[发明专利]用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置

说明书

本申请是我国国家申请号为201180018205.7、国际申请号为PCT/US2011/000596且国际申请日为2011年4月4日的专利申请的分案申请。

发明领域

本发明大体涉及诊断性成像，且具体来说涉及用于获取肢体容积图像的锥形束成像系统。

发明背景

3D容积成像已经用作诊断工具，比起较早的2D射线照相成像技术，其在评估内部结构和器官的状况方面提供优势。患者或其他研究对象的3D成像通过许多进步已经变得可能，这些进步包括开发高速成像检测器，如数字射线照相(DR)检测器，其使得能够快速连续地摄取多个图像。

锥形束计算机断层扫描(CBCT)或锥形束CT技术作为一种诊断工具，使得有希望提供3D容积图像。锥形束CT系统通过使用高帧频数字射线照相(DR)检测器和X射线源，来抓取体数据集，高帧频数字射线照相(DR)检测器和X射线源通常附接到吊架，所述吊架围绕要成像的物体进行旋转，从而将发散的X射线锥形束自沿着研究对象周围轨道的各个点导向研究对象。CBCT系统在整个旋转期间抓取投影，例如，在每个旋转度数上抓取一个2D投影图像。然后，使用各种技术将所述投影重组成3D容积图像。过滤背投法是最常见的3D容积图像重组方法。

尽管使用CBCT系统和技术可以产生具有良好诊断质量的3D图像，但是仍存在许多技术挑战。例如，在某些情况下，X射线源和检测器相对于研究对象的角度旋转范围可能比较有限。腿部、手臂和其它肢体的CBCT成像可能会受到配对肢体的物理阻碍的妨碍。此情形是(例如)获取人体腿部或膝盖的CBCT图像投影时遇到的障碍。并非膝盖周围所有的成像位置都是可以获取到的；患者自身的解剖结构会阻止辐射源和图像检测器定位在扫描圆周的某个部分上。

为了说明膝盖CBCT成像中所面临的问题，图1的顶视图展示了辐射源22和检测器24在对作为研究对象20的患者右膝R成像时的圆形扫描路径。以虚线形式展示了辐射源22和检测器的各个位置。与膝盖成一定距离而放置的源22可以定位在约200度弧度内的不同点上；如果弧度更大，左膝L便会引起妨碍。比源22小且通常放置地很接近研究对象20的检测器24可以定位在患者右膝与左膝之间，且因而可以定位在整个圆形轨道上。

对于常规CBCT成像而言，源和检测器的完全360度轨道是不需要的；相反，可以(例如)通过锥形束自身的角度，在仅仅超过180度的轨道扫描范围内获取充分的图像重组信息。然而，在某些情况下，可能难以获取远大于约180度的旋转，来使膝盖或其它关节和其它应用场景成像。此外，存在某些诊断情形，其中在特定角度范围内获取投影图像具有许多优势，但是患者的解剖结构会阻挡源、检测器或这两者在此范围上成像。

为对腿部进行成像，针对此问题的一种方式是使患者摆出一个姿势，使得目标腿延伸到CBCT扫描装置中，并且以某个其它方式来支撑配对腿，或者使配对腿相对于目标腿进行弯曲，例如弯曲成直角。例如，在Sukovic等人题为“下肢CT扫描仪(CTScannerforLowerExtremities)”的美国专利第7,394,888号中所示教的CT扫描仪设备中便使用了此方法。在Sukovic等人‘888号揭示案的方法中，当目标腿不相称地举升并延伸到扫描仪装备中时，另一条腿必须不相称地举升或伸展开一段距离，或者松弛下来。由于多种原因，这样的布置可能特别不利。例如，在患者施加正常重量负荷到膝盖或踝关节上的情况下，此布置有助于检查所述关节的状况。但是，在需要患者采用一般动作情况下通常不会遇到的位置时，Sukovic等人‘888中的装置可以获取图像，而同时会在关节上出现过度的张力或不充分的张力，或者导向较差的张力。

常规方法的另一个问题涉及负荷承载肢体(例如，人腿)的成像。因为患者处于站立位置时无法使腿部在正常负荷下成像，所以已尝试各种人为方式来模拟负荷条件。此类方法使用了各种托架、压缩设备和支架。作为意在克服常规成像技术缺点的一个实例，Sukovic等人‘888揭示案示教了如下方式：将腿部举起到非站立位置，然后向腿部施加外力，从而在腿部模拟施加正常负荷。然而，很容易理解，当此种模拟允许出现负荷承载肢体反应的某些近似时，可能便是不准确的。在人为施加一定负荷且处于站立时不会采用的角度的情况下，膝盖或踝关节可能并不与处于站立位置上承载患者重量时的情况完全一样。