快速低剂量口腔CBCT成像方法和系统

摘要

本发明提供了一种快速低剂量口腔CBCT成像方法和系统，其中，所述方法包括以下步骤：采集头颅的正位和侧位投影图像；根据正位投影图像和侧位投影图像确定成像目标区域；根据成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率；根据扫描轨迹和扫描频率采集成像目标区域的图像数据；根据图像数据得到成像目标区域的三维图像。本发明能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

说明书

技术领域

本发明涉及CBCT成像技术领域，具体涉及一种快速低剂量口腔CBCT成像方法和一种快速低剂量口腔CBCT成像系统。

背景技术

目前在口腔CBCT扫描中，为了获取满足牙科医师诊断要求的图像，X射线光源将沿着圆轨道运动一周，即使医生需要的图像只是病人口腔中的一个局部区间，也就是说一次口腔CBCT的扫描需要采集几百到上千幅图像，加上受到目前动态平板探测器的物理限制，一次口腔CBCT的采集时间也将达到几十秒，在此期间，不仅会对病人造成大量的辐射，还会增加因为病人呼吸或头部摆动而造成运动伪影的概率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种快速低剂量口腔CBCT成像方法，能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

本发明的第二个目的在于提出一种快速低剂量口腔CBCT成像系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种快速低剂量口腔CBCT成像方法，包括以下步骤：采集头颅的正位和侧位投影图像；根据所述正位投影图像和所述侧位投影图像确定成像目标区域；根据所述成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率；根据所述扫描轨迹和所述扫描频率采集所述成像目标区域的图像数据；根据所述图像数据得到所述成像目标区域的三维图像。

根据本发明实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像方法，通过确定成像目标区域，并根据成像目标区域的成像要求优化扫描轨迹和扫描频率以采集成像目标区域的图像数据，最后根据图像数据得到成像目标区域的三维图像，由此，能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

另外，根据本发明上述实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述正位投影图像和所述侧位投影图像为二维图像。

根据本发明的一个实施例，根据所述正位投影图像和所述侧位投影图像确定成像目标区域，具体包括：在所述正位投影图像中选取第一目标区域，其中，所述第一目标区域覆盖目标对象在所述正位投影图像上的投影；在所述侧位投影图像中选取第二目标区域，其中，所述第二目标区域覆盖所述目标对象在所述侧位投影图像上的投影；通过所述第一目标区域和所述第二目标区域在三维空间确定包含所述目标对象的成像目标区域。

根据本发明的一个实施例，所述成像要求包括成像分辨率、成像大小和成像对比度。

根据本发明的一个实施例，根据所述成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率，具体包括：根据所述成像分辨率确定所述扫描轨迹；根据所述成像大小和所述成像对比度确定所述扫描频率。

根据本发明的一个实施例，根据所述图像数据得到所述成像目标区域的三维图像，具体包括：对所述图像数据进行校正；采用迭代图像重建算法根据校正后的所述图像数据构建所述成像目标区域的三维图像。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种快速低剂量口腔CBCT成像系统，包括：第一采集模块，所述第一采集模块用于采集头颅的正位和侧位投影图像；第一成像模块，所述第一成像模块用于根据所述正位投影图像和所述侧位投影图像确定成像目标区域；处理模块，所述处理模块用于根据所述成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率；第二采集模块，所述第二采集模块用于根据所述扫描轨迹和所述扫描频率采集所述成像目标区域的图像数据；第二成像模块，所述第二成像模块用于根据所述图像数据得到所述成像目标区域的三维图像。

根据本发明实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像系统，通过确定成像目标区域，并根据成像目标区域的成像要求优化扫描轨迹和扫描频率以采集成像目标区域的图像数据，最后根据图像数据得到成像目标区域的三维图像，由此，能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

另外，根据本发明上述实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述正位投影图像和所述侧位投影图像为二维图像。

根据本发明的一个实施例，所述第一成像模块具体用于：在所述正位投影图像中选取包含目标对象的第一目标区域；在所述侧位投影图像中选取包含所述目标对象的第二目标区域；通过所述第一目标区域和所述第二目标区域在三维空间确定包含所述目标对象的成像目标区域。

根据本发明的一个实施例，所述成像要求包括成像分辨率、成像大小和成像对比度。

附图说明

图1为本发明实施例的快速低剂量口腔CBCT成像方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的确定成像目标区域的示意图；

图3为本发明一个实施例的通过扫描轨迹扫描成像目标区域的示意图；

图4为本发明一个实施例的X射线光源运动轨迹曲线线段示意图；

图5为本发明实施例的快速低剂量口腔CBCT成像系统的方框示意图。

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。

图1为本发明实施例的快速低剂量口腔CBCT成像方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例的快速低剂量口腔CBCT成像方法，包括以下步骤：

S1，采集头颅的正位和侧位投影图像。

在本发明的一个实施例中，可通过CBCT采集头颅的正位和侧位投影图像，其中，头颅的正位和侧位投影图像均为二维图像。

S2，根据正位投影图像和侧位投影图像确定成像目标区域。

具体地，可在正位投影图像中选取第一目标区域，其中，第一目标区域覆盖目标对象在正位投影图像上的投影，并可在侧位投影图像中选取第二目标区域，其中，第二目标区域覆盖目标对象在侧位投影图像上的投影，然后可通过第一目标区域和第二目标区域在三维空间确定包含目标对象的成像目标区域。

更具体地，如图2所示，可在正位投影图像a中选取第一目标区域，例如一个长方形区域b，并且该长方形区域b可覆盖目标对象，例如局部口腔区域在正位投影图像a上的投影，并可侧位投影图像c中选取第二目标区域，例如一个长方形区域d，并且该长方形区域d可覆盖目标对象，例如局部口腔区域在侧位投影图像c上的投影，然后可根据长方形区域b和长方形区域d在三维空间形成一个包含目标对象，例如局部口腔区域的成像目标区域，即长方体e。

S3，根据成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率。

具体地，成像要求可包括成像分辨率、成像大小和成像对比度。

更具体地，上述步骤S3可包括：根据成像分辨率确定扫描轨迹；根据成像大小和成像对比度确定扫描频率。

需要说明的是，本发明采用的CBCT在扫描目标对象时，X射线光源和探测器是固定在CBCT机器臂的两端的，并且机器臂的旋转轴可固定在一个滑轨中沿一个方向前后移动，因此，若机器臂在旋转时保持旋转轴固定，则可确定扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹可为圆形轨迹。然而，在本发明中，为保证成像目标区域的成像分辨率达到最优，需要使得成像目标区域子探测器上的投影最大也没有截断，因此，需要在每一个扫描角度设置不同的放大倍率，可使得成像目标区域的投影完全覆盖探测器，从而可使得机器臂的旋转轴根据每一个扫描角度的放大倍率而前后移动，例如图3所示，当X射线光源位于S1扫描角度时，机器臂的旋转轴可位于O1点，可保证成像目标区域e的投影完全覆盖探测器，当X射线光源位于S2扫描角度时，机器臂的旋转轴可移动至O2点，可保证成像目标区域e的投影完全覆盖探测器，由此，可导致扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹并非为圆形轨迹，例如可为图3所示的椭圆形轨迹h。

进一步还需要说明的是，在确定成像目标区域的扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹后，还需要确定成像目标区域的扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹的起始点和终点。其中，需要理解的是，对于成像目标区域中的任意一点，通过该点的直线必可与X射线光源的运动轨迹相交，并且这些交点的集合可形成X射线光源的运动轨迹曲线线段，例如图4所示的实线n，并可将直线l与X射线光源的运动轨迹相交点，即S3和S4分别定义为X射线光源扫描的起始点和终点。通过选择X射线光源的移动距离，能够减少扫描时间。

此外，还需要说明的是，可根据成像目标区域对于成像大小和成像对比度的要求确定扫描角度间隔来设定扫描频率，具体可根据成像目标区域对于成像大小和成像对比度的要求将成像目标区域分为三类：第一类，成像目标区域为体积小且对比度小的局部口腔成像；第二类，成像目标区域为体积小但对比度大的局部口腔成像；第三类，成像目标区域为体积大但对比度小的局部口腔成像。其中，第一类成像需要的图像数据较多，可设定扫描角度间隔为较小，以增加扫描频率，而第三类成像需要的图像数据较少，可设定扫描角度间隔为较大，以减少扫描频率。通过改变扫描频率，能够在每个扫描角度辐射剂量固定的情况下，有效地减少整个扫描的辐射剂量。

S4，根据扫描轨迹和扫描频率采集成像目标区域的图像数据。

举例而言，如4所示，可从起始点S3开始对成像目标区域e进行扫描，通过实线所示的扫描轨迹线曲线线段n到达终点S4完成对成像目标区域e的图像数据采集。

S5，根据图像数据得到成像目标区域的三维图像。

具体地，可对图像数据进行校正，然后可采用迭代图像重建算法根据校正后的图像数据构建成像目标区域的三维图像。

根据本发明实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像方法，通过确定成像目标区域，并根据成像目标区域的成像要求优化扫描轨迹和扫描频率以采集成像目标区域的图像数据，最后根据图像数据得到成像目标区域的三维图像，由此，能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

对应上述实施例，本发明还提出了一种快速低剂量口腔CBCT成像系统。

如图5所示，本发明实施例的快速低剂量口腔CBCT成像系统，包括第一采集模块10、第一成像模块20、处理模块30、第二采集模块40和第二成像模块50。其中，第一采集模块10用于采集头颅的正位和侧位投影图像；第一成像模块20用于根据正位投影图像和侧位投影图像确定成像目标区域；处理模块30用于根据成像目标区域的成像要求确定扫描轨迹和扫描频率；第二采集模块40用于根据扫描轨迹和扫描频率采集成像目标区域的图像数据；第二成像模块50用于根据图像数据得到成像目标区域的三维图像。

在本发明的一个实施例中，第一采集模块10可通过CBCT采集头颅的正位和侧位投影图像，其中，头颅的正位和侧位投影图像均为二维图像。

在本发明的一个实施例中，第一成像模块20可用于在正位投影图像中选取第一目标区域，其中，第一目标区域覆盖目标对象在正位投影图像上的投影，并可在侧位投影图像中选取第二目标区域，其中，第二目标区域覆盖目标对象在侧位投影图像上的投影，然后可通过第一目标区域和第二目标区域在三维空间确定包含目标对象的成像目标区域。

更具体地，第一成像模块20可用于在正位投影图像a中选取第一目标区域，例如图2所示的一个长方形区域b，并且该长方形区域b可覆盖目标对象，例如局部口腔区域在正位投影图像a上的投影，并可侧位投影图像c中选取第二目标区域，例如一个长方形区域d，并且该长方形区域d可覆盖目标对象，例如局部口腔区域在侧位投影图像c上的投影，然后可根据长方形区域b和长方形区域d在三维空间形成一个包含目标对象，例如局部口腔区域的成像目标区域，即长方体e。

在本发明的一个实施例中，成像要求可包括成像分辨率、成像大小和成像对比度，处理模块30可用于根据成像分辨率确定扫描轨迹，并根据成像大小和成像对比度确定扫描频率。

需要说明的是，本发明采用的CBCT在扫描目标对象时，X射线光源和探测器是固定在CBCT机器臂的两端的，并且机器臂的旋转轴可固定在一个滑轨中沿一个方向前后移动，因此，若机器臂在旋转时保持旋转轴固定，则可确定扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹可为圆形轨迹。然而，在本发明中，为保证成像目标区域的成像分辨率达到最优，需要使得成像目标区域子探测器上的投影最大也没有截断，因此，需要在每一个扫描角度设置不同的放大倍率，可使得成像目标区域的投影完全覆盖探测器，从而可使得机器臂的旋转轴根据每一个扫描角度的放大倍率而前后移动，例如图3所示，当X射线光源位于S1扫描角度时，机器臂的旋转轴可位于O1点，可保证成像目标区域e的投影完全覆盖探测器，当X射线光源位于S2扫描角度时，机器臂的旋转轴可移动至O2点，可保证成像目标区域e的投影完全覆盖探测器，由此，可导致扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹并非为圆形轨迹，例如可为图3所示的椭圆形轨迹h。

进一步还需要说明的是，处理模块30在确定成像目标区域的扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹后，还需要确定成像目标区域的扫描轨迹，即X射线光源的运动轨迹的起始点和终点。其中，需要理解的是，对于成像目标区域中的任意一点，通过该点的直线必可与X射线光源的运动轨迹相交，并且这些交点的集合可形成X射线光源的运动轨迹曲线线段，例如图4所示的实线n，并可将直线l与X射线光源的运动轨迹相交点，即S3和S4分别定义为X射线光源扫描的起始点和终点。通过选择X射线光源的移动距离，能够减少扫描时间。

此外，还需要说明的是，处理模块30可根据成像目标区域对于成像大小和成像对比度的要求确定扫描角度间隔来设定扫描频率，具体可根据成像目标区域对于成像大小和成像对比度的要求将成像目标区域分为三类：第一类，成像目标区域为体积小且对比度小的局部口腔成像；第二类，成像目标区域为体积小但对比度大的局部口腔成像；第三类，成像目标区域为体积大但对比度小的局部口腔成像。其中，第一类成像需要的图像数据较多，可设定扫描角度间隔为较小，以增加扫描频率，而第三类成像需要的图像数据较少，可设定扫描角度间隔为较大，以减少扫描频率。通过改变扫描频率，能够在每个扫描角度辐射剂量固定的情况下，有效地减少整个扫描的辐射剂量。

在本发明的一个实施例中，第二采集模块40可根据扫描轨迹和扫描频率采集成像目标区域的图像数据，例如图4所示，可从起始点S3开始对成像目标区域e进行扫描，通过实线所示的扫描轨迹线曲线线段n到达终点S4完成对成像目标区域e的图像数据采集。

在本发明的一个实施例中，第二成像模块50可对图像数据进行校正，然后可采用迭代图像重建算法根据校正后的图像数据构建成像目标区域的三维图像。

根据本发明实施例提出的快速低剂量口腔CBCT成像系统，通过确定成像目标区域，并根据成像目标区域的成像要求优化扫描轨迹和扫描频率以采集成像目标区域的图像数据，最后根据图像数据得到成像目标区域的三维图像，由此，能够在保证图像分辨率的同时，缩短扫描移动距离和降低扫描频率，从而能够减少扫描时间以及降低辐射剂量，以及有效降低出现运动伪影的概率。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。