CN102256547A - C型臂x射线系统 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的C型臂x射线系统提供了一种系统，其提供至少一次x射线束投射和辅助投射，而无需重新布置或移动C型臂的元件，以避免由于支撑C型臂的机械挠曲导致的不精确。这是通过包括主x射线源和至少一个辅助x射线源来实现的，辅助x射线源具有比主x射线源低的连续辐射功率并机械耦合到主x射线源，其被形成为基于冷碳纳米管的场发射器。
Description
技术领域
本发明涉及C型臂x射线系统的领域，并且具体而言，涉及用于主x射线源和至少一个辅助x射线源的支座，辅助x射线源为多平面图像映射提供附加的可用x射线束，探测并处理x射线束以获得附加的投影图像信息而无需移动C型臂的位置。
背景技术
X射线技术被广泛用于医学、工业和安全成像目的。利用常规的x射线成像实现医学目的的当前C型臂x射线机器的设计对三维对象进行曝光以形成二维图像。结果，丢失了在投影方向上的3D空间分辨率。这种局限可以通过使用C型臂系统并将C型臂移动到不同位置以利用所谓的多平面映射从不同观察点获得感兴趣对象的图像来克服。
具体而言，心血管手术对x射线系统提出了很高的要求。在规划和执行心血管手术或导管操控期间，不同投影的附加信息是非常重要的。在现有技术中，可以利用C型臂通过体积成像方法实现这一目的。
详细地讲，为了利用当前的C型臂装置进行体成像，C型臂的源和探测器绕感兴趣对象，例如患者，在圆形轨迹上旋转超过180度，或者获得3D空间深度信息。获得对象的若干相继映射图像以实现用于构造被扫描体积完整三维数据集的数据。C型臂承载辐射源和探测器，在当前实施例中两者的物理重量都很大。在C型臂在半圆形轨迹上旋转期间，两个装置上的重力都是垂直作用的，由此在整个动作期间重力作用于C型臂上的负担随着C型臂的旋转而变化，并且由此这导致C型臂构造发生机械变形。例如，如果C型臂的旋转始于水平位置，并且C型臂转动180度到达相反的水平位置，由于探测器和x射线管的重量的原因，作用于C型臂末端的重力导致C型臂发生最大的机械挠曲。结果，尽管探测器和辐射源并非彼此相对布置的，但变形诱使探测器和辐射源对准情况取决于旋转的变化。当前C型臂构造的这一缺点导致在感兴趣对象数据的多平面映射中形成伪影。
美国专利申请No.2004/066907A1公开了一种医学x射线诊断设备，其具有附接至C型臂的第一x射线辐射器以及在支撑装置处与C型臂分立安装的第二x射线辐射器，支架装置可以附接至静止结构。将辐射接收器附接至C型臂，辐射接收器任选地探测第一x射线辐射器发射的x射线或第二x射线辐射器发射的x射线。优选地，可以绕垂直地驻留在C型臂限定的平面上的轴旋转辐射接收器。利用这种x射线诊断设备，可以实施针对常规C型臂装置的标准检查，并可以在采用第二X射线辐射器时生成计算机断层摄影曝光。
PCT申请WO 2006/090323公开了一种用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影设备，该计算机断层摄影设备包括适于向感兴趣对象发射电磁辐射的第一电磁辐射源、适于向感兴趣对象发射电磁辐射的第二电磁辐射源、适于探测第一电磁辐射源和第二电磁辐射源生成的并在感兴趣对象上散射的电磁辐射的至少一个探测装置，以及适于基于对从至少一个探测装置接收到的探测信号的分析确定关于感兴趣对象的结构信息的确定单元。
发明内容
本发明的目的是提供一种系统，其利用至少一次x射线束投射和辅助投射，无需重新布置或移动C型臂的元件，避免了由于支撑C型臂的机械挠曲造成的不精确。
将通过本权利要求1的特征实现这一目的，权利要求主张一种用于x射线系统的C型臂，包括：主x射线源、将C型臂耦合到支座的耦合装置、至少一个辅助x射线源，所述辅助x射线源具有比主x射线源低的连续辐射功率并机械地耦合到主x射线源。
C型臂装备有固定装置，以允许由移动或静止支撑装置支撑C型臂，其还允许在高度方向(elevation)上移动C型臂并在圆形轨迹或医生手术室、重症监护室(ICU)等中的其他方向上转动C型臂。
本发明的突出优点是在手术室中的手术期间实现了对感兴趣对象的附加投射，这是高度必要的，例如，为了提供关于血管中导管布置的详细信息。如果平行于主投射束的x射线方向推进导管，则非常希望从不同的观察点快速获得多平面映射，以便获得推进中导管的3D空间成像信息。然而，在实际应用中，不希望在手术室中移动或旋转C型臂，因为在手术期间生命支持系统和其他装置的软管和管路形式的障碍物附接到患者身上，这限制了C型臂的运动。
此外，C型臂提供了形成为固定阳极x射线源的至少一个x射线源，有利的是基于冷阴极的x射线管，例如基于碳纳米管的场发射器，与常规x射线发生器相比，其能够以对空间、功率和局部冷却的有限需求生成x射线辐射，但同时具有快速开关能力的优点。本领域技术人员将会想到若干应用，在本发明中，例如利用CNT生成的短期x射线闪烁允许医学执业者从不同位置拍摄x射线图像。此外，移动或转动C型臂延长了手术时间并且必然增大手术期间患者的健康风险。在多平面映射的辅助下，即使是对组织曝光的x射线束强度的很小差异也可以被发现。因此，可以降低施用造影剂的必要性。
此外，至少两个基于碳纳米管的发射器形成碳纳米管x射线源矩阵，其有利地允许通过作为主x射线源的补充或替换临时非常快速地开启基于碳纳米管的x射线源来拍摄3D空间或半三维图像，这允许组合式地将电源设备用于所有种类的管，即，高压功率发生器等。
此外，由于在支座上与主x射线源一起提供了至少一个辅助x射线源，并且作为主x射线源的补充或替代临时被开启，这允许医学执业者有更多灵活性，例如在手术中映射连续发生的事件。此外，对于C型臂而言，另一个优点是能够在整个成像过程期间将C型臂保持在静止位置。患者几乎不或不经受应力，应力可能导致任何异常的错误指示，例如血压升高、心率升高或肾上腺素水平升高。
此外，提供了一种用于x射线系统的C型臂，其中，为主x射线源和至少一个辅助x射线源提供不同的电压。这允许以不同对比度拍摄若干图像，这样有利地允许显示例如组织并对癌症成像。
此外，还提供了主x射线源和至少一个辅助x射线源以通过开关装置连接到公共高压发生器，从而将电功率分配到主x射线源和至少一个辅助x射线源。这样有利地允许附加的技术特征，而无需或需要很少技术工作，并且结果额外成本也很少。
此外，本发明提供了一种C型臂，其中，提供了对至少一个辅助x射线源的冷却作为局部冷却。与主x射线装置的冷却相比，至少一个辅助x射线源的冷却的形成较不昂贵。为备选实施例提供比空气或水冷却较不昂贵的冷却，并将为辅助x射线管形成充分的冷却手段。
此外，本发明还具体化为一种具有C型臂的x射线系统，包括：主x射线源、将C型臂布置到支座的耦合装置、至少一个辅助x射线源以及探测器，辅助x射线源具有比主x射线源低的连续功率并机械耦合到主x射线源。
此外，具有C型臂的x射线系统还实现了，来自主x射线源和至少一个辅助x射线的射线路径分别指向所述探测器，并且可以通过处理投射在所述探测器上的x射线图像提取三维空间信息。这样有利地能够利用适当的软件将感兴趣对象的若干图像组合成3D空间投影图像，这是作为主x射线源的补充或替代临时被开启的。就心血管手术的所有情况而言，x射线系统允许医学执业者在比现有技术的成像方法给患者带来较少不便的情况下，进行更详细的规划和实施。
此外，本发明的目的是提供一种获取三维图像的方法，其保持C型臂的位置总体静止，并允许连续访问感兴趣对象以实现从多个位置发射x射线，其包括以下步骤：从主x射线源提供感兴趣对象的投影，从至少一个辅助x射线源提供感兴趣对象的投影，以及从感兴趣对象的第一和至少第二路径的射线投影图像生成感兴趣对象的3D空间信息。
涉及本发明的方法允许医学执业者以高度灵活性从不同视角拍摄x射线图像，并拍摄半3D图像，而无需机械转动C型臂并能够节省造影剂液体的应用。
附图说明
在下文中，将参考实施例的范例更为详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
图1示出了根据本发明的第一实施例的C型臂x射线系统；
图2示出了根据本发明的实施例的C型臂x射线系统支座的示意图。
具体实施方式
附图中对本发明的例示是示意性的。在不同的附图中，为类似或等同的元件提供相同的附图标记。
通常，手术对患者造成的治疗风险随着治疗时间的增加而增加。因此，一个主要目的是保持必要的治疗时间尽可能短。医学成像系统应当有利地提供感兴趣对象的多平面映射。多平面图像映射使二维x射线图像增加了空间信息，从而便于在定位导管期间进行取向，减少了对造影剂的需求并减少了导管在血管中的驻留时间。同时，借助于多平面图像映射可以减少对血管中狭窄症的分类。
如图1所示，C型臂布置在患者台17上，探测器10布置在患者台17上方，而主x射线源16放置于患者台17下方。辅助x射线管与主x射线管相邻并放置于主x射线管左右。C型臂18可以在水平和垂直方位角以及在高度方向上旋转。在本发明的优选实施例中，辅助支撑臂11提供两个辅助x射线管12、14。可以将辅助管12、14形成为与主管16相邻的辅助的，例如“C形”臂或辅助支撑11上的小“盒子”。作为一项选择，可以放置超过两个管和/或可以在支撑臂上改变这些管的位置。作为另一高级实施例，可以将管形成为具有基于碳纳米管的场发射器、例如基于碳纳米管(CNT)的场发射器的x射线发射器，其可以替代热离子真空管x射线发射器作为源，其中，在支撑上形成的列或行中相邻对齐至少两个碳纳米管，稍后将对此进行描述。
辅助X射线源可以是固定阳极X射线源，其具有基于碳纳米管(CNT)的场发射器而不是热电子发射器。碳纳米管涂布在结构化的衬底上，以在衬底前方与电极一起构建电子场发射器并被放在共同使用的热电子发射器的位置上的x射线管中。这种场发射器的优点是快速切换的能力以及对衬底进行结构化以从若干份发射器形成不同发射器几何结构或矩阵结构的选择。
在另一实施例中，C型臂系统安装在手推车支架上并提供移动C型臂系统。移动C型臂系统提供与静止安装相同的特征，但允许应用于更小的手术室或急诊室中。
本发明提供了一种无需移动C型臂就从不同视角和观察角度进行多平面映射的系统。相反，与主x射线管相邻在辅助支架上的辅助x射线管向探测器10发送x射线束的短暂闪烁。避免了C型臂的机械旋转。因此，不会由于x射线源和探测器10的重力导致的位错发生C型臂的挠曲。
当前的x射线管，像系统的主x射线管，是高性能管，即其装备有旋转阳极系统和/或流体金属，以便在利用热电子发射器进行长时间的x射线发射操作期间实现高性能。
此外，辅助x射线管装备有旋转阳极系统和/或流体金属，但那些管提供CNT作为电子发射器。辅助x射线管不会工作很长时间，而是用于短暂和临时的闪烁。对闪烁x射线管的工作性能和持续时间的需求低于连续操作主x射线管的需求，尤其是在冷却和连续输出性能方面的要求。
因此，辅助x射线管12、14用于执行短暂和临时的x射线投射作为x射线闪烁，这能够使管复杂性和成本都较低。在一些情况下，即对于冷阴极管而言，周围空气对流的局部冷却是充分的，在其他情况下，空气或水冷却会是充分的。
在本发明的又一实施例中，多个x射线源中的每个x射线源都包括冷阴极x射线源。多个x射线源的每个个体x射线源可以包括冷阴极装置，所述冷阴极装置包括单一阴极和单一阳极元件。可以有利地使用冷阴极装置减小x射线源的尺寸和重量，以便于小型化和/或允许在给定区域中包含更大数量的x射线源。
在一个具体实施例中，至少一个辅助x射线源12、14位于与主x射线源相邻的辅助支架11处。可以将辅助支架设计成能够以主x射线源为固定中心点旋转，并提供辅助x射线管。在优选实施例中，辅助支架臂装备有伺服电动机或把手，以便允许医学执业者自动或手动转动辅助支架臂，这样能够在水平平面中进行不同位置的多次假想映射。这样简化了操作并能够灵活使用C型臂。一个或多个辅助x射线源12、14可以安装在支座上，并优选移动辅助x射线源在臂上的位置，以便具有从不同位置的多个辐照。此外，通过使用x射线源矩阵，将能够映射若干投影，并且然后实现感兴趣对象的三维图像。
在本发明的另一实施例中，将由至少一个碳纳米管形成x射线源。使用碳纳米管矩阵也是可能的。
在本发明的另一实施例中，冷阴极x射线源包括碳纳米管(CNT)。CNT是良好的场发射器或所谓的冷阴极。使用冷阴极的优点包括与热电子源相比功耗较低、鲁棒性更大并且开关更快。
冷阴极给出了附加的优点，即更高的分辨率、更快的脉冲工作和瞬间开启行为。冷却要求没有那么严格，这样实现了更低的设置和运行成本以及设计自由度。使用冷阴极的重要优点是可能瞬间发射x射线，其中，x射线源中的冷阴极和目标阳极之间施加提取场的时刻开始的x射线发射。这便于更快地成像。使用冷阴极x射线源的其他优点包括可能使成像设备小型化。
扩展多个CNT或CNT阵列，可以实现若干不同投射角下的投影，并且这样能够采集空间图像，即3D或半3D信息映射。
在另一实施例中，利用具有与主管不同电平的电压驱动至少一个附加的CNT X射线管。这样能够在扫描期间进行多能量成像，其中，由不同x射线管拍摄的图片具有不同的特征(例如对比度)。
在本发明的另一实施例中，在成像设备工作时，布置至少一个辅助x射线源以对静止对象进行投射，其中，定位探测器10以从至少一个x射线源12、14接收x射线。所实现的布置的优点是，在C型臂布置成静止时，减少了与成像设备设计相关联的机械问题。此外，静止成像设置便于消除由于成像设备或患者运动或旋转造成的伪影。本领域技术人员应当认识到，简化了3D图像的生成。
图2示出了本发明优选实施例的示意概要。在这种情况下，有第一x射线源11和辅助x射线源12、16。示意性地绘示了从相应x射线源和探测器10离开的x射线束。
尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明，但是应当将这样的图示和说明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员能够在实践所主张的本发明的过程中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。可以通过单个处理器或其他单元实现权利要求中陈述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布于适当介质上，例如与其他硬件一起供应或作为其他硬件的一部分供应的光存储介质或固态介质上，但也可以分布于其他形式中，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被视为具有限制范围的作用。
Claims (10)
1.一种用于x射线系统的C型臂，包括：
-主x射线源；
-用于将所述C型臂布置到支座上的耦合装置；
-至少一个辅助x射线源，其具有比所述主x射线源低的连续辐射功率并机械耦合到所述主x射线源。
2.根据权利要求1所述的C型臂，其中，利用基于碳纳米管的场发射器实现至少一个x射线源。
3.根据权利要求1-2所述的C型臂，其中，至少两个x射线源形成碳纳米管矩阵。
4.根据权利要求1-3所述的C型臂，其中，所述至少一个辅助x射线源与所述主x射线源一起设置在支座处，并作为所述主x射线源的补充或备选被临时开启。
5.根据权利要求1-3所述的C型臂，其中，提供所述主x射线源和所述至少一个辅助x射线通过开关装置连接到公共高压发生器，从而将电功率分配到所述主x射线源和所述至少一个辅助x射线源。
6.根据权利要求1-3所述的C型臂，其中，为所述主x射线源和所述至少一个辅助x射线源提供不同的电压。
7.根据权利要求1-3所述的C型臂，其中，提供对所述至少一个辅助x射线源的冷却作为局部冷却。
8.一种x射线系统，其具有根据权利要求1所述的C型臂和探测器。
9.一种x射线系统，其具有根据权利要求8所述的C型臂，其中，来自主x射线源和至少一个辅助x射线的射线路径分别指向探测器，并且能够通过处理投射在所述探测器上的x射线图像提取3D空间信息。
10.一种方法，其用于通过保持C型臂的位置总体静止不动并允许连续访问感兴趣对象，从多个位置实现发射x射线，来获取三维图像，包括以下步骤：
-从主x射线源提供所述感兴趣对象的投影，
-从至少一个辅助x射线源提供所述感兴趣对象的投影，以及
-从所述感兴趣对象的第一和至少第二投影生成所述感兴趣对象的3D空间图像信息。
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