KR20160129421A - 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치 - Google Patents

가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터는 각각의 판면에 상호 상이한 직경을 갖는 복수의 관통홀이 형성되고, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와; 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀 중 하나씩이 중첩 영역에 선택적으로 위치하도록 각각의 상기 핀홀 플레이트를 이동시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 복수의 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용되는 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경과 같은 핀홀 콜리메이터의 특성의 변화 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능하게 된다.

Description

가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치{VARIABLE PIN-HOLE COLLIMATOR, RADIATION IMAGING DEVICE AND RADIATION DETECTING DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT) 장치와 같은 방사선 영상 장치에서 방사선의 통과 영역이나 방향을 결정하는 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치에 관한 것이다.
방사선 영상 장치는 방사선 동위원소를 이용하여 영상을 얻는 장치로, 핵의학 진단 분야를 비롯하여 비파괴 검사 분야에서 널리 사용되고 있는 장치의 하나이다.
핵의학 진단 분야에 사용되는 방사선 영상 장치, 예컨대, 감마선을 이용하는 감마선 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치는 인체의 구조적 정보를 제공하는 다른 진단 장치들, 예컨대, 자기공명촬영장치(MRI)나 초음파 진단 장치들과는 달리 방사성 약품을 이용하여 인체의 기능적 정보를 제공하게 된다.
도 1은 통상적인 감마 카메라(1)의 구성을 도시한 도면이다. 일반적인 감마 카메라(1)는 콜리메이터(Collimator)(10)와, 콜리메이터(10)를 통과한 방사선을 감지하는 방사선 검출부(20)를 포함한다.
콜리메이터(10)는 생체 내 추적자에서 방출되는 감마선 중 특정 방향의 감마선만을 통과시키고 다른 방향에서 오는 감마선을 차단하는 조준기로서의 기능을 수행한다. 즉, 콜리메이터(10)는 생체 부위에서 방출되는 감마선을 기하학적으로 제한하여 필요한 부위에서 방출되는 감마선만이 방사선 검출부(20)에 입사시킨다.
도 1 및 도 2에 도시된 콜리메이터(10)는 다수의 홀이 형성된 다중 핀홀 콜리메이터(또는 Parallel-hole collimator)의 예를 나타낸 것이고, 도 3은 일정 화각을 갖는 핀홀 콜리메이터(Pin-hole collimator)의 예를 나타낸 도면이다.
다시 도 1을 참조하여 설명하면, 방사선 검출부(20)는 신틸레이터(21), 광 가이드부(22) 및 광증배관(23)을 포함할 수 있다. 콜리메이터(10)를 통과한 감마선은 신틸레이터(21)에 입사된다.
여기서, 콜리메이터(10)를 통과하여 신틸레이터(21)와 반응한 감마선은 신틸레이터(21)에 의해 검출하기 쉬한 형태의 낮은 에너지 전자기파로 변환되어 광가이드부(22)를 거쳐 광전자증배관(50)에서 증폭 및 전기신호로 변환되고, 검출된 위치나 에너지 등이 컴퓨터(70)에 저장됨으로써, 영상을 획득하게 된다.
상기와 같은 감마선 카메라의 원리를 이용하는 단일광자방출전산화단층촬영 장치는 1976년. W. I. Keys에 의해 처음으로 개발되었고, 1979년. R. J. Jaszczak에 의해 뇌 전용 장치가 개발되었다.
단일광자방출전산화단층촬영 장치는 감마 카메라(1)의 작동 원리와 유사한데, 생체(T) 내에 단일광자, 예컨대, 감마선을 방출하는 방사성 의약품을 주입하여 생체 내에서 발생하는 감마선이 생체를 투과한 것을, 도 2에 도시된 바와 같이, 생체의 주위를 회전하는 갠트리(미도시)에 설치된 감마선 카메라로 여러 각도에서 측정하고, 검출된 신호를 영상 재구성 알고리즘에 의해 단층 영상을 획득한다.
따라서, 단일광자방출전산화단층촬영 장치에도 감마선 카메라(1)와 마찬가지로 콜리메이터(10)와 감마선 검출부(20)가 적용된다.
도 3은 감마 카메라(1)나 단일광자방출전산화단층촬영 장치에 적용되는 종래의 핀홀 콜리메이터(10a)를 이용한 감마선 영상 장치(1a)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 핀홀 콜리메이터(10a)는 일정한 화각(Acceptance angle, θ)와 홀 직경(Hole diameter, l)을 갖도록 구성되어 있다. 이를 통해 화각의 범위 내에서 입사되는 감마선만이 홀을 통과하도록 형성되어, 상술한 바와 같이 다중 핀홀 콜리메이터(10)와 다른 기하학적 구조에 의해 감마선을 선택적으로 통과시키게 된다.
핀홀 콜리메이터(10a)를 이용한 감마선 영상 장치(1a)의 해상도와 민감도는 핀홀 콜리메이터(10a)의 화각과 홀 직경(l), 측정 대상과 콜리메이터 간의 거리(D1)와, 그리고, 핀홀 콜리메이터(10a)와 감마선 검출부(20a) 간의 거리(D2)에 의해 결정된다.
그런데, 종래의 핀홀 콜리메이터(10a)의 경우, 화각(θ)과 홀 직경(l)이 고정되어 있어, 관심 영역의 위치나 크기에 따라 해상도나 민감도가 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
일예로, 화각이 넓을수록 보다 넓은 영역에서 방출되는 감마선의 검출이 가능하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 병변과 같은 관심 영역(Region Of Interest, ROI)이 생체(T) 내부에 위치하기 때문에 생체(T) 전체 영역을 촬영할 수 있는 화각을 갖는 핀홀 콜리메이터(10a)를 사용하게 되면, 관심 영역인 병변의 해상도는 상대적으로 낮아질 수 밖에 없다.
특히, 단일광자방출전산화단층촬영 장치의 경우, 생체의 주변을 회전하면서 촬영하게 되는데, 화각(θ)이 고정된 핀홀 콜리메이터(10a)를 이용하는 경우, 환자마다 병변의 위치가 고정되어 있지 않기 때문에 생체 전체를 촬영할 수 있는 화각(θ)을 갖는 핀홀 콜리메이터(10a)를 사용하게 된다.
이 경우, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 생체로부터 화각에 맞게 일정 간격 이격된 상태로 핀홀 콜리메이터(10a) 및 감마선 검출부(20a)가 회전하게 되는데, 실제 관심 영역인 병변(L)과 핀홀 콜리메이터(10a)의 거리가 변하게 되고, 병변(L)으로부터 먼 곳에서 획득된 영상의 경우 실제 병변(L)의 해상도는 상대적으로 낮아질 수 밖에 없다.
이와 같은 단점을 해소하기 위해, 근래에 병변(L)의 위치에 적합한 화각(θ)을 갖는 핀홀 콜리메이터(10a)로 교체한 후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 관심 영역인 병변(L)과의 거리를 화각(θ)에 맞춰 측정하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 도 4의 (b)에 도시된 방법의 경우, 관심 영역인 병변(L)과 핀홀 콜리메이터(10a) 간의 거리가 멀어져 영상의 민감도가 감소하게 되고, 결과적으로 민감도를 높이기 위해 환자에게 더 많은 방사선 물질을 주입해야하는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본원 출원인에 의해 출원되어 공개된 한국등록특허공보 제10-1364339호에 개시된 '가변형 핀홀 타입 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치'에서는 화각이 조절 가능한 핀홀 콜리메이터를 제안한 바 있다.
그런데, 상기 한국등록특허공보에 개시된 핀홀 콜리메이터의 경우, 다수의 조리개를 적층하여 핀홀의 화각이나 방향을 조절하도록 구성되어 있는데, 하나의 조리개를 구성하는데 다수의 판을 이용하여야 하고, 결과적으로 적층되는 판의 개수가 핀홀 콜리메이터를 구성하는 조리개의 개수와, 하나의 조리개를 구성하는 판의 개수의 곱만큼 증가하여 핀홀 콜리메이터의 두께를 증가하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용되는 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경과 같은 핀홀 콜리메이터의 특성의 변화 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능한 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 가변형 핀홀 콜리메이터에 있어서, 각각의 판면에 상호 상이한 직경을 갖는 복수의 관통홀이 형성되고, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와; 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀 중 하나씩이 중첩 영역에 선택적으로 위치하도록 각각의 상기 핀홀 플레이트를 이동시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 복수의 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터에 의해서 달성된다.
여기서, 하나의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 길이 방향을 따라 배열되며; 상기 구동 모듈은 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀 중 어느 하나가 상기 중첩 영역에 위치하도록 상기 핀홀 플레이트를 상기 길이 방향으로 직선 이동시킬 수 있다.
또한, 복수의 상기 핀홀 플레이트는 상기 중첩 영역을 중심으로 방사상으로 배치되고; 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 직선 이동에 따라 상기 중첩 영역으로 집중되어 상기 핀홀을 형성하거나 상기 중첩 영역으로부터 방사상으로 이격될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 구동 모듈은 상기 핀홀 플레이트의 회전축을 중심으로 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 복수의 상기 관통홀 중 어느 하나를 상기 중첩 영역에 위치시키고; 복수의 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 회전에 따라 선택적으로 상기 중첩 영역에 위치하도록 상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 형성될 수 있다.
여기서, 복수의 상기 관통홀은 그 중심이 상기 회전축을 중심으로부터 동일한 반경 내에 위치하도록 상기 핀홀 플레이트에 형성될 수 있다.
또한, 상기 핀홀 플레이트의 회전에 따라 상기 관통홀의 중심이 상기 중첩 영역의 중심을 통과하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트가 배치될 수 있다.
그리고, 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축이 상기 중첩 영역을 중심으로 방사상에 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트가 적층될 수 있다.
그리고, 상기 관통홀은 직경의 크기 순으로 배열될 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 방사선 영상 장치에 있어서, 상기의 가변형 핀홀 콜리메이터와; 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀을 통과한 방사선을 검출하는 방사선 검출부와; 상기 방사선 검출부에 의해 검출된 방사선을 영상화하는 방사선 영상 처리부와; 방사선을 방출하는 측정 대상에 포커싱되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 각각의 상기 구동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부를 상기 측정 대상 주변으로 회전시키는 갠트리를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 가변형 핀홀 콜리메이터가 상기 측정 대상 주변을 회전함에 따라 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리 변화에 기초하여, 상기 측정 대상에 포커싱되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀을 조절할 수 있다.
또한, 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 중 어느 하나를 이동시키는 간격 조절 모듈을 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각 조절과 동기되어 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 간격 조절 모듈을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 측정 대상은 생체 내에 위치하는 병변을 포함하며; 상기 병변의 상기 생체 내부의 위치에 따라 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부가 상기 인체 주변을 회전할 때 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리가 변할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리에 기초하여 상기 핀홀의 직경이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 각각의 상기 구동 모듈을 제어할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라, 상기의 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사능 감지 장치에 의해서도 달성된다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면, 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용되는 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경과 같은 핀홀 콜리메이터의 특성의 변화 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능한 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치가 제공된다.
또한, 단일광자방출전산화단층촬영 장치에 가변형 핀홀 콜리메이터을 적용함에 따라, 병변과 같은 관심 영역 만의 촬영시 기존의 고정형 핀홀 콜리메이터를 이용할 때보다 해상도가 현저히 높은 형상의 획득이 가능하게 된다.
그리고, 단일광자방출전산화단층촬영 장치에 가변형 핀홀 콜리메이터을 적용함에 따라, 생체 내부의 병변과의 거리가 바뀌더라도 병면에 포커싱하여 촬영함과 동시에 병변에 가장 가까운 위치에서 촬영이 가능하게 되어, 생체에 주입되는 방사선 물질의 량을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 통상적인 감마 카메라의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 단일광자방출전산화단층촬영 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 종래의 핀홀 콜리메이터를 이용한 감마선 영상 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 종래의 핀홀 콜리메이터가 적용된 단일광자방출전산화단층촬영 장치의 동작 예를 나타낸 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 핀홀 형성 모듈의 적층 예를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면을 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 핀홀 형성 모듈을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 동작 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 13은 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 방사능 감지 장치에 적용되는 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100) 장치는 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용된다. 본 발명에서는 핵의학용 방사선 영상 장치에 적용되는 것을 예로 하고 있으나, 감마선을 이용한 비파괴 검사용 방사선 영상 장치나 방사능 검사 장치에도 본 발명에 따른 가변형 핀홀(PH) 타입 콜리메이터 장치가 적용 가능함은 물론이다.
[제1 실시예]
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀 형성 모듈(110)의 적층 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 복수의 핀홀 플레이트(111)와, 복수의 구동 모듈(120)을 포함한다.
복수의 핀홀(PH) 콜리메이터는 방사선의 입사 방향으로 적층되어 핀홀(PH)을 형성하는 핀홀 형성 모듈(110)을 구성한다. 여기서, 각각의 핀홀 플레이트(111)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 상호 상이한 직경을 갖는 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n)이 형성된다.
각각의 구동 모듈(120)은 해당 핀홀 플레이트(111)를 이동시켜 중첩 영역(PFA)에 핀홀(PH)을 형성한다. 보다 구체적으로 설명하면, 각각의 구동 모듈(120)은 핀홀 플레이트(111)에 형성된 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n) 중 하나씩이 중첩 영역(PFA)에 선택적으로 위치하도록 핀홀 플레이트(111)를 이동시켜 중첩 영역(PFA)에 핀홀(PH)을 형성하게 된다.
본 발명이 제1 실시예에서는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 핀홀 플레이트(111)가 바(Bar) 형태로 마련되고, 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n)이 핀홀 플레이트(111)의 길이 방향을 따라 배열되는 것을 예로 한다. 여기서, 하나의 핀홀 플레이트(111)에 형성되는 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n)은 그 직경의 크기 순으로 형성되는 것을 예로 한다.
그리고, 구동 모듈(120)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 핀홀 플레이트(111)에 형성된 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n) 중 어느 하나가 중첩 영역(PFA)에 위치하도록 핀홀 플레이트(111)를 그 길이 방향으로 직선 이동시킴으로써, 중첩 영역(PFA)에 핀홀(PH)을 형성하게 된다. 본 발명에서는 구동 모듈(120)이 핀홀 플레이트(111)의 직선 이동을 위해, 구동 모터(121)와, 리니어 가이드(122) 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 즉, 구동 모터(121)의 회전에 따라 외경에 나사산이 형성된 리니어 가이드(122)가 회전에 의해 핀홀 플레이트(111)가 직선 이동하도록 마련되는 것을 예로 한다.
또한, 본 발명에서는 핀홀 플레이트(111)가, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 중첩 영역(PFA)을 중심(C1)으로 방사상으로 배치되도록 적층되는 것을 예로 한다. 이 때 구동 모듈(120)의 구동에 따라 각각의 핀홀 플레이트(111)에 형성된 관통홀(111a,111a,111a,111n)은 핀홀 플레이트(111)의 직선 이동에 따라 중첩 영역(PFA)으로 집충되어 핀홀(PH)을 형성하거나 중첩 영역(PFA)으로 방사상으로 이격되어 중첩 영역(PFA)으로부터 벗어나고 다른 관통홀(111a,111a,111a,111n)이 핀홀(PH)을 형성할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성에 따라, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트(111) 각각에 형성된 복수의 관통홀(111a,111a,111a,111n) 중 어느 하나씩이 중첩 영역(PFA)에 배치됨으로써, 중첩 영역(PFA)에 형성된 핀홀(PH)의 화각(θ)이나 핀홀(PH)의 홀 직경(l)이 조절 가능하게 된다.
도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 적층 방향으로 중앙 측에 위치하는 핀홀 플레이트(111)의 관통홀(111a,111a,111a,111n) 중 형성하고자 하는 핀홀(PH)의 홀 직경(l)에 대응하는 직경의 관통홀(111a,111a,111a,111n)이 중첩 영역(PFA)에 배치된다. 도 8에서는 2개의 핀홀 플레이트(111)가 홀 직경(l)을 형성하는 것을 예로 하고 있다.
그리고, 홀 직경(l)을 형성한 핀홀 플레이트(111)의 상부 및 하부 방향으로 홀 직경(l)을 형성한 관통홀(111a,111a,111a,111n)보다 순차적으로 큰 직경의 관통홀(111a,111a,111a,111n)이 중첩 영역(PFA)에 배치되도록 나머지 핀홀 플레이트(111)의 관통홀(111a,111a,111a,111n)들을 배치시키게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)의 화각(θ)이 결정된다.
이 때, 적층 방향으로 인접한 관통홀(111a,111a,111a,111n)의 직경의 차이가 클수록 형성되는 화각(θ)이 커지게 되고, 인접한 관통홀(111a,111a,111a,111n)의 직경의 차이가 작을수록 형성되는 화각(θ)이 작아지게 된다.
상기와 같은 구성을 통해, 각각의 핀홀 플레이트(111)에 형성된 관통홀(111a,111a,111a,111n) 중 중첩 영역(PFA)에 배치될 관통홀(111a,111a,111a,111n)을 구동 모듈(120)의 구동에 따라 결정함으로서, 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 형성되는 핀홀(PH)의 화각(θ)과 홀 직경(l)이 변경 가능하게 된다.
[제2 실시예]
이하에서는, 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀 형성 모듈(210)에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제2 실시예예 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀 형성 모듈(210)은 원판 형의 핀홀 플레이트(211)가 방사선의 입사 방향으로 적층되는 것을 예로 한다.
도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 구동 모듈(미도시)은 핀홀 플레이트(211)의 회전축(C2)을 중심으로 핀홀 플레이트(211)를 회전시켜 관통홀(211a,211a,211a,211n) 중 어느 하나를 중첩 영역(PFA)에 위치시킨다.
여기서, 핀홀 플레이트(211)는 원판 형태로 마련되고, 복수의 관통홀(211a,211a,211a,211n)은 핀홀 플레이트(211)의 회전축(C2)을 중심으로 원주 방향을 따라 형성되어, 핀홀 플레이트(211)의 회전에 따라 선택적으로 중첩 영역(PFA)에 위치하게 된다.
이 때, 하나의 핀홀 플레이트(211)에 형성된 복수의 관통홀(211a,211a,211a,211n)은 그 중심이 해당 핀홀 플레이트(211)의 회전축(C2)을 중심으로 동일한 반경 내에 위치하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 핀홀 플레이트(211)가 회전축(C2)을 중심으로 회전할 때 중첩 영역(PFA)에 위치하는 관통홀(211a,211a,211a,211n)의 중심이 중첩 영역(PFA)에 형성될 핀홀(PH)의 중심(C1)과 일치함으로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 관통홀(211a,211a,211a,211n)에 의해 일정 화각(θ)을 갖는 핀홀(PH)을 형성할 수 있게 된다.
또한, 복수의 핀홀 플레이트(211)는 각각의 회전에 따라 자신의 관통홀(211a,211a,211a,211n)들의 중심이 중첩 영역(PFA)의 중심(C1)을 통과할 수 있도록 배치된다. 즉, 방사선의 입사 방향으로 적층된 핀홀 플레이트(211)에 각각 형성된 모든 관통홀(211a,211a,211a,211n)이 중첩 영역(PFA)을 통과할 때 중첩 영역(PFA)에 형성될 핀홀(PH)의 중심(C1)을 관통홀(211a,211a,211a,211n)의 중심이 통과할 수 있도록 배치된다.
여기서, 본 발명에서는 각각의 핀홀 플레이트(211)의 회전축(C2)이 중첩 영역(PFA)을 중심(C1)으로 방사상으로 위치하도록 핀홀 플레이트(211)가 적층되는 것을 예로 하는데, 모든 관통홀(211a,211a,211a,211n)의 중심이 핀홀(PH)의 중심(C1)을 통과할 수 있도록, 핀홀 플레이트(211)의 회전축(C2)이 핀홀(PH)의 중심(C1)으로부터 동일한 반경에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)를 통해서도 중첩 영역(PFA)에 형성되는 핀홀(PH)의 화각(θ)이나 홀 직경(l)의 조절이 가능하게 된다.
[방사선 영상 장치]
이하에서는, 도 10 및 11을 참조하여 본 발명에 따른 방사선 영상 장치에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명에 따른 방사선 영상 장치에서는 전술한 제1 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 적용되는 것을 예로 한다.
본 발명에 따른 방사선 영상 장치는, 도 10에 도시된 바와 같이, 가변형 핀홀 콜리메이터(100), 방사선 검출부(320), 영상 처리부 및 제어부(310)를 포함한다.
가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 상술한 바와 같이, 복수의 구동 모듈(120)과, 각각의 구동 모듈(120)에 의해 이동 또는 회전하는 다수의 핀홀 플레이트(111)로 구성된 핀홀 형성 모듈(110)을 포함한다. 여기서, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 대한 설명은 상술한 바와 같은 바, 그 상세한 설명은 생략한다.
방사선 검출부(320)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 의해 형성된 핀홀(PH)을 통과한 방사선, 즉 감마선을 검출한다. 본 발명에 따른 방사선 검출부(320)의 구성은 방사선의 검출이 가능한 기 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다.
방사선 영상 처리부(350)는 방사선 검출부(320)에 의해 검출된 방사선을 영상화한다. 본 발명에 따른 방사선 영상 장치가 단일광자방출전산화단층촬영 장치 형태로 마련되는 경우, 방사선 영상 처리부(350)는 갠트리(340)의 회전에 따라 여러 각도에서 검출되는 방사선을 이용하여 영상 재구성 알고리즘을 통해 단층 영상을 형성하게 된다.
제어부(310)는 방사선을 방출하는 측정 대상, 예를 들어 생체(T) 내의 병변(L)에 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 의해 형성되는 핀홀(PH)이 포커싱되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 화각(θ)을 조절한다. 여기서, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 구동 모듈(120)을 제어함으로써, 핀홀 형성 모듈(110)에 의해 형성되는 핀홀(PH)의 화각(θ)을 조절하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 방사선 영상 장치가 단일광자방출전산화단층촬영 장치 형태로 마련되는 경우, 방사선 영상 장치는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320)를 측정 대상 부변으로 회전시키는 갠트리(340)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 측정 대상 주변을 회전함에 따라 측정 대상과 가변형 핀홀 콜리메이터(100) 간의 거리 변화에 기초하여, 측정 대상에 포커싱되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 영상 장치는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320) 간의 간격이 조절되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320) 중 어느 하나를 이동시키는 간격 조절 모듈(330)을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 간격 조저 모듈이 방사선 검출부(320)를 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 접근 또는 이격시킴으로써 두 부재 간의 간격이 조절되는 것을 예로 한다.
여기서, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)의 화각(θ) 조절과 동기되어 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320) 간의 간격이 조절되도록 간격 조절 모듈(330)을 제어할 수 있다.
이하에서는, 상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 방사선 영상 장치의 구동 방법을 도 11을 참조하여 설명한다. 여기서, 본 발명에 따른 방사선 영상 장치에 의해 촬영되는 측정 대상은 생체(T) 내에 위치하는 병변(L)인 것을 예로 한다. 이 때, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320)는 갠트리(340)에 의해 생체(T) 주변을 회전하여 방사선 영상을 취득하는데, 도 11에 도시된 바와 같이, 병변(L)의 생태 내부의 위치에 따라 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320)가 생체(T) 주변을 회전할 때 측정 대상인 병변(L)과 가변형 핀홀 콜리메이터(100) 간의 거리가 변하게 된다.
본 발명에 따른 방사선 영상 장치는, 도 11에 도시된 바와 같이, 생체(T) 전체를 관심 영역으로 하지 않고, 병변(L)을 관심 영역으로 하여 가변형 핀홀 콜리메이터(100) 및 간격 조절 모듈(330)을 조절하게 된다.
도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 갠트리(340)에 의해 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320)가 생체(T) 주변을 회전하게 되면, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 병변(L) 간의 거리가 변하게 된다. 이 때, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 의해 형성되는 핀홀(PH)이 병변(L)에 포커싱되도록 구동 모듈(120)을 제어하게 된다.
즉, 도 11에서 병면이 생체(T) 내부의 좌측으로 치우쳐 있어, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 생체(T)의 좌측에 위치하게 되면, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 병변(L)의 위치가 가깝게 된다. 이 때, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)이 병면에 포커싱되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 의해 형성되는 핀홀(PH)의 화각(θ)이 넓어지도록 구동 모듈(120)을 제어하게 된다.
반면, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 생체(T)의 우측에 위치하게 되면, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 병변(L)의 위치가 멀어져, 좌측에 위치할 때의 화각(θ)을 유지하게 되면 병면에 포커싱되지 않고 보다 넓은 영역이 촬영되는 바, 병변(L)에 포커싱되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 화각(θ)이 작아지도록 구동 모듈(120)을 제어하게 된다.
이 때, 제어부(310)는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)의 화각(θ)이 바뀜에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출부(320) 간의 간격을 조절함으로써, 일정한 확대율이 유지되어 보다 선명하고 정확한 영상 획득이 가능하게 한다.
여기서, 생체(T) 내의 병변(L)의 위치와 사이즈는 ROI 설정부(360)를 통해 미리 설정됨으로써, 갠트리(340)의 회전 각도에 따라 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 관심 영역인 병변(L) 간의 거리가 산출 가능하게 되어, 해당 위치에서의 화각(θ)이 자동으로 결정될 수 있다. 일 예로, 사람의 신체에 발생한 암의 경우, 통상 병변(L)의 위치는 확인 가능한 바, ROI 설정부(360)를 통해 설정이 가능하게 된다.
상기와 같은 구성에 따라, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)의 화각(θ)을 조절하면서 측정이 가능하게 되어, 관심 영역인 병변(L)에만 포커싱하여 촬영이 가능하게 되어 관심 영역인 병변(L)에 대한 보다 높은 해상도의 영상의 획득이 가능하게 된다.
또한, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 각각의 회전 위치에서 관심 영역인 병변(L)에 최대한 근접한 위치에서 촬영할 수 있게 되어, 민감도의 향상을 통해 생체(T)이 주입되는 방사선 물질을 최소화시킬 수 있게 된다.
이는 도 12에 도시된 바와 같은 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다. 도 12의 (a)는 고정형 핀홀(PH) 콜리메이터를 이용하여 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 방법으로 획득한 영상을 나타낸 것이고, 도 12의 (b)는 고정형 핀홀(PH) 콜리메이터를 이용하여 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 방법으로 획득한 영상을 나타낸 것이고, 도 11의 (c)는 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)를 이용하여 도 11에 도시된 바와 같은 방법으로 획득한 영상이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)를 이용하여 획득된 관심 영역의 해상도가 월등히 높음을 확인할 수 있다.
전술한 실시예에서는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용되는 것을 예로 하였다. 이외에도, 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 방사능 감지 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 원자력 발전소에서 방사능 누출 감지를 위한 감지 카메라에 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 적용되는 경우, 일반적인 촬영에서는 화각(θ)을 넓혀 보다 넓은 영역을 감지하다가, 특정 위치에서 방사능이 검출되는 경우 해당 영역을 핀홀(PH)이 포커싱되도록 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀(PH)을 제어할 수 있을 것이다.
도 13을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 평상시에는 도 13의 (a) 및 도 (b)에 도시된 바와 같이, 화각(θ)을 최대한 넓혀 방사선원의 유무만 파악하도록 할 수 있다. 도 13의 (a)는 홀 직경(l)을 넓혀 저해상도를 구현한 예를 나타낸 것이고, 도 13의 (b)는 홀 직경(l)을 좁혀 고해상도를 구현한 예를 나타낸 것이다.
도 13의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 넓은 범위를 스크리닝하여 대략적인 선원의 위치를 파악할 수 있는데, 방사선이 누출되어 특정 위치에서 방사선이 감지되면, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 해당 위치로 포커싱되도록 화각(θ)을 좁혀 해당 위치를 보다 중점적으로 감지할 수 있게 된다.
또한, 전술한 실시예에서 측정 대상을 생체(T)로 정의하여 설명하였으며, 이는 사람의 인체나 동물을 모두 포함하는 개념으로 정의하여 설명한 것이다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 가변형 핀홀 콜리메이터 110,210 : 핀홀 형성 모듈
111,211 : 핀홀 플레이트 112 : 구동 모듈
111a,111b,111c,111n,211a,211b,211c,211n : 관통홀
310 : 제어부 320 : 방사선 검출부
330 : 간격 조절 모듈 340 : 갠트리
350 : 방사선 영상 처리부 360 : ROI 설정부
PH : 핀홀 PFA : 중첩 영역

Claims (14)

  1. 가변형 핀홀 콜리메이터에 있어서,
    각각의 판면에 상호 상이한 직경을 갖는 복수의 관통홀이 형성되고, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와;
    각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀 중 하나씩이 중첩 영역에 선택적으로 위치하도록 각각의 상기 핀홀 플레이트를 이동시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 복수의 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  2. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 길이 방향을 따라 배열되며;
    상기 구동 모듈은 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 관통홀 중 어느 하나가 상기 중첩 영역에 위치하도록 상기 핀홀 플레이트를 상기 길이 방향으로 직선 이동시키는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 핀홀 플레이트는 상기 중첩 영역을 중심으로 방사상으로 배치되고;
    각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 직선 이동에 따라 상기 중첩 영역으로 집중되어 상기 핀홀을 형성하거나 상기 중첩 영역으로부터 방사상으로 이격되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 구동 모듈은 상기 핀홀 플레이트의 회전축을 중심으로 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 복수의 상기 관통홀 중 어느 하나를 상기 중첩 영역에 위치시키고;
    복수의 상기 관통홀은 상기 핀홀 플레이트의 회전에 따라 선택적으로 상기 중첩 영역에 위치하도록 상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 상기 관통홀은 그 중심이 상기 회전축을 중심으로부터 동일한 반경 내에 위치하도록 상기 핀홀 플레이트에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 핀홀 플레이트의 회전에 따라 상기 관통홀의 중심이 상기 중첩 영역의 중심을 통과하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트가 배치되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축이 상기 중첩 영역을 중심으로 방사상에 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트가 적층되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 직경의 크기 순으로 배열되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  9. 방사선 영상 장치에 있어서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터와;
    상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀을 통과한 방사선을 검출하는 방사선 검출부와;
    상기 방사선 검출부에 의해 검출된 방사선을 영상화하는 방사선 영상 처리부와;
    방사선을 방출하는 측정 대상에 포커싱되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 각각의 상기 구동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부를 상기 측정 대상 주변으로 회전시키는 갠트리를 더 포함하며;
    상기 제어부는 상기 가변형 핀홀 콜리메이터가 상기 측정 대상 주변을 회전함에 따라 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리 변화에 기초하여, 상기 측정 대상에 포커싱되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀을 조절하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 중 어느 하나를 이동시키는 간격 조절 모듈을 더 포함하며;
    상기 제어부는 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각 조절과 동기되어 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 간격 조절 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정 대상은 생체 내에 위치하는 병변을 포함하며;
    상기 병변의 상기 생체 내부의 위치에 따라 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부가 상기 인체 주변을 회전할 때 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리가 변하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정 대상과 상기 가변형 핀홀 콜리메이터 간의 거리에 기초하여 상기 핀홀의 직경이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 각각의 상기 구동 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사능 감지 장치.
KR1020150061557A 2015-04-30 2015-04-30 가변형 핀홀 콜리메이터 장치 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 및 방사능 감지 장치 KR101684780B1 (ko)

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