KR100863747B1

KR100863747B1 - 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치

Info

Publication number: KR100863747B1
Application number: KR20070001381A
Authority: KR
Inventors: 김시용; 이형구; 김도일
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2008-10-16
Also published as: KR20080064442A

Abstract

본 발명은 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 X선원과 X선 검출기를 동기화된 한 쌍의 갠트리에 각각 장착하여 환자를 치료할 수 있도록 공간을 확보함으로써 수술이나 치료 도중에도 환자의 이동 없이 단층 영상을 확보할 수 있도록 구성된 컴퓨터 단층촬영장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치는, 링 형태의 몸체로 구성되고, 회전가능하도록 구성된 제1갠트리와; 상기 제1갠트리의 몸체 일측에 장착되는 X선원과; 상기 제1갠트리와 소정 거리 이격되어 구비되고, 링 형태의 몸체로 구성되며 회전가능하도록 구성된 제2갠트리와; 상기 제2갠트리의 몸체 일측에 장착되고, 상기 X선원으로부터 방출된 X선을 검출하는 X선 검출기와; 상기 제1갠트리, 상기 X선원, 상기 제2갠트리 및 상기 X선 검출기의 동작을 제어하고, 상기 X선 검출기에서 획득된 영상데이터로부터 피사체의 단층 영상을 재구성하는 콘솔;을 포함하여 구성되되, 상기 제1갠트리에 장착되는 X선원과 상기 제2갠트리에 장착되는 X선 검출기는, 상기 X선원으로부터 방출되는 X선이 상기 제1갠트리 및 상기 제2갠트리 사이에 위치되는 피사체를 통과하여 상기 X선 검출기에서 획득될 수 있도록 상기 피사체를 중심으로 서로 대각선 방향으로 대향되어 위치되게 구성되고, 상기 제1갠트리와 상기 제2갠트리는 동기화되어 동작하는 것을 특징으로 한다.

X선 단층촬영장치, 갠트리, X선원, X선 검출기, 동기화

Description

한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치{An apparatus for computerized tomography comprising a pair of synchronized gantries}

도 1은 종래기술에 따른 컴퓨터 단층촬영장치의 구성을 간략하게 보여주는 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치의 구성을 보여주는 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치를 방사선 치료에 적용하는 상태를 보여주는 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 갠트리 110, 210 : X선원

120, 220 : X선 검출기 130, 230 : 베드

140, 240 : 콘솔 150, 250 : 피사체

200 : 제1갠트리 202 : 제2갠트리

212 : 제1구동모터 222 : 제2구동모터

300 : 제3갠트리 310 : 치료선원

X선 컴퓨터 단층촬영은 X선과 컴퓨터를 이용해 인체 내부를 직접 보는 것과 같은 3차원 영상을 만들어 질병의 진단을 가능하게 한다. X선 컴퓨터 단층촬영은 회전하는 X선원과 X선 검출기를 이용해 인체 내부를 단면으로 잘라내어 영상화하는 장치를 이용하여 종래의 X-선 영상에서 볼 수 없었던 연부조직(혈액, 뇌척수액, 회질, 백질, 종양 등)의 작은 차이를 기록하며, 이를 재구성하여 3차원 영상을 만들어낸다.

X선 컴퓨터 단층촬영은 X선을 이용한 의료영상 기술중 가장 좋은 대조도를 나타내고 있기 때문에 자기공명영상(Magnetic Resonance Image : MRI)과 같은 고해상도 단층 촬영 기술의 등장에도 불구하고 설치 및 조작의 용이성, 저렴한 가격 등의 이유로 계속 그 기술이 발전하고 있으며 해상도의 증가, 조사시간의 감소 등으로 그 연구가 계속 이루어지고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 컴퓨터 단층촬영장치의 구성을 보여주는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 컴퓨터 단층촬영장치는, X선을 발생시키는 X선원(110)과, X선원(110)으로부터 발생되는 X선을 검출하는 X선 검출기(120)와, X선원(110)과 X선 검출기(120)가 장착되며 X선원(110)과 X선 검출기(120)를 동기화시켜 회전시키는 갠트리(100)와, 피사체(150)의 단면 위치를 결정하며, 피사체(150)를 갠트리(100) 내부로 이동가능하도록 구성된 베드(130)와, 갠트리(100)와 베드(130)를 제어하고 X선 검출기(120)로부터 획득된 영상 데이터를 저장 및 재구성하는 콘솔(140)로 이루어져 있다.

이러한 X선 컴퓨터 단층촬영장치는 콘솔(140)에서 검사 시작을 명령하면 갠트리 제어 모터(미도시)에 의해 갠트리(100)가 한 바퀴 회전하면서 X선관(110)이 부채꼴 형태의 X선 빔을 방출하고, X선 검출기(120)가 이를 검출하여 영상 신호를 콘솔(140)로 전송하면, 콘솔(140)에서 영상을 재구성하여 단층 영상을 획득한다. 이후 베드 제어 모터(미도시)에 의해 베드(130)가 사용자가 원하는 단층 두께 만큼 이동하고 갠트리(100)는 다시 한 바퀴를 돌며 영상 신호를 획득하게 되고 이러한 과정을 반복하여 일정 두께의 단층 영상을 획득하게 된다.

한편, X선관(110)이 콘(cone) 형태의 X선 빔을 방출하고, X선 검출기(120)는 매트릭스 형태의 배열을 이루고 있는 픽셀로 구성된 평판형 X선 검출기를 사용하여 갠트리(100)를 한 번만 회전시킴으로써 영상 재구성에 필요한 영상 정보를 획득하기도 한다. 이러한 경우 갠트리(100)를 한 번만 회전시켜 영상 재구성에 필요한 영상 정보를 획득하기 때문에 X선 검출기(120)에는 한 줄이 아닌 16줄, 32줄 등 많은 수의 검출기선들이 연결되어 있다.

그러나 수술 중 환자의 수술상태나 환부 상태를 확인하기 위해서 X선 단층촬 영이 필요한 경우, 환자를 단층촬영실로 옮겨 단층 영상을 획득하여야 하나, 환자에게는 여러 가지 외부 측정 장비, 수술 장비, 가스 및 혈액 공급장치 등이 연결되어 있어 환자를 이동시키기 곤란하기 때문에 종래의 컴퓨터 단층촬영장치를 통해 단층 영상을 획득하기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 컴퓨터 단층촬영장치를 수술중에 적용하더라도 단층촬영시 환자가 갠트리 내에 위치하여 환자가 가려지기 때문에 환자의 상태를 확인할 수 없다는 문제점도 있었다.

게다가, 종래기술에 따른 X선 컴퓨터 단층촬영장치는 하나의 갠트리 내에 X선원과 X선 검출기가 함께 장착되어 있어 갠트리 자체의 무게가 상당하기 때문에 하나의 구동모터를 통해 고속으로 회전시키기 어려워, 빠른 속도로 연속적인 움직임을 보여주는 심장과 같은 장기를 촬영하는 경우 정확한 단층 영상을 획득하기 어렵고, 이는 진단의 오류를 발생시키는 원인이 될 수도 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 X선원과 X선 검출기를 소정 거리 이격되어 있는 한 쌍의 갠트리에 각각 장착하여 환자를 처치할 수 있는 공간을 확보함으로써 수술이나 치료 중 X선 단층촬영을 가능하게 하고, 갠트리의 고속회전을 가능하게 하여 빠른 속도로 움직이는 장기에 대해서도 보다 정확한 단층 영상을 획득하여 진단의 오류를 방지할 수 있는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치는, 링 형태의 몸체로 구성되고, 회전가능하도록 구성된 제1갠트리와; 상기 제1갠트리의 몸체 일측에 장착되는 X선원과; 상기 제1갠트리와 소정 거리 이격되어 구비되고, 링 형태의 몸체로 구성되며 회전가능하도록 구성된 제2갠트리와; 상기 제2갠트리의 몸체 일측에 장착되고, 상기 X선원으로부터 방출된 X선을 검출하는 X선 검출기와; 상기 제1갠트리, 상기 X선원, 상기 제2갠트리 및 상기 X선 검출기의 동작을 제어하고, 상기 X선 검출기에서 획득된 영상데이터로부터 피사체의 단층 영상을 재구성하는 콘솔;을 포함하여 구성되되, 상기 제1갠트리에 장착되는 X선원과 상기 제2갠트리에 장착되는 X선 검출기는, 상기 X선원으로부터 방출되는 X선이 상기 제1갠트리 및 상기 제2갠트리 사이에 위치되는 피사체를 통과하여 상기 X선 검출기에서 획득될 수 있도록 상기 피사체를 중심으로 서로 대각선 방향으로 대향되어 위치되게 구성되고, 상기 제1갠트리와 상기 제2갠트리는 동기화되어 동작하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치의 구성을 보여주는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치는, 몸체가 링(ring) 형태로 이루어지고, 회전 가능하도록 구성된 제1갠트리(200)와, 제1갠트리(200)의 몸체 일측에 장착되어 X선을 방출하는 X선원(210)과, 제1갠트리(200)와 소정 거리 이격되어 구비되고, 몸체가 링 형태로 이루어지며 회전 가능하도록 구성된 제2갠트리(202)와, 제2갠트리(202)의 몸체 일측에 구비되되, X선원(210)과 대각선 위치에 장착되어 X선원(210)으로부터 방출되는 X선을 검출하는 X선 검출기(220)와, X선원(210), 제1갠트리(200), X선검출기(220) 및 제2갠트리(202)를 제어하고, X선 검출기(220)로부터 획득된 영상데이터를 재구성하고 단층 영상을 생성, 저장 및 디스플레이하는 콘솔(240)을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 컴퓨터 단층촬영장치의 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)에는 제1구동 모터(212)와 제2구동 모터(222)가 각각 연결되어 있으며, 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)는 콘솔(240)의 제어에 따라 동기화되어 회전한다.

이하에서는 본 발명에 따른 컴퓨터 촬영장치의 구성 요소에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, X선원(210)은 진공관 내에 구비되는 필라멘트 형상의 캐소드로부터 가속된 전자빔이 고 에너지 상태로 애노드 상의 타겟 물질에 입사되어 원추형 빔(cone beam) 타입의 X선을 발생시킨다.

X선 검출기(220)는 매트릭스 형태의 배열을 이루고 있는 픽셀(pixel)타입의 소형 광 검출기로 구성된 평판형으로 이루어져, 광 검출기들이 각각의 위치별로 흡수되는 X선의 에너지를 직접 또는 간접적으로 검출하여 흡수된 X선의 에너지와 위치에 대한 정보를 디지털화하여 콘솔(240)로 전송한다.

X선 검출기(220)가 평판형으로 이루어져 있기 때문에 갠트리를 한 번만 회전시키면서 촬영을 하더라도 관심영역 부위의 3차원 영상을 획득할 수 있다.

X선 검출기(220)의 전면에는 환자를 투과한 X선에서 발생되는 산란선을 제거 하기 위한 비산란 그리드가 장착되어 있어 산란된 X선에 의한 X선 영상의 대조도가 저하되는 것이 방지된다.

제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)는 소정 거리 이격되어 평행하게 구성되는데, 수술이나 처치 중에도 피사체(250)로부터 단층 영상을 손쉽게 획득할 수 있도록 베드(230)의 양측 가장자리 부위에 위치하는 것이 바람직하다. 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)는 X선원(210)과 X선 검출기(220)의 회전 궤적을 제어하고, 피사체(250) 즉, 환자를 작업자에게 노출시킬 수 있도록 링 형태로 이루어져 있다.

제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)에는 제1구동 모터(212)와 제2구동 모터(222)가 각각 하나씩 연결되어 있다. 제1구동 모터(212)와 제2구동 모터(222)는 콘솔(240)에 연결되어 있으며, 콘솔(240)의 제어를 받아 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)를 동기화시켜 동일한 속도로 회전시킨다.

이와 같이 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)에 각각 별도의 구동 모터(212, 222)를 연결하여 구동함으로써, 종래의 X선원과 X선 검출기가 하나의 갠트리에 장착되어 있는 컴퓨터 단층촬영장치에 비하여 갠트리(200, 202)를 보다 고속으로 회전시킬 수 있고, 이에 따라 촬영에 소요되는 스캔 시간을 줄일 수 있어 심장과 같이 빠른 속도로 연속적인 움직임을 갖는 장기에 대한 단층 영상 획득 시 영상의 질을 향상시킬 수 있다.

X선원(210)은 제1갠트리(200)의 몸체 일측에 장착되고, X선 검출기(220)는 제2갠트리(202)의 몸체 일측에 장착되는데, X선원(210)과 X선 검출기(220)는 피사체를 중심으로 대향하면서 위치하기 때문에 X선원(210)으로부터 방출된 X선이 베드(230) 상의 피사체(250)를 통과하여 X선 검출기(220)에서 검출될 수 있도록 한다. X선원(210)과 X선 검출기(220)의 위치는 장치의 초기 세팅시 고정된다.

X선 검출기(220)에서 X선의 검출 효율을 최대화시켜 정확한 영상 데이터를 획득하기 위해서는 X선원(210)으로부터 방출되는 X선의 중심부가 피사체(250)의 관측영역의 중심부를 향하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)가 회전하더라도 X선원(210)으로부터 방출되는 X선의 중심부는 항상 피사체(250)의 관측영역 중심부를 향하도록 한다.

상기한 바와 같이 X선원(210)과 X선 검출기(220)가 피사체(250) 측을 향하도록 하기 위해서는 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)가 피사체(250) 측, 즉 중심부 쪽 반경이 더 큰, 테이퍼(taper)진 링(ring) 형 몸체를 갖도록 구성함으로써 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)의 내측면이 피사체(250) 측을 향하도록 경사지게 구성되어야 한다. 이렇게 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)의 내측면이 피사체(250) 측을 향하도록 경사지게 구성함으로써 X선원(210)과 X선 검출기(220)의 장착을 용이하게 하고 피사체(250)를 통과한 X선의 검출 효율을 최대화시킬 수 있다.

콘솔(240)은 X선원(210)과 X선 검출기(220), 제1갠트리(200) 및 제2갠트리(202)를 제어하는데, 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)는 제1구동 모터(212)와 제2구동 모터(222)를 통해 제어할 수 있다. 콘솔(240)은 동기화되어 있는 제1구동 모터(212)와 제2구동 모터(222)에 동작 명령을 내려 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)를 동일한 속도로 회전시킨다.

콘솔(240)은 관전압, 관전류, X선 조사간격, 영상 재구성 방법 등을 설정하 여 각 모터와 X선원(210), X선 검출기(220)에 설정 데이터를 전송하고, X선 단층촬영 시 X선 검출기(220)에서 획득된 영상 데이터를 재구성하여 피사체(250)의 관측영역에 대한 단층 영상을 생성 및 저장하고, 콘솔(240)에 연결되어 있는 모니터를 통해 디스플레이하기도 한다.

도 3은 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치를 방사선 치료에 적용하는 상태를 보여주는 구성도이다.

도 3에 도시된 방사선 치료기기에는 치료선원(310)이 장착되어 있는 제3갠트리(300)의 양 측에 X선원(210)이 장착된 제1갠트리(200)와 X선 검출기(220)가 장착된 제2갠트리(202)가 부착되어 있다. 도 3에서는 제3갠트리(300)가 회전 가능한 링 형태로 나타나 있지만, 제3갠트리(300)의 형태는 치료선원(310)의 위치를 적절히 조절할 수 있는 어떠한 형태로 이루어져도 무방하다. 제1갠트리(200)와 제2갠트리(202)는 콘솔(240)의 제어를 받아 동기화되어 회전하면서 환부를 촬영함으로써 정확한 치료부위를 추적하고, 콘솔(240)에서 제3갠트리(300)에 장착되어 있는 치료선원(310)을 추적된 정확한 치료부위를 향하도록 제어함으로써 적절한 선량을 이용하여 방사선 치료를 수행할 수 있다.

종래에는 방사선 치료를 수행하기 이전에 단층촬영실에서 X선 단층촬영을 실시하여 치료부위에 대한 단층 영상을 획득한 후 환자를 방사선 치료실로 이동시켜 방사선 치료를 수행하였으나, 여기에서는 도 3에 도시된 방사선 치료장치를 이용하여 방사선 치료를 수행하기 전에 환자의 신체에서 방사선치료가 필요한 정확한 부 위를 X선 단층촬영으로 미리 파악한 다음, 환자의 이동 없이 치료선원(310)을 파악된 치료부위로 향하도록 설정하여 방사선 치료를 수행할 수 있도록 하였다. 도 3에 도시된 방사선 치료장치를 이용하면, 환자의 움직임에 의해 신체 내부의 내장 기관들이 미동할 수 있으므로 방사선 치료를 하는 도중에도 X선 단층촬영을 실시하여 치료부위의 위치를 정확하게 추적함으로써 효과적으로 방사선 치료를 수행할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치는, X선원과 X선 검출기를 서로 이격되어 있는 한 쌍의 갠트리에 각각 장착하여 환자를 처치할 수 있는 공간을 확보함으로써 수술이나 치료 중에도 환자나 각종 장비의 이동 없이 곧바로 X선 단층촬영을 수행할 수 있어 처치시간을 단축할 수 있고, 진단의 정확성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, X선원과 X선 검출기를 각각 서로 다른 갠트리에 장착하면, 하나의 갠 트리에 X선원과 X선 검출기가 함께 장착되어 있을 때보다 갠트리를 고속 회전시킬 수 있으므로 빠른 속도로 연속적인 움직임을 갖는 장기에 대한 단층 영상 획득 시 영상의 질이 향상되어 정확한 진단을 내릴 수 있는 효과가 있다.

또한, 한 쌍의 갠트리 사이의 공간을 활용하여 방사선 치료를 수행하는 경우, 방사선 치료가 필요한 부위를 X선 단층촬영으로 정확하게 측정하여 측정된 치료 부위에 방사선을 조사할 수 있으므로 방사선에 의한 환자의 피폭을 줄이면서도 효과적인 치료를 가능하게 할 수 있다.

Claims

링 형태의 몸체로 구성되고, 회전가능하도록 구성된 제1갠트리와;

상기 제1갠트리의 몸체 일측에 장착되는 X선원과;

상기 제1갠트리와 소정 거리 이격되어 구비되고, 링 형태의 몸체로 구성되며 회전가능하도록 구성된 제2갠트리와;

상기 제2갠트리의 몸체 일측에 장착되고, 상기 X선원으로부터 방출된 X선을 검출하는 X선 검출기와;

상기 제1갠트리, 상기 X선원, 상기 제2갠트리 및 상기 X선 검출기의 동작을 제어하고, 상기 X선 검출기에서 획득된 영상데이터로부터 피사체의 단층 영상을 재구성하는 콘솔;을 포함하여 구성되되,

상기 제1갠트리에 장착되는 X선원과 상기 제2갠트리에 장착되는 X선 검출기는, 상기 X선원으로부터 방출되는 X선이 상기 제1갠트리 및 상기 제2갠트리 사이에 위치되는 피사체를 통과하여 상기 X선 검출기에서 획득될 수 있도록 상기 피사체를 중심으로 서로 대각선 방향으로 대향되어 위치되게 구성되고,

상기 제1갠트리와 상기 제2갠트리는 동기화되어 동작하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치.
제 1 항에 있어서,

상기 X선 검출기는 매트릭스 형태의 배열을 이루고 있는 픽셀로 구성된 평판형 X선 검출기인 것을 특징으로 하는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단 층촬영장치.
제 1 항에 있어서,

상기 X선 검출기의 전면에는 비산란 그리드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1갠트리와 제2갠트리는 서로 마주보는 측의 반경이 더 큰, 테이퍼(taper)진 형상의 링(ring)형 몸체로 구성되어 상기 제1갠트리와 제2갠트리의 내측면이 피사체 측을 향하도록 구성된 것을 특징으로 하는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1갠트리와 상기 제2갠트리에는 상기 콘솔의 제어를 받아 상기 제1갠트리와 상기 제2갠트리를 동기화시켜 회전시키는 제1구동 모터와 제2구동 모터가 각각 하나씩 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 동기화된 갠트리를 구비한 컴퓨터 단층촬영장치.