專利名稱：用于錐形束計算機(jī)斷層掃描的肢體成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及診斷性成像，且具體來說涉及用于獲取肢體容積圖像的錐形束成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
3D容積成像已經(jīng)用作診斷工具，比起較早的2D射線照相成像技術(shù)，其在評估內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器官的狀況方面提供優(yōu)勢?；颊呋蚱渌芯繉ο蟮?D成像通過許多進(jìn)步已經(jīng)變得可能，這些進(jìn)步包括開發(fā)高速成像檢測器，如數(shù)字射線照相(DR)檢測器，其使得能夠快速連續(xù)地攝取多個圖像。錐形束計算機(jī)斷層掃描(CBCT)或錐形束CT技術(shù)作為一種診斷工具，使得有希望提供3D容積圖像。錐形束CT系統(tǒng)通過使用高幀頻數(shù)字射線照相(DR)檢測器和X射線源， 來抓取體數(shù)據(jù)集，高幀頻數(shù)字射線照相(DR)檢測器和X射線源通常附接到吊架，所述吊架圍繞要成像的物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而將發(fā)散的X射線錐形束自沿著研究對象周圍軌道的各個點導(dǎo)向研究對象。CBCT系統(tǒng)在整個旋轉(zhuǎn)期間抓取投影，例如，在每個旋轉(zhuǎn)度數(shù)上抓取一個2D投影圖像。然后，使用各種技術(shù)將所述投影重組成3D容積圖像。過濾背投法是最常見的3D容積圖像重組方法。盡管使用CBCT系統(tǒng)和技術(shù)可以產(chǎn)生具有良好診斷質(zhì)量的3D圖像，但是仍存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在某些情況下，X射線源和檢測器相對于研究對象的角度旋轉(zhuǎn)范圍可能比較有限。腿部、手臂和其它肢體的CBCT成像可能會受到配對肢體的物理阻礙的妨礙。此情形是(例如)獲取人體腿部或膝蓋的CBCT圖像投影時遇到的障礙。并非膝蓋周圍所有的成像位置都是可以獲取到的；患者自身的解剖結(jié)構(gòu)會阻止輻射源和圖像檢測器定位在掃描圓周的某個部分上。為了說明膝蓋CBCT成像中所面臨的問題，圖I的頂視圖展示了輻射源22和檢測器24在對作為研究對象20的患者右膝R成像時的圓形掃描路徑。以虛線形式展示了輻射源22和檢測器的各個位置。與膝蓋成一定距離而放置的源22可以定位在約200度弧度內(nèi)的不同點上；如果弧度更大，左膝L便會引起妨礙。比源22小且通常放置地很接近研究對象20的檢測器24可以定位在患者右膝與左膝之間，且因而可以定位在整個圓形軌道上。對于常規(guī)CBCT成像而言，源和檢測器的完全360度軌道是不需要的；相反，可以(例如)通過錐形束自身的角度，在僅僅超過I 80度的軌道掃描范圍內(nèi)獲取充分的圖像重組信息。然而，在某些情況下，可能難以獲取遠(yuǎn)大于約180度的旋轉(zhuǎn)，來使膝蓋或其它關(guān)節(jié)和其它應(yīng)用場景成像。此外，存在某些診斷情形，其中在特定角度范圍內(nèi)獲取投影圖像具有許多優(yōu)勢，但是患者的解剖結(jié)構(gòu)會阻擋源、檢測器或這兩者在此范圍上成像。為對腿部進(jìn)行成像，針對此問題的一種方式是使患者擺出一個姿勢，使得目標(biāo)腿延伸到CBCT掃描裝置中，并且以某個其它方式來支撐配對腿，或者使配對腿相對于目標(biāo)腿進(jìn)行彎曲，例如彎曲成直角。例如，在Sukovic等人題為“下肢CT掃描儀(CT Scanner forLower Extremities) ”的美國專利第7，394，888號中所示教的CT掃描儀設(shè)備中便使用了此方法。在Sukovic等人‘888號揭示案的方法中，當(dāng)目標(biāo)腿不相稱地舉升并延伸到掃描儀裝備中時，另一條腿必須不相稱地舉升或伸展開一段距離，或者松弛下來。由于多種原因，這樣的布置可能特別不利。例如，在患者施加正常重量負(fù)荷到膝蓋或踝關(guān)節(jié)上的情況下，此布置有助于檢查所述關(guān)節(jié)的狀況。但是，在需要患者采用一般動作情況下通常不會遇到的位置時，Sukovic等人‘888中的裝置可以獲取圖像，而同時會在關(guān)節(jié)上出現(xiàn)過度的張力或不充分的張力，或者導(dǎo)向較差的張力。常規(guī)方法的另一個問題涉及負(fù)荷承載肢體(例如，人腿)的成像。因為患者處于站立位置時無法使腿部在正常負(fù)荷下成像，所以已嘗試各種人為方式來模擬負(fù)荷條件。此類方法使用了各種托架、壓縮設(shè)備和支架。作為意在克服常規(guī)成像技術(shù)缺點的一個實例，Sukovic等人‘888揭示案示教了如下方式將腿部舉起到非站立位置，然后向腿部施加外力，從而在腿部模擬施加正常負(fù)荷。然而，很容易理解，當(dāng)此種模擬允許出現(xiàn)負(fù)荷承載肢體反應(yīng)的某些近似時，可能便是不準(zhǔn)確的。在人為施加一定負(fù)荷且處于站立時不會采用的角度的情況下，膝蓋或踝關(guān)節(jié)可能并不與處于站立位置上承載患者重量時的情況完全一樣。Sukovic等人‘888中的裝置以及設(shè)計用于解決膝蓋、小腿和腳部成像的其它設(shè)備所遇到的另一個困難涉及較差的圖像質(zhì)量。對于圖像質(zhì)量而言，CBCT序列需要檢測器接近研究對象，并且需要錐形束輻射源與研究對象存在足夠的距離。此可以提供最佳的圖像，并 減少圖像截斷以及因此造成的數(shù)據(jù)丟失。將研究對象定位在檢測器和源中間(如，Sukovic等人‘888中的裝置和其它設(shè)備所需要的)不僅明顯地?fù)p害圖像質(zhì)量，而且將患者放置在距離輻射源過近的地方，因而輻射水平會相當(dāng)高。在德國專利公開案DE 10146915中展示了此策略的一個實例。在所展示的C形吊架布置的情況下，使研究對象居中于源和檢測器的旋轉(zhuǎn)中心上會隨著每次投影而施加相當(dāng)大的輻射量，并且嚴(yán)重?fù)p害圖像質(zhì)量。研究對象的任何其它定位(如，更接近檢測器)可能減少圖像抓取序列某個部分上的輻射水平，但會導(dǎo)致過度復(fù)雜的圖像重組問題，原因在于，隨著獲取每個投影圖像，此情形將實際上改變輻射源與研究對象之間以及研究對象與檢測器之間的距離。利用此類系統(tǒng)所嘗試進(jìn)行的膝蓋成像將需要以某種方式支撐患者，從而在成像的腿部上保持平衡。可以理解，在使受傷膝蓋成像的許多情況下，此要求是不合理的，或者是不可能的。因此，對于僅使患者的一個膝蓋成像而言，所展示的C形吊架是不合適的。所述的解決方案將是照射兩個膝蓋，從而增加曝露在輻射下的組織量，且降低圖像質(zhì)量。對于CBCT投影圖像抓取而言，腳部和腳踝成像存在另外的障礙。腳部本身的形狀使得難以為X射線源和檢測器提供合適的路徑來獲取可以用于準(zhǔn)確3D重組的一組投影圖像。如Sukovic等人‘888揭示案中所給出的方法的方法使腳部居中于源與檢測器之間，其會存在相同的問題曝露位置較差，且圖像質(zhì)量明顯受損。許多常規(guī)的小腿成像方法通過同時使兩條腿成像而發(fā)揮作用。此種常規(guī)解決方案會降低圖像質(zhì)量，并且增加患者接受輻射的解剖結(jié)構(gòu)量?？梢钥闯?，盡管已經(jīng)提議許多解決方案來解決CBCT肢體成像問題，但是，常規(guī)的解決方案缺少所需的可用性和性能。發(fā)明概述本發(fā)明的目標(biāo)在于推進(jìn)人體四肢部分，特別是帶有關(guān)節(jié)或承載負(fù)荷的配對肢體如膝蓋、腿部、腳踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀的診斷性成像技術(shù)。
本發(fā)明的特征在于其提供一種對于傳感器和輻射源部件的軌道路徑具有不同半徑的裝置。本發(fā)明的優(yōu)勢在于其允許對站立或坐著的患者的腳部和腳踝肢體進(jìn)行成像。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于對患者小腿一部分進(jìn)行錐形束計算機(jī)斷層掃描的裝置，所述裝置包括輻射源；輻射源傳送件，其可以啟動以在外殼內(nèi)沿著弧形源路徑的至少一部分來移動所述源，其中所述源路徑自所述外殼中周向間隙的一側(cè)延伸到所述周向間隙的另一側(cè)，且相對于中心具有半徑R2;底座凹口，其處于所述外殼上，用來放置患者腳部；數(shù)字輻射檢測器；檢測器傳送件，其可以啟動以在所述外殼內(nèi)沿著弧形檢測器路徑的至少一部分來移動所述檢測器，所述檢測器路徑相對于所述中心具有半徑R1，且與所述源路徑同心，其中Rl小于R2，且其中所述檢測器路徑自所述底座凹口的一側(cè)延伸到另一側(cè)；以及間隙關(guān)閉裝置，其可以移動到某位置，從而跨越所述周向間隙而延續(xù)所述檢測器路徑，并且圍住所述檢測器路徑。這些目標(biāo)僅僅是通過說明性實例給出，且這些目標(biāo)可例示本發(fā)明的一個或多個實 施方案。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白或顯而易見所揭示的本發(fā)明固有地達(dá)成的其它理想目標(biāo)和優(yōu)勢。本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書加以界定。附圖簡述自下文如附圖中所說明的對本發(fā)明實施方案更為具體的描述，可以清楚地看出本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)勢。圖式中的元件未必是相對于彼此按比例繪制。圖I是示意圖，其展示對小腿某些部分進(jìn)行CBCT掃描時的幾何形狀和局限性。圖2展示根據(jù)本發(fā)明實施方案的成像裝置的掃描圖案的頂視圖和透視圖。圖3是透視圖，其展示患者進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明實施方案的成像裝置，其中通道門是打開的。圖4是透視圖，其展示患者處于通道門關(guān)閉的掃描位置中。圖5是一系列頂部示意圖，其展示CBCT成像時患者進(jìn)入和系統(tǒng)準(zhǔn)備的順序。圖6是一系列頂部示意圖，其展示在許多角度位置上獲取CBCT投影的順序。圖7是透視圖，其展示可選的高度調(diào)整。圖8A和圖SB是透視圖，其展示替代配置中伸展腿部的肢體成像。圖9是透視圖，其展示用于上肢成像的成像裝置的配置。

圖10是透視圖，其展示檢測器傳送件完全包圍下肢時的成像。圖11是透視圖，其展示檢測器傳送件完全包圍上肢時的成像。圖12A展示具有和不具有外罩的成像裝置的透視圖。圖12B是針對源和檢測器傳送件使用轉(zhuǎn)臺的成像裝置的透視圖。圖13是圖12B所示的傳送件布置的頂視圖。圖14A展示外殼部分透明的成像裝置的頂視圖。圖14B展示處于開始和停止掃描位置中的內(nèi)部部件。圖15展示患者肢體初始定位和掃描開始時的轉(zhuǎn)臺傳送件布置的頂視圖。圖16展示掃描順序期間的頂視圖。圖17展示水平位置上肢體成像的實施方案的透視圖。圖18A是頂視圖，其將腳部和膝蓋成像的角度考慮因素進(jìn)行比較。
圖18B是示意圖，其展示腳部相對于源和檢測器路徑的形狀。圖19A是示意圖，其展示在非負(fù)荷承載位置中對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。圖19B是示意圖，其展示在負(fù)荷承載位置中對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。圖19C是示意圖，其展示患者就座且腿部伸展情況下在非負(fù)荷承載位置中對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。圖20展示用于腳部成像的成像裝置的透視圖，其中所述成像裝置使用插入件來設(shè)立檢測器路徑。圖21展示用于腳部成像的成像裝置的頂視圖，其中所述成像裝置使用插入件來 設(shè)立檢測器路徑。圖22展示用于腳部成像的成像裝置的頂視圖，其中所述成像裝置使用插入件來設(shè)立檢測器路徑，且?guī)в邪胪该魍庹?。圖23、圖24和圖25是透視圖，其展示用于腳部和腳踝成像的成像硬件的不同位置。圖26和圖27是透視圖，其展示旋轉(zhuǎn)到不同成像位置的CBCT成像裝置。圖28是替代實施方案中的CBCT成像裝置的透視圖，其中所述裝置使用一個或多個門來完成檢測器路徑。圖29是所述實施方案中的CBCT成像裝置的透視圖，其中所述裝置使用一個或多個門來完成檢測器路徑，且門處于關(guān)閉位置。圖30是替代實施方案中的CBCT成像裝置的頂視圖，其中所述裝置使用一個或多個門來完成檢測器路徑。圖31是所述實施方案中的CBCT成像裝置的頂視圖，其中所述裝置使用一個或多個門來完成檢測器路徑，且門處于關(guān)閉位置。圖32和圖33分別展示CBCT成像裝置處于旋轉(zhuǎn)位置、進(jìn)行腿部伸展后的腳部或腳踝成像時的門打開和門關(guān)閉位置。圖34是示意圖，其展示用于腳部和腳踝成像的替代輻射路徑。圖35A是示意圖，其展示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的外殼，所述外殼傾斜成斜角來進(jìn)行腳部成像。圖35B是示意圖，其展示根據(jù)本發(fā)明替代實施方案的外殼，所述外殼倒置并傾斜成斜角來進(jìn)行腳部成像。圖36A是示意圖，其展示根據(jù)本發(fā)明替代實施方案的不具有腳部插入件的外殼，所述外殼傾斜成某角度來進(jìn)行腳部和腳趾成像。圖36B是示意圖，其展示根據(jù)替代實施方案的具有腳部插入件的外殼，所述外殼傾斜成某角度來進(jìn)行腳部和腳趾成像。發(fā)明詳述下文是參照圖式對本發(fā)明優(yōu)選實施方案做出的詳細(xì)描述，其中在若干圖中的每一圖中相同的兀件符號表不相同的結(jié)構(gòu)兀件。在肢體成像中，特別是在成對的下肢成像中，需要進(jìn)行改進(jìn)，所述改進(jìn)包括以下方面
(i)改進(jìn)輻射源和檢測器的放置，以在整個掃描順序中提供可接受的輻射水平和圖像質(zhì)量；(ii)相對于源和檢測器的旋轉(zhuǎn)軸線在不同高度上的系統(tǒng)成像靈活性，包括允許患者在舒適地站立或就座如腳部處于抬高位置的情況下進(jìn)行成像的靈活性；(iii)改進(jìn)患者可進(jìn)入性，從而使得患者無須扭曲、彎曲或過度擠壓肢體或關(guān)節(jié)，以免造成傷害，進(jìn)而提供這些人體部位的圖像；(iv)改進(jìn)獲取CBCT圖像時的人體工程效果，從而(例如)允許患者站在正常姿勢下。這也允許在通過患者重量施加的正常負(fù)荷下，而非在Sukovic等人‘888揭示案和其它地方所示教的模擬負(fù)荷條件下，使負(fù)荷承載肢體如腿部、膝蓋和腳踝成像；(V)腳部或腳踝CBCT成像能力。由于腳部形狀而造成的固有難度是一個因素；腳部成像的其它問題包括需要能夠使腳部在承載重量和不承載重量的情況下在許多不同位置成像。
在本揭示案的上下文中，術(shù)語“肢體”的含義與診斷性成像用語中的常規(guī)理解是一樣的，是指膝蓋、腿部、腳踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀以及任何其它解剖學(xué)肢體。術(shù)語“研究對象”用于描述患者被成像的肢體，例如，“目標(biāo)腿”。術(shù)語“配對肢體” 一般用來指代任何解剖學(xué)肢體，其中同一個患者通常存在兩個或更多個這樣的肢體。在本發(fā)明的上下文中，配對肢體并未成像，只是使目標(biāo)肢體成像。為了詳細(xì)地描述本發(fā)明，本文針對本發(fā)明實施方案所給出的實例集中于人體解剖學(xué)中承載負(fù)荷的下肢如腿部、膝蓋、腳踝和腳部的成像。然而，這些實例應(yīng)視為說明性而非限制性的。在本揭示案的上下文中，術(shù)語“弧”或者“圓弧”的常規(guī)含義是指小于360度的圓圈部分，或者視為給定半徑下小于2π弧度的圓圈部分。本發(fā)明的實施方案通過提供成像裝置來解決下肢成像的困難，所述成像裝置界定軌道式源路徑和檢測器路徑，所述兩個路徑相對于中心點是同心的，其中提供源路徑和檢測器路徑的部件經(jīng)配置而允許患者在成像之前和之后進(jìn)入，且經(jīng)配置而允許患者在CBCT圖像抓取系列期間用正常姿勢站立。在本發(fā)明的實施方案中，此能力是通過使用檢測器傳送設(shè)備來實現(xiàn)的，所述檢測器傳送設(shè)備具有周向進(jìn)入開口，從而允許進(jìn)行肢體定位，其中，一旦檢測器傳送設(shè)備處于適當(dāng)位置，便會圍繞定位后的肢體進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而在其轉(zhuǎn)動過掃描的至少一部分時圍住肢體。考慮人身軀的維度屬性是有益的，這些屬性在設(shè)計肢體掃描CBCT裝備時可能是考慮因素。例如，處于舒適站立位置上的、平常身高的成人患者一般情況下在任何地方左右膝蓋的間距都是大約IOcm至大約35cm。對于平常身高的成人而言，膝蓋之間超過大約35-40cm(14-15. 7英寸)便會變得越來越不舒適，而且超過正常的站姿范圍。有益的是注意到此限制使得使用如上文描述的DE 10146915中所展示的吊架解決方案來進(jìn)行膝蓋成像是不切實際的。源或檢測器必須能夠穿過站立患者的兩腿之間來進(jìn)行單膝CBCT成像，吊架解決方案或其它常規(guī)解決方案不具備這樣的能力。圖2的透視圖和頂視圖展示如何通過使用根據(jù)本發(fā)明的CBCT成像裝置10的各種實施方案來提供掃描圖案。相對于中心軸線A具有合適半徑Rl的檢測器路徑28是由第一設(shè)備(檢測器傳送件34)提供。由第二設(shè)備(源傳送件32)提供具有第二、更大半徑R2的源路徑26。肢體(研究對象20)大體上沿著中心軸線A居中，使得中心軸線A可以視為穿過研究對象20中各點的線。圖像抓取時的有限幾何形狀是源傳送件32受到患者解剖結(jié)構(gòu)(如配對肢體)阻擋時的弧造成的，如前文所述，所述弧通常大約為200度。另一個局限性涉及理想目標(biāo)，即不要過度地曝露患者。此界定部分扇形，所述扇形由此弧以及掃描開始和結(jié)束時的半徑確定。盡管檢測器傳送件34因為可以在站立患者的兩腿之間移動而能夠形成完整的圓形軌道，但其相對于源傳送件32的弧沿循必要的互補(bǔ)性弧。通過在檢測器傳送件34中提供周向間隙38，使得掃描之前患者的進(jìn)入變得容易。當(dāng)檢測器傳送件34處于圖3所示的打開位置時，患者可以在成像位置內(nèi)外自由移動。當(dāng)患者處于適當(dāng)位置時，檢測器傳送件34圍繞軸線A進(jìn)行轉(zhuǎn)動，大體上轉(zhuǎn)動180度。此軌道式移動將肢體限定在更狹窄的范圍內(nèi)，并且將檢測器24放置在研究對象20附近的位置，以便按順序獲取第一投影圖像，由于檢測器傳送件34的外殼，檢測器24在圖2至圖4中看不見。周向間隙38不僅允許進(jìn)入以定位目標(biāo)腿或其它肢體，而且允許足夠的空間來使 患者在成像期間站立在正常姿勢下，從而將成像的目標(biāo)腿放置在軸線A的中心位置(圖2)，而將未成像的配對腿放置在周向間隙38所界定的空間中。周向間隙38延伸大約360度減去“180度加扇形角度的總和”，所述扇形角度由源至檢測器的幾何形狀和距離決定。圖5的頂視圖展示患者進(jìn)入成像裝置10的順序。在打開進(jìn)入位置40中，周向間隙38準(zhǔn)許肢體進(jìn)入，從而使得肢體可以在沿著中心軸線A的位置上居中。腳部對應(yīng)于打開進(jìn)入位置42的輪廓指示患者的定位，且展示以供參考。在此實例中，左腿是成像研究對象，而配對右腿將處于周向間隙38內(nèi)或者剛好處于周向間隙38之外。一旦患者腿部或另一肢體處于適當(dāng)位置中，檢測器傳送件34或界定此傳送路徑的套罩或其它構(gòu)件便可以轉(zhuǎn)動到適當(dāng)位置中，從而關(guān)閉周向間隙38的檢測器部分，如轉(zhuǎn)動傳送位置44所示。傳送件就位位置46展示檢測器傳送件34處于合適位置，用來執(zhí)行CBCT成像序列。圖6的頂視圖繼續(xù)圖5中開始的操作序列，并且展示使用成像裝置10時在許多角度位置上獲取CBCT投影的順序。圖6展示輻射源22和檢測器24的相對位置，輻射源22和檢測器24可以隱藏在如上文所述的遮罩下面。腳部輪廓作為參考，用來指示患者腿部的相對位置；隨后將更為詳細(xì)地展示和描述腳部本身的成像。在CBCT掃描和投影成像期間，源和檢測器在每個位置上都正好相反。序列開始于開始掃描位置50，其中輻射源22和檢測器24處于初始位置，以便在第一角度上獲取圖像。然后，輻射源22和檢測器24都圍繞軸線A轉(zhuǎn)動,如中間掃描位置52、54、56和58所表不的。成像終止于結(jié)束掃描位置60。如此序列所示，在每個成像角度上，源22和檢測器24相對于研究對象20而言都正好處于相反位置上。在整個掃描周期中，檢測器24都處于研究對象20的較短距離Dl內(nèi)。源22定位在研究對象20的較長距離D2之外。源和檢測器部件的定位可以通過單獨的致動器加以實施，每個傳送路徑使用一個致動器，或者通過單個可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件加以實施，如隨后將更詳細(xì)描述的。應(yīng)注意的是，相反方向上的掃描動作(也就是，相對于圖6展示的實例而言是順時針的)也是可能的，其中初始和終止掃描位置會進(jìn)行相應(yīng)變化。沿著軸線方向?qū)⒃春蜋z測器傳送件32和34作為一個單元加以移動的能力可以提供成像裝置10的其它特征，如圖7的透視圖中所展示的。垂直支架70對成像裝置提供垂直傳送，使得源和檢測器可以在中心軸線方向上向上或向下平移，以便滿足不同高度的患者，并且對腿部的不同部分進(jìn)行成像?？梢栽谑褂脠D5中設(shè)立的序列通過檢測器傳送件34來圍住待成像的患者目標(biāo)腿之前或之后來進(jìn)行高度調(diào)整。在一個實施方案中，垂直支架70還允許CBCT成像裝置10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而允許水平布置或以不同于垂直的某個斜角伸展的肢體進(jìn)行成像。圖8A和圖SB展示水平位置上膝蓋成像的透視圖，其中患者就座，并且腿部向外伸展。圍繞傾斜軸線Q進(jìn)行完全的360度旋轉(zhuǎn)是可能的。應(yīng)注意的是，在此應(yīng)用場景下，類似的患者可進(jìn)入性適用，其中，一旦肢體居中于適當(dāng)位置上，檢測器傳送件34便轉(zhuǎn)動到適當(dāng)位置上。進(jìn)一步做出高度調(diào)整(如針對手臂、手肘或肩膀成像)也是可能的，如圖9所示。因為是源障礙而非檢測器路徑導(dǎo)致了軌道成像路徑的角度限制，所以使用轉(zhuǎn)動檢測器傳送件34簡化患者進(jìn)入，并且為CBCT成像提供足夠的成像路徑。因此，例如，檢測器傳送件34可以完全包圍肢體，如圖10和圖11中的實例所示。在這些實施方案中，周向間隙38僅存在于源軌道中。
返回參看圖6的示意圖，輻射源22和檢測器24各自分別沿著半徑為R2和Rl的弧而環(huán)繞研究對象。在源傳送件32內(nèi)，可以使用源致動器，所述源致動器可以與作為檢測器傳送件34—部分的單獨、互補(bǔ)檢測器致動器協(xié)作。因此，兩個獨立的致動器設(shè)備(每個傳送件組件中存在一個)可以通過外部邏輯控制器單獨加以控制和協(xié)調(diào)，進(jìn)而使源22和檢測器24圍繞研究對象20沿著各自的弧完全一致地移動。在替代實施方案中，源和檢測器傳送件部件是以機(jī)械方式連結(jié)到單個的轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)組件。一個此類布置展示于圖12A的右側(cè)，并且在圖12B中進(jìn)行了放大展示，所述布置通過使用單個機(jī)械組件(旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68)而將源和檢測器傳送件32和34提供在轉(zhuǎn)臺64上，轉(zhuǎn)臺64圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸線A進(jìn)行轉(zhuǎn)動，并且為源22和檢測器24提供所需半徑。如圖13的頂視圖中最佳展示的，檢測器24沿著C形轉(zhuǎn)臺64的表面進(jìn)行運動，從而以半徑Rl環(huán)繞研究對象。源22沿著支臂66而連接到轉(zhuǎn)臺64，支臂66提供較大半徑R2。周向間隙38延伸而跨越源和檢測器路徑。應(yīng)注意的是，如圖所示在轉(zhuǎn)臺64上使用旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68的實施方案可以裝入到一個或多個外殼中，從而提供與(例如)圖7至圖11中所示的成像裝置10相類似的外觀。此類布置對于將患者與移動部件隔離，以及減輕患者的至少一些焦慮具有優(yōu)勢，這些焦慮可能是成像期間部件的自動移動而引起的。圖14A展示裝配在外罩80內(nèi)的源和檢測器傳送件32、34以及源和檢測器22、24部件，外罩80保護(hù)移動的機(jī)械零件，并且有助于防止患者接觸到移動部件。圖14B展示使用上文參照圖6所描述的掃描順序時被遮蓋的系統(tǒng)，其中內(nèi)部部件分別處于開始和結(jié)束掃描位置50和60。圖13、圖15和圖16的頂視圖展示如何使用此機(jī)械布置提供患者進(jìn)入。一旦患者定位，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68便圍繞定位的肢體擺動到開始位置72，如圖15中的底部所示。成像開始于此位置，并且隨著旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68圍繞軸線A轉(zhuǎn)動源和檢測器部件而繼續(xù)進(jìn)行。對于圖15和圖16的實例而言，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68在順時針方向上移動。逆時針方向旋轉(zhuǎn)也是可能的。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68也可以與上肢成像配置一同使用，如圖17所示。因為患者解剖結(jié)構(gòu)都不會阻擋傳送路徑，所以在此配置下準(zhǔn)許掃描時產(chǎn)生完整的圓形軌道。再次，部件在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件68的平面中圍繞傾斜軸線Q進(jìn)行完整的360度旋轉(zhuǎn)是可能的。
在本揭示案的上下文中，術(shù)語“小腿”視為包括人體腿部自膝蓋上部向外的所有部分，包括膝蓋以及脛骨/腓骨結(jié)構(gòu)、腳踝和腳部。在使用CBCT成像裝置10時，小腿末端部分(包括腳踝和腳部)的成像也是可能的。然而，因為腳部向外突出到所要的檢測器傳送路徑中，所以一般來說，腳部成像所允許的角度范圍比起腿部和膝蓋成像的范圍受到更大限制。例如，圖18A的頂視圖展示使用前文所述的CBCT成像裝置10對站立患者進(jìn)行腳部CBCT掃描時的角度范圍比(例如)膝蓋成像的角度范圍小50度。如圖18B所示意性展示的，腳部的一般形狀使得難以在具有上文剛剛針對CBCT成像裝置10所描述的布置的CBCT裝置中進(jìn)行成像。在此圖中，虛線內(nèi)圓表示可能的弧形檢測器路徑28，而虛線外圓表示可能的弧形源路徑26。路徑26和28都位于如隨后描述的可以傾斜的傳送平面T中。如前文所示，路徑26與28是同心的，并且源和檢測器設(shè)備被布置成沿著各自的路徑彼此對置。在腳部伸展的情況下，源路徑26不會受到患者解剖結(jié)構(gòu)的阻礙。由于對檢測器路徑28的限制(也就是必須呈圓弧的形式，此圓弧大體上自腳部的一側(cè)延伸到另一側(cè))，因此需要不同的方法來獲取合適的腳部和腳踝投影圖像。 圖19A、圖19B和圖19C的示意圖展示使用根據(jù)本發(fā)明實施方案進(jìn)行配置的CBCT成像裝置時，在各種條件和斜角下獲取腳部圖像時的患者定位。圖19A展示在非負(fù)荷承載位置上對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。患者將一只腳放在CBCT成像裝置100中，如放在底座凹口 102上，所述底座凹口 102形成于CBCT成像裝置100的外殼80中或其它合適的支架中，所述外殼80或支架將腳部維持在適當(dāng)?shù)母叨壬弦赃M(jìn)行成像。源22和檢測器24隨后在一定范圍的角度上環(huán)繞腳部，從而獲取所需的圖像投影。此處，傳送平面T大體上水平。應(yīng)注意的是，圖8A、圖SB以及其它地方所展示的傾斜軸線Q大體上平行于傳送平面T，但可以位于平面T上方或下方。圖19B展示在負(fù)荷承載位置上對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。在此布置下，患者能夠站立在自然的位置上，并且在成像期間向腳部施加一定重量。此處，傳送平面T也是大體上水平的。圖19C是示意圖，其展示患者就座且腿部伸展的情況下在非負(fù)荷承載應(yīng)用場景下對腳部進(jìn)行CBCT成像時的患者定位。此位置利用CBCT成像裝置100的可旋轉(zhuǎn)外殼。此處，傳送平面T大體上垂直，或者處于其它合適的豎直角度下。圖20的透視圖展示CBCT成像裝置100的一個實施方案，所述CBCT成像裝置100使用可卸除式插入件110作為一種檢測器路徑或間隙關(guān)閉裝置來跨越周向間隙38提供間隙關(guān)閉且圍住檢測器路徑，當(dāng)需要進(jìn)行腳部或腳踝成像時，所述可卸除式插入件110添加到基礎(chǔ)CBCT成像裝置。插入件110充當(dāng)檢測器行進(jìn)路徑上的外罩，且界定腳部成像時的檢測器軌道邊界。此處，插入件110根據(jù)需要滑入到外殼80內(nèi)的適當(dāng)位置。插入件110僅在適當(dāng)方位上以機(jī)械鍵齒連接方式裝配在外殼80中，并且設(shè)計有互鎖件，所述互鎖件感應(yīng)插入件110何時處于適當(dāng)位置，且向控制邏輯提供信號，從而相應(yīng)地修改源-檢測器路徑。在插入件110處于適當(dāng)位置的情況下，提供間隙38的關(guān)閉，從而完成位于間隙38上的檢測器路徑部分。圖21的頂視圖展示外部視圖，其中外罩和外殼是不透明的，插入件110處于CBCT成像裝置100內(nèi)的適當(dāng)位置上，且圖21的頂視圖展示腳部F放置在插入件110中時的參考位置。圖22的頂視圖展示插入件110的外罩和成像裝置100的外殼80是透明的，從而使得可以看到源22和檢測器24的位置。為了進(jìn)行腳部成像，行進(jìn)路徑發(fā)生變化，從而使得檢測器24的行進(jìn)是圍繞腳部的側(cè)面和后面，而不是圍繞腳部的前面。此圖案按照圖23、圖24和圖25的透視圖的順序加以展示。圖23和圖25展示檢測器24行進(jìn)路徑的末端。在使用順時針軌道的情況下，圖23展示檢測器24軌道的開始位置，而圖25展示結(jié)束位置。在使用逆時針移動的情況下，圖25展示檢測器24的開始位置，而圖23展示結(jié)束位置。對于腳部和腳踝成像而言，高度和角度調(diào)整是有用的。圖26和圖27展示不同的旋轉(zhuǎn)和高度位置，也可以提供這些旋轉(zhuǎn)和高度位置，以允許進(jìn)行更為靈活的患者定位。例如，圖27所示的布置適合于患者處在伸展腿部位置時的腳部成像，如上文參照圖19C所描述的。除了如圖27所示圍繞傾斜軸線Q進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在一個實施方案中，外殼80也可以至少部分地圍繞垂直軸線A進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如圖27和其它地方所展示的。雖然插入件110可以用作檢測器路徑關(guān)閉裝置或間隙關(guān)閉裝置，從而提供檢測器傳送路徑圍繞腳部背面的連續(xù)性，但是插入件必須卸除，以便允許進(jìn)行膝蓋或其它肢體的 成像。圖28、圖29、圖30、圖31、圖32和圖33所示的替代實施方案使用替代方法，從而允許使用相同設(shè)備來進(jìn)行腳部成像或膝蓋成像。圖28和圖29的透視圖展示具有一組門114的CBCT成像裝置100，所述門114充當(dāng)間隙關(guān)閉裝置來進(jìn)行檢測器路徑關(guān)閉，并且圍住弧形檢測器路徑的相應(yīng)部分。門114打開后便允許患者腳部進(jìn)入，而一旦腳部定位于底座凹口102上，便可以關(guān)閉門114。關(guān)閉門114完成檢測器路徑28，而將此路徑延伸到患者后面，從而使得檢測器24可以在CBCT圖像抓取序列中穿到腳部后面，如上文參考圖23、圖24和圖25所描述的。圖30和圖31用頂視圖展示此替代實施方案的門打開和門關(guān)閉位置。圖32和圖33分別展示CBCT成像裝置100處于旋轉(zhuǎn)位置以對腳部或腳踝進(jìn)行腿部伸展后的成像時的門打開和關(guān)閉位置。應(yīng)注意的是，單個門可以用作替代方案，替代圖28至圖33的雙門布置。傳感器82(圖28)檢測腳部何時定位于底座中，并且相應(yīng)地調(diào)整成像和傳送圖案。針對圖19A、圖19B和圖19C所示的常規(guī)患者位置而提供的源-檢測器行進(jìn)路徑可以用來準(zhǔn)確地進(jìn)行腳踝和腳部上部區(qū)域的3D重組，但是對于重組腳部本身的3D圖像而言，可能準(zhǔn)確性較差。參看圖34的示意圖，可以看出，自源22到檢測器24的直接迎面輻射路徑Pl穿過許多骨結(jié)構(gòu)。這是源和檢測器軌道處于輻射路徑Pl的平面中時的掃描圖案所遇到的問題。在不同布置中，這些骨的存在使得自來自不同圖像投影的此類圖像進(jìn)行3D重組變得復(fù)雜，或者缺失。一種解決方案是使腳部傾斜；然而，這對于患者而言也許是不可能的。此外，讓患者將腳部固定在不舒服的位置上可能也無法為診斷分析提供最有幫助的條件。底座(出于清晰目的而未展示于圖34中)沿著平面W來擱置腳部，平面W可以是水平的，也可能不是水平的。在使用CBCT成像裝置100的實施方案時可用的替代解決方案為，使成像裝置本身圍繞傾斜軸線Q (圖28和其它地方)傾斜到角度Θ，從而使得外殼80相對于水平或垂直而處于I度或更大的斜角，如10度、20度或40度。就圖34的示意圖而言，此布置允許傳送平面T中的源和檢測器軌道偏移到一定范圍的角度位置中的任何一個角度位置(例如，展示為與路徑Pl和P2相對應(yīng)的平面Tl和T2)，從而允許改進(jìn)腳部和腳踝若干部分的成像。如圖34所示，此布置有效地使傳送平面T相對于腳部平面W傾斜到一定范圍的角度中的任一角度，從而使得平面W和平面T處于不同的角度。因此，傾斜軸線的斜角可以布置成將輻射以某一角度導(dǎo)向腳部，所述角度自腳底偏離可變范圍，自幾度到10度以上或20度以上，且甚至出于此目的，允許傾斜軸線在完整的90度范圍內(nèi)進(jìn)行變化。圖35A的示意圖展示根據(jù)一個實施方案，傾斜成斜角而進(jìn)行腳部成像的外殼80。此相對于水平而將源22和檢測器24的軌道定向到某斜角，并且也會擴(kuò)大源和檢測器行進(jìn)路徑的可能角度范圍。圖35B的示意圖展示替代布置，其中外殼80倒置并處于某斜角，從而改進(jìn)腳部若干部分的圖像覆蓋范圍。因為準(zhǔn)許此種擴(kuò)展之角度范圍，所以也可以通過本發(fā)明的實施方案來解決腳部前面的成像問題和腳趾的成像問題。圖36A展示未使用腳部插入件110的實施方案。在此實施方案中，伸展后的腳部可以進(jìn)行定位而用來成像，但是腿部的脛骨會阻止腳部完全伸展到成像區(qū)域中。如圖36B所示，在使用腳部插入件110的情況下，因為患者的脛骨存在更大的空間向前移動，所以腳部可以再伸展幾英寸而進(jìn)入到成像區(qū)域中。
可以了解，圖28至圖33所示的未使用插入件110而改為使用某種滑門布置的替代實施方案與需要使用插入件110的實施方案相比具有優(yōu)勢。一個優(yōu)勢涉及更普遍地使用CBCT成像裝置100來獲取不同肢體的圖像。例如，可以使用相同裝置進(jìn)行腳部或腳踝成像，也可以進(jìn)行膝蓋或腿部其它部分或者其它肢體的成像。
權(quán)利要求
1.一種用于對患者小腿一部分進(jìn)行錐形束計算機(jī)斷層掃描的裝置，所述裝置包括 源傳送件，其可以啟動以在外殼內(nèi)沿著弧形源路徑的至少一部分來移動輻射源，其中所述源路徑自所述外殼中周向間隙的一側(cè)延伸到所述周向間隙的另一側(cè)，且相對于中心具有半徑R2 ； 底座凹口，其處于所述外殼上，用來放置所述患者腳部； 數(shù)字輻射檢測器； 檢測器傳送件，其可以啟動以在所述外殼內(nèi)沿著弧形檢測器路徑的至少一部分來移動所述檢測器，所述檢測器路徑相對于所述中心具有半徑R1，且與所述源路徑同心，其中Rl小于R2，且其中所述檢測器路徑自所述底座凹口的一側(cè)延伸到另一側(cè)；以及 間隙關(guān)閉裝置，其可以移動到某位置，從而跨越所述周向間隙而延續(xù)所述檢測器路徑，并且跨越所述間隙圍住所述檢測器路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述間隙關(guān)閉裝置包括裝配在所述外殼中的插入件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述間隙關(guān)閉裝置包括處于所述外殼中的一個或多個滑門。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述外殼可以圍繞延伸穿過所述弧形源路徑的中心的軸線旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其進(jìn)一步包括傳感器，當(dāng)腳部定位在所述底座凹口中時，所述傳感器便進(jìn)行檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述外殼可以進(jìn)一步圍繞自所述外殼的一側(cè)到另一側(cè)延伸穿過所述外殼的軸線旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于所述外殼的垂直支架，并且其中所述外殼的高度可以在所述垂直支架內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其進(jìn)一步包括互鎖件，當(dāng)所述插入件處于所述外殼中適當(dāng)位置時，所述互鎖件便提供信號。
9.一種用于提供對患者腳部的錐形束計算機(jī)斷層掃描的方法，所述方法包括 將輻射源安裝在源傳送件上，所述源傳送件可以啟動以在外殼內(nèi)沿著弧形源路徑的至少一部分來移動輻射源，其中所述源路徑自所述外殼中周向間隙的一側(cè)延伸到所述周向間隙的另一側(cè)，且相對于中心具有半徑R2，并且其中所述源路徑界定傳送平面； 提供底座，用來放置患者腳部，以便自所述輻射源接收輻射； 將數(shù)字輻射檢測器安裝在檢測器傳送件上，所述檢測器傳送件可以啟動以在所述外殼內(nèi)沿著弧形檢測器路徑的至少一部分來移動所述數(shù)字輻射檢測器，所述檢測器路徑相對于所述中心具有半徑R1，且與所述源路徑同心，其中Rl小于R2，并且其中所述檢測器路徑自所述底座的一側(cè)延伸到另一側(cè)，且位于所述傳送平面內(nèi)；以及 提供間隙關(guān)閉裝置，所述間隙關(guān)閉裝置可以移動到某位置，從而使所述檢測器路徑延伸跨越所述周向間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述外殼安裝在支架上，所述支架提供傾斜軸線，用于使所述傳送平面傾斜到一定范圍的斜角中的數(shù)個斜角中的任何一個斜角，其中所述傾斜軸線大體上平行于所述傳送平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述底座在第一角度上擱置所述腳部，且所述斜角可以相對于所述第一角度而調(diào)整到一定范圍的不同角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述傾斜軸線的所述斜角被設(shè)置成在與所述第一角度偏離超過2度的角度上將輻射導(dǎo)向所述腳部。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述間隙關(guān)閉裝置包括插入到所述外殼的可卸除式插入件。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中定位所述間隙關(guān)閉裝置包括使來自所述外殼內(nèi)的一個或多個門旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，從而遮蓋所述輻射源和檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述底座形成于所述外殼中。
全文摘要
一種用于對患者小腿部分進(jìn)行錐形束計算機(jī)斷層掃描的裝置具有輻射源和源傳送件，所述源傳送件可以啟動以在外殼內(nèi)沿著弧形源路徑來移動所述源，其中所述源路徑自周向間隙的一側(cè)延伸到另一側(cè)，且相對于中心具有半徑R2。提供外殼，用來放置患者腳部。數(shù)字輻射檢測器具有檢測器傳送件，所述檢測器傳送件可以啟動以在所述外殼內(nèi)沿著弧形檢測器路徑來移動所述檢測器所述檢測器路徑相對于所述中心具有半徑R1，且與所述源路徑同心，其中R1小于R2，且其中所述檢測器路徑自底座凹口的一側(cè)延伸到另一側(cè)。間隙關(guān)閉裝置可以移動到某位置，從而跨越所述周向間隙而延續(xù)所述檢測器路徑，并且圍住所述檢測器路徑。
文檔編號A61B6/03GK102843971SQ201180018205
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者J.約克斯頓, W.F.施耐德, J.H.西維爾德森 申請人:卡爾斯特里姆保健公司