專(zhuān)利名稱(chēng)：X射線源和要成像對(duì)象之間具有可變距離的x射線成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，并且顯而易見(jiàn)地涉及用于通過(guò)成像組件生成圖像序列供三維圖像重建的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，該成像組件安裝在旋轉(zhuǎn)臂上，并且當(dāng)生成圖像序列時(shí)在環(huán)形部分上移動(dòng)。
背景技術(shù)：
用于三維(3D)圖像重建的X射線成像設(shè)備通常包括成像組件，其具有X射線源和在X射線的發(fā)射方向上安置在X射線管對(duì)面的X射線檢測(cè)器。該管和檢測(cè)器安置在旋轉(zhuǎn)臂的兩個(gè)互相相對(duì)的端上。旋轉(zhuǎn)臂是采用拱形形式成形的C形臂。 在檢查期間，放射照片通過(guò)由X射線源發(fā)射的X射線產(chǎn)生，這些X射線照射患者身體的感興趣區(qū)域(ROI)。為了該目的，在患者已經(jīng)躺在檢查臺(tái)架上后，使X射線管和檢測(cè)器面對(duì)要放射拍照的區(qū)域。為了三維重建，C形臂移動(dòng)通過(guò)角度180°，并且對(duì)于成像組件的一組角位置記錄X射線圖像。在像所謂的動(dòng)脈瘤螺旋圈和動(dòng)靜脈畸形(AVM)治療的神經(jīng)病檢查期間廣泛使用3D重建來(lái)具有患者解剖結(jié)構(gòu)的三維重建。3D重建對(duì)于像腹部手術(shù)(其中感興趣區(qū)域位于腹部區(qū)域中)的其他手術(shù)也具有巨大的臨床興趣。在這樣的情況下，旋轉(zhuǎn)采集是難以進(jìn)行的，因?yàn)榇嬖赬射線源或X射線檢測(cè)器撞擊檢查臺(tái)架的高風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)，基本上，在成像組件的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)期間形成的通道具有以成像組件的等中心為中心的60cm的半徑。另外，利用常規(guī)的C形臂成像設(shè)備，限制了三維視場(chǎng)。其實(shí)，利用具有常規(guī)設(shè)計(jì)的C形臂成像設(shè)備，其中X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離是72cm，X射線源和X射線檢測(cè)器之間的距離是120cm并且檢測(cè)器尺寸是40cm，成像組件的視場(chǎng)是具有大約20cm的直徑的圓柱體，使得要成像的器官的重要區(qū)域可位于由X射線照射的區(qū)域外。 在目前技術(shù)發(fā)展水平中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了若干類(lèi)型的X射線設(shè)備來(lái)避免在成像組件和檢查臺(tái)架之間具有碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。可以參考文檔US 2009/00 74 135 和 US7, 684，542。在那些文檔中公開(kāi)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)提議通過(guò)在圖像采集期間動(dòng)態(tài)修改成像組件的等中心位置(通常由旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心形成)來(lái)避免臺(tái)架碰撞。特別地，X射線檢測(cè)器的位置計(jì)算為正切于圍繞患者的身體的橢圓包絡(luò)線，并且對(duì)X射線檢測(cè)器的每個(gè)位置確定X射線源的一系列位置。另外，可以做出選擇來(lái)確定是期望高分辨率還是要繪制感興趣區(qū)域的最大可能體積來(lái)選擇X射線源的合適位置。然而，利用這樣的成像系統(tǒng)，已經(jīng)注意到成像組件的等中心位置不固定，使得投影到圖像平面的三維區(qū)域不是恒定的。也就是說(shuō)，在3D重建期間成像的器官部分是C形臂位置的函數(shù)，降低了重建的3D圖像的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前面提到的，因此存在具有能夠避免X射線源或X射線檢測(cè)器撞擊檢查臺(tái)架的風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)在三維重建的事物中避免偽像的三維X射線成像設(shè)備的需要。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供允許動(dòng)態(tài)移動(dòng)X射線源來(lái)避免臺(tái)架碰撞同時(shí)保持固定的成像組件的等中心的三維X射線成像設(shè)備。根據(jù)第一方面，本發(fā)明的主旨因此是X射線成像設(shè)備，其包括旋轉(zhuǎn)臂和成像組件， 該成像組件安裝在該旋轉(zhuǎn)臂上并且包括X射線源和X射線檢測(cè)器，使得由該X射線源發(fā)射的X射線入射到該檢測(cè)器。根據(jù)該設(shè)備的一般特征，X射線源通過(guò)適合于設(shè)置X射線源和對(duì)象之間的距離(SOD)的可移動(dòng)支撐物耦合于旋轉(zhuǎn)臂。另外，在三維成像期間動(dòng)態(tài)控制X射線源的移動(dòng)。憑借使用可移動(dòng)支撐物將X射線源安裝在旋轉(zhuǎn)臂上，以及設(shè)置X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離，可以沿非環(huán)形路徑移動(dòng)圖像組件，從而避免與檢查臺(tái)架碰撞的所有風(fēng)險(xiǎn)。另外，已經(jīng)注意到可以增加要成像的感興趣區(qū)域的大小。此外，要檢查的器官能夠居中在位于在由源發(fā)射并且由X射線檢測(cè)器檢測(cè)的X射線內(nèi)來(lái)具有器官的全重建。也就是說(shuō)，與其中患者的身體必須定中心來(lái)避免臺(tái)架碰撞的常規(guī)X射線成像設(shè)備相反，可以設(shè)置檢查臺(tái)架的位置以便使要成像的器官居中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，可移動(dòng)支撐物適應(yīng)于沿X射線發(fā)射方向移動(dòng)X射線源?？梢苿?dòng)支撐物可包括伸縮型支撐物。根據(jù)X射線成像設(shè)備的另外特征，提供控制部件來(lái)在三維成像期間作為旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)動(dòng)態(tài)控制X射線源的移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臂可通過(guò)適合從基座組件伸出和縮回成像組件的第二可移動(dòng)支撐物耦合于該基座組件。X射線成像設(shè)備可進(jìn)一步包括具有可變高度的檢查臺(tái)架。根據(jù)第二方面，本發(fā)明的另一個(gè)主題是用于操作具有旋轉(zhuǎn)臂和成像組件的X射線成像設(shè)備的方法，該成像組件安裝在所述旋轉(zhuǎn)臂上并且具有X射線源和X射線檢測(cè)器，所述X射線源通過(guò)可移動(dòng)支撐物耦合于該旋轉(zhuǎn)臂。修改X射線源的位置來(lái)設(shè)置X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離。另外，在三維成像期間動(dòng)態(tài)控制X射線源的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)臂通過(guò)第二可移動(dòng)支撐物耦合于基座組件，成像組件從該基座組件伸出和縮回。該方法可進(jìn)一步包括在圖像采集之前調(diào)節(jié)X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離以及X射線源和X射線檢測(cè)器之間的距離的步驟。根據(jù)另外的特征，該方法可包括步驟抬起旋轉(zhuǎn)臂來(lái)將成像組件從基座組件伸出；
增加X(jué)射線源和對(duì)象之間的距離(SOD)；
根據(jù)成像組件的等中心位置調(diào)節(jié)檢查臺(tái)架的位置。優(yōu)選地，抬起旋轉(zhuǎn)臂、增加X(jué)射線源和X射線檢測(cè)器之間的距離以及調(diào)節(jié)檢查臺(tái)架的位置的所述步驟自動(dòng)進(jìn)行。


當(dāng)閱讀下列僅作為非限制性示例給出并且參考附圖做出的描述時(shí)，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將顯現(xiàn)，附圖中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的X射線成像設(shè)備的透視 圖2是示出圖像采集期間X射線源的路徑的示意圖；以及
圖3是根據(jù)本發(fā)明的X射線成像設(shè)備的示意圖，其示出調(diào)節(jié)源到對(duì)象距離(SOD)的步驟。
具體實(shí)施例方式首先參照?qǐng)D1，其圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于3D醫(yī)學(xué)成像的X射線成像設(shè)備I的透視圖。該成像設(shè)備I特別用來(lái)生成要研究的對(duì)象(例如患者身體的部分)的三維重建的圖像序列。在一個(gè)示范中，通過(guò)本發(fā)明的非限制性應(yīng)用，要觀察的對(duì)象是腹部器官的感興趣區(qū)域。如可以看見(jiàn)的，成像設(shè)備I包括成像組件2，其可操作來(lái)生成躺在檢查臺(tái)架(未示出)上的人類(lèi)對(duì)象的醫(yī)學(xué)圖像。成像組件2可包括任何合適的成像部件。在圖示的實(shí)施例中，成像組件包括X射線源，即X射線管3，其可操作來(lái)在發(fā)射方向上產(chǎn)生X射線，以及X射線檢測(cè)器4，其可操作來(lái)生成受檢者的醫(yī)學(xué)圖像。X射線管3和X射線檢測(cè)器4安置在臂5 (即支撐成像組件的C形臂)的兩個(gè)互相相對(duì)的端處，使得由管3發(fā)射的X射線入射到檢測(cè)器4。如看見(jiàn)的，C形臂5具有用于容納成像的受檢者的前開(kāi)口 5a、支撐X射線管3的下遠(yuǎn)端5b、支撐X射線檢測(cè)器的上遠(yuǎn)端5c和具有拱形形狀的弧形后段5d。C形臂滑動(dòng)安裝在捕捉單元6上，該捕捉單元6通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(沒(méi)有示出)以可旋轉(zhuǎn)關(guān)系耦合于臂7。該臂7另外安裝在可移動(dòng)基座組件8上。因此，臂7、捕捉單元6和C形臂5都圍繞鉸接軸線關(guān)于彼此鉸接，使得X射線設(shè)備可以在三個(gè)維度上移動(dòng)，并且從而在各種入射角度獲取要檢查的器官圖像。應(yīng)該注意到基座組件8構(gòu)成提供有行進(jìn)系統(tǒng)的移動(dòng)裝置，該行進(jìn)系統(tǒng)包括例如安置在后部的兩個(gè)側(cè)部驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向輪8a、兩個(gè)自由前輪Sb，以及用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的部件(其包括耦合于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)向馬達(dá))?；M件從而可以是自動(dòng)化的可編程裝置，并且可與導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，該導(dǎo)航系統(tǒng)能夠例如通過(guò)無(wú)線電電鏈路與安置在操作室中的識(shí)別裝置(未示出)通信以便允許成像設(shè)備I在房間中并且特別地關(guān)于檢查臺(tái)架精確地安置其自身。在放射拍照期間，使X射線管3和X射線檢測(cè)器4面對(duì)躺在檢查臺(tái)架上的患者的身體中的感興趣區(qū)域(ROI)，使得當(dāng)該感興趣區(qū)域插入X射線管3和檢測(cè)器4之間時(shí)，它被X射線照射，并且檢測(cè)器4產(chǎn)生該插入的感興趣區(qū)域的特征的代表性數(shù)據(jù)。另外，在檢查期間，支撐X射線管和X射線檢測(cè)器的C形臂5沿圍繞旋轉(zhuǎn)中心的通過(guò)180°角的采集路徑移動(dòng)，來(lái)獲得對(duì)于成像組件的不同角位置的X射線圖像，使得可以實(shí)現(xiàn)3D重建。根據(jù)X射線成像設(shè)備的第一方面，并且還參照?qǐng)D2，X射線管3通過(guò)可移動(dòng)支撐物9安裝在C形臂5的下遠(yuǎn)端5b，使得X射線管3可以沿X射線發(fā)射方向D (箭頭Al)伸出或縮回。也就是說(shuō)，并且與其中X射線管沿環(huán)形部分Cl移動(dòng)使得在三維圖像采集期間X射線管可能撞擊檢查臺(tái)架T的X射線成像設(shè)備相反，可移動(dòng)支撐物9可操作成在管3達(dá)到臺(tái)架的平面之前增加X(jué)射線源和要成像的對(duì)象之間的距離S0D，以避免與臺(tái)架的碰撞。
·
也就是說(shuō)，可移動(dòng)支撐物9從而可操作來(lái)沿非環(huán)形軌跡C2移動(dòng)X射線管3?？梢苿?dòng)支撐物9耦合在下遠(yuǎn)端5b和X射線管3之間，用于支撐管3并且用于根據(jù)C形臂5的角位置將該管3伸出和縮回。理解可移動(dòng)支撐物9可以包括不同的設(shè)置，并且可包括伸縮型支撐物，例如抬起柱，其具有嵌入C形臂的下遠(yuǎn)端5b內(nèi)的一端和支撐X射線管3的相對(duì)端。如在圖I中進(jìn)一步圖示的，X射線成像設(shè)備I進(jìn)一步提供有示意表示的中央處理單元10，其提供有控制臺(tái)11，并且適當(dāng)?shù)爻绦蚧瘉?lái)根據(jù)要進(jìn)行的檢查的階段控制成像組件的移動(dòng)。特別地，中央處理單元10配備有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器類(lèi)型(例如ROM、RAM等類(lèi)型)的存儲(chǔ)部件，其包含一個(gè)或多個(gè)控制算法，能夠自動(dòng)地、或響應(yīng)于由操作者人工輸入的指令在控制臺(tái)10的控制下移動(dòng)可移動(dòng)基座組件8以及相對(duì)于基座組件移動(dòng)成像組件，特別地相對(duì)于C形臂的旋轉(zhuǎn)以及可移動(dòng)支撐物9的移動(dòng)來(lái)移動(dòng)成像組件。然而，關(guān)于從C形臂的下遠(yuǎn)端5b將X射線管3伸出和縮回，該移動(dòng)優(yōu)選地作為C形臂的旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)而被自動(dòng)控制。應(yīng)該理解有關(guān)C形臂的樞轉(zhuǎn)角(pivot angle)的信息可由不同的部件獲得，例如使用傳感器部件。應(yīng)該注意到用于設(shè)置X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離的可移動(dòng)支撐物當(dāng)進(jìn)行三維圖像采集(特別地在腹部結(jié)構(gòu)上)時(shí)避免管碰撞。另外，外科醫(yī)生將有可能使要檢查的器官的感興趣區(qū)域居中并且具有器官的全重建。將器官的感興趣區(qū)域的中心定在成像組件的等中心上從而允許具有器官的全重建。此外，根據(jù)另一個(gè)方面，X射線圖像設(shè)備I進(jìn)一步提供有嵌入基座組件8內(nèi)的第二可移動(dòng)支撐物12。該第二可移動(dòng)支撐物也由中央處理單元10控制，并且可操作用于將成像組件從基座組件伸出和縮回(箭頭A2)。要理解該第二可移動(dòng)支撐物也可以具有不同的構(gòu)造。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，它包括在基座組件內(nèi)的豎直方向上伸出并且具有耦合于支撐C形臂5的臂7的上端13的抬起柱。參照?qǐng)D3，檢查臺(tái)架也安裝在具有可變高度并且因此提供有抬起柱15的支撐物14上。抬起柱15也可操作并且由控制處理單元10控制來(lái)根據(jù)要進(jìn)行的檢查的正在進(jìn)行的階段設(shè)置臺(tái)架的高度。特別地，對(duì)3D圖像采集調(diào)節(jié)X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離S0D，以及源和X射線檢測(cè)器之間的距離SID。具體地，要在3D圖像采集之前具有最大的源到圖像距離SID并且因此具有增加的三維感興趣區(qū)域，操作第二可移動(dòng)支撐物12來(lái)抬起C形臂5和由C形臂5支撐的成像組件，并且X射線管由可移動(dòng)支撐物9從位置Posl降低到位置Pos3。該移動(dòng)增加距離S0D。臺(tái)架支撐物14的抬起柱15然后操作來(lái)調(diào)節(jié)臺(tái)架高度，使得要成像的對(duì)象達(dá)到等中心位置Iso。從而避免成像組件和臺(tái)架之間碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并且提升重建的3D感興趣區(qū)域的大小。應(yīng)該注意到上文的操作步驟有利地在控制處理單元10的控制下自動(dòng)地進(jìn)行。
已經(jīng)注意到對(duì)于X射線管的不同位置Posl、Pos2和Pos3，可以獲得下列SOD和SID距離以及感興趣區(qū)域ROI的下列大小
位置Posl (沒(méi)有抬起X射線管)
SID=120cmS0D=72cmSID/S0D=1. 6R0I=25cm
位置Pos2 (X射線管抬起50cm):
SID=170cmS0D=122cmSID/S0D=1. 39R0I=28cm
位置Pos3 (X射線管抬起100cm)
SID=220cmS0D=172cmSID/S0D=1. 27R0I=31cm
部件列表^_ _
權(quán)利要求
1.一種X射線成像設(shè)備，其包括旋轉(zhuǎn)臂(5)和成像組件(2)，所述成像組件(2)安裝在所述旋轉(zhuǎn)臂上并且包括X射線源(3)和X射線檢測(cè)器(4)，使得由所述X射線源發(fā)射的X射線入射到所述檢測(cè)器，其特征在于， 所述X射線源(3)通過(guò)能夠設(shè)置所述X射線源和對(duì)象之間的距離的可移動(dòng)支撐物(9)耦合于所述旋轉(zhuǎn)臂(5)，所述X射線源的移動(dòng)在三維成像期間被動(dòng)態(tài)控制。
2.如權(quán)利要求I所述的X射線成像設(shè)備，其中所述可移動(dòng)支撐物(9)適應(yīng)于沿X射線發(fā)射方向(D)移動(dòng)所述X射線源。
3.如權(quán)利要求I或2所述的X射線成像設(shè)備，其中所述可移動(dòng)支撐物包括伸縮型支撐物。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備，其包括控制部件(10)來(lái)在所述三維成像期間作為所述旋轉(zhuǎn)臂(5)的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)動(dòng)態(tài)控制所述X射線源的移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備， 其中所述旋轉(zhuǎn)臂(5)通過(guò)適合從基座組件伸出和縮回所述成像組件的第二可移動(dòng)支撐物(12)耦合于所述基座組件(8)。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備，其另外包括具有可變高度的檢查臺(tái)架(T)。
7.一種用于操作具有旋轉(zhuǎn)臂(5)和成像組件(2)的X射線成像設(shè)備的方法，所述成像組件(2)安裝在所述旋轉(zhuǎn)臂上并且具有X射線源(3)和X射線檢測(cè)器(4)，所述X射線源通過(guò)可移動(dòng)支撐物(9)耦合于所述旋轉(zhuǎn)臂，其特征在于， 修改所述X射線源的位置來(lái)設(shè)置所述X射線源和要成像的對(duì)象之間的距離，所述X射線源的移動(dòng)在三維成像期間被動(dòng)態(tài)控制。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)臂(5)通過(guò)第二可移動(dòng)支撐物(12)耦合于基座組件，所述成像組件從所述基座組件伸出和縮回。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其包括在圖像采集之前調(diào)節(jié)所述X射線源和要成像的所述對(duì)象之間的距離(SOD)以及所述X射線源和所述X射線檢測(cè)器之間的距離(SID)的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其包括步驟 抬起所述旋轉(zhuǎn)臂(5 )來(lái)將所述成像組件從所述基座組件(8 )伸出； 增加所述X射線源和所述對(duì)象之間的距離；以及 根據(jù)所述成像組件的等中心位置調(diào)節(jié)檢查臺(tái)架(T)的位置。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中抬起所述旋轉(zhuǎn)臂(5)、增加所述X射線源和所述X射線檢測(cè)器之間的距離以及調(diào)節(jié)所述臺(tái)架的位置的所述步驟自動(dòng)進(jìn)行。
全文摘要
本公開(kāi)涉及X射線源和要成像對(duì)象之間具有可變距離的X射線成像設(shè)備。該X射線成像設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臂(5)和成像組件(2)，該成像組件包括X射線源(3)和X射線檢測(cè)器(4)，使得由該X射線源發(fā)射的X射線入射到該檢測(cè)器。該X射線源(3)通過(guò)能夠設(shè)置該X射線源和對(duì)象之間的距離的可移動(dòng)支撐物(9)耦合于該旋轉(zhuǎn)臂(5)，并且在三維成像期間動(dòng)態(tài)控制該X射線源的移動(dòng)。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102793548SQ201210168198
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者S.戈格斯, V.比斯穆思, F.科蒂安, Y.特羅塞 申請(qǐng)人:通用電氣公司