KR101722551B1 - 경사각이 조정 가능하고 구조적 무결정이 증가되며, 전력 전송 및 위치 감지가 향상된, 고정식 갠트리 및 회전식 디스크를 갖는 해부학적 영상화 시스템 - Google Patents

경사각이 조정 가능하고 구조적 무결정이 증가되며, 전력 전송 및 위치 감지가 향상된, 고정식 갠트리 및 회전식 디스크를 갖는 해부학적 영상화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, CT 영상화 시스템의 토러스가 경사질 수 있는 정도를 최소화하면서도 CT 영상화 시스템의 프로파일을 최소화하는 CT 영상화 시스템의 토러스를 선택적으로 경사지게 하기 위한 신규의 장치가 제공된다. 본 발명에 따르면, 고정식 컵 형상 갠트리 및 이 고정식 컵 형상 갠트리 내부에 위치하는 회전식 컵 형상 디스크를 포함하는 신규의 CT 영상화 시스템이 제공되며, 이에 따라 향상된 구조적 무결성을 제공해서 회전식 컵 형상 디스크가 회전될 때에 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되는 구성요소들에 대하여 증가된 안정성을 제공하고 이에 따라 개선된 영상 품질을 제공한다.

Description

경사각이 조정 가능하고 구조적 무결정이 증가되며, 전력 전송 및 위치 감지가 향상된, 고정식 갠트리 및 회전식 디스크를 갖는 해부학적 영상화 시스템{ANATOMICAL IMAGING SYSTEM HAVING FIXED GANTRY AND ROTATING DISC, WITH ADJUSTABLE ANGLE OF TILT AND INCREASED STRUCTURAL INTEGRITY, AND WITH IMPROVED POWER TRANSMISSION AND POSITION SENSING}
본 발명은 일반적으로 영상화 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 해부학적 영상화 시스템들에 관한 것이다.
본 특허 출원은:
(i) Neurologica Corp. 및 Eric Bailey 등에 의해 2014년 7월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "ANATOMICAL IMAGING SYSTEM WITH IMPROVED ROTATING SLIP RING"인 계류중인 선행 미국 가특허출원 제62/027,433호의 이익을 주장하고;
(ⅱ) Neurologica Corp. 및 Eric Bailey 등에 의해 2014년 7월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "ANATOMICAL IMAGING SYSTEM WITH TILTING TORUS, TILT BRAKE AND FAIL-SAFE BRAKE"인 계류중인 선행 미국 가특허출원 제62/027,472호의 이익을 주장하고;
(ⅲ) Neurologica Corp. 및 Eric Bailey 등에 의해 2014년 7월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "ANATOMICAL IMAGING SYSTEM WITH IMPROVED POSITION SENSOR"인 계류중인 선행 미국 가특허출원 제62/027,444호의 이익을 주장하고;
(ⅳ) Neurologica Corp. 및 Eric Bailey 등에 의해 2014년 7월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "ANATOMICAL IMAGING SYSTEM WITH FIXED CUP-SHAPED GANTRY AND ROTATING CUP-SHAPED DISC"인 계류중인 선행 미국 가특허출원 제62/027,420호의 이익을 주장한다.
4개의 상기한 특허출원이 참조로 본 명세서에 포함되어 있다.
많은 상황에서, 불투명한 물체들의 내부를 영상화하는 것이 바람직할 수 있다. 한정되지는 않지만 예로서, 의료 분야에서는, 피부를 물리적으로 관통하지 않고서 내부 구조물들을 볼 수 있게 하기 위해서 환자의 신체 내부를 영상화하는 것이 바람직할 수 있다.
컴퓨터 단층 촬영법(Computerized Tomography; CT)은 의료 분야에서 핵심적인 영상화 양상으로 알려져 있다. CT 영상화 시스템들은 일반적으로 환자의 해부학적 구조의 3차원(3D) 데이터 세트 및 3D 컴퓨터 모델을 구축하도록 다양한 위치로부터 신체 내로 X-선들을 유도하고, 신체를 통과하는 X-선들을 검출하며, 그런 다음 검출된 X-선들을 처리함으로써 작동한다. 그러면, 3D 데이터 세트 및 3D 컴퓨터 모델이 환자의 해부학적 구조의 영상들(예를 들면, 단면(slice) 영상들, 3D 컴퓨터 영상들 등)을 제공하기 위해서 시각화될 수 있다.
한정되지는 않지만 예로서, 이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 CT 영상화 시스템(5)이 도시되어 있다. CT 영상화 시스템(5)은 일반적으로 베이스(15)에 의해 지지되는 토러스(torus)(10)를 포함한다. 중앙 개구(20)가 토러스(10) 내에 형성된다. 중앙 개구부(20)는 스캐닝될 환자의 해부학적 구조를 수신한다.
다음으로 도 3을 참조하면, 토러스(10)는 일반적으로 고정식 갠트리(22), 회전식 디스크(23), X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X-선 검출기 어셈블리(30)를 포함한다. 보다 구체적으로, 고정식 갠트리(22)는 중앙 개구(20)에 대해 동심으로 배치된다. 회전식 디스크(23)는 고정식 갠트리(22)에 회전 가능하게 탑재된다. X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X-선 검출기 어셈블리(30)는 정반대로 대향하는 관계로 회전식 디스크(23)에 탑재되어, X-선 빔(40)(X-선 튜브 어셈블리(25)에 의해 발생되고 X-선 검출기 어셈블리에 의해 검출됨)이 중앙 개구(20)에 배치된 환자의 해부학적 구조를 통과한다. X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X-선 검출기 어셈블리(30)가 중앙 개구(20)에 대해 동심으로 회전되도록 회전식 디스크(23)에 탑재되므로, X-선 빔(40)은, CT 영상화 시스템(5)이 X-선 빔에 의해 관통된 해부학적 구조의 "단면(slice)" 영상을 생성할 수 있도록, 방사상 위치의 전체 범위를 따라 환자의 해부학적 구조를 통과할 것이다. 또한, 스캐닝 중에 서로에 대하여 환자 및 CT 영상화 시스템(5)을 이동시킴으로써, 일련의 단면 영상들이 취득될 수 있고, 그 후 적절히 처리되어 스캐닝된 해부학적 구조의 3D 데이터 세트 및 스캐닝된 해부학적 구조의 3D 컴퓨터 모델을 생성할 수 있다. 실제로, 영상들의 다수의 단면들(예를 들면, 8개의 단면, 16개의 단면, 32개의 단면 등)이 회전식 디스크(23)의 각각의 회전에 따라 취득될 수 있도록 X-선 검출기 어셈블리(30)를 구성하여, 스캔 데이터의 취득을 촉진하는 것이 일반적이다.
실제로, 스캐닝된 해부학적 구조의 3D 컴퓨터 모델을 구축하도록 한 후에 처리될 수 있는, 스캐닝된 해부학적 구조의 3D 데이터 세트를 생성하기 위해서 환자의 해부학적 구조의 나선형 스캐닝을 실시하는 것이 현재 일반적이다. 그런 다음, 3D 데이터 세트 및 3D 컴퓨터 모델이 환자의 해부학적 구조의 영상들(예를 들면, 단면 영상들, 3D 컴퓨터 영상들 등)을 제공하기 위해서 시각화될 수 있다.
회전식 디스크(23), X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X-선 검출기 어셈블리(30)의 동작을 제어하기위해서 뿐만 아니라, 취득된 스캔 데이터를 처리해서 원하는 단면 영상들, 3D 데이터 세트 및 3D 컴퓨터 모델을 생성하기 위한 다양한 전자 하드웨어 및 소프트웨어는 당 기술분야에 잘 알려진 종류의 것일 수 있고, 토러스(10) 및/또는 베이스(15)에 위치할 수 있다.
많은 경우에서, CT 영상화 시스템(5)이 정지식으로 되어 있고, 그 경우에는 CT 영상화 시스템(5)의 베이스(15)가 방 바닥 위의 고정 위치에 설치되고 특수 전동식 이동형 베드가 스캐닝 중에 CT 영상화 시스템(5)에 대하여 환자를 이동시키도록 제공된다. 보다 구체적으로, 정지식 CT 영상화 시스템에서, 환자가 CT 영상화 시스템의 위치로 가게 되고, 환자가 전동식 이동형 베드 상에 배치되며, 그런 다음 전동식 이동형 베드가 CT 영상화 시스템(5)에 대하여 환자를 이동시키는 데에(즉, CT 영상화 시스템(5)의 중앙 개구(20) 내로 환자를 전진시키는 데에) 사용되어 환자의 일부 또는 전체 길이가 CT 영상화 시스템(5)에 의해 스캐닝될 수 있다.
다른 경우들에서, CT 영상화 시스템(5)은, 환자가 CT 영상화 시스템의 위치로 수송되는 것을 필요로 하기보다는, CT 영상화 시스템을 환자에게 가져와서 환자의 현재 위치에서 환자를 스캐닝하도록 이동식으로 되어 있다. 이동식 영상화 시스템(5)으로 환자를 스캐닝하는 것은, 환자 스캐닝의 지연을 감소시킬 수 있고(예를 들면, 환자가 방사선과로 수송되기를 기다리기보다는 응급실에서 스캐닝될 수 있고)/있거나 환자의 이동이 필요 없이 환자가 스캐닝되게 할 수 있기(예를 들면, 환자를 집중 치료부(intensive care unit), "ICU" 내의 침대 옆에서 스캐닝할 수 있기) 때문에, 매우 유리할 수 있다. 이를 위하여, 이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 베이스(15)는 (i) 스캐닝 전에 이동식 CT 영상화 시스템(5)을 환자에게 이동시키고 (ⅱ) 스캐닝 중에 환자에 대하여 CT 영상화 시스템을 이동시키기 위한 운반 어셈블리(50)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 운반 어셈블리(50)는 바람직하게는 (i) CT 영상화 시스템을 신속하고 용이하게 환자의 침대 옆으로 가져와서, 환자가 방사선부로 이동할 필요없이 그들의 침대 옆에서 스캐닝될 수 있도록, 방 거리를 가로질러서 비교적 신속하게 CT 영상화 시스템(5)을 이동시키기 위한 총 이동 기구(gross movement mechanism)(55), 및 (ⅱ) 환자가 특수 전동식 이동형 베드 상으로 이동할 필요없이 그들의 침대 또는 거니(gurney) 상에서 스캐닝될 수 있도록 스캐닝 중에, 환자에 대하여 CT 영상화 시스템을 정밀하게 이동시키기 위한 미세 이동 기구(60)를 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 총 이동 기구(55)는 바람직하게는 복수의 자유 롤링 캐스터(free-rolling caster)를 포함하고, 미세 이동 기구(60)는 바람직하게는 복수의 지네형 벨트 드라이브(63)(계단식 또는 연속 동작을 위해 구성될 수 있어, 환자의 계단식 또는 연속 스캐닝을 제공함)를 포함한다. 유압 장치(65)는 총 이동 기구(55) 또는 미세 이동 기구(60)가 바닥과 맞물릴 수 있게 해서, 이동식 CT 영상화 시스템(5)의 적절한 이동을 용이하게 한다. 따라서, 이동식 CT 영상화 시스템(5)에 따르면, 이동식 CT 영상화 시스템이 "방해되지 않는(out of the way)" 위치에 미리 위치할 수 있고, 그러면, 환자가 스캐닝을 요구할 때, 총 이동 기구(55)(예를 들면, 캐스터들(62)) 상에서 환자의 침대옆으로 이동식 영상화 시스템을 단순히 이동시키고, 그 후에 미세 이동 기구(60)(예를 들면, 지네형 벨트 드라이브들(63)) 상에서 스캐닝 중의 이동식 CT 영상화 시스템을 이동시킴으로써, 환자가 그들의 침대옆에서 신속하고 용이하게 스캐닝될 수 있다.
환자의 신체에 대하여 CT 스캔의 각도 조절
때로는 환자의 신체에 대하여 CT 스캔의 각도를 조절해서, 환자의 신체의 길이방향 축에 직교하지 않는 각도로 설정되는 CT 이미지를 생성하는 것이 유용할 수 있음을 또한 인식하고 있다. 한정되지는 않지만 예로서, 때로는 환자의 길이방향 축에 직교하지 않는 각도로 해부학적 구조의 CT 이미지를 얻어서, 특정한 특징(feature)을 영상화하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 CT 영상화 시스템의 스캐닝 축에 대하여 비스듬히 환자를 경사지게 함으로써(예를 들면, CT 영상화 시스템의 스캐닝 축에 대하여 환자를 경사지게 하기 위해서 경사 테이블을 사용함으로써) 달성될 수 있다. 그러나, CT 영상화 시스템의 스캐닝 축에 대하여 환자를 경사지게 하는 것은 많은 상황(예를 들면, 원하는 방식으로 환자를 경사지게 하면 안전하지 못하거나 바람직하지 못한 환자의 상태가 되는 경우)에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 상황에서는, 그 대신에 원하는 CT 영상을 얻기 위해서 환자에 대하여 CT 영상화 시스템의 토러스를 경사지게 하는 것이 바람직할 수 있다.
환자에 대하여 CT 영상화 시스템의 토러스를 경사지게 하는 하나의 접근법은 CT 영상화 시스템의 토러스에 한 쌍의 큰 아치 형상 경사 가이드를 부착하고, 아크 형상 경사 가이드들 위에서 체인을 주행시키는 것이다. 결국, 체인이 기어 및 모터에 부착되어, 체인을 회전시켜서 CT 영상화 시스템의 베이스에 대하여 토러스가 경사지게 한다. 예를 들면, 이러한 장치를 도시하는 도 6 및 도 7을 참조한다.
그러나, 큰 아치 형상 틸트 가이드들의 제공 및 사용은 CT 시스템의 프로파일을 상당히 확대하고(즉, CT 영상화 시스템의 베이스로부터 외측으로 연장됨으로써), CT 영상화 시스템 주위에서 작업하는 직원에 대해 위험한 장애물을 제시할 수 있음을 인식하고 있다.
CT 영상화 시스템의 토러스가 환자에 대하여 경사지게 될 경우, 특정 경사 위치에서 경사진 토러스를 잠그기 위한 브레이크 또는 다른 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있음을 또한 인식하고 있다.
그리고, CT 영상화 시스템의 토러스가 환자에 대하여 경사지게 될 경우, 예상치 못한 토러스의 이동이 CT 영상 시스템을 작동시키는 직원 및/또는 CT 영상화 시스템에 의해 스캐닝되는 환자를 다치게 할 수 있기 때문에, CT 영상화 시스템이 중단되어야 하고 경사 시스템이 고장난 경우에 토러스(통상적으로 상당히 큰)의 "낙하" 또는 "흔들림"을 방지하기 위해서 비상 제동 시스템을 제공하는 것이 또한 바람직할 수 있음을 인식하고 있다.
따라서, 스캐닝을 위해 가용한 경사도를 최대화하면서 CT 영상화 시스템의 프로파일을 최소화하는 CT 영상화 시스템의 토러스를 경사지게 하기 위한 신규의 장치가 필요하다. 또한, 특정 경사 위치에서 경사진 토러스를 잠그기 위한 신규의 브레이크 또는 다른 수단도 필요하다. 또한, CT 영상화 시스템으로의 전력이 중단된 경우에 토러스의 경사를 유지하기 위한 신규의 비상 브레이크도 필요하다.
회전식 디스크 및 관련된 고정식 갠트리의 구조적 무결성 증가
환자를 스캐닝하는 데에 필요한 시간이 감소될 수 있는 경우에 실질적인 이점들이 얻어질 수 있음을 인식하고 있다. 하나의 예로서, 환자들이 때로는 스캔 중에 움직여서, 저하된 스캔 영상들을 초래할 수 있다. 보다 고속의 스캔 시간은 환자가 스캔 중에 움직일 가능성이 감소되는 것을 의미한다. 다른 예로서, 일부 환자의 해부학적 구조는, 일반적으로 예를 들면 심장이 뛰는 것과 같은 동작에 있다. 보다 고속의 스캔 시간은 움직이는 해부학적 구조의 영상화를 허용하기 위하여 움직이는 해부학적 구조를 "프리즈(freeze)"시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
일반적으로, 환자를 스캐닝하는 데에 필요한 시간을 감소시키는 2가지의 방식이 있다. 첫째로, X-선 검출기 어셈블리(30)는 회전식 디스크(23)의 각각의 회전으로 보다 많은 단면 영상들을 취득해서, 영상 데이터의 취득을 촉진시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 시간 경과에 따라, 소위 "8 단면 기계", "16 단면 기계", "32 단면 기계" 등이 현상된다. 둘째로, 회전식 디스크(23)의 회전 속도가 증가되어, 영상 데이터의 취득을 촉진시킬 수 있다.
불행하게도, 회전식 디스크(23)의 각각의 회전에 따라 취득된 단면들의 수를 증가시키는 것, 및/또는 회전식 디스크(23)의 회전 속도를 증가시키는 것은 디자인 문제를 유도할 수 있다.
예를 들면, 영상화 속도를 향상시키기 위해서 회전식 디스크(23)의 회전 속도를 증가시키는 것(예를 들면, 120rpm으로부터 240rpm까지)이 바람직할 수 있다. 그러나, 회전식 디스크(23)의 회전 속도를 증가시키는 것(예를 들면, 120rpm으로부터 240rpm까지)은 회전식 디스크(23) 및 이 회전식 디스크(23)에 탑재되어 그와 회전하는 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X선 검출기 어셈블리(30))에 대한 힘을 상당히 증가시키는 것을 알 수 있다.
한정되지는 않지만 예로서, 회전식 디스크(23)가 중앙 개구(20)에 대하여 고속(예를 들면, 240rpm)으로 회전될 때에 회전식 디스크(23)에 볼트 결합되는 구성요소들 상에 보다 큰 원심력이 작용하고, 원심력은 구성요소들이 회전식 디스크(23)에 볼트 결합되는 방향에 수직으로 유도된다(즉, 원심력은 방사상으로 유도되는 반면에 구성요소들은 회전식 디스크(23)에 축 방향으로 볼트 결합된다). 그 결과, 회전식 디스크(23)에 탑재된 구성요소들은 그들의 탑재 지점에서 이완될 수 있어, 결국 회전식 디스크(23)를 이완시킬 수 있게 한다. 이것이 발생되면, 영상화를 위해 사용된 구성요소들 간의 정렬(예를 들면, X선 튜브 어셈블리(25)와 X-선 검출기 어셈블리(30) 간의 정렬)이 위태롭게 될 수 있어, 영상 품질의 열화를 초래한다.
따라서, 회전식 디스크가 고속(예를 들면, 240rpm)으로 회전될 때에 회전식 디스크에 탑재되는 구성요소들에 대해 증가된 안정성을 제공하기 위해서 보다 큰 구조적 무결성을 갖는 회전식 디스크(및 관련된 고정식 갠트리)가 또한 필요하다. 그리고, 회전식 디스크가 회전될 때에 구성요소들 상에 인가되는 원심력의 불안정한 영향을 완화시키기 위해서 회전식 디스크에 구성요소들(예를 들면, X-선 어셈블리(25), X-선 검출기 어셈블리(30) 등)을 탑재하기 위한 새로운 방식을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들은 CT 영상화 시스템의 토러스가 경사질 수 있는 정도를 최대화하면서도 CT 영상화 시스템의 프로파일을 최소화하는 CT 영상화 시스템의 토러스를 선택적으로 경사지게 하기 위한 신규의 장치의 제공 및 사용에 맞춰져 있다.
본 발명은 CT 영상화 시스템으로의 전력이 중단된 경우에 CT 영상화 시스템의 토러스가 CT 영상화 시스템의 베이스에 대하여 이동하는(즉, 경사지는) 것을 방지하기 위한 신규의 고장-안전(fail-safe) 브레이크의 제공 및 사용을 더 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 환자를 스캐닝하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 베이스; 상기 베이스에 축회전 가능하게 탑재되고 스캐닝 장치를 운송하는 토러스(torus); 상기 베이스에 탑재된 만곡형 하부 유성 기어(curved lower planet gear), 상기 토러스에 탑재된 만곡형 상부 유성 기어, 및 상기 만곡형 하부 유성 기어와 상기 만곡형 상부 유성 기어 사이에 배치된 태양 기어(sun gear)를 포함하는 유성 기어(planetary gear); 및 상기 태양 기어를 회전시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 태양 기어의 회전은, 상기 태양 기어가 상기 만곡형 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 하고, 또한 상기 만곡형 상부 유성 기어가 상기 태양 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 해서, 상기 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 상기 상부 유성 기어를 이동시키며, 상기 만곡형 하부 유성 기어에 대한 상기 만곡형 상부 유성 기어의 길이방향 이동은 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 한다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 환자를 스캐닝하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 베이스; 상기 베이스에 축회전 가능하게 탑재되고 스캐닝 장치를 운송하는 토러스; 상기 베이스에 탑재된 만곡형 하부 유성 기어, 상기 토러스에 탑재된 만곡형 상부 유성 기어, 및 상기 만곡형 하부 유성 기어와 상기 만곡형 상부 유성 기어 사이에 배치된 태양 기어를 포함하는 유성 기어; 및 상기 태양 기어를 회전시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 태양 기어의 회전은, 상기 태양 기어가 상기 만곡형 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 하고, 또한 상기 만곡형 상부 유성 기어가 상기 태양 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 해서, 상기 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 상기 상부 유성 기어를 이동시키며,
상기 만곡형 하부 유성 기어에 대한 상기 만곡형 상부 유성 기어의 길이방향 이동은 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 하는 장치를 제공하는 단계; 상기 태양 기어를 회전시킴으로써 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 하는 단계; 상기 토러스 내부에 스캐닝될 물체를 위치시키는 단계; 및 상기 물체를 스캐닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적들은 또한 회전식 컵 형상 디스크가 회전되었을 때에 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되는 구성요소들에 대한 증가된 안정성을 제공하기 위해서 향상된 구조적 무결성을 제공하도록, 고정식 컵 형상 갠트리(fixed cup-shaped gantry) 및 이 고정식 컵 형상 갠트리 내부에 위치하는 회전식 컵 형상 디스크를 포함하는 신규의 CT 영상화 시스템의 제공 및 사용에 의해 맞춰져 있다. 본 발명은 또한 회전식 컵 형상 디스크의 내부 측벽에 구성요소들을 탑재함으로써 회전식 디스크가 회전되었을 때에 구성요소들 상에 인가되는 원심력의 불안정한 영향을 완화시키기 위해서 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(25), X-선 검출기 어셈블리(30) 등)을 탑재하기 위한 새로운 방식의 제공 및 사용을 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 고정식 컵 형상 갠트리; 상기 고정식 컵 형상 갠트리 내부에 적어도 부분적으로 회전 가능하게 탑재된 회전식 컵 형상 디스크(rotating cup-shaped disc); 상기 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 및 상기 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 상기 회전식 컵 형상 디스크를 회전시키기 위한 모터를 포함하고; 상기 검출기 소자는 상기 모터가 상기 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 상기 회전식 컵 형상 디스크를 회전시키는 동안에 신호를 검출하도록 구성된다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 고정식 컵 형상 갠트리; 상기 고정식 컵 형상 갠트리 내부에 적어도 부분적으로 회전 가능하게 탑재된 회전식 컵 형상 디스크; 상기 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 및 상기 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 상기 회전식 컵 형상 디스크를 회전시키기 위한 모터를 포함하고; 상기 검출기 소자는 상기 모터가 상기 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 상기 회전식 컵 형상 디스크를 회전시키는 동안에 신호를 검출하도록 구성되는 장치를 제공하는 단계; 상기 회전식 컵 형상 디스크 내부에 스캐닝될 물체를 위치시키는 단계; 및 상기 물체의 스캔을 생성하기 위해서 상기 회전식 컵 형상 디스크가 상기 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 회전할 때에 상기 검출기 소자를 사용하여 상기 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 회전식 컵 형상 디스크 및/또는 이 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되는 구성요소들에 전력을 공급하기 위한 신규의 슬립 링의 제공 및 사용을 더 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 고정식 갠트리; 상기 고정식 갠트리에 회전 가능하게 탑재된 회전식 디스크; 상기 회전식 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 상기 고정식 갠트리에 대하여 상기 회전식 디스크를 회전시키기 위한 모터; 및 상기 회전식 디스크가 회전하는 동안에 상기 고정식 갠트리와 상기 회전식 디스크 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 슬립 링(slip ring)을 포함하고,
상기 슬립 링은 상기 회전식 디스크에 탑재되며,
외부 표면 및 내부 표면; 상기 고정식 갠트리와 상기 슬립 링 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 상기 슬립 링의 상기 외부 표면에 대하여 원주방향으로 연장되는 적어도 하나의 전도성 스트립; 및 상기 슬립 링과 상기 회전식 디스크 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 상기 슬립 링의 상기 내부 표면에 탑재된 적어도 하나의 버스 바(bus bar)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 버스 바는 상기 적어도 하나의 전도성 스트립과 연통하고, 상기 적어도 하나의 버스 바의 적어도 일부분은 상기 회전식 디스크의 회전 축을 따라 연장된다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 물체를 스캐닝하기 위한 방법으로서, 고정식 갠트리; 상기 고정식 갠트리에 회전 가능하게 탑재된 회전식 디스크; 상기 회전식 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 상기 고정식 갠트리에 대하여 상기 회전식 디스크를 회전시키기 위한 모터; 및 상기 회전식 디스크가 회전하는 동안에 상기 고정식 갠트리와 상기 회전식 디스크 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 슬립 링을 포함하고,
상기 슬립 링은 상기 회전식 디스크에 탑재되며,
외부 표면 및 내부 표면; 상기 고정식 갠트리와 상기 슬립 링 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 상기 슬립 링의 상기 외부 표면에 대하여 원주방향으로 연장되는 적어도 하나의 전도성 스트립; 및 상기 슬립 링과 상기 회전식 디스크 사이에서 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위한 상기 슬립 링의 상기 내부 표면에 탑재된 적어도 하나의 버스 바를 포함하고, 상기 적어도 하나의 버스 바는 상기 적어도 하나의 전도성 스트립과 연통하고, 상기 적어도 하나의 버스 바의 적어도 일부분은 상기 회전식 디스크의 회전 축을 따라 연장되는 장치를 제공하는 단계; 상기 회전식 디스크의 회전 축을 따라 스캐닝될 물체를 위치시키는 단계; 및 상기 물체의 스캔을 생성하기 위해서 상기 회전식 디스크가 상기 고정식 갠트리에 대하여 회전할 때에 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명은 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 회전식 컵 형상 디스크의 회전 배치를 실시간으로 결정하기 위한 신규의 위치 센서의 제공 및 사용을 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 고정식 갠트리; 상기 고정식 갠트리에 회전 가능하게 탑재된 회전식 디스크; 상기 회전식 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 상기 고정식 갠트리에 대하여 상기 회전식 디스크를 회전시키기 위한 모터; 및 상기 고정식 갠트리에 대한 상기 회전식 디스크의 회전 배치를 결정하기 위한 위치 센서를 포함하고,
상기 위치 센서는, 상기 고정식 갠트리에 탑재된 고정식 인코더 판독기(fixed encoder reader); 및 상기 회전식 디스크에 탑재되고 상기 회전식 디스크 주위에서 원주방향으로 연장되는 회전식 로터리 인코더 스트립(rotating rotary encoder strip)을 포함하며,
상기 고정식 인코더 판독기는 상기 회전식 로터리 인코더 스트립에 인접하게 배치되어, 상기 고정식 인코더 판독기가 상기 회전식 로터리 인코더 스트립을 판독해서 상기 고정식 인코더 판독기에 대한 상기 회전식 로터리 인코더 스트립의 회전 배치, 및 이에 따라 상기 고정식 갠트리에 대한 상기 회전식 디스크의 회전 배치를 결정한다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 물체를 스캐닝하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 고정식 갠트리; 상기 고정식 갠트리에 회전 가능하게 탑재된 회전식 디스크; 상기 회전식 디스크에 탑재되어 신호를 검출하기 위한 검출기 소자; 상기 고정식 갠트리에 대하여 상기 회전식 디스크를 회전시키기 위한 모터; 및 상기 고정식 갠트리에 대한 상기 회전식 디스크의 회전 배치를 결정하기 위한 위치 센서를 포함하고,
상기 위치 센서는, 상기 고정식 갠트리에 탑재된 고정식 인코더 판독기; 및 상기 회전식 디스크에 탑재되고 상기 회전식 디스크 주위에서 원주방향으로 연장되는 회전식 로터리 인코더 스트립을 포함하며, 상기 고정식 인코더 판독기는 상기 회전식 로터리 인코더 스트립에 인접하게 배치되어, 상기 고정식 인코더 판독기가 상기 회전식 로터리 인코더 스트립을 판독해서 상기 고정식 인코더 판독기에 대한 상기 회전식 로터리 인코더 스트립의 회전 배치, 및 이에 따라 상기 고정식 갠트리에 대한 상기 회전식 디스크의 회전 배치를 결정하는 장치를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, CT 영상화 시스템의 토러스가 경사질 수 있는 정도를 최대화하면서도 CT 영상화 시스템의 프로파일을 최소화하는 CT 영상화 시스템의 토러스를 선택적으로 경사지게 할 수 있다.
또한, CT 영상화 시스템으로의 전력이 중단된 경우에 CT 영상화 시스템의 토러스가 CT 영상화 시스템의 베이스에 대하여 이동하는(즉, 경사지는) 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 예시적인 CT 영상화 시스템의 외부를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 예시적인 CT 영상화 시스템의 토러스 내의 다양한 구성요소들을 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 예시적인 CT 영상화 시스템을 위한 예시적인 운반 어셈블리를 나타내는 개략도이다.
도 6 및 도 7은 CT 영상화 시스템의 토러스를 경사지게 하기 위한 선행기술의 장치를 나타내는 개략도이다.
도 8 내지 도 17은 CT 영상화 시스템의 토러스를 경사지게 하기 위한 신규의 유성 기어를 포함하는 CT 영상화 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 18 내지 도 22는 CT 영상화 시스템의 토러스가 이동하는 것을 선택적으로 방지하기 위한 신규의 브레이크를 나타내는 개략도이다.
도 23 및 도 24는 전력 중단의 경우에 CT 영상화 시스템의 토러스가 이동하는 것을 방지하기 위한 신규의 고장-안전 브레이크를 나타내는 개략도이다.
도 25 내지 도 27은 신규의 CT 영상화 시스템이 고정식 컵 형상 갠트리 및 회전식 컵 형상 디스크를 포함하며, 또한 신규의 CT 영상화 시스템이 신규의 회전식 슬립 링을 포함하는, 본 발명에 따라 형성된 신규의 CT 영상화 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 28은 도 25 내지 도 27에 나타낸 신규의 슬립 링을 더 상세히 나타내는 개략도이다.
도 29 및 도 30은 본 발명에 따라 형성된 신규의 위치 센서를 나타내는 개략도이다.
경사 브레이크 및 고장-안전 브레이크를 갖는 해부학적 영상화 시스템
본 발명에 따르면, CT 영상화 시스템의 토러스가 경사질 수 있는 정도를 최소화하면서도 CT 영상화 시스템의 프로파일을 최소화하는 CT 영상화 시스템의 토러스를 선택적으로 경사지게 하기 위한 신규의 장치가 제공된다.
본 발명은 토러스가 경사진 후에 CT 영상화 시스템의 베이스에 대하여 원하는 각도로 CT 영상화 시스템의 토러스의 경사각을 유지하기 위한 신규의 장치의 제공 및 사용을 또한 포함한다.
본 발명은 CT 영상화 시스템으로의 전력이 중단되는 경우에 CT 영상화 시스템의 토러스가 CT 영상화 시스템의 베이스에 대하여 이동하는(경사지는) 것을 방지하기 위한 신규의 고장-안전 브레이크의 제공 및 사용을 더 포함한다.
이제 도 8 내지 도 17을 참조하면, 일반적으로 베이스(115)에 의해 지지되는 토러스(110)를 포함하는 신규의 CT 영상화 시스템이 도시되어 있다. 중앙 개구(120)가 토러스(110) 내에 형성된다. 중앙 개구(120)는 스캐닝될 환자의 해부학적 구조를 수용한다.
토러스(110)는 일반적으로 갠트리(122) 및 회전식 디스크(123)를 포함한다. 갠트리(122)는 이 갠트리(122)의 어느 한 측면 상에 위치한 한 쌍의 축회전식 커넥터들(124)에 의해 베이스(115)에 고정되어, 갠트리(122)(및 이에 따라 토러스(110)가 베이스(115)에 대하여 축회전식 커넥터들(124) 상에서 축회전할 수 있어, 베이스(115)에 대하여 토러스(110)를 경사지게 한다. 회전식 디스크(123)가 갠트리(122) 내부에 회전 가능하게 배치되어, 회전식 디스크(123)가 갠트리(122)를 이동시키지 않고서 중앙 개구(120) 주위에서 원주방향으로 회전할 수 있다. 회전식 디스크(123)는 일반적으로 중앙 개구(120) 주위에서 원주방향으로 회전식 디스크(123)에 탑재되어, 중앙 개구(120)(명료화를 위해, 도 8 내지 도 17에서는 생략됨) 내부에 배치된 물체(예를 들면, 환자)의 스캐닝을 허용하는 스캐닝 구성요소들(예를 들면, 상기한 X-선 튜브 어셈블리(25) 및 X-선 검출기 어셈블리(30) 등)을 포함한다.
도 8 내지 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, CT 영상화 시스템(105)은 베이스(115)에 대하여 토러스(110)를 선택적으로 경사지게 하는 데에 사용될 수 있는 신규의 유성 기어(126)를 포함한다. 보다 구체적으로, 유성 기어(126)는 일반적으로 베이스(115)에 탑재되는 만곡형 하부 유성 기어(127), 갠트리(122)에 탑재되는 상부 유성 기어(128), 및 하부 유성 기어(127)와 상부 유성 기어(128) 사이에 회전 가능하게 배치되는 태양 기어(129)를 포함함으로써, 이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 태양 기어(129)의 톱니(teeth)가 하부 유성 기어(127) 및 상부 유성 기어(128) 양쪽 모두와 일정하게 접촉한다. 태양 기어(129)는 결국 베이스(115)에 탑재되는 슬라이드(132)에 슬라이딩 가능하게 탑재되는 캐리어(131)에 탑재되어, 캐리어(131)(및 캐리어(131)에 탑재된 태양 기어(129))가 슬라이드(132)(및 이에 따라 베이스(115))를 따라 이동할 수 있다. 모터(137)(도 12)는 원하는 대로 선기어(129)를 (시계방향 또는 반시계 방향으로) 선택적으로 회전하는 데에 사용될 수 있다.
상기한 구성에 의해, 모터(137)에 의한 태양 기어(129)의 회전은 태양 기어(129)의 톱니가 하부 유성 기어(127)의 톱니와 접경(interface)할 때에 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)를 따라 "움직이게 한다(walk)". 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)를 따라 "움직일" 때에, 캐리어(131)는 슬라이드(132)를 따라(즉, 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)를 따라 "움직이는" 것과 동일한 방향으로) 이동한다. 동시에, 태양 기어(129)의 회전은 상부 유성 기어(128)가 태양 기어(129)에 대하여(즉, 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)에 대하여 "움직이는" 것과 반대 방향으로) 이동하게 한다. 따라서, 태양 기어(129)를 회전시키는 효과는 효율적으로 2배가 된다(즉, 상부 유성 기어(128)가 이동식 태양 기어(129)를 따라 이동하고 있는 것과 동시에 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)를 따라 이동하기 때문이다).
한정되지는 않지만 예로서, 이제 도 15를 참조하면, 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)와 상부 유성 기어(128) 양쪽에 대하여 중심이 될 때, 토러스(110)는 베이스(115)에 수직으로 배치됨(즉, 토러스(110)가 경사지지 않음)이 인정될 것이다. 태양 기어(129)가 반시계방향으로(도 15의 시각으로부터) 회전될 때, 태양 기어(129)는 하부 유성 기어(127)를 따라 시계방향으로 움직이는 반면에, 상부 유성 기어(128)가 태양 기어(129) 상에서 반시계 방향으로 이동해서, 베이스(115)에 대하여 제1 시계방향으로 토러스(110)를 경사지게 한다(도 16 참조).
다음으로 도 17을 참조하면, 태양 기어(129)가 시계방향으로 회전될 때(도 17의 시각으로 보았을 때), 태양 기어(129)는 하부 유성 기어(127)를 따라 반대 방향으로 움직이고, 상부 유성 기어(128)가 태양 기어(129) 상에서 반시계방향으로 이동됨을 알 수 있을 것이다. 따라서, 태양 기어(129)를 시계방향으로 회전시키는 것에 의해, 토러스(110)는 베이스(115)에 대하여 제2 반시계방향으로 경사지게 된다.
따라서, 태양 기어(129)를 시계방향 또는 반시계방향으로 선택적으로 회전시킴으로써, 그리고 태양 기어(129)가 하부 유성 기어(127)를 따라 어느 정도까지 움직이는지를 제어함으로써, 토러스(110)는 원하는 방향으로 그리고 원하는 각도로(베이스(115)에 대하여) 경사지게 될 수 있다.
토러스(110)가 베이스(115)에 대하여 경사지게 하는 것이 허용되는 정도는 하부 유성 기어(127)와 상부 유성 기어(128)의 곡률 정도의 함수일 뿐만 아니라, 하부 유성 기어(127)와 상부 유성 기어(128)의 길이의 함수임이 인정될 것이다. 또한, 상기한 구성에 의해서, 하부 유성 기어(127)와 상부 유성 기어(128)를 효율적으로 조합해서, 하부 유성 기어(127) 및 상부 유성 기어(128)의 조합된 길이이고, 경사가 요구되고 토러스(110)가 능동적으로 경사지게 될 때에만 베이스의 외측으로 연장되는 경사 가이드를 형성하는 한, CT 영상화 시스템(105)의 프로파일을 확대하는 영구 원호 형상 경사 가이드들은 더 이상 필요없음이 인정될 것이다. 이는 당 기술분야에서 상당한 개선이다.
CT 영상화 시스템(105)이 스캐닝을 위해 사용되는 동안에 토러스(110)의 경사를 유지하기 위한 브레이크를 제공하는 것이 바람직할 수 있음이 인정될 것이다. 이를 위해, 다음으로 도 18 내지 도 22를 참조하면, 브레이크(141)가 도시되어 있다. 브레이크(141)는 일반적으로 작동 축(actuating shaft)(143)을 갖는 액추에이터(142), 및 작동 축(143)의 자유 단부에 고정된 웨지(wedge)(144)를 포함한다. 액추에이터(142)는 베이스(115)에 단단히 탑재되는 하우징(146)에 고정된다. 하우징(146)은 작동 축(143) 및 웨지(144)의 일부분 위에 배치되어, 웨지(144)가 하우징(146) 밖으로 선택적으로 돌출한다. 웨지(144)는 액추에이터(142)에 의해 갠트리(122)를 향해 이동될 때에 갠트리(122)에 형성되는 아치형 홈부(147)와 억지 끼워맞춤(interference fit)되게 하는 크기로 된다. 아치형 홈부(147)는, 웨지(144)가 액추에이터(142)에 의해 아치형 홈부(147) 내로 구동될 때, 아치형 홈부(147)(및 이에 따라 토러스(110)가 액추에이터(143)(및 이에 따라 베이스(115))에 대하여 축회전할 수 없도록 웨지(144)에 의해 수축되는 경사진 측벽들(148)을 포함한다.
사용시, 베이스(115)에 대하여 토러스(110)를 축회전(즉, 경사)시키기를 원할 때, 액추에이터(142)를 작동시켜, 그의 작동 축(143)을 토러스(110)로부터 멀리 외측으로 후퇴(retract)시키고, 이에 따라 웨지(144)를 아치형 홈부(147) 밖으로 철수시킨다. 그런 다음, 유성 기어(126)를 사용해서 상기한 방식으로 베이스에 대하여 원하는 대로 토러스(110)를 경사지게 한다. 토러스(110)가 원하는 각도로 경사져 있을 때, 액추에이터(142)가 작동되어 토러스(110)를 향해 작동 축(143)을 이동시키고, 이에 따라 웨지(144)를 아치형 홈부(147) 내로 구동시켜서 웨지(144)와 홈부(147) 사이에 확실한 억지 끼워맞춤을 확립한다. 웨지(144)가 아치형 홈부(147)와 확실한 억지 끼워맞춤이 될 때, 토러스(110)는 경사지는 각도로 효율적으로 "록킹된다(locked)".
전원 고장의 경우, 브레이크(141)가 고장나서(예를 들면, 액추에이터(142)가 고장나서) 웨지(144)를 아치형 홈부(147) 내에 확실히 강제시킴으로써, 토러스(110)가 축회전식 커넥터들(124) 상의 주어진 경사 위치로부터 멀리 "낙하(fall)"하거나 "흔들리게(swing)" 할 수 있게 하는 것이 또한 인정된다. 토러스(110)가 통상적으로 상당히 크기 때문에, 그리고 토러스(110)의 예상치 못한 제어되지 않은 낙하/흔들림이 CT 영상화 시스템(105)을 작동시키는 직원 및/또는 CT 영상화 시스템(105)에 의해 스캐닝을 받는 환자들에게 해로움을 줄 수 있기 때문에, 이러한 전원 고장의 경우에 경사진 구성으로 토러스(110)를 유지하기 위한 고장-안전 브레이크를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
이를 위해, 이제 도 23 및 도 24를 참조하면, 고장-안전 브레이크(151)가 제공될 수 있다. 고장-안전 브레이크(151)는 일반적으로 기어(152) 및 디스크(153)를 포함하고, 축(154)이 기어(152)와 디스크(153) 사이에 배치되어 있다. 하우징(156)이 이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 고장-안전 브레이크(151)의 적어도 일부를 덮는다. 기어(152) 및 디스크(153)가 축(154)에 연결되어, 기어(152)가 회전할 때에 디스크(153)도 회전하고, 그 반대로도 된다. 하우징(156)은 경판(end plate)(157), 전기자(armature)(158) 및 코일(159)을 포함한다. 고마찰(high-friction) 패드들(161)(예를 들면, 석면 패드들)이 디스크(153)와 대향하는 경판(157) 및 전기자(158)의 측면들 상에 배치된다. 스프링(162)이 디스크(153)를 향해서 전기자(158)를 바어어싱해서 고마찰 패드(161)가 스프링(162)의 힘 아래에서 디스크(153)와 접촉하고 경판(157)에 의해 운송된 고마찰 패드(161)를 향해서 디스크(153)를 밀어부침으로써, 디스크(153)가 그들 사이에 클램핑되게 하고 기어(152)의 회전을 방지하게 한다. 전류가 코일(159)을 통과하면, 코일(159)은 이 코일(159)을 향해서(그리고 스프링(162)의 힘에 대항해서) 전기자(158)를 끌어당기는 전자기장을 발생시킨다. 전기자(158)가 코일(159)을 향해서 흡인되면, 디스크(153)가 자유롭게 회전한다(그리고 이에 따라 축(154) 및 기어(152)도 자유롭게 회전한다). 상기한 구성에 의해, CT 영상화 시스템(105)이 전력 고장을 격어야 하는 경우, 코일(159)에 의해 발생된 전자기장이 고장나고, 이에 따라 스프링(162)이 디스크(153)를 향해 전기자(158)를 바이어싱해서 고마찰 패드들(161)이 디스크(153)와 맞물려서, 경판(157)과 전기자(158) 사이에 디스크(153)를 클램핑하는 것이 인정될 것이다. 이러한 동작은 디스크(153)의 회전을 방지한다(그리고 이에 따라 기어(152)의 회전도 방지한다).
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 고장-안전 브레이크(151)가 상기한 캐리어(131) 상에 운송되어 기어(152)가 하부 유성 기어(127)(도 23)와 접촉한다. 따라서, 전력이 고장-안전 브레이크(151)에 공급되어 기어(152)가 자유롭게 회전하는 경우, 기어(152)는 태양 기억(129)이 회전할 때(즉, 토러스(110)의 경사각이 변경되었을 때)에 회전할 것이다. 반대로, 전력 고장으로 인해 디스크(153)가 상기한 방식으로 고장-안전 브레이크(151)에 의해 클램핑되면, 기어(152)는 불안정하게 회전해서, 캐리어(132)가 이동할 수 없고 이에 따라 태양 기어(12)가 불안정하게 회전함으로써, 전력이 CT 영상화 시스템(105)에 복구되는 그러한 시간까지 토러스(110)의 경사각을 잠근다. 따라서, 고장-안전 브레이크(151)는 전력 고장의 경우에 토러스(110)의 경사각을 유지한다.
고정식 컵 형상 갠트리 및 회전식 컵 형상 디스크를 갖는 해부학적 영상화 시스템
본 발명에 따르면, 고정식 컵 형상 갠트리 및 이 고정식 컵 형상 갠트리 내부에 위치하는 회전식 컵 형상 디스크를 포함하는 신규의 CT 영상화 시스템이 제공되며, 이에 따라 향상된 구조적 무결성을 제공해서 회전식 컵 형상 디스크가 회전될 때에 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되는 구성요소들에 대하여 증가된 안정성을 제공하고 이에 따라 개선된 영상 품질을 제공한다. 본 발명은, 회전식 디스크가 회전될 때에 구성요소들 상에 인가되는 원심력의 불안정한 영향을 완화시키기 위해서, 즉 회전식 컵 형상 디스크의 내부 측벽에 구성요소들을 탑재함으로써, 회전식 디스크에 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(25), X선 검출기 어셈블리(30) 등)을 탑재하기 위한 새로운 방식의 제공 및 사용을 또한 포함한다.
다음으로 도 25 내지 도 27을 참조하면, 베이스(215)에 의해 지지되는 일반적으로 토러스(210)를 포함하는 신규의 CT 영상화 시스템(205)이 도시되어 있다. 중앙 개구(220)(도 27)가 토러스(210) 내에 형성된다. 중앙 개구(220)는 스캐닝될 환자의 해부학적 구조를 수용한다.
계속해서 도 25 내지 도 27을 참조하면, 토러스(210)는 일반적으로 고정식 컵 형상 갠트리(222) 및 회전식 컵 형상 디스크(223)를 포함한다. 고정식 컵 형상 갠트리(222) 및 회전식 컵 형상 디스크(223)는 중앙 개구(220)에 대하여 동심으로 배치된다.
고정식 컵 형상 갠트리(222)는 회전식 컵 형상 디스크(223)를 수용하기 위한 내부 공동(271)을 포함한다. 고정식 갠트리를 컵 형상 구성요소로서 형성함으로써, 증가된 구조적 무결정이 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 제공된다.
회전식 컵 형상 디스크(223)는 중앙 개구(220)에 동심으로 배치된 내부 측벽(273)을 포함한다. 회전식 디스크를 컵 형상 구성요소로서 형성함으로써, 증가된 구조적 무결성이 회전식 컵 형상 디스크(223)에 제공된다. 본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 스캐닝 구성요소들(예를 들면, 도 25에 개략적으로 나타낸, X-선 튜브 어셈블리(225) 및 X-선 검출기 어셈블리(230) 등)이 도 25에 나타낸 바와 같이, 실질적으로 방사상으로 연장되는 볼트들(231)(도 25에 또한 개략적으로 나타냄)로 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 탑재된다. 이러한 스캐닝 구성요소들을 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 탑재함으로써, 원심력(즉, 컵 형상 디스크(223)가 회전될 때에 발생되는 힘)은 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)을 향해서 방사상으로 외측으로, 즉 스캐닝 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(225) 및 X-선 검출기 어셈블리(230) 등)이 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 볼트 결합되는 것과 동일한 방향으로 유도됨이 인정되어야 한다.
즉, 본 발명에 따르면, 스캐닝 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(225) 및 X-선 검출기 어셈블리(230) 등)은 내부 측벽(273)의 인접 부분에 실질적으로 수직으로, 방사상으로 외측으로 볼트들(231)을 통과함으로써 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 볼트 결합된다(예를 들면, 볼트들(231)로). 따라서, 본 발명에 따르면, 컵 형상 디스크(223)가 회전될 때에 발생되는 원심력은, 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 대하여 방사상으로 외측으로 스캐닝 구성요소들(예를 들면, X-선 튜브 어셈블리(225) 및 X-선 검출기 어셈블리(230) 등)을 강제시키고, 스캐닝 구성요소들은 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 스캐닝 구성요소들을 고정하는 볼트들(231)의 길이방향 축을 따라 방사상으로 외측으로 강제된다.
이러한 구성의 결과로서, 회전식 컵 형상 디스크(223)의 내부 측벽(273)에 탑재되는 스캐닝 구성요소들에 대한 원심력의 불안정한 영향이 완화됨으로써, 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재되는 스캐닝 구성요소들에 대하여 증가된 안정성을 제공한다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 고정식 컵 형상 갠트리(222)는 고정식 갠트리 베어링들(276)을 포함하고, 회전식 컵 형상 디스크(223)는 회전식 디스크 베어링들(277)을 포함하며, 이에 따라 고정식 컵 형상 갠트리(222) 내부에서 컵 형상 디스크(223)를 회전시키는 회전을 용이하게 한다.
갠트리를 컵 형상 갠트리로서 형성함으로써 제공되는 증가된 구조적 무결성은 회전식 컵 형상 디스크(223)를 컵 형상 디스크로서 형성함으로써 제공되는 증가된 구조적 무결성을 보충해서, 회전식 컵 형상 디스크(223)가 회전될 때에 회전식 컵 형상 디스크(223)를 더 안정화하는 것이 인정되어야 한다. 그 중에서도, 고정식 갠트리 및 회전식 디스크에 대하여 증가된 구조적 무결성을 제공하는 것은 고정식 갠트리와 회전식 디스크 사이에 탑재된 베어링들에 대하여 개선된 안정성을 제공해서, 영상 품질을 향상시키고 베어링 수명을 연장시킨다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, CT 영상화 시스템(205)은 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 대하여 회전식 컵 형상 디스크(223)를 방향 전환시키기 위한 직접 구동 모터를 사용한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 이러한 형태에서, 고정식 컵 형상 갠트리(222)는 중앙 개구(220)에 대하여 원주방향으로 배치된 고정식 코일(278)을 포함하고, 회전식 컵 형상 디스크(223)는 중앙 개구(220)에 대하여 원주방향으로 배치된 복수의 영구 자석들(279)을 포함하며, 이에 따라 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 대하여 회전식 컵 형상 디스크(223)의 회전을 실시하기 위한 직접 구동 모터를 제공한다.
회전식 슬립 링
본 발명은 회전식 컵 형상 디스크 및/또는 이 회전식 컵 형상 디스크에 탑재되는 구성요소들에 전력을 공급하기 위한 신규의 슬립 링의 제공 및 사용을 더 포함한다.
회전식 컵 형상 디스크(223)(이에 따라 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재된 스캐닝 구성요소들, 예를 들면 X-선 튜브 어셈블리(225) 및 X-선 검출기 어셈블리(230) 등)에 전력을 공급하기 위해서, 회전식 컵 형상 디스크(223)가 회전하고 있는 동안에 회전식 컵 형상 디스크(223)에 전력을 연속적으로 전송하는 신규의 회전식 슬립 링이 또한 제공될 수 있다.
보다 구체적으로, 이제 도 25 내지 도 30을 참조하면, 회전식 슬립 링(281)은 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재될 수 있다. 회전식 슬립 링(281)은 바람직하게는 외부 표면(282) 및 내부 표면(283)을 포함한다. 외부 표면(282)은 바람직하게는 회전식 슬립 링(281)을 통해 커넥터(285)(도 27)로부터 내부 표면(283)으로 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위해서, 그리고 슬립 링(281)을 통해 내부 표면(283)으로부터 커넥터(285)로 데이터를 전송하기 위해서 외부 표면(282)에 부착된 복수의 동심 전도성 스트립(concentric conductive strip) (284)을 포함한다. 커넥터(285)는 바람직하게는 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 탑재된다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 전기 버스 바들(286)(도 28)이 회전식 슬립 링(281)의 내부 표면(283)에 탑재되어, 회전식 컵 형상 디스크(223)가 회전되는 동안에 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재된 구성요소들로 전력 및/또는 데이터를 공급하고/하거나, 회전식 컵 형상 디스크(223)가 회전되는 동안에 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재된 구성요소들로부터 데이터를 제거한다(off-load). 전기 버스 바들(286)은 바람직하게는 슬립 링(281)의 평면에 수직으로(그리고 개구(220)를 따라 축방향으로) 연장되어, CT 영상화 시스템(205)의 내부로부터 전기 버스 바들(286)로의 용이한 접근을 가능하게 한다. 바람직하게는, 전기 버스 바들(286)은 CT 영상화 시스템(205) 내부에 슬립 링(281)을 탑재하기 전에 회전식 슬립 링(281)에 고정되어, 슬립 링(281) 및 전기 버스 바들(286)이 신규의 CT 영상화 시스템(205)의 조립 및/또는 서비스 중에 한 유닛으로서 조작될 수 있다.
위치 센서
그리고, 본 발명은 고정식 컵 형상 갠트리에 대하여 회전식 컵 형상 디스크의 회전 위치를 실시간으로 결정하기 위한 신규의 위치 센서의 제공 및 사용을 포함한다.
다음으로 도 29 및 도 30을 참조하면, 원하는 경우, 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 대하여 회전식 컵 형상 디스크(223)의 회전 위치를 실시간으로 결정하기 위해 위치 센서(287)가 제공될 수 있다. 위치 센서(287)는 바람직하게는 고정식 인코더 판독기(288) 및 회전식 로터리 인코더 스트립(289)을 포함한다. 고정식 인코더 판독기(288)는 바람직하게는 고정식 컵 형상 갠트리(222)에 탑재되고, 회전식 컵 형상 디스크(223)에 탑재되어 그 주위에서 원주방향으로 연장되는 회전식 로터리 인코더 스트립(289)을 판독한다. 고정식 인코더 판독기(288)는 적절한 회전식 로터리 인코더 스트립(289)과 쌍을 이루기 위해서 당 기술분야에 공지된 임의의 적절한 인코더 판독기(예를 들면, 전기 인코더 판독기, 자기 인코더 판독기, 광학 인코더 판독기 등)를 포함할 수 있다.
정식 컵 형상 갠트리(222)에 직접 고정식 인코더 판독기(288)를 탑재함으로써, 그리고 회전식 컵 형상 디스크(223)에 직접 회전식 로터리 인코더 스트립(289)을 탑재함으로써, 회전식 컵 형상 디스크(223)의 절대 회전 위치가 제때에 어느 지점에서도 결정될 수 있음이 인정되어야 한다. 이는, 모터의 구동 축 상의 단일의 "홈(home)" 마커를 판독하는 것은 중간 회전 위치맞춤(mid-rotation positioning)을 결정하기 위해 외삽(extrapolation)을 필요로 하고, 모터의 구동 축과 회전식 디스크 사이의 임의의 편차(slippage)가 있는 경우에 부정확성으로 이어질 수 있기 때문에, 통상적으로 회전식 디스크를 회전시키는 데에 사용되는 모터의 구동 축 상에 위치한 "홈" 마커에 대응하는 다른 접근법들을 넘는 상당한 개선이다.
다른 타입의 스캐닝 시스템에 대한 응용예
본 발명은 의료 응용예에서의 사용, 또는 실제로 CT 기계 용도에 한정되지 않음이 인정되어야 한다. 따라서, 예를 들면, 본 발명은 비의료 응용예에서 사용되는 CT 기계, 예를 들면 무생물을 스캐닝하는 데에 사용되는 CT 기계와 연결해서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 비 CT 타입 스캐닝 시스템으로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면 본 발명은 SPECT 기계, MRI 기계, PET 기계, X-선 기계 등과 함께, 즉 환자에 대하여 스캐닝 기계를 경사지게 하는 것이 요구되는 곳이면 어디서나 사용될 수 있다.
변형예
본 발명의 또 다른 실시예들이 본 개시의 관점에서 당 기술분야에 숙련된 자에게는 명백할 것임이 인정될 것이다. 본 발명은 도면들에 개시 및/또는 도시된 본 명세서의 특정 구성에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주 내에서 임의의 변형예 또는 등가물을 또한 포함함이 이해될 것이다.
5: CT 영상화 시스템 10: 토러스
15: 베이스 20: 개구
22: 갠트리 23: 회전식 디스크
25: X-선 튜브 어셈블리 30: X-선 검출기 어셈블리
50: 운반 어셈블리 60: 미세 이동 기구
105: CT 영상화 시스템 110: 토러스
115: 베이스 120: 중앙 개구
122: 갠트리 123: 회전식 디스크
124: 축회전식 커넥터 126: 유성기어
127: 하부 유성기어 128: 상부 유성기어
129: 태양기어 131: 캐리어
132: 슬라이드 137: 모터
141: 브레이크 142: 액추에이터
210: 토러스 222: 갠트리
223: 컵 형상 디스크 281: 회전식 슬립링
287: 위치 센서

Claims (74)

  1. 환자를 스캐닝하기 위한 장치로서,
    베이스;
    상기 베이스에 축회전 가능하게 탑재되고 스캐닝 장치를 운송하는 토러스(torus);
    상기 베이스에 탑재된 만곡형 하부 유성 기어(curved lower planet gear), 상기 토러스에 탑재된 만곡형 상부 유성 기어, 및 상기 만곡형 하부 유성 기어와 상기 만곡형 상부 유성 기어 사이에 배치된 태양 기어(sun gear)를 포함하는 유성 기어(planetary gear); 및
    상기 태양 기어를 회전시키기 위한 모터
    를 포함하고,
    상기 태양 기어의 회전은, 상기 태양 기어가 상기 만곡형 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 하고, 또한 상기 만곡형 상부 유성 기어가 상기 태양 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 해서, 상기 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 상기 상부 유성 기어를 이동시키며,
    상기 만곡형 하부 유성 기어에 대한 상기 만곡형 상부 유성 기어의 길이방향 이동은 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 하는 스캐닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양 기어는 상기 베이스에 이동 가능하게 탑재된 캐리어에 탑재되고, 상기 태양 기어의 회전은 상기 캐리어가 상기 베이스에 대하여 이동하게 하는 스캐닝 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토러스가 상기 베이스에 대하여 축회전하는 것을 방지하기 위한 브레이크를 더 포함하는 스캐닝 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 베이스에 탑재되고, 상기 토러스는 상기 브레이크와 대향 배치된 슬롯을 포함하며, 상기 브레이크는 상기 슬롯 내로 그리고 그 밖으로 웨지(wedge)를 선택적으로 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하는 스캐닝 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬롯은 아치형인 스캐닝 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 웨지에 의한 맞물림을 위한 테이퍼링된 측벽들을 포함하는 스캐닝 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    전력이 중단되었을 때에 상기 토러스가 상기 베이스에 대하여 축회전하는 것을 방지하기 위한 고장-안전 브레이크(fail-safe brake)를 더 포함하는 스캐닝 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고장-안전 브레이크는 상기 고장-안전 브레이크가 활성화되었을 때에 상기 태양 기어의 회전이 방지되도록 상기 유성 기어에 탑재되는 스캐닝 장치.
  9. 환자를 스캐닝하기 위한 방법으로서,
    베이스;
    상기 베이스에 축회전 가능하게 탑재되고 스캐닝 장치를 운송하는 토러스;
    상기 베이스에 탑재된 만곡형 하부 유성 기어, 상기 토러스에 탑재된 만곡형 상부 유성 기어, 및 상기 만곡형 하부 유성 기어와 상기 만곡형 상부 유성 기어 사이에 배치된 태양 기어를 포함하는 유성 기어; 및
    상기 태양 기어를 회전시키기 위한 모터를 포함하고,
    상기 태양 기어의 회전은, 상기 태양 기어가 상기 만곡형 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 하고, 또한 상기 만곡형 상부 유성 기어가 상기 태양 기어에 대하여 길이방향으로 이동하게 해서, 상기 하부 유성 기어에 대하여 길이방향으로 상기 상부 유성 기어를 이동시키며,
    상기 만곡형 하부 유성 기어에 대한 상기 만곡형 상부 유성 기어의 길이방향 이동은 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 하는
    장치를 제공하는 단계;
    상기 태양 기어를 회전시킴으로써 상기 베이스에 대하여 상기 토러스를 경사지게 하는 단계;
    상기 토러스 내부에 스캐닝될 물체를 위치시키는 단계; 및
    상기 물체를 스캐닝하는 단계
    를 포함하는 스캐닝 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 태양 기어는 상기 베이스에 회전 가능하게 탑재된 캐리어에 탑재되고, 상기 태양 기어의 회전은 상기 캐리어가 상기 베이스에 대하여 이동하게 하는 스캐닝 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 토러스가 상기 베이스에 대하여 축회전하는 것을 방지하기 위한 브레이크를 더 포함하는 스캐닝 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 베이스에 탑재되고, 상기 토러스는 상기 브레이크와 대향 배치된 슬롯을 포함하며, 상기 브레이크는 상기 슬롯 내로 그리고 그 밖으로 웨지를 선택적으로 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하는 스캐닝 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 슬롯은 아치형인 스캐닝 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 웨지에 의한 맞물림을 위한 테이퍼링된 측벽들을 포함하는 스캐닝 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    전력이 중단되었을 때에 상기 토러스가 상기 베이스에 대하여 축회전하는 것을 방지하기 위한 고장-안전 브레이크를 더 포함하는 스캐닝 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고장-안전 브레이크는 상기 고장-안전 브레이크가 활성화되었을 때에 상기 태양 기어의 회전이 방지되도록 상기 유성 기어에 탑재되는 스캐닝 방법.
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KR1020150103865A 2014-07-22 2015-07-22 경사각이 조정 가능하고 구조적 무결정이 증가되며, 전력 전송 및 위치 감지가 향상된, 고정식 갠트리 및 회전식 디스크를 갖는 해부학적 영상화 시스템 KR101722551B1 (ko)

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