X射线成像装置和X射线成像方法与流程

文档序号:14685850发布日期:2018-06-14 21:40

本发明总体涉及X射线成像。更确切地说,本发明涉及一种X射线成像装置和X射线成像方法,其中,使用具有很小宽度的X射线传感器描绘整个视野(FOV)的三维图像,所述宽度小于包含垂直于所述FOV的纵向横截面的最小圆的半径。



背景技术:

由于诸如康普顿散射或光电效应等,X射线在穿过物体时会发生衰减,衰减的程度取决于物体的独特X射线衰减系数。

X射线成像是利用X射线的穿透特性的射线照相法,它基于在视野(FOV)穿透过程中衰减的X射线量描绘物体的FOV中的内部结构的X射线图像。为此,X射线成像装置包括向FOV发射X射线的X射线源、检测穿过FOV后的X射线的X射线传感器、以及基于所述X射线传感器的X射线检测结果描绘FOV的X射线图像的图像处理器。

近来,由于半导体和信息处理技术的发展,随着X射线成像正在迅速被采用数字传感器的数字化X射线摄影(DR)代替,已经对X射线成像技术进行了多种改进。

例如,图1是在牙科领域中使用的牙齿和牙齿周围的人体部分的典型X射线全景图像,图2是示意性地示出获得X射线全景图像的典型方法的概念图。

通过在把位于FOV2(即,受治疗者的牙弓部分)两侧的X射线源4和X射线传感器5移动为彼此相对的同时获得牙弓径迹的X射线图像、合并获得的X射线图像、并在单个透射图像中展开和显示牙齿和牙齿周围的人体部分的布局关系来获得X射线全景图像。由于利用X射线全景图像很容易观察牙齿和牙齿周围的人体部分的总体布局关系,因此X射线全景图像被用作牙科医生最熟悉的标准图像。

为了获得全景图像,X射线源4和X射线传感器5之间的转轴3具有两轴驱动系统,即,转轴3在转动至预定角度范围的同时直线地移动至预定长度范围。采用这种构造,在转轴3和X射线传感器5之间的某个点限定的焦距范围在牙弓的径迹上移动,以进行扫描,从而根据牙弓径迹的各个截面获得牙齿和牙齿周围的人体部分的X射线检测结果。

但是,X射线全景图像具有透射图像的问题,例如长度信息的精度很低、存在牙齿重叠或由颈椎引起的模糊。

在另一个例子中,图3是典型的头部X射线CT图像,X射线CT在牙科和相关手术领域中使用;图4是示意性地示出获得X射线CT图像的典型方法的概念图。

X射线CT图像是通过把布置在FOV2(即,受治疗者的头部)两侧的X射线源4和X射线传感器5转动为彼此相对以获得X射线图像、并使用重建算法重建X射线图像获得结果而获得的。因此,可显示FOV的三维图像。所以不仅能精确地显示整个FOV的三维图像(与图3的右下侧部分对应),而且能根据用户所需的位置和方向显示形貌图像(与图3的左上侧和左下侧部分以及右上侧部分对应)。因此,X射线CT图像被需要高精度的领域(例如植入手术领域)中的牙科医生采用。

另外,为了获得如上所述的X射线CT图像,X射线源4和X射线传感器5之间的转轴3在相对于沿FOV2的纵向延伸的转动轴线固定的一个角度范围内转动,这称为单轴驱动。因此,可获得整个FOV2的多个方向的X射线检测结果,所述FOV2具有圆筒形状,所述圆筒形状是由转轴3两侧的X射线源4和X射线传感器5之间的切线的转动限定的。

但是,与X射线全景图像相比,为了获得典型的X射线CT图像,需要向FOV发射较大的辐射量,并且需要具有较大面积的X射线传感器,尤其是要求X射线传感器的宽度较大,而这会造成问题。

更具体地说,为了获得典型的X射线CT图像,X射线传感器必须检测沿FOV的多个方向穿过FOV的整个面积的X射线。

下面举例说明使用通常用于牙科领域的圆锥射束型X射线获得具有第一宽度w1(FOV的最大宽度)和第一高度t1(FOV的最大高度)的FOV内的X射线CT图像的情况。图5示出了相应的情况。

如图所示,在典型的X射线CT图像获得情况中,X射线源4和X射线传感器5之间的转轴3围绕一条轴线在相对于FOV2的纵向延伸的中心轴线固定的角度范围内转动。在此,X射线传感器5的第二宽度w2必须大于或等于第一宽度w1,即,w2≥(d2/d1)xw1,其中反映了X射线成像装置的放大率d2/d1,它定义为X射线源4和FOV2的中心轴线之间的距离d1与X射线源4和X射线传感器5之间的距离d2的比值;并且,X射线传感器5的第二高度t2必须大于或等于第一高度t1,即,t2≥(d2/d1)xt1,其中反映了X射线成像装置的放大率d2/d1。在这些条件下,可检测沿FOV2的多个方向穿过FOV2的整个面积的X射线。因此,FOV2具有圆筒形状,所述圆筒形状具有第一高度,其中,垂直于纵向的横截面的直径是第一宽度。

作为参考,在获得X射线CT图像的过程中,假设X射线源和X射线传感器之间的转轴与沿FOV的纵向延伸的中心轴线重合,那么可根据具体目的使用半束或半扫描方法。在半束或半扫描方法中,使用向转轴的左侧FOV和右侧FOV之一发射的半高全宽(FWHM)不对称X射线,X射线传感器的第二宽度w2减小为w2≥(d2/d1)xw/2。

但是,不论采用哪种方法,为了描绘整个FOV的三维图像,获得CT图像的X射线传感器的宽度必须大于或等于垂直于FOV的纵向的横截面的圆的半径。因此,获得CT图像的X射线传感器的宽度显著大于获得全景图像的X射线传感器的宽度。

实际上,在试图获得相同FOV中的X射线全景图像和X射线CT图像时,获得全景图像的X射线传感器具有狭缝形状,其宽度在5毫米至20毫米范围内,而获得CT图像的X射线传感器具有方形或类似的形状,其宽度与其高度相似。

另外,典型X射线传感器的价格随尺寸显著增加。由于需要具有很大宽度的X射线传感器,因此X射线CT装置的高昂价格是不可避免的。另外,由于X射线传感器的面积增大,向受治疗者发射的辐射量也增加,而这会造成问题。



技术实现要素:

技术问题

因此,本发明的意图是提出一种X射线成像装置和X射线成像方法,其中,使用具有很小宽度的X射线传感器描绘整个视野(FOV)的三维图像,所述宽度小于包含垂直于所述FOV的纵向的横截面的最小圆的半径。

技术方案

为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供一种X射线成像装置,所述装置包括:X射线源,配置为向视野的一部分发射X射线;X射线传感器,配置为检测穿过所述视野的一部分后的X射线;移动单元,配置为移动所述X射线源和所述X射线传感器之中的至少一个,从而所述X射线源沿所述视野的多个方向发射X射线以穿过所述视野的几乎所有部分,并且所述X射线传感器接收穿过所述视野的几乎所有部分后的X射线;成像处理器,配置为基于穿过所述视野的几乎所有部分并被所述X射线传感器检测到的X射线描绘整个视野的三维图像。

在此,所述FOV部分可小于FOV的一半。另外,所述X射线传感器可具有一宽度,该宽度小于包含垂直于所述FOV的纵向的横截面的最小圆的半径乘以放大率的积。

而且,所述移动单元可包括支撑所述X射线源和所述X射线传感器的转臂,从而所述X射线源和所述X射线传感器在所述FOV的两侧布置为彼此相对,其中,所述转臂围绕所述X射线源和所述X射线传感器之间的转轴转动。所述移动单元可包括转臂移动单元,所述转臂移动单元在至少一个X射线图像获得截面内在垂直于所述转轴的平面上移动所述转轴。所述转臂移动单元可在所述平面上的弯曲轨迹上移动所述转轴。

根据本发明的另一个方面,提供一种X射线成像装置,所述X射线成像装置包括:X射线源,向FOV的一部分发射X射线;X射线传感器,检测穿过所述FOV部分后的X射线;转臂,支撑所述X射线源和所述X射线传感器,从而所述X射线源和所述X射线传感器在所述FOV的两侧布置为彼此相对,所述转臂可围绕所述X射线源和所述X射线传感器之间的转轴转动;以及转臂移动单元,在至少一个X射线图像获得截面内在垂直于所述转轴的平面上移动所述转轴。

在此,转臂移动单元可移动转轴,从而X射线源沿FOV的多个方向发射X射线,以穿过FOV的几乎所有部分,并且X射线传感器接收穿过FOV的几乎所有部分后的X射线。可替代地,X射线成像装置还可包括利用转臂移动部件支撑转臂的转臂支架。所述转臂移动单元可包括:可移动底座,连接至所述转臂,并可转动地布置在所述转臂支架上;第一驱动单元,相对于所述转臂支架移动所述可移动底座,从而所述转轴在弯曲轨迹上移动;以及第二驱动单元,相对于所述可移动底座转动所述转轴。在此,所述转臂移动单元还可包括布置在所述转臂支架上的弯曲轨道,所述可移动底座可在所述弯曲轨道上移动。

另外,所述转臂移动单元可包括:连接臂,连接至所述转臂,并通过连接轴连接至转臂轴;第一驱动单元,相对于所述转臂支架转动所述连接轴,从而所述转轴在弯曲轨迹上移动;以及第二驱动单元,相对于所述连接臂转动所述转轴。在此,所述X射线成像装置还可包括轴调节部,所述轴调节部相对于所述连接臂移动所述连接轴和所述转轴之中的至少一个。所述轴调节部可调节所述连接轴和所述转轴之间的距离。

而且,所述X射线传感器可具有一宽度,该宽度小于包含垂直于所述FOV的纵向的横截面的最小圆的半径乘以放大率的积。所述FOV部分可小于FOV的一半。

根据本发明的另一个方面,提供一种X射线成像方法,包括:a)通过沿FOV的多个方向发射X射线以穿过所述FOV的几乎所有部分并检测穿过所述FOV的几乎所有部分的X射线来获得穿过所述FOV的几乎所有部分的X射线的检测结果的步骤,FOV所有部分均小于FOV的一半;以及b)基于所述X射线检测结果描绘整个FOV的三维图像的步骤。

在此,步骤b)可包括通过使用重建算法重建X射线检测结果来描绘三维图像。所述重建算法可包括基于压缩感知算法或包含反向投影的滤波反向投影算法的迭代重建算法。所述X射线成像方法还可包括补偿所述X射线检测结果从而使得FOV的位置特异重建条件变得一致的步骤。可根据X射线穿过FOV的方向来补偿所述X射线检测结果。

所述重建条件可包括X射线检测结果的放大率和FOV中的X射线重叠数目之中的至少一个。

根据本发明的又一个方面,提供一种X射线成像方法,包括:确定沿FOV的多个方向发射X射线以穿过FOV的各个部分的X射线发射方向的步骤,每个FOV部分小于FOV的一半;沿所述X射线发射方向发射X射线并获得穿过FOV的X射线的检测结果的步骤;以及基于所述X射线检测结果描绘整个FOV的三维区域的步骤。

在此,所述确定X射线发射方向的步骤可包括确定X射线的发射方向从而使得X射线穿过FOV的几乎所有部分。所述确定X射线发射方向的步骤可包括确定X射线的发射方向从而使得FOV的X射线发射的位置特异角度范围大于或等于基准值。所述基准值可大于或等于90°或180°并小于360°。

有益效果

根据具有上述特征的本发明,所述X射线成像装置和所述X射线成像方法通过沿多个方向发射X射线使得X射线穿过FOV的各个部分来描绘整个FOV的三维图像。从而能够使用宽度小于现有的获得X射线CT图像的传感器的宽度的X射线传感器来描绘整个FOV的精确三维图像。更确切地说,在此所用的X射线传感器的宽度小于包含垂直于FOV的纵向的横截面的最小圆的半径。

另外,在本发明的X射线成像方法和X射线成像装置中,消除了在获得X射线图像的过程中X射线源或X射线传感器与受治疗者之间的物理干涉(例如碰撞)的可能性,最大限度地提高了响应X射线源和X射线传感器的机械运动的易控制性,并最大限度地减少了可能降低X射线图像的可靠性的任何因素,例如震动。因此,能够以更安全、更可靠的方式方便地获得X射线图像。

附图说明

图1是典型的X射线全景图像;

图2是示意性地示出获得X射线全景图像的典型方法的概念图;

图3是典型的X射线CT图像;

图4是示出获得X射线CT图像的典型方法的概念图;

图5是示出典型的X射线CT图像获得方法中的视野(FOV)区域以及X射线源和X射线传感器之间的关系的概念图;

图6是示出本发明的X射线成像方法的概念图;

图7是示出本发明的X射线成像装置的概念图;

图8是示出对FOV进行三维成像所需的X射线发射的位置特异角度范围的概念图;

图9是示出用于FOV的三维成像的X射线发射的位置特异方向的概念图;

图10是示出向弯曲轨迹投影对FOV进行三维成像所需的X射线发射的位置特异方向的过程的概念图;

图11是示出向弯曲轨迹投影对FOV进行三维成像所需的X射线发射的位置特异方向的结果的概念图;

图12是示出与X射线发射方向相关的X射线检测结果的放大率和FOV中的X射线重叠度的差异的概念图;

图13是示出补偿前和补偿后的FOV中的X射线重叠度的概念图;

图14是本发明的X射线成像方法的流程图;

图15是本发明的一种实施方式的X射线成像装置的侧立面图;

图16是本发明的实施方式的X射线成像装置的俯视平面图;

图17是本发明的另一种实施方式的X射线成像装置的透视图;和

图18是本发明的X射线成像结果的视图。

具体实施方式

现在将参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。作为参考,将举例说明牙科的X射线成像,但是本发明的概念不局限于此。本领域技术人员能够从以下说明明显看出,本发明的概念适用于各种X射线成像。

在进行全面说明之前,将首先参照相关附图论述本发明的X射线成像方法的主要特征,以便更好地理解。

图6是示意性地示出本发明的X射线成像方法中FOV18、X射线源112和X射线传感器114之间的关系的概念图,图7是示出执行本发明的X射线成像方法的示意性构造的概念图。

如图所示,本发明的X射线成像方法使用沿FOV18的多个方向朝FOV18的各个部分发射X射线的X射线源112、检测沿FOV18的多个方向穿过FOV18的某一部分的X射线的X射线传感器114、以及基于X射线传感器114的检测结果描绘整个FOV18的三维(3D)图像的图像处理器140。作为参考,在此,FOV18始终指视野(FOV),即,三维FOV。

X射线源112包括调节装置,例如准直仪,所述调节装置控制X射线的发射角度和发射面积。X射线源112使用所述调节装置沿FOV18的多个方向朝FOV18的一部分发射与X射线传感器114(将在后文中说明)对应的X射线,更确切地说,所述的FOV18的一部分小于FOV18的整个面积的一半。另外,X射线传感器114具有预定宽度,更确切地说,其宽度小于包含垂直于FOV18的纵向的横截面的最小圆的半径乘以放大率(半径x放大率)的积。X射线传感器114面向X射线源112布置,以检测沿FOV18的多个方向穿过所述FOV18的部分(小于FOV18的整个面积的一半)的X射线。

为此,可使用移动部件移动X射线源112和X射线传感器114之中的至少一个。X射线源112和X射线传感器114优选安装在转臂110的两端,从而X射线源112和X射线传感器114以彼此相对的状态移动。转臂110具有臂或门架的结构形状。为此,转臂110包括布置在X射线源112和X射线传感器114之间的转轴111。转轴111在X射线成像的至少部分截面中在预定角度范围内转动的同时沿横穿转轴111的平面移动。转轴111的转动和移动将在相应的说明部分中详细论述。

当本发明的X射线成像方法用于牙科时,FOV18例如可为包括受治疗者的牙弓的头部10的部分区域。即,如附图所示,垂直于FOV18的纵向的FOV18的横截面可具有包括牙弓的拱形或马蹄形形状。但是,这不是限定性的。在本发明的X射线成像方法中,根据具体目的,垂直于FOV18的纵向的FOV18的横截面可修改为多种示意图,例如圆形、椭圆形和弧形。不论FOV18是什么形状,X射线传感器114的宽度都小于包含垂直于FOV18的纵向的横截面的最小圆的半径乘以放大率的积。

因此,本发明的X射线成像方法通过沿FOV18的多个方向朝FOV18的整个面积发射并检测穿过FOV18的各个部分的X射线来描绘整个FOV18的三维图像。在此方面,本发明的X射线成像方法的一个特征在于,限定了描绘FOV18的三维图像所需的X射线发射的位置特异方向。

更具体地说,由于本发明的X射线成像方法使用沿多个方向穿过FOV18的各个部分的X射线,因此X射线可沿FOV18的不同的位置特异方向发射。另外,为了实现通过重建X射线检测结果来获得三维图像,X射线必须在FOV18的几乎整个面积上方的预定角度范围内发射。虽然X射线发射的角度范围取决于重建算法而变化,但是据报导,当使用基于压缩感知(CS)的迭代重建算法时,X射线发射的角度范围大于或等于90°,当使用包括背向投影(BP)的滤波反向投影法(FBP)(这是分析法的一个典型实例)时,X射线发射的角度范围应大于或等于180°。

但是,由于本发明的X射线成像方法使得X射线沿FOV18的多个方向穿过FOV18的各个部分,因此X射线发射的位置特异角度可能有所不同,从而使得进行三维成像所需的X射线发射的角度范围显著不同或不够。

因此,本发明的X射线成像方法的一个特征在于,通过考虑穿过FOV18的各个部分的X射线的所有方向来确定用于FOV18的三维成像的X射线发射的位置特异方向,从而获得在FOV18的几乎整个面积上进行三维成像所需的X射线发射的角度范围。

图8示出了在本发明的X射线成像方法中进行三维成像所需的X射线发射的位置特异角度范围。

在此,X射线发射的角度范围是通过考虑穿过FOV18的各个部分的X射线的所有方向来确定的。FOV18的X射线发射的位置特异方向确定为使得在FOV18的几乎整个面积上方的X射线发射角度范围大于或等于基准值。作为参考,X射线发射的角度范围的基准值可大于或等于90°或180°,并小于或等于360°。

图9是本发明的X射线成像方法中用于对FOV18进行三维成像的X射线发射的位置特异方向的概念图。作为参考,在图9中,在假定FOV18具有包含受治疗者的牙弓的拱形或马蹄形形状的前提下,指示X射线发射的位置特异方向的箭头在牙弓的径迹182上标出,并且,为了简洁,以①至⑨表示。由箭头所示的方向与X射线发射方向对应。

现在请参考任意选取的点②,虽然X射线的穿行路径可能有所不同(取决于X射线辐照区域),但穿过FOV18的不同点(即,至少包括图9中的点①、③、④和⑦)的X射线部分穿过点②。换言之,显而易见的是,穿过其它点的X射线满足在点②处进行三维成像所需的X射线发射的一部分范围。因此,图9中的箭头可被理解为在牙弓的径迹182上简洁地标记出了用于三维成像的FOV18的X射线发射的位置特异方向,其中考虑了沿所有方向穿过FOV18的各个部分的X射线以及进行三维成像所需的X射线发射的角度范围。

当用于FOV18的三维成像的X射线发射的位置特异方向如上定义时,X射线源和X射线传感器之间的转轴适当移动并转动,从而箭头对正点①至⑨处的X射线发射方向。在此情况中,可满足进行三维成像所需的X射线发射的位置特异角度范围。

但是,这是通过仅考虑X射线发射的方向获得的。在实际的图像获得过程中,受治疗者与X射线源和/或X射线传感器之间可能有物理干扰,使得X射线源和X射线传感器可能发生不必要的转动和移动,因而降低图像获得效率。

因此,本发明的X射线成像方法的另一个特征在于,限定对FOV18进行三维成像所需的X射线发射的位置特异方向,然后通过把X射线发射的位置特异方向投影到至少一条弯曲轨迹160c上来确定转轴在X射线源和X射线传感器之间移动的轨迹。

图10和图11是示意性地示出本发明的X射线成像方法中向至少一条弯曲轨迹160c投影对FOV18进行三维成像所需的X射线发射的位置特异方向的过程的概念图,并示出了该过程的结果。

如图10所示,本发明的X射线成像方法沿相应的方向延伸FOV18的X射线发射的预定位置特异方向,使得X射线发射的位置特异方向与至少一条弯曲轨迹160c相交,从而投影X射线。请参考附图,可以理解的是,点①至⑨处的X射线发射方向以一一对应的关系投影到至少一条弯曲轨迹160c上的点至

虽然图10中示出了FOV18的X射线发射的位置特异方向被投影为与单条弯曲轨迹160c相交,但是这不是限定性的。具体而言,所述弯曲轨迹160c可具有闭合曲线形状,例如圆形或椭圆形,其中,起点与终点会合;或者,所述弯曲轨迹160c也可为开放曲线,其中,起点与终点分开;或者,所述弯曲轨迹160c也可为具有不同尺寸和形状的一条或多条轨迹,这些轨迹位于FOV18之内或之外,或者与FOV18相交。例如,在假定FOV18的X射线发射的几乎所有预定位置特异方向都投影为与弯曲轨迹160c相交的前提下,可适当调整弯曲轨迹160c的数目和尺寸。

在下文所述的本发明的X射线成像装置中,弯曲轨迹160c构成转轴在X射线源和X射线传感器之间实际移动的轨迹。因此,弯曲轨迹160c需要设计为消除与受治疗者有物理干涉(例如碰撞)的可能性,最大限度地提高响应X射线源和X射线传感器的机械运动的易控制性,并最大限度地减少可能降低X射线图像的可靠性的任何因素,例如震动。

为此,弯曲轨迹160c呈同心圆形状,包括具有不同尺寸或相似形状的两个以下的圆形轨迹。转轴在圆形轨迹上的移动和转动限定为沿单个方向进行,不发生向相反反向的转变。

因此,如图11所示,对FOV18进行三维成像所需的X射线发射的几乎所有位置特定方向都可投影为与弯曲轨迹160c相交。另外,在下文所述的本发明的X射线成像装置中,至少一条弯曲轨迹160c构成转轴在X射线源和X射线传感器之间移动的轨迹。

当至少一条弯曲轨迹160c被如上所述确定时,通过在弯曲轨迹160c上移动转轴的同时适当转动X射线源和X射线传感器,可沿投影至弯曲轨迹160c的X射线发射方向获得X射线图像。在相应位置穿过FOV18的各个部分的X射线被检测。

以如上所述的方式获得的X射线检测结果是根据在FOV18的多个方向上的各个FOV18部分(精确地说,是分别小于FOV18的一半的部分)获得的穿过FOV18的整个面积的X射线的结果。该结果满足在FOV18的几乎整个面积上进行三维成像所需的X射线发射的角度范围。

因此,通过利用本发明的X射线成像方法的图像处理器(参见图7中的140,下同)执行重建过程,可把X射线检测结果描绘为FOV18的整个面积的三维图像。为此,图像处理器140包含重建算法。

由于本发明的X射线成像方法使用沿FOV18的相应方向穿过FOV18的一部分的X射线,因此重建条件可根据X射线发射方向而有所不同。因此,本发明的X射线成像方法根据FOV18的位置一致地调整重建条件,并且此特性构成本发明的另一个特征。

更具体地说,X射线三维图像的最小单位是体素,重建可被视为获得位于X射线穿行路线上的体素的CT数值或亨氏单位(HU)的一系列过程。就一个特定体素来说,体素的CT数值或HU基于沿多个方向穿过该体素的X射线的检测结果。为此,在沿多个方向穿过该体素的X射线之中,针对该体素的重建条件(例如放大率和X射线重叠度)必须是一致的。

但是,由于本发明的X射线成像方法使用沿FOV18的多个方向穿过FOV18的各个部分的X射线的检测结果,因此重建条件可能根据FOV18的位置而有所不同。例如,图12是示出本发明的X射线成像方法中X射线检测结果的放大率和FOV18中的X射线的位置特异重叠度的差异的概念图。

如图12所示,在使用本发明的X射线成像方法在两个位置获得X射线图像时,穿过FOV18中的一个点M1的X射线是通过在位置R1和R2检测X射线来获得的。在此,本发明的X射线成像方法向至少一条弯曲轨迹投影X射线发射方向,因而M1和R1之间的距离可能不同于M1和R2之间的距离。因此,根据X射线发射方向,FOV18中的同一点的X射线检测结果可能具有不同的放大率。同样,虽然穿过FOV18中的点M1的X射线构成位置R1和R2处的X射线检测结果,但是穿过FOV18中的点M2的X射线仅在R2处被检测。因此,即使M1和M2由相同的材料组成,体素也可能具有不同的CT数值或HU。

因此,本发明的X射线成像方法在重建过程之中或之前根据X射线发射方向补偿X射线检测结果的放大率,并根据X射线发射方向补偿FOV18中的X射线重叠度,从而使得FOV18的位置特异重建条件变得一致。另外,通过使用重建算法执行重建过程来描绘FOV18的三维图像。

作为参考,图13是示出本发明的X射线成像方法中根据X射线发射方向补偿X射线重叠度的过程的概念图。请参考图13的左侧部分(a),根据FOV18的位置,沿FOV18的多个方向穿过FOV18的各个部分的X射线呈现不同的重叠度。与此相反,在本发明的X射线成像方法中,当根据X射线发射方向补偿FOV18中的X射线重叠度时,FOV18的X射线的位置特异重叠度可被一致化,如图13的右侧部分(b)中所示。

下面将参照图14按顺序说明上述的本发明的X射线成像方法。图14是本发明的X射线成像方法的流程图。

首先,本发明的X射线成像方法考虑获得图像的目的等因素确定FOV(第1步)。

在此,垂直于FOV的纵向的横截面可具有多种示意图所示的形状,例如圆形、椭圆形和弧形。用于FOV的X射线成像的X射线传感器的宽度小于包含FOV的最小圆的半径乘以放大率的积,X射线源和X射线传感器固定至转臂的两端,转臂可移动并围绕X射线源和X射线传感器之间的转轴转动。

然后,本发明的X射线成像方法限定用于FOV的三维成像的X射线发射的位置特异方向(第2步)。

在此,考虑沿所有方向穿过FOV的X射线来确定X射线发射的位置特异方向,以满足对FOV进行三维图像重建所需的X射线发射的方向范围。

随后,本发明的X射线成像方法设定至少一条弯曲轨迹(第3步)。另外,把对FOV进行三维图像重建所需的X射线发射的位置特异方向投影至所述弯曲轨迹。

在此,当沿相应方向延伸进行FOV的三维图像重建所需的X射线发射的位置特异方向时,所述弯曲轨迹可为X射线发射的几乎所有位置特异方向与之相交的至少一条轨迹。对所述弯曲轨迹的数目或形状几乎没有限制。但是,考虑到所述弯曲轨迹是X射线源和X射线传感器之间的转轴转动和移动的轨迹,所述弯曲轨迹需要设计为消除与受治疗者有物理干涉(例如碰撞)的可能性,最大限度地提高响应X射线源和X射线传感器的机械运动的易控制性,并最大限度地减少可能降低X射线图像的可靠性的任何因素,例如震动。因此,所述弯曲轨迹呈同心圆形状,包括具有不同尺寸或相似形状的两个以下的圆形轨迹。转轴在每条圆形轨迹上的移动和转动限定为沿单个方向进行,不发生向相反方向的转变。

然后,本发明的X射线成像方法确定至少一条弯曲轨迹作为X射线源和X射线传感器之间的转轴的运动轨迹,并通过在沿所述弯曲轨迹移动所述转轴的同时适当地转动所述X射线源和所述X射线传感器来获得在向所述弯曲轨迹投影X射线的方向上的X射线图像,从而获得穿过FOV的各个部分的X射线的检测结果(第4步)。

随后,本发明的X射线成像方法根据X射线发射方向基于重建条件调整X射线检测结果的放大率和FOV的X射线的位置特异重叠度(第5步),最后使用重建算法通过重建来描绘FOV的三维图像(第6步)。

为了使用本发明的X射线成像方法描述FOV的三维图像,X射线源和X射线传感器之间的转轴在所述弯曲轨迹上移动的同时必须能够转动。因此,本发明提供一种X射线成像装置,其中,在X射线图像获得过程中,所述X射线成像装置的转轴在至少一个预定截面内在所述弯曲轨迹上转动的同时可在X射线源和X射线传感器之间移动。

下面将说明本发明的X射线成像装置的实施方式。

图15和图16是本发明的一种实施方式的X射线成像装置的一部分的俯视图和侧视立面图。在图15和图16中,为了简洁起见,仅示出了包括X射线源112和X射线传感器114的图像获得单元102的一部分。

如图所示,此实施方式的X射线成像装置的图像获得单元102包括支撑X射线源112和X射线传感器114的转臂110、支撑转臂110的转臂支架120、以及转臂移动单元150。转臂移动单元150在把转臂110连接至转臂支架120的同时使得转臂110可相对于转臂支架120转动和移动。

转臂110具有门架形状或类似形状,X射线源112和X射线传感器114在转臂110的两端布置为彼此相对。另外,转轴111布置在转臂110上,位于X射线源112和X射线传感器114之间。

请参考图17,转臂支架120连接至柱400,从而转臂支架120与柱400相交。转臂支架120可随柱400升降,并通过转臂移动单元150支撑转臂110。

转臂移动单元150在把转臂110连接至转臂支架120的同时使得转臂110的转轴111可相对于转臂支架120转动和移动。为此,转臂移动单元150包括限定一条弯曲轨迹的弯曲轨道151和可在弯曲轨道151上移动的可移动底座152。可移动底座152可转动地连接至转臂110的转轴111。

弯曲轨道151可布置在转臂支架120上。可移动底座152包括用于转动转轴111的转臂驱动单元115和用于在弯曲轨道151上移动可移动底座152的行进驱动单元153。另外,优选布置有面向行进驱动单元153的导辊154,并且弯曲轨道151处于导辊154和行进驱动单元153之间。导辊154导引可移动底座152,从而可移动底座152可在弯曲轨道151上移动。

行进驱动单元153的一个例子可包括与电机和弯曲轨道151滚动接触的滑轮。在另一个例子中,当弯曲轨道151在其外周上具有齿条时,行进驱动单元153可包括与所述齿条啮合的小齿轮。另外,转臂驱动单元115的一个例子可包括电机,并可根据需要包括把电机的转动力传递至转臂110的转轴111的齿轮。

如图所示,弯曲轨道151限定弯曲轨迹,即,转轴111的移动路径。另外,可移动底座152使得转轴111在由弯曲轨道151限定的弯曲轨迹上移动。转轴111的移动可随着转轴111的转动一起进行。在此,术语“一起进行”包括同时进行的情况或顺次进行的情况。因此,在X射线图像成像过程中,转轴111在至少一个预定截面内在由弯曲轨道151限定的弯曲轨迹上移动和转动。

弯曲轨道151不局限于与附图不同的圆形,它可以是闭合曲线,例如圆形或椭圆形,其中,起点与终点汇合;也可以是开放曲线,其中,起点与终点分开。即,弯曲轨道151的形状可沿转轴111的弯曲轨迹设计,如上所述。

因此,在本发明的此实施方式的X射线成像装置中,在X射线图像成像过程中,X射线源112和X射线传感器114之间的转轴111可在至少一个预定截面中在所述弯曲轨迹上移动和转动,X射线源112和X射线传感器114可沿FOV的多个方向相对于FOV的整个面积发射X射线,并检测穿过FOV的各个部分的X射线。

图17是本发明的另一种实施方式的X射线成像装置的透视图。

与前一种实施方式相比,此实施方式的图像获得单元102的特征在于,连接转臂支架120和转臂110的转臂移动单元150包括连接臂130。

连接臂130的一部分连接至转轴111,从而转臂110可相对于连接臂130围绕转轴111转动。连接臂130的另一个部分通过连接轴121连接至转臂支架120,从而连接臂130可相对于转臂支架120围绕连接轴121转动。

为此,虽然在附图中未示出,但是转臂支架120可包括用于转动连接臂130的连接轴121的驱动单元。连接臂130或转臂110可包括用于转动转轴111的另一个驱动单元。

在此,连接臂130优选具有轴调节部131a,所述轴调节部131a能够移动转轴111和连接轴121之中的至少一个。例如,轴调节部131a通过沿连接臂130的纵向移动两个轴之中的至少一个来调节转轴111和连接轴121之间的距离。可使用轴调节部131a以多种方式调节弯曲轨迹(即,转轴111在X射线图像获得过程中移动的轨迹)。

因此,在此实施方式的X射线成像装置中,在X射线图像获得过程中,X射线源112和X射线传感器114之间的转轴111可在至少一个预定截面内在所述弯曲轨迹上移动和转动。X射线源112和X射线传感器114可沿FOV的多个方向相对于FOV的整个面积发射X射线,并检测穿过FOV的各个部分的X射线。

图18示出了使用本发明的X射线成像方法或X射线成像装置描绘的FOV的三维图像。虽然在各个附图中未示出,但是本发明的X射线成像装置可包括显示装置,以显示三维图像。可替代地,三维图像可经由有线或无线介质显示在连接至本发明的X射线成像装置的独立显示装置上,例如计算机。

如图所示,所述显示装置可显示FOV的三维图像(参看右下部分),并可根据用户所需的位置和方向提供多种断层图像。例如,当FOV具有包含受治疗者的牙弓的拱形或马蹄形形状时,可在显示装置上显示受治疗者的牙弓的三维图像,并且可在三维图像中同时显示多种断层图像。

在此,所述图像处理器或独立的计算机优选在其中安装有计算机程序,以基于由用户使用输入部件等装置指定的三维图像的位置在所述显示装置上显示表现牙弓的整个径迹的X射线断层图像。可在所述显示装置上显示垂直于由用户指定的X射线断层图像中的径迹的全景横截面图。

所述全景横截面图是牙科医生最熟悉的标准图像,并且是从三维图像转换而成的。因此,所述全景横截面图具有很精确的长度信息,不存在可能在现有透射图像上形成的缺陷,例如牙齿重叠以及由颈椎引起的模糊。因此,其适用性很广。

上文的说明和附图是为了示例性目的通过具体例子描述的,而不旨在限制本发明的技术原理。在不脱离本发明的技术原理的前提下,能够对本发明的实施方式做出各种修改或变化。这种修改或变化应理解为属于本发明的范围,本发明的范围应仅由所附权利要求或其等效形式限定。

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