CN103211609A - 光学调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种光学调节装置，包括具有至少一个激光射线源（10）的激光单元（9）以及调节模体（6），所述调节模体（6）这样相对于激光单元（9）布置，使得由激光单元（9）发射的激光辐射击中调节模体（6），其中，在调节模体（6）上设置了荧光介质（8），所述荧光介质构造为，当被激光辐射击中时发射另外波长的光。借助光电探测器（11）采集所述光，该光电探测器（11）与调节模体（6）在空间上分离，并且优选布置在激光单元（9）上。

Description

光学调节装置

技术领域

本发明涉及一种特别是在成像的医学技术设备处的光学调节装置。此外，本发明还涉及一种用于调节成像的医学技术设备的方法，特别是用于产生三维图像数据的设备的激光单元的方法。

背景技术

成像的医学技术设备处的光学调节装置通常利用激光辐射工作并且例如从DE195 01 069A1中以及从DE10 2008 013 615A1中公知。在这两个文献中使用了交叉的扇形状的射线束用于标记目的。可以将发射激光的射线源（例如二极管激光器）固定在医学技术设备的组件上。

此外，作为成像的医学技术设备，能使用计算机断层造影仪和磁共振断层造影仪。这样的断层造影仪用于产生对应于坐标系的三维图像数据。如果医学技术设备具有光学标记系统，则这样的标记系统的组件的、特别是激光偏转单元的空间布置同样可以借助坐标系来描述。如果应当建立一个在一方面的三维图像数据的坐标系和另一方面的光学标记系统的坐标系之间的、定义的几何关系，则需要对组件进行开销大的调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，相对于现有技术，进一步扩展特别是对于在成像的医学技术设备中的使用来说合适的光学调节装置。

通过按照本发明的特征的调节装置以及通过本发明的用于调节激光单元的方法解决了所述技术问题。以下结合所述调节装置所解释的构造和优点也适用于所述方法，并且反之亦然。

本发明从如下考虑出发：为了调节在成像的医学技术设备处的利用激光辐射工作的光学系统，可以使用调节模体，所述调节模体具有已知的几何特征并且通过布置在医学技术设备处的激光单元照射。例如可以通过置于模体的表面上的探测器来采集击中调节模体的激光辐射。由探测器所采集的信号直接显示了，在调节模体的哪个位置上出现例如线形或扇形的激光辐射。

本发明有意地回避了借助调节模体对激光束的这种直接采集。按照本发明，虽然设置调节模体，但是该调节模体不具有探测器，而是具有至少一个发荧光的介质所构成的标记物。当该标记物遭受激光单元的辐射时，该标记物发射具有与由激光单元发射的射线相比不同的波长的光线。为了探测由发荧光的标记物在调节模体上发射的光，设置了与调节模体在空间上分离的光电探测器。该光电探测器优选是光电二极管。但是原则上响应由荧光介质发射的光的任意其它探测器也可以是合适的。在此，优选这样构造并且定位所述调节模体，使在通过成像的设备产生的图像中也可以额外地识别该调节模体。由此，在图像坐标系中模体的方位可以与激光坐标系和/或空间坐标系相关。因此，模体由合适的材料（例如具有对于X射线辐射的高吸收的材料）组成或包括这样的材料，从而其本身在图像中是可以识别的。优选地，所述模体是由合适的材料构成的物质体，例如球体，该物质体具有涂层，所述涂层具有发荧光的介质。

按照第一可能的实施方式，调节模体被布置在成像的医学技术设备的、特别是计算机断层造影仪的患者卧榻上。调节模体也包括利用成像的医学技术设备特别是通过计算机断层造影仪的X射线辐射可以被探测的结构，特别是点形的标记物。这些结构按照与发荧光的标记物已知的几何关系布置。特别地，发荧光的标记物可以直接被涂覆到调节模体的、利用成像的医学技术设备可识别的结构上。

按照第二可能的实施方式，调节模体是患者卧榻的集成的组成部分。例如具有几何上定义的、特别是点形的结构的荧光介质位于卧榻板的端面上，所述卧榻板构成患者卧榻的可移动的、特别是纵向可移动的和/或高度可移动的组件。

在每个提到的实施方式中，荧光介质可以按照至少近似点形、例如圆盘形、球缺形或球形的标记物的形式被设置到调节模体上。这样的标记物的直径优选为2至5mm。

按照一种扩展，调节模体具有多个分别通过荧光介质形成的、所提到的点形的标记物。例如，在调节模体上设置在想象的（特别是等边的）三角形的角处布置的三个分别通过荧光介质形成的点形的标记物。这些多个（特别是三个）标记物构成标记物组。在利用已知（例如扇形的）几何形状的激光射线扫描标记物组的情况下，通过为标记而使用的介质的发荧光的特性，光电探测器记录具有典型地多个最大值的特征性信号。按照激光射线的横截面几何形状以及标记物组的几何形状，记录的信号结构可能取决于激光射线从哪个方向扫过该标记物结构。通过将不同几何形状的和/或取向的多个标记物组设置到调节模体上，可以利用该关系。在这样的情况下，利用光电探测器记录的信号结构清楚地示出，调节模体上的多个标记物或标记物组的哪些被激光射线击中。可选地，在扇形的激光束的情况下，标记物组的识别可以通过如下来进行或改进，使得激光射线多次按照与标记物的分别不同的角度关系在所述标记物组上扫过。在此，在每次扫过标记物组时得到可以由光电探测器采集的特征性的信号。

调节模体上不同标记物或标记物组的区分，不仅可以通过其几何形状，而且附加地或替换地还可以通过具有不同光学特征的荧光介质的使用来实现。在此，对于每个标记物或标记物组可以选择一种所发射的光具有特殊波长的荧光介质。在一个标记物组内部，各个标记物（特别是标记点）也可以具有带不同的光学特性的发荧光的材料，从而通过采集发射的光的波长可以清楚确定，标记物中的哪个被激光射线击中。

用于采集由荧光介质发射的光的、特别是以光电二极管构造的光电探测器的功能是可以通过在射线路程中布置在发荧光的标记物和光电探测器之间的、优选直接前置于光电探测器的滤色器来优化的。在此，这样来选择滤色器的光学特征，使得其与发荧光的材料的特征一致。如果具有不同的光学特征的多个标记物位于调节模体上，则为了探测由这些标记物发射的光例如可以使用具有多个滤色器的光电探测器。优选地使用分别具有滤色器的多个光电探测器。在所有情况中，光电探测器以及必要时具有所属的滤色器的光电探测器以有利方式这样来实现，使得其不响应于由激光单元发射的光的波长。

在有利的运行模式中，调制地运行激光单元，并且由光电探测器所采集的信号就此相关。在此，由激光单元发射的光信号具有例如矩形信号的形状。可以利用任意时钟频率和单个信号的持续时间来进行信号的同步，例如这样地，使得在确定的、短的持续时间的光信号之后始终跟随相对更长的持续时间的信号暂停。击中至少一个光电探测器的光信号相应于激光单元的调制仅当激光信号是由发荧光的标记物发射的信号时才被进一步处理。以这种方式可以避免、至少可以明显降低环境亮度对利用光电探测器进行的信号采集的可能影响。

光电探测器原则上可以位于调节模体外部的任意位置。特别地，光电探测器可以固定在成像的医学技术设备上。优选地，光电探测器与激光单元或与激光单元的组件（特别是激光辐射器和/或激光偏转单元）合并为一个组件单元。

本发明的优点特别在于，可以置于适合于产生三维图像数据的医学技术设备（特别是计算机断层造影仪或磁共振断层造影仪）的患者卧榻上的调节模体不需要探测器或其它电气的或电子的组件。更是将调节装置的所有要利用电能供应的和/或提供电信号的组件布置在调节模体外部。特别地，采集由调节模体上的发荧光的标记物发射的光的光电探测器可以布置在计算机断层造影仪上固定的激光单元上，例如与激光射线源相连。

附图说明

以下借助附图详细解释本发明的多个实施例。其中，部分地简化地给出：

图1示出了具有激光单元以及包括了利用荧光介质标记的调节模体的光学调节装置的成像的医学技术设备，

图2示出了调节模体的替换构造，

图3示出了调节模体上荧光标记物的实施方式，

图4示出了由具有按照图3的荧光标记物的调节装置的光电探测器所产生的信号的信号变化。

互相对应的部分在所有附图中利用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1中仅部分可见的成像医学技术设备1是计算机断层造影仪，关于其基本功能参考开头引用的现有技术以及示例性参考DE10 2010 015 060A1。

作为成像医学技术设备1的组件，在图1中可以看出机架2以及患者卧榻3，所述患者卧榻具有在基座4上可移动地支撑的卧榻板5。在卧榻板5上布置了调节模体6，所述调节模体携带由荧光介质8构成的点形的标记物7。调节模体6用于调节激光单元9，所述激光单元固定在机架2上并且包括两个激光射线源10以及光电探测器11。光电探测器11具有滤色器12并且按照以下方式与激光射线源10和调节模体6一起工作：

如图1中所示，从至少一个激光射线源10发射射线扇形F，所述射线扇形击中调节模体6。在此，调制地运行激光单元9，从而在短脉冲中发射以射线扇形F形式的激光。在脉冲与脉冲之间稍微改变射线扇形F的方位，从而使射线扇形F几乎连续地在调节模体6上方摆动。

击中调节模体6的激光被调节模体6的表面至少部分地反射，并且击中构造为光电二极管的光电探测器11，所述光电探测器11与激光射线源10中的一个合并为一个组件单元。同样集成到激光单元9中的激光偏转单元在图1中不是能够特别地看出并且构成了激光射线源10的组成部分。

如图1中仅在激光射线源10中的一个上示出的光电探测器11（其中第二激光射线源10以相应方式可以配备有光电探测器11）是为探测来自于利用虚线表示的采集区域E中的光学信号而构造的。由于直接布置在本身的探测器之前的滤色器12，光电探测器11不采集由激光单元9发射的频率的光，光电探测器11而是特别地探测由荧光介质8在利用激光照射时发射的光。在调节模体6上方扫过的射线扇形F的情况下，由此可以清楚地借助光电探测器6识别，何时标记物7被激光截获。

由此，调节模体6满足了其功能，而无需具有有源的电子组件。特别地，不需要在调节模体6和机架2之间的连接电缆。

按照图2的实施例与按照图1的实施例区别在于，由荧光介质8形成的标记物7直接设置在患者卧榻3上，即在卧榻板5的端面。由此，调节模体6是患者卧榻3的集成的组成部分。将发荧光的标记物7直接设置在患者卧榻3上的优点是，标记物7可以保持在该位置上并且不需要操作者介入以进行调节。由此按照图2的布置特别适合于自动调节。圆盘形的标记物7的直径在按照图2的实施例中与按照图1的实施例中一样为大约2至5mm。

在图3中示出了由三个单个的相同的标记物13共同组成的标记物组14，所述标记物组14可以相应于在图2中示出的实施例直接设置在卧榻板5上，或者如图1所示设置在特别的位于患者卧榻3上的调节模体6上。

将三个近似点形的、分别具有2至5mm直径的标记物13布置在想象的等边三角形的角上。所有三个标记物13的光学特征可以是相同的或者是互相不同的。在后面提到的情况下，通过测量由标记物13发射的、通过荧光形成的光的频率可以清楚地确定，三个标记物13中的哪个恰好通过也在图3中示出的连续扫过整个标记物组14的射线扇形F来采集。按照未示出的方式，除了在图3中示出的标记物组14，在调节模体6上还可以具有其它标记物7、13，或者单个地或者合并为至少一个标记物组14。这些其它标记物7、13不仅可以通过几何特征，而且可以通过其光学特征来与按照三角形布置的在图3中可见的标记物13相区别。

图4中示出的线图示出取决于激光到调节模体6的入射地点的、也就是取决于射线扇形F的摆动（Verschwenkung）的、由光电二极管11记录的信号强度S，其中，参考了图3所示的标记物组14以及在那里示出的在射线扇形F的取向和标记物组14之间的关系。由于形成标记物组14的标记物13在等边三角形的角上的布置，以及由于与该三角形的基线正交的、通过射线扇形F照射的线的取向，在按照图4的线图中可见的尖峰是互相等距的。如果射线扇形F相对于标记物组14与按照图3的配置相比发生旋转，则在按照图4的线图中的尖峰之间的距离将改变。，在图1和2中示出的发荧光的标记物7的形状产生完全不同的信号模式，即唯一一个最大值。这些效果是可以利用的，以便借助光电探测器11自动地互相区分位于调节模体6上的不同的标记物7、13或标记物组14。

Claims (14)

1.一种光学调节装置，具有包括至少一个激光射线源（10）的激光单元（9）以及调节模体（6），所述调节模体被这样相对于所述激光单元（9）布置，使得由该激光单元（9）发射的激光辐射击中该调节模体（6），其中，在所述调节模体（6）上设置了荧光介质（8），所述荧光介质（8）被构造为，当被激光辐射击中时发射另外波长的光，并且其中，设置了与所述调节模体（6）在空间上分离的光电探测器（11），用于探测由所述荧光介质（8）所发射的光。

2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述调节模体（6）被布置在患者卧榻（3）上。

3.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述调节模体（6）是患者卧榻（3）的集成的组成部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述荧光介质（8）按照至少点形的标记物（7，13）的形式被设置在所述调节模体（6）上。

5.根据权利要求4所述的调节装置，其特征在于，所述调节模体具有多个分别通过荧光介质（8）构成的点形的标记物（7，13）。

6.根据权利要求5所述的调节装置，其特征在于，在所述调节模体（6）上设置了在想象的三角形的角处布置的、三个分别通过荧光介质（8）构成的点形的标记物（7，13）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的调节装置，其特征在于，在所述调节模体（6）上布置了不同的、通过荧光介质（8）构成的、具有不同的光学特征的标记物（7，13）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的调节装置，其特征在于，为了探测由荧光介质（8）发射的光而设置的光电探测器（11）被构造为光电二极管。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述光电探测器（11）与所述激光单元（9）被合并为一个组件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的调节装置，其特征在于，在所述光电二极管（11）之前设置了滤色器（12）。

11.根据权利要求10所述的调节装置，其特征在于，在多个光电探测器（11）之前设置了不同的滤色器（12）。

12.一种用于调节成像医学技术设备（1）的激光单元（9）的方法，具有以下特征：

-借助激光单元（9）将具有已知射线几何形状的激光辐射对准调节模体（6），所述调节模体（6）具有至少一个通过荧光介质（8）构成的标记物（7，13）；

-借助光电探测器（11）采集从荧光介质（8）反射回来的光，其频率与激光辐射的频率不同。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过所述激光单元（9）扇形地发射所述激光辐射。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，调制地运行所述激光单元（9），并且由所述光电探测器（11）所采集的信号就此相关。

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