TWI669105B - Local three-dimensional image forming system and method thereof - Google Patents

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TWI669105B TW106128056A TW106128056A TWI669105B TW I669105 B TWI669105 B TW I669105B TW 106128056 A TW106128056 A TW 106128056A TW 106128056 A TW106128056 A TW 106128056A TW I669105 B TWI669105 B TW I669105B
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黃科志
郭志暐
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Abstract

本發明係提供一種局部三維影像成形系統及其方法，以比對第一參考軸向及第二參考軸向所產生之第一參考影像及第二參考影像，進行X光影像產生模組座標位置移動，藉以達到物件X光局部三維影像攝影，及進一步達到降低X光曝光劑使用之目的。

Description

局部三維影像成形系統及其方法
本發明係有關於一種三維影像成形系統及其方法，更詳而言之，尤指一種利用X光掃瞄物件，並定位該物件局部影像中心之局部三維影像成形系統及其方法。
電腦影像斷層掃描(Computed Tomography；簡稱CT)是藉由X光射線源穿透待測物件，並配合接收其在各種角度的X光射線以重建出待測物件的影像。該電腦斷層掃描設備應用於醫療影像診斷，可以分為一般醫療使用的電腦斷層掃描(通稱為Medlcal CT)及齒科專用電腦斷層掃描(通稱為Dental CT)。
醫療用的電腦斷層掃描主要均建置於較大型醫療院所內，適用於人體全身大範圍掃描，使用者平躺於平台上，以仰臥式或前臥頸後仰式進行X光掃描拍攝，該電腦斷層掃描機於該平台移動同時，該X光影像產生模組對該平台以圓形軌跡繞轉，形成連續多環螺旋軌跡(Spiral Trajectory)，每繞一圈會分切出多張影像，醫療用的電腦斷層掃描方式，採用發射扇形形X光束(Fan Beam)，透過對面的單排式影像讀取裝置擷取光束，並產生一系列連續切片斷面影像。
齒科專用電腦斷層掃描，目前是採用錐形光束斷層掃描(Cone Beam Computed Tomography)技術，應用於牙體治療上，這是為了能精確放置牙齒植體，因此在進行手術前為確保手術順利，對於該植牙區域，與骨頭型態的評估是非常重要的，為確保拍攝位置的整確性，於拍攝時均須讓患者使用咬合器，以確保拍攝位置的正確性，故於使用上較為麻煩。
請參閱第1圖，係為本國第102100265號X光影像成形系統示意圖，如圖所示，該設備系包括：一攝影裝置11、一影像處理單元12、一控制單元13及一驅動裝置14，該攝影裝置11沿著一參考軸進行物件拍攝，並產生一參考影像；透過影像處理單元12對該參考影像進行特徵點及參考軸中心位置進行定位，並計算該X光影像的成像軸中心點及參考軸中心點之偏移量，由該控制單元13將該偏移量換算一驅動指令，使該驅動裝置14產生作動，致使該X射線源131、固定該物件之載台132，及X射線成像模組133之成像軸對準攝影裝置11拍攝該物件之參考軸。
由於上述方式於使用時，係將成像畫面定義為四個象限如第2圖所示，於各該象限上，分別設置有第一象限特徵點21、第二象限特徵點22、第三象限特徵點23及第四象現特徵點24，該攝影設備沿該參考軸進行物件拍攝，當物件出現於畫面第三象限並產生一參考影像，並進行該物件特徵點25及參考軸心(x0,y0)進行定位，移動該X軸及Y軸方向，俾使該物 件特徵點25進入該參考軸心(x0,y0)位置，如第3圖所示，然而，該定位方式於拍攝物件周緣時，會因為攝影裝置旋轉，致使該物件離開攝影中心位置，此時必須再次進行物件中心位置校準，且於使用上須以大範圍掃描的方式為主，無法針對較小目標進行掃描動作，需使用較多的X光曝光劑。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要之目的在於提供一種局部三維影像成形系統及其方法，透過比對該第一參考影像及第二參考影像，將該參考影像輸入影像處理單元計算該物件之局部旋轉中心座標，並將計算之位置資訊傳送定位系統，藉以驅動該定位系統依該座標值，驅動該致動模組將X光影像產生模組移動至該座標，藉以達到物件X光局部三維影像攝影之目的。
本發明再一目的係提供一種局部三維影像成形系統及其方法，透過遮罩的使用，藉以達到減少X光曝光劑的使用。
為達上述目的，本發明係提供一種局部三維影像成形系統及其方法，以比對第一參考軸向及第二參考軸向所產生之第一參考影像及第二參考影像，進行X光影像產生模組座標位置移動，藉以達到物件X光局部三維影像攝影，及進一步達到降低X光曝光劑使用之目的。
11‧‧‧攝影裝置
12‧‧‧影像處理單元
13‧‧‧控制單元
14‧‧‧驅動裝置
131‧‧‧X射線源
132‧‧‧載台
133‧‧‧X射線成像模組
21‧‧‧第一向限特徵點
22‧‧‧第二向限特徵點
23‧‧‧第三向限特徵點
24‧‧‧第四向限特徵點
41‧‧‧定位系統
42‧‧‧X光影像產生模組
43‧‧‧處理模組
411‧‧‧致動模組
412‧‧‧平台
4111‧‧‧支撐機構
4112‧‧‧驅動單元
421‧‧‧X光產生裝置
422‧‧‧X光影像產生裝置
423‧‧‧遮罩
431‧‧‧驅動控制單元
432‧‧‧影像處理單元
T1‧‧‧第一參考軸向
T2‧‧‧第二參考軸向
O‧‧‧旋轉中心
P‧‧‧物件中心
A1、B1‧‧‧X光產生裝置
A2‧‧‧第一成像中心
B2‧‧‧第二成像中心
A3‧‧‧第一成像位置
B3‧‧‧第二成像位置
△1‧‧‧A2至A3距離
△2‧‧‧B2至B3距離
θ‧‧‧旋轉角度
C‧‧‧X光影像產生裝置
S1~S2‧‧‧成像方法步驟
R1‧‧‧X光影像產生裝置至該旋轉中心之距離
R2‧‧‧X光產生裝置至旋轉中心之距離
第1圖係為本國第102100265號X光影像成形系統示意圖。
第2、3圖係為本國第102100265號X光影像成形系統作動示意圖。
第4圖係為本發明局部三維影像成形系統示意圖。
第5圖係為本發明局部三維影像成形方法實施步驟示意圖。
第6~10圖係為本發明局部三維影像成形方法實施步驟示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。
請參閱第4圖，係為本發明局部三維影像成形系統示意圖，如圖所示，該系統係包括定位系統41、X光影像產生模組42及處理模組43，該定位系統41係具有一致動模組411及一平台412，該致動模組411複包括支撐機構4111，及驅動該支撐機構4111之驅動單元4112，該X光影像產生模組42係具有 一設置於該支撐機構4111一側之X光產生裝置421，及一設置於該支撐機構4111相對該X光產生裝置421一側之X光影像產生裝置422，該處理模組43係具有驅動控制單元431及影像處理單元432，其中，該驅動單元431係為一伺服馬達，透過該驅動控制單元431驅動該驅動單元4112，俾使該驅動單元4112產生相對應動作，帶動該支撐機構4111移動或轉動產生角度偏移量，利用該X光影像產生模組42對該物件進行第一參考軸向T1，及旋轉角度後的第二參考軸向T2掃瞄，產生第一參考影像及第二參考影像，將該參考影像輸入影像處理模組43計算該物件之旋轉中心座標，並將計算之位置資訊傳送定位系統41，藉以驅動該定位系統41依該座標值，驅動該致動模組411將X光影像產生裝置421移動至該座標，其中，該X光影像產生裝置422複具有一遮罩423，利用該遮罩423使X光影像產生裝置422之X光射線的發射錐形角度改變至需求範圍，執行各角度之系列X光影像成像，並將資料傳至影像處理單元432進行影像處理，以達到製作該物件局部三維影像，進一步達到降低X光曝露劑量之目的。
請參閱第5圖係為本發明局部三維影像成形方法步驟示意圖，如圖所示，步驟1(S1)：提供一具有致動模組及平台之定位系統，並將一物件置於該平台上；步驟2(S2)：提供一具有X光產生裝置及影像讀取裝置之 X光影像產生模組，透過該X光影像產生裝置，進行該物件第一參考軸向掃描，由該影像讀取裝置產生該物件第一參考影像，再透過驅動單元產生角度偏移量，再利用X光影像產生模組進行該物件第二參考軸向掃描，得到該物件第二參考影像，將該參考影像輸入影像處理單元計算該物件之旋轉中心座標，並將計算之位置資訊傳送定位系統，藉以驅動該定位系統依該座標值，驅動該致動模組將X光影像產生模組移動至該座標，並以遮罩使X光影像產生裝置之X光射線的發射錐形角度改變至需求範圍，執行各角度之系列X光影像成像，並將資料傳至影像處理單元進行影像處理，以達到製作該物件局部三維影像，進一步達到降低X光曝露劑量之目的。
請參閱第6圖至第10圖係為本發明局部三維影像成形方法實施步驟示意圖，其步驟如圖所示：
步驟1：提供一X光產生裝置A1，該A1以第一參考軸T1(未圖示)通過該旋轉中心O至X光影像產生裝置C，形成X光影像第一成像中心A2，該X光產生裝置A1通過該物件中心P點至X光影像產生裝置C，形成X光影像第一成像位置A3，得到該物件之第一參考影像，其中，該第一成像中心A2及第一成像位置A3之距離為△1；將該X光影像產生裝置C至該旋轉中心O之距離為R1，該X光產生裝置A1至旋轉中心O之距離為R2，該距離R1不需等於距離R2，而本實施例中假設 R1等於R2(如第6圖所示)。
步驟2：將該X光產生裝置B1及該X光影像產生裝置C旋轉θ角度，該X光產生裝置B1以第二參考軸T2(未圖示)通過該旋轉中心O至X光影像產生裝置C，形成X光影像第二成像中心B2，該X光產生裝置B1通過該物件中心P點至X光影像產生裝置C，形成X光影像第二成像位置B3，得到該物件之第二參考影像，其中，該第二成像中心B2及第二成像位置B3之距離為△2；將該X光影像產生裝置C至該旋轉中心之距離為R1，該X光產生裝置B1至旋轉中心O之距離為R2，該距離R1不需等於距離R2，而本實施例中假設R1等於R2(如第7圖所示)；
步驟3：以第一參考影像及第二參考影像之結果進行合併計算(如第8圖所示)，得到兩條通過物件中心P之直線方程式(A1A3以及B1B3)，由聯立求解得到物件中心P之座標位置(如第9圖所示)；
步驟4：將X光產生裝置(A1、B1)及X光影像產生裝置C由旋轉中心O移動至物件中心P，即以物件中心P為旋轉中心；步驟5：使用遮罩縮小該X光產生裝置掃描範圍，得到以該物件中心P為中心點之區域掃描影像，並執行各角度之系列X光影像成像，以達到製作該物件局部三維影像(如第10圖所示)。
本實施例中旋轉中心之計算方法如下：第一參 考影像及第二參考影像為在相同旋轉中心時，偏移角度θ前後的X光影像，如圖6及圖7所示，藉由各項已知條件，如第一參考影像及第二參考影像之旋轉中心O為原點座標(x0,y0)，R1及R2分別為X光產生裝置及X光影像產生裝置與原點之間之距離，P點為物件中心座標(x,y)，θ為支撐機構角度偏移量，△1與△2之距離可由影像讀取裝置獲得之影像計算得知；若假設R1等於R2，並以R代表之，則A1、A2及A3三點座標分別為(x0,-R)、(x0,R)及(△1,R)；B1、B2及B3三點座標分別為(-Rsin θ,-Rcos θ)、(Rsin θ,Rcos θ)及(Rsin θ+△2cos θ,Rcos θ-△2sin θ)。
接著由A1,A3求直線方程式L1(L1=M1X+N1)以及 B1,B3求直線方程式L2(L2=M2X+N2)，求得解為、N1=-R， 、，最後求解直線方 程式L1以及直線方程式L2的相交點P座標即可得到旋轉中心位 置座標，其P點座標為，+N1)。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (10)

  1. 一種局部三維影像成形系統，係為一種利用X光掃瞄物件，並定位該物件局部影像中心之掃瞄系統，該系統係包括：一定位系統，係具有一致動模組及一平台，該制動模組複包括支撐機構，及驅動該支撐機構之驅動單元；一X光影像產生模組，係具有一設置於該支撐機構一側之X光產生裝置，及一設置於該支撐機構相對該X光產生裝置一側之影像讀取裝置；一處理模組，係具有驅動控制單元及影像處理單元，透過該驅動控制單元驅動該驅動單元，俾使該驅動單元產生相對應動作，帶動該支撐機構產生移動或轉動，利用該X光影像產生裝置對該物件進行第一參考軸向，及旋轉角度後的第二參考軸向掃瞄，產生第一參考影像及第二參考影像，將該參考影像輸入影像處理單元計算該物件之局部旋轉中心座標，並將計算之位置資訊傳送定位系統，藉以驅動該定位系統依該座標值，驅動該致動模組將X光影像產生裝置移動至該座標，並以遮罩使X光影像產生裝置之X光射線的發射錐形角度改變至需求範圍，執行各角度之系列X光影像成像，並將資料傳至影像處理單元進行影像處理，以達到製作該物件局部三維影像，進一步達到降低X光曝露劑量之目的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之局部三維影像成形系統，其 中，該驅動單元係為伺服馬達。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之局部三維影像成形系統，其中，該支撐機構係透過該驅動單元產生角度偏移量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之局部三維影像成形系統，其中，該X光影像產生裝置複具有一遮罩。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之局部三維影像成形系統，其中，該影像處理單元係透過第一參考影像，及第二參考影像得到該物件中心座標，驅使該致動模組產生移動，俾使X光影像產生模組移動至該座標，並透過調整該遮罩進一步降低X光曝露劑量之目的。
  6. 一種局部三維影像成形方法，係為一種利用X光掃瞄物件，並定位該物件局部影像中心之掃瞄方法，該方法步驟係包括：提供一具有致動模組及平台之定位系統；將一物件置於該平台上；提供一具有X光影像產生裝置及影像讀取裝置之X光影像產生模組；透過該X光影像產生裝置，進行該物件第一參考軸向掃描，由該影像讀取裝置產生該物件第一參考影像，再透過定位系統旋轉一定角度後，再利用X光影像產生裝置進行該物件第二參考軸向掃描，得到該物件第二參考影像，將該參考影像輸入影像處理單元計算該物件之局部旋轉中心座標， 並將計算之位置資訊傳送定位系統，藉以驅動該定位系統依該座標值，驅動該致動模組將X光影像產生裝置移動至該座標，並以遮罩使X光影像產生裝置之X光射線的發射錐形角度改變至需求範圍，執行各角度之系列X光影像成像，並將資料傳至影像處理單元進行影像處理，以達到製作該物件局部三維影像，進一步達到降低X光曝露劑量之目的。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之局部三維影像成形方法，其中，該驅動單元係為伺服馬達。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之局部三維影像成形方法，其中，該支撐機構係透過該驅動單元產生角度偏移量。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之局部三維影像成形方法，其中，該X光影像產生裝置複具有一遮罩。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之局部三維影像成形方法，其中，該影像處理單元係透過第一參考影像，及第二參考影像得到該物件中心座標，驅使該致動模組產生移動，俾使X光影像產生模組移動至該座標，並透過調整該遮罩進一步降低X光曝露劑量之目的。
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