[发明专利]一种复合影像成像系统及其三维图像重建算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗器械设备，更具体地说，本发明涉及一种复合影像成像系统及其三维图像重建算法。

背景技术

代战争的残酷性、军事任务的特殊性、灾害救助的多发性，对伤病员快速救治提出了更高要求。当前，我军各级卫勤保障单位必须依托以新装备，提供快速、安全的救治。要使战时或非军事任务卫勤保障达到这样的能力，当务之急是要让新一代卫勤装备与实战保障需求“无缝链接”。近年来，我军卫勤装备系统数字化、信息化水平不断提高，野战方舱、医院船、列车医院等一批先进的卫勤装备相继问世，实现了野战机动医院与全军中心医院互联互通、远程会诊，对部队恢复、保持和提高战斗力起到了重要功效。

但是，作为卫勤装备中重要的检查工具——X射线诊断车，现有装备却无法满足对伤员的急救需求。特别是野战或救灾过程中，对于颅脑损伤的快速诊断和紧急救治，现有X射线诊断车只能提供二维透视图像，无法提供三维结构成像，不仅不利于准确诊断，而且也不利于治疗中病灶的三维空间准确定位。此外现有的XCY2002-1/200型野战X线诊断车中的X射线探测系统仍旧采用拍片模式，没有采用数字化探测器，严重降低了系统的工作效率。此种X线诊断车的供电系统仍旧采用380V电源，需依靠外接30kW电站挂车为其供电，在暴雨天气增加漏电危险，同时也不利于野外艰苦条件运输。

再者，在手术中，可能需要多种多样的可用仪器和假体来治疗患者。在一些应用中，紧急性可以是高的。例如，当治疗炸伤的军人时，伤情通常严重且需要尽快处理。此外，在军事和非军事应用中，执业医师均可能执行要求使用工具和/或替换假体的手术。这些执业者可能受限于空间、或者可以被带入现场的装备的数量及类型。

要跟上现代战争和灾害救助的快节奏，以及满足伤员救治的更高需求，我军需要具有更佳性能的医疗野战装备，其中可提供多模成像功能的X射线医学影像方舱将会极大提高卫勤保障的能力。

发明内容

针对以上情况，拟研制一种复合影像成像系统及其三维图像重建算法，该种复合影像成像系统及其三维图像重建算法不仅可提供传统的X射线透视图像和常规摄片，其还可以提供CT影像信息，可对全身任何部位进行快速的三维结构成像并能提供3D打印，其将替代对发送或贮存大量的手术仪器及定制的修复体的需求。这可以减少到手术场所的运送成本、以及减少创建手术的修复植入物或工具的时间。

本发明主要解决的是利用压缩感知理论克服欠采样导致重建效果不理想的不足，为低剂量CT成像提供了一种方法，从而尽可能地降低CT检查中患者所接受的辐射剂量。由于锥束CT的探测器通常为平板探测器，相较于二维CT，其探测器数量呈现几何倍数的增长，三维重建图像的数据量也相应增加，因而导致该算法中涉及相应观测矩阵的计算量激增，计算时间大大加长。利用不同投影角度，不同探测器条件下CT投影方式互不相关的特性，我们对涉及观测矩阵的运算进行并行处理，大大缩短了该迭代算法运算所需要的时间，同时解决了观测矩阵过大，难以存储的问题，降低了系统资源占有率。

本发明主要提供用于生产适合于手术程序的工具和/或假体的装置及过程。本发明提供一种具有三维(3D)打印能力的影像方舱，其将替代对发送或贮存大量的手术仪器及定制的修复体的需求。这可以减少到手术场所的运送成本、以及减少创建手术的修复植入物或工具的时间。方舱可以包含扫描仪、计算机、3D打印机及用于打印手术仪器或假体的原材料。因而本发明克服了当可以在现场快速打印医疗设备、仪器和假体时，对运送和/或在医疗设施处储存大量的医疗设备、仪器和假体的需求。本设备及方法将允许只需3D快运打印即可快速构建移动手术中心。

本发明的方法及设备将允许直接虚拟私人网络(VPN)图像共享，以使在现场的医生可以接收图像，并且与其他医师合作来协助他们获取适当的植入物/假体以及针对特定手术的疑难解决设计。因为多种困难的外伤情况通常表现在其自身处于具挑战性的位置中(如，在军事行动的战场或战区上)，所以这是非常有益的。本发明的设备及方法有助于对患者提供最高标准的护理。

本发明的设备及方法也可以访问储存与医疗设备、仪器和假体相关的信息的数据库。其也可以具有以扫描和打印方法在现场做出定制的植入物并且在需要时创建能够帮助患者的救生和治疗设备的能力。通过全部这些特性，本公开可以减少必要的手术装备的运送重量，减少救生医疗可植入设备的最后植入的时间，以及在数小时内创建手术室。原材料可以通过预包装的专有方式来供应和递送。