Filament 온도 간접 추정 기반 온도제어를 이용한 저선량 X-ray 전원 구동 방안 Low Dose X-ray Power Driving Method Using Temperature Control based on Indirect Filament Temperature Estimation원문보기
X-ray 장비는 X-ray관에서 신체를 통과한 광자들을 디텍터에 조사하여 이미지를 회득하고 이를 통해 진단 및 수술에 이용한다. 이러한 X-ray는 방사선이기 때문에 대량 피폭에 의해 신체 내 암과 같은 질병 발생 확률이 증가한다. 따라서 X-ray 피폭량 저감을 위한 연구가 요구되며, 본 연구에서는 저선량 X-ray 구동을 위한 전원 제어 방안에 대한 연구를 진행한다. 먼저, X-ray 발생시 filament가열 온도가 고온이고 진공상에 존재하여 온도의 직접 측정이 어렵기 때문에 filament의 전기적 저항 값에 따른 온도 간접 추정 ...
X-ray 장비는 X-ray관에서 신체를 통과한 광자들을 디텍터에 조사하여 이미지를 회득하고 이를 통해 진단 및 수술에 이용한다. 이러한 X-ray는 방사선이기 때문에 대량 피폭에 의해 신체 내 암과 같은 질병 발생 확률이 증가한다. 따라서 X-ray 피폭량 저감을 위한 연구가 요구되며, 본 연구에서는 저선량 X-ray 구동을 위한 전원 제어 방안에 대한 연구를 진행한다. 먼저, X-ray 발생시 filament가열 온도가 고온이고 진공상에 존재하여 온도의 직접 측정이 어렵기 때문에 filament의 전기적 저항 값에 따른 온도 간접 추정 알고리즘을 제안한다. 두 번째로 해당 알고리즘 결과를 기반으로 filament 가열을 위한 온도 제어기를 구성한 뒤, 저선량 X-ray를 위한 가열 방안을 제시한다. 제안한 온도 추정 및 제어의 정확성과 반복성 검증을 위해 filament 이용 온도 구간인 1700 K이상의 온도를 기준으로 100 K 단위로 2100 K까지 총 5개의 온도 지령을 기준으로 각 지령마다 10번의 반복실험을 통해 평균 3.46 K의 온도 오차를 실험적으로 얻음으로 검증하였다. 온도 제어를 이용한 가열 방식과 기존 가열 방식간 X-ray 피폭량 저감 검증을 위해 먼저 시간에 따라 X-ray 진공관 내 관전류 및 filament의 크기 변화를 비교하고 두번째로 관전류의 평균 값 비교 마지막으로 상용 피폭 측정 장비를 이용하여 누적 피폭량 관점에서 비교 분석을 진행하였다. 해당 비교 분석을 통해 기존 가열 방식 대비 시간에 따른 X-ray 출력의 일정성을 검증하였으며, 관전류의 면적과 누적 피폭량은 기존 가열 방식 대비 각각 평균 12%, 8.5%의 저감을 확인하여 가열방식에 따른 피폭량 저감을 확인하였다. 뿐만 아니라, 기존 X-ray 저선량 전원 기법인 grid (-)전압 펄싱 방안을 적용하여 기존과 동일한 관점에서 비교 분석하였다. 해당 결과를 통해 기존 가열 방식 대비 각각 8%, 6%의 평균관전류의 크기가 저감되었으며, 시간에 따른 관전류의 변화 저감을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 방법을 적용할 경우 기존에 x-ray 장비 운영 시간에 따라 filament의 온도가 변화하게 되어 발생하는 x-ray 추가 방사를 줄임으로 인해 환자 및 의료 당사자에게 누적되는 피폭량 저감 가능함을 검증하였다.
X-ray 장비는 X-ray관에서 신체를 통과한 광자들을 디텍터에 조사하여 이미지를 회득하고 이를 통해 진단 및 수술에 이용한다. 이러한 X-ray는 방사선이기 때문에 대량 피폭에 의해 신체 내 암과 같은 질병 발생 확률이 증가한다. 따라서 X-ray 피폭량 저감을 위한 연구가 요구되며, 본 연구에서는 저선량 X-ray 구동을 위한 전원 제어 방안에 대한 연구를 진행한다. 먼저, X-ray 발생시 filament 가열 온도가 고온이고 진공상에 존재하여 온도의 직접 측정이 어렵기 때문에 filament의 전기적 저항 값에 따른 온도 간접 추정 알고리즘을 제안한다. 두 번째로 해당 알고리즘 결과를 기반으로 filament 가열을 위한 온도 제어기를 구성한 뒤, 저선량 X-ray를 위한 가열 방안을 제시한다. 제안한 온도 추정 및 제어의 정확성과 반복성 검증을 위해 filament 이용 온도 구간인 1700 K이상의 온도를 기준으로 100 K 단위로 2100 K까지 총 5개의 온도 지령을 기준으로 각 지령마다 10번의 반복실험을 통해 평균 3.46 K의 온도 오차를 실험적으로 얻음으로 검증하였다. 온도 제어를 이용한 가열 방식과 기존 가열 방식간 X-ray 피폭량 저감 검증을 위해 먼저 시간에 따라 X-ray 진공관 내 관전류 및 filament의 크기 변화를 비교하고 두번째로 관전류의 평균 값 비교 마지막으로 상용 피폭 측정 장비를 이용하여 누적 피폭량 관점에서 비교 분석을 진행하였다. 해당 비교 분석을 통해 기존 가열 방식 대비 시간에 따른 X-ray 출력의 일정성을 검증하였으며, 관전류의 면적과 누적 피폭량은 기존 가열 방식 대비 각각 평균 12%, 8.5%의 저감을 확인하여 가열방식에 따른 피폭량 저감을 확인하였다. 뿐만 아니라, 기존 X-ray 저선량 전원 기법인 grid (-)전압 펄싱 방안을 적용하여 기존과 동일한 관점에서 비교 분석하였다. 해당 결과를 통해 기존 가열 방식 대비 각각 8%, 6%의 평균관전류의 크기가 저감되었으며, 시간에 따른 관전류의 변화 저감을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 방법을 적용할 경우 기존에 x-ray 장비 운영 시간에 따라 filament의 온도가 변화하게 되어 발생하는 x-ray 추가 방사를 줄임으로 인해 환자 및 의료 당사자에게 누적되는 피폭량 저감 가능함을 검증하였다.
In this study, a study on the power control method for low-dose X-ray driving is conducted. After configuring a temperature controller for filament heating, a heating method for low-dose X-rays is presented. Through comparative analysis, the uniformity of X-ray output over time was verified compared...
In this study, a study on the power control method for low-dose X-ray driving is conducted. After configuring a temperature controller for filament heating, a heating method for low-dose X-rays is presented. Through comparative analysis, the uniformity of X-ray output over time was verified compared to the existing heating method, and the reduction in exposure dose according to the heating method was confirmed. Based on the results of the analysis by applying the grid (-) voltage pulsing method, which is a low-dose X-ray power method, when the method presented in this paper is applied, the temperature of the filament changes depending on the operating time of the existing x-ray equipment. It was verified that it is possible to reduce the amount of accumulated exposure to patients and medical personnel by reducing the additional x-ray radiation.
In this study, a study on the power control method for low-dose X-ray driving is conducted. After configuring a temperature controller for filament heating, a heating method for low-dose X-rays is presented. Through comparative analysis, the uniformity of X-ray output over time was verified compared to the existing heating method, and the reduction in exposure dose according to the heating method was confirmed. Based on the results of the analysis by applying the grid (-) voltage pulsing method, which is a low-dose X-ray power method, when the method presented in this paper is applied, the temperature of the filament changes depending on the operating time of the existing x-ray equipment. It was verified that it is possible to reduce the amount of accumulated exposure to patients and medical personnel by reducing the additional x-ray radiation.
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