KR101237510B1 - 다방향 전자동기형 유방암 진단장치 - Google Patents

다방향 전자동기형 유방암 진단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 엑스선원의 이동으로 인한 상의 떨림 현상을 미연에 방지하고 고속으로 영상촬영을 할 수 있어 촬영에 소요되는 시간을 현저하게 단축시켜 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치를 개시한다. 본 발명은 엑스레이(X-Ray)를 이용한 유방암 진단장치에 있어서, 검사대상물이 중심에 위치된 상태에서 원호형상을 갖도록 형성된 관체형의 지지대; 상기 지지대에 일정간격으로 다수 개가 배치되며 소정의 각도로 기울어진 상태로 설치되며 엑스레이가 조사되며 전자 펄스 신호제어를 통해 작동이 전자적 동기화되는 엑스레이 튜브; 및 상기 지지대에 연통되며 상기 엑스레이 튜브 내를 진공상태로 유지시키도록 상기 지지대를 통해 상기 엑스레이 튜브에 연결된 연결관과 상기 연결관에 연통된 진공펌프가 구비된 진공 라인으로 이루어진다.

Description

다방향 전자동기형 유방암 진단장치{SYSTEM DIAGNOSING BREAST CANCER WITH MULTI-DIRECTIONAL SYNCHRONOUS ELECTRONIC TYPE}
본 발명은 다방향 전자동기형 유방암 진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 엑스선원이 아크를 따라서 고정되어, 이들 엑스선원들의 발생을 전자적 동기 방식으로 구동함으로써 종래의 엑스선원의 이동으로 인한 상의 떨림 현상을 미연에 방지하고 고속으로 영상촬영을 할 수 있어 촬영에 소요되는 시간을 현저하게 단축시켜 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유방암은 유방에 발생하는 선암(腺癌)으로서 서양에서는 여성에게 있어 가장 흔한 암종으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 한국에서의 발생빈도는 비교적 적어 여성의 자궁경부암, 위암 다음으로 발생 되고 있지만, 최근에는 증가 추세에 있다.
최근에도 유방암의 정확한 원인은 아직 규명되지 않았지만, 지방질 또는 육류가 많은 서구식 음식물을 섭취하는 사람에게서 발생 되고 있으며, 연령별로는 35세 이후 특히 50세 이상의 여성에서 발생률이 높다. 또한, 조기에 초경을 경험하였거나 임신하지 못한 여성이나 독신녀, 30세 이후에 첫 아기를 출산한 여성 혹은 모유로 양육하지 않은 여성에게 발생 빈도가 높은 것으로 알려져 있다. 특히, 가까운 친척이 유방암을 앓은 경우에도 발생위험률이 증가하는 것으로 알려져 있다.
이와 같이 유방암은 여성의 사망률을 높이는 주요 원인일 뿐만 아니라 장애, 심리적 충격 및 경제적 손실의 원인이 되며, 이러한 질병에 걸린 다수의 여성은 직접적인 혹은 간접적인 합병증으로 인해 결국 사망에 이르게 된다.
따라서, 유방암에 걸리지 않도록 예방에 최선을 다해야 할 뿐만 아니라 조기에 발견할 수 있도록 주기적인 진단이 필요하다.
현재, 유방암을 진단하는 의료장비로는 원적외선, 엑스레이(X-Ray), 초음파를 이용한 진단기가 일반적으로 사용되고 있다. 이중, 원적외선을 이용한 유방암 검사장치는, 신체조직 내부의 온도를 측정하여 온도차에 따라 일반 세포조직과 암 세포조직을 판별하여 진단하지만, 이것은 정확도가 떨어진다는 단점이 있었다.
또한, 초음파를 이용한 유방암 진단기는, 초음파를 이용하여 촬영된 영상을 통해 유방암을 진단하는 것이지만, 이것도 촬영된 초음파 영상을 통해 암세포를 판별하기 때문에, 영상의 선명도가 떨어져 정확한 유방암을 진단하는 것이 어렵다는 단점이 있었다.
한편, 상기 엑스레이(X-Ray)를 이용한 유방암 검사장치는, 엑스레이 튜브에서 조사된 엑스레이가 신틸레이터(scintillator)로 투과되어, 피검사체의 촬영부위의 영상을 CCD 카메라 또는 TFT(자동필름현상기)로 수신하며, 이를 컴퓨터로 전송해서 모니터를 통해 촬영부위의 정보를 영상화하여 판독할 수 있었다.
그러나, 이와 같은 엑스레이를 이용한 유방암 검사장치는 원하는 영상을 얻고자 일정방향으로 엑스선원이 아크를 따라 움직이며 지정된 위치에서 정지하는 촬영방식(일명; Stop-And-Shot)을 사용함으로써, 엑스선원의 위치나 각도가 다소 상이할 수 있었으며, 또한 엑스선원의 움직임으로 인해 미세한 진동 등이 발생 되어 영상의 결과물에 흔들림(blurring) 현상이 발생 됨으로써 고품질의 영상결과물을 얻기 힘든 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 엑스선원이 아크를 따라서 고정되어, 이들 엑스선원들의 발생을 전자적 동기 방식으로 구동함으로써 종래의 엑스선원의 이동으로 인한 상의 떨림 현상을 미연에 방지하고 고속으로 영상촬영을 할 수 있어 촬영에 소요되는 시간을 현저하게 단축시켜 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 엑스레이(X-Ray)를 이용한 유방암 진단장치에 있어서, 검사대상물이 중심에 위치된 상태에서 원호형상을 갖도록 형성된 관체형의 지지대; 상기 지지대에 일정간격으로 다수 개가 배치되며 소정의 각도로 기울어진 상태로 설치되며 엑스레이가 조사되며 전자 펄스 신호제어를 통해 작동이 전자동기적으로 작동되는 엑스레이 튜브; 및 상기 지지대에 연통되며 상기 엑스레이 튜브 내를 진공상태로 유지시키도록 상기 지지대를 통해 상기 엑스레이 튜브에 연결된 연결관과 상기 연결관에 연통된 진공펌프가 구비된 진공 라인을 포함하여 이루어진 다방향 전자동기형 유방암 진단장치가 제공된다.
상기 엑스레이 튜브는 본체, 상기 본체에 구비되고 탄소나노튜브나 그라핀과 같은 나노구조물질로 이루어져 전자를 방출하는 음극부, 상기 음극부로부터 전자를 방출시키기 위해 고전압이 인가되며 음극부의 상부에 위치되는 그리드부, 및 방출된 상기 전자를 고속으로 충돌시키며 엑스레이를 발생시키는 양극부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 그리드부에 인가된 전압에 의해서 상기 음극부에서 발생되는 전자를 집속시키도록 상기 그리드부의 상단에 적어도 하나의 전자빔 또는 마그네틱의 집속렌즈가 구비될 수 있다.
상기 지지대는 복수로 이루어지고, 상기 지지대의 어느 하나의 일측 지지대는 타측 지지대에서 꺾일 수 있도록 접힘 가능한 플립형의 지지대일 수 있다.
본 발명에 따르면, 엑스선원들의 발생을 전자적 동기 방식으로 구동함으로써 종래의 엑스선원의 이동으로 인한 상의 떨림 현상(blurring)을 미연에 방지하고 고속으로 영상촬영을 할 수 있어 촬영에 소요되는 시간을 현저하게 단축시켜 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 본 발명의 일실시예에 따른 다방향 전자동기형 유방암 진단장치의 개략 구성도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 다방향 전자동기형 유방암 진단장치의 엑스레이 튜브를 나타내는 구성도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 다방향 전자동기형 유방암 진단장치의 엑스레이 튜브가 분리된 상태를 보여주는 상태도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다방향 전자동기형 유방암 진단장치에 적용되는 냉음극 방식의 엑스레이 튜브에 대한 펄스 구동회로를 나타내는 회로도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다방향 전자동기형 유방암 진단장치의 진공 라인의 구성을 보여주는 구성도, 및
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 구성을 보여주는 구성도, 및
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 구성을 보여주는 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1과 같이, 본 발명은 진공 연결관(130)이 형성된 챔버(110)와, 이 챔버(110)의 내부에 형성된 지지대(115) 및 이 지지대(115)에 반호상으로 장착된 엑스레이 튜브(10)로 구성된다.
상기 엑스레이 튜브(10a,10b,...10n; 일괄 도면부호 10으로 한다)는 일정한 각도와 간격으로 반구형 구조의 지지대(115; 특히, 도 4의 지지부(튜브 고정 지지부); 110a, 110b에 고정됨)에 정렬되어 엑스레이 튜브 어레이(X-ray tube array; 100)를 구성한다.
여기서 엑스레이 튜브(10)는 피사체에 따른 적정한 관전류와 관전압이 인가된다. 물론 관전류와 관전압은 전원공급부(P)에 의해 제어될 수 있으며, 정렬된 엑스레이 튜브(10)는 엑스레이가 순차적으로 발생 되도록 한다. 구체적으로 각각의 엑스레이 튜브(10)에는 전원을 인가하기 위한 전기펄스 발생기(미도시)가 개별적으로 연결되고, 이 전기펄스 발생기는 전원공급부(P)에 전기적으로 연결되어 그리드부(19)의 순차적인 전기적 동기펄스에 의해 엑스선이 발생되는 구조를 갖는다.
보다 구체적으로 엑스레이 튜브(10)의 작동에 대한 설명을 하면 다음과 같다. 상기 엑스레이 튜브(10)는 전자방출 소자인 탄소나노튜브(12)나 그라핀 등과 같은 나노구조물질로 이루어진 전자방출수단인 음극부(11)와, 이 음극부(11)로부터 전자를 방출시키게 하는 그리드부(19), 방출된 전자를 집속시키는 정전기적 전자빔 집속렌즈(51,52; 이하 집속렌즈: 50) 또는 자기 집속부; 60 : 도 5에 도시), 및 전자빔과 충돌되어 엑스선을 발생시키는 양극부(15)가 구비되어 있다.
이에 따라 관전압은 설정된 값으로 음극부(11)와 양극부(15) 사이에 고전압이 사전에 인가되어 있는 상태이며 원하는 관전류 값도 이미 그리드부(19)에 인가되는 전압으로 설정되어 있는 상태이나 스위치 상에는 "OFF" 상태로 있을 수 있다.
이러한 "OFF"상태는 그리드부(19)와 연결되어 있는 전선에 전기적 트리거(시동) 신호를 인가해 줌으로서 결과적으로 엑스레이 튜브(10)의 그리드부(19)에 적정한 전압이 인가되어 원하는 전류를 전자방출원으로부터 방출시킬 수 있다.
이때, 그리드부(19)에 인가되는 전압에 대한 신호는 도 3과 같은 전자적 동기 펄스로 구동되는데, 적정한 전류 값을 얻기 위해서는 그리드부(19)에 인가되는 전압을 도 3과 같이 스위칭 트랜지스터인 MOSFET 혹은 FET과 같은 반도체의 드레인부에 인가할 수 있다. 인가된 전압은 트랜지스터의 게이트에 전기적 펄스가 도달되지 않는 한 반도체의 접지에 해당하는 "소스(source)"를 통하여 방출되지 않는다. 만약 트랜지스터의 게이트에 전기적 신호가 도달하게 되면 트랜지스터가 동작하여 드레인에 인가된 전압이 방출되고, 이때 방출된 전원이 엑스선 튜브의 그리드부(19)에 전달되어 엑스선이 발생하게 된다. 발생된 엑스선의 전류량(mAs)은 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전기펄스의 펄스 폭(duration)에 의해 결정되므로 결국 엑스선의 선량(dose)은 트랜지스터를 동작시키기 위한 게이트 펄스의 펄스 폭에 의존하게 된다.
이러한 펄스 폭은 전자적으로 손쉽게 제어가 가능하다. 따라서 본 발명에서 기술하는 모든 엑스선 튜브(10)가 같은 원리로 동작 될 수 있어, 지지대(115) 상에 정렬된 엑스레이 튜브(10)의 순간적인 동작은 이들 각각에 구성되어있는 트랜지스터의 게이트(V1,V2 ...Vn)에 인가되는 전자적 펄스 신호를 딜레이 생성기를 이용하여 순차적으로 작동시킬 수 있다.
이에 따라 고속의 촬영이 가능하고, 수초 내에 영상의 획득이 가능하여 환자의 고통과 촬영 시 불필요한 환자의 거동으로 인한 영상의 블러링(blurring; 흔들림)을 방지할 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 전자빔 집속을 위한 정전기적 전자빔 집속렌즈(50) 또는 자기 집속부(60)의 모양은 일반적으로 원통 형태로 구성될 수 있으나 그 형상에 한정되진 않는다.
또한, 전자빔 집속렌즈(50)의 구성물질은 전압을 인가할 수 있는 스테인레스강 등의 금속물질로 구성되어 있으며, 하나 이상으로 구성된 전자빔 집속렌즈(51,52)의 크기, 두께, 모양 및 전자를 끌어내는 그리드부(19)로 부터의 설치 위치 등은 전자빔의 집속을 최적화하기 위하여 다양한 크기 및 형태, 두께, 및 설치위치를 유지할 수 있다.
한편, 도 5와 같이 자기 집속부(60)는 일반적으로 페라이트 코어 등 자성체 성질이 우수한 물질을 이용하며 이러한 물질로 이루어진 자성체의 형상은 이들 자성체에 전기전선을 솔레노이드형태로 감아서 그 내부에 자계(magnetic field)가 형성되어 그 내부를 통과하는 전자빔을 최적으로 집속할 수 있도록 원통형, 사각형 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
이와 같이 전자빔을 집속하기 위한 렌즈로서 정전기적 전자빔 집속렌즈(50) 및 자기 집속부(60)를 독립적으로 활용할 수 있으며, 도 6과 같이 이들 성질이 다른 각각의 집속부(50,60)를 함께 이용하는 하이브리드 형태의 집속부의 형태로 제공이 가능하다.
즉, 전자를 집속시키기 위한 구조는 도 2a와 같이 하나 이상의 정전기적 전자빔 집속렌즈(50)들로만 구성하거나, 도 5와 같이 하나 이상의 자기 집속부(60)들로만 구성, 또는 도 6과 같이 하나 이상의 집속렌즈(50)와 하나 이상의 자기 집속부(60)를 혼합적으로 함께 사용하는 하이브리드(hybrid) 형태의 집속부를 채용할 수 있다.
또한 엑스레이 튜브(10)는 챔버의 디자인에 따라 일반적으로 전자빔의 방출 방향과 엑스레이의 방출 방향이 90도인 반사형 형태로 구성할 수도 있으며, 본 발명에서 예시한 것과 같은 투과형 형태로 구성할 수 있다.
특히, 투과형 형태의 엑스레이 튜브는 전자빔의 방출 방향과 엑스레이의 방출방향이 동일한 방향이기 때문에 구조적으로 단순하고, 반사형 형태의 엑스레이 튜브보다 부피가 작기 때문에 엑스레이 발생장치를 구성하는 점에 있어서보다 편리하게 응용할 수 있다.
한편, 기존의 상용화 되어 있는 열음극 엑스선원은 전자빔의 방출 방향과 엑스레이의 방출 방향이 90도인 반사형(reflection type)형태로 구성되어 있어서 엑스레이 튜브의 크기가 커서 공간적 구성 등에 있어서 불편함을 초래하였다.
이에 따라 본 발명에서는 이러한 불편을 해소하고자 상기와 같이 전자빔의 방출/진행 방향과 엑스레이의 발생/진행 방향이 동일한 투과형 형태의 엑스레이 튜브로 적용한 것을 주요 실시예로 설명하였다. 이러한 투과형 엑스레이 튜브는 크기를 소형화시킬 수 있어 설치/운영상의 많은 이점을 기대할 수 있다.
도 4를 참조하여 다방향 전자동기형 유방암 진단장치의 진공 라인에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 유방암 진단 장치에 제공된 엑스레이 튜브(10) 전체에 대한 진공상태유지를 위해서는, 먼저 엑스레이 튜브(10)의 정렬을 위한 지지대(또는 튜브 고정 지지대; 115)의 진공 연결관(130)은 진공펌프(150)와 연결되어 진공 상태를 유지할 수 있다.
또한 엑스레이 튜브(10)를 지지대(115)에 장착하는 동안이나 정착한 이후에 엑스레이 튜브(10)가 탈착되는 것을 방지하기 위하여 지지대(110)는 180도 꺾일 수 있는 플립형의 지지대가 제공될 수 있다.
이때 지지대(115)에 장착되는 엑스레이 튜브(10)의 수에 대응되는 게이트 밸브(V1,V2...Vn)가 구비되어 엑스레이 튜브(10)가 장착된 이후에 엑스레이 튜브(10)로부터 공기를 흡입하여 진공상태를 유지할 수 있다.
이에 따라 게이트 밸브(V1,V2...Vn)를 통해 엑스레이 튜브(10)의 교체가 필요한 경우에 한정적으로 진공으로부터 엑스선 튜브(10)를 탈착하거나, 지지대(110) 내부의 진공도를 유지하는 역할도 한다.
또한, 이러한 지지대(110)는 엑스레이 튜브(10)에 인가되는 고전압 케이블을 절연하거나 진공을 유지하면서 지지대(115)로부터 외부의 전원공급부(P)에 연결된 각각의 엑스레이 튜브(10)에 고전압을 인가할 수도 있다.
엑스레이 튜브(10)에서 그리드 부분과 CNT부분은 일체형으로 이루어질 수도 있고, 도 2b와 같이 분리형으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 챔버(110)의 디자인에 따라 엑스레이 튜브(10)에 먼저 결합 후 챔버(110) 내에 장착할 수도 있고, 진공을 파괴하지 않고 손쉽게 엑스레이 튜브(10)를 장착을 할 수 있다.
이러한 구성으로 인해 빠른 전자방출장치의 교체와 장비의 안정성을 유지함에 있어 안정적인 환경을 제공하며 교체 후 수십 분 이내에 다시 장치를 가동할 수 있는 큰 장점을 갖는다.
한편, 본 발명은 유방과 같은 인체 연조직(soft tissue)에 대한 정밀영상을 획득하는 장비로서 다음과 같은 고려점을 갖는다.
우선 유방과 같은 연조직은 대략 25kVp에서 50kVp정도의 엑스레이 투과력이 요청되며 이보다 더 강한 강도의 에너지를 갖는 엑스레이로 조사된다면 모든 연조직을 투과하게 되어 영상의 획득 자체가 매우 곤란해질 수 있다.
따라서 탄소나노튜브와 같은 냉음극 전자방출원에 있어서 발생하는 엑스선의 양은 충돌하는 전자의 양에 비례하기 때문에 원하는 전류의 양을 그리드부(19)에 인가되는 전압으로 독립적으로 손쉽게 제어할 수 있다. 또한 양극부(15)에서 발생하는 엑스선 에너지는 충돌하는 전자빔의 운동에너지에 밀접하게 연관되며 이러한 운동에너지는 관전압에 의해 결정되므로 독립적인 관전압의 크기에 따라서 엑스레이의 최대 투과 에너지를 제어할 수 있다.
아울러, 기존의 엑스레이 튜브에서는 양극부에 집속되는 전자빔의 크기를 줄이기 위하여 크기가 작은 핀홀 등을 사용하여 다량의 전자빔의 손실을 초래하는 구조를 갖지만, 본 발명에서는 집속렌즈(50) 혹은 자기 집속부(60)를 활용하여 발생된 전자빔 전체를 집속하는 구조를 제공하여 종래의 전자빔의 손실을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
10: 엑스레이 튜브 11: 음극전극
12: 탄소나노튜브 13a,13b:진공씰
14: 양극 타켓 15: 양극부
16: 게이트 전극 18: 게터
19: 그리드부 50: 집속렌즈
60: 자기 집속부 100: 엑스레이 튜브 어레이
110: 챔버 115: 지지대
130: 진공 연결관 150: 펌프
P: 전원공급부 V1,V2,Vn : 게이트 밸브

Claims (5)

  1. 엑스레이(X-Ray)를 이용한 유방암 진단장치에 있어서,
    검사대상물이 중심에 위치된 상태에서 원호형상을 갖도록 형성된 관체형의 지지대;
    상기 지지대에 일정간격으로 다수 개가 배치되며 소정의 각도로 기울어진 상태로 설치되며 상기 엑스레이가 조사되고 전자 펄스 신호제어를 통해 작동이 전자적으로 동기화되는 엑스레이 튜브; 및
    상기 지지대에 연결되며 상기 엑스레이 튜브 내를 진공상태로 유지시키도록 상기 지지대를 통해 상기 엑스레이 튜브에 연결된 연결관과 상기 연결관에 연통된 진공펌프가 구비된 진공 라인을 포함하고,
    상기 지지대는 접힘가능한 플립형의 지지대인 것을 특징으로 하는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엑스레이 튜브는,
    본체,
    상기 본체에 구비되고 탄소나노튜브나 그라핀 중 어느 하나의 나노구조물질로 이루어져 전자를 방출하는 음극부,
    상기 음극부로부터 전자를 방출시키기 위해 고전압이 인가되며 상기 음극부의 전방에 위치되는 그리드부, 및
    방출된 상기 전자를 고속으로 충돌시켜 상기 엑스레이를 발생시키는 양극부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그리드부에 인가된 전압에 의해서 상기 음극부에서 발생되는 상기 전자를 집속시키도록 상기 그리드부의 전방에 적어도 하나의 전자빔 및/또는 마그네틱의 집속렌즈가 구비된 것을 특징으로 하는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치.
  4. 삭제
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 그리드부와 상기 음극부의 조립체는 상기 본체에서 분리 가능한 것을 특징으로 하는 다방향 전자동기형 유방암 진단장치.

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