KR100945973B1 - 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축교정 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피사체를 회전시키는 스텝모터의 회전축의 교정이 가능하여 영상의 해상도를 현저하게 높일 수 있도록 한 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치를 구현하기 위한 구체적인 수단은, 핀홀을 갖는 바늘구멍 조준기와 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터를 갖는 단일광자 방출 단층 촬영기에 있어서, 핀홀의 입구에 부착된 미러와; 스텝모터가 장착된 스테이지에 설치되어 미러로 입사빔을 조사시키는 레이저 발생기; 및 미러로부터 반사된 출사빔의 빔축 위치를 검출하는 빔 검출수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

스펙트, 바늘구멍 조준기, 콜리메이터, 회전축 교정

Description

고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법{An axis of rotation alignment system and method thereof for high resolution pinhole SPECT imaging}

본 발명은 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 바늘구멍측 미러로 입사된 빔축과 미러로부터 출사된 빔축을 일치시켜 가상 회전축을 형성하고, 이 가상 회전축에 스텝 모터의 회전중심을 일치시켜 회전축 교정을 완료함으로써 고해상도의 영상을 얻을 수 있도록 한 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

기존 임상에서 사용되는 핵의학 기기로는 해상도의 한계(약 10 mm)로 인해 소동물에 대한 연구가 불가능하다. 그러나 바늘구멍 조준기를 소형화 하여 개조하면 해상도를 매우 높일 수 있어 소동물을 이용한 연구가 가능해진다.

이러한 바늘구멍 조준기를 이용한 단일광자 방출 단층 촬영기(SPECT; single photon emission computed tomography)는 해상도를 매우 좋게 할 수 있다는 장점과 더불어 전산화 단층촬영(CT; Computed tomography)과는 달리 기능적 영 상(functional image)을 얻을 수 있어 최근 소동물 전용 기능화 단층 촬영기기로 주목받고 있다.

바늘구멍 조준기를 이용한 SPECT 시스템에서 해상도를 결정하는 네 가지 요인들은 다음과 같다. 즉, 방사선을 투과시키는 입구(aperture)의 크기, 섬광결정 자체의 내인성 공간 분해능(intrinsic spatial resolution), 바늘구멍 조준기와 물체 사이의 거리에 따른 영상 확대비 그리고 마지막으로 피사체 회전 시스템에서의 회전중심의 정렬이다. 이 중 내인성 공간 분해능은 우리가 어떤 섬광결정을 사용하느냐에 따라 결정되는 고정된 값이고, 영상 확대비는 사용 가능한 시야 내에 피사체가 위치해야 하므로 어느 정도 이상으로는 높일 수 없는 값이다.

바늘구멍 조준기에서 해상도를 결정하는 가장 큰 요인인 회전중심오차를 줄이기 위한 장치를 개발하는 것이다. 이론상 피사체의 회전 중심이 바늘구멍 조준기의 앞에 정 중앙으로 위치하는 경우 회전중심오차는 없다. 그러나 정중앙에 위치하지 못하여 오차가 발생한 경우 사이노그램(sinogram)상에서 데이터가 중앙으로부터 벗어난 위치에 오게 되고 이를 보정 없이 재구성 하게 되면 해상도가 현저히 떨어지게 된다.

여기서, 단일광자 방출 단층 촬영기는 카메라가 환자(피사체) 주위를 360도 또는 180도만큼 회전하면서 얻은 투사영상을 재구성해서 3D 영상으로 만들어낸다. 그러나 바늘구멍 조준기의 경우 조준기 자체의 무거운 무게로 인해 카메라를 회전시킬 때 회전 중심이 일정하게 유지되지 못하는 현상이 발생하게 된다. 이러한 오차는 비록 수 밀리미터(mm)에 불과할지라도 영상의 해상도를 크게 떨어뜨리기 때문 에 소동물 영상을 얻고자 하는 경우 보통 카메라는 고정한 채 피사체를 회전시키며 영상을 얻는 것이 일반적이다.

이때 피사체의 회전 구동 뿐만아니라 회전축의 오차를 교정할 수 있는 장치가 요구된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창출된 것으로, 피사체를 회전시키는 스텝모터의 회전축의 교정이 가능하여 영상의 해상도를 현저하게 높일 수 있도록 한 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

핀홀을 갖는 바늘구멍 조준기와 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터를 갖는 단일광자 방출 단층 촬영기에 있어서,

핀홀의 입구에 부착된 미러와;

스텝모터가 장착된 스테이지에 설치되어 미러로 입사빔을 조사시키는 레이저 발생기; 및

미러로부터 반사된 출사빔의 빔축 위치를 검출하는 빔 검출수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 빔 검출수단은 레이저 발생기의 전방에 배치되어 빔 출사홀을 갖는 빔 표시창으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 레이저 발생기는,

레이저 빔의 입사각을 제어하기 위한 레이저 미세 각 제어수단과;

레이저 빔의 입사 위치를 이동시키기 위한 레이저 미세 축 이동수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 스텝 모터는 스테이지에 장착된 모터 미세 축 이송수단에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 스텝 모터의 회전축 상에 슬릿을 갖는 슬릿 조정구가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법은,

단일광자 방출 단층 촬영기의 바늘구멍 조준기의 핀홀 전방에서 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터의 회전축을 교정하기 위한 방법에 있어서,

바늘구멍 조준기의 핀홀에 미러를 부착하는 단계와;

미러의 정중앙에 수직으로 레이저 발생기로부터 발생된 빔을 입사시켜 핀홀의 가상 회전축을 형성하는 단계와;

스텝모터의 위치를 이송시켜 모터 회전 중심 가상 회전축에 일치시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한 본 발명에 따르면, 미러에서 반사된 출사빔이 레이저 발생기의 전방에 배치된 빔 표시창에 표시되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 레이저 발생기의 빔 입사각은 레이저 미세각 제어수단에 의해 제어 조작되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 레이저 발생기의 빔 입사 위치가 레이저 미세 축 이동수단에 의해 제어 조작되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 스텝모터의 회전축상에 슬릿을 갖는 슬릿 조정구를 배치한 후 슬릿 조정구를 모터 미세축 이송장치로 이송시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치 및 그 방법에 따르면, 레이저 정렬장치와 스텝모터의 이송을 통하여 스텝모터의 회전축을 정열된 레이저 빔에 정확하게 일치되게 교정함으로써 고해상도 영상을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 평면도로서 레이저 발생기와 미러에 의해 형성된 입사빔과 출사빔 사이에 교정 각도가 발생된 상태도이고, 도 3은 도 1의 평면도로서 레이저 발생기와 미러에 의해 형성된 입사빔과 출사빔이 일치된 상태도이고, 도 4는 도 1의 평면도로서 스텝모터의 회전축 이동전 상태도이다.

본 발명은 도 1 내지 도 4에서와 같이 핀홀(21)을 갖는 바늘구멍 조준기(20) 와 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터(30)를 갖는 단일광자 방출 단층 촬영기(SPECT)에 있어서, 핀홀(21)의 입구에는 빔을 반사시키기 위한 미러(40)가 부착되어 있다. 미러(40)는 핀홀(21)과 동일하게 원형으로 구성되어 있다. 이때 미러(40)는 핀홀(21)의 중심축에 대하여 직각으로 설치된다.

스텝모터(30)가 장착된 스테이지(50)에는 미러(40)로 입사빔을 조사시키는 레이저 발생기(60)가 설치되어 있다. 여기서 레이저 발생기(60)는 핀홀(21)의 중심에서 직각 방향으로 뻗어나가는 가상 회전축(Ideal axis of rotation)(Z)을 얻기 위해 사용된다.

레이저 발생기(60)는 스텝모터(30)로부터 일정 간격을 두고 미러(40)의 전방에 위치한다. 이때 레이저 발생기(60)에서 조사되는 레이저 빔은 미러(40)의 검출면에 대하여 직각 방향이 되도록 조절한다.

한편, 레이저 발생기(60)는 레이저 미세 각 제어수단과 레이저 미세축 이동수단(72)에 의해 도 2와 같이 빔 축의 각도(θ) 제어와 도 4와 같이 빔 축의 X축 방향 이동 제어가 이루어지게 되어 있다. 레이저 미세 각 제어수단은 레이저 발생기 지지축(62)의 회전을 고정하거나 허용시키는 조정나사(70)를 포함하여 구성된다.

미세 축 이동수단(72)은 레이저 발생기(60)를 이동시켜 X축 방향으로 이동시켜 직각이 이루어진 가상 회전축(Z)을 핀홀(21)의 정중앙에 위치되도록 하는 역할을 한다.

스텝 모터(30)는 스테이지(50)에 장착된 모터 미세 축 이송수단(100)에 설치 된다. 모터 미세 축 이송수단(100)은 도 4에서와 같이 스텝 모터(30)의 회전 중심(C)을 U축 방향으로 이동시켜 가상 회전축(Z)에 일치시키는 역할을 한다.

이때 스텝 모터(30)의 이송량을 결정하기 위해 도 1과 같이 스텝 모터(30)의 회전축 상에 슬릿(92)을 갖는 슬릿 조정구(90)가 배치된다. 이때 슬릿(92)은 빔을 통과시키는 최소한의 폭을 갖는 긴 구멍이다.

상기 미러(40)로부터 반사된 출사빔의 빔축 위치를 검출하는 빔 검출수단으로, 레이저 발생기(60)의 전방에 빔 출사홀(81)을 갖는 빔 표시창(80)이 구비된다.

본 실시예에서 레이저 미세 각 제어는 0.01°, 레이저 미세축 이동장치(72)를 통한 이동 거리는 0.01mm까지 가능하게 구성하였다.

또한, 본 실시예에서 핀홀(21)의 입구는 0.5mm, 1.0mm, 2.0mm에서 선택하였으며, 핀홀(21)로부터 레이저 발생기(60)의 섬광결정 표면까지의 거리를 17.8cm로 하였고, 바늘구멍 조준기(20)의 원뿔각(α)은 70°로 하였다.

이와 같이 구성된 회전축 교정장치를 통한 회전축 교정 방법을 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치의 제어 흐름도이다.

먼저, 바늘구멍 조준기(20)의 핀홀(21)에 미러(40)를 부착시킨다.(S10)

다음, 레이저 발생기(60)로부터 레이저 빔을 발생(S12)시킨 후 미세 각 조정(S14)을 실시한다.

미세각 조정작업은 도 2와 같이 입사빔(B1)과 출사빔(B2)간에 이루는 각도(θ)를 제로화시켜 도 3과 같이 입사빔(B1)과 출사빔(B2)을 일치시키는 정열작업이 다.

그러나 도 2과 같이 입사빔(B1)과 출사빔(B2)과의 사이에 편차각(θ)이 생기면 출사빔(B2)은 빔 표시창(80)에 편차위치로 나타난다. 즉, 미러(40)에 입사된 입사빔(B1)이 미러(40)의 중앙에서 벗어나게 된다.

따라서 레이저 발생기(60)의 입사빔(B1)과 미러(40)에서 반사된 출사빔(B2)이 일치하지 않을 경우, 빔 표시창(80)에는 도 2와같이 입사빔(B1)과 오차거리(L)를 두고 반사빔(B2)의 위치가 포인트로 나타난다. 이때 레이저 미세각 제어수단(70)을 통해 오차 거리를 제거함으로써 입사빔(B1)과 반사빔(B2)을 일축으로 일치시켜 가상 회전축(Z)을 형성한다.

그 다음, 레이저 미세 축 이동수단(72)을 통해 가상 회전축(Z)을 도 4에서 X축(또는 U축) 방향으로 이동시켜 입사빔(또는 출사빔)이 미러(40)의 정중앙에 나타나도록 조정한다(S16). 이렇게 함으로써 레이저 빔은 하나의 가상 회전축(Z)을 이루게 된다.

여기서, 도 3과 같이 입사빔(B1)과 출사빔(B2)이 일축을 이루게 되면 스텝 모터(30)의 회전축 교정은 필요없게 된다. 이때는 빔 표시창(80)에 출사빔의 어긋난 위치가 나타나지 않는다.

그 다음, 스텝모터(30)의 회전축상에 슬릿(92)을 갖는 슬릿 조정구(90)를 배치하고, 상기 슬릿 조정구(90)를 모터 미세축 이송장치(100)로 이송시키는 조정작업을 한다(S18). 이때 슬릿(92)이 스텝모터(30)의 회전축에 일치되게 정열된 상태에서 교정작업이 실시된다.

이같이 모터 미세 축 이송수단(100)을 통하여 위치 이동된 슬릿(92)에 가상 회전축(Z)을 이루고 있는 레이저 빔이 통과되면 스텝 모터(30)의 회전축 교정이 완료된다.

이같이 하여 스텝모터(50)의 중심(C)을 도 4에서 U축 방향으로 이동시켜 핀홀(21)의 가상 회전축(Z)에 위치하게 되면 회전중심 오차의 발생이 없게 된다. 따라서 스텝모터(30)로 피사체를 회전시키고 바늘구멍 조준기(20)를 통해 영상왜곡이 없는 고해상도의 영상을 얻게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치의 구성도.

도 2는 도 1의 평면도로서 레이저 발생기와 미러에 의해 형성된 입사빔과 출사빔 사이에 교정 각도가 발생된 상태도.

도 3은 도 1의 평면도로서 레이저 발생기와 미러에 의해 형성된 입사빔과 출사빔이 일치된 상태도.

도 4는 도 1의 평면도로서 스텝모터의 회전축 이동전 상태도.

도 5는 본 발명에 따른 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치의 제어 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 바늘구멍 조준기

40: 미러

60: 레이저 발생기

70: 레이저 미세각 제어수단

72: 레이저 미세 축 이동수단

80: 빔 표시창

81: 빔 출사홀

90: 슬릿 조정구

92: 슬릿

100: 모터 미세축 이송수단

Claims (10)

1. 핀홀(21)을 갖는 바늘구멍 조준기(20)와 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터를 갖는 단일광자 방출 단층 촬영기에 있어서,

   상기 핀홀(21)의 입구에 부착된 미러(40)와;

   상기 스텝모터의 상부 회전축 상에 슬릿(92)을 갖는 슬릿 조정구(90)가 구비된 스텝모터(30)와;

   상기 스텝모터(30)가 장착된 스테이지(50)에 설치되어 상기 미러(40)로 입사빔을 조사시키는 레이저 발생기(60); 및

   상기 미러(40)로부터 반사된 출사빔의 빔축 위치를 검출하는 빔 검출수단을 포함한 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 빔 검출수단은, 상기 레이저 발생기(60)의 전방에 배치되어 빔 출사홀(81)을 갖는 빔 표시창(80)으로 구성된 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 발생기(60)는,

   레이저 빔의 입사각을 제어하기 위한 레이저 미세 각 제어수단(70)과;

   레이저 빔의 입사 위치를 이동시키기 위한 레이저 미세 축 이동수단(72)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 스텝 모터(30)는 스테이지(50)에 장착된 모터 미세 축 이송수단(100)에 설치된 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 장치.
5. 삭제
6. 바늘구멍 조준기(20)의 핀홀(21) 전방에서 피사체를 회전 구동시키는 스텝모터(30)의 회전축을 교정하기 위한 방법에 있어서,

   상기 핀홀(21)의 입구에 미러(40)를 부착하는 단계와;

   상기 미러(40)의 정중앙에 수직으로 레이저 발생기(60)로부터 발생된 빔을 입사시켜 상기 핀홀(21)의 가상 회전축(Z)을 형성하는 단계; 및

   상기 스텝모터(30)의 위치를 이송시켜 모터 회전 중심(C)을 상기 가상 회전축(Z)에 일치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준 기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 미러(40)에서 반사된 출사빔이 상기 레이저 발생기(60)의 전방에 배치된 빔 표시창(80)에 표시되는 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 레이저 발생기(60)의 빔 입사각은 레이저 미세각 제어수단(70)에 의해 제어 조작되는 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 레이저 발생기(60)의 빔 입사 위치가 레이저 미세 축 이동수단(72)에 의해 이동 제어 조작되는 것을 특징으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법.
10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스텝모터(30)의 회전축상에 슬릿(92)을 갖는 슬릿 조정구(90)를 배치한 후 상기 슬릿 조정구(90)를 모터 미세축 이송수단(100)으로 이송시키는 것을 특징 으로 하는 고해상도 바늘구멍 조준기 스펙트 영상화를 위한 회전축 교정 방법.

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