KR100718671B1

KR100718671B1 - 2차원 참조검출기 및 참조 검출기용 콜리메이터를 포함하는고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영 장치

Info

Publication number: KR100718671B1
Application number: KR1020050059951A
Authority: KR
Inventors: 박정병
Original assignee: (주)디알젬
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-05-15
Also published as: KR20070005036A

Abstract

본 발명은 2차원 참조검출기 및 참조 검출기용 콜리메이터를 포함하는 고해상도 콘빔 엑스선 단층촬영장치(볼륨 엑스선 단층촬영장치 라고도 함, 이하 콘빔 엑스선 단층촬영장치로 칭함)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엑스선이 발생되는 엑스선관 내의 초점의 시간에 따라 불규칙한 이동에 대한 정보를 참조검출기(Reference detector)를 통하여 획득하여 2차원 단면영상을 재구성할 때 그 정보를 반영함으로써 공간 해상도를 향상시키는 고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영 장치에 관한 것이다.

X-선, CT, 콘빔 CT, 볼륨 CT, 초점 보정

Description

2차원 참조검출기 및 참조 검출기용 콜리메이터를 포함하는 고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영 장치 {X-ray Cone Beam CT scanner comprising 2-dimensinal reference detector and chollimator for reference detector}

도 1은 종래의 엑스선 단층촬영장치에 대하여 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 1차원 또는 2차원 검출기의 구조와 팬빔 또는 콘빔의 엑스선 빔의 모양에 따른 단층촬영장치의 종류를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 종래의 참조 검출기를 이용한 엑스선 초점의 움직임을 보상하는 기술을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 3을 Y-Z평면에서 나타낸 도면이며,
도 5는 콘빔 형태의 엑스선 빔과 2차원 엑스선 검출기를 사용할 경우, 2차원 참조검출기를 사용하여 초점 움직임의 정보를 획득하여 엑스선 초점의 움직임을 보상하기 위한 원리를 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 엑스선관.

삭제

11: 엑스선 초점.

20: 엑스선 검출기.
30: 2차원 곡면검출기.
31: 평면형 검출기.

40: 1차원 참조 검출기
41: 2차원 참조 검출기.
50 : 팬빔 엑스선.
51 : 콘빔 엑스선,

60 : 주 콜리메이터,

61 : 참조 검출기용 콜리메이터,
70 : 조사야

80 : 회전중심,
90: 엑스선 빔,

삭제

본 발명은 2차원 참조검출기(41) 및 참조 검출기용 콜리메이터(61)를 포함하는 고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영 장치 또는 볼륨 엑스선 단층 촬영 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엑스선 단층촬영장치에는, 피사체를 고정하고 엑스선관과 검출기를 회전시키는 방법(갠트리 회전방식)과 엑스선관과 검출기는 고정하고 피사체를 회전시키는 방법(피사체 회전방식)이 적용되고 있다. 갠트리 회전 방식의 엑스선 단층촬영장치(1)의 경우 엑스선관(10)과 엑스선 검출기(20)가 회전 갠트리(12)에 탑재되고 회전중심(80)을 중심으로 회전하는 구조를 가진다. 회전 갠트리(12)는 고정부(111)와 베어링으로 체결되고 고정부는 지지부(13)에 체결되어 있다. 피사체(6)는 조사야(70)에 해당되는 개구부내에 위치시키도록 되어 있다.

회전하는 동안 엑스선검출기(20)는 하나의 신호조합(set)을 얻게 되는데 일반적으로 1회전에서 수 백번 이상 신호를 측정하여, 하나의 신호조합을 얻는다. 이때 하나 하나의 신호 측정을 뷰(View)라고 하며, 검출기가 1차원 배열구조일 경우, 하나의 신호조합의 크기는 검출기의 수와 뷰의 수의 곱이 되고 이것을 시노그램(Sinogram)이라 한다.

한편, 엑스선의 발생원리를 살펴보면, 엑스선관 내부에 있는 양극 금속물질에 전자가 부딪히게 되어, 전자의 운동에너지가 빛 에너지로 변환되면서 발생되는 것이다. 이때 전자가 양극 타켓에 부딪히는 작은 면적을 초점(spot)이라고 한다. 그런데 엑스선이 발생되고 있는 과정에서, 이 초점은 고정되어 있는 것이 아니라 불규칙하게 조금씩 움직이게 된다. 그 움직임은 축적되는 열로 인한 양극의 팽창과 요동(wobbling)에 기인하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 초점의 불규칙한 움직임이 있게 되면 단층영상에서 공간분해능의 저하를 가져오게 되는 것이다.

갠트리 회전 방식의 엑스선 단층촬영장치는, 도 2에 도시되고 있는 바와 같이, 팬빔(fan beam) 엑스선(50)과 1차원 엑스선검출기(20)로 구성된 단층촬영장치(100), 콘빔 엑스선(51)과 2차원 곡면검출기(30)로 구성된 콘빔 단층촬영장치(200) 그리고 콘빔 엑스선(52)과 평면형 검출기(31)로 구성된 콘빔 단층촬영장치(300)로 구분할 수 있다.

상기 1차원적으로 배열된 구조의 검출기(Single Row Detector Assembly)와 팬빔(Fan Beam)의 엑스선을 이용한 엑스선 단층촬영장치(Single row Detector Computed Tomography : SDCT)는 오랜 동안 사용되어 온 방법으로서, 일반적으로 1회전에 의하여 획득한 하나의 신호조합으로 부터 한장의 단층영상을 획득하게 된다. 상기 SDCT의 경우, 엑스선 초점의 불규칙한 움직임으로 인한 화질 저하를 개선하기 위한 기술은 있었다. 이 기술은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 1차원 검출기인 1차원 참조 검출기(40)와 콜리메이터(61)을 이용하여 Z축 상으로 엑스선 초점의 이동변화를 관측하여, 주콜리메이터(60)을 통과한 엑스선이 엑스선검출기(20)에 손실 없이 입사되도록 주콜리메이터(60)를 제어하는 것이었다.

최근 엑스선 단층촬영장치는, 상술한 바와 같이, 2차원 검출기와 두꺼운 콘빔엑스선(51)이나 콘빔(Cone Beam) 또는 사각뿔 모양의 콘빔엑스선(51)을 이용한 MDCT(Multi row Detector CT), CBCT(Cone Beam CT), VCT(Volume CT)가 개발되어 사용되고 있다. 이 경우 하나의 신호조합(set)으로 부터 획득 할 수 있는 단층영상의 수는 2차원 검출기의 Z축 방향으로 배열된 줄의 수에 비례하게 된다.

이와 같은 2차원 검출기가 적용된 엑스선 단층촬영장치의 경우, 엑스선 초점(11)의 불규칙한 움직임에 의한 초점의 공간상 변위에 대한 정보를 X, Y, Z축 모두에 대하여 알아야 2차원 단층영상을 재구성할 때 공간분해능 저하를 해결할 수 있지만 아직 그러한 기술은 없다.

이에, 본 발명자들은 참조검출기를, 종래의 1차원 검출기가 아닌 2차원 검출기를 적용하여, 시간에 따른 엑스선관(10)의 초점의 불규칙한 움직임을 X,Y,Z 3차원적으로 각 뷰별로 획득하고, 이를 단층 영상 재구성 과정에 반영하여 공간 분해능을 향상시켜 피사체의 보다 미세한 구조를 확인할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은, 참조검출기를 종래의 1차원 검출기가 아닌 2차원 검출기를 적용하여, 시간에 따른 엑스선관의 초점의 불규칙한 움직임을 X,Y,Z 3차원 적으로 각 뷰별로 획득하여, 단층영상 재구성 과정에 반영하여 공간분해능을 향상시키는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2차원 주검출기, 2차원 참조검출기(41) 및 참조 검출기용 콜리메이터(61)를 포함하는 고해상도 엑스선 단층 촬영 장치를 제공한다
더욱 상세 하게는, 엑스선관, 주콜리메이터, 2차원 주검출기를 포함하는 고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영장치에 있어서, 상기한 주콜리미터의 측부에, 구멍이 뚫린 참조 검출기용 콜리메이터(61)를 더 설치하고, 참조 결출기용 콜리메이터(61)의 하부에는 2차원 참조검출기(41)를 설치하되, 2차원 참조검출기(41)의 검출면과 엑스선관에서 입사하는 엑스선 빔(90)이 수직으로 이루어지게 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

삭제

상기 (2차원) 주검출기는 2차원 곡면검출기(30) 또는 평면형 검출기(31)로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 2차원 참조 검출기는 포토 다이오드 또는 CMOS 또는 CCD를 부품으로 선택하는 것이 바람직하며, 2차원 참조 검출기(41)의 검출면과 입사하는 엑스선 빔(90)이 수직으로 이루어지는 구조인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 2차원 참조 검출기(41)를 이용하여, 엑스선 빔의 강도를 각 뷰 별로 측정하여 보정하는 방법도 제공한다.

도 5는 엑스선 검출기, 엑스선관, 엑스선 빔, 콜리메이터, 참조검출기 등을 중심으로 본 발명을 설명하기 위한 전체 외형도이다.

일반적인 엑스선 단층촬영장치와 같이, 콘빔 엑스선(51)은 엑스선관(10) 내의 엑스선 초점(11)에서 방사되어 주콜리메이터(60)을 통과하여, 2차원곡면 검출기(30)에 입사되고, 상기 모든 부품들은 회전중심(80)으로 회전하는 구조에서, 본 발명은, 2차원 참조 검출기(41), 참조 검출기용 콜리메이터(61)가 부가적으로 구비함을 특징으로 한다.

2차원 곡면 검출기(30) 및 평면형 검출기(31)가 적용된 콘빔 단층촬영장치의 경우, 콘빔영상 재구성 알고리듬(Cone beam reconstruction algorithm)은 엑스선 초점(11)과 2차원 곡면 검출기(30) 및 평면현 검출기(31)간의 상대적인 3차원 공간 정보가 중요하게 작용하는 원리를 가지고 있다. 따라서 엑스선 초점(11)이 고정되어 있으면 문제가 없지만, 앞서 서술한 바와 같이 필연적으로 엑스선 초점(11)은 움직이게 된다.

상기 엑스선 초점(11)의 공간상의 움직임의 정보를 측정하기 위하여, 도 5에서 도시된 바와 같이 참조 검출기용 콜리메이터(61)과 2차원 참조 검출기(41)을 배치시킨다. 배치방법은 참조용 검출기(41)의 면과 입사되는 엑스선 빔(90)이 수직이 되도록 하는 것이 좋다. 또한 참조 검출기용 콜리메이터(61)에 뚫린 구멍은 2차원 참조검출기(41)의 검출기 픽셀의 피치를 고려하여 작은 원형이 바람직하다. 이러한 상황에서 엑스선 초점(11)이 움직이게 되면, 원형의 엑스선 빔(90)이 조사되는 위치도 움직이게 되어 2차원 참조검출기(41)에서 그 정보를 측정할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서는 피사체를 고정하고, 엑스선관과 검출기를 회전하는 갠트리 회전방식의 엑스선 단층촬영장치를 예를 들어 도시하였으나 이에 한정하는 것이 아니며, 당해 기술 분야에 알려진 피사체 회전 방식 및 피사체 이동회전 방식 또한 본 발명의 범주에 속함은 명백하다 하겠다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2차원 참조검출기(41)와 참조 검출기용 콜리메이터(61)를 이용하면, 시간에 따른 엑스선 초점(11)의 공간상의 움직임을 2차원 참조 검출기(41)를 통하여 측정하게 되어, 이 정보를 단층영상 재구성 계산에 반영하면 공간분해능을 향상시키는 효과를 갖는다.

Claims

엑스선관, 주콜리메이터, 2차원 주검출기를 포함하는 고해상도 콘빔 엑스선 단층 촬영장치에 있어서,

상기한 주콜리미터의 측부에, 구멍이 뚫린 참조 검출기용 콜리메이터(61)를 더 설치하고, 참조 검출기용 콜리메이터(61)의 하부에는 2차원 참조검출기(41)를 설치하되, 2차원 참조검출기(41)의 검출면과 엑스선관에서 입사하는 엑스선 빔(90)이 수직으로 이루어지게 구성한 것을 특징으로 하는 엑스선 단층 촬영 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

2차원 참조 검출기(41)는 포토 다이오드 또는 CMOS 또는 CCD를 부품으로 선택하는 것을 특징으로 하는 엑스선 단층 촬영 장치.
삭제
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