 정도는 종래 기술에 비해 상대적으로 낮을 뿐만 아니라, 피사체 내의 경조직 두께의 변화에 따라 선속경화현상이 증폭되는 현상도 방지할 수 있어, 상대적으로 대조도가 높은 고품질의 영상을 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치를 구성함에 있어서, 고준위 및 저준위의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔만을 각각 선별적으로 투과시키는 두 가지의 서로 다른 필터를 이용하여 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선 빔과 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 X-선을 각각 독립적으로 조사할 수 있도록 병렬구조의 X-선 필터를 구성하고, X-선 필터를 통과한 저준위 X-선과 고준위 X-선을 피사체에 조사하여, 피사체를 통과한 저준위 X-선과 고준위 X-선을 각각 독립적으로 검출함으로써 피사체를 통과하는 과정에서의 X-선 에너지 스펙트럼의 선속경화현상을 최소화하여 획득된 X-선 영상의 대조도를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 피사체를 구성하는 물질 간의 경계를 명확하게 함으로써 피사체의 구성 성분에 대한 식별 능력을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따른 이중 에너지 Ｘ-선 흡광분석을 이용한 Ｘ-선 영상장치는, 피사체를 투과한 이중 에너지의 X-선 빔을 각각 독립적으로 검출함으로써 선속경화현상 및 아티팩트가 발생하는 것을 최소화하여 획득한 X-선 영상의 대조도를 향상시킴으로써 투과 대상의 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
이러한, 본 발명의 장치는 골밀도 측정, 성장판 검사, 체지방 검사, CT(Computed Tomography)검사, 일반 진단 검사 등의 의료분야는 물론 보안, 보건, 식품 안전분야 등의 다양한 분야에 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. X-선 빔을 방출하는 X-선원과;
    상기 X-선원에서 방출되는 X-선 빔이 출사되는 부분에 구비되되, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 저준위 에너지 스펙트럼을 갖는 저준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제1필터와, 상기 X-선원으로부터 방출되는 X-선 빔에서 고준위 에너지 스펙트럼을 갖는 고준위 X-선 빔만을 선별적으로 통과시키는 제2필터가 병렬로 연결되어 구성되는 X-선 필터와;
    상기 X-선 필터의 후방에 구비되어, 상기 X-선 필터를 통과한 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔의 형상 및 진행방향을 결정하는 콜리메이터; 및
    상기 콜리메이터의 후방에 소정 거리 이격되어 구비되어, 상기 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 각각 검출할 수 있도록 병렬로 구비되는 한 쌍의 영상 검출기;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 에너지 X-선 흡광분석용 X-선 영상장치에는,
    상기 콜리메이터와 상기 한 쌍의 영상 검출기 사이에 구비되어, 수평방향으로 이동할 수 있도록 구성된 스테이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1필터는 에르븀(Er)으로 형성되고,
    상기 제2필터는 구리(Copper)와 로듐(Rhodium)의 적층구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에르븀은 0.5㎜ 내지 0.7㎜ 두께로 형성되고, 상기 구리는 0.8㎜ 내지 0.9㎜두께로 형성되며, 상기 로듐은 0.2㎜ 내지 0.4㎜ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는,
    상기 제1필터를 통과한 저준위 X-선 빔을 통과시키는 제1개구부와;
    상기 제1개구부에 병렬로 구비되어, 상기 제2필터를 통과한 고준위 X-선 빔을 통과시키는 제2개구부; 및
    상기 제1개구부와 상기 제2개구부를 분리하는 분리판;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1개구부와 상기 제2개구부는,
    테이퍼진 슬릿(taperd slit) 형태로 형성되어, 상기 저준위 X-선 빔과 고준위 X-선 빔을 부채꼴 형태의 라인빔으로 방출시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 영상 검출기는 1.5㎝ 내지 2.5㎝ 간격으로 서로 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 X-선 흡광분석을 이용한 X-선 영상장치.
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