CN105982686A - 计算机断层成像设备及通过其拍摄断层图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机断层成像设备及通过该设备拍摄断层图像的方法，其中该设备包括：用于发射X射线的射源；射源窗口；挡板，其中挡板中具有通孔；通过驱动装置与挡板连接的控制模块，用于根据预设的拍摄条件控制计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心以确定待拍摄的拍摄位置，并在待拍摄的拍摄位置为目标物体的局部区域时，根据局部区域的位置通过驱动装置调控挡板，以使X射线通过射源窗口穿过通孔和局部区域照射至面阵探测器上；面阵探测器用于将接收到的穿过通孔和局部区域的X射线转换成投影图像。该设备相较于全视野CT拍摄来说，节省了拍摄时间，降低了辐射剂量，且提高了分辨率。

Description

计算机断层成像设备及通过其拍摄断层图像的方法

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种计算机断层成像设备以及一种通过该计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法。

背景技术

口腔CBCT(Cone beam CT，锥形束CT)是对视野范围的物体进行重建的过程。其中，如图1所示，CBCT的基本原理如下：通过使用面阵探测器和锥形束X射线源，围绕检查对象旋转扫描，获得物体在各个角度的二维投影图像，然后根据锥束CT重建算法，得到物体内部的三维体数据。

目前，市场上口腔CBCT一般是拍摄物体全视野图像的装置，当用户只需要观察单颗牙齿时，只能从得到的全视野图像中去查看该部分区域对应的图像，这样会导致资源的浪费，如提高辐射剂量，并且从清晰度角度来说，从全视野图像中去观察局部图像时，由于该局部图像的大小有限，所以导致不太容易观察，相当于降低了局部图像的分辨率。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种计算机断层成像设备。该设备可控制挡板以将挡板中的通孔位于射源窗口中心，并通过控制旋转中心确定局部区域的拍摄位置，以实现拍摄物体的局部CT拍摄，相较于全视野CT拍摄来说，节省了拍摄时间，降低了辐射剂量，并且从清晰度角度来说，提高了局部图像的分辨率。

本发明的第二个目的在于提出一种拍摄断层图像的方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出的计算机断层成像设备，包括：射源，所述射源用于发射X射线；射源窗口；挡板，其中，所述挡板中具有通孔；控制模块，所述控制模块通过驱动装置与所述挡板连接，所述控制模块用于根据预设的拍摄条件控制所述计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心以确定待拍摄的拍摄文职，并在所述待拍摄的拍摄位置为目标物体的局部区域时，根据所述局部区域的位置通过所述驱动装置调控所述挡板，以使所述X射线通过所述射源窗口穿过所述通孔和所述局部区域照射至面阵探测器上；所述面阵探测器，所述面阵探测器用于将接收到的穿过所述通孔和所述局部区域的X射线转换成投影图像。

根据本发明实施例的计算机断层成像设备，将挡板中设置可以调控的通孔，通过控制模块控制计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心以确定待拍摄的拍摄位置，并在待拍摄的拍摄位置为目标物体的局部区域时，根据该局部区域的位置通过驱动装置调控挡板以实现目标物体的局部CT拍摄，例如，当用户只需要观察拍摄物体中的局部区域时，可控制挡板以将通孔位于射源窗口中心，并通过控制旋转中心确定局部区域的拍摄位置，以实现拍摄物体的局部CT拍摄，相较于全视野CT拍摄来说，节省了拍摄时间，降低了辐射剂量，并且从清晰度角度来说，提高了局部图像的分辨率。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例提出的通过本发明第一方面实施例的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法，包括：获取预拍摄图片；接收用户针对所述预拍摄图片的选择指令，并根据所述选择指令确定所需拍摄物体的区域；根据所述区域确定所述计算机断层成像设备中所述旋转臂的所述旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，以使所述计算机断层成像设备根据所述旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向对所述区域进行拍摄；获取拍摄到的投影图像，并根据预设的CT重建模型对所述投影图像进行CT重建以生成三维立体图像。

根据本发明实施例的拍摄断层图像的方法，接收用户针对预拍摄图片的选择指令，并根据选择指令确定所需拍摄物体的区域，并根据该区域确定计算机断层成像设备中旋转臂的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，以使计算机断层成像设备根据旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向对该区域进行拍摄，以及获取拍摄到的投影图像，并根据预设的CT重建模型对该投影图像进行CT重建以生成三维立体图像，例如，当用户只需要观察拍摄物体中的局部区域时，可通过计算机断层成像设备调控自身的挡板以实现目标物体的局部CT拍摄，又如，当用户需要观察拍摄物体的全部区域时，可通过计算机断层成像设备调控自身的挡板以实现目标物体的CT拍摄，即通过计算机断层成像设备调控挡板以实现目标物体的局部视野和全视野之间的切换。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是口腔CBCT的基本原理的示例图；

图2是根据本发明一个实施例的计算机断层成像设备的结构示意图；

图3(a)是基于图2所示的计算机断层成像设备中射源窗口与挡板上的通孔之间的结构示例图；

图3(b)是本发明实施例的局部CT拍摄时射源窗口与挡板之间的位置关系的示例图；

图4是根据本发明一个实施例的拍摄断层图像的方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的正、侧位片位置的示意图；

图6是根据本发明实施例的左右区域中目标物体成像的示意图；

图7是根据本发明实施例的预设拍摄图像的示例图；

图8是根据本发明实施例的不同拍摄视野在探测器上对应不同的投影区域的示意图；

图9(a)是根据本发明实施例的全视野CT拍摄时重建后的全视野三维立体图像的示例图；

图9(b)是根据本发明实施例的局部CT拍摄时重建后的局部视野三维立体图像的示例图；以及

图10是CT拍摄过程中射线源、探测器与拍摄物体之间的位置关系的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的计算机断层成像设备以及通过该计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法。

图2是根据本发明一个实施例的计算机断层成像设备的结构示意图。图3(a)是基于图2所示的计算机断层成像设备中射源窗口与挡板上的通孔之间的结构示例图，其中，图2中未示出挡板上的通孔，图3(a)中未示出射源、控制模块和面阵探测器。需要说明的是，本发明实施例的计算机断层成像设备可应用于计算机断层成像CT机上，尤其可应用于口腔CBCT上，下面将以应用于口腔CBCT上作为示例。

如图2和图3(a)所示，该计算机断层成像设备可包括：射源10、射源窗口20、挡板30、控制模块40和面阵探测器50。其中，在本发明的实施例中，图3(a)所示，射源窗口20中可有一个窗口，该窗口也可称为CT窗口，该窗口之外的其他部分均被铅板遮挡，以防止X射线由该窗口以外的地方穿过以影响拍摄结果。此外，如图2和图3(a)所示，挡板30中可具有通孔31。在本发明的实施例中，通孔31的大小小于射源窗口20的大小。

具体地，射源10可用于发射X射线。

控制模块40可通过驱动装置A与挡板30连接，控制模块40可用于根据预设的拍摄条件控制上述计算机断层成像设备机上旋转臂的旋转中心B以确定待拍摄的拍摄位置，并在待拍摄的拍摄位置为目标物体D的局部区域时，根据该局部区域的位置或角度通过驱动装置A调控挡板30，以使X射线通过射源窗口20穿过通孔31和上述局部区域照射至面阵探测器50上。其中，在本发明的实施例中，预设的拍摄条件可包括但不限于局部断层成像分辨率的需求等。需要说明的是，在本发明的实施例中，可理解将C形臂(如上述的旋转臂)绕着支撑臂旋转的那个垂直轴称为旋转轴C，位于旋转轴C与目标物体D(如牙齿)的水平截面的交点称为旋转中心B。

具体而言，在本发明的实施例中，控制模块40可根据上述局部区域通过驱动装置A调控挡板30，以使挡板30移动至射源窗口20并使得X射线通过射源窗口20穿过通孔31和局部区域照射至面阵探测器50上。控制模块40还可通过驱动装置A左右移动挡板30以调控通孔31有X射线经过的大小。也就是说，控制模块40可通过前后左右移动旋转中心B以调整将要拍摄的位置，并可根据确定待拍摄的位置通过左右移动挡板30控制通孔31移动到射源窗口20的中心，使得X射线通过射源窗口20穿过通孔31和待拍摄物照射至面阵探测器50上。

面阵探测器50可用于将接收到的穿过通孔31和上述局部区域的X射线转换成投影图像，以使与所述计算机断层成像设备相连的计算机将该投影图像进行CT重建以生成局部视野三维立体图像。其中，在本发明的实施例中，面阵探测器50可为基于CMOS技术的间接转换平板探测器，间接转换平板探测器中的闪烁体材料具有碘化铯。

进一步的，在本发明的一个实施例中，当确定的待拍摄的拍摄位置为目标物体的全部区域时，控制模块40还可用于根据上述目标物体D的全部区域通过驱动装置A驱动挡板30远离射源窗口20，以使X射线穿过射源窗口20和目标物体D的全部区域照射至面阵探测器50上。面阵探测器50还可用于将接收到的穿过射源窗口20和上述目标物体D的全部区域的X射线转换成投影图像，以使与计算机断层成像设备相连的计算机将该投影图像进行CT重建以生成全视野三维立体图像。其中，在本发明的实施例中，上述通过驱动装置A驱动挡板30远离射源窗口20可理解为，如图2所示，通过驱动装置A左右移动挡板30以使挡板30不遮挡射源窗口20。

更具体地，控制模块40通过前后左右移动旋转中心B以调整将要拍摄的位置(如将要拍摄整个牙齿区域)，并可根据确定后的拍摄位置(如将拍摄整个牙齿区域)通过驱动装置A左右移动控制挡板30以使其远离(即不遮挡)射源窗口20，也就是说控制挡板30不会遮挡X射线从射源窗口20穿过，即使得X射线通过射源窗口20照射至面阵探测器50上。

为了使得本领域的技术人员能够更加了解本发明，下面将介绍本发明的计算机断层成像设备在拍摄时的原理。

可以理解，控制模块40可通过驱动装置A(如计算机断层成像设备中的动力系统，即电机)控制计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心B和挡板30以实现拍目标物体的全视野CT拍摄和局部CT拍摄，其中具体的实现过程可为：

图3(a)也表现了全视野CT拍摄时射源窗口20与挡板30之间的位置关系，如图3(a)所示，控制模块40可通过驱动装置控制挡板30进行左右移动，使得挡板30不会遮挡住射源窗口20，以使得X射线能够直接穿过射源窗口20，从而实现拍摄装置的全视野CT拍摄，其中，可将该射源窗口20称为CT窗口。

图3(b)是本发明实施例的局部CT拍摄时射源窗口20与挡板30之间的位置关系。控制模块40可通过驱动装置控制挡板30进行左右移动，使其移动到射源窗口20，以使得挡板30遮挡穿过射源窗口20的X射线，即使得X射线通过挡板30中的通孔31发射出来，从而实现拍摄装置的局部CT拍摄。其中，可以理解，通孔31的大小小于射源窗口20的大小，例如，局部CT的视野高度方向为4CM，而机器CT视野高度方向为是8CM，那么挡板30上的通孔31高度方向只需要是射源窗口20的1/2。

具体地，挡板30上设置有开口可以调控的通孔31，控制模块40可根据预设的拍摄条件(如局部CT分辨率的要求)调控通孔31的大小和确定拍摄位置。具体而言，控制模块40可移动旋转中心B以调整并确定待拍摄的拍摄位置，并根据图像分辨率的要求调整射源10、通孔31和面阵探测器50三者中任意两者之间的距离，以及可通过左右移动挡板30，使得挡板30的一部分遮挡射源窗口20，在不改变挡板30、射源窗口20与面阵探测器50之间相互距离，类似调节通孔31的大小，以使得射源10发射的X射线通过射源窗口20穿过挡板30上的通孔31照射到面阵探测器50上，面阵探测器50将接收到的X射线转换成投影图，与计算机断层成像设备相连的计算机将各个角度的投影图进行CT重建形成了被拍摄物的三维立体数据。更具体地，可将射源10近似看成点光源，即可通过等比方式，计算出面阵探测器50的投影图的面积，即可得到三维立体图像的大小。

可以看出，射源窗口20不被挡板30遮挡时为CT窗口。其中，挡板30可采用铅板制成，挡板30上的通孔31为局部CT窗口，拍摄时只需要控制模块40移动挡板30位置使其上的通孔31位于射源窗口20中心即可实现局部CT拍摄。

此外，本领域的技术人员肯定了解面阵探测器50是CBCT的核心部件之一，主要有两种类型：X射线影像增强器(Image Intensifier，I.I.)和平板探测器(Flat Panel Detector，FPD)。目前的大部分CBCT系统都选择了FPD。这是由于FPD具有更高的空间分辨率、更高的对比度以及更长的使用寿命，且不存在边缘失真现象。下面将详细介绍平板探测器：

根据能量的转换方式，平板探测器可以分为间接转换平板探测器和直接转换平板探测器。间接转换FPD都采用闪烁体作为转换材料，首先将X光转换成可见光，再通过捕捉、测量可见光光子获得最终的电信号。大面积闪烁体材料主要有碘化铯(CsI)和硫氧化钆(Gd2O2S)两种。医学成像中更多选择碘化铯作为闪烁体，因为其在低能X射线段有更好的转换效率。

根据闪烁体后端电路的不同，间接转换平板探测器又可以分为基于非晶硅(a-Si)技术的平板探测器和基于CCD/CMOS技术的平板探测器。非晶硅平板主要由三部分组成：CsI闪烁体、非晶硅制成的光电二极管矩阵以及薄膜晶体管(TFT)。不可见的X射线光子被CsI涂层吸收转化为可见光光子，然后通过光电二极管转化为电荷并导入到薄膜晶体管中，最后通过读出电路输出。CCD/CMOS平板的成像原理和非晶硅平板基本相同，只是由于直接采用了技术更成熟的低解析度CMOS/CCD技术，使得其单元有效探测面积的填充率(FillFactor)更高，系统稳定性更好。

直接转换平板探测器目前一般采用的非晶硒技术，主要分为两层：非晶硒半导体材料涂层以及TFT阵列。非晶硒涂层吸收入射的X光光子，将其直接转换为电荷；在外加电场的作用下，电荷(即电子-空穴对)积聚在像元电容上，最终被TFT读出。与间接转换平板相比，直接转换平板的成像精度更高，能够实现宽度仅1μm的点扩展函数。这是因为：间接转换平板首先将X射线转化为可见光，而可见光在闪烁体内传播时会发生散射和漫射，降低了图像分辨率；而直接转换平板直接产生电子-空穴对，避免了信号的扩散。但由于直接转换平板的价格更高，因此目前口腔临床使用的CBCT仍然较多地使用间接转换平板。

因此，本发明实施例中的面阵探测器50采用的是间接转换平板探测器，即基于CMOS技术、且大面积闪烁体材料主要有碘化铯(CsI)的平板探测器。

根据本发明实施例的计算机断层成像设备，将挡板中设置可以调控的通孔，通过控制模块控制计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心以确定待拍摄的拍摄位置，并在待拍摄的拍摄位置为目标物体的局部区域时，根据该局部区域的位置通过驱动装置调控挡板以实现目标物体的局部CT拍摄，例如，当用户只需要观察拍摄物体中的局部区域时，可控制挡板以将通孔位于射源窗口中心，并通过控制旋转中心确定局部区域的拍摄位置，以实现拍摄物体的局部CT拍摄，相较于全视野CT拍摄来说，节省了拍摄时间，降低了辐射剂量，并且从清晰度角度来说，提高了局部图像的分辨率。

另外，本发明还提出了一种通过上述任一个实施例的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法。

图4是根据本发明一个实施例的通过上述的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法的流程图。如图4所示，该通过上述的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法可以包括：

S401，获取预拍摄图片。

需要说明的是，考虑到计算机断层成像设备中的面阵探测器有可能偏置放置，在本发明的实施例中，可将待拍摄的拍摄物(如牙齿)分为左右两个区域。可以理解，如果面阵探测器对中放置，则可不区分左右。

其中，计算机断层成像设备中的旋转中心对着面阵探测器中心时可称为对中放置，旋转中心偏向面阵探测器中心一边的可称为偏置放置，当面阵探测器完全在旋转中心的可称为完全偏置。可以理解，旋转中心对中放置时计算机断层成像设备(如CT机)上的旋转臂需要旋转180°以上方可重建，旋转中心完全偏置时计算机断层成像设备(如CT机)上的旋转臂需要旋转360°以上方可重建，偏置放置时根据偏置位置多少，决定旋转臂的最小旋转角度(如介于180°和360°之间)。其中，可理解将C形臂(如上述的旋转臂)绕着支撑臂旋转的那个垂直轴称为旋转轴，位于旋转轴与牙齿的水平截面的交点称为旋转中心。

此外，对于面阵探测器偏置时之所以分左右，主要考虑正位片时单用一个照射方向有一边会拍不到。如图5所示，照射方向1就拍不全右牙，所以右边区域的正位片需要照射方向3。

另外，图6为根据本发明实施例的牙齿左右目标成像的示意图。从放大率的角度考虑，从图5和图6中可以看出，照射方向2左边区域的影像较大，所以左边区域侧位片选择照射方向2；同理，右边区域侧位片选择照射方向4。

具体地，首先，可通过计算机断层成像设备拍摄一副正位片和一副侧位片(即拍一副正位片就是照射方向1或者照射方向3拍一次，侧位片同理)，例如，如图5中人体摆位，那么照射方向1和照射方向3拍摄的就是正位片，照射方向2和照射方向4拍摄的就是侧位片。若面阵探测器按照图5中的方向偏置，则左牙正位片拍摄在照射方向1，侧位片拍摄在照射方向2，右牙正位片拍摄在照射方向3，侧位片拍摄在照射方向4；若面阵探测器按照相反方向偏置，则左牙正位片拍摄在照射方向3，侧位片拍摄在照射方向2，右牙正位片拍摄在照射方向1，侧位片拍摄在照射方向4。举例而言，以图5中人体摆位和面阵探测的方向偏置为例，得到预设拍摄图片，如图7所示，图7中左图为正位片，右图为侧位片。

S402，接收用户针对预拍摄图片的选择指令，并根据选择指令确定所需拍摄物体的区域。

具体地，用户可对预拍摄图片进行选择，以选择出将要拍摄的区域。例如，用户可通过移动如图7中所示的线条以选择所需拍摄牙齿的位置,可根据用户的选择指令确定所需拍摄物体的区域。

S403，根据区域确定计算机断层成像设备中旋转臂的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，以使计算机断层成像设备根据旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向对上述区域进行拍摄。

具体地，可将旋转中心移动至上述区域的位置中心，并根据该区域以位置中心为坐标中心、在X坐标、Y坐标和Z坐标分别所对应的坐标值确定旋转中心的X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向分别所对应的值，计算机断层成像设备中的控制模块控制计算机断层成像设备上的旋转臂的旋转中心运转到上述XYZ坐标所限定的旋转中心处，并按照预定的旋转角度对所需拍摄物体的区域进行拍摄。其中，可以理解，预定的旋转角度至少为180°，旋转角度的越大图像数据源越多，图像越好，优选地，在本发明的实施例中，预定的旋转角度为360°。

需要说明的是，在本发明的实施例中，计算机断层成像设备可包括射源窗口、驱动装置和挡板。

可选的，在本发明的实施例中，如果根据选择指令确定所需拍摄物体的区域为拍摄物体的局部区域，则计算机断层成像设备可根据局部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，对局部区域进行局部视野拍摄。具体地，当根据选择指令确定所需拍摄物体的区域为拍摄物体的局部区域时，计算机断层成像设备可控制旋转臂的旋转中心移动至将要拍摄的区域(即上述的局部区域)中心处，并根据上述局部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，通过驱动装置驱动挡板移动至射源窗口使得挡板中的通孔位于射源窗口的中心，并通过该通孔对局部区域进行局部视野拍摄，即使得X射线通过射源窗口穿过通孔和上述的局部区域照射至面阵探测器上，以实现对局部区域的拍摄。

可选的，在本发明的实施例中，如果根据选择指令确定所需拍摄物体的区域为拍摄物体，则计算机断层成像设备可根据拍摄物体的全部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，对拍摄物体的全部区域进行全视野拍摄。具体地，当根据选择指令确定所需拍摄物体的区域为拍摄物体时，计算机断层成像设备可控制旋转臂的旋转中心移动至将要拍摄的区域(即上述的全部区域)中心处，并根据上述全部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，通过驱动装置驱动挡板中的通孔远离射源窗口，并通过射源窗口对全部区域进行全视野拍摄，即使得X射线通过射源窗口和上述全部区域照射至面阵探测器上，以实现对拍摄物体的全视野拍摄。其中，在本发明的实施例中，通过驱动装置驱动挡板中的通孔远离射源窗口可理解为通过驱动装置左右移动挡板，以使挡板不遮挡射源窗口。

进一步的，在本发明的实施例中，在对局部区域进行局部拍摄之后，该方法还可包括：对拍摄到的投影图像进行裁剪，得到拍摄物体的局部区域对应的局部投影图像。例如，如图8所示，全视野CT拍摄时所用面阵探测器大小为ad，对于局部CT拍摄时，只需要使用bc区域的图像，其他区域图像由于窗口的遮挡为不可用图像。因此，在进行局部CT拍摄时需要对图像根据几何尺寸裁剪成bc区域图像。

S404，获取拍摄到的投影图像，并根据预设的CT重建模型对投影图像进行CT重建以生成三维立体图像。

其中，在本发明的实施例中，预设的CT重建模型可为：

$f(x,y,z)=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}\underset{{\mathrm{\α}}_1}{\overset{{\mathrm{\α}}_2}{\∫}}\frac{d^2}{(x^2+y^2+{(z-d-h)}^2){\cos }^2\mathrm{\γ}}{\tilde{P}}_{\mathrm{\θ}}(u,v)\mathrm{d\θ},$ 其中

f(x,y,z)为三维立体图像，x为旋转中心在X方向所对应的值，y为旋转中心在Y方向所对应的值，z为拍摄视野高度范围在Z方向所对应的值，h为拍摄装置中滤波器的冲击响应，cos(γ)为光源旋转中心的连线与光源待测点的连线的夹角余弦，为加权滤波数据，d为射源到旋转中心的距离，θ为投影图像的角度，u为投影图像横向坐标量，v为投影图像竖向坐标量，α₁为投影图像的起始角度，α₂为投影图像的终止角度。

具体地，如果进行的是全视野CT拍摄，则可获取拍摄到的全视野投影图像，并根据预设的CT重建模型对该全视野投影图像进行CT重建以生成全视野三维立体图像，例如，如图9(a)所示，即为全视野CT拍摄时重建后的全视野三维立体图像；如果进行的是局部CT拍摄，则可获取裁剪后的局部投影图像，并根据预设的CT重建模型对该局部投影图像进行CT重建以生成局部视野三维立体图像，例如，如图9(b)所示，即为局部CT拍摄时重建后的局部视野三维立体图像。

应当理解，局部CT重建时与CT重建原理上相同，只是将局部CT看成是一个小视野的CT，采集图像的大小更小，像素点更少，这样就可以提高了局部图像的分辨率。

下面将详细介绍预设的CT重建模型的获得过程：

CT拍摄过程如图10所示，射线源与探测器，围绕旋转轴(Z)做360度运动。在运动过程中，探测器以固定帧频率采集图像。

设pq(u,v)表示拍摄后得到的投影图像，其含义为光源旋转到q角度时探测器所接收到的投影数据。W表示实际信号的带宽。

首先，投影数据乘以光源旋转中心的连线与光源待测点的连线的夹角余弦，得到加权的投影数据记为然后再将加权的投影数据和冲击响应为h的滤波器进行卷积，得到加权滤波数据记为即 ${\tilde{P}}_{\mathrm{\θ}}(u,v)=Q_{\mathrm{\θ}}(u,v)*h\left(v\right),$ 其中：

$\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{\θ}}(u,v)=p_{\mathrm{\θ}}(u,v).\cos \left(\mathrm{\γ}\right),\cos \left(\mathrm{\γ}\right)=\frac{d+h-z}{\sqrt{x^2+y^2+{(z-d-h)}^2}}\\ u=\frac{(d+h)(x\sin \mathrm{\θ}-z\cos \mathrm{\θ})}{(d+h)\sin \mathrm{\θ}-z},v=\frac{y(d+h)\sin \mathrm{\θ}}{(d+h)\sin \mathrm{\θ}-z}\\ h\left(t\right)=\underset{-W}{\overset{W}{\∫}}{e}^{\mathrm{jwt}}\left|w\right|\mathrm{dw}\end{array}$

最后，将加权滤波数据进行加权反投影即可得到重建图像数据f(x,y,z)，其中， $f(x,y,z)=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}\underset{{\mathrm{\α}}_1}{\overset{{\mathrm{\α}}_2}{\∫}}\frac{d^2}{(x^2+y^2+{(z-d-h)}^2){\cos }^2\mathrm{\γ}}{\tilde{P}}_{\mathrm{\θ}}(u,v)\mathrm{d\θ}.$

可以看出，上述加权体现了锥形束成像中物体距离光源的远近不同对所得到的投影数据的影响。

综上所述，根据本发明实施例的通过上述任一个实施例的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法，至少具有以下优点：

(1)提高了分辨率；

(2)降低了辐射剂量：这是因为，全视野CT拍摄由于其视野范围较大，限束器窗口就较大。例如，CT的窗口大小需要28mm*28mm，而局部CT窗口大小只需要14mm*14mm，因此单从窗口来看，局部CT的剂量就比CT减小了3/4(其中，局部CT窗口大小由需要拍摄的区域大小决定，上面只是示例说明)，所以可以看出，相较于全视野CT拍摄，局部CT拍摄时辐射剂量降低。

(3)在与CT同样采集数据的情况下增加了图像分辨率且减少了重建时间：CT重建可以将拍摄目标复原成各个小体素的组合，每个小体素有一个值，如重建后一副图像的大小为672*672，共448幅图像，就可以理解为整个拍摄目标有672*672*448个小体素(X方向672，Y方向672，Z方向448)，重建的结果就是给每个小体素一个自己的值；

CT重建由于计算量巨大，重建时间较长，电脑资源使用较多，如重建后一副图像的大小为672*672，共448幅图像，分辨率可达到0.19mm(图像视野达到XY平面直径大小为672*0.19＝127.68mm，Z方向高度为448*0.19＝85.12mm)。其存储空间就需要672*672*448*4(1个float型数据占4个字节)＝809238528字节的空间。而一般电脑配置(如显卡1～2GB，内存4GB)已经快达到饱和状态。除非使用高性能计算电脑，否则如果想增大图像大小、提高分辨率计算量就太大了；

局部CT重建时由于需要重建的区域远小于CT区域，一方面可以节省重建时间，另一方面可以提高图像的分辨率，如局部重建后图像大小为480*480，共480幅图像，分辨率可达到0.07mm(图像视野达到XY平面直径大小为480*0.07＝33.6mm，Z方向高度为480*0.07＝33.6mm)。所以局部CT图像的清晰度同等条件下高于CT图像的清晰度，可以供医生在只需要观察单颗牙齿及周围的情况下使用。

(4)可在口腔CT机器上直接升级，无需其他硬件更换，只需软件升级附加功能即可；

(5)减少了采集时间：如果探测器为偏置放置，其CT模式下最少采集旋转角度需要大于180°，若局部CT视野大小在探测器以内，那么局部CT采集的角度只需要180°即可，从而减小了采集的时间。

根据本发明实施例的拍摄断层图像的方法，接收用户针对预拍摄图片的选择指令，并根据选择指令确定所需拍摄物体的区域，并根据该区域确定计算机断层成像设备中旋转臂的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，以使计算机断层成像设备根据旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向对该区域进行拍摄，以及获取拍摄到的投影图像，并根据预设的CT重建模型对该投影图像进行CT重建以生成三维立体图像，例如，当用户只需要观察拍摄物体中的局部区域时，可通过计算机断层成像设备调控自身的挡板以实现目标物体的局部CT拍摄，又如，当用户需要观察拍摄物体的全部区域时，可通过计算机断层成像设备调控自身的挡板以实现目标物体的CT拍摄，即通过计算机断层成像设备调控挡板以实现目标物体的局部视野和全视野之间的切换。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种计算机断层成像设备，其特征在于，包括：

射源，所述射源用于发射X射线；

射源窗口；

挡板，其中，所述挡板中具有通孔；

控制模块，所述控制模块通过驱动装置与所述挡板连接，所述控制模块用于根据预设的拍摄条件控制所述计算机断层成像设备上旋转臂的旋转中心以确定待拍摄的拍摄位置，并在所述待拍摄的拍摄位置为目标物体的局部区域时，根据所述局部区域的位置通过所述驱动装置调控所述挡板，以使所述X射线通过所述射源窗口穿过所述通孔和所述局部区域照射至面阵探测器上；

所述面阵探测器，所述面阵探测器用于将接收到的穿过所述通孔和所述局部区域的X射线转换成投影图像。

2.如权利要求1所述的计算机断层成像设备，其特征在于，当确定的所述待拍摄的拍摄位置为所述目标物体的全部区域时，所述控制模块还用于：

根据所述目标物体的全部区域通过所述驱动装置驱动所述挡板远离所述射源窗口，以使所述X射线穿过所述射源窗口和所述目标物体的全部区域照射至所述面阵探测器上；

其中，所述面阵探测器还用于：将接收到的穿过所述射源窗口和所述目标物体的全部区域的X射线转换成投影图像。

3.如权利要求1所述的计算机断层成像设备，其特征在于，所述控制模块具体用于：根据所述局部区域的位置通过所述驱动装置调控所述挡板，以使所述挡板移动至所述射源窗口并使得所述X射线通过所述射源窗口穿过所述通孔和所述局部区域照射至所述面阵探测器上。

4.如权利要求1所述的计算机断层成像设备，其特征在于，其中，所述通孔的大小小于所述射源窗口的大小。

5.如权利要求1所述的计算机断层成像设备，其特征在于，所述控制模块通过所述驱动装置左右移动所述挡板以调控所述通孔有所述X射线经过的大小。

6.如权利要求1所述的计算机断层成像设备，其特征在于，所述面阵探测器为基于CMOS技术的间接转换平板探测器，所述间接转换平板探测器中的闪烁体材料具有碘化铯。

7.一种通过如权利要求1至6中任一项所述的计算机断层成像设备拍摄断层图像的方法，其特征在于，包括：

获取预拍摄图片；

接收用户针对所述预拍摄图片的选择指令，并根据所述选择指令确定所需拍摄物体的区域；

根据所述区域确定所述计算机断层成像设备中所述旋转臂的所述旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，以使所述计算机断层成像设备根据所述旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向对所述区域进行拍摄；

获取拍摄到的投影图像，并根据预设的CT重建模型对所述投影图像进行CT重建以生成三维立体图像。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

如果根据所述选择指令确定所需拍摄物体的区域为所述拍摄物体的局部区域，则在所述计算机断层成像设备为权利要求1所述限定的计算机断层成像设备的情况下，所述计算机断层成像设备根据所述局部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，对所述局部区域进行局部视野拍摄；

如果根据所述选择指令确定所需拍摄物体的区域为所述拍摄物体的全部区域，则在所述计算机断层成像设备为权利要求2所述限定的计算机断层成像设备的情况下，所述计算机断层成像设备根据所述拍摄物体的全部区域对应的旋转中心X方向、Y方向位置以及拍摄视野高度范围Z方向，对所述全部区域进行全视野拍摄。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述对局部区域进行局部视野拍摄之后，还包括：

对拍摄到的投影图像进行裁剪，得到所述拍摄物体的局部区域对应的局部投影图像。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设的CT重建模型为：

$f(x,y,z)=\frac{1}{{4\mathrm{\π}}^2}\underset{{\mathrm{\α}}_1}{\overset{{\mathrm{\α}}_2}{\∫}}\frac{d^2}{(x^2+y^2+{(z-d-h)}^2){\cos }^2\mathrm{\γ}}{\tilde{P}}_{\mathrm{\θ}}(u,v)\mathrm{d\θ},$ 其中

f(x,y,z)为所述三维立体图像，x为所述旋转中心在X方向所对应的值，y为所述旋转中心在Y方向所对应的值，z为拍摄视野高度范围在Z方向所对应的值，h为所述拍摄装置中滤波器的冲击响应，cos(γ)为光源旋转中心的连线与光源待测点的连线的夹角余弦，为加权滤波数据，d为所述射源到所述旋转中心的距离，θ为所述投影图像的角度，u为所述投影图像横向坐标量，v为所述投影图像竖向坐标量，α₁为所述投影图像的起始角度，α₂为所述投影图像的终止角度。