WO2019175143A1 - Verfahren zum korrigieren von messfehlern bei der bildgewinnung eines prüfobjekts mittels computertomographie - Google Patents

Verfahren zum korrigieren von messfehlern bei der bildgewinnung eines prüfobjekts mittels computertomographie Download PDF

Info

Publication number
WO2019175143A1
WO2019175143A1 PCT/EP2019/056111 EP2019056111W WO2019175143A1 WO 2019175143 A1 WO2019175143 A1 WO 2019175143A1 EP 2019056111 W EP2019056111 W EP 2019056111W WO 2019175143 A1 WO2019175143 A1 WO 2019175143A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
test object
measuring
actual values
landmarks
dimensions
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/056111
Other languages
English (en)
French (fr)
Original Assignee
Yxlon International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yxlon International Gmbh filed Critical Yxlon International Gmbh
Publication of WO2019175143A1 publication Critical patent/WO2019175143A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G06T11/008—Specific post-processing after tomographic reconstruction, e.g. voxelisation, metal artifact correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
    • G01B15/045—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures by measuring absorption
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2211/00—Image generation
    • G06T2211/40—Computed tomography
    • G06T2211/416—Exact reconstruction

Definitions

  • the invention relates to a method for correcting measurement errors in the image acquisition of a test object by means of computed tomography.
  • Computer tomography is an imaging procedure in radiology.
  • computer tomography uses a computer in order to be able to generate absorption values from x-ray signals passing through the body.
  • Computer-aided analysis of a plurality of x-ray images of an object taken from different directions digitally reconstructs sectional images.
  • the first devices in 1972 had only a very limited functionality compared to today's devices, computed tomography was immediately accepted because the images offer a non-overlapping representation of the body structures, in contrast to a normal x-ray image.
  • a CT-related technique is the digital volume tomography (DVT) first described in the late 1970's.
  • the main difference between the two approaches is the volume of the object captured at one time in the imaging.
  • a thin slice plane of the patient is imaged by a fan-shaped x-ray beam.
  • the spatial resolution in the z-axis direction is determined by the translational velocity of the subject through the X-ray imaging fan, coupled with the rotational velocity around the patient Patient rotating X-ray source, determined.
  • the resolution of traditional CT is typically lower than in the perpendicular xy plane (ie, the axial plane).
  • the DVT has a much simpler design. With DVT, there is no need for a high speed "slip ring" technology. It also provides one
  • volumetric replica with isotropic spatial resolution isotropic spatial resolution
  • volume tomography system requires various corrections. Due to the larger volume detected at one time, X-ray scattering plays a more important role in DVT than in conventional CT. To date, the most common method for volume reconstruction has been conventional filtered backprojection (FBP). Without exception, this method requires various simplifying approximations for the reconstruction. These approximations may affect the final picture quality. Further developed
  • Multi-sphere standards embody the required spatial lengths and were calibrated using appropriate methods. However, these have no similarity with the later used real customer component, so that the respective measurement task, for example, from a variety to be determined
  • Bidirectional lengths in dimensional metrology measurements are preferably determined at the interfaces, in particular bi-directional lengths, such as a diameter of a bore are sensitive to a faulty certain interface), does not lead to the best possible solution. Due to the calibration with the normal, however, the absolute deviation is generally lower than in the case of no calibration, since in this way, for example, aberrations due to the trajectory are partially corrected.
  • Subpixel mapping correction in the projection although as mentioned above, is a multi-cause overlay.
  • E (u) D (u) + a (L u, u), with the functional D, which describes the inequality of the images, the bilinear form (L u, u), which describes a suitable penalty term (also regularization term), and a positive regularization parameter a.
  • the bilinear form is often due to the elliptic operator
  • the images are modeled as elastic surfaces or viscous liquids on which external forces V D (u) act and thereby deform them.
  • the deformation is influenced by the internal forces L u and suitably scaled by the parameter a.
  • the steps of the feature adaptation and transformation calculation are combined here.
  • the calculated transformations are now used to transform the object image and thus to register the images.
  • the transformation can be done forwards or backwards. If it is carried forward, a new position is calculated for each pixel of the object image by means of the transformation functions.
  • this procedure has decisive disadvantages.
  • several pixels of the object image can be transformed to the same new pixel and, on the other hand, holes can be created in the transformed image. A hole occurs when there is a point (x, y) in the transformed image to which no pixel of the object image is transformed.
  • the intensity value at the position (x, y) in the transformed image is calculated as follows. First, a grid position (c ', y) in the object image is calculated based on the position (x, y) by means of the inverse transformation. Then the intensity value in the transformed image is calculated from the (xy) surrounding pixels. Often used interpolation techniques are z. B. bilinear or bicubic interpolation. In this way, an intensity value is calculated for each pixel of the transformed image.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for correcting aberrations in the image acquisition of a test object by computer tomography, which ensures cost-effective and effective meaningful measurement of a test object.
  • the invention provides a method for correcting aberrations in the image acquisition of a test object by means of computed tomography (CT) in the form of a reconstructed volume of the test object, comprising Steps:
  • the measurement according to step a) takes place by means of an optical measuring device.
  • digital images can also be created without contact by area scanning.
  • the inventive method starts with the calibration in the reconstructed three-dimensional volume. This corrects aberrations and additionally takes into account artifacts due to the reconstruction process or other optional post-processing steps.
  • Equalization of the object takes place from the actual landmarks to the desired landmarks.
  • the so-rectified test object can be any complex
  • Marks are generally permanent markers or landmarks.
  • Anatomical landmarks are a model for the present in connection with components or examination objects
  • Anatomical landmarks are manually set on the surface model of an anatomical atlas and automatically indexed by a nonlinear, surface-based registration procedure transfer the surface model of the patient.
  • the adaptation of the atlas to the patient surface (or component surface) takes place in a local environment of the landmarks.
  • the registration process includes, in addition to the Euclidean distances of the points, the surface normal and a newly introduced measure of the local curvature of triangulated surfaces.
  • steps a) to c) are advantageously carried out repeatedly, wherein for the approximation of the aberrations before the implementation of step d) the determined differences are averaged and the averaged difference in step c) is used.
  • the measurement according to step a) takes place by means of a tactile measuring device.
  • a tactile measuring device is relatively inexpensive available, is relatively easy to use and provides good results for this application.
  • the measurement according to step a) is carried out such that it results in measurement points from which the dimensions of the calibration object are derived.
  • each measuring point is preferably assigned to a position in the world coordinate system of the CT system used for carrying out the CT.
  • the world coordinate system designates the origin coordinate system to which the relative coordinate systems associated with it are referenced.
  • the world coordinate system is described by orthogonal axes and represented by a Cartesian coordinate system.
  • each measuring point can be defined as a unique landmark.
  • Tactile systems can i.d.R. only the externally accessible interfaces touch and are limited to a few due to time constraints
  • CT systems generally form a whole Volume off with both outside and inside interfaces, on which any number of touch points can be defined.
  • CT can be used to define significantly more complex measuring tasks and evaluate them in a shorter time. As described above, but there are only for the
  • the landmarks are preferred from the measuring points of a
  • Measuring task calculated automatically. For this purpose, it is necessary to use one set of landmarks each by means of the target values (target landmarks) and the measured actual values (actual landmarks) of the calibrated object
  • FIG. 1 shows a flow chart of the steps which comprise the FIG according to the invention.
  • a calibration object which has a predetermined size and shape and thus surface, ie a known shape, for example by an upstream calibration by means of a tactile coordinate measuring machine.
  • Deviations to the calibration object provided which is referred to herein as the test object.
  • the test object is scanned, preferably by means of the CT, to obtain dimensions of the test object serving as actual values from the interfaces of the reconstructed volume of the test object.
  • a step c) is performed in which the difference between the desired values and the actual values for calibration of the actual values is formed. This step is preferably carried out repeatedly.
  • a step d) is performed to calculate the difference between the target values and the actual values for calibrating the actual values.
  • step 50 the calibrated readings are obtained.
  • step c is carried out repeatedly for optimizing the method, wherein for approximating the
  • Image error before performing step c) averaged the differences determined at 40 and the averaged difference in step c) is used.
  • This process optimization results in the provision of more accurate setpoints and actual values and thus a more precise difference formation in step c) and, as a consequence thereof, in an optimized calibration in step d) at 50.

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Korrigieren von Messfehlern bei der Bildgewinnung eines Prüfobjekts mittels Computertomographie (CT) in Gestalt eines rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts, aufweisend die Schritte: a) Vermessen der Oberfläche eines Kalibrierungsobjekts vorgegebener Gestalt zur Gewinnung von als Sollwerte dienenden Abmaßen des Kalibrierungsobjekts, b) Scannen des Prüfobjekts mittels der CT zur Gewinnung von als Istwerte dienenden Abmaßen des Prüfobjekts aus den Grenzflächen des rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts, c) Berechnen der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten zur Kalibrierung der Ist-Werte, und d) Addieren der Differenz auf die Ist-Werte der Abmaße zur Gewinnung kalibrierter Ist-Werte.

Description

Verfahren zum Korrigieren von Messfehlern bei der Bildgewinnung eines Prüfob- jekts mittels Computertomographie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von Messfehlern bei der Bild- gewinnung eines Prüfobjekts mittels Computertomographie.
Bei der Computertomographie (CT) handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren in der Radiologie. Im Gegensatz zur Röntgentomographie wird bei der Computerto- mographie ein Computer benutzt, um Absorptionswerte aus durch den Körper tre- tende Röntgensignale erzeugen zu können. Durch rechnerbasierte Auswertung einer Vielzahl, aus verschiedenen Richtungen aufgenommener Röntgenaufnahmen eines Objektes werden digital Schnittbilder rekonstruiert. Obgleich die ersten Geräte im Jahre 1972 nur eine - im Vergleich zu heutigen Geräten - sehr eingeschränkte Funktionalität aufwiesen, wurde die Computertomographie sofort akzeptiert, denn die Bilder bieten im Gegensatz zu einer normalen Röntgenaufnahme eine überlage- rungsfreie Darstellung der Körperstrukturen. Außerdem konnten erstmals Gewebear- ten mit unterschiedlicher Schwächung für Röntgenstrahlung dargestellt werden, was bis dahin nur sehr eingeschränkt möglich war.
Ein zur CT verwandtes Verfahren ist die erstmalig in den späten 1970er Jahren beschriebene digitale Volumentomographie (DVT). Der Hauptunterschied zwischen den beiden Ansätzen ist das Volumen des zu einem Zeitpunkt mit der Bildgebung erfassten Objekts. Bei der traditionellen CT erfolgt die Bildgebung einer dünnen Schnittebene des Patienten durch ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel. Für das CT-Imaging eines ausgedehnten Anatomievolumens müssen mehrere
Bildgebungsvorgänge des Patienten durch das sich drehende fächerförmige
Röntgenstrahlenbündel erfolgen. Im Gegensatz dazu führt im DVT ein
Großflächendetektor die Bildgebung eines ausgedehnten Volumens des Patienten während einer einzigen Drehung durch.
Bei der traditionellen CT-Rekonstruktion wird die räumliche Auflösung in z- Achsenrichtung (die räumliche Auflösung in der Bewegungsrichtung des Patienten) durch die Translationsgeschwindigkeit des Probanden durch den bildgebenden Röntgenstrahlenfächer, gekoppelt mit der Rotationsgeschwindigkeit der sich um den Patienten drehenden Röntgenquelle, bestimmt. In dieser z-Achsenrichtung (d. h. in Sagittal- und Koronalebene) ist die Auflösung des traditionellen CT typischerweise niedriger als in der dazu senkrechten stehenden x-y-Ebene (d. h. der axialen Ebene). Verglichen mit der Komplexität dieser Bilderfassung weist die DVT eine wesentlich unkompliziertere Konstruktion auf. Bei DVT besteht keine Notwendigkeit für eine Hochgeschwindigkeits-„Schleifring“-Technologie. Es liefert genauso eine
volumetrische Nachbildung mit isotroper räumlicher Auflösung.
Die Erstellung hochwertiger, rekonstruierter 3D-Volumen eines digitalen
Volumentomografiesystems erfordert verschiedene Korrekturen. Aufgrund des zu einem Zeitpunkt erfassten größeren Volumens spielt die Röntgenstreustrahlung bei der DVT eine wichtigere Rolle als beim herkömmlichen CT. Bis dato ist die allgemein verbreitete Methode für die Volumenrekonstruktion die konventionelle gefilterte Rückprojektion (FBP). Diese Methode erfordert für die Erstellung der Rekonstruktion ausnahmslos verschiedene vereinfachende Näherungen. Diese Näherungen können die endgültige Bildqualität beeinträchtigen. Weiter entwickelte
Rekonstruktionsmethoden unter Verwendung eines anderen mathematischen
Ansatzes, allgemein als iterative Rekonstruktion bezeichnet, setzen sich langsam durch. Werden genau korrigierte DVT-Daten mit modernsten
Rekonstruktionsfähigkeiten gekoppelt, dann übertreffen die sich ergebenden Bilder mit ihrer Bildqualität die typischerweise mit den heute in Fachkreisen der
medizinischen Bildgebung weitverbreitet verwendeten CT-Erfassungsprotokollen und -rekonstruktionen erreichbare Bildqualität.
In heutigen industriellen CT-Systemen wird standardmäßig eine Kreis-CT durchgeführt. Im Sinne des Tuy-Smith-Theorems, demnach alle Ebenen durch ein Prüfobjekt die Trajektorie der Röntgenquelle in mindestens einem Punkt schneiden müssen, ist bei dieser die Trajektorie des Brennflecks nicht
vollständig, so dass aufgrund fehlender Information ein Abbildungsfehler die Folge ist. Weitere Abbildungsfehler können durch röntgenphysikalische Effekte entstehen. Diese Abbildungsfehler führen zu einer fehlerhaften Detektion der Grenzfläche, d.h. in der Regel der Grenze zwischen Luft bzw. Gas und Material bzw. Material und Material. Bei den genannten Abbildungsfehlern handelt es sich um systematische Fehler, die mittels Kalibrierung korrigiert werden können. Allerdings sind die
Abbildungsfehler aufgrund der röntgenphysikalischen Effekte nicht nur von der Trajektorie, sondern auch vom Messobjekt abhängig. D.h. je nach durchstrahltem Material und der Form des Messobjekts sind die Artefakte verschieden. Daraus folgt, dass eine Kalibrierung nur für absolut baugleiche Messobjekte gültig ist.
Bisher werden zur Kalibrierung beispielsweise Mehrkugelnormale
(Mehrkugelnormale verkörpern die benötigten räumlichen Längen und wurden mit geeigneten Verfahren kalibriert) verwendet. Diese haben allerdings mit dem später verwendetet realen Kundenbauteil keine Ähnlichkeit, so dass die jeweilige Messaufgabe, die beispielsweise aus einer Vielzahl zu bestimmender
bidirektionaler Längen besteht (in der dimensionalen Messtechnik werden Maße vorzugsweise an den Grenzflächen ermittelt, wobei insbesondere bidirektionale Längen, wie etwa ein Durchmesser einer Bohrung sensitiv bezüglich einer fehlerhaft bestimmten Grenzfläche sind), nicht zur bestmöglichen Lösung führt. Aufgrund der Kalibrierung mit dem Normal ist jedoch in der Regel die absolute Abweichung geringer als im Falle keiner Kalibrierung, da auf diese Weise beispielsweise Abbildungsfehler aufgrund der Trajektorie teilweise korrigiert werden.
Bekannt sind Kalibrierungen, die auf Grundlage von Projektionen (d.h.
vorliegend von Röntgenbildern aus verschiedenen Blickrichtungen) eine
Entzerrung der Abbildung vornehmen. Diese werden beispielsweise durch Annahme eines gebogenen Detektors oder durch eine
Subpixelabbildungskorrektur in der Projektion begründet, obwohl es sich hierbei wie oben erwähnt, um eine Überlagerung mehrerer Ursachen handelt.
Ein Ansatz für die Registrierung von Bildern, die sehr komplexe lokale Verzerrungen haben, ist die Registrierung mittels elastischer Modelle. Die Registrierung erfolgt hierbei meist iterativ durch die Minimierung eines Energiefunktionais, der Form
E ( u ) = D ( u ) + a ( L u , u ) , mit dem Funktional D, das die Ungleichheit der Bilder beschreibt, der Bilinearform ( L u , u ), die einen geeigneten Strafterm (auch Regularisierungsterm) beschreibt, und einem positiven Regularisierungsparameter a. Die Bilinearform ist häufig durch den elliptischen Operator
L u = - p A u - ( Ä + p ) V ( V u ) mit Neumann-Randbedingungen und den Elastizitätskonstanten l und m gegeben.
Die Registrierung funktioniert durch iterative Lösung der Euler-Lagrange- Gleichungen d E d u = V D ( u ) + a L u = 0.
Hierdurch werden die Bilder als elastische Flächen oder zähe Flüssigkeiten model- liert, auf denen externe Kräfte V D ( u ) wirken und sie dadurch verformen. Die Ver formung wird dabei durch die internen Kräfte L u beeinflusst und durch den Parame- ter a geeignet skaliert. Die Schritte der Merkmalsanpassung und T ransformationsbe- rechnung fallen hierbei zusammen.
Die berechneten Transformationen werden nun benutzt, um das Objektbild zu trans- formieren und somit die Bilder zu registrieren. Die Transformation kann vorwärts oder rückwärts durchgeführt werden. Wird sie vorwärts durchgeführt, so wird für jeden Bildpunkt des Objektbildes mittels der Transformationsfunktionen eine neue Position berechnet. Dieses Vorgehen hat aber entscheidende Nachteile. Einerseits können mehrere Bildpunkte des Objektbildes auf ein und denselben neuen Bildpunkt trans- formiert werden und andererseits können im transformierten Bild Löcher entstehen. Ein Loch entsteht dann, wenn es im transformierten Bild einen Punkt (x, y) gibt, auf den kein Bildpunkt des Objektbildes transformiert wird.
Wird die Transformation rückwärts ausgeführt, dann wird der Intensitätswert an der Position (x, y) im transformierten Bild wie folgt berechnet. Zuerst wird ausgehend von der Position (x, y) mittels der inversen Transformation eine Gitterposition (c', y) im Objektbild berechnet. Dann wird der Intensitätswert im transformierten Bild durch In- terpolation aus den (x y) umgebenden Bildpunkten berechnet. Oft angewandte In- terpolationstechniken sind dabei z. B. bilineare oder bikubische Interpolation. Auf diese Weise wird für jeden Bildpunkt des transformierten Bildes ein Intensitätswert berechnet.
Ralf Christoph und Wolfgang Rauh beschreiben in ihrem Artikel„Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten mit Computertomografie - Rückführung für Normale und Messobjekte“ (https://www.ndt.net/article/ctc2008/papers/181.pdf), dass die Kombi- nation der Computertomografie mit Verfahren und Komponenten der Koordinaten- messtechnik zu Systemen führt, deren Genauigkeit den Einsatz in der Fertigungs- messtechnik ermöglicht. Die Erweiterung dieser Messgeräte zu Multisensor- Koordinatenmessgeräten soll sowohl zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten als auch zur Erhöhung der erzielbaren Genauigkeit bei Messungen an realen Werk- stücken führen. Die Konzepte von Multisensor-Koordinatenmessgeräten mit CT, ihre Genauigkeit, Spezifikation sowie Aspekte der Messunsicherheit ferner werden im Einzelnen erläutert.
Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Korrigieren von Abbildungsfehlern bei der Bildgewinnung eines Prüfobjekts mittels Computertomographie, das kos- tengünstig und effektiv eine aussagekräftige Bildgewinnung eines Prüfobjekts gewährleistet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrigieren von Abbildungsfehlern bei der Bildgewinnung eines Prüfobjekts mittels Compu- tertomographie zu schaffen, das kostengünstig und effektiv eine aussagekräftige Vermessung eines Prüfobjekts gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Wei- terbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen an- geben.
Demnach schafft die Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren von Abbildungsfeh- lern bei der Bildgewinnung eines Prüfobjekts mittels Computertomographie (CT) in Gestalt eines rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts, aufweisend die Schritte:
a) Vermessen der Oberfläche eines Kalibrierungsobjekts vorgegebener Gestalt zur Gewinnung von als Sollwerte dienenden Abmaßen des Kalibrierungsobjekts, b) Scannen des Prüfobjekts mittels der CT zur Gewinnung von als Istwerte die- nenden Abmaßen des Prüfobjekts aus den Grenzflächen des rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts,
c) Berechnen der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten zur Kalibrierung der Ist-Werte, und
d) Addieren der Differenz auf die Ist-Werte der Abmaße zur Gewinnung kalibrier- ter Ist-Werte.
Vorteilhafterweise erfolgt die Vermessung gemäß Schritt a) mittels eines opti- schen Messgeräts. Hierdurch können berührungslos auch durch flächenhaftes Scannen digitale Abbilder erstellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt mit der Kalibrierung im rekonstruierten dreidimensionalen Volumen an. Dadurch werden Abbildungsfehler korrigiert und es werden zusätzlich Artefakte aufgrund des Rekonstruktionsverfahrens oder weiterer optionaler Nachbearbeitungsschritte berücksichtigt.
Bevorzugt wird nun jeweils bei jedem zum Kalibrierungsobjekt
gleichgestaltigen bzw. im Falle von Bauteilen baugleichen Prüfobjekt nach der Rekonstruktion eine, wie nachfolgend ausgeführt, vorteilhafterweise
landmarkenbasierte elastische Registrierung durchgeführt, wobei eine
Entzerrung des Objektes von den Ist-Landmarken zu den Soll-Landmarken stattfindet. Auf dem so entzerrten Prüfobjekt kann eine beliebig komplexe
Messaufgabe gelöst werden. Etwaige detektierte Messfehler stellen nun rückführbare Abweichungen des aktuell gemessenen Prüfobjekts von dem kalibrierten Objekt dar.„Landmarken“ sind allgemein dauerhafte Markierungen oder Orientierungspunkte. Anatomische Landmarken sind ein Vorbild für die vorliegend im Zusammenhang mit Bauteilen bzw. Prüfungsobjekten
angesprochenen Landmarken. Anatomische Landmarken werden manuell auf dem Oberflächenmodell eines anatomischen Atlas festgelegt und durch ein nichtlineares, oberflächenbasiertes Registrierungsverfahren automatisch auf das Oberflächenmodell des Patienten übertragen. Die Anpassung der Atlas- an die Patientenoberfläche (oder Bauteiloberfläche) erfolgt dabei in einer lokalen Umgebung der Landmarken. In den Registrierungsprozess werden, neben den euklidischen Abständen der Punkte, die Oberflächennormale und ein neu vorgestelltes Maß für die lokale Krümmung triangulierter Oberflächen einbezogen.
Zur Optimierung der Differenzermittlung im Schritt c) werden vorteilhafterweise die Schritte a) bis c) wiederholt durchgeführt, wobei zur Approximierung der Abbildungsfehler vor Durchführung des Schritts d) die ermittelten Differenzen gemittelt und die gemittelte Differenz im Schritt c) herangezogen wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Vermessung gemäß Schritt a) mittels eins taktilen Messgeräts. Von Vorteil ist dies, weil ein derartiges Gerät relativ kostengünstig zur Verfügung steht, relativ einfach bedienbar ist und für diese Anwendung gute Ergebnisse liefert.
Bevorzugt wir die Vermessung gemäß Schritt a) derart durchgeführt, dass sie in Messpunkten resultiert, aus denen die Abmaße des Kalibrierungsobjekts abgeleitet werden.
Ferner wird bevorzugt jeder Messpunkt einer Position im Weltkoordinatensystem des verwendeten CT-Systems zur Durchführung der CT zugeordnet. Das Weltkoordinatensystem bezeichnet das Ursprungskoordinatensystem, mit dem die damit verknüpften relativen Koordinatensysteme referenziert sind. Das Weltkoordinatensystem wird durch orthogonale Achsen beschrieben und durch ein kartesisches Koordinatensystem repräsentiert.
Vorteilhafterweise kann jeder Messpunkt als eindeutig bestimmte Landmarke festgelegt werden.
Taktile Systeme können i.d.R. nur die von außen zugänglichen Grenzflächen antasten und beschränken sich aus zeitlichen Gründen auf wenige
Antastpunkte. CT-Systeme hingegen bilden im Allgemeinen ein ganzes Volumen ab mit sowohl außen als auch innenliegenden Grenzflächen, auf denen beliebig viele Antastpunkte definiert werden können. Somit können mittels CT wesentlich komplexere Messaufgaben definiert und in kürzerer Zeit ausgewertet werden. Wie oben beschrieben, gibt es aber nur für die
definierten kalibrierten Maße bekannte Differenzen, d.h. für über diese Maße hinausgehende Messaufgaben werden zusätzliche ggf. geschätzte
Korrekturfaktoren benötigt. Denkbar sind hier beispielsweise geeignete Inter- bzw. Extrapolationsverfahren aus den bekannten Differenzen im
dreidimensionalen Raum.
Um das gesamte Volumen bzw. die Grenzflächen des Prüfobjekts elastisch so lange zu verformen bis definierte Landmarken auf ihrer Soll position landen, kommen vorteilhafterweise aus medizinischen Anwendungen bekannte landmarkenbasierte elastische Registrierungsverfahren zum Einsatz.
Vom medizinischen Einsatz der CT übernommen wird vorteilhafterweise für die Erfindung, dass Landmarken in das Röntgenbild eingetragen werden.
Im medizinischen Einsatz werden diese oft von einem Experten per Hand so aufOrgane plaziert, welche dann anhand dieser Landmarken im weiteren Verlauf verfolgt werden sollen oder einem virtuellen Modell zugeordnet werden können, beispielsweise zum Zwecke der präoperativen Planung.
Bevorzugt werden die Landmarken aus den Messpunkten einer
Messaufgabe automatisch berechnet. Hierzu ist es erforderlich, jeweils einen Satz Landmarken mittels der Sollwerte (Soll-Landmarken) und der gemessenen Istwerte (Ist-Landmarken) des kalibrierten Objekts zu
berechnen und diese für die spätere Registrierung zu speichern.
Vorteilhafterweise werden diese auch hier wie bei der vorstehend genannten Differenzberechnung aus mehreren Messvorgängen (Verfahrensschritte a bis c) gewonnen, um die Datensätze der Ist-Landmarken durch mehrere
Messungen eines kalibrierten Objekts Bauteils ihrem Mittelwert anzunähern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur (Fig. 1 ) ein Flussdiagramm der Schritte zeigt, die das erfindungsgemäße Verfahren durchläuft.
Bei 10 wird im Flussdiagramm von Fig. 1 ein Kalibrierungsobjekt bereitgestellt, das eine vorgegebene Größe und Form und damit Oberfläche, also eine bekannte Gestalt aufweist, etwa durch eine vorgelagerte Kalibrierung mittels taktilem Koordinatenmessgerät.
Bei 20 wird das aus der Serie stammende Bauteil mit unbekannten
Abweichungen zum Kalibrierobjekt bereitgestellt, das vorliegend als Prüfobjekt bezeichnet wird. Daraufhin wird das Prüfobjekt gescannt, bevorzugt mittels der CT zur Gewinnung von als Istwerte dienenden Abmaßen des Prüfobjekts aus den Grenzflächen des rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts.
Bei 30 wird ein Schritt c) durchgeführt, bei dem die Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten zur Kalibrierung der Ist-Werte gebildet wird. Dieser Schritt wird bevorzugt wiederholt durchgeführt.
Bei 40 wird ein Schritt d) durchgeführt, die Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten zur Kalibrierung der Ist-Werte zu berechnen.
Schließlich erhält man bei Schritt 50 die kalibrierten Messwerte.
Auf diese Weise werden Abbildungsfehler korrigiert und da das Verfahren auf den rekonstruierten Volumen von Kalibrierungsobjekt und Prüfobjekt basiert, werden zusätzlich Artefakte aufgrund des Rekonstruktionsverfahrens oder weiterer optionaler Nachbearbeitungsschritte berücksichtigt.
Wie bei 30 in Fig. 1 verdeutlicht, werden zur Optimierung des Verfahrens der Schritt c wiederholt durchgeführt, wobei zur Approximierung der
Abbildungsfehler vor Durchführung des Schritts c) bei 40 die ermittelten Differenzen gemittelt und die gemittelte Differenz im Schritt c) herangezogen wird. Diese Verfahrensoptimierung resultiert in der Bereitstellung genauerer Soll- und Istwerte und damit einer genaueren Differenzbildung im Schritt c) und in Folge davon in einer optimierten Kalibrierung im Schritt d) bei 50. Zusammengefasst ergibt sich mit anderen Worten folgender Ablauf der vorstehend anhand der Fig. 1 erläuterten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des in der Beschreibungseinleitung erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens:
- Vermessen der Oberfläche des Kalibrierungsobjekts bzw. -bauteils zur Ermittlung von Sollwerten der Abmaße dieses Objekts
- Anlernen einer Entzerrungstransformation
- Ausrichten der Sollwerte am vorhandenen Koordinatensystem
- Definition von„Soll-Landmarken“ (Position der Messpunkte)
- Scannen des zum Kalibrierungsobjekt gleichförmigen Prüfobjekts
Bauteils zur Ermittlung von Sollwerten der Abmaße des Prüfobjekts
- Extrahieren von„Ist-Landmarken" ggf. mit externem Tool
- Ausrichten der Ist-Werte am vorhandenen Koordinatensystem
- Soll- und Ist-Landmarken werden als Entzerrungstransformation
abgespeichert, um die Differenz zwischen diesen Landmarken zu ermitteln
- Entzerrungstransformation auf rekonstruiertes Volumen anwenden („Elastische Registrierung“) bzw. Addieren der Differenz auf die Ist-
Werte zur Gewinnung kalibrierter Ist-Werte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Korrigieren von Messfehlern bei der Bildgewinnung eines Prüfobjekts mittels Computertomographie (CT) in Gestalt eines rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts, aufweisend die Schritte: a) Vermessen der Oberfläche eines Kalibrierungsobjekts vorgegebener Gestalt zur Gewinnung von als Sollwerte dienenden Abmaßen des Ka- librierungsobjekts,
b) Scannen des Prüfobjekts mittels der CT zur Gewinnung von als Ist- werte dienenden Abmaßen des Prüfobjekts aus den Grenzflächen des rekonstruierten Volumens des Prüfobjekts,
c) Berechnen der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist- Werten zur Kalibrierung der Ist-Werte, und
d) Addieren der Differenz auf die Ist-Werte der Abmaße zur Gewinnung kalibrierter Ist-Werte.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Schritt c) wiederholt durchgeführt wird, wobei zur Approximierung der Abbildungsfehler vor Durchführung des Schritts c) die ermittelten Differenzen gemittelt und die gemittelte Differenz im Schritt c) herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vermessung ge- mäß Schritt a) mittels eines taktilen Messgeräts erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die
Vermessung gemäß Schritt a) in Messpunkten resultiert, aus denen die Abmaße des Kalibrierungsobjekts abgeleitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem jeder Messpunkt einer Posi- tion im Weltkoordinatensystem des verwendeten CT-Systems zur Durchführung der CT zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem jeder Messpunkt als eindeutig bestimmte Landmarke festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem aus medi- zinischen Anwendungen bekannte landmarkenbasierte elastische
Registrierungsverfahren zum Einsatz kommen, um das gesamte Vo lumen bzw. die Grenzflächen des Prüfobjekts elastisch so lange zu verformen bis definierte Landmarken auf ihrer Soll position landen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die
Landmarken aus den Messpunkten einer Messaufgabe automatisch berechnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Landmarken wie bei der vorstehend genannten Differenzberechnung aus mehreren Messvor- gängen (Verfahrensschritte a) bis c) gewonnen wird, um die Datensätze der Ist-Landmarken durch mehrere Messungen des Kalibrierungsob- jekts ihrem Mittelwert anzunähern.
PCT/EP2019/056111 2018-03-14 2019-03-12 Verfahren zum korrigieren von messfehlern bei der bildgewinnung eines prüfobjekts mittels computertomographie WO2019175143A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018105860.8 2018-03-14
DE102018105860 2018-03-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019175143A1 true WO2019175143A1 (de) 2019-09-19

Family

ID=65767013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/056111 WO2019175143A1 (de) 2018-03-14 2019-03-12 Verfahren zum korrigieren von messfehlern bei der bildgewinnung eines prüfobjekts mittels computertomographie

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019175143A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113048924A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 西北工业大学 一种利用外形测量数据校准ct测量数据的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007021809A1 (de) * 2007-04-20 2008-10-23 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum dimensionellen Messen mit Koordinatenmessgeräten
DE102013104490A1 (de) * 2013-01-25 2014-07-31 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie von Strukturen mittels Computertomografie

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007021809A1 (de) * 2007-04-20 2008-10-23 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum dimensionellen Messen mit Koordinatenmessgeräten
DE102013104490A1 (de) * 2013-01-25 2014-07-31 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie von Strukturen mittels Computertomografie

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113048924A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 西北工业大学 一种利用外形测量数据校准ct测量数据的方法
CN113048924B (zh) * 2021-03-12 2023-03-10 西北工业大学 一种利用外形测量数据校准ct测量数据的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015208929B3 (de) Verfahren zur 2D-3D-Registrierung, Recheneinrichtung und Computerprogramm
DE102016202512B3 (de) Verfahren zur 2D-3D-Registrierung, Recheneinrichtung und Computerprogramm
DE102012204019B4 (de) Verfahren zur Reduzierung von Bewegungsartefakten
DE102005059301A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Akquisitionsgeometrie eines Bildgebungssystems
EP3340178B1 (de) Berechnen eines vierdimensionalen dsa-datensatzes mit variabler räumlicher auflösung
DE102017201164B3 (de) Verfahren zur Vermessung einer Röntgenaufnahme eines medizinischen Untersuchungsbereichs nebst zugehöriger Vorrichtung und Computerprogramm
DE102008018269A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur rotationsfreien Computertomographie
EP3706081B1 (de) Verfahren zur ermittlung von korrigierten aufnahmegeometrien von projektionsbildern
WO2005033726A1 (de) Bestimmung von patientenbezogenen informationen zur position und orientierung von mr-bildern durch individualisierung eines körpermodells
EP1861822B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur konturfeinermittlung eines objekts bei bildgebenden untersuchungsverfahren
DE102019001334A1 (de) Röntgen-computertomografie-messeinrichtung und tomografisches bilderzeugungsverfahren
DE102017223603B4 (de) Verfahren zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen, mit einer Biplan-Röntgeneinrichtung aufgenommenen Bilddatensatzes, Biplan-Röntgeneinrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger
DE102016215831A1 (de) Automatische Generierung synthetischer Projektionen
DE102011075917A1 (de) Verfahren zum Bereitstellen eines 3D-Bilddatensatzes mit unterdrückten Messfeldüberschreitungsartefakten und Computertomograph
CH702961A2 (de) Verfahren zum Abgleich von mit unterschiedlichen Systemen, z.B. Tomografen, aufgenommenen Bilddaten.
DE102013200329B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Dejustagekorrektur für Bildgebungsverfahren
DE102006022104B4 (de) Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung eines Festkörpers
DE102006022103B4 (de) Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers
DE102015204718A1 (de) Kompensation von Bildartefakten in einer medizinischen Bildgebung
DE102011005161B4 (de) Verfahren, Bilddatensatzrekonstruktionseinrichtung, Röntgen-System und Computerprogramm zur Artefaktkorrektur
WO2014053256A1 (de) Isotrope rekonstruktion von bilddaten
WO2019175143A1 (de) Verfahren zum korrigieren von messfehlern bei der bildgewinnung eines prüfobjekts mittels computertomographie
DE102016119579B4 (de) Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Instruments innerhalb einer röhrenförmigen Struktur
DE102015218596A1 (de) Verbesserung der Bildqualität bei der Computertomographie unter Ausnutzung redundanter Information in Projektionsdatensätzen
DE102018116846B4 (de) Schnelles Registrierungsverfahren für Computertomographiebilder

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19711059

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19711059

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1