DE10145861B4 - A radiological method for determining the angular relationship between the object and the image receptor in the right-angle technique - Google Patents

A radiological method for determining the angular relationship between the object and the image receptor in the right-angle technique Download PDF

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Abstract

Verfahren zur quantitativen Auswertung von Transmissions-Röntgenaufnahmen, wobei:
– zwei oder drei Kugeln (3) bekannter Dimension aus röntgenstrahlenabsorbierendem Material am Objekt befestigt in eine zum Strahlengang exzentrische Position gebracht werden,
– der Zentralstrahl streng rechtwinklig auf den Bildrezeptor (4) orientiert wird,
– bei bekanntem Abstand zwischen Fokus (F) und Rezeptor (4) die Winkelbeziehung (γ) einer interessierenden Objektachse

Figure 00000002
zu einer interessierenden Rezeptorachse (z) und der Abstand der Kugeln (3) vom Fokus (F) exakt quantitativ berechnet werden, wobei hierfür die exakte quantitative Ermittlung der elliptischen Verzerrung des Röntgenschattens jeder Kugel (3) sowie die Erfassung von deren räumlichen Positionen (Mi') relativ zum Auftreffpunkt (O') des Zentralstrahls auf dem Rezeptor (4) die Grundlage bilden und die tatsächliche Verzerrungslänge
Figure 00000003
der Röntgenschatten vom Auftreffpunkt (O') des Zentralstrahls auf dem Rezeptor (4) aus betrachtet vermessen wird.Method for the quantitative evaluation of transmission X-ray images, wherein:
Two or three spheres (3) of known dimensions made of X-ray absorbing material attached to the object are brought into a position eccentric to the beam path,
The central ray is oriented strictly perpendicular to the image receptor (4),
- With known distance between focus (F) and receptor (4), the angular relationship (γ) of an object axis of interest
Figure 00000002
to a receptor axis of interest (z) and the distance of the balls (3) from the focus (F) are calculated exactly quantitatively, for which the exact quantitative determination of the elliptical distortion of the X-ray shadow of each sphere (3) and the detection of their spatial positions (M i ') relative to the point of incidence (O') of the central ray on the receptor (4) form the basis and the actual distortion length
Figure 00000003
the X-ray shadow is measured from the point of impact (O ') of the central ray on the receptor (4).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1.

Die direkte quantitative Auswertung von (zahnärztlichen) Transmissions-Röntgenaufnahmen wird häufig angewandt (z. B. bei der Vermessung von Knochendimensionen). Sie ist jedoch, bedingt durch eine unbekannte, sehr variable Projektionsgeometrie und den daraus resultierenden Vergrößerungen/Verzerrungen stark fehlerbehaftet, siehe Hausmann E: Radiographic and Digital Imaging in Periodontal Practice; J Periodontol 2000; 71: 497-503. Die tatsächliche Dimension eines Objektes ist daher nur sehr ungenau direkt abmessbar. Zur genauen Vermessung linearer Messstrecken auf Röntgenbildern muß daher die Aufnahme entweder strikt standardisiert werden, was in der klinischen Praxis häufig nur sehr schwer möglich ist, oder die zugrunde liegende Projektionsgeometrie muß bekannt sein. Letzteres ist jedoch nur bei sehr wenigen, speziellen Röntgenaufnahmen der Fall (z. B. Fernröntgenseitenaufnahmen), nicht jedoch bei normalen intra-oralen (zahnärztlichen) und vielen anderen medizinischen Röntgenaufnahmen. Bei einer häufig angewandten zahnmedizinischen Röntgentechnik, der Rechtwinkeltechnik, wird mittels Filmhalter der Zentralstrahl rechtwinklig zum Bildrezeptor orientiert, die Lage und Anwinkelung des Objektes relativ zu beiden bleibt jedoch unbekannt. Verschiedene Winkel des Objektes relativ zum Bildrezeptor haben auch in einem solchen System teilweise klinisch relevante Auswirkungen auf die abgebildete Länge der interessierenden Strukturen, siehe Schulze R, d'Hoedt B: Mathematical analysis of projection errors in "paralleling technique" with respect to implant geometry; Clin Oral Impl Res 2001; 12: 364-371. Hinsichtlich der Verwendung von Referenzobjekten ist aus der DE 196 19 915 A1 bekannt, dass für Tomosyntheseaufnahmen der Abbildungsort und die Verzerrung der Röntgenschatten der Referenzobjekte für relative Positionsbestimmungen und Lageveränderungen zwischen einzelnen Aufnahmen verwendet werden können.The direct quantitative evaluation of (dental) transmission X-ray images is often used (eg in the measurement of bone dimensions). However, due to an unknown, very variable projection geometry and the resulting enlargements / distortions, it is severely flawed, see Hausmann E: Radiographic and Digital Imaging in Periodontal Practice; J Periodontol 2000; 71: 497-503. The actual dimension of an object is therefore only very imprecisely directly measurable. For accurate measurement of linear measurement sections on X-ray images, therefore, the recording must either be strictly standardized, which is often very difficult in clinical practice, or the underlying projection geometry must be known. However, the latter is the case only with very few special X-ray images (eg, lateral cephalograms), but not with normal intra-oral (dental) and many other medical X-ray images. In a commonly used dental X-ray technique, the right angle technique, the central beam is oriented at right angles to the image receptor by means of a film holder, but the position and angle of the object relative to both remains unknown. Different angles of the object relative to the image receptor also have in some cases clinically relevant effects on the imaged length of the structures of interest, see Schulze R, d'Hoedt B: Mathematical analysis of projection errors in "paralleling technique" with respect to implant geometry; Clin Oral Impl Res 2001; 12: 364-371. Regarding the use of reference objects is from the DE 196 19 915 A1 For tomosynthesis recordings, it is known that the imaging location and the distortion of the X-ray shadows of the reference objects can be used for relative position determinations and positional changes between individual recordings.

Die Erfindung ist für die sog. Rechtwinkeltechnik entwickelt worden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Projektionsgeometrie, unter welcher das temporär mit zwei oder drei kugelförmigen Referenzkörpern bestückte Objekt aufgenommen wurde, anhand von durch die Referenzkugeln erzeugten Abbildungsmerkmalen a posteriori zu berechnen.The Invention is for the so-called right-angle technique has been developed. Object of the invention it is, the projection geometry, under which temporarily with two or three spherical ones reference bodies stocked Object was recorded, based on by the reference balls generated To calculate imaging features a posteriori.

Die beschriebenen Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wird aus der Aufnahme sowohl der Abstand jeder einzelnen Referenzkugel vom Röntgenfokus berechnet, als auch die Winkelbeziehung des Kugelsystems relativ zum Bildrezeptor. Durch die Erfindung werden Informationen bereit gestellt, mit denen über noch zu entwickelnde Algorithmen die tatsächlichen Dimensionen der Objekte, die mit dem Referenzsystem bestückt sind, genauer als mit den heute vorhandenen Methoden berechnet werden können. The described tasks are by a method with the features of claim 1. It is made recording both the distance of each individual reference sphere from the x-ray focus calculated, as well as the angular relationship of the spherical system relative to the image receptor. Information is provided by the invention posed with those over yet to be developed algorithms the actual dimensions of the objects, equipped with the reference system are calculated more accurately than with the methods available today can.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7. advantageous Further developments are subject of the dependent claims 2 to 7.

Vorteile der Erfindung sind die relativ einfache Anwendbarkeit und Verfügbarkeit. Die Methode ist nicht an eine fixierte Projektionsgeometrie gebunden, sie kann mit geringgradig modifizierten Rechtwinkelfilmhaltern durchgeführt werden. Sie ist generell auf jede Röntgen-Aufnahmeart anwendbar, wenn die weiter unten erläuterten Voraussetzungen gegeben sind. Nach Integration der Rechenalgorithmen in eine Software ist die Methode sehr schnell anwendbar. Durch quantitative Bildanalyse werden Informationen über die der Aufnahme zugrunde liegende Projektionsgeometrie ermittelt, die mit keiner bis dato bekannten anderen Methode bereitgestellt werden können.advantages The invention is the relatively simple applicability and availability. The method is not bound to a fixed projection geometry, It can be carried out with slightly modified right-angle film holders. It is generally on any X-ray recording Applicable, if given the conditions explained below are. After integration of the computational algorithms into a software is the method very quickly applicable. Through quantitative image analysis Be informed about determines the projection geometry underlying the image, provided with no other method known to date can be.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.embodiments The invention are illustrated in the drawings and are in Following closer described.

1 Projektionsgeometrie im dreidimensionalen, karthesischen Koordinatensystem als Grundlage der mathematischen Berechnung. Die einzelnen Komponenten sind im Text detailliert erläutert. 1 Projection geometry in the three-dimensional Cartesian coordinate system as the basis of the mathematical calculation. The individual components are explained in detail in the text.

2 Abbildung der Situation (Bildserie Nr. X/2A) während der Röntgenexposition. Der Röntgentubus (1) ist durch eine Haltevorrichtung (2) rechtwinklig in beiden Raumebenen zum an der linken Seite angebrachten digitalen Bildrezeptor (4) ausgerichtet. Das Zwei-Kugel-System (ZKS) (3) befindet sich in der Objektebene. Die hier abgebildete Kippung γ des ZKS hat per definitionem ein negatives Vorzeichen. 2 Illustration of the situation (image series no. X / 2A) during the X-ray exposure. The X-ray tube ( 1 ) is by a holding device ( 2 ) at right angles in both room levels to the left side digital image receptor ( 4 ). The two-ball system (ZKS) ( 3 ) is in the object plane. The tilt γ of the ZKS shown here has by definition a negative sign.

3 Röntgenaufnahme der beiden Kugeln, wie sie unter Verwendung des in 2 dargestellten Aufbaus angefertigt wurde. Der Mittelpunkt der kleinen, kreisförmigen, hellen Abbildung markiert den Auftreffpunkt O'(0, 0, 0) des Zentralstrahls, der notwendiger Ausgangspunkt der weiteren Vermessung ist. Außerdem ist auf der Aufnahme die geometrische Konstruktion eingezeichnet, mit deren Hilfe die Daten für die Berechnung der Projektionsgeometrie ermittelt werden. 3 X-ray of the two balls, as they are using the in 2 illustrated structure was made. The center of the small, circular, bright image marks the point of impingement O '(0, 0, 0) of the central ray, which is the necessary starting point for the further measurement. In addition, the geometric design is drawn on the recording, with the help of which the data for the calculation of the projection geometry are determined.

Theoretischer HintergrundTheoretical background

Die Erfindung basiert – unter der Prämisse einer rechtwinkligen Orientierung des Zentralstrahls zum Bildrezeptor – auf der quantitativen Auswertung der elliptischen Verzerrung von Kugeln, die durch eine exzentrische Position im Strahlengang induziert wird. Nur wenn der Kugelmittelpunkt vom Zentralstrahl durchdrungen wird, resultiert als Abbildung eine kreisförmige Scheibe, bei jeder anderen Position hingegen eine elliptische Verzerrung. Hierbei ist das Ausmaß der Verzerrung eine Funktion von drei Parametern:

  • 1. Abstand zwischen Kugel und Fokus
    Figure 00020001
  • 2. Abstand zwischen Kugel und Bildrezeptor
    Figure 00020002
  • 3. Abstand zwischen Kugel und Zentralstrahl (d)
The invention is based - on the premise of a rectangular orientation of the central beam to the image receptor - on the quantitative evaluation of the elliptical distortion of spheres, which is induced by an eccentric position in the beam path. Only when the center of the sphere is penetrated by the central ray does the image result in a circular disk, whereas in every other position an elliptical distortion results. Here, the amount of distortion is a function of three parameters:
  • 1. Distance between ball and focus
    Figure 00020001
  • 2. Distance between sphere and image receptor
    Figure 00020002
  • 3. distance between ball and central jet (d)

Mathematische Grundlage zur Ermittlung der tatsächlichen Kugelposition ist die in 1 dargestellte Situa tion im dreidimensionalen Koordinatensystem.The mathematical basis for determining the actual ball position is the in 1 illustrated situation tion in the three-dimensional coordinate system.

Die folgenden Annahmen werden für die Berechnung vorausgesetzt:

  • 1. Der Fokus F(XF, 0, 0) wird durch einen Punkt approximiert und liegt auf der x-Achse des Koordinatensystems (X, Y, Z), wobei der Zentralstrahl mit dieser Achse zusammenfällt und in Punkt O'(0, 0, 0) auf der Bildauffangebene auftrifft.
  • 2. Röntgenstrahlen werden als lineare Strahlen beschrieben.
  • 3. y- und z-Achse definieren die horizontale bzw. vertikale Achse des Bildrezeptors.
  • 4. Der Winkel γ wird zwischen der Achse
    Figure 00030001
    die durch die zwei Kugelmittelpunkte (M1, M2) festgelegt wird, und einer interessierenden Rezeptorachse (im Beispiel vertikale Achse (z)) berechnet, wobei zwischen
    Figure 00030002
    und dieser Achse ein seitlicher Neigungswinkel in einer Parallelebene zur Bildauffangebene (y-z-Ebene) ≤ 45° zu fordern ist.
  • 5. Der Fokus-Rezeptor-Abstand FO' ist bekannt.
  • 6. Fokus und Mittelpunkte der Referenzkugeln liegen nicht kolinear.
The following assumptions are required for the calculation:
  • 1. The focus F (X F , 0, 0) is approximated by a point and lies on the x-axis of the coordinate system (X, Y, Z), with the central ray coinciding with this axis and at point O '(0, 0, 0) impinges on the image capture plane.
  • 2. X-rays are described as linear rays.
  • 3. y and z axes define the horizontal and vertical axes of the image receptor.
  • 4. The angle γ is between the axis
    Figure 00030001
    which is determined by the two sphere centers (M 1 , M 2 ) and a receptor axis of interest (in the example vertical axis (z)), where between
    Figure 00030002
    and this axis is to require a lateral inclination angle in a parallel plane to the image capture plane (yz plane) ≤ 45 °.
  • 5. The Focus Receptor Distance FO ' is known.
  • 6. Focus and centers of the reference spheres are not colinear.

Alle Punkte und Strecken sind in 1 abgebildet. Zur Vereinfachung der für alle Referenzkugeln identischen Berechnung werden die Kugelnummern durch den Index "i" ersetzt. Außerdem werden alle Punkte in der Bildauffangebene mit einem Hochstrich (') bezeichnet. Der Kugelmittelpunkt Mi wird abgebildet in Mi'; die Schnittpunkte des Ellipsenrandes mit O'M' sind mit Ri' (außen) und Si' (innen) bezeichnet. Der Winkel αi definiert den äußeren Winkel zwischen Ri', F und Si'; βi den inneren Winkel aufgespannt von Si', F und O'. Berechnet werden beide aus:

Figure 00030003
All points and routes are in 1 displayed. To simplify the calculation, which is identical for all reference spheres, the ball numbers are replaced by the index "i". In addition, all points in the image capture plane are indicated by a hyphen ('). The sphere center M i is mapped into i M '; the intersections of the ellipse edge with O'M ' are labeled R i '(outside) and S i ' (inside). The angle α i defines the outer angle between R i ', F and S i '; β i the inner angle spanned by S i ', F and O'. Both are calculated:
Figure 00030003

Anschließend wird der Abstand

Figure 00030004
des Kugelmittelpunktes (Mi) vom Fokus (F) berechnet, indem man eine Hilfsebene aufgespannt durch
Figure 00030005
und F einführt:
Figure 00030006
wobei ri der Radius der Kugel i ist. Da wir den Abstand von Mi relativ zur interessierenden Rezeptorachse z wissen wollen, müssen wir die Projektion
Figure 00030007
von Mi auf die durch x- und z-Achse definierte Ebene berechnen. Hierzu muß zuerst die Abbildung (Vi') von Vi durch das Ziehen des Lots durch Mi' auf z konstruiert werden. Wir erhalten den Winkel ϵ zwischen dem Strahl durch Mi und
Figure 00030008
aus:
Figure 00030009
bestimmt, mit
Figure 00040001
Figure 00040002
erhält man durch Berechung aus der umgeformten Gleichung für lineare Funktionen:
Figure 00040003
Then the distance
Figure 00030004
of the sphere center (M i ) of the focus (F) calculated by an auxiliary plane spanned by
Figure 00030005
and F introduces:
Figure 00030006
where r i is the radius of the sphere i. Since we want to know the distance of M i relative to the receptor axis of interest z, we need the projection
Figure 00030007
from M i to the plane defined by the x and z axes. To do this, first the map (V i ') of V i must be constructed by drawing the solder through M i ' to z. We obtain the angle ε between the ray through M i and
Figure 00030008
out:
Figure 00030009
certainly, with
Figure 00040001
Figure 00040002
obtained by calculation from the transformed equation for linear functions:
Figure 00040003

Hierbei ist zu beachten, dass die vertikale Lage von Vi' relativ zu O' wichtig für die folgenden Berechnungen ist, was durch ein positives (Vi' ≥ 0) oder negatives (Vi' < 0) Vorzeichen zum Ausdruck gebracht wird. Aus den Koordinaten

Figure 00040004
und
Figure 00040005
kann nun der vorliegende Winkel zwischen dem Kugelsystem
Figure 00040006
und z berechnet werden:
Figure 00040007
γ erhält per definitionem ein positives Vorzeichen, wenn
Figure 00040008
d. h. das Kugelsystem mit dem oberen Ende in Richtung Fokus geneigt ist. Umgekehrt ist γ negativ, wenn
Figure 00040009
und damit
Figure 00040010
mit seinem oberen Anteil (M1) in Richtung Bildauffangebene gekippt ist. Aus den Berechnungen ergeben sich damit die folgenden Informationen:

  • – Abstand der Kugel
    Figure 00040011
    zum Fokus
  • – Winkel γ zwischen
    Figure 00040012
    und der interessierenden Rezeptorachse (hier z).
Here, it should be noted that the vertical location of V i 'relative to O' is important for the following calculations, which sign is expressed by a positive (V i '≥ 0) or negative (V i' <0). From the coordinates
Figure 00040004
and
Figure 00040005
Now can the present angle between the ball system
Figure 00040006
and z are calculated:
Figure 00040007
By definition, γ is given a positive sign when
Figure 00040008
ie the ball system is inclined with the upper end in the direction of focus. Conversely, γ is negative if
Figure 00040009
and thus
Figure 00040010
is tilted with its upper portion (M 1 ) in the direction of image capture plane. From the calculations, this yields the following information:
  • - distance of the ball
    Figure 00040011
    to the focus
  • - angle γ between
    Figure 00040012
    and the receptor axis of interest (here z).

Experimentelle EvaluierungExperimental evaluation

Die Verfahren wurde unter Verwendung des in 2 dargestellten Versuchsaufbaus mit einer handelsüblichen zahnärztlichen Röntgenröhre (Heliodent MD, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim) evaluiert. Dieser Prototyp verwendete eine rechtwinklige, nach drei Seiten offene Holzbox (Länge: 14 cm; Breite 12 cm; Höhe = 12 cm) an deren Vorderwand der CCD-Rezeptor (Trophy RVG 5, Trophy Radiologie S. A., Marne la Valle, Frankreich) senkrecht angebracht war. Zur hierzu rechtwinkligen Positionierung des Zentralstrahls wurde ein Positionierring (2) eines Filmhaltersystems (RWT, Model anterior, Kentzler-Kaschner Dental GmbH, Germany) in einem Abstand von 45.30 mm vom Rezeptor (4) so aufgeklebt, dass der Ring parallel zur Rezeptoroberfläche stand. Die Röntgenröhre (1) wurde mittels Klebeband fest an diesem Ring befestigt, um möglichst wenig Winkelfehler zuzulassen. Zur Markierung der Auftreffposition O'(0, 0, 0) des Zentralstrahls auf dem Bildrezeptor (4) wurde auf die dem Rezeptor zugewandte Ringseite eine exakt dem Ringdurchmesser entsprechende, kreisrunde Kunststofffolie (Dicke 0.10 mm) zentriert aufgeklebt. Auf den vermessenen Folienmittelpunkt wurde eine 0.80 mm große Stahlkugel aufgeklebt, deren Röntgenschattenmittelpunkt den Punkt O'(0. 0. 0) markiert. Jeweils zwei Referenzstahlkugeln (Zwei-Kugel-System: ZKS) gleichen Durchmessers (3.15 mm, 5.00 mm) wurden mit Epoxidharz in einer durchsichtigen Kunststoffröhre (Länge = 30 mm; ∅ = 9.0 mm) in einem Abstand von ca. 15 mm eingegossen und eine Röhrenseite danach abgeschrägt. Mit dieser Schräge wurde dann jedes ZKS auf je einen Schraubenkopf einer Schraube (M8) aufgeklebt. In einem Abstand von ca. 20 mm zum Bildrezeptor wurde ca. 5 mm lateral des Zentralstrahls die korrespondierende Schraubenmutter auf den Boden der Holzbox geklebt. Durch Eindrehen der Schrauben mit ZKS ließen sich somit unterschiedliche Winkelbeziehungen des ZKS relativ zur vertikalen z-Achse des Rezeptors einstellen, gleichzeitig ergaben sich auch unterschiedliche Winkel in der Parallelebene zur Rezeptoroberfläche relativ zu dieser Achse. Der Abstand Fokus-Rezeptor (FO') wurde mit einer Schieblehre auf 0.1 mm genau vermessen.The procedures were performed using the in 2 Test setup with a commercially available dental X-ray tube (Heliodent MD, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim) evaluated. This prototype used a rectangular, three-sided open wooden box (length: 14 cm, width 12 cm, height = 12 cm) on the front wall of the CCD receptor (Trophy RVG 5, Trophy Radiology SA, Marne la Valle, France) mounted vertically was. For this purpose perpendicular positioning of the central beam was a positioning ring ( 2 ) of a film holder system (RWT, Model anterior, Kentzler-Kaschner Dental GmbH, Germany) at a distance of 45.30 mm from the receptor ( 4 ) so that the ring was parallel to the receptor surface. The X-ray tube ( 1 ) was firmly attached to this ring by means of adhesive tape to allow as little angle error as possible. For marking the impact position O '(0, 0, 0) of the central ray on the image receptor ( 4 ), a circular plastic film (thickness 0.10 mm) corresponding exactly to the ring diameter was glued centered onto the ring side facing the receptor. On the measured film center point, a 0.80 mm large steel ball was glued, the X-ray center of which marks the point O '(0, 0). In each case two reference steel balls (two-ball system: ZKS) of the same diameter (3.15 mm, 5.00 mm) were cast with epoxy resin in a transparent plastic tube (length = 30 mm, ∅ = 9.0 mm) at a distance of about 15 mm and a Tubular side then bevelled. With this bevel, each ZKS was then glued on each screw head of a screw (M8). At a distance of about 20 mm to the image receptor, the corresponding nut was glued to the bottom of the wooden box about 5 mm laterally of the central jet. By screwing in the screws with ZKS, different angular relationships of the ZKS relative to the vertical z-axis of the receptor could thus be set, and at the same time, different angles in the parallel plane to the receptor surface were obtained relative to this axis. The distance focus receptor ( FO ' ) was measured with a caliper gauge to 0.1 mm.

Mit diesem Prototyp-Versuchsaufbau wurden je vier Winkeleinstellungen mit jedem ZKS angefertigt und über die in 3 illustrierte geometrische Konstruktion vermessen. Um die absolute Verzerrung jeder Kugelabbildung zu ermitteln, ist die Vermessung der Strecke

Figure 00050001
notwendig (3), da diese Strecke die tatsächliche Verzerrungslänge von O' aus betrachtet darstellt. Hierzu sind die folgenden Konstruktionsschritte an jeder Kugelabbildung notwendig:

  • 1. Aufsuchen von O'(0, 0, 0).
  • 2. Konstruktion der Tangenten von O' an jede Seite der Kugelabbildungen.
  • 3. Konstruktion der Winkelhalbierenden zwischen den Tangenten einer Kugel.
  • 4. Bestimmung der Punkte Ri' und Si', die jeweils den äußeren bzw. inneren Schnittpunkt zwischen der Winkelhalbierenden und dem Ellipsenumfang darstellen.
  • 5. Vermessung von
    Figure 00050002
    und
    Figure 00050003
  • 6. Halbierung von
    Figure 00050004
    dies ergibt den Mittelpunkt Mi' der Abbildungsellipse
  • 7. Fällung des Lots von Mi' auf eine Parallele zur interessierenden Rezeptorachse durch O', wobei der Schnittpunkt zwischen Lot und Parallele den Punkt Vi' markiert.
  • 8. Vermessung der Strecke
    Figure 00050005
With this prototype experimental set-up four angle settings were made with each ZKS and over the in 3 measured illustrated geometric construction. To determine the absolute distortion of each sphere image, the measurement of the distance
Figure 00050001
necessary (necessary 3 ), since this distance represents the actual distortion length from O '. For this, the following construction steps are necessary on each sphere image:
  • 1. Find O '(0, 0, 0).
  • 2. Construction of the tangents of O 'on each side of the sphere images.
  • 3. Construction of bisectors between the tangents of a sphere.
  • 4. Determination of the points R i 'and S i ', which respectively represent the outer or inner intersection between the bisector and the ellipse circumference.
  • 5. Surveying of
    Figure 00050002
    and
    Figure 00050003
  • 6. Halving of
    Figure 00050004
    this gives the center M i 'of the imaging ellipse
  • 7. Precipitation of the lot of M i 'on a parallel to the receptor axis of interest by O', wherein the Point of intersection between perpendicular and parallel marks the point V i '.
  • 8. Measurement of the route
    Figure 00050005

Die unter 1. bis 8. beschriebenen Schritte wurden in einer Bildbearbeitungs-Software (Adobe Photoshop 5.0, Adobe Software Inc. Mountain View, Kalifornien, USA) für jedes so angefertigte Röntgenbild dreimal vermessen und über die Anwendung des oben beschriebenen Algorithmus jeweils γ ermittelt. Der Mittelwert der drei Messungen wird nachfolgend als errechneter Wert bezeichnet. Da zur Kalkulation von γ die Abstände

Figure 00050006
der Referenzkugelmittelpunkte (Mi) zum Fokus (F) errechnet werden müssen, ist bei Anwendung der Methode außer der Winkelbeziehung auch noch der Abstand der Kugel (und damit des Objektes) zu Fokus und Rezeptor ableitbar. Zur Ermittlung der tatsächlich vorliegenden Winkelbeziehung wurde an die Rückwand der Holzbox Millimeterpapier angebracht, so dass die vertikalen Linien parallel zur Rezeptorvorderwand verlaufen. Mit Hilfe einer in einem Abstand von 100 cm zur Box aufgestellten Kamera wurde für jede Winkeleinstellung des ZKS eine digitale Fotoaufnahme vorgenommen, wobei die optische Achse der Kamera durch die Objektebene verlief, lotrecht zur Hinterwand der Box. Durch die Auszählung der vertikalen und horizontalen Millimeter ließ sich über den Tangenssatz der "tatsächliche Winkel γ" (Istwert) errechnen.The steps described under 1. to 8. were measured three times in an image processing software (Adobe Photoshop 5.0, Adobe Software Inc. Mountain View, California, USA) for each X-ray image thus prepared, and γ was determined in each case using the algorithm described above. The mean value of the three measurements is referred to below as the calculated value. Since for the calculation of γ the distances
Figure 00050006
When the method other than the angular relationship is used, the distance of the sphere (and therefore of the object) to the focus and the receptor can be derived by applying the method to the reference sphere centers (M i ) to the focus (F). To determine the actual angular relationship, millimeter paper was attached to the back wall of the wooden box so that the vertical lines run parallel to the receptor front wall. Using a camera placed at a distance of 100 cm from the box, a digital photo was taken for each angle setting of the ZKS, with the optical axis of the camera passing through the object plane, perpendicular to the rear wall of the box. By counting the vertical and horizontal millimeters, the tangent set was used to calculate the "actual angle γ" (actual value).

ErgebnisseResults

Istwerte und errechnete Werte sind in Tabelle 1 dargestellt. Durchschnittlich überschätzten die errechneten Werte den Istwert um 0.9°. Die relativ hohe Standardabweichung von 3.5° zwischen Istwerten und errechneten Werten liegt an der Ungenauigkeit der prototypartigen Versuchsanordnung sowie des ebensolchen Auswertungsverfahrens.actual values and calculated values are shown in Table 1. On average, the overestimated calculated values the actual value by 0.9 °. The relatively high standard deviation from 3.5 ° between Actual values and calculated values is due to the inaccuracy of the Prototype-like experimental design and the same evaluation method.

Praktische AnwendungPractical use

Im klinischen Ablauf kann die Methode mittels eines modifizierten Filmhalters angewandt werden, der über eine Koppelung mit dem Röntgentubus eine streng rechtwinklige Orientierung des Zentralstrahls auf dem Bildrezeptor garantiert. Diese Voraussetzung kann durch ein entsprechend starres System erreicht werden. Zusätzlich muß vom Hersteller der Abstand des Fokus von der Tubusvorderkante genau spezifiziert werden, so dass der Fokus-Rezeptor-Abstand (FO') exakt festgelegt werden kann. Die Markierung von O' sollte über eine in den Filmhalter integrierte, zum Zentralstrahl zentrierte Rechteckblende erfolgen, die einen ca. ≤ 1 mm breiten unbelichteten Rand auf den Aufnahmen hinterlässt. Die Verbindung der Diagonalen dieser Abbildung entspricht dann O'. Alternativ wäre auch eine Aussparung in der den Bildrezeptor aufnehmenden Filmhalterwand möglich, die eine fixierte exakte Positionierung des Rezeptors zum Zentralstrahl garantiert, indem dieser auf die Mitte des Rezeptors auftrifft. Dieses Pixel kann auf der Röntgenaufnahme einfach durch Teilung der vertikalen und horizontalen Bildlänge rekonstruiert werden.In the clinical course, the method can be applied by means of a modified film holder, which guarantees a strictly orthogonal orientation of the central ray on the image receptor via a coupling with the X-ray tube. This condition can be achieved by a correspondingly rigid system. In addition, the manufacturer must precisely specify the distance of the focus from the tube leading edge so that the focus-receptor distance ( FO ' ) can be specified exactly. The marking of O 'should take place via a central panel-centered rectangular aperture which is integrated into the film holder and leaves an unexposed edge of approx. ≤ 1 mm on the recordings. The compound of the diagonal of this figure then corresponds to O '. Alternatively, a recess in the image receptor receiving film holder wall would be possible, which guarantees a fixed exact positioning of the receptor to the central beam by this impinges on the center of the receptor. This pixel can be reconstructed on the X-ray image simply by dividing the vertical and horizontal image length.

In der Objektebene kann entweder ein einfaches ZKS temporär an dem zu untersuchenden Zahn/Implantat in Achsrichtung angeklebt werden, wenn lediglich Verzerrungen bzgl. dieser Achse zu erwarten sind. Sollen Winkeldivergenzen zwischen Objekt und Sensor in horizontaler und vertikaler Ebene quantifiziert werden, müssen zwei ZKS oder, einfacher, drei in Dreieckform in der Objektebene aufgeklebte Stahlkugeln (DKS) verwendet werden. Dabei sollten jeweils zwei Kugeln in der Parallelebene zur z-y-Ebene einigermaßen parallel zur jeweils interessierenden Achse (x, y) angebracht sein, um die Methodengenauigkeit zu erhöhen. Sowohl ZKS als auch DKS können vorgefertigt sein, z. B. durch Eingießen in kleine, durchsichtige Kunststoffzylinder (ZKS) oder -platten (DKS). Das temporäre Aufkleben auf dem Zahn zur Exposition könnte mit Hilfe eines Prothesenadhäsivs, mit Klebewachs oder ähnlichem, nicht toxischen Material erfolgen.In The object level can either be a simple ZKS temporarily on the To be examined tooth / implant are adhered in the axial direction, if only distortions with respect to this axis are to be expected. Should Angular divergences between object and sensor in horizontal and vertical level, two ZKS or, more simply, three steel balls (DKS) glued in triangular form in the object plane become. In each case two balls in the parallel plane to reasonably, z-y level be mounted parallel to the respective axis of interest (x, y), to increase the method accuracy. Both ZKS and DKS can be prefabricated, z. B. by pouring into small, transparent Plastic cylinder (ZKS) or plates (DKS). The temporary sticking on the tooth could for exposure with the help of a prosthesis adhesive, with sticky wax or the like, non-toxic material.

Das Verfahren ist nicht auf die beschriebenen intra-oralen Aufnahmen beschränkt, es kann prinzipiell für jede andere Transmissions-Röntgenaufnahme verwendet werden. Auch hierbei müssen die o. g. Voraussetzungen erfüllt sein.The Procedure is not based on the described intra-oral recordings limited, it can in principle for every other transmission x-ray be used. Also here have to the o. g. Requirements met be.

Figure 00070001
Tabelle 1: Vergleich Istwerte/errechnete Werte für γ für die beschriebene Bildserie von 8 Einzelaufnahmen (IX/2A-X/2D). Zur Verdeutlichung der Richtung der Abweichung ist in Spalte 4 jeweils die Differenz zwischen den absoluten Beträgen beider Werte angeführt. SD = Standard Abweichung.
Figure 00070001
Table 1: Comparison of actual values / calculated values for γ for the described series of 8 individual images (IX / 2A-X / 2D). To clarify the direction of the deviation, column 4 shows the difference between the absolute values of both values. SD = standard deviation.

Claims (7)

Verfahren zur quantitativen Auswertung von Transmissions-Röntgenaufnahmen, wobei: – zwei oder drei Kugeln (3) bekannter Dimension aus röntgenstrahlenabsorbierendem Material am Objekt befestigt in eine zum Strahlengang exzentrische Position gebracht werden, – der Zentralstrahl streng rechtwinklig auf den Bildrezeptor (4) orientiert wird, – bei bekanntem Abstand zwischen Fokus (F) und Rezeptor (4) die Winkelbeziehung (γ) einer interessierenden Objektachse
Figure 00080001
zu einer interessierenden Rezeptorachse (z) und der Abstand der Kugeln (3) vom Fokus (F) exakt quantitativ berechnet werden, wobei hierfür die exakte quantitative Ermittlung der elliptischen Verzerrung des Röntgenschattens jeder Kugel (3) sowie die Erfassung von deren räumlichen Positionen (Mi') relativ zum Auftreffpunkt (O') des Zentralstrahls auf dem Rezeptor (4) die Grundlage bilden und die tatsächliche Verzerrungslänge
Figure 00080002
der Röntgenschatten vom Auftreffpunkt (O') des Zentralstrahls auf dem Rezeptor (4) aus betrachtet vermessen wird.
Method for the quantitative evaluation of transmission x-ray images, wherein: - two or three spheres ( 3 ) known dimension of X-ray absorbing material attached to the object are brought into an eccentric position to the beam path, - the central beam strictly perpendicular to the image receptor ( 4 ) - with known distance between focus (F) and receptor ( 4 ) the angular relationship (γ) of an object axis of interest
Figure 00080001
to a receptor axis of interest (z) and the distance of the spheres ( 3 ) can be calculated exactly quantitatively from the focus (F), for which purpose the exact quantitative determination of the elliptical distortion of the x-ray shadow of each sphere ( 3 ) and the detection of their spatial positions (M i ') relative to the impact point (O') of the central beam on the receptor ( 4 ) form the basis and the actual distortion length
Figure 00080002
the X-ray shadow from the point of incidence (O ') of the central ray on the receptor ( 4 ) measured from.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (3) entlang einer interessierenden Objektachse
Figure 00080003
temporär so angebracht werden, dass ihre Mittelpunkte (M1, M2) in einer Linie mit der Objektachse liegen, die nicht kolinear zum Zentralstrahl ist, und ihre Röntgenschatten auf dem Rezeptor (4) überschneidungsfrei dargestellt werden.
Method according to claim 1, characterized in that the balls ( 3 ) along an object axis of interest
Figure 00080003
be temporarily positioned so that their centers (M 1 , M 2 ) are in line with the object axis, which is not colinear with the central ray, and their X-ray shadows on the receptor ( 4 ) are displayed without overlap.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte exakte Positionierung des Rezeptors (4) zum Zentralstrahl über eine in den Filmhalter integrierte, zum Zentralstrahl zentrierte Rechteckblende erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the required exact positioning of the receptor ( 4 ) to the central beam via a built-in film holder, centered to the central beam rectangular aperture. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte exakte Positionierung des Rezeptors (4) zum Zentralstrahl über eine Aussparung in der den Bildrezeptor (4) aufnehmenden Filmhalterwand erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the required exact positioning of the receptor ( 4 ) to the central beam via a recess in the image receptor ( 4 ) receiving film holder wall takes place. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur quantitativen Auswertung von intraoralen Aufnahmen dient.Method according to claim 1, characterized in that that the method for the quantitative evaluation of intraoral Serves recordings. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (3) entweder bei Positionierung von zwei Kugeln in einen röntgenstrahldurchlässigen Kunststoffzylinder oder bei Positionierung von drei Kugeln in eine Platte dreieckförmig eingegossen werden.Method according to claim 1, characterized in that the balls ( 3 ) are cast in a triangular shape when positioning two balls in a radio-opaque plastic cylinder or when positioning three balls in a plate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwei- oder Dreikugelsystem mit Hilfe eines Haftmittels temporär am Objekt befestigt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the two or three ball system with the help of an adhesive temporary attached to the object.
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