專利名稱：X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)用成像的設(shè)備和方法。本發(fā)明尤其涉及醫(yī)用X射線成像系統(tǒng)，例如X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描器，其包括一個(gè)被檢測物限制裝置及其操作方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)是一種為揭示人體內(nèi)部器官和組織橫截面，用來幫助醫(yī)用診斷、檢查、手術(shù)等而開發(fā)的現(xiàn)代無擴(kuò)散技術(shù)?；旧现v，一束X射線束穿過某位置處的一個(gè)被檢測成像物，例如人體。部分X射線束被被檢測成像物的組織衰減，剩余的X射線束透過被檢測物，投射到探測器上。探測器測量透過被檢測成像物的射線束的強(qiáng)度。然后探測器把對應(yīng)于此X射線的電子信號發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算和存儲射線束的強(qiáng)度，目的是重構(gòu)被檢測物的圖像。
X射線束在一個(gè)平面里旋轉(zhuǎn)到一個(gè)不同的角度位置，并進(jìn)行類似的測量和記錄，用來測量被檢測物不同的部位。這個(gè)過程延續(xù)360度，此時(shí)，計(jì)算機(jī)利用記錄的聯(lián)合測量重構(gòu)被檢測成像物的一個(gè)橫截面層片的二維圖像。然后，X射線束通過移動受驗(yàn)者和重復(fù)此過程生成被檢測物的一個(gè)新橫截面層片的另一幅圖像來橫向移動。通過獲得若干此類的橫向空間層片，將它們一個(gè)疊加在另一個(gè)上，被檢測物的某部分的三維成像可以由計(jì)算機(jī)構(gòu)造。
最早的計(jì)算機(jī)軸向斷層掃描技術(shù)使用一種具有單一探測器的筆形射線束。該束和探測器同時(shí)旋轉(zhuǎn)，然后直線轉(zhuǎn)變成被檢測物的適當(dāng)?shù)膾呙?。為了減少掃描時(shí)間，一個(gè)扇形束取代了筆形束，并且排列在一個(gè)弧上的多個(gè)探測器也被采用，取代了采用單一探測器。隨后，開發(fā)出不同的探測器陣列和探測器—射線束移動，用于提高掃描過程的速度。
更新的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的發(fā)展使用一種可以產(chǎn)生錐形X射線束的射線源，取代了扇形射線束，而且一個(gè)二維探測器陣列取代了探測器的直線型陣列。此構(gòu)造允許同時(shí)進(jìn)行多個(gè)層片的掃描。在授予麥克科洛斯基(McCroskey)等人的美國專利5,023,895中揭示的相關(guān)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中，在計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)里使用錐形射線束通過旋轉(zhuǎn)一個(gè)放置物體的轉(zhuǎn)盤進(jìn)一步改進(jìn)。
這些系統(tǒng)中都未提供一個(gè)用于掃描人體內(nèi)部器官的簡單、便宜的設(shè)備。而且，這些系統(tǒng)都未提供一個(gè)掃描過程中限制人體移動的滿意的裝置。
本發(fā)明提供一種相對便宜緊湊的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)和一種使用該系統(tǒng)的方法，在檢測時(shí)快速精確地生成受檢者身體截面的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改良的醫(yī)用計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它能夠快速生成精確的醫(yī)用被檢測物的圖像。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改良的醫(yī)用計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它能夠便宜地生成精確的醫(yī)用被檢測物的圖像。
另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種改良的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它能夠生成醫(yī)用被檢測物的精確圖像，卻不造成被檢測物的不必要的不適。
另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種改良的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它能夠生成醫(yī)用被檢測物的精確圖像，不必對X射線源和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)里的探測器做大量復(fù)雜的校準(zhǔn)。
還有另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種改良的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它能夠生成醫(yī)用被檢測物的精確圖像，和現(xiàn)存系統(tǒng)相比只要較簡易的設(shè)備和操作。
簡要地說，首選的具體實(shí)施例包括一個(gè)射線源、一個(gè)探測器陣列、一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)、一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的裝置、一個(gè)限制裝置、以及一個(gè)成像裝置。射線源將一個(gè)大致錐形的X射線輻射束投射到一個(gè)被檢測物上，結(jié)果部分束透過被檢測物投射到探測器陣列上。支撐結(jié)構(gòu)支撐被檢測物，并使被檢測物沿著和X射線束垂直并相交的軸旋轉(zhuǎn)，使得X射線束通過支撐單元旋轉(zhuǎn)不間斷地投射在被檢測物上。限制裝置加在支撐結(jié)構(gòu)上，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，防止被檢測物不必要的移動。探測器陣列探測透過被檢測物的X射線束，并且作用產(chǎn)生對應(yīng)于透過被檢測物的射線束的電子信號。成像裝置從探測器陣列中的一個(gè)探測器接收到電子信號，并且作用產(chǎn)生一個(gè)圖像，該圖象對應(yīng)于此電子信號。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它設(shè)計(jì)簡單，比其它醫(yī)用計(jì)算機(jī)斷層掃描器需要的配備更少，因此需要的維護(hù)更少。本發(fā)明的系統(tǒng)既不需要用來旋轉(zhuǎn)探測器和X射線源的龐大、昂貴的設(shè)備，也不需要通過斷層掃描器送入受驗(yàn)者。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明在一次旋轉(zhuǎn)中掃描被檢測物，然而由于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要若干次旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樗鼈兪褂蒙刃蝀射線束，和錐形X射線束正好相反。通過使用錐形X射線束，本發(fā)明不需要通過掃描系統(tǒng)送入被檢測物。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于低成本。系統(tǒng)不需要用于移動探測器和X射線源所必需的昂貴裝置，也不需要如旋轉(zhuǎn)X射線源和探測器的系統(tǒng)所需的那么多的校準(zhǔn)。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于簡化校準(zhǔn)過程，用于補(bǔ)償射線源和探測器的移動產(chǎn)生的變化所需的校準(zhǔn)成像。本發(fā)明不需要復(fù)雜的校準(zhǔn)過程，所以它很可能比現(xiàn)有校準(zhǔn)系統(tǒng)生成更清晰的圖像。而且，其發(fā)明也變得更可靠，因?yàn)樗氖Р考?，而且操作更簡便，降低了錯(cuò)誤的可能，因此，所需的維護(hù)更少。
通過本發(fā)明的附圖和下列對最佳具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)會更明晰。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概括簡圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的，描述了涉及X射線束和探測器的旋轉(zhuǎn)被檢測物的掃描系統(tǒng)的頂視概括圖解；圖3a表示本發(fā)明的首選實(shí)施例的光圈的一個(gè)典型具體實(shí)施例；圖3b表示從圖3a的線A-A平面的所視的光圈；圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，描述X射線束，其穿過一個(gè)被檢測掃描物并在探測器上面投影的示意圖；圖5描述本發(fā)明權(quán)利要求的一種支撐結(jié)構(gòu)和氣囊限制裝置的構(gòu)造；圖6描述本發(fā)明的具體實(shí)施例中權(quán)利所要求的涉及支撐結(jié)構(gòu)的頭部限制的構(gòu)造；圖7描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中權(quán)利所要求的一種涉及支撐結(jié)構(gòu)的射線源支撐裝置和探測器支撐裝置的構(gòu)造；圖8是描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中產(chǎn)生圖像的工作流程的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的X射線成像系統(tǒng)是一個(gè)用于人體或者動物體的內(nèi)部器官成像的X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)。圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，描述一個(gè)用于被檢測物30的內(nèi)部器官成像的X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)20的結(jié)構(gòu)簡圖。被檢測物30可以包括人體和動物體的器官。計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)20包括一個(gè)射線源22，用來投射一個(gè)大致呈錐形X射線束28。
射線源22是在現(xiàn)有技術(shù)里已知的一類醫(yī)用X射線成像的射線源。定位射線源22，使得從射線源22投射的射線束28沿一個(gè)路徑投射到被檢測物30上。
在首選實(shí)施例中，射線源22由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40控制，使得在有必要成像時(shí)，射線源22只投射射線束28。這樣做避免被檢測物30在有害輻射下的不必要的暴露。
X射線束28傳播并投影在被檢測物30上所經(jīng)過的路徑穿過一個(gè)光圈24，此光圈安放在射線源22前面，在射線源22和被檢測物30之間。光圈24通過阻擋射線束28中一部分沒有必要用于被檢測物30成像的射線束來定位并限制X射線束28。光圈24能夠控制束28的尺寸，也能控制束28投射到被檢測物的部位。通過將射線束28的尺寸減小至被檢測物30成像所需的最小尺寸，使得光圈24減小投射到被檢測物30上的輻射量，因此使得被檢測物30在有害輻射下的暴露最小化。
在首選實(shí)施例中，X射線束28在穿過限制X射線束28的光圈24后投射到被檢測物30上。安裝在射線源22上的一個(gè)激光目標(biāo)設(shè)備(未示出)用來確定X射線束28的準(zhǔn)確的路徑。具有足夠強(qiáng)度的X射線束透過被檢測物30，投影到閃爍器34上。在首選實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40控制束28的強(qiáng)度，以至于它足夠穿透被檢測物30。換句話講，束28可以預(yù)先調(diào)整到一個(gè)所需的強(qiáng)度。用在醫(yī)用成像的這類強(qiáng)度在現(xiàn)有技術(shù)中都已熟知。
閃爍器34定位在光電二極管38陣列前面，光電二極管38陣列和被檢測物30之間，使得X射線束28和閃爍器34相交。定位閃爍器34，使得X射線束28的路徑大致垂直閃爍器34的平面。閃爍器34是涂上一層閃爍晶體材料的一片玻璃的矩形實(shí)心板。適用的閃爍晶體可以是涂上鉈的碘化銫。閃爍器34把X射線的輻射能量轉(zhuǎn)變成光能84。這一技術(shù)也在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)很明確。
在首選實(shí)施例中，光能84傳送到一個(gè)光電傳感器或者一個(gè)探測器(未示出)，例如一個(gè)高分辨率的透鏡系統(tǒng)和一個(gè)電荷耦合裝置(CCD)。光能84被高分辨率透鏡系統(tǒng)聚焦到CCD上。CCD具有若干小光敏場，該光敏場可以在光能84通過高分辨率透鏡系統(tǒng)之后吸收它。CCD生成電子信號58，該信號對應(yīng)于由它探測的光能84。一個(gè)不透明的外殼覆蓋除了和閃爍器34鄰近表面以外的CCD相機(jī)38的每一個(gè)表面，以防止外界光在CCD相機(jī)38中產(chǎn)生假像。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過分析碰撞在CCD的每一個(gè)光敏場上光能的量來分析電子信號58，生成被檢測物30的一張影像圖。在和閃爍器34相交之前，束28透過的被檢測物的組織越多，閃爍器34轉(zhuǎn)換的光能越少，并且碰撞在CCD的特定光敏場上的光越少。X射線束28透過的組織密度對碰撞到CCD的特定光敏場的光能具有相同的影響。X射線束28透過的組織密度越大，到達(dá)CCD的光能越小。計(jì)算機(jī)為以后的操作存儲這個(gè)影像圖。
支撐結(jié)構(gòu)26以步進(jìn)增量繞一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)26的垂直軸旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過控制電纜56來控制，使得在以每一增量旋轉(zhuǎn)之后，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一張影像圖?？梢陨勺銐蚨嗟挠跋駡D用來繪制被檢測物30的圖像。
在旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐結(jié)構(gòu)26支撐被檢測物30，使得被檢測物30保持在X射線束28的路徑上。
氣囊限制裝置32用一個(gè)或多個(gè)鉸鏈42加在支撐結(jié)構(gòu)26上，使得氣囊限制裝置32能夠繞鉸鏈端旋轉(zhuǎn)，用來把被檢測物的一部分圍繞在支撐結(jié)構(gòu)26內(nèi)。氣囊限制裝置32在和它鉸鏈端相反的一端有一個(gè)插銷46，它在限制裝置32把被檢測物30圍繞住之后，把被檢測物30固定到支撐結(jié)構(gòu)26上。氣囊限制裝置32在支撐結(jié)構(gòu)26的旋轉(zhuǎn)76時(shí)限制被檢測物30不必要的移動。在掃描時(shí)，由于被檢測物幾何尺寸從一個(gè)位置或角度改變到另一個(gè)位置或角度造成的被檢測物30的移動會降低圖像質(zhì)量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過從旋轉(zhuǎn)每一個(gè)角增量得到的影像圖編譯數(shù)據(jù)生成斷層掃描圖像。如果被檢測物30的幾何尺寸在影像圖之間有顯著變化，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40將無法生成精確的斷層掃描圖像。通過在掃描過程中限制被檢測物30，氣囊限制裝置32增加了成像的精確性。在可替換實(shí)施例中，另外一個(gè)限制裝置，例如可用一個(gè)皮帶來替換氣囊。
轉(zhuǎn)臺36包括一個(gè)電動馬達(dá)，它可以沿垂直軸旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)26。這個(gè)馬達(dá)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過控制電纜56來控制。在捕捉到每一張影像圖之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過控制電纜56把信號發(fā)送到轉(zhuǎn)臺36，使馬達(dá)提前以另一個(gè)增量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺36和患者支撐結(jié)構(gòu)26。這個(gè)過程不間斷到全部圖像捕捉過程結(jié)束。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40控制射線源22產(chǎn)生的X射線束28的投影定時(shí)。在可替換的實(shí)施例中，光圈24能手動調(diào)整。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40使用光電二極管38的陣列產(chǎn)生的電子信號58來生成圖像。隨后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40在數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(未示出)中存儲數(shù)據(jù)，例如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)磁硬盤驅(qū)動器或半導(dǎo)體存儲器。然后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過向轉(zhuǎn)臺36中的馬達(dá)發(fā)送電子脈沖來旋轉(zhuǎn)被檢測物30，投射另一束X射線28，并生成另一個(gè)圖像。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40不間斷這一過程，直到存儲足夠多的影像圖，通過背景放映法生成一個(gè)完整的斷層掃描圖像。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過一個(gè)背景放映重建圖像的過程，使用所有存儲的圖像生成一個(gè)斷層掃描圖像。背景平面圖像重建的過程在現(xiàn)有技術(shù)中已熟知。在本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中，醫(yī)用X射線斷層背景平面投影成像術(shù)的不同之處在于和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以有效地在同時(shí)掃描多個(gè)層片?，F(xiàn)有技術(shù)的醫(yī)用設(shè)備使用一個(gè)具有直線探測器陣列的扇形X射線束，而本發(fā)明使用一種具有一個(gè)二維探測器陣列38的錐形束28。本發(fā)明掃描的每一行93(如圖4)等價(jià)于傳統(tǒng)過程中獲取的一片層片。本發(fā)明中這種安排允許它在一次旋轉(zhuǎn)中掃描一個(gè)被檢測物30，替代現(xiàn)有技術(shù)所需的多次旋轉(zhuǎn)以及經(jīng)掃描設(shè)備送入病人。本發(fā)明使用一種背景放映法，類似于美國專利號5,023,895中所述，在這里作參考。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40存儲一個(gè)帶有校準(zhǔn)單元的圖像替換被檢測物30，無須旋轉(zhuǎn)被檢測物，為掃描系統(tǒng)做校準(zhǔn)。然后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40用存儲的圖像來校正在每一個(gè)旋轉(zhuǎn)增量所獲取的校準(zhǔn)單元的每一個(gè)圖像。該校正包括從帶有被檢測物30的每次旋轉(zhuǎn)中獲取的每個(gè)圖像之中除去沒有被檢測物30的每一次旋轉(zhuǎn)增量時(shí)所獲取圖像中的異常圖像。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40以電子數(shù)據(jù)信號78的形式向顯示器44傳送斷層掃描圖像。顯示器44是計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和/或打印機(jī)。顯示器輸出能進(jìn)一步以二維層片圖像或三維圖像的形式處理。
圖2描述一個(gè)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例，其中一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)用來掃描被檢測物30。在這個(gè)可替換的實(shí)施例中，射線源22通過定位在源22和光圈24之間的第一塊過濾板19投射X射線束28。第一塊過濾板中的第一個(gè)過濾器通過吸收X射線束的低能量部分降低了X射線的能量級。第一塊過濾板19進(jìn)一步用對應(yīng)于X射線束28的預(yù)確定的能量分布的厚度變化，使X射線束能量分布?xì)w一化。截取X射線束28更高的能量部分的第一塊過濾板19的區(qū)域具有更大的厚度來吸收更多的能量，使得傳送通過第一塊過濾板19的X射線束28在穿過它的投影區(qū)域時(shí)具有更均勻的能量分布。第一塊過濾板19也能夠在光圈24和被檢測物30之間定位。在通過第一塊過濾板19之后，X射線束28由光圈24聚焦到被檢測物30上。X射線束28被投射，使得一部分束28被被檢測物30的組織吸收，一部分束28穿過被檢測物30，碰撞在第二塊過濾板21，它通過吸收X射線束低能量部分來降低散射的影響。第二塊過濾板21安裝在閃爍器34前面，閃爍器34和被檢測物30之間，并和X射線束28的路徑相垂直。
在穿過第二塊過濾板21之后，X射線束28碰撞在閃爍器34上。閃爍器34把X射線束28轉(zhuǎn)變成可視光束84，然后通過一個(gè)透鏡48將此可視光束84投射到光敏陣列50上，例如前面所述的數(shù)碼相機(jī)的CCD。然后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40處理由數(shù)碼相機(jī)記錄的圖像，就好像它們是圖1所示的首選實(shí)施例的電子信號58。光學(xué)系統(tǒng)由三個(gè)基本部件組成，它們可以是各式各樣的系統(tǒng)閃爍器34把X射線轉(zhuǎn)變成可視圖像；一個(gè)光學(xué)傳遞裝置(通常一個(gè)透鏡和鏡子，或者一個(gè)光纖耦合器)48，它以盡可能低的信息損失把圖像傳遞到一個(gè)記錄設(shè)備；光敏陣列50(通常一個(gè)數(shù)碼相機(jī)的CCD)。
圖3a表示本發(fā)明的首選實(shí)施例的光圈24的一個(gè)典型具體實(shí)施例。射線源22通過一個(gè)光圈24投射X射線束28。
圖3b表示從圖3a的線A-A平面的所視的光圈24。光圈24包括第一塊板52和第二塊板54，它們不透射輻射。這類板常采用鉛或者其它密致材料。第一塊板52和第二塊板54相交，使得它們形成一個(gè)開口60，X射線束28在碰撞到被檢測物30之前，通過此開口。X射線束28的形狀因而由第一塊板52和第二塊板54相交的形狀來限定。為了X射線束在尺寸和聚焦上改變起來更方便，在第一塊板52和第二塊板54上加上一個(gè)定位裝置。無論第一塊板52還是第二塊板54都能夠水平和垂直方向調(diào)整，用以限定開口60的尺寸和位置。
圖4根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型具體實(shí)施例，其說明穿過一個(gè)掃描被檢測物30(圖1和2)投射到光敏陣列50上的X射線束28的投影(圖1和2)。被檢測物30整個(gè)旋轉(zhuǎn)所占用的面積為所示的實(shí)體85。X射線束28有一個(gè)周緣外形82，它只是X射線束28的投影區(qū)域的邊界。X射線束28的周緣外形82表示它投射過被檢測物30所占用的體積85，并且碰撞光敏陣列50。X射線束28的周緣外形82可同時(shí)有效地?fù)糁泄饷絷嚵?0的若干行93和列95。
圖5表示本發(fā)明的首選實(shí)施例的患者支撐結(jié)構(gòu)26?；颊咧谓Y(jié)構(gòu)26由透射X射線輻射的材料制成。這種材料包括低密度塑料結(jié)構(gòu)或者其它低密度材料?；颊咧谓Y(jié)構(gòu)26具有半圓柱形，高度大約5英尺(1.524米)。
患者支撐結(jié)構(gòu)26的內(nèi)表面是被檢測物30的背部倚靠，它制成和被檢測物30的背部形狀相符合的形狀，使得旋轉(zhuǎn)時(shí)，把被檢測物30壓在患者支撐結(jié)構(gòu)26的背上，限制被檢測物不必要的移動。
患者支撐結(jié)構(gòu)26的內(nèi)表面加上透射X射線輻射的材料的襯墊，使得掃描過程中，被檢測物30很舒服地被支撐。這種材料包括低密度泡沫聚合體，例如氯丁橡膠或者泡沫膠。
一個(gè)可推卸、可調(diào)整的座椅62通過插入患者支撐結(jié)構(gòu)26里的開槽，加在患者支撐結(jié)構(gòu)26?；颊咧谓Y(jié)構(gòu)26包含幾個(gè)在不同高度上的開槽，以適應(yīng)在不同高度成像。開槽是半圓形的，其水平地處于患者支撐結(jié)構(gòu)26的內(nèi)表面。開槽比座椅62的邊緣稍微厚一些，使得座椅62不用過多的外力就能夠插入，并當(dāng)被檢測物30作上時(shí)，仍保持在通常的位置。為了舒適，座椅62加上襯墊。
氣囊限制裝置32由外杯60和內(nèi)氣囊88組成。杯60由透射X射線輻射的材料組成。杯60是半圓柱形形狀，通過若干鉸鏈42在杯60的一邊鉸接到患者支撐結(jié)構(gòu)26。鉸鏈42允許杯60繞鉸鏈42旋轉(zhuǎn)，使得和杯60的鉸接一邊相反的一邊和患者支撐結(jié)構(gòu)26相接觸，兩者形成一個(gè)封閉圓。和杯60的鉸接42一邊相反的另一邊能夠用插銷46固定在患者支撐結(jié)構(gòu)26上。鉸鏈42和插銷46都可以加在患者支撐結(jié)構(gòu)26的不同高度上，因此使其能夠限制不同的垂直位置。
氣囊88加在患者支撐結(jié)構(gòu)26的內(nèi)表面，使得當(dāng)杯60圍繞被檢測物30時(shí)，氣囊88位于被檢測物30和杯60之間。氣囊88由一個(gè)透射X射線輻射的材料制成，這類低密度塑料諸如聚亞胺酯或尼龍。其它的低密材料諸如膠乳或氯丁橡膠也適用。
當(dāng)成像正要開始時(shí)，氣囊88充氣，并達(dá)到旋轉(zhuǎn)時(shí)限制被檢測物30不必要的移動所足夠的壓力。任何可以大體上流體性的物質(zhì)都適合氣囊88的填充，空氣是最安全最經(jīng)濟(jì)的。
在可替換的實(shí)施例中，氣囊88可以由另一個(gè)限制裝置替換，例如一個(gè)皮帶，帶子，或緊固件。
患者支撐結(jié)構(gòu)26安在轉(zhuǎn)臺36上，它可由任何剛性材料制成。轉(zhuǎn)臺36包括一個(gè)電動馬達(dá)(步進(jìn)馬達(dá)、伺服馬達(dá)、或直流電動機(jī))，用來相對轉(zhuǎn)臺36的中心把患者支撐結(jié)構(gòu)26旋轉(zhuǎn)到一個(gè)精確的預(yù)置位置。電動馬達(dá)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40通過控制電纜56(圖1)控制。患者支撐結(jié)構(gòu)26加在轉(zhuǎn)臺36上，使得兩者形成一個(gè)單元。
圖6表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中包括的一個(gè)頭部支撐結(jié)構(gòu)78，其用緊固件加在支撐結(jié)構(gòu)26上，使得它能很容易地被拆除。頭部支撐結(jié)構(gòu)78由一個(gè)透射X射線輻射的材料制成，例如低密度塑料或者是布。頭部支撐結(jié)構(gòu)78在患者支撐結(jié)構(gòu)26上延伸，如圖6所示。
頭部支撐結(jié)構(gòu)78的頂部形成一個(gè)半圓柱形殼體，并具有與患者支撐結(jié)構(gòu)26相同的功能。頭部支撐結(jié)構(gòu)78的頂部加上襯墊，和患者支撐結(jié)構(gòu)26類似，當(dāng)壓在頭部支撐結(jié)構(gòu)78上時(shí)，限制被檢測物的頭部不必要的移動。
帶子92把被檢測物30的前額固定在頭部支撐結(jié)構(gòu)78上，在旋轉(zhuǎn)和掃描過程中，限制被檢測物的頭部不必要的移動。
另外，可以采用和氣囊限制裝置32具有類似操作的設(shè)備，用來把被檢測物30的頭部固定在頭部支撐結(jié)構(gòu)78。應(yīng)該配備此類設(shè)備，使得所述的氣囊不會過度壓迫面部軟組織。
圖7表示本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，其為掃描不同高度位置使用高度調(diào)整。射線源22安在射線源支撐裝置67上。射線源支撐裝置67包括兩個(gè)圓柱形軌道66和68，射線源22在軌道上能夠在垂直方向72移動。
一個(gè)手動或自動設(shè)備用來操作升降射線源22，第二個(gè)此類設(shè)備用來操作升降探測器陣列50。此類升降設(shè)備能從很多商用來源獲得。射線源支撐裝置67使用一個(gè)裝置，把X射線源支撐在軌道上用來掃描的適當(dāng)?shù)母叨任恢谩?br> 探測器陣列50安在探測器支撐裝置74上。探測器支撐裝置74，除了探測器陣列50代替射線源22鎖定在位置上之外，其功用類似于射線源支撐裝置67。一個(gè)升降設(shè)備也用來在垂直方向70移動閃爍器34。探測器支撐裝置74的高度位置精確地對應(yīng)射線源支撐裝置67的高度位置，使得放射源22相對于探測器陣列50保持固定。這個(gè)結(jié)構(gòu)減少了傳統(tǒng)斷層掃描系統(tǒng)中復(fù)原射線源22引入的不必要的非自然信號的校準(zhǔn)量。
自動校準(zhǔn)通過把X射線源22和探測器陣列50之間的關(guān)系固定為常量來進(jìn)行。一個(gè)安在射線源22的激光目標(biāo)設(shè)備(未示出)用來排列探測器陣列50。X射線能量的分布在陣列50的不同探測器之間被預(yù)確定和歸一化。另外，在陣列50里的探測器之間的探測器靈敏度也能夠被預(yù)確定和歸一化。由于射線源22和光敏陣列50的相對位置，每一個(gè)生成的影像圖用預(yù)確定的校準(zhǔn)圖像來校正解決異常圖像。
圖8所示的結(jié)構(gòu)圖，表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的生成圖像的工作流程。電子信號58由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40作為圖像數(shù)據(jù)94準(zhǔn)備，圖像數(shù)據(jù)94表征在每一行93、列95以及旋轉(zhuǎn)91角增量(如圖4)的X射線束28的強(qiáng)度。圖像數(shù)據(jù)94通過和預(yù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)106比較進(jìn)行校準(zhǔn)96，通過將其和預(yù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)106作比較，補(bǔ)償異常的測量。預(yù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)106是在被檢測物30采用之前測量的強(qiáng)度。這個(gè)數(shù)據(jù)106和圖像數(shù)據(jù)94作比較，補(bǔ)償X射線束28里的不均勻能量分布。然后，電子存儲校正的圖像數(shù)據(jù)94。
在所有必要的校正圖像數(shù)據(jù)94存儲之后，編譯數(shù)據(jù)94聯(lián)合和支配背景放映102，產(chǎn)生斷層掃描圖像。背景放映102是一種構(gòu)造斷層掃描圖像的確定方法。然后，斷層掃描圖像經(jīng)過陣列到像素轉(zhuǎn)換110，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成像素圖像，它既可以用二維也可以用三維物體描繪斷層掃描圖像。然后，像素圖像在顯示器112上顯示，例如彩色計(jì)算機(jī)顯示器或陰極射線管。
盡管本發(fā)明已經(jīng)按照特定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是預(yù)計(jì)針對它的改進(jìn)和修改對那些現(xiàn)有技術(shù)中的專家無疑將變得顯而易見。因此，以下的權(quán)利要求旨在能夠解釋為覆蓋所有的屬于本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)的改進(jìn)和修改。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，包括一個(gè)射線源，其沿著一個(gè)路徑向被檢測物投射一個(gè)大致呈錐形的X射線束，使得至少上述束的一部分透過上述被檢測物；一個(gè)探測器陣列，其探測透過被檢測物的那部分射線束，并且作用產(chǎn)生電子信號，該電子信號對應(yīng)于透過被檢測物并投射到上述探測器陣列的射線束；一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，其用于支撐被檢測物并且繞一個(gè)與射線束路徑相交并大致垂直的軸旋轉(zhuǎn)上述被檢測物，在其內(nèi)，上述被檢測物受到限制，使得被檢測物保持在上述束的路徑中；一個(gè)加在支撐結(jié)構(gòu)上的氣囊限制裝置，用于把被檢測物支撐在其位置上；以及一個(gè)成像裝置，用來產(chǎn)生一個(gè)圖像，該圖象對應(yīng)于探測器產(chǎn)生的電子信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它還包括一個(gè)光圈，其通過控制射線束的周緣外形來限制投射到被檢測物的不必要的輻射量，上述光圈位于射線束的路徑上，介于射線源和被檢測物之間，因此使射線束能夠只在被檢測物要成像的部位照射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，它還包括一個(gè)能量過濾器，用于降低低能量輻射和X射線束的二階效應(yīng)，上述能量過濾器位于X射線束的路徑中，介于射線源和探測器之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的能量過濾器進(jìn)一步包括一個(gè)用于歸一化X射線束強(qiáng)度的過濾板，上述過濾板具有一個(gè)變化的厚度，相應(yīng)于和上述過濾板的每一部分相交的X射線束的強(qiáng)度，因此造成X射線束的強(qiáng)度在穿過它的投影區(qū)域近乎均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的光圈進(jìn)一步包括若干板，每一塊板不透射輻射，還包括一個(gè)定位系統(tǒng)，通過定位板控制射線束的周緣外形，限制射線束的周緣，上述板以此方式相交，形成一個(gè)開口，通過該開口限制射線束的投射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的氣囊限制裝置進(jìn)一步包括一個(gè)固定裝置，用于在被檢測物周圍固定氣囊限制裝置，使得被檢測物旋轉(zhuǎn)時(shí)被固定在支撐結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的氣囊限制裝置進(jìn)一步包括一個(gè)充氣裝置，能夠給氣囊充入足夠的氣壓，以保持旋轉(zhuǎn)時(shí)被檢測物靠在支撐結(jié)構(gòu)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的被檢測物包括頭部，并且氣囊限制裝置進(jìn)一步包括一個(gè)頭部限制，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，用來限制被檢測成像物的頭部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的頭部限制進(jìn)一步包括一個(gè)加在支撐結(jié)構(gòu)上的頭部支撐，用來支撐被檢測成像物的頭部；加在上述頭部支撐的氣囊，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，用來保持被檢測物的頭部靠在頭部支撐上，上述氣囊至少包裹頭部的一部分，從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)小心地保持被檢測物的頭部靠在頭部支撐。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的頭部限制進(jìn)一步包括一個(gè)充氣裝置，用來給氣囊充入足夠的氣壓，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，限制被檢測物的頭部靠在頭部支撐上，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)小心地限制被檢測成像物的頭部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)座椅，在旋轉(zhuǎn)時(shí)被檢測物坐在其上，座椅可拆卸，使被檢測成像物在旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠站立。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的探測器進(jìn)一步包括一個(gè)二維的閃爍器，用來生成一束光束，該光束對應(yīng)于透過被檢測物并投射到上述閃爍器的那部分X射線束；以及感光設(shè)備的一個(gè)二維陣列，用來生成對應(yīng)于上述光束的電子信號，上述陣列被定位，用于截取由閃爍器產(chǎn)生的光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的探測器進(jìn)一步包括一個(gè)光學(xué)裝置，用于將閃爍器產(chǎn)生的光束聚焦在感光設(shè)備上，上述的光學(xué)裝置被定位，使其和閃爍器產(chǎn)生的光束相交，并且把光束聚焦到感光設(shè)備陣列上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的探測器進(jìn)一步包括X射線的一個(gè)二維陣列，用來生成電子信號，該信號對應(yīng)于透過被檢測物并投射到上述X射線探測器陣列的那部分X射線束。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一個(gè)射線源支撐結(jié)構(gòu)，用來在幾個(gè)高度位置之一的位置上支撐射線源，上述射線源支撐結(jié)構(gòu)把上述射線源剛性保持在上述高度位置之一的位置上；以及一個(gè)探測器支撐裝置，用來在對應(yīng)于射線源支撐結(jié)構(gòu)的幾個(gè)高度位置之一的某一位置上支撐探測器，上述探測器支撐裝置把探測器剛性保持在上述高度位置之一的某一位置上，因此使其可以在不同高度上成像，并且射線源和探測器相互之間保持相對固定。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的醫(yī)用成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)自動校準(zhǔn)裝置，通過固定射線源相對探測器的位置，歸一化X射線束能量分布，并且調(diào)整由成像裝置生成的圖像，以補(bǔ)償X射線束的強(qiáng)度變化和探測器的靈敏度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，其中的成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)三維成像設(shè)備，用來生成三維圖像，該三維圖象對應(yīng)于由探測器生成的電子信號。
18.生成圖像的方法，包括使用氣囊限制裝置來限制被檢測物相對支撐結(jié)構(gòu)的不必要的移動；旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)；以及沿著和上述支撐結(jié)構(gòu)的軸相交并大致垂直的路徑，投射一個(gè)大致呈錐形X射線束到上述被檢測物，使得一部分X射線束透過被檢測物并投射到探測器上；測量投射到上述探測器上的那部分X射線束；生成一個(gè)圖像，該圖象對應(yīng)于透過被檢測物并且投射到探測器上的X射線束的測定。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括通過控制投射到上述被檢測物的X射線束的周緣外形，減少被檢測成像物對于不必要的輻射的曝光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中控制X射線束的周緣外形進(jìn)一步包括提供若干塊板，它們不透射輻射；并且在射線源和被檢測物之間直接定位上述板，由此形成一個(gè)開口，只有一部分X射線束能夠通過此開口并照射到被檢測物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中限制被檢測物進(jìn)一步包括給氣囊限制裝置充氣，使得保持被檢測物靠在支撐結(jié)構(gòu)上，以防止當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)不必要的移動，因此，在旋轉(zhuǎn)時(shí)小心地限制被檢測物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中的被檢測成像物包括頭部，進(jìn)而其中的限制被檢測成像物進(jìn)一步包括限制被檢測成像物的頭部。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中的限制被檢測成像物的頭部進(jìn)一步包括提供一個(gè)加在支撐結(jié)構(gòu)的頭部支撐，在旋轉(zhuǎn)時(shí)支撐被檢測物的頭部；把被檢測成像物的頭部靠在支撐結(jié)構(gòu)上；在頭部支撐上固定一個(gè)氣囊，使得氣囊至少圍繞頭部的一部分靠在頭部支撐上；以及給氣囊充氣，使得被檢測物旋轉(zhuǎn)時(shí)其頭部受限制，以防止不必要的移動，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)，輕輕地限制被檢測物的頭部。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，掃描一個(gè)被檢測成像物包括自動校準(zhǔn)，包括為一個(gè)三維X射線束提供一個(gè)射線源；為探測三維X射線束提供一個(gè)探測器陣列；固定射線源的位置；固定探測器陣列的位置；把一個(gè)三維X射線束從射線源投射到探測器陣列；用探測器陣列測量X射線束；計(jì)算穿過探測器陣列的測定的變化；以及歸一化探測器陣列的靈敏度，以補(bǔ)償穿過探測器陣列的測定的變化，因而使得射線束強(qiáng)度變化的影響和探測器成像靈敏度變化減到最小，而且減少了限制裝置的成像干涉。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中的生成一個(gè)圖像進(jìn)一步包括生成一個(gè)三維圖像，其對應(yīng)于透過被檢測物并投射到探測器上的X射線束的測定。
全文摘要
用于人體(30)內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像的X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)包括一個(gè)射線源(22)，它沿著一個(gè)路徑把一個(gè)大致呈錐形X射線束投射到被檢測物上，使得至少該射線束的一部分透過被檢測物，該系統(tǒng)還包括一個(gè)探測器陣列(34，38)，其可以探測透過被檢測物的那部分束，并且作用產(chǎn)生電子信號，該電子信號對應(yīng)于透過被檢測物并投射到該探測器陣列的射線束。這個(gè)系統(tǒng)也包括一個(gè)患者支撐結(jié)構(gòu)，用來支撐被檢測物和繞一個(gè)和射線束的路徑相交并且大致垂直的軸旋轉(zhuǎn)上述被檢測物，在其內(nèi)，被檢測物受到限制，使得被檢測物保持在射線束的路徑里，并且在其內(nèi)，一個(gè)氣囊限制裝置加在支撐結(jié)構(gòu)上，用于把被檢測物支撐在其位置上。
文檔編號A61B6/04GK1493176SQ02805481
公開日2004年4月28日 申請日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月19日
發(fā)明者鄭欽安 申請人:鄭欽安