[发明专利]用于锥形束计算机断层摄影的肢体成像装置

说明书

发明领域

本发明一般涉及诊断成像，且特别涉及用于获得肢体的体积图像的锥形束成像系统。

发明背景

3-D体积成像已经被证明是有价值的诊断工具，其可提供比用于评估内部结构和器官的状况的早期2-D射线照相成像技术更显著的优点。患者或其它对象的3-D成像已经通过很多进步(包括高速成像检测器的开发(诸如实现以快速连续拍摄多个图像的数字射线照相(DR)检测器))而成为可能。

锥形束计算机断层摄影(CBCT)或锥形束CT技术提供有巨大应用前景的作为提供3-D体积图像的一种类型的诊断工具。锥形束CT系统通过使用高帧速率数字射线照相(DR)检测器和x射线源捕捉体积数据集、通常固定到绕待成像的对象旋转的机架、从沿其绕对象的轨道的各个点朝向对象引导x射线的发散锥形束。CBCT系统捕捉整个旋转中的投影，例如，每个旋转度一个2-D投影图像。然后使用各种技术使投影重构为3D体积图像。在公知方法中，用于从2-D图像数据重构3-D体积图像的方法是滤波反投影方法。

虽然可使用CBCT系统和技术产生诊断质量的3-D图像，但是多项技术挑战依然存在。在一些情况下，例如，可存在x射线源和检测器相对于对象的有限范围的角度旋转。腿、手臂和其它肢体的CBCT成像可因成对肢体的物理阻碍而受限制。这是在获得例如人类的腿或膝盖的CBCT图像预测中遇到的障碍。膝盖周围不是所有的成像位置都可进入；患者的自身解剖结构通常可防止辐射源和图像检测器被定位在扫描外周的一部分的上方。

为了说明膝盖的CBCT成像中所面临的问题，图1的俯视图示出在对作为对象20的患者的右膝盖R成像时的辐射源22和检测器24的圆形扫描路径。辐射源22和检测器24的各个位置以虚线形式示出。源22(放置在与膝盖相隔一段距离处)可被定位在约200度的圆弧上方的不同点处；因为任何较大圆弧，成对的肢体(左膝盖L)会挡路。检测器24(小于源22且通常放置在非常靠近对象20的位置处)可被定位在患者的右膝盖和左膝盖之间且由此能够定位在整个圆形轨道上方。

源和检测器的完全360度轨道不需要进行常规CBCT成像；相反，可在例如仅超过锥形束本身的角度达180度的轨道扫描范围内获得用于图像重构的足够信息。然而，在一些情况下，可能难以获得用于对膝盖或其它关节成像的远远超过约180度旋转和其它应用。此外，可存在以下诊断情况：其中在一定角度范围内获得投影图像具有优点，但是患者的解剖结构阻挡源、检测器，或两者在该范围内成像。用于在这些条件下获得肢体的图像而提出的一些建议的解决方案需要患者承受难受或不舒适的位置。在成像时，肢体的位置不代表四肢或其它肢体如何在移动中或负重条件下服务患者。这可有助于例如检查在患者施加到膝或踝关节上的正常体重负重以及在放松位置的该关节的状况。但是，如果患者需要承受通常不是在典型移动或姿势时遇到的位置，那么有可能在关节上存在过度应力，或不足应力，或取向不良的应力或张力。膝或踝关节(在一些人为施加的负重下且在站立时不会采取的角度下)可能不会完全像其在站立位置承载患者的体重时那样来行为。这些条件下的肢体的图像可能无法准确地表示肢体或关节如何被使用且可能无法为评估和治疗计划提供足够信息。

用于肢体成像的常规解决方案的还有其它困难，其涉及差图像质量。对于图像质量，CBCT序列需要检测器被定位为靠近对象且锥形束辐射的源处于与对象相隔足够的距离处。这提供了最好图像且降低了图像截断和随之而来的数据丢失。将对象的中间定位在检测器和源之间，如一些常规系统所做的那样，不仅显著地损害了图像质量，而且还使患者太靠近辐射源，使得辐射水平高很多。

CBCT成像代表也影响采用在角度范围内沿沿轨道运行肢体的辐射源和检测器的其它类型的体积成像的一些挑战。存在可用于获得用于扫描的肢体的深度信息的各个断层成像模式。

总之，用于肢体成像，特别用于成像成对的肢体，需要许多改进，其中包括以下：

(i)辐射源和检测器相对于成像的对象的改进放置以在整个扫描序列提供可接受的辐射水平和图像质量，其中具有用于检查有利条件下的肢体的至少粗自动设置的能力；

(ii)相对于源和检测器的转动轴在不同高度成像的系统灵活性，包括允许患者舒适地站立或坐下(诸如例如一只脚在较高位置)成像的灵活性；

(iii)调整转动轴的角度以适应患者定位要求的能力；

(iv)改进患者进入，使得患者不需要扭曲、扭动或过分加压可能已经受伤的肢体或关节以便提供这些身体部位的图像；