專利名稱：用于多維x射線成像的有可分離的扇形部分的拱形框架環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)保健實(shí)踐已證明主要作為放射醫(yī)學(xué)部門的診斷工具的三維計(jì)算機(jī)斷層分析圖像的巨大價(jià)值。包括手術(shù)室、重癥特護(hù)部門和急診部門在內(nèi)的其他監(jiān)護(hù)科室依靠二維圖像(熒光透視法、超聲波、2D移動(dòng)X射線)作為指導(dǎo)診斷和治療的主要手段。適合非放射醫(yī)學(xué)部門的真正可移動(dòng)的和實(shí)際的解決方案和以患者為中心的3D成像是不存在的。這主要是由于現(xiàn)在的斷層分析掃描機(jī)包括患者必須以頭或腳率先進(jìn)入的固定孔口這一事實(shí)。無法允許患者從側(cè)面進(jìn)出并且獲得高質(zhì)量圖像已阻礙在放射醫(yī)學(xué)部門之外的裝置中接受和使用可移動(dòng)的三維成像。
目前需要適合在醫(yī)院的手術(shù)室、病房、特護(hù)病房、急診部門和其他部門；移動(dòng)的外科手術(shù)中心；醫(yī)師辦公室和軍事戰(zhàn)場使用的能以簡單的和直接的方式產(chǎn)生高質(zhì)量圖像的小型的和/或可移動(dòng)的CT掃描機(jī)。
本發(fā)明的概述成像裝置包括有中心孔口的拱形框架環(huán)；在拱形框架環(huán)上提供一個(gè)孔口允許待成像的對(duì)象通過它沿著徑向進(jìn)出環(huán)的中心孔口的拱形框架的可分離的扇形部分；在拱形框架里面的輻射源，輻射源能夠圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360度并且適合把輻射投射到在環(huán)里面的對(duì)象身上；和位置適合檢測被投射的輻射的檢測器。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，輻射源是X射線輻射源，而且裝置被用于二維X射線或三維計(jì)算機(jī)化斷層分析(CT)的成像。
依照一個(gè)方面，本發(fā)明涉及“可分離的”或“可斷開的”拱形框架環(huán)，在那里拱形框架的扇形部分至少部份地與拱形框架環(huán)分離，以便在環(huán)中提供孔口或“豁口”允許待成像的對(duì)象穿過它沿著徑向進(jìn)出拱形框架環(huán)的中心成像區(qū)域。在本文中使用的術(shù)語“可分離”和“可斷開的”在應(yīng)用于拱形框架環(huán)的扇形部分的時(shí)候?qū)⒕哂邢嗤囊饬x；也就是說，扇形部分可以完全地或部份地與環(huán)本身分開，和/或保持附著，例如，借助鉸鏈、或套在環(huán)周圍、或借助把徑向入口留在環(huán)內(nèi)的任何其他手段。在某些實(shí)施方案中，扇形部分借助鉸鏈固定到拱形框架上，以致扇形部分像一扇門一樣搖擺。在其他的實(shí)施方案中，扇形部分與拱形框架的固定部分疊套或背載在拱形框架的固定部分上。在另一些實(shí)施方案中，扇形部分是可與拱形框架的固定部分分離和再次連接的。
在某些實(shí)施方案中，拱形框架包括在拱形框架上彼此相對(duì)安排的電磁輻射源和檢測器。輻射源和檢測器可以被固定到使輻射源和檢測器彼此協(xié)調(diào)地圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上。拱形框架可以進(jìn)一步包括用來當(dāng)轉(zhuǎn)子攜帶著輻射源和檢測器旋轉(zhuǎn)的時(shí)候引導(dǎo)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)軌和軸承系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及用來使對(duì)象成像的方法，該方法包括借助拱形框架環(huán)上的徑向孔口使對(duì)象在拱形框架環(huán)里面定位；和為了使對(duì)象成像至少使輻射源和輻射檢測器之一圍繞著拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括使拱形框架的扇形部分至少部份地分離，以便在拱形框架環(huán)中提供徑向孔口；(通過朝著拱形框架移動(dòng)對(duì)象，或通過朝著對(duì)象移動(dòng)拱形框架，或兩者)使對(duì)象經(jīng)由徑向孔口在環(huán)里面定位；使扇形部分再次附著到拱形框架環(huán)上，以便將對(duì)象關(guān)在環(huán)里面；以及至少使輻射源和輻射檢測器之一圍繞著拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)。輻射源能夠把輻射投射到環(huán)的內(nèi)部空間之中，穿過待成像的對(duì)象，照射在檢測器上。優(yōu)選，輻射源是X射線輻射源，而且檢測到的X射線輻射能被用來產(chǎn)生對(duì)象的二維X射線圖像或三維計(jì)算機(jī)化斷層分析(CT)圖像。
相對(duì)于傳統(tǒng)的CT掃描裝置，本發(fā)明的優(yōu)勢在于圍繞著待掃描的對(duì)象操縱X射線拱形框架，然后關(guān)閉拱形框架完成X射線成像。例如，在醫(yī)學(xué)程序期間，本發(fā)明的可移動(dòng)的X射線拱形框架裝置能容易橫向接近患者(或被患者接近)，圍繞著患者閉合，和獲得對(duì)醫(yī)學(xué)程序(例如，麻醉、患者的監(jiān)護(hù)、滅菌消毒、臨時(shí)護(hù)士等)的破壞最小的高質(zhì)量圖像(例如三維X射線CT圖像)。與在醫(yī)院的放射醫(yī)學(xué)部門中普遍使用的較大的、固定孔口的裝置相反，本發(fā)明的裝置能夠在許多環(huán)境中被有利地使用，例如，在醫(yī)院的手術(shù)室、病房、特護(hù)病房、急診部門和其他部門，在可移動(dòng)的外科手術(shù)中心、醫(yī)師辦公室和軍事戰(zhàn)場。
附圖簡要說明本發(fā)明的上述和其他的目的、特征和優(yōu)勢從下面用相同的參考符號(hào)在不同的視圖中處處表示相同的零部件的附圖舉例說明的本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案的更具體的描述將變得顯而易見。這些圖畫不必依比例繪制，而是把重點(diǎn)放在舉例說明本發(fā)明的原則上。


圖1是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案展示部份地打開拱形框架環(huán)的X射線掃描系統(tǒng)的示意圖2A和2B展示圖1的X射線掃描系統(tǒng)在通過鉸鏈連接的拱形框架的扇形部分處于完全打開和完全關(guān)閉的位置的兩張側(cè)視圖；圖3展示有可分離的拱形框架扇形部分的X射線掃描系統(tǒng)；圖4展示有背載式拱形框架扇形部分的X射線掃描系統(tǒng)；圖5展示有伸縮式拱形框架扇形部分的X射線掃描系統(tǒng)；圖6展示有垂直升起式拱形框架扇形部分的X射線掃描系統(tǒng)；圖7展示有裝在樞軸上的拱形框架扇形部分的X射線掃描系統(tǒng)；圖8舉例說明用于X射線掃描機(jī)系統(tǒng)的拱形框架環(huán)，其中通過鉸鏈連接的拱形框架扇形部分和閉鎖機(jī)構(gòu)處在打開和未鎖定位置；圖9展示圖8中的拱形框架環(huán)，其中拱形框架扇形部分和閉鎖機(jī)構(gòu)處在關(guān)閉和未鎖定的位置；圖10展示圖8的拱形框架環(huán)，其中拱形框架扇形部分和閉鎖機(jī)構(gòu)處在關(guān)閉和鎖定位置；圖11展示有導(dǎo)軌和軸承組件和閉鎖機(jī)構(gòu)的通過鉸鏈連接的拱形框架的內(nèi)部；
圖12舉例說明用來使X射線輻射源和檢測器陣列在本發(fā)明的X射線掃描裝置的拱形框架環(huán)里面旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件；圖13A-C是患者通過拱形框架環(huán)開著的通過鉸鏈連接的扇形部分進(jìn)入X射線掃描裝置和在關(guān)閉的拱形框架環(huán)之內(nèi)的患者的示意圖；圖14舉例說明用來使站著或坐著的患者成像的有帶可分離的拱形框架扇形部分的軸線垂直的拱形框架的X射線成像裝置；圖15A-E舉例說明有用來使X射線輻射源和檢測器陣列圍繞著拱形框架環(huán)旋轉(zhuǎn)360°的電纜管理系統(tǒng)的X射線成像裝置。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案描述如下。
圖1是展示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的X射線掃描系統(tǒng)10(例如計(jì)算機(jī)化斷層分析的(CT)X射線掃描機(jī))的示意圖。X射線掃描系統(tǒng)10通常包括固定在可能作為可移動(dòng)的或靜止的手推車、患者臥榻、側(cè)壁、地板或天花板的支撐結(jié)構(gòu)上的拱形框架11。如圖1所示，拱形框架11是以懸臂方式借助環(huán)定位裝置20固定在可移動(dòng)的手推車12上。在某些實(shí)施方案，環(huán)定位裝置20使拱形框架11能夠相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)平移和/或旋轉(zhuǎn)，例如，包括至少沿著x-、y-和z-軸之一平移和/或至少圍繞著x-和y-軸之一旋轉(zhuǎn)。有懸臂式的多自由度的活動(dòng)的拱形框架的X射線掃描裝置是在共同擁有的美國專利臨時(shí)申請(qǐng)第60/388,063(2002年6月11日申請(qǐng))和60/405,098(2002年8月21日申請(qǐng))號(hào)中描述的，在此通過引證將它們的合并為本發(fā)明的依據(jù)。
圖1中可移動(dòng)的手推車12可以非必選地包括電源、X射線動(dòng)力發(fā)生器、用來控制X射線掃描裝置的操作和用來完成圖像處理、斷層分析重建或其他數(shù)據(jù)處理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及可以包括用來控制裝置的用戶界面的顯示器系統(tǒng)。人們將理解一個(gè)或多個(gè)固定單元也能實(shí)現(xiàn)這些功能。
拱形框架11通常是有將待成像的對(duì)象置于其中的中心孔口的圓形的或“O形的”殼體。拱形框架11裝有x-射線輻射源13(例如，旋轉(zhuǎn)的陽極脈沖x-射線輻射源)，它把X射線輻射15投射到拱形框架的中心孔口之中，穿過待成像的對(duì)象，照射在位于對(duì)面的拱形框架上的檢測器14上。X射線輻射源13也能夠連續(xù)地或以步進(jìn)方式圍繞著拱形框架11的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360度，以致X射線射束能穿過對(duì)象以各種不同的角度投射。在每個(gè)投射角，X射線輻射束都穿過對(duì)象而且被對(duì)象衰減。然后，被衰減的輻射被X射線輻射源對(duì)面的檢測器陣列檢測。優(yōu)選的是，拱形框架包括配合X射線輻射源的旋轉(zhuǎn)圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)的檢測器陣列，以致檢測器陣列對(duì)于每個(gè)投射角都位于X射線輻射源對(duì)面的拱形框架上。然后，可以使用眾所周知的重建技術(shù)處理來自每個(gè)投射角的被檢測到的X射線輻射，以便產(chǎn)生對(duì)象的二維或三維重建圖像。
在傳統(tǒng)的CT x-射線掃描系統(tǒng)中，待成像的對(duì)象(通常是患者)必須從拱形框架的前面或后面縱向(即，沿著拱形框架孔口的中心軸線)進(jìn)入成像區(qū)域。這使在許多醫(yī)學(xué)程序(例如，外科手術(shù))期間使用CT x-射線掃描即使并非不可能也是困難的，不管這可能是CT掃描應(yīng)用最有用的場合這一事實(shí)。另外，傳統(tǒng)的CT X-射線掃描機(jī)是有固定孔口的比較大的靜止的裝置，而且通常位于專用的X射線室中，例如在醫(yī)院的放射醫(yī)學(xué)部門中。CT掃描裝置通常不被用在許多環(huán)境中，例如，急診部門、手術(shù)室、特護(hù)病房、病房、流動(dòng)外科手術(shù)中心、醫(yī)師辦公室和軍事戰(zhàn)場。迄今，沒有能夠以比較低的費(fèi)用產(chǎn)生高質(zhì)量圖像的，能夠容易在各種不同的機(jī)位和環(huán)境中(包括在醫(yī)學(xué)程序期間)使用的小型的或可移動(dòng)的CT掃描裝置。
一方面，本發(fā)明涉及對(duì)傳統(tǒng)的X射線成像裝置設(shè)計(jì)的改進(jìn)，從而克服這些和其他的缺點(diǎn)。具體地說，如圖1所示，O-形的拱形框架11包括至少部份地與拱形框架環(huán)分離在拱形框架上提供允許待成像的對(duì)象穿過它沿著徑向進(jìn)出拱形框架環(huán)的中心成像區(qū)域的孔口或“豁口”的扇形部分16。例如，在圖1中，拱形框架11的扇形部分16借助允許扇形部分像一扇門從完全關(guān)閉的位置(見圖2B)擺到完全打開的位置(見圖2A)的鉸鏈17固定在拱形框架上。然后，待成像的對(duì)象(例如，患者)能從打開的側(cè)面(不同于在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中從拱形框架的前面或后面)進(jìn)入拱形框架，然后，通過鉸鏈連接的扇形部分可以被再次合攏，將對(duì)象完全關(guān)在拱形框架環(huán)里面。(作為替代或作為補(bǔ)充，處在打開位置的拱形框架可以朝著對(duì)象橫向移動(dòng)使對(duì)象位于成像區(qū)域之內(nèi)，然后開著的扇形部分可以在對(duì)象周圍關(guān)閉。)除了圖1、2A和2B的鉸接門實(shí)施方案之外，拱形框架組件的各種不同的其他的實(shí)施方案被展示在圖3-7中。在每個(gè)這樣的系統(tǒng)中，拱形框架的扇形部分都與拱形框架環(huán)至少部份地分離，以便在拱形框架環(huán)上提供允許待成像的對(duì)象沿著徑向進(jìn)出拱形框架環(huán)的中心成像區(qū)域的孔口或“豁口”，而且隨后該扇形部分能再次與拱形框架連接，以便完成2D x-射線或3D斷層分析的X射線成像。
例如，在圖3中，拱形框架扇形部分16可與拱形框架環(huán)11的固定部分完全分離，而且隨后能為了完成X射線成像過程再次附著。類似地，在圖4中，拱形框架扇形部分16為了形成孔口與環(huán)完全分離。然而，在這種情況下，分離的扇形部分“背載在”拱形框架上。這個(gè)實(shí)施方案可能包括鏈接裝置，它允許門16脫離環(huán)11，而且同時(shí)借助鏈接裝置保持附著在環(huán)上，借此向上沿著圓周搖擺到拱形框架環(huán)11的固定部分的頂部。
圖5舉例說明另外一個(gè)實(shí)施方案，在這個(gè)實(shí)施方案中拱形框架是通過可分離的扇形部分16與固定的拱形框架環(huán)11疊套打開的。在一個(gè)實(shí)施方案中，可分離的扇形部分16能用定位銷附著到拱形框架環(huán)11上。釋放機(jī)構(gòu)釋放銷釘，而且扇形部分16的側(cè)壁相對(duì)于拱形框架環(huán)向外平移，因此允許扇形部分16套在拱形框架環(huán)11的固定的上半部分上。
在圖6中，拱形框架是通過舉起拱形框架頂部的扇形部分16使之離開環(huán)而打開的，優(yōu)選借助可以在手推車12上定位的垂直舉起機(jī)構(gòu)18。
圖7展示有裝在樞軸上的拱形框架扇形部分16的另一個(gè)實(shí)施方案。這類似于圖1的通過鉸鏈連接的設(shè)計(jì)，在這里不同之處在于可分離的扇形部分通過鉸鏈在對(duì)著孔口的拱形框架一側(cè)裝到拱形框架上，以致為了進(jìn)出內(nèi)部的成像區(qū)域，拱形框架完整的半個(gè)頂部被舉起。
在這些實(shí)施方案之中的任何實(shí)施方案中，可分離的拱形框架扇形部分優(yōu)選包括用來在閉合的拱形框架結(jié)構(gòu)中把扇形部分就地固定的機(jī)構(gòu)，此外還允許扇形部分容易分離，以便打開或“斷開”拱形框架環(huán)。
例如，在圖8-10中，閉鎖組件18被用來在拱形框架關(guān)閉的時(shí)候(例如，在X射線成像過程中)把通過鉸鏈連接的拱形框架扇形部分16就地固定或鎖定。在鎖定狀態(tài)，不允許通過鉸鏈連接的扇形部分16繞軸旋轉(zhuǎn)脫離關(guān)閉的拱形框架環(huán)，而X射線輻射源13和檢測器14能圍繞著關(guān)閉的拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360度。然而，閉鎖組件18也容易開啟，從而允許通過鉸鏈連接的扇形部分16擺開。
例如，在圖8中，包括手柄21、連接構(gòu)件22、23和上、下插銷24、25的閉鎖機(jī)構(gòu)18處在開啟位置，而通過鉸鏈連接的拱形框架扇形部分16處在完全打開的位置。在圖9中，拱形框架扇形部分16現(xiàn)在處于關(guān)閉位置，但是閉鎖機(jī)構(gòu)18仍然開啟著。如圖10所示，閉鎖機(jī)構(gòu)18通過把手柄21向下拉進(jìn)鎖定位置而被鎖定。閉鎖機(jī)構(gòu)18可以通過把手柄向上推到開啟位置把輕易地開啟，然后，通過鉸鏈連接的拱形框架扇形部分16可以擺開。
在圖11中，閉鎖機(jī)構(gòu)18是作為打開的拱形框架扇形部分16的內(nèi)部的“一端向前的”視圖展示的。如同在此展示的那樣，在過鉸鏈連接的拱形框架扇形部分16上的彈簧加載的定位銷34借助楔形插銷24、25被驅(qū)入在固定的拱形框架11上的套管35(見圖8)，從而使拱形框架扇形部分16被固定到固定的拱形框架部分11上。楔形插銷24、25是由與使用者操作操縱的手柄21相連接的鏈接構(gòu)件22、23驅(qū)動(dòng)的。另外，在這張圖中還展示維持與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件33(見圖12)電接觸的滑環(huán)26和在轉(zhuǎn)子組件33圍繞著拱形框架11的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)的時(shí)候引導(dǎo)它的弧形導(dǎo)軌27，下面將予以進(jìn)一步的詳細(xì)描述。當(dāng)拱形框架處在閉合而且鎖定位置的時(shí)候，可分離的扇形部分16的滑環(huán)26和弧形導(dǎo)軌27對(duì)準(zhǔn)固定的拱形框架的滑環(huán)和弧形導(dǎo)軌，以致攜帶X射線輻射源和檢測器陣列的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件30(見圖12)能在拱形框架內(nèi)適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)。在運(yùn)行期間，滑環(huán)26優(yōu)選維持與轉(zhuǎn)子組件30的電接觸，而且提供操作X-射線輻射源/檢測器系統(tǒng)和使整個(gè)組件在拱形框架結(jié)構(gòu)內(nèi)旋轉(zhuǎn)所需要的功率?；h(huán)26還能用來把來自檢測器的X射線成像數(shù)據(jù)傳輸給位于拱形框架外面(例如，在圖1的可移動(dòng)的手推車12中)的獨(dú)立的處理單元。
圖15A-E舉例說明有用來使X射線輻射源和檢測器陣列圍繞著拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360°的電纜管理系統(tǒng)的X射線成像裝置的另一個(gè)實(shí)施方案。
在這個(gè)例子中，供給X射線輻射源/檢測器系統(tǒng)的和用來使X射線輻射源/檢測器在拱形框架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的功率是由包含一根或多根電纜的鎧裝電纜36以與上述的滑環(huán)同樣多的方式提供。鎧裝電纜36也能用來在X射線輻射源/檢測器和外部處理單位之間傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)。
鎧裝電纜36優(yōu)選被藏在柔性的相連的電纜載體37中。載體37的一端被固定在靜止的物體上，例如拱形框架11或手推車。載體37的另一端附著到裝有X射線輻射源13和檢測器14的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件33上。在圖15A-E展示的例子中，轉(zhuǎn)子33開始在X射線輻射源13處于拱形框架頂端而檢測器14處于拱形框架底部的初始位置(即，轉(zhuǎn)子角＝0°)，如圖15A所示。然后，轉(zhuǎn)子33按順時(shí)針方向圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)，如同在圖15B(90°旋轉(zhuǎn))、圖15C(180°旋轉(zhuǎn))、圖15D(270°旋轉(zhuǎn))和圖15E(360°旋轉(zhuǎn))中舉例說明的那樣。在圖15E中，轉(zhuǎn)子33已經(jīng)圍繞著拱形框架11的內(nèi)部空間完成一次完整的360°旋轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)子再一次處在X射線輻射源13在拱形框架頂端而檢測器14在拱形框架底部的初始位置。在旋轉(zhuǎn)期間，電纜載體37保持與轉(zhuǎn)子33和拱形框架11兩者的連接，而且具有足以允許轉(zhuǎn)子33從初始位置輕易地旋轉(zhuǎn)至少360°的長度和柔韌性。為了完成另一個(gè)360°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子33能按反時(shí)針方向從上一次旋轉(zhuǎn)的結(jié)束位置(例如，圖15E中的轉(zhuǎn)子角＝360°)旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子33返回圖15A的初始位置為止。為了連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這個(gè)程序本身能被無限次地重復(fù)，轉(zhuǎn)子交替地按順時(shí)針方向和反時(shí)針方向進(jìn)行完整的360°旋轉(zhuǎn)。
圖11和12展示用來使X射線輻射源13和檢測器14在用來完成二維和/或三維的X射線成像程序的拱形框架之內(nèi)旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌和軸承機(jī)構(gòu)的一例子。如圖12所示，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件33包括固定在為了在轉(zhuǎn)子組件在拱形框架內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的時(shí)候保持X射線輻射源和檢測器之間恒定不變的間隔而設(shè)計(jì)的剛性框架30內(nèi)的X射線輻射源13和檢測器陣列14。(請(qǐng)注意馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子通常是c形的，開口部分至少與拱形框架結(jié)構(gòu)的可分離扇形部分16一樣大，以致轉(zhuǎn)子組件不阻擋拱形框架的孔口)。轉(zhuǎn)子組件30還包括用來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子組件圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)31和齒輪32。如圖11所示，拱形框架的內(nèi)部側(cè)壁包括弧形導(dǎo)軌27，當(dāng)拱形框架處于閉合位置的時(shí)候，該弧形導(dǎo)軌圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間形成連續(xù)的環(huán)。轉(zhuǎn)子組件30的齒輪32接觸拱形框架的弧形導(dǎo)軌27，而且使用導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子組件圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子組件30還包括與拱形框架的弧形導(dǎo)軌27緊密配合以便當(dāng)轉(zhuǎn)子組件30在拱形框架里面旋轉(zhuǎn)的時(shí)候幫助引導(dǎo)轉(zhuǎn)子組件30的弧形導(dǎo)軌支架29。
圖12展示的檢測器陣列14包括并排排列而且角度接近拱形框架環(huán)的曲率的三個(gè)二維平板固態(tài)檢測器。然而，人們將理解各種不同的檢測器和檢測器陣列都能在本發(fā)明中使用，包括在典型的診斷用的扇形射束和錐形射束CT掃描機(jī)中使用的任何檢測器配置。優(yōu)選的檢測器是采用閃爍體無定形硅技術(shù)的二維薄膜晶體管X射線檢測器。
為了大視野成像，檢測器14可以沿著與X射線輻射源13相對(duì)的直線或弧線平移到兩個(gè)或多個(gè)位置并且在那里獲得成像數(shù)據(jù)，例如借助馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的檢測器導(dǎo)軌和軸承系統(tǒng)。這樣的檢測器系統(tǒng)的例子是在共同擁有的美國專利臨時(shí)申請(qǐng)第60/366,062號(hào)(2002年3月19日申請(qǐng)的)，在此通過引證將其全部合并為本文的依據(jù)。
圖13A、B和C展示用于醫(yī)學(xué)成像程序的掃描器組件10的實(shí)施方案。圖13A展示患者40躺在緊鄰可移動(dòng)的X射線成像裝置10的工作臺(tái)41上，拱形框架環(huán)11的通過鉸鏈連接的扇形部分16完全張開著。然后，整個(gè)裝置向患者橫向移動(dòng)(作為替代或作為補(bǔ)充，患者可以向成像裝置移動(dòng))，以致患者的重要的區(qū)域在X射線拱形框架11之內(nèi)定位，如圖13B所示。最后，如圖13C所示，拱形框架11的通過鉸鏈連接的扇形部分16閉合，把患者完全關(guān)在拱形框架環(huán)里面，并且完成X射線成像程序。
在到此為止已展示和描述的實(shí)施方案中，拱形框架的中心軸線本質(zhì)上是水平取向的，所以待成像的對(duì)象(例如，患者)縱向躺在成像區(qū)域中。然而，在其他的實(shí)施方案中，拱形框架可能是這樣調(diào)整的，以致其中心軸線相對(duì)于患者或待成像的對(duì)象實(shí)際上是以任何角度延伸的。例如，拱形框架的中心軸線可以被調(diào)整到基本垂直，如圖14所示。在這里，拱形框架的中心孔口與站著或就坐著的人的軀干形成的“圓筒”是同中心的。如同在先前的實(shí)施方案中那樣，拱形框架包括為了在拱形框架環(huán)上提供允許待成像的對(duì)象沿著徑向進(jìn)出拱形框架環(huán)的中心成像區(qū)域的孔口或“豁口”至少部份地與拱形框架環(huán)11分離的扇形部分16?；颊呖梢越?jīng)由這個(gè)孔口以站姿或坐姿進(jìn)入拱形框架，而且扇形部分可以為了成像程序輕易地再次附著上去。因此，整個(gè)成像程序可以在患者保持站著或坐著的位置的時(shí)候完成。另外，除了所描述的醫(yī)學(xué)程序之外，軸線垂直的拱形框架對(duì)于使其它對(duì)象成像可能是有用的，其中當(dāng)它按直立的或垂直的取向調(diào)整的時(shí)候，使對(duì)象成像是方便的。
在本文中描述的X射線成像裝置可以被有利地用于二維和/或三維的X射線掃描。個(gè)別的二維投射可以依據(jù)沿著拱形框架旋轉(zhuǎn)一圈設(shè)定的角度進(jìn)行觀察，或者在部分的或否則完整的旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)到處收集的多重投射可以使用錐形或扇形的射束斷層分析重建技術(shù)進(jìn)行重建。
盡管這項(xiàng)發(fā)明已參照其優(yōu)選實(shí)施方案被具體地展示和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在形式和細(xì)節(jié)方面各種不同的改變可以在不脫離權(quán)利要求書所囊括的本發(fā)明的范圍的情況下完成。
例如，雖然在本文中展示和描述的特定的實(shí)施方案一般地涉及計(jì)算機(jī)斷層分析(CT)X射線成像應(yīng)用，但是人們將進(jìn)一步理解本發(fā)明的原則也可以延伸到其他的醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用和非醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用，例如，包括磁共振成像(MRI)、正電子發(fā)射斷層分析(PET)、單一光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層分析(SPECT)、超聲波成像和攝影成像。
另外，盡管本文中展示和描述的實(shí)施方案一般地涉及醫(yī)學(xué)成像，但是人們將理解本發(fā)明可以被用于許多其他的應(yīng)用，包括工業(yè)應(yīng)用、例如材料的測試和分析、容器的檢驗(yàn)和大物體的成像。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，其中包括有中心孔口的拱形框架環(huán)；拱形框架中可分離的扇形部分，所述扇形部分在拱形框架環(huán)上提供允許待成像的對(duì)象沿著徑向進(jìn)出環(huán)的孔口；輻射源，可圍繞著拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360°并且適合把輻射投射到所述對(duì)象上；以及檢測器，位于適合檢測投射的輻射的位置。
2.據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，進(jìn)一步包括閉鎖機(jī)構(gòu)，用來使拱形框架的扇形部分附著和分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架的扇形部分可與拱形框架環(huán)完全分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架的扇形部分是借助鉸鏈附著到拱形框架環(huán)上的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架扇形部分與拱形框架環(huán)疊套以提供孔口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中輻射源是x-射線輻射源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架進(jìn)一步包括用來使輻射源圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的拱形框架裝置，其中馬達(dá)被接到外部電源上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的拱形框架裝置，其中馬達(dá)經(jīng)由滑環(huán)接到外部電源上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的拱形框架裝置，其中馬達(dá)經(jīng)由電纜接到外部電源上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，進(jìn)一步包括軸承系統(tǒng)，用來引導(dǎo)輻射源圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中檢測器配合輻射源的旋轉(zhuǎn)圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的拱形框架裝置，其中輻射源和檢測器在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架被固定在可移動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的拱形框架裝置，其中可移動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)包括手推車。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架以懸臂方式固定在支撐結(jié)構(gòu)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架能沿著至少一條軸線平移或圍繞著至少一條軸線旋轉(zhuǎn)，而且其中輻射源的旋轉(zhuǎn)與拱形框架的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中拱形框架實(shí)質(zhì)上被可旋轉(zhuǎn)地固定。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，進(jìn)一步包括接收檢測器檢測到的輻射數(shù)據(jù)并且處理這些數(shù)據(jù)以產(chǎn)生對(duì)象的圖像的處理器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的拱形框架裝置，其中處理器使用計(jì)算機(jī)化斷層分析來產(chǎn)生對(duì)象的三維重建圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的拱形框架裝置，其中待成像的對(duì)象包括人類患者。
22.一種成像裝置，其中包括有中心孔口的拱形框架環(huán)；拱形框架環(huán)的可分離的扇形部分，該部分在拱形框架環(huán)上提供允許待成像的對(duì)象穿過它沿著徑向進(jìn)出拱形框架環(huán)的孔口；以及檢測器，能圍繞著拱形框架的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)360°，用來檢測來自對(duì)象的輻射。
23.一種使用輻射使對(duì)象成像的方法，其中包括借助拱形框架環(huán)上的徑向孔口使對(duì)象在拱形框架環(huán)中定位；至少使輻射源和輻射檢測器之一圍繞著拱形框架環(huán)的內(nèi)部空間旋轉(zhuǎn)，以使對(duì)象成像。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括使拱形框架環(huán)的扇形部分至少部份地分離，以便提供徑向孔口。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括使拱形框架環(huán)的扇形部分合攏，以便關(guān)閉徑向孔口。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中使對(duì)象定位至少包括向拱形框架環(huán)移動(dòng)對(duì)象和向?qū)ο笠苿?dòng)拱形框架環(huán)之一。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括使來自輻射源的輻射投射到對(duì)象上。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中輻射包括X射線輻射。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括檢測來自對(duì)象的輻射。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，進(jìn)一步包括處理與檢測到的輻射相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生對(duì)象的圖像。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中數(shù)據(jù)是為了產(chǎn)生對(duì)象的三維重建圖像而使用計(jì)算機(jī)化斷層分析進(jìn)行處理的。
32.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中待成像的對(duì)象包括人類患者。
33.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括沿著或圍繞著軸線移動(dòng)拱形框架，其中拱形框架的運(yùn)動(dòng)與輻射源和/或檢測器的旋轉(zhuǎn)無關(guān)。
全文摘要
X射線掃描成像裝置有通常呈O形的拱形框架環(huán)，該拱形框架環(huán)有一個(gè)能與環(huán)完全地或部分地分離(或“斷開”)的扇形部分用來提供孔口，允許待成像的對(duì)象沿著徑向進(jìn)入環(huán)的內(nèi)部。然后，該扇形部分能再次合攏把對(duì)象關(guān)在拱形框架里面。一旦合攏，圓形拱形框架殼體就保持沿著軌道固定并且攜帶一個(gè)能在拱形框架內(nèi)部連續(xù)地或以步進(jìn)的方式圍繞著患者旋轉(zhuǎn)360度的X射線圖像掃描裝置。這種X射線裝置對(duì)于二維和/或三維計(jì)算機(jī)化斷層分析(CT)的成像應(yīng)用是特別有用的。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1617688SQ02827758
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月15日
發(fā)明者尤金·A·格雷厄桑, 理查德·K·格蘭特, 諾伯特·約翰遜 申請(qǐng)人:分離成像有限責(zé)任公司