CN113303819A - 用于介入c形臂成像系统的可回缩检测器臂 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于介入C形臂成像系统的可回缩检测器臂”。本发明提供了一种成像门架，该成像门架包括C形臂和X射线管，该C形臂具有在一个端部处安装在该C形臂的直径内的检测器，该X射线管安装到该C形臂的相对端部。该检测器包括可回缩检测器臂，该可回缩检测器臂在一个端部处枢转地安装到该C形臂；并且具有该检测器，该检测器与该C形臂相对地安装到该可回缩检测器臂。该检测器固定到支撑板，该支撑板附接到该检测器臂上的行星传动机构，使得该支撑板与该行星传动机构一起旋转以保持该支撑板和该检测器相对于该X射线管的对准。该检测器臂还包括侧向补偿机构，该侧向补偿机构设置在该检测器臂上并且与该检测器接合，该侧向补偿机构与使该检测器臂枢转的马达同步操作以使该检测器侧向位移，以便保持该检测器与该X射线管的对准。

Description

用于介入C形臂成像系统的可回缩检测器臂

背景技术

本发明的领域整体涉及医学成像，并且更具体地涉及介入成像系统。

移动或落地安装型(固定)X射线设备是已知的，该X射线设备包括使其能够围绕患者沿不同方向转动的移动部件。因此，这些移动部件使得X射线束能够进行取向，以便诸如在对患者执行介入规程期间分析该患者身体的给定部分。由X射线或成像设备提供的图像使得治疗医师能够在规程期间实时观察患者的正被治疗的区域。

在这些成像系统中，门架的成像部件包括：L形臂，该L形臂将系统可移动地支撑在地板上/上方；枢转臂，该枢转臂可旋转地连接到该L形臂；和C形臂，该C形臂与该L形臂相对地、可移动地连接到该枢转臂。C形臂在一个端部处支撑X射线管并且在相对端部处支撑检测器，与X射线管对准。成像系统的这种构型允许门架沿着三(3)个轴线绕等中心点(即，在成像和介入规程期间旋转轴线相交的点和患者位于病床上并支撑在病床上的点)旋转，如图1所示。等中心点位于从管朝向检测器的X射线发射路径内，使得L形臂、枢转臂和C形臂均可相对于等中心点移动，以便实现围绕患者的各种成像自旋，以获得用于重建该患者的成像区域的3D体积的图像。

然而，使用成像单平面门架时，虽然枢转臂可围绕患者(即，通过病床保持在等中心点处的患者)(即，枢转测角)移动C形臂上的管和检测器以产生用于在前部3D自旋(其中管和检测器围绕枢转轴线自旋)中进行3D重建的图像，但是门架的到达范围允许对支撑在床上的患者的仅大约头部和上腹部进行3D成像。门架的到达范围主要受C形弧的直径限制。为了增加到达范围，使C形臂从等中心点偏移。枢转测角受该偏移的存在和检测器上的升降突起部限制，该升降突起部延伸超出C形臂的高度并且会在进一步的枢转测角时接触地板。

此外，虽然门架可在侧向3D自旋(其中管和检测器围绕C弧轴线自旋)中沿着患者的长度侧向运动(其中患者通过床保持在等中心点处)，但是C形臂的偏移和检测器升降突起部将C形臂相对于枢转臂的运动(即，C形弧测角)限制为大约95°。由于侧向3D成像需要至少180°的C形弧测角，因此具有检测器升降突起部和偏移C形臂的门架构型有效地防止了这种情况。

此外，突出的检测器升降突起部增加了C形臂和升降突起部与外部对象(诸如正在执行规程的手术室内的监测器悬架)碰撞的机会。这些碰撞可导致成像门架的无菌问题以及部件和/或油漆或涂饰剂掉落危险。

在现有技术中，已经开发出许多成像门架，该许多成像门架增大了C形臂的直径，以便使检测器升降突起部能够更好地容纳在C形弧的直径内，并且因此增大了C形弧和枢转测角。然而，C形臂直径的这种增大提高了门架等中心点的位置，从而在使用这些门架时需要抬升病床，这给执行规程的医师造成了问题。

因此，希望开发一种成像门架，该成像门架包括C形臂，该C形臂具有检测器，该检测器以增大门架的C形弧角的方式安装到该C形臂以允许执行侧向3D自旋测角，而不增大C形臂的直径。

发明内容

需要或期望一种成像门架，诸如以用于介入医学规程，该成像门架包括检测器，该检测器以允许检测器围绕患者或被成像的其他对象进行大量运动的方式安装在该成像门架上。

根据本公开的一个示例非限制性方面，门架包括C形臂和X射线管，该C形臂具有在一个端部处安装在该C形臂的直径内的检测器，该X射线管安装到该C形臂的相对端部。该检测器包括可回缩检测器臂，该可回缩检测器臂在一个端部处枢转地安装到该C形臂；并且具有该检测器，该检测器与该C形臂相对地安装到该检测器臂。该检测器固定到支撑板，该支撑板附接到该检测器臂上的行星传动机构，使得该支撑板与该行星传动机构一起旋转以保持该支撑板和该检测器相对于该X射线管的对准。检测器臂能够使用马达和行星皮带或齿轮传动件相对于C形臂移动，该行星皮带或齿轮传动件可操作地连接在C形臂与检测器臂的相对端部之间。行星皮带传动件的操作使检测器臂相对于C形臂枢转，以使检测器能够定位在所需位置。

根据本公开的另一个示例非限制性实施方案，检测器臂包括侧向补偿机构，该侧向补偿机构设置在检测器臂上并与检测器接合。当通过马达使检测器臂相对于C形臂枢转时，侧向补偿机构使检测器侧向移位，以便保持检测器与X射线管的对准。侧向补偿机构可为机动化的或机械的，并且与使检测器臂相对于C形臂枢转的马达同步操作。

根据本公开的一个示例非限制性实施方案的又一方面，C形臂具有安装在C形臂的直径内的X射线管和检测器。此外，用于将C形臂固定到门架的C形臂导向件可以不接触检测器臂的构型定位在C形臂上方，使得C形臂可相对于该导向件移动大于+/-90°，以允许侧向3D自旋测角。

根据本公开的一个示例非限制性实施方案的又一个方面，检测器和任选的X射线管在C形臂的直径内的定位使得门架等中心点能够相对于提供侧向3D测角的现有技术门架降低，从而使得能够将患者以对于执行规程的医师来说舒适的高度定位在手术台上。

根据本公开的一个示例非限制性实施方案的另一方面，适于将检测器选择性地定位成与成像设备上的X射线管对准的检测器定位机构包括：定位臂，该定位臂适于枢转地固定到成像设备；检测器支撑板，该检测器支撑板枢转地连接到该定位臂；和臂运动机构，该臂运动机构与该定位臂接合以相对于该成像设备选择性地移动该定位臂。

根据本公开的一个示例非限制性实施方案的又一方面，成像设备包括：门架；C形臂，该C形臂可移动地连接到该门架；X射线管，该X射线管设置在该C形臂的一个端部处；检测器，该检测器与该X射线管相对地设置在该C形臂上；和检测器定位机构，该检测器定位机构将该检测器连接到该C形臂，该检测器定位机构包括：定位臂，该定位臂枢转地固定到该C形臂；检测器支撑板，该检测器支撑板与该C形臂相对地、枢转地连接到该定位臂；和臂运动机构，该臂运动机构接合在该C形臂与该定位臂之间以相对于C形臂选择性地移动定位臂。

根据本公开的一个示例非限制性实施方案的又一方面，一种用成像设备获得对象的图像的方法包括以下步骤：提供成像设备；移动该定位臂以相对于该对象将该检测器定位在所需位置；以及拍摄该对象的图像，该成像设备包括：门架；C形臂，该C形臂可移动地连接到该门架；X射线管，该X射线管设置在该C形臂的一个端部处；检测器，该检测器与该X射线管相对地设置在该C形臂上，完全在该C形臂的直径内；和检测器定位机构，该检测器定位机构完全在该C形臂的直径内，将该检测器连接到该C形臂，该检测器定位机构包括：定位臂，该定位臂枢转地固定到该C形臂；检测器支撑板，该检测器支撑板与该C形臂相对地、枢转地连接到该定位臂；和臂运动机构，该臂运动机构接合在该C形臂与该定位臂之间以相对于该C形臂选择性地移动该定位臂。

应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。

附图说明

附图示出了目前设想的执行本公开的最佳模式。在附图中：

图1是现有技术介入成像门架的侧正视图。

图2是根据本发明的一个示例非限制性实施方案的介入成像门架的侧正视图，其中检测器处于伸出位置。

图3是图2的介入成像门架的侧正视图，其中检测器处于回缩位置。

图4是图2的门架的检测器臂的等轴视图。

图5是图2的门架的检测器臂的局部断开的等轴视图。

图6是包括保护性波纹管的图2的介入成像门架的侧正视图。

图7是具有侧向补偿机构的第一实施方案的图5的检测器臂的局部断开的等轴视图。

图8是具有侧向补偿机构的第二实施方案的图5的检测器臂的局部断开的等轴视图。

图9是图8的检测器臂的局部断开的等轴视图。

图10是在侧向3D自旋构型的一个端部处的图2的门架的侧正视图。

图11是在侧向3D自旋构型的相对端部处的图2的门架的侧正视图。

图12是根据本发明的一个示例非限制性实施方案的介入成像门架的示意图，该介入成像门架具有用于将X射线管和检测器安装到门架的偏移托架。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可实践的具体实施方案。足够详细地描述了这些实施方案以使得本领域技术人员能够实践实施方案，并且应当理解，可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离实施方案的范围的情况下进行逻辑、机械、电气和其他改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。

参见图2，在所示的示例非限制性实施方案中，可固定在适当位置或可移动的医学成像系统或设备10具体地包括X射线管12和X射线检测器13。该管12沿着发射方向15发射X射线束14。管12和检测器13均联接到C形状臂/C形臂/C形弧16的任一侧上的端部。实际上，检测器13与管12相对地联接到C形臂16并且在发射方向15上，以便接收射线束14。此外，臂16借助于中间枢转臂18连接到L形状支撑臂17。放置在管12的正上方的准直器101可使得能够将形状赋予给由管12发射的X射线束14。因此，该准直器101可具体地修改射束14的宽度。

患者20所躺的床19联接到机架11。该床19放置在C形状臂16内，使得管12位于床19下方并且检测器13位于床19上方。无论执行何种检查，管12和检测器13优选地始终保持该空间构型。在某些检查中，管12可位于检查台或床19上方，并且检测器13位于检查台或床19下方。

在这些条件下，在已经接收到穿过患者身体的部分的射束14之后，检测器13发射与接收到的射线的强度对应的电信号。然后，这些电信号可经由导线连接(未示出)传输到计算机22。这些电信号可使得该计算机22能够产生与所分析的身体部分对应的图像。该图像可借助于该计算机22的屏幕在放射线检查法背景下观察，或者在放射线照相术背景下印刷在片材上。

为了能够检查患者20的身体的每个部分，可使射束14围绕患者沿多个方向取向。实际上，管12和检测器13的位置可由用户修改。为此，形成门架或设备10的部件的L形状支撑臂17、中间枢转臂18和C形状臂16均关于彼此铰接。更确切地说，L形状支撑臂17通过第一马达23的中介围绕地面铰接或能够关于地面相对于机架11移动。因此，该马达23使得撑条17能够围绕竖直轴线24在旋转方向25上旋转。

枢转臂18可围绕水平轴线27相对于支撑臂17旋转，该水平轴线由枢转臂18到支撑臂17的连接点的中心限定。枢转臂18可通过操作类似马达26绕该轴线移动，该类似马达在支撑臂17内可操作地连接到枢转臂18。

关于C形状臂/C形臂16，该C形状臂/C形臂可相对于连接件28滑动，该连接件围绕C形臂16的外部设置并与该外部接合。由此，C形臂16可围绕轴线30转动，该轴线垂直延伸进出图2的页面，该轴线穿过由并排放置的两个C形臂16形成的圆的中心。此外，对于所表示的位置，该轴线30垂直于轴线27和轴线24两者，其中各个轴线24、27和30延伸穿过门架或设备10的等中心点80。

通过组合围绕三个轴线24、27和30的旋转运动，X射线束14可描述包括在球体内的X射线的所有发射方向。由于马达23和26以及驱动连接件28的马达，射束14由此可沿着多个可能的取向穿过患者的每个部分。

现在参见图2至图5，检测器13连接到定位机构90，该定位机构包括定位臂100，该定位臂在C形臂16的直径内并且在所示的示例性实施方案中在C形臂16的相对侧内枢转地附接到C形臂16。定位臂100在一个端部处经由铰链或枢轴销103固定到C形臂16，该铰链或枢轴销可移动地固定到C形臂16并且定位臂100固定到该铰链或枢轴销。在完全回缩位置(参见图3)，定位臂100完全容纳在C形臂16内，并且至少部分地设置在C形臂16的相对侧之间。枢轴销103可移动地/可旋转地固定到C形臂16，以使得定位臂100能够在通过连接到枢轴销103的马达112使枢轴销103旋转时与枢轴销103一起旋转。

大致与枢轴销103相对，定位臂100经由铰链或枢轴销105连接到检测器支撑板102。枢轴销105设置在从支撑板102向外延伸的凸缘109的孔107内，并且固定到定位臂100，以便使得凸缘109以及由此支撑板102能够相对于枢轴销105旋转。

定位臂100包括臂运动机构111，该臂运动机构在图5所示的示例性实施方案中示出为行星齿轮/皮带系统104，该行星齿轮/皮带系统具有：静齿轮/滑轮106，该静齿轮/滑轮固定到C形臂16并围绕枢轴销103设置；和可旋转齿轮/滑轮108，该可旋转齿轮/滑轮围绕枢轴销105设置并固定到支撑板102上的凸缘109，该静齿轮/滑轮和该可旋转齿轮/滑轮通过皮带110接合。如图9的示例性实施方案中所示，滑轮106、108可围绕相应的枢轴销103、105设置在相对的成对凸缘或突片113之间，该相对的成对凸缘或突片形成在定位臂100的每个端部处，并且枢轴销103、105在该相对的成对凸缘或突片之间延伸以便减小C形臂16上的定位机构90的总体长度。另选地，臂运动机构111与其他合适的驱动机构或传动系等一起形成，该其他合适的驱动机构或传动系为诸如锥齿轮系(未示出)。臂运动机构111还可包括多个惰轮115和制动器117，该多个惰轮设置在定位臂100上或该定位臂内，在静滑轮106与可旋转滑轮108之间，以便在皮带110上提供附加张力，该制动器与枢轴销105接合以防止支撑板102在皮带110发生故障的情况下运动。

系统104通过马达112(诸如高扭矩、低RPM谐波驱动马达)操作，该马达可安装到定位臂100(图8)或C形臂16(图9)。在马达112设置在C形臂16上的示例性实施方案中，马达112的驱动轴(未示出)连接到枢轴销103或由该枢轴销形成。当操作马达112时，马达112使枢轴销103和连接到该枢轴销103的臂100相对于C形臂16沿着图6所示的曲线A旋转。在另选的实施方案中，柔性波纹管142设置在定位臂100与C形臂16之间，该柔性波纹管可配合定位臂100的运动而延伸和回缩以防止对象无意中被定位和/或夹在或陷在定位臂100与C形臂16之间。

当通过马达112使定位臂100旋转时，皮带110以行星运动方式围绕固定到C形臂16的静滑轮106移动。同时，皮带110导致旋转滑轮108围绕枢轴销105旋转。臂100的旋转导致可旋转滑轮108在与定位臂100的旋转方向相反的方向上旋转，其中皮带110随着旋转滑轮108一起移动以保持支撑板102和附接到该支撑板的检测器13相对于管12的角度和/或取向。以此方式，由于滑轮108连接到支撑板102上的凸缘109，马达112旋转定位臂100的操作也导致支撑板102配合可旋转滑轮108移动，使得支撑板102/检测器13相对于管12的取向在定位臂100的整个运动范围内得以保持。

此外，如图6至图9所示，支撑板102在其上支撑侧向补偿机构114，以保持检测器13与管12和准直器101对准。机构114设置在支撑板102上，并且通过支撑板102中的孔121可操作地连接到设置在支撑板102下方的检测器安装板119。检测器安装板119可以可滑动地联接到支撑板102以便在补偿机构114的操作下相对于支撑板102侧向运动，并且/或者可直接固定到补偿机构114。侧向补偿机构114与旋转滑轮108接合，以将旋转滑轮108的旋转转换成可在支撑板102下方侧向滑动的检测器安装板119的侧向运动。以此方式，补偿机构114在行星皮带系统104的操作期间适应支撑板102和检测器13相对于管12的侧向运动，以保持检测器13和管12/准直器101的精确对准。

补偿机构114的运动，该补偿机构可以是电控补偿机构123，该电控补偿机构包括电动马达116，该电动马达与马达112协同操作并与齿条122和小齿轮124系统(图7)接合，其中齿条122设置在安装板119上并与小齿轮124接合，该小齿轮位于支撑板102上并通过马达116旋转。

另选地，机构114可采用机械机构118的形式，该机械机构包括凸轮126和从动件128构型(图8至图9)，该机械机构与行星皮带系统104同步操作，使得行星皮带系统104移动定位臂100的操作导致补偿机构114对应地移动检测器安装板119和检测器13。在图8和图9所示的示例性实施方案中，凸轮126可旋转地安装在支撑板102上的托架130之间，并且包括轴132，该轴从托架130之间向外延伸以支撑从动齿轮134。从动齿轮134与设置在枢轴销105的相邻端部上的驱动齿轮136接合，使得驱动齿轮136随着可旋转滑轮108一起旋转。通过马达112的操作使可旋转滑轮108旋转以移动定位臂100，因此使枢轴销105和驱动齿轮136旋转。驱动齿轮136的旋转驱动从动齿轮134和轴132，从而导致轴132上的凸轮126在托架130之间旋转。凸轮126包括形成在该凸轮中的凹槽138，从动件128的销140设置在该凹槽中，该销安装到安装板119并且向上延伸穿过支撑板102中的孔121。当凸轮126旋转时，销140在凹槽138内的接合导致销140遵循凹槽138的形状/轮廓，从而相对于支撑板102侧向移动从动件138和安装板119，从而为检测器13提供相对于管12的侧向补偿。在另选的实施方案中，可利用多个凸轮136和相关联的从动件138。

利用这种通过定位臂100的连接使检测器13在C形臂16的直径内的构型，如图10至图11所示，C形臂16可相对于连接件28在相对于图2中的C形臂16的位置大于+/-90°的位置之间移动。因此，在C形臂16的直径内包括定位臂100上的检测器13的C形臂16允许侧向3D自旋，该侧向3D自旋需要相对于等中心点至少180°的旋转。

由包括本文所公开的检测器定位机构90的设备10的构型提供的其他优点包括：

a.使得能够进行侧向3D自旋：由于不存在超出C形弧16的直径的检测器13和/或检测器升降/定位机构90的突起部，所以C形弧导向件/连接件28可在检测器升降/定位机构90上方良好地行进。C形弧导向件/连接件28的支撑长度也可增加。当通过减小管12和准直器101的大小或使管12相对于C形弧16偏移(如在图12中使用偏移托架120)-否则，可增大C形弧16的大小以容纳管12-使X射线管12也完全容纳在C弧直径内时，C弧16的运动可与相同的C弧16直径成180度(参见图10至图11)。

b.低患者台工作高度，这是由于没有增加C形弧直径-所提出的检测器升降/定位机构90使得能够利用相同的现有C形弧直径进行侧向自旋，由此等中心点离地板的高度保持不变。

c.增强的前部3D-现有的前部3D自旋测角也可得到增强，因为检测器升降/定位机构90在3D自旋期间不会与L形臂基座或地板碰撞。使得能够实现具有较少伪影的更好的重建图像。

d.更少的与外部设备碰撞的倾向，这是由于不存在超出C形臂/C形弧16的突起部-因此减少了现场的无菌性危险和部件坠落危险。

e.设计可在前部固定平面、移动门架和侧向平面中实现一该设计也可在外科C形臂中考虑。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种检测器定位机构，所述检测器定位机构适于将检测器选择性地定位成与成像设备上的X射线管对准，所述检测器定位机构包括：

-定位臂，所述定位臂适于枢转地固定到所述成像设备；

-检测器支撑板，所述检测器支撑板枢转地连接到所述定位臂；和

-臂运动机构，所述臂运动机构与所述定位臂接合以使所述定位臂相对于所述成像设备选择性地移动。

2.根据权利要求1所述的检测器定位机构，其中所述臂运动机构是行星皮带传动件。

3.根据权利要求2所述的检测器定位机构，其中所述行星皮带传动件包括：

-静滑轮，所述静滑轮设置为与所述支撑板大致相对，并且适于固定到所述成像设备；

-旋转滑轮，所述旋转滑轮固定到所述支撑板并且可旋转地附接到所述定位臂；和

-皮带，所述皮带连接在所述静滑轮与所述旋转滑轮之间。

4.根据权利要求1所述的检测器定位机构，所述检测器定位机构还包括侧向补偿机构，所述侧向补偿机构可操作地连接在所述臂运动机构与所述支撑板之间。

5.根据权利要求4所述的检测器定位机构，其中所述侧向补偿机构是电气侧向补偿机构。

6.根据权利要求4所述的检测器定位机构，其中所述侧向补偿机构是机械侧向补偿机构。

7.一种成像设备，所述成像设备包括：

-门架；

-C形臂，所述C形臂可移动地连接到所述门架；

-X射线管，所述X射线管设置在所述C形臂的一个端部处；

-检测器，所述检测器与所述X射线管相对地设置在所述C形臂上；和

-检测器定位机构，所述检测器定位机构将所述检测器连接到所述C形臂，所述检测器定位机构包括：

-定位臂，所述定位臂枢转地固定到所述C形臂；

-检测器支撑板，所述检测器支撑板与所述C形臂相对地、枢转地连接到所述定位臂；和

-臂运动机构，所述臂运动机构接合在所述C形臂与所述定位臂之间，以使所述定位臂相对于所述C形臂选择性地移动。

8.根据权利要求7所述的成像设备，所述成像设备还包括侧向补偿机构，所述侧向补偿机构可操作地连接在所述臂运动机构与所述检测器支撑板之间。

9.根据权利要求8所述的成像设备，其中所述侧向补偿机构包括：

-凸轮，所述凸轮设置在所述检测器支撑板上并与所述臂运动机构接合；

-检测器安装板，所述检测器安装板可滑动地固定到所述检测器支撑板；

-从动件，所述从动件设置在所述检测器安装板上并与所述凸轮接合。

10.根据权利要求7所述的成像设备，其中所述臂运动机构是行星皮带传动件。

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