用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置的制造方法
【专利说明】用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置
[0001]本申请是我国国家申请号为201180018205.7、国际申请号为PCT/US2011/000596且国际申请日为2011年4月4日的专利申请的分案申请。
发明领域
[0002]本发明大体涉及诊断性成像，且具体来说涉及用于获取肢体容积图像的锥形束成像系统。
[0003]发明背景
[0004]3D容积成像已经用作诊断工具，比起较早的2D射线照相成像技术，其在评估内部结构和器官的状况方面提供优势。患者或其他研究对象的3D成像通过许多进步已经变得可能，这些进步包括开发高速成像检测器，如数字射线照相(DR)检测器，其使得能够快速连续地摄取多个图像。
[0005]锥形束计算机断层扫描(CBCT)或锥形束CT技术作为一种诊断工具，使得有希望提供3D容积图像。锥形束CT系统通过使用高帧频数字射线照相(DR)检测器和X射线源，来抓取体数据集，高帧频数字射线照相(DR)检测器和X射线源通常附接到吊架，所述吊架围绕要成像的物体进行旋转，从而将发散的X射线锥形束自沿着研究对象周围轨道的各个点导向研究对象。CBCT系统在整个旋转期间抓取投影，例如，在每个旋转度数上抓取一个2D投影图像。然后，使用各种技术将所述投影重组成3D容积图像。过滤背投法是最常见的3D容积图像重组方法。
[0006]尽管使用CBCT系统和技术可以产生具有良好诊断质量的3D图像，但是仍存在许多技术挑战。例如，在某些情况下，X射线源和检测器相对于研究对象的角度旋转范围可能比较有限。腿部、手臂和其它肢体的CBCT成像可能会受到配对肢体的物理阻碍的妨碍。此情形是(例如)获取人体腿部或膝盖的CBCT图像投影时遇到的障碍。并非膝盖周围所有的成像位置都是可以获取到的；患者自身的解剖结构会阻止辐射源和图像检测器定位在扫描圆周的某个部分上。
[0007]为了说明膝盖CBCT成像中所面临的问题，图1的顶视图展示了辐射源22和检测器24在对作为研究对象20的患者右膝R成像时的圆形扫描路径。以虚线形式展示了辐射源22和检测器的各个位置。与膝盖成一定距离而放置的源22可以定位在约200度弧度内的不同点上；如果弧度更大，左膝L便会引起妨碍。比源22小且通常放置地很接近研究对象20的检测器24可以定位在患者右膝与左膝之间，且因而可以定位在整个圆形轨道上。
[0008]对于常规CBCT成像而言，源和检测器的完全360度轨道是不需要的；相反，可以(例如)通过锥形束自身的角度，在仅仅超过180度的轨道扫描范围内获取充分的图像重组信息。然而，在某些情况下，可能难以获取远大于约180度的旋转，来使膝盖或其它关节和其它应用场景成像。此外，存在某些诊断情形，其中在特定角度范围内获取投影图像具有许多优势，但是患者的解剖结构会阻挡源、检测器或这两者在此范围上成像。
[0009]为对腿部进行成像，针对此问题的一种方式是使患者摆出一个姿势，使得目标腿延伸到CBCT扫描装置中，并且以某个其它方式来支撑配对腿，或者使配对腿相对于目标腿进行弯曲，例如弯曲成直角。例如，在Sukovic等人题为“下肢CT扫描仪(CT Scanner forLower Extremities) ”的美国专利第7，394，888号中所示教的CT扫描仪设备中便使用了此方法。在Sukovic等人‘888号揭示案的方法中，当目标腿不相称地举升并延伸到扫描仪装备中时，另一条腿必须不相称地举升或伸展开一段距离，或者松弛下来。由于多种原因，这样的布置可能特别不利。例如，在患者施加正常重量负荷到膝盖或踝关节上的情况下，此布置有助于检查所述关节的状况。但是，在需要患者采用一般动作情况下通常不会遇到的位置时，Sukovic等人‘888中的装置可以获取图像，而同时会在关节上出现过度的张力或不充分的张力，或者导向较差的张力。
[0010]常规方法的另一个问题涉及负荷承载肢体(例如，人腿)的成像。因为患者处于站立位置时无法使腿部在正常负荷下成像，所以已尝试各种人为方式来模拟负荷条件。此类方法使用了各种托架、压缩设备和支架。作为意在克服常规成像技术缺点的一个实例，Sukovic等人‘888揭示案示教了如下方式:将腿部举起到非站立位置，然后向腿部施加外力，从而在腿部模拟施加正常负荷。然而，很容易理解，当此种模拟允许出现负荷承载肢体反应的某些近似时，可能便是不准确的。在人为施加一定负荷且处于站立时不会采用的角度的情况下，膝盖或踝关节可能并不与处于站立位置上承载患者重量时的情况完全一样。
[0011]Sukovic等人‘888中的装置以及设计用于解决膝盖、小腿和脚部成像的其它设备所遇到的另一个困难涉及较差的图像质量。对于图像质量而言，CBCT序列需要检测器接近研究对象，并且需要锥形束辐射源与研究对象存在足够的距离。此可以提供最佳的图像，并减少图像截断以及因此造成的数据丢失。将研究对象定位在检测器和源中间(如，Sukovic等人‘888中的装置和其它设备所需要的)不仅明显地损害图像质量，而且将患者放置在距离辐射源过近的地方，因而辐射水平会相当高。
[0012]在德国专利公开案DE 10146915中展示了此策略的一个实例。在所展示的C形吊架布置的情况下，使研究对象居中于源和检测器的旋转中心上会随着每次投影而施加相当大的辐射量，并且严重损害图像质量。研究对象的任何其它定位(如，更接近检测器)可能减少图像抓取序列某个部分上的辐射水平，但会导致过度复杂的图像重组问题，原因在于，随着获取每个投影图像，此情形将实际上改变辐射源与研究对象之间以及研究对象与检测器之间的距离。利用此类系统所尝试进行的膝盖成像将需要以某种方式支撑患者，从而在成像的腿部上保持平衡。可以理解，在使受伤膝盖成像的许多情况下，此要求是不合理的，或者是不可能的。因此，对于仅使患者的一个膝盖成像而言，所展示的C形吊架是不合适的。所述的解决方案将是照射两个膝盖，从而增加曝露在辐射下的组织量，且降低图像质量。
[0013]对于CBCT投影图像抓取而言，脚部和脚踝成像存在另外的障碍。脚部本身的形状使得难以为X射线源和检测器提供合适的路径来获取可以用于准确3D重组的一组投影图像。如Sukovic等人‘888揭示案中所给出的方法的方法使脚部居中于源与检测器之间，其会存在相同的问题:曝露位置较差，且图像质量明显受损。
[0014]许多常规的小腿成像方法通过同时使两条腿成像而发挥作用。此种常规解决方案会降低图像质量，并且增加患者接受辐射的解剖结构量。
[0015]可以看出，尽管已经提议许多解决方案来解决CBCT肢体成像问题，但是，常规的解决方案缺少所需的可用性和性能。
[0016]发明概述
[0017]本发明的目标在于推进人体四肢部分，特别是带有关节或承载负荷的配对肢体如膝盖、腿部、脚踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀的诊断性成像技术。
[0018]本发明的特征在于其提供一种对于传感器和辐射源部件的轨道路径具有不同半径的装置。
[0019]本发明的优势在于其允许对站立或坐着的患者的脚部和脚踝肢体进行成像。
[0020]根据本发明的一个方面，提供一种用于对患者小腿一部分进行锥形束计算机断层扫描的装置，所述装置包括:辐射源；辐射源传送件，其可以启动以在外壳内沿着弧形源路径的至少一部分来移动所述源，其中所述源路径自所述外壳中周向间隙的一侧延伸到所述周向间隙的另一侧，且相对于中心具有半径R2 ;底座凹口，其处于所述外壳上，用来放置患者脚部；数字辐射检测器；检测器传送件，其可以启动以在所述外壳内沿着弧形检测器路径的至少一部分来移动所述检测器，所述检测器路径相对于所述中心具有半径R1，且与所述源路径同心，其中Rl小于R2，且其中所述检测器路径自所述底座凹口的一侧延伸到另一侧；以及间隙关闭装置，其可以移动到某位置，从而跨越所述周向间隙而延续所述检测器路径，并且围住所述检测器路径。
[0021]这些目标仅仅是通过说明性实例给出，且这些目标可例示本发明的一个或多个实施方案。所属领域的技术人员将明白或显而易见所揭示的本发明固有地达成的其它理想目标和优势。本发明由所附的权利要求书加以界定。
[0022]附图简述
[0023]自下文如附图中所说明的对本发明实施方案更为具体的描述，可以清楚地看出本发明的上述和其它目标、特征和优势。图式中的元件未必是相对于彼此按比例绘制。
[0024]图1是示意图，其展示对小腿某些部分进行CBCT扫描时的几何形状和局限性。
[0025]图2展示根据本发明实施方案的成像装置的扫描图案的顶视图和透视图。
[0026]图3是透视图，其展示患者进入根据本发明实施方案的成像装置，其中通道门是打开的。
[0027]图4是透视图，其展示患者处于通道门关闭的扫描位置中。
[0028]图5是一系列顶部不意图，其展不CBCT成像时患者进入和系统准备的顺序。
[0029]图6是一系列顶部示意图，其展示在许多角度位置上获取CBCT投影的顺序。
[0030]图7是