CN108882904B - 具有集成的ct系统的c形臂 - Google Patents

Abstract

公开了混合成像系统，所述混合成像系统包括限定第一端和第二端的弓形臂，该弓形臂包括用于患者的2D X射线成像的第一探测器组件、和用于患者的CT成像的第二探测器组件，其中，成像系统包括内部驱动机构以用于使得弓形臂围绕患者旋转（例如，使得弓形臂沿着弓形路径平移）。

Description

具有集成的CT系统的C形臂

相关部分的交叉参考

本主题申请要求于2016年4月11日提交的且名称为“具有集成的CT系统的C形臂（C-Arm With Integrated CT System）”的美国临时专利申请序列号62/320,624的权益，所述文献的内容在此以其全部并入本文。

背景技术

本主题申请涉及便携式成像系统，例如移动透视（fluoroscopic）系统，其通常也被称为便携式C形臂，其可以在例如手术室中被使用。具体地，公开了新颖且改进的便携式成像系统，其提供混合平板X射线成像和计算机断层扫描（CT）成像二者。所公开的系统和方法关于如介入性放射的手术成像领域具有重大的启示和适用性。

现今，成像在许多手术场所中扮演着重要的角色，包括但不限于神经外科的脊柱和大脑、骨科的膝和髋、泌尿的前列腺和肾、创伤（ER）等。迄今为止，这些手术依赖于手术期间的2D X射线或超声成像以及手术前和手术后二者的3D CT和/或MRI。这主要是由于一直以来难以将常规CT或者MRI放到手术室（OR）中这一事实导致的。常规CT和MRI二者都非常大，需要患者被移动到孔内，并且具有导致担心和危害的例如辐射和强磁场的物理性质。然而，在最近10年中，我们已经看到了能够在OR中被操纵的便携式CT扫描仪的进步。不过即使这些扫描仪已经被证实是突破性技术，它们尚未代替在手术的主要部分期间2D X射线的效用，在所述主要部分中例如在物体的主动插入期间需要时间分辨率。2D 透视在外科医生的脚踏控制下给出极好的时间分辨率。2D影像在总辐射剂量上也低得多，这对患者和手术人员二者都是有益的。但是在手术中存在需要和欢迎3D高质量CT影像的关键时刻。在脊柱手术中，这种3D影像被用于确认椎弓根螺钉的插入角度并且也用于确认硬件在插入之后的正确放置。

因此最佳的是，外科医生在OR能够通达2D X射线C形臂和高质量CT扫描仪二者。然而，由三星（Samsung）/Neurologica和Mobius/Brainlab生产的现有的便携式CT扫描仪不具有2D C形臂能力并且因此使得手术场地非常拥挤且不便于带入另一机器。美敦力（Medtronic）的O形臂系统具有2D和3D能力，但是CT质量是经由伪平板CT产生的，其对比分辨率差、视野小且具有大量诸如条纹的伪影。O形臂2D X射线系统还缺少影像角度自由度并且比常规C形臂产生更差的影像质量。最后，虽然多个C形臂制造商已经使得其C形臂能够旋转并产生类CT影像（例如西门子 Orbic 3D），但是这些系统遭受与O形臂相同的影像质量问题。

因此，市场上缺失且外科医生真正需要的是能够用作2D X射线C形臂和高质量CT二者的一种机器。理想地，这样的机器保持C形臂的特定自由度、针对小的纵向扫描长度具有高质量对比分辨率CT，并且具有与手术台配准的能力以用于在手术中稍后必须从同一位置进行的重复扫描。因此，存在对于改进的便携式混合成像系统的需求，其能够提供高质量的CT和X射线成像二者且同时保持传统C形臂的可操作性和易用性。这些需求和其他需求通过本文公开的系统来满足。

发明内容

在示例性实施例中，提出了混合成像系统，所述混合成像系统包括：弓形臂，其限定第一端和第二端，并且包括一个或多个X射线生成组件、用于患者的2D成像的第一探测器组件、以及用于患者的CT成像的第二探测器组件，其中，所述成像系统包括用于使得弓形臂绕患者旋转的内部驱动机构。例如，旋转所述弓形臂可以包括使得弓形臂沿着弓形路径平移。替代性地，旋转所述弓形臂可以包括使得所述臂绕枢转点旋转。在一些实施例中，第一探测器组件是平板探测器组件，其可以被配置成用于患者的透视成像；并且第二探测器组件可以是弓形探测器组件（例如，包括探测器阵列中的多个弓形排的探测器元件），其可以被配置成用于改进形式的CT成像。在优选实施例中，第二探测器组件可以限定大于3 cm的探测宽度以使得能够以单次旋转通行实现宽切片（slice）的CT成像。

在一些实施例中，混合成像系统可以被配置成使得能够关于臂的探测区域选择性地部署（deploy）第一探测器组件和第二探测器组件。因此，例如，X射线生成组件可以被包括在臂的X射线生成区域处，其中，探测区域在臂的第一端处，并且X射线生成区域在臂的第二相对端处。混合成像系统可以有利地使得能够选择成像模式，借此关于探测区域部署探测组件中的对应探测组件。在一些实施例中，探测组件中的至少一者能够关于臂的探测区域可撤回地部署。例如，探测器组件中的一者可以关于臂的探测区域被永久固定，而另一探测器组件能够可撤回地部署。因此，在一些实施例中，第一探测器组件可以关于探测区域被永久固定，而第二探测器组件可以被配置成能够被可撤回地部署在第一探测器组件上（例如，通过在撤回位置与部署位置之间平移、旋转、枢转、摆动或以其他方式移动）。在示例性实施例中，能够可撤回地部署的探测器组件可以沿着臂的内弓形内表面以弓形方式在撤回位置与部署位置之间平移。替代性地，能够可撤回地部署的探测器组件可在撤回位置与部署位置之间侧向平移。注意到的是，在一些实施例中，两个探测器组件均能够可撤回地部署。因此，在一些实施例中，第一和第二探测器组件可以相对于彼此固定并且可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置处探测器组件中的一者被部署，并且在所述第二位置处另一探测器组件被部署（例如，第一和第二探测器组件可以相对于彼此并排地固定并且可以被配置成用于其侧向平移以使得能够选择性地部署探测器组件中的一者或另一者）。

在其他示例性实施例中，所述一个或多个X射线生成组件可以包括混合X射线生成组件，所述混合X射线生成组件包括混合准直器从而使得能够在2D和CT暴露模式之间选择性地来回切换。在其他实施例中，第一X射线生成组件可以包括被配置成用于2D暴露模式的第一准直器，并且第二X射线生成组件包括被配置成用于CT暴露模式的第二准直器。

附图说明

在接下来的具体实施方式中，参考注释的多幅附图通过本公开的实施例的非限制性示例进一步描述本公开。

图1示出了根据本公开的实施例的示例性混合成像系统。

图2示出了根据本公开的实施例的图1的混合成像系统的变型，其示出了用于部署CT探测组件的替代性机构。

图3示出了根据本公开的实施例的图1的混合成像系统的另一变型，其示出了在一些实施例中不是CT探测器组件而是平板X射线探测器可以被移动以在成像模式之间进行切换。

图4示出了根据本公开的实施例的图1的混合成像系统的另一变型，其示出了在一些实施例中可以通过使平板X射线探测器枢转离开CT探测器组件来移动平板X射线探测器，以在成像模式之间进行切换。

图5A和图5B示出了根据本公开的实施例的C形臂的相应示例，该C形臂包括用于不同成像模式的双探测路径。

图6示出了根据本公开的实施例的示例性X射线生成组件。

图7示出了根据本公开的实施例的示例性混合准直器700。

图8示出了根据本公开的实施例的集成图7的准直器的混合成像系统。

具体实施方式

在示例性实施例中，公开了混合成像系统，其包括限定第一端和第二端的弓形臂，该弓形臂包括用于患者的2D X射线成像的第一探测器组件、和用于患者的CT成像的第二探测器组件，其中，成像系统包括内部驱动机构以用于使得弓形臂围绕患者旋转（例如，通过使得弓形臂沿着弓形路径平移或者通过使得C形臂绕旋转轴线旋转，该旋转轴线在沿着C形臂的弓形路径的枢转连接点处）。混合成像系统可以进一步包括一个或多个X射线生成组件。

在一些实施例中，第一探测器组件可以是平板探测器组件。在其他实施例中，第一探测器组件可以被配置成用于患者的透视成像。

在示例性实施例中，第二探测器组件可以是弓形探测器组件。例如，探测器组件可以包括探测器阵列中的多个弓形排的探测器元件。有利地，第二探测器组件可以限定大于3cm或大于4 cm的探测宽度，例如，以便使得能够以单次旋转通行实现宽切片的CT成像。

有利地，混合成像系统可以被配置成使得能够关于臂的探测区域、例如在弓形臂的第一端处选择性地部署第一探测器组件和第二探测器组件。也就是说，混合成像系统可以允许用户选择成像模式，借此在第一端处关于公共探测区域部署适当的对应探测组件。因此，探测组件中的至少一者可以能够关于臂的探测区域可撤回地部署。

在一些实施例中，探测器组件中的一者可以关于臂的探测区域被永久固定或静止，而另一探测器组件可以能够可撤回地部署。例如，在一些实施例中，第一探测器组件可以关于探测区域臂被永久固定，而第二探测器组件可以被配置成能够被可撤回地部署在第一探测器组件上。在示例性实施例中，能够可撤地回部署的探测器组件可以在撤回位置与部署位置之间平移、旋转、枢转、摆动或以其他方式移动。例如，在一些实施例中，例如关于图1所示出，能够可撤回地部署的探测器组件可以沿着臂的内弓形表面以弓形方式在撤回位置与部署位置之间平移。替代性地，如图2中所示出，能够可撤回地部署的探测器组件可以在撤回位置与部署位置之间侧向平移。然而，应当注意的是，本公开不限制于所示出的实施例，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以使用用于可撤回地部署探测器组件的其他机构。

在一些实施例中，两个探测器组件可以均能够可撤回地部署。在一些实施例中，第一和第二探测器组件可以相对于彼此固定并且可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置处探测器组件中的一者被部署，并且在所述第二位置处另一探测器组件被部署。例如，第一和第二探测器组件可以相对于彼此被并排地固定，并且可以被侧向地来回平移以部署适当的探测器组件。在其他实施例中，第一和第二探测器组件可以彼此独立地移动。

在示例性实施例中，X射线生成组件可以能够取决于成像模式而被重新配置（例如，取决于成像模式而具有不同的X射线生成的功率分布、光束特征和/或准直器）。在一些实施例中，一个或多个X射线生成组件可以被包括在臂的X射线生成区域处。在一些实施例中，所述一个或多个X射线生成组件可以包括混合X射线生成组件，其包括混合准直器，该混合准直器使得能够在2D与CT暴露模式之间选择性地来回切换。替代性地在一些实施例中，可以包括第一X射线生成组件，其包括被配置成用于2D暴露模式的第一准直器；并且可以包括第二X射线生成组件，其包括被配置成用于CT暴露模式的第二准直器。

为了使单个X射线源对于X射线透视和CT成像二者均有用，有益的是使得能够改变X射线准直。X射线透视通常使用要生成的类方形辐射光束，以便在C形臂的相对侧上的X射线探测器板上产生X射线本影（典型尺寸可以是30x30cm）。因此，最适宜使用具有方形开口的由高密度材料制成的准直器。相比之下，在一些实施例中，所提出的CT探测器是长的弯曲传感器，其最适宜使用具有长领结形状的开口的由高密度材料制成的准直器。用于提供混合X射线生成组件的一种方法是具有两个不同的准直器板，其针对相应X射线透视/CT成像模式在X射线光束中穿梭进出。

在针对不同的医学成像系统生成X射线时，存在许多基本共性：

•X射线管：包含阴极和阳极的密封真空容器。高压电位（>30千伏）被置于阴极/阳极之间。一些可用电子源通过被称为丝极（filament）的某物来供应。之后，高能电子从阴极飞向阳极并且与阳极碰撞。这些高速碰撞中的一些产生X射线光子。这些光子之后被允许通过一些“窗口”逃逸出管，其中它们瞄准目标，所述目标通常是某种类型的探测器。焦斑会生成必须通过某种类型的冷却方法来移除的热。高功率管可以受益于防止阳极的焦斑熔化的旋转阳极。

•高压电源（HVPS）：生成高压的方法。通常DC输出。其将通常包括某种类型的主要电力系统，该主要电力系统将使主要电力预调节和预放大成某中间水平的高压（2-3千伏）。其之后包括高压“箱”，所述高压“箱”包括某种类型的高压放大器，例如，通常以某种类型的阶梯方式建立的二极管和电容器的“维拉德级联”。该箱必须包含高压绝缘系统，该高压绝缘系统通常是某种类型的绝缘油或者高压绝缘聚合物。

•丝极和杯：小直径电线线圈，其中通过大电流从而允许其产生光子发射。“杯”被围绕以允许成形光束来产生焦斑的尺寸。因为丝极需要时间来升温，所以通常在X射线暴露之前存在用于预热丝极的一定量时间。丝极电流于是与最终X射线管电流相关，该最终X射线管电流与X射线光子通量的量成比例。管能够具有多个焦斑。

•焦斑：电子撞击到阳极中的区域。这产生了被发射的X射线的物理尺寸。该尺寸对于实现影像中的特定空间分辨率是重要的。因为大多数撞击产生热，所以由于冷却限制，该斑也在对于给定的发射分布而言能够使其变得多么小方面受到限制。

•控制系统：取决于机器型号的类型（CT或X射线）或复杂度，该电路能够是简单的或者是非常复杂的。控制系统对于设定KV（千伏水平）和mA（X射线管电流）来说是必要的。其控制X射线发射的正时并且具有用于关停X射线的安全电路。其具有丝极电路，该丝极电流将小电压和大电流提供至丝极以产生X射线发射。

•复杂的源具有伺服回路，借此KV和mA反馈被用于伺服丝极电流和KV水平以实现更准确的X射线发射分布。

•冷却系统：某种类型的冷却X射线阳极的方式。较高功率医学X射线管具有液体（绝缘油或水）冷却系统，其泵送液体通过管的冷却孔口并回到包括散热器和风扇的热交换器系统中。

•高压电缆：绝缘良好的电缆和连接器有益于带来从HVPS到X射线管的高压连接。

虽然CT和诊断X射线通常使用上文列出的相同类型的部件，但是在它们的发射特征中存在许多微妙区别，这些区别通常需要不同的部件构造。下文的部分比较了这些区别中的一些：

•相比于标准X射线（60-90KV），CT通常特征在于具有高得多的KV水平（120-140KV）。

•CT也受益于非常准确的KV水平，这是因为KV的小的改变可能会导致影像中的伪影。CT必须针对所有所需要的KV水平校准其机器。标准X射线不需要该严格的敏感性。因此，CT通常具有更复杂的控制电路和电容性滤波。

•CT以稳定状态方式长时间（1-60秒）生成X射线，而标准X射线通常以脉冲形式使用，其中脉冲宽度短（100毫秒-1秒）。

•标准X射线通常具有较小的焦斑以满足高清晰度探测器或胶片所需要和提供的较高分辨率。CT焦斑较大，因为空间分辨率较小但是加热更高，因此受益于较大斑。

因为本文提出了这种混合成像系统，因此有利的是，提供解决两种X射线光束分布的不同需求的X射线生成器拓扑。

简单的方案是具有两个单独的X射线生成系统，该X射线生成系统具有其自己的管、HVPS和控制装置。

另一方案是具有一个X射线管，其包含两个不同的丝极（一个用于CT，一个用于X射线），该管被HVPS供电，该HVPS具有两个不同的高压和控制电路以生成两种分布。此方案占据更少的空间并且更便宜且更不复杂。而且，其有利地使用公共主要电力和控制系统，但是还包含两个专用的控制和高压电路。一次仅激励一个高压系统。

在示例性实施例中，本文公开的系统和方法有利地提出了具有可撤回CT探测器组件的新颖的CT使能型（CT-enabled）C形臂系统，该CT探测器组件能够被部署以用于执行CT扫描，并且当希望执行标准2D X射线成像时被移开不妨碍传统平板X射线探测器。在示例性实施例中，例如图1中所示出，可以通过使得CT探测器组件沿着C形臂的弓形长度平移来部署CT探测器组件。因此，在一些实施例中，探测器组件可以是弓形的或香蕉形的探测器组件，例如，其被配置成沿着围绕C形臂的内弓形表面的弓形路径平移。在其他实施例中，例如图2中所示出，可以通过将CT探测器组件平移、枢转、摆动或其他方式移动到适当位置中来部署CT探测器组件。CT使能型C形臂可以进一步包括X射线生成系统，该X射线生成系统包括可添加的新颖类型的准直器，该准直器将能够针对2D和CT探测器二者提供X射线光束。此外，新颖的扫描仪可以能够与一个或多个手术台机械地集成以便进行准确的影像配准。在其他示例性实施例中，例如图3中所示出，可以通过移除平板探测器从而暴露后方的CT探测器来部署CT探测器组件。在又其他示例性实施例中，例如图4A和图4B中所示出，C形臂可以被配置成支持用于X射线型成像的第一光束路径和用于CT型成像的第二光束路径。因此，在一些实施例中，C形臂的第一端可以包括沿着C形臂的弓形表面彼此略微偏移开的平板X射线探测器和CT型探测器组件。对应的（例如，专用于平板X射线成像或CT成像的）X射线生成组件可以被定位成在C形臂的第二端处与它们相应的探测器相对，同样沿着C形臂的弓形表面彼此偏移。在其他实施例中，相应的X射线和CT型探测器可以被定位在C形臂的相对两端上，各自与对应的X射线生成组件相对，该对应的X射线生成组件与另一探测器类型在同一侧上。在示例性实施例中，CT探测器可以有利地被配置成提供好的纵向覆盖（3-4cm或者更大）以使得能够对手术野的重要区域成像而不需要步进平移。在一些实施例中，在相应的CT和X射线成像模式之间可以实现交叉配准。因此，在一些实施例中，3D CT成像数据可以被更高清晰度的2D X射线成像数据补充以便向护理提供者提供更完整的解剖图像。在一些实施例中，成像的交叉配准可以被用于实现对手术过程的主动引导（手术导航）。

有利地，所提出的CT使能型C形臂关于介入性放射市场也可以是有用的。使用固定的CT扫描仪来完成许多IR程序，例如活检。该程序涉及许多连续的CT扫描从而产生高辐射的暴露水平。此外，患者使自己适应于CT台，这对于这些类手术程序而言不是最佳的。患者还必须在平移台上被移动进出台架（gantry），这产生安全隐患、延迟以及患者或针的可能运动。所提出的CT使能型C形臂能够是所有这些问题的优良解决方案并且提高了IR程序的安全性和效力。需要选择更好地适合所需要的患者定位和程序的最佳患者台。

介入性放射摄影是非常广泛使用的医学实践，其用于将治疗和/或诊断导航到患者体内非常特定的位置。治疗的示例是在例如脊柱的区域中注射药物以用于治疗疼痛，或在脓肿周围放置引流物（drain）。诊断用法的主要示例是对深定位的肿块（mass）或病变执行活检。这些程序包含许多可能的隐患，例如：

•避免对处于路径中或邻近于目标区域的潜在器官或血管造成伤害。

•在程序期间的过量辐射会带来例如癌症、白内障等的风险。该隐患还会影响医务人员和医生。

•可能需要长时间段的全身麻醉。

•在程序期间在使患者许多次穿梭进出CT扫描仪的过程中产生的程序期间的对患者的机械隐患。

•在程序期间遗漏特定目标从而导致活检结果错误、遗漏治疗等的隐患。

•多个进入位点或尝试，全部用于补偿遗漏的目标或要求保险以防错误结果。

因此，用于来回移动患者以及等待用于CT成像的放射的大量时间增加了程序的成本，并且限制了对于给定的治疗设置每天可能执行的程序的数量。此外，常规CT成像系统需要大量空间，因此占用更昂贵的医院不动产。

因为许多程序依赖于使用传统的CT扫描仪，所以如上文所描述存在这些隐患和危害。用于肝脏中可疑病变的介入性放射引导的活检的现有技术工作流程的示例如下：

•患者被定位在CT台上并且被施注麻醉剂。

•患者被重新定位以暴露进入位点并且允许用于活检的适当轨迹（CT台使得难以将患者正确地定位成仰卧姿态）。

•患者在CT内部被扫描并被带回到CT外。

•患者被重新定位。再次扫描。重复直到姿态正确。

•部分插入活检针。

•使患者穿梭进入扫描仪中并且被扫描以便确定进入位点是否正确。必要时重复。

•进一步插入针、穿梭进入、扫描、穿梭出来、重复。

•最后到达目标区域。并且实现活检。

该过程可能会导致许多次扫描（>30）。CT扫描对患者和工作人员二者均生成非常大量的辐射。医生尤其易受影响，因为他们每天都执行该方法，因此需要使用防护件/含铅防护服/等等。CT扫描还需要长时间来执行并且因此无法在手术程序期间提供实时成像。而且，虽然例如X射线透视（使用常规的X射线C形臂实现）的标准X射线成像能够被用于提供接近实时的成像，但是在没有CT成像的情况下单独使用标准X射线存在缺点。具体地，虽然标准X射线成像提供了非常高的空间分辨率，但是其不幸地在对比分辨率上较差。例如，标准X射线无法可视化肝脏中的病变，因为病变与正常组织之间的密度（对比）区别非常小。

如本文所提到的，通过将X射线C形臂和标准CT组合到单个可通达系统中，系统和方法有利地减轻了通过使用常规CT和X射线成像所遇到的问题中的许多问题。使用本文描述的系统的示例性改进工作流程可以如下：

•将患者定位在手术台上并且麻醉（注意到的是，手术台比常规CT台更好地适合于患者的各种姿态和舒适/安全）。

•针对最佳轨迹重新定位患者。

•CT模式激活的C形臂以适当角度被置于适当位置中。

•CT扫描以便可视化病变和计划轨迹。在手术室中的工作站上勾勒出轨迹且用标记识别目标。

•插入针。

•在观察监视器以保持轨迹的同时总是使用脚踏板切换到X射线模式并且连续操作X射线摄影（透视）。能够经由影像的交叉配准以较好的对比分辨率和轨迹信息覆盖CT成像数据。能够例如经由集成的机器人有助于主动手术导航。

•根据需要切换回到CT模式以调整轨迹。执行CT以确认到达目标。

•执行活检并撤回。

该改进的工作流程具有许多优点。通过减少对常规CT成像的依赖而减少了辐射，这也减少了对于辐射防护的需要。还显著减少了程序时间（不需要穿梭进出遥远的CT成像室并等待放射）。在CT成像期间通过使用手术台使得定位更容易且更安全。因为C形臂的灵活性实现了更佳的成像角度。C形臂还能够被定位成优化手术通达。因此，例如，医生能够自始至终保持对活检针的控制。还减少了麻醉时间。在没有大型CT系统的空间约束的情况下实现了CT成像。改进了手术的导航和控制。

注意到的是，虽然上述工作流程涉及介入性放射，但是类似改进适用于其他手术程序，例如在仪器化脊柱手术和脑肿瘤切除手术中插入椎弓根螺钉和杆。特别地，本文描述的改进的系统和方法有利地允许外科医生不受非常大型的CT的阻碍，而受益于CT的高对比分辨率和3D空间分辨率，同时通过使用透视X射线使辐射最小化并加快程序时间。

在其他示例性实施例中，混合成像系统的平台/基部部件可以是移动平台/基部，例如，与移动平台/基部相同或类似。有利地，移动平台/基部可以包括机动化移动辅助装置或某种类型的驱动系统，以有助于系统在整个医院中的运输。在一些实施例中，移动平台/基部可以包括多向驱动系统，其被配置成独立地控制在多个水平维度上的运动，例如前/后运动和侧向运动。在一些实施例中，多向驱动系统可以是全向驱动系统，例如完整（holonomic）驱动系统，其包括3个自由度并且因此能够侧向移动或斜向移动（strafe）而不改变其轮的方向。在一些实施例中，可以使用全向轮或麦克纳姆（mecanum）轮或类似件来实现全向驱动系统。使用全向轮或麦克纳姆轮可以有利地最小化表面阻力和转矩。有利地，可以使用H型驱动动力传动系统以向每个轮站（wheel station）供应动力。

在一些实施例中，可以包括主动安全特征，其限制或以其他方式保护以防止可能会潜在地伤害患者或对系统造成损害的系统运动（例如，运输、对齐和/或扫描型运动）。例如，在一些实施例中，可以使用传感器以探测系统的一个或多个部件相对于患者或目标的接近度并且基于这样的接近度探测提供被动反馈（例如，警报或警告）或者主动反馈（自动断开或其他运动限制），所述传感器例如是基于光学、压力或电阻的传感器。在一些实施例中，被动和/或主动反馈可受制于手动控制优先（manual override）。

在示例性实施例中，可以通过本文公开的混合成像系统开始CT扫描，例如，一旦成像系统被配置成用于CT暴露模式，例如，通过部署CT探测器组件，就可以开始CT扫描。在一些实施例中，CT扫描可以使用C形臂沿着弓形路径的弓形平移来使得CT探测器和辐射生成组件（其彼此相对地被定位在C形臂的相对两端上）围绕患者的解剖结构旋转。在一些实施例中，该类型的运动可以包括绕摆动轴线旋转摆动（例如，其中，摆动轴线垂直于C形臂的主要旋转轴线和生成组件与探测器组件之间的透射轴线二者），所述摆动轴线由沿着弓形路径的这样的平移限定。因此，在一些实施例中，CT扫描可以包括使得C形臂沿着C形臂的弓形路径重复地前后平移。在其他实施例中，C形臂系统可以包括C形臂的旋转轴线（例如，在沿着C形臂的弓形路径的枢转连接点处）。因此在一些实施例中，可以通过使得X形臂绕其旋转轴线旋转从而使得CT探测器和辐射生成组件（其同样彼此相对地被定位在C形臂的相对两端上）围绕患者的解剖结构沿轨道运动来开始CT扫描。

然而，CT扫描不限制于涉及单个旋转轴线和/或平移运动的这样的简单运动。Martin P. Tornai等人的名称为“特定应用发射和透射断层扫描（Application specificemission and transmission tomography）”的2009年10月27日授权的美国专利7,609,808号（其全部内容通过引用并入本文）教导了用于患者的解剖结构的三维成像的紧凑的移动门架。在Tornai的专利中，成像装置相对于支撑结构被安装成以便在三维成像期间能够选择性地移动，包括相对于旋转轴线的径向运动、绕旋转轴线的旋转运动、平行于旋转轴线的竖直运动和绕垂直于所述旋转轴线的枢转轴线的枢转运动。特别地，Tornai教导了可以使用非传统的CT型运动的复杂扫描模式。

在一些实施例中，所提出的混合成像系统可以基于改进Tornai的教导的新颖的复杂运动模式来实现CT扫描，其中（i）相对的生成组件和探测器组件绕C形臂的主要旋转轴线（例如，在连接至C形臂的枢转点处）旋转（沿轨道运动），同时（ii）生成组件和探测器组件绕旋转摆动轴线同时旋转摆动，该旋转摆动轴线垂直于主要旋转轴线和在X射线生成组件与探测器组件之间的透射轴线二者（如上文提到的，该摆动可以通过使得C形臂沿着C形臂的弓形路径重复地前后平移来实现）。本质上，该运动（其在本文中可以被称为摇摆（wobulation））在效果上类似于安装在旋转木马上的跷跷板，其中，所述跷跷板的相对两端代表生成组件和探测器组件。特别地，旋转运动和摆动运动能够是独立的（例如，其中旋转位置和摆动位置被独立地确定/控制），或者有利地在一些实施例中是相关的（例如，其中，旋转位置还确定/控制摆动位置）。在一些实施例中，混合成像系统可以被配置成在CT型扫描期间每次旋转实现固定数量的摆动。例如，在一些实施例中，成像系统可以被配置成每次旋转实现两次或更多次摆动。

最初参考图1，示出了根据本公开实施例的示例性混合成像系统10。混合成像系统10有利地包括可部署CT探测器组件110（包括，例如，弓形CT型探测器和相关联的数据采集系统（DAS）），其可以沿着C形臂100的弓形路径112平移到与X射线生成组件130相对的部署位置。当不在使用中时，CT探测器组件可以从部署位置平移到非部署位置，从而暴露出用于标准X射线成像的平板X射线型探测器120。特别地，同一X射线生成组件130可以被用于X射线成像模式和CT成像模式二者。在一些实施例中，X射线生成组件可以能够取决于成像模式被重新配置（例如，取决于成像模式，具有不同的X射线生成的功率分布、光束特征和/或准直器）。替代性地，可以包括多个可互换X射线生成组件，每个专用于一具体的模式。特别地，混合成像系统可以进一步包括可移动基部200，其被配置成例如通过提供C形臂100的水平和/或竖直平移运动202来运输和/或对齐C形臂100。因此，有利地，在一些实施例中，可以包括驱动系统210，其提供如本文所描述的全向驱动能力。连接臂220可以被用于相对于C形臂100连接可移动基部200。特别地，连接臂还使得能够实现C形臂100的各种运动/对齐，例如经由C形臂相对于基部的平移运动和/或经由连接臂绕在基部200与连接臂220之间的枢转点222的旋转运动来实现。在连接臂220与C形臂100之间的连接可以有利地提供额外的自由度。例如，C形臂100可以被配置成使得能够实现C形臂100沿着其弓形路径（例如，104）的平移运动。此外，C形臂100可以被配置成使得能够实现C形臂100绕由在C形臂100与连接臂220之间的枢转点限定的旋转轴线102的旋转运动。有利地，混合成像系统10的各种自由度可以被用于有助于混合成像系统的运输、相对于患者的对齐以及其扫描（例如，通过经由使得CT探测器和X射线生成组件110和130围绕患者的解剖结构（沿着一个或多个轴线）旋转而开始CT成像扫描）。例如在一些实施例中，CT成像扫描可以包括C形臂100沿着其弓形路径104的平移、C形臂100围绕其旋转轴线102的旋转或者两种运动的组合，例如摇摆。

现在参考图2，示出了图1的混合成像系统10的变型20。具体地，图2示出了用于部署CT探测组件110的替代性机构。当处于部署状态A时，CT探测组件110被定位在平板探测器上并且对齐于X射线源130。有利地，当CT探测组件110处于未部署状态B时，图2中示出的CT探测组件110被配置成（例如，沿着轴线112）平移到侧面，从而暴露出平板探测器120。不过，注意到的是，本主题申请不限制于这样的平移运动，并且其他部署运动也是可能的，例如，使得CT探测器组件平移、枢转、摆动和/或以其他方式移动到第一位置中以便部署，以及使得CT探测器组件平移、枢转、摆动和/或以其他方式移动到第二位置以便未部署。

现在参考图3，示出了图1的混合成像系统10的另一变型30。具体地，图2示出了在一些实施例中，不是CT探测器组件110而是平板X射线探测器120可以被移动以实现成像模式的改变。因此，例如，可以通过使得平板探测器120平移122（或者以其他方式移动）到第一位置A从而暴露出CT探测器组件110来部署CT成像模式。平板探测器120之后可以移动到第二位置B，使得探测器120对齐于X射线源130，从而使得能够实现标准X射线型成像。特别地，在一些实施例（未示出）中，CT探测组件110和平板探测器120二者均可以（例如，独立地或者彼此共同地）移动以使得能够实现成像模式之间的切换。在每种情况下，选择成像模式涉及使得相应探测器对齐于在C形臂100的相对侧上的相应X射线生成源。

现在参考图4，示出了图1的混合成像系统10的另一变型40。具体地，图4示出了在一些实施例中，可以通过使得平板X射线探测器120枢转离开CT探测器组件110来移动该平板X射线探测器120以实现成像模式的改变。因此，例如，可以通过使得平板探测器120枢转122到第一位置A从而暴露出CT探测器组件110来部署CT成像模式。平板探测器120之后可以被枢转到第二位置B，使得探测器120对齐于X射线源130，从而使得能够实现标准X射线型成像。特别地，在一些实施例（未示出）中，CT探测组件110和平板探测器120二者均可以（例如，独立地或者彼此共同地）移动以使得能够实现成像模式之间的切换。在每种情况下，选择成像模式涉及使得相应探测器对齐于在C形臂100的相对侧上的相应X射线生成源。

参考图5A和图5B，在一些实施例中，C形臂100可以被配置成支持双光束路径（例如，用于X射线型成像的第一光束路径和用于CT型成像的第二光束路径）。因此，在一些实施例中，例如图4A中所示出，C形臂的第一端可以包括沿着C形臂100的弓形表面彼此略微偏移开的CT型探测器组件110和平板X射线探测器120。对应的X射线生成组件130A和130B （例如，专用于平板X射线成像或CT成像）可以被定位成在C形臂100的第二端处与它们相应的探测器相对，同样沿着C形臂100的弓形表面彼此偏移。在其他实施例中，例如图4B中所示出，相应的CT和X射线型探测器110和120可以被定位在C形臂100的相对两端上，各自与对应的X射线生成组件130A和130B相对，该对应的X射线生成组件与另一探测器类型在同一侧上。图4A和图4B示出了在一些实施例中可以不需要主动部署，因为C形臂可以被配置成同时包括针对CT和标准X射线成像模式二者的相应辐射源与探测器组件的对齐。因此，在一些实施例中，用户仅需要选择所需要的成像模式并且开始扫描（例如，开始如本文所描述的CT型扫描）。

现在参考图6，提供了示例性X射线生成组件600，其能够最佳地满足CT和标准X射线成像模式二者的功率分布。X射线生成组件600包括公共X射线管610，其包含两个不同的丝极（一个用于CT 612，一个用于标准X射线614），该X射线管610被HVPS 620供电，该HVPS620具有两个不同的高压和控制电路622和624以生成分别用于CT成像模式和标准X射线成像模式的功率分布。该方案占据更小的空间并且更便宜且更不复杂。而且，其有利地使用了公共的主要电力630和主要控制640系统。

现在参考图7，示出了示例性混合准直器700。混合准直器700有利地包括多种不同的孔几何构型（切口）以用于成形X射线光束，包括用于标准X射线的方形形状的切口712、用于阻挡光束的失效切口714以及用于CT成像的领结形状的切口716。在所示出的实施例中，不同切口与轨道系统718操作地相关联以用于取决于所选择的成像模式来改变切口。轨道系统能够被马达驱动器720驱动，该马达驱动器720控制马达722，该马达722经由带和滑轮系统726驱动精密滚珠丝杠724，从而平移轨道系统718并将所选择的孔切口定位在光束路径中。图8示出了分别用于CT（A）和标准X射线（B）成像模式的操作中的混合准直器700。

鉴于在已经阅读前述描述之后本领域普通技术人员将毫无疑问地变得显而易见到公开内容的许多修改和改进，应当理解的是，通过图释示出和描述的具体实施例决不旨在被认为是限制性的。此外，虽然已经参考具体实施例描述了主题，不过本领域技术人员将想到本公开的精神和范围内的变型。应当注意，已经仅为了解释的目的而提供前述示例，并且前述示例决不应被解释为限制本公开。

虽然已经参考其示例性实施例具体地示出并描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解的是，其中可以在形式和细节上做出各种修改，而不脱离由下文的权利要求所限定的本发明构思的精神和范围。

Claims (17)

1.一种混合成像系统，所述混合成像系统包括：限定第一端和第二端的弓形臂，所述弓形臂包括一个或多个X射线生成组件、用于患者的2D成像的第一探测器组件、和用于所述患者的CT成像的第二探测器组件，其中，所述成像系统包括用于使得所述弓形臂绕所述患者旋转的内部驱动机构，其中，使得所述弓形臂旋转包括使所述弓形臂沿弓形路径平移或使得所述弓形臂绕在枢转连接点处的旋转轴线旋转，其中，所述第一探测器组件是被配置成用于患者的透视成像的平板探测器组件，且所述第二探测器组件是被配置成用于CT成像的弓形探测器组件，其中，所述混合成像系统被配置成使得能够关于弓形臂的探测区域选择性地部署第一探测器组件和第二探测器组件，其中，所述X射线生成组件被包括在所述弓形臂的X射线生成区域处，其中，探测区域在所述弓形臂的第一端处，并且X射线生成区域在所述弓形臂的第二相对端处，或者其中，所述混合成像系统使得能够选择成像模式，借此关于探测区域部署探测器组件中的正确的对应探测器组件。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，使得所述弓形臂旋转包括使得所述弓形臂沿着弓形路径平移。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二探测器组件包括探测器阵列中的多个弓形排的探测器元件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二探测器组件限定大于3 cm的探测宽度以使得能够以单次旋转通行实现宽切片的CT成像。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述探测器组件中的至少一者能够关于所述弓形臂的探测区域可撤回地部署。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述探测器组件中的一者关于所述弓形臂的所述探测区域被永久固定，并且另一探测器组件能够被可撤回地部署。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一探测器组件可以关于所述探测区域被永久固定，而所述第二探测器组件被配置成能够被可撤回地部署在所述第一探测器组件上。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述能够可撤回地部署的探测器组件在撤回位置与部署位置之间平移、旋转、枢转、摆动或以其他方式移动。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述能够可撤回地部署的探测器组件沿着所述弓形臂的内弓形内表面以弓形方式在所述撤回位置与所述部署位置之间平移。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述能够可撤回地部署的探测器组件在撤回位置与部署位置之间侧向平移。

11.根据权利要求5所述的系统，其中，两个探测器组件均能够可撤回地部署。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一探测器组件和所述第二探测器组件相对于彼此固定并且能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置处所述探测器组件中的一者被部署，并且在所述第二位置处另一探测器组件被部署。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一探测器组件和所述第二探测器组件相对于彼此并排固定并且被配置成用于其侧向平移以使得能够选择性地部署所述探测器组件中的一者或另一者。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个X射线生成组件包括混合X射线生成组件，所述混合X射线生成组件包括混合准直器，所述混合准直器使得能够在2D与CT暴露模式之间选择性地来回切换。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，第一X射线生成组件包括被配置成用于2D暴露模式的第一准直器，并且第二X射线生成组件包括被配置成用于CT暴露模式的第二准直器。

16.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括全向驱动系统。

17.根据权利要求1所述的系统，所述内部驱动机构被配置成提供摇摆。

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