用于针对对象成像的成像设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于针对对象（3）成像的成像设备，对象优选是导管。提供了代表对象（3）的机器人运动学模型（12）和对应于不同投影方向的对象（3）的投影数据，该模型是由运动学参数定义的。通过修改运动学参数使得通过模拟运动学模型（12）的前向投影确定的模拟的投影数据和提供的投影数据之间的差异最小化，来修改运动学模型（12）。由于对象（3）是用机器人运动学模型（12）代表的，所以可以通过很少的运动学参数以简单方式描述对象（3）的运动，具体而言，对象（3）的变形，由此能够修改模型（12），从而，通过修改，尤其是实时修改很少的运动学参数来跟踪对象的运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于针对对象成像的成像设备
本专利技术涉及一种用于针对对象成像的成像设备、成像方法和成像计算机程序。
技术介绍
C.Papalazarou等人在Proceedingsofthe17thInternationalConferenceonImageProcessing（ICIP），IEEE，2010年9月号的文章“Surgicalneedlereconstructionusingsmall-anglemulti-viewX-ray”披露了一种方法，利用具有C臂小幅度运动的多视图X射线成像重建手术针。运动的范围被限于小于30度的角范围。这种小幅度运动提供了充分多的多视图信息，结合针模型使用其以对针进行三维重建。如果针在不同视图间保持静态，这种方法能够重建针的三维图像。不过，如果在不同视图期间针发生运动，具体而言，变形，就不能可靠地重建质量良好的针的三维图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于针对对象成像的成像设备、成像方法和成像计算机程序，即使在对象运动时，具体而言，即使在对象变形时，也能够可靠地产生优质图像。在本专利技术的第一方面中，提供了一种针对对象成像的成像设备，其中所述成像设备包括：-模型提供单元，用于提供代表所述对象的机器人运动学模型，其中所述运动学模型由运动学参数定义，-投影数据提供单元，用于提供对应于不同投影方向的对象的投影数据，-模型修改单元，用于通过修改运动学参数使得通过模拟运动学模型的前向投影确定的模拟的投影数据与提供的投影数据之间的差异最小化，来修改所述运动学模型。由于对象是用机器人运动学模型代表的，所以可以通过较少的运动学参数简单描述对象的运动，具体而言，对象的变形。因此能够通过修改很少的运动学参数来较快地修改模型。因此能够快速，尤其是实时地，通过修改很少的运动学参数，从而修改运动学模型，使得通过模拟修改的运动学模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与所提供的投影数据之间的差异最小化，来跟踪对象的运动，其中修改的运动学模型代表图像，能够完全或部分地显示于例如显示器上。因此，即使在对象运动时，尤其是即使在对象变形时，也能够提供优质的对象图像。运动学模型优选是连续统（continuum）机器人的模型。例如，可以将机器人定义为包括一组称为连接部（link）的主体的操纵体的机械模型，连接部由接合部连接成串。每个接合部都可以具有一个自由度，平移的或旋转的。对于具有编号从1到n的n个接合部的机器人，可能有n+1个连接部，编号从0到n。连续统机器人优选是能够沿其整个长度平稳弯曲的机器人，其中连接部之间的过渡是连续而非突然的。这样的对象的连续统机器人可以用运动学模型的术语表达。运动学模型是机器人模型，其可以用于通过定义运动学参数来描述机器人的运动学，具体而言，机器人的变形。运动学参数描述例如对象运动学模型的一部分相对于对象运动学模型另一部分的旋转或平移。对象优选是已经引入人或动物体内的导管，具体而言，双向导管，其中成像设备适于通过提供修改的运动学模型提供人或动物体内的导管图像。优选地，对象的投影数据对应于不同的投影方向，并且是随着时间流逝而采集的，使得如果对象运动，对应于不同投影方向的投影数据对应于另一个位置和/或在另一个变形条件下的对象。通过修改很少的运动学参数，使得通过模拟运动学模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与提供的投影数据之间的差异最小化，来跟踪对象的这种运动和/或变形。优选投影数据提供单元适于提供对应于所述投影方向的摆动的投影数据。由于所述投影数据提供单元优选适于提供对应于投影方向的摆动的投影数据，并且由于通过产生基于所提供的投影数据修改的修改的运动学模型为对象成像，所以可以产生对象的图像，即三维表达，尽管投影数据是仅在可能小于30度的非常有限的角范围上采集的。因此不必在至少180度的角范围上采集投影数据，例如像计算机断层摄影方法所要求的那样。投影数据提供单元可以是存储单元，其中已经存储了对应于不同投影方向的投影数据，或者它可以是投影采集单元，用于在不同投影方向上采集投影数据，即用于采集不同的视图。投影采集单元优选包括用于发射贯穿对象的辐射的辐射源，以及探测单元，用于在辐射贯穿对象之后探测辐射并用于根据探测到的辐射产生投影数据。具体而言，辐射源为X射线源，探测单元为X射线探测器。辐射源和探测单元可以安装在C臂上。不过，也可以使用其他种类的辐射源和对应的探测部件来产生投影数据。例如，辐射源可以适于发射核辐射，其贯穿对象，并被对应的探测单元探测到。此外，辐射源和探测单元也可以安装于不是C臂的另一个装置上。优选利用辐射源和探测单元采集对应于投影方向摆动的所提供投影数据。优选通过绕旋转轴旋转辐射源和探测单元来执行摆动，使得连接辐射源和探测单元的假想轴追踪假想锥体的表面。假想的锥体顶点优选位于旋转的等中心处，其中等中心是假想轴始终相交的点，不论辐射源和探测单元是否做旋转运动，辐射源和探测单元可以安装到同一扫描架上。锥体的基部通常可以具有任何平面形状。优选地，它是一条闭合曲线，可以是平滑曲线。闭合曲线具有以下优点，即容易进行周期性运动。闭合曲线例如是圆或椭圆。平滑曲线具有以下优点，即更容易控制运动并使得采集更加稳定和噪声更低。或者，曲线的基部形成线性形状，在这种情况下，辐射源和探测单元能够线性地运动，并优选在两个终点位置之间反复。优选在辐射源和探测单元的摆动运动期间采集投影数据，即一系列二维投影图像。优选投影数据表示利用投影采集单元产生的投影，其中由校准参数定义投影采集单元的校淮，且其中模型修改单元适于修改校准参数和运动学参数，使得通过模拟模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与所提供的投影数据之间的差异最小化。校准参数优选定义探测单元探测到的哪个投影数据值对应于哪个射束方向，即对应于射束沿哪个方向行进的，射束在探测到相应投影数据值的相应探测位置处遇到探测单元。因此，校准参数优选描述投影几何学。校准参数例如可以是本征校准参数或非本征校准参数。本征校准参数例如是与探测单元自身相关的那些，像探测器像素尺寸，而非本征参数是与探测单元和辐射源实际位置相关的那些参数，具体而言，与探测单元和辐射源的旋转和平移位置相关的那些参数。由于模型修改单元除了修改运动学参数之外，还可以适于修改一个或几个校准参数，使得通过模拟模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与所提供的投影数据之间的差异最小化，所以可以修改模型，以便跟踪对象的运动，具体而言，以便跟踪对象的变形。因此即使一个或几个校准参数不可靠，也能够提供对象的优质图像，即三维表示。在另一个优选实施例中，不修改校准参数，具体而言，仅通过修改运动学参数来修改运动学模型。因此可以将校准参数视为已知的和固定的，即可以将投影几何学视为已知的。一般会定期校准像X射线C臂那样的投影采集单元，它们一般被设计成可重复，于是使得本征和非本征参数都是可靠的。于是，如果可以将校准参数视为已知的和固定的，那么可以通过修改运动学参数来修改运动学模型，无需修改校准参数，由此减小了参数空间，并允许更快，尤其是更精确地修改模型。进一步优选地，所述运动学模型包括一系列由接合部连接的刚性连接部，其中每个接合部描述绕轴的三维旋转或沿所述轴的平移。因此，每个相应的接合部是转动接合部或柱状接合部。因此可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.05 EP 10190095.91.一种用于针对对象成像的成像设备，所述成像设备(1)包括：-模型提供单元(4)，其用于提供代表所述对象(3)的机器人运动学模型(12)，其中，所述运动学模型(12)由运动学参数定义，-投影数据提供单元(2)，其用于提供对应于不同投影方向的所述对象(3)的投影数据，-模型修改单元(13)，其用于通过修改所述运动学参数使得通过模拟所述运动学模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与所提供的投影数据之间的差异最小化，来修改所述运动学模型(12)，其中，所述运动学模型(12)包括一系列由接合部(14…20)连接的刚性连接部，其中，每个接合部描述绕轴的三维旋转或沿所述轴的平移。2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述投影数据提供单元(2)适于提供对应于所述投影方向的摆动的投影数据。3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述投影数据代表利用投影采集单元产生的投影，其中，所述投影数据提供单元(2)包括所述投影采集单元，其中，由校准参数定义所述投影采集单元的校淮，且其中，所述模型修改单元(13)适于修改所述校准参数和所述运动学参数，使得通过模拟所述模型的前向投影而确定的模拟的投影数据与所提供的投影数据之间的差异最小化。4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述对象(3)是导管，所述运动学模型(12)包括由三个运动学参数(d1,θ2,θ3)控制的七个接合部，其中，所述模型修改单元(13)适于通过修改所述三个运动学参数(d1,θ2,θ3)来修改所述模型(12)。5.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述模型修改单元(13)适于：-在所提供的投影数据中确定所述对象(3)的投影的二维轨迹，-确定所述模拟的投影数据，使得所述模拟的投影数据定义模拟的二维轨迹，-修改所述模型，使得所确定的二维轨迹和所述模拟的二维轨迹之间的差异最小化。6.根据权利要求5所述的成像设备，其中，所述模型修改单元(13)适于：-从在所提供的投影数据中确定的二维轨迹重建所述对象(3)的图像，-布置所述运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·帕帕拉扎鲁，P·M·J·龙根，P·H·N·德维特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：