低剂量数字X射线影像方舱制造技术

本发明专利技术公开了一种低剂量数字X射线影像方舱，涉及一种基于压缩感知的三维CT图像重建模型。采样可以将时间和空间上连续的信号转变为在时间和空间上离散的一组数值序列，利用Nyquist‑Shannon采样定理进行采样，当采样频率大于2倍(实际应用中常设为5～10倍)原始信号最高频率时，可以完整保留原始信号中的所有信息。压缩感知技术的出现可以在保证CT重建质量的前提下，尽可能地降低采样频率，以达到减少辐射剂量的目的。

Low dose X digital X-ray imaging module

The invention discloses a low dose of X digital X-ray imaging module, relates to a model of 3D CT image reconstruction based on compressed sensing. Sampling can be time and space for continuous signal changes in time and space on a set of discrete numerical sequence, were sampled by the Nyquist sampling theorem Shannon, when the sampling frequency is more than 2 times (in the practical application of standing is 5 ~ 10 times) the highest frequency of the original signal, can retain all the information in the original signal in order to complete. The emergence of compressed sensing technology can reduce the sampling frequency as much as possible under the premise of guaranteeing the quality of CT reconstruction, so as to reduce the radiation dose.

【技术实现步骤摘要】
低剂量数字X射线影像方舱
本专利技术涉及一种医疗器械设备，更具体地说，本专利技术涉及一种低剂量数字X射线影像方舱。
技术介绍
代战争的残酷性、军事任务的特殊性、灾害救助的多发性，对伤病员快速救治提出了更高要求。当前，我军各级卫勤保障单位必须依托以新装备，提供快速、安全的救治。要使战时或非军事任务卫勤保障达到这样的能力，当务之急是要让新一代卫勤装备与实战保障需求“无缝链接”。近年来，我军卫勤装备系统数字化、信息化水平不断提高，野战方舱、医院船、列车医院等一批先进的卫勤装备相继问世，实现了野战机动医院与全军中心医院互联互通、远程会诊，对部队恢复、保持和提高战斗力起到了重要功效。但是，作为卫勤装备中重要的检查工具——X射线诊断车，现有装备却无法满足对伤员的急救需求。特别是野战或救灾过程中，对于颅脑损伤的快速诊断和紧急救治，现有X射线诊断车只能提供二维透视图像，无法提供三维结构成像，不仅不利于准确诊断，而且也不利于治疗中病灶的三维空间准确定位。此外现有的XCY2002-1/200型野战X线诊断车中的X射线探测系统仍旧采用拍片模式，没有采用数字化探测器，严重降低了系统的工作效率。此种X线诊断车的供电系统仍旧采用380V电源，需依靠外接30kW电站挂车为其供电，在暴雨天气增加漏电危险，同时也不利于野外艰苦条件运输。再者，在手术中，可能需要多种多样的可用仪器和假体来治疗患者。在一些应用中，紧急性可以是高的。例如，当治疗炸伤的军人时，伤情通常严重且需要尽快处理。此外，在军事和非军事应用中，执业医师均可能执行要求使用工具和/或替换假体的手术。这些执业者可能受限于空间、或者可以被带入现场的装备的数量及类型。要跟上现代战争和灾害救助的快节奏，以及满足伤员救治的更高需求，我军需要具有更佳性能的医疗野战装备，其中可提供多模成像功能的X射线医学影像方舱将会极大提高卫勤保障的能力。
技术实现思路
针对以上情况，拟研制一辆新型X射线医学影像方舱，该方舱不仅可提供传统的X射线透视图像和常规摄片，其还可以提供CT影像信息，可对全身任何部位进行快速的三维结构成像并能提供3D打印，其将替代对发送或贮存大量的手术仪器及定制的修复体的需求。这可以减少到手术场所的运送成本、以及减少创建手术的修复植入物或工具的时间。本专利技术主要解决的是利用压缩感知理论克服欠采样导致重建效果不理想的不足，为低剂量CT成像提供了一种方法，从而尽可能地降低CT检查中患者所接受的辐射剂量。由于锥束CT的探测器通常为平板探测器，相较于二维CT，其探测器数量呈现几何倍数的增长，三维重建图像的数据量也相应增加，因而导致该算法中涉及相应观测矩阵的计算量激增，计算时间大大加长。利用不同投影角度，不同探测器条件下CT投影方式互不相关的特性，我们对涉及观测矩阵的运算进行并行处理，大大缩短了该迭代算法运算所需要的时间，同时解决了观测矩阵过大，难以存储的问题，降低了系统资源占有率。本专利技术主要提供用于生产适合于手术程序的工具和/或假体的装置及过程。本专利技术提供一种具有三维(3D)打印能力的影像方舱，其将替代对发送或贮存大量的手术仪器及定制的修复体的需求。这可以减少到手术场所的运送成本、以及减少创建手术的修复植入物或工具的时间。方舱可以包含扫描仪、计算机、3D打印机及用于打印手术仪器或假体的原材料。因而本专利技术克服了当可以在现场快速打印医疗设备、仪器和假体时，对运送和/或在医疗设施处储存大量的医疗设备、仪器和假体的需求。本设备及方法将允许只需3D快运打印即可快速构建移动手术中心。本专利技术的方法及设备将允许直接虚拟私人网络(VPN)图像共享，以使在现场的医生可以接收图像，并且与其他医师合作来协助他们获取适当的植入物/假体以及针对特定手术的疑难解决设计。因为多种困难的外伤情况通常表现在其自身处于具挑战性的位置中(如，在军事行动的战场或战区上)，所以这是非常有益的。本专利技术的设备及方法有助于对患者提供最高标准的护理。本专利技术的设备及方法也可以访问储存与医疗设备、仪器和假体相关的信息的数据库。其也可以具有以扫描和打印方法在现场做出定制的植入物并且在需要时创建能够帮助患者的救生和治疗设备的能力。通过全部这些特性，本公开可以减少必要的手术装备的运送重量，减少救生医疗可植入设备的最后植入的时间，以及在数小时内创建手术室。原材料可以通过预包装的专有方式来供应和递送。为易于描述，本专利技术中所使用的术语“假体”和“多个假体”用于指示植入物的类型、骨替换物、组织替换物、假体或甚至可以在设备中且以本公开的方法而设计及创建的整个器官。因而，如在本专利技术中所用的，术语“假体”可指示定制的面部植入物(骨或软组织植入)，面部骨折及修复，小耳畸形支架，眼假体，鼻假体，上颌假体，腭假体，中隔假体，颅顶假体，下颌骨替换物(骨移植打印物)，上颌骨替换物，定制的软组织植入物(身体的全部区域包括但不限于气道支架、血管支架、移植、经皮或手术血管闭塞设备)，手/肢体植入物/假体，关节替换物(如腕/指的小关节)，大关节替换物(如，髋、膝、肩)，脊柱体替换物，长骨替换物(股骨、胫骨、腓骨、桡骨、尺骨、肱骨)，胸腔替换物，骨盆缺损修复，大关节替换物，不可植入的修复体(如，指、其它附属体、四肢、矫正物或充填体)，其组合，或其它适合的植入物。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种多功能数字X射线影像方舱，包括：车载锥束CT成像系统、车载锥束CT滑轨结构、车载X线影像信息处理系统、三维打印机和220V车载供电系统。优选的，所述影像方舱的车载锥束CT成像系统采用基于平板探测器的锥束CT成像模式，利用顶部滑轨结构，将锥束CT成像系统吊于方舱顶部并使其根据需要在扫描床的不同位置进行成像。锥束CT成像系统以滑环为中心进行360°旋转曝光，通过锥束CT重建技术，对成像物体进行三维重构，获得成像物体三维内部结构信息，在显示设备上显示图像；向打印机发送图像；以及根据打印机上的图像来打印仪器或假体。优选的，所述车载锥束CT成像系统包括：机架，其垂直架设在CT扫描仪的移动装置上；笼型旋转部件，包括第一旋转配件、第二旋转配件以及连接所述第一旋转配件和所述第二旋转配件的棱边，第一旋转配件通过回转轴承转动设置在所述机架上，所述笼型旋转部件和机架为圆环状结构，圆环中心作为CT扫描仪的扫描孔；成像系统，其具有沿轴中心对称设置在所述第二旋转配件同侧壁上的X射线源组件和探测器组件，所述X射线源组件与所述探测器组件固定在第二旋转配件，所述探测器组件对应接收来自所述X射线源组件的出射线；以及倾斜设置在第一旋转配件上的涡轮组件，与其啮合的大齿轮固定设置在机架的异于所述第一旋转配件的一面，所述第一旋转配件、机架、大齿轮和第二旋转配件的轴线重合，涡轮组件靠电机带动所述笼型旋转部件绕大齿轮周向旋转，电缆通过所述笼型旋转部件连接电源与所述成像系统；其中，所述X射线源组件以锥形束作为出射光束，所述成像系统以动态容积扫描方式旋转一周以完成对目标物的扫描成像过程。优选的，所述车载X线影像信息处理系统是基于压缩感知的三维CT图像重建算法：利用增广拉格朗日和交替方向的TV最小化算法(TVminimizationbyAugmentedLagrangianandAlternatingdirectionALgori本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：包括复合影像成像系统、车载锥束CT滑轨结构、车载X线影像信息处理系统、三维打印机和220V车载供电系统。

【技术特征摘要】
1.一种低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：包括复合影像成像系统、车载锥束CT滑轨结构、车载X线影像信息处理系统、三维打印机和220V车载供电系统。2.根据权利要求1所述的低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：所述复合影像成像系统包括车载锥束CT成像系统和内窥镜，所述车载锥束CT成像系统采用基于平板探测器的锥束CT成像模式，所述内窥镜具有导入到被检体内，对被检体的体内进行拍摄而生成内窥镜图像信号的摄像部，所述车载X线影像信息处理系统与内窥镜、光源装置、显示装置、车载锥束CT成像系统连接。3.根据权利要求1所述的低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：该车载锥束CT成像系统生成X射线图像信号，且所述车载X线影像信息处理系统对从内窥镜输入的内窥镜图像信号实施规定的图像处理并且也对从车载锥束CT成像系统输入的X射线图像信号实施规定的图像处理，并使与合成图像信号对应的图像显示于显示装置，该合成图像信号是排列了图像处理后的内窥镜图像信号和X射线信号并合成而得到的。4.根据权利要求3所述的低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：车载X线影像信息处理系统具有输入部、控制部、图像处理部、显示控制部、输出部、以及存储部。5.根据权利要求4所述的低剂量数字X射线影像方舱，其特征在于：输入部接受内窥镜和车载锥束CT成像系统进行检查的被检体的信息(例如...

【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，梁志远，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32