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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt auf einem Untersuchungsobjekt in einem Körperinneren einer Untersuchungsperson mittels Röntgenbildgebung und ein Röntgengerät. Insbesondere betrifft die Erfindung Techniken zur Stereorekonstruktion des ersten Punkts und des zweiten Punkts zum Erhalten jeweils einer dreidimensionalen Position des ersten und zweiten Punkts gegenüber einer Röntgenstrahlquelle des Röntgengeräts.
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Die Röntgenbildgebung, z. B. mittels eines C-Bogengeräts, erlaubt es, Bilder bzw. Messdaten eines Untersuchungsobjekts aus einem Körperinneren einer Untersuchungsperson zu erfassen. Z. B. können solche Bilder als Grundlage einer späteren und getrennten medizinischen Anwendung dienen oder aber es können physikalische Messgrößen aus den Bildern bestimmt werden. Die Messgrößen können insbesondere Volumen und/oder Abstände, Achsen und Winkel betreffen.
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In
DE 10 2005 018 327 A1 wird eine Länge eines Gefäßsystems aus einem Volumendatensatz berechnet. Es werden Röntgenbilder aus verschiedenen Projektionsrichtungen erfasst.
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Aus
EP 1 598 778 A1 ist ein Verfahren zum Abbilden von geometrischen Gegenständen in einem digitalen Bild bekannt. Ein Referenzpunkt in einem Modell wird selektiert und in das digitale Bild abgebildet. Basierend auf einer Übereinstimmung zwischen einem Referenzobjekt und einem korrespondierenden abgebildeten Objekt wird eine geometrische Transformation berechnet. Dadurch kann ein Modellbild in eine entsprechende Position in dem digitalen Bild abgebildet werden. Messungen können durchgeführt werden.
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Aus
DE 10 2007 034 221 A1 ist ein Verfahren zur virtuellen Anpassung eines Objekts an ein Körperteil eines Patenten bekannt. Dazu wird eine charakteristische Größe des Objekts und des Körperteils ermittelt.
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Bei verschiedensten Techniken muss die Bestimmung solcher Messgrößen manuell durch medizinisches Personal durchgeführt werden. Jedoch kann auch bei automatischer oder prozessorbasierter Bestimmung dieser Messgrößen eine metrische Abstandsbestimmung, d. h. Längenermittlung, nur eingeschränkt möglich bzw. stark fehlerbehaftet sein, da bei sogenannte langen Objekten eine eingeschränkte Sichtbarkeit der Objekte in der Röntgenbildgebung auftritt. Herkömmliche C-Bogengeräte können nämlich typischerweise eine Auflösung bzw. ein Gesichtsfeld aufweisen, die es nicht oder nur eingeschränkt erlauben, das gesamte Untersuchungsobjekt zu visualisieren bzw. Daten für das gesamte Untersuchungsobjekt zu erfassen.
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Hierzu sind in der Literatur Techniken bekannt, welche ein Zusammensetzen einer Vielzahl von erfassten Bildern zu einem Gesamtbild erlauben, d. h. sogenannte Mosaicing/Stitching-Ansätze (Bildmosaiktechniken). Z. B. ist aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 632 181 A1 ein solches Verfahren und ein System zur Bildkomposition, insbesondere für mit einem C-Bogengerät erfasste Röntgenbilder, bekannt. Anhand von miterfassten Ortsmarken einer Markerebene kann eine Rechnereinheit eine Vielzahl von Teilbildern zu einem Gesamtbild zusammensetzen. Die absolute Position innerhalb der Markerebene, welche aus den Ortsmarken bestimmt werden kann, kann mittels datentechnischer Verfahren automatisch erkannt werden und die Teilbilder derart zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden.
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Jedoch können solche Techniken bestimmte Nachteile aufweisen. Zum Beispiel können die Ortsmarken nicht auf dem Untersuchungsobjekt selbst, sondern auf einer getrennten Markerebene angebracht sein – die Markerebene kann insbesondere einen Versatz und/oder Verkippung gegenüber dem Untersuchungsobjekt aufweisen. Das Zusammensetzen bzw. die Bildkomposition erfolgt dann nicht anhand des Untersuchungsobjekts selbst, sondern anhand der z. B. in Längsrichtung (d. h. in Richtung eines Zentralstrahls des Röntgengeräts und z. B. senkrecht zur Detektorebene) versetzten Ortsmarken. Abstrakter formuliert kann es zum Beispiel vorkommen, dass nicht das Untersuchungsobjekt vermessen wird, sondern das Hilfsobjekt der Ortsmarken. Dies kann, unter anderem in Anbetracht der projektiven Abbildungseigenschaften des C-Bogengeräts, eine Ungenauigkeit in der Bildkomposition bewirken, sodass auch eine Unsicherheit bzw. ein Fehler in aus dem Gesamtbild abgeleiteten Messgrößen, etwa Abständen, resultiert.
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Deshalb besteht ein Bedarf, verbesserte Techniken zur Abstandsbestimmung bei der Röntgenbildgebung bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt auf einem Untersuchungsobjekt in einem Körperinneren einer Untersuchungsperson mittels Röntgenbildgebung durch ein Röntgengerät, wobei das Verfahren das Erfassen eines ersten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt beinhaltet, bei einer ersten Relativpositionierung einer Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt umfasst. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen eines zweiten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt beinhaltet, bei einer zweiten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen eines dritten Röntgenbilds, welches den zweiten Punkt beinhaltet, bei einer dritten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen eines vierten Röntgenbilds, welches den zweiten Punkt beinhaltet, bei einer vierten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen einer Lage des ersten Punkts in dem ersten Röntgenbild und in dem zweiten Röntgenbild und das Bestimmen einer Lage des zweiten Punkts in dem dritten Röntgenbild und dem vierten Röntgenbild. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des ersten Punkts als korrespondierende Landmarke zum Erhalten einer dreidimensionalen (3d) Position des ersten Punkts, sowie das Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des zweiten Punkts als korrespondierende Landmarke zum Erhalten einer 3d Position des zweiten Punkts. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen des Abstandes zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt aus der 3d Position des ersten Punkts und der 3d Position des zweiten Punkts. Die erste Relativpositionierung und die zweite Relativpositionierung sind im Wesentlichen parallel zu einem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben und die dritte Relativpositionierung und die vierte Relativpositionierung sind im Wesentlichen parallel zu dem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben.
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Zum Beispiel ist es möglich, dass die 3d Position des ersten Punkts und des zweiten Punkts in einem Referenzkoordinatensystem definiert bzw. angegeben ist. Z. B. kann das Referenzkoordinatensystem von Ortsmarken in einer Markerebene, z. B. auf einem Markerobjekt welches sich im Strahlengang der Röntgenstrahlen befindet, bestimmt sein. In anderen Worten kann es möglich sein, dass das erste und zweite und dritte und vierte Röntgenbild Ortsmarken einer ortskodierten Markerebene abbilden, wobei die 3d Position des ersten Punkts und die 3d Position des zweiten Punkts in einem Referenzkoordinatensystem der Ortsmarken bestimmt ist. Es ist auch möglich, ein Röntgengerät-Navigationsgerät zu verwenden, welches die Relativpositionierungen des Röntgengeräts überwacht und das Referenzkoordinatensystem bestimmt. Es sollte verstanden werden, dass es ausreichend sein kann, die 3d Positionen des ersten und zweiten Punkts in ein und demselben Referenzkoordinatensystem zu bestimmen. Dann kann es nämlich möglich sein, den Abstand direkt aus den beiden 3d Positionen zu bestimmen – wie genau das Referenzkoordinatensystem bestimmt ist, kann hierbei nicht wesentlich sein.
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Zum Beispiel kann das Röntgengerät ein C-Bogengerät sein oder ein fest installiertes Röntgengerät. Zum Beispiel kann das Röntgengerät die Röntgenstrahlquelle und einen Röntgenstrahldetektor umfassen, welche z. B. in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, z. B. parallel zu einem Zentralstrahl der Röntgenphotonen. Dieser feste Abstand kann eine Brennweite bezeichnen, sich entlang des Zentralstrahls erstrecken und daher eine Längsrichtung definieren. Daher kann die Längsrichtung definiert sein, als eine Richtung welche sich entlang bzw. parallel zu einem Strahlengang des Zentralstrahls von Röntgenphotonen orientiert ist.
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Die Stereorekonstruktion ist eine dem Fachmann im Allgemeinen bekannte Technik. Diese kann das Bestimmen der 3d Position von korrespondierenden Landmarken gegenüber der Kameraposition erlauben, die in mindestens zwei zweidimensionalen (2d) Bildern bestimmt sind. Details zu dieser Technik müssen hier nicht weiter erläutert werden, da sie dem Fachmann bekannt sind.
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Die im Wesentlichen parallel zu dem Zentralstrahl verschobenen Relativpositionierungen können z. B. bedeuten: Verschiebung parallel zum Zentralstrahl, Verschiebung unter einem Fehlwinkel von kleiner 5° oder kleiner 10°. Insbesondere kann der Fehlwinkel durch maximal akzeptable Transformationsparameter (wie Stauchung, Rotation etc.), außer Skalierung, begrenzt sein.
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Der Abstand zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt kann in Komponenten in Längsrichtung und vertikaler Richtung zerlegt werden, d. h. parallel und senkrecht zu dem Zentralstrahl. Es kann z. B. möglich sein, im Vergleich zu der Eingangs erwähnten herkömmlichen Methode, die auf einer Ortskodierung von Ortsmarken in einer Markerebene beruht, eine verbesserte Genauigkeit in der Bestimmung des Abstandes zu Erreichen. Dies kann insbesondere durch das Berücksichtigen aller drei Dimensionen bei dem Bestimmen des Abstandes der Fall sein. Durch das Berücksichtigen der 3d Positionen bei der Berechnung des Abstands zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt kann eine erhöhte Genauigkeit in der Berechnung erzielt werden. Dies kann eine Unsicherheit in der Bestimmung der physikalischen Messgröße „Abstand” verringern, was in der technischen Anwendung von großer Bedeutung sein kann. Auch nachfolgende und getrennte medizinische Anwendungen können derart genauer und sicherer durchgeführt werden. Der Abstand kann für weitere geometrische Parameter verwendet werden, wie z. B. Winkel usf.
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Das erste und zweite Röntgenbild können einen ersten Teilbereich des Untersuchungsobjekts abbilden und unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe aufweisen und/oder nicht oder nur gering gegeneinander rotiert und verkippt sein. Auch das dritte und das vierte Röntgenbild können einen zweiten Teilbereich des Untersuchungsobjekts abbilden und unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe aufweisen und/oder nicht oder nur gering gegeneinander verkippt sein. Daher können in anderen Worten der erste Teilbereich den ersten Punkt umfassen und der zweite Teilbereich den zweiten Punkt umfassen.
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Typischerweise kann sich der Strahlengang der Röntgenphotonen für zunehmende Abstände zur Röntgenstrahlquelle aufweiten. Aufgrund dieser Aufweitung des Querschnitts des Strahlengangs, d. h. des divergenten Strahlengangs, kann eine unterschiedliche Höheneinstellung des Röntgengeräts, d. h. eine unterschiedliche Positionierung des Untersuchungsobjekts parallel zu dem Zentralstrahl, eine Änderung des Abbildungsmaßstabes von abgebildeten Objekten bewirken. Zum Beispiel können Objekte welche sich näher (weiter entfernt) zur Röntgenstrahlquelle befinden größer (kleiner) in den Röntgenbildern abgebildet werden. Bei verschiedenen Höheneinstellungen kann in anderen Worten der Abbildungsmaßstab unterschiedlich sein.
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Die Brennweite des Röntgengeräts, z. B. insbesondere des C-Bogengeräts, kann z. B. durch einen Öffnungswinkel des Strahlengangs und eine Fläche des Röntgenstrahldetektors bestimmt sein. Rein illustrativ und nicht limitierend kann z. B. eine Brennweite des C-Bogengeräts von 1 m aufgrund der Aufweitung des Strahlenquerschnitts einen Strahlenquerschnitt von etwa 0,23 m in 1 m Entfernung zur Röntgenstrahlquelle bezeichnen (11° Öffnungswinkel). Zum Beispiel kann ein typischer Abstand zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Röntgenstrahldetektor 1 m betragen.
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Z. B. können die erste und zweite Relativpositionierung bzw. die dritte und vierte Relativpositionierung unterschiedlichen Höheneinstellungen (Relativpositionierungen des Untersuchungsobjekts entlang des Zentralstrahls, d. h. in Längsrichtung, gegenüber der Röntgenstrahlenquelle) des Röntgengeräts entsprechen, d. h. eine unterschiedliche Anordnung des Untersuchungsobjekts im Strahlengang der Röntgenphotonen aufweisen, z. B. näher oder weiter entfernt zu der Röntgenstrahlquelle. Derart kann – z. B. auch bei fester Brennweite des Röntgengeräts – erreicht werden, dass sich im Wesentlichen der Abbildungsmaßstab zwischen dem ersten und zweiten bzw. dem dritten und vierten Röntgenbild ändert. Z. B. kann die Rotation und Verkippung im Rahmen der Positioniergenauigkeit des Röntgengeräts konstant gehalten werden. Derart kann insbesondere das Bestimmen der Lagen des ersten und zweiten Punkts in den jeweiligen Röntgenbildern besonders einfach geschehen, da sich die jeweiligen Röntgenbilder – bis auf den Abbildungsmaßstab – zu einem hohen Maße gleichen.
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Im Allgemeinen können die erste und zweite Relativpositionierung bzw. die dritte und vierte Relativpositionierung unterschiedlichen relativen Positionen entlang des Strahlengangs entsprechen.
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Typische Röntgengeräte, insbesondere C-Bogengeräte, können einen festen Abstand zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Röntgenstrahldetektor aufweisen. Jedoch sollte verstanden werden, dass die Relativpositionierung äquivalent durch eine Veränderung der Positionierung der Röntgenstrahlquelle und/oder des Röntgenstrahldetektors gegenüber dem z. B. ortsfesten Untersuchungsobjekt – oder durch eine Veränderung der Positionierung des Untersuchungsobjekt gegenüber den ortsfesten Röntgenstrahlquelle und Röntgenstrahldetektor erreicht werden kann. Maßgeblich kann insbesondere eine relative Positionierung zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Röntgenstrahldetektor einerseits und dem Untersuchungsobjekt andererseits sein.
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Die erste und zweite Relativpositionierung kann gegenüber der dritten und vierten Relativpositionierung im Wesentlichen senkrecht zu einem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben sein. Das kann z. B. bedeuten, dass der erste und zweite Teilbereich hauptsächlich senkrecht zu dem Zentralstrahl gegeneinander verschoben sind. Es sollte verstanden werden, dass sich der von den jeweils ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbildern abgebildete erste und zweite Teilbereich des Untersuchungsobjekts nicht, auch nicht teilweise, überschneiden muss. Jedoch können sich der erste und zweite Teilbereich teilweise überschneiden. Z. B. kann es möglich sein, dass das erste und das zweite Röntgenbild den ersten Punkt an einem proximalen Ende des Untersuchungsobjekts, z. B. einem länglichen Knochen, abbilden, während das dritte und vierte Röntgenbild den zweiten Punkt an einem distalen Ende des länglichen Knochens abbilden. Es ist z. B. nicht notwendig, die Teilbereiche des Untersuchungsobjekts, die zwischen dem ersten und zweiten Punkt liegen, mittels weiterer Röntgenbilder zu erfassen.
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Im Allgemeinen kann eine beliebige Repositionierung zwischen der ersten und zweiten Relativpositionierung und der dritten und vierten Relativpositionierung erfolgen. Die Repositionierung kann im Allgemeinen bekannt sein. Es ist möglich, die Repositionierung zu bestimmen, z. B. mittels eines geeigneten Röntgengerät-Navigationsgeräts. Ein solches Röntgengerät-Navigationsgerät kann das Referenzkoordinatensystem bestimmen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann es möglich sein, dass das Erfassen des dritten Röntgenbilds dem Erfassen des ersten Röntgenbilds entspricht und das Erfassen des vierten Röntgenbilds dem Erfassen des zweiten Röntgenbilds entspricht. In anderen Worten kann das erste Röntgenbild gleich dem dritten Röntgenbild sein und das zweite Röntgenbild gleich dem vierten Röntgenbild sein; daher kann auch die erste Relativpositionierung gleich der dritten Relativpositionierung sein und die zweite Relativpositionierung gleich der vierten Relativpositionierung sein. Dies kann der Fall sein, wenn z. B. das erste und zweite Röntgenbild bereits den zweiten Punkt beinhalten. Dann können die Schritte des Erfassens des dritten und vierten Röntgenbilds bereits durch die Schritte Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds verwirklicht sein. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Punkt kann dann innerhalb eines Satzes von ersten und zweiten (bzw. dritten und vierten) Röntgenbildern bestimmt werden.
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Es kann z. B. auch möglich sein, dass die erste Relativpositionierung und die dritte Relativpositionierung eine erste Höheneinstellung des Röntgengeräts aufweisen und die zweite Relativpositionierung und die vierte Relativpositionierung eine zweite Höheneinstellung des Röntgengeräts aufweisen, wobei die erste und zweite Höheneinstellung des Röntgengeräts jeweils einen unterschiedlichen Abstand der Röntgenstrahlquelle von dem Untersuchungsobjekt bezeichnen, z. B. entlang des Strahlengangs. Es kann auch möglich sein, dass die erste und zweite Relativpositionierung und die dritte und vierte Relativpositionierung jeweils eine gleiche Positionierung senkrecht zu dem Zentralstrahl des Röntgengeräts aufweisen. Dies kann ein besonders einfaches Bestimmen der Lagen des ersten und zweiten Punkts erlauben.
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Z. B. kann das Bestimmen der Lagen des ersten Punkts und das Bestimmen der Lagen des zweiten Punkts manuell durch einen Benutzer des Röntgengeräts erfolgen. Z. B. kann der Benutzer den ersten und zweiten Punkt jeweils in dem ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbild, d. h. in dem abgebildeten ersten bzw. zweiten Teilbereich, anklicken. Der Benutzer kann sich z. B. anhand von abgebildeter anatomischer Information orientieren. Insbesondere kann vorteilhafter Weise lediglich ein Abbildungsmaßstab zwischen dem ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbild verschieden sein, was eine besonders einfache manuelle Orientierung ermöglich kann.
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Z. B. kann eine Benutzerschnittstelle bereitgestellt werden, welche es dem Benutzer ermöglicht, in einer Visualisierung des ersten oder zweiten Röntgenbilds bzw. des dritten oder vierten Röntgenbilds den ersten bzw. zweiten Punkt auszuwählen, z. B. durch anklicken. Dies kann es erlauben, gezielt Abstände zwischen anatomisch signifikanten Punkten des Untersuchungsobjekts, z. B. proximalen bzw. distalen Enden eines Knochens etc., zu ermöglichen. Es kann auch möglich sein, den ersten Punkt und den zweiten Punkt automatisch oder teilautomatisch zu bestimmen: z. B. können anatomisch relevante Punkte identifiziert werden etc.
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Das Bestimmen der Lagen des ersten Punkts und das Bestimmen der Lagen des zweiten Punkts kann auch zumindest teilweise automatisch durch eine 2d-2d Bildregistrierung des ersten Röntgenbilds mit dem zweiten Röntgenbild, sowie des dritten Röntgenbilds mit dem vierten Röntgenbild erfolgen. Dem Fachmann sind Techniken der 2d-2d Bildregistrierung bekannt, welche es erlauben können, durch eine Transformation eine Zuordnung zwischen zwei 2d Bildern herzustellen. Die Transformation kann insbesondere eine Rotation, Stauchung/Streckung, Skalierung usf. umfassen. Dadurch kann es möglich sein, korrespondiere Paare von ersten bzw. zweiten Punkten in den ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbildern bereitzustellen. Hierbei kann die Bildregistrierung dazu dienen, jeweils die ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbilder in bestmögliche Übereinstimmung durch Anwenden der Bildtransformationen zu bringen. In anderen Worten kann die 2d-2d Bildregistrierung Unterschiede zwischen den jeweiligen Röntgenbildern quantifizieren. Insbesondere können die verschiedenen Parameter der Bildtransformationen, z. B. Rotation, Stauchung, Skalierung etc. als Ergebnis der 2d-2d Bildregistrierung erhalten werden. Dem Fachmann sind verschiedensten Verfahren zur 2d-2d Bildregistrierung bekannt, sodass weitere Details hierzu nicht erklärt werden müssen.
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Es kann dann möglich sein, dass der Benutzer den ersten (zweiten) Punkt lediglich entweder in dem ersten (dritten) oder dem zweiten (vierten) Röntgenbild bestimmt – basierend auf der 2d-2d Bildregistrierung kann dann der erste bzw. zweite Punkt jeweils in dem zugehörigen Röntgenbild bestimmt werden. Es kann derart aber auch möglich sein, den ersten und zweiten Punkt vollautomatisch zu bestimmen, z. B. jeweils als den am weitesten proximal und distal angeordneten Punkt oder als einen anderen anatomisch relevanten Punkt.
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Gemäß dem voranstehend diskutierten Verfahren kann der dreidimensionale (3d) Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt bereitgestellt werden. Z. B. kann der Abstand mit einer Messgenauigkeit bzw. einem Signifikanzniveau bereitgestellt werden, welche aus den entsprechenden Parametern der 2d-2d Bildregistrierung erhalten wird. In besonders bevorzugten Ausführungsformen können die erste und zweite bzw. dritte und vierte Relativpositionierung lediglich durch unterschiedliche Höheneinstellungen des Röntgengeräts charakterisiert sein; d. h., da das Untersuchungsobjekt z. B. nur parallel des Zentralstrahl verschoben wurde, ändert sich lediglich ein Abbildungsmaßstab. Dies kann bedeutet, dass die in der 2d-2d Bildregistrierung ermittelte Transformation zwischen dem ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbild lediglich eine Skalierung aufweist, aber keine oder nur geringe Rotation und Verkippung. Dies kann die Genauigkeit der 2d-2d Bildregistrierung erhöhen, bzw. eine Unsicherheit der 2d-2d Bildregistrierung verringern. Z. B. kann es möglich sein, als Randbedingung der 2d-2d Bildregistrierung lediglich den Skalierungsfaktor der Röntgenbildpaare als ungleich Null zu bestimmen.
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Für die Stereorekonstruktion können extrinsische Kameraparameter, d. h. eine Pose (Position und Orientierung) der Kamera, d. h. hier der Röntgenstrahlquelle, z. B. in dem Referenzkoordinatensystem (etwa in Bezug auf eine ortskodierte Markerebene) bestimmt werden; es können weiterhin intrinsische Kameraparameter, d. h. projektive Abbildungseigenschaften, welche z. B. die Abbildung eines 3d Objekts in einem 2d Bild beschreiben, bestimmt werden. Im Folgenden werden Techniken dargelegt, welche eine besonders genaue Bestimmung der extrinsischen und/oder intrinsischen Kameraparameter erlauben. Dies kann es ermöglichen, eine Genauigkeit der Stereorekonstruktion und damit des Bestimmen des Abstandes zu erhöhen.
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Z. B. kann das Verfahren das Bestimmen von extrinsischen Kameraparametern für die Stereorekonstruktion umfassen, welche eine 3d Position und eine Orientierung der Röntgenstrahlquelle in der ersten und zweiten und dritten und vierten Relativpositionierung beschreiben, wobei das Durchführen der Stereorekonstruktion die bestimmten extrinsischen Kameraparameter berücksichtigt.
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Die 3d Position und Orientierung kann in dem Referenzkoordinatensystem bestimmt sein. Z. B. kann das Referenzkoordinatensystem durch Ortsmarken definiert sein.
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Hierbei können das erste und das zweite und das dritte und das vierte Röntgenbild jeweils Ortsmarken einer ortskodierten Markerebene abbilden, wobei das Bestimmen der extrinsischen Kameraparameter basierend auf den abgebildeten Ortsmarken geschieht.
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Die Ortsmarken können in einem festen Raster angeordnet sein und jeweils eine Absolutpositionierung innerhalb des entsprechenden Referenzkoordinatensystems der Markerebene indizieren. Die Absolutpositionierung einer abgebildeten Ortsmarke kann elektronisch auslesbar sein. Vorzugsweise können hierzu zwei oder mehr Ortsmarken pro Röntgenbild abgebildet werden. Auch können die Ortsmarken eine bekannte Abmessung und Geometrie innerhalb der Markerebene aufweisen. Die Markerebene kann z. B. auf einem Markerobjekt definiert sein, etwa einer flachen Karte, welche die Ortsmarken in gedruckter Form bzw. mit hohem Kontrast in der Röntgenbildgebung beinhaltet. Das Markerobjekt kann dann während dem Erfassen in dem Strahlengang befindlich sein, bevorzugt derart, dass die Markerbene senkrecht zu dem Zentralstrahl liegt. In anderen Worten kann der Zentralstrahl parallel oder im Wesentlichen parallel mit einer Ebenennormalen der Markerbene sein. Jedoch kann ein bestimmter, vorzugsweise geringer Fehlwinkel gegenüber der dieser Ausrichtung bestehen. Z. B. kann das Markerobjekt auf den Tisch aufgelegt sein, auf dem sich die Untersuchungsperson befindet.
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Basierend auf der Ortskodierung der Ortsmarken kann die Pose der Röntgenstrahlquelle absolut bestimmt werden, z. B. in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem, welches durch die Markerebene bzw. die Ortsmarken definiert wird.
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Es ist auch möglich, dass das Bestimmen der extrinsischen Kameraparameter basierend auf einer Überwachung einer Positionierung des Röntgengeräts zwischen den verschiedenen Relativpositionierungen erfolgt. Z. B. kann ein Röntgengerät-Navigationsgerät vorgesehen sein, welche eine Positionierung der Komponenten des Röntgengeräts, also z. B. der Röntgenstrahlquelle und dem Röntgenstrahldetektor, sowie des Untersuchungsobjekts, misst. Dann können die Relativpositionierungen gemessen werden. Das Röntgengerät-Navigationsgerät kann auch das Referenzkoordinatensystem bestimmen. Das Röntgengerät-Navigationsgerät kann insbesondere die Bewegung der Röntgenstrahlenquelle und/oder des Röntgenstrahldetektors verfolgen.
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Es kann dann möglich sein, basierend auf der Ortsinformation aus der Überwachung der Positionierung des Röntgengeräts, die Pose der Röntgenstrahlquelle absolut zu bestimmen, z. B. in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem, welches z. B. auch durch eine (Referenz-)Nullstellung der Röntgenstrahlquelle definiert sein kann.
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Es kann möglich sein, die extrinsischen Kameraparameter sowohl basierend auf den Ortsmarken, als auch basierend auf der Überwachung der Positionierung zu bestimmen, z. B. durch Mittelung der Ergebnisse dieser Methoden. Dies kann die Genauigkeit der Bestimmung weiter erhöhen.
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Das Verfahren kann weiterhin das Erfassen von mindestens zwei Kalibrationsröntgenbildern, welche jeweils Ortsmarken einer ortskodierten Markerebene abbilden, umfassen. Hierbei können die mindestens zwei Kalibrationsröntgenbilder mit unterschiedlichen Orientierungen der Röntgenstrahlquelle zu der Markerebene aufgenommen werden. Das Verfahren kann weiterhin das Bestimmen von intrinsischen Kameraparametern für die Stereorekonstruktion, welche Abbildungseigenschaften des Röntgengeräts beschreiben, aus den Kalibrationsröntgenbildern anhand der abgebildeten Ortsmarken umfassen, wobei das Durchführen der Stereorekonstruktion die bestimmten intrinsischen Kameraparameter berücksichtigt.
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Z. B. kann das Erfassen der Kalibrationsröntgenbilder in einer Kalibrationsroutine vor dem eigentlichen Erfassen der Röntgenbilder erfolgen. Im Allgemeinen kann bei einer größeren Anzahl erfasster Kalibrationsröntgenbildern eine Genauigkeit der bestimmten intrinsischen Kameraparameter erhöht werden, und damit der Stereorekonstruktion bzw. des Abstandes.
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Die intrinsischen Kameraparameter können auch bereits vorgespeichert vorhanden sein und gerätespezifisch hinterlegt sein.
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Die Markerebene und die Ortsmarken können denjenigen entsprechen, wie sie voranstehend in Bezug auf das Bestimmen der extrinsischen Kameraparameter diskutiert wurden. Aus der bekannten tatsächlichen Geometrie der Ortsmarken und der Markerebene kann es dann aus einem Vergleich mit der abgebildeten Geometrie der Ortsmarken in den erfassten Kalibrationsröntgenbildern möglich sein, die intrinsischen Kameraparameter zu bestimmen.
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Es ist auch möglich, dass mindestens eines der mindestens zwei Kalibrationsröntgenbilder das erste Röntgenbild und/oder das zweite Röntgenbild und/oder das dritte Röntgenbild und/oder das vierte Röntgenbild ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die Röntgenbilder die Ortsmarken beinhalten, z. B. zur Bestimmung der extrinsischen Kameraparameter.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt auf einem Untersuchungsobjekt in einem Körperinneren einer Untersuchungsperson mittels Röntgenbildgebung durch ein Röntgengerät, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines ersten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt und den zweiten Punkt beinhaltet bei einer ersten Relativpositionierung einer Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt; Erfassen eines zweiten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt und den zweiten Punkt beinhaltet bei einer zweiten Relativpositionierung einer Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt; Bestimmen einer Lage des ersten Punkts in dem ersten Röntgenbild und in dem zweiten Röntgenbild; Bestimmen einer Lage des zweiten Punkts in dem ersten Röntgenbild und dem zweiten Röntgenbild; Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des ersten Punkts als korrespondierende Landmarke zum Erhalten einer 3d Position des ersten Punkts; Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des zweiten Punkts als korrespondierende Landmarke zum Erhalten einer 3d Position des zweiten Punkts; Bestimmen des Abstandes zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt aus der 3d Position des ersten Punkts und der 3d Position des zweiten Punkts. Hierbei sind die erste Relativpositionierung und die zweite Relativpositionierung parallel zu einem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben.
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Dieser Aspekt kann vorzuziehen sein, wenn es möglich ist, den ersten und den zweiten Punkt mit einem Gesichtsfeld des Röntgengeräts zu erfassen, d. h. wenn sowohl das erste als auch das zweite Röntgenbild sowohl den ersten wie auch den zweiten Punkt beinhalten.
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Techniken und Ausführungsformen, welche in Bezug auf die beiden obenstehend beschriebenen Aspekte diskutiert wurden, sind insbesondere kombinierbar und austauschbar. So können insbesondere die diskutierten Techniken der 2d-2d Bildregistrierung und der Bestimmung von intrinsischen und extrinsischen Kameraparametern auch auf den gegenwärtig diskutierten Aspekt angewendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Röntgengerät mit einer Röntgenstrahlquelle und einem Röntgenstrahldetektor. Das Röntgengerät umfasst eine Aufnahmesteuerung, welche eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Erfassen eines ersten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt beinhaltet, bei einer ersten Relativpositionierung einer Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt; und Erfassen eines zweiten Röntgenbilds, welches den ersten Punkt beinhaltet, bei einer zweiten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt; und Erfassen eines dritten Röntgenbilds, welches den zweiten Punkt beinhaltet, bei einer dritten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt; und Erfassen eines vierten Röntgenbilds, welches den zweiten Punkt beinhaltet, bei einer vierten Relativpositionierung der Röntgenstrahlquelle zu dem Untersuchungsobjekt. Das Röntgengerät umfasst weiterhin einen Prozessor, welcher eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Bestimmen einer Lage des ersten Punkts in dem ersten Röntgenbild und in dem zweiten Röntgenbild; Bestimmen einer Lage des zweiten Punkts in dem dritten Röntgenbild und dem vierten Röntgenbild; Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des ersten Punkts als korrespondiere Landmarke zum Erhalten einer 3d Position des ersten Punkts; Durchführen einer Stereorekonstruktion basierend auf den bestimmten Lagen des zweiten Punkts als korrespondiere Landmarke zum Erhalten einer 3d Position des zweiten Punkts; Bestimmen des Abstandes zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt aus der 3d Position des ersten Punkts und der 3d Position des zweiten Punkts. Die erste Relativpositionierung und die zweite Relativpositionierung sind Wesentlichen parallel zu dem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben. Die dritte Relativpositionierung und die vierte Relativpositionierung sind Wesentlichen parallel zu dem Zentralstrahl des Röntgengeräts gegeneinander verschoben.
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Das Röntgengerät kann eingerichtet sein, um ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes gemäß der weiteren Aspekte der Erfindung durchzuführen.
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Für ein solches Röntgengerät können Effekte erzielt werden, welche vergleichbar sind mit Effekten, welche für ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzielt werden können.
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Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 illustriert schematisch ein C-Bogengerät als erfindungsgemäßes Röntgengerät mit einer Röntgenstrahlquelle und einem Röntgenstrahldetektor und dem Strahlengang von Röntgenphotonen, wobei das C-Bogengerät für erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann.
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2 ist eine Aufsicht auf ein Untersuchungsobjekt und Ortsmarken.
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3 ist eine Seitenansicht des Untersuchungsobjekts der 2 und illustriert dessen Abmessungen in einer Längsrichtung.
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4 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Punkt auf dem Untersuchungsobjekt.
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5 illustriert die verschiedenen Komponenten des Abstandes zwischen den ersten und zweiten Punkten der 3 näher.
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6 ist eine Aufsicht gemäß 2 auf das Untersuchungsobjekt und illustriert einen Skalierungsfaktor des Untersuchungsobjekts und der Ortsmarken zwischen zwei Röntgenbildern mit unterschiedlichen Höheneinstellungen des C-Bogengeräts.
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Mit den nachfolgenden Figuren werden Techniken illustriert, welche das Bestimmen eines 3d Abstandes zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt auf einem Untersuchungsobjekt erlauben. Durch die Berücksichtigung der 3d Koordinaten der Punkte, kann insbesondere der Abstand mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden. Dies kann z. B. den Fehler der physikalischen Messgröße „Abstand” verringern und kann daher von hoher technischer Relevanz sein.
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1 illustriert schematisch ein C-Bogengerät 1 mit einer Röntgenstrahlquelle 2 und einem Röntgenstrahldetektor 3. Ein Strahlengang 8a von Röntgenphotonen, die von der Röntgenstrahlquelle 2 ausgesendet werden, ist mit gestrichelten Linien indiziert. Ein Zentrum des Strahlengangs 8a definiert eine z-Achse bzw. Längsrichtung A, welche parallel mit einem Zentralstrahl 8b der Röntgenphotonen ist. Der Zentralstrahl 8b (in 1 mit einer durchgezogenen Linie indiziert) kann z. B. senkrecht zu einer Detektorebene des Röntgenstrahldetektors 3 sein. Ein Querschnitt des Strahlengangs 8a, d. h. in einer xy-Ebene, nimmt für zunehmende Entfernungen zur Röntgenstrahlquelle 2 zu. Dies wird durch den Öffnungswinkel 8c des Strahlengangs 8a beschrieben. Eine Brennweite 8 bezeichnet die Entfernung zwischen dem Röntgenstrahldetektor 3 und der Röntgenstrahlquelle 2.
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Ein Untersuchungsobjekt 5 befindet sich zumindest teilweise in dem Strahlengang 8a. Das Untersuchungsobjekt 5 kann z. B. ein menschlicher Knochen sein.
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Das C-Bogengerät 1 umfasst eine Aufnahmesteuerung 33, welche eingerichtet ist, um Röntgenbilder des Untersuchungsobjekts 5 mittels geeigneter Ansteuerung der Röntgenstrahlquelle 2 und des Röntgenstrahldetektors 3 zu erfassen. Das C-Bogengerät 1 umfasst auch eine Benutzerschnittstelle 32, welche es einem Benutzer des C-Bogengeräts 1 ermöglichen kann, verschiedene Betriebseigenschaften und Parameter zu verändern. Außerdem umfasst das C-Bogengerät 1 einen Bildschirm 31, welcher eingerichtet ist, um optional ein durch die Aufnahmesteuerung 33 erfasstes Röntgenbild dem Benutzer darzustellen. Das C-Bogengerät 1 umfasst weiterhin ein Röntgengerät-Navigationssystem 34, welches es erlaubt eine Positionierung des Röntgenstrahldetektors 3 und der Röntgenstrahlquelle 2 zu messen, z. B. in dem xyz-Koordinatensystem oder einem anderen Referenzkoordinatensystem. Weiterhin umfasst das C-Bogengerät 1 einen Prozessor 30, welcher eingerichtet ist, um bestimmte Berechnungen, z. B. Abstandsberechnungen und/oder Bildmosaiktechniken, basierend auf den durch die Aufnahmesteuerung 33 erfassten Röntgenbildern durchzuführen. Nachfolgend werden verschiedenste Funktionsweisen des Prozessors 30 näher erläutert werden.
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Die Röntgenbilder können zur Bildgebung des Untersuchungsobjekts 5 verwendet werden. Wie aus 1 ersichtlich ist, kann die Brennweite 8 (bzw. der Öffnungswinkel 8c oder die Detektorfläche des Röntgenstrahldetektors 3) nicht ausreichend sein, um das gesamte Untersuchungsobjekt 5 mit einem einzigen Röntgenbild abzubilden. Es ist dann möglich, dass lediglich ein Teilbereich 5b des Untersuchungsobjekts 5 (in 1 gestrichelt gezeichnet) durch den Strahlengang 8a erfasst wird und derart in dem Röntgenbild abgebildet wird.
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Insbesondere ist das Untersuchungsobjekt 5 derart entlang der Längsrichtung A parallel zum Zentralstrahl 8b in dem Strahlengang 8a angeordnet, dass es an einem ersten Punkt 101 einen ersten Abstand 111 zu der Röntgenstrahlquelle 2 aufweist und an einem zweiten Punkt 102 einen zweiten Abstand 112 aufweist (die Abstände 111, 112 können z. B. in Bezug auf einen Ursprung des Zentralstrahls 8b, also z. B. eine geometrische Mitte der Röntgenstrahlquelle 2, definiert sein). Typischerweise ist der Abstand zwischen der Röntgenstrahlquelle 2 und dem Röntgenstrahldetektor 3 baulich vorgegeben, sodass die Abstände 111, 112 jeweils unmittelbar Rückschlüsse auf die entsprechenden Abstände zwischen dem Untersuchungsobjekt 5 und dem Röntgenstrahldetektor 3 zulassen. Jedoch wird im Folgenden lediglich Bezug auf den Abstand 111 zwischen der Röntgenstrahlquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 5 genommen, was jedoch nicht als limitierend auszulegen ist.
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Weiterhin ist ein Markerobjekt mit einer Markerebene 4, welche eine Vielzahl von Ortsmarken (in 1 nicht gezeigt) beinhaltet, in dem Strahlengang 8a angeordnet. Das Markerobjekt 4 und das Untersuchungsobjekt 5 sind in einer festen relativen Anordnung zueinander und können zum Beispiel zusammen bewegt werden. Ein Abstand 117 zwischen der Markerbene 4 und der Röntgenstrahlquelle 2 ist im Falle der 1 größer als die Abstände 111, 112 zwischen der Röntgenstrahlquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 5, d. h. die Markerebene 4 ist im Strahlengang 8a hinter dem Untersuchungsobjekt 5 platziert. Jedoch kann die Markerebene 4 auch vor dem Untersuchungsobjekt 5 platziert sein.
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Untersuchungsobjekt 5 und Markerebene 4 können entlang der Richtung A verschoben werden, d. h. entlang der z-Achse. Es ist möglich, eine solche bestimmte Höheneinstellung 7 des Untersuchungsobjekts 5 und der Markerebene 4 einzustellen: die Höheneinstellung 7 bestimmt hierbei die Abstände 111, 112, 117 durch Positionieren entlang der Längsrichtung A. In 1 ist graphisch eine Differenz 7a zwischen zwei Höheneinstellungen 7 dargestellt, also ein Versatz entlang der Längsrichtung A. Sowohl Untersuchungsobjekt 5 als auch Markerbene 4 können durch die Höheneinstellung 7 gegenüber der Röntgenstrahlquelle 2 in Längsrichtung positioniert werden, insbesondere kann das positionieren gekoppelt erfolgen (in 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Markerebene 4 in zwei Höheneinstellungen gezeigt).
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Im Folgenden werden erfindungsgemäße Techniken erläutert, welche es erlauben, eine 3d Position des ersten und zweiten Punkts 101, 102 mittels Stereorekonstruktion zu bestimmen. Daraus kann ein Abstand der Punkte 101, 102 im 3d Raum bestimmt werden, siehe hierzu 5. Der Abstandsvektor bzw. Abstand 120 setzt sich zusammen aus einer z-Komponente 115c, d. h. entlang der Längsrichtung A, und den xy-Komponenten 115a, 115b. Die xy-Komponenten 115a, 115b können z. B. über eine entsprechende Ortskodierung mithilfe der Ortsmarken 6 bestimmt werden, z. B. wenn die Markerebene 4 in der xy-Ebene liegt. Der Einfachheit wegen wird im Folgenden der Abstandsvektor als Abstand 120 bezeichnet; hierbei wird nicht lediglich auf die Länge des Vektors, d. h. das Längenmaß, referenziert, sondern auf die gesamte Vektorgröße. Im Allgemeinen kann das Bestimmen des Abstandes 120 also das Bestimmen der verschiedenen Eigenschaften des Abstandsvektors umfassen, insbesondere Länge, Orientierung, Winkel usf.
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Es sollte angemerkt werden, dass es im Allgemeinen nicht notwendig ist, dass die Markerebene 4 senkrecht zu dem Strahlgang 8a steht. Dies kann aber bevorzugt werden. Gegenüber herkömmlichen Techniken, wie z. B. eingangs beschrieben, können erfindungsgemäße Techniken den Vorteil aufweisen, dass auch die z-Komponente 115c des Abstandes 120 berücksichtigt wird und dadurch eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.
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2 ist eine Aufsicht auf das Untersuchungsobjekt 5, d. h. eine Ansicht entlang des Strahlengangs 8a (vom Blickpunkt der Röntgenstrahlquelle 2). Sichtbar sind daher die Abmessungen des Untersuchungsobjekts 5 in der xy-Ebene. Die Markerebene 4 kann z. B im Wesentlichen parallel zu der xy-Ebene angeordnet sein. Die Ortsmarken 6 beinhalten z. B. einen Strichcode oder ein anderweitiges, digital lesbares Muster, welches eine Information über die absolute Position der jeweiligen Ortsmarke 6 in der xy-Ebene beinhaltet. Es sollte verstanden werden, dass aus der Aufsicht der 2 die Abstände 111, 112 einerseits und der Abstand 117 andererseits möglicherweise nicht unmittelbar bestimmt werden können. Aus einer einzelnen Ansicht, wie sie in 2 dargestellt ist, kann möglicherweise lediglich die Komponente 115 in der xy-Ebene des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt 101, 102 bzw. deren Projektionen in die Markerebene 4 unter zu Hilfenahme der Ortskodierung der Ortsmarken 6 bestimmt werden.
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In 3 ist eine Seitenansicht des Untersuchungsobjekts 5 für zwei Höheneinstellungen 7 dargstellt. In 3 sind die zwei Höheneinstellungen 7 (vgl. 1) jeweils aus dem Referenzsystem des Untersuchungsobjekts 5 bzw. der Markerebene 4 dargestellt, d. h. die Röntgenstrahlquelle 2 verschiebt sich gegenüber diesen Objekten 4, 5. Dies ist eine illustrative Darstellung und es sollte verstanden werden, dass entsprechend auch die Objekte 4, 5 gegenüber der dann ortsfesten Röntgenstrahlquelle 2 verschoben werden können oder sowohl die Objekte 4, 5, als auch die Röntgenstrahlquelle 2 verschoben werden kann. Nachfolgend sind die Abstände etc. nur für eine der zwei dargstellten Höheneinstellungen 7 illustriert.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, weisen unterschiedliche Punkte entlang der y-Achse auf dem Untersuchungsobjekt 5 unterschiedliche Abstände zu der Röntgenstrahlquelle 2 auf. Insbesondere ist der erste Abstand 111 größer als der zweite Abstand 112. In 3 sind weiterhin dritte und vierte Abstände 113, 114 jeweils zwischen dem ersten Punkt 101 und dem zweiten Punkt 102 gegenüber der Markerebene 4 dargestellt. Dargestellt ist weiterhin eine Projektion 101a des ersten Punktes 101 in die Markerebene 4 und eine Projektion 102a des zweiten Punktes 102 in die Markerebene 4. Diese Projektionen können z. B. entlang des Strahlengangs 8a versetzt gegenüber der echten Position des ersten und zweiten Punktes 101, 102 sein. Mit den eingangs beschriebenen herkömmlichen Methoden kann es z. B. möglich sein, den Abstand, z. B. in der xy-Ebene, zwischen den Projektionen 101a und 102a bzw. 101b und 102b zu bestimmen.
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Für die zwei Höheneinstellungen 7 wird ein erstes und ein zweites Röntgenbild für den entsprechenden Teilbereich 5b des Untersuchungsobjekts 5 erfasst, der den ersten Punkt 101 beinhaltet. Außerdem werden für die zwei Höheneinstellungen 7 ein drittes und ein viertes Röntgenbild für den entsprechenden Teilbereich 5b des Untersuchungsobjekts 5 erfasst, der den zweiten Punkt 102 beinhaltet. Die Röntgenbilder bilden auch die Ortsmarken 6 der Markerebene 4 ab. Zwischen dem ersten und dem zweiten Röntgenbild, sowie zwischen dem dritten und vierten Röntgenbild verändert sich im Wesentlichen ein Abbildungsmaßstab des jeweiligen Teilbereichs 5b des Untersuchungsobjekts 5. Dies ist in 6 detaillierter illustriert.
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In 6 oben ist eine Aufsicht (entsprechend 2) des Untersuchungsobjekts 5 und einer Ortsmarke 6 für zwei verschiedene Höheneinstellungen 7 des C-Bogengeräts 1 jeweils mit einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie illustriert. Wie aus 6 ersichtlich ist, ändert sich die Abbildungsgröße in Abhängigkeit der Höheneinstellung 7 aufgrund des zunehmenden Querschnitts des Strahlengangs 8a (divergierter Strahl). Durch die Topographie des Untersuchungsobjekts 5 ändert sich darüber hinaus auch der Skalierungsfaktor, d. h. das Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe zwischen den zwei Höheneinstellungen 7.
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In 6 unten ist der Skalierungsfaktor 50 (durchgezogene Linie) des Untersuchungsobjekts 5 bzw. der weitere Skalierungsfaktor 51 (gestrichelte Linie) der Ortsmarken 6 dargestellt. Die Ortsmarken 6 weisen eine Abmessung 6a auf. Diese kann insbesondere bekannt sein. Da eine Information über den weiteren Skalierungsfaktor 51 der Ortsmarken 6 nur in einem beschränkten Bereich entlang der y-Richtung in der Markerebene 4 verfügbar ist, kann auch der weitere Skalierungsfaktor 51 nur in diesem Bereich bestimmt oder definiert sein. Insbesondere können die Skalierungsfaktoren 50, 51 mittels einer 2d-2d Bildregistrierung der ersten und zweiten Röntgenbilder ortsaufgelöst bestimmt werden.
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Eine solche 2d-2d Bildregistrierung wird auch durchgeführt, um die Lagen der Punkte 101, 102 jeweils in dem ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Röntgenbild zu bestimmen. Alternativ kann ein Benutzer über die Benutzerschnittstelle 32 die Lage der Punkte 101, 102 in beiden Röntgenbildpaaren manuell bestimmen. Für die Stereorekonstruktion können zusätzlich intrinsische und extrinsische Kameraparameter ermittelt werden, was untenstehend erläutert ist.
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Basierend auf dem ersten und zweiten Röntgenbild, sowie auf dem dritten und vierten Röntgenbild kann eine Stereorekonstruktion, wie sie dem Fachmann bekannt ist, des ersten Punkts 101 sowie des zweiten Punkts 102 durchgeführt werden. Da z. B. vorteilhafterweise lediglich eine unterschiedliche Höheneinstellung 7 zwischen den jeweils registrierten Röntgenbildern liegt, kann z. B. nur der Abbildungsmaßstab verschieden sein. Dies kann eine besonders genaue und zuverlässige 2d-2d Bildregistrierung ermöglichen. Dadurch kann eine 3d Position der Punkte 101, 102 z. B. gegenüber der Markerebene 4 oder der Röntgenstrahlquelle 2 bestimmt werden. Daraus kann der Abstand 120, z. B. mittels herkömmlicher Vektorgeometrie, berechnet werden.
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Die entsprechenden Techniken sind in dem Flussdiagramm der 4 dargestellt. Das Verfahren beginnt mit Schritt S1. Zuerst werden in Schritt S2 die intrinsischen Kameraparameter des C-Bogengeräts 1 ermittelt. Z. B. können die intrinsischen Kameraparameter in Schritt S2 aus einem Speicher ausgelesen werden; die intrinsischen Kameraparameter können nämlich z. B. für das bestimmte C-Bogengerät 1 vorbestimmt sein. Die Kalibrierung kann dann zu einem bestimmten früheren Zeitpunkt vorgenommen worden sein.
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Es ist auch möglich, die Kalibration aktualisiert durchzuführen. Dazu können zwei oder mehr Kalibrationsröntgenbilder erfasst werden, welche die Ortsmarken 6 unter verschiedenen Perspektiven abbilden. Dazu kann die Markerebene 4 unter verschiedenen Orientierungen der Röntgenquelle 2 aufgenommen werden. Dem Fachmann sind dann Techniken bekannt, die intrinsischen Kameraparameter aus den Kalibrationsbildern zu bestimmen.
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Dann wird in Schritt S3 das Untersuchungsobjekt 5 in dem Strahlengang 8a platziert. Die Markerebene 4 befindet sich im Strahlengang vor oder hinter dem Untersuchungsobjekt 5. Der Relativabstand zwischen der Markerebene 4 und dem Untersuchungsobjekt 5 kann fixiert werden.
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In Schritt S4 erfolgt Positionieren des C-Bogengeräts 1 vornehmlich in der xy-Ebene, z. B. durch Repositionieren entlang der Richtung B oder Verschieben des gesamten C-Bogens, in Bezug auf einen ersten Teilbereich 5b des Untersuchungsobjekts 5. Z. B. kann dazu das Untersuchungsobjekt 5 (mit Markerebene 4) verschoben werden. Es kann zusätzlich oder alternativ auch die Röntgenstrahlquelle 2 und der Röntgenstrahldetektor 3 bewegt werden. Das Positionieren in Schritt S4 erfolgt z. B. so, dass ein distales oder proximales Ende oder ein sonstiger relevanter anatomischer Bereich des Untersuchungsobjekts 5 in dem Strahlengang 8a zum liegen kommt. Dies kann bewirken, dass der erste Punkt 101 in den nachfolgend erfassten Röntgenbildern (siehe Schritte S5 und S7) beinhaltet ist, auch wenn dessen Lage noch nicht genau bestimmt ist.
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Das Positionieren in Schritt S4 führt zu einer ersten Relativpositionierung. Diese erste Relativpositionierung ist auch durch eine bestimmte Höheneinstellung 7 charakterisiert.
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In Schritt S5 erfolgt das Erfassen des ersten Röntgenbilds bei der ersten Relativpositionierung.
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In Schritt S6 erfolgt das Positionieren zum Erreichen einer unterschiedlichen (gegenüber der ersten Relativpositionierung) Höheneinstellung 7. Hierzu wird das Untersuchungsobjekt 5 mit Markerebene 4 und/oder die Röntgenstrahlquelle 2 mit Röntgenstrahldetektor 3 entlang der Längsrichtung A, d. h. parallel zum Zentralstrahl 8b, verschoben.
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In Schritt S7 wird das zweite Röntgenbild bei der zweiten Relativpositionierung erfasst. Sowohl das erste Röntgenbild als auch das zweite Röntgenbild bilden den ersten Teilbereich 5b und den ersten Punkt 101 ab.
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In den Schritten S8 und S9 werden jeweils die extrinsischen Kameraparameter für das erste und das zweite Röntgenbild aus Schritten S5 und S7 bestimmt. Hierzu kann z. B. mittels des Navigationsgeräts 34, siehe 1, jeweils die Pose der Röntgenstrahlquelle für die erste und zweite Relativpositionierung bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, aus den in den ersten und zweiten Röntgenbildern abgebildeten Ortsmarken 6 die Pose der Röntgenstrahlquelle 2 zu berechnen. Dies ist möglich, da die Absolutpositionierung aus der Ortskodierung der Ortsmarken 6 erhalten werden kann.
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In Schritt S10 wird entschieden, ob eine automatische Zuordnung des ersten Punkts 101 als korrespondierende Landmarke in dem ersten und zweiten Röntgenbild erfolgen soll. Bei einer automatischen Zuordnung wird in Schritt S11 die 2d-2d Bildregistrierung durchgeführt. Aus der 2d-2d Bildregistrierung wird eine Vielzahl von Punkten, insbesondere auch der erste Punkt 101, als korrespondierende Landmarken durch Bestimmen der Transformation zwischen dem ersten und zweiten Röntgenbild identifiziert. Da zwischen dem ersten und zweiten Röntgenbild lediglich eine Positionierung entlang der Längsrichtung der ersten und zweiten Relativpositionierung geändert wurde, d. h. das Untersuchungsobjekt 5 lediglich parallel zu dem Zentralstrahl 8b verschoben wurde, ändert sich hauptsächlich der Abbildungsmaßstab. Dies ist charakteristisch für die entsprechende Röntgenbildgebung mittels des C-Bogengeräts 1. Daher wird die von der 2d-2d Bildregistrierung ermittelte Transformation hauptsächlich den Skalierungsfaktor 50 betreffen; Rotation und Stauchung/Zerrung etc. sind vergleichsweise gering. Dies kann eine hohe Sicherheit (Konfidenz) bzw. hohe Genauigkeit der 2d-2d Bildregistrierung bewirken, sodass die korrespondierenden Landmarken zuverlässig und mit geringem Fehler aufgefunden werden können. Dies kann einen geringen Fehler in der nachfolgenden Bestimmung des Abstandes (siehe untenstehend, Schritt S15) bewirken. Der Benutzer kann optional in Schritt S11 den Punkt 1 in dem ersten oder dem zweiten Röntgenbild anklicken oder eine Bilderkennungs- und Analyseroutine kann anhand der Anatomie des Untersuchungsobjekts 5 einen relevanten Punkt, etwa das proximale oder distale Ende, automatisch identifizieren.
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Alternativ kann in Schritt S12 der erste Punkt 101 sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Röntgenbild manuell durch den Benutzer markiert, z. B. angeklickt, werden.
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In Schritt S13 liefert die Stereorekonstruktion die 3d Position des ersten Punktes 101. Die 3d Position entspricht einer Anordnung des Punktes im 3d Raum, z. B. in Bezug auf ein Referenzkoordinationsystem (z. B. in Bezug auf das C-Bogengerät 1 und/oder die Markerebene 4). Die Stereorekonstruktion wird basierend auf den intrinsischen und extrinsischen Kameraparametern aus den Schritten S2 und S8, S9 durchgeführt.
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In Schritt S14 wird überprüft, ob ein weiterer Teilbereich 5b erfasst werden soll. Sollen z. B. lediglich Abstände 120 zwischen ersten und zweiten Punkten 101, 102 bestimmt werden, die bereits durch das erste und das zweite Röntgenbild aus Schritt S5 und S7 abgebildet sind, so kann dies bereits direkt (ohne weiteres Erfassen von dritten, vierten usf. Röntgenbildern) in Schritt S15 geschehen. Andernfalls können die Schritte S4–S13 für einen weiteren Teilbereich 5b bzw. für dritte und vierte Röntgenbilder erneut durchgeführt werden.
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In Schritt S15 erfolgt das Bestimmen von Abständen zwischen den 3d Positionen von korrespondierenden Punkten. Diese Punkte können z. B. die in den Schritte S11 oder S12 markierten Punkte sein oder, insbesondere im Falle einer durchgeführten 2d-2d Bildregistrierung des Schritts S11, kann es möglich sein, dass der Benutzer in Schritt S15 relevante Punkte mittels der Benutzerschnittstelle 32 bestimmt. Die korrespondierenden Landmarken sind dann bereits aus der 2d-2d Bildregistrierung bestimmt.
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Es sollte verstanden werden, dass eine Reihenfolge der Durchführung der Schritte variieren kann. So kann z. B. Schritt S8 vor Schritt S7 durchgeführt werden oder Schritt S2 erst im Rahmen und/oder basierend auf der Erfassung des ersten und zweiten Röntgenbilds in Schritten S5 und S7.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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So wurde in Bezug auf die Figuren insbesondere vornehmlich Bezug auf ein C-Bogengerät als Röntgengerät genommen. Dies ist jedoch nicht limitierend und entsprechende Techniken und Effekte können auch für andere Röntgengeräte, z. B. ortsfeste Röntgengeräte, angewendet und erzielt werden. Insbesondere können entsprechende Techniken auch für andere bildgebende Techniken eingesetzt werden; insbesondere in Bezug auf solche Techniken, welche einen Abbildungsmaßstab aufweisen, der abhängig von einer Entfernung zu einer Detektorebene ist, d. h. einen divergenten Strahlengang besitzen.
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Auch wurde vornehmlich Bezug genommen auf solche Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung, bei der separate erste und zweite bzw. dritte und vierte Röntgenbilder für unterschiedliche Teilbereiche 5b des Untersuchungsobjekts 5 erfasst werden. Es sollte aber verstanden werden, dass erfindungsgemäß das Erfassen von lediglich einem Röntgenbildpaar, d. h. dem ersten und zweiten Röntgenbild, ausreichend sein kann, wenn dieses bereits den ersten und zweiten Punkt 101, 102 beinhaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- C-Bogengerät
- 2
- Röntgenstrahlquelle
- 3
- Röntgenstrahldetektor
- 4
- Markerebene
- 5
- Objekt
- 5a
- Objektebene
- 5b
- Teilbereich
- 6
- Ortsmarke
- 6a
- laterale Abmessungen der Ortsmarke
- 7
- Höheneinstellung
- 7a
- Differenz der Höheneinstellung
- 8
- Brennweite
- 8a
- Strahlengang
- 8b
- Zentralstrahl
- 8c
- Öffnungswinkel
- 9a
- Entfernung
- 9b
- weitere Entfernung
- A
- Verstellung in Längsrichtung
- B
- Verstellung mit Orbitalrotation
- 30
- Prozessor
- 31
- Bildschirm
- 32
- Benutzerschnittstelle
- 33
- Aufnahmesteuerung
- 34
- Navigationssystem
- 50
- Skalierungsfaktor
- 51
- weiterer Skalierungsfaktor
- 101
- erster Punkt
- l01a, b
- Projektion erster Punkt
- 102
- zweiter Punkt
- 102a, b
- Projektion zweiter Punkt
- 111
- erster Abstand
- 112
- zweiter Abstand
- 113
- dritter des Abstandes
- 114
- vierter Abstand
- 115
- Abstand in der xy-Ebene
- 115a
- x-Komponente Abstand
- 115b
- y-Komponente Abstand
- 115c
- z-Komponente Abstand
- 117
- Abstand
- 120
- Abstand
- S1–S10
- Schritt
