一种X射线口腔全景扫描装置及图像重建方法与流程

一种x射线口腔全景扫描装置及图像重建方法
技术领域
1.本发明属于医学影像领域，具体涉及一种x射线口腔全景扫描装置、图像获取及重建方法。


背景技术：

2.牙科全景片，又称曲面断层片，是指利用窄条形x光探测器沿患者面颊外部旋转获取的患者牙弓曲面层析图像。在牙科诊断中，全景图像对于牙科疾病的诊断有非常重要的作用。
3.市面上大多数全景扫描装置与ct(computed tomography)扫描装置都做成了一体的机器，共用x射线发射源、x射线探测器等部件。ct图像能为医生提供更丰富的三维信息，而全景图像能很方便地展示患者全牙列的形态，且全景拍摄通常能提供比ct更高的空间分辨能力，此外全景扫描对患者的辐射剂量通常只有ct扫描的10％
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20％，因此全景仍是主流的牙科诊断辅助手段之一。
4.现有的数字口腔全景扫描装置主要部件，x射线光源和探测器固定在一个水平旋转装置的两端，同时水平旋转装置的旋转中心可以在水平方向前后或左右平移。在进行扫描时，患者头部通过固定装置固定，光源及探测器在水平方向绕患者头部旋转，x射线从光源发出后穿过患者头部，经患者牙齿、骨头及软组织吸收衰减后照射到探测器上。探测器接收到x射线的强度信息，计算机处理单元通过美国专利us006049584a或中国专利cn105934201a所述的方法，合成一张包含患者全部牙及周围组织总影像的曲面层析图像。
5.这种全景的扫描方式如果需要包含全口牙齿、颞颌关节、全部上下颌骨，则对患者摆位及探测器竖直方向的尺寸有一定要求，而探测器又是成本较高的部件之一，其价格通常随着尺寸增大而增加。如果探测器尺寸只能勉强覆盖颞颌关节到下巴的高度，那么如果患者摆位稍有偏差，或者遇到某些脸型较长的患者，就很容易出现图像高度不足以覆盖所有有效信息的情况。


技术实现要素：

6.为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种x射线口腔全景扫描装置及图像重建方法，解决了患者摆位稍有偏差，或者遇到某些脸型较长的患者，就很容易出现图像高度不足以覆盖所有有效信息情况的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种x射线口腔全景扫描装置，包括底板，其特征在于：所述底板的顶部设置有立杆，所述立杆的表面设置有固定移动环，所述固定移动环的一侧设置有支撑板，所述支撑板的一端设置有头颅固定装置，所述立杆顶部的表面设置有顶部移动环，所述顶部移动环表面的一侧设置有支架，所述支架的一端设置有水平旋转装置，所述水平旋转装置的一端设置有固定安装架，所述固定安装架的一侧设置有x射线探测器，所述固定安装架的另一侧设置有连接柱，所述连接柱的底部设置有x射线发生器。
8.为配合上述装置的使用，现提供一种x射线口腔全景扫描装置的使用方法，包括以下步骤：
9.扫描过程中，x射线发生器持续发出x射线，x射线探测器持续接收x射线，此过程成为曝光，曝光过程中，水平旋转装置带动固定安装架进行持续旋转，而固定安装架的旋转中心沿水平方向运动，顶部移动环沿立杆上下运动。
10.上述部件同步运动，使得运动轨迹符合以下特征：
11.与一般的全景扫描仪一样，x射线发生器与x射线探测器之间的连线在水平方向扫过牙弓及牙槽骨所构成的类似半椭圆或抛物线的曲线，且与该曲线形成接垂直近(例如大于六十度)的角度。
12.在扫描过程中上下运动，在开始和结尾的阶段处于较高位置，使得x射线发生器与x射线探测器的上沿连线高于颞颌关节；中间阶段处于较低位置，使得x射线发生器与x射线探测器的下沿连线低于下颌骨。
13.为配合上述装置的使用，现提供一种x射线口腔全景图像合成方法，包括以下步骤：
14.设定好需要重建的虚拟曲面，该虚拟曲面大致模拟出患者牙弓的形状。
15.对于虚拟曲面上的每一个像素点c，通过几何关系计算出所有拍摄到该点的投影帧的集合s，为方便描述，示意图不是一般地中展示了集合s中的其中两帧，以下描述中的字母下标1和2分别对应图例中的两个投影帧。
16.对于集合s中的每一个投影帧，设x射线源的位置为e，计算出e和c所连成的直线与该帧探测器所在平面的交点在探测器上的位置，也就是c点在探测器上的投影p。
17.把集合中的所有投影点p的值按一定的规则加权平均则得到像素点c的值。
18.关于如何设定需要重建的虚拟曲面，根据大量样本统计结果及患者基本信息确定，也可以设定多个虚拟曲面，甚至设定一个有一定厚度的三维容积，重建后再根据需要选取出一定层厚的曲面。
19.关于如何找出集合s，以及如何计算出c点在探测器上投影的位置，典型的方法是通过各个部件在每一帧的几何位姿，计算出三维转换及三维投影矩阵，然后用c点的坐标通过三维转换矩阵计算出其在探测器上的投影坐标。
20.关于把所有c点投影值加权求和如何确定每一帧的权重，可以通过x射线与平板之间的角度、x射线与牙弓曲面的角度、机架移动速度等信息计算出权重。
21.图像重建方法与一般的全景图像重建方法的区别在于：
22.最后呈现的图像的有效范围并非长方形或近似长方形，而是两边高、中间低的弯曲带状，图像每一列的高度与x射线源和探测器组成的子系统在扫描到该列时的高度正相关，使得虽然图像有效边缘不是长方形，但有效范围内并不会因为射线源与探测器的上下移动而发生形变，图像的左右两侧较高，包含颞颌关节及下颌骨两侧的下端，但不保证能覆盖锁骨等非重要信息，图像的中间包含下颌骨中间部分的下沿及上颌窦、下鼻甲等，但不保证包含下眼眶等非重要部位。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.x射线发生器和x射线探测器在曝光的开始和结尾的阶段处于较高位置，使得x射线发生器与x射线探测器的上沿连线高于颞颌关节；中间阶段处于较低位置，使得x射线发
生器与x射线探测器的下沿连线低于下颌骨，这样可以用竖直方向尺寸更小的探测器覆盖更多的有效部位，节省探测器成本，减少对非重要部位的辐射，降低患者接收到的剂量，降低摆位难度，可以较容易同时覆盖颞颌关节及全部下颌骨。
附图说明
25.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1为本发明的第一种立体结构图；
27.图2为本发明的第二种立体结构图；
28.图3为本发明的第三种立体结构图；
29.图4为本发明的图像重建方法示意图；
30.图5为一般全景片示意图；
31.图6为本发明的全景片示意图。
32.图中：1底板；4限位凸块；5立杆；6固定移动环；7顶部移动环；10支撑杆；11支架；14圆形支撑板；15固定安装架；17支撑板；21固定架；25x射线探测器；26x射线发生器；27连接柱；28弧形固定海绵块。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1
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6，本发明提供以下技术方案：一种x射线口腔全景扫描装置，包括底板1，底板1的顶部设置有立杆5，立杆5的表面设置有固定移动环6，固定移动环6的一侧设置有支撑板17，支撑板17的一端设置有头颅固定装置，立杆5顶部的表面设置有顶部移动环7，顶部移动环7表面的一侧设置有支架11，支架11的一端设置有水平旋转装置，水平旋转装置的一端设置有固定安装架15，固定安装架15的一侧设置有x射线探测器25，固定安装架15的另一侧设置有连接柱27，连接柱27的底部设置有x射线发生器26。
35.扫描过程中，x射线发生器26持续发出x射线，x射线探测器25持续接收x射线，此过程成为曝光，曝光过程中，水平旋转装置带动固定安装架15进行持续旋转，而固定安装架15的旋转中心沿水平方向运动，顶部移动环7沿立杆5上下运动。
36.上述部件同步运动，使得运动轨迹符合以下特征：
37.与一般的全景扫描仪一样，x射线发生器26与x射线探测器25之间的连线在水平方向扫过牙弓及牙槽骨所构成的类似半椭圆或抛物线的曲线，且与该曲线形成较大例如大于六十度的角度。
38.在扫描过程中上下运动，在开始和结尾的阶段处于较高位置，使得x射线发生器26与x射线探测器25的上沿连线高于颞颌关节；中间阶段处于较低位置，使得x射线发生器26与x射线探测器25的下沿连线低于下颌骨。
39.为配合上述装置的使用，现提供一种x射线口腔全景图像合成方法，包括以下步
骤：
40.设定好需要重建的虚拟曲面，该虚拟曲面大致模拟出患者牙弓的形状。
41.对于虚拟曲面上的每一个像素点c，通过几何关系计算出所有拍摄到该点的投影帧的集合s，为方便描述，示意图不是一般地中展示了集合s中的其中两帧，以下描述中的字母下标1和2分别对应图例中的两个投影帧。
42.对于集合s中的每一个投影帧，设x射线源的位置为e，计算出e和c所连成的直线与该帧探测器所在平面的交点在探测器上的位置，也就是c点在探测器上的投影p。
43.把集合中的所有投影点p的值按一定的规则加权平均则得到像素点c的值。
44.关于如何设定需要重建的虚拟曲面，根据大量样本统计结果及患者基本信息确定，也可以设定多个虚拟曲面，甚至设定一个有一定厚度的三维容积，重建后再根据需要选取出一定层厚的曲面。
45.关于如何找出集合s，以及如何计算出c点在探测器上投影的位置，典型的方法是通过各个部件在每一帧的几何位姿，计算出三维转换及三维投影矩阵，然后用c点的坐标通过三维转换矩阵计算出其在探测器上的投影坐标。
46.关于把所有c点投影值加权求和如何确定每一帧的权重，可以通过x射线与平板之间的角度、x射线与牙弓曲面的角度、机架移动速度等信息计算出权重。
47.图像重建方法与一般的全景图像重建方法的区别在于：
48.最后呈现的图像的有效范围并非如图5所示长方形或近似长方形，而是如图6所示两边高、中间低的弯曲带状，图像每一列的高度与x射线源和探测器组成的子系统在扫描到该列时的高度正相关，使得虽然图像有效边缘不是长方形，但有效范围内并不会因为射线源与探测器的上下移动而发生形变，图像的左右两侧较高，包含颞颌关节及下颌骨两侧的下端，但不保证能覆盖锁骨等非重要信息，图像的中间包含下颌骨中间部分的下沿及上颌窦、下鼻甲等，但不保证包含下眼眶等非重要部位。
49.本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，头颅固定装置也装载在立柱上，可以竖直方向运动，但与顶部支架完全独立，头颅固定装置上装有颌拖、鬓角夹等部件，用于定位及固定患者头部，增加头颅的稳定性，防止在扫描时，人的头颅发生晃动，导致影响扫描的结果，当固定好后，使x射线发生器26持续发出x射线，x射线探测器25持续接收x射线，从而进行曝光，本装置中所有用电设备均通过外接电源进行供电。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。