CN1026059C - 层析x光摄象机 - Google Patents

Abstract

一种层析X光摄象装置，其中包含有一个病床装置、一个环绕病床且位于与病床交叉的想象平面上的层析X光摄象装置以及支承病床和层析摄象装置的支承装置，在支承装置中设有驱动机构以使层析摄象装置能沿病床长度方向移动。这种层析X光摄象装置成本低，重量轻，占地面积小，适合在手术室中使用。

Description

本发明涉及层析X光摄象机，特别适用于电子计算机轴向X射线断层扫描术（CAT扫描）的操作运行。

CAT扫描（电子计算机轴向X射线断层扫描术）已被使用多年。这种系统一般的工作是，在通过人体的一个单一的平面中，从不同的角度采集多次的、通过横断面呈薄片部分的X射线。由数学编辑的结果而创造在该平面中的人体的断面图象。为产生某种形态的X射线，一个X射线发射源和一个接收器列阵被安置在一个环状箍圈的相对着边 侧上，该箍圈做成为绕着病人，在选定的平面中转动。

扫描过程中一个重要条件是，在整个旋转过程中，对于多次扫描过程和更换病人，要求精确，并且要求层析X光摄象元件与病人二者始终如一地对准，不对准或移动能对整个扫描数据产生消极影响。为了研究处理这种因素，CAT扫描装置的制造商们已经特别生产一种非常大而重的机器，该机器包含一个沉重的，用于安装层析X光摄象元件的箍圈。操纵移动这种重物，要求在装置的其余部分附加质量，特别是对于大型设备。

因为病人的重量一般大大小于箍圈和其它旋转元件的重量，对于尺寸和重量特别大的机器所带来附加装置是需要一个为病人的移输设备。于是，一种可移动的病床已被采用，以便使病人处于合适的，相对于固定箍圈的要求位置上，并且这一特点对这种装置的尺寸和重量方面也作出了贡献。

这一对机器尺寸和质量作出影响的特征，对于旋转装置上的X射线源供给电源已成为一个问题，起先用的两个接点是电刷或是滑环，在旋转过程中，该电刷或滑环平稳地扫刷着，延伸出的电缆限制着箍圈作接近一个整回转。不幸的是在十分灵敏的接收器输出信号中产生达到破坏数值的电感应。这种电感应部分地可用屏蔽来减小，然而，这屏蔽必须是扩大延展的，因为电刷绕着整个巨大的箍圈外周旋转。屏蔽也增加了体积和重量。更为精密的机器用伸长的电缆，该电缆限制着转动。不幸的是这样接总要求更大的电动机，并且产生更大的系统应力和磨损。因为在箍圈限定的旋转范围内，为了满足要求的运行，箍圈以及整个运动质量必须很快地加速和减速。

由于各种不同的需要而导致装置又大、又重、又昂贵，并且该装置重新定位是困难的。它要求很大的地面空间，因而不可能在范围有限的环境中使用。由于这些装置的尺寸和重量造成的一个不利的特征是：在移动另部件时遭受磨损。

在现有技术中有一种已知的另一种形式的层析X光摄象机，在该摄象机中X射线源和一个接收器列阵被安装在“C”型框架中，该框架一般是悬臂的，并在病人上方操作运行。虽然这种装置能在一个宽度范围内运行，但它也需要很大的空间以及为操作装置而要求的质量。

根据上述，本发明提出一种层析X光摄象机，该摄象机具有实质上降低了的尺寸和质量，使之能有高度灵活的可移动性，另一方面，该机需要的空间非常小。一种层析X光摄象机，装备着一个病床装置;X光层析摄象装置，该装置环绕病床定位，并位于与病床交叉的想像的平面上;用于支承病床的支承装置;层析摄象装置以及包括移动层析摄象装置沿着病床移动的装置，该装置至少能使其沿病床的一部分作移动的。在一个备用的实施例中，一个层析X光摄象机包含一个圆环状的，使之能围绕病人连续旋转的层析X光摄象装置，该装置具有以电为动力的X射线发射源，以及为了向X射线发射源提供电动力的电池动力装置。

本发明的各种层析X光摄象机可以与若干种选择的特征相结合，该特征增大尺寸、重量、成本，并且，可转动地绕着病人和其它部分作层析X光摄象机的单独运动。这些选择的特征包括用于确定病床和层析X光摄象装置二者之间相对位置的装置，并且层析摄象装置能使被计算的对准误差输入数据编辑，不均匀的接收器排列图形以降低所用的接收器通道数目，并提供层析X光摄象数据的无线输送。

现就附图，以附图的图示来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的一种层析X光摄象机的示意透视图;

图2是图1所示装置的一个不同方位而定位的该装置的透视图;

图3是沿图1中2-2线的图1所示装置的剖面图;

图4是图1所示装置备用的一种实施例的侧视图。

图1所示层析X光摄象机10通常包含一个病床12，一个层析摄象装置14，以及用于病床12和层析摄象机装置14的支承构件16。支承构件16可采用任何合适的形式使之能实现所述的功能。如图所示，支承构件16包含四个与地面支架19连接的垂直支承件或腿18，该地面支架19含有侧边件20和端头件22。

在支承构件16中的还含有一个摇托架24，该摇托架24是用以支承层析摄象装置24的。摇托架24含有一个下摇架件26和一个上摇架件28。 在下摇架件26的每一端，由支承构件16的侧边件20支承，通过支承面30提供的这种支承使摇托架24和层析摄象装置14能至少在病床12的部分长度上被移动。为达到这种移动，在端头件22之间连接着驱动装置32，并且该驱动装置是与下摇架件26啮合的。驱动装置32可以包含能使摇托架和层析摄象装置移动要求距离的任何装置，一种合适的装置是与下摇架件26的一部分接装着的蜗轮，另一种合适的装置可以是皮带驱动。在一个推荐的实施例中，驱动装置32适于在整个病床长度上移动层析摄象装置。这就能允许被使用的装置设置在手术室中，当不使用时，可把层析摄象装置存放在病人的脚处，于是就不会妨碍外科医生或麻醉师工作。

摇托架24由上摇架件28可转动地安装在下摇架件26上而构成的，并使之能使上摇架件28能被转动到与病床长度相平行的位置，（如图2所示）因此这样也使层析摄象装置被转动到平行于病床长度方向的位置，为此能使层析摄象装置容易地移置。为进一步实施此功能，一对可移去的支承块34安装在驱动装置32上，使在层析摄象装置转移的位置中稳固层析摄象装置。腿18也可由固定在端头件22上的斜撑杆于以加强（没有显示），并且对于地面支架19也可安装轮子。在移置过程中，病床12被从支承构件16上移去，层析摄象装置被转到图2所示位置，该层析摄象装置的位置实质上与支承构架16的长度相平行。

图1还显示了用于确定层析摄象装置位置相对于病床12的装置33。此功能可由任何合适的装置来实现，诸如某种形式的光学测量系统。该系统可被安装在层析摄象装置14的33处，如图1所示，这是以病床12为参考基准的，或者该系统装在病床12上，而是以层析摄象装置14为参考基准。特殊的测量记号或标记或是装在层析摄象装置14上或是装在被系统作参考用的病床12上。测量系统能在层析摄象装置14的角度方位和那个旋转平面中的不对准两方面提供信息。这些信息的全部能被用来由扫描数据编辑成图象。

图3是沿线2-2的图1装置的断面图，更为详细地显示了层析摄象装置14。鉴于为了美化装置而在层析摄象装置14上固装着各种各样的外壳，在图3中除去外壳以显示一种结构上的表示。被显示的层析摄象装置14包含许多层析摄象的元部件，该元部件包括一个X射线源40、一组接收器列阵、控制和数据处理电子装置44、X射线源40用的电源，该电源包括电池46和功率转换器47，以及电子装置44用的电源，该电源包括电池48和功率转换器49。层析摄象装置还含有用来测量X射线信号含量的接收器列阵和从连续旋转的层析摄象装置输送测量信息的装置。层析摄象装置14具有一个预先考虑有的孔道，即，内径约为65-70cm，外经约为125-140cm的孔道。

X射线源40提供以现有技术中已知的方法用电而产生的X射线。在一个推荐的实施例中，X射线源40适合于在一个扫描运行中连续运行。这种扫描技术可参考连续波动扇形束层析摄象扫描术，在美国4547893号专利中作了更为详尽的描述，并被转让给了马萨诸塞州，皮博迪的模拟公司。这种技术减少了处理信号的电子仪器的需要，就附加成本和重量来说是节省了。X射线源还含有一个用于确定扇形X射线束的准直仪以及用于散去过多热量的装置，该热量是在X射线发生时产生的。

电子装置44提供来自接收器42的数据处理和X射线的发射控制，该控制是通过在电子装置44和计算机50之间的双路通讯链路而提供的。所述计算机用于图像处理。可用其它任何合适的装置作为双路通讯链路。另外，用计算机50实现的控制和图象处理方法在CAT扫描技术中是公知的。

X射线源40和数据处理电子装置44的电功率是分别由电池46和48以及功率转换器47和49提供的。这些功率转换器47、49为各个设备提供所需要的电压，并驱动各个设备。功率转换器47供给高电压，功率转换器49供给低电压，为能使CAT扫描间断地不停的运行（如图3所示）在扫描之间，层析摄象装置44随时可被带到止息位置用一对电触点（52）对电池46和48再次充电。通过电线54，所示触点52与电池46和48连接。电功率供给装置是动力电池。也可设置第二个动力电池装置，该电池用以向输送和连续转动装置供电能的。转换器47和49还包含散热装置，用以散去转换过程中产生的过多的热量。

接收器列阵42包括接收器56和58的三个区段，区段56位于中心线附近，该中心线是通过X 射线源60的，并且也通过层析摄象装置14的旋转中心62，接收器区段56实质上是在中心线60的每一侧以中心线60定作为中心的，为了收集的数据数量更多，要避免对于中心线60的对称性来说的或许有的小偏差。投射到区段56中的接收器上的X射线沿着位于径向线64和66之间的径向线，比X射线源40辐射到接收器列阵42，接收器的另一区段58与区段56邻接，是被用来接收X射线信息的，该X射线是从射线源40，在径向线66和68，64和70之间辐射的。因此，辐射能只是从射线源40来的，位于径向线68和70之间的扇形束72内的辐射能。层析摄象装置的旋转是有一个确定的旋转中心，接收器至少包含第一和第二接收器组，第一组接收器以通过X射线源和上述旋转中心的想象线为中心的，而第二组接收器与第一组接收器邻接。第一组接收器的平均密度高于第二组接收器的平均密度。

具有两组接收器的目的是与被接收的X射线的信息容量有关。人体的全部重要组织和复的结构一般要位于径向线64和66之间。而位于径向线66和68，64和70之间的人体结构一般是最简单的，并且不包围紧要的组织。因此，线64和66之间的X射线容量是较大的，并且是比线66和68，64和70之间的X射线信息容量更重要。为此原因，在区段56中布以高密度的接收器，在区段58中布以较低密度的接收器以构成接收器列阵是可以允许的。这就能减少在那儿收集的信息简直不存在的接收器数目和附带的电子仪了，这也就能降低成本和减少重量。可要求外接收器58的取样率低于内接收器56的取样率以代替结合使用不同的接收器密度，或者同时再结合使用不同的接收器密度。也可要求具有二组以上的接收器具有不同的接收器密度和/或取样率。在美国专利号4677554中这种技术作了更详细的讨论，还被转让给了模拟公司。

应当指出的是，没有任何接收器位于区段56的左边的这种层析摄象装置14的结构是可能的。当层析摄象装置14处于如图3所示位置时，是不收集位于径向线64左侧的部分身体的数据。当层析摄象装置14相对病人旋转通过其它角度时，部分身体74被X射线照射。再者，因为外部分74不包含身体的要害组织，从该处收集的数据的意义较小，并能用收集的较少数据形式结构图象。消除这种接收器的附加部分能使X射线装置的重量和成本进一步下降。

图3中还显示了可转动地支承的装置是用以旋转层析摄象装置14的。任何合适的装置均可用于此目的。图3中是滚轮支承80和驱动皮带设备82。这些装置是能够使层析摄象装置14连续旋转，不停地为各个扫描收集数据。连续旋转使能采用上面提及的连续波动扇形束层析摄象术技术。连续旋转是可能的，因为层析摄象装置的设计和构成是电独立的。这种层析摄象装置的转速大约为每4到5秒转一周，或者每分钟转12-15转。

图4所示为一个层析摄象装置所选定的实施例90，它带有附加固定的并环绕层析摄象装置元件的圆环框或轨道92。两个层析摄象装置的元部件被连接并相隔分开地依靠多孔分隔器94而被安装，电缆从该分隔器94中通过。使用分隔器94，为使能在实际上相隔地偏置元部件，因而使之向外地与轨道92抵靠。通过轮子96，元部件与轨道92接合。轨道92因此而有助于层析摄象装置90的刚度。图4进一步揭示层析摄象装置元部件之一是用于在圆轨道92中旋转层析摄象装置90的装置98。这装置98是一个电力驱动的移动装置，该移动装置可由自身内部的电池或其它合适的装置来驱动。通过合适的装置，诸如齿轮齿条装置，将移动装置98与轨道92啮合以使之能因此而连续旋转（相似于图3的层析摄象装置）。图4中层析摄象装置90的其余元部件是与图3中层析摄象装置14的那些元部件一样的。

作为层析摄象装置14的结构的一部分，还含有三角形设置的支承件100和102。支承件100和102的上端与X射线源40最好在一个单一的连接点连接。（没有显示）。支承件100和102的下端连接到接收器列阵42相对着的端头上。接收器42被安装在刚性的构件上，所以端头不会相互之间发生移动。接收器阵列的端头之间的距离和X射线源要求成三角形，该三角形既要是等边又要求在X射线源40处的角为大于60°。只要三角形的边是直的，等边三角形为病人和病床12提供了最大的间隙。因为接收器列阵为孤拱形，非等边三角形是可被采用的。由于支承件100和102与接收器列阵42形成非三角形结构，使之能大为增加层析 摄象装置90的刚度。这种组合安置有助于提供X射线源40与接收器列阵42二者之间合适的对准，并且还导致层析摄象装置90的圆环形件有足够的刚度，在运行过程中，该环形是可能被歪曲的。接收器列阵包含有一个支承件，该支承件延伸于三角形设置的构件之间。

在扫描病人的过程中，本发明提出的装置可用若干方式的任何一种来运行。最典型的运行方法是沿病床12，用驱动装置32，在要求的相对于病床12上的病人的相对位置上。固定层析摄象装置14。这可用目测病人为参考基准来达到。当层析摄象装置14被合适地定位后，根据连续波动层析摄象方法，转动层析摄象装置而实现一组扫描。表现出的扫描信号从计算机50被输送到电子装置44，这是采取运行控制的。

提出的装置还可以产生单一的病人的X射线，这可称作为探测方式。为达到这种探测，层析摄象装置14是不转动的，但是在当实现X射线照射时，沿着病床移动。从这种运行中收集的数据被用来产生病人的标准X射线，也就是可用来确定特别的器官和其它点的一般位置。因为如图3所示扇形X射线束不覆盖整个病人，特别是在区段74处，这就只好转动层析摄象装置14，直到在旋转中心62上的扇形束的宽度足以包围整个身体以实现先期的对病人的探测扫描。也可用对病人扫描两次来实现这种单一X射线照射，第一次以图3所示层析摄象装置的位置，然后第二次把层析摄象装置14再翻转到覆盖病人的74部分。由于接收器区段56覆盖的面积，这种方法能产生增大的图象。

最后，用同时旋转和沿病床12移动层析摄象装置14来实现病人的螺旋线扫描是可能的。这种扫描方法能收集到三维数据，由这些三维数据出发，数学上是可能去构成通过被扫描体任一薄片的一个图象。因此，病人的头能被扫描，因为是一个体，并且放射学家（他或她）要的头部的任何图象对放射学家来说是有价值的。当要求更多的信息时，这可免于要求为了附加X射线照射而将病人背向返回。

上述本发明的实施例是企图采取图示的，而并不是限制观察。本领域熟练技术人员对这些实施例做出的各种不同的修正和改变，因为限定在附上的权利要求中了。所以不背离本发明的范围。

Claims (17)

1、一种层析X光摄象机，包含：

一个病床装置；

一个位于想象平面上，环绕病床的层析X光摄象装置，所述想象平面是与病床装置交叉；

用于支承病床装置和层析摄象装置的装置，该装置包含有至少沿病床装置的一部分移动层析摄象装置的装置。

2、根据权利要求1所述层析X光摄象机，其特征是，其中有能环绕着病床装置旋转的层析摄象装置，该装置包含有为使层析摄象装置在想象平面内，环绕病床装置连续旋转的装置。

3、根据权利要求2所述层析X光摄象机，其特征是，其中层析摄象装置包含有多种元部件，该元部件包括一个X射线源，一个接收器列阵，层析摄象电子仪器，为层析摄象装置用的至少一个电功率供应装置。

4、根据权利要求3所述层析X光摄象机，其特征是，其中还含有实际上在内部连接层析摄象装置元部件的装置，该装置是用以环绕病床装置旋转的并成圆环形。

5、根据权利要求4所述层析X光摄象机，其特征是，其中的层析摄象装置还包含固定在X射线源和接收器列阵之间的，以三角形设置的构件。

6、根据权利要求5所述层析X光摄象机，其特征是，其中接收器列阵包含一个支承件，该支承件延伸于三角形设置的构件之间。

7、根据权利要求3所述层析X光摄象机，其特征是，其中还含有用于从层析摄象装置输送控制和数据信号以及把控制和数据信号输送到层析摄象装置的装置。

8、根据权利要求3所述层析X光摄象机，其特征是，其中电功率供给装置是动力电池。

9、根据权利要求3所述层析X光摄象机，其特征是，其中用于连续转动的装置是作为构成层析摄象装置的一个元部件的。

10、根据权利要求2所述层析X光摄象机，其特征是，其中层析摄象装置的旋转是有一确定的旋转中心，接收器至少包含第一和第二接收器组，第一组接收器是以通过X射线源和旋转中心的想象线为中心线的，第二接收器组的位置与第一组邻接。

11、根据权利要求10所述层析X光摄象机，其特征是，其中第一组接收器的接收器平均密度高于第二组接收器平均密度。

12、根据权利要求1所述层析X光摄象机，其特征是，该摄象机还包含用于确定层析摄象装置和病床装置二者之间相对位置的装置。

13、根据权利要求1所述层析X光摄象机，其特征是，其中用于支承的支承装置是长形的，并且病床装置能从其上移动，该支承装置包含有能使层析摄象装置旋转到想象平面实质上与长形的支承装置相平行的位置。

14、一种层析X光摄象机，包含一个圆环状围绕病人连续旋转的层析X光摄象装置，该装置中还含有用电功率的X射线源和用以向X射线源提供电功率的动力电池。

15、根据权利要求14所述层析X光摄象机，其特征是，其中层析摄象装置还含有一个用以测量X射线信号含量的接收器列阵以及从连续旋转的层析摄象装置输送测量信息的装置。

16、根据权利要求15所述层析X光摄象机，其特征是，层析摄象装置包含用于使该装置产生连续旋转的装置。

17、根据权利要求16所述层析X光摄象机，其特征是，其中层析摄象装置还包含第二个动力电池装置，该第二动力电池装置是用于对输送和产生连续旋转的装置提供电动力的。

18、根据权利要求4所述层析X光摄象机，其特征是，在层析摄象装置转动过程中X射线源是适合于连续运行的。

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