CN111657982A

CN111657982A - 三合一cbct设备

Info

Publication number: CN111657982A
Application number: CN202010573780.4A
Authority: CN
Inventors: 姚阳阳; 吴向军; 姚永翔; 朱四平
Original assignee: KaVo Kerr Dental Suzhou Co Ltd
Current assignee: KaVo Kerr Dental Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2020-09-15

Abstract

本发明提供一种三合一CBCT设备，包括：垂直于地面的立柱；与所述立柱的顶部相连且相对于所述立柱摆动的摆臂；悬挂于所述摆臂的下方且相对于所述摆臂旋转的旋转单元；设于所述旋转单元的一端的3D球管；与所述立柱的顶部相连的ceph支撑臂；以及设于所述ceph支撑臂的梢端的头侧传感器；在进行ceph扫描时，所述摆臂将所述3D球管摆到所述立柱的远离所述头侧传感器的一侧。本发明通过减少系统组件来减小机器尺寸和重量、节省成本，使系统在结构和机械上更加平衡。

Description

三合一CBCT设备

技术领域

本发明涉及牙科医疗影像设备领域，具体涉及一种三合一CBCT设备（锥形束计算机重组断层影像设备）。

背景技术

CBCT是Cone beam CT的简称，即锥形束CT，顾名思义是锥形束投照计算机重组断层影像设备，其原理是X线发生器以较低的射线量围绕投照体做环形数字式投照（DR）。然后将围绕投照体多次数字投照后交集中所获得的数据在计算机中重组后进而获得三维图像。CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT是完全不同的，而后期计算机重组的算法原理有类似之处。口腔CBCT具备图像清晰，分辨率高，重建时间少，可消除等待烦恼等优点，且具有最合理的成像范围，一次扫描即可获得全口腔双牙列三维立体影像。

传统上CBCT设备通常采用双球管双探测器的方案用于实现3D，Pan 和ceph扫描，存在设备占用体积大，成本高的现象。具体而言，现有设备有独立的ceph球管，ceph拍摄区域过于狭窄，靠近侧后方，严重影响安装质量。

具体地，图1、图2所示是以往的三合一锥形束计算机重组断层影像设备中，立柱4垂直于地面，支撑整个系统，摆臂5位于立柱4的顶部，与该立柱4的顶部相连。且摆臂5通过摆臂5上的轴承绕摆臂轴1实现相对于立柱4的摆动。旋转单元12通过机械旋转轴9悬挂于摆臂5的下方，并以机械旋转轴9为中心相对于摆臂5旋转。3D球管11固定于旋转单元12一端（图中右侧）的下方，在该端还设有头侧扫描次级准直器10，该头侧扫描次级准直器10是二级准直器，主要对原有系统中的独立的ceph球管发射出的x管起限束作用。头侧传感器2和3D 传感器3固定于旋转单元12的另一端（图中左侧）。

图3所示是以往三合一锥形束计算机重组断层影像设备的ceph扫描过程部件运动位置示意图，图3 展示了原有设备ceph的拍摄方法。如图3所示，旋转单元12运动到系统左侧，旋转单元12大致位于病人14头顶上方，定位系统附近，拍摄是摆臂5摆动划过病人14，同时头侧球管13配合相应的转动。以往的设备使用独立的头侧球管13固定于右侧，旋转单元12运动到系统左侧，病人14仍然位于旋转单元12之间，拍摄时，头侧球管13绕着自身焦点转动，并配合旋转单元12扫描过病人14头部完成成像。

如图1至图3所示，在成像方面，头侧传感器2、3D传感器3 与3D球管11或头侧球管13 分别位于旋转单元12的两端，即意味着分别位于被扫描体的两侧，拍摄图像的时候，根据拍摄模式的不同，形成不同的成像轨迹并成像。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种三合一CBCT设备，通过减少系统组件来减小机器尺寸和重量、节省成本，使系统在结构和机械上更加平衡。

为此，本发明提供的三合一CBCT设备包括：垂直于地面的立柱；与所述立柱的顶部相连且相对于所述立柱摆动的摆臂；悬挂于所述摆臂的下方且相对于所述摆臂旋转的旋转单元；设于所述旋转单元的一端的3D球管；与所述立柱的顶部相连的ceph支撑臂；以及设于所述ceph支撑臂的梢端的头侧传感器；在进行ceph扫描时，所述摆臂将所述3D球管摆到所述立柱的远离所述头侧传感器的一侧。

根据本发明，不仅从整体上并不影响已有功能，还同时省去了以往的头侧球管，减少系统组件，从而减小机器尺寸和重量、节省成本，使系统在结构和机械上更加平衡。

较佳地，所述3D球管可自旋转地固定于所述旋转单元。

由此，可以使对于x光焦点尺寸控制更加理想。

较佳地，所述ceph支撑臂形成为弯折的形状。

由此，位于ceph支撑臂上的头侧传感器可以绕开立柱的阻挡。

较佳地，所述头侧传感器沿着所述ceph支撑臂做直线运动。

由此，头侧传感器能够与3D球管的旋转运动同步，使得3D球管在任何时刻射出的x光都正好落在头侧传感器上。

较佳地，所述摆臂上设有在其长度方向延伸的直线运动槽，所述旋转单元在所述直线运动槽的两端之间自由直线滑动。

由此，可更有效地实现设备的三自由度运动。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示出了以往三合一锥形束计算机重组断层影像设备（三合一CBCT设备）的结构示意图；

图2是示出以往三合一锥形束计算机重组断层影像设备的主要部件顶视图；

图3是示出以往三合一锥形束计算机重组断层影像设备的ceph扫描过程部件运动位置示意图；

图4是示出本发明实施例1的三合一锥形束计算机重组断层影像设备的结构示意图，且该图展示了3D球管通过三自由度实现绕空间定点运动的扫描开始姿态；

图5是示出本发明实施例1的3D球管通过三自由度实现绕空间定点运动的扫描过程姿态示意图；

图6是示出本发明实施例1的运动坐标示意图；

图7是示出本发明实施例2的可转动3D球管实现ceph扫面的示意图；

附图标记：

1、摆臂轴；

2、头侧传感器；

3、3D传感器；

4、立柱；

5、摆臂；

6、直线运动槽；

7、x-ray光束；

8、虚拟旋转中心；

9、机械旋转轴；

10、头侧扫描次级准直器；

11、3D球管；

12、旋转单元；

13、头侧球管；

14、病人；

15、头侧传感器；

16、ceph支撑臂；

17、空间定点；

18、可转动球管。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

图4是示出本发明实施例1的三合一锥形束计算机重组断层影像设备的结构示意图。该CBCT设备可以支持三种类型的模式，即3D / 全景 / CEPH模式。在图4所示实施例的CBCT设备中，将立柱4所在的一侧定义为“后侧”，摆臂5梢端所在的一侧定义为“前侧”，3D球管11所在的一侧定义为“右侧”，头侧传感器15所在的一侧定义为“左侧”，但本发明不限于此。

与图1-图2所示的以往设备类似，本实施形态的CBCT设备中，立柱4垂直于地面，支撑整个系统，摆臂5位于立柱4的顶部，与该立柱4的顶部相连。且摆臂5通过摆臂5上的轴承绕摆臂轴1实现相对于立柱4的摆动。旋转单元12通过机械旋转轴9悬挂于摆臂5的下方，并以机械旋转轴9为中心相对于摆臂5旋转。3D球管11（同时兼做头侧球管）固定于旋转单元12一端的下方。3D传感器则固定于旋转单元12另一端的下方。

但是，与以往的设备显著不同的是，本发明中，头侧传感器并不固定于旋转单元12的另一端，而是独立于旋转单元12。如图4所示，本发明的CBCT设备还包括与立柱4的顶部相连的ceph支撑臂16。ceph支撑臂16固定地安装于立柱4。在该ceph支撑臂16的梢端设有头侧传感器15。

如图4所示，本实施例中，ceph支撑臂16形成为弯折的形状，其固定于立柱4一侧，且具体形成为向与3D球管11相对的一侧（即图中左侧）延伸后向斜前方折向的结构，即ceph支撑臂16具备从立柱4的顶部向一侧延伸的第一臂以及从该第一臂向斜前方折向的第二臂。且头侧传感器15还能沿着ceph支撑臂16做直线运动。具体地，在本实施例中，头侧传感器15沿着ceph支撑臂16的第二臂做直线运动。例如可以在ceph支撑臂16的第二臂上设有直线运动槽或导轨等导向构件，头侧传感器15可沿着该导向构件运动。

具体而言，本实施形态的CBCT设备包括摆臂5、刚性的旋转单元12。旋转单元12包含3D球管 11。头侧传感器15独立于旋转单元12。其中摆臂5固定于立柱4上，并绕设于立柱4上的摆臂轴1相对于立柱4摆动。摆臂5上还设有在其长度方向延伸的直线运动槽6。旋转单元12的旋转轴9将旋转单元12和摆臂5连接在一起，并且它是活动的，可被直线传动系统驱动而在摆臂5的直线运动槽6的两端之间自由直线滑动。旋转单元12本身可以旋转轴9转动，以上三组运动（即摆臂5相对于立柱4的摆动、旋转单元12在直线运动槽6的两端之间的自由直线滑动以及旋转单元12本身的旋转运动）构成了本实施形态的三自由度的CBCT的基本机械结构。通过上述三轴运动（即摆臂5的摆动，旋转单元12的旋转，机械旋转轴9的直线运动）的控制和配合可实现3D球管11（特别是其x光方向）随探测器（即头侧传感器15）运动自动改变。优选地，还可以通过马达（即转动电机）让3D球管11自转控制方向。具体如后详述。

在牙科CBCT影像中，有三种成像模式，分别对应3D，pan和ceph。3D 拍摄时，病人14通过定位系统（定位系统可以是现有的各种定位机构）固定，基本位于旋转单元12 中心下方，摆臂5基本居中，拍摄时旋转单元12绕着病人14旋转半圈以上完成3D成像。pan 拍摄时，病人14仍然位于3D的拍摄位和3D球管11之间，扫描过程中，通过以上三轴配合运动（即前述三自由度运动）使得旋转单元12的成像焦点始终沿着病人牙弓运动完成成像。ceph的拍摄方式可参见图4、图5和图6，摆臂5将3D球管11摆到立柱4的一侧（例如图中的右侧，相当于图3所示以往设备中头侧球管的位置）来替代头侧球管的功能，并将原来位于旋转单元12上的头侧传感器独立出来，放置在与3D球管相对的一侧（即图示左侧）的ceph臂16上，同样可以实现ceph拍摄。相对于现有技术，本发明中摆臂将3D球管摆到立柱的一侧，摆臂的向一侧运动范围比以往设备增加了。本发明不仅从整体上并不影响已有功能，还同时省去了以往的头侧球管，减少系统组件，从而减小机器尺寸和重量、节省成本，使系统在结构和机械上更加平衡。

实施例1

图4-图5 展示了实施例1进行ceph扫描时主要部件初始扫描位置示意图。摆臂5运动到立柱4右侧，大致位于以往头侧球管的位置，以往装配于旋转单元12的头侧传感器现在固定于ceph支撑臂16的一端，并可以在上面做直线运动，并与3D球管11的旋转运动同步，使得3D球管11在任何时刻射出的x光都正好投射到头侧传感器15上。摆臂5，旋转单元12，机械旋转中心（即机械旋转轴9）构建出一种使固定的3D球管11绕空间定点17（即空间上事先指定好的点）运动的方式。

如前所述，可以运用摆臂的移动到立柱4右侧，最大化的利用设备机械结构实现ceph扫描需要大的SID（焦点到传感器距离）的需求，且设备各单元对不同扫描任务复用性强、设备重量下降、体积更加紧凑。

图4 展示了实施例1中在扫描开始时摆臂，旋转单元，机械旋转轴的空间姿态；图5展示了实施例1中在扫描过程中摆臂，旋转单元，机械旋转轴的空间姿态。

图6是示出本发明实施例1的运动坐标示意图。图 6所示的实施例1可用线性、摆动和转动联合构造出3D 球管绕其焦点的定轴运动，具体的运动学方程如下：

设定点（即前述空间定点17）的位置为(x₀，y₀)，焦点距离物理转动中心（即机械旋转轴9）距离为L，3D球管扫描角度为 γ：

机械旋转轴9的位置： x_b=x₀ - L*cos(γ)，y_b= y₀+L*sin(γ)

摆臂摆角（即摆臂与y轴的夹角）：α=atan(y_b/x_b)

旋转单元相对于摆臂的转动角度：θ= α+γ

线性运动位移：D=sqrt(x_b*x_b+y_b*y_bb)。

实施例2

图7 展示了实施例2进行ceph扫描时主要部件初始扫描位置示意图。摆臂仍然运动到右侧，摆臂，旋转单元，机械旋转中心三自由度位置锁定。本实施例中，3D球管18还通过新增加的转动电机实现绕自身焦点转动，从而实现扫描。本实施例2是给3D球管加上可控的角度扫描电机，其转轴位于其焦点处，并且一端固定于旋转单元12上。即，本实施例中，3D球管11还可通过其自转进一步控制x光方向。

在这种情形下，只要事先制定焦点的空间位置，让机械系统按预设的轨道走到预设的姿态，并固定下来，后面的ceph头颅扫描，3D球管只需要用电机驱动实现绕3D球管焦点单轴转动即可。

如图7所示的头颅侧位拍摄方式，可转动的3D 球管16位于原来ceph球管位置，同时角度扫描电机驱动，头颅探测器15位于ceph 支撑臂16上，并可以被电机驱动做直线运动。在扫描过程中，3D 球管16的转动和头颅探测器15运动同步，扫过整个头颅，最终重建生成ceph图像。

本实施例2中，把原有固定在旋转单元12上的3D球管11 改成可以绕自身焦点旋转且设于旋转单元12上，由此可以使对于x光焦点尺寸控制更加理想。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims

1.一种三合一CBCT设备，包括：

垂直于地面的立柱；

与所述立柱的顶部相连且相对于所述立柱摆动的摆臂；

悬挂于所述摆臂的下方且相对于所述摆臂旋转的旋转单元；

设于所述旋转单元的一端的3D球管；

与所述立柱的顶部相连的ceph支撑臂；以及

设于所述ceph支撑臂的梢端的头侧传感器；

在进行ceph扫描时，所述摆臂将所述3D球管摆到所述立柱的远离所述头侧传感器的一侧。

2.根据权利要求1所述的三合一CBCT设备，其特征在于，

所述3D球管可自旋转地固定于所述旋转单元。

3.根据权利要求1或2所述的三合一CBCT设备，其特征在于，

所述ceph支撑臂形成为弯折的形状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三合一CBCT设备，其特征在于，

所述头侧传感器沿着所述ceph支撑臂做直线运动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的三合一CBCT设备，其特征在于，

所述摆臂上设有在其长度方向延伸的直线运动槽，所述旋转单元在所述直线运动槽的两端之间自由直线滑动。