KR102029508B1 - Ｘ선 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X선을 내는 X선 소스, X선을 받아 X선 영상을 만드는 X선 감광체, 및 X선 소스에 연결된 서버를 갖는 X선 시스템을 제공한다. X선 소스와 X선 감광체 사이에 위치한 환자에게 환자 위성이 고정되며, 환자 위성은 환자의 각도를 감지하는 각도센서와 거리센서를 갖춘다. 각도센서는 X선 방향에 대한 환자의 각도를 감지하는데, 이 각도는 90도에 가까운 것이 좋다. 각도센서는 영상의 각도왜곡을 없애는 위치로 X선 소스와 X선 감광체에 대해 환자를 위치시키는 신호를 작업자에게 출력한다. 거리센서는 환자와 X선 감광체 사이의 거리를 측정한다.

Description

Ｘ선 시스템과 그 이용방법{X-RAY SYSTEM AND METHOD OF USING THEREOF}
본 발명은 X선 영상 취득분야에 관한 것으로, 구체적으로는 X선 기술을 이용해 사람의 척추의 영상을 취득하는 분야에 관한 것이다.
환자의 척추변형은 각종 질병을 초래한다. 이런 질병의 예후를 알기위해, 환자의 척추의 영상을 얻고, 이런 영상들을 눈으로 검사하며, 환자의 진료기록을 검토하는 등의 표준 처치를 수년간 행하게 된다. 일반적으로, 척추 변형은 선천적이거나, 자동차사고, 추락, 싸움 등에 의한 심각한 외상 때문에 생기기도 한다. AMA(American Medical Association)의 가이드에 의하면 일상적인 척추 평가를 할 때 비정상적으로 운동하는 척추 구간별로 평가해야 한다고 하고, 이런 평가 범위와 정량화 프로토콜에 관한 데이터를 공개하고 있다. 유감스럽게도 지금까지는 기술적인 어려움과 X선 처리과정중의 왜곡으로 인해 이런 영상들을 정량적으로 분석한 예가 거의 없다고 한다. 따라서, 의사는 입증되지 않은 증거와 자신의 경험에 의해서 진단하거나 정량화할 수 밖에 없다. 척추와 같은 인간의 해부학적 구조를 보여주는 영상을 찍는데 수백년 동안 X선을 사용해왔다. 그러나, 기존의 시스템은 X선 영상에서 정량적인 보고서를 만들기 위해 정확한 X선을 생성하는데 많은 문제가 있었다. 예컨대 많은 사람을 처리하는데 시간이 많이 들고 오차가 많이 생겨, 정량적 보고서가 아주 부정확해진다.
본 발명자들의 선행출원인 미국특허출원 12/881,411에는 환자의 척추의 일부분의 X선 영상을 캡처하는 X선 시스템을 소개하고 있는데, 환자의 신체에 부착되고 치수가 알려진 L형 표적이 X선 영상에 포함된다. X선 영상 안에 표적 영상이 같이 들어있고, 이 표적을 측정하여 X선 영상을 분석하며, 의사가 환자의 진단을 하는데 도움을 주는 정량데이터를 만드는데, 이런 분석은 자동으로나 반자동으로 행해진다.
이 시스템은 종래에 비해 큰 진보는 가져왔지만, 여전히 몇가지 문제가 있는데, 예를 들면 GE에서 생산된 새로운 X선 시스템에만 적용되고 기존의 시스템에는 적용할 수 없으며, 생성된 에너지의 강도변화를 일으키는 시스템 발생기의 규모와 관련된 오차나 불확실성 때문에 생성된 영상에서 표적을 볼 수 없는 등 신뢰성이 부족하다.
요 약
본 발명은 X선을 내는 X선 소스, X선을 받아 X선 영상을 만드는 X선 감광체, 및 X선 소스에 연결된 서버를 갖는 X선 시스템을 제공한다. X선 소스와 X선 감광체 사이에 위치한 환자에게 환자 위성이 고정되며, 환자 위성은 환자의 각도를 감지하는 각도센서와 거리센서를 갖춘다. 각도센서는 X선 방향에 대한 환자의 각도를 감지하는데, 이 각도는 90도에 가까운 것이 좋다. 각도센서는 영상의 각도왜곡을 없애는 위치로 X선 소스와 X선 감광체에 대해 환자를 위치시키는 신호를 작업자에게 출력한다. 거리센서는 배율조정을 위해 환자와 X선 감광체 사이의 거리를 측정한다. X선 센서는 인간 신체에 축적된 X선량을 정량화하고 서류화하는데 이용되고, 이런 서류는 방사선 정량화 보고서에 포함되며, 이 센서는 X선 발생기의 방사선량 감시에도 사용된다. 본 발명자들의 관찰과 여러가지 X선 장비의 시험에 의하면, 발생기마다 X선 방사선량이 다름은 물론, 같은 발생기라도 X선 헤드의 온도나, 전기부하나 X선 장치의 수명과 같은 다양한 요인에 의해 동일한 X선 과정에서도 여러가지 출력을 낸다는 것이 밝혀졌다. 뉴욕시에 등록된 여러 X선 장치에 대한 시험에 이하면, 냉간 X선 헤드가 달린 장비는 X선을 방출한 뒤에보다 더 적은 방사선량을 방출한다. X선은 투과성이 있고 그 효과가 잠복되고 축적되기 때문에 공중건강에 상당한 위험이 될 수 있다. 또, 같은 제조사의 동일한 모델의 장비의 발생기들을 같은 종류로 노출해도 X선 방사선량이 다를 수 있다. 본 발명에서는, 환자와 관리자의 안전과 분석과 방사선량 조절을 위해 기록을 보존할 목적으로 X선 센서가 X선 처리과정중의 모든 축적 방사선량을 기록한다.
본 발명은 X선 영상 취득방법도 제공한다. 이 방법은 X선을 내는 X선 소스를 제공하는 단계와 X선을 받아 X선 영상을 만드는 X선 감광체를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 X선 소스와 X선 감광체 사이에 위치한 환자에게 각도센서와, X선 강도를 측정하는 X선 센서와, 배율조정용 거리센서를 갖춘 환자 위성을 고정하는 단계; 각도센서를 이용해 환자의 각도를 감지하고, X선 영상의 각도왜곡을 없애는 위치로 X선 소스와 X선 감광체에 대해 환자를 위치시키는 신호를 작업자에게 출력하는 단계를 더 포함한다. 거리센서는 환자와 X선 감광체 사이, X선 소스와 X선 감광체 사이의 거리를 측정한다. 정확한 거리를 알면, 간단한 수학적 계산으로 배율을 계산할 수 있다. 본 발명에 의하면, X선 소스와 X선 감광체와 환자 위성에 마이크로프로세서와 블루투스를 통해 서버가 연결되고, X선 영상은 파싱(parsing)이란 과정을 통해 X선 감광체에서 서버로 전송된다. .
이상의 특징은 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아님을 알아야 한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 환자의 정면에 센서를 배치한 본 발명의 일례를 보여주는 개략도;
도 2는 환자의 측면에 센서를 배치한 본 발명의 일례를 보여주는 개략도;
도 3은 본 발명의 X선 시스템의 블록도.
척추는 일련의 척추뼈와 척추뼈 사이에 배치된 연결조직으로 이루어진다. 인간의 척수는 여러가지 구부러진 자세를 취하고, 4개 부분, 즉 경부, 흉부, 요추부 및 요추-엉치부로 구분된다. 각 부분의 척추뼈들은 형상과 크기가 각각 다르며, 심지어는 같은 부분에서도 형상과 크기가 다르다.
척추 라인에 직각으로나 비스듬하게 갑자기 충격을 가해 손상되거나, 선천적인 결함이 있거나 어떤 병이 있으면 척추뼈들이 변형되거나 척추뼈의 일부분이 골절되어, 불편하거나 통증이 생기며, 허리를 구부리거나 움직이는데 곤란을 초래할 수 있다. 또, 인접 척추뼈들 사이로 (비틀림이 아닌) 길이방향의 외상력이 가해져도 척추뼈들의 내부 통로가 어긋나게 되어, 이곳을 지나는 척수가 손상되거나, 심지어는 절단되기도 하여, 환자에게 심각한 건강문제를 일으켜 신체 일부분을 움직이지 못하거나 감각을 잃을 수도 있다.
본 발명자들의 미국 특허출원 12/881,411에 소개한 바와 같이, 여러 척추뼈들의 크기와 서로에 대한 상대적 위치들은 보통의 X-선 영상을 이용해 판단할 수 있고, 이 정보는 환자의 상태를 평가하는 수단으로 이용된다.
구체적으로, 척추뼈들의 형상과 위치는 X-선 영상으로 알 수 있다. 영상에서 각각의 척추뼈가 확인되고 장치에서 처리되면, 장치에 설치된 소프트웨어를 이용해 척추 전체나 일부분을 수학적으로 분석하고, 이런 분석을 이용해 환자를 진단한다. 지금까지는 이런 분석을 하는데 있어서의 문제점은, 각각의 척추뼈가 환자의 크기에 특정되고, 촬영한 영상에 있어서도 X-선 소스, 환자와 X-선 영상 필름의 상대적 위치로 인한 배율/배향상의 왜곡을 일으키며, 이로인해 다른 척추뼈에 대한 정확한 g형상과 크기와 위치를 정확히 결정하기가 어렵다는 것이다. 척추뼈의 모양과 방향과 크기를 결정할 때 조그만 오차가 있어도 병의 진단과 치료와 예후를 잘못할 수 있다.
척추뼈의 모양과 크기와 위치를 정확히 감지하는데 있어서의 다른 문제는 척추뼈와 전체 척추의 실제 모양이 아주 다르고, 사람에 따라서도 나이, 성별, 척추뼈와 척추 자체내의 상처나 이상여부에 따라 변할 수 있다는 것이다.
다른 문제는, DX 분석기와 같은 기존의 시스템은 배율이나 배향으로 인한 왜곡문제를 해결하지 못한다는 것이다. 작업자가 X-선 소스과 필름 간격을 미리 정한다해도, X선 소스과 필름에 대한 환자의 위치를 특정하지는 못한다. 환자가 X선 소스에 가까울수록 필름의 영상이 실제보다 커지고, 필름에 가까울수록 영상은 실제크기에 가까워진다. 또, 환자가 완벽히 똑바로 서있지도 못하고 X선 소스 방향에 정확히 직각 방향으로 마주보지 못하면 X선 영상의 배향(각도)왜곡이 생기는데, 이는 척추뼈가 3축 공간에 대해 재배치될 때 3축 척추뼈의 음영 중의 2축 구조가 변하기 때문이다. 이런 결함 때문에, DX 분석기로는 정확한 측정값을 구할 수 없다.
미국특허출원 12/881,411은 환자를 X선 소스에 대해 정확히 위치시키는 디지털 콤파스를 소개하고 있다. 실험에 의하면 디지털 콤파스만을 사용해 X-X축에 직각인 Y-Y축에 신체를 정확히 일치시키는 것은 쉬웠지만 배율왜곡을 보정하는데 사용되는 연판(lead plate)의 영상이 항상 정확히 나타내지는 않았다. 이런 연판의 영상은 X선 기계의 강도에 상당부분 좌우됨이 밝혀졌고, 이런 강도는 기계에 따라서는 물론 정상적인 사용중에 발생기에 영향을 주는 인자들 때문에 기계내에서도 크게 변한다.
이런 문제를 없애기 위해, 본 발명은 X선 장비에서 작용하는 X선을 취하는 새로운 시스템을 제안한다. 본 발명의 시스템은 X선 영상을 취하는 도중에 3차원 왜곡을 제어하는 센서를 이용해, X선 영상을 취하는 도중에 등록된 모든 각도왜곡을 조절한다. X선을 취하는 도중에 등록된 정보는 블루투스 회로기판이나 다른 적당한 무선연결을 통해 서버에 전송된다.
도 1~2에서 보듯이, 본 발명의 시스템은 환자(1)에게 X선을 방출하는 X선 소스(2)를 갖는다. X선은 환자를 투과해 감광체로 들어가고, 감광체는 원본영상을 만드는데 사용된다. 시중에는 여러 종류의 감광체가 있지만, 본 실시예에서는 X선 센서어레이(3)를 사용한다. 이런 센서어레이는 GE에서 판매하는 것이 있지만, 다른 것도 사용할 수 있다.
이 시스템에는 2쌍의 무선 센서, 1차 센서세트와 2차 센서세트가 있다. 도 1~2는 이런 센서의 배치를 보여준다. 1차 센서세트는 메인보드 기기(6); 정면 촬영을 위해 X선 검사시의 피부투과 유효 방사선량을 측정하는 정면방사선 센서모듈(4); X선 센서어레이(3)와의 거리(S)를 측정하는 거리 센서모듈(5); 및 측면 촬영을 위해 피부투과 유효 방사선량을 측정하는 측면방사선 센서모듈(8)을 포함한다. 거리 센서모듈(5)은 케이블을 통해 정면방사선 센서모듈(4)에 연결되고, 이 센서모듈(4)은 케이블을 통해 메인보드 기기(6)에 연결된다. 1차 센서세트와 (디지털 콤파스를 포함한) 각도센서는 모두 환자 위성(10)에 연결된다. 환자 위성(10)은 후술하는 것처럼 로컬서버와 통신하기 위한 블루투스 트랜시버를 갖는다.
2차 센서세트는 메인보드 기기(도시 안됨)와 제2 거리 센서모듈(7)을 갖고, 제2 거리 센서모듈은 X선 소스(2)와 X선 센서어레이(3) 사이의 거리(T)를 측정한다. 메인보드 기기와 제2 거리 센서모듈(7)은 X선 소스위성(12)으로서 하나의 하우징 안에 있는 것이 좋다.
X선 소스위성(12)과 환자 위성(10)은 블루투스와 같은 무선통신으로 로컬서버(20)와 통신한다(도 3 참조). X선 센서어레이(3)에 의해 수집된 원본영상들도 로컬서버로 보내진다.
환자 위성은 1"x1", 100g 미만의 소형경량인 것이 좋다. 필요하다면, 이상 설명한 요소들을 2개 이상의 케이스 안에 배치할 수 있다. 위성은 촬영할 부분에 가깝게 환자의 신체에 부착된다.
일례로, 버튼이 달린 싱글 ECG 전극형 패드를 환자의 피부에 부착한 다음 버튼을 사용해 ECG 전극에 위성을 결합한다.
이 시스템은 다음과 같이 동작한다. 먼저, 환자의 위성을 X선 장치의 X선 튜브를 향해 보정하되, 세번째 축선을 따라 0도로 배치하여, 3번째 축 간섭 없이 순수한 측면 X선 촬영을 한다. 이런 보정각도는 시스템에 저장된다. 환자는 환자 위성을 받고, 이 위성을 버튼을 사용해 ECG 전극에 부착한다. 이어서, X선 소스와 센서어레이 사이에 환자가 위치한다.
각도센서가 정해준 위치로 환자가 이동하여 3축 각도센서를 이용하는 특정 X선 영상에 맞게 환자의 각도를 조정하여 순수 측면영상을 찍는다. 환자의 각도위치는 각도센서가 감시한다. 이 센서는 기술자에게 맞는 위치를 알려준다. 일례로, 기술자가 환자를 특정 각도로 향하도록 빛이나 소리로 알려줄 수 있다. 따라서, 각도를 3차원으로 규정할 수 있다.
환자가 제대로 위치하면, X선 소스가 작동되어 X선을 생성하기 시작한다. X선은 환자와 환자 위성을 투과해 X선 센서어레이에 도착한다. 환자 위성의 X선 센서가 X선을 감지하면, 각도센서와 초음파센서의 데이터가 저장되고, 로컬서버로 메시지가 전송되어 X선 센서를 연결하며 X선 영상을 감지한다.
로컬서버(20)에 연결된 DICOM 뷰어(22)에서 영상을 분석한다. DICOM 뷰어는 수신된 X선 영상들을 보정하여 디스플레이하면, 방사선 기사가 이 영상에 적절한 마킹을 한다. 이런 영상마킹들은 로컬서버에 저장되고, 마킹의 좌표들은 원격지로 전송되어 정령화되며, X선 센서에 의해 등록된 특정 X선 강도로 보고서(바람직하게는 PDF 포맷)가 작성된다.
로컬서버(20)가 받은 X선 영상은 여러차례 수정이 행해진다. 먼저, X선 소스와 환자와 X선 센서어레이 사이의 거리를 고려한 배율수정이 이루어진다. 배율오차를 수정하기 위해, X선 영상을 취할 때마다 배율값을 계산한다. 배율값 M은 M=T/(T-S) 식으로 계산되는데, 여기서 T는 제2 거리 센서모듈(7)로 측정한 X선 소스와 센서어레이 사이의 거리이고, S는 거리 센서모듈(5)로 측정한 환자와 센서어레이 사이의 거리이다. 배율값을 알면 각각의 영상을 조정할 수 있다.
다른 수정은 X선 영상내의 여러 비주얼 요소들의 각도차를 고려한 것이다.
끝으로, X선 노출에 대한 수정이 필요할 수도 있다. 동일한 X선 장치에 의한 X선 노출이라도 X선의 온도에 따라 편차가 있음이 밝혀졌다. X선 시스템의 출력을 감시하면, X선 장치의 성능을 지속적으로 감시하여 환자에 대한 불필요한 X선 노출을 피할 수 있다. X선의 강도가 부적절하면, 영상을 조절하고 보고서에 표시한다.

Claims (16)

  1. X선을 내는 X선 소스;
    X선을 받아 X선 영상을 만드는 X선 감광체;
    X선 소스와 X선 감광체 사이에 위치한 환자에게 고정되며, 환자의 각도를 감지하는 각도센서와 환자와 X선 감광체 사이의 거리를 측정하는 거리센서를 갖춘 환자 위성; 및
    X선 소스와 X선 감광체와 환자 위성에 연결되고, X선 감광체로부터 X선 영상을 받는 서버;를 포함하고,
    상기 각도센서는 X선 영상의 각도왜곡을 없애는 위치로 X선 소스와 X선 감광체에 대해 환자를 위치시키는 신호를 작업자에게 출력하는 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환자 위성이 환자의 X선 노출도를 측정하는 X선 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 X선 소스에 X선 소스위성이 고정되고, 이런 X선 소스위성은 X선 소스와 X선 감광체 사이의 거리를 측정하는 제2 거리센서를 갖는 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 거리센서와 제2 거리센서의 측정값들이 서버로 전송되고, 서버는 X선 감광체로부터 받은 X선 영상의 실제 배율을 계산해 배율오차를 조정하는 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실제 배율 M이 M=T/(T-S) 식으로 계산되는데, 여기서 T는 제2 거리센서로 측정한 X선 소스와 X선 감광체 사이의 거리이고, S는 거리센서로 측정한 환자와 X선 감광체 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 서버가 X선 영상을 디스플레이하는 DICOM 뷰어를 포함하고, 디스플레이되는 X선 영상에는 각도왜곡이 없음은 물론 상기 실제 배율 M을 이용해 배율왜곡이 수정된 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 작업자에게 출력된 상기 신호가 시각신호인 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 작업자에게 출력된 상기 신호가 청각신호인 것을 특징으로 하는 X선 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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