定量校准系统在计算机断层成像扫描仪中的集成技术方案

根据本发明专利技术的实施方案提供了用于经定量校准之计算机断层成像扫描仪的设备和方法。该设备包括配置成用于容纳患者或患者之一部分的机架。机架包括X射线源和与所述X射线源相对定位的检测器，使得所述检测器接收从X射线源发出的X射线。校准体模与机架和/或设备一起集成在扫描仪内，以使得能够对豪恩斯菲尔德单位和/或骨矿物质密度的定量CT测量进行校准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定量校准系统在计算机断层成像扫描仪中的集成相关申请的交叉引用本申请要求于2012年6月7日提交的美国临时专利申请No.61/656,775的权益，其通过引用整体并入到本文中。
本专利技术总体上涉及医学成像。更具体地，本专利技术涉及用于在计算机断层成像(ComputedTomography，CT)中确定骨矿物质密度的设备。
技术介绍
一系列的肌肉骨骼疾病的诊断和治疗有望受益于如由外周定量CT(pQCT)所提供的高质量的精确的成像和形态评估。例如，骨质疏松呈现日益增长的健康负担，其涉及导致脆性骨折的骨密度下降。类似地，尤其在老龄化和肥胖群体中，骨关节炎(OA)是日益普遍的退行性关节疾病，其由生物力学压力以及随之而产生的特征为软骨损失并伴发新骨生长、软骨下骨囊肿及其他形态改变的异常反应造成。类风湿关节炎(RA)及其他形式的关节炎是自身免疫性疾病，其特征是肥厚性滑膜(hypertrophicsynovium)、软骨损失、骨质侵蚀和肌腱损伤。贯穿一系列的骨和关节疾病的这样的病理呈现关节内形态、骨密度和骨形态的特征，并且更准确地对这些结构进行定量评估的能力可以提供早期检测以及对治疗反应之改进评估的手段。通常使用双能X射线吸收计量法(dual-energyx-rayabsorptiometry，DEXA)或定量CT(QCT)测量骨矿物质密度(BMD)来对骨质疏松进行表征。另一些基于图像的策略呈现对病理的另外的潜在更灵敏的评估，包括骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(trabecularthickness，Tb.Th)、结构模型指数(SMI)、各向异性程度(DA)和关节空间形态的高分辨率表征。由于临床(全身)CT扫描仪的有限的空间分辨率，这样的度量通常受到挑战，并且因此已经较少使用。然而，这些潜在的生物标志物提供了对不同的骨和关节相关病症、疾病进展和反应的重要的深入理解。例如，骨质疏松症是造成骨脆性和由此产生之骨折的常见骨代谢紊乱。仅在美国，每年就有约一百五十万例由于骨质疏松造成的椎骨骨折和非椎骨(主要为髋部和腕部)骨折。骨质疏松和骨折风险的早期检测和定量评估主要依赖于骨矿物质密度(BMD)测量。可以使用双能X射线吸收计量法(DXA)来提供BMD测量。但是双能X射线吸收计量法仅能够测量面密度。另一方面，可以使用定量计算机断层成像(QCT)来计算体积密度并且提供显著地更精确的BMD测量结果。因此，QCT正成为用于BMD评估的广泛接受的方法。在QCT中，在患者扫描之前或在患者扫描过程中，在靠近期望的解剖结构处对一些形式的校准体模(calibrationphantom)或参考体模进行成像。然后使用体模的衰减系数和已知密度来推算患者骨结构的未知密度。然而，体模位置的变化性可造成BMD的准确性下降，并且体模的定位可影响整个工作流程、总扫描时间和患者舒适度。此外，在BMD计算过程中，体模位置的变化性需要与使用者互动以定位体模，并且可影响BMD估计的精确性。传统的CT扫描仪设计成不直接包括任何形式的校准体模；而是，体模通常用作附加部件，通常被放置在扫描仪床上在患者下方，或被应用在成像检查之前(或之后)生成的校准表格中。因此，如果也许在扫描时引入另外的校准体模，或者如果为了定量成像的目的而需要进行单独的扫描，则密度测定信息仅能够从CT扫描获得。因此，提供用于将参考校准系统直接集成到扫描仪和机架外壳中以使得体模总是在扫描仪的几何结构和视场(FOV)内的预定位置处的新系统和方法是有利的。因此，参考体模会在每次扫描过程中出现，并且不需要附加设备或对于每次扫描来重新定位体模。校准系统与CT扫描仪的直接集成有望提高BMD测量的准确度并且改进临床工作流程。
技术实现思路
本专利技术在很大程度上满足了上述需求，其中在一方面，用于校准的计算机断层成像(CT)扫描的设备包括机架(gantry)。机架限定出配置成用于容纳患者或患者的一部分的大致上为圆筒形的开口以用于检查，并且还具有限定出配置成用于安置扫描仪之部件的内部空间的机架内壁。X射线源配置成发出穿透患者或患者之一部分的X射线。X射线源和检测器可以被安置在机架内，检测器与X射线源相对定位，使得所述检测器接收从X射线源发出的X射线。检测器还限定出设备的标称视场，使得视场内的任何物体被设备成像。校准体模被直接集成在扫描仪机架内，使得X射线穿过在扫描过程中获取的一些或全部X射线投影中的校准体模元件。不管校准体模是在标称视场内还是在标称视场外，只要校准体模在用于扫描过程中递送的一些或全部X射线投影的X射线束内，则校准体模可以在每次扫描中成像，并且直接用于BMD测量的校准。一个示例性实施方案包括扫描仪，对于该扫描仪，机架的内壁在X射线视场内并且校准体模被集成在扫描仪内使得可以与患者扫描同时地获得体模的图像。根据本专利技术的另一方面，校准体模与扫描仪集成在由机架限定的配置成容纳患者(或患者的一部分)的开口内。因此校准体模可以定位在由机架的内壁限定的内部空间中、在机架的内壁内或与患者相邻。包含校准体模的设备可以包括例如与患者结合使用的用于定位或固定的罩。校准体模的一个示例性实施方案包括形状大致上为圆柱形的约5个校准体模。校准体模具有已知尺寸，并且能够覆盖扫描仪之视场的部分长度或整个长度，并且可以具有固体组成。校准体模具有已知的豪恩斯菲尔德单位(Hounsfieldunit，HU)和已知的钙密度。该设备还被配置用于负重成像。根据本专利技术的另一方面，用于校准的锥形束计算机断层成像(CBCT)扫描的设备包括机架。机架限定出配置成用于容纳患者的大致上为圆筒形的开口以用于检查。机架还具有配置成用于安置设备之部件的壁。该设备还包括配置成发出穿透患者的X射线的X射线源和与所述X射线源相对定位的检测器。检测器接收从X射线源发出的X射线，并且检测器限定出该设备的标称X射线视场使得视场中的任何物体被设备成像。校准体模定位成围绕大致上为圆筒形的开口，使得校准体模被设备成像。根据本专利技术的又一方面，校准体模采取约6个校准体模的形式。约6个校准体模被纵向地定位在围绕大致上为圆筒形之开口的环中。另外，约6个校准体模是分开的，使得它们都至少部分在视场内。附图说明附图提供了可视化表示，其将用于更充分地描述本文中所公开的代表性实施方案，并且可以由本领域的技术人员来使用以更好地理解所述代表性实施方案及其固有的优点。在这些附图中，相同的附图标记标识相应的元件，并且图1示出了根据本专利技术一个实施方案的具有集成在扫描仪外壳中之体模的扫描仪的轴向视图。图2示出了根据本专利技术一个实施方案的具有集成在机架内壁上的体模的扫描仪的轴向视图。图3示出了根据本专利技术一个实施方案的具有集成在机架壁中的体模之扫描仪的轴向视图。图4示出了本专利技术一个可能实施方案的侧视图，其中校准体模被集成在扫描仪的机架内。图5示出了扫描仪一个替代选择实施方案的轴向视图，对于该扫描仪，校准体模在标称X射线视场以外。图6示出了根据本专利技术一个实施方案的扫描仪的轴向视图，该扫描仪具有集成在与患者定位或固定设备相关联的机架壁内部之设备上的体模。图7A和图7B示出了根据本专利技术一个实施方案的用于肢体(extremity)成像的专用CBCT扫描仪的侧视图和透视图。图8A示出了根据本专利技术一个实施方案的与扫描仪门或机架集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于经校准之锥形束计算机断层成像(CBCT)扫描的设备，其包含：机架，所述机架限定出配置成用于容纳患者的大致上为圆筒形的开口以用于检查，所述机架还具有配置成用于安置所述设备之部件的壁；X射线源，所述X射线源配置成发出穿透所述患者的X射线；检测器，所述检测器与所述X射线源相对定位，以使得所述检测器接收从所述X射线源发出的X射线，其中所述检测器限定出所述设备的标称X射线视场，使得在所述视场中的任何物体被所述设备成像；以及校准体模，定位所述校准体模使得所述校准体模被所述设备成像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.07 US 61/656,7751.一种用于经校准之锥形束计算机断层成像(CBCT)扫描的设备，其包含：机架，所述机架限定出配置成用于容纳患者的大致上为圆筒形的开口以用于检查，所述机架还具有配置成用于安置所述设备之部件的壁；X射线源，所述X射线源配置成发出穿透所述患者的X射线；检测器，所述检测器与所述X射线源相对定位，以使得所述检测器接收从所述X射线源发出的X射线，其中所述检测器限定出所述设备的标称X射线视场，使得在所述视场中的任何物体被所述设备成像；以及校准体模，其附接在所述机架的所述壁上或者容纳在所述机架的所述壁内，定位所述校准体模使得所述校准体模被所述设备成像。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述校准体模定位在配置成容纳所述患者的所述开口内。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述校准体模定位在由所述机架限定的内部空间中。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述校准体模定位在所述机架之内部的外表面上。5.根据权利要求1所述的设备，其还包含用于所述校准体模的罩。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述罩还具有均匀密度并且其中所述均匀密度不是所述校准体模的密度。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述校准体模包含约6个校准体模。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述6个校准体模纵向地定向在所述机架的大致上为圆筒形的开口周围的环中。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述校准体模大致上为圆柱形。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述校...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·H·谢沃德森，阿卜杜拉·阿尔穆希特，约翰·卡里诺，
申请(专利权)人：约翰霍普金斯大学，
类型：发明
国别省市：美国;US