用于脑成像中的运动跟踪的设备和方法技术

公开了用于脑成像中的运动跟踪的设备和方法。所述方法包括：设置光投射器和第一相机，其中，设置光投射器和第一相机包括设置具有近端和远端的第一光纤，其中，第一光纤的近端光学耦接至光投射器，而第一光纤的远端定位在扫描仪孔内；使用光投射器将第一图案序列(S1)投射到对象的表面区域上，第一图案序列包括第一主图案(P1,1)；其中，通过第一光纤来投射第一图案序列；使用第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)；以及基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定运动跟踪参数。其中，对象被定位在医学扫描仪的扫描仪孔中。

Apparatus and method for motion tracking in brain imaging

An apparatus and method for motion tracking in brain imaging are disclosed. The method comprises the following steps: setting the light projector and the first camera, which set the light projector and the first camera includes a first optical fiber, having a proximal end and a distal end which is coupled to the proximal end of the optical fiber light projector first, and the first optical fiber end positioning in the scanner hole; the light projector will use the first pattern sequences (S1) onto the surface area of the object, the first pattern sequence includes a first main pattern (P1,1); among them, cast the first pattern sequence through the first optical fiber; the first pattern using the first camera to detect the projected sequence (S1 '); and based on the first pattern detection sequence (S1') to determine the parameters of motion tracking. Wherein, the object is positioned in the scanner hole of the medical scanner.

【技术实现步骤摘要】
用于脑成像中的运动跟踪的设备和方法本申请是国际申请日为2013年5月24日、国际申请号为PCT/EP2013/060747、国家申请号为201380039111.7、专利技术名称为“用于脑成像中的运动跟踪的设备和方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于医学成像如脑成像具体地磁共振成像(MRI)和/或正电子发射断层成像(PET)中的运动跟踪的方法和设备。本方法和设备可以用于正电子发射断层成像(PET)和组合的MRI/PET扫描仪中的运动跟踪。本方法和设备可以用于临床前MRI和PET扫描仪中的运动跟踪。
技术介绍
在过去的十年中，研发了用于脑成像中的运动跟踪的多种方法，但是扫描过程中的头部运动属于造成伪影并且显著降低图像质量的重要问题。已知的方法包括外部跟踪系统以及基于图像的运动跟踪和校正。许多外部跟踪系统使用附接至对象头部的标记。这潜在地引入了误差并且使为扫描准备对象的过程复杂化，因此降低了在临床实践中的可用性。相应地，为医学脑成像研发的基于图像的运动跟踪方法通常遭受不能同时获得足够高的时间和空间分辨率的影响。另外，现代医学扫描仪的高分辨率(对于MRI下至零点几毫米，以及对于PET下至几毫米)对运动跟踪系统设置了严格的要求。
技术实现思路
因此，需要改进的对对象的运动跟踪，以提高医学扫描仪具体地磁共振(MR)和/或PET扫描仪的扫描图像的运动校正。另外，需要简化扫描过程例如减少对象的预处理的运动跟踪系统。因此，提供了用于在成像中具体地在医学成像或医学脑成像中对对象进行运动跟踪的方法，该方法包括：设置光投射器和第一相机，以及使用光投射器将第一图案序列(S1)投射到对象的表面区域上，第一图案序列包括第一主图案(P1,1)和可选的第一次级图案(P1,2)。对象可以被定位在扫描仪的扫描区域中，如在医学扫描仪的扫描仪孔中。该方法包括使用第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)。可选地，该方法包括基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定包括第二主图案(P2,1)的第二图案序列(S2)，使用光投射器将第二图案序列(S2)投射到对象的表面区域上以及使用第一相机来检测所投射的第二图案序列(S2’)。该方法可以包括基于所检测的第一图案序列(S1’)和/或第二图案序列(S2’)来确定运动跟踪参数。另外，提供了用于在成像中具体地在医学成像或医学脑成像中对对象进行运动跟踪的设备，该设备包括：控制单元；光投射器，该光投射器包括光源和光调制器；以及第一相机。该设备被配置用于：使用光投射器将第一图案序列(S1)投射到对象的表面区域上，其中对象可选地被定位在扫描仪的扫描区域中，如在医学扫描仪的扫描仪孔中，第一图案序列包括第一主图案(P1,1)和可选的第一次级图案(P1,2)，以及使用第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)。另外，该设备可以被配置用于基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定包括第二主图案(P2,1)的第二图案序列(S2)，使用光投射器将第二图案序列(S2)投射到对象的表面区域上并且使用第一相机来检测所投射的第二图案序列(S2’)。该设备可以被配置用于基于所检测的第一图案序列(S1’)和/或第二图案序列(S2’)来确定运动跟踪参数。此外，提供了一种用于在医学脑成像中对对象进行运动跟踪的方法，其中，所述对象被定位在医学扫描仪的扫描仪孔中，所述方法包括：设置光投射器和第一相机，其中，设置所述光投射器和所述第一相机包括设置具有近端和远端的第一光纤，其中，所述第一光纤的近端光学耦接至所述光投射器，而所述第一光纤的远端定位在所述扫描仪孔内；使用所述光投射器将第一图案序列(S1)投射到所述对象的表面区域上，所述第一图案序列包括第一主图案(P1,1)；其中，通过所述第一光纤来投射所述第一图案序列；使用所述第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)；以及基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定运动跟踪参数。再有，提供了一种用于在医学脑成像中对对象进行运动跟踪的设备，所述设备包括：控制单元；光投射器，所述光投射器包括光源和光调制器；第一相机。其中，所述设备被配置成：使用所述光投射器将第一图案序列(S1)投射到所述对象的表面区域上，其中，所述对象被定位在医学扫描仪的扫描仪孔中，所述第一图案序列包括第一主图案(P1,1)；使用所述第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)；以及基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定运动跟踪参数；其中，所述设备包括第一光纤，所述第一光纤具有光学耦接至所述光投射器的近端，以用于经由所述第一光纤将来自所述光投射器的至少一个图案投射到所述对象的表面区域上。本专利技术的方法和设备的优点是实现了亚毫米范围内的运动跟踪。本专利技术的方法和设备的重要优点是提供了无标记运动校正，降低了对于待扫描的对象的准备的需求。本专利技术的方法和设备使得能够提高脑成像的图像质量和/或可以降低对设备的存储器需求。由于图案序列及其图案的自适应确定，本专利技术使得能够提高跟踪速度和/或提高运动跟踪参数的精度。因此，可以优化所投射的图案的属性，例如以便专注于对于运动跟踪参数的相关子区域。由于能够调整序列的图案使得将眼睛区域排除在照射以外或针对期望的图案子区域来照射眼睛区域，所以本专利技术提供提高的患者安全性。另外，第二图案的自适应确定使得能够将图案优化到用于运动跟踪的特别关注的子区域。例如，具有大曲率的表面子区域是期望的以便获得所有方向和角度的运动信息。附图说明通过参照附图对本专利技术的示例性实施例进行的以下详细描述，本专利技术的上述及其他特征和优点对本领域技术人员来说变得明显，在附图中：图1示意性地示出了根据本专利技术的示例性设备，图2示意性地示出了光纤的远端在医学扫描仪中的示例性定位，图3示出了根据本专利技术的示例性方法，图4示出了第一图案序列的示例性图案，图5示出了第二图案序列的示例性图案，图6示出了图案的示例性子区域，图7示出了图案的示例性子区域，图8示出了图案的示例性子区域，图9示出了图案的示例性子区域，图10示出了图案的示例性子区域，图11示意性地示出了控制单元，图12A至图12D示出了在对象上的示例性投射图案，图13示出了根据本专利技术的示例性方法，图14示意性地示出了光纤的远端在医学扫描仪中的示例性定位，图15示意性地示出了光纤的远端在医学扫描仪中的示例性定位，图16至图18示出了图案序列的示例性图案，以及图19至图20分别示出了期望的所检测的图案和从其得到的所投射的图案。具体实施方式为了清楚起见，附图是示意性和简化的，并且它们仅示出了理解本专利技术所必需的细节，而略去了其他细节。贯穿全文，相同的附图标记用于相同或相应的部件。方法中所提供的和/或设备中所包括的光投射器包括光源。光源可以包括一个或更多个激光器或LED，一个或更多个激光器或LED包括被配置成发出第一波长λ1的光的第一激光器/LED和/或被配置成发出第二波长λ2的光的第二激光器/LED。光源可以包括被配置成发出第三波长λ3的光的第三激光器/LED。光源可以包括广谱光源如金属卤化物灯。在一个或更多个实施例中，光源可以包括发光二极管(LED)。光源可以包括用于形成具有期望的频谱/波长分布的光的滤光器。在一个或更多个实施例中，光源可以适于发出红外(IR)或近红外(NIR)范围内的光，例如波长在从70本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在医学脑成像中对对象进行运动跟踪的方法，其中，所述对象被定位在医学扫描仪的扫描仪孔中，所述方法包括：设置光投射器和第一相机，其中，设置所述光投射器和所述第一相机包括设置具有近端和远端的第一光纤，其中，所述第一光纤的近端光学耦接至所述光投射器，而所述第一光纤的远端定位在所述扫描仪孔内；使用所述光投射器将第一图案序列(S1)投射到所述对象的表面区域上，所述第一图案序列包括第一主图案(P1,1)；其中，通过所述第一光纤来投射所述第一图案序列；使用所述第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)；以及基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定运动跟踪参数。

【技术特征摘要】
2012.05.25 EP 12169670.2;2012.05.25 US 61/651,8271.一种用于在医学脑成像中对对象进行运动跟踪的方法，其中，所述对象被定位在医学扫描仪的扫描仪孔中，所述方法包括：设置光投射器和第一相机，其中，设置所述光投射器和所述第一相机包括设置具有近端和远端的第一光纤，其中，所述第一光纤的近端光学耦接至所述光投射器，而所述第一光纤的远端定位在所述扫描仪孔内；使用所述光投射器将第一图案序列(S1)投射到所述对象的表面区域上，所述第一图案序列包括第一主图案(P1,1)；其中，通过所述第一光纤来投射所述第一图案序列；使用所述第一相机来检测所投射的第一图案序列(S1’)；以及基于所检测的第一图案序列(S1’)来确定运动跟踪参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一图案序列(S1)包括第一次级图案(P1,2)，以及其中，将对所述第一图案序列的投射和对所投射的第一图案序列的检测重复至少10次。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一图案序列具有从1毫秒至约1秒的范围内的持续时间。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光投射器具有480×320像素或更高像素的分辨率。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光投射器包括包含有一个或更多个激光器的光源。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光投射器包括光调制器，其中，所述光调制器包括液晶显示器芯片或数字光处理芯片或硅基液晶芯片。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一主图案包括一个或更多个线段。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利纳·奥勒森，拉斯穆斯·拉森，拉斯穆斯·R·保尔森，莉泽洛特·霍伊高，
申请(专利权)人：丹麦科技大学，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK