专利名称：颅颌面锥束计算机断层成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备领域，具体是一种颅颌面锥束计算机断层成像装置。
背景技术：
我国有约近万家医院的口腔、整形外科、肿瘤中心有能力开展颅脑外科、颌面外科、整形外科、口腔种植外科、口腔肿瘤外科、耳鼻喉外科、立体定向外科手术治疗。由于目前国内绝大多数单位都是采用多年沿袭下来的临床经验和X光平片二维定性方法进行诊断工作，手术技术含量低，其是否成功很大程度取决于医生的经验判断。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，为颅颌面外科医师进行临床病人病情快速诊断和安全、可靠的制定出手术方案或治疗计划提供一种颅颌面锥束计算机断层成像装置，以用于颅、颌、面外科整形和美容外科虚拟整容及对多种类别的硬软组织和器官临床手术实施精确指导。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的本发明的颅颌面锥束计算机断层成像装置，由机架(1)、机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)、体位三维激光定位器(7)、体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)、X射线源(10)、图像采集与处理系统(13)、机械控制系统(14)组成，其特征在于机架(1)是一钢性龙门架结构，下面有4组滑轮和足踏定位装置，机架(1)上支撑和悬挂机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)，其中，机架立柱(2)由一组螺旋导轨组成，装在机架(1)的中间；滑轨(3)和滑轨(4)分别装在机架(1)的两端；导轨立柱(5)和导轨立柱(6)分别装在滑轨(3)和滑轨(4)上；体位三维激光定位器(7)装在机架(1)的中间；体表面激光扫描仪(8)、X射线源(10)装在导轨立柱(6)上；辐射探测器(9)装导轨立柱(5)上；图像采集与处理系统(13)分别与体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)相连；机械控制系统(14)分别与机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)相连。
上述方案中，体位三维激光定位器(7)由X、Y、Z方向三组激光定位器组成。
上述方案中，辐射探测器(9)为常规CCD影像增强器或非晶硅平面探测器或非晶硒平面探测器，辐射探测器(9)前安装有准直设备。
上述方案中，准直设备为准直器、防散射滤线栅。
上述方案中，X射线源(10)的焦点≤0.5mm，能量在几十千伏到二百千伏之间。
上述方案中，图像采集与处理系统(13)由计算机辅助系统软件的数据采集系统(DAS)、手术(治疗)计划准备或预处理、手术(治疗)计划设计及评估、虚拟模拟和计划输出五个模块组成，其数据流通过内部网络系统和医院数据库(12)，机械控制系统(14)，医生工作站(15)，虚拟模拟工作站(16)，计划系统(17)相联。
上述方案中，数据采集系统(DAS)模块的流程为接受探测器采集的穿过人体的X线信号并转变为供重建图像所需的数字信号，通过计算软件处理，形成三维锥束断层扫描影像；或根据病人提供的其它医学图像资料进行配准、融合、重建；支持DICOM 3.0标准和DICOM RT，CT、MRI及其它图像直接由网络或磁介质输入系统，保证图像处理精度和速度；或通过扫描仪扫描输入胶片图像；同时或分段输入不同影像检查设备的不同序列图像，为精确制定计划和术后随访提供方便。
上述方案中，手术(治疗)计划准备或预处理模块的流程为颅颌体内定位标记点的自动探测、图像序列的配准和校正；头颅、病灶(靶区)及重要器官的自动提取及体积计算；支持平行、垂直、斜面等多种图像插值和重建方法；支持图像窗宽/窗位调节、单幅/多幅显示、放大/缩小、漫游、图像翻转、电影播放和标注等图像显示和处理功能；支持多个图像序列的管理和分窗口显示及图像对比和图像配准和融合；任意点的绝对坐标位置显示及CT值探测；点、距离及感兴趣区域参数的定量测量和显示。
上述方案中，手术(治疗)计划设计及评估模块的流程为交互式的计划设计方式(入腔点和手术路径)，并实时显示；入腔点和手术路径在序列断层图像上的直观显示及三维模拟显示；围绕手术路径旋转的任意手术剖面图像的提取及显示；手术路径上各点的三个正交面及垂直于手术路径的平面图像重建及显示；手术路径与颌面皮肤的交点及手术路径在患者口腔中距离等参数的实时计算；结合腔内肿瘤的后装放射治疗时，可以直接叠加显示置入核素的放射剂量分布图。
上述方案中，虚拟模拟模块的流程为根据采集的数据和图像重建的解剖结构，医生可以在虚拟模拟工作站上建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述，进行立体的、和精确地显示骨骼、皮肤表层，机体组织三维解剖结构，包括颅脑、颌骨、牙齿轮廓、瘤体、表皮、真皮、脂肪层、动脉、静脉的空间分布及其相互关系，并进行虚拟手术(治疗)模似，为准确了解和掌握病情并制定合理的手术治疗计划提供了极为重要的依据，提高手术和治疗的效果。
上述方案中，计划输出模块的流程为打印输出手术计划报告单，其中包括病人信息、计划信息，如靶点位置、病灶(靶区)体积等；可任意获取计划图像及评估图形，并可按单幅或多幅拼接打印输出存档；可将病例、计划和图像数据存入CD-R光盘/MO磁光盘中，实现永久存档。
本发明的颅颌面锥束计算机断层成像(Cranio-Maxillo-FacialCone-Beam Computed Tomography)装置，简称锥束CT(Cone-Beam CT)装置，是利用螺旋锥束CT技术，结合高精度影像学定位、计算机和图像处理技术、三维可视化技术，通过计算机仿真，可以为颅颌面外科(包括颌面正颌外科、头颈整形外科、口腔种植外科、口腔肿瘤外科、耳鼻喉外科、头颈立体定向外科等)医师进行临床病人病情快速诊断和安全、可靠的制定出手术(或立体适形放疗)方案或治疗计划的医疗装置。该装置附带有人体体表激光扫描仪，能对人体头、面、颌骨、颈部进行快速扫描和三维重建，与锥束CT软件系统配合使用，可以广泛适用于颅、颌、面外科整形和美容外科虚拟整容及对多种类别的硬软组织和器官临床手术实施精确指导。
事实上，借助于锥束(Cone-Beam)CT装置不仅可以三维立体诊断病变情况，还可模拟手术过程、提高手术和治疗的安全性、增强医生的信心，而且在某种程度上也降低了手术的难度、缩短了治疗时间，同时也进一步拓宽了手术治疗的适用范围，特别是在口腔种植外科术前了解重要的解剖结构，如下齿槽神经管、上颌窦底、鼻底与齿槽嵴之间的三维立体结构关系；在颅颌面整形外科尤其是正颌外科中，成像技术能立体的、和精确地显示皮肤表层，机体组织三维解剖结构，包括表皮、真皮、脂肪层、动脉、静脉的空间分布及其相互关系，其再现畸形或病体模型的程度可以达到解剖学的精度，为准确了解和掌握病情并制定合理的手术治疗计划提供了极为重要的依据，提高了整形手术的效果。使得一些较为复杂的手术在基层医院可以顺利开展。
颅颌面锥束(Cone-Beam)CT装置的临床应用意义还有如下几方面1、利用Cone-Beam CT图像，可以自动测量、计算病灶的位置座标、体积大小；自动描绘出颌骨和牙齿的轮廓；显示出手术的坐标点及深度；描绘出口腔内部结构，并测量其距离和范围；2、通过先进的图像处理技术，可以将患者的CT、MRI、X线等不同设备的影像进行配准、融合及三维重建，为病灶的准确定位提供多种观测、判断手段，明显增加了手术和治疗的安全程度和适用范围，也极大地方便了医师进行立体定向手术治疗操作；3、通过Cone-BeamCT计算机扫描和图像技术可以在术前实时显示外科手术的多个平面病灶和齿部轮廓，也可以二维、三维的形式显示颌面、肿瘤、重要解剖结构和相互关系，为医生提供交互式的头颅断层图像输入和三维重建工具，自动识别并建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述。在医生制定方案时，辅助分析病灶周围解剖结构情况，显示治疗过程(或治疗剂量)与重要器官的关系，向医生提供最佳的三维治疗方案，从而确定最优化、最合理的治疗计划。根据颅颌面Cone Beam CT采集的数据和图像重建的解剖结构，医生可以在虚拟模拟工作站上建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述，进行立体的、和精确地显示骨骼、皮肤表层，机体组织三维解剖结构，包括颅脑、颌骨、牙齿轮廓、瘤体、表皮、真皮、脂肪层、动脉、静脉的空间分布及其相互关系，并进行虚拟手术(治疗)模拟，为准确了解和掌握病情并制定合理的手术治疗计划提供了极为重要的依据，提高手术和治疗的效果。
4、结合口腔肿瘤的后装和粒子植入放射治疗时，可以直接叠加显示置入核素的放射剂量分布图，使得后装粒子植入放射治疗计划的制定更加适形、合理、有效；5、将传统的口腔种植外科技术数字化，使牙种植外科技术更个性化、精确化和科学化；6、配合激光体表三维扫描仪，进行立体透视成像，可将传统颌面整形、美容外科数字化、仿真化和智能化；7、使三维CT扫描技术能进入一般基层医院和诊所，大大减轻病人经济负担；8、将病人的资料、图像、治疗计划用计算机进行统一管理，可以进行检索、查询，便于对病人进行回访。
本发明的颅颌面锥束(Cone-Beam)CT装置由两部分组成，即锥束X线CT扫描成像系统和一套建立在高性能图像工作站基础上，结合计算机技术和图像处理技术的软件系统。它为医生提供交互式的头颅断层图像输入和三维重建工具，自动识别并建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述。在医生制定方案时，辅助分析病灶周围解剖结构情况，仿真治疗过程并模拟显示治疗过程(或治疗剂量)与重要器官的关系，向医生提供最佳的三维治疗方案，从而确定最优化、最合理的治疗计划，并可打印输出方案报告，存贮病例计划。
颅颌面锥束(Cone-Beam)CT有以下关键技术1.锥束CT图像数据的快速采集与输入；2.快速的三维图像重建方法；3.快速、准确的定位点、靶区轮廓、头颅轮廓的自动探测方法；4.有效的图像数据融合方法；5.适应不同病种手术(治疗)的虚拟分析软件。
本发明的颅颌面锥束(Cone-Beam)CT计算机成像装置中的辅助图像处理和治疗计划系统软件，在PC机的Windows XP平台上开发，也有不同的工作平台版本，并可以和立体放疗的TPS通过DICOM RT接口联结，以适应不同档次用户(医院)的需要。
图1是本发明实施例一的示意图。
图2是本发明实施例一的计算机辅助系统软件功能模块示意图。
附图中，各数字的含义为1机架；2机架立柱；3滑轨；4滑轨；5导轨立柱；6导轨立柱；7体位三维激光定位器；8体表面激光扫描仪；9辐射探测器；10X线射线源；11病人；12院数据库；13图像采集与处理系统；14机械控制系统；15医生工作站；16虚拟模拟工作站；17计划系统。
具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例一如图1和图2所示，本发明实施例一的颅颌面锥束计算机断层成像装置，由机架(1)、机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)、体位三维激光定位器(7)、体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)、X射线源(10)、图像采集与处理系统(13)、机械控制系统(14)组成，其特征在于机架(1)是一钢性龙门架结构，下面有4组滑轮和足踏定位装置，机架(1)上支撑和悬挂机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)、体位三维激光定位器(7)、体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)、X射线源(10)外还可以灵活方便在诊室和病房之间移动；机架立柱(2)由一组螺旋导轨组成，装在机架(1)的中间，通过机械控制系统(14)可以操纵导轨立柱(5)、导轨立柱(6)、体位三维激光定位器(7)上下移动；滑轨(3)和滑轨(4)分别装在机架(1)的两端，控制滑轨(3)和滑轨(4)的左右距离位置可以方便精确调整辐射探测器(9)、X射线源(10)和病人(11)之间的距离，确保影像成像的质量和比例；导轨立柱(5)和导轨立柱(6)分别装在滑轨(3)和滑轨(4)上；体位三维激光定位器(7)装在机架(1)的中间，由X、Y、Z方向三组激光定位器组成，其作用和CT模拟定位机中的三维激光定位器作用类似；体表面激光扫描仪(8)、X射线源(10)装在导轨立柱(6)上，通过体表面激光扫描仪(8)对病人头面部上下旋转扫描，可以获得病人颅颌面部体表细微三维图像，该三维图像和用X线获得的病人颅颌面体部三维图像进行重建，即可得到颌面、肿瘤、重要解剖结构和相互关系；X射线源(10)采用小焦点(焦点≤0.5mm)，能量在几十千伏到二百千伏之间；辐射探测器(9)装在导轨立柱(5)上，采用常规CCD影像增强器，为了降低散射线的影响和提高探测器的收集效率，在探测器前安装了准直设备如准直器和防散射滤线栅；图像采集与处理系统(13)分别与体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)相连；机械控制系统(14)分别与机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)相连。
图像采集与处理系统(13)由计算机辅助系统软件的数据采集系统(DAS)、手术(治疗)计划准备或预处理、手术(治疗)计划设计及评估、虚拟模拟和计划输出五个模块组成，负责整个系统的图像采集与处理，其数据流通过内部网络系统和医院数据库(12)，机械控制系统(14)，医生工作站(15)，虚拟模拟工作站(16)，计划系统(17)相联，控制整个系统的正常工作和数据交换。
各个模块的流程如下1、数据采集系统(DAS)接受探测器采集的穿过人体的X线信号并转变为供重建图像所需的数字信号，经准直器后宽度较窄的扇形X线束通过人体后被探测器所接收，由DAS转为数字信号。通过计算软件处理，形成三维锥束断层扫描影像。或根据病人提供的其它医学图像资料进行配准、融合、重建；支持DICOM3.0标准和DICOM RT，CT、MRI及其它图像直接由网络或磁介质输入系统，保证图像处理精度和速度，也可通过扫描仪扫描输入胶片图像；可同时或分段输入不同影像检查设备的不同序列图像，为精确制定计划和术后随访提供方便。
2、手术(治疗)计划准备或予处理颅颌体内定位标记点的自动探测、图像序列的配准和校正；头颅、病灶(靶区)及重要器官的自动提取及体积计算；支持平行、垂直、斜面等多种图像插值和重建方法。
支持图像窗宽/窗位调节、单幅/多幅显示、放大/缩小、漫游、图像翻转、电影播放和标注等图像显示和处理功能；支持多个图像序列的管理和分窗口显示及图像对比和图像配准和融合；任意点的绝对坐标位置显示及CT值探测；点、距离及感兴趣区域参数的定量测量和显示。
3、手术(治疗)计划设计及评估交互式的计划设计方式(入腔点和手术路径)，并实时显示；入腔点和手术路径在序列断层图像上的直观显示及三维模拟显示；围绕手术路径旋转的任意手术剖面图像的提取及显示；手术路径上各点的三个正交面及垂直于手术路径的平面图像重建及显示；手术路径与颌面皮肤的交点及手术路径在患者口腔中距离等参数的实时计算；结合腔内肿瘤的后装放射治疗时，可以直接叠加显示置入核素的放射剂量分布图。
4、虚拟模拟根据颅颌面Cone Beam CT采集的数据和图像重建的解剖结构，医生可以在虚拟模拟工作站上建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述，进行立体的、和精确地显示骨骼、皮肤表层，机体组织三维解剖结构，包括颅脑、颌骨、牙齿轮廓、瘤体、表皮、真皮、脂肪层、动脉、静脉的空间分布及其相互关系，并进行虚拟手术(治疗)模拟，为准确了解和掌握病情并制定合理的手术治疗计划提供了极为重要的依据，提高手术和治疗的效果。
5、计划输出打印输出手术计划报告单，其中包括病人信息、计划信息，如靶点位置、病灶(靶区)体积等；可任意获取计划图像及评估图形，并可按单幅或多幅拼接打印输出存档；可将病例、计划和图像数据存入CD-R光盘/MO磁光盘中，实现永久存档。
本发明实施例一的颅颌面锥束计算机断层成像装置主要技术参数指标如下高压发生器 工频球管最大阳极电压 120kV整体扫描时间 40sec曝射量 98mAs靶材料 钨总滤过 3.4mm Al+1.4mm Cu焦点大小 0.5mm旋转角度 360°扫描厚度 0.2mm图像重建时间 60秒/80层(512×512)视野大小 轴向12cm max纵向16.5cm max横断面/冠状面/矢状面 任意分割显示窗 水平、宽度可调联结兼容性 DICOM 3.0工作站 PC电源 220V～，50Hz散射剂量 ＜1.7mR重量 150-200公斤实施例二本实施例的颅颌面锥束计算机断层成像装置除辐射探测器(9)采用非晶硅平面探测器外，其余同实施例一。
实施例三本实施例的颅颌面锥束计算机断层成像装置除辐射探测器(9)采用非晶硒平面探测器外，其余同实施例一。
权利要求
1.一种颅颌面锥束计算机断层成像装置，由机架(1)、机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)、体位三维激光定位器(7)、体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)、X射线源(10)、图像采集与处理系统(13)、机械控制系统(14)组成，其特征在于机架(1)是一钢性龙门架结构，下面有4组滑轮和足踏定位装置，机架(1)上支撑和悬挂机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)，其中，机架立柱(2)由一组螺旋导轨组成，装在机架(1)的中间；滑轨(3)和滑轨(4)分别装在机架(1)的两端；导轨立柱(5)和导轨立柱(6)分别装在滑轨(3)和滑轨(4)上；体位三维激光定位器(7)装在机架(1)的中间；体表面激光扫描仪(8)、X射线源(10)装在导轨立柱(6)上；辐射探测器(9)装在导轨立柱(5)上；图像采集与处理系统(13)分别与体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)相连；机械控制系统(14)分别与机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)相连。
2.根据权利要求1所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于体位三维激光定位器(7)由X、Y、Z方向三组激光定位器组成。
3.根据权利要求1所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于辐射探测器(9)为常规CCD影像增强器或非晶硅平面探测器或非晶硒平面探测器，辐射探测器(9)前安装有准直设备，准直设备为准直器、防散射滤线栅。
4.根据权利要求1所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于X射线源(10)的焦点≤0.5mm，能量在几十千伏到二百千伏之间。
5.根据权利要求1所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于图像采集与处理系统(13)由计算机辅助系统软件的数据采集系统(DAS)、手术(治疗)计划准备或预处理、手术(治疗)计划设计及评估、虚拟模拟和计划输出五个模块组成，其数据流通过内部网络系统和医院数据库(12)，机械控制系统(14)，医生工作站(15)，虚拟模拟工作站(16)，计划系统(17)相联。
6.根据权利要求5所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于数据采集系统(DAS)模块的流程为接受探测器采集的穿过人体的X线信号并转变为供重建图像所需的数字信号，通过计算软件处理，形成三维锥束断层扫描影像；或根据病人提供的其它医学图像资料进行配准、融合、重建；支持DICOM 3.0标准和DICOM RT，CT、MRI及其它图像直接由网络或磁介质输入系统，保证图像处理精度和速度；或通过扫描仪扫描输入胶片图像；同时或分段输入不同影像检查设备的不同序列图像，为精确制定计划和术后随访提供方便。
7.根据权利要求5所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于手术(治疗)计划准备或预处理模块的流程为颅颌体内定位标记点的自动探测、图像序列的配准和校正；头颅、病灶(靶区)及重要器官的自动提取及体积计算；支持平行、垂直、斜面等多种图像插值和重建方法；支持图像窗宽/窗位调节、单幅/多幅显示、放大/缩小、漫游、图像翻转、电影播放和标注等图像显示和处理功能；支持多个图像序列的管理和分窗口显示及图像对比和图像配准和融合；任意点的绝对坐标位置显示及CT值探测；点、距离及感兴趣区域参数的定量测量和显示。
8.根据权利要求5所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于手术(治疗)计划设计及评估模块的流程为交互式的计划设计方式(入腔点和手术路径)，并实时显示；入腔点和手术路径在序列断层图像上的直观显示及三维模拟显示；围绕手术路径旋转的任意手术剖面图像的提取及显示；手术路径上各点的三个正交面及垂直于手术路径的平面图像重建及显示；手术路径与颌面皮肤的交点及手术路径在患者口腔中距离等参数的实时计算；结合腔内肿瘤的后装放射治疗时，可以直接叠加显示置入核素的放射剂量分布图。
9.根据权利要求5所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于虚拟模拟模块的流程为根据采集的数据和图像重建的解剖结构，医生可以在虚拟模拟工作站上建立口腔、头颅、病灶、及重要器官的三维几何描述，进行立体的、和精确地显示骨骼、皮肤表层，机体组织三维解剖结构，包括颅脑、颌骨、牙齿轮廓、瘤体、表皮、真皮、脂肪层、动脉、静脉的空间分布及其相互关系，并进行虚拟手术(治疗)模拟，为准确了解和掌握病情并制定合理的手术治疗计划提供了极为重要的依据，提高手术和治疗的效果。
10.根据权利要求5所述的颅颌面锥束计算机断层成像装置，其特征在于计划输出模块的流程为打印输出手术计划报告单，其中包括病人信息、计划信息，如靶点位置、病灶(靶区)体积等；可任意获取计划图像及评估图形，并可按单幅或多幅拼接打印输出存档；可将病例、计划和图像数据存入CD-R光盘/MO磁光盘中，实现永久存档。
全文摘要
本发明是医疗设备领域中的颅颌面锥束计算机断层成像装置，该装置由钢性龙门架结构的机架(1)，机架(1)中间的机架立柱(2)，两端的滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)，及机架(1)中间的体位三维激光定位器(7)，导轨立柱(5)上的辐射探测器(9)，导轨立柱(6)上体表面激光扫描仪(8)、X射线源(10)，与上体表面激光扫描仪(8)、辐射探测器(9)相连的图像采集与处理系统(13)，与机架立柱(2)、滑轨(3)、滑轨(4)、导轨立柱(5)、导轨立柱(6)相连的机械控制系统(14)组成，供颅颌面外科医师用于临床病人病情快速诊断和安全、可靠的制定出手术方案或治疗计划，适用于颅、颌、面外科整形和美容外科虚拟整容及对多种类别的硬软组织和器官临床手术实施精确指导。
文档编号G06F17/00GK1931093SQ20051002166
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月15日 优先权日2005年9月15日
发明者吴大怡, 吴大可 申请人:吴大怡, 吴大可