KR101123951B1

KR101123951B1 - 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법

Info

Publication number: KR101123951B1
Application number: KR1020090041580A
Authority: KR
Inventors: 이재성; 미끼꼬 이또우; 윤현석; 권순일; 홍성종; 김종효; 방영봉; 김태완
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2012-04-12
Also published as: KR20100122596A

Abstract

본 발명은 PET에 관한 것이다. 특히 회동 가능한 제 1회동축(30), 제 1회동축(30)에 연결된 회동날개(20) 및 회동날개(20)의 일측에 구비되어 감마선을 검출하는 하나 이상의 감마선검출기(10)로 이루어진 하나 이상의 회동부(1); 회동부(1)의 제 1회동축(30)과 연결되어 회동부(1)를 구동시키는 구동부(3); 감마선검출기(10)와 연결되어 감마선의 발생위치를 연산하는 연산제어부(5); 및 연산제어부(5)와 연결되어 피사체(50)의 영상을 디스플레이하는 표시부(6);를 포함하고, 하나 이상의 회동부(1)는 검출에 가용되는 하나 이상의 감마선검출기(10)의 검출면이 피사체 영역(40)의 중심을 향하면서 피사체 영역(40)의 크기에 대응하여 회동 가능하고, 하나 이상의 제 1회동축(30)은 피사체(50)를 중심으로 일정 각을 유지하며 원주상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치가 개시된다.

본 발명은 공간해상도 및 민감도를 향상시키기 위해 종래 목적별, 용도별 PET 장치를 개별적으로 구비하여야 하는 문제점을 해결하고 각각의 피사체에 맞는 촬영장치 조건을 제공함으로써 공간해상도 및 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.

양전자 방출 단층촬영, PET, 섬광결정, 검출링

Description

가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법{TRANSFORMABLE ADAPTIVE POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY SYSTEM AND IMAGING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 피사체 영역의 크기에 대응되도록 감마선검출기가 부착된 회동부를 회동시킴으로써 가변형상을 구현할 수 있는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법에 관한 것이다.

양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography: PET), 즉 PET에 사용되는 방사성동위원소들은 안정된 동위원소들에 비해서 원자핵을 구성하는 중성자의 수가 적어 불안정한 상태에 있는 동위원소들이다. 이러한 불안정한 원자핵은 주변의 궤도전자를 하나 받아들여 양성자를 중성자로 바꾸거나(electron capture), 양성자에서 양전자(positron)를 하나 방출하여 중성자로 바뀌는 과정을 통해 안정된 상태가 된다. PET에서 사용하는 방사성 동위원소들은 이 중 양전자 방출을 통해 안정화되는 양전자 방출체들이다.

PET의 원리를 이해하는 데 있어 가장 중요한 물리적 현상은 쌍소멸에 의한 2 개의 감마선 발생이다. 원자핵에서 방출된 양전자는 +전하를 띠고 있기 때문에 주변 원자들의 원자핵 및 궤도전자들과 상호작용을 통해 초기에 가지고 있던 운동 에너지를 잃게 되고 결국에는 1 mm 정도도 나아가지 못하고 전자를 만나 소멸된다. 이 때 양전자와 전자의 정지 질량에 해당하는 511 keV의 에너지를 갖는 두 개의 감마선이 서로 반대 방향으로 동시에 방출되는데 두 감마선 사이의 각도가 항상 거의 180도로 정반대라는 특징을 갖는다.

PET 시스템의 핵심적인 기능은 쌍소멸에 의해서 동시에 발생한 2개의 감마선을 검출하는 것이다. PET에서 두 감마선이 검출된 위치를 연결한 선을 반응선(LOR, line of response)이라 하며 각 반응선에 대한 검출빈도를 검출링 중심에서 부터의 거리와 각도로 정렬하면 사이노그램(sinogram) 데이터를 얻을 수 있어 단층영상 재구성이 가능하다.

이처럼 PET은 단일광자영상과는 달리 기계적인 조준기가 없이도 감마선의 방향 및 위치에 대한 정보를 얻을 수 있으므로 민감도가 매우 우수한 장점이 있다. 따라서 적은 양의 방사성동위원소를 사용하고도 빠른 전신 스캔이 가능하다.

PET에서는 감마선 검출을 위하여 일반적으로 섬광검출기를 사용한다. 단일광자영상에 비해서 높은 에너지를 갖는 511 keV 감마선을 검출하기 위해서는 섬광결정의 밀도뿐만 아니라 원자번호도 높아야 하고, 민감도 또한 좋아야 한다. 그리고, 두 감마선이 매우 짧은 시간(수 ns) 내에 동시에 발생했는지 여부를 판단해야 하므로 섬광결정의 반응속도도 빨라야 한다.

또한, 섬광결정에서 발생하는 빛의 양이 많아야 에너지, 공간, 시간 분해능 이 우수하다. 이러한 조건들을 갖춘 섬광결정들로 LSO, LYSO, GSO, LuYAP, BGO 등이 임상용, 전임상용 PET에서 사용되고 있다.

PET의 해상도 저하를 가져오는 물리적 요인 중의 하나가 비직선소멸(non-collinear annihilation)에 의한 불확실성이다. 이는 양전자와 전자가 결합하는 순간 두 입자가 완전히 정지된 상태가 아니므로 운동량의 합이 정확히 0이 아니어서 발생하는 현상으로 두 감마선이 180˚로부터 ±0.25˚ 정도의 불확실성을 가지고 방출되는 현상을 의미한다. 이러한 방출각도의 불확실성은 ‘0.0022×D’ (D: 링 지름) 만큼의 위치 에러를 가지고 오는데, 80 cm의 지름을 갖는 스캐너의 경우 약 2 mm 정도의 위치 에러를 일으키는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 비직선소멸에 의한 해상도 저하 요인을 최소화하기 위해서는 PET 검출링의 지름을 최대한 작게 해야 함을 알 수 있다. 그러나 PET 검출링의 지름이 작아지면 시차(視差, parallax)오류에 의한 주변부 시야의 해상도가 저하되는 문제가 생긴다.

결국, PET의 공간해상도를 향상시키기 위해서는 검출링의 지름을 최소화해야 하며(비선형 소멸에 의한 오류를 줄이기 위해), 섬광결정의 단면적을 줄여야 한다. 그리고, 민감도를 향상시키기 위해서는 앞서 언급한 섬광체 비율뿐 아니라 섬광체의 검출효율과 PET 실린더의 입체각을 최대화해야 한다. 또한, 감마선 검출의 입체각을 향상시키기 위해서는 검출링이 포함된 실린더의 길이는 유지하면서 실린더 직경을 작게 하면 된다. 그리고, 섬광체의 검출효율을 좋게 하기 위해서는 섬광체의 길이를 늘려야 하나, 앞서 언급한데로 섬광체의 길이가 길어지면 시차오류에 의한 주변부에서의 해상도 저하가 생긴다.

상기와 같은 해상도 및 민감도에 대한 변수를 고려하면 피사체의 크기 및 용도에 맞는 촬영장치를 구비하는 것이 해상도 및 민감도를 높이는 방안이 될 수 있다.

따라서 현재 상용화된 모든 임상용 PET은 전신에 걸쳐 사용할 수 있는 범용 스캐너로 전신용 PET의 검출기링 직경은 약 80~90 cm 정도이며, (4~6)×(4~6) mm²의 단면적을 갖는 섬광결정을 사용하여 4~6 mm 정도의 공간 분해능을 갖는다. 드물게 쓰이나 뇌전용 PET은 해상도 및 민감도 향상을 위하여 40 cm 정도 직경의 검출기 링을 사용한다. 근래 들어서는 유방전용 PET 등 국소 부위 촬영을 위한 고성능의 PET 시스템이 임상적으로 활용되고 있기도 한다.

현재 많은 분자영상 연구들이 체외 연구와 인간에 대한 임상 연구의 중간 단계로써 소동물을 대상으로 주로 이루어지고 있어 소동물을 대상으로 한 PET 시스템이 필요하나 임상용 PET 스캐너는 소동물 영상을 위한 충분한 해상도 및 민감도를 가지지 못한다. 따라서 1~2 mm 수준의 고해상도와 수 % 이상의 고민감도를 갖는 소동물전용 PET 스캐너가 필요하다.

이처럼 PET은 그 용도에 따라서 서로 다른 직경과 섬광결정 단면적을 갖는 별도의 스캐너가 필요하나 이들 각각은 10억~30억씩 하는 고가의 장비이므로 이들 용도에 따라 모두를 갖추려면 매우 많은 비용이 드는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 촬영목적을 실현하기 위해 필요한 PET 장치를 구현함에 있어 각각의 피사체에 맞는 촬영장치 조건을 제공함으로써 공간해상도 및 민감도를 높일 수 있는 감마선검출기가 구비된 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 촬영목적 및 용도에 따라 여러개의 PET 장치가 필요한 경우라도 하나의 PET시스템으로 구현하여 비용절감을 꾀할 수 있는 감마선검출기가 구비된 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 회동 가능한 제 1회동축(30), 제 1회동축(30)에 연결된 회동날개(20) 및 회동날개(20)의 일측에 구비되어 감마선을 검출하는 하나 이상의 감마선검출기(10)로 이루어진 하나 이상의 회동부(1); 회동부(1)의 제 1회동축(30)과 연결되어 회동부(1)를 구동시키는 구동부(3); 감마선검출기(10)와 연결되어 감마선의 발생위치를 연산하는 연산제어부(5); 및 연산제어부(5)와 연결되어 피사체(50)의 영상을 디스플레이하는 표시부(6);를 포함하고, 하나 이상의 회동부(1)는 검출에 가용되는 하나 이상의 감마선검출기(10)의 검출면이 피사체 영 역(40)의 중심을 향하면서 피사체 영역(40)의 크기에 대응하여 회동 가능하고, 하나 이상의 제 1회동축(30)은 피사체(50)를 중심으로 일정 각을 유지하며 원주상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

그리고, 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치는 구동부(3)와 연결되고, 하나 이상의 회동부(1)가 피사체 영역(40)의 직경에 대응되도록 구동부(3)를 통해 회동각을 제어하는 구동제어부(4)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

각 감마선검출기(10)는, 피사체 영역(40)과 원주상으로 배치되는 정다각형의 일변을 형성하는 것이 바람직하다.

또한 정다각형은 정육각형이고, 하나 이상의 회동부(1') 각각은 6 개의 감마선검출기(10)를 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 구동제어부(4)는, 피사체 영역(40)의 직경이 최대 직경, 최대 직경의 3/4 직경, 최대 직경의 1/2 직경 및 최대 직경의 1/4 직경 중 어느 하나가 되도록 구동부(3)를 통해 제 1회동축(30)의 회동을 제어하는 것이 바람직하다.

정다각형은 정십이각형이고, 하나 이상의 회동부(1')는, 검출에 가용되는 하나 이상의 감마선검출기(10)가 피사체 영역(40)의 직경이 최대 직경인 경우 4개이고, 3/4 직경인 경우 3개, 1/2 직경인 경우 2개 및 1/4 직경인 경우 1개가 되도록 제어되는 것이 바람직하다.

하나 이상의 회동부(1')는, 검출에 가용되지 아니하는 하나 이상의 감마선검출기(10)를 회동날개(20')의 제 2회동축(20'b)을 중심으로 회동시키는 회동 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

회동 수단은, 회동날개(20')와 감마선검출기(10) 사이에 설치되는 힌지(21); 및 하나 이상의 감마선검출기(10)에 기계적 힘을 전달하는 엑추에이터;를 포함하는 것이 바람직하다.

제 2회동축(20'b)은, 회동날개(20') 끝단의 감마선검출기(10)에 결합된 제 2회동축(20'b)이 절곡 가능하도록 절곡부를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 여기서 절곡부는 볼조인트(23)인 것이 바람직하다.

하나 이상의 감마선검출기(10) 각각은, 하나 이상의 섬광결정(110) 및 하나 이상의 광전자증배관(120)을 포함하는 섬광검출기인 것이 바람직하다. 또한 섬광검출기는, 외부 표면에 형성된 광차단막(130)을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치는 일면에 형성된 홀을 통해 제 1회동축(30)과 구동부(3)를 연결하는 지지틀(2)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

구동부(3)는, 제 1회동축(30)에 연결된 하나 이상의 풀리 또는 하나 이상의 기어를 통하여 구동부(3)의 동력을 하나 이상의 회동부(1)에 전달하는 것이 바람직하다.

연산제어부(5)는, 구동제어부(4)의 제어 명령에 기초하는, 가용한 하나 이상의 감마선검출기(10)의 정보를 수집하여 감마선 발생위치를 산정하는 것이 바람직하다.

피사체(50)의 영상은, 연산제어부(5)의 감마선 발생위치에 대응하는 것이 바 람직하다.

한편, 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로써 사용자의 입력에 기초하여 구동제어부(4)가 피사체 영역(40)의 직경을 결정하는 단계(S10); 구동제어부(4)가 피사체 영역(40)의 직경에 대응되는 회동부(1)의 회동각을 결정하는 단계(S20); 구동제어부(4)가 구동부(3)를 통해 회동각으로 각 회동부(1)를 제 1회동축(30)을 중심축으로 회동시키는 단계(S50);및 검출에 가용되는 감마선검출기(10)를 통하여 피사체(50)가 촬영되는 단계(S60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

그리고, 피사체(50) 촬영 단계(S60)는, 연산제어부(5)가 검출에 가용되는 감마선검출기(10)로부터 수집된 정보에 기초하여 피사체 영역(40)에서 발생한 감마선의 위치를 산정하는 단계(S62); 및 표시부(6)가 연산제어부(5)의 감마선 발생위치에 대응되는 영상을 디스플레이 하는 단계(S64);를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 회동각 결정단계(S20)와 회동부 회동단계(S50) 사이에는, 구동제어부(4)가 회동각에 대응하여 검출에 가용되지 아니하는 감마선검출기(10)를 결정하는 단계(S30); 및 검출에 가용되지 아니하는 감마선검출기(10)가 제 2회동축(20b)을 중심으로 회동되는 단계(S40);를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 공간해상도 및 민감도를 향상시키기 위해 종래 목적별, 용도별 PET 장치를 개별적으로 구비하여야 하는 문제점을 해결할 수 있고 각각의 피 사체에 맞는 촬영장치 조건을 제공함으로써 공간해상도 및 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 촬영 목적 및 용도에 따라 여러 개의 PET 장치가 필요한 경우라도 하나의 PET시스템으로 구현할 수 있으며 가용되지 아니하는 섬광검출기의 가동연한을 늘일 수 있으므로 비용절감의 효과가 있다.

<구성>

<제 1실시예 >

본 발명의 제 1실시예는 회동부(1)가 감마선검출기(10), 회동날개(20) 및 제 1회동축(30)의 구성으로 이루어지며, 특히 6개의 감마선검출기(10)가 일직선의 회동날개(20)에 고정부착되어 있는 구성을 갖는다. 이하 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 감마선검출기(10)를 구성하는 기본 검출유닛을 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 감마선검출기(10)는 섬광검출기를 사용하였으며 복수의 섬광결정(110)과 이와 연결된 광전자증배관(120, PMT: Photo Multiplier Tube)은 511KeV의 에너지를 갖는 감마선을 검출하기 위해 필요한 구성이다. 다만, 감마선을 검출하기 위한 다양한 검출유닛들이 있고 이들 또한 도 1의 기본 검출유닛을 대체할 수 있다. 예를 들어 상호작용깊이(DOI)를 측정할 수 있는 검출유닛, 성질이 다른 여러 층의 섬광결정(110)을 사용하는 검출유닛, 그리고 광센서를 포함하는 검출유닛 등이 그것이다.

본 실시예에서는 LSO 재질의 섬광결정(110)을 사용하며, 섬광결정(110)의 면적 및 길이는 촬영되는 피사체(50)의 크기, 즉 촬영에 필요한 공간으로서 피사체 영역(40)에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 피사체 영역(40)의 직경이 10 ~ 30 cm에서 가용되는 감마선검출기(10)의 경우 (0.5 ~ 3)×(0.5 ~ 3)mm² 에 길이 2 ~ 3cm의 유방 또는 소동물 촬영에 적당한 섬광결정(110)을 사용한다. 그리고 피사체 영역(40)의 직경이 30 ~ 50 cm에서 가용되는 추가 감마선검출기(10)의 경우 (2 ~ 4)×(2 ~ 4)mm² 에 길이 2 ~ 3cm의 뇌 촬영에 적당한 섬광결정(110)을 사용한다. 또한 피사체 영역(40)의 직경이 50 ~ 90cm에서 가용되는 추가 감마선검출기(10)의 경우 (4 ~ 6)×(4 ~ 6) mm² 에 길이 2 ~ 3 cm의 전신 촬영에 적당한 섬광결정(110)을 사용한다.

도 2는 도 1에서 도시된 것과 같은 기본 검출유닛이 모여 형성된 감마선검출기(10)의 종축 단면을 나타낸 단면도이다. 본 발명의 실시예에서는 하나의 감마선검출기(10)가 가로 및 세로 각각이 53mm이고 높이 57mm인 직육면체인 것을 사용하였다. 감마선검출기(10)는 작은 크기의 기본 검출유닛이 다수가 있고 검출링을 촘촘하게 형성해야만 공간해상도 및 민감도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 공간해상도의 경우 검출링을 구성하는 섬광결정(110)의 크기가 작고, 검출링의 직경이 작아야하는 등의 변수가 작용하고, 민감도의 경우 섬광결정(110)의 형상비율, 피사체(50)를 두르는 검출링의 입체각이 커야하는 등의 변수가 작용한다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 기본 검출유닛 간에는 갭이 발생하지 않도록 촘촘하게 배치하 고 다수의 기본 검출유닛을 사용하여 감마선검출기(10)를 구성한다.

그리고 광차단막(130)의 경우 인접광의 간섭을 피하기 위한 것으로 감마선검출기(10)중에서도 섬광검출기의 표면은 납(Pb) 등으로 형성하여 광차단한다.

도 3은 본 발명에 따른 제 1실시예의 회동부(1)를 개략적으로 도시한 정면도 및 일부 감마선검출기(10)의 확대사시도이다. 회동부(1)는 감마선검출기(10), 회동날개(20) 및 제 1회동축(30)을 포함하는 구성인데, 각각의 회동부(1)에는 감마선검출기(10) 6개가 고정부착되어 있다.

감마선검출기(10)는 도 1 및 도 2 설명과 같으며, 회동날개(20)는 다수의 감마선검출기(10)를 회동날개(20)에 일직선으로 고정부착하게 되므로 회동시에 하중을 견딜 수 있을 만큼 강성이 좋은 경량 고강도의 7075 듀랄루민 등을 사용한다.

도 4는 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 1형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 각각이 6개의 감마선검출기(10)를 갖는 회동부(1) 6개로 구성된 정육각형 형상이다. 도 5에 도시된 바와 같이 제 1형상은 제일 큰 피사체 영역(40) 직경을 갖는다. 이것은 전신에 걸쳐 사용할 수 있는 범용 스캐너로서 전신용 PET의 피사체 영역(40) 직경에 해당하는 약 60 ~ 70cm 정도이다.

도 5는 본 발명의 전체 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명은 회동부(1), 지지틀(2), 구동부(3), 구동제어부(4), 연산제어부(5) 및 표시부(6)의 기본 구성을 갖는다.

지지틀(2)은 내부 일면에 회동각 내에서 탄성한계를 벗어나지 않는 스프링(미도시)을 하나 이상의 회동부(1)에 연결함으로써 기본적인 중량을 지지토록 한 다.

지지틀(2)은 본 발명에 따른 장치의 외형을 형성하며, 내부 일면에 홀을 형성하여 이를 관통한 회동부(1)의 제 1회동축(30)이 풀리 또는 기어와 연결될 수 있도록 구성된다.

구동부(3)는 하나 이상의 회동부(1)의 회동을 위한 동력을 형성하는 곳으로 구동력 향상을 위해 기어드 모터(geared motor)를 사용할 수 있다. 또한 구동제어부(4)의 제어 명령에 기반하여 회동각에 대응하는 구동이 가능하다.

구동제어부(4)는 구동부(3)의 구동을 제어하고, 연산제어부(5)와 연결되어 촬영에 가용되는 감마선검출기(10) 정보를 출력하여 연산제어부(5)에 제공한다.

연산제어부(5)는 구동제어부(4)로부터 촬영에 가용되는 감마선검출기(10) 정보를 받으며, 가용 감마선검출기(10)로부터 감마선 감지 신호를 수신하여 정십이각형의 중심으로부터의 거리와 각도로 정렬한 데이터를 출력한다.

표시부(6)는 연산제어부(5)로부터 입력받은 데이터를 기초로 감마선 발생위치에 대응하는 영상을 디스플레이 한다.

도 6은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 2형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 제 2형상은 제 1형상에서 약 5°의 회동각으로 회동된 형상이다. 도 6에 도시된 바와 같이 제 2형상은 피사체 영역(40) 직경이 약 50 ~ 60 cm 정도이다. 전신 스캔너중에서도 피사체(50)의 크기가 작은 경우 예를 들어 어린이와 같이 체구가 작은 경우에 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 3형상을 개략적으로 나 타낸 정면도이다. 제 3형상은 제 1형상에서 약 15°의 회동각으로 회동된 형상이다. 도 7에 도시된 바와 같이 제 3형상은 피사체 영역(40) 직경이 약 40 ~ 50 cm 정도이다. 드물게 쓰이나 뇌전용 PET은 해상도 및 민감도 향상을 위하여 40 cm 정도 직경의 검출기 링을 사용하므로 여기에 사용될 수 있는 구성이다.

도 8은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 4형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 제 4형상은 제 1형상에서 약 25°의 회동각으로 회동된 형상이다. 도 8에 도시된 바와 같이 제 4형상은 피사체 영역(40) 직경이 약 30cm 정도이다. 신체의 일부(예: 유방)에 사용될 수 있는 구성이다. 또한, 소동물용 PET으로도 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 5형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 제 5형상은 제 1형상에서 약 35°의 회동각으로 회동된 형상이다. 도 9에 도시된 바와 같이 제 5형상은 피사체 영역(40) 직경이 약 10cm 정도이다. 따라서 크기가 작은 소동물용(예: 쥐 등의 설치류) PET으로 사용될 수 있다.

<제 2실시예 >

본 발명의 제 2실시예는 회동부(1')가 감마선검출기(10), 회동날개(20') 및 제 1회동축(30)의 구성을 가지며, 특히 4개의 감마선검출기(10)가 절곡형상을 갖는 각각의 회동날개(20')에 부착되어 있는 구성을 갖는다. 이하 도면을 참조하여 제 1실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.

감마선검출기(10) 및 그 기본 검출유닛은 도 1 및 도 2에서와 같이 제 1실시 예와 동일하다. 제 2실시예의 개략적인 전체 구성 또한 도 5에서와 같이 동일하다.

도 10a는 본 발명에 따른 제 2실시예의 회동부(1')를 개략적으로 도시한 정면도 및 힌지결합부의 확대사시도이다. 확대사시도에서는 회동날개(20')에 부착된 감마선검출기(10)의 일부와 이를 회동시키기 위한 구성으로서 힌지(21)를 도시하였다. 회동부(1')는 감마선검출기(10), 회동날개(20') 및 제 1회동축(30)을 포함하는 구성인데, 각각의 회동부(1')에는 감마선검출기(10) 4개가 부착되어 있다. 그리고, 회동날개(20')는 도 10a에 도시된 바와 같이 볼조인트 결합축(20'a), 제 2회동축(20'b) 및 연결축(20'c)을 포함하는 구성이다.

감마선검출기(10)는 도 1 및 도 2 설명과 같으며, 회동날개(20')는 중심이 절곡되어 있는데 회동시 기하학적인 특성상 인접 감마선검출기(10)와 간섭을 방지하기 위한 것이다. 또한 회동날개(20')는 중심부 절곡 부분에 회동 조인트(미도시)가 포함될 수 있으며 절곡 각을 가변적으로 만들 수도 있다. 그리고, 다수의 감마선검출기(10)를 회동날개(20')에 부착하게 되므로 회동날개(20')는 강성이 좋은 경량 고강도의 7075 듀랄루민 등을 사용하여 제작된다.

힌지(21)는 각각의 감마선검출기(10)와 회동날개(20')중 제 2회동축(20'b)을 연결하며, 검출에 가용되지 아니하는 감마선검출기(10)를 제 2회동축(20'b)을 중심축으로 하여 회동시키는 역할을 한다. 또한 반대로, 가용되는 감마선검출기(10)를 피사체 영역(40)으로 회동시킬 수도 있다. 이때 각각의 힌지(21)는 액추에이터(예: 스테핑 모터, 서보 모터 등 미도시)로부터 동력을 전달받아 감마선검출기(10)를 회동시킬 수 있게 된다.

볼조인트 결합축(20'a)은 도 10b의 확대도에서 설명한다. 그리고, 연결축(20'c)은 제 1회동축(30)과 제 2회동축(20'b) 사이를 연결하여 동력을 전달하기 위한 구성이다.

도 10a의 힌지결합부의 확대사시도에서는 제 3감마선검출기(13) 및 제 4감마선검출기(14)만 도시되었지만, 제 2감마선검출기(12)도 힌지(21)와 결합하여 동일한 회동을 한다.

도 10b는 본 발명에 따른 제 2실시예의 회동부(1') 구성중 볼조인트(23)가 결합되는 절곡부의 확대단면도이다. 도 10a와 동일 구성이며 볼조인트(23)의 결합 부분만 확대한 것이다. 회동부(1)의 제 2회동축(20'b)의 끝단에 설치된 두 개의 감마선검출기(10)에 있어서 제 1감마선검출기(11)에 결합된 볼조인트 결합축(20'a)과 제 2감마선검출기(12)에 결합된 제 2회동축(20'b)이 절곡될 수 있도록 볼조인트(23)를 포함한 구성이다. 볼조인트(23)는 내마모성의 경량 고강도의 7075 듀랄루민 등을 소재로 사용한다.

도 11은 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 1형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 형상중 제 1형상으로 각각이 4개의 감마선검출기(10)를 갖는 회동부(1) 12개로 구성된 정십이각형 형상이다. 도 11에 도시된 바와 같이 제 1형상은 제일 큰 피사체 영역(40) 직경을 갖는다. PET의 피사체 영역(40) 직경이 약 70 ~ 90 cm 정도이므로 전신에 걸쳐 사용할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 2형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 형상중 제 2형상으로서 3개의 감마선검 출기(10)를 갖는 회동부(1) 12개로 구성된다. 도 12에 도시된 바와 같이 제 2형상은 피사체 영역(40) 최대 직경의 3/4 직경으로서 50 ~ 70 cm 정도이다. 전신 스캔너중에서도 피사체(50)의 크기가 작은 경우(예: 어린이) 사용될 수 있다. 도 12를 참조하면 검출에 사용되지 않는 감마선검출기(10) 1개(제 4감마선검출기(14))는 회동날개(20')의 제 2회동축(20'b)을 중심으로 회동되어 정십이각형의 각 변이 작아질 수 있도록 한다. 여기서 회동날개(20') 중심부분에 회동조인트(미도시)를 포함하여 정십이각형을 이루기 위해 절곡각을 변경시킬 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 3형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 형상중 제 3형상으로서 2개의 감마선검출기(10)를 갖는 회동부(1) 12개로 구성된다. 도 13에 도시된 바와 같이 제 3형상은 피사체 영역(40) 최대 직경의 1/2 직경으로서 30 ~ 50 cm 정도이다. 드물게 쓰이나 뇌전용 PET은 해상도 및 민감도 향상을 위하여 40 cm 정도 직경의 검출기 링을 사용하므로 여기에 사용될 수 있는 구성이다. 도 13을 참조하면 검출에 사용되지 않는 감마선검출기(10) 2 개씩(제 3감마선검출기(13) 및 제 4감마선검출기(14))은 제 2회동축(20'b)을 중심으로 회동되어 정십이각형의 각 변이 작아질 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 4형상을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 형상중 제 4형상으로서 각각이 1개의 감마선검출기(10)를 갖는 회동부(1) 12개로 구성된다. 도 14에 도시된 바와 같이 제 4형상은 피사체 영역(40) 최대 직경의 1/4 직경으로서 10 ~ 30 cm 정도이다. 따라서 소동물용(예: 쥐 등의 설치류) PET으로 사용될 수 있다.

도 14를 참조하면 검출에 사용되지 않는 감마선검출기(10) 각 3개씩(제 2감마선검출기(12), 제 3감마선검출기(13) 및 제 4감마선검출기(14))은 제 2회동축(20'b)을 중심으로 회동되어 정십이각형의 각 변이 작아질 수 있도록 하는 것은 도 12 및 도 13과 같다. 여기서 회동날개(20') 중심부분에 회동조인트(미도시)를 포함하여 정십이각형을 이루기 위해 절곡각을 변경시킬 수 있다. 또한, 이 경우 가용되지 아니하는 인접 감마선검출기(10)와 간섭이 있기 때문에 도 10b에서 도시한 볼조인트(23)에 의해 볼조인트 결합축(20'a)과 제 2회동축(20'b)이 절곡되어 충돌을 회피할 수 있다.

<촬영 방법>

<제 1실시예 >

도 15는 본 발명에 따른 제 1실시예를 이용하여 피사체(50)를 촬영하는 방법의 순서도이다. 이하 도 15를 참조하여 설명한다. 피사체(50)의 크기는, 작은 것은 직경이 수 cm에서 크게는 수십 cm가 되는 것까지 다양하므로 사용자의 입력에 기초하여 피사체 영역(40)의 직경을 결정하며(S10) 구동제어부(4)가 피사체 영역(40)의 직경에 대응되는 하나 이상의 회동부(1)의 회동각을 결정하게 된다(S20). 예를 들어 피사체(50)가 40cm의 직경을 필요로 하는 뇌인 경우 제 1실시예의 제 3형상에 해당된다. 따라서 구동제어부(4)는 15°정도의 회동각을 도출하게 된다.

다음, 구동제어부(4)가 구동부(3)를 통해 기 결정된 회동각 15°로 하나 이상의 회동부(1)를 제 1회동축(30)을 중심으로 하여 회동시킨다(S50).

다음, 검출에 가용되는 하나 이상의 감마선검출기(10)가 피사체 영역(40)을 향하여 정육각형을 형성하면 피사체(50)를 촬영하게 된다(S60).

여기서 피사체(50) 촬영 단계(S60)는 다음의 단계로 이루어진다. 먼저 피사체(50)로 부터 감마선을 감지한 감마선검출기(10)가 연산제어부(5)에 섬광감지정보를 출력하면, 연산제어부(5)는 이를 입력받아 피사체 영역(40)에서의 감마선의 발생위치를 산정한다(S62). 이후 표시부(6)가 연산제어부(5)로부터 입력받은 감마선 발생위치 정보에 기초하여 이에 대응되는 영상을 LCD 등으로 디스플레이 하게 된다(S64).

앞선 예와 달리 다른 직경을 갖는 피사체(50)의 경우에도 상기의 순서로 촬영되며, 단지 피사체 영역(40) 직경에 따른 회동각이 달라질 뿐이다.

<제 2실시예 >

도 16은 본 발명에 따른 제 2실시예를 이용하여 피사체(50)를 촬영하는 방법의 순서도이다. 이하 도 16을 참조하여 제 1실시예와 차이점을 중심으로 설명한다.

피사체 영역(40)의 직경 결정단계(S10) 및 회동부(1)의 회동각 결정단계(S20)는 제 1실시예와 동일하다. 예를 들어 피사체(50)가 40cm의 직경을 필요로 하는 뇌인 경우 검출에 가용되는 감마선검출기(10)의 개수는 2개이며 제 1감마선검출기(11) 및 제 2감마선검출기(12))가 된다. 결국 구동제어부(4)는 이들을 일변으로 하는 정십이각형(제 3형상)을 구성하기 위해 필요한 회동각을 도출하게 된다.

다음, 구동제어부(4)가 회동각이 정해진 정십이각형에서 검출에 가용되지 아니하는 하나 이상의 감마선검출기(10)를 결정한다.(S30) 그리고, 하나 이상의 회동부(1) 각각에 검출에 가용되지 아니하는 하나 이상의 감마선검출기(10)가 제 2회동 축(20'b)을 중심축으로 하여 회동된다(S40). 앞선 예에 적용하면, 제 1회동축(30)에 가까운 감마선검출기(10) 2개, 즉 제 3감마선검출기(13) 및 제 4감마선검출기(14))가 힌지(21)로 연결된 제 2회동축(20'b)을 따라 회동하게 된다.

다음, 구동제어부(4)가 구동부(3)를 통해 기결정된 회동각에 대응되는 위치로 하나 이상의 회동부(1)를 제 1회동축(30)을 중심으로 하여 회동시킨다(S50).

다음, 검출에 가용되는 하나 이상의 감마선검출기(10)가 피사체 영역(40)을 향하여 정십이각형을 형성하면 피사체(50)를 촬영하게 된다(S60). 앞선 예에 적용하면, 결국 제 1회동축(30)에서 멀리 있는 2개의 감마선검출기(10), 즉 제 1감마선검출기(11) 및 제 2감마선검출기(12)만이 정십이각형 각각의 일변을 이루게 되고 뇌를 촬영하는데 가용된다. 여기서 피사체(50) 촬영 단계(S60)는 제 1실시예와 동일하다.

그리고, 앞선 예와 다른 직경을 갖는 피사체(50)의 경우에도 상기의 순서로 촬영되며, 단지 가용 감마선검출기(10) 개수와 정십이각형의 크기가 달라질 뿐이다.

도 1은 감마선검출기를 구성하는 기본 검출유닛을 나타낸 사시도.

도 2는 복수의 기본 검출유닛으로 구성된 감마선검출기의 종축 단면을 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 제 1실시예의 회동부를 개략적으로 나타낸 정면도 및 일부 감마선검출기의 확대사시도.

도 4는 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 1형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 5는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 2형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 7은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 3형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 8은 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 4형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 9는 본 발명에 따른 제 1실시예의 가변형상중 제 5형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 10a는 본 발명에 따른 제 2실시예의 회동부를 개략적으로 나타낸 정면도 및 힌지 결합부의 확대사시도.

도 10b는 본 발명에 따른 제 2실시예의 회동부 구성중 볼조인트가 결합되는 절곡부의 확대단면도.

도 11은 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 1형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 12는 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 2형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 13은 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 3형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 14는 본 발명에 따른 제 2실시예의 가변형상중 제 4형상을 개략적으로 나타낸 정면도.

도 15는 본 발명에 따른 제 1실시예의 양전자 방출 단층촬영장치를 이용한 촬영방법의 순서도.

도 16은 본 발명에 따른 제 2실시예의 양전자 방출 단층촬영장치를 이용한 촬영방법의 순서도이다.

<주요부분의 도면번호>

1, 1': 회동부

2: 지지틀 3: 구동부 4: 구동제어부 5: 연산제어부 6: 표시부

10: 감마선검출기

11: 제 1감마선검출기 12: 제 2감마선검출기

13: 제 3감마선검출기 14: 제 4감마선검출기

20, 20': 회동날개

20'a: 볼조인트 결합축 20'b: 제 2회동축 20'c: 연결축

21: 힌지 23: 볼조인트

30: 제 1회동축 40: 피사체 영역 50: 피사체

110: 섬광결정 120: 광전자증배관(PMT) 130: 광차단막

Claims

회동 가능한 제 1 회동축(30), 상기 제 1 회동축(30)에 연결된 회동날개(20) 및 상기 회동날개(20)의 일측에 구비되어 감마선을 검출하는 하나 이상의 감마선검출기(10)로 이루어진 하나 이상의 회동부(1);

상기 회동부(1)의 상기 제 1회동축(30)과 연결되어 상기 회동부(1)를 구동시키는 구동부(3);

상기 감마선검출기(10)와 연결되어 상기 감마선의 발생위치를 연산하는 연산제어부(5);및

상기 연산제어부(5)와 연결되어 피사체(50)의 영상을 디스플레이하는 표시부(6);를 포함하고,

상기 하나 이상의 회동부(1)는 검출에 가용되는 상기 하나 이상의 감마선검출기(10)의 검출면이 피사체 영역(40)의 중심을 향하면서 상기 피사체 영역(40)의 크기에 대응하여 회동 가능하고, 상기 하나 이상의 제 1회동축(30)은 상기 피사체(50)를 중심으로 일정 각을 유지하며 원주상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서,

상기 구동부(3)와 연결되고, 상기 하나 이상의 회동부(1)가 상기 피사체 영 역(40)의 직경에 대응되도록 상기 구동부(3)를 통해 회동각을 제어하는 구동제어부(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 2항에 있어서, 상기 각 감마선검출기(10)는,

상기 피사체 영역(40)과 원주상으로 배치되는 정다각형의 일변을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 3항에 있어서,

상기 정다각형은 정육각형이고,

상기 하나 이상의 회동부(1) 각각은 6 개의 상기 감마선검출기(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 3항에 있어서, 상기 구동제어부(4)는,

상기 피사체 영역(40)의 직경이 최대 직경, 상기 최대 직경의 3/4 직경, 상기 최대 직경의 1/2 직경 및 상기 최대 직경의 1/4 직경중 어느 하나가 되도록 상기 구동부(3)를 통해 상기 제 1회동축(30)의 회동을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 5항에 있어서,

상기 정다각형은 정십이각형이고,

상기 하나 이상의 회동부(1')는,

검출에 가용되는 상기 하나 이상의 감마선검출기(10)가 상기 피사체 영역(40)의 직경이 상기 최대 직경인 경우 4개이고, 상기 3/4 직경인 경우 3개, 상기 1/2 직경인 경우 2개 및 상기 1/4 직경인 경우 1개가 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 회동부(1')는,

검출에 가용되지 아니하는 상기 하나 이상의 감마선검출기(10)를 상기 회동날개(20')의 제 2회동축(20'b)을 중심으로 회동시키는 회동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 7항에 있어서, 상기 회동 수단은,

상기 회동날개(20')와 상기 감마선검출기(10) 사이에 설치되는 힌지(21); 및

상기 하나 이상의 감마선검출기(10)에 기계적 힘을 전달하는 엑추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 7항에 있어서, 상기 제 2회동축(20'b)은,

상기 회동날개(20') 끝단의 상기 감마선검출기(10)에 결합된 제 2회동축(20'b)이 절곡 가능하도록 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 9항에 있어서,

상기 절곡부는 볼조인트(23)인 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 감마선검출기(10) 각각은,

하나 이상의 섬광결정(110) 및 하나 이상의 광전자증배관(120)을 포함하는 섬광검출기인 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 11항에 있어서, 상기 섬광검출기는,

외부 표면에 형성된 광차단막(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서,

일면에 형성된 홀을 통해 상기 제 1회동축(30)과 상기 구동부(3)를 연결하는 지지틀(2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서, 상기 구동부(3)는,

상기 제 1회동축(30)에 연결된 하나 이상의 풀리 또는 하나 이상의 기어를 통하여 상기 구동부(3)의 동력을 상기 하나 이상의 회동부(1)에 전달하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 2항에 있어서,

상기 연산제어부(5)는,

상기 구동제어부(4)의 제어 명령에 기초하는, 가용한 상기 하나 이상의 감마선검출기(10)의 정보를 수집하여 상기 감마선 발생위치를 산정하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제 1항에 있어서, 상기 피사체(50)의 영상은,

상기 연산제어부(5)의 감마선 발생위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영장치.
제1항의 단층촬영장치를 이용한 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영 방법에 있어서,

사용자의 입력에 기초하여 구동제어부(4)가 피사체 영역(40)의 직경을 결정하는 단계(S10);

상기 구동제어부(4)가 상기 피사체 영역(40)의 직경에 대응되는 회동부(1)의 회동각을 결정하는 단계(S20);

상기 구동제어부(4)가 구동부(3)를 통해 상기 회동각으로 상기 각 회동부(1)를 제 1회동축(30)을 중심축으로 회동시키는 단계(S50);및

감마선 검출에 가용되는 감마선검출기(10)를 통하여 피사체(50)가 촬영되는 단계(S60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영 방법.
제 17항에 있어서, 상기 피사체(50) 촬영 단계(S60)는,

연산제어부(5)가 상기 검출에 가용되는 감마선검출기(10)로부터 수집된 정보에 기초하여 상기 피사체 영역(40)에서 발생한 감마선의 위치를 산정하는 단계(S62); 및

표시부(6)가 상기 연산제어부(5)의 상기 감마선 발생위치에 대응되는 영상을 디스플레이 하는 단계(S64);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영 방법.
제 17항에 있어서,

상기 회동각 결정단계(S20)와 상기 회동부 회동단계(S50) 사이에는,

상기 구동제어부(4)가 상기 회동각에 대응하여 검출에 가용되지 아니하는 감마선검출기(10)를 결정하는 단계(S30);및

검출에 가용되지 아니하는 상기 감마선검출기(10)가 제 2회동축(20b)을 중심으로 회동되는 단계(S40);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형상 적응형 양전자 방출 단층촬영 방법.