KR101697430B1 - 4ｄ-ｃｔ용 폐 팬텀 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 팬텀 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 폐 팬텀 시스템은 액체가 채워질 수 있는 내부 공간을 가지는 제1 챔버와 제2 챔버를 분리하는 탄성막을 구비하고 액체 유출입에 따라 탄성막이 팽창과 복원을 반복함으로써 실제 호흡운동시 폐의 움직임을 정확히 모사할 수 있는 효과가 있다.

Description

4Ｄ-ＣＴ용 폐 팬텀 시스템{Lung Phantom System For 4D-CT}

본 발명은 팬텀 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 실제 호흡운동을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템에 관한 것이다.

현대화에 따른 생활패턴, 식생활의 변화로 각종 암의 발병률이 높아지고 있다. 이와 더불어 의료장비 역시 첨단화되어 새로 개발된 각종 진단장치로 인체를 촬영하여 암을 조기에 진단하고 암세포의 위치를 파악한 후, 치료방사선 등을 이용하여 암세포를 죽이거나 암세포가 더 이상 번식하지 못하게 함으로써 암을 치료하거나 암환자의 고통을 경감시킨다.

그러나 새로운 진단장치를 개발하고 제조하는 과정에서 기기의 정확도나 성능 등을 확인하기 위해 실제 인체를 진단장치에 노출시키는 것은 매우 위험한 일이다.

따라서 각종 의료장비를 개발하거나 치료 방법을 개발하는 과정에서는 인체 모형인 팬텀(Phantom)을 사용한다.

이러한 팬텀에는 정적인 모델과 동적인 모델 두 종류가 있다.

정적인 모델은 X-ray나 3D-CT 등에 사용하는 것으로서 인체의 형태만 모사할 뿐 움직임은 모사하지 않는 모델이다.

동적인 모델은 심장이나 폐와 같이 움직이는 인체의 형태뿐만 아니라 그 운동도 모사할 수 있도록 만들어진 모델이다.

그러나 종래 팬텀 시스템들은 운동을 모사하기 위해 인체 형태의 스펀지 팬텀에 물을 밀어넣어 수축시키기 때문에 모든 면에 일정하게 압력이 가해져 모든 면이 동일하게 수축하거나 팽창한다.

또는 팬텀의 한쪽 면을 수직하게 밀어서 선형적으로 수축하게 만든다.

하지만 이러한 움직임은 실제 폐의 움직임과 많이 다르기 때문에 실제 호흡운동을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템의 개발이 필요한 실정이다.

공개특허공보 제10-2010-0067497호 공개특허공보 제10-2007-0118394호

상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 실제 호흡운동을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탄성막을 사용함으로써 팬텀이 실제 폐의 움직임을 정확히 모사할 수 있도록 하는 폐 팬텀 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사인 파형의 구동신호를 사용함으로써 실제 호흡에서 흡입되고 배출되는 공기의 움직임을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 2종류 이상의 블록을 이용하여 형성된 팬텀을 이용하여 실제 폐의 움직임을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 진단장치 촬영 영상에서 나머지 블록과 구분되어 표시되는 타겟 블록을 포함시켜 팬텀을 형성함으로써 암세포 등 표적세포를 나타낼 수 있는 폐 팬텀 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템은 액체가 채워질 수 있는 내부 공간을 가지며 탄성막에 의해 분리된 제1 챔버 및 제2 챔버; 및 상기 제2 챔버에 형성되어 있는 액체 유입구를 통해 상기 제2 챔버 내부로 액체를 공급하거나 제거하는 액체 공급부를 포함하여 이루어지고, 상기 탄성막은 상기 액체 공급부에 의해 상기 제2 챔버로 액체가 공급됨에 따라 상기 제1 챔버 내부로 팽창하고, 상기 액체 공급부에 의해 상기 제2 챔버로부터 액체가 배출됨에 따라 제자리로 복원하는 것을 특징으로 한다.

상기 액체 공급부는 상기 액체 유입구에 연결된 액체 공급관, 상기 액체 공급관으로 액체를 공급하거나 상기 액체 공급관으로부터 액체를 배출시키는 액체 공급기, 및 상기 액체 공급기를 작동시키는 구동기를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 구동기의 구동신호는 호흡을 모사하는 사인 파형을 갖는 신호일 수 있다.

상기 제1 챔버 내부에 위치하며, 상기 탄성막이 팽창함에 따라 수축하고, 상기 탄성막이 복원됨에 따라 원래의 형태로 복원하는 팬텀을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템은 상기 제1 챔버의 내부 공간과 외부 공간이 연결되도록 상기 제1 챔버 일면을 관통하여 형성된 공기관; 및 상기 액체가 상기 팬텀에 직접 접촉하지 않도록 상기 팬텀을 감싸되 상기 공기관을 통해 상기 팬텀과 상기 제1 챔버 외부 공기가 도통되도록 하는 내부 막을 더 포함할 수 있다.

상기 팬텀은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 적어도 2개 그룹의 블록으로 이루어질 수 있다.

상기 팬텀은 복수 개의 층으로 이루어지며, 상기 복수 개의 층 중 적어도 하나의 층을 구성하는 복수 개의 블록은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 적어도 2개 그룹의 블록으로 이루어질 수 있다.

상기 팬텀을 구성하는 블록 중 일부는 진단장치로 촬영될 경우 나머지 블록과 구분되어 표시되는 타겟 블록일 수 있다.

본 발명은 실제 호흡운동에서의 폐의 움직임을 정확히 모사할 수 있는 폐 팬텀 시스템을 제공할 수 있다. 또한 팬텀이 실제 폐와 동일한 움직임 및 종양의 위치를 나타낼 수 있어 4D-CT 성능 평가, 방사선량 측정 등에 있어 환자 대체용으로 사용할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템의 개략도이다.
도 2는 호기시 폐의 모양을 나타내기 위한 폐 팬텀 시스템의 움직임을 보여주는 도면이다.
도 3은 흡기시 폐의 모양을 나타내기 위한 폐 팬텀 시스템의 움직임을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템의 개략도이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 폐 팬텀 시스템에 사용될 수 있는 예시적인 팬텀 구조를 보여주는 사시도이다.
도 7은 타겟 블록이 포함된 팬텀을 진단장치로 촬영한 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템의 흡기 및 호기시 모습을 보여주는 사진이다.
도 9는 흡기 및 호기시 실제 폐 모양을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 폐 팬텀 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템을 보여주는 개략도이다.

본 발명에 따른 폐 팬텀 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 챔버(10), 제2 챔버(20), 탄성막(30), 및 액체 공급부(40)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20)는 액체가 채워질 수 있는 내부 공간을 갖는 챔버이다.

제1 챔버와 제2 챔버에 채워지는 액체는 물과 같은 액체일 수 있다.

제1 챔버와 제2 챔버 사이에는 탄성막(30)이 위치되어 있으며, 탄성막(30)에 의해 제1 챔버 내부의 액체와 제2 챔버 내부의 액체는 서로 섞이지 않고 분리된다.

제1 챔버 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이 팬텀(100)이 위치하게 된다.

제2 챔버(20)에는 액체 유입구(21)가 형성되어 있으며, 액체 유입구(21)에 연결된 액체 공급부(40)에 의해 제2 챔버 내부로 액체가 공급되거나 제거될 수 있다.

제2 챔버(20) 내부에 액체가 가득 찬 이후에 계속하여 액체 공급부(40)에 의해 액체가 공급될 경우 도 2에 도시된 바와 같이 탄성막(30)이 압력에 의해 제1 챔버(10) 내부 공간쪽으로 팽창하고, 이에 의해 제1 챔버 내부 공간이 좁아지면서 그 압력에 의해 팬텀(100)이 수축하게 된다.

또한 액체 공급부(40)에 의해 액체가 제거될 경우 도 3에 도시된 바와 같이 탄성막(30)이 제자리로 복원하고, 이에 의해 제1 챔버 내부 공간이 다시 넓어지면서 팬텀은 다시 팽창하여 원래의 형상으로 복원된다.

위와 같은 호흡 운동 모사를 위한 작동을 위해 탄성막(30)은 압력이 가해지지 않은 상태에서 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이에 평평한 격막을 형성할 수 있는 형상을 가진 탄성력 있는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.

또한 호흡 운동 모사를 위한 작동이 반복되더라도 그 형상이 변형되거나 파손되지 않을 정도의 탄성력과 강도를 갖는 것이 바람직하다.

제2 챔버(20) 내부로 액체를 공급하는 액체 공급부(40)는 도 1 에 도시된 바와 같이 제2 챔버의 액체 유입구(21)에 연결되는 액체 공급관(41), 액체 공급관으로 액체를 공급하거나 배출시키는 액체 공급기(42) 및 액체 공급기를 작동시키는 구동기(43)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 액체 공급관(41)은 제2 챔버(20)와 액체 공급기(42) 사이에 연결되어 액체가 이동할 수 있는 공간을 제공한다. 액체 공급기(42)를 제2 챔버(20)에 직접 연결할 수도 있으나 비금속 물질로 이루어진 액체 공급관을 이용하여 금속 물질을 포함하여 구성될 수 있는 액체 공급기(42)를 제2 챔버로부터 이격시킴으로써 컴퓨터단층촬영(CT) 시 발생할 수 있는 금속 물질에 의해 메탈 아티팩트 현상을 방지할 수 있다.

또한 액체 공급관(41)은 종래 팬텀 시스템에서 액체 공급기(42)가 챔버에 직접 연결됨에 따라 발생하는 챔버 파손을 방지하는 효과도 갖는다.

액체 공급기(42)는 액체를 공급하거나 배출시킬 수 있는 장치로서 도 1에 도시된 바와 같은 피스톤 장치 또는 펌프 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 액체를 공급하고 배출시킬 수 있는 어떠한 장치도 사용될 수 있다.

이러한 액체 공급기는 액추에이터와 같은 구동기(43)에 의해 작동되는데, 이때 구동기의 신호는 호흡을 유사하게 모사할 수 있도록 사인 파형을 갖는 신호인 것이 바람직하다.

또한 폐 팬텀 시스템이 특정 환자의 폐 운동을 모사할 경우 해당 환자의 호기 및 흡기시 호흡량을 측정하고 액체 구동기의 구동신호가 이에 대응하는 사인 파형을 갖는 신호가 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 4에 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템은 도 1에 도시된 폐 팬텀 시스템과 달리 제1 챔버(10)에 공기관(11)이 형성되어 있으며, 제1 챔버 내부에 위치하는 팬텀(100)을 감싸는 내부막(50)을 더 포함하여 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 공기관(11)은 제1 챔버의 일면을 관통하여 형성되어 제1 챔버의 내부 공간과 외부 공간이 연결되도록 한다.

내부막(50)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 챔버 내부의 액체가 팬텀(100)에 직접 접촉하지 않도록 상기 팬텀을 감싸는 비닐 봉지와 같은 얇은 막으로써 공기관을 통해 팬텀(100)과 제1 챔버 외부 공기가 도통되도록 한다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템은 제2 챔버(20) 내부로 액체가 유입되어 탄성막(30)이 제1 챔버(10) 내부로 팽창되면, 팬텀에 가해지는 압력이 높아지고 이에 따라 팬텀 내부에 있던 공기가 공기관(11)을 통해 외부로 배출되고 팬텀(100)의 부피가 수축된다.

그 후 제2 챔버(20) 내부로부터 액체가 배출되어 탄성막(30)이 제자리로 돌아가면, 팬텀에 가해지는 압력이 줄어들고 이에 따라 자연스럽게 외부 공기가 공기관(11)을 통해 내부막(50) 내부로 주입되며, 팬텀의 부피도 원래의 형태대로 증가 된다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템은 팬텀 내부의 공기가 자연스럽게 외부로 배출되고 다시 유입되면서 실제 호흡 운동과 유사한 팬텀의 움직임을 제공할 수 있다.

지금까지 설명한 바에 따른 본 발명의 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템에는 압력에 의해 수축되고, 압력이 제거될 경우 원래의 형태로 복원될 수 있는 스폰지, 라텍스와 같은 탄성 및 압축성을 갖는 재질로 형성된 팬텀(100)이 사용될 수 있다.

특히 도 5에 도시된 것과 같이 복수 개의 단위 블록(1)들을 접착시켜 폐 팬텀을 형성할 경우 환자에 따라 각기 다른 형상과 크기를 갖는 폐를 모사할 수 있는 폐 팬텀을 용이하게 형성할 수 있다.

특히 폐는 흡기와 호기시 모든 위치에서 동일하게 수축하거나 팽창하지 않기 때문에 이러한 폐 운동을 정확히 모사하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 서로 다른 탄성계수를 갖는 적어도 2종류의 블록(101, 102)을 이용하여 팬텀을 형성하는 것이 바람직하다.

이를 보다 상세히 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이 팬텀을 적어도 2개 그룹의 블록(101, 102)을 사용하여 형성한다. A그룹의 블록(101) 보다 B그룹의 블록(102)의 탄성계수가 높을 경우, B그룹의 블록(102)은 A그룹의 블록보다 더 단단하여 동일한 압력이 주어졌을 때 더 적게 수축하며, A그룹의 스펀지 블록(101)은 압력이 증가하거나 감소하였을 때 B그룹의 블록들보다 더 많이 수축하고 팽창하게 된다.

이와 같이 탄성계수가 다른 블록을 사용함으로써 사람마다 다른 조직의 밀도를 갖는 인체 기관을 모사하는 팬텀을 용이하게 구성할 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 팬텀(100)의 하부에 탄성계수가 작은 블록을 더 많이 배치함으로써 호흡운동에 따라 상부 영역보다 체적 변화가 큰 폐의 하부 영역을 더 정확하게 모사할 수 있게 된다.

또한 도 7에 도시된 바와 같이 폐 팬텀을 구성하는 일부 블록을 초음파, CT와 같은 진단장치로 촬영할 경우 촬영한 이미지나 영상에서 나머지 블록과 구분되어 표시되는 타겟 블록(103)으로 구성할 경우 폐에 발생한 암세포와 같은 표적 세포가 호흡운동에 따라 어떻게 움직이는지를 확인할 수도 있다.

이를 위해 타겟 블록(103)은 나머지 블록과는 밀도가 다른 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이때 밀도는 인체의 피부나 근육, 장기와 비슷하고, 뼈보다는 낮고 물보다는 높고, 챔버보다 낮은 것이 바람직하다.

또한 다른 블록과 함께 호흡운동에 따라 모양이 변할 수 있어야 하므로 탄성력을 가진 물질로 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 탄성력 및 인장률이 높고 적합한 밀도를 갖는 실리콘 고무 또는 이와 유사한 재질로 타겟 블록을 제작할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템을 동작시키면서 CT로 촬영한 사진이 도 8에 도시되어 있으며, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템의 작동에 따라 호기 및 흡기시 팬텀의 형상이 도 9에 도시된 실제 폐의 사진과 매우 흡사함을 확인할 수 있다.

또한 타겟 블록(103)의 움직임도 확인할 수 있어 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 팬텀 시스템이 폐와 같이 체적 변화율이 높고 운동에 따라 종양의 위치, 모양 등이 변화할 가능성이 있는 조직의 움직임도 정확히 모사할 수 있어 4D-CT 성능 평가, 방사선량 측정 등에 있어 환자 대체용으로 사용할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 팬텀 및 폐 팬텀 시스템을 구체적인 실시예를 참조로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

10 : 제1 챔버 11 : 공기관
20 : 제2 챔버 21 : 액체 유입구
30 : 탄성막 40 : 액체 공급부
41 : 액체 공급관 42 : 액체 공급기
43 : 구동기 50 : 내부막
100 : 팬텀

Claims (8)

1. 액체가 채워질 수 있는 내부 공간을 가지며, 탄성막에 의해 분리된 제1 챔버 및 제2 챔버; 및
   상기 제2 챔버에 형성되어 있는 액체 유입구를 통해 상기 제2 챔버 내부로 액체를 공급하거나 제거하는 액체 공급부;
   를 포함하여 이루어지고,
   상기 탄성막은 상기 액체 공급부에 의해 상기 제2 챔버로 액체가 공급됨에 따라 상기 제1 챔버 내부로 팽창하고, 상기 액체 공급부에 의해 상기 제2 챔버로부터 액체가 배출됨에 따라 제자리로 복원하는 것을 특징으로 하는 폐 팬텀 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 액체 공급부는:
   상기 액체 유입구와 연결된 액체 공급관;
   상기 액체 공급관으로 액체를 공급하거나 상기 액체 공급관으로부터 액체를 배출시키는 액체 공급기; 및
   상기 액체 공급기를 작동시키는 구동기;
   를 포함하여 이루어지는 폐 팬텀 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동기의 구동신호는 호흡을 모사하는 사인 파형을 갖는 신호인 폐 팬텀 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 챔버 내부에 위치하며, 상기 탄성막이 팽창함에 따라 수축하고, 상기 탄성막이 복원됨에 따라 원래의 형태로 복원하는 팬텀을 더 포함하는 폐 팬텀 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 챔버의 내부 공간과 외부 공간이 연결되도록 상기 제1 챔버 일면을 관통하여 형성된 공기관; 및
   상기 액체가 상기 팬텀에 직접 접촉하지 않도록 상기 팬텀을 감싸되 상기 공기관을 통해 상기 팬텀과 상기 제1 챔버 외부 공기가 도통되도록 하는 내부 막;
   을 더 포함하는 폐 팬텀 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 팬텀은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 적어도 2개 그룹의 블록으로 이루어진 폐 팬텀 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 팬텀은 복수 개의 층으로 이루어지며, 상기 복수 개의 층 중 적어도 하나의 층을 구성하는 복수 개의 블록은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 적어도 2개 그룹의 블록으로 이루어진 폐 팬텀 시스템.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 블록 중 일부는 타겟 블록이고, 상기 팬텀을 진단장치로 촬영할 경우 상기 타겟 블록은 나머지 블록과 구분되어 표시되는 폐 팬텀 시스템.
   

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