用于对四肢成像的医学计算机断层摄影成像设备的制作方法

本分案申请是基于中国发明专利申请号201180027499.x(国际申请号pct/fi2011/050389)、发明名称“用于对四肢成像的医学计算机断层摄影成像设备”、申请日为2011年4月28日的专利申请的分案申请。

本发明涉及一种医学成像设备。

背景技术：

具有最简单基础结构的医学x射线成像中所使用的常规设备包括射线源，该射线源与胶片暗盒一起使用，该胶片暗盒与该射线源分开。医院还通常使用所谓的c拱形(c-arch)x射线设备，其中射线源和图像信息接收器被设置在拱形臂部的相对两端。传统上，其自身的装置组包括大尺寸、极其昂贵的计算机断层摄影设备，其中患者通常被定位成在环形或管状结构内以(斜)卧位(recumbentposition)成像。

计算机断层摄影设备已经被开发成更轻质的形式。作为现有技术装备的实例，参考美国专利说明书7108421和7388941。在这些设备中，可绕成像台旋转360度的成像装置被设置在从侧面支撑的环形o型臂内。该o型臂可设置成可调节其高度位置并且可相对于水平轴线转动。

由于常规的计算机断层摄影设备已经相当巨大和昂贵，获得他们例如用于医院急诊室过去在实践中是不可能的。另一方面，对于商用计算机断层摄影设备而言，还常见的是它们不一定必须被设计成用于对某些特定的解剖学构造成像，而它们或多或少是通用的成像设备。如果例如在需要对患者的整个躯干(torso)成像的情况下，待设置到该成像台的设备以及其它尺寸的设备必须以相应的比例实施。

技术实现要素：

本发明的目的在于发展本领域的技术水平，涉及x射线成像设备，尤其是与常规的计算机断层摄影设备相比更便宜且尺寸更小的上述x射线成像设备。优选地，本发明的实施例提供了一种实现特别地设计成可应用于对四肢成像的锥形光束计算机断层摄影成像设备的可能方案，举例来说，该设备的性能和价格能够使得在例如急诊室可用的资源内购买设备。尽管常规的计算机断层摄影使用窄的扇状光束，在锥形光束断层摄影中，光束被校准成真正是二维的，但常常校准成覆盖正在成像物体的相当小的特定区域(体积)。本发明的一个特别目的在于尤其是在包括上述类型的环形臂部的x射线成像设备领域内促进发展水平，其构造、特征和尺寸在许多方面都不同于常规的医用计算机断层摄影设备，并且，其中患者按照不同于常规的计算机断层摄影设备的另一种方式进行定位以便成像，其中在常规设备中，患者躺在成像托架上而定位至该设备。

尤其是，本发明的目的在于这样一种装置，其能够根据相关成像模式，或者便于患者定位自身以便成像，患者定位自身，和/或实际成像活动。

在所附的专利权利要求书中描述了本发明的本质特征。对于本发明尤其重要的是衬垫，其设置至该设备的至少一个这样的点，当患者结合实际患者定位而将其自身定位成待成像时和/或在实际成像期间，根据相关的成像模式，患者能够接触、倚靠、坐在或踏在其上。

接下来，将参考随附的附图更详细地描述本发明及其优选实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的一种成像设备的概貌视图，其基础结构包括支撑构造和大致环形o型臂。

图2示出了根据本发明的一种用于将成像装置设置到环形成像部的设置方案。

图3-5示出了将至少一个衬垫元件设置于支撑成像装置的环形结构上的不同方式。

图6和7结合两种不同的成像情况示出了患者在成像设备处的姿势。

具体实施方式

在下文中，术语“中心”和“中心轴线”将结合那些不必形成真正的整圆而仅其主要部分呈圆形的结构使用。为避免产生歧义，这些术语结合本说明书指的是假使所述结构形成整圆时将成为该结构的中心或中心轴线的点或轴线。

此外，关于根据本发明的设备的一个部件，本文使用术语“大致环形结构”和“o型臂”。当该结构的沿中心轴线方向的尺寸能相对于所述环形结构的直径相当大时，为了避免疑问，需说明的是在下文中，o型臂的竖直位置指的是其中该o型臂的中心轴线被水平定向的位置，o型臂的水平位置指的是其中该o型臂的中心轴线被竖直定向的位置。

图1示出了根据本发明的一种成像设备的概貌视图。该设备的基础结构包括支撑构造(1)，其支撑大致环形结构(2)，设备的成像装置(21、22)位于该大致环形结构内，并且在本文中，该大致环形结构也被称作o型臂。该o型臂(2)设有检查口(4)，待成像的解剖学构造(anatomy)被定位在该检查口内。图1还示出了设置到支撑构造(1)的患者支撑扶手(5)、与该设备的控制系统处于功能连接的用户界面(6)、大致沿该o型臂的方向伸出的可以可拆卸地附接的底座(pedestal)或基座部(7)、以及设置到检查口(4)的定位支撑件(8)。在根据图1的一个优选实施例中，还大致在环形结构(2)的表面上在其上边缘设置显示屏(11)。

将成像装置支撑到支撑构造(1)的结构(2)的安装可被设置成使得能够调节o型臂(2)的高度位置。此外，该o型臂(2)能被设置成可沿至少一个方向从图1中所示的竖直位置到水平位置转动至少90度。这些操纵的控制能被设置成除了与设备的控制系统连接的用户接口(6)之外还可借助于操纵杆(9)来实施，该操纵杆被设置成与o型臂(2)和/或支撑框架(1)连接。

当观察垂直于图1中所示的o型臂(2)的中心轴线的方向的截面即o型臂(2)的径向截面时，o型臂(2)的外罩(3)的主要部分形成一圆，但该圆还包括一扇区，在该处从所述圆的中心到外罩(3)的边缘的距离小于主要部分的为圆形的那部分的半径。在根据图1的本发明的实施例中，被从o型臂(2)切除的所述扇区中的部分沿相对于外罩(3)的主要部分的圆的拱形的相反方向平滑地弯曲，但是该切除部分也可具有某些其它形状，如楔形、矩形、直型乃至沿与大致呈圆形形状的外罩(3)的拱形的部分相同的方向弯曲。

当上述类型的扇区被设置在o型臂(2)的基本上向下定向或可向下定向的区段处时，与不包括这种切除部的o型臂(2)相比，在利用本发明时可以更容易以坐姿来实施例如下肢的成像，检查口(4)可被驱动得更靠近地板水平面。另一方面，如果该成像设备被设置成可以调节o型臂(2)的高度位置及使o型臂(2)转动到使该o型臂(2)的中心轴线处于大致竖直的位置，人们也可使用该设备按站姿对患者成像。于是，所述设置到o型臂(2)的切除部使得患者更容易迈进检查口(4)及迈出该检查口，因为人们需要越过由o型臂(2)形成的“门阶(doorstep)”而使用的台阶的长度会更短。

在根据图1的本发明的实施例中，检查口(4)仅是其主要部分大致被实施为圆。一扇区已被设置到检查口(4)，其形成该圆的延伸部。就是说，检查口(4)设置有扇区，在该扇区的区域内，检查口(4)的边缘距检查口(4)的圆形部分的中心(或距o型臂(2)的中心轴线)的距离长于检查口(4)的圆形部分的半径。例如当目的在于使得相对于o型臂结构的中心轴线垂直的截面的尺寸尽可能小时，如当考虑一个基本上设计用于对具有比人的躯干的直径更小的直径的解剖学构造如四肢进行成像的实施例时，检查口(4)的这种设计是优选的。

例如当对带石膏的腿成像时，在该圆的某扇区中加大该检查口(4)便于患者定位。在本发明的这种实施例中，我们谈论到检查口(4)，其呈圆拱形状的那部分的直径例如约为30-35cm。在根据图1的本发明的实施例中，检查口(4)大致呈滴状，即其延伸部的形状大致为具有截顶的等边三角形，但是所述延伸部自然也可呈某些其它形状。

依据根据本发明的设备的基础结构，成像装置，即射线源(21)和图像信息接收器(22)设置在支撑成像装置的大致环形结构(2)内，并且由于可在所述结构内沿曲线路径运动，它们大致位于检查口(4)的相对两侧上，由此该检查口(4)的边缘与o型臂(2)的外罩(3)之间的距离(或o型臂的环的径向尺寸)必须自然地设置为具有适当的尺寸以便使得能够实现所述路径。图2示出了本发明的一可能的实施例，其包括设置在o型臂(2)内的环形支撑部(20)，射线源(21)与图像信息接收器(22)被设置到该环形支撑部的大致彼此相对的两侧上。支撑部(20)被设置成可借助于致动器(23)和传动带(24)而在支撑成像装置的结构(2)内旋转。因此，可以在成像装置的转动角范围内，从不同的方向对定位在检查口(4)处的物体进行成像，并且可以借助于本身已知的图像数据处理方法由获得的图像信息形成三维象素模型。

在根据图2的本发明的一个优选实施例中，射线源(21)和图像信息接收器(22)被设置成可在支撑成像装置的大致环形结构(2)内相对于旋转中心运动，以便使得射线源(21)(射线源的焦点)离所述旋转中心以不同于图像信息接收器(22)的距离运动。在根据图2的设置方案中，射线源(21)附接在环形支撑部(20)的外圆周上，由此，当旋转该支撑部(20)时，射线源(21)的焦点比附接在支撑部(20)内圆周侧上的图像信息接收器(22)从所述旋转中心运动更远。当因此使得图像信息接收器(22)更靠近正被成像的体积时，在使用给定尺寸的检测器(22)时，与图像信息接收器(22)要被从物体移动得更远的情况相比，可以使用更宽的光束，由此增加可被成像的体积。

图3-5示出了该设备如何在至少一个这样的点上设置有至少一个衬垫元件(15)，当患者结合实际患者定位而将其自身定位以便成像时和/或在实际成像期间，根据相关的成像模式，患者可接触、倚靠、坐在或踏在其上。这种衬垫元件(15)可被设置至支撑成像装置(21、22)的结构(2)，或者大体上全部覆盖支撑成像装置的结构(2)的表面，或者覆盖至少其部分，其中患者从该表面的方向迈入支撑成像装置(21、22)的所述结构(2)中或者将患者自身定位于支撑成像装置(21、22)的所述结构(2)中以便进行成像。当考虑在其竖直位置的支撑成像装置(21、22)的结构(2)时，没有衬垫的区域可设置成为该表面的上部内的某区域。在该区域上，可设置例如显示屏(11)，可通过该显示屏示出患者的关于成像活动的各种信息。不具有衬垫(15)的区域还可设置于所述区域的下部上，以及设置在紧靠设备的检查口(4)附近。再次，衬垫元件(15)也可设置于支撑构造(1)的表面上，其法向指向支撑成像装置(21、22)的结构(2)。

优选地，至少一个衬垫元件(15)设置成可拆卸地附接。衬垫(15)在使用期间磨损或变脏，因此，在为可拆卸的状态时，它能更容易清洁和更换为新的衬垫，并且，在有不同的衬垫(15)供选择的情况下，设备的外观可以根据个人在给定时间的愿望而个性化。

通过提供更令人愉快的表面来进行接触和支撑，使用衬垫提高了患者舒适度，考虑到设备的不同操作状态，这是可以愉快地获得的。优选地，特别地在支撑成像装置(21、22)的支撑结构(2)的表面的区域上设置衬垫(15)，因为结合根据本发明的设备所提供的若干成像模式，特别地是该表面，患者能够从该处寻找支撑以便在曝光期间更好地保持静止，这持续相当长的时间。在图6中，患者的一条腿正在站姿下进行成像，这时根据本发明的衬垫(15)为另一条腿提供了舒适的膝部支撑以便于静止地站立。另一方面，在图7中，患者的臂正在成像，因此，患者处于略微不便的位置，但是，通过使得患者能够利用其肩部或头部倚靠在支撑衬垫(15)上，可显著方便保持该姿势。

根据本发明的一个优选的实施例，成像装置的移动范围被实施为与某些类似类型的现有技术设备不同，即，通过将射线源(21)和图像信息接收器(22)设置成可大致在检查口(4)的相对两侧上沿着曲线路径运动比360度更短的距离来实施。该距离在本说明书的范围内指的是旋转角，优选地其被设置成略大于180度但显著小于360度，如约为210+/-20度。于是，将成像装置(21、22)设置成可离旋转中心按不同的距离运动，优选地，这可特别地在包括上述o型臂(2)中的切除部和检查口(4)中的延伸部的设置方案中实施。射线源(21)的操纵的范围可设置成不会延伸至o型臂的其中该外罩(3)已被如上述那样切除的那个扇区，另一方面，图像信息接收器(22)的操纵范围不会延伸至o型臂的其中设有如上所述的检查口(4)的延伸部的那个扇区。当所述延伸部和切除部距成像装置的旋转中心的最大尺寸被相对于成像装置从旋转中心旋转的那些不同距离适当设置时，该设备可如图3中所示那样实施，以便使得被设置成从旋转中心更远地运动的射线源(21)能够在检查口(4)的延伸部的外侧运动而图像信息接收器(22)在设置到o型臂(2)的外罩(3)的切除部的内侧运动。

尤其是，本发明的这种实施例使得能够实现一种结构，其中，例如考虑到四肢的成像，由于设置到检查口(4)的延伸部，可以使得检查口(4)的圆形部分的直径小于没有延伸部扇区时所能实现的直径，此外，可以将切除部设置到o型臂(2)的外罩(3)，其便于患者的若干定位程序。本发明的这种实施例可被作为紧凑的结构实施，并且其使得能够实现检查口(4)和整个o型臂(2)的外部尺寸都小于在不是这种情况时所能实现的。

以上提到了设置到检查口(4)的延伸部便于例如将带石膏的腿定位到检查口。通过设置患者定位支撑件(8)可进一步方便将待成像的解剖学构造放置到检查口(4)，其中该患者定位支撑件相对于检查口(4)可动或可拆卸地附接以使得其既可定位到检查口(4)内用于成像的期望位置，又可定位或转移到其尽可能少地阻碍患者定位的位置。这种患者定位支撑件(8)的用途在于帮助正被成像的解剖学构造相对于o型臂(2)定位到期望点。优选地，该患者定位支撑件(8)包括凹形结构，成像期间上肢或下肢可定位到该凹形结构。

上述成像装置(21、22)的旋转角在锥形光束断层摄影中是充分的，其中由射线源(21)产生的光束被设置成限制于真正的二维光束，并且该图像信息接收器(22)的形式和尺寸又至少使得其覆盖所述二维光束。在根据本发明的设备中，这种光束也可被设置成被限制于多于一种的尺寸和/或形状，由此图像信息接收器(22)必须自然地设置成或者覆盖所有可能的光束尺寸和形状，或者其必须设置成是可变化的。

图1中所示的成像设备的患者支撑扶手(5)优选设置成从支撑构造(1)的顶部大致延伸到支撑构造的至少一侧，尤其是延伸到根据患者至少首先为进行成像而想要放置自己所沿的方向的一侧，即，优选延伸到o型臂(2)的外罩(3)的切除部被设置成转动所沿侧的方向的一侧。患者支撑扶手(5)尤其便于按站姿成像，即，o型臂(2)被转动到一使其中心轴线处于竖直方位的位置中的情况下，当患者在站在o型臂(2)内侧以及迈入与迈出该o型臂时可通过扶手(5)而为自身获得支撑的时候，进行的成像。在本发明的一个优选的实施例中，该患者支撑扶手(5)延伸至支撑构造(1)的至少一个这样的侧，设置到o型臂(2)的切除部扇区被设置成沿该侧的方向转动。

上述的本发明的优选实施例可实施为比较紧凑的结构，并且为实现上述优点中的许多优点，被实施为一种结构，其中呈圆拱形状的检查口(4)的主要部分的半径约为15cm或略多，另一方面，呈圆拱形状的o型臂(2)的主要部分的半径约为50cm或更少。此处，射线源(21)的焦点距成像装置(21、22)的旋转中心的距离可优选地被设置为例如大约390mm，图像信息接收器的该距离为大约190mm。由于设备设计成使得能够在若干不同位置对四肢进行成像，这实际上意味着有若干方式来将肢体置于成像区域，并且将其自身定位以便成像。当在曝光期间促进将尤其是待成像的解剖构造保持静止时，根据本发明的这些方式及其将衬垫设置至设备的优选实施例帮助实现成功的成像活动。

对于本领域的技术人员显而易见的是，对于其细节，本发明也可按照不同于根据本发明的上述实施例的其它方式实施。