X-ray 쉽게 이야기하기

 의료 영상 촬영 장비 중 CT에 대해서 간단하게 알아볼 때 X-ray도 잠깐 이야기했었는데요.

오늘은 X-ray에 대해서 한 번 알아보겠습니다.

 

Q. X-ray에도 종류가 있을까요?

 

 X-ray에도 종류가 있습니다. 바로 Hard X-ray와 Soft X-ray입니다. 이 둘을 구분하는 방법은 에너지 영역으로 나누게 되는데 5 KeV보다 높은 에너지 영역을 Hard X-ray라고 하고 5 KeV보다 낮으면 Soft X-ray라고 합니다.

높은 에너지를 쓰는 Hard X-ray가 아무래도 더 투과도가 높겠죠?

병원에서 쓰는 X-ray는 높은 투과도가 필요하기 때문에 Hard X-ray를 사용합니다.

 

 그렇다면 Soft X-ray는 어디에 사용할까요? Soft X-ray는 투과도가 낮아서 공기 중에도 흡수가 되어버린다고 합니다.

그래서 진공 상태에서 사용이 필수적이고 보통 산업 분야에서 많이 사용합니다.

 

Q. Characteristic X-ray(특정 X-ray)와 Bremsstahlung X-ray(제동 방사선 X-ray)는 뭔가요?

 

 Hard X-ray와 Soft X-ray를 에너지의 영역이 차이가 났다면 Characteristic X-ray와 Bremsstahlung X-ray는 방출 원리에서 차이를 보입니다.

우선 Characteristic X-ray의 경우 이름에서도 알 수 있듯이 굉장히 좁은 영역을 가집니다. 대신 강한 영역을 가지고 있죠. 좁은 영역에 강하게 나타나게 되는 것입니다. 주로 물질 분석기기에 사용된다고 합니다.

Bremsstahlung X-ray의 경우 넓은 에너지 영역에 걸쳐 연속적으로 나타나게 됩니다. 주로 의료용 혹은 산업용 X-ray 영상기기에 사용된다고 합니다. 이처럼 넓은 에너지의 영역을 통해서 조직별 HU값을 조절하여 볼 수 있게 되는 겁니다.

 

 정리해보면 의료 영상 쪽에서는 Hard X-ray라는 높은 에너지 영역의 X-ray를 사용하고 이 X-ray의 방출 원리는 Bremsstahlung X-ray라고 볼 수 있습니다.

 

Q. X-ray는 어떻게 생성이 될까요?

 

SIEMENS Healthineers Ysio Max 출처: 

 

 X-ray 장비의 심장과도 같은 2가지 부품이 있습니다. X-ray Tube와 Detector입니다.

X-ray Tube에서 X-ray를 만들어내고 Detector에서 물체를 투과하고 난 뒤의 X-ray를 Detecting 합니다.

위의 그림에서는 판처럼 생긴게 Detector가 되고 판을 바라보는 카메라 같은 곳에 X-ray Tube가 있겠네요.

 

 X-ray Tube에서 높은 전압을 가해서 열에너지를 만듭니다. 가열된 필라멘트에서 방출된 전자의 운동에너지가 빛 에너지와 열에너지로 방출되는 데 이때 방출되는 빛 에너지를 X-ray라고 합니다.

(이 과정에서는 진공상태를 유지해야합니다. 정확한 정보는 의공학 서적을 보시면 보실 수 있습니다. 여기선 간단하게!)

 열에너지도 함께 방출된다고 했으니 X-ray를 쏘는 동안에 기기는 뜨거워질 것입니다. 그러니 이 뜨거워진 열을 식힐 필요가 있는 데 공기 혹은 물로 식히게 됩니다.

여기서 공기로 식히면 공냉식, 물로 식히면 수냉식이라고 합니다.

 

 뜨거운 물건을 밖에 가만히 놔두면 식겠지만 아무래도 그것보다는 물로 식히면 더 빨리 식습니다. 그러니 높은 에너지가 조사되는 장비에는 수냉식 방법을 많이 씁니다. 예를 들어 항암 치료기 같은 것들 말이죠.

 

Q. 물로 식히는 게 더 빨리 식는 데 다 수냉식으로 하면 되지 공냉식으로 하는 이유가 뭔가요?

 

칠러 물 냉각기 출처: Alibaba 물 냉각기 검색

 수냉식을 하려면 칠러가 필요합니다. 칠러는 차가운 물을 만들어주는 냉각기를 말합니다. 아무래도 이런 칠러는 많은 부피를 차지하게 되고 많은 비용이 들 것입니다. 그래서 CBCT와 같이 개인 병원에서 많이 쓰도록 만들어진 장비는 이런 칠러를 사용하지 않고 공냉식으로 식히는 방법을 사용하는 것입니다.

 

 여기서 그냥 수돗물을 끌어다쓰면 되지 않을까?라고 생각하실 수도 있는데요. 칠러는 단순히 물을 차갑게 만들어줄 뿐만 아니라 물을 정화시켜주기도 합니다. 선형가속기와 같은 암치료기는 한 대당 몇 십억 식 하는 고가의 장비이기 때문에 아무 물이나 넣을 수는 없겠죠?

 

Q. 관전압(Tube Voltage)과 관전류(Tube Current)라고 있던데 이건 뭔가요?

 

 관전압은 X-ray Tube에 걸리는 전압을 이야기합니다. 동시에 이 관전압은 Tube X-ray에너지의 최댓값을 이야기하기도 합니다.

 

 관전류는 X-ray Tube에 걸리는 전류를 이야기합니다. 높은 전류가 발생할수록 높은 열전자가 발생하므로 관전류의 값이 높다라고 하면 X-ray 발생량이 높다고 생각하시면 됩니다. X-ray 발생량이 높다는 것은 그만큼 더 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있다고 생각하시면 됩니다. 

 

 

Q. Detector는 뭔가요?

 

 X-ray는 우리 몸을 투과해서 지나갑니다. 쐈지만 뭔가 이 X-ray를 감지할 수 있는 것이 필요합니다. 저희는 통과한 X-ray의 정보가 궁금한 것이기 때문입니다. 이 Detector에는 X-ray를 감지할 수 있는 센서가 있고 그 센서의 정보를 바탕으로 X-ray의 이미지가 생성되는 것입니다.

 

 이 Detector는 X-ray Tube의 반대편에 위치하게 됩니다. 병원 건강 검진할 때 숨을 크게 들이마시고 꼭 끌어안고 있는 그것이 바로 Detector입니다.