УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2013 года по МПК A61B6/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству получения рентгеновских изображений и, более конкретно, к устройству получения рентгеновских изображений, которое выборочно использует множество источников рентгеновского излучения для обеспечения рентгеновского флюороскопического изображения.

Уровень техники

Международная публикация WO/2007/100105 раскрывает способ создания многолучевого рентгеновского пучка, распределяя источники электронов в двумерном пространстве и индивидуально управляя источниками электронов. Угол расхождения многолучевого рентгеновского пучка определяется условиями раскрытия окон для выпуска рентгеновского излучения, расположенных в вакууме.

Однако существуют случаи, когда желательно регулировать угол расхождения многолучевого рентгеновского пучка в зависимости от условий получения изображений. Чтобы это обеспечить, в международной публикации WO/2007/100105 экранирующая рентгеновское излучение, расположенная в вакууме пластина 23 добавляется в качестве первой экранирующей пластины и объединяется с экранирующей рентгеновское излучение и расположенной в атмосфере пластиной 41, образующей вторую экранирующую пластину. Угол расхождения многолучевого рентгеновского пучка может выбираться произвольно в соответствии с условиями облучения объекта, учитывая, что эта вторая экранирующая пластина, расположенная в воздухе, может легко заменяться.

Японский выложенный патент № 09-187447 раскрывает механизм перемещения для изменения расстояния между двумя рентгеновскими трубками (фокусами) или межфокусного расстояния одной рентгеновской трубки, основываясь на информации о коэффициенте увеличения при получении изображений или геометрии при получении изображений для стереоизображений. Японский выложенный патент № 09-187447 дополнительно раскрывает обеспечение другого механизма перемещения, позволяющего регулировку апертуры рентгеновского излучения так, чтобы в ответ на привод в действие упомянутого выше механизма перемещения мог быть установлен соответствующий диапазон рентгеновской экспозиции.

Японский выложенный патент № 2006-136500 раскрывает механизм перемещения устройства с изменяемой апертурой, перемещающий подвижные лепестки апертуры в заданное положение, основываясь на информации о диапазоне получения изображений и формировании диагностической области для получения изображений в флюороскопическом устройстве получения изображений. Здесь описываются состояние апертурных лепестков в случае, когда формируется область контроля за получением изображений, и состояние апертурных лепестков в случае, когда формируется область для получения диагностических изображений. Четыре апертурных лепестка движутся с высокой скоростью, создавая контрольные данные получения изображений как результат приема блоком управления перемещением апертуры сигналов прибытия от блока сравнения пиксельных значений, и формируют область получения диагностических изображений.

Японский выложенный патент № 2001-120526 раскрывает рентгеновское флюороскопическое устройство, снабженное люлькой, чтобы укладывать на нее пациента, и первой рентгеновской трубкой и полупроводниковым детектором, которые соответственно присоединены к первому и второму концам C-образного кронштейна, концы которого могут быть обращены друг к другу при наличии люльки между ними. Это устройство оборудуется второй рентгеновской трубкой, которая располагается дальше, чем расстояние от полупроводникового детектора до первой рентгеновской трубки. Дополнительно, это устройство также оборудуется средством подвижной поддержки полупроводникового детектора для подвижной поддержки полупроводникового детектора, чтобы он имел возможность занять первое положение или ориентацию, обращенную к первой рентгеновской трубке, и второе положение или ориентацию, обращенную ко второй рентгеновской трубке.

Японский выложенный патент № 2001-137221 раскрывает портальную раму для компьютерной томографии, снабженную двумя ангиографическими рычагами в дополнение к рентгеновской трубке и рентгеновскому детектору для получения томографических изображений. Один ангиографический рычаг является фронтальным рычагом, снабженным рентгеновской трубкой и устройством приема рентгеновских изображений для выполнения вертикальной ангиографии образца. Другой ангиографический рычаг является боковым рычагом, снабженным рентгеновской трубкой и устройством приема рентгеновских изображений для выполнения горизонтальной ангиографии образца. В соответствии с японским выложенным патентом № 2001-137221 портальная рама для компьютерной томографии уводится в положение, которое не затрудняет проведение ангиографии, и фронтальный рычаг и боковой рычаг движутся к положению проведения ангиографии, основываясь на команде от оператора. Кроме того, фронтальный рычаг и боковой рычаг, основываясь на команде от оператора, могут быть переведены в положение, не затрудняющее получение изображений компьютерной томографии.

В операционной хирург сам перемещает устройство с C-образным кронштейном, чтобы определить наилучшее угловое местоположение. Хирург должен выполнить точную установку положения всего устройства с C-образным кронштейном. Настоящее изобретение предлагается для использования при применении устройства получения рентгеновских изображений, имеющего множество источников рентгеновского излучения (многолучевого источника рентгеновского излучения, MBX), чтобы облегчить эту установку.

Конкретно, в области исследования доступны следующие три типа изменений для случая, когда рентгеноскопия выполняется после сужения области исследования с помощью апертуры рентгеновского излучения, чтобы уменьшить экспозицию облучения для пациента.

Первый тип содержит масштабирование области исследования, второй содержит смещение области исследования, и третий содержит изменение направления исследования.

В связи с каждым из этих трех типов изменений в области исследования необходимо изменять множество апертурных блоков. В случае смещения области исследования считается необходимым сохранить направление исследования и также, предпочтительно, область исследования, а в случае изменения направления исследования считается необходимым сохранять неизменным центр исследования и также, предпочтительно, область исследования.

Однако, что касается традиционных устройств, использующих многочисленные источники рентгеновского излучения, существуют только хорошо известные примеры стереоустройства для получения изображений и устройства со сдвоенным C-образным кронштейном, как описано выше, и нет никакой известной технологии устройства с C-образным кронштейном, использующего многолучевой источник рентгеновского излучения. Поэтому нет признания упомянутых выше проблем и, следовательно, нет никакого способа решения этих проблем.

С другой стороны, существуют случаи, когда желательно использовать множество источников рентгеновского излучения, чтобы исследовать множество областей исследования, по существу, одновременно (или последовательно). В этих случаях предполагается, что может быть желательным изменять выбор одного из источников рентгеновского излучения в ответ на изменение в выборе другого источника рентгеновского излучения. Однако в настоящее время не существует никакого способа удовлетворения такого требования.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение решает, по меньшей мере, одну из вышеупомянутых проблем.

Устройство получения рентгеновских изображений, соответствующее одному из вариантов настоящего изобретения, содержит источник многолучевого рентгеновского излучения, имеющий множество источников рентгеновского излучения, расположенных в виде двумерной структуры, рентгеновский детектор, имеющий множество детекторных элементов, расположенных в виде двумерной структуры и обращенных к многолучевому источнику рентгеновского излучения, и коллиматор, предусмотренный между многолучевым источником рентгеновского излучения и рентгеновским детектором для ограничения области облучения рентгеновским излучением от многолучевого источника рентгеновского излучения. Коллиматор выполнен с возможностью формирования многочисленных щелей, через которые проходит рентгеновское излучение, так, чтобы множество щелей располагалось в виде двумерной структуры в виде матрицы в соответствии с множеством источников рентгеновского излучения. Коллиматор дополнительно выполнен с возможностью регулирования размера и положения множества щелей. Средство выбора выбирает один или более источников рентгеновского излучения для выполнения рентгеновского облучения из множества источников рентгеновского излучения, чтобы выбрать область исследования объекта. Средство управления управляет размером и положением множества щелей коллиматора в соответствии с выбором, используя для этого средство выбора. Средство управления имеет первый режим управления для управления, когда имеется изменение к другому источнику рентгеновского излучения с помощью средства выбора, размером и положением многочисленных щелей, чтобы перемещать область исследования параллельно так, чтобы направления исследования до и после изменения были параллельны, и второй режим управления для управления, когда с помощью средства выбора происходит изменение на другой источник рентгеновского излучения, размером и положением множества щелей для вращения направления исследования так, чтобы центр областей исследования до и после переключения был одним и тем же.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидны из последующего описания примеров вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - пример устройства с C-образным кронштейном, соответствующего варианту осуществления.

Фиг.2A-C - управление коллиматором в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.3A-D - пример конструкции апертурных лепестков в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.4A и B - управление коллиматором в случае, когда в варианте осуществления объединяются режим смещения и режим вращения.

Фиг.5 - пример конфигурации экрана дисплея для отображения в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.6A-C - способ управления коллиматором в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.7A и B - аффинное преобразование изображения при наклонном падении пучка в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.8 - пример структуры многолучевого источника рентгеновского излучения.

Фиг.9A-C - способ выбора источника рентгеновского излучения в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Фиг.10A-C - соотношение полученных отображаемых изображений в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Наилучший режим осуществления изобретения

Ниже будут подробно описаны различные примеры вариантов осуществления, признаки и аспекты настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

Предпочтительный вариант осуществления, соответствующий настоящему изобретению, будет описан подробно со ссылкой на фиг.1-8.

На фиг.1 представлена сцена, в которой флюороскопическое рентгеновское изображение тела отображается с помощью устройства с C-образным кронштейном, служащего в качестве устройства получения рентгеновских изображений в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Двумерный детектор 28 и многолучевой источник 26 рентгеновского излучения крепятся к C-образному кронштейну 25. Коллиматор 27 в качестве апертуры рентгеновского излучения крепится к стороне облучения многолучевого источника 26 рентгеновского излучения.

Многолучевой источник 26 рентгеновского излучения, имеющий множество расположенных в виде двумерной структуры источников рентгеновского излучения или, например, более конкретно, N×M фокусов рентгеновского излучения, обеспечивается с нижней стороны пациента. Рентгеновский пучок, выходящий из объекта 13 нацеливания передачи (рентгеновский фокус) многолучевого источника 26 рентгеновского излучения (описанного ниже), попадает на двумерный детектор 28 после прохождения через тело. Двумерный детектор 28 является рентгеновским детектором с множеством элементов детекторов, расположенных в виде двумерной структуры напротив многолучевого источника рентгеновского излучения. Распределение интенсивности рентгеновского излучения, достигающего двумерного детектора 28, отображается в виде флюороскопического рентгеновского изображения на дисплее 31.

Панель 30 управления соединяется с блоком 29 управления. Блок 29 управления способен выбирать фокус рентгеновского излучения для выполнения экспозиции из числа N×M рентгеновских фокусов и изменять рентгеновское флюороскопическое изображение на дисплее 31, основываясь на изображении, считанном с двумерного детектора 28, в соответствии с действиями врача на панели 30 управления. Кроме того, в результате изменения рентгеновского фокуса могут изменяться область облучения и угол облучения, чтобы осуществлять экспозицию, выбранную из N×M рентгеновских фокусов, и изменять соответствующий коллиматор 27 в ответ на команду от панели 30 управления.

Структура многолучевого источника 26 рентгеновского излучения будет описана со ссылкой на фиг.8. Заметим, что фиг.8 является такой же, как чертеж, описанный в международной публикации WO/2007/100105.

Электроны испускаются одним из мультиэлектронных элементов 15 излучения, выполненных на матрице элементов 16. Испускаемые электроны попадают на объект 13 нацеливания передачи после того, как формируются линзовым электродом 19 и ускоряются ускоряющим электрическим полем. Рентгеновское излучение, проходящее от объекта 13 нацеливания передачи, направленно ограничивается расположенной в вакууме пластиной 23. Заметим, что хотя на фиг.8 проходящие рентгеновские лучи дополнительно направленно ограничиваются, используя расположенную в атмосфере пластину 41, экранирующую рентгеновское излучение, в настоящем варианте осуществления часть, соответствующая установленной в атмосфере пластине 41, экранирующей рентгеновское излучение, заменяется коллиматором 27.

Коллиматор 27 обеспечивается между многолучевым источником 26 рентгеновского излучения и двумерным детектором 28 и предназначен для ограничения области облучения рентгеновским излучением от многолучевого источника 26 рентгеновского излучения. С помощью этого коллиматора 27 для прохождения через него рентгеновского излучения в виде двумерной структуры формируется множество щелей 42, соответствующих множеству источников рентгеновского излучения многолучевого источника 26 рентгеновского излучения, используя для этого множество апертурных лепестков 32, как показано на фиг.3A-D. Размер и расположение множества щелей 42 регулируются, управляя апертурными лепестками 32.

Управление коллиматором 27, составляющее основную часть настоящего варианта осуществления, будет описано, используя фиг.2A-C.

Описание ограничивается одним измерением, как показано на фиг.2A-C, поскольку принцип действия не зависит от размеров, даже если чертежи распространяются на два измерения. Чертежи легко могут быть распространены с одного измерения на два измерения.

На фиг.2A показан пример, в котором апертурные лепестки 32 коллиматора 27 управляются таким образом, что источники рентгеновского излучения, образующие многолучевой источник рентгеновского излучения, имеют области облучения в одном и том же месте на двумерном детекторе 28. Апертурные лепестки 32 являются элементами экранирования рентгеновского излучения и изготавливаются, например, из вольфрама, свинца, меди, железа или их сплава. В настоящем варианте осуществления апертурные лепестки 32 образуются четырьмя типами апертурных лепестков, обозначенными 321, 322, 323 и 324, как показано на фиг.3A-D. То есть, коллиматор 27 образуется набором апертурных лепестков и механизмом привода (не показан), который приводит в движение эти апертурные лепестки.

Управлять коллиматором 27 так, чтобы принимающая излучение область 40 находилась в одном и том же месте на двумерном детекторе 28, как показано на фиг.2A, может быть клинически неудобно по следующим причинам.

Например, предположим, что, исследуя объект 34 с помощью рентгеновского излучения, поступающего от объекта нацеливания t2, образующего источник рентгеновского излучения, врач хочет исследовать правую сторону объекта 34. Чтобы выбрать область исследования объекта, врач имеет возможность выбрать один или более источников рентгеновского излучения для выполнения облучения рентгеновским излучением от множества источников рентгеновского излучения, используя панель 30 управления, и дополнительно выдать запрос на переключение источников рентгеновского излучения.

В то время когда в ответ на этот запрос объект нацеливания, образующий источник рентгеновского излучения, переключается с t2 на t3, исследование области правой стороны объекта 34 становится возможным, направление исследования (угол исследования) объекта 34 изменяется. Это изменение направления исследования является не тем, что хотел врач.

Точно также, предположим, что, исследуя объект 34 с помощью рентгеновского излучения от объекта нацеливания t2, врач хочет исследовать объект 34 после вращения направления наблюдения в правую сторону. Хотя исследование изображения, полученного после вращения направления наблюдения объекта 34 вправо, становится возможным, когда объект нацеливания, образующий источник рентгеновского излучения, в ответ на этот запрос переключается с t2 на t3, область 33 исследования и центр исследования объекта 34 изменяются. Это изменение области исследования 33 и центра исследования являются не тем, что хотел врач.

Управление коллиматором 27 в режиме смещения описано со ссылкой на фиг.2B.

В режиме смещения (первый режим управления) апертурные лепестки 32 управляются таким образом, что области 33 исследования, сформированные объектом нацеливания ti и другим объектом нацеливания tj, связаны так, что область 33 исследования смещается, сохраняя направление исследования (движется горизонтально). Другими словами, когда один источник рентгеновского излучения для выполнения рентгеновского облучения изменяется на другой источник рентгеновского излучения, размер и положение множества щелей 42 управляются таким образом, чтобы переместить область исследования параллельно и чтобы направления исследования до и после переключения были параллельными.

Поскольку при управлении в режиме смещения, в дополнение к направлению исследования, область исследования предпочтительно также сохраняется неизменной, в настоящем варианте осуществления описано управление с сохранением как направления исследования, так и области исследования.

С помощью устройства с C-образным кронштейном, соответствующего настоящему варианту осуществления, существует режим вращения, дополняющий режим смещения. Переключение между режимом смещения и режимом вращения может быть выполнено посредством панели 30 управления. В режиме смещения, когда апертурный лепесток 32, обращенный к объекту нацеливания t2, управляется таким образом, чтобы врач мог масштабировать область 33 исследования, в случае, когда врач исследует объект 34 рентгеновским излучением, поступающим от объекта нацеливания t2, апертурные лепестки 32, обращенные к другим объектам нацеливания t1 и t3, также масштабируются вместе с этим управлением. Точно также, в режиме смещения, когда апертурный лепесток 32, обращенный к объекту нацеливания t3, управляется так, чтобы врач мог масштабировать область 33 исследования, в случае, когда врач исследует объект 34 с использованием рентгеновского излучения от объекта нацеливания t3, апертурные лепестки 32, обращенные к другим объектам нацеливания t1 и t2, также изменяются вместе с этим управлением.

Управление коллиматором 27 в режиме вращения описано, используя фиг.2C.

В режиме вращения (второй режим управления) апертурные лепестки 32 управляются таким образом, что области исследования 33, сформированные объектом нацеливания ti и другим объектом нацеливания tj, связаны так, что направление исследования вращается, в то же время сохраняя неизменным центр исследования. Другими словами, когда источник рентгеновского излучения для выполнения рентгеновского облучения изменяется на другой источник рентгеновского излучения, размер и положение множества щелей 42 управляются таким образом, чтобы поворачивать направление исследования и чтобы центр областей исследования до и после переключения оставался неизменным. Это дополнительно желательно для того, чтобы также сохранять неизменной область исследования. Здесь, сохранение неизменными центра исследования и области исследования будет упоминаться как "сохранение неизменной области 33 исследования".

В режиме вращения, когда апертурный лепесток 32, обращенный к объекту нацеливания t2, управляется так, чтобы врач мог масштабировать область 33 исследования, в случае, когда врач исследует объект 34 с помощью рентгеновского излучения от объекта нацеливания t2, апертурные лепестки 32, обращенные к другим объектам нацеливания t1 и t3, также масштабируются под действием этого управления. Поскольку интервал между объектами 13 нацеливания передачи физически зафиксирован, величина изменения в направлении исследования может быть вычислена, гипотетически устанавливая расстояние (FCD: расстояние до фокусного центра) от объекта нацеливания передачи в центре многолучевого источника 26 рентгеновского излучения до центра объекта 34. В настоящем варианте осуществления FCD может вводиться с панели 30 управления.

На фиг.3A-D представлены примеры конструкции апертурных лепестков 32.

На фиг.3A и B показан пример, когда поле облучения в режиме смещения масштабируется с уменьшением размеров. При переходе от фиг.3A к фиг.3B только области щелей 42 уменьшаются в размере и отношение расстояния между центрами щелей 42 остается неизменным.

На фиг.3C и D показан пример, когда поле облучения уменьшается в размерах в режиме вращения. При переходе от фиг.3C к фиг.3D отношение расстояний между центрами щелей 42 изменяется одновременно, так что в масштабе уменьшаются только области щелей 42.

Управление коллиматором 27 в случае, когда режим смещения и режим вращения объединяются, описано, используя фиг.4A и B.

На фиг.4A показан случай переключения из режима смещения в режим вращения. Предположим, случай, в котором изменение на режим вращения во время исследования части объекта 34, используя объект нацеливания t1, происходит под управлением в режиме смещения. В этом случае другие объекты нацеливания t2 и t3 управляются таким образом, что направление исследования поворачивается, сохраняя, в то же время, неизменной область 33 исследования, как показано на фиг.4A.

На фиг.4B показан случай изменения в режим смещения под действием управления в режиме вращения во время исследования части объекта 34, используя объект нацеливания t3. В этом случае другие объекты нацеливания t1 и t2 управляются так, что область 33 исследования смещается, сохраняя, в то же время, неизменным направление исследования, как показано на фиг.4B.

В отношении фиг.4A и В существуют некоторые проблемы, о которых следует знать. Рентгеновские лучи, которые проходят через коллиматор 27, могут выходить за пределы двумерного детектора 28, когда коллиматор 27 устанавливается так, чтобы удовлетворять обоим режимам. В этом случае нет необходимости подвергать пациента воздействию излучения. Чтобы запретить такую ненужную экспозицию излучения, коллиматор 27 управляется так, чтобы пучок рентгеновского излучения не выходил за пределы двумерного детектора 28. Другими словами, коллиматор 27 управляется так, что все рентгеновские лучи, идущие от многолучевого источника 26 рентгеновского излучения, проецируются на двумерный детектор 28.

Устройство с C-образным кронштейном, соответствующее настоящему варианту осуществления, способно неоднократно выбирать объекты 13 нацеливания передачи и неограниченно переключаться между режимом смещения и режимом вращения.

Устройство с C-образным кронштейном, соответствующее настоящему варианту осуществления, имеет объект 13 нацеливания передачи, выбираемый оператором, область 33 исследования, сформированную выбранным объектом нацеливания, и дисплей 31 для информирования оператора о направлении исследования.

На фиг.5 показан пример структуры экрана на дисплее 31.

Дисплей 31 образуется жидкокристаллическим дисплеем и т.п. Часть 35 дисплея для изображений отображает изображение, полученное с помощью рентгеновских лучей, поступающих от выбранного в настоящий момент объекта 13 нацеливания передачи. Часть 36 дисплея для отображения информации о пациенте и часть 37 для отображения информации о процессе получения изображений, чтобы отображать информацию в окне и т.п., располагаются над частью 35 дисплея для изображений. Часть 38 для отображения объекта нацеливания служит для отображения выбранного объекта нацеливания и отображает положение на всем многолучевом источнике рентгеновского излучения объекта 13 нацеливания передачи, выбранного в настоящий момент оператором. Часть 39 дисплея для отображения области/направления исследования служит для отображения на экране области 33 исследования и направления исследования объекта 34 и отображает область 33 исследования и направление исследования в случае, когда предполагается гипотетический объект 34, в качестве информации о поперечном сечении. Гипотетический объект 34 вычисляется, используя FCD (расстояние до фокусного центра), вводимое с панели 30 управления.

Далее описана операция установки коллиматора 27 в исходное состояние.

Как описано выше, устройство с C-образным кронштейном, соответствующее настоящему варианту осуществления, способно неоднократно выбирать объекты 13 нацеливания передачи и неограниченно переключаться между режимом смещения и режимом вращения. Однако, когда направление исследования на периферическом объекте 13 нацеливания передачи устанавливается под большим углом, рентгеновское излучение, сформированное другим объектом нацеливания, может не формировать изображение на двумерном детекторе 28. В этом случае оператор предпочтительно имеет возможность возвратить коллиматор 27 в исходное состояние. Коллиматор 27 также необходимо возвращать в исходное состояние при изменении объекта 34 (пациент).

Исходное состояние коллиматора 27 может быть установлено оператором. Примеры исходных состояний коллиматора 27 содержат состояния, показанные на фиг.2B и C.

Далее со ссылкой на фиг.6А-С описан способ управления коллиматором 27, используя положения и размеры щелей 42, а не перемещение апертурных лепестков 32, как показано на фиг.4A и B. Хотя описание будет сделано для одного измерения, вычисления могут быть выполнены для расположения в виде двумерной структуры по каждой из осей независимо.

FDD (расстояние до фокуса детектора) является длиной вертикальной линии от объектов 13 нацеливания передачи многолучевого источника 26 рентгеновского излучения вниз к двумерному детектору 28. FCD (расстояние до фокусного центра) является расстоянием от объекта 13 нацеливания передачи, расположенного в центре многолучевого источника 26 рентгеновского излучения, до центра гипотетического объекта. FSD (расстояние до фокуса щели) является расстоянием от объектов 13 нацеливания передачи до щелей 42. Кроме того, удовлетворяется уравнение (1), где FW (фокусная ширина) является шириной объектов 13 нацеливания передачи, SW (ширина щели) является шириной щелей 42, и ROI (интересующая область) является шириной области 33 исследования. Заметим, что предполагается, что SW>FW.

ROI=(FW+SW)·(FCD/FSD)-FW (1)

Поскольку FW в уравнении (1) очень мало по сравнению со вторым членом, уравнение (1) может быть аппроксимировано как уравнение (2).

ROI≈(FW+SW)·(FCD/FSD) (2)

Преобразование уравнения (2) позволяет получить ширину SW щелей 42, когда ROI вычисляется оператором в соответствии с уравнением (3).

SW=ROI·(FSD/FCD)-FW (3)

Если режимом управления коллиматором 27 является режим смещения, ширина SW (t0) щели 42, обращенной к тому объекту нацеливания (t0), который используется оператором при исследовании, будет равна ширине SW (tn) щели 42, обращенной к объекту нацеливания tn, расположенному на n объектов нацеливания в сторону, согласно уравнению (4).

SW(t0)=SW(tn) (4)

Если режимом управления является режим смещения, соотношение уравнения (5) удовлетворяется между положением P(SW(t0)) щели 42, обращенной к объекту нацеливания t0, используемому оператором при исследовании, и положением P(SW(tn)) щели 42, расположенной против объекта нацеливания tn, расположенного на n объектов нацеливания в сторону. Здесь, FP (шаг фокуса) является шагом объектов 13 нацеливания передачи. На фиг.6B представлено соотношение между уравнением (4) и уравнением (5).

P(SW(tn))=P(SW(t0))+n·FP (5)

Если режимом управления коллиматором 27 является режим вращения, то ширина SW(t0) щели 42, обращенной к объекту нацеливания t0, исследуемому оператором, и ширина SW(tn) щели 42, обращенной к объекту нацеливания tn, удаленному на n объектов нацеливания, будут равны, как указано в уравнении (6).

SW(t0)=SW(tn) (6)

Если режимом управления коллиматором 27 является режим вращения, соотношение уравнения (7) удовлетворяется между положением P(SW(t0)) щели 42, обращенной к объекту нацеливания, исследуемому оператором, и положением P(SW(tn)) щели 42, обращенной к объекту нацеливания tn, удаленному на n объектов нацеливания. На фиг.6C представлено соотношение между уравнением (6) и уравнением (7).

P(SW(tn))=P(SW(t0))+n·FP·((FCD-FSD)/FCD) (7)

FCD определяет расстояние от объекта 13 нацеливания передачи, расположенного в центре многолучевого источника 26 рентгеновского излучения, до центра гипотетического объекта. Если расположение фактического объекта 34 будет отличаться от FCD, хранящегося в устройстве с C-образным кронштейном, то значения, вычисленные согласно приведенным выше уравнениям (1)-(7), не будут совпадать с ожиданиями оператора. С этой точки зрения значение FCD может изменяться с панели 30 управления в любое время.

Далее описан способ, чтобы в ответ на переключение множества источников рентгеновского излучения под управлением в режиме вращения заставить центры исследования совпасть.

Как описано выше, коллиматор 27 управляется таким образом, что центры областей 33 исследования (центры исследования) в режиме вращения совпадают. Область на двумерном детекторе 28 в случае, когда рентгеновские лучи проецируются на область 33 исследования, является принимающей излучение областью 40 (см. фиг.6A).

Если щель 42 располагается перед объектом 13 нацеливания передачи, то принимающая излучение область 40 будет прямоугольной. Здесь, щели 42 являются прямоугольными, и "перед" означает, что вертикальная линия, проходящая от центра объекта 13 нацеливания передачи вниз к плоскости коллиматора 27, проходит через центр щели 42 (см. принимающую излучение область 40 от источника рентгеновского излучения t0 на фиг.7A). Если щель 42 располагается не перед объектом 13 нацеливания передачи (это называется наклонным падением), принимающая излучение область 40 будет четырехугольником, отличным от квадрата или прямоугольника.

С другой стороны, в режиме вращения предпочтительно выполнить отображение изображения так, чтобы объект 13 нацеливания передачи, излучающий рентгеновское излучение, был ортогонален к пучку излучения, проходящему через центр области 33 исследования. С этой точки зрения изображения подвергаются аффинному преобразованию (проецируются) из двумерного детектора 28, предполагая плоскость 44 аффинного преобразования такой, как показано на фиг.7B. Плоскость 44 аффинного преобразования ортогональна к линии, соединяющей источник рентгеновского излучения для излучения рентгеновского пучка и центр области 33 исследования, и содержит точку, в которой эта линия пересекает двумерный детектор 28.

Существуют два способа отделить принимающую излучение область 40 от изображения, считываемого с двумерного детектора 28. Один способ содержит отделение принимающей излучение области 40, используя значения сигнала рентгеновского излучения. Другой способ содержит получение с помощью вычислений получающей излучение области 40 на двумерном детекторе 28, исходя из положения и площади щелей 42 коллиматора 27. Получающая излучение область 40, отделенная с помощью любого из способов, отображается на дисплее 31 после того, как к ней применено аффинное преобразование. Если время вычисления аффинного преобразования является коротким, принимающая излучение область 40 может отделиться после того, как все изображение от двумерного детектора 28 было аффиннопреобразованным. Если время вычисления аффинного преобразования является большим, аффинное преобразование выполняется после отделения частичного изображения от двумерного детектора 28, чтобы содержать принимающую излучение область 40. Аффиннопреобразованные изображения, полученные посредством описанной выше обработки, будут иметь совпадающие центры исследования.

Чтобы запретить ненужную экспозицию излучения для пациента, коллиматор 27 управляется таким образом, что рентгеновские лучи не выходят за пределы двумерного детектора 28 (не виньетируются). Положение и площадь щелей 42 коллиматора 27 вычисляются в соответствии с каждым режимом коллиматора 27. Принимающая излучение область 40 на двумерном детекторе 28 получается путем вычисления, исходя из вычисленного положения и площади щелей 42. Ширина принимающей излучение области IRA (область облучения) в случае режима управления коллиматором 27, являющегося режимом смещения, вычисляется согласно уравнению (8).

IRA=(FW+SW)·(FDD/FSD) (8)

Если режимом управления коллиматором 27 является режим смещения, соотношение уравнения (9) удовлетворяется между положением P(IRA(t0)) принимающей излучение области 40, сформированной объектом нацеливания t0, исследуемой оператором, и положением P(IRA(tn)) принимающей излучение области 40, сформированной объектом нацеливания tn, удаленным на n объектов нацеливания.

P(IRA(tn))=P(IRA(t0))+n·FP (9)

Принимающая излучение область 40 будет выходить за пределы двумерного детектора 28, если удовлетворяется уравнение (10), в котором DW (ширина детектора) является шириной двумерного детектора 28, и предполагается, что P(IRA(t0)) совпадает с центром двумерного детектора 28. Апертурные лепестки 32 управляются так, что уравнение (10) является равенством.

IRA(tn)/2+n·FP≥DW/2 (10)

Принимающая излучение область IRA (область облучения) в случае режима управления коллиматором 27, являющегося режимом вращения, вычисляется в соответствии с уравнением (11).

IRA=(FW+SW)·(FDD/FSD) (11)

Если режимом управления является режим вращения, соотношение уравнения (12) удовлетворяется между положением P(IRA(t0)) принимающей излучение области 40, сформированной объектом нацеливания t0, исследуемой оператором, и положением P(IRA(tn)) принимающей излучение области 40, сформированной объектом нацеливания tn, удаленным на n объектов нацеливания.

P(IRA(tn))=P(IRA(t0))+n·FP·((FDD-FCD)/FCD) (12)

Принимающая излучение область 40 будет выходить за пределы двумерного детектора 28, если удовлетворяется уравнение (13), предполагая, что P(IRA(t0)) совпадает с центром двумерного детектора 28. Апертурные лепестки 32 управляются таким образом, что уравнение (13) является равенством.

IRA(tn)/2+n·FP·(FDD-FCD)/FCD)≥DW/2 (13)

Первый вариант осуществления настоящего изобретения является таким, как описано выше.

В предшествующем уровне техники не существует такого способа, как описано выше, где в сочетании с изменением одной апертуры многолучевого источника рентгеновского излучения изменяется другая апертура. Обеспечение двух режимов изменения апертур в сочетании друг с другом, первого режима для смещения области исследования и второго режима для вращения направления исследования, также не раскрывается в предшествующем уровне техники.

Напротив, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, изображения, в которых центр области исследования (центр исследования) и область исследования сохраняются неизменными, в случае, когда объект 34 подвергается флюороскопическому исследованию, в то же время изменяя направление исследования, могут быть обеспечены мгновенно.

Кроме того, пациент не подвергается ненужной экспозиции излучения, потому что перед тем, как изменить направление исследования, соответственно изменяются центр исследования и область исследования.

Дополнительно, область исследования легко изменяется и можно ожидать сокращения времени операции и уменьшения экспозиции излучения для пациента.

Второй вариант осуществления

Здесь далее будет описан второй вариант осуществления. Конфигурация устройства с C-образным кронштейном, соответствующая второму варианту осуществления, подобна конфигурации, показанной на фиг.1. Здесь далее управление коллиматором 27 не будет подробно описываться. Коллиматор 27 управляется в двух режимах управления, а именно, в режиме смещения и в режиме вращения, подобно упомянутому выше первому варианту осуществления, но настоящий вариант осуществления не ограничивается этими двумя режимами управления.

Признаки настоящего варианта осуществления будут описаны, используя фиг.9A-C и фиг.10A-C.

На фиг.9A представлен пример, в котором изображение человеческого тела получается после выбора пяти источников рентгеновского излучения, указанных черными кругами в двумерном многолучевом источнике рентгеновского излучения. Двумерный многолучевой источник рентгеновского излучения, показанный на фиг.9A, образуется в общей сложности 81 источниками рентгеновского излучения, расположенными в виде матрицы 9×9. Выбранными источниками рентгеновского излучения, представленными в формате X(m,n), являются X(5,4), X(4,5), X(5,5), X(6,5) и X(5,6).

Вместо пяти выбранных источников рентгеновского излучения, осуществляющих экспонирование одновременно, в любой момент времени экспонирование выполняет только один источник рентгеновского излучения. Представляющиеся возможными способы переключения источника рентгеновского излучения для выполнения экспонирования содержат источники рентгеновского излучения, переключаемые периодически, используя таймер, встроенный в блок управления, или переключаемые непериодически оператором.

Рентгеновское изображение, полученное в результате экспонирования рентгеновских лучей, отображается на дисплее. Способы отображения изображений, получающихся в результате присутствия множества рентгеновских лучей, содержат отображение всех выбранных рентгеновских изображений или отображение только тех изображений, которые получены в результате недавно экспонированных рентгеновских лучей.

На фиг.9B представлено изменение выбора источника рентгеновского излучения в режиме, служащем, по существу, для поддержания неизменным соотношения углов падения выбранных в настоящий момент источников рентгеновского излучения (режим поддержания неизменным соотношения). Переключение между режимом поддержания соотношения и режимом, в котором, по существу, пропорционально поддерживается соотношение углов падения источников рентгеновского излучения, как показано на фиг.9C, выполняется по команде оператора с панели управления.

Когда из множества источников рентгеновского излучения для выполнения рентгеновского облучения выбираются, по меньшей мере, два источника рентгеновского излучения, панель 30 управления способна принимать команду изменения первого источника рентгеновского излучения, по меньшей мере, из двух источников рентгеновского излучения, на второй источник рентгеновского излучения, находящийся в другом положении.

В случае режима поддержания неизменным соотношения, когда источник рентгеновского излучения X(5,4), выбранный на фиг.9A, меняется на X(6,6), другие источники рентгеновского излучения соответственно изменяются следующим образом: X(4,5)→X(5,7), X(5,5)→X(6,7), X(6,5)→X(7,7) и X(5,6)→X(6,8). Другими словами, в случае режима поддержания неизменным соотношения, когда выбор изменяется с одного выбранного в настоящий момент источника рентгеновского излучения X(m1,n1) на X(m1+Δm,n1+Δn), другой выбранный в настоящий момент источник рентгеновского излучения X(m2,n2) изменяется на X(m2+Δm,n2+Δn), так что относительное соотношение положений выбранных источников рентгеновского излучения, существовавшее до изменения, сохраняется неизменным.

Изменение рентгеновских изображений, полученных в случае режима поддержания неизменным соотношения, показано на фиг.10A-C.

На фиг.10A-C для простоты показан случай одномерного многолучевого источника рентгеновского излучения. На фиг.10A выбраны три источника рентгеновского излучения. Когда выбор черного источника рентгеновского излучения, расположенного в середине из трех выбранных источников рентгеновского излучения на фиг.10A, изменяется на источник рентгеновского излучения, расположенный справа, выбор других источников рентгеновского излучения с обеих сторон изменяется так, чтобы, в сущности, поддерживать неизменными углы падения (фиг.10B).

Если смотреть на соотношение между рентгеновским изображением, полученным в результате показанного на фиг.10В выбора источников рентгеновского излучения, и рентгеновским изображением, полученным в результате показанного на фиг.10А выбора трех источников рентгеновского излучения, то углы падения относительно интересующей области изменяются. Однако соотношение углов падения трех выбранных источников рентгеновского излучения по существу сохраняется неизменным. Здесь, "по существу, сохраняется неизменным" означает следующее. Если источники рентгеновского излучения многолучевого источника рентгеновского излучения располагаются на равном удалении, соотношение углов падения до и после изменения выбора не может быть сделано так, чтобы они полностью совпадали. Однако, если шаг расположения источников рентгеновского излучения многолучевого источника рентгеновского излучения является очень малым по сравнению с расстоянием от многолучевого источника рентгеновского излучения до объекта, разница в соотношении углов падения до и после изменения выбора может игнорироваться. Это и считается как "по существу, сохраняется".

На фиг.9C показано изменение выбора источников рентгеновского излучения в режиме, по существу, пропорционального поддержания отношения углов падения (режим поддержания пропорции). В случае режима поддержания пропорции, когда источник X(6,5) рентгеновского излучения, выбранный на фиг.9A, изменяется на X(7,5), остальные источники рентгеновского излучения соответственно изменяются следующим образом: X(5,4)→X(5,3), X(4,5)→X(3,5) и X(5,6)→X(5,7). Здесь X(5,5) является неподвижным эталонным источником рентгеновского излучения.

Другими словами, в случае режима поддержания пропорции, когда один выбранный в настоящий момент источник рентгеновского излучения X1 изменяется на X1', другой выбранный в настоящий момент источник рентгеновского излучения Xn изменяется на Xn', где неподвижным эталонным источником рентгеновского излучения является X0. То есть, другой источник рентгеновского излучения изменяется на источник рентгеновского излучения в месте, в котором относительное позиционное соотношение этих, по меньшей мере, двух источников рентгеновского излучения, существовавшее перед изменением, масштабируется. Здесь, переключение от источника рентгеновского излучения X1 к X1' выражается следующим образом:

В этом случае удовлетворяются следующие уравнения (14) и (15):

(14) (15)

Изменение в рентгеновских изображениях, получаемых в случае режима поддержания неизменной пропорции, показано на фиг.10A-C.

На фиг.10A-C для простоты показан случай одномерного многолучевого источника рентгеновского излучения. На фиг.10A выбраны три источника рентгеновского излучения. Когда выбор источника рентгеновского излучения, отмеченного заштрихованным кружком крайним справа из этих трех источников рентгеновского излучения, выбранных на фиг.10A, изменяется на источник рентгеновского излучения, расположенный еще дальше вправо, другой источник рентгеновского излучения, находящийся крайним слева, изменяется так, чтобы поддерживать, по существу, пропорционально углы падения (фиг.10C).

Глядя на соотношение между рентгеновским изображением, полученным в результате от этих трех источников рентгеновского излучения, выбранных на фиг.10C, и рентгеновским изображением, полученным в результате от этих трех источников рентгеновского излучения, выбранных на фиг.10A, углы падения относительно интересующей области изменяются. Однако, соотношение разностей углов падения трех выбранных источников рентгеновского излучения, по существу, сохраняется неизменным. Здесь, "по существу, сохраняется неизменным" означает следующее. Если источники рентгеновского излучения многолучевого источника рентгеновского излучения располагаются на равном удалении, разности углов падения до и после изменения выбора не могут быть полностью совпадающими. Однако, если шаг расположения источников рентгеновского излучения многолучевого источника рентгеновского излучения является очень малым по сравнению с расстоянием от многолучевого источника рентгеновского излучения до объекта, то какие-либо различия в разностях углов падения до и после изменения выбора могут игнорироваться. Это и упоминается как "по существу, сохраняется неизменным".

Отметим, что режим поддержания неизменным соотношения и режим поддержания неизменной пропорции во втором варианте осуществления, соответственно, относятся к управлению коллиматором 27 в режиме смещения и режиме вращения первого варианта осуществления. В частности, реализация второго варианта осуществления с режимом вращения по первому варианту осуществления является эффективной. Режим поддержания неизменным соотношения и режим поддержания неизменной пропорции во втором варианте осуществления, однако, не ограничиваются режимом смещения и режимом вращения по первому варианту осуществления.

Здесь выше был описан второй вариант осуществления.

Далее здесь будет описано преимущество настоящего изобретения по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Традиционно существовали только способы координирования работы множества систем с С-образным кронштейном для получения изображений с фиксированным соотношением в устройстве, имеющем множество C-образных кронштейнов.

Кроме того, количество источников рентгеновского излучения множества систем получения изображений обычно составляло, самое большее два, и не было никакой системы получения изображений, способной иметь от 10 до 100 источников рентгеновского излучения, таких как упомянутые выше в первом и втором вариантах осуществления.

Поэтому, традиционно, изменение выбора источников рентгеновского излучения, выбранных в настоящий момент, на источники рентгеновского излучения, расположенные в других местах, не было первой необходимостью при получении изображений, используя множество источников рентгеновского излучения.

Соответственно, можно сказать, что проблемы, решаемые настоящим изобретением, являются новыми проблемами, которые не были до этого известны.

В соответствии с настоящим изобретением управление, относящееся к масштабированию области исследования, смещению области исследования и изменению направления исследования в случае, когда флюороскопия выполняется после сужения области исследования, чтобы уменьшить экспозицию излучения для пациента, может с успехом быть выполнено в устройстве получения рентгеновских изображений, снабженном многолучевым источником рентгеновского излучения.

Другие варианты осуществления

Аспекты настоящего изобретения могут быть также реализованы посредством компьютера системы или устройства (или таких устройств, как центральный процессор (CPU) или микропроцессор (MPU)), которые считывают и выполняют программу, записанную в устройстве памяти, чтобы выполнить функции описанных выше вариантов осуществления и способ, этапы которого выполняются компьютером системы или устройством посредством, например, считывания и выполнения программы, записанной в устройстве памяти, чтобы выполнить функции описанных выше вариантов осуществления. С этой целью обеспечивается программа для компьютера, например, получаемая через сеть или с носителя записи различных типов, служащих устройством памяти (например, считываемый компьютером носитель данных).

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на варианты осуществления, нужно понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми примерами вариантов осуществления. Объем приведенной далее формулы изобретения должен получить самую широкую интерпретацию, чтобы охватить все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Настоящая заявка испрашивает преимущества японской патентной заявки № 2008-289173, поданной 11 ноября 2008 г., которая настоящим внесена сюда посредством ссылки во всей ее полноте.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским устройствам. Устройство содержит множество источников рентгеновского излучения, расположенных в виде двумерной структуры, рентгеновский детектор, имеющий множество детектирующих элементов, расположенных в виде двумерной структуры и обращенных к множеству источников рентгеновского излучения. Между источниками рентгеновского излучения и детектором расположен коллиматор для настройки области облучения. Также устройство содержит средство для управления коллиматором, выполненное с возможностью регулирования размеров и положений отверстий коллиматора относительно источников рентгеновского излучения. Использование изобретения позволяет сократить время операции и уменьшить дозу излучения для пациента. 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство получения рентгеновских изображений, содержащее:
множество источников (26) рентгеновского излучения, расположенных в виде двумерной структуры;
рентгеновский детектор (28), имеющий множество детектирующих элементов, расположенных в виде двумерной структуры и обращенных к множеству источников (26) рентгеновского излучения;
коллиматор (27), предусмотренный между множеством источников (26) рентгеновского излучения и детектором (28) рентгеновского излучения и служащий для настройки области (40) облучения рентгеновскими лучами множества источников (26) рентгеновского излучения,
средство (29) управления для управления коллиматором (27) таким образом, что по меньшей мере одно из размера и положения отверстий (42) регулируется относительно множества источников (26) рентгеновского излучения в соответствии с заранее определенным правилом.

2. Устройство по п.1, в котором средство (29) управления содержит:
первый режим для управления коллиматором (27) таким образом, что рентгеновские лучи, испускаемые из множества источников (26) рентгеновского излучения, облучают различные области объекта;
второй режим для управления коллиматором (27) таким образом, что рентгеновские лучи, испускаемые множеством источников (26) рентгеновского излучения, облучают одну и ту же область объекта с различных направлений и в различные моменты времени, соответственно.

3. Устройство по п.1, в котором коллиматор (27) выполнен таким образом, что рентгеновские лучи, испускаемые из множества источников (26) рентгеновского излучения и проходящие через коллиматор (27), имеют одинаковое направление.

4. Устройство по п.3, в котором размер областей, облучаемых рентгеновскими лучами, испускаемыми из множества источников (26) рентгеновского излучения, является одинаковым.

5. Устройство по п.1, в котором средство (29) управления выбирает из множества источников (26) рентгеновского излучения один или более источников рентгеновского излучения для излучения рентгеновского излучения в соответствии с выданной командой.

6. Устройство по п.1, в котором средство (29) управления последовательно изменяет источник рентгеновского излучения для излучения рентгеновских лучей из множества источников (26) рентгеновского излучения.

7. Устройство по п.1, дополнительно содержащее средство установки для установки расстояния (FCD) от множества источников (26) рентгеновского излучения до объекта,
причем средство (29) управления управляет коллиматором (27) таким образом, что рентгеновские лучи, испускаемые от множества источников (26) рентгеновского излучения, облучают различные области объекта, соответственно.

8. Устройство по п.1, дополнительно содержащее поддерживающий элемент (25) для крепления множества источников (26) рентгеновского излучения и детектора (28) рентгеновского излучения.

9. Устройство по п.1, в котором коллиматор (27) содержит апертурный механизм (32) для настройки размера отверстий (42), соответствующих множеству источников (26) рентгеновского излучения, причем средство (29) управления управляет коллиматором (27) таким образом, чтобы изменять размер отверстий (42) для настройки области облучения рентгеновским излучением.

10. Устройство по п.1, в котором коллиматор (27) содержит апертурный механизм (32) для настройки положения отверстий (42), соответствующих множеству источников (26) рентгеновского излучения,
причем средство (29) управления управляет коллиматором (27) таким образом, чтобы изменять положение отверстий (42) для настройки области облучения рентгеновским излучением.

11. Устройство по п.1, в котором коллиматор (27) содержит апертурный механизм (32) для настройки размера и/или положения отверстий (42), соответствующих множеству источников (26) рентгеновского излучения, причем средство (29) управления управляет коллиматором (27) таким образом, чтобы изменять размер и/или положение отверстий (42) для настройки области облучения рентгеновским излучением.

12. Устройство по п.2, в котором средство (29) управления управляет коллиматором (27) и множеством источников (26) рентгеновского излучения таким образом, чтобы рентгеновские лучи, испускаемые от множества источников (26) рентгеновского излучения, последовательно облучали одну и ту же область объекта с различных направлений во втором режиме.

13. Устройство по п.2, в котором средство (29) управления выполнено с возможностью переключения между упомянутым первым режимом и упомянутым вторым режимом.

14. Устройство по п.2, в котором средство (29) управления дополнительно содержит третий режим для управления коллиматором (27) и множеством источников (26) рентгеновского излучения таким образом, чтобы рентгеновские лучи, испускаемые из множества источников (26) рентгеновского излучения, последовательно облучали одну из упомянутых различных областей с различных направлений.

15. Устройство по п.2, в котором средство (29) управления дополнительно содержит четвертый режим работы для управления коллиматором (27) и множеством источников (26) рентгеновского излучения таким образом, чтобы рентгеновские лучи, испускаемые из множества источников (26) рентгеновского излучения, облучали различные области объекта с одного из упомянутых различных направлений.