CN201324245Y - 移动式C-arm三维影像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种移动式C－arm三维影像系统，对现有的C－arm影像系统的进行改进，从而以二维影像来重建出三维立体模型影像。所述系统包括C－arm主机、控制机柜、连接臂、C臂、X线发生器、X线探测器、影像处理器、显示器及控制面板，还包括激光定位装置及附加标记，激光定位装置的设置使其产生的激光与X线束中心线重合，附加标记设置在X线束区域内。本实用新型以常规骨科手术C－arm系统为主，通过整合光学激光定位装置，实现最佳的C－arm束影像三维重建。本实用新型使用成本低，而又能发挥C－arm的高机动性能。

Description

移动式C-arm三维影像系统

技术领域

本实用新型涉及医疗中的X线影像系统。

背景技术

计算机辅助手术治疗已被广泛地应用在医学上，临床手术中也急需三维空间的立体定位。如骨科手术中的膝关节置换术、髋关节置换术及脊椎固定穿刺等等，这都需要借助计算机影像的辅助，实现治疗的规划与导引，并以此提高手术质量，同时降低手术的危险性。

众所周知，计算机断层扫描CT，能够帮助医师进行手术前的常规病变诊断，以及为临床治疗方案的制定，提供非常重要的三维影像成像手段；而移动式手术用C-arm(C臂)影像系统，则是为医师在手术进行中，提供重要的二维介入与引导影像成像。

但在复杂的手术过程中，医师经常会用到复合的2D/3D成像，也会经常依赖于非常重要的三维影像手段，并以此技术手段，来确保复杂手术的成功率。

现有技术的问题是，常规CT的庞大身躯和O型断层结构，使其不能进入手术室，而现有移动式C-arm影像系统又只能提供二维的影像成像。因此，在临床手术治疗中，现实急需能同时具有2D/3D成像功能，又能保留移动式C-arm系统的操作方便、设计紧凑特点的新型的移动式C-arm三维影像系统。

实用新型内容

本实用新型提供一种移动式C-arm三维影像系统，对现有的C-arm影像系统的构造进行改进，从而以二维影像来重建出三维立体模型影像。

上述目的由以下技术方案实现：

一种移动式C-arm三维影像系统，包括C-arm主机、控制机柜、连接臂、C臂、X线发生器、X线探测器、影像处理器、显示器及控制面板，其特征在于：还包括激光定位装置及附加标记，激光定位装置的设置使其产生的激光与X线束中心线重合，附加标记设置在X线束区域内。

本实用新型提供的移动式C-arm三维影像系统以常规骨科手术C-arm系统为主，再整合光学激光定位装置，然后进行最佳的C-arm束影像三维重建，最终实现临床急需的，高质量移动式术中三维成像C-arm介入与引导影像系统新设备。它的使用成本较常规的CT扫描影像低，而又能发挥C-arm的高机动性能，这对提高复杂手术的成功率，避免病人排队CT扫描所需的等待时间，以及降低医疗保健费用，都能起到极积和现实的作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的移动式C-arm三维影像系统的组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的移动式C-arm三维影像系统包括C-arm主机1、控制机柜2、连接臂3、C臂4、X线发生器5、X线探测器6、激光定位装置、附加标记、影像处理器8、显示器11及控制面板12。其中，连接臂3可以沿X轴(参见图1中的坐标标示)伸缩，并可绕Z轴旋动，C臂4与连接臂3配合，C臂4可以在XZ平面内转动，由此使得X线发生器5、X线探测器6可以以不同位置及角度进行拍照。激光定位装置的设置要求是使其产生的激光与X线束中心线重合，本实施例中激光定位装置包括激光源71及反射机构72，激光源71设置在C臂4上，反射机构72设置在X线发生器5，激光源41发出的激光经发射机构42反射后保持与X线束中心线重合。影像处理器8与X线探测器可数据通讯地连接，显示器11及控制面板12与影像处理器8可数据通讯地连接。所述附加标记设置在X线束区域内。

激光定位装置发射的激光作为X线束中心线的标度，通过激光的量测，就能确定X线源相对旋转的角度，使得所拍摄的每一二维影像具有一一对应的角度；通过设置附加标记，确定一标准物理尺寸，各图片可依据该附加标记放大或缩小至统一尺寸。实现以上两点，便具备了合成三维影像的前提条件。

基于图1所示系统，本实施例还提供一种基于上述移动式C-arm三维影像系统的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过旋转、平动连接臂或旋转C臂，对待拍部位进行全景的X线摄影；其中，利用激光定位装置量测，并计算X线源的旋转方位，配合影像采集取卡，获取各方向的X线源投影图象；

(2)利用影像处理器进行影像前处理，具体指：利用双线性内插方式，将附加标记的灰阶值以邻近点灰阶值取代；

关于步骤(2)，要说明的是：Oldendorf(人名)于1961年实用新型了反投影法，之后Saniner(人名)以线形内插的方式来改良反投影法，这样可以减少50％的乘法计算量，但会小幅增加加法计算量，而Salvatore(人名)则直接以傅立叶转换的方式来计算雷登转换，并内插出傅立叶空间中的数值，并计算出各个二维切面上的灰阶值，最后经过堆栈而得到整个三维空间的灰阶值信息。由上可知，步骤(2)通过现有技术是可以实现的。

(3)利用影像处理器进行三维影像重建，具体指：使用FDK算法，配合一般平行投影方式，回推原物体的各个像素灰阶值，完成牙齿的影像重建，进行牙齿的三维表面模型绘制。

其中，FDK算法是在1984年由Feldkamp等人提出的针对锥形束投影的算法(以Feldkamp，Davis，Kress等人所命名)，本算法原本由Horm(人名)的扇形投影算法推广而来，之后根据扇形投影重建，Zavis，Wang与Concepcion(人名)都提出了对扇形投影的修正，且转换成可供利用的平行投影数据。如此，便可以表示出整个锥形束投影的几何关系。

对于一般旋转式C臂来说，因受其机构的几何限制，收集到完整的数据并不容易，因此需限制其取像范围，一般以半圆周以上的扫描范围为主，用FDK算法需先定义出X线发射源的旋转中心位置，但常规C臂在旋转过程中并非绕同一轴线旋转，且大部分C臂系统仍需采用手动旋转来调整照射角度。因此，必须先找出C臂系统的最佳旋转球心位置，再配合空间定位以决定每个照射角度。

本实用新型区别常规C臂的设计是，设计有合成的C臂为第一旋转轴的非固定旋转中心和以Z轴为第二旋转轴的固定旋转中心结构。两个旋转中心均可满足FDK定理的要求，完成投影数据的采样和反投影三维重建。

固定旋转中心设计是有自动绕Z轴旋转的固定旋转中心，并可控制其自动旋转的固定角度。完全满足了FDK算法需要先定义出X线发射源的旋转中心位置的要求。

非固定旋转中心的设计是：装置首先以光学定位，进行C臂旋转轨迹的侦测，以光学定位量测并记录200组C臂上的参考框架所在位置，再以这些数据作为球心的最小平方计算，以求出最佳旋转中心，并配合校正器上的附加标记求出当时各角度的X光发射源位置，则可计算出发射源、影像探测器与旋转中心间的距离关系。

本实用新型提供的移动式C-arm三维影像系统开启了外科影像设备的新前景。它以常规骨科手术C-arm系统为主，再整合光学激光定位装置，然后进行最佳的C-arm束影像三维重建，最终实现临床急需的，高质量移动式术中三维成像C-arm介入与引导影像系统新设备。它的使用成本较常规的CT扫描影像低，而又能发挥C-arm的高机动性能，这对提高复杂手术的成功率，避免病人排队CT扫描所需的等待时间，以及降低医疗保健费用，都能起到极积和现实的作用。

Claims (3)

1.一种移动式C-arm三维影像系统，包括C-arm主机、控制机柜、连接臂、C臂、X线发生器、X线探测器、影像处理器、显示器及控制面板；其特征在于：还包括激光定位装置及附加标记，激光定位装置的设置使其产生的激光与X线束中心线重合，附加标记设置在X线束区域内。

2.根据权利要求1所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述激光定位装置包括激光源及反射机构，激光源发出的激光经发射机构反射后保持与X线束中心线重合。

3.根据权利要求1所述的牙科X线三维影像系统，其特征在于，所述激光源设置在C臂上，所述反射机构设置在X线发生器上。

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