向上的扫描运动(其相对于图4中所示的实施例是顺时针)也是可能的，其中在初始和终端扫描位置处具有对应变化。
[0089]鉴于这种基本操作序列，其中源22和检测器24沿轨道运行肢体，可理解可适于对患者坐下或站立且承重或非承重姿势的患者肢体成像的成像系统的有用性。图5的透视图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100。成像装置100具有万向成像环或扫描器110，其将源22和检测器24容纳并隐藏在壳体78内。图5示出它们的支撑传输机制。扫描器110的高度可调节且可以万向方式绕非平行轴(诸如在随后图中描述的绕基本正交的轴)转动，以适应不同患者姿势和肢体成像条件。支撑柱120将扫描器110支撑在如随后描述的轭，或分叉或叉形支撑臂130、具有可调节高度且进一步提供扫描器110的转动的刚性支撑元件上。支撑柱120可被固定在适当位置，诸如安装到地板、墙壁或天花板。根据诸如图6Α和其它地方所示的便携式CBCT实施方案，支撑柱120安装到支撑底座121，其也包括用于传输和操纵成像装置100到位的可选的轮子或脚轮122。控制面板124可提供操作者界面，诸如显示监视器，用于输入用于装置100调整和操作的指令。支撑柱120可以是固定高度的或者可具有伸缩操作，在诸如装置100移动时具有提高的可见性。
[0090]垂直和转动移动
[0091]图6Α示出扫描器110的示例性内部成像和定位机构(其中盖被移除)的部分，其允许成像装置100以各种构造成像肢体的能力。图6Β示出用于扫描器110定位的转动轴限定。α轴和γ轴不平行，以允许万向动作。根据如图6Α所示的本申请的实施方案，α轴和γ轴相互正交。α轴基本正交于ζ轴。α轴和γ轴的交点可与支撑柱120偏移一些非零距离。
[0092]首先考虑ζ轴，图6Α示出实现垂直运动的示例性实施方案。在支撑柱120内，垂直滑架平移元件128被致动以便在垂直方向上在轨道112内沿柱120向上或向下行进。滑架平移元件128具有耦接到致动器136以用于提供α轴转动至叉形或C形支撑臂130的支撑轴132。叉形支撑臂130 (在图6Α中仅部分示出以允许底层组件的更好视图)耦接到支撑轴132。X射线源22和接收器24安装在可转动机架36上以用于绕指定为β轴的扫描或中心轴转动。轴β正交于α轴和γ轴。
[0093]可理解，ζ轴平移可以多种方式实现。必须由所使用的类型的系统解决的挑战包括处理叉形支撑臂130和臂130支撑的成像扫描器110的重量。这可很容易地承重几百镑。此外，必须提供注意事项来处理诸如电力损耗、与患者接触，或阻碍定位移动或操作的机械问题的状况。根据本申请的实施方案，如图6C和图6D的透视图中示意地示出，垂直致动器129转动螺纹轴123。垂直滑架平移元件128采用滚珠螺杆安装装置125以将转动运动转换为所需的线性(例如，Z方向)运动，从而促进垂直滑架平移元件128向上或允许垂直滑架平移元件128向下移动。滚珠螺杆平移装置对于处理高重量负荷是有利的且通常比使用螺纹装置的其它类型的平移的效率更高。使用滚珠螺杆装置还允许小型电机来将升降扫描器110的轴驱动到适当位置且可有助于消除对于允许垂直移动的控制的复杂而笨重的配重系统的需要。编码器145 (诸如线性编码器元件)可提供用于指示垂直滑架平移元件128的垂直位置的反馈信号。
[0094]垂直滑架平移元件128在形成于支撑柱120 (图6A)中的轨道112内部行进；轮138有助于在槽内引导平移元件128。成对轮138可彼此正交以在柱120内提供居中。
[0095]还可为支撑柱120提供制动系统。弹簧加载的制动器142 (图6D)被定位为在检测到机械困难、断电，或其它状况时致动和抓握轴123或其它机械支架。传感器144(诸如测力传感器)被构造为感测不需要的快速运动或干扰状况并使制动器142致动。
[0096]进行垂直平移的支撑柱120的其它特性包括内置冗余，具有吸收重量和冲击的弹簧、感测机械问题(包括由患者引起的阻碍)的测力传感器，和可手动操作的制动机构。
[0097]应指出，其它类型的平移装置可用于提供垂直支架平移元件128的垂直移动。用于垂直移动控制的一种常规方法通过电动辅助使用滑轮和配重的系统以提供提升力。然而，这样的装置可以是不利的，因为其可对柱120和支撑结构增加相当大的重量。尽管具有与其重量相关的缺点，但是滑轮机构的使用对于允许可收缩或伸缩柱120装置例如简化成像装置100在空间之间的传输是有利的。
[0098]扫描器的万向装置
[0099]叉形支撑臂130可以万向装置支撑扫描器110。源22和检测器24被示出处于机架36上用于在图6A中参考并覆盖在图6E的替换视图中。垂直滑架平移元件128被构造为跨骑在支撑柱120内的轨道112内(图6A)。
[0100]对于某些示例性实施方案，诸如可为电力损耗情况提供某种水平的手动操作性。在一个实施方案中，叉形支撑臂130可由例如一人或多人向上提升在适当位置，从而即使当设置制动器142时也升高垂直滑架平移元件128。向上提升支撑臂130不会释放制动器142，而是简单地设置制动器142以将元件128位置保持在新水平。
[0101]根据本申请的替代实施方案，垂直滑架平移元件128可以是沿支撑螺纹轴132垂直移动的电机；可替代地，垂直滑架平移元件128可使用链条、滑轮，或其它中间机制被驱动，所述中间机制具有相当大的配重以手动升高和降低垂直滑架平移元件128及其连接的叉形支撑臂130和支撑柱120内的组件。附加的支撑组件包括更复杂的制动系统，诸如用于提供相对重力的力以便防止叉形支撑臂130的突然移动以作为对损伤或伤害的预防措施的气动制动系统。垂直滑架平移元件128可自动化或者可以是使用一个或多个弹簧或配重装置以允许叉形支撑臂130的手动移动容易到适当位置的手动操作的定位装置。
[0102]接下来，考虑到叉形支撑臂130的α轴移动，在一个实施方案中，转动致动器136可激励以允许轴132的转动(图6Α)。该转动致动可同时与ζ轴平移以及与相对于γ轴的转动。
[0103]叉形支撑臂130允许根据叉形支撑臂130的位置和角度相对于γ轴的移动。在图6Α的实施例中，γ轴被垂直取向，基本上与ζ轴平行。图6Ε示出水平取向的γ轴。具有转动致动器146的枢轴安装装置140 (由叉形支撑臂130提供)允许沿γ轴转动。α轴和γ轴旋转的万向组合可允许成像装置被设置为在患者站立、坐下或俯卧的多个可能位置处成像。
[0104]成像装置100的示例性定位能力被示于图7Α至图7C中。图7Α示出叉形支撑臂130在支撑柱120上的移动以提供扫描器110的ζ轴(垂直)平移。图7Β示出叉形支撑臂130绕水平α轴的转动。图7C示出绕如叉形支撑臂130的C形臂装置限定的γ轴转动。
[0105]用于定位支撑臂130的序列和控制
[0106]根据本发明的实施方案，一组初始操作者命令将CBCT成像装置100自动构造为用于成像的明确定义的一组默认位置中的一个，诸如随后描述的那些。患者等待直到该初始设置完成。然后，患者被定位在CBCT成像装置100上且任何所需的高度调整(ζ轴)或绕α或γ轴的转动可由技术人员进行。这种类型的微调的调整在低速下进行以增加患者的舒适度且因为需要在大多数情况下仅对位置进行递增改变。
[0107]图7D和图7Ε的放大图示出用于如图7Α至图7C中所述的ζ轴平移和α和γ轴转动的操作者调整的设置在臂130上的用户控制台156、158 (其中为了提高可见性移除了扫描器110)。两个控制站156和158基本上是相同的、重复的以允许操作者针对不同肢体成像装置更容易进入。通过举例的方式，图7Ε示出控制站158的放大图。启动开关159被按压以激活控制工件160且相关联的指示器在控制工件160被激活或启用时点亮。作为防止在一些成像构造中患者与控制器的无意接触的患者安全功能，一个或两个控制站156、158被禁用。在开关159已被按下之后，一个或两个控制站156、158也可在超时期限后被禁用。紧急停止控制工件162可停止成像装置的所有运动，包括支撑臂130的向下运动。
[0108]仍然参照图7Ε，控制工件160可激活任何适当的致动器以进行ζ轴平移、α轴转动和/或γ轴转动。系统的示例性响应可基于操作者的动作，如下:
[0109](i) ζ轴的垂直移动通过在垂直向上或向下方向上按压控制工件160实现。控制逻辑针对支撑臂130的角位置调整，使得向上按压控制工件提供ζ轴移动，而与支撑臂130取向无关。
[0110](?) α轴转动通过转动控制工件160实现。控制工件60在顺时针(CW)或逆时针(CCff)方向的圆运动引起绕α轴的对应转动。
[0111](ill) γ轴转动通过控制工件60的水平左到右或右到左移动实现。与ζ轴移动一样，控制逻辑针对支撑臂130的角位置调整，使得左到右或右到左移动相对于操作者，而与支撑臂130取向无关。
[0112]应指出，如图6Ε中所示的CBCT成像装置100为扫描器110定位提供三个自由度(DOF) ο除了先前描述的ζ轴平移和绕α轴和γ轴的转动，脚轮122允许扫描器110位置相对于ζ轴的转动以及沿地板的平移。
[0113]用于成像各个肢体的构造
[0114]鉴于参照图6Α至图7D描述的基本结构，可理解用于各种目的的扫描器110的定位多样化。随后的图8至图14以举例的方式示出该装置如何服务用于肢体成像的不同构造。
[0115]图8示出用于膝盖检查的示例性扫描器110定位，其中对象20是站立的患者。可选的患者支撑杆150可附接到支撑柱120。在一个实施方案中，支撑杆150安装到垂直滑架平移元件128。相应地，在垂直滑架平移元件128移动时，支撑杆150的对应位置可移动。根据本申请的替代实施方案，支撑杆150可安装到扫描器110，诸如安装到扫描器110的盖或安装到叉形支撑臂130。相反，支撑杆150的实施方案在成像期间或者在由扫描器110进行扫描期间可以是不动的。对于本实施方案，沿ζ轴的垂直调整将患者的膝盖设置在扫描器110的中心。叉形支撑臂130被布置为使得包含α轴和γ轴两者的平面是大致水平的。患者通过开口、