CN102202577B

CN102202577B - 受控的机架不平衡

Info

Publication number: CN102202577B
Application number: CN200980143818.6A
Authority: CN
Inventors: R·B·夏普莱斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: US20110200176A1; RU2011122672A; WO2010052623A1; RU2523127C2; CN102202577A; EP2341833B1; US8807833B2; JP5562343B2; JP2012507330A; EP2341833A1

Abstract

一种成像系统，包括静止框架(104)和可绕枢轴转动的框架(106)，可绕枢轴转动的框架可绕枢轴转动地附接到所述静止框架(104)并被配置成关于横轴(108)绕枢轴转动。旋转框架(110)，所述旋转框架由可绕枢轴转动部分(106)可旋转地支撑并被配置成关于纵轴(114)绕检查区域(112)旋转，以及旋转框架平衡器(118)有选择地引入旋转框架质量不平衡。辐射源(116)固定到所述旋转框架(110)并从焦斑发射辐射，其中，所述辐射贯穿所述检查区域(112)。探测器阵列(128)探测贯穿所述检查区域(112)的辐射并生成指示所述辐射的信号。

Description

受控的机架不平衡

下文涉及成像系统，并且具体与计算机断层摄影(CT)成像一起应用。然而，其还适于其他医学成像应用和非医学成像应用。

计算机断层摄影(CT)扫描器一般包括x射线管和探测从x射线管发射的辐射的探测器阵列。x射线管和探测器阵列固定在检查区域的对侧的转子上。转子由静止框架可旋转地支撑并关于纵轴绕检查区域旋转，从而使x射线管和探测器阵列绕检查区域旋转。患者支撑物支撑检查区域中的对象或受检者。在转子上有选择地放置重物以使转子质量平衡。通常，在制造期间将重物静止固定到转子上。遗憾的是，在质量不平衡时，作用于固定到转子的部件上的径向力往往令转子在旋转时出现不希望有的摇摆。摇摆的程度基于各种因素，诸如不平衡的程度、转子的旋转速度、支撑结构的刚度等。

在转子以及因此x射线管绕检查区域旋转时，x射线管从焦斑发射辐射，辐射贯穿检查区域和置于其中的对象或受检者并照射探测器阵列。源准直器用于准直辐射，使得大致为锥形、扇形或楔形的辐射束贯穿检查区域。对于锥形射束计算机断层摄影而言，需要对感兴趣体积(VOI)进行完全采样以重建VOI并且无锥形射束伪影。然而，采用绕检查区域的圆形辐射源轨线的常规锥形射束CT扫描技术不能提供完全采样。事实上，所得的数据集是不完全的，因为对VOI的一些部分的采样是不完全的。

当使用圆形轨线与锥形射束CT获得完全采样的一种方法是执行圆和线扫描，然后将扫描组合在一起。然而，这需要多次扫描，其可能增加扫描时间、运动伪影和患者剂量。在备选方法中，辐射源遵循鞍形轨线以实现对VOI的完全采样。Pack等人在Phys.Med.Biol.，vol.49，No.11(2004)，第2317-2336页的文献“Investigation of a saddle trajectory for cardiac CTimaging in cone-beam geometry”中描述了这样的轨线。遗憾的是，为了实现这样的轨线，必须在扫描流程期间沿着z轴来回移动x射线管、焦斑和/或患者。

本文的各方面解决了上述问题和/或其他问题。

根据一个方面，一种成像系统，包括静止框架和可绕枢轴转动(pivotable)框架，所述可绕枢轴转动的框架可绕枢轴转动地附接到静止框架并被配置成关于横轴绕枢轴转动。旋转框架由可绕枢轴转动部分可旋转地支撑并被配置成关于纵轴绕检查区域旋转，并且旋转框架平衡器有选择地引入旋转框架质量不平衡。辐射源固定到旋转框架并从焦斑发射辐射，其中，所述辐射贯穿检查区域。探测器阵列探测贯穿检查区域的辐射并生成指示所述辐射的信号。

根据另一方面，一种方法，包括有选择地创建旋转框架质量不平衡，其中，旋转框架是成像系统的一部分并支撑成像系统的辐射源。

根据另一方面，一种创建旋转框架质量不平衡的设备，其包括配置成固定到旋转框架的轴承；配置成固定到轴承的可移动的质量块(mass)；使轴承致动的电动机；以及使电动机致动以移动轴承的控制器，所述轴承在至少第一位置和第二位置之间移动可移动的质量块，其中，第一位置对应于第一质量不平衡。

本发明可以具体化为不同的部件或部件布置，以及具体化为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为是对本发明的限制。

图1图示了一种成像系统。

图2图示了范例旋转框架平衡器。

图3-6图示了在其中引入了不平衡的范例。

图7图示了旋转框架平衡器和辐射源的相对位置。

图8图示了其中旋转框架得到平衡的范例。

图9-11图示了范例方法。

图1图示了扫描器或成像系统100，其包括静止框架104和可绕枢轴转动或绕枢轴转动的框架106，框架106可绕枢轴转动地固定到静止框架104，并被配置成关于横向或x轴108绕枢轴转动。

所述成像系统还包括旋转框架110，其由绕枢轴转动的框架106经由轴承等可旋转地支撑。旋转框架110关于纵向或z轴114绕检查区域112旋转并与绕枢轴转动的框架106一起关于枢轴108转动。

诸如x射线管的辐射源116耦合到旋转框架110并与旋转框架一起旋转和绕枢轴转动。在旋转框架110旋转时，辐射源116能够从焦斑发射辐射，所述辐射遵循扫描轨线。合适的扫描轨线包括，但不限于鞍形、圆形和椭圆形扫描轨线。源准直器用于准直辐射，使得大致为锥形、扇形、楔形或其他形状的辐射束贯穿检查区域112。

旋转框架平衡器118关于z轴114可控地使旋转框架110以及因此辐射源116绕枢轴转动。在一种情况下，旋转框架平衡器118在扫描期间可控地使旋转框架110绕枢轴转动以移动焦斑通过预定的轨线，所述轨线包括上述轨线中的一条，诸如鞍形轨线。这样一来，当系统100被配置成用于进行锥形射束扫描时，能够获得用于重建的完整数据集。

旋转框架平衡器118通过引入受控的旋转框架质量不平衡可控地使旋转框架110绕枢轴转动。如下文更为详细的描述，可以通过沿z轴114有选择地定位固定到旋转框架110的可移动的质量块来实现这一目的。在一种情况下，这利用了旋转框架110的动态不平衡，从而通过使用特定放置的质量块或针对绕枢轴转动的框架106的质量属性和基部104的刚度调谐的不平衡激励这种固有运动来提供固有的鞍形轨线。

控制器或控制部件122控制旋转框架平衡器118。这样的控制可以基于所选择的扫描规程和/或其他。控制部件122可以是旋转框架平衡器118的一部分或如图所示的分立部件。可以采用一个或多个传感器来感测可移动的质量块、旋转框架114、静止框架104和/或系统的其他部件的位置。这种感测的信息可以反馈环路中使用和/或以其他方式使用，和/或用于方便控制可移动的质量块。

图示的实施例还包括对抗(counter)质量块124，例如，当可移动的质量块位于特定位置时，对抗质量块能够用于对抗可移动的质量块，以使旋转框架110得到质量平衡。图示的实施例还包括阻尼器126，其便于旋转框架110绕枢轴转动。

探测器阵列128固定到旋转框架110并在辐射源116的对面、即检查区域112的对侧成一定角度的弧。探测器阵列128包括沿着横向延伸的一行或多行辐射敏感的像素。辐射敏感的像素探测贯穿检查区域112的辐射并分别生成指示所述辐射的信号。

重建器130重建由探测器阵列128生成的信号并生成指示检查区域112的体积图像数据。

诸如床的患者支撑物(未示出)在检查区域112中支撑患者。患者支撑物可以沿x、y和/或z轴移动。

通用计算机系统充当操作员控制台132，其包括诸如键盘和/或鼠标的输入装置和诸如显示器和/或打印机的人可读输出装置。驻留在计算系统上的软件例如通过经用户选择的扫描规程和/或以其他方式提供旋转框架不平衡指令来控制系统100的操作。

图2图示了旋转框架平衡器118的非限制性范例。在本范例中，旋转框架平衡器118包括固定到旋转框架110并沿z轴114从其延伸的轴承202、驱动轴承202的电动机204等，以及固定到轴承202并沿z轴114平移的可移动的质量块206。轴承202可以是任何类型的轴承，包括，但不限于滑动轴承、丝杆、球轴承等。

控制部件122向电动机204发送指示可移动的质量块206沿z轴114的位置的控制信号。作为响应，电动机204驱动轴承202，轴承202将可移动的质量块206平移到所述位置。适当的位置包括更接近旋转框架110的第一位置208、距离旋转框架110相对较远的第二位置209和/或其间的一个或多个位置。至少一个位置使质量平衡，并且至少另一位置引入受控的质量不平衡。

在图示的实施例中，对抗质量块124位于旋转框架平衡器118的对面、即检查区域112对侧的旋转框架110上。在图示的范例中，当可移动的质量块206位于第一位置时旋转框架110基本平衡，而当可移动的质量块位于另一位置时，旋转框架110不平衡。通过沿z轴114有选择地平移可移动的质量块206可以调节不平衡的程度。

阻尼器126包括弹簧机构210，弹簧机构210具有固定到基部104的第一端部212以及固定到绕枢轴转动的框架106的第二端部214。图示的实施例包括两个阻尼器126。然而，应当认识到，其他实施例可以包括单个或多于两个阻尼器126。此外，可以附加或备选地使用其他阻尼器，诸如冲击(shock)、活塞等。

图3、4、5和6图示了成像系统100的侧视图。图3示出了静止旋转框架110，其中，可移动的质量块206大致位于第二位置209。这样一来，在本范例中，可移动的质量块206和质量块124相对彼此位于平面之外，则旋转框架110未平衡或不平衡。

图4、5和6针对三个不同的角位置示出了当可移动的质量块206大致在第二位置209(如图3所示)且旋转框架110正在旋转时旋转框架110的绕枢轴转动的运动。图4图示了当辐射源116位于大致十二点钟位置或零度时的旋转框架110。在质量块206和124相对彼此位于平面之外的情况下，作用于质量块206和124上的径向力302往往会导致旋转框架110关于x轴108在第一方向沿z轴114绕枢轴转动。

图5图示了当辐射源116位于大致六点钟位置或与十二点钟相对的180度时的旋转框架110。同样地，质量块206和124相对彼此位于平面之外，作用于质量块206和124上的径向力302往往会导致旋转框架110关于x轴108绕枢轴转动。然而，在六点钟位置，旋转框架110沿z轴114在与第一方向相反的第二方向上绕枢轴转动。

图6图示了当辐射源116位于大致九点钟位置时的旋转框架110。如图所示，当辐射源在这一位置时，旋转框架110不绕枢轴转动。在一种情况下，支撑框架的刚度显著阻尼或消除了径向力302。同样地，当辐射源116位于大致三点钟位置时，旋转框架110不绕枢轴转动。

图7图示了在旋转框架110上放置质量块206和124的非限制性范例。对于图7，假设旋转框架110沿逆时针方向旋转。如图所示，质量块206沿旋转方向从辐射源116角偏移角度α702，而质量块124位于质量块206对面。

在图3-6的范例中，设置α702的值，使得当辐射源116处在十二点钟或六点钟位置(零/360或180度)时，焦斑沿z轴114位移最大，而当辐射源116处在三点钟或九点钟位置(90或270度)时，焦斑沿z轴114位移最小。在其他实施例中，对成像系统进行其他配置，使得最大位移发生在另一角位置。在另一实施例中，α＝90并且没有阻尼，对于特定的不平衡，管和探测器位移最大。

影响角度α702的因素包括，但不限于，绕枢轴旋转的框架106的惯性、旋转框架110被配置的旋转速度、旋转框架110的刚度、阻尼器126的阻尼和/或其他因素。还以其他方式设置角度α702，诸如增大或减小角度，以改变焦斑沿z轴114位移最大化和/或最小化位移的角位置。在另一种情况下，可以根据成像规程修改角度α702。

图8图示了当可移动的质量块206大致处在第一位置208时旋转框架110的运动。当辐射源116位于这一位置时，在所有角位置，旋转框架110基本都是平衡的，因为质量块206和124都以基本相同的规划定位，并且径向力302彼此抵消了。这样一来，可以通过圆形轨线旋转焦斑。

在另一实施例中，省略对抗质量块124和阻尼器126中的至少一个。

在另一实施例中，使用致动器臂推拉旋转框架110以使旋转框架110绕枢轴转动。这样的臂可以包括固定到绕枢轴转动的框架106的一端以及固定到基部104的另一端。因此，当旋转框架110旋转时，所述臂能够可控地伸展和收缩，以使绕枢轴转动的框架106以及因此旋转框架110和焦斑绕枢轴转动。

在另一实施例中，可移动的质量块206备选或附加地被配置成沿圆周运动以便引入不平衡。

图9图示了第一种方法。应当认识到，以下动作可以按不同的次序发生，并且在其他实施例中，可以采用更多、更少和/或不同的动作。

在902，相对于旋转框架110沿至少z轴114适当地定位可移动的质量块206，从而在旋转框架110上可控地引入质量不平衡。

在904，根据所选择的扫描规程，将旋转框架110逐渐升高到一旋转速度。

在906，不平衡导致旋转框架110在其绕基于z轴旋转的同时关于x轴108可控地绕枢轴转动。

在908，焦斑遵循着这种运动生成的轨线。如上所述，所述轨线可以是鞍形或其他轨线。

在910，执行扫描。

图10图示了另一种方法。同样地，应当认识到，以下动作可以按不同的次序发生，并且在其他实施例中，可以采用更多、更少和/或不同的动作。

在1002，相对于旋转框架110沿至少z轴114适当定位可移动的质量块206，以使旋转框架110平衡。

在1004，根据所选择的扫描规程，将旋转框架110逐渐升高到一速度。

在1006，在旋转框架110质量平衡时，焦斑遵循圆形轨线。

在1008，执行扫描。

图11图示了另一种方法。

在1102，根据所选择的扫描规程，将旋转框架110逐渐升高到一速度。

在1104，可移动的质量块206在扫描期间沿着z轴114动态可控地平移到一个或多个位置。

在1106，焦斑遵循着这种运动生成的轨线。

本文已经参考各实施例描述了本发明。在阅读本文的描述后，他人可以想到修改和变型。这意味着，应当将本发明解释为包括所有此类落在权利要求以及与其等价的范围内的修改和变型。

Claims

1.一种成像系统，包括：

静止框架（104）；

能绕枢轴转动的框架（106），其能绕枢轴转动地附接到所述静止框架（104）并被配置成关于横轴（108）绕枢轴转动；

旋转框架（110），其由所述能绕枢轴转动的框架（106）旋转地支撑并被配置成关于纵轴（114）绕检查区域（112）旋转；

旋转框架平衡器（118），其被配置成在扫描受检者期间有选择地引入旋转框架质量不平衡，从而能控制地使旋转框架（110）绕枢轴转动以移动焦斑通过预定的扫描轨线；

辐射源（116），其固定到所述旋转框架（110）并从所述焦斑发射辐射，其中，所述辐射贯穿所述检查区域（112）；以及

探测器阵列（128），其探测贯穿所述检查区域（112）的辐射并生成指示所述辐射的信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述不平衡导致所述能绕枢轴转动的框架（106）在所述旋转框架（110）绕所述纵轴（114）旋转的同时关于所述横轴（108）来回绕枢轴转动。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，绕枢轴转动的旋转框架（110）沿所述纵轴（114）来回平移所述焦斑。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫描轨线为鞍形轨线。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述旋转框架平衡器（118）包括被配置成沿所述纵轴（114）平移的能移动的质量块（206）。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述旋转框架平衡器（118）还包括：

轴承（202），其固定到所述旋转框架（110）；

电动机（204），其使所述轴承（202）致动；以及

控制器（122），其控制所述电动机（204），其中，所述能移动的质量块（206）固定到所述轴承（202），并且所述控制器（122）提供使所述电动机（204）致动以移动所述轴承（202）的控制信号，从而移动所述能移动的质量块（206）。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括：

对抗质量块（124），其位于所述旋转框架（110）上，在所述旋转框架平衡器（118）对面，所述检查区域（112）的对侧。

8.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述旋转框架平衡器（118）从所述辐射源（116）角偏移角度α（702）。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述角度α（702）至少确定所述焦斑沿所述纵轴（114）的最大位移。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述角度α（702）是成像规程的函数。

11.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，还包括阻尼器（126），其对所述能绕枢轴转动的框架（106）的绕枢轴的转动进行阻尼。

12.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述旋转框架平衡器（118）在所述旋转框架（110）旋转的同时改变所述质量不平衡。

13.一种成像方法，包括在基于扫描的感兴趣的焦斑轨线扫描受检者期间有选择地生成旋转框架（110）质量不平衡，从而能控制地使旋转框架（110）绕枢轴转动以移动焦斑通过预定的扫描轨线，其中，所述旋转框架（110）是成像系统（100）的一部分并且支撑所述成像系统（100）的辐射源（116）。