[發(fā)明專利]用于錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影的肢體成像裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380063991.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104981206A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.A.利岑伯格;P.A.紐曼;J.約克斯頓;A.J.哈特曼;J.西維爾森;D.M.察薩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡爾斯特里姆保健公司;約翰斯·霍普金斯大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/03
• 分類號(hào): A61B6/03;A61B6/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚佐晞;傅永霄

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及診斷成像，且特別涉及用于獲得肢體的體積圖像的錐形束成像系統(tǒng)。

發(fā)明背景

3-D體積成像已經(jīng)被證明是有價(jià)值的診斷工具，其可提供比用于評(píng)估內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器官的狀況的早期2-D射線照相成像技術(shù)更顯著的優(yōu)點(diǎn)。患者或其它對(duì)象的3-D成像已經(jīng)通過(guò)很多進(jìn)步(包括高速成像檢測(cè)器的開(kāi)發(fā)(諸如實(shí)現(xiàn)以快速連續(xù)拍攝多個(gè)圖像的數(shù)字射線照相(DR)檢測(cè)器))而成為可能。

錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影(CBCT)或錐形束CT技術(shù)提供有巨大應(yīng)用前景的作為提供3-D體積圖像的一種類型的診斷工具。錐形束CT系統(tǒng)通過(guò)使用高幀速率數(shù)字射線照相(DR)檢測(cè)器和x射線源捕捉體積數(shù)據(jù)集、通常固定到繞待成像的對(duì)象旋轉(zhuǎn)的機(jī)架、從沿其繞對(duì)象的軌道的各個(gè)點(diǎn)朝向?qū)ο笠龑?dǎo)x射線的發(fā)散錐形束。CBCT系統(tǒng)捕捉整個(gè)旋轉(zhuǎn)中的投影，例如，每個(gè)旋轉(zhuǎn)度一個(gè)2-D投影圖像。然后使用各種技術(shù)使投影重構(gòu)為3D體積圖像。在公知方法中，用于從2-D圖像數(shù)據(jù)重構(gòu)3-D體積圖像的方法是濾波反投影方法。

雖然可使用CBCT系統(tǒng)和技術(shù)產(chǎn)生診斷質(zhì)量的3-D圖像，但是多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)依然存在。在一些情況下，例如，可存在x射線源和檢測(cè)器相對(duì)于對(duì)象的有限范圍的角度旋轉(zhuǎn)。腿、手臂和其它肢體的CBCT成像可因成對(duì)肢體的物理阻礙而受限制。這是在獲得例如人類的腿或膝蓋的CBCT圖像預(yù)測(cè)中遇到的障礙。膝蓋周圍不是所有的成像位置都可進(jìn)入；患者的自身解剖結(jié)構(gòu)通常可防止輻射源和圖像檢測(cè)器被定位在掃描外周的一部分的上方。

為了說(shuō)明膝蓋的CBCT成像中所面臨的問(wèn)題，圖1的俯視圖示出在對(duì)作為對(duì)象20的患者的右膝蓋R成像時(shí)的輻射源22和檢測(cè)器24的圓形掃描路徑。輻射源22和檢測(cè)器24的各個(gè)位置以虛線形式示出。源22(放置在與膝蓋相隔一段距離處)可被定位在約200度的圓弧上方的不同點(diǎn)處；因?yàn)槿魏屋^大圓弧，成對(duì)的肢體(左膝蓋L)會(huì)擋路。檢測(cè)器24(小于源22且通常放置在非常靠近對(duì)象20的位置處)可被定位在患者的右膝蓋和左膝蓋之間且由此能夠定位在整個(gè)圓形軌道上方。

源和檢測(cè)器的完全360度軌道不需要進(jìn)行常規(guī)CBCT成像；相反，可在例如僅超過(guò)錐形束本身的角度達(dá)180度的軌道掃描范圍內(nèi)獲得用于圖像重構(gòu)的足夠信息。然而，在一些情況下，可能難以獲得用于對(duì)膝蓋或其它關(guān)節(jié)成像的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)約180度旋轉(zhuǎn)和其它應(yīng)用。此外，可存在以下診斷情況：其中在一定角度范圍內(nèi)獲得投影圖像具有優(yōu)點(diǎn)，但是患者的解剖結(jié)構(gòu)阻擋源、檢測(cè)器，或兩者在該范圍內(nèi)成像。用于在這些條件下獲得肢體的圖像而提出的一些建議的解決方案需要患者承受難受或不舒適的位置。在成像時(shí)，肢體的位置不代表四肢或其它肢體如何在移動(dòng)中或負(fù)重條件下服務(wù)患者。這可有助于例如檢查在患者施加到膝或踝關(guān)節(jié)上的正常體重負(fù)重以及在放松位置的該關(guān)節(jié)的狀況。但是，如果患者需要承受通常不是在典型移動(dòng)或姿勢(shì)時(shí)遇到的位置，那么有可能在關(guān)節(jié)上存在過(guò)度應(yīng)力，或不足應(yīng)力，或取向不良的應(yīng)力或張力。膝或踝關(guān)節(jié)(在一些人為施加的負(fù)重下且在站立時(shí)不會(huì)采取的角度下)可能不會(huì)完全像其在站立位置承載患者的體重時(shí)那樣來(lái)行為。這些條件下的肢體的圖像可能無(wú)法準(zhǔn)確地表示肢體或關(guān)節(jié)如何被使用且可能無(wú)法為評(píng)估和治療計(jì)劃提供足夠信息。

用于肢體成像的常規(guī)解決方案的還有其它困難，其涉及差圖像質(zhì)量。對(duì)于圖像質(zhì)量，CBCT序列需要檢測(cè)器被定位為靠近對(duì)象且錐形束輻射的源處于與對(duì)象相隔足夠的距離處。這提供了最好圖像且降低了圖像截?cái)嗪碗S之而來(lái)的數(shù)據(jù)丟失。將對(duì)象的中間定位在檢測(cè)器和源之間，如一些常規(guī)系統(tǒng)所做的那樣，不僅顯著地?fù)p害了圖像質(zhì)量，而且還使患者太靠近輻射源，使得輻射水平高很多。

CBCT成像代表也影響采用在角度范圍內(nèi)沿沿軌道運(yùn)行肢體的輻射源和檢測(cè)器的其它類型的體積成像的一些挑戰(zhàn)。存在可用于獲得用于掃描的肢體的深度信息的各個(gè)斷層成像模式。

總之，用于肢體成像，特別用于成像成對(duì)的肢體，需要許多改進(jìn)，其中包括以下：

(i)輻射源和檢測(cè)器相對(duì)于成像的對(duì)象的改進(jìn)放置以在整個(gè)掃描序列提供可接受的輻射水平和圖像質(zhì)量，其中具有用于檢查有利條件下的肢體的至少粗自動(dòng)設(shè)置的能力；

(ii)相對(duì)于源和檢測(cè)器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在不同高度成像的系統(tǒng)靈活性，包括允許患者舒適地站立或坐下(諸如例如一只腳在較高位置)成像的靈活性；

(iii)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)軸的角度以適應(yīng)患者定位要求的能力；

(iv)改進(jìn)患者進(jìn)入，使得患者不需要扭曲、扭動(dòng)或過(guò)分加壓可能已經(jīng)受傷的肢體或關(guān)節(jié)以便提供這些身體部位的圖像；