DE102008059455A1 - Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C Bogen-Anlage - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C Bogen-Anlage Download PDF

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    • A61B6/583Calibration using calibration phantoms
    • A61B6/584Calibration using calibration phantoms determining position of components of the apparatus or device using images of the phantom

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage für Applikationen zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem wenigstens zwei Bilder miteinander verarbeitet werden. Eine derartige Verarbeitung kann beispielsweise ein Rekonstruktions- und/oder ein Registrierungs- und/oder ein 2-D/3-D-Fusionsverfahren sein. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) Verwendung eines idealen Modells der C-Bogen-Anlage als Grundlage mit variablen Parametern - dem Angulationsparameter LAO, - dem Angulationsparameter CRAN, und als feste Parameter - dem Abstand Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt und/oder - dem Abstand Kugelmittelpunkt-Detektor, b) Ermittlung in einem Kalibriervorgang aus den von der C-Bogen-Anlage vorgegebenen Randbedingungen an einer Vielzahl von Angulationsstellungen des C-Bogens, die den benötigten Angulationsbereich abdecken, von Kalibrierwerten einer Projektionsgeometrie unter Verwendung - des Angulationsparameters LAO und/oder - des Angulationsparameters CRAN, c) Bestimmung und Speicherung der korrekten realen Projektionsgeometrie für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO mittels Berechnung der Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten gemäß Schritt b unter Berücksichtigung des idealen Modells.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage für Applikationen zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem wenigstens zwei Bilder miteinander verarbeitet werden. Eine derartige Verarbeitung kann beispielsweise ein Rekonstruktions- und/oder ein Registrierungs- und/oder ein 2-D/3-D-Fusionsverfahren sein.
  • Heutige Applikationen zur Geräte- oder Nadelführung sind darauf angewiesen, dass die Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage für beliebige Anlagenparameter, wie beispielsweise die Angulation, genau berechnet werden kann. Eben diese Genauigkeitsanforderungen sind für die klinische Anwendung dieser Applikationen essentiell.
  • Soll beispielsweise mittels der aus dem Datenblatt ”syngo X Workplace/Intelligent Postprocessing for X-ray Systems” der Siemens AG, 04.2008, Order No. A91AX-20721-11T1-7600, bekannten Applikation ”syngo iPilot” in einer neuroradiologischen Intervention die Projektion eines dreidimensionalen Datensatzes des Gehirngefäßsystems zur Katheter- und Führungsdraht-Navigationsunterstützung über ein Echtzeit-Fluoroskopiebild gelegt werden, liegen die Genauigkeitsanforderungen bezüglich des maximalen Versatzes von 3-D-Projektionsbild und realem Fluoroskopiebild im Sub-Millimeterbereich.
  • Dieses Beispiel soll zeigen, dass es für die Praxistauglichkeit derartiger Applikationen von essentieller Bedeutung ist, ein Verfahren zur Verfügung zu haben, das in der Lage ist, die realen C-Bogen-Projektionseigenschaften mit der benötigten Genauigkeit berechnen zu können. Die besondere Schwierigkeit dabei ist, dass dies für alle möglichen Anlagenstellungen nur aus den Parametern möglich sein muss, die die Anlage liefert. Das bedeutet, für jede der unendlich vielen mögli chen Anlagenstellungen, da beispielsweise die Angulationen kontinuierlich sind, aus den Anlagenparametern genaue Projektionseigenschaften errechnen zu können.
  • Es ist als interner Stand der Technik bekannt, ein parametrisches Modell einzusetzen. Die Parameter dieses Modells werden aus einer Reihe einzelner Anlagen-Positionen bestimmt, für die die Projektionsparameter aus einer Kalibrierung mit entsprechendem Kalibrierphantom bekannt sind. Dabei besteht das Modell in den heutigen Produkten aus etwa 20 freien Parametern.
  • In der praktischen Anwendung hat sich nun gezeigt, dass die nötige Genauigkeit durch dieses Modell bei weitem nicht erreicht werden kann. Alleine der Fehler zwischen überlagertem Bild und aktuellem Röntgenbild liegt bei bis zu 4 mm wenn nur die Angulation des C-Bogens damit modelliert wird. Sie können in Einzelfällen auch darüber liegen.
  • Damit ist eine derartige Lösung für Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen nicht geeignet. Ein parametrisches Modell ist in heutigen Produkten nicht leistungsfähig genug. Ein C-Bogen verwindet sich mechanisch in viel zu komplexer Weise, als dass er durch ein derartiges Modell beschrieben werden kann.
  • Ein anderer Lösungsansatz könnte eine einfache Interpolation von Projektionsparametern sein. Allerdings benötigt eine einfache Interpolation der Projektionsparameter eine genügend große Anzahl von Stützstellen. Dazu würde man eine Kalibrierung an vielen Stellen durchführen, die Projektionsparameter an diesen Stellen bestimmen und für Positionen dazwischen interpolieren. Die zu interpoliernden Projektionsparameter sind beispielsweise die Anlagenparameter ”Angulation des C-Bogens”, ”Source-Image-Distanz (SID)” oder ”Detektordrehung”. Bei dieser Lösung müsste man aber sogar einige unterschiedliche Modelle aufstellen, da die einzelnen Parameter, wie beispielsweise die rotatorische Blickrichtung des Röntgendetek tors und die translatorische Position der Röhre, speziell modelliert werden müssten und dafür wieder Anlagenparameter zu schätzen wären. Damit wäre diese Lösung nicht so sehr unterschiedlich von dem rein parametrischen Modell.
  • Aus diesen Gründen gibt es gerade aus der Neuroradiologie Beschwerden von Kunden, die derartige Ungenauigkeiten nicht akzeptieren können.
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die C-Bogen-Projektionsgeometrie für Applikationen sich einfach, schnell und sehr präzise bestimmen lassen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst.
    • a) Verwendung eines idealen Modells der C-Bogen-Anlage als Grundlage mit variablen und festen Parametern,
    • b) Ermittlung in einem Kalibriervorgang aus den von der C-Bogen-Anlage vorgegebenen Randbedingungen an einer Vielzahl von Angulationsstellungen des C-Bogens, die den benötigten Angulationsbereich abdecken, von Kalibrierwerten einer Projektionsgeometrie unter Verwendung der variablen Parameter, und
    • c) Bestimmung und Speicherung der korrekten realen Projektionsgeometrie für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO mittels Berechnung der Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten gemäß Schritt b unter Berücksichtigung des idealen Modells.
  • Erfindungsgemäß können die variablen Parameter gemäß Schritt a) und/oder Schritt b) wenigstens einen Parameter aus folgender Gruppe enthalten:
    • – den Angulationsparameter LAO,
    • – den Angulationsparameter CRAN, und als feste Parameter gemäß Schritt a) wenigstens einen Parameter aus folgender Gruppe enthalten
    • – den Abstand Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt und/oder
    • – den Abstand Kugelmittelpunkt-Detektor.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage der Kalibriervorgang gemäß Schritt b folgende Schritte umfasst:
    • I. Bestimme die korrekten Projektionsparameter an Angulationsstellungen, die den möglichen Angulationsbereich abdecken sollen,
    • II. Bestimme für jede Angulationsstellung die Abweichungen der korrekten von den idealen neun nötigen Parametern für:
    • a) Position des Röntgen-Fokus im Raum,
    • b) Strahlrichtung bzw. Orientierung der Röhre,
    • c) Brennweite und
    • d) Hauptpunkt und
    • III. Speichere diese Abweichungen für alle Angulationsstellungen.
  • In vorteilhafter Weise können zur Bestimmung der korrekten Projektionsgeometrie für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO folgende Schritte durchgeführt werden:
    • a) Berechnung der Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten,
    • b) Berechnung der idealisierten intrinsischen und extrinsischen Parameter für die gesuchte Position,
    • c) Korrektur der Parameter aus Schritt b) mit den berechneten Abweichungen und
    • d) Bestimmung der benötigten projektiven Abbildung, die von der Applikation verwendet wird.
  • Erfindungsgemäß kann zur Bestimmung der korrekten Projektionsgeometrie die Abweichungen für die realen Winkelkombinationen von den Kalibrierpositionen gemäß Schritt c) interpoliert, approximiert oder extrapoliert werden.
  • Dies kann in vorteilhafter Weise nach einem der folgenden Verfahren ermittelt werden:
    • i Übernahme der Abweichungen der Kalibrierpositionen, die den gesuchten Winkeln am nächsten sind (Nächster-Nachbar).
    • ii Berechnung des (gewichteten) Mittels der Abweichungen der n Kalibrierpositionen, die der gesuchten Position am nächsten sind.
    • iii Bestimmung und Mittelung der vier Nachbarn der gesuchten Position.
    • iv Bestimmung und Interpolation der vier Nachbarn mittels radialer Basisfunktionen.
    • v Extrapolation der Abweichungen aus den kalibrierten Abweichungen, falls die gesuchte Position außerhalb des kalibrierten Bereichs liegt.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein bekanntes Röntgen-C-Bogen-System mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung und
  • 2 eine Ansicht der Bahn eines Detektors und einer Strahlungsquelle gemäß 1 um ein zu untersuchendes Objekt in axialer Blickrichtung.
  • In der 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung dargestellt, die einen an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
  • Mittels des beispielsweise aus der DE 10 2005 012 700 A1 bekannten Knickarmroboters 1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgendetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgen system 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der Ebene des Röntgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen.
  • Der bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
  • Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist.
  • Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet. Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor 9 betrachtet werden.
  • An der Systemsteuerungseinheit 7 ist eine Kalibriervorrichtung 10 angeschlossen, die derart ausgebildet ist, dass sie eine noch später beschriebene Kalibrierung durchführt, auswertet und die korrekte Projektionsgeometrie berechnet, so dass eine hochgenaue Rekonstruktion durch das Bildsystem 8 durchgeführt werden kann.
  • Der Röntgenstrahler 3 emittiert ein von einem Strahlenfokus 11 seiner Röntgenstrahlungsquelle ausgehendes Strahlenbündel 12, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft, wie dies schematisch in der 2 veranschaulicht ist. Sollen 3-D-Datensätze nach dem sogenannten DynaCT-Verfahren erstellt werden, wird der drehbar gelagerte C-Bogen 2 mit Strahlenfokus 11 des Röntgenstrahlers 3 und Röntgenbilddetektor 4 derart gedreht, dass, wie die 2 schematisch in Aufsicht auf das Drehzentrum 13 zeigt, sich der hier bildlich durch seinen Strahlenfokus dargestellte Röntgenstrahler 3 sowie der Röntgenbilddetektor 4 um ein im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindliches zu untersuchendes Objekt 14 auf einer Umlaufbahn 15 bewegen. Die Umlaufbahn 15 kann zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden.
  • Der C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 bewegt sich dabei gemäß dem DynaCT-Verfahren vorzugsweise um mindestens einen Winkelbereich von 180°, beispielsweise 180° plus Fächerwinkel, und nimmt in schneller Folge Projektionsbilder aus verschiedenen Projektionen auf. Die Rekonstruktion kann nur aus einem Teilbereich dieser aufgenommenen Daten erfolgen.
  • Bei dem zu untersuchenden Objekt 14 kann es sich beispielsweise um einen tierischen oder menschlichen Körper aber auch einen Phantomkörper handeln.
  • Der Röntgenstrahler 3 emittiert ein von einem Strahlenfokus seiner Röntgenstrahlungsquelle ausgehendes Strahlenbündel 12, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft.
  • Der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 laufen jeweils so um das Objekt 5 herum, dass sich der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegengesetzten Seiten des Objekts 14 gegenüberliegen.
  • Bei der normalen Radiographie oder Fluoroskopie mittels einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung werden die medizinischen 2-D-Daten des Röntgenbilddetektors 4 im Bildsystem 8 ggf. zwischengespeichert und anschließend auf dem Monitor 9 wiedergegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt nun einen Weg, zwar ein ideales Modell als Grundlage zu verwenden, aber keine Modellparameter schätzen zu müssen und damit auch nicht durch das Modell in der erreichbaren Genauigkeit limitiert zu sein.
  • Dabei wird von folgender Annahme für das ideale Modell ausgegangen: Sowohl Detektor als auch Röntgen-Röhre bewegen sich jeweils auf einer Kugel mit gemeinsamen Mittelpunkten. Außerdem geht der Zentralstrahl von Röntgenfokus zu Detektor durch diesen Mittelpunkt. Ein mechanisch perfekter, verwindungsfreier C-Bogen würde sich so verhalten. Auf Grund dieser idealisierten Perfektion und den Randbedingungen, die die C-Bogen-Anlage vorgibt, lässt sich eine Projektionsgeometrie aus den zwei Angulationsparametern LAO und CRAN, aus dem Abstand Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt und aus dem Abstand Kugelmittelpunkt-Detektor herleiten.
  • Die Angulationsparameter liefert die C-Bogen-Anlage mit guter Reproduziergenauigkeit. Genau diese Angulation ist auch das, worauf der Benutzer oder Arzt gezielt Einfluss hat. Dabei sind die beiden Abstände Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt und Kugelmittelpunkt-Detektor bei der idealisierten Anlage aus der Konstruktion bekannt und immer konstant.
  • Mit diesem idealisierten Anlagenmodell lässt sich die ideale Projektionsgeometrie für beliebige Angulationen in mathematischer Form, d. h., mit einer Projektionsmatrix (vgl. auch "The projection matrix" aus "Visual 3D Modeling from Images" von Marc Pollefeys, veröffentlicht unter http://www.cs.unc.edu/marc/tutorial/node39.html) formulieren. Wie aus dieser Webseite ersichtlich ist, lassen sich Projektionsmatrizen in intrinsische und extrinsische Bestandteile zerlegen:
    • • Extrinsische Bestandteile: Im Kontext der Röntgengeometrie beschreibt dies die Position und Strahlrichtung des Röntgenfokus. Dementsprechend enthalten die extrinsischen Bestandteile die Position des Fokus im Raum und dessen Orientierung. Insgesamt ist dies durch sechs Freiheitsgrade beschrieben, die sich im idealen Fall aus den beiden Angulationswinkeln, der Tatsache dass im Röntgenbild ”Kopf oben” ist, der bekannten Strahlrichtung der Röntgenröhre und dem Abstand Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt ergeben.
    • • Intrinsische Parameter: Für die Röntgengeometrie bedeuten diese Parameter, wie der Detektor zum Röntgenfokus steht. Insgesamt sind hier fünf Freiheitsgrade vorhanden:
    • – zwei mal ”Brennweite” in X- und Y-Richtung des Detektors.
    • – ”Schiefstellung” des Bildes.
    • – X- und Y-Koordinate des ”Hauptpunkts” (einziger Punkt auf dem ein Röntgenstrahl senkrecht steht). An einem Röntgensystem reduzieren sich diese Parameter auf drei: Die beiden Brennweiten sind identisch, da die Pixel quadratisch sind und die Schiefstellung ist Null. Am idealen Modell ergibt sich die Brennweite aus dem bekannten Abstand Fokus-Detektor in Verbindung mit der Größe eines Detektorpixels (sehr genau bekannt) und der Hauptpunkt ist immer der Detektormittelpunkt, da Detektor und Röhre genau so gegeneinander ausgerichtet sein sollen.
  • Die wesentliche Idee dieser Erfindung ist nun, dass man zwar dieses idealisierte Modell als Grundlage verwendet, obwohl man weiß, dass es nicht in der Lage ist, die Ungenauigkeiten, Verwindungen und Fehler zu beschreiben, die die Mechanik eines echten C-Bogens erzeugt. Zum Ausgleich dieser Unzulänglichkeiten werden nun in einem Kalibrierprozess die Fehler zu diesem idealen Modell an (möglichst vielen) Angulationsstellungen des C-Bogens bestimmt:
    • 1. Bestimme die korrekten Projektionsparameter an Angulationsstellungen, die den möglichen Angulationsbereich abdecken sollen; z. B. alle paar Grad jeweils CRAN und LAO.
    • 2. Bestimme für jede Angulationsstellung die Abweichungen der korrekten von den idealen neun nötigen Parametern für:
    • a) Position des Röntgen-Fokus im Raum (drei extrinsische Parameter),
    • b) Strahlrichtung bzw. Orientierung der Röhre (drei extrinsische Parameter),
    • c) Brennweite (ein intrinsischer Parameter) und
    • d) Hauptpunkt (zwei intrinsischer Parameter).
    • 3. Speichere diese Abweichungen für alle Angulationsstellungen.
  • Die wesentlichen ”Tricks” bei dieser Vorgehensweise sind:
    • • Entspräche die Realität dem idealisierten Modell, wären alle Abweichungen konstant Null.
    • • Die reale Anlage verhält sich nun nicht wie das ideale Modell; aber in einer genügend kleinen Umgebung um jede mögliche Angulationsstellung wird die Abweichung faktisch konstant sein. D. h., für jede Angulation, die während der Kalibrierung nicht gesehen wurde (also die große Mehrheit) kann man davon ausgehen, dass die Abweichungen vom idealen Modell aus denen der benachbarten Abweichungen bestimmt werden können.
    • • Diese Abweichungen benötigen kein eigenes ”Verhaltensmodell”. So wie sie definiert sind, ist die Annahme ”konstant in der Umgebung” ein großer Vorteil, da keine komplizierten Parameter geschätzt und Funktionen bestimmt werden müssen, die das Verhalten beschreiben. Anders ausgedrückt: Sowohl rotatorische Abweichung, als auch translatorische Abweichung, als auch Brennweiten-Abweichung, als auch Hauptpunkt-Abweichung können auf eine konstante Verhaltensannahme transferiert werden.
  • Die bisherige Prozedur beschreibt, wie man in einem Kalibrierschritt diese Abweichungen bestimmt. Im Folgenden wird erläutert, wie diese Kalibrierdaten verwendet werden, um in den einzelnen Applikationen zur Geräte- oder Nadelführung iPilot, iGuide, etc., die aus oben genanntem Datenblatt ”syn go X Workplace/Intelligent Postprocessing for X-ray Systems” bekannt sind, eine hohe Genauigkeit der Überlagerungen sicherzustellen.
  • Während der Anwendung werden faktisch nie die Positionen vom C-Bogen angefahren, die auch kalibriert wurden. Wegen der lokalen Konstanz können beliebige Positionen aber leicht aus den Kalibrierdaten bestimmt werden. Dazu geht man folgendermaßen vor:
    • 1. Es soll für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO die korrekte Projektionsgeometrie bestimmt werden. Berechne dazu die Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten. Dafür gibt es eine Reihe von Möglichkeiten:
    • a) Übernimm die Abweichungen der Kalibrierposition, die den gesuchten Winkeln am nächsten sind (Nächster-Nachbar).
    • b) Berechne das (gewichtete) Mittel der Abweichungen der n Kalibrierpositionen, die der gesuchten Position am nächsten sind. Diese Mittelung ist möglich, da man von einer lokal konstanten Abweichung ausgehen kann (S. O.).
    • c) Suche die vier Nachbarn der gesuchten Position und mittle diese.
    • d) Suche die vier Nachbarn und interpoliere diese mittels radialer Basisfunktionen. Nach aktuellem Stand der Experimente liefert diese Variante die besten Ergebnisse.
    • e) Extrapoliere die Abweichung aus den kalibrierten Abweichungen, falls die gesuchte Position außerhalb des kalibrierten Bereichs liegt. Hierzu gibt es mathematische Standardverfahren.
    • f) Allgemein: Die Abweichungen können mit beliebigen Verfahren interpoliert, approximiert oder extrapoliert werden.
    • 2. Berechne die idealisierten intrinsischen und extrinsischen Parameter für die gesuchte Position.
    • 3. Korrigiere die Parameter aus 2) mit den berechneten Abweichungen nach einer der Möglichkeiten aus 1).
    • 4. Bestimme aus den korrigierten Parametern aus 3) die benötigte projektive Abbildung, die von der Applikation verwendet wird.
  • Den wesentlichen Einfluss auf die Projektionsgeometrie hat die Angulation, weil durch sie letztlich fast alle Ungenauigkeiten verursacht werden. Es existieren zwar noch andere Freiheitsgrade; diese müssen aber nach heutigen Anforderungen nicht kalibriert werden:
    • a) SID: Der Detektor kann in Richtung Patient verfahren werden. Dies erzeugt eine einfache 2-D-Skalierung des Bildes. Den Betrag um den der Detektor verfahren wird, liefert die Anlage mit ausreichender Genauigkeit. Auch die Verfahrrichtung ist nach heutigen Anforderungen genau genug, so dass sie nicht kalibriert werden muss.
    • b) Zoom: Der Detektorzoom ist ebenfalls nur eine elektronische Skalierung des Bildes. Der Skalierungsbetrag ist hier sehr genau bekannt. Er ergibt sich aus der Größe der Detektorpixel.
    • c) Tisch: Die Tischposition muss nicht kalibriert werden, da sie aus dem Abbildungsprozess komplett herausgelassen und mit den Daten über die jeweils aktuelle Tischposition jederzeit wieder eingerechnet werden kann. Der Tisch muss seine Position nur mit ausreichender Genauigkeit liefern können.
  • Experimente, mit dieser neuen Art die Projektionsgeometrie zu bestimmen, haben gezeigt, dass damit die heutigen Genauigkeitsanforderungen der Neuroradiologen erfüllt werden können, was mit dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich war. Damit erfüllt diese Arbeit die Anforderungen der Kunden in diesem Bereich.
  • Die wesentliche Neuheit ist, dass das Verhalten des C-Bogens nicht mehr mit komplizierten parametrischen Modellen berech net werden muss, deren Parameter kaum zu bestimmen sind. Die Aufteilung in idealisiertes Verhalten und lokal-konstante Abweichungen macht beliebig komplexe Verformungen des C-Bogens in Abhängigkeit der Angulation handhabbar.
  • Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt faktisch beliebig gute Genauigkeiten im Rahmen der C-Bogen-Angulationsreproduzierbarkeit für die genannten Applikationen. Wird eine größere Genauigkeit benötigt, so kann die Kalibrierung feiner erfolgen. So lassen sich die Anforderungen der Kunden bzgl. der erforderlichen Genauigkeit per Kalibrierung erfüllen.
  • Der Rechenaufwand der Berechnung der Projektionsgeometrie für beliebige Angulationen ist gering.
  • Das vorgestellte Verfahren hat keine restriktiven Anforderungen an die Kalibrierprozedur. So ist es beispielsweise nicht nötig, dass sich die kalibrierten Angulationen in einem regelmäßigen Gitter befinden. Damit lässt sich das neue Verfahren auch in der Praxis für den Servicetechniker sehr leicht kalibrieren, indem verschiedene DynaDR-Läufe aufgenommen und verarbeitet werden.
  • Neben dem Einsatz für die erwähnten bisherigen Applikationen bietet sich auch ein spezieller Einsatz für die 3-D-Rekonstruktion an. Bei der 3-D-Rekonstruktion wird für jedes Protokoll ein Kalibrierlauf gemacht, um die reale Projektionsgeometrie an jeder Bildposition dieses Protokolls zu gewinnen. Nachdem die vorgeschlagene Berechnung der Projektionsgeometrie sehr genau ist, kann man ggf. Protokolle fahren, die nicht kalibriert wurden, weil die Geometrie mit dem neuen Verfahren berechenbar ist. So hätte der Kunde die Wahl, wo er den 3-D-Aquisitionslauf startet. Auch können beliebige Trajektorien gefahren werden, ohne jede einzelne erst vorab kalibrieren zu müssen.
  • Verwendete Bezeichnungen und Abkürzungen
    • iPilot und iGuide
      Applikationen zur Geräte- oder Nadelführung
      LAO
      Left anterior oblique
      CRAN
      Cranial
      SID
      Source-Image-Distanz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005012700 A1 [0021]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ”The projection matrix” aus ”Visual 3D Modeling from Images” von Marc Pollefeys [0035]
    • - http://www.cs.unc.edu/marc/tutorial/node39.html [0035]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem wenigstens zwei Bilder miteinander verarbeitet werden, mit folgenden Schritten: a) Verwendung eines idealen Modells der C-Bogen-Anlage als Grundlage mit variablen und festen Parametern, b) Ermittlung in einem Kalibriervorgang aus den von der C-Bogen-Anlage vorgegebenen Randbedingungen an einer Vielzahl von Angulationsstellungen des C-Bogens, die den benötigten Angulationsbereich abdecken, von Kalibrierwerten einer Projektionsgeometrie unter Verwendung der variablen Parameter, und c) Bestimmung und Speicherung der korrekten realen Projektionsgeometrie für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO mittels Berechnung der Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten gemäß Schritt b unter Berücksichtigung des idealen Modells.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die variablen Parameter gemäß Schritt a) und/oder Schritt b) wenigstens einen Parameter aus folgender Gruppe enthalten: – den Angulationsparameter LAO und/oder – den Angulationsparameter CRAN.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Parameter gemäß Schritt a) wenigstens einen Parameter aus folgender Gruppe enthalten: – den Abstand Röntgenfokus-Kugelmittelpunkt und/oder – den Abstand Kugelmittelpunkt-Detektor.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C-Bogen-Anlage der Kalibriervorgang gemäß Schritt b folgende Schritte umfasst: I. Bestimme die korrekten Projektionsparameter an Angulationsstellungen, die den möglichen Angulationsbereich abdecken sollen, II. Bestimme für jede Angulationsstellung die Abweichungen der korrekten von den idealen neun nötigen Parametern für. a) Position des Röntgen-Fokus im Raum, b) Strahlrichtung bzw. Orientierung der Röhre, c) Brennweite und d) Hauptpunkt und III. Speichere diese Abweichungen für alle Angulationsstellungen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der korrekten Projektionsgeometrie für eine Angulation an den Winkeln CRAN/LAO folgende Schritte durchgeführt werden: a) Berechnung der Abweichungen für diese Winkelkombination aus den Kalibrierdaten, b) Berechnung der idealisierten intrinsischen und extrinsischen Parameter für die gesuchte Position, c) Korrektur der Parameter aus Schritt b) mit den berechneten Abweichungen und d) Bestimmung der benötigten projektiven Abbildung, die von der Applikation verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der korrekten Projektionsgeometrie die Abweichungen für die realen Winkelkombinationen von den Kalibrierpositionen gemäß Schritt c) interpoliert, approximiert oder extrapoliert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der korrekten Projektionsgeometrie die Abweichungen für die realen Winkelkombinationen von den Kalibrierpositionen gemäß Schritt c) nach einem der folgenden Verfahren ermittelt werden: i Übernahme der Abweichungen der Kalibrierpositionen, die den gesuchten Winkeln am nächsten sind (Nächster-Nachbar). ii Berechnung des (gewichteten) Mittels der Abweichungen der n Kalibrierpositionen, die der gesuchten Position am nächsten sind. iii Bestimmung und Mittelung der vier Nachbarn der gesuchten Position. iv Bestimmung und Interpolation der vier Nachbarn mittels radialer Basisfunktionen. v Extrapolation der Abweichungen aus den kalibrierten Abweichungen, falls die gesuchte Position außerhalb des kalibrierten Bereichs liegt.
DE102008059455A 2008-11-28 2008-11-28 Verfahren zur Bestimmung der Projektionsgeometrie einer C Bogen-Anlage Ceased DE102008059455A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018133002A1 (zh) * 2017-01-19 2018-07-26 深圳先进技术研究院 C型臂系统旋转角度校准装置和c型臂系统校准方法
DE102017008921A1 (de) 2017-09-21 2019-03-21 Esspen Gmbh C-Bogen-Röntgengerät

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005012700A1 (de) 2005-03-18 2006-09-28 Siemens Ag Röntgenvorrichtung
DE102006051782A1 (de) * 2005-11-05 2007-05-16 Ziehm Imaging Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem C-Bogen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005012700A1 (de) 2005-03-18 2006-09-28 Siemens Ag Röntgenvorrichtung
DE102006051782A1 (de) * 2005-11-05 2007-05-16 Ziehm Imaging Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem C-Bogen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"The projection matrix" aus "Visual 3D Modeling from Images" von Marc Pollefeys
http://www.cs.unc.edu/marc/tutorial/node39.html

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018133002A1 (zh) * 2017-01-19 2018-07-26 深圳先进技术研究院 C型臂系统旋转角度校准装置和c型臂系统校准方法
DE102017008921A1 (de) 2017-09-21 2019-03-21 Esspen Gmbh C-Bogen-Röntgengerät
WO2019057339A1 (de) 2017-09-21 2019-03-28 Esspen Gmbh C-bogen-röntgengerät
US11490865B2 (en) 2017-09-21 2022-11-08 Esspen Gmbh C-arm X-ray apparatus

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