具有固定架和旋轉(zhuǎn)盤的解剖成像系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有固定架和旋轉(zhuǎn)盤的解剖成像系統(tǒng)
[0001]本申請要求于2014年7月22日在美國專利商標(biāo)局提交的美國臨時(shí)專利申請第62/027，420號、第62/027，433號、第62/027，444號、第62/027，472號的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。上述四項(xiàng)專利申請的內(nèi)容通過引用全部包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及一種成像系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種解剖成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在許多情況下，會期望使不透明對象的內(nèi)部成像。例如但不限于，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，會希望使病人的身體的內(nèi)部成像，以允許觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)而無需在身體上穿透皮膚。
[0004]計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要的成像方式。CT成像系統(tǒng)通常操作為將X射線從多個位置照射到身體中、探測穿過身體的X射線，然后對探測到的X射線進(jìn)行處理，以創(chuàng)建病人的解剖結(jié)構(gòu)的三維(3D)數(shù)據(jù)組和3D計(jì)算機(jī)模型。然后可使3D數(shù)據(jù)組和3D計(jì)算機(jī)模型可視化，以提供病人的解剖結(jié)構(gòu)的圖像(例如，切片圖像、3D計(jì)算機(jī)圖像等)Ο
[0005]例如但不限于，現(xiàn)在參照圖1和圖2，示出了示例性CT成像系統(tǒng)5。CT成像系統(tǒng)5總體上包括由基座15支撐的圓環(huán)體10。在圓環(huán)體10中形成有中部開口 20。中部開口 20接收將要進(jìn)行掃描的病人解剖結(jié)構(gòu)。
[0006]接下來參照圖3，圓環(huán)體10通常包括固定架22、旋轉(zhuǎn)盤23、X射線管組件25和X射線探測器組件30。更具體地講，固定架22圍繞中部開口 20同心地設(shè)置。旋轉(zhuǎn)盤23可旋轉(zhuǎn)地安裝到固定架22。X射線管組件25和X射線探測器組件30按照沿直徑方向相反的關(guān)系安裝到旋轉(zhuǎn)盤23，以使X射線束40 (由X射線管組件25產(chǎn)生并由X射線探測器組件30探測)穿過設(shè)置在中部開口 20中的病人解剖結(jié)構(gòu)。由于X射線管組件25和X射線探測器組件30安裝在旋轉(zhuǎn)盤23上，因此X射線管組件25和X射線探測器組件30圍繞中部開口20同心地旋轉(zhuǎn)，X射線束40將沿著全范圍的徑向位置穿過病人的解剖結(jié)構(gòu)，以使CT成像系統(tǒng)5能夠建立由X射線束穿透的解剖結(jié)構(gòu)的“切片”圖像。此外，通過在掃描期間使病人和CT成像系統(tǒng)5相對于彼此移動，可獲得一系列的切片圖像，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以建立所掃描的解剖結(jié)構(gòu)的3D數(shù)據(jù)組和所掃描的解剖結(jié)構(gòu)的3D計(jì)算機(jī)模型。實(shí)際上，常見的是配置X射線探測器組件30，以隨著旋轉(zhuǎn)盤23的每次旋轉(zhuǎn)可獲得多個切片的圖像(例如，8切片、16切片、32切片等)，由此加快掃描數(shù)據(jù)的采集。
[0007]實(shí)際上，現(xiàn)在常見的是實(shí)現(xiàn)病人的解剖結(jié)構(gòu)的螺旋掃描，從而產(chǎn)生所掃描的解剖結(jié)構(gòu)的3D數(shù)據(jù)組，然后可對3D數(shù)據(jù)組進(jìn)行處理，以創(chuàng)建所掃描的解剖結(jié)構(gòu)的3D計(jì)算機(jī)模型。然后可使3D數(shù)據(jù)組和3D計(jì)算機(jī)模型可視化，以提供病人的解剖結(jié)構(gòu)的圖像(例如，靜態(tài)圖像、3D計(jì)算機(jī)圖像等)。
[0008]用于控制旋轉(zhuǎn)盤23、X射線管組件25和X射線探測器組件30的操作以及用于對所獲得的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以產(chǎn)生所期望的切片圖像、3D數(shù)據(jù)組和3D計(jì)算機(jī)模型的各種電子硬件和軟件可以是本領(lǐng)域中眾所周知的并可設(shè)置在圓環(huán)體10和/或基座15中。
[0009]在許多情況下，CT成像系統(tǒng)5被設(shè)計(jì)為固定式的，其中，CT成像系統(tǒng)5的基座15設(shè)置在房間的地板上的固定位置，并且設(shè)置了特定的電動的可移動床，用于在掃描期間使病人相對于CT成像系統(tǒng)5運(yùn)動。更具體地講，使用固定式CT成像系統(tǒng)5時(shí)，將病人帶到CT成像系統(tǒng)5的位置，然后使病人置于電動的可移動床上，然后利用電動的可移動床以使病人相對于CT成像系統(tǒng)5移動(即，使病人進(jìn)入到CT成像系統(tǒng)5的中部開口 20中)，從而可通過CT成像系統(tǒng)5對病人的一部分長度或全部長度進(jìn)行掃描。
[0010]在其他情況下，CT成像系統(tǒng)5被設(shè)計(jì)為移動式的，可將CT成像系統(tǒng)攜帶到病人處并在病人的當(dāng)前位置處對病人進(jìn)行掃描，而不需要將病人運(yùn)送到CT成像系統(tǒng)的位置。使用移動式CT成像系統(tǒng)5對病人進(jìn)行掃描可以是非常有利的，原因在于:其可減少病人掃描的延遲(例如，可在急診室對病人進(jìn)行掃描而無需等到運(yùn)送到放射科)和/或其可允許在不使病人移動的情況下對病人進(jìn)行掃描(例如，可在重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)病人的床邊對病人進(jìn)行掃描)。為此，現(xiàn)在參照圖4和圖5，基座15可包括運(yùn)送組件50，用于:(i)在掃描之前使CT成像系統(tǒng)5移動到病人處；(ii)在掃描期間使CT成像系統(tǒng)相對于病人移動。更具體地講，優(yōu)選地，運(yùn)送組件50包括:(i)總運(yùn)動機(jī)構(gòu)，用于使CT成像系統(tǒng)5相對快速地穿過室內(nèi)空間距離，以可快速并容易地將CT成像系統(tǒng)5移動到病人的床邊，從而可在病人的床邊對病人進(jìn)行掃描而無需將病人移動到放射科；(ii)微調(diào)運(yùn)動機(jī)構(gòu)60，用于在掃描期間使CT成像系統(tǒng)相對于病人精確地移動，從而可在病人的床上或輪床上對病人進(jìn)行掃描而無需將病人移動到特定的電動可移動床上。
[0011]在本發(fā)明的一個優(yōu)選示例中，總運(yùn)動機(jī)構(gòu)55優(yōu)選地包括多個自由滾動的腳輪，微調(diào)運(yùn)動機(jī)構(gòu)60優(yōu)選地包括多個蜈蚣帶驅(qū)動裝置63 (這可被構(gòu)造為用于階梯式運(yùn)動或連續(xù)運(yùn)動，由此提供病人的階梯式運(yùn)動或連續(xù)掃描)。液壓設(shè)備65允許總運(yùn)動機(jī)構(gòu)55或微調(diào)運(yùn)動機(jī)構(gòu)60與地板接合，由此有利于移動式CT成像系統(tǒng)5的合適的運(yùn)動。因此，使用移動式CT成像系統(tǒng)5時(shí)，移動式CT成像系統(tǒng)可預(yù)先置于“不礙事”的位置(例如，急診室的未使用角落中)，當(dāng)需要對病人進(jìn)行掃描時(shí)，通過使用總運(yùn)動機(jī)構(gòu)55(例如，腳輪62)直接將移動式CT成像系統(tǒng)移動到病人的床邊，然后在掃描期間使用微調(diào)運(yùn)動機(jī)構(gòu)60 (例如，蜈蚣帶裝置63)使移動式CT成像系統(tǒng)移動。
[0012]調(diào)節(jié)CT掃描相對于病人的身體的角度
[0013]已經(jīng)認(rèn)識到，調(diào)節(jié)CT掃描相對于病人的身體的角度有時(shí)會是有用的，由此生成在不與病人的身體的縱軸垂直的角度設(shè)置的CT圖像。例如但不限于，有時(shí)會期望獲得處于與病人的縱軸不垂直的角度的解剖結(jié)構(gòu)的CT圖像，由此使得特定特征的成像。這可通過使病人相對于CT成像系統(tǒng)的掃描軸傾斜一定角度來實(shí)現(xiàn)(例如，通過利用傾斜臺使病人相對于CT成像系統(tǒng)的掃描軸傾斜)。然而，在許多情況下會不期望使病人相對于CT成像系統(tǒng)的掃描軸傾斜(例如，病人的狀況使得這種傾斜會不安全，或者病人的情況不允許以期望的方式使病人傾斜)。在這種情況下，會期望通過使CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體相對于病人傾斜來替代，以獲得期望的CT圖像。
[0014]用于使CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體相對于病人傾斜的一種方法是將一對大的、弧形傾斜導(dǎo)向件71附著到CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體，并且使鏈子72在弧形傾斜導(dǎo)向件71上運(yùn)動。鏈子72進(jìn)而附著到齒輪和電機(jī)，以使鏈子72旋轉(zhuǎn)，從而使得圓環(huán)體相對于CT成像系統(tǒng)的基座傾斜。例如，參見圖6和圖7，其示出了這樣的設(shè)備。
[0015]然而，已認(rèn)識到，大的弧形傾斜導(dǎo)向件71的提供和使用使得CT成像系統(tǒng)的外形顯著地增大(即，從CT成像系統(tǒng)的基座向外延伸)并對于圍繞CT成像系統(tǒng)工作的人員會存在危險(xiǎn)的障礙。
[0016]已經(jīng)認(rèn)識到，針對CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體相對于病人傾斜的情況，會期望提供一種用于將傾斜的圓環(huán)體鎖定在特定傾斜位置的制動器或其他方法。
[0017]還已經(jīng)認(rèn)識到，在CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體相對于病人傾斜的情況下，如果用于CT成像系統(tǒng)的電力被中斷，則傾斜系統(tǒng)會下落，由于圓環(huán)體的這種不期望的運(yùn)動會導(dǎo)致操作CT成像系統(tǒng)的人員和/或通過CT成像系統(tǒng)進(jìn)行掃描的病人受傷，因此還會期望提供一種緊急制動系統(tǒng)，以防止圓環(huán)體(通常非常大)“下落”或“搖擺”。
[0018]因此，需要一種用于使CT成像系統(tǒng)的圓環(huán)體傾斜并使CT成像系統(tǒng)的外形最小同時(shí)使可用于掃描的傾斜的程度最大化的新型設(shè)備。還需要一種用于將傾斜的圓環(huán)體鎖定在特定傾斜位置的新型制動器或其他方法。還需要一種用于在用于CT成像系統(tǒng)的電力被中斷的事件中保持圓環(huán)體的傾斜的新型緊急制動器。
[0019]提1?旋轉(zhuǎn)盤和相關(guān)固定架的結(jié)構(gòu)整體性
[0020]已認(rèn)識到，如果能夠減少對病人進(jìn)行掃描所需要的時(shí)間，則可獲得大量的優(yōu)點(diǎn)。一方面，在掃描期間，病人有時(shí)會移動，這會導(dǎo)致掃描圖像質(zhì)量下降。更快的掃描時(shí)間意味著減小病人在掃描期間移動的可能性。另一方面，一些病人解剖結(jié)構(gòu)正常情況地運(yùn)動，例如，心臟跳動。更快的掃描時(shí)間會使運(yùn)動的解剖結(jié)構(gòu)“凍結(jié)”，以使運(yùn)動的解剖結(jié)構(gòu)成像。
[0021]通常，存在兩種方法用于減少對病人進(jìn)行掃描所需的時(shí)間。第一種，X射線探測器組件30可被構(gòu)造為隨著旋轉(zhuǎn)盤23的每次旋轉(zhuǎn)獲得更多的切片圖像，由此加快圖像數(shù)據(jù)的采集。因此，隨著時(shí)間的推移，已研發(fā)了所謂的“8切片機(jī)”、“16切片機(jī)”、“32切片機(jī)”等。第二種，可提高旋轉(zhuǎn)盤23的旋轉(zhuǎn)速度，由此加快圖像數(shù)據(jù)的采集。
[0022]遺憾的是，增加通過旋轉(zhuǎn)盤23的每次旋轉(zhuǎn)獲得切片的數(shù)量和/或增大旋轉(zhuǎn)盤23的旋轉(zhuǎn)速度，會引起設(shè)計(jì)問題。例如，可期望增大旋轉(zhuǎn)盤23的旋轉(zhuǎn)速度(例如，從120rpms到240rpms)，以提高成像速度。然而，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)盤23的旋轉(zhuǎn)速度的增大(例如，從120rpms到240rpms)使得施加在旋轉(zhuǎn)盤23和安裝到旋轉(zhuǎn)盤23并與旋轉(zhuǎn)盤23 —起旋轉(zhuǎn)的組件(例如，X射線管組件25和X射線探測器組件30)上的力顯著地增大。
[0023]例如但不限于，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤23圍繞中部開口 20以更高的速度(例如，240rpms)旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨著離心力指向組件通過螺栓而固定到旋轉(zhuǎn)盤23的方向，更大的離心力作用在通過螺栓固定到旋轉(zhuǎn)盤23的組件上(即，盡管組件通過螺栓沿軸向方向固定到旋轉(zhuǎn)盤23上，但是離心力指向徑向方向)。結(jié)果，安裝到旋轉(zhuǎn)盤23的組件會在其安裝點(diǎn)彎曲，這會進(jìn)而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)盤23彎曲。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，用于成像的組件之間的排列會被破壞(例如，X射線管組件25與X射線探測器組件30之間的排列)，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。
[0024]因此，還需要具有