牙科x線三維影像系統及三維成像方法
2023-06-10 10:52:11
專利名稱：牙科x線三維影像系統及三維成像方法
技術領域：
本發明涉及醫療領域中的x線影像系統及成像方法。
背景技術：
計算機輔助手術治療已被廣泛地應用在醫學上，臨床牙科手術中，也急需 立體的三維空間影像定位輔助手段。如牙科手術中的牙齒正畸、種植、牙體、 牙周、頜面外科、牙科美容、教學科研等等，都需要藉助計算機影像的輔助， 來實現牙科手術的規劃與導引，並以此提高手術的質量，同時降低手術治療的 風險性。
現實的牙科，是以二維x線牙科攝片來指導牙齒手術的平面結構較為普遍， 在複雜的種植牙過程中，醫師經常需用到牙齒的複合2D/3D影像，更需要依賴 非常重要的牙齒骨密度數據與結構三維影像，來確保複雜手術的成功率。現實 的問題是，常規牙科X線攝片機和牙科X線全景攝影機，都只能提供二維的牙 齒結構影像，不能提供牙齒的三維結構影像。因此，在臨床手術治療中，現實 急需一種新型的牙科X線三維影像系統，並保留小型化操作方便和設計緊湊的 特點。
發明內容
本發明提供一種牙科X線三維影像系統及對應的三維成像方法，目的是以 二維全景牙科X線影像來重建出三維立體的牙齒模型影像。 上述目的由以下技術方案實現
一種牙科X線三維影像系統，其特徵在於包括主機龍門機架、X線發生 器機頭、X線探測器、雷射定位裝置、附加標記、座椅、座椅升降器、座椅旋 轉裝置、影像處理計算機、操作及顯示界面；X線發生器機頭和X線探測器相 對地設置在主機龍門機架的兩支撐臂上，雷射定位裝置的位置使其產生的雷射 與X線束中心線重合，附加標記設置在X線束區域內，座椅設置在主機龍門機架的兩支撐臂之間，座椅升降器控制座椅的高度，座椅旋轉裝置控制座椅的旋
轉角度，影像處理計算機與x線探測器可數據通訊地連接，操作及顯示界面與
影像處理計算機可數據通訊地連接。
一種基於上述牙科X線三維影像系統的三維成像方法，其特徵在於，包括 如下步驟
(1) 通過旋轉座椅，對牙齒進行全景的X線攝影；其中，利用雷射定位裝 置量測，並計算X線源的旋轉方位，配合影像採集取卡，獲取各方向的X線源 投影圖象；
(2) 利用影像處理計算機進行影像前處理，具體指利用雙線性內插方式， 將附加標記的灰階值以鄰近點灰階值取代；
(3) 利用影像處理計算機進行三維影像重建，具體指使用FDK算法， 配合一般平行投影方式，回推原物體的各個像素灰階值，完成牙齒的影像重建 和進行牙齒的三維表面模型繪製。
本發明牙科X線三維影像系統以常規牙科手術的數位化全景攝影機為主， 再整合光學雷射定位裝置，然後進行最佳的錐型束影像三維重建，可以作為牙 科精細化診斷與治療的專用影像設備。本發明的設計具備高安全性、高精確度、 操作簡便、圖像清楚細膩、實用性和耐用性好等特點，並能根據臨床需要，進 行實時的個性化軟、硬體升級。
圖1為本發明提供的牙科X線三維影像系統的組成示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例提供的牙科X線三維影像系統包括主機龍門機架 1、 X線發生器機頭2、 X線探測器3、雷射定位裝置、附加標記5、座椅6、座 椅升降器7、座椅旋轉裝置8、影像處理計算機9、操作及顯示界面IO。主機龍 門機架1由底座11、兩支撐臂12、 13及橫梁14構成，X線發生器機頭2和X 線探測器3相對地設置在主機龍門機架的兩支撐臂12、 13上。雷射定位裝置的位置的要求是使其產生的雷射與x線束中心線重合，本實施例中雷射定位裝置 包括雷射源41及反射機構42，雷射源41發出的雷射經發射機構42反射後保持 與X線束中心線重合。座椅6設置在主機龍門機架1的兩支撐臂12、 13之間， 座椅6具有背靠部61及頭靠部62，背靠部61上設置有人體綁帶63，頭靠部62 上設置有頭部綁帶64。座椅升降器7控制座椅6的高度，座椅旋轉裝置8控制 座椅的旋轉角度，該座椅旋轉裝置8的旋轉角度大於180度。影像處理計算機9 與X線探測器3可數據通訊地連接，操作及顯示界面10與影像處理計算機9可 數據通訊地連接。本實施例中，所述附加標記5為若干鋼珠，設置在頭部綁帶 64上，當然附加標記5也可以是其它的標記物，也可以設置在X線束區域內其 它的位置，如座椅的頭靠部62上。
雷射定位裝置發射的雷射作為X線束中心線的標度，通過雷射的量測，就 能確定X線源相對旋轉的角度，使得所拍攝的每一二維影像具有一一對應的角 度；通過設置附加標記，確定一標準物理尺寸，各圖片可依據該附加標記放大 或縮小至統一尺寸。實現以上兩點，便具備了合成三維影像的前提條件。
基於圖1所示系統，本實施例還提供一種牙科X線三維影像系統的三維成 像方法，其特徵在於，包括如下步驟
(1) 通過旋轉座椅，對牙齒進行全景的X線攝影；其中，利用雷射定位裝 置量測，並計算X線源的旋轉方位，配合影像採集取卡，獲取各方向的X線源 投影圖象；
(2) 進行影像前處理，具體指利用雙線性內插方式，將附加標記的灰階 值以鄰近點灰階值取代；
關於步驟(2)，要說明的是Oldendorf (人名)於1961年發明了反投影法， 之後Saniner (人名)以線形內插的方式來改良反投影法，這樣可以減少50%的 乘法計算量，但會小幅增加加法計算量，而Salvatore (人名)則直接以傅立葉 轉換的方式來計算雷登轉換，並內插出傅立葉空間中的數值，並計算出各個二 維切面上的灰階值，最後經過堆棧而得到整個三維空間的灰階值信息。由上可 知，步驟(2)通過現有技術是可以實現的。
(3) 利用影像處理計算機進行三維影像重建，具體指使用FDK算法，配合一般平行投影方式，回推原物體的各個像素灰階值，完成牙齒的影像重建， 進行牙齒的三維表面模型繪製。
其中，FDK算法是在1984年由Feldkamp等人提出的針對錐形束投影的算 法(以Feldkamp， Davis， Kress等人所命名)，本算法原本由Horm (人名)的 扇形投影算法推廣而來，之後根據扇形投影重建，Zavis， Wang與Concepcion (人 名)都提出了對扇形投影的修正，且轉換成可供利用的平行投影數據。如此， 便可以表示出整個錐形束投影的幾何關係。
本發明牙科X線三維影像系統以常規牙科手術的數位化全景攝影機為主， 再整合光學雷射定位裝置，然後進行最佳的錐型束影像三維重建，可以作為牙 科精細化診斷與治療的專用影像設備，當然本發明還可以應用在頭顱、頭顱及 牙齒的全景攝影。本發明的設計具備高安全性、高精確度、操作簡便、圖像清 楚細膩、實用性和耐用性好等特點，並能根據臨床需要，進行實時的個性化軟、 硬體升級。
本發明牙科X線三維影像系統的使用成本較常規CT掃描影像低，而又能 提供常規CT機所不具有的牙床骨組織密度分析，和治療方案計劃設計的優越性 能。這對提高複雜種植牙手術的成功率，避免病人種植牙脫落，以及降低醫療 保健費用，都能起到極積和現實的作用。
權利要求
1. 一種牙科X線三維影像系統，其特徵在於包括主機龍門機架、X線發生器機頭、X線探測器、雷射定位裝置、附加標記、座椅、座椅升降器、座椅旋轉裝置、影像處理計算機、操作及顯示界面X線發生器機頭和X線探測器相對地設置在主機龍門機架的兩支撐臂上，雷射定位裝置的位置使其產生的雷射與X線束中心線重合，所述附加標記設置在X線束區域內，座椅設置在主機龍門機架的兩支撐臂之間，座椅升降器控制座椅的高度，座椅旋轉裝置控制座椅的旋轉角度，影像處理計算機與X線探測器可數據通訊地連接，操作及顯示界面與影像處理計算機可數據通訊地連接。
2. 根據權利要求1所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述座椅具有 背靠部及頭靠部，背靠部上設置有人體綁帶，頭靠部上設置有頭部綁帶。
3. 根據權利要求2所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述特定附加 標記設置在頭部綁帶上。
4. 根據權利要求2所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述特定附加 標記設置在座椅的頭依部上。
5. 根據權利要求3或4所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述特定 附加標記為若干鋼珠。
6. 根據權利要求1所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述雷射定位 裝置包括雷射源及反射機構，雷射源發出的雷射經發射機構反射後保持與X線 束中心線重合。
7. 根據權利要求1所述的牙科X線三維影像系統，其特徵在於，所述座椅旋轉 裝置的旋轉角度大於180度。
8. —種基於權利要求1所述牙科X線三維影像系統的三維成像方法，其特徵在 於，包括如下步驟(1) 通過旋轉座椅，對牙齒進行全景的X線攝影；其中，利用雷射定位裝 置量測，並計算X線源的旋轉方位，配合影像採集取卡，獲取各方向的X線源 投影圖象；(2) 利用影像處理計算機進行影像前處理，具體指利用雙線性內插方式， 將附加標記的灰階值以鄰近點灰階值取代；(3)利用影像處理計算機進行三維影像重建，具體指使用FDK算法，配合 一般平行投影方式，回推原物體的各個像素灰階值，完成牙齒的影像重建，進 行牙齒的三維表面模型繪製。
全文摘要
本發明公開一種牙科X線三維影像系統及對應的三維成像方法，目的是以二維全景牙科X線影像來重建出三維立體的牙齒模型影像。所述系統包括主機龍門機架、X線發生器機頭、X線探測器、雷射定位裝置、附加標記、座椅、座椅升降器、座椅旋轉裝置、影像處理計算機、操作及顯示界面。所述方法包括(1)通過旋轉座椅，對牙齒進行全景的X線攝影；(2)利用影像處理計算機進行影像前處理；(3)利用影像處理計算機進行三維影像重建。本發明以常規牙科手術的數位化全景攝影機為主，通過整合光學雷射定位裝置，實現最佳的錐型束影像三維重建，具備高安全性、高精確度、操作簡便、圖像清楚細膩、實用性和耐用性好等特點。
文檔編號A61B6/14GK101416882SQ200810219378
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者王喬生 申請人:王喬生