一种牙科X射线层析成像设备和方法技术

本发明专利技术提出一种牙科X射线层析成像设备及方法，其中该设备包括：扫描控制模块，用于发出曝光脉冲信号控制X光机曝光，以及发出采集脉冲信号控制图像采集控制模块进行采集工作；X光机；机械扫描装置，用于带动X光机运动到不同位置以完成层析扫描过程；图像采集控制模块对X射线探测器的探测结果进行转换、数字化和传输；X射线探测器；层析图像重建模块，用于将采集到的多角度的X射线透视图像进行图像重建，获得待成像组织多位置断层图像；以及图像显示模块，其中，待成像部位位于X光机和X射线探测器之间，且X光机发出的X射线始终经过X射线探测器。本发明专利技术具有成本较小、成像速度快且成像效果好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射成像领域，尤其涉及一种牙科X射线层析成像设备和方法。
技术介绍
X射线成像技术已经成为牙科口腔疾病诊断中不可或缺的影像技木，依靠X射线透视成像、全景(Panoramic)、锥束CT (Cone-beam CT, CBCT)等X射线成像技术逐步满足了多种牙科口腔疾病的诊断需求。X射线透视成像又存在三种不同的技术手段胶片成像、数字化X射线成像技术(Computed Radiography, CR)和直接数字化X射线成像技术(DigitalRadiography, DR)，这三种技术虽然只能够针对特定的牙齿进行局部X射线透视成像，但是由于技术简单、操作简便、设备价格便宜、剂量低等优点，因此，目前在口内牙科X射线成像 中应用广泛。为了能够一次完成口腔所有牙齿以及上颌骨等部位的成像，又开发出了 X射线全景成像技术，利用线阵列数字X光探測器，通过专门设计的扫描轨道，由X光机和探測器围绕病人头部旋转扫描实现曲面断层成像，全景成像的几何学能够部分克服X光透视在传输路径上的重叠，消除由于成像层外部物体引起的多余阴影和伪影，提高了诊断价值和图像质量。但是，由于透视成像的本质并没有改变，全景成像仍然存在X射线路径上前后重叠的问题，因此，CBCT技术被引入到口腔颌面成像中。1972年，Hounsfield专利技术了第一台CT机，CT技术给医学诊断和エ业无损检测带来了革命性的影响，已经成为医疗、生物、航空航天、国防等行业重要的检测手段之一。1989年，螺旋CT开始投入医学临床应用，相对于以前的断层CT :螺旋CT可以连续不间断地采集投影数据，并通过专门设计的重建算法得到物体的三维体数据，使得CT扫描的时间大大缩短，提高了重建图像的Z轴分辨率，減少了运动伪迹。1991年，Elscint公司在单层螺旋CT基础上，首先推出了双层螺旋CT，从此揭开了多层螺旋CT (Multi-slice CT，MSCT)飞速发展的序幕。随后，各大医疗设备公司陆续推出了 4层、8层、16层、64层、256层、320层螺旋CT, MSCT和单层螺旋CT相比在性能上有了很大的提升，大大增加了 X射线束的覆盖范围，有效地提高X射线的利用率，缩短了扫描时间，能够得到更高质量的三维重建图像。目前，MSCT已经广泛地被应用于人体三维成像、血管造影成像、心脏成像、脑灌注成像等领域，在MSCT技术上还发展起来了计算机辅助手术、虚拟内窥镜技术和辅助放射治疗等新技木。进入21世纪以来，随着平板探測器技术的发展，使用大面积平板探測器的CBCT逐渐出现，特别是在口腔三维成像中得到了临床认可和推广。在口腔临床应用中，CBCT解决了常规ニ维透视成像技术所固有的影像重叠、失真等问题，在牙齿种植计划、阻生牙分析、牙体牙周病诊断等需要三维分辨能力的应用中具有显著的优势。与传统CT相比，用CBCT进行口腔三维成像具有检查剂量低、空间分辨率高等优点。特别是近年来随着牙齿种植技术的兴起，利用CBCT获得三维图像并进行种植计划和手术导板的设计已成为ー项新的研究方向。随着技术的进歩，CT扫描模式和成像方法也在不断地改进。牙科CBCT技术是在超过180°的角度范围内，从众多角度位置分别围绕口腔部位进行X射线投影数据的采集，并通过专门的CT图像重建算法实现口腔颌面的全三维成像，彻底解决了图像的前后遮挡问题。但是，CBCT设备由于采用了大面积平板探測器，使得其成本较高，对于牙科诊所和病人来讲经济负担都较大；并且CBCT的辐射剂量较大，对于控制公众剂量平均剂量水平造成较大负面影响；最后，由于CBCT使用的平板探測器空间分辨率有限，使得CBCT的成像精度要远低于X射线CR或DR成像。
技术实现思路
本专利技术g在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供ー种有用的商业选择。为此，本专利技术的ー个目的在于提出ー种具有成本较小、成像速度快且成像效果好的牙科X射线层析成像设备。根据本专利技术实施例的一种牙科X射线层析成像设备，包括以下部分扫描控制模块，所述扫描控制模块用于发出曝光脉冲信号控制X光机曝光，以及发出采集脉冲信号控制图像采集控制模块进行采集工作；所述X光机，所述X光机与所述扫描控制模块相连，用于根据所述曝光脉冲信号的发出X射线；机械扫描装置，所述机械扫描装置用于带动所述X 光机运动到不同位置，以完成层析扫描过程；X射线探测器，所述X射线探测器用于探测X射线；所述图像采集控制模块，所述图像采集控制模块与所述X射线探测器相连，用于根据所述采集脉冲信号对所述X射线探测器的探測结果进行转换、数字化和传输，所述图像采集控制模块的采集结果为多张不同角度的X射线透视图像；层析图像重建模块，所述层析图像重建模块用于将所述多张不同角度的X射线透视图像进行图像重建，获得待成像组织不同位置处的多张断层图像作为图像重建结果；以及图像显示模块，所示图像显示模块用于将所述图像重建结果显示给用户，其中，所述X射线探测器置于病人ロ中，以使待成像部位位于所述X光机和所述X射线探测器之间，所述X光机在随着所述机械扫描装置运动过程中，发出的X射线始终经过所述X射线探测器。在本专利技术的设备的一个实施例中，所述曝光脉冲信号与所述采集脉冲信号的时序匹配。在本专利技术的设备的一个实施例中，还包括病人信息管理模块、图像标注与管理模块和诊断报告生成模块。在本专利技术的设备的一个实施例中，所述机械扫描装置进ー步包括装载台，所述X光机安装、固定在所述装载台上；和滑轨，所述滑轨用于限定所述装载台的运动轨迹，其中，滑轨为圆弧形，并且所述滑轨的圆弧的圆心与所述X射线探测器位置重合。在本专利技术的设备的一个实施例中，所述扫描控制模块包括多个触发器，多个所述触发器安装在所述滑轨的特定位置上，当所述装载台带着所述X光机经过所述滑轨的特定位置时，所述触发器发出所述曝光脉冲信号和所述采集脉冲信号。在本专利技术的设备的一个实施例中，所述层析图像重建模块中，通过求解最优化方程minl/l s.t. Af = PAi^Q获得最终图像重建結果，其中，定义/表示待重建的图像，&表示该图像内的第j个像素，A表示投影矩阵，声表示投影数据，定义层析扫描过程中X射线曝光M次，而所述X射线探测器有N个像素単元，则投影数据声的长度为MXN，所述层析图像重建模块进一歩包括初始化模块，其中，所述初始化模块设置迭代图像初值/上^为全O或全I ;和迭代计算模块，其中，所述迭代计算模块利用采集到的MXN个投影数据，按照每条射线依次进行修正并加入非负约束，随后进行TV范数最小化处理，直到重建图像/符合收敛条件。本专利技术的牙科X射线层析成像设备的性能介于透视和CT之间，其成本稍高于透视，但远低于CT，并且本专利技术能够提供和透视成像一祥的DR图像，同时还能够提供通过专门的层析图像重建算法得到的三维断层图像。因此，本专利技术为牙科临床提供了一种便捷、强大的三维图像诊断工具，可以应用于牙科拔牙、补牙、种植、正畸、根管治疗等，具有很高的市场应用潜力。本专利技术的另ー个目的在于提出ー种具有成本较小、成像速度快且成像效果好的牙科X射线层析成像方法。根据本专利技术实施例的一种牙科X射线层析成像方法，包括以下步骤扫描控制模块发出曝光脉冲信号控制X光机曝光，并且发出采集脉冲信号控制图像采集控制模块进行采集工作；所述X光机随机械扫描装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牙科X射线层析成像设备，其特征在于，包括以下部分:扫描控制模块，所述扫描控制模块用于发出曝光脉冲信号控制X光机曝光，以及发出采集脉冲信号控制图像采集控制模块进行采集工作；所述X光机，所述X光机与所述扫描控制模块相连，用于根据所述曝光脉冲信号的发出X射线；机械扫描装置，所述机械扫描装置用于带动所述X光机运动到不同位置，以完成层析扫描过程；所述图像采集控制模块，所述图像采集控制模块与X射线探测器相连，用于根据所述采集脉冲信号对所述X射线探测器的探测结果进行转换、数字化和传输，所述图像采集控制模块的采集结果为多张不同角度的X射线透视图像；所述X射线探测器，所述X射线探测器用于探测X射线；层析图像重建模块，所述层析图像重建模块用于将所述多张不同角度的X射线透视图像进行图像重建，获得待成像组织不同位置处的多张断层图像作为图像重建结果；以及图像显示模块，所示图像显示模块用于将所述图像重建结果显示给用户，其中，所述X射线探测器置于病人口中，以使待成像部位位于所述X光机和所述X射线探测器之间，所述X光机在随着所述机械扫描装置运动过程中，发出的X射线始终经过所述X射线探测器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，陈志强，赵自然，唐志宏，张丽，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：