CN106793988B - 用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置 - Google Patents

Abstract

示例性X射线成像系统(例如，体积射线照相成像系统，CBCT系统)和/或用于使用所述系统的方法可分离地提供检测器和配重物(例如，扫描器或吊架)，即使所述配重物和所述检测器可被定位在相同的相对空间中或横穿所述相同的相对空间。

Description

用于锥形束计算机断层扫描的肢体成像装置

发明领域

本发明整体涉及诊断性成像，且具体来说涉及用于获取肢体体积图像的锥形束成像系统。

发明背景

3D体积成像已证明是有价值的诊断工具，比起较早的2D射线照相成像技术，其在评估内部结构和器官的状况方面提供显著优势。患者或其他研究对象的3D成像通过许多进步已经变得可能，这些进步包括开发高速成像检测器，诸如数字射线照相(DR)检测器，其使得能够快速连续地摄取多个图像。

锥形束计算机断层扫描(CBCT)或锥形束CT技术作为一种诊断工具，使得有相当大希望提供3D体积图像。锥形束CT系统通过使用高帧频数字射线照相(DR)检测器和x射线源来捕获体数据集，所述高帧频数字射线照相(DR)检测器和x射线源通常附接到吊架，所述吊架围绕要成像的物体进行旋转，从而将发散的x射线锥形束自沿着研究对象周围轨道的各个点导向研究对象。CBCT系统在整个旋转期间捕获投影，例如，在每个旋转度数上捕获一个2D投影图像。然后，使用各种技术将所述投影重组成3D体积图像。过滤背投法是用于从2D图像数据重组3D体积图像的熟知的方法。

尽管使用CBCT系统和技术可以产生具有良好诊断质量的3D图像，但是仍存在许多技术挑战。例如，在某些情况下，x射线源和检测器相对于研究对象的角度旋转范围可能比较有限。腿部、手臂和其他肢体的CBCT成像可能会受到配对肢体的物理阻碍的妨碍。此情形是(例如)获取人体腿部或膝盖的CBCT图像投影时遇到的障碍。并非膝盖周围所有的成像位置都是可以获取到的；患者自身的解剖结构经常会阻止辐射源和图像检测器定位在扫描圆周的某个部分上。

为了说明膝盖CBCT成像中所面临的问题，图1的顶视图示出了辐射源22和检测器24在对作为研究对象20的患者右膝R成像时的圆形扫描路径。以虚线形式示出了辐射源22和检测器24的各个位置。与膝盖成一定距离而放置的源22可以定位在约200度弧度内的不同点上；如果配对肢体的弧度更大，左膝L便会引起妨碍。比源22小且通常放置地很接近研究对象20的检测器24可以定位在患者右膝与左膝之间，且因而可以定位在整个圆形轨道上。

对于常规CBCT成像而言，源和检测器的完全360度轨道是不需要的；相反，可以(例如)通过锥形束自身的角度，在仅仅超过180度的轨道扫描范围内获取充分的图像重组信息。然而，在某些情况下，可能难以获取远大于约180度的旋转，来使膝盖或其他关节和其他应用场景成像。此外，存在某些诊断情形，其中在特定角度范围内获取投影图像具有许多优势，但是患者的解剖结构会阻挡源、检测器或这两者在此范围上成像。

用于肢体成像的常规解决方案的其他困难涉及差的图像质量。对于图像质量而言，CBCT序列需要检测器接近研究对象放置，并且需要锥形束辐射源与研究对象存在足够的距离。这可以提供最佳的图像，并减少图像截断以及因此造成的数据丢失。

CBCT成像表示也影响其他类型体积成像的许多挑战，所述其他类型体积成像采用辐射源和在一定角度范围内绕肢体旋转的检测器。存在可用于获取所扫描肢体的深度信息的各种断层扫描成像模式。

总之，对于肢体成像而言，特别是在成对的下肢成像中，需要进行许多改进，所述改进包括以下：

(i)改进辐射源和检测器相对于被成像对象的放置，以在整个扫描序列中提供可接受的辐射水平和图像质量(例如，源与检测器之间减小的相对移动)，具有至少用于在有利条件下检查肢体的粗略自动设置的能力；或者

(ii)改进患者可进入性，从而使得患者无须扭曲、弯曲或过度挤压肢体或关节，以免造成伤害，进而提供这些人体部位的图像。

总之，用于直接构造和定位成像装置的能力允许CBCT成像的优势适于与一系列肢体一起使用，以在合适的成像方式下获取体积图像，其中图像肢体在承重和非承重条件两种条件下在合适的方向上呈现，并且其中患者适当地站立或坐着。

发明概述

本申请的一个方面在于提升医学数字射线照相的技术。

本申请的另一方面在于全部或部分地解决相关技术中的至少上述缺陷和其他缺陷。

本申请的另一方面在于全部或部分地提供至少本文所述的优点。

本申请的另一方面在于推进人体四肢部分，特别是带有关节或承载负荷的配对肢体诸如膝盖、腿部、脚踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀的诊断性成像技术。

本申请的另一方面在于提供适于适用于一系列肢体的成像条件并且/或者允许患者处于多个位置以用于肢体的适当成像的装置和/或方法实施方案。

本申请的另一方面在于提供可以将检测器和配重物分别地提供到扫描吊架机构的射线照相成像装置和/或方法实施方案。

本申请的另一方面在于提供可以提供被构造来彼此独立移动的检测器和配重物的射线照相成像装置和/或方法实施方案。

本申请的另一方面在于提供可以为检测器和承重分别地提供两个单独支撑件的射线照相成像装置和/或方法实施方案，其可以允许用于单独支撑件的不同材料或特征，或者可以减少用于将检测器和配重物作为单个单元定位和支撑的材料的总重量。

本申请的另一方面在于提供可以在以减少的移动或振动进行扫描期间提供相对于源定位检测器的能力的射线照相成像装置和/或方法实施方案。

本申请的另一方面在于提供可以在检测器与配重物之间提供规定尺寸的空隙的射线照相成像装置和/或方法实施方案。

本申请的另一方面在于提供可以为检测器和配重物分别地提供单独支撑件以增加体积射线照相成像系统的扫描体积的射线照相成像装置和/或方法实施方案。

这些目标仅通过说明性示例的方式给出，并且这类目标可为本发明的一个或多个实施方案的示例。由本发明内在达成的其他合意目标和优点可以被本领域技术人员想到或对他们而言变得显而易见。本发明由随附权利要求书来限定。

附图简述

通过下文如附图中示出的、对本发明实施方案的更为具体的描述，将明白本发明的前述和其他目标、特征以及优点。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。

图1是示出对小腿的一部分进行CBCT扫描时的几何形状和局限性的示意图。

图2示出根据本申请实施方案的成像装置的扫描模式的顶视图和透视图。

图3A是示出患者进入根据本申请实施方案的成像装置的透视图。

图3B是示出用于将待成像的肢体包围在检测器传送路径内的一系列步骤的顶视图。

图3C是示出患者进入根据本申请实施方案的另一个成像装置的透视图。

图3D是示出用于根据本申请实施方案的另一个成像装置的可转动吊架的透视图。

图4示出当使用根据本申请实施方案的成像装置时，用于在多个角度位置处获取患者腿部的一部分的CBCT投影的操作顺序部分。

图5是示出根据本申请实施方案用于肢体成像的CBCT成像装置的透视图。

图6A示出用于成像环平移和定位的内部部件。

图6B示出用于旋转和平移的参考轴。

图6C是示出用于成像扫描器的定位系统的部件的原理图。

图6D是示出垂直平移装置的部件中的一些的透视图。

图6E示出安装有外罩的CBCT成像装置。

图7A示出成像环相对于垂直或z轴的平移。

图7B示出成像环绕正交于z轴的围绕α轴的转动。

图7C示出成像环绕正交于α轴的围绕γ轴的转动。

图7D示出用于成像扫描器的细调位置的操作者控制的位置。

图7E示出位置控制的放大图。

图8是示出被构造来用于对站立患者进行膝盖成像的肢体成像装置的透视图。

图9是示出被构造来用于对站立患者进行脚部或脚踝成像的肢体成像装置的透视图。

图10是示出被构造来用于对坐下的患者进行膝盖成像的肢体成像装置的透视图。

图11是示出被构造来用于对坐下的患者进行手肘成像的肢体成像装置的透视图。

图12A是根据本申请实施方案的肢体成像装置的扫描器部件的顶视图。

图12B是支撑根据本申请实施方案的肢体成像装置的扫描器部件的框架的透视图。

图12C是支撑根据本申请实施方案的具有添加配重物的肢体成像装置的扫描器部件的框架的透视图。

图13A是示出门打开位置的成像扫描器的顶视图。

图13B是示出门关闭位置的成像扫描器的透视图。

图13C是示出门关闭位置的成像扫描器的顶视图。

图13D是示出处于关闭位置的门的透视图。

图14A是在成像扫描的一个最末端处，具有示出的多个其内部成像部件的成像扫描器的顶视图。

图14B是在与图14A所示的端部相对的成像扫描的最末端部处，具有示出的多个其内部成像部件的成像扫描器的顶视图。

图14C是具有示出的其壳体的成像扫描器的顶视图。

图14D是具有示出的内部成像部件和中心弧角的成像扫描器的顶视图。

图15是示出扫描部件在扫描器的门被关闭时允许的移动的顶视图。

图16是壳体外罩被移除的扫描器的透视图，其示出门处于关闭位置。

图17A和17B是示出用于CBCT X射线成像系统中的示例性吊架和/或传送机构的附加特征的图。

图18A-18D是示出与根据本申请的CBCT X射线成像系统中使用的用于传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。

图19A-19B是示出与根据本申请的CBCT射线照相成像系统等中使用的用于传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。

图20A-20B是示出与根据本申请的CBCT射线照相成像系统等中使用的用于传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。

示例性实施方案的描述

以下是对本发明的示例性实施方案的描述，所述实施方案的示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在整个附图中将使用相同参考数字来指代相同或相似部分。

出于说明性目的，本发明的原理在本文中主要通过参考其示例性实施方案来描述。然而，本领域普通技术人员将较易地认识到，相同原理可同等地适用于并且可实施于所有类型的射线照相成像阵列、各种类型的射线照相成像设备和/或使用前述阵列或设备的方法中，并且任何这类变型并不背离本申请的真实精神和范围。此外，在以下描述中，对附图进行参考，所述附图示出特定示例性实施方案。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对实施方案做出电气、机械、逻辑和结构改变。

在本申请的上下文中，术语“肢体”的含义与诊断性成像用语中的常规理解是一样的，是指膝盖、腿部、脚踝、手指、手、手腕、手肘、手臂和肩膀以及任何其他解剖学肢体。术语“研究对象”用于描述患者被成像的肢体，例如，“目标腿”。术语“配对肢体”一般用来指代任何解剖学肢体，其中同一个患者通常存在两个或更多个这样的肢体。在本申请的上下文中，除非必要，否则配对肢体并未成像，只是使目标肢体成像。在一个实施方案中，不对配对肢体进行成像以减患者剂量。

本文给出的用于本申请的示例性实例方案的多个实例集中于人体解剖学中承载负荷的下肢例如像腿部、膝盖、脚踝和脚部的成像。然而，这些实例应视为说明性而非限制性的。

在本申请的上下文中，术语“弧度”或交替地或弧形地具有曲线、样条或非线性路径的一部分的含义，例如作为小于或大于360度的曲线的一部分。

术语“可致动”具有其常规含义，涉及能够响应于刺激，例如像响应于电信号而实现动作的设备或部件。

如本文所用，术语“可激励”涉及在接收功率时并且任选地在接收启动信号时执行指示功能的设备或部件组。

在本申请的上下文中，如果两个元件的角取向彼此相差90度，+/-不超过约10度，那么它们被认为是基本上正交的。

有益的是，观察到圆柱体的数学定义不仅包括常见的“罐形”直圆柱体，还包括任何数量的其他形状。圆柱体的外表面通过沿着闭合曲线或沿着基面的其他路径移动第一直线元件而产生，同时保持第一直线元件平行于从基面延伸的第二固定直线，其中移动的第一直线与基面中的固定的闭合曲线或基部相交。例如，根据此定义，立方体被认为具有圆柱形形状。例如当移动的第一直线以直角与基面中的圆相交时，产生，旋转的罐形圆柱体。当研究对象的整体表面形状接近根据此定义的圆柱形时，其被认为是基本上圆柱形的，其中允许标准边缘圆化、突出或凹入的机械和电子紧固件以及外部安装特征。

根据本申请的某些示例性实施方案通过提供成像装置来解决下肢成像的困难，所述成像装置界定协调的非线性源和检测器路径(例如，围绕中心点轨道、弯曲或同心的)，其中提供源路径和检测器路径的部件被构造来允许患者在成像之前和之后进入，并且被构造来允许患者在CBCT图像捕获系列期间以正常姿势坐或站立。某些示例性实施方案通过使用检测器传送设备来提供此能力，所述检测器传送设备具有周向进入开口，从而允许进行肢体定位，其中，一旦检测器传送设备处于适当位置，便会围绕定位后的肢体进行转动，从而在其转动通过扫描的至少一部分时(例如，部分、基本上、完全)包围肢体。

考虑人身躯的维度属性是有益的，这些属性在设计肢体扫描CBCT装备时可能是考虑因素。例如，处于舒适站立位置上的、平常身高的成人患者一般情况下在任何地方左右膝盖的间距都是大约10cm至大约35cm。对于平常身高的成人而言，膝盖之间超过大约35-40cm(14-15.7英寸)便会变得越来越不舒适，而且超过正常的站姿范围。有益的是需注意，这种约束使得使用常规吊架解决方案来获取所需的2D图像序列是不切实际的。对于某些示例性实施方案而言，源或检测器必须能够穿过站立患者的两腿之间来进行膝盖CBCT成像，吊架解决方案或其他常规解决方案不具备这样的能力。

图2的透视图和对应的顶视图示出如何提供扫描模式以用于根据本申请的实施方案的CBCT成像装置10的组件。通过检测器传送件34为检测器设备提供从中心轴β的合适半径R1的检测器路径28。通过源传送件32为辐射源提供具有第二、更大半径R2的源路径26。在一个实施方案中，非线性源路径26的长度大于非线性检测器路径24的长度。根据本申请的实施方案，随后更详细地描述，相同的传送系统提供检测器传送件34和源传送件32两者。肢体(研究对象20)优选地大体上沿着中心轴β居中，使得中心轴β可以视为穿过研究对象20中各点的线。在一个实施方案中，成像孔或CBCT装置可以包括或涵盖中心轴β。图像捕获时的有限几何形状是源传送件32受到间隙38(例如，患者解剖结构，诸如配对肢体)阻挡时的路径造成的，并且因此通常限制为小于约220度，如前文所述。周向间隙或开口38可以占据源路径26的弧的端点之间的空间。间隙或开口38为患者提供空间，例如，当一条腿被成像时用于站立的地方。

检测器路径28可以延伸通过周向间隙38以允许扫描，这是因为检测器并不一定被患者解剖结构阻挡，而是可以具有至少部分地围绕可以在站立患者的腿之间延伸的被成像肢体的行进路径。本发明的实施方案允许临时限制检测器路径28以允许患者作为初始患者定位的一部分进入。例如，图2的透视图示出了旋转以打开周向间隙38的检测器传送件34，使得其从轴β延伸(例如，超过源路径或壳体)。当检测器传送件34被转移到图3A所示的打开位置时，患者可以在成像位置内外自由移动。当患者处于适当位置时，检测器传送件34围绕轴β转动超过180度；根据本申请的实施方案，检测器传送件34围绕轴β转动大致200度。在图3B的连续阶段中示出检测器传送件34的这种患者进入和随后调节。此轨道式移动更有效地限定待成像的肢体，并且将检测器24放置在研究对象20附近的位置，以便按顺序获取第一投影图像，由于检测器传送件34的壳体，检测器24在图2-3C中看不见。在一个实施方案中，检测器传送件34可以包括在检测器路径的一部分和/或间隙38上的屏蔽或门。如图3D所示，根据本申请的实施方案，可转动吊架68允许检测器24和源22围绕另一个成像装置10’的成像体积转动。

周向间隙或开口38不仅允许进入以定位目标腿或其他肢体，而且允许足够的空间来使患者在成像期间站立在正常姿势下，从而将成像的目标腿放置在沿着轴β的中心位置(图2)，而将未成像的配对腿放置在周向间隙38所界定的空间中。周向间隙或开口38延伸大约180度减去由源-检测器的几何形状和距离决定的扇形角度(例如，在源路径的末端之间)。周向间隙或开口38准许肢体进入，从而使得肢体可以在沿着中心轴β的位置上居中。一旦患者腿部或另一肢体处于适当位置中，检测器传送件34或界定此传送路径的套罩或空心门或其他构件便可以转动到适当位置中，从而关闭周向间隙或开口38的检测器部分。

举例来说，图4的顶视图示出当使用CBCT成像装置时，用于在多个角度位置处获取患者腿部的一部分的CBCT投影的操作顺序部分。图4示出辐射源22和检测器24的相对位置，辐射源22和检测器24可隐藏在如上文所述的遮罩或底座下面。源22和检测器24可以对准，使得辐射源22可以在CBCT扫描和投影成像期间在每个位置处朝向检测器24(例如，直径方向上相对)引导辐射。序列开始于开始扫描位置50，其中辐射源22和检测器24处于初始位置，以便在第一角度上获取图像。然后，辐射源22和检测器24都围绕轴β(例如，成像体积)转动，如中间扫描位置52、54、56和58所表示的。成像终止于结束扫描位置60。如此序列所示，在每个成像角度上，源22和检测器24相对于研究对象20而言都处于相反位置上。在整个扫描周期中，检测器24都处于研究对象20的较短距离D1内。源22定位在研究对象20的较长距离D2之外。每个路径上的源22和检测器24部件的定位可以通过单独的致动器加以实施，每个传送路径使用一个致动器，或者通过单个可旋转构件加以实施，如随后将更详细描述的。应注意的是，相反方向上的扫描运动(也就是，相对于图4示出的实例而言是顺时针的)也是可能的，其中初始和终止扫描位置会进行相应变化。

给出其中源22和检测器24环绕肢体的这种基本操作顺序，可理解的是适用于对患者坐着或站立以及承重或非承重姿势的患者肢体成像的成像系统的有用性。图5的透视图示出根据本申请实施方案用于肢体成像的CBCT成像装置100。成像装置100具有万向成像环或扫描器110，其将源22和检测器24容纳并隐藏在壳体78中。图5示出它们的支撑传送机构。扫描器110的高度是可调节的并且围绕非平行轴(诸如围绕如在随后的图中描述的基本上正交的轴)以万向方式旋转，以适应各种患者姿势和肢体成像条件。支撑柱120将扫描器110支撑在轭架或分叉或叉形支撑臂130，具有可调节高度并且进一步提供扫描器110的转动的刚性支撑元件上，如随后所述。支撑柱120可以固定在适当位置，诸如安装到地板、墙壁或天花板。根据诸如图6A和其他地方所示的便携式CBCT实施方案，支撑柱120安装到支撑基座121，支撑基座121还包括用于将成像装置100传送和操纵到适当位置的任选的轮子或脚轮122。控制面板124可以提供操作者界面，诸如显示监视器，用于输入用于装置100调节和操作的指令。在一个实施方案中，控制面板124可以包括处理器或计算机(例如，硬件、固件和/或软件)以控制CBCT系统100的操作。支撑柱120可以具有固定的高度，或者可具有伸缩操作，诸如用于当装置100移动时提高可见度。

垂直和旋转移动

图6A示出用于扫描器110的示例性内部成像和定位机构(具有外罩被移除)的部分，其允许成像装置100具有以各种构造成像肢体的能力。图6B示出用于扫描器110定位的旋转轴定义。α轴和γ轴是不平行的以允许万向动作。根据如图6A所示的本申请的实施方案，α轴和γ轴是相互正交的。α轴基本上与z轴正交。α轴和γ轴的相交点可以从支撑柱120偏移一些非零距离。

首先考虑z轴，图6A示出实现垂直运动的示例性实施方案。在支撑柱120内，致动垂直滑架平移元件128，以便在垂直方向上在轨道112内沿着柱120向上或向下行进。滑架平移元件128具有联接到致动器136的支撑轴132，用于提供α轴旋转至叉形或C形支撑臂130。在图6A中仅部分地示出以允许更好地观察下面部件的叉形支撑臂130联接到支撑轴132。X射线源22和接收器24安装在可旋转的吊架36上，用于围绕扫描或中心轴(指定为β轴)旋转。轴β与α轴和γ轴正交。

可以理解的是，z轴平移可以多种方式实现。必须由所使用的系统类型解决的挑战包括处理叉形支撑臂130和臂130支撑的成像扫描器110的重量。这可以轻松地称重几百磅。此外，必须提供预防措施来处理诸如功率损耗、与患者接触或阻碍定位移动或操作的机械问题的状况。根据本申请的实施方案，如图6C和图6D的透视图中示意性地示出，垂直致动器129使螺纹轴123旋转。垂直滑架平移元件128采用滚珠螺杆安装装置125将旋转运动转换为所需的线性(例如，z方向)运动，从而向上推动垂直滑架平移元件128或允许垂直滑架平移元件128向下移动。滚珠螺杆平移设备对于处理高重量负载是有利的，并且通常比使用螺纹设备的其他类型的平移器更有效。使用滚珠螺杆装置还允许小型电动机来将提升扫描器110的轴驱动到适当位置，并且可以帮助消除对用于允许控制垂直移动的复杂和笨重的配重物系统的需要。编码器145(诸如线性编码器元件)可以提供用于指示垂直滑架平移元件128的垂直位置的反馈信号。

垂直滑架平移元件128在形成于支撑柱120中的轨道112内行进(图6A)；轮子138有助于在槽内引导平移元件128。配对轮子138可以彼此正交，以在柱120内提供居中。

还可以为支撑柱120提供制动系统。弹簧加载的制动器142(图6D)被定位成当检测到机械困难、断电或其他状况时致动并夹紧轴123或其他机械支撑。传感器144(诸如测力传感器)被构造来感测不期望的快速移动或干扰状况，并且引起制动器142致动。

用于垂直平移的支撑柱120的其他特征包括内置冗余、具有用于吸收重量和冲击的弹簧、用于感测机械问题(包括由患者引起的阻碍)的测力传感器，以及可手动操作的制动机构。

应注意的是，其他类型的平移装置可以用于提供垂直滑架平移元件128的垂直移动。在一个实施方案中，β轴可以实现+/-10度。在一个实施方案中，水平的α轴可以实现+/-多至10度。在一个实施方案中，CBCT装置的γ轴可以是+/-多至45度。

扫描器的万向布置

叉形支撑臂130可以万向布置支撑扫描器110。源22和检测器24在吊架36上显示，用于图6A中的参考并且在图6E的替代视图中被覆盖。垂直滑架平移元件128被构造来跨骑在支撑柱120内的轨道112内(图6A)。对于某些示例性实施方案而言，诸如可为电力损耗情况提供某种水平的手动操作性。

根据本申请的替代实施方案，垂直滑架平移元件128可以是沿着支撑螺纹轴132垂直移动的电动机；或者，可以使用链、滑轮或其他中间机构来驱动垂直滑架平移元件128，所述中间机构具有相当大的配重物以用于手动提升和降下垂直滑架平移元件128及其连接的叉形支撑臂130和支撑柱120内的组件。

接下来，考虑叉形支撑臂130的α轴移动，在一个实施方案中，旋转致动器136可以被激励以允许轴132(图6A)旋转。这种旋转致动可以与z轴平移以及相对于γ轴的旋转同时发生。

叉形支撑臂130允许根据叉形支撑臂130的位置和角度相对于轴移动。在图6A的实例中，γ轴垂直取向，基本上与z轴平行。图6E示出水平取向的γ轴。具有由叉形支撑臂130提供的旋转致动器146的枢转安装件140允许沿着γ轴旋转。α轴和γ轴的万向组合可以允许成像装置被设置用于在其中患者站立、坐下或俯卧的多个可能位置中成像。

成像装置100的示例性定位能力在图7A-7C中示出。图7A示出叉形支撑臂130在支撑柱120上的移动，以提供扫描器110的z轴(垂直)平移。图7B示出叉形支撑臂130围绕水平α轴的旋转。图7C示出由叉形支撑臂130的C形臂布置限定的围绕γ轴的旋转。

用于定位支撑臂130的顺序和控制

根据示例性实施方案，一组初始操作者命令将CBCT成像装置100自动构造来用于成像的良好定义的一组默认位置中的一个，诸如随后描述的那些。患者等待，直到此初始设置完成。然后，患者被定位在CBCT成像装置100处，并且技术人员可以进行高度(z轴)或围绕α或γ轴的旋转的任何所需的调节。这种类型的细调调节在低速下进行以用于增加患者的舒适度，并且因为在大多数情况下仅需要递增改变位置。

图7D和图7E的放大图示出设置在臂130上的用户控制站156、158(为了提高可见性，移除了扫描器110)，用于操作者调节z轴平移以及α和γ轴旋转，如图7A-7C所示。控制站156和158两者基本上相同，被复制以允许操作者针对不同肢体成像布置更容易进入。举例来说，图7E示出控制站158的放大图。按压启用开关159以激活控制器160，并且当控制器160活动或启用时，相关联的指示器发光。作为在一些成像构造中防止患者与控制器无意的接触的患者安全特征，禁用一个或两个控制站156、158。一个或两个控制站156、158也可以在按下开关159之后的超时周期后被禁用。紧急停止控制器162可以停止成像装置的所有运动，包括支撑臂130的向下运动。

仍然参见图7E，控制器160可以激活任何适当的致动器以用于z轴平移、α轴旋转和/或γ轴旋转。系统的示例性响应可以基于如下的操作员动作：

(i)z轴垂直移动通过在垂直向上或向下方向上按压控制器160而实现。控制逻辑针对支撑臂130的角位置调节，使得向上按压控制器提供z轴移动，而不管支撑臂130的取向如何。

(ii)α轴旋转通过旋转控制器160实现。控制器60沿顺时针(CW)或逆时针(CCW)方向的圆周运动导致围绕α轴的相应旋转。

(iii)γ轴旋转通过控制器60的水平从左到右或从右到左的移动实现。与z轴移动一样，控制逻辑针对支撑臂130的角位置调节，使得左右或右左移动是相对于操作者而不管支撑臂130的取向如何。

应注意的是，如图6E所示的CBCT成像装置100提供用于扫描器110定位的至少三个自由度(DOF)。除了之前描述的z轴平移以及围绕α和γ轴的旋转之外，脚轮122允许扫描器110位置相对于z轴的旋转以及沿着地板平移。

用于成像各种肢体的构造

给出参考图6A-7D描述的基本结构，可以理解用于各种目的的扫描器110的定位通用性。举例来说，随后图8-11示出这种布置如何用于肢体端成像的不同构造。

图8示出定位用于膝盖检查的示例性扫描器110，其中研究对象20是站立的患者。任选的患者支撑杆150可以附接到支撑柱120。在一个实施方案中，支撑杆150安装到垂直滑架平移元件128。因此，当垂直滑架平移元件128移动时，支撑杆150的对应位置可以移动。根据本申请的替代实施方案，支撑杆150可以安装到扫描器110，诸如安装到扫描器110的外罩或安装到叉形支撑臂130。相比之下，支撑杆150的实施方案在成像期间或在扫描器110的扫描期间可以是不动的。对于此实施方案，沿着z轴的垂直调节将患者的膝盖设置在扫描器110的中心。叉形支撑臂130被布置成使得包含α轴和γ轴两者的平面基本上是水平的。患者通过扫描器110中的开口、周向间隙或开口38进入。门160跨过间隙38枢转到适当位置以封闭周向间隙或开口38的内部部分。一旦患者的膝盖被定位，门160就装配在患者的腿之间。

任选的患者支撑杆150的某些示例性实施方案可以安装到CBCT装置100的可移动部分，优选地与成像体积具有规定的空间关系。对于此类实施方案，存在检测器151可以被构造来检测支撑杆150何时安装到CBCT系统100。当检测到时，例如在控制面板124中的控制器等可以计算扫描器110和/或叉形支撑臂130的移动，以防止其与固定的支撑杆150之间的碰撞。因此，当附接时，支撑杆150可以限制扫描器110的运动。示例性存在检测器151可以包括但不限于磁性检测器、光学检测器、机电检测器等。如图9所示，一对任选或可移除的支撑臂150可以固定到垂直滑架平移元件128，并且通过一对存在检测器151报告其附接。

对于图8和所选择的后续示例性实施方案，门160一旦枢转到其关闭位置，可以通过保护和/或提供如图4所示的弯曲检测器传送34路径来有效地延伸成像路径。使用这种布置，当门160被关闭以保护传送路径时，可以在承重或非承重的条件下检查膝盖。通过包围穿过开口38的检测器传送34路径的部分，门160使得肢体能够适当地定位用于3D成像并且当这些成像部件以CBCT图像捕获序列围绕肢体时，被保持在源与检测器之间的位置。

图9示出用于脚部或脚踝检查的扫描器110定位，其中研究对象20是站立的患者。使用这种构造，扫描器110被降低以更有效地扫描感兴趣的区域。包含α轴和γ轴两者的平面从水平方向偏移大约10度，围绕γ轴旋转。提供跨过用于患者进入的周向间隙或开口38的台阶116。

图10示出用于其中患者坐下的膝盖检查的扫描器110定位。对于这种构造，叉形支撑臂130相对于z轴升高。围绕α轴的旋转使γ轴取向为垂直或几乎垂直。周向间隙或开口38被定位成允许容易的患者进入以用于成像右膝盖。应注意的是，围绕γ轴的180度旋转将周向间隙或开口38定位在扫描器110的另一侧，并允许对另一(左)膝盖成像。

可替代的扫描器110定位可以包括对坐下的患者的脚部或脚踝检查、坐下的患者的脚趾检查、坐下的患者的手检查。

图11示出用于其中患者坐下的手肘检查的扫描器110定位。对于这种构造，叉形支撑臂130再次相对于z轴升高。围绕γ轴的旋转适当地定位适用于患者进入的周向间隙38。可提供围绕α轴的进一步旋转以使患者舒适。

在CBCT成像装置100的一个实施方案中，操作者可以首先在控制台或控制面板124处输入指定检查类型的指令(例如，针对图8-11所示的构造)。然后，在定位患者之前，系统自动地适配所选择的构造。一旦患者处于适当位置中，就可以如前所述地对z轴和α以及γ轴旋转进行手动控制的调节。

扫描器构造和操作

如先前参照图1-4所描述的，扫描器110被构造来为辐射源22和检测器24围绕待成像肢体提供合适的行进路径，诸如图8-11所示的那些。在此类各种示例性构造中的扫描器110操作可以呈现可能至少在某种程度上冲突的多个要求，所述要求包括以下：

(i)在大范围的角度上成像，优选地在超过180度的弧度上加上辐射源的扇形角。

(ii)易于患者进入和用于宽范围肢体的肢体定位。

(iii)能够允许承重和非承重姿势的能力，所述承重和非承重姿势允许对患者进行最小化应力的成像。

(iii)封闭以防止患者与移动部件意外接触。

(iv)在整个扫描周期中固定的源到检测器的配准。

图12A的顶视图示出扫描器110的部件的构造，其根据本申请的示例性实施方案环绕研究对象20。一个或多个源22和检测器24安装在悬臂C形吊架36中，所述悬臂C形吊架36是传送组件170的一部分，其可以可控地转动(例如，在围绕中心轴β的弧度上可旋转)。因此源22和检测器24在它们的整个移动周期内相对于彼此固定。致动器172被安装到组件170的框架174，并且提供用于吊架枢转的移动铰链。致动器172可激励以根据扫描序列所需以顺时针(CW)或逆时针(CCW)旋转来移动吊架36和框架174。外罩184可以减少或防止灰尘和碎屑和/或更好地保护操作者和患者不与移动部件接触。

图12B的透视图更详细地示出传送组件170的框架174和吊架36。致动器172与皮带178协作以枢转框架174，用于使源22和检测器24围绕轴β移动。图12C的透视图示出具有添加的配重物182的框架174，用于改进悬臂布置的平衡。

因为作为检测器路径28(图2)的扫描弧的一部分穿过允许患者进入的周向间隙或开口38，所以扫描路径的这一部分应与患者隔离。图13A、13B和13C示出在用于封闭间隙或开口38的连续位置中的可滑动门176，所述可滑动门176被存储在壳体180内的缩回位置，用于一旦患者处于适当位置，则在检测器路径28上提供覆盖。在一个实施方案中，门176可以基本上是中空结构，当关闭时，其允许检测器24围绕患者的肢体通过。参见图12B，支撑检测器24的吊架36的框架174的部分可以在成像扫描期间穿过由门176提供的中空内腔。在成像序列结束时，吊架36的框架174旋转回到其原始位置，并且门176缩回到其原始位置，以便患者在壳体180内进入或离开。在一个实施方案中，门176由操作者手动打开和关闭。在一个实施方案中，提供互锁，使得扫描传送部件的移动(悬臂框架174的旋转)仅在感测到门176的完全关闭时才可能。

图13B还分别示出壳体180的顶表面190和底表面192。外周表面194在顶表面190与底表面192之间延伸并且连接顶表面190和底表面192。内周表面196被构造来连接顶表面190和底表面192以形成从第一表面延伸到第二表面的中心开口198，其中中心开口198围绕β轴。

如关于图2和4所示，在一个实施方案中，辐射源22和检测器24各自可以分别沿着具有半径R2和R1的弧而环绕研究对象。根据替代实施方案，在源传送件32内，可以使用源致动器，所述源致动器可以与作为检测器传送件34一部分的单独、互补检测器致动器协作。因此，两个独立的致动器设备(每个传送组件中存在一个)可以通过外部逻辑控制器单独加以控制和协调，进而使源22和检测器24围绕研究对象20沿着各自的弧完全一致地移动。

在本公开的背景下，如果表面具有超过约10英尺的曲率半径，那么它被认为是“基本上”是平坦的。

图10的透视图示出被构造用于对坐下的患者进行膝盖成像的肢体CBCT成像装置100。从图10可以看出，患者需要在扫描体积之外的空间，以便舒适地放置未被成像的腿。为此，壳体78被成形以提供额外的余隙。

如易于从图8-11和13A-13D中看到的，成像扫描器110具有壳体78。根据本申请的一个实施方案，壳体78基本上是圆柱形的；然而，不需要用于壳体78的圆柱形表面形状。基本上圆柱形意味着，至少一级近似，壳体78的表面形状非常接近圆柱体，其稍微偏离圆柱体的严格几何定义并且具有外围间隙以及用于自身不是圆柱形的附接和部件接口的一些附加特征。

图14A-14D示出对理解扫描器110如何构造和操作(例如，扫描)感兴趣的多个特征。图14A示出根据本申请的实施方案如何由壳体78形成外围间隙38。用虚线描绘出的扫描体积228由源26和检测器路径28限定，如前所述，并且通常包括β轴的至少一部分。内部中心体积230可以由壳体78的表面S2限定，并且通常可以包围扫描体积228。内部中心体积230也可以由关闭时的门176限定，如图14C所示。当门176处于打开位置(例如，完全或部分打开)时，外围间隙38与内部中心体积230邻接。

图14A示出在扫描路径的一个最末端处的源传送件32和检测器传送件34，其可在扫描的开始或结束处。图14B示出在扫描路径的另一个最末端处的源传送件32和检测器传送件34。应注意的是，源22沿着源传送件32偏移。使用这种非对称性，源22相对于壳体78的表面S3的行进程度不同于其相对于表面S4的行进程度。在图14B所示的极限行进位置处，源22距离表面S4的距离是源22距离在图14A中所示的另一个极限行进位置处的表面S3的距离的两倍以上。在一个实施方案中，本发明人使用这种差异来为患者坐下情况下的患者定位获得额外的余隙。

图14C示出壳体78的构造。在本公开的上下文中，顶表面190被认为与扫描体积228的顶部，在扫描体积228的至少部分上方或上方对准；底表面192与扫描体积228的底部，在扫描体积228的至少部分下方或下方对准。在一个实施方案中，顶表面190或底表面192可以与扫描体积228的一部分相交。如图14C所示，扫描体积228可以是圆柱形或圆柱状。然而，本申请的示例性实施方案旨在与其他已知的2D扫描区域和/或3D扫描体积一起使用。壳体78的外罩可以是金属、玻璃纤维、塑料或其他合适的材料。根据实施方案，顶表面190和底表面192的至少部分是基本上平坦的。

如图14A-14C所示，扫描器110具有限定其形状和外围间隙或开口38的形状的多个表面：

(i)外部连接表面S1在顶表面190的一部分与底表面192的一部分之间延伸以至少部分地包围源和检测器；外部连接表面的至少一部分延伸到源在扫描时行进的路径的外部；图14A-14C所示的外部连接表面S1的实施方案提供在围绕中心β的半径R5处大致为圆形并且在壳体的边缘E1与E2之间延伸的弧形表面；

(ii)内部连接表面S2在第一表面的一部分与第二表面的一部分之间延伸以限定内部中心体积230，所述内部中心体积230包括扫描体积228的一部分；在图14D所示的实施方案中，内部连接表面表面S2大约在距β轴的半径R4处。内部连接表面S2的至少部分可以是圆柱形的。

(iii)其他连接表面可以任选地包括表面S3，其对应于源传送件32的行进路径(图14A-14B)的第一端点，并且沿着边缘E1与曲面S1相邻，其中表面S3向内朝向弯曲内表面S2延伸；以及表面S4，其对应于在从源传送件32的第一端点的行进路径的极端相对端处的第二端点，并且沿着边缘E2与曲面S1邻接，其中表面S4向内朝向弯曲内表面S2延伸。根据实施方案，表面S3和S4是基本上平坦的，并且表面S3与S4之间的角度大于约90度。一般来说，其他附加表面段(例如，短的线性或曲面段)可在表面S1-S4中任何之间延伸或包括任何表面S1-S4。

内部连接表面S1和外部连接表面S2以及任选地其他表面限定外围间隙或开口38，其与内部中心体积230邻接并且向外延伸以与外部连接表面S1相交从而形成间隙38，其作为越过或朝向外部连接表面S1如果延伸将跨过开口38的位置延伸的角形凹部。如图14D所示，由位于扫描体积内的中心限定且处于在扫描体积外的第一径向距离R4处限定的外围间隙38的边缘之间的第一圆弧Al的中心角小于由第一圆弧中心限定且处于在扫描体积外的第二径向距离R3处的外围间隙38的边缘之间的第二圆弧A2的中心角，其中第二径向距离R3大于第一径向距离R4。在一个实施方案中，如图14D所示，在扫描体积外部以第一径向距离R4确定的外围间隙38的边缘之间限定的第一距离小于在扫描体积外部的第二径向距离R3处的外围间隙38的边缘之间的第二距离，其中第二径向距离R3大于第一径向距离R4。根据一个实施方案，弧A1和A2以β轴为中心，如图14D所示，并且间隙38的边缘部分地由壳体78的表面S3和S4限定。

当弧A2的中心角足够大以容纳待成像的肢体时，可以提供患者解剖结构所需的空间，诸如参考图10所描述的空间。根据一个实施方案，间隙38的边缘之间的弧A2的中心角超过弧A1的中心角至少约5度；更有利地，弧A2的中心角超过弧A1的中心角至少约10或15度。

图8-11的透视图示出用于对患者的肢体成像的肢体CBCT成像装置100的各种构造。对于这些构造中的每一个，患者的肢体或其他肢体必须位于扫描器110的中心，并且必须为配对肢体提供空间。如本文所述，提供外围间隙或开口38以允许患者的进入空间和用于患者解剖结构的其他部分的空间。门176被收回到壳体78中，直到患者被定位；然后，门176枢转到适当位置，以便为与被成像的患者隔离的成像接收器，检测器24提供合适的传送路径。

图13A示出扫描器110，其中门176处于打开位置，不阻碍开口38，即，保持开口38畅通，从而允许患者进入以用于在开口38内的肢体放置。图13C是示出扫描器110的顶视图，其中门176处于关闭位置并由闩锁92保持。门176因此延伸到开口38中，从而包围开口38的一部分以用于患者的肢体成像。传感器82提供指示至少门176是处于关闭位置还是处于其他位置的互锁信号。防止内部扫描器110部件(诸如C形吊架36)的移动，除非门176被闩锁关闭。释放器90将门176从其闩锁位置解锁。如图13C和13D所示，手柄76可以定位在开口38的外部，诸如沿着如图所示的表面S1，用于打开或关闭门176。将手柄76或其他类型的门关闭设备放置在开口38外部在关闭或打开门176时对于患者的舒适度是有利的。如图13C和13D的示例性实施方案所示，手柄76与门176操作地联接，使得手柄76以规定方向(诸如沿着扫描器110壳体78的圆周)的移动(例如，相应的方向，或以所示的顺时针方向)，引起门176相应的移动(例如，以相同方向)。在一个实施方案中，手柄76的顺时针移动引起门176的顺时针移动，将门176延伸到开口中，并且关闭门176；手柄76的逆时针移动引起门176的逆时针移动并打开门176，使得其不阻碍开口或移动到开口畅通的位置。

根据一个实施方案，门176由操作者手动枢转、关闭和打开。这允许操作者更仔细地支撑患者和待成像的肢体。根据替代实施方案，提供致动器以自动地关闭或打开门。

图15示出在门176刚刚关闭时吊架36在角度θ0处的初始位置。源22和检测器24处于角度θ0处的静止或默认位置。检测器路径28延伸到门176的中空部分中，如图所示。

图15从顶视图示出吊架36的相对角旋转，以及由门176提供的中空通道84如何允许检测器24围绕在扫描体积228内被成像的研究对象的轨道的宽角度范围的行进。此序列示出门176如何覆盖或围绕但不阻碍检测器路径28，并且示出当患者适当地定位且门176枢转到适当位置并且锁定时，检测器路径28如何穿过门176的中空内部以用于成像。根据替代实施方案，门176的另一个特征是封闭部分188，其可以在门关闭之前、期间和之后覆盖壳体78中的门孔88。

图16的透视图示出门176的另一个特征，其中壳体78的外罩被移除以用于内部部件的可见性。提供封闭部分188作为门176的一部分以覆盖否则当门关闭时将暴露的间隙。这种覆盖防止污物和碎屑并且有助于防止患者接触扫描器110的内部移动部件及其可见性。根据替代实施方案，封闭部分188的边缘94附接到壳体78，并且当门176朝向其关闭位置枢转时，封闭部分188折叠或弯曲到适当位置。

如图6A所示，吊架36上的源22和检测器24在弧形非线性导轨(例如，槽)的一部分上继续。然而，辐射源的质量可以相对于辐射检测器的质量为5x、10x、20x或更大。在示例性CBCT X射线成像系统中，不均匀源22和检测器24质量和/或质量相对于扫描体积或旋转中心(例如，β轴)的位置的组合可能产生大的不平衡。例如，当源“倾斜”在倾斜的扫描几何形状的高位置(或低位置)时，不平衡CBCT吊架机构可能遭受反冲。

因此，可以将配重物添加到检测器，以将扫描器(例如，扫描器110或吊架36)的重心(COG)移动更靠近扫描体积或旋转中心并且/或者以减小源和检测器的质量不平衡。图12C、16、17A和17B示出添加到检测器24的配重物182。添加到检测器的配重物可以提供用于运动控制的优点，诸如但不限于(i)可以减小在所有取向中驱动平衡式吊架的力，(ii)可以增加惯性，并且可以更容易控制，和/或(iii)可以减少在扫描体积的运动或扫描期间的振动(例如，在源与检测器之间)。

配重物可以包括CBCT X射线成像系统和/或具有更平衡的吊架的方法的缺点。优选地，源22和检测器24在扫描体积228的扫描期间不相对于彼此移动。因此，需要非常坚固的结构来承受由配重物182(和/或源22、检测器24)产生和/或施加到吊架36的弯曲力。此外，所述结构必须足以使辐射源和检测器(具有配重物)一致地移动。

图17A和17B是示出用于CBCT X射线成像系统中使用的传送机构的吊架的部分的附加特征的图。如图17A和17B所示，传送机构170的吊架36的框架174可以使用大块的整体结构来承受由配重物182、检测器24和/或源22产生和/或施加的弯曲力。此外，框架174可以包括朝向或进入扫描体积228延伸的第一或顶部部分174a、第二或下部部分174b，所述第一或顶部部分174a、第二或下部部分174b可以通过框架连接部分174c被连接。在一个实施方案中，部分174a、部分174b和部分174c可以形成至少部分地在部分174a与部分174b之间延伸的内部口袋174d(参见图12A)。图17B示出吊架36的框架174的外表面。如图17A和17B所示，框架174可以一体地形成、集成固定在区段中、刚性连接等。

在一个实施方案中，检测器可以包括栅格，其可以是一体的或可移除地附接。如图17A和17B所示，在示例性栅格242沿着检测器路径抵靠检测器24的位置中，它被限制为六个自由度(DOF)。这由针对检测器24的三点约束、针对止挡件246的两点约束和针对支架244的单点约束来提供。

X射线成像系统(例如，体积射线照相成像系统，CBCT系统)和/或使用其的方法的某些示例性实施方案可以分别提供检测器和配重物(例如，扫描器或吊架)，即使配重物和检测器可以被定位在相同的相对空间中或横穿所述相同的相对空间。在一个实施方案中，X射线成像系统和/或方法可以在单独的支撑臂(例如，第一和第二支撑臂或具有配重物支撑单元的检测器重量支撑单元)的远端附近提供检测器和配重物。在其他实施方案中，检测器和配重物可以联接到(例如，扫描器的)吊架机构或传送机构，并且被构造来彼此独立地移动。

在某些示例性实施方案中，成像系统(例如，CBCT系统)可以为检测器和配重物分别地提供两个单独的支撑件。此外，单独的支撑结构可以提供在扫描期间以降低的或最小的移动或振动相对于源来定位检测器的能力。在某些示例性实施方案中，用于配重物的较弱、较轻、较小、不同的材料和/或更柔性的支撑件可以减少用于将检测器和配重物作为单个单元定位并且支撑的材料的总重量。此外，单独的支撑件可以允许将配重物定位在检测器路径附近，同时允许在扫描期间具有增加的配重物振动的独立运动，其对已获取的诊断射线照相成像或成像数据的质量具有减小的影响或最小影响。另外，分别地提供用于检测器和配重物的两个单独的支撑件可以允许不同的材料(例如，具有不同的特性，诸如但不限于密度、强度、刚度、抗弯曲性、成本等)用于检测器和配重物的相应支撑结构。

图18A-18D是示出与用于在射线照相成像系统(例如，CBCT X射线成像系统)和/或使用其的方法中使用的传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。如图18A-18D所示，两个单独的支撑件可以包括联接以支撑检测器24的检测器重量支撑臂310和联接以支撑配重物382的配重物支撑臂320(例如，单独和分别设置)。在某些示例性实施方案中，检测器重量支撑臂310和配重物支撑臂320可以由不同的材料或材料的组合制成。如图18A-18D所示，检测器重量支撑臂310和配重物支撑臂320可以在第一末端处联接到吊架336并且在第二(或远端)末端处分别联接到检测器24和配重物382。在某些示例性实施方案中，检测器重量支撑臂310和配重物支撑臂320由第一空隙350a分开。在一个实施方案中，检测器24和配重物382可以由第二空隙350b分开。优选地，检测器重量支撑臂310和配重物支撑臂320可以在不撞击扫描体积的情况下周向地延伸。在一个实施方案中，配重物支撑臂320可以包括在其到吊架336的安装件与配重物382之间的C形臂或其他弯曲延伸部的弯曲形状。如图18A-18D所示，检测器重量支撑臂310可以定位在配重物支撑臂320内部(例如，径向地或相对于扫描体积)。优选地，源22也安装到吊架336(或传送机构的其他部分)。在一个实施方案中，一个或多个源22和检测器24可以安装在吊架336中，所述吊架336是能够可控地转动(例如，至少部分地围绕扫描体积或轴β可旋转)的传送组件的一部分。

在某些示例性实施方案中，配重物支撑臂320可以具有任何规定的3D形状，以将配重物382附接到扫描器，而不横穿扫描体积228。例如，配重物支撑臂320可以包括在吊架处的源安装件与配重物之间的C形臂或弧形延伸部的形状。可选地，配重物支撑臂可以包括在到吊架机构的安装连接件与到配重物的安装连接件之间的弯曲或非线性形状。在其他实施方案中，配重物支撑臂可以包括一系列线性部分，其在吊架机构与配重物之间一起形成规定的形式。可以设想任何构造(例如，机械或机电式)将配重物定位在与检测器物理分离的预期位置，所述检测器被安装成在开口或扫描体积上接收来自源的辐射。在一个实施方案中，检测器重量支撑机构和配重物支撑机构具有类似(或相同)的形状。在一个实施方案中，检测器重量支撑机构和配重物支撑机构具有类似的镰刀形状。在一个实施方案中，检测器重量支撑机构或配重物支撑机构可以包括在扫描体积下方或上方交叉的形式。在一个实施方案中，检测器重量支撑机构或配重物支撑机构可以具有环绕扫描体积的类似形状。

在某些示例性实施方案中，检测器重量支撑臂310被构造来将扫描体积228扫描期间的检测器24运动限制为小于由配重物支撑臂320在扫描体积228扫描期间允许的配重物382的运动的1/2、1/5或1/10。在一个实施方案中，检测器重量支撑臂310可以将检测器24连接到源22(例如，吊架336)，使得在扫描体积228的扫描期间在检测器24处产生小于5mm、小于3mm或小于1mm的运动(例如，或源22与检测器24之间的相对运动)。在一个实施方案中，配重物支撑臂320将配重物382连接到源22(例如，吊架336)，使得在扫描体积228的扫描期间在配重物382处产生小于12mm、小于8或小于3mm的运动。在一个实施方案中，与其中检测器和配重物移动和/或作为单个单元安装(例如，使用框架174)的已知构造相比，检测器重量支撑臂310可以将检测器24固定到具有减小移动的吊架机构。

在某些示例性实施方案中，为检测器和配重物分别地提供两个单独的支撑件可以提供在检测器与配重物之间提供规定尺寸的空隙的能力。在一个实施方案中，空隙可以是预设的3维间隙、2维间隙或检测器重量支撑臂310与配重物支撑臂320之间(或检测器24与配重物382之间)的距离。在一个实施方案中，可以响应(例如，成比例、加权、非线性)于在扫描体积228的扫描期间或在CBCT射线照相成像系统的任何移动期间配重物382的计算的移动(例如偏转)和/或实际移动的量来设置空隙。在一个实施方案中，可以响应(例如，成比例、加权、非线性)于在扫描体积228的扫描期间或在CBCT射线照相成像系统的任何移动期间检测器24的计算的移动(例如偏转)和/或实际移动(源移动、检测器与源、扫描器等之间的相对移动)的量来设置空隙。

在某些示例性实施方案中，为检测器和配重物分别地提供两个单独的支撑件可以提供CBCT射线照相成像系统的增大的孔尺寸和/或增大的扫描体积。在某些示例性实施方案中，为检测器24和配重物382分别地提供两个单独的支撑件可以提供增大CBCT射线照相成像系统的孔尺寸和/或增大其扫描体积的能力。优选地，在扫描体积228的扫描期间，维持或减少源22与检测器24之间的计算的或实际的移动。

图19A-19B是示出与CBCT射线照相成像系统等中使用的用于传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。如图19A-19B所示，两个单独的支撑件可以包括联接以支撑检测器24的检测器重量支撑臂410和联接以支撑配重物482的配重物支撑臂420(例如，单独和分别设置)。如图19A-19B所示，检测器重量支撑臂410和配重物支撑臂420可以在第一末端处联接到吊架并且在第二(或远端)末端处分别联接到检测器24和配重物482。在某些示例性实施方案中，检测器重量支撑臂410和配重物支撑臂420由第一空隙450a分开。在一个实施方案中，检测器24和配重物482可以由第二空隙450b分开。优选地，检测器重量支撑臂410和配重物支撑臂420可以在不撞击扫描体积的情况下在外部或周向地延伸。如图19A-19B所示，检测器重量支撑臂410可以定位在配重物支撑臂420内部(例如，径向地或相对于扫描体积)，使得配对肢体可以在其间通过。优选地，源22也安装到吊架336。

图20A-20B是示出与CBCT射线照相成像系统等中使用的用于传送机构的吊架一起使用的配重物支撑机构的示例性实施方案的图。如图20A-20B所示，两个单独的支撑件可以包括联接以支撑检测器24的检测器重量支撑臂和联接以支撑配重物482的配重物支撑臂(例如，单独和使用多个延伸部)。如图20A-20B所示，检测器重量支撑臂510和/或配重物支撑臂可以形成为在一个或多个第一末端处联接到吊架并且在一个或多个第二(或远端)末端处分别联接到检测器24和配重物482的多个支撑臂/单元(例如，机械或机电式连接或分离)。

在某些实施方案中，检测器重量支撑臂和/或配重物撑臂被示出为附接到吊架36(或扫描器110)的分离单元。在替代示例性实施方案中，检测器重量支撑臂和/或配重物支撑臂可以与传送机构(例如，吊架36)或扫描器110的一个或多个部分一体地形成为单个单元。

射线照相成像系统通常使用线性栅格作为改进射线照相图像中的对比度和信噪比(S/N)比率的抗散射设备。栅格通常包括一系列阻挡由对x射线透射的间隔物分开的x射线的铅箔带。带的间距确定栅格频率，并且铅带之间的高度与距离确定栅格比。这些和其他栅格特性可以根据用于特定图像的辐射能量而变化。检测器的校准考虑到栅格特性，使得不同的校准数据用于不同的栅格。在本文的某些示例性实施方案中，检测器可以包括可以是一体的或可移除地附接到检测器的栅格。根据本申请的某些示例性实施方案可以提供用于替换不同栅格或从成像路径移除栅格的栅格访问(例如，通过门176)。在一个实施方案中，检测器不包括栅格。

与至少一个实施方案一致，示例性方法/装置可以使用存储有对图像数据进行的指令的计算机程序，所述图像数据是从电子存储器存取。如图像处理领域的技术人员可理解的，本文实施方案的计算机程序可以由合适的通用计算机系统(诸如个人计算机或工作站)来使用。然而，可以使用许多其他类型的计算机系统来执行所描述的示例性实施方案的计算机程序，包括例如网络处理器的布置。

用于进行本文所述的某些示例性实施方案的方法的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中。这种介质可包括，例如；磁存储介质如磁盘(诸如硬驱动器)或可移除设备或磁带；光存储介质诸如光盘、光带、或机器可读光编码；固态电子存储设备诸如随机存取存储器(RAM)、或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序的任何其他物理设备或介质。用于进行所述实施方案的示例性方法的计算机程序还可存储在通过因特网或其他网络或通信介质连接到图像处理器的计算机可读存储介质上。本领域技术人员将进一步容易地认识到，这类计算机程序产品的等同物还可以被构建在硬件中。

应注意的是，在本公开的上下文中术语“存储器”等同于“计算机可存取存储器”，可以指用于对图像数据进行存储和操作以及计算机系统可存取的任何类型的临时或更持久的数据存储工作区，包括例如数据库。所述存储器可以是非易失性的，其使用例如长期存储介质诸如磁存储或光存储。或者，所述存储器可以具有更易失的性质，使用电子电路，诸如被微处理器或其他控制逻辑处理器设备用作临时缓冲区或工作区的随机存取存储器(RAM)。例如，显示数据典型地存储在临时存储缓冲区中，所述临时存储缓冲区可以与显示设备直接相关联并且根据需要定期刷新以便提供显示的数据。当这个术语在本公开中使用时，所述临时存储缓冲区还可以被认为是存储器。存储器还用作用于执行和存储计算和其他处理的中间结果和最终结果的数据工作区。计算机可存取存储器可以是易失性的、非易失性的、或易失类型和非易失类型的混合组合。

将要理解的是，用于本文示例性实施方案的计算机程序产品可利用各种图像操作算法和熟知的过程。将进一步理解的是，本文的示例性计算机程序产品实施方案可包括适用于实施的本文未具体示出或描述的算法和过程。这类算法和过程可以包括图像处理领域的普通技术内的常规实用程序。这类算法和系统、以及用于产生和以另外方式处理图像或与本申请的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件的另外方面未在本文中具体示出或描述，并且可以选自本领域中已知的这类算法、系统、硬件、部件以及元件。

应注意的是，虽然目前的描述和示例主要针对人体或其他物件的射线照相医学成像，但是本申请的设备和方法的实施方案也可应用于其他射线照相成像应用。这包括诸如无损检测(NDT)的应用，对于无损检测来说，可以获得射线照相影像并且对射线照相影像提供不同加工处理，以便强调所成像研究对象的不同特征。

虽然有时关于CBCT数字射线照相系统在本文中进行描述，但应用程序的实施方案并不意图如此受限制。例如，其他DR成像系统，诸如牙科DR成像系统、移动DR成像系统或基于房间的DR成像系统可以利用根据本申请的方法和装置实施方案。如本文所述，示例性平板DR检测器/成像器能够进行单次(射线照相)和连续(荧光)图像采集。此外，可以使用扇形束CT DR成像系统。

示例性DR检测器可以分为用于将辐射直接转换为电子信号的“直接转换型”检测器和用于将辐射转换为荧光以将荧光转换为电子信号的“间接转换型”检测器。间接转换型射线照相检测器通常包括用于接收辐射以产生具有根据辐射量的强度的荧光的闪烁体。

根据本申请的示例性实施方案可包括本文所述的各种特征(独立或组合)。本申请要求2012年10月8日提交的以John Yorkston等人的名义的标题为“Extremity Scannerand Methods For Using The Same”的共同转让的、共同待决的美国临时专利申请序列号61/710,832的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容以引用的方式并入本文。

虽然已相对于一个或多个实施方式来示出本发明，但是在不背离随附权利要求书的精神和范围的情况下可对所示出的示例进行变更和/或修改。另外，虽然本发明的特定特征可能已经关于几个实施方式中的一个进行公开，但所述特征可与其他实施方式的对于任何给定或具体功能可能是所希望的和有利的一个或多个其他特征相组合。术语“……中的至少一个”用来意指可选择列举项目中的一个或多个。术语“大约”指示所列举的值可被稍微变更，只要所述变更不会导致过程或结构与所示出的实施方案的不一致。最后，“示例性”指示描述是用作示例，而不是暗示它是理想的。在考虑到本发明的说明书和实践的情况下，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。意图仅将本说明书和实施方案理解为示例性的，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求书来指示。

Claims (14)

1.一种用于锥形束计算机断层扫描成像的成像装置，所述装置包括：

支撑结构，其包括至少一个支撑柱；以及

扫描器，其联接到所述支撑柱，进行至少三维移动，其中所述扫描器包括：

a)吊架，其包括：

(i)检测器重量支撑臂，其被构造来将检测器联接到所述吊架，以便沿着检测器路径部分地围绕扫描体积移动，从而根据接收的辐射来获取图像数据，所述检测器重量支撑臂在其第一末端处联接到所述吊架、在其第二末端处联接到所述检测器；

(ii)辐射源，其可激励来引导辐射通过所述扫描体积，其中所述辐射源联接到所述吊架，以便沿着源路径部分地围绕所述扫描体积移动，其中所述源路径比所述检测器路径长；以及

(iii)配重物支撑臂，其被构造来独立于所述检测器重量支撑臂将配重物联接到所述吊架，所述配重物支撑臂在其第一末端处联接到所述吊架、在其第二末端处联接到所述配重物，其中所述配重物支撑臂和所述检测器重量支撑臂具有环绕所述扫描体积的类似形状，所述配重物支撑臂和所述配重物通过空隙独立于所述检测器重量支撑臂和所述检测器，并且其中所述检测器重量支撑臂被定位在所述配重物支撑臂内部更接近所述扫描体积。

2.如权利要求1所述的成像装置，其中所述吊架包括转台和固定成围绕所述转台旋转的安装结构，所述辐射源附接到所述安装结构，其中所述检测器重量支撑臂是安装到所述安装结构的C形臂。

3.如权利要求1所述的成像装置，其中所述配重物支撑臂被构造来提供所述配重物相对于所述检测器的独立移动。

4.如权利要求1所述的成像装置，其中所述配重物在所述扫描体积的扫描期间的相对运动是所述检测器在所述扫描体积的扫描期间的运动的至少5倍。

5.如权利要求1所述的成像装置，其中所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂彼此平行，其中所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂在沿着所述扫描体积的纵向或径向轴的方向上位于彼此之上，或者其中所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂被分离回到所述吊架处的安装点。

6.如权利要求1所述的成像装置，其中所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂是不同的材料。

7.如权利要求1所述的成像装置，其中所述检测器联接在所述检测器重量支撑臂的远端附近，并且所述配重物联接在所述配重物支撑臂的远端附近。

8.如权利要求1所述的成像装置，其中分别是用于所述检测器和所述配重物的两个分离的支撑件的所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂操作来在扫描期间以减少的移动或振动相对于所述辐射源定位所述检测器。

9.如权利要求8所述的成像装置，其中所述检测器重量支撑臂将所述检测器连接到所述辐射源，使得在所述扫描体积的扫描期间在所述检测器处产生小于10mm的运动。

10.如权利要求1所述的成像装置，其中所述检测器重量支撑臂被构造来将所述扫描体积的扫描期间的检测器运动限制为小于所述配重物支撑臂在所述扫描体积的扫描期间所允许的所述配重物的所述运动的1/10。

11.如权利要求1所述的成像装置，其中分别用于所述检测器和所述配重物的两个分离的支撑件的所述检测器重量支撑臂和所述配重物支撑臂操作来增加所述成像装置的扫描体积。

12.如权利要求1所述的成像装置，其还包括：

扫描器壳体，其在所述检测器路径和所述源路径中提供间隙以供径向接近所述扫描体积；以及

门，其从不阻碍所述间隙的第一位置向延伸到所述间隙中的第二位置移动到所述间隙中。

13.一种用于锥形束计算机断层扫描的方法，所述方法包括：

沿着至少一部分检测器路径移动检测器，所述检测器路径周向地围绕用于锥形束计算机断层扫描成像的成像装置的成像体积延伸，所述至少一部分检测器路径延伸，使得所述检测器被构造来至少部分地围绕所述成像体积移动，所述成像体积将被定位在所述检测器路径内；

与沿着所述至少一部分检测器路径移动所述检测器协调地沿着至少一部分源路径可控地移动源，所述至少一部分源路径延伸，使得所述源被构造来至少部分地围绕所述成像体积移动，所述成像体积将被定位在所述源路径内，所述源路径长得足以允许所述成像体积的足够的辐射暴露以便由所述检测器捕获图像；以及

可控地沿周向地围绕所述成像体积延伸的配重物路径移动配重物以在所述检测器路径外面并靠近所述至少一部分检测器路径，所述配重物和所述配重物路径通过空隙独立于所述检测器和检测器路径。

14.如权利要求13所述的方法，其中检测器重量支撑臂被构造来沿着所述至少一部分检测器路径移动所述检测器，其中配重物支撑臂被构造来移动所述配重物以在所述检测器路径外面并靠近所述至少一部分检测器路径。

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