定量校準(zhǔn)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)斷層成像掃描儀中的集成的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年6月7日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/656,775的權(quán)益， 其通過引用整體并入到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上設(shè)及醫(yī)學(xué)成像。更具體地，本發(fā)明設(shè)及用于在計(jì)算機(jī)斷層成像 (Computed Tomography, CT)中確定骨礦物質(zhì)密度的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 一系列的肌肉骨骼疾病的診斷和治療有望受益于如由外周定量CT(pQCT)所提供 的高質(zhì)量的精確的成像和形態(tài)評(píng)估。例如，骨質(zhì)疏松呈現(xiàn)日益增長(zhǎng)的健康負(fù)擔(dān)，其設(shè)及導(dǎo) 致脆性骨折的骨密度下降。類似地，尤其在老齡化和肥胖群體中，骨關(guān)節(jié)炎（0A)是日益普 遍的退行性關(guān)節(jié)疾病，其由生物力學(xué)壓力W及隨之而產(chǎn)生的特征為軟骨損失并伴發(fā)新骨生 長(zhǎng)、軟骨下骨囊腫及其他形態(tài)改變的異常反應(yīng)造成。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA)及其他形式的關(guān)節(jié) 炎是自身免疫性疾病，其特征是肥厚性滑膜化ypertrophic synovium)、軟骨損失、骨質(zhì)侵 蝕和肌腫損傷。貫穿一系列的骨和關(guān)節(jié)疾病的該樣的病理呈現(xiàn)關(guān)節(jié)內(nèi)形態(tài)、骨密度和骨形 態(tài)的特征，并且更準(zhǔn)確地對(duì)該些結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量評(píng)估的能力可W提供早期檢測(cè)W及對(duì)治療反 應(yīng)之改進(jìn)評(píng)估的手段。
[0005] 通常使用雙能X射線吸收計(jì)量法（dual-energy x-ray油so;rptiomet;ry，DEXA)或 定量CT(QCT)測(cè)量骨礦物質(zhì)密度炬MD)來(lái)對(duì)骨質(zhì)疏松進(jìn)行表征。另一些基于圖像的策略呈 現(xiàn)對(duì)病理的另外的潛在更靈敏的評(píng)估，包括骨體積分?jǐn)?shù)炬V/TV)、骨小梁厚度（tr油ecular thickness, Tb.化）、結(jié)構(gòu)模型指數(shù)（SMI)、各向異性程度值A(chǔ))和關(guān)節(jié)空間形態(tài)的高分辨率 表征。由于臨床（全身）CT掃描儀的有限的空間分辨率，該樣的度量通常受到挑戰(zhàn)，并且因 此已經(jīng)較少使用。然而，該些潛在的生物標(biāo)志物提供了對(duì)不同的骨和關(guān)節(jié)相關(guān)病癥、疾病進(jìn) 展和反應(yīng)的重要的深入理解。
[0006] 例如，骨質(zhì)疏松癥是造成骨脆性和由此產(chǎn)生之骨折的常見骨代謝素亂。僅在美國(guó)， 每年就有約一百五十萬(wàn)例由于骨質(zhì)疏松造成的椎骨骨折和非椎骨（主要為髓部和腕部）骨 折。骨質(zhì)疏松和骨折風(fēng)險(xiǎn)的早期檢測(cè)和定量評(píng)估主要依賴于骨礦物質(zhì)密度炬MD)測(cè)量。可 W使用雙能X射線吸收計(jì)量法值XA)來(lái)提供BMD測(cè)量。但是雙能X射線吸收計(jì)量法僅能夠 測(cè)量面密度。
[0007] 另一方面，可W使用定量計(jì)算機(jī)斷層成像（QCT)來(lái)計(jì)算體積密度并且提供顯著地 更精確的BMD測(cè)量結(jié)果。因此，QCT正成為用于BMD評(píng)估的廣泛接受的方法。在QCT中， 在患者掃描之前或在患者掃描過程中，在靠近期望的解剖結(jié)構(gòu)處對(duì)一些形式的校準(zhǔn)體模 (calibration地antom)或參考體模進(jìn)行成像。然后使用體模的衰減系數(shù)和已知密度來(lái)推 算患者骨結(jié)構(gòu)的未知密度。然而，體模位置的變化性可造成BMD的準(zhǔn)確性下降，并且體模的 定位可影響整個(gè)工作流程、總掃描時(shí)間和患者舒適度。此外，在BMD計(jì)算過程中，體模位置 的變化性需要與使用者互動(dòng)W定位體模，并且可影響B(tài)MD估計(jì)的精確性。傳統(tǒng)的CT掃描儀 設(shè)計(jì)成不直接包括任何形式的校準(zhǔn)體模；而是，體模通常用作附加部件，通常被放置在掃描 儀床上在患者下方，或被應(yīng)用在成像檢查之前（或之后）生成的校準(zhǔn)表格中。因此，如果也 許在掃描時(shí)引入另外的校準(zhǔn)體模，或者如果為了定量成像的目的而需要進(jìn)行單獨(dú)的掃描， 則密度測(cè)定信息僅能夠從CT掃描獲得。
[000引因此，提供用于將參考校準(zhǔn)系統(tǒng)直接集成到掃描儀和機(jī)架外殼中W使得體模總是 在掃描儀的幾何結(jié)構(gòu)和視場(chǎng)（FOV)內(nèi)的預(yù)定位置處的新系統(tǒng)和方法是有利的。因此，參考 體模會(huì)在每次掃描過程中出現(xiàn)，并且不需要附加設(shè)備或?qū)τ诿看螔呙鑱?lái)重新定位體模。校 準(zhǔn)系統(tǒng)與CT掃描儀的直接集成有望提高BMD測(cè)量的準(zhǔn)確度并且改進(jìn)臨床工作流程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明在很大程度上滿足了上述需求，其中在一方面，用于校準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)斷層成 像（CT)掃描的設(shè)備包括機(jī)架（gantry)。機(jī)架限定出配置成用于容納患者或患者的一部分 的大致上為圓筒形的開口 W用于檢查，并且還具有限定出配置成用于安置掃描儀之部件的 內(nèi)部空間的機(jī)架內(nèi)壁。X射線源配置成發(fā)出穿透患者或患者之一部分的X射線。X射線源和 檢測(cè)器可W被安置在機(jī)架內(nèi)，檢測(cè)器與X射線源相對(duì)定位，使得所述檢測(cè)器接收從X射線源 發(fā)出的X射線。檢測(cè)器還限定出設(shè)備的標(biāo)稱視場(chǎng)，使得視場(chǎng)內(nèi)的任何物體被設(shè)備成像。校 準(zhǔn)體模被直接集成在掃描儀機(jī)架內(nèi)，使得X射線穿過在掃描過程中獲取的一些或全部X射 線投影中的校準(zhǔn)體模元件。不管校準(zhǔn)體模是在標(biāo)稱視場(chǎng)內(nèi)還是在標(biāo)稱視場(chǎng)外，只要校準(zhǔn)體 模在用于掃描過程中遞送的一些或全部X射線投影的X射線束內(nèi)，則校準(zhǔn)體?？蒞在每次 掃描中成像，并且直接用于BMD測(cè)量的校準(zhǔn)。一個(gè)示例性實(shí)施方案包括掃描儀，對(duì)于該掃描 儀，機(jī)架的內(nèi)壁在X射線視場(chǎng)內(nèi)并且校準(zhǔn)體模被集成在掃描儀內(nèi)使得可W與患者掃描同時(shí) 地獲得體模的圖像。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，校準(zhǔn)體模與掃描儀集成在由機(jī)架限定的配置成容納患者 (或患者的一部分）的開口內(nèi)。因此校準(zhǔn)體?？蒞定位在由機(jī)架的內(nèi)壁限定的內(nèi)部空間中、 在機(jī)架的內(nèi)壁內(nèi)或與患者相鄰。包含校準(zhǔn)體模的設(shè)備可W包括例如與患者結(jié)合使用的用于 定位或固定的罩。校準(zhǔn)體模的一個(gè)示例性實(shí)施方案包括形狀大致上為圓柱形的約5個(gè)校準(zhǔn) 體模。校準(zhǔn)體模具有已知尺寸，并且能夠覆蓋掃描儀之視場(chǎng)的部分長(zhǎng)度或整個(gè)長(zhǎng)度，并且可 W具有固體組成。校準(zhǔn)體模具有已知的豪恩斯菲爾德單位Olounsfield unit,皿）和已知 的巧密度。該設(shè)備還被配置用于負(fù)重成像。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于校準(zhǔn)的錐形束計(jì)算機(jī)斷層成像（CBCT)掃描的設(shè)備 包括機(jī)架。機(jī)架限定出配置成用于容納患者的大致上為圓筒形的開口W用于檢查。機(jī)架還 具有配置成用于安置設(shè)備之部件的壁。該設(shè)備還包括配置成發(fā)出穿透患者的X射線的X射 線源和與所述X射線源相對(duì)定位的檢測(cè)器。檢測(cè)器接收從X射線源發(fā)出的X射線，并且檢 測(cè)器限定出該設(shè)備的標(biāo)稱X射線視場(chǎng)使得視場(chǎng)中的任何物體被設(shè)備成像。校準(zhǔn)體模定位成 圍繞大致上為圓筒形的開口，使得校準(zhǔn)體模被設(shè)備成像。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，校準(zhǔn)體模采取約6個(gè)校準(zhǔn)體模的形式。約6個(gè)校準(zhǔn)體模 被縱向地定位在圍繞大致上為圓筒形之開口的環(huán)中。另外，約6個(gè)校準(zhǔn)體模是分開的，使得 它們都至少部分在視場(chǎng)內(nèi)。
【附圖說明】
[0013] 附圖提供了可視化表示，其將用于更充分地描述本文中所公開的代表性實(shí)施方 案，并且可W由本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)使用W更好地理解所述代表性實(shí)施方案及其固有的優(yōu) 點(diǎn)。在該些附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相應(yīng)的元件，并且
[0014] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有集成在掃描儀外殼中之體模的掃描 儀的軸向視圖。
[0015] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有集成在機(jī)架內(nèi)壁上的體模的掃描儀 的軸向視圖。
[0016] 圖3示出了根