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Die Erfindung betrifft ein Justage-Verfahren für einen Markierungslaserstrahl einer medizinischen Bildgebungsanlage, insbesondere ein Justage-Verfahren für einen Markierungslaserstrahl umfassend einen Zentralstrahl und wenigstens einen Peripherstrahl. Die Erfindung betrifft ferner ein Justage-System für einen Markierungslaserstrahl umfassend eine Laserquelle zur Erzeugung des Markierungslaserstrahls, eine Verstelleinheit zum Verstellen desselben, eine Detektionseinheit zum Erfassen des Markierungslaserstrahls in wenigstens einer Zielposition entsprechend einem Justage-Ziel des Markierungslaserstrahls und eine Steuereinheit zur Ausführung des Justage-Verfahrens. Die Erfindung betrifft ferner eine Bildgebungsmodalität zur Justage eines Markierungslaserstrahls.
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Zur Vorbereitung der Untersuchung eines Patienten mittels einer medizinischen Bildgebungsanlage, zum Beispiel einem Magnetresonanztomographen oder einem Computertomographen wird als Orientierungshilfe üblicherweise ein Laser verwendet. Mittels des Lasers wird ein Laserstrahl ausgesendet, der die interessierende Körperregion des Patienten beleuchtet. Beispielsweise kommt dabei ein Laserstrahl in Form eines Fadenkreuzes zum Einsatz. Eine Patientenliege mit dem darauf gelagerten Patienten wird dann derart verfahren bzw. bewegt, dass das Fadenkreuz des Laserlichts einen definierten Punkt innerhalb der interessierenden Region des Patienten, beispielsweise eine besondere Landmarke des Patienten, beleuchtet. Auf diese Weise wird die Position des Patienten auf der Patientenliege beziehungsweise relativ zu der medizinischen Bildgebungsanlage definiert, so dass der Patient anschließend präzise an die vorgesehene Untersuchungsposition innerhalb der medizinischen Bildgebungsanlage gefahren und die Untersuchung gezielt an der interessierenden Region des Patienten durchgeführt werden kann.
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Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens wird in der US-Patentanmeldung
US 2013/0165767 A1 beschrieben.
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In der Regel ist der Laser am äußeren Gehäuse einer medizinischen Bildgebungsanlage angeordnet, zum Beispiel oberhalb des Eingangs der Röhre eines Magnetresonanz-Tomographen. Der Laserstrahlverlauf ist entsprechend einem definierten Abstand zum Isozentrum der Bildgebungsanlage eingestellt. Wird die medizinische Bildgebungsanlage gewartet, repariert oder andere mechanische Arbeiten an ihr ausgeführt, muss dazu das Gehäuse samt Laser entfernt werden. Minimaler Versatz oder Neigung des Gehäuses bei der anschließenden Remontage können dazu führen, dass der Laserstrahl dejustiert ist, beispielsweise kann sein Strahlverlauf gegenüber dem justierten Verlauf verschoben, geneigt oder verdreht sein. Es besteht nun die Gefahr einer ungenauen Positionierung des Patienten in der medizinischen Bildgebungsanlage, einer damit einhergehenden verringerten Qualität der aufgenommenen Bilder und - zumindest bei auf Röntgentechnik basierenden Anlagen - einer unnötigen Strahlenbelastung oder gar Strahlenschädigung des Patienten. Um im Anschluss an Wartungs- oder Reparaturarbeiten eine exakte Positionierung eines Untersuchungsobjektes in der medizinischen Bildgebungsanlage zu ermöglichen, muss der Laserstrahl also neu justiert werden. Dies ist ein aufwändiger, zeitintensiver Vorgang, der regelmäßig von Bedienpersonal händisch ausgeführt werden muss, wie beispielsweise in der US-Patentschrift
US 6 647 282 B2 beschrieben.
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Daneben sind andere Anwendungen für Justage-Verfahren für eine Vielzahl von Strahlungsquellen bekannt. Bspw. beschreibt die US Patentanmeldung
US 2008 / 0 043 237 A1 ein Verfahren zur Laserjustage für eine Tumortherapie. Hier wird während des Justage-Vorgangs eine Abbildung eines Justage-Zustandes erzeugt und ausgewertet. Die US Patentschrift
US 5 142 559 A beschreibt eine bekannte Vorrichtung sowie ein bekanntes Verfahren zur Überprüfung einer Ausrichtung einer Strahlungsquelle.
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Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative Mittel bereit zu stellen, welche es ermöglichen, einen Markierungslaserstrahl schnell, präzise und ohne Zutun von Bedienpersonal zu justieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch Justage-Verfahren, Justage-System und Bildgebungsmodalität gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte und/oder alternative, vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf die beanspruchten Vorrichtungen als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können gegenständliche Ansprüche (die beispielsweise auf ein Verfahren gerichtet sind) auch mit Merkmalen, die in Zusammenhang mit einer der Vorrichtungen beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module oder Einheiten ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft einerseits ein Justage-Verfahren für einen Markierungslaserstrahl einer Bildgebungsmodalität, wobei der Markierungslaserstrahl einen Zentralstrahl in seinem Zentrum und wenigstens einen Peripheriestrahl in einem Außenbereich des Markierungslaserstrahls umfasst, wobei sich der Markierungslaserstrahl von einer den Markierungslaserstrahl erzeugenden Laserquelle hin zu einer Detektionsebene erstreckt, wobei die Detektionsebene eine zentrale Zielposition für den Zentralstrahl und wenigstens eine periphere Zielposition für den wenigstens einen Peripheriestrahl und eine Detektionseinheit umfasst, wobei die Detektionseinheit ausgebildet ist, zu erfassen, ob der Markierungslaserstrahl wenigstens eine der Zielpositionen trifft, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - erstes Verstellen des Markierungslaserstrahls mittels einer Verstelleinheit, bis er die zentrale Zielposition trifft, und
- - zweites Verstellen des Markierungslaserstrahls mittels der Verstelleinheit, bis er die wenigstens eine periphere Zielposition trifft, wobei der Markierungslaserstrahl auch auf der zentralen Zielposition gehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Justage-System für einen Markierungslaserstrahl einer Bildgebungsmodalität umfassend
- - eine Laserquelle zur Erzeugung des Markierungslaserstrahls, der sich von der Laserquelle hin zu einer Detektionsebene ausbreitet und einen Zentralstrahl in seinem Zentrum und wenigstens einen Peripheriestrahl in seinem Außenbereich umfasst,
- - eine in der Detektionsebene angeordnete Detektionseinheit, wobei die Detektionsebene eine zentrale Zielposition für den Zentralstrahl und wenigstens eine periphere Zielposition für den wenigstens einen Peripheriestrahl umfasst und die Detektionseinheit eingerichtet ist, ein Treffen des Markierungslaserstrahls auf wenigstens eine der Zielpositionen zu erfassen,
- - eine Verstelleinheit, die eingerichtet ist, den Markierungslaserstrahl zu verstellen, und
- - eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, zusammen mit Detektionseinheit und Verstelleinheit ein erfindungsgemäßes Justage-Verfahren auszuführen.
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Das erfindungsgemäße Justage-Verfahren zielt darauf ab, einen Markierungslaserstrahl einer Bildgebungsmodalität in eine Position zu verstellen, zu bewegen oder zu lenken bzw. abzulenken, die einer Zielposition des Justage-Verfahrens bzw. einem Justage-Ziel für den Markierungslaserstrahl entspricht. Die Zielposition des Justage-Verfahrens, entspricht einer Position des Markierungslaserstrahls mit einer fest vorgegebenen bzw. vorab definierten und bekannten Lage oder einem fest vorgegebenen und vorab definierten Abstand zu einer Bildgebungsmodalität, insbesondere zu ihrem Isozentrum. Mit anderen Worten beschreibt die Zielposition des Justage-Verfahrens die Ausgangs- bzw. Start-Position des Markierungslaserstrahls für eine Ausrichtung eines Untersuchungsobjekts bezüglich der Bildgebungsmodalität vor einer Bildmessung.
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Die Zielposition des Justage-Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste zentrale Zielposition und wenigstens eine weitere periphere Zielposition. Die zentrale Zielposition bestimmt die Position in einer Detektionsebene, die ein Zentralstrahl des Markierungslaserstrahls und die wenigstens eine periphere Zielposition bestimmt die Position in der Detektionsebene, die ein Peripheriestrahl des Markierungslaserstrahls am Ende des Justage-Verfahrens einnehmen soll.
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Dementsprechend umfasst der Markierungslaserstrahl einen Zentralstrahl, der im Zentrum des Strahlmusters, seiner geometrischen Mitte oder seinem geometrischen Schwerpunkt verläuft und wenigstens einen Peripheriestrahl, der in der Peripherie bzw. in einem Außenbereich des Strahlmusters, insbesondere an einem äußeren Rand des Strahlmusters verläuft. Bevorzugt umfasst der Markierungslaserstrahl eine Vielzahl von Peripheriestrahlen, aus denen sich das Markierungslaserstrahlmuster ergibt. Beispielsweise kann das Strahlmuster als Fadenkreuz mit fest zueinander, nicht notwendigerweise rechtwinklig angeordneten Kreuzarmen ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Zentralstrahl im Kreuzungspunkt der die Kreuzarme bildenden Laserlinien und der wenigstens eine Peripheriestrahl am äußeren Rand eines Kreuzarms verlaufen. Alternativ kann das Strahlmuster als Kreis oder Oval, jeweils mit Mittelpunktsmarkierung, oder als dreieckiger, quadratischer, rechteckiger, trapez- oder rautenförmiger oder mehreckiger Rahmen, jeweils mit Mittelpunktsmarkierung, wobei die Rahmenlinien geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet, dann in Form von Laserlinien-Segmenten, ausgebildet sein können. Alternative Strahlmuster sind ebenfalls denkbar, sofern sie durch einen Zentralstrahl und wenigstens einen Peripheriestrahl gebildet werden. Der erfindungsgemäße Markierungslaserstrahl kann neben Zentralstrahl und Peripheriestrahlen weitere Strahlen umfassen, die zum Strahlmuster beitragen, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen.
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Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Justage-Systems ist vorgesehen, dass sich der Markierungslaserstrahl von einer ihn erzeugenden Laserquelle hin zu einer Detektionsebene ausbreitet.
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Die Laserquelle ist bevorzugt als eigenständige Lasereinheit ausgebildet. Sie ist vorteilhaft als Zukaufteil ausgebildet, verfügt über eine von einer Bildgebungsmodalität unabhängige und getrennte Steuerung. Der Betrieb der Laserquelle kann jedoch in einem anderen Beispiel auch durch die Steuerung einer Bildgebungsmodalität kontrolliert werden. Die Laserquelle dient der Erzeugung von Laserlicht sowie der Strahlformung in beispielsweise eines der oben genannten Strahlmuster. Besonders vorteilhaft ist eine Laserquelle, die eingerichtet ist, das Strahlmuster bzw. die Strahlform des Markierungslaserstrahls zu verändern, z.B. in Anpassung an individuelle Erfordernisse eines Untersuchungsobjekts, insbesondere eines Patienten oder individuelle Erfordernisse einer Bildmessung.
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Die Detektionsebene ist vorteilhaft so ausgebildet, dass sie den vollständigen Markierungslaserstrahl, das heißt sein gesamtes Strahlmuster empfangen kann. Die Detektionsebene weist eine bzw. einen vorab definierte Lage bzw. Abstand zu der Laserquelle auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Zentralstrahl des Markierungslaserstrahls und Flächennormale der Detektionsebene parallel verlaufen. So kann z.B. im Fall eines aufgefächerten Strahlmusters, die Detektionsfläche vorteilhaft klein gehalten werden, was Platz und Materialkosten spart.
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Die Detektionsebene umfasst eine Detektionseinheit. Diese ist eingerichtet, Laserlicht, insbesondere Laserlicht des von der Laserquelle ausgesandten Wellenlängenspektrums, zu detektieren, zu erkennen bzw. zu erfassen. Mit anderen Worten umfasst die Detektionseinheit wenigstens einen optischen Sensor zur Detektion von Laserlicht. Die Detektionseinheit ist zudem derart ausgebildet, dass sie Laserlicht in der zentralen Zielposition und/oder der wenigstens einen peripheren Zielposition erkennt. Also ist die Detektionseinheit entweder in den Zielpositionen für den zentralen und den wenigstens einen peripheren Markierungslaserstrahl angeordnet oder die Detektionseinheit ist ausgebildet, Laserlicht positionsspezifisch zu erkennen. Mit anderen Worten umfasst die Detektionseinheit ein Detektorfeld, sodass die Detektionseinheit in der zweitgenannten Alternative nicht nur erkennt, ob Laserlicht einfällt, sondern auch, wo Laserlicht einfällt. Die Detektionseinheit kann beispielsweise als lokale Photodiode, als flächiges Photodioden-Array oder als Kamera, bevorzugt als CCD-Kamera ausgebildet sein.
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Die Detektionseinheit ist bevorzugt eingerichtet, die Zielpositionen für den Zentralstrahl und den wenigstens einen Peripheriestrahl automatisch an ein verändertes Strahlmuster anzupassen. Bspw. kann zu diesem Zweck auch die Detektionseinheit verstellbar angeordnet sein oder aber, im Falle eines positionssensitiven Ausgestaltung der Detektionseinheit, derart steuerbar sein, dass beliebige Positionen innerhalb eines Detektorfeldes der Detektionseinheit als Zielpositionen festgelegt sind. Alternativ umfasst die Detektionseinheit eine Vielzahl von Detektorelementen, die in der Detektionsebene entsprechend Zielpositionen für einen Zentralstrahl und wenigstens eines Peripheriestrahl des Markierungslaserstrahls für eine Vielzahl von Strahlmusters verteilt und entsprechend eines aktuellen Strahlmusters aktivierbar sind.
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Die Zielpositionen für den zentralen und den wenigstens einen peripheren Laserstrahl weisen je eine bzw. einen feste und insbesondere unveränderliche Lage bzw. Abstand relativ zu der Bildgebungsmodalität oder zu Referenzpunkten der Bildgebungsmodalität, insbesondere zu ihrem Isozentrum, auf. Dies ermöglicht, ein Untersuchungsobjekt im Anschluß an das Justage-Verfahren relativ zu der Bildgebungsmodalität auszurichten.
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Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einem Patienten als Untersuchungsobjekt ausgegangen, wobei es sich meist um einen Menschen handelt. Grundsätzlich kann der Patient aber auch ein Tier sein. Im Folgenden werden daher die beiden Begriffe „Untersuchungsobjekt“ und „Patient“ auch synonym verwendet. Das Untersuchungsobjekt kann aber auch eine Pflanze oder ein nicht-lebender Gegenstand, z.B. ein historisches Artefakt oder dergleichen sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Laserquelle oberhalb des Eingangs einer Bildgebungsröhre einer Bildgebungsmodalität, insbesondere einer Computertomographie-Anlage oder einer Magnetresonanztomographie-Anlage, angeordnet und der Markierungslaserstrahl senkrecht nach unten gerichtet. Die Laserquelle ist beispielsweise am Gehäuse der Bildgebungsmodalität befestigt. Die Detektionsebene befindet sich beispielsweise unterhalb der Laserquelle und unterhalb des Eingangs der Bildgebungsröhre, beispielsweise an einem relativ zur Bildgebungsröhre feststehenden Sockel einer verschiebbaren Patientenliege. Wird nun ein Untersuchungsobjekt, befindlich auf der Patientenliege, in den Eingang der Bildgebungsröhre verfahren, werden Teile oder Regionen des Untersuchungsobjektes vom Markierungslaserstrahl getroffen. Dieser kann derart genutzt werden, um interessierende Regionen eines Patienten zu markieren. Alternative, gleichwirkende Anordnungen der Komponenten des erfindungsgemäßen Justage-Systems sind ebenfalls denkbar.
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Bei dem Justage-Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Markierungslaserstrahl automatisch, also ohne Zutun von Bedienpersonal, in sein Justage-Ziel entsprechend der zentralen Zielposition und der wenigstens einen peripheren Zielposition zu verbringen bzw. zu verstellen, wenn der Markierungslaserstrahl dejustiert ist. Vor dem Verstellen des Markierungslaserstrahls kann in einem Beispiel der Erfindung ein Prüfschritt dahingehend erfolgen, ob der Markierungslaserstrahl dejustiert ist. Dabei kann geprüft werden, ob sich der Zentralstrahl in der zentralen Zielposition bzw. der wenigstens eine Peripheriestrahl in der wenigstens einen peripheren Zielposition in der Detektionsebene befindet. Es ist ferner vorgesehen, dass der Markierungslaserstrahl schrittweise entsprechend einem ersten und einem zweiten erfindungsgemäßen Verstellen des Markierungslaserstrahls in die Zielposition verbracht wird. Diese Vorgehensweise erlaubt vorteilhaft die Justage ohne menschliche Kontrolle.
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Stattdessen ist es Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, beim Verstellen des Markierungslaserstrahls eine automatische Positionskontrolle anzuwenden. Dies vereinfacht und beschleunigt die Vorbereitung einer Bildmessung erheblich.
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Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Justage-System zur Ausführung des ersten und zweiten Verstellschrittes eine Verstelleinheit. Diese kann erfindungsgemäß entweder auf die Laserquelle und/oder den Markierungslaserstrahl wirken. Dabei kann die Verstelleinheit so ausgebildet sein, dass sie den Strahlengang des Markierungslaserstrahls verändert, indem sie die Laserquelle bei Aktivierung verschiebt, verkippt, neigt und/oder dreht und/oder indem sie ein im Strahlengang befindliches optisches Element, wie beispielsweise einen Spiegel verschiebt, verkippt, neigt und/oder dreht. Die Verstelleinheit kann in einem Beispiel der Erfindung in oder außerhalb der Laserquelle angeordnet sein, da gleich gilt für das zusätzliche optische Element. Mit anderen Worten kann die Verstelleinheit zwischen Gehäuse der Bildgebungsmodalität und der Laserquelle angeordnet sein und insofern eine bewegliche Aufhängung bzw. Befestigung der Laserquelle an der Bildgebungsmodalität bewirken. Alternativ ist die Laserquelle starr mit der Bildgebungsmodalität verbunden und die Verstelleinheit ist zwischen Laserquelle und Detektionsebene, bevorzugt am Gehäuse der Bildgebungsmodalität, angeordnet. Die Anordnung der Verstelleinheit nahe oder gar in der Laserquelle bewirkt vorteilhaft eine große bzw. weite Ablenkung, Verschiebung oder Verstellung des Markierungslaserstrahls in der Detektionsebene bei nur geringfügiger Manipulation der Verstelleinheit. Jedes erfindungsgemäße Verstellen des Markierungslaserstrahls kann eine einzelne oder eine Kombination aus mehreren Bewegungen und damit Manipulationen durch die Verstelleinheit umfassen. Zum Bespiel kann eine Rotation des Markierungslaserstrahls durch Drehen der Laserquelle um einen Fixpunkt realisiert sein. Eine Translation des Markierungslaserstrahls in der Detektionsebene kann durch ein Verschieben oder Kippen der Laserquelle oder des optischen Elements mittels Verstelleinheit realisiert sein. Die einzelnen oder kombinierten Bewegungen können über eine verstellbare Lagerung der Laserquelle bzw. des optischen Elements realisiert werden. Dazu kann die Verstelleinheit auch wenigstens ein Lagerelement umfassen, welches beispielsweise als Gleitschiene zum Verschieben, zum Verschieben, als Kipp-Gelenk zum Kippen und/oder als Rotationslager ausgebildet sein kann. Wie weiter unten detailliert ausgeführt, kann die Verstelleinheit wenigstens ein Verstellelement in Form eines Aktuators bzw. eines Servomotors umfassen.
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Das erfindungsgemäße Justage-System umfasst auch eine Steuereinheit. Die Steuereinheit steht in Datenaustausch mit der Detektionseinheit und der Verstelleinheit. Die Steuereinheit kann zusätzlich eingerichtet sein, auch den Betrieb der Laserquelle, zu steuern, insbesondere zur Erzeugung eines alternativen Strahlmusters. Die Steuereinheit kann in die Steuerung einer Bildgebungsmodalität integriert oder als davon getrennte Einheit ausgebildet sein. Die Steuereinheit empfängt Signale von der Detektionseinheit, die angeben, ob ein Teilstrahl des Markierungslaserstrahls eine der Zielpositionen trifft oder nicht. Die Steuereinheit kann eine Recheneinheit umfassen. Diese ist eingerichtet, alle in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren stehenden Rechenschritte durchzuführen und entsprechende Steuersignale, insbesondere für die Verstelleinheit zu erzeugen. Insbesondere ist die Recheneinheit eingerichtet, mittels beispielsweise in einer Speichereinheit hinterlegter Routinen sowie ggf. Eingaben von Bedienpersonal ein Bewegungsmuster für den Markierungslaserstrahl abzuleiten und in entsprechende Steuersignale für die Verstelleinheit zu überführen. Beispielsweise ist die Recheneinheit als ein sogenanntes FPGA (Akronym für das englischsprachige „Field Programmable Gate Array“) ausgebildet oder umfasst eine arithmetische Logikeinheit.
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Gemäß einem ersten bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verstellen des Markierungslaserstrahls eine Translation und/oder eine Rotation des Markierungslaserstrahls in der Detektionsebene.
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Eine Translation umfasst dabei eine Bewegung des Markierungslaserstrahls entlang einer geradlinigen oder gekrümmten Trajektorie in der Detektionsebene, wobei sich jeder Teilstrahl des Markierungslaserstrahls, insbesondere der Zentralstrahl und der wenigstens eine Peripheriestrahl entlang dieser Trajektorie bewegen. Eine Rotation umfasst eine Bewegung des Markierungslaserstrahls, bei dem ein Teilstrahl des Markierungslaserstrahls ortsfest gehalten wird und sich alle übrigen Teilstrahlen des Markierungslaserstrahls um die Position des bzw. den ortsfesten Teilstrahl auf einer Kreisbahn bewegen. In einem Beispiel der Erfindung erfolgt die Rotation um den Zentralstrahl des Markierungslaserstrahls herum, jeder andere Teilstrahl kann jedoch auch Zentrum einer Rotation sein. Die Steuereinheit ist gemäß diesem Aspekt eingerichtet, z.B. in Abhängigkeit einer durch ein aktuelles Strahlmuster vorgegebenen Justage-Routine und/oder empfangenen Signalen der Detektionseinheit Verstellschritte für den Markierungslaserstrahl zu ermitteln und diese in Befehle zur Ansteuerung der Verstelleinheit zu überführen.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Verstellen des Markierungslaserstrahls zumindest in einem Schritt iterativ. Das bedeutet, dass beim ersten und/oder zweiten Verstellen des Markierungslaserstrahls derselbe mehrfach, d.h. wiederholt hintereinander um einen festen Abstand bzw. um ein festes Inkrement in dieselbe Bewegungsrichtung bzw. in derselben Bewegungsform verstellt wird. Die Richtung bzw. die Bewegungsform kann vorab durch einen Benutzer oder automatisch durch die Steuereinheit ausgewählt bzw. festgelegt worden sein, dasselbe gilt für das Bewegungsinkrement. Diese Vorgehensweise beruht auf dem Grundgedanken, dass auch bei Unkenntnis über die aktuelle Position des Markierungslaserstrahls zu Beginn des Justage-Verfahrens bei wiederholter Ausführung ein und desselben Bewegungsschritts der Markierungslaserstrahl zwangsläufig eine der Zielpositionen trifft. Diese Vorgehensweise verzichtet folglich auf eine Vorab-Bestimmung einer Ausgangsposition bzw. aktuellen Lage des Markierungslaserstrahls.
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Möglich ist es, dass der Markierungslaserstrahl derart dejustiert, also derart aus seiner Justage-Zielposition verstellt ist, dass beim vorab beschriebenen iterativen Verstellen des Markierungslaserstrahls der Stellbereich der Verstelleinheit in der festgelegten Bewegungsrichtung ausgeschöpft ist, bevor der Markierungslaserstrahl eine der Zielpositionen für den Zentralstrahl oder den wenigstens einen Peripheriestrahl in der Detektionsebene getroffen hat.
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Für dieses Fall ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass ein Verstellen in einer anderen Bewegungsrichtung erfolgt, sofern beim Verstellen des Markierungslaserstrahls in einer vorherigen Bewegungsrichtung ein Stellbereich der Verstelleinheit ausgeschöpft ist, bevor eine Zielposition vom Markierungslaserstrahl getroffen wurde.
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Derart ist sichergestellt, dass das Justage-Verfahren weitergeführt und der Markierungslaserstrahl über die Begrenzung des Stellbereichs der Verstelleinheit in einer Bewegungsrichtung ,weiter gesucht‘ wird. Die andere Bewegungsrichtung kann in einem bevorzugten Beispiel der Erfindung durch eine Bewegungsrichtungsumkehr eingenommen werden. Alternativ entspricht die andere Bewegungsrichtung einer vorab festgelegten oder zufällig ausgewählten Bewegungsrichtung. Die andere Bewegungsrichtung kann sich auch durch inkrementelle Änderung der vorherigen Bewegungsrichtung ergeben, beispielsweise durch Drehen um einen bestimmten Winkel, z.B. 5°, 30° oder 90°. Die Änderung der Bewegungsrichtung erfolgt bevorzugt automatisch und ohne Zutun von Bedienpersonal. Eine Bewegungsänderung kann mehrfach hintereinander erfolgen, sofern ein Verstellen in einer Bewegungsrichtung kein Treffen von Markierungslaserstrahl und einer der Zielpositionen bewirkt. Es kann vorgesehen sein, die Bewegungsrichtungsänderung nach einer bestimmten Anzahl von erfolglosen Bewegungsrichtungsänderungen, z.B. n=5, automatisch zu beenden. Für diesen Fall ist für die Justage des Markierungslaserstrahls das Eingreifen von Bedienpersonal erforderlich. Dies kann z.B. erforderlich sein, wenn der Markierungslaserstrahl über den Verstellbereich der Verstelleinheit hinaus dejustiert ist.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Verstellen, den Markierungslaserstrahl in eine erste Bewegungsrichtung zu translatieren oder um die aktuelle Position seines Zentralstrahls zu rotieren, bis der Markierungslaserstrahl die zentrale Zielposition trifft. Das zweite Verstellen umfasst, den Markierungslaserstrahl um die sich aus dem ersten Verstellen ergebende Position seines Zentralstrahls zu rotieren und durch Translation des Markierungslaserstrahls wieder die zentrale Zielposition zu treffen, und zwar solange, bis auch die wenigstens eine periphere Zielposition getroffen ist. Hierbei ist zu beachten, dass sich durch die Korrekturtranslation in jedem Iterationsschritt eine andere Position des Zentralstrahls als Fixpunkt der Rotation der folgenden Iteration ergibt.
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Diese Vorgehensweise entspricht einem bevorzugten, iterativen Ansatz. Das erste Verstellen dient dazu, die Position des Markierungslaserstrahls in Übereinstimmung mit der Zielposition des Zentralstrahls in der Detektionsebene zu bringen. Das zweite Verstellen dient dazu, unter Beibehaltung der Übereinstimmung von Markierungslaserstrahl und der Zielposition des Zentralstrahls auch eine Übereinstimmung mit der Zielposition des wenigstens einen Peripheriestrahls zu erzielen.
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Die Translation des ersten Verstellens erfolgt bevorzugt in einer geradlinigen Bewegung des Markierungslaserstrahls in einer vorab festgelegten Bewegungsrichtung. Alternativ wird der Markierungslaserstrahl um die aktuelle Position seines Zentralstrahls gedreht. Das erste Verstellen erfolgt so lange, bis der Markierungslaserstrahl die zentrale Zielposition in der Detektionsebene trifft, also bis ein beliebiger Teilstrahl des Markierungslaserstrahls die zentrale Zielposition trifft. Entsprechend bewirkt das erste Verstellen eine Übereinstimmung in der Position eines beliebigen Teilstrahls des Markierungslaserstrahls mit der zentralen Zielposition im Sinne einer ersten Annäherung der Position des Markierungslaserstrahls an das Justage-Ziel. Das zweite Verstellen bewirkt im Anschluss daran durch die Rotation des Markierungslaserstrahls um seinen Zentralstrahl, dass ein beliebiger Teilstrahl des Markierungslaserstrahls auch die wenigstens eine periphere Zielposition in der Detektionsebene trifft. Das zweite Verstellen erfolgt derart, dass sowohl die zentrale Zielposition als auch die Zielposition für den wenigstens einen Peripheriestrahl von Teilstrahlen des Markierungslaserstrahls getroffen werden. Verursacht eine Annäherung des Markierungslaserstrahls an die periphere Zielposition durch Rotation ein Entfernen des Markierungslaserstrahls von der zentralen Zielposition, so umfasst das zweite Verstellen auch eine Korrekturbewegung für das Entfernen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das zweite Verstellen eine Rotation des Markierungslaserstrahls um seinen Zentralstrahl bzw. die aktuelle Position seines Zentralstrahls, so lange, bis auch die periphere Zielposition von einem Teilstrahl des Markierungslaserstrahls getroffen ist. Da diese Rotation unter Umständen den Markierungslaserstrahl von der zentralen Zielposition entfernt, umfasst das zweite Verstellen in diesem Beispiel auch eine Translation, die derart gerichtet ist, dass der Markierungslaserstrahl auf der zentralen Zielposition gehalten wird.
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In einem anderen Beispiel der Erfindung umfasst das zweite Verstellen eine Rotation des Markierungslaserstrahls um die Position der zentralen Zielposition bzw. um den die zentrale Zielposition treffenden Teilstrahl, so lange, bis auch die periphere Zielposition von einem Teilstrahl des Markierungslaserstrahls getroffen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das zweite Verstellen auch, den Markierungslaserstrahl zu translatieren, bis sein Zentralstrahl die zentrale Zielposition trifft. Dies bewirkt, dass die zentrale Zielposition vom Zentralstrahl des Markierungslaserstrahls und die wenigstens eine periphere Zielposition von dem wenigstens einen Peripheriestrahl des Markierungslaserstrahls getroffen wird, also das Erreichen der Justage-Zielposition. Bevorzugt ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass Zentralstrahl und der wenigstens eine Peripheriestrahl eine andere, insbesondere eine höhere Intensität als die übrigen Teilstrahlen des Markierungslaserstrahls aufweisen, dass die Detektionseinheit ausgebildet ist, Strahlintensitäten wenigstens in der zentralen und der peripheren Zielposition zu messen und an die Steuereinheit zu übermitteln und dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die erhaltenen Intensitätswerte mit hinterlegten Intensitätsschwellwerten zu vergleichen. Alternativ können Zentralstrahl und Peripheriestrahl im Vergleich zu übrigen Teilstrahlen eine andere Wellenlänge aufweisen.
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Gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Verstellen ein Translatieren des Markierungslaserstrahls auf wenigstens einer vollständigen Kreisbahn in der Detektionsebene, ein Erfassen mittels der Detektionseinheit von Relativabständen zwischen der Position des Zentralstrahls zu Beginn der Kreisbahnbewegung zu jeweils der Position des Zentralstrahls auf der Kreisbahn bei Treffen des Markierungslaserstrahls mit der zentralen Zielposition in der Detektionsebene, ein Ermitteln von Relativabständen zwischen den Positionen des Zentralstrahls auf der Kreisbahn bei Treffen des Markierungslaserstrahls mit der zentralen Zielposition in der Detektionsebene, ein Ermitteln eines Relativabstands zwischen der Position des Zentralstrahls zu Beginn der Kreisbahnbewegung und der zentralen Zielposition in der Detektionsebene, und ein Translatieren des Markierungslaserstrahls um den ermittelten Relativabstand, sodass der Zentralstrahl des Markierungslaserstrahls die zentrale Zielposition trifft. Das zweite Verstellen umfasst, den Markierungslaserstrahl zu rotieren, bis der Markierungslaserstrahl die wenigstens eine periphere Zielposition trifft.
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Gemäß dieser analytischen Vorgehensweise wird vor einer Korrekturbewegung des Markierungslaserstrahls zunächst ein Abstand des Zentralstrahls bzw. seine relative Lage zu der zentralen Zielposition ermittelt. Dazu wird der Markierungslaserstrahl ausgehend von seiner aktuellen, in der Regel unbekannten, Position zu Beginn des Justage-Verfahrens auf einer geschlossenen Kreisbahn verstellt. In Abhängigkeit der Ausgestaltung des Strahlmusters sowie der Ausgangsposition des Markierungslaserstrahls vor dem Justage-Verfahren ergeben sich Treffer-Positionen auf der Kreisbahn, in denen der Markierungslaserstrahl mit einem beliebigen Teilstrahl die zentrale Zielposition trifft. Bei der Kreisbahnbewegung können sich vier, zwei oder keine Treffer-Positionen ergeben. Im Falle von keiner Treffer-Position wird, beispielsweise zufällig, eine andere Ausgangsposition für den Markierungslaserstrahl gewählt, indem dieser in der Detektionsebene beliebig mittels Verstelleinhheit verstellt wird. Im Falle des Vorliegens von zwei Treffer-Positionen für eine Kreisbahnbewegung wird ebenfalls der Markierungslaserstrahl möglichst weit innerhalb des Verstellbereichs der Verstelleinheit verstellt und erneut eine Kreisbahnbewegung abgefahren, bis erneut zwei Treffer-Positionen pro Kreisbahnbewegung gefunden wurden. Bei Auffinden von vier Treffer-Positionen pro Kreisbahnbewegung lassen sich die auf dem abgefahren Kreis gegenüberliegenden Treffer-Positionen virtuell verbinden. Der Schnittpunkt der sich kreuzenden Verbindungslinien entspricht der zentralen Zielposition. Im Falle von zwei Treffer-Positionen für eine abgefahrene Kreisbahn lassen sich jeweils die Treffer-Positionen einer Kreisbahn virtuell verbinden. Dort, wo sich die verlängerten Verbindungslinien kreuzen, befindet sich die zentrale Zielposition. Die Treffer-Positionen weisen je einen Relativ-Abstand zur Ausgangsposition des Zentralstrahls bei der jeweiligen Kreisbahnbewegung auf. Nach Ermitteln der relativen Lage der Treffer-Positionen zu der zentralen Zielposition in der Detektionsebene kann auch der Relativabstand zwischen zentraler Zielposition und der Ausgangsposition des Zentralstrahls geometrisch rekonstruiert werden. Um diesen Relativabstand wird der Zentralstrahl bzw. der Markierungslaserstrahl anschließend verstellt, sodass der Zentralstrahl die zentrale Zielposition trifft. Um das Justage-Ziel zu erreichen wird anschließend der Markierungslaserstrahl um die zentrale Zielposition gedreht, bis der wenigstens eine Peripheriestrahl auch die periphere Zielposition trifft.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Detektionseinheit des Justage-Systems, wie oben bereits erwähnt, ein positionssensitives Detektorfeld.
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Das Detektorfeld ist vorzugsweise flächig ausgebildet und eingerichtet, Laserlicht zu detektieren und zu codieren, an welcher Position innerhalb des Detektorfeldes Laserlicht eingefallen ist. Das Detektorfeld ist bevorzugt der Laserquelle gegenüberliegend und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Zentralstrahls des Markierungslaserstrahls angeordnet. Bei dem Detektorfeld kann es sich beispielsweise um ein Photodioden-Array oder um eine CCD-Kamera handeln. Diese Ausgestaltung der Detektionseinheit erlaubt eine besonders flexible Anpassung oder Ergänzung von zentraler und/oder peripherer Zielposition an beispielsweise ein verändertes Strahlmuster, da keine mechanischen Anpassungen erforderlich sind.
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In einem anderen Beispiel der Erfindung umfasst die Detektionseinheit wenigstens zwei räumlich getrennte Detektorelemente, beispielsweise zwei einzelne Photodioden, die je in der Detektionsebene an der zentralen und der wenigstens einen peripheren Zielposition angeordnet sind. Auch die Einzelelemente können verschiebbar bzw. verstellbar angeordnet sein, um auf eine Anpassung des Strahlmusters reagieren zu können. So kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinheit auch eine Position der einzelnen Detektorelemente oder der Positionskodierung eines Detektorfeldes steuert bzw. vorgibt.
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In einem weiteren Beispiel der Erfindung, welches ebenfalls eine mechanische Anpassung der Detektionseinheit an ein geändertes Strahlmuster erübrigt, ist eine Vielzahl von Detektorelementen umfasst, die in Positionen entsprechend zentralen und peripheren Zielpositionen für eine Vielzahl von Strahlmustern in der Detektionsebene angeordnet sind.
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In einem besonders bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Markierungslaserstrahl in Form eines Laserkreuzes ausgebildet, wie ebenfalls eingangs erwähnt.
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Mit anderen Worten ist das Strahlmuster hier ein Fadenkreuz. Dies entspricht einem gängigen Strahlmuster für einen Positionierungslaserstrahl in der medizinischen Bildgebung, wie er insbesondere bei der Computertomographie oder der Magnetresonanz-Tomographie zum Einsatz kommt. Bevorzugt sind die Kreuzarme als separate, sich kreuzende Laserlinien ausgebildet, die feststehend, insbesondere in einem 90°-Winkel zu einander angeordnet sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Laserlinien jeweils eine Länge von 50 cm bis 70 cm auf, insbesondere eine Länge von 60 cm. Damit ist der Markierungslaserstrahl ausgebildet, im Wesentlichen das Blickfeld einer Bildgebungsmodalität abzudecken. Die Laserlinien können unterbrochen sein. Mit anderen Worten werden die die Kreuzarme bildenden Laserlinien unterbrochen, sodass man nur einen Außenbereich sowie den Innenbereich der sich im Zentrum des Markierungslaserstrahls kreuzenden Laserlinien sehen kann.
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In weiteren Beispielen der Erfindung sind andere Strahlmuster denkbar. In einem Beispiel kann das Strahlmuster einen Rahmen umfassen. Der Rahmen kann durch eine umgrenzende Laserlinie, ausgebildet als eine gerade oder gebogene Linie, gebildet werden. Der Rahmen umgibt einen beleuchtungsfreien oder zumindest weitgehend beleuchtungsfreien, inneren Bereich. Der Rahmen kann bevorzugt rund, oval, elliptisch oder insbesondere kreisförmig ausgebildet sein. Im Inneren des Rahmens, insbesondere in seiner Mitte bzw. seinem Zentrum kann ein Fadenkreuz umfasst sein, welches durch zwei kurze, sich kreuzende Laserlinien gebildet wird. Die den Rahmen bildende Laserlinie weist insbesondere keine Verbindung zu Laserlinien eines Fadenkreuzes bzw. einer Mittelpunktsmarkierung auf. Der Rahmen kann alternativ quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein.
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Der Rahmen kann geschlossen oder unterbrochen sein. Der Rahmen kann im letztgenannten Fall durch einzelne, voneinander getrennte bzw. unterbrochene Laserlinien-Segmente gebildet sein. Es kann in Beispielen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Rahmen des Strahlmusters zusätzliche Laserlinien umfasst, die Verlängerungen von ein zentrales Fadenkreuz bildenden Laserlinien entsprechen.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Verstelleinheit des erfindungsgemäßen Justage-Systems wenigstens einen Aktuator oder Servomotor. Beide Ausgestaltungsvarianten setzen zusammen mit wenigstens einem von der Verstelleinheit ebefalls umfassten Lagerelement wie Schiene, Gelenk und/oder Lager elektrische Steuersignale in mechanische Bewegung um. Dabei kann es sich um ein geradliniges Verstellen, ein Neigen oder Kippen, eine Drehung oder Kombinationen daraus handeln, was jeweils zu einer Positionsänderung und/oder einer Änderung der Ausrichtung bzw. Orientierung von Laserquelle und/oder eines auf den Markierungslaserstrahl wirkendes optischen Elements führt. Einzelne Bewegungsformen können durch einen oder mehrere Aktuatoren oder Servomotoren realisiert sein.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Bildgebungsmodalität zur Auto-Justage eines Markierungslaserstrahls umfassend ein erfindungsgemäßes Justage-System.
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Mit anderen Worten umfasst integriert die erfindungsgemäße Bildgebungsmodalität alle Komponenten des erfindungsgemäßen Justage-Systems in sich. Insbesondere die Steuereinheit des Justage-Systems kann in die Steuerung der Bildgebungsmodalität eingebettet sein.
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Bei der Bildgebungsmodalität kann es sich insbesondere um eine Computertomographie-Anlage oder eine Magnetresonanztomographie-Anlage handeln. Möglich und im Sinne der Erfindung sind auch Ausgestaltungen als C-Bogen-Röntgen-Gerät oder Angiographie-Anlage.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Durch diese Beschreibung erfolgt keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele. In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsmodalität in einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Justage-Systems in einem Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Justage-Systems in einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 4 ein Block-Schema eines erfindungsgemäßen Justage-Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel,
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Justage-Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Justage-Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
- 7 ein Block-Schema eines erfindungsgemäßen Justage-Verfahrens in einem anderen Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße medizinische Bildgebungsmodalität in einem Ausführungsbeispiel, nämlich in Form eines Röntgen-Computertomographen 20. Der hier gezeigte Computertomograph 20 verfügt über eine Aufnahmeeinheit 24, umfassend einen Röntgenstrahler sowie einen Röntgenbildetektor (nicht dargestellt). Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor liegen im Inneren der Aufnahmeeinheit 24 und werden durch das Gehäuse der Modalität 20 verdeckt. Die Aufnahmeeinheit 24 rotiert während der Aufnahme von Röntgenprojektionen um eine Systemachse 18. Das Untersuchungsobjekt 16, hier ein Patient 16, liegt bei der Aufnahme von Projektionen auf einer Patientenliege 14. Die Patientenliege 14 ist dazu ausgelegt, den Patienten 16 entlang einer Aufnahmerichtung durch die Öffnung 22 bzw. Bildgebungsröhre 22 der Aufnahmeeinheit 24 zu bewegen. Die Aufnahmerichtung ist in der Regel durch die Systemachse 18 gegeben, um die die Aufnahmeeinheit 24 bei der Aufnahme von Röntgenprojektionen rotiert. Der Röntgen-Computertomograph 20 umfasst ein erfindungsgemäßes Justagesystem. Dazu ist eine Laserquelle 8 in Form eines Lasers 8 zur Laserstrahlerzeugung und Strahlformung vorgesehen. Die Laserquelle 8 ist oberhalb des Eingangs der Öffnung 22 angeordnet und am Gehäuse fixiert. Sie erzeugt hier einen kreuzförmigen, aufgefächerten Markierungslaserstrahl 2 umfassend einen Zentralstrahl 4 in seinem Zentrum und zwei sich im Zentrum kreuzende Laserlinien, wobei ein Ende eines jeden der Kreuzarme einen Peripheriestrahl 6 bildet. Andere Strahlmuster bzw. Strahlformen sind ebenfalls möglich. Insbesondere ist die Laserquelle 8 eingerichtet, eine Strahlform an eine gewünschte Bildmessung anzupassen. Der Markierungslaserstrahl 2 breitet sich im Wesentlichen senkrecht nach unten aus und trifft auf eine Detektionsebene 10, die durch eine plane Fläche 10 an einem ortsfesten Liegensockel 12 der Bildgebungsmodalität 20 angeordnet ist und welche zumindest teilweise in die Öffnung 22 hineinragt. Der Liegensockel 12 dient einem sanften und sicheren Transport der Patientenliege 14 entlang der Systemachse 18 vor, während und nach einer Bildmessung. Die Liege 14 kann soweit auf dem Liegensockel 12 aus der Öffnung 22 verfahren werden, dass sie die Detektionsfläche 10, beispielsweise für eine erfindungsgemäße Justage des Markierungslaserstrahls 2, freigibt. Die Detektionsebene 10 umfasst mehrere, hier drei Zielpositionen sc, sz und sx für den Markierungslaserstrahl 2. Sc entspricht einer zentralen Zielposition für den Zentralstrahl 4 und sx und sz entsprechen peripheren Zielpositionen für die Peripheriestrahl 6. Die Zielpositionen sc, sz und sx entsprechen einem Justage-Ziel. Sie können erfindungsgemäß auf das Strahlmuster angepasst sein, insbesondere können die Abstände und/oder Lagen der Zielpositionen sc, sx und sz absolut und/oder relativ zu einander angepasst werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Zielpositionen immer einen definierten Abstand bzw. eine definierte Lage zu der Bildgebungsmodalität 20, insbesondere ihrem Isozentrum, aufweisen. Alternativ kann dieser Abstand auch in einem separaten Verfahren kalibriert werden. Die Detektionsebene 10 umfasst auch eine Detektionseinheit 11. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind in den Zielpositionen sc, sx und sz in, auf oder unter der Detektionsebene 10 Detektorelemente 13 in Form von intensitätssensitiven Photodioden 13 angeordnet. Diese sind eingerichtet, zu detektieren, ob Laserlicht in wenigstens eine der Zielpositionen sc, sx oder sz einfällt. Die Detektorelemente 13 können auch die Intensität einfallenden Laserlichts ermitteln. In alternativen Ausführungen der Bildgebungsmodalität umfasst die Detektionseinheit 11 wenigstens ein flächiges Detektorfeld 13 als Detektorelement 13, bspw. in Form eines Photodioden-Arays oder einer CCD-Kamera, welches eingerichtet ist, Einfallsposition und Intensität von einfallendem Laserlicht zu detektieren. Ein Beispiel dafür ist in 2 dargestellt. Das wenigstens eine Detektorfeld 13 kann im Wesentlichen die Detektionsebene 10 bedecken oder aber in bevorzugten Bereichen der Detektionsebene 10 angeordnet sein, in denen wenigstens eine der Zielpositionen sc, sx oder sz angeordnet ist. Das Detektorfeld 13 umfasst eine Vielzahl von Pixelreihen und Pixel-Spalten, wobei eine Zielposition jeweils wenigstens ein oder eine Gruppe aus benachbarten Pixeln umfasst. In 1 nicht dargestellt, aber ebenfalls von der erfindungsgemäßen Bildgebungsmodalität 20 umfasst ist eine Verstelleinheit 34 zum Verstellen des Markierungslaserstrahls 2 in der Detektionsebene 10. Die Verstelleinheit 34 wird mit Bezug zu 2 näher beschrieben. Wenigstens Verstelleinheit 34 und Detektionseinheit 11 stehen mit einer ebenfalls von der Bildgebungsmodalität 20 umfassten Steuereinheit 26 in Datenkommunikation. Die Datenverbindungen sind jeweils in bekannter Weise kabelgebunden oder kabellos realisiert. Die Detektionseinheit 11 ist eingerichtet, Signale an die Steuereinheit 26 zu übermitteln, die bspw. angeben, ob der Markierungslaserstrahl 2 eine der Zielpositionen sc, sx oder sz trifft und insbesondere auch, welche Lichtintensität in wenigstens einer der Zielpositionen sc, sx oder sz einfällt. Die Steuereinheit 26 kann als eigenständige Steuereinheit oder als Teil einer Steuereinheit der Bildgebungsmodalität 20 ausgebildet sein. Die Steuereinheit 26 steht ferner mit einer Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 in Datenkommunikation. Die Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 dient beispielsweise der graphischen Anzeige von Auswahloptionen für eine gewünschte Justage-Routine oder der Anzeige von möglichen Intensitätsschwellwerten für das Laserlicht an einen Benutzer. Bei der Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 kann es sich beispielsweise um einen LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm handeln. Es kann sich weiterhin um einen berührungsempfindlichen Bildschirm handeln. Bei der Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 handelt es sich beispielsweise auch um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten „Touch-Screen“ oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe. Die Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 kann auch eingerichtet sein, um Bewegungen eines Benutzers zu erkennen und in entsprechende Befehle zu übersetzen. Die Steuereinheit 26 ist eingerichtet, empfangene Signale von bspw. der Detektionseinheit 11 und/oder der Ausgabe-/Eingabeeinheit 32 zu verarbeiten und im Rahmen des erfindungsgemäßen Justage-Verfahrens Steuersignale, insbesondere Steuersignale für die Verstelleinheit 34 zu erzeugen. Die Steuereinheit 26 umfasst zu diesem Zweck eine Recheneinheit 28, die einerseits dazu eingerichtet ist, entsprechend einer bspw. durch einen Benutzer ausgewählten Justage-Routine bzw. einer Justage-Schritt-Abfolge und/oder eines aktuellen Strahlmusters des Markierungslaserstrahls 2 Verstellschritte für den Markierungslaserstrahl 2 zu ermitteln und entsprechende Steuersignale für die Verstelleinheit 34 zu erzeugen. Verschiedene Justage-Rountinen, die insbesondere auf ein bestimmes Strahlmuster angepasst bzw. optimiert sind, können in einem ebenfalls von der Steuereinheit 26 umfassten Speicher 30 hinterlegt sein. In diesem Zusammenhang ist die Recheneinheit 28 auch eingerichtet, anhand der von der Detektionseinheit 11 erfassten Signale bezüglich der Zielpositionen sc, sx oder sz zu ermitteln, ob der Markierungslaserstrahl 2 wenigstens eine der Zielpositionen trifft bzw. ob Zentralstrahl 4 und/oder der wenigstens eine Peripheriestrahl 5 eine der Zielpositionen trifft.
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Die Recheneinheit 28 kann mit einem computerlesbaren Datenträger zusammenwirken, insbesondere, um durch ein Computerprogramm mit Programmcode ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Weiterhin kann das Computerprogramm auf dem maschinenlesbaren Träger abrufbar gespeichert sein. Insbesondere kann es sich bei dem maschinenlesbaren Träger um eine CD, DVD, Blu-Ray Disc, einen Memory-Stick oder eine Festplatte handeln. Die Recheneinheit 28 kann in Form von Hard- oder in Form von Software ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Recheneinheit 28 als ein sogenanntes FPGA (Akronym für das englischsprachige „Field Programmable Gate Array“) ausgebildet oder umfasst eine arithmetische Logikeinheit.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist in dem Speicher 30 der Steuereinheit 26 wenigstens ein Computerprogramm gespeichert, welches alle Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn das Computerprogramm ausgeführt wird. Das Computerprogramm zur Ausführung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Programmcode. Weiterhin kann das Computerprogramm als ausführbare Datei ausgebildet sein und/oder auf einem anderen Rechensystem. Beispielsweise kann die medizinische Bildgebungsmodalität 20 so ausgelegt sein, dass die Recheneinheit 28 das Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens über ein Intranet oder über das Internet in seinen internen Arbeitsspeicher lädt.
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Alle genannten Einheiten können körperlich oder funktional mit einander verbunden sein.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Justage-System in einem Ausführungsbeispiel. Es umfasst einen Laser 8, der einen Markierungslaserstrahl 2 Richtung Detektionsebene 10 aussendet, hier in Form eines Fadenkreuzes mit unterbrochenen, sich kreuzenden Laserlinien. Der Zentralstrahl 4 des Markierungslaserstrahls 2 wird im Kreuzungspunkt der den Strahl bildenden Laserlinien gebildet. Ein Kreuzarm umfasst an seinem äußeren Ende einen Peripheriestrahl 6. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Zentralstrahl 4 des Markierungslaserstrahls 2 im Wesentlichen senkrecht, beliebige andere Strahlverläufe sind ebenfalls möglich. Der Laser 8 ist an der Außenwand bzw. dem Gehäuse einer Bildgebungsmodalität 20 angeordnet, als Bindeglied fundgiert eine Verstelleinheit 34 umfassend ein Verstellelement 36 in Form wenigstens eines Servomotors 36 und/oder eine Aktuators 36 sowie wenigstens ein verstellbares Lagerelement 38, welches eine Bewegung des Verstellelements 36 auf den Laser 8 überträgt. Vorliegend ist das Lagerlement 38 als in alle Richtungen kippbares und insbesondere rotierbares Kugelgelenk 38 ausgebildet. Diese Ausgestaltung des Lagerelements 38 ermöglicht sowohl eine beliebige Translation des Markierungslaserstrahls 2 durch Verkippen des Lasers 8 in der Detektionsebene 10 als auch eine Rotation des Markierungslaserstrahls 2 um seinen Zentralstrahl 4. Denkbar sind auch alternative Ausgestaltungen der Verstelleinheit 34. Beispielsweise können mehrere Lagerelemente 38 in Form von Verstellschienen 38, jeweils für eine andere Bewegungsrichtung, mehrere Kipp-Gelenke 38, jeweils für eine andere Bewegungsrichtung und/oder Drehlager für Rotationsbewegungen vorgesehen sein. Entsprechend kann das Verstellelement 36 ein oder mehrere Aktuatoren bzw. Servos umfassen, wobei jeder davon zusammen mit einem entsprechenden Lagerelement 38 für eine oder mehrere Bewegungsrichtungen zuständig sein kann. Alternative Verstelleinheiten 34 umfassen zusätzlich ein optisches Element, beispielsweise in Form wenigstens eines Spiegels, der im Strahlengang des Markierungslaserstrahls 2 angeordnet ist und auf den ein Verstellelement 36 über ein entsprechendes Lagerelement 38 wirkt. In diesen alternativen Ausgestaltungen ist der Laser 8 in der Regel unbeweglich befestigt, sodass das Verstellen lediglich ein Manipulieren des Verlaufs des Markierungslaserstrahls 2, nicht aber des Lasers 8, umfasst. Die altenative Verstelleinheit 34 kann in der Laserquelle 8 oder außerhalb der Laserquelle, dann bevorzugt auch am Gehäuse der Bildgebungsmodalität 20 angeordnet sein.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Detektionsebene 10 zwei Zielpositionen sc und sx. Sc stellt die Zielposition für den Zentralstrahl 4 und sx die Zielposition für den Peripheriestrahl 6 dar, wobei beide Zielpositionen sc und sx zusammen dem Justage-Ziel eines erfindungsgemäßen Justage-Verfahrens entsprechen. Vorliegend trifft der Markierungslaserstrahl 2 weder die zentrale noch die periphere Zielposition sc, sx in der Detektionsebene 10. Mit anderen Worten ist der Markierungslaserstrahl 2 dejustiert. Die Abweichungen in Position und Winkel entsprechen typischerweise wenigen Millimetern bzw. wenigen Grad. Diese Abweichungen ergeben sich regelmäßig durch mechanische Arbeiten an der Bildgebungsmodalität 20, bei denen bspw. Gehäuseteile umfassend den Laser 8 entfernt werden müssen. Aber auch Vibrationen bei Betrieb der Bildgebungsmodalität 20 können mit der Zeit ein ,Misalignment‘ des Markierungslaserstrahls 2 verursachen. Abweichungen in dem oben genannten Ausmaß lassen sich auf einfache, schnelle und exakte Weise durch das erfindungsgemäße Justage-Verfahren korrigieren, wie im Folgenden mit Bezug zu den 3 bis 7 eingehend beschrieben wird. Lediglich in den Fällen, in denen die Abweichungen größer als die angegebenen typischen Werte sind, wird erfindungsgemäß das Eingreifen bzw. eine Korrektur durch einen Benutzer erforderlich.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, hier iterativen Justage-Verfahrens als Block-Schema. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine aktuelle Position des dejustierten Markierungslaserstrahls 2 nicht bekannt und wird auch nicht ermittelt. Stattdessen sieht diese Ausführungsvariante eine schrittweise Annäherung der Position des Markierungslaserstrahls 2 an das Justage-Ziel im Sinne eines ,Try-And-Error‘-Verfahrens vor.
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Ausgangspunkt dieses Vorgehens ist ein Markierungslaserstrahl 2 (lange Strich-Linien), der gemäß der in 3 dargestellten und von den Zielpositionen sc und sx abweichenden Position A angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Markierungslaserstrahl 2 in einem Schritt S11 mittels Verstelleinheit 34 in einer zufällig vorab definierten Richtung zu verschieben (in 3 dargestellt durch die geraden Pfeile), bis ein beliebiger Teilstrahl von Markierungslaserstrahl 2 die zentrale Zielposition sc trifft. Alternativ kann Schritt S11 auch umfassen, den Markierungslaserstrahl 2 um seinen Zentralstrahl 4 in eine Rotationsrichtung zu rotieren. Ist der Verstellbereich der Verstelleinheit 34 in der gewählten Richtung ausgeschöpft, mit anderen Worten, ist das Verstellmaximum dieser Bewegungsrichtung erreicht, bevor die zentrale Zielposition sc getroffen wurde, wird der Markierungslaserstrahl 2 in seine Ausgangsposition entsprechend Position A zurück gefahren. In einem Schritt S13 wird durch die Steuereinheit 26 zufällig oder entsprechend einem hinterlegten Schema eine andere Bewegungsrichtung gewählt und der Markierungslaserstrahl 2 gemäß Schritt S11 auf der Suche nach einem Treffer der zentralen Zielposition sc in dieser Richtung verstellt. Bevorzugt wird zunächst eine Richtungsumkehr durchgeführt. Diese Iterationsschleife wird solange durchlaufen, bis entweder der Markierungslaserstrahl 2 die zentrale Zielposition sc trifft oder alle entsprechend der Verstelleinheit 34 möglichen Bewegungsrichtungen ausgeschöpft sind. Für letztgenannten Fall sieht das Justage-Verfahren gemäß Schritt S14 vor, ein Warnsignal an einen Benutzer auszugeben, welches signalisiert, dass eine manuelle Justage oder gar eine Reparatur erforderlich ist. Dieses Warnsignal kann bspw. optisch über die Eingabe-/Ausgabeeinheit 32 oder akustisch ausgegeben werden. Detektiert die Detektionseinheit 11 bspw. über einen sprunghaften Intensitätsanstieg am in der zentralen Zielposition sc angeordneten Detektorelement 13 während des Verstellens gemäß Schritt S11 einen Treffer des Markierungslaserstrahls 2, hat der Markierungslaserstrahl 2 (kurze Strich-Linie) die in 3 dargestellte Position B eingenommen. In einem Schritt S12 steuert die Steuereinheit 26 nun die Verstelleinheit 34 derart, dass der Markierungslaserstrahl 2 um seinen Zentralstrahl 4 rotiert und gleichzeitig wieder in die zentrale Zielposition sc verschoben wird, bis ein beliebiger Teilstrahl des Markierungslaserstrahls 2 auch die periphere Zielposition sx trifft. Die Rotation erfolgt inkrementell vorzugsweise nur um geringe Grad-Werte, bspw. 0,2° oder 0,5°, sodass vorteilhaft nur kleine Korrekturverschiebungen nötig sind, um den Markierungslaserstrahl 2 wieder in die zentrale Zielposition sc zu bringen. Ist der Verstellbereich der Verstelleinheit 34 in der gewählten Rotationsrichtung ausgeschöpft, bevor die periphere Zielposition sx getroffen wurde, wird der Markierungslaserstrahl 2 in die Position B zurück gefahren. In einem Schritt S15 wird durch die Steuereinheit 26 eine andere Bewegungsrichtung, hier insbesondere die entgegengesetzte Rotationsrichtung und eine entgegengesetzte Korrekturrichtung zur Einhaltung der zentralen Zielposition sc gewählt und der Markierungslaserstrahl 2 gemäß Schritt S12 auf der Suche nach einem Treffer der peripheren Zielposition sx verstellt. Bei erfolgloser, sprich trefferloser Ausschöpfung des Verstellbereichs auch in dieser Richtung, wird erneut ein Warnsignal gemäß Schritt S14 ausgegeben. Bewirkt die Rotation um den Zentralstrahl 4 eine Überlagerung von Markierungslaserstrahl 2 und peripherer Zielposition sx, hat der Markierungslaserstrahl 2 (Punkt-Strich-Linie) bspw. die in 3 dargestellte Position C eingenommen. In einem Schritt S16 wird nun die Verstelleinheit 34 derart durch die Steuereinheit 26 instruiert, eine Bewegung des Markierungslaserstrahls 2 in eine Richtung entsprechend der virtuellen Verbindungslinie der zentralen und der peripheren Zielpositionen sc, sx zu bewirken, solange, bis der Zentralstrahl 4 die zentrale Zielposition sc und/oder der Peripheriestrahl 6 die periphere Zielposition sx trifft. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Markierungslaserstrahl 2 in seinem Zentralstrahl 4 und seinem Peripheriestrahl 6 eine von übrigen Teilstrahlen abweichende, insbesondere eine höhere Intensität aufweist. Bei jedem Bewegungsschritt werden die aktuellen, in den Zielpositionen detektierten Intensitätswerte an die Steuereinheit 26 übermittelt, die jeweils einen Schwellwert-Vergleich mit den Intensitätswerten durchführt. Der Schwellwert kann bspw. vorab festgelegt, vorab aus dem Speicher 30 abgerufen worden sein oder sich aus dem (mittleren) Intensitätswert übriger Teilstrahlen des Markierungslaserstrahls 2 ergeben, welche die Zielpositionen bereits getroffen haben. Ergibt der Schwellwertvergleich eine Abweichung zwischen erfasster Intensität und Schwellwert, haben Zentralstrahl 4 und/oder Peripheriestrahl 6 die jeweilige Zielposition eingenommen. Der Markierungslaserstrahl 2 (durchgezogene Linie) befindet sich nun in der in 3 dargestellten Position D entsprechend dem Justage-Ziel. Das Verfahren ist beendet.
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7 zeigt ein alternatives, teilweise analytisches Justage-Verfahren in einen Ausführungsbeispiel als Block-Schema. Hier wird vor einem Verstellen des Markierungslaserstrahls 2 durch die Steuereinheit 26 ermittelt, wo sich der Zentralstrahl 4 des Markierungslaserstrahls relativ zu der zentralen Zielposition sc befindet und erst anschließend um diesen Relativabstand bewegt.
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Ausgangspunkt dieses Verfahrens ist ein erneut kreuzförmiger Markierungslaserstrahl 2, der sich in einer Position A', B' oder D', dargestellt in 5 oder 6, befindet. In diesen Positionen weist der Zentralstrahl 4 jeweils einen unbekannten Relativabstand zu der zentralen Zielposition sc in der Detektionsebene 10 auf. In einem ersten Schritt S21 wird der Markierungslaserstrahl 2 durch die Verstelleinheit 34 ausgehend von der Position des Zentralstrahls 4 auf einer geschlossenen Kreisbahn in beliebiger Richtung bewegt. Die maximale Ausdehnung des Kreises, auf dessen Umfangslinie die Kreisbahn verläuft ist durch den Verstellbereich der Verstelleinheit limitiert. Minimal sollte der Kreis so groß sein, dass er einer angestrebten Verstellgenauigkeit entspricht. Beispielsweise weist der Kreis einen Durchmesser von wenigen Zentimetern, insbesondere 1 cm bis 2 cm auf. Die Lage der abgefahrenen Kreisbahn relativ zur zentralen Zielposition sc sowie die Ausgangsposition des Zentralstrahls 4, bestimmt, ob und wie oft ein beliebiger Teilstrahl des Markierungslaserstrahls 2 die zentrale Zielposition sc trifft, detektiert jeweils durch einen durch die Detektionseinheit 11 ermittelten Intensitätsanstieg. Ergibt die anfänglich gewählte Kreisbahn zunächst keinen oder lediglich einen Treffer, wird in einem Schritt S22 der Markierungslaserstrahl 2 durch die Verstelleinheit 34 entsprechend der Vorgabe der Steuereinheit 26 in eine andere, möglichst weit von der ursprünglichen Position entfernte Position verfahren. Das Verstellen in die neue Position kann eine Rotation und/oder eine Verschiebung des Markierungslaserstrahls umfassen. Die Bewegung kann durch die Steuereinheit 26 zufällig oder entsprechend einer vorgegebenen Schrittfolge einer hinterlegten Justage-Routine gewählt werden. Die neue Position kann bspw. die in 6 dargestellt Position B' sein. Dort wird entsprechend Schritt S21 auf der Suche nach Treffern von Markierungslaserstrahl 2 und zentraler Zielposition sc erneut eine Kreisbahn ausgehend von der Position des Zentralstrahls 4 abgefahren. Ergeben sich hierbei 2 Treffer (kleine Kreuze auf Kreisbahn in 6), werden diese zwei Relativ-Positionen ,Ausgangsposition Zentralsstrahl 2 - Position Zentralstrahl 2 bei Treffer‘ von der Steuereinheit 26 gemäß Schritt S23 zwischengespeichert. Der Markierungslaserstrahl 2 wird dann erneut in eine andere Position, bspw. entsprechend Position C', dargestellt in 6, gemäß Schritt S22 verschoben, um gemäß Schritt S21 erneut eine Kreisbahn abzufahren. Ergeben sich erneut zwei Treffer, werden auch hier die Relativpositionen von der Steuereinheit 26 festgehalten. Diese Vorgehensweise wird so lange wiederholt, bis insgesamt vier Trefferpositionen detektiert wurden. Ergibt eine ggf. mehrfach wiederholte Änderung der Ausgangsposition des Markierungslaserstrahls 2 für die Kreisbahnbewegung keine Treffer, kann, bspw. nach einer vier- oder fünffachen Wiederholung das Verfahren abgebrochen und ein Warnsignal an einen Benutzer ausgegeben werden (vgl. auch diesbezügliche Ausführungen zu 3). Ist die ursprüngliche Ausgangsposition des Markierungslaserstrahls 2 hingegen bspw. die in 5 dargestellte Position D', ergeben sich bei der ersten Kreisbewegung gleich vier Trefferpositionen (kleine Kreuze auf Kreisbahn in 5). Diese werden in Schritt S24 von der Steuereinheit 26 zwischengespeichert. In diesem Fall braucht keine Iterationsschleife durchlaufen zu werden. In einem sich an Schritt S23 oder Schritt S24 anschließenden Schritt S25 ermittelt die Steuereinheit 26 einen Relativabstand jeder der ermittelten Trefferpositionen zu der zentralen Zielposition sc. Dazu wird der Schnittpunkt von Verbindungslinien ermittelt, die sich
- a) bei vier Trefferpositionen auf einer Kreisbahn als Schnittpunkt der Verbindungslinien (gestrichelte Linien in 5) zwischen sich jeweils auf der Kreisbahn gegenüberliegenden Trefferpositionen ergeben, oder
- b) bei zwei Kreisbahnen mit jeweils zwei Trefferpositionen als Schnittpunkt der verlängerten Verbindungslinien (gestrichelte Linien in 6) zwischen den sich jeweils auf einer Kreisbahn befindlichen Trefferposition ergeben.
Ferner erfolgt daraus in Schritt S25 die Ermittlung des Relativabstandes zwischen zentraler Zielposition sc und Position des Zentralstrahls vor Kreisbahnbewegung in einer der Positionen B', C' oder D'. In Schritt S26 ermittelt die Steuereinheit 26 entsprechend diesem Relativabstand nötige Verstellbefehle für die Verstelleinheit und der Markierungslaserstrahl 2 wird derart verfahren, dass sein Zentralstrahl 4 die zentrale Zielposition sc trifft. In einem weiteren Schritt S27 wird anschließend der Markierungslaserstrahl 2 solange inkrementell um den Zentralstrahl 4 rotiert, bis auch ein Peripheriestrahl 6 eine periphere Zielposition sx, sz trifft. Dann ist das Verfahren beendet.
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Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale mit einander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.
