用于锥形束计算机断层摄影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摄影的肢体成像装置发明领域
[0001]本发明一般涉及诊断成像，且特别涉及用于获得肢体的体积图像的锥形束成像系统。
[0002]发明背景
[0003]3-D体积成像已经被证明是有价值的诊断工具，其可提供比用于评估内部结构和器官的状况的早期2-D射线照相成像技术更显著的优点。患者或其它对象的3-D成像已经通过很多进步(包括高速成像检测器的开发(诸如实现以快速连续拍摄多个图像的数字射线照相(DR)检测器))而成为可能。
[0004]锥形束计算机断层摄影(CBCT)或锥形束CT技术提供有巨大应用前景的作为提供3-D体积图像的一种类型的诊断工具。锥形束CT系统通过使用高帧速率数字射线照相(DR)检测器和X射线源捕捉体积数据集、通常固定到绕待成像的对象旋转的机架、从沿其绕对象的轨道的各个点朝向对象引导X射线的发散锥形束。CBCT系统捕捉整个旋转中的投影，例如，每个旋转度一个2-D投影图像。然后使用各种技术使投影重构为3D体积图像。在公知方法中，用于从2-D图像数据重构3-D体积图像的方法是滤波反投影方法。
[0005]虽然可使用CBCT系统和技术产生诊断质量的3-D图像，但是多项技术挑战依然存在。在一些情况下，例如，可存在X射线源和检测器相对于对象的有限范围的角度旋转。腿、手臂和其它肢体的CBCT成像可因成对肢体的物理阻碍而受限制。这是在获得例如人类的腿或膝盖的CBCT图像预测中遇到的障碍。膝盖周围不是所有的成像位置都可进入；患者的自身解剖结构通常可防止辐射源和图像检测器被定位在扫描外周的一部分的上方。
[0006]为了说明膝盖的CBCT成像中所面临的问题，图1的俯视图示出在对作为对象20的患者的右膝盖R成像时的辐射源22和检测器24的圆形扫描路径。辐射源22和检测器24的各个位置以虚线形式示出。源22 (放置在与膝盖相隔一段距离处)可被定位在约200度的圆弧上方的不同点处；因为任何较大圆弧，成对的肢体(左膝盖L)会挡路。检测器24(小于源22且通常放置在非常靠近对象20的位置处)可被定位在患者的右膝盖和左膝盖之间且由此能够定位在整个圆形轨道上方。
[0007]源和检测器的完全360度轨道不需要进行常规CBCT成像；相反，可在例如仅超过锥形束本身的角度达180度的轨道扫描范围内获得用于图像重构的足够信息。然而，在一些情况下，可能难以获得用于对膝盖或其它关节成像的远远超过约180度旋转和其它应用。此外，可存在以下诊断情况:其中在一定角度范围内获得投影图像具有优点，但是患者的解剖结构阻挡源、检测器，或两者在该范围内成像。用于在这些条件下获得肢体的图像而提出的一些建议的解决方案需要患者承受难受或不舒适的位置。在成像时，肢体的位置不代表四肢或其它肢体如何在移动中或负重条件下服务患者。这可有助于例如检查在患者施加到膝或踝关节上的正常体重负重以及在放松位置的该关节的状况。但是，如果患者需要承受通常不是在典型移动或姿势时遇到的位置，那么有可能在关节上存在过度应力，或不足应力，或定向不良的应力或张力。膝或踝关节(在一些人为施加的负重下且在站立时不会采取的角度下)可能不会完全像其在站立位置承载患者的体重时那样来行为。这些条件下的肢体的图像可能无法准确地表示肢体或关节如何被使用且可能无法为评估和治疗计划提供足够信息。
[0008]用于肢体成像的常规解决方案的还有其它困难，其涉及差图像质量。对于图像质量，CBCT序列需要检测器被定位为靠近对象且锥形束辐射的源处于与对象相隔足够的距离处。这提供了最好图像且降低了图像截断和随之而来的数据丢失。将对象的中间定位在检测器和源之间，如一些常规系统所做的那样，不仅显著地损害了图像质量，而且还使患者太靠近辐射源，使得辐射水平高很多。
[0009]CBCT成像代表也影响采用在角度范围内沿轨道运行肢体的辐射源和检测器的其它类型的体积成像的一些挑战。存在可用于获得用于扫描的肢体的深度信息的各个断层成像模式。
[0010]总之，用于肢体成像，特别用于成像成对的肢体，需要许多改进，其中包括以下:
[0011](i)辐射源和检测器相对于成像的对象的改进放置以在整个扫描序列提供可接受的辐射水平和图像质量，其中具有用于检查有利条件下的肢体的至少粗自动设置的能力；
[0012](ii)相对于源和检测器的转动轴在不同高度成像的系统灵活性，包括允许患者舒适地站立或坐下(诸如例如一只脚在较高位置)成像的灵活性；
[0013](iii)调整转动轴的角度以适应患者定位要求的能力；
[0014](iv)改进患者进入，使得患者不需要扭曲、扭动或过分加压可能已经受伤的肢体或关节以便提供这些身体部位的图像；
[0015](V)改进获得CBCT图像的工程学，从而允许患者以例如正常姿势站立或坐下。这也将允许承重肢体(诸如腿、膝盖，和脚踝)在由患者的体重施加的正常负重下而不是在模拟负重条件下成像，且提供用于支撑患者的选择；和
[0016](vi)多用途成像的适应性，从而允许单个成像装置可构造为用于成像多个肢体(包括膝盖、脚踝、脚趾、手掌、手肘和其它肢体)中的任何。这还包括在不同成像模式下(包括CBCT、二维(2-D)投影射线照相、荧光透视，和其它断层摄影模式)下操作成像系统的能力。
[0017]总之，成像装置的简单构造和定位的能力允许以下优点:CBCT成像可适应与众多肢体一起使用，以在合适成像方式下获得体积图像，其中图像肢体在承重条件和非承重条件两者下以合适取向呈现，且患者适当地站立或坐下。
发明概要
[0018]本申请的一方面是推进医学数字放射照相的技术。
[0019]本申请的另一方面是全部或部分解决相关技术中的至少上述和其它缺陷。
[0020]本申请的另一方面是全部或部分提供至少本文描述的优点。
[0021]本申请的另一方面是推进肢体的身体部分(特别是关节或承重、成对的肢体(诸如膝盖、腿、脚踝、手指、手掌、手腕、手肘、手臂和肩膀))的诊断成像的技术。
[0022]本申请的另一方面是提供适于对适合肢体范围的条件成像和/或允许患者处于适合肢体的成像的多个位置处的装置和/或方法的实施方案。
[0023]本申请的另一方面是提供装置和/或方法的实施方案，其为CBCT成像装置提供沿壳体的一个或多个弯曲表面形成并指示用于定位的沿扫描体积的纵向长度的至少第一位置的第一组标记和沿圆柱形壳体的一个或多个大致平坦的表面形成并指示扫描体积中心的位置的第二组标记。
[0024]本申请的另一方面是提供其为CBCT成像装置提供被取向以面对扫描体积以指示图像捕捉的剩余时间的进度指示器的装置和/或方法的实施方案。
[0025]从一方面，本发明提供了一种用于锥形束计算机断层摄影成像的成像装置，其可包括扫描器，其包括(i)检测器，其用于根据所接收的辐射获取图像数据，其中检测器可平移以绕β轴沿位于第一半径Rl处的检测器路径沿轨道运行肢体；(ii)辐射源，其可激励以通过被成像的肢体并朝向检测器引导辐射，其中辐射源可平移以绕β轴沿位于第二半径R2处的辐射源路径沿轨道运行肢体并相对检测器，(iii)壳体，其具有开口并具有门，该门可移动以包围开口的一部分以限定扫描体积以用于病人肢体定位，其中扫描体积的侧面绕β轴基本对称；(iv)第一组标记，其沿壳体的一个或多个弯曲表面形成并指示用于肢体定位的沿β轴的长度的至少第一位置；以及(V)第二组标记，其沿圆柱形壳体的一个或多个大致平坦的表面形成并指示β轴的位置。
[0026]这些目的仅通过说明性实施例的方式给出，并且这样的目的可能是本发明一个或多个实施方案的示例。通过所公开的发明固有地实现的其它期望目的和优点可对于本领域技术人员发生或变得明显。本发明由所附的权利要求书限定。
[0027]附图简述
[0028]如附图中所示，通过本发明的实施方案的以下更特别的描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将显而易见。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。
[0029]图1是示出小腿的部分的CBCT扫描的几何形状和局限的示意图。
[0030]图2示出根据本申请的实施方案的成像装置的扫描图案的俯视和透视图。
[0031]图3Α是示出患者进入根据本申请的实施方案的成像装置的透视图。
[0032]图3Β是示出用于封闭在检测器传输的路径内待成像的肢体的一系列步骤的俯视图。
[0033]图4示出当使用根据本申请的实施方案的成像装置时获得患者的腿的一部分在多个角度位置处的CBCT投影的操作序列的部分。
[0034]图5是示出根据本申请的实施方案的用于肢体成像的CBCT成像装置的透视图。
[0035]图6Α示出用于成像环平移和定位的内部组件。
[0036]图6Β示出用于转动和平移的参考轴。
[0037]图6C是示出用于成像扫描器的定位系统的组件的示意图。
[0038]图6D是示出垂直平移装置的一些组件的透视图。
[0039]图6Ε示出安装了盖的CBCT成像装置。
[0040]图7Α示出成像环相对于垂直轴或ζ轴的平移。
[0041]图7Β示出成像环绕正交于ζ轴的α轴的转动。
[0042]图7C示出成像环绕正交于α轴的γ轴的转动。
[0043]图7D示出成像扫描器的微调位置的操作者控制工件的位置。
[0044]图7Ε示出定位控制工件的放大图。
[0045]图8是示出被构造为用于站立患者的膝盖成像的肢体成像装置的透视图。
[0046]图9是示出被构造为用于站立患者的脚或脚踝成像的肢体成像装置的透视图。
[0047]图10是示出被构造为用于坐下患者的膝盖成像的肢体成像装置的透视图。
[0048]图11是示出被构造为用于坐下患者的脚或脚踝成像的肢体成像装置的透视图。
[0049]图12是示出被构造为用于坐下患者的脚趾成像的肢体成像装置的透视图。
[0050]图13是示出被构造为用于坐下患者的手掌成像的肢体成像装置