WO2019225915A1 - X-선 초점의 위치 제어가 가능한 디지털 유방 단층영상합성기 - Google Patents

X-선 초점의 위치 제어가 가능한 디지털 유방 단층영상합성기 Download PDF

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WO2019225915A1
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ray
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axis
focal point
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노영섭
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    • A61B6/0414—Supports, e.g. tables or beds, for the body or parts of the body with compression means

Definitions

  • the present invention relates to a digital breast tomography synthesizer capable of controlling the position of the X-ray focus, and more particularly, to a digital breast tomography synthesizer capable of improving blurring by maintaining a constant spatial position of the X-ray focus. It is about.
  • cancers caused by the infinite proliferation of cells include liver cancer, colon cancer, stomach cancer, lung cancer, and the like, especially breast cancer in women is a very fatal disease that requires periodic diagnosis and management. Due to westernized eating habits, the incidence of breast cancer in Asia is increasing. Therefore, each country recommends that women over a certain age be diagnosed with breast cancer at regular intervals.
  • breast ultrasonography Breast Ultrasonography
  • breast MRI Breast MRI
  • X-ray X-ray
  • mammography Mammography exposes an appropriate amount of X-rays with an Automatic Exposure Control (AEC) and then acquires an X-ray image of the breast from the image receptor.
  • AEC Automatic Exposure Control
  • X-ray image acquisition of the breast is generally performed by Full Field Digital Mammography (FFDM), Digital Breast Tomosynthesis (DBT), or Breast Computed Tomography (BCT).
  • FFDM acquires a two-dimensional image
  • DBT Digital Breast Tomosynthesis
  • BCT Breast Computed Tomography
  • FFDM acquires a two-dimensional image
  • DBT reconstructs the projected image obtained by rotating the X-ray generator to realize a three-dimensional image
  • BCT rotates an X-ray generator and an X-ray detector to realize a three-dimensional image.
  • DBT for obtaining 3D images acquires a projection image as the X-ray tube rotates around the breast, which is blurring due to the shift of focus because the X-ray tube continuously moves. Will cause).
  • the acquired projection images are inevitably inferior in sharpness to the actual images, and when the image reconstruction is performed using this, the quality of the finally obtained 3D image is inferior.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to digitally control a focal position of an X-ray tube by a simple method in order to increase the sharpness of a projected image that determines the quality of a 3D image.
  • Breast tomography synthesizer
  • an X-ray tube for generating an X-ray
  • a C-arm that receives the X-ray tube and rotates about a first axis of rotation during an X-ray exposure period
  • An X-ray detector for converting X-rays emitted from the X-ray tube and passing through the breast into image information; And controlling the position of the focal point of the X-ray by rotating the X-ray tube about the second axis of rotation within the C-arm in association with the movement of the X-ray tube by the rotation of the C-arm. Focus controller;
  • the focal point is located in the space of the focal point relative to the X-ray detector while the position of the focal point is moved in a direction opposite to the moving direction of the X-ray tube by rotation about the second axis of rotation.
  • the position can be fixed.
  • the focus controller may calculate a rotation angle at which the spatial position of the focus is fixed based on the moving speed of the X-ray tube, and rotate the X-ray tube based on the calculated rotation angle.
  • the second axis of rotation may be located on a circumference having a radius of the distance between the first axis of rotation and the X-ray tube.
  • the focus controller rotates the X-ray tube so that the focal point is ahead of a predetermined position with respect to the direction of movement of the X-ray tube, and then rotates in the opposite direction while maintaining the spatial position of the focus. It can be controlled to be fixed.
  • an X-ray tube for generating an X-ray
  • a C-arm for receiving said X-ray tube and rotating about a first axis of rotation during an X-ray exposure period
  • An X-ray detector for converting X-rays emitted from the X-ray tube and passing through the breast into image information; And moving the X-ray tube moving in a first direction along a circumference about the first rotational axis in a second moving direction opposite to the first moving direction to control the position of the focus of the X-rays.
  • Focus controller
  • the focus controller may fix the spatial position of the focus with respect to the X-ray detector by moving the focus in the second direction.
  • an X-ray tube for generating an X-ray
  • a C-arm that receives the X-ray tube and rotates about a first axis of rotation during an X-ray exposure period
  • An X-ray detector for converting X-rays emitted from the X-ray tube and passing through the breast into image information
  • a focus controller which controls the position of the focus of the X-ray by rotating the X-ray tube about a third axis of rotation in association with the movement of the X-ray tube by the rotation of the C-arm.
  • the third axis of rotation may be located inside or outside the circumference having a radius of the distance between the first axis of rotation and the X-ray tube.
  • the focus controller may fix the spatial position of the focus with respect to the X-ray detector by rotating the focus with respect to the third axis of rotation.
  • the sharp position can be greatly improved by controlling the focus position of the X-ray tube by a simple structure and method, eliminating blurring of the projected image that determines the quality of the 3D image. Will be.
  • FIG. 1 is a perspective view of a digital breast tomography synthesizer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the digital breast tomography synthesizer according to the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged view of an X-ray tube included in a digital breast tomography synthesizer according to the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a method of obtaining a projection image in a general mammogram.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a problem caused by the prior art.
  • FIG. 6 is a view for explaining focus control by a focus controller in a digital breast tomography image synthesizer according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which focus control is performed in a digital breast tomography image synthesizer according to the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a focus control method by a focus controller in a digital breast tomography image synthesizer according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a focus control method by a focus controller in a digital breast tomography image synthesizer according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a digital breast tomography synthesizer 100 according to the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a portion of the digital breast tomography synthesizer 100 according to the present invention
  • Figure 3 is a digital according to the present invention An enlarged view of the X-ray tube 160 included in the breast tomography synthesizer 100.
  • the digital breast tomography synthesizer 100 includes an X-ray detector 110, a compression paddle 120, a C-arm 130, and a gantry 140. And a rotating unit 150.
  • the X-ray detector 110 has a function of converting X-rays passing through the breast U into image information, and may simultaneously perform a function as a bucky that puts the breast U of the patient. However, in another embodiment, a separate configuration for accommodating the X-ray detector 110 may be further included.
  • the X-ray detector 110 may take various configurations and forms, such as a screen-film detector, an indirect conversion digital detector, a direct conversion digital detector, or a variety of types of detectors. Although not shown in FIG. 1, a grid (not shown) for removing scattered X-rays may be provided on the upper surface of the X-ray detector 110.
  • the compression paddle 120 is designed to move up and down and is provided on the X-ray detector 110.
  • Compression paddle 120 is preferably made of a material that does not affect the X-ray image acquisition of the breast (U), the vertical movement can be controlled so as not to be damaged by the compression. For example, when a pressing force of more than a threshold is applied to the breast U of the patient, the downward movement of the pressing paddle 120 may be stopped or controlled to reduce the pressing force. However, in order to obtain a clear projection image, the compression paddle 120 should be controlled with an appropriate compression force to evenly spread the entire breast U of the patient.
  • the C-arm 130 may include X-ray tube 160.
  • the X-ray tube 160 basically includes a cathode 161, an anode 162 and a motor 163.
  • the cathode 161 is made of filament, and electrons are emitted to the anode 162 as the filament is heated.
  • the anode 162 is rotated in connection with the motor 163, and the high-energy electrons emitted from the cathode 161 collide with the tungsten atoms of the anode 162 to generate X-ray photons.
  • X-ray photons emitted from the disk-shaped anode 162 are limited in the projection area by a collimator (not shown) and are emitted through a tube port (not shown).
  • the X-ray tube 160 may further include a filter (not shown).
  • the X-ray irradiated by the X-ray tube 160 is exposed.
  • the ray passes through the compressed breast U to reach the X-ray detector 110.
  • the X-ray detector 110 generates a signal for the position of the X-ray and the amount of incidence, and the information may acquire a 3D image of the breast U by an image reconstruction algorithm.
  • C-arm 130 houses X-ray tube 160 therein.
  • the rotation unit 150 is connected to the C-arm 130, and the C-arm 130 rotates about the rotation axis A 1 of the rotation unit 150. Accordingly, the X-ray tube 160 accommodated in the C-arm 130 also rotates, thereby moving the X-ray focal spot of the X-ray tube.
  • the X-ray detector 110 and the compression paddle 120 are connected to the C-arm 130, they move and / or rotate together by the rotation of the C-arm 130. In the example, it may be fixed without being affected by the rotation of the C-arm 130.
  • the X-ray detector 110 except for the compression paddle 120 and the breast (U), and the outside of the X-ray detector (110) supporting the breast (U) (eg, bucky). And only the X-ray tube 160 may be rotated.
  • the rotation of each configuration may be designed to allow for selective rotation, or may be designed to be controlled through a mode change (manual or automatic), and the present invention is not limited to the coupling relationship or manner between the configurations.
  • FIG. 4 illustrates a method of obtaining a projection image in a general mammogram.
  • the X-ray tube housed in the C-arm moves at a predetermined speed and direction by the rotation of the C-arm.
  • a dotted line means X-rays to be irradiated.
  • a breast tomography synthesizer acquires a projection image at a predetermined time point, and a 3D image is realized by a plurality of projection images acquired at various angles.
  • the actual focal spot may vary.
  • the movement of the X-ray tube involves the movement of the focus, blurring occurs in the projected image as much as the focus moves.
  • FIG. 5 illustrates this problem of the prior art.
  • X- ray tube 3 is moved as a result, it is moved to the focal position (FS_t 3) at the focal point (FS_t 1) at time t 1 t 3.
  • the actual focal length is the distance ⁇ FS between FS_t 1 and FS_t 3 .
  • the focus is shifted when acquiring one projection image, blurring due to the shift of focus occurs when capturing the breast U between the X-ray detector 110 and the compression paddle 120.
  • the digital breast tomography synthesizer 100 uses the focus controller 170 to allow the spatial position of the focal point FS of the X-ray tube 160 to be at a constant position. That is, from the standpoint of the X-ray detector 110, the focal point FS is fixed while the X-ray tube 160 moves. According to this, since the actual focus is not lengthened by the movement of the X-ray tube 160 and can be kept the same as the focus FS of the X-ray tube 160, blurring can be prevented from occurring. Will be.
  • the focus controller 170 controls the position of the focus FS in various ways.
  • FIG. 6 and 7 show a method of controlling the position of the focal point FS of the X-ray tube.
  • X-ray tube 160 moves from left to right in the drawing from time t 1 to t 3 when one projection image is acquired (in detail, C-arm 130 by rotational movement of C-arm 130).
  • X-ray tube 160 is moved in a clockwise direction on the circumference around the axis of rotation A 1 ).
  • the focus controller 170 rotates the X-ray tube 160 about a rotation axis A 2 within the X-ray tube 160 by a predetermined angle. In this way, the position of the focus FS is controlled.
  • the rotation of the X-ray tube 160 by the focus controller 170 may be implemented by mechanical means. That is, the digital breast tomography synthesizer 100 according to the present invention may further include mechanical means for rotating the X-ray tube 160 shown in FIG. 3 about the rotation axis A 2 .
  • the mechanical means may include, but is not limited to, a configuration for rotating a bearing, a motor, and the like.
  • the focus controller 170 controls the mechanical means based on the rotation / movement information of the C-arm 130 to drive the rotation of the X-ray tube 160.
  • the focus controller 170 moves the X-ray tube 160 counterclockwise to a predetermined angle ⁇ so that the position of the focus FS moves in the advancing direction of the X-ray tube 160. Move by.
  • the focus controller 170 at the time t 2 points the X-ray so that the position of the focus FS moves in the opposite direction of the traveling direction of the X-ray tube 160.
  • the tube 160 is moved clockwise by a predetermined angle ⁇ .
  • the X-ray tube 160 continues to move, and at time t 3 , the focus controller 170 moves the X-ray so that the position of the focus FS moves again in the direction of travel of the X-ray tube 160.
  • the tube 160 is moved counterclockwise by a predetermined angle ⁇ .
  • the X-ray tube 160 continues to move by the C-arm 130, but the focus controller ( Due to the focus control of 170, the focus FS is fixed at the side of the X-ray detector 110.
  • the focus controller Due to the focus control of 170, the focus FS is fixed at the side of the X-ray detector 110.
  • the size of the X-ray focal point used to acquire the image becomes the same as or similar to that of the X-ray tube 160, blurring can be minimized.
  • the focus controller 170 controls the movement of the focus FS
  • the X-ray detector (based on the rotational speed of the C-arm 130 (that is, the moving speed of the X-ray tube 160)
  • the rotation angle at which the spatial position of the focal point FS is fixed with reference to 110 should be calculated (the predetermined angle ⁇ of FIG. 6).
  • the moving distance of the focus FS is approximately 2.27 mm at the moment when the projection image is acquired.
  • the total moving distance of the X-ray tube 160 is approximately 227 mm
  • the moving speed per second is 22.7 mm / sec.
  • the movement distance for 100 msec is 2.27 mm
  • the focal point FS is 34 mm away from the rotation axis A 2 in the X-ray tube 160
  • the X-ray tube for moving the focal point FS 2.27 mm
  • the proper rotation angle of 160 is about 3.82 °. That is, the focus controller 170 may fix the spatial position of the focus FS relative to the X-ray detector 110 by rotating the X-ray tube 160 to about 4.225 degrees. .
  • the focus controller 170 has a second direction opposite to the first direction, which is the moving direction of the X-ray tube 160.
  • the spatial position of the focus FS relative to the X-ray detector 110 is fixed to achieve the effect as shown in FIG. 7. can do.
  • the first direction refers to a direction in which the X-ray tube 160 moves by the C-arm 130 that rotates with respect to the rotation axis A 1
  • the second direction refers to a direction opposite to the first direction. . That is, the first direction is clockwise around the rotational axis A 1 , and the second direction corresponds to the counterclockwise direction around the rotational axis A 1 .
  • the rotation or movement of the X-ray tube 160 in the second direction by the focus controller 170 may be implemented by mechanical means. That is, the digital breast tomography synthesizer 100 according to the present invention may further include mechanical means for moving the X-ray tube 160 in the second direction.
  • the focus controller 170 controls the mechanical means based on the rotation / movement information of the C-arm 130 to facilitate movement in the second direction of the X-ray tube 160. In other words, rotation in the second direction is achieved around the rotation axis A1.
  • the moving distance of the focus FS is approximately 2.27 mm.
  • the total moving distance of the X-ray tube 160 is approximately 227 mm, and the moving speed per second is 22.7 mm / sec.
  • the travel distance for 100 msec is 2.27 mm. That is, the focus controller 170 fixes the spatial position of the focus FS relative to the X-ray detector 110 by moving the X-ray tube 160 about 2.27 mm in the second moving direction for 100 msec. You can.
  • the focus controller 170 rotates the X-ray tube 160 about the rotation axis A 3 so that the focal point ( By moving the FS in the second direction opposite to the first direction, which is the moving direction of the X-ray tube 160, the effect as shown in FIG. 7 can be achieved.
  • the axis of rotation A3 for rotating the X-ray tube 160 is centered on the axis of rotation A 1 of the C-arm 130 and the distance between the axis of rotation A1 and the X-ray tube 130 is determined. It can be located inside or outside the circumference of the radius.
  • the first direction refers to a direction in which the X-ray tube 160 moves by the C-arm 130 that rotates about the central axis A 1
  • the second direction refers to a direction opposite to the first direction. do. That is, the first direction is a clockwise direction about the center axis A 1 , and the second direction is a counterclockwise direction about the center axis A 1 .
  • the rotation of the X-ray tube 160 about the rotation axis A 3 by the focus controller 170 may be implemented by mechanical means. That is, the digital breast tomography synthesizer 100 according to the present invention may further include mechanical means for rotating the X-ray tube 160 about the rotation axis A 3 .
  • the focus controller 170 controls the mechanical means based on the rotation / movement information of the C-arm 130 to rotate the X-ray tube 160 in the second direction about the rotation axis A 3 .
  • the focus FS can be moved in the second direction. In such an implementation manner, it is possible to effectively fix the X-ray focus with less force than in the second embodiment.
  • the sharp position can be greatly improved by controlling the focus position of the X-ray tube by a simple structure and method, eliminating blurring of the projected image that determines the quality of the 3D image. Will be.

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Abstract

본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기는, X-선을 발생시키는 X-선 튜브, X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 기준으로 회전하는 C-암, X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기 및 C-암의 회전에 의한 상기 X-선 튜브의 이동과 연동하여, X-선 튜브를 C-암 내부에서 제2 회전축을 기준으로 회전시키는 등 다양한 방법으로 X-선 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기를 포함한다. 이에 의하여, 심플한 구조와 방법으로 X-선 튜브의 초점 위치를 제어하여, 3차원 영상의 품질을 결정하는 프로젝션 이미지의 블러링을 해소하여 선명도를 월등히 향상시킬 수 있게 된다.

Description

X-선 초점의 위치 제어가 가능한 디지털 유방 단층영상합성기
본 발명은 X-선 초점의 위치 제어가 가능한 디지털 유방 단층영상합성기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 X-선 초점의 공간상 위치를 일정하게 유지시켜 블러링을 개선할 수 있는 디지털 유방 단층영상합성기에 관한 것이다.
세포의 무한 증식으로 발병하는 암(cancer)에는 간암, 대장암, 위암, 폐암 등이 있는데, 특히 여성에게 발병하는 유방암은 매우 치명적인 질환으로 주기적인 진단과 관리가 필요하다. 서구화된 식습관 탓에 아시아의 유방암 발병률이 점점 높아지고 있다. 따라서, 각 나라에서는 특정 연령 이상의 여성에 대해 일정 주기로 유방암 진단을 받을 것을 권장하고 있다.
유방암을 진단하는 방법으로, 유방 초음파 검사(Breast Ultrasonography), 유방 자기공명영상(Breast MRI) 등이 있지만, 대표적으로 X-선(X-ray)을 이용한 맘모그래피(Mammography)를 이용한다. 맘모그래피는 자동노출제어장치(Automatic Exposure Control, AEC)로 적정량의 X-선을 피폭한 뒤 이미지 리셉터로부터 유방의 X-선 영상을 획득한다.
유방의 X-선 영상 획득은, 일반적으로 FFDM(Full Field Digital Mammography), DBT(Digital Breast Tomosynthesis), BCT(Breast Computed Tomography)에 의해 이루어진다. FFDM은 2차원 이미지를 획득하고, DBT는 X-선 발생기가 회전하면서 획득된 프로젝션 이미지를 재구성하여 3차원 영상을 구현하고. BCT는 X-선 발생기와 X-선 검출기를 회전시켜 3차원 영상을 구현한다.
3차원 영상을 얻기 위한 DBT는 X-선 튜브가 유방을 중심으로 회전하면서 프로젝션 이미지(projection image)를 획득하는데, 이때 X-선 튜브가 지속적으로 이동하기 때문에, 초점의 이동에 의한 블러링(blurring)을 유발하게 된다. 이에 의하여, 획득된 각 프로젝션 이미지는 실제 이미지에 비하여 선명도가 떨어질 수밖에 없고, 이를 이용해 영상 재구성(3D Reconstruction)을 수행하면, 최종적으로 획득되는 3차원 영상의 품질이 열악할 수 밖에 없다.
이를 해결하기 위해 다양한 방법이 이용되었다. 예를 들어, 프로젝션 이미지를 획득하기 위하여 이동하는 X-선 튜브 초점의 위치를 제어하는 방법이 제안된 바 있다. 하지만, 대부분이 X-선 튜브를 구성하는 양극의 기울기를 달리하거나, 음극의 포커싱 컵을 이동시키거나, 렌즈를 이용하는 등의 수단을 이용했다. 이는 X-선 튜브를 구성하는 각 요소들을 개별적으로 제어해야 하므로 시스템 구현이 쉽지 않고, 정교한 제어 장치가 필요할 뿐만 아니라, 비용이 많이 든다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 영상의 품질을 결정하는 프로젝션 이미지의 선명도를 높이기 위하여, X-선 튜브의 초점 위치를 간단한 방법으로 제어할 수 있는 디지털 유방 단층영상합성기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기는, X-선을 발생시키는 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 기준으로 회전하는 C-암; 상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및 상기 C-암의 회전에 의한 상기 X-선 튜브의 이동과 연동하여, 상기 X-선 튜브를 상기 C-암 내부에서 제2 회전축을 기준으로 회전시켜 상기 X-선의 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함한다.
그리고, 상기 초점은 상기 제2 회전축을 중심으로 한 회전에 의해 상기 초점의 위치가 상기 X-선 튜브의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하면서, 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상의 위치가 고정될 수 있다.
또한, 상기 초점 제어기는, 상기 X-선 튜브의 이동 속도에 기초해 상기 초점의 공간상의 위치가 고정되는 회전 각도를 산출하고, 산출된 회전 각도에 기초해 상기 X-선 튜브를 회전시킬 수 있다.
그리고, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축을 중심으로 하고, 상기 제1 회전축과 상기 X-선 튜브 사이의 거리를 반지름으로 하는 원주상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 초점 제어기는, 상기 X-선 튜브의 이동 방향을 기준으로 상기 초점이 기설정된 위치보다 앞서도록 상기 X-선 튜브를 회전시켰다가, 다시 반대방향으로 회전시키면서 상기 초점의 공간상 위치가 고정되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 실시예에 따른 디지털 유방 단층영상합성기는, X-선을 발생시키는 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 중심으로 회전하는 C-암; 상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및 상기 제1 회전축을 중심으로 한 원주를 따라 제1 방향으로 이동하는 상기 X-선 튜브를, 제1 이동 방향과 반대인 제2 이동 방향으로 이동시켜, 상기 X-선의 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함한다.
그리고, 상기 초점 제어기는, 상기 초점을 상기 제2 방향으로 이동시킴으로써 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상 위치를 고정시킬 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 디지털 유방 단층영상합성기는, X-선을 발생시키는 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 기준으로 회전하는 C-암; 상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및 상기 C-암의 회전에 의한 상기 X-선 튜브의 이동과 연동하여, 상기 X-선 튜브를 제3 회전축을 기준으로 회전시켜 상기 X-선의 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함하고, 상기 제3 회전축은 상기 제1 회전축을 중심으로 하고, 상기 제1 회전축과 상기 X-선 튜브 사이의 거리를 반지름으로 하는 원주의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 초점 제어기는, 상기 초점을 상기 제3 회전축을 기준으로 회전시킴으로써 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상 위치를 고정시킬 수 있다.
상기 구성을 가진 디지털 유방 단층영상합성기에 의하면, 심플한 구조와 방법으로 X-선 튜브의 초점 위치를 제어하여, 3차원 영상의 품질을 결정하는 프로젝션 이미지의 블러링을 해소하여 선명도를 월등히 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 유방 단층영상합성기의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기의 일부를 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기에 포함된 X-선 튜브의 확대도이다.
도 4는 일반적인 유방 단층영상합성기에서 프로젝션 이미지를 획득하는 방법을 도시한다.
도 5는 종래 기술이 야기하는 문제점을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기에서 초점 제어기에 의한 초점 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기에서 초점 제어가 이루어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기에서 초점 제어기에 의한 초점 제어 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기에서 초점 제어기에 의한 초점 제어 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
그리고, 첨부 도면에 도시된 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 즉, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)의 사시도이이고, 도 2는 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)의 일부를 절개한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)에 포함된 X-선 튜브(160)의 확대도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)는 X-선 검출기(110), 압박 패들(120), C-암(130), 갠트리(140) 및 회전부(150)를 포함한다.
X-선 검출기(110)는 유방(U)을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환시키는 기능을 가지며, 환자의 유방(U)을 올려놓는 벅키(bucky)로서의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 다만, 다른 실시예에서는, X-선 검출기(110)를 수용하는 별도의 구성이 더 포함될 수도 있다.
X-선 검출기(110)는 스크린-필름 검출기, 간접변환 디지털 검출기, 직접변환 디지털 검출기 등 다양한 방식의 검출기 등 다양한 구성과 형태를 취할 수 있다. 또한, 도 1에 도시하지는 않았지만, 산란된 X-선을 제거하기 위한 그리드(미도시)가 X-선 검출기(110)의 상면에 구비될 수도 있다.
압박 패들(120)은 상하 이동이 가능하도록 설계되며, X-선 검출기(110) 상부에 구비된다. 압박 패들(120)은 유방(U)의 X-선 이미지 획득에 영향을 주지 않는 소재로 이루어지는 것이 바람직하고, 압박에 의한 손상이 없도록 상하 이동이 제어될 수 있다. 예컨대, 임계치 이상의 압박력이 환자의 유방(U)에 가해지는 경우, 압박 패들(120)의 하방 이동이 정지하거나, 압박력을 줄이도록 제어될 수 있다. 다만, 명확한 프로젝션 이미지를 획득하려면, 압박 패들(120)이 환자의 유방(U)을 전체적으로 고르게 펴지도록 적절한 압박력으로 제어되어야 한다.
C-암(130)은 X-선 튜브(160)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3을 더 참조하면, X-선 튜브(160)는 기본적으로 캐소드(161), 애노드(162) 및 모터(163)를 포함한다. 캐소드(161)는 필라멘트로 이루어지고, 필라멘트가 가열되면서 전자가 애노드(162)로 방출한다. 애노드(162)는 모터(163)와 연결되어 회전하며, 캐소드(161)에서 방출된 고에너지 전자가 애노드(162)의 텅스텐 원자들과 충돌하면서 X-선 광자를 발생시킨다. 원판형 애노드(162)로부터 방출된 X-선 광자는 콜리메이터(미도시)에 의하여 투사영역이 제한되며, 튜브 포트(미도시)를 통해 방출된다. 그외에 X-선 튜브(160)는 필터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
X-선 검출기(110)의 상면에 환자의 유방(U)을 올려놓은 뒤, 압박 패드(120)로 유방(U)을 압축한 상태에서, X-선 튜브(160)에 의해 조사되는 X-선이 압축된 유방(U)을 통과하여 X-선 검출기(110)에 도달한다. X-선 검출기(110)는 X-선의 위치와 입사량에 대한 신호를 생성하고, 이 정보는 영상 재구성 알고리즘에 의해 유방(U)의 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
C-암(130)은 X-선 튜브(160)를 내부에 수용한다. C-암(130)에는 회전부(150)가 연결되어, 회전부(150)의 회전축(A1)을 중심으로, C-암(130)이 회전하게 된다. 이에 따라, C-암(130)에 수용된 X-선 튜브(160)도 회전하게 되며, 이에 따라 X-선 튜브의 X-선 초점(focal spot)도 이동하게 된다. 도 1에서는 X-선 검출기(110)와 압박 패들(120)이 C-암(130)에 연결되어 있기 때문에, C-암(130)의 회전에 의하여 함께 이동 및/또는 회전하게 되지만, 다른 실시예에서는, C-암(130)의 회전에 영향을 받지 않고 고정되어 있을 수도 있다. 필요에 따라서는 압박 패들(120)과 유방(U), 그리고 유방(U)을 지지하는 X-선 검출기(110)의 외부(예: 벅키(bucky))를 제외한, X-선 검출기(110)와 X-선 튜브(160)만 회전될 수도 있을 것이다. 각 구성의 회전은, 선택적 회전이 가능하도록 설계될 수도 있고, 모드의 변환(수동 혹은 자동)을 통해 제어되도록 설계될 수 있으며, 본 발명은 상기 구성들간의 결합 관계나 방식에 한정되지 않는다.
도 4는 일반적인 유방 단층영상합성기에서 프로젝션 이미지를 획득하는 방법을 도시한다. C-암에 수용된 X-선 튜브는 C-암의 회전에 의하여 소정 속도와 방향으로 이동한다. 도 4에서 점선은 조사되는 X-선을 의미한다. 일반적인 유방 단층영상합성기는 소정 시점마다 프로젝션 이미지를 획득하며, 다양한 각도에서 획득된 다수의 프로젝션 이미지에 의하여 3차원 영상이 구현된다.
다만, 종래 유방 단층영상합성기에서 프로젝션 이미지 획득시에는 X-선 튜브가 이동을 계속하므로, 실제 초점(effective focal spot)이 달라질 수 있다. 다시 말해, X-선 튜브의 이동은 초점의 이동을 수반하므로, 초점이 이동한 만큼 프로젝션 이미지에 블러링(blurring)이 생긴다.
도 5는 이와 같은 종래 기술의 문제점을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, X-선 튜브(3)가 이동함에 따라, 시간 t1에서의 초점 위치(FS_t1)가 t3에서의 초점 위치(FS_t3)까지 이동하게 된다. 이렇게 획득된 프로젝션 이미지에서는 실제 초점의 길이가 FS_t1과 FS_t3 사이의 거리(ΔFS)가 된다. 이때, 하나의 프로젝션 이미지 획득시 초점이 이동하면, X-선 검출기(110)와 압박 패들(120) 사이의 유방(U)을 촬영함에 있어서 초점의 이동에 의한 블러링이 생기게 된다.
본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)는 초점 제어기(170)를 이용하여, X-선 튜브(160)의 초점(FS)의 공간적 위치가 일정한 위치에 있을 수 있게 한다. 즉, X-선 검출기(110)의 입장에서 보면 X-선 튜브(160)가 이동하는 중에도 초점(FS)은 고정된 것과 같다. 이에 의하면, X-선 튜브(160)의 이동에 의해 실제 초점이 길어지지 않고, X-선 튜브(160)의 초점(FS)과 동일하게 유지될 수 있기 때문에, 블러링이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)에서 초점 제어기(170)는 다양한 방법으로 초점(FS)의 위치를 제어한다.
제1 실시예
도 6 및 7은 X-선 튜브의 초점(FS)의 위치를 제어하는 방법을 나타낸다. X-선 튜브(160)는 하나의 프로젝션 이미지가 획득되는 시간 t1에서 t3까지 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동(상세하게는, C-암(130)의 회전 운동에 의해 C-암(130)의 회전축(A1)을 중심으로 한 원주상에서 시계 방향으로 X-선 튜브(160)가 이동)한다. X-선 튜브(160)의 초점(FS)을 제어하기 위해, 초점 제어기(170)는 X-선 튜브(160)를 X-선 튜브(160) 내의 회전축(A2)을 중심으로 소정 각도 회전시킴으로써, 초점(FS)의 위치를 제어한다.
이때, 초점 제어기(170)에 의한 X-선 튜브(160)의 회전은 기계적 수단에 의해 구현될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)는 도 3에 도시된 X-선 튜브(160)를 회전축(A2)을 중심으로 회전시키기 위한 기계적 수단을 더 구비할 수 있다. 기계적 수단은 베어링, 모터 등 회전을 위한 구성을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 초점 제어기(170)는 C-암(130)의 회전/이동 정보에 기초하여 상기 기계적 수단을 제어함으로써, X-선 튜브(160)의 회전을 도모한다.
먼저, 시간 t1점에서 초점 제어기(170)는 초점(FS)의 위치가 X-선 튜브(160)의 진행방향으로 이동하도록 X-선 튜브(160)를 반시계 방향으로 소정 각도(θ)만큼 이동시킨다.
이후, X-선 튜브(160)의 이동에 대응하여, 시간 t2점에서 초점 제어기(170)는 초점(FS)의 위치가 X-선 튜브(160)의 진행방향의 반대로 이동하도록 X-선 튜브(160)를 시계 방향으로 소정 각도(θ)만큼 이동시킨다.
다음, X-선 튜브(160)는 이동을 계속하고, 시간 t3점에서 초점 제어기(170)는 초점(FS)의 위치가 다시 X-선 튜브(160)의 진행방향으로 이동하도록 X-선 튜브(160)를 반시계 방향으로 소정 각도(θ)만큼 이동시킨다.
이에 의하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 프로젝션 이미지가 획득되는 t1∼t3 구간 동안, X-선 튜브(160)는 C-암(130)에 의해 이동을 계속하지만, 초점 제어기(170)의 초점 제어로 인해 X-선 검출기(110) 측면에서는 초점(FS)이 고정된다. 다시 말해, 영상의 획득에 사용되어진 X-선 초점의 크기가 X-선 튜브(160)가 가지고 있는 것과 동일하거나 유사해지므로 블러링을 최소화 할 수 있다.
한편, 초점 제어기(170)가 초점(FS)의 이동을 제어할 때, C-암(130)의 회전 속도(즉, X-선 튜브(160)의 이동속도)에 기초해 X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간상의 위치가 고정되는 회전 각도를 산출(도 6의 소정 각도(θ))해야 한다.
예를 들어, 스캔 각도가 20°이고, 노출시간이 100msec, 회전 시간이 10초라고 가정하면, 프로젝션 이미지가 획득되는 순간에 초점(FS)의 이동거리는 대략 2.27mm가 된다. 이 경우 X-선 튜브(160)의 총 이동 거리는 대략 227mm가 되며, 초당 이동 속도는 22.7mm/sec이다. 100msec동안의 이동거리는 2.27mm가 되며, 초점(FS)이 X-선 튜브(160) 내의 회전축(A2)을 기준으로 34mm 떨어진 경우, 초점(FS)을 2.27mm 이동시키기 위한 X-선 튜브(160)의 적정 회전 각도는 대략 3.82°정도가 된다. 즉, 초점제어기(170)는 X-선 튜브(160)를 대략 4.225°정도의 크기로 회전시킴으로써 X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간상 위치를 고정시킬 수 있게 된다.
제2 실시예
도 8은 X-선 튜브(160)의 초점(FS)의 위치를 제어하는 또 다른 방법을 나타낸다. X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간적 위치를 고정하기 위하여, 초점 제어기(170)는 X-선 튜브(160)의 이동 방향인 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 X-선 튜브(160)를 이동(즉, 초점(FS)의 이동)시킴으로써, X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간적 위치를 고정시켜 도 7과 같은 효과를 도모할 수 있다.
여기서 제1 방향은 회전축(A1)을 기준으로 회전하는 C-암(130)에 의하여 X-선 튜브(160)가 이동하는 방향을 말하며, 제2 방향은 제1 방향의 반대 방향을 의미한다. 즉, 제1 방향은 회전축(A1)을 중심으로 한 시계방향이고, 제2 방향은 회전축(A1)을 중심으로 한 반시계 방향에 해당한다.
이때, 초점 제어기(170)에 의한 X-선 튜브(160)의 제2 방향으로의 회전이나 이동은 기계적 수단에 의해 구현될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)는 X-선 튜브(160)를 제2 방향으로 이동시키기 위한 기계적 수단을 더 구비할 수 있다. 초점 제어기(170)는 C-암(130)의 회전/이동 정보에 기초하여 상기 기계적 수단을 제어함으로써, X-선 튜브(160)의 제2 방향으로의 이동을 도모한다. 다시 말해, 회전축(A1)을 중심으로 제2 방향으로의 회전을 도모한다.
예를 들어, 스캔 각도가 20°이고, 노출시간이 100msec, 회전 시간이 10초라고 가정하면, 초점(FS)의 이동거리는 대략 2.27mm가 된다. 이 경우 X-선 튜브(160)의 총 이동 거리는 대략 227mm가 되며, 초당 이동 속도는 22.7mm/sec이다. 100msec동안의 이동거리는 2.27mm가 된다. 즉, 초점제어기(170)는 X-선 튜브(160)를 100msec동안 제2 이동 방향으로 대략 2.27mm 정도 이동시킴으로써 X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간상 위치를 고정시킬 수 있다.
제3 실시예
도 9는 X-선 튜브(160)의 초점(FS)의 위치를 제어하는 또 다른 방법을 나타낸다. X-선 검출기(110)를 기준으로 한 초점(FS)의 공간적 위치를 고정하기 위하여, 초점 제어기(170)는 회전축(A3)을 중심으로 X-선 튜브(160)를 회전시켜, 초점(FS)을 X-선 튜브(160)의 이동 방향인 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동시킴으로써, 도 7과 같은 효과를 도모할 수 있다.
여기서, X-선 튜브(160)를 회전시키기 위한 회전축(A3)은 C-암(130)의 회전축(A1)을 중심으로 하고 회전축(A1)과 X-선 튜브(130) 사이의 거리를 반지름으로 한 원주의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
여기서 제1 방향은 중심축(A1)을 기준으로 회전하는 C-암(130)에 의하여 X-선 튜브(160)가 이동하는 방향을 말하며, 제2 방향은 제1 방향의 반대 방향을 의미한다. 즉, 제1 방향은 중심축(A1)을 중심으로 한 시계방향이고, 제2 방향은 중심축(A1)을 중심으로 한 반시계 방향에 해당한다.
이때, 초점 제어기(170)에 의한, 회전축(A3)을 중심으로 하는 X-선 튜브(160)의 회전은 기계적 수단에 의해 구현될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디지털 유방 단층영상합성기(100)는 회전축(A3)을 중심으로 하는 X-선 튜브(160)의 회전을 위한 기계적 수단을 더 구비할 수 있다. 초점 제어기(170)는 C-암(130)의 회전/이동 정보에 기초하여 상기 기계적 수단을 제어함으로써, X-선 튜브(160)를 회전축(A3)을 기준으로 제2의 방향으로 회전시켜, 초점(FS)을 제2 방향으로의 이동시킬 수 있게 된다. 상기와 같은 구현 방식으로, 제2 실시예에 비해 더욱 적은 힘으로 X선 초점을 효과적으로 고정시킬 수 있게 된다.
상술한 각 실시예에 설명된 특징, 구조 및 효과는 본 발명의 일 실시예에 포함되지만, 반드시 그 실시예에 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조 및 효과는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의해 조합, 수정, 변경, 전환, 대체, 부가, 수정, 변형 및 응용되어 실시할 수 있을 것이다. 따라서, 조합, 수정, 변경, 전환, 대체, 부가, 수정된 사항 역시, 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있을 것이다.
상기 구성을 가진 디지털 유방 단층영상합성기에 의하면, 심플한 구조와 방법으로 X-선 튜브의 초점 위치를 제어하여, 3차원 영상의 품질을 결정하는 프로젝션 이미지의 블러링을 해소하여 선명도를 월등히 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. X-선을 발생시키는 X-선 튜브;
    상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 기준으로 회전하는 C-암;
    상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및
    상기 C-암의 회전에 의한 상기 X-선 튜브의 이동과 연동하여, 상기 X-선 튜브를 상기 C-암 내부에서 제2 회전축을 기준으로 회전시켜 상기 X-선의 초점 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함하는 디지털 유방 단층영상합성기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초점은 상기 제2 회전축을 중심으로 한 회전에 의해 상기 초점의 위치가 상기 X-선 튜브의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하면서, 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상의 위치가 고정되는 디지털 유방 단층영상합성기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초점 제어기는, 상기 X-선 튜브의 이동 속도에 기초해 상기 초점의 공간상의 위치가 고정되는 회전 각도를 산출하고, 산출된 회전 각도에 기초해 상기 X-선 튜브를 회전시키는 디지털 유방 단층영상합성기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축을 중심으로 하고, 상기 제1 회전축과 상기 X-선 튜브 사이의 거리를 반지름으로 하는 원주상에 위치하는 디지털 유방 단층영상합성기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초점 제어기는, 상기 X-선 튜브의 이동 방향을 기준으로 상기 초점이 기설정된 위치보다 앞서도록 상기 X-선 튜브를 회전시켰다가, 다시 반대방향으로 회전시키면서 상기 초점의 공간상 위치가 고정되도록 제어하는 디지털 유방 단층영상합성기.
  6. X-선을 발생시키는 X-선 튜브;
    상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 중심으로 회전하는 C-암;
    상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및
    상기 제1 회전축을 중심으로 한 원주를 따라 제1 방향으로 이동하는 상기 X-선 튜브를, 제1 이동 방향과 반대인 제2 이동 방향으로 이동시켜, 상기 X-선의 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함하는 디지털 유방 단층영상합성기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초점 제어기는, 상기 초점을 상기 제2 방향으로 이동시킴으로써 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상 위치를 고정시키는 디지털 유방 단층영상합성기.
  8. X-선을 발생시키는 X-선 튜브;
    상기 X-선 튜브를 수용하고, X-선 노출 기간 중 제1 회전축을 기준으로 회전하는 C-암;
    상기 X-선 튜브로부터 조사되어 유방을 통과한 X-선을 이미지 정보로 변환하는 X-선 검출기; 및
    상기 C-암의 회전에 의한 상기 X-선 튜브의 이동과 연동하여, 상기 X-선 튜브를 제3 회전축을 기준으로 회전시켜 상기 X-선의 초점의 위치를 제어하는 초점 제어기;를 포함하고,
    상기 제3 회전축은 상기 제1 회전축을 중심으로 하고, 상기 제1 회전축과 상기 X-선 튜브 사이의 거리를 반지름으로 하는 원주의 내부 또는 외부에 위치하는 디지털 유방 단층영상합성기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초점 제어기는, 상기 초점을 상기 제3 회전축을 기준으로 회전시킴으로써 상기 X-선 검출기를 기준으로 한 상기 초점의 공간상 위치를 고정시키는 디지털 유방 단층영상합성기.
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