[发明专利]用于针对对象成像的成像设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

C.Papalazarou等人在Proceedings of the17th International Conference on Image Processing（ICIP），IEEE，2010年9月号的文章“Surgical needle reconstruction using small-angle multi-view X-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。

发明内容

本发明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。

在本发明的第一方面中，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。