KR100697397B1 - Ｘ선 충돌 위치 정렬 방법과 ｘ선 단층촬영 촬상 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

X선 충돌 위치를 스캔의 시작에서부터 고정 위치와 일치시키기 위하여, X선 방사/검출 장치에 의해 검사될 피검체를 스캔할 때, X선 초점 위치는 스캔 시작 전의 X선 관(20)의 온도와 현재 사용될 스캔 조건을 기반으로 하여 예측되고, 시준기(22)나 X선 검출기(24)의 위치는 X선이 X선 검출기(24) 상의 고정 위치에 충돌하도록 조정된다.

Description

Ｘ선 충돌 위치 정렬 방법과 Ｘ선 단층촬영 촬상 방법 및 장치{X-RAY IMPINGING POSITION ALIGNMENT METHOD AND X-RAY TOMOGRAPHIC IMAGING METHOD AND APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 블록도,

도 2는 도 1에 도시한 장치 내의 검출기 어레이를 도시하는 개략도,

도 3은 도 1에 도시한 장치 내의 X선 방사/검출 장치를 도시하는 개략도,

도 4는 도 1에 도시한 장치 내의 X선 방사/검출 장치를 도시하는 개략도,

도 5는 도 1에 도시한 장치 내의 X선 방사/검출 장치를 도시하는 개략도,

도 6은 도 1에 도시한 장치 내의 X선 관의 주요 부분을 도시하는 개략도,

도 7은 도 1에 도시한 장치 내의 X선 관에서의 초점 이동과 이에 대응하는 시준기의 위치 조정을 도시하는 개략도,

도 8은 도 1에 도시한 장치 내의 X선 관에서의 초점 이동과 이에 대응하는 검출기 어레이의 위치 조정을 도시하는 개략도,

도 9는 도 1에 도시한 장치를 교정할(calibrating) 때 스캔 조건을 도시하는 도면,

도 10은 도 1에 도시한 장치를 교정할 때 스캔 조건을 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 스캔 받침대 4 : 촬상 테이블

6 : 조작원 콘솔 20 : X선 관

22 : 시준기 24 : 검출기 어레이

26 : 데이터 수집부 28 : X선 제어기

30 : 시준기 제어기 32 : 회전부

34 : 회전 제어기 36 : 경사 제어기

60 : 중앙 처리 장치 62 : 제어 인터페이스

64 : 데이터 수집 버퍼 66 : 저장 디바이스

68 : 디스플레이 디바이스 70 : 동작 디바이스

본 발명은 X선 충돌 위치 정렬 방법과 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치(X-ray impinging position alignment method and X-ray tomographic imaging method and apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, X선 관에서 생성된 X선을 시준기(collimator)를 통하여 X선 검출기에 방사하는 X선 방사/검출 장치용 X선 충돌 위치 정렬 방법과, 이러한 X선 충돌 위치 정렬에 의거하여 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치에 관한 것이다.

X선 CT(computed tomography)에서, X선 관에서 생성되는 X선을 시준기를 통해 X선 검출기로 방사하는 X선 방사/검출 장치는 검사될 피검체 주위에서 회전되고{즉, 스캔되고(scans)}, 피검체에 대한 투영 데이터는 피검체의 주변에서 X선을 사용하여 다수의 관찰 방향으로 측정되어, 투영 데이터를 기반으로 한 단층상을 생성한다(즉, 재현한다).

X선 방사 장치는 촬상 범위가 포함되는 폭과, 이 폭에 대해 수직인 방향으로 일정한 두께를 갖는 X선 빔을 방사한다. X선 빔의 두께는 시준기의 X선 통과 구경의 개방 정도에 의해 결정된다.

X선 검출 장치는 어레이 내에서 X선의 빔 폭의 방향으로 배열된 다중 X선 검출기 소자를 포함하는 다중 채널 X선 검출기로 X선을 검출한다. 다중 채널 X선 검출기는 X선 빔 폭 방향으로 X선 빔 폭에 대응하는 길이(즉, 폭)와, X선 빔 두께의 방향으로 X선 빔 두께보다 큰 길이(즉, 두께)를 갖는다.

몇몇 X선 검출기는 두 슬라이스(slices)에 대한 투영 데이터를 동시에 얻도록, 두 행을 갖는 X선 검출기 소자 어레이를 포함한다. 이러한 X선 검출기에서, 어레이의 두 행은 평행하게 서로 인접 배열되고, X선 빔은 두께 방향으로 동일하게 배분된 검출기 상에 충돌한다. 피검체의 동일 중심에서 어레이의 두 행 각각에 충돌하는 X선 빔의 각각의 두께는 단층상의 슬라이스 두께를 결정한다.

X선 관에서, X선 초점은 사용 중의 온도 상승 등에 의해 야기된 열팽창으로 인해 이동하여, 시준기 구경을 통과한 후 두께 방향으로 X선 빔을 변위(displacement)시킨다. X선 빔이 두께 방향으로 변위되면, 어레이의 두 행 사이의 X선 빔 두께의 분포 비율은 변화하고, 두 어레이 시리즈에 투영된 피검체의 각각의 슬라이스 두께는 동일하지 않게 된다.

따라서, 어레이의 두 행에 각각의 기준 채널을 제공하고, 기준 채널에서 X선 카운트 사이의 비율을 감시하고, 비가 1과 같지 않을 경우 X선 충돌 위치의 이동을 검출하고, 시준기 위치를 조정하여 X선 충돌 위치가 고정 위치에서 유지되도록 제어하는 것을 포함하는 기술이 사용되고 있다.

그러나, 충돌 위치를 제어하는 상기 기술은 X선이 방사되고 스캔이 시작된 후에만 개시되어야 하기 때문에, 스캔이 시작된 직후 X선 충돌 위치가 고정 위치와 항상 일치하지는 않거나, 보다 자주 고정 위치로부터 이동될 수 있다. 따라서, 초기에 얻어진 영상의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 X선 충돌 위치가 스캔의 초기부터 고정 위치와 일치하게 하는 X선 충돌 위치 정렬 방법과, 이러한 X선 충돌 위치 정렬에 의거하여 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따라서, X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기로 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행할 때, 스캔 시작 전에 X선 관의 온도와 현재 사용될 스캔 조건을 기반으로 하여 X선 관에서의 X선 초점 위치를 예측하는 단계와, X선 관에서 생성된 X선이 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록 예측된 위치에 따라 시준기의 위치 및/또는 X선 검출기의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 X선 충돌 위치 정렬 방법이 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 따라서, X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기로 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행할 때, 스캔을 시작하기 전에 X선 관의 온도와 현재 사용될 스캔 조건을 기반으로 하여 X선 관에서의 X선 초점 위치를 예측하는 단계와, X선 관에서 생성된 X선이 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록, 예측된 위치에 따라 시준기의 위치 및/또는 X선 검출기의 위치를 조정하는 단계와, 조정 단계에 의해 위치 조정된 후 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행하는 단계를 포함하는 X선 단층촬영 촬상 방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 측면에 따라서, X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기로 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 장치로서, 스캔을 시작하기 전의 X선 관의 온도와 현재 사용될 스캔의 조건을 기반으로 하여 X선 관의 위치에서 X선 초점 위치를 예측하는 초점 위치 예측 수단과, X선 관에서 생성된 X선이 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록, 예측된 X선 초점 위치에 따라 시준기의 위치 및/또는 X선 검출기의 위치를 조정하는 위치 조정 수단을 포함하는 X선 단층촬영 촬상 장치가 제공된다.

본 발명의 제 1 내지 제 3 측면 중 어느 측면이든, X선 초점 위치가 축 스캔에서 적절히 예측될 수 있다는 점에서, 스캔 조건은 적어도 X선 방사/검출 장치의 경사각과 스캔 시간을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 내지 제 3 측면 중 임의의 측면에서, X선 초점 위치가 정지 스캔에서 적절히 예측될 수 있다는 점에서, 스캔 조건은 적어도 X선 방사/검출 장치의 경사각과 방위각을 포함하는 것이 바람직하다.

위의 경우에, X선 초점 크기가 변할 때 X선 초점 위치가 적절히 예측될 수 있다는 점에서, 스캔 조건은 X선 초점 크기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 내지 제 3 측면의 X선 충돌 위치 정렬 방법과 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치는 스캔을 시작하기 전에 예측된 X선 초점 위치에 따라 시준기 및/또는 X선 검출기의 위치를 조정하여, X선이 스캔의 바로 그 시작에서부터 X선 검출기의 고정 위치에 충돌하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 X선 충돌 위치가 스캔의 시작에서부터 고정 위치와 일치시키는 X선 충돌 위치 정렬 방법과, 이러한 X선 충돌 위치 정렬에 의거하여 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치를 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부 도면에 예시한 본 발명의 바람직일 실시예에 대한 다음의 설명에 의거하여 명백해질 것이다.

본 발명은 첨부 도면에 도시한 실시예를 참조하여 이제 보다 상세히 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예인 X선 CT 장치의 블록도를 도시한다. 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 나타내고, 이 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 장치는 스캔 받침대(scan gantry)(2)와, 촬상 테이블(4)과, 조작원 콘솔(operator consol)(6)을 포함한다. 스캔 받침대(2)는 X선 관(20)을 구비한다. X선 관(20)은 본 발명에 따른 X선 관의 일 실시예를 나타낸다. X선 관(20)에는 온도 검출기(도시되지 않음)가 제공된다. X선 관(20)에서 방사되는 X선(도시되지 않음)은 시준기(22)에 의해 예를 들면, 부채 모양의 X선 빔으로 형성되고, 검출기 어레이(24)에 충돌하도록 만들어진다. 시준기(22)는 본 발명에 따른 시준기의 일 실시예를 나타낸다. 또한, 검출기 어레이(24)는 본 발명에 따른 X선 검출기의 일 실시예를 나타낸다. 검출기 어레이(24)는 부채꼴형 X선 빔 스프레딩 방향으로 어레이 내에 배열되는 다수의 X선 검출기 소자를 구비한다. 검출기 어레이(24)의 구성은 다음에 설명될 것이다.

X선 관(20), 시준기(22) 및 검출기 어레이(24)는 함께 X선 방사/검출 장치를 구성한다. X선 방사/검출 장치는 본 발명에 따른 X선 방사/검출 장치의 일 실시예를 나타내다. X선 방사/검출 장치의 구성은 다음에 설명될 것이다. 검출기 어레이(24)는 검출기 어레이(24)에 있는 개별 X선 검출기 소자에 의해 검출되는 데이터를 수집하는 데이터 수집부(26)에 접속된다. 데이터 수집부(26)는 X선 관(20)의 온도 데이터도 수집한다.

X선 관(20)에서 X선을 방사하는 것은 X선 제어기(28)에 의해 제어된다. X선 관(20)과 X선 제어기(28) 사이의 접속 관계는 도면에서 생략된다. 시준기(22)는 시준기 제어기(30)에 의해 제어된다. 시준기(22)와 시준기 제어기(30) 사이의 접 속 관계는 도면에서 생략된다.

위에서 설명한 X선 관(20)에서부터 시준기 제어기(30)까지의 구성 요소는 스캔 받침대(2)의 회전부(32) 상에 지지된다. 회전부(32)의 회전은 회전 제어기(34)에 의해 제어된다. 회전부(32)와 회전 제어기(34) 사이의 접속 관계는 도면에서 생략된다. 스캔 받침대(2)는 스캔 받침대(2)의 경사 동작을 제어하는 경사 제어기(36)도 구비한다.

촬상 테이블(4)은 피검체(도 1에 도시되지 않음)를 스캔 받침대(2)내의 X선 방사 공간 내부 또는 X선 방사 공간 밖으로 운반하기 위한 것이다. 피검체와 X선 방사 공간 사이의 관계는 다음에 설명될 것이다.

조작원 콘솔(6)은 예를 들면, 컴퓨터로 구성되는 중앙 처리 장치(60)를 구비한다. 중앙 처리 장치(60)는 제어 인터페이스(62)와 접속되고, 제어 인터페이스(62)는 차례로, 스캔 받침대(2) 및 촬상 테이블(4)과 접속된다.

중앙 처리 장치(60)는 제어 인터페이스(62)를 경유하여 스캔 받침대(2) 및 촬상 테이블(4)을 제어한다. 스캔 받침대(2)에 있는 데이터 수집부(26), X선 제어기(28), 시준기 제어기(30), 회전 제어기(34) 및 경사 제어기(36)는 제어 인터페이스(62)를 통하여 제어된다. 이들 부분들과 제어 인터페이스(62) 사이의 개별 접속은 도면에서 생략된다. 중앙 처리 장치(60)는 본 발명에 따른 초점 위치 예측 수단의 일 실시예를 나타낸다. 중앙 처리 장치(60), 제어 인터페이스(62) 및 시준기 제어기(30)로 구성되는 부분은 본 발명에 따른 위치 조정 수단의 일 실시예를 나타낸다.

중앙 처리 장치(60)는 데이터 수집 버퍼(64)에 연결되며, 데이터 수집 버퍼(64)는 스캔 받침대(2)의 데이터 수집부(26)에 연결된다. 데이터 수집부(26)에서 수집된 데이터는 데이터 수집 버퍼(64)에 입력되고, 버퍼(64)는 입력 데이터를 일시적으로 저장한다.

중앙 처리 장치(60)는 여러 가지 데이터, 재현된 영상, 프로그램 등을 저장하는 저장 디바이스(66)와도 접속된다. 중앙 처리 장치(60)는 더욱이 중앙 처리 장치(60)로부터 출력된 재현된 영상 및 다른 정보를 표시하는 디스플레이 디바이스(68)와, 여러 가지 명령 및 정보를 중앙 처리 장치(60)에 입력하기 위해 조작원(human operator)이 동작시키는 동작 디바이스(70)와 접속된다.

도 2는 검출기 어레이(24)의 구성을 개략적으로 예시한다. 검출기 어레이(24)는 다수(예를 들면, 1,000 정도)의 X선 검출기 소자(24i)가 호 형상으로 배열되는 2행의 다중 채널 X선 검출기(242, 244)로 구성된다. 참조 기호 'i'는 채널 색인을 나타내며, 예를 들면, i=1 내지 1,000 이다. X선 검출기(242, 244)는 평행하게 서로 인접 배치된다. 검출기 어레이(24)의 양 단부(end)에 있는 일정한 수의 채널은 각각의 행에 대한 기준 채널로 사용된다. 기준 채널은 피검체가 촬상할 때 투영되는 범위밖에 위치한다.

도 3은 X선 방사/검출 장치에 있는 X선 관(20), 시준기(22) 및 검출기 어레이(24) 사이의 상호 관계를 예시한다. 도 3a는 정면도이고, 도 3b는 측면도이다. X선 방사/검출 장치에 의해 형성되는 기하학적 공간에서 3개의 상호 직교 좌표축은 x, y, z이라 한다. 이들 기호는 다음 도면에서도 마찬가지로 사용된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, X선 관(20)에서 방사되는 X선은 시준기(22)에 의해 부채꼴 형상의 X선 빔(40)으로 형성되고, 검출기 어레이(24)에 충돌한다. 도 3a에서, 부채꼴 형상의 X선 빔(40)의 범위 즉, X선 빔(40)의 폭이 예시된다. X선 빔(40)의 부채꼴 표면은 x-y 평면과 평행하다. 도 3b에서, X선 빔(40)의 두께가 예시된다. X선 빔(40)은 두 행의 X선 검출기(242, 244)와 충돌하는데, 상기 X선 검출기(242, 244)의 두께는 동일하게 할당된다. X선 빔(40)의 두께 방향은 z 방향과 일치한다. z 방향은 또한 X선 방사/검출 장치의 회전축의 방향과도 일치한다.

도 4에 예로 도시된 바와 같이, 촬상 테이블(4)에 배치된 피검체(8)는 X선 방사 공간으로 운반되는데, 피검체의 몸체 축은 X선 빔(40)의 부채꼴 표면과 교차한다. 피검체(8)의 몸체 축은 z 방향과 일치한다. X선 빔(40)으로 분할되는 피검체(8)의 투영상은 검출기 어레이(24)에 투영된다. 피검체(8)의 동일 중심에서 X선 빔(40)의 두께의 1/2는 피검체(8)의 각각의 두 슬라이스 두께 'th'를 부여한다. 슬라이스 두께 'th'는 시준기(22)의 구경에 의해 결정된다.

검출기 어레이(24) 상의 X선 빔의 충돌 상태를 예시하는 개략도는 도 5에 보다 상세히 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 구경이 좁아지도록 하는 방향으로 시준기(22)에 있는 시준기 블록(220, 222)을 이동시킴으로써, X선 검출기(242, 244)에서 투영상의 슬라이스 두께 'th'가 감소될 수 있다. 마찬가지로, 구경이 넓어지는 방향으로 시준기 블록(220, 222)이 이동되면, 투영상의 슬라이스 두께 'th'가 증가될 수 있다. 슬라이스 두께 'th'를 한정하는 시준기 블록(220, 220) 모두가 그들의 상대적 위치 관계가 유지되면서 z 방향으로 동시에 이동되면, 검출기 어레이(24)에 충돌하는 z 위치가 조정될 수 있다.

이러한 슬라이스 두께 조정 및 충돌 위치 조정은 시준기 제어기(30)에 의해 이루어진다. 충돌하는 z 위치는 검출기 어레이(24)에서 두 행의 각각의 기준 채널 사이의 출력 비를 기반으로 하여 검출되고, 시준기(22)의 위치는 슬라이스 두께가 두 행의 검출기 어레이 사이에서 동일하게 되도록, 검출된 신호를 기반으로 하여 조정된다. 따라서 X선 관에서 초점의 이동에 의한 충돌 위치의 변화가 수정되고, X선 빔(40)은 고정 위치에 끊임없이 충돌하게 된다. 이러한 기능을 이하에서는 자동 시준기라 한다.

충돌하는 z 위치는 시준기 블록(220, 222)을 이동시키는 대신, 도 5에 점선 화살표로 표시된 시준기(22)와 관련하여 z 방향으로 검출기 어레이(24)를 이동시킴으로써 조정될 수 있음을 유념하라. 따라서, 슬라이스 두께를 조정하고 충돌 위치를 두께 방향으로 제어하는 두 메커니즘은 분리될 수 있고, 따라서, 제어를 다양화시킨다. 다른 한편, 전체 제어가 위에서 설명된 시준기에 의해서만 실행되면, 제어 메커니즘이 모두 하나로 통합될 수 있어, 구성을 단순화할 필요성을 충족시킨다. 이들 두 수단이 충돌 위치 조정을 성취하도록 결합될 수 있음을 쉽게 인지할 것이다.

X선 관(20), 시준기(22) 및 검출기 어레이(24)로 구성되는 X선 방사/검출 장치는 그들의 상호관계가 유지되는 상태로, 피검체(8)의 몸체 축 주위를 회전한다(즉, 축 스캔). 피검체에 대한 투영 데이터는 매 스캔 회전에 대해 다수의(예를 들면, 1,000 정도의) 관찰 각도에서 수집된다. 투영 데이터의 수집은 검출기 어레이(24), 데이터 수집부(26) 및 데이터 수집 버퍼(64)로 구성되는 라인에 의해 실행된다.

데이터 수집 버퍼(64)에 수집된 두 슬라이스에 대한 투영 데이터를 기반으로 하여, 중앙 처리 장치(60)는 단층상을 생성, 즉 두 슬라이스에 대해 영상 재현을 실행한다. 영상 재현은 예를 들면, 여파된 후방 투영 기술을 사용하여, 1 회전 동안의 스캔에서 얻어지는 예를 들면, 1,000개의 뷰에 대한 투영 데이터를 처리함으로써 실행된다.

스캔 받침대(2)가 경사 제어기(36)에 의해 경사질 경우, X선 방사/검출 장치의 회전 축(즉, z 축)은 피검체(8)의 몸체 축에 대해 기울어진다. 이는 도 4의 도면에서 반 시계 방향 또는 시계 방향으로 경사진 슬라이스 면의 스캐닝을 허용한다.

더욱이, 피검체(8)의 투시 영상은 X선 방사/검출 장치의 회전이 정지된 채 X선을 방사하고, 피검체(8)의 몸체 축의 방향으로 촬상 테이블(4)을 이동시키며 투영 데이터를 수집함으로써 얻어진다. 이러한 투시 촬영을 때로는 정지 스캔이라고도 한다. 투시 영상은 회전 궤도에서 X선 관(20)의 위치에 대응하는 임의의 각에서 정면 영상, 측면 영상 또는 경사진 측면 영상으로 얻어질 수 있다. 투시 촬영에서 회전 궤도상의 X선 관(20)의 위치는 y 방향과 관련한 각도(즉, 방위각)로 표시된다.

도 6은 X선 관(20)의 주요 부분에 대한 구성을 개략적으로 도시하며, 도 6a는 정면도이고, 도 6b는 측면도이다. 도시한 바와 같이, 빈 관(도시되지 않음) 내에 서로 마주보는 회전 애노드(200) 및 캐소드(202)가 제공된다. 회전 애노드(200)와 캐소드(202) 사이에 사전 결정된 고 전압이 인가된다. 회전 애노드(200)는 구동부(도시되지 않음)에 의해 구동되어, 고속으로 회전한다. 회전 애노드(200)는 캐소드(202)와 마주하는 경사면을 구비하는데, 이 경사면에서는 전자빔의 충돌 에너지에 의해 전자빔이 캐소드(202)로부터 방사되어 X선 빔(40)을 생성한다.

회전 애노드(200)의 표면 상의 전자 빔 충돌 영역은 예를 들면, 캐소드(202)를 전환시킴으로써 두 영역 사이 즉, 작은 영역(204)과 큰 영역(204') 사이에서 전환될 수 있다. 작은 영역(204)은 작은 X선 초점을 형성하여 X선 빔(40)을 생성하고, 큰 영역(204')은 큰 X선 초점을 형성하여 X선 빔(40')을 생성한다. X선 초점은 후술에서 단순히 초점이라고도 할 것이다.

전자빔의 충돌 에너지는 회전 애노드(200)의 온도를 상승시키고 따라서 X선 관(20)의 온도를 상승시킨다. X선 관(20)의 온도는 X선 방사의 지속 시간에 대응하게 상승한다. 온도 상승은 열 팽창을 수반하는데, 열 팽창은 초점 z 위치가 변위되게 한다. 변위의 방향은 회전 애노드(200)의 회전축이 팽창하는 방향과 일치하고, 이 변위 방향은 "+(플러스) 방향"이라 하고, 반대 방향은 "-(마이너스) 방향"이라 한다.

변위의 절대치가 작다 할지라도, 변위는 시준기 구경의 받침점(fulcrum)을 갖는 광학적 지레 작용(optical leverage)에 의해 확대되기 때문에 검출기 어레이(24)의 X선 충돌 표면 상에서 상당히 큰 이동 거리처럼 보인다. 동일한 원리가 아래에 설명되는 다른 요인으로 인한 초점 이동에 적용된다.

초점 z 이동은 스캔 받침대(2)의 경사로 인한 것이다. 특히, 스캔 받침대(2)가 도 4에서 반 시계 방향{즉, (+) 방향}으로 경사지면, 초점은 예를 들면, (+) 방향으로 이동되고, 스캔 받침대(2)가 시계 방향{즉, (-) 방향}으로 경사지면, 초점은 예를 들면, (-) 방향으로 이동된다. 더욱이 초점 z 위치는 스캔하는 동안 스캔 받침대(2)의 회전 속도에 의해 영향을 받는다. 특히, 스캔 받침대(2)의 회전으로 인한 원심력(centrifugal force)이 X선 관(20)에 작용하고, 이 원심력은 회전 속도에 따라 변하기 때문에, 예를 들면, 회전 속도가 높아질 때, 즉 스캔 시간이 짧아질 때, 초점은 (+) 방향으로 이동한다.

더욱이, 초점이 도 6에 도시된 바와 같이 회전 애노드(200) 상의 전자 빔 충돌 영역을 변화시킴으로써 큰 것과 작은 것 사이에서 전환될 때, 초점 z 위치는 회전 애노드(200)의 전자 빔 충돌 표면의 경사 때문에 이동한다. 그 외에, 정지 스캔이 실행될 때, 초점 z 위치는 스캔 시간에 의해서 영향을 받지 않지만, X선 관(20)의 방위각에 의해 영향을 받는다. 특히, 방위각이 0°일 때, 최대 변위는 예를 들면 (+) 방향으로 발생하고, 방위각이 180°일 때 최대 변위는 예를 들면, (-) 방향으로 발생한다. 마찬가지로, 0°와 180° 사이의 방위각은 중간 변위를 초래한다.

초점 z 위치는 따라서 적어도 X선 관(20)의 온도, 스캔 받침대(2)의 경사각, 스캔 시간, 초점 크기(크거나 작음) 및 방위각으로 구성되는 요인에 의해 변화된다. 따라서, 중앙 처리 장치(60)는 스캔을 시작할 때 이들 요인을 기반으로 하여 초점 이동을 예측하고, x선 빔(40)의 충돌 위치가 검출기 어레이(24) 상의 고정 위치와 일치하게 하도록 시준기(22)의 z 오프셋 거리를 계산한다. 대안적으로, 검출기 어레이(24)의 위치를 조정하는 메커니즘이 제공되면, 검출기 어레이(24)의 z 오프셋 거리는 x선 빔(40)의 충돌 위치가 검출기 어레이(24)의 고정 위치와 일치하도록 계산될 수 있다. 시준기(22)의 위치 {및/또는 검출기 어레이(24)의 위치}는 계산된 값에 따라 조정되고, 이어서 스캔이 시작된다.

도 7은 시준기의 초점 이동과 그것의 대응하는 위치 조정의 개념을 나타내는 다이어그램을 도시한다. 도 7을 참조하면, 표준 상태는 초점이 검출기 어레이(24)의 z 중심에서 연장되는 정상 라인 상의 위치(206)에 위치할 때의 상태로 정의되고, 표준 시준기 위치는 x선 빔(40)이 표준 상태에서 시준기(22)를 통하여 검출기 어레이(24)의 중심에 충돌하는 시준기(22)의 위치(230)로 정의된다.

초점이 표준 상태로부터 위치(206')로 도면에서 좌측(+) 방향으로 이동할 때, 위치(206')에서 방사시킨 x선 빔(40')을 검출기 어레이(24)의 중심에 충돌시키기 위하여, 시준기(22)는 표준 위치(230)로부터 위치(230')로 (+) 방향으로 오프셋되어야 한다. 마찬가지로, 초점이 표준 상태에서 위치(206")로 도면에서 우측(-) 방향으로 이동할 때, 위치(206")에서 방사시킨 x선 빔(40")을 검출기 어레이(24)의 중심에 충돌시키기 위하여, 시준기(22)는 표준 위치(230)에서 위치(230")로 (-) 방향으로 오프셋되어야 한다. 시준기(22)의 오프셋 거리 Z는 초점 이동 거리 z에 비례하며, 다음 수학식

으로 표시되고, 여기서, 비례 상수 G1(이득)은 1보다 작은 양의 값이다.

도 8은 검출기 어레이의 초점 이동과 그것의 대응하는 위치 조정에 대한 개념을 나타내는 다이어그램을 도시한다. 초점이 표준 상태에서 위치(206')로 도면에서 좌측(+) 방향으로 이동할 때, 위치(206')에서 방사시킨 x선 빔(40')을 검출기 어레이(24)의 중심에 충돌시키기 위하여, 검출기 어레이(24)는 표준 위치(240)에서 위치(240')로 (-) 방향으로 오프셋되어야 한다. 마찬가지로, 초점이 표준 상태에서 위치(206")로 도면에서 우측(-) 방향으로 이동할 때, 위치(206")에서 방사시킨 x선 빔(40")을 검출기 어레이(24)의 중심에 충돌시키기 위하여, 검출기 어레이(24)는 표준 위치(240)에서 위치(240")로 (+) 방향으로 오프셋되어야 한다. 검출기 어레이(24)의 오프셋 방향 Z는 초점 이동 거리 z에 비례하며, 다음 수학식

으로 표시되고, 여기서, 비례 상수 G2(이득)는 절대치가 1보다 큰 음의 값이다.

본 발명자는 축 스캔에서, 초점 이동 거리와 전술한 요인이 다음과 같은 관계

를 갖는다는 것을 발견하였고, 여기서,

T는 동작 온도 범위에 대한 X선 관의 온도의 퍼센트이고,

T₁은 온도 범위의 상한, 예를 들면 90%이며,

T₂는 온도 범위의 하한, 예를 들면 10%이며,

U는 경사각이고,

U₁은 (+) 방향으로의 경사각의 상한, 예를 들면 30°이며,

U₂는 (-) 방향으로의 경사각의 상한, 예를 들면 30°이며,

V는 스캔 시간이고,

V₁은 최장 스캔 시간, 예를 들면 3초이며,

V₂는 최단 스캔 시간, 예를 들면 0.8초이며,

W는 초점 크기, 즉 '큰 초점' = 1이고 '작은 초점'=0이며,

a, b, c, d, k는 상수이다.

본 발명자는 또한, 정지 스캔에서, 초점 이동 거리 및 전술한 요인들이 다음 수학식

과 같은 관계를 갖는 것을 발견하였고, 여기서,

T는 동작 온도 범위에 대한 X선 관의 온도의 퍼센트이고,

T₁은 온도 범위의 상한, 예를 들면 90%이며,

T₂는 온도 범위의 하한, 예를 들면 10%이며,

U는 경사각이고,

U₁은 (+) 방향으로의 경사각의 상한, 예를 들면 30°이며,

U₂는 (-) 방향으로의 경사각의 상한, 예를 들면 30°이며,

X는 방위각이고,

W는 초점 크기, 즉 '큰 초점' = 1이고 '작은 초점'=0이며,

a', b', c', d', k'는 상수이다.

중앙 처리 장치(60)는 축 스캔에서 (수학식 3)에 따라 그리고 정지 스캔에서 (수학식 4)에 따라 초점 이동 거리 z를 예측하고, 예측된 값을 사용하여 (수학식 1)에 따라 시준기(22)가 이동될 거리 Z를 계산하고, 계산된 거리 Z를 기반으로 하여 시준기 제어기(30)를 통하여 위치 조정을 실행한다. 거리 Z는 검출기 어레이(24)의 위치가 조정될 때 (수학식 2)에 따라 계산된다.

그러나 (수학식 1)이 시준기(22)의 초기 위치가 표준 위치와 일치하는 경우를 나타내기 때문에, 시준기(22)의 오프셋 거리 Z'는 대개 표준 위치에서 시준기(22)의 현재 위치의 이동 z0을 포함하는 아래의 (수학식 5)를 사용하여 계산된다. 시준기(22)의 현재 위치는 중앙 처리 장치(60)에 의해 항상 감시된다는 것을 유념하라. 검출기 어레이(24)의 위치가 조정되는 경우에도 동일하다.

본 발명자는 아래와 같이, 전술한 요인을 기반으로 하여 시준기(22)의 오프셋 거리를 직접 계산하는 식을 더 발견하였다. 아래의 수학식에서 특별히 식별되지 않는다 할지라도, 초점 이동의 예측이 포함된다는 것은 명백하다.

축 스캔에 관하여는,

이고, 여기서 A, B, C, D, K는 상수이다.

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정지 스캔에 관하여는,

이고, 여기서 A, B, C, D, K는 상수이다.

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상수 A 내지 K는 본 장치를 교정함으로써 얻어질 수 있다. 교정은 스캔 조건이 하나씩 변이되는(differentiated) 스캔 상태에서, 스캔에 의해 실행된다. 교정 스캔은 피검체(8)를 지지하지 않고서 실행된다는 것을 쉽게 인지할 것이다.

축 스캔을 위한 스캔 순서 및 그 각각의 조건은 도 9의 테이블에 예시적으로 도시된다. 먼저, 시준기(22)는 표준 위치와 정렬되고, 제 1 스캔 1은 이 상태로 실행된다. 테이블에 도시한 바와 같이, 스캔 조건은 다음과 같다. 즉, X선 관의 온도는 동작 온도 범위의 10% 미만이고, 경사각은 -30°이고, 스캔 시간은 3초이고, 초점 크기는 '작다'. 스캔은 자동 시준기 기능에 의해 실행된다. 따라서, 시준기(22)의 위치는 x선 빔(40)의 충돌 위치가 고정 위치에 있도록 자동으로 조정된다. 그 다음에, 시준기 위치 Z1은 자동 조정된 후에 얻어진다. Z1은 스캔 1에 대한 스캔 조건에 의해 영향을 받는 초점 위치를 반영한다.

다음에, 스캔 2가 실행된다. 스캔 조건은 경사각이 +30°인 것을 제외하면 스캔 1에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서부터, 시준기(22)의 위치 Z2는 자동 시준기에 의해 자동 조정된 후 얻어진다. Z2는 스캔 2에 대한 스캔 조건에 의해 영향을 받는 초점 위치를 반영하고, 경사각의 영향에 있어서만 Z1과 상이하다.

그 다음에, 스캔 3이 실행된다. 스캔 조건은 초점 크기가 '큰' 것을 제외하면 스캔 2에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서, 시준기(22)의 위치 Z3은 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후 얻어진다. Z3은 스캔 3에 대한 스캔 조건에 의해 영향을 받은 초점 위치를 반영하고, 초점 크기의 영향에 있어서만 Z2와 상이 하다.

그 다음에, 스캔 4가 실행된다. 스캔 조건은 스캔 시간이 0.8초인 것을 제외하면 스캔 3에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서, 시준기(22)의 위치 Z4는 자동 시준기에 의해 자동으로 조정될 후 얻어진다. Z4는 스캔 4에 대한 스캔 조건에 의해 영향을 받은 초점 위치를 반영하고, 스캔 시간의 영향에 있어서만 Z3과 상이하다.

이들 스캔 후에, 아이들 스캔(idle scan)은 X선 관의 온도를 상승시키도록 연속으로 실행된다. 아이들 스캔 동안, 자동 시준기 기능이 사용되지 않는다. X선 관의 온도가 동작 온도 범위의 90%보다 크게 이를 때, 스캔 5가 실행된다. 스캔 조건은 X선 관의 온도가 동작 온도 범위의 90%보다 크다는 것을 제외하면 스캔 4에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서, 시준기(22)의 위치 Z5는 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후에 얻어진다. Z5는 스캔 5에 대한 스캔 조건에 의해 영향을 받는 초점 위치를 반영하고, X선 관(20)의 온도의 영향에 있어서만 Z4와 상이하다.

이와 같이 얻어진 데이터 Z1 내지 Z5는 다음 수학식

에 따라 상수 A 내지 K를 계산하는데 사용되고, 여기서 T₁, T₂, U₁, U₂, V₁ 및 V₂는 (수학식 3)과 동일하다.

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정지 스캔에 대한 스캔의 순서 및 그 각각의 조건은 도 10의 테이블에 예시적으로 도시된다. 먼저, 시준기(22)는 표준 위치로 정렬되고, 제 1 스캔은 이 상태에서 실행된다. 테이블에 나타낸 바와 같이, 스캔 조건은 다음과 같다. 즉, X선 관의 온도는 동작 온도 범위의 10% 미만이고, 경사각은 -30 °이고, 방위각은 0°이고, 초점 크기는 '작다'. 스캔은 자동 시준기 기능에 의거하여 실행된다. 따라서, 시준기(22)의 위치는 x선 빔(40)의 충돌 위치가 고정 위치에 있도록 자동으로 조정된다. 시준기 위치 Z1은 자동으로 조정된 후에 얻어진다.

그 다음에, 스캔 2가 실행된다. 스캔 조건은 경사각이 30°인 것을 제외하면 스캔 1에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서부터, 시준기(22)의 위치 Z2은 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후에 얻어진다.

그 다음에, 스캔 3이 실행된다. 스캔 조건은 초점 크기가 "큰" 것을 제외하면 스캔 2에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서부터, 시준기(22)의 위치 Z3은 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후에 얻어진다.
그 다음에, 스캔 4가 실행된다. 스캔 조건은 방위각이 180°인 것을 제외하면 스캔 3에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서부터, 시준기(22)의 위치 Z4는 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후에 얻어진다.

이들 스캔 후에, X선 방사는 X선 관의 온도를 상승시키도록 연속으로 실행된다. 이 시간 동안, 자동 시준기 기능이 사용되지 않는다. X선 관의 온도가 동작 온도 범위의 90%보다 높게 이를 때, 스캔 5가 실행된다. 스캔 조건은 X선 관의 온도가 동작 온도 범위의 90%보다 크다는 것을 제외하면, 스캔 4에서의 스캔 조건과 동일하다. 이 스캔에서부터, 시준기(22)의 위치 Z5는 자동 시준기에 의해 자동으로 조정된 후에 얻어진다.

이와 같이 얻어진 데이터 Z1 내지 Z5는 다음 식

에 따라 상수 A 내지 K를 계산하는 데 사용되고, 여기서 T₁, T₂, U₁ 및 U₂는 (수학식 4)와 동일하다.

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(수학식 5), (수학식 6) 및 (수학식 7)은 각각 두 검출기 행의 슬라이스 두께가 같아지도록 X선 빔(40)이 방사되지만, 두 검출기 행의 슬라이스 두께 비가 대개 1:n(n≥1)일 경우, 다음 수학식

으로 표시되는 거리 'zn'만큼 큰 슬라이스 두께를 갖는 쪽으로 시준기(22)의 위치를 변위시키기 위해 교정이 이루어질 수 있고, 여기서, M은 시준기 구경의 전체 폭이다.

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이제 본 장치의 동작이 설명될 것이다. 본 장치는 조작원이 내린 명령을 기반으로 하여 중앙 처리 장치(60)의 제어 하에서 진행된다. 조작원은 촬상 조건을 동작 디바이스(70)를 통하여 입력한다. 촬상 조건은 관 전압, 관 전류, 슬라이스 두께, 슬라이스 위치, 경사각, 스캔 시간, 초점 크기 등을 포함한다. 정지 스캔에서, 방위각은 스캔 시간 대신 포함된다. 이하 설명이 축 스캔을 참조하여 이루어지지만, 정지 스캔에도 동일하게 적용된다. 더욱이, 설명이 시준기(22)의 위치가 조정되는 경우를 참조하여 이루어지지만, 검출기 어레이(24)의 위치를 조정하는 경우 또는 시준기(22) 및 검출기 어레이(24)의 위치를 조정하는 경우에도 동일하게 적용된다.

중앙 처리 장치(60)는 스캔의 초기에 스캔 조건과 (수학식 3)을 기반으로 하여 X선 관(20)의 온도 측정에 의거하여 X선 관(20)의 초점 z 위치를 예측하고, (수학식 5)에 의해 시준기(22)의 z 위치 Z'를 계산한다. 대안적으로 시준기(22)의 z 위치 Z'는 (수학식 6)을 기반으로 하여 직접 계산된다.

그 다음에, 조작원이 내린 명령을 기반으로 하여, 피검체(8)를 지지하는 촬상 테이블(4)이 배치되고, 이어서 스캔 받침대(2)의 회전부(32)가 회전되고, X선이 방사되어 축 스캔을 시작한다. 스캔의 시작에서 X선 관(20)의 초점 위치에 대응하는 시준기(22)의 z 위치 Z'이 조정되었기 때문에, X선 빔(40)은 스캔의 시작에서 검출기 어레이(24) 상의 고정 위치에 충돌한다. 그 외에, 스캔의 시작에서 발생하는 X선 관의 온도 상승으로 인한 초점 이동에 대하여, 충돌 위치는 자동 시준기 기능에 의해 안정화된다.

중앙 처리 장치(60)는 스캔하는 동안 수집된 관찰 데이터(view data)를 기반으로 영상 재현을 실행한다. 영상 재현은 여파된 후방 투영(filtered back projection)과 같은 기술에 의해 관찰 데이터를 처리하여 실행된다. 피검체(8)의 단층상은 영상 재현에 의해 얻어진다. X선이 시작에서부터 검출기 어레이(24) 상의 고정 위치에 충돌하기 때문에, 재현된 영상은 시작에서부터 바람직한 품질로 얻어질 수 있다.

검출기 어레이(24)가 두 평행한 행의 X선 검출기를 구비하기 때문에, 인접한 두 슬라이스에 대한 단층상은 한 스캔에서 동시에 얻어질 수 있다. 이는 다중 슬라이스 스캔 또는 나선형 스캔을 실행할 때 효율성이 향상된다. 재현된 영상은 디스플레이 디바이스(68)에 표시되고, 저장 디바이스(66)에도 저장된다.

따라서, 스캔을 시작하기 전에, X선 관(20)에서의 초점 위치가 예측되고, 시준기(22) 등의 초기 위치는 조정되어, X선 빔(40)이 검출기 어레이 상의 고정 위치와 충돌하게 된다. 이러한 위치 조정은 스캔 휴지 시간(scan dwell time)이 예를 들면, 양호한 품질을 갖는 영상을 얻기 위하여 1시간을 초과할 때마다 실행되는 것이 바람직하다. 휴지 시간이 1시간을 초과하지 않을 때조차도 X선 관의 온도가 동작 온도 범위의 10% 미만으로 떨어지면 위치 조정이 실행되어야 한다.

더욱이, 다른 경우에, 현재 사용될 스캔 조건으로부터 얻어지는 예측된 오프셋 크기와 이미 사용된 스캔 조건에서 얻어지는 예측된 오프셋 크기의 차가 일정한 한계를 초과할 때 위치 조정이 실행되는 것이 바람직하다. 더욱이, 항상 양호한 품질을 갖는 영상을 얻기 위하여 촬상 시리즈 또는 검사가 변할 때마다 위치 조정이 실행되는 것이 바람직하다.

앞의 설명에서 X선 검출기의 두 행으로 구성되는 검출기 어레이를 참조하였으나, 검출기 어레이는 다중 행 즉, 3 이상의 행으로 구성될 수 있고, 명백히 검출기 어레이는 단일 행의 검출기 어레이일 수 있다.

본 발명의 매우 상이일 실시예가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구 범위에서 정의되는 것 외에는 명세서에서 설명된 특정 실시예에 국한되지는 않는다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, X선 충돌 위치가 스캔의 초기부터 고정 위치와 일치하게 하는 X선 충돌 위치 정렬 방법과, 상기 X선 충돌 위치 정렬에 의거하여 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (3)

1. X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기에 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔하여 단층촬영 촬상을 실행하는 X선 충돌 위치 정렬 방법으로서,

   스캔을 시작하기 전에 상기 X선 관의 온도와 현재 이용될 스캔 조건을 기반으로 하여 상기 X선 관에서의 X선 초점 위치를 예측하는 단계와,

   상기 X선 관에서 생성된 X선이 상기 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록, 상기 예측된 위치에 따라 상기 시준기의 위치 또는 상기 X선 검출기의 위치를 조정하는 단계를 포함하는

   X선 충돌 위치 정렬 방법.
2. X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기에 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 방법으로서,

   스캔을 시작하기 전에 상기 X선 관의 온도와 현재 이용될 스캔 조건을 기반으로 하여 상기 X선 관에서의 X선 초점 위치를 예측하는 단계와,

   상기 X선 관에서 생성된 X선이 상기 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록, 상기 예측된 위치에 따라 상기 시준기의 위치 또는 상기 X선 검출기의 위치를 조정하는 단계와,

   상기 조정 단계에 의해 위치 조정된 후, 상기 X선 방사/검출 장치를 사용하여 상기 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행하는 단계를 포함하는

   X선 단층촬영 촬상 방법.
3. X선 관에서 생성된 X선을 시준기를 통하여 X선 검출기에 방사하는 X선 방사/검출 장치를 사용하여 피검체를 스캔함으로써 단층촬영 촬상을 실행하는 X선 단층촬영 촬상 장치로서,

   스캔을 시작하기 전에 상기 X선 관의 온도와 현재 이용될 스캔 조건을 기반으로 하여 상기 X선 관에서의 X선 초점 위치를 예측하는 초점 위치 예측 수단과,

   상기 X선 관에서 생성된 X선이 상기 X선 검출기 상의 고정 위치에 충돌하도록, 상기 예측된 X선 초점 위치에 따라 상기 시준기의 위치 또는 상기 X선 검출기의 위치를 조정하는 위치 조정 수단을 포함하는

   X선 단층촬영 촬상 장치.

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