CN101080652B

CN101080652B - 台架系统

Info

Publication number: CN101080652B
Application number: CN2005800434692A
Authority: CN
Inventors: S·V·科拉; M·E·德西莱茨; D·德拉根; M·卡马拉维; M·J·佩特里洛
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: EP1828809A2; US8452381B2; US20090312634A1; JP2008524574A; WO2006064402A2; CN101080652A; WO2006064402A3

Abstract

一种特别适用于医疗成像的装置，包含辐射感测探测器(40、50)，其探测伽马辐射作为检查区域(30)中放射性核素衰变的指示。探测器(40、50)由常规c形支架(70)支撑，以围绕探测器旋转轴(35)旋转。支架(70)进一步连接到环枢关节(77)，其允许调整探测器旋转轴(35)。支架(70)还可以在两维自由度上平移，使得探测器(40、50)以非圆形轨道绕检查区域(20)运行。

Description

台架系统

本公开涉及核子成像领域。更确切地，本公开涉及用于定位医疗成像中使用的辐射探测器的设备和方法。

诸如正电子发射型断层成像(PET)系统和单光子发射型计算机断层成像(SPECT)系统的核子成像系统通常采用定位于患者周围的一个或多个探测器，目的是收集关于患者解剖结构和身体功能的数据。所收集的数据可以用于重建图像，临床医师可以将该图像用于诊断。

在单光子成像中，一个或多个辐射探测器安装在可移动台架(gantry)上用于观察包含待成像对象的检查区域。对象典型地为患者，即人类或者实验室动物。通常，一种或多种能够产生发射辐射的放射性药物被注射入对象。放射性药物优选地传播到临床医师希望检查的对象内关注的器官。探测器沿着选定的路径或扫描轨迹扫描对象，通过探测器探测辐射事件。

典型的探测器包含瞄准仪和闪烁晶体，该闪烁晶体通过光电信增管的阵列观察。光电倍增管的相应输出通常被处理和校正用于产生输出信号，该输出信号首先指示出探测到各个辐射事件的探测器上的位置坐标，其次指示每个辐射事件的能量。事件的能量用于区分不同类型的辐射，例如多辐射发射源、杂散辐射、二次辐射、传输辐射、以及噪声源。然后将辐射数据重建到关注区域的图像描绘中。

在正电子发射型成像中，湮灭事件导致一对特定能级光子的发射。发射的光子从湮灭地点以相反的方向传播。典型地，正电子发射探测器以直径相对的方式成对使用，每个探测器的辐射接收表面与另一个的相对。对中第一探测器探测到的光子基于指示因子的变化与对中第二探测器探测到的光子相匹配。然后系统基于探测到的光子的相对位置推导出飞行路线，并且使用该信息重建关注区域的图像描绘。

优选的探测器配置通常是所执行的检查类型的函数。例如，贲门成像系统通常使用彼此垂直放置的两个探测器。这种指向使得可以通过围绕对象仅旋转探测器对90度(90°)来收集完整180度的数据集合。希望探测器的辐射接收表面在用于瞄准成像的诊断扫描过程中尽可能地靠近对象，以将由于瞄准器模糊导致的任何空间分辨率损失减到最小。因此，台架系统需要将探测器尽可能定位靠近对象。此外，临床医师由于不同的原因可能希望以不同的定向安置对象，包含接近对象内关注的区域或者在检查中使对象舒适。因此，需要一种提供定位选择范围的台架系统。

本申请的一些方面致力于这些以及其它的问题。

按照本发明的第一个方面，一种装置，包含第一辐射感测探测器(radiation sensitive detector)，其探测伽马辐射作为检查区域中放射性核素衰变的指示；以及台架，相对于检查区域可移动地支撑探测器。该第一探测器选择性地平移并且围绕检查区域旋转，形成非圆形轨道的运动，并且轨道平面在至少第一和第二定向是可调整的。

按照本发明有更加限定的方面，检查区域适合于接纳人类患者。该轨道平面在两个位置间可调整，第一位置的轨道平面基本垂直于斜倚着的患者的纵向轴，第二位置的轨道平面基本垂直于处于坐位或横卧位(recumbent)至少之一的患者的纵向轴。

按照本发明更加限定的方面，该轨道平面在90度的范围上是可调整的。

按照本发明另一个更加限定的方面，该装置包含第一支架(support)和弓形支架。弓形支架支撑第一探测器围绕探测器旋转轴旋转。弓形支架可操作地连接到第一支架，用于围绕枢轴线(pivot axis)做枢轴运动从而转动弓形支架调整轨道平面。

按照本发明进一步限定的方面，枢轴线垂直于探测器旋转轴。

按照进一步限定的方面，第一支架在平行于枢轴线的第一方向上可平移。第一支架还在垂直于枢轴线的第二方向上可平移。

按照进一步限定的方面，该装置包含可操作地连接到第一支架的垂直驱动器。该垂直驱动器在垂直方向上选择性地平移第一支架。该装置还包含可操作地连接到第一支架的水平驱动器。该水平驱动器在水平方向上选择性地平移第一支架。

按照本发明的另一个更加限定的方面，该装置包含第二弓形支架。第一探测器固定安装到第二支架。第二弓形支架可操作地连接到第一弓形支架，用于围绕探测器旋转轴旋转。

按照另一个更加限定的方面，该装置还包含可操作地连接到第一个和第二弓形支架的弯曲架(curved rack)和齿轮。

按照本发明另一个更加限定的方面，该装置包含第二辐射感测探测器，其探测伽马辐射作为检查区域中辐射衰变的指示。弓形支架支撑第二探测器，用于围绕探测器旋转轴旋转。第一探测器和第二探测器布置为垂直结构。

按照本发明更加限定的方面，该装置包含可操作地连接到第一探测器和驱动系统的图像重建系统，用于选择性地控制第一探测器的平移和旋转。

按照更加限定的方面，该轨道基本为椭圆形。

该装置还可以包含在围绕检查区域的弧形上布置的多个辐射感测探测器，例如布置为60度结构的三个探测器。

按照本发明的另一个方面，一种装置，包含第一支架、常规c形的支架、环枢关节、以及第一和第二辐射感测探测器，该探测器探测伽马辐射作为出现在检查区域中的放射性核素衰变的指示。环枢关节具有水平枢轴线，并且可操作地连接到c形支架和第一支架。第一和第二探测器布置为垂直结构，并且可操作地连接到常规c形的支架用于围绕探测器旋转轴旋转。探测器旋转轴垂直于枢轴线。c形支架在两个位置间可枢轴转动，在第一位置处探测器旋转轴平行于布置于检查区域的斜倚着的人类对象的纵向轴，而第二位置中探测器旋转轴平行于布置于检查区域的处于横卧或垂直位置之一的人类对象的纵向轴。

按照本发明的更加限定的方面，c形支架可枢轴转动的范围包含探测器旋转轴水平的第一位置和探测器旋转轴垂直的第二位置。

按照更加限定的方面，该装置还可以包含驱使探测器围绕探测器旋转轴旋转的驱动器、在平行于枢轴线的方向上平移第一支架的驱动器、以及在垂直方向上平移第一支架的驱动器。

按照本发明的更加限定的方面，该装置包含控制系统，其协调驱动器的运动从而探测器围绕检查区域以非圆形轨道运行。

该轨道可以是基本椭圆形并且具有大约90度的范围。

按照另一个更加限定的方面，该装置可以适合于地面安装。

该装置还可以包含第二c形支架，其中第一和第二探测器由第二c形支架支撑以便随其移动。驱使探测器围绕探测器旋转轴旋转的驱动器包含可操作地连接到第一c形支架和第二c形支架的弯曲架和齿轮。

按照本发明另一个更加限定的方面，该装置包含对象支架，其适合于在斜倚着的位置以及至少横卧和坐位两者之一的位置支撑对象。

在阅读并且理解附加的说明的基础上，本领域技术人员将认识到本发明的其它方面。

图1A是一种顶部支撑医疗成像系统的透视图。

图1B是探测器支架的透视图，带有台架的图解。

图2A是台架以及带有探测器的探测器组合装置的第二透视图。

图2B是台架以及探测器组合装置的第三透视图。

图2C是台架以及探测器组合装置的第四透视图。

图2D是带有探测器的台架的图解。

参考图1A，成像系统包含台架10、患者支架20、以及成像系统12。

台架10支撑第一和第二辐射感测探测器40、50，其探测指示出现在检查区域30内的放射性核素衰变的辐射。

探测器40、50安装在弓形探测器支架60上，从而其以垂直结构面对检查区域。这样的垂直结构不限于精确到90度，其它的垂直结构(例如102度结构)取决于特定的成像应用也可以实施。

参考图1A和1B，探测器支架60可移动地安装在探测器支架装载架(carrier)70上，以便使用例如标准曲架的驱动器和齿轮机构从而围绕探测器旋转轴35旋转。装载架70包含圆导轨74a、74b，探测器支架60可以沿该圆导轨滑动。

探测器支架60上附有电动机驱动的齿轮。该齿轮啮合布置在装载架70上的曲架75，以便在电动机加电时沿着曲导轨74a、74b驱动探测器支架60。也可以使用架(rack)和齿轮系统的合适的替代物。

为了收集产生SPECT图像所需的数据，垂直的探测器40、50沿着弧行进，该弧大约为90度或者为围绕轴35旋转整周的大约四分之一。当然，也可以实施其它的角度范围。

继续参考图1A和1B，台架10还包含支架82，该支架包含可移动的伸缩(telescoping)部分80和固定伸缩部分90。装载架70通过环枢关节77安装到可移动部分80，用于围绕枢轴线85枢轴转动。枢轴线85垂直于探测器旋转轴35。环枢关节77优选地允许装载架70的角度位置可以在大约90度的范围内调整，从而探测器旋转轴35可以在从水平位置(如所示的)到垂直位置的范围内可见。换种方式陈述，探测器40、50可以被看作在垂直位置(如所示的)和水平位置之间变化的平面内围绕检查区域运行。当然，也可以实施大于和小于90度的角度范围。

使用者或操作者关于枢轴线77手动定位装载架70并且从而定位探测器40、50。锁定机构允许使用者在装载架70位于所需角度位置处锁定环枢关节77。环枢关节77也可以包含一个或多个制动装置(detent)，其便于在确定的角度位置定位装载架70。作为替代，可以使用例如电动机的驱动器来驱使装载架70围绕环枢关节77做枢轴转动。也可以实施电动机驱动和手动移动的结合。

如所示的，支架82实施为基本垂直的伸缩臂，其长度沿轴87可调节，该轴垂直于枢轴线85。例如电动机的驱动器耦合到合适的传动装置，驱使支架80沿轴87做平移。

反过来，支架82可移动地安装到固定框架95，用于在枢轴线85的方向上线性移动。在所例示的实施例中，固定框架95和天花板或者其它合适的顶部支撑物相连。作为替代，固定框架可以连接到地板、墙或其它支撑物。

例如电动机的驱动器耦合到合适的传动装置，驱使支架90沿着枢轴线85的方向平移。作为替代，操作者或使用者可以手动定位支架90。也可以实施电动机驱动和手动移动的结合。这种顶部支撑系统的细节在授予Hug等的美国专利No.6150662中有描述，通过引用明确地将其合并到这里。

患者支架20在检查区域30中支撑待成像的对象，例如人类患者。如所例示的，支架20表现为病床或者床，其中患者的躯干被放置在基本水平的位置。作为替代，支架20可以包含椅子或者座位，其便利于患者躯干定位于非水平的位置，例如基本垂直或者斜倚着的位置。此外，患者支架20可以是可调整的或者可倾斜的，以便利于定位在这些位置其中多于一个的位置。患者支架20也可以省略，尤其是希望患者被定位于站立位置的情况下。

成像系统12包含重建系统14、台架控制系统16、以及操作者界面18。如本领域常规的，重建系统14处理来自探测器40、50的信号，以重建指示所探测辐射的图像。台架控制器16控制与台架中多个关节关联的驱动器，使得探测器40、50以所希望的轨道绕检查区域和患者运行。操作者界面18以人工可读形式显示所产生的图像，例如在监视器、胶片、或者打印机上。也可以存储数据为电子形式或者将其通过通讯网络传输，用于在远程位置重建和/或观察。操作者界面18也接受操作者输入，以规定扫描规程和其它控制系统操作。

图2A、2B和2C描述了台架10的替代实施例。如上面结合图1A和1B所描述的，台架10包含第一40和第二50辐射感测探测器、探测器支架60、探测器支架装载架70以及相关驱动机构和环枢关节77。同样如上所述的，探测器40、50围绕探测器旋转轴35是可旋转的。同样的，装载架70并且因而探测器40、50围绕枢轴线85枢轴转动。

环枢关节77可移动地安装到基座装置210，用于沿垂直轴87平移。类似地，基座装置210可移动地安装到地板或其它支撑物，用于在平行于枢轴线85的方向上平移。可以结合适当的线性导轨使用合适的线性驱动器来产生这些所需的移动，例如直架(straight rack)和齿轮或者导引螺杆系统。

图2A显示了台架10，其装载架70定位到使得探测器旋转轴35基本水平的位置。换种方式陈述，探测器40、50在基本垂直的平面内绕检查区域运行。图2B显示了台架10，装载架70围绕环枢关节旋转90度，从而探测器旋转轴35基本垂直。换种方式陈述，探测器40、50在基本水平的平面内绕检查区域运行。图2C显示了台架10，装载架70围绕环枢关节旋转，从而探测器旋转轴35偏离垂直面大约45度。换种方式陈述，探测器40、50在偏离水平面大约45度的平面内绕检查区域运行。

图2D显示了台架10，探测器支架60以及从而探测器40、50围绕探测器旋转轴35相比较图2A旋转了大约90度。在两个图中，探测器旋转轴35都描述为水平定向。如应当被理解的，在数据收集中将第一40和第二50探测器旋转90度将获得完整的SPECT数据集。同样如应当被理解的，探测器支架60以及从而探测器40、50的类似旋转可以在探测器旋转轴35定向于其它位置的情况下完成，例如图2B和2C中所显示的位置。

在操作中，待成像的患者或者其它对象以希望的位置放置于支架20上。操作者通过围绕枢轴线85枢轴转动探测器支架装载架70来定位探测器40、50，直到探测器旋转轴35定位到适当位置。

例如在贲门成像中，定位患者于坐位常常是有利的，其中患者的躯干或者纵向轴沿着基本垂直的轴定位。在这种情况下，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器旋转轴35基本垂直。换种方式陈述，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器40、50描绘的轨道平面是基本水平的。在其它应用中，可能有利的是将患者定位到横卧的位置，例如俯卧或仰卧的位置，其中患者的躯干沿着基本水平的轴定位。在这种情况下，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器旋转轴35基本水平。换种方式陈述，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器40、50描绘的轨道平面使基本垂直的。在其它应用中，可能希望定位患者使他或者她既非躺着也非坐着，例如在斜倚着的位置，患者的躯干和垂直面成一角度。在这种情况下，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器旋转轴35和垂直面成相应角度。换种方式陈述，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器40、50描绘的轨道平面和垂直面成一角度。在每种情况下，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器旋转轴35基本平行于患者的纵向轴。换种方式陈述，操作者枢轴转动装载架70，使得探测器40、50描绘的轨道平面基本垂直于患者的躯干。

在其它应用中，例如心脏、肝、膀胱或者其它内部器官的成像，可能希望枢轴转动装载架70，使得探测器旋转轴85和患者的躯干不对准。以这种方式定位装载架70便利于倾斜数据集合的收集，例如关于患者后部或头部的。

在任何情况下，一旦装载架70达到所希望的位置，操作者原地锁定环枢关节77。

操作者还使用操作者界面来规定成像规程以及沿枢轴线85和轴87定位平移驱动器，使得装载架70相对于患者定位到默认或初始位置。在成像过程中，探测器40、50探测伽马辐射，该辐射指示检查区域30中出现的放射性核素衰变。台架控制系统16协调探测器40、50围绕探测器旋转轴35的旋转以及沿枢轴85和垂直轴87的平移，使得探测器40、50围绕患者描绘出所希望的轨道。在一个这样的轨道上，探测器40、50描绘出基本椭圆形的轨道，其中探测器40、50尽可能定位靠近患者的身体。换种方式陈述，台架控制系统16协调探测器40、50围绕探测器旋转轴35的旋转以及装载架70的、进而探测器旋转轴35的平移，使得探测器在所希望的轨道上行进。需要说明的是，探测器40、50不需要围绕检查区域行进完整的360度轨道。例如在图1和2所描述的双探测器的实施例中，探测器40、50各自沿着大约90度的弧运行。还应当说明，在所例示的实施例中，可以仅以相对较小的平移产生适合于人体成像的椭圆轨道。

图像重建系统14使用由探测器40、50收集的数据来产生指示放射性核素衰变的图像。通过操作员界面18提供该图像给操作员。

上面描述的系统包含面对检查区域30的垂直布置的第一40和第二50辐射感测探测器。作为替代，系统可以包含单辐射感测探测器。在这种情况下，探测器支架60、装载架70、以及相关的驱动器优选地被修改以允许探测器旋转或者运行穿过大约180度的弧以收集完整的SPECT数据集合。系统还可以包含彼此间为60度角度关系的三个探测器。更一般地，系统可以包含另外的探测器，围绕成像区域以一定角度相间隔。在每种情况下，旋转的范围可以被适当地修改。

虽然参照常规的闪烁器/光电倍增管探测器对系统进行了描述，但也可以使用其它的探测器技术。例如，可以使用替代的光电探测器，可以是半导体或者其它探测器，其直接将入射辐射转换为电能。此外，可以使用弯曲探测器来实施该系统，该弯曲探测器对着围绕患者的弧的一部分。还应当说明，该台架可以配合适当的探测器和一致的逻辑用于正电子发射型断层成像(PET)系统的操作。

上面参考优选实施例描述了本发明。显然，在阅读并且理解在前的描述的基础上将发现其它的修改和替换。本发明意图解释为包含所有在所附权利要求书或者其等效的范围内的这些修改和替换。

Claims

1.一种检测装置，包含：

第一辐射感测探测器(40)，其探测伽马辐射作为检查区域中放射性核素衰变的指示；以及

台架(10)，其相对于检查区域可移动地支撑所述第一辐射感测探测器，其中第一辐射感测探测器围绕检查区域可选择性地平移和旋转，形成非圆形轨道的运动，并且其中轨道平面在至少第一和第二定向间可调整，

其中，所述台架(10)包括：

第一支架(82)；

第一弓形支架(70)，其中第一弓形支架支撑第一辐射感测探测器用于围绕探测器旋转轴旋转，并且其中弓形支架可操作地连接到第一支架用于围绕枢轴线作枢轴转动，由此枢轴转动该第一弓形支架以调整轨道平面。

2.权利要求1所述的检测装置，其中检查区域适合于容纳人类患者并且其中轨道平面在两个位置之间可调整，第一位置中的轨道平面基本垂直于处于斜倚位的患者的纵向轴，第二位置中的轨道平面基本垂直于处于坐位或者横卧位的患者的纵向轴。

3.权利要求2所述的检测装置，其中轨道平面在90度的范围内可调整。

4.权利要求1所述的检测装置，其中枢轴线垂直于探测器旋转轴。

5.权利要求4所述的检测装置，其中第一支架可在平行于枢轴线的第一方向以及垂直于枢轴线的第二方向平移。

6.权利要求4所述的检测装置，进一步包括：

垂直驱动器，可操作地连接到第一支架，在垂直方向上选择性地平移第一支架；以及

水平驱动器，可操作地连接到第一支架，在水平方向上选择性地平移第一支架。

7.权利要求1所述的检测装置，进一步包括第二弓形支架，其中第一辐射感测探测器固定安装到第二弓形支架，并且其中第二弓形支架可操作地连接到第一弓形支架用于围绕探测器旋转轴旋转。

8.权利要求7所述的检测装置，进一步包括可操作地连接到第一和第二弓形支架的弯曲架和齿轮。

9.权利要求1所述的检测装置，进一步包括：

第二辐射感测探测器，其探测伽马辐射作为检查区域中放射性核素衰变的指示，其中第一弓形支架支撑第二辐射感测探测器用于围绕探测器旋转轴旋转，并且其中第一辐射感测探测器和第二辐射感测探测器布置为垂直结构。

10.权利要求1所述的检测装置，进一步包括：

图像重建系统，可操作地连接到第一辐射感测探测器；以及

驱动系统，用于选择性地控制第一探测器的平移和旋转。

11.权利要求9所述的检测装置，其中轨道基本是椭圆形的。

12.权利要求1所述的装置，进一步包括在围绕检查区域的弧上布置的多个辐射感测探测器。

13.权利要求9所述的检测装置，包括第三辐射感测探测器，其中所述第一、第二和第三辐射感测探测器布置为60度结构。

14.一种探测装置，包括：

第一支架；

第一c形支架；

环枢关节，具有水平的枢轴线并且可操作地连接到第一c形支架和第一支架；

第一和第二辐射感测探测器，其探测伽马辐射作为检查区域中出现的放射性核素衰变的指示，第一和第二辐射感测探测器布置为垂直结构并且可操作地连接到第一c形支架用于围绕探测器旋转轴旋转，探测器旋转轴垂直于枢轴线；

其中第一c形支架在两个位置间可枢轴转动，第一位置中的探测器旋转轴平行于布置于检查区域中的斜倚位置的人类对象的纵向轴，第二位置中的探测器旋转轴平行于布置于检查区域中的处于横卧或垂直位置的人类对象的纵向轴。

15.权利要求14所述的探测装置，其中第一c形支架可枢轴转动的范围包含探测器旋转轴处于水平方向的第一位置和探测器旋转轴处于垂直方向的第二位置。

16.权利要求15所述的探测装置，进一步包括：

驱使探测器围绕探测器旋转轴旋转的驱动器；

在平行于枢轴线方向上平移第一支架的驱动器；以及

在垂直方向上平移第一支架的驱动器。

17.权利要求16所述的探测装置，进一步包含控制系统，其协调驱动器的运动使得探测器围绕检查区域以非圆形轨道运行。

18.权利要求17所述的探测装置，其中轨道基本是椭圆形并且具有大约90度的范围。

19.权利要求16所述的探测装置，其中该装置适合于地面安装。

20.权利要求14所述的探测装置，进一步包括第二c形支架，其中第一和第二辐射感测探测器由第二c形支架支撑以随其移动，并且其中驱使探测器围绕探测器旋转轴旋转的驱动器包含可操作地连接到第一c形支架和第二c形支架的弯曲架和齿轮。

21.权利要求14所述的探测装置，进一步包括适合于支撑处于斜倚着的位置以及横卧和坐位两者中至少一个位置的对象的对象支架。