专利名称：高速旋转机架的制作方法
高速旋转机架本申请涉及一种医学成像系统，其特别应用于计算机断层摄影(CT)。其还适合于 其他医学成像应用和非医学成像应用。一般而言，用于医学成像应用的计算机断层摄影(CT)扫描器包括固定机架/框架 组件和旋转机架/框架组件，所述旋转机架/框架组件相对于固定机架沿纵轴或z轴关于 检查区域旋转。在固定机架上经由轴承支撑旋转机架。将辐射源和诸如换热器、准直器、功率模块和/或其他部件的其他部件固定在旋 转机架上，并且当旋转机架关于检查区域旋转时，这些部件也随之关于检查区域进行旋转。 在第三代系统中，辐射敏感探测器阵列同样被固定在旋转机架上，并且相对于检查区域位 于辐射源的对面。在第四代系统中，辐射敏感探测器阵列被固定在固定机架上。在一种构造中，旋转机架基于单盘转子布局，其中，辐射源和探测器阵列(第三代 系统)被固定到盘状转子上，使得旋转源和探测器阵列从盘状转子上如悬臂似地向外伸 展。在
图1A、1B和1C中示出了此类构造的实例。在这些图中，辐射源102和探测器阵列 104分别从盘状转子106的一侧如悬臂似地向外伸展，并且辐射源102产生辐射束108，所 述辐射束108穿透检查区域110并照射探测器阵列104。遗憾的是，由于在单盘状转子106旋转时与盘状转子106所支撑的部件相关的径 向重力，单盘状转子106可能在沿z轴方向发生物理扭曲，如图1C所示。一般而言，所述物 理扭曲随着转子的旋转速度的增加而增加，从而使得所述扭曲相对更大，例如，与60转每 分钟(RPM)的转子旋转速度相比以180RPM的转子旋转速度进行旋转将使所述扭曲更大。该 扭曲的结果是，辐射束108沿着探测器阵列104的方向偏移。图1C示出了放大的偏移。使用某些较低转子旋转速度的单片和双片扫描器(例如，60RPM的扫描器)，增加 探测器阵列104沿z轴的探测器宽度，使得辐射束108在辐射束偏移的范围内照射探测器 阵列104。然而，这种增加探测器宽度可能导致探测器成本的增加。或者，可以增加辐射束 108沿z轴的宽度，使得辐射束108在辐射束偏移的范围内照射探测器阵列104。然而，加 宽辐射束可能降低辐射效率，或增加患者/对象剂量。对于某些扫描器，也可能不期望增加 探测器宽度和/或增加束宽度。在另一构造中，旋转机架基于柱形转子布局，其中，将辐射源和探测器阵列(第三 代系统)固定到柱状转子上。在图2A、2B和2C中示出了此类构造的实例。在这些图中，将 辐射源202和探测器阵列204固定到柱状转子206的相对两侧，并且辐射源202产生辐射 束208，所述辐射束208穿透检查区域210并照射探测器阵列204。遗憾的是，由于在柱状转子206旋转时与支撑盘状转子206部件相关的径向重力， 柱状转子206可能沿径向方向发生物理扭曲，如图2C所示。正如盘状转子布局一样，相应 的扭曲通常随着转子旋转速度的增加而增加，使得所述扭曲在转子旋转速度更高时更大。 因为重建依赖于辐射源202和探测器阵列204之间大致恒定的物理关系，所以此类物理扭 曲或其他几何扭曲可能引入伪影，该伪影可能会传播到体积图像数据以及由其产生的图像 中。已经将所述单盘转子布局和所述柱状转子布局进行组合，以便提供优于单转子盘布局和转子柱布局中的每个在上述物理转子扭曲方面的逐步改善。然而，扫描器相关技术的持续进步导致扫描器能够以更高的速度进行旋转，例如， 超过200RPM。随着转子旋转速度的增加，所述转子将遭受到更大的重力，例如，在径向方向 上30g或更大的重力。结果，上述物理转子扭曲被扩大并且更加显著。本申请的各方面将解决以上所提到的这些问题和其他问题。根据一方面，一种医学成像装置包括固定机架和大致线轴状的旋转机架，所述线 轴状的旋转机架沿纵轴关于检查区域进行旋转。所述旋转机架包括第一法兰、第二法兰和 多个长形结构元件，所述多个长形结构元件设置在第一法兰和第二法兰之间并耦接所述第 一法兰和第二法兰。第一法兰可旋转地耦接到固定机架上，并且第二法兰在垂直于纵轴的 平面内径向延伸，从而为所述旋转机架提供径向刚度。辐射源被固定在第一法兰和第二法 兰之间的旋转机架上，并且辐射敏感探测器被固定在第一法兰和第二法兰之间关于检查区 域在辐射源的对面的旋转机架上。根据另一方面，一种旋转机架包括构造为可旋转地耦接到固定机架上的第一法 兰。所述旋转机架还包括第二法兰，当旋转机架旋转时所述第二法兰为旋转机架提供径向 刚度。多个长形结构元件被设置在第一法兰和第二法兰之间并耦接第一法兰和第二法兰。根据另一方面，一种方法包括关于检查区域旋转线轴状的旋转机架。所述线轴状 的旋转机架包括辐射源和探测器阵列。所述方法还包括使用所述辐射源产生辐射束，使用 所述探测器阵列探测由所述辐射源发射的辐射，以及根据指示所探测到的辐射的信号产生 体积图像数据。本发明可以实现为各种的部件或部件设置，以及实现为各种的步骤和步骤排列。 附图仅用于图示说明优选实施例，不应解释为对本发明的限制。图1A、1B和1C图示说明了现有技术的单盘状转子布局；图2A、2B和2C图示说明了现有技术中的柱状转子布局；图3图示说明了 CT扫描器的实例；图4图示说明了旋转机架的实例；图5图示说明了附接有各种其他部件的旋转机架的实例。首先参考图3，计算机断层摄影(CT)扫描器300包括固定机架302和旋转机架 304。固定机架302是固定的，因为其通常在扫描期间保持固定。然而，它也可以被构造为 倾斜或以其他方式移动。在固定机架302上经由轴承(不可见)支撑旋转机架304。适当的轴承的非限制 性实例包括机械轴承，例如具有插到两个滚道之间的滚球的机械轴承，流体轴承，例如在旋 转机架304和固定机架302之间提供气障的空气轴承，以及其他轴承。在1999年10月27 日提交的申请号为09/428，431、题为“Aerostatic CT suspension”的专利申请中描述了适 当流体轴承的实例。旋转机架304沿z轴306围绕检查区域308旋转。在图示的实例中，旋转机架304 被构造为以大于200转每分钟(RPM)的旋转速度、例如以220RPM或更快的旋转速度进行旋 转。旋转机架304也可以被构造为以更低的旋转速度进行旋转。旋转机架304支撑辐射源310，例如发射辐射的x射线管。旋转机架304还支撑源 准直器312，所述源准直器312对由辐射源310发射的辐射进行准直以产生大致锥形或扇形
5的辐射束314。如图所示，辐射束314穿透检查区域308。对于图示的第三代CT扫描器300，旋转机架304还支撑辐射敏感探测器阵列316， 所述探测器阵列316对着检查区域308与辐射源310相对的一侧的角度弧。本发明还预见 有第四代CT。图示的探测器阵列316包括在z轴方向延伸的多行辐射敏感探测器元件以及 在横向方向延伸的多列辐射敏感探测器元件。本发明还预见有单行探测器阵列。探测器元 件探测穿透检查区域308的辐射。旋转机架304还支撑换热器318、功率模块319和/或各种其他部件，例如一个或 多个患者定位激光器、转子角位置测量设备、数据传输模块、布线、配重和/或其他部件。在图示的实施例中，旋转机架304包括线轴状的转子，所述线轴状的转子包括法 兰320和322，这两个法兰由设置在其间的长形结构元件402(图4)耦接在一起。如下文详 细描述的，在一个例子中，法兰320和322包括构造为提供径向刚度的诸如形状和大小的尺 寸，并且长形结构元件402包括构造为提供轴向刚度的尺寸和位置。因此，相对于法兰320 和322以及长形结构元件402以其他方式进行构造的实施例，在一个例子中，当旋转机架 304以相对高的旋转速度旋转时、例如以大于200RPM的旋转速度旋转时，旋转机架304不能 轻易由于径向重力而发生物理扭曲。诸如床的患者支撑324支撑检查区域308中的患者。患者支撑324可以配合旋转 机架304的旋转沿z轴306移动，以便于进行螺旋、轴向、或其他期望的扫描轨道。重建器326重建来自所述探测器的投影数据，以便产生指示患者内部解剖结构的 体积数据。图像处理器328处理由重建器326产生的体积数据，供以人可读的形式进行显
7J\ o通用计算系统充当操作者控制台330。操作者控制台330包括诸如显示器332和 /或打印机的人可读输出设备以及诸如键盘和/或鼠标的输入设备。驻留在控制台330上 的软件使操作者能够控制系统300的运行，例如，通过允许操作员选择扫描协议、初始化扫 描、终止扫描、观察和/或操纵体积图像数据，和/或以其他方式与系统300交互。现在结合图4和图5进一步详细描述旋转机架304。首先参考图4，图示出没有由 其支撑的部件的旋转机架304的透视图。如上简述，旋转机架304包括由长形结构元件402 耦接在一起的第一法兰320和第二法兰322。第一法兰320包括第一主表面404和第二主表面406，两者通常垂直于纵轴306进 行延伸(图3)。第一主表面404可操作地耦接到轴承上(不可见)。第二主表面406可操 作地耦接到长形结构元件402上。第二法兰322包括第一主表面408和第二主表面410，两 者通常垂直于纵轴306进行延伸。第一主表面408面朝远离长形结构元件402的方向，并 且第二主表面410可操作地耦接到长形结构元件402上。如图所示，在此实例中，第一法兰 320和第二法兰322通常放置为彼此平行，使得各自的第二表面406和410彼此相对。第二法兰322在垂直于纵轴306的平面中的尺寸取决于应用。在图示的实例中，第 二法兰402包括基于可操纵的转子旋转速度、由旋转机架304所支撑的部件的质量、可接受 的径向扭曲的水平、以及部件可接触度所确定的形状和尺寸。通过举例，对于扭曲的具体水 平和已知的质量，所述形状和大小可能对应于在最大或其他转子旋转速度时提供适当径向 刚度的形状和大小，这样，即使有旋转机架304的径向扭曲，也不会超过所述扭曲的具体水 平。所述扭曲的具体水平可以基于图像质量、校正失真的能力(经由硬件和/或软件技术)和/或其他考虑。一般而言，在垂直于纵轴306的平面内法兰越大，径向刚度越大。然而， 可以以这样的方式确定所述形状和大小，即当接触旋转机架304所支撑的各部件时降低或 最小化移除第二法兰322的需要或最大化对部件的接触。图示的形状和大小是用于图示的 CT扫描器300的适当形状和大小的非限制性的实例。需要领会的是，第二法兰322和第一 法兰320可能在大小上基本相等。当确定第二法兰322的形状和大小时可以另外地或附加 地考虑其他因素。返回到图5，图示出图4的剖面图。长形结构元件402的尺寸和位置是基于所支 撑的部件的位置、转子的旋转速度、所支撑部件的质量、以及可接受的轴向扭曲水平而确定 的。通过举例，结构元件402:和4022以如下方式放置在第一法兰320上，即在结构元 件402i和4022之间留出第一开口 506，该开口的尺寸使得当辐射源310安装到旋转机架 304上时，至少辐射源310 (图3)的第一部分被设置到结构元件402i* 4022之间。结构元 件402:和4022从第一法兰404垂直延伸，在平行于纵轴的平面内径向延伸，并且具有非零 的有限宽度。在此实例中，结构元件402i和4022的高度延伸为在第一法兰320的内周502 和外周504之间的距离的子部分，并且结构元件402:和4022的放置相对于外周504更靠近 内周502。结构元件402:和4022的此类尺寸和位置可以提供关于所安装的辐射源310的 基本对称的结构刚度，例如，对于具体的旋转速度、已知的质量以及具体可接受的转子物理 扭曲水平。图示的结构元件402:和4022的尺寸和位置是图示的CT扫描器300的适当尺寸 和位置的一个非限制性实例。结构元件4023和4024以如下方式放置在第一法兰320上，S卩，留出第二开口 508， 其中，当探测器阵列316安装到旋转机架304上时，至少探测器阵列316 (图3)的子部分 配装到结构元件4023和4024之间。同样地，结构元件4023和4024从第一法兰320垂直延 伸，并且在平行于纵轴的平面内具有非零的有限宽度和高度。如图所示，结构元件4023和 4024的高度沿在内周502和外周504之间的距离的子部分进行延伸，并且其位置更靠近内 周502。结构元件4023和4024的此类尺寸和位置可以提供关于所安装的探测器阵列316的 基本对称的结构刚度，例如，对于具体的旋转速度、已知的质量以及具体的转子物理扭曲水 平。图示的结构元件对4023/4024和4025/4026的尺寸和位置是图示的CT扫描器300的适 当尺寸和位置的一个非限制性实例。结构元件对4023/4025和4024/4026限定出用于安装功率模块319 (图3)的第三开 口 510和第四开口 512，并且结构元件对402^4025限定出用于安装换热器318 (图3)的第 五开口 514。结构元件对4023/4025、4024/4026和402^4025的尺寸和位置提供关于所安装 的功率模块319和所安装的换热器318的结构刚度。在图5中采用了连接支撑516、518和520。具体而言，连接支撑516被设置在结构 元件4023和4025之间并耦接结构元件4023和4025，连接支撑518被设置在结构元件4024 和4026之间并耦接结构元件4024和4026，以及连接支撑520被设置在结构元件4022和4026 之间并耦接结构元件4022和4026。正如所看到的，在一个例子中，在结构元件之间采用连 接支撑，这里此类连接支撑将不会干扰在旋转机架304上所支撑的部件。此类支撑516、518 和520可以提供另外的轴向刚度。支撑516、518和520也可以提供剪切刚度。如此，主表 面406和408仍然是同心的。也可以省去连接支撑516、518和520。
需要说明的是，安装到旋转机架304上的部件，例如，辐射源310、准直器312、探测 器阵列316、换热器318以及功率模块319，也可以为旋转机架304提供另外的结构刚度。在图示的构造中，当辐射源310、探测器阵列316以及换热器318安装到旋转机架 304上时，结构元件402、连接支撑516、518和520、以及所安装的部件的组合，共同形成了在 第一法兰320和第二法兰322之间的大致柱形的截面。对于图3、4和5，在图示的实施例中，第一法兰320和第二法兰322由钢或诸如此 类的材料构成，并且结构元件402由铝或诸如此类的材料构成。将第一法兰320和第二法 兰322两者紧固到结构元件402上。在一个例子中，第一法兰320和第二法兰322以及结 构元件402经由螺栓、铆钉或诸如此类的元件紧固在一起，并且随后将各种部件固定到旋 转机架304上。在另一个例子中，将第一法兰320和结构元件402紧固在一起，将各种部件 紧定到旋转机架304上，并且随后将第二法兰322和结构元件420紧固在一起。本发明还 预见有用于将所述部件固定到旋转机架304上(法兰320和322，以及结构元件402)以及 旋转机架304所支撑的部件上的其他方法。本发明还预见有各种变型。如上所述，图示的第一法兰320和第二法兰322由钢构成，并且结构元件402由铝 构成。在另一实施例中，包括第一法兰320和第二法兰322以及结构元件402的旋转机架 304经由铝或其他铸件形成为单一整体结构。在又一实施例中，将第一法兰320和第二法兰 322基本上永久地安置到结构元件402上，例如，经由焊接。在附图所图示的实施例中，第二法兰322是使用结构元件402进行紧固的单一整 体结构。在另一实施例中，第二法兰322包括两个或更多分离的子部分，这些子部分分别紧 固到不同的结构元件402对上。在又一实施例中，两个或更多分离的子部分被固定到不同 部件上，并且将所述部件固定到旋转机架304上，将第二法兰322固定到旋转机架304上。如图5所示，结构元件402被设置在更靠近第一法兰320的内周502的位置。然 而，在另一实施例中，结构元件402被设置在更靠近外周504的位置。对于该构造，连接支 撑516-520也可以被固定到结构元件上更靠近外周504的末端区域。在又一实施例中，结 构元件402大致位于内周502和外周504中间。在又一实施例中，结构元件402大体上在 内周502和外周504之间进行延伸。在此实例中，类似于连接支撑516-520的连接支撑可 以另外地或附加地耦接到结构元件上更靠近外周504的末端区域。也必须理解的是，旋转机架304可以用于其他期望旋转一个或多个部件的成像系 统，例如正电子发射断层摄影和单光子发射断层摄影。也必须理解的是，旋转机架304的刚度也可以有利于降低辐射暴露、降低成像系 统的校准、减轻检查前有效区域准直、减轻检查后有效区域准直。已经根据优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解说明书后可以想到各种变 型和修改。本发明旨在被解释为包括所有此类的变型和修改，只要它们落入权利要求书或 其等价范围内。
权利要求
一种医学成像装置，包括固定机架(302)；大致线轴状的旋转机架(304)，其关于纵轴(306)关于检查区域(308)进行旋转，所述旋转机架包括第一法兰(320)，其可旋转地耦接到所述固定机架上；第二法兰(322)，其在垂直于所述纵轴(306)的平面内径向延伸，从而为所述旋转机架提供径向刚度；以及多个长形结构元件(402)，其被设置在所述第一法兰和所述第二法兰之间并耦接所述第一法兰和所述第二法兰；辐射源(310)，其被固定在所述第一法兰和所述第二法兰之间的旋转机架上；以及探测器阵列(316)，其被固定在所述第一法兰和第二法兰之间关于所述检查区域在所述辐射源的对面的旋转机架上。
2.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述旋转机架以大于每分钟两百转的速 度进行旋转。
3.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述第二法兰是单一整体结构。
4.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，将所述第二法兰可移除地紧固到所述多 个长形结构元件上。
5.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述第二法兰包括可移除地紧固在一起 的多个子部分。
6.如权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述多个子部分的第一子部分可移除地 紧固到所述辐射源上，并且所述多个子部分的第二子部分可移除地紧固到所述辐射敏感探 测器上。
7.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述第一法兰和所述第二法兰具有大致 相同的大小。
8.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述第一法兰包括内周(502)和外周 (504)，并且所述多个长形结构元件从大约所述内周向所述外周径向延伸。
9.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述多个长形结构元件为所述旋转框架 提供轴向刚度。
10.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述多个长形结构元件中的至少一对沿 所述辐射源的侧面径向延伸。
11.如权利要求10所述的医学成像装置，其中，所述多个长形结构元件提供关于所述 辐射源的对称轴向支撑。
12.如权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述第一法兰和所述第二法兰由钢构 成，并且所述多个长形结构元件由铝构成。
13.如权利要求1所述的医学成像装置，还包括轴承，其中，所述空气轴承可操作地将 所述第一法兰耦接到所述固定机架上。
14.一种旋转机架，包括第一法兰(320)，其被构造为可旋转地耦接到旋转机架上；第二法兰(322)，当所述旋转机架旋转时，所述第二法兰为所述旋转机架提供径向刚度；以及多个长形结构元件(402)，其被设置在所述第一法兰和所述第二法兰之间并耦接所述第一法兰和所述第二法兰。
15.如权利要求14所述的旋转机架，其中，所述旋转机架以大于每分钟两百转的速度进行旋转。
16.如权利要求14所述的旋转机架，还包括辐射源(310)、探测器阵列(316)、换热器 (318)以及功率模块(319)中的至少一个，其中，将所述辐射源、所述探测器阵列、所述换热 器以及所述功率模块中的所述至少一个固定在所述第一法兰和所述第二法兰之间。
17.如权利要求16所述的旋转机架，其中，所述第二法兰包括使人能够接近所述辐射 源、所述辐射敏感探测器、所述换热器以及所述功率模块中的至少一个的形状。
18.如权利要求16所述的旋转机架，其中，所述第二法兰包括多个不同的子部分，其 中，将所述子部分中的至少一个耦接到所述辐射源、所述辐射敏感探测器、所述换热器以及 所述功率模块中的一个。
19.如权利要求14所述的旋转机架，其中，所述多个长形结构元件中的至少一个沿所 述辐射源、所述辐射敏感探测器、所述换热器以及所述功率模块中的一个的侧面径向延伸。
20.如权利要求14所述的旋转机架，其中，所述第二法兰包括多个不同的子部分，这些 子部分被分别耦接到所述多个长形结构元件上。
21.如权利要求1所述的旋转机架，其中，所述多个长形结构元件为所述旋转机架提供 轴向刚度。
22.如权利要求14所述的旋转机架，其中，所述旋转机架是计算机断层摄影系统的一 部分。
23.如权利要求14所述的医学成像装置，其中，所述旋转机架是线轴状的。
24.一种方法，包括关于检查区域旋转线轴状的旋转机架(304)，其中，所述线轴状的旋转机架包括辐射源 (310)和探测器阵列；使用所述辐射源产生辐射束；使用所述探测器阵列探测由所述辐射源发射的辐射；以及根据指示所探测到的辐射的信号产生体积图像数据。
25.如权利要求24所述的方法，所述线轴状的旋转机架包括第一法兰(320)；第二法兰(322)；以及设置在所述第一法兰和所述第二法兰之间并耦接所述第一法兰和所述第二法兰的至 少一个结构元件(402)。
全文摘要
一种医学成像装置包括固定机架(302)和大致线轴状的旋转机架(304)，所述旋转机架(304)关于纵轴(306)关于检查区域(308)进行旋转。所述旋转机架包括第一法兰(320)、第二法兰(322)，以及多个长形结构元件(402)，所述长形结构元件(402)被设置在所述第一法兰和第二法兰之间并耦接所述第一法兰和第二法兰。所述第一法兰(320)可旋转地耦接到固定机架上，并且第二法兰(322)在垂直于所述纵轴(306)的平面上径向延伸，从而为所述旋转机架提供径向刚度。辐射源(310)被固定在所述第一法兰和第二法兰之间的旋转机架上，并且探测器阵列(316)被固定在所述第一法兰和第二法兰之间关于检查区域在辐射源的对面的旋转机架上。
文档编号A61B6/03GK101854864SQ200880115923
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月16日
发明者J·P·克雷斯曼, R·B·夏普莱斯, R·谢里登 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司