專利名稱：用于使對象特性可視化的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于使對象特性可視化的可視化裝置以及一種具有可視化裝置的用于掃描對象特性的掃描裝置。
背景技術：
用于掃描對象特性的掃描裝置例如被用于檢驗表面特征(譬如粗糙度)、吸收性能或者透明度、人眼很難或者甚至不能看到的光學特性、機械特性(譬如斷裂)、或者材料特性(譬如填充)。
此外掃描裝置還被用于檢測由于用適當波長的光激發(fā)所引起的熒光現(xiàn)象。為醫(yī)學目的可以用具有特定的熒光特性的特定造影劑來標記病理組織(例如腫瘤)。通過檢測由熒光如此所標記的組織可以接著探測所述組織。然而如果所述熒光有太低的發(fā)光強度或者處于人眼不可見的波長范圍內，則要求對發(fā)熒光的組織區(qū)域的附加的可視化。夜視系統(tǒng)也基于對由于很低的發(fā)光強度而人眼幾乎不可見的光學特性進行掃描并且可視化以便使人眼可見。
由掃描所得到的信息通常通過屏幕或者顯示器可視化。要顯示的光信息一方面可以用電子攝像機攝取，另一方面可以用專門為相應的檢查目的所適配的掃描光學系統(tǒng)攝取。所述掃描光學系統(tǒng)用電磁輻射工作，所述電磁輻射既可以在可見光的范圍內也可以在其他的波長范圍內。
通常在顯示器上與通過掃描所得到的信息一起共同顯示被掃描的對象的光學信息。通過對光學信息以及掃描信息的共同顯示，用戶能夠關于實際掃描的對象確定方向并且然后把掃描信息轉用到實際對象上。
然而缺點是，如果其對比度差或者細節(jié)缺乏，則例如想象中把屏幕或者顯示器上所顯示的信息轉用到真實的場景并非是輕而易舉的，因為缺乏用于轉用的光學基點。此外，用戶必須常常在屏幕和真實場景之間往復變換，這使想象中的轉用更加困難。由于在屏幕上的成像比例而有時也難于進行大小比較。如果被掃描的表面是均勻構造的并且在屏幕上只顯示所述表面的部分，則會出現(xiàn)附加的定向困難。于是在真實表面上重新找到所顯示的部分就尤其困難。
如果用掃描裝置直接在要掃描的表面上工作，則想象中轉用時的困難進一步增大。這例如在掃描熒光以檢測病理組織時就是這種情況。由于很低的熒光發(fā)光強度和比較高的擴散的漫射光部分，必須移非常接近組織的方式使用所述掃描裝置以得到清晰的高分辨率的掃描圖像。然而，如果借助于所述掃描圖像計劃治療性介入，則高的圖像質量和分辨率尤其是必不可少的。
在公知的掃描方法中的另一個問題是，必須使用光學系統(tǒng)以能夠以足夠的清晰度記錄要掃描的對象的視覺圖像。視掃描波長而異，對于掃描信息的成像也需要光學系統(tǒng)，必要時需要與用于視覺圖像相同的光學系統(tǒng)。成像光學系統(tǒng)不可避免地具有僅僅受限的深度清晰度，從而必須準確地遵守掃描裝置至待掃描的對象的確定的距離以得到清晰的圖像。
由于觀察者在對象與屏幕之間變換視向所造成的另一個問題在于，所述觀察者既不能夠連貫地觀察所述對象、也不能夠得到所述對象的準確的實時印象。取代于此，例如一名手術醫(yī)生必須分別進行相應的手術步驟，于是把視向對準屏幕以能夠控制該手術步驟的結果，然后重新看手術區(qū)域以進行下一個手術步驟，等等。這里涉及在活體組織上的醫(yī)學介入，從而該組織的自身運動附加地增加了難度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務在于提出一種可視化裝置以及一種帶有這種可視化裝置的掃描裝置，其使得容易地把通過掃描獲得的信息轉用到被掃描的對象上。
本發(fā)明通過具有權利要求1的特征的可視化裝置以及通過具有權利要求7的特征的帶有可視化裝置的掃描裝置來解決該任務。
本發(fā)明的基本思想在于，提出一種可視化裝置，所述可視化裝置具有被構造用于對準位置地進行投影的投影機、被構造用于接收位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息的數據輸入端、和控制裝置，所述控制裝置在輸入側與所述數據輸入端連接而在輸出側與所述投影機連接并且被構造用于如此地控制所述投影機，使得所述投影機對準位置地對由所述數據輸入端所接收的位置特定的對象特性信息的可視化進行投影。
本發(fā)明的另一個基本思想在于，提出一個帶有這種可視化裝置的掃描裝置，所述掃描裝置具有初級輻射源、次級輻射探測器和分析裝置，其中所述次級輻射探測器被構造用于探測從對象上由于初級輻射的射入而產生的次級輻射，所述分析裝置根據通過次級輻射探測器的探測確定位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息并且向所述可視化裝置的所述數據輸入端傳輸。
從而使之能夠把對于所述對象處或者上的確定位置的對象特性信息以對該位置的直接的空間關系投影到所述對象上。根據可視化的方式可以準確地在已經確定了有關的對象特性的位置上進行所述投影。對象特性例如應當被理解為可見或者不可見的光學特性、表面特征、材料特性、吸收性能或者透明度、譬如斷裂或者填充的材料特性、熒光現(xiàn)象或者其他的通過掃描待確定的特性。通過把可視化裝置與掃描裝置結合達到掃描與可視化的在時間上和空間上的緊密相干性，由此可以提高精度和位置分辨率并且可以保證實時特性。在此掃描裝置的初級輻射源應當被理解成可以產生適用于掃描的任何輻射的輻射源，例如在可見的或者不可見的波長范圍中的光源、激光器、電子輻射源、其他的粒子輻射源，或者任何一種其他適當的輻射源。
在一個有利的實施例中，所述投影機被實施成激光顯示投影機。與激光顯示技術概念類似地，激光顯示投影機應當被理解成所述投影機包含激光輻射源，所述激光輻射源把激光束投影到例如由微鏡組成的偏轉裝置上。如此地控制所述偏轉裝置，使得所述激光束射到所述投影面上并且在那里產生所希望的可視化。為此目的，由所述控制裝置控制激光輻射源和偏轉鏡。在此既可以涉及單個的單色激光束，也可以涉及由相應的濾色器彩色地構成的單激光束或者涉及多個不同顏色的激光束。此外，視投影系統(tǒng)而異，可以采用單個微鏡或者例如以微鏡陣列形式的多個微鏡。
可以根據需要在結構上以節(jié)省能量并且有極好的發(fā)光強度的方式來實現(xiàn)所述激光顯示投影機。尤其在日光條件下的應用中高的發(fā)光強度是特別重要的。
在另一個有利的實施例中，可視化包含數字的或者字母的顯示。于是可以說對于用戶可以用明文顯示待可視化的對象特性。
在另一個有利的實施例中，可視化包含對輪廓的圖形顯示。以此方式可以直接地在所述對象上顯示在光學上很難識別的對比度或者例如在光學上根本不能覺察的材料特性改變。尤其是在根本不能覺察的對象特性邊界的情況下，直接在對象上的可視化是特別有用的，因為對于從常規(guī)的單獨顯示向所述對象上的想象中的轉用完全缺乏所要求的基點(“界標(landmark)”)。
另一個有利的實施例規(guī)定，可視化包含對面的圖形顯示。由此，可以把面連同確定的對象特性(例如材料特性)一起直接地在對象上顯示為完整的面，并且從而特別接近實際地顯示。尤其在必要時對用造影劑所標記的面進行探測的熒光探測的情況下，相應的平面可視化是接近現(xiàn)實的并且因此是特別直觀的且對用戶而言可輕易地被理解。
另一個有利的實施例規(guī)定，掃描裝置包含可視化裝置，并且所述掃描裝置掃描對象特性信息，所述對象特性信息包含可見的和/或不可見的波長范圍內的對比度、表面特征、吸收性能、透明度、斷裂和/或填充。此外，被掃描的對象特性信息還可以包含熒光的出現(xiàn)。由此使之可能通過共同的集成裝置檢測并且然后還可視化對象特性信息。這種集成的解決方案在特別的程度上使位置說明的應用變得容易，因為可以把掃描裝置和可視化裝置之間彼此的相對位置假設為已知的。如果所述掃描裝置確定位置說明，則根據已知的相互空間分配可以從該位置說明直接換算成相對所述可視化裝置的所屬的相對位置。由此可以保證，如果希望的話，可以把所述可視化實際準確地投影到被可視化的對象特性信息所配屬的位置上。例如可以準確地在材料特性邊界的位置上顯示輪廓。
如果相互緊靠地并且連同在盡可能相互協(xié)調的投影裝置一起布置所述掃描裝置和可視化裝置，則以此方式對準位置的投影特別簡單并且是抗差錯的。
此外當如此實時地追求可視化，使得可視化的投影在時間上緊跟對對象特性的掃描時，還可以達到對象與掃描裝置之間的相對運動的特別高的不靈敏性。這種類型的運動不靈敏性和位置準確的掃描裝置尤其良好地適用于移動的可便攜的應用。
在另一個有利的實施例中規(guī)定，所述掃描裝置采用激光輻射源作為初級輻射源，并且所述可視化裝置采用激光顯示投影機作為投影機，并且為產生初級輻射和激光顯示投影而采用同一激光輻射源。由此實現(xiàn)特別簡單且節(jié)省位置的結構。該結構尤其對于活動的可便攜的應用是良好適用的。


其他有利的實施例根據從屬權利要求以及根據下面的

來得出。
圖1示出帶有可視化裝置的反射掃描裝置，圖2示出帶有可視化裝置的透射掃描裝置，和圖3示出帶有有共同激光輻射源的可視化裝置的掃描裝置。
在圖1中示意性地示出用于通過探測反射來掃描對象特性的一種掃描裝置1。
激光控制器11控制產生初級輻射的激光輻射源9。所述初級輻射由包含微鏡4的偏轉裝置偏轉，所述微鏡由偏轉控制裝置12控制。偏轉了的初級輻射于是射在對象20的表面上。如果掃描裝置1應該被用于在對用造影劑所標記的組織的醫(yī)學腫瘤診斷中檢測熒光現(xiàn)象，則激光輻射源9例如可以適用于產生690nm至850nm波長范圍內的激光輻射。
對象20反射所述初級輻射并且通過該反射產生次級輻射。所述次級輻射由次級輻射探測器5探測。所述次級輻射探測器5在輸出側與控制裝置10連接。探測器例如可以被實施成攝像機芯片、CCD、光電二極管、其他的半導體探測器或者其他的探測器。
控制裝置10控制激光控制器11和偏轉控制器12。為此在控制裝置10中在每個時間點都存在關于對象20的分別被掃描的點的位置說明。該控制裝置從次級輻射探測器5中得到對象20的被掃描的點的附加對象特性信息。
所述控制裝置10在輸出側向偏轉控制器12輸出所述對象特性信息和位置說明。
偏轉控制器12在輸入側接收所述對象特性信息和所屬的位置說明，并且如此地控制微鏡4，使得把所述對象特性信息的可視化對準位置地投影到由所述位置說明所表明的位置上。換言之，由此把所述對象特性信息的可視化投影到對象20的被掃描的點上。在此所述投影基于從激光輻射源8發(fā)來的激光束。該激光輻射源8由激光控制器11控制。
從而激光控制器11與激光輻射源3、微鏡4和偏轉控制器12組合構成為激光顯示投影機。在考慮偏轉控制器12從控制裝置10獲得所述位置說明和對象特性信息作為輸入數據的事實情況下，還構成為可視化裝置16。
可視化裝置16或者說激光顯示投影機基于活動的微鏡4。所述微鏡可以繞2個空間軸旋轉，這在成像中應該由用z和x標出的雙箭頭表示。所述對象特性信息的可視化被投影到對象20上并且在那里對于觀察者而言是可識別的，這在圖中通過示意性示出的觀察者眼睛表示。
在圖2中示意性地示出用于掃描可通過透射掃描的對象特性的掃描裝置2。如在前結合圖1所說明的那樣，掃描裝置2包含控制裝置10和可視化裝置16。同樣如前所說明的那樣，該可視化裝置16也包含偏轉控制器12、激光控制器11以及激光輻射源8。
與前所說明的掃描裝置相反，如此地布置次級輻射探測器6，使得從初級輻射源9看來，所述次級輻射探測器位于對象21的另一側。換言之，次級輻射探測器6探測沿與初級輻射基本上相同定向的方向運行的次級輻射，而在前所說明的圖1中則檢測沿與初級輻射基本上相反的方向運行的次級輻射。
不依賴于次級輻射探測器6的對準，由控制裝置10得到對象特性信息以及位置說明并且輸出給偏轉裝置12，所述偏轉裝置如此地控制激光顯示投影，使得對準位置地把所述對象特性信息的可視化投影到對象21的由位置說明所表明的位置上。
在圖3中示出用于掃描可通過反射掃描的對象特性信息的掃描裝置3，所述掃描裝置基本上對應于前文在圖1中所說明的特征。所述掃描裝置包含控制初級輻射源7的激光控制器15。初級輻射源7產生初級輻射，所述初級輻射通過由偏轉控制器13控制的微鏡4偏轉。偏轉了的初級輻射射在對象20的表面上并且在那里引起反射。
經反射的次級輻射由次級輻射探測器5探測，并且掃描信息在輸出側被發(fā)給控制裝置14?？刂蒲b置14既控制激光控制器15也控制偏轉控制器13，并且從而具有對象20的相應被掃描的表面點的位置說明。所述控制裝置14在輸出側把該位置說明與從次級輻射探測器5所獲得的對象特性信息共同地發(fā)給偏轉控制器13。
偏轉控制器13與激光控制器15和激光輻射源7以及微鏡4共同地構成為可視化裝置，所述可視化裝置對準位置地把對象特性信息的可視化投影到對象20的相應被掃描的表面點上。
激光輻射源7在此既起初級輻射源的作用，也起激光顯示投影激光輻射源的作用。在此激光輻射源7在此執(zhí)行雙重功能。
權利要求
1.可視化裝置(16)，具有被構造用于對準位置地進行投影的投影機、具有被構造用于接收位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息的數據輸入端，并且具有控制裝置(10、14)，所述控制裝置在輸入側與所述數據輸入端連接而在輸出側與所述投影機連接并且被構造用于如此地控制所述投影機，使得所述投影機對準位置地投影由所述數據輸入端所接收的位置特定的對象特性信息的可視化。
2.如權利要求1所述的可視化裝置(16)，其特征在于，所述投影機被實施為激光顯示投影機。
3.如權利要求2所述的可視化裝置(16)，其特征在于，所述激光顯示投影機包含激光輻射源(7、8)和激光輻射偏轉裝置，所述激光輻射偏轉裝置又包含活動的微鏡(4)或者活動的棱鏡。
4.如以上權利要求之一所述的可視化裝置(16)，其特征在于，所述可視化包含數字的或者字母的顯示。
5.如以上權利要求之一所述的可視化裝置(16)，其特征在于，所述可視化包含對輪廓的圖形顯示。
6.如以上權利要求之一所述的可視化裝置(16)，其特征在于，所述可視化包含對面的圖形顯示。
7.帶有如權利要求1所述的可視化裝置(16)的掃描裝置(1、2、3)，包含初級輻射源、次級輻射探測器(5、6)和分析裝置，所述次級輻射探測器被構造用于探測從對象(20、21)上由于初級輻射的射入所產生的次級輻射，所述分析裝置根據通過次級輻射探測器(5、6)的探測來確定位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息并且向可視化裝置(16)的所述數據輸入端傳輸。
8.如權利要求7所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，所述初級輻射源被實施為激光輻射源(7、9)。
9.如權利要求8所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，從初級輻射源發(fā)來的激光輻射由偏轉裝置偏轉，所述偏轉裝置包含活動的微鏡(4)和/或活動的棱鏡。
10.如權利要求7至9之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，所述次級輻射探測器(5、6)被構造用于探測在690nm至850nm波長范圍內的次級輻射。
11.如權利要求7至10之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，所述對象特性信息包含可見和/或不可見的波長范圍中的對比度、表面特征、吸收性能、透明度、斷裂和/或填充。
12.如權利要求7至11之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，所述對象特性信息包含熒光的出現(xiàn)。
13.如權利要求7至12之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，如此布置次級輻射探測器(5)，使得所述次級輻射探測器能夠探測沿與初級輻射基本上相反的方向運行的次級輻射。
14.如權利要求7至13之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，如此布置次級輻射探測器(6)，使得所述次級輻射探測器能夠探測沿與初級輻射基本上相同對準的方向運行的次級輻射。
15.如權利要求7至14之一所述的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，所述掃描裝置被實施成移動的便攜式裝置。
16.如權利要求8所述的帶有權利要求2所述的可視化裝置(16)的掃描裝置(1、2、3)，其特征在于，同一激光輻射源(7)同時被用作初級輻射源和激光顯示投影激光輻射源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可視化裝置，具有被構造用于對準位置地進行投影的投影機、被構造用于接收位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息的數據輸入端和控制裝置，所述控制裝置在輸入側與數據輸入端連接而在輸出側與投影機連接并且被構造用于如此控制投影機，使得投影機對準位置地投影由數據輸入端所接收的位置特定的對象特性信息。本發(fā)明還涉及帶有這種可視化裝置的掃描裝置，包含初級輻射源、次級輻射探測器和分析裝置，所述次級輻射探測器探測從對象上由于初級輻射的射入所產生的次級輻射，所述分析裝置根據通過次級輻射探測器的探測來確定位置說明和所屬的位置特定的對象特性信息并且向可視化裝置的數據輸入端傳輸。
文檔編號G01N21/00GK1982940SQ200610173288
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權日2005年12月16日
發(fā)明者M·維德爾 申請人:西門子公司