CN117618008A - 一种多视野cbct成像系统及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多视野CBCT成像系统及其成像方法，该多视野CBCT成像系统包括扫描架，探测器，以及X射线发射系统，该X射线发射系统包含X射线发生器和准直调节系统，该准直调节系统包括大视野准直调节系统和小视野准直调节系统，在不同的视野扫描需求下，通过使用不同的准直调节系统对被扫描物体(患者)进行重建用投影数据以及补全用投影数据的采集，然后进行图像重建。在多视野CBCT成像系统下，应用不同准直调节系统的成像方法，在改善图像重建中面临的截断问题的同时，尽量减少被扫描物体(患者)的受照剂量。
Description
技术领域
本发明涉及辐射成像技术领域，具体而言，涉及一种多视野CBCT成像系统及其成像方法。
背景技术
锥形束CT(CBCT)是锥形束投照计算机重组断层影像设备，其原理是X线发生器围绕患者做环形投影，然后对获得的多张投影图像进行重建，进而获得三维图像。CBCT具有实时性好、灵敏度高、使用方便等特点，是当今口腔头颅影像设备中最有前途和实用性的设备。CBCT的辐射剂量与成像视野的大小息息相关，一般视野越大被扫描物体所受的剂量越大，基于辐射防护最优化原则，如何在满足诊断需求的同时尽可能减少被扫描物体的受照剂量成为关键。如果CBCT可根据不同人员的需求进行不同视野的选择即可解决这一难题，如在牙齿正畸治疗中，医生需要对患者的整个牙列进行观测，可以选择大视野的模式进行拍摄扫描；而当患者只需要对某一颗确定的牙齿进行治疗时，可以选择较小的视野进行拍摄，以减小剂量辐射。但是选择较小视野进行拍摄时在实际应用中会面临被扫描物体投影数据采集不完整的情况，导致图像重建中面临截断问题，严重影响CT图像的质量。
现在市面上应用最多的校正方法是用算法进行校正，如余弦值衰减法、直线外推法等，此类方法补全的数据都是模拟的数据，结果往往不够精确；清华大学在2021年提出了多分辨率CT成像系统进行补全的方法，此方法虽然能够获得比较精确的补全数据，但实现起来比较复杂，需要控制两种不同像素尺寸的探测器进行图像采集及处理，而且在高清成像时为了获取大视野的数据，需要开设比较大的照射窗口，辐射剂量也会比较大。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种多视野CBCT成像系统及其成像方法，有多个视野可供医生进行选择，可以在满足诊断需求的同时尽可能减少患者的受照剂量，并且通过不同准直调节系统设计来改善图像重建中面临截断问题；在扫描前，医生根据需求进行拍摄视野的选择，待选择完成后，设备会相应的调整对应的准直调节系统。
本发明提供一种多视野CBCT成像系统包括：
扫描架，用于为成像系统的其他部件提供安装位置并为其他部件提供支撑，所述扫描架为立式或卧式；
X射线发射系统，包含X射线发生器和准直调节系统，设置在所述扫描架上；
准直调节系统通过对准直宽度的控制可设置成大视野准直调节系统或小视野准直调节系统；
其中当设置大视野准直调节系统时，射线穿过大视野准直调节系统后覆盖整个探测器表面，探测器所采集的数据全部用于重建；
当设置小视野准直调节系统时，射线穿过小视野准直调节系统后覆盖部分探测器表面，探测器采集的数据用于数据重建和数据补全；
小视野准直系统采集的重建数据和补全数据的总覆盖范围在横向上至少能够包含被扫描物体的一半，以保证补全数据的完整性；
探测器，设置在所述扫描架上，并与X射线发射系统相对设置，用于接收X射线，生成投影数据。
进一步，包括承载机构，根据设计的不同，可安装在扫描架上也可以独立存在，所述承载机构可为座椅、颌托、扫描床等；
进一步，准直调节系统中还包括能够阻挡视野外射线的挡板；
进一步，挡板的材质包含重金属成分；
进一步，所述挡板控制装置，其铅当量应当能够遮挡住设备的最大剂量的X射线。
本发明还提供一种多视野CBCT成像方法，应用于上述多视野CBCT成像系统，该方法具体包括以下步骤：
步骤1，根据需求选择拍摄视野，并根据不同的视野选取不同的准直调节系统；
步骤2，在需要拍摄大视野时，选取相应的大视野准直调节系统，X射线穿过大视野准直调节系统时，正好覆盖整个探测器表面，探测器采集的数据全部用于重建；
步骤3，在需要拍摄小视野时，选取相应的小视野准直调节系统，X射线穿过小视野准直调节系统时，会覆盖部分探测器表面，探测器采集的数据一部分用于重建，一部分用于数据补全；重建数据采集区域，采用全剂量进行数据采集，用于重建；补全数据采集区域，通过准直系统的调节实现降低剂量的方式进行数据采集，用于数据补全。
有益效果：
本发明中多视野CBCT成像系统通过不同的准直调节系统进行图像的采集，在需要拍摄大视野时，选取相应的大视野准直调节系统，X射线穿过大视野准直调节系统时，正好覆盖整个探测器表面，探测器采集的数据全部用于重建；在需要拍摄小视野时，选取相应的小视野准直调节系统，X射线穿过小视野准直调节系统时，会覆盖部分探测器，探测器采集的数据一部分用于重建，一部分用于数据补全；重建数据采集区域，采用全剂量进行数据采集，用于重建；补全数据采集区域，通过准直系统的调节实现降低剂量的方式进行数据采集，用于数据补全。这样用小视野进行拍摄时，在减少患者受照剂量的同时也能保证投影数据采集的完整性，解决图像重建中面临截断的问题。
附图说明
图1为大视野准直调节系统与光源、探测器的位置关系示意图；
图2为大视野准直调节系统示意图；
图3为小视野准直调节系统与光源、探测器的位置关系示意；
图4为小视野准直调节系统设计示意图；
图5为多视野CBCT成像系统的结构示意图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，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。
本发明通过一种多视野CBCT成像系统及其成像方法，有多个视野可供人员进行选择，可以在满足减少被扫描物体受照剂量，并且通过不同准直调节系统的设计来改善图像重建中面临截断问题；在扫描前，人员根据需求进行拍摄视野的选择，待选择完成后，系统会相应的调整对应的准直调节系统。
一种多视野CBCT成像系统不限于立式、坐式还是卧式，如图5以坐式为例进行描述，一种多视野CBCT成像系统由扫描架1，包括立柱部分1-1，可控制设备上下移动；C臂1-2，可控制设备进行旋转，其上面同时搭载了光机架1-2-1和探测器架1-2-2用于安装X射线发射系统2和探测器3；悬臂1-3，用于悬挂C臂1-2部分；底座1-4，用于支撑整个设备结构；X射线发射系统2，包含X射线发生器2-1和准直调节系统2-2，设置在所述扫描架上1；探测器3，设置在所述扫描架1上，并与X射线发射系统2相对设置，用于接收X射线；承载机构4，采用座椅，扫描时被检对象不动，由扫描架的C臂1-2部分旋转带动X射线发射系统2和探测器3围绕被检对象旋转，进行扫描成像。其中准直调节系统2-2，可根据选取的视野不同对准直进行调节。
针对选择较小视野进行拍摄时在实际应用中会面临被扫描物体投影数据采集不完整，导致图像重建中面临截断的问题。本申请设计了不同的准直调节系统进行图像的采集，探测器上的重建数据采集区域，采用全剂量进行数据采集，用于重建；补全数据采集区域则用将低剂量的方式进行数据采集，用于数据补全。这样用小视野进行拍摄时，在减少患者受照剂量的同时也能保证投影数据采集的完整性，解决图像重建中面临的截断问题。
其具体的设计如下：
如图1和图2所示，当准直调节系统设置为大视野准直调节系统时，X射线穿过准直调节系统后正好能够覆盖整个探测器表面，此时探测器采集的数据全部用于重建；准直调节系统中黑色阴影区域一般材质为铅，能够阻挡视野外的射线；白色区域为中空，可透过全部的X射线。
如图3、图4所示，当准直调节系统设置为小视野准直调节系统时，X射线穿过准直后能够覆盖部分探测器表面，此时探测器采集的数据一部分用于重建，一部分用于数据补全；准直调节系统黑色阴影区域一般材质为铅，能够阻挡视野外的射线，灰色区域设计为半透的材质，可透过部分X射线；白色区域为中空，可透过全部的X射线。
如图4，探测器上白色区域采集的数据用于重建，灰色区域采集的数据用于数据补全；准直宽度包括白色区域部分和灰色区域部分，应保证在横向上至少能覆盖被扫描物体的一半以上，以保证补全数据的完整性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多视野CBCT成像系统，其特征在于，包括：
扫描架，用于为成像系统的其他部件提供安装位置并为其他部件提供支撑，所述扫描架为立式或卧式；
探测器，设置在所述扫描架上，并与X射线发射系统相对设置，用于接收X射线，生成投影数据；
X射线发射系统，包含X射线发生器和准直调节系统，设置在所述扫描架上；
准直调节系统，对准直器进行调节，能够设置成大视野准直系统或小视野准直系统；
其中，设置成大视野准直系统时，射线穿过大视野准直系统后覆盖整个探测器表面，探测器所采集的投影数据全部用于重建；
其中，设置成小视野准直系统时，射线穿过小视野准直系统后覆盖部分探测器表面，探测器采集的数据包括重建用投影数据和补全用投影数据；重建用投影数据以正常剂量采集，补全用投影数据以降低剂量的方式采集；
小视野准直系统采集的重建用投影数据和补全用投影数据的总覆盖范围在横向上至少能够覆盖被扫描物体的一半。
2.根据权利要求1所述的一种多视野CBCT成像系统，其特征在于：还包括承载机构，可安装在扫描架上，也可以独立存在。
3.根据权利要求2所述的一种多视野CBCT成像系统，其特征在于：所述承载机构可为座椅、颌托、扫描床。
4.根据权利要求3所述的一种多视野CBCT成像系统，其特征在于：准直调节系统还包括能够阻挡视野外射线的挡板。
5.根据权利要求4所述的一种多视野CBCT成像系统，其特征在于：所述挡板的材质包含重金属成分，其铅当量能够遮挡住系统的最大剂量的X射线。
6.一种权利要求1-5任一项所述的多视野CBCT成像系统的成像方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
步骤1，根据需求选择拍摄视野，并根据不同的视野通过准直调节系统调节准直器，设置为大视野准直系统或小视野准直系统；
步骤2，在需要拍摄大视野时，设置为相应的大视野准直系统，X射线穿过大视野准直调节系统时，正好覆盖整个探测器表面，探测器采集的投影数据全部用于重建；
步骤3，在需要拍摄小视野时，设置为小视野准直系统，X射线穿过小视野准直系统时，会覆盖部分探测器表面，探测器采集的投影数据一部分用于重建，一部分用于数据补全；
重建用投影数据采集区域，采用正常剂量进行数据采集，用于重建；补全用投影数据采集区域，通过准直系统的调节实现降低剂量的方式进行数据采集，用于数据补全。
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