“고출력 및 고해상 디지털 엑스선 튜브 기술”은 호환 부품 구조를 가지는 고출력 디지털 엑스선 튜브와 고해상 디지털 엑스선 튜브 구조와 함께, 양산에 적합한 스테인레스강을 금속 전극으로 사용할 수 있는 재료 및 구조 기술을 제공한다
- 현재, 주로 엑스선 영상 시스템은 열전자 기반의 아날로그(analog) 엑스선 소스를 기반으로 제작되며 의료진단 영상 및 산업용 비파괴 검사 장비 등에 활용되고 있으나, 기존 아날로그 엑스선 소스의 저속, 장 펄스(long pulse) 특징으로 인해 빠른 동영상을 얻을 수 없을 뿐만 아니라(~10 frame/s) 불필요한 엑스선량에 과다하게 노출되는 문제점을 가지고 있다. 이는 펄스 엑스선 발생에 필요한 관전압의 상승/하강 시간이 매우 길어 불필요한(stray) 방사선에 환자와 시술자가 노출되기 때문이다.
- 디지털 엑스선 소스는 전계방출 전자원을 적용하여 기존의 열전자원 아날로그 엑스선 소스의 단점을 극복할 수 있다. 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT)와 같은 나노 구조 재료에 전기장을 인가하여 양자역학적 터널링으로 얻는 전계방출 전자빔은 고속, 정밀 제어가 가능하기 때문에 엑스선 소스의 디지털화가 가능하고 짧은 펄스의 엑스선은 초저선량으로 고선명 투시 영상을 제공할 수 있으며, 아울러 전자빔 발생 및 가속, 제어에 필요한 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 장점을 가진다.
- 디지털 엑스선 튜브는 의료용 및 산업용 등 활용 목적에 따라 사용되는 출력 및 해상도가 상이하여 그에 적합한 관전류 및 전자빔 초점 크기가 요구된다. 따라서 전자빔의 인출 및 가속이라는 유사한 동작이 요구되는 엑스선 튜브라 하더라도 서로 다른 구조 및 제작 방법이 요구되므로 수요업체에서 요구되는 다양한 특성을 모두 만족시키는 것은 쉽지 않다. 따라서 호환 부품 구조 및 저가의 스테인레스강이 적용된 이 기술을 활용하여 양산에 적합한 디지털 엑스선 튜브 생산 구조 및 공정 확보를 용이하게 할 수있다.
- 엑스선 영상 기기는 열전자빔을 활용한 이극형 구조(캐소드, 아노드)의 아날로그 엑스선 소스를 채택하고 있으나, 이극형 아날로그 엑스선 튜브로부터 펄스 엑스선을 얻기 위해서는 캐소드-아노드에 100 kV 이상의 고전압을 직접 펄스로 인가하여야 하기 때문에 수백 Hz 이상의 고속, 10ms 이하의 단 펄스 구현이 매우 어려우며, 이에 따라 투시 영상의 동영상 프레임을 높이거나 가변하기 어렵고 관전압의 상승/하강 시간 동안 불필요한 엑스선이 발생한다. 따라서, 아날로그 엑스선 튜브를 채택한 엑스선 투시 영상 기기는 실시간 투시 동영상이 어려울 뿐만 아니라 선량 저감에도 큰 한계를 가지고 있다.
- 전계방출 디지털 엑스선 소스는 적어도 삼극형(캐소드, 게이트, 아노드) 구조로 구성되어 있으며, 아노드에 인가되는 고정된 관전압하에서 캐소드-게이트간 펄스 전압으로 나노 에미터에서 방출되는 전자빔을 제어하여 펄스 엑스선을 얻기 때문에 엑스선량을 고속, 가변, 극단 펄스로 제어할 수 있다. 본 “고출력 및 고해상 디지털 엑스선 튜브 기술”은 호환 부품 구조를 가지는 고출력 디지털 엑스선 튜브와 고해상 디지털 엑스선 튜브 구조와 함께, 양산에 적합한 스테인레스강을 금속 전극으로 사용할 수 있는 재료 및 구조 기술을 제공한다.
- 높은 출력이 요구되는 의료용 고출력 디지털 엑스선 튜브와 상대적으로 낮은 출력과 함께 고해상도 특성이 요구되는 산업용 디지털 엑스선 튜브는 서로 다른 전자총 및 아노드 부품이 필요하나 그 외에 허브 역할을 하면서 복잡한 형상을 사지는 윈도우 전극은 호환 구조로 제작될 수 있다. 또한 기존 고가의 코바 재료 대신 스테인레스강을 적용함으로써 저가의 높은 호환성을 통해 제품의 양산 구조 및 공정을 제공할 수 있다.
- 고출력 및 고해상 디지털 엑스선 튜브 양산 구조 기술
(이 기술은 ETRI의 “고전압, 대전류의 고정형 아노드 디지털 엑스선 튜브 기술” 에서 제시된 기술을 기반으로 개발된 결과이므로 “고전압, 대전류의 고정형 아노드 디지털 엑스선 튜브 기술” 이전을 시행한 업체에서 활용 가능함)
- 고출력 및 고해상 디지털 엑스선 튜브 양산 구조 기술
. 고출력 및 고해상 엑스선 튜브 간 부품 호환 구조 설계 기술
. 디지털 엑스선 튜브 핵심 부품의 스테인레스강 적용 설계기술
- “고출력 및 고해상 디지털 엑스선 튜브 기술”은 방사선 피폭 문제와 엑스선 투시 영상의 시?공간 해상도를 획기적으로 개선하여 실시간 엑스선 투시영상 기기 시장에 대한 국내 기술의 글로벌 리더쉽 확보에 크게 기여할 것이다.
이를 기반으로 저선량, 고해상도 영상 특성이 요구되는 mini C-arm 기술에도 본 기술을 활용할 수 있으며, 이는 방사선 피폭의 최소화가 반드시 필요한 신생아의 의료영상진단 및 실시간 수술에 필요한 엑스선 투시 영상 장비로 활용될 수 있으며, 더불어 개발된 디지털 엑스선 소스 기반 엑스선 투시 영상 기술은 실시간 3차원 CT 및 실시간 영상보정이 가능한 4D C-arm 장비의 핵심 기술로 활용 가능할 것으로 기대됨.