EP2584957A1 - Vorrichtung und verfahren zur kombinierten optischen und nuklearen bilderfassung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kombinierten optischen und nuklearen bilderfassung

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EP2584957A1
EP2584957A1 EP11727447.2A EP11727447A EP2584957A1 EP 2584957 A1 EP2584957 A1 EP 2584957A1 EP 11727447 A EP11727447 A EP 11727447A EP 2584957 A1 EP2584957 A1 EP 2584957A1
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EP
European Patent Office
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nuclear
optical
image
radiation
view
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11727447.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Wendler
Nassir Navab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Muenchen
SURGICEYE GmbH
Original Assignee
Technische Universitaet Muenchen
SURGICEYE GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Muenchen, SURGICEYE GmbH filed Critical Technische Universitaet Muenchen
Publication of EP2584957A1 publication Critical patent/EP2584957A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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    • G01T1/1603—Measuring radiation intensity with a combination of at least two different types of detector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures

Definitions

  • the invention is in the field of image acquisition, in particular the combined optical and nuclear image acquisition, and relates to an apparatus for such image acquisition, in particular such a device with a nuclear image acquisition module for detecting an intensity distribution of a nuclear radiation and a
  • Reference imaging module for detecting an intensity distribution of an optical radiation.
  • the invention further relates to a method for image acquisition.
  • Nuclear imaging techniques have proven to be extremely useful in various fields, particularly in nuclear medicine applications, as well as in the search for radioactively contaminated material such as nuclear waste. At the nuclear
  • Imaging technique visualizes the nuclear radiation coming from a space in a two- or three-dimensional image and thus for humans
  • Nuclear radiation can be detected with sufficient reliability is also referred to as a nuclear field of view. Even in cases where the boundaries of this space are fluid, the nuclear field of view can be meaningfully used e.g. by a given
  • sensitivity thresholds for the radiation intensity and / or for the spatial resolution of the detector The nuclear field of view is then the spatial area whose radiation passes through the detector with a sensitivity threshold
  • Sensitivity can be detected.
  • the evaluation of the generated nuclear images is difficult. This is also because the structures recognizable in the nuclear image can not easily be assigned to the structures perceptible with the naked eye. For example, hardly any anatomical structures are visible in a typical medical nuclear image.
  • This problem can be alleviated by placing radioactive markers in known anatomical positions.
  • the markers can then be displayed in the nuclear image be recognized in order to get at least rough indications.
  • Systems for hybrid SPECT / CT or PET / CT imaging are also known for superimposing nuclear images on CT images containing anatomical information.
  • methods are currently being developed to present three-dimensional nuclear images in appropriate perspective and superimpose them with a video image to collect anatomical and nuclear image information collectively.
  • EP 0 743 538 describes an apparatus for remote localization of radioactive sources in an observation zone.
  • the apparatus has a mirror and an optical camera for providing an image of the observation zone, and means for
  • the means for detecting radioactive rays comprise a collimator with a single collimator aperture (pinhole collimator) which allows the acquisition of a spatially resolved nuclear image.
  • the nuclear image can then be combined with the image of the optical camera.
  • the achievable image quality of the nuclear image is limited by the pinhole collimator within a certain time frame.
  • an apparatus for combined optical and nuclear imaging comprises a, so at least one, nuclear imaging module; and a reference image acquisition module.
  • the nuclear imaging module is one for detecting an intensity distribution Nuclear field of view, ie information on whether and optionally how many nuclear radiation particles were detected per location.
  • a nuclear imaging module includes a nuclear radiation detector, and a collimator having a plurality of collimator apertures disposed between the nuclear field of view and the nuclear radiation detector, the or each of the collimator apertures for transmitting one of a respective nuclear partial field of view of the nuclear field of view coming partial radiation of nuclear radiation are arranged.
  • a reference imaging module is configured to detect an intensity distribution of optical radiation from a reference field of view and comprises: an optical image sensor; and an optical imaging system for directing the optical radiation from the reference field of view to the image sensor, the optical imaging system comprising a mirror (with respect to the beam path) between the reference field of view and the optical image sensor for the includes optical radiation.
  • On the image sensor is assigned to at least one, to several, or even to each of the nuclear partial fields of view, a respective image area, namely, the assignment is essentially by the optical imaging system and its arrangement:
  • the optical imaging system is namely arranged to direct the optical radiation coming from a respective one of the at least one nuclear partial field of view or even from each of the nuclear partial visual fields substantially exactly to the respectively assigned one of the image areas.
  • the imaging system is tuned to the collimator and the majority of the collimator openings.
  • the optical imaging system allows the nuclear image to be easily and effectively assigned an optical image in real time.
  • the assignment may be for different room depths, i. in three dimensions, since the nuclear partial view fields including their image depth are assigned to the respective image areas of the optical image sensor.
  • the optical camera may comprise a laparoscope, endoscope, one or more general camera (s) or the like. Even cameras that can only record narrow (narrow band) and / or several separate frequency bands, eg multi-spectral cameras, or that emit light themselves for image acquisition, such as fluorescence cameras, interference cameras or time-of-flight cameras, can be used as optical Cameras used become.
  • optical radiation is meant herein any electromagnetic radiation deflectable by a mirror. This is usually in one
  • the mirror is accordingly suitable for reflecting the optical radiation at least to a considerable extent, but it can be transmissive to nuclear radiation.
  • the nuclear radiation may include neutron, alpha, beta, and / or gamma rays with e.g. more than 15 keV.
  • the nuclear radiation detector may be a gamma, beta, Compton detector.
  • the nuclear radiation detector may also include a
  • Nuclear field opposite nuclear radiation detector include, for. to detect low-noise PET signals.
  • the device for medical imaging in particular for nuclear-guided surgery, nuclear medicine, and cell detection is advantageously used;
  • the invention is also useful for the detection of radioactive waste.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the disclosed methods and also includes apparatus parts for carrying out individual process steps. These method steps may be performed by hardware components, by a computer programmed by appropriate software, by a combination of both, or in some other way.
  • the invention is further directed to methods according to which the devices described in each case operate. It includes steps to perform each function of the devices.
  • Figure 1 shows a schematic side view of a device according to a first
  • FIGS. 2-6 are respective schematic side views of apparatus according to second to sixth embodiments of the invention.
  • FIG. 7a shows schematic diagrams of further embodiments with image calibration and generation modules;
  • Figure 8a shows a perspective view of a calibration element
  • Figure 8b shows an image of this calibration element generated by the device
  • Figures 9a and 9b show different collimator openings in a frontal view.
  • FIG. 1 shows a device 1 for combined optical and nuclear image acquisition according to an embodiment of the invention.
  • the device 1 has a nuclear image acquisition module 30 and a reference image acquisition module 60.
  • Nuclear imaging module 30 has a collimator 50 and a
  • Nuclear radiation detector 40 e.g. the shown in Fig. 2 in more detail
  • Nuclear radiation detector can be.
  • the reference imaging module 60 includes an optical image sensor 70 and an optical imaging system 80 having a mirror 82 which reflects the optical radiation but is transmissive to nuclear radiation.
  • the collimator 50 has a plurality of collimator openings and is designed as a diverging Holes collimator:
  • the collimator openings are directed away from a common approximately point-like center 32 and to a nuclear field of view 36 out.
  • the center 32 is also referred to as a perspective nuclear radiation center 32.
  • this geometry of the collimator 50 allows the detector 40 to obtain a perspective spatially resolved nuclear radiation image of the nuclear radiation in the nuclear field of view 36: Namely, each of the collimator apertures defines a partial field of view of the nuclear field of view 36 towards the center 32; such that the detector 40 detects in a corresponding image area of the nuclear radiation image the radiation coming from the corresponding partial field of view.
  • the nuclear field of view 36 as a whole also has a lateral boundary directed essentially toward the center 32.
  • a perspective image is generated at least approximately.
  • the optical imaging system 80 is arranged to direct optical radiation from the reference field of view 66 to the image sensor 70. Also, the optical imaging system 80 is arranged to produce a perspective image, i. the optical radiation is directed from the reference field of view 66 to the image sensor 70 such that optical radiation originating from respective partial volumes converging onto a virtual optical center 62 'is directed onto respective image areas of the image sensor. The position of the center 62 'is defined by the unspecified perspective center 62 and the mirror 82. The mirrored-on perspective center 62 is in turn given by a camera optics (with lenses and aperture) associated with the image sensor 70 and possibly other optical elements.
  • a camera optics with lenses and aperture
  • the unreflected perspective center 62 is shown lying behind the image sensor 70, but depending on the optical elements, it may also be in front of the image sensor 70.
  • the reference field of view 66 has a lateral boundary directed substantially towards the virtual optical center 62 '.
  • FIG. 1 also shows an arbitrarily selected front boundary of the reference field of vision or of the nuclear field of view. Likewise, there may be a rear boundary. These limits may be determined, for example, by the accessibility of the measurement space, the sensitivity of the nuclear radiation detector 40, and the like.
  • a limitation is essentially understood to mean the lateral boundary in the region lying in front of the outermost mirror or other optical element.
  • the position and orientation of the image sensor 70, the mirror 82 and optionally other optical elements is selected so that the position of the virtual optical center 62 'substantially coincides with the position of the nuclear image center 32 .
  • the reference image acquisition module 60 is able to capture an optical image with the same perspective as a nuclear image captured by the nuclear imaging module 30.
  • the common perspective allows a good spatial allocation of the nuclear image with the optical Image in the entire spatial area within the reference field of view or the nuclear field of view.
  • the nuclear field of view 36 and the reference field of view 66 are even equal. However, this is not a necessary condition.
  • the nuclear field of view 36 could be included in the reference field of view 66, or conversely, or the nuclear field of view 36 and reference field of view 66 could overlap in some other way.
  • Fig. 2 shows a device similar to that shown in Fig. 1 with some further details.
  • the description of Fig. 1 also applies to Fig. 2 accordingly, and in the following only the further details will be described.
  • further details of the nuclear radiation detector 40 are shown including a scintillator 46 and an array of photodiodes 48.
  • the collimator 50 is disposed in front of the scintillator 46 in the beam direction and has a plurality of collimator openings 52.
  • Reference imaging module 60 a lens assembly 86 are shown in addition to the optical image sensor 70.
  • the lens arrangement determines the location of the unsealed perspective center 62.
  • lateral boundaries 34, 35 of the nuclear field of view 36 and lateral boundaries 64, 65 of the reference optical field of view 66 are shown in FIG.
  • Fig. 2 for one of the collimator openings 52 of the collimator 50 by way of example the corresponding partial field of view 37, bounded laterally by the boundaries 34, 34 a, shown.
  • the collimator openings 52 are arranged so that they from the
  • Nuclear partial field of view 37 transmits incoming nuclear radiation.
  • the collimator opening 52 or the partial field of view 37 is associated with a corresponding image area of the scintillator 46, so that the scintillator 46 and thus the detector 40 in this image area detects the radiation coming from the partial field of view 37. Since the remaining collimator openings are designed in a corresponding manner, a spatially resolved perspective nuclear image with a perspective center 32 and one through the collimator 50 becomes altogether
  • the reference image acquisition module 60 is capable of capturing an optical image having the same perspective as the nuclear image acquisition module 30. Therefore, there is a partial optical field of view corresponding to the nuclear partial field of view 37, namely the partial field of view bounded by the lateral boundaries 64 and 64a.
  • the optical radiation coming from this partial optical field of view is detected on an image area 75 of the optical image sensor 70.
  • the image area 75 is associated with the nuclear partial view field 37.
  • the optical imaging system 80 is arranged to direct the optical radiation coming from the nuclear partial field of view 37 substantially exactly to the image area 75.
  • the distance 1 Q of the optical center 62 from a center of the mirror 82 and the distance l n of the nuclear radiation center 32 from the center of the mirror 82 are equal.
  • the aperture a Q or the angle a 0 of the optical image sensor 70 or the associated optical arrangement 86 it is expedient for the aperture a Q or the angle a 0 of the optical image sensor 70 or the associated optical arrangement 86 to be greater than or the same as the aperture a n predetermined by the collimator 50 (at the same distance from the center 32 referred to as the aperture a Q ) or the angle a n .
  • the apertures or angles are chosen to be the same, so that the nuclear field of view 36 and the reference field of view 66 coincide.
  • an optional rigid frame 10 is shown schematically.
  • the frame 10 rigidly interconnects the optical image sensor 70 and the nuclear radiation detector 40.
  • the rigid connection does not exclude that the optical image sensor 70 and the nuclear radiation detector 40 are movable relative to each other, for example, by means of calibration, adjustment elements or the like.
  • the frame 10 allows a rigid and reliable connection at least during operation. Thus, the association between the image area 75 and the nuclear partial field of view 37 is assured.
  • the mirror 82 and other optical elements may be rigidly connected to the frame 10.
  • Fig. 3 shows an embodiment similar to Fig. 2. Apart from the differences described below, the description of FIGS. 1 and 2 also applies to FIG. 3.
  • the collimator 50 has parallel openings 52.
  • a perspective center 32 as in FIG. 2 therefore does not exist or is infinite postponed.
  • the nuclear partial view fields 37 defined by the respective collimator openings 52 run parallel to one another and do not expand substantially, ie neglecting the finite collimator length.
  • Nuclear imaging module 30 of FIG. 3 does not have perspective but telecentric imaging properties.
  • the reference image acquisition module 60 or the optical imaging system 80 has telecentric imaging properties, so that the optical radiation coming from the nuclear partial field of view 37 is directed substantially exactly to a respectively assigned one of the image regions 75, analogously to Figure 2 described.
  • the telecentric imaging properties of the optical imaging system 80 can be achieved, for example, by means of a telecentric objective lens.
  • an optical radiation collimator with a spatially resolved optical detector 70 disposed behind it may also be used to realize the telecentric imaging properties in an analogous manner as the nuclear imaging module.
  • a spatially resolved optical detector 70 is about a CCD camera (possibly without further objective optics) or an array of photodiodes low sensitivity into consideration.
  • An array of optical fibers in this case can guide the light from one end of the optical collimator to the optical detector.
  • FIG. 4 shows a further modification of that shown in FIG.
  • the reference image acquisition module comprises, in addition to the (first) image sensor 70, a second image sensor 74, and the optical imaging system 80 comprises, in addition to the (first) mirror 82, a second mirror 84.
  • the optical field of view of the first image sensor 70 is bounded laterally by the lines 64, 65, and the first mirror 82 is arranged to mirror this field of view 66a so as to cover an (upper) portion of the nuclear field of view 36.
  • the optical field of view of the second image sensor 74 is bounded laterally by the lines 68, 69, and the mirror 84 is arranged to mirror this field of view 66b so as to cover another (lower) part of the nuclear field of view 36. Together they form the
  • Fields of view 66a and 66b the field of view 66 of the reference image acquisition module.
  • the field of view 66 of the reference imaging module is substantially equal to the nuclear radiation field of view 36.
  • the field of view 66 may also be the nuclear radiation field of view 36 just overlap.
  • the rigid frame 10 is rigidly connected to the second image sensor 74 and the mirrors 82, 84 in addition to the first image sensor 70 and the nuclear radiation detector 40.
  • the second mirror 82 directs the optical radiation from the reference field of view 66, more specifically from the portion 66a of the reference field of view 66, to the second image sensor 74. Similar to what has already been described with respect to FIGS. 1 and 2 Also in FIG. 4, the virtual centers of the image sensors 70, 74 and the perspective center of the collimator 50 coincide. Due to the coincidence of the centers, the optical images captured by the image sensors 70, 74 have the same perspective as that of the
  • Nuclear Imaging Module 30 captured nuclear image. This in turn allows a good spatial allocation of the nuclear image with the respective optical images or with a composite optical image of the image sensors 70 and 74th
  • FIG. 5 also shows a device 1 with two image sensors 70, 74, and the description of FIGS. 1, 2 and 4 also applies to FIG. 5, with the exception of the differences described below.
  • the first image sensor 70 and the first mirror 82 are arranged as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the first image sensor 70 is arranged to receive optical radiation of a first type, e.g. a first polarization or a first wavelength range to detect.
  • the first mirror 82 is arranged to mirror the optical radiation of the first kind as described in FIGS. 1 and 2.
  • the second image sensor 74 is arranged to receive optical radiation of a second type, e.g. a second polarization or a second wavelength range to detect.
  • the second mirror 84 is arranged to mirror the second type optical radiation as described in FIGS.
  • FIG. 6 shows a device for which in turn the description of Figures 1 and 2 applies mutatis mutandis, apart from the differences described below.
  • FIG. 6 instead of just a single mirror 82, an arrangement with a plurality of mirrors 82, 84 is shown. The optical radiation coming from the reference field of view 66 is first reflected by the mirror 82 and then by the mirror 84 towards the image sensor 70.
  • the position and orientation of the mirrors 82, 84 and optionally further optical elements is selected so that the position of the virtual optical center 62 'substantially coincides with the position of the nuclear image center 32.
  • the position of the image sensor 70 can be selected more freely and thus a total of a more compact
  • the devices shown in Fig. 1 to 6 can be further varied.
  • the reference image acquisition module 60 has correspondingly adapted telecentric imaging properties as described with reference to FIG.
  • a still different aperture geometry of the collimator may be chosen, e.g. Multipinhole collimators, converging collimators, Aperture Coded collimators, etc., and also in this case, the imaging characteristics of the reference imaging module 60 are to be adjusted accordingly so that the optical radiation coming from each of the partial nuclear view fields is substantially exactly related to each associated image area of the optical image sensor 70 is directed.
  • a calibration module 90 is connected to the image sensor 70 and the nuclear radiation detector 40.
  • the calibration module 90 allows mapping of spatially coincident image coordinates of one of the
  • Nuclear radiation detector 40 detected nuclear radiation image and an image captured by the image sensor 70 optical image.
  • the calibration module can simply include a table or calculation rule generated, for example, during the production of the device, which performs this assignment. However, in other embodiments, it is desired to allow such assignment by the user.
  • the calibration module may include a user-definable calibration routine. Such a calibration routine is shown below with reference to FIGS. 8a and 8b.
  • Fig. 8a shows a calibration element 2.
  • the calibration element has eight markers 3, which are arranged in a fixed spatial relationship to each other (such as by a rigid connection frame, as indicated in Fig. 8a by lines). The spatial arrangement shown in FIG.
  • markers 3 are arranged planar in a first plane (lower plane) in a first rectangular arrangement, and four further of the markers 3 are planar in a second plane (upper plane) in FIG a second rectangle arrangement, wherein the second rectangle arrangement defines a smaller rectangle area than the first rectangle arrangement.
  • the first and second planes are arranged parallel to each other, and the two rectangle assemblies are arranged around a common central axis perpendicular to the first and second planes.
  • the markers 3 emit radiation which can be recognized both by the optical image sensor 70 and by the nuclear radiation detector 40.
  • the markers 3 may also reflect optical radiation in a further embodiment. In embodiments, this radiation can be approximated approximately by a point radiation source.
  • the signals of the eight markers 3 are thus detected by the nuclear radiation detector 40 and by the image sensor 70 and transmitted to the calibration module 90.
  • FIG. 8 b shows an image of the calibration element 2 with the markers 3 taken by the nuclear radiation detector 40 or by the image sensor 70.
  • the markers 3 may, but need not be, point radiation sources.
  • the markers 3 may be formed in a further embodiment, but also as lines, patterns, or surfaces, etc ..
  • the calibration module 90 has an image evaluation function, which is the respective image coordinates of the eight markers 3 (see Fig. 8b) in the of the
  • Nuclear radiation detector 40 detected nuclear radiation image and in the detected by the image sensor 70 optical image. As a result, an assignment of at least these image coordinates is possible. Because of these image coordinates can also the rest
  • Image coordinates of the nuclear radiation image and the optical image are assigned by interpolation. Already sufficient for the assignment, the positions of three markers. Due to the total of eight markers the problem of assignment is overdetermined. This additional overdetermined information can be used by a suitable interpolation algorithm for error correction and to achieve a more reliable association. Also, multiple exposures of the calibration element 2, such as in various orientations, may similarly be used to provide an even more robust and more reliable association of spatially coincident image coordinates of the
  • Image coordinates is solved (or that still existing insoluble equations of the equation system must be based on inaccuracies and thus can be compensated).
  • the calibration module also allows manual operation.
  • the two images, the optical image and the nuclear radiation image are overlaid as partial images and can be manually moved against each other and distorted until all marker positions overlap with sufficient accuracy.
  • the calibration element 2 may also be used to position the reference imaging module 60 or elements thereof relative to elements of the nuclear imaging module 30 (see, e.g., Fig. 2).
  • the image sensor 70 or the mirror 82 may be positioned until all the markers 3 overlap with sufficient accuracy.
  • This calibration may be manual or included in a calibration module position calibration routine that issues corresponding instructions for positioning elements of the reference imaging module 60 relative to elements of the nuclear imaging module 30.
  • an overlay module 92 is shown in Fig. 7a.
  • the overlay module 92 receives the image information from the nuclear radiation detector 40 and the image sensor 70 and receives association information from the calibration module 90. Using this information, the overlay module 92 overlays the nuclear radiation image (first field) with the optical Picture (second picture) to a common
  • the overlay module 92 then outputs the overlaid image to an image display 98.
  • the respective image portion of the partial images can be replaced by a Controller adjustable or fixed.
  • the overlay module 92 may be switchable between the output of both fields to output either one or the other field or possibly a superimposed image.
  • the device can be used immediately and without further calibration.
  • FIGS. 9a and 9b Various shapes of the collimator openings of the collimator 50 are shown by way of example in FIGS. 9a and 9b in a frontal view (viewed from the direction of the nuclear field of view 36 in FIG. 1, ie from the left). These collimator openings can be
  • Fig. 9a an arrangement is shown as a regular square matrix of picture elements resulting in a pixel-like picture.
  • Fig. 9b the collimator openings 50 are each elongate in shape and extend in different directions. As a result, in particular anisotropic structures can be easily recognized.
  • the collimator 50 of Figure 9b may be rotatable. Also another e.g.
  • honeycomb arrangement of hexagonal collimator openings is possible.
  • the reference image acquisition module is adapted in a corresponding manner to the shape of the collimator openings, so that corresponding image areas are defined on the image sensor, on which the optical radiation coming from the respective nuclear partial field of view is directed.
  • the image sensor is a pixel sensor
  • the reference image acquisition module may also be e.g. be equipped with an optical collimator.
  • the optical collimator may be designed according to the collimator 50.
  • the optical image sensor is a pixel sensor and the image area is a pixel area.
  • the reference field of view substantially completely includes the nuclear field of view.
  • a respective image area is assigned to a plurality of the nuclear partial view fields or even to each of the nuclear partial view fields on the image sensor.
  • the nuclear radiation detector is eg a gamma, beta, Compton camera, and / or a PET detector.
  • the nuclear radiation detector comprises a collimator, a scintillator and a photodiode array, or equivalent nuclear radiation detector arrangements, such as semiconductor detectors for direct detection of radiation, scintiators with connected photomultiplier tubes (PMT), scintiators with connected silicon photomultipliers (SiPM), etc.
  • the nuclear imaging module has two opposing nuclear radiation detectors for detecting positron emitters.
  • the collimator is a diverging-holes collimator, and the optical imaging system is focusing.
  • the collimator is a parallel-hole collimator, and the optical imaging system is substantially telecentric, e.g. a telecentric
  • Telecentric may also mean that a perspective center of the lens array is not at infinity, but is more than five times, but more preferably, more than ten times farther from the mirror than the optical image sensor.
  • the collimator is a multipinhole collimator, a cover-go holed collimator, a slanted-hole collimator, or a
  • Aperture-coded collimator, and the optical system is designed to have corresponding imaging characteristics (e.g., also using a corresponding collimator).
  • the nuclear image acquisition module defines a nuclear radiation center for the nuclear radiation and the nuclear radiation center
  • the reference imaging module defines a virtual perspective optical center for the optical radiation, wherein the nuclear radiation center and the virtual optical center are connected to substantially, i. are arranged in the usual position, the same position.
  • the image sensor is a first image sensor and the mirror is a first mirror
  • the reference image capture module has a second optical one Image sensor and a second mirror for directing the optical radiation of the
  • the mirrors are arranged to direct first portion of the optical radiation from the first mirror to the first image sensor, and direct a second portion of the optical radiation from the second mirror to the second image sensor.
  • the mirrors are arranged to direct first portion of the optical radiation from the first mirror to the first image sensor, and direct a second portion of the optical radiation from the second mirror to the second image sensor.
  • Nuclear radiation detector and the image sensor arranged on the same side of the reference field of view.
  • the device has a rigid frame which rigidly interconnects the optical image sensor and nuclear radiation detector (in use), but e.g. Calibration screws or other outside the actual use may contain movable elements.
  • the apparatus is equipped to output superimposed images as real-time images and / or moving images.
  • the apparatus further comprises a calibration module for assigning spatially coincident image coordinates of one of
  • Nuclear radiation detector detected nuclear radiation image and an image captured by the image sensor optical image.
  • the apparatus further includes an overlay module for overlaying the nuclear radiation image and the optical image into a common overlaid image.
  • the apparatus further includes a spatial imaging imaging system for reconstructing a three-dimensional reconstruction image from nuclear image data, such as by known methods for 3d image reconstruction, and placing the three-dimensional reconstruction image in an image memory ,
  • the nuclear image data may include data generated by the nuclear sensor.
  • the apparatus includes a virtual image generation system for generating a virtual perspective image from data stored in the image memory such that the virtual perspective image has the same perspective as the optical image.
  • the virtual image generation system is programmed to associate the virtual image and the optical image, such as by associating optical markers contained within the optical image.
  • the virtual image is a nuclear image.
  • the device includes an image display.
  • the device is a medical imaging device for determining a tracer concentration in the body of a living being, for example a human.

Abstract

Eine Vorrichtung zur kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung umfasst ein Nuklearbilderfassungs-Modul (30) und ein Referenzbilderfassungs-Modul (60). Das Referenzbilderfassungs-Modul (60) weist auf: einen optischen Bild-Sensor (70); und ein optisches Abbildungs-System (80) zum Lenken der optischen Strahlung von einem Referenz-Blickfeld (66) zu dem Bild-Sensor (70), wobei das optische Abbildungs-System (80) einen zwischen dem Referenz-Blickfeld (66) und dem optischen Bild-Sensor (70) angeordneten Spiegel (82) für die optische Strahlung umfasst. Auf dem Bild-Sensor (70) ist zu mindestens einem von Nuklear- Teilblickfeldern (37) ein jeweiliger Bildbereich (75) zugeordnet. Das optische Abbildungs-System (80) ist angeordnet, um die aus einem jeweiligen des mindestens einen Nuklear-Teilblickfelds (37) kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem jeweils zugeordneten der Bildbereiche (75) zu lenken.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR KOMBINIERTEN OPTISCHEN UND
NUKLEAREN BILDERFASSUNG
[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bilderfassung, und zwar insbesondere der kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung, und betrifft eine Vorrichtung zu solcher Bilderfassung, insbesondere eine solche Vorrichtung mit einem Nuklearbilderfassungs-Modul zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer Nuklearstrahlung und einem
Referenzbilderfassungs-Modul zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer optischen Strahlung. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Bilderfassung.
[0002] Nukleare Bildgebungsverfahren haben sich als äußerst nützlich in verschiedenen Bereichen erwiesen, insbesondere in nuklearmedizinischen Anwendungen sowie bei der Suche nach radioaktiv belastetem Material wie Nuklearmüll. Bei den nuklearen
Bildgebungsverfahren wird die aus einem Raumbereich kommende Nuklearstrahlung in einem zwei- oder dreidimensionalen Bild visualisiert und somit für den Menschen
wahrnehmbar gemacht. Der Raumbereich, in dem die räumliche Verteilung der
Nuklearstrahlung hinreichend zuverlässig detektiert werden kann, wird auch als Nuklear- Blickfeld bezeichnet. Auch in Fällen, in denen die Grenzen dieses Raumbereiches fließend sind, lässt sich das Nuklear-Blickfeld sinnvoll z.B. durch einen vorgegebenen
Empfindlichkeits-Schwellwert für die Strahlungsintensität und / oder für die Ortsauflösung des Detektors definieren: Das Nuklear-Blickfeld ist dann der Raumbereich, dessen Strahlung durch den Detektor mit einer den Empfindlichkeits-Schwellwert überschreitenden
Empfindlichkeit detektiert werden kann.
[0003] Trotz ihres erheblichen Nutzens ist die Auswertung der generierten Nuklear- Bilder schwierig. Das liegt auch daran, dass die im Nuklear-Bild erkennbaren Strukturen nicht leicht den mit bloßem Auge wahrnehmbaren Strukturen zugeordnet werden können. So sind beispielsweise in einem typischen medizinischen Nuklearbild kaum anatomische Strukturen sichtbar.
[0004] Dieses Problem kann gelindert werden, indem radioaktive Marker an bekannten anatomischen Positionen angebracht werden. Die Marker können dann im Nuklearbild erkannt werden, um zumindest grobe Anhaltspunkte zu erhalten. Auch sind Systeme zur hybriden SPECT/CT- oder PET/CT- Aufnahme bekannt, um CT-Bilder, die anatomische Informationen enthalten, mit Nuklearbildern zu überlagern. Auch werden derzeit Verfahren entwickelt, um dreidimensionale Nuklearbilder in geeigneter Perspektive darzustellen und mit einem Videobild zu überlagern, um auf diese Weise anatomische und Nuklearbild- Informationen gemeinsam zu erfassen.
[0005] Auch sind Vorrichtungen zur kombinierten Erfassung von Röntgen- und optischen Bildern bekannt, etwa aus DE 10049103, JP 61057804, US 2007/0019787, US 6,447,163 und US 3,679,901. Allerdings sind die dort verwendeten Ansätze nicht leicht auf die Visualisierung von Nuklearstrahlung übertragbar, da die Röntgen- und die nuklearen Bildgebungsverfahren auf unterschiedlichen Grundprinzipien beruhen. In US 2007/0019787 müssen die Röntgen- und die optischen Bildern zudem zeitversetzt aufgenommen werden. Bewegte Proben können daher nicht optimal erfasst werden.
[0006] In EP 0 743 538 wird eine Vorrichtung zur Fernlokalisierung von radioaktiven Quellen in einer Beobachtungszone beschrieben. Die Vorrichtung hat einen Spiegel und eine optische Kamera zum Liefern eines Bildes der Beobachtungszone, und Mittel zum
Detektieren radioaktiver Strahlen. Die Mittel zum Detektieren radioaktiver Strahlen weisen einen Kollimator mit einer einzigen Kollimator-Öffnung (Pinhole-Kollimator) auf, der die Aufnahme eines ortsaufgelösten Nuklearbilds erlaubt. Das Nuklearbild kann dann mit dem Bild der optischen Kamera kombiniert werden. Allerdings ist die erreichbare Bildqualität des Nuklearbilds durch den Pinhole-Kollimator in einem bestimmten Zeitrahmen beschränkt.
[0007] Vor diesem Hintergrund wird daher eine Vorrichtung zur kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Bilderfassung gemäß Anspruch 13 vorgeschlagen. Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungen und besondere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
[0008] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst ein, also mindestens ein, Nuklearbilderfassungs-Modul; und ein Referenzbilderfassungs-Modul. Das Nuklearbilderfassungs-Modul ist zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer von einem Nuklear-Blickfeld kommenden Nuklearstrahlung eingerichtet, d.h. einer Information, ob und optional wie viele Nuklearstrahlungspartikel pro Ort detektiert wurden. Das
Nuklearbilderfassungs-Modul weist einen Nuklearstrahlungsdetektor, und einen zwischen dem Nuklear-Blickfeld und dem Nuklearstrahlungsdetektor angeordneten Kollimator mit einer Mehrzahl von Kollimator-Öffnungen auf, wobei die oder sogar jede der Kollimator- Öffnungen zum Durchlassen einer aus einem jeweiligen Nuklear- Teilblickfeld des Nuklear- Blickfelds kommenden Teilstrahlung der Nuklearstrahlung angeordnet sind. Das
Referenzbilderfassungs-Modul ist zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer von einem Referenz-Blickfeld kommenden optischen Strahlung eingerichtet und weist auf: einen optischen Bild-Sensor; und ein optisches Abbildungs-System zum Lenken der optischen Strahlung von dem Referenz-Blickfeld zu dem Bild-Sensor, wobei das optische Abbildungs- System einen (bezogen auf den Strahlengang) zwischen dem Referenz-Blickfeld und dem optischen Bild-Sensor angeordneten Spiegel für die optische Strahlung umfasst. Auf dem Bild-Sensor ist zu mindestens einem, zu mehreren, oder sogar zu jedem der Nuklear- Teilblickfelder ein jeweiliger Bildbereich zugeordnet, und zwar erfolgt die Zuordnung im Wesentlichen durch das optische Abbildungs-System und seine Anordnung: Das optische Abbildungs-System ist nämlich angeordnet, um die aus einem jeweiligen des mindestens einen Nuklear-Teilblickfelds oder sogar aus jedem der Nuklear-Teilblickfelder kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem jeweils zugeordneten der Bildbereiche zu lenken. Demnach ist das Abbildungs-System auf den Kollimator und die Mehrzahl der Kollimator-Öffnungen abgestimmt.
[0009] Insbesondere dank der Mehrzahl der Kollimator- Öffnungen ist die Aufnahme eines ortsaufgelösten Nuklearbilds hoher Qualität möglich. Zudem ermöglicht das optische Abbildungs-System, dem Nuklearbild auf einfache Weise und in Echtzeit ein optisches Bild zuzuordnen. Die Zuordnung kann für verschiedene Raumtiefen, d.h. in drei Dimensionen korrekt durchgeführt werden, da die Nuklear-Teilblickfelder einschließlich ihrer Bildtiefe den jeweiligen Bildbereichen des optischen Bildsensors zugeordnet sind.
[0010] Die optische Kamera kann ein Laparoskop, Endoskop, eine oder mehrere allgemeine Kamera(s) oder dergleichen umfassen. Auch Kameras, die nur schmale (Narrow- Band) und/oder mehrere getrennte Frequenzbänder aufnehmen können, z.B. Multispektrale Kameras, oder die zur Bilderfassung selbst Licht emittieren, wie Fluoreszenz Kameras, Interferenz- Kameras oder Time-of-Flight Kameras, können als optische Kameras eingesetzt werden. Unter optischer Strahlung wird hierin irgendeine durch einen Spiegel ablenkbare elektromagnetische Strahlung verstanden. Dies ist üblicherweise in einem
Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 10 μιη Wellenlänge möglich. Der Spiegel ist dementsprechend geeignet, die optische Strahlung zumindest zu einem beachtlichen Teil zu reflektieren, aber er kann durchlässig für Nuklearstrahlung sein. Die Nuklearstrahlung kann beispielsweise Neutronen-, Alpha-, Beta-, und/oder Gamma-Strahlen mit z.B. mehr als 15 keV umfassen. Entsprechend kann der Nuklearstrahlungsdetektor ein Gamma-, Beta-, Compton-Detektor sein. Der Nuklearstrahlungsdetektor kann auch einen dem
Nuklearblickfeld gegenüberliegenden weiteren Nuklearstrahlungsdetektor umfassen, um z.B. rauscharme PET-Signale zu erfassen.
[0011] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung für die medizinische Bildgebung, insbesondere für nuklear geführte Chirurgie, Nuklearmedizin, und Zelldetektion vorteilhaft einsetzbar; Zusätzlich ist die Erfindung auch zur Detektion radioaktiven Abfalls verwendbar.
[0012] Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst auch Vorrichtungsteile zum Ausführen jeweils einzelner Verfahrensschritte. Diese Verfahrensschritte können durch Hardwarekomponenten, durch einen mittels entsprechender Software programmierten Computer, durch eine Kombination von beiden, oder in irgendeiner anderen Weise ausgeführt werden. Die Erfindung ist des Weiteren auch auf Verfahren gerichtet, gemäß denen die jeweils beschriebenen Vorrichtungen arbeiten. Sie beinhaltet Verfahrens schritte zum Ausführen jeder Funktion der Vorrichtungen.
[0013] Im Weiteren soll die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert werden, aus denen sich weitere Vorteilteile und
Abwandlungen ergeben. Dazu zeigen:
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Figuren 2-6 zeigen jeweilige schematische Seitenansichten von Vorrichtung gemäß einer zweiten bis sechsten Ausführungsform der Erfindung; Figur 7a zeigt schematische Diagramme weiterer Ausführungsformen mit Modulen zur Bildkalibrierung und -generierung;
Figur 8a zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kalibrier- Elements, und Figur 8b zeigt ein durch die Vorrichtung generiertes Abbild dieses Kalibrier- Elements; und
Figuren 9a und 9b zeigen verschiedene Kollimator-Öffnungen in Frontalansicht.
[0014] In den Figuren sind einander ähnliche oder entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Hierin beschriebene einzelne Aspekte und Eigenschaften, auch wenn sie im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, können beliebig mit anderen Aspekten, Eigenschaften oder Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erhalten.
[0015] Figur 1 dient zur Illustration einiger allgemeiner Aspekte der Erfindung, die im Folgenden erläutert werden. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 hat ein Nuklearbilderfassungs-Modul 30 und ein Referenzbilderfassungs-Modul 60. Das
Nuklearbilderfassungs-Modul 30 hat einen Kollimator 50 und einen
Nuklear Strahlungsdetektor 40, der z.B. der in Fig. 2 genauer dargestellte
Nuklear Strahlungsdetektor sein kann. Das Referenzbilderfassungs-Modul 60 umfasst einen optischen Bild-Sensor 70 und ein optisches Abbildungs-System 80 mit einem Spiegel 82, der die optische Strahlung reflektiert, für Nuklearstrahlung dagegen durchlässig ist.
[0016] Der Kollimator 50 hat mehrere Kollimator- Öffnungen und ist als Diverging- Holes-Kollimator ausgeführt: Die Kollimator-Öffnungen sind zur von einem gemeinsamen in etwa punktartigen Zentrum 32 weg und zu einem Nuklearblickfeld 36 hin gerichtet. Das Zentrum 32 wird auch als perspektivisches Nuklearstrahlungs-Zentrum 32 bezeichnet. Für einen hinreichend langen Kollimator 50 erlaubt diese Geometrie des Kollimator 50, durch den Detektor 40 ein perspektivisches ortsaufgelöstes Nuklearstrahlungs-Bild der Nuklearstrahlung in dem Nuklearblickfeld 36 zu erhalten: Nämlich definiert jede der Kollimator-Öffnungen ein zum Zentrum 32 hin gerichtetes Teilblickfeld des Nuklearblickfelds 36, so dass der Detektor 40 in einem entsprechenden Bild-Bereich des Nuklearstrahlungs-Bildes die aus dem entsprechenden Teilblickfeld kommende Strahlung erfasst. Dadurch wird ein ortsaufgelöstes perspektivisches Nuklear-Bild mit perspektivischem Zentrum 32 erzeugt. Demnach hat auch das Nuklearblickfeld 36 insgesamt eine im Wesentlichen zum Zentrum 32 hin gerichtete seitliche Begrenzung. Für eine endliche Kollimator-Länge wird ein solches perspektivisches Bild zumindest näherungsweise erzeugt.
[0017] Das optische Abbildungs-System 80 ist angeordnet, um optische Strahlung von dem Referenz-Blickfeld 66 zu dem Bild-Sensor 70 zu lenken. Auch das optische Abbildungs- System 80 ist eingerichtet, um ein perspektivisches Bild zu erzeugen, d.h. die optische Strahlung wird so von dem Referenz-Blickfeld 66 auf den Bild-Sensor 70 gelenkt, dass aus jeweiligen auf ein virtuelles optisches Zentrum 62' zulaufenden Teilvolumina kommende optische Strahlung auf jeweilige Bildbereiche des Bild-Sensors gelenkt werden. Die Position des Zentrums 62' ist durch das ungespie gelte perspektivische Zentrum 62 und den Spiegel 82 vorgegeben. Das ungespiegelte perspektivische Zentrum 62 ist wiederum durch eine zu dem Bild-Sensor 70 zugehörige Kamera-Optik (mit Linsen und Apertur) und ggf. sonstige optische Elemente vorgegeben. In Fig. 1 ist das ungespiegelte perspektivische Zentrum 62 hinter dem Bild-Sensor 70 liegend dargestellt, je nach optischen Elementen kann es jedoch auch vor dem Bild-Sensor 70 liegen. Das Referenz-Blickfeld 66 hat eine im Wesentlichen zum virtuellen optischen Zentrum 62' hin gerichtete seitliche Begrenzung. In Fig. 1 ist auch eine willkürlich gewählte vordere Begrenzung des Referenz-Blickfeld bzw. des Nuklearblickfeld dargestellt. Ebenso kann es eine hintere Begrenzung geben. Diese Begrenzungen können beispielsweise durch die Zugänglichkeit des Messraums, die Empfindlichkeit des Nuklearstrahlungsdetektors 40 und dergleichen bestimmt sein. Hierin wird unter einer Begrenzung im Wesentlichen die seitliche Begrenzung in dem vor dem äußersten Spiegel oder sonstigen optischen Element liegenden Bereich verstanden.
[0018] In Fig. 1 ist die Position und Orientierung des Bild-Sensor 70, des Spiegels 82 und ggf. weiterer optischer Elemente so gewählt, dass die Position des virtuellen optischen Zentrums 62' im Wesentlichen mit der Position des Nuklearbild-Zentrums 32 übereinstimmt. Um eine übereinstimmende Position der beiden Zentren 32, 62' zu erreichen, ist insbesondere vorzusehen, dass das (reale) Zentrum 62 und das Zentrum 32 den gleichen Abstand von einer Mitte des Spiegels 82 hat. Durch die Übereinstimmung der Zentren 32, 62' vermag das Referenzbilderfassungs-Modul 60 ein optisches Bild mit der gleichen Perspektive wie ein von dem Nuklearbilderfassungs-Modul 30 erfasstes Nuklear-Bild zu erfassen. Die gemeinsame Perspektive ermöglicht eine gute räumliche Zuordnung des Nuklearbilds mit dem optischen Bild in dem gesamten Raumbereich innerhalb des Referenz-Blickfeld bzw. des Nuklearblickfeld. In Fig. 1 sind der Nuklearblickfeld 36 und der Referenz-Blickfeld 66 sogar gleich gewählt. Dies ist jedoch keine notwendige Bedingung. Beispielsweise könnte alternativ auch der Nuklearblickfeld 36 in dem Referenz-Blickfeld 66 enthalten sein oder umgekehrt oder Nuklearblickfeld 36 und Referenz-Blickfeld 66 sich auf andere Weise überlappen.
[0019] Fig. 2 zeigt eine ähnliche wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung mit einigen weiteren Details. Die Beschreibung von Fig. 1 gilt auch für Fig. 2 entsprechend, und im Folgenden sollen lediglich die weiteren Details beschrieben werden. In Fig. 2 sind weitere Details des Nuklearstrahlungsdetektors 40 dargestellt, der einen Szintillator 46 und ein Array von Fotodioden 48 umfasst. Der Kollimator 50 ist in Strahlrichtung vor dem Szintillator 46 angeordnet und hat mehrere Kollimator-Öffnungen 52. Als weitere Details des
Referenzbilderfassungs-Moduls 60 sind neben dem optischen Bild-Sensor 70 auch eine Linsenanordnung 86 dargestellt. Die Linsenanordnung bestimmt die Lage des ungespiegelten perspektivischen Zentrums 62. Zusätzlich sind in Fig. 2 seitliche Begrenzungen 34, 35 des Nuklear-Blickfelds 36 und seitliche Begrenzungen 64, 65 des optischen Referenz-Blickfelds 66 dargestellt.
[0020] Weiter ist in Fig. 2 für eine der Kollimator- Öffnungen 52 des Kollimators 50 beispielhaft das entsprechende Teilblickfeld 37, seitlich begrenzt durch die Begrenzungen 34, 34a, dargestellt. Die Kollimator- Öffnungen 52 ist so angeordnet, dass sie die aus dem
Nuklear-Teilblickfeld 37 kommende Nuklearstrahlung durchlässt. Der Kollimator- Öffnung 52 bzw. dem Teilblickfeld 37 ist ein entsprechender Bild-Bereich des Szintillators 46 zugeordnet, so dass der Szintillator 46 und somit der Detektor 40 in diesem Bild-Bereich die aus dem Teilblickfeld 37 kommende Strahlung erfasst. Da die übrigen Kollimator-Öffnungen auf entsprechende Weise gestaltet sind, wird insgesamt ein ortsaufgelöstes perspektivisches Nuklear-Bild mit perspektivischem Zentrum 32 und einer durch den Kollimator 50
vorgegebenen Auflösung erzeugt. In dieser Beschreibung ist eine Unschärfe des Nuklearbilds aufgrund der endlichen Länge des Kollimators vernachlässigt. Diese Vernachlässigung soll im Folgenden beibehalten werden. Insbesondere wenn bestimmte Relationen also„im
Wesentlichen" erfüllt beschrieben sind, soll dies eine Vernachlässigung derartiger Unschärfen beinhalten. [0021] Durch die Übereinstimmung des Nuklearstrahlungs-Zentrums 32 und dem virtuellen optischen Zentrum 62' vermag das Referenzbilderfassungs-Modul 60 ein optisches Bild mit der gleichen Perspektive wie das Nuklearbilderfassungs-Modul 30 zu erfassen. Daher gibt es ein dem Nuklear-Teilblickfeld 37 entsprechendes optisches Teil-Blickfeld, nämlich das durch die seitlichen Begrenzungen 64 und 64a begrenzte Teil-Blickfeld. Die aus diesem optischen Teil-Blickfeld kommende optische Strahlung wird auf einem Bildbereich 75 des optischen Bild-Sensors 70 erfasst. Somit ist der Bildbereich 75 dem Nuklear-Teilblickfeld 37 zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt im Wesentlichen durch das optische Abbildungs- System 80 und seine Anordnung: Das optische Abbildungs-System 80 ist angeordnet, um die aus dem Nuklear-Teilblickfeld 37 kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem Bildbereich 75 zu lenken.
[0022] Damit die Zentren 32 und 62' übereinstimmen, ist es zweckmäßig, dass der Abstand 1Q des optischen Zentrums 62 von einer Mitte des Spiegels 82 und der Abstand ln des Nuklearstrahlungs-Zentrums 32 von der Mitte des Spiegels 82 gleich sind. Weiter ist es zweckmäßig, dass die Apertur aQ bzw. der Winkel a0 des optischen Bild-Sensors 70 bzw. der zugehörigen optischen Anordnung 86 größer oder gleich wie die durch den Kollimator 50 vorgegebene Apertur an (auf den gleichen Abstand vom Zentrum 32 bezogen wie die Apertur aQ) bzw. der Winkel an. In Fig. 2 sind die Aperturen bzw. Winkel gleich gewählt, so dass Nuklearblickfeld 36 und Referenz-Blickfeld 66 übereinstimmen.
[0023] Weiter ist in Fig. 2 ein optionaler starrer Rahmen 10 schematisch dargestellt. Der Rahmen 10 verbindet den optischen Bild-Sensor 70 und den Nuklear Strahlungsdetektor 40 starr miteinander. Die starre Verbindung schließt nicht aus, dass der optischen Bild-Sensor 70 und den Nuklearstrahlungsdetektor 40 etwa durch Kalibrier-, Justierelemente oder dergleichen gegeneinander bewegbar sind. Jedoch ermöglicht der Rahmen 10 eine starre und zuverlässige Verbindung zumindest während des Betriebs. Somit ist die Zuordnung zwischen dem Bildbereich 75 und dem Nuklear-Teilblickfeld 37 sicher gewährleistet. Auch der Spiegel 82 und weitere optische Elemente können mit dem Rahmen 10 starr verbunden sein.
[0024] Fig. 3 zeigt eine zu Fig. 2 ähnliche Ausführungsform. Bis auf die untenstehend beschriebenen Unterschiede gilt die Beschreibung der Figuren 1 und 2 auch für Fig. 3. Im Gegensatz zu Fig. 2 weist in Fig. 3 der Kollimator 50 parallele Öffnungen 52 auf. Ein perspektivisches Zentrum 32 wie in Fig. 2 existiert daher nicht bzw. ist ins Unendliche verschoben. Die von den jeweiligen Kollimator-Öffnungen 52 definierten Nuklear- Teilblickfelder 37 verlaufen parallel zueinander und weiten sich im Wesentlichen, d.h. unter Vernachlässigung der endlichen Kollimator-Länge, nicht auf. Somit hat das
Nuklearbilderfassungs-Modul 30 von Fig. 3 keine perspektivischen, sondern telezentrische Abbildungseigenschaften.
[0025] Entsprechend weist auch das Referenzbilderfassungs-Modul 60 bzw. das optische Abbildungs-System 80 telezentrische Abbildungseigenschaften auf, so dass die aus den Nuklear-Teilblickfeldern 37 kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu einem jeweils zugeordneten der Bildbereiche 75 gelenkt wird, analog wie zu Figur 2 beschrieben. Die telezentrischen Abbildungseigenschaften des optischen Abbildungs-System 80 können beispielsweise mittels einer telezentrischen Objektivlinse erreicht werden. Alternativ kann auch ein Kollimator für optische Strahlung mit einem dahinter angeordneten ortsaufgelösten optischen Detektor 70 verwendet werden, um die telezentrischen Abbildungseigenschaften in analoger Weise wie das Nuklearbilderfassungs-Modul zu realisieren. Als ortsaufgelöster optischer Detektor 70 kommt etwa eine CCD-Kamera (evtl. ohne weitere Objektivoptik) oder ein Array von Fotodioden niedriger Empfindlichkeit in Betracht. Ein Array von Lichtleitern kann in diesem Fall das Licht von einem Ende des optischen Kollimators zu dem optischen Detektor leiten.
[0026] Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsform. Wiederum gilt bis auf die untenstehend beschriebenen Unterschiede die Beschreibung der Figuren 1 und 2 auch für Fig. 4 entsprechend. In Fig. 4 umfasst das Referenzbilderfassungs-Modul neben dem (ersten) Bild-Sensor 70 noch einen zweiten Bild- Sensor 74, und das optische Abbildungs-System 80 umfasst neben dem (ersten) Spiegel 82 noch einen zweiten Spiegel 84. Das optische Blickfeld des ersten Bild-Sensors 70 ist seitlich durch die Linien 64, 65 begrenzt, und der erste Spiegel 82 ist angeordnet, um dieses Blickfeld 66a so zu spiegeln, dass es eine (die obere) Partie des Nuklearblickfelds 36 abdeckt. Das optische Blickfeld des zweiten Bild-Sensors 74 ist seitlich durch die Linien 68, 69 begrenzt, und der Spiegel 84 ist angeordnet, um dieses Blickfeld 66b so zu spiegeln, dass es eine weitere (die untere) Partie des Nuklearblickfelds 36 abdeckt. Gemeinsam bilden die
Blickfelder 66a und 66b das Blickfeld 66 des Referenzbilderfassungs-Modul. In Figur 4 ist das Blickfeld 66 des Referenzbilderfassungs-Modul mit dem Nuklearstrahlungs-Blickfeld 36 im Wesentlichen gleich. Das Blickfeld 66 kann das Nuklearstrahlungs-Blickfeld 36 aber auch lediglich überlappen. Der starre Rahmen 10 ist neben dem ersten Bild-Sensor 70 und dem Nuklear Strahlungsdetektor 40 auch mit dem zweiten Bild-Sensor 74 und den Spiegeln 82, 84 starr verbunden.
[0027] Somit lenkt der zweite Spiegel 82 die optische Strahlung von dem Referenz- Blickfeld 66, genauer von dem Teil 66a des Referenz-Blickfelds 66, zu dem zweiten Bild- Sensor 74. Ähnlich wie bereits zu den Figuren 1 und 2 beschrieben, stimmen auch in Fig. 4 die virtuellen Zentren der Bild-Sensoren 70, 74 und das perspektivische Zentrum des Kollimators 50 überein. Durch die Übereinstimmung der Zentren haben die von den Bild- Sensoren 70, 74 erfassten optischen Bilder die gleiche Perspektive wie das von dem
Nuklearbilderfassungs-Modul 30 erfasste Nuklear-Bild. Dies ermöglicht wiederum eine gute räumliche Zuordnung des Nuklearbilds mit den jeweiligen optischen Bildern bzw. mit einem zusammengesetzten optischen Bild der Bild-Sensoren 70 und 74.
[0028] Auch in Fig. 5 ist eine Vorrichtung 1 mit zwei Bild-Sensoren 70, 74 dargestellt, und die Beschreibung der Figuren 1, 2 und 4 gilt auch für Fig. 5 entsprechend, abgesehen von den im Folgenden beschriebenen Unterschieden. Der erste Bild-Sensor 70 und der erste Spiegel 82 sind wie in Fig. 1 und 2 dargestellt angeordnet. Der erste Bild-Sensor 70 ist eingerichtet, um optische Strahlung einer ersten Art, z.B. einer ersten Polarisation oder eines ersten Wellenlängenbereichs, zu erfassen. Der erste Spiegel 82 ist eingerichtet, um die optische Strahlung der ersten Art wie in Fig. 1 und 2 beschrieben zu spiegeln. Der zweite Bild-Sensor 74 ist eingerichtet, um optische Strahlung einer zweiten Art, z.B. einer zweiten Polarisation oder eines zweiten Wellenlängenbereichs, zu erfassen. Der zweite Spiegel 84 ist eingerichtet, um die optische Strahlung der zweiten Art wie in Fig. 1 und 2 beschrieben zu spiegeln, aber die optische Strahlung der ersten Art durchzulassen. Auch in Fig. 5 stimmen die jeweiligen virtuellen Zentren der Bild-Sensoren 70, 74 und das perspektivische Zentrum des Kollimators 50 überein. Durch die Übereinstimmung der Zentren haben die von den Bild- Sensoren 70, 74 erfassten optischen Bilder und das von dem Nuklearbilderfassungs-Modul 30 erfasste Nuklear-Bild eine einzige gemeinsame Perspektive. Dies ermöglicht wiederum eine gute räumliche Zuordnung des Nuklearbilds und der optischen Bilder der Bild-Sensoren 70 und 74 untereinander. Alle drei Bilder können mit gleicher räumlicher Zuordnung
miteinander überlagert werden. Durch die Möglichkeit, optische Strahlung verschiedener Art selektiv zu erfassen, kann zusätzliche Information über das Referenz-Blickfeld 66 gewonnen werden und ein optisches Bild mit verbessertem Kontrast erhalten werden. [0029] Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung, für welche wiederum die Beschreibung der Figuren 1 und 2 entsprechend gilt, abgesehen von den im Folgenden beschriebenen Unterschieden. In Fig. 6 ist statt nur einem einzigen Spiegel 82 eine Anordnung mit mehreren Spiegeln 82, 84 dargestellt. Die von dem Referenz-Blickfeld 66 kommende optische Strahlung wird zunächst vom Spiegel 82 und sodann vom Spiegel 84 zu dem Bild-Sensor 70 hin reflektiert. Die Position und Orientierung der Spiegels 82, 84 und ggf. weiterer optischer Elemente ist so gewählt, dass die Position des virtuellen optischen Zentrums 62' im Wesentlichen mit der Position des Nuklearbild-Zentrums 32 übereinstimmt. Durch den weiteren Spiegel 84 kann die Position des Bild-Sensor 70 freier gewählt und somit insgesamt eine kompaktere
Anordnung der Elemente des Referenzbilderfassungs-Moduls 60 erreicht werden.
[0030] Die in Fig. 1 bis 6 dargestellten Vorrichtungen können noch weiter variiert werden. So ist beispielsweise bei einigen der dargestellten Vorrichtungen nur ein Kollimator mit divergierenden Öffnungen dargestellt. Es ist jedoch auch ein Kollimator mit parallelen Öffnungen möglich. In diesem Fall hat das Referenzbilderfassungs-Modul 60 entsprechend angepasste telezentrische Abbildungseigenschaften, wie mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Weiter kann auch eine noch andere Öffnungs-Geometrie des Kollimators gewählt werden, z.B. Multipinhole Kollimatoren, Converging Kollimatoren, Aperture Coded Kollimatoren, etc., und auch in diesem Fall sind die Abbildungseigenschaften des Referenzbilderfassungs- Moduls 60 entsprechend anzupassen, so dass die aus einem jeweiligen der Nuklear- Teilblickfelder kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu einem jeweils zugeordneten Bildbereiche des optischen Bild-Sensor 70 gelenkt wird.
[0031] In Figur 7a ist eine weitere Ausführungsform mit einem Modul zur
Bildkalibrierung und -generierung dargestellt. Ein Kalibrier-Modul 90 ist mit dem Bild- Sensor 70 und dem Nuklear Strahlungsdetektor 40 verbunden. Das Kalibrier-Modul 90 erlaubt das Zuordnen räumlich übereinstimmender Bildkoordinaten eines von dem
Nuklear Strahlungsdetektor 40 erfassten Nuklearstrahlungs-Bilds und eines von dem Bild- Sensor 70 erfassten optischen Bilds. Im einfachsten Fall kann das Kalibrier-Modul einfach eine z.B. bei der Herstellung der Vorrichtung generierte Tabelle oder Rechenvorschrift umfassen, die diese Zuordnung vornimmt. In anderen Ausführungsformen ist es jedoch gewünscht, eine solche Zuordnung durch den Benutzer zu erlauben. Für diesen Fall kann das Kalibrier-Modul eine durch den Benutzer vornehmbare Kalibrier-Routine umfassen. Eine solche Kalibrier-Routine ist im Folgenden mit Bezug auf Fig. 8a und 8b dargestellt. [0032] Fig. 8a zeigt ein Kalibrier-Element 2. Das Kalibrier-Element weist acht Marker 3 auf, die in einem festen räumlichen Verhältnis zueinander angeordnet sind (etwa durch einen starren Verbindungsrahmen, wie in Fig. 8a durch Linien angedeutet). Die in Figur 8a dargestellte räumliche Anordnung ist besonders vorteilhaft: Vier der Marker 3 sind planar in einer ersten Ebene (unteren Ebene) in einer ersten Rechtecks-Anordnung angeordnet, und vier weitere der Marker 3 sind planar in einer zweiten Ebene (oberen Ebene) in einer zweiten Rechtecks-Anordnung angeordnet, wobei die zweite Rechtecks-Anordnung eine kleinere Rechtecks-Fläche als die erste Rechtecks -Anordnung definiert. Die erste und die zweite Ebene sind parallel zueinander angeordnet, und die beiden Rechtecks -Anordnungen sind um eine gemeinsame zu der ersten und zweiten Ebene senkrechte Mittelachse angeordnet.
[0033] Die Marker 3 senden Strahlung aus, die sowohl durch den optischen Bild-Sensor 70 als auch durch den Nuklearstrahlungsdetektor 40 erkennbar ist. Die Marker 3 können in einer weiteren Ausführungsform auch optische Strahlung reflektieren. Diese Strahlung kann in Ausführungsformen näherungsweise durch eine Punktstrahlungsquelle idealisiert werden. Die Signale der acht Marker 3 werden somit durch den Nuklearstrahlungsdetektor 40 sowie durch den Bild-Sensor 70 erfasst und an das Kalibrier-Modul 90 übermittelt. Fig. 8b zeigt ein durch das Nuklearstrahlungsdetektor 40 bzw. durch den Bild-Sensor 70 aufgenommenes Abbild des Kalibrier-Elements 2 mit den Markern 3. Die Marker 3 können, aber müssen nicht Punktstrahlungsquellen sein. So können die Marker 3 in einer weiteren Ausführungsform, sondern auch als Linien, Muster, oder Flächen, etc ausgebildet sein.
[0034] Das Kalibrier-Modul 90 weist eine Bildauswertungs-Funktion auf, die die jeweiligen Bildkoordinaten der acht Marker 3 (siehe Fig. 8b) in dem von dem
Nuklear Strahlungsdetektor 40 erfassten Nuklearstrahlungs-Bild sowie in dem von dem Bild- Sensor 70 erfassten optischen Bild ermittelt. Dadurch ist eine Zuordnung zumindest dieser Bildkoordinaten möglich. Aufgrund dieser Bildkoordinaten können auch die übrigen
Bildkoordinaten des Nuklearstrahlungs-Bilds und des optischen Bilds durch Interpolation zugeordnet werden. Zur Zuordnung genügen eigentlich bereits die Positionen von drei Markern. Durch die insgesamt acht Marker ist das Problem der Zuordnung überbestimmt. Diese zusätzliche überbestimmte Information kann durch einen geeigneten Interpolations- Algorithmus zur Fehlerkorrektur und zum Erreichen einer zuverlässigeren Zuordnung verwendet werden. Auch können mehrere Aufnahmen des Kalibrier-Elements 2 etwa in verschiedenen Orientierungen in ähnlicher Weise verwendet werden, um eine noch robustere und zuverlässigere Zuordnung räumlich übereinstimmender Bildkoordinaten des
Nuklearstrahlungs-Bilds und des optischen Bilds zu erhalten. Diese Kalibrierung ist aufgrund der besonderen oben beschriebenen Abbildungseigenschaften des Referenzbilderfassungs- Modul ermöglicht. Nur dank der besonderen oben beschriebenen Abbildungseigenschaften - nämlich dass die aus einem jeweiligen der Nuklear-Teilblickfelder kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem jeweils zugeordneten der Bildbereiche gelenkt wird - sind die dreidimensional angeordneten Marker 3 widerspruchsfrei kalibrierbar. Formell äußert sich dies darin, dass das überbestimmte Gleichungssystem zur Zuordnung der
Bildkoordinaten lösbar ist (bzw. dass dennoch bestehende unlösbare Gleichungen des Gleichungs Systems auf Ungenauigkeiten beruhen müssen und somit kompensiert werden können).
[0035] Das Kalibriermodul erlaubt auch einen manuellen Betrieb. Hier werden die beiden Bilder, das optische Bild und das Nuklearstrahlungsbild, als Teilbilder überlagert und können manuell gegeneinander bewegt und verzerrt werden, bis alle Marker-Positionen sich mit genügender Genauigkeit überdecken.
[0036] In einer weiteren Ausführungsform kann das Kalibrier-Element 2 auch zur Positionierung des Referenzbilderfassungs-Moduls 60 oder Elementen desselben relativ zu Elementen des Nuklearbilderfassungs-Moduls 30 verwendet werden (siehe z.B. Fig. 2). Beispielsweise kann der Bild-Sensor 70 oder der Spiegel 82 so positioniert werden, bis alle Marker 3 sich mit genügender Genauigkeit überlagern. Diese Kalibrierung kann manuell erfolgen oder in einer Positions-Kalibrier-Routine des Kalibrier-Moduls enthalten sein, die entsprechende Anweisungen zur Positionierung von Elementen des Referenzbilderfassungs- Moduls 60 relativ zu Elementen des Nuklearbilderfassungs-Moduls 30 ausgibt.
[0037] Weiter ist in Fig. 7a ein Überlagerungs-Modul 92 dargestellt. Das Überlagerungs- Modul 92 empfängt die Bildinformationen von dem Nuklearstrahlungsdetektor 40 und dem Bild-Sensor 70 und empfängt Zuordnungs-Information von dem Kalibrier-Modul 90. Mittels diesen Informationen überlagert das Überlagerungs-Modul 92 das Nuklearstrahlungs-Bilds (erstes Teilbild) mit dem optischen Bild (zweites Teilbild) zu einem gemeinsamen
überlagerten Bild, in dem räumlich einander zugeordnete Bildbereiche der jeweiligen Teilbilder miteinander überlagert sind. Das Überlagerungs-Modul 92 gibt das überlagerte Bild sodann an ein Bild-Display 98 aus. Der jeweilige Bildanteil der Teilbilder kann durch einen Regler einstellbar oder fest vorgegeben sein. Auch kann das Überlagerungs-Modul 92 zwischen der Ausgabe beider Teilbilder umschaltbar sein, um entweder das eine oder das andere Teilbild oder ggf. ein überlagertes Bild auszugeben. Ein Vorteil der Ausführungsform liegt darin, dass eine Kalibration nur dann erforderlich ist, wenn Veränderungen an dem Nuklearbilderfassungs-Modul und / oder an dem Referenzbilderfassungs-Modul
vorgenommen werden. In Abwesenheit solcher Veränderungen kann die Vorrichtung sofort und ohne weitere Kalibrierung verwendet werden.
[0038] In Fig. 9a und 9b sind verschiedene Gestalten der Kollimator- Öffnungen des Kollimators 50 in Frontalansicht (in Fig. 1 aus Richtung des Nuklearblickfeld 36, also von links her, betrachtet) beispielhaft dargestellt. Diese Kollimator-Öffnungen können
divergierend oder parallel angeordnet sein. In Fig. 9a ist eine Anordnung als eine regelmäßige quadratische Matrix von Bildelementen dargestellt, die zu einem Pixel-artigen Bild führt. In Fig. 9b haben die Kollimator-Öffnungen 50 jeweils längliche Gestalt und erstrecken sich in verschiedenen Richtungen. Dadurch lassen sich insbesondere anisotrope Strukturen gut erkennen. Der Kollimator 50 von Fig. 9b kann rotierbar sein. Auch eine andere z.B.
wabenartige Anordnung sechseckiger Kollimator- Öffnungen ist möglich.
[0039] Das Referenzbilderfassungs-Modul ist in entsprechender Weise an die Gestalt der Kollimator-Öffnungen angepasst, so dass entsprechende Bildbereiche auf dem Bildsensor definiert sind, auf welche die aus den jeweiligen Nuklear-Teilblickfeldern kommende optische Strahlung gelenkt wird. Im Fall, dass der Bildsensor ein Pixel-Sensors ist, unterscheidet sich lediglich die Zugehörigkeit der einzelnen Pixel des Pixel-Sensors zu den jeweiligen den Kollimator-Öffnungen zugeordneten Bildbereichen. Alternativ kann das Referenzbilderfassungs-Modul auch z.B. mit einem optischen Kollimator ausgestattet sein. In diesem Fall kann der optische Kollimator entsprechend dem Kollimator 50 gestaltet sein.
[0040] Im Folgenden werden einige weitere allgemeine Aspekte von Ausführungsformen geschildert, die mit beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind. Gemäß einem Aspekt ist der optische Bild-Sensor ein Pixel-Sensor, und der Bildbereich ein Pixelbereich. Gemäß einem weiteren Aspekt enthält das Referenz-Blickfeld das Nuklear- Blickfeld im Wesentlichen vollständig. Gemäß einem weiteren Aspekt ist zu mehreren der Nuklear-Teilblickfelder oder sogar zu jedem der Nuklear- Teilblickfelder auf dem Bild-Sensor ein jeweiliger Bildbereich zugeordnet ist. [0041] Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Nuklearstrahlungsdetektor z.B. eine Gamma-, Beta-, Compton -Kamera, und / oder ein PET-Detektor. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der Nuklearstrahlungsdetektor einen Kollimator, einen Szintillator und ein Fotodioden-Array, oder äquivalente Nuklearstrahlungsdetektoranordnungen, wie z.B., Halbleiterdetektoren zur direktem Nachweis von Strahlung, SzintiUatoren mit angeschlosenen Photomultiplier Tubes (PMT), SzintiUatoren mit angeschlossenen Silicon Photomultipliers (SiPM), usw. Gemäß einem weiteren Aspekt hat das Nuklearbilderfassungs-Modul zwei einander gegenüberliegende Nuklearstrahlungsdetektoren zum Erfassen von Positronen- Emittern.
[0042] Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kollimator ein Diverging-Holes- Kollimator, und das optische Abbildungs-System ist fokussierend. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kollimator ein Parallel-Hole-Kollimator ist, und das optische Abbildungs- System ist im Wesentlichen telezentrisch, umfasst also z.B. eine telezentrische
Linsenanordnung oder Parallel-Hole-Kollimator mit telezentrischen
Abbildungseigenschaften. Hierin wird auch eine nur näherungsweise telezentrische Linse als telezentrisch angesehen: Telezentrisch kann auch bedeuten, dass ein perspektivisches Zentrum der Linsenanordnung nicht im Unendlichen liegt, sondern lediglich mehr als fünfmal, vorzugsweise aber mehr als zehnmal weiter von dem Spiegel entfernt ist als der optische Bildsensor. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kollimator ein Multipinhole- Kollimator, ein Coverging-Holes-Kollimator, ein Slanted-Holes-Kollimator oder ein
Aperture-Coded-Kollimator, und das optische System ist gestaltet, um entsprechende Abbildungseigenschaften zu haben (z.B. ebenfalls durch Verwendung eines entsprechenden Kollimators).
[0043] Gemäß einem weiteren Aspekt definiert das Nuklearbilderfassungs-Modul ein perspektivisches Nuklearstrahlungs-Zentrum für die Nuklearstrahlung und das
Referenzbilderfassungs-Modul definiert ein virtuelles perspektivisches optisches Zentrum für die optische Strahlung, wobei das Nuklearstrahlungs-Zentrum und das virtuelle optische Zentrum an im Wesentlichen, d.h. im Rahmen üblicher Genauigkeit, gleicher Position angeordnet sind.
[0044] Gemäß einem weiteren Aspekt der Bild-Sensor ein erster Bild-Sensor und der Spiegel ein erster Spiegel, und das Referenzbilderfassungs-Modul hat einen zweiten optischen Bild-Sensor und einen zweiten Spiegel zum Lenken der optischen Strahlung von dem
Referenz-Blickfeld zu dem zweiten Bild-Sensor. Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Spiegel so angeordnet, dass erster Teil der optischen Strahlung von dem ersten Spiegel auf den ersten Bild-Sensor, und ein zweiter Teil der optischen Strahlung von dem zweiten Spiegel auf den zweiten Bild-Sensor gelenkt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt sind der
Nuklear Strahlungsdetektor und der Bild-Sensor auf der gleichen Seite des Referenz-Blickfelds angeordnet.
[0045] Gemäß einem weiteren Aspekt hat die Vorrichtung einen starren Rahmen, der den optischen Bild-Sensor und Nuklear Strahlungsdetektor starr miteinander verbindet (bei Benutzung), aber z.B. Kalibrierschrauben oder andere außerhalb der eigentlichen Benutzung bewegliche Elemente enthalten kann. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Vorrichtung ausgestattet, um überlagerte Bilder als Echtzeit-Bilder und / oder bewegte Bilder auszugeben.
[0046] Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Vorrichtung weiter ein Kalibrier- Modul zum Zuordnen räumlich übereinstimmender Bildkoordinaten eines von dem
Nuklear Strahlungsdetektor erfassten Nuklearstrahlungs-Bilds und eines von dem Bild-Sensor erfassten optischen Bilds. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Vorrichtung weiter ein Überlagerungs-Modul zum Überlagern des Nuklearstrahlungs-Bilds und des optischen Bilds zu einem gemeinsamen überlagerten Bild. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Vorrichtung weiter ein Bildgebungs-System für räumliche Bildgebung, zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Rekonstruktions-Bildes aus Nuklear-Bilddaten, etwa mittels bekannten Verfahren zur 3d-Bild-Rekonstruktion, und zum Ablegen des dreidimensionalen Rekonstruktions-Bildes in einem Bildspeicher. Insbesondere können die Nuklear-Bilddaten von dem Nuklearsensor generierte Daten umfassen. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Vorrichtung ein virtuelles-Bild-Generierungs-System zum Generieren eines virtuellen perspektivischen Bildes aus in dem Bildspeicher gespeicherten Daten, so dass das virtuelle perspektivische Bild die gleiche Perspektive wie das optische Bild hat. Gemäß einem weiteren Aspekt ist das virtuelles-Bild-Generierungs-System programmiert, um das virtuelle Bild und das optische Bild einander zuzuordnen, etwa mittels Zuordnung von in dem optischen Bild enthaltenen optischen Markern. Gemäß einem weiteren Aspekt ist das virtuelle Bild ein Nuklearbild. [0047] Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Vorrichtung ein Bild-Display. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Vorrichtung eine medizinische Bildgebungs-Vorrichtung zur Ermittlung einer Tracer- Konzentration im Körper eines Lebewesens, z.B. eines Menschen.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung zur kombinierten optischen und nuklearen Bilderfassung, umfassend ein Nuklearbilderfassungs-Modul (30); und ein Referenzbilderfassungs-Modul (60), wobei das Nuklearbilderfassungs-Modul (30) zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer von einem Nuklear-Blickfeld (36) kommenden Nuklearstrahlung ist und aufweist:
einen Nuklearstrahlungsdetektor (40), und einen zwischen dem Nuklear-Blickfeld (36) und dem Nuklearstrahlungsdetektor (40) angeordneten Kollimator (50) mit einer Mehrzahl von Kollimator- Öffnungen (52), wobei die Kollimator-Öffnungen (52) zum Durchlassen einer aus einem jeweiligen Nuklear-Teilblickfeld (37) des Nuklear-Blickfelds (36) kommenden Teilstrahlung der Nuklearstrahlung angeordnet sind, und wobei das Referenzbilderfassungs-Modul (60) zum Erfassen einer Intensitätsverteilung einer von einem Referenz-Blickfeld (66) kommenden optischen Strahlung ist und aufweist:
einen optischen Bild-Sensor (70); und ein optisches Abbildungs-System (80) zum Lenken der optischen Strahlung von dem Referenz-Blickfeld (66) zu dem Bild-Sensor (70), wobei das optische Abbildungs- System (80) einen zwischen dem Referenz-Blickfeld (66) und dem optischen Bild- Sensor (70) angeordneten Spiegel (82) für die optische Strahlung umfasst, wobei auf dem Bild-Sensor (70) zu mindestens einem der Nuklear-Teilblickfelder (37) ein jeweiliger Bildbereich (75) zugeordnet ist, und wobei das optische Abbildungs-System (80) angeordnet ist, um die aus dem mindestens einen der jeweiligen der Nuklear-Teilblickfelder (37) kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem jeweils zugeordneten der Bildbereiche (75) zu lenken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der optische Bild-Sensor (70) ein Pixel-Sensor ist, und wobei der Bildbereich (75) ein Pixelbereich ist.
3. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Referenz- Blickfeld (66) das Nuklear-Blickfeld (36) vollständig enthält, und wobei zu jedem der Nuklear-Teilblickfelder (37) auf dem Bild-Sensor (70) ein jeweiliger Bildbereich (75) zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Nuklear Strahlungsdetektor (40) ausgewählt ist aus der Menge bestehend aus Gamma-, Beta-, Compton-Kamera, PET-Detektor.
5. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kollimator (50) ein Diverging-Holes-Kollimator ist und das optische Abbildungs-System (80) fokussierend ist, oder wobei der Kollimator ein Parallel-Hole- Kollimator ist und das optische Abbildungs-System im Wesentlichen telezentrisch ist.
6. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Nuklearbilderfassungs-Modul (30) ein perspektivisches Nuklearstrahlungs-Zentrum (32) für die Nuklearstrahlung definiert und das Referenzbilderfassungs-Modul (60) ein virtuelles perspektivisches optisches Zentrum (62') für die optische Strahlung definiert, und wobei das Nuklearstrahlungs-Zentrum (32) und das virtuelle optische Zentrum (62') an im Wesentlichen gleicher Position angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen starren Rahmen (10), der den optischen Bild-Sensor (70) und Nuklear Strahlungsdetektor (40) starr miteinander verbindet.
8. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Kalibrier-Modul (90) zum Zuordnen räumlich übereinstimmender Bildkoordinaten eines von dem Nuklearstrahlungsdetektor (40) erfassten Nuklearstrahlungs-Bilds und eines von dem Bild-Sensor (70) erfassten optischen Bilds, vorzugsweise weiter umfassend ein Überlagerungs-Modul (92) zum Überlagern des Nuklearstrahlungs-Bilds und des optischen Bilds zu einem gemeinsamen überlagerten Bild.
9. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Kamera ausgewählt ist aus der Liste umfassend CCD-Digitalkamera, CMOS-Digitalkamera, Multispektrale Kamera, Narrow-Band Kamera, Fluoreszenz-Kamera, Interferenz-Kamera und Time-of-Flight Kamera.
10. Verfahren zur Bilderfassung, umfassend
(a) Erfassen einer Intensitätsverteilung einer von einem Nuklear-Blickfeld (36) kommenden Nuklearstrahlung durch ein Nuklearbilderfassungs-Modul (30), welches
Nuklearbilderfassungs-Modul (30) einen Nuklearstrahlungsdetektor (40) und einen
Kollimator (50) mit einer Mehrzahl von Kollimator-Öffnungen (52) aufweist, wobei aus einem jeweiligen Nuklear- Teilblickfeld (37) des Nuklear-Blickfelds (36) kommende Teilstrahlung der Nuklearstrahlung durch eine jeweilige der Kollimator-Öffnungen (52) durchgelassen wird, und anschließend durch einen Nuklearstrahlungsdetektor (40) detektiert wird;
(b) Lenken, durch ein optisches Abbildungs-System (80), einer von einem Referenz-Blickfeld (66) kommenden optischen Strahlung zu einem optischen Bild-Sensor (70), auf welchem Bild-Sensor (70) zu mindestens einem, vorzugsweise zu jedem, der Nuklear-Teilblickfelder (37) ein jeweiliger Bildbereich (75) zugeordnet ist, wobei ein Spiegel (82) des optischen Abbildungs-Systems (80) die optische Strahlung so umlenkt, dass die aus einem jeweiligen der Nuklear-Teilblickfelder (37) kommende optische Strahlung im Wesentlichen genau zu dem jeweils zugeordneten der Bildbereiche (75) gelenkt wird; und
(c) Erfassen einer Intensitätsverteilung der zu dem Bild-Sensor (70) gelenkten optischen Strahlung durch einen optischen Bild-Sensor (70) des Referenzbilderfassungs-Moduls (60).
11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend Zuordnen räumlich übereinstimmender Bildkoordinaten eines von dem Nuklearstrahlungsdetektor (40) erfassten Nuklearstrahlungs- Bilds und eines von dem Bild-Sensor (70) erfassten optischen Bilds mittels eines Kalibrier- Moduls (90), und vorzugsweise weiter umfassend Überlagern des Nuklearstrahlungs-Bilds als erstem Teilbild und des optischen Bilds als zweitem Teilbild zu einem gemeinsamen überlagerten Bild, in dem räumlich einander zugeordnete Bildbereiche der jeweiligen
Teilbilder miteinander überlagert sind, mittels eines Überlagerungs-Moduls (92).
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