CN115005860A - 一种减少口腔颌面cbct成像运动伪影的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法及装置，涉及口腔颌面X光成像领域，本发明结构简单，当患者定位就绪后，运动控制系统在不开启射线的情况下，带动拍摄控制系统旋转到牙列部位不被照射到的角度，到达启动位，再旋转一周拍摄；相较于现有技术，本发明中通过调整拍摄控制系统启动位相对患者牙列部位的角度，能够有效避免因扫描起始和结束时采集的牙列图像发生较大位移，而造成牙列区域带来的运动伪影，本发明将拍摄控制系统的启动位调整至牙列部位不被照射到的角度，使得起始和结束产生的运动伪影将出现在患者的脊椎区域，有效减少了口腔颌面CBCT的牙列区域的运动伪影。

Description

一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法及装置

技术领域

本发明涉及口腔颌面X光成像领域，具体是一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法及装置。

背景技术

口腔颌面CBCT在扫描时，采用安装了X光射源和探测器的运动装置，围绕待扫描的患者旋转拍摄360度完成扫描成像。在扫描过程中，如果被扫描患者位置发生了位移，会在重建成像时产生条状伪影或引起图像模糊等问题。这些伪影严重影响CBCT的图像质量，妨碍医生阅片观察。在实际过程中，患者的运动有两种主要类型，一种是短时间内的快速运动，比如口腔张合，头部旋转等；另一种是扫描过程中长时间的缓慢运动，比如头部的缓慢平移。通常口腔CBCT都是用颌托头夹等辅助固定装置来减少第一类患者运动，从而降低运动对图像质量的影响，但是现有的口腔CBCT均忽略了第二类患者运动。实际拍摄过程中，尽管第二类运动非常缓慢，但是长时间的持续位移会引起首尾两张图出现剧烈的变化，从而导致非常明显的运动伪影。第二类运动产生的运动伪影在临床图像上主要集中在描开始和结束时所拍摄的组织上。在常规的扫描方法里，CBCT开始扫描的位置通常从面向牙列的正面开始，到扫描结束时，扫描的位置和起始位置重合。如果患者在拍摄过程中发生了持续缓慢的位移，从拍摄起始位置到结束位置原本应该几乎一样的图像出现了较大的累积位移，经过重建成像后，牙列附近会出现条纹状的运动伪影，影响图像的质量和精确度。

另外在口腔CBCT系统中，目前通常采用偏置探测器来实现横断面内更大的成像视野。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法及装置，通过调整启动位相对牙列的角度，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，包括：

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列中线的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统逆时针旋转且旋转角度大于所述角度M；

步骤三、运动控制系统带动拍摄控制系统顺时针旋转，达到匀速并经过启动位后，开启X射线辐照并进行图像采集；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，完成扫描。

一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，包括：

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列中线的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统开始逆时针旋转，抵达匀速状态；

步骤三、拍摄控制系统经过启动位时，开启X射线辐照，并启动图像采集；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，拍摄控制系统关闭X射线辐照，运动控制系统旋转到摆位就绪的位置，完成本次扫描。

作为本发明进一步的方案：所述步骤一中确认相对牙列的启动位的方法包括：

S1、根据国标人体头颅长宽尺寸确认成像区域和中心位置点，以中心位置点作为X/Y平面的原点，设计牙列弧线的中点位于Y轴上，建立成像区域的坐标系，且CT重建后成像牙列位于该坐标系的第一象限、第二象限；

S2、拍摄控制系统分别对N个患者的牙列进行图像采集和重建以验证设计；

S3、确认每个患者采集到的图像中无牙列区域相对拍摄控制系统的角度范围；

S4、对采集到的样本数据进行汇总，得到拍摄控制系统的相对牙列中心的角度，即启动位。

作为本发明进一步的方案：所述启动位的初始出射角α范围为80°～100°。

一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的装置，包括运动控制系统以及拍摄控制系统，所述拍摄控制系统包括X射线源、探测器以及连接X射线源和探测器的固定支架，用于X射线曝光和采集图像。

作为本发明进一步的方案：所述运动控制系统包括传动组件、旋转组件以及定位组件，所述拍摄控制系统中的固定支架与旋转组件相连。

作为本发明进一步的方案：所述X射线源位于固定支架转轴中心，所述探测器位于固定支架转轴的一侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构新颖，当患者定位就绪后，运动控制系统在不开启射线的情况下，带动拍摄控制系统旋转到牙列部位不被照射到的角度，到达启动位，再旋转一周拍摄；相较于现有技术，本发明中通过调整拍摄控制系统启动位相对患者牙列部位的角度，能够有效避免因扫描起始和结束时采集的牙列图像发生较大位移，而造成牙列区域带来的运动伪影，本发明将拍摄控制系统的启动位调整至牙列部位不被照射到的角度，使得起始和结束产生的运动伪影将出现在患者的脊椎区域，有效减少了口腔颌面CBCT的牙列区域的运动伪影。

附图说明

图1为患者定位就绪后拍摄控制系统相对牙列位置的俯视结构示意图；

图2为拍摄控制系统旋转到启动位后相对牙列位置的俯视结构示意图；

图3为拍摄牙列时的相对X/Y轴的简易结构示意图；

图中：11-C型臂、12-X射线源、13-探测器、14-牙列。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例中，一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法包括，

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统逆时针旋转且旋转角度大于所述角度M；

步骤三、运动控制系统带动拍摄控制系统顺时针旋转，达到匀速并经过启动位后，开启X射线辐照并进行图像采集；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，完成扫描。

本发明的设计原理为：通过调整拍摄控制系统的启动位相对牙列的角度，使得拍摄控制系统在开启和结束图像采集时，拍摄的位置都不聚焦在牙列上，即使患者在拍摄过程中存在位移，拍摄的首尾两张图出现剧烈的变化，导致非常明显的运动伪影，由于首尾两张图示都不聚焦在牙列上，也不会影响牙列图像的质量和精确度，相较于现有技术中牙列附近出现条纹状运动伪影的现象，本发明通过对拍摄控制系统启动位相对牙列角度的调整，能够有效避免因患者拍摄过程中头部的缓慢平移，所形成的牙列首尾图像差别较大的现象。

所述步骤一中确认相对牙列的启动位的方法包括：

S1、根据国标人体头颅长宽尺寸确认成像区域和中心位置点，以中心位置点作为X/Y平面的原点，设计牙列弧线的中点位于Y轴上，建立成像区域的坐标系，且CT重建后成像牙列位于该坐标系的第一象限、第二象限；

S2、拍摄控制系统分别对N个患者的牙列进行图像采集和重建以验证设计；

S3、确认每个患者采集到的图像中无牙列区域相对拍摄控制系统的角度范围；

S4、对采集到的样本数据进行汇总，得到拍摄控制系统的相对牙列中心的角度，即启动位。

所述S1中确认成像区域和中心位置点的原理为：根据需要展示的组织部位选择视野范围，将视野的中心作为原点。

得到上述启动位的方法的原理为：上述统计样本的数据来源通过走访客户，收集了不同地区近千例图像数据，覆盖16～70岁人群，获取头宽，头长，颞下颌关节到成像中心的角度，比对国标统计数据，确认数据的置信度。再从数据的投影图所在的角度观察，发现从在一定的角度范围内，投影图只看得见脊柱，而看不见牙列。对这个范围取中位数就得到启动位的角度。逻辑上，因为使用偏置探测器，头颅成像区域宽度是9cm左右，国标成年人的头宽，头长在16cm以上，牙列在以人头为坐标中心的1，2两个象限范围，运动控制系统带动拍摄控制系统旋转到3象限以后，牙列则一般无法看到。

经对N个样本的测量和计算，启动位相对牙列中心的角度为80～100°左右。

附计算原理：

正常人的牙弓（可以理解为牙齿轮廓线）一般如图3所示：

如图3所示定义坐标轴，因此初始出射角α的设计需要考虑的是如图3中所示a，b的值，则初始出射角

其中

表示取值范围，也可表示为

经过统计数据本实施例中近似算出，初始出射角的范围为80°～100°。

本发明中拍摄控制系统中的启动位位于患者无牙列区域，一般聚焦在患者脊椎区域，在拍摄过程中患者头部发生轻微移动，会使得采集到的图像中运动伪影出现在患者的脊椎区域，但是该区域对口腔颌面的临床阅片应用没有实质影响，且能够有效减少了口腔颌面CBCT的牙列区域的运动伪影。

本实施例中确认拍摄控制系统启动位相对牙列角度的方法为：

在该拍摄控制系统正式应用之前，先对大量的用户进行牙列图像数据采集，通过对比采集到的图像数据，分析图像数据中患者无牙列区域相对拍摄控制系统的角度范围，根据上述样本数据找到适用于绝大部分患者的拍摄控制系统的启动角。本实施例通过取样的方式，对拍摄控制系统启动位相对牙列的角度进行确定；待拍摄牙列图像的患者定位就绪后，运动控制系统在不开启射线的情况下，逆时针旋转到大于上述确定后的角度，约大于启动位角度50°左右，运动控制系统反方向旋转，达到匀速旋转后，经过启动位，并开启射线，进行旋转一周的拍摄，完成扫描。

扫描前，拍摄技师引导患者进行扫描定位。完成定位以后，控制系统驱动旋转传动装置让C型臂11逆时针旋转到角度在150°左右，随后再顺时针旋转，是为了方便设备拍摄完成后，运动控制系统控制拍摄控制系统回到0°原始的位置。这样设计可以方便患者在拍摄完成后可以方便的从CBCT设备上直接下来。在本实例中，启动位在100°左右，设备从启动运行到匀速转动角度约50度左右。

在指定角度的启动位拍摄时，由于采用偏置探测器的结构采集图像，采集的图像中未包含和牙列相关的信息，因此如果拍摄过程中，患者发生的缓慢位移，重建成像时，也不会因为扫描起始和结束时因采集的图像发生累积位移给牙列区域带来运动伪影。虽然运动伪影将出现在患者的脊椎区域。这个区域对口腔颌面的临床阅片应用没有实质影响，因此有效减少了口腔颌面CBCT的牙列区域的运动伪影。

所述旋转角度因上述确认的启动位相对牙列角度而定。接着控制系统驱动旋转传动装置控制转动装置开始顺时针旋转，启动X射线辐照，并启动探测器13进行图像采集。在转动装置旋转的过程中，控制系统驱动X射线源12和探测器13连续工作，完成一周的图像采集，并将采集的图像传送回工作站进行数据的三维重建。当图像采集完成后，控制系统关闭X射线辐照，并驱动转动装置旋转到定位就绪时的位置，完成本次扫描。

实施例2：

本实例提供另外一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，包括：

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列中线的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统开始逆时针旋转，抵达匀速状态；

步骤三、拍摄控制系统经过启动位时，开启X射线辐照，并启动图像采集，将采集的图像传送回工作站进行数据三维重建；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，拍摄控制系统关闭X射线辐照，运动控制系统旋转到摆位就绪的位置，完成本次扫描。

本实施例中，扫描过程里，运动控制系统未经过实例一所述的先逆时针旋转，再顺时针旋转一周，最后回到定位就绪的位置，而是直接先沿着一个方向旋转到启动位，开启拍摄采集一周，再继续运行到定位就绪的位置。这个扫描方法适合C型臂采用滑环结构，可以连续旋转的拍摄系统。

考虑到探测器偏置安装时，位置是在C型臂中心的左侧或右侧，可以得到4种不同的拍摄旋转方式。如图1和图2所示是建立在偏置探测器从俯视图看，位于C型臂中心的左侧；如果探测器位于右侧，启动位位于相对于牙列顺时针旋转80°～100°之间，设备可以按两个方法进行旋转：1.先顺时针旋转100°，启动扫描，继续顺时针旋转一圈，完成采集，回到定位位置；2.先顺时针旋转150°，逆时针旋转到100°，启动扫描，继续逆时针旋转一圈，完成采集，回到定位位置。

实施例3：

本实例用来确认其他感兴趣组织启动位的方法：

在该拍摄控制系统正式对患者拍摄感兴趣组织（牙列）之前，先对待拍摄的组织尺寸进行估算，如果尺寸小于CBCT重建后XY平面成像视野的1/2，可依据感兴趣组织所在的区域进行角度估算，确定拍摄的启动位，再进行一周扫描，有效减少该感兴趣区域可能存在的慢性运动产生的运动伪影。本实施例通过对患者分析牙列覆盖区域尺寸，计算患者的牙列区域所在的成像角度范围，再根据偏置探测器的旋转光路分析，从而得到拍摄控制系统在正式拍摄牙列图像时，所需要旋转的角度，采用该种方式，使拍摄控制系统能够根据不同患者牙列分布区域的不同，进行针对性的正式拍摄，能够有效避免由于患者因拍摄过程中头部的缓慢平移，所形成的牙列首尾差别较大的现象。

本发明中拍摄控制系统中的启动位位于患者无牙列区域，一般聚焦在患者脊椎区域，在拍摄过程中患者头部发生轻微移动，会使得采集到的图像中运动伪影出现在患者的脊椎区域，但是该区域对口腔颌面的临床阅片应用没有实质影响，且能够有效减少了口腔颌面CBCT的牙列区域的运动伪影。

一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的装置，包括运动控制系统以及拍摄控制系统，所述运动控制系统和拍摄控制系统根据扫描所处的状态，控制其他部件的旋转运动和拍摄。所述拍摄控制系统包括X射线源12、探测器以及连接X射线源和探测器的固定支架，用于X射线曝光和采集图像。

所述运动控制系统包括传动组件、旋转组件以及定位组件，所述传动组件用于驱动旋转组件到指定角度，并保持稳定的旋转速度，所述拍摄控制系统中的固定支架与旋转组件相连，所述定位组件用于保持患者的待扫描部位的基本稳定性。

在口腔CBCT系统中，目前通常采用偏置探测器来实现横断面内更大的成像视野，具体为：所述X射线源12位于固定支架转轴中心，探测器位于固定支架转轴的一侧，使X射线源的光路覆盖探测器的范围，在拍摄时，覆盖目标大于1/2的成像区域，比如患者牙列的一侧。在拍摄控制系统在转动时，成像区域可等效于一个顶点在圆心，另一顶点在圆的边缘，扫描一圈后，能够获得接近2倍的成像视野范围。如果将X射线源和探测器与患者牙列位于同一条直线上，该种设置方式X射线源和探测器只能成像较前者一半的视野范围，也很难避开牙列组织。在使用偏置探测器结构时，就可以做到在某些拍摄角度范围里，待拍摄对象不出现在投影数据中，为本发明创造了实现前提。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，其特征在于，包括：

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列中线的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统逆时针旋转且旋转角度大于所述角度M；

步骤三、运动控制系统带动拍摄控制系统顺时针旋转，达到匀速并经过启动位后，开启X射线辐照并进行图像采集；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，完成扫描；

所述步骤一中确认相对牙列的启动位的方法包括：

S1、根据国标人体头颅长宽尺寸确认成像区域和中心位置点，以中心位置点作为X/Y平面的原点，设计牙列弧线的中点位于Y轴上，建立成像区域的坐标系，且CT重建后成像牙列位于该坐标系的第一象限、第二象限；

S2、拍摄控制系统分别对N个患者的牙列进行图像采集和重建以验证设计；

S3、确认每个患者采集到的图像中无牙列区域相对拍摄控制系统的角度范围；

S4、对采集到的样本数据进行汇总，得到拍摄控制系统的相对牙列中心的角度，即启动位。

2.一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，其特征在于，包括：

步骤一、确认拍摄控制系统的启动位，即相对牙列中线的角度M；

步骤二、运动控制系统带动拍摄控制系统开始逆时针旋转，抵达匀速状态；

步骤三、拍摄控制系统经过启动位时，开启X射线辐照，并启动图像采集；

步骤四、运动控制系统带动拍摄控制系统旋转一周，拍摄控制系统关闭X射线辐照，运动控制系统旋转到摆位就绪的位置，完成本次扫描；

所述步骤一中确认相对牙列的启动位的方法包括：

S1、根据国标人体头颅长宽尺寸确认成像区域和中心位置点，以中心位置点作为X/Y平面的原点，设计牙列弧线的中点位于Y轴上，建立成像区域的坐标系，且CT重建后成像牙列位于该坐标系的第一象限、第二象限；

S2、拍摄控制系统分别对N个患者的牙列进行图像采集和重建以验证设计；

S3、确认每个患者采集到的图像中无牙列区域相对拍摄控制系统的角度范围；

S4、对采集到的样本数据进行汇总，得到拍摄控制系统的相对牙列中心的角度，即启动位。

3.根据权利要求1或2所述的一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，其特征在于，所述启动位的初始出射角α满足：

其中：

其中a为牙列到Y轴的最大距离，其中b为牙列到X轴的最小距离。

4.根据权利要求3所述的一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，其特征在于，所述启动位的初始出射角α范围为80°～100°。

5.一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的装置，用于实现权利要求1-2任一所述的一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的方法，其特征在于，包括运动控制系统以及拍摄控制系统，所述拍摄控制系统包括X射线源、探测器以及连接X射线源和探测器的固定支架，用于X射线曝光和采集图像。

6.根据权利要求5所述的一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的装置，其特征在于，所述运动控制系统包括传动组件、旋转组件以及定位组件，所述拍摄控制系统中的固定支架与旋转组件相连。

7.根据权利要求5所述的一种减少口腔颌面CBCT成像运动伪影的装置，其特征在于，所述X射线源位于固定支架转轴中心，所述探测器位于固定支架转轴的一侧。

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