KR20020073955A - 의료 영상 검출장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 D.D.R.(Direct Digital Radiography) 분야에서 디지털 혹은 입체적으로 의료영상을 통한 진단 및 진료에 있어서, 기초 영상을 얻어내는 의료영상 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 기초 영상을 가시광선으로 변환하고, 이를 카메라에서 수치화 된 데이터로 변환시켜주는 엑스-레이 신호 변환 방법 및 장치를 통하여 기초적인 의료영상을 획득할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 의료 영상 검출 장치는 엑스-레이 측정기, 그리드, 투과되는 엑스-레이를 가시광선 영역으로 변환하는 스크린, 반사경, 카메라, 상기 스크린 장치에서 발생하는 가시광선을 검출하여 신호를 발생시키는 가시광선 감지 장치, 상기 가시광선 감지 장치로부터 수신된 신호에 따라서 상기 카메라를 제어하는 카메라 셔터 장치 및 상기 반사경에 의해 굴절, 반사된 영상정보를 가진 가시광선을 카메라의 CCD소자에 투영시켜 상기 영상정보를 상기 카메라에 결상시키는 렌즈를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 D.D.R.(Direct Digital Radiography) 분야에서 디지털 혹은 입체적으로 의료영상을 통한 진단 및 진료에 있어서, 기초 영상을 얻어내는 의료영상 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스-레이 촬영용 스탠드(stand), 촬영용 테이블(table)에 적용되어 사용되는 디텍터(detector) 및 그 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스-레이 발생기(X-ray generator)에서 발생한 엑스-레이가 피검자의 환부를 통과하면 환부의 영상정보를 가지게 되고, 이를 필름에 감광시킨 후 현상하여 진단에 이용하였으나 최근에는 이러한 환부의 영상정보를 컴퓨터로 해석하고, 모니터에서 디지털영상으로 재현하여 의료진단을 효율적으로 수행하고 있다.
또한, 여러 종류의 의료검사장치에서 얻어지는 여러 종류의 의료영상자료들은 모두 디지탈형태로 변환시켜 국제의료영상표준포맷(DICOM V 3.0 format)으로 저장되어지는데 먼저 엑스-레이 같은 방사선검사장치에서 얻어지는 영상은 바로 디지탈화 할 수 없기 때문에 일단 필름형태로 저장된 후 디지털 필름스캐너로 영상을 입력하여 디지털 형태로 변환시킨 후에 국제의료영상표준포맷으로 저장하였다. 또 다른 방법으로는, 엑스-레이 등 진단장치에서 나오는 의료 영상들은 아날로그신호로 영상결과가 나오기 때문에 이러한 영상을 바로 디지털형태로 저장할 수가 없으므로, 이런 아날로그 신호들은 특정한 장치(예를들면, 영상캡춰장치)를 이용하여 원하는 영상을 캡춰하여 디지탈영상으로 변환시킨 후에 국제의료영상표준포맷으로 저장하는 방식이었다. 그러나, 이러한 방식들은 기존의 필름을 이용하여 필름형태를 거치거나, 영상을 얻어내는 별도의 장치를 부가하는데 있어서 비용과 효율 측면에 적절치 못하였고, 기타 진단용 의료 영상 처리 장치나 소프트웨어와 결합하는 데도 불리했다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하면서 의료 영상을 모니터 혹은 의료 진단용 콘솔(console)에서 디지털 영상으로 재현할 수 있도록 상기 기초 영상을 가시광선으로 변환하고, 이를 카메라에서 수치화 된 데이터로 변환시켜주는 엑스-레이 신호 변환 방법 및 장치를 통하여 기초적인 의료영상을 획득할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
도1은 본 발명에 따른 영상 검출 장치에서 디지털 영상을 얻기 위한 기초영상으로서의 영상 획득 과정의 순서도이다.
도2는 도1에서 기술된 본 발명에 따른 영상 검출장치의 일실시예의 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 상기 도 2의 영상 검출 장치의 일부 확대 단면 상세도이다.
도4는 도2에 도시된 본 발명에 따른 영상 검출 장치를 후면 방향에서 본 배면도이다.
도5는 본 발명에 따른 영상 검출장치의 CCD 카메라와 그에 결합된 냉각장치의 상세도이다.
도6a, 도6b는 각각 스크린에 생성된 영상을 카메라의 CCD소자에 정확히 입력시키기 위한 영상경로 조절기의 단면도와 평면도이다.
도7은 카메라 제어용 입출력 신호를 변환시키는 신호 변환회로도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 검출장치 110 : 가시광선 감지센서
120 : 큰 반사경 130 : 작은 반사경
140 : 렌즈 150 : CCD 소자
160 : 셔터 170 : 카메라
180 : 냉각장치 210 : 형광지
220 : 납유리 230 : 엑스-레이 양 측정기
240 : 그리드 310 : 히트싱크
320 : 열전소자 330 : 방열판
340 : 냉각팬 600 : 지지구
610 : 상하조절볼트 620 : 좌우조절볼트
상술한 엑스-레이 신호변환장치로서의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의료 영상 검출 장치는 투과되는 액스-레이 양을 측정하여 조절하는 엑스-레이 측정기(X-ray measuring chamber), 투과되는 엑스-레이의 산란을 억제하는 그리드, 투과되는 엑스-레이를 가시광선 영역으로 변환하는 스크린, CCD(Charge-coupled device)소자를 이용하여 영상을 기록하는 카메라, 투과된 가시광선을 상기 카메라로 향하도록 굴절, 반사시키는 반사경, 상기 스크린 장치에서 발생하는 가시광선을 검출하여 신호를 발생시키는 가시광선 감지 장치, 상기 가시광선 감지 장치로부터 수신된 신호에 따라서 상기 카메라를 제어하는 카메라 셔터 장치 및 상기 반사경에 의해 굴절, 반사된 영상정보를 가진 가시광선을 카메라의 CCD소자에 투영시켜 상기 영상정보를 상기 카메라에 결상시키는 렌즈를 포함하여 이루어진다.
상기 그리드에 인접하여 설치되는 스크린은 바람직하게는 형광지로 이루어진다.
상기 반사경은 바람직하게는 큰 반사경과 작은 반사경으로 전면코팅 되어 이루어지며, 상기 반사경의 적어도 하나에는 영상경로 조절기가 구비되어 각도를 조절함으로써 상기 스크린에서 나오는 영상을 정확히 상기 카메라에 입력할 수 있다.
또한, 상기 의료 영상 검출 장치는 상기 스크린에 접하여 설치되어 상기 스크린을 통과하는 엑스-레이를 억제하고 가시광선만을 통과하게 하는 납유리(Pb glass)를 더 포함한다.
상기 그리드는 바람직하게는 카본 화이버 그리드이며, 상기 가시광선 감지장치는 포토 트랜지스터로 이루어지는 감지센서이다.
또한, 본 발명에 따른 의료 영상 검출 장치는 상기 카메라 내부 및 CCD 소자의 온도 상승을 방지하기 위한 냉각장치가 상기 카메라에 부착된 다. 상기 냉각장치는 하우징, 히트 싱크 및 냉각팬과 방열판을 포함하는 열전소자로 이루어 진다.
마지막으로, 본 발명에 따른 의료 영상 검출 방법은 엑스-레이를 발생시켜 피검자의 신체에 투과하는 단계, 투과되는 상기 엑스-레이를 형광 스크린을 통과시켜 가시광선으로 변환하는 단계, 상기 변환된 가시광선을 검출하여 카메라의 셔터를 제어하는 단계,영상정보를 가진 가시광선을 반사경으로 굴절, 반사시켜서 렌즈를 통과시키는 단계 및 제어되는 상기 셔터를 통하여 상기 영상정보를 가지는 가시광선을 카메라의 CCD 소자에 결상시켜서 의료 영상 정보를 검출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따라 영상 검출 장치에서 디지털 영상을 얻기 위한 기초영상으로서 영상을 획득하는 과정을 도시한 것이다. 먼저 엑스-레이 발생기(도시 안됨)에서 엑스-레이를 발생시킨다. 엑스-레이의 양은 손과 가슴을 찍을 때와 검사 받는 사람의 신체조건에 따라 변화할 수 있는데 엑스-레이 측정기(230)는 상기 엑스-레이 양을 조절한다.
피검자를 투과한 엑스-레이는 장치의 카본 그리드(grid, 240)를 통과하는데 여기서 엑스-레이의 산란이 억제된다. 여기서 본 발명에 따른 검출 장치는 바람직하게는 103line, 8:1, 120㎝을 사용함을 기본으로 한다.
형광 스크린(210)에서는 흡수된 엑스-레이를 가시광선 영역으로 바꿔 준다. 이중 투과된 엑스-레이는 납유리(Pb glass, 220)를 이용하여 억제하고, 가시 광선만을 통과하게 한다. 통과된 가시광선은 두 개의 반사경(120, 130)을 통해 반사시킨다.
가시광선 감지센서(110)는 형광 스크린의 가시광선의 발생을 검출한다. 가사광선 감지센서(110)는 바람직하게는 포토 트랜지스터를 채용할 수 있다. 상기 가시광선 감지 센서에서는 발생된 가시광선의 검출에 따라 신호를 발생하고 상기 신호는 카메라의 기계식 셔터(160)를 통하여 카메라(170)작동하게 한다.
광학 렌즈(140)는 2개의 미러를 통해서 영상정보를 가진 가시광선을 카메라의 CCD소자(150)에 투영시킨다. 여기서 사용하는 렌즈는 바람직하게는 광학계의 밝기 값을 결정하는 F값이 1.2이고, 초점거리(focal length) f값은 50mm이다.
엑스-레이 발생장치에서 발생한 엑스-레이가 엑스-레이 양 측정기(230), 카본 그리드(200), 형광 스크린(210), 납유리(220)를 거쳐 영상정보를 가진 가시광선으로 변환되며, 변환된 가시광선 영상은 전면 코팅된 반사경(120, 130)을 통하여 카메라(170)의 CCD소자(150)에 투영되어 디지털 의료영상자료로서의 의미를 갖는다.
도2는 도1에서 기술된 본 발명에 따른 영상 검출장치의 일실시예(100)를 나타낸 것으로서, 엑스-레이 산란성 제거, 단파장 노이즈 억제 및 가시 광선 생성을 통해 가시화된 영상으로 변환되며, 이때, 가시광선 감지센서(110)에서는 가시광선을 감지하고 그에 따른 신호를 발생시켜 기계식 셔터(160)의 동작을 제어하며, 한편 검출장치의 투과면(200)을 거쳐 받아들여진 가시광선은 큰 반사경(120)에서 1차로 반사되어 방향이 바뀌게 되고, 작은 반사경(130)에서 2차로 반사되어 방향을 바꾸어 렌즈(140)를 거쳐 카메라(170)의 CCD 소자(150)에 영상정보가 전달된다. 카메라(170)에는 카메라 내부와 CCD 소자를 냉각시키기 위한 냉각장치(180)가 부착된다.
기계식 셔터(160)는 촬영시 발생한 X선이 영상화되면서 CCD소자(150)에서 그 영상을 계속해서 받아들이게 되는데, 상기 셔터(Shutter)(160)는 상기 감지센서(110)의 신호에 따라 적절하게 제어됨으로써 더 이상의 불필요한 잔류 영상을 차단할 수 있으므로 양질의 영상을 확보하기 위해 채용되고 있다.
본 발명에 따른 검출 장치에 사용된 반사경(120, 130)은 전면 코팅되어 그 반사율 94%이상이 되며, 카메라(170)까지의 영상정보를 전달할 때에 전달되는 영상정보의 손실을 최소로 할 수 있다.
한편, 상기 반사경(120, 130)의 설치 각도에 따라 납유리(220)의 잔상이 영상에 나타날 수 있다. 본 발명에 따른 검출장치의 일실시예(100)에 적용한 큰 반사경의 크기(dimension)는 380X380X5mm이고 설치 각도는 50도이며, 작은 반사경의 크기는 125X125X5mm이고 설치 각도는 49도 정도의 각을 유지하는 것을 기본으로 한다. 상기 반사경(120, 130)의 설치 각도는 도6과 같은 영상 경로조절기에 의해서 제어 가능하며 의료 영상정보를 포함하는 가시광선의 굴절, 반사를 조절하여 최적의 영상이 카메라(170)에 입력되도록 할 수 있다.
도3은 상기 도 2의 영상 검출 장치의 일부 확대 단면 상세도이다. X선 발생시 산란 X선을 제거하는 기능은 카본그리드(240)에서 수행되는 데, 103 line, 8:1을 사용하고 그 크기는 420X420X2.5mm을 기본으로 한다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치에서 X선을 가시 광선으로 변환시키는 형광 스크린(210)의 크기는 400X400X0.5mm을 기본으로 한다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치에서 불필요한 X선의 투과를 억제하고, 가시광선만을 투과시키는 기능을 하는 납유리(220)의 크기는 400X400X5.0mm이다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치에서 엑스-레이 발생 장치에서 발생된 엑스-레이가 피검자에게 투과될 때, X-레이 측정기(230)는 피검자의 신체 조건 또는 피검 부위에 따른 최적의 엑스-레이 투과량을 얻기 위하여 발생되는 X-레이 양을 조절한다.
도4는 도2에 도시된 본 발명에 따른 영상 검출 장치를 후면 방향에서 본 배면도이다. 상기 도면에서 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 검출 장치의 일실시예에서, 가시광선 감지센서(110)는 검출장치 내부의 귀퉁이 좌, 우, 상, 하의 적절한 위치에 4개로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치의 일실시예에서, 엑스-레이 촬영시 검출 장치의 영상 촬영부분(200)은 약 400X400mm의 크기를 갖는다. 검출장치 앞에 검진을 받는 사람이 섰을 때 전면부(200)가 다 가려지게 되면 투과한 빛의 양이 그만큼 약하게 때문에 가시광선 감지센서(110)의 설치는 영상 검출장치의 전면부에서 내부 방향으로 10센티 이내 정도 떨어진 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 가시광선 감지센서(110)는 형광 스크린에서 가시광선이 발생할 때에 빛을 감지하는 역할을 한다. 외부로부터의 빛이 완전히 차단된 검출 장치 내부에서 미소한 양의 빛도 감지할 수 있어야하므로 빛의 반응에 매우 민감한 소자를 사용한다. 가시광선 감지센서(110)는 도7에 도시된 바와 같이 감지된 센서의 신호를 증폭하고 가공하는 신호변환을 위한 일련의 전자회로를 포함한다. 변환된 신호들은 카메라(170)의 영상 획득 시간을 결정하는 신호와 카메라(170)의 셔터(160)를 작동시키는 신호로 이용된다.
도5는 본 발명에 따른 영상 검출장치의 CCD 카메라(170)와 그에 결합된 냉각장치(180)의 상세도이다. CCD 카메라(170) 내부 및 CCD 소자(150)는 장시간의 작동을 하면서 소정의 열을 발생시키게 되고 상기 발열에 따른 온도 상승은 영상에 노이즈를 발생시켜 영상의 화질을 저하시키게 된다.
도5에 도시된 냉각장치(180)는 영상에 나타날 수 있는 열적 노이즈방지(thermal noise protection)를 위하여 적용되는 것이다. CCD 카메라(170)는 빛을 모으는 렌즈(140), 렌즈에서 오는 빛을 저장하는 CCD 소자(150)로 구성되어 있는데, CCD 소자(150)에 저장된 데이터는 프레임그래버(Frame grabber, 도시안됨)를 이용하여 PC로 전달되며 여기서 원하는 형태의 영상처리를 행하게 되는 것이다. 이때, 전달되는 의료영상이 열에 의해서 노이즈가 생길 수 있으므로 상기 냉각장치(180)로 카메라(170) 및 CCD 소자(150)에서 발생된 열을 냉각시켜 주어야 한다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치의 일실시예에서 CCD소자(150) 및 카메라(170)의 냉각 장치부(180)는 열전도가 좋은 알루미늄을 사용하여 카메라 케이스와 밀착시킬 수 있도록 만든 하우징(300), 카메라(170)로부터 직접 열을 방출하기 위해서 양 측면에 설치 결합된 2개의 히트 싱크(Heat Sink, 310), 강제적인 냉각소자라 할 수 있는 열전소자(Thermoelectric element)(320)로 이루어지며, 상기 열전소자(320)는 알루미늄 하우징(300) 표면에 밀착시켜 하우징(300)의 전체를 냉각시킴으로써 카메라 및 CCD 소자의 발생열을 열전도(heat conduction)에 의해 간접적으로 하강시키는 장치로 구성되는 것이 바람직하다.
열전소자(320)의 크기는 40X40X2.5mm이고 한 쪽면은 공기와 접촉되어 냉각을 하게되며, 다른 면은 가열되는 열을 전달하기 때문에 뜨거운 쪽 기판의 열을 얼마나 효과적으로 외부로 잘 배출하느냐에 따라 냉각의 효율이 달라진다고 할 수 있다. 그러므로 발열되는 부분은 냉각 팬(fan)(340)과 방열판(heat sink)(330)을 사용하여 외부로 열을 방출한다.
도6a, 6b는 형광스크린(210)에 생성된 영상을 CCD소자(150)에 정확히 입력시키기 위한 영상경로 조절기이다. 이장치는 가운데 지지구(600)를 중심으로 좌우각도 조절은 볼트(610)로, 상하각도 조절은 볼트(620)로 정확하게 조절할 수 있다.
도7은 카메라 제어용 입출력 신호를 변환시키는 신호 변환회로의 일실시예이다. 가시광선 감지센서(110)에서 감지된 아날로그신호는 변환기의 입력단자(700)로 입력되어, 증폭기, 하이임피던스, 슈미트리거회로등을 거쳐 TTL신호로 변환된다. 이 TTL신호는 LVDS변환회로(710)에서 LVDS로 변환되어 카메라의 영상획득 시간을 결정하는 입력신호로 사용된다.
또한 카메라의 LVDS출력신호는 TTL변환회로(720)에서 TTL로 변환되어카메라(170)의 셔터(160) 콘트롤러 입력신호로 사용된다.
본 발명에 따른 영상 검출 장치 및 방법에 의하면, 엑스-레이를 가시광선으로 변환시켜 광학적으로 안정된 구성을 가지면서, 영상이 카메라의 CCD 소자에 안정적으로 도달할 수 있도록 되어 있고, 외부 노이즈 및 열적 노이즈도 방지함으로써 효율적이고 정확한 진단용 의료 영상을 획득할 수 있으며, 초음파, 형광 투시검사(Flouroscopy) 등의 동영상 비디오 처리에도 응용할 수 있을 뿐만 아니라, 유방 엑스-레이 조영법(mammography)에도 적용할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 살명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (10)
- 엑스-레이 발생기로부터 엑스-레이 영상을 얻어내는 영상 검출 장치에 있어서,투과되는 엑스-레이 양을 측정하여 조절하는 엑스-레이 측정기(X-ray measuring chamber);투과되는 엑스-레이의 산란을 억제하는 그리드;투과되는 엑스-레이를 가시광선 영역으로 변환하는 스크린;CCD(Charge-coupled device)소자를 이용하여 영상을 기록하는 카메라;투과된 가시광선을 상기 카메라로 향하도록 굴절, 반사시키는 반사경;상기 스크린 장치에서 발생하는 가시광선을 검출하여 신호를 발생시키는 가시광선 감지 장치;상기 가시광선 감지 장치로부터 수신된 신호에 따라서 상기 카메라를 제어하는 카메라 셔터 장치; 및상기 반사경에 의해 굴절, 반사된 영상정보를 가진 가시광선을 카메라의 CCD소자에 투영시켜 상기 영상정보를 상기 카메라에 결상시키는 렌즈를 포함하여 이루어지는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 그리드에 인접하여 설치되는 스크린은 형광지로 이루어 진 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사경은 큰 반사경과 작은 반사경으로 이루어지고 전면코팅 된 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 반사경 중 적어도 하나에는 영상경로 조절기가 구비되어 각도를 조절함으로써 상기 스크린에서 나오는 영상을 정확히 상기 카메라에 입력할 수 있는 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 스크린에 접하여 설치되어 상기 스크린을 통과하는 엑스-레이를 억제하고 가시광선만을 통과하게 하는 납유리(Pb glass)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 그리드는 카본 화이버 그리드인 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가시광선 감지 장치는 포토 트랜지스터로 이루어지는 감지센서인 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 카메라 내부 및 CCD 소자의 온도 상승을 방지하기 위한 냉각장치가 상기 카메라에 부착된 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 냉각장치는 하우징, 히트 싱크 및 냉각팬과 방열판을 포함하는 열전소자로 이루어 진 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 장치.
- 엑스-레이를 발생시켜 피검자의 신체에 투과하는 단계;투과되는 상기 엑스-레이를 형광 스크린을 통과시켜 가시광선으로 변환하는 단계;상기 변환된 가시광선을 검출하여 카메라의 셔터를 제어하는 단계;영상정보를 가진 가시광선을 반사경으로 굴절, 반사시켜서 렌즈를 통과시키는 단계; 및제어되는 상기 셔터를 통하여 상기 영상정보를 가지는 가시광선을 카메라의 CCD 소자에 결상시켜서 의료 영상 정보를 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료 영상 검출 방법.
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