具有集成测重的医疗成像系统和方法

专利名称：具有集成测重的医疗成像系统和方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及医疗成像系统和方法。更具体地说，本发 明的实施例涉及用于自动测量患者体重并将患者体重传送给医疗成 像系统的集成测重系统。
背景技术：
医疗成像设备利用不同的物理现象来获取医疗图像。例如，磁共
振成像(MRI)系统利用非电离射频(RF)信号来从旋磁材料生成发 射以获取图像数据。相反，X-射线系统以及采用X-射线的诸如计算断 层摄影(CT)系统的其它设备则利用电离X-射线来获取图像数据。 诸如正电子发射断层摄影(PET)系统、超声成像系统等的其它设备 基于其它物理现象。不管成像设备如何，图像数据的质量或系统的特 定设置是患者体重或质量的函数。较重患者(即，具有较大质量的患 者)所需的系统设置不同于较轻患者的系统设置，以便获得相同质量 的图像。因此，医疗成像系统可配置成取决于正在进行扫描过程的患 者的体重或质量增加辐射的功率或剂量、或调整其它图像获取因素。
医疗成像系统通常需要医疗技术人员手动地输入患者的体重以 便确定辐射剂量率。这增加了出错的可能，并且会导致技术人员根据 错误的体重输入、不正确的体重测量等不当地配置成像系统。当这发 生时，图像质量会受损，或者患者必须经额外的扫描以获得期望的图 像质量，从而给患者带来额外的不便，并且在某些设备中，会使患者 暴露至更大剂量的辐射。此外，额外扫描费用高且效率低。本领域中 需要自动测量患者体重并将测量值传送给医疗成像系统以允许在图 像获取期间正确设置系统的集成测重系统。

发明内容
本发明的实施例提供一种用于医疗成像系统的集成测重系统和 方法。集成测重系统可包括在医疗成像系统中实施的工作台组件、荷
重元和处理器。医疗成像系统可以是任何设备，包括CT系统、PET 系统、MRI系统等。工作台组件可包括用于将患者定位在医疗成像系 统内的升降机构。工作台组件还可包括基座、上工作台和扫描台。基 座可经由连杆和升降机构耦合到上工作台。扫描台可由上工作台支 撑，并配置成平行于上工作台移动，并且可从上工作台伸出。工作台 的基座可包括耦合到升降机构的旋转U形钩的固定U形钩。荷重元可 机械耦合到固定U形钩或基座的任何部分。或者，荷重元可耦合到升 降机构的旋转U形钩或升降机构的任何部分。升降机构可包括各种机 械系统，如螺杆传动或液压缸。
荷重元可与处理器通信，并机械耦合到工作台组件。荷重元可配 置成测量并指示患者体重，处理器可配置成基于患者体重调整成像参 数。荷重元可包括应变计，这些应变计按Wheatstone电桥配置电耦合。 另外，Wheatstone电桥可定向成用于检测多分量负荷。工作台组件可 包括与荷重元和/或处理器通信以显示患者体重的装置。另外，工作台 组件和/或处理器可包括用于将荷重元调零或重新校准荷重元的接口。
本发明的实施例提供一种医疗成像系统(10),包括
工作台组件(16)，其包括用于将患者(70)定位在医疗成像才莫 态(12)内的升降机构(38);
机械耦合到所述工作台组件的荷重元(18)，所述荷重元配置成 测量并指示所述患者的体重；以及
处理器(14)，其与所述荷重元通信，并配置成基于所述患者的 体重来调整成像参数。


当参照附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在所有附图中，类似的符号表示类似的部
分，其中
图1是根据本发明某些方面的用于医疗成像系统的集成测重系统
图2是从线2-2观察的图1中的工作台组件的固定U形钩和旋转 U形钩的正视图，其示出机械耦合到工作台组件的基座的固定U形钩 的荷重元；
图3是图2中的固定U形钩和旋转U形钩的正视图，其示出机械 耦合到升降机构的旋转U形钩的荷重元；
图4是荷重元和荷重元接口电路系统的示意图，其示出荷重元的 Wheatstone电桥配置以及电桥到接口电路的电耦合；
图5是示出使用如图1-4所示的实施例中的一个或多个实施例的 方法的流程图；以及
图6是图1中的升降机构的正视图，其示出位于两个不同位置的 升降机构以及升降机构上由患者体重引起的所得力分量。
具体实施例方式
现在转到附图，首先参照图1,示出并一般用附图标记10来表示 具有集成测重系统的医疗成像系统的一个示范性实施例。系统10 — 般包括成像系统12、系统控制器14和具有集成测重元件(如荷重元 18)的工作台组件16。成像系统12可以是CT系统、PET系统、MRI 系统、或任何其它合适的成像设备(modality)。成像系统12可以由进 一步耦合到设备系统控制器14的成像系统控制器20控制。设备系统 控制器14和成像系统控制器20可包含在单个单元中，并直接集成到 成像设备系统12中，或者可以与系统12分离并设置在远程位置(例 如经由网络电缆)。
工作站22可耦合到设备系统控制器14，以便使得操作人员能够 与设备系统控制器14接口。工作站22可包括用户接口装置，如键盘24、鼠标26和/或监视器或显示器28。工作站22可用于多种用途， 例如使得操作人员能够控制医疗成像系统12，从成像系统12接收图 像数据和/或处理图像数据。另外，接口装置24、 26、 28也可集成到 成像系统12中，或经由网络电缆连接到成像系统12。类似地，成像 系统12和工作站22都可连接到网络。网络可包括使得能够远程访问 成像系统12的web服务器30。网络还可包括使得成像系统12或工作 站22能够检索或存储图像的数据储存库32。
系统控制器14可经由工作台控制器34耦合到工作台16。工作台 控制器34可用于经由动力驱动系统36定位工作台16,动力驱动系统 36耦合到升降机构38以便将工作台定位在期望的高度40。升降机构 38可包括液压缸、螺杆传动缸或任何合适的升降装置。换句话说，取 决于升降机构38的配置，动力驱动系统36可包括不同的组件。例如， 如果升降机构38是螺杆传动缸，则动力驱动系统36将包括电驱动组 件或电动机。类似地，如果升降机构38是液压缸，则动力驱动系统 36将包括用于向升降缸提供承压流体流的液压系统。总之，升降机构 38用于经由动力驱动系统36调整工作台组件16的高度，此高度一般 用附图标记40表示。本发明的实施例不限于在成像系统12中实施的 特定类型的升降机构。换句话说，本发明的实施例可以结合各种不同 的升降机构38 —起使用，而不限于螺杆传动或液压系统。
工作台组件16可包括基座42、上工作台或支托44和扫描台46。 基座42 —般固定在使得上工作台44和扫描台46可相对于基座42移 动到各种位置的位置。具体来说，连杆48、 50将上工作台44和扫描 台46约束到基座42。连杆48、 50可包括位于基座处的U形钩-销连 接52、 54以及位于上工作台处的U形钩-销连接56、 58。连杆48、 50确保上工作台相对于基座的运动沿固定路径进行，该固定路径一般 用附图标记60表示。
在某些系统中，扫描台46可以由密度低于上工作台44的密度的 材料制成。低密度材料降低了成像系统的辐射吸收和功率要求。扫描台46 —般配置成经由滚轴64或其它合适的装置相对于上工作台44 移动，此移动一般用附图标记62表示。换句话说，扫描台46可从上 工作台44伸出(cantilever)，如附图标记66所示。这^f吏得扫描台46 能够延伸到成^f象系统12的孔(bore)68中。再者，由于扫描台46可由 不会影响图像质量的复合材料或类似材料制成，所以这具有优势。此 外，在各个实施例中，用户可相对于上工作台44手动地拉伸和收缩 扫描台46，或者促动器69可响应诸如由用户经由工作站22生成的信 号、由i殳备系统控制器14或工作台控制器34自动生成的信号等输入 信号而控制此移动。
图l还示出位于扫描台46上的患者70。图中将上工作台44和扫 描台46示为位于将患者70定位在成像系统12的孔68中的合适的高 度位置40。扫描台46可延伸超出上工作台44的边缘的距离66是患 者70的体重的函数。体重重的患者需要扫描台46延伸的距离66短 于体重轻的患者。当前系统的问题之一是，它们不提供确定患者体重 的准确方法。此外，扫描台46的可延伸距离对于操作技术员来说不 容易知道。换句话说，当前系统不提供防止扫描台46因过度延伸而 引起损坏的可靠方式。因此，患者体重不仅对于剂量计算重要，而且 患者体重对于在物理上将患者定位在成像系统的孔(bore)中也很重要。
本发明的实施例可利用通过荷重元18确定的体重测量值用于多 个用途。具体来说，取决于受患者体重、体型或质量影响的特定设备 和设置，患者70的体重可用于自动配置辐射剂量或成像系统12的其 它设置。这可通过将荷重元18耦合到荷重元接口电路72来实现。荷 重元接口电路72还耦合到设备系统控制器14，并提供指示患者70的 体重的信号，以便控制器或操作人员可确定正确的辐射剂量。例如， 当患者70躺在扫描台46上时，荷重元18将检测患者体重，并经由 荷重元接口电路72将该体重传送给设备系统控制器14。然后，操作 人员可优化成像系统12的操作参数(如辐射剂量值)，或者设备系 统控制器14可自动进行优化。这可提高总体的图像质量，并减少由于不正确地配置成像系统而所需的额外扫描。
图1示出位于基座42的固定U形钩74上并机械耦合到该固定U 形钩(clevis)74的荷重元18。此外，升降机构38可经由销(pin)76和旋 转U形钩78耦合到固定U形钩74。类似地，升降机构38可经由销 80和U形钩82耦合到上工作台44。在此配置中，当调整工作台高度 40时，升降机构38可绕销76或80旋转。如下所述，荷重元18不限 于如图1所示的位置。例如，荷重元18可位于旋转U形钩82或旋转 U形钩78上，而不限于位于固定U形钩74上。此外，荷重元(load cell) 18可包括按Wheatstone电桥配置的箔式应变计。箔式应变计可直接 联结到U形钩76、 78、 82，或者可以包含在机械耦合到工作台组件 16的独立外壳内。
系统10可包括向操作人员提供患者70的体重(或体型或质量) 指示的显示器84。显示器84可用作操作人员的备选反馈回路和接口 。 例如，显示器84可包括将荷重元18调零、重新校准荷重元18、或与 荷重元接口电路72通信的功能。另外，显示器84使得操作人员能够 快速确定扫描台46可延伸超出上工作台44的边缘的容许距离66。具 体来说，可在扫描台46或上工作台44的侧面上设置刻度86,在给定 患者体重的情况下，刻度86可指示最大安全距离66。例如，刻度86 可包括以磅或千克计的渐进体重刻度(例如，155、 160、 175、 185... 磅)。然后，操作人员可读取显示器84，并将扫描台46定位在刻度 86上的对应体重处。这样的情景可包括将扫描台46等级定位成(rate ) 当它完全延伸时可支撑给定重量(如300磅)，但是当它部分延伸时 可支撑更大的重量(如600磅)。操作人员可让患者位于工作台上， 并经由荷重元18和显示器84确定患者体重。操作人员可拉伸工作台， 直到上工作台44的边缘与刻度86上的对应体重对准为止。
另外，在一些实施例中，系统10可配置成基于患者体重自动限 制允许扫描台46从上工作台44延伸的量。例如，系统10可基于患 者体重计算定制的相对于上工作台44移动扫描台46的最大延伸距离，其中患者体重可从荷重元18自动接收或由用户手动输入。在一 个实施例中，工作台组件16可包括机电联锁87，机电联锁87接收输 入信号，基于最大延伸距离，物理防止扫描台46从上工作台44延伸 超出此阈值距离。在另一个实施例中，系统10的经由促动器69控制 扫描台46的延伸和收缩的一个或多个控制器可编程为或以其它方式 配置成用于自动限制扫描台46延伸超出所计算的最大延伸距离。应 了解，这样的安排将允许针对肥胖症特殊客户改进对成像系统12的 操作。
图2和图3示出可定位荷重元18以便检测患者70的体重的可能 位置。具体来说，图2示出位于基座42的固定U形钩74上的荷重元 18。在此实施例中，将患者70的体重从升降缸38通过旋转U形钩 78传递到销76，并进一步传递到固定U形钩74。此特定实施例的一 个优点是，测重元件18是固定不动的，并且不需要对体重做如下所 述的角度校正。另外，如图3所示，荷重元18可位于旋转U形钩78 上。在此实施例中，患者70的体重通过升降缸38传递到旋转U形钩 78。该实施例规定，经由附着到旋转U形钩78而直接测量患者70的 体重。换句话说，机械耦合更少，并且体重不是通过销76分配给固 定U形钩74的。
图2和图3示出荷重元18的两个可能的位置。但是，本发明的 实施例不限于这两个位置。例如，参照图1，荷重元18可位于上旋转 U形钩82、上工作台44或扫描台46上。换句话说，本发明的实施例 提供使得操作人员能够检测患者体重而不限于荷重元18的特定位置 的优点。类似地，本发明的实施例提供特定设计成利用升降机构38 的螺杆传动或液压缸进行^喿作的荷重元18。
图4示出耦合到荷重元接口电路72的荷重元18的一个实施例。 具体来说，图4示出按Wheatstone电桥配置进行配置的四个电阻元件 88、 90、 92、 94。每个电阻元件88、 90、 92、 94可以是箔式应变计、 固定电阻器或可变电阻器。但是，至少一个电阻元件的电阻是患者体重的函数。电阻元件88、 90、 92、 94可直接联结到U形钩74、 78、 82，或者可以是预先制造的荷重元的一部分。另外，电阻元件88、 90、 92、 94可定位成用于测量不同的相应方向上的机械应变。换句话说， 电阻元件88、 90、 92、 94可配置成经由Wheatstone电桥校正多分量 负荷。
荷重元接口电路72可向荷重元18提供激励电压96。在一个实施 例中，荷重元4娄口电if各基于激^励电压96和所测量的电阻元件88、卯、 92、 94的应变来测量Wheatstone电桥的输出信号98。具体来说，荷 重元接口电路72在节点100和102上提供激励电压96。然后，通过 经由节点104和106将荷重元接口电路72耦合到测重元件18来测量 输出信号。输出信号是激励电压96和由指示患者70的体重的机械应 变引起的电阻元件88、 90、 92、 94的电阻变化的函数。
此外，荷重元接口电路72可包括额外的功能，如重新校准功能 108或调零功能110。校准功能108可使得操作人员能够重新校准测 重元件18以校正可能随时间出现的漂移。漂移可能是由荷重元18的 机械漂移引起的，或是由荷重元接口电路72或系统的任何其它组件 的电漂移引起的。调零功能110使得用户能够除去工作台和/或其它组 件的重量或将工作台和/或其它组件的重量归零，以便分离出患者70 的体重(例如，通过应用偏置信号或值)。换句话说，显示器84可 只是显示患者70的体重，而不显示上工作台44或扫描台46的重量。 这简化了显示器84上显示的测量值，并且不需要操作人员计算或确 定这些或其它组件的重量。这还可通过确保设备系统控制器14接收 患者70的体重而不必校正工作台或其它组件的重量而简化系统。
图5是示出使用如图1所示的集成测重系统的一个或多个实施例 的方法的流程图。操作人员建立与荷重元18的通信(方框112),并 设置工作台组件16以便接收患者70 (方框114)。这样，操作人员 便可建立经由荷重元接口电路72到设备系统控制器14的连接。接着， 操作人员将荷重元18调零或重新校准荷重元18 (方框116)。如上所述，将荷重元18调零和/或重新校准荷重元18可合乎需要地便于使 用荷重元并补偿这个或这些工作台、工作台上的任何组件的重量、漂 移或似乎以其它方式增加或减小患者体重测量值的任何其它因素。但 是，调零或重新校准不是绝对需要的，而是可以通过其它技术来处理。
然后，操作人员可降低上工作台44并加载患者70以便准备进行 成像过程(方框118)。接着，操作人员经由如上所述的升降缸38或 任何其它合适的升降机构将上工作台44升到扫描位置(方框120)。 一旦处于扫描位置，操作人员则测量患者70的体重(方框122)，以 用于成像校正和/或确定扫描台46的允许的伸出位置。最后，荷重元 接口电路72可将患者70的体重传送给设备系统控制器14，和/或操 作人员可经由工作站22输入体重。总之，经由荷重元接口电路72向 设备系统控制器14提供反馈以确定患者体重。控制器因而可以自动 或以半自动方式(例如，在操作人员干预下)对系统设置做出调整。
本发明的实施例的另外一个益处在于，可基于患者体重修改校准 和校正(例如，散射、双能量分解参数等)。具体来说，可利用患者 体重来选择诸如计算机辅助诊断(CAD)、噪声降低和对比增强的后 处理算法的参数。
图6示出可通过利用本发明的实施例进行;&正的可能的多分量或 偏轴负荷。该图示出位于绕销76旋转(一般用附图标记126表示) 的U形钩78上的荷重元18。当升降缸38垂直于地面128时，沿升 降缸的轴传送患者70的体重，这一般用附图标记130表示。换句话 说，不存在水平分量，体重是通过荷重元18测量的单个力分量。图6 还示出在绕销76的轴旋转之后位于第二位置的升降缸38。如图所示， 升降缸38的第二位置相对于地面128成不同于第一位置的角度，此 角度一般用附图标记132表示。当升降缸38位于该位置时，患者体 重130现在包括一般分别用附图标记134和136表示的水平分量和垂 直分量。换句话说，如果不能正确地确定多分量力，则通过荷重元18 测得的体重就不能准确地反映患者70的体重。有多种方法可校正多分量负荷、更准确地说是支撑或提升结构的 不同角度处的负荷。
一种方法是使用多个荷重元来检测每个轴上的负
荷，然后利用矢量力学来计算法向力。另一种方法是确定升降机构38 的相对位置和相对于垂直线所成的角度132，并基于分量力之间的筒 单的三角关系来计算体重。例如，工作台组件16可包括传感器来确 定升降缸38相对于地面128的体重角度位置。然后，可利用校正来 基于升降缸38的角度位置132计算患者70的实际体重。因此，本发 明的实施例使得操作人员能够校正升降缸38的角度位置或提供自动 用此校正的测重元件18。此外，取决于升降缸38的配置，可能不需 要校正，因为患者体重可定向成使得不存在水平分量，或使得放置负 荷感测部件的支撑或提升结构的倾斜角保持恒定。
另 一种方法是将Wheatstone电桥的臂定向成使得每个电阻元件测 量特定轴中的应变，并通过Wheatstone电桥固有地校正体重计算。如 图4所示，Wheatstone电桥可包括多个有源电阻组件88、 90、 92和 94。每个有源电阻组件可在U形钩78上定向成测量特定方向上的应 变。在此情景下，结果是，Wheatstone电桥基于测量的电阻之和自动 校正多分量负荷。换句话说， 一个臂中的电阻可能会因为该轴中的应 变的增大而增大，而另一个臂中的电阻则可能因为该轴中的应变的减 小而减小，其中Wheatstone电桥提供电阻的净变化和/或自动校正多 分量负荷。类似地，可实施多个荷重元，并且可利用来自每个荷重元 的测量的重量来确定患者体重。总之，本发明的实施例可包括这些方 法或其它方法中的任何一种方法，而不限于公开的方法。
尽管本文只示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人 员将能联想到许多修改和改变。因此，将了解，随附权利要求意欲涵 盖落在本发明的真实精神内的所有这些修改和改变。举例来说，不希 望本发明局限于任何特定类型的升降机构或工作台结构设计。类似 地，各种传感器可与患者支撑结构相关联以便提供可靠的体重指示信元件列表
IO测重系统
12成像系统
14系统控制器
16工作台组件
18荷重元
20成像系统控制器
22工作站
24键盘
26鼠标
28显示器
30服务器
32数据储存库
34工作台控制器
36动力驱动系统
38升降机构
40工作台高度
42基座
44上工作台
46扫描台
48连杆
50连杆
52: U形钩-销连接 54: U形钩-销连4姿 56: U形钩-销连接r 58: U形钩-销连接 60固定路径 62移动64滚轴 66伸出 68孑L 69促动器 70患者
72荷重元接口电路 74固定U形钩 76销
78旋转U形钩 80销
82: U形钩 84显示器 86刻度 87机电联锁 88电阻元件 90电阻元件 92电阻元件 94电阻元件 96电压 98输出信号 100节点 102节点 104节点 106节点
108重新校准功能 110调零功能 U2建立通信 114设置工作台116将荷重元调零或重新校准荷重元
118降低工作台并加载患者
120升到扫描位置
122测量体重
124报告测量值
126旋转
128地面
130体重
132角度
134水平分量
136垂直分量
权利要求
1.一种医疗成像系统(10)，包括工作台组件(16)，其包括用于将患者(70)定位在医疗成像设备(12)内的升降机构(38)；机械耦合到所述工作台组件的荷重元(18)，所述荷重元配置成测量并指示所述患者的体重；以及处理器(14)，其与所述荷重元通信，并配置成基于所述患者的体重来调整成像参数。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述工作台组件包括基座 (42)、上工作台(44)和扫描台(46)，所述基座经由连杆(48,50)和所述升降机构耦合到所述上工作台，所述扫描台由所述上工作台支 撑并配置成平行于所述上工作台移动并从所述上工作台伸出。
3. 如权利要求2所述的系统，其中所述基座包括耦合到所述升降 机构的旋转U形钩(78)的固定U形钩(74),所述荷重元机械耦合 到所述固定U形钩或所述基座的任何部分。
4. 如权利要求2所述的系统，其中所述基座包括耦合到所述升降 机构的旋转U形钩(78 )的固定U形钩(74 )，所述荷重元机械耦合 到所述旋转U形钩或所述升降机构的任何部分。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述工作台组件包括与所述荷 重元和/或处理器通信并配置成显示所述患者的体重的装置(84)。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述工作台组件和/或所述处 理器包括用于将所述荷重元调零或重新校准所述荷重元的操作人员 接口 (22)。
7. 如权利要求1所述的系统，其中所述荷重元包括至少一个 Wheatstone电桥。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述Wheatstone电桥定向成 用于检测多分量负荷。
9. 如权利要求1所述的系统，其中所述荷重元包括至少一个应变计。
10. —种用于控制医疗成像系统的方法,包括 经由升降机构将工作台组件定位(118)到第一位置以便加载患者；经由所述升降机构将所述工作台组件定位(120)到第二位置； 将来自设置在所述工作台组件上的荷重元的信号传送(124)给 用于控制图像数据的获取的控制电路；以及 基于所述患者的体重设置成像参数。
11. 如权利要求IO所述的方法，包括调零和/或重新校准(116) 所述荷重元。
12. 如权利要求IO所述的方法，包括解析来自所述荷重元的输出 信号以便计算(122)患者体重。
13. 如权利要求IO所述的方法，其中在无操作人员干预的情况下 自动设置所述成像参数。
14. 如权利要求IO所述的方法，包括利用后处理算法基于所述患 者的体重来调整成像参数，所述后处理算法包括计算机辅助诊断、噪 声降低或对比增强。
全文摘要
公开用于医疗成像系统的集成测重系统(10)和方法。在一个实施例中，集成测重系统可包括在医疗成像系统(12)内实施的工作台组件(16)、荷重元(18)和处理器(14)。工作台组件包括用于将患者(70)定位在医疗成像系统内的升降机构(38)。荷重元机械耦合到工作台组件并与处理器通信。荷重元配置成用于测量并指示患者的体重，处理器可配置成用于基于患者体重来调整成像参数。工作台组件可包括与荷重元和/或处理器通信以显示患者体重的装置(84)。另外，工作台组件和/或处理器可包括用于将荷重元调零或重新校准荷重元的接口(22)。
文档编号G01G19/44GK101548888SQ20091013059
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者M·R·施沃茨, R·克, R·弗里斯克 申请人:通用电气公司