专利名称：牙科x线三维影像系统及三维成像方法
技术领域：
本发明涉及医疗领域中的x线影像系统及成像方法。
背景技术：
计算机辅助手术治疗已被广泛地应用在医学上，临床牙科手术中，也急需 立体的三维空间影像定位辅助手段。如牙科手术中的牙齿正畸、种植、牙体、 牙周、颌面外科、牙科美容、教学科研等等，都需要借助计算机影像的辅助， 来实现牙科手术的规划与导引，并以此提高手术的质量，同时降低手术治疗的 风险性。
现实的牙科，是以二维x线牙科摄片来指导牙齿手术的平面结构较为普遍， 在复杂的种植牙过程中，医师经常需用到牙齿的复合2D/3D影像，更需要依赖 非常重要的牙齿骨密度数据与结构三维影像，来确保复杂手术的成功率。现实 的问题是，常规牙科X线摄片机和牙科X线全景摄影机，都只能提供二维的牙 齿结构影像，不能提供牙齿的三维结构影像。因此，在临床手术治疗中，现实 急需一种新型的牙科X线三维影像系统，并保留小型化操作方便和设计紧凑的 特点。
发明内容
本发明提供一种牙科X线三维影像系统及对应的三维成像方法，目的是以 二维全景牙科X线影像来重建出三维立体的牙齿模型影像。 上述目的由以下技术方案实现
一种牙科X线三维影像系统，其特征在于包括主机龙门机架、X线发生 器机头、X线探测器、激光定位装置、附加标记、座椅、座椅升降器、座椅旋 转装置、影像处理计算机、操作及显示界面；X线发生器机头和X线探测器相 对地设置在主机龙门机架的两支撑臂上，激光定位装置的位置使其产生的激光 与X线束中心线重合，附加标记设置在X线束区域内，座椅设置在主机龙门机架的两支撑臂之间，座椅升降器控制座椅的高度，座椅旋转装置控制座椅的旋
转角度，影像处理计算机与x线探测器可数据通讯地连接，操作及显示界面与
影像处理计算机可数据通讯地连接。
一种基于上述牙科X线三维影像系统的三维成像方法，其特征在于，包括 如下步骤
(1) 通过旋转座椅，对牙齿进行全景的X线摄影；其中，利用激光定位装 置量测，并计算X线源的旋转方位，配合影像采集取卡，获取各方向的X线源 投影图象；
(2) 利用影像处理计算机进行影像前处理，具体指利用双线性内插方式， 将附加标记的灰阶值以邻近点灰阶值取代；
(3) 利用影像处理计算机进行三维影像重建，具体指使用FDK算法， 配合一般平行投影方式，回推原物体的各个像素灰阶值，完成牙齿的影像重建 和进行牙齿的三维表面模型绘制。
本发明牙科X线三维影像系统以常规牙科手术的数字化全景摄影机为主， 再整合光学激光定位装置，然后进行最佳的锥型束影像三维重建，可以作为牙 科精细化诊断与治疗的专用影像设备。本发明的设计具备高安全性、高精确度、 操作简便、图像清楚细腻、实用性和耐用性好等特点，并能根据临床需要，进 行实时的个性化软、硬件升级。
图1为本发明提供的牙科X线三维影像系统的组成示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本实施例提供的牙科X线三维影像系统包括主机龙门机架 1、 X线发生器机头2、 X线探测器3、激光定位装置、附加标记5、座椅6、座 椅升降器7、座椅旋转装置8、影像处理计算机9、操作及显示界面IO。主机龙 门机架1由底座11、两支撑臂12、 13及横梁14构成，X线发生器机头2和X 线探测器3相对地设置在主机龙门机架的两支撑臂12、 13上。激光定位装置的位置的要求是使其产生的激光与x线束中心线重合，本实施例中激光定位装置 包括激光源41及反射机构42，激光源41发出的激光经发射机构42反射后保持 与X线束中心线重合。座椅6设置在主机龙门机架1的两支撑臂12、 13之间， 座椅6具有背靠部61及头靠部62，背靠部61上设置有人体绑带63，头靠部62 上设置有头部绑带64。座椅升降器7控制座椅6的高度，座椅旋转装置8控制 座椅的旋转角度，该座椅旋转装置8的旋转角度大于180度。影像处理计算机9 与X线探测器3可数据通讯地连接，操作及显示界面10与影像处理计算机9可 数据通讯地连接。本实施例中，所述附加标记5为若干钢珠，设置在头部绑带 64上，当然附加标记5也可以是其它的标记物，也可以设置在X线束区域内其 它的位置，如座椅的头靠部62上。
激光定位装置发射的激光作为X线束中心线的标度，通过激光的量测，就 能确定X线源相对旋转的角度，使得所拍摄的每一二维影像具有一一对应的角 度；通过设置附加标记，确定一标准物理尺寸，各图片可依据该附加标记放大 或縮小至统一尺寸。实现以上两点，便具备了合成三维影像的前提条件。
基于图1所示系统，本实施例还提供一种牙科X线三维影像系统的三维成 像方法，其特征在于，包括如下步骤
(1) 通过旋转座椅，对牙齿进行全景的X线摄影；其中，利用激光定位装 置量测，并计算X线源的旋转方位，配合影像采集取卡，获取各方向的X线源 投影图象；
(2) 进行影像前处理，具体指利用双线性内插方式，将附加标记的灰阶 值以邻近点灰阶值取代；
关于步骤(2)，要说明的是Oldendorf (人名)于1961年发明了反投影法， 之后Saniner (人名)以线形内插的方式来改良反投影法，这样可以减少50%的 乘法计算量，但会小幅增加加法计算量，而Salvatore (人名)则直接以傅立叶 转换的方式来计算雷登转换，并内插出傅立叶空间中的数值，并计算出各个二 维切面上的灰阶值，最后经过堆栈而得到整个三维空间的灰阶值信息。由上可 知，步骤(2)通过现有技术是可以实现的。
(3) 利用影像处理计算机进行三维影像重建，具体指使用FDK算法，配合一般平行投影方式，回推原物体的各个像素灰阶值，完成牙齿的影像重建， 进行牙齿的三维表面模型绘制。
其中，FDK算法是在1984年由Feldkamp等人提出的针对锥形束投影的算 法(以Feldkamp， Davis， Kress等人所命名)，本算法原本由Horm (人名)的 扇形投影算法推广而来，之后根据扇形投影重建，Zavis， Wang与Concepcion (人 名)都提出了对扇形投影的修正，且转换成可供利用的平行投影数据。如此， 便可以表示出整个锥形束投影的几何关系。
本发明牙科X线三维影像系统以常规牙科手术的数字化全景摄影机为主， 再整合光学激光定位装置，然后进行最佳的锥型束影像三维重建，可以作为牙 科精细化诊断与治疗的专用影像设备，当然本发明还可以应用在头颅、头颅及 牙齿的全景摄影。本发明的设计具备高安全性、高精确度、操作简便、图像清 楚细腻、实用性和耐用性好等特点，并能根据临床需要，进行实时的个性化软、 硬件升级。
本发明牙科X线三维影像系统的使用成本较常规CT扫描影像低，而又能 提供常规CT机所不具有的牙床骨组织密度分析，和治疗方案计划设计的优越性 能。这对提高复杂种植牙手术的成功率，避免病人种植牙脱落，以及降低医疗 保健费用，都能起到极积和现实的作用。
权利要求
1. 一种牙科X线三维影像系统，其特征在于包括主机龙门机架、X线发生器机头、X线探测器、激光定位装置、附加标记、座椅、座椅升降器、座椅旋转装置、影像处理计算机、操作及显示界面X线发生器机头和X线探测器相对地设置在主机龙门机架的两支撑臂上，激光定位装置的位置使其产生的激光与X线束中心线重合，所述附加标记设置在X线束区域内，座椅设置在主机龙门机架的两支撑臂之间，座椅升降器控制座椅的高度，座椅旋转装置控制座椅的旋转角度，影像处理计算机与X线探测器可数据通讯地连接，操作及显示界面与影像处理计算机可数据通讯地连接。
2. 根据权利要求1所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述座椅具有 背靠部及头靠部，背靠部上设置有人体绑带，头靠部上设置有头部绑带。
3. 根据权利要求2所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述特定附加 标记设置在头部绑带上。
4. 根据权利要求2所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述特定附加 标记设置在座椅的头依部上。
5. 根据权利要求3或4所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述特定 附加标记为若干钢珠。
6. 根据权利要求1所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述激光定位 装置包括激光源及反射机构，激光源发出的激光经发射机构反射后保持与X线 束中心线重合。
7. 根据权利要求1所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述座椅旋转 装置的旋转角度大于180度。
8. —种基于权利要求1所述牙科X线三维影像系统的三维成像方法，其特征在 于，包括如下步骤(1) 通过旋转座椅，对牙齿进行全景的X线摄影；其中，利用激光定位装 置量测，并计算X线源的旋转方位，配合影像采集取卡，获取各方向的X线源 投影图象；(2) 利用影像处理计算机进行影像前处理，具体指利用双线性内插方式， 将附加标记的灰阶值以邻近点灰阶值取代；(3)利用影像处理计算机进行三维影像重建，具体指使用FDK算法，配合 一般平行投影方式，回推原物体的各个像素灰阶值，完成牙齿的影像重建，进 行牙齿的三维表面模型绘制。
全文摘要
本发明公开一种牙科X线三维影像系统及对应的三维成像方法，目的是以二维全景牙科X线影像来重建出三维立体的牙齿模型影像。所述系统包括主机龙门机架、X线发生器机头、X线探测器、激光定位装置、附加标记、座椅、座椅升降器、座椅旋转装置、影像处理计算机、操作及显示界面。所述方法包括(1)通过旋转座椅，对牙齿进行全景的X线摄影；(2)利用影像处理计算机进行影像前处理；(3)利用影像处理计算机进行三维影像重建。本发明以常规牙科手术的数字化全景摄影机为主，通过整合光学激光定位装置，实现最佳的锥型束影像三维重建，具备高安全性、高精确度、操作简便、图像清楚细腻、实用性和耐用性好等特点。
文档编号A61B6/14GK101416882SQ200810219378
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者王乔生 申请人:王乔生