专利名称：X射线源和要成像对象之间具有可变距离的x射线成像设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及医学成像系统，并且显而易见地涉及用于通过成像组件生成图像序列供三维图像重建的医学成像系统，该成像组件安装在旋转臂上，并且当生成图像序列时在环形部分上移动。
背景技术：
用于三维(3D)图像重建的X射线成像设备通常包括成像组件，其具有X射线源和在X射线的发射方向上安置在X射线管对面的X射线检测器。该管和检测器安置在旋转臂的两个互相相对的端上。旋转臂是采用拱形形式成形的C形臂。 在检查期间，放射照片通过由X射线源发射的X射线产生，这些X射线照射患者身体的感兴趣区域(ROI)。为了该目的，在患者已经躺在检查台架上后，使X射线管和检测器面对要放射拍照的区域。为了三维重建，C形臂移动通过角度180°，并且对于成像组件的一组角位置记录X射线图像。在像所谓的动脉瘤螺旋圈和动静脉畸形(AVM)治疗的神经病检查期间广泛使用3D重建来具有患者解剖结构的三维重建。3D重建对于像腹部手术(其中感兴趣区域位于腹部区域中)的其他手术也具有巨大的临床兴趣。在这样的情况下，旋转采集是难以进行的，因为存在X射线源或X射线检测器撞击检查台架的高风险。其实，基本上，在成像组件的旋转移动期间形成的通道具有以成像组件的等中心为中心的60cm的半径。另外，利用常规的C形臂成像设备，限制了三维视场。其实，利用具有常规设计的C形臂成像设备，其中X射线源和要成像的对象之间的距离是72cm，X射线源和X射线检测器之间的距离是120cm并且检测器尺寸是40cm，成像组件的视场是具有大约20cm的直径的圆柱体，使得要成像的器官的重要区域可位于由X射线照射的区域外。 在目前技术发展水平中，已经开发了若干类型的X射线设备来避免在成像组件和检查台架之间具有碰撞的风险。可以参考文档US 2009/00 74 135 和 US7, 684，542。在那些文档中公开的医学成像系统提议通过在图像采集期间动态修改成像组件的等中心位置(通常由旋转臂的旋转中心形成)来避免台架碰撞。特别地，X射线检测器的位置计算为正切于围绕患者的身体的椭圆包络线，并且对X射线检测器的每个位置确定X射线源的一系列位置。另外，可以做出选择来确定是期望高分辨率还是要绘制感兴趣区域的最大可能体积来选择X射线源的合适位置。然而，利用这样的成像系统，已经注意到成像组件的等中心位置不固定，使得投影到图像平面的三维区域不是恒定的。也就是说，在3D重建期间成像的器官部分是C形臂位置的函数，降低了重建的3D图像的图像质量。
发明内容
鉴于前面提到的，因此存在具有能够避免X射线源或X射线检测器撞击检查台架的风险同时在三维重建的事物中避免伪像的三维X射线成像设备的需要。本发明的另一个目的是提供允许动态移动X射线源来避免台架碰撞同时保持固定的成像组件的等中心的三维X射线成像设备。根据第一方面，本发明的主旨因此是X射线成像设备，其包括旋转臂和成像组件， 该成像组件安装在该旋转臂上并且包括X射线源和X射线检测器，使得由该X射线源发射的X射线入射到该检测器。根据该设备的一般特征，X射线源通过适合于设置X射线源和对象之间的距离(SOD)的可移动支撑物耦合于旋转臂。另外，在三维成像期间动态控制X射线源的移动。凭借使用可移动支撑物将X射线源安装在旋转臂上，以及设置X射线源和要成像的对象之间的距离，可以沿非环形路径移动图像组件，从而避免与检查台架碰撞的所有风险。另外，已经注意到可以增加要成像的感兴趣区域的大小。此外，要检查的器官能够居中在位于在由源发射并且由X射线检测器检测的X射线内来具有器官的全重建。也就是说，与其中患者的身体必须定中心来避免台架碰撞的常规X射线成像设备相反，可以设置检查台架的位置以便使要成像的器官居中。根据本发明的另一个特征，可移动支撑物适应于沿X射线发射方向移动X射线源。可移动支撑物可包括伸缩型支撑物。根据X射线成像设备的另外特征，提供控制部件来在三维成像期间作为旋转臂的旋转的函数动态控制X射线源的移动。旋转臂可通过适合从基座组件伸出和缩回成像组件的第二可移动支撑物耦合于该基座组件。X射线成像设备可进一步包括具有可变高度的检查台架。根据第二方面，本发明的另一个主题是用于操作具有旋转臂和成像组件的X射线成像设备的方法，该成像组件安装在所述旋转臂上并且具有X射线源和X射线检测器，所述X射线源通过可移动支撑物耦合于该旋转臂。修改X射线源的位置来设置X射线源和要成像的对象之间的距离。另外，在三维成像期间动态控制X射线源的移动。在一个实施例中，旋转臂通过第二可移动支撑物耦合于基座组件，成像组件从该基座组件伸出和缩回。该方法可进一步包括在图像采集之前调节X射线源和要成像的对象之间的距离以及X射线源和X射线检测器之间的距离的步骤。根据另外的特征，该方法可包括步骤抬起旋转臂来将成像组件从基座组件伸出；
增加X射线源和对象之间的距离(SOD)；
根据成像组件的等中心位置调节检查台架的位置。优选地，抬起旋转臂、增加X射线源和X射线检测器之间的距离以及调节检查台架的位置的所述步骤自动进行。
当阅读下列仅作为非限制性示例给出并且参考附图做出的描述时，本发明的其他目的、特征和优势将显现，附图中
图I是根据本发明的一个实施例的X射线成像设备的透视 图2是示出图像采集期间X射线源的路径的示意图；以及
图3是根据本发明的X射线成像设备的示意图，其示出调节源到对象距离(SOD)的步骤。
具体实施例方式首先参照图1，其图示根据本发明的实施例的用于3D医学成像的X射线成像设备I的透视图。该成像设备I特别用来生成要研究的对象(例如患者身体的部分)的三维重建的图像序列。在一个示范中，通过本发明的非限制性应用，要观察的对象是腹部器官的感兴趣区域。如可以看见的，成像设备I包括成像组件2，其可操作来生成躺在检查台架(未示出)上的人类对象的医学图像。成像组件2可包括任何合适的成像部件。在图示的实施例中，成像组件包括X射线源，即X射线管3，其可操作来在发射方向上产生X射线，以及X射线检测器4，其可操作来生成受检者的医学图像。X射线管3和X射线检测器4安置在臂5 (即支撑成像组件的C形臂)的两个互相相对的端处，使得由管3发射的X射线入射到检测器4。如看见的，C形臂5具有用于容纳成像的受检者的前开口 5a、支撑X射线管3的下远端5b、支撑X射线检测器的上远端5c和具有拱形形状的弧形后段5d。C形臂滑动安装在捕捉单元6上，该捕捉单元6通过旋转关节(没有示出)以可旋转关系耦合于臂7。该臂7另外安装在可移动基座组件8上。因此，臂7、捕捉单元6和C形臂5都围绕铰接轴线关于彼此铰接，使得X射线设备可以在三个维度上移动，并且从而在各种入射角度获取要检查的器官图像。应该注意到基座组件8构成提供有行进系统的移动装置，该行进系统包括例如安置在后部的两个侧部驱动及转向轮8a、两个自由前轮Sb，以及用于驱动驱动轮的部件(其包括耦合于驱动马达的转向马达)。基座组件从而可以是自动化的可编程装置，并且可与导航系统关联，该导航系统能够例如通过无线电电链路与安置在操作室中的识别装置(未示出)通信以便允许成像设备I在房间中并且特别地关于检查台架精确地安置其自身。在放射拍照期间，使X射线管3和X射线检测器4面对躺在检查台架上的患者的身体中的感兴趣区域(ROI)，使得当该感兴趣区域插入X射线管3和检测器4之间时，它被X射线照射，并且检测器4产生该插入的感兴趣区域的特征的代表性数据。另外，在检查期间，支撑X射线管和X射线检测器的C形臂5沿围绕旋转中心的通过180°角的采集路径移动，来获得对于成像组件的不同角位置的X射线图像，使得可以实现3D重建。根据X射线成像设备的第一方面，并且还参照图2，X射线管3通过可移动支撑物9安装在C形臂5的下远端5b，使得X射线管3可以沿X射线发射方向D (箭头Al)伸出或缩回。也就是说，并且与其中X射线管沿环形部分Cl移动使得在三维图像采集期间X射线管可能撞击检查台架T的X射线成像设备相反，可移动支撑物9可操作成在管3达到台架的平面之前增加X射线源和要成像的对象之间的距离S0D，以避免与台架的碰撞。
·
也就是说，可移动支撑物9从而可操作来沿非环形轨迹C2移动X射线管3。可移动支撑物9耦合在下远端5b和X射线管3之间，用于支撑管3并且用于根据C形臂5的角位置将该管3伸出和缩回。理解可移动支撑物9可以包括不同的设置，并且可包括伸缩型支撑物，例如抬起柱，其具有嵌入C形臂的下远端5b内的一端和支撑X射线管3的相对端。如在图I中进一步图示的，X射线成像设备I进一步提供有示意表示的中央处理单元10，其提供有控制台11，并且适当地程序化来根据要进行的检查的阶段控制成像组件的移动。特别地，中央处理单元10配备有数据存储存储器类型(例如ROM、RAM等类型)的存储部件，其包含一个或多个控制算法，能够自动地、或响应于由操作者人工输入的指令在控制台10的控制下移动可移动基座组件8以及相对于基座组件移动成像组件，特别地相对于C形臂的旋转以及可移动支撑物9的移动来移动成像组件。然而，关于从C形臂的下远端5b将X射线管3伸出和缩回，该移动优选地作为C形臂的旋转角度的函数而被自动控制。应该理解有关C形臂的枢转角(pivot angle)的信息可由不同的部件获得，例如使用传感器部件。应该注意到用于设置X射线源和要成像的对象之间的距离的可移动支撑物当进行三维图像采集(特别地在腹部结构上)时避免管碰撞。另外，外科医生将有可能使要检查的器官的感兴趣区域居中并且具有器官的全重建。将器官的感兴趣区域的中心定在成像组件的等中心上从而允许具有器官的全重建。此外，根据另一个方面，X射线图像设备I进一步提供有嵌入基座组件8内的第二可移动支撑物12。该第二可移动支撑物也由中央处理单元10控制，并且可操作用于将成像组件从基座组件伸出和缩回(箭头A2)。要理解该第二可移动支撑物也可以具有不同的构造。例如，在一个实施例中，它包括在基座组件内的竖直方向上伸出并且具有耦合于支撑C形臂5的臂7的上端13的抬起柱。参照图3，检查台架也安装在具有可变高度并且因此提供有抬起柱15的支撑物14上。抬起柱15也可操作并且由控制处理单元10控制来根据要进行的检查的正在进行的阶段设置台架的高度。特别地，对3D图像采集调节X射线源和要成像的对象之间的距离S0D，以及源和X射线检测器之间的距离SID。具体地，要在3D图像采集之前具有最大的源到图像距离SID并且因此具有增加的三维感兴趣区域，操作第二可移动支撑物12来抬起C形臂5和由C形臂5支撑的成像组件，并且X射线管由可移动支撑物9从位置Posl降低到位置Pos3。该移动增加距离S0D。台架支撑物14的抬起柱15然后操作来调节台架高度，使得要成像的对象达到等中心位置Iso。从而避免成像组件和台架之间碰撞的风险，并且提升重建的3D感兴趣区域的大小。应该注意到上文的操作步骤有利地在控制处理单元10的控制下自动地进行。
已经注意到对于X射线管的不同位置Posl、Pos2和Pos3，可以获得下列SOD和SID距离以及感兴趣区域ROI的下列大小
位置Posl (没有抬起X射线管)
SID=120cmS0D=72cmSID/S0D=1. 6R0I=25cm
位置Pos2 (X射线管抬起50cm):
SID=170cmS0D=122cmSID/S0D=1. 39R0I=28cm
位置Pos3 (X射线管抬起100cm)
SID=220cmS0D=172cmSID/S0D=1. 27R0I=31cm
部件列表^_ _
权利要求
1.一种X射线成像设备，其包括旋转臂(5)和成像组件(2)，所述成像组件(2)安装在所述旋转臂上并且包括X射线源(3)和X射线检测器(4)，使得由所述X射线源发射的X射线入射到所述检测器，其特征在于， 所述X射线源(3)通过能够设置所述X射线源和对象之间的距离的可移动支撑物(9)耦合于所述旋转臂(5)，所述X射线源的移动在三维成像期间被动态控制。
2.如权利要求I所述的X射线成像设备，其中所述可移动支撑物(9)适应于沿X射线发射方向(D)移动所述X射线源。
3.如权利要求I或2所述的X射线成像设备，其中所述可移动支撑物包括伸缩型支撑物。
4.如权利要求I至3中任一项所述的X射线成像设备，其包括控制部件(10)来在所述三维成像期间作为所述旋转臂(5)的旋转的函数动态控制所述X射线源的移动。
5.如权利要求I至4中任一项所述的X射线成像设备， 其中所述旋转臂(5)通过适合从基座组件伸出和缩回所述成像组件的第二可移动支撑物(12)耦合于所述基座组件(8)。
6.如权利要求I至5中任一项所述的X射线成像设备，其另外包括具有可变高度的检查台架(T)。
7.一种用于操作具有旋转臂(5)和成像组件(2)的X射线成像设备的方法，所述成像组件(2)安装在所述旋转臂上并且具有X射线源(3)和X射线检测器(4)，所述X射线源通过可移动支撑物(9)耦合于所述旋转臂，其特征在于， 修改所述X射线源的位置来设置所述X射线源和要成像的对象之间的距离，所述X射线源的移动在三维成像期间被动态控制。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述旋转臂(5)通过第二可移动支撑物(12)耦合于基座组件，所述成像组件从所述基座组件伸出和缩回。
9.如权利要求7或8所述的方法，其包括在图像采集之前调节所述X射线源和要成像的所述对象之间的距离(SOD)以及所述X射线源和所述X射线检测器之间的距离(SID)的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其包括步骤 抬起所述旋转臂(5 )来将所述成像组件从所述基座组件(8 )伸出； 增加所述X射线源和所述对象之间的距离；以及 根据所述成像组件的等中心位置调节检查台架(T)的位置。
11.如权利要求10所述的方法，其中抬起所述旋转臂(5)、增加所述X射线源和所述X射线检测器之间的距离以及调节所述台架的位置的所述步骤自动进行。
全文摘要
本公开涉及X射线源和要成像对象之间具有可变距离的X射线成像设备。该X射线成像设备包括旋转臂(5)和成像组件(2)，该成像组件包括X射线源(3)和X射线检测器(4)，使得由该X射线源发射的X射线入射到该检测器。该X射线源(3)通过能够设置该X射线源和对象之间的距离的可移动支撑物(9)耦合于该旋转臂(5)，并且在三维成像期间动态控制该X射线源的移动。
文档编号A61B6/00GK102793548SQ201210168198
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月28日 优先权日2011年5月26日
发明者S.戈格斯, V.比斯穆思, F.科蒂安, Y.特罗塞 申请人:通用电气公司