KR100218055B1 - 갠트리회전 및 병진운동제어장치를 갖는 x선단층촬영시스템 - Google Patents

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KR100218055B1
KR100218055B1 KR1019960704324A KR19960704324A KR100218055B1 KR 100218055 B1 KR100218055 B1 KR 100218055B1 KR 1019960704324 A KR1019960704324 A KR 1019960704324A KR 19960704324 A KR19960704324 A KR 19960704324A KR 100218055 B1 KR100218055 B1 KR 100218055B1
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더블유. 맥켄나 길버트
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토비 에취. 쿠스머
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Abstract

본 발명은 개선된 이동형 X선단층촬영시스템(10)에 관한 것으로, 주사과정중에 고정된 환자에 대하여 여러 단층촬영구성부분의 측방향운동이 기계적인 변위수단(70)에 의하여 정밀하게 제어되며, 이는 변위량의 동시 측정 및 모니터링을 위한 전기-기계수단(94)에 결합된다.

Description

갠트리회전 및 병진운동제어장치를 갖는 X선단층촬영시스템
제1도는 별도의 환자테이블과 함께 보인 본 발명의 단층촬영장치의 개략사시도.
제2도는 제1도에서 보인 단층촬영장치와 환자테이블의 정면도.
제3도는 제1도에서 보인 단층촬영장치와 환자테이블의 측면도.
제4도는 제3도와 유사하나 환자용 의자와 팔지지체와 함께 사용되는 것을 보인 단층촬영장치의 측면도.
제5도는 갠트리조립체의 측방향운동이 이루어지도록 하는데 사용된 기계적인 변위기구와 변위량을 측정하고 모니터하기 위한 전기-기계시스템의 일부 절개표시 확대사시도.
제6도는 단층촬영장치에 대한 제5도의 기계적인 변위기구의 관계를 보이고 또한 본 발명의 경사제어기구를 보인 제1도 단층촬영장치의 측면도.
제1도-제3도는 가동카트장치(14)에 착설된 도우넛형 갠트리조립체(12)를 포함하는 X선단층촬영장치(10)를 보이고 있다. 제2도에서 보인 바와 같이, 갠트리조립체(12)는 고정환상프레임(28)과, 환상프레임(28)내에 회전가능하게 착설되고 전형적으로 X선소오스, X선소오스에 대하여 직경방향으로 대향된 다수의 X선검출기어레이, 전원 및 미국특허 제4,928,283호에 기술된 바와 같은 다른 구성부분을 포함하는 통상적인 단층촬영구성부분을 지지하는 디스크(30)로 구성된다. 갠트리조립체에 관한 상세한 내용은 길버트 더블유, 맥켄나의 명의로 출원된 미국특허출원 제08/193,783호 X-ray Tomognaphic Scanning System (대리인번호 ANA-30)과, 길버트 더블유, 맥켄나와 도날드 이, 스와인의 명의로 출원되고 본원 출원인에게 양도된 미국특허출원 제08/193,696호 Tomognaphic Scanner Having Center of Rotation for all Physics (대리인번호 ANA-31)를 참고 바란다. 갠트리조립체(12)의 프레임 둘레에 분포된 구성부분을 보호하고 가리기 위하여 폴리카보네이트 플라스틱등과 같은 X선투과물질의 스킨 또는 커어버(24)(제1도에서 개략적으로 보임)가 착설되고 갠트리조립체의 둘레에 배치되는 다수의 밴드나 고정구(26)에 의하여 고정된다. 갠트리조립체(12)에 착설된 단층촬영구성부분을 회전시키기 위하여 미국특허 제4,928,283호에 기술된 수단과 같은 수단(도시하지 않았음)이 제공된다.
제1도와 제2도에서 보인 바와 같이, 카트장치(14)는 다수의 바퀴(18)로 지지되는 횡방향기부부재(16), 이 기부부재(16)에서 연장되거나 이에 고정되는 상향직립벽부재(20)(22)와, 벽부재(20)(22)상에 갠트리조립체(12)를 지지하기 위한 수단으로 구성되는 U자형의 구조로 되어 있다. 바퀴(18)대신에 볼-소켓트로울러와 같이 다중방향이동 및 롤링수단이 대신하여 사용될 수 있다. 우선 실시형태에서 벽부재(20)(22)와 함께 기부부재(16)가 갠트리조립체의 외주연벽과 접하는 갠트리(12)의 하반부를 위한 보호대로 구성된다. 일측 또는 양측벽부재(20)(22)는 제1도에서 보인 바와 같이(그리고 제5도에 관련하여 상세히 설명되는 바와 같이) 그 일부가 롯드부재(80)로서 보인 갠트리변위기구(70)와, 갠트리경사제어기구(제1도와 제2도에서는 도시하지 않았으나 제6도에 관련하여 이후 상세히 설명됨)로 구성된다.
참고로, 제1도-제3도는 하측단부에서 기부부재(42)상에 지지된 직립지지부재(46)와 조합하여 다수의 바퀴(44)상에 지지된 횡방향기기부재(42)로 구성되는 독립형의 가동형 X선투과 환자테이블(40)을 보이고 있다. 부재(46)는 이들의 상측단부에서 테이블수단(48)을 지지한다. 환자테이블(40)은 대신에 고정될 수 있으며, 이 경우에 본 발명의 단층촬영장치의 작동에 다른 영향을 주지 아니하고 바퀴(44)가 필요치 않다. 우선 실시형태에서, 직립테이블지지부재(46)는 신축형 튜우브 또는 유사한 수단으로 구성되며 이에 의하여 바닥면위의 테이블수단(48)의 지지각과 헤드단부의 높이가 통상적인 자동화수단 또는 수동수단에 의하여 용이하고 독립적으로 조절될 수 있다. 이러한 테이블높이조절수단은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 환자지지부재(56)의 점선윤곽이 상승된 상태의 테이블을 보이고 있는 제2도에서 보인 바와 같이 환자를 단층촬영장치의 중심에 용이하게 배치할 수 있도록 한다. 다른 우선 실시형태에서, 제2도에서 보인 바와 같이, 테이블수단(48)은 두개의 측방향으로 연장되고 요구가 형성된 측부 또는 레일부재(52)(54)와 이들부재(52)(54)의 요구에 의하여 그 측변부를 따라서 활동가능하게 결합될 수 있게 된 평면상 또는 만곡형 환자지지부재(56)로 구성된다.
테이블(40)은 제3도에서 보인 결합기구(58)를 포함한다. 이러한 본 발명의 단층촬영시스템과 조합하여 사용할 수 있게 된 환자테이블을 길버트 더블유, 맥켄나의 명의로 출원되고 본원 출원인에게 양도된 미국특허출원 제08/193,782호 Stabilized, Cantilevered, Patient Trauma Table System (대리인번호 ANA-58)에 기술되어 있다.
CAT주사를 위한 준비에서 제1도와 제3도에서 보인 바와 같이 갠트리조립체(12)를 재가하는 카트(14)와 테이블(40)의 일측단부가 기구(58)에 의하여 함께 이동되고 결합될 것이다. 만약 필요한 경우 테이블수단(48)은 갠트리조립체(12)에 대하여 중심이 맞추어지도록 요구된 높이로 상승될 수 있다. 그리고 환자를 실은 환자지지부재(56)가 환자의 위치를 선정하기 위하여 갠트리조립체(12)의 내부환상영역으로 활동삽입된다. 이와같이 환자가 단층촬영장치와 대면되게 배치되었을 때에 환자 또는 환자테이블의 움직임은 본 발명장치에서는 필요치 않다. 대신에 갠티리변위기구(70)가 대규모 나선주사영상에 필요한 연속 X선데이터를 발생하기 위하여 테이블의 종축선을 따라서 갠트리조립체(12)의 제한되고 제어된 측방향 병진운동이 이루어지도록 한다. 본 발명의 한 실시형태에서 X선영상화는 환자에 대하여 갠트리조립체의 증분정밀측정된 불연속변위와 관련하여 단계적으로 수행되고 변위는 갠트리기구를 간단하고 반복적으로 작동시켜 이루어진다. 다른 실시형태에서, X선영상화는 단층촬영시스템이 환상프레임(28)내에서 회전하는 디스크(30)로 작동되는 동안에 갠트리조립체의 점진적이고 연속적이며 정밀하게 측정된 측방향변위를 위한 갠트리변위기구를 작동시키므로서 나선주사로 연속수행될 수 있다. 비록 제1도에 도시된 바와 같은 환자테이블이 본 발명의 장치로 CAT주사를 수행하는데 특별히 적당하다 할지라도 본 발명은 상기 언급된 바와 같은 환자테이블(40)과 조합하여 사용하는 어떠한 방법으로나 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 단층촬영장치는 다른 형태의 환자테이블과, 제4도에서 보인 의자와 같은 다른 형태의 환자지지체로서 이용될 수도 있다.
제4도는 본 발명의 단층촬영장치의 다른 용도를 보인 평면도로서, 동일한 부분에 대하여서는 동일한 부호로 표시하였다. 제4도에서 보인 바와 같이 지체 플래트폼(64)을 지지하는 프레임(62)으로 구성되는 지체지지수단(60)이 카트(14)에 착설된다. 이와 같이 적용된 단층촬영장치는 환자의 팔과 같은 환자의 지체에 CAT주사를 수행하기에 적합하며 환자는 카트(14)의 옆에 앉거나 기댈 수 있다.
제5도는 본 발명의 갠트리변위장치의 일부를 절개하여 보인 것이다. 설명을 위하여 기부 또는 표면부재(72)에 일측부를 따라 고정된 하나를 제5도에서 보이는 한쌍의 동일한 갠트리변위장치(70)가 이후 상세히 설명되는 바와 같이 카트(14)의 벽부재(20)(22)에 결합 또는 고정될 수 있게 되어 있다. 각 변위장치(70)는 역전구동형 전기스텝핑모우터(76)와 같은 구동수단에 연결된 기다란 볼스크류요소(74)와, 볼너트와 같이 스크류요소(74)와 협동하는 기능을 가지고 갠트리조립체(12)에 연결된 변위부재(78)로 구성된다. 변위부재(78)는 스크류요소(74)에 의하여 정하여진 트랙을 따라 두 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 운동트랙은 카트(14)의 폭보다 약간 작은 길이를 갖는다. 스크류요소(74)와 이에 결합된 변위부재(78)가 부분적으로 하우징수단(90)에 의하여 감싸여 있다.
한 실시형태에서, 전기스텝핑모우터(76)는 하우징수단(90)의 일측벽외부에 착설되고 하우징 벽의 통공을 통하여 스크류요소(74)에 연결된다. 예를들어, 5밀리미터당 200스텝을 갖는 스텝핑모우터는 0.001인치/스텝의 매우 정밀한 조절해상도를 갖도록 한다. 하우징수단(90)은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 안내롯드부재(80)의 양단부를 수용하기 위하여 두 대향 단부벽에 형성된 통공(92)으로 구성된다. 제5도에서 보인 바와 같이, 변위부재(78)는 스크류요소(74)에 결합되는 내부나선형블럭으로 구성되어 모우터(76)가 스크류요소(74)를 시계방향으로 회전시킬 때에 부재(78)가 스크류요소를 따라서 제1방향으로 이동되고 모우터(76)가 스크류요소(74)를 시계반대방향으로 회전시킬 때에 부재(78)가 스크류요소를 따라서 제2의 반대방향으로 이동된다.
또한 변위장치는 변위부재(78)(제6도에서 상세히 보인 바와 같이 갠트리조립체에 결합됨)을 통하여 또는 부재(78)에 고정된 다른 부재를 통하여 연장된 반구형 또는 반원통형 통로(82)로 구성된 직선형 베어링내에 배치된 안내롯드부재(80)로 구성되고, 여기에서 반구형통로(82)의 종축선은 볼스크류(7)의 종축선에 평행하다. 볼스크류(74)는 하우징(90)에 적당히 축설되어 종방향으로 이동없이 스텝퍼모우터(76)의 작동에 응답하여 자유롭게 회전한다. 통로(82)는 롯드부재(80) 보다 약간 큰 직경을 가지고 볼스크류(74)가 모우터(76)에 의하여 구동될 때에 변위부재(78)가 롯드부재(80)를 따라서 활동하도록 윤활처리되거나 볼베어링이 결합될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 롯드부재(80)의 양측단부는 하우징(90)의 두 대향된 부벽에 형성된 통공(92)을 관통하여 지지된다. 갠트리조립체의 각 직경방향으로 대향된 측부에 배치된 두 변위부재(78)는 이들 사이의 비평행오정렬이 최소화되도록 상대측에 대하여 서로 평행하게 배향되는 것이 좋으며, 통공(92)은 롯드부재(80)보다 약간 큰 직경을 가지므로서 단층촬영장치를 재배치중에 이로한 최소오정렬을 수용토록 롯드부재(80)의 제한된 측방향운동 또는 여유가 제공된다.
또한 변위장치(70)는 변위량을 측정하기 위한 수단으로 구성되어 필요한 경우 이 변위량이 모니터되거나 제어된다. 우선실시형태에 있어서, 변위모니터수단이 변위부재(78)의 위치에 따라서 출력전압을 제공하기 위해 전원전압(도시하지 않았음)으로 적당히 바이어스되는 포텐션메타(94)와 같은 전기-기계장치로 구성된다. 제5도에서 보인 바와 같이, 포텐션메타(94)는 표면부재(72)에 대하여, 좋기로는 스크류(74)의 일측단부에 고정된다. 포텐션메타(94)는 회전시에 포텐션메타(94)의 저항값을 변경시켜 전압출력을 변화시키는 풀리(96)를 포함한다. 제2의 종동풀리(96)가 면(74)에 대하여, 좋기로는 스크류(74)의 타측단부에 고정되는 것이 좋다. 케이블(98)이 두 풀리의 둘레에 감기고 일측단부가 케이블연결구(88)와 같은 적당한 수단에 의하여 변위부재(78)에 고정되고 타측단부는 케이블의 장력을 유지하는 스프링(86)에 고정되며, 이 스프링은 변위부재(78), 좋기로는 연결구(88)에 연결된다. 변위부재(78)의 어떠한 운동(갠트리조립체의 종방향 운동)의 양과 방향의 매우 정밀한 모니터가 포텐션메타의 전기 전압을 모니터링하므로서 통상적인 수단으로 실현될 수 있다. 본 발명의 우선실시형태에 있어서, 제5도에서 보인 한쌍의 변위부재는 각각 카트장치(14)(제1도)의 벽부재(20)(22)에 각각 결합 또는 착설되어 갠트리조립체(12)의 양측부가 원활하게 그리고 동시에 이동될 수 있다.
제6도는 갠트리조립체(12)의 측면을 보인 것으로 설명을 위하여 제거한 스킨(24)이 카트장치(14)(제1도)에 착설되고 제5도에서 보인 바와 유사한 갠트리변위장치(70)에 연결되어 있다. 제5도에 대하여 언급된 바와 같이 제6도에서 기다란 볼스크류(74)가 적어도 부분적으로 하우징(90)에 장설되고 이는 하우징(90)의 외부에 착설되고 하우징(90)의 인접한 벽에 형성된 통공을 통하여 볼스크류(74)에 연결된 스텝퍼모우터(76)에 의하여 구동된다. 볼스크류는 하우징(90)에 적당히 축설되어 스텝퍼모우터(76)에 응답하여 자유롭게 회전한다. 스크류요소(74)의 종축선은 테이블(40)(제1도-제3도에 도시됨)과 지체지지대(64)(제4도에서 보임)의 종축선에 평행하게 되어 있다. 또한 변위장치(70)는 모우터(76)가 스크류요소(74)를 시계방향 또는 시계반대방향으로 회전시킬 때에 하우징(90)내에서 모우터(76)에 대하여 운동토록 스크류(74)와 결합하는 볼스크류를 포함하는 내부나선변위부재(78)로 구성된다.
각 변위부재(78)는 암(114)에 고정된다(제2도와 제6도 참조). 제6도에서 보인 바와 같이 각 암(114)의 일측단부는 부재(78)의 통공(116)에 착설되어 고정된다. 두 암은 상대측에 대하여 동축상으로 배치된 종방향 축선을 갖는 것이 좋다. 암(114)의 타측단부는 갠트리조립체(12)의 환상프레임의 전후측부(100)(102)사이의 가려있지 않은 요구형 영역내에 배치된 결합조립체(118)에 의하여 갠외리조립체(12)에 결합되고 고정되어 갠외리조립체와 각 결합조립체(118)를 갠외리조립체의 프레임에 고정하기 위하여 스크류(120)등의 수단이 사용될 수 있다. 결합조립체(118)는 피봇외암(114)의 대향단부가 삽입되는 중앙공이 형성된 관상돌출부(124)를 갖는 박스부재(122)로 구성된다. 윤활수단 또는 볼베어링이 관상돌출부(124)의 통공내에 제공되어 피봇외암(114)을 중심으로 하여 갠외리조립체(12)의 회전이 원활하도록 하였다. 또한 박스부재(122)는 고정길이의 암부재(128)가 삽입되는 기다란 슬로외(126)로 구성된다. 부재(128)는 일측단부가 피봇외암(114)에 고정되고 타측상단부가 볼너외에 결합된다. 부재(128)와 너외는 고정되는 있는 반면에 스크류(130)는 이 스크류가 회전할 때에 너외에 대하여 이동할 수 있게 되어 있다. 스크류는 양단부가 적당히 축설되어 종방향으로 이동됨이 없이 환상프레임의 부분(100)에 착설된 역전구동형 전기스텝모우터와 같은 모우터수단(132)에 응답하여 자유롭게 회전하여 스크류가 회전시에 전체 프레임(그리고 전체 갠외리조립체)이 암(114)을 중심으로 하여 회전한다. 암(128)의 상측단부는 스크류요소(130)에 의하여 정하여진 외랙을 따라 양방향으로 운동할 수 있게 되어있다. 운동외랙을 갠외리조립체(12)의 폭보다 약간 작은 길이를 갖는다. 모우터(132)에 대향된 스크류요소(130)의 단부의 제한된 수직운동이 암(114)을 중심으로 한 갠외리조립체의 회전운동을 허용토록 배면(102)의 내측부를 따라 수직연장슬로외(134)에 의하여 이루어진다. 특히 제6도에서 보인 바와 같이, 스크류요소(130)의 종축선은 그 길이를 따라 암(128)에 의하여 결합되는 정도에 따라서 수평에 대하여 예각으로 경사질 수 있어 갠외리조립체가 암(114)을 중심으로 하여 회전할 때에 갠외리프레임은 제1방향으로 암(114)을 중심으로 회전시킨다. 반대로 모우터(132)가 시계반대방향으로 스크류요소(130)를 회전시킬 때에 갠외리조립체가 암(114)을 중심으로 하여 제2의 반대방향으로 회전시킨다.
암(128)이 고정되어 있으므로 스크류요소(130)의 회전운동으로 갠외리조립체(12)가 경사운동하게 되며 단층촬영장치의 회전축선이 두 암(114)의 종축선에 의하여 결정된다. 전기모니터링사단이 특정주사과정을 위한 요구된 경사각도를 정밀하게 제어토록 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 장치는 크기, 중량 또는 물리적인 구조 때문에 종래 기술의 시스템이 사용이 불가능하지 않은 경우에 어려운 다양한 의료환경에서 환자와 의사의 요구를 수용할 수 있는 이동이 용이한 단층촬영시스템으로 구성된다. 본 발명의 단층촬영시스템은 예를 들어 수술과정에 최소한의 장애를 주는 가운데 수술실에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따라서 환자나 회전테이블의 움직임이 요구되지 아니한다. 단층촬영시스템이 탑재된 카외장치가 환자에 대면하게 배치되었을 때에 본 발명의 변위 및 경사기구가 X선주사의 평면을 정밀제어하고 모니터하도록 사용될 수 있다.
이상의 본 발명은 그 범위를 벗어나지 아니하고 다른 변경이 이루어질 수 있으며 이상의 설명은 본 발명의 내용을 설명한 것일 뿐 어떠한 제한을 두는 것은 아니다.
본 발명은 X선 단층촬영시스템에 관한 것으로, 특히 고정지지체에 대하여 평행한 갠트리조립체의 제한되고 정밀제어가능하며 측정가능한 병진운동을 제공하고 또한 주사되는 대상체에 대하여 갠트리조립체의 제한되고 정밀제어가능한 경사운동을 제공하기 위하여 주사되는 대상체를 지지하기 위한 고정지지체에 대하여 단층촬영갠트리조립체를 지지하고 이동시키기 위한 이동형시스템에 관한 것이다.
본 발명은 미국특허 제4,928,283호(1990년 5월 22일자로 버나드엠. 고든에게 특허되고 본원 출원인에게 양도된 X선단층촬영장치)와 제5,109,397호(1992년 4월 28일자로 버나드엠. 고든에게 특허되고 본원 출원인에게 양도된 측방향운동이 보상되는 X선단층촬영장치)에 기술된 바와 같은 이동형 X선단층촬영시스템과, 지멘스(siemens AG)사에서 독일실용신안출원 제 G87 03 190.6호로 1998년 8월 11일자 출원한 나선형주사 단층촬영시스템을 개선한 것이다.
단층촬영시스템은 다년간 대상체를 통하여 단면슬라이스의 이미지를 얻는데 사용되었으며 특히 진단에 유용하다. C.T.(컴퓨터축상 단층촬영)주사시스템은 통상적으로 갠트리프레임내에서 회전토록 착설된 디스크로 구성되는 갠트리조립체를 포함한다. 제3세대기계에 있어서, 디스크는 고정프레임내에서 회전하는 X선소오스와 X선검출기를 포함하는 X선영상구성부분을 지지한다. 제4세대기계에 있어서는 X선검출기가 고정프레임의 둘레에 일정간격을 두고 고정되는 반면에 소오스가 검출기에 대하여 디스크와 함께 회전한다. 이들 형태의 시스템에 있어서, 소오스는 주기적인 X선펄스 또는 연속파(CW)X선을 제공한다. 갠트리의 디스크는 통상적으로 360회전토록 되어 있어 디스크에 고정된 영상구성부분들이 검출기에 의한 일련의 판독값(뷰우(views)라고 함)이 얻어지는 다수의 증분위치를 통하여 회전한다. 각 뷰우 또는 일련의 판독값을 형성하는 각 샘플링시간중에 대상체를 통하여 여러 경로를 따라서 흡수된 광자수는 일련의 각 판독중에 각 경로를 따라 대상체의 부분의 흡수 특성에 따라서 달라진다. 이와같이, 다수의 뷰우는 X경로의 공통회전평면(이후부터 주사평면이라 함)내에 배치된 대상체의 부분을 통하여 얻는다. 검출기는 각 샘플링시간 또는 투영중에 검출기에 의하여 검출된 X선속을 나타내는 다수의 아날로그 정보신호를 발생한다.
360회전의 모든 뷰우로부터, 즉 주사평면내에서 360회전의 모든 증분각도위치를 통하여 얻은 X선검출기의 출력아날로그정보신호가 X선에 노출된 대상체의 내부구조의 슬라이스이미지를 생성토록 전형적인 배면투영처리기술을 통하여 처리된다. 일부 CT스캐너에 있어서는 주사량을 증가시키기 위하여 나선주사토록 주사를 수행하는 동안에 환자지지체를 이동시킬 수 있게 되어 있다.
CT주사에 있어서 중요한 것은 항상 전체 회전을 통하여 그리고 많은 주사와 환자의 경로상에서 단층촬영구성부분과 환자의 정확하고 일관된 정렬에 있다. 오정렬이나 움직임은 전체주사의 데이터에 부정적인 영향을 준다. 이러한 요인을 다루기 위하여 종래기술의 데이터에 제작자들은 단층촬영구성부분을 지지하기 위한 중량의 갠트리조립체를 포함하는 초대형의 육중한 기계를 생산하였다. 이러한 중량의 취급은 장치의 나머지부분과 전형적으로 대형장치전체에 부가질량을 요구한다. 적어도 X선소오스를 지지하는 회전디스크는 전형적으로 정밀가공된 대형베어링 조립체에 회전가능하게 지지되고 갠트리조립체와 단층촬영구성부분을 지지하기 위하여 거대하고 과중한 지지시스템이 제공된다. 이들 시스템은 매우 육중하므로 상대측에 대하여 이동하는 부분사이의 마모가 일어나도록 하는 진동이나 다른 측방향의 기계적인 운동을 최소화하는데 도움이 된다.
그러나 이러한 대형시스템은 제작비용이 많이 들어가서 사용키 위하여 배치되고 구성된 경우에 재배치하기가 매우 어렵다. 이들은 넓은 공간을 필요로 하므로 제한된 공간환경에서는 사용될 수 없다. 이와같이 이러한 시스템은 수술실내에서는 사용될 수 없다. 따라서 매우 강력한 데이터집합진단시스템은 이러한 데이터가 매우 도움이 될 수도 있을 때에 수술에 용이하게 이용할 수 없거나 환자의 움직임이 최소화되어야 할 때에 외상조치유니트에 용이하게 이용할 수 없는 결과를 가져온다.
환자와 환자테이블의 중량이 갠트리조립체와 그 회전구성부분의 중량보다는 아주 작으므로 가동환자테이블을 요구하도록 이들 기계의 특별한 크기와 질량의 한가지 방법으로 고정형갠트리조립체를 제공하게 되었다. 가동환자테이블은 고정형갠트리조립체에 대하여 요구된 위치에 환자를 정확히 배치하여 환자의 몸에서 선택된 부분을 통하여 주사가 수행되도록 사용될 뿐만 아니라 나선주사를 수행할 수 있는 기계의 경우에 있어서 단층촬영영상구성부분의 회전축선(A-축선 이라 함)에 평행하게 환자를 이동시키는 한편 이들 구성부분이 환자를 중심으로 하여 회전토록 하는데 사용된다. 그러나, 이들 여러조건을부터 유래된 장치는 전형적으로 대형화되고 중량화되었으며 비용이 많이 들고 재배치가 어렵게 되었다.
이는 상당한 설치공간을 필요로 하게 되었으며 제한된 공간환경에서는 사용될 수 없다. 이들 장치의 크기와 중량으로 인한 또 다른 결점은 가동부분이 마모된다는 점이다. 더우기 연속주사 또는 나선주사용 가동환자테이블을 재배치하는 과정에서 테이블의 운동모멘트는 주사중에 테이블이 주사의 초기와 종료시에 갑자기 이동될 때에 특히 예민할 수 있다.
적어도 하나의 3차원 CT주사시스템이 단층촬영소가 고정환자테이블을 중심으로 하여 나선형경로를 통하여 이동되는 독일특허출원 제 G87 03 190.6호(상기 언급됨)에 제안되었다. 이 특허문헌에 기술된 바와같이 회전링이 X선소오스와 X선리시버를 지지한다. 회전링에는 나선스크류가 형성되어 있어 주사중에 링이 설내에서 회전할 때에 이는 순간적으로 환자테이블에 평행하게 이동하여 링이 환자테이블의 길이를 따라 나선형으로 이동하고 높은 3차원량이 측정된다. 3차원 주사중에 획득한 데이터는 다량의 이미지를 재구성할 수 있도록 한다.
그러나, 회전링의 운동이 나선운동으로 제한되어 있어 이 시스템은 3차원 주사만이 가능하다. 아울러, 이 특허문헌에 있어서는 시스템설계에 따라서 비록 링에 의하여 정하여진 주사평면이 경사질 수 없다하여도 주사중에 취하게 되는 데이터의 기초하에 어떠한 이론적인 회전링경사(층각도)에 대하여 3차원 주사과정중에 얻은 이미지를 재구성하는 것이 가능하다고 제안하고 있다. 이는 링의 회전테이블의 방향에 대하여 평행하게 측방향으로 상당한 거리를 두고 이동되는 것이 요구된다.
예를 들어 45경사각도에 해당하는 데이터를 얻기 위하여 회전링은 소오스와 검출기 사이의 거리와 같은 거리를 이동하여야 하므로 환자는 장시간 동안 과다한 양의 X선에 노출된다. 더우기 링은 크고 불필요하게 무겁다. 따라서 이 시스템은 이동형시스템으로 사용할 수 없다.
미국특허 제4,928,283호(Gordon)에 기술된 이동형 단층촬영장치는 장치의 가동성을 높여 이 기술분야의 상태를 현저히 개선하였다. 단층촬영구성부분이 분리형 환자테이블을 지지하도록 하는 구조물에 지지된다. 갠트리조립체는 테이블이 갠트리내에 배치되고 주사가 환자테이블에 놓인 환자에 수행될 수 있는 제1위치와, 갠트리조립체가 제1위치에 대하여 90의 각도로 배향되어 쉽게 이송 및 보관될 수 있도록 하는 제2위치 사이로 이동할 수 있다. 갠트리조립체는 경사질 수 있다. 상기 고든의 특허에 있어서 지지구조물은 또한 Z축선을 중심으로 하여 단층촬영구성부분을 회전시키기 위한 수단과, 단층촬영구성부분이 제1방향으로 배향되었을 때에 테이블에 대하여 Z축선을 따라서 단층촬영구성부분을 직선을 이동시키는 수단을 제공한다. 이 특허에서는 이와 같이 장치가 나선주사할 수 있는 것을 제시하고 있다.
따라서 고든 특허의 장치는 종래기술의 대형이고 근본적으로 부동형인 단층촬영장치를 개선하였다. 고든의 장치로 단층촬영시스템은 예를 들어 환자를 이 시스템으로 옮기는 대신에 환자쪽으로 이동시킬 수 있다. 그러나, 고든 특허의 장치도 이 장치가 환자테이블용 지지구조물을 필요로 하므로 요구된 것보다는 아직 대형이고 조종이 어렵다.
더우기, 이 장치는 환자를 특수한 이동형 환자테이블로 옮기는 것을 요구하는 바 이는 수술중이거나 응급상황시와 같은 중대한 시기에 장치의 사용이 불가능하게 한다. 아울러 환자에 대한 갠트리조립체의 위치의 정밀한 제어나 측정이 어려운 문제인 바, 이는 시스템의 전체중량과 크기를 줄이므로서 주사중에 구성부품이 회전할 때에 시스템이 받게 되는 진동과 기계적인 잡음의 양이 증가하기 때문이다.
미국특허 제5,109,397호(Gordon 외)는 증분각도위치에서 오류정보를 제공하기 위한 수단과 아날로그정보신호로부터 유도된 데이터를 보상하기 위한 수단을 결합하므로서 이동형 단층촬영시스템이 갖는 문제점의 일부를 해소토록 시도하고 있다. 이러한 오류정보를 제공하기 위한 다른 형태의 측정시스템이 버나드 엠. 고든 등의 명의로 출원되어 본원 출원인에게 양도된 1993년 12월 6일자 미국특허출원 제08/162,653호 Apparatus for and Method of Measuring Geometric, Positional and Kinematic Parameters of a Rotating Device (대리인 번호 ANA-21)에 기술되어 있다. 그럼에도 불구하고 단층촬영구성부분의 위치와 배향의 보다 정확한 제어와 측정을 통하여 이동형 단층촬영시스템에서 오정렬오류를 감소하거나 제거하는 것이 아직까지는 바람직하다.
또한 병진운동과 회전운동이 제어되는 개선된 X선단층촬영시스템을 제공하므로서 고정환자테이블에 대하여 구성부분의 정밀한 위치선정이 용이하게 수행될 수 있도록 하여 미국특허 제4,928,283호(Gordon)에 기술된 X선시스템을 개선하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 감소하거나 극복하는 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
특히, 본 발명의 목적은 주사과정중에 고정환자에 대면한 주사평면의 위치를 정밀하게 제어 및 측정하기 위한 수단을 갖는 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 환자의 몸이나 사지의 종축선에 대하여 갠트리조립체의 종방향 위치를 정밀하게 제어하고 측정하기 위한 수단을 갖는 이동형 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 환자의 몸이나 사지의 종축선에 대하여 갠트리조립체의 경사를 정밀하게 제어하고 측정하기 위한 수단을 갖는 이동형 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 환자가 누워 있거나 앉아 있는 상태에서 용이하게 사용할 수 있는 이동형 단층촬영시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 환자지지수단과는 독립된 이동형 단층촬영시스템을 제공하는데 있다.
특히, 본 발명의 목적은 지지구조물에 대한 갠트리조립체의 측방향 병진운동이 기계적인 변위수단에 의하여 조절되고 이는 변위량을 동시에 측정하고 모니터하기 위한 전기-기계수단에 결합된 이동형 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 정밀하게 제어된 개별적인 X선주사 또는 연속의 나선주사의 시켄스를 수행할 수 있는 이동형 단층촬영장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이후에 명백하게 될 것이다. 따라서 본 발명은 이후 설명과 예시도면에 예시된 구조, 요소의 조랍과 구성부분들의 배열을 갖는 장치로 구성되며 그 범위는 청구범위에서 정하여질 것이다.
본 발명은 고정환자에 `대한 갠트리조립체의 제한된 측방향 운동이 변위량을 순간적으로 제어하고 측정하기 위한 전기-기계수단에 기계적인 변위수단을 결합하므로서 정밀하게 제어되는 단층촬영장치로 구성된다. 갠트리조립체용 지지구조물은 환자와 지지구조물에 대한 제한되고 정밀하게 제어되며 모니터 된 갠트리의 측방향 운동을 제공하고 환자의 사지나 몸의 축선에 대하여 갠트리조립체의 제한되고 정밀하게 제어된 경사운동을 제공토록 병진운동 및 회전운동 가능한 갠트리조립체를 지지할 수 있게 된 바퀴달린 카트형 장치로 구성된다. 따라서 이러한 단층촬영시스템은 콤팩트하고 이동이 용이하며 조종이 용이한 반면에 동시에 매우 정밀하고 신뢰 가능한 주사데이터를 발생한다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

Claims (29)

  1. 단층촬영이미지를 형성토록 사용되는 X선소오스와 X선검출수단, 비회전형지지체와 단층촬영주사를 수행하기 위하여 상기 비회전형지지체에 대하여 회전축선을 중심으로 주사평면내에서 회전토록 상기 X선소오스를 지지하기 위한 수단을 포함하는 갠외리조합체와, 단층촬영주사중에 주사평면내에서 배치된 대상체를 지지하기 위하여 대상체지지체에 갠외리조립체를 결합하기 위한 결합수단으로 구성되는 형태의 X선단층촬영주사장치에 있어서, 상기 장치가 상기 대상체에 대하여 고정될 수 있게 되어 있으며 상기 갠외리조립체가 대상체지지체에 평행하게 배치가능한 종축선을 따라서 이동가능하도록 상기 갠외리조립체를 지지하며 상기 갠외리조립체의 양측에 배치된 두개의 지지면으로 구성되는 갠외리조립체의 직경방향으로 대향된 쪽에 배치된 한쌍의 지지체와, 상기 지지체와 상기 두 지지면사이에 결합되어 갠외리조립체가 대상체지지체에 결합될 때 대상체지지체에 대하여 갠외리조립체의 위치를 정밀하게 제어하도록 상기 종축선을 따라서 상기 갠외리조립체지지수단과 상기 대상체지지체에 대하여 상기 갠외리조립체를 이동시키기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 X선단층촬영주사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종축선을 따라서 상기 갠외리조립체지지수단에 대하여 상기 갠외리조립체를 이동시키기 위한 상기 수단이 상기 갠외리조립체지지수단에 대하여 상기 갠외리조립체의 상대변위를 측정하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  3. 청구범위 1항에 있어서, 상기 대상체지지체가 상기 종축선을 따라서 배치가능한 기다란 환자테이블임을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지체가 상기 갠외리조립체의 직경방향 대향측에 배치되고 상기 두 지지면에 의하여 각각 지지된 한쌍의 암을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 암이 상기 두 지지면상에 상기 갠외리조립체를 회전가능하게 지지함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 갠외리조립체지지수단에 대하여 상기 갠외리조립체를 이동시키기 위한 상기 수단이 상기 각 암을 각 지지면에 결합하기 위한 종방향 병진운동수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 종방향 병진운동수단이 상기 각 암을 각 지지면에 결합하기 위한 볼스크류와 볼너외를 포함하는 볼스크류와 너외조립체를 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각 볼스크류가 상기 종축선과 평행하게 되도록 상기 각 지지면에 배치됨을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 볼스크류사이에 사전에 결정된 비평행량을 수용하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 갠트리조립체가 상기 각 지지면에 대하여 이동될 때에 변위가 각 상기면의 변위와 동일하게 되도록 상기 각 볼스크류를 동기화하여 독립적으로 구동시키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 볼스크류를 독립구동시키기 위한 상기 수단이 스텝퍼모우터와 이들이 동일 속도로 구동토록 상기 스텝퍼모우터를 동시에 작동시키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스텝퍼모우터가 상기 각 볼스크류가 양방향으로 회전구동될 수 있도록 역전가능함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 종축선에 수직인 축선을 중심으로 하여 상기 갠트리조립체지지수단에 대해 상기 갠트리조립체를 회전시키기 위한 수단을 포함하므로서 상기 주사평면이 종축선에 대하여 조절가능한 각도로 회전이동될 수 있음을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 쌍의 지지체가 상기 갠트리조립체의 직경방향 대향측에 배치되고 상기 두 지지면에 의하여 각각 지지된 한쌍의 암을 포함하고, 상기 갠트리조립체를 회전시키기 위한 상기 수단이 상기 암을 중심으로 하여 상기 갠트리조립체를 회전시키기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 종축선에 대하여 상기 갠트리조립체의 각도를 제어하고 측정하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 암을 중심으로 하여 상기 갠트리조립체를 회전시키기 위한 상기 수단이 상기 갠트리조립체지지수단에 결합된 스크류요소와 상기 갠트리조립체에 결합된 회전암부재를 포함하고, 상기 암을 일측단부가 상기 스크류요소가 회전시에 상기 스크류요소를 따라 이동토록 상기 스크류요소에 결합되며, 상기 암의 타측단부가 상기 비회전지지체에 결합됨을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 대상체지지체가 환자용 의자임을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 대상체지지체가 지체를 지지하기 위한 지지체를 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  19. 제3항에 있어서, 상기 장치가 상기 두 지지면을 형성하는 수단을 포함하는 기부지지수단, 상기 갠트리조립체와 상기 갠트리조립체지지수단이 용이하게 이동할 수 있도록 상기 기부지지단을 지지하기 위한 다수의 제1바퀴, 상기 환자테이블이 용이하게 이동할 수 있도록 상기 환자테이블을 지지하기 위한 다수의 제2바퀴와, 상기 종축선이 상기 테이블의 길이방향과 평행하게 되도록 상기 기부지지수단에 대하여 환자테이블을 고정하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  20. 대상체의 체적이미지데이터를 발생하는 방법에 있어서, 상기 방법이 X선소오스와 이 X선소오스로부터 방사된 X선을 검출하고 검출된 X선의 함수로서 주사데이터를 발생하기 위한 X선검출기를 포함하며 X선소오스와 검출기중의 하나가 주사데이터를 발생토록 회전축선을 중심으로 하여 회전가능하게 되어 있는 단층촬영주사시스템을 제공하는 단계, 회전축선을 따라 연속된 다수의 위치에서 단계적으로 X선소오스와 X선검출기를 연속적으로 증분되게 배치하는 단계, 회전축선을 따른 각 다수의 위치에서 대상체에 대한 일련의 주사데이터를 발생하는 단계와, 다수의 각 위치에서 대상체에 대한 일련의 주사데이터를 발생하는 단계와, 다수의 각 위치에서 발생되는 일련의 주사데이터를 이용하여 대상체에 대한 체적이미지데이터를 발생하기 위한 단계로 구성됨을 특징으로 하는 대상체의 체적이미지데이터의 발생방법.
  21. 제20항에 있어서, 체적이미지데이터를 이용하여 대상체의 체적이미지를 발생하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 각 위치에 대한 주사데이터를 발생하기 위하여 이러한 각 위치에서 X선소오스와 검출기중의 하나를 회전시키기 전에 회전축선을 따라 상기 각 위치로 X선소오스와 X선검출기를 병진운동시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 대상체가 단층촬영검사를 받는 의료환자임을 특징으로 하는 방법.
  24. 제20항에 있어서, X선소오스가 X선단층촬영시스템의 회전갠트리에 착설되고, 상기 회전갠트리가 회전축선을 따라 병진운동할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  25. 대상체의 체적이미지데이터를 발생하기 위한 X선단층촬영장치에 있어서, 상기 장치가 X선소오스와 이 X선소오스로부터 방사된 X선을 검출하고 검출된 X선의 함수로서 주사데이터를 발생하기 위한 X선검출기를 포함하며 X선소오스와 검출기중의 하나가 주사데이터를 발생토록 회전축선을 중심으로 하여 회전가능하게 되어 있는 단층촬영주사시스템, 회전축선을 따라 연속된 다수의 위치에서 단계적으로 X선소오스와 X선검출기를 연속적으로 증분되게 배치하기 위한 수단, 회전축선을 따른 각 다수의 위치에서 대상체에 대한 일련의 주사데이터를 발생하기 위한 수단과, 다수의 각 위치에서 발생된 일련의 주사데이터를 이용하여 대상체에 대한 체적이미지데이터를 발생하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 X선단층촬영장치.
  26. 제25항에 있어서, 체적이미지데이터를 이용하여 대상체의 체적이미지를 발생하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  27. 제25항에 있어서, 각 위치에 대한 주사데이터를 발생하기 위한 이러한 각 위치에서 X선소오스와 검출기중의 하나를 회전시키기 전에 회전축선을 따라 상기 각 위치로 X선소오스와 X선검출기를 병진운동시키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서, X-선소오스가 착설되는 회전갠트리가 구성되어 있으며, 회전축선을 따라 X-선소오스와 X-선검출기를 병진운동시키기 위한 수단이 회전축선을 따라 회전갠트리를 병진운동시키기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  29. 제25항에 있어서, 대상체가 단층촬영검사를 받는 의료환자임을 특징으로 하는 장치.
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