KR20230002164U

KR20230002164U - Ｘ-선 영상장치

Info

Publication number: KR20230002164U
Application number: KR2020237000042U
Authority: KR
Inventors: 마크 에반스; 스티븐 웰스
Original assignee: 어답틱스 리미티드
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-11-13
Also published as: AU2022230799A1; FI13508Y1; US20240050046A1; FR3120301A3; FR3120301B3; GB202103021D0; GB2608982B; CA3215530A1; GB2608982A; DE202021102731U1; GB202103067D0

Abstract

본 발명은 2개의 아암을 갖는 서포트(30)를 포함하는 x-선 영상장치(10)에 관한 것으로, 한쪽 아암에 x-선 이미터가 배치되고, 나머지 아암에 평판 디지털 디텍터가 배치되며, 상기 이미터와 디텍터는 서로 마주보고 그 사이의 공간에 X선 촬영할 물체를 배치할 수 있으며, 상기 X선 이미터가 이미터 어레이를 포함하고, 장치사용 시 물체의 3차원 단층영상합성 이미지를 얻을 수 있도록 여러 이미터들이 서로 독립적으로 작동되며, 상기 물체, 이미터 및 디텍터가 서로에 대해 고정된 상태로 유지된다.

Description

Ｘ-선 영상장치

본 고안은 일반적으로 "C"형 장치 형태의 x-선 이미징 장치에 관한 것으로, 배타적이지는 않지만 주로 의료용 x-선 촬영에 사용된다.

본 고안은 2개의 아암을 포함하는 x-선 영상장치를 제공하는데, 한쪽 아암에 x-선 이미터가 배치되고, 나머지 아암에 평판 디지털 디텍터가 배치되며, 상기 이미터와 디텍터는 서로 마주보고 그 사이의 공간에 X선 촬영할 물체를 배치할 수 있으며, 상기 X선 이미터가 이미터 어레이를 포함하고, 장치사용 시 물체의 3차원 단층영상합성 이미지를 얻을 수 있도록 여러 이미터들이 서로 독립적으로 작동되며, 상기 물체, 이미터 및 디텍터가 서로에 대해 고정된 상태로 유지된다.

x-선 영상장치는 컨트롤박스를 더 포함하고, 컨트롤박스를 결합한 상태의 외형 크기가 50cm x 50cm x 50 cm(높이×가로×깊이) 이하일 수 있다.

이 장치와 컨트롤박스를 결합한 상태의 무게는 25kg 이하이다.

X-선 영상장치는 전자빔을 생성하기 위해 X선 이미터내에 고전압 발생기를 포함할 수 있다.

X-선 영상장치는 이미터 어레이내의 선택된 이미터들로부터의 x-선 생성을 제어하기 위해 전자빔을 x-선 생성재료나 전자 흡수재료로 지향시키는 솔레노이드를 더 포함할 수 있다. "전자 흡수재료"란 이 재료가 X-선을 실질적으로 생성하지 않거나 극히 일부만 생성한다는 것을 의미할 수 있다.

X선 이미터는 환형 스페이서에 의해 분리된 원형 캐소드과 원형 애노드를 갖춘 진공 인클로저를 포함할 수 있다.

디텍터의 픽셀은 폭이 100㎛ 이하일 수 있다.

x-선 이미터는 내부 콜리메이터, 요크, 및 조사된 엑스선의 원추각을 제한하는 보조 콜리메이터를 포함할 수 있다. 이런 38도(즉, 19도의 반각 원추)일 수 있다.

x-선 영상장치는 서포트와, 이 서포트에 대해 2개의 아암의 회전을 가능하게 하는 피봇을 더 포함할 수 있다.

x-선 영상장치는 서포트에 대해 2개의 아암을 승강시키는 수단을 더 포함할 수 있다.

이 장치는 2개의 아암을 포함하고, 전체 모양은 2개의 아암으로 "C"형이나 "U"형이다. 장치는 2개 아암들 사이의 서포트에 부착된다. 이 장치는 부착점을 중심으로 회전할 수 있고, 따라서 부착점은 피봇을 포함할 수 있다. 이 장치는 적어도 2 위치에서 촬영할 수 있는바; 디텍터 위에 수직으로 있는 소스(주로 손과 손목 촬영)나 서로 수평으로 있는 소스와 디텍터로(주로 체중을 지탱하는 발과 발목 촬영) 촬영한다. 이런 2 위치 사이의 앵글도 가능하다.

부착물 때문에, 예를 들어 책상 마운트나 트롤리 마운트에 장치를 설치할 수 있도록 마운트에서 장치를 신속히 제거할 수 있다. 장착부에 대해 장치를 승강시키도록 모터를 사용할 수도 있다. 트롤리에 있을 때, 장착부로 인해 디텍터 표면이 바닥에서 100cm 이상이 떨어지게; 바닥에서 10cm 이하가 되게; 측면 디텍터 활성 영역이 바닥에서 15cm 미만이 되도록 장치를 위치시킬 수 있다.

책상 마운트에 있을 때, 장착부를 통해 디텍터 표면이 책상면 위로 15cm 이하가 되도록; 디텍터 활성 영역의 가장자리가 바닥 위 15cm 이하가 되도록 장치를 위치시킬 수 있다.

X선 소스는 한쪽 아암 단부에 또는 단부를 향해 배치된다. x-선 디텍터는 다른 아암의 단부나 단부를 향해 배치될 수도 있다. 사용 시, 장치는 피험자의 3차원 단층영상합성 영상을 제공할 수 있다.

이 장치는 약 200mm의 고정 SID(Source to Image Distance)를 사용하여 디텍터로부터 X선 소스를 고정하는 견고한 프레임을 가질 수 있다. 일례로, 장치의 SID가 19.5cm를 넘고 20.5cm 미만일 수 있다(X선 소스 초점과 디텍터 사이의 거리). 이 장치의 프레임이 알루미늄 배관을 가질 수 있다.

디텍터 크기는 폭 100㎛ 이하인 픽셀과 최소 14 x 11cm의 면적을 가질 수 있다. 전원과 CPU를 포함하는 컨트롤박스가 제공될 수 있다. 컨트롤박스 크기는 40x30x20 cm 미만일 수 있다. 장치의 무게는 16kg 미만일 수 있다. 이와 대조적으로 컨트롤박스의 무게는 10kg 미만일 수 있다. X-선 소스는 디텍터 중심에서 적어도 15°의 단층영상합성 각도 범위를 제공할 수 있다. 디텍터 가장자리의 단층영상합성 각도 범위는 중앙의 각도 범위의 80% 이상일 수 있다.

이 장치는 13A, 110V ~ 240V 전원으로 작동할 수 있다. 또, 60kV의 5% 이내의 고정 전압에서도 작동할 수 있다. 이 장치는 적어도 30개의 다른 위치에서 X선을 방출할 수 있다. 각 이미터의 초점 직경은 1mm 이하일 수 있다. (소스내의) X선 발생기는 RQR 4 소스에 1.5mm의 Al 여과를 적용하는 것과 같은 여과를 제공할 수 있다.

한 명의 사용자가 1분 이내에 장치의 수평수직 위치를 바꿀 수도 있다.

X선 소스는 "FPS"(평판 소스)로 알려져 있다. FPS에는 제어 가능한 X선 소스 배치, 통합 고전압 공급 장치, 제어 전자 장치 및 펌웨어, 장치용 외부 제어 소프트웨어, 필수 교정 시스템 및 X선 변환 소프트웨어를 제공할 수 있는 일련의 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소가 포함되어, 장치로 수집된 X선 이미지를 의사가 사용할 수 있는 이미지로 변환한다.

FPS는 X선 소스의 제어 가능한 어레이인 X선 발생기를 포함할 수 있다. 사용 중에 X선은 환자의 일부를 통과하여 디텍터에 이미지를 형성할 수 있다. 디텍터는 소스에서 생성된 에너지의 X선에 반응할 수 있으며 예상되는 세부 사항에 대해 적절한 공간 해상도를 가질 수 있다. 디텍터는 일련의 이미지를 연속해서 빠르게 수집할 수 있다. 신속한 동적 디텍터는 정확한 시간제어와 수집된 데이터를 적절한 속도로 오프로드하는 기능이 필요할 수 있다.

X선 발생기와 디텍터는 아암에 의해 어느 정도 정밀하게 정렬되어 유지된다. 이는 구성 요소의 질량을 지지하고, 정렬 및 특정 소스-이미지 거리를 달성하기 위한 위치 지정을 제공하고, X선 소스와 환자 표면(피부) 사이의 분리를 제공하는 등 다양한 목적으로 사용된다.

개별 X선 소스(예: X선 생성 타겟과 전자 흡수 재료 사이에서 전자빔을 전환하기 위한 솔레노이드)에 대한 제어 장치를 작동하기 위해 X선 발생기, 전자장치에 전력을 공급하기 위해 저전압 전원 공급 장치가 제공될 수 있다. X선 소스를 작동하기 위해 통합된 고전압 소스에 전력을 공급한다(전자를 생성하기 위해).

사용 시, X선 발생기는 알려진 위치에서 정의된 순서로 알려진 강도와 기간을 갖는 다수의 X선 펄스를 생성할 수 있다. 디텍터에 의한 검출 후, 이미지화된 객체를 통해 슬라이스를 나타내는 이미지 세트가 CPU에 의해 생성될 수 있다.

X선 발생기 내에서 고전압을 사용하여 (a) 이미터에서 자유 전자를 생성하고 (b) 해당 전자를 가속하여 적절한 목표에 도달할 때 X선을 생성할 수 있다. 전자를 가속하려면 에너지가 필요하며 필요한 전력은 전자빔의 전류와 가속 전압에 비례한다.

필요한 전압과 전류를 생성하는 고전압 발생기가 제공될 수 있다. 이 HV 발생기는 최대 2.5mA의 전류를 공급하면서 최대 60kV의 전위를 유지할 수 있다. 최대전력 출력은 150W이다. HV 발생기에 의해 공급되는 전류는 전자빔의 전류와 같다. 접지(0V)를 기준으로 전극을 -60kV로 유지하여 전위가 공급된다.

가능한 피해와 기능 손실을 방지하기 위해, 에폭시 캡슐화층(포팅)으로 HV 발생기를 완전히 둘러쌀 수 있다. 포팅은 X선 소스 모노리스의 표면 전체에 걸쳐 캐소드에서 세라믹 스페이서의 상단까지 확장되어 해당 서브어셈블리에 동일한 고전압 보호 기능을 제공할 수 있다. 따라서 포팅은 HV 발생기 내부 및 모노리스 외부 표면의 고전압 항복을 방지할 수 있으며, HV 발생기 내부에서 발생하고 모노리스의 인접한 표면에 존재하는 고전압의 유해한 외부 노출을 방지할 수 있다.

컨트롤보드는 HV 발전기에 필요한 전력 및 제어 입력을 제공할 수 있고 출력을 모니터링 및 보고할 수 있으며 제한된 시간 동안만 작동할 수 있도록 할 수 있다.

X선 소스(모놀리스)는 HV 발생기에서 공급되는 전기에너지를 X선으로 변환할 수 있다. 전계 이미터 어레이와 타겟/시준기 하위 어셈블리를 포함하는 초고진공 인클로저일 수 있다. 진공 인클로저는 환형 스페이서에 의해 분리된 원형 캐소드과 원형 애노드를 포함할 수 있다. 캐소드는 HV 발생기에 의해 생성된 고전압(-60kV) 출력에 연결될 수 있다. 애노드 형상은 X선 방출을 허용하고 제어코일들을 코일과 요크 서브어셈블리로부터 위치시키도록 할 수 있다.

모놀리스 내에서, 전계 이미터 어레이는 다수의 전자 흐름을 생성할 수 있으며 타겟/콜리메이터 하위 어셈블리는 이런 전자를 재흡수하거나 이미터를 온오프하여 X선을 생성한다. 타겟/콜리메이터 하위 어셈블리를 나머지 모놀리스와 정렬하면 제어 코일이 작동하지 않았을 때 X선 방출이 방지되는데, 이는 이미터 어레이의 전자빔이 콜리메이터에 충돌하기 때문이다. 이미터가 "켜지면" 전자빔이 표적층에 충돌하고 그 결과 X-선이 콜리메이터 층의 구멍을 통해 모놀리스에서 나온다.

각각의 개별 이미터는 애노드의 웰의 바닥 중앙에 있는 "온" 위치로 전자빔을 조향하는데 사용되는 자기장을 생성하는 제어 코일을 통해 온오프된다.

서브시스템은 하드웨어 요구 사항으로 지정된 필수 정렬 수준을 사용하여 코일과 콜리메이터가 모놀리스의 애노드에 맞도록 설계될 수 있다.

X선은 모든 직선 방향으로 생성된다. 모든 X선을 추적하여 이런 모든 생성 지점들이 있는 영역을 식별할 수 있다. 이를 통해 각 이미터의 초점을 정의한다.

촬영과 재구성의 기초로서 예측가능하고 균일한 X선 필드를 제공하기 위해, 다양한 시준 요소들을 사용하여 정점이 이미터 초점에 있는 원추를 정의할 수 있다. 이 원추는 디텍터와 교차하여 원형 또는 더 현실적으로는 타원형 이미지를 형성할 수 있으며, 그 가장자리 모양과 강도 분포를 예측할 수 있다. 초점에 가까운 시준 요소들은 잘 정렬되면 원치 않는 방출을 흡수하는 데 가장 효과적일 수 있다. 더 멀리 있는 시준요소들은 최종 이미지의 가장자리에서 더 선명하게 정의된 특징을 생성할 수 있다.

내부 콜리메이터, 요크 및 보조 콜리메이터를 사용하여 원추각을 제한할 수 있다. 최종 각도는 38도(즉, 19도 반각)일 수 있다. 초점에 가까울수록 큰 원추각을 사용할 수 있으므로 초점으로부터 다른 거리에 있는 요소들을 지나치게 정밀하게 정렬할 필요 없이 예측가능한 최종 이미지가 형성될 수 있다.

코일들은 요크와 컨트롤보드에 물리적으로 장착될 수 있다. 진공 인클로저 외부에 있을 수도 있지만 그 효과는 내부 콜리메이터 아래의 전자들에 의해 느껴져야 한다. 이런 이유로 애노드의 웰에 삽입될 수 있다.

장치의 크기는 50 x 50 x 50cm 미만일 수 있다. 엑스선 디텍터는 폭이 100㎛ 이하이고 면적이 14 x 11 cm 이상인 픽셀을 가질 수 있다.

이 장치는 스카우트 이미지를 실행할 수 있는 모드를 가질 수 있는바, 즉 피사체를 충분히 커버하는 저선량 2D 이미지를 수행하여 방사선 촬영 기사가 시야가 올바른지 확인하고, 피사체의 좋은 품질의 단층영상합성 이미지를 얻는데 필요한 계산을 할 수 있다.

이 장치는 서로 다른 두께의 물체(피사체)에 맞게 (mAs 단위의) 전체 출력을 바꿀 수 있다. x-y 평면에서 100 x 100 ㎛ 이하의 픽셀과 z방향에서 1mm 이하의 평면간 간격으로 평면을 재구성하는 것이 가능할 수 있다. 설정된 제한내에서 재구성된 2D 평면들 사이의 간격을 구성할 수 있다. 재구성 과정은 환자가 획득 중에 가만히 있으려고 할 때 합리적으로 예상할 수 있는 정상적인 인간 움직임을 견딜 수 있다. 획득에 대한 기본 메타데이터를 포함하는 DICOM DX 형식의 2D 재구성 평면 세트를 생성할 수 있는 재구성 모듈이 제공될 수 있다.

이 장치는 생성된 DICOM 이미지에 대한 기본 보기 솔루션을 포함할 수 있다.

이 장치는 인체 크기의 95% 백분율까지 커버해 환자를 촬영할 수 있다.

X선 소스는 요청을 받고 3초내에 X선 방출을 시작할 수 있다. 첫번째 재구성된 이미지 평면은 15초 이내에 볼 수 있다. 2분 이내에 최소 50개 이상의 평면들로 구성된 전체 데이터세트를 볼 수 있어야 한다.

획득시간 사이에 최소 1분의 간격을 두고 30분 동안 6번 획득할 수 있다. HV 발생기는 X선 소스와 함께 완전히 밀폐될 수 있다.

이 장치는 최대 X선 출력을 70kV 미만 및 200μA 미만으로 제한하여 우발적인 노출이 생겨도 노출 속도가 여전히 상대적으로 낮도록 할 수 있다. 이 장치에는 15°기울어져도 넘어지지 않는 튼튼한 베이스가 있을 수 있다.

이 장치의 무게는 25kg을 초과할 수 없다.

선택한 조명 영역 외부의 디텍터 평면 영역에 있는 모든 지점들은 조명 영역의 중심에 닿는 입사 방사선의 5% 미만을 받을 수 있다.

도 1~3은 x-선 영상장치의 개략적 정면도이다.
도 4~6은 사용중인 x-선 영상장치의 사시도이다.
도 7은 X선 영상장치를 형성하는 구성요소의 개략적 블록도이다.
도 8은 x-선 발생기 일부의 분해 사시도이다.
도 9는 엑스선 영상장치의 구성요소의 평면도이다.

도 1의 x-선 영상장치(10)는 베이스(20), 컨트롤박스(70), 및 조정 아암(45)에 의해 컨트롤박스(70)에 지지되는 "U"형 아암(30)을 포함한다. 조정 아암(45)과 U형 아암(30) 사이에 위치한 피봇(40)에 의해 U형 아암이 수평축을 중심으로 회전할 수 있다.

상부 아암에 x-선 이미터(50)가, 하부 아암에 디텍터(60)가 배치된다. x-선 이미터(50)와 디텍터(60)는 서로 떨어져 마주보고, 그 사이에 촬영할 피검체가 삽입된다.

컨트롤박스(20)는 전원, 프로세서(컴퓨터 등), 이더넷 라우터 등의 통신 수단을 포함한다.

도 2의 다른 x-선 영상장치(110)는 베이스(170)에 컨트롤박스가 배치되고 조정 아암(180)에 의해 베이스(170)에 U형 아암(130)이 지지된다. 조정 아암(180)과 U형 아암(130) 사이의 피봇(140)에 의해 U형 아암이 수평축을 중심으로 회전할 수 있다.

상부 아암에 고전압 발생기, 모노리스 및 컨트롤보드로 구성된 x-선 이미터(150)가, 하부 아암에 디텍터(160)가 배치된다. x-선 이미터(150)와 디텍터(160)는 서로 떨어져 마주보고, 그 사이에 촬영할 피검체가 삽입된다. 촬영할 손(174)이 제위치에 있다.

도 3의 또다른 X선 영상장치(210)는 이동용 바퀴가 달린 베이스(220), 베이스상의 컨트롤박스(270), 및 U형 아암(230)을 포함하고, 이 아암(230)은 조정 아암(245)에 지지되고, 조정 아암 자체는 베이스(220)에 수직으로 설치된 서포트(280)에 부착된다. 조정 아암(245)과 U형 아암(330) 사이의 피봇(240) 때문에 U형 아암이 수평 축을 중심으로 회전할 수 있다.

상부 아암에 x-선 이미터(250)가, 하부 아암에 디텍터(260)가 배치된다. x-선 이미터(250)와 디텍터(260)는 서로 떨어져 마주보고, 그 사이에 촬영할 피검체가 삽입된다.

도 4~6의 X선 영상장치는 도 1~3과 같은 유형의 영상장치(10,110,210)로, 발목(290), 손(291) 및 발(292)을 각각 촬영할 환자에 사용된다.

도 7의 X선 영상장치(310)는 베이스(320), 컨트롤박스(370), 및 피봇(340)에 의해 컨트롤박스에 피봇연결된 U형 아암(330)을 포함한다. 상부 아암(330)에 있는 x-선 이미터(350)는 고전압 발생기와 컨트롤보드를 포함한다. 하부 아암에 디텍터(360)가 있다. 컨트롤박스(370)는 프로세서, 전원 및 장치의 작동에 필요한 기타 요소를 포함한다.

도 8은 X선 이미터(450)의 일부의 분해사시도로, 애노드(450), 가드링(452), 이미터 어레이(453) 및 캐소드(454)을 포함한다. 이미터 어레이(453)는 50개 이상의 이미터들이 조직적 패턴으로 있는 2차원 어레이를 포함한다.

도 9는 장치를 작동시키는 데 필요한 주요 구성요소들의 블록도(500)이다. 이미터(550)는 외부실드(558) 내부에 4개의 코일과 요크(551), x-선 소스(552), 컨트롤보드(554) 및 고전압 발생기(553)가 배치되어 있다. 컨트롤보드(555)는 디텍터(560)와 함께 이미터를 제어해, 3D 단층영상합성 이미지가 이미징 워크스테이션(562)에 디스플레이되도록 서로 다른 패턴의 이미터들을 사용해 충분한 수의 이미지를 획득한다. 컨트롤패널(563)은 유저인터페이스를 제공하고, 전원(561)도 제공된다.

Claims

2개의 아암을 포함하는 x-선 영상장치에 있어서:
한쪽 아암에 x-선 이미터가 배치되고, 나머지 아암에 평판 디지털 디텍터가 배치되며, 상기 이미터와 디텍터는 서로 마주보고 그 사이의 공간에 X선 촬영할 물체를 배치할 수 있으며, 상기 X선 이미터가 이미터 어레이를 포함하고, 장치사용 시 물체의 3차원 단층영상합성 이미지를 얻을 수 있도록 여러 이미터들이 서로 독립적으로 작동되며, 상기 물체, 이미터 및 디텍터가 서로에 대해 고정된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항에 있어서, 컨트롤박스를 더 포함하고, 컨트롤박스를 결합한 상태의 외형 크기가 50cm x 50cm x 50 cm(높이×가로×깊이) 이하인 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제2항에 있어서, 상기 컨트롤박스를 결합한 상태의 무게가 25kg 이하인 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항에 있어서, 전자빔을 생성하기 위해 상기 X선 이미터내에 고전압 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제4항에 있어서, 이미터 어레이내의 선택된 이미터들로부터의 x-선 생성을 제어하기 위해 전자빔을 x-선 생성재료나 전자 흡수재료로 지향시키는 솔레노이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 x-선 이미터가 환형 스페이서에 의해 분리된 원형 캐소드과 원형 애노드를 갖춘 진공 인클로저를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 디텍터의 픽셀들의 폭이 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항 내지 제7항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 x-선 이미터가 내부 콜리메이터, 요크, 및 조사된 엑스선의 원추각을 제한하는 보조 콜리메이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제8항에 있어서, 상기 원추각이 38°인 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 서포트와, 상기 서포트에 대한 2개의 아암들의 회전을 가능케 하는 피봇을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.
제10항에 있어서, 상기 서포트에 대해 2개의 아암을 승강시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 영상장치.