专利名称：用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置的制作方法
技术领域：
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。
背景技术：
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。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。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。为了说明膝盖CBCT成像中所面临的问题，图I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。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I 80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。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。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。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。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。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。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。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。发明概述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。
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。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。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。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。附图简述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。图I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。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。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。图4是透视图，其展示患者处于通道门关闭的扫描位置中。图5是一系列顶部示意图，其展示CBCT成像时患者进入和系统准备的顺序。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。图7是透视图，其展示可选的高度调整。图8A和图SB是透视图，其展示替代配置中伸展腿部的肢体成像。图9是透视图，其展示用于上肢成像的成像装置的配置。
图10是透视图，其展示检测器传送件完全包围下肢时的成像。图11是透视图，其展示检测器传送件完全包围上肢时的成像。图12A展示具有和不具有外罩的成像装置的透视图。图12B是针对源和检测器传送件使用转台的成像装置的透视图。图13是图12B所示的传送件布置的顶视图。图14A展示外壳部分透明的成像装置的顶视图。图14B展示处于开始和停止扫描位置中的内部部件。图15展示患者肢体初始定位和扫描开始时的转台传送件布置的顶视图。图16展示扫描顺序期间的顶视图。图17展示水平位置上肢体成像的实施方案的透视图。图18A是顶视图，其将脚部和膝盖成像的角度考虑因素进行比较。
图18B是示意图，其展示脚部相对于源和检测器路径的形状。图19A是示意图，其展示在非负荷承载位置中对脚部进行CBCT成像时的患者定位。图19B是示意图，其展示在负荷承载位置中对脚部进行CBCT成像时的患者定位。图19C是示意图，其展示患者就座且腿部伸展情况下在非负荷承载位置中对脚部进行CBCT成像时的患者定位。图20展示用于脚部成像的成像装置的透视图，其中所述成像装置使用插入件来设立检测器路径。图21展示用于脚部成像的成像装置的顶视图，其中所述成像装置使用插入件来 设立检测器路径。图22展示用于脚部成像的成像装置的顶视图，其中所述成像装置使用插入件来设立检测器路径，且带有半透明外罩。图23、图24和图25是透视图，其展示用于脚部和脚踝成像的成像硬件的不同位置。图26和图27是透视图，其展示旋转到不同成像位置的CBCT成像装置。图28是替代实施方案中的CBCT成像装置的透视图，其中所述装置使用一个或多个门来完成检测器路径。图29是所述实施方案中的CBCT成像装置的透视图，其中所述装置使用一个或多个门来完成检测器路径，且门处于关闭位置。图30是替代实施方案中的CBCT成像装置的顶视图，其中所述装置使用一个或多个门来完成检测器路径。图31是所述实施方案中的CBCT成像装置的顶视图，其中所述装置使用一个或多个门来完成检测器路径，且门处于关闭位置。图32和图33分别展示CBCT成像装置处于旋转位置、进行腿部伸展后的脚部或脚踝成像时的门打开和门关闭位置。图34是示意图，其展示用于脚部和脚踝成像的替代辐射路径。图35A是示意图，其展示根据本发明一个实施方案的外壳，所述外壳倾斜成斜角来进行脚部成像。图35B是示意图，其展示根据本发明替代实施方案的外壳，所述外壳倒置并倾斜成斜角来进行脚部成像。图36A是示意图，其展示根据本发明替代实施方案的不具有脚部插入件的外壳，所述外壳倾斜成某角度来进行脚部和脚趾成像。图36B是示意图，其展示根据替代实施方案的具有脚部插入件的外壳，所述外壳倾斜成某角度来进行脚部和脚趾成像。发明详述下文是参照图式对本发明优选实施方案做出的详细描述，其中在若干图中的每一图中相同的兀件符号表不相同的结构兀件。在肢体成像中，特别是在成对的下肢成像中，需要进行改进，所述改进包括以下方面
(i)改进辐射源和检测器的放置，以在整个扫描顺序中提供可接受的辐射水平和图像质量；(ii)相对于源和检测器的旋转轴线在不同高度上的系统成像灵活性，包括允许患者在舒适地站立或就座如脚部处于抬高位置的情况下进行成像的灵活性；(iii)改进患者可进入性，从而使得患者无须扭曲、弯曲或过度挤压肢体或关节，以免造成伤害，进而提供这些人体部位的图像；(iv)改进获取CBCT图像时的人体工程效果，从而(例如)允许患者站在正常姿势下。这也允许在通过患者重量施加的正常负荷下，而非在Sukovic等人‘888揭示案和其它地方所示教的模拟负荷条件下，使负荷承载肢体如腿部、膝盖和脚踝成像；(V)脚部或脚踝CBCT成像能力。由于脚部形状而造成的固有难度是一个因素；脚部成像的其它问题包括需要能够使脚部在承载重量和不承载重量的情况下在许多不同位置成像。
在本揭示案的上下文中，术语“肢体”的含义与诊断性成像用语中的常规理解是一样的，是指膝盖、腿部、脚踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀以及任何其它解剖学肢体。术语“研究对象”用于描述患者被成像的肢体，例如，“目标腿”。术语“配对肢体” 一般用来指代任何解剖学肢体，其中同一个患者通常存在两个或更多个这样的肢体。在本发明的上下文中，配对肢体并未成像，只是使目标肢体成像。为了详细地描述本发明，本文针对本发明实施方案所给出的实例集中于人体解剖学中承载负荷的下肢如腿部、膝盖、脚踝和脚部的成像。然而，这些实例应视为说明性而非限制性的。在本揭示案的上下文中，术语“弧”或者“圆弧”的常规含义是指小于360度的圆圈部分，或者视为给定半径下小于2π弧度的圆圈部分。本发明的实施方案通过提供成像装置来解决下肢成像的困难，所述成像装置界定轨道式源路径和检测器路径，所述两个路径相对于中心点是同心的，其中提供源路径和检测器路径的部件经配置而允许患者在成像之前和之后进入，且经配置而允许患者在CBCT图像抓取系列期间用正常姿势站立。在本发明的实施方案中，此能力是通过使用检测器传送设备来实现的，所述检测器传送设备具有周向进入开口，从而允许进行肢体定位，其中，一旦检测器传送设备处于适当位置，便会围绕定位后的肢体进行转动，从而在其转动过扫描的至少一部分时围住肢体。考虑人身躯的维度属性是有益的，这些属性在设计肢体扫描CBCT装备时可能是考虑因素。例如，处于舒适站立位置上的、平常身高的成人患者一般情况下在任何地方左右膝盖的间距都是大约IOcm至大约35cm。对于平常身高的成人而言，膝盖之间超过大约35-40cm(14-15. 7英寸)便会变得越来越不舒适，而且超过正常的站姿范围。有益的是注意到此限制使得使用如上文描述的DE 10146915中所展示的吊架解决方案来进行膝盖成像是不切实际的。源或检测器必须能够穿过站立患者的两腿之间来进行单膝CBCT成像，吊架解决方案或其它常规解决方案不具备这样的能力。图2的透视图和顶视图展示如何通过使用根据本发明的CBCT成像装置10的各种实施方案来提供扫描图案。相对于中心轴线A具有合适半径Rl的检测器路径28是由第一设备(检测器传送件34)提供。由第二设备(源传送件32)提供具有第二、更大半径R2的源路径26。肢体(研究对象20)大体上沿着中心轴线A居中，使得中心轴线A可以视为穿过研究对象20中各点的线。图像抓取时的有限几何形状是源传送件32受到患者解剖结构(如配对肢体)阻挡时的弧造成的，如前文所述，所述弧通常大约为200度。另一个局限性涉及理想目标，即不要过度地曝露患者。此界定部分扇形，所述扇形由此弧以及扫描开始和结束时的半径确定。尽管检测器传送件34因为可以在站立患者的两腿之间移动而能够形成完整的圆形轨道，但其相对于源传送件32的弧沿循必要的互补性弧。通过在检测器传送件34中提供周向间隙38，使得扫描之前患者的进入变得容易。当检测器传送件34处于图3所示的打开位置时，患者可以在成像位置内外自由移动。当患者处于适当位置时，检测器传送件34围绕轴线A进行转动，大体上转动180度。此轨道式移动将肢体限定在更狭窄的范围内，并且将检测器24放置在研究对象20附近的位置，以便按顺序获取第一投影图像，由于检测器传送件34的外壳，检测器24在图2至图4中看不见。周向间隙38不仅允许进入以定位目标腿或其它肢体，而且允许足够的空间来使 患者在成像期间站立在正常姿势下，从而将成像的目标腿放置在轴线A的中心位置(图2)，而将未成像的配对腿放置在周向间隙38所界定的空间中。周向间隙38延伸大约360度减去“180度加扇形角度的总和”，所述扇形角度由源至检测器的几何形状和距离决定。图5的顶视图展示患者进入成像装置10的顺序。在打开进入位置40中，周向间隙38准许肢体进入，从而使得肢体可以在沿着中心轴线A的位置上居中。脚部对应于打开进入位置42的轮廓指示患者的定位，且展示以供参考。在此实例中，左腿是成像研究对象，而配对右腿将处于周向间隙38内或者刚好处于周向间隙38之外。一旦患者腿部或另一肢体处于适当位置中，检测器传送件34或界定此传送路径的套罩或其它构件便可以转动到适当位置中，从而关闭周向间隙38的检测器部分，如转动传送位置44所示。传送件就位位置46展示检测器传送件34处于合适位置，用来执行CBCT成像序列。图6的顶视图继续图5中开始的操作序列，并且展示使用成像装置10时在许多角度位置上获取CBCT投影的顺序。图6展示辐射源22和检测器24的相对位置，辐射源22和检测器24可以隐藏在如上文所述的遮罩下面。脚部轮廓作为参考，用来指示患者腿部的相对位置；随后将更为详细地展示和描述脚部本身的成像。在CBCT扫描和投影成像期间，源和检测器在每个位置上都正好相反。序列开始于开始扫描位置50，其中辐射源22和检测器24处于初始位置，以便在第一角度上获取图像。然后，辐射源22和检测器24都围绕轴线A转动,如中间扫描位置52、54、56和58所表不的。成像终止于结束扫描位置60。如此序列所示，在每个成像角度上，源22和检测器24相对于研究对象20而言都正好处于相反位置上。在整个扫描周期中，检测器24都处于研究对象20的较短距离Dl内。源22定位在研究对象20的较长距离D2之外。源和检测器部件的定位可以通过单独的致动器加以实施，每个传送路径使用一个致动器，或者通过单个可旋转构件加以实施，如随后将更详细描述的。应注意的是，相反方向上的扫描动作(也就是，相对于图6展示的实例而言是顺时针的)也是可能的，其中初始和终止扫描位置会进行相应变化。沿着轴线方向将源和检测器传送件32和34作为一个单元加以移动的能力可以提供成像装置10的其它特征，如图7的透视图中所展示的。垂直支架70对成像装置提供垂直传送，使得源和检测器可以在中心轴线方向上向上或向下平移，以便满足不同高度的患者，并且对腿部的不同部分进行成像。可以在使用图5中设立的序列通过检测器传送件34来围住待成像的患者目标腿之前或之后来进行高度调整。在一个实施方案中，垂直支架70还允许CBCT成像装置10进行旋转，从而允许水平布置或以不同于垂直的某个斜角伸展的肢体进行成像。图8A和图SB展示水平位置上膝盖成像的透视图，其中患者就座，并且腿部向外伸展。围绕倾斜轴线Q进行完全的360度旋转是可能的。应注意的是，在此应用场景下，类似的患者可进入性适用，其中，一旦肢体居中于适当位置上，检测器传送件34便转动到适当位置上。进一步做出高度调整(如针对手臂、手肘或肩膀成像)也是可能的，如图9所示。因为是源障碍而非检测器路径导致了轨道成像路径的角度限制，所以使用转动检测器传送件34简化患者进入，并且为CBCT成像提供足够的成像路径。因此，例如，检测器传送件34可以完全包围肢体，如图10和图11中的实例所示。在这些实施方案中，周向间隙38仅存在于源轨道中。
返回参看图6的示意图，辐射源22和检测器24各自分别沿着半径为R2和Rl的弧而环绕研究对象。在源传送件32内，可以使用源致动器，所述源致动器可以与作为检测器传送件34—部分的单独、互补检测器致动器协作。因此，两个独立的致动器设备(每个传送件组件中存在一个)可以通过外部逻辑控制器单独加以控制和协调，进而使源22和检测器24围绕研究对象20沿着各自的弧完全一致地移动。在替代实施方案中，源和检测器传送件部件是以机械方式连结到单个的转动或旋转组件。一个此类布置展示于图12A的右侧，并且在图12B中进行了放大展示，所述布置通过使用单个机械组件(旋转构件68)而将源和检测器传送件32和34提供在转台64上，转台64围绕中心旋转轴线A进行转动，并且为源22和检测器24提供所需半径。如图13的顶视图中最佳展示的，检测器24沿着C形转台64的表面进行运动，从而以半径Rl环绕研究对象。源22沿着支臂66而连接到转台64，支臂66提供较大半径R2。周向间隙38延伸而跨越源和检测器路径。应注意的是，如图所示在转台64上使用旋转构件68的实施方案可以装入到一个或多个外壳中，从而提供与(例如)图7至图11中所示的成像装置10相类似的外观。此类布置对于将患者与移动部件隔离，以及减轻患者的至少一些焦虑具有优势，这些焦虑可能是成像期间部件的自动移动而引起的。图14A展示装配在外罩80内的源和检测器传送件32、34以及源和检测器22、24部件，外罩80保护移动的机械零件，并且有助于防止患者接触到移动部件。图14B展示使用上文参照图6所描述的扫描顺序时被遮盖的系统，其中内部部件分别处于开始和结束扫描位置50和60。图13、图15和图16的顶视图展示如何使用此机械布置提供患者进入。一旦患者定位，旋转构件68便围绕定位的肢体摆动到开始位置72，如图15中的底部所示。成像开始于此位置，并且随着旋转构件68围绕轴线A转动源和检测器部件而继续进行。对于图15和图16的实例而言，旋转构件68在顺时针方向上移动。逆时针方向旋转也是可能的。旋转构件68也可以与上肢成像配置一同使用，如图17所示。因为患者解剖结构都不会阻挡传送路径，所以在此配置下准许扫描时产生完整的圆形轨道。再次，部件在旋转构件68的平面中围绕倾斜轴线Q进行完整的360度旋转是可能的。
在本揭示案的上下文中，术语“小腿”视为包括人体腿部自膝盖上部向外的所有部分，包括膝盖以及胫骨/腓骨结构、脚踝和脚部。在使用CBCT成像装置10时，小腿末端部分(包括脚踝和脚部)的成像也是可能的。然而，因为脚部向外突出到所要的检测器传送路径中，所以一般来说，脚部成像所允许的角度范围比起腿部和膝盖成像的范围受到更大限制。例如，图18A的顶视图展示使用前文所述的CBCT成像装置10对站立患者进行脚部CBCT扫描时的角度范围比(例如)膝盖成像的角度范围小50度。如图18B所示意性展示的，脚部的一般形状使得难以在具有上文刚刚针对CBCT成像装置10所描述的布置的CBCT装置中进行成像。在此图中，虚线内圆表示可能的弧形检测器路径28，而虚线外圆表示可能的弧形源路径26。路径26和28都位于如随后描述的可以倾斜的传送平面T中。如前文所示，路径26与28是同心的，并且源和检测器设备被布置成沿着各自的路径彼此对置。在脚部伸展的情况下，源路径26不会受到患者解剖结构的阻碍。由于对检测器路径28的限制(也就是必须呈圆弧的形式，此圆弧大体上自脚部的一侧延伸到另一侧)，因此需要不同的方法来获取合适的脚部和脚踝投影图像。 图19A、图19B和图19C的示意图展示使用根据本发明实施方案进行配置的CBCT成像装置时，在各种条件和斜角下获取脚部图像时的患者定位。图19A展示在非负荷承载位置上对脚部进行CBCT成像时的患者定位。患者将一只脚放在CBCT成像装置100中，如放在底座凹口 102上，所述底座凹口 102形成于CBCT成像装置100的外壳80中或其它合适的支架中，所述外壳80或支架将脚部维持在适当的高度上以进行成像。源22和检测器24随后在一定范围的角度上环绕脚部，从而获取所需的图像投影。此处，传送平面T大体上水平。应注意的是，图8A、图SB以及其它地方所展示的倾斜轴线Q大体上平行于传送平面T，但可以位于平面T上方或下方。图19B展示在负荷承载位置上对脚部进行CBCT成像时的患者定位。在此布置下，患者能够站立在自然的位置上，并且在成像期间向脚部施加一定重量。此处，传送平面T也是大体上水平的。图19C是示意图，其展示患者就座且腿部伸展的情况下在非负荷承载应用场景下对脚部进行CBCT成像时的患者定位。此位置利用CBCT成像装置100的可旋转外壳。此处，传送平面T大体上垂直，或者处于其它合适的竖直角度下。图20的透视图展示CBCT成像装置100的一个实施方案，所述CBCT成像装置100使用可卸除式插入件110作为一种检测器路径或间隙关闭装置来跨越周向间隙38提供间隙关闭且围住检测器路径，当需要进行脚部或脚踝成像时，所述可卸除式插入件110添加到基础CBCT成像装置。插入件110充当检测器行进路径上的外罩，且界定脚部成像时的检测器轨道边界。此处，插入件110根据需要滑入到外壳80内的适当位置。插入件110仅在适当方位上以机械键齿连接方式装配在外壳80中，并且设计有互锁件，所述互锁件感应插入件110何时处于适当位置，且向控制逻辑提供信号，从而相应地修改源-检测器路径。在插入件110处于适当位置的情况下，提供间隙38的关闭，从而完成位于间隙38上的检测器路径部分。图21的顶视图展示外部视图，其中外罩和外壳是不透明的，插入件110处于CBCT成像装置100内的适当位置上，且图21的顶视图展示脚部F放置在插入件110中时的参考位置。图22的顶视图展示插入件110的外罩和成像装置100的外壳80是透明的，从而使得可以看到源22和检测器24的位置。为了进行脚部成像，行进路径发生变化，从而使得检测器24的行进是围绕脚部的侧面和后面，而不是围绕脚部的前面。此图案按照图23、图24和图25的透视图的顺序加以展示。图23和图25展示检测器24行进路径的末端。在使用顺时针轨道的情况下，图23展示检测器24轨道的开始位置，而图25展示结束位置。在使用逆时针移动的情况下，图25展示检测器24的开始位置，而图23展示结束位置。对于脚部和脚踝成像而言，高度和角度调整是有用的。图26和图27展示不同的旋转和高度位置，也可以提供这些旋转和高度位置，以允许进行更为灵活的患者定位。例如，图27所示的布置适合于患者处在伸展腿部位置时的脚部成像，如上文参照图19C所描述的。除了如图27所示围绕倾斜轴线Q进行旋转，在一个实施方案中，外壳80也可以至少部分地围绕垂直轴线A进行旋转，如图27和其它地方所展示的。虽然插入件110可以用作检测器路径关闭装置或间隙关闭装置，从而提供检测器传送路径围绕脚部背面的连续性，但是插入件必须卸除，以便允许进行膝盖或其它肢体的 成像。图28、图29、图30、图31、图32和图33所示的替代实施方案使用替代方法，从而允许使用相同设备来进行脚部成像或膝盖成像。图28和图29的透视图展示具有一组门114的CBCT成像装置100，所述门114充当间隙关闭装置来进行检测器路径关闭，并且围住弧形检测器路径的相应部分。门114打开后便允许患者脚部进入，而一旦脚部定位于底座凹口102上，便可以关闭门114。关闭门114完成检测器路径28，而将此路径延伸到患者后面，从而使得检测器24可以在CBCT图像抓取序列中穿到脚部后面，如上文参考图23、图24和图25所描述的。图30和图31用顶视图展示此替代实施方案的门打开和门关闭位置。图32和图33分别展示CBCT成像装置100处于旋转位置以对脚部或脚踝进行腿部伸展后的成像时的门打开和关闭位置。应注意的是，单个门可以用作替代方案，替代图28至图33的双门布置。传感器82(图28)检测脚部何时定位于底座中，并且相应地调整成像和传送图案。针对图19A、图19B和图19C所示的常规患者位置而提供的源-检测器行进路径可以用来准确地进行脚踝和脚部上部区域的3D重组，但是对于重组脚部本身的3D图像而言，可能准确性较差。参看图34的示意图，可以看出，自源22到检测器24的直接迎面辐射路径Pl穿过许多骨结构。这是源和检测器轨道处于辐射路径Pl的平面中时的扫描图案所遇到的问题。在不同布置中，这些骨的存在使得自来自不同图像投影的此类图像进行3D重组变得复杂，或者缺失。一种解决方案是使脚部倾斜；然而，这对于患者而言也许是不可能的。此外，让患者将脚部固定在不舒服的位置上可能也无法为诊断分析提供最有帮助的条件。底座(出于清晰目的而未展示于图34中)沿着平面W来搁置脚部，平面W可以是水平的，也可能不是水平的。在使用CBCT成像装置100的实施方案时可用的替代解决方案为，使成像装置本身围绕倾斜轴线Q (图28和其它地方)倾斜到角度Θ，从而使得外壳80相对于水平或垂直而处于I度或更大的斜角，如10度、20度或40度。就图34的示意图而言，此布置允许传送平面T中的源和检测器轨道偏移到一定范围的角度位置中的任何一个角度位置(例如，展示为与路径Pl和P2相对应的平面Tl和T2)，从而允许改进脚部和脚踝若干部分的成像。如图34所示，此布置有效地使传送平面T相对于脚部平面W倾斜到一定范围的角度中的任一角度，从而使得平面W和平面T处于不同的角度。因此，倾斜轴线的斜角可以布置成将辐射以某一角度导向脚部，所述角度自脚底偏离可变范围，自几度到10度以上或20度以上，且甚至出于此目的，允许倾斜轴线在完整的90度范围内进行变化。图35A的示意图展示根据一个实施方案，倾斜成斜角而进行脚部成像的外壳80。此相对于水平而将源22和检测器24的轨道定向到某斜角，并且也会扩大源和检测器行进路径的可能角度范围。图35B的示意图展示替代布置，其中外壳80倒置并处于某斜角，从而改进脚部若干部分的图像覆盖范围。因为准许此种扩展之角度范围，所以也可以通过本发明的实施方案来解决脚部前面的成像问题和脚趾的成像问题。图36A展示未使用脚部插入件110的实施方案。在此实施方案中，伸展后的脚部可以进行定位而用来成像，但是腿部的胫骨会阻止脚部完全伸展到成像区域中。如图36B所示，在使用脚部插入件110的情况下，因为患者的胫骨存在更大的空间向前移动，所以脚部可以再伸展几英寸而进入到成像区域中。
可以了解，图28至图33所示的未使用插入件110而改为使用某种滑门布置的替代实施方案与需要使用插入件110的实施方案相比具有优势。一个优势涉及更普遍地使用CBCT成像装置100来获取不同肢体的图像。例如，可以使用相同装置进行脚部或脚踝成像，也可以进行膝盖或腿部其它部分或者其它肢体的成像。
权利要求
1.一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 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辐射源，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，用来放置所述患者脚部； 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，并且跨越所述间隙围住所述检测器路径。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述间隙关闭装置包括装配在所述外壳中的插入件。
3.根据权利要求I所述的装置，其中所述间隙关闭装置包括处于所述外壳中的一个或多个滑门。
4.根据权利要求I所述的装置，其中所述外壳可以围绕延伸穿过所述弧形源路径的中心的轴线旋转。
5.根据权利要求I所述的装置，其进一步包括传感器，当脚部定位在所述底座凹口中时，所述传感器便进行检测。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述外壳可以进一步围绕自所述外壳的一侧到另一侧延伸穿过所述外壳的轴线旋转。
7.根据权利要求I所述的装置，其进一步包括用于所述外壳的垂直支架，并且其中所述外壳的高度可以在所述垂直支架内进行调整。
8.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括互锁件，当所述插入件处于所述外壳中适当位置时，所述互锁件便提供信号。
9.一种用于提供对患者脚部的锥形束计算机断层扫描的方法，所述方法包括 将辐射源安装在源传送件上，所述源传送件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辐射源，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，并且其中所述源路径界定传送平面； 提供底座，用来放置患者脚部，以便自所述辐射源接收辐射； 将数字辐射检测器安装在检测器传送件上，所述检测器传送件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数字辐射检测器，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，并且其中所述检测器路径自所述底座的一侧延伸到另一侧，且位于所述传送平面内；以及 提供间隙关闭装置，所述间隙关闭装置可以移动到某位置，从而使所述检测器路径延伸跨越所述周向间隙。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括将所述外壳安装在支架上，所述支架提供倾斜轴线，用于使所述传送平面倾斜到一定范围的斜角中的数个斜角中的任何一个斜角，其中所述倾斜轴线大体上平行于所述传送平面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述底座在第一角度上搁置所述脚部，且所述斜角可以相对于所述第一角度而调整到一定范围的不同角度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述倾斜轴线的所述斜角被设置成在与所述第一角度偏离超过2度的角度上将辐射导向所述脚部。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述间隙关闭装置包括插入到所述外壳的可卸除式插入件。
14.根据权利要求9所述的方法，其中定位所述间隙关闭装置包括使来自所述外壳内的一个或多个门旋转到适当位置，从而遮盖所述辐射源和检测器。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述底座形成于所述外壳中。
全文摘要
一种用于对患者小腿部分进行锥形束计算机断层扫描的装置具有辐射源和源传送件，所述源传送件可以启动以在外壳内沿着弧形源路径来移动所述源，其中所述源路径自周向间隙的一侧延伸到另一侧，且相对于中心具有半径R2。提供外壳，用来放置患者脚部。数字辐射检测器具有检测器传送件，所述检测器传送件可以启动以在所述外壳内沿着弧形检测器路径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R1小于R2，且其中所述检测器路径自底座凹口的一侧延伸到另一侧。间隙关闭装置可以移动到某位置，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。
文档编号A61B6/03GK102843971SQ201180018205
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月4日 优先权日2010年4月9日
发明者J.约克斯顿, W.F.施耐德, J.H.西维尔德森 申请人:卡尔斯特里姆保健公司