專利名稱：定位x射線成像裝置的系統(tǒng)和方法及對應(yīng)x射線成像裝置的制作方法
定位X射線成像裝置的系統(tǒng)和方法及對應(yīng)X射線成像裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明通常涉及醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，以及尤其是用于醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的X射線裝置。
更具體地，本發(fā)明的主題通常涉及安裝在移動設(shè)備上的X射線成像裝置。
背景技術(shù)：
X射線裝置通常包括成像組件，該成像組件包括X射線管和在X射線發(fā)射的方向上與X射線管相反地放置的X射線探測器。通常將該管和探測器放置在臂的兩個相互相反的端上，以便可以容易地通過探測器探測到通過管發(fā)射的X射線。
這樣的裝置用于以診斷或介入治療為目的的血管造影檢查。
在這些檢查期間，需要產(chǎn)生X射線所照射的患者身體上的感興趣的區(qū)域的射線照片。為了這個目的，在患者已經(jīng)躺在檢查臺上之后，使得X射線管和探測器面向要進行射線照相的區(qū)域并以感興趣的區(qū)域周圍為中心。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知若干種用于產(chǎn)生射線照片的X射線裝置。
首先，已知X射線裝置固定在地面上，其中支撐X射線管和探測器的臂包括若干自由度，使得將X射線束安置到面向感興趣的區(qū)域成為可能。
然而這種類型的裝置具有較大缺陷，該缺陷和這樣的事實相關(guān)僅僅在介入治療的開始和結(jié)束時需要射線照相術(shù)。
其間，患者的進入應(yīng)當(dāng)優(yōu)先。然而，在不使用該裝置時不能將它從檢查臺移除，以至于，特別地在檢查臺上的患者的轉(zhuǎn)移和放置會由于該笨重的系統(tǒng)的存在而改變。
另外，可以將傳統(tǒng)的移動X射線成像系統(tǒng)安裝在車架(Carriage)上，該車架可以手動移動并且包含用于向X射線管供應(yīng)電力的一定數(shù)量的電池。
由于由X射線管輸送的必要功率不再足夠獲得令人滿意的圖像質(zhì)量和(特別是) 對比度，因此這種類型的裝置不適用于血管造影檢查。
而且，因為支撐管和探測器的臂的直徑不足夠大，所以這種類型的移動X射線裝置不允許復(fù)雜的角度形成。
類似地，這些移動X射線裝置達不到足夠的轉(zhuǎn)動速度以允許高質(zhì)量的三維圖像重建。最后，即使這樣的裝置的重量是設(shè)計用于血管造影術(shù)的X射線裝置的重量的一半，但是由于它的相對大的尺寸和它的重量(可以達到300kg)，它仍然很難移動。
另外，已知用于血管造影術(shù)的X射線裝置是懸掛于天花板并且例如在電動機的幫助下可以通過移動車架在導(dǎo)軌上移動。
這種類型的裝置也具有若干缺陷。
首先，許多系統(tǒng)已經(jīng)附加到檢查臺周圍的天花板上，因此已經(jīng)擾亂了患者周圍的空間，并導(dǎo)致難以裝配導(dǎo)軌。
其次，將X射線裝置安裝在天花板上顯著地增加了患者的機會性污染的風(fēng)險。特別是，由于清潔導(dǎo)軌的困難性，當(dāng)裝置在導(dǎo)軌中滑動時，微粒很可能落下并污染患者。
另外，在某些手術(shù)室中，在患者上方生成無菌層流。在這種情況下，該流很可能吹動導(dǎo)軌上存在的微粒，接著該微?？梢赃M入該層流并到達患者。
因此，需要一種移動成像系統(tǒng)，該移動成像系統(tǒng)能夠容易地并自動地在手術(shù)室中、 并尤其相對于檢查臺布置。
可參考文獻FR2945724，該文獻公開了一種安裝在自動移動設(shè)備上的X射線成像裝置，該自動移動設(shè)備能夠以獨立的方式或在可以由操作者操作的控制臺的控制下自動地移動。該X射線裝置配備有導(dǎo)航系統(tǒng)，該導(dǎo)航系統(tǒng)可以計算相對于預(yù)定軌道的用于成像裝置的軌道。
然而，需要確定X射線成像裝置的當(dāng)前位置來計算軌道，以及相對于預(yù)定軌道校正所算出的軌道。
也可以使用光學(xué)讀取器來確定當(dāng)前位置，該光學(xué)讀取器可操作地對表示它們在環(huán)境中的位置的二維坐標的條形碼進行讀取或解碼，以及對包含在條形碼中的信息進行解碼。
在另一實施例中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以與GPS或全球定位系統(tǒng)通信，可操作地計算X射線裝置的位置。
在又一示例中，導(dǎo)航系統(tǒng)可操作地使用激光束發(fā)射器跟蹤位于手術(shù)室中的反射器或探測器的位置，并由入射激光束和反射激光束之間的持續(xù)時間來計算X射線成像裝置的當(dāng)前位置。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的導(dǎo)航系統(tǒng)十分昂貴，并可能對來自環(huán)境的互相作用的干擾敏感。 特別地，激光可能受到吊桿、墻壁反射的影響，或可能受外部光干擾。發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述情況，本發(fā)明的目標在于，減小這些缺陷并且確定X射線成像裝置的位置而無需任何與環(huán)境的互相作用。
因此，本發(fā)明的主題是一種用于確定安裝在自動移動設(shè)備上的X射線成像裝置的位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接合到參考點和該裝置的至少一個機械連桿(link)，以及一組測量器件，該測量器件用于測量在移動時相對于參考點和裝置的所述連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化。
因此，該系統(tǒng)使僅僅由參考點(例如手術(shù)室內(nèi)的固定位置)與X射線裝置之間的連桿的布局的變化來確定X射線成像裝置的位置成為可能。
根據(jù)另一特征，該連桿可以包括至少兩根彼此接合的桿，并具有分別接合到所述參考點和裝置的相反端。
因此，該系統(tǒng)可以包括安裝在將第一桿連結(jié)到參考點的第一接合上的第一探測器件，安裝在連結(jié)兩桿的第二接合上的第二探測器件，以及安裝在將第二桿連結(jié)到裝置的第三接合上的第三探測器件。
在一實施例中，每個探測器件包括角度編碼器。
在另外的實施例中，該系統(tǒng)還包括計算器件，該計算器件用于由連桿的長度和所測得的角度變化來計算X射線裝置的位置。
可以由下列等式計算裝置的坐標和方向
X = Lcos α I+Lcos ( α 1+ α 2)
Y = Lsin α I+Lsin ( α 1+ α 2)
θ = α 1+α 2+α 3
其中
X和Y代表在笛卡爾坐標系內(nèi)裝置的坐標；以及
Θ代表X射線裝置的方向。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種X射線成像裝置，該X射線成像裝置包括安裝在自動移動設(shè)備上的成像組件以及如上定義的用于確定相對于參考點的X射線成像裝置的位置的系統(tǒng)。
根據(jù)另外的方面，本發(fā)明提供一種對安裝在自動移動設(shè)備上的X射線成像裝置進行定位的方法，該方法包括步驟
-測量接合到參考點和X射線裝置的機械連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化，所述轉(zhuǎn)動角度在移動時相對于參考點和裝置來測量；以及
_由所測得的角度和所述連桿的長度來計算裝置的坐標。


本發(fā)明的其他目標、特征和優(yōu)點將在閱讀僅以非限制性示例給出并參考了附圖的如下描述時顯露，附圖中
-圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的X射線裝置的示意-圖2圖示用于確定圖I的X射線成像裝置的位置的系統(tǒng)的一個實施例；
-圖3是圖2的連桿的示意圖，示出了用于計算X射線成像裝置的位置的計算函數(shù)；以及
-圖4和圖5是示出了位置計算的精度的圖表。
具體實施方式
首先參考圖1，圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個示范性而非限制性的應(yīng)用的用于三維 (3D)醫(yī)學(xué)成像的X射線成像裝置I的透視圖。
特別地，預(yù)計該成像裝置I執(zhí)行將要研究的對象(例如患者身體的一部分)的圖像米集。
如可以看出的，該裝置I主要包括成像組件，該成像組件具有能夠在發(fā)射方向發(fā)射X射線束3的X射線管2，以及放置在臂5 (在實例中為弓形的形式)的兩個相互相反的端上的X射線探測器4，以便由管2發(fā)射的X射線入射在探測器4上。
將臂5安裝成能在轉(zhuǎn)動地安裝在固定支撐7上的第二臂6上滑動，該固定支撐7 自身安裝在基座組件上，該基座組件具有可操作地在手術(shù)室或檢查室的地板上到處移動的自動移動設(shè)備8。
因此，支撐7、轉(zhuǎn)動臂6和臂5三者全部是彼此相對鉸接的，以便成像組件可以在三個維度上移動并因此從各種入射角度產(chǎn)生將要檢查的器官的圖像。
在射線照相術(shù)中，使得管2和探測器4面向躺在檢查臺10上的患者的身體9中感興趣的區(qū)域，以便當(dāng)感興趣的區(qū)域插入在X射線管2和探測器4之間時，該區(qū)域被X射線照射并且探測器4產(chǎn)生表示插入的感興趣的區(qū)域的特性的數(shù)據(jù)。
如可以看出的,在所示的示范性實施例中，移動設(shè)備8包括旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括放置于后部的兩個橫向的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向輪11以及兩個自由前輪12，驅(qū)動輪與包括耦合到驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)向電動機的驅(qū)動器件相關(guān)聯(lián)。
因此，基座組件可以是自動化可編程設(shè)備，并且可以與導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，該導(dǎo)航系統(tǒng)可操作地計算相對于預(yù)定軌道的用于X射線成像裝置的軌道或路徑。
可以嵌入到X射線裝置或遠程控制臺內(nèi)的導(dǎo)航系統(tǒng)還可操作地計算裝置的當(dāng)前位置，以便允許將裝置I在手術(shù)室中、尤其是相對于檢查臺10精確地放置。
因此，根據(jù)編程階段或在可以由操作者操作的控制臺的控制下，X射線裝置能夠在手術(shù)室中自動地移動。
這是在特定的情況下，尤其是，為了將管2和探測器4面向?qū)⒁渚€照相的感興趣的區(qū)域放置而面向檢查臺安置X射線裝置期間，或者當(dāng)不再使用X射線裝置時，X射線裝置向不擋道的等待位置移動期間。
例如，導(dǎo)航系統(tǒng)可以計算X射線裝置I的當(dāng)前位置，特別是成像組件的位置，以便生成信號給移動設(shè)備8來相對于最佳的或預(yù)編程的軌道或路徑來操縱基座組件。
在圖I中也可以看出，裝置I配備有直立于例如支撐7的臂13，并且其中布置一組連接元件。這些連接元件可以包括尤其是致力于為裝置供應(yīng)電力的一組電力和電連接電纜；一組輸送管，其中流通著冷卻液(例如水)；以及一組數(shù)據(jù)傳輸信道，例如光纖類型的信道。
在這種情況下該組連接元件連接到位于遠程設(shè)備間的遠程操縱臺上。
該連接元件放置于支撐設(shè)備14中，該支撐設(shè)備14包含例如能夠?qū)⑦B接元件束限制在水平面并且位于手術(shù)室或檢查室的天花板附近的鉸接連桿鏈。
支撐設(shè)備14 一端連接到直立臂13，而相反端連接到例如安裝在如所示的天花板附近的手術(shù)室的墻壁上的固定支撐元件15。
例如，鏈14可以配備有一組鏈連桿，其每個彼此鉸接，以便當(dāng)基座組件和因而X射線成像裝置I在地板上到處移動時，鏈發(fā)生變形。
應(yīng)當(dāng)理解的是，鏈14的相互相反的端分別接合到支撐元件15和臂13。
為了確定它的當(dāng)前位置，X射線成像裝置配備有與導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的定位系統(tǒng)。
如圖I和圖2所示，定位系統(tǒng)包括至少一個位于鏈14下方的機械連桿16，并具有接合到支撐元件15和直立臂13的兩個相互相反的端17和18。
在圖I和圖2的示范性實施例中，連桿16包括彼此接合的兩個直桿19和20。
每個桿具有接合到其他桿的對應(yīng)端的第一端以及相反端，即用附圖標記17和18 表示的分別接合到支撐元件15和直立臂13的端。
換句話說，連桿16依靠兩個樞軸A和A’安裝到支撐元件15和直立臂13上，以便當(dāng)通過移動設(shè)備在地板上到處移動X射線成像裝置時，發(fā)生圍繞樞軸A的第一桿19的轉(zhuǎn)動角度的變動以及圍繞樞軸A’的裝置的轉(zhuǎn)動角度的變動。另外，由桿19和桿20形成的角度根據(jù)X射線裝置I的移動而變化。
定位系統(tǒng)還配備有計算器件，該計算器件包括與程序存儲器關(guān)聯(lián)的計算機，其可操作地監(jiān)視相對于支撐元件15和直立臂13的連桿16的轉(zhuǎn)動角度的變動，以及臂19和臂 20之間的轉(zhuǎn)動角度的變化，并從中推導(dǎo)出相對于由樞軸A在這種情況下形成的參考點的X射線裝置的實際位置。
如圖2和圖3所示，桿的每端配備有角度測量編碼器，例如22，以便測量支撐元件 15的方向X和第一桿19之間的角度α 1，第一桿19和第二桿20之間的角度α 2，以及第二桿20和X射線裝置的通常軸線(general axis) Z之間的角度α 3。
現(xiàn)有技術(shù)中這種角度測量編碼器是眾所周知的，并且將不進行進一步公開。
現(xiàn)在參考圖3，計算器件使用角度α ，α2和α 3的所測得的值來計算X射線裝置系統(tǒng)的實際位置和方向。特別是，計算器件使用下列等式來計算在笛卡爾坐標系內(nèi)裝置的坐標X和Y以及相對于支撐元件15的通常軸線的X射線裝置的方向Θ :
X = Lcos α I+Lcos ( α 1+ α 2)
Y = Lsin α I+Lsin ( α 1+ α 2)
θ = α 1+α 2+α 3
其中，L表示每根桿的長度。
應(yīng)當(dāng)理解的是，每根桿都具有足夠的剛性來為X射線成像裝置的據(jù)此算出的位置提供足夠的精度。
例如，每根桿都以由碳纖維制造的管的形式實現(xiàn)。
還應(yīng)當(dāng)理解的是，在上述實施例中，具有配備有三個角度編碼器的兩根桿的定位系統(tǒng)能夠計算X射線成像裝置的位置，而無需與裝置所位于的環(huán)境進行任何互相作用，并且無需增加裝置的體積尺寸。
然而，將注意到本發(fā)明不限于所描述的實施例。
事實上，在上述實施例中，接合到參考點和裝置的連桿包括兩根桿。
應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的連桿可以配備有不同數(shù)量的桿，并且可以包括至少一根桿。
優(yōu)選地，連桿可以包括至少兩根桿，例如如上面所公開的兩根桿，或者三根或更多的桿。
另外，連桿可以包括引線連桿(wire link)，其引線連結(jié)到直立臂13，并纏繞在安裝于支撐元件15上的筒(drum)上。引線連桿可以例如包括彈簧加載設(shè)備，并且與可操作地計數(shù)纏繞在筒上的引線的回轉(zhuǎn)(revolution)數(shù)量的編碼器，以及可操作地探測相對于支撐元件15的筒的角度方向的另外的編碼器關(guān)聯(lián)。
最后參考圖4和圖5，將理解的是，上面公開的定位系統(tǒng)能夠在檢查臺10周圍以O(shè).5mm的精度確定X射線成像裝置的位置。
此外，可以以O(shè). 02°的精度確定相對于預(yù)定方向(例如支撐元件15的通常方向) 的X射線成像裝置的角度。
將理解，可以依靠X射線成像裝置得到這樣的精度，該X射線成像裝置安裝在自動移動設(shè)備上，并且包括至少一個接合到參考點和裝置的機械連桿，和一組用于測量移動時相對于參考點和裝置的所述連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化的角度編碼器。
權(quán)利要求
1.一種用于確定安裝在自動移動設(shè)備(8)上的X射線成像裝置(I)的位置的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括至少一個接合到參考點(17)和所述裝置的機械連桿(16)，以及一組測量器件(22)，所述測量器件用于測量移動時相對于所述參考點和所述裝置的所述連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述連桿包括至少兩根桿(19、20)，所述至少兩根桿彼此接合并且具有分別接合到所述參考點和所述裝置的相反的端(17、18)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括安裝在將第一桿(19)連結(jié)至所述參考點的第一接合(17)上的第一探測器件，安裝在連結(jié)所述兩根桿(19、20)的第二接合上的第二探測器件，以及安裝在將所述第二桿(20)連結(jié)至所述裝置的第三接合上的第三探測器件。
4.如權(quán)利要求I至3中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器件的每個包括角度編碼器。
5.如權(quán)利要求I至4中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括計算器件， 所述計算器件用于由所述連桿的長度和所測得的角度變化來計算所述X射線裝置的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，由下列等式計算所述裝置的坐標和方向X = Lcos a I+Lcos ( α 1+ α 2)Y = Lsin α I+Lsin ( α 1+ α 2)θ = α 1+ α 2+ α 3其中X和Y代表在笛卡爾坐標系內(nèi)所述裝置的所述坐標；以及Θ代表所述X射線裝置的所述方向。
7.一種包括安裝在自動移動設(shè)備上的成像組件的X射線成像裝置，其特征在于，所述X 射線成像裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一項的用于確定相對于參考點的所述X射線成像裝置的位置的系統(tǒng)。
8.一種用于對安裝在自動移動設(shè)備上的X射線成像裝置進行定位的方法，其特征在于，所述方法包括步驟測量接合到參考點(17)和所述X射線裝置(I)的機械連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化，在移動時相對于所述參考點和所述裝置來測量所述轉(zhuǎn)動角度；以及由所測得的角度和所述連桿的長度來計算所述裝置的坐標。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是“定位X射線成像裝置的系統(tǒng)和方法及對應(yīng)X射線成像裝置”。本系統(tǒng)用于確定安裝在自動移動設(shè)備(8)上的X射線成像裝置(1)的位置，該系統(tǒng)包括至少一個接合到參考點(17)和該裝置的機械連桿，以及一組測量器件(22)，該測量器件用于測量移動時相對于參考點和該裝置的所述連桿的轉(zhuǎn)動角度的變化。
文檔編號A61B6/00GK102940501SQ201210376210
公開日2013年2月27日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者R·穆蘭, C·馬丁內(nèi)斯費雷拉 申請人:通用電氣公司