KR100725617B1

KR100725617B1 - 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치

Info

Publication number: KR100725617B1
Application number: KR1020050063019A
Authority: KR
Inventors: 박정병; 이관우
Original assignee: (주)디알젬
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-06-07
Also published as: WO2007007963A1; KR20070008083A

Abstract

본 발명은 단층촬영장치에 관한 것으로, 엑스선 검출기부의 배열방향과 회전운동 축을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치와 회전운동장치을 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어짐으로써 두께가 얇고, 폭이 넓은 피사체의 단층촬영이 용이할 뿐만 아니라, Z축의 공간해상도를 향상시킬 수 있으며, 검출기의 수를 줄일 수 있어 보다 저렴한 비용으로 제작이 가능한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 엑스선 검출기부의 배열방향과 회전운동 축을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치와 회전운동장치을 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

직동회전형, 엑스선, 단층촬영장치, X-선, CT, 볼륨 CT

Description

직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치{X-ray Volume CT scanner having a method of translational and rotational scanning}

도 1은 종래 기술에 따른 엑스선 단층촬영장치를 나타내는 것으로서, 도 1의 A는 팬빔(Fan Beam)엑스선 단층촬영장치의 주요 부품을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1의 B는 볼륨 엑스선 단층촬영장치의 주요 부품을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 팬빔 엑스선을 이용한 단층촬영장치에서 피사체가 조사야를 벗어나는 경우를 개략적으로 나타내는 것으로서, 도 2의 A는 피사체가 조사야 내에 있는 경우를 도시한 도면이고, 도 2의 B는 피사체가 조사야를 벗어난 경우를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 개략적으로 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치의 회전운동장치 상부에 피사체가 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 의한 작동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치의 회전운동장치 상부에 피사체가 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 측면도,

도 6은 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 통하여 피사체를 스캐닝하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

15: 엑스선 검출기부, 16: 검출기부 배열방향,

20: 팬빔 엑스선, 30: 콜리메이터,

40: 엑스선 발생부, 41: 양극의 축,

42: 초점, 50 : 피사체,

60: 회전중심부, 61: 축 방향,

70: 직선운동장치, 80: 회전운동장치,

81: 회전판의 면,

본 발명은 단층촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엑스선 검출기부의 배열방향을 회전운동 축의 방향으로 평행하게 배치시킴과 동시에 피사체가 직선운동(Translate)과 회전운동을 병행하도록 하고, 스캐닝(Scanning)을 위한 엑스선 검출기부(detector assembly)와 엑스선 발생부와 피사체 직선운동부 및 회전운동부로 구성되도록 이루어짐으로써 검출기의 수를 줄일 수 있어 보다 저렴한 비용으로 장치를 제작할 수 있고, Z축의 공간해상도를 향상시킬 수 있는 직동회전형 볼륨 엑 스선 단층촬영장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엑스선 단층촬영장치는 팬빔(fan beam)방식과 콘빔(cone beam)방식으로 구분된다.

이러한 방식의 엑스선 단층촬영장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전중심부(60)을 중심으로 피사체만을 회전시키거나, 피사체를 고정시킨 후 회전중심부(60)를 중심으로 엑스선 발생부(40)와 검출기부(11, 12)를 함께 회전시키면서 촬영하는 구조로 이루어진다.

여기서, 도 1의 A에 도시된 바와 같이, 검출기부(11)는 수 백개의 검출기(detector element)가 수평방향으로 배열설치되어 있고, 도 1의 B에 도시된 바와 같이, 검출기부(12)는 수평방향으로 배열설치되는 다수개의 검출기부(11)가 수직방향으로 다수개 적층되어 배열설치되는 구조이다.

이렇게 상기 검출기부(11, 12)의 모양은 직선형 또는 평면형으로 이루어져 있으나, 곡선형태의 모양으로 배열설치되는 검출기부도 있다.

상술한 바와 같이, 도 1의 A, B 와 같은 모양으로 배열설치되는 방식을 3세대 방식 단층촬영장치(3rd generation CT)라고 일컬어 진다.

여기서, 3세대 방식 단층촬영장치는 피사체를 Z축 방향으로 연속적으로 움직이는 동안에 엑스선 검출기부와 엑스선 발생부가 함께 X-Y평면에서 회전하면서 촬영하는 헬리컬(Hellical)방식이 주로 많이 사용되고 있다.

2세대 방식 단층촬영장치는 3세대 방식 단층촬영장치에 비하여 배열방향으로 검출기부의 길이가 짧아 직선운동과 회전운동을 병행하여 스캐닝하는 구조이다.

이러한 방식은 본 발명의 구조와는 달리 1차원 검출기부의 배열방향과 회전축의 방향은 직교를 이루는 특징을 가지고 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 팬빔 엑스선을 이용한 단층촬영장치에서 피사체가 조사야를 벗어나는 경우를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 3세대 방식의 엑스선 단층촬영장치에서 팬빔을 이용하고, 1차원 검출기부(detector assembly)를 이용하는 경우, 피사체가 조사야(FOV: Field of View) 내에 있는 경우와 피사체가 조사야를 벗어난 경우를 나타내는 것이다.

여기서, 도 2의 B 에서 도시하고 있는 바와 같이, 피사체를 원통형으로 가정했을 경우, 원통의 직경이 크게 되면 피사체가 조사야를 벗어나게 되고, 그 결과 단층영상의 화질이 크게 악화되게 된다.

이러한 경우 의료용으로 사용될 경우 인체의 크기에 큰 차이가 없으므로 상품화되어 판매되고 있는 단층촬영장치를 사용하는 경우 상술한 바와 같은 문제는 발생하지 않으나, 산업 분야에서 엑스선 단층촬영을 하는 경우, 피사체의 크기가 매우 다양하기 때문에 단층영상의 화질이 크게 악화되는 문제점이 발생되었다.

특히, 타이어와 휠 같이 두께는 얇고 상대적으로 폭이 넓은 경우에 이러한 문제가 발생되었으며, 인체의 특정부위를 비교적 간단한 단층촬영장치를 통하여 촬영하는 것은 매우 어려운 상황이며, 이의 제작 또한 용이하지 않은 실정이다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1차원 검출기부(10)의 길이를 길게 하여 폭이 큰 피사체를 조사야 내에 충분히 들어오는 구조로 이루어지는 단층촬영장치가 제안되었다.

그러나, 이러한 방법은 검출기(detector element)의 수를 증가시키게 되어 제작을 위한 비용이 증가할 뿐만 아니라, X-Y평면에서 회전시키면서 Z축방향으로 직선운동을 시키므로 Z축의 공간분해능이 저하되는 단점이 있다.

한편, 상기한 바와 같은 방법 이외에 다른 문제해결 방법으로 1차원 검출기부의 배열방향과 회전운동축이 수직이 되도록 배치되고, 피사체를 직동회전시키면서 스캐닝하는 2세대 방식의 엑스선 촬영장치가 있었지만 이 방법 역시 Z축 해상도가 좋지 않은 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 엑스선 검출기부의 배열방향과 회전운동 축을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치와 회전운동장치을 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어짐으로써 두께가 얇고, 폭이 넓은 피사체의 단층촬영이 용이할 뿐만 아니라, Z축의 공간해상도를 향상시킬 수 있으며, 검출기의 수를 줄일 수 있어 보다 저렴한 비용으로 제작이 가능한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엑스선 검출기부의 배열방향(16)과 회전운동 축방향(61)을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치(70)와 회전운동장치(80)를 이용하여 피사체(50)를 스캐닝하도록 이루어지 는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 엑스선의 초점(42), 회전운동장치의 회전판의 면(81) 그리고 엑스선 검출기부(15)의 한쪽 끝이 동일한 높이에 배치되도록 구성된다(도 5 참조).

그리고, 엑스선관 내부의 양극의 축(41)과 엑스선 검출기부의 배열방향(16)이 수직으로 배치되도록 구성된다.

여기서, 엑스선 검출기부(15)의 형상은 직선형 또는 곡선형으로 된 것을 채택한다.

대안적으로는, 엑스선 검출기부는 1차원 엑스선 검출기부 및 1차원 엑스선 검출기부를 여러 줄로 구성한 2차원 검출기를 채택한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치의 회전운동장치(80) 상부에 피사체(50)가 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 작동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치의 회전운동장치(80) 상부에 피사체(50)가 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치는 엑스선 검출기부(detector assembly)의 배열방향(16)과 회전운동 축방향(61)을 평행하게 배치시킨, 피사체를 직선운동(Translate)과 회전운동을 병행하여 스캐닝(Scanning)하는 엑스선 검출기부(15), 엑스선 발생부(40), 피사체 직선운동장치(70) 및 회전운동장치(80)로 구성되는 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 제공하고, 엑스선 검출기부의 배열방향(16)과 회전운동 축방향(61)을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치(70)와 회전운동장치(80)를 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어진다.

여기서, 상기 직선운동장치(70)을 이용하여 피사체를 검출기부(15)로 입력하는 팬빔의 엑스선을 통과(scanning)시킬 수 있는 단층촬영장치가 구비된다.

이와 같은 한 번의 스캐닝 후에 피사체를 어떤 작은 각도만큼 회전한 후에 다시 스캐닝을 하여야 하므로 회전운동장치(80)는 직선운동장치(70) 위에 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전운동장치(80)는 무거운 피사체를 탑재할 수 있을 만큼 견고한 재질을 사용하게 되어 엑스선 투과율이 낮게 되므로 엑스선관의 초점(42)은 회전운동장치(80)의 회전판(81)(도5 참조)과 동일한 높이에 위치시키고, 상기 엑스선 검출기부(15)의 한쪽 끝도 동일한 높이에 위치시켜서 엑스선이 회전판(81)을 통과하지 않고 피사체(50)를 촬영할 수 있도록 엑스선 발생부(40), 엑스선검출기부(15) 그리고 회전운동장치(80)를 배치시키는 것이 바람직하다.

상기 엑스선 검출기부(15)(detector assembly)는, 직선형 또는 원의 중심이 엑스선관의 초점인 원호를 따라 검출기(detector element)를 배열한 곡선형으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 힐 효과(Heel effect)에 의하여 엑스선 양극 각도 방향으로 선질이 균일하지 않는 문제점을 해결하기 위하여, 엑스선관의 양극의 축(41) 방향(X축방향)과 검출기의 배열방향이 수직이 되도록 배치시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서는 한 줄로 배열된 1차원 검출기만 국한하여 설명하였으나, 스캐닝의 속도를 향상시키기 위하여 여러 줄의 검출기로 구성된 검출기를 사용하는 것도 바람직하다.

도 6은 본 발명에 의한 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치를 통하여 피사체를 스캐닝하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 스캐닝 방법은 다음과 같은 과정으로 진행된다. 먼저, 최초 스캐닝은 도 6의 A에서 시작된다.

여기서, 피사체(50)가 +X축 방향으로 직선운동을 하면서 도 6의 A의 위치에서 도 6의 B의 위치로 이동하게 되고 이 스캐닝 과정에서 검출기부(15)가 한 줄로 된 1차원 검출기일 경우, 한 장의 2차원 엑스선 영상을 획득하게 된다.

그리고, 도 6의 B의 위치에서 피사체는 정지하고 어떤 작은 각도 만큼 회전하면 피사체는 도 6의 C의 위치가 된다. 이 상태에서 -X축 방향으로 직선운동을 하게 되면 피사체는 도 6의 D의 위치가 되고 이 스캐닝 과정에서 또 다른 하나의 2차원 엑스선 영상을 획득하게 된다.

그 다음, 도 6의 D의 위치에서 피사체는 멈추고 다시 어떤 작은 각도 만큼 회전하게 되면 피사체는 도 6의 E의 위치가 되고 +X축 방향으로 직선운동을 하여 도 6의 F의 위치가 되면 또 다른 하나의 2차원 엑스선 영상을 획득하게 된다.

이와 같은 운동을 계속 반복하여 피사체를 180도 이상 회전하도록 하면 다수의 2차원 엑스선 영상을 얻게 된다.

이 영상은 X축으로는 평행 빔이고 Z축으로는 발산형 빔의 특징을 가진 엑스선 빔과 검출기의 길이가 X축으로는 길고 Z축으로는 짧은 2차원 엑스선 검출기를 이용하여 획득한 것과 같은 것이 되고, 이 각각의 2차원 영상은 볼륨 엑스선 단층촬영장치에서 각 뷰(view)에 의하여 촬영한 영상과 비슷하므로 직동회전형 엑스선 볼륨 단층촬영장치라고 할 수 있고, 명백히 단층영상재구성 계산을 통하여 단층영상을 획득할 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 엑스선 검출기부(15)의 배열방향(16)과 회전운동 축을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치(70)와 회전운동장치(80)를 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어짐으로써, 두께가 얇고, 폭이 넓은 피사체의 단층촬영이 용이할 뿐만 아니라, Z축의 공간해상도를 향상시킬 수 있으며, 검출기의 수를 줄일 수 있어 보다 저렴한 비용으로 제작이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims

1차원 엑스선 검출기부(15)의 배열방향(16)과 회전운동 축방향(61)을 모두 Z축 방향으로 평행하게 배치하고, 직선운동장치(70)와 회전운동장치(80)를 이용하여 피사체를 스캐닝하도록 이루어지되, 엑스선의 초점(42), 회전운동장치(80)의 회전판의 면(81) 그리고 엑스선 검출기부(15)의 한쪽 끝이 동일한 높이에 배치되도록 구성되며, 엑스선관 내부의 양극의 축(41)과 엑스선 검출기부(15)의 배열방향(16)이 수직으로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치.

삭제

제 1항에 있어서,

엑스선 검출기부(15)의 형상은 직선형 또는 곡선형으로 된 것을 채택하는 것을 특징으로 하는 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치.

제 1항에 있어서,

1차원 엑스선 검출기부(15)는 1차원 엑스선 검출기부(15)를 다수 개 적층배열 설치된 2차원 검출기를 채택하는 것을 특징으로 하는 직동회전형 볼륨 엑스선 단층촬영장치.