CT 장치의 기본구성 part.1

안녕하세요!
만둥이 입니다. 
CT에 관련된 사항이 벌써 5번째 입니다.
오늘은 CT 장치의 기본구성에 대해 알아 보겠습니다.
 
 

 

CT 장치의 기본구성

- CT 장치의 기본 분류

1.  X선 발생시스템
   : X선을 발생
2.  영상획득 시스템
   : 환자를 투과한 감약데이터를 획득하여 digital 신호로 변환
3.  영상처리(재구성)시스템
   : 변환데이터의 재구성이나 후처리(post processing)를 통한 영상화
4.  영상표시, 저장, 전송 시스템
    : 영상을 모니터에 표시, 저장, 전송
 

 

- CT 장치의 구성

– 고전압 발생장치
– X선관 장치
– 전압분배 장치
– 검출 장치
– 갠트리(gantry) 및 환자 테이블
– X선 제어 및 영상처리 장치
– 사용자 조작대(operation console)
– 워크스테이션(work station)
– 조영제 자동주입기(auto injector)
– imager 및 현상기
– 환자 응급 처치용 defibrillator 등이 필요

 

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1.X선관(CT tube)

X선관의 전체 에너지의 99%는 양극에서 열로 바뀌고 약 1%만이 X 선으로 변화하여 scan에 이용. X-ray는 높은 에너지를 지닌 전자들이 금속판 (metal target)의 표면에 부딪히며 발생된다. Cathode(음극)는 2200℃의 온도까지 올라가며 전자를 발생시키므로 얇은 텅스텐으로 구성된다. 효율적인 폭으로 전자를 발산시키기 위해 ‘focusing cup’이 음극을 둘러싼다. 높은 양의 전압이 철판에 인가되고 Anode(양극)이 형성되게 되어 음극에서 생성된 전자가 철판에 강하게 부딪치게 된다.

 

CT 장치의 X선관은 두 가지 type
①고정 양극식 X선관: 양극의 target가 고정되어 있고, 연속적으로 X선을 조사할 수 있으며 선초점 원리에 기초를 두고 있고 기본적인 설계로는 전형적으로 15~20° 경사진 텅스텐 재질로 되어 있고 주위에 구리가 둘러싸여 있어 target로부터 열분산을 도와주는 역할을 한다. 초점의 크기는 2 mm× 16 mm 정도이다. 주로 1.2세대 CT에 사용되었다. 양극과 음극의 구조물들은 pyrex 유리용기 내에 봉입되어 있으며, 사용되는 Al filter의 두께는 1.5 ~10 mm로 X선관의 전체 여과 범위는 3.5 mmAl부터 7.5 mmAl 정도이다. 단점으로는 오랜 연속부하로 인한 영상에 굴절이 나타나는 빈도가 높고, 대초점이기 때문에 소초점에 비해 반음영(penumbra)의 중복에 의한 환자 피폭 선량이 증대된다. 냉각 방법은 유냉식과 수냉식을 사용한다.
② 회전 양극식 X선관: 양극의 target이 회전하고 연속 조사시간이 약 1분 이하의 X선관이며 유냉식 냉각 시스템으로 연속적으로 짧은 시간 동안 가동할 수 있다. CT 장치의 회전 양극식 X선관은 80, 100, 120, 140 kV의 고관전압을 사용한다. 관전류는 10~440 mA의 범위를 사용하지만 최근에 개발된 64 MDCT용 X선관은 약 800 mA까지 사용함 으로써 scan time을 줄일 수 있다.

 

고정 양극식 X선과과 회전 양극식 X선관

 

 
2. 고전압 발생 장치(Generator)

X선을 발생시키기 위해 X선 장치에 고전압을 발생시키는 장치를 말한다.
 
CT 장치에서 고관전압을 쓰는 이유는 다음과 같다.
① 피사체를 투과한 후 검출기에 도달하는 X선량을 증가시켜 검출기의 검출능력을 최대화시켜 영상의 질을 증가시킨다.
② 뇌 조직이나 연부조직에 대한 뼈의 대조도를 감소시킨다.
③ Beam hardening artifact의 발생을 억제시킨다.
④ Soft tissue 또는 각 조직 내의 작은 감약 계수 차이도 감지할 수 있게 한다.
 
 

3. 전압 분배장치 (power distribution unit, PDU)

외부에서 입력된 고전압을 CT장치의 각 부분, 즉 gantry, console, 환자 테이블, workstation, 재구성  컴퓨터  등으로  전원을  분배하는  장치를  말한다.
 
 

4.여과(Filter)

CT 영상의 질을 저하시키는(영상을 얻기에 도움이 되지 않는) 저에너지 X선(연선)을 흡수하여 선질을 경화시키고 환자 피폭 선량을 감소시킨다. 즉, X선 질을 균등하게 하기 위함이다.
 
 

5.시준장치(collimator)

산란선을 줄여서 환자의 피폭선량을 감소시키고 화질을 향상시키고, 반음영(penumbra)을 줄여서 산란선을 억제한다. 또한Slice thickness를 결정한다. 두 가지 종류의 collimator가 있다.
1) X선관 측 Collimator
X선관 측 collimator는 pre patient collimator라고도 하며, SDCT-X선관에서 나오는 X선속의 폭을 결정하고, slice의 두께를 결정한다. MDCT-X선관에서 나오는 X선속의 폭과 조사야 를 결정하지만 SDCT와 같이 slice의 두께를 결정하지는 않는다. 또한 collimator의 선속제한으로 인하여 환자의 피폭선량이 감소되어 화질이 향상된다. 초점의 크기에 따라 반음영의 영향이 많으므로, 초점 크기와 관련된 반음영을 고려해서 설계해야 하며, 대초점인 경우 collimation이 더욱 필요하다. 또한 Heel effect의 영향을 최소화하기 위하여 X선관 장축 방향과 수직되게 해야 하며 검출기 측 collimator와 대칭으로 정확하게 맞추어서 설치되어야 한다.
2) 검출기 측 Collimator
Post  patient  collimator라  불려지고,  검출기  앞에  위치하며  산란선을  제거하고,  SDCT의  collimator는 X선관에서 나와서 환자를 투과한 X선속의 폭 만큼 제한되어 자동으로 조절되며, slice thickness를 결정한다. MDCT-collimator는 detector 앞에 위치하였으며, 대표적으로 수직면(in plane) collimator 와 가로면(cross plane) collimator 두 종류가 있다. 수직면 collimator는 그리드로서 산란선을 제거하기 위해 3세대에서 사용되었으며, 4세대에서는 넓은 수광각(acceptance angle)으로 인해 사용되지 않았다. 가로면(cross plane) collimator는 3세대와 4세대에서 사용 되었으며, 산란선을 제거하는 역할과 함께 3세대의 경우 Z축의 단면감도윤곽(SSP)을 증가 시키다. Multi detector의 경우 slice thickness도 결정하지만, 영상 재구성 처리 방법에 있어 수학적 기법의 영향을 받는다.