CN102933149B - 医学计算机断层摄影成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种医学计算机断层摄影成像设备，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X射线成像装置（21、22），所述X射线成像装置（21、22）设置在支撑成像装置的所述大致环形结构（2）内并且能在支撑成像装置的所述大致环形结构（2）内运动，支撑成像装置（21、22）的所述环形结构（2）包括检查口（4），待被成像的物体能定位至该检查口以便进行成像。根据本发明，至少一个显示器（11）设置至该设备。所述显示器设置成与至少一个摄像机（12）处于功能连接，所述至少一个摄像机（12）设置成与所述环形结构（2）连接，并瞄准或者使得其能瞄准所述检查口（4）内部。

Description

医学计算机断层摄影成像设备
技术领域
本发明涉及一种医学成像设备。
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X射线成像设备， 尤其是与常规的计算机断层摄影设备相比更便宜且尺寸更小的上述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，其构造、特征和尺寸在许多方面都不同于常规的医用计算机断层摄影设备，并且，其中患者按照不同于常规的计算机断层摄影设备的另一种方式进行定位以便成像，其中在常规设备中，患者躺在成像托架上而定位至该设备。
尤其是，本发明的目的在于这样一种装置，其提供了对成像区域的良好可视性，并且，通过其例如可因此在对下肢成像方面便于患者定位，而且，另一方面，患者可具有对成像的轻松感而不具有恐惧感。
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显示器，该显示器设置到上述类型的环形的所谓O型臂上的外罩上或与成像设备相关的其他位置，该显示器设置成与照相机处于功能连接，该照相机与所述臂相连接地设置，用于设备的成像台的拍摄图像。显示器可与设备的控制系统连接，并且患者可经由该显示器显示关于如何动作的指令和信息，例如关于开始曝光的准确时间的信息，以便用户保持静止，或者关于曝光将继续持续多少秒。通过本发明及其实施例，还可提高工作的人类工程学，因为当定位患者的肢体时，并不需要必须向下弯曲至成像区域以能够看到其是否正确定位。
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 包括支撑构造以及大致环形O型臂和语气相连地设置的显示器。
图2示出了用于将显示器设置至设备的根据本发明的两种不同方案。
图3示出了根据本发明的一种用于将在计算机断层摄影中使用的X射线成像装置设置到设备的环形成像部的一个实施例。
图4简化地示出了根据图3的结构如何可设置有至少一个照相机和用于定位待成像的解剖学构造的定位灯。
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X射线成像装置(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)。根据图1中所示的本发明的实施例，属于设备的显示器(11)大致在环形结构(2)的表面上在其上边缘设置。
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与设备的控制系统连接的用户接口(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)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。
与图1相比，图2示出了用于定位与设备相连的显示器(11)的两种替代方式。显示器优选地在当例如对患者的腿进行成像时患者可以看见的位置定位至设备。显示器(11)可固定地和可动地附接地设置至环形结构(2)。连接方式可设置成使得能够或者调节显示器(11)相对于环形结构(2)的方位、调节显示器(11)相对于环形结构(2)的间距和/或位置，或者可以设置成具有一些或全部的这些运动自由度。替代地，显示器(11)可附接至支撑结构(1)，或一个单独分离的显示器(11)可设置至支撑结构(1)，该显示器(11)可设置成具有上述的但是相对于支撑结构(1)的运动自由度。
根据本发明的一个实施例，显示器(11)设置成与设备的控制系统处于功能连接，用于显示例如成像参数值，比如仍然剩下的成像曝光时间。这种类型的功能连接还可设置成例如与患者数据库相连。成像的不同阶段对患者的引导和指示有利于成功地成像，正确地定位要成像的解剖学构造，以及，尤其是，患者在整个相当长的曝光时间内保持静止。
依据根据本发明的设备的基础结构，X射线成像装置，即X射线源(21)和X射线图像信息接收器(22)设置在支撑X射线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)，X射线源(21)与X射线图像信息接收器(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X射线成像装置的结构(2)内旋转。因此，可以在X射线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3的实施例中，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3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)离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，以便使得被设置成离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。
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。
将物体定位在检查口(4)内部，确切地定位在设备的成像区域内的期望位置处，也可通过在设备中设置一个或若干个摄像机(此处用 该术语来指摄像机和光学照相机)来得到便利。在图4的实施例中，一个这种摄像机(12)设置成与设备的环形结构(2)连接，其瞄准(或者使得其能瞄准)检查口(4)内部。原则上，照相机(4)可在其罩外侧设置至环形结构(2)，特别是在要成像的肢体设计成进入检查口所经过的检查口的相对侧，但是在本发明的一个优选实施例中，摄像机(12)设置于环形结构(2)内，并且所述环形结构(2)的内部的至少部分设置成是透明的，或者包含一个孔，摄像机(12)通过该孔瞄准检查口(4)，如基本上在设置于检查口中的定位支撑件(8)处。
该设备还可设置有定位灯(13)，其部分还便于定位待成像的解剖学构造。这些灯(13)设置成瞄准所述检查口(4)以便形成便于定位的照明图案，利用至少一个属于设备的摄像机(12)，该照明图案可随后与被定位的解剖学构造一起被照相，其照片可随后显示在所述至少一个显示器(11)上。此外，根据本发明的一个优选实施例，设备的控制系统包括用于调节所述照明图案的尺寸和/或形状的装置，以及，相应地，用于调节X射线光束的尺寸和/或形状的装置，比如大致与射线源(21)连接地设置的准直器结构(25)，其中所述装置彼此形成功能连接，以便或者使得调节照明图案的尺寸和/或形状就改变X射线光束的尺寸和/或形状，或者使得调节X射线光束的尺寸和/或形状就改变照明图案的尺寸和/或形状。
在本发明的一个优选实施例中，该设备包括的所述至少一个照相机(12)和/或定位灯的至少一部分设置至相同的可旋转支撑部(20)上，其中X射线成像装置(21、22)附接至该可旋转支撑部。
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。
上述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。由于设置成与设备相连的显示器(11)和摄像机(12)以及环形O型臂(2)的设计，患者能显著容易得多地定位自身以便成像，以及将要成像的解剖学构造定位于设备的成像区域，特别是在患者本身体积大或者有残障的情况下，或者在患者的解剖学构造的某部位太大以致倾向于妨碍将要由计算机断层摄影装置进行成像的解剖学构造定位于设备的成像区域内的情况下。
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 (16)

1.一种计算机断层摄影成像设备，该成像设备包括：
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X射线成像装置，所述X射线成像装置包括X射线源(21)和图像信息接收器(22)，所述X射线成像装置在支撑X射线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X射线成像装置的所述大致环形结构(2)内运动，
用于控制所述成像设备的至少部分操作的控制系统，
所述成像设备包括在支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(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，并且在该成像设备中，支撑X射线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，
其特征在于，
至少一个显示器(11)设置至该成像设备，所述显示器设置成与至少一个摄像机(12)处于功能连接，所述至少一个摄像机(12)设置成与支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)连接，并瞄准或者使得其能瞄准所述检查口(4)内部，并且
所述至少一个显示器(11)设置至支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)或设置至所述支撑构造(1)。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述至少一个显示器(11)在当在坐姿下对患者的腿进行成像时能看见患者的位置定位至成像设备。
3.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述至少一个显示器(11)设置成与所述成像设备的控制系统处于功能连接，用于显示成像参数。
4.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述至少一个显示器(11)可动地附接地设置至该成像设备。
5.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述至少一个显示器(11)设置至支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)并且能运动以便使得能调节所述至少一个显示器相对于支撑X射线成像装置的所述大致环形结构的方位。
6.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述至少一个摄像机(12)设置于支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)内，并且支撑X射线成像装置的所述大致环形结构的内表面的至少部分设置成是透明的，或者包含一个开口，所述至少一个摄像机(12)通过所述开口瞄准或者能够瞄准所述检查口(4)。
7.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，定位支撑件(8)设置至所述检查口(4)，用于定位待成像的解剖学构造，以便进行X射线成像，并且所述至少一个摄像机(12)瞄准或者设置成大致瞄准所述定位支撑件(8)。
8.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，定位灯(13)设置至该成像设备，所述定位灯瞄准或者能瞄准所述检查口(4)，由所述定位灯形成的照明图案设置成由所述至少一个摄像机(12)照相并且显示在所述至少一个显示器(11)上。
9.根据权利要求8所述的成像设备，其特征在于，该成像设备的控制系统包括用于调节所述照明图案的尺寸和/或形状的装置以及用于调节X射线光束的尺寸和/或形状的装置(25)，其中所述用于调节所述照明图案的尺寸和/或形状的装置和所述用于调节X射线光束的尺寸和/或形状的装置彼此形成功能连接，以便或者使得调节照明图案的尺寸和/或形状就改变X射线光束的尺寸和/或形状，或者使得调节X射线光束的尺寸和/或形状就改变照明图案的尺寸和/或形状。
10.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述X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。
11.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，所述X射线源(21)和图像信息接收器(22)被设置成能在支撑X射线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X射线源(21)离所述旋转中心的距离不同于图像信息接收器(22)离所述旋转中心的距离而运动。
12.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，大致环形支撑部(20)设置在支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)内，所述X射线源(21)和图像信息接收器(22)附接至所述大致环形支撑部(20)并且所述大致环形支撑部(20)被设置成能在支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)内旋转。
13.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，大致环形支撑部(20)设置在支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)内，能在支撑X射线成像装置的大致环形结构(2)内旋转，所述至少一个摄像机(12)附接到所述大致环形支撑部(20)。
14.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，由所述X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。
15.根据权利要求1或2所述的成像设备，其特征在于，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，呈圆拱形状的支撑X射线成像装置的所述大致环形结构(2)的主要部分的半径约为50cm或更少，和/或该X射线源(21)的焦点距该X射线成像装置的旋转中心的距离为大约390mm，而图像信息接收器(22)距该X射线成像装置的旋转中心的距离为大约190mm。
16.根据权利要求3所述的成像设备，其特征在于，所述成像参数为仍然剩下的曝光时间。
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