KR20200091879A

KR20200091879A - Ｘ선 촬영장치

Info

Publication number: KR20200091879A
Application number: KR1020207017078A
Authority: KR
Inventors: 웨스 메킨; 스티브 웰스; 길 트래비시
Original assignee: 어답틱스 리미티드
Priority date: 2017-11-25
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-07-31
Also published as: CN111386077A; CA3083070A1; AU2018372073B2; GB201719599D0; JP7385564B2; ZA202003766B; JP2021503977A; AU2018372073A1; WO2019102216A1; US20200383656A1; CN111386077B; EP3713490A1; US11234669B2; GB2568735A; BR112020009970A2

Abstract

본 발명은 x선 촬영장치와 x선 영상 생성방법에 관한 것이다. X선 촬영장치(10)는 적어도 2개의 평평한 패널(20,21)을 갖고, 각 패널은 진공용기내에 수용된 다수의 x선 이미터들을 가지며, 패널의 중심축선들이 서로 평행하지 않도록 배열된다. 이 장치는 패널 보유수단을 더 포함하고, 패널 보유수단은 물체를 x선 촬영하는 동안 이 물체에 대해 상기 패널들을 고정상태로 유지하도록 배열된다.

Description

Ｘ선 촬영장치

본 발명은 x선 촬영장치와 x선 영상 생성방법에 관한 것이다.

x선 소스와 다중 x선 소스에서, 갠트리와 컴퓨터제어 구동을 이용해 제어된 방식으로 x선 튜브를 움직여 여러 각도와 위치로 물체를 촬영하는 것은 잘 알려져 있다. x선 튜브 여러개를 배열해 비슷한 결과를 얻되 속도와 정확도는 높지만 비용과 복잡도가 증가되는 것도 잘 알려져 있다.

이미터들을 선형이나 2D로 구성해 촬영을 위한 여러 위치와 각도들을 커버하도록 하는 이미터 어레이도 공지되어 있다. 이때 사용하는 "패널"은 모든 이미터와 표적을 수용하고 지지하는 간단한 하나의 진공 용기라고 보면 된다.

일단의 이미터들을 다수의 분산 유닛별로 구축하는 것을 포함해 다른 여러 구성도 고려할 수 있다. 일반적으로, 이런 구성들은 기계공학적 배치와 같은 공학적 관점에서 선택된다.

종래의 x선 시스템들은 뾰족한 소스에서 원추형의 x선 콘을 방출하는 튜브를 기반으로 한다. 이런 튜브형 소스들은 거의 모든 의료용 x선 촬영에 사용된다. 이런 소스의 기하학적 형상으로 인해, x선 촬영시스템이 2D "평면", 3D "CT(computed tomography) 및 부분 3D "영상합성" 장치에 한정된다.

평면 구성에서는 수동으로나 갠트리의 도움으로 환자와 디텍터에 대해 소스가 배치된 다음 한군데 위치에 고정된다. 이런 시스템은 2D 실루엣을 만들고 제작설치관리비가 저렴하며 조작도 간단하다. 평면촬영은 각종 해부학적 이상상태를 감지할 능력, 정량화, 표시사양 등의 여러면에서 부족하다. 이런 많은 결함들은 위아래를 덮는 조직의 영향(감쇠)를 없앨 수 없는데서 생긴다.

CT 시스템은 촬영한 물체(예; 환자 몸)를 중심으로 소스와 디텍터를 회전시키고 영상단층촬영을 이용해 물체의 3D 모델을 재구성한다. CT는 일반적으로 평면촬영의 단점을 해결하지만, 환자의 피폭량, 사용단가, 제작비, 크기, 중량(휴대성 부족), 판독시간 등을 상당히 크게 증가시킨다. 상태가 심각할 경우 피폭량과 비용부담을 감당할 수는 있지만, 좀더 일상적인 촬영에서나 위험부담과 비용을 줄여야할 경우에는 받아들이기 힘들 수 있다.

DT(digital tomosynthesis) 시스템은 일반적으로 x선 소스를 한정된 각도범위(위치)로 옮기면서 디텍터를 겨냥한다. 다른 구성도 가능하지만, 기존의 DT 시스템은 40도 정도의 한정된 각도범위를 이용하고 다른 수학적 알고리즘을 이용해 부분 3D 장면을 복원한다. DT는 일반적으로 평면과 CT의 결함을 일부 해결한다. 경우에 따라서는 DT가 CT만큼 정확한 의학적 판단을 제공하지만, 피폭량과 비용면에서는 평면 촬영법과 거의 비슷하다.

DT는 정확히 움직여 위치한 소스로부터의 다중노출이 필수적이라, 방사선룸에 설치되어야 해, (평면형에 비해) 설치비가 상당히 많이 들고 움직일 수도 없다. 비용과 복잡성은 (튜브기반) 소스에 큰 제약요소이다.

움직일 필요가 없는 것이 바람직하다. 이런 "분산형 소스"는 기존의 튜브 여러개를 아치형으로나 선형으로 배치한 구성; 개별적으로 활성화되는 캐소드의 선형 어레이; 및 냉간 캐소드들의 2D 어레이를 포함한 여러 구성에 고려되었다. 이렇게 고정된 분산형 소스들은 움직일 필요가 없어 비용, 복잡도 및 모바일 3D 방사선촬영에 필요한 크기를 줄일 수 있다. 이런 종류의 소스들은 획득속도가 높아 모션블러(motion blur)의 가능성도 줄인다.

분산형 x선 소스들은 커버영역, 이미터 피치, 배치(1D, 2D, 정사각형, 삼각형 패킹 등), 방출각도, 전체 조준 등을 포함해 단일 이미터 소스(튜브)에 이미 고려된 인자들을 넘어 여러 인자들을 최적화한 것이다. 많은 경우, 큰 커버영역이 필요하거나 바람직하다. 일례로, 병원(일반 방사선과)에서 가슴을 촬영하려면 40cm x 40cm 이상의 x선 필드가 바람직하다. 이 경우, 단일 하우징내의 분산형 어레이는 50cm x 50cm 이상으로 커야할 수 있고 상당한 부피와 중량을 갖는다. 중량과 부피가 클수록 비용도 커진다. 또, 대형 x선 투과를 동시에 하면서도 대기압에서 지나친 굴절을 하지 않는 진공용기를 만드는 것이 공학적으로 힘들기도 하다.

동시에, 이런 대형 패널에서 x선을 방출하는 구성이 촬영에 최적인 것도 아니다. 어레이의 각도 커버영역은 일반적으로 콜리메이터의 개방각도에 좌우된다. 어레이 평면에 대해 이미터마다 다른 각도로 할 수는 있지만, 이 경우 아주 복잡한 엔지니어링과 복잡한 출력패턴을 유발한다.

일반적으로, 커버 영역이 넓을수록, (분해되는 3D 복원영상내 최소 두께인) "슬라이스 분해능"이 좋아지고 높은 감쇠유발 물체(뼈, 아말감 등)에 가려질 수 있는 물체를 식별하기가 쉬워진다. 분산형 소스의 커버각도를 높이는 한가지 방법은 각종 이미터들의 위치와 각도를 형성하는 것이다. 실제로 이미터들의 평면 배열에 굽힘 각도를 도입하면 가장 쉽다. 이런 구성은 아치형까지 확장될 수 있지만, 디텍터가 고정된 평면으로 남아있기 때문에 간단한 각도 이상의 장점이 제한된다.

본 발명은 피폭량과 비용은 줄이고 해상도(분해능)는 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 적어도 2개의 평면 패널들을 갖고, 패널마다 진공용기 안에 들어있는 다수의 x선 이미터들을 가지며, 상기 패널 각각이 중심 축선을 갖고 패널의 중심축선들이 서로 평행하지 않도록 패널들이 배치되는 x선 촬영장치에 있어서: 패널 보유수단을 더 포함하고; 패널 보유수단은 물체를 x선 촬영하는 동안 이 물체에 대해 상기 패널들을 고정상태로 유지하는 x선 촬영장치를 제공한다.

이 경우,커버 각도를 조금씩 변화시켜도 영상 재구성과 슬라이스 분해능이 크게 개선된다는 놀라운 결과를 보았다. 이런 효과를 정량화하기는 힘들지만, 시뮬레이션 결과에 의하면 패널 평면들과 이미터당 20도의 풀앵글 조준 사이에 10도 내지 15도 각도를 둔 2패널 방식으로도 이상적인 이미터 배열과 거의 같은 재구성 품질(실제값)을 보였다.

이와 관련해, x선 이미터들을 패널 각각의 단일 진공용기 안에 넣을 수 있다. 사용중에, 패널, 디텍터 및 물체가 서로에 대해 고정상태를 유지할 수 있다.

평면이란 x선 이미터들이 균일한 면에 있음을 의미하고, 패널 중심축선은 이미터 영역의 중심 위치에서 이미터 평면에 직각으로 뻗는 축선을 말한다.

종래의 이산형 소스에 사용된 이미터당 풀 뷰필드 커버영역과 본 발명의 커버영역을 구분하는 것이 중요하다. 여기서 설명한 어레이내에 사용된 소스들에서는 각각의 이미터가 뷰필드의 일부만을 커버한다. 이런 형상 차이는 다중패널의 사용을 의미하여, 각 패널의 어레이가 격자형 배열로 된 x선 이미터 어레이를 갖는다. 종래의 이동식 단층영상합성 시스템을 포함한 소스에서는 서로 각도를 이룬 다중 어레이의 이용을 위해서 각 이미터의 비대칭 조준이 필요하고 이것이 전반적으로 장점인 것은 아니다. 이미터마다 부분적인 영역을 갖는 본 발명의 소스 어레이의 경우, 어레이들을 서로에 대해 각도를 이루게 하면 상대각도가 증가하면서 전체적인 시야의 형성이 가능하다.

패널들을 각도지게 한 어레이의 다른 장점은 디텍터에 대한 소스의 상대적 위치를 더 잘 찾거나 결정하는데 있다. 치과나 침대 촬영과 같은 많은 치료과정에서, 디텍터는 (입안이나 환자 뒤와 같이) 숨겨져 위치를 알 수 없고 소스의 상대적 위치를 소프트웨어로만 결정하게 된다. 패널들 사이의 커진 공지의 각도로 제공되는 추가 정보는 이런 위치결정에 도움을 준다. 이런 위치정보는 복원영상의 품질에도 도움을 준다.

패널을 각도지게 한 어레이의 다른 장점은 X선 필드의 가장자리 둘레를 차폐할 필요성을 없애는데 있다.

x선 이미터 각각이 콘 중심축선을 갖는 콘 형태로 x선을 방출하고, 패널 각각의 x선 이미터들의 콘 중심축선들이 평행하도록 적어도 2개의 패널이 배치될 수 있다. 패널의 중심축선들이 평행하지 않다는 것은, 하나의 패널의 콘 중심축선들이 인접 패널의 평행한 콘 중심축선들에 평행하지 않다는 것을 의미한다.

여기서, 콘이란 소형 원추형 콘을 의미하고, 콘 중심축선은 이미터에서 방출된 X선 콘의 중심을 관통하는 축선을 말한다.

패널의 중심축선들이 평행하지 않으면 X선을 찍을 물체의 심도분해능이 더 커진다는 장점이 있다.

또, 이 장치에서 2개의 패널들 각각의 중심축선이 공통 평면에 있고, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하며, 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 2개의 패널들이 배치될 수 있다.

공통 콜리메이터 각도는 콘의 각도를 결정할 수 있고, 10°~ 50°나 18°~ 45°일 수 있다. 공통 콜리메이터 각도는 장치의 사용에 따라 제작중에 정해질 수 있다. 예를 들어, 인간의 치아의 경우 35°~ 45°이지만, 흉부의 경우 18°~ 30°일 수 있다. 공통 콜리메이터 각도는 디텍터에서 받는 x선의 면적의 크기와 존재여부, 그리고 인접 이미터들과 패널들 사이의 오버랩 각도도 결정할 수 있다. 공통 콜리메이터 각도는 "전면 개방" 각도일 수 있다.

또, 패널들이 2개 이상 n개이고, 패널의 중심축선이 공통 평면에 있도록 선형 어레이로 나란히 배치되며, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하며, 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 어레이내 2개의 외측 패널들이 배치되고, 중간 패널 중심축선과 인접 패널의 중심축선이 이루는 각도가 공식 (공통 콜리메이터 각도)/(n-1)로 계산되도록 중간 패널이 배치될 수도 있다.

또, 4개 이상의 패널들이 2열 이상으로 배열되고, 패널들의 중심축선들이 공통지점에 수렴하도록 패널들이 배치되며, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하고, 패널 배열의 중심에 공통지점을 연결하는 선과 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 각 열의 끝에 있는 패널들이 배치될 수도 있다.

또, 6개 이상의 패널들이 2열 이상으로 배열되고, 첫번째 열의 패널들의 중심축선들이 첫번째 공통지점에 수렴하도록 첫번째 열의 패널들이 배치되며, 후속 각각의 열의 패널들은 그 중심축선들이 각각의 후속 공통지점에 수렴하도록 배열되고, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하고, 각 열의 패널 배열의 중심에 관련 공통지점을 연결하는 선과 각 열의 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 각 열의 끝에 있는 패널들이 배치될 수도 있다.

예를 들어, 3x3 패널 배열과 같은 배열의 외곽 모서리 패널들이 각 열의 다른 패널에 대해 물체를 향해 더 안쪽으로 기울어지거나 각 열의 다른 패널에 대해 바깥쪽으로 기울어져 필요한만큼 x선 영역을 넓힐 수 있다. 따라서, 열마다 1개 이상의 공통지점이 생성되어, 2개의 외곽 패널들이 같은 공통지점을 가지며, 이 공통지점은 같은 열의 중간 모든 패널들의 공통지점과는 다르다.

또, 패널이 2개이고, 3개의 기본축선들 중 2개 각각의 패널의 중심축선들이 이루는 각도가 1°~ 89°일 수 있다.

이때, 3개의 기본축선들 중 2개 각각의 패널의 중심축선들이 이루는 각도가 5°~ 45°, 10°~ 20°또는 10°~ 45°일 수도 있다.

본 발명의 장치가 중심축선을 갖는 디지털 X선 디텍터와, X선 이미터들을 각각 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 이때, 디텍터는 평면형이고 디텍터 중심축선은 평면형 디텍터 영역의 거의 중심위치에서 디텍터 평면에 수직으로 뻗는 축선을 말한다.

또, 패널들과 디텍터의 간격이 X선을 찍을 물체의 두께의 1배 내지 2배일 수 있다.

또, 본 발명의 장치가 디텍터 보유수단을 더 포함하고, 물체에 X선을 찍는 동안 디텍터 보유수단에 의해 디텍터가 물체에 대해 고정되도록 할 수도 있다.

본 발명의 장치에서, 패널이 2개 내지 16개일 수 있다.

본 발명의 장치가 x선을 맞은 디텍터에서 생긴 데이터를 처리하고 영상을 만드는 프로세서를 더 포함할 수 있다.

이 프로세서는 소정 시간동안 받은 데이터를 처리하여 x선을 맞은 물체의 3D 단층영상 모델을 만들고, 이렇게 받은 x선들은 패널내 다른 이미터들에 의해 방출되어 다른 방향들로 물체를 투과할 수 있다.

프로세서가 3개의 기본 축선들 중의 2개에서 디텍터 중심축선에 대한 패널 각각의 중심축선의 상대 각도를 결정할 수도 있다.

본 발명의 장치가 물체의 x선 촬영 전에 적어도 2개의 패널들 중의 적어도 하나의 위치를 나머지 패널에 대해 조정하는 포지셔닝 수단을 더 포함할 수 있다. 포지셔닝 수단은 잘 알려져 있고, 아암, 클램프, 브라켓 등 패널의 위치를 서로에 대해 정해주면 된다. 상대적 위치에는 피치, 기울어짐, 롤링이 있다. 이런 식으로, 원하는 위치로 이동한 패널들이 x선 촬영중에 고정상태를 유지한다. 한편, 패널들이 사전설정된 상대위치들로 하우징 안에 위치할 수도 있다.

본 발명의 x선 촬영장치가 하나 이상(디텍터도 하나 이상)일 수 있지만 공유 프로세서가 3D 영상을 만들 수도 있다. 이런 x선 촬영장치가 x선 촬영시스템으로도 알려져 있다.

본 발명은 또한, 물체의 x선 영상 생성방법도 제공하고, 이 방법은 전술한 x선 촬영장치를 제공하는 단계; 디텍터와 패널 사이에 물체를 배치하는 단계; 패널들로부터 x선을 방출하는 단계; x선을 맞은 디텍터에 의해 받은 데이터를 처리하는 단계; 및 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

이 방법이 생성된 영상의 정확도를 높이기 위해 3개의 기본축선들 중의 2개에서 디텍터의 중심축선에 대한 패널 각각의 중심축선의 상대각도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 방법이 디텍터가 소정 시간동안 데이터를 받는 단계를 더 포함하고, 이렇게 받은 x선들은 패널내 다른 이미터들에 의해 방출되어 다른 방향들로 물체를 투과한 것이며, 상기 데이터를 프로세서가 처리하여 물체의 3D 단층영상 모델을 만들 수 있다.

도 1은 x선 촬영장치의 개략도;
도 2는 x선 촬영장치의 다른 개략도;
도 3은 4패널 어레이내 상부 2개 패널의 평면도;
도 4는 도 3의 4패널 어레이의 측면도;
도 5는 도 3~4의 4패널 어레이의 사시도;
도 6은 디텍터 평면의 개략도;
도 7은 다른 디텍터 평면의 개략도;
도 8은 또다른 디텍터 평면의 개략도.

도 1의 X선 촬영장치(10)의 2개의 평평한 패널(20,21)은 각각 x선 이미터와 콜리메이터 어레이를 갖는다. 이들 패널(20,21)은 지지대(11)에서 뻗는 아암(13)에 의해 제자리에 고정되지만, 패널과 디텍터를 제자리에 고정하는 다른 방법과 구조를 이용할 수도 있다.

패널의 중심축선(28)은 각각의 패널의 정면의 중심에서 수직으로 뻗는다. 패널(20,21) 각각에서 나오는 x선은 패널의 정면에서 나온다. x선이 미치는 외곽한계가 선(24,25)으로 표시되었다. x선은 물체(26)를 향한 다음, 물체 뒤에 있는 평판 형태의 디텍터(30)를 향한다. 디텍터의 중심축선(31)은 디텍터의 정면의 중심에서 수직으로 뻗는다.

패널(20,21)은 이미터 어레이로서, 각각 자체 캐소드, 아노드 및 진공 용기로 포장되며, 공통의 고전압원이나 각각의 전압원으로 작동된다. 패널 중심축선(28)이 이루는 각도는 x선들을 평행하게 하도록 패널에 배치된 콜리메이터들의 개방각도(공통 콜리메이터 각도)와 관련된다. 예컨대, 2개 중심축선들(28)이 이루는 각도는 콜리메이터들의 개방각도(공통 콜리메이터 각도)와 거의 같다.

도 2의 x선 촬영장치(10A)의 2개의 패널(20,21)은 각각 (비례척도가 아닌) x선 이미터(40)와 콜리메이터(50)를 갖는다. 디텍터(30)는 컨트롤러(32)에 연결되고, 컨트롤러는 라인(52)을 통해 디스플레이(60)에 연결된다. 사용시, 중심축선(52)을 갖는 콘(51) 형태로 콜리메이터(50)에서 x선이 방출된다. 디텍터(30)에서 받은 신호들은 컨트롤러(55) 및/또는 디스플레이(60)에서 처리되어 디스플레이에 영상을 보여준다. 컨트롤러(55)는 라인(54)을 통해 패널(20,21)에도 연결되어 x선 방출을 제어한다. 예를 들면, 컨트롤러가 패널에서 방출되는 x선을 생산하는데 어떤 이미터를 사용할지 제어할 수 있다. 컨트롤러는 물체(26)에 부딪치는 x선의 방향과 영역을 조절하기 위해 방출된 x선의 동기화, 순서 및 다른 특성들을 제어할 수도 있다. 이를 위해, 컨트롤러는 솔레노이드를 제어하여 전자 이미터에서 나오는 전자의 경로를 선택적으로 휘어지게 하여 고에너지 x선 생성재나 흡수재(저에너지 x선 생성재)에 부딪치도록 한다. 컨트롤러는 디텍터(30)에도 연결되어, 수신된 신호로 어떤 이미터가 x선을 방출하는지를 규정하는 데이터를 조작함으로써 3D 영상을 만들 수도 있다.

도 3은 2x2 어레이(100)로 구성된 4 패널소스를 보여준다. 패널들은 수평으로 x선을 방출하도록 배열된다. 각 패널은 거의 사각형 블록을 갖고, 블록의 정면을 이루는 주평면에서 x선이 방출된다. 윗쪽 2개의 패널들(120,121)만 볼 수 있다. 각 패널은 수직축선을 중심으로 각도(130)만큼 회전해 수직 "이미터" 평면(131)에서 벌어져, 이제 각 패널의 주평면이 수직이 아니게 된다. 이 각도(130)는 거의 공통 콜리메이터 각도의 절반쯤 된다. 패널들이 이렇게 안쪽으로 기울어져 각 패널의 정면이 이루는 각도는 이제 180°보다 작다. 또, 각 패널의 주평면의 중심을 따라 측면에서 측면으로 뻗는 수평축선을 중심으로 각각의 패널이 회전했다. 이런 식으로, 패널들이 아래로 기울어졌다. 패널들이 아래로 기울어진 각도 역시 공통 콜리메이터 각도와 거의 같을 수 있다. 이해를 돕기위해 가상 패널 중심축선(28)을 표시했다. 도 4는 도 3의 2x2 어레이(100)의 측면도로서 이런 각도를 더 자세히 보여준다. 여기서는 상부 패널들 중의 하나(121)와 하부 패널들 중의 하나(122)를 보여준다. 하부 패널(122)은 윗쪽으로 기울어졌고 상부 패널은 아랫쪽으로 기울어진 것을 볼 수 있다. 상부 패널(121)은 도 3에서 설명한 수평축선을 중심으로 수직 "이미터" 평면(131)에서 각도(140)만큼 움직였다. 이 각도(140)는 공통 콜리메이터 각도와 거의 같을 수 있다. 이런 식으로 패널들을 조절해, 상부 2개 패널에서 방출된 모든 X선은 수평선 밑으로 해서 안쪽을 향하고, 하부 2개 패널에서 방출된 X선은 수평선 위로 해서 안쪽을 향하게 되어 4개 전체 패널에서 나온 X선들이 디텍터(30)를 향하면서 서로를 향해 수렴하게 된다.

도 5는 도 3~4의 4 패널 어레이의 사시도로서, 4개의 패널들(120~123)이 2x2 정사각형 패턴으로 어떻게 배열되는지를 보여준다. 패널들의 중심축선(28)이 하나의 공통지점(29)에 전부 수렴하도록 패널들이 안쪽으로 기울어졌다. 이런 공통지점(29)은 공통 각도로 어레이(100)의 중심에서 4개 패널 각각의 평면까지 바깥쪽으로 뻗는 가상선상에 놓인다. 그러나, 환경에 따라서는 상부열의 패널들이 제1 공통지점을 갖고 제2 열의 패널들은 제2 공통지점을 가질 수도 있다. 제1, 제2 공통지점들 둘다 어레이(100)의 중심에서 공통 각도로 각 패널의 평면까지 바깥쪽으로 뻗는 가상선에 놓일 수 있다. 상부 패널들(120,121)은 정면이 동일평면상에 있지 않도록 기울어졌고, 패널들이 이루는 각도가 33으로 표시되었다. 하부 2개 패널들(122,123)도 마찬가지로 서로를 향하게 기울어진다. 하부 패널들(122,123)도 상부 패널들(120,121)에 대해 기울어져 상부 패널(121)의 정면과 하부 패널(122)의 정면이 이루는 각도가 39와 같이 된다. 일례로, 패널들이 이루는 각도(33)는 콜리메이터의 개방각도(공통 콜리메이터 각도)와 거의 같다.

일반적으로, 단층영상촬영에서 디텍터와 이미터 평면들이 서로 평행하지 않으면, '초점이 안 맞는" 영상이 생긴다. 따라서, 영상 복원을 하기 전에 촬영시스템의 공간기하학 구조를 아는 것이 중요하다. 디텍터가 물체로 가려지기 때문에 정확한 기하학적 정보를 항상 얻을 수 있는 것은 아니다. 그러나, 사영기하학(projective geometry) 방법을 채택하면 감쇠데이터로부터 이미터-디텍터 공간위치들을 복구하고 수정할 수 있다.

소스와 디텍터의 상대적 위치들의 결정을 위해서는, 여러 이미터들로부터 취한 영상들을 비교해야 한다. 이런 결정을 돕기위해, 이미터 평면 앞에 수치적 매핑평면을 도입할 수 있다. 이런 매핑 평면은 이미터 평면에 평행할 수 잇다. 공지의 기울기와 회전으로 인한 영상들의 모든 스트레칭과 변형들을 적용해 최종 수정된 투영들을 매핑평면 중심에 둔다. 기하학적 형상을 정확히 알았을 때, 영상들은 같은 형상과 크기를 가져, 동일하거나 적어도 알려진 콜리메이션 각도를 취한다. 소스와 디텍터의 상대적 위치들에서의 "미지의" 이탈을 위해, 해당 영상들을 결정패턴으로 매핑평면의 중심에서 떨어지게 매핑한다. 다음, 디텍터에 대한 이미터의 실제 위치를 결정하기 위해 이런 패턴들을 뒤집거나 되돌릴 수 있다. 예컨대, 확대/축소 효과 때문에, 기울기 및/또는 회전으로 인해 여러 이미터들로부터 취한 촬영된 물체의 면적과 형상이 변하게 된다.

여러 실험에 의하면, 이런 기술은 작은 위치변경이나 기울기에 특별히 민감하지 않음을 알 수 있다. 요컨대, 단일평면 이미터들을 이용하는 공통의 시스템 형상에서는, 매핑평면에서 왜곡이 있어도 이미터 위치오차의 증폭 신호를 보여주지 않음을 알 수 있다. 따라서, 실제로는 실제 이미터 위치를 정확히 결정하기 위해 작은 왜곡들을 되돌리기가 어려울 수 있다. 그러나, 다중평면 이미터라면, 추가 정보를 얻을 수 있다. 이때 이상 설명한 방법을 다중 매핑평면들을 이용하는데 확장 적용할 수 있다. 여러 매핑평면들의 적절한 비교를 통해, 상대적 위치오차들의 좀더 민감한 측정을 할 수 있다.

이미터와 디텍터의 상대적 방향과 위치들을 알 수 있도록 장치를 제작할 때 미리 교정하거나, 제작 뒤에 교정할 수도 있다. 하나 이상의 이미터 패널들과 디텍터의 상대적 위치들이 바뀐 경우 이런 작업이 필수적이다. 교정은 소정의 순서대로 각종 이미터들로부터 x선을 방출해 이루어질 수 있고, 이때 물체는 없으며 x선이 디텍터로 입사되는 위치를 확인한다.

도 6은 단일패널 이미터 어레이용의 디텍터 평면(200)과, 관심영역(230)에 대한 디텍터의 활성영역(220)과, x선 필드의 외피(210)를 보여준다. 단일패널내 이미터 어레이의 4개 모서리 이미터에서 생긴 x선 콘의 상대적 위치와 수렴 영역들을 4개의 원(240,242,244,246)으로 표시했고, 각각 외피(210)의 모서리에 위치한다.

반면에, 도 7은 도 1과 같이 셋업된 2패널 이미터 어레이 소스용의 디텍터 평면을 보여주는데, 여기서는 2개의 패널들이 패널 중심을 지나는 수평축선을 중심으로 서로를 향해 기울어져 있다. 관심영역(330)에 대한 디텍터의 활성영역(320)은 전과 같지만, x선 필드의 외피(310)는 세로로 좁아졌다. 상부 패널(20)의 윗쪽 2개 모서리 이미터와 하부 패널(21)의 아래 2개 모서리 이미터로부터의 x선의 상대위치와 커버 영역들을 원 340, 342, 344, 346으로 표시했는데, 각각 외피(310)의 모서리에 위치한다. 단일패널 소스의 모서리 이미터 중의 하나(또는 주평면인 정면들이 평행하고 동일평면에 있어 안쪽으로 기울어지지 않는 2개 패널을 갖춘 2패널 어레이)로부터의 x선 콘(242)의 위치가 참고로 도시되었다. 도 5에 비해, 1축에서의 커버영역이 디텍터 영역에 좀더 가까워졌으면서도 여전히 최적의 각도범위를 제공한다.

도 8은 도 3~5처럼 셋업된 4패널 이미터 어레이용 디텍터 평면을 보여주는데, 여기서는 2개의 상부패널들(120,121)이 서로를 향해 아랫쪽과 안쪽으로 기울어졌고, 2개의 하부패널들(122)도 서로를 향해 안쪽과 윗쪽으로 기울어져 있어, 4패널 장치에서 나온 X선들이 서로를 향해 수렴한다. 관심영역(430)에 대한 디텍터의 활성영역(420)은 전과 같지만, x선 필드의 외피(410)가 수평수직 양쪽으로 좁아졌다. 상부 패널들(120,121)의 윗쪽 2개 모서리 이미터들 각각의 상부 외측 모서리와, 하부패널들(122)의 2개 모서리 이미터들 각각의 하부 외측 모서리로부터의 x선들의 상대적 위치와 커버 영역들을 원 440, 442, 444, 446)으로 표시했는데, 각각 외피(410)의 모서리에 위치한다. 단일 패널 소스의 모서리 이미터 중의 하나(또는 주평면인 정면들이 평행하고 동일평면에 있어 안쪽으로 기울어지지 않는 2개나 4개 패널을 갖춘 2/4 패널 어레이)로부터의 x선 콘(242)의 위치가 참고로 도시되었다. 도 6~7에 비해, 양쪽 축선에서의 커버영역이 디텍터 영역에 좀더 가까워졌으면서도 여전히 최적의 각도범위를 제공한다.

아래 표는 다양한 경우에 가능한 콘 각도(공통 콜리메이터 각도), 가능한 패널수, 동시에 생기는 콘 수(즉, 동시에 작동되는 이미터수), 멀티패널 어레이에 대한 디텍터 크기(폭, 길이, 면적)에 대한 콘 크기(직경, 면적)의 비에 관한 정보를 제공한다.

표에서 알 수 있듯이, 콘 각도가 줄여들면 디텍터 크기에 대한 콘 크기의 비도 줄어든다. 따라서, 물체를 촬영하는데 필요한 콘의 수는 늘어난다. 이때문에 x선이 물체의 어느 부분에 부딪칠지를 더 잘 제어하여, 최적의 처리를 할 수 있고 피폭량도 줄일 수 있다. 다중패널로부터의 대조 각도로 인해 심도분해능을 더 높일 수 있다.

요컨대, 디텍터 크기에 대한 콘 크기의 비는 1/(패널수+2) < 디텍터에 대한 콘 크기의 비 < 0.7로 표시될 수 있다.

적용	콘 각도	패널수	동시 콘 수	멀티패널에서의 디텍터 크기에 대한 콘 크기의 비
치아	35~45°	1	1	n/a
복부	30~40°	1, 1x2	1, 2 가능	~0.5-0.6
유방	30~40°	1, 1x2	1, 2 가능	~0.5 내지 0.6
가슴	18~30°	2x2, 3x3, 4x4	4 또는 5	~0.2 내지 0.4

Claims

적어도 2개의 평면 패널들을 갖고, 패널마다 진공용기 안에 들어있는 다수의 x선 이미터들을 가지며, 상기 패널 각각이 중심 축선을 갖고 패널의 중심축선들이 서로 평행하지 않도록 패널들이 배치되는 x선 촬영장치에 있어서:
패널 보유수단을 더 포함하고;
상기 패널 보유수단은 물체를 x선 촬영하는 동안 이 물체에 대해 상기 패널들을 고정상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항에 있어서, x선 이미터 각각이 콘 중심축선을 갖는 콘 형태로 x선을 방출하고, 패널 각각의 x선 이미터들의 콘 중심축선들이 평행하도록 패널이 배치된 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 패널들 각각의 중심축선이 공통 평면에 있고, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하며, 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 2개의 패널들이 배치되는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 패널들이 2개 이상 n개이고, 패널의 중심축선이 공통 평면에 있도록 선형 어레이로 나란히 배치되며, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하며, 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 어레이내 2개의 외측 패널들이 배치되고, 중간 패널 중심축선과 인접 패널의 중심축선이 이루는 각도가 공식 (공통 콜리메이터 각도)/(n-1)로 계산되도록 중간 패널이 배치되는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 4개 이상의 패널들이 2열 이상으로 배열되고, 패널들의 중심축선들이 공통지점에 수렴하도록 패널들이 배치되며, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하고, 패널 배열의 중심에 공통지점을 연결하는 선과 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 각 열의 끝에 있는 패널들이 배치되는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 6개 이상의 패널들이 2열 이상으로 배열되고, 첫번째 열의 패널들의 중심축선들이 첫번째 공통지점에 수렴하도록 첫번째 열의 패널들이 배치되며, 후속 각각의 열의 패널들은 그 중심축선들이 각각의 후속 공통지점에 수렴하도록 배열되고, 각각의 x선 이미터가 공통 콜리메이터 각도를 갖는 콜리메이터를 포함하고, 각 열의 패널 배열의 중심에 관련 공통지점을 연결하는 선과 각 열의 패널 중심축선들이 이루는 각도가 공통 콜리메이터 각도와 같도록 각 열의 끝에 있는 패널들이 배치되는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 패널이 2개이고, 3개의 기본축선들 중 2개 각각의 패널의 중심축선들이 이루는 각도가 1°~ 89°인 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제7항에 있어서, 3개의 기본축선들 중 2개 각각의 패널의 중심축선들이 이루는 각도가 5°~ 45°인 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제7항에 있어서, 3개의 기본축선들 중 2개 각각의 패널의 중심축선들이 이루는 각도가 10°~ 20°인 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 공통 콜리메이터 각도가 10°~ 45°것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 내지 제10항 중의 어느 하나에 있어서, 중심축선을 갖는 디지털 X선 디텍터와, X선 이미터들을 각각 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제11항에 있어서, 패널들과 디텍터의 간격이 X선을 찍을 물체의 두께의 1배 내지 2배인 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제11항 또는 제12항에 있어서, 디텍터 보유수단을 더 포함하고, 물체에 X선을 찍는 동안 디텍터 보유수단에 의해 디텍터가 물체에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 패널이 2개 내지 16개인 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제11항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, x선을 맞은 디텍터에서 생긴 데이터를 처리하고 영상을 만드는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제15항에 있어서, 상기 프로세서가 소정 시간동안 받은 데이터를 처리하여 x선을 맞은 물체의 3D 단층영상 모델을 만들고, 이렇게 받은 x선들은 패널내 다른 이미터들에 의해 방출되어 다른 방향들로 물체를 투과한 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 프로세서가 3개의 기본 축선들 중의 2개에서 디텍터 중심축선에 대한 패널 각각의 중심축선의 상대 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제1항 내지 제17항 중의 어느 하나에 있어서, 물체의 x선 촬영 전에 적어도 2개의 패널들 중의 적어도 하나의 위치를 나머지 패널에 대해 조정하는 포지셔닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x선 촬영장치.
제15항에 따른 x선 촬영장치를 제공하는 단계;
디텍터와 패널 사이에 물체를 배치하는 단계;
패널들로부터 x선을 방출하는 단계;
x선을 맞은 디텍터에 의해 받은 데이터를 처리하는 단계; 및
영상을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 x선 영상 생성방법.
제19항에 있어서, 생성된 영상의 정확도를 높이기 위해 3개의 기본축선들 중의 2개에서 디텍터의 중심축선에 대한 패널 각각의 중심축선의 상대각도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 x선 영상 생성방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 디텍터가 소정 시간동안 데이터를 받는 단계를 더 포함하고, 이렇게 받은 x선들은 패널내 다른 이미터들에 의해 방출되어 다른 방향들로 물체를 투과한 것이며, 상기 데이터를 프로세서가 처리하여 물체의 3D 단층영상 모델을 만드는 것을 특징으로 하는 물체의 x선 영상 생성방법.