С-дуга со сложным вращением - RU2458629C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к области рентгенографии. В частности, изобретение относится к устройству обследования для обследования интересующего объекта, к способу обследования интересующего объекта, машиночитаемому носителю и программному элементу.

В настоящее время ряд новых трехмерных и четырехмерных приложений разрабатываются на основе сканеров типа С-дуги, которые могут быть ограничены по их скорости, последовательности операций, удобству использования и качеству изображения из-за того факта, что С-дуга может вращаться только в диапазоне от 120 градусов до +180 градусов. Это вызвано электрическими соединениями и охлаждающими рукавами, которые соединяют вращающуюся С-дугу с неподвижной стойкой/шкафами электропитания. Как электрические соединения и кабели, так и охлаждающие рукава заключаются в гибкий рукав, который может позволять только ограниченный вращательный диапазон сканирования (то есть угловой диапазон).

Однако новые трехмерные или четырехмерные приложения в разработке могут требовать сложные вращения. Сейчас это может быть достигнуто только путем выполнения частичного вращения на угол менее 360° и затем вращения медленно назад, чтобы выполнить другое, следующее частичное вращение.

В US 2002/0168053 A1 раскрыто устройство С-дуги для компьютерной томографии, выполненное с возможностью создания поворотного вращения вокруг оси вращения на угол более чем 360 градусов. При этом токосъемное контактное кольцо может быть применено для передачи электрических сигналов.

В US 4163526 раскрыто устройство компьютерной томографии, в котором источник излучения совершает несколько оборотов в минуту вокруг пациента. Устройство компьютерной томографии имеет кабели, которые могут включать в себя электрические кабели и шланги для передачи жидкости и газа. Кабель намотан на два барабана, обеспечивая возможность устройству совершать несколько оборотов в минуту вокруг пациента.

Было бы желательно предоставить усовершенствованный сканер С-дуги.

Согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется устройство обследования для обследования интересующего объекта, причем устройство обследования содержит рентгеновский модуль С-дуги, содержащий С-дугу и рентгеновский источник, стойку для обеспечения электрической энергией и охлаждения рентгеновского источника, и соединительное устройство для обеспечения соединения между стойкой и модулем С-дуги для доставки электрической энергии и охлаждения к рентгеновскому источнику, где соединительное устройство приспособлено для обеспечения возможности вращения С-дуги на более чем 360 градусов.

Следовательно, с помощью предоставления соединительного устройства, соединяющего стойку и модуль С-дуги, которое способно обеспечить возможность вращения С-дуги на более чем полный оборот, можно повысить качество изображения. Кроме того, с помощью обеспечения возможности более полного оборота у С-дуги скорость вращения может быть дополнительно увеличена.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения соединительное устройство содержит контактное кольцо для прохождения электрических сигналов и электрической энергии от стойки к модулю С-дуги.

Такое контактное кольцо может позволить электрическому сигналу и высоковольтной электрической энергии проходить от стойки к модулю С-дуги без отсоединения электрических линий. Таким образом, может обеспечиваться непрерывное вращение С-дуги наряду с поддержанием высоковольтного питания.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения контактное кольцо содержит кольцо и скользящие штифты, где скользящие штифты приспособлены для скольжения по кольцу во время вращения C-дуги, таким образом обеспечивая возможность вращения и одновременно поддерживая электрический контакт между соответствующими электрическими элементами стойки и электрическими элементами C-дуги.

Кроме того, согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения соединительное устройство содержит вращающуюся муфту для прохождения хладагента от стойки к модулю C-дуги во время вращения C-дуги.

Поэтому охлаждение рентгеновского источника может обеспечиваться непрерывно во время сложных вращений C-дуги.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения соединительное устройство содержит кабель для доставки электрической энергии рентгеновскому источнику. Кабель размещается внутри рукава, где размещение кабеля и рукава приспособлено для сохранения, по меньшей мере, четырех вращений C-дуги.

Поэтому путем предоставления конфигурации с удлинённым кабелем/рукавом, соединяющим стойку с C-дугой, и путем сохранения множества вращений с помощью размещения кабеля/рукава может быть разрешено следующее противоположное вращение C-дуги без повреждения кабеля/рукава.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения устройство обследования дополнительно содержит устройство хранения для хранения части кабеля и приспособленное для постепенного отпускания хранимого кабеля во время вращения C-дуги.

Устройство хранения, согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения приспособлено в качестве квадратного механизма подачи кабеля, который может сгибаться или вращаться только в одном направлении.

Таким образом, кабель и охлаждающий рукав могут быть эффективно защищены от механического повреждения при сворачивании в устройство хранения.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения рентгеновский источник приспособлен для создания полихроматического пучка рентгеновских лучей.

Кроме того, согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения устройство обследования конфигурируется как одно из группы, состоящей из устройства испытания материала, устройства медицинского применения и микросистемы компьютерной томографии.

Область применения изобретения может быть рентгенографией, в частности компьютерной томографией сердца.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения устройство обследования приспособлено в качестве одного из устройства трехмерной компьютерной томографии и трехмерного вращательного рентгеновского устройства.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется способ обследования интересующего объекта с помощью устройства обследования, причем способ содержит этапы обеспечения электрической энергии и охлаждения от стойки к рентгеновскому источнику модуля C-дуги через соединительное устройство и вращения C-дуги на более чем 360 градусов наряду с обеспечением электрической энергии и охлаждения.

Это может обеспечить улучшенное качество изображения и быстрое получение изображения, поскольку C-дуге не нужно перемещаться обратно после вращения на менее чем 360 градусов.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется машиночитаемый носитель, в котором хранится компьютерная программа для обследования интересующего объекта, который при выполнении процессором заставляет процессор осуществлять вышеупомянутые этапы способа.

Кроме того, согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется программный элемент для обследования интересующего объекта, который при выполнении процессором заставляет процессор осуществлять вышеупомянутые этапы способа.

Способ обследования интересующего объект может реализовываться в виде компьютерной программы, то есть программного обеспечения, или может реализовываться с использованием одной или более специальных схем электронной оптимизации, то есть в аппаратных средствах, или способ может реализовываться в гибридном виде, то есть посредством программных компонентов и аппаратных компонентов.

Программный элемент согласно типовому варианту осуществления изобретения предпочтительно загружается в рабочие запоминающие устройства процессора данных. Процессор данных может, соответственно, оборудоваться для осуществления вариантов осуществления способов из настоящего изобретения. Компьютерная программа может быть написана на любом подходящем языке программирования, например C++, и может храниться на машиночитаемом носителе, например CD-ROM. Также компьютерная программа может быть доступной из сети, например Всемирной сети, из которой она может загружаться в блоки обработки изображений или процессоры или любые подходящие компьютеры.

В качестве сущности типового варианта осуществления настоящего изобретения можно увидеть, что предоставляется устройство обследования, которое имеет соединительное устройство, допускающее обеспечение множества вращений без получения повреждения, или которое имеет похожий на захват элемент, допускающий амортизирующие вращения C-дуги без отключения подачи высоковольтной энергии и подачи хладагента от стойки к модулю C-дуги.

Эти и другие особенности настоящего изобретения станут очевидными и разъясненными со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.

В дальнейшем будут описываться типовые варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на следующие чертежи.

Фиг.1 показывает упрощенное схематическое представление устройства обследования согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 показывает упрощенное схематическое представление расположения устройства обследования согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 показывает типовой вариант осуществления соединительного устройства (кабель/рукав), частично смотанного для хранения.

Фиг.4a показывает другое хранение кабеля/рукава в смотанном состоянии согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4b показывает хранение кабеля из Фиг.4a в растянутом состоянии.

Фиг.5 показывает квадратный механизм подачи кабеля для хранения кабеля согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 показывает блок-схему типового способа согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 показывает типовой вариант осуществления устройства обработки согласно настоящему изобретению для выполнения типового варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Иллюстрация на чертежах является схематичной. На разных чертежах аналогичные или идентичные элементы снабжаются одинаковыми номерами ссылок.

Фиг.1 показывает схематическое представление типового вращательного рентгеновского сканера согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения. Рентгеновский источник 100 и плоский чувствительный элемент 101 с большой зоной чувствительности устанавливаются на концах C-дуги 102. C-дуга 102 удерживается изогнутым рельсом, "втулкой" 103. C-дуга может скользить в втулке 103, посредством этого выполняя "катящееся перемещение" по оси C-дуги. Втулка 103 прикрепляется к L-дуге 104 посредством вращательного сочленения и может выполнять "винтовое перемещение" по оси этого сочленения. L-дуга 104 прикрепляется к потолку посредством другого вращательного сочленения и может выполнять вращение около оси этого сочленения. Различные вращательные перемещения находятся под влиянием серводвигателей. Оси трех вращательных перемещений и ось конусовидного пучка всегда встречаются в одной постоянной точке, "изоцентре" 105 вращательного рентгеновского сканера. Имеется некоторый объем вокруг изоцентра, который проецируется всеми конусовидными пучками по траектории источника. Форма и размер этого объема проекции зависят от формы и размера чувствительного элемента и от траектории источника. На Фиг.1 шар 110 указывает наибольший изоцентрический шар, который вмещается в объем проекции. Объект (например, пациент или предмет багажа), изображение которого нужно построить, размещается на столе 111 таким образом, что интересующий объем объекта заполняет объем проекции. Если объект достаточно мал, то он будет полностью вмещаться в объем проекции; в противном случае этого не будет. Объем проекции поэтому ограничивает размер интересующего объема.

Различные вращательные перемещения управляются блоком 112 управления. Каждая триада из угла C-дуги, угла втулки и угла L-дуги определяет положение рентгеновского источника. С помощью изменения этих углов со временем источник можно заставить перемещаться по установленной траектории источника. Чувствительный элемент на другом конце C-дуги выполняет соответствующее перемещение. Траектория источника будет ограничиваться поверхностью изоцентрической сферы.

Фиг.2 показывает систему C-дуги, которая имеет длинный кабель/рукав 203, соединяющий стойку 202 (то есть шкаф электропитания и охлаждающее устройство) с C-дугой 201, согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения. Кроме того, предоставляется устройство 205 хранения, например внутри шкафа электропитания и охлаждающего устройства 202. Поэтому часть кабеля 203 хранится, например, на пределе угла поворота.

Другими словами, перед хранением кабеля 203 частично внутри устройства 205 хранения, C-дуга 204 поворачивается в одном направлении, пока не будет достигнут предел угла поворота. Затем часть кабеля, которую нужно сохранить, сматывается внутрь устройства 205 хранения. Затем во время сбора данных, когда C-дуга 204 поворачивается в другом направлении, части хранимого кабеля освобождаются из устройства 205 хранения, посредством этого обеспечивая возможность множества вращений C-дуги.

Другими словами, устройство 205 хранения подает больше длины рукава к C-дуге, когда C-дуга 201 поворачивается вокруг оси 204 вращения. Например, это может обеспечивать от четырех до 10 поворотов, не достигая конца рукава 203.

Кабель/рукав 203 может содержать высоковольтный кабель для питания рентгеновского источника электрической энергией, охлаждающий рукав для охлаждения рентгеновского источника, провод заземления, проводку заземления и проводку чувствительного элемента.

Длина кабеля может быть, например, 26 метров в общем, диаметр рукава может быть 8 см, и радиус вращения может быть 30 или 50 см.

Фиг.3 показывает типовой вариант осуществления устройства хранения, содержащего кабель/рукав 203, частично смотанный для хранения кабеля. 2,5 оборота может быть достаточным для обеспечения возможности множества вращений C-дуги.

Фиг.4a показывает устройство хранения кабеля согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь кабель/рукав 203 наматывается вокруг двух круглых элементов 401, 402.

Фиг.4b показывает устройство хранения кабеля из Фиг.4a в протянутом состоянии, в котором два круглых элемента 401, 402 двигаются вместе, чтобы высвободить часть кабеля 203 для обеспечения возможности дополнительного вращения C-дуги.

Следует отметить, однако, что возможны другие устройства хранения.

Фиг.5 показывает рукав и питающий кабель, объединяемые в квадратном механизме 501 подачи кабеля/рукава, который может изгибаться или сворачиваться только в одном направлении. Такой квадратный механизм подачи кабеля/рукава или энергетической цепи приспособлен для свертывания кабеля и для защиты кабеля, гарантируя, что не возникнет никакого механического повреждения кабеля при сматывании и хранении внутри устройства 205 хранения.

Согласно другому типовому варианту осуществления настоящего изобретения стойка 202 C-дуги снабжается контактным кольцом. Контактное кольцо может позволять электрическому сигналу проходить от стойки к C-дуге через скользящие штифты, которые опираются на кольцо, которое в свою очередь соединяется с электрическими частями C-дуги. Также охлаждающая жидкость может передаваться через вращающуюся муфту. Контактное кольцо приспособлено для высокого напряжения в диапазоне 140 кВ.

Настоящее изобретение может быть реализовано, в частности, в системе C-дуги, приспособленной для выполнения XperCT, для которой в настоящее время могут выполняться только сканирования в 180 градусов плюс веерный угол (около 200 градусов). Это может обеспечить значительно улучшенное качество изображения.

Кроме того, изобретение может быть реализовано для трехмерной вращательной ангиографии (3DRA), посредством этого увеличивая максимальную скорость вращения.

Путем расширения диапазона сканирования система с "ограниченной" мощностью двигателя может занимать больший угловой диапазон для ускорения, достигая намного большей максимальной скорости вращения, например 100 градусов в секунду или больше. Поэтому проход 3DRA может выполняться за две секунды с частотой 60 кадров в секунду, посредством этого сохраняя 50% дозы контрастного вещества.

Кроме того, изобретение может быть реализовано в четырехмерной (три измерения плюс время) рентгенографии сердца, в которой наличие сложных вращений может позволить взятие более точных образцов двухмерных проекций по фазам электрокардиограммы пациента. Скорость C-дуги может быть приспособлена для соответствия частоте сердечных сокращений пациента, чтобы получить оптимальное взятие проб с электрокардиограммы.

Кроме того, особенности изобретения могут быть реализованы для визуализации перфузии мозга. Здесь наличие функциональной информации о мозге (перфузионные данные) является ключом к оценке результата неврологического вмешательства. В настоящее время это может достигаться только на компьютерных томографах и магниторезонансных сканерах, тогда как вмешательство выполняется на системе C-дуги.

Фиг.6 показывает блок-схему типового способа согласно настоящему изобретению для обследования интересующего объекта. Способ начинается на этапе 1 с предоставления электрической энергии и охлаждения от стойки к рентгеновскому источнику модуля C-дуги через соединительное устройство. Затем на этапе 2 C-дуга поворачивается на более чем 360 градусов во время сбора данных наряду с обеспечением электрической энергией и охлаждения в непрерывном режиме.

Фиг.7 показывает типовой вариант осуществления устройства 700 обработки данных согласно настоящему изобретению для выполнения типового варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство 700 обработки данных, изображенное на Фиг.7, содержит центральный блок процессора (CPU) или процессор 701 изображений, соединенный с запоминающим устройством 702 для хранения изображений, изображающих интересующий объект, например пациента или предмет багажа. Процессор 701 данных может соединяться с множеством сетей ввода/вывода или диагностических устройств, например рентгеновским устройством типа C-дуги. Процессор 701 данных, кроме того, может соединяться с устройством 703 отображения, например монитором компьютера, для отображения информации или изображения, вычисленного или адаптированного в процессоре 701 данных. Оператор или пользователь может взаимодействовать с процессором 701 данных посредством клавиатуры 704 и/или других устройств ввода или вывода, которые не изображены на Фиг.7.

Кроме того, через систему 705 шины также может быть возможным соединить процессор 701 управления и обработки изображений, например, с монитором движения, который отслеживает движение интересующего объекта. Если, например, изображается легкое пациента, то датчик движения может быть датчиком выдоха. Если изображается сердце, то датчик движения может быть электрокардиограммой.

Типовые варианты осуществления изобретения могут продаваться в качестве дополнительного программного обеспечения к консоли компьютерного томографа, рабочим станциям построения изображений или рабочим станциям телекоммуникационных служб персонального доступа (PACS).

Следует отметить, термин "содержащий" не исключает другие элементы или этапы. Также элементы, описываемые совместно с разными вариантами осуществления, могут объединяться.

Также следует отметить, что знаки ссылок в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским сканерам для обследований пациентов. Устройство обследования содержит рентгеновский модуль С-дуги, стойку для предоставления электрической энергии и охлаждения рентгеновскому источнику, соединительное устройство, выполненное с возможностью вращения С-дуги на более чем 360 градусов и содержащее вращающуюся муфту для прохождения хладагента от стойки к модулю С-дуги во время вращения С-дуги. Способ обследования интересующего объекта состоит в предоставлении электрической энергии и охлаждения от стойки к рентгеновскому источнику модуля С-дуги через соединительное устройство, повороте С-дуги на более чем 360 градусов наряду с предоставлением электрической энергии и охлаждения и проведении хладагента от стойки к модулю во время вращения С-дуги с помощью вращающейся муфты. Машиночитаемый носитель хранит компьютерную программу для обследования интересующего объекта в соответствии со способом. Использование изобретения позволяет повысить качество изображения, увеличить скорость вращения и обеспечить охлаждение рентгеновского источника во время сложных вращений. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула