無軌跡板曲面斷層攝影

摘 要：我公司研制生產的高頻全景X射線機將基于ARM體系的高性能嵌入式技術與曲面斷層X射線機相結合，采用無軌跡板的曲面斷層攝影方式，根據不同人種的頜面骨骼差異在同一臺機器上設置了多種攝影軌跡，從而提高了全景X光機的運行速度、控制精度和設備的智能程度，使各項攝影指標達到臨床的需要。

關鍵詞：全景；X射線機；曲面斷層攝影；軌跡

1 引言

近幾十年來，牙齒疾病的診斷和治療已經得到越來越多的關注。調查顯示，目前國內牙齒疾病的發病率占我國總人口的74%；牙科曲面斷層全景x射線機是專門為診斷口腔疾病而配備的先進醫學影像設備[1]。

與一般的x線機不同，全景X射線機是根據口腔頜面部的解剖特點，利用曲面斷層攝影技術、體層攝影和夾縫攝影原理進行截面掃描，可以將呈曲面分布的頜部展開排列在平面X線片上[2]。它在拍攝時，管球與成像裝置相對運動，人體不動，能將口腔中的所有牙齒、上下頜骨、下頜開支、髁狀突、顴骨支清晰地拍攝出來，可顯示整個口腔的結構，易于發現病變（囊腫、骨折等），臨床主要應用于上、下頜骨腫瘤、上下頜骨骨折的臨床診斷、畸形牙正畸前的定位準備、牙體種植等[3]，是口腔臨床醫學用于口腔疾病診斷的必備儀器。

2 曲面斷層攝影的最初實現

曲面斷層又叫全頜體層攝影，系芬蘭學者Paatero于1949年所提出[4]。全頜體層攝影，是在一般平面體層攝影的基礎上發展起來的。平面體層攝影是以身體某一平面為軸心，X線管焦點和成像膠片平面做協調性的相反方向運動，在運動過程中攝影。攝影結果僅能清楚顯示該層結構的平面影像。人的頜骨為一彎曲結構，類似鐘形，牙齒在鐘形軌跡上半部排列著，觀片時要求各個相鄰牙齒相互不重疊，因此在攝影曝光過程中，X線的中心線束呈多軸軌跡運動，保證X線中心線束與相鄰牙齒間的縫隙相垂直。故全景斷層攝影必須以符合頜骨弧形結構的彎曲弧面為軸心，才能將頜骨在一次攝影過程中，完全投照到一張X線片上[5]。

3 無軌跡板曲面攝影

傳統的全景攝影技術利用弧形軌跡板實現曲面斷層攝影，軌跡單一，不利于更改，同時易于磨損。

本文提出我公司生產的YQ-I型高頻全景X射線機應用的一種無軌跡板曲面攝影方法，將基于ARM體系的高性能嵌入式技術與曲面斷層X射線機相結合，利用程序控制步進電機的行進，實現軸無軌跡掃描，運動軌跡完全由程序控制，步進電機驅動機械運動。該技術可依據亞洲人群或歐洲人群的頜骨結構特征設計出不同的掃描軌跡，并在同一臺機器上實現，從而提高了全景X光機的運行速度、控制精度和設備的智能程度，使各項攝影指標達到臨床的需要。

YQ-I型高頻全景X射線機結構是將X線管和膠片架分別吊裝在一個旋轉臂的兩端，由電機驅動臂旋轉，同時旋轉臂的中心軸在Y方向由另一電機驅動做直線運動，整機的主要構成包括：RAM控制系統、臂旋轉驅動電機、Y向驅動電機、片盒驅動電機、控制器（人機交互）、X射線發生器等。

4 無軌跡板曲面攝影的算法與實現

4.1 無軌跡運動方式

全景X射線機的運動軌跡如圖1所示：

4.2 曲面斷層掃描成像原理定量研算

牙模型到成像點的距離可以根據放大率的要求來計算。以我公司生產的YQ-I型高頻全景X射線機亞洲人種的攝影模式為例，如圖2所示：

焦點到片子的距離是555mm。

焦點到被照物體的距離是435mm。

全景片的放大倍數（MFpan）計算如下：

MFpan=555/435大約等于1.275，即28%的放大率。

我們將旋轉臂和片盒的運動進行分解，用圖2所示的數學表達方式進行計算。

P：物像放大率。

根據圖2中所示的數學關系，再結合步進電機所服務羅盤的位移/轉角的對應比，可以計算得出不同電機的角速度之比，進而選擇合適的步進電機的型號。之后，我們通過軟件模擬和實際試驗可以確定該模式下機器的所有運動參數，實現全景攝影。

我們知道歐洲人種的后牙床相對開闊，我們可以用同樣的方法，將成像點的運動軌跡模擬出來，利用同一機械結構，通過軟件改變旋轉運動的角速度和旋轉中心點沿Y軸方向的運動速度，模擬出相應的的牙科軌跡。當然，利用同一機械結構，成像點和X射線源之間的距離一定，模型到X射線源的距離稍有不同，和亞洲人種的牙科軌跡對比來說，影像的放大率就改變了，但這并不影響臨床上的應用，是可行的。

5 實驗結果與分析

我公司生產的YQ-I型高頻全景X射線機采用無軌跡板進行曲面斷層攝影，按照不同人種的骨骼結構特征設置不同攝影模式，進行不同曲面斷層軌跡攝影，只要能提供牙型軌跡，我們都能通過程序控制使機器產生一種模式適應此種軌跡，解決了人體骨骼存在差異而機器軌跡單一所造成的成像不夠清晰的問題，在國內全景斷層技術領域處于領先地位。

參考文獻

[1]孫克涵.數字x線攝影系統.醫療衛生裝備.2000（2）：21-22.

[2]劉榮慶.YQ-I型口腔高頻全景X射線機使用安裝維修說明書.

[3]劉榮慶.高頻全景曲面斷層X射線機.中國技術專家網.CG2006014

836.

[4]http：//www.yxyxjs.com.

[5]戴小榮.嵌入式數字X線診斷儀應用軟件的設計.浙江大學碩士論文.2005.