TWI831672B

TWI831672B - 移動式斷層合成造影設備

Info

Publication number: TWI831672B
Application number: TW112113906A
Authority: TW
Inventors: 張家豪; 曾聖彬; 倪于晴
Original assignee: 行政院原子能委員會核能研究所
Priority date: 2023-04-13
Filing date: 2023-04-13
Publication date: 2024-02-01

Abstract

一種移動式斷層合成造影設備，包括調整機構、光源、影像接受器以及移動式底座。調整機構包括旋轉軸。調整機構位於光源與影像接受器之間，光源與影像接受器分別可運動地連接於調整機構，使得光源與影像接受器能分別相對於旋轉軸旋轉、以及光源與影像接受器能分別相對於旋轉軸移動。移動式底座可移動地設於調整機構之底部，使得移動式底座能移動調整機構、光源與影像接受器、以及移動式底座能相對於旋轉軸移動。

Description

移動式斷層合成造影設備

本揭露是有關於一種移動式斷層合成造影設備。

斷層合成造影(Digital tomosynthesis，DTS)系統已被廣泛應用作各種醫學成像應用中的臨床診斷工具，例如數位乳房斷成合成以及數位胸腔斷成合成造影等。在斷層合成造影系統成像過程中，X光源以有限的角度方式移動，以獲取待測物的一系列投影影像，這樣的系統能夠以較低輻射劑量並能提供類似電腦斷層掃描(Computed Tomography，CT)之具三維(3-dimensional，3D)資訊之影像。

然而，目前斷成合成造影系統皆為固定式造影機構，例如一習用技術為天井式X光造影儀，X光源朝向水平地面方向移動，以對仰躺之受測者進行成像，也可讓X光源朝向垂直地面方向移動，以對站姿之受測者進行成像。又如另一習用技術為立地式X光造影儀，X光源朝向水平地面方向移動，能讓受測者採取仰躺姿態進行成像，但無法提供站姿姿態之受測者進行成像。這些習用造影機構皆是固定在造影室地面或者是固定在天花板上，使得斷層合成造影應用範圍受限。

本揭露實施例提供一移動式斷層合成造影設備，主要包含兩種掃描模式，分別為仰躺姿勢造影，主要針對無法自行移動病患(如：ICU病房造影、骨科術中定位成像等)，可將此移動式斷層合成造影設備移動至病床或手術台方直接進行斷層合成造影，降低移動患者所帶來的風險；另一則是站姿造影，主要針對隔離病房患者或偏鄉患者，可將此移動式造影系統移動至隔離病房避免患者移動造成院內感染情事，亦或放置於X光巡迴車上移動至偏鄉服務當地居民，免除舟車勞頓至市區檢查。

本揭露一實施例的移動式斷層合成造影設備包括一調整機構、一光源、一影像接受器以及一移動式底座。調整機構包括旋轉軸。調整機構位於光源與影像接受器之間，光源與影像接受器分別可運動地連接於調整機構，使得光源與影像接受器能分別相對於旋轉軸旋轉、以及光源與影像接受器能分別相對於旋轉軸移動。移動式底座可移動地設於調整機構之底部，使得移動式底座能移動調整機構、光源與影像接受器、以及旋轉軸能相對於移動式底座移動。

在一實施例中，上述調整機構包括一第一移動伸縮元件，第一移動伸縮元件連接於光源與旋轉軸之間，藉由第一移動伸縮元件以調整光源相對於旋轉軸的位置。

在一實施例中，上述調整機構包括一第二移動伸縮元件，第二移動伸縮元件連接於影像接受器與旋轉軸之間，藉由第二移動伸縮元件以調整影像接受器相對於旋轉軸的位置。

在一實施例中，上述調整機構包括一第三移動伸縮元件，第三移動伸縮元件連接於移動式底座與旋轉軸之間，藉由第三移動伸縮元件以調整移動式底座相對於旋轉軸的位置。

在一實施例中，上述移動式底座位於光源、影像接受器與旋轉軸之下方。

在一實施例中，上述光源為一X光發射元件。

在一實施例中，上述影像接受器為一X光接受元件。

在一實施例中，上述移動式底座包括一底座與一移動元件，移動元件連接於底座。

在一實施例中，上述移動元件包含多個滾輪。

基於上述，本揭露所提出的移動式斷層合成造影設備的運動機構與掃描模式設計，可解決固定式斷層合成造影無法涵蓋的服務範圍，如：ICU病房造影、骨科術中定位成像、隔離病房或偏鄉之患者。

再者，本揭露所提出的移動式斷層合成造影設備亦可克服移動式平面X光機影像重疊之問題，提升醫療診斷效能，且輻射劑量能大幅降低(經先前研究評估僅為移動式平面X光機的1.5倍)。

為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下

50:造影床台

52:床板

54:側板

56:底板

60A,60B:受測者

70A,70B:造影區域

100:移動式斷層合成造影設備

110:X光源

120:調整機構

122:旋轉軸

124:第一移動伸縮元件

126:第二移動伸縮元件

128:第三移動伸縮元件

130:影像接受器

140:移動式底座

142:底座

144:移動裝置

LA:第一移動方向

LB:第二移動方向

L1:第一方向

L2:第二方向

L3:第三方向

R1:第一轉動方向

R2:第二轉動方向

P1:仰躺姿勢掃描模式

P2:站立姿勢掃描模式

第1圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備的示意圖。

第2圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備應用於受測者仰躺姿勢的示意圖。

第3圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備應用於受測者站立姿態的示意圖。

下文列舉實施例並配合附圖來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍。此外，附圖僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，在下述說明中相同的元件將以相同的符號標示來說明。

關於本揭露中所提到「包括」、「包含」、「具有」等的用語均為開放性的用語，也就是指「包含但不限於」。

在各個實施例的說明中，當以「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等的用語來說明元件時，僅用於將這些元件彼此區分，並不限制這些元件的順序或重要性。

在各個實施例的說明中，所謂的「耦接」或「連接」，其可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而「耦接」或「連接」還可指二或多個元件相互操作或動作。

第1圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備的示意圖。第2圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備應用於受測者仰躺姿勢的示意圖。第3圖為本揭露之移動式斷層合成造影設備應用於受測者站立姿態的示意圖。請參閱第1圖至第3圖，本揭露提出一種移動式斷層合成造影設備100，具有提供如第2圖所示受測者60A的仰躺姿勢掃描模式P1與如第3圖所示受測者60B的站立姿勢掃描模式P2。

本揭露的移動式斷層合成造影設備100包括一光源110、一調整機構120、一影像接受器130以及一移動式底座140。調整機構120位於光源110與影像接受器130之間，調整機構120包括一旋轉軸122。光源110可運動地連接於調整機構120，使得光源110能以旋轉軸122為轉動軸心於一第一轉動方向R1上，光源110能相對於旋轉軸122旋轉、以及光源110能相對於旋轉軸122沿一第一方向L1移動。影像接受器130可運動地連接於調整機構120，使得影像接受器130能以旋轉軸122為轉動軸心於一第二轉動方向R2上，相對於旋轉軸122旋轉、以及影像接受器130能相對於旋轉軸122沿一第二方向L2移動。移動式底座140可移動地設於調整機構120之底部，使得移動式底座140能在第一移動方向LA與第二移動方向LB構成的平面上水平移動調整機構120、光源110與影像接受器130、以及旋轉軸122能相對於移動式底座140沿一第三方向L3移動。

基於上述光源110、調整機構120、影像接受器130以及移動式底座140的運動機構能提供如第2圖所示仰躺姿勢掃描模式P1與如第3圖所示站立姿勢掃描模式P2等兩種不同姿態的掃描模式設計，可解決固定式斷層合成造影無法涵蓋的服務範圍，如：ICU病房造影、骨科術中定位成像、隔離病房或偏鄉之患者。

在一實施例中，如第1圖所示，第一方向L1不同於第二方向L2，舉例而言，第一方向L1相反於第二方向L2，光源110朝著旋轉軸122的方向沿第一方向L1移動，而影像接受器130遠離旋轉軸122的方向沿第二方向L2移動；或者，第一方向L1相同於第二方向L2，光源110與影像接受器130分別朝著旋轉軸122的方向移動。

在一實施例中，如第1圖所示，旋轉軸122能相對於移動式底座140沿第三方向L3移動，第三方向L3不同於第一方向L1與第二方向L2，第三方向L3為一上下(直立)方向。

除了上述光源110、調整機構120、影像接受器130以及移動式底座140的運動機構以外，在一實施例中，上述光源110例如為一X光發射元件，而影像接受器130為一X光接受元件。

在一實施例中，上述移動式底座140位於光源110、影像接受器130與旋轉軸122之下方。具體而言，移動式底座140包括一底座142與一移動元件144，底座142連接在調整機構120之下方，移動元件144連接於底座142，移動元件144包含多個滾輪，可協助操作人員更輕易移動此移動式斷層合成造影設備100。除此之外，移動式底座140可利用電動輔助或手動移動來達到移動此移動式斷層合成造影設備100之目的。

除了上述光源110、調整機構120、影像接受器130以及移動式底座140的運動機構以外，在一實施例中，調整機構120包括一第一移動伸縮元件124、一第二移動伸縮元件126以及一第三移動伸縮元件128等三個移動伸縮元件、並配合以及上述旋轉軸122。第一移動伸縮元件124連接於光源110與旋轉軸122之間，藉由第一移動伸縮元件124使得光源110能相對於旋轉軸122沿第一方向L1移動，以調整光源110相對於旋轉軸122的位置，第一移動伸縮元件124負責調整X光源110與受測者距離，以及在斷層合成造影過程以旋轉軸122為中心進行旋轉X光源110，以獲得不同角度投影影像。第二移動伸縮元件126連接於影像接受器130與旋轉軸122之間，藉由第二移動伸縮元件126使得影像接受器130能相對於旋轉軸122沿第二方向L2移動，以調整影像接受器130相對於旋轉軸122的位置，第二移動伸縮元件126負責調整影像接受器130位置，以配合受測者不同造影姿勢與兩者距離，並可依造影情境的不同，以旋轉軸122為中心進行旋轉調整影像接受器130是要水平或垂直於地面。第三移動伸縮元件128連接於移動式底座140與旋轉軸122之間，藉由第三移動伸縮元件128使得旋轉軸122能相對於移動式底座140沿第三方向L3移動，以調整移動式底座140相對於旋轉軸122的位置。上述第一移動伸縮元件124、第二移動伸縮元件126、第三移動伸縮元件128皆以電控方式控制其移動或旋轉。

請參閱第2圖，以第2圖所示仰躺姿勢掃描模式P1造影為例，這類受測者60A大多無法自行移動，可能為ICU病房連接維生管線患者，或者是骨科手術中已麻痺需要對骨釘等植入物進行定位成像患者等，可將此移動式斷層合成造影設備100移動至病床或手術台方直接進行斷層合成造影，降低移動患者所帶來的風險。造影流程首先是受測者60A平躺在造影床台50上，由醫事放射師將本技術之移動式斷層合成造影設備100移動至造影床台50旁，如第2圖所示，造影床台50包括床板52、側板54與底板56，醫事放射師將影像接受器130位置推入床板52下方對準受測者60A的感興趣造影部位，並調整影像接受器130相對於旋轉軸122沿第二方向L2移動以變更影像接受器130的垂直離地高度，進而控制旋轉軸122至影像接受器130的距離(Axis to image receptor distance，AID)，並調整X光源110相對於旋轉軸122沿第一方向L1移動，以調整X光源110的離地高度，進而控制X光源110至旋轉軸122的距離(Source to axis distance，SAD)，AID與SAD會決定投影影像的放大倍率，進而決定造影區域70A視野與應用範圍。如希望增加造影視野，則需減少AID並增加SAD來因應。接著確定好X光源110、受測者60A與影像接受器130相對位置之後，即可設定造影參數進行斷層合成造影，包括：管電壓、管電流、曝光時間、擷取張數、掃描角度範圍等，接著X光源會以旋轉軸為中心進行小角度旋轉，藉此獲取不同角度投影影像(如第一轉動方向R1所示的運動軌跡)，接著帶入迭代式影像重建演算法得到3D的人體冠狀切面(coronal plane)重建影像，一般來說，移動式斷層合成造影設備100的投影影像張數會少於固定式斷層合成造影系統(例如：由60張降為15張~30張)，主要是為了達成縮短掃描時間，減少受測者移動假影的目的(因這類情況的受測者大多無法自行閉氣)，並額外帶來降低輻射劑量的功效。

請參閱第3圖，以第3圖所示站立姿勢掃描模式P2造影為例，影像接受器130則垂直於地面；第三移動伸縮元件128連結移動式底座140，並與第一移動伸縮元件124、第二移動伸縮元件126於旋轉軸122相結合，可垂直上升下降控制第一移動伸縮元件124、第二移動伸縮元件126的離地高度(移動方向如第三方向L3所示)，以符合患者姿勢或感興趣造影部位。

對於站姿的掃描模式來說，這類的受測者60B大多還是能自行移動，可能是隔離病房患者，或者是偏鄉不便到都市大醫院進行檢查之患者等。造影流程首先請受測者60B站到X光源110與影像接受器130中間，如第3圖所示，並依檢查需求決定受測者60B是面向X光源110或者是背向X光源110，以及依檢查部位決定X光源110與影像接受器130之離地高度(移動方向如第三方向L3所示)，使X光源110與影像接受器130對準感興趣造影部位(本實施例為胸腔造影)，接著調整旋轉軸122至影像接受器130的距離(AID)，移動方向如第二方向L2所示，以及X光源至旋轉軸距離(SAD)，移動方向如第一方向L1所示，藉此控制影像的放大倍率，進而決定造影區域70B視野與應用範圍。接著確定好X光源110、受測者60B與影像接受器130相對位置之後，即可設定造影參數進行斷層合成造影，包含：管電壓、管電流、曝光時間、擷取張數、掃描角度範圍等，接著X光源110會以旋轉軸為中心進行小角度旋轉，藉此獲取不同角度投影影像(如第一轉動方向R1所示的運動軌跡)，接著帶入迭代式影像重建演算法得到3D的人體冠狀切面重建影像。如第3圖所示，對於使用站姿掃描的受測者60B來說，由於此類受測者60B大多還是能自行閉氣，因此可使用與固定式斷層合成掃描接近的造影參數，以獲取類似影像品質的成像結果。此外，移動式斷層合成造影設備100可提供高機動性的掃描性能，這是固定式斷層合成造影系統無法達成的。

綜上所述，本揭露所提出的移動式斷層合成造影設備的運動機構與掃描模式設計，可解決固定式斷層合成造影無法涵蓋的服務範圍，如：ICU病房造影、骨科術中定位成像、隔離病房或偏鄉之患者。

此外，本揭露所提出的移動式斷層合成造影設備受惠於斷層合成造影模式特性，移動式斷層合成造影設備的造影視野可達35×35cm²以上，大幅度增加應用範圍。並且輻射劑量初步評估約為移動式CT的8%~15%左右，大大降低輻射危害風險。

另外，本揭露的價格僅為移動式CT的16%~25%，並可提供接近3D影像的造影結果，成像性能與價格具競爭力。

進一步，本揭露設有滾輪，可協助操作人員更輕易移動此移動式斷層合成造影設備。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。