CN102933147A - 医学计算机断层摄影成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医学计算机断层摄影设备，该设备包括支撑大致环形O型臂（2）的支撑构造（1），该O型臂又支撑成像装置（21、22）。该O型臂的外罩（3）的沿相对于所述环形结构（2）的中心轴线垂直的方向的截面的主要部分设置成大致呈圆拱形状但包含一切除部，并且在由该切除部覆盖的扇区内，从所述圆拱的中心到所述外罩（3）的边缘的距离短于在外罩（3）的大致呈圆拱形状的部分内的对应距离。至于检查口（4），其被设置成主要部分大致呈圆拱形状但包含一延伸部，并且在由所述延伸部所覆盖的扇区内，从所述圆拱的中心到检查口（4）的边缘的距离长于在检查口（4）的大致呈圆拱形状的主要部分内的对应距离。所述成像装置（21、22）被设置成在该O型臂内距其旋转中心以不同的距离移动。

Description

医学计算机断层摄影成像设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的医学计算机断层摄影设备，其特别设计用于使得能够实现对患者的四肢（extremities）区域的较小体积的三维成像。

背景技术

具有最简单基础结构的医学X射线成像中所使用的常规设备包括射线源，该射线源与胶片暗盒一起使用，该胶片暗盒与该射线源分开。医院还通常使用所谓的C拱形（C-arch）X射线设备，其中射线源和图像信息接收器被设置在拱形臂部的相对两端。传统上，其自身的装置组包括大尺寸、极其昂贵的计算机断层摄影设备，其中患者通常被定位成在环形或管状结构内以（斜）卧位（recumbent position）成像。

计算机断层摄影设备已经被开发成更轻质的形式。作为现有技术装备的实例，参考美国专利说明书7108421和7388941。在这些设备中，可绕成像台旋转360度的成像装置被设置在从侧面支撑的环形O型臂内。该O型臂可设置成可调节其高度位置并且可相对于水平轴线转动。

由于常规的计算机断层摄影设备已经相当巨大和昂贵，获得他们例如用于医院急诊室过去在实践中是不可能的。另一方面，对于商用计算机断层摄影设备而言，还常见的是它们不一定必须被设计成用于对某些特定的解剖学构造成像，而它们或多或少是通用的成像设备。如果例如在需要对患者的整个躯干（torso）成像的情况下，待设置到该成像台的设备以及其它尺寸的设备必须以相应的比例实施。

发明内容

本发明的目的在于发展本领域的技术水平，涉及与常规的计算机断层摄影设备相比更便宜且尺寸更小的X射线成像设备。本发明的实施例优选地提供了一种实现特别地设计成可应用于对四肢成像的锥形光束计算机断层摄影成像设备的可能方案，举例来说，该设备的性能和价格能够使得在例如急诊室可用的资源内购买设备。尽管常规的计算机断层摄影使用窄的扇状光束，在锥形光束断层摄影中，光束被校准成真正是二维的，但常常校准成覆盖正在成像物体的相当小的特定区域（体积）。本发明的一个特别目的在于尤其是在包括上述类型的环形臂部的X射线成像设备领域内促进发展水平。

尤其是，本发明的目的在于这样一种装置，其能够便于患者定位，例如不仅在按水平位置对下肢成像而且在按站姿成像方面能够便于患者定位。

另外，本发明的优选实施例的目的在于这样一种装置，其尤其是便于将大的或带石膏的腿定位到环形臂部的检查口；还在于这样一种装置，其尤其是方便按站姿对患者的腿成像，而且又提高了设备从一个地方到另一地方的转移能力。此外，本发明的优选实施例既旨在提高患者的安全性，而且又尤其是提供安装设备的各种可能性以方便将该设备安装在不同的安装地点。

在所附的专利权利要求书中描述了本发明的本质特征。对于本发明尤其重要的是设置到上述类型的环形的所谓O型臂上的切除部，该切除部局部地破坏了外罩的圆形形状，并且对应地，延伸部破坏了检查口的圆形形状，其为定位大尺寸的腿进行成像提供了更多的空间，并且其尤其是使得能够驱动竖直定向的O型臂比没有这种设置到O型臂的切除部时所可能达到的情况更靠近地板水平面。另一方面，这种切除部便于越过O型臂的罩迈进与迈出转到水平方位的O型臂的检查口。

接下来，将参考随附的附图更详细地描述本发明及其优选实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的一种成像设备的概貌视图，其基础结构包括支撑构造和大致环形O型臂。

图2示出了根据本发明的一种用于将成像装置设置到环形成像部的设置方案。

图3a和3b示出了根据本发明的一个实施例，其中该设备设有患者支撑扶手，其已经被设有至少一种除了患者支撑功能以外的其它功能。

具体实施方式

在下文中，术语“中心”和“中心轴线”将结合那些不必形成真正的整圆而仅其主要部分呈圆形的结构使用。为避免产生歧义，这些术语结合本说明书指的是假使所述结构形成整圆时将成为该结构的中心或中心轴线的点或轴线。

此外，关于根据本发明的设备的一个部件，本文使用术语“大致环形结构”和“O型臂”。当该结构的沿中心轴线方向的尺寸能相对于所述环形结构的直径相当大时，为了避免疑问，需说明的是在下文中，O型臂的竖直位置指的是其中该O型臂的中心轴线被水平定向的位置，O型臂的水平位置指的是其中该O型臂的中心轴线被竖直定向的位置。

图1示出了根据本发明的一种成像设备的概貌视图。该设备的基础结构包括支撑构造（1），其支撑大致环形结构（2），设备的成像装置（21、22）位于该大致环形结构内，并且在本文中，该大致环形结构也被称作O型臂。该O型臂（2）设有检查口（4），待成像的解剖学构造（anatomy）被定位在该检查口内。图1还示出了设置到支撑构造（1）的患者支撑扶手（5）、与该设备的控制系统处于功能连接的用户界面（6）、大致沿该O型臂的方向伸出的可以可拆卸地附接的底座（pedestal）或基座部（7）、以及设置到检查口（4）的定位支撑件（8）。

将成像装置支撑到支撑构造（1）的结构（2）的安装可被设置成使得能够调节O型臂（2）的高度位置。此外，该O型臂（2）能被设置成可沿至少一个方向从图（1）中所示的竖直位置到水平位置转动至少90度。这些操纵的控制能被设置成除了用户接口（6）之外还可借助于操纵杆（9）来实施，该操纵杆被设置成与O型臂（2）和/或支撑框架（1）连接。

当观察垂直于图1中所示的O型臂（2）的中心轴线的方向的截面即O型臂（2）的径向截面时，O型臂（2）的外罩（3）的主要部分形成一圆，但该圆还包括一扇区，在该处从所述圆的中心到外罩（3）的边缘的距离小于主要部分的为圆形的那部分的半径。在根据图1的本发明的实施例中，被从O型臂（2）切除的所述扇区中的部分沿相对于外罩（3）的主要部分的圆的拱形的相反方向平滑地弯曲，但是该切除部分也可具有某些其它形状，如楔形、矩形、直型乃至沿与大致呈圆形形状的外罩（3）的拱形的部分相同的方向弯曲。

当上述类型的扇区被设置在O型臂（2）的基本上向下定向或可向下定向的区段处时，与不包括这种切除部的O型臂（2）相比，在利用本发明时可以更容易以坐姿来实施例如下肢的成像，检查口（4）可被驱动得更靠近地板水平面。另一方面，如果该成像设备被设置成可以调节O型臂（2）的高度位置及使O型臂（2）转动到使该O型臂（2）的中心轴线处于大致竖直的位置，人们也可使用该设备按站姿对患者成像。于是，所述设置到O型臂（2）的切除部使得患者更容易迈进检查口（4）及迈出该检查口，因为人们需要越过由O型臂（2）形成的“门阶（doorstep）”而使用的台阶的长度会更短。

在根据图1的本发明的实施例中，检查口（4）也仅是其主要部分大致被实施为圆。一扇区已被设置到检查口（4），其形成该圆的延伸部。就是说，检查口（4）设置有扇区，在该扇区的区域内，检查口（4）的边缘距检查口（4）的圆形部分的中心（或距O型臂（2）的中心轴线）的距离长于检查口（4）的圆形部分的半径。例如当目的在于使得相对于O型臂结构的中心轴线垂直的截面的尺寸尽可能小时，如当考虑一个基本上设计用于对具有比人的躯干的直径更小的直径的解剖学构造如四肢进行成像的实施例时，检查口（4）的这种设计是优选的。

例如当对带石膏的腿成像时，在该圆的某扇区中加大该检查口（4）便于患者定位。在本发明的这种实施例中，我们谈论到检查口（4），其呈圆拱形状的那部分的直径例如约为30-35cm。在根据图1的本发明的优选实施例中，检查口（4）大致呈滴状，即其延伸部的形状大致为具有截顶的等边三角形，但是所述延伸部自然也可呈某些其它形状。

依据根据本发明的设备的基础结构，成像装置，即射线源（21）和图像信息接收器（22）设置在支撑成像装置的大致环形结构（2）内，并且由于可在所述结构内沿曲线路径运动，它们大致位于检查口（4）的相对两侧上，由此该检查口（4）的边缘与O型臂（2）的外罩（3）之间的距离（或O型臂的环的径向尺寸）必须自然地设置为具有适当的尺寸以便使得能够实现所述路径。图2示出了本发明的一可能的实施例，其包括设置在O型臂（2）内的环形支撑部（20），射线源（21）与图像信息接收器（22）被设置到该环形支撑部的大致彼此相对的两侧上。支撑部（20）被设置成可借助于致动器（23）和传动带（24）而在支撑成像装置的结构（2）内旋转。因此，可以在成像装置的转动角范围内，从不同的方向对定位在检查口（4）处的物体进行成像，并且可以借助于本身已知的图像数据处理方法由获得的图像信息形成三维象素模型。

在根据图2的本发明的一个优选实施例中，射线源（21）和图像信息接收器（22）被设置成可在支撑成像装置的所述大致环形结构（2）内相对于旋转中心运动，以便使得射线源（21）（射线源的焦点）离所述旋转中心以不同于图像信息接收器（22）的距离运动。在根据图2的设置方案中，射线源（21）附接在环形支撑部（20）的外圆周上，由此，当旋转该支撑部（20）时，射线源（21）的焦点比附接在支撑部（20）内圆周侧上的图像信息接收器（22）从所述旋转中心运动更远。当因此使得图像信息接收器（22）更靠近正被成像的体积时，在使用给定尺寸的检测器（22）时，与图像信息接收器（22）要被从物体移动得更远的情况相比，可以使用更宽的光束，由此增加可被成像的体积。

根据本发明的一个优选的实施例，成像装置的移动范围被实施为与某些类似类型的现有技术设备不同，即，通过将射线源（21）和图像信息接收器（22）设置成可大致在检查口（4）的相对两侧上沿着曲线路径运动比360度更短的距离来实施。该距离在本说明书的范围内指的是旋转角，优选地其被设置成略大于180度但显著小于360度，如约为210+/-20度。于是，将成像装置（21、22）设置成可离旋转中心按不同的距离运动，优选地，这可特别地在包括上述O型臂（2）中的切除部和检查口（4）中的延伸部的设置方案中实施。射线源（21）的操纵的范围可设置成不会延伸至O型臂的其中该外罩（3）已被如上述那样切除的那个扇区，另一方面，图像信息接收器（22）的操纵范围不会延伸至O型臂的其中设有如上所述的检查口（4）的延伸部的那个扇区。当所述延伸部和切除部距成像装置的旋转中心的最大尺寸被相对于成像装置从旋转中心旋转的那些不同距离适当设置时，该设备可如图3中所示那样实施，以便使得被设置成从旋转中心更远地运动的射线源（21）能够在检查口（4）的延伸部的外侧运动而图像信息接收器（22）在设置到O型臂（2）的外罩（3）的切除部的内侧运动。

尤其是，本发明的这种实施例使得能够实现一种结构，其中，例如考虑到四肢的成像，由于设置到检查口（4）的延伸部，可以使得检查口（4）的圆形部分的直径小于没有延伸部扇区时所能实现的直径，此外，可以将切除部设置到O型臂（2）的外罩（3），其便于患者的若干定位程序。本发明的这种实施例可被作为紧凑的结构实施，并且其使得能够实现检查口（4）和整个O型臂（2）的外部尺寸都小于在不是这种情况时所能实现的。

以上提到了设置到检查口（4）的延伸部便于例如将带石膏的腿定位到检查口。通过设置患者定位支撑件（8）可进一步方便将待成像的解剖学构造放置到检查口（4），其中该患者定位支撑件相对于检查口（4）可动或可拆卸地附接以使得其既可定位到检查口（4）内用于成像的期望位置，又可定位或转移到其尽可能少地阻碍患者定位的位置。这种患者定位支撑件（8）的用途在于帮助正被成像的解剖学构造相对于O型臂（2）定位到期望点。优选地，该患者定位支撑件（8）包括凹形结构，成像期间上肢或下肢可定位到该凹形结构。

考虑要通过该设备进行成像，上述成像装置（21、22）的旋转角在锥形光束断层摄影中是充分的，其中由射线源（21）产生的光束被设置成限制于真正的二维光束，并且该图像信息接收器（22）的形式和尺寸又至少使得其覆盖所述二维光束。在根据本发明的设备中，这种光束也可被设置成被限制于多于一种的尺寸和/或形状，由此图像信息接收器（22）必须自然地设置成或者覆盖所有可能的光束尺寸和形状，或者其必须设置成是可变化的。

图1中所示的成像设备的患者支撑扶手（5）优选设置成从支撑构造（1）的顶部大致延伸到支撑构造的至少一侧，尤其是延伸到根据患者至少首先为进行成像而想要放置自己所沿的方向的一侧，即，优选延伸到O型臂（2）的外罩（3）的切除部被设置成转动所沿侧的方向的一侧。患者支撑扶手（5）尤其便于按站姿成像，即，O型臂（2）被转动到一使其中心轴线处于竖直方位的位置中的情况下，当患者在站在O型臂（2）内侧以及迈入与迈出该O型臂时可通过扶手（5）而为自身获得支撑的时候，进行的成像。在本发明的一个优选的实施例中，该患者支撑扶手（5）延伸至支撑构造（1）的至少一个这样的侧，设置到O型臂（2）的切除部扇区被设置成沿该侧的方向转动。

图1中所示的设置成可附接而与支撑构造（1）连接的伸出的基座部分（7）可以是可任选地设置到设备的部件，尤其当并不想用栓接或者其它方式将支撑构造（1）安装在地板上时，或如果考虑使用该设备的位置不能实现地板安装时，它的使用是有利的。伸出的基座部（7）帮助设备保持直立，并且，同时，例如可以在伸出的基座部（7）和支撑构造（1）下方设置轮子，以方便设备的转移，如将设备从一个成像房间转移到另一个房间。考虑这些用于安装设备的各种可能方式，优选的是将伸出的基座部（7）设置成可以可拆卸地附接到设备的支撑构造（1）。

在根据图1的本发明的实施例中，已将位置大致在O型臂（2）下方的开口（10）设置到伸出的基座部（7）。目的在于该开口（10）应当位于按站姿正在成像的患者在成像期间所站的点处，即大致位于O型臂（2）的检查口（4）当其被转动到使O型臂（2）的中心轴线被竖直地定向的位置中时所在的点处。当患者站在伸出的基座部（7）的这种开口（10）中而非在该伸出的基座部（7）之上时，第一，其使得患者的脚在O型臂（2）和伸出的基座部（7）之间受到挤压的风险最小化。第二，与向上迈入到位置相对于地板平面更高的平面或者由此向下迈入相比，从地板到地板的迈入更容易并且更安全。此外，当可考虑将设备输送至用户以在没有伸出的基座部（7）的情况下固定地安装于地板上或者与伸出的基座部（7）一起安装时，这种伸出部分设置方案提供的优点在于，不管是否正在使用伸出的基座部（7），按站姿正在成像的患者的腿始终相对于该设备处在同一水平面上。因此，例如考虑成像中所用的O型臂（2）的高度位置，设备的操作方式的基本设定可以是相同的，而不管设备是否被安装至地板或利用伸出的基座部（7）安装。此外，如果人们例如必须使用台架（患者迈入到台架上以便踝部足够高而进行成像），即使在那时人们仅需要单个尺寸的台架，在设备安装的两种类型中在这种情况下相对于地板水平面的成像高度也是相同的。

设置到伸出的基座部（7）的开口（10）可具有任何形状，并且甚至沿该伸出的基座部（7）的任何边缘的方向敞开。重要的是，开口（10）的至少一部分位于患者迈入的点处，并且当正在实现成像且O型臂正转向使其中心轴线的方位处于基本上竖直时，患者站在该点处。

在本发明的一个优选的实施例中，患者支撑扶手（5）可设置为多功能的。图3a和3b示出了如何将患者支撑扶手（5）设置成可在支撑构造（1）上方沿远离O型臂的方向从竖直位置转动到水平位置。将扶手（5）转动及锁定到水平位置可实施为使得所述的操纵同时借助于设置成与扶手（5）连接的一机构（25）来将支撑构造（1）从地板向上升高，该机构（25）向下推动设置在该设备下方的轮子（26）。使患者支撑扶手（5）返回到上部位置，就将轮子（26）向上升高回去。也可以在伸出的基座部（7）的下方设置一个或多个轮子（27），其降低与升高可被设置成与设置在支撑构造（1）下方的轮子（26）一起进行，或者具有其自身的机构。一个替代方案被用于将伸出的基座部（7）的一个或多个轮子实施为固定结构，并且用于在开始将设备从一个地方转移到另一个地方时将伸出的基座部（7）设置成可升得更高。

在上述这种设置方案中，当将设备从一个地方转移到另一地方时，患者支撑扶手（5）除了作为支撑扶手之外，还可被用作推杆，与此同时，其在转移设备时起到保护设置成与支撑构造（1）相连的用户接口或控制面板（6）的作用。因而，患者支撑扶手（5）事实上变成多功能的扶手：该多功能的扶手在将设备从站在地板上变为可转移时用作设备的使用模式变换器（alternator），反之亦然，该扶手在设备的转移期间保护该设备，并在成像时为患者提供支撑。关于机构25，容易的是将制动特征附接到其和使其可以增加离地距离例如用以跨过门槛。

在根据图1的实施例中，该设备的用户接口也与操纵杆（9）存在功能连接，该操纵杆（9）被设置成与O型臂（2）相连。这种操纵杆（9）的人机工程学定位使得能够移动O型臂（2）而不需要人员来从紧邻O型臂（2）的位置移离，进而也从患者移离。优选地，操纵杆（9）被设置成至少操作使得向下移动该操纵杆就向下移动该O型臂（2）并且向上移动该操纵杆就向上移动该O型臂（2）。

图1中所示的本发明的优选实施例可实施为比较紧凑的结构，并且为实现上述优点中的许多优点，被实施为一种结构，其中呈圆拱形状的检查口（4）的主要部分的半径约为15cm或略多，另一方面，呈圆拱形状的O型臂（2）的主要部分的半径约为50cm或更少。此处，射线源（21）的焦点距成像装置（21、22）的旋转中心的距离可优选地被设置为例如大约390mm，图像信息接收器的该距离为大约190mm。

对于本领域的技术人员显而易见的是，对于其细节，本发明也可按照不同于根据本发明的上述实施例的其它方式实施。

Claims (8)

1.一种医学计算机断层摄影设备，该设备包括：

支撑构造（1），该支撑构造被设置为支撑大致环形结构（2），所述大致环形结构支撑成像装置，所述成像装置包括射线源（21）和图像信息接收器（22），所述成像装置在支撑成像装置的所述大致环形结构（2）内大致设置于彼此相对的两侧上，并且能在支撑成像装置的所述环形结构（2）内运动，

所述设备包括在支撑成像装置的所述环形结构（2）中的检查口（4），待被成像的物体能定位在该检查口中以便进行成像，

并且在该设备中，支撑成像装置的所述大致环形结构（2）被设置成能至少沿竖直方向相对于所述支撑构造（1）运动，且另一方面能相对于大致与所述的环形结构（2）的径向截面的水平对角线平行的轴线转动，

其特征在于，

支撑成像装置的所述大致环形结构（2）包括外罩（3），该外罩的沿相对于所述环形结构（2）的中心轴线垂直的方向的截面的主要部分设置为大致呈圆拱形状，但包括一切除部，并且在由该切除部覆盖的扇区内，从所述圆拱的中心到该外罩（3）的边缘的距离短于在外罩（3）的大致呈圆拱形状的所述部分内的相应距离，

所述检查口（4）被设置成其主要部分大致呈圆拱形状，但包括一延伸部，并且在由该延伸部覆盖的扇区内，从所述圆拱的中心到该检查口（4）的边缘的距离长于该检查口（4）的大致呈圆拱形状的所述主要部分内的相应距离；以及

所述成像装置被设置成能相对于旋转中心运动，以便使得所述图像信息接收器（22）被设置成比所述射线源（21）的焦点更靠近所述旋转中心运动，并且所述延伸部和切除部距该成像装置（21、22）的旋转中心的最大尺寸被设置成使得设置为距该旋转中心更远地运动的该射线源（21）能够在该检查口（4）的延伸部外侧运动而图像信息接收器（22）在设置到支撑成像装置（21、22）的该结构（2）的外罩（3）的切除部内侧运动。

2.根据权利要求1所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，所述射线源（21）在支撑成像装置的所述环形结构（2）内的运动范围被设置成不会延伸至支撑成像装置的所述结构（2）的已经形成该外罩（3）的所述切除部的那个扇区，并且该图像信息接收器（22）的运动范围被设置成不会延伸至支撑成像装置的所述结构（2）的已经设置该检查口（4）的所述延伸部的那个扇区。

3.根据权利要求1或2所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，所述检查口（4）的所述延伸部被设置成大致位于支撑成像装置（21、22）的所述环形结构（2）的与该外罩（3）的所述切除部相对的另一侧上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，在支撑成像装置的所述环形结构（2）内设置大致环形支撑部（20），所述射线源（21）和图像信息接收器（22）附接至该支撑部（20）并且所述支撑部（20）被设置成能在支撑成像装置的结构（2）内旋转。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，所述射线源（21）和图像信息接收器（22）被设置成能在支撑成像装置的所述大致环形结构（2）内相对于旋转中心运动一旋转角，该旋转角宽于180度但显著窄于360度，如大约210+/-20度。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，由所述射线源（21）产生的光束被设置成限制于真正的二维光束，并且，图像信息接收器（22）的形式和尺寸至少使得其覆盖所述二维光束。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，该外罩的所述切除部沿与其主要部分大致呈圆拱形状的外罩（3）的所述部分相反的方向大致平滑地弯曲。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的计算机断层摄影设备，其特征在于，大致呈圆拱形状的所述检查口（4）的主要部分的半径大约为15cm或略微更多，大致呈圆拱形状的支撑成像装置的所述结构（2）的主要部分的半径约为50cm或更少，和/或该射线源（21）的焦点距该成像装置（21、22）的旋转中心的距离为大约390mm，而图像信息接收器（22）距该成像装置（21、22）的旋转中心的距离为大约190mm。

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