專利名稱：使用分割和主牙弓的全景牙科成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線成像。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例涉及對(duì)人類口腔和類似結(jié)構(gòu)的全景成像。
背景技術(shù)：
X射線被用于在牙科中對(duì)牙齒和口腔的部分進(jìn)行成像已經(jīng)有許多年。一般而言，該過程包括生成X射線并將X射線引向患者的口腔。X射線被口腔的不同部位(例如，骨骼與組織)有差異地吸收和反射。吸收的這種差異被用于諸如在膠片上或者通過使用電子圖像傳感器生成圖像?？梢陨商囟ǜ信d趣區(qū)域的個(gè)體圖像，或者，如果需要更寬的視角，可以生成全景圖像。通常情況下，將計(jì)算機(jī)斷層攝影(“CT”)系統(tǒng)用于生成全景圖像。在典型的牙科CT系統(tǒng)中，患者直立而坐，并且X射線源和探測(cè)器被安裝在圍繞通過患者頭部中間的垂直軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)架的相對(duì)端。一般而言，頌(jaw)的全景圖像描繪的頌好像是被成像到頁面(sheet)軸直立的圓柱形頁面上，并且好像是隨后將該頁面展開成平面形式而得到的。

發(fā)明內(nèi)容
雖然存在大量設(shè)計(jì)用于生成口腔的全景圖像的技術(shù)，但這些技術(shù)具有若干缺點(diǎn)。 例如，由于頌不是圓柱形的，在使用許多已知技術(shù)生成的全景圖像中發(fā)生一定的失真和不準(zhǔn)確。另外，許多當(dāng)前可用系統(tǒng)的圖像質(zhì)量低于預(yù)期，因?yàn)椋酥?，全景圖像不能提供在其中清晰地并且以接近類似正對(duì)其采集圖像的個(gè)體的實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)的方式來呈現(xiàn)前牙、側(cè)牙、竇底和神經(jīng)管的圖像。例如，一些現(xiàn)有的全景系統(tǒng)產(chǎn)生具有凹形前部和隱藏的顎骨節(jié)的圖像。除此之外，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種四步過程，其用于生成具有比至少一些現(xiàn)有裝置對(duì)實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)的更為逼真的描繪的圖像。該過程的第一部分包括從圖像的其他部分(肉、牙齦等)中分割和可視化頌(或骨骼)。該過程的第一部分使用“區(qū)域生長(zhǎng)算法?！?在該過程的第二部分中，頌弓(jaw arch)的探測(cè)是通過將圖像數(shù)據(jù)分離成切片并應(yīng)用曲線擬合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在該過程的第三部分中，關(guān)于頌弓的信息被用于探測(cè)主牙弓(master arch)。最后，在該過程的第四部分中，使用主牙弓并呈現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)來生成全景圖像。本發(fā)明還提供了一種用于生成全景X射線圖像的方法。該方法包括利用X射線探測(cè)器獲得具有第一多個(gè)切片的體積X射線圖像數(shù)據(jù)；利用計(jì)算機(jī)將所述X射線圖像數(shù)據(jù)分割成垂直(vertical)閾值以上的第一部分和垂直閾值以下的第二部分；并且將第二部分分離成第二多個(gè)切片。該方法還包括針對(duì)第二多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線；針對(duì)第二多個(gè)切片生成主牙弓；并且基于該主牙弓生成全景圖像。此外，本發(fā)明提供了一種具有增強(qiáng)的圖像質(zhì)量的全景X射線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的X射線源、安裝在機(jī)架上的X射線源的對(duì)側(cè)的X射線探測(cè)器、以及從X 射線探測(cè)器接收體積圖像數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將圖像數(shù)據(jù)分割成垂直閾值以上的第一部分和垂直閾值以下的第二部分；將第二部分的數(shù)據(jù)分離成多個(gè)切片；針對(duì)多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線；針對(duì)多個(gè)切片生成主牙弓；并且基于該主牙弓生成全景圖像。本發(fā)明還提供了一種生成頌圖像數(shù)據(jù)的方法。該方法包括利用X射線探測(cè)器獲得包括多個(gè)切片的體積X射線圖像數(shù)據(jù)，每個(gè)切片具有多個(gè)體素值。該方法還包括利用計(jì)算機(jī)從體積圖像數(shù)據(jù)選擇矢狀切片，以及利用計(jì)算機(jī)反復(fù)地(iteratively)檢查矢狀切片中的體素值。該方法還包括對(duì)多個(gè)切片中的每個(gè)切片選種(seeding)、執(zhí)行區(qū)域生長(zhǎng)、基于該區(qū)域生長(zhǎng)生成圖像的集合、并基于該圖像的集合生成三維圖像。通過考慮詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其他方面將變得顯而易見。


圖1是用于生成全景X射線圖像的牙科X射線系統(tǒng)的圖示。圖2是圖示說明由圖1中所示的系統(tǒng)執(zhí)行的頌分割和可視化過程的流程圖。圖3是圖示說明由圖1中所示的系統(tǒng)執(zhí)行的自動(dòng)頌弓探測(cè)過程的流程圖。圖4是圖示說明由圖1中所示的系統(tǒng)執(zhí)行的主牙弓探測(cè)過程的流程圖。圖5是圖示說明由圖1中所示的系統(tǒng)執(zhí)行的全景圖像重建過程的流程圖。圖6是更為詳細(xì)地圖示說明圖2的自動(dòng)頌弓探測(cè)過程的詳細(xì)步驟的流程圖。圖7是更為詳細(xì)地圖示說明圖3的自動(dòng)頌弓探測(cè)過程的詳細(xì)步驟的流程圖。圖8是更為詳細(xì)地圖示說明圖4的主牙弓探測(cè)過程和圖5的全景圖像重建過程的詳細(xì)步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于其在下文的描述中所闡述的或者在附圖中所圖示說明的架構(gòu)的細(xì)節(jié)和元件的布置中的應(yīng)用。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例，并且能夠以各種方式實(shí)行或?qū)崿F(xiàn)。參考附圖，并且首先參考圖1，一般由參考標(biāo)號(hào)10指示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的斷層攝影設(shè)備的一種形式包括掃描器12和計(jì)算機(jī)14。計(jì)算機(jī)14具有各種輸入和輸出裝置，諸如鍵盤16、光標(biāo)控制裝置(例如，鼠標(biāo))以及監(jiān)視器或顯示器20。掃描器12包括X 射線源22、X射線探測(cè)器或傳感器沈和椅子或座位觀。在所示的實(shí)施例中，掃描器12被布置成對(duì)人類患者P的頭部或者頭部的部分，尤其是對(duì)患者的頌和牙齒成像。該掃描器還包括托架或抑動(dòng)器32來支撐患者的頭和面部。X射線源22和傳感器沈被安裝在旋轉(zhuǎn)承載器或機(jī)架34上，以便環(huán)繞患者的頭部，同時(shí)保持彼此對(duì)齊(彼此相對(duì))。當(dāng)X射線源被激活后，其生成一串X射線。當(dāng)患者被適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谧挥^和抑動(dòng)器32上時(shí)，X射線(或者至少一些X射線)穿過患者的頭部并且傳感器沈生成患者頭部的X射線圖像。隨著源22和傳感器沈圍繞患者的頭部旋轉(zhuǎn)，生成了大量圖像。計(jì)算機(jī)14從掃描器12接收X射線圖像數(shù)據(jù)，并且如下文所論述的，基于所獲取的圖像數(shù)據(jù)生成全景圖像。
如上所述，現(xiàn)有的系統(tǒng)往往產(chǎn)生失真的或不準(zhǔn)確的全景圖像。本發(fā)明的目的之一是提供更為準(zhǔn)確地描繪整個(gè)頌義齒結(jié)構(gòu)的全景圖像，所述頌義齒結(jié)構(gòu)包括牙齒、竇底和顎骨節(jié)。使用本發(fā)明的實(shí)施例生成的圖像展示了比率為1 1的解剖結(jié)構(gòu)尺寸，其從可視化和空間測(cè)量角度來講與全景圖像比例一致。圖2至5以一般方式示出了由本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的圖像生成過程。該過程是由計(jì)算機(jī)14基于從掃描器12接收的具有多個(gè)切片的圖像數(shù)據(jù)(體積X射線圖像數(shù)據(jù)集或者體積數(shù)據(jù)集的一部分)來執(zhí)行的。通常，計(jì)算機(jī)14由設(shè)計(jì)用以執(zhí)行下文所列出的過程的軟件進(jìn)行編程。應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施例還可以利用專用硬件或者專用硬件與在可編程的裝置上運(yùn)行的軟件的組合來實(shí)施。如圖2所示，該過程中的第一整體步驟包括頌分割和可視化。通過執(zhí)行垂直分離(步驟5 來處理來自傳感器沈的圖像數(shù)據(jù)50，以將所述圖像數(shù)據(jù)分離或劃分為兩部分垂直閾值以下的數(shù)據(jù)和垂直閾值以上的數(shù)據(jù)。然后處理(步驟56) 經(jīng)劃分的數(shù)據(jù)54 (其包括與軟組織和硬組織(例如，骨骼)兩者相關(guān)的數(shù)據(jù))，以從硬組織中分離軟組織，從而產(chǎn)生頌圖像數(shù)據(jù)58。如圖3所示，頌圖像數(shù)據(jù)58被分離成切片64 (步驟62)，并且利用曲線擬合(步驟72)修改切片64。曲線擬合針對(duì)每個(gè)切片生成三條曲線 外側(cè)曲線74、內(nèi)側(cè)曲線76和中央曲線78。這些步驟是由自動(dòng)頌弓探測(cè)過程執(zhí)行的。如圖4 所示，曲線74-78被用于主牙弓探測(cè)過程(步驟85)，其生成主牙弓90。如圖5所示，主牙弓90被用于全景圖像重建過程(步驟96)，以生成全景圖像100。下文提供了圖2至5中所圖示說明的過程的更多細(xì)節(jié)。圖6提供了關(guān)于圖2的分割和可視化過程的更多信息。如圖6所示，獲取圖像數(shù)據(jù)(即，圖像數(shù)據(jù)50)(步驟102)，并通過探測(cè)患者的頌中的硬腭(步驟104)來實(shí)現(xiàn)分割。 硬腭探測(cè)的目的是從頭部的其他部分中分離牙醫(yī)(或其他醫(yī)學(xué)專家)感興趣的解剖結(jié)構(gòu)。 通常，感興趣的區(qū)域包括顎、顎骨節(jié)、上頌、牙齒、牙齒根尖、神經(jīng)管路徑和竇底。除了顎骨節(jié)和竇底，位于硬腭上方的頭部的組織和各部分通常是牙醫(yī)不感興趣的。為了探測(cè)硬腭，選擇圖像數(shù)據(jù)的中間矢狀切片。然后將對(duì)該數(shù)據(jù)切片中體素的反復(fù)檢查用于確定硬腭的位置(當(dāng)然，其從整體上看是解剖特征)。對(duì)該數(shù)據(jù)的分析受若干條件影響，所述條件包括受檢者的牙齒中的金屬偽影的存在(例如，齲洞補(bǔ)牙、牙套等)、上部空間溝凹、低舌骨骼以及硬腭的曲率。具體而言，交互式體素檢查過程從中間矢狀切片的右半部分開始檢查體素值。該檢查在矢狀切片的底部處開始并向上移動(dòng)(沿垂直方向)，并確定體素強(qiáng)度值是否對(duì)應(yīng)于與硬腭或其他解剖特征相關(guān)聯(lián)的值。還執(zhí)行檢查以查看所述值是否對(duì)應(yīng)于可能的金屬偽影。一旦確定(或驗(yàn)證)了體素在硬腭上(理解為硬腭不是簡(jiǎn)單的水平面)，位于經(jīng)驗(yàn)證的體素的垂直水平以下的預(yù)定距離的垂直水平被選定為分離水平。在補(bǔ)充的步驟中，如果硬腭的計(jì)算值偏離了硬腭的高度的平均經(jīng)驗(yàn)值超過預(yù)定的量(例如，數(shù)毫米)，硬腭的經(jīng)驗(yàn)值以下的水平(例如，經(jīng)驗(yàn)值以下5mm)選定為分離水平。 特別是在所描述的實(shí)施例中，所確定的硬腭用于從頭部的不感興趣的那些部分中劃分或分離感興趣的解剖特征(步驟106)。由于大多數(shù)牙科特征位于硬腭以下，該過程的這一部分的輸出是表示分離水平(或硬腭)以下的圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集。一旦發(fā)生了對(duì)硬腭的探測(cè)，并且已經(jīng)從其他解剖結(jié)構(gòu)中分離了感興趣的解剖結(jié)構(gòu)(使用硬腭作為劃分線)(步驟106)，則執(zhí)行自動(dòng)選種作為從軟組織中分離頌(或骨骼)的整體過程的一部分(步驟108)。(應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然使用“從組織中分離骨骼”的表達(dá)(或相似的表達(dá))，但圖像數(shù)據(jù)是被分離成或者歸類為表示骨骼的數(shù)據(jù)或者表示組織的數(shù)據(jù)。) 以這樣一種方式執(zhí)行選種，其解決了或者至少部分解決了由于可能在牙齒中或周圍存在空隙或間隙而與從組織中區(qū)分出骨骼相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)。此外，選種過程還有助于解決可能存在于顎和上頌內(nèi)部的低密度的其他區(qū)域(例如，空氣泡或液泡)。為了實(shí)現(xiàn)將全部或者幾乎全部硬組織或解剖部位從軟組織(或部位)分離的分割，采用多線程選種技術(shù)(步驟110)。該多線程選種技術(shù)包括在每個(gè)圖像切片的上方部分之上應(yīng)用二維格網(wǎng)。如果覆蓋有二維格網(wǎng)的圖像點(diǎn)具有高于預(yù)定量(例如，900)的強(qiáng)度，則該圖像點(diǎn)被選定為(或者被假定為)骨骼點(diǎn)并將其置于選種點(diǎn)的集合中。在圖像內(nèi)從左上到右上來執(zhí)行該骨骼點(diǎn)選擇過程，并且以預(yù)定的間隙(例如，3mm)逐點(diǎn)地進(jìn)行移動(dòng)。在一個(gè)特定的實(shí)施中，所選擇的點(diǎn)的總數(shù)量限于預(yù)定的量(例如，20)。一旦選擇了骨骼點(diǎn)，則從包含至少一個(gè)骨骼點(diǎn)(S卩，具有預(yù)定量的強(qiáng)度的點(diǎn))的底部切片開始并逐切片向上(一旦找到了單一骨骼點(diǎn))來對(duì)其進(jìn)行處理。如果在當(dāng)前切片上的最后的選定點(diǎn)距離先前切片上的最后的選定點(diǎn)較遠(yuǎn)(例如，多于數(shù)毫米)，那么則舍棄 (艮P，從骨骼點(diǎn)的集合中去除)在當(dāng)前切片之前的選定點(diǎn)并且該過程從當(dāng)前切片重新開始。 在這一過程中，如果在當(dāng)前切片中無骨骼點(diǎn)，則分析下一切片。處理每個(gè)圖像切片直到達(dá)到預(yù)定的高度(例如，不高于分離水平(或硬腭)的高度)。在一個(gè)方向上處理了所有的切片之后，則反轉(zhuǎn)并沿相反的方向執(zhí)行該過程。在逆向方向上探測(cè)或確定的骨骼點(diǎn)都被添加到選種點(diǎn)的集合中。針對(duì)這一向下或反轉(zhuǎn)的過程的選定點(diǎn)的數(shù)量也限于預(yù)定的量(例如， 20)。選種點(diǎn)(S卩，骨骼點(diǎn))的總數(shù)量是有限的(例如，40)并形成有序的集合。為了幫助實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算，在區(qū)域生長(zhǎng)處理中遵循操作的次序(例如，最后的點(diǎn)最先處理)。一旦完成了選種，則采用區(qū)域生長(zhǎng)分割處理或算法(步驟110)。分割過程確定當(dāng)前點(diǎn)是否是頌骨上的點(diǎn)。如果被評(píng)估的點(diǎn)(即，當(dāng)前點(diǎn))滿足特定條件，則該點(diǎn)被歸類為要被包含在分割體積中的一個(gè)(點(diǎn))。在這種歸類之后，分析同一切片上的相鄰點(diǎn)(例如，8個(gè)點(diǎn)(前、后、左、右、前左、 前右、后左、后右))和當(dāng)前點(diǎn)之上和之下的兩個(gè)點(diǎn)。所執(zhí)行的分析被稱為“區(qū)域生長(zhǎng)過程”。 在這一 10個(gè)點(diǎn)的集合之內(nèi)的滿足特定條件的點(diǎn)被歸類為選種點(diǎn)。這些條件包括修改的強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)偏差和解剖位置。針對(duì)全部選種點(diǎn)來重復(fù)對(duì)相鄰點(diǎn)的分析。隨著發(fā)生對(duì)分割體積(即，表示分離水平或硬腭以下的體積的數(shù)據(jù))中的點(diǎn)進(jìn)行歸類的過程，選種點(diǎn)的集合動(dòng)態(tài)變化。換言之，由于已經(jīng)被歸類為分割體積中的點(diǎn)不再置于選種點(diǎn)的集合中，所述集合中的點(diǎn)在該過程的每次循環(huán)期間變化。根據(jù)以上描述顯而易見的是，生長(zhǎng)選種點(diǎn)的過程是后進(jìn)、先出的過程。同樣地，它是具有多個(gè)線程的、適合具有孔和間隙的區(qū)域的局部嵌套過程。該選種過程有助于確保評(píng)估或判別了所有獨(dú)立的部分或有孔的骨骼部分，并將其適當(dāng)?shù)貧w類為骨骼或硬組織。多線程選種和區(qū)域生長(zhǎng)過程的結(jié)果或輸出是二值圖像的集合。在一個(gè)實(shí)施例中， 每幅圖像中的“1”指示頌上的體素，而圖像中的“0”指示頌之外(外部)的體素。正如下文更為詳細(xì)的描述，二值圖像數(shù)據(jù)被進(jìn)一步處理并最終用于產(chǎn)生全景圖像。然而，并作為備選，代替或者除了全景圖像，二值圖像還能夠被用于呈現(xiàn)從軟組織分離的頌的三維圖像(步驟112)。一旦產(chǎn)生了二值圖像，將該二值圖像數(shù)據(jù)分離成切片，(圖7的步驟120)。這一過程包括將在三維上分割的二值圖像數(shù)據(jù)放置到二值、二維圖像切片的堆棧中。執(zhí)行這一過程有助于加速在某些下游步驟中執(zhí)行的計(jì)算。在將二值圖像數(shù)據(jù)分離成切片之后，執(zhí)行外牙弓探測(cè)過程(步驟124)。具體而言， 探測(cè)或確定在分割體積的、二值數(shù)據(jù)中的外牙弓的位置。外牙弓探測(cè)是通過在來自頌弓的外部的二維切片中定位頌的包絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)外牙弓邊界識(shí)別采用兩種距離度量。一種度量是從圖像的最左側(cè)邊緣到最接近的水平頌骨的左側(cè)距離，而另一種度量是從圖像的最右側(cè)邊緣到最接近的水平頌骨的右側(cè)距離。針對(duì)左半頌弓和右半頌弓執(zhí)行兩個(gè)并行和組合的流程。對(duì)于左半頌弓，具有局部最小距離的點(diǎn)和具有比先前緊鄰的那些點(diǎn)更小的左側(cè)距離的點(diǎn)被認(rèn)為是邊界點(diǎn)。對(duì)右半頌應(yīng)用相似的過程。這些邊界點(diǎn)的集體或集合(即，來自左半頌和右半頌的點(diǎn))構(gòu)成頌弓的外側(cè)邊界。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)頌弓的更好的估計(jì)，執(zhí)行對(duì)邊界點(diǎn)的集合的基于曲率的插值。更多的點(diǎn)被插補(bǔ)到具有高或相對(duì)高曲率的區(qū)域中。所探測(cè)的外側(cè)邊界點(diǎn)按照其涉及左側(cè)水平段距圖像的中心的相應(yīng)的徑向角度從小到大排序。除了確定外牙弓的位置之外，還確定內(nèi)牙弓的位置(步驟128)。在一個(gè)實(shí)施例中， 通過確定來自頌弓的內(nèi)部的每個(gè)二維切片中的內(nèi)頌弓的擬合曲線來探測(cè)內(nèi)牙弓邊界。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)內(nèi)牙弓邊界識(shí)別采用兩種距離度量。一種度量是從圖像的中間垂直線到最接近的水平頌骨的左側(cè)距離，而另一種度量是從圖像的中間垂直線到最接近的水平頌骨的右側(cè)距離。針對(duì)左半頌弓和右半頌弓執(zhí)行兩個(gè)并行和組合的流程。對(duì)于左半頌弓，具有局部最小距離的點(diǎn)和具有比先前緊鄰的那些點(diǎn)更小的左側(cè)距離的點(diǎn)被認(rèn)為是邊界點(diǎn)(稱為“內(nèi)牙弓邊界點(diǎn)規(guī)則”)。對(duì)右半頌弓執(zhí)行相似的過程(或應(yīng)用邊界點(diǎn)規(guī)則)。然而，只有當(dāng)頌在頌的非?？壳暗膮^(qū)域處具有一個(gè)凹形形狀時(shí)，內(nèi)牙弓邊界規(guī)則才有效。如果前頌的內(nèi)部形狀包括兩個(gè)凹形，則收集針對(duì)每個(gè)這樣的凹形的內(nèi)側(cè)邊界點(diǎn)。通過檢查該線(或曲線)的中間區(qū)域中的體素的位置和強(qiáng)度來完成確定是否存在一個(gè)或兩個(gè)凹形。邊界點(diǎn)以上的集體構(gòu)成了頌弓的內(nèi)側(cè)邊界。正如對(duì)外側(cè)牙弓的處理，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)側(cè)頌弓的更好的估計(jì)，執(zhí)行對(duì)邊界點(diǎn)的集合的基于曲率的插值。更多的點(diǎn)被插補(bǔ)到具有高或相對(duì)高曲率的區(qū)域中。所探測(cè)的外側(cè)邊界點(diǎn)按照其涉及左側(cè)水平段距圖像的中心的相應(yīng)的徑向角度從小到大排序。如圖7中的步驟132所示，處理頌弓的內(nèi)側(cè)邊界和外側(cè)邊界(或者內(nèi)側(cè)和外側(cè)牙弓)以便針對(duì)每個(gè)切片產(chǎn)生外側(cè)曲線、內(nèi)側(cè)曲線和中央曲線。使內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊界在由邊界本身形成的三維殼體中平滑。該過程有助于消除全景圖像中(其是最終產(chǎn)生的)場(chǎng)景的不連續(xù)偽影。邊界平滑在三維而非二維中執(zhí)行。針對(duì)曲線處理采用三維、空間、低通均值濾波器，以獲得內(nèi)側(cè)邊界和外側(cè)邊界兩者的新的點(diǎn)。在對(duì)內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊界的平滑之后，通過對(duì)具有相對(duì)于左側(cè)水平段距圖像的中心的相同角度的內(nèi)側(cè)邊界點(diǎn)和外側(cè)邊界點(diǎn)進(jìn)行平均，來獲得頌弓的中央曲線(通常稱為頌弓的位置)。來自內(nèi)側(cè)邊界和外側(cè)邊界的成對(duì)的點(diǎn)中的點(diǎn)按照一對(duì)一比率進(jìn)行布置。該平滑過程還可以被稱為或表征為曲線擬合過程，由于該目的是使得內(nèi)和外層足夠平滑，以使其看起來像真實(shí)對(duì)象的自然表面，即使該曲線是基于探測(cè)到的外側(cè)和內(nèi)側(cè)曲線人工形成的。如圖8中的步驟136所示，當(dāng)已經(jīng)探測(cè)到外側(cè)和內(nèi)側(cè)牙弓并且執(zhí)行了邊界平滑，則執(zhí)行主牙弓探測(cè)過程。主牙弓探測(cè)過程的一個(gè)目的是在具有固體形狀外觀的軸向切片上找到牙弓(中央曲線)。優(yōu)選地，所選取的牙弓比圖像數(shù)據(jù)切片中的其他軸向牙弓更類似于固體形狀。通過觀察和經(jīng)驗(yàn)調(diào)查，可以確定的是，包含預(yù)定解剖特征的切片是根據(jù)其確定主牙弓的切片。具體而言，已經(jīng)確定的是，包含牙骨質(zhì)牙釉質(zhì)界(“CEJ”)曲線前部的切片是從中選擇主牙弓的最佳的切片。主牙弓大致是該切片中最長(zhǎng)的曲線，并且一般而言，其具有表示頌的典型形狀的相對(duì)固態(tài)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊界。通過分析前牙的局部最大突出，完成從所選取的切片確定主牙弓的垂直水平。為了找到局部最大前突出，執(zhí)行對(duì)前牙數(shù)據(jù)的循環(huán)搜索，以找到具有最高或最大水平的垂直水平。如果使用這一流程不能找到主牙弓(即，最大突出)的垂直水平，則執(zhí)行分離切片與包含頌的底部的底部切片之間的“黃金”分割(即，基于黃金算法)，以獲得主牙弓水平。經(jīng)驗(yàn)性測(cè)試已表明，對(duì)多于500個(gè)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)庫(kù)而言黃金分割效果良好。在探測(cè)之后，通過重新布置主牙弓上的點(diǎn)(步驟140)來處理主牙弓，從而能夠?qū)⑵溆糜诘乳g距投影(步驟144)。該投影從主牙弓橫跨的表面到所有中央曲線(即，每個(gè)切片中的中央曲線)。在進(jìn)行投影之前，在步驟140中，處理主牙弓的兩個(gè)尾部，以使得它們朝向主牙弓的左側(cè)和右側(cè)邊界定位(或與之對(duì)齊)。還延長(zhǎng)兩個(gè)尾部直到它們觸及圖像邊界。該延長(zhǎng)有助于確保包括(在最終圖像中)所有其他曲線尾部(由主牙弓界定的)的完整解剖結(jié)構(gòu)， 因?yàn)檠例X區(qū)域中曲線可能比未延長(zhǎng)的主牙弓更長(zhǎng)。對(duì)主牙弓上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)以計(jì)算主牙弓的長(zhǎng)度。然后生成新的均勻間隔的點(diǎn)并取代主牙弓的之前存在的點(diǎn)。針對(duì)主牙弓的新生成的點(diǎn)的數(shù)量等于要產(chǎn)生的全景圖像的長(zhǎng)度。所有相鄰點(diǎn)之間的距離為一個(gè)體素寬度。一旦調(diào)整了主牙弓的尾部，則進(jìn)行來自主牙弓的正交投影(步驟144)。對(duì)每條中央曲線進(jìn)行一次投影，并記錄或存儲(chǔ)所投影的線與中央曲線的交匯點(diǎn)。如果投影沒有與中央曲線上的點(diǎn)相交，則采用中央曲線上的左側(cè)最接近的點(diǎn)和右側(cè)最接近的點(diǎn)來創(chuàng)建中央曲線上的點(diǎn)。在創(chuàng)建中央曲線上的新的點(diǎn)時(shí)，左側(cè)最接近的點(diǎn)到投影的相對(duì)距離和右側(cè)最接近的點(diǎn)到投影的相對(duì)距離被加權(quán)。因此，交匯點(diǎn)的數(shù)量與主牙弓中點(diǎn)的數(shù)量相同。如上所述，該數(shù)量是待重建的全景圖像的長(zhǎng)度。切片的數(shù)量是待重建的全景圖像的寬度。使用通過投影生成的新的點(diǎn)，重新布置或者重新組織中央曲線(步驟148)。內(nèi)側(cè)和外側(cè)牙弓、中央曲線和主牙弓全部都用于創(chuàng)建全景圖像(步驟15幻。能夠根據(jù)用戶的判定來產(chǎn)生兩種類型的全景圖像(例如，基于指示對(duì)系統(tǒng)10的期望的用戶輸入，來生成一種類型的圖像與另一種或兩種)。默認(rèn)的一種(稱為“攝影圖片”)與常規(guī)的全景圖像相似。 另一種稱為最大強(qiáng)度投影(“MIP”)全景圖像。生成攝影圖片包括在中央曲線的每個(gè)點(diǎn)處找到局部法向矢量。法向矢量的方向是從中央曲線的內(nèi)側(cè)到中央曲線的外側(cè)。沿法向矢量從內(nèi)側(cè)到外側(cè)執(zhí)行射線總和來生成默認(rèn)的全景圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，默認(rèn)的路徑是14mm長(zhǎng)，并以中央曲線上的點(diǎn)為中心?；诮?jīng)驗(yàn)性證據(jù)，該14mm的厚是頌弓的典型厚度。然而，如果用戶希望，可以改變?cè)摵穸?。?duì)于MIP全景圖像，沿著針對(duì)射線總和指定的相同路徑，為全景圖像的強(qiáng)度采取最大強(qiáng)度。對(duì)于中央曲線上的每個(gè)點(diǎn)，識(shí)別一個(gè)像素并且每條中央曲線表示全景圖像上的一條水平線。這些切片形成整幅全景圖像。然而，對(duì)于分離水平以上的所有切片，采用分離切片上的中央曲線。分離水平以上的頌解剖結(jié)構(gòu)嵌套有溝凹和其他組織。分割或包括這樣的骨骼信息將產(chǎn)生視覺偽影并隱藏竇底和顎骨節(jié)的可視化。排除該骨骼信息增加了竇底和顎骨節(jié)的清晰度并產(chǎn)生類似于或優(yōu)于常規(guī)攝影圖片的全景圖像。由于分離水平(以及分離切片)接近牙齒頂端，牙齒頂端和竇底區(qū)域是明顯的并且被連續(xù)自然延長(zhǎng)。同樣的，由于分離切片遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的病灶(focal)槽，分離切片以下頌的局部骨骼信息的復(fù)合運(yùn)用使得整個(gè)頌比傳統(tǒng)全景圖像和常規(guī)攝影圖片更為明顯。因此，除此之外，本發(fā)明提供了一種生成改進(jìn)的全景圖像的X射線成像系統(tǒng)。在權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的各種特征和優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種生成全景X射線圖像的方法，所述方法包括利用X射線探測(cè)器獲得具有第一多個(gè)切片的體積X射線圖像數(shù)據(jù)； 利用計(jì)算機(jī)將所述X射線圖像數(shù)據(jù)分割成垂直閾值以上的第一部分和所述垂直閾值以下的第二部分；利用所述計(jì)算機(jī)將所述第二部分分離成第二多個(gè)切片； 利用所述計(jì)算機(jī)針對(duì)所述第二多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線； 利用所述計(jì)算機(jī)針對(duì)所述第二多個(gè)切片生成主牙弓；以及利用所述計(jì)算機(jī)基于所述主牙弓生成全景圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，分割所述X射線圖像數(shù)據(jù)包括從表示組織的圖像數(shù)據(jù)中分離表示骨骼的圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括執(zhí)行選種過程，包括涉及在每個(gè)切片的上方部分之上應(yīng)用二維格網(wǎng)的多線程選種技術(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對(duì)所述多個(gè)切片生成主牙弓包括從所述第二多個(gè)切片中確定包括預(yù)定解剖特征的切片并確定所述切片中最長(zhǎng)的曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對(duì)所述第二多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線包括生成外側(cè)曲線、內(nèi)側(cè)曲線和中央曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括從所述主牙弓進(jìn)行多次投影。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括；從所述體積X射線圖像數(shù)據(jù)中選擇矢狀切片；以及反復(fù)檢查所述矢狀切片中的體素值。
8.一種全景X射線系統(tǒng)，包括 機(jī)架；X射線源，其被安裝在所述機(jī)架上；X射線探測(cè)器，其被安裝在所述機(jī)架上的所述X射線源的對(duì)側(cè)；以及計(jì)算機(jī)，其從所述X射線探測(cè)器接收體積圖像數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下操作 將所述圖像數(shù)據(jù)分割成垂直閾值以上的第一部分和所述垂直閾值以下的第二部分；將所述第二部分的數(shù)據(jù)分離成多個(gè)切片； 針對(duì)所述多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線； 針對(duì)所述多個(gè)切片生成主牙弓；以及基于所述主牙弓生成全景圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，分割所述圖像數(shù)據(jù)包括從表示組織的圖像數(shù)據(jù)中分離表示骨骼的圖像數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行選種過程，包括涉及在每個(gè)切片的上方部分之上應(yīng)用二維格網(wǎng)的多線程選種技術(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，針對(duì)所述多個(gè)切片生成主牙弓包括從所述多個(gè)切片中確定包括預(yù)定解剖特征的切片并確定所述切片中最長(zhǎng)的曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，針對(duì)每個(gè)切片生成多條曲線包括生成外側(cè)曲線、內(nèi)側(cè)曲線和中央曲線。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)從所述主牙弓生成多個(gè)投影。
14.一種生成頌圖像數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括利用X射線探測(cè)器獲得包括多個(gè)切片的體積X射線圖像數(shù)據(jù)，每個(gè)切片具有多個(gè)體素利用計(jì)算機(jī)從所述體積圖像數(shù)據(jù)中選擇矢狀切片；以及利用所述計(jì)算機(jī)反復(fù)檢查所述矢狀切片中的體素值； 利用所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述多個(gè)切片中的每個(gè)切片進(jìn)行選種； 利用所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行區(qū)域生長(zhǎng)；利用所述計(jì)算機(jī)基于所述區(qū)域生長(zhǎng)生成圖像的集合；以及基于所述圖像的集合生成三維圖像。
全文摘要
一種方法和系統(tǒng)，用于通過獲得具有第一多個(gè)切片的體積X射線圖像數(shù)據(jù)，將所述X射線圖像數(shù)據(jù)分割為垂直閾值以上的第一部分和垂直閾值以下的第二部分，并將第二部分分離成第二多個(gè)切片，以生成全景X射線圖像。此外，所述方法和系統(tǒng)包括針對(duì)第二多個(gè)切片中的每個(gè)切片生成多條曲線，針對(duì)第二多個(gè)切片生成主牙弓，并基于該主牙弓生成全景圖像。
文檔編號(hào)A61B6/14GK102573644SQ201080033805
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者A·辛格, E·馬蘭多拉, H·史, S·克里昂-阿里庫(kù)爾, U·蒙德里 申請(qǐng)人:牙科成像技術(shù)公司