BR112012002128B1

BR112012002128B1 - sistema de formação de imagem de raios-x dental extra-oral multi-funcional de sensor individual

Info

Publication number: BR112012002128B1
Application number: BR112012002128-1A
Authority: BR
Inventors: Spartiotis Konstantinos; Pantsar Tuomas; Lohman Henrik Viking
Original assignee: Oy Ajat, Ltd.
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US20100034340A1; WO2011012940A1; BR112012002128A2; BR112012002128B8; KR20120035909A; US8306181B2; EP2419018A1; EP2419018B1; ES2626622T3; KR101603993B1

Abstract

UM SISTEMA DE FORMAÇÃO DE IMAGEM DE RAIOS-X DENTAL EXTRAORAL MULTI-FUNCIONAL DE SENSOR INDIVIDUAL E MÉTODO Um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral multi-funcional inclui uma fonte de raios-X convencional e manipulador para controlar o movimento da fonte de raios-X por translação e rotação, um dispositivo de formação de imagem de raios-X que produz múltiplos quadros em tempo real e pelo menos dois diferentes programas de perfil de exposição, enquanto um de tais perfis produz uma imagem panorâmica padrão e um segundo de tais perfis produz uma fatia em ângulo ou transversal à imagem panorâmica. Um terceiro programa de perfil de exposição produz uma projeção substancialmente linear do crânio humano pela combinação de duas projeções lineares, uma para a parte direita e uma para a parte esquerda da cabeça. O sensor é uma conversão linear direta operando preferivelmente no modo de quadros e produzindo mais de 100 fps.

Description

Referência A Pedidos De Patente Relacionados

[001] Este pedido de patente é uma continuação em parte de pedido de patente US n° de série 12/134.578 depositado em 6 de junho de 2008, que é uma continuação em parte de prior co-pendente pedido de patente US n° de série 12/076.039 depositado em 13 de março de 2008. Todo o conteúdo de cada um destes pedidos de patente é pelo presente documento expressamente incorporados por referência.

Antecedentes da invenção

[002] A presente invenção se refere ao campo de sistemas de formação de imagem dental extra-oral. Mais especificamente a presente invenção se refere a sistemas de formação de imagem de raios-X dental panorâmica e dental sistemas de formação de imagem de raios-X por Tomografia computadorizada (“TC”).

Descrição da Técnica Relacionada

[003] Sistemas de formação de imagem de raios-X dental extra-oral digital podem ser divididos em duas categorias principais. A primeira categoria é sistemas de formação de imagem planar que produz uma imagem plana, em duas dimensões. Esta categoria inclui formação de imagem panorâmica, transversal e cefalométrica. A segunda categoria consiste nos denominados sistemas de formação de imagem volumétricos que produzem imagens tridimensionais. Estes são normalmente denominados sistemas de tomografia por computador ou Tomografia computadorizada (TC).

[004] Os sistemas atuais podem ter um ou mais modalidades de modo que um sistema individual pode proporcionar tanto modalidades utilizando um dispositivo de formação de imagem panorâmico como um dispositivo de formação de imagem volumétrico.

[005] A imagem de um sistema de formação de imagem planar tem dois tipos de resolução: A resolução espacial da imagem ao longo dos dois eixos do dispositivo de formação de imagem (“largura” e “altura” correspondentemente) e a resolução na direção da profundidade (isto é, perpendicular à camada de formação de imagem do dispositivo de formação de imagem.)

[006] A resolução espacial depende do tamanho do pixel do dispositivo de formação de imagem, a função de modulação de transferência inerente do dispositivo de formação de imagem (isto é, a função de desfoque), a acurácia das características do movimento mecânico e fonte de raios- X. Usualmente é possível ver objetos do tamanho do pixel do dispositivo de formação de imagem, isto é, um dispositivo de formação de imagem com 100 mícron de tamanho de pixel pode resolver objetos de 100 mícrons de largura.

[007] Sistemas de formação de imagem de raios-X planos produzem uma imagem que tem todo o conteúdo do objeto para ser visualizado projetado a uma única imagem plana. Isto significa que todas as características do objeto dentro do campo de vista são vistas na imagem independente da distância real do sensor. Na maioria dos casos, é necessário eliminar o efeito de características ou objetos fora de uma região de interesse selecionada. Por exemplo, em uma imagem panorâmica, a sombra da espinha deve ser eliminada. A resolução de profundidade significa o quão pequena é a área que terá projeção perfeitamente enfocada na imagem. Outras regiões fora desta área apareceram borradas ou desapareceram completamente. A resolução de profundidade principalmente depende da largura do sensor ao longo da direção de movimento, a trajetória de movimento real e resolução espacial do dispositivo de formação de imagem. A diferença entre resolução de profundidade e espacial depende quase unicamente do intervalo angular a partir do qual qualquer ponto no objeto para ser visualizado em vista. Quanto maior o intervalo angular, melhor a resolução de profundidade, isto é, objetos menores podem ser resolvidos em forma de profundidade. Com o acima em mente o sistema extra-oral realizando formação de imagem panorâmica do sensor é tipicamente longo e com uma largura pequena, mas não produz quaisquer quadros e não é capaz de fazer fatias transversais. Os sistemas extra-orais de propósito duplo têm um segundo sensor que é um painel plano de algum tipo com m/n igual ou muito próximo a 1, e onde m é o comprimento e n a largura do painel plano. O comprimento e largura de painéis planos é usualmente no intervalo de 5 cm a 20 cm na maioria dos sistemas de formação de imagem dental extra-oral.

[008] Os sistemas de formação de imagem de raios-X panorâmica convencionais (“pan”), digitalizados com algum tipo de, usualmente, sensor de CCD, existem desde os últimos 15 anos. Tais sistemas de formação de imagem de raios-X panorâmica dentais padrão ou convencionais, podem ser também adaptados para incluir um braço cefalométrico (“ceph”) que produzirá uma projeção linear do crânio humano inteiro. A maioria dos ortodontistas usa os sistemas panorâmicos com ou sem o braço ceph, que é útil, mas tipicamente adicionará significantemente custo para o dentista.

[009] Sistemas pan avançados têm incluído um segundo sensor, que é tipicamente um painel plano pequeno. Tal é usualmente um tipo de painel plano CCD com dimensões de 10 cmA2 até 30 cmA2 (tipicamente). Por exemplo, tal sistema é descrito no documento US2006/0233301 Al, com dois sensores lado a lado. O primeiro sensor é um sensor panorâmico e o segundo sensor é um painel plano. Quando o painel plano é usado com um perfil de movimento de TC que envolveu na maior parte a rotação por pelo menos 180 graus, uma imagem 3D volumétrica é produzida. O segundo sensor pode também ser usado para produzir imagens de fatia transversal, isto é, imagens que são aproximadamente em ângulos retos com relação à camada panorâmica com movimento substancialmente linear. Diversos tais sistemas, com sensor duplo, estão disponíveis no mercado hoje em dia. A adição de um segundo sensor torna o sistema muito mais caro para os médicos. Além disso, o braço ceph é ainda necessário para um médico que queira ter uma imagem ceph. Portanto, um sistema completo requereria um primeiro sensor para fazer uma imagem panorâmica, um segundo sensor/painel plano para fazer fatias transversais e/ou 3D imagens e um braço ceph, onde o sensor panorâmico seria unido como um encaixe a pressão nestes casos onde uma imagem ceph é necessária.

[010] Além dos sistemas pan avançados, existem os sistemas de TC dentais muito caros, com painéis planos de área maior. Os painéis planos são quadrados e têm áreas ativas maiores que 100 cmA2. Tais sistemas têm o custo para o médico tipicamente no intervalo de 100 kUSD-200 kUSD. Portanto, o preço é proibitivo para a maioria dos médicos praticantes privados. Tais sistemas são usados atualmente por implantologistas e grandes clínicas. Além disso, os sistemas de TC dentais têm a capacidade de produzir todas as imagens panorâmicas e fatias transversais e volumes 3D necessários, mas a qualidade da imagem básica ou imagem panorâmica padrão é muito pior que a qualidade de uma imagem panorâmica produzida com um sistema pan digital padrão cinco vezes mais barato. Assim, o médico que quer ter fatias transversais, imagens 3D, mas também imagem pan de qualidade excelente teria ainda que comprar o enormemente caro sistema de TC dental e ainda um sistema pan. A razão pela qual os sistemas de TC dentais não fazem imagens pan de boa qualidade é que os painéis planos usados são maiores em área com baixa velocidade de taxa de quadro que não excede 30 fps. Nessa baixa velocidade, o sistema de TC não é capaz de fazer uma exposição pan padrão e as imagens saem borradas.

[011] Portanto, existe um problema para ser resolvido, a saber, um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental que pode proporcionar pelo menos duas funções diferentes, com uma estrutura mais simples e menos cara.

[012] Uma solução foi proposta no pedido US 11/277.530 cedido ao cessionário da presente invenção. De acordo com 11/277.530 um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental é proporcionado onde com uma única exposição de perfil panorâmico o sistema proporciona uma imagem panorâmica padrão, diversas camadas panorâmicas não padrão, fatias transversais e mesmo imagens 3D de volumes limitados. Tal sistema obviamente é único em que proporciona a maioria das imagens dentais necessárias com um sensor individual e um único perfil de exposição, a saber, o perfil panorâmico. No entanto, os inventores da presente invenção idealizaram que na prática o perfil panorâmico é especificamente desenhado de modo que a fonte de raios-X e dispositivo de formação de imagem se movam ao longo de um caminho de uma maneira que produza imagens panorâmicas ótimas, mas sub-ótimas ou muito borradas ou mesmo fatias transversais inúteis (à camada panorâmica) e mesmo imagens 3D piores. Além disso, o documento 11/277.530 não faz referência à questão de proporcionar um tipo de imagem ceph, a saber, uma projeção linear do crânio humano ou parte do crânio humano.

Sumário da invenção

[013] De acordo com um aspecto da presente invenção, existe um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral compreendendo uma fonte de raios-X expondo raios- X a um objeto para ser visualizado; um único dispositivo de formação de imagem de raios-X adequado para produzir múltiplos quadros durante pelo menos parte da exposição, o dispositivo de formação de imagem de raios-X individual tem uma área ativa com uma dimensão longa m e uma dimensão curta n com m/n>1,5 (um vírgula cinco); manipulador para mover ao longo de um caminho o dispositivo de formação de imagem entre quadros irradiados consecutivos durante a exposição, o manipulador permitindo o movimento da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem por meio de translação seletiva e rotação seletiva sobre pelo menos um eixo rotacional localizado entre um ponto focal da fonte de raios- X e o dispositivo de formação de imagem de raios-X; dito sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral tendo pelo menos um programa de perfil de exposição para produzir uma imagem volumétrica 3D local ou uma fatia em um ângulo a uma imagem de camada panorâmica para um sub-volume de interesse, dito perfil caracterizado pelo fato de que durante a exposição uma maior parte dos pontos, em dito subvolume de interesse, é projetada em dito dispositivo de formação de imagem de raios-X com um intervalo angular β, satisfazendo a relação β/α>2,1, onde a é o ângulo do dispositivo de formação de imagem de raios-X como visto a partir do ponto focal de raios-X, isto é, o ângulo de abertura do sensor.

[014] No contexto da invenção, um perfil de exposição é um caminho ou trajetória ao longo da qual a montagem da fonte de raios-X e a formação de imagem estão se movendo a fim de expor à radiação parte ou toda a cabeça humana, incluindo as maxilas e dentes. Um perfil de exposição não precisa ter raios-X emitidos continuamente em que a cabeça humana pode ser exposta somente durante parte do perfil. O tubo de raios-X pode ser de um tipo CA ou CC e raios-X podem mesmo ser emitidos de uma maneira pulsada. A fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem podem ser unidos em uma geometria fixa um ao outro ou em raros casos a geometria pode variar com partes mecânicas móveis. De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, existe um sistema de formação de imagem de raios-X dental extraoral compreendendo uma fonte de raios-X expondo raios-X a um objeto para ser visualizado; um dispositivo de formação de imagem de raios-X adequado para produzir múltiplos quadros durante pelo menos parte da exposição, o dispositivo de formação de imagem de raios-X tem uma área ativa com uma dimensão longa m e uma dimensão curta n com m/n>1.5 (um vírgula cinco), manipulador para mover ao longo de um caminho o dispositivo de formação de imagem entre quadros irradiados consecutivos durante a exposição, o manipulador permitindo o movimento da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem por meio de translação seletiva e rotação seletiva sobre pelo menos um eixo rotacional localizado entre um ponto focal da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de raios-X; dito sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral tendo um programa de perfil de exposição para produzir uma projeção substancialmente linear de pelo menos parte de dito objeto para ser visualizado dito perfil compreendendo pelo menos duas seções substancialmente lineares. A projeção linear é preferivelmente uma imagem cefalométrica do crânio humano.

[015] Em um terceiro aspecto da presente invenção, a fim de alcançar uma imagem de projeção panorâmica bem como uma imagem de projeção cefalométrica com um sensor individual e sem o uso de um braço ceph, a distância de ponto focal da fonte de raios-X ao dispositivo de imagem é inferior a 1,5 m (um metro e meio) e preferivelmente inferior a 0,7 m (setenta centímetros), e a distância do dispositivo de formação de imagem à face mais próxima do objeto/crânio para ser visualizado não é superior a 20 cm e preferivelmente não superior a 10 cm.

[016] A presente invenção revela um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental que é multi-funcional produzindo pelo menos uma imagem de camada panorâmica, mas também tem perfis de exposição que produzem fatias transversais, a saber, imagens correspondentes a uma fatia que é em um ângulo com relação a um volume de interesse da imagem de camada panorâmica. A presente invenção também descreve um sistema que pode, além disso, ou alternativamente produzir uma projeção cefalométrica linear do crânio humano ou parte do crânio humano, mas ser usar o braço ceph tradicional.

[017] A fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem são montados preferivelmente tanto uma estrutura em forma de pi mecânica, que sob o controle de um manipulador farão a translação seletivamente e rotação seletivamente. Isto pode ser conseguido por meio, por exemplo, de dois ou mais motores, um motor que se move na direção x e o outro motor rotacionando. Mais preferivelmente, o sistema tem três motores, dois dos motores proporcionam a translação na direção x, y e o terceiro motor rotacionando.

[018] A combinação de motores e uma unidade de controle (usualmente uma CPU ou EPROM) é denominada como o manipulador como manipula o movimento da fonte de raios-X e/ou o dispositivo de formação de imagem. O manipulador pode ser pré-programado para executar diversos perfis de exposição, significando que diferentes programas correspondem a diferentes perfis de exposição, e um perfil de exposição é um caminho ao longo do qual a fonte de raios- X e/ou dispositivo de formação de imagem se movem durante uma exposição.

[019] O dispositivo de formação de imagem é do tipo que é linear, com uma dimensão longa m e uma dimensão curta n, tal que m/n>=1,5, e mais preferível m/n>3 e ainda mais preferivelmente m/n>6. A escolha do dispositivo de formação de imagem para ser retangular com forma linear alongada é muito importante porque tal dispositivo de formação de imagem (sensor) é capaz de operar em altas taxas de quadro de mais de 50 quadros por segundo (“fps”), mais preferivelmente superior a 100 fps e ainda mais preferivelmente no intervalo de 150 fps a 500 fps. Com um dispositivo de formação de imagem rápido e alongado a presente invenção produz imagens panorâmicas de qualidade muito alta (por causa da alta velocidade), ao mesmo tempo em que mantem um baixo custo. Preferivelmente, o dispositivo de formação de imagem é um CdTe- CMOS (Telureto de Cádmio - CMOS) ou CdZnTe-CMOS (Telureto de Cádmio e Zinco). Tal dispositivo de formação de imagem combina excelente eficiência de detecção e excelente resolução com alta velocidade.

[020] Um sistema de formação de imagem transversal dental convencional do estado da técnica usa um sensor de formação de imagem amplo caro e um perfil de movimento principalmente linear com nenhuma ou muito pouca rotação. O sistema de acordo com a presente invenção usa o dispositivo de formação de imagem de saída de quadro linear e barato, rápido em tempo real, como descrito acima, e move durante a exposição à fonte de raios-X e dispositivo de formação de imagem ao longo de um caminho que é uma combinação de translações seletivas e rotações seletivas tal que substancialmente todo o ponto no sub-volume de interesse é projetado no dispositivo de formação de imagem de raios-X a partir de diferentes ângulos em um intervalo angular β/α>2,1, onde a é o ângulo do dispositivo de formação de imagem de raios-X como visto a partir do ponto focal de raios-X. De tal maneira que os quadros produzidos pelo dispositivo de formação de imagem são utilizados por um processador rodando um algoritmo que reconstrói uma imagem de uma fatia que está em ângulo com relação à camada panorâmica.

[021] Alternativamente ou, além disso, o dispositivo de formação de imagem linear e fonte de raios-X pode se mover, em outro perfil de exposição, ao longo de um caminho quase linear projetando no dispositivo de formação de imagem uma metade do crânio humano, então pelo reposicionamento de translação parcial e rotação parcial com relação à outra metade do crânio humano e então continua a exposição para produzir uma segunda projeção substancialmente linear da segunda metade do crânio humano. Então os quadros produzidos pelo dispositivo de formação de imagem durante as duas exposições substancialmente lineares são combinadas em um processador utilizando um algoritmo para produzir uma projeção substancialmente linear completa do crânio humano, equivalente ou igual a uma imagem cefalométrica tradicional.

[022] As vantagens da presente invenção são muitas: - Em primeiro lugar um sistema individual com um único sensor linear e barato é usado para produzir diversas ou diferentes imagens de funcionalidade requeridas pelo dentista praticante. - As imagens panorâmicas bem como as imagens transversais (à panorâmica) e projeções lineares do crânio são todas de qualidade excelente, sem comprometer uma ou a outra. - O sistema é muito mais compacto que sistemas panorâmicos sofisticados convencionais com um braço ceph ou sistemas de TC dentais.

[023] Enquanto o dispositivo de formação de imagem preferido nas modalidades preferidas da presente invenção é um CdTe ligado por rugosidade a CMOS ou CdZnTe ligado por rugosidade a conversão direta de CMOS, outros dispositivos de formação de imagem que produzem quadro com m/n>1.5 podem ser usados sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, detector de conversão indireta de nano fósforo pode ser acoplado a CMOS ou CCD e ser usado como um dispositivo de formação de imagem, ou cintiladores ou fósforos regulares podem também ser usados. Alternativamente CdTe e CdZnTe epitaxiamente crescidos aplicados em um CMOS, CCD ou painel plano podem ser usados. Alternativamente um CCD que produz quadro ou outro tipo de sensores de CMOS ou painel plano pode ser usado.

[024] Ainda em outra modalidade preferida da presente invenção, é proporcionado um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral, para realizar uma TC parcial ou imagem 3D parcial de uma região de interesse de um objeto: a) uma fonte de raios-X para expor um objeto a raios-X de modo que o objeto pode ser visualizado durante a exposição; b) um único dispositivo de formação de imagem de raios-X adequado para produzir múltiplos quadros de imagem irradiada durante pelo menos parte da exposição; c) um manipulador para mover o dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X ao longo de um caminho entre diversas posições correspondentes a diversos quadros de imagem irradiada durante a exposição, o manipulador permitindo o movimento tanto da fonte de raios-X como do dispositivo de formação de imagem pela translação seletiva e rotação seletiva sobre pelo menos um eixo rotacional localizado entre um ponto focal da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de raios- X; e d) um programa de perfil de exposição para produzir uma TC parcial ou imagem 3D para dita região de interesse, dito perfil caracterizado pelo fato de que o eixo de rotação é móvel ao longo de uma trajetória durante pelo menos parte da exposição. Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1a, é uma representação esquemática de um sistema de formação de imagem de raios-X panorâmico padrão ou convencional de acordo com o estado da técnica. A Figura 1b, é uma representação esquemática de um programa panorâmico padrão correspondente a um perfil de exposição panorâmico padrão, mostrando o caminho ao longo do qual a fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem estão se movendo de acordo com o estado da técnica. A Figura 2a, é uma representação esquemática de um sistema de formação de imagem de raios-X panorâmico padrão ou convencional incluindo um braço ceph de acordo com o estado da técnica. A Figura 2b, é uma representação esquemática de um programa ceph padrão correspondente a um perfil de exposição ceph padrão, mostrando o caminho ao longo do qual a fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem estão se movendo de acordo com o estado da técnica. A Figura 3a, é uma representação esquemática de um sistema de formação de imagem de raios-X panorâmico padrão ou convencional ou sistema de TC dental de formação de imagem de raios-X incluindo um segundo ou separado sensor de painel plano de acordo com o estado da técnica. A Figura 3b, é uma representação esquemática de um programa de painel plano padrão em um sistema extra-oral de formação de imagem dental, correspondente a um perfil de exposição transversal padrão, mostrando o caminho linear ao longo do qual a fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de painel plano estão se movendo de acordo com o estado da técnica. A Figura 3c, é uma representação esquemática de um programa de painel plano padrão em um sistema extra-oral de formação de imagem dental, correspondente a um perfil de exposição transversal padrão do estado da técnica, mostrando o caminho principalmente linear ao longo do qual a fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de painel plano estão se movendo de acordo com o estado da técnica. A Figura 4 é uma representação esquemática de um programa de TC dental de painel plano padrão correspondente a um perfil de exposição de TC dental padrão, mostrando o caminho ao longo do qual a fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de painel plano estão se movendo de acordo com o estado da técnica. A Figura 5 é uma representação esquemática mostrando a relação de ângulos α e β de acordo com a presente invenção. A Figura 6a é uma representação esquemática do programa transversal, correspondentes ao perfil de exposição transversal para um volume de interesse para produzir uma imagem de fatia transversal de acordo com a presente invenção. A Figura 6b é um fluxograma de um algoritmo usado por um processador para reconstruir uma imagem transversal a partir dos quadros produzidos pelo dispositivo de formação de imagem em um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental de acordo com a presente invenção. A Figura 7 é uma representação esquemática do programa de projeção quase linear, correspondente ao perfil de exposição linear para produzir uma imagem de projeção linear de pelo menos parte de um crânio humano de acordo com a presente invenção. A Figura 8a é um fluxograma de um algoritmo usado por um processador para reconstruir uma imagem de projeção cefalométrica a partir dos quadros produzidos pelo dispositivo de formação de imagem em um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental de acordo com a presente invenção. A Figura 8b mostra a geometria para a coleta de dados de acordo com a presente invenção para obter uma projeção linear ou cefalométrica. A Figura 8c mostra esquematicamente o re-ajuste das camadas e adição a fim de obter uma projeção linear ou cefalométrica de acordo com a presente invenção. A Figura 9a mostra uma região reconstruível de exemplo usando um eixo estacionário de rotação de acordo com o estado da técnica. A Figura 9b mostra uma região reconstruível de exemplo usando um eixo não estacionário de rotação usando um caminho em espiral de acordo com a presente invenção. A Figura 10a mostra um exemplo do tamanho da região reconstruível de acordo com a presente invenção. A Figura 10b mostra um exemplo do tamanho da região reconstruível de acordo com o estado da técnica. As Figuras 11a e 11b mostram um fluxograma de um algoritmo de exemplo usado para reconstruir a região de interesse de acordo com a presente invenção. As Figuras 12a, 12b, 12c, 12d mostram trajetórias alternativas ao longo das quais o eixo de rotação pode mover em um perfil de exposição para realizar TC parcial ou 3D parcial de uma região de interesse com um sistema de acordo com a presente invenção. As Figuras 12e-f ilustram um efeito de movimentação de eixo de rotação pode também ser alcançado sem fisicamente mover o eixo de rotação. A Figura 12g ilustra um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral em relação à modalidade das Figuras 12e-f.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

[025] Antes de discutir as modalidades preferidas da presente invenção, o estado da técnica será revisto.

[026] Na Figura 1a, um sistema de formação de imagem de raios-X panorâmico padrão do estado da técnica é mostrado. Uma coluna (1) suporta a montagem em forma de pi com o tubo de raios-X (2) em uma extremidade e o CCD, sensor de CCD de saída de linha (3) na outra. Um manipulador dentro da coluna (1) controla o movimento da montagem do tubo de raios-X (2) e o sensor de CCD (3). O manipulador usualmente compreende um ou mais motores. Normalmente, existem um ou dois motores e, em raramente, três motores. Um painel de controle (5) é usado para introduzir os requeridos valores de exposição de raios-X (kV, mA) bem como escolher o perfil panorâmico. A imagem é produzida, com uma conexão digital a um computador pessoal (4).

[027] Os componentes de um perfil de formação de imagem panorâmica padrão no estado da técnica são ilustrados na Figura 1b. A fonte de raios-X (401) e o dispositivo de formação de imagem (402), usualmente um sensor de CCD, fazem a rotação e translação a fim de produzir uma imagem da camada focal pré-determinada (campo) (405), tal movimento sendo ao longo da trajetória especificada (403). O objetivo deste perfil (403) é formar uma imagem plana da camada focal pré- determinada ou ideal (405). A resolução de profundidade varia ao longo da imagem plana, mas é da ordem de 30 milímetros no começo e no final (molares) da exposição e é a melhor, da ordem de 3 milímetros, na parte do meio (404) (dentes anteriores).

[028] A Figura 2a, mostra esquematicamente um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental do estado da técnica, que combina formação de imagem panorâmica bem como a formação de imagem cefalométrica bem conhecida. Os componentes de tal sistema são fonte de raios- X (12), dispositivo sensor de formação de imagem (13) e manipulador mecânico (11) incluindo um “braço ceph” (16), controles de usuário (15) e um computador ou processador (14) para processar e visualizar as imagens. O dispositivo sensor de formação de imagem (13) pode se mover entre a posição cefalométrica (Figura 2a) e a posição panorâmica (Figura 1a) e é comumente denominado como um sensor de “encaixe a pressão”.

[029] Um sistema cefalométrico de escaneamento digital padrão no estado da técnica opera com um perfil de exposição como ilustrado na Figura 2b. A fonte de raios-X (12) faz a translação e rotação ao longo de um caminho pré- definido, perfil, (18) enquanto o dispositivo de formação de imagem (13) se move ao longo de caminho, perfil, (7) ao mesmo tempo em que forma a imagem do paciente (19) para formar uma projeção semi ou substancialmente linear de todo o crânio através do plano (8). A distância desde o ponto focal da fonte de raios-X até o dispositivo de formação de imagem (191) é grande para reduzir a distorção geométrica e é na maioria dos casos, superior a 1,5 m (um metro e meio) e tipicamente entre 1,5 m - 2,5 m. Adicionalmente, o sensor é posicionado em um braço “ceph” separado (16) (Figura 2a) que se estende lateralmente e ocupa muito espaço. Esta grande distância é necessária de modo a que os raios-X sejam paralelos ou quase paralelos a fim de evitar ou mitigar a distorção geométrica devido ao diferente aumento das várias partes do objeto visualizado.

[030] No estado da técnica existem também sistemas de formação de imagem de raios-X extra-orais dentais com um segundo sensor que é um painel plano quadrado ou justo um sensor que é um painel plano quadrado. Tal sistema de sensor duplo é mostrado na Figura 3a, e é destinado a produzir fatias transversais e/ou imagens de TC dentais. A coluna (21) suporta como antes a montagem em forma de pi do sensor panorâmico de CCD (23) e o tubo de raios-X (22). O sensor panorâmico de CCD (23) pode ser substituído por um sensor de painel plano quadrado (26). O manipulador dentro da coluna (21) tem um, dois ou três motores usualmente e desvia em x,y bem como faz a rotação da montagem. Um controlador, usualmente digital, (25) ajusta ou seleciona o kV, intervalo mA bem como seleciona os vários perfis, isto é, caminhos de movimento. Um computador ou processador (24) é proporcionado para processar e visualizar as imagens.

[031] A Figura 3b ilustra o perfil clássico para produzir uma fatia transversal, com um sistema de formação de imagem extra-oral dental utilizando um painel plano de acordo com o estado da técnica, a saber, movimento substancialmente linear. A Figura mostra a geometria na horizontal, plano XY. O movimento poderia ter um componente também na direção z (perpendicular ao plano XY na figura), mas a idéia básica permanece a mesma. Neste caso, o intervalo de visão angular β, de um ponto para ser visualizado (102), é igual ao ângulo de abertura (α) do sensor, isto é, a=β, ou em outras palavras β/α=l. A Figura ilustra a fonte de raios- X (101), o dispositivo de formação de imagem em uma primeira posição (103), o ponto para ser visualizado (102) e a trajetória de movimento tanto da fonte de raios-X como do dispositivo de formação de imagem em uma segunda posição (104) que como pode ser visto é linear. A linha sólida se refere à geometria após o movimento e a linha tracejada antes do movimento. Devido ao grande tamanho do painel plano quadrado típico, o ângulo de visão β satisfaz a relação dada acima. O tamanho de um painel plano típico pode ser 10 cm x 10 cm ou 20 cm x 20 cm. No caso de um painel plano 20 cm x 20 cm e com uma distância do ponto focal ao painel plano é tipicamente 50 cm, significa que β/α = 1 e β=α=2xtan-1 (10/50) = 22,6 graus. Este ângulo de visão é bem suficiente para produzir fatias transversais ou anguladas de espessura 0,5 mm - 3 mm que é considerado uma resolução muito boa na direção da profundidade para uma fatia transversal. Assim, no caso de perfis com movimento linear, utilizando painéis planos, β/α=1 sempre, e uma vez que painéis planos são grandes o ângulo de visão β é usualmente grande o suficiente para produzir fatias transversais suficientemente finas. O problema para ser resolvido, no entanto, é o seguinte: a) painéis planos são caros, b) embora painéis planos possam fazer boas imagens de fatia transversal desafortunadamente produzem imagens panorâmicas de baixa resolução. Esta é a razão pela qual os sistemas que têm por objetivo oferecer tanto perfis de fatia panorâmica bem como transversal, têm dois sensores que adicionam complexidade e custo ao sistema de formação de imagem extra-oral dental.

[032] A Figura 3c mostra o perfil de exposição de fatia transversal padrão como é conhecido no estado da técnica por meio do uso de um detector de painel plano com comprimento m e largura n. Tais painéis planos têm uma relação de m/n substancialmente igual a um (isto é, m/n=1). Usualmente um painel plano realiza uma varredura linear onde β/α=l. Existem casos em que o tamanho de painel plano pode ser 10 cm x 10 cm ou tão pequeno quanto 5 cm x 5 cm. Em tais casos, existe uma série de varreduras lineares permitindo um ângulo de visão mais amplo. Isto é mostrado na Figura 3c. De acordo com o estado da técnica como ilustrado na Figura 3c a fonte de raios-X (501) e o dispositivo de formação de imagem (502) realizam uma substancialmente linear translação ao redor da região de interesse (504). A trajetória ou perfil (503) é suficiente para formar uma imagem plana (506) que é uma fatia transversal através da camada focal pré- determinada (505).

[033] Em qualquer caso, mesmo nos menores painéis com dimensão 5 cm x 5 cm, o ângulo a= 2 x tan-1 (2,5/50) = 5,7 graus. A fim de ter uma nominal transversal fatia espessura de 0,5 mm a 3 mm o ângulo de visão β deve ser 10 graus ou mais. Isto poderia significar que β/α = 10/5,7 = 1,8 Portanto, em todos os casos conhecidos formação de imagem de fatia transversal é realizada com um painel plano quadrado ou quase cadastro com m/n « 1 e com perfis de movimento identificados com estes parâmetros de β/α^ 1,8, um é obter no estado da técnica fatias transversais com resolução de espessura adequada. A mesma configuração inicial é ou pode ser usada para realizar 3D formação de imagem em 3d volumétrica. O problema é, no entanto que um está ainda engatando um sensor para realizar a formação de imagem panorâmica, tipicamente um sensor de saída de linha CCD, e um segundo sensor, um painel plano com m/n aproximadamente igual a um, para fazer uma ou mais varreduras lineares satisfazendo a relação β/α^ 2,6.

[034] Uma representação esquemática de uma geometria e movimento de sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental volumétrico padrão é ilustrado na Figura 4. O objetivo é no presente documento produzir um volume 3D. A fonte de raios-X (301) e o dispositivo de formação de imagem de painel plano (302) com m « n fazem a rotação ao longo de um dado caminho (circular) (303) enquanto múltiplas imagens da região de interesse (304) são capturadas a partir da projeção (305). Estas imagens são então usadas para reconstruir a fatia tomográfica horizontal convencional (306) que contém a região de interesse. A região de interesse é dividida em elementos de volume menor, voxels. O tamanho de um voxel pode ser escolhido independente do tamanho de pixel do dispositivo de formação de imagem. Normalmente o voxel é isotrópico, isto é, a largura e altura do voxel são iguais, isto é, os voxels são quadrados, mas o voxel pode também ter dimensões desiguais. Normalmente a trajetória (303) é uma rotação circular com pelo menos intervalo de visão angular de 180 graus. Também cada ponto na região de interesse deve ser visto em cada imagem tomada durante a exposição. Isto significa que o tamanho da região de interesse é limitado pelo tamanho do dispositivo de formação de imagem. Se a condição de que o intervalo de visão angular β é pelo menos 180 graus é cumprida, uma reconstrução volumétrica “perfeita” ou ótima pode ser obtida.

[035] O pedido 11/277.530, revela um sistema de formação de imagem de raios-X onde um sensor de saída de quadro é usado com m/n>1,5. O sensor é um sensor panorâmico e o ensinamento dessa invenção é usar tal sensor com m/n>1,5 em um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral, de modo que com uma única exposição ao longo do perfil adequado para produzir uma camada panorâmica um obteria adicionalmente à camada panorâmica um de: a) fatia transversal ou b) uma imagem volumétrica 3D. Portanto, o documento 11/277530 ensina um único sistema extra-oral com um sensor individual e um único perfil ou exposição. No entanto, na prática o perfil panorâmico é tal que os raios- X vêm quase paralelos à direção da fatia transversal, e a partir de tal perfil panorâmico é extremamente difícil ou impossível produzir uma fatia transversal e ainda mais difícil fazer um volume 3D.

[036] O problema para ser resolvido, portanto é proporcionar um sistema de formação de imagem extra-oral dental com um sensor individual barato que seja capaz de produzir pelo menos dois de a) imagens panorâmicas de boa qualidade, b) imagens de fatia em ângulo ou transversal de boa qualidade, c) imagens cefalométricas de boa qualidade sem o uso de um braço “ceph” adicional, e d) imagens volumétricas 3D locais de boa qualidade.

[037] Os inventores da presente invenção encontraram que um sensor linear barato com modo de saída de quadro pode ser usado para produzir uma fatia transversal com boa qualidade se um segundo perfil é implementado o qual faz a translação e rotação do sensor de modo de quadros m/n>=1,5 ao longo de um caminho de perfil, tal perfil definido por uma relação adequada de β/α.

[038] Um aspecto da presente invenção é ilustrado na Figura 5. O sensor (203) é preferivelmente um sensor linear CdTe-CMOS ou CdZnTe-CMOS com preferivelmente dimensão longa m e dimensão curta n, onde tipicamente m « 150 mm e n « 6 mm, isto é, m/n « 25. Outro tipo linear de sensores com materiais diferentes de CdTe podem ser usados. O sensor está trabalhando em modo de saída de quadro proporcionando tipicamente 50 fps-500 fps. O ponto focal da fonte de raios- X é (201) e está tipicamente a uma distância de 300 mm a 600 mm do sensor. Portanto, nesta configuração o ângulo α está no intervalo de 0,5 graus a 1,1 graus, isto é, incluindo os pontos de extremidade 0,5 e 1,1. A fim de obter boas fatias transversais, ou fatias a um ângulo em relação à camada panorâmica, ou uma imagem volumétrica em 3D local de uma região de interesse, um deve estar vendo ângulos no intervalo de 10 graus-15 graus ou mais, incluindo o ponto de extremidade de 10 graus. Portanto, a razão β/α é pelo menos 15/1,1 = 13,6, uma vez que o intervalo de ângulo de visão preferível é β = 15 graus.

[039] Com um perfil definido com esta razão, o sistema de formação de imagem extra-oral é capaz de operar com um único sensor linear e barato e realizar tanto fatias panorâmicas como transversais ou em ângulo com boa resolução, com espessura de camada de inferior a 5 mm, preferivelmente será inferior a 3 mm e mais preferivelmente será inferior a 2 mm. O termo “espessura de camada” tem o significado da área física que é considerada que está em foco, isto é, um objeto contido dentro da “espessura de camada” será visualizado com suficiente nitidez ou claridade enquanto objetos fora da “espessura de camada” serão borradas. De maneira robusta um mede a nitidez ou a falta de nitidez com a Função de transferência de modulação (MTF) e, por exemplo, um MTF de 0,1 (zero vírgula um) ou mais indicaria uma imagem nítida ou focada. A região de interesse (205) pode conter um ou diversas camadas.

[040] Em outra modalidade o sensor CdTe-CMOS (203) tem m « 150 mm e n « 25 mm, isto é, m/n « 6. Em tal caso se a distância entre o ponto focal (201) e o sensor (203) está de novo no intervalo de 30 mm a 600 mm, α está no intervalo de 2,3 graus e 4,7 graus, incluindo os pontos de extremidade de 2,3 e 4,7 graus. Se β é pelo menos 10 graus então β/α é pelo menos 15/4,7 = 3,2

[041] Em uma terceira modalidade o comprimento do sensor m pode ser 50 mm - 100 mm e a largura n « 25 mm, isto é, m/n « 1,5 ou mais. Em tal caso α está no intervalo de novo de 2,3 graus a 4,7 graus, incluindo os pontos de extremidade de 2,3 e 4,7 graus. De novo isto significaria que a relação de β/α > 3,2 define um perfil que seria adequado para a boa qualidade panorâmica e transversal ou em ângulo para as fatias panorâmicas ou uma imagem volumétrica em 3D local de uma região de interesse. Um é capaz de alcançar espessura de fatia transversal ou fatia em ângulo satisfatória mesmo com β = 10 graus ou mais em cujo caso β/α > 2,1 de acordo com a presente invenção.

[042] O perfil de fatia em ângulo ou perfil de exposição transversal ou um perfil de exposição imagem volumétrica em 3D local definido anteriormente podem ser usados em pelo menos uma região de interesse em uma camada panorâmica, mas pode também ser usada para cada região anatômica de interesse, tal como as regiões de dentes molares e anterior, dentes individuais ou dentes dentro de uma região. Um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral de acordo com a invenção proporciona tais perfis de exposição de fatia em ângulo ou transversal com relação à camada panorâmica padrão. Para alcançar esta relação de β/α > 2,1 (pelo menos), um componente rotacional substancial é adicionado pelos inventores para estender o intervalo de visão angular, β, além do limite do ângulo de abertura do sensor a. Isto é ilustrado na Figura 5, que mostra como rotação substancial é usada para aumentar o ângulo de visão β. Nessa figura, o ponto focal do raios-X (201) e o dispositivo de formação de imagem (203) fazem a rotação e a translação ao longo da trajetória especificada (204) enquanto formam a imagem de um ponto (202) da região de interesse (205). O intervalo de visão angular β é, portanto, muito maior que o ângulo de abertura a, uma vez que a é realmente pequeno como mostrado acima para um sensor linear ou quase linear com m/n > 1,5. O objetivo do processo de formação de imagem neste caso é formar uma imagem plana ao longo da dimensão de seta (206). Enquanto sistemas do estado da técnica requerem um sensor de painel plano, que é essencialmente quadrado, bem como um segundo sensor linear com uma saída em linha, a presente invenção supera os obstáculos do estado da técnica e proporciona um sistema capaz com um sensor individual tal sensor operando em modo de saída de quadro e com m/n>1,5, dito sistema extra-oral é adicionalmente programado para ter pelo menos dois perfis, um para uma camada/imagem panorâmica e um segundo perfil para fazer uma fatia transversal ou em ângulo, dito segundo perfil definido por β/a > 2,1. Portanto, o sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral é multifuncional e econômico.

[043] Com intervalo de visão angular aumentado, isto é, β/a > 2,1 a resolução de profundidade é melhorada, isto é, objetos menores podem ser mais bem resolvidos na direção da profundidade. Quanto maior o intervalo de visão angular β, melhor a resolução de profundidade.

[044] O mesmo sistema extra-oral como revelados na invenção é adequado para realizar uma imagem volumétrica em 3D local. Um algoritmo para executar formação de imagem de fatia em ângulo e/ou formação de imagem em 3D local é proporcionada no presente documento com referência às Figuras 6a e 6b.

[045] Um aspecto negativo da rotação substancial do ângulo β é que a direção de raios-X se torna quase paralela à direção da imagem plana (fatia em ângulo) o que causa distorção geométrica na imagem se são usados algoritmos padrão desenhados para formação de imagem planar. Tais algoritmos do estado da técnica são os mesmos usados na reconstrução de camadas panorâmicas, e podem ser referidos como laminografia ou tomosíntese. A presente invenção proporciona um sistema de formação de imagem dental extra-oral e um algoritmo de como obter de maneira ótima uma fatia transversal ou em ângulo para a camada panorâmica.

[046] A presente invenção proporciona um sistema de formação de imagem dental extra-oral e um algoritmo que combina as modalidades de formação de imagem planar e volumétrica para formar uma imagem plana com melhor resolução de profundidade ao longo da direção z, sem a necessidade de calcular uma imagem volumétrica completa, que necessitaria um sensor amplo e caro. Adicionalmente uma imagem volumétrica em 3D local pode ser formada a partir das camadas planares distintas. A Figura 6a mostra a fonte de raios-X (601), o dispositivo de formação de imagem (602) se movendo ao longo de trajetória (603), (606) de acordo com a presente invenção. A camada panorâmica pré-determinada é (605). Como mostrado na Figura 6a, a fatia em ângulo de preferência (610) está em ângulos retos com a camada panorâmica na região de interesse (604). Em muitos casos a fatia em ângulo pode ser aproximadamente em ângulos retos com a camada panorâmica, mas preferivelmente 90 graus ± 20 graus. Em certas operações de implante o ângulo da fatia pode ser diferente da direção transversal. De acordo com a presente invenção, a fim de formar uma fatia transversal ou em ângulo (610), o seguinte algoritmo de acordo com a Figura 6b é aplicado.

[047] O algoritmo é aplicado a cada fatia tomográfica horizontal separadamente e a imagem final, que é uma fatia transversal ou uma fatia em ângulo, é formada empilhando a região de interesse selecionada em cada fatia tomográfica horizontal verticalmente.

[048] Definições: a) x um vetor de valores de voxel. Para cada voxel existe exatamente um valor no vetor. b) y vetor de projeções. Cada pixel em cada projeção (quadro) tem exatamente um elemento no vetor. Os valores correspondem a valores de ditos pixels nas projeções. c) W matriz de pesos. Esta matriz codifica a geometria do sistema de modo que a equação de projeção pode ser expressa na forma y = Wx

[049] A primeira etapa (651) no algoritmo é para formar a matriz de peso W. A matriz tem uma linha para cada pixel em cada projeção (assim o número total de linhas é o número de projeções x número de pixels detectados em uma fatia tomográfica horizontal.). A matriz tem uma coluna para cada valor de voxel (isto é, o número de colunas no número de voxels em x). Cada elemento na matriz indica quanto o correspondente voxel contribui a dito valor de pixel de dita projeção. Esta etapa é usualmente realizada na calibração de dispositivo e não é calculada durante uma exposição normal.

[050] A segunda etapa é para preparar um x0 estimado inicial (652) (“suposição”) para valores de voxel x. O estimado inicial pode ser calculado, por exemplo, usando o algoritmo shift-and-add de classificação para a tomosíntese. A qualidade do estimado inicial não afeta substancialmente a qualidade da imagem reconstruída, mas um bom estimado inicial permite tempos de processamento mais curtos.

[051] A terceira etapa (653) é avaliar o valor atual para x. Isto é feito calculando norma de erro matemático adequado, tal como soma de diferenças quadradas.

[052] A quarta etapa (654) é to decide se o erro é pequeno o suficiente. Se o erro é suficientemente pequeno, então o ciclo é fechado e a imagem é finalizada na sexta etapa.

[053] A quinta etapa (655) é calcular um novo estimado para x de modo que a norma de erro é diminuída. Isto pode ser calculado, por exemplo, pelo bem conhecido algoritmo de gradiente descendente. Após isto o algoritmo continua na terceira etapa.

[054] A sexta etapa (656) é selecionar uma linha de voxel em x para ser mostrada como uma linha na imagem final. Existe usualmente uma linha que tem a melhor qualidade da imagem dependendo da geometria do dispositivo. Adicionalmente combinando as linhas de voxel um pode formar uma imagem locam em 3D.

[055] A sétima e última etapa (657) é mostrar uma linha da imagem final, tal imagem sendo uma fatia transversal ou uma em ângulo.

[056] De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de formação de imagem dental extra-oral capaz de projeções cefalométricas, isto é, substancialmente linear, sem a necessidade de um braço longo externo. Este sistema oferece vantagens únicas sobre o estado da técnica, tais vantagens sendo a utilização de um sensor individual para realizar projeções panorâmicas bem como cefalométricas sem o braço externo caro.

[057] Uma representação esquemática do sistema de formação de imagem cefalométricas do estado da técnica é dado na Figura 2a. Os componentes de tal sistema são fonte de raios-X (12), dispositivo de formação de imagem (13) e manipulador mecânico incluindo um “braço ceph” (16), controles de usuário (15) e um computador ou processador (14) para processar e mostrar as imagens. A Figura 2b já foi descrita e mostra um movimento de perfil típico do sistema ceph convencional mostrado na Figura 2a.

[058] De acordo com a invenção a funcionalidade cefalométrica, ou movimento de perfil cefalométrico, de um sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral multi-propósito opera como ilustrado na Figura 7. Uma projeção cefalométrica, que é uma projeção linear do crânio humano, é alcançada por um ou mais perfis lineares ou substancialmente lineares de exposição com o uso de um sensor individual que é posicionado com relação à fonte de raios-X na mesma localização como durante a execução do perfil de exposição panorâmico. A distância (923) entre o ponto focal da fonte de raios-X (912) e o dispositivo de formação de imagem (913) precisa ser inferior a 1,5 m e preferivelmente deve ser inferior a 70 cm, a fim de ser capaz com o mesmo sensor fixo e geometria fixa de realizar também a formação de imagem panorâmica. Portanto, o incômodo braço “ceph” é eliminado e um simples, compacto multifuncional sistema extra-oral de formação de imagem é alcançado. A fonte de raios-X (912) executa um programa de perfil ao longo de trajetória (917,918,919) e o raios-X CdTe-CMOS e sensor de saída de quadro (913) se move ao longo da trajetória (914,915,916) para formar uma imagem volumétrica altamente anisotrópica da região de interesse (920). Como mencionado anteriormente a distância desde a fonte de raios-X até o dispositivo de formação de imagem é pequena em comparação com o caso padrão. A distância (926) entre o sensor (912) e a face mais próxima do crânio ao sensor é minimizado ou idealmente reduzida tanto quanto razoavelmente factível durante cada um dos perfis de exposição linear. Dessa maneira um lado do crânio é projetado com falta de nitidez ou distorção mínima, enquanto o outro é desproporcionado e pode ser corrigido ou eliminado da imagem com processamento adicional. Tal distância (926) deve ser inferior a 20 cm, mais preferivelmente inferior a 10 cm e idealmente inferior a 5 cm. De acordo com a presente invenção, o ponto focal da fonte de raios-X à distância do dispositivo de formação de imagem (923) é curto em comparação com soluções do estado da técnica. (923) é preferivelmente inferior a 1,5m e ainda mais preferivelmente no intervalo de 30 cm - 70 cm, que é o intervalo usado para a formação de imagem panorâmica. Portanto, com uma disposição mecânica a presente invenção consegue a formação de tanto panorâmica como cefalométrica. Isto economiza muito espaço de equipamento e diminui a necessidade de sensores múltiplos ou removíveis.

[059] Os voxels na imagem volumétrica da região de interesse (920) têm um pequeno tamanho na dimensão da formação de imagem (922), mas tamanho grande na dimensão perpendicular (921).

[060] As trajetórias da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem são divididos em 3 segmentos: A primeira exposição (914, 917), movimento não radial (915, 918) durante o qual a fonte de raios-X (912) e o sensor (913) reposicionam e a segunda exposição (916, 919). Durante as duas partes de exposição o lado esquerdo e direito do crânio são visualizados. As duas partes do perfil durante o qual o crânio é exposto à radiação são lineares ou substancialmente lineares como visto na Figura 7. Seção substancialmente linear significa que a distância (924) e (925) da curva ao arco é inferior a 20 cm, preferivelmente inferior a 10 cm e ainda mais preferivelmente inferior a 1 cm. Uma “seção” significa uma parte da trajetória que é superior a 5 cm de longitude em comprimento e, portanto, longa o suficiente para produzir dados que serão usados na reconstrução para uma imagem a ser mostrada. Deve também ser notado no presente documento que outros perfis de projeção com efeito similar podem ser usados. Por exemplo, um perfil de projeção em forma de “L” com duas seções substancialmente lineares com um ponto comum. Alternativamente um pode usar somente uma projeção substancialmente linear e projetar parte ou uma metade do crânio humano.

[061] Após as exposições, um algoritmo de reconstrução volumétrica é usado para calcular fatias verticais ao longo de direção de formação de imagem (922). Estas fatias verticais são então transformadas para eliminar o diferente fator de aumento de diferentes fatias verticais. Finalmente, as fatias verticais são adicionadas juntas para produzir uma imagem cefalométrica bidimensional. Embora não limitada a qualquer algoritmo de reconstrução específico, tal algoritmo para a reconstrução é representado nas Figuras 8a, 8b e 8c.

[062] Primeira etapa no algoritmo é coleta de dados (821). Na etapa de coleta de dados múltiplos quadros e correspondentes fonte de raios-X e localizações de dispositivo de formação de imagem são registrados. A geometria para a coleta de dados é ilustrada na Figura 8b. A fonte de raios-X (801) ilumina todas as diferentes camadas (803) no objeto. O dispositivo de formação de imagem de raios-X (802) coleta os raios-X e forma uma imagem. As diferentes camadas (803) têm diferentes fatores de aumento por causa da forma do feixe (804). Os diferentes fatores de aumento são visualizados com setas de duas pontas (805). As setas mais próximas à fonte de raios-X são mais curtas enquanto as setas mais próximas ao dispositivo de formação de imagem são mais longas. A imagem armazenada pelo dispositivo de formação de imagem (802) consiste em uma soma ou superposição de todas estas camadas. A próxima etapa (822) é reconstruir o conteúdo de cada camada individual e formar uma imagem separada para cada uma das camadas. As imagens podem ser reconstruídas, por exemplo, usando o algoritmo descrito anteriormente para a formação de imagem transversal. Uma camada se refere no presente documento a um plano no campo voxel paralelo ao dispositivo de formação de imagem.

[063] Então a próxima etapa (823) consiste ou calcula os fatores de aumento para cada imagem de camada individual.

[064] Então (824) as imagens de camada individuais (831) na Figura 8c são reajustadas usando um algoritmo de reajuste (835) tal como interpolação bicúbica de modo que o fator de aumento após reajuste para cada imagem de camada individual é o mesmo. Após isto existem múltiplas imagens com diferentes tamanhos, mas com fator de aumento igual.

[065] A última etapa (825) é ilustrada pela Figura 8c e é acumular todas as imagens de camada individuais reajustadas (832) usando um adicionador (833) para formar a imagem final (834) que é agora uma superposição de todas as diferentes camadas, mas ao contrário dos dados da imagem original, as diferentes camadas têm fatores de aumento iguais. Assim a imagem final é substancialmente igual a uma imagem tomada com uma fonte de raios-X de feixe paralelo ou igual a uma imagem tomada com uma fonte de raios-X de feixe cônico normal com grande fonte de raios-X para a distância do dispositivo de formação de imagem e pequeno objeto para a distância do dispositivo de formação de imagem.

[066] Com referência às Figuras 9b, 10a, 11a e 11b é descrita outra modalidade preferida da presente invenção. Um sistema de TC ou 3D dental do estado da técnica tem trajetória de movimento de um círculo como ilustrado na Figura 9a. Tanto o gerador de raios-X (fonte) (160) e o dispositivo de formação de imagem (detector) (161) se movem ao longo de um caminho fixo com um eixo de rotação estacionário. O sistema usualmente faz a rotação de 180 a 360 graus, isto é, metade um círculo a um círculo completo. Algumas projeções de feixe de exemplo são dadas como uma referência (164). O eixo de rotação (162) é fixo e no meio da região de interesse (163). Por exemplo, isto é, de acordo com o estado da técnica como descrito no documento US6118842.

[067] Esta trajetória produz um arco reconstruído de um cilindro que tem uma projeção circular no plano horizontal. O diâmetro deste círculo é igual à largura do dispositivo de formação de imagem dividido pelo fator de aumento (assumindo rotação de 180 grau) ou como muito igual a duas vezes a largura do dispositivo de formação de imagem dividido pelo fator de aumento se uma assim chamada técnica de meio-feixe (envolvendo rotação de 360 graus) for usada. Em sistemas normais com, por exemplo, um detector de 5 cm de largura isto daria como muito 2 * 5 cm / 2 = 5 de diâmetro para o cilindro reconstruído assumindo um típico fator de aumento de 2.

[068] Uma condição necessária para a perfeita reconstrução com métodos do estado da técnica assume que cada ponto dentro do volume para ser reconstruído é visto em cada projeção ou que cada ponto dentro do volume para ser reconstruído é visto em intervalo angular completo de 0 a 180 graus. Isto permite que alguns pontos não sejam vistos em algumas projeções como usado na assim chamada técnica de meio-feixe. A Figura 10b ilustra isto. Uma trajetória com um eixo de rotação fixo (181) é limitada a uma região reconstruível (182) que é proporcional à largura do detector independente de como muitos quadros são coletados. De acordo com a presente invenção é proporcionado um sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental tendo um modo de operação para a formação de imagem panorâmica e um modo de operação para TC parcial ou formação de imagem em 3D de uma região de interesse. Quando no modo panorâmico o sistema operará em uma trajetória panorâmica e quando em TC parcial ou modo 3D o sistema operará em modo TC parcial caracterizado pelo fato de que o eixo de rotação não está mais fixo, como é em sistemas convencionais (por exemplo, documento US6118842), mas se move também. Por meio de um exemplo preferido, o eixo de rotação quando em TC parcial/modo 3D está se movendo ao longo de uma espiral. Um exemplo de uma trajetória espiral do eixo de rotação é representado na Figura 9b. Nesta Figura o gerador de raios- X (150) e dispositivo de formação de imagem (151) se movem ao longo de uma trajetória circular, mas o eixo de rotação (152) se move ao longo de um caminho, que neste gráfico é uma espiral. Outras trajetórias do eixo de rotação são possíveis sem se afastar do escopo da invenção. A região de interesse (153) e projeções de feixe de amostra (154) são dadas como referências.

[069] A Figura 10a ilustra como o tamanho da região reconstruível (172) pode ser aumentado usando um eixo de rotação móvel (171). Nesta Figura a trajetória do eixo de rotação (171) é uma espiral, mas outras formas de curvas ou caminhos podem ser usados. De acordo com a presente invenção o sistema de formação de imagem de raios-X extra-oral dental tem um modo para realizar TC parcial ou 3D de uma região de interesse por meio da qual o eixo de rotação se move o que permite o tamanho ilimitado da região reconstruível assumindo que tempo suficiente seja dado para atravessar o caminho desejado. As Figuras 10a e 10b estão na mesma escala, e as unidades dos eixos x, y eixo são em metros.

[070] Com referência agora às Figuras 11a e 11b são proporcionados algoritmos de exemplo que podem ser usados para exemplificar como os dados podem ser colhidos e como uma TC ou imagem em 3D pode ser reconstruída em um sistema de acordo com a presente invenção.

[071] A Figura 11a mostra um fluxograma de coleta de dados de acordo com a presente invenção. Uma região de interesse é escolhida pelo usuário (s111). Após o qual o sistema se move para a posição inicial (o início do caminho para o eixo de rotação) (s112). A seguir os raios-X são ligados (s113) e quadros são capturados (s114) até a exposição ser completada (s115). O manipulador na unidade move a fonte de raios-X, o dispositivo de formação de imagem e o eixo de rotação entre quadros de captura (s116). Na prática o movimento é contínuo com fluxo de raios-X contínuo, mas o sistema pode também usar uma fonte de raios-X tipo pulso e movimento não contínuo. Após todos os quadros serem capturados os raios-X são desligados (s117), os dados são reconstruídos (s118) e a imagem reconstruída é mostrada ao usuário (s119).

[072] A Figura 11b mostra o esboço do fluxograma do algoritmo de reconstrução que pode ser implementado usando um CPU, GPU, FPGA ou qualquer outro dispositivo programável com quantidade adequada de memória. Em primeiro lugar as variáveis de contador são inicializadas para apontar ao primeiro quadro (quadro #0) (s121). Então o estimado atual para os dados de volume é projetado para enquadrar o quadro #i (s122). Isto é repetido (s123) até todos os quadros terem sido processados. O contador é aumentado (s124) para apontar ao seguinte quadro após o quadro atual ter sido processado.

[073] Após encaminhar todas as projeções (isto é, projetar o volume em 3D aos quadros em 2D) terem sido calculadas, o erro entre os dados simulados e coletados atuais é calculado (s125). Então este erro é projetado de volta aos elementos de volume, isto é, a contribuição de cada elemento de volume ao erro é calculada (s126). Após a retroprojeção o volume estimado é atualizado com base em qualquer fórmula atualizada, a mais simples sendo mover cada elemento de volume à direção de menor erro. Uma regra de atualização mais sofisticada como ART, inversão estatística ou gradiente conjugado pode também ser usada. A atualização pode também ser feita em uma base quadro-a-quadro da atualização pode processa os quadros em lotes. O ciclo de retroprojeção é executado até todos os quadros terem sido processados (s129). O contador de quadro é posicionado ao seguinte quadro entre iterações (s130).

[074] O algoritmo na Figura 11b é repetido até o volume estimado ser aceito.

[075] A vantagem distinta e inovadora da invenção mencionada anteriormente é que um sensor digital de área ativa limitada pode ser utilizado como parte do sistema anterior para permitir TC parcial ou reconstrução em 3D parcial de tamanhos úteis. Por exemplo, com um sensor de área ativa de 25 mm (Largura) x 75 mm (Altura) +6 mm x 75 mm e duas rotações em uma espiral ou espiral aproximada com um movimento total do eixo em 25 mm (ver a Figura 10a), se pode reconstruir uma região de interesse de 50 mm como pode ser visto na Figura 10a. Com três rotações e movimento do eixo em aproximadamente 35 mm se pode reconstruir uma região de interesse de 80 mm (para esclarecimento a Figura 10a mostra somente as dois exemplos de rotações). Portanto, enquanto em um sistema convencional de TC dentário um detector de 25 mm de largura somente produziria 25 mm/2 (aumento) =12,5 mm de volume reconstruído, no sistema de acordo com a presente invenção o volume reconstruído é quatro (4) vezes maior com duas rotações em uma trajetória aproximada espiral e é seis (6) vezes maior se três rotações são usadas. Obviamente a medida que um usa mais e mais rotações para fazer uma espiral maior, o volume reconstruído aumenta até o limite que um pode com um pequena área ativa de detector reconstruir todo o objeto de interesse, por exemplo, todo o anterior e posterior. Adicionalmente deve ser notado que a utilidade desta invenção pode ser materializada mesmo para pequenos movimentos do eixo de rotação durante o perfil de exposição. Por exemplo, mesmo um ou mais milímetros de movimento do eixo de rotação será benéfico. A implicação desta invenção é que sistemas de formação de imagem de raios-X dental extraoral sofisticado utilizam um sensor individual com modo de exposição panorâmica e TC parcial/modo de exposição em 3D proporcionar qualidade da imagem excelente, tamanho de TC reconstruída/volume em 3D suficiente em preços econômicos. Tais sistemas servem aos ortodontistas que se importam com as imagens panorâmicas de alta qualidade bem como implantologistas e cirurgiões que necessitam TC e imagens em 3D de alta qualidade. Preferivelmente o detector é um detector CdTe-CMOS ou CdZnTe-CMOS que tem vantagens distintas em termos de velocidade de leitura, sensibilidade e formação de imagem nítida devido ao fato de que raios-X são convertidos diretamente ao sinal eletrônico. Outras tecnologias de detector podem ser usadas tais como cintiladores acoplados a CCDs ou CMOSes, painéis planos etc.

[076] De acordo com outro aspecto da presente invenção o sistema de formação de imagem de raios-X extraoral dental é configurado para realizar uma exposição de TC ou TC parcial caracterizada pelo fato de que a linha que conecta o ponto focal da fonte de raios-X e a parte central do detector é tangencial ou aproximadamente tangencial à trajetória do eixo de rotação durante a exposição, ou dentro de um intervalo de ± 45 graus a partir do tangencial à trajetória. Isto é ilustrado na Figura 12a, onde a linha conectando o ponto médio do dispositivo de formação de imagem (1901) ao ponto focal da fonte de raios-X (1902) é tangencial naquela parte para a trajetória ao longo da qual o eixo de rotação está se movendo, mas como mencionado ali pode ser também um desvio do tangencial no intervalo de ± 45 graus. Este perfil de exposição permite que o tamanho da região a ser reconstruída se expanda à medida que o eixo de rotação se move ao longo da espiral. A posição da fonte de raios-X e o detector podem ser trocados sem se afastar do escopo da invenção.

[077] Embora modalidades preferidas foram dadas e descrita com relação às Figuras mencionadas anteriormente, o escopo da invenção cobre qualquer situação onde o eixo de rotação está se movendo durante a exposição de TC parcial ou exposição de TC. A trajetória do eixo de rotação pode de fato ser uma espiral aproximada ou espiral deformada, ou como é exemplificado nas Figuras 12b, 12c e 12d, pode compreender parte de um círculo, um círculo ou círculos múltiplos dependendo o quanto grande o volume um quer reconstruir (Figura 12b), pode ser uma trajetória em forma de “S” (Figura 12d), uma trajetória em forma de “8” (Figura 12c).

[078] O efeito de mover o eixo de rotação pode também ser alcançado sem mover fisicamente o eixo de rotação, mas ao invés disso proporcionar manipulador(es) adicional(is) para mover o dispositivo de formação de imagem e/ou a fonte de raios-X com relação ao eixo/eixos rotacional do sistema. Isto é ilustrado nas Figuras 12e e 12f. A Figura 12e ilustra o sistema normal com o dispositivo de formação de imagem (2001), fonte de raios-X (2002), eixo de rotação (fixado ou movendo) e o objeto para ser formado imagem (2004). A geometria do dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X são fixados com relação ao eixo rotacional. O eixo rotacional pode ser fixado o se mover, mas a Figura ilustra o caso de um eixo rotacional fixo for simplicidade.

[079] A Figura 12f ilustra este aspecto da invenção. A geometria do dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X é mudado com relação ao eixo rotacional durante a exposição. Também a geometria relativa do dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X pode mudar para aumentar adicionalmente o campo de vista. A única limitação sendo que o feixe de raios-X emitido pela fonte de raios-X precisa ser capturado pelo dispositivo de formação de imagem.

[080] Existem dois pontos na exposição ilustrados na Figura 12f. O primeiro ponto inclui o dispositivo de formação de imagem (2021a), a fonte de raios-X (2022a), o eixo de rotação (2023) e o objeto para ser visualizado (2004). O segundo ponto na exposição (ou no tempo tem geometria relativa diferente. A geometria relativa do dispositivo de formação de imagem (2021b) e a fonte de raios- X (2022b) foram mudadas com relação ao eixo de rotação (2023).

[081] Esta mudança na geometria relativa cria um eixo rotacional virtual (2025) que se move ao longo de uma curva (2026) que no caso da Figura 12f é uma espiral mesmo quando qualquer outra curva mencionada anteriormente é adequada. O efeito final disto é que o eixo rotacional pode ser fixado enquanto ainda obtém resultados similares para expandir o campo de vista como em outros aspectos da invenção.

[082] De acordo, portanto, com este aspecto da presente invenção proporciona-se como ilustrado na Figura 12g um sistema de formação de imagem de raios-X dental extraoral, para realizar uma TC parcial ou imagem em 3D parcial de uma região de interesse de um objeto compreendendo: a) uma fonte de raios-X (2102) para expor um objeto a raios-X de modo que o objeto pode ser visualizado durante a exposição; b) um dispositivo de formação de imagem de raios- X (2101) adequado para produzir múltiplos quadros de imagem irradiada durante pelo menos parte da exposição; c) um manipulador (2105) para mover o dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X ao longo de um caminho entre diversas posições correspondentes a diversos quadros de imagem irradiada durante a exposição, o manipulador permitindo o movimento da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem pela translação seletiva e rotação seletiva sobre pelo menos um eixo rotacional (2106) localizado entre um ponto focal da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de raios-X; e de qualquer um dos seguintes d) manipulador adicional (2103) para fazer a translação ou rotação do dispositivo de formação de imagem durante pelo menos parte da exposição com relação ao eixo rotacional do sistema e) manipulador adicional (2104) para fazer a translação ou rotação da fonte de raios-X durante pelo menos parte da exposição com relação ao eixo rotacional do sistema

[083] O movimento do dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X devem ser sincronizadas de modo que o feixe de raios-X originando desde a fonte de raios-X é capturado pelo dispositivo de formação de imagem.

[084] O manipulador para mover a fonte de raios-X pode incluir a translação e rotação da fonte de raios-X, a translação e rotação do colimador ou a translação e rotação de qualquer componente que faz com que o feixe de raios-X seja feito a translação.

Claims

1. Sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral, para realizar uma TC parcial ou imagem 3D parcial de uma região de interesse de um objeto, o sistema compreendendo: a) uma fonte de raios-X (2102) para expor um objeto a raios-X de modo que o objeto pode ser visualizado durante a exposição, b) um dispositivo de formação de imagem de raios- X (2101) adequado para produzir múltiplos quadros de imagem irradiada durante pelo menos parte da exposição; e c) um manipulador (2105) para mover o dispositivo de formação de imagem e a fonte de raios-X ao longo de um caminho entre diversas posições correspondentes a diversos quadros de imagem irradiada durante a exposição, o manipulador permitindo o movimento tanto da fonte de raios- X como do dispositivo de formação de imagem pela translação seletiva e rotação seletiva sobre pelo menos um eixo rotacional (2106) localizado entre um ponto focal da fonte de raios-X e o dispositivo de formação de imagem de raios- X; caracterizado por compreender adicionalmente d) um manipulador adicional (2103) para fazer a translação ou rotação do dispositivo de formação de imagem durante pelo menos parte da exposição com relação ao eixo rotacional; e e) manipulador adicional (2104) para fazer a translação ou rotação da fonte de raios-X durante pelo menos parte da exposição, com relação a eixo rotacional.

2. Sistema de formação de imagem de raios-X dental extra-oral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos manipuladores adicionais serem configurados para criar um eixo rotacional virtual (2025) adaptado para se mover ao longo de uma curva (2026) durante a exposição.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um eixo rotacional (2106) é fixo.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento do dispositivo de imagem e da fonte de raios-X são adaptados para serem sincronizados de modo que o feixe de raios-X produzido pela fonte de raios-X é capturado pelo dispositivo de imagem.