生成全景射線照相的方法和裝置制造方法
【專利摘要】生成全景射線照相的方法和裝置。該方法以體素處理采集的3D數(shù)字容積(1)，每個體素具有X射線吸收的值，特征在于，該方法包括：c)針對第一點(3)中的每個被標識點(P)，使穿過被標識點(P)的相應集合的線(4)相關聯(lián)，每條線都具有不同的入射角，線被包含在以被標識點(P)作為頂點的立體角(5)中；d)計算在3D容積(1)中沿著所述線中的每條線的吸收；e)把計算為針對集合(4)的線中的每條線所計算的所有吸收的函數(shù)的吸收值歸因于第一點(3)中的被標識點(P)；f)將被計算為被標識點(P)的吸收值的函數(shù)的以灰度表達的值歸因于與第一點(3)中的被標識點(P)關聯(lián)的像素。
【專利說明】生成全景射線照相的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于口外牙齒射線照相的方法和裝置，適合于生成對于它們的特征來說與全景斷層射線照相圖像(在下文中，全景圖像)類似的斷層圖像。特別地，本發(fā)明涉及用來獲得與通過X射線所獲得的全景射線照相的全景圖像類似的全景圖像的方法，所述方法以可通過計算機化斷層掃描(CT)獲得的體素(voxel)方式處理3D數(shù)字容量。

【背景技術】
[0002]在3D容積中，每個體素具有指示X射線吸收的相應的標量值，其直接地與X射線本身所穿過的材料的密度相關。通常，在灰度圖像中表示3D容積中每個體素的值。
[0003]全景射線照相圖像(有時也被稱為全景斷層攝影)在牙科領域是眾所周知的:它們是近似患者下頜的預定彎曲平面的二維射線照相圖像；這樣的圖像標識有限層，其中解剖結(jié)構是聚焦的，在其外面解剖結(jié)構是模糊的。
[0004]全景圖像的主要特點是:
[0005]-在聚焦層周圍的模糊區(qū)域的厚度；
[0006]-采集角度，其是在采集的方向和與聚焦層正交的方向之間定義的角度。
[0007]這些特性可以從全景圖像本身的像素到像素變動。
[0008]全景圖像通常使用與例如在EP2223653中所描述的全景裝置類似的已知特定全景裝置來產(chǎn)生，所述全景裝置將患者的頭部暴露在由X射線發(fā)射器所發(fā)射的X射線下；射線被在寬度上提供有幾列的接收器(或像素)的矩陣的X射線傳感器接收，所述X射線傳感器與發(fā)射器相對。傳感器形成暴露在X射線下的患者的頭部的局部射線照相圖像。
[0009]沿著預定軌跡移動X射線發(fā)送器和接收器，沿著所述軌跡采集多個所述局部射線照相圖像并且合計所述局部圖像產(chǎn)生完整的全景圖像，所述局部圖像被疊加并且水平地移動了適合的距離。
[0010]另選地，產(chǎn)生本身為二維圖像的全景圖像通過處理用CBCT(錐形束計算機斷層掃描)裝置所獲得的3D容積數(shù)據(jù)也是可能的。
[0011]在這種情況下，模擬在寬度上具有幾列的傳感器，通過該傳感器，局部圖像被采集。相同的采集方法實際上重復，在上面描述的全景裝置中使用了在預定軌跡上移動X射線傳感器和發(fā)射器。差異在于每個局部圖像實際上從表達為體素的3D容積數(shù)據(jù)計算的事實。
[0012]這樣的方法是從EP 2254475 Sirona專利獲知的，其中全景斷層攝影(orthopantomograph)的斷層模糊方法被模擬。全景圖像根據(jù)預先采集的3D容積計算,使全景圖像的每個點與被選擇為聚焦的3D采集的容積的體素相對應。
[0013]既通過全景裝置也像在EP 2254475 Sirona中從3D容積開始通過模擬所采集的全景圖像的問題與待采集的全景圖像位于曲線上的事實有關聯(lián)。
[0014]據(jù)此，在由僅一列(真實的或虛擬的)接收傳感器所采集的每個局部圖像中，典型地，這樣的傳感器的中心列將正確地將所期望的點聚焦于該曲線上；其它列將具有定位誤差，該定位誤差在執(zhí)行局部圖像的和時，甚至在將被聚焦的曲線本身中導致輕微的模糊。
[0015]另一問題是獲得的全景圖像的主要特征對于每個像素來說與相鄰像素中的那些有關聯(lián)，因為局部圖像被相加，彼此置加。
[0016]用來處理3D容積數(shù)據(jù)以獲得像將在下文中所說明的那樣與全景圖像“類似”的二維圖像的替代方法是從EP1973075 CEFLA和US8325874 Imaging Sciences Internat1nal獲知的。
[0017]EP1973075 CEFLA描述了一種處理方法，該處理方法提取具有限定的厚度、位于兩個不同的曲線(一個更多是在患者的頭部內(nèi)部并且一個更多是在患者的頭部外部)之間的3D容積的層，并且計算在與在外部曲線與內(nèi)部曲線之間中心的曲線正交的方向上的吸收。由于這種處理方法，沒有模糊，并且因此，可獲得的二維圖像在圖像相對于傳統(tǒng)的全景圖像“更清晰”的意義上與全景圖像“類似”，因為一些解剖結(jié)構是不可見的。
[0018]這是一個問題，因為醫(yī)療操作員不熟悉沒有這樣的解剖結(jié)構的二維圖像，并且更喜歡傳統(tǒng)的全景圖像。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明尋求提供用于從3D采集開始獲得具有改進精確度的2D全景圖像的處理方法和裝置。
[0020]本目的由具有獨立權利要求的特征的方法和裝置實現(xiàn)。有利的實施方式和細化在獨立權利要求的從屬權利要求中指定。
[0021]本發(fā)明的另外的優(yōu)點和特征在下文中描述，其中，在附圖的基礎上詳細地說明示例性實施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出通過錐形束計算機斷層掃描(CBCT)所采集的3D容積；在這樣的3D容積中選擇曲面，其將是全景圖像的聚焦表面，其中在這樣的曲面中的被標識點P連同穿過所述點的一組線被示出，所述一組線每個都具有不同的入射角，被包含在讓該點作為其頂點的立體角上；
[0023]圖2示出沉浸在表示多個體素的網(wǎng)格中的圖1的圖像的軸向截面的頂部示意圖示。該圖示出所選曲面、在該曲面中所標識的多個第一點、以及具有所述被標識的第一點的所述曲面的一部分的放大。

【具體實施方式】
[0024]參照圖1，1指示以通過CBCT(錐形束計算機斷層掃描)獲得的體素所表達的3D
數(shù)字容積。
[0025]每個體素具有由標量數(shù)所表達的相應的X射線吸收值，所述標量數(shù)在圖1中可視化為灰度。應指出的是，可能通過與CBCT不同的技術例如通過扇形束計算機軸向斷層掃描(CAT)來采集類似的3D容積1。
[0026](未圖示的)裝置被提供來以體素處理3D數(shù)字容積1，以便獲得與通過X射線發(fā)射從患者直接地獲得的全景圖像類似的全景圖像。
[0027]裝置包括處理單元，以及可選地，用于采集3D容積I它本身的裝置，在上述情況下可以是CBCT或CAT類型的。
[0028]換句話說，裝置可以包括用于采集3D容積的裝置和用來處理直接地采集的3D容積I的處理單元兩者。另選地，裝置可以僅提供有處理單元，因為待處理的3D容積I被預先采集了。在這最后一種情況下，處理單元可能被甚至定位在與用于采集3D容積的裝置它本身相隔大距離處。
[0029]當被使用時，裝置的處理單元執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的處理方法，從而允許獲得與通過X射線發(fā)射直接地從患者所獲得的全景射線攝影的全景圖像類似的全景圖像。
[0030]本發(fā)明的方法包括選擇3D容積I中的曲面2的步驟a)。
[0031]為了選擇這樣的曲面2，人類操作員可以通過適合的圖像界面來執(zhí)行選擇，和/或可以通過搜索特有解剖結(jié)構的算法來提供這樣的曲面2的自動選擇，和/或可以提供預定形式的曲面2。
[0032]還可以適合的方式例如通過操作員被允許修改曲面2的預定形狀和/或由自動搜索算法所限定的形狀的操作員界面組合選擇的所有上面指示的可能性。
[0033]此外，在選擇曲面2的所述步驟a)之前，可選地可以從所采集的3D容積I去除不期望的結(jié)構，以便簡化3D容積I本身以得到它連續(xù)的處理。
[0034]在選擇曲面2之后，方法包括標識曲面2上的多個第一點3(圖2)并且將被標識的所述第一點3中的每個點P與待獲得的全景圖像的對應像素連接、以便將曲面2的第一點3映射在待獲得的全景圖像的對應像素上的步驟b)。
[0035]僅通過圖示的方式，圖1的曲面2具有約1，500個點的高度和3，000個點的寬度。采用本方法，必須在待獲得的全景圖像的對應像素上映射曲面2的1,500x3，000 =4，500，000 個點。
[0036]方法進一步包括針對所述多個第一點3中的每個點P使穿過所述被標識點P的相應集合的線4相關聯(lián)的步驟c)，每條線具有不同的入射角，所述線被包含在讓被標識點P作為頂點的相應的立體角上。對于每條線，相應的入射角被定義為該線它本身與垂直于穿過被標識點P的所述曲面2的線X之間的角度。
[0037]為了逐點或在特定部分中變化全景圖像的質(zhì)量特性，對于每個被標識點P或者對于所述曲面2的確定區(qū)域，能夠選擇所述集合4的線數(shù)和每條線的特定角度。
[0038]例如，線4在立體角5上的分布確定全景圖像的景深，其與這樣的分布的寬度成反比例。
[0039]這允許改進所獲得的全景圖像的總體質(zhì)量，因為在處理圖像本身時允許較大的靈活性。在曲面上逐點變化集合4的線數(shù)、它們的入射角以及可選地它們的分布的可能性例如允許以與剩余橫向白齒區(qū)域的方式不同的方式處理在前區(qū)域與犬齒區(qū)域之間的過渡區(qū)域的對應中的曲面2。所述過渡區(qū)域在這里是強彎曲的，并且因此相對于切牙的前臼齒-臼齒區(qū)域需要不同的關注。
[0040]與曲面的這樣的區(qū)域相對應的全景圖像的部分然后將具有不同質(zhì)量的特性。
[0041]方法進一步包括計算沿著3D容積中(例如在3D容積內(nèi)部)的每條所述線的吸收的步驟d)，以及把計算為針對在與被標識點P相關聯(lián)的立體角5中的集合4的每條線所計算的吸收的函數(shù)的吸收值歸因于第一點3中的被標識點P的步驟e)。
[0042]方法進一步包括把以灰度表達的值歸因于與第一點3中的被標識點P有關聯(lián)的全景圖像的像素的步驟f)，所述以灰度表達的值被計算為被標識點P的吸收值的函數(shù)。
[0043]例如，因為吸收值是在軸向斷層圖像中用灰度圖示地表示的標量數(shù)，所以以相同的方式全景圖像的像素值能夠采用被計算的吸收的相同標量值，或者能夠采用不同的值，例如與吸收值成比例，但是與吸收值不相同。
[0044]我們說過在方法的步驟d)中，針對線的集合4中的每條線計算3D容積中的吸收。
[0045]為了計算這樣的吸收，首先針對每條線在步驟dl)中選擇3D容積中的一組第二(未圖示)點。事實上，每條線穿過被標識點P并且還在由體素所限定的3D容積中延伸。
[0046]取一特定線，對于3D容積中的第二點中的每個選擇點，在步驟d2)中個別化圍繞所選點的體素。在d3)步驟中進一步計算這樣的周圍體素的吸收值的加權平均，并且在步驟d4中)把等于這樣的加權平均的吸收值歸因于該線的第二點中的所選點。
[0047]針對被取線的第二點中的每個選擇點所計算的吸收被總計，從而賦予所述吸收依賴于標識待聚焦的層的被標識點P的距離的權重，并且所述和歸因于這樣的線作為3D容積中的吸收。
[0048]評估第二點中的所選點相對于圍繞該點本身的體素的中心的距離獲得了在步驟d3)中計算的加權平均。
[0049]詳細地，對于表示相應中心的所述周圍體素中的每一個，考慮在所述中心的對應中的相應的吸收值，并且評估所述中心與這樣的第二點中的所選點之間的距離。
[0050]合計乘以作為體素中心到這樣的第二點中的所選點的距離的函數(shù)的系數(shù)的每個體素的每個吸收值獲得了加權平均。
[0051]以這種方式，線的第二點的集合中的每個點都具有考慮到點本身在3D容積中的位置的吸收值，所述位置是點相對于圍繞它的3D容積的體素的布置。
[0052]一旦計算了沿著3D容積中每條線的吸收，我們就說，方法在步驟e)中將曲面2的點3的第一集合的點P中的吸收計算為針對每條線所計算的所有吸收的函數(shù)。
[0053]特別地，這樣的步驟e)包括計算線集合4的線的吸收值的加權平均。
[0054]如上所述，每條線由相對于垂直線X預先定義的入射角表征。為了計算加權平均，總計了每條線的吸收值，每個吸收值與線本身的入射角的系數(shù)函數(shù)相乘。
[0055]這例如允許將更大系數(shù)歸因于相對于具有較大入射角的線具有小入射角的線，以特許基本上空的入射角，其是與3D容積的曲面2正交的所獲之物。
[0056]如上所述，步驟b)包括標識曲面2上的多個第一點3，并且本發(fā)明的計算方法基于針對這樣的第一點3中的每個點P所執(zhí)行的處理。
[0057]為了標識曲面2上的這樣的第一點3，在步驟bl)中用預定表面執(zhí)行所述曲面2的截斷，并且在步驟b2)中獲得曲面2與這樣的預定表面之間的相交線6。在如此限定的相交線6中標識所述第一點3。
[0058]這些預定表面的形狀可以是平面的或彎曲的，并且將在圖像的失真將被應用時彎曲，或與待獲得的全景圖像的質(zhì)量的特性有關。
[0059]考慮3D容積中的縱軸A，使用與該縱軸A正交的平行平面，如在步驟bl)中，在如此的容積中執(zhí)行截斷是可能的，以因此獲得所述3D容積的軸向截面。
[0060]在相交線6中的多個第一點3之中標識的點能夠被選擇為彼此等距，或者具有可變距離，該可變距離根據(jù)待獲得的全景圖像的質(zhì)量的特性最后恰好地被選擇。
[0061]圖2示出通過軸向截面所獲得的相交線6，并且標識為多個第一點3的點中的一些通過示例的方式示出。如果我們考慮標識為Z和Y的兩個連續(xù)點、相交線6的第一道7的末端以及另外兩個連續(xù)點K和J、該線6的第二道8的末端，則能夠觀測到第一道7具有比L2短的長度LI的事實，所述L2是第二道8的長度。點Z和Y之間的距離因此比點K和J之間的距離短，并且與第一道7或第二道8對應地，這取決于曲面2以其被構造的平均觀測角。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在3D容積中待分析的曲面2包括生成彼此平行的線，所述線此外與3D容積的縱軸平行。換句話說，考慮到3D容積的軸向截面中的任何曲線，全景圖像通過其被映射的曲面2是根據(jù)與截面平面它本身垂直的方向從該曲線所投影的一個。
[0063]在這種特定情況下，全景圖像的創(chuàng)建能夠在考慮在列上的位于這樣的投影段之一上的所有點的情況下進行。曲面2的相同列的被標識的所有點將因此與全景圖像的對應像素相關聯(lián)，并且對于每個點來說，具有不同角度的線將被考慮，但是包含在具有確定寬度的平面角中。
[0064]根據(jù)這個實施方式，從計算觀點看，處理方法是不太麻煩的。
[0065]除該方法之外，進一步提供了程序，包括用來實施獲得與通過X射線所獲得的全景圖像類似的全景圖像的方法的代碼，其中，所述方法根據(jù)上面所述的來處理3D數(shù)字容積，并且其中，程序在如上面所描述的裝置中被執(zhí)行。
[0066]由于本發(fā)明，能夠獲得改進的全景圖像，因為針對曲面2的每個點P分別地且獨立于剩余點計算了在3D容積中的吸收。此外，對于每個被標識點P，或者對于曲面的預定區(qū)域，能夠變化3D容積的處理參數(shù)，如此允許解剖結(jié)構本身的采集的高度靈活性。
[0067]最后，全景圖像從3D容積的體素而不是僅從其層中之一層的體素開始處理，如此獲得的全景圖像為它所針對的醫(yī)療操作員所熟悉。
[0068]沿著線的集合的吸收的計算忽視由在預定軌跡上可移動的具有限定尺寸的X射線發(fā)射器和接收器所強加的約束。采集不服從約束于那些尺寸，并且全景圖像被改進。
【權利要求】
1.一種用于獲得與通過X射線發(fā)射從患者所獲得的全景射線照相類似的全景圖像的方法，所述方法以體素處理采集的3D數(shù)字容積(I)，每個體素具有X射線吸收的值，所述方法包括以下步驟: a)選擇3D容積(I)中的曲面⑵； b)標識所述曲面(2)上的多個第一點(3)并且將被標識的第一點(3)中的每個點與待獲得的全景圖像的對應像素關聯(lián)，以將所述曲面(2)的所述第一點(3)映射在所述全景圖像的對應像素上； 特征在于， c)針對所述第一點(3)中的每個被標識點(P),使穿過所述被標識點(P)的相應集合的線(4)相關聯(lián)，每條線都具有不同的入射角，所述線被包含在以所述被標識點(P)作為頂點的立體角(5)中； d)計算在所述3D容積(I)中沿著所述線中的每條線的吸收； e)把計算為針對所述集合(4)的所述線中的每條線所計算的所有吸收的函數(shù)的吸收值歸因于所述第一點(3)中的所述被標識點(P)； f)將被計算為所述被標識點(P)的吸收值的函數(shù)的以灰度表達的值歸因于與所述第一點(3)中的所述被標識點(P)關聯(lián)的所述像素。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中，在所述步驟c)中使相應集合的線(4)相關聯(lián)包括:針對每個被標識點(P)和/或針對所述曲面的確定區(qū)域，適當?shù)剡x擇所述集合(4)中的預定數(shù)目的所述線和每條線的特定入射角，以變化所述全景圖像的質(zhì)量特征。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中，在所述步驟d)中針對每條線計算在所述3D容積中沿著該相同線的吸收包括: dl)選擇3D容積(I)中的所述線的一組第二點； d2)針對所述線的所述第二點中的每個選擇點,個別化圍繞所述點的體素；d3)計算所述圍繞的體素的吸收值的加權平均；d4)將等于所述加權平均的吸收值歸因于所述第二點中的所述選擇點；d5)對針對所述第二點中的每個點所計算的所有吸收值求和，賦予所述吸收值依賴于到所述預定點(P)的距離的權重，并且將所述和歸因于所述線作為3D容積中的吸收。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中，在所述步驟d3)中計算所述圍繞的體素的吸收值的加權平均包括: -針對具有相應中心的所述圍繞的體素中的每個體素，考慮在所述中心的對應中的相應的吸收值； -評估所述中心與所述第二點中的所述選擇點之間的相應距離； -對與從所述體素的所述中心到所述第二點中的所述選擇點的所述距離的系數(shù)函數(shù)相乘的每個體素的每個吸收值求和。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中，在所述步驟e)中將吸收值歸因于所述第一點(3)中的所述被標識點(P)包括計算所述線集合(4)的所述線的吸收值的加權平均。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中，計算所述加權平均包括對與所述入射角的系數(shù)函數(shù)相乘的所述線集合(4)中的每條線的所述吸收值求和，所述入射角被定義為在所述線和垂直于所述曲面(2)并且穿過所述第一點(3)中的所述被標識點(P)的線(X)之間的角度。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中，在所述步驟a)中選擇3D容積(I)中的曲面⑵包括: -允許人類操作員通過適合的圖形界面來執(zhí)行所述選擇； -和/或通過搜索特有解剖特征的算法來自動地選擇所述曲面(2); -和/或使用所述曲面(2)的預定形狀。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中，在所述步驟b)中標識所述曲面上的多個所述第一點(3)包括: bl)用預定表面執(zhí)行所述曲面的截斷； b2)獲得在所述曲面(2)和所述預定表面之間的相交線(6)，以及標識所述相交線(6)中的所述多個第一點(3)。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中，所述3D容積(I)具有縱軸(A)，并且其中，在所述步驟bl)中執(zhí)行所述截斷包括使用與所述縱軸正交的平行平面來獲得所述3D容積的軸向截面。
10.根據(jù)權利要求8或9的方法，其中，在所述步驟b2)中標識所述相交線(6)中的所述多個第一點(3)包括選擇彼此等距的點，或者選擇在可變距離處的點，所述可變距離是待獲得的全景圖像的特征的函數(shù)。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，所述方法包括:在所述步驟a)中選擇所述3D容積(I)中的曲面(2)之前，從所述3D容積(I)去除可能存在的不期望的解剖結(jié)構。
12.一種用于以體素處理采集的3D數(shù)字容積的裝置，每個體素具有相應的X射線吸收，所述裝置適合于應用根據(jù)權利要求1到11中任一項所述的方法。
13.根據(jù)權利要求12的裝置，所述裝置包括所述3D容積的采集裝置和用于所述3D容積的處理單元。
14.一種程序，該程序包括用來實施獲得與通過X射線所獲得的全景圖像類似的全景圖像的方法的代碼，當所述程序在根據(jù)權利要求12或13的裝置中被執(zhí)行時，所述方法根據(jù)權利要求1到11中任一項來處理采集的數(shù)字3D容積。
【文檔編號】A61B6/14GK104337543SQ201410373538
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2013年7月31日
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