CN1571648A - 介入式体积扫描 - Google Patents

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Abstract

一种C臂式X射线系统，其包括：X射线源；X射线检测器；以及支承C臂机构，其包括外C臂和内C臂。该X射线源和该X射线检测器相对地设置在该内C臂上。该内C臂环形地自动地被驱动到该支承C臂的第一端的外侧并且进入该支承C臂的第二端，由此封闭常规C臂式X射线系统中通常存在的间隙。这种结构使得该X射线源和该X射线检测器旋转整个360度的循环，以便在检查过程不移动患者的情况下实现放射检查和CT过程，(即对于这两个应用场合中在共用框架中检测患者)。

Description

介入式体积扫描
发明背景
本发明涉及C臂式X射线系统，尤其涉及一种具有整个体积成像能力以便用于介入式过程的C臂式X射线系统。
在现有技术中各种C臂式X射线系统和装置是已知的。例如，用于引证结合于此的德国专利DE19839825 C1(以下称为专利’825)披露了一种图1A所示的X射线装置，其包括圆形的支承组件1。该圆形的支承组件包括C形臂或第一环部段4。第一环部段4借助于第一轴承组件9装接到圆形的支承组件1上，并且其还包括设置在患者7的相对两侧的X射线源2和X射线检测器3。专利’825的X射线装置还包括装接到第二轴承组件12的第二环部段5和顶板导轨13。
专利’825所述的装置的圆形支承组件1、第一轴承组件9、第一环部段4、X射线源2和X射线检测器3可用于进行常规的放射检查。第二环部段5可围绕切向枢轴枢转，以便使第二环部段5与第一环部段4对准。这使得(当装接并对准时)X射线源2和X射线检测器3可围绕患者7以360度旋转。因此，该专利’825所述的装置具有作为计算机断层造影装置以及作为常规的C臂式放射检查装置来工作的能力。
然而，专利’825所述的装置具有其局限性。特别是，在执行CT(计算机X射线断层造影)模式的操作之前，第二环部段5必须与第一环部段4机械地对准并接触，并且插入到(即装接到)第一环部段4中。这需要机械榫28装配到构造在第二环部段5内的榫眼29中，如图1A所示。
螺栓30插入到至少一个机械榫2 8的螺栓孔中，以便锁定该第一和第二环部段。因此，实施这种连接需要在该环部段的对准和锁定在一起的过程中付出较大的努力。
而且，顶板13、第二轴承组件12、和卧台组件6占据较大的体积，在介入式医疗过程中这肯定将妨碍技术人员使用该结构来进行常规的放射检查和CT扫描。由于该结构本身，患者7难以进入到特定的位置，并且需要锁定该第一和第二环部段的必要元件。
专利’825还包括两个另外的技术方案，以便通过其原有的旋转整个360度的能力来实现闭合圆周(环)。即，专利’825还包括使用两个交错的C形弧段的实施例(图5-11)。
专利’825的另一实施例构造成使用两个通过铰接件垂直连接的C形弧段。
以上每一实施例(三个引入方式)均涉及形成实施360度旋转的刚性圆周或环。该基本的构思采用了C型标准支承件(专利’825的图1中的附图标记16)，并且简单地将管与检测器(专利’825的图1中的附图标记4)之间的C形连接的旋转范围从180度(见图1)增大到360度(见图2、7、10、11、14)。
该管与检测器支承在两侧上(见图2)或在仅单侧上(静止)。如果专利’825的第一实施例限制为该管-检测器整体围绕患者轴线(管轴线)旋转，以上所述的第二和第三实施例基本上提供了整个360度的自由度，(当然这在由该专利给出的限定范围内)。也就是说，通过允许选择旋转轴线，使得该封闭圆周或环的支承件围绕水平旋转轴线(10)或甚至围绕垂直旋转轴线(11)才能实现360度的自由度。
如果以上的第一实施例需要附加的占用空间的组件(5、14、13、15)，则方案2和3(至少在一定范围内)不需要大型的附加组件。因此，在放射检测模式中，从应用(功能)的角度来看，该系统几乎等于只能进行放射检测的系统。由专利’825提出的所有方案的主要缺点在于，当在放射检查与CT模式之间相互切换时，需要重新构建该系统。
本发明的发明目的和发明简述
因此，对于本领域的普通技术人员来说，所希望的是提供一种C臂式X射线系统，其中第二C臂元件可用于封闭在主C臂或支承C臂内的间隙以便形成封闭环，从而克服现有技术的例如专利’825所述的C臂式X射线系统的缺陷。
因此，本发明的一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其支持带有整个范围适应性的整个体积成像能力，这是在放射检查和CT模式的操作之间切换时不需要重新构建系统的介入式过程所需的。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其中C臂机构的内“C”件由外“C”件来操作并引导，以便使得安装在C臂机构的内C臂上且相对地设置的X射线源和X射线检测器可360度旋转。该结构在不需要例如在现有技术的专利825’所述的常规的刚性C臂支承件的情况下可进行操作。
必须注意，即使在生锈的情况下，内“C”臂也不固定到支承“C”臂上。使用的术语“稳定”、“封闭环”等不意味着内C臂固定到支承C臂上。即，两个“C”型件本身具有实施360度旋转的可能性，并不需要之前构建辅助的封闭环。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其可提供一种在不需移动患者的情况下从任何角度获得患者的X射线投射的简单且便捷的方法。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其提供了一种在不需要将患者从一个装置移动到另一装置的情况下在CT和放射检查应用(例如血管造影)之间切换的简单且便捷的方法。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其提供了一种在CT和放射检查应用(例如血管造影)之间切换同时使患者相对于(包括在该系统内的)构架保持在共用的框架中的简单且便捷的方法。因此，在两个应用中获得数据使得组合的数据可实现附加的、以前不能获得到的诊断信息，以及在介入式过程中容易地进入患者体内。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其中第一支承C臂(例如210度弧长)包括内C臂(例如至少150度弧长)，该内C臂可自动地延伸以封闭在支承C臂内的该间隙，并使得X射线源和相对设置的X射线接收器旋转整个360度。
支承“C”件的弧长确定了间隙尺寸(支承“C”件的360度弧长)以及患者的进出性。其必须为180度加上与内“C”件重叠部分的1/2。该内“C”件必须具有至少180度，至多与支承“C”件的弧长相同，除非间隙尺寸减小。为了使得该结构尽可能的稳定和具有刚性，内“C”件应当具有其最大的弧长。两个弧长应当相同，并且在稳定性与患者的进出性之间折衷。优选的实施例对于150度间隙构造成大约210度的弧长。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其中构造在第一支承C臂内的第二C臂件从在第一C臂内支承机构(位于第一端)延伸，以便封闭该间隙并重新进入该第一C臂的相对(第二)端。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其中“C”件可延伸整个360度，这包括借助于位于其每一端部的驱动机构从而离开/进入支承C臂的每一相对端的内C臂件和支承C臂，提供了在检查过程不需移动患者且不需重新构建系统的情况下实现CT和放射检查模式的系统操作的能力。
本发明的另一目的在于提供一种C臂式X射线系统，其中设置在支承C臂内的内C臂可通过在该支承C臂内使用在其内、外表面上的齿轮缘从而延伸整个360度(圆周)，该齿轮缘提供了使得安装在封闭环上的直径方向相对的X射线源和X射线检测器移动旋转的装置。
附图简述
本发明的以上的和其它的细节方面将在下文中参照以下附图详细描述，在附图中：
图1A是现有技术的德国专利DE19839825(专利825’)所述的X射线装置的示意图；
图1B是用于在现有技术专利825’所述的X射线装置中形成封闭环的插塞和插座；
图2是标准的现今使用的X射线装置的示意图；
图3A和3B是依据本发明的原理构造的C臂式X射线系统的示意图，其分别示出了其内C臂在延伸超过间隙“C”之前和之后的情况；
图4A和4B是图3A和3B所示的C臂式X射线系统的替代实施例的示意图；
图5是本发明的C臂式X射线系统的另一替代实施例的示意图；
图6A和6B是本发明的C臂式X射线系统的稳定运行所需的轮结构的两个实施例的平面图；以及
图7是用于本发明的C臂式X射线系统的支承C臂的进入端、内C臂的减缩端、轮结构和齿轮的实施例的侧视图/截面图。
优选实施例的详细描述
应当理解在此描述的实施例只是示例性的，不意味着限定本发明的精神和范围。
常规的C臂式X射线系统100包括如图2所示。C臂式X射线系统100包括导轨机构110、115，其安装到安装表面120上并且与旋转元件125连接。该旋转元件装接到支承臂130。支承臂130借助于第二旋转元件140连接到轴承组件/导轨保持系统135上。C臂元件145装接到轴承组件/导轨保持系统135上，并且其包括外导轨部分150和内导轨部分155。内和外导轨部分150、155限定出该轴承组件/导轨保持系统135保持在其上的轨道。X射线源160和X射线检测器165在直径方向相对的位置处安装在支承C臂145上，以便使在患者台168上的患者暴露出来。
与图2所示的现有技术的C臂式X射线系统相反，提供本发明以用于封闭间隙，以便当CT模式操作时在不需要重新构建该系统的情况下使用该系统。即，“C型”支承件构造有内“C型”元件，其可环形地从该“C型”支承件内(位于第一端)延伸，以便封闭(例如150度的“C型”弧长的)间隙并且在其相对端进入C臂支承件。
如现有技术的图2所示，X射线源160和X射线检测器165以这样的方式布置在彼此相对的位置，使得从该源发出的X射线沿投射半径P穿过布置在患者台160(168)上处于检查区域Z内的被测物体(例如患者)。发出的X射线由此投射到X射线检测器165上，并且X射线源160和X射线检测器165可借助于C型臂145的外导轨部分150围绕Z3轴线旋转。
如专利’825所披露，刚性支承装置130还借助于第二旋转元件140安装，以便围绕Z1轴线在滑动导轨机构110、115旋转，该刚性支承装置在导轨机构中可位移。本领域的普通技术人员应当理解，并且由给定的角度已经表明，在该现有技术的图2所示的X射线装置中自由度受到限制。而且，尽管这种常规的C臂式诊断X射线系统和/或装置(现有技术的图2)提供了在不需要移动患者的情况下从任何方向获得X射线投射的能力，但是对于常规的CT形式构架则不符合这种情况。
常规的CT形式构架提供CT模式应用，这需要围绕患者进行360度的旋转。当然所希望的是，在介入式过程中C臂式X射线装置具有实施CT和放射检查模式操作的能力，并且可容易地转换该系统的操作结构。也就是说，所希望的是，在不需患者从一个装置移动到另一个装置以便在相同的患者坐标位置中从独立的应用中获取数据的情况下，可在这两种操作模式之间进行转换。而且，如上所述，至少就现有技术的专利’825文献的第一和第三实施例而言，为了实施血管造影或CT模式应用将需要移动患者或移动第二顶板(head lining)导轨13、第二轴承组件12、和第二环部段5，这是费力且耗时的。
申请人的介入式体积扫描C臂式X射线系统200的第一实施例如图3A和3B所示。该第一实施例是图2所示的标准或常规的C臂式X射线系统100的结构(例如现有技术的专利’825)的改进。如上所述的专利’825的系统包括标准的C臂式X射线系统100，其具有三个旋转轴线以便提供三个自由度(Z1、Z2、Z3)。本领域的普通技术人员已知的是，在体积重建过程中，所希望的是至少一个轴线可提供360度的全程旋转，其中不需要重新构建该系统以便在操作模式之间切换，或者不需要将患者从放射检查系统移动到CT模式系统或相反移动。具体地说，对于沿患者轴线(或Z2)大体积扫描覆盖区域同时使患者在检查中保持在其初始位置而不需要主要系统的重新构建来说，360度连续旋转被认为是理想的。
C臂式X射线系统200包括C臂机构，其包括主C臂或支承C臂210(在此可互换使用)，该C臂构造有内C臂220，该内C臂220在主C臂或支承C臂210内在轮结构上悬伸(如图6A、6B、7所示)。本领域的普通技术人员应当理解，必须具有足够数量的轮结构，以便当内C臂220在支承C臂210的第一端(E1)和第二端(E2)之间延伸时，可提供用于内C臂220的稳定悬伸结构，(即，在每一端处有至少一对轮结构和齿轮，如图6A、6B、7所示)。就这点而论，内C臂可周期性地围绕患者台行进整个360度。通过每次循环，内C臂必须离开该支承C臂的一端并且进入其另一端，当内C臂完全被支承C臂包围时，在360度周期的某部分中存在间隙。封闭的环仅存在于360度循环的某部分。
所示的内C臂220在图3B中处于特别延伸位置。内C臂220从支承C臂210的第一端(E1)延伸，并且该内C臂220构造有足够的弧长以便与支承C臂210的第二端(E2)接触并进入第二端。(在图3A和3B中未示出的)齿轮缘构造在内C臂220的至少一个侧上并且靠近该齿轮(见图6A和6B)。
图3A和3B示出的C臂式X射线系统200是示例性的，其中具有至少150度的弧长的内C臂220在本发明的支承C臂210内构造成一个整体，(但是对于仅150度的间隙来说，至少180度的弧长是优选的)。本领域的普通技术人员应当理解，如果内C臂220环形地延伸贯穿整个360度，则在坐标系统的内C臂220置靠(在支承C臂210内)的那部分中旋转大致360度是可行的。
因此，在不需如现有技术的’825专利那样移动患者或不使用并不对准辅助设备的情况下，可实现X射线源230和X射线检测器240的360度的旋转。所有的齿轮缘和齿轮以及渐缩端仅用于使得内C臂在形成于支承C臂内的轨道上行进。应当非常清晰的是，本发明的任何实施例的结构和功能基于以下的假设，即，具有至少150度弧长(即间隙加上足够的重叠的长度)的内C臂220必须延伸超出支承C臂210的第一端E1、延伸过150度的间隙、并且在支承C臂的相对端(E2)的进入(相对)位置处重新进入该支承C臂。
图4A和4B示出了图图3A和3B所示的C臂式X射线系统的替代实施例250。在该实施例中(见图4A和4B)，为了安全的原因，如果要求或需要，额外的保护部件260可具有足以在支承C臂210的两个端部重叠(覆盖间隙)的弧长。该额外的保护部件260安装在支承C臂210的外侧上并且可拆卸和沿其滑动。
图5示出了本发明的再一实施例的C臂式X射线系统300。在图5所示的实施例中，支承C臂分成两个或多个部件210A和210B，其围绕内C臂220’以相等的距离定位。在这种结构中，例如，两个支承C臂210A和210B可分别设置在内C臂220’的顶部和底部。C臂部分210B定位或固定到轴承组件上，而C臂部分210A可定位或装接到导轨系统或其它的上支承平台上。
该两个或多个部分的C臂具有与如图所示的对称轴线Z1等同的共同轴线。这种结构的优点在于提高了患者进入该系统的可接近性，同时保持本发明的上述实施例的功能。应当注意，本领域的普通技术人员应当理解，两个部分的C臂210A和210B需要上述的且参照图6A、6B、7详细描述的相同的轮/端部/支承结构。
图6A和6B示出了各种支承机构的替代实施例，共使得C臂支承件(210、210A或210B)和内C臂(220或220’)组合，以便实现在此描述的本发明的原理。为了驱动内C臂(220或220’)(即，使该内C臂延伸)，至少一个驱动轮310还构造在该支承C臂内(在每一端附近)。内C臂220’由在其相对侧上的齿轮缘320驱动，该齿轮缘与固定在该支承C臂上的相邻齿轮330接触。每一齿轮330装接到在同一轴350上的一对小轮340上。或者，该共同轴350’(见图6B)可固定到包括弹簧360的弹簧结构355上，该弹簧结构将小轮340’保持在距第二对轮370较短的位置处。
第二对轮370随后可在该第一对轮340’和对应的齿轮330’。该结构可提供内C臂缘320和新齿轮330’的简单和方便的小的力接合。
部件310与部件310’严格相同。因此删去了该细节(360/370)以简化附图。310与310’代表两个在220的相对侧上的轴承/力施加结构。为了避免混乱，仅在(图6B的底侧)上示出。
在图7所示的以上实施例的变型中，附加的悬伸轮380安装在支承C臂210的端部处，其装接到布置成漏斗形的渐扩臂390上。可调节(矫正)由任何作用于其上的已知或未知的力引起的内C臂220”的错误位移。即，图7示出了本发明的C臂式X射线系统的支承端的替代实施例，其中内C臂220”的两个端部是减缩的。这种减缩结构有助于支承C臂与内C臂的接合。即，所有的齿轮缘和尺寸以及减缩端部仅仅用于使得出口/进口可相对于支承C臂移动。
而且，在本发明的发明构思的范围内，各种其它形式的支承端部结构可用于实施本发明。
单次的360度旋转仅需要使用线缆以便使X射线管和检测器接口连接。然而在多次的360度旋转系统中，如果对于操作需要构架进行多次旋转，则应当包括滑环，以便使电源支承和X射线检测器接口连接。然而，在多次的360度旋转扫描器中，因为离开和重新进入该触点可能导致电气问题，所以滑环是不利的。为了克服这些潜在的问题，本发明的实施例可奥博棵在内C臂上的蓄能器，以便提供所需动力。在静止位置，该蓄能器可自动地充电。数据通过使用高速RF(射频)链接或光学链接输送到重建装置。该“重建装置”是独立的计算机，以收集投射数据并且使用该数据计算重建的衰减体积基数。因此，这是“扫描装置”的不可缺少单元，但依据在此披露的本发明的定义其不认为是必要的元件。
并且，作为高速数据链接的替代形式，该数据可中继地存储在数据存储装置中，在旋转过程中其包括在构架中，并且在静止位置传输到重建装置，这是本领域的普通技术人员已知的。即，蓄能器、RF(射频)链接或光学链接是“现今使用”的技术器件，它们的使用和实施是本领域的普通技术人员已知的。

Claims (15)

1.一种C臂式X射线系统，其包括：
X射线源；
X射线检测器；以及
包括间隙的支承C臂结构，该C臂结构还包括支承C臂和内C臂，该X射线源和该X射线检测器相对地设置在该内C臂上，其中该内C臂设置在该支承C臂内并且在设置于该支承C臂内的至少一个轮结构上悬伸；
其中，该内C臂环形地自动地被驱动到该支承C臂的第一端的外侧并且进入该支承C臂的第二端，由此封闭该间隙并使得该X射线源和该X射线检测器旋转整个360度，以便在检查过程不移动患者和/或不重新构建系统部件的情况下实现放射检查和CT过程。
2.如权利要求1所述的C臂式X射线系统，其特征在于：其还包括装接到该支承C臂上的轴承组件。
3.如权利要求1所述的C臂式X射线系统，其特征在于：其还包括可滑动的覆盖件，以便在连续旋转过程中当内C臂延伸以完全覆盖该间隙时该覆盖件覆盖该内C臂。
4.如权利要求1所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该支承C臂包括至少两个分开的部件。
5.如权利要求4所述的C臂式X射线系统，其特征在于：所述两个部件在长度上是相等的。
6.如权利要求1所述的C臂式X射线系统，其特征在于：其还包括用于在该支承C臂内支承该内C臂的支承机构。
7.如权利要求6所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该内C臂的第一端至少是渐缩，并且该支承C臂的对应端部至少是漏斗形的，以便接收所述减缩的内C臂的第一端。
8.如权利要求6所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该支承机构包括至少一个驱动轮。
9.如权利要求6所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该内C臂包括齿轮缘，而该支承C臂包括至少一个齿轮。
10.如权利要求9所述的C臂式X射线系统，其特征在于：所述至少一个齿轮装接到在一个轴上的一对小轮上。
11.如权利要求10所述的C臂式X射线系统，其特征在于：所述轴固定到弹簧结构上，以便将该至少一个齿轮保持在距第二对轮的有效距离处。
12.一种C臂式X射线系统，其包括：
X射线源；
X射线检测器；以及
支承C臂和内C臂，该X射线源和该X射线检测器相对地设置在该内C臂上，其中该内C臂构造在该支承C臂内并且在设置于该支承C臂内的至少一个轮结构上悬伸，使得该内C臂环形地自动地被驱动到该支承C臂的第一端的外侧并且进入该支承C臂的第二端，由此封闭间隙以形成封闭环，所述至少一个轮结构允许该内C臂周期性地连续地旋转360度。
13.如权利要求12所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该X射线源和该X射线检测器安装在该内C臂内。
14.如权利要求12所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该X射线源和该X射线检测器至少旋转360度，以便在检查过程不移动患者和/或不重新构建系统部件的情况下实现放射检查和CT过程。
15.如权利要求1所述的C臂式X射线系统，其特征在于：该X射线源和该X射线检测器安装在该内C臂且相隔大致180度。
CNA02820378XA 2001-10-15 2002-10-14 介入式体积扫描 Pending CN1571648A (zh)

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US09/978,115 2001-10-15
US09/978,115 US6619840B2 (en) 2001-10-15 2001-10-15 Interventional volume scanner

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