駱毅斌，王浩文，詹欣智，戴譚信，齊宏亮

（廣州華端科技有限公司，廣東 廣州 510530）

1 背景

齲病、牙周病等口腔疾病成為影響我國居民健康的常見病、多發(fā)病。根據(jù)第四次全國口腔健康流行病學調(diào)查，近年來，我國年輕恒牙齲病和乳牙患病人數(shù)明顯增多，中老年人的口腔健康水平明顯下降。

計算機斷層成像（computed tomography,CT）在醫(yī)療檢查領(lǐng)域中具有重要的作用，其中，專門用于口腔醫(yī)學的CT稱為口腔CT?？谇籆T可以對口腔組織進行三維立體掃描，相比口腔X光片，具有沒有掃描死角、發(fā)現(xiàn)X光片難以發(fā)現(xiàn)的更加細微的異常組織的優(yōu)點。因其有助于明確診斷、制定治療計劃，口腔CT在口腔科室得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有口腔CT設(shè)備存在一定的問題，比如，口腔CT硬件成本高，檢測費用昂貴，不同品牌的口腔CT圖像清晰度差別較大。有研究表明，掃描的時間、X射線球管焦點的大小、探測器信號灰階以及重建體素大小等因素，均會影響最終的口腔CT成像效果。

為減少口腔CT因上述因素受到局限，研制了一款新型口腔頜面錐形束計算機體層攝影設(shè)備（簡稱口腔CT），該設(shè)備輻射劑量低，掃描時間短，重建速度快，成像尺寸大，成像質(zhì)量高，較好地滿足了臨床需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

圖1 口腔頜面錐形束計算機體層攝影設(shè)備

對患者進行口腔CT掃描時，首先，要對掃描部位利用頜托配合咬合裝置進行固定。然后，做激光定位，確保掃描部位在容積成像范圍內(nèi)，高壓發(fā)生器為X射線源提供管電壓和管電流，X射線源產(chǎn)生脈沖X射線，立柱吊架U形臂旋轉(zhuǎn)運動時，能夠?qū)射線以不同的角度穿透患者，平板探測器同步接收經(jīng)過掃描組織而衰減后的不同角度下的X射線信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后傳入計算機工作站，再通過圖像重建算法處理數(shù)據(jù)，獲取CT圖像。圖像經(jīng)過一系列的去噪、濾波、幾何校準、重建等算法處理后，最終傳送給口腔醫(yī)生進行診斷?？谇活M面錐形束計算機體層攝影設(shè)備圖如圖1。

2.1 同步曝光控制系統(tǒng)

同步曝光控制系統(tǒng)主要由U型臂、組合式醫(yī)用高壓發(fā)生器、X射線球管、平板探測器、主控板、升降立柱、束光器、探測器偏移裝置等組成。

高壓發(fā)生器是為X射線源提供管電壓、管電流的部件。隨著逆變技術(shù)的發(fā)展，高壓發(fā)生器的體積越來越小，這使得口腔CT設(shè)備體積更加小巧，也在一定程度上降低了機械設(shè)計的難度。該高壓發(fā)生器采用脈寬調(diào)制的逆變方式，可輸出50～90kV的管電壓和1-10mA的管電流。X射線管采用杭州凱龍醫(yī)療器械有限公司的KL29型X射線管，該X射線管為0.5mm焦點，可使用最大管電壓為100kV。X射線球管前端配有自主研發(fā)的DenC-01型束光器，射野調(diào)節(jié)范圍130mm×130mm。為實現(xiàn)射線設(shè)備的智能化、小型化和便攜，高壓發(fā)生器和射線球管組合在一起，安裝在U型臂的旋轉(zhuǎn)機架內(nèi)部。

平板探測器是X射線成像系統(tǒng)中的一個重要組成部件，在三維掃描過程中，穿過掃描組織后的X射線能量信號經(jīng)探測器被轉(zhuǎn)換成電信號，因此，探測器性能對CT成像質(zhì)量有著極大的影響，要根據(jù)臨床需求選擇合適的探測器。探測器主要分為平板型和非平板型兩種，平板探測器根據(jù)材料不同又分為兩種：一種是非晶硒探測器，屬于直接能量轉(zhuǎn)換方式；另一種是非晶硅平板探測器，屬于間接能量轉(zhuǎn)換方式。非晶硅探測器將投照的射線由碘化銫等閃爍晶體轉(zhuǎn)化成可見光，使用薄膜晶體管或者互補型金屬氧化物半導體將可見光轉(zhuǎn)換為電信號。該口腔CT設(shè)備采用Varian公司的PaxScan非晶硅探測器，該非晶硅探測器具有較大的放射硬度（＞1MRad），廣泛的能量輸入范圍，優(yōu)越的信噪比和低劑量性能，可以避免外部光子造成的干擾信號以及基底中的單個光量子事件，具備成熟的3D軟組織成像能力，適合中型尺寸牙科應(yīng)用。

X射線源焦點到探測器的距離固定不變。普通模式下，探測器主體位于探測器裝置中心位置，X射線投照在探測器外殼表面的射野范圍如圖2中區(qū)域ABCD矩形框所示；大FOV模式下，采用自主研發(fā)的探測器偏置裝置將探測器偏置到探測器裝置一側(cè)，X射線投照在探測器外殼表面的射野范圍如圖2中區(qū)域A’B’C’D’矩形框所示。

圖2 X射線投照在探測器外殼表面的射野范圍

2.2 計算機工作站

計算機工作站，或叫圖像采集工作站，包含計算機主機、顯示器、鼠標、鍵盤和系統(tǒng)設(shè)備配套的SpriteV軟件。SpriteV軟件的界面和操作均在顯示器上進行，通過鼠標和鍵盤完成人機交互。SpriteV軟件的功能模塊包括：患者信息管理、曝光控制和采集、圖像重建和處理、診斷報告、打印、刻錄以及DICOM圖像傳輸。

圖像算法上實現(xiàn)了實時的投影采集處理、快速3D重建、精確的機械（幾何）參數(shù)校正、散射校正、重建后去噪和偽影去除、金屬偽影去除與環(huán)形偽影快速去除。根據(jù)重建參數(shù)的變化，重建時間10～36s；具有快速掃描方式和脈沖掃描方式，實際出束時間8～15s；采用低劑量重建算法及脈沖掃描方式，有效降低曝光劑量的同時獲得優(yōu)質(zhì)圖像質(zhì)量，CT圖像空間分辨率可以達到1.5lp/mm到2.0lp/mm。相比同類產(chǎn)品，該設(shè)備的另一大優(yōu)勢是“低成本大尺寸成像”：采用小尺寸平板探測器成像，大幅度降低成本，利用探測器偏置技術(shù)和自主研發(fā)的圖像重建算法，CT圖像FOV面積與大尺寸未偏置探測器下的FOV面積相當。

3 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有口腔CT存在的不足，研發(fā)了一款新型口腔頜面錐形束計算機體層攝影設(shè)備，具有重建速度快、掃描時間短、輻射劑量低、成像質(zhì)量高的特點。使用探測器偏置技術(shù)和圖像重建算法，在降低成本的同時，增大CT圖像FOV面積。整個口腔頜面錐形束計算機體層攝影設(shè)備的軟硬件模塊獨立設(shè)計，包括機械設(shè)計、軟件設(shè)計、算法設(shè)計、控制電路設(shè)計等，可以實現(xiàn)用戶整機定制或模塊定制需求，為我國口腔CT設(shè)備成像技術(shù)的自主研發(fā)貢獻力量。