CN105326526B - 具有固定架和旋转盘的解剖成像*** - Google Patents

具有固定架和旋转盘的解剖成像*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有固定架和旋转盘的解剖成像***，所述解剖成像***的倾斜角度可调节、结构整体性得到提高、电力传输得到改善并能感测位置。

Description

具有固定架和旋转盘的解剖成像***
本申请要求于2014年7月22日在美国专利商标局提交的美国临时专利申请第62/027,420号、第62/027,433号、第62/027,444号、第62/027,472号的优先权权益。上述四项专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明总体涉及一种成像***，更具体地讲，涉及一种解剖成像***。
背景技术
在许多情况下，会期望使不透明对象的内部成像。例如但不限于，在医学领域中，会希望使病人的身体的内部成像，以允许观察内部结构而无需在身体上穿透皮肤。
计算机断层扫描(CT)已成为医学领域中的重要的成像方式。CT成像***通常操作为将X射线从多个位置照射到身体中、探测穿过身体的X射线，然后对探测到的X射线进行处理，以创建病人的解剖结构的三维(3D)数据组和3D计算机模型。然后可使3D数据组和3D计算机模型可视化，以提供病人的解剖结构的图像(例如，切片图像、3D计算机图像等)。
例如但不限于，现在参照图1和图2，示出了示例性CT成像***5。CT成像***5总体上包括由基座15支撑的圆环体10。在圆环体10中形成有中部开口20。中部开口20接收将要进行扫描的病人解剖结构。
接下来参照图3，圆环体10通常包括固定架22、旋转盘23、X射线管组件25和X射线探测器组件30。更具体地讲，固定架22围绕中部开口20同心地设置。旋转盘23可旋转地安装到固定架22。X射线管组件25和X射线探测器组件30按照沿直径方向相反的关系安装到旋转盘23，以使X射线束40(由X射线管组件25产生并由X射线探测器组件30探测)穿过设置在中部开口20中的病人解剖结构。由于X射线管组件25和X射线探测器组件30安装在旋转盘23上，因此X射线管组件25和X射线探测器组件30围绕中部开口20同心地旋转，X射线束40将沿着全范围的径向位置穿过病人的解剖结构，以使CT成像***5能够建立由X射线束穿透的解剖结构的“切片”图像。此外，通过在扫描期间使病人和CT成像***5相对于彼此移动，可获得一系列的切片图像，然后进行适当的处理，以建立所扫描的解剖结构的3D数据组和所扫描的解剖结构的3D计算机模型。实际上，常见的是配置X射线探测器组件30，以随着旋转盘23的每次旋转可获得多个切片的图像(例如，8切片、16切片、32切片等)，由此加快扫描数据的采集。
实际上，现在常见的是实现病人的解剖结构的螺旋扫描，从而产生所扫描的解剖结构的3D数据组，然后可对3D数据组进行处理，以创建所扫描的解剖结构的3D计算机模型。然后可使3D数据组和3D计算机模型可视化，以提供病人的解剖结构的图像(例如，静态图像、3D计算机图像等)。
用于控制旋转盘23、X射线管组件25和X射线探测器组件30的操作以及用于对所获得的扫描数据进行处理以产生所期望的切片图像、3D数据组和3D计算机模型的各种电子硬件和软件可以是本领域中众所周知的并可设置在圆环体10和/或基座15中。
在许多情况下，CT成像***5被设计为固定式的，其中，CT成像***5的基座15设置在房间的地板上的固定位置，并且设置了特定的电动的可移动床，用于在扫描期间使病人相对于CT成像***5运动。更具体地讲，使用固定式CT成像***5时，将病人带到CT成像***5的位置，然后使病人置于电动的可移动床上，然后利用电动的可移动床以使病人相对于CT成像***5移动(即，使病人进入到CT成像***5的中部开口20中)，从而可通过CT成像***5对病人的一部分长度或全部长度进行扫描。
在其他情况下，CT成像***5被设计为移动式的，可将CT成像***携带到病人处并在病人的当前位置处对病人进行扫描，而不需要将病人运送到CT成像***的位置。使用移动式CT成像***5对病人进行扫描可以是非常有利的，原因在于：其可减少病人扫描的延迟(例如，可在急诊室对病人进行扫描而无需等到运送到放射科)和/或其可允许在不使病人移动的情况下对病人进行扫描(例如，可在重症监护室(ICU)病人的床边对病人进行扫描)。为此，现在参照图4和图5，基座15可包括运送组件50，用于：(i)在扫描之前使CT成像***5移动到病人处；(ii)在扫描期间使CT成像***相对于病人移动。更具体地讲，优选地，运送组件50包括：(i)总运动机构，用于使CT成像***5相对快速地穿过室内空间距离，以可快速并容易地将CT成像***5移动到病人的床边，从而可在病人的床边对病人进行扫描而无需将病人移动到放射科；(ii)微调运动机构60，用于在扫描期间使CT成像***相对于病人精确地移动，从而可在病人的床上或轮床上对病人进行扫描而无需将病人移动到特定的电动可移动床上。
在本发明的一个优选示例中，总运动机构55优选地包括多个自由滚动的脚轮，微调运动机构60优选地包括多个蜈蚣带驱动装置63(这可被构造为用于阶梯式运动或连续运动，由此提供病人的阶梯式运动或连续扫描)。液压设备65允许总运动机构55或微调运动机构60与地板接合，由此有利于移动式CT成像***5的合适的运动。因此，使用移动式CT成像***5时，移动式CT成像***可预先置于“不碍事”的位置(例如，急诊室的未使用角落中)，当需要对病人进行扫描时，通过使用总运动机构55(例如，脚轮62)直接将移动式CT成像***移动到病人的床边，然后在扫描期间使用微调运动机构60(例如，蜈蚣带装置63)使移动式CT成像***移动。
调节CT扫描相对于病人的身体的角度
已经认识到，调节CT扫描相对于病人的身体的角度有时会是有用的，由此生成在不与病人的身体的纵轴垂直的角度设置的CT图像。例如但不限于，有时会期望获得处于与病人的纵轴不垂直的角度的解剖结构的CT图像，由此使得特定特征的成像。这可通过使病人相对于CT成像***的扫描轴倾斜一定角度来实现(例如，通过利用倾斜台使病人相对于CT成像***的扫描轴倾斜)。然而，在许多情况下会不期望使病人相对于CT成像***的扫描轴倾斜(例如，病人的状况使得这种倾斜会不安全，或者病人的情况不允许以期望的方式使病人倾斜)。在这种情况下，会期望通过使CT成像***的圆环体相对于病人倾斜来替代，以获得期望的CT图像。
用于使CT成像***的圆环体相对于病人倾斜的一种方法是将一对大的、弧形倾斜导向件71附着到CT成像***的圆环体，并且使链子72在弧形倾斜导向件71上运动。链子72进而附着到齿轮和电机，以使链子72旋转，从而使得圆环体相对于CT成像***的基座倾斜。例如，参见图6和图7，其示出了这样的设备。
然而，已认识到，大的弧形倾斜导向件71的提供和使用使得CT成像***的外形显著地增大(即，从CT成像***的基座向外延伸)并对于围绕CT成像***工作的人员会存在危险的障碍。
已经认识到，针对CT成像***的圆环体相对于病人倾斜的情况，会期望提供一种用于将倾斜的圆环体锁定在特定倾斜位置的制动器或其他方法。
还已经认识到，在CT成像***的圆环体相对于病人倾斜的情况下，如果用于CT成像***的电力被中断，则倾斜***会下落，由于圆环体的这种不期望的运动会导致操作CT成像***的人员和/或通过CT成像***进行扫描的病人受伤，因此还会期望提供一种紧急制动***，以防止圆环体(通常非常大)“下落”或“摇摆”。
因此，需要一种用于使CT成像***的圆环体倾斜并使CT成像***的外形最小同时使可用于扫描的倾斜的程度最大化的新型设备。还需要一种用于将倾斜的圆环体锁定在特定倾斜位置的新型制动器或其他方法。还需要一种用于在用于CT成像***的电力被中断的事件中保持圆环体的倾斜的新型紧急制动器。
提高旋转盘和相关固定架的结构整体性
已认识到，如果能够减少对病人进行扫描所需要的时间，则可获得大量的优点。一方面，在扫描期间，病人有时会移动，这会导致扫描图像质量下降。更快的扫描时间意味着减小病人在扫描期间移动的可能性。另一方面，一些病人解剖结构正常情况地运动，例如，心脏跳动。更快的扫描时间会使运动的解剖结构“冻结”，以使运动的解剖结构成像。
通常，存在两种方法用于减少对病人进行扫描所需的时间。第一种，X射线探测器组件30可被构造为随着旋转盘23的每次旋转获得更多的切片图像，由此加快图像数据的采集。因此，随着时间的推移，已研发了所谓的“8切片机”、“16切片机”、“32切片机”等。第二种，可提高旋转盘23的旋转速度，由此加快图像数据的采集。
遗憾的是，增加通过旋转盘23的每次旋转获得切片的数量和/或增大旋转盘23的旋转速度，会引起设计问题。例如，可期望增大旋转盘23的旋转速度(例如，从120rpms到240rpms)，以提高成像速度。然而，发现旋转盘23的旋转速度的增大(例如，从120rpms到240rpms)使得施加在旋转盘23和安装到旋转盘23并与旋转盘23一起旋转的组件(例如，X射线管组件25和X射线探测器组件30)上的力显著地增大。
例如但不限于，已经发现当旋转盘23围绕中部开口20以更高的速度(例如，240rpms)旋转时，随着离心力指向组件通过螺栓而固定到旋转盘23的方向，更大的离心力作用在通过螺栓固定到旋转盘23的组件上(即，尽管组件通过螺栓沿轴向方向固定到旋转盘23上，但是离心力指向径向方向)。结果，安装到旋转盘23的组件会在其安装点弯曲，这会进而导致旋转盘23弯曲。当出现这种情况时，用于成像的组件之间的排列会被破坏(例如，X射线管组件25与X射线探测器组件30之间的排列)，导致图像质量的下降。
因此，还需要具有更大的结构整体性的旋转盘(以及相关的固定架)，以在旋转盘以高速(例如，240rpms)旋转时提高安装到旋转盘的组件的稳定性。需要提供一种用于将组件(例如，X射线管组件25和X射线探测器组件30等)安装到旋转盘的新方法，以减轻在旋转盘旋转时施加在组件上的离心力的不稳定影响。
发明内容
本发明的这些和其他目的通过提供并使用一种用于使CT成像***的圆环体选择性地倾斜的新型设备来实现，其中，所述新型设备使得CT成像***的外形最小同时也使CT成像***的圆环体可倾斜的程度最大化。
本发明还包括提供和使用一种用于在圆环体倾斜之后使得CT成像***的圆环体的倾斜角度相对于CT成像***保持在期望角度的新型设备。
本发明还包括一种提供和使用用于在CT成像***的电力被中断的事件中防止CT成像***的圆环体相对于CT成像***的圆环体运动(即，倾斜)的安全制动器。
在本发明的一个优选形式中，提供了一种用于对病人进行扫描的设备，所述设备包括：基座；圆环体，枢转地安装到所述基座并支撑扫描设备；行星齿轮，包括安装到所述基座的弧形下行星齿轮、安装到所述圆环体的弧形上行星齿轮以及设置在所述弧形下行星齿轮与所述弧形上行星齿轮之间的中心齿轮；电机，用于使所述中心齿轮旋转；其中，所述中心齿轮的旋转使得所述中心齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，并且也使得所述弧形上行星齿轮相对于所述中心齿轮纵向地运动，由此使得所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，其中，所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮的纵向运动使得所述圆环体相对于所述基座倾斜。
根据本发明的一个优选形式，所述中心齿轮安装到齿轮架，所述齿轮架可移动地安装到所述基座，其中，所述中心齿轮的旋转使得所述齿轮架相对于所述基座运动。
根据本发明的一个优选形式，所述设备还包括用于防止所述圆环体相对于所述基座枢转的制动器。
根据本发明的优选形式，所述制动器安装到所述基座，所述圆环体包括与所述制动器相对设置的槽，其中，所述制动器包括用于使楔体选择性地运动到所述槽中和从所述槽向外运动的致动器。
根据本发明的优选形式，所述槽呈弧形。
根据本发明的优选形式，所述槽包括用于与所述楔体配合的锥形侧壁。
根据本发明的优选形式，所述设备还包括用于在电力被中断时防止所述圆环体相对于所述基座枢转的安全制动器。
根据本发明的优选形式，所述安全制动器安装到所述行星齿轮，从而当启动所述安全制动器时，能够防止所述中心齿轮的旋转。
在本发明的另一优选形式中，提供一种用于对病人进行扫描的方法，所述方法包括：提供一种设备，所述设备包括：基座；圆环体，枢转地安装到所述基座并支撑扫描设备；行星齿轮，包括安装到所述基座的弧形下行星齿轮、安装到所述圆环体的弧形上行星齿轮以及设置在所述弧形下行星齿轮与所述弧形上行星齿轮之间的中心齿轮；电机，用于使所述中心齿轮旋转；其中，所述中心齿轮的旋转使得所述中心齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，并且也使得所述弧形上行星齿轮相对于所述中心齿轮纵向地运动，由此使得所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，其中，所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮的纵向运动使得所述圆环体相对于所述基座倾斜；
通过使所述中心齿轮旋转来使所述圆环体相对于所述基座倾斜；
将进行扫描的对象放置于所述圆环体内；
对所述对象进行扫描。
根据本发明的另一优选形式，所述中心齿轮安装到齿轮架，所述齿轮架能够移动地安装到所述基座，其中，所述中心齿轮的旋转使得所述齿轮架相对于所述基座运动。
根据本发明的另一优选形式，所述方法还包括用于防止所述圆环体相对于所述基座枢转的制动器。
根据本发明的另一优选形式，所述制动器安装到所述基座，所述圆环体包括面对所述制动器设置的槽，其中，所述制动器包括用于使楔体选择性地运动到所述槽中和从所述槽向外运动的致动器。
根据本发明的另一优选形式，所述槽呈弧形。
根据本发明的另一优选形式，所述槽包括用于与所述楔体配合的锥形侧壁。
根据本发明的另一优选形式，所述方法还包括用于在电力被中断时防止所述圆环体相对于所述基座枢转的安全制动器。
根据本发明的另一优选形式，所述安全制动器安装到所述行星齿轮，从而当启动所述安全制动器时，能够防止所述中心齿轮的旋转。
本发明的目的还通过提供并使用一种新型CT成像***来实现，其中，所述新型CT成像***包括固定杯形架和设置在固定杯形架内的旋转杯形盘，由此结构整体性得到增强，从而当旋转杯形盘旋转时安装到旋转杯形盘的组件的稳定性得到提高。本发明还包括一种用于将组件(例如，X射线管组件、X射线探测器组件等)安装到旋转盘以减轻当旋转盘旋转时施加在所述组件上的离心力的不稳定影响，即，通过将所述组件安装到旋转杯形盘的内侧壁。
在本发明的一个优选形式中，提供一种用于对对象进行扫描的设备，所述设备包括：固定杯形架；旋转杯形盘，能够旋转地至少一部分安装在所述固定杯形架内；探测器元件，安装到所述旋转杯形盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转；其中，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转时探测信号。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件，所述信号包括X射线束。
根据本发明的一个优选形式，所述设备还包括安装到所述旋转杯形盘的X射线管组件。
根据本发明的一个优选形式，所述旋转杯形盘还包括围绕所述旋转杯形盘的旋转轴线周向地和轴向地延伸的内侧壁。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件安装到所述旋转杯形盘的所述内侧壁，以使所述探测器元件垂直于所述旋转杯形盘的旋转轴线延伸。
根据本发明的一个优选形式，所述成像***还包括设置在所述固定杯形架与所述旋转杯形盘之间的至少一组轴承，由此有助于所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架的旋转。
根据本发明的一个优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的一个优选形式，所述固定杯形架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转杯形盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转的所述直接驱动电机。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于对对象进行扫描的方法，所述方法包括：
提供一种设备，所述设备包括：固定杯形架；旋转杯形盘，能够旋转地至少一部分安装在所述固定杯形架内；探测器元件，安装到所述旋转杯形盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转；其中，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转时探测信号；
将进行扫描的对象放置于所述旋转杯形盘内；
使用所述探测器元件在所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转时探测信号，以产生所述对象的扫描图像。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件和所述信号包括X射线束。
根据本发明的另一优选形式，所述设备还包括安装到所述旋转杯形盘的X射线管组件。
根据本发明的另一优选形式，所述旋转杯形盘还包括围绕所述旋转杯形盘的旋转轴线周向地和轴向地延伸的内侧壁。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件安装到所述旋转杯形盘的所述内侧壁，并使所述探测器元件垂直于所述旋转杯形盘的旋转轴线延伸。
根据本发明的另一优选形式，所述成像***还包括设置在所述固定杯形架与所述旋转杯形盘之间的至少一组轴承，从而有助于所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架的旋转。
根据本发明的另一优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的另一优选形式，所述固定杯形架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转杯形盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转杯形盘相对于所述固定杯形架旋转的所述直接驱动电机。
本发明还包括提供和使用一种用于将电力提供到旋转杯形盘和/或安装到旋转杯形盘的组件的新型滑环。
在本发明的一个优选形式中，提供一种对对象进行扫描的设备，所述设备包括：固定架；旋转盘，能够旋转地安装到所述固定架；探测器元件，安装到所述旋转盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转；滑环，用于在所述旋转盘旋转时在所述固定架与所述旋转盘之间传送电力和/或数据，所述滑环安装到所述旋转盘并包括：外表面和内表面；至少一个导电条，围绕所述滑环的所述外表面周向地延伸，用于在所述固定架与所述滑环之间传送电力和/或数据；至少一个汇流条，安装到所述滑环的内表面，用于在所述滑环与所述旋转盘之间传送电力和/或数据，其中，所述至少一个汇流条与所述至少一个导电条通信，其中，所述至少一个汇流条的至少一部分沿着所述旋转盘的旋转轴线延伸。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括固定杯形架。
根据本发明的一个优选形式，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括杯形固定架，所述旋转盘包括杯形旋转盘。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转盘相对于所述固定架旋转时探测信号。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件，所述信号包括X射线束。
根据本发明的一个优选形式，所述设备还包括安装到所述旋转盘的X射线管组件。
根据本发明的一个优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转的直接驱动电机。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于对对象进行扫描的方法，所述方法包括：
提供一种设备，所述设备包括：固定架；旋转盘，能够旋转地安装到所述固定架；探测器元件，安装到所述旋转盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转；滑环，用于在所述旋转盘旋转时在所述固定架与所述旋转盘之间传送电力和/或数据，所述滑环安装到所述旋转盘，所述滑环包括：外表面和内表面；至少一个导电条，围绕所述滑环的所述外表面周向地延伸，用于在所述固定架与所述滑环之间传送电力和/或数据；至少一个汇流条，安装到所述滑环的所述内表面，用于在所述滑环与所述旋转盘之间传送电力和/或数据，其中，所述至少一个汇流条与所述至少一个导电条通信，其中，所述至少一个汇流条的至少一部分沿着所述旋转盘的旋转轴线延伸；
将待扫描的对象沿着所述旋转盘的旋转轴线放置；
当旋转盘相对于所述固定架旋转时探测信号，以生成所述对象的扫描。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括固定杯形架。
根据本发明的另一优选形式，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括固定杯形架，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转盘相对于所述固定架旋转时探测信号。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件，所述信号包括X射线束。
根据本发明的另一优选形式，所述方法还包括安装到所述旋转盘的X射线管组件。
根据本发明的另一优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转的直接驱动电机。
本发明包括一种提供和使用用于实时确定旋转杯形盘相对于固定杯形架的旋转布置的新型位置传感器。
在本发明的一个优选形式中，提供了一种用于对对对象进行扫描的设备，所述设备包括：固定架；旋转盘，能够旋转地安装到所述固定架；探测器元件，安装到所述旋转盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转；位置传感器，用于确定所述旋转盘相对于所述固定架的旋转位置，所述位置传感器包括：固定编码器读头，安装到所述固定架；旋转编码器条，安装到所述旋转盘并围绕所述旋转盘周向地延伸；其中，所述固定编码器读头与所述旋转编码器条相邻设置，以使所述固定编码器读头能够对所述旋转编码器条进行读取，从而确定所述旋转编码器条相对于所述固定编码器读头的旋转布置以及所述旋转盘相对于所述固定架的旋转布置。
根据本发明的一个优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取电信号。
根据本发明的一个优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取光学图案。
根据本发明的一个优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取磁信号。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括固定杯形架。
根据本发明的一个优选形式，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括固定杯形架，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转盘相对于所述固定架旋转时探测信号。
根据本发明的一个优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件和包括X射线束的所述信号。
根据本发明的一个优选形式，所述设备还包括安装到所述旋转盘的X射线管组件。
根据本发明的一个优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的一个优选形式，所述固定架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转的直接驱动电机。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于对对象扫描的方法，所述方法包括：
提供一种设备，所述设备包括：固定架；旋转盘，能够旋转地安装到所述固定架；探测器元件，安装到所述旋转盘，用于探测信号；电机，用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转；位置传感器，用于确定所述旋转盘相对于所述固定架的旋转布置，所述位置传感器包括：固定编码器读头，安装到所述固定架；旋转编码器条，安装到所述旋转盘并围绕所述旋转盘周向地延伸；其中，所述固定编码器读头与所述旋转编码器条相邻设置，以使所述固定编码器读头能够对所述旋转编码器条进行读取，从而确定所述旋转编码器条相对于所述固定编码器读头的旋转布置以及所述旋转盘相对于所述固定架的旋转布置。
根据本发明的另一优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取电信号。
根据本发明的另一优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取光学图案。
根据本发明的另一优选形式，所述固定编码器读头从所述旋转编码器条读取磁信号。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括固定杯形架。
根据本发明的另一优选形式，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括固定杯形架，所述旋转盘包括旋转杯形盘。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件被构造为在所述电机使所述旋转盘相对于所述固定架旋转时探测信号。
根据本发明的另一优选形式，所述探测器元件包括X射线探测器组件，所述信号包括X射线束。
根据本发明的另一优选形式，所述设备还包括安装到所述旋转盘的X射线管组件。
根据本发明的另一优选形式，所述电机包括直接驱动电机。
根据本发明的另一优选形式，所述固定架包括线圈和多个永磁体中的一个，所述旋转盘包括线圈和多个永磁体中的另一个，其中，所述线圈和所述多个永磁体共同包括用于使所述旋转盘相对于所述固定架旋转的直接驱动电机。
附图说明
通过下面结合附图对本发明的优选实施例进行的详细描述，本发明的这些和其它目的以及特点将被更全面地公开或变得明显，其中，相同的标号指示相同的部件，其中：
图1和图2是示出示例性CT成像***的外观的示意图；
图3是示出图1和图2中示出的示例性CT成像***的圆环体中的各种组件的示意图；
图4和图5是示出用于示例性CT成像***的示例性运送组件的示意图；
图6和图7是示出用于使CT成像***的圆环体倾斜的相关技术中的设备的示意图，其中，标号71表示弧形倾斜引导件、标号72表示链条；标号73表示基座、标号74表示倾斜圆环体、标号75表示旋转盘、标号76表示固定架、标号77表示倾斜轴；
图8至图17是示出包括用于使CT成像***的圆环体倾斜的新型行星齿轮的CT成像***的示意图；
图18至图22是示出用于选择性地防止CT成像***的圆环体运动的新型制动器的示意图；
图23和图24是示出用于在电力中断的事件中防止CT成像***的圆环体运动的新型安全致动器的示意图；
图25至图27是示出根据本发明形成的新型CT成像***的示意图，其中，新型CT成像***包括固定杯形架和旋转杯形盘，其中，新型CT成像***包括新型旋转滑环；
图28是进一步示出图25至图27中示出的新型滑环的细节的示意图；
图29和图30是示出根据本发明形成的新型位置传感器的示意图。
具体实施方式
具有倾斜的圆环体、倾斜式制动器和安全制动器的解剖成像***
根据本发明，提供一种用于使CT成像***的圆环体选择性地倾斜的新型设备，其中，所述新型设备使CT成像***的外形最小化，同时还使CT成像***的圆环体可倾斜的程度最大化。
本发明还包括提供和使用一种用于在CT成像***的圆环体倾斜之后使得圆环体的倾斜角度相对于CT成像***的基座保持在期望角度的新型设备。
本发明还包括提供和使用一种用于在CT成像***的电力被中断的事件中防止CT成像***的圆环体相对于CT成像***的基座运动(即，倾斜)的新型安全制动器。
现在参照图8至图17，示出了一种总体上包括由基座115支撑的圆环体110的新型CT成像***105。中部开口120形成在圆环体110中。中部开口120接收将要进行扫描的病人解剖结构。
圆环体110总体上包括框架122和旋转盘123。框架122通过位于框架122的两侧上的一对枢转连接件124固定到基座115，以使框架122(因此圆环体110)可相对于基座115关于枢转连接件124枢转，由此使得圆环体110相对于基座115倾斜。旋转盘123可旋转地设置在框架122中，从而旋转盘123可围绕中部开口120周向地旋转而不使框架122运动。旋转盘123总体上包括围绕中部开口120周向地安装到旋转盘123的扫描组件(例如，上述的X射线管组件25和X射线探测器组件30等)，从而允许对设置在中部开口120内的对象(例如，病人)进行扫描(为了清楚起见，图8至图17省略了扫描设备)。
如图8至图17所示，CT成像设备105包括可用于使圆环体110相对于基座115选择性地倾斜的新型行星齿轮126。更具体地讲，行星齿轮126大体包括：弧形的下行星齿轮127，安装到基座115；弧形的上行星齿轮128，安装到框架122；中心齿轮129，可旋转地设置在下行星齿轮127与上行星齿轮128之间，以使中心齿轮129的齿与下行星齿轮127和上行星齿轮128两者的齿持续接触，这将在下文中更详细地论述。中心齿轮129安装到齿轮架131，，进而齿轮架131可滑动地安装到安装于基座115的滑动件132，以使齿轮架131(以及安装到齿轮架131的中心齿轮129)可沿着滑动件132(因此沿着基座115)运动。根据需要，可使用电机137(图12)来使中心齿轮129(顺时针或逆时针)选择性地旋转。
通过上述结构，当中心齿轮129的齿与下行星齿轮127的齿啮合时，中心齿轮129通过电机137旋转使得中心齿轮129沿着下行星齿轮127“行走”。当中心齿轮129沿着下行星齿轮127“行走”时，齿轮架131沿着滑动件132(即，沿与中心齿轮129沿着下行星齿轮127“行走”的方向相同的方向)运动。此时，中心齿轮129的旋转使得上行星齿轮128相对于中心齿轮129(即，沿与中心齿轮129相对于下行星齿轮127“行走”的方向相反的方向)运动。因此，中心齿轮129的旋转效果有效地加倍(即，因为在上行星齿轮128沿着运动的中心齿轮129运动的同时，中心齿轮129沿着下行星齿轮127运动)。
例如但不限于，现在参照图15，将理解的是，当中心齿轮129相对于下行星齿轮127和上行星齿轮128两者居中时，圆环体110垂直于基座115设置(即，圆环体110不倾斜)。当中心齿轮129逆时针(从图15的观察角度观看)旋转时，中心齿轮129沿着下行星齿轮127顺时针走动，而上行星齿轮128在中心齿轮129上逆时针运动，由此使得圆环体110相对于基座115沿第一方向(顺时针方向)倾斜(参见图16)。
接下来参照图17，将看出的是，当中心齿轮129沿顺时针方向(从图17的观察角度观看)旋转时，中心齿轮129沿着下行星齿轮127沿相反方向(即，逆时针方向)行走，上行星齿轮128在中心齿轮129上逆时针运动。因此，通过中心齿轮129沿顺时针方向旋转，圆环体110相对于基座115沿第二方向(逆时针方向)倾斜。
因此，通过使中心齿轮129针选择性地顺时针或逆时旋转，并且通过控制中心齿轮129沿着下行星齿轮127行走的距离，环形体110可沿所期望的方向倾斜并倾斜到一定程度(相对于基座115)。
将理解的是，允许圆环体110相对于基座115倾斜的程度是关于下行星齿轮127和上行星齿轮128的曲率度的函数以及关于下行星齿轮127和上行星齿轮128的长度的函数。还将理解的是，通过上述结构，不再需要使得CT成像***105的外形扩大的固定弧形倾斜导向件，由于下行星齿轮127和上行星齿轮128有效地结合，从而形成下行星齿轮127和上行星齿轮128相结合的长度的倾斜导向件，其中，所述倾斜导向件仅在需要倾斜时朝向基座115的外侧延伸，圆环体110主动地倾斜。这本领域中的重大改进。
将理解的是，可期望提供一种用于在使用CT成像***105进行扫描时保持圆环体110的倾斜的制动器。为此，接下来参照图18至图22，示出了制动器141。制动器141大体包括：致动器142，具有致动轴143；楔体144，固定到致动轴143的自由端。致动器142固定到牢固地安装到基座115的壳体146。壳体146设置在楔体144的一部分以及驱动轴143之上，从而楔体144选择性地从壳体146向外突出。楔体144的尺寸形成为使得当楔体144通过致动器142朝向架122运动时与形成在架122中的弧形槽147形成过盈配合。弧形槽147包括：倾斜的侧壁148，与楔体144接触，从而当楔体144通过致动器142被驱动到弧形槽147中时，弧形槽147(因此圆环体110)相对于致动器142(因此相对于基座115)不能枢转。在本发明中，弧形槽147的侧壁148可包括与楔体144配合的锥形侧壁，但弧形槽147的形状不限于此。
在使用中，当期望圆环体110相对于基座115枢转(即，倾斜)时，致动器142被致动为向外部缩回其致动轴143而与圆环体110分开，因此将楔体144从弧形槽147向外抽回。然后利用行星齿轮126以按照如上所述的方式根据需要使圆环体110相对于基座115倾斜。当圆环体110倾斜到所期望的角度时，致动器142被致动为使得致动轴143朝向圆环体110运动，因此将楔体144驱动到弧形槽147中，从而在楔体144与弧形槽147之间建立牢固的过盈配合。当楔体144与弧形槽147建立牢固的过盈配合时，圆环体110被有效地“锁定”在已倾斜的角度。
还应认识到，在电力故障的事件中，制动器141会失灵(例如，致动器142会不能迫使楔体144牢固地进入到弧形槽147中)，从而导致圆环体110“下落”或远离枢转连接件124上给定的倾斜位置。因为圆环体110通常很大，并且因为圆环体110的不期望的或不受控制的下落/摇摆可能会对操作CT成像***105的人员和/或正在由CT成像***105进行扫描的病人造成危险，所以可期望提供一种用于在这样的电力故障的事件中保持圆环体110处于倾斜布置的安全制动器。
为此，现在参照图23和图24，可设置安全制动器151。安全制动器151总体上包括齿轮152和盘153以及设置在齿轮152与盘153之间的轴154。壳体156覆盖安全致动器151的至少一部分，这将在下文中更详细的论述。齿轮152和盘153连接到轴154，从而当齿轮152旋转时，盘153也旋转，反之亦然。壳体156包括端板157、电枢158和线圈159。盘153设置在壳体156内，位于端板157与电枢158之间的空隙中。高摩擦垫161(例如，石棉垫)设置在端板157的面对盘153的侧部以及电枢158的面对盘153的侧部上。弹簧162使电枢158朝向盘153偏置，以使高摩擦垫161在弹簧162的力的作用下接触盘153并朝向由端板157支撑的高摩擦垫161推动盘153，由此使得盘153夹紧在电枢158与端板157之间并防止齿轮152旋转。当电流通过线圈159时，线圈159产生朝向线圈159拉动电枢158的电磁场(抵抗弹簧162的力)。当朝向线圈159拉动电枢158时，盘153自由旋转(因此，轴154和齿轮152也自由旋转)。通过上述结构，将理解的是，如果CT成像***105一旦遇到电力故障，则由线圈159产生的电磁场将消失，导致弹簧162使电枢158朝向盘153偏置，从而高摩擦垫161接合盘153，使盘153夹紧在端板157与电枢158之间。这个操作防止盘153旋转(因此也防止齿轮152旋转)。
在本发明的一个优选形式中，安全制动器151被支撑在上述的齿轮架131上，从而齿轮152与下行星齿轮127(图23)接触。因此，当将电力供应到安全制动器151时，齿轮152自由旋转，当中心齿轮129旋转时(即，当改变圆环体110的倾斜角度时)齿轮152将旋转。相反，当电力故障导致盘153被安全制动器151按照上述的方式夹紧时，齿轮152不能旋转，从而齿轮架131不能运动，因此，中心齿轮129不能运动，由此锁定圆环体110的倾斜角度直到将电力恢复到CT成像***105为止。因此，安全制动器151在电力故障的事件中保持圆环体110的倾斜角度。
具有固定杯形架和旋转杯形盘的解剖成像***
根据本发明，提供一种包括固定杯形架和设置在固定杯形架内的旋转杯形盘的新型CT成像***，由此结构整体性得到增强，从而当旋转杯形盘旋转时安装到旋转杯形盘的组件的稳定性提高)，因此图像质量得到改善。本发明也包括提供和使用一种用于将组件(即，X射线管组件25和X射线探测器组件30等)安装到旋转盘以减轻当旋转盘旋转时施加在所述组件上的离心力的不稳定的影响(即，通过将所述组件安装到旋转杯形盘的内侧壁)的新的方法。
接下来参照图25至图27，示出了总体上包括由基座215支撑的圆环体210的新型CT成像***205。中部开口220(图27)形成在圆环体210中。中部开口220接收将要进行扫描的病人解剖结构。
仍参照图25至图27，圆环体210总体上包括固定杯形架222和旋转杯形盘223。固定杯形架222和旋转杯形盘223围绕中部开口220同心地设置。
固定杯形架222包括用于将旋转杯形盘223容纳在其中的内腔271。通过将固定架形成为杯形组件，固定杯形架222的结构整体性得到提高。
旋转杯形盘223包括围绕中部开口220同心设置的内侧壁273。通过将旋转盘形成为杯形组件，旋转杯形盘223的结构整体性得到提高。在本发明的一个优选形式中，使用大体上沿径向延伸的螺栓231(如图25中示意性示出的)将扫描组件(例如，图25中示意性地示出的，X射线管组件225和X射线探测器组件230等)安装到旋转杯形盘223的内侧壁237，如图25所示。应理解的是，通过将这样的扫描组件安装到旋转杯形盘223的内侧壁273，离心力(即，当杯形盘223旋转时产生的力)朝向旋转杯形盘223的内侧壁273径向地指向外部，即，沿与扫描组件(例如，X射线管组件225和X射线探测器组件230等)被螺栓(例如，使用径向延伸的螺栓231)固定到旋转杯形盘223的内侧壁273的方向相同的方向。
换句话说，根据本发明，通过将螺栓231大体上垂直于内侧壁273的相邻部径向地向外穿出而使扫描组件(例如，X射线管组件225和X射线探测器组件230等)被螺栓(例如，使用螺栓231)固定到旋转杯形盘223的内侧壁273。因此，根据本发明，由于扫描组件沿着将扫描组件固定到旋转杯形盘223的内侧壁273的螺栓231的纵轴径向地向外地受力，在杯形盘223旋转时产生的离心力迫使扫描组件(例如，X射线管组件225和X射线探测器组件230等)径向地向外靠紧旋转杯形盘223的内侧壁273。
由于这样的结构，减轻了离心力对于安装到旋转杯形盘223的内侧壁273的扫描组件的不稳定影响，由此安装到旋转杯形盘223的扫描组件的稳定性得到提高。
在本发明的一个优选形式中，固定杯形架222包括固定架轴承276，旋转杯形盘223包括旋转盘轴承277，由此有助于旋转杯形盘223在固定杯形架222内的旋转。
应理解的是，通过将架形成为杯形架而提高的结构整体性增强了通过将旋转杯形盘223形成为杯形盘而提高的结构整体性，从而当旋转杯形盘223旋转时进一步使旋转杯形盘223稳定。此外，固定架和旋转盘的结构整体性得到提高使得安装在固定架与旋转盘之间的轴承的的稳定性得到提高，这使得图像质量得到提高并使轴承寿命得到延长。
在本发明的一个优选形式中，CT成像***205使用直接驱动电机，用于使旋转杯形盘223相对于固定杯形架222转动。更具体地讲，在本发明的这种形式中，固定杯形架222包括围绕中部开口220周向地设置的固定线圈278，旋转杯形盘223包括围绕中部开口220周向地设置的多个永磁体279，由此设置用于使旋转杯形盘223相对于固定杯形架222旋转的直驱电机。
旋转滑环
本发明还包括提供和使用一种用于将电力提供到旋转杯形盘和/或安装到旋转杯形盘的组件的新型滑环。
为了将电力提供到旋转杯形盘223(由此将电力提供到安装到旋转杯形盘223的扫描组件(例如，X射线管组件225和X射线探测器组件230等))，还可设置一种用于在旋转杯形盘223旋转的同时将电力持续地发送到旋转杯形盘223的新型旋转滑环。
更具体地讲，现在参照图25至图30，旋转滑环281可安装到旋转杯形盘223。优选地，旋转滑环281包括外表面282和内表面283。优选地，外表面282包括附着到其的多个同心导电条284，用于通过旋转滑环281将电力和/或数据从连接器285(图27)发送到内表面283以及用于通过旋转滑环281将数据从内表面283发送到连接器285。优选地，连接器285安装到固定杯形架222。
在本发明的一个优选形式中，电汇流条286(图28)安装到旋转滑环281的内表面283，由此在旋转杯形盘223旋转时将电力和/或数据提供到安装到旋转杯形盘223的组件，和/或在旋转杯形盘223旋转时从安装到旋转杯形盘223的组件下载数据。优选地，电汇流条286垂直于旋转滑环281的平面(并且沿着开口220轴向地)延伸，由此有助于从CT成像***205的内部容易访问到电汇流条286。优选地，在将旋转滑环281安装在CT成像***205内之前，将电汇流条286固定到旋转滑环281，从而在新型CT成像***205的服务或装配期间将旋转滑环281和电汇流条286可作为一个单元进行操控。
位置传感器
本发明包括提供和使用一种用于实时确定旋转杯形盘相对于固定杯形架的旋转布置的新型位置传感器。
接下来参照图29和图30，如果需要，可设置用于实时确定旋转杯形盘223相对于固定杯形架222旋转位置的位置传感器287。优选地，位置传感器287包括固定编码器读头288和旋转编码器条289。优选地，固定编码器读头288安装到固定杯形架222并对安装到旋转杯形盘223并围绕旋转杯形盘223周向地延伸的旋转编码器条289进行读取。固定编码器读头288可包括用于与合适的旋转编码器条289配对的本领域中已知的任何合适的编码器读头(例如，电编码器读头、磁编码器读头、光学编码器读头等)。
应理解的是，通过将固定编码器读头288直接安装到固定杯形架222，并且通过将旋转编码器条289直接安装到旋转杯形盘223，可在任意时间点确定旋转杯形盘223的绝对旋转位置。与通常依靠位于用于使旋转盘旋转的电机的驱动轴上的“首位”标识的其他方法相比，这是显著的进步，原因在于：读取电机的驱动轴上的单个“首位”标识需要一种外推算法，以确定中间旋转定位，如果电机的驱动轴与旋转盘之间出现任何滑动则可能导致误差。
应用于其他类型的扫描***
应理解的是，本发明不限于在医学应用中使用，实际上，不限于在CT机中使用。因此，例如，本发明可在用于非医疗应用的与CT机相关的机器(例如，用于对无生命物体进行扫描的CT机)中使用。此外，本发明可与非CT式扫描***一起使用。因此，例如，本发明可与SPECT机、MRI机、PET机、X射线机等一起使用，即，无论何地期望扫描机相对于病人倾斜。
变型
将理解的是，鉴于本公开，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员将是明显的。应理解的是，本发明绝非被限制为公开于此和/或附图中示出的特定结构，而也包括本发明范围内的任何变型或等同物。

Claims (15)

1.一种用于对病人进行扫描的设备，所述设备包括：
基座；
圆环体，枢转地安装到所述基座并支撑扫描设备；
行星齿轮，包括安装到所述基座的弧形下行星齿轮、安装到所述圆环体的弧形上行星齿轮以及设置在所述弧形下行星齿轮与所述弧形上行星齿轮之间并且与所述弧形下行星齿轮和所述弧形上行星齿轮持续接触的中心齿轮；
电机，用于使所述中心齿轮旋转；
其中，所述中心齿轮的旋转使得所述中心齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，并且也使得所述弧形上行星齿轮相对于所述中心齿轮纵向地运动，由此使得所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，
其中，所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮的纵向运动使得所述圆环体相对于所述基座倾斜。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中心齿轮安装到齿轮架，所述齿轮架可移动地安装到所述基座，其中，所述中心齿轮的旋转使得所述齿轮架相对于所述基座运动。
3.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于防止所述圆环体相对于所述基座枢转的制动器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述制动器安装到所述基座，所述圆环体包括面对所述制动器设置的槽，其中，所述制动器包括楔体以及用于使楔体选择性地运动到所述槽中和从所述槽向外运动的致动器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述槽呈弧形。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述槽包括用于与所述楔体配合的锥形侧壁。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括用于在电力中断时防止所述圆环体相对于所述基座枢转的安全制动器。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述安全制动器安装到所述行星齿轮，从而当启动所述安全制动器时，阻止所述中心齿轮旋转。
9.一种用于对病人进行扫描的方法，所述方法包括：
提供一种设备，所述设备包括：
基座；
圆环体，枢转地安装到所述基座并支撑扫描设备；
行星齿轮，包括安装到所述基座的弧形下行星齿轮、安装到所述圆环体的弧形上行星齿轮以及设置在所述弧形下行星齿轮与所述弧形上行星齿轮之间并且与所述弧形下行星齿轮和所述弧形上行星齿轮持续接触的中心齿轮；
电机，用于使所述中心齿轮旋转；
其中，所述中心齿轮的旋转使得所述中心齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，并且也使得所述弧形上行星齿轮相对于所述中心齿轮纵向地运动，由此使得所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮纵向地运动，
其中，所述弧形上行星齿轮相对于所述弧形下行星齿轮的纵向运动使得所述圆环体相对于所述基座倾斜；
通过使所述中心齿轮旋转来使所述圆环体相对于所述基座倾斜；
将进行扫描的对象放置于所述圆环体内；
对所述对象进行扫描。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述中心齿轮安装到齿轮架，所述齿轮架可移动地安装到所述基座，其中，所述中心齿轮的旋转使得所述齿轮架相对于所述基座运动。
11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括用于防止所述圆环体相对于所述基座枢转的制动器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述制动器安装到所述基座，所述圆环体包括面对所述制动器设置的槽，其中，所述制动器包括用于使楔体选择性地运动到所述槽中和从所述槽向外运动的致动器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述槽呈弧形。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述槽包括用于与所述楔体配合的锥形侧壁。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括用于在电力被中断时防止所述圆环体相对于所述基座枢转的安全制动器。
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