X射线成像设备的制作方法

传统的2D牙科X射线成像设备已存在多年，它们是目前世界上最流行的医疗X射线设备，估计每年大约有5亿次牙科X射线检查。如果这些设备与数字口腔内传感器结合使用，这些设备依赖于单个X射线管，单个X射线管可在0.2秒内捕获单个图像。

当前牙科使用的3D系统通常是锥形束计算机断层扫描(CBCT)，其价格昂贵(通常为40,000美元-125,000美元。同时它们的体积庞大(因此无法用于普通的治疗室)、笨重(因此无法在牙科诊疗期间移来移去)并且X射线剂量高(因此需要在部署有该3D系统的房间内进行屏蔽)。因此，不能在手术中使用CBCT。另外，采集需要几秒钟的时间，并且需要对象保持静止不动(这对于部分患者，例如一些小孩而言，这可能很难实现)。

最近，已经开发出用于牙科成像的断层合成系统，该系统依赖于设备内的低功率X射线源(50-100uA)阵列。这些设备可能需要几秒钟才能从不同的源捕获一系列2D图像，然后通过使用断层合成重建算法将这些2D图像用于生成3D图像。这些相对低功率X射线源阵列允许采集多个投影图像，以便在低剂量下生成具有良好深度分辨率的高质量断层合成图像。

为了向临床医生提供初步审查图像，可以通过重新处理由3D重建创建的2D图像堆栈来创建“合成2D”图像。然而，这些低功率源的局限性在于，无法像传统的2D系统一样在同一时间内获得具有相同对比度的单个投影图像。

此外，传统2D图像所需的间隔距离通常与3D图像所需的间隔距离不同，因此尝试利用3D图像来创建合成2D图像会产生放大效果，从而使图像失真。因此，如果需要两种类型的成像，则有必要在同一检查室中安装两个独立的系统。这种操作存在的缺点在于，成本更高，空间要求更大，同时需要在检查之间改变患者的位置。

第一方面，本发明提供了一种包括支撑结构的X射线成像设备，所述支撑结构支撑两个单独的X射线发射设备，即，第一X射线发射设备和第二X射线发射设备，其中所述第一X射线发射设备包括布置用于产生2D图像的X射线发射器，以及所述第二X射线发射设备包括布置用于产生3D断层合成图像的分布式X射线发射器阵列，所述第一和第二X射线发射设备可相对于所述支撑结构移动并布置成在使用期间，所述第一和第二X射线发射设备中的其中一个设备可移动进入可操作位置，由此从所述可操作位置向目标发射X射线，同时所述第一和第二X射线发射设备中的其中另一个设备可移动进入非可操作位置，由此未从所述非可操作位置发射X射线。

所述第一X射线发射设备可以包括单源X射线发射器。

所述第二X射线发射设备可以包括平板X射线源(FPS)。

通过这种方式，仅需要一个X射线成像设备，但两种不同形式的X射线成像也是可以的。此外，两个不同的发射设备布置在相同的支撑结构上，从而能够根据需要使每个发射设备投入运行并且使另一个发射设备停止运行。这避免了两个X射线发射设备同时运行，避免患者有害物过量和/或临床医生意外的辐射暴露。

例如，两个X射线发射设备中的每一个都可以附接到轴上，它们(两个X射线发射设备)绕该轴旋转。还可以设想，当它们根据需要绕着该轴旋转时，它们可以在该轴上上下升降，从而将它们带入操作位置。

所述第一和第二X射线发射设备中的每一个都可以相对于所述支撑结构彼此独立地移动。

所述第一和第二X射线发射设备可以布置在所述支撑结构上，使得从处于操作位置的所述第一X射线发射设备发射的X射线的中心轴的位置和方向与处于操作位置的第二X射线发射设备发射的X射线的中心轴的位置和方向大致相同。

所述第一和第二X射线发射设备可以布置在所述支撑结构上，使得在所述第一X射线发射设备处于操作位置时，它与目标之间的间隔距离具有第一值，并且在所述第二X-射线发射设备处于操作位置时，它与目标之间的间隔距离具有第二值。

第一值可以是约为20cm，而第二值可以是约为10cm。也可以考虑其他尺寸。

相对于所述支撑结构可能仅存在一个操作位置，所述第一和第二X射线发射设备可以处于该操作位置。

所述第一和第二X射线发射设备可各自包括至少一个准直器。该设备还可以包括安装件，所述第一和第二X射线发射设备都附接到所述安装件上，使得两个X射线发射设备中的每一个上的至少一个准直器的纵向孔之间的角度大约为90度。

通过这种方式，处于操作位置时的一个X射线发射设备可以瞄准患者，而处于非操作位置的另一个X射线发射设备会瞄准天花板或地面。这可以确保临床医生不会被意外辐射到。

所述第一和第二X射线发射设备可各自包括至少一个准直器。该设备还可以包括安装件，所述第一和第二X射线发射设备都附接到所述安装件上，使得两个X射线发射设备中的每一个上的至少一个准直器的纵向孔之间的角度大约为180度。

通过这种方式，一个X射线发射设备可以瞄准患者而另一个X射线发射设备瞄准墙壁。这可以确保临床医生不会被意外辐射到。

可以设想两个X射线发射设备中的每一个上的至少一个准直器的纵向孔之间的其他角度，例如50度、135度等。

所述安装件可以布置在所述支撑结构上，使得在所述第一X射线发射设备处于操作位置时，从所述第一X射线发射设备发射的X射线的中心轴的位置和方向与在所述第二X射线发射设备处于操作位置时，从所述第二X射线发射设备发射的X射线的中心轴的位置和方向大致相同。

就这一点而言，术语中心轴可以被理解为在定义平均方向的X射线发射路径的大体方向上远离发射器的近似中心正交延伸的轴。

例如，在支撑结构布置在可移动臂的端部的情况下，这可能是有用的。臂可以从收起位置开始移动，一直移动到两个X射线发射设备中的第一个设备正确定位以供患者使用并且处于操作位置。如果然后希望使用第二X射线发射设备，则第一和第二X射线发射设备可以相对于支撑结构移动以使第二X射线发射设备进入操作位置并将其瞄准患者，同时将第一X射线发射设备移到远离患者的非操作位置。

重物可以布置在所述支撑结构上，有助于X射线成像设备的平衡。

使用上述示例，该附加特征使所述支撑结构能够相对于患者保持静止，这意味着当从可操作第一或第二X射线发射设备改变至第一或第二X射线设备的另一个上时，不会惊扰到患者。

所述安装件可以布置在所述支撑结构上，使得在所述第一X射线发射设备处于操作位置时，它与目标之间的间隔距离具有第一值，并且在所述第二X射线发射设备处于操作位置时，它与目标之间的间隔距离具有第二个值。

这允许两个不同的X射线发射设备可能需要的间隔距离不同，从而实现最佳操作。同样，具备这个特征使得所述支撑结构保持静止，而第一或第二X射线发射设备中任一个处于操作位置。换句话说，临床医生不必将X射线发射设备从患者身上拉开，或将其推向患者，这仅仅因为第一X射线发射设备已更换为第二X射线发射设备。

所述第一值可以是大约20cm，而所述第二值可以是大约10cm。其他尺寸也被考虑在内。

所述X射线成像设备还可以包括至少一个联锁装置，其使得所述第一和第二X射线发射设备中的任何一个处于操作位置时能够发射X射线。通过这种方式，只有当一个X射线发射设备处于正确的操作位置时，它才能够发射X射线。这防止任一X射线发射设备在除操作位置之外的任何位置时发射X射线。此类联锁装置是众所周知的，可包括螺线管、开关、传感器等，可用于将X射线发射设备之一与电源电隔离以避免意外放电，或将其连接到电源，使其运行。

X射线成像设备可以包括传感器，例如口腔内传感器，用于在X射线穿过目标之后接收X射线。所述传感器可以是数字传感器，使得可以利用接收到的X射线创建数字格式的图像以用于例如在显示屏上观看图像。所述传感器可以是平板X射线探测器(FPD)。

在使用中，X射线源和传感器可以与作为“采集工作站”的处理器一起工作，以分析FPD的输出并将多个帧重建为3D模型，(通常通过图片存档和通信系统('PACS'))将3D模型导出至“可视化工作站”，临床医生可以使用图像浏览软件在该可视化工作站上看到这些图像。

所述第一X射线发射设备可在2.5mA至7mA范围内的电流和60至70kV范围内的电压下工作。

所述第二X射线发射设备可以在1mA至3mA范围内的电流下工作。

X射线成像设备还可以包括用于第一和第二X射线发射设备的公共电源。其他电流和电压也是可以考虑的。这可以减小X射线成像设备的尺寸，降低复杂性和缩小成本。

第二方面，本发明提供了一种获得目标的3D断层合成X射线图像的方法，包括以下步骤：提供根据第一方面所述的X射线成像设备；提供目标；将第一X射线发射设备布置在操作位置，使其对准目标；操作该设备以提供目标的2D X射线图像；将第一X射线发射设备移动到非操作位置，并将所述第二X射线发射设备移动到操作位置，使其瞄准目标；操作该设备以提供目标的3D断层合成X射线图像。

通过结合附图所属的以下具体实施方式，本发明的上述和其它特征、特点和优点将变得显而易见，其中附图通过示例的方式说明了本发明的原理。该描述仅作为示例，而不限制本发明的范围。以下附图标记指的是附图。

图1是第一X射线成像设备的示意图；

图2是第二X射线成像设备在第一位置的示意图；

图3为第二X射线成像设备在第二位置的示意图；和

图4是第三X射线成像设备的一部分的示意图。

本发明将参照某些附图进行描述，但本发明不限于此，而仅受权利要求的限制。所描述的附图只是示意性的并且是非限制性的。每张附图可能不包括本发明的所有特征，因此不应被认为是本发明的一个实施例。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸与本发明实践的实际缩减并不对应。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元素，并不一定用于描述时间、空间、排序或任何其他方式的顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且能够以不同于本文描述或图示的其他顺序进行操作。同样，以特定顺序描述或要求保护的方法步骤可以理解为以不同顺序操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上方、下方等用于描述目的，并不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且能够在不同于本文描述或图示的其他方向上进行操作。

需要注意的是，在权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为仅限于其后列出的手段；它不排除其他元素或步骤。因此，它被解释为指定所提及的所述特征、整体、步骤或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤或组件或其组。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应限于仅由组件A和B组成的设备。这意味着就本发明而言，设备的唯一相关组件是A和B。

类似地，应当注意，描述中使用的术语“连接”不应被解释为仅限于直接连接。因此，表述“连接到设备B的设备A”的范围不应限于其中设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或系统。这意味着A的输出和B的输入可以是包括其他设备或装置的路径。“连接”可能意味着两个或多个元件直接物理或电接触，或者两个或更多个元件彼此不直接接触但仍相互协作或相互作用。例如，考虑无线连接。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一个方面”的引用意味着结合该实施例或方面描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例或方面中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”，或“在一个方面”不一定都指代相同的实施例或方面，而是可以指代不同的实施例或方面。此外，本发明的任何一个实施例或方面的特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式与本发明的另一实施例或方面的任何其他特定特征、结构或特性组合，这对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。

类似地，应当理解，在描述中，本发明的各种特征有时在单个实施例、图或对其的描述中组合在一起，目的是简化

技术实现要素：
并帮助理解各种发明方面中的一个或多个。然而，这种公开方法不应被解释为表明要求保护的发明需要的特征要比每条权要中明确说明的特征多。此外，任何单独的附图或方面的描述不应被认为是本发明的实施例。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。因此，具体实施方式之后的权利要求特此明确并入该具体实施方式中，每个权利要求独立作为本发明的单独实施例。

此外，如本领域技术人员将理解的，虽然本文描述的一些实施例包括其他实施例中包含的一些特征，但是不同实施例的特征的组合意在在本发明的范围内，并且形成另外的实施例。例如，在以下权利要求中，可以以任何组合使用任何要求保护的实施例。

在本文提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为了不混淆对本描述的理解，没有详细示出众所周知的方法、结构和技术。

在本发明的讨论中，除非有相反的说明，否则参数的允许范围的上限或下限的替代值的公开，加上所述值之一比另一个更优选的指示，应被解释为隐含地表明，位于所述备选方案中更优选和次优选之间的所述参数的每个中间值本身优先于所述次优选值以及位于所述次优选值和所述中间值之间的每个值。

在某些情况下，“至少一个”一词的使用可能仅表示一个。在某些情况下，“任何”一词的使用可能意味着“所有”和/或“每个”。

现在将通过与示例性特征相关的至少一幅附图的详细描述来描述本发明的原理。很明显，在不脱离基本概念或技术教导的情况下，根据本领域技术人员的知识可以配置其他布置，本发明仅由所附权利要求的条款限制。

在图1中示意性地示出了X射线成像设备10。设备10包括附接到壁20的臂30、40。臂30、40包括接头35、45以使得自由端能够位于远离壁的空间体积内的任何位置处。臂30与壁20的连接可包括接头(未示出)。

在臂40的自由端处布置有支撑结构100，支撑结构100包括安装件120，在该安装件120的一侧附接有2D X射线发射设备130，并且在相反侧附接有3D X射线发射设备140。

安装件120通过可旋转接头110和连杆50附接到臂40的自由端。

安装件120可通过可旋转接头110围绕轴线(由虚线300表示)旋转。

2D X射线发射设备130包括X射线发射器135和准直器136。同样地，3D X射线发射设备140包括X射线发射器阵列145和准直器146。然而，X射线发射器阵列145经由间隔件142远离安装件120布置。

3D X射线发射设备140被示为处于操作位置，因为在使用中X射线将从准直器146射出，穿过目标200并通过布置在离X射线发射设备140的目标200另一侧的传感器210感测到。

为了让2D X射线发射设备130代替3D X射线发射设备140进行操作，安装件120围绕可旋转接头110旋转，使得2D X射线发射设备130将位于如图所示的安装件120的左侧上，而3D X射线发射设备140位于右侧上。

间隔件142使得两个X射线发射设备中的每一个所需的不同间隔距离不需要臂或支撑结构100在从3D改变到2D X射线发射设备之后必须移动。

这由图中的虚线400、410、420、430示出。3D准直器前部与3D X射线发射器阵列之间的距离为3D间隔距离Y1。2D准直器前部和2D X射线发射器之间的距离是2D间隔距离Y2。3D准直器前部与枢轴300之间的距离表示为X1。2D准直器前部与枢轴300之间的距离表示为X2。尽管Y1和Y2的尺寸不同，但由于间隔件142的存在，X1与X2相同。

因此，2D准直器146的前部(在左操作位置)相对于目标200的位置与3D准直器136的前部相对于目标的位置相同(3DX射线发射设备在左操作位置)。

此外，2D X射线发射设备和3D X射线发射设备布置为使得它们的中心轴如虚线350所示是同轴的。旋转轴300布置为与中心轴350正交，使得其中任一个在操作位置的X射线发射设备的中心轴是相同的。

尽管未示出，但是两个X射线发射设备将连接到控制器。同样，传感器210将连接到处理器和诸如屏幕的显示装置。

为了确保从两个X射线发射设备获得不同的间隔距离，使用间隔件的替代方案是使安装件相对于接头110偏心地枢转。

在图2中，示意性地示出了替代的X射线成像设备510。它还包括附接到壁20的臂30、40，其具有铰接接头35、45，允许自由端位于远离壁的空间体积内的任何位置。臂30与壁20的连接可包括接头(未示出)。

在臂的自由端，示出了替代支撑结构600，其包括L形安装件620。在图中，一个臂水平布置，而一个臂垂直布置，水平还是垂直取决于水平臂的右手端。在垂直臂上附接有2D X射线发射设备630，在水平臂上附接有3D X射线发射设备140。两者都面向外远离两臂之间的内角。

安装件620通过可旋转接头610和连杆50附接到臂40的自由端。

安装件620可通过可旋转接头610围绕轴线(由虚线700指示)旋转。轴线700布置成位于安装件620的两个臂之间，从而远离两个臂中的每一个成45度。

2D X射线发射设备630包括X射线发射器635和准直器636。同样地，3D X射线发射设备640包括X射线发射器阵列645和准直器646。然而，X射线发射器阵列645经由间隔件642远离安装件620布置。

2D X射线发射设备630被示为处于操作位置，因为在使用中X射线将从准直器636射出，穿过目标200并通过布置在离X射线发射设备630的目标200另一侧的传感器210感测到。

为了允许3D X射线发射设备640代替2D X射线发射设备630进行操作，安装件620围绕可旋转接头610旋转，使得臂将交换位置，从而使包括3DX射线发射设备640的先前的水平壁处于垂直位置，位于如图所示的轴线700的右侧，而包括2D X射线发射设备630的先前的垂直壁处于上述水平位置，在如图所示的轴线700的左侧。

间隔件642使得两个X射线发射设备中的每一个所需的不同间隔距离能够按照结合图1所述的类似方式在从3D X射线发射设备改变到2DX射线发射设备后不要求臂或支撑结构600必须移动。

图3示出了与图2相同的设备，但还包括交换位置的2D X射线发射设备和3D X射线发射设备，其中支撑结构600已经围绕轴线700进行了旋转，其中用虚线表示了旋转路径。可以看出准直器如何位于相同的位置，使得中心轴的位置和方向相同。

图4示出了另一种支撑结构800。该支撑结构800可以通过接头45、连杆50和可旋转接头110与如图1至图3所示的臂的端部连接，尽管不是所有这些构件是必须的，具体要根据使用类型来定。

轴形式的安装件820从接头45悬垂下来。两个X射线发射设备130、140都可移动且可旋转地附接到安装件820。附接装置可以采用延伸到设置在安装件中的通道中的销的形式(未示出)，销可滑动地在通道内被捕获。

在图中，第二X射线发射设备140被示出处于操作位置，其在安装件820上的最低处，面向左，其水平中心轴线850如虚线所示。相比之下，第一X射线发射设备130被示为处于最上面的非操作位置，面向右。

为了使第一X射线发射设备130进入操作位置并同时将第二X射线发射设备140带到非操作位置，两个X射线发射设备可以部分螺旋形地方式通过销和通道绕安装件820可滑动地移动，从而使得第一X射线发射设备130现在面向左，使第二X射线发射设备140面向右。当第二X射线发射设备140在一个通道中向上移动时，第一X射线发射设备130可以在另一个通道中向下移动。X射线发射设备的移动可以通过手动实现或可以是机动的。

一种替代可能性是，通道沿着安装件基本垂直地、线性地布置并且平行于轴的纵向轴线。通过这种方式，每个X射线发射设备130、140可占据上部非操作位置或下部操作位置。安装件820将需要相对于接头45围绕轴线900旋转180度以确保无论哪一个X射线发射设备均位于面向左的最下方，然后该结构可布置成使得无论哪一个位于最下方的X射线发射设备的中心轴线850均是恒定且均匀的。

可以在所描述的两个布置中的任一布置中设置联锁装置以确保仅当X射线发射设备在操作位置时它才能发射X射线，而当其不在操作位置时它不能发射X射线。