WO2017183809A1 - 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 - Google Patents

가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치 Download PDF

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WO2017183809A1
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pinhole
collimator
variable
hole
holes
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PCT/KR2017/002426
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이학재
이기성
차헤미
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고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a variable pinhole collimator and a radiographic imaging apparatus using the same, and more particularly, to a radiation imaging region such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography (SPECT) device.
  • the present invention relates to a variable pinhole collimator for determining a direction and a radiographic apparatus using the same.
  • Radiation imaging apparatus is an apparatus for obtaining an image using a radioisotope, one of the devices widely used in the field of nuclear medical diagnostics and non-destructive testing.
  • Radiological imaging devices used in the field of nuclear medical diagnostics such as gamma-ray cameras or gamma-ray computed tomography apparatuses using gamma rays, are other diagnostic devices that provide structural information about the human body, such as magnetic resonance imaging (MRI) or ultrasound. Unlike diagnostic devices, radiopharmaceuticals provide functional information about the human body.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • radiopharmaceuticals provide functional information about the human body.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a typical gamma camera 1.
  • the general gamma camera 1 includes a collimator 10 and a radiation detector 20 that detects radiation passing through the collimator 10.
  • the collimator 10 functions as an aiming device that passes only the gamma rays in a specific direction among the gamma rays emitted from the in vivo tracer and blocks the gamma rays coming from the other direction. That is, the collimator 10 geometrically restricts the gamma rays emitted from the living body part and injects only the gamma rays emitted from the necessary part into the radiation detector 20.
  • the collimator 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 shows an example of a multiple pinhole collimator (or parallel-hole collimator) in which a plurality of holes are formed, and FIG. 3 shows a pinhole collimator having a constant angle of view ⁇ .
  • the radiation detector 20 may include a scintillator 21, a light guide unit 22, and a light multiplier 23.
  • the gamma ray passing through the collimator 10 is incident on the scintillator 21.
  • the gamma rays passing through the collimator 10 and reacted with the scintillator 21 are converted into low-energy electromagnetic waves of a form easily detected by the scintillator 21, and then pass through the photoguide unit 22 to the photomultiplier pipe 23. Amplified and converted into an electrical signal, and the detected position or energy is stored in a computer (not shown), thereby obtaining an image.
  • the single photon emission computed tomography apparatus using the principle of the gamma ray camera described above was 1976. First developed by W. I. Keys, 1979. Brain-only device was developed by R. J. Jaszczak.
  • the single photon emission computed tomography device is similar to the operating principle of the gamma camera 1, in which a single photon, for example, a radiopharmaceutical emitting a gamma ray is injected into the living body T, whereby gamma rays generated in the living body are transmitted through the living body.
  • a gamma ray camera installed in a gantry (not shown) that rotates around a living body is measured at various angles, and the detected signal is obtained by an image reconstruction algorithm.
  • the collimator 10 and the gamma ray detector 20 are applied to the single photon emission computed tomography apparatus as well as the gamma ray camera 1.
  • FIG 3 is a view for explaining the principle of the gamma ray imaging apparatus 1a using the conventional pinhole collimator 10a applied to the gamma camera 1 or a single photon emission computed tomography apparatus.
  • the pinhole collimator 10a is configured to have a constant angle of view ( ⁇ ) and a hole diameter (L). As a result, only gamma rays incident within the range of the angle of view are formed to pass through the holes, thereby selectively passing the gamma rays by a geometry different from the multiple pinhole collimator 10 as described above.
  • the resolution and sensitivity of the gamma ray imaging apparatus 1a using the pinhole collimator 10a include the angle of view ⁇ and the hole diameter l of the pinhole collimator 10a, the distance D1 between the measurement target and the pinhole collimator 10a, Then, it is determined by the distance D2 between the pinhole collimator 10a and the gamma ray detector 20a.
  • the angle of view ⁇ and the hole diameter l are fixed, so that the resolution or sensitivity decreases depending on the position or size of the region of interest (ROI). Will occur.
  • a wider angle of view enables detection of gamma rays emitted in a wider area.
  • a living area T such as a lesion L is located inside the living body T.
  • the pinhole collimator 10a having an angle of view capable of capturing the entire region is used, the resolution of the lesion L, which is the region of interest, is inevitably lowered.
  • imaging is performed while rotating the periphery of the living body.
  • the pinhole collimator 10a having a fixed angle of view ⁇ the location of the lesion is not fixed for each patient.
  • the pinhole collimator 10a having an angle of view ⁇ capable of capturing the entirety is used.
  • the pinhole collimator 10a and the gamma ray detector 20a are rotated in a state spaced apart from the living body by a predetermined interval so that the lesion L is an actual region of interest.
  • the distance between the pinhole collimator and 10a is changed, and the resolution of the actual lesion L is inevitably lowered in the case of an image obtained from a distance from the lesion L.
  • the distance between the lesion L, which is the region of interest, and the pinhole collimator 10a is farther away, thereby reducing the sensitivity of the image, and as a result, the patient is more likely to increase the sensitivity.
  • a pinhole collimator having various pinhole shapes has been raised, and has been applied in actual products.
  • a polygonal pinhole shape pinhole collimator is used as shown in Figs. 5C to 5E.
  • the hole diameter there is a case where a constant space is formed in the vertical direction (see Fig. 5 (a)), and when the thin film is formed in the vertical direction (see Fig. 5 (b)), the cone region is polygonal.
  • the diameter part may be implemented in a circular shape (see FIGS. 5C and 5D). In addition, it may be produced in an asymmetrical structure (see Fig. 11) in the vertical direction.
  • the pinhole collimator disclosed in the Korean Patent Publication, it is configured to adjust the angle of view or direction of the pinhole by stacking a plurality of apertures, a plurality of plates must be used to configure one aperture, and as a result stacked
  • the number of plates increases by the product of the number of apertures constituting the pinhole collimator and the number of plates constituting one aperture, thereby increasing the thickness of the pinhole collimator.
  • the hole diameter part for example, even if one aperture constitutes the hole diameter, a plurality of plates having a hole diameter are formed by overlapping a plurality of laminated plates constituting one aperture. There is a problem in that the form is restricted to form a more precise pinhole.
  • a driving unit for adjusting each aperture is required for each aperture, which causes a complicated driving and increases the overall size and weight.
  • it acts as a factor to increase the weight of the gantry, which acts as a constraint for implementing the rotation mechanism of the gantry.
  • the present invention has been made to solve the above problems, changes in the characteristics of the pinhole collimator such as the angle of view or hole diameter of the pinhole collimator applied to a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography apparatus
  • the purpose of the present invention is to provide a variable pinhole collimator which can be implemented at a thinner thickness and a radiographic apparatus using the same.
  • variable pinhole collimator a plurality of pinhole forming holes having different sizes on each plate surface are formed along the circumferential direction at the same radius from the rotation axis, and the plurality of rotary movable holes are each plate surface.
  • Variable pinhole call characterized in that it comprises a module It is achieved by the meyiteo.
  • the rotary shaft of each of the pinhole plate is formed with a rotary shaft hole formed through the plate surface;
  • the apparatus may further include a rotation support part inserted into the rotation shaft holes of the pinhole plates to support rotation of the pinhole plates.
  • the plurality of rotating movable holes may be formed between the plurality of pinhole forming holes and the rotating shaft hole.
  • the plurality of rotary movable holes and the rotary shaft hole may communicate with each other, such that the rotary shaft hole and the plurality of rotary movable holes have a toothed wheel shape.
  • the driving module may include: a rotation base member, a plurality of hole inlet bars protruding from the plate surface of the rotation base member in the direction of the pinhole plate at a position corresponding to each of the rotation movable holes, and capable of entering the respective rotation movable holes;
  • a reciprocating drive unit for approaching and separating the rotating base member to the pinhole plate such that a plurality of the hole inlet bar is introduced into and withdrawn from the corresponding rotatable movable hole; and the hole inlet bar is configured to rotate the pinhole plate about the rotation axis. It may include a rotation drive for rotating the rotary base member in a state inserted into the rotary movable hole.
  • the rotation driving unit rotates the rotation base member to move from the corresponding pinhole forming hole of the pinhole plate on the opposite side in the pulling direction to the overlapping position in a state where a plurality of the hole inlet bars are inserted into the rotatable movable hole;
  • the reciprocating drive unit separates the rotation base member from the pinhole plate, and the hole inlet bar is withdrawn from the rotationally movable hole of the pinhole plate opposite to the inlet direction, and the corresponding pinhole forming hole of the next pinhole plate is in the overlapping position.
  • the pin driving hole may be formed by sequentially rotating the rotating base member so that the pin hole forming hole is located at the overlapping position from the pin hole plate opposite to the retracted position.
  • the rotatable movable hole is formed corresponding to the number of the pinhole forming holes;
  • the rotating movable hole and the pinhole forming hole corresponding to each other may be formed at the same angle about the rotation axis.
  • the pinhole forming hole may have a circular shape or a polygonal shape.
  • the pinhole forming hole may include a plurality of circular forming holes having a circular shape, and a plurality of multi-layered forming holes having a polygonal shape.
  • the pinhole forming holes may be arranged in an order of size.
  • the variable pinhole collimator in the radiographic apparatus, the variable pinhole collimator; A radiation detector for detecting radiation passing through the pinhole of the variable pinhole collimator; A radiation image processor for imaging the radiation detected by the radiation detector; And a control unit for controlling the drive module of the variable pinhole collimator to adjust the shape of the pinhole of the variable pinhole collimator so as to focus on a measurement target emitting radiation.
  • the apparatus may further include a gantry for rotating the variable pinhole collimator and the radiation detector around the measurement target;
  • the controller may adjust an angle of view of the pinhole of the variable pinhole collimator based on a change in distance between the measurement object and the variable pinhole collimator and the size of the measurement object as the variable pinhole collimator rotates around the measurement object.
  • a gap adjusting module for moving at least one of the variable pinhole collimator and the radiation detector so that the distance between the variable pinhole collimator and the radiation detector is adjusted.
  • the controller may control the gap adjusting module to adjust a gap between the variable pinhole collimator and the radiation detector in synchronization with the angle of view adjustment of the pinhole of the variable pinhole collimator.
  • the measurement object includes a lesion located in the living body;
  • the distance between the measurement target and the variable pinhole collimator may change when the variable pinhole collimator and the radiation detector rotate around the human body according to the location of the inside of the living body.
  • the present invention it is possible to change the parameters constituting the pinhole of the pinhole collimator such as the angle of view or the hole diameter of the pinhole collimator applied to a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography apparatus
  • a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography apparatus
  • a variable pinhole collimator capable of implementing various pinhole shapes and having a thinner thickness and a radiographic image apparatus using the same are provided.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a typical gamma camera
  • FIG. 2 is a view for explaining the principle of operation of a single photon emission computed tomography apparatus
  • FIG. 3 is a view for explaining the principle of the gamma ray imaging apparatus using a conventional pinhole collimator
  • FIG. 4 is a view showing an operation example of a conventional single-hole emission computed tomography apparatus to which a pinhole collimator is applied;
  • FIG. 5 is a view showing an example of a conventional pinhole collimator of various forms
  • FIGS. 6 and 7 are views for explaining the configuration of the variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention.
  • variable pinhole collimator 8 and 9 are views for explaining a method of operating the variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an example of a pinhole formed by the pinhole forming module of the variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a view for explaining other examples of the pinhole formed by the pinhole forming module of the variable pinhole collimator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing examples of the pinhole plate of the variable pinhole collimator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing an example of the configuration of a radiographic imaging apparatus to which a variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention is applied;
  • FIG. 14 is a view for explaining an operation example of a radiographic imaging apparatus to which a variable pinhole collimator is applied according to an embodiment of the present invention
  • 15 is a view for explaining the operation principle of a radiographic imaging apparatus to which a variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention is applied.
  • variable pinhole collimator 110 pinhole forming module
  • 111 pinhole plate 111a, 111b, 111c, 111n: pinhole forming hole
  • control unit 320 radiation detection unit
  • spacing control module 340 gantry
  • the present invention relates to a variable pinhole collimator and a radiographic imaging apparatus using the same.
  • a plurality of pinhole forming holes having different sizes on each plate surface are formed along the circumferential direction at the same radius from the axis of rotation, and the plurality of rotatable movable holes are formed around the axis of rotation on each plate surface.
  • a plurality of pinhole plates formed along the circumferential direction and sequentially stacked in the incidence direction to the plurality of pinhole plates stacked in the incidence direction of the radiation, and to the rotatable movable holes of the plurality of pinhole plates, respectively; And a driving module to rotate the plurality of pinhole plates to sequentially form the pinholes in the overlapping region such that one selected from the plurality of pinhole forming holes formed in each of the pinhole plates is sequentially positioned in the overlapping region. It is done.
  • variable pinhole collimator device 100 is applied to a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography device.
  • a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography device.
  • the variable pinhole type collimator according to the present invention can be applied to the non-destructive testing radiographic imaging device or radioactivity inspection device using gamma rays.
  • variable pinhole collimator 100 is views for explaining the configuration of the variable pinhole collimator 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the variable pinhole collimator 100 according to the embodiment of the present invention includes a plurality of pinhole plates 111 and a driving module 120.
  • the plurality of pinhole plates 111 constitute a pinhole forming module 110 that is stacked in the direction of incidence of radiation to form a pinhole PH.
  • each pinhole plate 111 is formed with a plurality of pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n and a plurality of rotatable movable holes 112, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the plurality of pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n are provided with different sizes.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n have circular shapes.
  • the diameters are provided in different forms.
  • the plurality of pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n are formed at the same radius d1 and d2 from the rotation axis of the pinhole plate 111.
  • the plurality of rotatable movable holes 112 are formed along the circumferential direction with respect to the rotation axis on the plate surface of the pinhole plate 111.
  • the plurality of rotary movable holes 112 are a plurality of pinhole forming holes (111a, 111b, 111c, 111n) and the rotating shaft (or rotating shaft hole 113 to be described later) Take the example formed between.
  • the driving module 120 rotates the plurality of pinhole plates 111 to form the pinholes PH in the overlapping area PFA.
  • the driving module 120 is sequentially introduced into the rotational movable holes 112 of the plurality of pinhole plates 111 in the incidence direction to rotate the plurality of pinhole plates 111 about the rotation axis.
  • the pinhole plate 111 is rotated so that one selected from the plurality of pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n formed in each pinhole plate 111 is sequentially positioned in the overlapping area PFA.
  • the pinhole PH is formed in the region PFA.
  • each pinhole plate 111 located in the overlapping area PFA when each pinhole plate 111 rotates about the rotation axis.
  • the entire pinhole PH may have various shapes by the diameter of the bar, which will be described later.
  • a rotating shaft hole 113 formed through the plate surface is formed in the rotating shafts of the respective pinhole plates 111 of the variable pinhole collimator 100 according to the embodiment of the present invention.
  • a plurality of rotary movable holes 112 and the rotary shaft hole 113 is in communication with each other, and the rotary shaft hole 113 and the plurality of rotary movable holes 112 have an example of a toothed wheel shape.
  • the rotary movable hole 112 is formed in the pinhole plate 111 in one embodiment according to the present invention, of course, may be provided in the shape of a cog wheel along the edge of the pinhole plate 111.
  • the rotatable movable holes 112 may be formed corresponding to the number of the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n, and the rotatable movable holes 112 and the pinhole forming holes 111a, 111b, and 111c corresponding to each other. , 111n) is formed at the same angle with respect to the rotation axis as an example. As a result, even if the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n of each pinhole plate 111 are individually rotated and stopped so as to be positioned in the overlapping area PFA, the rotation of each pinhole plate 111 is movable. The hole 112 is maintained in communication.
  • the number of the rotary movable holes 112 and the number of the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n are equal to one another, as shown in FIGS. 7 and 12. Of course, may be formed differently.
  • variable pinhole collimator 100 may include a rotation support part 130 inserted into the rotation shaft hole 113 of the plurality of pinhole plates 111 to support the rotation of the pinhole plate 111.
  • a rotation support part 130 inserted into the rotation shaft hole 113 of the plurality of pinhole plates 111 to support the rotation of the pinhole plate 111.
  • the driving module 120 rotates the pinhole plate 111 in a state in which the rotation support part 130 is inserted into the rotation shaft holes 113 of the plurality of pinhole plates 111, the rotation support part 130 is rotated. As a result, the pinhole plate 111 can be rotated.
  • the drive module 120 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 6 and 7, the rotation base member 121, a plurality of hole inlet bar 122, reciprocating drive unit 124 and It may include a rotation driver 123.
  • the rotary base member 121 is provided in a plate shape and rotates according to the rotation of the rotary driver 123, and approaches the pinhole plate 111 or is spaced apart from the pinhole plate 111 according to the driving of the reciprocating driver 124.
  • the rotation base member 121 is shown as an example of being provided in the form of a disc, but the shape is of course not limited to this.
  • the plurality of hole inlet bars 122 protrude from the plate surface of the rotation base member 121 in the direction of the pinhole plate 111 at a position corresponding to each of the rotatable movable holes 112 of the pinhole plate 111.
  • the plurality of hole inlet bars 122 are inserted into the corresponding rotatable movable holes 112 to rotate the plurality of pinhole plates 111. That is, when the rotatable base member 121 moves in the direction of the pinhole plate 111 in a state in which the rotatable movable holes 112 of the pinhole plates 111 stacked in the incidence direction are aligned in the incidence direction, the respective hole inlets are inserted.
  • the bar 122 is inserted into the corresponding rotatable movable hole 112 to penetrate the rotatable hole of the entire pinhole plate 111.
  • the reciprocating drive unit 124 approaches and spaces the rotation base member 121 to the pinhole plate 111 so that the plurality of hole inlet bars 122 enter and exit the corresponding rotatable movable hole 112.
  • the rotation driving unit 123 may include a rotation base member in a state in which the hole inlet bar 122 is inserted into the rotation movable hole 112 so that the pinhole plate 111 rotates using the rotation axis, that is, the rotation support part 130 as the rotation axis. Rotate 121).
  • the reciprocating drive unit 124 moves the rotation base member 121 in the direction of the pinhole plate 111 to move the hole inlet bar 122 to the rotation movable hole.
  • the end of the hole inlet bar 122 enters the rotatable movable hole 112 of the pinhole plate 111 located on the opposite side of the inlet direction.
  • the reciprocating drive unit 124 moves the rotation base member 121 in the extraction direction to move the hole inlet bar ( The end of the 122 is drawn out from the rotary movable hole 112 of the first pinhole plate 111 and moved to the position to be caught by the rotary movable hole 112 of the second pinhole plate 111.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c and 111n of the second pinhole plate 111 may be smaller than the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c and 111n of the first pinhole plate 111.
  • the rotation driver 123 rotates the pinhole plate 111 so that the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n having the diameters are positioned at the overlapping positions. At this time, the first pinhole plate 111 does not rotate, but the second pinhole plate 111 and the remaining pinhole plate 111 rotate together.
  • FIG. 9 illustrates a state in which the hole inlet bar 122 is disposed in the middle of the stacked pinhole plate 111. The above process is repeated, and the pinhole is located on the opposite side from the insertion position of the hole inlet bar 122.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n are sequentially positioned at the overlapping positions from the plate 111, so that the pinholes PH as shown in FIG. 10 can be formed.
  • the hole diameter of the pinhole PH to be formed among the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n of the pinhole plate 111 positioned at the center side in the stacking direction corresponds to the hole diameter.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n having the diameters are disposed in the overlap region PFA through the above process.
  • the two pinhole plates 111 form the hole diameter l as an example.
  • the pinhole forming holes 111a having a diameter larger than that of the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n having the hole diameters formed in the upper and lower directions of the pinhole plate 111 having the hole diameter l are formed.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n of the remaining pinhole plates 111 are disposed such that the 111b, 111c, and 111n are disposed in the overlapping area PFA, the pinhole PH is shown in FIG. 10. Angle of view is determined.
  • pin holes forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n of different sizes formed in the plurality of pinhole plates 111 are selectively disposed in the overlapping area PFA, thereby forming the pinholes PH of the shape shown in FIG.
  • various angles of view may also be implemented through the selective arrangement of the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n, in a single device without replacing the pinhole collimator 100. It is possible to implement a pinhole (PH) collimator of various shapes.
  • 12 is a view showing examples of the pinhole plate 111 of the variable pinhole collimator 100 according to another embodiment of the present invention.
  • 12A illustrates an example in which the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n have a rectangular shape.
  • 12B illustrates a plurality of circular pinhole forming holes 111a, 111b, 111c and 111n in the pinhole plate 111, and a plurality of rectangular pinhole forming holes 111a, 111b, 111c and 111n. ) Is shown.
  • variable pinhole collimator 100 may not only form the pinhole PH of the shape shown in FIG. 11, but also the pinhole PH of the shape shown in FIG. 5. do.
  • the pinhole forming holes 111a, 111b, 111c, and 111n are illustrated in the order of their sizes, but the technical idea of the present invention is not limited thereto. It can be placed irrespective of
  • variable pinhole collimator 100 described above is applied.
  • the radiographic imaging apparatus includes a variable pinhole collimator 100, a radiation detector 320, an image processor 350, and a controller 310.
  • variable pinhole collimator 100 includes a driving module 120 and a pinhole forming module 110 composed of a plurality of pinhole plates 111 that are individually rotated by the driving module 120.
  • the description of the variable pinhole collimator 100 is as described above, the detailed description thereof will be omitted.
  • the radiation detector 320 detects radiation that passes through the pinhole PH formed by the variable pinhole collimator 100, that is, gamma rays.
  • the configuration of the radiation detector 320 according to the present invention may have a variety of forms known in the art capable of detecting radiation.
  • the radiation image processor 350 images the radiation detected by the radiation detector 320.
  • the radiographic image processing unit 350 uses an image reconstruction algorithm using radiation detected at various angles according to the rotation of the gantry 340. A tomographic image is formed.
  • the control unit 310 is a shape of the variable pinhole collimator 100 so that the pinhole PH formed by the variable pinhole collimator 100 is focused on the lesion L in the measurement object emitting the radiation, for example, the living body T. For example, adjust the angle of view ( ⁇ ).
  • the controller 310 controls the drive module 120 of the variable pinhole collimator 100 to adjust the shape of the pinhole PH formed by the pinhole forming module 110, for example, the angle of view ⁇ . do.
  • the radiographic imaging apparatus when the radiographic imaging apparatus according to the present invention is provided in the form of a single photon emission computed tomography apparatus, the radiographic imaging apparatus includes a gantry 340 for rotating the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 around a measurement target. It may include.
  • control unit 310 is a pinhole of the variable pinhole collimator 100 to be focused on the measurement target based on the distance change between the measurement target and the variable pinhole collimator 100 as the variable pinhole collimator 100 rotates around the measurement target. (PH) can be adjusted.
  • the radiation imaging apparatus is a spacing module for moving at least one of the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 so that the distance between the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 is adjusted ( 330).
  • the distance between the two members is adjusted by the spacing control module 330 approaches or spaces the radiation detector 320 to the variable pinhole collimator 100, the variable pinhole collimator 100 is moved or two configurations It may be provided to move all to adjust the spacing.
  • control unit 310 adjusts an interval between the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 in synchronization with the adjustment of the angle of view ⁇ of the pinhole PH of the variable pinhole collimator 100 to adjust the spacing module 330. Can be controlled.
  • the object to be measured by the radiographic imaging apparatus according to the present invention is an example of the lesion (L) located in the living body (T).
  • the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 acquires a radiographic image by rotating around the living body T by the gantry 340.
  • the ecology of the lesion L is shown.
  • variable pinhole collimator 100 may be configured using the lesion L as the region of interest instead of the entire region T as the region of interest (ROI). ) And the spacing adjustment module 330.
  • variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 rotate around the living body T by the gantry 340
  • the variable pinhole collimator 100 and the lesion L may be rotated. The distance between) will change.
  • the controller 310 controls the driving module 120 such that the pinhole PH formed by the variable pinhole collimator 100 is focused on the lesion L.
  • the control unit 310 is a drive module 120 to widen the angle of view ( ⁇ ) of the pinhole PH formed by the variable pinhole collimator 100 so that the pinhole PH of the variable pinhole collimator 100 is focused on the lesion. Will be controlled.
  • variable pinhole collimator 100 when the variable pinhole collimator 100 is located on the right side of the living body T, the position of the variable pinhole collimator 100 and the lesion L is far from each other, and the angle of view when the left side is maintained is maintained. Since a wider area is photographed without focusing on the lesion, the driving module 120 is controlled to reduce the angle of view ⁇ of the variable pinhole collimator 100 so as to focus on the lesion L.
  • control unit 310 as the angle of view ( ⁇ ) of the pinhole PH of the variable pinhole collimator 100 is changed, as shown in Figure 14, between the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320
  • ⁇ the angle of view
  • the position and size of the lesion L in the living body T are set in advance through the ROI setting unit 360, so that the variable pinhole collimator 100 and the lesion L as the region of interest according to the rotation angle of the gantry 340.
  • Distance can be calculated, the angle of view ⁇ at the corresponding position can be automatically determined. For example, in the case of a cancer occurring in the human body, the position of the normal lesion L can be confirmed, and the setting is possible through the ROI setting unit 360.
  • FIG. 15 is a view for explaining the operation principle of a radiographic imaging apparatus to which a variable pinhole collimator according to an embodiment of the present invention is applied.
  • both the living body and the lesion are simplified to be described as having a circular shape.
  • the corresponding values may be adjusted at each position, and FIG. 15 is an example.
  • the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • R phan is a radius of the living body T
  • R roi is a radius of the lesion L
  • ⁇ is a rotation angle of the gantry 240
  • ⁇ is an angle of view of the variable pinhole collimator 100
  • D rc Is the distance between the center of the lesion (L) and the variable pinhole collimator 100
  • D cd is the distance between the center of the variable pinhole collimator 100 and the surface of the radiation detector 320
  • d is the radiation detector 320 It is the size of one side.
  • the coordinates (x, y) of the lesion L represent the coordinates from the origin when the center of the living body is the origin of the coordinate plane.
  • the distance D rc between the center of the lesion (L) and the variable pinhole collimator 100 is the radius of the living body (T) and the location of the lesion (L), and the gantry 240 Knowing the rotation angle can be calculated, the angle of view ⁇ of the variable pinhole collimator 100 can be calculated through the size and distance D rc of the lesion (L), to the variable pinhole collimator 100 and the radiation detector 320 The distance D cd can be calculated through the angle of view and the detection area of the radiation detector 320.
  • variable pinhole collimator 100 can be photographed at the position as close as possible to the lesion (L) of the region of interest at each rotational position, thereby minimizing the radiation material injected into the living body (T) through improved sensitivity. do.
  • variable pinhole collimator 100 is applied to a radiographic apparatus such as a single photon emission computed tomography apparatus.
  • the variable pinhole collimator 100 according to the present invention can of course be applied to the radiation detection device.
  • a wider field of view ⁇ is detected to detect a wider area and then radioactivity at a specific location. If this is detected, the pinhole PH of the variable pinhole collimator 100 may be controlled to focus the pinhole PH on the corresponding region.
  • the measurement object is defined and described as a living body T, which is defined and described as a concept including both a human body and an animal.
  • the region of interest is described as an example of the lesion L in the living body T.
  • the technical spirit of the present invention is not limited thereto, and tissues other than the lesion L may also be included in the region of interest. Of course it can.
  • the present invention can be applied to a radiographic apparatus such as a gamma camera or a single photon emission computed tomography (SPECT) device.
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Abstract

본 발명은 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터는 각각의 판면에 상호 상이한 크기를 갖는 복수의 핀홀 형성홀이 회전축으로부터 동일한 반경에 원주 방향을 따라 형성되고, 복수의 회전 가동홀이 각각의 판면에 회전축을 중심으로 상기 원주 방향을 따라 형성되며, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와, 복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀에 상기 입사 방향으로 순차적으로 인입되어 상기 회전축을 중심으로 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시키되, 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 핀홀 형성홀 중 선택된 하나씩이 중첩 영역에 순차적으로 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 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 핀홀을 구성하는 파라미터의 변화가 가능하여 다양한 핀홀 형상의 구현이 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능하게 된다.

Description

가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치
본 발명은 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 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 및 이를 이용한 방사선 영상 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 감마선만을 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 화각(θ)을 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 쉬운 형태의 낮은 에너지 전자기파로 변환되어 광가이드부(22)를 거쳐 광전자증배관(23)에서 증폭 및 전기신호로 변환되고, 검출된 위치나 에너지 등이 컴퓨터(미도시)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 화각(θ)과 홀 직경(l), 측정 대상과 핀홀 콜리메이터(10a) 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 영역(Region Of Interest, ROI)의 위치나 크기에 따라 해상도나 민감도가 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
일예로, 화각이 넓을수록 보다 넓은 영역에서 방출되는 감마선의 검출이 가능하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 병변(L)과 같은 관심 영역이 생체(T) 내부에 위치하기 때문에 생체(T) 전체 영역을 촬영할 수 있는 화각을 갖는 핀홀 콜리메이터(10a)를 사용하게 되면, 관심 영역인 병변(L)의 해상도는 상대적으로 낮아질 수밖에 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 수밖에 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.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 근래에는 다양한 핀홀 형상을 갖는 핀홀 콜리메이터의 필요성이 제기되고 있으며, 실제 제품에서 적용되고 있다. 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 원형의 핀홀 형상 외에도, 도 5의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 다각형의 핀홀 형상의 핀홀 콜리메이터가 사용되고 있다. 또한, 홀 직경을 형성하는데 있어서도 상하 방향을 일정한 공간을 형성하는 경우(도 5의 (a) 참조)가 있고, 상하 방향으로 얇게 형성하는 경우(도 5의 (b) 참조), 콘 영역을 다각형으로 구현하고 직경 부분은 원형으로 구현(도 5의 (c) 및 (d) 참조)하는 경우도 있다. 이외에도, 상하 방향으로 비대칭적인 구조(도 11 참조)로 제작되는 경우도 있다.
상기와 같은 다양한 형태의 핀홀 콜리메이터를 기존의 감마 카메라와 같은 방사선 영상 장비에 적용하는 경우, 적용 분야에 따라 필요한 형태의 핀홀 콜리메이터를 구입하고, 이를 교체하여 사용해야 하는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본원 출원인에 의해 출원되어 공개된 한국등록특허공보 제10-1364339호에 개시된 '가변형 핀홀 타입 콜리메이터 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.
또한, 조리개가 좁아지는 영역, 특히 홀 직경 부분의 경우, 예를 들어 하나의 조리개가 홀 직경을 구성하더라도 하나의 조리개를 구성하는 다수의 적층된 판에 의해 홀 직경이 다수의 판이 중첩되어 형성되는 형태를 가지게 되어 보다 정밀한 핀홀의 형성에 제약을 받는 문제점이 있다.
그리고, 각각의 조리개를 조절하기 위한 구동부가 각 조리개 마다 필요하게 되는데, 이는 구동이 복잡해지고 전체 사이즈와 무게를 증가시키는 요인으로 작용하게 된다. 이를 단일광자방출전산화단층촬영장치에 적용하게 되면 갠트리의 무게를 증가시키는 요인으로 작용하게 되어 갠트리의 회전 메커니즘을 구현하는데 제약 요건으로 작용하게 된다.
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 변화가 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능한 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경을 조절하기 위한 구동부의 구성을 간소하게 하여 제조 비용을 절감하면서도 구조와 사이즈를 간소화시킬 수 있는 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 가변형 핀홀 콜리메이터에 있어서, 각각의 판면에 상호 상이한 크기를 갖는 복수의 핀홀 형성홀이 회전축으로부터 동일한 반경에 원주 방향을 따라 형성되고, 복수의 회전 가동홀이 각각의 판면에 회전축을 중심으로 상기 원주 방향을 따라 형성되며, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와, 복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀에 상기 입사 방향으로 순차적으로 인입되어 상기 회전축을 중심으로 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시키되, 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 핀홀 형성홀 중 선택된 하나씩이 중첩 영역에 순차적으로 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터에 의해서 달성된다.
여기서, 각각의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축에는 판면이 관통되어 형성된 회전축홀이 형성되며; 복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축홀에 삽입되어 복수의 상기 핀홀 플레이트의 회전을 지지하는 회전 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 복수의 상기 회전 가동홀은 복수의 상기 핀홀 형성홀과 상기 회전축홀 사이에 형성될 수 있다.
그리고, 복수의 상기 회전 가동홀과 상기 회전축홀은 연통되어 상기 회전축홀과 복수의 상기 회전 가동홀이 톱니 바퀴 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 구동 모듈은 회전 베이스 부재와, 각각의 상기 회전 가동홀에 대응하는 위치에 상기 회전 베이스 부재의 판면으로부터 상기 핀홀 플레이트 방향으로 돌출되어 각각의 회전 가동홀에 인입 가능한 복수의 홀 인입바와, 복수의 상기 홀 인입바가 대응하는 상기 회전 가동홀에 인입 및 인출되도록 상기 회전 베이스 부재를 상기 핀홀 플레이트에 접근 및 이격시키는 왕복 구동부와, 상기 핀홀 플레이트가 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 홀 인입바가 상기 회전 가동홀에 삽입된 상태에서 상기 회전 베이스 부재를 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다.
그리고, 복수의 상기 홀 인입바가 상기 회전 가동홀에 인입된 상태에서 인입 방향의 반대측의 상기 핀홀 플레이트의 해당 핀홀 형성홀부터 상기 중첩 위치로 이동하도록 상기 회전 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 회전시키고; 상기 왕복 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 상기 핀홀 플레이트로부터 이격시켜 상기 인입 방향 반대측의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀부터 상기 홀 인입바가 인출된 후 다음의 상기 핀홀 플레이트의 해당 핀홀 형성홀이 상기 중첩 위치로 이동하도록 상기 회전 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 회전시켜 상기 인입 위치의 반대측의 상기 핀홀 플레이트로부터 순차적으로 해당 핀홀 형성홀이 상기 중첩 위치에 위치하여 상기 핀홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전 가동홀은 상기 핀홀 형성홀의 개수에 대응하여 형성되며; 상호 대응하는 상기 회전 가동홀과 상기 핀홀 형성홀은 상기 회전축을 중심으로 동일한 각도에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 핀홀 형성홀은 원 형상 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 핀홀 형성홀은 원 형상을 갖는 복수의 원형 형성홀과, 다각형 형상을 갖는 복수의 다격형 형성홀을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 핀홀 형성홀은 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 형상이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 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 변화와 상기 측정 대상의 크기에 기초하여, 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 중 적어도 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.
또한, 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.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용되는 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경과 같은 핀홀 콜리메이터의 핀홀을 구성하는 파라미터의 변화가 가능하여 다양한 핀홀 형상의 구현이 가능하면서도, 보다 얇은 두께로 구현이 가능한 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치가 제공된다.
또한, 핀홀 콜리메이터의 화각이나 홀 직경을 조절하기 위한 구동부의 구성을 간소하게 하여 제조 비용을 절감하면서도 구조와 사이즈를 간소화시킬 수 있다.
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 5는 기존의 다양한 형태의 핀홀 콜리메이터의 예를 나타낸 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 작동 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 핀홀 형성 모듈에 의해 형성되는 핀홀의 예를 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 핀홀 형성 모듈에 의해 형성되는 핀홀의 다른 예들을 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터의 핀홀 플레이트의 예들을 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 구성의 예를 나타낸 도면이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 동작 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
100 : 가변형 핀홀 콜리메이터 110 : 핀홀 형성 모듈
111 : 핀홀 플레이트 111a,111b,111c,111n : 핀홀 형성홀
112 : 회전 가동홀 113 : 회전축홀
120 : 구동 모듈 121 : 회전 베이스 부재
122 : 홀 인입바 123 : 회전 구동부
124 : 왕복 구동부 130 : 회전 지지부
310 : 제어부 320 : 방사선 검출부
330 : 간격 조절 모듈 340 : 갠트리
350 : 방사선 영상 처리부 360 : ROI 설정부
PH : 핀홀 PFA : 중첩 영역
본 발명은 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터는 각각의 판면에 상호 상이한 크기를 갖는 복수의 핀홀 형성홀이 회전축으로부터 동일한 반경에 원주 방향을 따라 형성되고, 복수의 회전 가동홀이 각각의 판면에 회전축을 중심으로 상기 원주 방향을 따라 형성되며, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와, 복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀에 상기 입사 방향으로 순차적으로 인입되어 상기 회전축을 중심으로 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시키되, 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 핀홀 형성홀 중 선택된 하나씩이 중첩 영역에 순차적으로 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 타입 콜리메이터가 적용 가능함은 물론이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 복수의 핀홀 플레이트(111) 및 구동 모듈(120)을 포함한다.
복수의 핀홀 플레이트(111)는 방사선의 입사 방향으로 적층되어 핀홀(PH)을 형성하는 핀홀 형성 모듈(110)을 구성한다. 여기서, 각각의 핀홀 플레이트(111)에는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)과 복수의 회전 가동홀(112)이 형성된다.
복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)은 상호 상이한 크기로 마련되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 원형 형상을 갖는 것을 예로 하고 있으며, 그 직경이 상호 상이한 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 그리고, 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)은 도 7에 도시된 바와 같이, 핀홀 플레이트(111)의 회전축으로부터 동일한 반경(d1,d2)에 형성되는 것을 예로 한다.
복수의 회전 가동홀(112)은 핀홀 플레이트(111)의 판면에 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 형성되는데, 본 발명의 실시예에서는 회전축으로부터 동일한 반경에 배치되는 것을 예로 한다. 본 발명에서는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 회전 가동홀(112)이 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)과 회전축(또는 후술할 회전축홀(113)) 사이에 형성되는 것을 예로 한다.
구동 모듈(120)은 복수의 핀홀 플레이트(111)를 회전시켜 중첩 영역(PFA)에 핀홀(PH)을 형성한다. 보다 구체적으로 설명하면, 구동 모듈(120)은 복수의 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)에 입사 방향으로 순차적으로 인입되어 회전축을 중심으로 복수의 핀홀 플레이트(111)를 회전시킨다.
이 때, 각각의 핀홀 플레이트(111)에 형성된 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n) 중 선택된 하나씩이 중첩 영역(PFA)에 순차적으로 위치하도록 핀홀 플레이트(111)를 회전시킴으로써, 중첩 영역(PFA)에 핀홀(PH)을 형성하게 된다.
상기와 같은 구성을 통해, 각각의 핀홀 플레이트(111)가 회전축을 중심으로 회전할 때 중첩 영역(PFA)에 위치하는 각각의 핀홀 플레이트(111)의 해당 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 직경에 의해 전체 핀홀(PH)이 다양한 형상을 가질 수 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 각각의 핀홀 플레이트(111)의 회전축에는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 판면이 관통되어 형성된 회전축홀(113)이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 복수의 회전 가동홀(112)과 회전축홀(113)이 연통되는 형태로 마련되어, 회전축홀(113)과 복수의 회전 가동홀(112)이 톱니 바퀴 형상을 갖는 것을 예로 한다.
여기서, 회전 가동홀(112)이 핀홀 플레이트(111)의 내부에 형성되는 것은 본 발명에 따른 일 실시예로, 핀홀 플레이트(111)의 가장자리를 따라 톱니 바퀴 형상으로 마련될 수 있음은 물론이다.
또한, 회전 가동홀(112)은 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 개수에 대응하여 형성될 수 있고, 상호 대응하는 회전 가동홀(112)과 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)은 회전축을 중심으로 동일한 각도에 형성되는 것을 예로 한다. 이를 통해, 각각의 핀홀 플레이트(111)의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 개별적으로 중첩 영역(PFA)에 위치하도록 개별적으로 회전하여 멈추더라도 각각의 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)은 연통되는 상태를 유지하게 된다.
여기서, 회전 가동홀(112)의 개수와 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 개수가 동일하게 형성되는 것은 본 발명에 따른 일 예로, 도 7 및 도 12에 도시된 바와 같이 그 개수가 다르게 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 복수의 핀홀 플레이트(111)의 회전축홀(113)에 삽입되어 핀홀 플레이트(111)의 회전을 지지하는 회전 지지부(130)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 복수의 핀홀 플레이트(111)의 회전축홀(113)에 회전 지지부(130)가 삽입된 상태에서 구동 모듈(120)이 핀홀 플레이트(111)를 회전시키게 되면, 회전 지지부(130)를 회전축으로 하여 핀홀 플레이트(111)가 회전 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 모듈(120)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 회전 베이스 부재(121), 복수의 홀 인입바(122), 왕복 구동부(124) 및 회전 구동부(123)를 포함할 수 있다.
회전 베이스 부재(121)는 판 형태로 마련되어 회전 구동부(123)의 회전에 따라 회전하고, 왕복 구동부(124)의 구동에 따라 핀홀 플레이트(111) 측으로 접근하거나 핀홀 플레이트(111)로부터 이격된다. 여기서, 회전 베이스 부재(121)는 원판 형태로 마련되는 것을 예로 도시하고 있으나, 그 형상이 이에 국한되지 않음은 물론이다.
복수의 홀 인입바(122)는 핀홀 플레이트(111)의 각각의 회전 가동홀(112)에 대응하는 위치에 회전 베이스 부재(121)의 판면으로부터 핀홀 플레이트(111) 방향으로 돌출되어 형성된다. 그리고, 복수의 홀 인입바(122)는 복수의 핀홀 플레이트(111)를 회전시키기 위해 대응하는 회전 가동홀(112)에 인입된다. 즉, 입사 방향으로 적층된 핀홀 플레이트(111) 각각의 회전 가동홀(112)이 입사 방향으로 정렬된 상태에서 회전 베이스 부재(121)가 핀홀 플레이트(111) 방향으로 이동하게 되면, 각각의 홀 인입바(122)가 대응하는 회전 가동홀(112)로 인입되어 전체 핀홀 플레이트(111)의 회전 가능홀을 관통 가능하게 된다.
왕복 구동부(124)는 복수의 홀 인입바(122)가 대응하는 회전 가동홀(112)에 인입 및 인출되도록 회전 베이스 부재(121)를 핀홀 플레이트(111)에 접근 및 이격시킨다. 그리고, 회전 구동부(123)는 핀홀 플레이트(111)가 회전축, 즉 회전 지지부(130)를 회전축으로 하여 회전하도록 홀 인입바(122)가 회전 가동홀(112)에 삽입된 상태에서 회전 베이스 부재(121)를 회전시킨다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)를 이용하여 핀홀(PH)을 형성하는 방법을, 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 10에 도시된 핀홀(PH) 형상을 형성하는데 있어, 왕복 구동부(124)가 회전 베이스 부재(121)를 핀홀 플레이트(111) 방향으로 이동시켜, 홀 인입바(122)를 회전 가동홀(112)에 인입시킨다. 이 때, 홀 인입바(122)의 끝단은, 도 8에 도시된 바와 같이, 인입 방향의 반대측에 위치하는 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)까지 인입된 상태가 된다.
이와 같이, 홀 인입바(122)가 반대측의 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)까지 인입된 상태가 되면, 반대측의 핀홀 플레이트(111)의 해당 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 위치로 이동하도록 회전 구동부(123)가 회전 베이스 부재(121)를 회전시키게 된다. 이 때, 반대측의 핀홀 플레이트(111) 뿐만 아니라 모든 핀홀 플레이트(111)가 함께 회전하게 된다. 인입 방향의 반대측의 첫 번째 핀홀 플레이트(111)의 해당 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n), 예를 들어 도 10에 도시된 핀홀(PH)의 예에서, 상대적으로 넓은 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 위치에 위치하게 된다.
첫 번째 핀홀 플레이트(111)의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 위치에 위치하게 되면, 왕복 구동부(124)가 회전 베이스 부재(121)를 인출 방향으로 이동시켜 홀 인입바(122)의 끝단이 첫 번째 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)로부터는 인출되고 두 번째 핀홀 플레이트(111)의 회전 가동홀(112)에는 걸리는 위치로 이동시킨다.
그리고, 두 번째 핀홀 플레이트(111)의 해당 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n), 예를 들어, 첫 번째 핀홀 플레이트(111)의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)보다 작은 직경의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 위치에 위치하도록 회전 구동부(123)가 핀홀 플레이트(111)를 회전시킨다. 이 때, 첫 번째 핀홀 플레이트(111)는 회전하지 않고, 두 번째 핀홀 플레이트(111)와 나머지 핀홀 플레이트(111)가 함께 회전하게 된다.
도 9는 홀 인입바(122)가 적층된 핀홀 플레이트(111)의 중간 정도 위치한 상태를 도시한 것으로, 상기와 같은 과정을 반복하여, 홀 인입바(122)의 삽입 위치로부터 반대측에 위치하는 핀홀 플레이트(111)로부터 순차적으로 해당 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 위치에 위치하게 되어, 도 10에 도시된 바와 같은 핀홀(PH)이 형성 가능하게 된다.
도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 적층 방향으로 중앙 측에 위치하는 핀홀 플레이트(111)의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n) 중 형성하고자 하는 핀홀(PH)의 홀 직경에 대응하는 직경의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 상기와 같은 과정을 통해 중첩 영역(PFA)에 배치된다. 도 10에서는 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 직경을 형성한 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)보다 순차적으로 큰 직경의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 중첩 영역(PFA)에 배치되도록 나머지 핀홀 플레이트(111)의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)들을 배치시키게 되면, 도 10에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)의 화각(θ)이 결정된다.
이 때, 적층 방향으로 인접한 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 직경의 차이가 클수록 형성되는 화각(θ)이 커지게 되고, 인접한 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 직경의 차이가 작을수록 형성되는 화각(θ)이 작아지게 된다.
이와 같이, 복수의 핀홀 플레이트(111)에 형성된 상이한 크기의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)을 선택적으로 중첩 영역(PFA)에 배치함으로써, 도 10에 도시된 형상의 핀홀(PH)에서도 다양한 화각 등의 구현이 가능하게 된다. 또한, 도 11에 도시된 핀홀(PH)의 다양한 형상도 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)의 선택적인 배치를 통해 구현 가능하게 되어, 핀홀 콜리메이터(100)의 교체 없이 하나의 장비에서 다양한 형상의 핀홀(PH) 콜리메이이터의 구현이 가능하게 된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 핀홀 플레이트(111)의 예들을 나타낸 도면이다. 도 12의 (a)는 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 사각형 형상을 갖는 것을 예로 하고 있다. 그리고, 도 12의 (b)는 핀홀 플레이트(111)에 원형 형상의 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)과, 사각형 형상의 복수의 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 형성된 예를 나타내고 있다.
도 12에 도시된 실시예를 통해, 본 발명에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 도 11에 도시된 형상의 핀홀(PH) 뿐만 아니라, 도 5에 도시된 형상의 핀홀(PH)도 형성 가능하게 된다.
전술한 실시예에서는 핀홀 형성홀(111a,111b,111c,111n)이 그 크기의 순으로 배열되는 것을 예로 하여 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 기술적 사상이 이에 국한되지 않음은 물론이며, 크기 순에 무관하게 배치될 수 있다.
이하에서는, 도 13 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방사선 영상 장치에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명에 따른 방사선 영상 장치에서는 전술한 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 적용되는 것을 예로 한다.
본 발명에 따른 방사선 영상 장치는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 가변형 핀홀 콜리메이터(100), 방사선 검출부(320), 영상 처리부(350) 및 제어부(310)를 포함한다.
가변형 핀홀 콜리메이터(100)는 상술한 바와 같이, 구동 모듈(120)과, 구동 모듈(120)에 의해 개별적으로 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 형상, 예를 들어 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 형상, 예를 들어 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 주변으로 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 적어도 어느 하나를 이동시키는 간격 조절 모듈(330)을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 간격 조절 모듈(330)이 방사선 검출부(320)를 가변형 핀홀 콜리메이터(100)에 접근 또는 이격시킴으로써 두 부재 간의 간격이 조절되는 것을 예로 하나, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)가 이동하거나 두 구성이 모두 이동하여 간격이 조절되도록 마련될 수도 있다.
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 14를 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 14에 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 14에 도시된 바와 같이, 생체(T) 전체를 관심 영역(Region Of Interest, ROI)으로 하지 않고, 병변(L)을 관심 영역으로 하여 가변형 핀홀 콜리메이터(100) 및 간격 조절 모듈(330)을 조절하게 된다.
도 14를 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 14에서 병변이 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 병변에 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 병변에 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 14에 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.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 가변형 핀홀 콜리메이터가 적용된 방사선 영상 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 15에서는 생체와 병변이 모두 원 형태를 갖는 것으로 단순화하여 설명하는 것으로, 겐트리(240)의 회전 방향에 따라 변하는 경우 각 위치에서 해당 값들을 조절하여 적용 가능할 것이며, 도 15는 하나의 예로서 본 발명의 기술적 사상이 이에 국한되지 않음은 물론이다.
도 15에서 Rphan는 생체(T)의 반경이고, Rroi는 병변(L)의 반경이고, φ는 갠트리(240)의 회전 각도이고, θ는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 화각이고, Drc는 병변(L)의 중심과 가변형 핀홀 콜리메이터(100)까지의 거리이고, Dcd는 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 중심과 방사선 검출기(320)의 표면까지의 거리이고, d는 방사선 검출기(320)의 사이즈로, 한 변의 길이이다. 여기서, 병변(L)의 좌표(x,y)는 생체의 중심을 좌표평면의 원점으로 하였을 때 해당 원점으로부터의 좌표를 나타낸다.
여기서, 도 15에 도시된 각 변수의 관계식을 정리하면 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017002426-appb-I000001
[수학식 1]을 통해 확인할 수 있듯이, 병변(L)의 중심과 가변형 핀홀 콜리메이터(100)까지의 거리 Drc는 생체(T)의 반경과 병변(L)의 위치, 그리고 갠트리(240)의 회전 각도를 알면 산출이 가능하고, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)의 화각 θ는 병변(L)의 크기와 거리 Drc를 통해 산출이 가능하고, 가변형 핀홀 콜리메이터(100)와 방사선 검출기(320)까지의 거리 Dcd는 화각 및 방사선 검출기(320)의 검출 면적을 통해 산출이 가능하게 된다.
도 15 및 [수학식 1]을 통해 설명한 예시는 상술한 바와 같이 생체 및 병변이 원형인 것을 예로 하고 있으나, 위치에 따라 가변적일 수 있으며, 이 때 일부 변수는 예측을 통해 이미 입력될 수 있는 등 당업자가 다양한 형태로 구현 가능함은 물론이다.
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.
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.
또한, 전술한 실시예에서 측정 대상을 생체(T)로 정의하여 설명하였으며, 이는 사람의 인체나 동물을 모두 포함하는 개념으로 정의하여 설명한 것이다.
그리고, 전술한 실시예에서는 관심 영역이 생체(T) 내의 병변(L)인 것을 예로 하여 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 국한되지 않으며, 병변(L) 이외의 조직 등도 관심 영역에 포함될 수 있음은 물론이다.
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.
본 발명은 감마 카메라나 단일광자방출전산화단층촬영(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT) 장치와 같은 방사선 영상 장치에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 가변형 핀홀 콜리메이터에 있어서,
    각각의 판면에 상호 상이한 크기를 갖는 복수의 핀홀 형성홀이 회전축으로부터 동일한 반경에 원주 방향을 따라 형성되고, 복수의 회전 가동홀이 각각의 판면에 회전축을 중심으로 상기 원주 방향을 따라 형성되며, 방사선의 입사 방향으로 적층된 복수의 핀홀 플레이트와,
    복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀에 상기 입사 방향으로 순차적으로 인입되어 상기 회전축을 중심으로 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시키되, 각각의 상기 핀홀 플레이트에 형성된 복수의 상기 핀홀 형성홀 중 선택된 하나씩이 중첩 영역에 순차적으로 위치하도록 복수의 상기 핀홀 플레이트를 회전시켜 상기 중첩 영역에 핀홀을 형성하는 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축에는 판면이 관통되어 형성된 회전축홀이 형성되며;
    복수의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전축홀에 삽입되어 복수의 상기 핀홀 플레이트의 회전을 지지하는 회전 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 회전 가동홀은 복수의 상기 핀홀 형성홀과 상기 회전축홀 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 회전 가동홀과 상기 회전축홀은 연통되어 상기 회전축홀과 복수의 상기 회전 가동홀이 톱니 바퀴 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모듈은
    회전 베이스 부재와,
    각각의 상기 회전 가동홀에 대응하는 위치에 상기 회전 베이스 부재의 판면으로부터 상기 핀홀 플레이트 방향으로 돌출되어 각각의 회전 가동홀에 인입 가능한 복수의 홀 인입바와,
    복수의 상기 홀 인입바가 대응하는 상기 회전 가동홀에 인입 및 인출되도록 상기 회전 베이스 부재를 상기 핀홀 플레이트에 접근 및 이격시키는 왕복 구동부와,
    상기 핀홀 플레이트가 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 홀 인입바가 상기 회전 가동홀에 삽입된 상태에서 상기 회전 베이스 부재를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  6. 제5항에 있어서,
    복수의 상기 홀 인입바가 상기 회전 가동홀에 인입된 상태에서 인입 방향의 반대측의 상기 핀홀 플레이트의 해당 핀홀 형성홀부터 상기 중첩 위치로 이동하도록 상기 회전 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 회전시키고;
    상기 왕복 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 상기 핀홀 플레이트로부터 이격시켜 상기 인입 방향 반대측의 상기 핀홀 플레이트의 상기 회전 가동홀부터 상기 홀 인입바가 인출된 후 다음의 상기 핀홀 플레이트의 해당 핀홀 형성홀이 상기 중첩 위치로 이동하도록 상기 회전 구동부가 상기 회전 베이스 부재를 회전시켜 상기 인입 위치의 반대측의 상기 핀홀 플레이트로부터 순차적으로 해당 핀홀 형성홀이 상기 중첩 위치에 위치하여 상기 핀홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전 가동홀은 상기 핀홀 형성홀의 개수에 대응하여 형성되며;
    상호 대응하는 상기 회전 가동홀과 상기 핀홀 형성홀은 상기 회전축을 중심으로 동일한 각도에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핀홀 형성홀은 원 형상 또는 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 핀홀 형성홀은
    원 형상을 갖는 복수의 원형 형성홀과,
    다각형 형상을 갖는 복수의 다격형 형성홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 핀홀 형성홀은 크기 순으로 배열되는 것을 특징으로 하는 가변형 핀홀 콜리메이터.
  11. 방사선 영상 장치에 있어서,
    제1항 내지 제10항 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 형상이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 구동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  12. 제11항에 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 변화와 상기 측정 대상의 크기에 기초하여, 상기 가변형 핀홀 콜리메이터의 상기 핀홀의 화각을 조절하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 간의 간격이 조절되도록 상기 가변형 핀홀 콜리메이터와 상기 방사선 검출부 중 적어도 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.
  14. 제13항에 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.
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