KR100719497B1 - 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X-선을 이용한 유방암 진단장치에 있어서 에너지 밴드패스 필터를 이용 특정 밴드의 에너지를 선별하여 사용하는 유방암 진단 장치에 관한 것이다.
본 발명은 X-선 발생부와 유방을 잡아주는 패들(paddle)을 포함하는 유방 고정부 사이에 다층(MultiLayer) 구조를 갖는 기본 필터가 단층 혹은 다층으로 조합된 다층 필터부가 삽입되어 X-선 발생부에서 나온 X-선의 스펙트럼을 정해진 밴드만 통과시켜 유방으로 투사되게 한다.
본 발명은, 첫째 특정 에너지 대역(15 - 20keV)의 에너지만 유방에 조사하여 일반 장치와 동일한 영상을 구현할 수 있으므로 기존 유방암 진단장치에서 발생하는 저에너지(8 - 15keV)에 의한 환자의 X-선 피폭을 배제하여 기존 유방암 진단장치에 비해 그 피폭량을 5배 이상 절감하고, 둘째 유방 영상에 있어 대비도(Contrat)가 가장 우수한 대역(15 - 22keV)만을 통과시키므로 획득 영상에서 일반 조직과 암부 조직의 대비도(Contrast)를 2배 이상 향상시킬 수 있으며, 셋째 고에너지(25 - 40keV)에서 발생하는 콤프턴 산란(Compton scattering)에 의한 영상의 블러링(Bluring)을 제거할 수 있다.
유방암 진단장치, 다층 필터, X-선

Description

다층 필터를 이용한 유방암 진단장치{Apparatus for diagnosing breast cancer by nested filters coated multilayer}
도 1은 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치로 획득한 유방 영상을 나타낸 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: X-선 발생부 2: 콜리메이터부
3: 다층 필터부 4: 유방 고정부
5: 영상 획득부 6: 리니어 모션 가이드
본 발명은 유방암 진단기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상의 질을 향상시키고 환자의 X-선 피폭량을 최소화하기 위해 다층 박막 구조를 갖는 에너지 밴드패스 필터를 복수 개 설치하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치에 관한 것이다.
일반적으로 유방 X-선 촬영법(mammography)을 사용하는 유방암 진단장치는 대부분 로테이팅 타깃(Rotating Target) 형태 X-선 발생장치를 사용하며, 타깃 물질로는 몰리브덴(Molybdenum)과 로듐(Rhodium)을 주로 사용한다. 또한, X-선 발생장치의 양극에 가해지는 관(tube) 전압은 최대 40kVp이며 X-선 발생장치의 필라멘트에서 방사된 전자빔으로 상기 양극을 가격함에 따라서 발생하는 X-선 광원을 사용하여 진단용 영상을 촬영한다.
이 경우, 유방의 X-선 영상에 있어 연부조직과 종양의 대비도(contrast)가 우수한 에너지 밴드인 15-20keV 사이를 제외한 나머지 에너지 밴드는 실제 영상에 영향을 주지 못하며, 특히 저에너지대(8-15keV)는 대부분 유방에 흡수되어 X-선 피폭을 증가시키고, 고에너지대(20keV) 이상은 콤프턴 산란(Compton scattering)에 의한 영상의 블러링(Bluring)을 유발한다.
한편, 종래에는 상기와 같은 저에너지대에 의한 유방의 X-선 피폭을 최소화하기 위해 알루미늄(Al) 필터나 몰리브덴(Molybdenum) 필터, 로듐(Rhodium) 필터를 사용하여 특정 부분까지의 에너지 밴드를 선별하였으나, 이 경우 영상에 유리한 특성 X-선 예컨대 17.48keV(Mo Target)의 선량 자체가 상당부분 필터에 의해 저하되 어 조사 시간을 늘려야 함은 물론 획득 영상의 질 또한 크게 향상시키지 못하였다.
또한, 근래에는 특성 X-선 부분만을 선별하기 위해 실리콘 단결정(Si Single Crystal)을 통해 브레그 각(Bragg Angle)에서 특성 X-선만의 단색광(Monochromatic Beam)을 이용하는 영상장치에 대한 개발 노력도 있으나, 이 경우 특정 에너지에 대역폭(Band Width)이 좁아 X-선 피폭량과 산란(Scattering)은 감소시킬 수 있으나 광자 플럭스(Photon Flux)가 너무 미약하여 장시간에 걸친 영상획득이 이루어져야 하는 불편함이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 특성 X-선의 감소를 최소화하고 저에너지와 고에너지 모두를 하나의 필터에 의해 차단하여 X-선 피폭을 최소화하고 획득 영상의 질을 향상시켜, 병변의 조기 발견을 통한 환자의 조기 조치를 가능하게 하고, 영상 판독에 있어서 판독률을 향상시킬 수 있는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치는, X-선을 발생시켜 유방에 조사하는 X-선 발생부; 상기 X-선 발생부에서 일정 각도로 방출되는 X-선을 수직 및/또는 수평 방향으로 제한하는 콜리메이터(Collimator)부; 상기 콜리메이터부를 통해 제한된 각도로 입사 한 X-선의 특정 에너지 밴드를 특정각도로 반사하는 다층 필터부; 상기 다층 필터부에서 반사된 빔(Beam)이 투사되는 유방을 잡아주는 패들(paddle)을 포함하는 유방 고정부; 및 상기 다층 필터부에서 반사된 빔(Beam)의 폭 만큼 직렬로 배열되어 상기 유방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하면, X-선 발생부(1)는 X-선을 발생시켜 유방에 조사하며, 기존의 X-선 발생장치와 마찬가지로 몰리브덴(Molybdenum)이나 로듐(Rhodium)을 타깃 물질로 사용하고 과전압 및 과전류 조건 설정도 동일하게 사용되므로 기존의 X-선 발생장치와 동일한 방사 스펙트럼(Spectrum)을 가진다.
콜리메이터부(2)는 상기 X-선 발생부(1)에서 일정 각도로 방출되는 X-선을 수직 및/또는 수평 방향으로 제한함으로써 환자나 유방으로 누설되는 X-선의 양을 최소화하는 기능을 수행한다.
상기 콜리메이터부(2)는 X-선 발생부(1)에서 일정 각도로 방출되는 X-선을 하기의 다층 필터부(3)로만 입사되도록 제한하며, 방사 각도와 입사각의 연장선으로 이어지는 임의의 각도를 갖도록 가공되어 산란(Scattering)을 최소화할 수 있고, 텅스텐을 사용한다.
다층 필터부(3)는 상기 콜리메이터부(2)를 통해 제한된 각도로 입사한 X-선의 특정 에너지 밴드를 특정각도로 반사한다.
상기 다층 필터부(3)는 X-선 발생부(1)에서 발생하고, 상기 콜리메이터부(2) 에 의해 제한된 각도로 입사하는 X-선 중 특정 에너지 밴드(15 - 20keV)만을 특정각도로 반사한다.
상기 다층 필터부(3)는 유방 전체를 조사할 수 있는 면적으로 조사 영역을 확장함은 물론 일정 거리로 중첩되게 하여 스캐닝 시간을 최소화하기 위하여 다층 박막 구조를 갖는 기본 필더들을 직/병렬로 배치한다.
상기 다층 필터부(3)는 다층 박막 구조를 갖는 기본 필터들을 적층구조로 정렬(Align)함에 있어, 조사 영역의 균일화와 반사 효과를 극대화는 물론 스캐닝 시간을 최소화하기 위해 수직으로 배치되는 기본 필터들은 상단 층의 종단부에 입사되는 빔의 연장선 바로 아래에 다른 기본 필터가 위치하도록 조립된다.
유방 고정부(4)는 상기 다층 필터부(3)에서 반사된 빔(Beam)이 투사되는 유방을 잡아주는 패들(paddle)을 포함한다.
영상 획득부(5)는 상기 다층 필터부(3)에서 반사된 빔(Beam)의 폭 만큼 직렬로 배열되어 상기 유방의 스캐닝 전 영상과 스캐닝 후 영상을 조합하여 완전한 유방의 영상을 획득한다.
상기 영상 획득부(5)로는 다층 필터부(3)에서 반사된 빔(Beam)의 폭 만큼 직렬로 배열된 CCD 또는 CMOS 카메라를 이용한 디지털 검출기(Digital Detector)를 사용하는 것이 바람직하여, 이에 따라서 구성품의 가격을 최소화하고 노출 선량의 활용도를 극대화할 수 있다.
리니어 모션 가이드(6)는 상기 X-선 발생부(1)와 콜리메이터부(2), 다층 필터부(3), 영상 획득부(5)를 고정시켜 함께 이동시키거나, 상기 유방 고정부(4)만을 단독으로 이동시킴으로써 X-선 조사 중 다층 필터부(3)의 적층 구조에 기인하여 발생하는 공백 부분의 영상을 획득하기 위한 스캐닝(Scanning) 작업을 수행한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치는 다음과 같이 작동한다.
최초에, 상기 리니어 모션 가이드(6)에 의해 상기 X-선 발생부(1)와 콜리메이터부(2), 다층 필터부(3), 유방 고정부(4), 및 영상 획득부(5)가 모두 고정된 상태에서, 상기 X-선 발생부(1)가 X-선을 발생시키면 연이어서 상기 콜리메이터부(2)가 상기 X-선 발생부(1)에서 일정 각도로 방출되는 X-선을 수직 및/또는 수평 방향으로 제한하여 상기 다층 필터부(3)로 입사시킨다.
상기와 같이 콜리메이터부(2)를 통해 각도가 제한된 X-선이 다층 필터부(3)로 입사되면, 상기 다층 필터부(3)는 입사한 X-선 중 특정 에너지 밴드(15 - 20keV)만을 특정 각도로 반사하여 상기 유방 고정부(4)에 의해 고정된 유방으로 투사시키고, 이에 따라서 상기 유방 고정부(4)의 후단에서 다층 필터부(3)에서 반사된 빔(Beam)의 폭 만큼 직렬로 배열된 영상 획득부(5)가 유방의 영상을 획득한다.
이때, 상기 영상 획득부(5)에 의해 획득된 유방 영상은 상기 리니어 모션 가이드(6)에 의해 상기 X-선 발생부(1)와 콜리메이터부(2), 다층 필터부(3), 유방 고정부(4), 및 영상 획득부(5)가 모두 고정된 상태에서 획득한 스캐닝 전 영상이다.
상기 스캐닝 전 영상은 도 3의 좌측 사진으로 나타낸 바와 같이, X-선 조사 중 다층 필터부(3)의 적층 구조에 기인하여 발생하는 공백 부분이 흰색으로 표시된 다.
상기와 같이 스캐닝 전 영상이 획득되고 나면, 상기 스캐닝 전 영상의 흰색으로 표시되는 공백 부분의 영상을 획득하여 완전한 유방 영상을 획득하기 위하여 상기 리니어 모션 가이드(6)는 스캐닝 작업을 수행한다.
상기 스캐닝 작업은 상기 유방 고정부(4)를 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상기 X-선 발생부(1)와 콜리메이터부(2), 다층 필터부(3), 영상 획득부(5)를 고정시켜 함께 이동시킴으로써 상기 유방 고정부(4)에 고정된 유방에 X-선이 투사되도록 하거나, 상기 X-선 발생부(1)와 콜리메이터부(2), 다층 필터부(3), 영상 획득부(5)를 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상기 유방 고정부(4)만을 단독으로 이동시킴으로써 상기 유방 고정부(4)에 고정된 유방에 X-선이 투사되도록 한다.
상기와 같은 스캐닝 작업을 통하여 상기 영상 획득부(5)가 스캐닝 후 영상을 획득하고 나면, 상기 영상 획득부(5)는 내부에 탑재되어 있는 스캐닝 영상 조합 소프트웨어를 구동하여 이전에 획득한 스캐닝 전 영상과 이 스캐닝 후 영상을 조합하여 도 3의 우측 사진으로 나타낸 바와 같이 완전한 유방의 영상을 획득한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치에 의하면, 첫째 특정 에너지 대역(15 - 20keV)의 에너지만 유방에 조사하여 일반 장치와 동일한 영상을 구현할 수 있으므로 기존 유방암 진단장치에서 발생하는 저에너지(8 - 15keV)에 의한 환자의 X-선 피폭을 배제하여 기존 유방암 진단장치에 비해 그 피폭량을 5배 이상 절감하고, 둘째 유방 영상에 있어 대비도(Contrat)가 가장 우수한 대역(15 - 22keV)만을 통과시키므로 획득 영상에서 일반 조직과 암부 조직의 대비도(Contrast)를 2배 이상 향상시킬 수 있으며, 셋째 고에너지(25 - 40keV)에서 발생하는 콤프턴 산란(Compton scattering)에 의한 영상의 블러링(Bluring)을 제거할 수 있다.
특히, 본 발명에 의해 기존에 비해 대비도가 향상된 유방 영상을 획득하게 되면 병변의 식별이 보다 세분화되어 병변의 조기 진단 및 조기 치료가 가능하다.

Claims (6)

  1. X-선을 발생시켜 유방에 조사하는 X-선 발생부와;
    상기 X-선 발생부에서 일정 각도로 방출되는 X-선을 수직 및/또는 수평 방향으로 제한하는 콜리메이터부;
    상기 콜리메이터부를 통해 제한된 각도로 입사한 X-선의 특정 에너지 밴드를 특정각도로 반사하는 다층 필터부;
    상기 다층 필터부에서 반사된 빔(Beam)이 투사되는 유방을 잡아주는 패들(paddle)을 포함하는 유방 고정부;
    상기 다층 필터부에서 반사된 빔(Beam)의 폭 만큼 직렬로 배열되어 상기 유방의 스캐닝 전 영상과 스캐닝 후 영상을 조합하여 완전한 유방의 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 X-선 발생부와 콜리메이터부, 다층 필터부, 영상 획득부를 고정시켜 함께 이동시키거나, 상기 유방 고정부만을 단독으로 이동시킴으로써 X-선 조사 중 다층 필터부의 적층 구조에 기인하여 발생하는 공백 부분의 영상을 획득하기 위한 스캐닝(Scanning) 작업을 수행하는 리니어 모션 가이드;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 콜리메이터부는 방사 각도와 입사각의 연장선으로 이어지는 임의의 각도를 갖도록 가공되고 텅스텐을 사용하는 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다층 필터부는 15 - 20keV의 특정 에너지 밴드를 특정 각도로 반사하는 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 다층 필터부는 다층 박막 구조를 갖는 일정 크기의 기본 필터들을 직/병렬로 배치하는 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다층 필터부는 다층 박막 구조를 갖는 일정 크기의 기본 필터들을 적층구조로 정렬하는 데에 있어, 수직으로 배치되는 기본 필터들은 상단 층의 종단부에 입사되는 빔의 연장선 바로 아래에 다른 기본 필터가 위치하도록 조립되는 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 영상 획득부는 CCD 또는 CMOS 카메라를 이용한 디지 털 검출기인 것을 특징으로 하는 다층 필터를 이용한 유방암 진단장치.
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