-
Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung
mit einem eine Röntgenstrahlenquelle
und einen Röntgenstrahlenempfänger aufweisenden
Röntgensystem,
welches relativ zu einem zu untersuchenden Objekt zur Aufnahme von
2D-Projektionen von einem Bereich des Objektes mit anschließender Rekonstruktion
von 3D-Bildern des
Bereiches des Objektes verstellbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren
zur Bestimmung von für
die Rekonstruktion von 3D-Bildern erforderlichen Abbildungsparametern.
-
Röntgeneinrichtungen
der eingangs genannten Art, z. B. entsprechend ausgeführte Röntgengeräte weisen
zur Aufnahme der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers häufig einen C-Bogen
auf, welcher derart in einer Halterung gelagert ist, daß er längs seines
Umfanges in einem bestimmten Winkelbereich manuell und/oder motorisch verstellbar
ist (Orbitalbewegung). Zur Gewinnung einer Serie von 2D-Projektionen
mit unterschiedlichen Projektionswinkeln für die Rekonstruktion von 3D-Bildern,
beispielsweise von einem Körperbereich
eines Lebewesens, wird der C-Bogen nach entsprechender Plazierung
relativ zu dem zu untersuchenden Körperbereich bei der Aufnahme
der 2D-Projektionen längs
seines Umfanges verstellt. Aus den während der Verstellbewegung
des C-Bogens mit dem Röntgensystem
aufgenommenen 2D-Projektionen werden anschließend 3D-Bilder des Körperbereichs des
Lebewesens rekonstruiert. Die Rekonstruktion von 3D-Bildern setzt
allerdings die präzise
Kenntnis der Projektionsgeometrien, d. h. die Kenntnis der Positionen
und Ausrichtunqen der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers in
einem Bezugskoordinatensystem während
jeder der einzelnen 2D-Projektionen voraus.
-
Als problematisch erweist es sich,
daß bekannte
stationäre
und ganz besonders mobile C-Bogen-Röntgengeräte mechanische Instabilitäten, insbesondere
die Verstellung des C-Bogens längs
seines Umfanges betreffend, aufweisen, wodurch beispielsweise aufgrund
von Verwindungen des C-Bogens die reale Verstellbewegung des Röntgensystems
von der idealen Verstellbewegung abweicht. Deshalb sind zusätzliche
Positionserfassungssysteme notwendig, um die Projektionsgeometrie
bei jeder 2D-Projektion exakt ermitteln zu können.
-
Aus der
DE 195 12 819 A1 ist beispielsweise die
Verwendung eines ortsfesten in der Regel aus Plexiglas mit eingesetzten
Metallstrukturen gebildeten Markerrings bekannt, welcher um den
zu untersuchenden Körperbereich
des Lebewesens angeordnet wird. In den 2D-Projektionen des zu untersuchenden Körperbereiches
sind die Metallstrukturen des Markerrings sichtbar, so daß durch
deren Analyse die jeweiligen Projektionsgeometrien der 2D-Projektionen direkt
berechenbar sind. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der Markerring
einen relativ großen Durchmesser
aufweist, so daß insbesondere
bei mobilen C-Bogen-Röntgengeräten, welche
einen relativ kleinen C-Bogen aufweisen, der Abstand zwischen der
Röntgenstrahlenquelle
und dem Markerring sehr klein ist (wenige Zentimeter). Die Metallstrukturen werden
daher mit sehr großer
Vergrößerung in
den 2D-Projektionen abgebildet, so daß große Teile der 2D-Projektionen
von den Metallstrukturen überlagert sind.
Des weiteren wird nur ein kleiner Bereich der Metallstrukturen des
Markerrings in den 2D-Projektionen abgebildet, so daß die Bestimmung
der Projektionsgeometrien anhand der geringen Anzahl von abgebildeten
Metallstrukturen schwierig ist.
-
In der
DE 197 46 096 A1 ist ferner
eine Röntgeneinrichtung
offenbart, bei der ein ortsfester, mit systematisch erzeugten Oberflächenstrukturen
versehener Markerring um das zu untersuchende Lebewesen herum angeordnet
ist. Damit keine Teile der von der Röntgeneinrichtung aufgenommenen 2D-Projektionen
von den Oberflächenstrukturen überdeckt
werden, ist der Mar kerring außerhalb
eines von der Röntgenstrahlenquelle
ausgehenden Röntgenstrahlenbündels angeordnet.
Die Oberflächenstrukturen
des Markerings werden während
der Herstellung der 2D-Projektionen mittels eines Kamerasystems
aufgenommen, welches an der Röntgenstrahlenquelle
und an dem Röntgenstrahlenempfänger angeordnet
ist, wodurch sich Rückschlüsse auf die
Position der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers relativ
zu dem Markerring ziehen lassen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Röntgeneinrichtung
der eingangs genannten Art derart auszuführen, daß die Ermittlung der Projektionsgeometrien
vereinfacht ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde,
geeignete Verfahren zur vereinfachten Bestimmung der Projektionsgeometrien
anzugeben.
-
Nach der Erfindung wird die eine
Aufgabe gelöst
durch eine Röntgeneinrichtung
mit einem eine Röntgenstrahlenquelle
und einen Röntgenstrahlenempfänger aufweisenden
Röntgensystem,
welches zur Aufnahme von 2D-Projektionen relativ zu einem Objekt
verstellbar ist, mit Mitteln zur Bestimmung extrinsischer und intrinsischer
Abbildungsparameter, d. h. zur Bestimmung der Projektionsgeometrien
des Röntgensystems
bei jeder 2D-Projektion, und mit Steuer- und Rechenmitteln zur Rekonstruktion
von 3D-Bildern aus den 2D-Projektionen anhand der extrinsischen
und intrinsischen Abbildungsparameter, wobei die Mittel zur Bestimmung
der intrinsischen Abbildungsparameter der Röntgenstrahlenquelle zugeordnete,
im Strahlengang eines von der Röntgenstrahlenquelle
ausgehenden Röntgenstrahlenbündels angeordnete
röntgenpositive
Marken aufweisen, welche der Verstellbewegung des Röntgensystems folgen.
Aufgrund der Verstellung der Marken der Mittel zur Bestimmung der
intrinsischer Abbildungsparameter zusammen mit dem Röntgensystem
sind zur Ermittlung der für
die Rekonstruktion von 3D-Bildern erforderlichen Projektionsgeometrien
bei der Röntgeneinrichtung
zusätzlich
Mittel zur Bestimmung extrinsischer Abbildungsparameter notwendig.
Die extrinsischen Abbildungsparameter beschreiben dabei die Lage
und Orientierung eines Bezugspunktes des Röntgensystems, z. B. des Fokus
der Röntgenstrahlenquelle,
oder eines willkürlich
gewählten
Nullpunktes der Detektorfläche
des Röntgenstrahlenempfängers in
einem ersten ortsfesten Koordinatensystem. Die intrinsischen Abbildungsparameter
beschreiben hingegen die internen Parameter des Röntgensystems.
Die intrinsischen Abbildungsparameter geben dabei den geometrischen
Bezug zwischen der Röntgenstrahlenquelle
und dem Röntgenstrahlenempfänger, also
beispielsweise den Abstand der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers voneinander,
die Orientierung der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers relativ zueinander
und z. B. die Verschiebung des Röntgenstrahlenempfängers senkrecht
zur Achse des Zentralstrahls eines von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels in
einem zweiten Koordinatensystem an, dessen Ursprung sich vor zugsweise
im Bezugspunkt, also z. B. im Fokus der Röntgenstrahlenquelle oder im
Nullpunkt der Detektorfläche
befindet. Des weiteren beinhalten die intrinsischen Abbildungsparametern
die Pixelgröße sowie das
Bildzentrum für
die Bilddarstellung. Die Lage des Ursprungs und die Orientierung
des zweiten Koordinatensystems, dessen Ursprung sich z. B. im Fokus der
Röntgenstrahlenquelle
befindet und welches wie die Marken zusammen mit der Röntgenstrahlenquelle
bei verschiedenen 2D-Projektionen relativ zu einem Objekt verstellt
wird, sind dabei für
jede 2D-Projektion wie bereits erwähnt durch die extrinsischen Abbildungsparameter
gegeben.
-
Für
jede 2D-Projektion von dem Objekt werden eine Matrix I der intrinsischen
Abbildungsparameter und eine Matrix E, welche die extrinsischen Abbildungsparameter
umfaßt,
ermittelt, wobei sich gemäß P = I*E
eine Projektionsmatrix für
jede 2D-Projektion
ergibt, welche die für
die Rekonstruktion von 3D-Bildern
erforderliche Projektionsgeometrie der entsprechenden 2D-Projektion
aufweist. Die Projektionsmatrizen werden vorzugsweise von den Steuer-
und Rechenmitteln aus den extrinsischen und intrinsischen Abbildungsparametern
berechnet und für
die Rekonstruktion von 3D-Bildern aus den 2D-Projektionen herangezogen.
-
Die Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
sind dabei unabhängig
von den Mitteln der intrinsischen Abbildungsparameter betreibbar,
so daß die
Ermittlung der extrinsischen und intrinsischen Abbildungsparameter
voneinander getrennt möglich
ist und somit in Bezug auf die auszuwertenden Signale vereinfacht
ist. Die intrinsischen Abbildungsparameter werden unter Verwendung
der Röntgenstrahlung
gewonnen, wobei der Röntgenstrahlenquelle
in einer Ebene angeordnete röntgenpositive
Marken derart zugeordnet sind, daß diese in den 2D-Projektionen
abgebildet werden. Da die geometrischen Lagen der Marken relativ
zueinander und zu der Röntgenstrahlenquelle,
beispielsweise in dem zweiten Koordinatensystem, dessen Ursprung
im Fokus der Röntgenstrahlenquelle liegt,
bekannt sind, lassen sich anhand der Abstandsverhältnisse
relativ zueinander der in den 2D-Projektionen abgebildeten Marken
die intrinsischen Abbildungsparameter, also der Abstand zwischen
der Röntgenstrahlenquelle
und dem Röntgenstrahlenempfänger, die
Orientierung der Röntgenstrahlenquelle
relativ zu dem Röntgenstrahlenempfänger und
eine eventuelle Verschiebung des Röntgenstrahlenempfängers senkrecht
zur Achse des Zentralstrahls des von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels in
einfacher Weise, beispielsweise mittels der Steuer- und Rechenmittel,
bestimmen. Besonders vorteilhaft erweist sich bei der Bestimmung
der intrinsischen Abbildungsparameter, daß keinerlei zusätzliche
Sensorik an der Röntgeneinrichtung
benötigt
wird.
-
Nach einer Variante der Erfindung
umfassen die Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
eine an der Röntgenstrahlenquelle oder
dem Röntgenstrahlenempfänger vorzugsweise außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels angeordnete,
detektierbare Strukturen oder detektierbare optisch aktive Elemente
aufweisende Platte und wenigstens zwei mit der Platte zusammenwirkende,
relativ zu dem Röntgensystem
ortsfeste Bildaufnahmeeinrichtungen, z. B. Kameras. Vorzugsweise
ist die Platte in geometrisch bestimmter, beispielsweise in einer
Kalibriermessung ermittelter, Weise an der Röntgenstrahlenquelle angeordnet
und weist optisch aktive Elemente, beispielsweise Infrarotlichtquellen,
auf, deren Positionen von den Kameras detektierbar sind. Die Kameras
sind dabei zumindest für
die Dauer einer Untersuchung eines Objektes in geometrisch bestimmter
Weise relativ zueinander und in dem ersten ortsfesten Koordinatensystem angeordnet.
Anhand der während
einer Verstellbewegung des Röntgensystems
aufgenommenen Kamerabilder von den Infrarotlichtquellen der Platte können die
genauen Positionen der Platte und somit beispielsweise die Positionen
des Fokus der Röntgenstrahlenquelle,
welcher z. B. zugleich der Ursprung des zweiten Koordinatensystems
ist, in dem ersten ortsfesten Koordinatensystem bestimmt werden.
Die Ermittlung der einzelnen Positionen des Fokus der Röntgenstrahlenquelle
im Zuge einer radiologischen Untersuchung kann durch eine eigene
Recheneinrichtung der Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
oder durch die Steuer- und Recheneinheit der Röntgeneinrichtung erfolgen,
wobei bekannte Bildanalyseverfahren zur Auswertung der Kamerabilder
herangezogen werden.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen
die Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
eine an der Röntgenstrahlenquelle
oder dem Röntgenstrahlenempfänger vorzugsweise
außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels angeordnete
Bildaufnahmeeinrichtung und relativ zu dem Röntgensystem ortsfeste vorzugsweise
außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels mit
der Bildaufnahmeeinrichtung detektierbare Strukturen oder Marken
auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der Bildaufnahmeeinrichtung
um eine Kamera, welche in geometrisch bestimmter, beispielsweise
in einer Kalibriermessung ermittelter, Weise an der Röntgenstrahlenquelle
oder dem Röntgenstrahlenempfänger angeordnet
ist und während
der Verstellbewegung des Röntgensystems Bildinformationen
von den ortsfesten, in geometrisch bestimmter Weise relativ zueinander
angeordneten Strukturen oder Marken aufnimmt. Da die Lagen der Strukturen
oder Marken in dem ersten ortsfesten Koordinatensystem, beispielsweise
durch eine Kalibriermessung, bekannt sind, können durch die Auswertung der
in den aufgenommenen Kamerabildern abgebildeten Strukturen oder
Marken die Positionen eines der Röntgenstrahlenquelle oder des
Röntgenstrahlenempfänqers zugeordneten
Bezugspunktes bestimmt werden, welcher der Ursprung des zweiten Koordinatensystems
ist, bezüglich
dessen die intrinsischen Abbildungsparameter bestimmt werden.
-
Varianten der Erfindung sehen vor,
daß die Mittel
zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter vorzugsweise
außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels angeordnete Sende-
und Empfangseinrichtungen für
elektromagnetische Wellen oder Ultraschallwellen aufweisen. Beispielsweise
kön nen
durch definierte Anbringung einer Sendeeinrichtung an der Röntgenstrahlenquelle
und durch definierte Anordnung von Empfangseinrichtungen in dem
ersten ortsfesten Koordinatensystem durch Laufzeitmessungen oder
Phasenmessungen von elektromagnetischen Wellen oder Ultraschallwellen
die Positionen der Röntgenstrahlenquelle
und somit eines an der Röntgenstrahlenquelle
definierten Bezugspunktes, z. B. des Fokus der Röntgenstrahlenquelle, bei Verstellbewegungen
des Röntgensystems
in dem ersten Koordinatensystem ermittelt werden. In vergleichbarer
Weise lassen sich die Positionen der Röntgenstrahlenquelle oder entsprechend
des Röntgenstrahlendetektors
ermitteln, wenn an der Röntgenstrahlenquelle
oder an dem Röntgenstrahlendetektor
in definierter Weise eine Empfangseinrichtung und Sendeeinrichtungen
in definierter Weise in dem ersten Koordinatensystem angeordnet
sind.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß die
röntgenpositiven
Marken der Mittel zur Bestimmung der intrinsischen Abbildungsparameter
wenigstens im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Gemäß einer Variante
der Erfindung sind die Marken dabei in einer röntgentransparenten Markerplatte
angeordnet, welche der Röntgenstrahlenquelle
derart zugeordnet ist, daß sie
von dem Röntgenstrahlenbündel bei
2D-Projektionen durchdrungen wird. Die wenigstens im wesentlichen
ebene Markerplatte ist vorzugsweise direkt an der Röntgenstrahlenquelle
angeordnet. Der Abstand zwischen der Markerplatte und dem Fokus der
Röntgenstrahlenquelle
beträgt
ca. 200 mm. Auf diese Weise befindet sich die Markerplatte stets
außerhalb
des Arbeitsbereiches von an der Röntgeneinrichtung tätigen Personen
und schränkt
die Röntgeneinrichtung
in keiner Weise in ihrer Funktionalität ein. Die exakte Lage der
in der Markerplatte enthaltenen Marken zu dem Fokus der Röntgenstrahlenquelle
bzw. die Lagen der Marken in dem zweiten Koordinatensystem können im übrigen durch
eine einmalige Kalibriermessung mit einem Kalibrieraufsatz auf der
Markerplatte bestimmt werden. Die geometrische Lagen der Marken
in der Markerplatte sind außerdem durch
die Konstruktionsdaten für
die Fertigung der Markerplatte bekannt.
-
Gemäß einer Variante der Erfindung
weist die Markerplatte wenigstens drei Marken auf, welche derart
in der Markerplatte angeordnet sind, daß sie in verschiedenen Bildeckan
oder an verschiedenen Bildrändern
der 2D-Projektionen abbildbar sind. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die
in den 2D-Projektionen abzubildenden zentralen Gewebereiche eines zu
untersuchenden Objektes nicht oder nur in geringem Maße von den
abgebildeten Marken überlagert sind.
Größtenteils
befinden sich die abgebildeten Marken in Bereichen einer 2D-Projektion,
die für
die Diagnostik in der Regel weniger relevant sind.
-
Nach einer Variante der Erfindung
sind die Marken von kugelförmiger
oder stabförmiger
Gestalt, wodurch sich gut erkennbare und auswertbare Abbildungen
der Marken in den 2D-Projektionen
ergeben.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß die
Röntgenstrahlenquelle
eine den Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels begrenzende,
Kanten umfassende Blende aufweist, wobei die Kanten in den 2D-Projektionen
den Bildrand darstellen und wobei die Kanten der Blende die Funktion von
linienförmigen
Marken erfüllen.
Der Vorteil dieser Ausführungsform
der Erfindung liegt darin, daß keine der
Röntgeneinrichtung
zusätzlich
hinzufügbaren und
im Strahlengang des Röntgenstrahlenbündels anzuordnenden
Marken zur Bestimmung der intrinsischen Abbildungsparameter erforderlich
sind, sondern eine bereits vorhandene Einrichtung der Röntgeneinrichtung,
nämlich
die Blende der Röntgenstrahlenquelle
bzw. die Kanten der Blende als Marken dienen. Da die Lagen der Kanten
der Blende, welche wenigstens im wesentlichen in einer Ebene liegen,
relativ zueinander sowie zum Fokus der Röntgenstrahlenquelle bzw. in
dem zweiten Koordinatensystem bekannt oder in einem einmaligen Kalibriervorgang
ermittelbar sind, können
also auch anhand der den 2D-Projektionen entnehmbaren Ab standsverhältnisse
der abgebildeten Kanten bzw. der von diesen gebildeten Eckpunkte
die intrinsischen Abbildungsparameter ermittelt werden.
-
Nach einer Variante der Erfindung
können die
Kanten der Blende mit in den 2D-Projektionen abbildbaren Strukturen
versehen sein. Bei den Strukturen kann es sich dabei um an die Kanten
der Blende angebrachte kugelförmige
Strukturen oder auch um Ausschnitte in den Kanten der Blende handeln.
-
Weitere Varianten der Erfindung sehen
vor, daß die
Röntgenstrahlenquelle
und der Röntgenstrahlenempfänger an
einem C-Bogen angeordnet sind
bzw. daß die
Röntgeneinrichtung
verfahrbar ausgeführt
ist. Die Anordnung der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers an
einem längs
seines Umfanges verstellbaren C-Bogen ermöglicht auf vorteilhafte Weise
vielfältige
Aufnahmemöglichkeiten
von Röntgenbildern
von einem Objekt. Die verfahrbare Ausführung der Röntgeneinrichtung gestattet
den ortsunabhängigen
Einsatz der Röntgeneinrichtung.
-
Die weitere Aufgabe der Erfindung
wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der intrinsischen Abbildungsparameter
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
gelöst,
bei dem die intrinsischen Abbildungsparameter während der Aufnahme von 2D-Projektionen von
einem Objekt ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist vorteilhaft,
falls die Verstellbewegung des Röntgensystems
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
nicht reproduzierbar ist. Ursächlich
für eine
derartige nicht reproduzierbare Verstellbewegung des Röntgensystems sind,
z. B. bei einer Anordnung der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers an
einem C-Bogen, während
der Verstellbewegung auftretende, nicht reproduzierbare Verwindungen
des C-Bogens infolge des Schwerkrafteinflusses der Röntgenstrahlenquelle
und des Röntgenstrahlenempfängers. In
einem solchen Fall sollten die intrinsischen Abbildungsparameter
bei jeder 2D-Projektion von einem Objekt online, d. h. wäh rend der
Aufnahme einer 2D-Projektion von dem Objekt neu ermittelt werden,
um bei der anschließenden
Rekonstruktion von 3D-Bildern aus den aufgenommenen 2D-Projektionen
qualitativ hochwertige Bilder gewinnen zu können.
-
Ist die Verstellbewegung des Röntgensystems
jedoch reproduzierbar, sei es, daß der C-Bogen mechanisch derart
stabil ist, daß er
keine Verwindungen bei Verstellbewegungen aufweist oder aber daß die Verwindungen
bei verschiedenen Verstellvorgängen
stets gleichartig sind, so können
nach einem die weitere Aufgabe ebenfalls lösenden Verfahren die intrinsischen
Abbildungsparameter in einem Kalibriervorgang vor der Aufnahme von
2D-Projektionen von einem Objekt ermittelt und in einer Speichereinrichtung
der Röntgeneinrichtung
gespeichert werden. Diese Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß die intrinsischen
Abbildungsparameter nur einmal, beispielsweise bei einer Installation
der Röntgeneinrichtung,
ermittelt werden müssen
und anschließend
für spätere Rekonstruktionen
von 3D-Bildern aus mit dem Röntgensystem
aufgenommenen 2D-Projektionen von einem Objekt zur Verfügung stehen.
-
Die weitere Aufgabe der Erfindung
wird ebenfalls gelöst
durch Verfahren zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung,
bei dem im Falle einer nicht reproduzierbaren Verstellbewegung der
Röntgenstrahlenquelle
oder des Röntgenstrahlenempfängers aufgrund
mechanischer Instabilitäten
der Röntgeneinrichtung
die Abbildungsparameter während der
Aufnahme von 2D-Projektionen von einem Objekt ermittelt werden bzw.
bei dem bei einer reproduzierbaren Verstellbewegung der Röntgenstrahlenquelle
oder des Röntgenstrahlenempfängers die
extrinsischen Abbildungsparameter in einem Kalibriervorgang vor
der Aufnahme von 2D-Projektionen von einem Objekt ermittelt werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
mit einem Kamerasystem zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter,
-
2 eine
Ansicht der Markerplatte der Röntgeneinrichtung
aus 1 in Richtung des
Pfeiles II,
-
3 eine
2D-Projektion mit abgebildeten Marken der Markerplatte aus 2,
-
4 eine
Darstellung der Röntgenstrahlenquelle
aus 1 mit Blende,
-
5 eine
Darstellung der Röntgenstrahlenquelle
aus 1 mit Blende, welche
mit abbildbaren Strukturen versehen ist.
-
6 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
mit einem optischen Markerring zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter,
-
7 eine
vereinfachte Ansicht in Richtung des Pfeiles VII aus 6 und
-
8 eine
dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
mit Sende- und Empfangseinrichtungen zur Bestimmung der extrinsischen
Abbildungsparameter.
-
Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele
umfassen die in den 1 und 6 bis 8 dargestellten, erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtungen ein
C-Bogen-Röntgengerät 1 mit
einem auf Rädern 2 verfahrbaren
Gerätewagen 3.
Das C-Bogen-Röntgengerät 1 ist
mit einer in den Figuren nur schematisch angedeutete Hubvorrichtung 4 mit
einer eine Längsachse
A aufweisende Säule 5,
um die die Säule 5 in
Richtung des Doppelpfeiles ? drehbar ist, versehen. An der Säule 5 ist
ein Halteteil 6 angeordnet, an dem wiederum ein Lagerteil 7 zur
Lagerung eines ein Isozentrum IZ aufweisenden C-Bogens 8 angeordnet
ist. Der C-Bogen 8 weist an seinen beiden Enden einander
gegenüberliegend
eine Röntgenstrahlenquelle 9 und
einen Röntgenstrahlenempfänger 10 auf,
welche derart relativ zueinander angeordnet sind, daß ein vom
Fokus der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehender
Zentralstrahl ZS eines Röntgenstrahlenbündels durch
das Isozentrum IZ des C-Bogens 8 verläuft und annähernd mutig auf den Röntgenstrahlenempfänger 10 trifft.
Der C-Bogen 8 ist
in Richtung des Doppelpfeils a längs
seines Umfanges in nicht näher
dargestellter Weise motorisch verstellbar. Das Lagerteil 7 ist
um eine gemeinsame Achse B des Halteteils 6 und des Lagerteils 7 drehbar
(vgl. Doppelpfeil ß, Angulation) und in Richtung der Achse
B verschieblich (Doppelpfeil b) an dem Halteteil 6 gelagert. Mit
Hilfe der Hubvorrichtung 4 ist der C-Bogen 8,
der über
das Lagerteil 7 und das Halteteil 6 mit der Säule 5 der
Hubvorrichtung 4 verbunden ist, relativ zu dem Gerätewagen 3 vertikal
verstellbar.
-
Das C-Bogen-Röntgengerät 1 ist im Falle des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
zur Erzeugung von 3D-Bildern eines Körperbereichs eines in den Figuren
nur schematisch dargestellten, auf einer Patientenliege 11 liegenden
Patienten P vorgesehen. Die 3D-Bilder werden aus bei unterschiedlichen
Projektionswinkeln gewonnenen 2D-Projektionen des Körperbereiches,
welche mit Hilfe des die Röntgenstrahlenquelle 9 und
den Röntgenstrahlenempfänger 10 aufweisenden
Röntgensystems
aufgenommen werden, rekonstruiert und sind mittels eines Anzeigegerätes 12,
welches auf einem Halter 13 des C-Bogen-Röntgengerätes 1 angeordnet
ist, darstellbar.
-
Zur Aufnahme von 2D-Projektionen
aus unterschiedlichen Projektionswinkeln wird der das Röntgensystem
aufnehmende C-Bogen 8 längs seines
Umfanges in Richtung des Doppelpfeils ? in einem Winkelbereich von
ca. 180° und
größer um den zu
untersuchenden und darzustellenden Körperbereich des Patienten P
motorisch verstellt, wobei während
der Verstellbewegung ca. 50 bis 100 2D-Projektionen von dem Körperbereich
des Patienten P mit dem Röntgensystem
aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen werden.
-
Die Rekonstruktion von 3D-Bildern
aus den 2D-Projektionen erfolgt mit Steuer- und Rechenmitteln des
Röntgengerätes 1 in
Form eines leistungsfähigen
Rechners 14. Der Rechner 14 führt dabei nicht nur die Rekonstruktion
von 3D-Bildern durch, sondern steuert auch die motorische Verstellbewegung des
C-Bogens 8 und
die Aufnahme von 2D-Projektionen durch das Röntgensystem. Der Rechner 14 kann
ein Multiprozessorsystem aufweisen, welches parallele, die Rechenzeit
verkürzende
Rechnungen gestattet. Der Rechner 14 muß dabei nicht notwendigerweise
in das C-Bogen-Röntgengerät 1 integriert sein,
sondern kann auch als externer mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 entsprechen verbundener
Rechner ausgeführt
sein.
-
Wie bereits eingangs erwähnt, ist
zur Rekonstruktion von 3D-Bildern
aus 2D-Projektionen die präzise
Kenntnis der Projektionsgeometrien, d. h. die Kenntnis der Positionen
und der Orientierungen der Röntgenstrahlenquelle 9 und
des Röntgenstrahlenempfängers 10 für jede 2D-Projektion
erforderlich.
-
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
geben extrinsische Abbildungsparameter die Lage und die Orientierung
des Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 als
Ursprung eines zweiten mit der Röntgenstrahlenquelle 9 mitbewegten
Koordinatensystems K2 in einem ortsfesten Koordinatensystem K1 an,
dessen Lage und Orientierung im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
durch die Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
festgelegt ist. Die Wahl des Koordinatensystems K1 ist dabei willkürlich, d.
h. der Ursprung und die Orientierung des Koordinatensystems K1 kann auch
anders festgelegt werden.
-
Die Mittel zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter
umfassen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein wenigstens
zwei Kameras 15.1, 15.2 aufweisendes Kamerasystem 15,
eine Recheneinrichtung 16 und eine mit Infrarotlichtquellen 17 versehene,
an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnete
Platte 18. Das Kamerasystem 15, welches Infrarotsignale
aufnehmen kann, ist zumindest während
eines Untersuchungsvorganges in geometrisch bestimmter Weise in
dem ortsfesten Koordinatensystem K1 angeordnet. Das Kamerasystem 15 und
das C-Bogen-Röntgengerät 1 sind
derart relativ zueinander ausgerichtet, daß sich alle Bewegungen des
C-Bogens 8 in dem Aufnahmebereich des Kamerasystems 15 vollziehen.
Auf diese Weise kann das Kamerasystem 15 die von den Infrarotlichtquellen 17 während einer
Verstellbewegung des C-Bogens 8 längs seines Umfanges ausgesandten Infrarotsignale
bildmäßig erfassen.
Die Auswertung der während
der Verstellbewegung des C-Bogens 8 aufgenommenen
Kamerabilder erfolgt durch die Recheneinrichtung 16. Die
Recheneinrichtung 16 berechnet anhand der Kamerabilder
die jeweiligen Positionen und Orientierungen der Platte 18 in
Bezug auf das erste Koordinatensystem K1. Diese Daten werden dem
Rechner 14 des C-Bogen-Röntgengerätes 1 von der Recheneinrichtung 16 über in 1 nicht gezeigte Signalleitungen
oder telemetrisch zur Verfügung
gestellt. Da die Platte 18 in geometrisch bestimmter Weise
relativ zu der Röntgenstrahlenquelle 9 bzw.
dem Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnet
ist, kann der Rechner 14 anhand dieser Daten stets die
aktuelle Position des Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 und
somit die Lage des Ursprungs des zweiten Koordinatensystems K2 bei
jeder 2D-Projektion ermitteln. Für
jede 2D-Projektion ergibt sich auf diese Weise eine Matrix E, welche
die extrinsischen Abbildungsparameter der jeweiligen 2D-Projektion
beinhaltet. Die Matrizen E mit den extrinsischen Abbildungsparametern
für die
verschiedenen 2D-Projektionen
werden vorzugsweise jeweils in Echtzeit aufgestellt.
-
Intrinsische Abbildungsparameter
geben unter anderem den Abstand der Röntgenstrahlenquelle 9 von
dem Röntgenstrahlenempfänger 10,
die Orientierung der Röntgenstrahlenquelle 9 relativ
zu dem Röntgenstrahlenempfänger 10 und
eine eventuelle Verschiebung des Röntgenstrahlenempfängers 10 senkrecht
zur Achse des Zentralstrahl ZS des von der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels an
und werden im Falle des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels
mit Hilfe einer Markerplatte 19 ermittelt. Die Markenplatte 19 ist
direkt an der Röntgenstrahlenquelle 9,
und zwar im Strahlengang eines vom Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels angeordnet.
Die Markerplatte 19, welche aus einem röntgendurchlässigen Material, z. B. Plexiglas,
ausgeführt
ist, ist mit im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles vier röntgenpositiven
kugelförmigen Marken 20 versehen.
Dabei gilt, je größer die
Anzahl der Marken ist, desto genauer können die intrinsischen Abbildungsparameter
ermittelt werden. Die Marken 20 sind derart in der Markerplatte 19 angeordnet,
daß diese
in verschiedenen Bildecken oder an verschiedenen Bildrändern der
mit Hilfe des Röntgenstrahlenempfängers 10 aufgenommenen
2D-Projektionen liegen. Auf diese Weise werden keine oder nur kleine
in den 2D-Projektionen abzubildenden Körperbereiche eines zu untersuchenden
Patienten P von den abgebildeten Marken 20' überdeckt.
Sollten sich die abgebildeten Marken 20' in den 2D-Projektionen
als störend
erweisen, können
die abgebildeten Marken 20' aufgrund der aus den intrinsischen Abbildungsparametern
bekannten Lage und Größe der abgebildeten
Marken 20' sowie der bekannten Röntgenabsorption der Marken 20 nachträglich bei einer
Bildverarbeitung aus den 2D-Projektionen herausgerechnet werden.
-
Die Bestimmung der intrinsischen
Abbildungsparameter aus den in den 2D-Projektionen abgebildeten
Marken 20' erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
in Bezug auf das zweite Koordinatensystem K2, dessen Ursprung im
Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 liegt.
In dem Koordinatensystem K2 sind dabei die Lagen der Marken 20 bekannt
oder mittels eines einmaligen Kalibriervorganges ermittelbar. Die
relativen Lagen der Marken 20 in der Markerplatte 19 sind
im übrigen
auch aus den Konstruktionsdaten der Markerplatte 19 bekannt. Die
Auswertung der 2D-Projektionen erfolgt durch den Rechner 14,
welcher anhand der bekannten geometrischen Lagen der Marken 20 in
dem zweiten Koordinatensystem K2 und der Abstandsverhältnisse der
abgebildeten Marken 20' in den 2D-Projektionen die intrinsischen
Abbildungsparameter bestimmt. Dies erfolgt mittels geeigneter Mustererkennung. Mögliche Verfahren
sind dabei Schwellwertverfahren, Kreuzkorrelation, Template- Matching und Segmentierverfahren,
wie sie aus der Bildanalyse bereits bekannt sind. Die intrinsischen
Abbildungsparameter werden für
jede 2D-Projektion in jeweils einer Matrix I vorzugsweise in Echtzeit
zusammengefaßt.
Aus den Matrizen E und I werden schließlich Projektionsmatrizen P
für die
2D-Projektionen
vorzugsweise in Echtzeit ermittelt. Die Projektionsmatrizen P beinhalten
die Projektionsgeometrien und werden zur Rekonstruktion von 3D-Bildern
von dem Rechner 14 herangezogen.
-
Die 2 zeigt
die Markerplatte 19 aus 1 in
Richtung des Pfeiles II in 1,
welche mit den Marken 20 versehen ist. Die Markerplatte 19 ist im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
mit Schrauben 21 an der Röntgenstrahlenquelle 9 befestigt.
Die Markerplatte 19 kann aber auch mittels Klemmen oder
anderer geeigneter Befestigungsmittel an der Röntgenstrahlenquelle 9 befestigt
werden. Die 3 zeigt
die in den Ecken einer 2D-Projektion abgebildeten Marken 20' der
Markerplatte 19, welche ein abgebildetes Objekt (O) nicht überlagern.
-
Die Marken 20 müssen im übrigen nicht
notwendigerweise in einer Markerplatte 19 angeordnet sein.
Die Marken 20 sollten der Röntgenstrahlenquelle 9 nur
derart zugeordnet sein, daß sie
sich im Strahlengang eines von der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels befinden
und vorzugsweise wenigstens im wesentlichen in einer Ebene liegen,
wobei ihre relativen Lagen zueinander bekannt oder in einfacher
Weise ermittelbar sind.
-
Anstelle von kugelförmigen Marken
können auch
stabförmige
Marken oder andersartig geformte Marken, welche sich gut in Röntgenbildern
abbilden lassen, zur Ermittlung der intrinsischen Abbildungsparameter
herangezogen werden.
-
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
ist die Platte 18 der Mittel zur Bestimmung der extrinsischen
Abbildungs parameter an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnet.
Die Platte 18 kann jedoch auch an dem Röntgenstrahlenempfänger 10 angeordnet
sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig den Ursprung des zweiten
Koordinatensystems K2, bezüglich
dessen die intrinsischen Abbildungsparameter angegeben werden, in
einen willkürlich
wählbaren
Bezugspunkt des Röntgenstrahlenempfängers 10,
welcher beispielsweise der Mittelpunkt der Detektorfläche des
Röntgenstrahlenempfängers 10 sein kann,
zu legen. Der Ursprung des zweiten Koordinatensystems K2 muß sich jedoch
nicht notwendigerweise auf oder in der Detektorfläche befinden.
Auch bei einer derartigen Anordnung der Platte 18 an dem Röntgenstrahlenempfänger 10 kann
eindeutig der Ursprung des zweiten Koordinatensystems K2 bestimmt
werden. Wie in zuvor beschriebener Weise sind auch in diesem Fall
anhand der den 2D-Projektionen entnehmbaren und in Bezug auf das
zweite Koordinatensystem K2 angebbaren Abstandsverhältnisse
der in den 2D-Projektionen abgebildeten Marken 20' die
intrinsischen Abbildungsparameter bestimmbar, wobei die geometrischen
Lagen der Marken 20 relativ zueinander in der der Röntgenstrahlenquelle 9 zugeordneten
Markerplatte 19 sowie zu der Röntgenstrahlenquelle 9 bzw.
dem Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 bekannt
sind.
-
Des weiteren muß die Platte 18 nicht
notwendigerweise Infrarotlichtquellen 17 aufweisen. Die Platte 18 kann
vielmehr auch mit mechanischen Strukturen oder anderen vorzugsweise
optisch aktiven Elementen versehen sein, welche die Positionsbestimmung
der Platte 18 anhand von Kamerabildern ermöglichen.
-
Was die Mittel zur Bestimmung der
extrinsischen Abbildungsparameter anbelangt, so ist es des weiteren
nicht erforderlich, daß die
Kameras in einem System integriert sind. Vielmehr können auch
Einzelkameras zur Ermittlung der extrinsischen Abbildungsparameter
zum Einsatz kommen, deren relative Lage zueinander allerdings bekannt
sein bzw. ermittelt werden muß.
-
Die 4 zeigt
eine Darstellung der Röntgenstrahlenquelle 9 aus 1 in Richtung des Pfeiles
II aus 1, wobei die
Markerplatte 19 von der Röntgenstrahlenquelle 9 abgenommen
ist. In 4 ist eine an
sich in jeder Röntgenstrahlenquelle
vorhandene Blende 25 der Röntgenstrahlenquelle 9 näher dargestellt.
Die Blende 25 dient dazu den Querschnitt des von der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels so
zu begrenzen, daß nur
solche Röntgenquanten
die Röntgenstrahlenquelle 9 verlassen,
die auf die Detektorfläche
des Röntgenstrahlenempfängers 10 treffen
können.
Die Kanten 26 bis 29 der Blende 25 werden
dabei in den 2D-Projektionen abgebildet und bilden den Bildrand. Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
werden die in den 2D-Projektionen abgebildeten Kanten 26 bis 29 der
Blende 25 zur Bestimmung der intrinsischen Abbildungsparameter
herangezogen, wobei die abgebildeten Kanten 26 bis 29 die
Funktion von linienförmigen
Marken erfüllen.
Da die Kanten 26 bis 29 wenigstens im wesentlichen
in einer Ebene liegen, die geometrischen Lagen der Kanten 26 bis 29 der Blende 25 relativ
zueinander bekannt sind und auch die relativen Lagen der Kanten 26 bis 29 in
dem zweiten Koordinatensystem K2, welches im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
seinen Ursprung im Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 hat,
problemlos, beispielsweise in einem Kalibriervorgang, ermittelbar
sind, können
auch anhand der Abstandsverhältnisse
der in den 2D-Projektionen abgebildeten Kanten 26 bis 29 der
Blende 25 die intrinsischen Abbildungsparameter ermittelt
werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform
der Erfindung liegt darin, daß keine
zusätzlichen
röntgenpositiven
Marken an der Röntgenstrahlenquelle 9 vorgesehen
werden müssen,
um die intrinsischen Abbildungsparameter bestimmen zu können. Zur
Auswertung können
dabei beispielsweise die von den Kanten 26 bis 29 gebildeten
Ecken in den 2D-Projektionen
herangezogen werden.
-
Wie in 5 dargestellt,
können
die Kanten 26 bis 29 der Blende 25 mit
zusätzlichen
abbildbaren Strukturen, beispielsweise röntgenpositiven Marken 30 oder
auch detektierbaren Ausschnitten 31, versehen sein, welche
als markante Punkte in den 2D-Projektionen zur Bestimmung der intrinsischen
Abbildungsparameter herangezogen werden können.
-
Die Auswertung der die abgebildeten
Kanten 26 bis 29 der Blende 25 bzw. Strukturen 30, 31 aufweisenden
2D-Projektionen erfolgt dabei analog in der zuvor beschriebenen
Weise.
-
Die 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung.
Komponenten der in den 6 und 7 gezeigten Röntgeneinrichtung,
welche mit Komponenten der in 1 gezeigten
Röntgeneinrichtung
weitgehend bau- und funktionsgleich sind, sind dabei mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
-
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Röntgeneinrichtung
weist die in den 6 und 7 gezeigte Röntgeneinrichtung
keine an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnete
Platte 18 und kein Kamerasystem 15, sondern eine
an der Röntgenstrahlenquelle 9 und
zwar seitlich außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels befestigte
Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer Kamera 35 auf, welche
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
auf einen ebenfalls außerhalb
eines von der Röntgenstrahlenquelle 9 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels angeordneten
Markerring 36 gerichtet ist. Der Markerring 36 umgibt
den Patienten P und ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an
der Patientenliege 11 befestigt. Der Markerring 36 muß jedoch
nicht notwendigerweise an der Patientenliege 11 befestigt
sein, er sollte sich lediglich während
einer Untersuchung des Patienten P nicht bewegen. Längs seines äußeren Umfanges
ist der Markerring 36 mit definiert, d.h. systematisch
erzeugten, in 7 nur
stark schematisch angedeuteten Oberflächenstrukturen OS versehen.
Die Kamera 35 ist in definierter Weise an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnet
und derart auf den Markerring 36 ausgerichtet, daß sie die
in ihrem Sichtbereich liegenden Oberflächenstrukturen 0S des
Markerrings 36 aufnehmen kann. Da die Lage der Kamera 35 relativ
zu der Röntgenstrahlenquelle 9,
insbesondere relativ zu dem Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9,
welcher mit dem Ursprung des zweiten Koordinatensystems K2 zusammenfällt, sowie
die Lage des Markerrings 36 in einem zur Angabe der Positionen
der Röntgenstrahlenquelle 9 vorgesehenen
ersten ortsfesten Koordinatensystems K1 bekannt sind, kann bei Verstellbewegungen
des Röntgensystems
anhand der dabei von der Kamera 35 aufgenommenen Oberflächenstrukturen 0S des
Markerrings 36 eine eindeutige Bestimmung der Positionen
des Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 und
somit des Ursprungs des zweiten Koordinatensystems K2, bezüglich dessen,
wie in zuvor beschriebener Weise, die ixtrinsischen Abbildungsparameter
angegeben werden, in dem ersten Koordinatensystem K1 erfolgen. Es
wird also deutlich, daß auch
mit der in definierter Weise an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordneten
Kamera 35 und dem Markerring 36 die extrinsischen
Abbildungsparameter der Röntgeneinrichtung
ermittelbar sind.
-
Die Kamera muß dabei nicht notwendigerweise
an der Röntgenstrahlenquelle 9,
sondern kann auch an dem Röntgenstrahlenempfänger 10 angeordnet
sein, wobei in diesem Fall als Bezugspunkt für die Festlegung des Ursprungs
des zweiten Koordinatensystems K2 ein willkürlich gewählter Nullpunkt auf der Detektorfläche des
Röntgenstrahlenempfängers 10 herangezogen
werden sollte.
-
Des weiteren müssen die detektierbaren Strukturen
nicht notwendigerweise auf einem Markerring angeordnet sein. Vielmehr
kann zur Ermittlung der extrinsischen Abbildungsparameter auch ein andersartiges,
mit optisch detektierbaren Strukturen oder Marken versehenes Phantom,
welches außerhalb
des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels angeordnet
ist, zur Ermittlung der extrinsischen Abbildungsparameter der Röntgeneinrichtung
verwendet werden. Die optisch mit der Kamera aufzunehmenden Strukturen
oder Marken müssen
sich dabei nicht notwendigerweise in der Nähe des Patienten befinden,
sondern können
auch in einiger Entfernung von dem Patienten angeord net sein, wobei
die Strukturen jedoch im Aufnahmebereich der an der Röntgenstrahlenquelle 9 oder
an dem Röntgenstrahlendetektor 10 angeordneten
Kamera liegen müssen.
-
8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung,
wobei Komponenten der in 8 gezeigten
Röntgeneinrichtung,
welche mit Komponenten der in
-
1 gezeigten
Röntgeneinrichtung
weitgehend bau- und funktionsgleich sind, ebenfalls mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
-
Im Unterschied zu der in 1 und der in den 6 und 7 gezeigten Röntgeneinrichtung weist die
in 8 gezeigte Röntgeneinrichtung
zur Bestimmung der extrinsischen Abbildungsparameter Sende- und
Empfangseinrichtungen für
elektromagnetische Wellen auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist an der Röntgenstrahlenquelle 9 in definierter
Weise zu dem Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9,
welcher den Ursprung des zweiten zur Angabe der intrinsischen Abbildungsparameter
verwendeten Koordinatensystems K2 darstellt, eine Sendeeinrichtung 40 zum
Aussenden elektromagnetischer Signale angeordnet. Des weiteren sind
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
drei Empfangseinrichtungen 41 bis 43 in geometrisch
bestimmter Weise in dem ersten Koordinatensystem K1 angeordnet.
Durch Aussendung elektromagnetischer Wellen bei Verstellbewegungen
des Röntgensystems
seitens der Sendeeinrichtung 40 und durch Empfang der elektromagnetischen
Wellen seitens der Empfangseinrichtungen 41 bis 43 können, beispielsweise
durch Laufzeitmessungen oder Phasenmessungen der elektromagnetischen
Wellen, die Positionen des Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 9 in eindeutiger
Weise bestimmt werden. Die Ermittlung der Positionen kann beispielsweise
durch die Steuer- und Recheneinheit 14 erfolgen, welche
in nicht dargestellter Weise mit den Empfangseinrichtungen 41 bis 43 verbunden
sein kann.
-
In analoger Weise kann auch bei Anordnung einer
Sendeeinrichtung an dem Röntgenstrahlenempfänger 10 die
Position eines Bezugspunktes des Röntgenstrahlenempfängers 10 bei
Verstellbewegungen des Röntgensystems
ermittelt werden.
-
Darüber hinaus können anstelle
einer Sendeeinrichtung wenigstens eine Empfangseinrichtung in definierter
Weise an der Röntgenstrahlenquelle 9 oder
an dem Röntgenstrahlendetektor 10 und
wenigstens eine Sendeeinrichtung in definierter Weise in dem ersten
ortsfesten Koordinatensystem K1 angeordnet sein. Sind beispielsweise
drei Sendeeinrichtungen in definierter Weise in dem ersten Koordinatensystem
K1 angeordnet und eine Empfangseinrichtung in definierter Weise
an der Röntgenstrahlenquelle 9 angeordnet,
so kann auch in diesem Fall durch Laufzeitmessungen von elektromagnetischen Wellen
die Position des Fokus der Röntgenstrahlenquelle 9 in
eindeutiger Weise in dem ersten Koordinatensystem K1 bei Verstellbewegungen
des Röntgensystems
ermittelt werden.
-
Alternativ zur Verwendung elektromagnetischer
Wellen können
auch Ultraschallwellen herangezogen werden.
-
Was die Ermittlung der intrinsischen
und der extrinsischen Abbildungsparameter an sich betrifft, so können diese
online, d. h. gleichzeitig, mit der Aufnahme von 2D-Projektionen
von einem Objekt oder offline, d. h. in einem in der Regel einmaligen
Kalibriervorgang bei der Inbetriebsetzung der Röntgeneinrichtung gewonnen und
gespeichert werden.
-
Die offline-Ermittlung der intrinsischen
sowie der extrinsischen Abbildungsparameter bietet sich an, wenn
die Bewegungen des Röntgensystems
bei der Aufnahme von 2D-Projektionen reproduzierbar sind. In bezug
auf die offline-Ermittlung der intrinsischen Abbildungsparameter
für die
beschriebenen Ausführungsbeispiele
bedeutet dies, daß der
C-Bogen 8 bei Verstellbewegungen längs seines Umfanges keine Verwindungen
oder stets dieselben reproduzierbaren Verwindungen zeigt. In bezug auf
die offline-Ermittlung der extrinsischen Abbildungsparameter bedeutet
dies, daß die
Lagerung des C-Bogens 8 derart stabil ist, daß die Verstellbewegungen
des C-Bogens 8 an sich und somit die Aufenthaltsorte der Röntgenstrahlenquelle 9 und
des Röntgenstrahlenempfängers 10 bei
wiederholter gleichförmiger
Verstellung reproduzierbar sind.
-
Weist eine Röntgeneinrichtung kein derartig stabiles
oder ein nur teilstabiles, d. h. die C-Bogen-Verwindungen oder die
Verstellung des C-Bogens betreffendes Verhalten auf, sollten die
von dem instabilen Systemverhalten betroffenen bzw. beeinflußten Abbildungsparameter
stets online bestimmt werden, um qualitativ hochwertige 3D-Bilder
anhand der Abbildungsparameter konstruieren zu können.
-
Die Mittel zur Bestimmung extrinsischer
und intrinsischer Abbildungsparameter der in den Figuren gezeigten
und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können alternativ
zueinander oder in beliebiger Kombination zur Ermittlung der extrinsischen
und intrinsischen Abbildungsparameter eingesetzt werden.
-
Die Erfindung wurde vorstehend am
Beispiel eines verfahrbaren C-Bogen-Röntgengerätes 1 erläutert. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in verfahrbaren C-Bogen-Röntgengeräten beschränkt, sondern
ist auch in stationären
Röntgengeräten möglich. Beispielsweise
kann der C-Bogen oder eine andersartige Tragevorrichtung für das Röntgensystem
an einem Boden-, Wand- oder Deckenstativ angeordnet sein.