KR20000060730A - 다수의 촬상소자를 이용한 고해상도 엑스선 촬영 방법 및 촬영 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 필름을 사용하기 때문에 작업시간이 길고 데이터를 디지털화하기 위하여 추가적인 노력이 드는 기존의 촬영장치 및 방법의 단점을 극복하고 실시간에 고해상도의 X선 영상을 촬영하기 위한 장치로서, X선 발생기에서 방출되어 피사체를 투과한 X선을 가시광선으로 변환하는 X선/가시광선 변환부와, 상기 X선/가시광선 변환부에서 출력된 가시광선을 높은 정밀도를 가진 전기적인 신호로 변환하는 다수개로 구성된 전하결합부와, 상기다수의 전하 결합부에서 출력되는 전기신호를 디지털 신호로 처리하고 수집하는 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 데이터를 디스플레이하는 표시부로 구성되어, 피사체인 인체에 X선을 조사하였을 때 인체를 투과하는 X선을 가시광선으로 변환하고 이 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 인체의 구조를 모니터상에 디스플레이함과 동시에 인체의 구조를 데이터화하여 저장매체에 저장할 수 있는 X선 촬영장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 방사선을 이용하여 촬영한 피사체의 정보를 디지털 데이터로 실시간에 변환, 처리, 디스플레이하는 촬영장치에 관한 것으로, 피사체인 인체에 방사선을 조시했을때 인체를 투과하는 X선을 가시광선으로 변환하고 이 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 인체의 구조를 모니터에 디스플레이함과 동시에 인체의 구조를 데이터화하여 저장매체에 저장하여 필요시 곧바로 디스플레이 할 수 있는 촬영 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반 병원 등에서 널리 사용되는 진단 방사선 장치는 X선을 방출하는 X선 발생기와 상기 X선 발생기에서 방출되어 인체를 투과하는 X선의 세기에 비례하여 농담이 나타나는 필름과 상기 필름을 현상하는 현상기로 구성되어 있다. 상기와 같은 X선 진단기를 이용하여 인체의 특정부위를 촬영하기 위해서는 촬영자가 필름 원판을 장착한 후 X선 발생기를 구동하고, 상기 필름을 현상하여 인체의 특정위치에 어떤 변화가 있는지를 판단하게 된다. 그런데 인체를 촬영할 때마다 새로운 필름원판을 장착하고 이를 현상하는 과정은 시간이 많이 소요되고 연속적으로 촬영할 수 없다는 문제점이 있으며, 촬영된 필름을 보관하고 찾는데 많은 노력과 경비가 소요되는 실정이다. 또한 모든 의료 영상이 디지털화되는 의료 정보화시대에 있어서 아날로그로 인화되는 필름을 이용한 방사선 영상은 이것을 디지털 데이터화하기 위해서 추가의 경비마저 요구하고 있다.
이에 따라 필름 시스템을 대체할 실시간 디지털 영상 촬영 장치에 대한 연구 개발이 많이 진행되어 왔다. 현재까지 개발중인 시스템들은 대부분 TFT 액정판에 포스퍼(Phosphor)나 비결정질 실리콘(Amorphous Silicon)을 흡착시킨 구조인데 높은 해상도를 가지며 광변환 효율이 높은 장점을 가지고는 있지만, 제조 수율이 낮고 고가이어서 상업적으로 널리 사용되지는 못하고 있는 실정이다. 또 다른 방법으로는 X선을 가시광선으로 변환하는 광변환 소자와 광학계와 전하결합소자(CCD 혹온 CMOS Imager)를 이용하는 것을 들 수 있다. 이것은 상기의 방법보다 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. 그러나 질병의 진단이 목적인 의료용에 사용하기에는 낮은 해상도가 문제가 된다.(일반 용도의 전하결합소자의 경우, 가로, 세로 각각 600 개의 입자(총 36만개입자)정도이고, 과학용 전하결합소자의 경우에도 가로, 세로 각각 1024개의 입자 (약 100만개입자)이하의 해상도를 가진다.) 따라서 최소한 가로, 세로 2000개 이상의 입자가 요구되는 의료용 진단기와 같은 고해상도 영상이 요구되는 경우, 한 개의 전하결합소자로는 요구되는 사양을 만족시킬 수가 없다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로서, 광변환 효율이 높은 신틸레이터와 다수의 전하결합소자를 이용하여 TFT를 이용한 상기 장치들에 비해 가격 경쟁력이 우수하고 하나의 전하결합소자를 사용하는 것보다 해상도가 우수한 새로운 구조의 방사선 영상 촬영 시스템을 고안하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 촬영장치는, 소정의 형상을 가진 박스의 입구에 기밀하게 장착되어 X선 발생기에서 방출되어 피사체를 투과한 X선을 가시광선으로 변환하는 X선/가시광선 변환부와, 상기 X선/가시광선 변환부에서 출력된 가시광선을 높은 정밀도를 가진 전기적인 신호로 변환하는 다수개의 전하결합소자로 구성된 전하결합부와, 상기 다수의 전하 결합부에서 출력되는 전기신호를 디지털 신호로 처리하고 수집하는 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부에서 출력되는 데이터를 디스플레이하는 표시부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 예시된 도면을 참조하면서 자세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 실시예에 의한 X선 고정도 촬영 장치를 나타낸 도면이다. 상기의 도면에서 X선/가시광선 변환부(30)는 요오드화세슘(CsI) 박막으로 구성되어 있으며, 상기 요오드화세슘 박막은 X선 발생기(10)에서 방출되어 피사체(20)를 투과한 X선(11)을 가시광선(12)으로 변환하는 역할을 한다. 요오드화세슘 박막에 의해 가시광선으로 변환된 X선영상은 다수의 카메라 렌즈(41)로 구성된 렌즈시스템(40)에 의해 다수의 전하결합소자(51)로 구성된 전하결합부(50)로 전달되며, 상기의 전하결합부는 하나의 렌즈와 하나의 전하결합소자로 구성된 기존의 촬영시스템보다 높은 해상도로 영상을 획득하게 된다. 예를 들어 가로,세로 각각 400mm인 X선/가시광선 변환부(30)에 형성된 가시 영상을 촬영할 때 가로, 세로 각각 400개의 입자로 구성된 한 개의 전하결합소자만 사용하면 1개의 디지털 영상의 입자크기는 가로, 세로 각각 1mm가 된다. 전하결합소자의 입자수를 증가시키면 디지털 영상의 해상도가 높아지지만 전하결합소자의 입자수를 증가시키는 데는 한계가 있다. 따라서 본 발명에서는 후술하는 바와 같이, 기존의 저렴한 전하결합소자를 다수 이용하여 높은 해상도를 가지도록 하는 방법을 고안하였다. 다수의 전하결합소자로 구성된 전하결합소자 시스템(50)에서 만들어진 전기신호(13)는 신호처리시스템(60)에서 처리된 후 이를 표시부(70) 및 데이터 저장부(80)에 공급하도록 구성된다. 신호처리시스템(60), 표시부(70) 그리고 저장부(80)은 주제어기에 의해 정밀하게 제어된다.
제 2 도는 상기한 전하결합소자를 여러 개 이용한 고정도 촬영 장치의 원리를 상술한 도면이다. 제 2 도의 (가)는 다수의 렌즈와 전하결합소자가 장착된 시스템(40, 50)에 의해 X선/가시광선 변환부(30)에 형성된 가시 영상을 나누어 촬영하는 원리를 나타낸 도면이다. 그렴에서 보는 바와 같이 각각의 전하결합소자(51)는 카메라 렌즈(41)를 구비하고 있으며 각각 X선/가시광선 변환부(30)의 일정부위(31)를 확대 촬영하는 구조로 되어있다. 각각의 전하결합소자가 촬영하는 영역이 서로 약간씩 중첩된 것(32)은 각각의 전하결합소자 경계부위에서는 영상이 촬영되지 않을 뿐 아니라, 다수의 전하결합소자를 조립할 때 발생하는 오차에 의해 X선/가시광선 변환부(30)의 일부분이 촬영되지 못하는 현상을 방지하기 위한 것이다. 상기한 장치의 광학계 사이에 광검출센서(52)를 장착하게 되면 X선/가시광선 변환부(30)에 생성된 가시영상의 밝기값을 측정할 수 있다. 전하결합소자가 최적의 영상을 얻기 위해서는 X선/가시광선 변환부(30)가 적절한 조도를 가져야 하는데, 상기한 최적의 조도는 광검출센서(52)를 사용하여 측정할 수 있다. 광검출센서(52)로부터 측정된 광량은 측정회로를 통해 주제어기로 입력되며, 전하결합소자가 최적의 영상을 얻기위한 최적의 노출시간이 계산되어 각각의 전하결합소자 제어기에 노출시간이 입력된다. 실제로 방사선영상을 얻을 때는 전하결합소자 제어기가 미리 지정된 노출시간만큼 영상신호를 누적한후 영상정보 수집회로로 정보를 전송한다. 제 2도의 (나)는 X선/가시광선 변환부(30)을 9개의 전하결합소자를 사용하여 촬영하였을 때의 예를 도시한 것으로, 더 높은 해상도가 필요한 경우 더 많은 수의 전하결합소자를 사용하면 된다. 제 2 도의 (나)에는 X선/가시광선 변환부(30)에 "가나다라마바"와 같은 형상이 나타난 경우, 9개의 전하결합소자중 하나에 형성되는 영상을 도시한 것으로 X선/가시광선 변환부(30)의 좌측 최상단을 바라보는 전하결합소자에는 "가" 형상의 일부분만이 들어오게 된다. 제 2도의 (다)에는 광학계의 시야를 넓게 해서 X선/가시광선 변환부(30)의 어느 부분이든지 2개 이상의 전하결합소자에서 촬영이 가능하게 된 구조를 나타낸다. 전하결합소자는 순간적으로 특정입자가 감당할 수 없는 양의 전하가 생성되면서 주변입자로 전하가 흘러 넘쳐서 화면에 밝고 작은 점이 여기저기에 생기는 현상이 종종 발생한다(Blooming 현상). 이런 현상이 발생할 경우 X선 영상을 이용한 진단에 큰 오류를 발생시킬 수 있게 된다. 따라서 제 2도의 (다)에서와 같이 X선/가시광선 변환부의 어느 부분이든지 2개이상의 전하결합소자에서 촬영한다면 이런 현상에 대처할 수 있게 된다. 예를 들어 X선/가시광선 변환부의 동일부분이 서로 다른 2개의 전하결합소자에서 서로 다른 밝기를 가지는 것으로 나타날 경우 상기한 개화(Blooming)현상 때문인지를 판단하고 그렇지 않은 전하결합소자에서 나온 결과를 사용하면 될 것이다.
제 3 도는 광학계 고정구(52)의 구성을 상술한 도면으로, 광학계 고정구는 한쪽에는 광학계(혹은 카메라렌즈, 51), 그리고 다른 한쪽에는 전하결합소자를 장착할 수 있는 구조로 되어 있다. (가)는 전하결합소자와 광학계를 장착한 광학계 고정구의 예를 나타내고 있다. 광학계 고정구는 한쪽 모서리가 튀어 나온 모양을 하고 있으며 인접한 모서리 2개는 튀어나온 부분과 맞물리도록 오목하게 구성되어 있다. 이것은 제 2 도의 (나)에서 알 수 있듯이 여러개의 전하결합소자를 사용한 본 발명을 구현할 경우 조립이 매우 양호하게 이루어지도록 구성된다. 상기한 도면 제 2의 (나)에는 모두 6개의 광학계 고정구를 사용한 예를 나타내고 있지만 이보다 많거나 혹은 작은 경우에도 매우 간단히 확장 및 축소가 가능하다.
제 4 도는 디지털 신호처리부(60)의 구성을 상술한 도면으로, 디지털 신호처리부(60)은, 각각의 전하결합소자(51)에서 출력된 전기적인 신호들을 취합하는 영상정보 수집회로(61)와, 영상정보 수집회로에서 취합된 다수개의 조각 영상들 중 중 중첩된 부분을 제외하고 필요한 부분만을 취합하여 한 개의 고정도 영상을 만들고 광학계 특성에 의하여 생기는 영상의 왜곡을 보정해주는 역할을 하는 영상정보 보정회로(62)와 이렇게 만들어진 최종 디지털 영상을 빠르게 전송하기 위한 PCI구동회로(63)로 구성된다. 디지털신호처리부는 주제어기에 탑재되어 동작하며 상기한 과정을 통해 만들어진 고해상도의 영상정보는 표시부에 나타나거나 데이터 저장부에 저장, 보관된다. 또한 이러한 정보는 PACS와 같은 데이터 전송시스템을 통하여 다른 시스템과 간편한 정보공유가 가능하도록 만들어진다.
제 5도는 영상정보 수집회로의 구성을 상술한 도면으로 6개의 전하결합소자가 사용된 경우를 예로서 도시한 것이다. 전하결합소자(51)의 뒷면에는 전하결합소자 제어기가 달려있고 이 제어기와 영상정보 수집회로 사이에는 데이터 전송선(13)으로 연결되어 있다. 데이터 전송선은 수평방향으로 데이터를 전송하는 수평전송선(14,15)과 수직방향으로 데이터를 전송하는 수직전송선(16,17,18)으로 구별되는데 각각의 전송선에는 영상신호를 전송하는 데이터 전송선과 전하결합소자를 선택하는 선택 신호선과 전하결합소자의 기능을 제어하는 제어 신호선으로 구성된다. 각각의 전하결합소자로부터 영상정보 수집회로로의 정보 이동은 다음과 같은 방법으로 이루어진다. 우선 영상정보 수집회로(61)는 영상정보를 가져오고 싶은 전하결합소자에 해당하는 수평전송선과 수직전송선에 선택 신호를 보내고, 각각의 전하결합소자 제어기는 수평전송선, 수직전송선 양쪽에서 모두 선택 신호가 들어올 경우에만 데이터전송선으로 영상정보를 내보내도록 한다. 이런 방법으로 데이터 선을 구성할 경우 각각의 전하결합소자와 영상정보수집회로를 연결하는 것이 아니므로 배선이 매우 간단하여진다. 예를 들어 상기한 도면의 경우에도 6개의 전하결합소자와 영상정보회로 사이의 배선의 수는 수평전송선 2개, 수직전송선 3개 모두 5개가 된다. 만일 가로 세로 6개의 전하결합소자가 배열된 경우라면, 36개의 전송선대신 수평전송선 6개, 수직전송선 6개 모두 12개의 전송선만 있으면 배선은 모두 완료된다.
상술한 본 발명에 의하면 피사체를 투과한 x선을 실시간에 가시광선으로 변환하고 이를 전기적인 신호로 변환하여 모니터상에 디스플레이하여 피사체의 내부 구조를 실시간에 관측할 수 있으며, 피사체의 내부 정보를 기록 매체등에 저장하여 필요할 때마다 디스플레이 할 수 있어서 병원등에서 유익하게 이용될 수 있으며 종래의 X선 촬영기에서 필름을 이용할 때 발생하는 제반 결점을 해소하는 효과가 있다. 특히 다수의 렌즈와 전하결합소자를 사용하여 저렴한 비용으로 높은 해상도를 확보하는 수단을 제공함으로서 높은 해상도가 필수적인 의료용 응용분야나 우주 항공 분야의 초정밀 계측분야에 손쉽게 접근할 수 있는 효과가 있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제 누락
제 1 도는 본 발명의 실시 예에 의한 고정도 엑스선 촬영장치를 나타낸 개략도.
제 2 도는 전하결합장치와 렌즈시스템으로 구성된 촬영장치를 다수 개 사용하여 고정도 촬영이 가능하도록 구성한 개략도.
제 3 도는 광학계 고정구의 구조 및 조립예를 상술한 도면
제 4 도는 디지털 신호처리부의 구성을 상술한 도면.
제 5 도는 영상정보 수집회로의 구성을 상술한 도면
* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *
10....X선 발생기 11....X선
12....가시광선 13....전기신호
14,15....수평전송선 16,17,18....수직전송선
20....피사체 30....X선/가시광선 변환부
31....임의의 촬영기 한대의 시야 32....겹쳐지는 시야
40....렌즈 시스템 41....카메라 렌즈
42....광학계고정구 50....전하결합부
51....전하결합소자 52....광검출센서
60....디지털 신호처리부 61....영상정보 수집회로
62....영상정보 보정회로 63....PCI 구동회로
70....표시부 80....데이터저장부
90....주제어기
발명의 구성 및 작용 누락
발명의 효과 누락
Claims (12)
- 검사대상물을 투과할 수 있는 소정파장의 빚을 발생시키는 광발생수단과,상기 광발생수단에 의해 검사되는 검사대상물을 안착하는 대상물 안착수단과,상기 검사대상물을 투과한 소정파장의 빛으로 얻어지는 제 1 영상을 검출하여 가시 가능한 파장의 제 2 영상을 생성하는 가시영상 획득수단과,상기의 가시영상의 배율을 변경하는 배율 조절 수단과,상기의 배율조절 수단을 통하여 제 2 영상을 촬상하는 광검출 수단과,상기 광발생수단과 상기 광검출수단 및 상기 대상물 안착수단을 제어하는 제어 및 신호처리 수단과,상기 광검출수단에서 출력되는 전기신호를 디지털 신호로 처리하여 출력하는 디지털 신호처리부와,상기 디지털 신호처리부에서 출력되는 데이터를 디스플레이하는 표시부와,상기 디지털 신호처리부에서 출력되는 데이터를 일정 영역에 저장하는 데이터 저장부로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광발생 수단이 X선 파장의 광을 발생하는 X선 발생장치인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가시영상 획득수단이 요오드화 세슘(CsI) 박막이나, 가돌리늄 옥시 설파이드(Gd2O2S:Tb) 이나, 이트륨 옥시 설파이드(Y2O2S:Tb)으로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 배율조절수단이, 상기의 가시영상 획득 수단의 일부분을 나누어 확대 촬영함으로서 배율을 조절하고 해상도를 높일 수 있도록, 다수개의 독립적인 카메라 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광검출부가, 상기 배율조절수단인 다수개의 독립적인 카메라 렌즈에 각각 연결되도록 구성된 다수개의 전하결합소자(CMOS 혹은 CCD Imager)인 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 4 항에 있어서,각각의 전하결합소자가 상기한 가시영상 획득수단의 가시영상 방출부위를 약간씩 중첩할 정도의 배율로 상기 배율조절수단의 렌즈를 설계하여 제작상의 오차로 인하여 전체 영상을 재현할 때 촬영되지 않은 부위가 없도록 한 구조를 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 4 항데 있어서,각각의 전하결합소자가 상기한 가시영상 획득수단의 가시영상 방출부위를 절반 이상 중첩 촬영함으로서 특정 전하결합소자의 결함으로 인한 영상 훼손을 보상할 수 있는 구조를 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 5항에 있어서,상기 광검출부가, 전하결합소자와 전하결합소자 제어기(Field Programmable Gate Array소자)와 데이터를 안전하게 전송하기 위한 데이터 버퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 5항과 제 8항에 있어서,상기 광검출부가, 상기 전하결합소자의 최적 노출 시간을 결정하기 위한 광검출센서를 장착한 것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 5항과 제 8항에 있어서,상기 광검출부가, 광학계와 전하결합소자를 각각 1개씩 고정한 광학계 고정구를 다수개 결합한 구조로 구성되어 상기한 전하결합소자의 개수를 자유롭게 변경 가능한 구조로 된것을 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항에 있어서,각각의 전하결합소자로부터 전송되어온 각각의 영상신호를 수집하는 영상정보수집회로와 이렇게 수집된 다수개의 작은 영상들을 이용하여 상기한 가시영상획득수단에 원래 형성되었던 하나의 큰 영상으로 복원하는 영상정보 보정회로와 이렇게 복원된 전체영상을 고속으로 전송하는 고쇽 정보 전송수단으로 구성된 디지털 신호처리부를 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
- 제 1항과 제 10항에 있어서,상기한 영상정보수집회로가, 수평신호선과 수직신호선으로 다수의 전하결합소자와 연결되어 추가의 배선 없이 자유롭게 전하결합소자의 수를 가감할 수 있는 구조를 특징으로 하는 방사선 촬영장치.
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