KR20220129013A - 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템은, X-선 소스 및 유방을 통과한 다음 상기 X-선 소스로부터 X-선을 검출하도록 구성되는 X-선 검출기를 포함한다. 상기 시스템은 상기 X-선 검출기를 유방으로부터의 제1 변위에서 유방에 바로 인접하거나 유방에 접촉되는 제2 변위로 변환시킬 수 있도록 상기 X-검출기에 작동가능하게 연결되는 X-검출기 변환 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 상기 X-검출기로부터 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 수신하고, 상기 제1 변위에서 상기 X-검출기에 의해 검출되는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 수신하며, 상기 유방의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상을 산출한다. 상기 시스템은 상기 X-검출기로부터 유방조영술 데이터 세트를 수신하고, 상기 유방조영술 데이터 세트는 제2 변위에서 상기 X-검출기에 의해 검출되며, 유방의 유방조영술 영상을 산출한다.

Description

유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템
본 출원은 2020년 1월 16일에 출원된 미국 가출원 번호 62/961,886에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 포함된다.
본 발명은 NIH(National Institute of Health)에서 수여한 보조금 번호 R01CA181081 및 R01CA214515 하에 정부 지원으로 이루어졌습니다. 정부는 발명에 대한 특정 권리를 가지고 있다.
본 발명의 현재 청구된 실시예들은, 의료 영상 촬영과 안내 시스템, 보다 구체적으로, 유방 X-선 영상 촬영과 생체검사 안내 시스템에 관한 것이다.
현재 유방의 영상 촬영을 위한 최신 기술은 일반적으로 디지털 유방조영술(digital mammography)이며, 상기 디지털 유방조영술은 때때로 소위 유방 단층촬영술(breast tomosynthesis)이라고 불리우는 제한된 각도의 단층 촬영 방법(limited angle tomography)과 결합되어 활용되고 있다. 하지만, 유방 영상 촬영 커뮤니티(the breast imaging community)는 이와 같은 2차원 또는 유사 3차원 영상 촬영 기법들이 유방암(breast cancer)의 검출, 진단과 평가의 요구들을 충분히 해결하지 못한다는 것을 인정하고 있다.
제너럴 일렉트릭사(General Electric)의 초기 노력과 유씨 데이비드사(UC Davis), 코닝사(Koning Corporation)와 기타의 여러 연구자들의 최근 연구를 포함하여, 여러 연구자와 기업이 유방 영상 촬영에 대한 컴퓨터 단층 촬영 원리들(computed tomography principles)의 사용에 대해 연구하고 있다. 일반적으로, 이러한 리서치 연구와 특허들에서 설명하는 시스템은 환자가 테이블에 엎드려 있는 상태에서, 소위 펜던트 포지션(pendant position)으로 불리우는 상기 테이블에 형성된 홀을 통해 유방이 매달려 있는 상태에서 한 번에 하나의 유방을 촬영하는 것을 설명한다.
하지만, 이와 같은 유방 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT) 기반 시스템 중 어느 것도 환자가 별도로 분리된 영상 시스템 사이를 이동할 필요 없이 완전한 3차원 컴퓨터 단층 촬영 데이터 세트(3D CT data set) 뿐만 아니라 유방조영술 영상(mammogram)을 생성하는 영상 촬영 시스템의 능력을 포함하지 않는다.
문헌 1 : Reese DF, Carney JA, Gisvold JJ, Karsell PR, Kollins SA. 1976. Computerized reconstructive tomography applied to breast pathology. Am. J. Roentegnol. 126:406-12 문헌 2 : Boone JM, Nelson TR, Lindfors KK, Seibert JA. 2001. Dedicated breast CT: radiation dose and image quality evaluation. Radiology 221:657-77 문헌 3 : Chen B, Ning R. 2002. Cone-beam volume CT breast imaging: feasibility study. Med. Phys. 29:755-70. 문헌 4 : Becker AE, Hernandez AM, Boone JM, and Schwoebel PR,, A Prototype Multi-X-ray Source Array (MXA) for digital breast tomosynthesis. Phys. Med. Biol. 65 235033 문헌 5 : Becker AE, Hernandez AM, Schwoebel PR, and Boone JM, Cone Beam CT Multisource Configurations: Evaluating Image Quality, Scatter, and Dose Using Phantom Imaging and Monte Carlo Simulations. Phys. Med. Biol. 65 235032
본 발명은 환자가 별도로 분리된 영상 시스템 사이를 이동할 필요 없이 완전한 3차원 컴퓨터 단층 촬영 데이터 세트(3D CT data set) 뿐만 아니라 유방조영술 영상(mammogram)을 생성하는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템에 관한 기술 내용을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템은 X-선 소스 및 유방의 적어도 일부분을 통과한 X-선 소스로부터 X-선을 검출하기 위한 X-선 검출기를 포함한다. 상기 다중 모드 시스템은 유방으로부터의 제1 변위에서 유방에 바로 인접하거나 접촉되는 적어도 하나의 제2 변위로 X-선 검출기를 변환할 수 있도록 X-선 검출기와 작동가능하게 연결되는 X-선 검출기 변환 시스템(X-ray detector translation system)을 포함한다. 상기 다중 모드 시스템은 상기 X-선 검출기와 통신하도록 구성되는 X-선 영상 프로세서를 포함한다. 상기 X-선 영상 프로세서는 X-선 검출기로부터 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT) 데이터 세트를 수신하고, 상기 제1 변위에서 X-선 검출기에 의해 검출되는 CT 데이터 세트를 수신하며, 상기 CT 데이터 세트를 기반으로 유방의 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT) 영상을 산출한다. 상기 X-선 영상 프로세서는 상기 제2 변위에서 상기 X-선 검출기에 의해 검출되는 유방조영술 데이터 세트(mammography data set)를 상기 X-선 검출기로부터 수신하고, 상기 유방조영술 데이터 세트에 기초하여 상기 유방의 유방조영술 영상(mammogram)을 산출한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법은, 유방으로부터의 제1 변위에서 X-선 검출기로부터 CT 데이터 세트를 획득하는 단계와, 상기 CT 데이터 세트에 기초하여 유방의 CT 영상을 산출하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 유방에 바로 인접하거나 접촉되는 적어도 하나의 제2 변위에서 X-선 검출기로부터 유방조영술 데이터 세트를 획득하는 단계;와 상기 유방조영술 데이터 세트에 기초하여 유방의 유방조영술 영상을 산출하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에 따른 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템은, 환자가 별도로 분리된 영상 시스템 사이를 이동할 필요 없이 완전한 3차원 컴퓨터 단층 촬영 데이터 세트(3D CT data set) 뿐만 아니라 유방조영술 영상(mammogram)을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에 따른 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템은, 다중 소스 X-선 튜브 기술의 도입으로 CT 형상의 한계를 직접적으로 해결하며, 완전한 3차원 유방 CT 데이터 세트의 획득과 동일한 설정에서 하나 또는 그 이상의 디지털 유방조영술 영상을 획득할 수 있고, 고품질의디지털 유방조영술 영상의 획득을 허용할 수 있다.
추가적인 목적과 장점들은 설명, 도면과 예시의 고려로부터 명확해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예들에 따른 유방 영상화를 위한 다중 모드 시스템을 계략적으로 나타낸 상면도이다. 도 1a는 X-선 소스로부터 X-선 빔이 생성되고, X-선 빔이 X-선 콜리메터(x-ray collimator)와 유방을 각각 통과하여 검출기를 타격(strike)하는 유방 CT를 위한 구성의 시스템을 도시한다. 상기 시스템은 유방 CT 데이터를 획득하기 위해서 유방의 주위를 360° 이상 완전히 회전할 수 있다. 상기 X-선 소스는 회전축으로부터 등선량 중심까지의 거리(source to isocenter distance, SIC)에 위치하며, 등선량 중심과 X-선 검출기 사이의 거리는 등선량 중심에서 검출기 까지의 거리(DIC)로 정의된다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 유방 영상화를 위한 다중 모드 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 1b는 회전하는 갠트리(gantry)의 상부에 배치된 X-선 튜브 지지대와 검출기 지지대를 포함하는 유방 CT를 위한 구성의 시스템을 나타낸다. 상기 갠트리는 베어링 시스템에 의해 정의되는 등선량 중심(isocenter)의 주변으로 회전한다. 그리고, 상기 갠트리는 상기 베어링 시스템의 일부인 모터에 의해 회전된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따라 X-선 검출기의 재배치(repositioning)가 가능한 다중 모드 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 2a는 유방 CT 획득(CT acquisition)을 위한 형상(geometry)을 나타낸다. 반면에, 도 2b는 이차원 유방조영술 영상을 획득하기 위한 갠트리의 형상을 나타내며, DIC를 감소시키기 위해서 X-선 튜브 및 관련된 지지 구조가 갠트리를 따라 유방을 향해 변환(translate)되어 이차원 유방조영술 영상(2D mammography)을 획득하기 위한 갠트리의 형상을 나타낸다. 이 형상은 디지털 유방조영술(digital mammography)의 형상과 유사하다.
도 3a 및 도 3b는 상기 시스템이 디지털 유방조영술 영상의 획득 모드(digital mammography acquisition mode)에 사용될 때, 디지털 유방조영술 영상 획득을 위한 형상에서 산란을 줄이기 위해 산란 방지 X-선 그리드의 도입을 나타낸 개략도이다. 디지털 유방조영술 영상을 획득하기에 앞서 상기 X-선 산란 그리드(x-ray scatter grid)를 X-선 필드(x-ray field)로 기계적으로 변환시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 X-선 검출기의 변환(translation)을 나타낸 개략도이다.
도 4b에서는, 상기 전체 갠트리는 갠트리 모터 어셈플리의 상부에 위치하는 장착 브래킷을 기준으로 전체 갠트리가 변환된 상태를 나타낸다. 이와 같은 형상(geometry)은 이차원 유방 촬영 영상 획득을 위해 3차원 유방 CT 영상 획득을 위해 사용된 것과 동일한 소스와 검출기 거리를 유지한다. 이와 같은 구성에서, X-선 튜브 지지대와 검출기 지지대는 갠트리의 상면에서 반드시 변환되는 것은 아니며, 갠트리는 모터 어샘블리를 기준으로 상대적으로 변환된다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 CT 영상 획득의 형상을 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따라 산란 방지 X-선 그리드와 결합된 갠트리 변환 형상을 갖는 유방조영술과 유방 단층 합성 획득 모드(tomosynthesis acquisition mode)를 나타낸다.
도 6a는 유방을 압측(compress)하는 역할을 할 수 있고, 시스템의 유방 컴퓨터 단층 촬영 영상 획득 모드(CT acquisition mode)에서 사용될 수 있는 고정 장치의 도입을 나타낸 개략도이다. 상기 압축 및 고정 시스템은 환자의 유방을 고정하기 위해서 상기 회전 갠트리와 베어링 어셈블리를 관통하는 고정 구조 부재로부터 지지되거나, 환자 테이블에 매달릴 수 있다.
도 6b는 디지털 유방조영술 영상을 획득하기 위한 형상에서 시스템에 의해 배치된 유방 압축/고정 시스템을 나타낸 개략도이다. 상기 시스템은 도 3b 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 X-선 산란 그리드를 포함하거나 또는 포함하지 않고 배치될 수 있다. 이와 같은 형상은 갠트리를 기준으로 X-선 튜브 지지대와 X-선 검출기가 고정된 상태를 유지하고, 갠트리가 모터 어셈블리에서 변환되는 유방조영술의 형상(mammography geometry)을 나타낸다. 또 다른 실시예는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 유방조영술의 형상을 달성하기 위해 갠트리의 상부에 X-선 검출기 시스템의 변환을 포함할 수 있다.
도 7은 평평한 압축면(planar compression surface)을 갖는 원격 제어 압축/고정 장치를 나타낸 개략도이다. 도시된 바와 같이, 상기 압축면의 하나 또는 둘 모두가 생체검사용 접근 윈도우(biopsy access window)를 제공할 수 있다.
도 8은 유사 원통형 방식으로 유방을 배치하는데 사용될 수 있고, 영상 촬영과 생체검사에 모두 우수한 고정화를 유지할 수 있는 비평면 압축면(non-planar compression surface)을 갖는 원격 제어 압축/고정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 9는 영상 시스템의 Z축을 따라 동일선상으로 또는 엇갈린 위치에 일반적으로 배치되는 다중 초점(multiple forcal spot)을 포함하는 X-선 튜브가 배치된 유방 CT 시스템을 나타낸 개략도이다. 상기 다중 초점은 원뿔 각도(cone angle)를 감소시켜 CT 데이터 세트의 획득을 가능하게 하고, 이와 같은 구성(중첩 형상이라고 함)에서 각각의 초점은 검출기 표면의 대부분 또는 전체를 따라 투사될 수 있다.
도 10a는 동일 평면 압축 시스템(co-planar compression system)을 사용하여 압축한 유방에 대한 유방 CT용 튜브 전류 변조(tube current modulation)를 나타낸 모식도이다.
도 10b는 비평면 압축 패들(non-planar compression paddle)을 사용하여 압축 및 고정되는 유방의 유방 CT 전용 튜브 전류 변조를 나타낸 모식도이다.
도 11은 의심되는 병변(lesion)의 위치를 영상 촬영하기 위해 사용되는 소스 중 하나(모두는 아니나 하나 또는 복수 개)만 사용되는 다중 소스 시스템을 나타낸 개략도이다. 이와 같은 형상은 유방의 선량이 비록 유방에 단지 작은 부분에만 조사되기 때문에 유방 선량은 낮다고 하더라도 X-선 테크닉(mA 또는 시간 또는 kV 또는 이들의 조합)을 증가시켜 더욱 높은 신호 대비 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR) 영상을 제공할 수 있도록 한다. 이와 같은 형상은 또한 큰 원뿔 각도를 사실상 제거하고, 가상(X-선) 영상의 생체검사로서 사용할 수 있다. 또는 이와 같은 형상은 유방의 물리적 니들 코어(또는 기타) 생체검사를 가이드하기 위해 사용할 수도 있다.
도 12는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하기 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명의 일부 실시예들은 아래에서 상세히 논의된다. 실시예들을 설명함에 있어서, 명료함을 위해 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 그렇게 선택된 특정 용어로 제한되도록 의도되지 않는다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 넓은 개념을 벗어나지 않으면서 다른 동등한 구성요소가 채용될 수 있고 다른 방법이 개발될 수 있음을 인식할 것이다. 배경 및 상세한 설명 섹션을 포함하여 본 명세서의 어느 곳에서나 인용된 모든 참조는 각각이 개별적으로 통합된 것처럼 참조로 통합됩니다.
유방 영상 촬영 분야에서 단층 합성 기법(tomosynthesis)의 도입은 기존의 디지털 유방조영술 시스템(digital mammography system)과 결합되었다는 사실에 의해 가능해졌다. 상기 디지털 유방조영술 시스템은 미세 석회화 검출(microcalcification detection)에 탁월하지만, 초기 단층 촬영 시스템이 거대 병변 검출(mass lesion detection)에 더욱 적합한 것으로 여겨지면서 이와 같은 관측은 매우 중요하다. 실제로, 단층 촬영 기법은 미세 석회화 검출을 위해 디지털 유방조영술만큼 효율적이지 않다고 인식되었다. 따라서, 미국 시장에서 단층 촬영 기법의 초기 도입(즉, FDA 승인)은 독립형 유방 영상화 방식이 아니라 유방조영술에 대한 추가 기능이어야만 하였다.
본 발명의 실시예는 유방조영술의 고해상도 기능들과 단층 합성기법에 의해 제공되는 유사 3차원 영상 획득 기능(pseudo-3D image acquisition functionality)을 활용한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 유방이 검출기에 근접하게 접촉 상태에서 기존의 2차원 유방조영술 영상(즉, 유방의 X-선 영상, mammogram)의 획득을 허용하는 단일 유방 촬영 시스템을 포함하고, 단일 유방 촬영 시스템은 3차원 유방 CT 데이터 세트의 획득을 위한 신속한 위치 조정(그리고 잠재적인 재구성)을 가능하게 한다.
또한, 흉벽에 가까운 고품질의 영상을 생성해야 하기 때문에, 유방 CT 시스템에 사용되는 원뿔 빔 형상(cone beam geometry)은 일반적으로, X-선 초점이 유방의 후방쪽으로 위치하는 반원뿔 빔 형상(half cone beam geometry)이다. 이와 같은 형상은 유방의 앞쪽 부분을 향해 가장 큰 커다란 원뿔각(cone angle)을 생성한다. 큰 원뿔각의 영상 촬영은 Tuy의 원리를 위반하여 널콘(null cone)으로 인해 어려움을 겪기 때문에, 본 발명의 실시예들은 또한 하나의 진공 인클로저(single vacuum enclosure) 내에 다수의 X-선 초점들을 포함함으로써, 전방-후방(A-P) 거리를 확장하고 원뿔을 감소시킨 다수의 투사 영상(projection image)을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 완전한 3차원(360° 보다 큰 각도 획득)의 유방 컴퓨터 단층 촬영 시스템(breast computed tomography imaging system, bCT)에서 고품질의 2차원 디지털 유방조영술 영상의 획득을 허용할 수 있다. 상기 시스템은 예를 들면 총각도가 15° ~ 60° 범위인 허용 각도로 제한된 각도의 단층 촬영(단층 합성)을 수행할 수 있거나 없을 수도 있다.
유방 CT는 디지털 유방조영술에 비해 우수한 거대 병변 검출 성능을 제공하는 것으로 나타났으나, 공간 해상도, 영상 노이즈, 초점 흐려짐 등을 포함하는 많은 요소가 결합되어 유방의 전체 3차원 CT 데이터 세트에서 미세 석회화의 검출 가능성을 감소시킨다. 많은 연구 그룹이 이와 같은 한계를 해결하기 위해 노력하고 있으나, 본 발명의 실시예들은 완전한 3차원 유방 CT 데이터 세트의 획득과 동일한 설정에서 하나 또는 그 이상의 디지털 유방조영술 영상을 획득할 수 있는 디지털 유방조영술 시스템을 결합한다.
나아가, 일부 실시예들에서 상기 bCT 시스템은 원뿔 빔 bCT 시스템(breast computed tomography imaging system)일 수 있다. 유방 촬영에 사용되는 원뿔 빔 CT 형상은 원뿔 빔 형상에 의해 생성된 인공물들(artifacts)에 대해 상대적으로 강하게 나타나지만, 이러한 원뿔 빔 인공물들의 역할은 연구 영상 커뮤니티(research imaging community)에 의해 충분히 인정받지 못할 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 원뿔 빔 CT 형상의 한계를 직접적으로 해결하는 다중 소스 X-선 튜브 기술의 도입을 포함할 수 있다. 다중 소스 X-선 튜브 기술의 한 가지 구성은 중첩 X-선 빔 형상(overlapping x-ray beam geometry)으로 정의된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 1a는 상면도를 도시하고, 도 1b는 시스템(100)의 측면도를 도시한다. 일부 실시예들에 따른 다중 모드 시스템(100)은 X-선 소스(102)와 유방(108)의 적어도 일부를 통과한 후 X-선 소스(102)로부터 X-선을 검출하도록 구성된 X-선 검출기(104)를 포함한다. 상기 시스템(100)은 X-선 검출기(104)를 유방(108)으로부터의 제1 변위(a first displacement)로부터 즉시의 적어도 하나의 제2 변위(a second displacement)로 변환시킬 수 있도록 X-선 검출기(104)에 작동가능하게 연결된 X-선 검출기 변환 시스템(110)을 포함한다. 상기 시스템(100)은 X-선 검출기(104)와 작동 가능하게 연결된 X-선 검출기 변환 시스템(110)을 포함하여 X-선 검출기(104)를 유방(108)의 제1 변위로부터 유방(108)에 바로 인접하거나 유방과 접촉하는 적어도 하나의 제2 변위로 변환시킬 수 있다. 상기 시스템(100)은 상기 X-선 검출기(104)로부터 CT 데이터 세트를 수신하기 위해 X-선 검출기(104)와 통신하도록 구성된 X-선 영상 프로세서(112)를 포함하고, 상기 CT 데이터 세트는 제1 변위에서 X-선 검출기(104)에 의해 검출되고, 상기 CT 데이터 세트에 기반하여 유방의 CT 영상을 산출한다. 상기 X-선 영상 프로세서(112)는 또한 상기 X-선 검출기(104)로부터 유방조영술 데이터 세트를 수신하기 위해 상기 X-선 검출기(104)와 통신하도록 구성되며, 상기 유방조영술 데이터 세트는 제2 변위에서 X-선 검출기(104)에 의해 검출된다. 그리고, 상기 유방조영술 데이터 세트에 기초하여 유방(108)의 유방조영술 영상을 산출한다.
일부 실시예들에 따른 상기 다중 모드 시스템(100)은 X-선 소스(102) 및 X-선 검출기(104)에 기계적으로 결합된 갠트리(114)와 갠트리 컨트롤러(116)를 포함한다. 상기 갠트리 컨트롤러(116)는 CT 데이터 세트를 검출하는 동안, 유방(108)을 중심으로 상기 X-선 소스(102) 및 X-선 검출기(104)가 회전하도록 제어하고, 갠트리(114)가 제2 변위에 있을 때 상기 갠트리(114)가 회전하는 것을 방지하도록 구성된다.
일부 실시예들에 따른 상기 다중 모드 시스템(100)은 X-선 소스 지지대(117),및 X-선 소스(102)에 의해 방출된 X-선을 시준(collimate)하는 X-선 콜리메이터(118)를 포함한다. 상기 X-선은 상기 유방(108) 상에 엑스레이 초점(124)에 집속된다. 상기 다중 모드 시스템(100)은 또한 검출기 지지대(120)를 포함할 수 있다. 상기 검출기 지지대(120)는 X-선 검출기(104)를 X-선 검출기 번역 시스템(110)에 작동 가능하게 연결할 수 있다.
일부 실시예에 따른 다중 모드 시스템(100)은 베어링 및 모터(122)를 포함한다. 상기 베어링 및 모터(122)는 회전축(126)을 중심으로 갠트리(114)를 회전시킨다. 상기 갠트리(114)는 환자 테이블(128) 아래에 위치될 수 있다. 유방을 촬영하는 동안, 상기 환자의 유방(108)은 상기 환자 테이블(128)의 홀을 통해 매달릴 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 상기 X-선 소스 지지대(117) 및 검출기 지지대(120)는 유방(108)을 통해 연장되는 회전축(126)으로 정의되는 갠트리(114)의 등선량 중심(isocenter)을 향하는 방향과 등심축에서 멀어지는 방향으로 변환되도록 구성된다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 X-선 소스(102)는 원뿔 빔 X-선 소스이고 X-선 검출기(104)는 평면 패널 X-선 검출기이다. 상기 다중 모드 시스템(100)은 원뿔-빔 CT 데이터 세트를 생성하고 원뿔 빔 CT 영상 촬영을 수행할 수 있다.
도 2a 내지 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 다종 모드 시스템을 도시한다. 도 1a 및 도 1b와 같은 동일한 참조 번호들은 동일한 특징에 해당한다. 예를 들면, 도 1a의 참조부호 104, 도 2a에서 204, 도 3a에서 304는 각각 X-선 검출기를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일부 실시예에 따라 X-선 검출기의 재배치(repositioning)가 가능한 다중 모드 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 2a는 유방(208)의 제1 변위에서 X-선 검출기(204)를 나타낸다. 도 2b는 유방(208)과 접촉되거나 유방(208)과 바로 인접하는 적어도 하나의 제2 변위에서 X-선 검출기(204)를 나타낸다. 상기 X-선 검출기 변환 시스템(210)은 X-선 검출기(204)를 도 2a에 나타낸 제1 위치에서 도 2b에 나타낸 제2 위치로 변환한다. 일부 실시예에 따른 상기 X-선 검출기 변환 시스템(210)은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, X-선 소스(202)의 위치를 변경하지 않고 상기 X-선 검출기를 제1 변위에서 제2 변위로 변환하도록 구성된다.
도 2a의 시스템(200)은 CT 촬영을 위해 구성된 유방 CT 시스템을 나타내며, 도 2b는 X-선 기계적 변환에 의해 등선량 중심을 향해 이동한 X-선 검출기(204)를 포함하는 시스템(200)을 나타낸다. 상기 X-선 검출기(204)를 유방(208)과 더 가까워지도록 이동시키는 공정은 유방의 배율(magnification)을 감소시키고, 초점의 유한한 크기의 결과를 감소시겨 공간 해상도(spatial resolution)를 증가시킨다. 실제로, 디지털 유방조영술 영상을 생성하기 위해서 기존의 X-선 소스와 검출기 기술을 활용하는 것은 디지털 유방조영술과 유사한 값으로 X-선 소스 전위의 감소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 26 ~ 35 kV, 그리고, 검출기 획득 모드를 1 × 1 모드로 변경한다. 이는 검출기의 공간 해상도를 기존 디지털 유방조영술에 사용되는 것과 유사하게 향상시킬 수 있다.
종종 유방 CT 영상의 획득에 필요한 검출기의 프레임률(frame rate)를 증가시키기 위해서, 2 × 2 모드의 검출기 요소 비닝(detector element binning)을 사용하는 경우가 많다. 이에 대한 현재 기술의 예시들은 Varian PAXSCAN 4030B 검출기를 포함한다. Varian PAXSCAN 4030B 검출기는 초당 7.5 프레임의 획득 속도로 1 × 1 모드에서 194 ㎛의 기본 검출기 요소 측면 길이(native detector elements side-length)와, 초당 30 프레임 획득 속도로 2 × 2 모드에서 388 ㎛의 유효 검출기 요소(effective detector element)를 갖는다. 또 다른 예는 DEXELA 2329 검출기이다. DEXELA 2329 검출기는 초당 26 프레임의 획득 속도로 1 × 1 모드에서 75 ㎛의 기본 검출기 요소 측면 길이와, 초당 대략 50 프레임의 획득 속도로 2 × 2 모드에서 150μm의 유효 검출기 요소 크기를 갖는다. 이와 같은 원뿔 빔 검출기 시스템은 공간 분해능과 시간 분해능(temporal resolution)을 절충(trade-off)할 수 있는 능력과 그 반대의 능력을 통해 유연성을 나타낼 수 있다. 본 발명의 실시예들은 디지털 유방조영술을 위해 높은 공간 해상도와 낮은 시간 해상도의 영상 획득 모드와 유방 CT를 위해 높은 시간 해상도와 낮은 공간 해상도의 영상 획득 모드를 사용한다.
도 3a 및 도 3b는 이와 같은 획득 형상에서 산란을 감소시키기 위해 상기 시스템이 유방조영술 획득 모드에서 사용될 때 산란 방지 X-선 그리드의 도입을 나타낸다. 이것은 도 3b에서 X-선 검출기(304)가 유방(308)의 근접 위치로 이동하였기 때문에 크게 요구되며, 이에 따라 입체각 고려(solid angle consideration)에 의해 더욱 많은 X-선 산란이 검출될 것이다. 도 3b에 도시된 구성은 산란 방지용 X-선 그리드(330)를 나타내며, 산란 방지용 X-선 그리드(330)는 X-선 빔의 내부 또는 외부 중 어느 쪽으로라도 자동 변환(automatic translation)을 통해 이동할 수 있다. 예를 들면, 산란 방지 X-선 그리드(330)는 컴퓨터에 의해 제어되는 액추에이터와 결합될 수 있으며, 사용자가 산란 방지 X-선 그리드(330)의 삽입과 제거를 원격으로 제어할 수 있다.
이전 연구에서는 디지털 유방조영술을 수행하기 위해 전통적인 X-선 산란 그리드(X-ray scatter grid)의 활용이 크게 응축된 유방 두께(Ex. 5 cm 이상의 압축 유방 두께)에만 유리하고 작은 유방에는 필요하지 않을 수 있다고 제안하였다. 도 3a는 CT 촬영을 위한 위치에 비산 방지 X-선 그리드(330)를 사용하지 않는 X-선 검출기(304)를 나타낸 것이다. 도 3b에서는 상기 X-선 검출기(304)는 유방조영술의 영상 촬영을 위해 산란 방지용 X-선 그리드(330)가 사용된다. 컴퓨터 제어 방식의 기계적 전환으로 산란 방지용 X-선 그리드(330)를 빔의 내부와 외부로 이동시킬 수 있으므로, 최적의 환경에서 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기(404)의 변환(translation)이 도시되어 있다. 도 4b는 도 4a에 도시된 형상과 대조되는 형상이 도시되어 있다. 이 실시예에서, X-선 소스 지지대(417)와 X-선 검출기 지지대(420)는 갠트리(414) 상에 고정된 상태이며, X-선 소스(402)가 유방으로부터 멀어지는 반면에 X-선 검출기(404)가 스캐너의 등선량 중심에 있는 유방(408)에 가까워지도록 갠트리(414) 전체가 변환된다. 일부 실시예에서, 상기 베어링 및 모터(422)는 상기 갠트리(414)를 회전시키거나 변환하는 X-선 검출기 변환 시스템으로서의 역할을 할 수 있다. 또는, 상기 베어링 및 모터(422)는 상기 갠트리(414)를 회전시킬 수 있으며, 상기 갠트리(414)를 변환하기 위해 제공되는 추가적인 X-선 검출기 변환 시스템(예를 들어, 모터 및 볼 드라이브, 도시하지 않음)이 제공될 수도 있다. 일부 실시예에 따른 X-선 검출기 변환 시스템은, 도 4a에 도시된 바와 같이, X-선 검출기(404)가 제1 변위에 위치할 때, 도 4b에 도시된 바와 같이 X-선 검출기(404)가 제2 변위에 위치할 때, 각각 X-선 소스(402)와 X-선 검출기(404) 사이의 거리를 동일하게 유지하기 위해 X-선 소스(402)를 변환한다.
도 4b에 도시된 형상은 도 2b에 도시된 형상보다 초점 배율(focal spot magnification)이 낮다. 감소된 초점 배율은 초점 배율로 인한 분해능 손실을 감소시키는 것에 의해 공간 분해능을 증가시킨다. 이와 같은 구성은 유방조영술의 영상 촬영 방법의 관점에서 유리할 수 있으나, CT 갠트리가 유방 CT 스캐너의 형상의 중심 위치에서 상당히 돌출되어 있음을 시사한다. 이는 도 4b에 도시된 형상 내에 X-선 갠트리가 위치하는 동안 시스템이 큰 각도에 걸쳐 회전할 수 없음을 의미할 수 있다.
도 4b의 형상은 유방 CT 하우징의 형상의 제약 조건 내에서도 상기 시스템이 유방의 디지털 유방조영술 영상을 획득하는 것과 더불어 유방의 단층 합성 영상을 획득하는 것을 허용한다. 단층 합성은 유방 CT와 경쟁적이지 않으므로, 대부분의 상황에서 필요하지 않을 수 있으나, 일부 상황에서는 방사선 전문의 또는 다른 영상 전문가가 단층 합성 영상을 이전에 획득한 영상와 비교하기를 원할 수 있으며, 이와 같은 경우에 단층 합성 영상는 이들을 비교하기 위해 유용할 수 있다.
도 5a는 CT 영상 획득의 형상을 나타내고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 산란방지용 X-선 그리드(530)와 결합된 갠트리 전환 형상을 갖는 유방조영술 영상 획득과 단층 합성 영상의 획득 모드를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 컴퓨터 제어 하에서 모터 구동식 변환으로 산란 방지용 X-선 그리드(530)를 배치할 수 있어 산란 방지용 X-선 그리드가 유용한 영상 촬영 조건에 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 다중 모드 시스템은 유방 고정 장치를 추가로 포함한다. 상기 유방 고정 장치는 CT 데이터 세트와 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나를 검출하는 동안 유방을 고정시키도록 구성된다. 유방 CT 형상은 원통형 유방에 가장 적합할 수 있으면, 디지털 유방조영술과 디지털 단층 합성의 경우에는 압축된 상태의 유방이 더욱 바람직한 형상이다.
도 6a 및 도 6b는 유방을 압축하기 위해 사용되는 고정 장치(632)의 사용을 나타낸다. 유방 압축의 역학은 또한 유방 고정을 함께 수행하는 역할을 한다. 영상의 관점에서 유방의 압축은 바람직한 것으로 고려될 수 있으나, 고정은 환자의 동작을 줄이고 유방 생체검사(biopsy) 동안 유방의 움직임을 방지하기 위해 필요하다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 유방 고정 장치는 방사선 투과성 물질을 포함한다. 상기 방사선 투과성 물질(radiolucent material)은 생체검사 니들(biopsy needle)이 통과할 수 있는 윈도우(window)로 정의할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 생체검사 윈도우(biopsy window)는 잘라낸 간격(cut-out gap)일 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 유방 고정 장치(632)는 기준면(datum surface) 상에 장착되어 갠트리(614)와 함께 회전, 또는 대부분의 상황에서 변환하지 않는 구조를 갖는다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 유방 고정 장치(632)는 영상 촬영 시스템의 베이스에 장착된 고정 포스트(634)에 부착된다. 상기 고정 포스트는 모터 어셈블리의 중앙 홀과 갠트리(614)를 관통한다. 상기 갠트리(614)를 관통하는 것과 관련하여, 갠트리(614)가 베어링 및 모터(622)를 가로질러 변환하는 실시예의 경우, 고정 포스트(634)는 변환하는 갠트리(614)의 슬롯 내에 위치할 수 있음을 유의해야 한다.
상기 압박/고정 장치를 구성하기 위한 대안적인 실시예로서, 상기 환자 테이블을 장착하기 위한 기준면으로 사용할 수 있다. 이와 같은 경우 장치가 환자 테이블 아래에 매달려 있을 수 있다. 이것은 테이블이 수평 변환 또는 수직 변환이 가능할 때 유용할 수 있다.
디지털 유방조영술을 수행하는 과정 중 압축에 대한 경험은 널리 알려져 있으며, 일반적으로 두 가지 평면 서비스가 사용되어 압축과 고정화를 달성한다. 영상 촬영 플랫폼의 베이스는 전형적으로, 유방 플랫폼의 바닥 역할을 하며, 유방 영상 촬영 플랫폼의 표면의 평면 수직으로 변환되는 패널을 사용하여 압축 및 고정을 지원한다. 디지털 유방 촬영에서 두 개의 평평한 평면이 압축/고정을 위해 종종 사용되지만, 스프링 장력 하에서 다양한 수준의 약간의 곡률과 패널 굴곡은 임상 및 상업적 실무에서 사용되어 왔다. 디지털 유방조영술에서 2개의 평평하고 납작한 표면이 압축 및 고정을 위해 종종 사용되지만, 스프링의 장력 하에서 다양한 수준의 비스듬한 곡률과 패널의 굴곡은 임상적으로나 상업적 실무에서 사용되고 있다. 도 7은 현재 디지털 유방조영술과 단층 합성 시스템에서 압축 패널을 묘사하는 평평한 압축면(702, 704)을 갖는 모터 제어 압축 시스템의 사용을 나타낸다. 상기 압축 패널(702, 704) 중 적어도 하나는 생체검사용 접근 윈도우(biopsy access window, 706)를 구비하여 생체검사용 바늘이 압축 패널을 통과하도록 할 수 있다. 상기 시스템(700)은 평평한 압축면(702, 704)을 서로 가깝게 하거나 또는 멀어지게 하기 위해 회전축(708)을 중심으로 수동으로 또는 모터를 사용하여 회전될 수 있는 나사를 포함할 수 있다.
도 8은 유방조영술에서 보다 평평한 “팬케이크” 형태의 유방과 대조적으로 일반적으로 더욱 원통형의 형상으로 유방을 촬영하여 유방 CT 영상 획득에 유용한 비평면 압축 시스템(800)을 나타낸다. 상기 비평면 압축 시스템(800)은 비평면 압축면이 형성된 2개의 압축 패널(802, 804)을 포함한다. 상기 2개의 압축 패널(802, 804)은 오목한 면이 형성된 구조일 수 있으며, 예를 들어 곡면 구조의 오목한 면이 서로 마주보는 구조일 수 있다. 상기 비평면 압축면이 형성된 압축 패널(802, 804) 중 적어도 하나는 생체검사 니들이 압축 패널을 통과할 수 있게 하는 생체검사용 접근 윈도우(806)를 포함할 수 있다. 상기 시스템(800)은 2개의 압축 패널(802, 804)을 서로 가까이 또는 멀어지게 하기 위해 회전 축(808)을 중심으로 수동으로 또는 모터를 사용하여 회전될 수 있는 나사를 포함할 수 있다. 상기 2개의 압축 패널(802, 804)은 압축 벡터(810)를 따라 변환 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2개의 압축 패널(802, 804)은 고정 중심을 향해 이동하므로, 유방은 양쪽에서 서서히 압축되고, 어느 방향으로도 이동하지 않는다. 이렇게 하면, 유방이 FOV의 중앙에 적절히 배치되는 동시에 압축된다.
도 9는 단일 진공 X-선 튜브 인클로저(940) 내에 다수의 X-선 소스(902, 936, 938)를 포함하는 다중 모드 시스템(900)을 나타낸 개략도이다. 이와 같은 형태는 각 X-선 소스가 전체 X-선 검출기(904)에 가깝게 조명되고, 유방(904)의 해당 부분을 커버하는 중첩 필드를 나타낸다. 원칙적으로, X-선 검출기(904)에 의해 각각의 소스(902, 936, 938)로부터 인터리브 획득(interleaved acquisition), 즉, 교차로 배치되는 영상의 획득이 필요한 이와 같은 형태는 유방 CT 영상 촬영에 사용되는 원뿔 빔 형태의 많은 측면을 극복한다.
도 10a는 도 7에 도시된 시스템(700)과 같은 평면 압축 시스템을 이용한 유방 압축을 나타낸 모식도이다. 도 10b는 도 8에 도시된 시스템(800)과 같은 비평면 압축 시스템을 이용한 유방 압축을 나타낸 모식도이다. 상기 평면(도 10a) 또는 상기 비평면(도 10b) 압축면 중 하나가 비원통형이 되도록 유방을 조작하는 정도까지, 유방 CT 중 유방의 길쭉한 타원형 프로파일이 관전류 변조 기술(tube current modulation technique)에 도움을 줄 수 있다. 유방을 압축하는 시나리오에서 이는 관전류(mA)를 증가시켜 유방의 더욱 두꺼운 부분을 투사되는 X-선 플럭스를 증가시키는 반면에, 유방의 투과가 유방의 더욱 얇은 단면과 교차함에 따라 X-선 플럭스, 즉, 관전류를 감소시킨다.
도 11은 6개의 X-선 소스를 포함하는 멀티모달 시스템(1100)을 나타낸 개략도이다. 상기 멀티모달 시스템(1100)은 영상 촬영을 수행하는 과정 중에 단지 하나의 X-선 소스(1102 또는 서브셋)만 발사되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 X-선 소스(1102)는 병변(1142)이 존재한다고 알려진 평면에 위치하므로, X-선 소스(1102)를 사용하여 각도가 낮거나 없는 원뿔 각도의 스캔닝(low-to-no cone angle scanning)을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 각 소스에 대한 전체 콜리메이터 세트를 사용하여 검출기에 겹치지 않거나 겹치는 투사(projection)가 있는 다수의 X-선 소스를 동시에 발사할 수 있다. 예를 들어, 소스 1, 3 및 5(홀수 소스)가 한 시점에 동시에 발사될 수 있고, 소스 2, 4 및 6(짝수 소스)가 다른 시점에 동시에 발사될 수 있다. 고정된 상태의 갠트리와 함께 수행되는 이와 같은 발사 시퀀스(firing sequence)는 유방조영술을 수행하는 동안 산란 감소를 제공한다. 그리고, 유방 CT 데이터 세트의 획득을 수행하는 동안 갠트리의 회전과 함께 상기와 같은 발사 시퀀스(홀수, 짝수, 홀수, 짝수, ...)는 원뿔 빔 인공물과 원뿔 빔 획득에 수반되는 null 원뿔을 푸리에르 공간(Fourier space)에서 가상으로 제거하여 유방을 완전히 재구성할 수 있도록 한다. 이러한 펄스 시스템은 또한 시준된(collimated) 일차 빔 사이의 궤적이 산란 방사선의 신호만 포함하므로 투사 영상에서 산란 방사선의 강력한 보정을 가능하게 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다중 모드 시스템은 로봇 생체검사 어셈블리와 통신하도록 구성될 수 있다. 상기 X-선 영상 프로세서는 또한 CT 영상 및 유방 촬영 영상에 기초하여 생체검사 대상 유방 영역의 사용자로부터 지시를 수신하고, 해당 영역으로부터 조직을 획득하도록 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 멀티모달 시스템은 로봇 생체검사 어셈블리를 포함한다.
도 12는 멀티모달 유방 이미징을 수행하기 위한 방법(1200)을 도시한 플로우차트이다. 상기 방법(1200)은 유방(1202)으로부터 제1 변위에 있는 X-선 검출기로부터 CT 데이터 세트를 획득하고, CT 데이터 세트(1204)에 기초하여 유방의 CT 영상을 산출하는 단계를 포함한다. 상기 제1 변위는 고정된 상태의 유방 주변을 X-선 소스와 X-선 검출기가 완전히 또는 부분적으로 회전하는 것을 허용할 수 있다. 상기 방법(1200)은 유방(1206)에 직접 인접하거나 접촉하는 적어도 하나의 제2 변위에서 X-선 검출기로부터 유방조영술 데이터 세트를 획득하는 동작과, 유방조영술 데이터 세트(1208)에 기초하여 유방조영술 영상을 산출하는 동작을 포함한다. 제2 변위는 유방 및 X-선 검출기가 고정된 상태에서 X-선 튜브 회전을 제한하여 단층 합성 데이터 세트(tomosynthesis data set)를 획득할 수 있도록 합니다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 유방 CT 영상 및 유방조영술 영상을 디스플레이하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 상기 X-선 검출기가 상기 제1 변위에 있을 때 상기 X-선 검출기를 상기 유방 주위로 회전시키고, 상기 X-선 검출기가 상기 제2 변위에 있을 때 상기 X-선 검출기가 상기 유방 주위로 회전하는 것을 방지하는 단계를 포함한다. 이와 같은 방법은, 상기 검출기가 환자의 유방에 가까이 있는 동안 회전할 경우 발생할 수 있는 환자의 부상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 CT 영상 및 유방조영술 영상에 기초하여 생체검사 대상 유방 영역의 사용자로부터 지시를 수신하는 단계와, 해당 영역으로부터 조직을 획득하도록 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 단계를 포함한다. 상기 영역으로부터 조직을 얻기 위해 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 것은 로봇 생체검사 어셈블리를 위치 지정하여 영역으로부터 조직을 획득하는 것을 포함할 수 있으며, 로봇 생체검사 어셈블리는 생체검사 니들을 포함한다. 상기 조직을 획득하는 방법은 다음을 포함한다. 영역에 대한 생체검사 니들의 위치를 나타내는 제2 CT 데이터 세트 및 제2 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나를 획득하는 단계; 제2 CT 데이터 세트 및 제2 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나에 기초하여 유방의 제2 CT 영상 및 제2 유방조영술 영상 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 제2 CT 영상 및 제2 유방조영술 영상 중 적어도 하나에 기초하여 로봇 생체검사 어셈블리를 재배치하는 단계; 및 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하여 생체검사 니들을 사용하여 해당 영역에서 조직을 수득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 상기 X-선 검출기에 의해 검출된 X-선을 제공하는 X-선 소스의 위치를 변경하지 않고 상기 X-선 검출기를 상기 제1 변위로부터 상기 제2 변위로 변환하는 단계를 포함한다. 이러한 방법의 일례를 도 2a 및 도 2b에 모식적으로 도시하였다. 일 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 X-선 검출기가 제1 변위 및 제2 변위에 있을 때 상기 X-선 검출기와 X-선 소스 사이에 동일한 거리를 유지하기 위해 X-선 검출기와 X-선 검출기에 의해 검출된 X-선을 제공하는 X-선 소스를 변환하는 단계를 포함한다. 이러한 방법의 일례가 도 4a 및 도 4b에 모식적으로 도시되어 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스를 변환하는 것은, 상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스에 물리적으로 결합된 갠트리를 선형적으로 변환하는 단계와, 상기 갠트리가 상기 제1 변위에 있을 때 상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스를 상기 유방 주위로 회전시키는 단계를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 유방 고정 장치를 이용하여 CT 데이터 세트 및 유방 촬영 데이터 세트 중 적어도 하나를 검출하는 동안 유방을 고정하는 단계를 더 포함한다. 상기 유방 고정 장치는 생체검사 니들이 통과할 수 있는 윈도우를 정의하는 방사선 투과성 물질을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 방법(1200)은 CT 영상 및 유방 촬영 영상을 기반으로 생체검사 대상 유방 영역의 사용자로부터 지시를 수신하는 단계, X-선 검출기를 이용하여 유방의 투시 영상 촬영(fluoroscopic imaging)을 수행하는 단계; 및 투시 영상을 사용해 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하여 해당 영역으로부터 조직을 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 유방의 컴퓨터 단층 촬영을 수행하기 위한 다중 모드 시스템은 X-선 소스, 회전 갠트리 및 유방의 투사 영상을 획득하기 위한 검출기를 포함한다. 상기 X-선 소스는 단일 폐쇄 진공 하우징 내에 하나 또는 그 이상의 X-선 초점을 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 검출기는 예를 들면 박막 트랜지스터 또는 세라믹 금속 산화물 반도체 기술을 활용하는 평판 검출기이다. 일부 실시예들에 따른 상기 검출기는 평평하지 않다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 검출기는 적어도 2개의 비평면 검출기 모듈을 사용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다중 모드 시스템은 X-선 소스 및 검출기에 연결된 갠트리를 포함하고 디지털 유방조영술 영상을 획득하기 위해 검출기를 유방에 가깝게 배치하도록 변환한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 검출기는 측면에 0.2 mm 이하의 검출기 요소를 갖는 디지털 검출기이다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 X-선 소스와 검출기 모듈은 모두 일제히 변환된 후 정지되어 디지털 유방조영술 데이터 세트를 획득한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 X-선 소스와 검출기는 둘 다 또는 둘 중 하나가 독립적으로 변환되며, 둘은 디지털 유방조영술 데이터 세트를 획득한다. 일부 실시예들에 따르면, 환자는 수평인 테이블 위에 눕는다. 일부 실시예들에 따르면, 환자 테이블은 수평이 아니다. 일부 실시예들에 따르면, 환자 테이블은 평면이 아니다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 갠트리 회전은 360° 미만, 360°와 동일, 또는 360°보다 크다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 갠트리 회전은 180° 미만이나 15°보다 크다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 시스템은 영상 촬영을 위해 유방을 고정하는 압축 장치를 포함한다. 상기 압축 장치는 유방을 고정 및 압축하기 위해 2개의 평면 구조물을 사용할 수 있다. 또는, 상기 압박 장치는 두 개의 비평면 구조물을 사용하여 유방을 고정 및 압축할 수 있다. 상기 시스템은 두 가지 유형의 압축 장치를 모두 사용할 수 있다. 예를 들어 평면 압축 장치는 유방조영술 영상 촬영에 사용할 수 있으며, 비평면 압축 장치는 3차원 CT 영상 촬영에 사용할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 유방은 압축(compress)되며, 로봇 장치는 시스템에서 획득한 영상을 사용하여 의료 전문가에 의해 식별되는 생체검사를 위해 유방 영역을 지시(target) 한다. 일실시예에서, 상기 영상 지침은(guidance) 유방 CT 영상에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 영상 지침은 하나 이상의 유방조영술 영상에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 영상 지침은 단층 촬영 시스템 또는 제한된 각도 단층 촬영 시스템에 의해 제공된다. 상기 영상 지침은 복수의 유형의 영상 촬영에 의해 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 X-선 소스 및 검출기 시스템은 생체검사 지침 및 확인을 위해 형광 투시 촬영 모드(fluoroscopic acquisition mode)에서 사용된다. 일부 실시예들에 따르면, 유방 또는 기타 임상 애플리케이션을 위한 원뿔 빔 영상 촬영 시스템은 유방 CT 형상의 원뿔 빔 각도 문제를 해결하기 위해 z축을 따라 구성된 두 개 이상의 X-선 소스를 사용한다. 일부 실시예에 따르면, 여러 X-선 소스가 동시에(동일한 프레임 획득 시간 동안) 펄스되어 단일 평면 또는 곡선 패널 검출기 시스템에서 여러 X-선 투사 이미지를 획득한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, X-선 소스 어레이에서 X-선 소스 중 하나가 스캔을 위해 사용된다. 유방 내 적절한 위치에서 의심되는 병변의 고차원 SNR 영상은 더욱 고품질의 영상을 생성하기 위해 고차원 기술 인자(더 높은 mA 또는 더 높은 kV 또는 둘 다)와 함께 X-선 어레이 중 하나의 X-선 소스에 의해 지시될 수 있다. 상기 검출기 시스템은 일반 원뿔 빔 영상 촬영에 사용되는 2 × 2 모드 대신 1 × 1 모드와 같은 고해상도 모드로 설정할 수 있다. 상기 영상은 의심되는 병변이 있는 부위로 유방 조직검사를 안내하는 데 도움이 될 수 있다.
본 명세서에서 예시되고 논의되는 실시예들은 당업자에게 본 발명을 어떻게 사용하고 제조할 수 있는지를 단순히 가르치는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 명확성을 위해 특정 용어가 사용된다. 다만, 본 발명은 그렇게 선택된 특정 용어에 한정되는 것은 아니다. 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예는 상기 지시에 비추어 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명을 벗어남이 없이 수정되거나 변경될 수 있다. 따라서, 청구항 및 그 등가물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것 이외의 방법으로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템으로서,
    X-선 소스;
    유방의 적어도 일부분을 통과한 후 상기 X-선 소스로부터 X-선을 검출하도록 구성되는 X-선 검출기;
    상기 유방에서의 제1 변위로부터 상기 유방에 바로 인접하거나 접촉하고 있는 적어도 하나의 제2 변위로 상기 X-선 검출기를 변환시킬 수 있도록 상기 X-선 검출기에 작동 가능하게 연결된 X-선 검출기 변환 시스템; 및
    다음을 위해 상기 X-선 검출기와 통신하도록 구성되는 X-선 영상 프로세서:
    상기 X-선 검출기로부터 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 수신하고, 상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트는 상기 제1 변위에서 상기 X-선 검출기에 의해 검출되며;
    상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 기반으로 상기 유방의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상을 산출하며,
    상기 X-선 검출기로부터 유방조영술 데이터 세트를 수신하고, 상기 유방조영술 데이터 세트는 상기 제2 변위에서 상기 X-선 검출기에 의해 검출되며,
    상기 유방 조영상 데이터 세트를 기반으로 상기 유방의 유방조영술 영상을 산출하는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 X-선 소스 및 상기 X-선 검출기에 기계적으로 결합되는 갠트리와 캔트리 컨트롤러를 포함하고,
    상기 갠트리 컨트롤러는,
    상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 검출하는 동안 상기 X-선 소스와 상기 X-선 검출기를 상기 유방의 주위로 회전시키도록 상기 갠트리를 제어하고,
    상기 X-선 검출기가 상기 제2 변위에 위치할 때 상기 갠트리가 회전하는 것을 방지하도록 구성되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 영상 프로세서는,
    상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 상기 유방조영술 영상 중 적어도 하나에 기반하여 생체검사를 받을 상기 유방의 영역을 사용자로부터 지시받고,
    상기 유방의 영역으로부터 생체검사 조직을 획득하기 위해 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하도록 구성되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 더 포함하는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 검출기 변환 시스템은,
    상기 X-선 소스의 위치를 변경하지 않고, 상기 X-선 검출기를 상기 제1 변위에서 상기 제2 변위로 변환하도록 구성되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 검출기 변환 시스템은,
    상기 X-선 소스와 상기 X-선 검출기 사이의 거리를 동일하게 유지하기 위해서, 상기 제1 변위와 상기 제2 변위에 상기 X-선 검출기가 위치할 때, 상기 X-선 소스와 상기 X-선 검출기 사이의 거리를 동일하게 유지하기 위해서 상기 X-선 소스를 변환하도록 추가로 구성되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    유방 고정 장치를 추가로 포함하며,
    상기 유방 고정 장치는 상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트 및 상기 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나를 검출하는 동안 상기 유방을 고정하도록 구성되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유방 고정 장치는,
    상기 유방의 사이 공간(breast therebetween)을 압축하도록 구성되는 두 개의 평면 형상의 구조물(planar structure)을 포함하는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유방 고정 장치는,
    상기 유방의 사이 공간을 압축하도록 구성되는 두 개의 비평면 형상의 구조물(non-planar structure)을 포함하는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 유방 고정 장치는 방사선 투과성 물질(radiolucent material)을 포함하고, 상기 방사선 투과성 물질은 생체검사 니들(biopsy needle)이 통과할 수 있는 윈도우(window)로 정의되는 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 소스는 원뿔 빔 X-선 소스이고, 상기 X-선 검출기는 평면 패널 X-선 검출기이며, 상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트는 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트인 유방 영상 촬영을 위한 다중 모드 시스템.
  12. 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법으로서,
    유방으로부터의 제1 변위에서 X-선 검출기로부터 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 획득하는 단계;
    상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트에 기반하여 상기 유방의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상을 산출하는 단계;
    상기 유방에 바로 인접하거나 접촉하는 적어도 하나의 제2 변위에서 상기 X-선 검출기로부터 유방조영술 데이터 세트를 획득하는 단계; 및
    상기 유방조영술 데이터 세트에 기초하여 상기 유방의 유방조영술 영상을 산출하는 단계;를 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유방의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 상기 유방의 유방조영술 영상을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 X-선 검출기가 상기 제1 변위에 있을 때, 상기 유방의 주위로 상기 X-선 검출기를 회전시키는 단계; 및
    상기 X-선 검출기가 상기 제2 변위에 있을 때, 상기 X-선 검출기가 상기 유방의 주위에서 회전하는 것을 방지하는 단계를 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유방의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 상기 유방의 유방조영술 영상에 기초하여 상기 유방의 생체검사될 영역을 사용자로부터 지시받는 단계; 및
    상기 생체검사될 영역으로부터 조직을 획득하기 위해 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 단계를 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생체검사될 영역으로부터 조직을 획득하기 위해 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 단계는,
    상기 생체검사될 영역으로부터 조직을 획득하기 위해 생체검사 니들(biopsy needle)을 포함하는 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 위치시키는 단계;
    상기 생체검사될 영역에 대한 상기 생체검사 니들의 위치를 나타내는 제2 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트와 제2 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나를 획득하는 단계;
    상기 제2 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트와 제2 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나에 기초하여 상기 유방의 제2 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 제2 유방조영술 영상 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
    상기 제2 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 제2 유방조영술 영상 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 재배치하는 단계; 및
    상기 생체검사 니들을 사용하여 상기 생체검사될 영역으로부터 조직을 획득하도록 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 단계;를 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 검출기에 의해 검출되는 X-선을 제공하는 X-선 소스의 위치를 변경하지 않고, 상기 X-선 검출기를 상기 제1 변위로부터 상기 제2 변위로 변환하도록 구성되는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  18. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X-선 검출기가 상기 제1 변위와 제2 변위에 위치할 때, 상기 X-선 소스와 상기 X-선 검출기 사이의 동일한 거리를 유지하도록 하기 위해, 상기 X-선 검출기와 상기 X-선 검출기에 의해 검출되는 X-선을 제공하는 X-선 소스를 변환하도록 구성되는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스의 변환은,
    상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스에 물리적으로 결합되는 갠트리를 선형으로 변환하도록 구성되고, 상기 갠트리는 상기 X-선 검출기가 상기 제1 변위에 있을 때, 상기 X-선 검출기와 상기 X-선 소스를 상기 유방 주위로 회전하도록 구성되는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    유방 고정 장치를 사용하여 상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트와 상기 유방조영술 데이터 세트 중 적어도 하나를 검출하는 동안 상기 유방을 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 유방 고정 장치는 방사선 투과성 물질을 포함하며, 상기 방사선 투과성 물질은 생체검사 바늘이 통과할 수 있는 윈도우로 정의되는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상과 상기 유방조영술 영상에 기초하여 상기 유방의 생체검사될 영역의 지시를 사용자로부터 수신하는 단계;
    상기 X-선 검출기를 사용하여 상기 유방의 형광 투시 영상 촬영을 수행하는 단계; 및
    상기 형광 투시 영상 촬영을 사용하여 상기 생체검사될 영역으로부터 조직을 획득하도록 상기 로봇 생체검사 어셈블리를 제어하는 단계;를 포함하는 다중 모드 유방 영상 촬영을 수행하는 방법.
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