KR100368839B1 - 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리 - Google Patents
컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리 Download PDFInfo
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Abstract
컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리가 개시된다.
본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영용 직접 구동방식 갠트리는, 영상 정보의 획득과 관련된 장치 및 기기를 지지하는 프레임; 동기전동기를 구성하는 것으로서, 프레임에 설치되며, 그 내주면에는 자계 형성을 위한 다수의 권선코일군이 마련되는 고정자; 고정자와 함께 동기전동기를 구성하는 것으로서, 고정자의 내부에 삽입 안착되며, 그 외주면에는 다수의 영구자석이 마련되고 그 내주면에는 영상정보 획득과 관련된 장치 및 기기의 탑재가 가능한 회전자; 및 회전자의 속도를 제어하는 한편 X-선 튜브의 위치를 전송하기 위한 제어장치를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 회전자가 프레임과 일체형으로 되어 있어 종래와 같이 감속기나 체인(또는 벨트)의 사용없이 회전부를 직접 구동하게 되며, 따라서 감속기나 체인 등의 사용으로 인한 소음 발생을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한, 직접 구동방식이므로, 속도 리플을 최대한 저감하여 영상 추출 시간을 단축시킬 수 있고, X-선 튜브의 실제 위치를 이용하므로 3차원 영상의 복원이 가능하여 각속도가 다른 운전 모드에서도 한층 선명한 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 컴퓨터 단층촬영장치용 갠트리(gantry)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 갠트리의 구동용 전동기의 고정자를 슬롯이 없는 구조로 하고, 회전자는 직접 구동 형식으로 하며, X-선 튜브의 위치를 영상 정보 검출 시점에 맞추어 제공함으로써, 소음을 줄이고, 영상 추출 시간을 단축시키며, 각속도가 다른 운전 모드에서도 보다 선명한 영상을 얻을 수 있는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리에 관한 것이다.
컴퓨터 단층촬영(CT)은 인체의 횡단면을 컴퓨터가 수학적 연산 방식을 이용하여 영상을 재구성시켜 인체 조직을 상세하고도 명료하게 나타낼 뿐만 아니라, 정상조직과 병변조직을 정확히 구분할 수 있는 촬영 기법이다. 이와 같은 컴퓨터 단층 촬영에서는 피사체를 투과한 X선을 측정하기 위하여 특수한 검출기들을 사용한다. 그리고, 검출기에 의해 측정된 정보는 컴퓨터로 보내지고, 이후 복합적인 수학적 해석기법에 의하여 원래의 피사체에 대한 하나의 영상으로서 재구성되는 것이다.
이와 같은 CT에 대한 개발은 환자에게 방사선 피폭량을 최소화하면서 고품질의 영상을 보다 짧은 시간내에 얻고자하는 방향으로 진척되고 있다. 따라서, 공업용 CT나 산업용 방사선 측정 장비처럼 좋은 화질만을 목적으로 방사선 조사량을 무조건 많게 하지 못하도록 되어 있으며, 환자에게 부담을 적게 주면서 빠른 시간 내에 원하는 영상정보를 얻어내기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있다.
한편, 이상과 같은 CT의 기본 측정원리를 살펴보면, 일정한 속도로 회전하는갠트리의 회전부에 X-선 튜브를 부착하고, 일정한 간격의 소정 위치마다 팬 빔(fan beam)을 환자에게 조사하게 된다. 그러면, 환자의 신체 부위에 따라 방사선의 흡수율이 다르게 나타나게 되고, 이렇게 하여 흡수되지 않고 투과된 X-선을 측정하면, 그 위치의 신체 부위에 대한 흡수율의 분포를 그릴 수 있게 된다.
그런데, CT용의 갠트리에 한정해서 고려해 보면, 회전부가 일정한 속도로 회전되도록 운전하는 것이 이상적이지만, 현실적으로 회전부의 밸런스를 완벽하게 맞추기가 어려워 허용오차 범위 내에서 운전될 뿐이다. 따라서, 기준 속도로 진입 후에도 고품질의 일정 속도를 유지하기 위해서는 속도 리플(ripple)을 저감시켜야 하며, 이를 위해서는 전동기에서 갖는 토오크(torque) 리플 성분을 줄여야만 가능해 진다. 그러나, 종래 CT용의 갠트리에서는 슬립 속도가 존재하는 유도전동기를 채용하고 있고, 이에 감속기를 붙여서 체인으로 갠트리의 회전부를 회전시키는 시스템으로 되어 있어, 회전부를 고속화시키는데 한계가 있다. 또한, X-선 튜브의 실제 위치를 사용하는 것이 아니고, 일정 속도라고 가정한 후 일정 시간 후에는 비례적으로 정해진 위치까지 튜브가 위치해 있을 것으로 추정하여 3차원 영상 정보를 복원하는 방식을 취하고 있어, 고품질의 영상을 얻기가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, X-선 튜브의 위치를 영상 정보 검출 시점에 맞추어 제공함으로써, 영상 추출 시간을 단축시키고, 각속도가 다른 운전 모드에서도 보다 선명한 영상을 얻을 수 있는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리의 전동기의 고정자의 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리의 전동기의 회전자의 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리의 전동기의 구조를 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101...프레임 102...고정자
103...회전자 104...제어장치
105...슬립링 106...슬롯링
102c...고정자 권선코일 103m...회전자 영구자석
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리는,
영상 정보의 획득과 관련된 장치 및 기기를 지지하는 프레임;
동기전동기를 구성하는 것으로서, 상기 프레임에 설치되며, 그 내주면에는 자계 형성을 위한 다수의 권선코일군이 마련되는 고정자;
상기 고정자와 함께 동기전동기를 구성하는 것으로서, 상기 고정자의 내부에 삽입 안착되며, 그 외주면에는 다수의 영구자석이 마련되고 그 내주면에는 영상정보 획득과 관련된 장치 및 기기의 탑재가 가능한 회전자; 및
상기 동기전동기와 전기적으로 연결되며, 회전자의 속도를 제어하는 한편 X-선 튜브의 위치를 전송하기 위한 제어장치를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 고정자와 회전자 사이에는 회전자를 지지하는 한편 회전자의 회전을 원활하게 하기 위한 슬립링이 더 설치된다.
그리고, X-선 튜브의 위치를 검출하기 위하여 상기 회전자에는 슬롯링이 설치되고, 고정자에는 그 슬롯링에 광을 조사하는 발광부와, 슬롯링으로부터의 반사광을 수광하는 수광부가 마련된다.
또한, 상기 제어장치는 외부의 다른 제어장치와의 데이터 송/수신을 위하여 CAN(Control Area Network) 통신 기능을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리(100)는 프레임(101), 고정자(102), 회전자(103) 및 제어장치(104)로 크게 구성된다.
상기 프레임(101)은 영상 정보의 획득을 위한 장치 및 기기(예컨대, X-선 검출기, X-선 튜브, 냉각장치 등)를 지지할 수 있는 구조로 제작된다.
상기 고정자(102)는 상기 회전자(103)와 함께 동기전동기를 구성하는 것으로서, 상기 프레임(101)의 일측에 설치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 내주면에는 자계 형성을 위한 다수의 권선코일군(102c)이 마련된다. 특히, 이 고정자(102)는 토크 리플에 영향을 주는 코깅(cogging) 토크의 발생을 억제하기 위하여 슬롯이 없는 구조로 제작된다.
상기 회전자(103)는 상기 고정자(102)와 함께 동기전동기를 구성하는 것으로서, 고정자(102)의 내부에 삽입 안착되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 외주면에는 다수의 영구자석(예컨대, 표면부착형 영구자석)(103m)이 마련된다. 그리고, 그 내주면에는 영상 정보를 획득하기 위한 장치들(예컨대, X-선 검출기, X-선 튜브, 냉각장치 등)이 탑재된다.
여기서, 바람직하게는 상기 고정자(102)와 회전자(103) 사이에는 회전자 (103)를 지지하는 한편 회전자(103)의 회전을 원활하게 하기 위한 슬립링(105)이 더 설치된다. 그리고, X-선을 방출하는 X-선 튜브의 위치를 검출하기 위하여 상기 회전자(103)에는 슬롯링(106)이 설치되고, 상기 고정자(102)에는 그 슬롯링(106)에광을 조사하는 발광부(미도시)와, 슬롯링(106)으로부터의 반사광을 수광하는 수광부(미도시)가 마련된다.
이상과 같은 구성을 갖는 상기 고정자(102)와 회전자(103)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(103)가 고정자(102)의 내부에 삽입 안착되어 전체적으로 하나의 동기전동기를 구성하게 된다.
상기 제어장치(104)는 상기 고정자(102)와 회전자(103)로 구성되는 동기전동기와 전기적으로 연결되며, 회전자(103)의 속도를 제어하는 한편 X-선 튜브의 위치를 외부의 다른 장치로 전송한다. 따라서, 이 제어장치(104)에는 외부의 다른 제어장치, 예를 들면, DAS(영상정보 수집장치)와의 데이터 송/수신을 위하여 CAN (Control Area Network) 통신 기능이 구비된다. 또한, 이 제어장치(104)는 동기전동기의 회전자(103) 표면에 배치되는 영구자석(103m)의 감자특성과, 제작 과정에서의 자석의 배열 오류, 그리고 IGBT의 파손 등을 진단할 수 있는 자기진단 기능을 구비한다. 이와 같은 제어장치로는 인버터가 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리에 있어서, 고정자 권선코일군(102c)에 전원이 인가되면, 권선코일군 (102c)에 의해 회전자계가 발생된다. 이에 따라, 회전자(103)는 회전자계의 회전속도와 동일한 속도로 회전자계에 추종하여 회전하게 된다. 여기서, 회전자(103)는 컴퓨터 단층촬영장치의 회전체 프레임과 직결 구조로 되어 있어 컴퓨터 단층촬영장치의 회전체도 고정자의 회전자계 속도와 동기 속도로 회전하게 된다.
한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 고정자(102)에 설치되어 있는 발광부를 통해 회전자(103)의 슬롯링(106)에 광이 조사되고, 그 슬롯링(106)으로부터의 반사광이 수광부에 의해 수광된다. 이로써, 회전자의 회전속도, 즉 X-선 튜브의 위치가 검출된다. 이 검출신호는 제어장치(104)로 전송되고, 제어장치(104)는 그 신호를 다시 외부의 다른 제어장치로 전송한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리는, 회전자가 프레임과 일체형으로 되어 있어 종래와 같이 감속기나 체인(또는 벨트)의 사용없이 회전부를 직접 구동하게 되며, 따라서 감속기나 체인 등의 사용으로 인한 소음 발생을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한, 직접 구동방식이므로, 속도 리플을 최대한 저감하여 영상 추출 시간을 단축시킬 수 있고, X-선 튜브의 실제 위치를 이용하므로 3차원 영상의 복원이 가능하여 각속도가 다른 운전 모드에서도 한층 선명한 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Claims (6)
- 영상 정보의 획득과 관련된 장치 및 기기를 지지하는 프레임;동기전동기를 구성하는 것으로서, 상기 프레임에 설치되며, 그 내주면에는 자계 형성을 위한 다수의 권선코일군이 마련되는 고정자;상기 고정자와 함께 동기전동기를 구성하는 것으로서, 상기 고정자의 내부에 삽입 안착되며, 그 외주면에는 다수의 영구자석이 마련되고 그 내주면에는 영상정보 획득과 관련된 장치 및 기기의 탑재가 가능한 회전자; 및상기 동기전동기와 전기적으로 연결되며, 회전자의 속도를 제어하는 한편 X-선 튜브의 위치를 전송하기 위한 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
- 제 1항에 있어서,상기 고정자와 회전자 사이에는 회전자를 지지하는 한편 회전자의 회전을 원활하게 하기 위한 슬립링이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
- 제 1항에 있어서,상기 X-선 튜브의 위치를 검출하기 위하여 상기 회전자에는 슬롯링이 설치되고, 상기 고정자에는 그 슬롯링에 광을 조사하는 발광부와, 슬롯링으로부터의 반사광을 수광하는 수광부가 마련되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
- 제 1항에 있어서,상기 고정자는 슬롯이 없는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
- 제 1항에 있어서,상기 제어장치는 외부의 다른 제어장치와의 데이터 송/수신을 위하여 CAN(Control Area Network) 통신 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
- 제 1항에 있어서,상기 제어장치는 상기 회전자의 외표면에 배치되는 영구자석의 감자특성과, 제작 과정에서의 자석의 배열 오류, 그리고 IGBT의 파손을 진단할 수 있는 자기진단 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영장치용 직접 구동방식 갠트리.
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