X-Ray Detector의 이해 ① (개념)

요약

• X-Ray의 구성 : Generator, Detector
• X-Ray Detector -> 발생된 X-Ray를 우리 눈에 보이도록 하는 역할
• X-Ray Detector 변화 : 아날로그 -> 디지털(CR->CCD-DR->FP-DR)
• FP-DR방식 : 직접&간접, TFT&CMOS 방식 디텍터

1. X-Ray란?

①방사선

'방사' - '중심에서 사방으로 내뻗치다' 라는 뜻

'방사선' - 어떤 한 점에서 모든 방향으로 뻗쳐가는 특성을 가진 빛 or 입자(ex, 태양, 별 등)

②방사선 구분

'전리' - 중성이던 원자나 전자가 외부로부터 강한 에너지를 받아 결합되어 있던 '전자'를 방출, 이온을 생성하며 이온화되는 것 (ex, 양이온, 음이온)

-> 외부로부터 강한 에너지를 받으면 전리 작용이 발생하면서, 내부적 에너지 변화가 발생하는데, 전리작용을 발생시키는 방사선을 전리방사선이라고 부름.

(강한 에너지 - 감마선, X선, 알파선, 베타선 등)

③전리방사선의 종류

'파장' - 에너지의 크기와 반비례

 : 전리방사선에는 파장이 짧은(=에너지가 큰) 감마선, X선, 알파선, 베타선 등이 존재

->강한 에너지를 가진(파장이 짧은) 전자기파를 이용해 투과력이 필요한 곳에 사용(X-Ray 등)

④X-Ray는 어떻게 발생?

 : 고전압(고속전자)을 발생시켜 음극(텅스텐 필라멘트)에서 전자(-)를 튕겨져 나가게 함. -> (+) 양극(구리)에 충돌 -> 에너지 발생(고열+X선)

⑤X-Ray 원리

->X-선을 발생시킨 후 물체의 투과성(잘 투과하고 아니고)에 따라 X-선 검출기에 검출되는 X-선의 양이 달라짐

(많이 투과 - 검정색, 덜 투과(ex 뼈 부분) - 흰 색)

2. X-Ray 종류

<출처 : 한국투자증권>

①필름형 X-Ray(아날로그)

 : 발생된 X선을 필름이나 마그네틱 테이프를 이용해 사진을 현상하듯 이루어지는 방식

(X선용 필름 필요, 필름크기에 따라 촬영대상 크기 제약)

② 디지털 X-Ray

 : 발생된 X선을 디지털화해 저장, 사용, 전송하도록 함

※필름 카메라 VS 디지털 카메라(비슷한 원리)

-필름카메라 : 촬영(필름이 빛에 노출) ->현상(브롬화은이 빛에 의해 화학 반응) ->인화(요오드화은)

-디지털카메라 : 촬영 -> CCD(이미지 센서)(빛 -> 전기신호 변환) -> 저장(메모리)

※비슷한 원리의 구분

<자체제작>

3. 필름형 X-Ray(아날로그)에서 디지털 X-Ray으로 변화

<자체제작>

1)디지털 X-Ray 구성

 ①Generator(X-Ray 발생)

 : Tube, 고압회로, 절연유, 인버터 등으로 구성

-> 아날로그나 디지털이나 X-Ray를 발생시키는 Generator에는 큰 변화가 없음.

②Detector(X-Ray 인식, 디지털 변환)

디지털 방식의 변화 : CR -> CCD-DR -> FP-DR

-CR(Computed Radiography) : Image Plate 이용

 : 아날로그와 디지털의 중간 방식, Image Plate를 장착하여 변환하는 방식

* Image Plate -> 형광물질이 도포된 판(형광물질이 X선을 흡수하여 저장, 이를 판독화하여 디지털화)

-CCD-DR(X선 -> 가시광선 -> CCD카메라(센서) -> 디지털영상)

 : X선이 형광물질을 지나면서 가시광선이 된 영상을 디지털카메라로 촬영하는 방식

-FP-DR(X선 -> 변환 -> 센서 -> 디지털 영상)

<출처 : 뷰웍스 사업보고서>

※시장규모 직접방식 10%, 간접방식 90%

  ☞직접방식 (X선 -> 전자 -> TFT -> 디지털 영상)

 : 셀레늄이나 실리콘과 같은 광변환물질이 인체를 투과한 X선을 바로 전자로 바꿈. 그 아래 TFT는 이 전자를 감지해 디지털 영상 정보 구현 (불안정(수율↓), 가격↑, 해상도↑, 방사선↑, 주로 유방암촬영용)

 ☞간접방식 (X선 -> 가시광선 -> 전자 -> ROIC -> 디지털 영상)

 : 섬광체란 물질(Csl, 세슘요오드)을 통해 X선을 우리 눈에 보이는 가시광선으로 바꿈. 포토다이오드와 a-Si 패널 또는 CMOS 센서를 통하여 가시광선을 전기신호로 변환 -> ROIC를 통해 판독 (Trixell, Varian, 뷰웍스, 레이언스 등 대부분의 회사는 간접 검출 방식의 디텍터를 생산)

<출처 : 레이언스 홈페이지>

  *간접 방식의 구분

  ⇒①TFT(thin film transistor)방식

   : 웨이퍼 기반의 CMOS 대비 면적당 원가가 저렴 -> 대면적 촬영에 적합

   : TFT 유리기판은 반도체가 부도체로서 X선에 대한 내구성 뛰어나 화질 수명 길다

  ⇒②CMOS 방식

   : 해상도 높아 화질이 우수,

   : 소면적 촬영에 적합

   : 전력 소비량이 낮고, 재촬영 속도 빠르다 -> 동영상 구현에 용이

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