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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von
zumindest einem von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl
zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes
gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Röntgengerät
zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem
Patentanspruch 8.
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In
neuen Röntgengeräten mit dreidimensional verstellbaren
C-Bögen zur Halterung von Röntgenaufnahmesystemen
werden neben der reinen Röntgenbildgebung auch Positioniervorrichtungen zur
Positionierung von Werkzeugen wie Punktionsnadeln mittels von Lasern
erzeugten Laserfächerstrahlen eingesetzt. Konstruktionsbedingt
verwinden sich C-Bögen in Abhängigkeit von der
gewählten Angulation. Diese Verwindungen führen
zu unbekannter Projektionsgeometrie und Lage der Laser-Positioniervorrichtung.
Diese wird aber benötigt, um beispielsweise die Lage der
Werkzeuge relativ zu den vom Röntgenaufnahmesystem akquirierten
Bildern (2-D oder 3-D) zu bestimmen und für die Positionierung
zu verwenden. Auch kommt es nach längerer Zeit des Betriebs
des Röntgengeräts zu einer Dejustierung der ursprünglich
bei der Installation des Röntgengeräts justierten
Laserfächer. Insbesondere durch C-Bogen-Bewegungen verursachte
Vibrationen können nach langer Betriebsdauer zu Dejustierungen
führen.
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Zur
Bestimmung der Röntgengeometrie des Röntgenaufnahmesystems
bei C-Bögen sind zahlreiche Verfahren bekannt, welche für
ein gegebenes Objekt, insbesondere ein Kalibrierphantom, die Projektionsgeometrie
berechnen. Diese Berechnung wird in einem Kalibrierablauf während
der Installation des Systems vorgenommen, um die resultierenden Parameter
im Patientenbetrieb für die 3-D-Rekonstruktion und 2-D/3-D-Fusion
zu verwenden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus dem Ar tikel "Improving
3-D Image Quality of X-ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly
Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry" von
N. Strobel, B. Heigl, T. Brunner, O. Schütz, M. Mitschke,
K. Wiesent and T. Mertelmeier, Medical Imaging 2003, Physics of
Medical Imaging, Proceedings of the SPIE, Volumen 5030, Seiten 943 ff.,
2003 bekannt. Durch ein derartiges Vorgehen kann aber nicht
die relative Lage des Lasers bzw. des Laserfächerstrahls
zur Röntgengeometrie ermittelt werden, da die Lage eines
Laserfächerstrahls nicht im Röntgenbild erfassbar
ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
welches die Erfassung der relativen Lage des Lasers bzw. des Laserfächerstrahls
zur Röntgengeometrie ermöglicht. Des Weiteren
ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung
des Verfahrens geeignetes Röntgengerät bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem
von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie
eines Röntgengerätes gemäß dem
Patentanspruch 1 und von einem Röntgengerät gemäß dem
Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung
der Position von zumindest einem von einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl
zur Projektionsgeometrie eines Röntgengerätes,
insbesondere unter Verwendung eines optischen Röntgen-Kalibrierphantoms,
mit den Schritten a) Bestimmung der Position der Bildaufnahmevorrichtung
relativ zu der Projektionsgeometrie, b) Bestimmung der Position des
Laserfächers relativ zu der Bildaufnahmevorrichtung, und
c) Rekonstruktion der Position des Laserfächers relativ
zu der Projektionsgeometrie, können auf einfache und schnelle
Weise mögliche Dejustagen des Laserfächerstrahls
während des Betriebs des Röntgengeräts
korrigiert werden. Die Idee der Erfindung besteht darin, dass zumindest
eine, insbesondere zwei, an der Halterung des Aufnahmesystems angeordnete
Bildaufnahmevorrichtung(en) verwendet wird/werden, um die Relation
zwischen der Röntgengeometrie und dem oder den Laserfächerstrahl(en)
herzustellen. Die Relation zwischen Röntgengeometrie und
Laserfächerstrahl wird dabei dadurch bestimmt, dass insbesondere
ein Kalibrierphantom sowohl von den Bildaufnahmevorrichtungen als
auch durch das Röntgenaufnahmesystem abgebildet werden
kann.
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Das
Verfahren kann während der Installation des Röntgengeräts
und zu späteren Zeitpunkten automatisch mit minimalem Aufwand
durchgeführt werden. Es können Ungenauigkeiten
des oder der Laser(s) durch Berücksichtigung der berechneten
Parameter bei der Planung und Verfolgung der Werkzeugpositionen
kompensiert werden.
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In
vorteilhafter Weise wird für die Schritte a) und/oder b)
ein optisches Röntgen-Kalibrierphantom verwendet. Der Vorteil
eines solchen Kalibrierphantoms besteht darin, dass seine Oberfläche,
seine Form und die darin enthaltenen Röntgenmarker bekannt
sind und somit auf einfache Weise Rückschlüsse
auf Projektionsgeometrien gezogen werden können.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt b) von den Einzelschritten
Aufnahme zumindest eines Bildes des von dem Laserfächerstrahl bestrahlten
Kalibrierphantoms durch die zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung,
Extraktion der zumindest einen Projektionslinie des zumindest einen
Laserfächerstrahls auf das Kalibrierphantom aus dem zumindest
einen Bild, Bestimmung der dreidimensionalen Lage der zumindest
einen Projektionslinie relativ zum Kalibrierphantom unter Verwendung
der Oberflächengeometrie des Röntgenphantoms und der
relativen Position der zumindest einen Bildaufnahmevorrichtung zum
Kalibrierphantom, und Rekonstruktion der Ebene des zumindest einen
Laserfächerstrahls aus der zumindest einen 3-D-Projektionslinie
gebildet. Diese Einzelschritte stellen eine besonders einfache aber
präzise Methode dar, die Position des Laserfächers
relativ zu der Bildaufnahmevorrichtung zu bestimmen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt a) von
den Einzelschritten Aufnahme zumindest eines Bildes des Kalibrierphantoms
durch die zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung, Ermittlung der
relativen Position der zumindest einen Bildaufnahmevorrichtung bezüglich
des Kalibrierphantoms anhand des zumindest einen Bildes, Aufnahme
zumindest eines Röntgenbildes des Kalibrierphantoms durch
das Röntgenaufnahmesystem, Ermittlung der Projektionsgeometrie
des Röntgenaufnahmesystems anhand der Röntgenaufnahmen, und
Berechnung der Position der zumindest einen Bildaufnahmevorrichtung
relativ zur Projektionsgeometrie anhand der ermittelten Positionen
bezüglich des Kalibrierphantoms gebildet. Diese Einzelschritte stellen
eine bewährte Methode dar, um die Position der Bildaufnahmevorrichtung
relativ zu der Projektionsgeometrie zu bestimmen und gewährleisten
mit bekannten Algorithmen ein hochqualitatives und genaues Ergebnis.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt b) von den Einzelschritten
Aufnahme zumindest zweier Bilder einer von dem Laserfächerstrahl
bestrahlten Oberfläche, insbesondere einer Patientenoberfläche,
durch die zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen, Extraktion der
zumindest zwei Projektionslinien des zumindest einen Laserfächerstrahls
auf die Oberfläche aus den zumindest zwei Bildern, Bestimmung
der dreidimensionalen Lage der zumindest zwei Projektionslinien
relativ zu der Oberfläche unter Verwendung der relativen
Positionen der zumindest zwei Bildaufnahmevorrichtungen, und Rekonstruktion
der Ebene des zumindest einen Laserfächerstrahls aus den
zumindest zwei 3-D-Projektionslinien, gebildet. Das hat den Vorteil, dass
auch während einer Röntgenuntersuchung eines Patienten
die Justierung des Lasers überprüft werden kann,
indem für den Schritt b) anstelle des Röntgenphantoms
eine Patientenoberfläche verwendet wird. Für den
Schritt a) kann jedoch weiterhin das Kalibrierphantom und das dadurch
definierte Koordinatensystem verwendet werden. Es können
auch bereits vor der Röntgenuntersuchung des Patienten
mit einem Kalibrierphantom ermittelte Werte für Schritt
a) verwendet werden.
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Ein
Röntgengerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weist eine Halterung, ein eine Röntgenquelle
und einen Röntgendetektor aufweisendes Röntgenaufnahmesystem,
zumindest einen einen Laserfächer erzeugenden Laser, zumindest
eine Bildaufnahmevorrichtung, eine Steuerungseinheit und eine Berechnungseinheit
auf, wobei die Röntgenquelle, der Röntgendetektor,
der Laser und die zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung an der
Halterung angeordnet sind. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist dabei insbesondere für ein C-Bogen-Röntgengerät
mit einem dreidimensional verstellbaren C-Bogen, welcher beispielsweise
an einem Knickarmroboter gehaltert sein kann, geeignet.
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In
vorteilhafter Weise wird die zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung
von zumindest einer Kamera, insbesondere von zwei Kameras, gebildet. Kameras
sind bewährte und günstige Bauteile, mit deren
Hilfe insbesondere bei Nutzung von mindestens zwei Kameras und Rekonstruktionsalgorithmen dreidimensionale
Strukturen erzeugt werden können.
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Zweckmäßigerweise
weist das Röntgengerät zwei Laser zur Erzeugung
von zwei Laserfächern auf. Ein dadurch erzeugtes Laserkreuz
ist insbesondere geeignet, Instrumente wie zum Beispiel Punktionsnadeln,
mit hoher Präzision, zu positionieren.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine
Bildaufnahmevorrichtung und/oder der zumindest eine Laser am Röntgendetektor
angeordnet. Für den oder die Laser ist eine solche Anordnung
vorteilhaft, um eine möglichst ungehinderte Ausrichtung
des Laserfächerstrahls auf ein Instrument zu gewährleisten.
In Folge davon ist es ebenfalls für den oder die Bildaufnahmevorrichtungen
vorteilhaft, um den Laserfächerstrahl bzw. dessen Projektionslinie(n)
auf ein Röntgenphantom direkt und ohne Hindernis aufnehmen
zu können. Sind zwei oder mehr Bildaufnahmevorrichtungen
vorhanden, so ist es für eine gute dreidimensionale Darstellung
vorteilhaft, die verschiedenen Bildaufnahmevorrichtungen an verschiedenen
Positionen, insbesondere möglichst weit voneinander entfernt,
anzuordnen. Sowohl Bildaufnahmevorrichtungen als auch Laser sind
insbesondere am Gehäuse des Röntgendetektors angeordnet.
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Zweckmäßgerweise
weist das Röntgengerät eine Systemsteuerung zur
Ansteuerung von Röntgenaufnahmen, Aufnahmen, Bewegungen
und anderen Funktionen sowie ein Bildsystem zur Bildbearbeitung
und Bildanzeige auf.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das verwendete
Kalibrierphantom sowohl röntgensichtbare als auch optisch
sichtbare Strukturen auf; seine Struktur und Oberflächengeometrie sind
dem Röntgengerät bekannt.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele erfolgt. E zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Aufnahmesystems eines Röntgengeräts
mit zwei Bildaufnahmevorrichtungen und zwei Lasern,
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2 eine
vergrößerte Ansicht eines Röntgendetektors
mit zwei Bildaufnahmevorrichtungen und zwei Lasern gemäß 1,
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3 ein
typisches Kalibrierphantom zur Kalibrierung der Röntgengeometrie,
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4 eine
Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5 eine
Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einzelschritten,
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6 ein
Röntgenbild des Kalibrierphantoms nach 3,
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7 ein
optisches Bild des Kalibrierphantoms nach 3,
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8 eine
Ansicht des von einem Laserfächerstrahl bestrahlten Kalibrierphantom
und
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9 ein
optisches Bild des Kalibrierphantoms nach 3 mit einer
Projektionslinie eines Laserfächerstrahls.
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In
der 1 und der 2 sind Ausschnitte des
erfindungsgemäßen Röntgengerätes
gezeigt, bei dem an einem verstellbaren, bewegbaren C-Bogen 17 ein
Röntgendetektor 10 und eine Röntgenquelle 11 angeordnet
sind. Der C-Bogen 17 ist bevorzugt dreidimensional verstellbar,
zum Beispiel indem er an einem mehrachsigen Knickarmroboter befestigt ist.
An dem Röntgendetektor sind zwei als Positioniervorrichtung
für Instrumente ausgebildete Laser 15 angeordnet,
welche jeweils einen Laserfächerstrahl 13 entlang
der Strahlrichtung des Röntgenstrahles erzeugen. Die Laserfächerstrahlen
bilden für die Instrumentenpositionierung ein Laserkreuz.
Die Positionierung von Instrumenten mittels Laserfächerstrahlen
und Laserkreuzen ist bekannt. Zusätzlich sind an dem Röntgendetektor 10 zwei
Kameras 12 angeordnet, die in Richtung der Laserfächerstrahlen ausgerichtet
sind. Idealerweise sind die Kameras 12 an unterschiedlichen
Enden des Röntgendetektors 10 angeordnet, um mit
einem möglichst großen Abstand möglichst
gut 3-D-Strukturen rekonstruieren zu können. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann jedoch auch mit einer oder mehr als zwei Kameras 12 durchgeführt
werden. Für die Ansteuerung des Röntgensystems,
also zum Beispiel des Röntgendetektors, der Röntgenquelle,
der Kameras, der Laser und der anderen Komponenten kann beispielsweise
eine Systemsteuerung vorgesehen sein. Diese Systemsteuerung kann
das erfindungsgemäße Verfahren automatisch ansteuern.
Für Berechnungen und Rekonstruktionen können Berech nungs-
oder Verarbeitungseinheiten vorgesehen sein; zur Speicherung von
Daten und Informationen können Speichereinheiten vorgesehen
sein.
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Ein
für das erfindungsgemäße Verfahren geeignetes
Kalibrierphantom weist sowohl röntgenabsorbierende Marker
als auch im Kamerabild sichtbare Strukturen auf. Außerdem
ist die relative Lage der Strukturen in Bezug auf ein dem Kalibrierphantom zugeordnetes
Koordinatensystem und die Oberflächengeometrie des Kalibrierphantoms
bekannt und beides kann in die Berechnungen einbezogen werden.
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Ein
Beispiel für ein solches Kalibrierphantom 14 ist
in der 3 gezeigt. Das Kalibrierphantom 14 besteht
aus einem röntgentransparenten Kunststoffzylinder, in dem
108 Kugeln 18 eingelassen sind. Die Kugeln bestehen aus
korrosionsfreiem Stahl und wirken somit als Marker in den Röntgenbildern.
Die Kugeln sind helixförmig angeordnet. Die helixförmige Markeranordnung
hat den Vorteil, dass insbesondere bei kreisförmigen Abtastbahnen,
wie sie bei Röntgen-C-Bögen üblich sind,
sinusförmige Kurven in den Projektionsbildern erkennbar
sind, d. h. möglichst viele Marker gleichzeitig optimal
abgebildet sind. Die Kugeln 18 des Kalibrierphantoms können
zwei unterschiedliche Größen haben. Die Auswahl
zwischen großer und kleiner Kugel für einen bestimmten
Ort in der Helix erfolgt durch eine Kodierung, wobei durch die Möglichkeit,
zwei verschiedene Kugelgrößen bereitzustellen,
eine Binärkodierung gegeben ist. Die Kodierung ist so gewählt,
dass eine Teilsequenz von acht Kugeln in der Abbildung ausreicht,
wenn deren unterschiedliche Größe im Projektionsbild
zu erkennen ist, um genau zuzuordnen, welche acht Kugeln aus den
108 Kugeln in dem Projektionsbild abgebildet sind. Ein Beispiel
für ein Röntgenbild 19 des Kalibrierphantoms
ist in der 6 und ein Beispiel für ein
Kamera-Bild 20 des Kalibrierphantoms ist in der 7 gezeigt.
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In
der 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren
im Überblick gezeigt, wobei die Position der Bildaufnahmevorrichtung
rela tiv zu der Projektionsgeometrie des Röntgenaufnahmesystems
(Röntgendetektor und Röntgenquelle) bestimmt wird
(Schritt a)), dann die Position des Laserfächers relativ
zu der Bildaufnahmevorrichtung bestimmt wird (Schritt b)) und anschließend
die Position des Laserfächers relativ zu der Projektionsgeometrie
rekonstruiert wird (Schritt c)). In der 5 sind die
Einzelschritte des Verfahrens dargestellt.
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Mittels
folgender Einzelschritte wird unter Verwendung des Kalibrierphantoms 14 für
eine Angulation des C-Bogens die Position der Bildaufnahmevorrichtung(en)
relativ zur Röntgengeometrie ermittelt: Durch bekannte
Verfahren, wie sie zum Beispiel aus der bereits genannten Schrift "Improving 3-D
Image Quality of X-ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly Designed
Pose Determination Systems for Calibrating the Projection Geometry" bekannt
sind, wird nach Aufnahme zumindest eines Röntgenbildes
des Kalibrierphantoms (Schritt a1) die Projektionsgeometrie des
Röntgenaufnahmesystems mittels der röntgenabsorbierenden
Marker des Kalibrierphantoms aus einem Röntgenbild des
Kalibrierphantoms ermittelt (Schritt a2). Ebenfalls auf bekannte
Weise, zum Beispiel aus der Schrift „An Efficient
and Accurate Camera Calibration Technique for 3-D machine vision" von
R. Y. Tsay, Proceedings of IEEE Conference an Computer Vision and
Pattern Recognition, Miami Beach, FL, Seiten 364 bis 374, 1986,
wird nach Aufnahme zumindest eines Bildes des Kalibrierphantoms
(Schritt a3) die relative Position der Bildaufnahmevorrichtung/en
in Bezug auf das Kalibrierphantom aus dem oder den Bildern der Bildaufnahmevorrichtungen
ermittelt (Schritt a4).
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Es
kann auch vorgesehen sein, die Schritte a3) und a4) vor den Schritten
a1) und a2) durchzuführen. Durch die nun berechenbaren
Positionen der Röntgengeometrie und der Bildaufnahmevorrichtung/en
in Bezug auf dasselbe Koordinatensystem, also das des Kalibrierphantoms,
sind so auch alle relativen Positionen zwischen den Bildaufnahmevorrichtung/en
und der Röntgengeometrie berechenbar (Schritt a5). Schritt
a bzw. die Einzelschritte a1 bis a5 müssen nicht für
jede Angulation neu berechnet werden, vielmehr kann auch die einmal
bestimmte relative Position zwischen der Röntgengeometrie
und der/den Bildaufnahmevorrichtung(en) gespeichert und wieder verwendet
werden.
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Um
nun die Position des Lasers bzw. der Laserfächerstrahlen
gegenüber der Bildaufnahmevorrichtung zum Beispiel während
einer Installation des Röntgengerätes zu bestimmen,
sind folgende Einzelschritte durchzuführen: Zuerst werden
ein oder mehrere Bilder des von dem Laserfächerstrahl beschienenen
Kalibrierphantoms mittels der zumindest einen Bildaufnahmevorrichtung
aufgenommen (Schritt b1)). Die Ansteuerung kann zum Beispiel von
der Systemsteuerung des Röntgengeräts übernommen werden.
In 8 ist gezeigt, wie das Kalibrierphantom 14 von
einem Laserfächerstrahl 13 beschienen wird und
sich entsprechend auf dem Kalibrierphantom eine Projektionslinie 16 bildet.
In 9 ist ein solches Bild 20 mit der abgebildeten
zweidimensionalen Projektionslinie gezeigt. Anschließend
wird die zumindest eine Projektionslinie 16 des zumindest
einen Laserfächerstrahls 13 auf das Kalibrierphantom aus
dem zumindest einen Bild extrahiert (Schritt b2)). Dies kann mittels
einer Bildverarbeitungsvorrichtung und zum Beispiel einer Software
durchgeführt werden.
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Aus
der Abbildung der zweidimensionalen Projektionslinie wird anschließend
die dreidimensionale Position der Projektionslinie relativ zu dem
Kalibrierphantom bestimmt (Schritt b3)). Dazu werden die bekannte
Oberflächengeometrie des Kalibrierphantoms und die relative
Position der Bildaufnahmevorrichtung zum Kalibrierphantom herangezogen. Mit
Hilfe dieser Informationen kann die dreidimensionale Position der
Projektionslinie beispielsweise mittels einer Bildverarbeitungseinheit
oder einer Berechnungseinheit mit einer Software berechnet werden. Aus
der dreidimensionalen Projektionslinie kann dann auf einfache Weise
die Ebene des Laserfächerstrahls und/oder die Position
des Lasers rekonstruiert werden (Schritt b4)). Im Falle mehrerer
Bildaufnahmevorrichtungen werden entsprechend mehrere Bilder aufgenommen
und daraus die Projektionslinien bestimmt und der oder die Laserfächerstrahlen
rekonstruiert. Sind mehrere, z. B. zwei Laserfächerstrahlen
vorhanden, so werden beide Ebenen getrennt voneinander bestimmt.
Daraus kann dann der Kreuzungspunkt bestimmt werden.
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Anschließend
wird dann der Laserfächerstrahl bzw. dessen Ebene relativ
zu der Röntgengeometrie rekonstruiert (Schritt c)). Sämtliche
Ermittlungs- oder Rekonstruktionsschritte können mittels Bildverarbeitungs-
oder Berechnungseinheiten und Software mit entsprechenden Algorithmen
berechnet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird für beliebige
Angulationen, also Positionen, des C-Bogens durchgeführt.
Die daraus erhaltenen Informationen können dann bei der
Positionsplanung und Positionsverfolgung von Werkzeugen während
einer Operation, einer Röntgenuntersuchung oder eines interventionellen
Eingriffes verwendet werden, um anlagenspezifische Ungenauigkeiten
auszugleichen.
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Um
die Anzahl der zu kalibrierenden Angulationen des C-Bogens zu limitieren,
kann eine diskrete Unterabtastung erfolgen und mittels Interpolation
die Korrekturparameter für dazwischen liegende Positionen
ermittelt werden. Neben der Interpolation ist auch ein modellbasierter
Ansatz und die Parameterschätzung aus den akquirierten
und berechneten Stützstellen möglich.
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Um
das Problem der möglichen zeitlichen Veränderung
der Justierung des oder der Laser zu lösen, kann beim Vorhandensein
mindestens zweier Bildaufnahmevorrichtungen die exakte Geometrie des
Lasers bzw. des Laserfächerstrahls relativ zu den Bildaufnahmevorrichtungen
auch durch die folgenden Einzelschritte ermittelt werden: Es wird
jeweils zumindest ein Bild einer Oberfläche, zum Beispiel
einer Patientenoberfläche, von mindestens zwei Bildaufnahmevorrichtungen
aufgenommen (Schritt b5)), zum Beispiel angesteuert durch die Systemsteuerung.
Anschließend werden die jeweiligen Projektionslinien des
zumindest einen Laserfächerstrahls 13 auf die
Oberfläche aus den zumindest zwei Bildern extrahiert (Schritt
b6)). Dies kann wiederum automatisch erfolgen. Anschließend
wird die dreidimensionale Position der Projektionslinien aus den Bildern
ermittelt (Schritt b7)), wobei hierzu die nach Schritt a) bekannte
Position der Bildaufnahmevorrichtungen relativ zum Koordinatensystem,
das im ersten Schritt durch das Kalibrierphantom festgelegt wurde,
verwendet wird. Anschließend wird die Ebene des Laserfächerstrahls
anhand der rekonstruierten dreidimensionalen Lagen der Projektionslinien
rekonstruiert (Schritt b8)). Anschließend wird dann wiederum
der Laserfächerstrahl bzw. dessen Ebene relativ zu der
Röntgengeometrie rekonstruiert (Schritt c)).
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Die
Idee der Erfindung besteht darin, dass am C-Bogen angebrachte Bildaufnahmevorrichtungen,
wie zum Beispiel Videokameras, verwendet werden, um die Relation
zwischen Röntgengeometrie und Laser herzustellen. Der Aufbau
des entsprechenden Röntgengerätes weist beispielweise
einen beweglichen C-Bogen, eine am C-Bogen montierte Laser-Positioniereinrichtung,
beispielsweise in Form zweier am Gehäuse des Röntgendetektors
montierter Laser-Fächer-Projektoren, und eine oder mehrere am
C-Bogen montierte Videokameras, beispielsweise direkt am Gehäuse
des Röntgendetektors, auf. Die Kameras sind in Richtung
der Laserfächer ausgerichtet.
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In
einem Kalibrierverfahren kann die Relation zwischen Röntgengeometrie
und Laserfächer dadurch bestimmt werden, dass ein Kalibrierphantom sowohl
von den Videokameras als auch durch das Röntgenaufnahmesystem
abgebildet wird. Vorteilhafterweise weist das Kalibrierphantom sowohl
röntgenabsorbierende Marker als auch im Kamerabild sichtbare
Strukturen auf, die relative Lage dieser Strukturen ist in Bezug
auf ein dem Kalibrierphantom zugeordnetes Koordinatensystem bekannt
und die Oberflächengeometrie des Röntgenphantoms
ist bekannt und ebenfalls im oben genannten Koordinatensystem beschrieben.
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Für
eine C-Bogen-Angulation kann die Lage der Videokameras relativ zur
Röntgengeometrie ermittelt werden, indem die Projektionsgeometrie
des Röntgenaufnahmesystems mittels der röntgenabsorbierenden
Marker aus einer Röntgenaufnahme des Kalibrierphantoms
durch bekannte Verfahren bestimmt wird, die relative Lage der Videokameras
in Bezug auf das Kalibrierphantom aus Videoaufnahmen der Kamera(s)
durch bekannte Verfahren bestimmt wird und durch die nun berechenbaren
Lagen der Röntgengeometrie und der Videokameras in Bezug
auf dasselbe Koordinatensystem alle relativen Lagen zwischen den
Videokameras und der Röntgengeometrie berechnet werden.
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Die
Lage des Lasers gegenüber der Röntgengeometrie
wird z. B. während einer Installation berechnet, indem
Videobilder bei angeschalteter Laser-Positionierungseinrichtung
aufgenommen werden, automatisch die Laser-Projektion auf dem Kalibrierphantom
in den aufgenommenen Videobildern extrahiert wird, die 3-D-Lage
der Projektionslinien im Koordinatensystem des Kalibrierphantoms
unter Verwendung der bekannten Oberflächengeometrie und der
relativen Lage der Videokameras zum selben Koordinatensystem bestimmt
wird (dies ist mit mindestens einer Kamera möglich) und
die Ausrichtung der durch die Laser-Fächer beschriebenen
Ebenen aus den Projektionslinien rekonstruiert wird.
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Um
Veränderungen der Laser-Justage auch nach der Installation
des Röntgengeräts verfolgen zu können,
kann beim Vorhandensein mindestens zweier Videokameras die exakte
Lasergeometrie relativ zum C-Bogen ermittelt werden, indem Videobildern aus
mindestens zwei Kameras während des Patientenbetriebs aufgenommen
werden, die durch Projektion der Laserfächer auf die Patientenoberfläche
erzeugten Linien aus den Videobildern extrahiert werden, die 3-D-Linie
aus den einzelnen 2-D-Linien der Videobilder unter Benutzung der
bekannten Lagen der Videokameras relativ zum Koordinatensystem, das
im ersten Schritt durch das Kalibrierphantom festgelegt wurde, rekonstruiert
werden und die Ausrichtung der durch die Laser- Fächer beschriebenen Ebenen
aus den rekonstruierten 3-D-Linien berechnet wird.
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Die
Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen:
Zur Erfassung der relativen Lage eines Lasers bzw. Laserfächerstrahls
zur Röntgengeometrie eines Röntgengeräts
ist ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von zumindest einem von
einem Laser erzeugten Laserfächerstrahl zur Projektionsgeometrie
eines Röntgengerätes mit einem eine Röntgenquelle
und einen Röntgendetektor aufweisenden Röntgenaufnahmesystem,
wobei die Röntgenquelle, der Röntgendetektor,
der Laser und zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung an einer Halterung
angeordnet sind, mit den folgenden Schritten vorgesehen:
- a) Bestimmung der Position der Bildaufnahmevorrichtung
relativ zu der Projektionsgeometrie,
- b) Bestimmung der Position des Laserfächers relativ
zu der Bildaufnahmevorrichtung und
- c) Rekonstruktion der Position des Laserfächers relativ
zu der Projektionsgeometrie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ”Improving
3-D Image Quality of X-ray C-Arm Imaging Systems by Using Properly
Designed Pose Determination Systems for Calibrating the Projection
Geometry” von N. Strobel, B. Heigl, T. Brunner, O. Schütz,
M. Mitschke, K. Wiesent and T. Mertelmeier, Medical Imaging 2003,
Physics of Medical Imaging, Proceedings of the SPIE, Volumen 5030,
Seiten 943 ff., 2003 [0003]
- - ”Improving 3-D Image Quality of X-ray C-Arm Imaging
Systems by Using Properly Designed Pose Determination Systems for
Calibrating the Projection Geometry” [0032]
- - „An Efficient and Accurate Camera Calibration Technique
for 3-D machine vision” von R. Y. Tsay, Proceedings of
IEEE Conference an Computer Vision and Pattern Recognition, Miami
Beach, FL, Seiten 364 bis 374, 1986 [0032]