DE202019003376U1 - X-ray system for iteratively determining an optimal coordinate transformation between overlapping volumes reconstructed from volume data sets of discretely scanned object areas - Google Patents

X-ray system for iteratively determining an optimal coordinate transformation between overlapping volumes reconstructed from volume data sets of discretely scanned object areas Download PDF

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Abstract

Röntgensystem, zur iterativen Bestimmung einer optimalen Koordinatentransformation zwischen einem ersten N-dimensionalen Teilvolumen V1 und einem zweiten N-dimensionalen Teilvolumen V2 eines ausgedehnten Objektes, wobei diese Teilvolumina sich teilweise in den Uberlappvolumina OV1 und UOV2 überlappen, und wobei das Röntgensystem geeignet ist
a) Teilvolumina V1 und V2 durch diskrete Abtastung des ausgedehnten Objektes aufzunehmen,
b) eines Bandpassfilter auf die Überlappvolumina OV1 und UOV2 innerhalb eines jeden Iterationsschrittes i anzuwenden, welcher aus dem Überlappvolumen OV1(i) diejenigen Frequenzen entfernt, die in dem Überlappvolumen UOV2(i) nicht enthalten sind, und der aus dem Überlappvolumen UOV2(i) diejenigen Frequenzen entfernt, die in dem Überlappvolumen OV1(i) nicht enthalten sind, wodurch gefilterte Überlappvolumina FOV1(i) und FUOV2(i) erhalten werden,
c) Eine Koordinatentransformation durch iterative Optimierung eines Ähnlichkeitsmaßes zwischen den gefilterten Überlappvolumina FOV1(i) und FUOV2(i) zu bestimmen.

Figure DE202019003376U1_0000
X-ray system, for the iterative determination of an optimal coordinate transformation between a first N-dimensional partial volume V1 and a second N-dimensional partial volume V2 of an extended object, these partial volumes partially overlapping in the overlap volumes OV1 and UOV2, and wherein the X-ray system is suitable
a) to record partial volumes V1 and V2 by discrete scanning of the expanded object,
b) applying a band-pass filter to the overlap volumes OV1 and UOV2 within each iteration step i which removes from the overlap volume OV1 (i) those frequencies which are not included in the overlap volume UOV2 (i) and which is from the overlap volume UOV2 (i) removes those frequencies which are not contained in the overlap volume OV1 (i), whereby filtered overlap volumes FOV1 (i) and FUOV2 (i) are obtained,
c) To determine a coordinate transformation by iteratively optimizing a similarity measure between the filtered overlap volumes FOV1 (i) and FUOV2 (i).
Figure DE202019003376U1_0000

Description

Röntgensystem für die iterative Bestimmung einer optimalen Koordinatentransformation zwischen sich überlappenden Volumina, die aus Volumendatensätzen von diskret abgetasteten Objektbereichen rekonstruiert wurden.X-ray system for the iterative determination of an optimal coordinate transformation between overlapping volumes reconstructed from volume data sets of discretely scanned object areas.

Bekannte Bildaufnahmegeräte zur Abbildung oder Vermessung von Objekten sind durch ein angewandtes Messverfahren stets auf ein Mess- oder Bildfeld beschrankt, innerhalb dessen sie ein Objekt abtasten und ggf. darstellen. Außerhalb eines solchen Messfeldes liegen per Definition keine Informationen über das Objekt vor. Sollte das Messfeld für eine gewählte Anwendung zu klein sein, so ist bekannt, dieses durch eine Anfertigung mehrerer Aufnahmen zu erweitern. Die Gesamtheit der Messfelder bilden das Objekt hierbei vorzugsweise so ab, dass ihre Ränder mindestens aneinander angrenzen, im Allgemeinen sogar überlappen. Es ist bekannt, dass eine fehler- und artefaktarme Kombination von einzelnen Messfeldern zu einem gesamten Messfeld über präzise Kenntnisse der Geometrien und Messverfahren der Bildaufnahmegerate ermöglicht wird, indem dabei Koordinatentransformationen zwischen den Messfeldern ermittelt werden. Weiterhin ist bekannt, dass in Ermangelung einer solchen Kenntnis die Koordinatentransformationen aus dem Vergleich sich entsprechender Bildbereiche in den Uberlappungsbereichen der einzelnen Messfelder gewonnen werden können. Hierbei wird vorzugsweise in einem iterativen Optimierungsverfahren eine initial angenommene Koordinatentransformation derart verbessert, bis das Verfahren entsprechend eines Abbruchkriteriums eine hinreichende Deckungsgleichheit der beiden Messfelder in ihrem Überlappungsbereich erreicht hat. Das Maß der Deckungsgleichheit wird über ein quantitativ formuliertes Ähnlichkeitsmaß bzw. Unähnlichkeitsmaß beschrieben, welches durch das Optimierungsverfahren entsprechend maximiert bzw. minimiert, also optimiert wird. Solcherlei Verfahren sind insbesondere als inelastische oder elastische Registrierung bekannt. Da es jederzeit möglich ist, ein zu maximierendes Ähnlichkeitsmaß in ein zu minimierendes Unähnlichkeitsmaß zu transformieren, beispielsweise durch Multiplikation mit „-1“, wird im Folgenden der Begriff Ähnlichkeitsmaß stellvertretend für beide Optimierungsstrategien verwendet.Known image recording devices for imaging or measuring objects are always limited by a measuring method applied to a measuring or image field within which they scan an object and possibly represent. Outside of such a measurement field, there is by definition no information about the object. If the measuring field is too small for a selected application, it is known to extend this by making several shots. The totality of the measuring fields preferably form the object in such a way that their edges are at least adjacent to each other, in general even overlapping. It is known that a combination of error-and artifact-poor combination of individual measuring fields to an entire measuring field on precise knowledge of the geometries and measurement methods of the image recording devices is made possible by coordinate transformations between the measuring fields are determined. Furthermore, it is known that in the absence of such knowledge, the coordinate transformations can be obtained from the comparison of corresponding image regions in the overlapping regions of the individual measurement fields. In this case, an initially assumed coordinate transformation is preferably improved in an iterative optimization method until the method has reached a sufficient congruence of the two measuring fields in its overlapping region in accordance with a termination criterion. The degree of congruence is described by means of a quantitatively formulated similarity measure or measure of dissimilarity, which is correspondingly maximized or minimized, ie optimized, by the optimization method. Such methods are known in particular as inelastic or elastic registration. Since it is possible at any time to transform a similarity measure to be maximized into a measure of dissimilarity to be minimized, for example by multiplication by "-1", the term similarity measure will be used in the following to represent both optimization strategies.

Im allgemeinen Fall entsprechen die Messfelder dabei Volumendatensätzen eines Raumbereiches, der ein Kontinuum von physikalischen Werten aufweist, welches innerhalb des Volumens mit der Messapparatur diskret und möglicherweise unvollständig abgetastet wird, wobei das Volumen beispielsweise durch Voxel an periodischen Rasterpunkten beschrieben wird. Der Raum kann, muss dabei aber nicht einem physikalischen Raum entsprechen und kann somit eine, zwei, drei oder mehr Dimensionen aufweisen. Entsprechende höherdimensionale Volumina können dabei beispielsweise durch drei Raumdimensionen plus eine Zeitkoordinate (4D) gekennzeichnet sein, oder beispielsweise durch drei Raumdimensionen, die in mehreren spektralen Bereichen erfasst werden.In the general case, the measurement fields thereby correspond to volume data sets of a spatial region which has a continuum of physical values which is scanned discretely and possibly incompletely within the volume with the measuring apparatus, the volume being described, for example, by voxels at periodic halftone dots. The space can, but does not have to correspond to a physical space and thus can have one, two, three or more dimensions. Corresponding higher-dimensional volumes can be achieved, for example, by three spatial dimensions plus a time coordinate ( 4D) be characterized or, for example, by three spatial dimensions, which are detected in multiple spectral regions.

Die Abtastung des Volumens kann direkt erfolgen oder aus zunächst aufgenommenen Zwischenschritten errechnet werden. Letzteres wird beispielsweise bei der Röntgen-Computertomographie angewandt, wo aus der Aufnahme von zweidimensionalen Röntgenprojektionen beispielsweise mittels des Verfahrens einer gefilterten Rückprojektion eine dreidimensionale Repräsentation der Absorptionseigenschaften des untersuchten Objekts, beispielsweise eines Patienten, errechnet wird.The sampling of the volume can be done directly or calculated from initially recorded intermediate steps. The latter is used, for example, in X-ray computed tomography, where from the acquisition of two-dimensional X-ray projections, for example by means of the filtered back-projection method, a three-dimensional representation of the absorption properties of the examined object, for example a patient, is calculated.

Abgetastete Volumina weisen stets eine Repräsentation im Fourierraum auf, die im Allgemeinen durch eine diskrete Fouriertransformation berechnet werden kann. Es existiert jedoch auch ohne deren explizite Berechnung eine Eins-zu-Eins Entsprechung zwischen den Repräsentationen im Ortsraum und im Fourierraum. Insbesondere kann Messfehlern bzw. Artefakten, die sich im erfassten Volumen, dem sog. Ortsraum äußern, eine direkte Entsprechung im Fourierraum zugeschrieben werden, ohne die Fouriertransformation direkt zu berechnen. Die Koordinatenachsen im Fourierraum werden dabei durch Wellenzahlen bzw. Frequenzen entlang der entsprechenden Raumachsen repräsentiert, und somit entspricht eine Koordinate im Fourierraum einem Tupel an Wellenzahlen bzw. Frequenzen entlang dieser Achsen (im Folgenden als Frequenzen bezeichnet). Im Allgemeinen liegt an einer solchen Fourier-Koordinate eine komplexe Zahl vor, welche die Amplitude und Phase einer (Raum-) Frequenz enthält. Wurde durch das Messverfahren die entsprechende Frequenz nicht erfasst, so ist an der entsprechenden Koordinate im Fourierraum diese Zahl idealerweise gleich Null. Durch eine begrenzte numerische Präzision, oder eine nachgelagerte Bildverarbeitung, kann die tatsächlich vorliegende komplexe Zahl jedoch von Null verschieden sein, weist jedoch im Allgemeinen einen vergleichsweise kleinen Absolutbetrag auf. Im Folgenden soll in diesem Fall von einer „fehlenden“ bzw. „nicht abgetasteten“, „nicht vorhandenen“ oder „nicht erfassten“ Frequenz gesprochen werden. Gleichermaßen soll vom „Entfernen“ von Frequenzen dann die Rede sein, wenn die an ihnen erfassten komplexen Zahlen auf Null bzw. eine sehr kleine Zahl gesetzt werden.Scanned volumes always have a representation in Fourier space, which can generally be calculated by a discrete Fourier transform. However, even without their explicit calculation, there is a one-to-one correspondence between the representations in the space space and in the Fourier space. In particular, measurement errors or artefacts which manifest themselves in the detected volume, the so-called spatial space, can be attributed a direct correspondence in Fourier space without directly calculating the Fourier transformation. The coordinate axes in the Fourier space are represented by wavenumbers or frequencies along the corresponding spatial axes, and thus a coordinate in the Fourier space corresponds to a tuple at wavenumbers or frequencies along these axes (referred to below as frequencies). In general, such a Fourier coordinate has a complex number containing the amplitude and phase of a (space) frequency. If the corresponding frequency was not detected by the measuring method, this number is ideally equal to zero at the corresponding coordinate in the Fourier space. However, due to limited numerical precision, or downstream image processing, the actual complex number may be nonzero, but generally has a comparatively small absolute amount. In the following, in this case, a "missing" or "not sampled", "non-existent" or "unrecorded" frequency shall be used. Likewise, the "removal" of frequencies is said to be the case if the complex numbers collected on them are set to zero or a very small number.

Es ist bekannt, dass durch die Abtastung Artefakte bei der Rekonstruktion des resultierenden Volumens auftreten können. Eine Klasse solcher Artefakte äußert sich dabei dadurch, dass im Fourierraum, also einer Fouriertransformierten des abgetasteten Volumens, ein oder mehrere zusammenhängende Bereiche existieren, die näherungsweise null und damit fehlend sind, dies jedoch nicht mit einer Objekteigenschaft einhergeht. In einem solchen Fall spricht man von Artefakten durch eine unvollständige Abtastung. Die Ausprägung dieser Artefakte im Bild- bzw. Ortsraum hängt dabei im Allgemeinen auch von deren Lokalisation im Volumen ab. Damit kommt es beim Registrieren von Einzelvolumina aufeinander zu der Situation, dass sich einander entsprechende Bildbereiche in der Ausprägung ihrer Artefakte unterscheiden. Die Anwendung eines Ähnlichkeitsmaßes ist damit fehleranfällig, da sich gleiche Objektbereiche in der diskreten Abtastung nur bis zu einem gewissen und ggf. unzureichenden Grad ahnein. In der Konsequenz birgt die Registrierung Fehler, die sich in der Genauigkeit der ermittelten Koordinatentransformation widerspiegeln. Somit sind nach dem Aneinanderfügen der Einzelvolumina signifikante Artefakte zu erwarten.It is known that artifacts can occur in the reconstruction of the resulting volume due to the scanning. A class of such artefacts manifests itself by the fact that in the Fourier space, ie a Fourier transform of the Scanned volume, one or more contiguous areas exist that are approximately zero and thus missing, but this is not associated with an object property. In such a case one speaks of artifacts by an incomplete scan. The expression of these artifacts in the image or spatial space generally depends on their location in the volume. Thus, when registering individual volumes, the situation that different image areas differ in their artifacts occurs. The application of a similarity measure is thus error-prone, since identical object areas in the discrete scan are similar only to a certain extent and possibly insufficient. As a consequence, the registration has errors that are reflected in the accuracy of the determined coordinate transformation. Thus, significant artifacts are expected after the individual volumes are joined together.

Bei bekannten Kegelstrahl-Computertomographen rotiert eine Röntgenbildaufnahmeeinheit aus einem Röntgenstrahler und einem Detektor, vorzugsweise einem Flachdetektor unter Aufnahme einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen in einer Scanebene um ein Scanzentrum. Solche Kegelstrahl-Computertomographen können als Gantry-basierte Systeme mit der Möglichkeit zur kontinuierlichen Rotation ausgeführt sein, schließen insbesondere aber auch stationäre oder mobile C-Bögen ein, sowie zusätzlich Systeme zur Lageerfassung in der Strahlentherapie oder auch Mikro-Computertomographen in der präklinischen Forschung oder in der Werkstoffkunde. Aus den aufgenommenen Röntgenprojektionen eines Scans kann ein Röntgenvolumen rekonstruiert werden. Ist der interessierende Bereich (Region of Interest, ROI) in einem Objekt klein gegenüber dem rekonstruierten Volumen, werden die diagnostischen Volumeninformationen mit einem Einzelscan gewonnen. Für gewisse Diagnostikaufgaben ist jedoch ein aus einem einzigen Scan zur Erzeugung eines 3D-Datensatzes rekonstruiertes erstes Volumen zu klein. Um ein rekonstruiertes Volumen zu vergrößern, wird mittels wenigstens eines weiteren Scans ein 3D-Datensatz erzeugt, dessen Rekonstruktion ein zweites Volumen ergibt, das sich von dem ersten Volumen unterscheidet, wobei sich Randbereiche des ersten und des zweiten Volumens überlappen. Ein solches Verfahren ist durch das Anhängen weiterer Volumina an das jeweils letzte rekonstruierte Volumen zur Erzeugung noch größerer Volumina erweiterbar. Ist der ROI groß gegenüber einem rekonstruierten Volumen, so ist bekannt, durch Aufnahme von weiteren Scans mit versetzten Scanebenen Projektionsdaten des gesamten ROI aufzunehmen und ein zusammengesetztes Volumen zu rekonstruieren.In known cone beam computer tomographs, an X-ray image recording unit rotates from an X-ray emitter and a detector, preferably a flat detector, taking a series of X-ray projection images in a scan plane around a scanning center. Such cone beam computer tomographs can be designed as gantry-based systems with the possibility of continuous rotation, but in particular include stationary or mobile C-arms, as well as additional systems for position detection in radiotherapy or micro-computed tomography in preclinical research or in material science. From the recorded X-ray projections of a scan, an X-ray volume can be reconstructed. If the region of interest (ROI) in an object is small compared to the reconstructed volume, the diagnostic volume information is obtained with a single scan. For certain diagnostic tasks, however, a first volume reconstructed from a single scan to produce a 3D data set is too small. In order to increase a reconstructed volume, a 3D data set is generated by means of at least one further scan, the reconstruction of which results in a second volume that differs from the first volume, wherein edge regions of the first and second volumes overlap. Such a method can be extended by attaching additional volumes to the respective last reconstructed volume to generate even larger volumes. If the ROI is large compared to a reconstructed volume, it is known to record projection data of the entire ROI and to reconstruct a composite volume by recording further scans with offset scan lines.

Anwendungsbeispiele sind die Erzeugung des Volumens einer gesamten Wirbelsäule, oder die Bolusverfolgung über die Länge eines gesamten Beines, oder die Gewinnung eines Ganzkörpervolumens. Wenn das Objekt bzw. dessen Lagerung und des Kegelstrahl-Computertomograph zueinander referenziert sind, ist bei Verlagerung der Scanebene zum Zweck der Aufnahme eines weiteren Röntgenprojektionsdatensatzes die Koordinatentransformation zwischen den beiden Scanebenen bekannt. Dies ist in der Regel bei stationären CT-Geräten der Fall.Examples of use are the generation of the volume of an entire spinal column, or the bolus tracking over the length of an entire leg, or the acquisition of a whole body volume. If the object or its storage and the cone-beam computed tomography are referenced to each other, the coordinate transformation between the two scan planes is known for displacement of the scan plane for the purpose of recording a further X-ray projection data set. This is usually the case with stationary CT devices.

Bei der Verwendung eines mobilen Kegelstrahl-Computertomographen, wie beispielsweise einem mobilen C-Bogen, ist jedoch nach der Positionierung des C-Bogens bezüglich des Objekts auf einer Lagerung eine Referenzierung innerhalb eines Kalibrierlaufs notwendig, wobei die Referenzierung ihre Gültigkeit verliert, wenn der C-Bogen nichtreproduzierbar verlagert wird.However, when using a mobile cone beam computer tomograph, such as a mobile C-arm, after positioning the C-arm with respect to the object on a bearing, referencing within a calibration run is necessary, and the referencing becomes invalid if the C- Sheet is relocated non-reproducibly.

Ist eine Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem des Kegelstrahl-Computertomographen und dem Koordinatensystem des Objekts und, wenn das Objekt wahrend der Röntgenuntersuchung in einer festen räumlichen Beziehung zur Lagerung, beispielsweise einer Patientenliege, positioniert ist, zum Koordinatensystem der Lagerung nicht bekannt, so kann eine Koordinatentransformation in der obigen Weise derart ermittelt werden, dass eine größtmögliche Übereinstimmung der Absorptionswerte der Voxel in den entsprechenden Uberlappungsbereichen besteht.If a coordinate transformation between the coordinate system of the cone beam computer tomograph and the coordinate system of the object and, if the object during the X-ray examination in a fixed spatial relationship to the storage, for example, a patient bed, positioned to the coordinate system of the storage is not known, then a coordinate transformation in be determined in the above manner such that the greatest possible agreement of the absorption values of the voxels in the corresponding overlap areas.

Es ist bekannt, dass Kegelstrahl-Computertomographen sog. Kegelstrahlartefakte erzeugen, denen ein unvollständig abgetasteter Fourierraum zugrunde liegt. Die Stärke dieser Artefakte ist dabei umso größer, je größer der Abstand eines Volumenbereichs von der Zentralschicht bzw. der zentralen Scanebene ist. Im Fourierraum verbleibt dabei eine Struktur ähnlich eines Doppelkegels mit einem Öffnungswinkel, innerhalb dessen keine Messwerte, insbesondere Frequenzen, erfasst werden. Weiterhin ist bekannt, dass eine Computertomographie, die beispielsweise aufgrund drohender Kollisionen mit der Lagerung nicht vollständig durchfahren werden kann, ebenfalls bestimmte Bereiche im Fourierraum aufgrund mangelnder Winkelabdeckung nicht abtastet. Die bekannten Algorithmen zur Registrierung von Bildvolumina berücksichtigen das Vorhandensein solcher Artefakte nicht, weshalb deren Anwendung zu Registrierfehlern führt und das aus Teilvolumina zusammengesetzte Gesamtvolumen sichtbare Übergänge zwischen den beiden Einzelvolumina aufweist.It is known that cone-beam computer tomographs generate so-called cone beam artifacts based on an incompletely sampled Fourier space. The strength of these artifacts is greater, the greater the distance of a volume region from the central layer or the central scan plane. In the Fourier space, a structure similar to a double cone with an opening angle remains, within which no measured values, in particular frequencies, are detected. Furthermore, it is known that a computed tomography, which can not be completely traversed for example due to imminent collisions with the storage, also does not scan certain areas in the Fourier space due to lack of angular coverage. The known algorithms for registering image volumes do not take into account the presence of such artifacts, therefore their application leads to registration errors and the total volume composed of sub-volumes has visible transitions between the two individual volumes.

Das neuheitliche Röntgensystem erfordert die Zurverfügungstellung zweier überlappender Volumina und eine geschätzte Koordinatentransformation zwischen der Lage der beiden Volumina.The novel X-ray system requires the provision of two overlapping ones Volumes and an estimated coordinate transformation between the position of the two volumes.

Eine Anforderung bei der Bildaufnahme der Teilvolumina kann darüber hinaus darin bestehen, dass der Uberlappungsbereich des ersten und des zweiten Volumens möglichst klein ist, um beispielsweise eine auf den Patienten applizierte Strahlendosis möglichst gering zu halten, oder den Zeitbedarf für die Aufnahme des Gesamtvolumens möglichst klein zu halten; andererseits darf die Überlappung nicht zu klein ausfallen, um während der Registrierung die relative Lage und Orientierung des ersten zum zweiten Volumen mit dem Ziel berechnen zu können, die Einzelvolumina möglichst artefaktfrei aneinanderfügen zu können.A requirement in the image recording of the sub-volumes may moreover be that the overlapping area of the first and second volumes is as small as possible, for example to keep a radiation dose applied to the patient as low as possible, or the time required for recording the total volume to be as small as possible hold; On the other hand, the overlap must not be too small in order to be able to calculate the relative position and orientation of the first to the second volume during the registration, with the aim of being able to join the individual volumes as artifact-free as possible.

Sind die Volumina des Untersuchungsobjekts und des Bildaufnahmegeräts nicht zueinander registriert, können auf die beschriebene und bekannte Weise nacheinander aufgenommene, überlappende Einzelvolumina nach der Aufnahme aufeinander registriert werden, und anschließend mittels eines Softwarealgorithmus zu einem Gesamtvolumen zusammengefügt werden, das jedoch die genannten Fehler in der Form sichtbarer Artefakte aufweisen kann.If the volumes of the examination object and of the image recording device are not registered with one another, overlapping individual volumes recorded one after the other can be registered one after the other in the described and known manner, and then combined by means of a software algorithm to form a total volume, which, however, contains the errors mentioned in the form may have visible artifacts.

Vorrichtungen und Verfahren zur Gewinnung von zusammengesetzten Volumina aus Einzelvolumina sind aus dem Stand der Technik bekannt.Apparatus and methods for obtaining composite volumes from individual volumes are known in the art.

Aus dem Dokument DE10014668A1 ist ein Verfahren zur Minimierung von Cone-Beam-Artefakten durch Ergänzung von fehlenden Frequenzen im Fourierraum bekannt.From the document DE10014668A1 is a method for minimizing Cone-Beam artifacts by supplementing missing frequencies in Fourier space known.

Aus dem Dokument DE102007025862A1 sind ein System und ein Verfahren zur geometriegestützten Registrierung von Teilvolumina und zur Bildung eines Verbundvolumens mit dem Ziel der Vermeidung von Artefakten bekannt.From the document DE102007025862A1 For example, a system and method are known for geometry-based registration of sub-volumes and for forming a composite volume with the goal of avoiding artifacts.

Aus dem Dokument DE102007034218B4 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zusammensetzung eines aus mindestens zwei Einzelbildern bestehenden Bildes, eines mit Markern versehenen Objekts, bekannt, wobei zur Registrierung optische Bilder verwendet werden.From the document DE102007034218B4 For example, there is known an apparatus and method for composing an image consisting of at least two frames, a tagged object, using optical images for registration.

Aus dem Dokument DE102008062030A1 sind eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionierung von abzubildenden Objekten und zum 3D-Stitching bekannt, wobei eine gemeinsame Steuerung von C-Bogen und Patientenliege unter Verwendung von Stellungssensoren vorgesehen ist.From the document DE102008062030A1 For example, an arrangement and a method for positioning objects to be imaged and 3D stitching are known, wherein a common control of C-arm and patient couch is provided by using position sensors.

Aus dem Dokument EP520778B1 ist ein Verfahren zur tomographischen Bilderzeugung mittels Schrägstrahlen bekannt, wobei Artefakte eliminiert werden, die durch Stitching von zwei Scandatensätzen hervorgerufen werden, wobei die Ebene eines Scans nicht senkrecht auf der z-Achse liegt.From the document EP520778B1 is a method for tomographic imaging by means of oblique rays known to be artifacts are eliminated, which are caused by stitching of two sets of scans, wherein the plane of a scan is not perpendicular to the z-axis.

Aus dem Dokument Seungeon Kim, Yongjin Chang, and Jong Beom Ra: „Reduction of Cone Angle Effect in Cardiac Motion Correction Based on Partia/ Angle Reconstructed Images in CT“, 4th International Conference on Image Formation in X-Ray Computed Tomography, Bamberg, Germany 18.-22. Juli 2016, Proceedings of the 4th CT -Meeting, Seite 439 ff., ist bekannt, Cone-Beam-Artefakte zur Bewegungskompensation bei Kardio-CT anzugleichen.From the document Seungeon Kim, Yongjin Chang, and Jong Beom Ra: "Reduction of Cone Angle Effect in Cardiac Motion Correction Based on Partia / Angle Reconstructed Images in CT", 4th International Conference on Image Formation in X-Ray Computed Tomography, Bamberg, Germany 18.-22. July 2016, Proceedings of the 4th CT Meeting, page 439 ff., Is known to approximate Cone Beam artifacts for motion compensation in cardiac CT.

Aus dem Dokument US20140267267A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum 3D-Stitching von überlappenden Einzelvolumina bekannt, wobei zum Stitching die Voxelwerte in den Überlappungsvolumina herangezogen werden.From the document US20140267267A1 For example, an apparatus and a method for 3D stitching of overlapping individual volumes are known, wherein the stitching is based on the voxel values in the overlap volumes.

Aus dem Dokument US20150371420A1 ist ein Verfahren zur Registrierung von Teilvolumina und zum Zusammensetzen der Teilvolumina zu einem Verbundvolumens unter Verwendung von Artefaktpositionen im Röntgenvolumen bekannt.From the document US20150371420A1 For example, a method is known for registering partial volumes and assembling the partial volumes into a composite volume using artifact positions in the X-ray volume.

Aus dem Dokument US6711293B1 ist ein Verfahren zum Zusammensetzen von Teilvolumina bekannt, bei dem extreme Pixelwerte von Subtraktionsbildern zur Registrierung herangezogen werden.From the document US6711293B1 For example, a method for composing subvolumes is known in which extreme pixel values of subtraction images are used for registration.

Aus dem Dokument US9129389B2 sind ein CT-Apparat und ein Verfahren bekannt, bei dem die Kontrastunterschiede zwischen zeitlich nacheinander aufgenommenen CT-Scheibenvolumina korrigiert werden.From the document US9129389B2 For example, a CT apparatus and a method are known in which the contrast differences between temporally successive recorded CT disc volumes are corrected.

Aus dem Dokument WO11039672A1 ist ein Verfahren zum 3D-Stitching von Teilvolumina bekannt, bei dem zur Registrierung Bilddaten der Einzelvolumina herangezogen werden.From the document WO11039672A1 a method for 3D stitching of partial volumes is known in which image data of the individual volumes are used for the registration.

Aus dem Dokument WO12048070A1 ist ein Verfahren zum 3D-Stitching von überlappenden Teilvolumina bekannt, bei dem ein Alpha-Blending/Morphing-Verfahren in den Uberlappungsvolumina vorgesehen ist und Voxel in den Einzelvolumina vor dem Stitching gewichtet werden, wobei die Gewichtung von dem Abstand des Voxels vom Rand des Einzelvolumens abhängt.From the document WO12048070A1 For example, a method for 3D stitching of overlapping partial volumes is known in which an alpha blending / morphing method is provided in the overlap volumes and voxels in the individual volumes prior to stitching are weighted, the weight being the distance of the voxel from the edge of the single volume depends.

Aus dem Dokument WO12139031A ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Verbundvolumens mittels Cone-Beam-CT bekannt, bei dem Cone-Beam-Artefakte als Maß für ein ungenaues Volumenstitching herangezogen werden.From the document WO12139031A is a method for generating a composite volume using Cone-Beam-CT known in the Cone-beam artifacts are used as a measure of inaccurate Volumenstitching.

Aus dem Dokument WO16097174A1 ist ein Verfahren zum 3D-Stitching unter Verwendung der Isocenter-Positionen der Einzelvolumina bekannt.From the document WO16097174A1 For example, a method for 3D stitching using the isocenter positions of the individual volumes is known.

Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Gewinnung eines verbesserten zusammengesetzten Volumens aus Bildaufnahmen, deren Fourierräume unvollständig abgetastet sind. Es besteht weiterhin Bedarf an einer verbesserten markerlosen Registrierung von insbesondere kontrastarmen Computertomographien zu einem 3D-Gesamtvolumen sowie an einem Röntgendiagnostiksystem zur Durchführung einer markerlosen Registrierung. There is a need for a method of obtaining an improved composite volume of images whose Fourier spaces are incompletely scanned. There continues to be a need for an improved markerless registration of, in particular, low-contrast computed tomography scans to a total 3D volume as well as an X-ray diagnostic system for carrying out markerless registration.

Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen Algorithmus zur Ermittlung einer Koordinatentransformation bereit stellt, mit der beispielsweise ein zweites von zwei überlappenden Volumina zu einem ersten Volumen registriert wird und mit der ein zweites Volumen lagerichtig an ein erstes Volumen angefügt wird, wobei die Nachteile von unvollständig abgetasteten Fourierräumen beseitigt und die Genauigkeit der Registrierung der Einzelvolumina erhöht wird.The object is to provide a device which provides an algorithm for determining a coordinate transformation, for example, with which a second of two overlapping volumes is registered to a first volume and with which a second volume is attached in the correct position to a first volume, wherein the Disadvantages of incompletely sampled Fourier spaces eliminated and the accuracy of the registration of individual volumes is increased.

Weiterhin ist es die Aufgabe der Neuerung, ein Röntgendiagnostiksystem aus einem steuerbaren Kegelstrahl-Computertomographen und einer steuerbaren motorisch verstellbaren Lagerung zu schaffen, die die Aufnahme überlappender Volumendatensatze erlaubt.Furthermore, it is the object of the innovation to provide an X-ray diagnostic system of a controllable cone beam computer tomography and a controllable motor-adjustable storage, which allows the recording of overlapping volume data sets.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelost. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is solved by the features of the independent claims. Further, particularly advantageous embodiments and developments emerge from the dependent claims.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.With regard to the device, the object is achieved by the features of claim 1.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Rahmen der Registrierung, ausgehend von einer initialen, geschätzten Koordinatentransformation iterativ eine Koordinatentransformation bestimmt wird, bei der das Maß der Übereinstimmung von modifizierten bzw. gefilterten Voxelwerten des ersten und des zweiten Überlappungsvolumens einen Maximalwert erreicht.The object is achieved by iteratively determining, as part of the registration, starting from an initial, estimated coordinate transformation, a coordinate transformation in which the degree of correspondence of modified or filtered voxel values of the first and second overlap volumes reaches a maximum value.

Es werden größere Scan-Volumina, beispielsweise vor allem entlang der langen Achse der Lagerung, z.B. entlang der Wirbelsäule oder einer unteren Extremität eines Patienten, erzeugt. Beispielsweise können auf diese Weise Skoliosen und deren Korrektur innerhalb eines chirurgischen Eingriffs besser dargestellt werden.There will be larger scan volumes, especially along the long axis of storage, e.g. along the spine or lower limb of a patient. For example, scolioses and their correction within a surgical procedure can be better represented in this way.

Vorzugsweise werden die Arbeitsschritte zur Registrierung und zum Zusammensetzen von Einzelvolumina zu einem Gesamtvolumen softwaremäßig umgesetzt. Eine weitgehend softwaremäßige Umsetzung hat den Vorteil, dass auch bereits bisher verwendete Volumenrekonstruktionen mit Zusammensetzen von Einzelvolumina zu einem Gesamtvolumen für Bildaufnahmesysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Bildaufnahmesystems, beispielsweise eines Kegelstrahl-Computertomographen, ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte der Koordinatentransformation auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie beispielsweise eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten zur Nutzung der Software, umfassen.Preferably, the steps for registering and assembling individual volumes into a total volume are implemented by software. A largely software-based implementation has the advantage that also previously used volume reconstructions can be retrofitted with a composition of individual volumes to a total volume for image acquisition systems in a simple way by a software update. In this respect, the object is also achieved by a corresponding computer program product with a computer program that can be loaded directly into a memory device of an image recording system, for example a cone beam computer tomograph, with program sections in order to execute all steps of the coordinate transformation when the computer program is executed in the control device. Such a computer program product, in addition to the computer program optionally additional components such as documentation and / or additional components, including hardware components for using the software include.

Zum Transport zur Steuerungseinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuerungseinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Dem Transport kann auch eine Verbindung zu einem an einem Netzwerk angeschlossenen Krankenhausinformationssystem, zu einem Radiologieinformationssystem oder zu einem globalen Netz dienen, in welchen Systemen die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. Hier bitte den erzwungenen Seitenwechsel oder was auch immer vorliegt, entfernenFor transport to the control device and / or for storage on or in the control device, a computer-readable medium, for example a memory stick, a hard disk or another portable or permanently installed data carrier can serve, on which the program sections of the computer program which can be read and executed by a computer unit of the control device are stored are. The transport can also be used to connect to a hospital information system connected to a network, to a radiology information system or to a global network, in which systems the program sections of the computer program that are readable and executable by a computer unit of the control device are stored. The computer unit may e.g. for this purpose have one or more cooperating microprocessors or the like. Here please remove the forced page break or whatever is present

Die Aufgabe der Neuerung wird insbesondere dadurch gelöst, dass zwei überlappende Volumina eines Objektbereichs zusammen mit einer geschätzten Registrierungsinformation in Form einer Koordinatentransformation empfangen und ausgehend von der initialen geschätzten Koordinatentransformation durch iterative Änderung der Koordinatentransformation dadurch bedingte Überlappungsvolumina errechnet werden, welche durch einen Algorithmus gefiltert werden, der die Artefakte in den Überlappungsvolumina angleicht und der einen Bandpassfilter beinhaltet, welcher
α)

  • • die Uberlappungsvolumina in den Fourierraum transformiert,
  • • in den Fourierräumen alle Frequenzen, die in der Fourierrepräsentation des jeweils anderen Überlappungsvolumens nicht auftreten, aus den jeweiligen Fourierräumen entfernt, beispielsweise durch Multiplikation mit 0, und so zwei gefilterte Fourierräume der Überlappungsvolumina erzeugt,

oder
b)
  • • im Ortsraum auf die Überlappungsvolumina wirkt,
  • • der in seiner Wirkung ebenfalls alle Frequenzen, die in den entsprechenden Fourierräumen des jeweils anderen Überlappungsvolumens nicht auftreten aus den jeweiligen entsprechenden Fourierräumen entfernt und so zwei gefilterte Versionen der Überlappungsvolumina erzeugt,
wobei ein Ähnlichkeitsmaß der gefilterten Überlappungsvolumina bestimmt wird und wobei die Koordinatentransformation, die das optimale Ähnlichkeitsmaß der gefilterten Überlappungsvolumina erzeugt, als die optimale Koordinatentransformation für die Registrierung verwendet wird. Die nicht erfassten Frequenzen können dabei direkt im Fourierraum dadurch identifiziert werden, dass der an ihnen vorliegende Absolutbetrag kleiner als ein zu wählender Schwellwert ist. Alternativ können die unabgetasteten Bereiche bei Vorliegen entsprechender Informationen aus der Kenntnis der Aufnahmegeometrie bzw. Abtastart/Abtasttrajektorie und der speziellen Ausgestaltung eines Messverfahrens errechnet werden.The object of the innovation is achieved, in particular, by receiving two overlapping volumes of an object area together with an estimated registration information in the form of a coordinate transformation and, on the basis of the initial estimated coordinate transformation, by iterative change of the coordinate transformation, resulting overlapping volumes are calculated, which are filtered by an algorithm. which adjusts the artifacts in the overlap volumes and which includes a bandpass filter which
α)
  • Transformed the overlap volumes into the Fourier space,
  • • in the Fourier spaces all frequencies that do not occur in the Fourier representation of the other overlap volume, respectively, from the respective Fourier spaces removed, for example by multiplication by 0, and so produces two filtered Fourier spaces of the overlap volumes,

or
b)
  • Acts in space on the overlap volumes,
  • • which also removes in its effect all the frequencies that do not occur in the corresponding Fourier spaces of the other overlapping volume from the respective corresponding Fourier spaces and thus produces two filtered versions of the overlap volumes,
wherein a similarity measure of the filtered overlap volumes is determined, and wherein the coordinate transformation that produces the optimal similarity measure of the filtered overlap volumes is used as the optimal coordinate transformation for the registration. The unrecorded frequencies can be identified directly in the Fourier space in that the absolute value present at them is smaller than a threshold value to be selected. Alternatively, the unsampled areas can be calculated from the knowledge of the recording geometry or scanning type / scanning trajectory and the specific configuration of a measuring method if appropriate information is available.

Die Überlappungsvolumina der beiden Einzelvolumina werden somit jeweils einer Filterung zur Angleichung von Artefakten unterzogen, wobei die Artefakte einem unvollständig abgetasteten Fourierraum mindestens eines Teilbereichs in mindestens einem Teilvolumen entsprechen. Beispielsweise können diese im Falle der Computertomographie der Gruppe der Kegelstrahlartefakte oder solchen Artefakten aus einer unvollständigen Winkelabdeckung (Scanwinkelbereich kleiner als z.B. 180 Grad plus Kegelwinkel) entstammen.The overlap volumes of the two individual volumes are thus each subjected to filtering for the approximation of artifacts, the artifacts corresponding to an incompletely scanned Fourier space of at least one subregion in at least one subvolume. For example, in the case of computed tomography, these may originate from the group of cone-beam artifacts or artifacts from incomplete angular coverage (scan angle range less than, for example, 180 degrees plus cone angle).

Das Ergebnis von der iterativen Bestimmung einer Koordinatentransformation mit einer Schätzung der Koordinatentransformation für den ersten Iterationsschritt ist eine im Vergleich dazu verbesserte Koordinatentransformation, die zur Referenzierung der Einzelvolumina im Ortsraum verwendet wird. Die Einzelvolumina werden mit der ermittelten optimalen Koordinatentransformation gegeneinander verschoben und verdreht (inelastische Registrierung, d.h. global gültige Koordinatentransformation), oder zusätzlich verformt (elastische Registrierung, d.h. lokale bzw. voxelweise Koordinatentransformation), wobei beispielsweise ein erster aufgenommener Volumendatensatz mit einem intrinsischen Koordinatensystem verbunden ist und der zweite bzw. alle weiteren Volumendatensätze bezüglich des intrinsischen Koordinatensystems registriert werden. Nach einer Registrierung der beiden Volumina werden die Voxelwerte der Überlappungsbereiche in bekannter Weise aneinandergefügt, um die Erzeugung von Artefakten an den Übergängen zwischen den beiden Volumina zu vermeiden. Dabei bleiben die Zentral- oder Restvolumina außerhalb der Uberlappungsvolumina in den Absorptionswerten der Voxel unverändert, mit der Ausnahme der Auswirkungen von Interpolationsschritten, die nötig sind, um beide Volumina auf dem gleichen diskreten Raster abbilden zu können. Beim Aneinanderfügen der Einzelvolumina werden redundante Bildinformationen im Überlappungsbereich jedoch derart genutzt, dass eine möglichst hohe Bildqualitat des rekonstruierten Gesamtvolumens erreicht wird, um beispielsweise eine eingesetzte Strahlendosis optimal zu nutzen.The result of the iterative determination of a coordinate transformation with an estimate of the coordinate transformation for the first iteration step is a comparatively improved coordinate transformation, which is used for the referencing of the individual volumes in the spatial space. The individual volumes are shifted with the determined optimal coordinate transformation and rotated (inelastic registration, ie globally valid coordinate transformation), or additionally deformed (elastic registration, ie local or voxelweise coordinate transformation), for example, a first recorded volume data set is connected to an intrinsic coordinate system, and the second or all further volume data sets are registered with respect to the intrinsic coordinate system. After registration of the two volumes, the voxel values of the overlap regions are joined together in a known manner to avoid the generation of artifacts at the transitions between the two volumes. At this time, the central or residual volumes outside the overlap volumes in the voxel's absorbance values remain unchanged, except for the effects of interpolation steps required to image both volumes on the same discrete grid. When joining the individual volumes, however, redundant image information in the overlapping area is used in such a way that the highest possible image quality of the reconstructed total volume is achieved in order, for example, to optimally use an applied radiation dose.

Der Algorithmus zur Auswertung der Überlappungsbereiche eines ersten und eines zweiten Volumens hat als Ergebnis, die relative Lage und Orientierung der beiden Volumina zueinander zu bestimmen. Dabei nutzt der Algorithmus Informationen über eine angenommene oder geschätzte relative Lage und Orientierung der Einzelvolumina. Diese angenommenen Werte für die Lage und Orientierung der Einzelvolumina werden beispielsweise aus dem Verfahrweg und der Verfahrrichtung des Kegelstrahl-Computertomographen, vorzugsweise eines C-Bogen-Röntgengerätes, oder der Lagerung des Objekts, beispielsweise einer Patientenliege, im Raum gewonnen.The algorithm for evaluating the overlap areas of a first and a second volume has as a result, to determine the relative position and orientation of the two volumes to each other. The algorithm uses information about an assumed or estimated relative position and orientation of the individual volumes. These assumed values for the position and orientation of the individual volumes are obtained, for example, from the travel path and the travel direction of the cone beam computer tomograph, preferably a C-arm X-ray device, or the storage of the object, for example a patient couch, in space.

Es ist vorgesehen, die ermittelte optimale Registrierungsinformation zu verwenden, um eine Registrierung zwischen dem Kegelstrahl-Computertomographen, vorzugsweise eines C-Bogens, und dem Koordinatensystem der Lagerung herzustellen. Durch eine derartige Registrierung wird eine Navigation in dem aus den Einzelvolumina zusammengesetzten Volumen ermöglicht.It is envisaged to use the determined optimal registration information to establish registration between the cone-beam computed tomography, preferably a C-arm, and the coordinate system of storage. Such a registration enables navigation in the volume composed of the individual volumes.

Um eine Registrierung oder Referenzierung zwischen dem Koordinatensystem eines Kegelstrahl-Computertomographens und dem Koordinatensystem der Lagerung herzustellen, kann vorzugsweise als Objekt anstelle eines Patienten ein ausgedehntes Phantom mit röntgenpositiven Strukturen verwendet werden und der Registrierungsschritt kann zeitlich vor einer Röntgenuntersuchung erfolgen. Sind die Lagerung und der Kegelstrahl-Computertomograph zueinander referenziert, bleibt diese Referenzierung solange gültig, bis der Kegelstrahl-Computertomograph und/oder die Lagerung des Objekts in nicht-reproduzierbarer Weise verlagert werden. Solange die Registrierung gültig ist, kann beispielsweise die Lagerung in eine wohldefinierte Lage im Koordinatensystem des Kegelstrahl-Computertomographen verfahren werden.In order to establish a registration or referencing between the coordinate system of a cone-beam computed tomography and the coordinate system of storage, an extended phantom with radiopaque structures may preferably be used as the object instead of a patient, and the registration step may take place prior to an X-ray examination. If the bearing and the cone-beam computed tomography are referenced to one another, this referencing remains valid until the cone beam computer tomograph and / or the bearing of the object are displaced in a non-reproducible manner. As long as the registration is valid, for example, storage in a well-defined location in the Coordinate system of the cone beam computer tomograph procedure.

Es ist auch vorgesehen, das Referenzkoordinatensystem nicht durch das erste Volumen VI, sondern durch das zweite Volumen V2 festzulegen. Alternativ ist vorgesehen ein drittes, beispielsweise externes oder raumfestes Koordinatensystem zu verwenden, auf welches die beiden Volumina V1 und V2 entsprechend abgebildet werden. Die oben aufgeführten Schritte ändern sich dabei in entsprechender Weise.It is also envisaged that the reference coordinate system will not pass through the first volume VI but through the second volume V2 set. Alternatively, it is provided to use a third, for example, external or space-fixed coordinate system, to which the two volumes V1 and V2 be mapped accordingly. The above steps change accordingly.

Die Kombination der beiden Einzelvolumina V1 und V2 erfolgt im Ortsraum unter Verwendung der mit dem optimalen Ähnlichkeitsmaß S(i) verbundenen Koordinatentransformation T12(i).The combination of the two individual volumes V1 and V2 takes place in the location space using the one with the optimum similarity measure S (i) connected coordinate transformation T12 (i) ,

Zur Vermeidung von Artefakten im Ortsraum ist vorgesehen, an den Übergängen zwischen in beiden Volumina V1 und V2 vorliegenden Überlappungsbereichen und nur in einem Einzelvolumen V1 oder V2 vorliegenden Bereichen die Beiträge der jeweiligen Einzelvolumina unter Berücksichtigung einer Übergangsfunktion zu ermitteln, die harte Übergänge vermeidet; z.B. mittels eines Sigmoids anstelle eines Rechtecks.To avoid artifacts in the spatial space is provided at the transitions between in both volumes V1 and V2 present overlap areas and only in a single volume V1 or V2 identify the contributions of each individual volume taking into account a transitional function that avoids hard transitions; eg by means of a sigmoide instead of a rectangle.

Es ist optional vorgesehen die Sub-Pixel-Genauigkeit mittels Interpolation, also durch Hochskalierung der Volumina, anschließender Registrierung und anschließender Herunterskalierung der Bildauflösung, zu erhöhen.It is optional to increase the sub-pixel accuracy by means of interpolation, ie by scaling up the volumes, subsequent registration and subsequent scaling down of the image resolution.

Zur Erzeugung eines aus zwei Einzelvolumina zusammengesetzten Gesamtvolumens ist es erforderlich, diejenigen Bildregionen, die in beiden Einzelvolumina vorhanden sind, geeignet zu kombinieren. Es ist vorgesehen die ursprünglichen Grauwerte der Voxel arithmetisch zu mitteln, wodurch die Kegelstrahlartefakte erhalten bleiben.To generate a total volume composed of two individual volumes, it is necessary to suitably combine those image regions which are present in both individual volumes. It is intended to arithmetically average the original gray values of the voxels, thereby preserving the cone beam artifacts.

Es ist daher als vorteilhaft anzusehen, jeweils den Voxel aus demjenigen Einzelvolumen zu verwenden, der jeweils weniger Kegelstrahlartefakte aufweist. Es ist weiterhin vorgesehen, die Voxel aus beiden Volumina in gewichteter Weise zu mitteln, wobei die Wichtungsfaktoren aus dem jeweils vorhandenen Artefakt-Level ermittelt werden, beispielsweise entsprechend dem einem Voxel zugeordneten Kegelstrahlwinkel bzw. einem über den Scanbereich gemittelten Kegelwinkel bei einer nicht-kreisförmigen Fokustrajektorie eines Scans. Ferner ist vorgesehen die Wichtungsfaktoren über den Messfehler der diskreten Abtastung an einem Voxel zu bestimmen. Beispielsweise kann die Aufnahmesituation dazu geführt haben, dass eines der beiden Teilvolumina in Teilbereichen ein höheres Rauschen aufweist, sodass ein entsprechender Voxel bei der Kombination schwächer gewichtet wird.It is therefore to be regarded as advantageous to use in each case the voxel from that individual volume, which each has less cone beam artifacts. It is further provided to weight the voxels from both volumes in a weighted manner, wherein the weighting factors are determined from the respectively existing artifact level, for example corresponding to the cone beam angle associated with a voxel or a cone angle averaged over the scan area in a non-circular focus trajectory a scan. It is further provided to determine the weighting factors about the measurement error of the discrete sample on a voxel. For example, the recording situation may have led to one of the two sub-volumes having a higher noise in subregions, so that a corresponding voxel is weighted less heavily in the combination.

Es ist ferner vorgesehen nach der Registrierung, jedoch vor der Kombination der Teilvolumina, zunächst separat für jedes Überlappungsvolumen die fehlenden Bereiche bzw. Frequenzen in einem der Fourrierräume mit den entsprechenden Bereichen bzw. Frequenzen aus dem jeweils anderen Fourrierraum aufzufüllen, sofern und soweit diese dort vorhanden sind, um die Artefakte im zu kombinierenden Gesamtvolumen bestmöglich abzuschwächen.It is further provided after the registration, but before the combination of the sub-volumes, first separately for each overlap volume to fill the missing areas or frequencies in one of the Fourrierräume with the corresponding areas or frequencies from the respective other Fourier space, if and insofar as they exist there are to minimize the artifacts in the total volume to be combined as best as possible.

Es ist vorgesehen bei einer leichten bewegungsbedingten Verschiebung von Teilen eines Objekts zwischen den einzelnen Aufnahmen der Scans der 3D-Datensätze, neben einer starren Registrierung der zwei Volumina, eine elastische Registrierung vorzunehmen.It is intended, with a slight movement-related displacement of parts of an object between the individual recordings of the scans of the 3D data records, to carry out an elastic registration in addition to a rigid registration of the two volumes.

Es ist vorgesehen die gewonnenen Registrierinformationen für eine Kalibrierung zwischen Kegelstrahl-Computertomographen und Lagerung zu verwenden. Die Kalibrierung/Registrierung behält dabei solange ihre Gültigkeit, wie die Verlagerungen von Kegelstrahl-Computertomographen und/oder Lagerung reproduzierbar sind. Die erhaltenen Kalibrierdaten können beispielsweise auch zur Kollisionsvermeidung genutzt werden.It is envisaged to use the acquired registration information for calibration between cone-beam computed tomography and storage. The calibration / registration remains valid as long as the displacements of the cone beam computer tomographs and / or storage are reproducible. The obtained calibration data can also be used, for example, for collision avoidance.

Es ist vorgesehen den Kegelstrahl-Computertomographen, insbesondere ein mobiler C-Bogen, durch das Verstellen eines sogenannten Wigwag-Winkels um eine im Raum senkrecht stehende und die Scanebene des ersten Scans enthaltende Schwenkachse zu verstellen. Dabei wird bei stationärem Fahrstativ die Winkel-Ausrichtung der Aufnahmeeinheit verändert. Dies erfolgt mittels eines motorischen Antriebs oder manuell durch den Benutzer, beispielsweise mit Hilfe einer Referenz-Markierung, oder einer Anzeige einer Positionsgeber-Ablesung dieses Winkels.It is envisaged to adjust the cone-beam computer tomograph, in particular a mobile C-arm, by adjusting a so-called Wigwag angle about a pivot axis which is perpendicular in space and contains the scan plane of the first scan. In this case, the angle orientation of the receiving unit is changed in a stationary drive stand. This is done by means of a motor drive or manually by the user, for example by means of a reference marker, or an indication of a position encoder reading this angle.

Wird das Messfeld auf diese Weise geändert, so entspricht dies einer Rotation anstelle einer Translation der Aufnahmeeinheit. Um die Mitte des Messfeldes z.B. wieder auf die Wirbelsäule zu verschieben kann eine am Kegelstrahl-Computertomographen, insbesondere an einem C-Bogen vorhandene, Linearachse verwendet werden. Dies erfordert einen zusätzlich zur Verfügung stehenden Verfahrweg auf der Linearachse, da diese ggf. auch während der Aufnahme zur Aufrechterhaltung eines virtuellen Isozentrums benötigt wird.If the measuring field is changed in this way, this corresponds to a rotation instead of a translation of the recording unit. Around the center of the measuring field, e.g. to move back to the spine can be used on the cone beam computer tomography, especially on a C-arm existing linear axis. This requires an additionally available travel path on the linear axis, since it may also be required during recording to maintain a virtual isocenter.

Eine Änderung der Ausrichtung der Aufnahmeeinheit kann Kollisionssituationen verschärfen. Das Durchführen zusätzlicher Kollisionsprüfungen ist daher in diesem Fall besonders wichtig. Wie oben sollten diese nach Möglichkeit, und vor allem bei Vorliegen einer entsprechenden Motorisierung der Auslenkung, komplett vor Beginn des ersten Scans durchgeführt werden, um z.B. die Zeit zu verkürzen, während der die Atmung eines Patienten angehalten wird.A change in the orientation of the receiving unit may exacerbate collision situations. Performing additional collision checks is therefore particularly important in this case. As above, these should, if possible, and especially in the presence of a corresponding motorization of the deflection, be carried out completely before the start of the first scan, for example to shorten the time, during which the breathing of a patient is stopped.

Es ist vorgesehen, dass ein Benutzer über eine Eingabeschnittstelle die Einzelschritte manuell auslöst, beispielsweise durch Drücken eines Knopfes oder einer Eingabefläche auf einem Touchscreen/GUI.It is envisaged that a user manually triggers the individual steps via an input interface, for example by pressing a button or an input area on a touchscreen / GUI.

Es ist vorgesehen den kompletten Kegelstrahl-Computertomographen motorisch gesteuert zu bewegen, beispielsweise bei einer Deckenmontage eines Kegelstrahl-Computertomographen, insbesondere eines C-Bogens.It is envisaged to move the entire cone-beam computer tomograph under motor control, for example in the case of ceiling mounting of a cone beam computer tomograph, in particular a C-arm.

Bei einem mobilen Fahrgestell ist vorgesehen, dass der Benutzer die Räder in eine 90 Grad-Position vor dem Start eines Scans bringt, oder der Kegelstrahl-Computertomograph dies selbständig vornimmt. Vorzugsweise wird dies über einen Positionsgeber für die Ausrichtung der Räder von der Gerätesoftware verifiziert. Der Benutzer stellt dabei sicher, dass genügend Verfahrweg für alle Positionen zur Verfügung steht. Die initiale Position des Kegelstrahl-Computertomographen muss so gewählt werden, dass alle weiteren Positionen erreicht werden können. Das Display des C-Bogens gibt dann Instruktionen dahingehend, wie weit der C-Bogen, und ggf. in welche Richtung er zu verschieben ist. Beispielsweise würde für eine Einzelvolumen-Größe von 16 cm und einem Überlapp von 2 cm eine Bewegung von 14 cm angefordert werden.In a mobile chassis, it is intended that the user place the wheels in a 90 degree position prior to the start of a scan, or the cone beam computer tomograph will do so on its own. Preferably, this is verified via a position sensor for the alignment of the wheels of the device software. The user ensures that sufficient travel is available for all positions. The initial position of the cone beam computer tomograph must be selected so that all other positions can be reached. The display of the C-arm then gives instructions as to how far the C-arm, and possibly in which direction it is to be moved. For example, for a single volume size of 16 cm and an overlap of 2 cm, a motion of 14 cm would be requested.

Im Falle einer Motorisierung des mobilen Fahrgestells kann der Kegelstrahl-Computertomograph vorzugsweise mithilfe eines vorhandenen Positionsgebers die erforderliche Bewegung selbst ausführen. Vorzugsweise wird diese motorisierte Bewegung nur dann ausgeführt, wenn der Benutzer beispielsweise einen Knopf oder einen Bereich auf einem Touchscreen/GUI berührt, um den Vorgang im Falle einer drohenden Kollision sofort abbrechen zu können.In the case of motorized mobile chassis, the cone beam computer tomograph may preferentially perform the required movement using an existing position sensor. Preferably, this motorized movement is executed only when the user touches, for example, a button or an area on a touch screen / GUI in order to be able to immediately stop the process in the event of an imminent collision.

Dabei werden für die iterative Ermittlung der Koordinatentransformation in der oben beschriebenen Weise die innerhalb jedes Iterationsschritts unterschiedlich angenommenen Überlappungsbereiche derart gefiltert werden, dass für die Ermittlung des Ähnlichkeitsmaßes nur die in beiden Fourierräumen der beiden Teilvolumina vorliegenden Bereiche herangezogen werden.In this case, for the iterative determination of the coordinate transformation in the manner described above, the overlapping areas assumed differently within each iteration step are filtered in such a way that only the areas present in both Fourier spaces of the two subvolumes are used to determine the similarity measure.

Ein Ähnlichkeitsoperator wird anschließend auf die beiden gefilterten Überlappungsvolumina im Ortsraum oder im Fourierraum angewandt, indem die Koordinatentransformation iterativ verändert und bei jedem Iterationsschritt i ein Ähnlichkeitsmaß S(i) ermittelt wird. Die Koordinatentransformation, bei der der Wert von S(i) optimal ist, wird als optimale Koordinatentransformation zur Registrierung der Volumina V1 und V2 verwendet.A similarity operator is then applied to the two filtered overlap volumes in spatial space or Fourier space by iteratively changing the coordinate transformation and a similarity measure at each iteration step i S (i) is determined. The coordinate transformation in which the value of S (i) is optimal, as optimal coordinate transformation to register the volumes V1 and V2 used.

Zweckmäßig ist es die ermittelte Koordinatentransformation als Referenzierungsinformation zwischen dem Kegelstrahl-Computertomographen und der Objektlagerung zu speichern. Die Speicherung der Koordinatentransformation, bzw. Referenzierungsinformation, kann in dieser Ausführungsform dazu benutzt werden, zukünftig aufgenommene Teilvolumina ohne erneute Optimierung direkt zu kombinieren.It is expedient to store the determined coordinate transformation as referencing information between the cone beam computer tomograph and the object storage. The storage of the coordinate transformation, or referencing information, can be used in this embodiment to directly combine partial volumes recorded in the future without further optimization.

Im Falle der Verwendung eines Kegelstrahl-Computertomographens, beispielsweise eines C-Bogens, erfolgt die relative Lage- und/oder Orientierungsveränderung des Kegelstrahl-Computertomographen gegenüber der ROI wahlweise durch manuelle und/oder motorisch gesteuerte Verlagerung des Kegelstrahl-Computertomographen und/oder der Lagerung, vorzugsweise einer Patientenliege, mit dem Untersuchungsobjekt. Die Lage- und/oder Orientierungsveränderung zwischen der Aufnahme des ersten 3D-Datensatzes und der Aufnahme des zweiten 3D-Datensatzes erfolgt derart, dass ein erforderlicher Überlapp der Teilvolumina gegeben ist.In the case of the use of a cone-beam computed tomography, for example a C-arm, the relative position and / or orientation change of the cone-beam computer tomograph relative to the ROI takes place optionally by manual and / or motor-driven displacement of the cone-beam computer tomograph and / or storage, preferably a patient bed, with the examination object. The change in position and / or orientation between the recording of the first 3D data record and the recording of the second 3D data record is carried out such that a required overlap of the partial volumes is given.

In 1 ist ein C-Bogen-Röntgensystem 1 schematisch dargestellt, das für die Aufnahme von Projektionsaufnahmen eines Scans vorgesehen ist.In 1 is a C-arm X-ray system 1 shown schematically, which is intended for the recording of projection shots of a scan.

Ein C-Bogen 2 trägt an seinem einen Ende die Röntgenröhre 3, den Kollimator 5 und wenigstens Teile des Hochspannungsgenerators 4 und an seinem anderen Ende und der Röntgenrohre 3 gegenüber liegend einen Röntgenbilddetektor 6, insbesondere einen Flat Panel Detector FPD. Der C-Bogen 2 ist in mehreren Achsen im Raum motorisch gesteuert verstellbar, wobei die Achsen Sensoren zur Erfassung des Maßes der Verstellung aufweisen. Insbesondere ist der C-Bogen 2 längs seines Umfanges in einer Halterung motorisch verschiebbar geführt. Diese Bewegung wird als Orbitalbewegung/Orbitalachse bezeichnet. Die nicht dargestellte C-Bogen-Halterung ist in wenigstens einer horizontalen und einer vertikalen Achse motorisch verschiebbar. Ein mit diesen drei motorisierten Achsen ausgestattetes C-Bogen-Röntgensystem 1 ist dafür eingerichtet einen Scan, mit einer Scanebene 51, mit einer Reihe von 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen für eine nachfolgende Rekonstruktion eines Röntgenvolumens mit ebenen Trajektorien des Fokuspunktes 8 um ein Scanzentrum 20 zu realisieren.A C-arm 2 carries at its one end the X-ray tube 3 , the collimator 5 and at least parts of the high voltage generator 4 and at the other end and the X-ray tubes 3 opposite to an X-ray image detector 6 , in particular a flat panel detector FPD. The C-arm 2 is motor-controlled adjustable in several axes in space, the axes have sensors for detecting the degree of adjustment. In particular, the C-arm 2 along its circumference in a holder guided by a motor. This movement is called orbital motion / orbital axis. The C-arm holder, not shown, is motor-displaceable in at least one horizontal and one vertical axis. A C-arm X-ray system equipped with these three motorized axles 1 is set up a scan, with a scan plane 51 with a series of 2D X-ray projection images for a subsequent reconstruction of an X-ray volume with plane trajectories of the focal point 8th around a scan center 20 to realize.

Eine Röntgenröhre 3 erzeugt einen Röntgenfokus und ist vorzugsweise als Drehanodenröntgenrohre ausgeführt.An x-ray tube 3 generates an X-ray focus and is preferably designed as a rotary anode X-ray tubes.

Ein ölgefüllter Hochspannungsgenerator 4 stellt alle für den Betrieb der Röntgenröhre 3 erforderlichen Parameter, wie Beschleunigungsspannung, Röhrenstrom, Kathoden-Heizstrom, Drehanodenmotorstrom, Pulsfrequenz und Pulsbreite zur Verfügung.An oil filled high voltage generator 4 represents all for the operation of the X-ray tube 3 required parameters such as accelerating voltage, tube current, cathode heating current, rotating anode motor current, pulse frequency and pulse width available.

Vorzugsweise ist zwischen dem Röntgenfokus und dem Objekt 21 ein steuerbarer Kollimator 5 zur Einblendung des vom Fokus ausgehenden Röntgenstrahlenbündels vorgesehen. Es ist vorgesehen, die Blende scanwinkelabhängig zu verandern.Preferably, there is between the x-ray focus and the object 21 a controllable collimator 5 provided for insertion of the outgoing from the focus X-ray beam. It is intended to change the aperture scan angle dependent.

An dem kreisbogenförmigen C-Bogen 2 ist ein Röntgenbilddetektor 6, insbesondere ein Flat Panel Detektor „FPD“ in einem bestimmten Abstand und in einer bestimmten Orientierung zum Fokus und zum C-Bogen 2 angeordnet. Es ist vorgesehen, den Abstand und die Orientierung des Röntgenbilddetektor 6 reproduzierbar und steuerbar veränderlich zu gestalten.At the arcuate C-arm 2 is an X-ray image detector 6 , in particular a flat panel detector "FPD" at a certain distance and in a specific orientation to the focus and the C-arm 2 arranged. It is envisaged the distance and the orientation of the X-ray image detector 6 reproducibly and controllably variable.

Aus den ausgelesenen Bilddaten des Röntgenbilddetektor 6 bei einer Projektionsaufnahme wird in einer Projektionsbilderzeugungseinheit 7 ein Rohbild einer Projektion des Objekts erzeugt und einer Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 zugefuhrt.From the read image data of the X-ray image detector 6 in a projection image is in a projection image generation unit 7 generates a raw image of a projection of the object and an image processing and storage unit 106 fed to.

Ein Scanzentrum 20 stellt den Mittelpunkt der zu rekonstruierenden Region des Interesses (ROI) 50 im Inneren des Objekts 21 dar.A scan center 20 represents the center of the region of interest (ROI) to be reconstructed 50 inside the object 21 represents.

Als Zentralstrahl 22 wird die Verbindungslinie zwischen dem Röntgenfokus und dem Mittelpunkt des Eingangsfensters des Röntgenbilddetektor 6 oder eines anderen Rontgenstrahlenempfängers bezeichnet. Er liegt in der Orbitalebene des C-Bogens senkrecht zum Eingangsfenster des Röntgenbilddetektor 6.As a central beam 22 becomes the connecting line between the X-ray focus and the center of the input window of the X-ray image detector 6 or another X-ray receiver. It lies in the orbital plane of the C-arm perpendicular to the entrance window of the X-ray image detector 6 ,

Ein zu untersuchendes Objekt 21 ist auf einer Lagerung 23, vorzugsweise einer Patientenliege, platziert. Die Lagerung 23 kann so ausgelegt sein, dass sie nach einer anfänglichen Ausrichtung gegenüber dem C-Bogen-Röntgensystem 1, wahrend der Abtastung des Objekts 21, starr bleibt. Es ist weiterhin vorgesehen die Lagerung 23 mit motorisch steuerbaren, verstellbaren Achsen auszustatten und die Bewegung der Lagerung 23 mittels einer Lagerungs-Motorsteuerungseinheit 25 synchron mit der Bewegung des C-Bogen-Röntgensystem 1 zu steuern, oder eine bestimmte Position und Orientierung der Lagerung 23 einzustellen. Es ist vorgesehen die Bewegungssteuerungseinheit 103 für die Aufnahme einer Reihe von Scans zur Erzeugung eines zusammengesetzten Volumens so zu programmieren, dass das Objekt 21 bezüglich des C-Bogen-Rontgensystem 1 zunächst so positioniert wird, dass das Scanzentrum und die Scanebene entsprechend der gestellten Untersuchungsaufgabe beispielsweise im Mittelpunkt eines ersten ROI positioniert ist. In dieser Orientierung wird ein Scan beispielsweise mit einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen aufgenommen und aus dem Projektionsdatensatz ein Volumen rekonstruiert, dessen Koordinatensystem dem des C-Bogen-Röntgensystem 1 entspricht. Für einen nächsten einer Reihe von Scans wird nun beispielsweise das Objekt 21 längs der durch das erste Scanzentrum verlaufenden, und auf der ersten Scanebene senkrecht stehenden Scanachse, um eine Strecke verfahren, die beispielsweise drei Viertel der Ausdehnung des ROI in Richtung der Scanachse entspricht. Das C-Bogen-Röntgensystem 1 bleibt mit seinem Scanzentrum und seiner Orientierung räumlich unverändert. Durch Sensoren an den Verstellachsen der Lagerung 23 können durch die Bewegungssteuerungseinheit 103 die Position und die Orientierung des Objekts 21 reproduzierbar angefahren werden. In der zweiten Scanposition wird nun ein weiterer Datensatz im raumfesten Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgensystem 1 aufgenommen und das Volumen rekonstruiert. Für den Fall, dass C-Bogen-Röntgensystem 1 und die Lagerung 23 zueinander referenziert sind, können die Messwerte der Verschiebung der Lagerung 23 zwischen dem ersten und dem zweiten Scan herangezogen werden, um eine Vorschrift zur Verschiebung des zweiten Volumens V2 im Koordinatensystem des feststehenden C-Bogen-Röntgensystem 1 in Form einer Koordinatentransformation T zu ermitteln. Durch Anwendung der Koordinatentransformation auf das zweite Volumen V2 wird dies derart verschoben und gedreht sowie ggf. verformt, dass entsprechende Objektbereiche in den beiden Überlappbereichen der beiden Volumina (V1, V2) durch die gleichen Voxel repräsentiert werden. Die Voxel der Uberlappungsbereiche werden schließlich in bekannter Weise kombiniert und gemittelt, um einen weichen Übergang zwischen den beiden Volumina zu erreichen.An object to be examined 21 is on a storage 23 , preferably a patient bed, placed. Warehousing 23 may be designed to be after initial alignment with the C-arm X-ray system 1 , during the scanning of the object 21 , remains rigid. It is further provided the storage 23 equipped with motorized, adjustable axles and the movement of storage 23 by means of a storage engine control unit 25 synchronous with the movement of the C-arm X-ray system 1 to control, or a specific position and orientation of storage 23 adjust. It is provided the motion control unit 103 to record a series of scans to produce a compound volume so that the object 21 concerning the C-arm X-ray system 1 is initially positioned so that the scan center and the scan plane according to the task set, for example, in the center of a first ROI is positioned. In this orientation, a scan is recorded, for example, with a series of X-ray projection images and a volume is reconstructed from the projection data set whose coordinate system is that of the C-arm X-ray system 1 equivalent. For example, for a next one of a series of scans, the object becomes 21 along the scan axis passing through the first scan center and perpendicular to the first scan plane, traversing a distance equal to, for example, three quarters of the extent of the scan scan ROI in the direction of the scan axis. The C-arm X-ray system 1 remains spatially unchanged with its scanning center and its orientation. By sensors on the adjustment axes of storage 23 can through the motion control unit 103 the position and orientation of the object 21 be approached reproducible. In the second scan position, another data set is now stored in the fixed-space coordinate system of the C-arm X-ray system 1 recorded and reconstructed the volume. In the event that C-arm X-ray system 1 and storage 23 are referenced to each other, the measured values of the displacement of the storage 23 be used between the first and the second scan to a regulation for the displacement of the second volume V2 in the coordinate system of the fixed C-arm X-ray system 1 in the form of a coordinate transformation T to investigate. By applying the coordinate transformation to the second volume V2 If this is so shifted and rotated and possibly deformed that corresponding object areas in the two overlapping areas of the two volumes ( V1 . V2 ) are represented by the same voxels. The voxels of the overlap areas are eventually combined and averaged in a known manner to achieve a smooth transition between the two volumes.

Für den Fall, dass das C-Bogen-Röntgensystem 1 und die Lagerung 23 nicht zueinander referenziert sind, können die beiden Volumina bei Anwendung der Koordinatentransformation gegeneinander verschoben und/oder verkippt sein, sodass einander entsprechende Objektbereiche in den Überlappungsbereichen an unterschiedlichen Voxelpositionen zu liegen kommen.In the event that the C-arm X-ray system 1 and storage 23 are not referenced to each other, the two volumes can be shifted and / or tilted when applying the coordinate transformation against each other, so that corresponding object areas in the overlapping areas come to rest at different voxel positions.

Um die beiden Volumina (V1, V2) lagerichtig zueinander zu orientieren, kann in der beschriebenen Weise eine optimale Übereinstimmung der sich entsprechenden Objektbereiche in den Überlappungsbereichen errechnet werden. Die so ermittelte Koordinatentransformation wird nun auf das zweite Volumen angewendet und die dann lagerichtig zueinander orientierten Volumina werden anschließend in bekannter Weise miteinander verbunden, wofür auch synonym die Begriffe „vernäht“ oder „gestitcht“ verwendet werden.To the two volumes ( V1 . V2 ) in the correct orientation to one another, an optimal match of the corresponding object areas in the overlapping areas can be calculated in the manner described. The coordinate transformation determined in this way is then applied to the second volume and the volumes then oriented in the correct position are then connected to one another in a known manner, for which the terms "sewn" or "gesticht" are also used synonymously.

Für eine Verlagerung der Scanebene und des Scanzentrums mittels der motorischen Bewegung der Lagerung 23 wird durch die Bewegungssteuerungseinheit 103 eine Kommunikation zwischen C-Bogen-Röntgensystem 1 und der Lagerung 23 hergestellt. Vor Beginn des ersten Scans werden der C-Bogen-Röntgensystem 1 und die Lagerung 23 in vorgegebene Anfangsstellungen gebracht. For a displacement of the scan plane and the scan center by means of the motor movement of the bearing 23 is through the motion control unit 103 a communication between C-arm X-ray system 1 and storage 23 produced. Before the start of the first scan, the C-arm X-ray system 1 and storage 23 brought into predetermined starting positions.

Wenn die Lagerung 23 für die Aufnahme eines ersten Projektionsdatensatzes bereit steht, wird das C-Bogen-Röntgensystem 1 präzise ausgerichtet. Danach werden optional Kollisionsprüfungen ausgeführt, ggf. für jede anzufahrende Position der Lagerung 23. Um diesen Prozess, insbesondere bei der Verwendung von einem C-Bogen-Röntgensystem 1, zu beschleunigen, können die Kollisionsprüfungen in beide Richtungen durchgeführt werden, z.B. für ein erstes Einzelvolumen in Vorwärtsrichtung und für ein zweites Volumen in Ruckwärtsrichtung.If the storage 23 is ready for the acquisition of a first projection data set, the C-arm X-ray system 1 precisely aligned. Thereafter, optional collision checks are carried out, if necessary for each position of the storage to be approached 23 , To this process, especially when using a C-arm X-ray system 1 To accelerate, the collision checks can be performed in both directions, eg for a first single volume in the forward direction and for a second volume in the reverse direction.

Im Falle der Anwendung an einem Patienten wird vor dem Start der Aufnahme eines Scans, falls erforderlich, die Atmung des Patienten angehalten, um das Auftreten von Bewegungsartefakten zu vermeiden. Vorzugsweise ist dann das Aufnahmeprotokoll für alle Einzelvolumina ohne Unterbrechung durchzuführen. Es wird also ein erster Scan aufgenommen, danach die Lagerung 23 verfahren und dann die Aufnahme des zweiten Scans gestartet.In the case of application to a patient, before starting a scan, if necessary, the patient's respiration is stopped to avoid the occurrence of motion artifacts. Preferably, then the recording protocol for all individual volumes without interruption to perform. So a first scan is taken, then storage 23 then start recording the second scan.

Für den Fall, dass weder das C-Bogen-Röntgensystem 1 noch die Lagerung 23 motorisch verstellbar sind, aber Positionsgeber in den Verstellachsen aufweisen, ist eine Bedienschnittstelle/GUI/MMI vorgesehen, mittels der der Benutzer jeweils zur Durchführung der mechanischen Einstellschritte aufgefordert wird, wobei die korrekte Ausführung überwacht wird (beispielsweise, ob die Lagerung 23 an der korrekten Position steht unter Berücksichtigung einer vorher festgelegten Toleranz). Bei zusätzlicher Abwesenheit einer Schnittstelle entfällt die Überprüfung der korrekten Ausführung durch das C-Bogen-Röntgensystem 1.In the event that neither the C-arm X-ray system 1 still the storage 23 are motor-adjustable, but have position sensor in the adjustment axes, a user interface / GUI / MMI is provided by means of which the user is asked to perform the mechanical adjustment steps, the correct execution is monitored (for example, whether the storage 23 in the correct position, taking into account a predetermined tolerance). In the additional absence of an interface eliminates the need to verify the correct execution by the C-arm X-ray system 1 ,

Bei Vorhandensein einer Motorisierung, aber Abwesenheit eines Positionsgebers, kann das C-Bogen-Rontgensystem 1 auf den oder die Motoren der Patientenliege kalibriert werden.In the presence of a motorization, but absence of a position sensor, the C-arm X-ray system can 1 be calibrated on the or the motors of the patient bed.

Das C-Bogen-Röntgensystem 1 weist zur Durchführung der Ähnlichkeitsbestimmung eine Volumenvergleichseinheit 102 auf, in der die in einer Fouriertransformations- und Filterungseinheit 118 erzeugten Frequenzrepräsentationen der beiden Volumina mit dem Ziel verglichen werden, eine optimale Registrierungsinformation bzw. Koordinatentransformation zwischen den beiden Volumina zu ermitteln.The C-arm X-ray system 1 has a volume comparison unit for performing the similarity determination 102 in which the in a Fourier transform and filtering unit 118 generated frequency representations of the two volumes are compared with the goal to determine an optimal registration information or coordinate transformation between the two volumes.

Die Volumenvergleichseinheit 102 ist eingerichtet, ein erstes Volumen eines Teils eines Objekts mit einem raumfesten ersten Koordinatensystem und ein zweites Volumen eines anderen Teils des Objekts, das mit dem ersten Teil des Objekts überlappt, mit einem zweiten Koordinatensystem und eine geschätzte Koordinatentransformation zwischen dem ersten und dem zweiten Koordinatensystem zu empfangen, wobei das zweite Koordinatensystem näherungsweise durch die geschätzte Koordinatentransformation T12 in das erste Koordinatensystem K1 überführt wird. Bei dem Röntgensystem stellen die beiden Volumina die gefilterten Röntgenvolumina der aufgrund der geschätzten Koordinatentransformation ermittelten Überlappungsvolumina dar. Dazu werden die rekonstruierten Röntgenvolumina der Fouriertransformations- und Filterungseinheit 118 zur Verfügung gestellt, die jeweils eine Fouriertransformation und eine Filterung der Daten im Frequenzraum vornimmt. Die fourieretransformierten und ggf. gefilterten Daten werden im folgenden Fouriervolumina genannt.The volume comparison unit 102 is configured to associate a first volume of a portion of an object with a spatially fixed first coordinate system and a second volume of another portion of the object that overlaps the first portion of the object with a second coordinate system and an estimated coordinate transformation between the first and second coordinate systems received, wherein the second coordinate system approximately by the estimated coordinate transformation T12 in the first coordinate system K1 is transferred. In the case of the X-ray system, the two volumes represent the filtered X-ray volumes of the overlap volumes determined on the basis of the estimated coordinate transformation. For this purpose, the reconstructed X-ray volumes of the Fourier transformation and filtering unit 118 provided, each of which performs a Fourier transform and a filtering of the data in the frequency space. The Fourier transformed and optionally filtered data are called Fourier volumes below.

Die im Iterationsprozess ermittelte optimale Koordinatentransformation wird von der Volumenvergleichseinheit 102 ausgegeben. Die ausgegebene Koordinatentransformation T12 wird von der Rekonstruktionseinheit 117 empfangen, um das zweite Einzelvolumen V2 gegenüber dem Volumen V1 derart zu verlagern, dass sich ein Kombinationsvolumen ergibt, das aus dem ersten Volumen V1 und dem zweiten Volumen V2 besteht, und wobei die beiden Volumina miteinander lagerichtig kombiniert werden.The optimal coordinate transformation determined in the iteration process is provided by the volume comparison unit 102 output. The output coordinate transformation T12 is from the reconstruction unit 117 receive the second single volume V2 opposite to the volume V1 relocate such that a combination volume results, that of the first volume V1 and the second volume V2 exists, and wherein the two volumes are combined with each other in the correct position.

Eine C-Bogen-Rontgensystem-Motorsteuerungseinheit 24 steuert alle motorisch verstellbaren Achsen des C-Bogen-Röntgensystem 1 und stellt der Bewegungssteuerungseinheit 103 Messwerte von Stellungssensoren nicht-motorisch verstellbarer Achsen zur Verfügung.A C-arm X-ray system engine control unit 24 controls all motor-adjustable axes of the C-arm X-ray system 1 and represents the motion control unit 103 Measured values of position sensors of non-motorized adjustable axes are available.

Eine Lagerungs-Motorsteuerungseinheit 25 und eine C-Bogen-Röntgensystem -Motorsteuerungseinheit 24 werden von der Bewegungssteuerungseinheit 103 des C-Bogen-Rontgensystem 1 synchron angesteuert.A storage engine control unit 25 and a C-arm X-ray system engine control unit 24 be from the motion control unit 103 of the C-arm X-ray system 1 controlled synchronously.

Eine übergeordnete Systemsteuerungseinheit 100 weist vorzugsweise ein Bussystem mit einer Vielzahl von Steuerungs-, Rechen- und Speicherkomponenten auf.A higher-level system control unit 100 preferably has a bus system with a plurality of control, arithmetic and memory components.

Eine Röntgenstrahler-Steuerungseinheit 101 steuert den Hochspannungsgenerator 4, die Röntgenröhre 3 und den Kollimator 5. Sie weist eine Dosisleistungssteuerung oder Automatic Exposure Control AEC auf, die bei einer Röntgenbildaufnahme die Parameter der Röntgenröhre 3 derart steuert, dass mit dem Röntgendetektor 6 ein Röntgenbild mit einer vorgegebenen Qualität, beispielsweise mit einem vorgegebenen Signal-/Rauschverhaltnis, erzeugt wird.An X-ray source control unit 101 controls the high voltage generator 4 , the x-ray tube 3 and the collimator 5 , It has a dose rate control or Automatic Exposure Control AEC, which in an X-ray image recording the parameters of the X-ray tube 3 such controls that with the X-ray detector 6 an X-ray image of a given quality, for example, with a predetermined signal / noise ratio is generated.

C-Bogen-Röntgensystem 1 weist eine Bewegungssteuerungseinheit 103 auf, die insbesondere bei einer Ausführung als C-Bogen die in der Scanparameter-Erzeugungsvorrichtung 107 ermittelte Fokustrajektorie und die Lage des Scanzentrums bezüglich der Fokustrajektorie empfängt.C-arm X-ray system 1 has a motion control unit 103 in particular, when executed as a C-arm in the scan parameter generating device 107 received focus trajectory and the location of the scanning center with respect to the focus trajectory receives.

Eine Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 löst die Aufnahme einer Projektionsaufnahme aus, wenn nicht ein Verhinderungssignal die Auslösung der Aufnahme verhindert. Ein Verhinderungssignal wird insbesondere im Falle eines C-Bogens beispielsweise durch eine unmittelbar vorher erkannte Kollision oder durch einen von einer Bedienperson ausgelosten Nothalt des Röntgensystems erzeugt. Nach dem Auslösen einer Projektionsaufnahme wird über die Steuerung des Röhrenstromes, der Röhrenspannung und/oder der Belichtungszeit in einer Belichtungssteuerung der Röntgenstrahler-Steuerungseinheit 101 eine Dosis appliziert, die im Röntgendetektor 6 eine Projektionsaufnahme einer gewählten Qualität erzeugt. Als Maß für die Bildqualität kann beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis vorgegeben werden.An image capture control unit 104 triggers the recording of a projection recording, unless a prevention signal prevents the triggering of the recording. A prevention signal is generated, in particular in the case of a C-arm, for example, by a collision detected immediately before or by an emergency stop of the X-ray system initiated by an operator. After triggering a projection recording, the control of the tube current, the tube voltage and / or the exposure time in an exposure control of the X-ray source control unit 101 applied a dose in the X-ray detector 6 produces a projection image of a selected quality. As a measure of the image quality, for example, the signal-to-noise ratio can be specified.

Eine Röntgendetektor -Steuerungseinheit 105 steuert und kontrolliert alle Funktionen des Röntgendetektors 6, wie beispielsweise Bildaufnahme, Bildauslesen, Dunkelstrom sowie Gainkorrektur und Entfernen von Restladungen nach dem Ende der Belichtungszeit.An X-ray detector control unit 105 controls and controls all functions of the X-ray detector 6 such as image acquisition, image reading, dark current and gain correction and removal of residual charges after the end of the exposure time.

In einer Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 werden die Rohbilddaten aus der Projektionsbilderzeugungseinheit 7 korrigiert, gefiltert oder nach vorgegebenen Bildverarbeitungsalgorithmen bearbeitet und abgespeichert. Sie stehen dann der Rekonstruktionseinheit 117 zur Durchführung einer Volumenrekonstruktion zur Verfugung.In an image processing and storage unit 106 The raw image data are extracted from the projection image generation unit 7 corrected, filtered or edited according to given image processing algorithms and stored. They then stand the reconstruction unit 117 to perform a volume reconstruction.

In einer Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 werden alle Parameter für einen Scan erzeugt. Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 empfängt dabei beispielsweise die Position des Scanzentrums 20 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgensystem 1, eine Fokus- und eine Detektortrajektorie, eine Gesamtzahl der vorgesehenen Röntgenprojektionsaufnahmen des Scans und eine vorgesehene Röhrenspannung für den Scan. Die erzeugten Scanparameter werden in der Bewegungssteuerungseinheit 103, der Röntgenstrahler-Steuerungseinheit 101 und der Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 und weiteren Einheiten, beispielsweise einer Fouriertransformations- und Filterungseinheit 118 zur Verfügung gestellt.In a scan parameter generation unit 107 All parameters are generated for a scan. The scan parameter generation unit 107 receives, for example, the position of the scanning center 20 in the coordinate system of the C-arm X-ray system 1 , a focus and a detector trajectory, a total number of intended X-ray projection images of the scan and a proposed tube voltage for the scan. The generated scan parameters are in the motion control unit 103 , the X-ray control unit 101 and the image pickup control unit 104 and other units, such as a Fourier transform and filtering unit 118 made available.

Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 ist eingerichtet, um die Position eines Scanzentrums 20 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgensystem 1 zu empfangen. Das Scanzentrum kann beispielsweise durch manuelle Ausrichtung des Zentralstrahls 22 auf das Scanzentrum 20 in zwei voneinander unabhängigen Raumrichtungen bestimmt und durch eine Bedienperson/ Operator in die Systemsteuerungseinheit eingegeben werden.The scan parameter generation unit 107 is set up to the position of a scanning center 20 in the coordinate system of the C-arm X-ray system 1 to recieve. The scan center can be adjusted, for example, by manual alignment of the central beam 22 to the scan center 20 determined in two independent spatial directions and entered by an operator / operator in the system control unit.

Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 ist weiter dafür eingerichtet, Trajektorien des Fokus 8 und des Röntgendetektors 6 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgensystem 1 zu empfangen. Insbesondere bei der Verwendung eines C-Bogen-Röntgensystem 1 werden die Trajektorien von einer Organprogramm-Datenbank 115 empfangen, nachdem diese von einer Bedienperson ausgewählt und gegebenenfalls an die gegebene Untersuchungssituation, beispielsweise an die Patientenabmessungen angepasst werden.The scan parameter generation unit 107 is further set up trajectories of focus 8th and the X-ray detector 6 in the coordinate system of the C-arm X-ray system 1 to recieve. Especially when using a C-arm X-ray system 1 become the trajectories of an organ program database 115 after being selected by an operator and possibly adapted to the given examination situation, for example to the patient's dimensions.

Es ist wenigstens ein Display 111 zur Ausgabe von Bild-, Steuer- und Patientendaten vorgesehen. Über eine Eingabeeinheit 112 werden Anweisungen einer Bedienperson/ eines Operators 113 in die Systemsteuerungseinheit 100 eingegeben. Es ist vorgesehen, dass wenigstens eine Display 111 als Grafische Benutzeroberfläche GUI zu gestalten.It is at least a display 111 intended for the output of image, control and patient data. Via an input unit 112 become instructions of an operator / operator 113 in the system control unit 100 entered. It is envisaged that at least one display 111 as graphical user interface to design GUI.

Eine Eingabevorrichtungseinheit 112 dient der Eingabe von Bedienungsbefehlen der Bedienperson/ eines Operators 113 und dem Import von Systemprogrammen in das System, sofern diese nicht über ein Netzwerk 140 importierbar sind.An input device unit 112 is used to enter operating commands of the operator / an operator 113 and the import of system programs into the system, if they do not have a network 140 are importable.

Die Systemsteuerung 100 weist einen Massenspeicher 116 und eine Ausgabeeinheit 114 auf. Unter einer Ausgabeeinheit 114 wird jede Vorrichtung verstanden, mittels der Untersuchungsergebnisse oder/und Systemparameter auf beliebigen Informationsträgern ausgebbar sind.The system control 100 has a mass storage 116 and an output unit 114 on. Under an output unit 114 each device is understood by means of the examination results and / or system parameters on any information carriers can be output.

Die Systemsteuerung 100 weist eine Organprogramm-Datenbank 115 auf, in der Röntgen- und Scanparameter für unterschiedliche Diagnostikaufgaben abrufbar abgespeichert sind. Die einzelnen Organprogramme sind dabei von einer Bedienperson 113 an die vorliegenden Gegebenheiten, beispielsweise die Patientenabmessungen und an die aktuelle Diagnostikaufgabe anpassbar. Ein Organprogramm kann beispielsweise die Aufnahme einer Wirbelsäule oder eines Beins von der Leiste bis zum Fuß darstellen.The system control 100 has an organ program database 115 on, in the X-ray and scan parameters for different diagnostic tasks are stored retrievable. The individual organ programs are by an operator 113 adaptable to the existing circumstances, for example the patient dimensions and to the current diagnostic task. An organ program may, for example, represent the recording of a spine or a leg from the groin to the foot.

Die Systemsteuerungseinheit 100 weist eine Rekonstruktionseinheit 117 auf, in der die bearbeiteten und abgespeicherten Projektionsdaten aus der Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 zusammen mit den korrigierten Daten für die Projektionsgeometrien der jeweiligen Projektionsaufnahmen aus der Bewegungssteuerungseinheit 103 empfangen werden und ein 3D-Volumen rekonstruiert wird.The system control unit 100 has a reconstruction unit 117 on, in which the processed and stored projection data from the image processing and storage unit 106 along with the corrected data for the Projection geometries of the respective projection shots from the motion control unit 103 are received and a 3D volume is reconstructed.

Die Systemsteuereinheit 100 weist vorzugsweise ein DICOM-Interface 130 zu einem Netzwerk 140 auf, mittels dem Ein- und Ausgaben zwischen dem C-Bogen-Röntgensystem 1 und beispielsweise einem Krankenhausinformationssystem HIS 142, einem Radiologieinformationssystem RIS 141 und einem globalen Netz bewerkstelligt werden. Als DICOM-Eingabe ist die Übernahme von Patientendaten und patientenspezifischen Scanparametern aus früheren Untersuchungen vorgesehen. Weist ein Kegelstrahl-Computertomograph, insbesondere ein C-Bogen-Röntgensystem 1 neben den drei oben beschriebenen steuerbaren Verstellachsen eine weitere mit einer Verstellkomponente senkrecht zur Orbitalebene auf, so ist es möglich, nicht-ebene Fokustrajektorien zu realisieren.The system controller 100 preferably has a DICOM interface 130 to a network 140 on, by means of inputs and outputs between the C-arm X-ray system 1 and, for example, a hospital information system HIS 142 , a radiology information system RIS 141 and a global network. As DICOM input, the transfer of patient data and patient-specific scan parameters from previous examinations is provided. Has a cone beam computer tomograph, especially a C-arm X-ray system 1 In addition to the three controllable adjustment axes described above, another with an adjustment component perpendicular to the orbital plane, it is possible to realize non-planar focus trajectories.

Der Zusammenhang zwischen den Stellungswerten der Antriebsmotoren und dem Punktepaar auf den Detektor- und Fokustrajektorien ist theoretisch aus der Kenntnis der Kinematik des C-Bogen 2 errechenbar, wird aber bekanntermaßen mittels eines Kalibrierlaufs überprüft. Abweichungen von der theoretischen Kinematik werden im Rahmen eines Kalibrierlaufs korrigiert und als kalibrierte Kinematik vorzugsweise in LUTs in einem Speicher des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems abrufbar gespeichert und bei einer Volumenrekonstruktion berücksichtigt. Für eine Volumenrekonstruktion werden somit zu jeder Projektionsaufnahme die Projektionsgeometrien der kalibrierten Kinematik verwendet.The relationship between the position values of the drive motors and the pair of points on the detector and focus trajectories is theoretically based on the knowledge of the kinematics of the C-arm 2 calculable, but is known to be checked by means of a calibration run. Deviations from the theoretical kinematics are corrected as part of a calibration run and stored as calibrated kinematics, preferably in LUTs in a memory of the C-arm X-ray diagnostic system retrievable and taken into account in a volume reconstruction. For a volume reconstruction, the projection geometries of the calibrated kinematics are thus used for each projection image.

In 2 ist die Ausführung des neuheitlichen Röntgensystems zur iterativen Ermittlung einer optimalen Registrierinformation zwischen zwei überlappenden Volumina schematisch dargestellt.In 2 the design of the novel X-ray system for the iterative determination of an optimal registration information between two overlapping volumes is shown schematically.

Es wird zunächst ein erster Raumbereich eines Gesamtvolumens diskret mit einer Messvorrichtung, beispielsweise einem C-Bogen-Röntgensystem 1 abgetastet und aus dem gewonnenen Volumendatensatz ein erstes Volumen V1 rekonstruiert. Anschließend wird die Messvorrichtung gegenüber dem Gesamtvolumen verlagert und ein zweiter, mit dem ersten Raumbereich überlappender Raumbereich diskret abgetastet und aus dem gewonnenen Volumendatensatz ein zweites Volumen V2 rekonstruiert. Das Volumen V1 wird in einem Koordinatensystem K1 und das Volumen V2 in einem Koordinatensystem K2 dargestellt. Durch eine zu ermittelnde Koordinatentransformation T12 wird das Koordinatensystem K2 in das Koordinatensystem K1 transformiert. Alternativ wird mittels der inversen Koordinatentransformation T21 das Koordinatensystem K1 in das Koordinatensystem K2 transformiert. Zur Beschleunigung der Konvergenz der Iteration bei der Bestimmung der optimalen Koordinatentransformation T12 bzw. T21 wird eine geschätzte Koordinatentransformation angegeben. Die Schätzung kann aufgrund der ungefähren Kenntnis der Verlagerung der Messvorrichtung gewonnen werden; es ist auch vorgesehen, eine Schätzung der Koordinatentransformation aus einer ersten Auswertung eventuell vorhandener kontrastreicher Landmarken in den beiden Volumina V1 und V2 zu gewinnen.First, a first spatial region of a total volume is discretely with a measuring device, for example a C-arm X-ray system 1 sampled and from the obtained volume data set a first volume V1 reconstructed. Subsequently, the measuring device is displaced relative to the total volume and a second space region overlapping the first spatial region is scanned discretely and a second volume is obtained from the obtained volume data set V2 reconstructed. The volume V1 is in a coordinate system K1 and the volume V2 in a coordinate system K2 shown. Through a coordinate transformation to be determined T12 becomes the coordinate system K2 in the coordinate system K1 transformed. Alternatively, by means of the inverse coordinate transformation T21 the coordinate system K1 in the coordinate system K2 transformed. To accelerate the convergence of the iteration in determining the optimal coordinate transformation T12 respectively. T21 an estimated coordinate transformation is specified. The estimate can be obtained on the basis of the approximate knowledge of the displacement of the measuring device; it is also intended to provide an estimate of the coordinate transformation from a first evaluation of any existing high-contrast landmarks in the two volumes V1 and V2 to win.

In dem Schritt S2 wird das erste Volumen V1 mit dem Koordinatensystem K1 empfangen und im Schritt S3 das zweite Volumen V2 mit dem Koordinatensystem K2 und einer initialen geschätzten Koordinatentransformation T12 empfangen. Die initiale Koordinatentransformation wird als Startwert T12 für den ersten Iterationsschritt verwendet.In the step S2 becomes the first volume V1 with the coordinate system K1 received and in step S3 the second volume V2 with the coordinate system K2 and an initial estimated coordinate transformation T12 receive. The initial coordinate transformation is used as start value T12 used for the first iteration step.

Die Rekonstruktion der Einzelvolumina V1 und V2 wird vorzugsweise unmittelbar nach Aufnahme des jeweiligen Volumendatensatzes ausgeführt. Sollen mehr als zwei Einzelvolumina zu einem Gesamtvolumen zusammengefügt werden, so können die Aufnahme weiterer Volumendatensätze und die Rekonstruktion weiterer Teilvolumina bereits während des Iterationsprozesses erfolgen.The reconstruction of individual volumes V1 and V2 is preferably carried out immediately after recording the respective volume data set. If more than two individual volumes are to be combined to form a total volume, the recording of further volume data records and the reconstruction of further sub-volumes can already take place during the iteration process.

Soll ein Gesamtvolumen aus drei oder mehr Teilvolumina zusammengesetzt werden, so wird zunächst aus zwei Teilvolumina ein erstes Gesamtvolumen gebildet, an das das dritte Teilvolumen angehängt wird. Dabei wird das erste Gesamtvolumen bei der Iteration wie das erste Volumen V1 und das dritte Teilvolumen wie das zweite Volumen V2 behandelt. Es kann vorteilhaft sein, wenn als erstes Volumen V1 ein Teilvolumen im Inneren des Gesamtvolumens gewählt wird und das Anhängen weiterer Teilvolumina sukzessive in zwei Raumrichtungen erfolgt. Generell kann bei Verwendung eines Parallelrechners die Ermittlung der Koordinatentransformationen zwischen dem ersten Volumen V1 und den an dieses angrenzenden weiteren Teilvolumina parallel erfolgen.If a total volume is to be composed of three or more sub-volumes, first of all, a first total volume is formed from two sub-volumes, to which the third sub-volume is attached. The first total volume in the iteration is like the first volume V1 and the third subvolume as the second volume V2 treated. It may be advantageous if as the first volume V1 a partial volume is selected in the interior of the total volume and the attachment of additional partial volumes takes place successively in two spatial directions. In general, when using a parallel computer, the determination of the coordinate transformations between the first volume V1 and take place parallel to this adjacent sub-volumes.

Im Schritt S4 wird im Iterationsschritt i das Überlappungsvolumen OV1(i) des ersten Volumens V1 unter der Annahme der Koordinatentransformation T12(i) im Koordinatensystem K1 ermittelt.In step S4 in the iteration step i, the overlap volume OV1 (i) of the first volume V1 assuming the coordinate transformation T12 (i) in the coordinate system K1 determined.

Im Schritt S5 wird das Überlappungsvolumen OV2(i) des zweiten Volumens V2 unter der Annahme der Koordinatentransformation T12(i) im Koordinatensystem K1 ermittelt.In step S5 becomes the overlap volume OV2 (i) of the second volume V2 assuming the coordinate transformation T12 (i) in the coordinate system K1 determined.

Die errechneten Überlappungsvolumina OV1(i) und OV2(i) weisen im Allgemeinen eine unterschiedliche Rasterstruktur der Voxel auf. Die Voxelraster der Überlappungsvolumina können um Bruchteile der Rasterperiode gegeneinander verschoben und die Rasterachsen gegeneinander verkippt sein.The calculated overlap volumes OV1 (i) and OV2 (i) generally have a different raster structure of the voxels. The voxel patterns of the overlap volumes can be shifted by fractions of the raster period and the raster axes tilted relative to one another.

Im Schritt S6 werden die Voxel des Überlappungsvolumens OV2(i) auf Voxel im Raster der Voxel des Überlappungsvolumens OV1(i) mittels bekannter Verfahren, wie Interpolation, zwischen nächsten Nachbarvoxeln oder durch Volumen-Resampling umgerechnet. Die Rasterpunkte der Voxel des umgerechneten Überlappungsvolumens UOV2(i) liegen auf den Rasterpunkten der Voxel des Überlappungsvolumens OV1(i) im Koordinatensystem K1. An jedem Rasterpunkt im Bereich der Überlappungsvolumina liegt als Ergebnis ein Voxelwert aus dem ersten Volumen V1 und ein umgerechneter Voxelwert aus dem zweiten Volumen V2 vor. In step S6 become the voxels of the overlap volume OV2 (i) on voxels in the raster of the voxels of the overlap volume OV1 (i) converted by means of known methods, such as interpolation, between nearest neighbor voxels or by volume resampling. The halftone dots of the voxels of the converted overlap volume UOV2 (i) lie on the halftone dots of the voxels of the overlap volume OV1 (i) in the coordinate system K1 , At each grid point in the area of the overlap volumes, the result is a voxel value from the first volume V1 and a converted voxel value from the second volume V2 in front.

Im Schritt S7 wird ein Bandpass auf das Überlappungsvolumen OV1(i) und im Schritt S8 ein Bandpass auf das Überlappungsvolumen UOV2(i) angewendet. Auf das Überlappungsvolumen OV1(i) und auf das umgerechnete Überlappungsvolumen UOV2(i) wird jeweils auf die beschriebene Weise ein Bandpass angewandt, der die Fourierräume der beiden Überlappvolumina temporär bzw. reversibel so angleicht, dass beide nur noch solche Frequenzen enthalten, die im jeweils anderen ebenfalls enthalten sind.In step S7 becomes a bandpass on the overlap volume OV1 (i) and in the step S8 a bandpass on the overlap volume UOV2 (i) applied. On the overlap volume OV1 (i) and on the converted overlap volume UOV2 (i) In each case in the manner described, a bandpass is applied, which adjusts the Fourier spaces of the two overlap volumes temporarily or reversibly so that both contain only those frequencies that are also included in each other.

Es ist vorgesehen, dass der Bandpass auf die Fourierrepräsentationen der beiden Überlappungsvolumina eine Spektralanalyse anwendet und die Fourierräume derart filtert, dass alle Frequenzen aus dem Fourierspektrum entfernt werden, die im Fourierspektrum des jeweils anderen Überlappungsvolumens nicht vorhanden sind. Man erhalt auf diese Weise zwei gefilterte Fourierräume der Überlappungsvolumina. Diese werden in den Ortsraum zurück transformiert und man erhalt korrigierte Voxelwerte der Volumina FOV1(i) und FOV2K1(i) im Koordinatensystem K1. In diesen Volumina sind die Artefakte gegenüber den Überlappungsvolumina OV1(i) und UOV2(i) teilweise verstärkt, da sie in ihrer Erscheinung einander angeglichen wurden.It is envisaged that the bandpass will apply spectral analysis to the Fourier representations of the two overlap volumes and filter the Fourier spaces such that all frequencies which are not present in the Fourier spectrum of the other overlap volume are removed from the Fourier spectrum. This gives two filtered Fourier spaces of the overlap volumes. These are transformed back into the space and you get corrected voxel values of the volumes FOV1 (i) and FOV2K1 (i) in the coordinate system K1 , In these volumes, the artifacts are opposite to the overlap volumes OV1 (i) and UOV2 (i) partially reinforced because they were matched in appearance.

Alternativ ist vorgesehen, dass der Bandpass direkt im Ortsraum agiert, in seiner Wirkung die beiden Fourierräume jedoch in der gleichen Art und Weise angleicht, ohne explizit eine FourierTransformation durchzuführen. Auch hierbei erhalt man korrigierte Voxelwerte der Volumina FOV1(i) und FOV2K1(i) im Koordinatensystem K1. In diesen Volumina sind die Artefakte gegenüber den Überlappungsvolumina OV1(i) und UOV2(i) wiederum teilweise verstärkt, da sie in ihrer Erscheinung einander angeglichen wurden.Alternatively, it is provided that the bandpass acts directly in the position space, but in its effect equalizes the two Fourier spaces in the same manner, without explicitly performing a Fourier transformation. Again, one obtains corrected voxel values of the volumes FOV1 (i) and FOV2K1 (i) in the coordinate system K1 , In these volumes, the artifacts are opposite to the overlap volumes OV1 (i) and UOV2 (i) again partially reinforced, as they were matched in appearance.

Im Schritt S9 wird ein Ähnlichkeitsmaß auf die gefilterten Überlappungsvolumina FOV1(i) und FUOV2(i) angewandt. Das Ähnlichkeitsmaß S(i) und die zugehörige Koordinatentransformation T12(i) werden in einem Speicher abgespeichert. Wenn eine maximale Anzahl von Iterationsschritten erreicht ist, oder wenn ein maximaler Wert des Ähnlichkeitsmaßes S(i) erreicht ist, bei dem keine Verbesserung des Ähnlichkeitsmaßes S(i) bei weiteren Iterationen zu erwarten wäre, wird die Iteration abgebrochen und zu Schritt S10 gesprungen. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Sprung auf Schritt S3 unter Erhöhung des Wertes von i auf i+1 und einer neuen Koordinatentransformation T12(i+1). Diese neue Koordinatentransformation wird dabei in möglichst effizienter Weise vom verwendeten Optimierungsverfahren bestimmt. Es ist dabei auch vorgesehen, dass ein Optimierungsverfahren, z.B. ein Verfahren aus der Familie der genetischen Optimierung, pro Iterationsschritt i mehrere Koordinatentransformation T12(i,j) beispielsweise in paralleler Ausführung prüft und daraus einen neuen Satz von Koordinatentransformationen T12(i+1,j) erstellt, der im nächsten Iterationsschritt i+1 verwendet wird.In step S9 becomes a similarity measure to the filtered overlap volumes FOV1 (i) and FUOV2 (i) applied. The similarity measure S (i) and the associated coordinate transformation T12 (i) are stored in a memory. When a maximum number of iteration steps is reached, or when a maximum value of the similarity measure S (i) is achieved in which no improvement in the similarity measure S (i) would be expected in further iterations, the iteration is aborted and to step S10 jumped. If this is not the case, a jump is made to step S3 increasing the value of i to i + 1 and a new coordinate transformation T12 (i + 1) , This new coordinate transformation is determined in the most efficient way by the optimization method used. It is also provided that an optimization method, eg a method from the family of genetic optimization, per iteration step i multiple coordinate transformation T12 (i, j) for example, in parallel execution checks and from it a new set of coordinate transformations T12 (i + 1, j) created in the next iteration step i + 1.

Die automatische Bestimmung der Auswahl der Koordinatentransformationen T12(i) ist beispielsweise, aber nicht ausschließlich auf die nachstehenden Beispiele beschränkt, ein Optimierungsalgorithmus aus der Menge der nachstehend genannten Algorithmen vorgesehen:

  • • Methoden aus der konvexen oder nicht-konvexen Optimierung wie Gradientenabstieg, (L-)BFGS(-B), Nelder-Mead,
  • • genetische Optimierung, simuliertes Annealing,
  • • Methoden aus dem Feld der Phasenkorrelierung, um direkt im FourierRaum arbeiten zu können.
The automatic determination of the selection of coordinate transformations T12 (i) For example, but not limited to the examples below, an optimization algorithm is provided from the set of algorithms mentioned below:
  • • Methods from convex or non-convex optimization such as gradient descent, (L-) BFGS (-B), Nelder-Mead,
  • • genetic optimization, simulated annealing,
  • • Methods from the Phase Correlation field to work directly in Fourier space.

Ein derartiger Optimierungsalgorithmus ist eingerichtet, um selbsttätig die Koordinatentransformationen auszuwählen, damit das Ähnlichkeitsmaß sich schrittweise dem optimalen Wert annähert.Such an optimization algorithm is arranged to automatically select the coordinate transformations so that the similarity measure gradually approaches the optimum value.

In Schritt S10 wird das optimale Ähnlichkeitsmaß S(i) bestimmt und die zugehörige Koordinatentransformation T12(i) als die optimale Registrierinformation für eine weitere Verwendung zur Verfügung gestellt.In step S10 becomes the optimal similarity measure S (i) determined and the associated coordinate transformation T12 (i) provided as the optimal registration information for further use.

Die optimale Koordinatentransformation T12(i) aus Schritt S10 wird zum Zusammenfügen des ersten Volumens V1 mit dem zweiten Volumen V2 nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwendet. Dazu wird das gesamte Volumen V2 in das Koordinatensystem K1 transformiert und anschließend werden die Voxelwerte des gesamten Volumens V2 auf Voxel im Raster der Voxel des ersten Volumens V1 mittels bekannter Verfahren, wie Interpolation zwischen nächsten Nachbarvoxeln oder durch Volumen-Resampling umgerechnet. Die Rasterpunkte der Voxel des umgerechneten Überlappungsvolumens UV2 liegen auf den Rasterpunkten der Voxel des Volumens V1 im Koordinatensystem K1. An jedem Rasterpunkt, im Bereich der Überlappungsvolumina, liegt als Ergebnis ein Voxelwert aus dem ersten Volumen V1 und ein umgerechneter Voxelwert aus dem zweiten umgerechneten Volumen UV2 vor.The optimal coordinate transformation T12 (i) from step S10 is used to assemble the first volume V1 with the second volume V2 used according to a method known from the prior art. This will be the entire volume V2 in the coordinate system K1 and then the voxel values of the entire volume are transformed V2 on voxels in the raster of the first volume voxels V1 converted by means of known methods, such as interpolation between nearest neighbor voxels or by volume resampling. The halftone dots of the voxels of the converted overlap volume UV2 lie on the halftone dots of the voxels of the volume V1 in the coordinate system K1 , At each grid point, in the area of the overlap volumes, the result is a voxel value from the first volume V1 and a converted voxel value from the second converted volume UV2 in front.

In 3a und 3b zeigen schematisch Projektionen basierend auf unterschiedlich gewählten Strahlenquellegeometrien.In 3a and 3b schematically show projections based on differently selected radiation source geometries.

3a zeigt eine Parallelstrahlengeometrie 31. Die Parallelstrahlen 31 bilden anschließend ein dreidimensionales Objekt 32 als eine zweidimensionale Struktur 33 ab. Bei der Verwendung einer Parallelstrahlengeometrie 31 wird das dreidimensionale Objekt 32 so abgebildet, dass alle Kanten 34 und 35 der zweidimensionalen Struktur 33 vollständig und scharf dargestellt werden können. 3a shows a parallel beam geometry 31 , The parallel rays 31 then form a three-dimensional object 32 as a two-dimensional structure 33 from. When using a parallel beam geometry 31 becomes the three-dimensional object 32 so pictured that all edges 34 and 35 the two-dimensional structure 33 can be displayed completely and sharply.

3b zeigt eine Kegelstrahlengeometrie 41. Die Kegelstrahlen 41 bilden anschließend ein dreidimensionales Objekt 42 als eine zweidimensionale Struktur 43 ab. Bei der Verwendung von Kegelstrahlen 41 wird das dreidimensionale Objekt 42 so abgebildet, dass nicht alle Kanten der zweidimensionalen Struktur 43 scharf dargestellt werden. Die Kanten welche von den Kegelstrahlen vollständig abgetastet werden, werden als scharfe Kanten 45 abgebildet. Die Kanten welche von den Kegelstrahlen nicht vollständig (unvollständig) abgetastet werden, werden als unscharfe Kanten 44 abgebildet. Diese als unscharfe Kanten 44 abgebildeten Strukturen entsprechen einem unvollständig abgetasteten Raum. 3b shows a cone beam geometry 41 , The cone beams 41 then form a three-dimensional object 42 as a two-dimensional structure 43 from. When using cone beams 41 becomes the three-dimensional object 42 so imaged that not all edges of the two-dimensional structure 43 be presented sharply. The edges which are completely scanned by the cone beams become sharp edges 45 displayed. The edges which are not completely (incompletely) scanned by the cone beams are called blurred edges 44 displayed. These as blurred edges 44 Imaged structures correspond to an incompletely scanned space.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhangigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.Further, particularly advantageous embodiments and refinements of the invention emerge from the dependent claims and the description, wherein the independent claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category and in particular also individual features of different embodiments or variants to new embodiments or variants can be combined.

Nachfolgend wird die Neuerung anhand der Abbildungen näher erläutert.

  • 1: Schematische Darstellung eines Kegelstrahl-Computertomographen am Beispiel eines C-Bogens
  • 2: Schematische Darstellung des Ablaufs der Koordinatentransformation
  • 3a: Schematische Darstellung einer Projektion eines Objektes mittels einer Parallelstrahlgeometrie
  • 3b: Schematische Darstellung einer Projektion eines Objektes mittels einer Kegelstrahlgeometrie
The innovation is explained in more detail below with reference to the figures.
  • 1 Schematic representation of a cone beam computer tomograph using the example of a C-arm
  • 2 : Schematic representation of the course of the coordinate transformation
  • 3a : Schematic representation of a projection of an object by means of a parallel beam geometry
  • 3b : Schematic representation of a projection of an object by means of a cone beam geometry

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
C-Bogen-RöntgensystemC-arm X-ray system
22
kreisbogenförmiger C-Bogenarc-shaped C-arm
33
RöntgenröhreX-ray tube
44
HochspannungsgeneratorHigh voltage generator
55
Kollimatorcollimator
66
RontgenbilddetektorRontgenbilddetektor
77
ProjektionsbilderzeugungseinheitProjection image generation unit
20, 20', 20"20, 20 ', 20 "
Scanzentrumscan center
2121
Objektobject
2222
Zentralstrahlcentral beam
2323
Patientenliegepatient support
2424
Kegelstrahl-Computertomograph-MotorsteuerungseinheitCone beam computed tomography scanner motor control unit
2525
Lagerungs-MotorsteuerungseinheitStorage engine control unit
5050
ROIROI
51, 51', 51"51, 51 ', 51 "
Scanebenescan plane
100100
SystemsteuerungseinheitControl unit
101101
Röntgenstrahler-SteuerungseinheitX-ray control unit
102102
VolumenvergleichseinheitVolume comparison unit
103103
BewegungssteuerungseinheitMotion control unit
104104
BildaufnahmesteuerungseinheitImage capture control unit
105105
Röntgendetektor-SteuerungseinheitX-ray detector control unit
106106
Bildverarbeitungs- und SpeichereinheitImage processing and storage unit
107107
Scanparameter-ErzeugungseinheitScan parameter generation unit
108108
Überlappungsvolumen-ErmittlungseinheitOverlap volume determining unit
111111
Displaydisplay
112112
EingabevorrichtungseinheitInput device unit
113113
Bedienperson/OperatorOperator / Operator
114114
Ausgabeeinheitoutput unit
115115
Organprogramm-DatenbankOrgan program database
116116
Massenspeichermass storage
117117
Rekonstruktionseinheitreconstruction unit
118 118
Fouriertransformations- und FilterungseinheitFourier transformation and filtering unit
130130
DICOM-InterfaceDICOM Interface
140140
Netzwerknetwork
141141
RIS Radiologie-InformationssystemRIS radiology information system
142142
HIS KrankenhausinformationssystemHIS Hospital Information System
3131
ParallelstrahlgeometrieParallel beam geometry
3232
Dreidimensionales ObjektThree-dimensional object
3333
Zweidimensional StrukturTwo-dimensional structure
3434
vollständig abgebildete Kantefully imaged edge
3535
vollständig abgebildete Kantefully imaged edge
4141
KegelstrahlgeometrieCone-beam geometry
4242
Dreidimensionales ObjektThree-dimensional object
4343
Zweidimensional StrukturTwo-dimensional structure
4444
vollständig abgebildete Kantefully imaged edge
4545
unvollständig abgebildete Kanteincompletely imaged edge
V1V1
erstes Volumenfirst volume
V2V2
zweites Volumensecond volume
K1K1
Koordinatensystem des ersten VolumensCoordinate system of the first volume
K2K2
Koordinatensystem des zweiten VolumensCoordinate system of the second volume
T12(i)T12 (i)
Koordinatentransformation des i-ten Iterationsschrittes zwischen dem Koordinatensystem K1 und dem Koordinatensystem K2 Coordinate transformation of the ith iteration step between the coordinate system K1 and the coordinate system K2
OV1(i)OV1 (i)
Überlappungsvolumen des ersten Volumens V1 im Koordinatensystem K1 für den Iterationsschritt iOverlap volume of the first volume V1 in the coordinate system K1 for the iteration step i
OV2(i)OV2 (i)
Überlappungsvolumen des zweiten Volumens V2 im Koordinatensystem K1 für den Iterationsschritt iOverlap volume of the second volume V2 in the coordinate system K1 for the iteration step i
UOV2(i)UOV2 (i)
Umgerechnetes Überlappungsvolumen im Koordinatensystem K1, bei dem die Voxel des Überlappungsbereiches OV2(i) auf Voxel im Raster des Überlappungsbereiches OV1(i) umgerechnet sind.Converted overlap volume in the coordinate system K1 in which the voxels of the overlap area OV2 (i) on voxels in the raster of the overlap area OV1 (i) are converted.
UV2UV2
Umgerechnetes zweites Volumen im Koordinatensystem K1, bei dem die Voxel des mit der optimalen Koordinatentransformation T12 transformierten zweiten Volumens V2 im Koordinatensystem K1 auf Voxel im Raster der Voxel des ersten Volumens V1 umgerechnet sind.Converted second volume in the coordinate system K1 , where the voxels of the with the optimal coordinate transformation T12 transformed second volume V2 in the coordinate system K1 on voxels in the raster of the first volume voxels V1 are converted.
FF
Bandpassbandpass
FOV1(i)FOV1 (i)
Überlappungsvolumen mit geänderten Voxelwerten nach Anwendung des Bandpass F auf das Volumen OV1(i) Overlap volume with changed voxel values after applying the bandpass F on the volume OV1 (i)
FUOV2(i)FUOV2 (i)
Überlappungsvolumen mit geänderten Voxelwerten nach Anwendung des Bandpass F auf das Volumen UOV2(i) Overlap volume with changed voxel values after applying the bandpass F on the volume UOV2 (i)
S(i)S (i)
Ähnlichkeitsmaß des i'ten IterationsschrittesSimilarity measure of the iteration step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10014668 A1 [0016]DE 10014668 A1 [0016]
  • DE 102007025862 A1 [0017]DE 102007025862 A1 [0017]
  • DE 102007034218 B4 [0018]DE 102007034218 B4 [0018]
  • DE 102008062030 A1 [0019]DE 102008062030 A1 [0019]
  • EP 520778 B1 [0020]EP 520778 B1 [0020]
  • US 20140267267 A1 [0022]US 20140267267 A1 [0022]
  • US 20150371420 A1 [0023]US 20150371420 A1 [0023]
  • US 6711293 B1 [0024]US Pat. No. 6711293 B1 [0024]
  • US 9129389 B2 [0025]US 9129389 B2 [0025]
  • WO 11039672 A1 [0026]WO 11039672 A1 [0026]
  • WO 12048070 A1 [0027]WO 12048070 A1 [0027]
  • WO 12139031 A [0028]WO 12139031 A [0028]
  • WO 16097174 A1 [0029]WO 16097174 A1 [0029]

Claims (24)

Röntgensystem, zur iterativen Bestimmung einer optimalen Koordinatentransformation zwischen einem ersten N-dimensionalen Teilvolumen V1 und einem zweiten N-dimensionalen Teilvolumen V2 eines ausgedehnten Objektes, wobei diese Teilvolumina sich teilweise in den Uberlappvolumina OV1 und UOV2 überlappen, und wobei das Röntgensystem geeignet ist a) Teilvolumina V1 und V2 durch diskrete Abtastung des ausgedehnten Objektes aufzunehmen, b) eines Bandpassfilter auf die Überlappvolumina OV1 und UOV2 innerhalb eines jeden Iterationsschrittes i anzuwenden, welcher aus dem Überlappvolumen OV1(i) diejenigen Frequenzen entfernt, die in dem Überlappvolumen UOV2(i) nicht enthalten sind, und der aus dem Überlappvolumen UOV2(i) diejenigen Frequenzen entfernt, die in dem Überlappvolumen OV1(i) nicht enthalten sind, wodurch gefilterte Überlappvolumina FOV1(i) und FUOV2(i) erhalten werden, c) Eine Koordinatentransformation durch iterative Optimierung eines Ähnlichkeitsmaßes zwischen den gefilterten Überlappvolumina FOV1(i) und FUOV2(i) zu bestimmen.X-ray system, for the iterative determination of an optimal coordinate transformation between a first N-dimensional partial volume V1 and a second N-dimensional partial volume V2 of an extended object, these partial volumes partially overlapping in the overlap volumes OV1 and UOV2, and wherein the X-ray system is suitable a) to record partial volumes V1 and V2 by discrete scanning of the expanded object, b) applying a bandpass filter to the overlap volumes OV1 and UOV2 within each iteration step i which removes from the overlap volume OV1 (i) those frequencies which are not included in the overlap volume UOV2 (i) and which is from the overlap volume UOV2 (i) removes those frequencies which are not contained in the overlap volume OV1 (i), whereby filtered overlap volumes FOV1 (i) and FUOV2 (i) are obtained, c) To determine a coordinate transformation by iteratively optimizing a similarity measure between the filtered overlap volumes FOV1 (i) and FUOV2 (i). Röntgensystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bandpassfilter die zu entfernenden Frequenzen aus Informationen über die Abtastart oder -geometrie ermittelt werden.X-ray system after Claim 1 characterized in that the bandpass filter determines the frequencies to be removed from information about the type or geometry of the scan. Röntgensystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bandpassfilter zu entfernenden Frequenzen derart im Fourierraum der Überlappvolumina OV1(i) und UOV2(i) bestimmt, dass der an ihnen vorliegende Absolutbetrag einen festgelegten Schwellwert unterschreitet.X-ray system after Claim 1 characterized in that the bandpass filter to be removed frequencies in the Fourier space of the overlap volumes OV1 (i) and UOV2 (i) determines that the absolute amount applied to them falls below a predetermined threshold. Röntgensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zu entfernenden Frequenzen mittels des Bandpassfilters im Ortsraum temporär und für jede Annahme der Uberlappvolumina OV1(i) und UOV2(i) separat vor Berechnung des Ähnlichkeitsmaßes aus den beiden Überlappvolumina entfernt werden.X-ray system according to one of the preceding claims, characterized in that the frequencies to be removed by means of the bandpass filter in the spatial space temporarily and for each assumption of the overlap volumes OV1 (i) and UOV2 (i) separately before calculation of the similarity measure from the two overlap volumes are removed. Röntgensystem nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass die zu entfernenden Frequenzen mittels des Bandpassfilters im Fourierraum temporär und für jeden Iterationsschritt i separat vor Berechnung des Ahnlichkeitsmaßes unter der aktuellen Annahme einer Koordinatentransformation aus dem Fourierraum der beiden Uberlappvolumina OV1(i) und UOV2(i) entfernt werden.X-ray system according to one of Claims 1 - 3 characterized in that the frequencies to be removed by means of the bandpass filter in the Fourier space are removed temporarily and separately for each iteration step i before calculating the similarity measure under the current assumption of a coordinate transformation from the Fourier space of the two overlap volumes OV1 (i) and UOV2 (i). Röntgensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mittels eines Kegelstrahl-Computertomographen erfolgt.X-ray system according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning is carried out by means of a cone-beam computer tomograph. Röntgensystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelstrahl-Computertomograph ein mobiler C-Bogen ist.X-ray system after Claim 6 characterized in that the cone beam computer tomograph is a mobile C-arm. Röntgensystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung der beiden Teilvolumina V1 und V2 durch Verstellen einer Lagerung des Objekts erreicht wird.X-ray system after Claim 1 characterized in that the overlap of the two partial volumes V1 and V2 is achieved by adjusting a storage of the object. Röntgensystem nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung motorisch verstellbar ist.X-ray system after Claim 8 characterized in that the storage is adjustable by motor. Röntgensystem nach den Ansprüchen 9 und 6 oder 9 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung dadurch erreicht wird, dass die Lagerung durch den Kegelstrahl-Computertomographen motorisch verstellt wird.X-ray system after the Claims 9 and 6 or 9 and 7 characterized in that the overlap is achieved in that the storage is adjusted by the cone beam computer tomography motor. Röntgensystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7 oder 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelstrahl-Computertomograph vor Beginn der Abtastung eine Bedienperson dazu auffordert, eine manuelle Verstellung der Lagerung vorzunehmen und die Bedienperson die manuelle Verstellung bestätigt.X-ray system according to one of Claims 6 or 7 or 8th or 9 characterized in that the cone beam computer tomograph before starting the scan asks an operator to make a manual adjustment of storage and the operator confirms the manual adjustment. Röntgensystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung über einen Positionsgeber verfügt und der Kegelstrahl-Computertomograph durch Überwachung dieses Positionsgebers die korrekte Verstellung sicherstellt.X-ray system after Claim 11 characterized in that the storage has a position sensor and the cone beam computer tomograph by monitoring this position encoder ensures the correct adjustment. Röntgensystem nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung dadurch erreicht wird, dass der Kegelstrahl-Computertomograph bezuglich des Objektes im Raum bewegt wird.X-ray system after Claim 6 or 7 characterized in that the overlap is achieved by moving the cone beam computer tomograph relative to the object in space. Röntgensystem nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelstrahl-Computertomograph motorisch verfahren wird.X-ray system after Claim 13 characterized in that the cone beam computer tomograph is moved by a motor. Röntgensystem nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelstrahl-Computertomograph über einen Positionsgeber verfügt und die korrekte Überlappung der Teilvolumina V1 und V2 durch Auswerten des Positionsgebers sicherstellt.X-ray system after Claim 13 or 14 characterized in that the cone beam computer tomograph has a position sensor and ensures the correct overlap of the subvolumes V1 and V2 by evaluating the position sensor. Röntgensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvolumina V1 und V2 unter Verwendung der ermittelten Koordinatentransformation zu einem kombinierten Volumen zusammengefügt werden.X-ray system according to one of the preceding claims, characterized in that the partial volumes V1 and V2 are joined together using the determined coordinate transformation to a combined volume. Röntgensystem nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der Teilvolumina V1 und V2 dadurch erfolgt, dass das kombinierte Volumen im Überlappungsbereich der Teilvolumina V1 und V2 nach Anwenden der Koordinatentransformation an jeder Koordinate durch gewichtete Mittelung der in den Teilvolumina V1 und V2 an dieser Koordinate vorliegenden Messwerte erfolgt.X-ray system after Claim 16 characterized in that the combination of the partial volumes V1 and V2 takes place in that the combined volume in the overlapping area of the Subvolumes V1 and V2 after applying the coordinate transformation at each coordinate by weighted averaging of the measured values present in the subvolumes V1 and V2 at this coordinate. Röntgensystem nach den Ansprüchen 6 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichte eine Funktion des an einer Koordinate vorliegenden Kegelstrahlwinkels ist.X-ray system after the Claims 6 or 17 characterized in that the weights are a function of the cone beam angle present at a coordinate. Röntgensystem nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Volumen im Überlappungsbereich der Teilvolumina so erzeugt wird, dass zunächst die im Fourierraum eines Überlappvolumens enthaltenen Frequenzen an solchen Stellen in den Fourierraum des jeweils anderen übertragen werden, wo dieses selbst keine Frequenzen enthält.X-ray system according to one of Claims 16 . 17 or 18 characterized in that the combined volume in the overlap region of the sub-volumes is generated so that initially the frequencies contained in the Fourierraum an overlap volume are transmitted at such locations in the Fourier space of the other, where this itself contains no frequencies. Röntgensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kombination der Teilvolumina V1 und V2 dem resultierenden Gesamtvolumen weitere Teilvolumina in der gleichen Weise hinzugefügt werden.X-ray system according to one of the preceding claims, characterized in that after the combination of the partial volumes V1 and V2, additional partial volumes are added to the resulting total volume in the same way. Röntgensystem nach einem der vorherigen Ansprüche 6, 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Koordinatentransformation zwischen dem Kegelstrahl-Computertomographen und der Objektlagerung gespeichert wird.X-ray system after one of the previous ones Claims 6 . 7 . 8th or 9 characterized in that the determined coordinate transformation between the cone beam computer tomography and the object storage is stored. Röntgensystem nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Koordinatentransformation dazu benutzt wird, zukünftig aufzunehmende Teilvolumina ohne erneute Optimierung direkt nach einem der Ansprüche 16-19 zu kombinieren.X-ray system after Claim 21 characterized in that the stored coordinate transformation is used to accommodate future sub-volumes without re-optimization directly after one of Claims 16 - 19 to combine. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit einer Steuerungseinheit eines Kegelstrahl-Computertomographen, insbesondere ein C-Bogen, ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 22 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinheit des Kegelstrahl-Computertomographen ausgeführt wird.Computer program product with a computer program, which is directly in a memory unit of a control unit of a cone beam computer tomography, especially a C-arm, loadable, with program sections to all steps according to one of Claims 1 to 22 when the computer program is executed in the control unit of the cone-beam computer tomograph. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 22 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.Computer-readable medium on which are stored by a computer unit readable and executable program sections to all steps according to one of Claims 1 to 22 execute when the program sections are executed by the computer unit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112244884A (en) * 2020-10-27 2021-01-22 沈阳先进医疗设备技术孵化中心有限公司 Bone image acquisition method and device, console equipment and CT system

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0520778A1 (en) 1991-06-28 1992-12-30 General Electric Company Tomographic image reconstruction using cross-plane rays
DE10014668A1 (en) 1999-02-22 2001-10-04 Gen Electric Computerized tomography imaging for medical, industrial applications, involves removing augmented Fourier transform data from other Fourier transform data before combining them to form overall Fourier transform
US6711293B1 (en) 1999-03-08 2004-03-23 The University Of British Columbia Method and apparatus for identifying scale invariant features in an image and use of same for locating an object in an image
DE102007025862A1 (en) 2006-06-02 2007-12-06 General Electric Co. System and method for geometry-based registration
DE102008062030A1 (en) 2008-12-12 2010-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for positioning objects to be imaged
WO2011039672A1 (en) 2009-09-29 2011-04-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Generating composite medical images
WO2012048070A1 (en) 2010-10-07 2012-04-12 Siemens Corporation Non-rigid composition of multiple overlapping medical imaging volumes
WO2012139031A1 (en) 2011-04-06 2012-10-11 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York System, method and computer-accessible medium for providing a panoramic cone beam computed tomography (cbct)
DE102007034218B4 (en) 2007-07-23 2013-06-13 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for image composition
US20140267267A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Toshiba Medical Systems Corporation Stitching of volume data sets
US9129389B2 (en) 2011-09-27 2015-09-08 Hitachi Medical Corporation X-ray CT apparatus and image correction method
US20150371420A1 (en) 2014-06-19 2015-12-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Systems and methods for extending a field of view of medical images
WO2016097174A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 Koninklijke Philips N.V. Imaging system for imaging an elongated region of interest of an object

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0520778A1 (en) 1991-06-28 1992-12-30 General Electric Company Tomographic image reconstruction using cross-plane rays
DE10014668A1 (en) 1999-02-22 2001-10-04 Gen Electric Computerized tomography imaging for medical, industrial applications, involves removing augmented Fourier transform data from other Fourier transform data before combining them to form overall Fourier transform
US6711293B1 (en) 1999-03-08 2004-03-23 The University Of British Columbia Method and apparatus for identifying scale invariant features in an image and use of same for locating an object in an image
DE102007025862A1 (en) 2006-06-02 2007-12-06 General Electric Co. System and method for geometry-based registration
DE102007034218B4 (en) 2007-07-23 2013-06-13 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for image composition
DE102008062030A1 (en) 2008-12-12 2010-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for positioning objects to be imaged
WO2011039672A1 (en) 2009-09-29 2011-04-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Generating composite medical images
WO2012048070A1 (en) 2010-10-07 2012-04-12 Siemens Corporation Non-rigid composition of multiple overlapping medical imaging volumes
WO2012139031A1 (en) 2011-04-06 2012-10-11 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York System, method and computer-accessible medium for providing a panoramic cone beam computed tomography (cbct)
US9129389B2 (en) 2011-09-27 2015-09-08 Hitachi Medical Corporation X-ray CT apparatus and image correction method
US20140267267A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Toshiba Medical Systems Corporation Stitching of volume data sets
US20150371420A1 (en) 2014-06-19 2015-12-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Systems and methods for extending a field of view of medical images
WO2016097174A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 Koninklijke Philips N.V. Imaging system for imaging an elongated region of interest of an object

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112244884A (en) * 2020-10-27 2021-01-22 沈阳先进医疗设备技术孵化中心有限公司 Bone image acquisition method and device, console equipment and CT system
CN112244884B (en) * 2020-10-27 2023-08-29 沈阳先进医疗设备技术孵化中心有限公司 Bone image acquisition method, device, console equipment and CT system

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