1950년대 진단용 X선 장치의 국산화가 이루어졌으며, 1960년 초부터 진단용 X선 장치의 수요가 급격히 증가함에 따라 생산업체의 증가로 의료기기 시장의 많은 발전을 가져왔다. 진단용 X선 장치는 방사선에 대한 인체의 위험 요소인 피폭문제가 있기 때문에 보건복지가족부가 제조, 설치기준을 제정하고 있으며, 이를 기본으로 하여 KSA 4019, KS A 4021, KS A 4022 등에 의해 정밀한 제작이 이루어지고 있다. 진단용 X선 발생장치는 단상 전파 정류형과 삼상 전파 정류형이 대부분이나, 1980년대 이후 인버터식 X선 발생장치로 대부분 전환되기 시작하였다. 인버터식 X선 발생장치는 단상 전파정류형 X선 발생장치에 비해 1.5~1.8배의 높은 출력과 단시간 제어가 정확하지만, 가격이 비싸기 때문에 개인병원에서는 단상전파정류형 X선 장치를 선호하고 있어 단상 전파정류형 X선 장치의 성능개선이 요구된다. 이에 본 연구자들은 단상 전파정류형 X선 발생장치의 제어장치, 고전압 변압기, 필라멘트 가열변압기, 정류회로, 고압케이블 등 기기의 구성요소를 제작하고 진단용 X선 발생장치의 성능평가를 시험하였으며, 그 결과 국내 규정인 진단용 방사선 발생장치의 안전관리 규칙에 적합한 기준을 얻을 수 있었다.
X선 발생장치의 정도관리는 의료기관의 설립형태에 따라 가장 큰 차이가 있으며, 장치의 보유율은 1차 의료기관에서 가장 많이 보유한 반면 정도관리에 대한 인식과 관리는 소홀하다 할 수 있다. 본 연구에서는 2010년 1월 4일부터 2010년 9월 3일까지 경북 지역을 4개의 권역으로 나누고, 각 시별로 4곳을 임으로 선정하였다. 전체 16곳에 있는 의원급 의료기관 중 10년 이상 된 X선 발생장치를 보유한 8곳과 10년 이하의 X선 발생장치를 보유한 8곳를 그 대상으로 하였으며, 정도관리의 필수 항목 5가지를 시험하였다. 접지 설비 확인시험에서는 10년 이상 된 X선 장치를 보유한 한 곳이 별도의 접지선을 구비하지 않았으며(6.25%), 외장 누설전류시험에서는 모두 적합 하였다. 조사선량 재현성 시험에서는 10년 이상 된 X선 발생장치를 보유한 4곳(25%)과 10년 이하의 X선 발생장치를 보유한 1(6.25%)곳이 부적합 하였다. 관전압의 정확도 시험에서는 10년 이상 된 X선 발생장치를 보유한 5곳(31.25%)과 10년 이하의 X선 장치를 보유한 2곳(12.5%)이 부적합 하였다. 관전류와 관전류량 시험에서는 10년 이상 된 X선 장치를 보유한 3곳(18.75%)과 10년 이하의 X선 장치를 보유한 1곳(6.25%)이 부적합 하였다. 본 연구 결과 10년 이하의 X선 발생장치를 보유한 의원급 의료기관 보다 10년 이상 된 의원급 의료기관의 X선 발생장치의 정도 관리 실태는 심각한 수준 이였다. 검사 결과를 바탕으로 행정적, 기술적인 조치들이 신속하게 이루어져야 할 것이다. 또한 의원급의 사업주나 장치 담당자들의 의식 전환이 필요 하며 그러기 위해서는 오래된 장비이거나 자주 사용하지 않는 장비일수록 정기검사주기를 1~2년 단위로 개정하여야 하고, 정기적인 정도 관리 교육 프로그램을 실시하여야 할 것으로 사료된다.
진단용 X선 투시촬영장치는 고전압발생장치를 필요로 하며, 이에 대용량 전원설비를 갖춘 X선 고전압 발생장치의 개발이 요구되고 있다. X선 투시촬영장치는 단시간 고출력의 촬영과 장시간 저출력의 투시가 가능해야 하므로 고용량의 상용 AC 전원을 사용해야 한다. 이에 본 논문에서는 EDLC를 에너지 저장장치로 사용하여 저용량의 AC전원만으로 투시 및 촬영이 가능한 X선 투시촬영장치용 고전압발생장치를 제안한다. 에너지 저장장치를 기반으로 한 32[kW]급의 X선 투시촬영장치용 고전압발생장치를 구성하고 시뮬레이션 통하여 제안한 고전압발생장치의 효용성을 입증한다.
치과병의원에서 사용하고 있는 이동형 치과 X선 발생장치를 이용하여 두경부 마네킹에 X선을 조사할 때 주변의 공간선량을 측정하고, 동일한 방법으로 고정형 X선 발생장치에 적용하여 측정된 공간선량을 상호 비교하며, 더불어 기기 및 위치별 공간선량을 비교 분석한 결과는 다음과 같다. 이동형 X선 발생장치의 평균 공간선량은 $37.51{\mu}Sv$로 고정형 X선 발생장치의 $10.77{\mu}Sv$보다 매우 높았다(p<0.001). 이동형 X선 발생장치의 기기별 공간선량은 $17.77{\mu}Sv$부터 $68.90{\mu}Sv$까지 큰 차이를 나타냈다(p<0.05). 위치별로는 직전 위치가 $54.14{\mu}Sv$로 가장 높았고, 직우 위치가 $13.60{\mu}Sv$로 가장 낮았으며, 직좌와 직후 위치는 $42.12{\mu}Sv$, $40.18{\mu}Sv$로 유사하였다(p<0.01). 이상의 결과를 통해 이동용 치과 X선 발생장치는 이동 불가능한 환자만을 대상으로 제한적으로 시행하여야 하며, 반드시 환자와 술자 모두 납 방어복을 착용하여 방사선 피폭을 최소화해야 할 것이다.
탄소나노튜브(CNT)를 이용한 초소형 X선 튜브는 근접 암치료, 비파괴 X선 영상 장치, 휴대용 X선 분광계 등에서 X선 발생소스로 많이 연구되고 있다. 2극형 CNT 에미터의 경우 구조가 단순하여 초소형 X선 튜브에 쉽게 장착할 수 있지만 아노드의 전압과 전류가 연동되기 때문에 튜브의 조작성이 제한적이다. 3극형은 상대적으로 복잡한 구조이고, CNT에서 방출된 전자가 게이트 전극으로 흐르는 누설 전류 그리고 절연체와 충돌하여 차징을 발생시킬 수 있기 때문에 직경이 좁은 초소형 X선 튜브에 구현하기가 쉽지 않다. 하지만 초소형 X선 튜브를 다양한 X선 장치에 응용하기 위해서는 아노드 전압과 전류의 독립된 조작이 가능한 3극형 CNT 에미터가 반드시 구현되어야 한다. 본 발표에서는 전자빔의 아노드 집속을 강화하고 절연체에서의 차징을 줄이는 포커싱 기능의 게이트(FFG) 구조를 제안하였고. 이를 적용하여 초소형 X선 튜브들을 제작하고, 분석하였다. FFG 구조가 성공적으로 적용된 초소형 X선 튜브는 게이트 누설 전류 없이 뛰어난 전류 및 X선 방출 특성을 보였다. 이와는 달리, 몇몇 초소형 X선 튜브들에서는 게이트 누설 전류가 나타났고, 아노드 전압에 의한 게이트 전압 상승이 발생하여 불안정한 구동 특성을 보였다. 초소형 X선 튜브를 밀봉하지 않고 진공 챔버에서 실험한 결과, 유도된 게이트 전압은 상당한 시간이 흐르거나 진공챔버에 공기를 주입하고 다시 진공상태로 만들면 유도전압이 제거되는 것을 볼 수 있었다. 결론적으로 CNT에서 방출된 전자빔이 정상궤도를 벗어나 게이트 누설전류와 차징에 의한 게이트 유도전압을 발생시키면 초소형 X선 튜브가 불안정한 구동을 하고, 결국 튜브의 심각한 결함으로 나타나게 된다. 즉, 게이트 누설 전류와 유도된 게이트 전압은 3극형 CNT 에미터가 장착된 초소형 X선 튜브의 디자인과 제작에 있어서 성공 기준이 될 수 있다.
본 연구는 일반광원을 이용한 진단용 X선 모의실험장치 개발의 타당성 검토를 위한 예비연구로서 소규모 실험장치를 제작하고 실제로 X선 투사 영상과 같은 영상을 획득할 수 있는지 여부를 확인하였다. 실험장치는 선원부, 로컬라이저, 검출기부분 등 크게 세부분으로 나뉘어졌다. 공간상에 직교좌표계를 설정하고 표적이 놓이는 위치를 원점으로 하였고, 선원에서 빛이 나오면 표적 투과 후 스크린에 영상이 형성되고 스크린 뒤편에서 디지털카메라로 영상기록 후 좌우 반전하였다. 선원으로부터의 거리에 따른 필드크기의 변화, 핀홀 크기에 따른 음영의 발생과 밝기, 좌표를 통한 오차평가 결과 본 연구에서 개발된 실험장치로 X선 모사실험이 가능함을 확인할 수 있었다.
본 연구의 목적은 기존에 사용 중인 X선 발생장치의 촬영대를 따뜻하게 가열하면서도 X선 감약이 적은 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 발열체를 사용하여 가열장치를 구비한 X선 발생장치용 부착형 촬영대의 고안 및 설계를 하고자 한다. 고안된 제품의 구성은 부착형 탄소발열체 촬영대로서 기존 X선 촬영대, 탄소나노튜브 면상발열체, 전극선, 난연 처방된 보호필름과 바닥필름으로 구성되어 있다. 본 고안 제품의 특징과 장점은 냉기(冷氣)를 느끼는 촬영대에서 환의를 착용하고 검사를 받는 환자에게 온화한 느낌과 안전감을 제공하고 심적인 불안감을 해소하여 검사에 도움을 줄 수 있기 때문에 임상 적용을 적극 권장하는 바이다.
진단영역에서 사용하는 넓은 선속 X선 에너지에 대한 차폐물질의 투과 특성을 Archer의 수학적 모델을 적용하여 나타내었다. 인버터 방식의 고전압발생장치를 사용하는 X선 발생장치를 사용하여 관전압 60 kVp부터 140 kVp까지의 범위에서 납, 철, 콘크리트, 유리등의 차폐체의 투과 특성을 나타내었다. 이러한 인버터 방식의 고전압발생장치를 사용하는 진단영방사선발생장치의 관전압별 투과도는 진단방사선발생장치를 사용하는 작업공간에서의 차폐 설계 시 차폐물질의 종류와 두께의 설정에 도움이 될 것이다.
제품의 고성능 사양을 위해 초미소 크기(Nano Size)의 구조를 갖는 제품들이 일상에서 자주 등장한다. 대표 제품은 주변에서 쉽게 접할 수 있는 전자제품의 반도체 칩이다. 반도체 칩 소자 구조는 크기를 줄이는 것 외에도 적층을 통해 소자의 집적도를 높이는 방향으로 진화를 하고 있다. 복잡한 구조로 인해 발생되는 여러 반도체 결함 중에 TSV 결함은 현재 진화하는 반도체 칩의 구조를 대변하는 대표 결함이다. 이 결함을 효율적으로 검출하고 다루기 위해서는 초미소 크기(Nano Size)의 결함을 비파괴적인 방법으로 가시화하고 분석하는 장비가 필요하다. X-ray 시스템은 이러한 요구를 해결하는 훌룡한 한 방법이다. 이 논문에서는 X-ray 시스템의 구성 및 위의 TSV 결함을 검출하고 분석하기 위한 시스템의 특징에 대해 설명을 한다. X-ray 시스템은 크게 X선을 발생시키는 X선튜브와 대상 물체를 투과한 X선을 영상화하는 디텍터, 대상물체의 영상화를 위해 물체를 적절하게 구동시키는 이동장치로 구성되어 있다. 초미소크기(Nano Size)의 결함 검출을 위해서는 X선 튜브, 디텍터, 이동장치에 요구되는 사양의 복잡도, 정밀도는 이러한 시스템의 개발을 어렵게 만든다. 이 논문에서는 이러한 시스템을 개발 시에 시스템 핵심 요소의 특징을 분석한다.
의료에 사용되는 X선 장치는 안정적인 전원이 공급되는 곳에 설치되어 사용되어지는 고정형과 환자가 있는 장소로 이동하여 촬영이 가능한 이동형으로 구분된다. 이동형 X선 장치에 대표적으로 사용되는 모바일 X선 장치는 공간상의 제약을 벗어나 매우 유용하게 사용이 가능하다. 하지만 고전압의 발생이 어려워 X선의 출력이 낮은 주로 손과 발의 촬영에 주로 응용된다. 본 연구에서는 인체의 진단영역에 제한을 가지지 않는 대용량의 모바일 X선 장치를 설계, 제작하여 부하변동에 따른 기기의 동작 특성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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