DE102009017437A1 - Method for determining set of mapping rules for mapping points in three-dimensional space to points in two-dimensional x-ray image, involves deriving respective mapping rules and partially mapping calibration object in x-ray images - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Mehrzahl von Abbildungsvorschriften für die Abbildung von Punkten im dreidimensionalen Raum auf Punkte in einem zweidimensionalen Röntgenbild durch ein Röntgenbildaufnahmesystem. Die Punkte im dreidimensionalen Raum sind in Volumenelementen eines realen Objekts enthalten, das durch die Abbildungsvorschrift auf ein Flächenelement eines Röntgenstrahlendetektors abgebildet wird, wobei dem Flächenelement ein Punkt in einem zweidimensionalen Röntgenbild entspricht.The The invention relates to a method for determining a plurality of Mapping rules for the mapping of points in the three-dimensional space on points in a two-dimensional x-ray image through an X-ray imaging system. The dots in the three-dimensional Spaces are contained in volume elements of a real object, the by the mapping rule on a surface element of a X-ray detector is imaged, wherein the surface element corresponds to a point in a two-dimensional x-ray image.
Solche Abbildungsvorschriften, häufig auch als so genannte Projektionsvorschriften bezeichnet, sind notwendig, wenn aus einer Mehrzahl von zweidimensionalen Röntgenbildern eine Volumeninformation zurückgewonnen werden soll, nämlich im Rahmen der sogenannten 3D-Rekonstruktion, die eine Rückprojektion, also eine Umkehr der Abbildungsvorschriften, beinhaltet. Um eine 3D-Rekonstruktion gewinnen zu können, müssen Röntgenbilder aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen werden. Hierzu wird klassischerweise ein Röntgen-C-Bogen, der eine Röntgenstrahlenquelle und einen Röntgenstrahlendetektor trägt, um eine Drehachse in unterschiedliche Stellungen gedreht, und bei jeder Stellung wird ein Röntgenbild aufgenommen.Such Mapping requirements, often as so-called projection rules are required, if made from a plurality of two-dimensional X-ray images recovered volume information should be, namely in the context of the so-called 3D reconstruction, the one back projection, thus a reversal of the mapping rules, includes. To win a 3D reconstruction, need x-rays from different perspectives be recorded. Classically, this is an X-ray C-arm, an X-ray source and an X-ray detector contributes to a rotation axis in different positions rotated, and at each position an X-ray image is taken.
Es kann nun sein, dass ein Bildobjekt zu groß ist, als dass der Röntgenstrahlendetektor das ganze Objekt erfassen könnte. Zu diesem Zweck ist man dazu übergegangen, ein solches Objekt nur teilweise aufzunehmen. Hierzu wird eines der abbildenden Bauteile Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor, typischerweise der Röntgenstrahlendetektor, bezüglich des Röntgen-C-Bogens verfahren. In ein und derselben Stellung des Röntgen-C-Bogens gibt es dann zwei unterschiedliche Relativstellungen von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor. In der Regel genügt es, zwei solche Relativstellungen zu wählen, um ein etwas größeres Objekt mit den dann aufgenommenen beiden zweidimensionalen Röntgenbildern vollständig zu erfassen. Bei einem robotergeführten C-Arm ist eine Verfahrbarkeit des Röntgenstrahlendetektors gegenüber dem C-Arm nicht erforderlich, hier können durch Verkippen des Röntgenstrahlendetektors unterschiedliche Relativstellungen erlangt werden.It may be that an image object is too big, than that the X-ray detector could detect the whole object. For this purpose one has gone over to such Object only partially record. This is one of the imaging Components X-ray source and X-ray detector, typically the X-ray detector, re of the X-ray C-arm. In one and the same position of the X-ray C-arc there are then two different relative positions from X-ray source and X-ray detector. As a rule, it suffices to assign two such relative positions choose a slightly larger object with the then recorded two-dimensional X-ray images completely grasp. In a robot-guided C-arm is opposite to a traversability of the X-ray detector The C-arm is not required, here can by tilting of the X-ray detector different relative positions be obtained.
Durch die Beweglichkeit des abbildenden Bauteils, nämlich insbesondere des Röntgenstrahlendetektors, gibt es einen zusätzlichen Freiheitsgrad, der bei der Definition der Abbildungsvorschrift, die bei der 3D-Rekonstruktion benötigt wird, zu berücksichtigen ist.By the mobility of the imaging component, namely in particular of the X-ray detector, there is an additional Degree of freedom, which in the definition of the mapping rule, the when 3D reconstruction is needed, to be considered is.
Eine Abbildungsvorschrift der genannten Art gewinnt man herkömmlicherweise dadurch, dass ein Kalibrierobjekt, ein sogenanntes Kalibrierphantom, bei genau den selben Einstellungen abgebildet wird, die später zur Gewinnung der zweidimensionalen Röntgenbilder für die 3D-Rekonstruktion eingenommen werden sollen. Man bildet das Kalibrierobjekt ab und kann vorbestimmte Strukturen des Kalibrierobjekts in den Bildern erkennen. Aufgrund eines Erkennungsalgorithmus lassen sich dann den Strukturen in den einzelnen 2D-Röntgenbildern Strukturen des Kalibrierobjekts zuordnen.A Abbildungsvorschrift of the type mentioned wins you conventionally in that a calibration object, a so-called calibration phantom, accompanies exactly the same settings will be shown later for obtaining the two-dimensional X-ray images for the 3D reconstruction should be taken. You make that Calibration object and can predetermined structures of the calibration object recognize in the pictures. Due to a recognition algorithm let then the structures in the individual 2D X-ray images Assign structures to the calibration object.
Als besonders effizient hat sich ein solches Kalibrierobjekt erwiesen in dem, z. B. in einen zylindrischen Plexiglaskörper, eine Mehrzahl von (kleinen) Körpern, die bevorzugt als Kugeln ausgebildet sind, angeordnet sind. Bei Verwendung von Kugeln ist es bekannt, Kugeln unterschiedlicher Größen zu verwenden. Es genügt hierbei, wenn in den 2D-Röntgenbildern erkannt werden kann, ob eine Kugel der ersten Größe oder eine Kugel der zweiten Größe abgebildet ist. Die Folge von Kugeln wird beim Kalibrierobjekt so gewählt, dass jede Teilsequenz von acht Kugeln eindeutig einer bestimmten Stelle zuzuordnen ist. Dadurch, dass die Kugeln zwei unterschiedliche Größen haben können, lässt sich dies wie ein binärer Code behandeln. Der Code repräsentiert dann die Stelle in dem Kalibrierobjekt. Die Folge von Kugeln ist typischerweise spiralförmig in dem Kalibrierobjekt angeordnet.When Such a calibration object has proved to be particularly efficient in that, for. B. in a cylindrical Plexiglas body, a Plurality of (small) bodies, preferably as spheres are formed, are arranged. When using balls is It is known to use balls of different sizes use. It suffices here if in the 2D X-ray images can be detected, whether a ball of the first size or a ball of the second size is shown. The sequence of balls is chosen in the calibration object so that each subsequence of eight bullets clearly one particular Job is to assign. Because the balls are two different Sizes can be, can be treat this as a binary code. The code represents then the location in the calibration object. The consequence of bullets is typically arranged spirally in the calibration object.
Soll nun für eine spätere 3D-Rekonstruktion eines solchen Objekts, das zu groß ist, um vollständig in einem einzelnen 2D-Röntgenbild abgebildet zu werden, eine Kalibrierung, also eine Ermittlung von Abbildungsvorschriften, mit Hilfe des Kalibrierobjekts erfolgen, so wird bei Wahl von unterschiedlichen Relativstellungen von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor das Kalibrierobjekt ebenfalls in den einzelnen Röntgenbildern unvollständig abgebildet. Um das größere interessierende Objekt vollständig abbilden zu können, wählt man nämlich extreme Stellungen des Röntgenstrahlendetektors.Should now for a later 3D reconstruction of such Object that is too big to be completely in one single 2D X-ray image, a calibration, Thus, a determination of mapping rules, done with the help of the calibration object, so when choosing different relative positions of X-ray source and X-ray detector also the calibration object incomplete in the individual X-ray images displayed. To the larger object of interest to fully map selects namely extreme positions of the X-ray detector.
In
der
Mit
einem Verfahren zum Ermitteln einer Abbildungsvorschrift befasst
sich auch die
In der Praxis hat man die Abbildungsvorschriften nicht ableiten können, ohne weitere zweidimensionale Röntgenbilder aufzunehmen. Bei Verwendung des Kalibrierobjekts mit spiralförmiger Folge von Kugeln in binärer Codierung ging man bisher davon aus, dass zumindest acht aufeinanderfolgende Kugeln gleichzeitig in demselben Röntgenbild abgebildet sein müssen, um Sequenzen eindeutig zuordnen zu können. Da bei extremen Stellungen des Röntgenstrahlendetektors nicht oder nur in geringem Anteil solche Folgen mit acht Kugeln abgebildet sind, nimmt man bisher zusätzlich zu den eigentlichen für die Kalibrierung notwendigen Röntgenbildern bei Extremstellungen des Röntgenstrahlendetektors auch Röntgenbilder bei mittigen Stellungen des Röntgenstrahlendetektors auf. Bei einer mittigen Stellung des Röntgenstrahlendetektors ist nämlich ein großer Teil des Kalibrierobjekts, wenn nicht das vollständige Kalibrierobjekt, zu sehen, so dass die einzelnen Kugelsequenzen eindeutig und mit herkömmlichen Algorithmen zugeordnet werden können.In In practice, one has not been able to derive the mapping rules without further two-dimensional X-ray images. When using the calibration object with spiral Sequence of balls in binary coding was gone so far from that at least eight consecutive balls at the same time have to be imaged in the same x-ray image to clearly assign sequences. Because at extreme Positions of the X-ray detector not or only in small proportion such episodes are pictured with eight balls So far in addition to the actual for the Calibration of necessary X-ray images at extreme positions X-ray detector also X-ray images at central positions of the X-ray detector on. At a central position of the X-ray detector is a large part of the calibration object, if not the full calibration object, see so that the individual ball sequences clearly and with conventional Algorithms can be assigned.
Es ist sehr aufwändig, wenn eine zusätzliche Folge von 2D-Röntgenbildern, nämlich bei mittiger Stellung des Röntgenstrahlendetektors zu unterschiedlichen Stellungen des Röntgen-C-Bogens, aufgenommen werden muss. Insbesondere ist das Röntgenbildaufnahmesystem und das dieses bedienende Personal für eine bestimmte Zeit wegen der Notwendigkeit der Gewinnung dieser zusätzlichen Bilder nicht für andere Aufgaben frei.It is very elaborate if an additional consequence 2D X-ray images, namely in the middle position of the X-ray detector to different positions of the X-ray C-arm, must be recorded. Especially is the x-ray imaging system and the one operating this Staff for a certain time because of the need the extraction of these additional images not for other tasks free.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei der oben geschilderten Ausgangssituation, dass eine Mehrzahl von Abbildungsvorschriften für unterschiedliche Relativstellungen von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor bei gleicher Stellung des Röntgen-C-Bogens gewonnen werden sollen, im Vergleich zum Stand der Technik für eine Zeitersparnis zu sorgen.It is the object of the invention, in the above-described starting situation, that a plurality of mapping rules for different relative positions from X-ray source and X-ray detector be obtained at the same position of the X-ray C-arm should, in comparison to the prior art for a time saving to care.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The Task is achieved by a method with the features according to claim 1 solved.
Während bisher eine Zuordnung zu den einzelnen Röntgenbildern bezüglich der Frage, welche der vorbestimmten Strukturen wo in diesen Röntgenbildern abgebildet sind, auf Grundlage eines gesondert aufgenommenen Röntgenbildes erfolgt, erfolgt vorliegend erfindungsgemäß der Schritt des Zuordnens ausschließlich unter Verwendung der Mehrzahl von Röntgenbildern, in denen des Kalibrierobjekt jeweils unvollständig abgebildet ist. Diese Zuordnung genügt, um die jeweiligen Abbildungsvorschriften ableiten zu können.While so far an assignment to the individual X-ray images with respect the question of which of the predetermined structures where in these X-ray images on the basis of a separate X-ray image takes place, takes place according to the invention the Step of allocating exclusively using the Plurality of X-ray images in which the calibration object each incomplete is shown. This assignment is sufficient to derive the respective mapping rules.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es bei Verwendung geeigneter Analysemethoden möglich ist, auch bei Abbildung von weniger als acht Kugeln in einer Sequenz in den einzelnen Röntgenbildern zuverlässige Zuordnungen zu machen bzw. dass auch bei anderen Kalibrierobjekten solche Zuordnungen ausschließlich auf Grundlage der für die Ableitung der Abbildungsvorschriften benötigten Röntgenbilder möglich ist.The Invention is based on the finding that it is suitable when using Analytical methods is possible, even with imaging of less as eight spheres in a sequence in the individual X-ray images make reliable assignments or that with others Calibration objects such assignments exclusively on Basis for the derivation of the mapping rules needed X-rays is possible.
Es
ist insbesondere möglich, dass das Zuordnen zu jedem der
Mehrzahl von Röntgenbildern gesondert erfolgt. In der Vergangenheit
wurden insbesondere solche Verfahren beschrieben, durch die Fehler
bei derartigen Zuordnungen verringert sind. Ein Beispiel ist in
der nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichten
Eine besonders zuverlässige Zuordnung von Strukturen des Kalibrierobjekts zu Strukturen in den Röntgenbildern erhält man allerdings auf jeden Fall dann, wenn aus der Mehrzahl von Röntgenbildern ein kombiniertes Röntgenbild zusammengesetzt wird, wobei die Mehrzahl von Röntgenbildern typischerweise so definiert sind und/oder das Kalibrierobjekt so gewählt ist, dass das kombinierte Röntgenbild das Kalibrierobjekt dann vollständig zeigt. Im Rahmen des Zuordnens kann so das kombinierte Röntgenbild einer automatischen Strukturerkennung unterworfen werden. Beispielsweise kann bei Verwendung des oben beschriebenen Kalibrierobjekts in dem einen Röntgenbild eine Folge von vier Kugeln abgebildet sein, und im anderen Röntgenbild eine Folge von weiteren vier Kugeln, die bei Zusammensetzung des kombinierten Röntgenbilds zu einer geschlossenen Folge von acht Kugeln werden. Dann kann mit dem kombinierten Röntgenbild besser als mit den einzelnen Röntgenbildern erkannt werden, welche Kugelfolge des Kalibrierobjekts so abgebildet ist. Die so im kombinierten Röntgenbild abgebildeten und erkannten Strukturen des Kalibrierobjekts können dann nachfolgend wiederum den einzelnen Röntgenbildern zugeordnet werden, die zur Bildung des kombinierten Röntgenbildes dienten.However, a particularly reliable assignment of structures of the calibration object to structures in the X-ray images is obtained in any case if a combined X-ray image is composed of the plurality of X-ray images, wherein the plurality of X-ray images are typically defined and / or the calibration object is selected in that the combined X-ray image then completely shows the calibration object. As part of the assignment, the combined X-ray image can thus be subjected to automatic structure recognition. For example, when using the calibration object described above, one sequence of four spheres may be imaged in the one x-ray image and in the other x-ray image a sequence of another four spheres which, when the combined x-ray image is formed, become a closed series of eight spheres. Then it can be detected better with the combined X-ray image than with the individual X-ray images, which ball sequence of the calibration object is so depicted. The structures of the calibration object thus imaged and recognized in the combined X-ray image can then Subsequently, in turn, the individual X-ray images are assigned, which were used to form the combined X-ray image.
Grundsätzlich ist damit zu rechnen, dass es bei den einzelnen Röntgenbildern Überlapp gibt: Die selbe Struktur ist an dem einen Rand des Röntgenbildes und am entgegengesetzten Rand des anderen Röntgenbildes gezeigt. Das Zusammensetzen sollte dann idealerweise so erfolgen, dass nicht versehentlich diese selbe Struktur zweimal dargestellt ist, denn dann müsste im kombinierten Röntgenbild zweimal dieselbe Struktur des Kalibrierobjekts der abgebildeten Struktur zugeordnet werden. Das Zusammensetzen der Röntgenbilder zu einem kombinierten Röntgenbild ist dann erleichtert, wenn zuvor eine sogenannte 2D-2D-Registrierung durchgeführt wird. Bei einer Registrierung erfolgt eine Mustererkennung, und die Muster aus einem Bilddatensatz werden den Mustern aus einem anderen Bilddatensatz zugeordnet. Es wird dann eine Abbildungsvorschrift ermittelt, die eine gedachte Abbildung von dem einen Bilddatensatz auf den anderen Bilddatensatz beschreibt. Bei Durchführung einer 2D-2D-Registrierung für jeweils Paare von Röntgenbildern (insbesondere bei benachbarten Stellungen des Röntgenstrahlendetektors aufgenommenen Röntgenbildern) erhält man durch die 2D-2D-Registrierung eine gedachte Abbildungsvorschrift, die die Abbildung von einem der Röntgenbilder auf das andere der Röntgenbilder eines Paares beschreibt. Diese gedachte Abbildungsvorschrift kann dann bei dem Zusammensetzen verwendet werden. (Die bei der 2D-2D-Registrierung ermittelte Abbildungsvorschrift hat nichts mit der Abbildungsvorschrift vom dreidimensionalen Raum auf das zweidimensionale Röntgenbild zu tun, um die es vorliegend letztlich geht.)in principle is to be expected that it overlaps with the individual X-ray images gives: The same structure is at the one edge of the x-ray image and at the opposite edge of the other X-ray image shown. The assembly should then ideally be done that does not accidentally display this same structure twice is, because then would have in the combined X-ray twice the same structure of the object to be calibrated as shown Structure to be assigned. The assembly of the X-ray images to a combined x-ray is then relieved if previously performed a so-called 2D 2D registration becomes. Upon registration, pattern recognition occurs, and the patterns from an image data set become the patterns from a assigned to another image data record. It then becomes a mapping rule determines the one imaginary image from the one image data set on the other image data set describes. When performing a 2D-2D registration for each pair of X-ray images (in particular at adjacent positions of the X-ray detector recorded X-ray images) is obtained by the 2D-2D registration an imaginary mapping rule, the the image from one of the x-ray images to the other describes the X-ray images of a couple. This thought Mapping instructions can then be used in the composition become. (The mapping rule found in the 2D-2D registration has nothing to do with the mapping rule of three-dimensional space to do on the two-dimensional X-ray image to which it is present ultimately works.)
Alternativ oder zusätzlich zu der 2D-2D-Registrierung können bei der Strukturerkennung vorläufig erkannte Strukturen nach einem vorbestimmten Kriterium daraufhin überprüft werden, ob sie Strukturen des Kalibrierobjekts entsprechen. Wird beispielsweise eine Folge großer Kreise und kleiner Kreise als vermutete Abbildung großer Kugeln und kleiner Kugeln erkannt, so kann durch einen Fehler beim Zusammensetzen eine Sequenz im kombinierten Bild entstanden sein, die gar nicht einer realen Struktur entspricht. Anstatt nun die am ehesten entsprechende Struktur zu verwenden, ist es vorteilhaft, wenn bei Nichtentsprechung der vorläufig erkannten Struktur keine Zuordnung erfolgt, eine „falsche” Struktur also nicht verwendet wird. Nur bei vollständiger Entsprechung wird eine vorläufige erkannte Struktur einem Röntgenbild zugeordnet.alternative or in addition to the 2D 2D registration can structurally recognized structures then checked for a predetermined criterion whether they correspond to structures of the calibration object. Becomes for example, a series of large circles and small circles as a suspected illustration of big balls and small balls detected, so by a mistake in assembling a sequence to have emerged in the combined picture, which is not at all a real one Structure corresponds. Instead of the most appropriate structure to use, it is advantageous if in case of non-compliance of the tentatively recognized structure is not assigned, a "wrong" structure so not used. Only with complete correspondence becomes a preliminary recognized structure an X-ray image assigned.
Wie bereits ausgeführt, umfasst das Kalibrierobjekt als vorbestimmte Strukturen eine vorzugsweise spiralförmige Folge von kleinen Körpern, vorzugsweise Kugeln, unterschiedlicher Größe. Um Fehlerstrukturen des Kalibrierobjekts zu erkennen, die beim Zusammensetzen, sei es mit oder ohne 2D-2D-Registrierung, aufgetreten sind, kann dann in einer abgebildeten Sequenz der kleinen Körper der Abstand benachbarter abgebildeter Körper und/oder ein anhand mehrerer abgebildeter Körper definierter Winkel herangezogen werden. Überschreitet der Abstand von den Körpern an sich entsprechenden Mustern in dem kombinierten Röntgenbild zum Beispiel einen Höchstabstand zu einem anderen Muster, das Teil einer zuvor identifizierten Sequenz ist, so werden die beiden Muster als nicht zusammengehörig betrachtet. Liegen beispielsweise die Mittelpunkte mehrerer Muster auf einer Linie, und liegt ein weiteres Muster abseits der Linie mit einem bestimmten Mindestabstand beziehungsweise mit bestimmten Winkel ausgehend vom letzen Muster aus der bisher erkannten Folge, so wird dieses weitere, abseits liegende Muster nicht herangezogen, denn es könnte sich hierbei um einen Effekt des Zusammensetzens der Röntgenbilder handeln. Durch Verwendung eines Abstands oder Winkelkriteriums oder eines ähnlichen Kriteriums kann wirksam vermieden werden, dass fälschlicherweise Sequenzen erkannt werden, die tatsächlich gar nicht abgebildet sind.As already executed, the calibration object comprises as a predetermined Structures a preferably spiral-shaped sequence of small ones Bodies, preferably balls, of different sizes. In order to recognize error structures of the calibration object which, during assembly, be it with or without 2D 2D registration, may occur then in a pictured sequence the small body of the distance adjacent imaged body and / or one of several imaged body defined angle can be used. exceeds the distance from the bodies to corresponding patterns in the combined X-ray image, for example, a maximum distance to another pattern that is part of a previously identified sequence is, the two patterns are not considered as belonging together considered. For example, lie the midpoints of several patterns on a line, and is another pattern off the line with a certain minimum distance or with certain Angle based on the last pattern from the previously recognized sequence, so this further, outlying pattern is not used, because this could be an effect of composition the X-ray pictures act. By using a distance or angle criterion or a similar criterion effectively avoiding that erroneous sequences be recognized, which are actually not shown.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in derfollowing preferred embodiments of the invention below Referring to the drawing described in the
Ausgangspunkt ist, dass ein Röntgenbildaufnahmesystem zur Verfügung steht, bei dem die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlendetektor gemeinsam verfahrbar sind, zum Beispiel bei dem sie am Röntgen-C-Bogen befestigt sind, und wobei zusätzlich eines dieser abbildenden Bauteile, typischerweise der Röntgenstrahlendetektor, in jeder Stellung nochmals verfahrbar ist. Im Falle eines Röntgen-C-Bogens wäre also der Röntgenstrahlendetektor gegenüber dem Röntgen-C-Bogen verfahrbar. Bei einem robotergeführten C-Arm wäre ein Verfahren des Röntgenstrahlendetektors nicht erforderlich, solange durch Verkippen des Detektors die Relativstellungen änderbar sind.starting point is that an X-ray imaging system available in which the X-ray source and the X-ray detector are common can be moved, for example, when you at the X-ray C-arm are attached, and in addition one of these imaging Components, typically the X-ray detector, in each position can be moved again. In the case of an X-ray C-arc So would be the X-ray detector opposite the X-ray C-arm movable. In a robot-guided C-arm would be a procedure of the X-ray detector not necessary as long as the relative positions can be changed by tilting the detector are.
Es soll nun durch das Röntgenbildaufnahmesystem eine 3D-Rekonstruktion eines Objekts gewonnen werden, das nicht durch einzelne Röntgenbilder vollständig erfassbar ist. Man behilft sich hierbei damit, in einer Stellung des Röntgen-C-Bogens mehrere Bilder aufzunehmen, wobei jeweils die Stellung des Röntgenstrahlendetektors unterschiedlich ist. In der Gesamtheit der Bilder ist dann jedes Teil des abzubildenden Objekts irgendwo abgebildet. Vorliegend wird davon ausgegangen, dass zwei Röntgenbilder genügen, die bei einer Detektorposition A und einer Detektorposition B aufgenommen sind.It Now, by the X-ray image recording system, a 3D reconstruction an object can not be obtained by individual X-ray images is completely detectable. Man manages to to take several pictures in a position of the X-ray C-arm, where in each case the position of the X-ray detector is different. In the totality of images is then each Part of the object to be imaged shown somewhere. Present will be assumed that two X-ray images are sufficient, which are recorded at a detector position A and a detector position B.
Um eine 3D-Rekonstruktion zu erzeugen, ist es notwendig, die Abbildungsvorschriften aus dem Volumenraum des Objekts auf den Röntgenstrahlendetektor zu kennen. Eine solche Abbildungsvorschrift, häufig auch als Projektionsvorschrift bezeichnet und durch eine Projektionsmatrix angegeben, wird im Rahmen einer Kalibrierung gewonnen.Around To create a 3D reconstruction, it is necessary to follow the imaging rules from the volume space of the object to the X-ray detector to know. Such a mapping rule, often referred to as a projection rule and by a projection matrix is obtained as part of a calibration.
Man platziert hierzu ein Kalibrierphantom in das Röntgenbildaufnahmesystem so, wie später das abzubildende Objekt platziert wird. Das Kalibrierphantom soll vorliegend ein zylindrischer Plexiglaskörper sein, in den eine Folge von Kugeln mit zwei unterschiedlichen Größen eingebettet sind, wobei die durch eine binäre Zahl mit „I” für eine große Kugel und „0” für eine kleine Kugel angebbare Sequenz für jede Sequenz von mindestens acht Kugeln eindeutig einem Ort im Kalibrierphantom zuordenbar ist.you for this purpose places a calibration phantom in the x-ray image recording system as the object to be imaged will be placed later. In the present case, the calibration phantom should be a cylindrical plexiglas body in which a series of balls with two different sizes embedded by a binary number with "I" for a big ball and "0" for a small sphere specifiable sequence for each sequence of at least eight balls clearly assignable to a location in the calibration phantom is.
Ein
solches Kalibrierphantom ist in dem Artikel von
Es werden nun genau diejenigen Stellungen eingenommen, die auch später bei der Gewinnung von 2D-Röntgenbildern des interessierenden Bildobjekts eingenommen werden sollen. Dann werden in diesen Stellungen Kalibrierbilder gewonnen, nämlich in Schritt S10 ein Kalibrierbild A bei der Detektorposition A und in Schritt S10' ein Kalibrierbild B bei der Detektorposition B. Im Stand der Technik ist es für erforderlich gehalten, ein zusätzliches Kalibrierbild C bei einer Zwischenposition C gemäß Schritt S10'' aufzunehmen.It Now exactly those positions are taken, which also later in obtaining 2D X-ray images of the subject of interest Image object should be taken. Then be in these positions Calibration images obtained, namely in step S10 a calibration image A at the detector position A and in step S10 'a calibration image B at the detector position B. In the prior art, it is for required, an additional calibration C at an intermediate position C according to step S10 "record.
Die Kalibrierbilder A, B und C werden anschließend in den Schritten S12, S12' und S12'' einer Mustererkennung unterzogen, wobei es darum geht, die Kugeln des Kalibrierphantoms zu erkennen, die sich typischerweise in Form von Kreisen in den Bildern zeigen.The Calibration images A, B and C are subsequently in the steps S12, S12 'and S12' 'subjected to a pattern recognition, which is why is going to detect the balls of the calibration phantom, which are typically in the form of circles in the pictures show.
Nun sollen diese Kugeln eindeutig Sequenzen zugeordnet werden, damit zur Ermittlung der Abbildungsvorschrift eindeutig festgestellt ist, welche Strukturen im Raum auf welchen Orten in den jeweiligen Bildern abgebildet sind.Now these balls are to be assigned unique sequences so that to determine the mapping requirement is clearly stated, which structures in space on which places in the respective pictures are shown.
Im Stand der Technik benutzt man das Bild C in einem Schritt S14, um solche Sequenzen zu erkennen. Nachfolgend wird auf Grundlage der Schritte des Erkennens der Kugeln in den Schritten S12 und S12' und des Erkennens der Sequenzen in Bild C in Schritt S14 – insbesondere unter Verwendung einer Information über die jeweilige Verschiebung bzw. Verkippung des Röntgenstrahlendetektors – eine Zuordnung zu Sequenzen in den einzelnen Bildern A und B gemäß den Schritten S16 und S16' gemacht. Nachdem solche Sequenzen zugeordnet sind, wird in den Schritten S18 und S18' die jeweilige Abbildungsvorschrift zu dem Bild abgeleitet.in the In the prior art, the image C is used in a step S14 to to recognize such sequences. The following is based on the Steps of detecting the balls in steps S12 and S12 ' and recognizing the sequences in image C in step S14 - in particular using information about the respective displacement or tilting of the X-ray detector - a Assignment to sequences in the individual images A and B according to the Steps S16 and S16 'made. After having assigned such sequences are, in steps S18 and S18 ', the respective mapping rule derived to the image.
Es ist aufwändig, wenn, wie es gemäß Schritt S10'' vorgesehen ist, stets ein weiteres Kalibrierbild aufgenommen werden muss. Will man die Detektorposition A und B jeweils bei einer Vielzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens einnehmen, so muss ein vollständiger Durchlauf des Röntgen-C-Bogens durch alle seine Stellungen bei der Zwischenposition C erfolgen. Dieser Durchlauf benötigt Zeit, die man gerne einsparen würde.It is laborious if, as in step S10 '' is provided, always a further calibration image are recorded got to. If one wants the detector position A and B respectively at a plurality from positions of the X-ray C-arc, so must one complete passage of the X-ray C-arm through all his positions take place at intermediate position C. This Passing takes time that you would like to save.
Das erfindungsgemäße Verfahren in sämtlichen Ausführungsformen beruht darauf, dass kein zusätzliches Kalibrierbild C aufgenommen wird, also der Schritt S10' und demgemäß der Schritt S12' entfallen.The inventive method in all Embodiments is based on that no additional Calibration picture C is recorded, so the step S10 'and accordingly the Step S12 'omitted.
Bei
einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird, wie in
Neuartige
Verfahren zur Sequenzerkennung ermöglichen es, die Schritte
S14a und S14'a so durchzuführen, dass mit hoher Zuverlässigkeit
Sequenzen erkannt werden. Die neuartigen Verfahren sind sogenannte „robuste” verfahren,
d. h. bei ihnen ist berücksichtigt, dass auch Fehler auftreten
können. Beispielsweise kann im Rahmen der Schritte S14a
und S14'a das Verfahren aus der nach dem Anmeldetag der vorliegenden
Anmeldung veröffentlichten
Genauso kann auch das Verfahren (zusätzlich oder alternativ) angewendet werden, das in der Veröffentlichung der Siemens AG mit dem Titel „Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories” mit dem Autor Dr. Florian Vogt beschrieben ist. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Erkennung von Sequenzen unter Verwendung von Mindestabständen und Mindestwinkeln, damit gewährleistet ist, dass Artefakte in den Kalibrierbildern nicht fälschlicherweise einer Kugel zugeordnet werden und dann eine Sequenz als erkannt betrachtet wird, die gar nicht abgebildet ist. Genauso können auch Fehler eliminiert werden, die dadurch entstehen, dass das Kalibrierphantom aus einer ungünstigen Perspektive durchleuchtet wurde, so dass mehrere Teilbereiche des Kalibrierphantoms einander überschneidend auf derselben Bildfläche oder Teilbildfläche abgebildet sind.Just like that The method can also be used (additionally or alternatively) will be included in the Siemens AG publication entitled "Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories" the author Dr. Florian Vogt is described. In this process a recognition of sequences is performed using minimum distances and minimum angles, thus ensuring that artifacts not mistakenly assigned to a sphere in the calibration images and then a sequence is considered recognized, even not shown. In the same way mistakes can be eliminated arising from the fact that the calibration phantom from a unfavorable perspective has been screened, so that several Subareas of the calibration phantom overlapping each other imaged on the same image area or sub-image area are.
Bei
der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wie in
Nachdem in Schritt S14b die Sequenzen erkannt worden sind, kann wie im Stand der Technik fortgefahren werden, nämlich die Schritte S16 und S16' durchgeführt werden und nachfolgend die Schritte S18 und S18'.After this in step S14b, the sequences have been recognized, as in the state the technique, namely steps S16 and S16 'and subsequently the steps S18 and S18 '.
Bei
den beiden anhand von
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 102006041033 A1 [0008] - DE 102006041033 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - „Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories” von Dr. Florian Vogt [0016] - "Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories" by Dr. Ing. Florian Vogt [0016]
- - N. Strobel, B. Heigl, T. Brunner, O. Schütz, M. Mitschke, K. Wiesent, T. Mertelmeier: „Improving 3D Image Quality of X-Ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry”, Medical Imaging 2003; Physics of Medical Imaging, edited by Paffe, Martin J.; Antonuk, Larry E. Proceedings of the SPIE, Vol. 5030, S. 943–954, 2003 [0029] - N. Strobel, B. Heigl, T. Brunner, O. Schütz, M. Mitschke, K. Wiesent, T. Mertelmeier: "Improving 3D Image Quality of X-Ray C-arm Imaging Systems by Using Properly Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry ", Medical Imaging 2003; Physics of Medical Imaging, edited by Paffe, Martin J .; Antonuk, Larry E. Proceedings of the SPIE, Vol. 5030, pp. 943-954, 2003 [0029]
- - „Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories” von Dr. Florian Vogt, veröffentlicht von der Siemens AG [0039] - "Geometry Calibration for Arbitrary Trajectories" by Dr. Ing. Florian Vogt, published by Siemens AG [0039]
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