CN104981206A - 用于锥形束计算机断层摄影的肢体成像装置 - Google Patents

Abstract

一种用于锥形束计算机断层摄影的装置可包括支撑结构、耦接到所述支撑结构以用于在至少x、y和z方向上的受控运动的扫描器总成，所述扫描器总成可包括DR检测器，其被构造为沿检测器路径的至少一部分移动，所述检测器路径至少部分地绕扫描体积延伸其足够长以允许所述扫描体积被定位在所述检测器路径内的距离D1；辐射源，其被构造为沿所述检测器路径外部的源路径的至少一部分移动，所述源路径具有大于所述距离D1的距离D2，所述距离D2足够长以允许所述扫描体积的适当辐射暴露以用于由所述检测器进行的图像捕捉；和所述检测器路径中的第一间隙。

Description

用于锥形束计算机断层摄影的肢体成像装置

发明领域

本发明一般涉及诊断成像，且特别涉及用于获得肢体的体积图像的锥形束成像系统。

发明背景

3-D体积成像已经被证明是有价值的诊断工具，其可提供比用于评估内部结构和器官的状况的早期2-D射线照相成像技术更显著的优点。患者或其它对象的3-D成像已经通过很多进步(包括高速成像检测器的开发(诸如实现以快速连续拍摄多个图像的数字射线照相(DR)检测器))而成为可能。

锥形束计算机断层摄影(CBCT)或锥形束CT技术提供有巨大应用前景的作为提供3-D体积图像的一种类型的诊断工具。锥形束CT系统通过使用高帧速率数字射线照相(DR)检测器和x射线源捕捉体积数据集、通常固定到绕待成像的对象旋转的机架、从沿其绕对象的轨道的各个点朝向对象引导x射线的发散锥形束。CBCT系统捕捉整个旋转中的投影，例如，每个旋转度一个2-D投影图像。然后使用各种技术使投影重构为3D体积图像。在公知方法中，用于从2-D图像数据重构3-D体积图像的方法是滤波反投影方法。

虽然可使用CBCT系统和技术产生诊断质量的3-D图像，但是多项技术挑战依然存在。在一些情况下，例如，可存在x射线源和检测器相对于对象的有限范围的角度旋转。腿、手臂和其它肢体的CBCT成像可因成对肢体的物理阻碍而受限制。这是在获得例如人类的腿或膝盖的CBCT图像预测中遇到的障碍。膝盖周围不是所有的成像位置都可进入；患者的自身解剖结构通常可防止辐射源和图像检测器被定位在扫描外周的一部分的上方。

为了说明膝盖的CBCT成像中所面临的问题，图1的俯视图示出在对作为对象20的患者的右膝盖R成像时的辐射源22和检测器24的圆形扫描路径。辐射源22和检测器24的各个位置以虚线形式示出。源22(放置在与膝盖相隔一段距离处)可被定位在约200度的圆弧上方的不同点处；因为任何较大圆弧，成对的肢体(左膝盖L)会挡路。检测器24(小于源22且通常放置在非常靠近对象20的位置处)可被定位在患者的右膝盖和左膝盖之间且由此能够定位在整个圆形轨道上方。

源和检测器的完全360度轨道不需要进行常规CBCT成像；相反，可在例如仅超过锥形束本身的角度达180度的轨道扫描范围内获得用于图像重构的足够信息。然而，在一些情况下，可能难以获得用于对膝盖或其它关节成像的远远超过约180度旋转和其它应用。此外，可存在以下诊断情况：其中在一定角度范围内获得投影图像具有优点，但是患者的解剖结构阻挡源、检测器，或两者在该范围内成像。用于在这些条件下获得肢体的图像而提出的一些建议的解决方案需要患者承受难受或不舒适的位置。在成像时，肢体的位置不代表四肢或其它肢体如何在移动中或负重条件下服务患者。这可有助于例如检查在患者施加到膝或踝关节上的正常体重负重以及在放松位置的该关节的状况。但是，如果患者需要承受通常不是在典型移动或姿势时遇到的位置，那么有可能在关节上存在过度应力，或不足应力，或取向不良的应力或张力。膝或踝关节(在一些人为施加的负重下且在站立时不会采取的角度下)可能不会完全像其在站立位置承载患者的体重时那样来行为。这些条件下的肢体的图像可能无法准确地表示肢体或关节如何被使用且可能无法为评估和治疗计划提供足够信息。

用于肢体成像的常规解决方案的还有其它困难，其涉及差图像质量。对于图像质量，CBCT序列需要检测器被定位为靠近对象且锥形束辐射的源处于与对象相隔足够的距离处。这提供了最好图像且降低了图像截断和随之而来的数据丢失。将对象的中间定位在检测器和源之间，如一些常规系统所做的那样，不仅显著地损害了图像质量，而且还使患者太靠近辐射源，使得辐射水平高很多。

CBCT成像代表也影响采用在角度范围内沿沿轨道运行肢体的辐射源和检测器的其它类型的体积成像的一些挑战。存在可用于获得用于扫描的肢体的深度信息的各个断层成像模式。

总之，用于肢体成像，特别用于成像成对的肢体，需要许多改进，其中包括以下：

(i)辐射源和检测器相对于成像的对象的改进放置以在整个扫描序列提供可接受的辐射水平和图像质量，其中具有用于检查有利条件下的肢体的至少粗自动设置的能力；

(ii)相对于源和检测器的转动轴在不同高度成像的系统灵活性，包括允许患者舒适地站立或坐下(诸如例如一只脚在较高位置)成像的灵活性；

(iii)调整转动轴的角度以适应患者定位要求的能力；

(iv)改进患者进入，使得患者不需要扭曲、扭动或过分加压可能已经受伤的肢体或关节以便提供这些身体部位的图像；

(v)改进获得CBCT图像的工程学，从而允许患者以例如正常姿势站立或坐下。这也将允许承重肢体(诸如腿、膝盖，和脚踝)在由患者的体重施加的正常负重下而不是在模拟负重条件下成像，且提供用于支撑患者的选择；和

(vi)多用途成像的适应性，从而允许单个成像装置可构造为用于成像多个肢体(包括膝盖、脚踝、脚趾、手掌、手肘和其它肢体)中的任何。这还包括在不同成像模式下(包括CBCT、二维(2-D)投影射线照相、荧光透视，和其它断层摄影模式)下操作成像系统的能力。

总之，成像装置的简单构造和定位的能力允许以下优点：CBCT成像可适应与众多肢体一起使用，以在合适成像方式下获得体积图像，其中图像肢体在承重条件和非承重条件两者下以合适取向呈现，且患者适当地站立或坐下。

发明概要

本申请的一方面是推进医学数字放射照相的技术。

本申请的另一方面是全部或部分解决相关技术中的至少上述和其它缺陷。

本申请的另一方面是全部或部分提供至少本文描述的优点。

本申请的另一方面是推进肢体的身体部分(特别是关节或承重、成对的肢体(诸如膝盖、腿、脚踝、手指、手掌、手腕、手肘、手臂和肩膀))的诊断成像的技术。

本申请的另一方面是提供适于对适合肢体范围的条件成像和/或允许患者处于适合肢体的成像的多个位置处的装置和/或方法的实施方案。

本申请的另一方面是提供装置和/或方法实施方案，其提供至少第一重量传感器和至少第二重量传感器，该第一重量传感器提供指示患者的成像腿的重量的第一信号，该第二重量传感器提供指示患者的未成像腿的重量的第二信号，其中显示器为CBCT成像装置显示成像腿和非成像腿之间的至少比较重量。

本申请的另一方面是提供装置和/或方法实施方案，其提供耦接到CBCT成像装置的可移动部分的患者支撑杆。

本申请的另一方面是提供其为CBCT成像装置提供从扫描器延伸以用于在扫描操作期间稳定成像装置的支撑构件的装置和/或方法实施方案。

从一方面，本发明提供了用于获得腿的一部分的锥形束计算机断层摄影图像的方法，其可包括：a)将待成像的腿的部分沿扫描器中的β轴定位，所述扫描器包括被设置为绕β轴沿轨道运行的辐射源和检测器并且其中待成像的腿被放置在第一重量传感器上；b)将待成像的腿包围在扫描器内，并将另一条腿放置在位于扫描器外部的第二重量传感器上；c)显示指示第一重量传感器和第二重量传感器之间的重量分布的一个或多个值；d)首次激励辐射源以通过成像腿的部分且朝向检测器引导辐射并在不同角度下获得一个或多个图像；e)在接收待成像的腿的约50％的重量分布的第一构造和将待成像的腿的重量分布减少到小于10％的第二取向之间切换在空间上取向到扫描体积的机构；和f)二次激励辐射源以通过成像腿的一部分且朝向检测器引导辐射并获得一个或多个额外图像，其中首次激励和二次激励分别对应于50％的身体承重检查和低承重检查之间的对比，其中小于10％的体重由第一重量传感器测量。

这些目的仅通过说明性实施例的方式给出，并且这样的目的可能是本发明一个或多个实施方案的示例。通过所公开的发明固有地实现的其它期望目的和优点可对于本领域技术人员发生或变得明显。本发明由所附的权利要求书限定。

附图简述

如附图中所示，通过本发明的实施方案的以下更特别的描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将显而易见。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。

图1是示出小腿的部分的CBCT扫描的几何形状和局限的示意图。

图2示出根据本申请的实施方案的成像装置的扫描图案的俯视和透视图。

图3A是示出患者进入根据本申请的实施方案的成像装置的透视图。

图3B是示出用于封闭在检测器传输的路径内待成像的肢体的一系列步骤的俯视图。

图4示出当使用根据本申请的实施方案的成像装置时获得患者的腿的一部分在多个角度位置处的CBCT投影的操作序列的部分。

图5是示出根据本申请的实施方案的用于肢体成像的CBCT成像装置的透视图。

图6A示出用于成像环平移和定位的内部组件。

图6B示出用于转动和平移的参考轴。

图6C是示出用于成像扫描器的定位系统的组件的示意图。

图6D是示出垂直平移装置的一些组件的透视图。

图6E示出安装了盖的CBCT成像装置。

图7A示出成像环相对于垂直轴或z轴的平移。

图7B示出成像环绕正交于z轴的α轴的转动。

图7C示出成像环绕正交于α轴的γ轴的转动。

图7D示出成像扫描器的微调位置的操作者控制工件的位置。

图7E示出定位控制工件的放大图。

图8是示出被构造为用于站立患者的膝盖成像的肢体成像装置的透视图。

图9是示出被构造为用于站立患者的脚或脚踝成像的肢体成像装置的透视图。

图10是示出被构造为用于坐下患者的膝盖成像的肢体成像装置的透视图。

图11是示出被构造为用于坐下患者的脚或脚踝成像的肢体成像装置的透视图。

图12是示出被构造为用于坐下患者的脚趾成像的肢体成像装置的透视图。

图13是示出被构造为用于坐下患者的手掌成像的肢体成像装置的透视图。

图14是示出被构造为用于坐下患者的手肘成像的肢体成像装置的透视图。

图15A是根据本申请的实施方案的肢体成像装置的扫描器组件的俯视图。

图15B是支撑根据本申请的实施方案的肢体成像装置的扫描器组件的框架的透视图。

图15C是支撑根据本申请的实施方案的具有增加配重的肢体成像装置的扫描器组件的框架的透视图。

图16A是示出门打开位置的成像扫描器的俯视图。

图16B是示出门关闭位置的成像扫描器的透视图。

图16C是示出门关闭位置的成像扫描器的俯视图。

图16D是示出关闭位置处的门的透视图。

图17A是在成像扫描的一个末端部处的具有其所示的内部成像组件的成像扫描器的俯视图。

图17B是在与图17A中所示的端部相对的成像扫描的末端部处的具有其所示的内部成像组件的成像扫描器的俯视图。

图17C是具有其所示的壳体的成像扫描器的俯视图。

图17D是具有所示的内部成像组件和中心弧角的成像扫描器的俯视图。

图18A是示出根据本发明的实施方案的用于重量分布感测的传感器的透视图。

图18B是示出根据本发明的实施方案的用于重量分布感测的传感器的俯视图。

图19是示出用于测量和显示患者的腿的重量分布的装置的示意图。

图20A示出用于临时改变患者的重量分布的插入件的使用。

图20B示出用于在不变化腿的成像部分的位置的情况下为改变患者的重量分布而移除的插入件。

图21是移除了盖的扫描器的透视图，其示出包括机架的内部组件的布置。

图22是示出扫描器底座上的扫描器支撑腿的透视图。

图23是示出单腿构造中的扫描器支撑构件的透视图。

图24是示出双腿构造中的扫描器支撑构件的透视图。

图25是示出可延伸的腿构造中的扫描器支撑构件的透视图。

图26是示出朝向基座延伸的扫描器支撑构件的透视图。

具体实施方式

以下是本发明的示例性实施方案的描述，其实施例被示于附图中。只要可能，相同附图标记将贯穿附图使用来指代相同或相似的部件。

为了说明目的，本发明的原理主要通过参考其示例性实施方案在本文中描述。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，相同的原理同样适用于所有类型的射线照相成像阵列、各种类型的射线照相成像装置和/或使用其的方法并且可在其中实施，并且任何这样的修改都不会脱离本申请的真正精神和范围。此外，在以下描述中，进行对附图的参考，所述附图示特定示例性实施方案。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对实施方案进行电、机械、逻辑和结构的变化。

在本申请的上下文下，术语“肢体”具有其如在诊断成像说法中常规理解的含义，指的是膝盖、腿、脚踝、手指、手掌、手腕、手肘、手臂，和肩膀以及任何其它解剖肢体。术语“对象”用于描述被成像的患者的肢体，例如诸如在“对象的腿”。术语“成对的肢体”一般用于指代任何解剖肢体，其中通常两个或更多个存在于相同患者。在本申请的上下文中，除非必要，否则不对成对的肢体成像；仅对对象的肢体成像。在一个实施方案中，不对成对的肢体成像以减少患者剂量。

在本文中对本申请的示例性实施方案给出的一些实施例重点在于对人体解剖学的承重下肢(例如诸如腿、膝盖、脚踝和脚)成像。然而，这些实施例被认为是说明性的和非限制性的。

在本申请的上下文中，术语“圆弧”，或者可替代地，或者弧形具有以下意思：曲线、样条或非线性路径的一部分(例如作为小于360度的曲线的一部分或可替代地被认为小于给定半径或离中心孔的距离的2π弧度的曲线的一部分)。

术语“可致动”具有其常规含义，涉及能够响应刺激(例如诸如响应电信号)影响动作的装置或组件。

如本文所用，术语“可激励”涉及在接收电力且任选地在接收使能信号时进行所指示的功能的装置或组件集。

在本申请的上下文中，如果两个元件的角度取向彼此相差90度(+/-不大于约10度)，那么它们被认为基本上正交。

有益的是观察到圆柱体的数学定义不仅包括熟悉的“罐形的”正圆柱体，而且还包括任何数量的其它形状。圆柱体的外表面通过沿封闭曲线或沿基础平面的其它路径移动第一直线元件而产生，同时保持第一直线元件平行于从基础平面延伸出的第二固定直线，其中移动的第一直线与基础平面中的固定封闭曲线或基线相交。立方体例如被认为根据该定义而具有圆柱形状。例如当移动的第一直线以直角相交基础平面中的圆时产生旋转的罐形圆柱体。当其总体表面形状根据该定义由圆柱体形状而接近时，对象被认为是大致圆柱形的，其中允许标准倒角、突起或凹陷的机电紧固件，和外部安装装置。

根据本申请的某些示例性实施方案通过提供限定协调的非线性源和检测器路径(例如，围绕中心点是轨道的、弯曲的和同心的)的成像装置来解决肢体成像的困难，其中提供源和检测器路径的组件被构造为在成像之前和之后允许患者进入并且被构造为在CBCT图像捕捉系列期间允许患者以正常姿势坐下或站立。某些示例性实施方案通过使用具有允许肢体的定位的周向进入开口的检测器传输装置提供该能力，其中一旦检测器传输装置到位，其即绕定位的肢体旋转，从而在肢体旋转通过扫描的至少一部分时(例如，部分地，基本上、完全)包围肢体。

有益的是考虑到其可以是扫描肢体的CBCT设备的设计的考虑因素的身躯的维度属性。例如，处于舒适站立位置的平均高度的成年人患者具有通常任何地方都相距约10cm至约35cm的左右膝盖。对于平均身高的成年人，膝盖之间的距离超过约35cm至40cm(14英寸至15.7英寸)会变得不舒适并且会超出正常站立姿势的范围。有益的是应指出，这种约束使得使用用于获得所需要的2-D图像序列的常规机架解决方案不切实际。对于某些示例性实施方案，源或检测器必须能够在站立患者的腿之间穿过以进行膝盖CBCT成像，该能力对于机架或其它常规解决方案不可用。

图2的透视图和对应俯视图示出如何提供扫描模式以用于根据本申请的实施方案的CBCT成像装置10的组件。由检测器传输装置34为检测器装置提供从中心轴β的合适半径R1的检测器路径28。由源传输装置32为辐射源提供第二较大半径R2的源路径26。在一个实施方案中，非线性源路径26的长度大于非线性检测器路径24。根据本申请的实施方案(随后更详细地描述)，相同的传输系统提供检测器传输装置34和源传输装置32两者。肢体(对象20)的中心优选地基本上沿中心轴β，使得中心轴β可被认为是贯穿对象20中的点的线。在一个实施方案中，成像孔或CBCT装置可包括或涵盖中心轴β。图像捕捉的限制几何形状由于源传输装置32的圆弧而产生、由间隙38阻止(例如，对于患者的解剖结构由诸如由成对的肢)，且因此被通常限于小于约220度(如前所述)。周向间隙或开口38可占用源路径26的圆弧的端点之间的空间。间隙或开口38为患者给出空间作为例如站立的地方，而一条腿被成像。

检测器路径28可延伸通过周向间隙38以允许扫描，因为检测器不必被患者解剖结构阻止，但可具有至少部分地围绕可在站立患者的腿之间延伸的成像的肢体的行进路径。本发明的实施方案允许检测器路径28的临时约束以允许患者作为初始患者定位的一部分而进入。图2中的透视图例如示出检测器传输装置34转动以打开周向间隙38，使得其从轴β延伸(例如超出源路径或壳体)。通过平移到图3A中所示的打开位置的检测器传输装置34，患者可自由地进出用于成像的位置。当患者被放置到位，检测器传输装置34绕轴β旋转超过180度；根据本申请的实施方案，检测器传输装置34绕轴β旋转大致200度。该患者进入和随后调整检测器传输装置34被示于图3B中的连续阶段中。这种轨道移动限制更有效地成像的肢体并将检测器24(由于检测器传输装置34壳体而在图2至图3B中不可见)放置在靠近对象20的位置处以用于依次获得第一投影图像。在一个实施方案中，检测器传输装置34可包括屏蔽装置或检测器路径的一部分上的门，和/或间隙38。

周向间隙或开口38不仅允许进入以进行对象的腿或其它肢体的定位，而且也允许足够空间以使患者在成像期间以正常姿势站立，从而将成像的对象的腿放置在沿轴β的中心位置(图2)并将非成像的成对的腿放置在由周向间隙38限定的空间内。周向间隙或开口38延伸近似180度减去(例如，源路径的端部之间的)扇形角(其由源-检测器几何形状和距离确定)。周向间隙或开口38允许肢体进入使得其中心可沿中心轴β而定位。一旦患者的腿或其它肢体到位，检测器传输装置34或带罩的盖或中空门或限定该传送路径的其它构件可旋转到位，从而关闭周向间隙或开口38的检测器部分。

通过举例的方式，图4的俯视图示出用于在使用CBCT成像装置时获得患者的腿的一部分在多个角度位置处的CBCT投影的操作序列的部分。辐射源22和检测器24的相对位置(其可被隐藏在罩或底座下)如前面所指出的被示于图4中。源22和检测器24可被对准使得辐射源22可在CBCT扫描和投影成像期间在每个位置处朝向检测器24(例如，直径相对)引导辐射。序列开始于开始扫描位置50，其中辐射源22和检测器24处于初始位置以获得第一角度的图像。然后，辐射源22和检测器24两者都绕轴β旋转，如在临时扫描位置52、54、56和58中所表示的。成像终止于端部扫描位置60。如该序列示出，源22和检测器24都处于相对于每个成像角度下的对象20的相对位置处。在整个扫描周期中，检测器24处于对象20的短距离D1内。源22被定位于超过对象20的较长距离D2处。源22和检测器24的组件在每个路径上的定位可由单独的致动器实施(一个致动器用于每个传输路径)，或由单个转动构件实施，如随后更详细地描述。应指出，相反方向上的扫描运动(其相对于图4中所示的实施例是顺时针)也是可能的，其中在初始和终端扫描位置处具有对应变化。

鉴于这种基本操作序列，其中源22和检测器24沿沿轨道运行肢体，可理解可适于对患者坐下或站立且承重或非承重姿势的患者肢体成像的成像系统的有用性。图5的透视图示出根据本申请的实施方案的用于肢体成像的CBCT成像装置100。成像装置100具有万向成像环或扫描器110，其将源22和检测器24容纳并隐藏在壳体78内。图5示出它们的支撑传输机制。扫描器110的高度可调节且可以万向方式绕非平行轴(诸如在随后图中描述的绕基本正交的轴)转动，以适应不同患者姿势和肢体成像条件。支撑柱120将扫描器110支撑在如随后描述的轭，或分叉或叉形支撑臂130、具有可调节高度且进一步提供扫描器110的转动的刚性支撑元件上。支撑柱120可被固定在适当位置，诸如安装到地板、墙壁或天花板。根据诸如图6A和其它地方所示的便携式CBCT实施方案，支撑柱120安装到支撑底座121，其也包括用于传输和操纵成像装置100到位的可选的轮子或脚轮122。控制面板124可提供操作者界面，诸如显示监视器，用于输入用于装置100调整和操作的指令。在一个实施方案中，控制面板124可包括控制CBCT系统100的操作的处理器或计算机(例如硬件、固件和/或软件)。支撑柱120可以是固定高度的或者可具有伸缩操作，在诸如装置100移动时具有提高的可见性。

垂直和转动移动

图6A示出扫描器110的示例性内部成像和定位机构(其中盖被移除)的部分，其允许成像装置100以各种构造成像肢体的能力。图6B示出用于扫描器110定位的转动轴限定。α轴和γ轴不平行，以允许万向动作。根据图6A中所示的本申请的实施方案，α轴和γ轴相互正交。α轴基本正交于z轴。α轴和γ轴的交点可与支撑柱120偏移一些非零距离。

首先考虑z轴，图6A示出实现垂直运动的示例性实施方案。在支撑柱120内，垂直滑架平移元件128被致动以便在垂直方向上在轨道112内沿柱120向上或向下行进。滑架平移元件128具有耦接到致动器136以用于提供α轴转动至叉形或C形支撑臂130的支撑轴132。叉形支撑臂130(在图6A中仅部分示出以允许底层组件的更好视图)耦接到支撑轴132。X射线源22和接收器24安装在可转动机架36上以用于绕指定为β轴的扫描或中心轴转动。轴β正交于α轴和γ轴。

可理解，z轴平移可以多种方式实现。必须由所使用的类型的系统解决的挑战包括处理叉形支撑臂130和臂130支撑的成像扫描器110的重量。这可很容易地承重几百磅。此外，必须提供注意事项来处理诸如电力损耗、与患者接触，或阻碍定位移动或操作的机械问题的状况。根据本申请的实施方案，如图6C和图6D的透视图中示意地示出，垂直致动器129转动螺纹轴123。垂直滑架平移元件128采用滚珠螺杆安装装置125以将转动运动转换为所需的线性(例如，z方向)运动，从而促进垂直滑架平移元件128向上或允许垂直滑架平移元件128向下移动。滚珠螺杆平移装置对于处理高重量负荷是有利的且通常比使用螺纹装置的其它类型的平移的效率更高。使用滚珠螺杆装置还允许小型电机来将升降扫描器110的轴驱动到适当位置且可有助于消除对于允许垂直移动的控制的复杂而笨重的配重系统的需要。编码器145(诸如线性编码器元件)可提供用于指示垂直滑架平移元件128的垂直位置的反馈信号。

垂直滑架平移元件128在形成于支撑柱120(图6A)中的轨道112内部行进；轮138有助于在槽内引导平移元件128。成对轮138可彼此正交以在柱120内提供居中。

还可为支撑柱120提供制动系统。弹簧加载的制动器142(图6D)被定位为在检测到机械困难、断电，或其它状况时致动和抓握轴123或其它机械支架。传感器144(诸如测力传感器)被构造为感测不需要的快速运动或干扰状况并使制动器142致动。

进行垂直平移的支撑柱120的其它特性包括内置冗余，具有吸收重量和冲击的弹簧、感测机械问题(包括由患者引起的阻碍)的测力传感器，和可手动操作的制动机构。

应指出，其它类型的平移装置可用于提供垂直支架平移元件128的垂直移动。用于垂直移动控制的一种常规方法通过电动辅助使用滑轮和配重的系统以提供提升力。然而，这样的装置可以是不利的，因为其可对柱120和支撑结构增加相当大的重量。尽管具有与其重量相关的缺点，但是滑轮机构的使用对于允许可收缩或伸缩柱120装置例如简化成像装置100在空间之间的传输是有利的。

扫描器的万向装置

叉形支撑臂130可以万向装置支撑扫描器110。源22和检测器24被示出处于机架36上用于在图6A中参考并覆盖在图6E的替换视图中。垂直滑架平移元件128被构造为跨骑在支撑柱120内的轨道112内(图6A)。

对于某些示例性实施方案，诸如可为电力损耗情况提供某种水平的手动操作性。在一个实施方案中，叉形支撑臂130可由例如一人或多人向上提升在适当位置，从而即使当设置制动器142时也升高垂直滑架平移元件128。向上提升支撑臂130不会释放制动器142，而是简单地设置制动器142以将元件128位置保持在新水平。

根据本申请的替代实施方案，垂直滑架平移元件128可以是沿支撑螺纹轴132垂直移动的电机；可替代地，垂直滑架平移元件128可使用链条、滑轮，或其它中间机制被驱动，所述中间机制具有相当大的配重以手动升高和降低垂直滑架平移元件128及其连接的叉形支撑臂130和支撑柱120内的组件。附加的支撑组件包括更复杂的制动系统，诸如用于提供相对重力的力以便防止叉形支撑臂130的突然移动以作为对损伤或伤害的预防措施的气动制动系统。垂直滑架平移元件128可自动化或者可以是使用一个或多个弹簧或配重装置以允许叉形支撑臂130的手动移动容易到适当位置的手动操作的定位装置。

接下来，考虑到叉形支撑臂130的α轴移动，在一个实施方案中，转动致动器136可激励以允许轴132的转动(图6A)。该转动致动可同时与z轴平移以及与相对于γ轴的转动。

叉形支撑臂130允许根据叉形支撑臂130的位置和角度相对于γ轴的移动。在图6A的实施例中，γ轴被垂直取向，基本上与z轴平行。图6E示出水平取向的γ轴。具有转动致动器146的枢轴安装装置140(由叉形支撑臂130提供)允许沿γ轴转动。α轴和γ轴旋转的万向组合可允许成像装置被设置为在患者站立、坐下或俯卧的多个可能位置处成像。

成像装置100的示例性定位能力被示于图7A至图7C中。图7A示出叉形支撑臂130在支撑柱120上的移动以提供扫描器110的z轴(垂直)平移。图7B示出叉形支撑臂130绕水平α轴的转动。图7C示出绕如叉形支撑臂130的C形臂装置限定的γ轴转动。

用于定位支撑臂130的序列和控制

根据本发明的实施方案，一组初始操作者命令将CBCT成像装置100自动构造为用于成像的明确定义的一组默认位置中的一个，诸如随后描述的那些。患者等待直到该初始设置完成。然后，患者被定位在CBCT成像装置100上且任何所需的高度调整(z轴)或绕α或γ轴的转动可由技术人员进行。这种类型的微调的调整在低速下进行以增加患者的舒适度且因为需要在大多数情况下仅对位置进行递增改变。

图7D和图7E的放大图示出用于如图7A至图7C中所述的z轴平移和α和γ轴转动的操作者调整的设置在臂130上的用户控制台156、158(其中为了提高可见性移除了扫描器110)。两个控制站156和158基本上是相同的、重复的以允许操作者针对不同肢体成像装置更容易进入。通过举例的方式，图7E示出控制站158的放大图。启动开关159被按压以激活控制工件160且相关联的指示器在控制工件160被激活或启用时点亮。作为防止在一些成像构造中患者与控制器的无意接触的患者安全功能，一个或两个控制站156、158被禁用。在开关159已被按下之后，一个或两个控制站156、158也可在超时期限后被禁用。紧急停止控制工件162可停止成像装置的所有运动，包括支撑臂130的向下运动。

仍然参照图7E，控制工件160可激活任何适当的致动器以进行z轴平移、α轴转动和/或γ轴转动。系统的示例性响应可基于操作者的动作，如下：

(i)z轴的垂直移动通过在垂直向上或向下方向上按压控制工件160实现。控制逻辑针对支撑臂130的角位置调整，使得向上按压控制工件提供z轴移动，而与支撑臂130取向无关。

(ii)α轴转动通过转动控制工件160实现。控制工件60在顺时针(CW)或逆时针(CCW)方向的圆运动引起绕α轴的对应转动。

(iii)γ轴转动通过控制工件60的水平左到右或右到左移动实现。与z轴移动一样，控制逻辑针对支撑臂130的角位置调整，使得左到右或右到左移动相对于操作者，而与支撑臂130取向无关。

应指出，如图6E中所示的CBCT成像装置100为扫描器110定位提供三个自由度(DOF)。除了先前描述的z轴平移和绕α轴和γ轴的转动，脚轮122允许扫描器110位置相对于z轴的转动以及沿地板的平移。

用于成像各个肢体的构造

鉴于参照图6A至图7D描述的基本结构，可理解用于各种目的的扫描器110的定位多样化。随后的图8至图14以举例的方式示出该装置如何服务用于肢体成像的不同构造。

图8示出用于膝盖检查的示例性扫描器110定位，其中对象20是站立的患者。可选的患者支撑杆150可附接到支撑柱120。在一个实施方案中，支撑杆150安装到垂直滑架平移元件128。相应地，在垂直滑架平移元件128移动时，支撑杆150的对应位置可移动。根据本申请的替代实施方案，支撑杆150可安装到扫描器110，诸如安装到扫描器110的盖或安装到叉形支撑臂130。相反，支撑杆150的实施方案在成像期间或者在由扫描器110进行扫描期间可以是不动的。对于本实施方案，沿z轴的垂直调整将患者的膝盖设置在扫描器110的中心。叉形支撑臂130被布置为使得包含α轴和γ轴两者的平面是大致水平的。患者通过开口、周向间隙或扫描器110中的开口38进入。门160跨越间隙38枢转到位以封闭周向间隙或开口38的内部。一旦患者的膝盖被定位，门160即在患者的腿之间配合。

可选的患者支撑杆150的某些示例性实施方案可被安装到CBCT装置100的可移动部分，优选地与成像体积具有规定的空间关系。对于这样的实施方案，存在检测器151可被构造为检测支撑杆150何时被安装到CBCT系统100。当检测到时，控制面板124中的例如控制器或类似装置可计算扫描器110和/或叉形支撑臂130移动以防止其间与固定的支撑杆150的碰撞。因此，当附接的支撑杆150可限制扫描器110的运动时。示例性存在检测器151可包括但不限于磁检测器、光检测器、电气-机械检测器等。如图9中所示，一对任选的或可移动的支撑臂150可固定到垂直滑架平移元件128且具有由一对存在检测器151报告的其附接装置。

对于图8和选定的随后的实施方案，一旦枢转到其关闭位置时，门160可通过保护和/或提供如图4中所示的弯曲检测器传输路径34来有效地延伸成像路径。通过这种装置，当门160被关闭以保护传输路径时，膝盖可在负重或非负重条件下检查。通过封闭跨越开口38的检测器传输34路径的部分，门160使得肢体被适当地定位以进行3D成像且在这些成像组件以CBCT图像捕捉序列沿沿轨道运行肢体时保持在源和检测器之间的适当位置。

图9示出用于脚或脚踝检查的扫描器110定位，其中对象20是站立的患者。通过这样的构造，扫描器110被降低以更有效地扫描所关注的区域。包含α轴和γ轴两者的平面与水平偏移约10度、绕γ轴旋转。阶梯116跨越用于患者进入的周向间隙或开口38而设置。

图10示出用于坐下的患者的膝盖检查的扫描器110定位。对于这样的构造，叉形支撑臂130相对于z轴被提升。绕α轴的转动对γ轴取向，使得其垂直或接近垂直。周向间隙或开口38被定位以允许患者容易进入以对右膝盖进行成像。应指出，绕γ轴的180度转动将周向间隙或开口38定位在扫描器110的另一侧并允许其它(左)膝盖的成像。

图11示出用于坐下的患者的脚或脚踝检查的扫描器110定位。对于这样的构造，叉形支撑臂130相对于z轴被提升。绕α轴的一些轻微转动可能是有用的。绕γ轴的转动以适当的角度取向扫描器110以进行成像。周向间隙或开口38针对舒适的患者进入而被定位。

图12示出用于坐下的患者的脚趾检查的扫描器110定位。对于这样的构造，叉形支撑臂130相对于z轴被提升。绕γ轴的转动针对患者进入而将周向间隙38定位在单元的顶部。

图13示出用于坐下的患者的手部检查的扫描器110定位。对于这样的构造，叉形支撑臂130相对于z轴被提升。绕γ轴的转动定位周向间隙38以适当地用于患者进入。可针对患者的舒适度提供绕α轴的转动以取向扫描器110。

图14示出用于坐下的患者的手肘检查的扫描器110定位。对于这样的构造，叉形支撑臂130相对于z轴被再次提升。绕γ轴的转动适当针对患者进入而定位周向间隙38。可针对患者的舒适度提供绕α轴的进一步转动。

在CBCT成像装置100的一个实施方案中，操作者可首先在控制台或控制面板124上输入指定检查类型的指令(例如，针对图8至图14中所示的构造)。系统然后在定位患者之前自动适应所选的构造。一旦患者就位，即可如先前所述作出对z轴和α和γ轴转动的手动控制调整。

扫描器构造和操作

如先前参照图1至图4所描述的，扫描器110被构造为提供绕待成像的肢体的辐射源22和检测器24的合适行进路径，诸如图8至图14中所示的那些。这样的各种示例性构造中的扫描器110操作可呈现很多要求，其可以至少在某种程度上有冲突，其中包括以下：

(i)在大角度范围内(优选在超过180度的圆弧加上辐射源的扇形角的范围)成像。

(ii)便于患者进入和四肢的宽范围的肢体定位。

(iii)允许其允许以对患者的最小应力进行成像的负重和非负重姿势的能力。

(iii)封闭以防止患者与移动部件的意外接触。

(iv)在整个扫描周期中源到检测器的固定配准。

图15A的俯视图示出根据本申请的实施方案的沿沿轨道运行对象20的扫描器110的组件的构造。一个或多个源22和检测器24安装在其是被可控地旋转(例如，可绕中心轴β在圆弧内转动)的传输总成170的一部分的悬臂C形机架36。源22和检测器24因此在其整个移动周期相对于彼此固定。致动器172被安装到总成170的框架174上并提供用于机架枢转的移动铰链。致动器172可激励以根据扫描序列的需要以顺时针(CW)或反时针(CCW)转动移动机架36和框架174。壳体184可减少或保持灰尘和碎屑不会进入和/或更好地保护操作者和患者不与移动部件接触。

图15B的透视图以附加细节示出传输总成170的框架174和机架36。致动器172与皮带178配合以枢转框架174以绕轴β移动源22和检测器24。图15C的透视图示出具有用于悬臂装置的改进平衡的附加配重182的框架174。

因为其是检测路径28(图2)的扫描弧的一部分穿过允许患者进入的周向间隙或开口38，所以扫描路径的这部分应该与患者分离。图16A、图16B和图16C示出用于遮蔽间隙或开口38的连续位置处的被存储在壳体180内的收缩位置的滑动门176以用于一旦患者处于适当位置时提供对检测器路径28的覆盖。在一个实施方案中，门176可基本上是中空结构，其在关闭时允许检测器24绕患者的肢体穿过。参照图15B，支撑检测器24的机架36的框架174的一部分可在成像扫描期间穿过由门176提供的中空内部腔室。在成像序列的结束时，机架36的框架174转动回其原始位置且门176缩回到其在壳体180内的患者进入或出去的初始位置。在一个实施方案中，门176由操作者手动打开和关闭。在一个实施方案中，联锁装置被设置为使得扫描传输总成的移动(悬臂框架174的转动)是唯一可能的，而门176的全封闭被感测到。

图16B还分别示出壳体180的顶表面和底表面190和192。外周向表面194在顶表面和底表面190和192之间延伸并连接它们。内周向表面196被构造为连接顶表面和底表面190和192以形成从第一表面延伸到第二表面的中心开口198，其中中心开口198围绕β轴。

如相对于图2和图4所示，在一个实施方案中，辐射源22和检测器24每个都可沿分别具有半径R2和R1的圆弧沿沿轨道运行对象。根据替代实施方案，在源传输装置32内，可使用源致动器，其与其为检测器传输装置34的一部分的独立互补的致动器协作。因此，两个独立的致动器装置(一个在每个传输总成中)可由外部逻辑控制器单独控制并协调以绕对象20一致沿其各自的圆弧移动源22和检测器24。

在本公开的上下文中，如果表面具有超过约10英尺的曲率半径，那么该表面被认为是“基本上”平坦的。

图10的透视图示出用于坐下的患者的膝盖成像而构造的肢体CBCT成像装置100。从图10中可以看出，患者需要扫描体积之外的空间以用于不被成像的腿的舒适放置。为了这个目的，壳体78被成形以提供额外的间隙。

如可从图8至图14和图16A至图16D容易地看到，成像扫描器110具有壳体78。根据本申请的一个实施方案，壳体78基本上是圆柱形的；然而，不需要壳体78的圆柱表面形状。大致圆柱形的意思是，到至少第一近似值，壳体78表面形状紧密地近似圆柱体，其稍微偏离圆柱体的严格几何定义且具有周向间隙和一些额外的特征用于本身不是圆柱形的附接和组件界面。

图17A至图17D示出用于理解扫描器110如何被构造和操作(例如，扫描)的所关注的多个特征。图17A示出根据本申请的实施方案的周向间隙38如何由壳体78形成。扫描体积228(由虚线勾勒)如先前所描述的由源和检测器路径26和28限定并且通常包括β轴的至少一部分。内中心体积230可由壳体78的表面S2限定并且通常可包围扫描体积228。内中心体积230也可由关闭时的门176限定，如图17C中所示。当门176处于打开位置(例如完全或部分打开)时，周向间隙38与内中心体积230邻接。

图17A示出扫描路径的一个末端(其可以是在扫描的开始或结束)处的源传输装置32和检测器传输装置34。图17B示出扫描路径的另一末端处的源传输装置32和检测器传输装置34。应指出，源22沿源传输装置32偏移。通过这种不对称，源22相对于壳体78的表面S3的行进程度不同于其相对于表面S4的行进程度。在图17B中所示的末端行进位置处，源22离表面S4的距离比在图17A中所示的另一末端行进位置处源22离表面S3的距离大两倍。在一个实施方案中，本发明人使用该差异来获得用于坐下的患者的患者定位的额外间隙。

图17C示出壳体78的构造。在本公开的上下文中，顶表面190被认为与至少部分高于或高于扫描体积228的顶部对准；底表面192与至少部分低于或低于扫描体积228的底部对准。在一个实施方案中，顶表面190或底表面192可与扫描体积228的一部分相交。如图17C中所示，扫描体积228可以是柱形或圆柱形。然而，本申请的示例性实施方案意在与其它已知的2D扫描区域和/或3D扫描体积一起使用。壳体78的盖可以是金属、玻璃纤维、塑料或其它合适的材料。根据一个实施方案，顶表面和底表面190和192的至少一些部分是基本上平坦的。

如图17A至图17C中所示，扫描器110具有限定其形状和周向间隙或开口38的形状的多个表面：

(i)外连接表面S1在顶表面190的一部分和底表面192的一部分之间延伸以至少部分地涵盖源和检测器；外连接表面的至少一部分在源行进的路径之外延伸，同时进行扫描；在图17A至图17C中所示的外连接表面S1的实施方案提供了弧形表面，其在绕中心β的半径R5处是大致圆形且在壳体的边缘延伸E1和E2之间；

(ii)内连接表面S2在第一表面的一部分和第二表面的一部分之间延伸以限定包括扫描体积228的一部分的内中心体积230；在图17D中所示的实施方案中，内连接表面S2近似处于从β轴的半径R4处。内连接表面S2的至少部分可以是柱形的。

(iii)其它连接表面可任选地包括表面S3，其对应于源传输装置32的行进路径的第一端点(图17A至图17B)且沿边缘E1相邻曲面S1，其中表面S3朝向弯曲内表面S2向内延伸；和表面S4，其对应于从源传输装置32的第一端点的行进路径的末端相对的端部处的第二端点且沿边缘E2相邻弯曲表面S1，其中表面S4朝向弯曲内表面S2向内延伸。根据一个实施方案，表面S3和S4是基本上平坦的且表面S3和S4之间的角度大于约90度。一般而言，其它附加表面区段(例如，短直线或弯曲表面区段)可在表面S1-S4中的任何之间延伸或包括表面S1-S4中的任何。

内连接表面S1和外连接表面S2和任选的其它表面限定周向间隙或开口38，其与内中心体积230邻接并向外延伸以与外连接表面S1相交以形成间隙38，作为从超过或朝向其中外连接表面S1将(如果延伸)跨越开口38的地方延伸的角形凹槽。如图17D所示，由位于扫描体积内的中心限定且处于在扫描体积外的第一径向距离R4处确定的周向间隙38的边缘之间的第一圆弧A1的中心角小于由第一圆弧中心限定且处于在扫描体积外的第二径向距离R3处的周向间隙38的边缘之间的第二圆弧A2的中心角，其中第二径向距离R3大于第一径向距离R4。在一个实施方案中，如图17D中所示，在扫描体积外的第一径向距离R4处确定的周向间隙38的边缘之间限定的第一距离小于在扫描体积外的第二径向距离R3处确定的周向间隙38的边缘之间的第二距离，其中第二径向距离R3大于第一径向距离R4。根据一个实施方案，圆弧A1和A2的中心绕β轴，如图17D中所示，且间隙38的边缘部分地由壳体78的表面S3和S4限定。

当圆弧A2的中心角足够大以容纳待成像的肢体时，可提供患者解剖结构的所需空间(诸如参考图10所描述的空间)。根据一个实施方案，间隙38的边缘之间的圆弧A2的中心角超过圆弧A1的中心角至少约5度；更有利地，圆弧A2的中心角超过圆弧A1的中心角至少约10度或15度。

图8至图14的透视图示出用于对患者的四肢成像的肢体CBCT成像装置100的各种构造。对于这些构造中的每个，患者的四肢或其它肢体必须被定位在扫描器110的中心且必须为成对的肢体提供空间。如本文所述，周向间隙或开口38被设置为允许进入用于患者的空间和患者解剖结构的其它部分的空间。门176被撤回到壳体78中，直到患者被定位；然后，门176枢转到位以便提供与被成像的患者分离的用于成像接收机、检测器24的合适传输路径。

图16A示出其中门176处于打开位置的扫描器110，所述门不阻碍开口38，即保持开口38畅通，允许患者进入以在开口38内进行肢体放置。图16C是示出其中门176处于由闩锁92保持的关闭位置的扫描器110的俯视图。门176因此延伸到开口38中，从而包围开口38的一部分以对患者的肢体成像。传感器82提供指示至少门176是处于关闭位置还是一些其它位置的联锁信号。除非门176被锁上，否则可防止内部扫描器110组件(诸如c形机架36)的移动。释放装置90将门176从其锁定位置解锁。如图16C和图16D中所示，手柄76可被定位在开口38的外部(诸如如图所示的沿表面S1)，以打开或关闭门176。手柄76或其它类型的门关闭装置放置在开口38的外部在关闭或打开门176时对于患者的舒适度是有利的。如图16C和图16D的示例性实施方案中所示，手柄76与门176可操作地耦接，使得手柄76在预定方向(诸如沿扫描器110壳体78的外周(例如，对应方向，或者所示的顺时针方向))上的移动引起门176(例如，在相同方向上)的对应移动。在一个实施方案中，手柄76的顺时针移动引起门176的顺时针移动、使门176延伸到开口中，并关闭门176；手柄76的逆时针移动引起门176的逆时针移动并打开门176，使得其不阻碍开口或移动到开口畅通的位置。

根据一个实施方案，门176由操作者手动枢转、关闭和打开。这允许操作者更仔细地支撑患者和待成像的肢体。根据一个替代实施方案，致动器被设置为自动关闭或打开门。

图8的透视图示出构造为用于对患者的右腿或左腿上的膝盖或其它负重肢体成像的CBCT成像装置100。这可以是获得承重条件和非承重条件两者下以及其中具有一些可变负重量的条件下的膝盖或其它腿结构的体积图像的特殊值。根据本申请的某些示例性实施方案可提供待确定和/或调整的承重量，使得承重腿的膝盖、脚踝、关节，或其它结构可在合适的负重条件下检查。在一个实施方案中，由待成像或正在被成像的肢体支撑的承重或重量的指示(例如，可视、可听等)可被显示给患者和/或技术人员。

图18A是示出根据一个示例性实施方案的用于重量分布感测的重量传感器220L/220R的透视图。至少一个传感器220L/220R可用于每个脚。图18B的俯视图示出根据另一示例性实施方案的用于重量分布感测的这些传感器220L/220R，其中门176关闭以将待成像的腿包围在孔或扫描腔室228内。

图19是示出用于测量和显示患者的腿的重量分布的装置的示意图。在这里，传感器220以传感器的阵列的形式设置。传感器220连接到处理器222，诸如计算机或专用处理器逻辑电路，其与显示器224信号通信以用于指示患者的重量分布。

在一个实施方案中，用于每个图像的重量分布可与图像一起被存储和/或当前(例如，平均)重量分布被显示。根据本申请的一个替代实施方案，操作者可选择或调整用于分布的阈值，其中阈值确定图像是否被获取。因此，例如，可仅在重量分布在38％和62％之间的时候、仅在所测量的重量分布显示了80％或更多的患者体重在一个或另一个成对关节(例如，用于膝盖、脚踝或髋检查的成对的腿)上的时候、在重量分布在所选腿上小于10％的时候等，可获取图像。

改变重量分布的一个特别问题涉及无意改变成像序列之间的膝盖或其它承重结构的位置。这对于能够在相同位置但在两个或更多个不同负重分布下对膝盖或其它特征成像将是有利的。某些示例性CBCT系统和/或方法实施方案可提供以下能力：在接收待成像的关节(例如膝关节/腿)的约50％的重量分布的第一构造(例如承重或水平)和将待成像的关节(例如膝关节/腿)的重量分布减少到小于10％的第二构造(例如非承重或低)之间将在空间上取向的机构切换到扫描体积。在一个实施方案中，由扫描器110进行的承重检查和非承重检查之间的时间可被减少或最小化。某些示例性CBCT系统和/或方法实施方案可提供以下能力：将用于在第一检查(例如，承重)结束之后为第二检查(例如，非承重)定位患者的时间减少为小于20秒或在源22和检测器24返回到初始位置的时间内。在一个实施方案中，源22和检测器24可针对成对检查中的第一检查在第一方向(例如，顺时针)行进并针对成对检查中的第二检查在第二方向(例如，逆时针)行进以减少成对承重检查和非承重(例如，小于承重力的10％)检查之间的时间。图20A和图20B示出放置在患者的脚和传感器220L之间用于临时改变患者的重量分布的插入件226的使用。图20B示出用于在不显著变化腿的成像部分的位置的情况下改变患者的重量分布而移除的插入件226。

重量分布的监测也可用于检测患者运动。在图像获取期间的重量分布的显著变化例如可指示患者位移位置和应该应用动态补偿。根据本申请的实施方案，在图像获取期间超过阈值(诸如20％或30％)的重量分布变化会使图像处理(i)提醒操作者，(ii)提醒操作者应用动态补偿作为体积图像重建的一部分或(iii)自动应用动态补偿作为体积图像重建的一部分。

参照图21，示出其中移除了顶盖的扫描器110壳体78的透视图。辐射源22和检测器24被安装在移动以沿轨道运行扫描体积228的机架36上。致动器310可从壳体78向外驱动支撑构件312，以便随重力中心的改变而为扫描器110的重量和稳定提供增加的支撑。门176在患者处于适当位置时关闭，其中待成像的肢体处于扫描体积228内。

根据本申请的实施方案，支撑构件312可将扫描器的负重的至少一部分转移到地板。或者，支撑构件312可将负重的一些部分转移到成像装置的支撑基座、转移到外部支柱或结构，或转移到天花板或其它建筑构造。

图22示出作为单个腿或杆的支撑构件312。图23示出作为单个杆的支撑构件312。致动器310可以是电机或手动致动器，例如诸如由手动曲柄驱动的致动器。图24示出作为两个成角度的腿的支撑构件312。图25示出作为可延伸的折叠腿的支撑构件312，其被构造为锁定在承重位置。图26示出支撑构件312将负重的一部分转移到便携式成像装置的支撑基座。

根据本申请的实施方案，支撑构件具有机械装置、电-机装置、磁性装置、一个或多个轮子、一个或多个可滑动支架，或它们的组合。任选的传感器(未示出)可耦接到报警装置(未示出)以用于检测和指示支撑构件的故障。

在一个实施方案中，提供了一种用于对患者的腿的一部分进行锥形束计算机断层摄影成像的成像装置，所述装置包括a)扫描器，其包括辐射源，其可激励以通过成像腿的部分且朝向检测器引导辐射，并且其中辐射源和检测器可移动以绕β轴沿轨道运行正在成像的腿，并且其中扫描器还具有门，其可移动以装配在患者的成像腿和未成像腿之间；b)至少第一重量传感器，其提供指示成像腿的重量的第一信号；c)至少第二重量传感器，其提供指示患者的未成像腿的重量的第二信号；和d)显示器，其根据第一信号和第二信号显示患者的成像腿和未成像腿之间的至少比较重量。一个实施方案可包括可移动插入件，其在成像期间被放置在患者的右脚或左脚下方。

与至少一个实施方案一致，示例性方法/装置可使用具有在从电子存储器访问的图像数据上进行的存储指令的计算机程序。如可由图像处理领域的技术人员理解的，本文的实施方案的计算机程序可由合适的通用计算机系统(诸如个人计算机或工作站)采用。然而，许多其它类型的计算机系统可用于执行所描述的示例性实施方案的计算机程序，包括例如网络化处理器的装置。

用于进行本文描述的某些示例性实施方案的方法的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中。该介质可包括例如磁存储介质，诸如磁盘(诸如硬盘驱动器或可移动装置或磁带)；光存储介质，诸如光盘、光学磁带或机器可读的光学编码；固态电子存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)，或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序而采用的任何其它物理装置或介质。用于进行所描述的实施方案的示例性方法的计算机程序也可存储在通过因特网或其它网络或通信介质的方式连接到图像处理器的计算机可读存储介质上。本领域的技术人员应将进一步容易认识到，这样的计算机程序产品的等效物还可在硬件中构建。

应指出，在本公开内容的上下文中，术语“存储器”(等同于“计算机可访问存储器”)可指代用于存储并操作图像数据且可访问计算机系统的任何类型的临时或更持久的数据存储工作区，包括例如数据库。存储器可以是非易失性的，使用例如长期存储介质如磁或光存储装置。可替代地，存储器可以是更不非易失性质，使用电子电路，诸如用作由微处理器或其它控制逻辑处理器装置用作临时缓冲器或工作区的随机存取存储器(RAM)。显示数据例如通常存储在可与显示装置直接相关联并根据需要被定期刷新以便提供所显示的数据的临时存储缓冲器中。在该术语用于本公开中时，该临时存储缓冲器也可被认为是存储器。存储器也被用作用于执行和存储计算和其它处理的中间结果和最终结果的数据工作区。计算机可存取存储器可以是易失性、非易失性，或易失性和非易失性类型的混合组合。

应理解，本文中的示例性实施方案的计算机程序产品可利用各种图像处理算法和众所周知的处理。应进一步理解，本文中的示例性计算机程序产品的实施方案可体现可用于实施的本文中未具体示出或描述的算法和处理。这样的算法和处理可包括图像处理技术的普通技术范围内的常规实用程序。这种算法和系统的附加方面，和用于产生且其它方式处理图像或与应用的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件在本文中未具体示出或描述且可从本领域中已知的算法、系统、硬件、组件和元件中选择。

应指出，虽然本说明书和实施例主要涉及人或其它对象的射线照相的医学成像，但是本申请的装置和方法的实施方案也可应用于其它射线照相成像应用。这包括诸如非破坏性检验(NDT)的应用，为此可获得射线照相图像并提供不同的加工处理以便突出成像对象的不同特征。

虽然有时在本文中相对于CBCT数字射线照相系统而描述，但是本申请的实施方案并不意在限于此。例如，其它DR成像系统(诸如牙科DR成像系统、移动DR成像系统或基于空间的DR成像系统)可采用根据本申请的方法和装置的实施方案。如本文所述，示例性平板DR检测器/成像器能够进行单拍(射线照相)和连续(荧光)图像采集两者。此外，可使用扇形束CT DR成像系统。

示例性DR检测器可被分类为“直接转换型”检测器(将辐射直接转换为电子信号)和“间接转换型”检测器(将辐射转换为荧光以将荧光转换为电子信号)。间接转换型射线照相检测器一般包括用于接收辐射以产生具有根据辐射的量的强度的荧光的闪烁体。

根据本申请的示例性实施方案可包括本文所描述的各种特征(单独或组合)。要求以John Yorkston等人的名义于2012年10月8日提交的题为“Extremity Scanner and Methods For Using The Same”的共同转让的共同未决的美国临时专利申请序列号61/710,832的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

虽然已经相对于一个或多个实施方案示出了本发明，但是在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，可对所说明的实施例作出改变和/或修改。此外，虽然本发明的特定特征可相对于几个实施方式中的一个实现被已经公开，但是这样的特征如期望的可与其它实施方式中的一个或多个其它特征组合并有利于任何给定或特定的功能。术语“其中的至少一个”用于指一个或多个列出的项目可被选择。术语“约”指示所列的值可稍微改变，只要改变不会引起所说明的实施方案的过程或结构的不一致即可。最后，“示例性”指示描述被用作实施例，而不是暗示它是理想的。通过考虑本文所公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。其意图是本说明书和实施例仅被视为示例性的，其中本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指示。

Claims (20)

1.一种用于获得腿的一部分的断层摄影图像的方法，所述方法包括：

a)将所述待成像的腿的所述部分沿扫描器中的β轴定位，所述扫描器包括被设置为绕所述β轴沿轨道运行且在第一重量传感器的顶部的辐射源和检测器；

b)将所述待成像的腿定位在所述扫描器内且一条腿放置在位于所述扫描器外部的第二重量传感器上；

c)显示指示所述第一重量传感器和所述第二重量传感器之间的重量分布的一个或多个值；和

d)激励所述辐射源以通过所述成像的腿的所述部分且朝向所述检测器引导辐射并在不同角度下获得一个或多个图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括用所述获得的一个或多个图像的子集或所述获得的一个或多个图像中的每个存储指示所述重量分布的所述一个或多个值。

3.根据权利要求1所述的方法，其还包括根据所述重量分布禁用所述辐射源。

4.根据权利要求1所述的方法，其还包括将插入件定位在所述患者的左脚或右脚下方，其中将所述待成像的腿定位在所述扫描器内包括关闭门，其中所述门被定位在所述待成像的腿之间和所述非成像腿之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括根据重量分布的一个或多个变化在体积图像的重建中应用动态补偿。

6.根据权利要求1所述的方法，其还包括

将所述成像腿在承重检查的20秒内定向到非承重位置，并且激励所述辐射源以通过所述成像腿的所述部分并朝向所述检测器引导辐射并在不同角度下获得一个或多个图像；或者。

将所述成像腿在非承重检查的20秒内定向到承重位置，和激励所述辐射源以通过所述成像腿的所述部分并朝向所述检测器引导辐射并在不同角度下获得一个或多个图像，其中指示所述重量分布的值由所述获得的一个或多个图像中的每个存储。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括机构，其在空间上处于所述扫描体积下方，所述扫描体积在第一构造上提供支撑以接收约50％的重量分布并在第二构造上提供支撑以将所述重量分布减少到小于10％或小于5％。

8.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

提供支撑构件，其从所述扫描器延伸以用于在扫描操作期间稳定所述成像装置；和

提供患者支撑杆，其耦接到所述成像装置的可移动部分以由患者使用。

9.一种用于获得腿的一部分的锥形束计算机断层摄影图像的方法，所述方法包括：

a)将所述待成像的腿的所述部分沿扫描器中的β轴定位，所述扫描器包括被设置为绕所述β轴沿轨道运行的辐射源和检测器并且其中所述待成像的腿被放置在第一重量传感器上；

b)将所述待成像的腿包围在所述扫描器内，并将另一条腿放置在位于所述扫描器外部的第二重量传感器上；

c)显示指示所述第一重量传感器和所述第二重量传感器之间的所述重量分布的一个或多个值；

d)首次激励所述辐射源以通过所述成像腿的所述部分且朝向所述检测器引导辐射并在不同角度下获得一个或多个图像；

e)在接收所述待成像的腿的约50％的重量分布的第一构造(水平)和将所述待成像的腿的所述重量分布减少到小于10％的第二取向(低)之间切换在空间上取向到所述扫描体积的机构；和

f)二次激励所述辐射源以通过所述成像腿的所述部分且朝向所述检测器引导辐射并获得一个或多个额外图像，其中所述首次激励和所述二次激励分别对应于50％的身体承重检查和低承重检查之间的对比，其中小于10％的体重由所述第一重量传感器测量。

10.一种用于对患者的肢体进行锥形束计算机断层摄影成像的成像装置，所述装置包括：

支撑结构，其包括支撑柱；

垂直平移元件，其用于沿所述支撑柱在高度方向上定位到高度位置，

刚性叉形支撑臂，其在第一端部可转动地耦接到所述垂直平移元件，其中所述叉形支撑臂的转动绕α轴；和

扫描器，其沿不平行于所述α轴的γ轴可转动地耦接到所述叉形支撑臂，其中所述扫描器限定扫描体积并且包括：

a)C形机架，其具有

(i)检测器，其耦接到所述机架以用于根据所接收的辐射获取图像数据，其中所述检测器可沿部分地围绕所述扫描体积的检测器路径平移；

(ii)辐射源，其可激励以通过所述扫描体积朝向所述检测器引导辐射，其中所述辐射源耦接到所述机架且可沿部分地围绕所述扫描体积的源路径平移，其中所述源路径长于所述检测器路径；

b)壳体，其限定从所述扫描体积延伸到所述源路径外部以提供进入所述扫描体积的径向间隔的开口；和

c)患者支撑杆，其耦接到所述成像装置的可移动部分以由患者使用。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述患者支撑杆附接到所述垂直平移单元、所述刚性叉形支撑臂或所述扫描器壳体。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述患者支撑杆在扫描操作期间不动。

13.根据权利要求10所述的装置，其还包括：

支撑构件，其从所述扫描器延伸以用于在扫描操作期间稳定所述成像装置。

14.根据权利要求13所述的装置，其还包括：

至少第一重量传感器，其提供指示所述成像腿的重量的第一信号；

至少第二重量传感器，其提供指示所述患者的所述未成像腿的重量的第二信号；和

显示器，其根据所述第一信号和所述第二信号显示所述患者的所述成像腿和所述未成像腿之间的比较重量。

15.根据权利要求10所述的装置，其中所述患者支撑杆附接到所述垂直平移单元，其中所述患者支撑杆被构造为具有相对于所述扫描器的可调节高度，其中所述患者支撑杆包括存在传感器，由此所述成像装置检测所述患者支撑杆的存在并响应于操作者命令，将防止所述成像环碰撞所述患者支撑杆。

16.一种用于对患者的肢体进行锥形束计算机断层摄影成像的成像装置，所述装置包括扫描器，其中所述扫描器限定扫描体积并且包括：

a)检测器，其用于根据所接收的辐射获取图像数据，其中所述检测器可平移以沿位于相对于所述扫描体积的所述中心的第一半径R1处的检测器路径沿轨道运行所述肢体；

b)辐射源，其可激励以通过所述扫描体积且朝向所述检测器引导辐射，其中所述辐射源可移动以相对于所述扫描体积的所述中心在第二半径R2处沿轨道运行所述肢体；

c)壳体，其限定径向开口以用于患者进入所述扫描体积；和

d)支撑构件，其从所述扫描器延伸以用于在扫描操作期间稳定所述成像装置。

17.根据权利要求16所述的成像装置，其还包括致动器，其被激励以在扫描的准备期间延伸所述支撑构件，其中所述致动器是手动致动器(曲柄)。

18.根据权利要求16所述的成像装置，其中所述支撑构件将所述扫描器的负重的至少一部分转移到地板、支撑底座、天花板或移动小车，其中所述支撑构件是第一支撑构件并且其中所述第一支撑构件将所述扫描器的负重的至少一部分转移到补充支撑构件。

19.根据权利要求16所述的成像装置，其中所述支撑构件被构造为锁定在所述承重位置，其中所述支撑构件包括两个或更多个支撑腿，并且其中所述支撑构件从所述扫描器延伸以用于在扫描操作期间稳定所述成像装置。

20.根据权利要求16所述的成像装置，其还包括传感器，所述传感器耦接到报警装置以用于检测负重条件或故障并指示所述支撑构件的所述负重条件或故障。