IT201900002910U1

IT201900002910U1 - EQUIPMENT FOR THE ACQUISITION OF VOLUMETRIC CBCT RADIOGRAPHIES

Info

Publication number: IT201900002910U1
Application number: IT202019000002910U
Authority: IT
Inventors: Martino Fasoli; Simone Chiampan
Original assignee: Cefla Soc Cooperativa
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-02

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

per modello di utilità avente per titolo: by utility model having as title:

APPARATO PER L’ACQUISIZIONE DI RADIOGRAFIE VOLUMETRICHE APPARATUS FOR THE ACQUISITION OF VOLUMETRIC RADIOGRAPHIES

CBCT CBCT

[001] La presente invenzione riguarda un apparato radiografico extraorale che permette di acquisire immagini volumetriche 3D. In particolare, l’invenzione riguarda una particolare combinazione tra un supporto paziente in grado di muoversi nei tre assi dello spazio e un sensore di raggi X di dimensioni ridotte. [001] The present invention relates to an extraoral radiographic apparatus which allows to acquire 3D volumetric images. In particular, the invention relates to a particular combination of a patient support capable of moving in the three axes of space and a small size X-ray sensor.

[002] In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione nei tomografi computerizzati utilizzati nel settore odontoiatrico, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. [002] In particular, the present invention finds advantageous, but not exclusive application in computerized tomographs used in the dental field, to which the following description will make explicit reference without thereby losing generality.

[003] I tomografi computerizzati a gantry passante con paziente sdraiato, utilizzati in ambito odontoiatrico e non, sono del tipo comprendente un telaio, su cui è montata una barella per sostenere un paziente disteso, ed un gruppo sorgente-rivelatore di raggi X atto a ruotare attorno ad un’area anatomica di analisi, per acquisire una pluralità di immagini grezze di una particolare zona anatomica di interesse del paziente, per esempio la testa, le estremità, o porzioni della colonna vertebrale. [003] Computed tomographs with pass-through gantry with lying patient, used in the dental field and not, are of the type comprising a frame, on which a stretcher is mounted to support a lying patient, and an X-ray source-detector unit suitable for rotate around an anatomical area of analysis, to acquire a plurality of raw images of a particular anatomical area of interest of the patient, for example the head, the extremities, or portions of the vertebral column.

[004] Preferibilmente, ma non necessariamente, la tecnica utilizzata è quella della radiografia volumetrica a fascio conico (nota anche come CBCT o 3D), cioè l’acquisizione da diversi angoli di proiezione di una serie di immagini radiografiche bidimensionali che verranno elaborate in una fase post-acquisizione per ricostruire dei volumi tridimensionali. [004] Preferably, but not necessarily, the technique used is that of conical beam volumetric radiography (also known as CBCT or 3D), i.e. the acquisition from different projection angles of a series of two-dimensional radiographic images that will be processed in a post-acquisition phase to reconstruct three-dimensional volumes.

[005] Preferibilmente, ma non necessariamente, la tecnica utilizzata è quella della radiografia volumetrica a fascio conico (nota anche come CBCT o 3D), cioè l’acquisizione da diversi angoli di proiezione di una serie di immagini radiografiche bidimensionali che verranno elaborate in una fase post-acquisizione per ricostruire dei volumi tridimensionali. [005] Preferably, but not necessarily, the technique used is that of conical beam volumetric radiography (also known as CBCT or 3D), i.e. the acquisition from different projection angles of a series of two-dimensional radiographic images that will be processed in a post-acquisition phase to reconstruct three-dimensional volumes.

[006] Il tomografo comprende, inoltre, un’unità di controllo collegata con il gruppo sorgente-rivelatore per comandare l’emissione e ricezione del fascio in modo sincrono con la rotazione del braccio, ed un’unità di elaborazione collegata con il rivelatore per ricevere, memorizzare ed elaborare le immagini bidimensionali acquisite per diverse posizioni angolari del supporto rotante, in modo da poter ricostruire immagini delle porzioni anatomiche desiderate. La unità di elaborazione è dotata di un monitor per permettere la visualizzazione delle immagini ricostruite. [006] The tomograph also comprises a control unit connected to the source-detector unit to control the emission and reception of the beam synchronously with the rotation of the arm, and a processing unit connected to the detector for receiving, storing and processing the two-dimensional images acquired for different angular positions of the rotating support, so as to be able to reconstruct images of the desired anatomical portions. The processing unit is equipped with a monitor to allow viewing of the reconstructed images.

[007] Come detto, tipicamente l’apparato comprende un lettino su cui viene fatto sdraiare il paziente per acquisire le immagini e un gantry che contiene il gruppo sorgente-rivelatore (o sensore) di raggi X. Il lettino è dotato di una barella che può scorrere dentro e fuori dal gantry stesso, in modo da poter acquisire diverse zone anatomiche di un paziente. Tipicamente il paziente viene fatto sdraiare sulla barella del lettino mentre questa si trova in una posizione estratta dal gantry; dopo di che, una volta alzata/abbassata o mossa lateralmente la barella in modo da portarla in corrispondenza del foro del gantry, la barella viene fatta scorrere dentro il gantry fino ad una posizione adeguata per eseguire la specifica indagine radiografica, e l’acquisizione delle immagini può avere inizio. L’acquisizione ha luogo mentre la sorgente e il rivelatore di raggi X ruotano intorno al paziente. Una volta terminata l’acquisizione, la barella viene nuovamente estratta dal gantry e il paziente può così alzarsi in piedi per essere dimesso. [007] As mentioned, typically the apparatus comprises a bed on which the patient is made to lie down to acquire the images and a gantry that contains the X-ray source-detector (or sensor) unit. The bed is equipped with a stretcher that it can slide in and out of the gantry itself, so that different anatomical areas of a patient can be acquired. Typically the patient is made to lie down on the stretcher of the bed while this is in a position extracted from the gantry; after which, once the stretcher has been raised / lowered or moved sideways so as to bring it in correspondence with the gantry hole, the stretcher is made to slide inside the gantry to a suitable position to perform the specific radiographic investigation, and the acquisition of the pictures can begin. The acquisition takes place while the source and the X-ray detector rotate around the patient. Once the acquisition is complete, the stretcher is again extracted from the gantry and the patient can thus stand up to be discharged.

[008] US06619839 di Morita descrive un apparato radiografico extraorale in cui il supporto paziente è previsto nella forma di una poltrona. Tale poltrona costituisce un dispositivo di posizionamento di un oggetto da radiografare; l’apparato comprende mezzi di movimentazione per muovere l’oggetto da radiografare lungo i tre assi dello spazio rispetto al sistema rigido sorgente-rivelatore di raggi X sulla base dell’acquisizione di almeno una immagine scout. US06619839 by Morita discloses an extraoral radiographic apparatus in which the patient support is provided in the form of a chair. This chair constitutes a device for positioning an object to be radiographed; the apparatus includes handling means to move the object to be X-rayed along the three axes of space with respect to the rigid X-ray source-detector system based on the acquisition of at least one scout image.

[009] EP1972277A1 della medesima richiedente rivela un apparato radiografico extraorale dotato di un lettino su cui il paziente è sdraiato. Anche in questo caso l’apparato comprende mezzi di movimentazione per muovere l’oggetto da radiografare lungo i tre assi dello spazio rispetto al sistema rigido sorgente-rivelatore di raggi X sulla base dell’acquisizione di almeno una immagine scout. [009] EP1972277A1 by the same applicant discloses an extraoral radiographic apparatus equipped with a bed on which the patient is lying. Also in this case the apparatus includes handling means to move the object to be X-rayed along the three axes of space with respect to the rigid X-ray source-detector system based on the acquisition of at least one scout image.

[010] Un inconveniente dell’arte nota è che il componente di maggior costo di un apparato radiografico extraorale è dato dal pannello sensore di raggi X. Più il pannello sensore è grande e maggiore è il costo del pannello stesso. [010] A drawback of the known art is that the most expensive component of an extraoral radiographic apparatus is given by the X-ray sensor panel. The larger the sensor panel is, the higher the cost of the panel itself.

[011] Quindi a parità di volume inquadrato (Field of View, FOV) più si riesce a ridurre le dimensioni del pannello più si contiene il costo dell’apparato radiografico. [011] Therefore, with the same framed volume (Field of View, FOV), the more you can reduce the size of the panel, the lower the cost of the radiographic equipment.

[012] Scopo della presente invenzione è fornire un apparato radiografico extraorale con un costo contenuto grazie alla presenza di un sensore di raggi X di dimensioni più ridotte. Tali dimensioni più ridotte sono rese possibili dal fatto che il supporto paziente può muoversi nei tre assi dello spazio. [012] The object of the present invention is to provide an extraoral radiographic apparatus with a low cost thanks to the presence of a smaller size X-ray sensor. Such smaller dimensions are made possible by the fact that the patient support can move in the three axes of space.

[013] Lo scopo dell’invenzione è ottenuto con un apparato secondo le caratteristiche delle rivendicazioni indipendenti. Forme realizzative vantaggiose e affinamenti sono specificati nelle rivendicazioni dipendenti da queste. [013] The purpose of the invention is achieved with an apparatus according to the characteristics of the independent claims. Advantageous embodiments and refinements are specified in the claims dependent thereon.

[014] In particolare, la presente invenzione presenta un lettino e un gantry dotato di un pannello sensore di 30 cm x 30 cm che, in combinazione con i movimenti nei tre assi dello spazio del supporto paziente stesso, permette di acquisire FOV con diametro D fino a 29 cm x lunghezze che variano da 5 cm fino ad acquisire l’intera colonna vertebrale utilizzando acquisizione multiple. La barella del lettino complessivamente può essere mossa lungo il proprio asse longitudinale di 150 cm, mentre lateralmente può essere mossa fino a 21 cm. La barella presenta un’escursione verticale di circa 40 cm. [014] In particular, the present invention presents a couch and a gantry equipped with a sensor panel of 30 cm x 30 cm which, in combination with the movements in the three axes of the space of the patient support itself, allows to acquire FOV with diameter D up to 29cm x lengths ranging from 5cm to acquire the entire spine using multiple acquisitions. The stretcher of the bed can be moved along its longitudinal axis by 150 cm, while laterally it can be moved up to 21 cm. The stretcher has a vertical excursion of about 40 cm.

[015] Un primo vantaggio della combinazione pannello sensore e lettino mobile nei tre assi dello spazio secondo la presente invenzione consiste nel ridurre il costo della macchina, in quanto in questo modo è possibile inquadrare le stesse porzioni anatomiche con un pannello sensore di dimensioni sensibilmente inferiori. Per confronto, per ottenere immagini come quelle acquisite con la presente invenzione, ma con un supporto paziente non in grado di muoversi anche lateralmente, sarebbe necessario utilizzare un sensore con dimensioni tali da determinare un FOV di almeno 50 cm, con un aumento esponenziale dei costi del pannello sensore, e di conseguenza dell’apparato radiografico. [015] A first advantage of the sensor panel and mobile bed combination in the three axes of space according to the present invention consists in reducing the cost of the machine, since in this way it is possible to frame the same anatomical portions with a sensor panel of significantly smaller dimensions . For comparison, to obtain images like those acquired with the present invention, but with a patient support not able to move even laterally, it would be necessary to use a sensor with dimensions such as to determine a FOV of at least 50 cm, with an exponential increase in costs. of the sensor panel, and consequently of the radiographic apparatus.

[016] Un secondo vantaggio consiste nel centrare meglio i volumi anatomici e quindi irradiare porzioni meno ampie, evitando di causare un danno biologico inutile al paziente. [016] A second advantage consists in better centering the anatomical volumes and therefore irradiating smaller portions, avoiding causing unnecessary biological damage to the patient.

[017] Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione sono descritte nella seguente descrizione, in cui forme realizzative esemplificative sono spiegate in dettaglio sulla base dei disegni: Further advantages and features of the present invention are described in the following description, in which exemplary embodiments are explained in detail based on the drawings:

Figura 1 Vista assonometrica dell’apparato radiografico secondo la presente invenzione, con lettino mostrato in posizione estratta; Figure 1 Axonometric view of the radiographic apparatus according to the present invention, with the couch shown in the extracted position;

Figura 2 Vista assonometrica dell’apparato radiografico secondo la presente invenzione, con lettino mostrato in posizione inserita fino a fine corsa; Figura 3 Vista schematica di un paziente di cui si acquisisce la spalla sinistra; Figure 2 Axonometric view of the radiographic apparatus according to the present invention, with the table shown in the inserted position up to the end of the stroke; Figure 3 Schematic view of a patient whose left shoulder is acquired;

Figura 4 Vista schematica di un paziente di cui si acquisisce la colonna vertebrale. Figure 4 Schematic view of a patient whose spine is acquired.

[018] Nella Figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un apparato radiografico extraorale che comprende un supporto 2 per il posizionamento di un paziente in posizione sdraiata e un gantry 3 che comprende a sua volta una sorgente e un rivelatore di raggi X (non mostrati). [018] In Figure 1, 1 indicates as a whole an extraoral radiographic apparatus which comprises a support 2 for positioning a patient in a lying position and a gantry 3 which in turn includes a source and an X-ray detector ( not shown).

[019] Nella Figura 1, inoltre, sono rappresentate tre doppie frecce (X, Y e Z) che mostrano il movimento della barella 6 nelle tre direzioni dello spazio: longitudinale Y di estrazione/inserimento nel gantry 3, laterale X (destra/sinistra) in senso ortogonale alla direzione longitudinale, e verticale Z nel senso di alzare/abbassare la barella rispetto al piano del pavimento. [019] Figure 1 also shows three double arrows (X, Y and Z) which show the movement of the stretcher 6 in the three directions of the space: longitudinal Y for extraction / insertion in gantry 3, lateral X (right / left ) orthogonal to the longitudinal direction, and vertical Z in the sense of raising / lowering the stretcher with respect to the floor level.

[020] Detto supporto paziente 2 comprende un basamento 7 appoggiato al pavimento e solidale al gantry 3; e una barella 6 mobile rispetto al basamento: il paziente si adagia su detta barella 6. Opzionalmente è previsto un dispositivo 4 regolabile per l’immobilizzazione della testa del paziente, che viene fissato a detta barella 6. [020] Said patient support 2 comprises a base 7 resting on the floor and integral with the gantry 3; and a stretcher 6 movable with respect to the base: the patient rests on said stretcher 6. Optionally, an adjustable device 4 is provided for the immobilization of the patient's head, which is fixed to said stretcher 6.

[021] Detto gantry 3 comprende un monitor 5 per visualizzare le immagini del paziente o un pannello di istruzioni. [021] Said gantry 3 comprises a monitor 5 for displaying patient images or an instruction panel.

[022] Nella Figura 2 sono presenti i medesimi elementi mostrati nella Figura 1. [022] In Figure 2 there are the same elements shown in Figure 1.

[023] Nelle due Figure la barella 6 è mostrata nelle sue due posizioni estreme: nella Figura 1 la barella 6 è mostrata nella sua posizione completamente estratta, mentre nella Figura 2 la barella 6 è mostrata nella sua posizione inserita nel gantry 3 fino al suo fine corsa. Il confronto tra la Figura 1 e la Figura 2 permette di apprezzare il movimento longitudinale lungo l’asse Y della barella 6 stessa che scorre dentro il foro passante 10 del gantry. [023] In the two Figures the stretcher 6 is shown in its two extreme positions: in Figure 1 the stretcher 6 is shown in its fully extracted position, while in Figure 2 the stretcher 6 is shown in its position inserted in the gantry 3 up to its end of stroke. The comparison between Figure 1 and Figure 2 allows you to appreciate the longitudinal movement along the Y axis of the stretcher 6 itself that slides inside the through hole 10 of the gantry.

[024] La Figura 3 e la Figura 4 permettono di illustrare i vantaggi che si ottengono con la presente invenzione. [024] Figure 3 and Figure 4 allow to illustrate the advantages which are obtained with the present invention.

[025] La Figura 3 mostra una acquisizione 9 della spalla sinistra di un paziente 8 che è sdraiato sulla barella 6, che in questo caso è stato traslato lateralmente (sull’asse X) di circa 20 cm rispetto alla posizione centrata della barella stessa in relazione al foro passante 10 del gantry. [025] Figure 3 shows an acquisition 9 of the left shoulder of a patient 8 who is lying on the stretcher 6, which in this case has been translated laterally (on the X axis) by about 20 cm with respect to the centered position of the stretcher itself in relation to the through hole 10 of the gantry.

[026] È bene notare che il FOV viene generato sempre concentrico all’asse di rotazione del sistema sorgente/rivelatore, indipendentemente dal diametro del volume che si desidera acquisire. Di conseguenza, il FOV è coassiale al foro passante 10 del gantry 3. [026] It should be noted that the FOV is always generated concentric to the rotation axis of the source / detector system, regardless of the diameter of the volume to be acquired. Consequently, the FOV is coaxial to the through hole 10 of gantry 3.

[027] Secondo la presente invenzione, viene irraggiata soltanto la porzione 9 indicata in grigio nell’immagine, risparmiando quindi le strutture anatomiche adiacenti. [027] According to the present invention, only the portion 9 indicated in gray in the image is irradiated, thus sparing the adjacent anatomical structures.

[028] Invece, in un apparato radiografico TAC a fascio spirale questo generalmente non viene attuato, e per inquadrare campi di vista disassati si utilizzano rivelatori di ampie dimensioni, irraggiando anche porzioni del paziente che in realtà non si desiderano acquisire. Nell’esempio della Figura 3, entrambe le spalle (sinistra e destra) del paziente 8 verrebbero irraggiate e acquisite, somministrando al paziente una dose di raggi parzialmente inutile. [028] On the other hand, in a spiral beam CT radiographic apparatus this is generally not carried out, and large detectors are used to frame misaligned fields of view, also irradiating portions of the patient that in reality it is not desired to acquire. In the example of Figure 3, both shoulders (left and right) of patient 8 would be irradiated and acquired, giving the patient a partially useless dose of rays.

[029] La Figura 4 invece illustra il principio delle acquisizioni multiple. La richiedente ha depositato la domanda di brevetto EP2868275A1, che permette di eseguire una procedura di stitching di immagini radiografiche acquisite in almeno due subacquisizioni di volumi più piccoli, sommandoli in modo da ottenere una radiografia di dimensioni più grandi. [029] Figure 4 instead illustrates the principle of multiple acquisitions. The applicant has filed the patent application EP2868275A1, which allows to perform a stitching procedure of radiographic images acquired in at least two sub-acquisitions of smaller volumes, adding them in order to obtain a larger radiograph.

[030] Nell’esempio della Figura 4, sono state sommate più subacquisizioni, traslando la barella 6 in senso longitudinale per un numero di volte pari alla lunghezza della porzione anatomica che si desidera acquisire diviso per i 17 cm di altezza del FOV. Nella pratica, per acquisire la colonna vertebrale di un paziente adulto nella sua interezza, sono necessarie almeno quattro-cinque subacquisizioni successive che vengono poi sommate post-acquisizione. [030] In the example of Figure 4, several sub-acquisitions have been added up, translating the stretcher 6 longitudinally for a number of times equal to the length of the anatomical portion to be acquired divided by the 17 cm height of the FOV. In practice, to acquire the spine of an adult patient in its entirety, at least four to five successive sub-acquisitions are required, which are then added up post-acquisition.

[031] Il movimento laterale (destra/sinistra) della barella 6 è ottenuto implementando un sistema di motoriduttore con trasmissione a pignone/cremagliera in modo da azionare un carro sul quale viene fissata la barella 6 stessa. Tale sistema meccanico, essendo al di fuori della zona di irraggiamento, non richiede particolari cautele per mitigare la radiopacità dei componenti. [031] The lateral movement (right / left) of the stretcher 6 is obtained by implementing a gearmotor system with rack / pinion transmission so as to drive a carriage on which the stretcher 6 itself is fixed. This mechanical system, being outside the irradiation area, does not require particular precautions to mitigate the radiopacity of the components.

[032] Nella pratica, il paziente viene fatto accomodare sulla barella 6 e questa viene inserita nel gantry 3 andando a centrare la parte anatomica desiderata in modo grossolano tramite indicatori laser. Dopo di che vengono acquisite alcune immagini scout (tipicamente frontale e laterale) che permettono di capire se l’area anatomica desiderata sia correttamente inquadrata all’interno del FOV. Sulla base di queste immagini scout viene effettuata la centratura fine del paziente eseguendo piccoli aggiustamenti nei tre assi dello spazio (X, Y e Z), anche da remoto, senza necessità di ripetere l’acquisizione delle scout. Dopo di che la scansione può essere effettuata. [032] In practice, the patient is made to sit on the stretcher 6 and this is inserted into the gantry 3 going to roughly center the desired anatomical part by means of laser indicators. After which some scout images are acquired (typically frontal and lateral) which allow to understand if the desired anatomical area is correctly framed within the FOV. On the basis of these scout images, the patient is fine-tuned by making small adjustments in the three axes of space (X, Y and Z), even remotely, without the need to repeat the acquisition of the scouts. After that the scan can be performed.

1 apparato radiografico extraorale 1 extraoral radiographic apparatus

2 lettino 2 cot

3 gantry 3 gantry

4 dispositivo per l’immobilizzazione della testa 4 head immobilization device

5 monitor 5 monitors

6 barella 6 stretcher

7 basamento 7 base

8 paziente 8 patient

9 area di indagine 9 survey area

10 foro passante del gantry 10 through hole of the gantry

Claims

CLAIMS 1. X-ray apparatus (1) comprising a gantry (3) with a through hole (10) comprising an X-ray generator and sensor panel, and a patient support (2) comprising a stretcher (6), which stretcher is mounted on a support that can be moved relative to said gantry (3) according to at least one degree of freedom characterized in that said stretcher (6) is supported movable along the three axes (X, Y and Z) of the space in a way corresponding to the anatomical area of the patient to be acquired, while the FOV is always concentric to the through hole (10) of said gantry ( 3).

Radiographic apparatus (1) according to claim 1, wherein the positioning of the stretcher (6) supporting the patient (8) is performed in two steps: - Coarse positioning by laser pointers; - Fine positioning through scout acquisitions, preferably two scout acquisitions, one front and one side; the said positioning of the patient taking place thanks to the movement of the stretcher (6) in the three axes (X, Y, and Z) in the three axes of space.

Radiographic apparatus (1) according to claim 1 or 2, in which a radiograph of greater dimensions than the dimensions of the sensor panel is acquired by carrying out at least two sub-acquisitions which are added together using a stitching procedure of said sub-acquisitions; the stretcher (6) being repositioned between one sub-acquisition and the other in order to cover the entire anatomical area that you want to acquire.

4. X-ray apparatus (1) according to one of the preceding claims, in which the movement of the stretcher along the X axis occurs by means of a gearmotor system with rack / pinion transmission so as to drive a carriage on which the stretcher is fixed (8 ) itself.

Radiographic apparatus (1) according to one of the preceding claims, in which the stretcher (6) of the patient support (2) is provided with: - an excursion along its longitudinal axis (Y) equal to 150 cm; - a lateral excursion (X) up to 21 cm; - a height excursion (Z) of about 40 cm.