CN111936053A - 使用法兰克福平面对准x射线医学成像设备 - Google Patents

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Abstract

在X射线成像系统中对准X射线源。系统包括立柱;上部支架,该上部支架通过枢转接头联接到立柱;旋转部,该旋转部可旋转地联接到上部支架,该旋转部包含第一X射线源、激光器和X射线成像探测器。系统还包括通过第一臂附接到立柱的患者支撑件,并且包括一对可调节耳杆或其他患者接触件。系统被配置为:从激光器生成激光束;将激光束投影到X射线成像探测器上的固定位置,该固定位置与患者的法兰克福平面相关联;以及调节患者支撑件,以使患者接触件与激光束对准。

Description

使用法兰克福平面对准X射线医学成像设备
技术领域
实施例总体涉及用于X射线医学成像的系统和方法。
背景技术
利用高能辐射(例如,X射线辐射)检查物体内部结构的系统是已知的。这些系统可用于产生身体部位的图像。检测系统,特别是医学应用中使用的检测系统,引导X射线穿过感兴趣的身体部位到达X射线探测器。在牙科全景X射线成像中,在X射线发生器和成像设备根据预定的几何路径和速度曲线围绕患者头部移动的过程期间捕获图像。传统上,X射线发生器和成像设备的运动是同步的,使得成像设备表面垂直于感兴趣的层。
发明内容
一些实施例的一个目的是提供一种用于在X射线成像系统中对准或校准患者支撑件的机构。所描述的校准技术和系统可以在单模态成像系统中使用,例如,在被设计仅用于头影测量成像的系统中使用。然而,所描述的技术和系统也可以在组合成像系统(例如,全景、头影测量和/或计算机断层摄影成像模态的组合)中使用。
在一个示例中,所描述的技术和系统有助于减少全景/头影测量/计算机断层摄影(CT)组合成像系统的缺点,该缺点与对与成像系统相关联的关键组件的校准相关。例如,当对成像系统进行修改或补充以允许多种类型的图像(例如,全景、头影测量和/或计算机断层摄影(CT)图像)时,需要对X射线成像系统进行精确校准,以便例如确保精确的成像并防止图像的多次重拍,从而使患者免受反复的X射线和不必要地暴露于X射线辐射。
例如,作为头影测量成像装置的一部分,X射线束的正确对准很重要。在一些情况下,将头影测量成像组件作为为全景成像设计的系统的附加元件或附件来提供。本文所述的系统和方法提供了对能够捕获患者的全景、头影测量和/或计算机断层摄影(CT)图像的成像系统的校准。在一些,但不是全部系统中,存在用于全景和计算机断层摄影成像的第一X射线源和用于头影测量成像的第二X射线源。提供本文所述的系统和方法尤其用于通过使用从X射线投影到X射线探测器上的固定位置的激光束相对于X射线探测器精确地定位头影测量患者支撑件来标记、突出显示和对准与患者相关联的法兰克福平面。在一些系统中,未提供专门的患者支撑件(例如,头影测量患者支撑件)。相反,提供了单个患者支撑件(其在一些情况下用于多种类型的成像)。本文公开的技术和系统也可以用于校准这些类型的普通患者支撑件。
一个实施例包括一种用于医学成像的X射线成像系统。X射线成像单元包括立柱。X射线成像系统还包括联接到立柱的上部支架。X射线成像系统包括可旋转地联接到上部支架并具有相对于上部支架的旋转轴的旋转部。旋转部包括X射线源、激光器和X射线成像探测器。X射线源和X射线成像探测器被配置为至少通过旋转部的旋转运动(R)来提供图像。X射线成像系统还包括被配置为支撑待成像患者的头影测量患者支撑件。头影测量患者支撑件通过第一臂附接到立柱,并且包括一对可调节耳杆,其中耳杆中的每个均具有耳塞。激光器被配置为生成激光束并将该激光束投影到X射线成像探测器上的固定位置,该固定位置与患者的法兰克福平面相关联。头影测量患者支撑件是可调节的,以使耳塞与激光束对准。
一个实施例包括一种用于医学成像的X射线成像系统。X射线成像系统包括第一X射线源、激光器和X射线成像探测器。X射线成像系统还包括被配置为支撑待成像患者并通过第一臂附接到X射线成像系统的患者支撑件。患者支撑件包括下巴支撑件、鼻支撑件、可调节耳杆对(每个均具有耳塞)或其他患者接触件。。激光器被配置为将激光投影到X射线成像探测器上的固定位置。固定位置与患者的法兰克福平面相关联。患者支撑件是可调节的,以使患者接触件与激光束对准。
一个实施例包括一种用于校准X射线成像系统的方法,该X射线成像系统包括:立柱;旋转部,该旋转部可旋转地联接到上部支架并具有相对于上部支架的旋转轴,该旋转部包含X射线源、激光和X射线成像探测器。方法包括将旋转部定位在通过第一臂附接到立柱的患者支撑件上方。患者支撑件包括患者接触件,例如一对可调节耳杆,其中耳杆中的每个均具有耳塞。方法还包括从设置在X射线源的面向X射线成像探测器的源表面中的激光器生成激光束。方法还包括将激光束投影到X射线成像探测器上的固定位置,该固定位置与患者的法兰克福平面相关联。方法还包括调节患者支撑件,以使患者接触件与激光束对准。
方法还可以包括在患者定位装置上方将旋转部定位成第一成像配置,以提供全景图像和计算机断层摄影图像中的一个。方法还可以包括在提供全景图像和计算机断层摄影图像中的一个的步骤中或期间,通过相对于上部支架线性地移动旋转轴来移动旋转部,使上部支架枢转和/或使旋转部旋转。
另一个示例实施例包括一种非暂时性计算机可读介质,该非暂时性计算机可读介质含有指令,当由一个或多个电子处理器执行时,该指令使一个或多个电子处理器执行与用于校准X射线成像系统的方法相关联的动作,该X射线成像系统包括:立柱;上部支架,该上部支架联接到立柱;旋转部,该旋转部可旋转地联接到上部支架并具有相对于上部支架的旋转轴,该旋转部包含X射线源、激光器和X射线成像探测器。方法包括将旋转部定位在通过第一臂附接到立柱的头影测量患者支撑件上方。头影测量患者支撑件包括一对可调节耳杆,其中耳杆中的每个均具有耳塞。方法还包括从激光器生成激光束。方法还包括将激光束投影到X射线成像探测器上的固定位置,该固定位置与患者的法兰克福平面相关联。方法还包括调节头影测量患者支撑件,以使耳塞与激光束对准。
术语“医学成像”是指,例如,牙科、口腔外、口腔、上颌面或耳朵、鼻子和喉咙成像。
在从属权利要求中定义了进一步的实施例。除非另有明确说明,否则从属权利要求中所叙述的特征可以相互自由组合。
除非在权利要求书中或本说明书的其他地方给出了不同定义,否则应使用以下定义的动词和术语的定义。
动词“包含(comprise)”在本文件中用作开放式限制,既不排除也不要求存在未叙述的特征。动词“包括(include)”和“具有(have/has)”的定义方式与动词包含相同。
如本文所使用的,术语“一”、“一个”和“至少一个”被定义为一个或多于一个,并且术语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文所使用的,术语“另一个”被定义为至少第二个或更多个。
除非内容清楚地另外指出,否则术语“或”通常以包含“和/或”的意义使用。
附图说明
图1A至图1B从正面和上面示出了数字全景/头影测量/CT组合系统。
图2A示出了用于医学成像的X射线成像系统和其主要部件和运动。
图2B示出了X射线成像系统和在成像期间处于全景/CT成像位置的患者。
图2C示出了X射线成像系统和在成像期间处于头影测量成像位置的患者。
图2D示出了对放置在X射线源和X射线探测器之间的头影测量患者支撑件的校准。
图2E是患者的侧视图,示出了患者的法兰克福平面。
图2F示出了X射线成像系统的功能元件。
图2G示出了两个探测器X射线成像单元的示例性实施例,其被示例性地配置在全景成像位置。
图3是根据一些实施例的用于校准X射线成像系统的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述和附图中描述和示出了一个或多个实施例。这些实施例不限于本文所提供的具体细节,并且可以以各种方式进行修改。更进一步地,可能存在本文未描述的其他实施例。而且,本文描述为由一个组件执行的功能可以由多个组件以分布式方式执行。同样,由多个组件执行的功能可以合并,并由单个组件执行。类似地,描述为执行特定功能的组件也可以执行本文未描述的附加功能。例如,以某种方式“配置”的设备或结构至少以该方式配置,但是也可以以未列出的方式配置。
图1A至图1B示出了数字全景/头影测量/锥形束计算机断层摄影(CBCT)组合系统100,在提供的示例中,该系统具有立柱140,该立柱包括上下运动(在图1A中用“Z”表示)以使系统100的高度适应患者的高度,以用于全景、头影测量和CBCT成像模式。
系统100的上部支架150例如通过固定接头附接到立柱140。上部支架150支撑旋转部120。旋转部120(也称为“机架”)通常具有字母C的形式,并且在一端合并有X射线源124,而在另一端合并有X射线成像探测器126。旋转部120围绕旋转轴122旋转(在图1B中用“R”表示)例如多达400度。X射线源124对于所有三种成像模式是通用的,并且X射线束限制设备128附接在X射线源124的前面。
探测器126可以包括一个或两个探测器。在一些实施例中,探测器126包括头影测量探测器(其也能够进行全景成像)、一个全景/CBCT/头影测量组合探测器或被配置为在头影测量成像中使用的单次对焦探测器。一些实施例包括两个探测器。例如,探测器126可以包括也能够进行全景成像的头影测量探测器和CBCT探测器。用于使探测器相互附接并更改位于X射线束内的特定探测器的方式有若干种。
在成像期间,X射线束限制设备128控制X射线束的尺寸和形状,使得其符合所选成像模式、所选图像尺寸和相关探测器尺寸的要求。
旋转部120连接到上部支架150。旋转部120通常是可移动的(至少一个线性运动),使得旋转轴122以及因此旋转部120相对于上部支架150的旋转中心可以在成像期间沿着平行于上部支架150的Y轴(或运动线)进行调节。更进一步地,旋转部120可在垂直于第一方向的第二线性方向(沿着X轴或运动线)上移动,使得旋转轴122可定位在由线性运动X、Y限定的平面内。
此外,甚至可以存在使旋转轴122的固定点相对于旋转部120移动的第三N运动。沿着X射线束NA移动旋转轴122可以用于更改全景和CBCT成像模式下的放大率。垂直于X射线束NP移动旋转轴122使得能够在CBCT成像中在偏置扫描和对称扫描之间进行更改,从而影响视场(FOV)。
头影测量臂160用于将头影测量头162附接到系统100。例如,它的一端具有专用的X射线成像探测器164,而另一端具有辅助准直仪166。在这两个主要部件164、166之间悬挂有头影测量患者定位支撑部168、169,该头影测量患者定位支撑部由可调节耳杆168和可调节鼻(鼻根)支撑件169组成。患者的头部由具有耳杆168的耳道的外部和使用对应的可调节鼻支撑件169的鼻子支撑。
头影测量X射线探测器164通过使探测器164垂直于X射线束移动的Cd运动附接到头部162。替代地,当探测器164足够大时,可以通过单次对焦技术执行头影测量成像。
头影测量辅助准直仪166也以平行于Cd运动并且因此也垂直于X射线束的Cs运动附接到头部162。
支撑部168、169以使它们能够旋转到两个主要成像位置(侧位和后前位(PA)投影)的方式附接到头部162。侧位投影基本上是侧视图,而PA投影是头骨的从后到前的视图。
对于全景和CBCT成像,患者通常通过下部支架142支撑,并且还可能通过太阳穴支撑件143支撑。支撑点或患者接触点是例如下巴尖和患者的前额或太阳穴。
全景成像系统100在扫描期间使用旋转R和线性X运动、Y运动或X运动和Y运动两者,从而产生全景图像。更进一步地,根据所用的传感器技术,可以使用探测器的“时延积分”(TDI)或全帧读出模式定时输出图像。全景(清晰)层由运动的速度以及在TDI的情况下由全景探测器的读出率定义。当使用全帧探测器时,扫描后在计算机上计算层的最终形状。旋转角度为例如大约270度。
在系统100中,例如通过使用旋转运动R并以填充帧模式读出CBCT探测器来实现CBCT成像。因此,例如以感兴趣区域(ROI)的中心与旋转运动R重合的方式产生ROI的投影X射线图像。根据系统100,有效旋转角度(孔径)例如在大约180度至360度的范围内。
在头影测量成像中,患者由位于系统100的头影测量头162处的患者定位结构168、169支撑。X射线束被布置成以旋转R和线性Y运动的组合扫描患者的头部。然后,X射线束由辅助准直仪166进一步地准直,并最终由头影测量探测器164捕获,两者均与X射线束同步移动。
图2A示出了X射线成像系统200的主要部件,该X射线成像系统可以在医学成像(例如口腔外成像)中使用。
系统200包括旋转部(机架)220,该旋转部包括第一X射线源224。X射线成像探测器226也附接到旋转部220。X射线成像探测器的位置226是可调节的,例如X射线成像探测器226可以线性方式旋转或移动。X射线源224和/或X射线成像探测器226至少通过围绕旋转部220的旋转轴222的旋转运动R来提供例如全景、CT或头影测量图像。旋转部220围绕旋转轴222的R运动为例如多达400度。在所示的示例中,第一X射线源224定位在壳体H内,并且壳体H还包括激光器263,该激光器被定位成使得由激光器263生成的激光束LB冲击X射线成像探测器226的面向X射线源224的表面。激光器263被配置为生成激光束LB并将激光束LB投影到X射线成像探测器226上的固定位置(如图2D所示)。激光器263可以安装在调节机构(例如一个或多个电动马达驱动设备)内,该一个或多个电动马达驱动设备被配置为移动激光器263,使得可以将激光束LB引导到期望位置,例如X射线成像探测器226的固定位置。电动马达可以由控制器控制,下面将更详细地讨论。
系统200还包括通过第二臂261附接到立柱240的第二X射线源265。第二X射线源265包括X射线束限制设备267。尽管描述为两个单独的臂,但第一臂260和第二臂261可以机械地连接,以便实际上作为单个臂操作。单个臂可以枢转地连接到立柱240,使得升高单个臂的一端会使单个臂的另一端降低(例如,以类似于跷跷板或翘翘板的方式)。
旋转部220包括旋转马达,该旋转马达被配置为通过旋转装置(未示出)旋转旋转部220。替代地,旋转马达可以位于系统200的上部支架250中。在一个示例中,旋转部220附接到上部支架250。
旋转部220具有例如近似字母C的形式,并且X射线源224在旋转部220的一端上。X射线源224对于两种成像模式——全景成像和CT成像(例如,其中X射线束是锥形束的CBCT成像)是通用的。在一些CT成像技术中,X射线束是金字塔形束、半月形锥形束或其他形状的束中的一种。
在提供的示例中,X射线源224还包括用于X射线源224的束限制设备228和被配置为调节X射线束限制设备228的X射线束限制马达。在成像期间,X射线束限制设备228控制X射线束的尺寸和形状,使得其符合所选成像协议、所选图像尺寸和相关探测器尺寸的要求。
旋转部220的另一端是X射线成像探测器226,该X射线成像探测器可以包括例如一个或两个X射线探测器227a、227b(参见图2G)。单探测器X射线成像探测器226的示例实施例可以包括一个X射线探测器227,该X射线探测器可以包括:一个全景探测器、一个也能够进行全景成像的头影测量探测器、一个全景/CT组合探测器、一个全景/CT/头影测量组合探测器,或一个被配置为在全景/CT成像和单次对焦头影测量成像中使用的探测器。
单探测器X射线成像探测器226可以是可调节的,例如通过相对于旋转部220旋转X射线成像探测器226,使得X射线成像探测器226的单探测器可以被优选地定位成垂直于所用的X射线源224或265(在此进一步地详细描述),和/或通过相对于旋转部220以线性方式移动X射线成像探测器226的单探测器来定位,以在全景/CT成像中调节单探测器或X射线成像探测器226和X射线源224之间的距离。
在双探测器X射线探测器226的示例中,探测器226可以包括一个全景探测器和一个CT探测器,或者一个也能够进行全景成像的头影测量探测器。在探测器226的双探测器实施例中,例如在全景成像中连续地布置探测器,因此全景或头影测量探测器被布置成用于设置成像模式放大率的前探测器,而CT探测器被布置成后探测器。当需要在CT成像中使用后探测器227a或在头影测量成像中使用前探测器227a时,探测器227a、227b的交换(参见图2G)被布置成使得前探测器227a通过移动装置230(例如,轨道231a、231b和被配置为沿着轨道231a、231b移动并旋转使得前探测器227a滑动到例如后探测器227b旁边的旋转器)向旁边移动。替代地,在头影测量成像中,前探测器227a可以相对于后探测器227b移动到另一个位置。前探测器227a在头影测量成像中的位置可以取决于前探测器227a如何通过交换运动以及相对于所用的X射线源265的R运动和L运动而位移。头影测量探测器227a可以被优选地定位成垂直于所用的X射线源265。当需要将前探测器227a移回到前面位置时,前探测器227a类似地通过滑动返回。
如果探测器226包括用于全景和CT成像的单独的探测器227a、227b,则旋转部220可以包括探测器马达235,该探测器马达被配置为通过移动装置230移动至少一个探测器。
系统200包括调整系统200的高度Z的立柱240和旋转部220。立柱240包括高度调整装置241,该高度调整装置可以包括,例如高度马达、齿轮和螺杆,以及伸缩或平衡装置,该伸缩或平衡装置被配置为由高度马达驱动,以提供上/下运动Z,以使旋转部220的高度适应患者201的高度,以用于全景、头影测量或CT成像模式。高度调整装置241可以将Z运动例如实现为高度调整装置的运动和/或伸缩或平衡运动。
下部支架或第二患者支撑件242附接到立柱240。下部支架或第二患者支撑件242用于定位患者201,以进行成像,例如全景和/或CT成像,并且用于在成像期间例如通过下巴支撑件CS从患者201的下巴尖来支撑患者201。在一些情况下,系统200可以仅包括一个患者支撑件,例如,下部支架或第二患者支撑件242。
替代地,当系统200包括就座患者201定位系统(未示出)时,例如通过在Z方向上调整以下中的至少一者的高度来实现Z运动:椅子、下部支架242和立柱240。
下部支架242还可以包括头部支撑件(未示出),该头部支撑件支撑例如处于全景/CT成像位置的患者201的前额和/或太阳穴。
系统200包括支撑旋转部220的上部支架250。在一个示例中,上部支架250通过枢转接头(装置)252附接到立柱240的上端,该枢转接头使得能够进行上部支架250围绕立柱240并相对于下部支架242的枢轴运动P,使得旋转部220在例如下部支架242上方。
上部支架250包括枢轴运动装置253,该枢轴运动装置包括例如枢轴马达253,该枢轴马达被配置为通过枢转接头252使上部支架250围绕立柱240枢转。
上部支架250包括线性运动装置223,例如:线性输送机,该线性输送机被配置为支撑旋转部220的旋转装置,并使旋转部220能够围绕旋转轴222旋转;至少一个轨道和/或轨线,该至少一个轨道和/或轨线被配置为在上部支架250中引导线性输送机;以及线性马达,该线性马达被配置为沿着至少一个轨道和上部支架250驱动线性输送机,这使旋转部220和旋转装置能够通过线性运动L相对于上部支架250移动。可以提供上部支架250的线性运动装置223,使得在上部支架250平面中的L运动是直接线性运动,例如其平行于上部支架250或相对于平行方向成一定角度,或者上部支架250平面中的L运动是非直接线性运动,该非直接线性运动具有例如弯曲路径或曲折路径。
旋转装置将旋转部220附接到上部支架250。旋转装置能够以至少一个L运动移动,使得轴222以及因此相对于上部支架250的旋转中心可以沿着L运动调节。因此,轴222在成像期间可以定位在由上部支架250的P运动和旋转部220的L运动限定的平面内。
通过使用旋转的P运动而不是线性X运动来调节旋转部220的横向位置,可以设计更轻更薄的上部支架250,从而使系统200的占用空间更小。相反,依赖线性X运动的传统方法需要较宽的上部支架250,而依赖NP运动的传统方法需要较宽的旋转部220,如图1b所描绘的。
在一些情况下,旋转部220一端的X射线源224比另一端的探测器226重。因此,旋转部220的重心的运动可以对包括线性运动装置223的旋转部220的接头构造(未示出)造成变化的载荷,使得旋转部220在成像期间抖动并且因此降低图像质量。
为了减少这些问题,上部支架250包括控制装置(未示出),该控制装置使得能够进行旋转部220相对于上部支架250的R运动,使得轴222大体上随旋转部220的重心行进,这反过来在成像期间保持在旋转部220的接头构造的中性轴上。旋转部220的虚拟旋转轴通过在扫描期间同步R运动、L运动和P运动实现。
通过以上述方式操作旋转部220,控制装置减小了施加到接头构造上的扭矩并通过消除由抖动引起的伪影提高了图像质量。
此外,控制装置使得旋转部220和其接头构造的结构更轻、更便宜且更薄。
此外,系统200在立柱240的一侧上包括具有一定第一长度的第一头影测量臂260。臂260以对应于距离立柱240的第一长度的某个第一距离将头影测量患者支撑件262附接到系统200。
具有比传统头影测量单元简单得多的结构的头影测量患者支撑件262包括头影测量患者支撑装置268、269(例如,两个可调节耳杆268和可调节鼻(鼻根)支撑件269),用于支撑待成像患者201。患者的头部由例如具有包括在耳杆268中的耳塞268A(图2D所示)的耳道的外部和使用鼻支撑件269的鼻子支撑。可调节耳杆268和可调节鼻支撑件269以使它们能够旋转例如两个主要成像位置(侧位投影和PA投影)的方式附接到头影测量患者支撑件262。侧位投影基本上是侧视图,而PA投影是患者的头骨的从后到前的视图。
耳杆268可以是可倾斜或可旋转耳杆,该可倾斜或可旋转耳杆具有:向下的位置,耳杆268在该位置处支撑患者201;和向上的位置,在该位置可以将患者置于头影测量成像位置或当处于向上位置的倾斜或旋转耳杆268提供了患者的清晰通道时,患者可以从该位置离开头影测量成像位置。
此外,系统200可以在立柱240的另一侧上包括具有一定第二长度的第二头影测量臂261。在头影测量成像中使用的第二X射线源265附接到第二头影测量臂261。第二头影测量臂将第二X射线源保持在距离系统200第二距离处,对应于距离立柱240的第二长度。X射线源265包括用于头影测量成像的X射线束限制设备267。任选地,X射线束限制设备267可以附接到X射线源265。X射线源265可以被配置为通过被配置为执行扫描运动S的旋转装置264A围绕旋转轴264旋转。X射线源265的轴264与X射线源265的焦点在一条线上,使得其穿过焦点。臂261或X射线源265包括旋转马达,该旋转马达被配置为使X射线源265围绕与X射线源265的焦点重合的轴264旋转。
正如所指出的那样,在一些实施例中,臂260、261可以是附接到立柱240的单独的臂,或者可以使用一个臂260、261,该臂包括在单个臂260、261一端的头影测量头262和在另一端的具有X射线束限制设备267的X射线源265。
此外,旋转部220可以包括头影测量(辅助)准直仪266,其与探测器226的一个探测器一起在头影测量成像中使用。头影测量准直仪266附接到例如旋转部220(例如,X射线源224)的一(右)侧,如图2C所描绘的。替代地,头影测量准直仪可以附接到例如旋转部220(例如,X射线源224)的另一(左)侧。
此外,旋转部220可以包括:探测器马达235,该探测器马达被配置为旋转探测器226的至少一个探测器以进行头影测量成像;和准直仪马达,该准直仪马达被配置为调节头影测量准直仪266在Z方向的位置(高度)和/或X射线源224的准直仪的位置。替代地或此外,X射线束限制马达或准直仪马达可以被配置为调节X射线束限制设备228和头影测量准直仪266两者。
旋转部220例如以P运动、R运动和L运动在头影测量头(支撑件)262上方被驱动,使得将探测器226和头影测量准直仪266定位成用于头影测量成像。
X射线源265可以被配置为当其通过S运动围绕轴264旋转并且探测器226和头影测量准直仪266被布置成例如通过旋转部220的P运动、R运动和L运动中的至少一个移动时,例如与旋转部220中的探测器226(例如,附接到探测器226的头影测量探测器227a)和头影测量准直仪266一起提供被定位患者201的头影测量图像。替代地,可以通过移动X射线源265的X射线束限制设备267来执行X射线束的扫描运动——例如线性S运动。
如果使用单次对焦探测器,则通过P运动、R运动和L运动中的至少一个来定位探测器226和头影测量准直仪266,但是可以在没有这些运动和/或没有S运动的情况下拍摄图像。
因此,当例如使用P运动、R运动、L运动和S运动执行扫描运动时,不需要专用的保持器或探测器164的Cs运动和头影测量准直仪166的Cd运动。
臂260、261可以被布置成使得具有耳杆268和鼻支撑件269的头影测量头262的高度相对于X射线源265是固定的。
然而,因为患者201的解剖结构不同,例如患者201的耳朵开口的位置距离患者201肩膀的竖直距离与另一个患者明显不同,所以固定高度可能会造成问题。因此,要不患者201在所得到的头影测量图像中位置太低而仅显示上椎骨,要不患者201在图像中位置太高造成患者201的肩部接触探测器226,而这特别是对于扫描来说是一个问题。更进一步地,优选的头影测量成像几何形状要求焦点和耳杆268的尖端在同一(水平)轴上。
为了减少这些问题,可以使用可变长度的耳杆268,同时使臂260、261相对于彼此保持固定的高度。
替代地或此外,为了消除这些问题,系统200可以包括头影测量高度调节装置(未示出),该装置被配置为独立地调节在一端支撑头影测量头262而在另一端支撑X射线源265的臂260、261的——相对于立柱240——的高度。
当操作者已经通过上/下Zc运动调节了臂260、261的高度时,焦点将自动跟随耳杆268的尖端,并且因此使得几何形状(耳杆尖端至焦点线)保持不变。然而,患者201的每一侧上的探测器226和头影测量准直仪266从立柱240获取它们的高度,并且因此它们相对于耳杆268和患者201的高度与调节前不同。
头影测量高度调节装置通过使操作者(用户)能够在不损害几何形状的情况下调节患者201的高度来提供一种方式使暴露区域适应患者201的给定解剖结构。
由于第一X射线源224和第二X射线源265可以通过高度调整装置241和/或头影测量高度调节装置沿Z方向相对于立柱240布置在不同的高度,因此当使用旋转部220的X射线源224进行头影测量成像时,在需要的情况下可以定位患者201而无需在Z方向上对头影测量头262进行任何附加调节。
因为使用P运动代替了传统X运动以及在头影测量头262中的探测器226和辅助准直仪266的Cd和Cs运动,所以系统200的运动是简单的。使用上部支架250的L运动和P运动进行运动。
此外,通过使用P运动,使得系统200的结构更简单且更便宜,因为可以通过仅使用一个“不可拆卸”探测器226来任选地实现头影测量成像。这降低了破坏探测器226的风险,因为当将成像模式从全景/CT模式更改为头影测量模式时,不需要将其从旋转部220的保持器中移除以将其与头影测量头262的保持器分离。可以将探测器226中的用于全景成像的探测器从全景成像位置旋转到头影测量成像位置,使得可以在全景成像和头影测量成像两者中使用同一探测器。
此外,当例如从全景/CT模式更改为头影测量模式——旋转部220从全景/CT成像位置运动到头影测量位置而不会将探测器226从一个保持器更改为另一个保持器——是自动的,系统200的结构提供了简单的工作流程,从而减少了所需的人工工作量和工作流程所需的时间。
还可能的是,系统200包括围绕立柱240枢转的上部支架250和被配置为通过上述L运动和P运动定位用于提供全景和/或CT成像的旋转部220,但是具有更常规的包含头影测量探测器、辅助准直仪和患者定位支撑部的头影测量头262。
通过旋转部220的X射线源224以及头影测量头262的辅助准直仪和头影测量探测器来提供头影测量成像。X射线源224被布置成以R运动和L运动扫描患者201的头部。X射线束由辅助准直仪准直,并由与X射线束同步的头影测量探测器捕获。
还可能的是,提供系统200,使得其仅包括一个X射线源,该X射线源具有用于提供全景、CT和头影测量成像的若干位置。在成像期间,一个X射线源相对于旋转部220定位。
图2B示出了在全景/CT成像期间患者201的定位。患者201由下部支架242支撑,并可能在全景/CT成像位置支撑到系统200的头部支撑件,其中旋转部220在下部支架242上方。
如果上部支架250以及旋转部220处于与全景/CT成像位置不同的位置——在头影测量成像位置或在例如全景/CT和头影测量成像位置之间的中间位置——则通过P运动将上部支架250从该位置移动到全景/CT成像位置,然后,通过R运动和L运动进一步地调节旋转部220,使得旋转部220准备好进行全景/CT成像。
此外,旋转部220可以具有患者定位位置,其中当旋转部220在下部支架242或头影测量头262上方时,X射线源224或探测器226不妨碍并且不干扰患者201定位到全景/CT和/或头影测量成像位置。患者定位位置可以通过R运动实现,使得旋转部220旋转到这样的位置,即可以将患者201置于全景/CT和/或头影测量成像位置,或者通过在X射线源224和探测器226之间移动患者201的头部来移除患者201。替代地,可以通过P运动实现患者定位位置,因此当患者201被定位时,整个旋转部220移动远离全景/CT和/或头影测量位置。
定位的X射线源224和探测器226被配置为当旋转轴222——旋转部220的旋转中心——通过P运动和L运动中的至少一个定位时提供全景图像。
根据所用的传感器技术,可以使用探测器的TDI模式或全帧读出模式定时输出图像。在TDI模式下,一次读出一列图像,而在全帧模式下,一次读出整个图像帧的图像。全景(清晰)层由运动的速度以及在TDI的情况下由全景探测器的读出率定义。当使用全帧探测器时,扫描后在计算机上计算层的最终形状。旋转角度例如为大约270度,但是这并不意在限制。
在CT成像期间,在全景/CT成像位置中,患者201也由下部支架242支撑并且可能由系统200的头部支撑件支撑。X射线源224和探测器226被配置为当探测器226附接到旋转单元并且旋转部220的旋转中心被定位成使得其可以与ROI重合时提供CT图像。
定位的X射线源224和探测器226被配置为在CT成像期间当探测器226附接到旋转部220并且旋转轴222由R运动、L运动和P运动中的至少一个定位时提供CT图像,例如CBCT图像。
当系统200使用对称成像几何形状时,可以通过仅使用R运动并以全帧模式读出CT探测器来进行CT成像。替代地或此外,可以使用上部支架250中的控制装置,通过使用P运动、R运动和L运动来进行CT成像,以定位旋转部220的虚拟旋转轴,使得其与ROI重合。因此,以ROI的中心与R运动重合的方式产生ROI的投影X射线图像。在一个实施例中,根据系统200,有效旋转角(孔径)例如在大约180度至360度的范围内。
当系统200在偏置成像中使用时,可以通过使用R运动、L运动和P运动扫描图像来进行CT成像。通过同步驱动这些R运动、L运动和P运动,有效的旋转中心可以偏转到X射线束的一侧,从而产生偏置几何形状。偏置扫描可以通过第一“实体”偏置几何形状和CT探测器的全360度旋转来提供。
替代地,可以通过第二偏置几何形状来提供偏置扫描,其中通过在探测器沿第一成像方向旋转大约180度的情况下扫描基本上最大的第一成像偏置来对患者201进行成像。然后,通过使探测器沿与第一方向相反的第二成像方向旋转大约180度,将探测器位移到旋转中心的另一侧来获得基本上最大的第二成像偏置。替代地,将探测器旋转到起始位置,位移到旋转中心的另一侧,然后,沿第一方向旋转大约180度来扫描基本上最大的第二成像偏置。
替代地,可以通过第三偏置几何形状来提供偏置扫描,其中通过第一成像偏置(其中X射线束区域的边缘接触旋转中心)并通过探测器的360度旋转来对患者201进行成像。接着,使探测器和X射线源224以这样的方式进行平行位移,即X射线束区域移动远离旋转中心,使得其碰上或与先前成像的区域稍微重叠。然后,将探测器旋转360度以完成第二成像偏置。
系统200通过R运动、L运动和P运动而不是一些常规系统的成像和患者定位所需的R运动、L运动、X运动和N运动,在CT成像几何形状中提供相同的通用性。
图2C示出了在头影测量成像期间患者201的定位。在头影测量成像位置(其中旋转部220在位于头影测量头262处的患者支撑装置268、269上方),患者201被支撑到患者支撑装置268、269。
如果上部支架250以及旋转部220处于与头影测量成像位置不同的位置,例如,在全景/CT成像位置或在全景/CT和头影测量成像位置之间的中间位置——则通过P运动将上部支架250从该位置移动到头影测量成像位置,然后,通过R运动和L运动进一步地调节旋转部220,使得旋转部220准备好进行头影测量成像。
定位的X射线源265被配置为通过附接到X射线源265的X射线束限制设备267并通过S运动来扫描被支撑的患者201。探测器226——和旋转部220——被配置为在头影测量成像期间通过R运动、L运动和P运动与X射线源265同步移动。
来自X射线源265的X射线束被布置成通过以S运动使X射线源265和X射线束限制设备267围绕轴264旋转来扫描患者201头部。替代地,可以通过移动(例如,线性地)X射线束限制设备267来执行S运动。还可能的是,如果在头影测量成像中使用的探测器226的探测器是水平定位的,则将S运动作为竖直扫描运动而非水平S运动来提供。替代地,如果将足够大的探测器(所谓的“单次对焦”探测器)用于单次对焦头影测量图像,则可以在没有S运动的情况下进行头影测量成像。
然后,X射线束进一步地由头影测量准直仪266准直,并最终由探测器226中的同步移动的头影测量或组合探测器捕获。系统200简化了头影测量成像期间的运动,因为头影测量准直仪266和探测器226的探测器不需要附加的运动装置。
图2D示出了对头影测量患者支撑件262的校准。在一个示例中,头影测量患者支撑件262被定位成使得来自激光器263的激光束LB冲击耳塞268。。如图2D所示,从激光器263(图2D中未示出)生成激光束LB,正如所指出的那样,该激光器可以与X射线源224一起位于壳体H中。激光束LB投影在X射线成像探测器226的表面上。在一些实施例中,X射线成像探测器226在面向X射线源224的表面上具有对准标记(例如,实心点或“X”)。对准标记与X射线成像探测器226的底部边缘的距离可以在大约120mm和130mm之间。激光束LB的目标是对准X射线成像探测器226上的对准标记。这提供了一种用于使头影测量患者支撑件262与X射线成像探测器226上的对准标记对准的机构。对准标记的平面对应于患者的法兰克福平面。因此,可以使耳塞268A与患者的法兰克福平面对准。在一个示例中,对准是由操作者手动进行的,例如通过枢转第一臂260来调节第一臂260,这反过来可以使头影测量患者支撑件262根据枢转方向升高或降低。此外,可以调节第一臂260相对于立柱240的位置。例如,如果将头影测量患者支撑件262作为附件添加到系统200,则可以通过在安装槽内的特定位置处拧紧螺栓或螺钉来相对于立柱240调节第一臂260的高度。在其他实施例中,可以使用允许第一臂260相对于立柱240竖直运动的可调节机构(例如可滑动夹具或轴承安装夹具)将第一臂260安装到立柱。例如,具有制动器的可滑动夹具可以由电动马达驱动,以允许相对于立柱240调节第一臂260并且可以作为运动设备275中的一个被包括。在另一个示例中,照相机(例如,定位装置227的部件)捕获投影在X射线成像探测器226上的激光束的图像,并对图像进行分析以确定耳塞268是否与激光束对准(例如,使用存储在存储器280中的图像分析软件)。然后,控制器270控制运动设备275调节第一臂260,以使耳塞268A与激光束对准。结果是,耳塞268A与患者的法兰克福平面对准。例如,第一臂260(以及在一些情况下,第二臂260)可以相对于立柱240枢转。在其他情况下,可以控制可调节机构以相对于立柱240调节第一臂260的竖直位置。
图2E是患者的侧视图,示出了患者201的法兰克福平面。使用可调节耳杆268和可调节鼻支撑件269对患者201进行定位。
在存在单个患者支撑件(例如,第二患者支撑件242)的系统200的其他实施例中,可以应用用于对准头影测量患者支撑件262的技术。例如,激光束LB和下巴支撑件CS之间的关系(例如,两者之间的预定高度差)可以用于使用上述调节机构中的一个或多个对准第二患者支撑件242相对于立柱240的位置。
图2F示出了系统200的功能元件。系统200包括控制器270,该控制器接收来自控制面板的输入,并且被配置为控制系统200和其上述运动和成像过程。控制器270例如附接到立柱240。控制器270包括:至少一个处理器(部分)272,该至少一个处理器用于执行用户和/或软件启动的指令并用于处理数据;和至少一个存储器(部分)280,该至少一个存储器用于存储和维护数据,例如指令、软件和数据文件。
此外,控制器270包括数据传送部分274,该数据传送部分用于将控制命令发送到例如被配置为提供系统200部件的运动的枢轴、线性、高度、旋转、探测器、X射线束限制以及准直仪马达、驱动器或其他装置(马达、设备)275,和/或从被配置为检测系统200部件的功能的测量设备或其他检测设备276接收数据。
此外,数据传送部分274还被配置为向以下中的至少一者发送控制命令:X射线源224和/或X射线源265中的至少一个、探测器226、定位装置277(例如,至少一个激光器、照相机或其他指示装置),该定位装置被配置为通过指示患者201的正确定位促进患者201在全景成像位置和/或CT成像位置的定位。数据传送部分274还被配置为从以下中的至少一者接收信息:至少一个X射线源224、265、探测器226和定位装置277。
此外,控制器270包括用户界面部分278,该用户界面部分可以包括以下中的至少一者:至少一个功能键、触摸屏以及有线或无线遥控器,用于输入控制命令和用于接收信息和/或指令。
至少一个存储器280至少存储:数据传送应用284,该数据传送应用用于由控制数据传送部分274的处理器272执行;用户界面应用288,该用户界面应用用于由用于控制用户界面部分的处理器272执行;以及计算机程序(代码)289,该计算机程序用于控制系统200(例如,至少运动设备275、检测设备276、至少一个X射线源224、265、探测器226和定位装置277)的功能。此外,计算机程序289的执行可以控制例如成像参数、成像尺寸和成像模式。
至少一个存储器280和计算机程序289被配置为与至少一个处理器272一起使系统200至少提供在图2A至图2D的上下文中描述的动作,例如,以通过R运动、L运动和P运动中的至少一个或两个来控制探测器226和头影测量准直仪266的位置。
计算机程序289可以是计算机程序产品,该计算机程序产品包括有形的、非易失性(非法定)计算机可读介质,该计算机可读介质承载有在其中所包含的以与计算机(控制器270)一起使用的计算机程序289。
图2G示出了一个包括至少一个可以提供全景、CT和头影测量图像的探测器227a、227b的探测器226。
旋转部220包括:移动装置230,该移动装置使至少一个20探测器227a、227b相对于旋转部220移动,以定位用于成像的至少一个探测器227a、227b;和探测器马达235,该探测器马达被配置为驱动移动装置230。探测器227a可以是例如被配置为提供全景图像的全景探测器,或被配置为25提供头影测量图像和全景图像的头影测量探测器。CT探测器227b被配置为提供CT图像。
移动装置230可以包含例如轨道231a、231b、螺杆232、输送机单元233、引导单元234中的至少一个,该引导单元连接到输送机单元233并且将探测器227a附接到旋转部220和30导向槽236。
探测器马达235通过螺杆232使探测器227a移动,这使输送机单元233沿着轨道231a、231b移动,使得引导单元234沿着引导槽236将探测器227a向旁边引导,该引导槽可以是例如直的、弯曲或曲折的凹槽。
图2G示出了全景成像位置的一个示例,其中X射线源224和附接到旋转部220的全景或头影测量探测器227a可以提供全景图像。
探测器227a和CT探测器227b被连续地布置在全景成像位置,使得探测器227a在X射线源224、265和CT探测器227b之间——探测器227a相对于所用的X射线源224、265在CT探测器227b的前面。
在一些实施例中,CT成像位置也可以是头影测量成像位置,其中X射线源265可以与附接到旋转部220的头影测量探测器227a一起提供头影测量图像。可能的是,在头影测量成像中,探测器227a相对于CT探测器227b处于另一个位置,例如处于根据图2G的位置,或处于探测器227a被位移使得其大体上在CT探测器227b后面的位置。此外,可能的是,当探测器227a、227b被连续地布置时,可以提供头影测量成像,因此全景成像位置也是头影测量成像位置。在一些实施例中,附接到旋转部220的第一X射线源224和组合探测器227用于提供全景图像和CT 30图像。第二X射线源265和附接到旋转部220的组合探测器227用于提供头影测量图像。可以与图2G所示的探测器226中的探测器227a类似地例如通过类似的移动装置230(但并非需要通过其所有运动)来驱动组合探测器227。
当组合探测器227已经与图2G所示类似地被驱动到全景成像位置,因此组合探测器227处于前面位置时,获取全景图像。
当组合探测器227已经被驱动到CT/头影测量成像位置,因此组合探测器227处于后面位置时,获取CT和头影测量图像。此外,组合探测器227可以通过移动装置230并且通过R运动、L运动和P运动中的至少一个来定位。替代地,组合探测器227可以通过R运动、L运动和P运动中的至少一个来定位。
这样,组合探测器227可以通过移动装置230和/或通过R运动、L运动和P运动中的至少一个在全景、CT和头影测量成像位置中的至少两个之间移动。
图3是根据一些实施例的校准X射线成像系统的方法300的流程图。方法300包括将旋转部220定位在经由第一臂260附接到立柱240的头影测量患者支撑件262上方(在框310处)。正如所指出的那样,头影测量患者支撑件262包括可调节耳杆268对和可调节鼻支撑件269。耳杆268中的每个均具有耳塞268A。方法300还包括从激光器263生成激光束LB(在框320处)。
方法300进一步包括将激光束投影到X射线成像探测器226上的固定位置,该固定位置与患者的法兰克福平面相关联(在框330处)。方法300还包括通过使耳塞268A与激光束对准来调节头影测量患者支撑件262(在框370处)。
本文描述的一些实施例可以包括一个或多个电子处理器,该一个或多个电子处理器被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读介质中的指令来执行所描述的功能。类似地,本文描述的实施例可以被实现为存储可由一个或多个电子处理器执行以执行所描述功能的指令的非暂时性计算机可读介质。如本申请中所使用的,“非暂时性计算机可读介质”包含所有计算机可读介质,但并非由暂时性的传播信号组成。因此,非暂时性计算机可读介质可以包括例如硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器存储器、处理器高速缓存或它们的任何组合。
以上已经参考前述实施例对实施例和示例进行了说明,并且已经展示了若干优点。显然,本发明并不限于这些实施例,而是包括其他实施例和以下权利要求。

Claims (15)

1.一种用于医学成像的X射线成像系统,所述X射线成像系统包含:
立柱;
上部支架,所述上部支架联接到所述立柱;
旋转部,所述旋转部可旋转地联接到所述上部支架并具有相对于所述上部支架的旋转轴,所述旋转部包括第一X射线源、激光器和X射线成像探测器,所述第一X射线源和所述X射线成像探测器被配置为至少通过所述旋转部的旋转运动(R)来提供图像;
头影测量患者支撑件,所述头影测量患者支撑件被配置为支撑待成像患者,通过第一臂附接到所述立柱,并且包括一对可调节耳杆,其中所述耳杆中的每个均具有耳塞;
其中所述激光器被配置为生成激光束并将所述激光束投影到所述X射线成像探测器上的固定位置,所述固定位置与所述患者的法兰克福平面相关联;并且
其中所述头影测量患者支撑件是可调节的,以使所述耳塞与所述激光束对准。
2.根据权利要求1所述的X射线成像系统,进一步包含:
第二X射线源,所述第二X射线源通过第二臂附接到所述立柱,并且包括X射线束限制设备,其中所述第二X射线源被定位成生成X射线束并与所述X射线成像探测器组合来提供头影测量图像;和
控制器,所述控制器被配置为控制所述第二X射线源的扫描运动(S)和高度运动(Zc)。
3.根据权利要求2所述的X射线成像系统,其中所述旋转部包含头影测量准直仪,所述头影测量准直仪被配置为在头影测量成像期间对来自所述第二X射线源的X射线束进行准直,并且所述旋转部被配置为通过枢轴运动(P)定位在所述头影测量患者支撑件上方。
4.根据权利要求2所述的X射线成像系统,其中所述第二X射线源的所述旋转轴穿过所述第二X射线源的焦点。
5.根据权利要求2所述的X射线成像系统,其中所述第二X射线源被配置为通过附接到所述第二X射线源的所述X射线束限制设备和所述扫描运动(S)来扫描所述患者,并且所述X射线成像探测器被配置为在头影测量成像期间通过旋转运动、线性运动和枢轴运动与所述第二X射线源同步移动。
6.根据权利要求1所述的X射线成像系统,进一步包含控制器,所述控制器被配置为使在所述第一X射线源处生成的所述激光束与所述X射线成像探测器上的所述固定位置对准。
7.根据权利要求1所述的X射线成像系统,其中所述第一X射线源和所述X射线成像探测器被配置为当所述X射线成像探测器附接到所述旋转部时提供计算机断层摄影图像,并且所述旋转部被配置为在计算机断层摄影成像期间通过旋转运动、线性运动和枢轴运动中的至少一个来定位。
8.一种用于医学成像的X射线成像系统,所述X射线成像系统包含:
立柱;
第一X射线源、激光器和X射线成像探测器;
患者支撑件,所述患者支撑件被配置为支撑待成像患者并通过第一臂附接到所述立柱,并且包括患者接触件;并且
其中所述激光器被配置为生成激光束并将所述激光束投影到所述X射线成像探测器上的固定位置,所述固定位置与所述患者的法兰克福平面相关联;并且
其中所述患者支撑件是可调节的,以使所述患者接触件与所述激光束对准。
9.根据权利要求8所述的X射线成像系统,进一步包含:
第二X射线源,所述第二X射线源通过第二臂附接到所述X射线成像系统;
控制器,所述控制器被配置为控制所述第二X射线源的扫描运动(S)和高度运动(Zc)。
10.根据权利要求9所述的X射线成像系统,进一步包含:上部支架;和旋转部,所述旋转部附接到所述上部支架,其中所述旋转部包括:所述第一X射线源;所述激光器;所述X射线成像探测器;以及头影测量准直仪,所述头影测量准直仪被配置为在头影测量成像期间对来自所述第二X射线源的X射线束进行准直,并且所述旋转部被配置为通过枢轴运动定位在头影测量患者支撑件上方。
11.根据权利要求9所述的X射线成像系统,其中所述第二X射线源的旋转轴穿过所述第二X射线源的焦点。
12.根据权利要求9所述的X射线成像系统,其中所述第二X射线源被配置为通过附接到所述第二X射线源的X射线束限制设备和扫描运动来扫描所述患者,并且所述X射线成像探测器被配置为在头影测量成像期间通过旋转运动、线性运动和枢轴运动与所述第二X射线源同步移动。
13.根据权利要求8所述的X射线成像系统,其中所述控制器被配置为使在所述第一X射线源处生成的所述激光束与所述X射线成像探测器上的所述固定位置对准。
14.根据权利要求8所述的X射线成像系统,其中所述第一X射线源和所述X射线成像探测器被配置为当所述X射线成像探测器附接到所述旋转部时提供计算机断层摄影图像,并且所述旋转部被配置为在计算机断层摄影成像期间通过旋转运动、线性运动和枢轴运动中的至少一个来定位。
15.一种用于校准X射线成像系统的方法,所述X射线成像系统包括:立柱;上部支架,所述上部支架联接到所述立柱;旋转部,所述旋转部可旋转地联接到所述上部支架并具有相对于所述上部支架的旋转轴,所述旋转部包含X射线源、激光器和X射线成像探测器,所述方法包含:
将所述旋转部定位在通过第一臂附接到所述立柱的患者支撑件上方,所述患者支撑件包括患者接触件;
从所述激光器生成激光束;
将所述激光束投影到所述X射线成像探测器上的固定位置,所述固定位置与所述患者的法兰克福平面相关联;以及
通过使所述患者接触件与所述激光束对准来调节所述患者支撑件。
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