技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及使用成像系統(tǒng)生成受檢者的圖像，該成像系統(tǒng)具有平板檢測器，尤其，具有動(dòng)態(tài)掃描X-射線檢測器。

背景技術(shù)：

本部分提供涉及不必定是現(xiàn)有技術(shù)的本公開的背景信息。

受檢者，諸如人類患者，可以選擇或被要求進(jìn)行外科手術(shù)以修正或增強(qiáng)患者的解剖結(jié)構(gòu)。解剖結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)可包括各種手術(shù)，諸如移除或增強(qiáng)骨骼、插入可植入設(shè)備、或其它合適的手術(shù)。外科醫(yī)師可用患者的圖像對受檢者進(jìn)行手術(shù)，患者的圖像是使用成像系統(tǒng)得到的，成像系統(tǒng)諸如磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)、透視(例如，C型臂成像系統(tǒng))、或其它合適的成像系統(tǒng)。

患者的圖像可輔助外科醫(yī)師進(jìn)行手術(shù)，包括規(guī)劃手術(shù)以及進(jìn)行手術(shù)。外科醫(yī)師可以選擇患者的兩維圖像或三維圖像表示。圖像可通過允許外科醫(yī)師在進(jìn)行手術(shù)時(shí)看到患者的解剖結(jié)構(gòu)而無需除去所覆蓋的組織(包括皮膚或肌肉組織)，輔助外科醫(yī)師用較少侵入性的技術(shù)進(jìn)行手術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本部分提供本公開的一般概要，并且不是其完整的范圍或其所有特征的綜合性的公開。

本教示提供用于對受檢者成像的X-射線成像系統(tǒng)，包括配置成向受檢者的一部分投射X-射線輻射的X-射線源，以及相對于(relative to)受檢者而言與X-射線源相對地(opposite)放置、并且配置成接收通過受檢者的X-射線輻射的平板檢測器。平板檢測器包括把X-射線輻射轉(zhuǎn)換成所選光譜的光線的閃爍層、以及多個(gè)微機(jī)電掃描儀。每個(gè)微機(jī)電掃描儀包括安裝在對應(yīng)的可移動(dòng)平臺上且配置成檢測所選光譜內(nèi)的光的光電檢測器。平板檢測器包括配置成以所選掃描圖案來移動(dòng)每個(gè)平臺的掃描控制模塊。

本教示還提供X-射線成像方法，包括提供包含部署在玻璃層上的閃爍層的平板檢測器、以及多個(gè)微機(jī)電掃描儀。每個(gè)微機(jī)電掃描儀包括安裝在可移動(dòng)平臺上的光電檢測器。該方法還包括將受檢者定位在X-射線源和平板檢測器之間，把從X-射線源發(fā)出的X-射線輻射引向閃爍層，并且把從閃爍層發(fā)出的光線引向微機(jī)電掃描儀?？刂泼總€(gè)微機(jī)電掃描儀使之以獨(dú)立的可選擇的掃描圖案來掃描的閃爍層的對應(yīng)區(qū)域。處理掃描圖案，并且創(chuàng)建受檢者的一部分的圖像。

在一些實(shí)施例中，微機(jī)電掃描儀可以包括具有光電二極管或鏡子和電磁線圈的不同的光電檢測器。使用柔性的致動(dòng)器可使平臺可樞轉(zhuǎn)。

在一些實(shí)施例中，可將相鄰的微機(jī)電掃描儀放置為具有重疊的視場。

在一些實(shí)施例中，掃描圖案可包括具有獨(dú)立的可選擇的頻率的矩形光柵掃描儀。在一些實(shí)施例中，掃描圖案可包括螺旋掃描。

從這里提供的說明，進(jìn)一步的可應(yīng)用領(lǐng)域會變得顯而易見。旨在僅以本概要中的說明以及特定示例作為示意，并不旨在限制本公開的范圍。

附圖說明

這里描述的附圖僅是為了所選實(shí)施例以及并非所有可能的實(shí)現(xiàn)的說明目的，并不旨在限制本公開的范圍。

圖1是根據(jù)本教示的包括平板檢測器的示例性成像系統(tǒng)的環(huán)境視圖；

圖2是與圖1的成像系統(tǒng)一起使用的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

圖3是圖示為與平板檢測器對準(zhǔn)的圖1的成像系統(tǒng)的X-射線源的示意性視圖；

圖4A是現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器的示意性截面?zhèn)纫晥D；

圖4B是圖4A的現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器的示意性平面圖；

圖5A是根據(jù)本教示的平板檢測器的示意性截面?zhèn)纫晥D；

圖5B是圖5A的平板檢測器的示意性平面圖，示出示例性光柵圖案；

圖6是根據(jù)本教示的平板檢測器的另一個(gè)實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D；

圖7是根據(jù)本教示的平板檢測器的另一個(gè)實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D；

圖8是根據(jù)本教示的平板檢測器的另一個(gè)實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D；

圖9是根據(jù)本教示的平板檢測器的示例性微型掃描儀設(shè)備的示意性截面?zhèn)纫晥D；以及

圖10是根據(jù)本教示的平板檢測器的另一個(gè)示例性微型掃描儀設(shè)備的示意性透視圖。

在附圖的幾個(gè)視圖中，相應(yīng)的標(biāo)號表示相應(yīng)的部件。

具體實(shí)施方式

下述說明在性質(zhì)上只是示例性的。應(yīng)該理解，在所有附圖中，相應(yīng)的標(biāo)號表示相似或相應(yīng)的部件和特征。如上所述，本教示涉及成像系統(tǒng)，諸如可從美國科羅拉多州的Louisville的Medtronic Navigation有限公司(美敦力導(dǎo)航有限公司)商業(yè)獲得的成像系統(tǒng)。然而，應(yīng)該注意，本教示可應(yīng)用于任何合適的成像設(shè)備，諸如C型臂成像設(shè)備。此外，如這里所使用的那樣，術(shù)語“模塊”是指計(jì)算設(shè)備可訪問的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享的、專用的、或成組的)以及執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所描述的功能的其它合適的軟件、固件程序或部件。

本教示涉及醫(yī)療成像中使用的成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)掃描平板檢測器的各個(gè)實(shí)施例，醫(yī)療成像諸如例如攝片、透視、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)以及錐束計(jì)算機(jī)斷層掃描(CBCT)。本教示的平板檢測器結(jié)合了多個(gè)獨(dú)立的微型掃描儀(包括光電檢測器)，這些設(shè)備可根據(jù)獨(dú)立地選定的光柵圖案來掃描感興趣區(qū)域的一個(gè)部分。每個(gè)掃描部分貢獻(xiàn)總圖像的一部分，然后把分立部分拼合(stitch)在一起。與包括處于有規(guī)則的和固定光柵(grid)圖案的光電檢測器陣列的一些現(xiàn)有技術(shù)的平板檢測器相比較，通過獨(dú)立地控制包括在獨(dú)立的微型掃描儀中的光電檢測器的掃描圖案、類型和位置，本教示的平板檢測器提供了在控制分辨率、采樣速率、圖像處理、成本降低、校準(zhǔn)校準(zhǔn)等方面的附加靈活性和效率。可按行或列(二維陣列)來設(shè)置包括在本教示的平板檢測器中的微型掃描儀，且包括在本教示的平板檢測器中的微型掃描儀基于根據(jù)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)原理。掃描運(yùn)動(dòng)可按預(yù)選擇的圖案，這些預(yù)選擇的圖案導(dǎo)致具有不同掃描頻率的螺旋形的、徑向的、圓形的或矩形的光柵圖案。例如，可以通過使用x和y機(jī)械致動(dòng)器用于相應(yīng)的光電二極管圍繞兩個(gè)正交軸樞轉(zhuǎn)或通過使用電子線圈和磁鐵使MEMS鏡子圍繞兩個(gè)正交軸樞轉(zhuǎn)而來致動(dòng)微型掃描儀。

簡要地，圖1-3示出示例性CBCT成像系統(tǒng)10的各個(gè)部件。圖4A和4B示出現(xiàn)有技術(shù)的平板檢測器40。圖5-8示出根據(jù)本教示的基于MEMS的平板檢測器100、100a、100b、100c的各個(gè)實(shí)施例。圖9示出具有光電二極管和用于樞轉(zhuǎn)的x、y致動(dòng)器的微型掃描儀200。圖10示出具有使用磁場致動(dòng)的鏡子的微型掃描儀300。

參考圖1，諸如醫(yī)療專業(yè)人員或助理之類的用戶12可在諸如人類患者14之類的受檢者上進(jìn)行手術(shù)。在手術(shù)進(jìn)行中，用戶12可使用成像系統(tǒng)10來捕獲患者14的圖像數(shù)據(jù)用于進(jìn)行手術(shù)。捕獲到的患者14的圖像數(shù)據(jù)可包括用包括這里公開的那些X-射線成像系統(tǒng)捕獲的二維(2D)投影。然而，要理解，還可以生成體積模型的2D正向投影，也如這里所公開的那樣。

在一個(gè)示例中，可使用捕獲的圖像數(shù)據(jù)來生成模型。模型可以是根據(jù)基于捕獲的圖像數(shù)據(jù)使用各種技術(shù)(包括代數(shù)迭代技術(shù))生成的三維(3D)體積模型，以生成可在顯示器上顯示的圖像數(shù)據(jù)，稱之為顯示的圖像數(shù)據(jù)18?？稍陲@示設(shè)備20上顯示顯示的圖像數(shù)據(jù)18，且此外，可在與成像計(jì)算系統(tǒng)32相關(guān)聯(lián)的顯示設(shè)備32a上顯示顯示的圖像數(shù)據(jù)18。顯示的圖像數(shù)據(jù)18可以是2D圖像、3D圖像、或時(shí)變四-維圖像。顯示的圖像數(shù)據(jù)18還可包括捕獲的圖像數(shù)據(jù)、生成的圖像數(shù)據(jù)、兩者、或兩種圖像數(shù)據(jù)的合并。

要理解，例如用X-射線成像系統(tǒng)，可捕獲患者14的捕獲的圖像數(shù)據(jù)作為2D投影。然后可以使用2D投影來重建患者14的3D體積圖像數(shù)據(jù)。同樣，可從3D體積圖像數(shù)據(jù)生成理論的或正向的2D投影。因此，要理解，圖像數(shù)據(jù)可以是2D投影或3D體積模型或兩者。

顯示設(shè)備20可以是計(jì)算系統(tǒng)22的一部分。計(jì)算系統(tǒng)22可包括多種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算系統(tǒng)22可訪問的任何可得到的介質(zhì)，并且可以包括易失性和非易失性以及可移動(dòng)和不可移動(dòng)兩種介質(zhì)。例如計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)。存儲介質(zhì)包括，但是不局限于，RAM、ROM、EEPROM、閃存或其它存儲技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其它光盤存儲、盒式磁盤、磁帶、磁盤存儲或其它磁存儲器件、或任何其它介質(zhì)，這些任何其它介質(zhì)可以用來存儲計(jì)算機(jī)可讀指令、軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和其它數(shù)據(jù)、以及可由計(jì)算系統(tǒng)22訪問的那些?？芍苯釉L問或通過諸如互聯(lián)網(wǎng)之類的網(wǎng)絡(luò)訪問計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

在一個(gè)示例中，計(jì)算系統(tǒng)22可以包括諸如鍵盤之類的輸入設(shè)備24，以及可以與計(jì)算系統(tǒng)22結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)處理器26(一個(gè)或多個(gè)處理器可以包括多處理核處理器、微處理器等)。輸入設(shè)備24可包括能使用戶與計(jì)算系統(tǒng)22交互的任何合適的設(shè)備，諸如觸摸墊、觸控筆、觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)、搖桿、跟蹤球、無線鼠標(biāo)、音頻控制或其組合。此外，盡管這里描述和示出計(jì)算系統(tǒng)22為包括與顯示設(shè)備20分立的輸入設(shè)備24，計(jì)算系統(tǒng)22可包括觸摸墊或平板計(jì)算設(shè)備，且此外，計(jì)算系統(tǒng)22可集成在與成像系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的成像計(jì)算系統(tǒng)32中或作為成像計(jì)算系統(tǒng)32的一部分?？梢栽谟?jì)算系統(tǒng)22和顯示設(shè)備20之間提供有線或無線連接28進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以允許驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備20顯示圖像數(shù)據(jù)18。

美國公開2010-0290690號，于2009年5月13日提交的，題為“System And Method For Automatic Registration Between An Image And A Subject(用于在圖像和受檢者之間的自動(dòng)配準(zhǔn)的系統(tǒng)與方法)”的美國專利申請12/465,206號中也描述了在所選手術(shù)期間使用的包括成像系統(tǒng)的成像系統(tǒng)10或其它合適的成像系統(tǒng)，通過引用將該專利申請結(jié)合至此。在美國專利號7,188,988、7,108,421、7,106,825、7,001,045、和6,940,941中可以找到關(guān)于成像系統(tǒng)或其它合適的成像系統(tǒng)的附加描述，通過應(yīng)用將上述每一個(gè)專利結(jié)合至此。

參考圖1-8，成像系統(tǒng)10可包括移動(dòng)推車30，移動(dòng)推車30包括成像計(jì)算系統(tǒng)32和成像機(jī)架(grantry)34，成像機(jī)架34具有源36、準(zhǔn)直器37、本教示的平板檢測器100、100a、100b、100c之一以及轉(zhuǎn)子35。為了簡單起見，結(jié)合圖1-3參考平板檢測器100，雖然也可以使用任何其它實(shí)施例100a、100b和100c。參考圖1，移動(dòng)推車30可以從一個(gè)手術(shù)室或房間移動(dòng)到另一個(gè)，并且成像機(jī)架34可以相對于移動(dòng)推車30移動(dòng)，如這里進(jìn)一步描述的那樣。這允許成像系統(tǒng)10成為可移動(dòng)的以致可以在多個(gè)地點(diǎn)并由多個(gè)手術(shù)使用而無需專用于固定成像系統(tǒng)的資本開支或空間。

繼續(xù)參考圖1，機(jī)架34可定義成像系統(tǒng)10的等中心(isocenter)。在這方面，通過機(jī)架34的中心線C1可定義成像系統(tǒng)10的等中心或中心。通常，沿機(jī)架34的中心線C1放置患者，以使患者14的縱軸可與成像系統(tǒng)10的等中心對齊。

參考圖2，提供了示出成像計(jì)算系統(tǒng)32的示例性實(shí)施例的附圖，其一些或全部部件可以連同本公開的教示一起使用。成像計(jì)算系統(tǒng)32可以包括多種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是成像計(jì)算系統(tǒng)32可以訪問的任何可得到的介質(zhì)，并且包括易失性和非易失性以及可移動(dòng)和不可移動(dòng)兩種介質(zhì)。通過示例的方式，而并非限制，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)。存儲介質(zhì)包括，但是不局限于，RAM、ROM、EEPROM、閃存或其它存儲技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其它光盤存儲、盒式磁盤、磁帶、磁盤存儲或其它磁存儲器件、或任何其它介質(zhì)，這些任何其它介質(zhì)可以用來存儲計(jì)算機(jī)可讀指令、軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和其它數(shù)據(jù)、以及計(jì)算系統(tǒng)22可以對其進(jìn)行訪問。可以直接訪問或通過諸如互聯(lián)網(wǎng)之類的網(wǎng)絡(luò)訪問計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

在一個(gè)示例中，成像計(jì)算系統(tǒng)32包括顯示設(shè)備32a和系統(tǒng)單元32b。如所示，顯示設(shè)備32a可以包括計(jì)算機(jī)視頻屏幕或監(jiān)視器。成像計(jì)算系統(tǒng)32還可以包括至少一個(gè)輸入設(shè)備32c。系統(tǒng)單元32b包括，如分解圖所示，處理器92和可以包括具有圖像控制模塊96和數(shù)據(jù)98的軟件的存儲器94，如圖2所示。

在這個(gè)示例中，至少一個(gè)輸入設(shè)備32c包括鍵盤。然而，應(yīng)該理解，至少一個(gè)輸入設(shè)備32c可包括使用戶與成像計(jì)算系統(tǒng)32交互的任何合適的設(shè)備，諸如觸摸墊、觸控筆、觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)、搖桿、跟蹤球、無線鼠標(biāo)、音頻控制或其組合。此外，盡管這里描述和示出成像計(jì)算系統(tǒng)32為包括具有顯示設(shè)備32a的系統(tǒng)單元32b，成像計(jì)算系統(tǒng)32可包括觸摸墊或平板計(jì)算設(shè)備或使用顯示設(shè)備20。

簡要地，參考圖1和3，源36可以發(fā)出X-射線通過患者14以便由平板檢測器100檢測。源36可發(fā)出錐形束的X-射線，并且可以通過任選的準(zhǔn)直器37進(jìn)一步塑形從而供平板檢測器100檢測。示例性準(zhǔn)直器37是可從美國科羅拉多州的Collimate Engineering of Wheat Ridge商業(yè)可獲得的，作為小型方形場準(zhǔn)直器銷售，并且還與美國科羅拉多州的Louisville的Medtronic Navigation有限公司(美敦力導(dǎo)航有限公司)銷售的成像系統(tǒng)包括在一起。簡要地，準(zhǔn)直器37可以包括一個(gè)或多個(gè)葉片，可控制這些葉片來塑形從源36發(fā)出的X-射線。如所討論的，可使用準(zhǔn)直器37把源36發(fā)出的X-射線塑形為與平板檢測器100的形狀對應(yīng)的射線束。源36、準(zhǔn)直器37和平板檢測器100的每一個(gè)都可耦合至轉(zhuǎn)子35。

通常，平板檢測器100可耦合至轉(zhuǎn)子35，為的是在機(jī)架中直接與源36和準(zhǔn)直器37對角線地相對。平板檢測器100通?？梢约^E的方向圍繞患者14以360°運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)，并且源36和準(zhǔn)直器37可與平板檢測器100一致運(yùn)動(dòng)以致源36和準(zhǔn)直器37維持基本與平板檢測器100間隔180°并且與平板檢測器100相對。

機(jī)架34一般可相對于患者14(患者14可位于患者支撐物或臺子15上)在箭頭A的方向等軸地?cái)[動(dòng)(sway)或搖擺(swing)(下文稱為等軸擺(iso-sway)。機(jī)架34還可相對于患者14傾斜，如箭頭B所示，相對于患者14和移動(dòng)推車30沿線C縱向移動(dòng)，一般可相對于移動(dòng)推車30且橫向于患者14沿線D向上和向下移動(dòng)，并且一般沿箭頭F的方向相對于患者14垂直地移動(dòng)，以允許源36、準(zhǔn)直器37、和平板檢測器100相對于患者14放置。

成像計(jì)算系統(tǒng)32可精確地控制成像系統(tǒng)10使之相對于患者14移動(dòng)源36、準(zhǔn)直器37、和平板檢測器100，以生成患者14的精確的圖像數(shù)據(jù)。此外，經(jīng)由包括有線或無線連接的連接31或從成像系統(tǒng)10轉(zhuǎn)移到處理器26的物理介質(zhì)，成像系統(tǒng)10可與處理器26連接。因此，還可以把由成像系統(tǒng)10收集的圖像數(shù)據(jù)從成像計(jì)算系統(tǒng)32傳送到計(jì)算系統(tǒng)22，用于導(dǎo)航、顯示、重建等。

簡要地，繼續(xù)參考圖1，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，可用非導(dǎo)航程序和導(dǎo)航程序來一起使用成像系統(tǒng)10。在導(dǎo)航程序中，可使用包括光學(xué)定位器60和電磁定位器62的每一個(gè)或兩者的定位器來生成場或接收或發(fā)送在相對于患者14的導(dǎo)航域中的信號。如果期望，可把與執(zhí)行導(dǎo)航程序相關(guān)聯(lián)的部件集成在成像系統(tǒng)10中?？梢园严鄬τ诨颊?4的導(dǎo)航空間或?qū)Ш接蚺錅?zhǔn)到圖像數(shù)據(jù)18以允許導(dǎo)航域中定義的導(dǎo)航空間以及圖像數(shù)據(jù)18定義的圖像空間的配準(zhǔn)(registration)?；颊吒櫰骰騽?dòng)態(tài)參考幀64可連接至患者14，以允許患者14到圖像數(shù)據(jù)18的動(dòng)態(tài)配準(zhǔn)和配準(zhǔn)維護(hù)。

然后可以相對于患者14跟蹤儀器66以允許導(dǎo)航程序。儀器66可以包括光學(xué)跟蹤設(shè)備68和/或電磁跟蹤設(shè)備70，以允許用具有光學(xué)定位器60或電磁定位器62的任一個(gè)或兩者來跟蹤儀器66。儀器66可包括具有導(dǎo)航接口設(shè)備74的通信線72，可與電磁定位器62和/或光學(xué)定位器60通信。分別使用通信線72、78，導(dǎo)航接口設(shè)備74然后就可用通信線80與處理器26通信。要理解，任何連接或通信線28、31、76、78或80可以是有線的、無線的、物理介質(zhì)傳輸或移動(dòng)、或任何其它合適的通信。但是，合適的通信系統(tǒng)可設(shè)置有各自的定位器，以允許相對于患者14跟蹤儀器66，以允許示出儀器66相對于圖像數(shù)據(jù)18的跟蹤位置，以便執(zhí)行程序。

要理解，儀器66可以是介入儀器和/或植入物。植入物可包括心室或血管支架、脊柱植入物、神經(jīng)支架等。儀器66可以是介入儀器，諸如腦深部或神經(jīng)電刺激器、消融設(shè)備、或其它合適的儀器。使用配準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)18而無需直接觀看患者14中的儀器66，跟蹤儀器66允許查看儀器66相對于患者14的位置。例如，可以以圖形示出儀器66，作為疊加在圖像數(shù)據(jù)18上的圖標(biāo)。

此外，成像系統(tǒng)10可包括跟蹤設(shè)備，諸如用各自的光學(xué)定位器60或電磁定位器62進(jìn)行跟蹤的光學(xué)跟蹤設(shè)備82或電磁跟蹤設(shè)備84。跟蹤設(shè)備82、84可直接與源36、平板檢測器100、轉(zhuǎn)子35、機(jī)架34或成像系統(tǒng)10的其它合適的部件相關(guān)聯(lián)，以確定源36、平板檢測器100、轉(zhuǎn)子35和/或機(jī)架34相對于所選的參考幀的定位或位置。如所示出，可把跟蹤設(shè)備82、84放置在機(jī)架34的外殼的外部。因此，可相對于患者14跟蹤成像系統(tǒng)10，如可跟蹤儀器66那樣，以允許患者14相對于圖像數(shù)據(jù)18的初始配準(zhǔn)、自動(dòng)配準(zhǔn)或繼續(xù)配準(zhǔn)。在上面結(jié)合的2009年5月13日提交的美國專利申請12/465,206號中討論了配準(zhǔn)和導(dǎo)航程序。

在一個(gè)示例中，圖像數(shù)據(jù)18可包括單個(gè)2D圖像。在另一個(gè)示例中，圖形控制模塊96可以執(zhí)行患者14的感興趣區(qū)域的初始三維模型的自動(dòng)重建?？梢园慈魏魏线m的方式執(zhí)行三維模型的重建，諸如使用用于最優(yōu)化的代數(shù)技術(shù)。合適的代數(shù)技術(shù)包括期望最大化(EM)、有序子集EM(OS-EM)、聯(lián)合代數(shù)重建技術(shù)(SART)以及總變差最小化?；?D投影執(zhí)行3D體積重建的應(yīng)用，允許有效和完整的體積重建。

通常，代數(shù)技術(shù)可以包括迭代處理，以執(zhí)行患者14的重建以便作為圖像數(shù)據(jù)18顯示。例如，可以迭代地改變純粹的或理論的圖像數(shù)據(jù)投影(諸如基于“理論”患者的圖集(atlas)或程式化模型的、或從“理論”患者的圖集或程式化模型而生成的那些純粹的或理論的圖像數(shù)據(jù)投影)，直到理論投影圖像與捕獲的患者14的2D投影圖像數(shù)據(jù)匹配。然后可適當(dāng)?shù)馗淖兂淌交Ｐ妥鳛樗x患者14的捕獲的2D投影圖像數(shù)據(jù)的3D體積重建模型，并且可用在諸如導(dǎo)航、診斷或規(guī)劃之類的手術(shù)介入中。在這方面，程式化模型可提供關(guān)于患者14的解剖構(gòu)造的附加細(xì)節(jié)，這使用戶能夠更有效地規(guī)劃手術(shù)介入。理論模型可與理論圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)以重建理論模型。以此方式，可用成像系統(tǒng)10基于患者14的捕獲的圖像數(shù)據(jù)來建立模型或圖像數(shù)據(jù)18。圖像控制模塊96可向顯示設(shè)備32a輸出圖像數(shù)據(jù)18。

參考圖4A和4B，用圖形示出了示例性現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器40。平板檢測器40可包括放置為接收來自X-射線源(諸如圖3中的源36)的X-射線的閃爍層42(在通過受檢者14之后)，以及包括電子層46的玻璃層44。閃爍層42是直接部署在玻璃層44上的閃爍材料的層。例如，閃爍層42可以是例如釓氧硫化物層(gadolinium oxysulfite layer)或碘化銫(Csl)層。電子層46可包括專用集成電路陣列(ASICS)，諸如薄膜晶體管(TFT)48的陣列，并且連接到掃描控制模塊52和讀出模塊50。更具體地，將閃爍層42放置為接收來自X-射線源(通過受檢者)的入射X-射線，并且把X-射線轉(zhuǎn)換成通過玻璃層44的光子或光線?？捎梅蔷Ч柰扛膊Ａ?4，該非晶硅印有以有規(guī)則的行和列的柵格設(shè)置的眾多的TFT 48(在圖4B中示出)，TFT 48是電子層46的一部分。TFT 48的每一個(gè)都附連至與各個(gè)像素(圖像元素)對應(yīng)的光電二極管。擊中TFT 48中的光電二極管的光子具有可變的強(qiáng)度，并且轉(zhuǎn)換成諸如存儲在光電二極管的電容器中的電荷(電子)之類的電信號，并且創(chuàng)建與光子的可變強(qiáng)度對應(yīng)的電子圖案。使用掃描控制模塊52在一個(gè)方向上一次對一排(諸如一行或一列)的TFT/光電二極管48逐步掃描。TFT 48用作開關(guān)，使所選行(或列)中的每個(gè)像素所存儲的電荷釋放到耦合到讀出模塊50的數(shù)據(jù)線。在每個(gè)數(shù)據(jù)線的末端處，放大器把電荷轉(zhuǎn)換成電壓。讀出模塊50可包括可編程增益級以及把電壓轉(zhuǎn)換成可以在計(jì)算機(jī)顯示器上產(chǎn)生數(shù)字圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。要注意，在現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器40中，把ASICS對準(zhǔn)在柵格上，并且創(chuàng)建具有固定大小的光收集像素的區(qū)域。

與現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器40相對比，本教示提供各種平板檢測器100、100a、100b、100c(圖5-8)，這些平板檢測器使用包括具有窄接收角的光電檢測器的微型掃描儀或MEMS掃描儀106，以致每個(gè)光電檢測器從閃爍層的較小區(qū)域收集光，從而對于每個(gè)MEMS掃描儀106可控制校準(zhǔn)、掃描圖案以及采樣率。由相應(yīng)MEMS掃描儀掃描的每個(gè)區(qū)域生成圖像塊，通過把這些塊拼合而創(chuàng)建整個(gè)圖像，如現(xiàn)有技術(shù)平板檢測器40中那樣?？捎删哂兄丿B視場的兩個(gè)(或更多個(gè))MEMS掃描儀來掃描閃爍層42的一些感興趣的區(qū)域。MEMS掃描儀可包括線性致動(dòng)器以及樞轉(zhuǎn)器，并且可允許，例如，具有可變掃描頻率的矩形形狀的掃描光柵圖案122a、122b、122c、螺旋光柵圖案120、或其它光柵圖案，如圖5B所示。

參考圖5A，本教示的MEMS檢測器100包括閃爍層102以及具有內(nèi)表面105以及外表面109的玻璃層104。閃爍層接收通過受檢者和閃爍材料的X-射線以生成通過玻璃層104的特定光譜的光。光線可以在人眼可見或不可見的光譜中。從閃爍層102發(fā)出的光的光譜取決于所選閃爍層102的特定組分。所示出的光是通過硬化基板110(它支撐著MEMS掃描儀(MEMS TFT)106)上的非晶硅層108的光線101。基板110可基本上與玻璃層104平行。MEMS平板檢測器100包括MEMS控制模塊152以及讀出電子模塊150。MEMS控制模塊152耦合到每個(gè)MEMS掃描儀106，并且控制兩個(gè)正交方向上的線性致動(dòng)器，以便圍繞一個(gè)或兩個(gè)正交軸樞轉(zhuǎn)(在107處示出)，并且生成不同的掃描光柵圖案(包括矩形光柵圖案122a、122b、122c和螺旋光柵圖案120)，諸如上述圖5B中所示出。在圖9和10中以圖形示出MEMS掃描儀200、300的示例性實(shí)施例，并且將在下面討論。包括在MEMS檢測器100中的MEMS掃描儀106可以是不同的，例如，包括具有不同靈敏度的不同類型的光電二極管，包括pin二極管(pin diode)以及雪崩光電二極管。此外，可以選擇光電檢測器來檢測從不同閃爍層102發(fā)出的不同的光譜?？砂袽EMS掃描儀放置在不同距離處，諸如足夠地接近以創(chuàng)建相鄰MEMS掃描儀106之間的重疊區(qū)域103，或足夠地隔開以致在相鄰MEMS掃描儀106之間沒有重疊。在這方面，可由具有不同靈敏度的兩種不同類型的光電二極管(諸如雪崩光電二極管和標(biāo)準(zhǔn)光電二極管)來掃描感興趣的特定區(qū)域，或簡單地，用具有相同靈敏度的兩個(gè)光電二極管對同一區(qū)域進(jìn)行過采樣。因此，可用由ADC的所選采樣率控制的分辨率來對特定感興趣區(qū)域成像，并且提供圖像處理中的靈活性和創(chuàng)造性。

下面參考圖6-8描述本教示的MEMS平板檢測器100的另外的實(shí)施例100a、100b、100c，突出不同之處而不重復(fù)相似特征的描述。

參考圖6，示出根據(jù)本教示的MEMS平板檢測器100a的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，MEMS掃描儀106(106a)可附連在玻璃層104之下，在與其上部署了閃爍層102的外表面109相對的玻璃層104的內(nèi)表面105上。如圖5的實(shí)施例中那樣，X-射線通過閃爍層102，但是來自的閃爍層102的光子擊中附連到MEMS平板檢測器100a的基板110的鏡表面130，并且反射，以致MEMS微型掃描儀106檢測到反射光線101。反射光線101可避免可由將MEMS掃描儀106a直接放置在玻璃層104下而引起的任何陰影。面對MEMS掃描儀106a，鏡表面130可以是凹形的。尤其，鏡表面130的形狀可以把所有的或大多數(shù)的反射光線101引向MEMS掃描儀106a，并且避免來自MEMS平板檢測器100b邊緣的損耗。

參考圖7，示出根據(jù)本教示的MEMS平板檢測器100b的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，把一個(gè)或多個(gè)MEMS掃描儀106(106b)放置在MEMS平板檢測器100b的側(cè)板125上、位于玻璃層104和鏡表面130之間的區(qū)域的一側(cè)和外部。鏡表面130的形狀可以把反射光線101引向側(cè)面MEMS掃描儀106b。在圖7的示例性實(shí)施例中，示出鏡表面130為附連到基板110的傾斜的平面。MEMS掃描儀106b的側(cè)面設(shè)置可簡化MEMS平板檢測器100b的制造，并且?guī)椭信d趣區(qū)域的末端區(qū)域的掃描和控制。應(yīng)該理解，可組合圖6和7的實(shí)施例，以致MEMS平板檢測器包括側(cè)面MEMS掃描儀106b以及玻璃下MEMS掃描儀106a，具有對應(yīng)的鏡表面130形狀，以便把反射光引導(dǎo)到MEMS掃描儀106a和106b兩個(gè)位置處。

參考圖8，示出根據(jù)本教示的MEMS平板檢測器100c的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，在X-射線通過受檢者的直接路徑中和在附連到玻璃層104的內(nèi)表面105的閃爍層102之上的X-射線可穿透的基板110上放置一個(gè)或多個(gè)MEMS掃描儀106(106c)。在這個(gè)實(shí)施例中，X-射線通過基板110且擊中閃爍層102，然后發(fā)光并且發(fā)出光線101。然后MEMS掃描儀106檢測光線101，并且進(jìn)行處理，如上參考圖5A和5B所描述。

參考圖9和10，以圖形示出圖5-8中所引用的MEMS掃描儀106的示例性實(shí)施例200、300。參考圖9，MEMS掃描儀200可包括具有透鏡204的光電二極管206形式的光電檢測器。透鏡204可以是廣角發(fā)散透鏡或固定焦距會聚透鏡或者是特定應(yīng)用的任何其它透鏡。還可以使用護(hù)套或屏蔽202來保護(hù)透鏡204和/或窄化或優(yōu)化視場。可把光電二極管206安裝在平臺208上，該平臺可移動(dòng)地支撐在基板上，例如諸如支撐在圖5的平板檢測器100的基板110上，或根據(jù)以前描述的平板檢測器100、100a、100b、100c的實(shí)施例，可安裝在MEMS掃描儀200的其它表面上。在圖9的實(shí)施例中，通過萬向軸或鉸鏈220、一對x-軸致動(dòng)器210和一對y-軸致動(dòng)器210’(未示出，但是正交地對準(zhǔn)垂直于圖9的平面的平臺208)來影響平臺208的運(yùn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^相應(yīng)的MEMS控制模塊(諸如圖5A所示的MEMS控制模塊152)經(jīng)由加長的連接器212來激勵(lì)x-和y-致動(dòng)器210、210’。可用通過連接器212傳輸?shù)拿}沖信號來激勵(lì)致動(dòng)器210、210’，并且允許平臺圍繞兩個(gè)正交軸(x和y軸)樞轉(zhuǎn)?？芍聞?dòng)平臺208使之按預(yù)定的圖案運(yùn)動(dòng)，例如，諸如具有特定頻率的矩形或正方形光柵掃描或螺旋掃描，如圖5B所示。MEMS掃描儀200的覆蓋面積可以具有毫米平方的數(shù)量級，而MEMS平板檢測器100具有30×40或40×40cm²的數(shù)量級。

參考圖10，示出MEMS掃描儀300的另一個(gè)實(shí)施例。MEMS掃描儀包括可相對于第一和/或第二(x和y軸)振蕩的盤狀鏡子330形式的光電檢測器?？砂宴R子330支撐在具有柔性元件322的框架320上?？蚣?20可包括薄的柔性的磁層，并且可通過彈簧316由柱(column)314上的柔性元件進(jìn)行支撐。柱314可從固定的基板延伸，或從纏繞有電磁線圈形成磁通發(fā)生器磁芯310的一些部分延伸?？赏ㄟ^端口P1和P2提供交流電并且誘發(fā)磁場。產(chǎn)生的力可以使框架320圍繞x軸旋轉(zhuǎn)以及使鏡子330相對于框架圍繞y軸旋轉(zhuǎn)?？蓪⒖蚣?20放置為使之相對于電子線圈的中心有較小的偏移，以便提供凈力矩。例如，在Yalcinkaya等人的“NiFe Plated Biaxial MEMS Scanner for 2-D Imaging(用于2D成像的涂鍍NiFe的雙軸MEMS掃描儀)”(IEEEPhotonics Technology letters(IEEE光子技術(shù)通信),第19卷，第5期，2007年3月1日，330-332頁)中提供使用鏡子的MEMS掃描儀的細(xì)節(jié)，通過引用將該文獻(xiàn)結(jié)合至此?？缮虡I(yè)地獲得各種基于鏡子的MEMS掃描儀，例如，從美國華盛頓州的Redmond的Microvision。

總結(jié)而言，本教示提供用于基于X-射線的成像的各種MEMS平板檢測器100、100a、100b、100c，基于X-射線的成像包括患者的CBCT成像。MEMS平板檢測器可包括兩維陣列的多個(gè)相同的或不同的MEMS掃描儀106(包括200、300的MEMS掃描儀)，可致動(dòng)這些掃描儀以在多個(gè)所選的位置處提供各種不同的掃描圖案，包括設(shè)計(jì)成提供重疊視場和重疊掃描的位置，以定制掃描、改變分辨率、控制信噪比以及捕獲捕獲。此外，通過用來自具有重疊區(qū)域103的不同MEMS掃描儀106的兩個(gè)不同的增益掃描同一區(qū)域，可改進(jìn)圖像處理。因此，本教示的MEMS平板檢測器可簡化制造，并且提供感興趣區(qū)域的圖像掃描的靈活性、成本降低、減少校準(zhǔn)和圖像處理。

在已經(jīng)在說明書中和所示的附圖中描述了特定示例的同時(shí)，熟悉本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員會理解，可以作出各種改變以及對其元件以等效物來替代而不偏離本教示的范圍。此外，這里可以明確地設(shè)想各個(gè)示例之間的特征、元件和/或功能的混合和匹配，以致熟悉本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員會從本教示理解到，如果合適的話，一個(gè)示例的特征、元件和/或功能可以結(jié)合到另一個(gè)示例中，除非另行描述如上。此外，可以作出許多修改來適應(yīng)本教示的特定的情況或材料而不偏離其重要的范圍。因此，旨在不使本教示局限于通過附圖示出的和說明書中描述的特定的示例，而是本教示的范圍將包括落在上述說明中的任何實(shí)施例。