CN218391126U

CN218391126U - 包括运动检测单元的医学成像设备

Info

Publication number: CN218391126U
Application number: CN202220456213.5U
Authority: CN
Inventors: F.梅尔; O.图伊杰; W.刘; M.罗阿斯-洛夫勒; T.瓦勒; D.N.斯普利托夫; H.迈耶
Original assignee: Siemens Healthineers AG
Current assignee: Siemens Medical Ag
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2032-03-01

Abstract

本实用新型涉及一种包括运动检测单元的医学成像设备，医学成像设备包括检测器单元。检测器单元用于记录布置在患者接收区域内的检查对象的医学图像数据。运动检测单元包括：激光源，激光源产生时间分辨的激光信号，激光信号覆盖患者接收区域的至少100cm^3大的部分区域，在该部分区域内，在表面上、特别是在检查对象的表面上反射激光信号；传感器单元，用于检测反射的激光信号；确定单元，用于基于检测到的反射的激光信号，来识别布置在部分区域内的表面上的至少200个反射点，包括计算检测到的反射的激光信号的传播时间；以及评估单元，用于在考虑激光信号的时间分辨率的情况下，基于反射点来提取表面的三维和/或非刚性运动。

Description

包括运动检测单元的医学成像设备

技术领域

本实用新型涉及一种包括检测器单元和运动检测单元的医学成像设备，运动检测单元被构造为用于提取检查对象的三维和/或非刚性运动。

背景技术

通常在医学成像中产生检查对象的诊断图像数据。在进行医学成像的过程中，检查对象的运动导致所生成的图像数据的质量劣化。因此，已知许多用于对运动进行检测以及对其进行校正的方法。依据用于进行医学成像的检测器单元的模态，可以对运动进行前瞻性和/或回顾性的校正。运动可能由呼吸、脉搏、心跳或者诸如震颤的疾病引起。一些检查对象同样可能无法保持静止不动，特别是在儿科领域和/或恐惧症的情况下。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，给出一种用于医学成像设备的运动检测单元，其被构造为用于在不影响检查对象的舒适性的情况下，准确并且鲁棒地确定检查对象的三维和/或非刚性运动。上述技术问题通过本实用新型的特征来解决。将在下面描述有利的设计方案。

根据本实用新型的医学成像设备包括至少部分地包围患者接收区域的检测器单元和运动检测单元，其中，检测器单元被构造为用于记录布置在患者接收区域内的检查对象的医学图像数据。运动检测单元包括激光源，激光源产生时间分辨的激光信号，激光信号覆盖患者接收区域的至少100cm^3大的部分区域，在部分区域内，在表面上、特别是在检查对象的表面上反射激光信号。运动检测单元包括传感器单元，传感器单元被构造为用于检测反射的激光信号。

运动检测单元包括确定单元，确定单元被构造为用于基于检测到的反射的激光信号，来识别布置在部分区域内的表面上的至少200个反射点，包括计算检测到的反射的激光信号的传播时间。运动检测单元包括评估单元，评估单元被构造为用于，在考虑激光信号的时间分辨率的情况下，基于反射点来提取表面的三维和/或非刚性运动。

医学成像设备和/或检测器单元优选被设计为空心圆柱体形状的。患者接收区域优选被构造为是圆柱形或椭圆形的。激光源一般包括激光器和/或LIDAR激光器。激光源一般被构造为用于产生激光信号。传感器单元优选包括点传感器和/或LIDAR传感器。传感器单元可以集成在激光源中。表面优选包括检查对象的身体表面，身体表面特别是可能被衣服和/或覆盖物覆盖。表面优选包括布置在部分区域内的检查对象的身体表面。部分区域的大小为至少100cm^3(立方厘米)，优选至少250cm^3，特别优选至少500cm^3。该部分区域可以包括至少两个不相交的子体积。该部分区域可以被设计为连续的体积。

激光源优选被构造为用于，在分布在至少100cm^3大的部分区域上的至少200个、优选至少400个、特别优选至少600个反射点上，产生激光信号。激光信号可以连续扫描表面，使得例如激光信号照亮栅格。栅格在表面上的投影可以对应于反射点。可以以时间分辨的方式对栅格进行扫描(采样)。在激光信号命中表面时，激光信号一般被反射。传播时间优选对应于在激光源发出激光信号和被传感器单元检测到之间经过的激光信号的持续时间。可以根据传播时间来确定反射点距激光源和/或传感器单元的距离。激光源可以被构造为在空间和/或时间上进行扫描。

反射点可以包括分布在检查对象的表面上的三维点云。优选以时间分辨的方式来确定反射点。反射点优选表征表面在时间上和空间上的变化，其特别是使得能够以三维的方式分辨表面和/或检测表面的变形、即表面的非刚性运动。表面的变形、特别是非刚性运动例如可以包括呼吸过程中的检查对象的胸部和/或腹部的形状的变化。

优选以时间分辨的方式来提取三维和/或非刚性运动。因此，根据本实用新型的成像设备使得能够提取六个自由度的指定(Angabe)下的运动、包括旋转。

因此，根据本实用新型的医学成像设备使得能够特别准确地确定检查对象的运动。以这种方式确定的运动特别是可以用于使检查与医学图像数据的记录同步和/或用于对其进行校正。

由于激光信号的波长短，高的空间分辨率以及更高的二维和深度分辨率是可能的，特别是与超声波传感器相比。同样，LIDAR系统使得能够实现高的时间分辨率。这也使得能够监视检查对象的皮肤的运动。另一方面，部分区域的大小使得能够在更大的面积内观察检查对象，从而可以登记微小的皮肤运动，然而为了提取三维和/或非刚性运动，可以忽略这些微小的皮肤运动。特别是，部分区域的大小的选择和反射点的数量使得能够确定一般的(universelle)三维运动。运动检测单元优选不使用要布置在检查对象上的标记，这使得能够实现特别准确、卫生并且鲁棒的使用，特别是在不影响检查对象的舒适性的情况下。此外，根据无线电规则，激光一般不需要单独批准，这使得其使用简单并且普遍。

医学成像设备的一个实施方式设置为，激光信号包括准直的激光束，并且激光源被构造为用于借助准直的激光束来扫描部分区域。

该实施方式一般设置为，以栅格的形式顺序扫描部分区域，相应地以空间和时间分辨率发出激光信号。激光信号的时间分辨率一般对应于准直的激光束扫描所有反射点一次所需的持续时间。一般重复扫描反射点，其中，两次重复之间的持续时间能够确定激光信号的时间分辨率。优选每个激光脉冲相应地照射一个反射点。这使得能够特别准确地扫描部分区域并且特别准确地提取三维运动。

医学成像设备的一个实施方式设置为，激光信号包括发散的激光束，并且激光源被构造为用于借助单个激光脉冲来扫描部分区域。发散的激光束优选覆盖整个部分区域，和/或省去对所有反射点的顺序空间扫描。激光信号的时间分辨率一般对应于激光脉冲的持续时间。激光源可以被构造为FLASH LIDAR。这使得能够特别快速地扫描部分区域。

医学成像设备的一个实施方式设置为，传感器单元包括传感器阵列。传感器阵列优选包括至少三个传感器的一维和/或二维布置，这些传感器分别被构造为用于检测反射的激光信号。传感器阵列优选包括至少10个点传感器。特别是结合作为激光信号的发散的激光束，该实施方式使得能够实现所提取的三维运动的特别高的时间分辨率。

医学成像设备的一个实施方式设置为，运动检测单元至少部分布置在检测器单元的面向患者接收区域的一侧。检测器单元优选被壳体包围。壳体优选是中空圆柱体形状的。运动检测单元可以至少部分地集成在壳体中和/或布置在壳体上。这使得能够灵活并且节省空间地使用运动检测单元。

医学成像设备的一个实施方式设置为，至少激光源和传感器单元布置在检测器单元的面向患者接收区域的一侧。这使激光信号到表面的传播时间最少，并且使得能够实现特别准确的工作方式。

医学成像设备的一个实施方式设置为，运动检测单元包括至少一个镜子。根据该实施方式，激光源、传感器单元、确定单元和评估单元布置在检测器单元外部和患者接收区域外部，并且镜子被构造为用于在激光源、部分区域和传感器单元之间引导激光信号。特别是可以依据镜子的设置来定义部分区域，例如可以依据检查对象的要检查的区域和/或检查对象的个体的身体形状来调整部分区域。因此，特别是可以确保激光源和局部区域之间的视线不受限制。

医学成像设备的一个实施方式设置为，镜子布置在检测器单元的面向患者接收区域的一侧。这使得能够特别准确地设置部分区域。

医学成像设备的一个实施方式设置为，评估单元包括校正单元，校正单元被构造为用于检查反射点和/或所提取的三维和/或非刚性运动的可信度。这使得能够例如识别不是检查对象的身体表面的表面并且在提取三维和/或非刚性运动时省略这种表面。这使得能够特别准确并且个体化地提取三维运动。

医学成像设备的一个实施方式附加地包括控制单元，控制单元被构造为用于，基于所提取的三维运动，来对检测器单元进行自适应控制。如果检测器单元例如被构造为磁共振设备，则控制单元可以被构造为用于使梯度脉冲匹配于检查对象的新的位置和/或运动。特别是，控制单元使得能够进行前瞻性的运动校正。

医学成像设备的一个实施方式附加地包括：

-另一个激光源，另一个激光源产生另一个时间分辨的激光信号，另一个时间分辨的激光信号覆盖患者接收区域的至少10cm^3大的另一个部分区域，在另一个部分区域内，在表面上、特别是在检查对象的表面上反射另一个激光信号，

-另一个传感器单元，被构造为用于检测另一个反射的激光信号，

其中，确定单元被构造为用于，基于检测到的另一个反射的激光信号，来识别布置在另一个部分区域内的表面上的至少100个另外的反射点，包括计算检测到的另一个反射的激光信号的传播时间，以及

并且评估单元被构造为用于，在考虑激光信号和另一个激光信号的时间分辨率的情况下，基于反射点和另外的反射点，来提取表面的三维和/或非刚性运动。

该另一个传感器单元可以集成在该另一个激光源中。该另一个激光源和激光源优选相对于患者接收区域的中心具有彼此不同的角度。因此，激光信号例如可以到达接收线圈单元的腹板(Stegen)后面的表面。该另一个激光源优选被构造为用于，在分布在至少10cm^3大的另一个部分区域上的至少200个、优选至少300个、特别优选至少500个另外的反射点上，产生激光信号。该另一个部分区域的大小为至少10cm^3，优选至少100cm^3，特别优选至少400cm^3。该另一个部分区域可以包括至少两个不相交的子体积。该另一个部分区域可以被设计为连贯的体积。该另一个部分区域可以对应于部分区域和/或与部分区域具有相同的大小。另外的反射点的数量可以对应于反射点的数量。

评估单元优选被构造为用于将检测到的另一个反射的激光信号和检测到的反射的激光信号融合。为此，优选不需要进行重复校准，因为每个传感器单元产生物体的反射点。进一步可以通过合适的优化算法，在每一个时间上的扫描步长中确定传感器单元相对于彼此的位置和朝向和/或相对于彼此确定反射点。

医学成像设备的一个实施方式设置为，部分区域和该另一个部分区域至少部分重叠。因此，特别是在重叠区域中可以特别准确地确定三维运动。

医学成像设备的一个实施方式附加地包括局部接收线圈单元，局部接收线圈单元具有如下结构，该结构具有布置在患者接收区域中的多个开口，其中，扣除开口的结构位于被激光源覆盖的部分区域外部。特别是在被构造为磁共振设备的检测器单元的情况下，为了记录医学图像数据，特别是为了接收实际信号，一般使用与检查对象的身体表面接触的局部接收线圈单元。这种接收线圈单元一般具有支架形状的结构，由此在该结构内产生开口。该实施方式使得能够从部分区域中省去支架形状的结构，并且支架形状的结构不对所提取的三维运动产生贡献。这是特别有利的，因为接收线圈单元的运动一般不同于例如与对医学图像数据的校正相关的检查对象的运动。

医学成像设备的一个实施方式设置为，评估单元包括校准单元，校准单元被构造为用于将反射点与检测器单元的坐标系配准。特别是，校准单元可以被构造为用于借助变换矩阵来执行配准。校准单元可以被构造为用于，将时间分辨的反射点在时间上相对于彼此配准，特别是使用优化方法，例如迭代正则化Levenberg-Marquardt算法(iterativregularisierten Levenberg-Marquardt-Algorithmus)。这使得能够在考虑所有六个自由度的情况下特别准确地提取三维和/或非刚性运动。

医学成像设备的一个实施方式设置为，检测器单元被构造为磁共振设备或计算机断层成像设备。作为检测器单元的这些模态特别容易受运动的影响，因此在此使用运动检测单元是特别有利的。

附图说明

本实用新型的其它优点、特征和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得到。

图1以示意图示出了第一实施方式中的根据本实用新型的医学成像设备，

图2以示意图示出了第二实施方式中的根据本实用新型的医学成像设备，

图3以示意图示出了第三实施方式中的根据本实用新型的医学成像设备，

图4以示意图示出了第四实施方式中的根据本实用新型的医学成像设备。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本实用新型的医学成像设备的第一实施方式。

医学成像设备包括至少部分地包围患者接收区域14的检测器单元13和运动检测单元11。检测器单元13被构造为用于记录布置在患者接收区域14内部的检查对象15的医学图像数据。运动检测单元11包括激光源17，激光源17产生时间分辨的激光信号21，激光信号21覆盖患者接收区域的至少100cm^3大小的部分区域19，在该部分区域内在表面20上、特别是在检查对象15的表面上反射激光信号。

此外，运动检测单元11包括传感器单元18和确定单元12，传感器单元18被构造为用于检测反射的激光信号，确定单元12被构造为用于，基于检测到的反射的激光信号，来识别布置在该部分区域内的表面20上的至少200个反射点，包括计算检测到的反射的激光信号的传播时间。运动检测单元11还包括评估单元10，评估单元10被构造为用于，在考虑激光信号的时间分辨率的情况下，基于反射点来提取表面20的三维和/或非刚性运动。评估单元10可以包括在确定单元12中。评估单元10可以被构造为与确定单元12分开。

检测器单元13例如可以被构造为磁共振设备、计算机断层成像设备、PET或者X射线设备。医学成像设备具有圆柱形的患者接收区域14，用于接收检查对象15，其中，检测器单元13在圆周方向上以圆柱形围绕患者接收区域14。可以借助医学成像设备的患者支承装置16将患者15移入患者接收区域14中。

为了控制检测器单元13，医学成像设备具有控制单元24。控制单元24对医学成像设备、例如对MR控制序列的执行或者X射线辐射的产生进行集中控制。此外，控制单元24包括未详细示出的重建单元，重建单元用于重建在利用医学成像设备进行检查期间采集的医学图像数据。医学成像设备具有显示单元25。可以在显示单元25上，例如在至少一个监视器上，为用户显示诸如控制参数的控制信息以及重建的图像数据。此外，医学成像设备具有输入单元26，借助输入单元26，用户可以在测量过程期间输入信息和/或控制参数。控制单元24可以包括确定单元12和/或评估单元10和/或显示单元25和/或输入单元26。

所示出的医学成像设备当然可以包括医学成像设备通常具有的其它部件。此外，不同的医学成像设备的一般的工作方式对于本领域技术人员是已知的，因此不对其它部件进行详细的描述。

根据第一实施方式，激光信号21被构造为准直的激光束27，并且激光源被构造为用于借助准直的激光束来扫描部分区域。传感器单元18优选包括点传感器22。

激光源17和传感器单元18优选布置在检测器单元13的面向患者接收区域14的一侧。评估单元10优选包括校正单元9，校正单元9被构造为用于检查反射点和/或所提取的三维和/或非刚性运动的可信度

此外，评估单元10优选包括校准单元8，校准单元8被构造为用于将反射点与检测器单元13的坐标系配准。控制单元24优选被构造为用于，基于所提取的三维和/或非刚性运动，来对检测器单元13进行自适应控制。

图2以示意图示出了根据本实用新型的医学成像设备的第二实施方式。第二实施方式与在图1中示出的第一实施方式的不同之处在于，激光信号21包括发散的激光束28，并且激光源17被构造为用于借助单个激光脉冲来扫描部分区域19。传感器单元18优选包括传感器阵列23。

图3以示意图示出了根据本实用新型的医学成像设备的第三实施方式。第三实施方式与在图1中示出的第一实施方式的不同之处在于，运动检测单元11包括镜子29。激光源17、传感器单元18、确定单元12和评估单元10一般布置在检测器单元13外部和患者接收区域14外部，并且镜子29被构造为用于在激光源17、部分区域19和传感器单元18之间引导激光信号21。在此，镜子29布置在检测器单元13的面向患者接收区域14的一侧。

图4以示意图示出了根据本实用新型的医学成像设备的第四实施方式。第四实施方式与在图1中示出的第一实施方式的不同之处在于，运动检测单元11和/或医学成像设备具有另一个激光源31，该另一个激光源31产生另一个时间分辨的激光信号33，激光信号33覆盖患者接收区域的至少10cm^3大的另一个部分区域35，在该另一个部分区域35内，在表面20上、特别是在检查对象15的表面上反射该另一个激光信号33。根据该实施方式，运动检测单元11包括另一个传感器单元32，该另一个传感器单元32被构造为用于检测另一个反射的激光信号，并且确定单元12被构造为用于，基于检测到的该另一个反射的激光信号，来识别布置在该另一个部分区域35内的表面20上的至少100个另外的反射点，包括计算进一步检测到的该另一个反射的激光信号的传播时间。评估单元10优选被构造为用于，在考虑到激光信号21和该另一个激光信号33的时间分辨率的情况下，基于反射点和另外的反射点，来提取表面的三维和/或非刚性运动。部分区域19和该另一个部分区域35一般至少部分重叠。

虽然通过优选实施例进一步详细说明并且描述了本实用新型，但是本实用新型不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中推导出其它变形方案，而不脱离本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种医学成像设备，所述医学成像设备包括至少部分地包围患者接收区域的检测器单元和运动检测单元，其特征在于，

所述检测器单元被构造为用于记录布置在所述患者接收区域内的检查对象的医学图像数据，

并且所述运动检测单元包括：

-激光源，所述激光源产生时间分辨的激光信号，所述激光信号覆盖所述患者接收区域的至少100cm^3大的部分区域，在所述部分区域内，在表面上反射所述激光信号，

-传感器单元，被构造为用于检测反射的激光信号，

-确定单元，被构造为用于基于检测到的反射的激光信号，来识别布置在所述部分区域内的表面上的至少200个反射点，包括计算检测到的反射的激光信号的传播时间，以及

-评估单元，被构造为用于，在考虑激光信号的时间分辨率的情况下，基于所述反射点来提取表面的三维和/或非刚性运动。

2.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述激光信号包括准直的激光束，并且所述激光源被构造为用于借助准直的激光束来扫描所述部分区域。

3.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述激光信号包括发散的激光束，并且所述激光源被构造为用于借助单个激光脉冲来扫描所述部分区域。

4.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述传感器单元包括传感器阵列。

5.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述运动检测单元至少部分布置在所述检测器单元的面向所述患者接收区域的一侧。

6.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，至少所述激光源和所述传感器单元布置在所述检测器单元的面向所述患者接收区域的一侧。

7.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述运动检测单元包括至少一个镜子，

所述激光源、所述传感器单元、所述确定单元和所述评估单元布置在所述检测器单元外部和所述患者接收区域外部，以及

所述镜子被构造为用于在激光源、部分区域和传感器单元之间引导所述激光信号。

8.根据权利要求7所述的医学成像设备，

其特征在于，所述镜子布置在所述检测器单元的面向所述患者接收区域的一侧。

9.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述评估单元包括校正单元，所述校正单元被构造为用于检查所述反射点和/或所提取的三维和/或非刚性运动的可信度。

10.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述医学成像设备附加地包括控制单元，所述控制单元被构造为用于，基于所提取的三维运动，来对所述检测器单元进行自适应控制。

11.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，附加地包括：

-另一个激光源，所述另一个激光源产生另一个时间分辨的激光信号，所述另一个时间分辨的激光信号覆盖所述患者接收区域的至少10cm^3大的另一个部分区域，在所述另一个部分区域内，在表面上反射所述另一个激光信号，

其中，所述确定单元被构造为用于，基于检测到的另一个反射的激光信号，来识别布置在所述另一个部分区域内的表面上的至少100个另外的反射点，包括计算检测到的另一个反射的激光信号的传播时间，以及

并且所述评估单元被构造为用于，在考虑所述激光信号和所述另一个激光信号的时间分辨率的情况下，基于所述反射点和所述另外的反射点，来提取表面的三维和/或非刚性运动。

12.根据权利要求11所述的医学成像设备，

其特征在于，所述部分区域和所述另一个部分区域至少部分重叠。

13.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，附加地包括局部接收线圈单元，所述局部接收线圈单元具有如下结构，所述结构具有布置在所述患者接收区域中的多个开口，其中，扣除所述开口的所述结构位于被所述激光源覆盖的部分区域外部。

14.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述评估单元包括校准单元，所述校准单元被构造为用于将反射点与所述检测器单元的坐标系配准。

15.根据权利要求1所述的医学成像设备，

其特征在于，所述检测器单元被构造为磁共振设备或计算机断层成像设备。

16.根据权利要求1所述的医学成像设备，其特征在于，在所述部分区域内，在所述检查对象的表面上反射所述激光信号。

17.根据权利要求11所述的医学成像设备，

其特征在于，在所述另一个部分区域内，在所述检查对象的表面上反射所述另一个激光信号。