KR20160117730A - 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 - Google Patents

흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 Download PDF

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KR20160117730A
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Abstract

본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치로서, 이 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은, X선을 조사하는 X선원, X선원에서 출사되는 선속의 모양과 크기를 조절하는 조사범위 조절장치, X선원으로부터 조사범위 조절장치를 통해 투영된 X-선 투영 영상을 검출하는 검출기, X선원과 검출기의 이동을 제어하는 제어장치를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서, 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어지며, 제어장치는, 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치{Automatic variable aperture collimator for chest digital tomosynthesis}
본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치로서, 이 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법에 관한 것이다.
흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템은 제한적 각도에서의 3차원 단면영상을 구성하며 간단한 기구적 구조로 비용이 저렴하며, 일반 X-선 촬영 영상보다 우수한 해상도의 단면 영상을 제공할 수 있으며, 특히, 전산화단층촬영(CT)의 단점과 일반 X-선 촬영의 단점인 깊이 방향의 정보를 획득할 수 있으므로, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템은 조직의 중첩으로 진단이 어려운 폐 결절 및 조기 암 검출에 효과적이다.
흔히, 폐결절은 폐 내부에 생긴 지름 3cm 미만의 작은 구상 병변으로, 보통 증상이 나타나지 않기 때문에 건강검진 시 일반 흉부 X-선 촬영이나 CT를 통해 발견하나, 일반 X-선의 낮은 진단율과 CT 피폭의 위험성을 고려했을 때, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템이 가장 알맞은 촬영기법으로 기대되고 있다.
조사범위 조절장치(Collimator)는 선속의 모양과 크기를 조절하여 불필요한 방사선이 환자에게 들어오는 것을 방지하면서, 반음영을 감소하고 산란선을 감소시켜 영상의 질을 증가시키는 수단이다. 조사범위조절장치의 종류로는 격막형 선속조절기, 원추형 및 원통형 조절기, 가변형 선속조절기 등이 있으며, 방사선 조사의 방향과 확산을 한정시켜, 필요한 방향으로만 조사되게 하고 그 이외의 방향으로는 가능한한 차폐되도록 납이나 텅스텐과 같이 방사선을 흡수하는 물질로 만들어졌고 X선관 앞에 부착하는 구조로 이루어진다. 즉, 도 1에서와 같이 X선관(110)의 앞에 조사범위 조절장치(120)이 장착되어, 조사범위 조절장치(120)를 조절하여 방사선 조사의 방향과 확산을 한정하게 하도록 이루어져 있다. 기존의 조사범위 조절장치(120)는 직사각형 또는 정사각형으로 이루어져 있다.
흉부 디지털 단층영상합성 시스템은 X선관이 선형적으로 이동하기 때문에 ±30°, ±50°와 같이 제한된 각도로 X선이 조사되며 따라서, 0도가 아닌 다른 각도에서 입사하는 경우, 직사각형 또는 정사각형의 기존의 조사범위 조절장치(120)를 이용하면 검출기를 벗어난 부분에 추가적인 선량이 조사된다. 이 검출기를 벗어난 추가 선량은 환자 영상이 생성되는데 쓸모가 없고 환자의 피폭선량을 증가시키는 역할을 한다.
따라서, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 요망된다.
선행기술로, 일본 공개특허 2012-65947호는 가변형의 방사선 화상 촬영 시스템, 이에 이용되는 보관 유지구, 그리고 가반형의 방사선 화상 투영세트에 관한 것으로, 조사범위 조절장치의 역할을 하는 사각형의 간이 조사범위한정시트를 구비한다. 간이 조사범위한정시트는 내측 가운데에 형성된 대, 중, 소의 크기의 사각형을 선택적으로 벗겨내어 사용함으로써, 방사선 조사의 방향과 확산을 한정하게 하도록 이루어져 있다. 따라서 일본 공개특허 2012-65947호의 조사범위 조절장치는 사각형으로 이루어져 검출기를 벗어난 부분에 추가적인 선량이 조사될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디지털 단층영상합성 시스템에, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 사다리꼴 모양의 X선 조사창을 구비한 조사범위 조절장치를 구비하며, 이 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, X선을 조사하는 X선원, X선원에서 출사되는 선속의 모양과 크기를 조절하는 조사범위 조절장치, X선원으로부터 조사범위 조절장치를 통해 투영된 X-선 투영 영상을 검출하는 검출기, X선원과 검출기의 이동을 제어하는 제어장치를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서, 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
제어장치는, 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절한다.
조사범위 조절장치는 내측에 X선을 통과시키기 위한 X선 조사창을 구비하는 판을 구비하며, X선 조사창의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)가 구비되며, 콜리메이터 날개의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)이 장착되어 있다.
제어봉은 리니어 액튜에이터로 이루어져, 각각의 제어봉의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있도록 이루어진다.
제어장치는 X선 선원의 각도(θ)에 따라, 일정한 크기의 영상을 획득하기 위해 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면에 대한 길이를 구하여, 조사범위 조절장치의 조사범위를 조절한다.
제어장치는 입력부로부터 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수를 포함하는 시스템 조작 데이터를 수신하고, x선원의 회전각도(θ)를 구하며, x선원의 회전각도(θ)를 이용하여, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 각 변의 길이를 구하고, X선 조사창의 각 변의 길이에 따라 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하고, 조사범위 제어부는 제어봉을 제어한다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)는
ly=ly1 + ly2
(단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Lxㆍsinθ)/2이고, a = Lx/(2ㆍcosθ)이고, Lx는 검출기의 횡축의 길이임)
에 의해 구하여 진다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값은,
Figure pat00001
(단 Ly'=tanθㆍSDD 이고, SDD는 선원과 검출기 사이의 거리)
를 이용하여 구하여진다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값은,
Figure pat00002
를 이용하여 구하여진다.
또한, 본 발명은, 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어지되, 제어장치는 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하도록 이루어진 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법에 있어서, 제어장치는, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)를
ly=ly1 + ly2
(단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Lxㆍsinθ)/2이고, a = Lx/(2ㆍcosθ)이고, Lx는 검출기의 횡축의 길이이며, θ는 X선 선원의 각도)
에 의해 구하는 X선 조사창의 높이 연산단계; 제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값을,
Figure pat00003
(단 Ly'=tanθㆍSDD 이고, SDD는 선원과 검출기 사이의 거리)
을 이용하여 구하는, X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계; 제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값을,
Figure pat00004
을 이용하여 구하는, X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
X선 조사창의 높이 연산단계와, X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계의 사이에, 제어장치는 X선 조사창의 높이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 높이 조절단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계와, X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계의 사이에, 제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변 길이 조절단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계의 이후에, 제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변 길이 조절단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
제어장치는, 입력부로부터 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수를 이용하여, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산하는, x선원의 회전각도 연산단계; X선 선원 좌표 (Sx,Sy,Sz)를 연산하는 x선원 좌표연산단계;검출기의 위치 (Dx, Dy, Dz)를 검출하는, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계;를 더 포함하여 이루어진다.
x선원 좌표연산단계에서 X선 선원 좌표는 (0, Sy, SDD)이며,
Sy = -(SDD-COR)×tanθ
(단, SDD는 선원과 검출기의 거리이고, COR은 회전의 중심(center of rotation)임)
에 의해 구하여 진다.
검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계에서, 검출기의 위치는 (0, Dy, 0)이며, Dy = -COR×tanθ 에 의해 구하여 진다.
본 발명의 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법에 따르면, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 사다리꼴 모양의 X선 조사창을 구비한 조사범위 조절장치를 구비하며, 이 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있다.
본 발명의 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법의 효과를 정리하면, ① 흉부촬영용 디지털 단층영상 합성시스템은 다양한 각도에서 검출기를 벗어나지 않도록 일정한 조사범위를 설정하여 최적의 영상 획득과 환자의 피폭선량 경감에 일조할 수 있으며, ② 각 각도에 따른 자동 조사범위 조절로 인해 전체 영상획득시간을 감소시켜 폐나 심장에 의한 움직임음영을 최소화 할 수 있으며, ③ 흉부 디지털 단층영상 합성 시스템을 이용하여 면적이 넓은 흉부 뿐만 아니라, 무릎관절, 손등뼈, 부비동 촬영 등 다른 신체 부위에 대한 조사범위 또한 조절이 가능함으로써 검출기 크기와 동일한 영상 뿐 아니라 촬영범위에 따라 국소부위의 촬영 시 불필요한 환자 선량을 줄여 줄 수 있으며, ④ 국내 흉부촬영용 디지털 단층여상 합성시스템의 산업화 및 기술개발에 기여할 수 있다.
도 1은 Collimator의 구조와 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 기존의 조사범위 조절장치와 본 발명의 조사범위 조절장치를 비교설명하기 위한 모식도이다.
도 2의 (a)는 기존의 조사범위 조절장치이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 흉부 디지털 단층영상합성 시스템에 적용할 조사범위 조절장치를 나타낸다.
도 2의 (a)의 조사범위 조절장치(120)는 기존의 일반 X선 영상 시스템이나 Cone-beam CT 시스템에 적용되는 조사범위 조절장치로, X선 조사창는 직사각형 또는 정사각형으로 이루어진다. 흉부 디지털 단층영상합성 시스템은 X선관이 선형적으로 이동하기 때문에 30, 50와 같이 제한된 각도로 X선이 조사된다. 따라서, 0도가 아닌 다른 각도에서 입사하는 경우, 직사각형 또는 정사각형의 X선 조사창을 구비한 기존의 조사범위 조절장치를 이용하면, 검출기(200)에 사다리꼴 모양의 빔이 입사하게 되어, 검출기를 벗어난 부분에 추가적인 선량이 조사된다. 검출기를 벗어난 추가 선량은 환자 영상이 생성되는데 쓸모가 없고 환자의 피폭선량을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 벗어난 빔에서 발생한 산란선이 검출기로 들어오면서 영상의 대조도를 저하시키게 된다.
도 2의 (b)의 본 발명의 가변형의 조사범위 조절장치(120)의 X선 조사창은 X선관이 이동하는 방향의 변(121)이 반대 방향의 변(122)보다 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 하고 있다. 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치(120)의 X선 조사창이 조사되는 X선의 형태를 검출기(200)의 크기에 맞추어줄 수 있어 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있다. 즉, 사다리꼴 모양의 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기와 동일한 형태로 조절해준다.
도 3은 본 발명의 흉부 디지털 단층영상합성 시스템의 기하학적 형태(geometry)를 수식으로 표현한 그림이다.
도 3은 X선 선원(110)과 검출기(200)가 직선으로 움직이는 흉부 디지털 단층영상합성 시스템을 사용하는 경우, 모든 각도에서 일정한 크기의 영상을 획득하기 위한 방법을 표현한다. X선 선원의 각도(θ)에 따라 일정한 크기(Lx×Ly)의 영상을 획득하기 위해 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면에 대한 길이(lx1, lx2, ly1, ly2)를 구할 수 있다. 검출기의 위치는 (Dx, Dy, Dz)로 표현이 가능하다. 검출기는 X선 선원과 움직이는 각도(θ)에 따라 y축으로 이동하므로 수식을 (0, Dy, 0)으로 표현할 수 있다. Dy는 검출기와 COR (center of rotation)까지의 거리와 각도(θ)를 이용해서
Dy = -COR×tanθ
로 표현이 가능하다. X선 선원의 위치는 (Sx,Sy,Sz)로 표현이 가능하다. 선원과 검출기 거리는 Z축으로 SDD (source-to-detector distance)로 고정되어 있다는 점과 X축으로는 움직이지 않는다는 점을 고려하면 (0, Sy, SDD)로 표현이 가능하다. Sy는 SDD에서 COR을 감산하는 것과 각도(θ)를 이용해서,
Sy = -(SDD-COR)×tanθ
로 표현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면의 횡축의 길이ly1를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 4는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사다리꼴 모형의 높이, 즉 검출기의 종축의 길이(ly)를 나타낸 도면이다. X선 선원으로부터 검출기의 중심을 수직으로 지나는 거리를 L(source to detector center distance)라고 하고, X선 선원으로부터 조사범위 조절장치의 중심을 수직으로 지나는 거리를 d라고 할 때, L은 아래와 같은 식으로 도출가능하다.
L = SDD/cosθ
(단, SDD = source to detector distance in Z direction)
검출기의 종축인 Ly의 값은 검출기 크기에 의해 고정된 값으로 X선관의 회전 각도(θ)와 함께 값 a와 b를 도출하기 위해 이용된다.
b = (Lxㆍsinθ)/2
a = Lx/(2ㆍcosθ)
여기서, b는, X선 선원과 검출기 중심을 수직으로 잇는 선과 수직으로 만나는 선을 제1선이라하고, 제1선과 평행하면서 검출기 모서리를 지나는 선을 제2선이라 할때, 제1선과 제2선 사이의 거리이다. 또한, a는, 제1선(X선 선원과 검출기 중심을 수직으로 잇는 선과 수직으로 만나는 선)과 검출기 모서리와의 거리이다.
ly1의 값은, 검출기 모서리와, X선 선원과 검출기 중심을 수직으로 잇는 선과 수직으로 만나는 선의 거리 a를 도출한 후 비례식을 통해서 구할 수 있다.
ly1 = (aㆍd)/(L - b)
도 5는 본 발명의 조사범위 조절장치의 사면의 횡축의 길이(ly2)를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
ly2의 값은, 마찬가지로, 검출기 반대쪽 모서리(즉, 반대측 변)와 X선 선원과 검출기 중심을 수직으로 잇는 선과 수직으로 만나는 선의 거리 a를 도출한 후 비례식을 통해서 구할 수 있다.
ly2 = (aㆍd)/(L + b)
최종적으로 X선 조사창의 높이 ly의 값은 ly1와 ly2의 합으로 구할 수 있다.
ly = ly1 + ly2
도 6은 본 발명의 조사범위 조절장치의 사면에 대한 길이 lx2를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
조사범위 조절장치의 사면에 대한 길이 lx2 의 값, 즉, 조사범위 조절장치의 통공(즉, X선 조사창)(150)에서 x선원 측의 변(모서리)의 길이 lx2 의 값은, 선원의 중심에서 lx2 모서리(즉, lx2 변)의 중심을 지나는 길이와 선원의 중심에서 검출기의 모서리 중심(즉, 검출기의 일측 변의 중심)을 지나는 길이의 비례식으로 구할 수 있다.
Figure pat00005
여기서 Ly'는 다음 식을 통해 구할 수 있다.
Ly'=tanθㆍSDD
도 7은 본 발명의 조사범위 조절장치의 사면에 대한 길이 lx1 의 값을 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
선원의 중심에서 lx1 모서리(lx1 변)의 중심을 지나는 길이와 선원의 중심에서 검출기의 모서리 중심(즉, 검출기의 일측 변의 중심)을 지나는 길이의 비례식으로 구할 수 있다.
Figure pat00006
도 8은 본 발명의 조사범위 조절장치의 내부 모습을 보여주는 모식도이다.
본 발명의 조사범위 조절장치(120)는 내측에 X선을 통과시키기 위한 통공(즉, X선 조사창)(150)을 구비하는 판(160)을 구비하며, 통공(150)의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)(130)가 구비되며, 콜리메이터 날개(130)의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)(140)이 장착되어 있다.
제어봉(120)은 리니어 액튜에이터(예로 리니어 모터)로 이루어져, 각각의 제어봉(140)의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개(130)가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있다.
판(160)과 콜리메이터 날개(130)는 납등의 방사선 차폐효과가 있는 재질로 이루어진다.
도 8의 (a)는 각 콜리메이터 날개(130)에 장착된 2개 제어봉(140)을 동일한 길이가 되도록 제어하여, X선을 통과시키기 위한 통공(150)이 사각형을 이루는 경우이다.
도 8의 (b)는 좌우의 콜리메이터 날개(130)에 장착된 2개 제어봉(140)을 동일한 길이가 되도록 제어하며, 상하의 콜리메이터 날개(130)에 장착된 2개 제어봉(140)은 서로 다른 길이가 되도록 제어하여, X선을 통과시키기 위한 통공(150)이 사다리꼴형을 이루는 경우이다.
즉, 본 발명의 조사범위 조절장치(120)는 제어봉(control stick)(140)을 이용하여 조사범위의 형태를 변형시킬 수 있으며, 검출기(200)의 크기, 선원에서부터 검출기(200)까지의 거리, X선관 회전 각도에 대한 정보와 획득변수에 따라 조사범위를 계산하고 제어봉(140)을 조절하여 조사범위 조절장치의 통공(open)(150)의 크기를 설정한다.
도 9는 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템에 대한 개략적인 모식도이다.
디지털 단층영상합성 시스템은 X선관(12), 카셋트(14), 이동기구(16), 이동기구(18), 제어장치(300), 조사범위 조절장치(120), 조사범위 제어부(125), 입력부(330), 표시부(340)를 포함한다.
X선관(12)은 제어장치(300)로부터의 제어신호에 따라, X선(방사선)(X)를 소정의 선량으로 출력한다. 카셋트(14)는 방사선 변환 패널을 포함하며 검출기(200)라 할 수 있다. 카셋트(14)는 X선관(12)로부터 출사되어 촬영대(28)의 피검사대상 물체(환자)(26)를 투과 한 방사선 X를 검출하여, 방사선 화상 정보로 변환하며, 변환된 방사선 화상 정보를 제어장치(300)로 전송한다. 이동기구(16)와 이동기구(18)는 제어장치(300)의 제어신호에 따라, X선관(12)과 카셋트(14)를 이동시킨다.
조사범위 제어부(125)는 촬영 제어부(310)로부터 제어봉 제어신호를 수신하여 제어봉(140)을 조절하여, 조사범위 조절장치의 통공(open)(150)의 크기를 설정한다.
촬영부(32)는 디지털 단층영상합성용(트모신세시스용) 촬영을 실시한다. 디지털 단층영상합성용 촬영이란, 재구성을 실시하는 것을 전제로 하는 디지털 단층영상합성용의 복수의 단층 화상(트모신세시스용 단층 화상)의 데이터를 취득하는 것이다.
촬영 제어부(310)는 X선관(12), 방사선 변환 패널, 이동기구(16, 18), 조사범위 제어부(125)를 작동시켜 디지털 단층영상합성용 촬영을 제어한다. 또한 촬영 제어부(310)는 검출기(200)의 크기, 선원에서부터 검출기(200)까지의 거리, X선관 회전 각도에 대한 정보와 획득변수에 따라 조사범위를 계산하고 각 제어봉(140)을 조절하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송한다.
화상 처리부(320)는 트모신세시스용 단층 화상의 데이터에 소정의 처리, 즉, 영상재구성을 실시해 표시부(340)로 출력한다.
입력부(330)는 트모신세시스 촬영시에 의사 등의 의료전문인으로부터의 소정의 명령을 입력하는 수단(콘솔)으로, 키입력수단을 포함한다.
표시부(340)는 제어장치(300)로부터 수신된 영상신호를 출력한다.
도 10은 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 개략적인 흐름도이다.
초기화 단계로, 사용자는 입력부(330)를 통해 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등을 입력하고, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는 입력부(330)로부터 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등을 수신한다(S105).
x선원 이동단계로, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는 수신된 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등에 의해 x선원 이동 및 회전제어신호를 생성하여, 이동기구(16)로 전송하고, 이동기구(16)는 x선원(x-ray source), 즉, X선관(12)을, x선원 이동 및 회전제어신호에 따라 직선이동시키고(S110), 회전시킨다(S120).
검출기 이동단계로, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는, 수신된 시스템 조작 데이터에 의해 또는 x선원 이동과 연동되어, 검출기 이동제어신호를 생성하여, 이동기구(18)로 전송하고, 이동기구(18)는 검출기 이동제어신호에 따라 검출기(200)를 직선 이동시키고(S130), X선원 조사단계(S300)으로 간다.
x선원의 회전각도 연산단계로, 촬영 제어부(310)는, 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수 등을 기초로, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산한다(S210).
x선원 좌표연산단계로, X선 선원 좌표, 즉 X선 선원의 위치 (Sx,Sy,Sz)를 연산한다(S220). 여기서, 선원과 검출기 거리는 Z축으로 SDD (source-to-detector distance)로 고정되어 있다는 점과 X축으로는 움직이지 않는다는 점을 고려하면 (0, Sy, SDD)로 표현되며, Sy는 SDD에서 COR을 감산하는 것과 각도(θ)를 이용해서, Sy = -(SDD-COR)×tanθ 에 의해 구하여 진다.
검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계로, 검출기의 위치 (Dx, Dy, Dz)를 검출한다(S230). 여기서, 검출기는 X선 선원과 움직이는 각도(θ)에 따라 y축으로 이동하므로 수식을 (0, Dy, 0)으로 표현할 수 있으며, Dy는 검출기와 COR (center of rotation)까지의 거리와 각도(θ)를 이용해서, Dy = -COR×tanθ 에 의해 검출할 수 있다.
콜리메이터의 높이 연산단계로, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 높이(ly), 보다 상세히는, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 통공의 높이를 연산한다(S240). 여기서, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 높이(ly)는 ly1과 ly2의 합으로 구하며, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Lxㆍsinθ)/2이고, a = Lx/(2ㆍcosθ)이다.
콜리메이터의 높이 조절단계로, 제어장치(300)는 콜리메이터의 높이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 높이(ly)에 따라, 콜리메이터의 높이와 관련된 콜리메이터 날개(130)의 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S250).
x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리) 연산단계로, x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값(즉, 조사범위 조절장치의 통공에서 x선원 측의 변(모서리)의 길이 lx2 의 값)은,
Figure pat00007
(단 Ly'=tanθㆍSDD 임)
에 의해 구한다.
x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리) 길이 조절단계로, 제어장치(300)는 x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리) 연산단계에서 구하여진 x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값에 따라, x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이와 관련된 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S270).
x선원 측에 먼 콜리메이터의 변(모서리) 연산단계로, x선원 측에 먼 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값(즉, 조사범위 조절장치의 통공에서 x선원 측의 반대측 변(모서리)의 길이 lx1 의 값)은,
Figure pat00008
에 의해 구한다(S280).
x선원 측에 먼 콜리메이터의 변(모서리) 길이 조절단계로, 제어장치(300)는 x선원 측에 먼 콜리메이터의 변(모서리) 연산단계에서 구하여진 x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값에 따라, x선원 측에 가까운 콜리메이터의 변(모서리)에 대한 길이와 관련된 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S290).
x선조사단계로, x선원과 검출기가 이동되어 x선을 출사할 준비되어 있고, 조사범위 조절장치(120)의 내측의 통공의 길이가 조정되었으며, x선을 출사한다(S300).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
12 : X선관 14 : 카셋트
16,18 : 이동기구 26 : 피검사대상 물체(환자)
28 : 촬영대 32 : 촬영부
110 : X선 선원 120 : 조사범위 조절장치
121,122 : 변 125 : 조사범위 제어부
130 : 콜리메이터 날개 140 : 제어봉
150 : 통공 160 : 판
200 : 검출기 300 : 제어장치
310 : 촬영 제어부 320 : 화상 처리부
330 : 입력부 340 : 표시부

Claims (16)

  1. X선을 조사하는 X선원, X선원에서 출사되는 선속의 모양과 크기를 조절하는 조사범위 조절장치, X선원으로부터 조사범위 조절장치를 통해 투영된 X-선 투영 영상을 검출하는 검출기, X선원과 검출기의 이동을 제어하는 제어장치를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제어장치는, 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    조사범위 조절장치는 내측에 X선을 통과시키기 위한 X선 조사창을 구비하는 판을 구비하며, X선 조사창의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)가 구비되며, 콜리메이터 날개의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    제어봉은 리니어 액튜에이터로 이루어져, 각각의 제어봉의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    제어장치는 X선 선원의 각도(θ)에 따라, 일정한 크기의 영상을 획득하기 위해 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면에 대한 길이를 구하여, 조사범위 조절장치의 조사범위를 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    제어장치는 입력부로부터 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수를 포함하는 시스템 조작 데이터를 수신하고, x선원의 회전각도(θ)를 구하며, x선원의 회전각도(θ)를 이용하여, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 각 변의 길이를 구하고, X선 조사창의 각 변의 길이에 따라 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하고,
    조사범위 제어부는 제어봉을 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)는
    ly=ly1 + ly2
    (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Lxㆍsinθ)/2이고, a = Lx/(2ㆍcosθ)이고, Lx는 검출기의 횡축의 길이임)
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값은,
    Figure pat00009

    (단 Ly'=tanθㆍSDD 이고, SDD는 선원과 검출기 사이의 거리)
    를 이용하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값은,
    Figure pat00010

    를 이용하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  10. 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서, X선관이 이동하는 방향의 변이, 반대 방향의 변보다, 길이가 긴 형태의 사다리꼴 형태를 취하도록 이루어지되, 제어장치는 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하도록 이루어진 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법에 있어서,
    제어장치는, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)를
    ly=ly1 + ly2
    (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Lxㆍsinθ)/2이고, a = Lx/(2ㆍcosθ)이고, Lx는 검출기의 횡축의 길이이며, θ는 X선 선원의 각도)
    에 의해 구하는, X선 조사창의 높이 연산단계;
    제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값을,
    Figure pat00011

    (단 Ly'=tanθㆍSDD 이고, SDD는 선원과 검출기 사이의 거리)
    을 이용하여 구하는, X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계;
    제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값을,
    Figure pat00012

    을 이용하여 구하는, X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    X선 조사창의 높이 연산단계와, X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계의 사이에,
    제어장치는 X선 조사창의 높이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 높이(ly)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 높이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계와, X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계의 사이에,
    제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 가까운 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 가까운 변 길이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  13. 제12항에 있어서,
    X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계의 이후에,
    제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변 길이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제어장치는, 입력부로부터 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수를 이용하여, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산하는, x선원의 회전각도 연산단계;
    X선 선원 좌표 (Sx,Sy,Sz)를 연산하는 x선원 좌표연산단계;
    검출기의 위치 (Dx, Dy, Dz)를 검출하는, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  15. 제14항에 있어서,
    x선원 좌표연산단계에서 X선 선원 좌표는 (0, Sy, SDD)이며,
    Sy = -(SDD-COR)×tanθ
    (단, SDD는 선원과 검출기의 거리이고, COR은 회전의 중심(center of rotation)임)
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  16. 제15항에 있어서, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계에서,
    검출기의 위치는 (0, Dy, 0)이며,
    Dy = -COR×tanθ
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
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