用于錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描的肢體成像裝置的制造方法
【專利說明】用于錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描的肢體成像裝置
[0001]本申請是我國國家申請?zhí)枮?01180018205.7、國際申請?zhí)枮镻CT/US2011/000596且國際申請日為2011年4月4日的專利申請的分案申請。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及診斷性成像，且具體來說涉及用于獲取肢體容積圖像的錐形束成像系統(tǒng)。
[0003]發(fā)明背景
[0004]3D容積成像已經(jīng)用作診斷工具，比起較早的2D射線照相成像技術(shù)，其在評估內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器官的狀況方面提供優(yōu)勢?；颊呋蚱渌芯繉ο蟮?D成像通過許多進(jìn)步已經(jīng)變得可能，這些進(jìn)步包括開發(fā)高速成像檢測器，如數(shù)字射線照相(DR)檢測器，其使得能夠快速連續(xù)地?cái)z取多個(gè)圖像。
[0005]錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(CBCT)或錐形束CT技術(shù)作為一種診斷工具，使得有希望提供3D容積圖像。錐形束CT系統(tǒng)通過使用高幀頻數(shù)字射線照相(DR)檢測器和X射線源，來抓取體數(shù)據(jù)集，高幀頻數(shù)字射線照相(DR)檢測器和X射線源通常附接到吊架，所述吊架圍繞要成像的物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而將發(fā)散的X射線錐形束自沿著研究對象周圍軌道的各個(gè)點(diǎn)導(dǎo)向研究對象。CBCT系統(tǒng)在整個(gè)旋轉(zhuǎn)期間抓取投影，例如，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)度數(shù)上抓取一個(gè)2D投影圖像。然后，使用各種技術(shù)將所述投影重組成3D容積圖像。過濾背投法是最常見的3D容積圖像重組方法。
[0006]盡管使用CBCT系統(tǒng)和技術(shù)可以產(chǎn)生具有良好診斷質(zhì)量的3D圖像，但是仍存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在某些情況下，X射線源和檢測器相對于研究對象的角度旋轉(zhuǎn)范圍可能比較有限。腿部、手臂和其它肢體的CBCT成像可能會受到配對肢體的物理阻礙的妨礙。此情形是(例如)獲取人體腿部或膝蓋的CBCT圖像投影時(shí)遇到的障礙。并非膝蓋周圍所有的成像位置都是可以獲取到的；患者自身的解剖結(jié)構(gòu)會阻止輻射源和圖像檢測器定位在掃描圓周的某個(gè)部分上。
[0007]為了說明膝蓋CBCT成像中所面臨的問題，圖1的頂視圖展示了輻射源22和檢測器24在對作為研究對象20的患者右膝R成像時(shí)的圓形掃描路徑。以虛線形式展示了輻射源22和檢測器的各個(gè)位置。與膝蓋成一定距離而放置的源22可以定位在約200度弧度內(nèi)的不同點(diǎn)上；如果弧度更大，左膝L便會引起妨礙。比源22小且通常放置地很接近研究對象20的檢測器24可以定位在患者右膝與左膝之間，且因而可以定位在整個(gè)圓形軌道上。
[0008]對于常規(guī)CBCT成像而言，源和檢測器的完全360度軌道是不需要的；相反，可以(例如)通過錐形束自身的角度，在僅僅超過180度的軌道掃描范圍內(nèi)獲取充分的圖像重組信息。然而，在某些情況下，可能難以獲取遠(yuǎn)大于約180度的旋轉(zhuǎn)，來使膝蓋或其它關(guān)節(jié)和其它應(yīng)用場景成像。此外，存在某些診斷情形，其中在特定角度范圍內(nèi)獲取投影圖像具有許多優(yōu)勢，但是患者的解剖結(jié)構(gòu)會阻擋源、檢測器或這兩者在此范圍上成像。
[0009]為對腿部進(jìn)行成像，針對此問題的一種方式是使患者擺出一個(gè)姿勢，使得目標(biāo)腿延伸到CBCT掃描裝置中，并且以某個(gè)其它方式來支撐配對腿，或者使配對腿相對于目標(biāo)腿進(jìn)行彎曲，例如彎曲成直角。例如，在Sukovic等人題為“下肢CT掃描儀(CT Scanner forLower Extremities) ”的美國專利第7，394，888號中所示教的CT掃描儀設(shè)備中便使用了此方法。在Sukovic等人‘888號揭示案的方法中，當(dāng)目標(biāo)腿不相稱地舉升并延伸到掃描儀裝備中時(shí)，另一條腿必須不相稱地舉升或伸展開一段距離，或者松弛下來。由于多種原因，這樣的布置可能特別不利。例如，在患者施加正常重量負(fù)荷到膝蓋或踝關(guān)節(jié)上的情況下，此布置有助于檢查所述關(guān)節(jié)的狀況。但是，在需要患者采用一般動作情況下通常不會遇到的位置時(shí)，Sukovic等人‘888中的裝置可以獲取圖像，而同時(shí)會在關(guān)節(jié)上出現(xiàn)過度的張力或不充分的張力，或者導(dǎo)向較差的張力。
[0010]常規(guī)方法的另一個(gè)問題涉及負(fù)荷承載肢體(例如，人腿)的成像。因?yàn)榛颊咛幱谡玖⑽恢脮r(shí)無法使腿部在正常負(fù)荷下成像，所以已嘗試各種人為方式來模擬負(fù)荷條件。此類方法使用了各種托架、壓縮設(shè)備和支架。作為意在克服常規(guī)成像技術(shù)缺點(diǎn)的一個(gè)實(shí)例，Sukovic等人‘888揭示案示教了如下方式:將腿部舉起到非站立位置，然后向腿部施加外力，從而在腿部模擬施加正常負(fù)荷。然而，很容易理解，當(dāng)此種模擬允許出現(xiàn)負(fù)荷承載肢體反應(yīng)的某些近似時(shí)，可能便是不準(zhǔn)確的。在人為施加一定負(fù)荷且處于站立時(shí)不會采用的角度的情況下，膝蓋或踝關(guān)節(jié)可能并不與處于站立位置上承載患者重量時(shí)的情況完全一樣。
[0011]Sukovic等人‘888中的裝置以及設(shè)計(jì)用于解決膝蓋、小腿和腳部成像的其它設(shè)備所遇到的另一個(gè)困難涉及較差的圖像質(zhì)量。對于圖像質(zhì)量而言，CBCT序列需要檢測器接近研究對象，并且需要錐形束輻射源與研究對象存在足夠的距離。此可以提供最佳的圖像，并減少圖像截?cái)嘁约耙虼嗽斐傻臄?shù)據(jù)丟失。將研究對象定位在檢測器和源中間(如，Sukovic等人‘888中的裝置和其它設(shè)備所需要的)不僅明顯地?fù)p害圖像質(zhì)量，而且將患者放置在距離輻射源過近的地方，因而輻射水平會相當(dāng)高。
[0012]在德國專利公開案DE 10146915中展示了此策略的一個(gè)實(shí)例。在所展示的C形吊架布置的情況下，使研究對象居中于源和檢測器的旋轉(zhuǎn)中心上會隨著每次投影而施加相當(dāng)大的輻射量，并且嚴(yán)重?fù)p害圖像質(zhì)量。研究對象的任何其它定位(如，更接近檢測器)可能減少圖像抓取序列某個(gè)部分上的輻射水平，但會導(dǎo)致過度復(fù)雜的圖像重組問題，原因在于，隨著獲取每個(gè)投影圖像，此情形將實(shí)際上改變輻射源與研究對象之間以及研究對象與檢測器之間的距離。利用此類系統(tǒng)所嘗試進(jìn)行的膝蓋成像將需要以某種方式支撐患者，從而在成像的腿部上保持平衡。可以理解，在使受傷膝蓋成像的許多情況下，此要求是不合理的，或者是不可能的。因此，對于僅使患者的一個(gè)膝蓋成像而言，所展示的C形吊架是不合適的。所述的解決方案將是照射兩個(gè)膝蓋，從而增加曝露在輻射下的組織量，且降低圖像質(zhì)量。
[0013]對于CBCT投影圖像抓取而言，腳部和腳踝成像存在另外的障礙。腳部本身的形狀使得難以為X射線源和檢測器提供合適的路徑來獲取可以用于準(zhǔn)確3D重組的一組投影圖像。如Sukovic等人‘888揭示案中所給出的方法的方法使腳部居中于源與檢測器之間，其會存在相同的問題:曝露位置較差，且圖像質(zhì)量明顯受損。
[0014]許多常規(guī)的小腿成像方法通過同時(shí)使兩條腿成像而發(fā)揮作用。此種常規(guī)解決方案會降低圖像質(zhì)量，并且增加患者接受輻射的解剖結(jié)構(gòu)量。
[0015]可以看出，盡管已經(jīng)提議許多解決方案來解決CBCT肢體成像問題，但是，常規(guī)的解決方案缺少所需的可用性和性能。
[0016]發(fā)明概述
[0017]本發(fā)明的目標(biāo)在于推進(jìn)人體四肢部分，特別是帶有關(guān)節(jié)或承載負(fù)荷的配對肢體如膝蓋、腿部、腳踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀的診斷性成像技術(shù)。
[0018]本發(fā)明的特征在于其提供一種對于傳感器和輻射源部件的軌道路徑具有不同半徑的裝置。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)勢在于其允許對站立或坐著的患者的腳部和腳踝肢體進(jìn)行成像。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于對患者小腿一部分進(jìn)行錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描的裝置，所述裝置包括:輻射源；輻射源傳送件，其可以啟動以在外殼內(nèi)沿著弧形源路徑的至少一部分來移動所述源，其中所述源路徑自所述外殼中周向間隙的一側(cè)延伸到所述周向間隙的另一側(cè)，且相對于中心具有半徑R2 ;底座凹口，其處于所述外殼上，用來放置患者腳部；數(shù)字輻射檢測器；檢測器傳送件，其可以啟動以在所述外殼內(nèi)沿著弧形檢測器路徑的至少一部分來移動所述檢測器，所述檢測器路徑相對于所述中心具有半徑R1，且與所述源路徑同心，其中Rl小于R2，且其中所述檢測器路徑自所述底座凹口的一側(cè)延伸到另一側(cè)；以及間隙關(guān)閉裝置，其可以移動到某位置，從而跨越所述周向間隙而延續(xù)所述檢測器路徑，并且圍住所述檢測器路徑。
[0021]這些目標(biāo)僅僅是通過說明性實(shí)例給出，且這些目標(biāo)可例示本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白或顯而易見所揭示的本發(fā)明固有地達(dá)成的其它理想目標(biāo)和優(yōu)勢。本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書加以界定。
[0022]附圖簡述
[0023]自下文如附圖中所說明的對本發(fā)明實(shí)施方案更為具體的描述，可以清楚地看出本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)勢。圖式中的元件未必是相對于彼此按比例繪制。
[0024]圖1是示意圖，其展示對小腿某些部分進(jìn)行CBCT掃描時(shí)的幾何形狀和局限性。
[0025]圖2展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的成像裝置的掃描圖案的頂視圖和透視圖。
[0026]圖3是透視圖，其展示患者進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的成像裝置，其中通道門是打開的。
[0027]圖4是透視圖，其展示患者處于通道門關(guān)閉的掃描位置中。
[0028]圖5是一系列頂部不意圖，其展不CBCT成像時(shí)患者進(jìn)入和系統(tǒng)準(zhǔn)備的順序。
[0029]圖6是一系列頂部示意圖，其展示在許多角度位置上獲取CBCT投影的順序。
[0030]圖7是