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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Röntgengerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 6.
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In neuen Röntgengeräten mit dreidimensional verstellbaren C-Bögen zur Halterung von Röntgenaufnahmesystemen werden neben der reinen Röntgenbildgebung auch Positioniervorrichtungen zur Positionierung von Werkzeugen wie Punktionsnadeln mittels von Lasern erzeugten Laserfächerstrahlen eingesetzt. Konstruktionsbedingt verwinden sich C-Bögen in Abhängigkeit von der gewählten Angulation. Diese Verwindungen führen zu unbekannter Projektionsgeometrie und Lage der Laser-Positioniervorrichtung. Diese wird aber benötigt, um beispielsweise die Lage der Werkzeuge relativ zu den vom Röntgenaufnahmesystem akquirierten Bildern (2-D oder 3-D) zu bestimmen und für die Positionierung zu verwenden. Auch kommt es nach längerer Zeit des Betriebs des Röntgengeräts zu einer Dejustierung der ursprünglich bei der Installation des Röntgengeräts justierten Laserfächer. Insbesondere durch C-Bogen-Bewegungen verursachte Vibrationen können nach langer Betriebsdauer zu Dejustierungen führen.
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Zur Bestimmung der Röntgengeometrie des Röntgenaufnahmesystems bei C-Bögen sind zahlreiche Verfahren bekannt, welche für ein gegebenes Objekt, insbesondere ein Kalibrierphantom, die Projektionsgeometrie berechnen. Diese Berechnung wird in einem Kalibrierablauf während der Installation des Systems vorgenommen, um die resultierenden Parameter im Patientenbetrieb für die 3-D-Rekonstruktion und 2-D/3-D-Fusion zu verwenden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus dem Artikel „Improving 3-D Image Quality of X-ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry“ von N. Strobel, B. Heigl, T. Brunner, O. Schütz, M. Mitschke, K. Wiesent and T. Mertelmeier, Medical Imaging 2003, Physics of Medical Imaging, Proceedings of the SPIE, Volumen 5030, Seiten 943 ff., 2003 bekannt. Durch ein derartiges Vorgehen kann aber nicht die relative Lage des Lasers bzw. des Laserfächerstrahls zur Röntgengeometrie ermittelt werden, da die Lage eines Laserfächerstrahls nicht im Röntgenbild erfassbar ist.
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Die
DE 103 17 137 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenbildes von einem Untersuchungsobjekt mit einer Röntgeneinrichtung, die eine Tragevorrichtung für ein eine Röntgenstrahlenquelle und einen Strahlungsdetektor umfassendes Röntgensystem aufweist.
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Aus der
US 5 923 727 A ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Röntgensystems bekannt, welche eine Röntgenquelle und einen Detektor umfasst, sowie eine der Röntgenquelle zugeordnete optische Kamera, eine dem Detektor zugeordnete optische Kamera und ein Röntgenphantom, das in einem Sichtfeld des Röntgensystems angeordnet ist.
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Die
DE 10 2004 048 643 A1 beschreibt einen Referenzkörper zur Ausrichtung von Laserprojektoren und einem Aufnahmesystem eines Tomographiegerätes relativ zueinander sowie ein Tomographiegerät mit einem derartigen Referenzkörper, wobei der Referenzkörper zumindest zwei Referenzmittel aufweist, wobei durch das jeweilige Referenzmittel jeweils eine Referenzebene festgelegt ist und wobei das Referenzmittel jeweils zur Ausrichtung eines der Laserprojektoren vorgesehen ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Erfassung der relativen Lage des Lasers bzw. des Laserfächerstrahls zur Röntgengeometrie ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgengerät bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem von einem als Positioniervorrichtung für Instrumente ausgebildeten Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem Röntgengerät gemäß dem Patentanspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes, insbesondere unter Verwendung eines optischen Röntgen-Kalibrierphantoms, mit den Schritten a) Bestimmung der Position der Bildaufnahmevorrichtung relativ zu der Projektionsgeometrie, b) Bestimmung der Position des Laserfächers relativ zu der Bildaufnahmevorrichtung, und c) Rekonstruktion der Position des Laserfächers relativ zu der Projektionsgeometrie, können auf einfache und schnelle Weise mögliche Dejustagen des Laserfächerstrahls während des Betriebs des Röntgengeräts korrigiert werden. Die Idee der Erfindung besteht darin, dass zumindest zwei an der Halterung des Aufnahmesystems angeordnete Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden, um die Relation zwischen der Röntgengeometrie und dem oder den Laserfächerstrahl(en) herzustellen. Die Relation zwischen Röntgengeometrie und Laserfächerstrahl wird dabei dadurch bestimmt, dass insbesondere ein Kalibrierphantom sowohl von den Bildaufnahmevorrichtungen als auch durch das Röntgenaufnahmesystem abgebildet werden kann.
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Das Verfahren kann während der Installation des Röntgengeräts und zu späteren Zeitpunkten automatisch mit minimalem Aufwand durchgeführt werden. Es können Ungenauigkeiten des oder der Laser(s) durch Berücksichtigung der berechneten Parameter bei der Planung und Verfolgung der Werkzeugpositionen kompensiert werden.
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In vorteilhafter Weise wird für die Schritte a) und/oder b) ein optisches Röntgen-Kalibrierphantom verwendet. Der Vorteil eines solchen Kalibrierphantoms besteht darin, dass seine Oberfläche, seine Form und die darin enthaltenen Röntgenmarker bekannt sind und somit auf einfache Weise Rückschlüsse auf Projektionsgeometrien gezogen werden können.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt b) von den Einzelschritten Aufnahme zumindest eines Bildes des von dem Laserfächerstrahl bestrahlten Kalibrierphantoms durch die Bildaufnahmevorrichtungen Extraktion der zumindest einen Projektionslinie des zumindest einen Laserfächerstrahls auf das Kalibrierphantom aus dem zumindest einen Bild, Bestimmung der dreidimensionalen Lage der zumindest einen Projektionslinie relativ zum Kalibrierphantom unter Verwendung der Oberflächengeometrie des Röntgenphantoms und der relativen Position der Bildaufnahmevorrichtungen zum Kalibrierphantom, und Rekonstruktion der Ebene des zumindest einen Laserfächerstrahls aus der zumindest einen 3-D-Projektionslinie gebildet. Diese Einzelschritte stellen eine besonders einfache aber präzise Methode dar, die Position des Laserfächers relativ zu zu bestimmen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt a) von den Einzelschritten Aufnahme zumindest eines Bildes des Kalibrierphantoms durch die zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung, Ermittlung der relativen Position der Bildaufnahmevorrichtungen bezüglich des Kalibrierphantoms anhand des zumindest einen Bildes, Aufnahme zumindest eines Röntgenbildes des Kalibrierphantoms durch das Röntgenaufnahmesystem, Ermittlung der Projektionsgeometrie des Röntgenaufnahmesystems anhand der Röntgenaufnahmen, und Berechnung der Position der Bildaufnahmevorrichtungen relativ zur Projektionsgeometrie anhand der ermittelten Positionen bezüglich des Kalibrierphantoms gebildet. Diese Einzelschritte stellen eine bewährte Methode dar, um die Position der Bildaufnahmevorrichtung relativ zu der Projektionsgeometrie zu bestimmen und gewährleisten mit bekannten Algorithmen ein hochqualitatives und genaues Ergebnis.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt b) von den Einzelschritten Aufnahme zumindest zweier Bilder einer von dem Laserfächerstrahl bestrahlten Oberfläche, insbesondere einer Patientenoberfläche, durch die zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen, Extraktion der zumindest zwei Projektionslinien des zumindest einen Laserfächerstrahls auf die Oberfläche aus den zumindest zwei Bildern, Bestimmung der dreidimensionalen Lage der zumindest zwei Projektionslinien relativ zu der Oberfläche unter Verwendung der relativen Positionen der zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen, und Rekonstruktion der Ebene des zumindest einen Laserfächerstrahls aus den zumindest zwei 3-D-Projektionslinien, gebildet. Das hat den Vorteil, dass auch während einer Röntgenuntersuchung eines Patienten die Justierung des Lasers überprüft werden kann, indem für den Schritt b) anstelle des Röntgenphantoms eine Patientenoberfläche verwendet wird. Für den Schritt a) kann jedoch weiterhin das Kalibrierphantom und das dadurch definierte Koordinatensystem verwendet werden. Es können auch bereits vor der Röntgenuntersuchung des Patienten mit einem Kalibrierphantom ermittelte Werte für Schritt a) verwendet werden.
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Ein Röntgengerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Halterung, ein eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor aufweisendes Röntgenaufnahmesystem, zumindest einen einen Laserfächer erzeugenden Laser, zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen, eine Steuerungseinheit und eine Berechnungseinheit auf, wobei die Röntgenquelle, der Röntgendetektor, der Laser und die zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen an der Halterung angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei insbesondere für ein C-Bogen-Röntgengerät mit einem dreidimensional verstellbaren C-Bogen, welcher beispielsweise an einem Knickarmroboter gehaltert sein kann, geeignet.
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In vorteilhafter Weise wird die Bildaufnahmevorrichtung von zumindest einer Kamera, insbesondere von zwei Kameras, gebildet. Kameras sind bewährte und günstige Bauteile, mit deren Hilfe insbesondere bei Nutzung von mindestens zwei Kameras und Rekonstruktionsalgorithmen dreidimensionale Strukturen erzeugt werden können.
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Zweckmäßigerweise weist das Röntgengerät zwei Laser zur Erzeugung von zwei Laserfächern auf. Ein dadurch erzeugtes Laserkreuz ist insbesondere geeignet, Instrumente wie zum Beispiel Punktionsnadeln, mit hoher Präzision, zu positionieren.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen und/oder der zumindest eine Laser am Röntgendetektor angeordnet. Für den oder die Laser ist eine solche Anordnung vorteilhaft, um eine möglichst ungehinderte Ausrichtung des Laserfächerstrahls auf ein Instrument zu gewährleisten. In Folge davon ist es ebenfalls für die Bildaufnahmevorrichtungen vorteilhaft, um den Laserfächerstrahl bzw. dessen Projektionslinie(n) auf ein Röntgenphantom direkt und ohne Hindernis aufnehmen zu können. Sind zwei oder mehr Bildaufnahmevorrichtungen vorhanden, so ist es für eine gute dreidimensionale Darstellung vorteilhaft, die verschiedenen Bildaufnahmevorrichtungen an verschiedenen Positionen, insbesondere möglichst weit voneinander entfernt, anzuordnen. Sowohl Bildaufnahmevorrichtungen als auch Laser sind insbesondere am Gehäuse des Röntgendetektors angeordnet.
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Zweckmäßigerweise weist das Röntgengerät eine Systemsteuerung zur Ansteuerung von Röntgenaufnahmen, Aufnahmen, Bewegungen und anderen Funktionen sowie ein Bildsystem zur Bildbearbeitung und Bildanzeige auf.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das verwendete Kalibrierphantom sowohl röntgensichtbare als auch optisch sichtbare Strukturen auf; seine Struktur und Oberflächengeometrie sind dem Röntgengerät bekannt.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. E zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Aufnahmesystems eines Röntgengeräts mit zwei Bildaufnahmevorrichtungen und zwei Lasern,
- 2 eine vergrößerte Ansicht eines Röntgendetektors mit zwei Bildaufnahmevorrichtungen und zwei Lasern gemäß 1,
- 3 ein typisches Kalibrierphantom zur Kalibrierung der Röntgengeometrie,
- 4 eine Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 5 eine Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einzelschritten,
- 6 ein Röntgenbild des Kalibrierphantoms nach 3,
- 7 ein optisches Bild des Kalibrierphantoms nach 3,
- 8 eine Ansicht des von einem Laserfächerstrahl bestrahlten Kalibrierphantom und
- 9 ein optisches Bild des Kalibrierphantoms nach 3 mit einer Projektionslinie eines Laserfächerstrahls.
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In der 1 und der 2 sind Ausschnitte des erfindungsgemäßen Röntgengerätes gezeigt, bei dem an einem verstellbaren, bewegbaren C-Bogen 17 ein Röntgendetektor 10 und eine Röntgenquelle 11 angeordnet sind. Der C-Bogen 17 ist bevorzugt dreidimensional verstellbar, zum Beispiel indem er an einem mehrachsigen Knickarmroboter befestigt ist. An dem Röntgendetektor sind zwei als Positioniervorrichtung für Instrumente ausgebildete Laser 15 angeordnet, welche jeweils einen Laserfächerstrahl 13 entlang der Strahlrichtung des Röntgenstrahles erzeugen. Die Laserfächerstrahlen bilden für die Instrumentenpositionierung ein Laserkreuz. Die Positionierung von Instrumenten mittels Laserfächerstrahlen und Laserkreuzen ist bekannt. Zusätzlich sind an dem Röntgendetektor 10 zwei Kameras 12 angeordnet, die in Richtung der Laserfächerstrahlen ausgerichtet sind. Idealerweise sind die Kameras 12 an unterschiedlichen Enden des Röntgendetektors 10 angeordnet, um mit einem möglichst großen Abstand möglichst gut 3-D-Strukturen rekonstruieren zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit einer oder mehr als zwei Kameras 12 durchgeführt werden. Für die Ansteuerung des Röntgensystems, also zum Beispiel des Röntgendetektors, der Röntgenquelle, der Kameras, der Laser und der anderen Komponenten kann beispielsweise eine Systemsteuerung vorgesehen sein. Diese Systemsteuerung kann das erfindungsgemäße Verfahren automatisch ansteuern. Für Berechnungen und Rekonstruktionen können Berechnungs- oder Verarbeitungseinheiten vorgesehen sein; zur Speicherung von Daten und Informationen können Speichereinheiten vorgesehen sein.
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Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeignetes Kalibrierphantom weist sowohl röntgenabsorbierende Marker als auch im Kamerabild sichtbare Strukturen auf. Außerdem ist die relative Lage der Strukturen in Bezug auf ein dem Kalibrierphantom zugeordnetes Koordinatensystem und die Oberflächengeometrie des Kalibrierphantoms bekannt und beides kann in die Berechnungen einbezogen werden.
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Ein Beispiel für ein solches Kalibrierphantom 14 ist in der 3 gezeigt. Das Kalibrierphantom 14 besteht aus einem röntgentransparenten Kunststoffzylinder, in dem 108 Kugeln 18 eingelassen sind. Die Kugeln bestehen aus korrosionsfreiem Stahl und wirken somit als Marker in den Röntgenbildern. Die Kugeln sind helixförmig angeordnet. Die helixförmige Markeranordnung hat den Vorteil, dass insbesondere bei kreisförmigen Abtastbahnen, wie sie bei Röntgen-C-Bögen üblich sind, sinusförmige Kurven in den Projektionsbildern erkennbar sind, d. h. möglichst viele Marker gleichzeitig optimal abgebildet sind. Die Kugeln 18 des Kalibrierphantoms können zwei unterschiedliche Größen haben. Die Auswahl zwischen großer und kleiner Kugel für einen bestimmten Ort in der Helix erfolgt durch eine Kodierung, wobei durch die Möglichkeit, zwei verschiedene Kugelgrößen bereitzustellen, eine Binärkodierung gegeben ist. Die Kodierung ist so gewählt, dass eine Teilsequenz von acht Kugeln in der Abbildung ausreicht, wenn deren unterschiedliche Größe im Projektionsbild zu erkennen ist, um genau zuzuordnen, welche acht Kugeln aus den 108 Kugeln in dem Projektionsbild abgebildet sind. Ein Beispiel für ein Röntgenbild 19 des Kalibrierphantoms ist in der 6 und ein Beispiel für ein Kamera-Bild 20 des Kalibrierphantoms ist in der 7 gezeigt.
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In der 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren im Überblick gezeigt, wobei die Position der Bildaufnahmevorrichtung relativ zu der Projektionsgeometrie des Röntgenaufnahmesystems (Röntgendetektor und Röntgenquelle) bestimmt wird (Schritt a)), dann die Position des Laserfächers relativ zu der Bildaufnahmevorrichtung bestimmt wird (Schritt b)) und anschließend die Position des Laserfächers relativ zu der Projektionsgeometrie rekonstruiert wird (Schritt c)). In der 5 sind die Einzelschritte des Verfahrens dargestellt.
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Mittels folgender Einzelschritte wird unter Verwendung des Kalibrierphantoms 14 für eine Angulation des C-Bogens die Position der Bildaufnahmevorrichtung(en) relativ zur Röntgengeometrie ermittelt: Durch bekannte Verfahren, wie sie zum Beispiel aus der bereits genannten Schrift „Improving 3-D Image Quality of X-ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry“ bekannt sind, wird nach Aufnahme zumindest eines Röntgenbildes des Kalibrierphantoms (Schritt a1) die Projektionsgeometrie des Röntgenaufnahmesystems mittels der röntgenabsorbierenden Marker des Kalibrierphantoms aus einem Röntgenbild des Kalibrierphantoms ermittelt (Schritt a2). Ebenfalls auf bekannte Weise, zum Beispiel aus der Schrift „An Efficient and Accurate Camera Calibration Technique for 3-D machine vision" von R. Y. Tsay, Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Miami Beach, FL, Seiten 364 bis 374, 1986, wird nach Aufnahme zumindest eines Bildes des Kalibrierphantoms (Schritt a3) die relative Position der Bildaufnahmevorrichtungen in Bezug auf das Kalibrierphantom aus dem oder den Bildern der Bildaufnahmevorrichtungen ermittelt (Schritt a4).
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Es kann auch vorgesehen sein, die Schritte a3) und a4) vor den Schritten a1) und a2) durchzuführen. Durch die nun berechenbaren Positionen der Röntgengeometrie und der Bildaufnahmevorrichtungen in Bezug auf dasselbe Koordinatensystem, also das des Kalibrierphantoms, sind so auch alle relativen Positionen zwischen den Bildaufnahmevorrichtungen und der Röntgengeometrie berechenbar (Schritt a5). Schritt a bzw. die Einzelschritte a1 bis a5 müssen nicht für jede Angulation neu berechnet werden, vielmehr kann auch die einmal bestimmte relative Position zwischen der Röntgengeometrie und den Bildaufnahmevorrichtungen gespeichert und wieder verwendet werden.
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Um nun die Position des Lasers bzw. der Laserfächerstrahlen gegenüber der Bildaufnahmevorrichtung zum Beispiel während einer Installation des Röntgengerätes zu bestimmen, sind folgende Einzelschritte durchzuführen: Zuerst werden ein oder mehrere Bilder des von dem Laserfächerstrahl beschienenen Kalibrierphantoms mittels der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen (Schritt b1)). Die Ansteuerung kann zum Beispiel von der Systemsteuerung des Röntgengeräts übernommen werden. In 8 ist gezeigt, wie das Kalibrierphantom 14 von einem Laserfächerstrahl 13 beschienen wird und sich entsprechend auf dem Kalibrierphantom eine Projektionslinie 16 bildet. In 9 ist ein solches Bild 20 mit der abgebildeten zweidimensionalen Projektionslinie gezeigt. Anschließend wird die zumindest eine Projektionslinie 16 des zumindest einen Laserfächerstrahls 13 auf das Kalibrierphantom aus dem zumindest einen Bild extrahiert (Schritt b2)). Dies kann mittels einer Bildverarbeitungsvorrichtung und zum Beispiel einer Software durchgeführt werden.
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Aus der Abbildung der zweidimensionalen Projektionslinie wird anschließend die dreidimensionale Position der Projektionslinie relativ zu dem Kalibrierphantom bestimmt (Schritt b3)). Dazu werden die bekannte Oberflächengeometrie des Kalibrierphantoms und die relative Position der Bildaufnahmevorrichtung zum Kalibrierphantom herangezogen. Mit Hilfe dieser Informationen kann die dreidimensionale Position der Projektionslinie beispielsweise mittels einer Bildverarbeitungseinheit oder einer Berechnungseinheit mit einer Software berechnet werden. Aus der dreidimensionalen Projektionslinie kann dann auf einfache Weise die Ebene des Laserfächerstrahls und/oder die Position des Lasers rekonstruiert werden (Schritt b4)). Im Falle mehrerer Bildaufnahmevorrichtungen werden entsprechend mehrere Bilder aufgenommen und daraus die Projektionslinien bestimmt und der oder die Laserfächerstrahlen rekonstruiert. Sind mehrere, z.B. zwei Laserfächerstrahlen vorhanden, so werden beide Ebenen getrennt voneinander bestimmt. Daraus kann dann der Kreuzungspunkt bestimmt werden.
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Anschließend wird dann der Laserfächerstrahl bzw. dessen Ebene relativ zu der Röntgengeometrie rekonstruiert (Schritt c)). Sämtliche Ermittlungs- oder Rekonstruktionsschritte können mittels Bildverarbeitungs- oder Berechnungseinheiten und Software mit entsprechenden Algorithmen berechnet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird für beliebige Angulationen, also Positionen, des C-Bogens durchgeführt. Die daraus erhaltenen Informationen können dann bei der Positionsplanung und Positionsverfolgung von Werkzeugen während einer Operation, einer Röntgenuntersuchung oder eines interventionellen Eingriffes verwendet werden, um anlagenspezifische Ungenauigkeiten auszugleichen.
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Um die Anzahl der zu kalibrierenden Angulationen des C-Bogens zu limitieren, kann eine diskrete Unterabtastung erfolgen und mittels Interpolation die Korrekturparameter für dazwischen liegende Positionen ermittelt werden. Neben der Interpolation ist auch ein modellbasierter Ansatz und die Parameterschätzung aus den akquirierten und berechneten Stützstellen möglich.
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Um das Problem der möglichen zeitlichen Veränderung der Justierung des oder der Laser zu lösen, kann die exakte Geometrie des Lasers bzw. des Laserfächerstrahls relativ zu den Bildaufnahmevorrichtungen auch durch die folgenden Einzelschritte ermittelt werden: Es wird jeweils zumindest ein Bild einer Oberfläche, zum Beispiel einer Patientenoberfläche, von mindestens zwei Bildaufnahmevorrichtungen aufgenommen (Schritt b5)), zum Beispiel angesteuert durch die Systemsteuerung. Anschließend werden die jeweiligen Projektionslinien des zumindest einen Laserfächerstrahls 13 auf die Oberfläche aus den zumindest zwei Bildern extrahiert (Schritt b6)). Dies kann wiederum automatisch erfolgen. Anschließend wird die dreidimensionale Position der Projektionslinien aus den Bildern ermittelt (Schritt b7)), wobei hierzu die nach Schritt a) bekannte Position der Bildaufnahmevorrichtungen relativ zum Koordinatensystem, das im ersten Schritt durch das Kalibrierphantom festgelegt wurde, verwendet wird. Anschließend wird die Ebene des Laserfächerstrahls anhand der rekonstruierten dreidimensionalen Lagen der Projektionslinien rekonstruiert (Schritt b8)). Anschließend wird dann wiederum der Laserfächerstrahl bzw. dessen Ebene relativ zu der Röntgengeometrie rekonstruiert (Schritt c)).
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Die Idee der Erfindung besteht darin, dass am C-Bogen angebrachte Bildaufnahmevorrichtungen, wie zum Beispiel Videokameras, verwendet werden, um die Relation zwischen Röntgengeometrie und Laser herzustellen. Der Aufbau des entsprechenden Röntgengerätes weist beispielweise einen beweglichen C-Bogen, eine am C-Bogen montierte Laser-Positioniereinrichtung, beispielsweise in Form zweier am Gehäuse des Röntgendetektors montierter Laser-Fächer-Projektoren, und eine oder mehrere am C-Bogen montierte Videokameras, beispielsweise direkt am Gehäuse des Röntgendetektors, auf. Die Kameras sind in Richtung der Laserfächer ausgerichtet.
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In einem Kalibrierverfahren kann die Relation zwischen Röntgengeometrie und Laserfächer dadurch bestimmt werden, dass ein Kalibrierphantom sowohl von den Videokameras als auch durch das Röntgenaufnahmesystem abgebildet wird. Vorteilhafterweise weist das Kalibrierphantom sowohl röntgenabsorbierende Marker als auch im Kamerabild sichtbare Strukturen auf, die relative Lage dieser Strukturen ist in Bezug auf ein dem Kalibrierphantom zugeordnetes Koordinatensystem bekannt und die Oberflächengeometrie des Röntgenphantoms ist bekannt und ebenfalls im oben genannten Koordinatensystem beschrieben.
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Für eine C-Bogen-Angulation kann die Lage der Videokameras relativ zur Röntgengeometrie ermittelt werden, indem die Projektionsgeometrie des Röntgenaufnahmesystems mittels der röntgenabsorbierenden Marker aus einer Röntgenaufnahme des Kalibrierphantoms durch bekannte Verfahren bestimmt wird, die relative Lage der Videokameras in Bezug auf das Kalibrierphantom aus Videoaufnahmen der Kamera(s) durch bekannte Verfahren bestimmt wird und durch die nun berechenbaren Lagen der Röntgengeometrie und der Videokameras in Bezug auf dasselbe Koordinatensystem alle relativen Lagen zwischen den Videokameras und der Röntgengeometrie berechnet werden.
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Die Lage des Lasers gegenüber der Röntgengeometrie wird z.B. während einer Installation berechnet, indem Videobilder bei angeschalteter Laser-Positionierungseinrichtung aufgenommen werden, automatisch die Laser-Projektion auf dem Kalibrierphantom in den aufgenommenen Videobildern extrahiert wird, die 3-D-Lage der Projektionslinien im Koordinatensystem des Kalibrierphantoms unter Verwendung der bekannten Oberflächengeometrie und der relativen Lage der Videokameras zum selben Koordinatensystem bestimmt wird (dies ist mit mindestens einer Kamera möglich) und die Ausrichtung der durch die Laser-Fächer beschriebenen Ebenen aus den Projektionslinien rekonstruiert wird.
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Um Veränderungen der Laser-Justage auch nach der Installation des Röntgengeräts verfolgen zu können, kann beim Vorhandensein mindestens zweier Videokameras die exakte Lasergeometrie relativ zum C-Bogen ermittelt werden, indem Videobildern aus mindestens zwei Kameras während des Patientenbetriebs aufgenommen werden, die durch Projektion der Laserfächer auf die Patientenoberfläche erzeugten Linien aus den Videobildern extrahiert werden, die 3-D-Linie aus den einzelnen 2-D-Linien der Videobilder unter Benutzung der bekannten Lagen der Videokameras relativ zum Koordinatensystem, das im ersten Schritt durch das Kalibrierphantom festgelegt wurde, rekonstruiert werden und die Ausrichtung der durch die Laser-Fächer beschriebenen Ebenen aus den rekonstruierten 3-D-Linien berechnet wird.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Zur Erfassung der relativen Lage eines Lasers bzw. Laserfächerstrahls zur Röntgengeometrie eines Röntgengeräts ist ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes mit einem eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor aufweisenden Röntgenaufnahmesystem, wobei die Röntgenquelle, der Röntgendetektor, der Laser und zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen an einer Halterung angeordnet sind, mit den folgenden Schritten vorgesehen:
- a) Bestimmung der Position der Bildaufnahmevorrichtung relativ zu der Projektionsgeometrie,
- b) Bestimmung der Position des Laserfächers relativ zu der Bildaufnahmevorrichtung und
- c) Rekonstruktion der Position des Laserfächers relativ zu der Projektionsgeometrie.