KR101843953B1 - 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 - Google Patents

디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 Download PDF

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KR101843953B1
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Abstract

본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 사변형으로 이루어지며, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동조절되되, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변 중 서로 마주보는 2개의 변은 동일한 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 서로 마주보는 다른 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하도록 조절되며, 이 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 정확하게 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치에 관한 것이다.
본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템은, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)를 ly=ly1 + ly2 (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이고, Dy는 검출기의 종축의 길이이며, d는 선원으로부터 조사범위 조절장치까지의 거리이며, L은 선원에서 검출기의 중심까지의 거리이며, θ는 X선 선원의 각도임) 에 의해 구하고, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심 수직선에서 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값을,
Figure 112016087120795-pat00015

(단, Dx는 검출기의 횡축의 길이임)을 이용하여 구하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치{Automatic variable aperture collimator for digital tomosynthesis}
본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 사변형으로 이루어지며, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동조절되되, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변 중 서로 마주보는 2개의 변은 동일한 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 서로 마주보는 다른 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하도록 조절되며, 이 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 정확하게 조절하도록 이루어져, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치에 관한 것이다.
디지털 단층영상합성시스템은 전산화단층촬영(CT)와는 다르게 제한적 각도에서의 2차원 단면영상을 획득함으로써 3차원 단면영상을 구현한다. 전산화단층촬영 장치보다는 일반 촬영기기와 유사한 간단한 기구적 구조로 비용이 저렴하며, 일반 X-선 촬영 영상보다 우수한 해상도의 단면 영상을 제공할 수 있으며, 짧은 영상촬영 시간으로 피폭선량을 경감할 수 있다. 또한 전산화단층촬영보다 환자 피폭선량을 감소시킬 수 있고, 일반 X-선 촬영 보다는 깊이 방향의 정보를 획득할 수 있으므로, 디지털 단층영상합성시스템은 일반촬영 시 저피폭 선량으로 조직의 중첩으로 진단이 어려운 조기 암 검출에 효과적이다.
조사범위 조절장치는 선속의 모양과 크기를 조절하여 불필요한 방사선이 환자에게 들어오는 것을 방지하면서, 반음영을 감소하고 산란선을 감소시켜 영상의 질을 증가시키는 수단이다.
조사범위조절장치의 종류로는 격막형 선속조절기, 원추형 및 원통형 조절기, 가변형 선속조절기 등이 있다. 방사선 조사의 방향과 확산을 한정시켜, 필요한 방향으로만 조사되게 하고 그 이외의 방향으로는 가능한 차폐되도록 납이나 텅스텐과 같이 방사선을 흡수하는 물질로 만들어졌고 X선관 앞에 부착하는 구조로 이루어진다.
도 1은 기존의 일반 X선 영상 시스템이나 Cone-beam CT 시스템에 적용되는 조사범위 조절장치의 구조를 나타낸다.
도 1에서와 같이, X선관(110)의 앞에 조사범위 조절장치(120)가 장착되어, 조사범위 조절장치(120)를 조절하여 방사선 조사의 방향과 확산을 한정하게 하도록 이루어져 있으며, 기존의 조사범위 조절장치(120)는 직사각형 또는 정사각형으로 이루어져 있다.
도 2는 디지털 단층영상합성 시스템의 설명도로, 도 2의 (a)는 디지털 단층영상합성 시스템에서 X선관 이동에 따른 X선의 조사를 나타내며, 도 2의 (b)는 디지털 단층영상합성 시스템의 조사범위 조절장치의 X선의 조사를 나타낸다.
디지털 단층영상합성 시스템은, 도 2의 (a)처럼, X선관이 선형으로 이동하면서 제한된 각도에서 X선이 조사된다. 따라서, 0도가 아닌 다른 각도에서 입사하는 경우, 직사각형 또는 정사각형의 기존의 조사범위 조절장치를 이용하면 사다리꼴 모양의 빔이 입사하게 되어 검출기를 벗어난 부분에 추가적인 선량이 조사된다. 검출기를 벗어난 추가 선량은 환자 영상이 생성되는데 쓸모가 없고 환자의 피폭선량을 증가시키는 역할을 한다.
따라서, 환자영상에 필요한 정보를 빠짐없이 얻으면서 환자의 피폭선량을 줄일 수 있는 정확도가 높은 디지털 단층영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 요망된다.
이를 위해 본 발명자들은 국내 특허출원 제10-2015-44744호를 출원한 바 있다. 서로 마주보는 다른 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하도록 조절되며, 이 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 정확하게 조절하도록 이루어져 있다.
국내 특허출원 제10-2015-44744호는 X선이 주사 가능한 모든 각도를 고려하지 않으며, 연산방법도 복잡하고, 그 정확도도 다소 떨어진다.
선행기술로, 일본 공개특허 제2012-045278호는 관심 영역에게만 X선을 조사하고, 해당 관심 영역의 X선단층 화상을 재구성하는 X선화상촬영 장치에 관한 것이다. 프레쇼트 화상 또는 전회(前回) 촬영된 X선단층 화상 위에서 관심 영역을 설정하는 영역 설정 수단과, X선원의 위치에 따라 콜리메이터 날개의 조임을 연속적으로 변화시켜 관심 영역의 촬영을 실시하여, X선원의 각 위치에 따른 복수의 X선화상의 투영 데이터를 취득하는 촬영 제어 수단과, 관심 영역의 복수의 X선화상의 투영 데이터로부터, X선단층 화상을 재구성하는 화상 재구성 수단을 구비하며, X선원의 위치에 상관없이, X선검출기상의 모든 X선화상이 구형(矩形)이 되도록, 콜리메이터 날개(조사범위조절장치의 각변)의 조임을 변화시킨다.
일본 공개특허 제2012-045278호는 프레쇼트 화상 또는 전회(前回) 촬영된 X선단층 화상 위에서 관심 영역을 설정하고, 설정한 관심영역에 따라 콜리메이터 날개의 조임을 변경한다. 또한, 촬영 위치 Ss로부터 촬영 위치 Se까지 촬영한다고 할 때, 각 촬영 위치는, X선원과 관심 영역의 중심을 묶는 직선의, 촬영 위치 Ss에서 촬영 위치 Sc간의 각도α를 이용하여 구한다. 즉, 각도α와 촬영 매수로부터 각 촬영 위치가 구해진다. 각 촬영 위치에서는 X선원과 관심 영역의 상대 위치가 변화하는 것으로, 각도α, 촬영 매수, 및 X선원의 이동 속도 등에 따라서, 콜리메이터 날개는 제어된다.
일본 공개특허 제2012-045278호는 먼저 관심영역을 설정하고, 관심영역에 따라 콜리메이터 날개의 조임을 변경하기 때문에, 차후 필요해진 영상부분을 놓칠 수 있다. 또한, 일본 공개특허 제2012-045278호에 의해서는 정밀하게 조사범위조절장치의 각 변을 조절할 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디지털 영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 사변형으로 이루어지며, X선관의 이동에 따라 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동조절되되, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변 중 서로 마주보는 2개의 변은 동일한 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 서로 마주보는 다른 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하도록 조절되며, 이 조사범위 조절장치가 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어 보다 정밀하게 조절하도록 이루어진, 흉부촬영용 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 4개 변을 구비한 사변형으로 이루어지며, 내측에 X선을 통과시키기 위한 X선 조사창을 구비하며, X선원에서 출사되는 선속의 모양과 크기를 조절하는 조사범위 조절장치; X선원으로부터 조사범위 조절장치를 통해 투영된 X-선 투영 영상을 검출하는 검출기; X선원과 검출기의 이동을 제어하며, 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하는 제어장치를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서, X선관의 이동에 따라 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동 조절되되, 4개의 변중 서로 마주보는 2개의 변은 같은 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 상기 같은 길이의 2개의 변을 제외한, 서로 마주보는 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하는 것을 특징으로 한다.
조사범위 조절장치는 X선 조사창의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)가 구비되며, 콜리메이터 날개의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)이 장착되어 있다.
제어봉은 리니어 액튜에이터로 이루어져, 각각의 제어봉의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있도록 이루어진다.
제어장치는 입력부로부터 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수를 포함하는 시스템 조작 데이터를 수신하고, x선원의 회전각도(θ)를 구하며, x선원의 회전각도(θ)를 이용하여, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 각 변의 길이를 구하고, X선 조사창의 각 변의 길이에 따라 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하고, 조사범위 제어부는 제어봉을 제어한다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)는
ly=ly1 + ly2
(단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이고, Dy는 검출기의 종축의 길이이며, d는 선원으로부터 조사범위 조절장치까지의 거리이며, L은 선원에서 검출기의 중심까지의 거리임)에 의해 구하여 진다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축 사변 중 검출기의 중심선(검출기의 중심 수직선)에서 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값은,
Figure 112016085175670-pat00001
(단, Dx는 검출기의 횡축의 길이임)
를 이용하여 구하여진다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축 사변 중 검출기의 중심선에서 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값은,
Figure 112016085175670-pat00002
를 이용하여 구하여진다.
검출기의 중심선을 기준으로 할 경우, 검출기의 중심선에서 가까운 변(lx2)은, 검출기의 중심선에서 먼 변보다, 변의 길이(lx1)가 작다.
조사범위 조절장치의 X선 조사창은 사변형으로 이루어지되, 제어장치는 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하도록 이루어지며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, X선 조사창의 종축 사변 중, 검출기의 중심선에서 가까운 변은, 검출기의 중심선에서 먼 변보다, 변의 길이가 작게 되도록 이루어진, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법에 있어서, 제어장치는, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)를 ly=ly1 + ly2 (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이고, Dy는 검출기의 종축의 길이이며, d는 선원으로부터 조사범위 조절장치까지의 거리이며, L은 선원에서 검출기의 중심까지의 거리이며, θ는 X선 선원의 각도임) 에 의해 구하는, X선 조사창의 횡축길이 연산단계; 제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심 선에서 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값을,
Figure 112016085175670-pat00003
(단, Dx는 검출기의 횡축의 길이임) 을 이용하여 구하는, X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계; 제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 x선원 측에 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값을,
Figure 112016085175670-pat00004
을 이용하여 구하는, X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계;를 포함하여 이루어진다.
X선 조사창의 횡축길이 연산단계와, X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계의 사이에, 제어장치는 X선 조사창의 횡축길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 횡축길이 조절단계;를 더 포함한다.
X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계와, X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계의 사이에, 제어장치는 X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 조절단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심선에 가까운 변(모서리)에 대한 길이(lx2)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 일 종축사면의 변(모서리) 길이 조절단계;를 더 포함하여 이루어진다.
X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계의 이후에, 제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심선에 먼 변(모서리)에 대한 길이(lx1)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 다른 종축사면의 변(모서리) 길이 조절단계;를 더 포함하여 이루어진다.
X선 조사창의 횡축길이 연산단계의 전단에, 제어장치가, 입력부로부터 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수를 이용하여, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산하는, x선원의 회전각도 연산단계; X선 선원 좌표(Losx, Losy, Losz)를 연산하는 x선원 좌표연산단계; 검출기의 위치 (Lodx, Lody, Lodz)를 검출하는, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계;를 더 포함하여 이루어진다.
x선원 좌표연산단계에서 X선 선원 좌표는 (0, Losy, SDD)이며, Losy 는, Losy = (SDD-c)×tanθ (단, SDD는 선원과 검출기의 거리이고, c는 검출기에서 COR(center of rotation) 까지의 거리임)에 의해 구하여 진다.
검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계에서, 검출기의 위치는 (0, Lody, 0)이며, Lody는, Lody = -c×tanθ 에 의해 구하여 진다.
본 발명의 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치에 따르면, 디지털 영상합성 시스템의 가변형 조사범위 조절장치가 사변형으로 이루어지며, X선관의 이동에 따라 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동조절되되, 가변형 조사범위 조절장치의 4개의 변 중 서로 마주보는 2개의 변은 동일한 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 서로 마주보는 다른 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하도록 조절되며, 이 조사범위 조절장치가, 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 그리고 X선관의 이동에 따라, 보다 정밀하고 정확하게 조절하도록 이루어져 있다. 따라서 환자영상에 필요한 정보를 보다 정밀하게 빠짐없이 얻으면서, 환자의 피폭선량을 줄일 수 있다.
본 발명의 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 및 자동 가변형 조사범위 조절장치의 제어방법의 효과를 정리하면, ① 디지털 단층영상 합성시스템은 다양한 각도에서 검출기를 벗어나지 않도록 일정한 조사범위를 설정하여 최적의 영상 획득과 환자의 피폭선량 경감에 일조하며, ② 각 각도에 따른 자동 조사범위 조절로 인해 전체 영상획득시간을 감소시켜 폐나 심장과 같은 장기에 의한 움직임음영을 최소화 할 수 있으며, ③ 디지털 단층영상 합성 시스템을 이용하여 면적이 넓은 흉부 뿐만 아니라, 무릎관절, 손등뼈, 부비동 촬영 등 다른 신체 부위에 대한 조사범위 또한 조절이 가능함으로써 검출기 크기와 동일한 영상 뿐 아니라 촬영범위에 따라 국소부위의 촬영 시 불필요한 환자 선량을 줄여 줄 수 있으며, ④ 국내 디지털 단층영상 합성시스템의 의료 시장 진출을 위한 데이터베이스로 이용할 수 있으며, 국내 디지털 단층여상 합성시스템의 산업화 및 기술개발에 기여할 수 있다.
도 1은 기존의 일반 X선 영상 시스템이나 Cone-beam CT 시스템에 적용되는 조사범위 조절장치의 구조를 나타낸다.
도 2는 종래 디지털 단층영상합성 시스템의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 흉부 디지털 단층영상합성 시스템의 기하학적 형태(geometry)를 수식으로 표현한 그림이다.
도 4는 본 발명의 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면의 횡축의 길이 일부(ly1)를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면의 횡축의 길이의 나머지 일부(ly2)를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 조사범위 조절장치의 일 종축사면에 대한 길이 lx1를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 조사범위 조절장치의 다른 종축사면에 대한 길이 lx2를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 조사범위 조절장치의 내부 모습을 보여주는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 디지털 단층영상합성시스템에 대한 개략적인 모식도이다.
도 10은 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 디지털 단층영상합성시스템의 개략적인 흐름도이다.
이하, 본 발명의 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 흉부 디지털 단층영상합성 시스템의 기하학적 형태(geometry)를 수식으로 표현한 그림이고, 도 3b는 도 3a의 조사범위 조절장치의 설명도이다.
도 3은 선원(110)과 검출기(200)가 직선으로 움직이는 흉부 디지털 단층영상합성 시스템을 사용하는 경우, 모든 각도에서 일정한 크기의 영상을 획득하기 위한 방법을 표현한다.
X선 선원의 각도(θ)에 따라 검출기(200)의 크기에 따른 영상, 즉, 일정한 크기(Dx×Dy)의 영상을 획득하기 위해, 도 3b에서와 같이, 조사범위 조절장치(120)의 사면에 대한 길이(lx1, lx2, ly1, ly2)를 구할 수 있다. 검출기(200)의 위치는 (Lodx, Lody, Lodz)로 표현이 가능하다. 검출기(200)는 X선 선원(110)과 움직이는 각도(θ)에 따라 y축으로 이동하므로 수식을 (0, Lody, 0)으로 표현할 수 있다. Lody는 검출기(200)에서 COR(center of rotation, 회전의 중심) 까지의 거리(c)와 각도(θ)를 이용해서
Lody = -c×tanθ
로 표현이 가능하다. X선 선원(110)의 위치는 (Losx, Losy, Losz)로 표현이 가능하다. 선원(110)과 검출기(200)의 Z축 거리는 SDD (source-to-detector distance, 즉, 선원에서부터 검출기까지의 거리)로 고정되어 있다는 점과 X축으로는 움직이지 않는다는 점을 고려하면 (0, Losy, SDD)로 표현이 가능하다. Losy는 SDD에서 COR까지의 거리(c)를 감산하는 것과 각도(θ)를 이용해서,
Losy = (SDD-c)×tanθ
로 표현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면의 횡축의 길이 일부(ly1)를 구하는 과정을 설명하는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사면의 횡축의 길이의 나머지 일부(ly2)를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다. 조사범위 조절장치(120)의 X선 조사창(150)의 사면의 횡축의 길이(즉, 조사범위 조절장치의 중앙부를 횡으로 가로지르는 선의 길이)는 조사범위 조절장치의 사각형의 높이(즉, 도 4 및 도 5의 사다리꼴 모형의 높이)이다.
X선 선원(110)으로부터 검출기(200)의 중심을 지나는 거리를 L이라고 하고, X선 선원(110)으로부터 조사범위 조절장치(120)의 중심을 수직으로 지나는 거리를 d라고 할 할 때, L은 다음과 같이 도출 가능하다.
Figure 112016087120795-pat00026
검출기(200)의 종축 길이인 Dy의 값은 검출기 크기에 의해 고정된 값으로 X선관의 회전 각도(θ)와 함께 값 a와 b를 이용하여 도출된다.
Figure 112016087120795-pat00027
여기서, b는, X선 선원(110)과 검출기(200) 중심을 잇는 선과 수직으로 만나되 검출기의 중심을 지나는 선을 제1선이라하고, 제1선과 평행하면서 검출기 모서리를 지나는 선을 제2선이라 할때, 제1선과 제2선 사이의 거리이다. 또한, a는, X선 선원과 검출기 중심을 잇는 선과 제1선이 만나는 지점에서부터 검출기 모서리(보다 정확하게는, 검출기의 Y축과 만나는 검출기의 모서리, 또는 검출기의 일측단 모서리 중앙)와의 거리이다.
도 4는 조사범위 조절장치(120)의 횡축길이 ly를 X선이 들어오는 입사선의 중심으로 나누었을 때의, X선 조사창의 사면의 횡축의 길이 일부인 ly1의 값을 구하는 모식도로, ly1의 값은, X선 선원과 검출기 중심을 잇는 선과 제1선이 만나는 지점에서부터 검출기 모서리까지의 거리 a를 도출한 후 비례식을 통해서 구할 수 있다.
ly1 = (aㆍd)/(L - b)
X선 조사창의 사면의 횡축의 길이 나머지 일부인 ly2의 값은 그림 5와 같이, X선 선원과 검출기 중심을 잇는 선과 제1선이 만나는 지점에서부터 검출기 반대쪽 모서리(보다 정확하게는, 검출기의 Y축과 만나는 검출기의 다른측 모서리, 또는 검출기의 다른 일측단 모서리 중앙)와의 거리 a를 도출한 후 비례식을 통해서 구할 수 있다.
ly2 = (aㆍd)/(L + b)
최종적으로 검출기의 종축인 ly의 값은 ly1와 ly2의 합으로 구할 수 있다.
ly = ly1 + ly2
도 6은 본 발명의 조사범위 조절장치의 일 종축사면에 대한 길이 lx1를 구하는 과정을 설명하는 모식도이고, 도 7은 본 발명의 조사범위 조절장치의 다른 종축사면에 대한 길이 lx2를 구하는 과정을 설명하는 모식도이다.
도 6은 조사범위 조절장치(120)의 X선 조사창(150)의 일 종축사면에 대한 길이 lx1의 값을 구하는 과정을 나타낸다. lx1은 검출기(200)의 중심(검출기의 중심 수직선)을 기준으로 할 경우, 검출기(200)의 중심(검출기의 중심 수직선)에서 먼 변(즉, 종축사면의 변)이다. 선원(110)의 중심에서 lx1 모서리(즉, lx1 변)의 중심까지의 길이와, 선원의 중심에서 검출기의 일측 모서리 중심(즉, 검출기의 일측 변의 중심)까지의 길이의 비례식으로 구할 수 있다.
Figure 112016087120795-pat00028
도 7은 조사범위 조절장치(120)의 X선 조사창(150)의 다른 종축사면에 대한 길이 lx2의 값을 구하는 과정을 나타낸다. lx2는 검출기(200)의 중심(검출기의 중심 수직선)을 기준으로 할 경우, 검출기(200)의 중심(검출기의 중심 수직선)에서 가까운 변이다. 선원의 중심에서 lx2 모서리(즉, lx2 변)의 중심까지의 길이와 선원의 중심에서 검출기의 다른 일측 모서리 중심까지의 길이의 비례식으로 구할 수 있다.
Figure 112016087120795-pat00029
검출기의 중심(검출기의 중심 수직선)을 기준으로 할 경우, 검출기의 중심(검출기의 중심 수직선)에서 가까운 변(lx2)은, 검출기의 중심(검출기의 중심 수직선)에서 먼 변보다, 변의 길이(lx1)가 작다.
도 8은 본 발명의 조사범위 조절장치의 내부 모습을 보여주는 모식도이다.
본 발명의 조사범위 조절장치(120)는 내측에 X선을 통과시키기 위한 통공인, X선 조사창(150)을 구비하는 판(160)을 구비하며, X선 조사창(150)의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)(130)가 구비되며, 콜리메이터 날개(130)의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)(140)이 장착되어 있다.
제어봉(120)은 리니어 액튜에이터(예로 리니어 모터)로 이루어져, 각각의 제어봉(140)의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개(130)가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있다.
판(160)과 콜리메이터 날개(130)는 납등의 방사선 차폐효과가 있는 재질로 이루어진다.
즉, 제어봉(Control stick)을 이용하여 조사범위의 형태를 변형시킬 수 있다. 검출기 크기, 선원에서부터 검출기까지의 거리, X선관 회전 각도에 대한 정보와 획득변수에 따라 조사범위를 계산하고 제어봉(control stick)를 조절하여 조사범위 조절장치의 open 크기를 설정한다.
도 9는 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 디지털 단층영상합성시스템에 대한 개략적인 모식도이다.
디지털 단층영상합성 시스템은 X선관(12), 카셋트(14), 이동기구(16), 이동기구(18), 제어장치(300), 조사범위 조절장치(120), 조사범위 제어부(125), 입력부(330), 표시부(340)를 포함한다.
X선관(12)은 제어장치(300)로부터의 제어신호에 따라, X선(방사선)(X)를 소정의 선량으로 출력한다. 카셋트(14)는 방사선 변환 패널을 포함하며 검출기(200)라 할 수 있다. 카셋트(14)는 X선관(12)로부터 출사되어 촬영대(28)의 피검사대상 물체(환자)(26)를 투과 한 방사선 X를 검출하여, 방사선 화상 정보로 변환하며, 변환된 방사선 화상 정보를 제어장치(300)로 전송한다. 이동기구(16)와 이동기구(18)는 제어장치(300)의 제어신호에 따라, X선관(12)과 카셋트(14)를 이동시킨다.
조사범위 제어부(125)는 촬영 제어부(310)로부터 제어봉 제어신호를 수신하여 제어봉(140)을 조절하여, 조사범위 조절장치의 통공(open)(150)의 크기를 설정한다.
촬영부(32)는 디지털 단층영상합성용(트모신세시스용) 촬영을 실시한다. 디지털 단층영상합성용 촬영이란, 재구성을 실시하는 것을 전제로 하는 디지털 단층영상합성용의 복수의 단층 화상(트모신세시스용 단층 화상)의 데이터를 취득하는 것이다.
촬영 제어부(310)는 X선관(12), 방사선 변환 패널, 이동기구(16, 18), 조사범위 제어부(125)를 작동시켜 디지털 단층영상합성용 촬영을 제어한다. 또한 촬영 제어부(310)는 검출기(200)의 크기, 선원에서부터 검출기(200)까지의 거리, X선관 회전 각도에 대한 정보와 획득변수에 따라 조사범위를 계산하고 각 제어봉(140)을 조절하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송한다.
화상 처리부(320)는 트모신세시스용 단층 화상의 데이터에 소정의 처리, 즉, 영상재구성을 실시해 표시부(340)로 출력한다.
입력부(330)는 트모신세시스 촬영시에 의사 등의 의료전문인으로부터의 소정의 명령을 입력하는 수단(콘솔)으로, 키입력수단을 포함한다.
표시부(340)는 제어장치(300)로부터 수신된 영상신호를 출력한다.
도 10은 본 발명의 자동 가변형 조사범위 조절장치를 구비한 디지털 단층영상합성시스템의 개략적인 흐름도이다.
초기화 단계로, 사용자는 입력부(330)를 통해 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등을 입력하고, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는 입력부(330)로부터 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등을 수신한다(S105).
x선원 이동단계로, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는 수신된 시스템 조작 데이터, 즉, 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수 등에 의해 x선원 이동 및 회전제어신호를 생성하여, 이동기구(16)로 전송하고, 이동기구(16)는 x선원(x-ray source), 즉, X선관(12)을, x선원 이동 및 회전제어신호에 따라 직선이동시키고(S110), 회전시킨다(S120).
검출기 이동단계로, 제어장치(300), 즉, 촬영 제어부(310)는, 수신된 시스템 조작 데이터에 의해 또는 x선원 이동과 연동되어, 검출기 이동제어신호를 생성하여, 이동기구(18)로 전송하고, 이동기구(18)는 검출기 이동제어신호에 따라 검출기(200)를 직선 이동시키고(S130), X선원 조사단계(S300)로 간다.
x선원의 회전각도 연산단계로, 촬영 제어부(310)는, 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수 등을 기초로, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산한다(S210).
x선원 좌표연산단계로, X선 선원 좌표, 즉 X선 선원의 위치(Losx, Losy, Losz)를 연산한다(S220). 여기서, 선원과 검출기 거리는 Z축으로 SDD (source-to-detector distance)로 고정되어 있다는 점과 X축으로는 움직이지 않는다는 점을 고려하면 (0, Losy, SDD)로 표현되며, Losy는 SDD에서 COR까지의 거리(c)를 감산하는 것과 각도(θ)를 이용해서, Losy = (SDD-c)×tanθ 에 의해 구하여 진다.
검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계로, 검출기의 위치 (Lodx, Lody, Lodz)를 검출한다(S230). 여기서, 검출기는 X선 선원과 움직이는 각도(θ)에 따라 y축으로 이동하므로 수식을 (0, Lody, 0)으로 표현할 수 있으며, Lody는 검출기에서 COR (center of rotation)까지의 거리(c)와 각도(θ)를 이용해서, Lody = -c×tanθ 에 의해 검출할 수 있다.
조사범위 조절장치의 횡축 길이 연산단계로, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 횡축 길이(ly), 보다 상세히는, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 통공인 X선 조사창의 횡축길이를 연산한다(S240). 여기서, 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 횡축길이(ly)는 ly1과 ly2의 합으로 구하며, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이다.
X선 조사창의 횡축길이 조절단계로, 제어장치(300)는 조사범위 조절장치의 횡축길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치(콜리메이터)의 횡축길이(ly)에 따라, 콜리메이터의 높이와 관련된 콜리메이터 날개(130)의 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S250).
X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계로, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 일 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값(즉, 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서 종축 중 일측의 변(모서리)의 길이 lx1 의 값)은,
Figure 112016087120795-pat00030
에 의해 구한다.
X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 조절단계로, 제어장치(300)는조사범위 조절장치의 일 종축사면의 변 길이 연산단계에서 구하여진 콜리메이터의 일 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값에 따라, 콜리메이터의 일 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이와 관련된 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S270).
X선 조사창의 다른 종축사면의 변(모서리) 연산단계로, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 다른 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값(즉, 조사범위 조절장치의 X선 조사창에서 종축 중 다른 일측의 변(모서리)의 길이 lx2 의 값)은,
Figure 112016087120795-pat00031
에 의해 구한다(S280).
X선 조사창의 다른 종축사면의 변(모서리) 길이 조절단계로, 제어장치(300)는 조사범위 조절장치의 다른 종축사면의 변(모서리) 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 다른 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값에 따라, 조사범위 조절장치의 다른 종축사면의 변(모서리)에 대한 길이와 관련된 제어봉(120)을 제어하는 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부(125)로 전송하고, 조사범위 제어부(125)는 제어봉 제어신호에 따라 제어봉(120)을 구동하게 한다(S290).
x선조사단계로, x선원과 검출기가 이동되어 x선을 출사할 준비되어 있고, 조사범위 조절장치(120)의 내측의 X선 조사창의 길이가 조정되었으며, x선을 출사한다(S300).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
12 : X선관 14 : 카셋트
16,18 : 이동기구 26 : 피검사대상 물체(환자)
28 : 촬영대 32 : 촬영부
110 : X선 선원 120 : 조사범위 조절장치
121,122 : 변 125 : 조사범위 제어부
130 : 콜리메이터 날개 140 : 제어봉
150 : X선 조사창 160 : 판
200 : 검출기 300 : 제어장치
310 : 촬영 제어부 320 : 화상 처리부
330 : 입력부 340 : 표시부

Claims (15)

  1. 4개 변을 구비한 사변형으로 이루어지며, 내측에 X선을 통과시키기 위한 X선 조사창을 구비하며, X선원에서 출사되는 선속의 모양과 크기를 조절하는 조사범위 조절장치; X선원으로부터 조사범위 조절장치를 통해 투영된 X-선 투영 영상을 검출하는 검출기; X선원과 검출기의 이동을 제어하며, 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하는 제어장치를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서,
    X선관의 이동에 따라 조사범위 조절장치의 4개의 변의 길이는 자동 조절되되, 4개의 변중 서로 마주보는 2개의 변은 같은 길이를 구비하며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, 상기 같은 길이를 갖는 2개의 변을 제외한, 서로 마주보는 2개의 변은 서로 다른 길이를 구비하며,
    조사범위 조절장치는 X선 조사창의 테두리의 상, 하, 좌, 우 각각에는 콜리메이터 날개(collimate blade)가 구비되며, 콜리메이터 날개의 일측 변에 2개 이상의 제어봉(control stick)이 장착되어 있으며,
    제어장치는 입력부로부터 전체회전각도, 프로젝션(projection) 수를 포함하는 시스템 조작 데이터를 수신하고, x선원의 회전각도(θ)를 구하며, x선원의 회전각도(θ)를 이용하여, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 각 변의 길이를 구하고, X선 조사창의 각 변의 길이에 따라 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하고,
    조사범위 제어부는 제어봉을 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    제어봉은 리니어 액튜에이터로 이루어져, 각각의 제어봉의 길이를 조절함에 따라, 콜리메이터 날개가 상하로 이동하거나, 특정한 각도를 가질 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)는
    ly=ly1 + ly2
    (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이고, Dy는 검출기의 종축의 길이이며, d는 X선 선원으로부터 조사범위 조절장치의 중심을 수직으로 지나는 거리이며, L은 선원에서 검출기의 중심까지의 거리임)
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축 사변 중 검출기의 중심선(검출기의 중심 수직선)에서 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값은,
    Figure 112016087120795-pat00032

    (단, Dx는 검출기의 횡축의 길이임)
    를 이용하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축 사변 중 검출기의 중심선에서 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값은,
    Figure 112016087120795-pat00033

    를 이용하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    검출기의 중심 수직선을 기준으로 할 경우, 검출기의 중심 수직선에서 가까운 변(lx2)은, 검출기의 중심 수직선에서 먼 변보다, 변의 길이(lx1)가 작은 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  9. 조사범위 조절장치의 X선 조사창은 사변형으로 이루어지되, 제어장치는 환자에게 조사되는 X선의 형태를 검출기의 크기에 맞추어, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변의 크기를 조절하도록 이루어지며, X선관에서 조사되는 X선이 0도가 아닐 경우, X선 조사창의 종축 사변 중, 검출기의 중심 수직선에서 가까운 변은, 검출기의 중심 수직선에서 먼 변보다, 변의 길이가 작게 되도록 이루어진, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법에 있어서,
    제어장치는, 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)를
    ly=ly1 + ly2
    (단, ly1 = (aㆍd)/(L - b)이고, ly2 = (aㆍd)/(L + b)이며, b = (Dyㆍsinθ)/2이고, a = (Dyㆍcosθ)/2이고, Dy는 검출기의 종축의 길이이며, d는 선원으로부터 조사범위 조절장치까지의 거리이며, L은 선원에서 검출기의 중심까지의 거리이며, θ는 X선 선원의 각도임)
    에 의해 구하는, X선 조사창의 횡축길이 연산단계;
    제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심 수직선에서 가까운 변(모서리)에 대한 길이 lx2 의 값을,
    Figure 112016087120795-pat00034

    (단, Dx는 검출기의 횡축의 길이임)
    을 이용하여 구하는, X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계;
    제어장치는 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 사변 중 검출기의 중심 수직선에서 먼 변(모서리)에 대한 길이 lx1 의 값을,
    Figure 112016087120795-pat00035

    을 이용하여 구하는, X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    X선 조사창의 횡축길이 연산단계와, X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계의 사이에,
    제어장치는 X선 조사창의 횡축길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 횡축길이(ly)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 횡축길이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 연산단계와, X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계의 사이에,
    제어장치는 X선 조사창의 일 종축사면의 변 길이 조절단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심선에 가까운 변(모서리)에 대한 길이(lx2)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 일 종축사면의 변(모서리) 길이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    X선 조사창의 다른 종축사면의 변 길이 연산단계의 이후에,
    제어장치는 X선 조사창 중 선원 측에 먼 변 길이 연산단계에서 구하여진 조사범위 조절장치의 X선 조사창의 종축사변 중 검출기의 중심선에 먼 변(모서리)에 대한 길이(lx1)에 따라, 제어봉 제어신호를 생성하여, 조사범위 제어부로 전송하는, X선 조사창의 다른 종축사면의 변(모서리) 길이 조절단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  13. 제12항에 있어서,
    X선 조사창의 횡축길이 연산단계의 전단에,
    제어장치가, 입력부로부터 수신된 전체회전각도와 프로젝션 수를 이용하여, x선원의 회전각도(즉, X선 선원의 각도(θ))를 계산하는, x선원의 회전각도 연산단계;
    X선 선원 좌표(Losx, Losy, Losz)를 연산하는 x선원 좌표연산단계;
    검출기의 위치 (Lodx, Lody, Lodz)를 검출하는, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  14. 제13항에 있어서,
    x선원 좌표연산단계에서 X선 선원 좌표는 (0, Losy, SDD)이며, Losy 는,
    Losy = (SDD-c)×tanθ
    (단, SDD는 선원과 검출기의 거리이고, c는 검출기에서 COR(center of rotation) 까지의 거리임)
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
  15. 제14항에 있어서, 검출기 이동경로 및 중심좌표 연산단계에서,
    검출기의 위치는 (0, Lody, 0)이며, Lody는,
    Lody = -c×tanθ
    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 구동방법.
KR1020160112253A 2016-08-31 2016-08-31 디지털 단층영상합성시스템의 자동 가변형 조사범위 조절장치 KR101843953B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001056396A (ja) * 1999-06-29 2001-02-27 General Electric Co <Ge> Ｘ線コリメータの寸法ぎめ及び位置合わせの為の装置と方法
JP2012045278A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Fujifilm Corp Ｘ線画像撮影装置およびｘ線画像撮影方法
KR101198065B1 (ko) 2010-06-30 2012-11-07 한국전기연구원 자동 콜리메이터 제어와 방사선 촬상 시스템의 위치결정 방법 및 장치

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