CT 장비 | 테크밸리 주식회사

① 측정하고자 하는 시료가 360도 회전하는 동안 연속적으로 촬영한 X-ray 2차원 투사 이미지를 수학적으로 조합하여 3차원의 시료 이미지를 획득하는 방법을 “컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, 줄여서 CT)”이라고 합니다. CT 이미지를 얻기 위해서는 전용의 CT 장비가 필요합니다. 실험실 수준이 아닌 최초의 상업적인 형태의 장비는, 영국의 EMI 중앙 연구소에서 근무하던 Godfrey Hounsfield(1919~2004)가 발명하였고, 그는 이 공로를 인정받아 1979년 노벨 생리의학상을 수상하였습니다.

② CT를 하기 위해서는 우선 360도 회전하는 동안의 연속적인 X-ray 투사 이미지를 얻어야 합니다. 의료용 CT인 경우에는 사람을 고정하고 X-ray Source와 Detector를 회전시키지만, 산업용 CT의 경우에는 시료를 회전시킵니다. 이와 같이 산업용과 의료용은 서로 구조는 다르지만, 촬영원리는 같습니다.

③ 사용되는 X-ray Beam의 모양에 따라 “Fan Beam”과 “Corn Beam” 으로 구분합니다.

④ X-ray 소스에서 나온 강한 X-ray가 회전 Table에 놓여 있는 시료를 투과하면서, 시료 내부의 구조 및 재질에 따라 투과율에 차이가 나게 됩니다.

⑤ X-ray 소스의 반대편에 X-ray 검출기를 설치하고 투과된 X-ray의 세기를 측정하면, 내부의 구조와 재질의 영향이 중첩된 X-ray 투과 영상으로 나타나게 됩니다. 1차원의 선형 검출기를 쓰면 1D X-ray 이미지를 얻고 2차원의 영상 증배관이나 평면 검출기를 사용하면 2D X-ray 이미지를 얻게 됩니다.

⑥ 얻어진 X-ray 이미지를 컴퓨터를 활용하여 조합하면, 시료의 내부 구조까지 재현된 3차원의 3D CT 이미지를 얻을 수 있습니다. 이렇게 3D 이미지를 만들기 위해서는 복잡한 수학적인 방법을 사용하여야 하며, 이를 “재구축(Reconstruction)” 작업이라고 합니다.

① 장점

시료의 내부와 외부의 3차원 영상 정보를 획득할 수 있습니다. 일반적인 2차원 투영 이미지 검사 시에 발생할 수도 있는 중첩 혹은 영상 왜곡 가능성이 상대적으로 줄어들게 됩니다. 획득한 3차원 영상 정보를 이용하여, 시료를 파괴하지 않고 어느 방향이라도 임의의 단면 영상 혹은 분리 영상의 획득이 가능합니다. 획득한 3차원 영상 정보를 Calibration하면, 시료의 실제 크기를 실측할 수 있고 시료의 내부 결함의 위치와 크기를 확인할 수 있습니다.

② 단점

Hardware 측면에서는 복잡하고 정밀한 구동부가 존재하여야만 한다는 점과 Software 측면에서는 Reconstruction을 하기 위해 우수한 Computing power를 가지고 있어야 하기 때문에, 2차원 투영 검사기에 비해 많은 초기 투자 비용이 필요합니다. 2차원 투영 검사기는 촬영과 이미지 확인간의 시간이 짧거나 혹은 거의 없는 것에 반하여, 3차원 CT는 Reconstruction 과정을 거치기 때문에 검사 소요 시간이 길 수 밖에 없습니다. 이 때문에 대량 검사 혹은 인라인 검사에 어려움이 있습니다.

③ 기하학적인 배율 (Geometrical magnification)

X-ray 광원인 Source와 측정하고자 하는 시료 Object, 그리고 Detector간의 거리에 따라, Object의 실제 크기와 Detector에 맺힌 상과의 확대 배율이 변화합니다. Source는 Focus라고도 합니다. 측정하고자 하는 시료를 Source쪽에 가까이 붙이면 Detector에 맺히는 상의 배율은 커지게 되어 확대 이미지를 획득할 수 있으나, 실제의 Source가 점광원이 아닌 면광원이기 때문에 이미지의 경계선이 흐려지는 Blur현상이 증가합니다. 반대로 시료를 Detector쪽에 가까이 붙이면 Detector에 맺히는 상의 배율은 감소하지만 경계선은 선명해집니다.

<시료의 위치에 따른 획득 이미지 배율>