1. X선관 구조
- 경질내열유리관 내에 음극(cathode, filament)과 양극(anode, target)을
봉입한 진공 2극관이다.
① 텅스텐(74, 3,370℃) 필라멘트를 가열하여 전자를 발생
② 음극과 양극 사이에 고전위차를 주어 전자를 가속 시킨다.
③ 가속전자가 텅스텐 저지극에 충돌하면 X선
1) 유리관
- 진공상태 유지 (전압과 전류를 분리하여 조절 할 수 있는 장점이 있음)
- x선 흡수가 낮은 붕소규산염 유리를 사용한다.
(유리와 연결도선이 가열될 때 선팽창계수와 용융점을 같게 하기 위함)
2) 음극
- 음극은 전자의 발생원인 1) 필라멘트 2) 전기도선과 3) 집속통 으로 구성
① 필라멘트
♦ 텅스텐(74, 3,370℃)을 재질로 사용
♦ 강도와 용융점(3,370℃)이 높으며 기화성이 낮음
♦ 필라멘트가 약 2,200℃로 가열되면 금속 내 전자가 열 에너지를 흡수하여
금속 표면으로 나오는데 이것을 열전자 방출이라 한다
♦ x선 발생량은 관전류(X선관에 흐르는 전류)에 비례
♦ 밀리암페어(mA)를 단위로 사용
♦ 이중필라멘트 - 많은 x선량의 노출이 필요하면 큰 필라멘트
- 소량 x선량의 노출이 필요하면 작은 필라멘트
② 전기도선
♦ 필라멘트를 가열하기 위함 (약 10V , 3~5A로 가열)
③ 집속통
♦ 필라민트에서 양극의 저지극(target)로 가는 고속전자들은 상호 반발력을
가지므로 필라멘트를 집속통으로 둘러 쌓아 방지
♦ 필라멘트와 같은 음전위(양극으로 전자를 보내기위함)를 가짐.
♦ 몰리브덴을 재질로 사용
3) 양극
- 고정양극과 회전양극으로 나눔
(1) 고정양극 (stationary anode tube)
- 전자가 충돌하는 저지극(target)과
저지극 지지 및 전자 충돌시 발생하는 열을 X선관 밖으로 전도하는 양극병으로
구성되어 있다.
♦ 저지극(target)
- 텅스텐(74, 3,370℃) 재질 사용
[원자번호(74)가 높고, 용융점(3,370℃)이 높고, 열흡수 와 열확산이
빠름]
♦ 양극병
- 구리(copper, 29, 1,070℃) 재질 사용
[텅스텐보다 열전도 및 냉각율이 좋아 양극의 총 열축적 용량이 증대]
(2) 회전양극 (rotating anode tube)
- 대량 노출시 고온에 견디기 위해 회전양극관 사용
- 텅스텐 원반형(양극)으로 촬영시 발생되는 열을 넓은 부분으로 분산하기 위해
회전
- 분당 회전속도 3,600 rpm이나 회전자와 베어링의 마찰로 인하여 60Hz 전류
이용시 3,000rpm으로 낮아짐
2. 관용기 (tube hosing)
- 불필요한 x선을 흡수하기 위해 함형으로 제작
- 납(80)을 재질로 사용 (x선 흡수율이 높음)
- 케이블 삽입구와 x선만을 방출 할 수 있는 방사구(tube window)가 있다
- 관용기 안의 기름은 전기절연 작용과 x선관의 냉각작용을 담당
(기름이 가열되면 팽창 하여 x선관이 파괴될 수 있으므로 주름통 또는 격막
장착하여 여유공간 지님)
♦ 기능
① x선관 지지
② 이용선 이외의 x선 흡수
③ 고압으로부터 x선관을 보호하는 방전격 작용
3. 선초점 원리
- 양극을 경사지게(6~20˚ 범위) 하여 실초점이 증가해 내열력 증가
- 실효초점의 크기도 작아져 해상능 증가
♦ 초점(focal spot)
- 전자가 텅스텐 저지면에 충돌해 x선을 발생하는 부분
♦ 실초점(actual focal spot)
- 전자가 저지극에 충돌하는 실제 면적
- 실초점이 크면 내열력은 증가 하지만 영상의 해상능 감소
♦ 실효초점(effective focal spot)
- 실초점의 크기를 x선이 나오는 방향에서 관측할 경우 축소되어 작게 보이는데
이때의 초점
4. 경사각 효과 (heel effect)
- 강도 불균등 현상과 cutoff 현상을 경사각 효과라 한다
♦ 강도불균등 현상
- x선 방사각에 따라 음극쪽의 강도가 양극쪽보다 높게 나타나 x선 강도가
균등하지 않다
♦ cutoff 현상
- 경사각이 0˚ 인 경우 x선 조사범위의 제한을 받아 필름의 1/2에만 작용
♦ 경사각 효과 방지
① 거리를 크게 하면 경사각 효과의 양향을 줄여 줄 수 있다
② 초점(Focus), 필름(Film), 거리(Distance)에서 필름의 크기를 작게해도
경사각 효과의 영향을 적게 할 수 있다
FFD(초점, 필름, 거리)
5. X선의 발생
1) 일반 방사선, 제동방사선, 저지선, 연속선
- 핵의 전하량, 고속전자에너지, 전자가 얼마나 핵 가까이 통과하는가에 따라 x선 광자 에너지 결정
- 연속선, 장파장, 단파장이 섞여서 나옴
장파장 - 인체에 흡수(피폭)되기 때문에 여과판으로 걸러내며 저에너지 이다
단파장 - 몸을 투과해 필름까지 도달하며 고에너지 이다
- 방사선 광자에너지는 방사선 파장에 역비례
- 최단파장은 관전압(kVp)에 의해 결정
- 최장파장은 x선관의 고유여과와 부가여과에 의하여 결정
- X선 광자가 갖는 최단파장은 λmin=12.4
kVp
▲ 일반 방사선 발생과정
① 고속전자가 텅스텐원자핵 근처를 통과할 때 핵의 인력으로 인해 본래 진행방향에서 방향이 바뀌면서
감속되어 에너지를 잃음.
② 전자가 잃은 에너지만큼 X선광자로 변환하며 이것을 저지선, 일반 방사선 제동방사선 이라 한다.
2) 특성 방사선, 고유선, 시성선
- 고속전자가 저지극에 충돌하여 원자의 내각전자를 이탈시킬 때 발생한다.
♦ 특성방사선 발생과정 (K각 전자 이탈시)
텅스텐 K각 에너지 70keV, L각 에너지 11keV
고속전자가 K각의 전자를 이탈시킬려면 70keV 이상의 에너지 필요
① 원자는 항상 중성
② 고속전자가 텅스텐(저지극)의 원자의 전자와 충돌하여 이탈함으로 원자는
양이온화됨
③ 양전하 원자는 기저상태(normal state)즉 정상상태로 되돌아가려는
성향으로 인접 각(L각)의 전자를 가져옴
④ L각의 전자가 K각으로 이동하면서 에너지 차이 만큼 X선광자 에너지
방출(59keV) -> k각 특성 방사선
⑤ L각이 빈자리에 M(9keV)각의 전자 이동하면서 X선광자 에너지 방출(2keV)
->L각 특성 방사선
※ 외각궤도에서 발생하는 특성방사선은 에너지가 작아서 거의 열로 변화 하거나 x선관 유리벽에 흡수
6. X선의 강도
- X선의 강도는 광자이 수(관전류) 와 광자의 에너지(관전압)을 곱한 값
1) 관전압(kVp) -> X선관에 주어지는 최대전압
- 전자에너지는 관전압(kVp)에 의해 결정
즉 저지극에 충돌하는 전자(고속전자) 에너지는 관전압에 의해 결정되고
방출 광자 에너지는 저지극에 충돌하는 전자(고속전자) 에너지에 의해
결정 되므로 X선의 총량은 관전압 제곱에 비례하여 증가 함
- 강도(intensity)는 (kVp)2 에 비례
2) 관전류(mA)
-X선광자(선량)의 수는 저지극에 충돌하는 전자의 수 즉 관전류(mA)에 따라
결정된다.
- 관전류가 크면 많은 전자가 발생하고 따라서 X선도 많이 발생한다.
3) 저지극 금속
-저지극 원자의 원자번호가 높을수록 X선 발생효율은 커진다.
-X선관의 저지극으로 텅스텐을 이용하는 것은 용융점이 3,370˚C로 매우 높고
원자번호가 74로 높기 때문에 저지극 금속으로 적당하다
- 일반적으로 텅스텐 사용하나 유방촬영시 몰리브덴 저지극 사용
7. 여과
♦ 여과작용(filtration)
- 장파장(저에너지) 제거
- 환자선량(피폭)을 증가고 영상대조도를 저하하는 X선 제거
♦ 여과작용의 단점
- X선 강도 감소 (저에너지 뿐만 아니라 모든 광자에너지를 흡수 하기 때문에 고에너지 광자의 손실을 동반)
- 손실량 보상으로 촬영조건(mAs)를 증가
※mAs = 관전압, 관전류, 시간(노출시간)
♦ 여과판(filter)
- 금속판으로 만들었음
- 저에너지 X선을 흡수하여 환자선량(피폭)을 줄여주는 작용을 한다.
♦ 여과형식 3단계
1. X선관과 관용기 자체에 의한 고유여과
2. 선속내에 금속판을 삽입하는 부가여과
3. 피사체(환자)에 의한 여과
* 총여과 = 고유여과 + 총여과
- 총 여과(2.5mm Al) ICRP에서 고유여과와 부과여과를 포함한 것
이라고 정의
- 알루미늄의 두께가 3mm 이상의 두께면 여과작용이 과하여
필요선량이 감소되므로 노출시간을 연장시킴으로써 보상할 수 있다
♦ 쐐기형 보상 여과판 (불균등 농도를 없애기 위해 효과적)
- 두께차이가 큰 검사부위를 촬영할 때 균등농도 영상을 얻지 못하므로 이를
보상하기 위하여 사용
- 환자의 두꺼운 부위를 쐐기형 보상 여과판의 얇은 쪽으로 하여 X선이 많이
투과 되도록 한다.
- 환자의 얇은 부위는 쐐기형 보상 여과판의 두꺼운 쪽으로 하여 불균등 사진농도 보상
1) 고유여과(inherent filtration)
- X선관과 관용기 자체에서 흡수 (유리관, 절연유, 방사구)하며 알루미늄 당량으로 측정 표시
- 전형적인 진단용 X선관의 고유여과는 0.5~1.0mm(규정치) 알루미늄 당량 범위를 지님
2) 부가여과(added filtration)
- X선속내에 여과판을 삽입하여 저에너지의 광자를 흡수
- 여과판 금속으로 저에너지광자에 주로 감약현상이 높은 금속 선택
- 진단 방사선 범위에서 알루미늄과 구리 이용
♦ 알루미늄(원자번호 13) 여과판
- 일반적인 검사에서 저에너지 방사선의 여과효율(흡수)가 우수하기 때문에
많이 씀
♦ 구리(원자번호 29) 여과판
- 고에너지 방사선의 여과효율(흡수)가 좋음
- 검사시마다 알맞은 여과판을 선택 하는것이 원칙이나 불편하므로 주로
알루미늄판만을 이용한 단일 여과판을 사용
- 구리만을 이용한 단일여과판은 없으므로 복합여과판으로 알루미늄과 같이 사용
♦ 복합여과판(compound filter)
- 두 개 또는 여러개의 금속층으로 이루어졌음 (일반적으로 알루미늄+구리)
- X선관은 구리, 환자쪽 알루미늄
- 방사선 여과작용은 구리가 담당하고 알루미늄은 구리에서 발생한
특성방사선(8keV)을 흡수하는 목적으로 사용
- 알루미늄판에서도 특성방사선이 발생하나 1.5keV로 작아서 환자에 도달하기전
공기내에 흡수