KR20160089127A - 회전식 엑스선 컬리메이터 및 이를 포함하는 엑스선 영상 촬영장치 - Google Patents

Abstract

좁은 공간에 설치 가능하고, 구동이 용이한 회전식 엑스선 컬리메이터와 이를 포함하는 엑스선 영상 촬영장치가 개시된다. 본 발명에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터는, 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시키도록 미리 형성된 각각의 투과창을 갖는 다수의 차폐면이 다면체를 이루는 차폐면 회전체; 및 상기 다수의 차폐면 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다. 본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 엑스선 제너레이터와 함께 상기 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시켜 엑스선 빔의 조사 범위를 조정하는 회전식 엑스선 컬리메이터를 포함한다.

Description

회전식 엑스선 컬리메이터 및 이를 포함하는 엑스선 영상 촬영장치{ROTARY X-RAY COLLIMATOR AND X-RAY IMAGING APPARATUS COMPRISING THE SAME}

본 발명은 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 엑스선 영상 촬영장치에서 엑스선 광원으로부터 방출된 엑스선의 조사범위를 조절하는 컬리메이터에 관한 것이다.

엑스선 촬영은 엑스선의 투과특성을 이용한 방사선사진법으로서, 촬영대상을 투과하는 과정 중에 누적된 감쇄량에 근거해서 촬영대상의 내부구조에 대한 엑스선 영상을 획득하는 것이다. 그리고 이를 위한 엑스선 영상 촬영장치는 엑스선을 조사하는 엑스선 제너레이터, 촬영대상을 사이에 두고 엑스선 제너레이터와 대향 배치되어 촬영대상을 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 센서, 엑스선 센서의 검출결과를 통해 엑스선 영상을 구현하는 영상처리장치를 포함한다. 한편, 최근 들어 엑스선 촬영은 반도체 및 정보처리기술의 발전에 힘입어 디지털 센서를 이용한 DR(Digital Radiography)로 빠르게 대체되는 가운데 촬영방법 또한 목적 등에 따라 다양하게 진보하고 있다.

치과 진료 분야에서도 이러한 엑스선 영상 촬영장치가 자주 활용된다. 치과용 엑스선 영상 촬영장치를 이용하여 제공되는 것으로, 엑스선 파노라마 영상은 치아 및 주변조직의 전체적인 배치관계를 쉽게 파악할 수 있어 치과 전문의에게 가장 익숙한 표준영상으로 활용되고 있다. 엑스선 CT 영상은 촬영대상에 대한 3차원 영상은 물론 사용자가 원하는 위치 및 방향에 따른 단층 영상을 정확하고 선명하게 표시할 수 있어 임플란트 시술 등 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 활용되고 있다. 최근에는 치아교정 등의 분야에서도 엑스선 3차원 영상의 활용도가 높아지고 있는 실정이다.

전통적으로 엑스선 파노라마 영상의 촬영에는 주로 종횡비가 큰 선형 센서가 사용되고, 엑스선 CT 영상의 촬영 및 두부 엑스선 영상에는 면적이 넓은 센서가 사용되어 왔다. 최근에는 스캐닝 동작을 비롯한 엑스선 영상 촬영장치의 다양한 동작을 활용하여, 작은 크기의 엑스선 센서에 저선량의 엑스선을 조사하여 필요한 형태의 엑스선 영상을 얻기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이를 위해서는 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선이 엑스선 센서의 촬상 영역을 포함하는 범위에 적절히 조사되도록 그 조사 범위를 조절할 필요가 있다. 이와 같이 엑스선 제너레이터로부터 방출된 엑스선의 조사 범위를 조절하는 장치 요소를 엑스선 컬리메이터라 부른다. 종래의 엑스선 컬리메이터의 구성은 아래의 선행기술문헌을 통해 개시된 바와 같다.

등록특허공보 제10-0936075호 엑스레이 조사범위 조절장치 공개특허공보 제10-2014-0039353호 컬리메이터 장치 공개특허공보 제10-2013-0090217호 적층 가능 컬리메이터 어셈블리 공개실용공보 제20-2010-0006037호 치과용 엑스선 촬영장치의 컬리메이터

종래의 엑스선 컬리메이터는 상기의 여러 선행기술문헌을 통해 볼 수 있는 바와 같이, 엑스선 투과 영역의 형태와 위치를 연속적으로 또는 매우 다양하게 조절할 수 있는 반면, 엑스선 제너레이터의 전방에서 엑스선 투과 영역의 주변으로 넓은 공간을 차지하고, 그 구성과 기계적 동작이 복잡하며, 그 구동을 위해서 적어도 4축 이상의 구동 수단을 제어해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엑스선 영상 촬영장치 및 그 엑스선 컬리메이터에 있어서, 좁은 공간에 설치될 수 있고, 기계적인 동작이 간결하여 구동이 용이하며, 촬영 모드에 따른 엑스선 조사 범위 조절이라는 본연의 기능을 안정적으로 수행할 수 있는, 회전식 엑스선 컬리메이터와 이를 포함하는 엑스선 영상 촬영장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터는, 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시키도록 미리 형성된 각각의 투과창을 갖는 다수의 차폐면이 다면체를 이루는 차폐면 회전체; 및 상기 다수의 차폐면 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.

상기 차폐면 회전체는 다각 기둥 형상을 가지고, 상기 회전 구동부는 상기 차폐면 회전체를 그 중심축에 대하여 회전시킬 수 있다.

상기 차폐면 회전체는 한 쌍씩 서로 마주보도록 배치된 다수의 차폐면을 가지고, 각각의 촬영 모드에 대해 한 쌍의 서로 마주보는 차폐면 중 포컬 스팟에 가까운 후방 차폐면과 피검체에 가까운 전방 차폐면은 엑스선 빔의 진행 경로에 일직선으로 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 선택된 차폐면은 상기 전방 차폐면의 위치에 배치되고, 상기 전방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위는 상기 후방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위보다 좁게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터는, 상기 선택된 차폐면 외의 부분을 투과하여 방출되는 누설 엑스선을 차단하는 차폐 하우징을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐면 회전체는 엑스선을 전면적으로 투과시키는 하나의 비차폐면을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 엑스선 제너레이터 및 상기 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시켜 엑스선 빔의 조사 범위를 조정하는 엑스선 컬리메이터를 포함하고, 상기 엑스선 컬리메이터는, 미리 형성된 각각의 투과창을 갖는 다수의 차폐면이 다면체를 이루는 차폐면 회전체; 및 상기 다수의 차폐면 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 엑스선 영상 촬영장치 및 그 엑스선 컬리메이터에 있어서, 좁은 공간에 설치될 수 있고, 선택된 촬영 모드에 따라 1축 구동만으로 엑스선 조사 범위를 조정할 수 있을 정도로 기계적인 구성이 간결하고 구동이 용이하다. 따라서, 미리 정해진 N개의 촬영 모드에 적합한 엑스선 조사 범위 조정을 안정적으로 제공하는 회전식 엑스선 컬리메이터와 이를 포함하는 엑스선 영상 촬영장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터의 측단면을 보인다. .
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 제너레이터 내장형의 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터에서 차폐면 회전체의 변형예를 보인다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있는 것이라는 점은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 한편 동일한 도면 부호는 동일한 특성을 갖는 구성요소임을 나타내는 것으로서, 어느 도면에서 설명된 구성요소와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.

본 발명에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터는, 엑스선 제너레이터(30)에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시키도록 미리 형성된 각각의 투과창(11a,12a,13a)을 갖는 다수의 차폐면(11,12,13)이 다면체를 이루는 차폐면 회전체(100) 및 상기 다수의 차폐면(11, 12, 13) 중 선택된 차폐면(도 1에 도시된 상태에서 11)이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체(100)를 회전시키는 회전 구동부(20)를 포함한다.

상기 차폐면 회전체(100)는 다각 기둥 형상을 가지고, 상기 회전 구동부(20)는 상기 차폐면 회전체(100)를 그 중심축(C)에 대하여 회전시킬 수 있다. 이때, 상기 회전 구동부(20)에 의한 회전 방향은 한 방향 또는 양 방향일 수 있다. 상기 회전 구동부(20)는 상기와 같이 상기 차폐면 회전체(100)가 하나의 중심축(C)에 대하여 대칭인 다각 기둥 형상을 가지는 경우, 상기 중심축(C)에 대한 1축 구동만으로 엑스선 촬영 장치의 촬영 모드에 따라 엑스선 빔의 조사 범위를 조정할 수 있다.

도 1의 실시예에서 다각 기둥 형상인 상기 차폐면 회전체(100)의 중심축(C)은 상기 엑스선 제너레이터(30)에 대하여 횡 방향으로 배치되었으나, 이에 한정되지 않고, 종 방향 등 다양한 방향으로의 배치도 가능하다. 다만, 그 배치 방향은 엑스선 센서의 형태나 주로 사용되는 엑스선 영상 촬영 방식에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상기 차폐면 회전체(100)가 축 대칭인 다각 기둥 형상이 아닌 점 대칭의 다면체인 경우 하나 이상의 축 방향으로 회전될 수도 있다.

상기 다수의 차폐면(11,12,13)은 각각에 서로 다른 규격으로 미리 형성된 투과창(11a,12a,13a)의 모양과 크기에 따라 엑스선 제너레이터(30)에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시키고 나머지 부분에 대해서는 엑스선을 차단하도록 형성된다. 이를 위해 상기 다수의 차폐면(11,12,13)은 엑스선을 차단하는 납 등의 소재로 형성될 수 있다. 상기 다수의 차폐면(11,12,13) 중 피검체를 향하여 전방에 배치된 전방 차폐면(11)을 예로 들어 보면, 가로로 길쭉한 사각형 형태의 투과창(11a)을 갖는다. 그 외의 차폐면(12,13) 역시 상기 전방 차폐면(11)의 투과창(11a)과 모양이나 크기가 다른 각각의 투과창(12a,13a)을 갖는다. 여기서, 전방 차폐면(11)이란 상기 다수의 차폐면 중에서 임의의 한 촬영 모드에서 엑스선 빔의 진행 경로 중 피검체에 가까운 전방에 배치된 차폐면을 일컫는 것으로 특정 형태의 투과창을 갖는 차폐면만을 지칭하는 것은 아니다.

도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터의 측단면을 보인다.

전술한 도 1의 실시예와 같이 상기 차폐면 회전체(100)가 다각 기둥 형상인 경우, 상기 다각 기둥은 사각 기둥, 육각 기둥, 팔각 기둥 등과 같이 짝수 개의 측면을 가지는 것일 수 있다. 상기 도 1의 실시예는 팔각 기둥 형상의 차폐면 회전체(100)를 구비한다. 짝수 개의 측면을 가지는 상기 차폐면 회전체(100)는 한 쌍씩 서로 마주보도록 배치된 다수의 차폐면을 가지고, 각각의 촬영 모드에 대해 한 쌍의 서로 마주보는 차폐면(11,15) 중 포컬 스팟(F)에 가까운 후방 차폐면(15)과 피검체(H)에 가까운 전방 차폐면(11)은 엑스선 빔(B15,B11)의 진행 경로에 일직선으로 배치될 수 있다.

상기 전방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위(B11)는 상기 후방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위(B15)보다 좁게 형성된다. 이는 상기 포컬 스팟(F)으로부터 방출되는 엑스선 빔의 형태는 콘(cone)형 빔이므로, 같은 크기의 투과창을 가지는 차폐면이라도 포컬 스팟(F)으로부터 멀리 배치될수록 좁은 조사 범위를 제공하기 때문이다. 이러한 특성을 이용하여, 엑스선 영상 촬영 장치에서 촬영 모드가 선택되면, 상기 회전 구동부는 그 선택된 촬영 모드에서 요구되는 엑스선 빔의 조사 범위를 제공하는 투과창을 갖는 차폐면이 상기 전방 차폐면의 위치에 도달하도록 상기 차폐면 회전체(100)를 회전시킬 수 있다. 이렇게 해서 그 조사 범위가 조정된 엑스선 빔(B11)은 피검체(H)를 투과하여 엑스선 센서(40)에 의해 검출된다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.

본 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터는, 전술한 도 1 및 도 2의 실시예에 비해, 상기 엑스선 제너레이터(30)의 전방에 배치되는 차폐 하우징(50)을 더 포함한다. 상기 차폐 하우징(50)은 상기 차폐면 회전체(101) 중 전방 차폐면의 위치에 있는 차폐면(도 3에서 110)의 투과창(110a)을 통과한, 의도된 조사 범위의 엑스선 빔(B110)만을 통과시키는 하우징 투과창(50a)을 가지고, 나머지 부분의 엑스선 빔을 모두 차단한다.

상기 도 3에 도시된 경우와 같이, 전방 차폐면(110)의 투과창(110a) 크기가 작더라도 후방 차폐면(150)의 투과창(150a) 크기가 큰 경우, 상기 후방 투과창(150a)을 통과한 엑스선 빔(B150)의 일부가 상기 전방 차폐면(110)에 인접한 차폐면(120)의 투과창(120a)을 통해 누출될 수 있는데, 전술한 차폐 하우징(50)은 이와 같이 의도되지 않은 엑스선 빔의 누출을 차단하는 역할을 한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 내장형 회전식 엑스선 컬리메이터를 보인다.

본 실시예에 따른 내장 방식의 회전식 엑스선 컬리메이터는 전술한 도 3의 실시예에 따른 엑스선 컬리메이터와 그 구성 및 기능적인 측면에서 동일하나, 상기 차폐면 회전체(102)가 소형화되어, 엑스선 제너레이터(32)의 케이스 내부에 마련된 컬리메이터 수용 공간(320)에 설치된 점에 차이가 있다. 이 경우에도 불필요한 엑스선의 누출을 차단하는 차폐 하우징(500)을 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예는 차폐면이 6개인 육각 기둥 형상의 차폐면 회전체(102)를 구비한다는 점에서도 상기 도 3의 실시예가 팔각 기둥 형상의 차폐면 회전체(101)를 구비한다는 점과 차이가 있다. 다만, 전술한 바와 같이 차폐면의 개수는 필요한 엑스선 조사 범위의 유형 수에 따라 선택될 수 있는 사항에 불과하다.

콘빔의 특성상 최종적으로 요구되는 엑스선 빔(B10)의 조사 범위가 상기 도 3의 실시예에 따른 엑스선 빔(B110)의 조사 범위와 동일할 경우에도 내장 방식의 회전식 엑스선 컬리메이터는 상기 차폐면 회전체(102)가 상대적으로 포컬 스팟(F)에 더 가깝게 배치되기 때문에 그 차폐면과 투과창의 크기는 작아질 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전식 엑스선 컬리메이터에서 다각 회전체의 변형예를 보인다.

차폐면 회전체(103,104)는 필요한 투과창 패턴의 수가 홀수인 경우, 즉 필요한 차폐면의 수가 홀수인 경우, 엑스선을 전면적으로 투과시키는 하나의 비차폐면(10b,10c)을 포함할 수 있다. 도 5의 (a)는 차폐면 회전체(103)가 하나의 비차폐면(10b)을 갖는 제1의 예를 보이고, 도 5의 (b)는 차폐면 회전체(104)가 하나의 비차폐면(10c)을 갖는 제2의 예를 보인다.

상기 제1의 예에 따르면, 상기 차폐면 회전체(103)는 하나의 비차폐면(10b)이 비어 있는 형태로 형성될 수 있다. 공기의 엑스선 감쇠율이 타 구조재에 비해 낮고, 다면체 중 하나의 면이 비어 있더라도 전체적인 형상을 유지하는 데에는 큰 지장이 없으므로, 이러한 형태의 구성도 가능하다. 한편, 제2의 예에 따르면, 상기 차폐면 회전체(104)는 상기 하나의 비차폐면(10c)으로서 탄소판으로 이루어진 면을 구비할 수 있다.

한편, 이상에서는 편의상 차폐면 회전체가 다각인 경우로 설명하였지만, 필요하다면 적어도 하나의 투과창이 외주면을 따라 둘러 형성된 원기둥 형태가 될 수도 있다. 이 경우 역시 회전구동부는 그 중심축을 기준으로 차폐면 회전체를 회전시킴으로써 적어도 하나의 투과창 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 하여 동일한 작용을 기대할 수 있는바, 이에 대해서는 별도의 도면이 없더라도 쉽게 이해될 수 있다.

10, 11, 12, 13, 14, 15: 차폐면
11a, 12a, 13a, 14a, 15a: 투과창
20: 회전 구동부 30, 32: 엑스선 제너레이터
40: 엑스선 센서 50: 차폐 하우징
100, 101, 102, 103, 104: 차폐면 회전체
F: 포컬 스팟

Claims (7)

1. 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시키도록 미리 형성된 적어도 하나의 투과창이 외주면을 따라 형성된 차폐면 회전체; 및
   상기 차폐면 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차폐면 회전체는 원 또는 다각 기둥 형상을 가지고,
   상기 회전 구동부는 상기 차폐면 회전체를 그 중심축에 대하여 회전시키는,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 차폐면 회전체는 한 쌍씩 서로 마주보도록 배치된 다수의 차폐면을 가지고, 각각의 촬영 모드에 대해 한 쌍의 서로 마주보는 차폐면 중 포컬 스팟에 가까운 후방 차폐면과 피검체에 가까운 전방 차폐면은 엑스선 빔의 진행 경로에 일직선으로 배치되는,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 선택된 차폐면은 상기 전방 차폐면의 위치에 배치되고,
   상기 전방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위는 상기 후방 차폐면에 의한 엑스선 빔 조사 범위보다 좁은,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 선택된 차폐면 외의 부분을 투과하여 방출되는 누설 엑스선을 차단하는 차폐 하우징을 더 포함하는,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 차폐면 회전체는 엑스선을 전면적으로 투과시키는 하나의 비차폐면을 포함하는,
   회전식 엑스선 컬리메이터.
7. 엑스선 제너레이터 및 상기 엑스선 제너레이터에서 방출된 엑스선 빔을 부분적으로 투과시켜 엑스선 빔의 조사 범위를 조정하는 엑스선 컬리메이터를 포함하고,
   상기 엑스선 컬리메이터는,
   미리 형성된 각각의 투과창을 갖는 다수의 차폐면이 다면체를 이루는 차폐면 회전체; 및
   상기 다수의 차폐면 중 선택된 차폐면이 엑스선 빔의 진행 경로에 배치되도록 상기 차폐면 회전체를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는,
   엑스선 영상 촬영 장치.

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