JP2000503561A - Calibration of X-ray geometry - Google Patents

Calibration of X-ray geometry

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JP2000503561A JP9-523800A JP52380097A JP2000503561A JP 2000503561 A JP2000503561 A JP 2000503561A JP 52380097 A JP52380097 A JP 52380097A JP 2000503561 A JP2000503561 A JP 2000503561A
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Abstract

(57)【要約】 X線ジオメトリ校正システムは、患者の体の少なくとも一部例えば患者の頭部等の近傍に取付けることが可能な校正フレームを有する。X線源は、患者の前記部分と校正フレームの少なくとも対応部分との画像を形成するために、患者の体の前記部分から所与のオリエンテーション及び所与の距離に位置するターゲットと共働する。校正フレームは、前記オリエンテーション及び前記距離が校正フレームの前記対応部分の画像から一義的に求められるように校正フレームの前記対応部分と校正フレームとの間の対応を一部に求めるコード化配置を有する。 (57) Abstract An X-ray geometry calibration system has a calibration frame that can be mounted near at least a part of a patient's body, such as a patient's head. The X-ray source cooperates with a target located at a given orientation and a given distance from said part of the patient's body to form an image of said part of the patient and at least a corresponding part of the calibration frame. The calibration frame has a coded arrangement for partially determining the correspondence between the corresponding portion of the calibration frame and the calibration frame such that the orientation and the distance are uniquely determined from the image of the corresponding portion of the calibration frame. .

Description

【発明の詳細な説明】 X線ジオメトリ校正システム及び方法 本発明は、X線イメージング構成の中のジオメトリの校正システム及び方法に 関し、特に、相関関係を3次元対象物と2次元画像との間に確立できるシステム に関する。 X線血管造影図から血管系を再構成することに対する関心が高まっており、こ れは多数の用途を有する。種々の方法が提案され、いくつかのこのような方法は 、コントラストボーラスがディジタルサブトラクションアンギオグラフシーケン スにわたり徐々に展開してく際のコントラストボーラスのダイナミックスを考慮 することを試みている。これらの方法はイメージングシステムすなわちX線源及 びイメージインテンシファイアーシステムが患者を中心に回転し良好に校正され ることを前提としている。従ってこれらの方法は、血管系の再構成のためにイメ ージングシステムのジオメトリを使用する。 しかし実際の上で多数のX線システムは良好に校正されておらず、校正におけ る誤差が再構成プロセス全体を通して伝播し、結果の精度を低下させる。 ”X線ジオメトリ校正装置”との名称で本出願と同一の出願日の本発明人の同 時係属出願も本明細書に引 用する。前記同時係属出願は本出願の内容に密接に関連する内容に関し、前記同 時係属出願の開示は、本出願と矛盾しない程度に本明細書の中に引用により取込 まれている。 簡略に説明すると、前記同時係属出願が開示するX線ジオメトリ校正装置は、 患者の体のX線照射される部分と、X線源と、画像を形成するイメージング装置 と組合せて使用され、イメージング装置は患者の前記部分から所与のオリエンテ ーション及び距離に位置し、校正リングを有し、校正リングは患者の体の一部に 締付け固定され、校正リングはX線に対して第1の程度の透過性を示し、イメー ジング装置は更にコード化配置を有し、コード化配置は校正リングの中に組込ま れ、コード化配置は複数のコード化ユニットを有し、コード化ユニットは透過性 に対して第2の程度の透過性を示し、第2の程度の透過性は第1の程度の透過性 と異なり、コード化ユニットは所定の形態で配置される、すなわち、コード化配 置を有する校正リングの投影画像でありイメージング装置により形成される本質 的に2次元の投影画像が、オリエンテーション及び距離を一義的に求めることを 可能にするコード化配置の少なくとも一部に寄与可能なコントラスト強度のパタ ーンを示すように所定の形態で配置される。 前記同時係属出願は更に校正装置を開示し、この校正装置は、3次元対象物と その2次元投影画像との間 の対応を確立するために、X線イメージングと組合せて使用され、この校正装置 は校正リングを有し、この校正リングはX線検査の被検体の解剖学的構成の一部 に対応し、リングは、被検体に取付けられるキャリヤ部分と、校正リングのキャ リヤ部分の中に組込まれているコード化配置とを有し、コード化配置は複数のコ ード語形態を有し、コード語形態は、キャリヤ部分の透過性の程度と異なる程度 の透過性を有する物質から成り、コード語形態は、リングに沿って周縁パスに沿 ってスペースにより分離されて1つのシーケンスで所与の方向で配置される、す なわちこの所与の方向でこのような語は読まれなければならず、どの語も一度よ り多くは現れず、どの語も、この所与の方向と反対の方向で読まれる場合には有 効語を形成しない。 前記同時係属出願は校正装置も開示し、この校正装置は、3次元対象物とその 2次元投影画像との間の対応を確立するためにX線イメージングと組合せて使用 され、校正装置は校正リングを有し、校正リングはX線検査の被検体の解剖学的 部分に対応し、校正リングは、被検体に取付けられるキャリヤ部分と、校正リン グのキャリヤ部分の中に組込まれているコード化配置とを有し、コード化配置は 複数のコード語形態を有し、コード語形態は、キャリヤ部分の画像とコントラス トで校正画像を形成する物質から形成され、これにより前記対応を校正画像の一 部すなわち全体より小さい 部分から一義的に確立することが可能である。 このことから分かる点は、本発明のアルゴリズムは、当該の領域の中で患者の 周りに配置されている標識を導入することによりX線システムのダイナミック校 正を可能にしなければならないことである。本発明の1つの目的は、最も効率的 で最も信頼性の高い校正プロシージャを得るためにこのような標識のインテリジ ェント設計を達成することにある。 本発明の1つの態様では校正フレームは、本明細書において校正リングと称さ れる円筒の表面に配置されているベアリングボールの1つの集合を有する。校正 リングの構造はシミュレートされている。校正リングの異なる方向から見た図と 、特に典型的なX線イメージングシステムの中の校正リング画像とが、Mapl eにおけるシミュレーションプロシージャを使用して示されている。 本発明の1つの態様ではX線ジオメトリ校正システムは、患者の体の少なくと も一部の近傍に取付ける校正フレームを具備し、X線源を具備し、患者の体の前 記一部と前記校正フレームの少なくとも対応または関連する部分との画像を形成 するためにX線源と共働するために患者の体の前記一部から所定のオリエンテー ション及び距離に位置するターゲットを具備し、校正フレームが、校正フレーム の前記対応部分または関連部分の画像と校正フレームとの間の対応を一義的に求 めるためのコード化手段を有し、これによりオリエンテーション及び距離を、校 正フレームの対応部分の画像から一義的に求めることが可能である。 本発明の別の1つの態様では患者の体の前記一部と校正フレームの対応部分と の画像は、ほぼ平らな平面の中に含まれる。 本発明の更に別の1つの態様ではコード化配置が、コード化配置のX線に対し て比較的不透過性である第1の部分とX線に対して比較的透過性である第2の部 分とを示す校正フレームの少なくとも一部を有する。 本発明の更に別の1つの態様ではコード化配置が、第1の部分のコード化され た配置を有する。 本発明の更に別の1つの態様ではコード化配置が、第2の部分のコード化され た配置を有する。 本発明の更に別の1つの態様ではコード化配置が、第1の部分及び第2の部分 のコード化された配置を有する。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームの第1の部分は金属小球から成 る。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームの第2の部分は前記校正フレー ムの中の孔から成る。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームが3次元形状を示す。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームが、ほぼ平らな平面の中の画像 から、3次元形状のいずれ の部分が画像の近位に位置しいずれの部分が画像から遠位に位置するかを求める ことが可能であるような特性を示す。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームが3次元形状を示す。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームが平らなリボン状構造を有する 。 本発明の更に別の1つの態様では平らなリボン状構造はエンドレスループに形 成されている。 本発明の更に別の1つの態様では患者の体の前記部分と校正フレームの前記対 応部分との画像は2次元平面の中に含まれている。 本発明の更に別の1つの態様では校正フレームが患者の頭部を締付け固定でき る構成を有する。 本発明の更に別の1つの態様ではX線ジオメトリ校正システムが、患者の体の 一部に対応する校正フレームを具備し、X線源を具備し、患者の体の前記一部と 校正フレームの対応部分とのX線画像の形成装置を具備し、校正フレームが、校 正フレームの対応部分の画像から対応を一義的に求めるために校正フレームの対 応部分と校正フレームとの間の対応を求めるコード化配置を有する。 本発明の更に別の1つの態様では患者の体の少なくとも一部に対応する校正フ レームのX線画像と、X線装置に対する校正フレームの位置との間の対応を求め る方法が、(a) 患者の体の少なくとも一部に対して、コード化された3次元 校正フレームを位置決めするステップと、(b) 患者の体の前記一部と校正フ レームの少なくとも一部とをX線源により、X線源から所与のオリエンテーショ ン及び所与の距離で被曝させ、患者の前記部分と校正フレームの前記部分の投影 画像を形成するステップと、(c) オリエンテーション及び距離を一義的に求 めることができるように、校正フレームの前記部分の画像と3次元校正フレーム との間の対応を画像の観察から一義的に求めるステップを有する。 本発明の更に別の1つの態様では患者の体の少なくとも一部に対応する校正フ レームのX線画像と、X線装置に対する校正フレームの位置との間の対応を求め る方法が、(a) 患者の体の少なくとも一部に対して、コード化された3次元 校正フレームを位置決めするステップを有し、校正フレームは小球の配置を内部 に含み、(b) 患者の体の前記部分と校正フレームの少なくとも一部とをX線 源により、X線源から所与のオリエンテーション及び所与の距離で被曝させ、患 者の前記部分と校正フレームの前記部分との投影画像を形成するステップを有し 、(c) 校正フレームの前記部分と3次元校正フレームとの間の対応を、画像 の観察から一義的に求めるステップを有し、(d)オリエンテーション及び距離 をコンピュータ計算する ステップとを有する。 本発明を図面を用いて以下に詳細に説明する。 図1は本発明と関連して使用される形態を示しX線源Sとイメージインテンシ ファイアーIと校正フレームFとの患者の頭部に対する相対的位置を示す概略図 、図2は斜視図(a)及び(d)と上方から見た平面図(b)と本発明を適用し た典型的な看取図(c)とにより本発明の校正リングを示す概略図、図3は本発 明の1つの実施の形態に適用可能である小球すなわちベアリングボール(BBs )の寸法の変化及びそれらの間の間隔の変化とを透視投影で示す概略図、図4は 投影の中心が円筒の外部で円筒の2つのベース間に位置し、それらの中に組込ま れている語が、目視方向における表面法線成分の正負の符号または極性が変化す ると反転されることを示し本発明に適用可能な円筒を示す概略図、図5はいかに してブランクスペースが、目視方向における表面法線成分の正負の符号に依存し て5ディジットのコード54321又は12345であるかを示し(a)、いか にしてこの装置が、ブランクスペースの検出を一義化するために除外されるかを 示す(b)本発明の1つの実施の形態に適用可能な構成を示す概略図、図6は順 次の語の中のBBsの全数ができる限り僅かしか変化しないようにテーブルが分 類されている本発明の1つの実施の形態のための順次の語を示すテーブル、図7 は座標系の中心が円筒サポ ートの中心にありそれぞれの点がその3つの座標θ,ρ,及びzにより定められ る本発明の1つの実施の形態に適用される円柱座標系を示す概略図、図8は平面 図(a)及び側而図(b)で本発明の1つの実施の形態の校正リングのパラメー タを示す概略図、図9は全体図(a)と本発明の局所的再構成におけるより典型 的な画像である部分図(b)とで本発明の典型的なX線イメージングシステムの 中の校正リングのX線画像のためのシミュレーション結果を示す概略図である。 本発明の校正システム及び装置を1つの図示の実施の形態を用いて説明する。 本実施の形態は、患者の頭部の回りに配置されている1つの標識の集合すなわち ”校正フレーム”を有する。図1はX線源Sの相対的位置を示し、イメージイン テンシファイアーI、校正フレームF及び患者の頭部を示す。基準座標フレーム xyzは校正フレームに取付けられている。校正フレームの3次元形状はこの座 標フレームの中で正確に既知である。校正フレームの中に内蔵されているベアリ ングボールはスチールから成り、このスチールは人間の骨及び組織に比して大幅 に高い吸収係数を有する。これにより画像の中での検出及び/又はセグメンテー ションが大幅に容易になる。検出、セグメンテーション及び校正のプロシージャ は当業者には周知であり、本明細書において詳細に説明される必要はない。 この場合に1つの問題はまず初めに校正フレームの 3Dモデルとその画像との間の3D−2D対応を見つけ、次いで基準座標フレー ムxyzの中にX線源の位置及びオリエンテーションを再現することにある。 この問題は写真測量における”絶対オリエンテーションのリカバリー”と称さ れるものに類似し、コンピュータビジョンにおける”ポーズを求める”に類似し ている。本発明の1つの目的は3D−2D対応が容易かつ一義的に求められるこ とが可能であることにある。校正リングは当該の小さい領域の再構成(局所再構 成)のために使用される。画像収集設定は当該の領域が全視野を満たすように実 現される、すなわち校正リングの一部のみがX線画像の中に存在する。このこと から分かる点は校正リングの設計は充分にスマートである、すなわちリングの画 像の中に現れる部分を一義的に求めることが可能であることである。 本発明の校正フレームは、ベアリングボール(BBs)の1つの集合により形 成されている円形リングRを有する。校正リングを以下において詳細に説明する 。図2は本発明の校正フレームの平面図及び斜視図を示す。更に以下において何 故これが校正BBsのスマート配置であるかを説明する。校正プロシージャは次 のステップを有する。X線画像強度の変動を基礎にしてX線画像への球(BBs )の投影を検出するステップと、このようにして画像と校正リングとの間の2D −3D対応を見つけるステップと、校正リングと関連 する座標システムの中でカメラRのオリエンテーションとその場所Tとをコンピ ュータ計算するステップとである。 校正リングの設計は本発明において重要である、何故ならばこの設計は本方法 の3つすべてのステップに影響するからである。従って、設計は次に行われる。 本発明は、性能を説明するために校正リングの構造のシミュレーションを行った 。校正リングの異なる方向から見た図と、特に典型的なX線イメージングシステ ムの中の校正リング画像とが、Mapleソフトウェアを使用してシミュレーシ ョンプロシージャにより示されている。 このことから分かる点は、校正リングを3D−2D対応を容易にできかつ一義 的に求めることが可能であるように設計されなければならないことである。ただ 1つの図からこのような対応を求めることに加えて、例えば患者の脳等のある特 定の部分に集中することが必要である場合に校正フレームの部分図から対応を見 つけることが望ましい。前述の実施の形態においては校正フレームは、ベアリン グボール(BBs)の1つの集合により形成されている円形リングRを有する。 BBsの部分集合は垂直にリングR0の周縁に配置されている。このような配置 のシーケンスは、リングの異なるセクションをコード化するためにコード語を定 義する。このコード化を設計する際に以下の考慮が適 用される。BBsの間の相対的間隔は、透視投影の下に変化する。従ってBBs の間の間隔は、校正フレームをコード化するために使用されない。 しかしこのデコード化プロセスを容易にするための間隔を使用することが可能 であり、これを後で説明する。BBsの寸法は透視投影の下に変化する。従って BBsの異なる寸法は、校正フレームをコード化するために使用されない。この ようにして2つのBBsを選択することが可能であり、1つは小さく、他方は相 対的に大きく選択し、これにより、典型的な透視変換の下でそれらは識別可能で ある。この場合に小さいBBsの検出は、それらの減少された寸法に起因して非 常に困難かつ不正確になることがある。この問題を解決するためにX線の高吸収 係数の材料を使用することも可能である。しかしこれにより大きいBBsの画像 飽和を招くこともあり、これによりそれらの重心の検出が困難かつ不正確になる 。従って同一の寸法のBBsがリングの形成の際に使用される。 本発明の1つの実施の形態ではBBsの1つの特別の配置が使用され、この配 置により2つの順次のコードの間のスペース語(ブランクスペース)が定められ る。リングにおけるブランクスペース及びその他のコード語を定めるために以下 の規則が適用される。X線イメージングにおいて表面パッチは、目視方向での表 面法線成分の正負の符号に依存して異なってイメージ ングする。従って1つの語は、リング及びイメージングシステムの相対的位置に 依存して2つの異なる方法で投影され、一方は他方の反転形(flipped version )である。 図4はこの効果の1つの明瞭な例を示す。透明な円筒が目視されている。投影 の中心はその2つのベースの間の円筒の外部に位置する。いかにして語が、目視 方向での表面法線成分の正負の符号が変化すると反転されるかが分かる。1つの 更なる規則は1つの語が、その反転形がコード語である場合にはコード語である ことは不可能であることにある。特に対称的語はコード語であることは不可能で ある。本実施の形態ではブランクスペースは、目視方向での表面法線成分の正負 の符号に依存して5ディジットコード54321又は12345である(図5及 び図6参照)。位置決めコードはベース数6において3ディジット語である。語 234(又は432)はブランクスペースの検出を一義化するために除外される 。Wは、前述のすべての規則及び注意を守る場合のすべての可能なコード語の集 合である。 W=[112,445,311,435,122,255,114,321,5 24,213,452,132,542,551,223,415,124,2 53,331,235,241,145,412, 154,511,244,215,334,422,225,143,513, 134,531,152,441,233,342,521,423,314, 351] 図6はWの図を示す。リングの部分図(図9参照)における可視のBBsの全 数はできるだけ僅かしか変化してはならない。これにより校正結果における均一 な精度が維持される。Wの中でのコード語は、順次の語の中のBBsの全数がで きるだけ僅かしか変化しないように分類される。これは、小さい数のBBsを有 するコード例えば僅か4BBsを有するコード112に445が後続することを 意味する。従って偶数のコード語を使用すると好適である。従って本実施の形態 では順次のBBsの間の間隔は必要な場合には偶数のコード語を有するようにす るために変更される。ブランクスペースは5ディジットで15BBsを有し(図 5)、これに対してコード語は僅か3デイジットで平均で8BBsを有するにす ぎない。これにより、1つの語及び1つのブランクスペースを含む小さいウィン ドウの中では可視のBBsの平均数字23±5の範囲内での可視のBBsの数の 変動の間で比は小さくなる。 ブランクスペースがより小さいディジット又はBBsを有する場合にはこの比 は増加し、これは望ましく ない。校正リングの設計は試験プロセスの間に異なる変化を経験する。従って本 発明は融通性のある設計を内蔵し、この場合、リングの半径R、BBsの半径r 、コード語の間の間隔d2、及びコード語の中の水平/垂直BBsのそれぞれの 相互間隔d1及びd3はすべて変数である。校正リングの1つの実施の形態のジオ メトリの前述の説明に加えて以下において設計アルゴリズムを、異なる測定値を 与える1つの例を用いて説明する。 この情報は、単にパラメータのうちのいくつかを変化することにより、所要の 新リングのための付加的な実施の形態を設計する際に役立つと考えられている。 この設計によりBBsの1つの特定の配置が得られる。従ってこの設計により、 リングに付与される1つの特定の座標系の中のBBs位置の1つの集合が得られ る。円柱座標系は、明瞭に自然な選択として優先される。座標系の中心は、校正 リングの円筒サポートの中心に配置される。1つのBBの位置であるそれぞれの 点は、図7のその3つの座標θ,ρ,zにより定められる。 すべてのBBsはリングの表面に配置されているのですべての点に対してρ= Rである。設計におけるすべてのパラメータθ,α1,α2,d1,d2,及びd3 は校正リングの寸法とBBsの寸法との関数である(R及びr)。本実施の形態 ではr=0.6mmのBB sが使用され、BBsは半径R=114.54mmの円筒の表面に配置されてい る。使用チューブはアクリル樹脂で注入成型され、224.7mmの平均外径を 有する。BBsは1.58mmの厚さのレキサン(Lexan)シートのバンド上に 配置され、次いでこのバンドはチューブの外側周縁の周りに巻かれる。このこと から分かる点は、いかにして校正リングのパラメータが定められるかであり、そ れぞれのステップで1つの例が、本実施の形態のために得られた値を使用して与 えられる。 まず初めにθが次のように定められる(図8)。 θ=arcsin(r/R) 例えば、 θ=Arctan(0.6/112.37)=0.0053ラジアン 図8のα1は、ラジアンでリングの表面における2つの順次のBBsの中心の 間の角度を定める。これらのBBsが接触している場合にはこの角度は2*θに 等しい。検出を容易にするためにBBsの間に間隔を設けなければならない。B Bsが大きい程間隔が大きくなければならない。従って間隔は、BBsの間でリ ングの周りのλ1*θの角距離を持たせるために規定 される。第1の実施の形態ではλ1=3である。 従って、 α1= 2θ+λ1θ 例えば、 α1=0.026ラジアン 従ってミリメータでの1つのコード語の中の2つの順次のBBsの中心の間の 円弧の長さはd1=α1Rである。 例えば、 d1=2.98mm 同様に2つの順次のコード語の間の距離を定めることが可能である。この距離 もBBの寸法の関数にすることが望ましいが、しかしλ2*θは、コードの中の 順次のBBsの間の間隔より大きくする。 第1の実施の形態ではλ2=5.5である。1つのコード語の最後のBBの中 心から次のコードの第1のBBの中心までの角度及び円弧長(図8参照)はそれ ぞれラジアン及びミリメータで次のようである。 α2=2θ+λ2θ 例えば、 α2=0.0397ラジアン d2=α2R 例えば、 d2=4.46mm リングはブランクスペースとコード語との一連の順次の対を有する。ブランク スペース及びコード語はそれぞれMディジット及びNディジットであり、第1の 実施の形態ではM=5及びN=3である場合、校正リングの周りのそれぞれの順 次の対が占める角度は次式で表される。 s=(N+M−2)α1+2α2 例えば、 s=0.238ラジアン 従ってリングの周りに配置することの出来る(ブランク+コード)語の最大数 は次のように表される。 k=trunc(2π/s) 例えば、 k=26 次にα2は、語と語との間の規則的な間隔を保証するために調整されなければ ならない。k(ブランク+コード)が前述の定義のように使用される場合には最 後のコードと第1のスペースとの間に2π−ksの余分のスペースが存在するこ とに注意されたい。本例ではこの間隔は2π−26*0.238=6.283− 6.188=0.095ラジアンである。従ってリングの周りのこの余分のスペ ースは、順次のコード語の間のすべてのスペースに等しく分散配置されている。 α2=α2+(π/k−s/2) 例えば、 α2=0.0414ラジアン 従ってd2も次のように変更される。 d2=α2R 例えば、 d2=4.65mm セットすべき最後のパラメータはBBsの間の垂直距離、すなわち図8のd3 である。2つのBBsが互いに接触する場合にはd3=2rである。この距離も BBの半径d3=2*π+λ3*rの関数でなければならない。更にλ3は、1つ のコード語の1ディジットを定める垂直に配置された群のBBsを隣接の別のデ ィジットから容易に分離できるように選択される。これはλ3<λ1<λ2との条 件が課せられなければならないことを意味する。 第1の実施の形態ではλ3はλ3=1にとられ、d3=4.2r=2.5mmに とられている。 この時点でリングを形成することが可能となる。リングの表面のすべての点の 第2の円柱座標は同一である、すなわちρ=R。2つの別のパラメータθ及びz はリングの表面のそれぞれのBBの位置を定める。プロシージャは座標の点(θ =0,ρp=R,z=0)すなわち単に(0,R,0)の点で開始する。次いで プロシージャはリングの周りにすべての語及びブランクスペースを近似的に配置 する。実際にプロシージャは図6のコード化テーブルからブランクスペースと語 W[i],i=1...sとを交互に一つづつ選択する。 BBsが過剰に小さいか又はリングが過剰に大きく ない限りはWは常に充分なコード語を提供する(第1の実施の形態においてs= 26より多い)。偶数の30のコード語が使用されているかどうかに関する最後 の確認が行われ、ノーの場合にはλ1及びλ2が変更され、従ってl1及びl2が変 更され、これにより校正リングの周りに偶数のコード語が配置される。 613BBsが第1の設計において使用される。添付のテーブルはすべての6 13のBBsの位置を示す。校正リング及びイメージングジオメトリの完全なシ ミュレーションは、Mapleを使用して形成された。図9は、典型的なX線イ メージングジオメトリにより得ることが可能である画像をシミュレーションして いる。このシミュレーションにおいてX線源とイメージインテンシファイアーと の間の距離は98cmであり、リングはX線源から78cm離れてセンタリング され、画像寸法は17cm2にとられている。 明らかに本発明は、適切にプログラムされたディジタルコンピュータを使用し 、当業者には自明なプログラミング技術を使用して実現可能である。 本発明を実施例を用いて説明した。しかし種々の変形及び変更を本発明の精神 を逸脱することなく実施することが可能である。例えば種々のコード化スキーマ が、本明細書で説明したコード化スキーマの変形として可能であることは自明で ある。更に、不透過部分と透過部分とを相互交換する反転が、操作のいかなる顕 著な変更もなしに実行可能であることは自明である。このような変化等は、次の 請求の範囲により定められる発明の範囲の中に含まれるものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION           X-ray geometry calibration system and method   The present invention is directed to a system and method for calibrating geometry in an x-ray imaging configuration. In particular, a system that can establish a correlation between a three-dimensional object and a two-dimensional image About.   Interest in reconstructing the vasculature from x-ray angiograms has increased, It has a number of uses. Various methods have been proposed and some such methods are , Contrast bolus is digital subtraction angiographic sequence Consider the dynamics of the contrast bolus as it evolves over time Trying to do that. These methods involve imaging systems or X-ray sources and The image intensifier system rotates around the patient and is well calibrated. It is assumed that Therefore, these methods are not suitable for reconstitution of the vascular system. Use the geometry of the easing system.   However, many X-ray systems are not well calibrated in practice, Errors propagate throughout the reconstruction process, reducing the accuracy of the results.   "X-ray geometry calibrator" by the inventor on the same filing date as the present application. A pending application is also referred to herein. To use. The co-pending application is concerned with content that is closely related to the content of the present application. The disclosure of the time-pending application is incorporated herein by reference to the extent it does not conflict with this application. It is rare.   Briefly, the X-ray geometry calibration device disclosed in the co-pending application is: X-ray irradiated part of patient's body, X-ray source, and imaging apparatus for forming image Used in combination with the imaging device to provide a given oriente And a calibration ring, which is located on the part of the patient's body. Tightened and fixed, the calibration ring shows the first degree of transparency to X-rays, The coding device also has a coding arrangement, which is integrated into the calibration ring The coding arrangement has multiple coding units, and the coding units are transparent Exhibit a second degree of transparency, the second degree of transparency being the first degree of transparency Unlike coding units, coding units are arranged in a predetermined manner, i.e. Image of the calibration ring with the position and the essence formed by the imaging device The two-dimensional projected image is required to determine the orientation and distance uniquely. Pattern of contrast intensity that can contribute to at least part of the coding arrangement Are arranged in a predetermined form so as to indicate   The co-pending application further discloses a calibration device, which comprises a three-dimensional object. Between the two-dimensional projected image Used in conjunction with X-ray imaging to establish Has a calibration ring, which is part of the anatomy of the subject for X-ray examination The ring consists of a carrier part attached to the subject and a calibration ring carrier. A coding arrangement embedded in the rear part, the coding arrangement comprising a plurality of cores. The code word form is different from the degree of transparency of the carrier part. The code word form is along the peripheral path along the ring. Are placed in a sequence in a given direction, separated by spaces. That is, such words must be read in this given direction, and every word More words do not appear, and none of the words are useful if read in the opposite direction to this given direction. Does not form a valid word.   The co-pending application also discloses a calibration device, which comprises a three-dimensional object and its Used in conjunction with X-ray imaging to establish correspondence between two-dimensional projection images The calibration device has a calibration ring, which is the anatomical part of the X-ray subject. The calibration ring, which corresponds to the part, A coding arrangement embedded in the carrier portion of the tag. It has a plurality of code word forms, and the code word form is composed of an image of a carrier portion and contrast. Formed from the substance that forms the calibration image in the calibration image. Part or whole smaller It is possible to establish uniquely from the part.   It can be seen that the algorithm of the present invention allows the patient to be Dynamic school of X-ray system by introducing surrounding signs That is what must be possible. One object of the present invention is to provide the most efficient Intelligence on such labels to obtain the most reliable calibration procedure in To achieve the event design.   In one aspect of the invention, the calibration frame is referred to herein as a calibration ring. Having one set of bearing balls disposed on the surface of the cylinder to be formed. Proofreading The structure of the ring is simulated. View from different directions of the calibration ring And especially the calibration ring image in a typical X-ray imaging system, This is shown using the simulation procedure in e.   In one aspect of the invention, an x-ray geometry calibration system comprises at least a patient body. Also has a calibration frame attached to a part of the body, has an X-ray source, and is in front of the patient's body. Forming an image of the portion and at least a corresponding or related portion of the calibration frame A predetermined orientation from said part of the patient's body to cooperate with the x-ray source to And a target located at a distance and the calibration frame is a calibration frame. Uniquely, the correspondence between the image of the corresponding portion or the related portion and the calibration frame is determined. Coding means to determine orientation and distance It can be uniquely obtained from the image of the corresponding part of the normal frame.   In another aspect of the invention, the portion of the patient's body and the corresponding portion of the calibration frame Are contained in a substantially flat plane.   In yet another aspect of the invention, the coded arrangement is adapted for X-rays of the coded arrangement. And a second part relatively opaque to X-rays It has at least a part of a calibration frame indicating minutes.   In yet another aspect of the invention, the coding arrangement comprises the coding of the first part. With the arrangement.   In yet another aspect of the invention, the coding arrangement comprises the coding of the second part. With the arrangement.   In yet another aspect of the invention, the coding arrangement comprises a first part and a second part. Has the coded arrangement of   In yet another aspect of the invention, the first portion of the calibration frame comprises metal spheres. You.   In yet another aspect of the invention, the second part of the calibration frame is the calibration frame. Consisting of a hole in the system.   In yet another aspect of the invention, the calibration frame exhibits a three-dimensional shape.   In yet another aspect of the invention, the calibration frame comprises an image in a substantially flat plane. From any of the three-dimensional shapes Finds which part is proximal to the image and which part is distal to the image Exhibit properties that are possible.   In yet another aspect of the invention, the calibration frame exhibits a three-dimensional shape.   In yet another aspect of the invention, the calibration frame has a flat ribbon-like structure .   In yet another aspect of the invention, the flat ribbon-like structure is formed into an endless loop. Has been established.   In yet another aspect of the invention, the pair of patient body and calibration frame The image with the corresponding part is included in the two-dimensional plane.   In yet another aspect of the invention, the calibration frame can clamp the patient's head. Configuration.   In yet another aspect of the present invention, an X-ray geometry calibration system includes a patient body. Comprising a calibration frame corresponding to the part, comprising an X-ray source, and said part of the patient's body. An apparatus for forming an X-ray image with a corresponding part of the calibration frame is provided. In order to uniquely determine the correspondence from the image of the corresponding part of the normal frame, a pair of calibration frames A coding arrangement for determining the correspondence between the corresponding part and the calibration frame.   In yet another aspect of the invention, a calibration file corresponding to at least a portion of a patient's body. Determining the correspondence between the X-ray image of the frame and the position of the calibration frame with respect to the X-ray device A method comprising: (a) encoding at least a portion of a patient's body with a coded three-dimensional Positioning a calibration frame; and (b) a calibration frame with said portion of the patient's body. A given orientation from the X-ray source to at least a portion of the frame. Exposure at a given distance and projection of said part of the patient and said part of the calibration frame Forming an image; and (c) univocally determining an orientation and a distance. Image of said part of the calibration frame and the three-dimensional calibration frame Is uniquely obtained from the observation of the image.   In yet another aspect of the invention, a calibration file corresponding to at least a portion of a patient's body. Determining the correspondence between the X-ray image of the frame and the position of the calibration frame with respect to the X-ray device A method comprising: (a) encoding at least a portion of a patient's body with a coded three-dimensional Positioning the calibration frame, the calibration frame internalizing the placement of the globules (B) X-rays of said part of the patient's body and at least a part of the calibration frame The source allows exposure at a given orientation and a given distance from the X-ray source, Forming a projected image of the part of the person and the part of the calibration frame. (C) the correspondence between said part of the calibration frame and the three-dimensional calibration frame is represented by an image (D) orientation and distance Compute And steps.   The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.   FIG. 1 shows a configuration used in connection with the present invention, showing an X-ray source S and an image intensity. Schematic diagram showing the relative positions of the fire I and the calibration frame F with respect to the patient's head FIG. 2 shows perspective views (a) and (d), a plan view (b) viewed from above, and the application of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the calibration ring of the present invention with a typical view (c), and FIG. Balls or bearing balls (BBs) applicable to one embodiment of the present invention 4) is a schematic diagram showing, in perspective projection, the change in dimensions and the change in spacing between them, FIG. The center of the projection is located outside of the cylinder and between the two bases of the cylinder and built into them Word changes the sign or polarity of the surface normal component in the viewing direction. And FIG. 5 is a schematic view showing a cylinder applicable to the present invention. The blank space depends on the sign of the surface normal component in the viewing direction. Indicates whether it is a 5-digit code 54321 or 12345 (a). Whether this device is excluded to unify the detection of blank spaces FIG. 6B is a schematic diagram showing a configuration applicable to one embodiment of the present invention, and FIG. The table is organized so that the total number of BBs in the next word changes as little as possible. FIG. 7 is a table showing sequential words for one embodiment of the present invention, Indicates that the center of the coordinate system is a cylindrical support At the center of the chart, each point is defined by its three coordinates θ, ρ, and z FIG. 8 is a schematic diagram showing a cylindrical coordinate system applied to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6A and FIG. 6B show the parameters of the calibration ring of one embodiment of the present invention. FIG. 9 is a general view (a) of FIG. (B), which is a typical image, shows a typical X-ray imaging system of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram showing a simulation result for an X-ray image of a middle calibration ring.   A calibration system and apparatus according to the present invention will be described using one illustrated embodiment. In the present embodiment, one set of markers placed around the patient's head, It has a “calibration frame”. FIG. 1 shows the relative position of the X-ray source S, Fig. 2 shows a tensifier I, a calibration frame F and a patient's head. Reference coordinate frame xyz is attached to the calibration frame. The three-dimensional shape of the calibration frame is It is exactly known in the target frame. Barry built into the calibration frame Ball is made of steel, which is significantly larger than human bones and tissues. Has a high absorption coefficient. This allows detection and / or segmentation in the image. Is greatly facilitated. Detection, segmentation and calibration procedures Are well known to those skilled in the art and need not be described in detail herein.   One problem in this case is that the calibration frame Find the 3D-2D correspondence between the 3D model and its image, then use the reference coordinate frame The purpose of the present invention is to reproduce the position and orientation of the X-ray source in the xyz.   This problem is called "absolute orientation recovery" in photogrammetry. Similar to what is called, and "like seeking pose" in computer vision ing. One object of the present invention is that 3D-2D correspondence is easily and uniquely required. And that is possible. The calibration ring reconstructs the relevant small area (local reconstruction). Used for Set the image acquisition settings so that the relevant area fills the entire field of view. Only a part of the calibration ring is present in the x-ray image. this thing It turns out that the design of the calibration ring is smart enough, i.e. That is, it is possible to uniquely determine a portion appearing in the image.   The calibration frame of the present invention is formed by one set of bearing balls (BBs). It has a circular ring R formed. The calibration ring is described in detail below . FIG. 2 shows a plan view and a perspective view of the calibration frame of the present invention. What's further in Therefore, it is explained whether this is a smart arrangement of the calibration BBs. The calibration procedure is as follows Having the following steps. Sphere (BBs) to X-ray image based on the variation of X-ray image intensity ) And detecting the 2D between the image and the calibration ring in this way. Steps to find 3D support and related calibration rings Computes the orientation of camera R and its location T in a coordinate system Computer calculation.   The design of the calibration ring is important in the present invention because this design Because it affects all three steps. Therefore, the design is performed next. The present invention simulated the structure of the calibration ring to explain its performance . Different views of the calibration ring and particularly typical X-ray imaging systems The calibration ring image in the system is simulated using Map software. This is indicated by the action procedure.   The point that can be understood from this is that the calibration ring can be easily adapted to 3D-2D and is unique Must be designed so that it can be sought. However In addition to seeking such a response from a single diagram, certain features, such as the patient's brain, When it is necessary to concentrate on a certain part, see the correspondence from the partial view of the calibration frame. It is desirable to attach. In the above embodiment, the calibration frame is a bearing frame. The ball has a circular ring R formed by a set of balls (BBs). A subset of BBs is vertically0Are arranged on the periphery. Such an arrangement Sequence defines code words to code different sections of the ring. Justify. The following considerations apply when designing this encoding: Used. The relative spacing between BBs varies under perspective projection. Therefore BBs Are not used to code the calibration frame.   But it is possible to use intervals to facilitate this decoding process This will be described later. The dimensions of the BBs change under perspective projection. Therefore The different dimensions of the BBs are not used to code the calibration frame. this It is possible to select two BBs in this way, one smaller and the other smaller. In contrast, a large choice is made so that they can be distinguished under typical perspective transformation. is there. The detection of small BBs in this case is not possible due to their reduced size. It can always be difficult and inaccurate. In order to solve this problem, high absorption of X-rays It is also possible to use modulus materials. But this is a bigger BBs image May lead to saturation, which makes their centroid difficult and inaccurate to detect . Accordingly, BBs of the same dimensions are used in forming the ring.   In one embodiment of the invention, one particular arrangement of BBs is used, Determines the space word (blank space) between two sequential codes You. To define blank spaces and other code words in rings: The following rules apply. In X-ray imaging, surface patches are displayed in the visual direction. Different images depending on the sign of the surface normal component To run. Thus, one word is the relative position of the ring and the imaging system. Depends on two different ways, one being the flipped version of the other ).   FIG. 4 shows one clear example of this effect. A transparent cylinder is visible. projection Is located outside the cylinder between its two bases. How words are visual When the sign of the surface normal component in the direction changes, it can be seen whether the sign is reversed. One A further rule is that a word is a codeword if its inverted form is a codeword That is what is impossible. Especially symmetric words cannot be code words. is there. In the present embodiment, the blank space is the sign of the surface normal component in the viewing direction. Is a 5-digit code 54321 or 12345 depending on the sign of FIG. And FIG. 6). The positioning code is a 3-digit word with 6 bases. word 234 (or 432) is omitted to unambiguously detect blank spaces . W is a collection of all possible codewords in observing all the above rules and precautions. It is. W = [112,445,311,435,122,255,114,321,5 24,213,452,132,542,551,223,415,124,2 53,331,235,241,145,412, 154, 511, 244, 215, 334, 422, 225, 143, 513, 134,531,152,441,233,342,521,423,314, 351]   FIG. 6 shows a diagram of W. All visible BBs in a partial view of the ring (see FIG. 9) The number should change as little as possible. This ensures uniformity in calibration results Accuracy is maintained. The code words in W are the total number of BBs in a sequential word. They are classified so that they change as little as possible. This has a small number of BBs 445 following the code 112 that has only 4BBs means. Therefore, it is preferable to use even code words. Therefore, this embodiment The spacing between successive BBs should be such that they have even codewords if necessary. To be changed. The blank space is 5 digits and has 15BBs (Fig. 5), on the other hand, the code word has an average of 8BBs in only 3 digits. I can't do it. This results in a small window containing one word and one blank space. In the dough, the number of visible BBs within the range of 23 ± 5 The ratio becomes smaller between the fluctuations.   If the blank space has smaller digits or BBs, this ratio Increase, which is desirable Absent. The design of the calibration ring experiences different changes during the test process. Therefore the book The invention incorporates a flexible design, where the radius R of the ring, the radius r of the BBs , Spacing d between code wordsTwo, And each of the horizontal / vertical BBs in the codeword Mutual spacing d1And dThreeAre all variables. Geo of one embodiment of a calibration ring In addition to the above description of the metrology, the design algorithm A description will be given using one example given.   This information can be obtained simply by changing some of the parameters. It is believed to be helpful in designing additional embodiments for the new ring. This design results in one particular arrangement of BBs. Therefore, with this design, A set of BBs locations in one particular coordinate system given to the ring is obtained You. The cylindrical coordinate system is clearly preferred as a natural choice. The center of the coordinate system is calibrated Centered on the cylindrical support of the ring. Each BB position A point is defined by its three coordinates θ, ρ, z in FIG.   Since all BBs are located on the surface of the ring, ρ = R. All parameters θ, α in the design1, ΑTwo, D1, DTwo, And dThree Is a function of the calibration ring dimensions and the BBs dimensions (R and r). This embodiment Then r = 0.6mm BB s is used and BBs are located on the surface of a cylinder with a radius R = 114.54 mm. You. The used tube is injection molded with acrylic resin and has an average outer diameter of 224.7 mm. Have. BBs on a 1.58mm thick Lexan sheet band Once positioned, the band is then wrapped around the outer periphery of the tube. this thing The point understood from this is how the parameters of the calibration ring are determined. One example at each step is given using the values obtained for this embodiment. available.   First, θ is determined as follows (FIG. 8).   θ = arcsin (r / R)   For example,   θ = Arctan (0.6 / 112.37) = 0.0053 radians   Α in FIG.1Is the center of two successive BBs at the surface of the ring in radians Determine the angle between them. When these BBs are in contact, this angle is 2 * θ equal. Spacing must be provided between BBs to facilitate detection. B The larger the Bs, the greater the spacing. Therefore, the interval is reset between BBs. Around the ring1* Specified to have an angular distance of θ Is done. In the first embodiment, λ1= 3.   Therefore,   α1= 2θ + λ1θ   For example,   α1= 0.026 radians   Thus, between the centers of two successive BBs in one codeword in millimeters The length of the arc is d1= Α1R.   For example,   d1= 2.98 mm   Similarly, it is possible to determine the distance between two successive code words. This distance Is also preferably a function of the dimensions of the BB, but λTwo* Θ is the code It is made larger than the interval between successive BBs.   In the first embodiment, λTwo= 5.5. In the last BB of one codeword The angle from the center to the center of the first BB of the next code and the arc length (see FIG. 8) In radians and millimeters respectively:   αTwo= 2θ + λTwoθ   For example,   αTwo= 0.0397 radians   dTwo= ΑTwoR   For example,   dTwo= 4.46mm   The ring has a series of sequential pairs of blank spaces and code words. blank The space and codeword are M digits and N digits, respectively, and the first In the embodiment, if M = 5 and N = 3, the respective order around the calibration ring The angle occupied by the next pair is given by:   s = (N + M-2) α1+ 2αTwo   For example,   s = 0.238 radians   Therefore the maximum number of (blank + code) words that can be placed around the ring Is expressed as follows.   k = trunc (2π / s)   For example,   k = 26   Then αTwoMust be adjusted to ensure regular spacing between words No. If k (blank + code) is used as defined above, That there is an extra space of 2π-ks between the subsequent code and the first space. Please be careful. In this example, this interval is 2π−26 * 0.238 = 6.283− 6.188 = 0.095 radians. So this extra space around the ring The sources are equally distributed in all spaces between successive codewords.   αTwo= ΑTwo+ (Π / ks−2)   For example,   αTwo= 0.0414 radians   Therefore dTwoIs also changed as follows.   dTwo= ΑTwoR   For example,   dTwo= 4.65mm   The last parameter to set is the vertical distance between BBs, ie d in FIG.Three It is. D when two BBs touch each otherThree= 2r. This distance BB radius dThree= 2 * π + λThree* It must be a function of r. Further λThreeIs one The vertically arranged group of BBs that define one digit of the code word of It is selected so that it can be easily separated from the widget. This is λThree1TwoArticle Means that the matter must be imposed.   In the first embodiment, λThreeIs λThree= 1 and dThree= 4.2r = 2.5mm Has been taken.   At this point, a ring can be formed. Of all points on the surface of the ring The second cylindrical coordinates are the same, ie ρ = R. Two separate parameters θ and z Defines the position of each BB on the surface of the ring. The procedure is a coordinate point (θ = 0, ρp = R, z = 0), ie, simply start at the point (0, R, 0). Then Procedure approximates all words and blank spaces around the ring I do. In fact, the procedure is based on the coding table of FIG. W [i], i = 1. . . and s are alternately selected one by one.   BBs too small or ring too large Unless otherwise, W always provides enough code words (in the first embodiment, s = 26). Last regarding whether even 30 code words are used Is confirmed, and in the case of no, λ1And λTwoIs changed, and thus l1And lTwoIs strange This places even code words around the calibration ring.   613BBs are used in the first design. The attached table is all 6 13 shows the positions of 13 BBs. Complete calibration ring and imaging geometry The simulation was formed using Maple. FIG. 9 shows a typical X-ray image. Simulate the image that can be obtained by the amazing geometry I have. In this simulation, the X-ray source and the image intensifier The distance between is 98cm and the ring is centered 78cm away from the X-ray source The image size is 17cmTwoHas been taken.   Obviously, the invention uses a suitably programmed digital computer. It can be implemented using programming techniques obvious to those skilled in the art.   The invention has been described with reference to examples. However, various modifications and changes may be made in the spirit of the present invention. Can be implemented without departing from the above. Eg different coding schemes It is self-evident that this is possible as a variant of the coding scheme described here. is there. In addition, inversion, which interchanges opaque and transmissive parts, can cause any manifestation of the operation. Obviously, this can be done without significant changes. Such changes, etc. It is included in the scope of the invention defined by the claims.

【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1998年1月16日(1998.1.16) 【補正内容】 明細書 X線ジオメトリの校正 本発明は、X線イメージング構成の中のジオメトリの校正に関し、特に、3次 元(3D)対象物と2次元(2D)画像との間の相関関係を確立する方法及び手 段に関する。 X線血管造影図から血管系を再構成することに対する関心が高まっており、こ れは多数の用途を有する。種々の方法が提案され、いくつかのこのような方法は 、コントラストボーラスがディジタルサブトラクションアンギオグラフ(DSA )シーケンスにわたり徐々に展開してく際のコントラストボーラスのダイナミッ クスを考慮することを試みている。これらの方法はイメージングシステムすなわ ちX線源及びイメージインテンシファイアーシステムが、以下患者と称する被検 体を中心に回転し良好に校正されることを前提としている。従ってこれらの方法 は、血管系の再構成のためにイメージングシステムのジオメトリを使用する。 しかし実際の上で多数のX線システムは良好に校正されておらず、校正におけ る誤差が再構成プロセス全体を通して伝播し、結果の精度を低下させる。 米国特許第5442674号明細書(及び対応するフランス特許第27009 09号明細書)から公知の 校正装置は複数の金属ビードを有し、金属ビードはプレキシガラス製円筒の壁の 中に螺旋状に配置され、この螺旋は中央ビードの上方及び下方で完全な一回転に わたって延在しており、中央ビードは、すべて同一の寸法であるその他のビード より大きい。 この配置においては、中央ビードの投影がX線画像の中に含まれている限り、 画像の中のその他のビードは絶対的な形態で番号をつけることが可能であり、ビ ードの3Dの中の既知の相対的位置と2D−X線画像との間の対応を求めること が可能である。 金属ビードを使用する別の公知のアライメント装置は国際公開パンフレット第 9513018号明細書に開示されている。この設計においてはいずれのボール も、異なる寸法又は異なるX線吸収率又は異なる形状のボールに製作することに よりX線画像の中で個別に検出することが可能である。これが有する1つの利点 は、校正装置の少なくとも1つのボールが画像の中にある限りは、ボールの3D の中の既知の相対的位置と2D−X線画像との間の対応を求めることが可能であ ることにある。 しかし後に詳細な説明の中で説明するように実際には比較的小さいボールは検 出困難であり、高いX線吸収率の比較的大きいボールは画像の中の飽和して表示 され、これによりそれらの重心の検出が困難かつ不正確になる。更にボールの画 像の寸法は投影に依存し、 これは、有効度を画像解釈においてボール寸法に置く場合には潜在的な問題源と なる。 本発明の第1の態様では、 X線により被曝される被検体に校正フレームを取付ける取付け手段と、校正フ レームの周りに分散配置されている複数のX線コントラストフィーチャとを有す るX線システム校正用校正フレームにおいて、 それぞれのX線コントラストフィーチャが、コード化されたパターンで、フレ ームに対する画像のオリエンテーションとフレームから画像までの距離とを、フ ィーチャのうちの少なくとも1つのフイーチャの投影を含む2D−X線画像の中 の少なくとも1つのこのようなコード化されたパターンを識別することにより一 義的に求めることができるように配置されている複数のX線コントラスト素子を 有することを特徴とするX線システム校正用校正フレームが提供される。 このようにして、X線システムのダイナミック校正を、コード化されたX線コ ントラストフィーチャの形の標識を当該領域内の患者の周りに配置することによ り達成できることが分かる。 本発明の1つの有利な実施の形態では、校正フレームが円筒形又はリング状で あり、X線コントラスト素子としてベアリングボールの1つの集合を有し、ベア リングボールは円筒の表面に配置されている。校正リングの構造はシミュレーシ ョンされている。校正リン グの異なる方向から見た図と、特に典型的なX線イメージングシステムの中の校 正リング画像とを、”Maple”におけるシミュレーションプロシージャを使 用して、後述する。 本発明の第2の態様では、 X線源と、 本発明の第1の態様に記載の校正フレームと、 X線源からのX線により被曝する校正フレームの少なくとも一部のx線X像を X線イメージング装置に形成するために配置されているX線イメージング装置と を具備することを特徴とするX線校正システムが提供されている。 本発明の第3の態様では、 画像がX線校正フレームの少なくとも一部の投影を含む3D被検体の2D−X 線画像処理方法であって、前記方法が、画像強度の変化を基礎にして画像の中の コントラスト素子の位置を検出することを含む方法において、 コントラスト素子の検出された位置から校正フレームの少なくとも1つのコー ド化されたコントラストフィーチャを、校正フレームの記憶されている3Dモデ ルから識別し、 少なくとも1つの識別されたコントラストフィーチャから画像と校正フレーム との間の2D−3D対応を求め、 求められた2D−3D対応から校正フレームの座標系の中の画像の位置及びオ リエンテーションをコンピュータ計算することを特徴とする2D−X線画像処理 方法が提供されている。 本発明の第4の態様では、 画像がX線校正フレームの少なくとも一部の投影を含む3D被検体の2D−X 線画像処理用画像処理システムであって、前記システムが、画像強度の変化を基 礎にして画像の中のコントラスト素子の位置を検出する検出手段を具備するシス テムにおいて、 コントラスト素子の検出された位置から校正フレームの少なくとも1つのコー ド化されたコントラストフィーチャを、校正フレームの3Dモデルから識別する 識別手段を具備し、3Dモデルは、複数のX線コントラストフィーチャのそれぞ れのX線コントラストフィーチャのX線コントラスト素子に関する位置情報を含 み、 少なくとも1つの識別されたコントラストフィーチャから画像と校正フレーム との間の2D−3D対応を求める手段を具備し、 求められた2D−3D対応から校正フレームの座標系の中の画像の位置及びオ リエンテーションをコンピュータ計算する手段を具備することを特徴とする画像 処理システムが提供される。 本発明の第5の態様では、 X線により被曝される被検体に対して本発明の第1の態様に記載の校正フレー ムを位置決めし、 X線イメージング装置に被検体の投影された2D−X線画像を形成するために X線により被検体及び校正フレームを被曝させ、 本発明の第3の態様に記載の方法により画像を処理することを特徴とするX線 イメージング方法が提供される。 本発明の理解を容易にするために、次に、添付図面を参照して例を用いて説明 する。 図1は、X線源SとイメージインテンシファイアーIと校正フレームFとの患 者の頭部に対する相対的位置を示す概略図である。 図2は、斜視図(a)及び(d)と上方から見た平面図(b)と適用された典 型的な看取図(c)とにより本発明の校正リングを示す概略図である。 図3は、小球すなわちベアリングボール(BB′s)の寸法の変化及びそれら の間の間隔の変化とを透視投影で示す概略図である。 図4は、円筒を示す概略図であり、投影の中心が円筒の外部で円筒の2つのベ ース間に位置し、それらの中に組込まれている語が、目視方向における表面法線 成分の正負の符号または極性が変化すると反転されることを示す。 図5は、いかにしてブランクスペースが、目視方向 における表面法線成分の正負の符号に依存して5ディジットのコード54321 又は12345であるかを示し(a)、いかにしてこの装置が、ブランクスペー スの検出を一義化する(すなわち多義的でないようにする)ために除外されるか を示す(b)概略図である。 図6は、順次の語の中のBB′sの全数ができる限り僅かしか変化しないよう に、テーブル素子が配列されている本発明の1つの実施の形態のための順次の語 を示すテーブルである。 図7は、座標系の中心が円筒サポートの中心にありそれぞれの点がその3つの 座標θ,ρ,及びzにより定められる円柱座標系を示す概略図である。 図8は、平面図(a)及び側而図(b)において校正リングのパラメータを示 す概略図である。 図9は、全体図(a)と局所的再構成におけるより典型的な画像である部分図 (b)とにおいて典型的なX線イメージングシステムの中の校正リングのX線画 像のためのシミュレーション結果を示す概略図である。 校正システム及び装置を1つの図示の実施の形態を用いて説明する。本実施の 形態は、患者の頭部の回りに配置されている1つの標識の集合を有する、すなわ ち”校正フレーム”である。図1はX線源Sの相対的位置を示し、イメージイン テンシファイアーI、校正 フレームF及び患者の頭部を示す。基準座標フレームxyzは校正フレームに取 付けられている。校正フレームの3次元形状はこの座標フレームの中で正確に既 知である。校正フレームの中に内蔵されているベアリングボールはスチールから 成り、このスチールは人間の骨及び組織に比して大幅に高い吸収係数を有する。 これにより画像の中での検出及び/又はセグメンテーションが大幅に容易になる 。検出、セグメンテーション及び校正のプロシージャは当業者には周知であり、 本明細書において詳細に説明しない。 この場合に1つの問題はまず初めに校正フレームの3Dモデルとその画像との 間の3D−2D対応を見つけ、次いで基準座標フレームxyzの中にX線源の位 置及びオリエンテーションを再現することにある。 この問題は写真測量における”絶対オリエンテーションのリカバリー”と称さ れるものに類似し、コンピュータビジョンにおける”ポーズを求める”に類似し ている。理想的には、3D−2D対応が容易かつ一義的に求められるべきである 。校正リングは当該の小さい領域の再構成(局所再構成)のために使用される。 画像収集設定は当該の領域が全視野を満たすように実現される、すなわち校正リ ングの一部のみがX線画像の中に存在する。校正リングの設計は、画像の中に現 れる部分を一義的に求めることが可能であるようにすべきである。 校正フレームは、ベアリングボール(BB′s)の1つの集合により形成され ている円形リングRを有する。校正リングを以下において詳細に説明する。図2 は校正フレームの平面図及び斜視図を示す。更に以下において何故これが校正B B′sの適切な配置であるかが説明される。 校正プロシージャは次のステップを有する、すなわち、 X線画像強度の変動を基礎にしてX線画像への球(BB′s)の投影を検出す るステップと、 画像と校正リングとの間の2D−3D対応を見つけるステップと、 校正リングと関連する座標システムの中でカメラRのオリエンテーションとそ の場所Tとをコンピュータ計算するステップとである。 校正リングの設計は重要である、何故ならばこの設計は上記の校正プロシージ ャの3つすべてのステップに影響するからである。従って、設計は次に行われる 。本発明は、性能を説明するために校正リングの構造のシミュレーションを行っ た。校正リングの異なる方向から見た図と、特に典型的なX線イメージングシス テムの中の校正リング画像とが、”Maple”ソフトウェアを使用してシミュ レーションプロシージャにより示されている。 校正リングは、3D−2D対応を容易にできかつ一 義的に求めることが可能であるように設計されなければならない。ただ1つの図 からこのような対応を求めることに加えて、例えば患者の脳等のある特定の部分 に集中することが必要である場合に校正フレームの部分図から対応を見つけるこ とが望ましい。前述の実施の形態においては校正フレームは、ベアリングボール (BB′s)の1つの集合により形成されている円形リングRを有する。BB′ sの部分集合は垂直に複数の線状にリングR0の周縁に配置されている。このよ うな線配列のシーケンスは、リングの異なるセクションをコード化するためにコ ード語を定義する。このコード化を設計する際に以下の考慮が適用される。BB ′sの間の相対的間隔は、透視投影の下に変化する。従ってBB′sの間の間隔 は、校正フレームをコード化するために使用されない。 しかしそれにもかかわらず、このデコード化プロセスを容易にするための間隔 を使用することも可能であり、これを後で説明する。BB′sの寸法は透視投影 の下に変化する。従ってBB′sの異なる寸法は、校正フレームをコード化する ために使用されない。このようにして2つのBB′sを選択することが可能であ り、1つは小さく、他方は相対的に大きく選択し、これにより、典型的な透視変 換の下でそれらは識別可能である。この場合に小さいBB′sの検出は、それら の減少された寸法に起因して非常に困難かつ不正確に なることがある。この問題を解決するためにX線の高吸収係数の材料を使用する ことも可能である。しかしこれにより大きいBB′sの画像飽和を招くこともあ り、これによりそれらの重心の検出が困難かつ不正確になる。従って同一の寸法 のBB′sがリングの形成の際に使用される。 本発明の1つの実施の形態ではBB′sの1つの特別の配置が使用され、この 配置により2つの順次のコードの間のスペース語(ブランクスペース)が定めら れる。リングにおけるブランクスペース及びその他のコード語を定めるために以 下の規則が適用される。X線イメージングにおいて表面パッチは、目視方向での 表面法線成分の正負の符号に依存して異なってイメージングする。従って1つの 語は、リング及びイメージングシステムの相対的位置に依存して2つの異なる方 法で投影され、一方は他方の反転形(flipped version)である。 図4はこの効果の1つの明瞭な例を示す。透明な円筒が目視されている。投影 の中心はその2つのベースの間の円筒の外部に位置する。いかにして語が、目視 方向での表面法線成分の正負の符号が変化すると反転されるかが分かる。1つの 更なる規則は1つの語が、その反転形がコード語である場合にはコード語である ことは不可能であることにある。特に対称的語はコード語であることは不可能で ある。本実施の形態ではブ ランクスペースは、目視方向での表面法線成分の正負の符号に依存して5ディジ ットコード54321又は12345である(図5及び図6参照)。位置決めコ ードはベース数6において3ディジット語である。語234(又は432)はブ ランクスペースの検出を一義化するために除外される。Wは、前述のすべての規 則及び注意を守る場合のすべての可能なコード語の集合である。 W=[112,445,311,435,122,255,114,321,5 24,213,452,132,542,551,223,415,124,2 53,331,235,241,145,412,154,511,244,2 15,334,422,225,143,513,134,531,152,4 41,233,342,521,423,314,351] 図6はWの図を示す。リングの部分図(図9参照)における可視のBB′sの 全数はできるだけ僅かしか変化してはならない。これにより校正結果における均 一な精度が維持される。Wの中でのコード語は、2つの順次の語の中のBB′s の全数すなわち和ができるだけ僅かしか変化しないように分類される。これは、 小さい数のBB′sを有するコード例えば僅か4BB ′sを有するコード112に、大きい数のBB′sを有するコードすなわち44 5が後続することを意味する。従って偶数のコード語を使用すると好適である。 従って本実施の形態では順次のBB′sの間の間隔は必要な場合には偶数のコー ド語を有するようにするために変更される。ブランクスペースは5ディジットで 15BB′sを有し(図5)、これに対してコード語は僅か3ディジットで平均 で8BB′sを有するにすぎない。これにより、1つの語及び1つのブランクス ペースを含む小さいウィンドウの中では、可視のBB′sの平均数字23(23 =15+8)±5(4〜13)の範囲内での可視のBB′sの数の変動の間で比 は小さくなる。 ブランクスペースがより小さいディジット又はBB′sを有する場合にはこの 比は増加し、これは望ましくない。校正リングの設計は試験プロセスの間に異な る変化を経験する。従って本設計は融通性を有する、すなわち、リングの半径R 、BB′sの半径r、コード語の間の間隔d2、及びコード語の中の水平/垂直 BB′sのそれぞれの相互間隔d1及びd3はすべて変数である。校正リングの1 つの実施の形態のジオメトリの前述の説明に加えて以下において設計アルゴリズ ムを、異なる測定値を与える1つの例を用いて説明する。 この情報は、単にパラメータのうちのいくつかを変 化することにより、所要の新リングのための付加的な実施の形態を設計する際に 役立つと考えられている。この設計によりBB′sの1つの特定の配置が得られ る。従ってこの設計により、リングに付与される1つの特定の座標系の中のBB 位置の1つの集合が得られる。円柱座標系は、明瞭に自然な選択として優先され る。座標系の中心は、校正リングの円筒サポートの中心に配置される。1つのB Bの位置であるそれぞれの点は、図7のその3つの座標θ,ρ,zにより定めら れる。 すべてのBB′sはリングの表面に配置されているのですべての点に対してρ =Rである。設計におけるすべてのパラメータθ,α1,α2,d1,d2,及びd3 は、校正リングの寸法RとBB′sの寸法rとの関数である。本実施の形態で はr=0.6mmのBB′sが使用され、BB′sは半径R=114.54mm の円筒の表面に配置されている。使用チューブはアクリル樹脂で注入成型され、 224.7mmの平均外径を有する。BB′sは1.58mmの厚さのレキサン (Lexan)シートのバンド上に配置され、次いでこのバンドは巻かれてチューブ を形成し、その際にBB′sはチューブの外側周縁上に位置する。このことから 分かる点は、いかにして校正リングのパラメータが定められるかであり、それぞ れのステップで1つの例が、本実施の形態のために得られた値を使用して与えら れる。 まず初めにθが次のように定められる(図8)。 θ=arcsin(r/R) 例えば、 θ=Arctan(0.6/112.37)=0.0053ラジアン 図8のa1は、ラジアンでリングの表面における2つの順次のBB′sの中心 の間の角度を定める。これらのBB′sが接触している場合にはこの角度は2* θに等しい。検出を容易にするためにBB′sの間に間隔を設けなければならな い。BB′sが大きい程間隔が大きくなければならない。従って間隔は、BB′ sの間でリングの周りのλ1*θの角距離を持たせるために規定される。第1の 実施の形態ではλ1=3である。 従って、 α1=2θ+λ1θ 例えば、 α1=0.026ラジアン 従ってミリメータでの1つのコード語の中の2つの順次のBB′sの中心の間 の円弧の長さはd1=α1Rである。 例えば、 d1=2.98mm 同様に2つの順次のコード語の間の距離を定めることが可能である。この距離 もBB′sの寸法の関数にすることが望ましいが、しかしλ2*θは、コードの 中の順次のBB′sの間の間隔より大きくする。 第1の実施の形態ではλ2=5.5である。1つのコード語の最後のBBの中 心から次のコードの第1のBBの中心までの角度及び円弧長(図8参照)はそれ ぞれラジアン及びミリメータで次のようである。 α2=2θ+λ2θ 例えば、 α2=0.0397ラジアン d2=α2R 例えば、 d2=4.46mm リングはブランクスペースとコード語との一連の順次の対を有する。ブランク スペース及びコード語はそれぞれMディジット及びNディジットであり、第1の 実施の形態ではM=5及びN=3である場合、校正リングの周りのそれぞれの順 次の対が占める角度は次式で表される。 s=(N+M−2)α1+2α2 例えば、 s=0.238ラジアン 従ってリングの周りに配置することの出来る(ブランク+コード)語の最大数 は次のように表される。 k=trunc(2π/s) 例えば、 k=26 次にα2は、語と語との間の規則的な間隔を保証するために調整されなければ ならない。k(ブランク+コード)が前述の定義のように使用される場合には最 後のコードと第1のスペースとの間に2π−ksの余分のスペースが存在するこ とに注意されたい。本例ではこの間隔は2π−26*0.238=6.283− 6.188=0.095ラジアンである。従ってリングの周りのこの余分のスペ ースは、順次のコード語の間のすべてのスペースに等しく分散配置されている。 α2=α2+(π/k−s/2) 例えば、 α2=0.0414ラジアン 従ってd2も次のように変更される。 d2=α2R 例えば、 d2=4.65mm セットすべき最後のパラメータはBB′sの間の垂直距離、すなわち図8のd3 である。2つのBB′sが互いに接触する場合にはd3=2rである。この距離 もBBの半径d3=2*π+λ3*rの関数でなければならない。更にλ3は、1 つのコード語の1ディジットを定める垂直に配置された群のBB′sを隣接の 別のディジットから容易に分離できるように選択される。これはλ3<λ1<λ2 との条件が課せられなければならないことを意味する。 第1の実施の形態ではλ3はλ3=1にとられ、d3=4.2r=2.5mmに とられている。 この時点でリングを形成することが可能となる。リングの表面のすべての点の 第2の円柱座標は同一である、すなわちρ=R。2つの別のパラメータθ及びz はリングの表面のそれぞれのBBの位置を定める。プロシージャは座標の点(θ =0,ρp=R,z=0)すなわち単に(0,R,0)の点で開始する。次いで プロシージャはリングの周りにすべての語及びブランクスペースを近似的に配置 する。実際にプロシージャは図6のコード化テーブルからブランクスペースと語 W[i],i=1...sとを交互に一つづつ選択する。 BB′sが過剰に小さいか又はリングが過剰に大きくない限りはWは常に充分 なコード語を提供する(第1の実施の形態においてs=26より多い)。偶数の 30のコード語が使用されているかどうかに関する最後の確認が行われ、ノーの 場合にはλ1及びλ2が変更され、従ってl1及びl2が変更され、これにより校正 リングの周りに偶数のコード語が配置される。 613BB′sが第1の設計において使用される。添付のテーブルはすべての 613のBB′sの位置を 示す。校正リング及びイメージングジオメトリの完全なシミュレーションは、M apleを使用して形成された。図9は、典型的なX線イメージングジオメトリ により得ることが可能である画像をシミュレーションしている。このシミュレー ションにおいてX線源とイメージインテンシファイアーとの間の距離は98cm であり、リングはX線源から78cm離れてセンタリングされ、画像寸法は17 cm2にとられている。 本実施形態は、適切にプログラムされたディジタルコンピュータを使用し、当 業者には自明なプログラミング技術を使用して実現可能である。 本発明を実施例を用いて説明した。しかし種々の変形及び変更を実施すること が可能である。例えば種々のコード化スキーマが、本明細書で説明したコード化 スキーマの変形として可能であることは自明である。更に、不透過部分と透過部 分とを相互交換する反転が、操作のいかなる顕著な変更もなしに実行可能である ことは自明である。 請求の範囲 1.X線により被曝される被検体に校正フレームを取付ける取付け手段と、前記 校正フレームの周りに分散配置されている複数のX線コントラストフィーチャと を有するX線システム校正用校正フレームにおいて、 それぞれのx線コントラストフィーチャが、コード化されたパターンで、前 記フレームに対する画像のオリエンテーションと前記フレームから前記画像まで の距離とを、前記フィーチャのうちの少なくとも1つのフイーチャの投影を含む 2D−X線画像の中の少なくとも1つのこのようなコード化されたパターンを識 別することにより一義的に求めることができるように配置されている複数のX線 コントラスト素子を有することを特徴とするX線システム校正用校正フレーム。 2.それぞれのコントラストフィーチャを形成するコントラスト素子のパターン が2次元で延在し、1つのコード語を表すことを特徴とする請求項1に記載の校 正フレーム。 3.後方から見たコード語パターンのうちのいずれのコード語パターンも、この コード語パターンを前方から見た場合とは異なる外観を有し、前記コード語パタ ーンのうちのいかなるその他のコード 語パターンとも異なる外観を有することを特徴とする請求項2に記載の校正フレ ーム。 4.コントラストフィーチャを校正フレームの周りにリングの形で分散配置し、 それぞれのパターンのコントラスト素子が、前記リングの周縁方向及び軸線方向 で延在して存在することを特徴とする請求項2に記載の校正フレーム。 5.校正フレームの周りに分散配置されている複数のコード語が、異なるコント ラスト素子パターンを有するコード語の第1の集合を有し、前記第1の集合の中 の前記コード語が互いに異なることを特徴とする請求項2又は3又は4に記載の 校正フレーム。 6.コード語の第1の集合の中のそれぞれの前記コード語を形成するコントラス ト素子の2次元パターンが、コントラスト素子から成る第1の固定数の互いに隣 接する線を有し、1つの前記線当りの前記コントラスト素子の数が1と第1の最 大数との間にあり、第1の集合の中のそれぞれの前記コード語は、ベース数mの nディジットの1つのシーケンスにより表され、nは前記線の前記第1の固定数 に等しく、mは1つの線当りの前記コントラスト素子の前記第1の最大数に等し いことを特徴とする請求項5に記載の校正フレーム。 7.前記第1の集合のコード語を、前記第1の集合 の中の互いに隣接する前記コード語の中のコントラスト素子の数の和ができるだ け僅かしか変化しないように校正フレームの周りに配置したことを特徴とする請 求項6に記載の校正フレーム。 8.校正フレームの周りに分散配置されている複数のコード語が、コード語の第 2の集合を有し、それぞれの前記コード語は互いに同一であり、同一のコントラ スト素子パターンを有し、前記第1の集合のいずれのコード語とも異なることを 特徴とする請求項5又は6又は7に記載の校正フレーム。 9.コード語をフレームの周りに、前記第2の集合のコード語が前記第1の集合 のコード語と交番するように配置したことを特徴とする請求項8に記載の校正フ レーム。 10.前記コード語の第2の集合の中のコード語を形成するコントラスト素子の2 次元パターンが、前記コントラスト素子から成る互いに隣接する第2の固定数の 線を有し、1つの線当りの前記コントラスト素子の数は1と第2の最大数との間 にあり、このようにして前記第2の集合のそれぞれの前記コード語をベース数m ′のn′ディジットの同一のシーケンスにより表し、n′は前記線の前記第2の 固定数に等しく、m′は1つの前記線当りの前記コントラスト素子の前記第2の 最大数に等 しいことを特徴とする請求項8又は9に記載の校正フレーム。 11.第1の集合のコード語の中のコントラスト素子の平均数を、第2の集合のそ れぞれのコード語の中のコントラスト素子の数により除算して得られる値が1/ 2以下であることを特徴とする請求項8又は9又は10に記載の校正フレーム。 12.校正フレームがバンドの形を有し、前記バンドは、エンドレスループに形成 されている平らなリボン状構造を有することを特徴とすることを特徴とする請求 項1から請求項11のうちのいずれか1つの請求項に記載の校正フレーム。 13.X線源(S)と、 請求項1から請求項12のうちのいずれか1つの請求項に記載の校正フレー ムと、 前記X線源(S)からのX線により被曝する校正フレームの少なくとも一部 のX線画像をX線イメージング装置(I)に形成するために配置されている前記 X線イメージング装置(I)とを具備することを特徴とするX線校正システム。 14.画像がX線校正フレームの少なくとも一部の投影を含む3D被検体の2D− X線画像処理方法であって、 前記方法が、画像強度の変化を基礎にして画像の中のコントラスト素子の位 置を検出することを 含む方法において、 前記コントラスト素子の検出された位置から前記校正フレームの少なくとも 1つのコード化されたコントラストフィーチャを、前記校正フレームの記憶され ている3Dモデルから識別し、 少なくとも1つの識別された前記コントラストフィーチャから前記画像と前 記校正フレームとの間の2D−3D対応を求め、 求められた前記2D−3D対応から前記校正フレームの座標系の中の画像の 位置及びオリエンテーションをコンピュータ計算することを特徴とする2D−X 線画像処理方法。 15.画像がX線校正フレームの少なくとも一部の投影を含む3D被検体の2D− X線画像処理用画像処理システムであって、 前記システムが、画像強度の変化を基礎にして前記画像の中のコントラスト素 子の位置を検出する検出手段を具備するシステムにおいて、 前記コントラスト素子の検出された前記位置から前記校正フレームの少なく とも1つのコード化されたコントラストフィーチャを、前記校正フレームの3D モデルから識別する識別手段を具備し、前記3Dモデルは、複数の前記X線コン トラストフィーチャのそれぞれの前記X線コントラストフィーチャの前記X線コ ントラスト素子に関する 位置情報を含み、 少なくとも1つの識別された前記コントラストフィーチャから前記画像と前 記校正フレームとの間の2D−3D対応を求める手段を具備し、 求められた前記2D−3D対応から前記校正フレームの座標系の中の前記画 像の位置及びオリエンテーションをコンピュータ計算する手段を具備することを 特徴とする画像処理システム。 16.X線により被曝される被検体に対して請求項1から請求項12のうちのいず れか1つの請求項に記載の校正フレームを位置決めし、 X線イメージング装置に被検体の投影された2D−X線画像を形成するため にX線により前記被検体及び前記校正フレームを被曝させ、 請求項14に記載の方法により画像を処理することを特徴とするX線イメー ジング方法。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Submission Date] January 16, 1998 (1998.1.16) [Correction contents]                           Specification                     Calibration of X-ray geometry   The present invention relates to the calibration of geometry in X-ray imaging configurations, and in particular, Method and method for establishing a correlation between an original (3D) object and a two-dimensional (2D) image About the steps.   Interest in reconstructing the vasculature from x-ray angiograms has increased, It has a number of uses. Various methods have been proposed and some such methods are , Contrast bolus is digital subtraction angiograph (DSA ) The dynamics of the contrast bolus as it evolves over the sequence Trying to take into account the costs. These methods are an imaging system The X-ray source and the image intensifier system It is assumed that it rotates around the body and is well calibrated. So these methods Uses the geometry of the imaging system for vasculature reconstruction.   However, many X-ray systems are not well calibrated in practice, Errors propagate throughout the reconstruction process, reducing the accuracy of the results.   U.S. Pat. No. 5,442,674 (and corresponding French Patent No. 2709) No. 09). The calibration device has a plurality of metal beads, and the metal beads are mounted on a plexiglass cylindrical wall. Spiraled inside, this spiral makes a complete turn above and below the central bead The other beads that extend across the center bead are all the same size Greater than.   In this arrangement, as long as the center bead projection is included in the x-ray image, Other beads in the image can be numbered in absolute form, Determining the correspondence between the known relative position in 3D of the code and the 2D-X-ray image Is possible.   Another known alignment device that uses metal beads is International Publication Pamphlet No. No. 9513018. Any ball in this design Can be made into balls of different dimensions or different X-ray absorption or different shapes It is possible to detect individually in the X-ray image. One advantage this has Is the 3D of the ball as long as at least one ball of the calibration device is in the image It is possible to determine the correspondence between the known relative position in the 2D-X-ray image and It is to be.   However, as will be explained later in the detailed description, a relatively small ball is actually detected. Difficult to emerge, relatively large balls with high X-ray absorption are displayed saturated in the image This makes their centroid difficult and inaccurate to detect. More ball drawings The size of the image depends on the projection, This is a potential source of trouble when placing effectiveness on ball dimensions in image interpretation. Become.   In a first aspect of the present invention,   Mounting means for attaching a calibration frame to a subject exposed to X-rays; A plurality of X-ray contrast features distributed around the frame X-ray system calibration frame   Each X-ray contrast feature is encoded in a coded pattern The orientation of the image to the frame and the distance from the frame to the image. In a 2D-X-ray image containing a projection of at least one of the features By identifying at least one such coded pattern of A plurality of X-ray contrast elements arranged so that they can be obtained A calibration frame for X-ray system calibration is provided.   In this way, the dynamic calibration of the X-ray system can be By placing a sign in the form of a trust feature around the patient in that area. Can be achieved.   In one advantageous embodiment of the invention, the calibration frame is cylindrical or ring-shaped. Yes, with one set of bearing balls as X-ray contrast element, bare The ring ball is located on the surface of the cylinder. The structure of the calibration ring is simulated. Has been installed. Calibration phosphorus Views from different directions of the imaging system, especially in a typical X-ray imaging system. Use the simulation procedure in “Maple” for the positive ring image. It will be described later.   In a second aspect of the present invention,   An X-ray source,   A calibration frame according to the first aspect of the invention,   X-ray X-ray image of at least a part of the calibration frame exposed by X-rays from the X-ray source An X-ray imaging device arranged to form the X-ray imaging device; An X-ray calibration system is provided, comprising:   In a third aspect of the present invention,   2D-X of a 3D subject, where the image includes a projection of at least a portion of the x-ray calibration frame A line image processing method, wherein the method comprises the steps of: In a method comprising detecting a position of a contrast element,   From the detected position of the contrast element, at least one code The converted contrast features are stored in the 3D model stored in the calibration frame. From the file,   Image and calibration frame from at least one identified contrast feature 2D-3D correspondence between   From the obtained 2D-3D correspondence, the position of the image in the coordinate system of the calibration frame and the 2D-X-ray image processing characterized by computing the orientation A method is provided.   In a fourth aspect of the present invention,   2D-X of a 3D subject, where the image includes a projection of at least a portion of the x-ray calibration frame An image processing system for line image processing, the system comprising: A system including a detecting means for detecting a position of a contrast element in an image as a foundation. In the system   From the detected position of the contrast element, at least one code Discriminating contrast features from the 3D model of the calibration frame The 3D model includes an identification unit, and the 3D model includes a plurality of X-ray contrast features. These X-ray contrast features contain positional information about the X-ray contrast element. See   Image and calibration frame from at least one identified contrast feature Means for determining a 2D-3D correspondence between   From the obtained 2D-3D correspondence, the position of the image in the coordinate system of the calibration frame and the Image characterized by comprising means for computing the orientation A processing system is provided.   In a fifth aspect of the present invention,   The calibration frame according to the first aspect of the present invention is applied to a subject exposed to X-rays. Position the   In order to form a projected 2D-X-ray image of a subject on an X-ray imaging apparatus Exposing the subject and the calibration frame by X-rays,   X-ray processing an image by the method according to the third aspect of the present invention An imaging method is provided.   To facilitate an understanding of the invention, reference will now be made, by way of example, to the accompanying drawings, in which: I do.   FIG. 1 is a view showing the relationship between the X-ray source S, the image intensifier I, and the calibration frame F. It is a schematic diagram showing a relative position to a person's head.   FIG. 2 shows perspective views (a) and (d), a plan view (b) viewed from above, and the applied reference. FIG. 4 is a schematic view showing the calibration ring of the present invention by a schematic view (c).   FIG. 3 shows the changes in the dimensions of the globules or bearing balls (BB's) and their variations. FIG. 7 is a schematic diagram showing a change in the interval between the images by perspective projection.   FIG. 4 is a schematic diagram showing a cylinder, where the projection center is outside the cylinder and the two The words that are located between and embedded in them are the surface normals in the viewing direction. Indicates that the sign is inverted when the sign or polarity of the component changes.   Figure 5 shows how the blank space looks in the viewing direction 5 digit code 54321 depending on the sign of the surface normal component at Or 12345 (a), showing how the device Excluded to unambiguously (ie, make it not ambiguous) (B) It is a schematic diagram which shows.   FIG. 6 shows that the total number of BB's in successive words varies as little as possible. A sequential word for one embodiment of the invention in which the table elements are arranged FIG.   FIG. 7 shows that the center of the coordinate system is at the center of the cylindrical support and each point is FIG. 3 is a schematic diagram showing a cylindrical coordinate system defined by coordinates θ, ρ, and z.   FIG. 8 shows the parameters of the calibration ring in the plan view (a) and the lateral view (b). FIG.   FIG. 9 shows a general view (a) and a partial view which is a more typical image in local reconstruction. (B) X-ray image of a calibration ring in a typical X-ray imaging system FIG. 4 is a schematic diagram showing a simulation result for an image.   The calibration system and device will be described using one illustrated embodiment. Of this implementation The form has a set of markers located around the patient's head, i.e., The "calibration frame". FIG. 1 shows the relative position of the X-ray source S, Tensifier I, calibration 3 shows a frame F and a patient's head. The reference coordinate frame xyz is taken as the calibration frame. It is attached. The three-dimensional shape of the calibration frame is exactly Is knowledge. Bearing balls built into the calibration frame are made of steel As a result, this steel has a significantly higher absorption coefficient compared to human bones and tissues. This greatly facilitates detection and / or segmentation in the image . Detection, segmentation and calibration procedures are well known to those skilled in the art, Not described in detail herein.   One problem in this case is that the 3D model of the calibration frame and its image Between the 3D-2D correspondences and then the location of the X-ray source in the reference coordinate frame xyz To reproduce the orientation and orientation.   This problem is called "absolute orientation recovery" in photogrammetry. Similar to what is called, and "like seeking pose" in computer vision ing. Ideally, 3D-2D support should be easily and uniquely required . The calibration ring is used for the reconstruction of this small area (local reconstruction). The image acquisition settings are implemented so that the area in question fills the entire field of view, i.e. Only a part of the image is present in the X-ray image. The calibration ring design appears in the image. It should be possible to determine the part to be determined uniquely.   The calibration frame is formed by one set of bearing balls (BB's) With a circular ring R. The calibration ring is described in detail below. FIG. Shows a plan view and a perspective view of the calibration frame. In the following, why this is calibration B It is explained whether the arrangement of B's is appropriate.   The calibration procedure has the following steps:   Detecting the projection of a sphere (BB's) onto an X-ray image based on the variation in X-ray image intensity Steps   Finding a 2D-3D correspondence between the image and the calibration ring;   The orientation of the camera R in the coordinate system associated with the calibration ring and its And computing the location T of the computer.   The design of the calibration ring is important because this design is This is because it affects all three steps. So the design is done next . The present invention simulates the structure of the calibration ring to explain its performance. Was. Different views of the calibration ring and especially typical X-ray imaging systems The calibration ring image in the system is simulated using the "Maple" software. As indicated by the translation procedure.   The calibration ring can easily handle 3D-2D It must be designed so that it can be determined uniquely. Only one figure In addition to seeking such a response from, certain parts of the patient's brain, for example When it is necessary to concentrate on Is desirable. In the above embodiment, the calibration frame is a bearing ball. It has a circular ring R formed by one set of (BB's). BB ' A subset of s is a plurality of vertical lines R0Are arranged on the periphery. This Such a sequence of line arrays is used to encode different sections of the ring. Define the Hardened language. The following considerations apply when designing this encoding. BB The relative spacing between 's varies under perspective projection. Therefore the interval between BB's Is not used to encode the calibration frame.   But nevertheless, intervals to facilitate this decoding process Can also be used, as will be described later. BB's dimensions are perspective projection Changes below. Thus different dimensions of BB's code the calibration frame Not used for In this way, it is possible to select two BB's. One is small and the other is relatively large, which results in a typical perspective change. Under commutation they are identifiable. In this case, the detection of small BB's Very difficult and inaccurate due to the reduced dimensions of May be. To solve this problem, use materials with high absorption coefficient of X-ray It is also possible. However, this may lead to larger BB's image saturation. This makes their centroid difficult and inaccurate to detect. Therefore the same dimensions BB's are used in forming the ring.   In one embodiment of the invention, one special arrangement of BB's is used, A space word (blank space) between two sequential codes is determined by the arrangement. It is. To define blank spaces and other code words in the ring: The following rules apply. In X-ray imaging, the surface patch is Different imaging is performed depending on the sign of the surface normal component. Therefore one The term is used in two different ways depending on the relative position of the ring and the imaging system. One is a flipped version of the other.   FIG. 4 shows one clear example of this effect. A transparent cylinder is visible. projection Is located outside the cylinder between its two bases. How words are visual When the sign of the surface normal component in the direction changes, it can be seen whether the sign is reversed. One A further rule is that a word is a codeword if its inverted form is a codeword That is what is impossible. Especially symmetric words cannot be code words. is there. In the present embodiment, The rank space is 5 digits depending on the sign of the surface normal component in the viewing direction. The code 54321 or 12345 (see FIGS. 5 and 6). Positioning co The code is a 3-digit word with a base number of 6. The word 234 (or 432) Excluded to unify rank space detection. W is defined by all of the aforementioned rules. The set of all possible code words when observing rules and precautions. W = [112,445,311,435,122,255,114,321,5 24,213,452,132,542,551,223,415,124,2 53,331,235,241,145,412,154,511,244,2 15,334,422,225,143,513,134,531,152,4 41, 233, 342, 521, 423, 314, 351]   FIG. 6 shows a diagram of W. The visible BB's in the partial view of the ring (see FIG. 9) The total number should change as little as possible. This allows the calibration results to be averaged. Uniform accuracy is maintained. The code word in W is BB's in two sequential words Are classified such that the total number, i.e., the sum, changes as little as possible. this is, Code with a small number of BB's, for example only 4BB 'Code with a large number of BB's, i.e., 44 5 is followed. Therefore, it is preferable to use even code words. Therefore, in this embodiment, the interval between successive BB's is set to an even number if necessary. Changed to have a C language. The blank space is 5 digits Has 15BB's (FIG. 5), whereas the code word has an average of only 3 digits Has only 8BB's. Thus, one word and one blanks Within the small window containing the pace, the average number of visible BB's 23 (23 = 15 + 8) ± 5 (4-13) The ratio between the variation of the number of visible BB's Becomes smaller.   If the blank space has smaller digits or BB's The ratio increases, which is undesirable. Calibration ring design may vary during the test process. Experience change. The design is therefore flexible, ie the radius R of the ring , BB's radius r, spacing d between codewordsTwo, And horizontal / vertical in code words The mutual spacing d of BB's1And dThreeAre all variables. Calibration ring 1 In addition to the above description of the geometry of one embodiment, the design algorithm The system is described using one example that gives different measurements.   This information simply changes some of the parameters. In designing additional embodiments for the required new ring It is thought to be useful. This design results in one particular arrangement of BB's You. Therefore, this design allows BB in one particular coordinate system to be imparted to the ring. One set of locations is obtained. Cylindrical coordinate systems are clearly preferred as natural choices You. The center of the coordinate system is located at the center of the cylindrical support of the calibration ring. One B Each point that is the position of B is defined by the three coordinates θ, ρ, and z in FIG. It is.   Since all BB's are located on the surface of the ring, for all points ρ = R. All parameters θ, α in the design1, ΑTwo, D1, DTwo, And dThree Is a function of the dimension R of the calibration ring and the dimension r of BB's. In this embodiment Uses BB's with r = 0.6 mm, and BB's has a radius R = 114.54 mm Are arranged on the surface of the cylinder. The used tube is injection molded with acrylic resin, It has an average outer diameter of 224.7 mm. BB's is 1.58 mm thick lexan (Lexan) placed on a band of sheets, then the band is rolled up and tubed Where BB's are located on the outer periphery of the tube. From this What you can see is how the parameters of the calibration ring are determined. One example in each of these steps is given using the values obtained for this embodiment. It is.   First, θ is determined as follows (FIG. 8).   θ = arcsin (r / R)   For example,   θ = Arctan (0.6 / 112.37) = 0.0053 radians   FIG. 8a1Is the center of two successive BB's at the surface of the ring in radians Determine the angle between If these BB's are in contact, this angle is 2 * equal to θ. A spacing must be provided between BB's to facilitate detection. No. The larger the BB's, the larger the spacing must be. Therefore, the interval is BB ' λ around the ring between s1* Specified to have an angular distance of θ. First In the embodiment, λ1= 3.   Therefore,   α1= 2θ + λ1θ   For example,   α1= 0.026 radians   Thus between two successive BB's centers in one codeword in millimeters Arc length d1= Α1R.   For example,   d1= 2.98 mm   Similarly, it is possible to determine the distance between two successive code words. This distance Is also preferably a function of the dimensions of BB's, butTwo* Θ is the code It is made larger than the interval between successive BB's.   In the first embodiment, λTwo= 5.5. In the last BB of one codeword The angle from the center to the center of the first BB of the next code and the arc length (see FIG. 8) In radians and millimeters respectively:   αTwo= 2θ + λTwoθ   For example,   αTwo= 0.0397 radians   dTwo= ΑTwoR   For example,   dTwo= 4.46mm   The ring has a series of sequential pairs of blank spaces and code words. blank The space and codeword are M digits and N digits, respectively, and the first In the embodiment, if M = 5 and N = 3, the respective order around the calibration ring The angle occupied by the next pair is given by:   s = (N + M-2) α1+ 2αTwo   For example,   s = 0.238 radians   Therefore the maximum number of (blank + code) words that can be placed around the ring Is expressed as follows.   k = trunc (2π / s)   For example,   k = 26   Then αTwoMust be adjusted to ensure regular spacing between words No. If k (blank + code) is used as defined above, That there is an extra space of 2π-ks between the subsequent code and the first space. Please be careful. In this example, this interval is 2π−26 * 0.238 = 6.283− 6.188 = 0.095 radians. So this extra space around the ring The sources are equally distributed in all spaces between successive codewords.   αTwo= ΑTwo+ (Π / ks−2)   For example,   αTwo= 0.0414 radians   Therefore dTwoIs also changed as follows.   dTwo= ΑTwoR   For example,   dTwo= 4.65mm   The last parameter to set is the vertical distance between BB's, ie d in FIG.Three It is. D when two BB's touch each otherThree= 2r. This distance Is also the radius d of BBThree= 2 * π + λThree* It must be a function of r. Further λThreeIs 1 BB's of vertically arranged groups that define one digit of one codeword It is chosen so that it can be easily separated from another digit. This is λThree1Two And that the condition must be imposed.   In the first embodiment, λThreeIs λThree= 1 and dThree= 4.2r = 2.5mm Has been taken.   At this point, a ring can be formed. Of all points on the surface of the ring The second cylindrical coordinates are the same, ie ρ = R. Two separate parameters θ and z Defines the position of each BB on the surface of the ring. The procedure is a coordinate point (θ = 0, ρp = R, z = 0), ie, simply start at the point (0, R, 0). Then Procedure approximates all words and blank spaces around the ring I do. In fact, the procedure is based on the coding table of FIG. W [i], i = 1. . . and s are alternately selected one by one.   W is always sufficient unless BB's is too small or the ring is not too large (In the first embodiment, more than s = 26). Even number A final check is made as to whether 30 code words have been used and a no In case λ1And λTwoIs changed, and thus l1And lTwoHas been changed, which has An even number of code words are placed around the ring.   613BB's are used in the first design. The attached table is all 613 position of BB's Show. A complete simulation of the calibration ring and imaging geometry is given by M formed using an apple. FIG. 9 shows a typical X-ray imaging geometry Simulates an image that can be obtained by This simulation The distance between the X-ray source and the image intensifier is 98 cm Where the ring is centered 78 cm away from the x-ray source and the image size is 17 cmTwoHas been taken.   This embodiment uses an appropriately programmed digital computer and This can be achieved using programming techniques that are obvious to the merchant.   The invention has been described with reference to examples. However, implementing various modifications and changes Is possible. For example, various coding schemes may be used to implement the coding schemes described herein. Obviously, it is possible as a modification of the schema. In addition, opaque and transparent parts Inversion interchangeable with minutes is feasible without any significant changes in operation It is self-evident.                     The scope of the claims 1. Mounting means for mounting a calibration frame on a subject exposed to X-rays, A plurality of X-ray contrast features distributed around a calibration frame; X-ray system calibration frame having     Each x-ray contrast feature is a coded pattern, Orientation of the image with respect to the frame and from the frame to the image And a projection of a feature of at least one of said features. Identify at least one such coded pattern in the 2D-X-ray image. A plurality of X-rays arranged so that they can be uniquely obtained by differentiating A calibration frame for calibrating an X-ray system, comprising a contrast element. 2. Patterns of contrast elements that form each contrast feature Extend in two dimensions and represent one code word. Positive frame. 3. Any code word pattern among the code word patterns seen from the rear The code word pattern has an appearance different from that when viewed from the front, and the code word pattern Any other code in the 3. The proofreading frame according to claim 2, wherein the proofreading frame has an appearance different from the word pattern. Home. 4. Contrast features are distributed in a ring around the calibration frame, The contrast elements of each pattern are arranged in the peripheral direction and the axial direction of the ring. The calibration frame according to claim 2, wherein the calibration frame extends. 5. Multiple codewords distributed around the calibration frame A first set of codewords having a last element pattern, wherein 5. The code word according to claim 2, wherein the code words are different from each other. Calibration frame. 6. Contrasts forming each said code word in a first set of code words The two-dimensional pattern of the contrast elements is adjacent to a first fixed number of Tangent lines, wherein the number of said contrast elements per line is one and the first And each of said code words in the first set is of base m represented by a sequence of n digits, where n is the first fixed number of the lines Where m is equal to the first maximum number of the contrast elements per line. The calibration frame according to claim 5, wherein: 7. Replacing the first set of code words with the first set The sum of the number of contrast elements in the codewords adjacent to each other Characterized in that it is arranged around the calibration frame so that it changes only slightly. A calibration frame according to claim 6. 8. Multiple codewords distributed around the calibration frame 2 and each of the code words is identical to each other and has the same contra Having a strike element pattern and being different from any code word of the first set. The calibration frame according to claim 5, 6 or 7, wherein 9. Code words around a frame, wherein the second set of code words is the first set 9. The calibration file according to claim 8, wherein the calibration word is arranged so as to alternate with the code word. Laem. Ten. 2 of the contrast elements forming a code word in the second set of code words A two-dimensional fixed number of adjacent ones of said contrast elements Lines, wherein the number of said contrast elements per line is between 1 and a second maximum number And thus the code words of each of the second set are represented by a base number m 'By the same sequence of n' digits, where n 'is the second of the lines Equal to a fixed number, m 'is the second of the contrast elements per line Equal to the maximum number The calibration frame according to claim 8, wherein 11. The average number of contrast elements in the first set of codewords is calculated as the second set of codewords. The value obtained by dividing by the number of contrast elements in each code word is 1 / The calibration frame according to claim 8, wherein the number is 2 or less. 12. The calibration frame has the form of a band, said band forming in an endless loop Characterized in that it has a flat ribbon-like structure The calibration frame according to any one of claims 1 to 11. 13. An X-ray source (S),     A calibration frame according to any one of claims 1 to 12. And     At least a part of a calibration frame exposed by X-rays from the X-ray source (S) The X-ray image of the above is arranged in the X-ray imaging apparatus (I) An X-ray calibration system, comprising: an X-ray imaging apparatus (I). 14. 2D- of the 3D subject, where the image includes a projection of at least a portion of the x-ray calibration frame An X-ray image processing method,     The method includes determining the position of a contrast element in an image based on changes in image intensity. To detect the location Including the method,     At least the calibration frame from the detected position of the contrast element One coded contrast feature is stored in the calibration frame From the 3D model     The image from at least one identified contrast feature A 2D-3D correspondence with the calibration frame is obtained,     From the obtained 2D-3D correspondence, the image in the coordinate system of the calibration frame 2D-X, wherein position and orientation are computed Line image processing method. 15. 2D- of the 3D subject, where the image includes a projection of at least a portion of the x-ray calibration frame An image processing system for X-ray image processing,   The system includes a contrast element in the image based on a change in image intensity. In a system including detection means for detecting the position of the child,     From the detected position of the contrast element, less of the calibration frame Both one coded contrast feature and the 3D An identification means for identifying the 3D model from the plurality of X-ray controllers; The X-ray core of each of the X-ray contrast features of the trust feature Contrast element Including location information,     The image from at least one identified contrast feature Means for determining a 2D-3D correspondence with the calibration frame,     The image in the coordinate system of the calibration frame is obtained from the obtained 2D-3D correspondence. Providing means for computing the position and orientation of the image Characteristic image processing system. 16. 13. The method according to claim 1, wherein the subject is exposed to X-rays. Positioning the calibration frame according to any one of the claims,     To form a projected 2D-X-ray image of a subject on an X-ray imaging apparatus Irradiating the subject and the calibration frame with X-rays,     An X-ray image processing an image by the method according to claim 14. Zing method.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.患者の体の少なくとも一部の近傍に取付ける校正フレームを具備し、 X線源を具備し、 患者の体の前記一部と前記校正フレームの少なくとも対応する部分との画像 を形成するために前記X線源と共働するために患者の体の前記一部から所定のオ リエンテーション及び距離に位置するターゲットを具備するX線ジオメトリ校正 システムにおいて、 前記校正フレームが、前記校正フレームの前記対応部分の前記画像と前記校 正フレームとの間の対応を一義的に求めるコード化手段を有し、これにより前記 オリエンテーション及び前記距離を、前記校正フレームの前記対応部分の前記画 像から一義的に求めることが可能であることを特徴とするX線ジオメトリ校正シ ステム。 2.患者の体の前記一部と校正フレームの前記対応部分との画像は、ほぼ平らな 平面の中に含まれることを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正シス テム。 3.コード化手段が、前記コード化手段のX線に対して比較的不透過性である第 1の部分とX線に対して比較的透過性である第2の部分とを示す校正 フレームの少なくとも一部を有することを特徴とする請求項2に記載のX線ジオ メトリ校正システム。 4.コード化手段が、前記第1の部分のコード化された配置を有することを特徴 とする請求項3に記載のX線ジオメトリ校正システム。 5.コード化手段が、第2の部分のコード化された配置を有することを特徴とす る請求項3に記載のX線ジオメトリ校正システム。 6.コード化手段が、第1の部分及び第2の部分のコード化された配置を有する ことを特徴とする請求項3に記載のX線ジオメトリ校正システム。 7.校正フレームの第1の部分は金属小球から成ることを特徴とする請求項4に 記載のX線ジオメトリ校正システム。 8.校正フレームの第2の部分は前記校正フレームの中の孔から成ることを特徴 とする請求項5に記載のX線ジオメトリ校正システム。 9.校正フレームが3次元形状を示すことを特徴とする請求項1に記載のX線ジ オメトリ校正システム。 10.校正フレームが、ほぼ平らな平面の中の画像から、3次元形状のいずれの部 分が前記画像の近位に位置しいずれの部分が前記画像から遠位に位置するかを求 めることが可能であるような特性を示 すことを特徴とする請求項9に記載のX線ジオメトリ校正システム。 11.校正フレームが3次元形状を示すことを特徴とする請求項10に記載のX線 ジオメトリ校正システム。 12.校正フレームが平らなリボン状構造を有することを特徴とする請求項1に記 載のX線ジオメトリ校正システム。 13.平らなリボン状構造がエンドレスループに形成されていることを特徴とする 請求項12に記載のX線ジオメトリ校正システム。 14.患者の体の前記部分と校正フレームの前記対応部分との画像が2次元平面の 中に含まれていることを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システ ム。 15.校正フレームが患者の頭部を締付け固定する構成を有することを特徴とする 請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システム。 16.患者の体の一部に対応する校正フレームを具備し、 X線源を具備し、 患者の体の前記一部と前記校正フレームの前記対応部分とのX線画像の形成 手段を具備するX線ジオメトリ校正システムにおいて、 前記校正フレームが、前記校正フレームの前記 対応部分の前記画像から前記対応を一義的に求めるために前記校正フレームの前 記対応部分と前記校正フレームとの間の対応を求めるコード化手段を有すること を特徴とするX線ジオメトリ校正システム。 17.校正フレームが前記校正フレームのX線に対して比較的不透過性の部分とX 線に対して比較的透過性の部分とを含むことを特徴とする請求項16に記載のX 線ジオメトリ校正システム。 18.不透過性部分が、コード化された配置を形成することを特徴とする請求項1 7に記載のX線ジオメトリ校正システム。 19.透過性部分が、コード化された配置を形成することを特徴とする請求項17 に記載のX線ジオメトリ校正システム。 20.不透過性の部分と透過性の部分とが、コード化された配置を形成することを 特徴とする請求項17に記載のX線ジオメトリ校正システム。 21.校正フレームが、X線に対して比較的透過性である材料の基板部分と、前記 基板部分の中に埋込まれX線に対して比較的不透過性である複数の対象物とを有 することを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システム。 22.基板部分の中に埋込まれている対象物が金属小球から成ることを特徴とする 請求項21に記載の X線ジオメトリ校正システム。 23.校正フレームが、X線に対して比較的不透過性である材料の基板部分と、前 記基板部分の中のX線に対して比較的透過性である複数の点とを有することを特 徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システム。 24.基板部分の中の点が孔から成ることを特徴とする請求項23に記載のX線ジ オメトリ校正システム。 25.患者の体の前記部分と校正フレームの前記対応部分との画像が、ほぼ平らな 平面の中に含まれていることを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正 システム。 26.コード化配置により、ほぼ平らな平面の中の前記画像から校正フレームの位 置及びオリエンテーションを一義的に求めることができるように画像の中のパタ ーンが形成されていることを特徴とする請求項25に記載のX線ジオメトリ校正 システム。 27.校正フレームが3次元形状を示すことを特徴とする請求項1に記載のX線ジ オメトリ校正システム。 28.校正フレームが平らなリボン状構造を有することを特徴とする請求項1に記 載のX線ジオメトリ校正システム。 29.平らなリボン状構造がエンドレスループに形成されていることを特徴とする 請求項28に記載のX線ジオメトリ校正システム。 30.患者の体の前記部分と校正フレームの前記対応部分との画像がリング形の中 にあることを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システム。 31.校正フレームが、患者の体の前記部分を締付け固定可能に構成されているこ とを特徴とする請求項1に記載のX線ジオメトリ校正システム。 32.患者の体の少なくとも一部に対応する校正フレームのX線画像と、X線装置 に対する前記校正フレームの位置との間の対応を求める方法において、 (a) 患者の体の少なくとも一部に対して、コード化された3次元校正フ レームを位置決めするステップと、 (b) 患者の体の前記一部と前記校正フレームの少なくとも一部とをX線 源により、前記X線源から所与のオリエンテーション及び所与の距離で被曝させ 、患者の前記部分と前記校正フレームの前記部分の投影画像を形成するステップ と、 (c) 前記オリエンテーション及び前記距離を一義的に求めることが出来 るように前記校正 フレームの前記部分の前記画像と前記3次元校正レームとの間の対応を画像の観 察から一義的に求めるステップを有することを特徴とする方法。 33.患者の体の少なくとも一部に対応する校正フレームのX線画像と、X線装置 に対する前記校正フレームの位置との間の対応を求める方法において、 (a) 患者の体の少なくとも一部に対して、コード化された3次元校正フ レームを位置決めするステップを有し、前記校正フレームは小球の配置を内部に 含み、 (b) 患者の体の前記部分と前記校正フレームの少なくとも一部とをX線 源により、前記X線源から所与のオリエンテーション及び所与の距離で被曝させ 、患者の前記部分と前記校正フレームの前記部分との投影画像を形成するステッ プを有し、 (c) 前記校正フレームの前記部分と前記3次元校正フレームとの間の対 応を、前記画像の観察から一義的に求めるステップを有し、 (d) 前記オリエンテーション及び前記距離をコンピュータ計算するステ ップとを有することを特徴とする方法。[Claims] 1. A calibration frame mounted near at least a portion of the patient's body,     Equipped with an X-ray source,     Image of the part of the patient's body and at least the corresponding part of the calibration frame A predetermined dose from said part of the patient's body to cooperate with said x-ray source to form X-ray geometry calibration with target located at the orientation and distance In the system,     The calibration frame is configured to store the image of the corresponding portion of the calibration frame and the calibration Coding means for uniquely determining the correspondence with the normal frame, whereby the The orientation and the distance are determined by the image of the corresponding part of the calibration frame. X-ray geometry calibration system characterized in that it can be uniquely determined from an image Stem. 2. An image of the part of the patient's body and the corresponding part of the calibration frame is substantially flat. 2. The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein the X-ray geometry calibration system is included in a plane. Tem. 3. The coding means being relatively opaque to X-rays of said coding means; Calibration showing one part and a second part that is relatively transparent to X-rays The X-ray geometries according to claim 2, comprising at least a part of a frame. Metric calibration system. 4. Encoding means having an encoded arrangement of the first part. The X-ray geometry calibration system according to claim 3, wherein 5. Encoding means having an encoded arrangement of the second part. The X-ray geometry calibration system according to claim 3. 6. Encoding means having an encoded arrangement of the first part and the second part The X-ray geometry calibration system according to claim 3, wherein: 7. 5. The method according to claim 4, wherein the first part of the calibration frame comprises metal balls. An X-ray geometry calibration system as described. 8. A second portion of the calibration frame comprises a hole in the calibration frame. The X-ray geometry calibration system according to claim 5, wherein 9. The X-ray scanner according to claim 1, wherein the calibration frame has a three-dimensional shape. Ometry calibration system. Ten. From the image in the almost flat plane, the calibration frame is To determine which part is proximal to the image and which part is distal to the image. Characteristics that can be The X-ray geometry calibration system according to claim 9, wherein: 11. The X-ray according to claim 10, wherein the calibration frame has a three-dimensional shape. Geometry calibration system. 12. 2. The method according to claim 1, wherein the calibration frame has a flat ribbon-like structure. X-ray geometry calibration system. 13. Characterized by a flat ribbon-like structure formed in an endless loop An X-ray geometry calibration system according to claim 12. 14. An image of the part of the patient's body and the corresponding part of the calibration frame is a two-dimensional plane. 2. The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein the X-ray geometry calibration system is included. M 15. The calibration frame has a structure for clamping and fixing the patient's head. The X-ray geometry calibration system according to claim 1. 16. A calibration frame corresponding to a part of the patient's body,     Equipped with an X-ray source,     Forming an X-ray image of the part of the patient's body and the corresponding part of the calibration frame An X-ray geometry calibration system comprising:     The calibration frame, the calibration frame of the Before the calibration frame to uniquely determine the correspondence from the image of the corresponding part Having coding means for obtaining a correspondence between the corresponding portion and the calibration frame. An X-ray geometry calibration system, characterized in that: 17. The calibration frame is relatively opaque to X-rays of the calibration frame and X 17. The X of claim 16 including a portion that is relatively transparent to the line. Line geometry calibration system. 18. The opaque portion forms a coded arrangement. 8. The X-ray geometry calibration system according to 7. 19. 18. The method of claim 17, wherein the permeable portion forms a coded arrangement. 2. The X-ray geometry calibration system according to 1. 20. Make sure that the opaque and permeable parts form a coded arrangement. The X-ray geometry calibration system according to claim 17, characterized in that: twenty one. A calibration frame comprising: a substrate portion of a material that is relatively transparent to X-rays; A plurality of objects embedded in the substrate portion and relatively impermeable to X-rays; The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein: twenty two. The object embedded in the substrate part is composed of metal globules Claim 21 X-ray geometry calibration system. twenty three. The calibration frame comprises a substrate portion of a material that is relatively impermeable to X-rays, Having a plurality of points relatively transparent to X-rays in the substrate portion. 2. The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein: twenty four. 24. The X-ray device of claim 23, wherein the point in the substrate portion comprises a hole. Ometry calibration system. twenty five. An image of the portion of the patient's body and the corresponding portion of the calibration frame is substantially flat. 2. The X-ray geometry calibration according to claim 1, wherein the X-ray geometry calibration is included in a plane. system. 26. The coding arrangement allows the position of the calibration frame from the image in a substantially flat plane. Pattern in the image so that the position and orientation can be determined uniquely. 26. The X-ray geometry calibration according to claim 25, wherein a pattern is formed. system. 27. The X-ray scanner according to claim 1, wherein the calibration frame has a three-dimensional shape. Ometry calibration system. 28. 2. The method according to claim 1, wherein the calibration frame has a flat ribbon-like structure. X-ray geometry calibration system. 29. Characterized by a flat ribbon-like structure formed in an endless loop An X-ray geometry calibration system according to claim 28. 30. An image of the part of the patient's body and the corresponding part of the calibration frame is in a ring shape. The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein: 31. The calibration frame is configured to be able to clamp and fix said part of the patient's body. The X-ray geometry calibration system according to claim 1, wherein: 32. An X-ray image of a calibration frame corresponding to at least a part of a patient's body; In a method for determining the correspondence between the position of the calibration frame with respect to     (A) a coded three-dimensional calibration file for at least a part of the patient's body; Positioning the frame;     (B) X-rays the part of the patient's body and at least a part of the calibration frame A source for exposure at a given orientation and at a given distance from said X-ray source. Forming a projected image of the portion of the patient and the portion of the calibration frame When,     (C) The orientation and the distance can be uniquely obtained. So that the calibration Viewing the correspondence between the image of the portion of the frame and the three-dimensional calibration frame in the image A method comprising the step of uniquely obtaining from insight. 33. An X-ray image of a calibration frame corresponding to at least a part of a patient's body; In a method for determining the correspondence between the position of the calibration frame with respect to     (A) a coded three-dimensional calibration file for at least a part of the patient's body; Positioning the frame, wherein the calibration frame has a globular arrangement therein. Including     (B) X-rays of said part of the patient's body and at least a part of said calibration frame A source for exposure at a given orientation and at a given distance from said X-ray source. Forming a projection image of the part of the patient and the part of the calibration frame. Have     (C) a pair between the part of the calibration frame and the three-dimensional calibration frame Response from the observation of the image,     (D) calculating the orientation and the distance by computer; And a step.
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