用于X射线成像的筒形台架定位装置制造方法及图纸

这项发明专利技术揭示一种与移动型手推车、天花板、地板、墙壁或患者体检台连接的机器人控制的五个自由度的Ｘ射线筒形台架定位装置。该定位系统能附着到悬臂式Ｏ－形的或Ｃ－形的筒形台架上。定位系统能沿着三条正交的轴线Ｘ－Ｙ－Ｚ精确地平移附着的筒形台架而且能在保持筒形台架中心固定的同时围绕着Ｘ轴线和Ｙ轴线确定筒形台架的取向（见图１）。定位装置分别提供筒形台架围绕着Ｘ轴线　和Ｙ轴线等角点的和非等角点的“倾斜”和“摇摆”旋转。等角点的“摇摆”旋转是两个平移和一个旋转的多轴组合。此外，比探测器提供的视场大的视场是通过多轴协同动作的附加组合在纯粹的ＡＰ（前／后）和横向的探测器位置提供的。每个轴都可以用手控制或用位置反馈机械化以允许储存筒形台架的位置变化。机械化的轴使筒形台架能够快速地和正确地返回预先设定的筒形台架位置和取向。用来扩大成像物体的视场的系统和方法把Ｘ射线源和探测器的旋转与筒形台架的多轴平移结合起来。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关的专利申请这份申请要求在此通过引证将其全部教导并入的于2002年8月21日申请的美国专利临时申请第60/405,098号的利益。这份申请与在此通过引证将其全部教导并入的于2003年6月11日申请的美国专利申请第10/459,405号有关。本专利技术的现有技术医疗实践业已表明主要作为放射科的诊断工具三维成像的巨大价值。包括手术室、加护病房和急诊部门在内的其它诊疗领域依赖二维成像(荧光透视、超声波、二维移动型X射线)作为诊断和指导治疗的主要手段。这主要是由于操作传统的三维装置必不可少的成本、尺寸和专业技术。此外，放射性CT扫描器是为了以牺牲移动性为代价获取最高的图像质量而设计的。用于“非放射学部门”的能够在同一装置中完成2D和3D成像的真正实用的移动型成像的解决办法还没有开发。早期的尝试只是没有着手解决在满足预期的图像品质水平的时候要维持相当大的体积的真实需求。过去，已经有为着手解决这种需求推荐的两种类型的装置。一种类型的装置使用移动型的C-形悬臂而且使它围绕着解剖体自旋，例如，来自Siemens AGTM的Siremobil Iso-C3D系统。这些基于C-形悬臂的尝试有有限的视场，在程序上是繁琐的，而且对图像品质有固有的限度。其它人已经尝试制作固定内径的移动型CT，例如，ButllerW.E.等人1998年在“A mobile CT Scanner with Intraoperative andICU Application(在手术进行中和加护病房应用的移动型CT扫描器)”中描述的装置，(http//neurosurgery.mgh.harvard.edu/mobileCT.htm)。然而，这些所谓的“移动型CT扫描器”是以提高传统的固定式CT扫描器的剂量水平为特色的，它们难以机动，而且它们在需要它们的时候不能完成2D成像。一般地说，荧光透视C-形悬臂的尝试满足移动性和灵活性的标准，但是在图像品质和图像容积方面不足。“移动型CT扫描器”试图满足图像容积和品质的标准，但是无法解决可用性和成本的实际问题。此外，当今最高水平的CT扫描器不能以与移动型荧光透视系统相同的方式平移和倾斜。用于“非放射学部门”也能够完成2D成像的3-D成像的真正可移动的实用的解决办法尚未出现。这主要是由于当前的X线断层扫描器实际上不能移动这一事实。无法以与移动型C-形悬臂相同的自由度移动CT扫描器已经阻碍了接受和使用移动型三维成像。这已经把三维计算机X线断层扫描成像的价值局限于主要作为放射科诊断工具的领域。需要有供医院的手术室、加护病房、急诊室和其它部门；流动的外科手术中心；医师办公室和军事战场使用的真正可移动的能在多个自由度中平移和倾斜的并且能够完成二维和三维X射线成像的移动型CT扫描器。本专利技术的概述本专利技术一方面涉及用来使辐射成像系统的筒形台架相对于待成像的物体定位的方法和装置。在一个实施方案中，定位装置为筒形台架提供五个自由度，包括沿着三条正交的轴线(X-Y-Z)的平移动作和围绕着X-和Y-轴线的旋转动作。用于辐射成像系统的五个自由度的筒形台架定位装置包括用来在第一方向相对于支撑结构平移筒形台架的第一线性定位器；用来在第二方向相对于支撑结构平移筒形台架的第二线性定位器，其中第二方向与第一方向是正交的；用来在第三方向上相对于支撑结构平移筒形台架的第三线性定位器，其中第三方向与第一和第二方向是正交的；用来使筒形台架相对于支撑结构围绕着第一轴线旋转的第一旋转定位器；以及用来使筒形台架相对于支撑结构围绕着第二轴线旋转的第二旋转定位器。控制系统促使定位装置把筒形台架移动到预先定义的位置和取向。预先定义的位置和取向可以是用户设定的，或可以是基于储存的定位数据设定的。优选的是，定位装置包括用来确定筒形台架在三维空间中的位置和/或取向的位置反馈机构。筒形台架定位装置能把一端连结到诸如可移动的手推车、天花板、地板、墙壁或患者检查台之类的支撑结构上，而且能把另一端附着到诸如O-形的或C-形的筒形台架之类的筒形台架上，从而以悬臂方式支撑筒形台架。筒形台架定位装置可以用手工操作使筒形台架定位，或者可以用允许储存特定的筒形台架位置和取向的位置反馈实现机械化。该定位装置对于包括三维计算机X线断层扫描(CT)成像和二维X射线照相扫描在内的医学成像应用以及其它的医学、科学和工业应用是特别有利的。在另一方面，筒形台架定位装置提供筒形台架分别围绕着X-轴线和Y-轴线的等角点的和非等角点的“倾斜式”和“摇摆式”旋转。等角点的“摇摆式”即Y轴线的旋转是借助筒形台架定位装置的平移和旋转的组合动作完成的。更一般地说，本专利技术的成像系统包括筒形台架，它有为获得位于筒形台架里面的物体的图像可操作的辐射源和探测器；支撑结构；以及以悬臂方式把筒形台架固定到支撑结构上的筒形台架定位装置。定位装置是可操作的，以使筒形台架围绕着与筒形台架的等角点轴线平行但不在同一直线上的第一轴线旋转。本文中使用的筒形台架的等角点轴线是与筒形台架图像容积的中心(即，等角点)相交的轴线，例如，筒形台架的垂直轴线。控制系统促使筒形台架定位装置围绕着第一轴线旋转筒形台架和在第二和第三轴线上平移筒形台架，以便近似于筒形台架围绕着筒形台架的等角点轴线的旋转。本专利技术进一步涉及使筒形台架围绕着等角点轴线旋转的方法，其中包括使筒形台架围绕着与等角点轴线平行但不在同一直线上的轴线旋转；在第一方向把筒形台架平移第一距离；以及在第二方向把筒形台架平移第二距离，以便将筒形台架的等角点维持在固定位置。在第三方面，本专利技术涉及用来增大辐射成像系统的视场的系统和方法。在一个实施方案中，比较大的视场是通过模拟当辐射源和探测器处在纯粹的前/后位置或纯粹的横向位置的时候筒形台架组件围绕辐射源焦点的旋转获得的。通过一个旋转和两个平移的多轴线组合，围绕焦点的旋转是可能的。通过把筒形台架组件移动到两个或三个筒形台架围绕焦点旋转的位置和把作为结果发生的数据用数字计算方法“缝合”在一起，能获得大视场图像。在第四方面，本专利技术涉及用来扩大成像物体的视场的把辐射源和探测器在筒形台架里面的旋转和筒形台架的多轴平移合并的筒形台架成像系统和方法。筒形台架被平移以使探测器移动到更接近成像物体的位置，因此增大视场。优选的是，探测器被移动到与筒形台架里面的中心在待成像物体上而且包围待成像物体的“虚拟圆”相切。当辐射源和探测器通过筒形台架旋转的时候，筒形台架协调地平移，以致探测器保持与虚拟圆相切，类似于“呼拉圈”在人体躯干上的运动。附图简要说明本专利技术的上述的和其它的目的、特征和优点从下面关于在相似的参考字符在不同的视图中处处表示相同的零部件的附图中举例说明的本专利技术的优选实施方案的更具体的描述将变得明显。这些图画不必依比例绘制，而是强调举例说明本专利技术的原理。附图说明图1是已把筒形台架定位装置安装到悬臂式O-形筒形台架和可移动的手推车上的X射线扫描系统的示意图；图2展示五个自由度的筒形台架定位装置；图3展示沿着X轴线平移筒形台架圈的筒形台架定位装置；图4展示沿着Y轴线平移筒形台架圈的筒形台架定位装置；图5A-5C展示沿着Z轴线平移筒形台架圈的筒形台架定位装置；图6A-6C展示围绕着X轴线旋转筒形台架圈的筒形台架定位装置；图7A-7C展示围绕着Y轴线旋转筒形台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于辐射成像系统的五个自由度的筒形台架定位装置，该筒形台架定位装置适合把筒形台架连结到支撑结构上，其中包括：用来相对于支撑结构在第一方向平移筒形台架的第一线性定位器；用来相对于支撑结构在第二方向平移筒形台架的第二线性定位 器，第二方向是与第一方向正交的；用来相对于支撑结构在第三方向平移筒形台架的第三线性定位器，第三方向是与第一和第二方向正交的；用来相对于支撑结构围绕着第一轴线旋转筒形台架的第一旋转定位器；以及用来相对于支撑结构围绕着第 二轴线旋转筒形台架的第二旋转定位器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尤金A格雷厄桑，理查德K格兰特，诺伯特约翰逊，
申请(专利权)人：分离成像有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]