WO2018147541A1 - 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

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WO2018147541A1
WO2018147541A1 PCT/KR2017/014528 KR2017014528W WO2018147541A1 WO 2018147541 A1 WO2018147541 A1 WO 2018147541A1 KR 2017014528 W KR2017014528 W KR 2017014528W WO 2018147541 A1 WO2018147541 A1 WO 2018147541A1
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WO
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collimator
power transmission
transmission body
motor drive
mounting hole
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PCT/KR2017/014528
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English (en)
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박승우
지영훈
한수철
지훈
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한국원자력의학원
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/04—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to a variable collimator module for a diagnostic radiology device and a system using the same. More particularly, the present invention relates to a diagnostic collimator module that can be usefully used in an intervention procedure that can reduce unnecessary radiation dose to a patient within a range that does not affect the diagnosis and the procedure. The present invention relates to a variable collimator module for a radiation device and a system using the same.
  • the examinations for the purpose of diagnosis and treatment using medical radiation include computerized tomography, general radiography and fluoroscopy, and there is an interventional radiation procedure in which the patient is irradiated with radiation for a long time.
  • interventional radiotherapy is rapidly increasing in frequency in recent years in the treatment of brain / cardiac / peripheral vascular disease, bleeding and liver cancer.
  • the interventional radiation procedure requires an excellent X-ray image quality, and in order to improve the image quality, the amount of radiation irradiated to the patient is increased.
  • interventional radiation procedure which involves doses of several tens more doses of computed tomography and radiography, has reduced the patient's quality of life because of treating the patient.
  • the physical shield should be attached directly to the patient's body, and in the case of the selective collimator, the irradiation surface to which the radiation can be irradiated is fixed so that it cannot be used flexibly according to the shape of the patient's procedure. there was.
  • an object of the present invention is to provide a system that can reduce the amount of radiation irradiated to a patient at the time of diagnostic radiography by setting the surface to be irradiated freely without attaching a shield directly to the patient using a variable collimator system.
  • the present invention provides a variable collimator module for a diagnostic radiological device and a system using the same, which can be used in an interventional radiological procedure by minimizing a radiation dose harmful to a patient or an operator by enabling a modified setting of a radiation range. There is this.
  • a variable collimator system for a diagnostic radiography apparatus including: a user interface for storing a radiation range set by a user based on image information of a patient's procedure site and transmitting the information; And a collimator module moving according to the information on the irradiation range received from the user interface, having an irregular shape and positioned horizontally and symmetrically to adjust the area of the transmission hole through which radiation passes.
  • the collimator module the first collimator; A second collimator positioned symmetrically with the first collimator; And a main board for controlling movement of the first collimator and the second collimator according to the information on the irradiation range received from the user interface, and each of the first collimator and the second collimator is installed adjacent to each other. It is characterized in that it is independently controlled by the main board.
  • the collimator module the first motor cover; A first motor drive having one end rotatably coupled to the first motor cover; A first power transmission body for changing the rotational motion of the first motor drive into a linear motion such that the first collimator coupled to the other end of the first motor enables linear motion; And a second motor cover, a second motor drive, and a second power transmission body positioned symmetrically with the first motor cover, the first motor drive, and the first power transmission body, respectively.
  • the first collimator includes a first vertical leaf, a first horizontal leaf extending from the upper end of the first vertical leaf in the direction of the second collimator, and a first mounting hole formed in the first vertical leaf.
  • the second collimator includes a second vertical leaf, a second horizontal leaf extending from the upper end of the second vertical leaf in the direction of the first collimator, and a second mounting hole formed in the second vertical leaf.
  • the first power transmission body and the second power transmission body may be mounted to the first mounting hole and the second mounting hole, respectively.
  • Each of the first horizontal leaf and the second horizontal leaf may have a plurality of rectangular parallelepiped bars formed in the longitudinal direction, stacked in the vertical direction, and alternately stacked in the width direction.
  • the first motor drive is formed long in the left and right direction to pass through the first collimator, the first mounting hole and the first power transmission body, and screwed with the first power transmission body, the second motor drive, the left and right direction It is formed long to pass through the second collimator, the second mounting hole and the second power transmission body, characterized in that for screwing the second power transmission body.
  • the collimator module is characterized in that the detachable.
  • variable collimator module for a diagnostic radiation apparatus of the present invention and a system using the same, the following effects can be realized.
  • FIG. 1 is a block diagram of a variable collimator system for a diagnostic radiological device of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are a perspective view of a variable collimator module for a diagnostic radiological device of the present invention
  • variable collimator module for diagnostic radiography of the present invention is cut out
  • FIG. 5 is a view showing a collimator that is an essential part of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a user interface operation state which is an essential part of a variable collimator system for a diagnostic radiological device of the present invention
  • FIG. 7 is a photograph comparing a field formatted by a conventional diagnostic X-ray and an atypical field according to the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph showing the dose reduction effect of the field and the atypical field of the present invention, formatted by the conventional diagnostic X-Ray,
  • 10 is a dose distribution diagram on an irradiated surface with a variable collimator
  • Figure 11 (a) is a photograph using a conventional physical shield and Figure 11 (b) is a photograph using a conventional optional collimator.
  • a variable collimator system for a diagnostic radiography device includes a user interface for storing a radiation range set by a user based on image information of a surgical site of a patient and transmitting the information; And a collimator module moving according to the information on the irradiation range received from the user interface, having an irregular shape and positioned horizontally and symmetrically to adjust the area of the transmission hole through which radiation passes.
  • variable collimator module for a diagnostic radiological device of the present invention and a system using the same will be described.
  • the present invention aims to minimize the dose to the operator and the patient during fluoroscopy and interventional radiography, and in particular, implements an atypical field that allows the user to adjust the irradiation range in a limited rectangular field area.
  • the present invention relates to a variable collimator module for a diagnostic radiological device capable of reducing the amount of unnecessary radiation irradiated to a patient and a system using the same.
  • variable collimator system for a diagnostic radiation apparatus of the present invention includes a user interface 100 and a collimator module 200.
  • the user interface 100 stores the irradiation range set by the user and transmits the information based on the image information of the treatment site of the patient.
  • the communication means can be variously set, and if a function for transmitting information is performed, it can be implemented in various wired and wireless communication.
  • Receiving the image information about the treatment area of the patient it is to set the shielding area in the acquired X-Ray image, and transmits the information to the collimator module 200 which the shielding area is set later.
  • the user interface 100 may be embodied to control the collimator module 200, so that an image image of a target to be applied may be selected and acquired in the image window, and the image image may be enlarged, Its position can also be adjusted (see FIG. 6).
  • the user interface 100 can call up a virtual collimator onto a video image by clicking a specific button and allow the user to directly specify a shielding area by using a mouse pen or the like, as well as being aligned with the area through the virtual collimator control window. You can also check the collimator.
  • the above-described pen may be configured to have a function of changing the size and color, and may be configured to delete or modify the drawn picture, and may be implemented in a form including a touch panel.
  • the collimator module 200 moves according to the information on the irradiation range received from the user interface 100, but has an irregular shape and is positioned horizontally and symmetrically to move from side to side, so that the radiation holes through or near each other are passed through ( Adjust the area of H).
  • the collimator module 200 may include a first collimator 210, a second collimator 220, and a main board 230.
  • the first collimator 210 and the second collimator 220 may be installed in pairs symmetrically with respect to the center of the frame F.
  • the first collimator 210 and the second collimator 220 may be made of carbon steel or tungsten alloy which is a material capable of shielding radiation.
  • the present inventors have excellent machinability, but in order to have high wear resistance in consideration of frequent movement for the shielding configuration, carbon 1.6wt%, silicon 0.4wt%, manganese 0.6wt%, chromium 5.0wt% , Molybdenum 1.0wt%, vanadium 0.3wt%, the remainder was used an alloy tool steel composed of iron and inevitable impurities, but the material may be variously changed if it can meet the above-mentioned purpose.
  • the main board 230 controls the movement of the first collimator 210 and the second collimator 220 according to the information on the radiation irradiation range received from the user interface 100.
  • the main board 230 independently controls the plurality of first collimators 210 and the second collimators 220. That is, since the plurality of first collimators 210 adjacent to each other are controlled independently of each other, the distance between the pair of first collimator 210 and the second collimator 220 corresponding to each other and the remaining pair of first collimators ( The distance between the 210 and the second collimator 220 may be different from each other.
  • the shielding area can be variously changed, and even if the shielding area has an irregular shape, the shielding area can be efficiently shielded, and the effect of minimizing the radiation dose projected to the patient or the operator is realized.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the present invention
  • FIG. 4 illustrates a coupling relationship between the first and second collimators 220 and the first and second motor covers 240 and 270 and the first and second motor drivers 250 and 280 respectively connected thereto
  • 5 is a diagram illustrating the first collimator 210 and the second collimator 220 in detail.
  • the collimator module 200 includes a first motor cover 240, a first motor drive 250, a first power transmission body 260, a second motor cover 270, a second motor drive 280, and a second power transmission body. 290 may include.
  • the first motor cover 240 and the first motor cover 240 function to fix the first motor drive 250 and the second motor drive 280, respectively. That is, one end of the first motor drive 250 is rotatably coupled to the first motor cover 240, one end of the second motor drive 280 is rotatably coupled to the second motor cover 270, It is rotated by receiving power applied from the outside.
  • the first collimator 210 is coupled to the other end of the first motor drive 250
  • the second collimator 220 is coupled to the other end of the second motor drive 280.
  • the other ends of the drive 250 and the second motor drive 280 are positioned to face each other through the first collimator 210 and the second collimator 220, respectively.
  • the first collimator 210 and the second collimator 220 should move in a direction near or far from each other by linear movement, the first The rotational motion of the motor drive 250 and the second motor drive 280 should be transformed into a linear motion.
  • the first power transmission body 260 and the second power transmission body 290 are formed of the first motor drive 250 and the first motor drive 250. It functions to transform the rotational motion of the two motor drive 280 into a linear motion.
  • the first power transmission body 260 and the second power transmission body 290 capable of performing this function are made of a plastic material, and a plurality of threads are formed therein, and the first motor drive 250 is formed along the threads. ) And the second motor drive 280 are fastened to be rotatable along the thread.
  • the first collimator 210 may include a first vertical leaf 212, a first horizontal leaf 214 extending from the upper end of the first vertical leaf 212 toward the second collimator 220, and a first vertical leaf 212.
  • a second horizontal leaf 224 extending in a direction, and a second mounting hole 226 formed in the second vertical leaf 222, and including a first power transmission body 260 and a second power transmission body 290. May be mounted in the first mounting hole 216 and the second mounting hole 226, respectively.
  • the first mounting hole 216 and the second mounting hole 226 are implemented as a space corresponding to the outer shape of the first power transmission body 260 and the second power transmission body 290, the first mounting in each of the space formed The hole 216 and the second mounting hole 226 are mounted.
  • the first horizontal leaf 214 and the second horizontal leaf 224 may be stacked in a vertical direction with a plurality of rectangular parallelepiped bars formed in the longitudinal direction, respectively, and alternately stacked in the width direction.
  • the first collimator 210 and the second collimator 220 will be able to change the shape of the straight, tongue-groove type, L type, curved shape and the like.
  • the first motor drive 250 is elongated in the left and right direction to pass through the first collimator 210, the first mounting hole 216 and the first power transmission body 260, the first power transmission body 260 and the screw Combined, the second motor drive 280 is formed long in the left and right direction through the second collimator 220, the second mounting hole 226 and the second power transmission body 290, the second power transmission body 290 ) Can be screwed together.
  • the first mounting hole 216 and the first power transmission body 260 are formed in a shape corresponding to each other
  • the second mounting hole 226 and the second power transmission body 290 is also formed in a shape corresponding to each other
  • the rotational motions of the first motor drive 250 and the second motor drive 280 are transformed into linear motions of the first collimator 210 and the second collimator 220.
  • the shape of the first collimator 210 and the second collimator 220 is formed in a " ⁇ " shape, the shape of the first power transmission body 260 and the second power transmission body 290 in a " ⁇ " shape.
  • the shape may be variously changed if a function corresponding to each component can be realized.
  • the collimator module 200 described above may be detachably formed, and thus may be applied to a limited space such as a diagnostic radiation head (C-arm).
  • C-arm diagnostic radiation head
  • the plurality of first collimator 210 and the plurality of second collimator 220 is controlled independently of each other by the main board 230 to individually linearly move toward each other, thereby adjusting the degree of shielding and opening
  • the shielding area of the irregular shape it is also possible to set the shielding area of the irregular shape to minimize the amount of radiation projected to the patient and the operator.
  • the “eye” located in the field reduced the dose by 12% due to the field reduction effect, and the “thyroid” showed 87% reduction in the dose due to direct shielding.
  • the present inventors measured the dose distribution of an open irradiation surface and an irradiation duty freer equipped with a variable collimator which is an essential part of the present invention, and compared shielding efficiency at different energies.

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Abstract

진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템이 소개된다. 이를 위해 본 발명은 환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 기초로 사용자가 설정한 방사선 조사 범위를 저장한 뒤 그 정보를 전송하는 사용자 인터페이스; 및 상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 콜리메이터 모듈;을 포함한다.

Description

진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템
본 발명은 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 진단 및 시술에 영향을 주지 않는 범위 내에서 환자에게 불필요한 방사선 조사량을 줄일 수 있는 인터벤션 시술에 유용하게 사용 가능한 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
의료방사선을 이용하여 진단 및 시술을 목적으로 하는 검사에는 컴퓨터 전산화 단층촬영 검사, 일반 방사선 촬영 그리고 투시 조영검사 등이 있으며, 환자의 시술 목적으로 장시간 동안 방사선을 환자에게 조사하는 인터벤션 방사선 시술이 있다.
진단용 방사선 피폭선량에 대한 사회적 관심은 계속적으로 증가되어 왔으며, 종합 검진 중 방사선 검사의 환자피폭 선량이 지나치게 많다는 조사가 보고된바 있다.
한편, 인터벤션 방사선 시술은 최근 뇌/ 심/ 말초혈관질환, 출혈 및 간암의 치료 등에서 시술의 빈도가 빠르게 증가하고 있는 추세이다.
이때, 인터벤션 방사선 시술은 우수한 엑스선 영상 화질이 요구되며, 화질 개선을 위해서는 필수적으로 환자에게 조사되는 방사선 양을 증가시켰다.
컴퓨터 전산단층 검사 및 일반 방사선 검사의 수십 배 더 많은 선량이 환자에게 조사되는 인터벤션 방사선 시술은 환자를 치료한다는 이유로 환자의 삶의 질을 감소시켜 온 것도 사실이다.
이러한 문제점을 고려하여 진단방사선 검사에서 환자의 피폭선량을 감소하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 국제 방사선 방어 기구 및 국내 식약처에서도 가이드라인 보고서가 보고되고 있다.
기존의 환자의 피폭선량을 감소하기 위한 연구들은 도 11(a)에 도시된 바와 같이 물리적 차폐체를 사용하거나 도 11(b)에 도시된 바와 같이 선택적인 콜리메이터를 이용하여 왔다.
물리적 차폐체는 환자의 신체에 직접적으로 부착해야 하는 한계가 있었으며, 선택적 콜리메이터의 경우, 방사선이 조사될 수 있는 조사 면이 고정되어 있어 환자의 시술부위 모양에 따라 유연하게 대처하여 사용할 수 없는 단점을 가지고 있었다.
이에 본 발명은 가변형 콜리메이터 시스템을 이용하여 환자에게 직접적으로 차폐체를 부착하지 않고도 자유롭게 방사선이 조사되는 면을 설정하여 진단방사선검사 시 환자에게 조사되는 방사선 양을 감소시킬 수 있는 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 방사선 조사 범위의 변형 설정이 가능하여 환자 또는 시술자에게 유해한 방사선 조사량을 최소화할 수 있어 중재적 방사선 시술에 유용하게 사용할 수 있는 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템은 환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 기초로 사용자가 설정한 방사선 조사 범위를 저장한 뒤 그 정보를 전송하는 사용자 인터페이스; 및 상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 콜리메이터 모듈;을 포함한다.
상기 콜리메이터 모듈은, 제1콜리메이터; 상기 제1콜리메이터와 좌우 대칭되게 위치하는 제2콜리메이터; 및 상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 상기 제1콜리메이터 및 제2콜리메이터의 이동을 제어하는 메인보드를 포함하고, 상기 제1콜리메이터 및 제2콜리메이터는 각각 복수 개가 인접하여 설치되어 상기 메인보드에 의해 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 콜리메이터 모듈은, 제1모터 커버; 상기 제1모터 커버에 그 일단부가 회전 가능하게 결합된 제1모터 드라이브; 상기 제1모터의 타단부에 결합된 제1콜리메이터가 직선 운동 가능하도록 상기 제1모터 드라이브의 회전 운동을 직선 운동으로 변경시키는 제1동력 전달체; 및 상기 제1모터 커버, 제1모터 드라이브, 제1동력 전달체와 각각 좌우 대칭되게 위치하는 제2모터 커버, 제2모터 드라이브, 제2동력 전달체를 포함한다.
상기 제1콜리메이터는, 제1수직 리프와, 상기 제1수직 리프의 상단에서 상기 제2콜리메이터 방향으로 연장 형성된 제1수평 리프와, 상기 제1수직 리프에 형성된 제1장착홀을 포함하고, 상기 제2콜리메이터는, 제2수직 리프와, 상기 제2수직 리프의 상단에서 상기 제1콜리메이터 방향으로 연장 형성된 제2수평 리프와, 상기 제2수직 리프에 형성된 제2장착홀을 포함하며, 상기 제1동력 전달체 및 제2동력 전달체는 각각 상기 제1장착홀 및 제2장착홀에 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 제1수평 리프 및 제2수평 리프는, 각각 길이 방향으로 길게 형성된 복수 개의 직육면체 형상의 바(bar)가 상하 방향으로 적층되되, 폭 방향으로 서로 엇갈리게 적층된 것을 특징으로 한다.
상기 제1모터 드라이브는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 상기 제1콜리메이터, 제1장착홀 및 제1동력 전달체를 관통하되, 상기 제1동력 전달체와 나사결합하며, 상기 제2모터 드라이브는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 상기 제2콜리메이터, 제2장착홀 및 제2동력 전달체를 관통하되, 상기 제2동력 전달체와 나사결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 콜리메이터 모듈은 착탈 가능하게 형성된 것을 특징으로 한다.
사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템에 따르면 아래와 같은 효과를 구현할 수 있다.
첫째, 방사선 조사 범위를 설정할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 인터벤션 시술 시 환자 또는 시술자에게 유해한 방사선 조사량을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 기존 방사선 진단기에 간단하게 부착하여 사용 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템의 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈의 사시도,
도 4는 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈의 일면을 절개한 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일요부인 콜리메이터를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템의 일요부인 사용자 인터페이스 작동 상태를 나타낸 도면,
도 7은 종래의 진단 X-Ray에 의해 정형화된 필드 및 본 발명에 의한 비정형 필드를 비교한 사진,
도 8은 종래의 진단 X-Ray에 의해 정형화된 필드 및 본 발명의 비정형 필드에 의한 선량 감소 효과를 나타낸 사진,
도 9는 오픈(open) 조사면에서의 선량 분포도,
도 10은 가변형 콜리메이터 부착 조사면에서의 선량 분포도,
도 11(a)는 종래 물리적 차폐체를 사용한 사진이고 도 11(b)는 종래 선택적인 콜리메이터를 사용한 사진이다.
진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템은 환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 기초로 사용자가 설정한 방사선 조사 범위를 저장한 뒤 그 정보를 전송하는 사용자 인터페이스; 및 상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 콜리메이터 모듈;을 포함한다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템을 설명한다.
본 발명은 방사선 투시 조영 및 중재적 방사선 시술 시 시술자 및 환자에게 들어가는 선량을 최소화하기 위한 것으로, 특히 종래의 사각형 모양의 제한된 필드 영역에서 사용자가 방사선의 조사 범위를 조절할 수 있는 비정형화된 필드를 구현하여 환자에게 조사되는 불필요한 방사선 양을 줄일 수 있는 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템은, 사용자 인터페이스(100) 및 콜리메이터 모듈(200)을 포함한다.
사용자 인터페이스(100)는 환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 기초로, 사용자가 설정한 방사선 조사 범위를 저장하고 그 정보를 전송하는 기능을 한다. 이때 통신 수단은 다양하게 설정 가능하며, 정보를 전송할 수 있는 기능이 수행된다면 다양한 유,무선 통신으로 구현 가능하다.
환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 전송받아, 획득한 X-Ray 영상에 차폐 영역을 설정, 차폐 영역이 설정된 정보를 후술하는 콜리메이터 모듈(200)로 전송하는 기능을 하는 것이다.
예를 들어, 사용자 인터페이스(100)는 콜리메이터 모듈(200)을 제어할 수 있도록 구체화될 수 있는바, 이미지 창에서 적용하고자 하는 표적의 영상 이미지를 선택, 획득 가능하며, 이러한 영상 이미지를 확대하거나, 그 위치를 조절(도 6 참조)할 수도 있다.
이러한 사용자 인터페이스(100)는, 특정 버튼을 클릭함으로써 가상의 콜리메이터를 영상 이미지 위로 불러와 사용자가 직접 마우스 펜 등을 이용, 차폐 영역을 지정할 수 있는 것은 물론, 가상 콜리메이터 제어창을 통해 구역에 맞게 정렬된 콜리메이터를 확인할 수도 있다. 상술한 펜은 크기 및 색깔을 변경할 수 있는 기능을 갖도록 구성될 수 있으며, 그려진 그림을 삭제하거나, 수정할 수 있도록 구성될 수도 있는바, 터치 패널을 포함하는 형태로 구현될 수 있을 것이다.
콜리메이터 모듈(200)은 사용자 인터페이스(100)로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 좌우로 이동함으로써, 서로 접근하거나 멀어져 방사선이 통과하는 투과홀(H)의 면적을 조절한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 모듈(200)은, 제1콜리메이터(210), 제2콜리메이터(220), 메인 보드(230)를 포함할 수 있다.
콜리메이터 모듈(1, 도 1 참조)에 내장되어 사용되는바, 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)는 프레임(F)의 중심부에 대하여 좌우 대칭으로 한 쌍을 이루어 설치될 수 있다. 이러한 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)는 방사선을 차폐할 수 있는 재료인 탄소강 또는 텅스텐 합금으로 이루어질 수 있다.
일 예로, 본 발명자는 우수한 기계 가공성을 가지면서도, 차폐 형태 구성을 위해 빈번한 움직임을 갖는 것을 고려하여 높은 내마모성을 가질 수 있도록 탄소 1.6wt%, 규소 0.4wt%, 망간 0.6wt%, 크롬 5.0wt%, 몰리브덴 1.0wt%, 바나듐 0.3wt%, 나머지는 철 및 불가피한 불순물로 구성된 합금 공구강을 사용하였으나, 상술한 목적에 부합할 수 있는 것이라면 그 재질은 다양하게 변경 가능할 것이다.
메인 보드(230)는 사용자 인터페이스(100)로부터 전송받은 방사서 조사 범위에 대한 정보에 따라 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)의 이동을 제어한다.
제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)는 각각 복수 개가 인접하여 설치되므로, 메인 보드(230)는 복수 개의 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)를 독립적으로 제어한다. 즉, 서로 인접하는 복수 개의 제1콜리메이터(210)가 서로 독립적으로 제어되므로, 서로 대응되는 한 쌍의 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220) 간 거리와, 나머지 쌍의 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220) 간 거리는 서로 상이할 수 있다.
이로 인해 차폐 영역은 다양하게 변경 가능하게 되고, 이러한 차폐 영역이 비정형 형상이라 하더라도 효율적으로 차폐 가능하며, 환자 또는 시술자에게 투영되는 방사선 조사량을 최소화할 수 있는 효과가 구현된다.
도 3은 본 발명의 개략적인 구성도이고, 도 4는 제1,2콜리메이터(220)와 이에 각각 연결된 제1,2모터 커버(240,270) 및 제1,2모터 드라이버(250,280)의 결합 관계를 나타내며, 도 5는 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
콜리메이터 모듈(200)은 제1모터 커버(240), 제1모터 드라이브(250), 제1동력 전달체(260), 제2모터 커버(270), 제2모터 드라이브(280), 제2동력 전달체(290)를 포함할 수 있다.
제1모터 커버(240) 및 제1모터 커버(240)는 각각 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)를 고정하는 기능을 한다. 즉, 제1모터 드라이브(250)의 일단부는 제1모터 커버(240)에 회전 가능하게 결합되고, 제2모터 드라이브(280)의 일단부는 제2모터 커버(270)에 회전 가능하게 결합되어, 외부로부터 인가되는 전원을 공급받아 회전하게 되는 것이다.
제1모터 드라이브(250)의 타단부에는 상술한 제1콜리메이터(210)가 결합되고, 제2모터 드라이브(280)의 타단부에는 상술한 제2콜리메이터(220)가 결합되는바, 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)의 타단은 각각 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)를 관통하여 서로 마주볼 수 있도록 위치한다.
이때, 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)의 회전에 따라 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)는 직선 운동하여 서로 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동해야 하므로, 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)의 회전 운동은 직선 운동으로 변형되어야 하는바, 제1동력 전달체(260) 및 제2동력 전달체(290)는 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)의 회전 운동을 직선 운동으로 변형시키는 기능을 한다.
이러한 기능을 수행할 수 있는 제1동력 전달체(260) 및 제2동력 전달체(290)는 플라스틱 재질로 구현되고, 그 내부는 복수개의 나사산이 형성되어 있으며, 이 나사산을 따라 제1모터 드라이브(250)와 제2모터 드라이브(280)가 각각 나사산을 따라 회전 가능하도록 체결되어 있다.
한편, 제1콜리메이터(210)는 제1수직 리프(212)와, 제1수직 리프(212)의 상단에서 제2콜리메이터(220) 방향으로 연장 형성된 제1수평 리프(214)와, 제1수직 리프(212)에 형성된 제1장착홀(216)을 포함하고, 제2콜리메이터(220)는, 제2수직 리프(222)와, 제2수직 리프(222)의 상단에서 제1콜리메이터(210) 방향으로 연장 형성된 제2수평 리프(224)와, 제2수직 리프(222)에 형성된 제2장착홀(226)을 포함할 수 있으며, 제1동력 전달체(260) 및 제2동력 전달체(290)는 각각 제1장착홀(216) 및 제2장착홀(226)에 장착될 수 있다.
제1장착홀(216) 및 제2장착홀(226)은 제1동력 전달체(260)와 제2동력 전달체(290)의 외형에 대응되는 공간으로 구현되며, 이 각각에 형성된 공간에 제1장착홀(216) 및 제2장착홀(226)이 장착되어 있다.
제1수평 리프(214) 및 제2수평 리프(224)는, 각각 길이 방향으로 길게 형성된 복수 개의 직육면체 형상의 바(bar)가 상하 방향으로 적층되되, 폭 방향으로 서로 엇갈리게 적층될 수도 있다. 또한, 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)는 일자형, tongue-groove 형, L형, 곡선형 등으로 형상 변경 가능할 것이다.
제1모터 드라이브(250)는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 제1콜리메이터(210), 제1장착홀(216) 및 제1동력 전달체(260)를 관통하되, 제1동력 전달체(260)와 나사결합하며, 제2모터 드라이브(280)는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 제2콜리메이터(220), 제2장착홀(226) 및 제2동력 전달체(290)를 관통하되, 제2동력 전달체(290)와 나사결합할 수 있다.
이때, 제1장착홀(216) 및 제1동력 전달체(260)는 서로 대응되는 형상으로 형성되고, 제2장착홀(226) 및 제2동력 전달체(290) 역시 서로 대응되는 형상으로 형성되어, 제1모터 드라이브(250) 및 제2모터 드라이브(280)의 회전 운동을 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)의 직선 운동으로 변형하게 되는 것이다.
본 발명에서는 제1콜리메이터(210) 및 제2콜리메이터(220)의 형상을 "Γ" 형상으로 형성하고, 제1동력 전달체(260) 및 제2동력 전달체(290)의 형상을 "┣" 형상으로 형성하였으나, 각각의 구성요소에 부합하는 기능을 실현할 수 있다면 그 형상은 다양하게 변경 가능할 것이다.
상술한 콜리메이터 모듈(200)은 착탈 가능하게 형성됨으로써, 진단 방사선 상용기기(C-arm) 헤드 등 한정된 공간에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수 개의 제1콜리메이터(210) 및 복수 개의 제2콜리메이터(220)는 메인 보드(230)에 의해 서로 독립적으로 제어되어 서로를 향해 개별적으로 직선 운동함으로써, 차폐 및 열림 정도를 조절할 수 있는바, 비정형 형상의 차폐 영역 설정도 가능하므로 환자 및 시술자에게 투영되는 방사선량을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템의 효과를 검증하기 위해, 본 발명자는 치과 방사선 검사 중의 하나인 세팔로 검사에서 광자극발광선량계를 이용하여 본 발명의 선량 감소 효과를 검증하였다.
필드 내에 위치한 "눈"은 필드 감소 효과로 인하여 선량이 12% 감소하였으며, "갑상선"은 직접적 차폐로 인하여 87% 가량 선량이 감소하였음을 확인하였다.
본 발명자는 오픈 조사면 및 본 발명의 일요부인 가변형 콜리메이터를 부착한 조사면세서의 선량 분포도를 측정하여, 서로 다른 에너지에서의 차폐 효율을 비교하였다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 모든 에너지 대에서 오픈 조사면 대비 본 발명이 적용된 경우에는 차폐 효율이 크게 개선됨으로 알 수 있었다.
80kVp 100kVp 120kVp
open field 1.44x10-5 1.51x10-5 1.72x10-5
MLC field 2.44x10-7 6.48x10-7 1.10x10-6
shielding rate(%) 98.3 95.7 93.6
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈 및 이를 이용한 시스템에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (8)

  1. 환자의 시술 부위에 대한 영상 정보를 기초로 사용자가 설정한 방사선 조사 범위를 저장한 뒤 그 정보를 전송하는 사용자 인터페이스; 및
    상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 콜리메이터 모듈;을 포함하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 콜리메이터 모듈은,
    제1콜리메이터;
    상기 제1콜리메이터와 좌우 대칭되게 위치하는 제2콜리메이터; 및
    상기 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 상기 제1콜리메이터 및 제2콜리메이터의 이동을 제어하는 메인보드를 포함하고,
    상기 제1콜리메이터 및 제2콜리메이터는 각각 복수 개가 인접하여 설치되어 상기 메인보드에 의해 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 콜리메이터 모듈은,
    제1모터 커버;
    상기 제1모터 커버에 그 일단부가 회전 가능하게 결합된 제1모터 드라이브;
    상기 제1모터의 타단부에 결합된 제1콜리메이터가 직선 운동 가능하도록 상기 제1모터 드라이브의 회전 운동을 직선 운동으로 변경시키는 제1동력 전달체; 및
    상기 제1모터 커버, 제1모터 드라이브, 제1동력 전달체와 각각 좌우 대칭되게 위치하는 제2모터 커버, 제2모터 드라이브, 제2동력 전달체를 포함하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1콜리메이터는,
    제1수직 리프와, 상기 제1수직 리프의 상단에서 상기 제2콜리메이터 방향으로 연장 형성된 제1수평 리프와, 상기 제1수직 리프에 형성된 제1장착홀을 포함하고,
    상기 제2콜리메이터는, 제2수직 리프와, 상기 제2수직 리프의 상단에서 상기 제1콜리메이터 방향으로 연장 형성된 제2수평 리프와, 상기 제2수직 리프에 형성된 제2장착홀을 포함하며,
    상기 제1동력 전달체 및 제2동력 전달체는 각각 상기 제1장착홀 및 제2장착홀에 장착된 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수평 리프 및 제2수평 리프는, 각각 길이 방향으로 길게 형성된 복수 개의 직육면체 형상의 바(bar)가 상하 방향으로 적층되되, 폭 방향으로 서로 엇갈리게 적층된 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1모터 드라이브는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 상기 제1콜리메이터, 제1장착홀 및 제1동력 전달체를 관통하되, 상기 제1동력 전달체와 나사결합하며,
    상기 제2모터 드라이브는, 좌우 방향으로 길게 형성되어 상기 제2콜리메이터, 제2장착홀 및 제2동력 전달체를 관통하되, 상기 제2동력 전달체와 나사결합하는 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜리메이터 모듈은 착탈 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 시스템.
  8. 사용자 인터페이스로부터 전송받은 방사선 조사 범위에 대한 정보에 따라 이동하되, 비정형 형상을 가지며 좌우 대칭되게 위치하여 서로 좌우로 이동하면서 방사선이 통과하는 투과홀의 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는, 진단 방사선 기기용 가변형 콜리메이터 모듈.
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