KR100731299B1 - 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치 - Google Patents

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이관우
이충화
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(주)디알젬
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Abstract

본 발명은 엑스선 단층촬영장치에 관한 것으로서, 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리(gantry)가 회전하며 스캐닝하는 구조의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에 피사체를 회전시키며 스캐닝할 수 있는 기능을 추가함으로써, 쥐와 같이 살아있는 소형 실험동물을 촬영할 때에는 피사체를 고정하고 갠트리를 회전시키며 스캐닝하고, 뼈와 같이 작은 피사체를 고해상도로 촬영할 때에는 피사체를 엑스선관(X-ray tube)의 초점에 가까이 위치시키고 회전시키며 스캐닝(scanning) 할 수 있게 하여 공간해상도가 우수한 단층영상(tomography)을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 회전 갠트리에 엑스선원과 검출기가 탑재되고 피사체를 탑재할 수 있는 couch를 포함하는 기본적 구조에 추가하여 피사체를 회전시킬 수 있는 회전운동부와 이 회전운동부를 직선 이동시킬 수 있는 직선운동장치가 포함되어 있음으로서, 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리가 회전하면서 스캐닝하는 방법과 엑스선원과 검출기는 고정시키고 피사체를 회전시키며 스캐닝 할 수 있는 두 가지의 기능을 모두 가진 것을 특징으로 한다.
엑스선 단층촬영장치, 엑스선 마이크로 단층촬영장치, 엑스선, 볼륨 엑스선 단층촬영장치, X-ray, CT, X-ray CT scanner, X-ray micro CT scanner, Cone Beam CT scanner, Cone Beam Volume CT scanner

Description

다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치{Multi Purpose X-ray Micro CT scanner}
도 1은 종래의 기술에 따른 엑스선관과 검출기가 탑재된 갠트리가 회전하는 방법의 엑스선 마이크로 단층촬영장치의 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 의한 피사체를 회전시키기 위한 회전운동장치와 이 회전운동장치를 직선이동 시킬 수 있는 직선운동장치가 밑판 위에 추가적으로 설치된 상태를 나타내며, 피사체를 고정한 상태에서 갠트리를 회전시키며 스캐닝할 때의 상황을 보여주기 위한 것이며, 갠트리를 회전시키며 스캐닝 할 때 갠트리가 피사체 회전운동장치에 의한 간섭을 받지 않게 하기 위하여 갠트리 회전반경 밖에 피사체 회전운동장치가 위치된 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2의 상태에서 본 발명에 의한 피사체를 회전시키며 스캐닝 할 때의 상황을 보여주기 위한 것이며, 이때 갠트리는 90도 회전한 상태에서 정지해 있고 엑스선원과 검출기 사이에 피사체 회전운동장치가 위치한 상태에서 피사체를 회전시키며 스캐닝하는 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략 적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시 예를 보여주는 것이며, 피사체 회전운동장치를 갠트리 회전부에 탑재한 상태에서 피사체를 회전시키며 스캐닝하는 상황을 보여주기 위한 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 도 4의 상태에서 피사체를 고정하고 갠트리를 회전시키며 스캐닝 할 때 피사체 회전운동장치에 의하여 엑스선빔(X-ray beam)이 간섭받지 않도록 하기 위하여 직선운동장치를 이용하여 피사체 회전운동장치를 이동한 상태를 보여주기 위한 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면.
** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10: 엑스선원(X-ray Source) 15: 엑스선 빔(X-ray Beam)
20: 갠트리 회전부(Gantry Rotation Part)
25: 갠트리 회전용 모터
30: 갠트리 고정부(Gantry Stationary Part)
35: 밑판 40: 콜리메이터(Collimator)
50: 피사체(Object) 60: 카우치 베드(Couch Bed)
70: 카우치 이동용 직선운동장치 75: 카우치 지지대
80: 검출기(Detector) 100: 피사체 지지대
110: 피사체 회전용 모터 120: 피사체 회전용 모터 지지대
130: 피사체 회전장치 Z축 직선이동장치
140: 피사체 회전장치 X축 직선이동장치
본 발명은 산업용, 바이오 메디칼용 엑스선 단층촬영장치(CT scanner)에 관한 것으로서, 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리가 회전하며 스캐닝하는 구조의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에 피사체를 회전시키며 스캐닝할 수 있는 기능을 추가함으로써, 쥐와 같이 살아있는 소형 실험동물을 촬영할 때에는 피사체를 고정하고 갠트리를 회전시키며 스캐닝하고, 절취한 뼈와 같이 작은 피사체를 촬영할 때에는 피사체를 엑스선관의 초점에 가까이 위치하고 피사체를 회전시키며 스캐닝 할 수 있게 하여 공간해상도가 우수한 영상을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리 회전부와, 피사체를 탑재할 수 있는 couch를 포함하는 기본적 구조에 추가하여 피사체를 회전시킬 수 있는 회전운동부와 이 회전운동부를 직선 이동시킬 수 있는 직선운동장치가 포함되어, 피사체를 고정하고 갠트리 회전부가 회전하면서 스캐닝하는 방법과 엑스선원 과 검출기를 고정시키고 피사체를 회전시키며 스캐닝 할 수 있는 두 가지의 기능을 모두 가진 것을 특징으로 하는 엑스선 단층촬영장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업용, 바이오 메디칼용 엑스선 단층촬영장치는 엑스선원과 검출기를 고정하고 피사체를 회전시키며 스캐닝하는 피사체 회전식과 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리를 회전시키는 갠트리 회전식이 있었다. 피사체 회전식은 피사체가 금속, 플라스틱, 뼈 등과 같이 회전운동시에 변형이 없는 물체를 촬영하고자 하는 경우에 주로 적용되고 있고, 갠트리 회전식은 쥐와 같이 살아 있는 실험 동물의 경우에 주로 적용되고 있다.
이와 같은 엑스선 단층촬영장치의 경우 초점이 작은 마이크로 초점(micro focus)의 엑스선관을 사용하고 2차원 검출기를 이용하는 콘빔(cone beam) 마이크로 CT가 주로 많다고 할 수 있겠다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 갠트리 회전형의 엑스선 마이크로 단층촬영장치는 피사체(50)를 고정시키고 엑스선원(10)과 검출기(80)는 갠트리 회전부(20)에 탑재되고 이 갠트리 회전부(20)가 회전하면서 스캐닝하는 구조를 가진다. 갠트리 회전부(20)와 갠트리 고정부(30)는 베어링으로 체결되어 있고 갠트리 회전용 모터(25)에 의하여 갠트리 회전부를 회전시키는 구조를 가지고 있다. 이때 피사체는 갠트리 회전부의 회전 중심을 중심으로 놓이게 되며, 엑스선관의 초점과 회전중심(Iso Center)까지의 거리와 회전중심에서 검출기까지의 거리비에 따라 피사체가 확대 촬영되며 이 상태에서 스캐닝하게 되면 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터의 공간해상도를 갖는 단층영상을 획득하게 된다.
어떤 상황에서는 매우 높은 공간해상도의 단층영상을 획득하기 위하여 회전중심에서 엑스선관의 초점까지의 거리를 매우 짧게 하고 회전중심에서 검출기까지의 거리를 다소 길게 하여 기하학적 확대율을 높여 촬영할 필요도 있다. 갠트리 회전형의 경우 이와 같이 목적을 달성하기 위하여 엑스선원과 검출기를 직선운동장치에 부착하고 모터 제어를 통하여 그 확대율을 가변하는 것이 가능할 것이다. 그렇지만 이 경우, 고 확대율을 얻기 위하여 엑스선원과 검출기를 갠트리 회전부의 직경 방향으로 이동하게 되면 갠트리 회전부의 무게 중심의 균형(balance)이 맞지 않게 되어 정밀한 회전운동이 어렵게 되므로 단층영상의 해상도가 나빠지게 된다. 또한 고 확대율로 스캐닝할 경우 갠트리 고정부와 갠트리 회전부를 체결하는 베어링의 진원정밀도(radial accuracy)가 수십 마이크로미터가 되므로 단층영상의 화질은 더욱 악화되는 문제점이 발생된다.
이와 같은 상황으로 인하여 일반적으로 작은 피사체를 높은 공간해상도의 단층영상을 획득하기 위해서는 피사체 회전형의 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 이용하는 경우가 대부분이다. 피사체 회전형의 경우에는 피사체를 엑스선관의 초점과 검출기의 중심을 잇는 직선의 궤도를 따라 직선운동시키며 확대율을 변화시키며 촬영할 수 있도록 구성된 엑스선 마이크로 단층촬영장치는 개발되어 있는 상황이다.
따라서 현재까지는 사용자의 용도에 따라 갠트리 회전형 또는 피사체 회전형의 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 각각 구매하여 사용하게 되므로 구매자에게 경제적 부담이 가중되거나, 어떤 한 가지 방식의 엑스선 마이크로 단층촬영장치만을 구매하여 사용에 제한을 받고 되고 사용에 불편함이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리 회전부가 회전하며 스캐닝하는 구조의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에 피사체를 회전시키며 스캐닝할 수 있는 기능을 추가함으로써, 쥐와 같이 살아있는 소형 실험동물을 촬영할 때에는 피사체를 고정하고 갠트리를 회전시키며 스캐닝하고, 뼈의 시편 등과 같이 작은 피사체를 촬영할 때에는 피사체를 엑스선관의 초점에 가까이 배치하고 피사체를 회전시키며 스캐닝 할 수 있게 하여 공간해상도가 우수한 영상을 제공하기 위한 것으로서, 갠트리 회전형과 피사체 회전형 등 두 가지 방법으로 용도에 따라 단층촬영을 할 수 있도록 하는 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엑스선원(10)과 검출기(80)를 탑재한 갠트리 회전부(20)와 피사체를 탑재하는 Couch(60) 등으로 구성된 갠트리 회전형 엑스선 마이크로 단층촬영장치에 피사체 회전형의 기능을 추가하기 위하여 피사체 지지대(100), 피사체 회전용 모터(110) 그리고 피사체 회전용 모터 지지대 (120)등으로 구성된 피사체 회전운동장치를 포함하는 구조를 특징으로 한다.
바람직하게는 피사체회전운동장치를 X, Z축으로 이동하기 위한 직선운동가이드와 볼나사 및 모터로 이루어진 직선이동장치(130,140)를 이용하여 피사체의 촬영 확대율을 가변하기 위한 X축 직선이동장치(140)와 엑스선초점과 검출기 면의 중심을 잇는 직선상에 피사체회전중심을 위치시키기 위한 Z축 직선이동장치(130)를 포함하도록 한다.
아하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 피사체 회전운동장치와 이 회전운동장치를 직선이동 시킬 수 있는 직선운동장치가 밑판(35)위에 추가적으로 설치된 상태에서, 갠트리 회전형 모드에서 스캐닝할 때의 상황을 보여주기 위한 것이며, 갠트리를 회전시키며 스캐닝 할 때 갠트리 회전부가 회전운동시에 피사체 회전운동장치에 의한 간섭을 받지 않게 하기 위하여 갠트리 회전반경 밖에 피사체 회전운동장치를 위치시킨 상태에서 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에서 피사체 회전형 모드로 스캐닝 할 때의 상황을 보여주기 위한 것이며, 이때 갠트리 회전부는 90도 회전한 상태에서 정지해 있고 엑스선원(10)과 검출기(80) 사이에 피사체 회전운동장치가 위치한 상태에서 피사체를 회전시키며 스캐닝하는 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시 예를 보여주는 것이며, 피사체 회전운동장치를 갠트리 회전부에 탑재한 상황에서 피사체 회전형 모드에서 스캐닝하는 상황을 보여주기 위한 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 도 4의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에서 갠트리 회전형 모드로 스캐닝할 때 피사체 회전운동장치에 의하여 엑스선 빔이 간섭 받지 않도록 하기 위하여 직선운동장치(130,140)를 이용하여 피사체 회전운동장치를 이동시킨 상태를 보여주기 위한 엑스선 마이크로 단층촬영장치를 주요 부품을 중심으로 개략적으로 도시한 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치는 엑스선원(10)과 엑스선검출기(80)이 탑재된 갠트리 회전부(20)와 이 회전부는 베어링을 이용하여 갠트리 고정부(30)에 체결되며 갠트리 회전부는 모터(25)에 의하여 회전하게 되는 갠트리 회전형 기능을 제공함과 동시에 피사체 지지대(100), 피사체회전용 모터(110) 그리고 피사체 회전용 모터(110) 등으로 구성된 피사체 회전운동장치와 피사체회전운동장치를 X, Z축으로 직선이동시키는 직선이동장치(130,140)를 이용하여 피사체 회전형 기능을 부가적으로 제공하는 특징을 가진다.
이하 본 발명에 의한 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치의 스캐닝 방법에 대하여 설명한다.
피사체 회전운동장치가 밑판에 탑재된 경우(도 2참조), 갠트리 회전형 모드에서 스캐닝 할 때에는 피사체 회전운동장치는 갠트리 회전부의 회전운동을 방해하지 않도록 갠트리 회전반경 바깥에 위치시킨다.
피사체 회전운동장치가 밑판 위에 탑재된 경우(도 3참조), 피사체 회전형 모드에서 스캐닝 할 때에는 갠트리 회전부(20)를 갠트리 회전용 모터(25)를 이용하여 90도 회전시켜 정지시킨 후, 카우치 베드(60)는 카우치 이동용 직선운동장치(70)을 이용하여 카우치 베드가 엑스선빔이 통과하지 않도록 +Z 방향으로 이동시키고, 직선이동장치(130,140)을 이용하여 피사체 회전운동장치를 원하는 확대율과 엑스선초점과 검출기 중심을 잇는 직선상에 위치시키고 피사체를 회전시키면서 스캐닝한다.
피사체 회전운동장치가 갠트리 회전부에 탑재된 경우(도 4참조), 피사체 회전형 모드에서 스캐닝 할 때에는 갠트리 회전부(20)를 갠트리 회전용 모터(25)를 이용하여 90도 회전시켜 정지시킨 후, 카우치 베드(60)는 카우치 이동용 직선운동장치(70)을 이용하여 카우치 베드가 엑스선빔이 통과하지 않도록 +Z 방향으로 이동시키고, 직선이동장치(130,140)을 이용하여 피사체 회전운동장치를 원하는 확대율과 엑스선초점과 검출기 중심을 잇는 직선상에 위치시키고 피사체를 회전시키면서 스캐닝한다.
피사체 회전운동장치가 갠트리 회전부에 탑재된 경우(도 5참조), 갠트리 회전형 모드에서 스캐닝 할 때에는 피사체 회전운동장치에 있는 피사체 지지대(100)에 엑스선 빔이 통과하지 않도록 직선이동장치(130,140)를 이용하여 회전운동장치를 -Z방향으로 이동하여 위치시키고 스캐닝한다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않은 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 피사체를 고정하고 엑스선원과 검출기가 탑재된 갠트리 회전부가 회전하며 스캐닝하는 갠트리 회전형 구조의 엑스선 마이크로 단층촬영장치에 피사체를 회전시키며 스캐닝하는 피사체 회전형 기능을 추가함으로써, 쥐와 같이 살아있는 소형 실험동물을 촬영할 때에는 갠트리 회전형 모드에서 스캐닝하고, 뼈와 같이 작은 피사체 또는 회전시에 변형이 없는 단단한 재질의 물질을 고해상도로 촬영할 때에는 피사체 회전형 모드에서 스캐닝 하도록 하여, 사용자가 그 목적에 맞게 선택적으로 단층촬영을 할 수 있도록 하여 우수한 단층영상의 화질을 제공하는 효과를 거둘 수 있다.

Claims (5)

  1. 엑스선원(10)과 검출기(80)가 갠트리 회전부(20)에 탑재되고, 피사체(50)는 카우치 베드(60)에 놓여 갠트리 회전부(20)가 회전하면서 스캐닝할 수 있게 구성되는 엑스선 마이크로 단층 촬영장치에 있어서,
    상기한 갠트리 회전부(20)에 대하여 이동 가능하게 피사체 회전운동장치를 설치하되, 상기한 피사체 회전운동장치는;
    피사체(50)를 지지하는 피사체지지대(100)와, 상기한 피사체지지대(100)를 회전시키는 피사체 회전용모터(110)와, 상기한 피사체 회전용모터(110)를 지지하는 피사체 회전용 모터 지지대(120)를 포함하여 이루어지며;
    상기한 피사체 회전운동장치에는, 또한 상기한 갠트리회전부(20)에 대하여 전,후진 및 좌우 이동 가능한 직선 이동장치(130,140)를 설치하여;
    피사체(50)를 회전하면서 스캐닝 할 수 있게 구성한 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    피사체 회전운동장치와 직선이동장치(130, 140)가 밑판(35)에 탑재된 상태의 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기한 직선이동장치(130,140)를 설치하지 않고, 피사체 회전운동장치를 밑판(35)에 만들어진 다수의 나사구멍과 볼트를 사용하여 원하는 확대율의 위치에 고정하여, 피사체(50)를 회전운동시키며 스캐닝할 수 있게 구성한 다목적 기능의 엑스선 마이크로 단층촬영장치.
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