CN101668485B - 全景x射线设备和用于全景成像的待成像层的定位 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全景x射线设备和一种用于定位用于牙科全景x射线成像的待成像层的方法。该x射线设备包括彼此相距一定距离布置在可转动臂部分(13)的辐射源(15)和图像信息接收器(14)。在本发明中，拍摄被定位成待成像的牙弓前区的侧面轮廓x射线图像，从所述侧面轮廓x射线图像确定一切牙区域的垂直断层摄影层，鉴于在牙弓的全景x射线成像中被清晰成像的层所述断层摄影层是最佳的，并且随后，在全景曝光期间以使得从侧面轮廓x射线图像中选出的层在全景x射线图像中被清晰成像这样一种方式驱动成像装置(14，15)。

Description

全景X射线设备和用于全景成像的待成像层的定位

技术领域

本发明涉及根据专利权利要求1的全景x射线设备和根据权利要求7的用于定位用于全景x射线成像的待成像层的方法。

背景技术

全景x射线成像是层成像、断层摄影成像，其中在成像扫描期间辐射源和图像信息接收器在曝光期间以使得在正被形成的图像中基本上牙弓被清晰成像而头骨的其他解剖结构变得模糊这样一种方式相对于牙弓转动。典型地，产生断层摄影效果的成像装置的成像扫描和相关转动运动在水平面上被执行，在一些特定成像模式中也可以通过部分地在不同于水平面的某个平面上移动产生断层摄影效果。牙科全景x射线图像将牙弓显示成在平面上展开。全景图像提供患者的整组牙齿的良好概貌，包括下颌关节。

全景x射线图像的最基本诊断值涉及牙根的成像。由于待成像的解剖结构的形状，全景x射线成像的成像几何形状典型地产生断层摄影图像，其中关于牙弓的前区，被清晰成像的层相对较窄，典型地仅约10mm。由于实现成像扫描的方式，被清晰成像的层在臼齿区域更宽，甚至为几十mm，因此在该区域中将牙弓定位在正被成像的层的中心不太关键。

由于待成像的解剖结构的尺寸和形状在对象之间变化，相对于待成像的解剖结构最佳地实现全景成像很具有挑战性，尤其是关于成像切牙(incisor)。因此，典型地试图尤其以使得至少切牙根将位于被清晰成像的牙弓前区的层中这样一种方式定位用于全景成像的解剖结构。切牙区域的不成功定位恐怕是全景图像失败的最大个体原因。

当使用最传统的全景x射线设备时，操作者必须根据患者脸部的侧面轮廓以及可见的牙冠面从外部估计切牙根的位置。这种估计在涉及严重龅牙或切牙后长时尤其困难，但由于即使在正常牙合的情况下切牙也多少有些倾斜，因此估计切牙根的位置总是困难的。实际上，通常只有娴熟专业技能和经验的操作者才能实现较少的定位失败。

将各种类型的定位灯布置到全景成像设备是已知的，通过所述定位灯可以将光束投射到患者脸部以帮助定位。借助于灯有可能例如保证头骨的最佳定向。

例如通过将从侧面照射患者的垂直、层定位光束驱动到切牙根假定所处的位置并通过根据该定位光束的位置将成像设备布置成实现成像运动，定位灯也用于帮助定位待成像层。然而，该类的定位也仅仅基于操作者根据外部特征对切牙根位置进行的“有根据的推测”。因此，即使有经验的操作者也会在定位中失败。

现有技术还包括基于对解剖结构外部特征的分析的其他定位技术，例如基于距离传感器和照相机的使用的方案。然而，即使它们的功能主要基于对患者外部脸部特征的检查，而结果是它们并不一定能给出成套牙实际结构的正确图片。进一步地，这些类型的方案还可能需要将各种附件整合到成像设备和其他可能的特定布置，这又使成像设备更为复杂并且甚至可能使得成像过程的执行变得困难或缓慢。

发明内容

本发明的一个目标是结合牙科全景x射线成像提升对解剖结构的定位，尤其考虑到如何将包含切牙根的期望垂直断层摄影层定位到全景x射线设备清晰成像的层中。换句话说，本发明的一个目标是减少由错误定位导致的重新成像的需要。

一个目标同样是实施例，能够以这样一种方式实现上述目标，使得成像设备仍可以相对简单地实现而不需要将相当多的新装置、部件和/或功能布置到成像设备。

进一步地，本发明的一个目标是实施例，能够在解剖结构被定位到成像设备的患者支撑装置之后使得期望层自动被清晰成像在全景图像中。

本发明的目标由方案解决，所述方案的基本特征在所附专利权利要求中呈现。因此，根据本发明，拍摄被定位成待成像的牙弓前区的侧面轮廓x射线图像(沿正中矢状面方向定向的透照图像)，从所述x射线图像中确定垂直断层摄影层，考虑到当全景x射线成像时从牙弓的切牙区域被清晰成像的层所述层是最佳的，其后驱动全景设备的成像装置使得尤其是该层清晰成像在全景x射线图像中。因此，本发明能够基于正被成像的真实解剖结构而非假定来尤其对期望的断层摄影层进行成像。

为了实现根据本发明的方案使用一种全景x射线设备，所述全景x射线设备的成像装置的水平运动自由度被布置成除了实际的全景成像之外还能够拍摄根据本发明的侧面轮廓x射线图像。

对期望清晰成像的层的设置例如可以由操作者通过例如从布置在x射线设备中的显示器上所显示的数字x射线图像中指定该层来完成，或者切牙根的位置也可以根据本发明在模式识别算法的帮助下例如借助于本身已知的图像处理和特征提取被自动确定。根据本发明的一个优选实施例，使用基于神经网络的模式识别，其中期望层的位置被转变成函数的近似问题并且期望层的位置在神经网络的帮助下作为特征的函数从预览图像中确定，所述特征在根本上容易限定并且代表解剖结构。使用根据本发明的神经网络就能够在被限定用于模式识别的信息源的解剖结构的每个参考点不一定在程序上可识别时对所述待成像的解剖结构使用模式识别。神经网络不仅可以被布置成学习找出正确层，而且它也可以被教导识别患者的解剖结构。

附图说明

在下面，还通过参考附图更详细地描述本发明及其部分实施例以及可由这些实施例获得的优点，在所述附图中：

图1示出了典型的牙科全景x射线设备，

图2示出了患者被定位在患者支撑装置进行全景成像，

图3示出了在沿着牙弓的各个部分全景成像时形成的典型断层摄影层的宽度的变化，以及

图4示出了用于本发明中的侧面轮廓x射线图像，以及其中期望从牙弓前区被清晰成像在全景图像中的断层摄影层的位置。

具体实施方式

图1示出了典型的全景x射线设备的基础构造。根据图1的设备包括柱状主体部分(11)和附连到主体部分的水平支撑臂(12)。基本在支撑臂(12)的另一端，布置有被称为C形臂的成像臂(13)，该成像臂支撑图像信息接收器(14)和辐射源(15)。进一步地，患者支撑装置(16)被布置到主体部分(11)。

成像臂(13)被布置成相对于支撑臂(12)旋转。另外，适合用于本发明的设备构造必须能让成像臂(13)以使得成像装置可被定位成用于拍摄定位在患者支撑装置(16)中的解剖结构的侧面轮廓图像这样一种方式在水平面上运动。这例如可以通过使构造(17)具有x，y运动自由度实现，成像臂(13)在所述构造的帮助下附连到支撑臂(12)。在另一方面，也可以使用例如本身已知的这样一种全景x射线设备，其中在成像臂(13)与支撑臂(12)之间布置有元件，该元件被布置成相对于这两个臂并围绕彼此相距一定距离的两个垂直旋转轴可转动。

图2示出了患者被定位在患者支撑装置(16)进行全景成像。现有技术已知多种类型的患者支撑装置，它们的目的是在持续相当长的成像过程期间帮助患者保持固定。图2中所示的方案包括患者。

图3例示了当根据典型地用于全景成像中的成像扫描的几何形状驱动成像装置时在全景成像中被成像的断层摄影层的宽度在牙弓的不同区域中如何变化。在成像中形成的断层摄影层的宽度因此典型地在牙弓前区中约为10mm数量级并且在臼齿区域中明显更宽。以使得断层摄影层会在前区中明显更宽这样一种方式实现全景成像在实践中是很困难的，比如从一些其他标准的观点来看至少不导致成像有其他问题/同时不削弱全景图像的诊断值是困难的。因此，相对于在成像期间成像装置进行的成像扫描运动，尤其是将切牙区域定位在用于全景成像的正确位置比臼齿区域的定位明显更为关键。

在图4中，在解剖结构的顶部有由连续线所限定的代表性区域，鉴于本发明考虑到期望清晰成像的断层摄影层的位置的定位所述代表性区域覆盖解剖结构的足够大的部分。该区域的宽度例如可以为约30mm。

另外，约10mm的一个断层摄影层在图4中由虚线例示，在该图中所示出的解剖结构的情况下所述层可能期望被选择为在全景成像中被清晰成像的层。图4的患者具有相对正常的咬合，因此有可能获得可见的上和下齿的牙根。

不同于测量解剖结构的外部形状的方法，根据本发明，因此首先拍摄解剖结构的侧面轮廓的x射线图像，在所述x射线图像的帮助下可以基于牙齿的实际结构实现对在全景图像中清晰成像的层的选择。由于除了切牙根的位置以外不需要基于该侧面轮廓x射线图像确定任何其他信息，因此该侧面轮廓x射线图像的性质不需要相当于为了实际诊断使用拍摄的x射线图像。因此，仅用于定位目的拍摄的该x射线图像可以通过生成相对小的辐射剂量而被拍摄，优选地由于没有使诸如软组织之类的在图像中可见的特定需要，还可以通过使用由相对高的电压生成的x射线辐射而被拍摄。优选地x射线管的电压和电流以这样一种方式被选择，以获得尽可能高的图像对比度以及尽可能小的患者吸收剂量。当电流保持为低时，用高电压获得软组织与骨之间的尽可能高的对比度。如果例如使用80kV的电压和1mA的电流并且拍摄侧面轮廓图像的区域适当地被限制，就有可能实现由实际全景成像扫描所产生的剂量的例如3％以下甚至更低的辐射剂量。

从形成本发明基本部分的解剖结构的侧面拍摄的x射线图像原则上可以按许多方式拍摄，如果需要的话可以通过将尤其用于该目的的独立成像传感器布置到全景x射线设备。然而，在本发明的优选实施例中，使用已存在于数字全景x射线设备中的成像传感器。成像所需的射束的对准和可能扫描运动可以按本领域技术人员显而易见的许多方式实现。产生侧面轮廓图像的一个可能性是在解剖结构的右侧和左侧线性地驱动产生窄束的辐射源(15)和图像信息接收器(14)以产生透照图像，或者实际上基本对应于透照图像的侧面轮廓x射线图像。

在根据本发明的方案中，使用一种全景成像设备，其中为成像装置提供了拍摄全景图像和侧面轮廓x射线图像所需的运动自由度。进一步地，设备的控制系统被布置成以合适的方式识别相对于成像装置的坐标位置，所述坐标将被提供与给期望在全景x射线图像中清晰成像的层位置的相关的装置。因此，本发明的一个实施例包括全景x射线设备的控制系统，所述控制系统一直知道座标位置，或者作为对接收到的脉冲的响应开始按照该座标位置动作或将其保存到存储器，其中成像装置位于它们的运动自由度的区域覆盖的坐标集中。

期望被成像的层例如可以通过手动地从侧面轮廓图像将其指定到成像设备被设置，或者所述层可以被布置成基于计算机视觉通过合适的方案被自动设置。当实施交互时，在拍摄实际全景图像之前拍摄患者的切牙区域的侧面轮廓x射线图像。该图像可以被布置成在独立计算机显示器上显示或在被布置到实际x射线设备的显示器上显示。在已从图像中确定期望层的位置之后，该信息例如通过从在显示器上显示的图像中直接指定的方式提供给成像设备。由于根据本发明x射线设备已经拥有从其拍摄了用于确定断层摄影层的位置的侧面轮廓图像的水平面的那些坐标的信息，并且由于实际全景图像将在相同坐标集中被拍摄，因此可以很简单地算出应该根据其拍摄全景图像的几何形状，使得清晰成像的切牙区域的层将切合在患者支撑装置处定位的解剖结构的期望位置。

然而，被清晰成像的层在切牙区域中应当行进通过的地点也可以借助于基于计算机视觉的方法从侧面轮廓x射线图像中确定。在该情况下，将用于控制全景设备的算法例如可以包括以下措施：

-在由成像设备所识别的成像装置的运动自由区域覆盖的坐标集中拍摄解剖结构的数字侧面轮廓x射线图像；

-由图像处理装置预处理所述图像；

-从所述图像中搜索解剖结构的预定特征；

-基于识别特征确定切牙区域中期望被成像的层的位置；

-基于所述位置信息确定所述坐标集中所述成像装置的运动的几何形状，通过按照所述几何形状所述期望层将被清晰成像；

-根据所述成像几何形状拍摄全景图像。

在本发明的一个实施例中使用一种方法，其中从侧面轮廓x射线图像搜索这样的特征，基于所述特征有可能例如在神经网络的帮助下推断期望被清晰成像的层的位置。优选地，在使用实际特征搜索算法之前总是对侧面轮廓图像进行类似的预处理以便使从不同解剖结构拍摄的图像具有彼此相同的灰度值。

由算法搜索的解剖结构特征自然应当尽可能精确地代表切牙及其牙根的位置。当交互地选择层时，操作者将通过从图像估计牙根尖端的位置将期望层设置到预览图像并且将把层的中心例如放置在上颌骨的切牙根基附近。然而，当自动选择层时，牙根尖端、顶点的自动定位会是困难的。由于待识别的点应该可以容易无误地识别，可以根据本发明的一个优选实施例执行使得从侧面轮廓图像搜索代表正被成像的解剖结构的尺寸和位置的一组可更容易识别的点。例如，牙根尖端明显是一个这样的点，它由于它的宽对比度而容易可识别。在另一方面，下颚骨前缘的倾角可以鉴于切牙的位置被看作显著特征。从解剖结构的不同部分和通过使用不同方法甚至可以将两个值指定给倾角。除了牙齿的位置以外，它们的尺寸也传达了关于牙根位置的某些信息。关于上颌骨，可以通过从图像寻找腭骨并且将鼻前棘作为它的直延伸部确定牙齿的尺寸。牙齿的长度可以相对于牙齿尖端与该棘之间的距离被假定。在下颌骨中，对于牙齿部分，例如可以通过寻找颌尖端估计尺寸，从颌尖端到下前切牙尖端之间的距离假定与下齿的长度成比例。一般而言，优选的是基于不彼此依赖但是很好地代表切牙的位置和尺寸这一事实来选择待搜索的特征。

在本发明的优选实施例中神经网络被用作函数近似，其作为从侧面轮廓图像识别的特征的函数近似期望层的位置。在神经网络的帮助下，已发现的特征可以被组合并且它们的相互依赖性被拣出。在神经网络的帮助下，层的位置可以被转变成其值取决于已发现特征的函数。通过使用不同类型的患者来教导神经网络，可以帮助算法找到正确结果，而不考虑患者的解剖结构。

Claims (13)

1.一种牙科全景x射线设备，其包括：

臂构造(12，13)，其与主体部分(11)或其他支撑构造连接，

所述臂构造包括臂部分(13)，所述臂部分包括成像装置(14，15)并且所述臂部分被布置成可转动，

在所述臂部分(13)中，所述成像装置被布置成彼此相距一定距离，所述成像装置包含辐射源(15)和图像信息接收装置(14)，

患者支撑装置(16，18，19，20，21)，

用于所述臂部分(13)的连接布置(17)，其被布置成使能用于所述成像装置(14，15)的水平运动自由度，以及全景成像的成像几何形状的实现和对定位在患者支撑装置的解剖结构的侧面轮廓x射线图像的拍摄，以及

控制系统，其包括控制装置和执行机构，用于控制和实现所述辐射源(15)和图像信息接收装置(14)的操作，用于控制和实现所述辐射源(15)和图像信息接收装置(14)/所述臂构造(12，13)的运动，以及用于检测所述辐射源(15)和图像信息接收装置(14)/所述臂构造(12，13)在所述运动自由度涵盖区域包括的坐标集的区域的至少一部分内的位置，

其特征在于

所述设备包括用于将所述侧面轮廓x射线图像发送到独立显示器或布置在设备自身中的显示器的装置，或至少被布置成与全景x射线设备功能连接用于处理图像信息的装置，所述装置包含用于从由全景x射线设备所拍摄的侧面轮廓x射线图像识别解剖结构的特征的计算机视觉软件，

用于接收坐标信息的装置，所述座标信息是从在显示器上示出的所述侧面轮廓x射线图像指定的或从所述计算机视觉软件接收的，和

用于控制成像装置(14，15)和臂构造(12)的控制装置，用于以从牙弓前区的部分将根据所述坐标信息的断层摄影层清晰成像的这样一种方式实现全景成像扫描的几何形状。

2.根据权利要求1所述的全景x射线设备，其特征在于所述控制布置包含一控制装置，该控制装置控制成像装置从约30mm宽的区域拍摄所述侧面轮廓x射线图像。

3.根据权利要求1所述的全景x射线设备，其特征在于所述控制布置包含一控制装置，该控制装置通过使用80kV数量级的电压和1mA数量级的电流控制辐射源以拍摄所述侧面轮廓x射线图像。

4.根据权利要求1所述的全景x射线设备，其特征在于所述控制布置包含一控制装置，根据该控制装置通过使用用于全景成像的所述设备的图像信息接收装置(14)拍摄所述侧面轮廓x射线图像。

5.根据权利要求1所述的全景x射线设备，其特征在于所述计算机视觉软件被布置成从所述侧面轮廓x射线图像识别解剖结构的以下特征的至少一个的位置：“切牙尖端”、“切牙位置”，“切牙尺寸”、“下颚骨前缘偏转角”、“下颚骨尖端”、“上腭骨”、“鼻前棘”，并且基于该识别计算所述侧面轮廓x射线图像中切牙根的位置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的全景x射线设备，其特征在于所述计算机视觉软件包括神经网络。

7.一种用于定位待成像层的牙科全景x射线成像的方法，其中使用x射线成像设备，所述x射线成像设备包括布置在可转动臂部分彼此相距一定距离布置的辐射源和图像信息接收器，所述臂部分到成像设备的主体或其他实体构造的附连被实现，从而为所述臂部分设置运动自由度，以相对于被布置到成像设备的患者支撑装置改变所述臂部分的水平位置，其特征在于所述臂部分相对于患者支撑装置被驱动到一位置，在该位置处可以拍摄被定位成待成像的牙弓切牙的侧面轮廓x射线图像，拍摄所述侧面轮廓x射线图像，从所述侧面轮廓x射线图像中确定鉴于在全景x射线成像中在切牙区域中被最清晰成像的层是最佳的垂直部分，并且用成像几何形状拍摄全景图像，根据所述成像几何形状所述最佳垂直断层摄影层在切牙区域中清晰成像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于拍摄覆盖切牙区域的约30mm宽的区域的所述侧面轮廓x射线图像并且从该图像确定所述断层摄影层。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述侧面轮廓x射线图像在独立显示器上显示或在布置到成像设备自身的显示器上显示，并且从该图像中指定所述断层摄影层。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述断层摄影层由模式识别程序在程序上确定。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于在侧面轮廓x射线图像中可见的解剖结构特征的至少一个：切牙尖端、切牙位置、切牙尺寸、下颚骨前缘偏转角、下颚骨尖端、上腭骨、鼻前棘，在模式识别中被使用并且基于该识别计算所述侧面轮廓x射线图像中切牙根的位置。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于期望清晰成像的层在神经网络的帮助下指定。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于神经网络用作函数近似，其作为在侧面轮廓x射线图像中识别的特征的函数近似所述层的位置。

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