DE102011114333B4 - A method of registering an X-ray volume with a position sensing system using a registration phantom - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Registrierung eines C-Bogen-Röntgengeräts (1) mit einem Lageerfassungssystem (5) unter Verwendung eines Registrierphantoms (2), welches in einer definierten Raumbeziehung zueinander eine Anordnung (10) von wenigstens 3 Röntgenmarken (11, 12, 13) und eine Anordnung (20) von Navigationsmarken (21, 22, 23) aufweist, mittels derer die Positionen der Röntgenmarken (11, 12, 13) in einem Koordinatensystem des Lageerfassungssystems (5) erfaßbar sind, wobei das C-Bogen-Röntgengerät (1) eine Röntgenstrahlenquelle (4), einen Röntgenstrahlenempfänger (3) und eine Recheneinheit (32) aufweist und ausgerüstet ist, um Projektionsaufnahmen eines Scans aufzunehmen und daraus ein Röntgenvolumen zu rekonstruieren und ausgerüstet ist, um die Lage des Röntgenstrahlenempfängers (3) bezüglich des Lageerfassungssystems (5) in wenigstens einer Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts (1) zu bestimmen, wobeivon dem Registrierphantom (2) in zwei unterschiedlichen räumlichen Orientierungen des Registrierphantoms (2) für eine erste und eine von dieser unterschiedlichen zweite Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts (1) jeweils eine Röntgenprojektion der Röntgenmarken (11, 12, 13) mit dem C-Bogen-Röntgengerät (1) und eine Lagebestimmung der Anordnung (20) der Navigationsmarken (21, 22, 23) des Registrierphantoms (2) mittels des Lageerfassungssystems (5) angefertigt wird und in wenigstens einer der beiden Registrierstellungen des C-Bogen-Röntgengeräts (1) die Lage des Röntgenstrahlenempfängers (3) in einem Koordinatensystem des Lageerfassungssystems (5) ermittelt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32) als NaviTReg1 abgespeichert wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte 1) die Lage der Projektionen der Anordnung (10) von Röntgenmarken (11, 12, 13) in den Projektionsaufnahmen wird automatisch ermittelt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32) abgespeichert, 2) in einem Identifizierungsverfahrensschritt wird in jedem Projektionsbild einer Anordnung (10) von Röntgenmarken (11, 12, 13) jedes Bild einer einzelnen Röntgenmarke (11, 12, 13) derjenigen Röntgenmarke (11, 12, 13) zugeordnet, die das jeweilige Bild der Röntgenmarke (11, 12, 13) verursacht hat, 3) für jede der beiden Projektionsaufnahmen werden mittels des Punktekorrespondenzverfahrens aus den Koordinaten der Röntgenmarken (11, 12, 13) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems die Projektionsmatrizen P1Navi und P2Navi bestimmt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32) zwischengespeichert, 4) im Scanvolumen des C-Bogen-Röntgengeräts (1) werden wenigstens drei Raumpunkte im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts (1) beliebig gewählt, an denen virtuelle punktförmige Röntgenmarken angenommen werden; mit Hilfe der dem C-Bogen-Röntgengerät (1) zugeordneten, bekannten Projektionsmatrizen P1Vol und P2Vol werden für die erste und die zweite Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts (1) die Bildkoordinaten der virtuellen Röntgenmarken berechnet, ...A method for registering a C-arm X-ray device (1) with a position detection system (5) using a Registrierungsphantoms (2), which in a defined spatial relationship to each other an arrangement (10) of at least three X-ray marks (11, 12, 13) and a Arrangement (20) of navigation marks (21, 22, 23), by means of which the positions of the X-ray marks (11, 12, 13) in a coordinate system of the position detection system (5) can be detected, wherein the C-arm X-ray device (1) a X-ray source (4), an X-ray receiver (3) and a computing unit (32) and is equipped to take a projection scans of a scan and reconstruct an X-ray volume and is equipped to the position of the X-ray receiver (3) with respect to the position detection system (5) in at least one registration position of the C-arm X-ray apparatus (1), wherein the registration phantom (2) is located in two different spatial locations ientierungen the Registrationsphantoms (2) for a first and one of this different second registration position of the C-arm X-ray device (1) each have an X-ray projection of the X-ray marks (11, 12, 13) with the C-arm X-ray device (1) and a position determination the arrangement (20) of the navigation marks (21, 22, 23) of the registration phantom (2) by means of the position detection system (5) is made and in at least one of the two registration positions of the C-arm X-ray device (1) the position of the X-ray receiver (3) determined in a coordinate system of the position detection system (5) and stored in a computer memory of the computing unit (32) as NaviTReg1, characterized by the method steps 1) the position of the projections of the arrangement (10) of X-ray marks (11, 12, 13) in the projection photographs is automatically determined and stored in a computer memory of the arithmetic unit (32), 2) in an identification process step is in each Projection image of an array (10) of X-ray marks (11, 12, 13) each image of a single X-ray mark (11, 12, 13) that X-ray mark (11, 12, 13) associated with the respective image of the X-ray mark (11, 12, 13 3) for each of the two projection images, the projection matrices P1Navi and P2Navi are determined by means of the point correspondence method from the coordinates of the X-ray marks (11, 12, 13) in the coordinate system of the position detection system and buffered in a computer memory of the arithmetic unit (32), 4) in the scan volume of the C-arm X-ray apparatus (1), at least three spatial points in the coordinate system of the C-arm X-ray apparatus (1) are arbitrarily selected, at which virtual dot-shaped X-ray marks are assumed; with the aid of the known projection matrices P1Vol and P2Vol assigned to the C-arm X-ray apparatus (1), the image coordinates of the virtual X-ray marks are calculated for the first and the second registration position of the C-arm X-ray apparatus (1).
Description
Verfahren zur Registrierung eines Röntgenvolumens mit einem Lageerfassungssystem unter Verwendung eines Registrierphantoms.A method of registering an X-ray volume with a position sensing system using a registration phantom.
Medizinische Eingriffe an lebenden Objekten werden zunehmend mittels Navigationsunterstützung durchgeführt. Darunter versteht man die mittels eines Lageerfassungssystems unterstützte Führung eines Instrumentes relativ zu einem in Behandlung stehenden Gewebebereichs des Objektes. Von besonderem Interesse ist die Navigation in Bereichen, die sich einer optischen Kontrolle des Operateurs entziehen, weil das Instrument beispielsweise in das Innere des Objektes eingeführt wurde. Hierzu wird die Führung des Instrumentes, beispielsweise eines Bohrwerkzeugs, in einem beispielsweise von einem C-Bogen-Röntgengerät aufgenommenen virtuellen Röntgenvolumen vorgenommen, welches mittels eines bildgebenden Verfahrens vor oder während der Operation ermittelt wurde. Um eine Navigation mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten, wird das Koordinatensystem des Röntgenvolumens in einem Registriervorgang mit dem des Lageerfassungssystem registriert, d. h. zur Deckung gebracht.Medical interventions on living objects are increasingly carried out by means of navigation support. This is understood as meaning the guidance of an instrument supported by a position detection system relative to a tissue area of the object being treated. Of particular interest is the navigation in areas that elude a visual control of the surgeon, for example, because the instrument has been introduced into the interior of the object. For this purpose, the guidance of the instrument, for example a drilling tool, is made in a virtual X-ray volume recorded, for example, by a C-arm X-ray apparatus, which was determined by means of an imaging method before or during the operation. In order to ensure navigation with high accuracy, the coordinate system of the X-ray volume is registered in a registration process with that of the position detection system, d. H. brought to cover.
Bei der Registrierung wird beispielsweise ein Registrierphantom verwendet, das röntgenpositive Marken, im folgenden kurz ”Röntgenmarken” genannt und vom Lageerfassungssystem erfaßbare Marken, im folgenden kurz ”Navigationsmarken” genannt in einer festen Raumbeziehung zueinander enthält. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Aus der Druckschrift
Aus der
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Registrierung des Koordinatensystems des Röntgenvolumens eines C-Bogen-Röntgengeräts mit dem Koordinatensystem des Lageerfassungssystems zur Verfügung zu stellen, das kostengüstig durchführbar ist, wobei die Registrierung nach einer räumlichen Verlagerung des C-Bogen-Röntgengeräts wieder herstellbar ist.The object of the invention is to provide a method for registering the coordinate system of the X-ray volume of a C-arm X-ray device with the coordinate system of the position detection system, which is kostenGüstig feasible, the registration after a spatial displacement of the C-arm X-ray device produced again is.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Registrierung unter Verwendung eines Registrierphantoms erfolgt, wie es üblicherweise bei der Registrierung von Röntgenaufnahmen zur 2D-Navigation verwendet wird und welches vorzugsweise punktförmige oder kugelförmige Röntgenmarken und von einem Lageerfassungssystem erfassbare Navigationsmarken in einer definierten räumlichen Beziehung zueinander aufweist. Von dem in zwei unterschiedlichen räumlichen Orientierungen positionierten Registrierphantom wird jeweils eine Röntgenprojektion mit dem C-Bogen-Röntgengerät mit unterschiedlichen Aufnahmegeometrien aufgenommen und eine Lagebestimmung des Registrierphantoms mittels des Lageerfassungssystems durchgeführt. Die Lage der Projektionen der Röntgenmarken in den Projektionsaufnahmen wird automatisch ermittelt und in einem Identifizierungsschritt den jeweiligen Röntgenmarken des Registrierphantoms zugeordnet. Die Lage des Röntgenstrahlenempfängers wird wenigstens in einer Registrierposition des C-Bogen-Röntgengeräts ermittelt und abgespeichert.The object of the invention is achieved in that the registration takes place using a Registrierungsphantoms, as is commonly used in the registration of X-ray 2D navigation and which preferably point-like or spherical X-ray and detectable by a position detection system navigation marks in a defined spatial relationship to each other having. An X-ray projection with the C-arm X-ray apparatus with different acquisition geometries is recorded in each case from the registration phantom positioned in two different spatial orientations and a position determination of the registration phantom is carried out by means of the position detection system. The position of the projections of the X-ray marks in the projection photographs is automatically determined and assigned to the respective X-ray marks of the registration phantom in an identification step. The location of the X-ray receiver is determined and stored at least in a registration position of the C-arm X-ray machine.
Für jede der beiden Projektionsaufnahmen wird mittels eines Kamerakalibrierungsverfahren, ausgehend von Punktekorrespondenzen, wie sie beispielsweise in R. Y. Tsai, ”A Versatile Camera Calibration Techniaue for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-theshelf TV Cameras and Lenses”, IEEE Journal of robotics and automation, Vol. RA-3, NO. 4, August 1987, beschrieben sind, oder nach den im Kapitel 1.6 ”Camera Calibration” angegebenen Rechenvorschriften aus der Veröffentlichung von Mubarak Shah: ”Fundamentals of Coputer Vision”, University of Central Florida, Orlando, 07. Dezember 1997, Fundstelle http://www.cs.ucf.edu/courses/cap6411/book.pdf aus den Koordinaten der Röntgenmarken im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems die Projektionsmatrix bestimmt, so daß nach der Kamerakalibrierung die beiden Projektionsmatrizen P1Navi und P2Navi vorliegen, die in einem Rechenspeicher zwischengespeichert werden.For each of the two projection images, a camera calibration procedure based on point correspondences, such as, for example, RY Tsai, "A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-theshelf TV Cameras and Lenses", IEEE Journal of Robotics and automation, Vol. RA-3, NO. 4, August 1987, or according to the calculation rules given in Chapter 1.6 "Camera Calibration" from the publication of Mubarak Shah: "Fundamentals of Coputer Vision", University of Central Florida, Orlando, December 7, 1997, reference http: // /www.cs.ucf.edu/courses/cap6411/book.pdf from the coordinates of the X-ray marks in the coordinate system of the position detection system determines the projection matrix, so that after the camera calibration the two projection matrices P 1Navi and P 2Navi are present, which are temporarily stored in a computer memory ,
Im Scanvolumen des C-Bogen-Röntgengeräts, welches ein um einen Scanmittelpunkt angeordnetes Volumen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts darstellt und für welches nach einem Scan eine Volumenrekonstruktion durchgeführt werden kann, werden wenigstens drei Raumpunkte im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts beliebig gewählt, an denen virtuelle punktförmige Röntgenmarken angenommen werden. Mit Hilfe der bekannten Projektionsmatrizen P1Vol und P2Vol für die erste und die zweite Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts werden die Bildkoordinaten der virtuellen Röntgenmarken im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts berechnet.In the scan volume of the C-arm X-ray apparatus, which represents a volume arranged around a scan center in the coordinate system of the C-arm X-ray apparatus and for which a volume reconstruction can be performed after a scan, at least three spatial points in the coordinate system of the C-arm X-ray apparatus become arbitrary chosen where virtual point-like X-ray marks are assumed. Using the known projection matrices P1Vol and P2Vol for the first and second registration positions of the C-arm X-ray apparatus, the image coordinates of the virtual X-ray marks in the coordinate system of the C-arm X-ray apparatus are calculated.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden mittels Rückprojektionen unter Verwendung der Projektionsmatrizen P1Navi und P2Navi aus den Projektionsbildern der virtuellen Röntgenmarken die zugehörigen Scharen der Projektionsgeraden im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems ermittelt. Zu jeder virtuellen Röntgenmarke erhält man für jedes Projektionsbild eine Projektionsgerade, die die virtuelle Röntgenmarke enthält. Der Schnittpunkt der Projektionsgeraden für eine virtuelle Röntgenmarke fällt mit dem Ort der jeweiligen virtuellen Röntgenmarke im Koordinatensystem des Lageerfassungssystem zusammen. Damit sind die Koordinaten der virtuellen Röntgenmarken sowohl im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts als auch im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems bestimmt.In a further method step, the associated families of the projection straight lines in the coordinate system of the position detection system are determined by means of backprojections using the projection matrices P1Navi and P2Navi from the projection images of the virtual X-ray marks. For each virtual X-ray mark, a projection straight line containing the virtual X-ray mark is obtained for each projection image. The intersection of the projection line for a virtual X-ray mark coincides with the location of the respective virtual X-ray mark in the coordinate system of the position detection system. Thus, the coordinates of the virtual X-ray marks are determined both in the coordinate system of the C-arm X-ray machine and in the coordinate system of the position detection system.
Als Ergebnis des Registrierungsverfahrens wird eine Koordinatentransformation VolTNavi zwischen dem Koordinatensystem ”Vol” des C-Bogen-Röntgengeräts und dem Koordinatensystem ”Navi” des Lageerfassungssystems ermittelt. Hierfür wird ein bekanntes Rechenverfahren verwendet, beispielsweise das Matchingverfahren nach Umeyama (Umeyama, S.: ”Least-squares estimation of transformation Parameters between two point patterns” in IEEE Transactions an Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 13 Issue 4, April 1991, pages 376–380).As a result of the registration process, a coordinate transformation VolTNavi between the coordinate system "Vol" of the C-arm X-ray machine and the coordinate system "Navi" of the position detection system is determined. For this purpose, a known calculation method is used, for example the matching method according to Umeyama (Umeyama, S .: "Least-squares estimation of transformation parameters between two point patterns" in IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 13
Zu der Koordinatentransformation VolTNavi wird wenigstens in der ersten Registrierstellung ”Reg1” des C-Bogen-Röntgengeräts die Lage des Röntgenstrahlenempfängers im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems ermittelt, nämlich NaviTReg1 und statt VolTNavi die verschiebeinvariante Matrix VolTReg1 = VolTNavi·NaviTReg1 abgespeichert.For the coordinate transformation VolTNavi, at least in the first registration position "Reg1" of the C-arm X-ray device, the position of the X-ray receiver in the coordinate system of the position detection system is determined, namely NaviTReg1 and instead of VolTNavi the shift-invariant matrix VolTReg1 = VolTNavi · NaviTReg1 is stored.
Bei einer späteren Verwendung des C-Bogen-Röntgengeräts, nachdem dieses zwischenzeitlich verlagert worden war, wird die Position des Röntgenstrahlenempfängers in der ersten Registrierstellung Reg1 im verlagerten Koordinatensystem Navi' des Lageerfassungssystem ermittelt, nämlich Reg1TNavi' und eine Koordinatentransformation
Das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere die Verfahrensschritte zur Aufnahme von Projektionsaufnahmen und zur Lagebestimmung unter Verwendung eines Registrierphantoms werden an Hand der Abbildungen näher erläutert.The method according to the invention and in particular the method steps for recording projection images and for determining the position using a registration phantom are explained in more detail with reference to the figures.
Die Abbildungen
Die Abbildungen
- – für eine in den mit a) bezeichneten Figuren erste Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts (
1 ) wird eine erste Projektionsaufnahme der Anordnung (10 ) der Röntgenmarken des Registrierphantoms aufgenommen, - – für eine in den mit b) bezeichneten Figuren zweite Registrierstellung des C-Bogen-Röntgengeräts (
1 ) wird eine zweite Projektionsaufnahme der gegenüber der Anordnung aus den mit a) bezeichneten Figuren verlagerte Anordnung (10 ) der Röntgenmarken des Registrierphantoms (2 ) aufgenommen, - – für die beiden Anordnungen der den mit a) und b) bezeichneten Figuren wird jeweils die Lage der Anordnung (
20 ) der schematisch dargestellten drei Navigationsmarken (21 ,22 ,23 ) mit dem Lageerfassungssystem (5 ) erfaßt und zusätzlich für eine der beiden Registrierstellungen des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) die Lage des Röntgenstrahlenempfängers (3 ) mittels des Lageerfassungssystems (5 ) bestimmt. - – Nach Abschluß der Messungen zur Registrierung wird wenigstens die Anordnung (
10 ) der Röntgenmarken (11 ,12 ,13 ) vom C-Bogen-Röntgengerät (1 ) entfernt. Die Konfiguration des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) nach Entfernung der Röntgenmarken (11 ,12 ,13 ) ist in den mit c) bezeichneten Figuren dargestellt. Diese Konfiguration wird zur nachfolgenden Anfertigung eines Scans eines nicht gezeigten Untersuchungsobjekts verwendet.
- For a first registration position of the C-arm X-ray apparatus in the figures marked with a) (
1 ) is a first projection image of the arrangement (10 ) of the X-ray marks of the registration phantom, - For a second registration position of the C-arm X-ray apparatus in the figures designated b)
1 ) is a second projection image of the arrangement relative to the arrangement of the figures designated with a) (10 ) of the X-ray marks of the registration phantom (2 ), - For the two arrangements of the figures denoted by a) and b), the position of the arrangement (
20 ) of the schematically illustrated three navigation marks (21 .22 .23 ) with the position detection system (5 ) and additionally for one of the two registration positions of the C-arm X-ray apparatus (1 ) the position of the X-ray receiver (3 ) by means of the position detection system (5 ) certainly. - - After completion of the measurements for registration at least the arrangement (
10 ) of X-ray marks (11 .12 .13 ) from the C-arm X-ray machine (1 ) away. The configuration of the C-arm X-ray unit (1 ) after removal of the X-ray marks (11 .12 .13 ) is shown in the figures denoted by c). This configuration is used to subsequently make a scan of an examination subject, not shown.
In
In
Wird das C-Bogen-Röntgengerät (
In
In
Das Verfahren zur Registrierung eines für eine 3D-Rekonstruktion eines Röntgenvolumens geeigneten C-Bogen-Röntgengeräts (
- 1) Von dem Registrierphantom (
2 ) wird in zwei unterschiedlichen räumlichen Orientierungen des Registrierphantoms (2 ) für zwei unterschiedliche Registrierstellungen des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) jeweils eine Röntgenprojektion der Röntgenmarken (11 ,12 ,13 ) mit dem C-Bogen-Röntgengerät (1 ) und eine Lagebestimmung der Anordnung (20 ) der Navigationsmarken (21 ,22 ,23 ) des Registrierphantoms (2 ) mittels des Lageerfassungssystems (5 ) angefertigt. - 2) In wenigstens einer der beiden Registrierstellungen des C-Bogen-Röntgengeräts (
1 ) wird die Lage des Röntgenstrahlenempfängers (3 ) in einem Koordinatensystem des Lageerfassungssystems (5 ) ermittelt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32 ) als NaviTReg1 abgespeichert. - 3) Die Lage der Projektionen der Anordnung (
10 ) von Röntgenmarken (11 ,12 ,13 ) in den Projektionsaufnahmen wird automatisch ermittelt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32 ) abgespeichert. - 4) In einem Identifizierungsverfahrensschritt wird in jedem Projektionsbild einer Anordnung (
10 ) von Röntgenmarken (11 ,12 ,13 ) jedes Bild einer einzelnen Röntgenmarke (11 ,12 ,13 ) derjenigen Röntgenmarke (11 ,12 ,13 ) zugeordnet, die das jeweilige Bild der Röntgenmarke (11 ,12 ,13 ) verursacht hat. - 5) Für jede der beiden Projektionsaufnahmen werden mittels des Punktekorrespondenzverfahrens aus den Koordinaten der Röntgenmarken (
11 ,12 ,13 ) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems die Projektionsmatrizen P1Navi und P2Navi bestimmt und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32 ) zwischengespeichert. - 6) Im Scanvolumen des C-Bogen-Röntgengeräts (
1 ), das sich dadurch auszeichnet, daß es in allen Röntgenprojektionsaufnahmen eines Scans vollständig abgebildet wird, werden wenigstens drei Raumpunkte im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) beliebig gewählt, an denen virtuelle punktförmige Röntgenmarken angenommen werden. Mit Hilfe der dem C-Bogen-Röntgengerät (1 ) zugeordneten, bekannten Projektionsmatrizen P1Vol und P2Vol werden für die beiden Registrierstellungen des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) die Bildkoordinaten der virtuellen Röntgenmarken berechnet. - 7) Mittels einer Rückprojektion unter Verwendung der Projektionsmatrizen P1Navi und P2Navi werden aus den Projektionsbildern der virtuellen Röntgenmarken die Koordinaten der jeweiligen virtuellen Röntgenmarken im Koordinatensystem des Lageerfassungssystem (
1 ) ermittelt. - 8) Aus den Koordinaten der virtuellen Röntgenmarken im Koordinatensystem Navi des Lageerfassungssystems (
2 ) und im Koordinatensystem Vol des C-Bogen-Röntgengeräts (1 ) wird die Koordinatentransformation VolTNavi ermittelt. - 9) Mit der in Verfahrensschritt
2 ) ermittelten und abgespeicherten Koordinatentransformation NaviTReg1 wird die verschiebeinvariante Matrix VolTReg1 = VolTNavi·NaviTReg1 errechnet und in einem Rechenspeicher der Recheneinheit (32 ) abgespeichert. - 10) Bei einer späteren Verwendung des C-Bogen-Röntgengeräts (
1 ), nachdem dieses zwischenzeitlich verlagert worden war, wird die Position des Röntgenstrahlenempfängers (3 ) in der Registrierstellung Reg1 in dem verlagerten Koordinatensystem Navi' des Lageerfassungssystem (5 ) ermittelt, nämlich Reg1TNavi' und eine Koordinatentransformation VolTVavi' = VolTReg1·Reg1TNavi' ermittelt und für die Navigation mit dem verlagerten C-Bogen-Röntgengerät (1 ) verwendet.
- 1) From the registration phantom (
2 ) is displayed in two different spatial orientations of the registration phantom (2 ) for two different registration positions of the C-arm X-ray device (1 ) an X-ray projection of the X-ray marks (11 .12 .13 ) with the C-arm X-ray device (1 ) and an orientation of the arrangement (20 ) of navigation marks (21 .22 .23 ) of the registration phantom (2 ) by means of the position detection system (5 ) prepared. - 2) In at least one of the two registration positions of the C-arm X-ray apparatus (
1 ) the position of the X-ray receiver (3 ) in a coordinate system of the position detection system (5 ) and stored in a computer memory of the arithmetic unit (32 ) saved as NaviTReg1. - 3) The location of the projections of the arrangement (
10 ) of X-ray marks (11 .12 .13 ) in the projection images is determined automatically and stored in a computer memory of the computing unit (32 ) stored. - 4) In an identification process step, in each projection image of an arrangement (
10 ) of X-ray marks (11 .12 .13 ) each image of a single X-ray mark (11 .12 .13 ) of the X-ray mark (11 .12 .13 ) associated with the respective image of the X-ray mark (11 .12 .13 ). - 5) For each of the two projection photographs, the coordinates of the X-ray marks are determined by means of the point correspondence method (
11 .12 .13 ) in the coordinate system of the position detection system, the projection matrices P1Navi and P2Navi determined and in a computing memory of the arithmetic unit (32 ) are cached. - 6) In the scan volume of the C-arm X-ray device (
1 ), which is characterized in that it is completely imaged in all the x-ray projection images of a scan, at least three spatial points in the coordinate system of the C-arm x-ray apparatus (1 ) are chosen arbitrarily, where virtual point-like X-ray marks are assumed. With the help of the C-arm X-ray machine (1 ), known projection matrices P1Vol and P2Vol are used for the two registration positions of the C-arm X-ray apparatus (1 ) calculates the image coordinates of the virtual X-ray marks. - 7) By means of a back projection using the projection matrices P1Navi and P2Navi, the coordinates of the respective virtual X-ray marks in the coordinate system of the position detection system (FIG.
1 ). - 8) From the coordinates of the virtual X-ray marks in the coordinate system Navi of the position detection system (
2 ) and in the coordinate system Vol of the C-arm X-ray machine (1 ), the coordinate transformation VolTNavi is determined. - 9) With the in process step
2 ) and stored coordinate transformation NaviTReg1 the shift-invariant matrix VolTReg1 = VolTNavi · NaviTReg1 is calculated and stored in a computing memory of the computing unit (32 ) stored. - 10) For later use of the C-arm X-ray unit (
1 ), after this has been relocated in the meantime, the position of the X-ray receiver (3 ) in the registration position Reg1 in the displaced coordinate system Navi 'of the position detection system (5 ), namely Reg1TNavi 'and a coordinate transformation VolTVavi' = VolTReg1 * Reg1TNavi 'and for the navigation with the displaced C-arm X-ray device (1 ) used.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß nach einer räumlichen Verlagerung des C-Bogen-Röntgengeräts (
Es ist im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen, daß die Ermittlung der Koordinatentransformation VolTNavi nach einem Matchingverfahren erfolgt, vorzugsweise nach dem Matchingverfahren von Umeyama.It is further provided in the context of the invention that the determination of the coordinate transformation VolTNavi takes place according to a matching method, preferably according to the matching method of Umeyama.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- C-Bogen-RöntgengerätC-arm X-ray device
- 22
- RegistrierphantomRegistration Phantom
- 33
- RöntgenstrahlenempfängerX-ray receiver
- 44
- RöntgenstrahlenquelleX-ray source
- 55
- LageerfassungssystemPosition detection system
- 1010
- Anordnung von RöntgenmarkenArrangement of X-ray marks
- 1111
- Erste RöntgenmarkeFirst X-ray mark
- 1212
- Zweite RöntgenmarkeSecond X-ray mark
- 1313
- Dritte RöntgenmarkeThird X-ray mark
- 20, 20'20, 20 '
- Anordnung von NavigationsmarkenArrangement of navigation tags
- 2121
- Erste NavigationsmarkeFirst navigation mark
- 2222
- Zweite NavigationsmarkeSecond navigation mark
- 2323
- Dritte NavigationsmarkeThird navigation mark
- 3030
- LageerfassungsrechnerLocation data acquisition computer
- 3131
- Steuerrechnertax calculator
- 3232
- Recheneinheitcomputer unit
- 3333
- DatenschnittstelleData Interface
- 3434
- Navigationseinrichtungnavigation device
- 4040
- Kupplungsteilcoupling part
- 4141
- Kupplungsteilcoupling part
Claims (4)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US9883848B2 (en) | 2013-09-13 | 2018-02-06 | Maui Imaging, Inc. | Ultrasound imaging using apparent point-source transmit transducer |
US9848922B2 (en) | 2013-10-09 | 2017-12-26 | Nuvasive, Inc. | Systems and methods for performing spine surgery |
EP3408037A4 (en) | 2016-01-27 | 2019-10-23 | Maui Imaging, Inc. | Ultrasound imaging with sparse array probes |
EP3501397B8 (en) | 2017-12-22 | 2024-02-28 | Siemens Healthineers AG | Method for calibrating a medical imaging device, method for performing a 2d3d-registration, and system comprising a medical imaging device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10210287A1 (en) * | 2002-03-08 | 2003-10-02 | Siemens Ag | Surgical navigation method in which markerless recording of the surgical interventions is carried out using an X-ray unit and a position acquisition system with pre-calibration carried out to determine coordinate transforms |
DE102006051782A1 (en) * | 2005-11-05 | 2007-05-16 | Ziehm Imaging Gmbh | Volume reconstruction improvement method for instrument, involves transforming projection image so that sum of deviation amount between mark positions is transformed to data set using which volume reconstruction is executed |
US20070122020A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-31 | General Electric Company | Method and device for geometry analysis and calibration of volumetric imaging systems |
US20110071389A1 (en) * | 2009-05-13 | 2011-03-24 | Medtronic Navigation, Inc. | System and Method for Automatic Registration Between an Image and a Subject |
US20110211076A1 (en) * | 2006-08-18 | 2011-09-01 | General Electric Company | Systems and methods for on-line marker-less camera calibration using a position tracking system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5835563A (en) | 1995-12-21 | 1998-11-10 | Siemens Corporate Research, Inc. | Calibration apparatus for X-ray geometry |
DE10202091B4 (en) | 2002-01-21 | 2005-09-08 | Siemens Ag | Device for determining a coordinate transformation |
-
2011
- 2011-09-24 DE DE102011114333.9A patent/DE102011114333B4/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10210287A1 (en) * | 2002-03-08 | 2003-10-02 | Siemens Ag | Surgical navigation method in which markerless recording of the surgical interventions is carried out using an X-ray unit and a position acquisition system with pre-calibration carried out to determine coordinate transforms |
DE102006051782A1 (en) * | 2005-11-05 | 2007-05-16 | Ziehm Imaging Gmbh | Volume reconstruction improvement method for instrument, involves transforming projection image so that sum of deviation amount between mark positions is transformed to data set using which volume reconstruction is executed |
US20070122020A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-31 | General Electric Company | Method and device for geometry analysis and calibration of volumetric imaging systems |
US20110211076A1 (en) * | 2006-08-18 | 2011-09-01 | General Electric Company | Systems and methods for on-line marker-less camera calibration using a position tracking system |
US20110071389A1 (en) * | 2009-05-13 | 2011-03-24 | Medtronic Navigation, Inc. | System and Method for Automatic Registration Between an Image and a Subject |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9510771B1 (en) | 2011-10-28 | 2016-12-06 | Nuvasive, Inc. | Systems and methods for performing spine surgery |
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Publication number | Publication date |
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