CN110090035B - 便携式医学成像系统 - Google Patents

Abstract

便携式医学成像系统包含可移动台、探测器面板、X射线束发射器和控制器。所述可移动台包含具有第一端和第二端的c形臂，所述第一端和所述第二端相对于所述可移动台沿弧可移动。所述探测器面板附接到所述可移动c形臂的所述第一端。所述X射线束发射器面向所述探测器面板并且附接到所述c形臂的所述第二端。所述X射线束发射器包括准直器，所述准直器形成窗口，X射线束通过所述窗口朝向所述探测器面板发射。所述准直器被配置为在跨越所述弧的方向的横向方向上移动所述窗口。所述控制器被配置为通过所述准直器控制所述窗口的移动，以横向跨越所述探测器面板操控所述X射线束。

Description

便携式医学成像系统

相关申请的交叉引用

本申请是2016年6月13日提交的美国专利15/180,126的部分继续申请，而美国专利15/180,126是2016年2月3日提交的美国专利15/014,083的部分继续申请，所述专利出于所有目的各自以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及医学成像系统，并且更具体地，涉及成像系统或其部件的受控移动。

背景技术

医疗保健实践已经示出三维成像，如计算机断层扫描(CT)成像，作为放射科的诊断工具的巨大价值。这些成像系统通常包括固定孔，患者从头部或脚部进入所述固定孔。其它护理领域，包含手术室、重症监护部门和急诊部门，依赖二维成像(荧光透视法、超声波、2-D移动式X射线)作为诊断和治疗指导的主要手段。

虽然确实存在用于“非放射科”和以患者为中心的3-D成像的移动解决方案，但它们通常受限于它们在不移动患者的情况下有效定位系统的移动自由度。它们有限的移动自由度阻碍移动式三维成像系统的接受和使用。

因此，需要小型和/或移动式三维成像系统，用于手术室、病房、重症监护室、急诊部门和医院的其它科室、门诊手术中心、医生办公室和军事战场，可在任何方向或高度访问患者，并且产生高质量的三维图像。这些成像系统可包含术中CT和磁共振成像(MRI)扫描仪、机器人系统以在其使用和移动中进行辅助。这些系统包含具有180度移动能力的系统(“C形臂”)，并且还可包含具有360度移动能力的成像系统(“O形臂”)。

当期望实时图像来指导手术室人员时，这些系统在手术或其它外科手术期间可非常有用。在成像期间的一个问题是成像系统的精确定位。这在手术室或手术间中尤其重要，其中成像设备的大小和重量以及许多所需人员的存在使得难以精确定位成像设备。

发明内容

本公开的一些实施例涉及便携式医学成像系统。便携式医学成像系统包含可移动台、探测器面板、X射线束发射器和控制器。可移动台包含具有第一端和第二端的c形臂，所述第一端和所述第二端相对于可移动台沿弧可移动。探测器面板附接到可移动c形臂的第一端。X射线束发射器面向探测器面板并且附接到c形臂的第二端。X射线束发射器包括准直器，所述准直器形成窗口，X射线束通过所述窗口朝向探测器面板发射。准直器被配置为在跨越弧的方向的横向方向上移动窗口。控制器被配置为通过准直器控制窗口的移动，以横向跨越探测器面板操控X射线束。

在一些另外的实施例中，准直器定位在X射线源和探测器面板之间。准直器包含第一对快门，所述第一对快门位于窗口的相对侧，并且所述第一对快门各自具有在横向方向上形成窗口的相对边缘的边缘表面。第一对快门各自沿着沿横向方向延伸的相应轨道可滑动，以改变窗口的相对边缘的位置。第一对电动机组件被连接以沿第一对相对快门相应的轨道移动第一对相对快门中的相应快门。控制器控制第一对电动机组件以沿第一对快门相应的轨道定位第一对快门。

在一个实施例中，在X射线束发射器和探测器面板在沿弧的间隔开的位置之间重复地移动所借助的多次成像扫描中的每次成像扫描之间，响应于指示成像扫描中的一次成像扫描完成的信号，控制器可操作以控制第一对电动机组件以沿第一对快门相应的轨道在横向方向上增量地移动第一对快门。

在另一个实施例中，控制器控制第一对电动机组件，以在成像扫描期间沿第一对快门相应的轨道在相同方向上连续地移动第一对快门，同时X射线束发射器和探测器面板在成像扫描期间在沿弧的间隔开的位置之间移动以横向跨越探测器面板扫描X射线束。

一些另外的实施例涉及c形臂，其被配置为通过沿弧伸缩来改变长度，以改变连接的探测器面板和连接的x射线束发射器之间的沿弧的距离。在通过在沿弧的间隔开的位置之间移动X射线束发射器和探测器面板来执行圆柱形体积的成像扫描之前，控制器可操作以控制c形臂的伸缩移动以沿弧移动探测器面板和x射线束发射器中的至少一个，以改变所述探测器面板和所述x射线束发射器之间的距离并且径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积。

便携式医学成像系统可包含平移装置，其将X射线束发射器安装到c形臂的第一端并且被配置为沿轨条移动X射线束发射器。在通过在沿弧的间隔开的位置之间移动X射线束发射器和探测器面板来执行圆柱形体积的成像扫描之前，控制器可操作以控制平移装置以将X射线束发射器定位在所述方向上以径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积。

一些另外的实施例涉及便携式医学成像系统，其包含具有支撑结构和可移动细长条带的滤波器梯。支撑结构连接到准直器。可移动细长条带可滑动地连接到支撑结构。滤波器梯包含X射线滤波器，其提供不同水平的X射线滤波并且附接到可移动细长条带。光源在与X射线滤波器间隔开的位置处附接到可移动细长条带。可移动细长条带被配置为跨越窗口可滑动，以将X射线滤波器中不同的X射线滤波器和光源与窗口依序对准。光源被配置为在与窗口对准时朝向探测器面板投射可见光。

本公开的一些其它实施例涉及用于操作便携式医学成像系统的相关控制器。

应注意，关于本文公开的一个实施例描述的方面可结合在不同实施例中，尽管没有相对于其具体描述。也就是说，任何实施例的所有实施例和/或特征可以任何方式和/或组合进行组合。此外，在审阅以下附图和详细描述之后，根据实施例的方法、系统和/或计算机程序产品对于本领域的技术人员将显而易见或变得显而易见。所有这类附加方法、系统和/或计算机程序产品旨在包含在本说明书中并且受所附权利要求的保护。

附图说明

通过实例的方式示出本公开的各方面，并且本公开的各方面不限于附图。

在附图中：

图1是根据本公开的一个实施例的成像系统的透视后视图。

图2是根据本公开的一个实施例的成像控制器系统40的示意图。

图3是图1的成像系统的透视前视图。

图4是其中机架已围绕X轴线旋转90度的图1的成像系统的透视图。

图5是部分示出布线布置的机架的透视图。

图6是示出布线布置的机架的透视图。

图7是示出布线布置的机架的侧视图。

图8示出用于伸缩地控制机架的C形臂的电动机组件。

图9A-9G示出机架以60度增量的360度旋转。

图10是配备有本公开的控制系统和全方位轮(“全向轮”)并且描绘传感器阵列的第一实例的便携式医学成像装置的俯视平面图。

图11A和11B描绘用于向便携式台的全向轮施加动力的配置。

图12A-12D描绘可用于便携式医学成像设备的传感器阵列。

图13是根据本公开的可用于成像系统的第一全方位轮(“全向轮”)的实例的透视图。

图14是可用于本公开的第二全向轮的实例的透视图。

图15是可用于本公开的第三全向轮的实例的透视图。

图16是可用于本公开的第四全向轮的实例的正视图。

图17A-17B描绘其中成像信号发射器和成像信号传感器具有另一个平移自由度的另一个实施例。

图18A-18B描绘允许附加自由度的附加细节。

图19A-19B描绘根据本公开的一些实施例的具有准直器的医学图像系统的部件，所述准直器可产生广角X射线束并且可另外产生跨越探测器面板扫描的窄X射线束，以提供具有减少的X射线散射影响的图像切片。

图20A-D描绘根据本公开的一些实施例配置的X射线束发射器的X轴线射束准直器。

图21描绘根据本公开的一些实施例配置的X射线束发射器的Y轴线射束准直器。

图22示出根据本公开的一些实施例的可使用射束准直器生成的脑实质的实例图像，所述射束准直器被控制以跨越探测器面板扫描窄X射线束。

图23示出根据本公开的一些实施例的脑的两个半图像，其中左半图像可使用广角X射线束生成，并且右半图像可通过控制射束准直器以跨越探测器面板扫描窄X射线束生成。

图24是根据本公开的一些实施例的控制系统的框图，所述控制系统控制图20A-D中所示的X轴线射束准直器和/或图21中所示的Y轴线射束准直器中的至少一个，以跨越探测器面板扫描窄X射线束，以提供具有减少的散射的图像切片。

图25描绘根据本公开的一些实施例的用于使探测器面板围绕焦点旋转同时将X射线束发射器维持在静止位置的操作。

图26描绘根据本公开的一些实施例的用于平移X射线束发射器以径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积的操作。

图27A-27B描绘可将各种X射线滤波器和光源与通过图19-21的准直器提供的窗口依序对准的滤波器梯。

具体实施方式

出于本申请的目的，术语“代码”、“软件”、“程序”、“应用程序”、“软件代码”、“软件模块”、“模块”和“软件程序”可互换使用以意指可由处理器实行的软件指令。“用户”可为医生、护士或其他医疗专业人员。

现在转到附图，图1是示出根据本公开的一个实施例的成像系统10(如计算机断层扫描(CT)x射线扫描仪)的示意图。成像系统10包含可移动台60和机架56。可移动台包含垂直轴59和可旋转地附接到垂直轴的机架安装件58。可移动台60包含两个前全方位轮62和两个后全方位轮64，它们一起提供可移动台60在X-Y平面中的任何方向上的移动。水平X-Y平面在图1中所示的笛卡尔坐标系X、Y轴线中与垂直轴线Z一起描绘。全方位轮62、64可例如从英国萨默塞特的Active Robots Limited获得。安装到可移动台60的壳体的一对手柄13允许用户手动操纵台。

附接到垂直轴59的电动机66被设计成使机架安装件58围绕X轴线旋转完整360度，并且电动机67在运动控制模块51的控制下沿z轴线垂直移动机架安装件58。

机架56包含可滑动地联接到机架安装件58的第一C形臂70和可滑动地联接到第一C形臂的第二C形臂72。在所示的实施例中，第一C形臂70和第二C形臂72分别是外C形臂和内C形臂。在所示的实施例中，外C形臂70和内C形臂72的形状是部分圆形的并且围绕中心轴线沿圆周旋转，以便允许躺在床26上的患者的成像而无需转移患者。

如X射线束发射器的成像信号发射器74安装到第二C形臂72的一侧，而如X射线探测器阵列的成像传感器76安装到第二C形臂的另一侧并且面向发射器。在此实例中，X射线发射器74发射X射线束，所述X射线束在穿过患者的相关部分(未示出)之后由X射线探测器或接收器76接收。

在一个实施例中，系统10是考虑到手术而设计的多模态x射线成像系统。成像模态包含但不限于荧光透视法、2D射线照相术和锥形束CT。荧光透视法是医学成像技术，其在监视器上示出连续的X射线图像，很像X射线电影。2D射线照相术是成像技术，其使用X射线来观察不均匀组成和不透明物体(如人体)的内部结构。锥形束3D成像或锥形束计算机断层扫描(CBCT)(也称为C形臂CT)是医学成像技术，其由X射线计算机断层扫描组成，其中X射线发散，形成锥形。也可采用磁共振成像(MRI)，并且采用合适的预防措施用于使用强力磁体并且控制它们产生的磁场。

可移动台60包含具有以下双重功能的成像控制器系统40：(1)控制全方位轮62、64、机架安装件58和机架56的移动，以将成像信号发射器74相对于患者定位，并且根据需要控制其它部件移动，以及(2)一旦已实现适当的定位，就控制成像功能以对患者成像。

现在参考图2，本公开的成像控制器系统40通过如通用串行总线(USB)接口的I/O接口42连接到通信链路52，所述I/O接口42从通信链路52接收信息并且通过通信链路52发送信息。成像控制器系统40包含如随机存取存储器(RAM)的存储器存储装置44、处理器(CPU)46、如ROM或EEPROM的程序存储装置48，以及如硬盘的数据存储装置50，所有这些通常通过总线53彼此连接。除其它之外，程序存储装置48存储成像控制模块54和运动控制模块51，每个包括要由处理器46实行的软件。由处理器46实行的运动控制模块51控制可移动台60的轮62、64和机架安装件58和机架56中的各种电动机，以将台60定位在患者附近，并且将机架定位在适当的位置以对患者的相关部分成像。运动控制模块还可控制用于定位的附加部件，如下所解释。

由处理器46实行的成像控制模块54控制成像信号发射器74和探测器阵列76以对患者身体成像。在一个实施例中，成像控制模块对身体的不同平面层成像并且将它们存储在存储器44中。另外，成像控制模块54可处理存储在存储器44中的图像堆栈并且生成三维图像。替代地，可将存储的图像传输到主机系统(未示出)用于图像处理。

运动控制模块51和成像控制模块54包含通过显示装置11a和11b以及如键盘和按钮12和操纵杆14的输入装置与用户交互的用户接口模块。安装到手柄15的应变仪13联接到I/O装置42，并且当用户用手握住手柄15时，方便地提供可移动台12在任何方向(X、Y、摇摆)上的移动，如将在下面更详细地讨论。用户接口模块帮助用户定位机架56。程序存储装置48中的任何软件程序模块和来自数据存储装置50的数据可根据需要转移到存储器44并且由CPU46实行。显示装置11a在机架安装件58附近附接到可移动台60的壳体，并且显示装置11b通过三个可旋转的显示臂16、18和20联接到可移动台。第一显示臂16可旋转地附接到可移动台60，第二显示臂18可旋转地附接到第一臂16，并且第三显示臂20可旋转地附接到第二显示臂。显示装置11a、11b可具有触摸屏，以通过使用模块51和54中的用户接口模块充当输入装置，以为用户提供最大的灵活性。

放置在机架安装件58上的导航标记68通过链路52连接到成像控制器系统40。在运动控制模块51的控制下，标记68允许机架56经由导航系统(未示出)相对于病床或(手术室)工作台自动或半自动定位。标记68可为光学的、电磁的等。它们也可放置在其它方便和有用的地方，例如在病床上或其它地方，使得一个或多个标记在拍摄的图像中将是可见的，并且当对患者或其它要成像的物体拍摄多于一个图像时，可用于取向连接图像。当拍摄多于一个图像时，标记还可有助于合并或协调多个图像。

由导航系统可提供信息以将机架56或系统10命令到精确位置。在一个实例中，外科医生将导航探针保持在成像系统10的期望取向，以沿指定轨迹获取荧光透视或射线照相图像。有利地，这将去除对搜索拍照的需要，从而减少对患者和手术室(OR)工作人员的X射线暴露。机架56上的导航标记68还将允许由系统10获取的2D或3D图像的自动配准。标记68还将允许在患者移动的情况下精确地重新定位系统10。标记可为不透射线的或由其它材料制成，这使得成像专科医生或其他医疗专业人员易于协调或导航。导航探针或标记可根据需要放置，例如，在要成像的物体附近或上，使得标记不干扰成像或其解释。

在所示的实施例中，系统10在下面描述的6个自由度(“DOF”)中提供大范围的运动。在运动控制模块51的控制下，存在两种主要的运动模式：可移动台60的定位和机架56的定位。描述其它定位模式，并且也可包含其它定位模式。

可移动台60的定位经由四个全方位轮62、64完成。这些轮62、64允许可移动台60围绕水平面(X、Y、摇摆)定位在所有三个DOF中。“摇摆”是系统10围绕垂直轴线(Z轴线)旋转，“X”是系统沿X轴线向前和向后定位，并且“Y”是系统10沿Y轴线横向运动。在控制模块51的控制下，系统10可以X、Y和摇摆的任意组合定位(由于使用全方位轮62、64而围绕任何任意Z轴线摇摆)，具有无限的运动范围。特别地，全方位轮62、64允许定位在狭小的空间、狭窄的走廊中，或者用于精确地沿OR工作台或病床的长度上下遍历。

机架56的定位围绕(Z、倾斜、转子)完成。“Z”是机架56垂直定位，“倾斜”是围绕平行于如上所述的X轴线的水平轴线旋转，并且“转子”是围绕平行于如上所述的Y轴线的水平轴线旋转。

与可移动台60的定位和机架56的定位一起，系统10提供六个DOF(X、Y、摇摆、Z、倾斜和转子)的运动范围，以将可移动台60和成像发射器74和传感器76精确地放置在需要它们的地方。有利地，无论患者是站着、坐着还是躺在床上，都可执行3-D成像，而不必移动患者。

系统10的精确位置可存储在存储存储器50中，并且可由运动控制模块51随时调用。这不限于机架56的定位，而且还包含系统10的定位，这是由于全方位轮62、64和其它运动轴线，如下所述。

如图3所示，机架安装件58、外C形臂70和内C形臂72中的每一个分别具有一对彼此面对的侧框架86、88、90。多个均匀间隔的辊84安装在机架安装件58的侧框架86的内侧上。外C形臂70在侧框架88的外侧上具有一对导轨78。辊84联接到导轨78。如图所示，辊84和导轨78被设计成允许外C形臂70沿机架安装件58伸缩地滑动，使得允许C形臂围绕其中心轴线相对于机架安装件旋转至少180度。

多个均匀间隔的辊80安装在外C形臂70的侧框架88的内侧上。内C形臂70在侧框架90的外侧上具有一对导轨82。辊80联接到导轨82。如图所示，辊80和导轨82被设计成允许内C形臂72沿外C形臂70伸缩地滑动，使得允许C形臂围绕其中心轴线相对于外C形臂旋转至少180度。

因此，如本文所公开的本公开有利地允许机架56围绕其中心轴线旋转完整360度，以在以最小的患者干扰定位成像系统10时提供最大的灵活性。

在本公开的另一方面，提供独特的布线布置，以使成像系统10更紧凑并且在视觉上更具吸引力。如图5和6所示，线缆载体/线束92包括电缆，以在成像控制器系统40和各种电动机、X射线发射器74、成像传感器或探测器76以及机架56中的各种电子电路之间传送信号。第一线缆路由器94安装到外C形臂70的外表面，并且第二线缆路由器96安装到内C形臂72的外表面。每个线缆路由器94、96具有线缆载体92穿过的通孔95、97。

线缆载体92从机架安装件56延伸越过第一C形臂70的外表面，通过第一线缆路由器94的通孔95并且越过第二C形臂72的外表面。覆盖第一C形臂70的线缆载体92在第一圆周方向(如图所示顺时针方向)98上延伸，并且在与第一圆周方向相反的第二圆周方向(如图所示逆时针方向)99上进入第一线缆路由器94，以在第一C形臂的外表面上形成180度的服务环路。

从那里，线缆载体92在第一圆周方向98上延伸并且在第二圆周方向99进入第二线缆路由器，以在第二C形臂72的外表面上形成另一个服务环路。

第一线缆路由器94和第二线缆路由器96与服务环路组合的特定位置允许线缆载体92松弛，以为机架56提供完整360度旋转，而不缠绕或引起线缆载体中的应力。在所示的实施例中，路由器安装在C形臂的中点附近。

图8示出可用于相对于机架安装件58伸缩地旋转外C形臂70并且可用于相对于外C形臂旋转内C形臂72的电动机组件100的一个实施例。每个电动机组件100包含具有编码器反馈的伺服电动机102、改变匝数比的齿轮箱104、驱动皮带轮106、空转皮带轮108和在驱动皮带轮与空转皮带轮之间穿过的皮带110。一个电动机组件100安装到机架安装件以相对于机架安装件移动外C形臂70，并且另一个电动机组件安装到在臂中心附近的外C形臂70以相对于外C形臂移动内C形臂70。

图9A-9G示出机架56在逆时针方向上以60度增量的360度旋转，其中图9A表示成像传感器76和发射器74的零度位置。图9B表示机架56的60度转动/位置。对于机架56的每60度转动，电动机组件100在运动控制模块51的控制下，对于组合的60度转动，使内C形臂72逆时针转动30度并且还使外C形臂70逆时针转动30度。图9G表示机架56的完整360度转动。可以看出，外C形臂70和内C形臂72各自从图9A的原始零度位置移动180度。注意，

图9D和9G中的发射器74和传感器76与图1和9A中它们的位置相反。举例来说，如果有在一个特定侧上具有发射器或在一个特定侧上具有传感器的优点，那么这可为有利的。利用本公开，这些取向变得可以和容易。

如上面详细描述的，本公开在各种实施例中提供以下益处：(1)使用全方位轮62、64使系统在任何X-Y方向上移动，并且围绕任何Z轴线摇摆-旋转；(2)双伸缩C形机架，用于完整360度成像射束旋转；(3)在躺在床上、坐着或站着如站着CBCT时成像；(4)系统10和机架56位置的存储和调用；(5)准同时多平面x射线成像；以及(6)经由机器人或导航坐标调用位置。

用于便携式医学成像系统的控制系统在上面的图2中描述。这里参考图2和图10另外解释用于便携式医学成像系统的传感器控制的移动的控制系统。成像控制器系统40包含运动控制部分51和成像控制部分54两者。输入装置可包含具有功能键的键盘12、手柄13和操纵杆14。这些输入装置中的任一个都可控制运动控制部分51和成像控制部分54中的任一者或两者。在运动控制模式和成像控制模式之间的切换可通过功能键、来自显示装置中的一个的触摸屏命令或其它期望的方法来完成。便携式医学成像系统还可包含作为运动控制部分51或输入/输出42的一部分的智能电话或蜂窝电话链路或全球定位系统(GPS)，其可用于经由通信链路52通信关于患者或成像系统的位置的信息。

图10的控制系统120被描绘为便携式成像控制系统10的平面图，描绘成像系统10和第一C形臂70的俯视图。全向轮62、64分成前部全向轮62(左侧和右侧)和后部全向轮64(也是左侧和右侧)。图10还描绘用于系统的三个全向轮运动自由度的三个轴线。如图所描绘，这些包含沿y轴线向左或向右移动的自由度、沿x轴线向前和向后移动的自由度，以及沿垂直于由x轴线和y轴线形成的平面的旋转轴线摇摆(即垂直轴线)的旋转自由度。因此，图10中的垂直轴线摇摆垂直于附图的平面。垂直旋转轴线可根据需要相对于成像系统放置，因为不需要物理旋转轴线。举例来说，可对程序存储装置48进行编程，使得旋转轴线摇摆与轴59的垂直轴线或操纵杆14的垂直轴线重合。替代方便的放置可为可移动台60的几何中心(参见图1)或可移动台的顶部的拐角。可进行轴线的任何方便和有用的放置。

图10还可为讨论本公开中使用的传感器提供有用的参考。左传感器101、105安装在左手柄17上，而右传感器103和107安装在右手柄19上。如图所示，第一实施例可包含这四个传感器101、103、105、107。如操作便携式成像装置10的医疗保健专业人员的人可通过使用手柄17、19和运动控制部分51来定位装置。在一个实施例中，运动控制可具有两种模式，即运输模式和微调模式。举例来说，如果便携式医学成像装置10从医院或其它医疗保健机构的一个翼楼运输，那么速度可比微调定位具有更高价值。因此，推动成像系统10的后部手柄17、19可激活运输模式。推动两个手柄17、19中的任一个可激活微调模式，其中全向轮62、64的每次移动都更慢并且更有意。在这些模式之间的切换也可通过允许用户经由功能键、命令、触摸屏输入等进行切换的适当编程来完成。

在微调模式中，运动控制器51可用于使成像装置10返回到设定位置，例如，卡扣到预定位置。举例来说，并且参考图1，如果成像会话已经结束，那么用户可希望将成像系统10相对于病床26移动到最左侧位置。位置可被编程到运动控制器51中，并且可需要根据图1和10中所描绘的轴线在x和y方向两者上移动。这可使用操作员可用的键盘或功能按钮12、显示装置11a、11b的触摸屏、操纵杆14或对手柄17、19的预定施加力和方向来实现。键盘、功能按钮和触摸屏显示装置也可用于控制成像和运动控制部分，包含全方位轮62、64。

也可使用全向轮62、64的能力，使得系统使便携式成像装置10围绕指定垂直轴线旋转。这可为任何方便的轴线，如成像系统10的几何中心、成像系统10或其推车的特定特征或部分、安装在成像系统上的机器人的特征等。由全向轮62、64施加的运动也可与施加到传感器101、103、105、107的力成比例—轻力可导致更慢、更有意的速度，而更大的力或更重的触摸可导致由全向轮62、64施加的更高速度。另外，施加力的方向可指示便携式成像装置10的期望移动方向。施加到传感器101、103、105、107的力由运动控制器51分解成合成矢量和力矩，用于根据需要驱动前轮62和后轮64中的每一个，以提供期望运动。

我们现在使用图10讨论移动的实例。在一个实例中，向前推动左手柄17将操作以使装置前进并且将装置向右转动。在另一个实例中，推动左手柄17激活传感器101、105以要求向前移动。传感器101、103、105、107可为应变仪，其将在传感器101、105的特定方向上施加的力解释为向前，但没有力施加到传感器103、107。由于没有力施加到右手柄19及其传感器103、107，因此运动控制器51将来自传感器103、107的信号解释为仅稍微向前运动就要求右转。因此，便携式成像装置10经由全向轮62、64以最小的向前移动向右急转弯。在实施例中，在此实例中，所有四个轮62、64可移动以实现轻微的向右转弯移动。可单独控制轮62、64，使得它们的移动一起实现可移动台60的期望移动。如上所述，这是微调模式下的移动的实例。在其它实施例中，取决于期望移动，可仅激活左轮62、64或仅激活右轮62、64。

在另一个实例中，向右推动左手柄17向传感器101、105施加力，要求向右横向或侧向移动。如果没有向前或向后的力施加到传感器101、105并且没有力施加到右传感器103、107，那么运动控制器51将信号解释为要求没有向前或向后运动的向右横向移动，仍处于微调模式。因此，所有四个全向轮62、64可在所指示的方向上进行小的移动，即向右几毫米或几英寸。在另一个实例中，前轮62可在向前和向左方向上转动，而后轮64向后和向右转动以在位置上实现左转或旋转。在另一个实例中，向左推动两个手柄17、19将带来运输模式而不是微动模式。这可使成像装置10向左移动，例如，如图1所示，到相对于是便携式成像装置10的一部分的病床或工作台26的向左位置。同样可以说，在x轴线方向上向前推动两个手柄17、19以向前移动推车，现在处于运输模式而不是微调模式。尽管参考向特定手柄17、19和传感器101、103、105、107施加力进行描述，但是应当理解，系统可采用更多或更少的手柄和/或传感器。另外，不同的力和/或移动可以多种不同的配置发生，以便采用微调和/或运输模式和/或使便携式成像装置10围绕手术室移动。

在本公开的实施例中使用的传感器101、103、105、107可包含很多力传感器。这些包含应变仪、力感测电阻器、压电传感器、压电电容式压力传感器、压电电阻器和微电子机械系统(MEMS)微型应变仪。典型地，力传感器具有当用户向传感器施加力时改变的电特性。特性可为当施加力时以可预测的方式增大或减小的电导、电阻或电容。压电型传感器在施加压力时可产生小的微电压。传感器可为用于探测这类改变的电路的一部分，例如惠斯通(Wheatstone)电桥。通过使用阵列或多个应变仪或传感器，用户可微调要施加到全向轮的期望力的方向。

图10和下面的实例中使用的传感器101、103、105、107可用于控制便携式医学成像装置的轮62、64。这类技术的实例在图11A和11B中描绘。在图11A中，可移动台60被描绘为具有可相同或可不同的前轮62和后轮64。在此实施例中，在运动控制模块51的指导下，电动机1100根据需要向每个轮传递动力。供应到轮62、64的动力可包含手动操作、自动操作或两者的组合。电动机1100可具有多于一个轴以向轮轴1102、1104、1106、1108供应动力以单独地为全向轮62、64供应动力。这允许精细控制每个轮62、64，用于精确放置便携式成像台和安装在其上的成像设备。在一个实施例中，电动机1100和每个轴或轮轴1102、1104、1106、1108可另外包括旋转编码器或其它反馈机构，以向运动控制模块提供位置反馈。

替代地，如图11B中所描绘，可移动台60可包含本地控制器1120，用于经由单独的电动机1122分配动力，所述电动机1122为到全向轮62、64中的每个独立的轮轴1124、1126、1128、1130提供动力。对于运动控制模块51可更简单地经由其自己的电动机维持每个全向轮62、64的单独控制。在此实施例中，每个电动机1122可包含其自己的用于位置反馈的编码器，并且还可包含在轮轴1124、1126、1128、1130上的编码器或其它反馈机构。可使用用于向轮62、64供应动力的其它方法。本地控制器或运动控制模块可包括计算机程序，所述计算机程序将传感器读数分解成对电动机1122和轮轴1124、1126、1128、1130中的每一个的命令。利用此技术，全方位轮62、64由所提供的传感器单独控制，用于非常准确的移动。来自运动的反馈，如来自轮轴1124、1126、1128、1130上的旋转编码器或其它装置的反馈可用于存储给定位置，以便稍后用于将可移动台恢复到期望位置。

用于感测便携式医学成像系统10的期望方向的传感器101、103、105、107可安装在手柄17、19中，如上面所公开的。传感器101、103、105、107可替代地安装在操纵杆或其它类型的手柄中，如图12A-12D中所公开的。图12A中公开第一替代实施例。在此控制系统1210中，多个力传感器1212、六个传感器以圆形布置安装。用户按压控制系统的表面，激活传感器1212以在适当的方向上引导便携式医学成像系统10。方向由被激活的传感器1212以及由用户施加的力或压力的量来确定。这与便携式成像装置10的手柄17、19的上述实例中使用的原理相同。圆形控制布置可用于在平面中的所有x-y方向上引导便携式成像装置。围绕预定轴线的旋转也可通过向上或向下推动操纵杆或通过命令键盘或功能按钮输入来实现。举例来说，按下操纵杆几秒钟可命令便携式医学成像装置围绕轴线顺时针旋转，而向上拉几秒钟可命令逆时针旋转。

具有类似操作模式的其它实例在图12B-12D中描绘。在图12B中，八个传感器1222被椭圆地布置用于控制系统1220，其更多地暗示x方向的向前-向后移动，如关于图1和10所讨论的侧手柄一样。更多传感器1222可用于对操作员所期望的方向更敏感。在图12C中，控制系统1230包含安装成如图所示的正方形图案的六个力传感器1232，其中两个传感器1232用于向前/向后移动，并且对于左/右或侧向方向还具有附加灵敏度，其余四个传感器1232具有四角分布。图12D描绘配置有矩形布置的多个传感器1242的控制系统1240的实例。此布置包含每侧三个传感器1242，允许更精细调整推车或成像台的横向移动。其它配置可用于引导便携式医学成像系统及其全方位轮62、64。

在本公开的实施例中有许多类型的全向轮62、64，如图13-16中所描绘的那些。与仅允许装置在一个方向上移动(例如，向前和向后)的传统轮不同，全方位轮允许便携式成像装置在每个方向上(例如，向前、向后、向左、向右、对角线、以弧的方式等)移动。因此，全方向轮62、64允许便携式成像装置在任何方向上移动。全方位轮62、64或麦克纳姆轮通常具有中心毂，在其圆周上具有多个较小的轮或辊。较小的轮安装成与毂的中心轴线成一定角度，如45度或90度。图13描绘全方位轮130。此轮130包含围绕中心轴线A的中心毂132，其中多个辊或轮134安装在与中心轴线成约45度角的两个非同轴排136、138中。轮或辊134轮流在地面上，使得转动更容易。这些类型的轮130描述于美国专利申请2010/0187779中，其全文以引用的方式并入本文。

在图14中描绘可用于本公开的另一种类型的全方位轮62、64。麦克纳姆轮140具有带有中心轴线A的中心毂142。多个辊144安装在中心毂周边上的凸缘146上。在此实例中，凸缘146以约45度角弯曲，并且因此辊144也以与中心轴线成约45度角安装。可使用其它角度。每个轮62、64可单独提供动力以在期望方向上引导便携式医学成像推车。这些类型的轮140描述于美国专利申请2013/0292918中，其全文以引用的方式并入本文。

图15描绘可用于本公开的另一种类型的全方位轮62、64，即麦克纳姆轮150。轮150包含中心毂152，其具有中心毂轴线A和多个平坦的圆周表面(未示出)。每个表面安装突出的辐条154，然后用于安装圆周辊156。在此轮150中，一次只有一个或两个辊156位于地板或表面上，使得转动更容易。这些类型的轮150描述于美国专利8,011,735中，其全文以引用的方式并入本文。

在图16中公开又另一种类型的全方位轮62、64，即轮160。轮160包含中心毂162，其安装两个系列的辐条或安装件164、166。第一系列辐条164中的每一个安装有轮165，其旋转轴线与轮160和中心毂162的旋转方向相反九十度。第二系列辐条166中的每一个安装有轮167，其旋转轴线也与轮160的旋转方向相反九十度。第二系列轮166具有比第一系列轮164略大的直径。轮160可围绕垂直于其中心毂162的轴线(未示出)旋转。辊165、167允许轮容易地改变方向，从而使其成为合适的全向轮62、64。这些类型的轮160描述于美国专利申请2015/0130260中，其全文以引用的方式并入本文。其它类型的麦克纳姆或全方位轮62、64也可用于本公开的实施例中。

一旦便携式成像装置10的位置设置在手术室中，便携式成像装置10就可锁定就位。举例来说，全方位轮62、64可被锁定，使得它们不能移动。在替代方案中，可采用支架或其它锁定机构来防止便携式成像装置10的移动。一旦锁定机构被释放，便携式成像装置10就再次自由地在如本文所述的任何方向上移动。

本公开的优点包含使用上述三轴线三自由度能力将大型设备准确定位在任何期望位置或方向上的能力。车载GPS系统还可用于跟踪设备的位置以及存储和调用使用设备的位置。全向轮62、64的独特的三轴线运动能力包含垂直旋转轴线，其可根据需要选择。通过使用运动控制和成像控制，操作员或诊断人员可协调系统的位置与成像设备的期望位置。如上所述，机架位置可经由机器人臂控制或手动控制来实现。可以通过运动控制系统、编码器和全向轮62、64实现的精确定位允许便携式成像系统10具有固定的非移动式系统的控制和精度。

运动控制系统、传感器、编码器和系统存储器允许便携式医学成像系统充当智能系统。传感器允许使用传感器和存储器根据需要定位系统。系统包含用于患者的特定图像的精确、小的移动的能力，以及例如用于移动到另一个患者或另一个房间的运输模式。这允许用户将系统停放在更方便的位置，并且然后在需要时将成像系统召回到精确位置。系统的存储器使用户能够在以后需要时快速和准确地将成像推车召回到特定位置。系统还可使用一系列精细移动来拍摄一系列图像以供稍后组合，例如，为了更大的视场将图像缝合在一起。当机器人或机器人臂用于将成像装置定位在可移动台上时，所述台快速和准确地恢复其位置的能力增加机器人或机器人臂的能力，并且可考虑增加这类医疗机器人的运动范围。

前述内容清楚地表明便携式医学成像系统10的自由度如何有助于定位系统和捕获图像。同时移动信号发射器和传感器两者的能力，例如通过将它们以弧的方式旋转，允许快速扫描，即计算机断层扫描。如上所述，同时平移信号发射器和传感器，即在x-y平面中的能力允许系统还捕获较大物体的图像或增大的视场。如图17A所示，例如，成像系统170可包含安装(例如彼此直接相对的)信号发射器174和探测器或传感器176的内臂171。如上所述，发射器174和传感器176安装成使得它们位于180度弧的相对端。因此，在机架的360度旋转时，例如，参考图9A-9G描述的，172的区域由成像装置完全成像。

内臂171的半径允许物体172、其一部分或由物体172限定的边界内的焦点的扫描。物体172的中点位于发射器174和传感器176之间的中心。如图17A所示，信号或x射线束175从其源174的发散度或宽度足以捕获目标或物体172的所有方面或包括在由172限定的半径内的物体的一部分。因此，在图17A中，从发射器174发射的信号或x射线的视场(FOV)能够捕获目标或物体172的所有部分或包括在由172限定的半径内的物体的一部分。应当理解，在一些情况下，物体实际上可大于被标识为物体172的区域。如此处所示，传感器176也足够大以捕获从发射器174接收并且通过物体172或其期望图像的部分发射的x射线或其它信号。

有时，可需要对比图17A中描绘的视场大的目标或物体成像。因此，如图17B所示，物体178大于信号的宽度175。然而，通过偏离中心移动发射器174和传感器176的位置，在机架360度旋转时(参见例如图9A-9G示出以60度增量的移动)，获得包括整个物体178的更大视场。如图17B所示，信号发射器174和探测器或传感器176两者都偏离中心移动特定距离177。在此实例中，移动或偏离的距离足以使得当机架的内臂72旋转时发射器174的视场现在捕获整个目标或物体178。同样，应当理解，物体实际上可大于被标识为178的部分。在此实例中，便携式医学成像推车没有移动，例如平移，而是信号发射器174和探测器或传感器176处于距中心线的距离177处的固定位置或者平移到偏离中心所需的距离177。通过偏离发射器174和传感器176的距离177，发现可获得更大的视场，而不需要围绕要成像物体的中心处的焦点旋转并且而不需要传统的O形机架。应当理解，发射器174和传感器176的位置可固定在此位置，或者可为可移动的，例如，沿平移装置，如下面更详细描述的。

因此，图17A-17B描绘附加的自由度，信号发射器174和探测器或传感器176例如以线性方式平移的能力。图18A-18B描绘可实现这一点的至少一种方式的实例。在图18A中，信号发射器174安装在轨道、线性致动器或其它平移装置184上。举例来说，平移装置184可安装在线性轨道182中。以类似的方式，在臂171的相对180度定位的另一侧，传感器或探测器176也安装在轨道、线性致动器或其它平移装置188上，例如在轨道186中。如由箭头和假想线表示所描绘，信号发射器174和探测器或传感器176能够在单个轴线上左右移动。因此，发射器174和传感器176能够偏离中心定位，以增加或缩小成像空间的视场。

由平移装置184、188提供的线性轴线可根据用户的需要取向，从而在几乎任何期望取向上提供更精确的控制。正如旋转轴线可比使用两个线性轴线更精确，通过将机架56、外臂70、内臂72、机架垂直轴59z轴线以及甚至可移动台60取向在期望取向上，可根据需要放置此新的轴线。因此，如图17B和图18A-18B所示，并且参考图1，轴线以向前和向后平移地沿x轴线放置，或以左右平移地沿y轴线放置。关于图3，其中发射器74和传感器76将沿z轴线上下移动。关于图4，当机架56现在水平取向时，新轴线也将平行于x轴线平移，如图所示。另外，机架和外臂72在图9B、9C、9E和9F中以各种非水平和非垂直取向定位。因此，平移装置184、188沿可以称为中间或其它期望取向的方式形成独立的自由度。因此，发射器174和传感器176可有利地取向成使具有比传统成像装置更大视场的特定损伤、肿瘤或其它医学现象成像。

可根据需要移动或调节发射器174和传感器176，以使用现在可以的较大视场。举例来说，发射器174和传感器176可依次旋转到几个位置，以确保完全覆盖目标的期望区域或体积。“瞄准”可在成像之前完成。可记下期望位置并且将其记录在存储器44中或成像控制模块54中可用的其它存储器中。当拍摄图像时，成像操作员或医疗保健专业人员只需要通过期望的一系列图像进行排序。这可确保完全和准确的覆盖，在拍摄每个图像之后完成的旋转或移动，使得图像不模糊。

平移装置或线性致动器可包含机动电动机线性致动器、线性轨道、线性滑动件、滚珠滑动件、齿条滑动件、滚珠螺杆等，以提供沿直线的移动。平移装置184、188可由运动控制模块51控制，从而确保便携式医学成像装置的所有部件的协调移动。特别地，可控制平移装置184、188的移动，使得它们是相同的。因此，当任一装置向左或向右移动时，另一个装置也可以协调的方式移动，从而确保要成像的物体178的覆盖，并且还确保从发射器174发送的信号在遍历患者或其它要成像的物体之后将被传感器176捕获。这也防止任何有害辐射的逃逸，并且限制患者以及诊断和医疗保健工作者的暴露。信号发射器174和探测器或传感器176的移动被协调和控制，在运动控制模块的控制下的装置的其它移动也是如此。在此实施例中，每个线性致动器、滚珠螺杆或电动机可包含其自己的用于位置反馈的编码器，如上面针对便携式医学成像系统10的其它电动机或致动器所描述的。

在替代实施例中，发射器174和/或传感器176可固定在适当位置。举例来说，发射器174和传感器176可固定在距中心的距离177处的位置，使得设备总是以放大的视场成像。在另一个实施例中，如果传感器176的区域相对于发射器174较大，那么即使发射器174移动或平移，传感器176也可为静止的，只要传感器176仍然能够探测到发射器174的发射。

图17A-17B和18A-18B中所描绘的平移移动可确保要成像的物体的覆盖。在没有这类协调和增强的视场能力的情况下，将需要更大的成像装置。也就是说，C形臂70和72将需要具有大得多的直径，用于完成对物体178的完全覆盖。在没有外C形臂70和内C形臂72的单独移动的情况下，便携式成像装置实际上可需要完整的圆形、O形机架或机架安装件，以实现完全360度覆盖。举例来说，一些现有技术的装置，如美国专利7,108,421中的装置，通过将较大的平移器械旋转到围绕物体的不同位置来实现较大物体的覆盖。较大的运动可需要O形机架或机架安装件，例如，花费更大、对移动自由度的限制更大，并且在手术室环境中存在限制。

相反，本公开的实施例能够通过使用便携式医学成像系统及其部件的小移动来覆盖较大的物体并且具有要成像的更大的视场。将参考图1、3和4进行移动的实例。在图1中，例如，机架56处于大致垂直取向，其中C形臂70、72围绕病床26定位，为患者做好准备。患者下方的成像发射器74将与患者上方的探测器76协同工作。参考图18A-18B讨论的实例需要在左右或水平方向上移动，即在臂171的平面中移动。参考图1，可看出这是在y轴线方向上的移动。

在图3中，机架56处于相同的垂直取向，但是内臂72已经旋转九十度，使得发射器74和传感器76现在水平取向。这是前面讨论的平行于y轴线的“转子”旋转自由度。现在，在臂72的平面中平移发射器74和传感器76将是垂直移动，即，沿z轴线，如图3所示。参考图4，机架56现在已经旋转九十度到水平位置。如果内臂72配备有图18A-18B的线性平移装置，发射器74和传感器76将在内臂72的平面内沿图4所描绘的x轴线方向平移。围绕x轴线或平行于x轴线的旋转是上面讨论的“倾斜”自由度。因此，虽然发射器74和传感器76本身沿一个线性轴线仅具有单个自由度，但所述轴线可用于便携式医学成像系统的环境中。因此，根据图1和4，线性移动可跨越患者的宽度，或者根据图3，相对于患者垂直上下。

参考这些相同的图，也可考虑如前面讨论的其它自由度。因此，在图1中，外臂70和内臂72允许围绕病床26的旋转自由度。垂直轴59允许垂直平移，即沿z轴线的线性移动。全向轮62、64允许在x-y平面内完全自由移动。当医疗团队希望捕获要安装在病床26上的患者的图像时，也可使用这些自由度。因此，便携式医学成像系统10允许先前讨论的六个自由度，并且还具有新的线性轴线自由度，如图17A-17B所示。

这些自由度允许便携式医学成像系统的附加使用。举例来说，现在可使用沿轴线的更小和更精确控制的移动，而不是更大的移动。举例来说，并且如图17A-17B所示，如果要成像的物体大于可方便地处理的物体，那么由平移移动产生的线性自由度从而使能放大的视场。

先前已知的用于锥形束3D成像或锥形束计算机断层扫描(CBCT)(也称为C形臂CT)的方法不期望地产生脑实质和其它软组织的低对比度分辨率图像。脑的低对比度分辨率图像使得难以或不可以在视觉上区分脑室中的脑实质和脑脊髓液(CSF)。这些已知方法导致低对比度分辨率图像的一个原因是它们使用大的X射线锥形束角。大束角导致跨越探测器面板的高水平X射线散射，这减小探测器的信噪比，并且进而减小所得图像数据的质量及其可用性。

图19A描绘具有准直器1900的医学图像系统的一部分，所述准直器1900可从X射线束发射器174产生广角X射线束1918以使用探测器面板176对整个目标区域1910成像。目标区域1910示出为90°旋转平面图。目标区域1910内的物体1912被沿路径1911的X射线撞击，并且X射线中的一些期望沿路径1914穿过物体1912以撞击探测器面板176。然而，物体1912还不期望地沿路径1913散射X射线中的一些以在与路径1914间隔开的位置处撞击探测器面板176，并且这减小探测器在路径1913的撞击位置处的信噪比。

本文的各种实施例涉及配置X射线束发射器174以产生跨越目标区域1910和探测器面板176扫描的更窄角度的X射线束，这减少散射对探测器信噪比的影响，并且从而产生高质量的图像。X射线束发射器174和探测器面板176至少部分围绕目标区域1910重复地旋转以产生图像切片序列，并且窄角度X射线束在每次旋转之间横向跨越目标区域1910增量移位限定距离。从图像切片序列生成目标区域1910的图像，每个图像切片由仅覆盖目标区域1910的一部分的更窄的X射线束形成。撞击在当前图像切片之外的探测器面板176的一部分的散射X射线被忽略。然后组合图像切片序列以形成目标区域1910的图像。将图像扫描分成更小的切片，从而减少X射线散射的负面影响，从而使能更高质量的低对比度成像。这类低对比度成像特别有利于生成脑实质结构的视觉图像。

另外参考图19A，便携式医学成像系统可对应于图1中的系统10和/或图3中的56。成像系统具有可移动台60(图1和3)，所述可移动台60具有c形臂72(图1)，所述c形臂72具有沿弧(例如图5中的方向98-99)可移动的第一端和第二端。探测器面板176附接到可移动c形臂72的第一端。X射线束发射器174通常面向探测器面板176并且附接到c形臂72或70的第二端(图3)。

根据本文的各种实施例，X射线束发射器174包括准直器1900，所述准直器1900形成窗口，例如图20中的2050，所述窗口将通过其朝向探测器面板176发射的X射线束成形。准直器1900被配置为在跨越弧方向(例如图5中的方向98-99)的横向方向上移动窗口的位置。控制器2200(图24)被配置为通过准直器1900控制窗口的移动，以横向跨越探测器面板176操控X射线束。

图19B描绘根据本公开的一些实施例的图19A的医学图像系统，其中准直器1900通过控制器2200控制以产生窄X射线束，所述窄X射线束跨越目标区域1910和探测器面板176增量地扫描，以提供具有减少的X射线散射影响的图像切片1920a、1920b、1920c、1920c。

图20A-D描绘X轴线射束准直器2000的实施例，所述准直器2000可在准直器1900中用于调整X射线束在X方向(例如横向相对于弧的方向)上的大小，以及沿X方向扫描X射线束。图21描绘Y轴线射束准直器2100，其可在准直器1900中用于调整X射线束在Y方向(例如沿弧的方向)上的大小，并且沿Y方向扫描X射线束。X轴线射束准直器2000可堆叠在Y轴线射束准直器2100上，或反之亦然，其中它们的窗口对准并且取向成使X射线源2030发射的X射线束成形(图20C)。

X轴线射束准直器2000包含位于窗口2050a的相对侧上的一对快门1902和1904，并且所述一对快门1902和1904各自具有在横向方向(例如X-方向)上形成窗口2050a的相对边缘的边缘表面。快门1902和1904由基本上阻挡X射线的材料(如铅)形成。电动机机构2020a和2020b被连接以沿在横向方向上延伸的轨道滑动快门1902和1904中的相应快门，以改变窗口2050a的相对边缘的位置。控制器2200(图24)控制电动机机构2020a和2020b以设定快门1902和1904之间的横向距离以控制X射线束在X方向上的宽度，并且另外控制电动机机构2020a和2020b以在X方向上移动窗口2050a以跨越探测器面板176操控X射线束。

类似地，Y轴线射束准直器2100包含位于窗口2050b的相对侧上的一对快门2110和2112，并且所述一对快门2110和2112各自具有在弧方向(例如Y-方向)上形成窗口2050b的相对边缘的边缘表面。快门2110和2112由基本上阻挡X射线的材料(如铅)形成。电动机机构2120a和2120b被连接以沿在Y方向方向上延伸的轨道滑动快门2110和2112中的相应快门，以改变窗口2050b的相对边缘的位置。控制器2200(图24)控制电动机机构2120a和2120b以设定快门2110和2112之间的距离，以控制X射线束在Y方向上的宽度。控制器2200可另外控制电动机机构2120a和2120b以在Y方向上移动窗口2050b以跨越探测器面板176操控X射线束。

下面另外解释可由控制器2200执行以依序扫描用于生成低对比度图像扫描的一组图像切片的操作。可从正在执行扫描的操作员接收输入，其限定期望的多个图像切片(n)，例如，多个成像旋转，或者更一般地限定从中确定图像切片的数量(n)的信息(例如，低对比度成像灵敏度的指示水平)。控制器2200确定将由准直器1900跨越目标区域1910扫描窄X射线束所需的移动范围，并且确定将用于形成投射到探测器面板176上以形成图像切片的窄X射线束的窗口2500的大小。

控制器2200控制X轴线射束准直器2000和/或Y轴线射束准直器2100以使窄X射线束成形并且将X射线束定位在用于第一成像扫描的起始位置以生成图像切片的第一图像切片。控制器2200可分别控制快门1902、1904、2110和2112以限定相应窗口2050a和2050b的X方向和Y方向尺寸，并且从而限定通过目标区域投射的X射线束的相关联的形状。对于每次图像扫描，控制器2200还可经由快门1902、1904、2110和2112相应的电动机机构控制快门1902、1904、2110和2112，从而以协调的方式移动它们，以维持它们之间的恒定距离，即，维持静态窗口大小或控制窗口大小的改变。举例来说，控制器2200可控制快门1902和1904以在X方向上增量地移动窗口2050b以逐步扫描具有跨越目标区域1910的限定横截面积的窄X射线束并且生成一系列沿X方向的图像切片。当生成每个单独的图像切片时，可暂停窄X射线束的增量移动。

可通过围绕一组感兴趣轴线(如图19A中的轴线“A”所示)执行全扫描来生成每个图像切片。全扫描可包含在沿弧的间隔开的位置之间移动X射线束发射器174和探测器面板176，其中这些位置可沿弧分开至少180°并且可沿弧分开至多360°。举例来说，参考图19B，准直器1900位于其可移动范围的一端，同时沿切片1920d将窄X射线束通过窗口2050a和目标区域1910投射到探测器面板176上。X射线束发射器174和探测器面板176沿弧(例如图5中的98-99)旋转，以沿切片1920d扫描通过圆柱形体积的至少一部分的窄X射线束，使得探测器面板176收集从其中生成第一3维图像切片的数据。

响应于指示第一成像扫描完成的信号，控制器2200控制准直器1900以使窗口2050a横向移动增量距离以沿切片1920c操控窄X射线束。然后，X射线束发射器174和探测器面板176沿弧(例如图5中的98-99)旋转，以沿切片1920c扫描通过圆柱形体积的至少一部分的窄X射线束，使得探测器面板176收集从其中生成第二3维图像切片的数据。

响应于指示第二成像扫描完成的信号，控制器2200控制准直器1900以使窗口2050a横向移动增量距离以沿切片1920b操控窄X射线束。然后，X射线束发射器174和探测器面板176沿弧(例如图5中的98-99)旋转，以沿切片1920b扫描通过圆柱形体积的至少一部分的窄X射线束，使得探测器面板176收集从其中生成第三3维图像切片的数据。

响应于指示第三成像扫描完成的信号，控制器2200控制准直器1900以使窗口2050a横向移动增量距离以沿切片1920a操控窄X射线束。然后，X射线束发射器174和探测器面板176沿弧(例如图5中的98-99)旋转，以沿切片1920a扫描通过圆柱形体积的至少一部分的窄X射线束，使得探测器面板176收集从其中生成第四3维图像切片的数据。

尽管为了便于说明相关联的成像操作，图19B已经用四个图像切片1920a-1920d示出，但是可通过准直器和相关联的增量成像切片通过目标区域1910的增量移动来生成任何多个图像切片(n)。

以这种方式，控制器2200跨越这些部分增量地扫描，直到所定义的目标区域1910已经完全成像。在已经对n个部分进行成像之后，由控制器2200和/或另一个处理器收集图像数据，并且执行反投射成像处理以组合图像切片，例如，第一至第四3维图像切片，以生成低对比度结构如脑的高分辨率图像。参见图19A和19B，当沿切片1920b成像时，由物体1912沿实例路径1914散射的X射线将在切片1920b的相邻区域中对探测器面板成像，这在对切片1920b成像时被忽略。使用窄图像切片序列允许忽略在当前成像的切片外部散射的X射线，并且通过避免在依序成像期间X射线散射的大部分有害影响而导致分辨率增加的图像。

控制器2200在每次成像扫描之间横向移动窗口2050a的距离可由控制器2200基于准直器快门1902和1904之间的距离，即窗口2050a的宽度自动确定。在一个实施例中，控制器2200基于窗口2050的相对边缘之间的距离控制第一对电动机组件2020a和202b使快门1902和1904增量地移动的增量距离，以改变依序执行的成像扫描的数量以横向跨越探测器面板176增量地扫描X射线束。

替代地或另外地，可基于从目标区域1910的图像扫描探测到的X射线散射水平自动确定控制器2200在每次成像扫描之间横向移动窗口2050a的距离。在一个实施例中，控制器2200确定在要在将要执行的下一次成像扫描中成像的目标区域1910中的X射线束的散射水平，并且控制第一对电动机组件2020a和202b以设定在窗口2050的相对边缘之间的距离，并且基于确定的散射水平控制第一对快门1902和1904移动的增量距离可通过分析从目标区域1910的广角X射线束扫描收集的图像数据中的信噪比来确定目标区域1910的X射线散射水平，例如，如图19A所示。然后可使用确定的X射线散射水平来确定将被拍摄以生成组合的三维图像的图像切片扫描的数量，以及窄X射线束需要在每次图像切片扫描之间移动的相关联的横向增量步长距离。可跨越被确定为具有较高水平的X射线散射的目标区域的一部分生成较小的图像切片。相反，可跨越被确定为具有较低水平的X射线散射的目标区域的另一部分生成较大的图像切片。

在一个另外的实施例中，控制器2200响应于散射水平超过上限阈值而减小窗口2050的相对边缘之间的距离，并且减小第一对快门1902和1904移动的增量距离，以准备下一次成像扫描。相反，控制器2200响应于散射水平小于下限阈值而增加窗口2050的相对边缘之间的距离，并且增加第一对快门1902和1904移动的增量距离，以准备下一次成像扫描。

图22示出脑室(在朝向中间的黑暗部分中可见)的实例成像扫描，其可由关于图19B描述的操作提供，以跨越成像的脑扫描窄X射线束。注意，成像扫描示出良好的对比度分辨率。图像的像素值与X射线束强度成比例。衰减以亨氏(Hounsfield)单位或HU测量。当从HU的角度来看时，脑实质的软组织具有+100至+300HU的HU值。HU不适用于CBCT扫描，因为体素的灰度值根据与X射线源的距离而不同，而不管成像的材料类型如何。然而，实例成像扫描突出低对比度成像分辨率的重要性，所述成像分辨率使能在成像低对比度组织结构(如脑实质)时区分灰度阴影。

图23示出脑的两个半图像。可使用广角X射线束生成左半图像，如根据图19A的操作。左半图像中缺乏低对比度分辨率使得脑实质难以与周围流体区分开来。可通过控制射束准直器以跨越探测器面板扫描窄X射线束来生成右半图像，如根据图19B的操作。右半图像中较高质量的低对比度分辨率使得脑实质更容易用相对于周围流体的高分辨率细节区分开来。

尽管已经公开各种实施例，其中控制器2200控制准直器1900以在多次成像扫描中的每次成像扫描之间增量地移动窗口2050，但是在一些其它实施例中，窗口2050在成像扫描期间移动。在一个实施例中，控制器2200控制电动机组件2020a和202b以在成像扫描期间沿快门1902和1904相应的轨道在相同方向上连续地移动快门1902和1904，同时X射线束发射器174和探测器面板176在成像扫描期间在沿弧的间隔开的位置之间移动以横向跨越探测器面板176扫描X射线束。由此所得成像扫描可沿通过目标区域1910的螺旋路径生成成像数据。这些操作的潜在优点是单次成像扫描可覆盖更多或全部目标区域1910，同时使用可减少散射对收集的图像数据的信噪比的影响的窄X射线束。

在一些另外相关的实施例中，可基于目标区域1910内探测到的X射线散射水平来控制快门1902在1904中在它们相应的边缘之间的距离中的移动速率。在一个实施例中，控制器2200确定在连续成像扫描期间接下来要成像的目标区域1910中的X射线束的散射水平，并且控制电动机组件2020a和202b以设定在窗口2050的相对边缘之间的距离并且基于确定的散射水平控制快门1902和1904的移动速度。在一个操作中，控制器2200响应于散射水平超过上限阈值而减小窗口2050的相对边缘之间的距离，并且减小快门1902和1904的移动速度。相反，控制器2200响应于散射水平超过上限阈值而增加窗口2050的相对边缘之间的距离，并且增加快门1902和1904的移动速度。

图24是根据本公开的一些实施例的控制系统的框图，所述控制系统控制图20A-D中所示的X轴线射束准直器和/或图21中所示的Y轴线射束准直器中的至少一个，以跨越探测器面板扫描窄X射线束，以提供具有减少的散射的图像切片。

参考图24，控制系统可为便携式医学成像系统的一部分，可驻留在可移动台60(图1)内。控制系统包含控制器2200，其可包含源、成像传感器和快门位置控制器2202以及电动机控制器2204。X射线源位置反馈电路2210可测量X射线束发射器174沿弧的位置，并且将位置测量值提供给控制器2202。成像传感器位置反馈电路2220可类似地测量探测器面板176长弧的位置，并且将位置测量值提供给控制器2202。快门位置反馈电路2230a、2230b、2230c和2230d可分别测量快门1902、1904、2110、2112中的相应快门沿它们相应的轨道的位置，并且将位置测量值提供给控制器2202。控制器2202可分别控制电动机组件2020a、2020b、2120a和2120b，以将快门1902、1904、2110、2112中的选定快门沿它们相应的轨道移动到限定的位置。电动机控制器2204可将来自控制器2202的数字控制信令转换为一组模拟信号2240，每个模拟信号分别控制电动机组件2020a、2020b、2120a和2120b中的一个的移动。

由通过目标区域的图像扫描提供的视场可通过相对于X射线束发射器174偏离中心移动探测器面板176的位置来改变。图25描绘用于使探测器面板176在两个位置176a和176b之间围绕焦点旋转同时将X射线束发射器174维持在静止位置的操作。以这种方式移动探测器面板176可提供目标区域的更大视场和/或可减少X射线散射的影响。可利用第一位置176a处的探测器面板执行图像扫描，并且可利用第二位置176b处的探测器面板执行第二图像扫描，并且可组合来自两次扫描的所得成像数据以减少来自成像区域的X射线散射的影响和/或增加图像扫描的视场。

c形臂可被配置为在X射线束发射器174和探测器面板176的连接位置之间伸缩其弧长度，以改变它们之间的弧距。在一个实施例中，c形臂被配置为通过沿弧伸缩来改变长度，以改变连接的探测器面板176和连接的x射线束发射器174之间的沿弧的距离。举例来说，参考图3，x射线束发射器，如图3中的74所示，可直接附接到外c形臂70，并且探测器面板，如图3中的76所示，可直接附接到内c形臂72，使得通过内c形臂72相对于外c形臂70的移动，探测器可沿弧远离和朝向发射器可控制地伸缩。

在通过在沿弧的间隔开的位置之间移动X射线束发射器174和探测器面板176来执行圆柱形体积的成像扫描之前，控制器2200可被配置为控制c形臂的伸缩移动以沿弧移动在探测器面板176和x射线束发射器174中的至少一个，以改变它们之间的距离并且径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积。

探测器面板176可替代地或另外地使用图18B中的平移装置184安装到c形臂，所述平移装置184可被配置为沿轨条移动探测器面板176以提供相对于X射线束发射器174的所述旋转。

替代地或另外地，可通过将X射线束发射器174的位置偏离中心移动来改变由通过目标区域的图像扫描提供的视场。图26描绘用于平移X射线束发射器174以径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积的操作。图18B中的平移装置184可将X射线束发射器174安装到c形臂的第一端，并且被配置为沿轨条移动X射线束发射器174。在通过在沿弧的间隔开的位置之间移动X射线束发射器174和探测器面板176来执行圆柱形体积的成像扫描之前，控制器2200可被配置为控制平移装置184以将X射线束发射器174定位在所述方向上以径向移位在成像扫描期间成像的圆柱形体积。

本公开的一些其它方面涉及使能操作人员在视觉上确认由本文公开的准直器产生的可变尺寸X射线束将适当地扫描目标区域。滤波器梯连接到准直器，用于通过滤除有害的低能X射线来硬化X射线束。在一些实施例中，光源连接到滤波器梯，所述滤波器梯被配置为可滑动以与窗口2050对准，从而朝向目标区域投射光束。光源被配置为通过窗口2050投射光束，所述窗口2050具有与X射线束类似的尺寸形状，以允许视觉检查目标区域的计划成像扫描。

图27A-27B描绘可将各种X射线滤波器和光源与通过图19-21的准直器提供的窗口依序对准的滤波器梯2700。滤波器梯2700包含支撑结构2704和可移动细长条带2702。支撑结构2704连接到准直器1900。可移动细长条带2702可滑动地连接到支撑结构2704。滤波器梯2700另外包含多个X射线滤波器2710，其附接到可移动细长条带2702。X射线滤波器提供来自X射线源的X射线的不同水平的X射线滤波。X射线滤波器可由不同类型的金属和/或不同厚度的金属形成。根据一些实施例，光源2720在与X射线滤波器2710间隔开的位置处附接到可移动细长条带2702。可移动细长条带2702被配置为跨越窗口2050滑动，以将X射线滤波器2710中不同的X射线滤波器和光源2720与窗口2050依序对准。光源2720被配置为当与窗口2050对准时朝向探测器面板176投射可见光。

光源2720可包含多个发光二极管(LED)，其间隔开以将光束发射通过窗口2050，所述光束在位于X射线束发射器174和探测器面板176之间的目标物体上在视觉上指示一定尺寸的X射线束将可发射通过窗口2050。LED可间隔开以成角度以配置光束，所述光束通过窗口2050投射到目标区域上，以接近一定尺寸形状的X射线束将跨越所有图像扫描(即，宽视场)，和/或通过图像扫描中的单次扫描发射到目标区域。

替代地或另外地，光源2720可包含多个激光装置，所述激光装置间隔开并且成角度以将光束共同发射通过窗口2050，所述光束在位于X射线束发射器174和探测器面板176之间的目标物体上在视觉上指示一定尺寸的X射线束将可发射通过窗口2050。

虽然在前述说明书中已经公开本发明的几个实施例，但应该理解，将想到本发明所涉及的本发明的许多修改和其它实施例受益于前述描述和相关附图中呈现的教导。因此应该理解，本发明不限于上文公开的特定实施例，并且许多修改和其它实施例旨在被包含在所附权利要求的范围内。另外设想，来自一个实施例的特征可与来自本文描述的不同实施例的特征组合或使用。此外，虽然在本文以及在随后的权利要求中采用特定术语，但是它们仅以一般的和描述性的意义被使用，而不是为了限制所描述发明的目的或者所附权利要求。本文引用的每个专利和出版物的全部公开内容以引用的方式并入，如同每个这类专利或出版物单独地以引用的方式并入本文。本发明的各种特征和优点在以下权利要求中阐述。

Claims (17)

1.一种便携式医学成像系统，其包括：

可移动台，其包括具有第一端和第二端的c形臂，所述第一端和所述第二端相对于所述可移动台沿弧可移动；

探测器面板，其附接到所述可移动c形臂的所述第一端；

X射线束发射器，其面向所述探测器面板并且附接到所述c形臂的所述第二端，所述X射线束发射器包括准直器，所述准直器形成窗口，X射线束通过所述窗口朝向所述探测器面板发射，其中所述准直器被配置为在跨越所述弧的方向的横向方向上移动所述窗口；和

控制器，其被配置为通过所述准直器控制所述窗口的移动，以横向跨越所述探测器面板操控所述X射线束,

其中滤波器梯，其包括支撑结构和可移动细长条带，所述支撑结构连接到所述准直器，所述可移动细长条带可滑动地连接到所述支撑结构，所述滤波器梯另外包括多个X射线滤波器，每个所述X射线滤波器提供不同水平的X射线滤波并且附接到所述可移动细长条带；以及光源，其在与所述X射线滤波器间隔开的位置处附接到所述可移动细长条带，其中所述可移动细长条带被配置为跨越所述窗口可滑动以将所述X射线滤波器中不同的X射线滤波器和所述光源与所述窗口依序对准，所述光源被配置为在与所述窗口对准时朝向所述探测器面板投射可见光。

2.根据权利要求1所述的便携式医学成像系统，其中：

在所述X射线束发射器和所述探测器面板在沿所述弧的位置之间重复地移动所借助的多次成像扫描中的每次成像扫描之间，响应于指示所述多次成像扫描中的一次成像扫描完成的信号，所述控制器控制所述准直器以增量地移动所述窗口。

3.根据权利要求1所述的便携式医学成像系统，其中：

所述准直器定位在X射线源和所述探测器面板之间，并且包括：

第一对快门，其位于所述窗口的相对侧上，并且所述第一对快门各自具有在所述横向方向上形成所述窗口的相对边缘的边缘表面，所述第一对快门各自沿着沿所述横向方向延伸的相应轨道可滑动，以改变所述窗口的相对边缘的位置；和

第一对电动机组件，其被连接以沿所述第一对相对快门相应的轨道移动所述第一对相对快门中的相应快门；且

所述控制器控制所述第一对电动机组件以沿所述第一对快门相应的轨道定位所述第一对快门。

4.根据权利要求1所述的便携式医学成像系统，其中：

所述c形臂被配置为通过沿所述弧伸缩来改变长度，以改变连接的探测器面板和连接的x射线束发射器之间的沿所述弧的距离。

5.根据权利要求1所述的便携式医学成像系统，其中：

所述光源包括多个发光二极管，所述多个发光二极管被布置成将光束发射通过所述窗口，所述光束在位于所述X射线束发射器和所述探测器面板之间的目标物体上在视觉上指示一定尺寸的所述X射线束将可发射通过所述窗口。

6.根据权利要求1所述的便携式医学成像系统，其中：

所述光源包括多个激光装置，所述多个激光装置间隔开并且成角度以将光束共同发射通过所述窗口，所述光束在位于所述X射线束发射器和所述探测器面板之间的目标物体上在视觉上指示一定尺寸的所述X射线束将可发射通过所述窗口。

7.根据权利要求3所述的便携式医学成像系统，其中：在所述X射线束发射器和所述探测器面板在沿所述弧的间隔开的位置之间重复地移动所借助的多次成像扫描中的每次成像扫描之间，响应于指示所述成像扫描中的所述一次成像扫描完成的信号，所述控制器控制所述第一对电动机组件以沿所述第一对快门相应的轨道在所述横向方向上增量地移动所述第一对快门。

8.根据权利要求3所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器控制所述第一对电动机组件，以在成像扫描期间沿所述第一对快门相应的轨道在相同方向上连续地移动所述第一对快门，同时所述X射线束发射器和所述探测器面板在成像扫描期间在沿所述弧的间隔开的位置之间移动，以横向跨越所述探测器面板扫描所述X射线束。

9.根据权利要求3所述的便携式医学成像系统，其中：

所述准直器另外包括：

第二对快门，其位于所述窗口的相对侧上，相对于所述第一对快门偏离90度取向，所述第二对快门各自具有在所述弧的所述方向上形成所述窗口的相对边缘的边缘表面，所述第二对快门各自沿着沿所述弧的所述方向延伸的相应轨道可滑动；和

第二对电动机组件，其被连接以沿所述第二对相对快门相应的轨道移动所述第二对相对快门中的相应快门；且

所述控制器控制所述第二对电动机组件以沿所述第二对快门相应的轨道定位所述第二对快门。

10.根据权利要求7所述的便携式医学成像系统，其中：

响应于指示所述成像扫描中的所述一次成像扫描完成的所述信号，所述控制器控制所述第一对电动机组件以沿所述第一对快门相应的轨道在所述横向方向上使所述第一对快门增量地移动相同距离，以维持在所述窗口的所述相对边缘之间的恒定距离。

11.根据权利要求10所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器基于所述窗口的所述相对边缘之间的距离控制所述第一对电动机组件使所述第一对快门增量地移动的增量距离，以改变依序执行的成像扫描的数量，以横向跨越所述探测器面板增量地扫描所述X射线束。

12.根据权利要求11所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器确定在要在将要执行的下一次成像扫描中成像的目标区域中的所述X射线束的散射水平，并且控制所述第一对电动机组件以设定在所述窗口的所述相对边缘之间的所述距离，并且基于确定的所述散射水平控制所述第一对快门移动的增量距离。

13.根据权利要求12所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器响应于所述散射水平超过上限阈值而减小在所述窗口的所述相对边缘之间的所述距离，并且减小所述第一对快门移动的增量距离，以准备下一次成像扫描；且

所述控制器响应于所述散射水平小于下限阈值而增加在所述窗口的所述相对边缘之间的所述距离，并且增加所述第一对快门移动的增量距离，以准备下一次成像扫描。

14.根据权利要求8所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器确定在连续成像扫描期间接下来要成像的目标区域中的所述X射线束的散射水平，并且控制所述第一对电动机组件以设定在所述窗口的所述相对边缘之间的距离，并且基于确定的所述散射水平控制所述第一对快门的移动速度。

15.根据权利要求14所述的便携式医学成像系统，其中：

所述控制器响应于所述散射水平超过上限阈值而减小在所述窗口的所述相对边缘之间的所述距离，并且减小所述第一对快门的所述移动速度；且

所述控制器响应于所述散射水平超过所述上限阈值而增加在所述窗口的所述相对边缘之间的所述距离，并且增加所述第一对快门的所述移动速度。

16.根据权利要求4所述的便携式医学成像系统，其中：

在通过在沿所述弧的间隔开的位置之间移动所述X射线束发射器和所述探测器面板来执行圆柱形体积的成像扫描之前，所述控制器被配置为控制所述c形臂的伸缩移动以沿所述弧移动所述探测器面板和所述x射线束发射器中的至少一个，以改变所述探测器面板和所述x射线束发射器之间的距离并且径向移位在所述成像扫描期间成像的所述圆柱形体积。

17.根据权利要求16所述的便携式医学成像系统，另外包括：

平移装置，其将所述X射线束发射器安装到所述c形臂的所述第一端，并且被配置为沿轨条移动所述X射线束发射器；且

在通过在沿所述弧的间隔开的位置之间移动所述X射线束发射器和所述探测器面板来执行圆柱形体积的成像扫描之前，所述控制器被配置为控制所述平移装置以将所述X射线束发射器定位在所述方向上，以径向移位在所述成像扫描期间成像的所述圆柱形体积。

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