DE60315642T2

DE60315642T2 - Freitragende gantry-vorrichtung zur bildgebung mittels röntgenstrahlen

Info

Publication number: DE60315642T2
Application number: DE60315642T
Authority: DE
Inventors: Eugene A. Bolton GREGERSON; Richard K. Sudbury GRANT; Norbert Methuen JOHNSON
Original assignee: Breakaway Imaging LLC
Current assignee: Breakaway Imaging LLC
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: EP1511423B1; US7001045B2; JP2011083621A; HK1071501A1; AU2003245439A1; US8308361B2; JP2005529648A; JP4838901B2; US20030235266A1; CN1668246A; CN100482165C; US20110200175A1; ATE369792T1; EP1511423A1; WO2003103496A9; US7905659B2; WO2003103496A1; US20080212743A1; DE60315642D1

Description

ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Vergünstigung aus der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/388,063, angemeldet am 11. Juni 2002, deren gesamte Lehren hierin durch Bezugnahme einbezogen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gesundheitspflegepraktiken haben den enormen Wert einer dreidimensionalen Bildgebung gezeigt, und zwar hauptsächlich als diagnostisches Werkzeug in der Röntgenabteilung bzw. im Röntgenfachbereich. Andere Bereiche zur Behandlung, einschließlich der Operationsraum, Intensivabteilungen und Notfallabteilungen, sind auf eine zweidimensionale Bildgebung (Durchleuchtung, Ultraschall, mobiles 2-D-Röntgen) als primäre Diagnosemittel und therapeutische Anleitung angewiesen. Das liegt hauptsächlich an den Kosten, der Größe und dem erforderlichen Fachwissen, um traditionelle dreidimensionale Vorrichtungen bedienen zu können. Außerdem wurden hochwertige radiologische CT-Scanner bzw. -abtaster entwickelt, um die Bildqualität auf Kosten der Mobilität zu maximieren. Wirklich brauchbare und mobile bildgebende Lösungen für „nicht-radiologische Abteilungen", die sowohl eine 2D-als auch 3D-Bildgebung in der gleichen Vorrichtung durchführen, müssen noch entwickelt werden. Bisherige Versuche behandeln einfach nicht das wirkliche Erfordernis, nämlich ein erhebliches Bildvolumen beizubehalten, während ein entsprechendes Niveau der erwarteten Bildqualität erfüllt wird. In der Vergangenheit gab es zwei Vorrichtungstypen, die zur Erfüllung dieses Erfordernisses vorgeschlagen wurden. Ein Vorrichtungstyp benutzt einen mobilen C-Arm und dreht diesen um die Anatomie, wie etwa das Siremobil Iso-C^3D System der Siemens AG. Diese auf einem C-Arm basierenden Ansätze haben ein eingeschränktes Sichtfeld, sind in der Handhabung mühsam und haben eine inhärente Grenze für die Bildqualität.
Andere haben versucht, ein CT-Mobilgerät mit feststehendem Durchgang zu bauen, wie etwa die Vorrichtung, die beschrieben wurde von Butler W. E. et al, A Mobile CT Scanner with Intraoperative and ICU Application, 1998. (http://neurosurgery.mgh.harvard.edu/mobileCT.htm). Jedoch sind diese so genannten „mobilen CT-Scanner" gekennzeichnet durch das erhöhte Dosierungsniveau eines herkömmlichen festen CT-Scanners, sie sind schwierig zu manövrieren, und sie sind nicht fähig, eine 2D-Bildgebung durchzuführen, wenn das alles ist, was benötigt wird.
Im Allgemeinen erfüllten die Versuche mit Röntgen-C-Arm die Kriterien der Mobilität und Flexibilität, sie sind aber unzureichend in Bezug auf die Bildqualität und den Bildinhalt bzw. das Bildvolumen. Die Versuche mit dem „mobilen CT-Scanner" genügen zwar den Kriterien des Bildvolumens und der Qualität, sie genügen aber nicht den praktischen Gegebenheiten in Bezug auf die Verwendbarkeit und die Kosten. Außerdem sind aus dem Stand der Technik bekannte Scanner bzw. Abtaster nicht in der Lage, verstellt und geneigt bzw. gekippt zu werden in gleicher Weise wie mobile Durchleuchtungssysteme.
Eine wirklich mobile und praktische Lösung für eine 3-D-Bildgebung für den „nicht-radiologischen Fachbereich", die auch eine 2D-Bildgebung durchführen kann, existiert bisher nicht. Dies liegt hauptsächlich an der Tatsache, dass aktuelle tomografische Scanner nicht auf praktische Art mobil sind. Die Unfähigkeit, einen CT-Scanner mit den gleichen Freiheitsgraden eines mobilen C-Arms zu bewegen, hat die Akzeptanz und die Benutzung einer mobilen dreidimensionalen Bildgebung behindert. Dies hat den Wert der dreidimensionalen computertomografischen Bildgebung eingeschränkt auf Bereiche hauptsächlich als diagnostisches Werkzeug in der Röntgenabteilung.
Es gibt einen Bedarf an einem mobilen CT-Gerät zur Benutzung im Operationsraum, in der Intensivpflegeeinheit, im Notfallraum und in anderen Teilen des Krankenhauses, in ambulanten Chirurgiezentren, Sprechzimmern und auf dem militärischen Schlachtfeld, welches wirklich mobil und in der Lage ist, sowohl 2D- als auch 3D-Röntgenbildgebungen durchzuführen.
Die Druckschrift EP-A2-0564292 offenbart eine bildgebende Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die bildgebende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Ein Verfahren zur Bildgebung gemäß vorliegender Erfindung ist im Anspruch 22 angegeben. Optionale Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ausgerichtet auf eine bildgebende Vorrichtung, die einen allgemein O-förmigen Gantry- bzw. Portalring umfasst, der eine Röntgenstrahlungsquelle und einen Detektor hat. Der Portalring ist starr oder beweglich an einer Seite des Ringes an einer Stützanordnung befestigt, wie etwa ein mobiler Wagen, eine Wand, eine Decke, ein Boden oder ein Patiententisch, und zwar in freitragender Art.
Gemäß einem Aspekt kann eine Positionieranordnung den Portalring an der Stützstruktur auf freitragende Art sichern, wobei es die Positionieranordnung erlaubt, das Portal zumindest in einer Richtung zu verstel len und/oder um zumindest eine Achse zu verdrehen, und zwar relativ zur Stützanordnung.
Gemäß einem Aspekt ist die Röntgenstrahlungsquelle innerhalb des Portalrings einer Detektoranordnung gegenüberliegend enthalten. Die Röntgenstrahlungsquelle (und optional der Detektor) können innen um den Portalring rotieren, und zwar vorzugsweise über eine volle oder teilweise 360 Grad-Abtastung um das Innere des Portals herum. Die bildgebende Vorrichtung ist besonders vorteilhaft für Anwendungen der medizinischen Bildgebung, einschließlich der comptertomografischen (CT) 3D-Bildgebung und dem 2D-Röntgenradiografieabtasten, wie auch für andere medizinische, wissenschaftliche und industrielle Anwendungen.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Objektbildgebung mit einem bildgebenden System, welches ein im Wesentlichen O-förmiges Portal hat, welches an einer Stützanordnung auf freitragende Weise mit einer Ringpositioniereinheit befestigt ist, das Positionieren des Objektes innerhalb einer zentralen Öffnung des allgemein O-förmigen Portals; Betätigen der Ringpositioniereinheit, um das Portal auf eine vorbestimmte Position und Orientierung relativ zur Stützanordnung zu positionieren; und Erlangen eines Bildes des Objektes.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden und spezielleren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung weiter ersichtlich, wie sie in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind, in denen gleiche Bezugszeichen sich bei allen verschiedenen Ansichten auf die selben Teile beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maß stäblich, da stattdessen der Schwerpunkt auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt wurde.
1 ist eine schematische Darstellung eines mobilen Röntgenstrahlenabtastsystems mit einem freitragenden O-förmigen Portal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt das Abtastsystem der 1 mit dem freitragenden O-förmigen Portal in einer mittels einer Ringpositioniereinheit verstellten und gekippten Position;
3 zeigt eine Portalringpositioniereinheit zum Verstellen bzw. Verlagern des Portals in drei Richtungen und zum Kippen des Portals in Bezug auf eine Achse gemäß einem Aspekt der Erfindung;
4 zeigt eine Ringpositioniereinheit zum Verstellen des Portalringes in einer Ein/Aus-Richtung;
5 zeigt eine Ringpositioniereinheit zum Verstellen des Portals in einer vertikalen Richtung;
6 zeigt eine Ringpositioniereinheit zum Verstellen des Portals in einer lateralen Richtung;
7 zeigt eine Ringpositioniereinheit zum Kippen des Portals in Bezug auf eine Achse;
8 zeigt einen bodenbefestigten freitragenden Portalring mit Ringpositioniereinheit;
9 zeigt einen wandbefestigten freitragenden Portalring mit Ringpositioniereinheit; und
10 zeigt einen deckenbefestigten freitragenden Portalring mit Ringpositioniereinheit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es folgt nun eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Röntgenabtastsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Röntgenabtastsystem 10 schließt ein Portal 11 ein, welches an einer Stützanordnung gesichert ist, die ein mobiler oder stationärer Wagen, ein Patiententisch, eine Wand, ein Boden oder eine Decke sein kann. Wie es in 1 dargestellt ist, ist das Portal 11 an einem mobilen Wagen 12 auf freitragende Art über eine Ringpositioniereinheit 20 befestigt. Wie weiter unten eingehender beschrieben ist, kann die Ringpositioniereinheit 20 das Portal 11 verlagern und/oder kippen in Bezug auf die Stützanordnung, um das Portal 11 in beliebiger Anzahl von bildgebenden Positionen und Ausrichtungen zu positionieren.
Der mobile Wagen 12 der 1 kann optional eine Stromversorgung, einen Röntgenleistungsgenerator und ein Computersystem zur Steuerung des Betriebs der Röntgenabtastvorrichtung und zur Durchführung von Bildverarbeitung, Röntgenbildspeicherung oder anderer Datenverarbeitungsfunktionen einschließen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform steuert das Computersystem die Positioniereinheit 20, damit das Portal 11 schnell in eine besondere benutzerdefinierte Position und Orientierung bewegt werden kann. Der Computer hat vorzugsweise einen Speicher, der in der Lage ist, Positionierinformationen zu speichern, die sich auf besondere Portalpositionen und/oder -orientierungen bezieht. Diese gespeicherte Positionierinformation kann benutzt werden, das Portal bei Bedarf automatisch in eine vordefinierte Konfiguration zu bewegen.
Der mobile Wagen 12 hat vorzugsweise auch ein Displaysystem 60, wie etwa einen Flachbildschirm, zur Darstellung von mit dem Röntgenstrahlabtaster gewonnenen Bildern. Die Anzeige kann auch eine Benutzer-Interface-Funktion einschließen, wie eine Sensor-Bildschirmsteuerung, die den Benutzer in die Lage versetzt, mit den Funktionen des Abtastsystems zu interagieren und diese zu steuern. In bestimmten Ausführungen kann auch ein benutzergesteuertes Pendant oder Fußpedal die Funktionen des Scannsystems zu steuern.
Es wird verständlich sein, dass eine oder mehrere feste Einheiten ebenfalls jede der Funktionen des mobilen Wagens 12 durchführen kann bzw. können.
Gemäß einem Aspekt kann das erfindungsgemäße Röntgenabtastsystem zur Gewinnung zweidimensionaler ebener Bilder oder dreidimensionaler computerisierter tomografischer (CD) Röntgenbilder eines Objektes, wie etwa eines Patienten, benutzt werden. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Portal 11 ein im Wesentlichen rundes oder „O-förmiges" Gehäuse mit einer zentralen Öffnung, in die ein abzubildendes Objekt hinein platziert wird. Das Portal 11 enthält eine Röntgenstrahlungsquelle 13 (wie eine drehende anodengepulste Röntgenquelle), die einen Röntgenstrahl 15 in die zentrale Öffnung des Portals projiziert, weiter durch das abzubildende Objekt und auf eine Detektoranordnung 14 (wie eine digitale Detektoranordnung in Form eines flachen Paneels), die an der gegenüberliegenden Seite des Portals angeordnet ist. Die Röntgenstrahlen, die beim Detektor 14 empfangen werden, können dann benutzt werden, ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild des Objektes unter Anwendung allgemein bekannter Techniken zu erzeugen.
Die Röntgenstrahlungsquelle 13 kann um das Innere des Portals 11 kontinuierlich oder schrittweise so rotieren, dass der Röntgenstrahl durch das Objekt und durch ein gemeinsames Isozentrum verlaufen bzw. projiziert werden kann, und zwar bei verschiedenen Winkeln über eine teilweise oder volle Umdrehung von 360 Grad. Die Detektoranordnung wird ebenfalls um das Innere des Portals in Koordination mit der Drehung der Röntgenquelle gedreht, so dass für jeden Projektionswinkel der Röntgenstrahlungsquelle die Detektoranordnung der Röntgenstrahlungsquelle am Portal gegenüberliegend positioniert ist. Die Vorrichtung ist somit in der Lage, hochqualitative Röntgenbilder des Zielobjektes in jeder Projektionsebene über eine teilweise oder volle 360 Grad-Umdrehung zu erzielen.
2 zeigt das Abtastsystem der 1 mit einem freitragenden O-förmigen Portal 11 in einer mittels einer Ringpositioniereinheit 20 verstellten und gekippten Position. Die Positioniereinheit 20 steht mit dem Portal 11 an einer Seite in Verbindung und sichert das Portal am mobilen Wagen 12 oder einer anderen Stütze auf freitragende Weise. Die Positioniereinheit 20 ermöglicht es dem Portal, in Bezug auf die Stützanordnung linear verstellt und/oder verdreht zu werden, und zwar beispielsweise einschließlich einer translatorischen Bewegung entlang zumindest einer der x-, y- und z-Achsen und/oder einschließlich einer Rotation um zumindest eine der x- und y-Achsen. Wie es in 2 gezeigt ist, kann der Positionierer 20 das Portal 11 in drei Richtungen relativ zum Wagen 12 verstellen, einschließlich einer vertikalen Richtung (also nach oben und untern), einer Ein/Aus-Richtung (also in Richtung auf den Wagen und von diesem weg) und einer Lateralrichtung (also entlang der Rotationsachse der Röntgenquelle). Der Positionierer ist auch in der Lage, das Portal um eine oder mehr Achsen zu kippen. Es wird verständlich sein, dass es verschiedene andere Ausführungen der Erfindung gibt, bei denen das freitragende Portal relativ zur Stützanordnung fest verbleibt o der bei denen das Portal eine translatorische oder Kipp-Bewegung in bestimmten Richtungen, aber nicht in anderen Richtungen durchführen kann.
Die Portalpositionierungseinheit 20 kann manuell gesteuert werden, oder bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es ein motorisiertes System, welches elektro-mechanisch in eine gewünschte Position bewegt werden kann. Ein computerisiertes Bewegungssteuersystem kann an motorisierten Komponenten des Positionierers angebracht sein, und eine oder mehr diskrete Positionen und Orientierungen des Portals können im Computerspeicher gespeichert werden. Während des Betriebs des Röntgenabtasters kann man in vorherdefinierte Portalpositionen und -orientierungen schnell und einfach zurückkehren.
3 zeigt eine schematische Darstellung der zusammengestellten Komponenten einer Ringpositioniereinheit 20 gemäß einer Ausführung der Erfindung. Eine relative Bewegung des Portalringes wird mit einem Satz individueller Positionierer erreicht, und zwar einschließlich eines Ein/Aus-Positionierers 305, eines Vertikalpositionierers 307, eines Lateralpositionierers 309 und eines Kipppositionierers 311. Ein Z-Halter 313 wird benutzt, um den Vertikalpositionierer 307, den Lateralpositionierer 309 und den Kipppositionierer 311 starr mit dem Ein/Aus-Positionierer 305 zu verbinden.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Der Ein/Aus-Positionierer 305 umfasst eine motorisierte Baugruppe zum Verstellen des freitragenden Portalringes in Richtung auf die Stützanordnung oder von ihr weg. Der Ein/Aus-Positionierer umfasst eine obere Platte bzw. Deckplatte 315, auf welcher der Z-Halter 313 (siehe 3) verschraubt ist. Die obere Platte 315 ist entlang der Länge einer Basisplatte 317 über Blöcke 319 bewegbar, die mit linearen Führungsschienen 321 auf der Basisplatte 317 zusammenpassen. Ein Getriebeservomotor 323 ist starr an der Basisplatte 317 mit einem Motorlager 325 befestigt. Eine Kugelgewindespindel 327 liegt in einem Spindellager 329 und verläuft entlang der Länge der Basisplatte 317 parallel zu den geraden Führungsschienen 321. Die Gewindespindel 327 passt bzw. arbeitet mit einer Spindelmutter 333 zusammen, die fest an der oberen Platte 315 angebracht ist. Der Motor 323 dreht die Kugelgewindespindel 327 in Uhrzeigerrichtung oder gegen Uhrzeigerrichtung über eine Motorwellenkupplung 331. Die Rotation der Spindel 327 entweder in Richtung Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn veranlasst die Spindelmutter 333 und somit die obere Platte 315 auf der Länge der Gewindespindel 327 auf und ab zu wandern. Die Linearführung und Blöcke steuern die obere Platte, wenn sie entlang der Länge der Basisplatte 317 mit dem Servomotor 323 verlagert wird. Auf diese Weise kann die freitragende Portalanordnung in Richtung auf die Stützanordnung oder von dieser weg bewegt werden, wobei als Stützanordnung etwa ein mobiler Wagen, ein Boden, eine Wand, eine Decke oder ein Patiententisch in Betracht kommen können.
5 zeigt den Vertikalpositionierer 307 zum Verstellen des allgemeinen O-förmigen freitragenden Portals vertikal relativ zur Stützanordnung. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist der Vertikalpositionierer 307 eine motorisierte Baugruppe, die im Wesentlichen identisch ist mit dem Ein/Aus-Positionierer 305 bezüglich seines Aufbaus und seiner Arbeitsweise. Jedoch ist der Vertikalpositionierer 307 vertikal orientiert, so dass die obere Platte relativ zur Basisplatte nach oben oder nach unten verstellt werden kann. Wie es in 5 dargestellt ist, hat der Vertikalpositionierer eine obere Platte bzw. Deckplatte 315, die beweglich auf einer Basisplatte 317 über Blöcke 319 montiert ist, die auf linearen Führungsschienen 321 laufen. Die Deckplatte 315 wird relativ zur Basisplatte 317 mit einem Servomotor 323 und einer Kugelgewindespindel 327 verstellt, wie es in Verbindung mit 4 beschrieben wurde. Wie es in 3 dargestellt ist, ist die obere bzw. Deckplatte des Vertikalpositionierers 307 starr am Z-Halter 313 befestigt, und die gesamte Z-Halteranordnung ist mit der oberen Platte des Ein/Aus-Positionierers 305 verbunden. Die obere Platte des Vertikalpositionierers 307 bleibt folglich vertikal fixiert am Z-Halter, während die Basisplatte des Vertikalpositionierers 307 sich vertikal nach oben und unten auf teleskopische Art relativ zum Z-Halter und dem Ein/Aus-Positionierer bewegen lässt.
6 zeigt den Lateralpositionierer 309 zum Verfahren des im Wesentlichen O-förmigen freitragenden Portals in seitlicher Richtung relativ zur Stützanordnung. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Lateralpositionierer 309 eine motorisierte Baugruppe, die im Wesentlichen identisch ist mit dem vorher beschriebenen Ein/Aus-Positionierer 305 und Vertikalpositionierer 307 in Bezug auf die Bau- und Betriebsweise. Allerdings ist der Lateralpositionierer 309 in seitlicher Richtung orientiert, so dass die obere Platte von Seite zu Seite relativ zur Basisplatte verstellt werden kann. Wie es in 6 dargestellt ist, schließt der Lateralpositionierer eine obere Platte 315 ein, die beweglich auf einer Basisplatte 317 mittels Blöcken 319 montiert ist, die auf linearen Führungsschienen 321 laufen. Die obere Platte 315 wird relativ zur Basisplatte 317 mit einem Servomotor 323 und einer Kugelgewindespindel 327 verfahren, wie es in Verbindung mit 4 beschrieben wurde. Wie in 3 gezeigt ist die Basisplatte des Lateralpositionierers 309 starr an der Basisplatte des Vertikalpositionierers 307 angebracht. Der gesamte Lateralpositionierer wird somit verstellt Ein/Aus oder vertikal nach oben/nach unten mit den entsprechenden Bewegungen des Ein/Aus-Positionierers 305 und des Vertikalpositionierers 307. Die obere bzw. Deckplatte des Lateralpositionierers 309 kann am Portalring befestigt sein, um den Ring seitlich nach links und rechts relativ zum Z-Halter 313 und der Stützanordnung zu verfahren.
7 zeigt den Kipppositionierer 311 zum Kippen des im allgemeinen O-förmigen freitragenden Portals relativ zur Stützanordnung. Ein innerer Ring 335 hat Befestigungslöcher 337 für eine starre Befestigung des Ringes an der oberen Platte des Lateralpositionierers 309. Ein äußerer Ring 339, der im Durchmesser größer ist als der innere Ring 335, hat Befestigungslöcher 341 zur starren Befestigung des äußeren Ringes 339 am Portal 11. Der äußere Ring 339 schließt ein Zahnrad mit Außenverzahnung ein und ist relativ zum inneren Ring 335 auf Lagern verdrehbar. Die komplette Baugruppe mit den zwei Ringen wird als ein Drehringgetriebe 345 bezeichnet. Ein Getriebeservomotor 347, der am Lateralpositionierer 309 mittels eines Motorlagers 349 montiert ist, verdreht das Drehringgetriebe 345 über ein Ritzel 351 mit Außenverzahnung und einen Synchronriemen 353. Die Rotation des Drehringgetriebes kippt das freitragende Portal relativ zum Lateralpositionierer, wie es in 2 dargestellt ist. Es ist verständlich, dass ein Kipppositionierer, wie er in Verbindung mit 7 beschrieben wurde, zum Kippen des Portals um jede geeignete Achse verwendet werden kann. Beispielsweise könnte ein Kipppostionierer benutzt werden, um die obere Platte 315 des Ein/Aus-Positionierers 305 mit dem Z-Halter zu verbinden, damit sich das Portal um die vertikale Achse drehen kann.
Gemäß einem Aspekt schließt jede der Positionierbaugruppen 305, 307, 309 und 311, welche die Ringpositioniereinheit 20 bilden, einen Mechanismus zur Bildung einer Positionrückmeldeinformation für ihren entsprechenden Servomotor ein, um eine präzise Positionierung des Portals auf jedem Grad der Längs- oder Drehbewegung zu ermöglichen. Indem z. B. auf die 4 Bezug genommen wird, kann ein lineares Messgeberband an einer linearen Führungsschiene 321 der Basisplatte 317 befestigt und ein Lesekopf auf einer oberen Platte 315 angeordnet sein, um das Messgeberband auszulesen und Rückmeldedaten zu bilden, welche für die relativen Positionen der oberen Platte 315 und der Basisplatte 317 indikativ sind. Mit Bezug auf 7 kann auf ähnliche Weise ein Drehgeber benutzt werden, um die relativen Winkelpositionen des inneren Ringes 335 und des äußeren Ringes 339 des Drehringgetriebes 345 zu bestimmen. Vorzugsweise ist der Positionsrückmeldemechanismus ein absolutes Positionsgebersystem, so dass zu jeder Zeit ein computerisier tes Bewegungssteuersystem genau die Translationsposition und/oder Rotationsposition der Ringpositioniereinheit in allen Freiheitsgraden bestimmen kann und somit die Position und Orientierung des Portals im dreidimensionalen Raum festlegen kann.
Es wird nun auf die 8–10 eingegangen, die verschiedene Ausführungsformen eines freitragenden O-förmigen Portals 11 und eine Ringpositioniereinheit 20 zeigen. In 8 ist die Ringpositioniereinheit 20 am Boden 355 mittels der Basisplatte des Ein/Aus-Positionierers befestigt. Der Kipppositionierer 311 ist an einer Seite des Portals 11 angebracht. Dies erlaubt dem freitragenden Portal, relativ zum festen Raum verfahren und gekippt zu werden.
9 zeigt die Ringpositioniereinheit 20, die an einer Seite an einer Wand 357 und an der anderen Seite am Portal angebracht ist, was es dem freitragenden Portal ermöglicht, relativ zum festen Raum verstellt und verkippt zu werden. In 10 ist die Ringpositioniereinheit 20 an einer Seite mit der Decke 359 und an der anderen Seite mit dem Portal verbunden. Die Ringpositioniereinheit 20 und das Portal könnten auf vergleichbare Weise an jeder geeigneten Stützanordnung montiert werden, wie etwa an einem Tisch, auf dem sich ein in Untersuchung befindlicher Patient befindet.
Die hierin beschriebenen bildgebenden Röntgenstrahlsysteme und Verfahren können vorteilhaft für eine zweidimensionale und/oder dreidimensionale Röntgenstrahlungsabtastung benutzt werden. Es können individuelle zweidimensionale Projektionen von eingestellten Winkeln entlang der Portalrotation betrachtet werden oder es können mehrfache Projektionen, die über eine teilweise oder volle Rotation gesammelt wurden, rekonstruiert werden, indem tomografische Rekonstruktionstechniken bei Kegelstrahl und Fächerstrahl benutzt werden. Diese Erfindung könnte auch benutzt werden zur Gewinnung von multiplanaren Röntgenbildern auf quasisimultane Weise, wie es in der US-Patentanmeldung 10/389,268 , eingereicht am 3. März 2003, beschrieben ist, deren gesamte Lehren hierin durch Bezugnahme einbezogen werden.
Die Detektoranordnungen der vorliegenden Erfindung schließen zweidimensionale flachpaneelartige Festkörperdetektoranordnungen ein. Es ist jedoch verständlich, dass verschiedenartige Detektoren und Detektoranordnungen bzw. -reihen bei dieser Erfindung benutzt werden können, einschließlich alle Detektorkonfigurationen, die in typischen diagnostischen bildgebenden Systemen mit Fächerstrahl oder Kegelstrahl verwendet werden, wie C-Arm-Durchleuchtungsgeräte oder einlagige oder mehrlagige CT-Scanner oder mobile und raumfeste Durchleuchtungsvorrichtungen, die eine Bildverstärkertechnologie nutzen. Ein bevorzugter Detektor ist ein zweidimensionaler Röntgenstrahlungsdetektor in Form eines Dünnfilmtransistors, wobei eine Szintellatortechnologie mit amorphem Silizium benutzt wird.
Für eine Bildgebung mit großem Gesichtsfeld kann die Detektoranordnung verlagert werden in und können bildgebende Daten gewonnen werden bei zwei oder mehr Positionen entlang einer Linie oder eines Bogens gegenüber der Röntgenstrahlungsquelle, und zwar derart wie über ein motorisiertes Detektorschienen- und Lagersystem. Beispiele für solche Detektorsysteme und zugehörige Strahlpositioniersysteme sind beschrieben in der US-Patentanmeldung 10/392,365 , angemeldet am 18. März 2003, deren gesamte Lehren hierin durch Bezugnahme eingeschlossen werden.
In einem weiteren Aspekt kann das O-förmige Portal ein Segment enthalten, welches zumindest teilweise vom Portalring abnehmbar ist, um eine Öffnung oder einen „Bruch" im Portalring zu bilden, durch den das abzubildende Objekt in den zentralen bildgebenden Bereich des Por talringes in radialer Richtung hineingelangen oder diesen verlassen kann. Ein Vorteil dieser Art Vorrichtung ist die Fähigkeit, das Röntgenstrahlportal um das angezielte Objekt, wie etwa ein Patient, herum zu manipulieren und dann zur Durchführung der Röntgenstrahlbildgebung das Portal um das Objekt herum zu schließen, was dem Objekt nur eine minimale Störung verursacht. Beispiele für „aufbrechbare" Portalvorrichtungen für die Bildgebung mit Röntgenstrahlung sind in der US-Patentanmeldung Nr. 10/319,407 , angemeldet am 12. Dezember 2002, beschrieben, deren Lehren insgesamt hierin durch Bezugnahme eingebracht werden.
Wenn diese Erfindung besonders mit Bezugnahmen auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann verständlich, dass verschiedene Abwandlungen in der Form und in den Details darin gemacht werden können, ohne den Bereich bzw. Umfang der Erfindung zu verlassen, der von den anliegenden Ansprüchen bestimmt wird. Obwohl die hierin gezeigten und beschriebenen besonderen Ausführungsformen sich allgemein auf bildgebende Anwendungen mit Röntgenstrahlung beziehen, ist es weiterhin verständlich, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch erweitert werden können auf andere medizinische und nicht-medizinische bildgebende Anwendungen, einschließlich beispielsweise bildgebende Kernspintomografie (MRI), Positronen-Emmissionstomografie (PET), Computertomografie mit Einzelphotonenemissionen (SPECT), ULtraschallbildgebung und fotografische Bildgebung.
Wenn die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sich allgemein auf die medizinische Bildgebung beziehen, ist es verständlich, dass die Erfindung ebenfalls für viele andere Anwendungen benutzt werden kann, nämlich industrielle Anwendungen, wie das Tes ten und die Analyse von Materialien, die Inspektion von Containern und die bildliche Darstellung großer Objekte.

Claims

Eine bildgebende Vorrichtung (10), umfassend: einen allgemein O-förmigen Portalring (11); eine Strahlungsquelle (13) und einen Strahlungsdetektor (15), die am Portalring (11) angebracht sind; eine Stützanordnung (12); eine Ringpositioniereinheit (20), die so angeordnet ist, dass sie den Ring (11) relativ zur Stützanordnung (12) positioniert; wodurch die Strahlungsquelle (13) und der Strahlungsdetektor (15) innerhalb des Portalringes (11) untergebracht sind; und wobei zumindest eine bzw. einer von beiden, nämlich die Quelle (13) und der Detektor (15), so auf dem Portalring (11) befestigt sind, dass sie um 360 Grad um das Innere des Portalringes (11) verdrehbar sind; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Ringpositioniereinheit (20) nur an einer Seite des Portalringes (11) angebracht ist, um den Portalring (11) an der Stützanordnung (12) in einer freitragenden Weise zu sichern.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in Richtung auf die Stützanordnung (12) oder von dieser weg positioniert.
die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in einer vertikalen Richtung relativ zur Stützanordnung (12) positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in einer seitlichen Richtung relativ zur Stützanordnung (12) positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verdrehen des Portals (11) um zumindest eine Achse positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Portalringes entlang dreier senkrechter Achsen positioniert und den Portalring um zumindest eine Achse dreht.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stützanordnung eine mobile Stützanordnung (12) umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stützanordnung einen Wagen (12) umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Wagen ein mobiler Wagen (12) ist.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stützanordnung zumindest einen Boden, eine Decke und eine Wand umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stützanordnung einen Tisch zum Abstützen eines abzubildenden Objektes umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das bildgebende System ein mittels Röntgenstrahlen bildgebendes System umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Portal (11) eine Röntgenstrahlungsquelle (13) und eine der Quelle (13) gegenüber befindliche Detektoranordnung (15) umfasst.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei sowohl die Röntgenstrahlungsquelle (13) als auch die Detektoranordnung (15) um das Innere des Portals (11) drehbar sind.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei sowohl die Röntgenstrahlungsquelle (13) als auch die Detektoranordnung (15) um zumindest 360 Grad um das Innere des Portals (11) drehbar sind.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum Gewinnen zweidimensionaler Röntgenbilder eines Objektes betreibbar ist.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum Gewinnen von dreidimensionalen computerisierten tomografischen Röntgenbildern eines Objektes betreibbar ist.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine zentrale Öffnung des allgemeinen O-förmigen Portals (11) so ausgelegt ist, dass ein menschlicher Patient innerhalb der Öffnung positionierbar ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Steuersystem, welches die Positioniereinheit (20) leitet, um das Portal in eine benutzerdefinierte Position und Orientierung zu bewegen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Steuersystem die Positioniereinheit (20) auf der Basis von gespeicherten Positionierinformationen leitet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin umfassend einen Positionsrückmeldemechanismus zur Bestimmung der Position des Portals (11) relativ zur Stützanordnung (12).
Ein Verfahren zum Abbilden eines Objektes mit einem bildgebenden System, welches ein allgemein O-förmiges Portal (11) hat, wobei das Portal an einer Stützanordnung (12) nur an einem Ende in einer freitragenden Weise mit einer Ringpositioniereinheit (20) angebracht ist, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren des Objektes innerhalb einer zentralen Öffnung des allgemein O-förmigen Portals (11); Betätigen der Ringpositioniereinheit (20), um das Portal (11) in einer vorbestimmten Position und Orientierung relativ zur Stützanordnung (12) zu positionieren; Drehen zumindest einer bzw. eines von beiden, nämlich eine Strahlungsquelle (13) und ein Strahlungsdetektor (15), um das Innere des Portalringes (11); und Gewinnen eines Bildes des Objektes.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in Richtung auf die Stützanordnung (12) oder von dieser weg positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in einer vertikalen Richtung relativ zur Stützanordnung (12) positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Verstellen des Ringes in seitlicher Richtung relativ zur Stützanordnung (12) positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Ringpositioniereinheit (20) den Portalring (11) durch Drehen des Portals um zumindest eine Achse positioniert.
Die bildgebende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Ringpositioniereinheit den Portalring (11) durch Verstellen des Portalringes (11) entlang dreier senkrechter Achsen positioniert und den Portalring (11) um zumindest eine Achse dreht.