专利名称：具有校准装置的c形臂x射线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有C形臂组件的X射线装置，在所述C形臂组件上彼此相对地设置着X射线源和X射线探测器，所述C形臂组件(1)设置为可绕彼此垂直延伸的推进器轴和旋转轴旋转，并且所述C形臂具有分别安装在X射线源和X射线探测器上的标识物装置。
现今的各种血管C形臂X射线装置能够从不同的投影方向获取投影数据，从所述投影数据可以重建被检查对象的3D图像。在这种情况下，C形臂组件通常可绕旋转轴和推进器轴旋转，所述旋转轴总是垂直于C形臂组件所在的平面，所述推进器轴垂直于旋转轴，并且穿过C形臂组件的安装点。意图在于现在这些功能也可在可移动的C形臂X射线装置中实现，所述可移动的C形臂X射线装置更小、更不坚固(lessrugged)、并且不固定于固定位置。
然而，已知种类的固定型C形臂X射线装置，以及尤其是可移动的C形臂X射线装置均具有机械不稳定性，所述机械不稳定性尤其涉及C形臂组件在它圆周上的纵向调整，结果是C形臂实际的调整移动偏离了理想的调整移动。这种情况即，投影角度的确定通常受到误差的影响，从而导致由2D投影重建的3D图像的质量受影响。尤其最初不是为3D成像所设计的各种可移动的C形臂X射线装置，它们在机械上不够坚固，以至于不能以足够精度再现所需的投影几何系。因此，要么必须在获得投影数据时测量它们的几何系，要么对于所有的投影几何系必须对X射线装置进行预校准。
当校准所述系统时，可能发生两个主要问题。第一个问题是系统可能不能精确地重复。这就意味着当使所述系统作相同的事情时，它不能以相同的方式运转。对于这一点，即使是完全的校准也不起任何作用，因为编码器不能足够清楚地映射到所述系统上。第二个问题是系统可能会在未校准点进行操作，尤其是由于校准不能在无数多的点上执行。这两种问题都可能发生。在所有可能的取向上进行预校准只能解决第二个问题，而不能解决第一个问题。
大多数种类的C形臂X射线装置使用校准程序。在这个过程中，对于要校准的所有位置，在三维空间中重复测量X射线源和X射线探测器的位置和取向。测量的值存储在参考表中，并且在以后获取投影数据时可以使用。可通过分析校准幻象(calibration phantom)的X射线投影或者通过外部测量系统来执行位置的测量。
获取投影数据时的校准要求使用测量装置，所述测量装置对于任何所需的获取角度都能确定感兴趣的参数，而不会在任何过多的程度上影响投影数据本身的获取，所述感兴趣的参数即焦点位置，探测器位置和空间方位角。然而，使用光学定位技术时，存在的问题是在许多位置，患者阻挡了测量装置之间的直接视线。为了克服这个问题，在一种已知种类的X射线装置中，在X射线探测器的旁边安装了照相机。然而，即使这种方法也仅对C形臂组件有限的位置范围有效，并且它也需要测量X射线探测器相对于X射线装置固定部分的位置。用这种方式不能确定探测器的绝对位置。
EP 0910990 A1公开的X射线装置中的X射线探测器和X射线源的上面分别安装有超声发射器，并且在用于C形臂组件的安装装置上设置了多个超声接收器。然而，在这种情况下中也需要使发射器和接收器之间的视线不被患者所阻挡，这并不是在所有的位置上都是可能的。在这种情况下存在的另一个问题是温度的敏感性，这是由于声音的速度极大地随温度改变。非光学测量方法，例如基于磁场或电磁波的方法，经常受到干涉的影响，并且比光学方法贵很多。
因此，本发明的一个目的是提供一种X射线装置，使用所述装置使得在获取投影数据期间对当前状态进行校准成为可能，并且在所述装置中避免了已经描述过的、位置测量元件之间阻挡直接视线的问题。
依照本发明的这个目的通过权利要求1中定义的X射线装置来实现，在所述X射线装置中，提供用于探测安装在X射线源上和X射线探测器上的标识物装置的照相机装置，以确定X射线源和X射线探测器的位置，所述照相机装置设置在C形臂组件上。
本发明基于如下思想以如此方式设置照相机装置，即，使得不论此时的投影几何系怎样，在照相机装置和标识物装置之间的直接视线都不会被患者所阻挡。已经证明在这种情况下中C形臂组件本身就是照相机装置的理想安装点。照相机装置的视场如此大，使得在任何投影几何系中总能看到标识物装置。在一个优选实施例中，提供有两个照相机装置，一个照相机装置对准安装在X射线探测器上的标识物装置，另一个照相机装置对准安装在X射线源上的标识物装置。
按照本发明的X射线装置的优选实施例在从属权利要求中进行了详细描述。在一个这样的实施例中，规定照相机装置设置在C形臂组件的一个部件上，当C形臂绕旋转轴旋转时，所述部件的位置不变。例如，这可以通过以下方式实现将照相机装置设置在C形臂组件的绕转轴上，即大约在支撑所述C形臂的点处，该绕转轴位于沿推进器轴的位置。因此，当C形臂绕旋转轴运动时，照相机装置不随臂移动，例如可在C形臂组件的C形臂的几乎全部长度在臂中设置中央槽或滑动器，该照相机装置沿所述槽内或滑动器上行进，或者当C形臂旋转时，所述照相机装置保持固定，并且由于其旋转，C形臂滑动经过该照相机装置。则所述照相机装置中的至少一个照相机的视场设置为具有适当的大小，以使两个标识物装置在所有旋转位置均可见。
为了在C形臂组件绕推进器轴旋转时，使标识物装置总是可见，照相机装置的场设置为在旋转轴方向上具有适当的大小。然而，在另一个实施例中提供的作为可供选择的方式，照相机装置也可被如此设置，即，使得当C形臂组件绕推进器轴旋转时，照相机装置随所述组件运动，使得在这种旋转中，照相机装置的角度位置与X射线源和X射线探测器的角度位置总是相同。在这个实施例中也可提供角度编码器来编码角度。
然而，在一个可供选择的实施例中，照相机装置设置在C形臂组件的一个部件上，如果C形臂绕旋转轴旋转，所述部件的位置会改变。因此，在这种情况下中，照相机装置的位置相对于X射线探测器和X射线源的位置总是相同的，并且照相机装置的视角因此相对小。在这个实施例中，可靠地保证了无论照相机装置在什么位置，都可看到标识物装置，并且视线被受检查的患者所阻挡的可能性也非常小，在这种情况下，如果适当地设置照相机装置，就可完全排除任何这样的阻挡。
在该实施例中，优选将照相机装置设置在承载X射线源和X射线探测器的可替换的C形臂上，尤其优选设置在X射线源和X射线探测器之间的中央位置上。因此照相机装置就像X射线探测器和X射线源一样，参与绕旋转轴和推进器轴的旋转运动，但不会受到或几乎不受X射线源和X射线探测器所受到的机械不稳定性的影响。
在特定实施例中，规定也可将标识物装置安装在照相机装置上，该标识物装置由一个另外的、固定的照相机装置进行探测，以使得能够确定设置在C形臂组件上的照相机装置的空间位置。例如，固定的照相机装置可设置在X射线装置的非移动部分上、支架上或房间内的固定位置，例如天花板上。
优选使用光学方法操作照相机装置和标识物装置。在这种方式中，例如标识物装置可以是由在光学范围内操作的照相机所探测的小的光发射器，例如发光二极管。在这种情况下，也可如此设计标识物装置，使得根据它的探测，能以最大可能精度确定所述标识物装置设置在其上的元件的三维位置。例如，每一个标识物装置可具有三个安装在不同点的独立的标识物。然而，可选地，标识物装置也可以是一种位置能确定的特定的识别图案。
然而，也可使用光学方法以外的其它方法，例如，在红外范围或超声范围内操作的方法，即，红外或超声发射器或接收器。对于这些方法，也应当确保在发射和接收元件之间的直接视线。
参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面是明显的并且得到了阐明。
图1以第一投影几何系显示了按照本发明的X射线装置的第一实施例。
图2以第二投影几何系显示了第一实施例。
图3以第一投影几何系显示了按照本发明的X射线装置的第二实施例。
图4以第二投影几何系显示了第二实施例。
图1显示了按照本发明的X射线装置的第一实施例。所述装置包括具有C形臂2和安装装置3的C形臂组件1。在C形臂2两端彼此相对设置的是X射线源4和X射线探测器5。为了产生X射线图像，被检查的对象，在本实施例中为患者6，躺在安装在基架8上的患者台7上。通过安装装置3，C形臂2可绕在图中在水平方向上延伸的推进器轴9旋转。C形臂2本身可相对于安装装置3绕旋转轴11旋转，所述旋转轴11垂直于附图平面以及X射线源4和X射线探测器5之间的连接线10延伸。以这种方式，使得设置使得能够获取一系列X射线投影图像的多个投影几何系成为可能，从这些投影图像可重建关于被检查对象6的3D数据集。
按照本发明，也设置了照相机装置12，在本实施例中提供的照相机装置12包括两个依次具有各自视场131和132的独立的照相机121和122。照相机装置12设置在推进器轴9上，但不与C形臂固定地连接。一个槽沿C形臂2的基本上全部长度延伸，因此在附图平面内延伸，并且在附图1中看不到，其允许C形臂绕旋转轴11旋转而照相机装置12不随所述臂移动。
也安装在X射线源4和X射线探测器5上的是各自的标识物装置14和15，所述标识物装置中的每一个都具有光学标识物图案。这些使得精确确定X射线源4和X射线探测器5的位置成为可能，照相机121、122感测X射线源4和X射线探测器5内的各个标识物。在这种情况下假设标识物装置占据相对于X射线探测器5和X射线源4的固定和已知的位置，并假设照相机装置的位置也是已知的。
正如在图2中所看到的，除了可能在绕旋转轴11的极端旋转角度和/或当患者6在极端位置的情况，例如，如果他非常进地接近照相机装置12，患者6不再阻挡照相机121、122的视场131、132。因为在所示的实施例中如此设置照相机装置12，即，使得它在获取投影数据期间不移动，它对于等角点的固定关系就能用于获得与实验坐标系的简单关系，所述等角点即推进器轴9、连接线10和旋转轴11之间的交叉点。
图2中也能看到这种结构的一个不足之处。在该实施例中，旋转的角度范围受到限制，这不仅是由于机械结构，而且也由于照相机121、122的有限的视场角度造成的。在图2所示类型的极端投影几何系中，其中照相机121和标识物装置14之间的距离太小，标识物装置14不再位于照相机装置121的视场131内。在照相机122的视场132是所示形状时，标识物装置15也位于视场132之外。结果是，在这种极端的投影几何系中，不再可能确定X射线源4和X射线探测器5的位置。然而，由于在3D X射线成像中经常沿着圆形或半园形的轨道，对于这种成像仅需要绕推进器轴旋转，这个问题在大多数应用中不会出现。
在所示实施例中，也可如此设置照相机装置，即，使得它完全固定，并且当发生绕旋转轴11或绕推进器轴9的旋转时，它不参与这个运动。然而，当C形臂组件1绕推进器轴9旋转时，也可以想象到照相机装置12以相同的方式共同旋转，以使得它总从相同的视角探测标识物装置14和15。
图3显示了按照本发明的X射线装置的另一个实施例。在该实施例中，照相机装置12没有设置为固定在推进器轴9或安装装置3上，而是设置在C形臂2自身上的一个固定位置。这就意味着，如果C形臂2绕旋转轴11旋转，照相机装置12随臂移动，因此它的位置相对于X射线管4和X射线探测器5总是保持不变的。在很大程度上，这几乎完全防止了患者6阻挡照相机装置12和标识物装置14、15之间的视线，或者防止了标识物装置能逃出定向视场131和132。结果是，也可将视场131和132做得比第一实施例更小。
然而，在这个实施例中，在照相机装置12和等角点之间不再是固定的关系，因为实际上照相机装置12随C形臂2移动。然而，为了与实验坐标系产生相关性，因此提供具有视场171的另一个照相机装置17，照相机装置17设置在固定位置，例如在安装装置3上，并探测安装在照相机装置12上的标识物装置16。以这种方式，可以在任何时间确定照相机装置12的位置，其结果是，也有可能在最后的分析中，确定X射线源4和X射线探测器5的空间位置。正如从图4所看到的，在图4中从不同的投影几何系观察图3所示的实施例，照相机装置17的视场角度必须足够大，以使安装在照相机装置12上的标识物装置16在所有位置均能被探测到。
在该第二实施例中，C形臂2可绕推进器轴9进行完全旋转。也有可能的是绕旋转轴11的旋转的旋转范围超过180°，在这种情况中，限制旋转范围的仅有照相机装置17的视角范围和C形臂的机械结构。
应当提及的是照相机装置17不是必须要安装在安装装置3上。事实上，它可以安装在房间内某处的一个固定位置上，例如安装在支架上或天花板上。然而，必须确保总能探测到标识物装置16。
即使当正在获取投影数据的时候，以及在任何投影几何系中，按照本发明的X射线装置都可能相对于一个参考坐标系确定X射线探测器和X射线源的位置，以能够在这个基础上执行对即时发生的当前状况的校准。因此所述校准不依赖于C形臂的结构强度上的长期变化、由重力导致的相应的局部状况、或由房间的地板显示的与水平面的轻微偏差。
权利要求
1.一种X射线装置，具有X射线源(4)，X射线探测器(5)，C形臂组件(1)，在该C形臂组件上X射线源(4)和X射线探测器(5)彼此相对地设置，该C形臂组件(1)被设置为绕推进器轴(9)和旋转轴(11)旋转，所述推进器轴(9)和旋转轴(11)彼此垂直地延伸，分别安装在X射线源(4)和X射线探测器(5)上的标识物装置(14，15)，和照相机装置(12)，用于探测标识物装置(14，15)以使得能够确定X射线源(4)和X射线探测器(5)的位置，所述照相机装置(12)设置在C形臂组件(1)上。
2.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于照相机装置(12)设置在C形臂组件(1)的一个部件(3)上，如果C形臂组件(1)绕旋转轴(11)旋转，所述部件的位置不变。
3.如权利要求2所述的X射线装置，其特征在于照相机装置(12)设置在C形臂组件(1)的绕转轴上，所述绕转轴沿推进器轴(9)延伸。
4.如权利要求2或3所述的X射线装置，其特征在于照相机装置(12)如此设置，使得当C形臂组件(1)绕推进器轴(9)旋转时，它也进行旋转。
5.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于照相机装置(12)设置在C形臂组件(1)的一个部件上，如果C形臂组件(1)绕旋转轴(11)旋转，所述部件的位置改变。
6.如权利要求5所述的X射线装置，其特征在于照相机装置(12)设置在C形臂(2)上，当C形臂组件(1)旋转并携带X射线源(4)和X射线探测器(5)时，C形臂(2)可绕旋转轴(11)旋转，照相机装置(12)尤其被设置在X射线源(4)和X射线探测器(5)之间的C形臂(2)的中央上。
7.如权利要求5所述的X射线装置，其特征在于另一个标识物装置(16)安装在照相机装置(12)上，并且在于该X射线装置还具有固定的照相机装置(17)用来探测该标识物装置(16)，后者安装在设置在C形臂组件(1)上的照相机装置(12)上以允许确定该照相机装置(12)的位置。
8.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于安装在C形臂组件(1)上的照相机装置(12)具有两个照相机(121，122)，第一个照相机(121)探测安装在X射线源(4)上的标识物装置(14)，第二个照相机(122)探测安装在X射线探测器(5)上的标识物装置(15)。
9.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于提供用于校正的计算单元，所述校正参考获取的与X射线源(4)和X射线探测器(5)的位置有关的数据，通过计算获取的图像数据进行。
全文摘要
本发明涉及一种具有C形臂组件(1)的X射线装置，在所述C形臂组件上，彼此相对地设置着X射线源(4)和X射线探测器(5)，所述C形臂组件(1)设置为可绕推进器轴(9)和旋转轴(11)旋转。为了在获取投影数据期间，实现甚至即时的校准，在X射线源(4)和X射线探测器(5)上分别安装有标识物装置(14，15)，用于探测所述标识物装置(14，15)的照相机装置(12)设置在C形臂组件(1)上以确定X射线源(4)和X射线探测器(5)的位置。使用这种装置，可以减少或完全避免在标识物装置(14，15)和照相机装置(12)之间阻挡视线的问题。
文档编号A61B6/00GK1722982SQ200380105654
公开日2006年1月18日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年12月11日
发明者J·吕特延斯, V·拉谢 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司