KR101587368B1

KR101587368B1 - 다목적 다중영상을 위한 단위블록 및 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀

Info

Publication number: KR101587368B1
Application number: KR1020147015963A
Authority: KR
Inventors: 홍철표; 이동훈; 안봉영; 조효민
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2016-01-20
Also published as: KR20150045402A; WO2015037750A1; US20160278734A1

Abstract

본 발명의 일례와 관련된 복수의 단위블록을 이용한 의료용 팬텀(MEDICAL PHANTOM)에 있어서, 상기 복수의 단위블록은, 육면체 형상으로 내부가 비어있는 제 1 단위블록과 상기 육면체 형상으로 내부가 비어있고, 상단에 복수의 이랑이 형성되며, 하단에 상기 복수의 이랑과 결합 가능한 복수의 고랑이 형성된 제 2 단위 블록을 포함하되, 상기 의료용 팬텀은 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위 블록의 결합 형태에 따라 결정될 수 있다.

Description

다목적 다중영상을 위한 단위블록 및 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀{UNITBLOCKFORMULTI-PURPOSEMULTI-IMAGEANDMULTI-MODULEAS SEMBLYOFMEDICALPHANTOMUSINGUNITBLOCK}

본 발명은 다목적 다중영상을 위한 단위블록 및 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 팬텀을 구성하는 단위 블록과 그 내부의 영상화에 필요한 매질을 채울 수 있고, 영상품질평가, 선량측정 및 중재적 시술 훈련이 가능한 형태 및 구조물을 갖는 단위 블록 제작에 관한 것이다.

의료용 팬텀(MEDICAL PHANTOM)은 인체의 전체 혹은 부분의 물리적 성질을 모사한 모델로서 진단 및 치료 기기의 성능평가, 의료영상품질평가, 선량측정, 중재적 시술 훈련 및 평가 등에서 다양한 형태, 다양한 목적으로 사용된다.

특히, 영상진단기기에 따라 영상획득의 물리적 매커니즘이 다르고 영상진단기기의 크기와 형태도 다르기 때문에 현재 여러 형태와 성질을 가진 팬텀이 존재한다.

즉, 의료용 팬텀은 영상진단기기의 다양한 크기와 형태에 적합하도록 여러 형태로 제작될 수 밖에 없고, 결국 팬텀은 기기의 특성에 제한 받을 수 밖에 없다.

더욱이 인체와 유사한 형태로 팬텀을 만들기 위해서는 인체와 유사한 크기로 제작해야 하고 그 안에 매체를 넣기 때문에 무게가 무겁고 운용에도 많은 어려움이 따른다.

인체는 여러 가지 방법으로 모델링 될 수 있는데 특히 인체를 모사할 때 작은 부피소인 복셀 단위의 조합으로 모델링 할 수 있다.

다시 말하면 복셀의 여러 조합으로 인체의 조직, 기관을 모사할 수 있게 된다.

결국, 의료용 팬텀에도 상기 개념을 적용하여 복셀 단위로 팬텀을 구성할 수 있고, 이를 가장 잘 구현한 것이 레고 블록을 이용한 팬텀이다.

기존에는 레고의 단위 블럭인브릭을 조합하여 일정한 형태의 팬텀으로 구성한 뒤 이를 영상진단기기의 성능평가에 이용한 경우가 있었다.

그러나 레고블럭을 이용한 팬텀의 경우 블록의 내부가 빈 공간이기 때문에 블록을 조립한 뒤 일정한 크기의 용기에 담아서 영상화 해야 하는 단점이 있다.

즉, 블록을 이용하여 여러 형태로 조립할 수 있지만, 영상화에 필요한 신호원을 발생시키기 위해 신호원이 담긴 용기에 블록을 넣을 수 밖에 없다는 단점이 존재한다.

더욱이 영상평가 및 선량 측정을 위해서라도 블록 내부에 특정한 물리적 성질을 가진 매질이 필요하다는 문제점도 있다.

결국 레고블럭을 이용한 팬텀의 경우, 용기의 크기와 형태에 따라 블록의 자유도가 제한 받게 되고, 기존에 널리 이용되는 팬텀과 동일한 문제점을 갖게 된다.

또한 가장 중요한 레고블록의 단점은 의료용 팬텀을 목적으로 제작된 것이 아니기 때문에 크기와 형태, 기능을 의료용으로 이용하는 데 많은 제한점이 있다.

또한, 레고 형태는 블록에 이랑과 고랑이 있기 때문에, 조합하여 단순히 영상화 할 경우에는 복잡한 형태를 갖게 되어 영상의 의료적 활용에 매우 불리하다.

특히, 물리적 크기가 작은 레고를 조합할 경우 그 복잡성은 매우 커지게 되고 물리적 크기가 비교적 큰 경우는 인체 특성의 세부적 모사에 불리하다는 단점이 존재하므로, 이에 대한 해결 방안이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다목적 다중영상을 위한 단위블록, 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은 팬텀을 구성하는 단위 블록과 그 내부의 영상화에 필요한 매질을 채울 수 있고, 영상품질평가, 선량측정 및 중재적 시술 훈련이 가능한 형태 및 구조물을 갖는 단위 블록 제작에 대한 내용을 제공하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 복수의 단위블록을 이용하여 인체의 적어도 일부를 모델링(modeling) 한 모형인 의료용 팬텀(MEDICAL PHANTOM)에 있어서, 상기 복수의 단위블록은, 육면체 형상으로 내부가 비어있는 제 1 단위블록과 상기 육면체 형상으로 내부가 비어있고, 상단에 복수의 이랑이 형성되며, 하단에 상기 복수의 이랑과 결합 가능한 복수의 고랑이 형성된 제 2 단위 블록을 포함하되, 상기 의료용 팬텀은 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위 블록의 결합 형태에 따라 결정되고, 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 측면은 적어도 하나의 구멍이 형성되며, 상기 적어도 하나의 구멍 중 제 1 구멍을 통해 매질이 입력되고, 상기 적어도 하나의 구멍 중 제 2 구멍을 통해 상기 매질의 적어도 일부와 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록 내부의 공기가 외부로 출력될 수 있다.

또한, 상기 복수의 이랑은 상기 제 2 단위 블록의 상단에 돌출된 형상으로 형성되고, 상기 복수의 고랑은 상기 복수의 이랑과 결합할 수 있도록 상기 제 2 단위 블록의 하단에 함몰된 형상으로 형성되며, 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부는 상기 제 2 구멍을 통해 공기가 존재하지 않을 수 있다.

또한, 상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, 자기공명영상에 필요한 신호원인 CuSO4, MnCl2, NiCl2 및 조영효과를 낼 수 있는 Gd계열 매질, 산화철 계열 매질 및 젤 타입 매질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, X선 컴퓨터 단층촬영에서 영상평가를 할 수 있는 water, air, bone, contrast media, tissue, fat 을 모사하는 물질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, 핵의학 영상기기인 PET과 SPECT의 신호원인 positron-emmitting isotopes 및 gamma-emitting isotopes를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부에는 상기 인체의 조직에 대응하는 줄기세포가 구비될 수 있다.

또한, 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위 블록의 결합 형태에 따라 결정된 의료용 팬텀은 다중 목적을 위해 사용 가능하고, 다중영상기기와 연결되어 다중영상화를 지원 가능할 수 있다.

또한, 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부에 구비된 영상품질평가 모듈을 더 포함하고, 상기 의료용 팬텀은 상기 영상품질평가 모듈을 이용하여 공간해상도, 대조도 해상도, 신호대잡음비, 균일도, 단면선택의 위치와 정확도 및 기하학적 정확도 중 적어도 일부를 평가할 수 있다.

본 발명은 다목적 다중영상을 위한 단위블록, 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 팬텀을 구성하는 단위 블록과 그 내부의 영상화에 필요한 매질을 채울 수 있고, 영상품질평가, 선량측정 및 중재적 시술 훈련이 가능한 형태 및 구조물을 갖는 단위 블록 제작에 대한 내용을 제공할 수 있다.

기존의 단일 영상, 단일 목적의 무겁고 운용이 어려운 팬텀과 달리 본 발명에 따른 블록 기반 팬텀은 블록의 조합에 따라 다양한 형태로 조합이 가능하고 다중영상, 다중목적으로 사용이 가능하고, 특히, 단위 블록은 대량 생산에 매우 용이하며, 여러 영상기기에서 사용이 가능하기 때문에 매우 경제적이다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명과 관련된 방사선량 측정용 팬텀의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에서 설명한 방사선량 측정용 팬텀의 분해 사시도의 일례를 도시한 것이다
도 3은 본 발명과 관련된 다양한 종류의 의료용 팬텀을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 다른 종류의 의료용 팬텀의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 인체를 3차원의 형태로 모델링한 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 6은 레고 블록을 이용하여 인체를 모델링하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 7은 레고 블록을 이용하여 인체를 모델링하는 구체적인 다른 일례를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명과 관련하여, 옥스포드 블록에 물을 채우고 얻은 MRI T2 영상의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명이 제안하는 유닛 블록의 기초 형태를 도시한 것이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명이 제안하는 유닛 블록의 응용 형태의 일례를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명이 제안하는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)의 형태를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명과 관련하여 다목적 다중영상에 적용되는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)의 구체적인 형태를 도시한 것이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명과 관련하여 다목적 다중영상에 적용되는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)이 적용된 QA/AC Module의 구체적인 형태를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

팬텀(phantom)은 인체 내부의 전자파 분포와 인체 조직의 비흡수율(SAR:specific absorption rate) 조사, 분석 등 생체 시스템 연구에 대체물로 사용되는 모형을 말한다.

이때, 인체가 받는 전자파의 양적 평가는 비흡수율에 의해 행해지는데, 실제로 이를 측정하는 것은 곤란하기 때문에 인체와 똑같은 소위 팬텀을 만들어, 전자파를 조사했을 때 팬텀 내의 전계나 온도 상승 측정, 동물 실험, 전자계 해석에 의한 추정 등을 수행한다.

팬텀은 인체 조직 구조와 유사한 크기의 외형을 갖고 각 측정 주파수에 있어서 인체 조직의 비유전율ε, 도전율σ, 밀도ρ를 갖는 것이 필요하다.

대표적으로 팬텀은 인체가 받는 방사선량을 결정하기 위하여 인체 대신으로 이용하는 모형으로 이용될 수 있고, 물체 속에서 방사선의 감쇠, 산란 또는 방사성 물질의 분포 등을 모의하여 측정하기 위하여 사용하는 물체를 의미할 수 있다.

한편, 의료용 팬텀(MEDICAL PHANTOM)은 인체의 전체 혹은 부분의 물리적 성질을 모사한 모델로서 진단 및 치료 기기의 성능평가, 의료영상품질평가, 선량측정, 중재적 시술 훈련 및 평가 등에서 다양한 형태, 다양한 목적으로 사용된다.

도 1은 본 발명과 관련된 방사선량 측정용 팬텀의 일례를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에서 설명한 방사선량 측정용 팬텀의 분해 사시도의 일례를 도시한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선량 측정용 팬텀의 사용 예를 설명하기 위해 나타내 보인 도면으로서, 본 실시예에서는 방사선 방출장치로서 선형가속기(11)를 예로 들었다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 팬텀(21)이 치료테이블(19)에 올려진 상태로 방사선방출부(17)의 연직 하부에 위치함을 알 수 있다. 상기 치료테이블(19)은 선형가속기(11)와 한 세트를 이루는 것으로서 치료할 환자가 그 위에 드러눕는 베드이다.

또한, 상기 선형가속기(11)는, 본체(13)와, 상기 본체(13)에 회전 가능하게 설치되는 회전갠트리(15)로 구성된다.

상기 본체(13)내에는 고전압발생장치나 마이크로웨이브발생장치 등이 설치되어 있고, 회전갠트리(15)의 내부에는 전자를 가속시키는 가속관과 자기장발생장치와 방사선방출부(17) 등의 장치가 구비되어 있다. 상기 방사선방출부(17)로부터 출력된 방사선은 치료테이블(19)에 누워있는 환자의 종양에 조사된다.

한편, 본 실시예에 따른 팬텀(21)은, 상기 방사선방출부(17)의 연직 하부에 ＜44＞ 세팅된 상태로 방사선방출부(17)로부터 하향 조사되는 방사선을 받아들이며 조사된 방사선의 선량을 파악할 수 있게 한다.

팬텀(21)은, 하나 이상의 베이스플레이트(27)와, 필요에 따라 다양한 종류의 모사체(23)가 내장되어 있는 모사체수용플레이트(29)와, 다수의 평판플레이트(31)와, 웨지플레이트(25)와, 열형광선량계장착플레이트(이하, TLD장착플레이트)(도 2의 33)와, 이온챔버장착플레이트(도 3의 39) 등을 조합하여 구성된다.

상기한 여러 구성 요소들의 조합 예는 경우에 따라 얼마든지 달라지며 예컨대 도 4 내지 도 6에 도시한 적층구조를 가질 수 있다.

도면부호 51은 엑스레이필름이다. 상기 엑스레이필름(51)은 웨지플레이트(25)와, 평판플레이트(31)와, 모사체 수용플레이트(29)를 차례로 통과한 방사선의 표적으로서 그 표면에 도달한 방사선의 에너지 준위가 표현된다.

결국, 상기 엑스레이필름(51)은 방사선방출부(17)로부터 조사된 방사선의 (해당 깊이에서의) 선량을 계측하는 방사선량 측정부이다. 상기 방사선량 측정부에는, 엑스레이필름(51) 이외에 TLD장착플레이트(33) 및 이에 적용되는 열형광선량계(Thermoluminescent dosimeter(이하, TLD)(도 2의 53)와, 이온챔버장착플레이트 및 이에 적용되는 이온챔버가 더 포함된다.

방사선량 측정부는, 방사선량 측정부가 위치한 깊이에서의 방사선의 선량을 측정하는 목적을 갖는다.

상기 방사선량 측정부가 위치하는 깊이는 상기한 조합 예에 따라 달라지며, 또한 방사선량 측정부의 상부에 어떤 종류의 모사체(23)가 위치할지 모사체가 위치하지 않을지 등은 경우에 따라 달라진다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선량 측정용 팬텀의 일 조합예를 나타내 보인 분해 사시도이다.

도 2에 도시한 바와같이, 일 조합예에 따른 방사선량 측정용 팬텀(21)은, 일정두께의 사각판 형태를 취하는 베이스플레이트(27)와, 상기 베이스플레이트(27)의 상부에 적층되는 TLD장착플레이트(33)와, 상기 TLD장착플레이트(33)의 상부에 차례로 적층되는 모사체수용플레이트(29), 평판플레이트(31), 웨지플레이트(25)와, 상기 구성요소들을 상호 결합시키는 고정로드(35)를 포함하는 구성을 갖는다.

베이스플레이트(27)는 도 1에 도시한 바와 같이 치료테이블(19)에 놓여진 상태로 TLD장착플레이트(33)를 치료테이블(19)로부터 소정 높이로 수평 지지한다. 상기 베이스플레이트(27)는 방사선방출부(17)에 대한 방사선량 측정부의 이격거리를 조절하는 것이다.

예컨대 상기 베이스플레이트(27)의 두께를 두껍게 제작하거나 또는 베이스플레이트(27)의 개수를 증가시켜, 방사선방출부(17)에 대한 방사선량 측정부의 이격 거리를 좁힐 수 있다.

베이스플레이트(27)의 네 귀퉁이부에는 암나사구(27a)가 형성되어 있다. 상기 암나사구(27a)는 그 내주면에 암나사산이 형성되어 있는 홈으로서 상기 고정로드(35) 하단부의 수나사부(35a)가 결합한다. 상기 고정로드(35)는 암나사구(27a)에 결합한 상태로 수직으로 연장되며 각 구성요소들을 밀착 고정시킨다.

TLD장착플레이트(33)는 일정두께를 갖는 사각 아크릴판으로서 그 내부에 수평으로 연장된 다섯 개의 TLD수용구멍(33b)을 갖는다. 상기 TLD수용구멍(33b)은 일정 직경을 가지며 나란하고 그 양단부가 외부로 개방되어 있다. 상기 TLD수용구멍(33b)의 개수가 경우에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

참고적으로 아크릴은 신체내의 일반조직의 밀도에 대응하는 조직밀도를 가진다.

TLD수용구멍(33b)의 내부에는 TLD(53)가 삽입된다. 공지의 사실과 같이 TLD는 열형광특성을 갖는 물질로 제작된 선량계로서, 칩의 형태로 제작할 수 도 있고, 분말형태로 제작할 수 도 있다. 분말형태일 경우 원통형 캡슐에 밀봉된다.

본 실시예의 경우 캡슐형 TLD(53)를 사용한다. 즉 캡슐형 TLD(53)를 TLD수용구멍(33b)에 삽입한 후 이를테면 중앙부분 까지 밀어 넣어 정위치 시키는 것이다. 특히 상기 TLD(53)는 하나의 TLD수용구멍(33b)에 복수개 삽입할 수 도 있고, 선택된 TLD수용구멍(33b)에만 적용할 수 도 있다. 상기 TLD(53)는 TLD수용구멍(33b)에 위치된 상태로 상부로부터 조사되는 방사선을 받아들이며, 추후에 작업자에 의해 수거되어 TLD리더(미도시)를 통해 피폭받은 방사선량을 정량적으로 평가할 수 있게 한다.

상기 TLD장착플레이트(33)의 상부에는 모사체수용플레이트(29)가 구비된다. ＜59＞ 상기 모사체수용플레이트(29)는 네 귀퉁이부에 수직의 관통구멍(29a)을 갖는 육면체형 아크릴블록으로서 그 내부에 두 개의 공간부(29b, 29c)를 포함한다.

상기 공간부(29b, 29c)는 상호 나란한 상태로 수평 연장되며 양단부가 외부로 개방된 사각 구멍이다. 상기 공간부(29b, 29c)의 단면형상이나 크기는 경우에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.

기본적으로, 상기 공간부(29b, 29c)는 신체내의 모사 대상에 따라 비워둘 수 도 있고 모사체(23)로 채울 수도 있다. 예컨대 구강과 같이 비어있는 공간을 모사할 경우 상기 공간부(29c)를 비워둔다. 또한 폐(Lung)를 모사할 경우에는 폐와 조직밀도가 비슷하다고 알려진 코르크를, 뼈를 모사할 경우에는 뼈와 조직밀도가 유사한 테프론을 삽입한다. 상기 모사체(23)는 한 덩어리의 블록형식으로 제작할 수 도 있고, 얇은 플레이트 형태로 제작한 후 필요에 따라 적층하여 사용할 수 도 있다. 상기 모사체수용플레이트(29)는 경우에 따라 사용하지 않을 수 있다.

상기 모사체수용플레이트(29)의 상부에 위치하는 평판플레이트(31)는 다양한 두께를 갖는 사각 아크릴판이다.

상기 평판플레이트(31)는 방사선방출부(17)에 대한 표적의 이격거리를 조절하는 역할을 한다. 따라서 상기 평판 플레이트(31)의 위치나 사용 매수는 필요에 따라 달라질 수 있다. 예컨대 베이스플레이트(27)와 TLD장착플레이트(33) 사이에 위치할 수 도 있고, 도시한 바와같이 웨지플레이트(25)와 모사체수용플레이트(29) 사이에 설치될 수도 있다. 상기 평판플레이트(31)의 네 귀퉁이에도 관통구멍(31a)이 마련되어 있음은 물론이다.

한편, 상기 웨지플레이트(25)는 직각삼각형의 측면 형상을 갖는 아크릴부재이다. 상기 웨지플레이트(25)는 수평의 저면과 상기 저면에 대해 소정각도로 경사진 경사면(25b)을 갖는다. 상기 경사면(25b)의 바람직한 경사각도는 15도 내지 30도 정도이다.

기본적으로 상기 웨지플레이트(25)는 깊이가 다른 표적에 대한 방사선 도달정도를 선형적으로 파악할 수 있게 하는 역할을 한다. 예컨대 상기 웨지플레이트(25)의 하부에 엑스레이필름을 위치시킨 상태로 웨지플레이트(25)에 방사선을 수직 조사하면, 방사선의 에너지는 웨지플레이트(25)(웨지플레이트의 두께는 웨지플레이트가 경사져 있으므로 선형적으로 감소한다.)를 하향 통과하면서 점차 작아지고 작아진 에너지의 방사선이 엑스레이 필름에 반영되는데, 이를 통해 아크릴의 두께에 대한 방사선의 감쇄율 정보를 얻을 수 있는 것이다. 방사선이 웨지플레이트(25)의 두꺼운 부분을 통과하면 감쇄율이 그만큼 크고 상대적으로 얇은 부분을 통과하면 적게 감쇄한다.

상기 웨지플레이트(25)의 네 귀퉁이부에도 관통구멍(25a)이 형성되어 있다.

고정로드(35)는 베이스플레이트(27)의 상부에 각 구성요소들을 수직으로 지지하는 것으로서(이 때 각 구성요소의 조합 예는 달라질 수 있다.), TLD장착플레이트(33)와 모사체수용플레이트(29)와 평판플레이트(31)와 웨지플레이트(25)의 관통구멍(33a, 29a, 31a, 25a)을 관통하여 그 하단부의 수나사부(35a)가 베이스플레이트(27)의 암나사구(27a)에 고정된다.

도면부호 36은 고정로드(35) 상단부의 수나사부(35a)에 결합함으로써 구성요소들을 상호 죄어 밀착시키는 너트이다.

단, 도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 팬텀이 방사선 측정을 위한 것으로 가정하여 설명하였으나 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 의료 목적으로 적용될 수 있다는 것은 자명하다.

한편, 도 3은 본 발명과 관련된 다양한 종류의 의료용 팬텀을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 것과 같이, 영상진단기기에 따라 영상획득의 물리적 매커니즘이 다르고 영상진단기기의 크기와 형태도 다르기 때문에 현재 여러 형태와 성질을 가진 팬텀이 존재한다.

도 4는 본 발명과 관련된 다른 종류의 의료용 팬텀의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 의료용 팬텀은 영상진단기기의 다양한 크기와 형태에 적합하도록 여러 형태로 제작될 수 밖에 없고, 결국 팬텀은 기기의 특성에 제한 받을 수 밖에 없다.

도 5는 본 발명과 관련하여, 인체를 3차원의 형태로 모델링한 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 5와 같은 형태로 의료용 팬텀에도 상기 개념을 적용하여 복셀 단위로 팬텀을 구성할 수 있고, 이를 가장 잘 구현한 것이 레고 블록을 이용한 팬텀이다.

도 6은 레고 블록을 이용하여 인체를 모델링하는 구체적인 일례를 도시한 것이고, 도 7은 레고 블록을 이용하여 인체를 모델링하는 구체적인 다른 일례를 도시한 것이며, 도 8은 본 발명과 관련하여, 옥스포드 블록에 물을 채우고 얻은 MRI T2 영상의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 것과 같이, 기존에는 레고의 단위 블럭인브릭을 조합하여 일정한 형태의 팬텀으로 구성한 뒤 이를 영상진단기기의 성능평가에 이용한 경우가 있었다.

특히, 물리적 크기가 작은 레고를 조합할 경우 그 복잡성은 매우 커지게 되고 물리적 크기가 비교적 큰 경우는 인체 특성의 세부적 모사에 불리하다는 단점이 존재하였다.

따라서 본 발명에서는 다목적 다중영상을 위한 단위블록, 단위블록을 이용한 다중 모듈 의료용 팬텀 및 그 제어방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 본 발명은 팬텀을 구성하는 단위 블록과 그 내부의 영상화에 필요한 매질을 채울 수 있고, 영상품질평가, 선량측정 및 중재적 시술 훈련이 가능한 형태 및 구조물을 갖는 단위 블록 제작 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.

즉, 본 발명이 제안하는 단위블록은 내부에 매질을 넣을 수 있도록 육면체 형태로 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 단위블록의 기본형태는 육면체로만 구성된 단위블록이며 응용형태는 블록상단에 이랑(수놈)과 블록하단에 고랑(암놈)이 있어 블록이 단단하게 결합될 수 있는 구조가 될 수 있다.

본 발명이 제안하는 기본형태와 응용형태 단위블록은 여러 결합과 조합으로 다양한 형태 및 크기로 구성 될 수 있다.

이때, 단위블록 내부에는 자기공명영상에 필요한 신호원인 CuSO4, MnCl2, NiCl2 및 조영효과를 낼수있는 Gd계열, 산화철계열 및 젤타입 등의 매질을 넣을 수도 있다.

또한, 단위블록 내부에는 X선 컴퓨터 단층촬영에서 영상평가를 할 수 있는 물, Iodine, Barium, CaCO3, Paraffin, Adipose 등의 매질을 넣을 수도 있으며 핵의학 영상기기인PET과SPECT의신호원인 positron-emmittingisotopes과gamma-emittingisotopes을 넣을 수도 있다.

특히, 단위블록의 여러조합을 통해 단일영상기기에서의 영상화 뿐만 아니라 다중영상기기에서의 다중영상화가 가능하게 된다.

또한, 이렇게 구성된 블록기반팬텀은 방사선치료의 선량평가, 열치료의 온도측정에도 이용될 수 있다.

또한, 영상품질평가 모듈을 단위 블록 내부에 추가하여 공간해상도, 대조도 해상도, 신호대잡음비, 균일도, 단면선택의 위치 및 정확도, 기하학적 정확도 등을 단위 블록 조합을 통해 평가 할 수도 있다.

특히, 기존의 영상품질평가에 이용되는 팬텀과 같이 사용하여 기존 팬텀이 영상화 하지 못했던 촬영영역에 대한 품질정보도 획득 할 수 있도록 지원할 수 있다.

도 9는 본 발명이 제안하는 유닛 블록의 기초 형태를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 기본형태 단위 블록의 구성이 도시되어 있고, 도 9에서 a는 블록(팬텀) 길이를 의미하고, b는 블록(팬텀) 너비를 의미하며, c는 블록(팬텀) 높이를 의미하고, d는 블록(캡) 높이를 의미한다.

도 9에 도시한 본 발명에 따른 단위 블록의 내부는 빈 공간이며 내부에 의료영상 목적에 맞는 매질을 첨부하여 밀봉 할 수 있는 구조로 형성된다.

본 발명에 따른 단위 블록 옆면은 두 개의 구멍이 있어 한 개의 구멍을 통해 매질을 주입할 수 있으며 다른 구멍으로 주입된 매질과 내부 공기가 빠져나올 수 있게 하여 내부에 공기가 전혀 발생되지 않도록 구성될 수 있다.

한편, 도 10 내지 도 12는 본 발명이 제안하는 유닛 블록의 응용 형태의 일례를 도시한 것이다.

도 10 내지 도 12에서는 응용형태 단위블록의 구성에 내용이 도시되어 있다.

도 10 내지 도 12에서 111은 소켓의 높이를 넓이를 의미하고, 112는 소켓의 넓이를 의미하며, 121은 콘테이너의 두께를 의미하고, 122는 팬텀의 유체를 의미하며, 123은 팬텀 유체의 유입구를 의미하고, 124는 블록(팬텀)의 높이를 의미하고, 125는 블럭(팬텀) 유입구의 너비를 의미하며, 126은 블록(팬텀)의 출구의 너비를 의미한다.

또한, 131은 블록(캡)의 출구 너비를 의미하고, 132는 블록(캡)의 유입구의 너비를 의미하며, 133은 블록(캡)의 높이를 의미하고, 134는 팬텁 유체를 의미하며, 135는 컨테이너 물질을 의미하고, 136은 소켓의 너비를 의미하고, 137은 소켓의 높이를 의미한다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 응용형태 단위 블록은 이랑과 고랑으로 구성되어 단위블록 상호간에 결합 및 해체가 가능하며 다양한 형태로 조합이 가능하게 구성된다.

이랑 부위는 정육면체 형태이며 고랑은 이랑 부위 정육면체가 정확하게 부착될 수 있도록 구성된다.

또한, 단위 블록 내부는 빈 공간이며 내부에 목적에 맞는 매질을 첨부하여 밀봉 할 수 있는 구조로 구성된다.

또한, 단위 블록 이랑과 고랑을 제외한 옆면은 두 개의 구멍이 있어 한 개의 구멍을 통해 매질을 주입할 수 있으며 다른 구멍으로 주입된 매질과 내부 공기가 빠져나올 수 있게 하여 내부에 공기가 전혀 발생되지 않도록 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 블록은 기본형태인 육면체로만 구성된 단위블록과 응용형태는 블록상단에 이랑(수놈)과 블록하단에 고랑(암놈)이 있는 응용형태 블록이고, 기초 단위 블록과 응용형태의 블록을 결합할 수 있는 구조가 될 수 있다.

따라서 본 발명이 제안하는 기본형태와 응용형태 단위블록은 여러 결합과 조합으로 다양한 형태 및 크기로 구성 될 수 있다.

특히, 단위블록의 여러조합을 통해 단일영상기기에서의 영상화뿐만 아니라 다중영상기기에서의 다중영상화가 가능하게 된다.

한편, 도 13은 본 발명이 제안하는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)의 형태를 도시한 것이다.

도 13은 단위 블록 내부에 자기공명영상에 필요한 신호원인 CuSO4, MnCl2, NiCl2 및 조영 효과를 낼 수 있는 Gd계열, 산화철 계열 및 젤 타입 등의 매질을 넣을 수 있도록 하는 내용을 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, X선 컴퓨터 단층촬영에서 영상평가를 할 수 있는 물, Iodine, Barium, CaCO3, Paraffin, Adipose 등의 매질을 넣을 수 있으며 핵의학 영상기기인 PET과 SPECT의 신호원인 positron-emmitting isotopes과 gamma-emitting isotopes을 넣을 수 있다.

또한, 도 14는 본 발명과 관련하여 다목적 다중영상에 적용되는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)의 구체적인 형태를 도시한 것이다.

즉, 도 14는 단위 블록의 여러 조합을 통해 단일영상기기에서의 영상화뿐 만 아니라 다중영상기기에서의 다중영상화가 가능하게 하는 기본 도식을 나타낸 것이다.

도 14와 같이 구성된 블록 기반 팬텀은 다중 영상기기 뿐만 아니라 방사선치료의 선량 평가, 열치료의 온도측정에도 이용 될 수 있다.

한편, 도 15 내지 도 17은 본 발명과 관련하여 다목적 다중영상에 적용되는 스템 블록 팬텀(Stem Block Phantom)이 적용된 QA/AC Module의 구체적인 형태를 도시한 것이다.

즉, 도 15 내지 도 17은 영상품질평가 모듈을 단위 블록 내부에 추가하여 공간해상도, 대조도 해상도, 신호대잡음비, 균일도, 단면선택의 위치 및 정확도, 기하학적 정확도 등을 단위 블록 조합을 통해 평가 할 수 있도록 하는 모듈 도식을 나타낸 것이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 기존의 영상품질평가에 이용되는 팬텀과 같이 사용하여 기존 팬텀이 영상화 하지 못했던 촬영영역에 대한 품질정보도 획득 할 수 있다.

전술한 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 기존에 단일 영상, 단일 목적의 무겁고 운용이 어려운 팬텀과 달리 블록 기반 팬텀은블록의 조합에 따라 다양한 형태로 조합이 가능하고 다중영상, 다중목적으로 사용이 가능해진다.

특히, 단위 블록은 대량생산에 매우 용이하고 여러 영상기기에서 사용이 가능하기 때문에 매우 경제적이다.

또한, 영상기기의 성능평가, 품질관리, 선량측정은 의료 분야에서 매우 중요한 요소이고, 다양한 형태로 조합이 가능한 블록의 특성상 모든 임상기관에서 사용이 가능하기 때문에 널리 보급되어 사용되어 높은 사업성과 시장성을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분상방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행할 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시례들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시례들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시례들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

복수의 단위블록을 이용하여 인체의 적어도 일부를 모델링(modeling) 한 모형인 의료용 팬텀(MEDICAL PHANTOM)에 있어서,
상기 복수의 단위블록은,
육면체 형상으로 내부가 비어있는 제 1 단위블록; 및
상기 육면체 형상으로 내부가 비어있고, 상단에 복수의 이랑이 형성되며, 하단에 상기 복수의 이랑과 결합 가능한 복수의 고랑이 형성된 제 2 단위 블록;을 포함하되,
상기 의료용 팬텀은 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위 블록의 결합 형태에 따라 결정되고,
상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 측면은 적어도 하나의 구멍이 형성되며,
상기 적어도 하나의 구멍 중 제 1 구멍을 통해 매질이 입력되고, 상기 적어도 하나의 구멍 중 제 2 구멍을 통해 상기 매질의 적어도 일부와 상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록 내부의 공기가 외부로 출력되고,
상기 복수의 이랑은 상기 제 2 단위 블록의 상단에 돌출된 형상으로 형성되며,
상기 복수의 고랑은 상기 복수의 이랑과 결합할 수 있도록 상기 제 2 단위 블록의 하단에 함몰된 형상으로 형성되고,
상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부는 상기 제 2 구멍을 통해 공기가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, 자기공명영상에 필요한 H2O, 상기 H2O를 기반으로 하는 CuSO4, MnCl2, NiCl2 및 조영효과를 낼 수 있는 Gd계열 매질, 산화철 계열 매질 및 젤 타입 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, X선 컴퓨터 단층촬영에서 영상평가를 할 수 있는 water, air, bone, contrast media, tissue, fat 을 모사하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 팬텀.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 구멍을 통해 입력되는 매질은, 핵의학 영상기기인 PET과 SPECT의 신호원인 positron-emmitting isotopes 및 gamma-emitting isotopes를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부에는 상기 인체의 조직에 대응하는 줄기세포가 구비되는 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위 블록의 결합 형태에 따라 결정된 의료용 팬텀은 다중 목적을 위해 사용 가능하고, 다중영상기기와 연결되어 다중영상화를 지원 가능한 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 단위블록 및 제 2 단위블록의 내부에 구비된 영상품질평가 모듈;을 더 포함하고,
상기 의료용 팬텀은 상기 영상품질평가 모듈을 이용하여 공간해상도, 대조도 해상도, 신호대잡음비, 균일도, 단면선택의 위치와 정확도 및 기하학적 정확도 중 적어도 일부를 평가할 수 있는 것을 특징으로 하는, 의료용 팬텀.
제 1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 의료용 팬텀을 이용한 영상진단장치.