(57)【要約】  この発明は、空洞部内で走査ヘッド（２０）の周りに延在する走査領域（４２）にわたって走査ヘッド（２０）を動作させるための走査ヘッドガイド部（１８）を備えた撮像装置（１０）に関する。平板状あるいはフィルム状で弾力的に伸縮可能な材料が走査ヘッド（２０）と走査領域（４２）の間に延在し、前記材料はバルーン（１２）の方式で過圧を付加しながら走査領域（４２）内に圧接可能である。走査ヘッドガイド部（１８）がバルーン（１２）のバルーン接続部（１６）を介して走査ヘッド（２０）まで延在する。特に制御装置（３２）が過圧の存在下における材料の変形から前記材料が接合している空洞部（４０）の形状を判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部内で走査ヘッドの周りに延在する走査領域にわたって走査ヘッドを動作させるための走査ヘッドガイド部を備えた撮像装置であり、平板状あるいはフィルム状で弾力的に伸縮可能な材料を走査ヘッド（２０）と走査領域（４２）の間に延在させ、前記材料はバルーン（１２）の方式で過圧を付加しながら走査領域（４２）内に圧接可能であり、走査ヘッドガイド部（１８）がバルーン（１２）のバルーン接続部（１６）を介して走査ヘッド（２０）まで延在し、特に制御装置（３２）が過圧の存在下における材料の変形から前記材料が接合している空洞部（４０）の形状を判定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
弾力的に伸縮可能な材料が基準パターン（２６）を備え、それが（バルーン（１２）に対して）特に材料の内側あるいは外側に設けられることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
柔軟な網あるいは柔軟な立体格子を設け、それが走査領域（４２）に接合するとともに弾力的に伸縮可能な材料によって走査領域（４２）に圧接されて基準パターン（２６）として機能することを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
走査領域（４２）が基準パターン（２６）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
過圧の制御装置（３２）を設け、それが走査に際して基準パターン（２６）が所与の程度を超えて変化しなくなるまで過圧を上昇させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
バルーンフィルム（１４）がバルーン接続部（１６）と逆側の端部に引張装置（５０）を備え、それによって過圧に際してフィルムをバルーン接続部（１６）の方向に引張可能および／またはバルーン接続部（１６）に固定可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
バルーンフィルム（１４）がバルーン接続部（１６）と逆側の領域で強化されるとともにバルーン接続部（１６）の方向に向かって予荷重され、従って過圧が無い状態でもキャロット形状が存在しそれが過圧に際しても保持されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
バルーンフィルム（１４）がバルーン接続部（１６）から開始して漸減する壁厚を有し、その際特に２００μｍから１００μｍ未満まで、好適には５０μｍまで減少し、さらにその先はバルーン接続部（１６）と逆側の端部まで漸増する壁厚を有し、その際最大壁厚が５００μｍ未満であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
走査ヘッド（２０）が少なくとも２個の互いに離間するスキャナ（２２，２４）を備え、それが基準パターン（２６）の少なくとも１点への距離を三角法によって測定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
バルーンフィルム（１４）が走査ヘッド（２０）から放射された放射線および／または走査領域（４２）によって反射された放射線に対して透過性であって、特に０．８超の透過率を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
基準パターン（２６）が走査ヘッド（２０）から放射された放射線を吸収し、１００／ｍｍの吸収係数と５％未満の反射率を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
基準パターン（２６）がフィルムの厚みの５０％未満の厚みを有し、特にフィルムの厚みの１０％未満の厚みを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
基準パターン（２６）が不規則な幾何学構造を有し、特に相互に異なった複数のインプリントを含んだ幾何学構造を有し、それが特に弾力的に伸縮可能な材料の大部分にわたって空間内で延在することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
基準パターン（２６）が複数の特定基準点を有し、それを予め空洞部（４０）の特徴点に整合させ、特に弾力的に伸縮可能な材料をその点に向かって手動で摺動させることによって整合させることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１５】
バルーン接続部を備えていてそれを介してバルーンに過圧を付加することができるもので撮像装置と共に動作するバルーンであり、バルーン（１２）の少なくとも一部、特にバルーン（１２）の内表面上に設けられた基準パターン（２６）を有することを特徴とするバルーン。
【請求項１６】
基準パターン（２６）が設けられた伸縮可能なフィルムからなるバルーン（１２）を特に少なくとも三軸で動作可能に支承された撮像装置（１０）の走査ヘッド（２０）上に被せてそれら両方を特に変形可能な空洞部（４０）内に挿入し、その後バルーン接続部（１６）を介してバルーン（１２）に過圧を付加して前記バルーンが前記空洞部（４０）に接合するようにし、所与の走査領域（４２）にわたった走査を開始ならびに実行することを特徴とする撮像装置の作動方法。
【請求項１７】
第１の走査をバルーンフィルム（１４）が空洞部（４０）に接合する第１の過圧に際して実行し、第２の走査はバルーンフィルム（１４）が空洞部（４０）を変形させる第２の過圧に際して実行することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
撮像装置（１０）の制御装置（３２）が基準パターン（２６）の変形から空洞部（４０）の表面の変形に従ってその表面の柔軟性および／または表面の変化を判定することを特徴とする請求項１６または１７記載の方法。
【請求項１９】
走査ヘッドと走査ヘッドガイド部を備えていてそれらが空洞部の開口内に挿入される撮像装置の作動方法であり、空洞部（４０）が弾力的に伸縮可能で平面上で見て二次元に延在する材料あるいはフィルム状の材料によって被覆されてその材料が空洞部（４０）に対して圧接され、また空洞部（４０）が走査の前に容積に関して縮小することを特徴とする方法。
【請求項２０】
空洞部（４０）が容積に関して制御されて縮小し、特にフィルム状の材料の基準パターン（２６）の形状が捕捉および／または測定されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
撮像装置が膨張に際してのバルーンの容積増加および／またはバルーンフィルム（１４）の伸張を検出し、そのため制御装置（３２）が膨張に際しての基準パターン（２６）の拡大を判定し、その際特にバルーンフィルム（１４）が走査領域（４２）への接合によって変形する前とバルーンフィルムが走査領域への接合によって変形した後に判定を行い、またそのことから特にバルーンフィルムおよび／または基準パターン（２６）の厚みの縮小を計算することを特徴とする請求項１６ないし２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
請求項１６ないし２１のいずれかに記載の方法を実行することを特徴とする撮像装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は請求項１前文に記載の撮像装置、請求項１５前文に記載のバルーン、請求項１６または１９前文に記載の撮像装置の作動方法、ならびに請求項２２前文に記載の撮像装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定信号を評価するためにピックアップコイルの周りに膨張可能なバルーンを配置することが知られている。膨張はバルーン接続部を介して実施され、その接続部を介してさらにピックアッププローブの接続も形成される。
【０００３】
医療分野におけるこの種の解決方式が例えばドイツ国特許出願公開第４２３３８０９号（Ａ１）明細書によって開示されている。この解決方式によれば、例えば核磁気共鳴測定装置とし得る精密なピックアッププローブの保護を可能にする。
【０００４】
場合によっては、部分的に凹凸化されていることも有る空洞部の内部構造が計測される。そのため通常所与の間隔で相互に離間した走査ヘッドを用いた立体視法が使用される。走査ヘッド上の照明装置を介して計測される空洞部の表面、すなわち走査領域が照明され、従ってその空洞部の走査領域が計測される。
【０００５】
しかしながら、高価なスキャナにもかかわらず走査結果はしばしば充分なものではなく、従ってさらにコストをかけて走査ヘッドをより改善することが試みられている。また、従来そのように実施された試行によれば特に三次元で複雑に形成された空洞部において不満足な結果しか得られていない。
【０００６】
それにもかかわらず空洞部の表面、すなわち走査領域のいくらか正確な計測を可能にするために、多様な周波数領域の電磁放射線によって実施することが既に提案されている。例えば湿った表面の場合は、可視光線あるいは紫外線を使用することが有効であり得る。それに対して、空洞部を構成することができる特定の材料の反射特性において、一方で超音波、他方ではＸ線がより好適となることもある。
【０００７】
その際、多様な周波数領域を有するスキャナを準備する必要があることが難点であり、それによってこの解決方式が全体的に高コストになるばかりか場合によって実現不可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、著しい投資コストを伴うことなく走査結果に関して改善される、請求項１前文に記載の撮像装置、請求項１５前文に記載の撮像装置と共に動作するバルーン、請求項１６または１９前文に記載の撮像装置の作動方法、ならびに請求項２２前文に記載の撮像装置の制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題は、本発明に従い請求項１、１５、１６、１９または２２によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が明らかにされる。
【００１０】
本発明によれば、フィルム状あるいは平板状で弾力的に伸縮可能な材料を走査領域に密着させることが好適である。このことは過圧によって保証され、さらにそれを調節可能とすることが好適である。小さな過圧による走査結果とより大きな過圧による走査結果を比較することによって走査領域がどの程度変形可能であるか、すなわち走査領域が硬質あるいは軟質の物質かを判定することができる。
【００１１】
走査領域あるいは走査領域に隣接する空洞部がガス状の内包物を含有する場合、バルーン内の過圧によってその物質が外方へ押圧される。それに対してジェル状の変形可能な材質が存在する場合、圧力によって表面が均一化され従って小さな過圧の場合よりも凹凸が少なくなる。
【００１２】
本発明によれば、凹凸があるが実質的には丸型の空洞部に近い形態で走査ヘッドの周りに延在する走査領域がバルーンの一部である伸縮性の材料によって完全に被包されることが好適である。
【００１３】
走査ヘッドはスキャナと共に弾力的に伸縮可能なバルーン接続部を介して挿入され、その後バルーン接続部がその中に挿通された走査ヘッドガイド部に対して密封される。
【００１４】
ここで、走査ヘッドガイド部を介してバルーンに圧力が付加される。それによってバルーンが走査領域に接合する。
【００１５】
好適には弾力的に伸縮可能な材料から形成されるバルーンフィルム上に基準パターンが設けられる。バルーンが収縮した状態におけるそれの形状が既知である。バルーンの膨張によって基準パターンが変形し、従って個々の基準線および基準点が相互に間隔を拡げる。その膨張は点状に実行され、誤差の多い立体視検査を必要とすることなく、間接的に空洞部の形状を詳細に検知することができる。
【００１６】
基準パターンは任意の適宜な方式でバルーンフィルム上に設けることができる。内側に設ける場合は、計測の精度を保持するためにバルーンフィルムを薄く、例えば８０μｍにすることが好適である。外側に設ける場合は、バルーンフィルムを完全に透明にし、例えば透過率０．９あるいはそれ以上の透過率にすることが好適である。ここでも薄いバルーンフィルムが好適である。
【００１７】
本発明に係る撮像装置の制御装置がスキャナによって検出された走査領域の各部の基準パターンの伸張を捕捉する。その伸張から計測された箇所上の走査領域の形状が計算され、その際伸張が二次元に行われて二次元に捕捉され得ることが検出のために有利である。従って基準パターンに関して現実的なパターンが存在し、すなわち単に隣接して延在する線と交点のみではないことが重要である。
【００１８】
パターンの選定に際してソフトウェアによる認識を最適化することが好適である。例えば、一方向について一点鎖線でそれと直角の方向について破線を有する幾何学的に均一なパターンが有効であり得る。しかしながら、その他の任意の規則的あるいは不規則的な基準パターンも実現可能である。その一例は２００μｍの脚長を有する六角形パターンである。
【００１９】
基準パターンの線間隔は走査ヘッドのスキャナの解像度に広範囲に適合させることができる。例えば１５μｍの極めて微細なストローク幅によって極めて精密な検出を可能にすることができる。
好適な構成形態によれば材料を特に耐水性および／または耐油性である弾力性の樹脂フィルムから形成し、好適にはエラストマ、シリコーン、あるいはラテックスからなるものとする。弾力的に伸縮可能な材料は樹脂フィルム製かつ使い捨て部品として形成することができる。
【００２０】
走査領域が直接基準パターンを備えることもでき、例えばその種のパターンを走査領域上に視覚的に形成することができる。
【００２１】
バルーンフィルムが透明に形成され特に３００μｍ未満、好適には約５０μｍの厚みを有する。
【００２２】
別の好適な構成形態によれば、実質的に不変の圧力を提供するものであってバルーン接続部に結合された過圧源を設け、その際そのバルーン接続部あるいは過圧源に過圧バルブが流体接続される。
【００２３】
別の好適な構成形態によれば、バルーンフィルムが例えば減圧の不可によって脱落させることが可能でバルーン接続部を介して空洞部から除去可能である。
【００２４】
別の好適な構成形態によれば、バルーンフィルムが過圧の不可によって空洞部の外側で球形になり、その球形から突出するバルーン接続部の方向に向かうキャロット型の外形部分を備える。
【００２５】
別の構成形態によれば、走査ヘッドと走査ヘッドガイド部を設け、走査放射線に対して透過性の走査補助媒体を用いる撮像装置の作動方法を提供し、その際前記走査補助媒体を柔軟あるいは液状の形態で走査すべき空洞部内に挿入し、前記走査補助媒体の硬化によってあるいは走査補助媒体の硬化の最中に空洞部が縮小し、硬化後に前記走査補助媒体を除去し、その後走査補助媒体内に走査ヘッドを挿入して走査補助媒体の表面を走査することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、走査工程中に空洞部に対する走査ヘッドの位置が変化しないことが重要である。そのことは例えばバルーン内でかつ非重要な空洞部の領域に隣接して配置された基準物によって実現することができる。走査ヘッドの動作に際して基準物に対する動作も生じ、それを計算することができる。
【００２７】
その種の基準物は空洞部中に分散して複数配置することができ、補足された走査画像をより良好に継ぎ合わせるように作用し、いわゆるステッチングとして作用することができる。基準物は場合によって取り外し可能にフィルムの内側に設置することもできる。
【００２８】
本発明によれば、走査領域あるいはその上に間接的に設けられた基準パターンの立体的な捕捉が不要となる。しかしながら、精度を改善するために基準パターンの少なくとも１個の点を相互に離間した２台のスキャナによって三角法で捕捉することが好適である。
【００２９】
弾力的に伸縮可能な材料はバルーンの一部とすることができ、基準パターンがインプリントされる。そのインプリントは、特にバルーンフィルムの外面に設ける場合でも低コストに実現することができる。この場合、走査ヘッド上に被せるバルーンも使い捨て部品として形成することができる。
【００３０】
別の好適な構成形態によれば、バルーンに最初限定的な過圧を付加し、それを例えば過圧バルブを介して制御可能にすることもできる。空洞部が例えば2体の対向する半殻から形成される場合、バルーンフィルム上に設けられた基準パターンの実質的な伸張は意図される空洞部の縮小によって生じる。
【００３１】
別の好適な構成形態によれば、撮像装置が膨張に際してバルーンの容積増加および／またはバルーンフィルムの伸張を検出する。伸張は殆ど壁厚に反比例するため、伸張から観察される場所の膨張後のバルーンフィルムの壁厚が決まる。
【００３２】
そのため、制御装置が膨張に際しての基準パターンの拡大を検出する。バルーンフィルムは、走査領域に接合すると同時に球形に近似するものから変形する。その時点まではバルーンフィルムの実質的に均一な伸張が行われ、それに従って基準パターンの二次元の拡大が生じ、それが撮像装置によって検出される。
【００３３】
同様にバルーンフィルムの厚みが薄くなり、従って既知の開始壁厚が例えば１５０μｍであった場合基準パターンが（線形に）３倍拡大すると残留するバルーンフィルムの壁厚を５０μｍと算定することができる。
【００３４】
ある場所でバルーンフィルムが走査領域に接合すると、その場所で基準パターンは実質的にそれ以上拡大しない。本発明によりそのことが検出される。
【００３５】
空間内での伸張を検出するために、制御装置を極座標系に基づくものとすることが好適である。
【００３６】
しかしながら、バルーン内の圧力がさらに上昇する場合、例えばバルーンが全方位で走査領域に接合する場合、基準パターンの追加拡大が少なくなり、それはその場所における走査領域の柔軟性に相当するものとなる。
（走査領域の観察される場所に付加された応力に相関する）圧力上昇の指数と（半径方向の変動に相関する）接線方向の伸張から、付加された応力による各箇所の走査領域の変形と（フックの法則が有効であると仮定すれば）その場所における弾性率を判定することができる。
【００３７】
加えて、（必要であれば）バルーンフィルムの壁厚の低下を計算に入れることができる。基準パターンがバルーンの内側に設けられている場合走査領域が半径方向に壁厚の分だけ基準パターンから離間するため壁厚が特に重要となる。
【００３８】
バルーンの外側にインプリントする場合もバルーンが接線方向に伸張して相応に薄くなるため；その厚み低下を必要に応じて計算に入れることができる。
【００３９】
本発明によれば、１０ないし５０μｍの解像度および精度を有する走査装置が好適である。インプリントされる基準パターンは３０μｍの厚みを有することができ、接線方向に３倍のバルーン伸張に際して１０μｍまでの厚み低下が生じる。撮像装置はインプリントの半径方向内側を捕捉し、従って走査領域は撮像装置の検出によって現れるものよりも１０μｍ半径方向外側にある。この差は極めて高い精度を有する撮像装置の場合にのみ重要であって、通常は無視することができる。
【００４０】
本発明のその他の詳細、特徴ならびに利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る撮像装置の実施例を概略的に示した説明図である。
【図２】図１の装置の詳細部を２つの状態において示した説明図である。
【図３】本発明に係る撮像装置の別の実施例の細部、すなわち基準パターンを有するバルーンと引張装置を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１には、本発明に係る撮像装置１０が概略的に示されている。その装置がバルーン１２を備えていて、それが弾力的に伸縮可能な材料を形成するバルーンフィルム１４から構成される。バルーン１２は周知の方式でバルーン接続部１６を備える。その接続部を介して走査ヘッドガイド部１８が延在し、それが走査ヘッド２０をバルーン内部に保持して確実に支承する。
【００４３】
走査ヘッド２０上に複数のスキャナが設置され、ここでそのうちスキャナ２２と２４が図示されている。実際には例えば１００個等の多数のスキャナを設けることができるが、スキャナの数がより少ない場合走査ヘッド２０上に可動式に支承することが好適である。
【００４４】
スキャナはバルーンフィルム１４の内部全体を捕捉する目的を有する。バルーンフィルム１４は基準パターン２６を備えていて、それが図示された実施例においてバルーンフィルムにわたって均一な線間隔で延在する網の形式で形成される。
【００４５】
走査ヘッドガイド部１８を包囲してシーリング３０が設けられ、それによってバルーン接続部１６を周囲の空気に対して密封する。制御装置３２がバルーンの外側に設置される。その制御装置がいずれの場合もスキャナによって捕捉された画像を評価し、また図示された実施例においてはバルーン１２を膨張させる過圧Ｐも制御する。
【００４６】
膨張によってバルーンフィルム１４が密接かつ正確に輪郭に追随して空洞部４０に接合する。従って基準パターン２６が走査領域４２に沿って変形した状態で延在する。その基準パターン２６の変形から本発明に従って走査領域の形状を個々に計算することができる。
【００４７】
本発明に係る解決方式は特に空洞部の変形性の測定にも適している。その点に関して図２を参照することができる。そこで図示されたバルーンフィルム１４の一片が過圧Ｐの大きさに相関する応力Ｋによって走査領域４２に圧接される。図２の右側に図示された状態においてバルーンフィルム１４が走査領域４２の輪郭に追従してその走査領域に接合し、それに従った基準パターン２６の変形が生じる。
【００４８】
高い圧力Ｐが付加されると、弾力性の走査領域４２がさらに下方に押圧され、また基準パターン２６がより少ない塑形をもって伸張されようになり、そのことから弾力的な変形性を確認することができる。
【００４９】
図３には、変更された構成形態において基準パターン２６がバルーン１２上にどのように設置されるかが示されている。ここでも図面の明瞭性のために例えば５００μｍの線間隔の基準パターンの構成が示されているが、実用上は顕著に微細なパターンが可能であることが理解され、例えば５０μｍの構造幅と１５μｍのストローク幅が可能である。
【００５０】
図３に示されるように、一つの寸法について一点鎖線で示された構造が選択され、別の寸法においては破線で示されたものが選択される。このため走査ヘッド２０を介して空間内における相対的な整列が捕捉される。
【００５１】
図３に示された実施例において、引張装置５０がバルーン接続部１２と反対側のバルーンの領域５２からバルーン接続部１６を介して延在し、それによって領域５２を空洞部４０から的確に分離させる。
【００５２】
この解決方式は、例えば空洞部が患者の口腔であってバルーンによる圧迫刺激を伴わずに口腔の走査を実施する場合に有効である。
【００５３】
好適な構成形態によれば、バルーン１２を空洞部の内側に完全に接合するように膨張させる。その場合空洞部の容積縮小によって圧力上昇が発生し、それが走査ヘッド２０によって検出可能になる。
【００５４】
走査ヘッド２０は任意の適宜な波長で動作することができる。ここで考えられるものは光線等の電磁波であり、そのために走査ヘッド２０上に設置されていてバルーン内部空間を照射する追加的な光源が好適である。それに代えてあるいは加えて、Ｘ線あるいは超音波の使用も可能である。
【００５５】
別の実施形態によれば、まず走査線に対して透過性である走査補助媒体を空洞部内に充填して硬化させる。
【００５６】
前記査補助媒体は走査ヘッドのための挿入開口を有する。空洞部４０内で走査補助媒体が硬化し、その際走査補助媒体の表面に設けられた基準パターンが変形する。少なくとも部分的な硬化の後に、（同様に弾力的な圧接によってあるいは空洞部の開放によって）走査補助媒体を除去し、続いて走査ヘッドを走査補助媒体内に挿入して走査補助媒体の表面を内部から走査する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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