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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung
mit einem C-Bogen.
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Medizinische
Eingriffe an lebenden Objekten werden zunehmend mittels Navigationsunterstützung durchgeführt. Darunter
versteht man die mittels eines Lageerfassungssystems unterstützte Führung eines
Instrumentes relativ zu einem in Behandlung stehenden Gewebebereichs
des Objektes. Von besonderem Interesse ist die Navigation in Bereichen, die
sich einer optischen Kontrolle des Operateurs entziehen, weil das
Instrument beispielsweise in das Innere des Objektes eingeführt wurde.
Hierzu wird die Führung
des Instrumentes, beispielsweise eines Katheders, in einem virtuellen
3D-Volumen vorgenommen, welches mittels eines bildgebenden Verfahrens
vor oder während
der Operation erzeugt wurde. Eine häufige Anwendung ist, mit Hilfe
einer Röntgendiagnostikeinrichtung
eine Reihe von 2D-Projektionsaufnahmen bekannter Projektionsgeometrie
zu erzeugen und aus diesen 2D-Aufnahmen einen 3D-Volumendatensatz
zu erzeugen. Der Volumendatensatz wird an ein Navigationssystem übergeben, das über ein
Lageerfassungssystem für
von diesem erfaßbaren
Marken verfügt.
Um eine Navigation mit hoher Genauigkeit möglich zu machen, wird das Koordinatensystem
des Lageerfassungssystems mit dem Koordinatensystem des 3D-Volumendatensatzes
abgeglichen. Dieser Vorgang wird üblicherweise ”Registrierung” genannt.
Bei der Registrierung wird beispielsweise ein Phantom, das röntgenpositive Marken
und vom Lageerfassungssystem erfaßbare Marken in einer festen
Raumbeziehung zueinander enthält,
verwendet. Zur Verbesserung der Genauigkeit eines rekonstruierten
3D-Datensatzes aus 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen
sind Verfahren bekannt, die die Abweichungen der Parameter der Prokjektionsgeometrie
von der realen, beispielsweise durch mechanische Verwindungen der
Röntgendiagnostikeinrichtung
beeinflußten
Projektionsgeometrie berücksichtigt.
Hierzu wird eine Röntgendiagnostikeinrichtung
unter Verwendung spezieller Röntgenphantome ”kalibriert”. Eine
solche Kalibrierung erfolgt in der Regel lediglich vor der Auslieferung,
nach einer Reparatur mit Austausch mechanischer Komponenten oder
vor Beginn einer Untersuchung.
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Aus
der
DE 199 36 409
A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur offline-Bestimmung
von Projektionsgeometrien eines um eine Systemachse drehbaren Röntgensystems
für die
Rekonstruktion von 3-D-Bildern eines Objektes aus 2-D-Projektionen des
Objektes bekannt. Die Vorrichtung weist wenigstens zwei eine Achse
umgebende, mit röntgenpositiven
Marken versehene Bereiche auf.
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Aus
der
DE 102 15 808
A1 ist ein Verfahren zur Registrierung für navigationsgeführte Eingriffe unter
Verwendung eines Positionserfassungssystems und eines röntgenpositive
Marken aufweisenden Röntgenkalibrierphantoms
bekannt, wobei eine Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem
des Meßvolumens
des Röntgengeräts und dem
Koordinatensystem des Lageerfassungssystem ermittelt wird.
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Aus
der
DE 102 02 091
A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung
einer Koordinatentransformation unter Verwendung eines Phantoms
bekannt, an dem röntgenpositive
Marken und von einem Lageerfassungssystem erfaßbare Marken in einer festen
räumlichen
Beziehung zueinander angeordnet sind. Bei einem Scan zur Erzeugung
von 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen
werden die Koordinaten der röntgenpositiven
Marken im rekonstruierten 3D-Volumen ermittelt und zum Abgleich
an das Lageerfassungs- und Navigationssystem übermittelt.
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Aus
der
US-Patentschrift
US 5 442 674 A und aus der deutschen Patentschrift
DE 100 47 382 C2 sind
Röntgenphantome
bekannt, mittels derer die mechanischen Unzulänglichkeiten der Röntgendiagnostikeinrichtung
in einem Kalibriervorgang außerhalb
eines Operationseinsatzes durchgeführt wird.
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Die
US-Patentschrift US 5 835
563 A betrifft ein Röntgenphantom,
das während
einer Röntgenuntersuchung
fest mit dem Patienten verbunden bleibt und die Genauigkeit der
Darstellungen bei der Digitalen Substraktions-Angiografie (DAS)
verbessert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung
mit einem in einer festgelegten senkrechten Raumebene orientierten
und mehrfach in y-Richtung (Horizontalverstellung), z-Richtung (Höhenverstellung)
und α (Orbitalverstellung)
verstellbaren C-Bogen unter Verwendung eines Lageerfassungssystems
und Röntgenphantomen
auf einfache und kostengünstige
Weise zu verbessern.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß zunächst von einem raumfesten ersten Phantom,
welches eine einzige punktförmige
Röntgenmarke
trägt,
eine Anzahl von 2D-Röntgenprojektionen
mit einer möglichst
großen
Abdeckung der Verstellbereiche für
die Höhenverstellung,
die Horizontalverstellung und die Orbitalverstellung des C-Bogens
längs seines
Umfanges aufgenommen wird, wobei in einem Bildverarbeitungsrechner
jede Projektion in der Ebene des Eingangsfensters des Röntgenstrahlenempfängers um
einen Verschiebevektor derart verschoben wird, daß die verschobene 2D-Projektion der erwarteten
Projektion im idealen kinematischen Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung
entspricht. Die für
unterschiedliche Orientierungen des C-Bogens ermittelten Verschiebevektoren V(α, y, z) werden
zur Korrektur von 2D-Projektionen bei späteren 3D-Rekonstruktionen in
einer Look-up-table (LUT) abgespeichert. Dazu wird eine Anzahl von
2D-Röntgenprojektionen
aufgenommen und daraus eine look-up-table (LUT) für einen
Verschiebevektor V(α,
y, z) in der Ebene des Eingangsfensters (11) erzeugt und
in der Recheneinheit abgespeichert. Mit einem zweiten Röntgenphantom
(15'), das
von einem Lageerfassungssystem (18) erfaßbare röntgenpositive
Strukturen, wie Punkte, Kanten oder Flächen aufweist, wird eine Anzahl
von 2D-Projektionen
aufgenommen und das Volumen des zweiten Phantoms unter Verwendung
eines kinematischen Modells der Röntgendiagnostikeinrichtung
und der LUT für
den Verschiebevektor V(α,
y, z) rekonstruiert. Die von dem Lageerfassungssystem erfaßte Geometrie
der röntgenpositiven
Strukturen des zweiten Phantoms wird mit dem rekonstruierten Volumen verglichen.
Das rekonstruierte Volumen wird solange verschoben, bis eine bestmögliche Übereinstimmung mit
der vom Lageerfassungssystem erfaßten Geometrie erreicht ist.
Der Vektor, der die Verschiebung des rekonstruierten Volumens zu
der vom Lageerfassungssystem erfaßten Geometrie des zweiten
Röntgenphantoms
beschreibt, wird als Korrekturvektor K in der Recheneinheit abgespeichert
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Für die 3D-Rekonstruktion
des zweiten Röntgenphantoms
(15') im
Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers werden
die um den jeweiligen Verschiebevektor verschobenen 2D-Projektionen
auf der Basis eines idealen kinematischen Modells der Röntgendiagnostikeinrichtung
herangezogen. Für
Navigationszwecke wird das um den Korrekturvektor verschobene rekonstruierte
Volumen im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers an
einer Datenschnittstelle zur Verfügung gestellt. Bei einer späteren Registrierung
wird das Koordinatensystem des Lageerfassungssystems auf das Koordinatensystem
des Röntgenstrahlenempfängers registriert.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch die Korrektur der 2D-Projektionen
einer raumfesten, punktförmigen
Röntgenmarke
mittels eines Verschiebevektors in der Ebene des Röntgenstrahlenempfängers alle
reversiblen und reproduzierbaren Verformungen der Röntgendiagnostikeinrichtung
gegenüber
dem idealen, starren kinematischen Modell erfaßt werden und daß ein nach
diesem Korrekturverfahren rekonstruiertes Volumen im Koordinatensystem
des Röntgenstrahlenempfängers, das auf
dem idealen kinematischen Modell beruht, gegenüber dem realen Volumen um einen
Korrekturvektor im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers verschoben
aber nicht verdreht ist. Dieser im folgenden ”Korrekturvektor K” genannte
Vektor wird mittels eines ortsfest angeordneten zweiten Röntgenphantoms
und eines Lageerfassungssystems ermittelt
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Durch
Aufnahme der 2D-Projektionen für eine
große
Zahl von Projektionsgeometrien, die die gesamten Verstellbereiche
der Röntgendiagnostikeinrichtung
in z-Richtung (Höhenverstellung),
y-Richtung (Horizontalverstellung)
und α (Orbitalverstellung längs des
Umfanges des C-Bogens) abdecken, variiert die Position der punktförmigen Röntgenmarke bezüglich des
Röntgenstrahlenempfängers in
einem Volumen, das wesentlich größer als
das Volumen, das durch das Strahlenbündel der Röntgenstrahlenquelle definiert
ist. Die Ausnutzung der Verstellbereiche für die Höhen- und Horizontalverstellung
des C-Bogens hat
zur Folge, daß der
Rotationsanteil eines rekonstruierten Volumens mit hoher Genauigkeit bestimmt
werden kann. Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert.
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In 1 ist
eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung
mit einem auf Rollen (20, 20') längs des Fußbodens (19) verschiebbaren
Gerätewagen
(1) der einen mehrfach verstellbaren C-Bogen (6)
trägt. Die
Röntgenstrahlenquelle
(8) und der Röntgenstrahlenempfänger (7)
sind an den Enden eines C-Bogens (6), der längs seines
Umfanges in einer C-Bogenhalterung
(5) um den Mittelpunkt (26) verschieblich gelagert
ist, angeordnet. Ein Strahlenkegel (12) (beziehungsweise
eine Strahlenpyramide im Falle eines Röntgenstrahlenempfängers (7)
mit einem rechteckigen Eingangsfenster) erstreckt sich zwischen
dem Brennfleck (9) und dem Eingangsfenster (11)
des Röntgenstrahlenempfängers (7).
Der Zentralstrahl (10) erstreckt sich von dem Brennfleck
(9) zum Mittelpunkt des Eingangsfensters (11)
des Röntgenstrahlenempfängers (7).
An dem Röntgenstrahlenempfänger (7)
ist eine Markenanordnung (16) vorgesehen. Die Position
der Markenanordnung (16) kann mittels des Lageerfassungssystems
(18) entweder dadurch bestimmt werden, daß die Markenanordnung
(16) vom Lageerfassungssystem (18) erfaßbare Marken enthält oder
daß die
Markenanordnung mit einem Pointer (13) antastbare Punkte
aufweist, deren Orientierung durch vorzugsweise mehrfaches Antasten mit
dem Pointer (13) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems
(18) ermittelt werden können. Die
Bestimmung der Lage des Röntgenstrahlenempfängers (7)
ist bei der Registrierung vor jedem navigationsgeführten Eingriff
erforderlich.
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In 1 ist
ferner ein Stativ (14) dargestellt, das an seinem oberen
Ende ein Phantom (15) trägt. Das Phantom kann im Falle
eines ersten Phantoms eine einzige röntgenpositive Punktmarke aufweisen oder
im Falle eines zweiten Phantoms eine vom Lageerfassungssystem erfaßbare röntgenpositive Struktur,
insbesondere Punkte, Kanten oder Flächen. Die Geometrie der röntgenpositiven
Strukturen des zweiten Phantoms werden im Koordinatensystem des
Lageerfassungssystems (18) wahlweise mittels eines Pointers
(13) oder mittels einer das zweite Phantom (15') umhüllenden,
retroreflektiven Beschichtung ermittelt. Im Falle der Verwendung
eines Pointers (13) trägt
dieser eine Markenanordnung (16'), die von dem Lageerfassungssystem
(18) erfaßbar
ist.
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Die
C-Bogenhalterung (5) ist an dem Gerätewagen (1) mehrfach
verstellbar angeordnet. Die C-Bogenhalterung (5) ist mit
einem Schwenklager (4) an einer horizontal verschiebbaren
Horizontalführung (3)
um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert. Die Horizontalführung (3)
ist an einer Säule
(2) höhenverstellbar
und um die senkrechte Achse der Säule (2) drehbar gelagert.
Es sind vorzugsweise alle Verstelleinrichtungen des C-Bogens (6)
mit Positionsmeßsensoren
ausgerüstet,
deren Meßwerte
einer zentralen Bewegungssteuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung
zugeführt
werden. Es ist vorgesehen, alle Verstellachsen wahlweise einzeln
oder in der Gesamtheit durch Bremsen arretierbar auszuführen. Insbesondere
ist es vorgesehen, die Rollen (20, 20') mit einer
Feststellbremse auszurüsten.
Vorzugsweise sind die Verstellbewegung des C-Bogens in der Halterung
(Orbitalbewegung, Winkel α),
die Verstellung in der Horizontalführung (3) (Horizontalverschiebung,
y-Achse) und die vertikale Verstellung in der Säule (Höhenverstellung, z-Achse) elektromotorisch
verstellbar ausgeführt,
wobei die in den Verstellachsen angeordneten Motoren von einer zentralen Steuerung
(21) gesteuert werden. Es ist vorgesehen, für 3D-Rekonstruktionen
und zum Zweck der Navigation die Bewegung des C-Bogens auf eine raumfeste, vertikale
Ebene zu beschränken.
Diese Beschränkung
erfolgt in der Praxis durch Verriegeln der Rotationsbewegungen um
die Achse der Säule
(2) und um die horizontale Achse im Schwenklager (4).
In 1 ist ferner ein Lageerfassungssystem (18) schematisch
dargestellt. Das Lageerfassungssystem kann ein optisches (Infrarotsystem,
Lasermeßsystem)
oder ein auf der Vermessung eines Magnetfeldes oder eines elektrischen
Feldes beruhendes System sein.
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In 2 ist
die Schaltung der erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikeinrichtung
mit einem Lageerfassungssystem (18) schematisch dargestellt. Ein
Steuerrechner 21 steuert alle Bewegungs- und Röntgenvorgänge der Röntgendiagnostikeinrichtung und
steht mit einer Recheneinheit (22) in Verbindung. Die Recheneinheit
(22) enthält
alle Einrichtungen zur Verarbeitung und Speicherung des kinematischen Modells
der Röntgendiagnostikeinrichtung,
der aufgenommenen 2D-Projektionen
und der im Rahmen der Kalibrierung gewonnenen Korrekturtabellen (look-up-tables,
LUT) und Einrichtungen zur Rekonstruktion eines 3D-Volumens aus
2D-Röntgenprojektionen.
Des Weiteren sind in der Recheneinheit (22) Module zur
Durchführung
von Koordinatentransformationen enthalten. An die Recheneinheit
(22) ist ein Lageerfassungssystem (18) angeschlossen,
das selbst Einrichtungen wie einen Pointer oder eine Stereokamera
aufweist. Eine Datenschnittstelle (23) erlaubt den Datenaustausch
zwischen der Recheneinheit (22) und einer nicht näher beschriebenen
Navigationseinrichtung (24). Es ist auch vorgesehen, das Lageerfassungssystem
(18) für
Navigationszwecke zu verwenden und an die Datenschnittstelle (23)
anzuschließen.
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In 3 ist
die erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung
in der sogenannten ”LAT-Stellung” dargestellt.
Dabei ist der Zentralstrahl (10) nach dem kinematischen
Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung
parallel zum horizontalen Fußboden
(19) orientiert; mithin liegt nach dem kinematischen Modell
der Brennfleck (9) auf einer horizontal orientierten Geraden,
die durch den Mittelpunkt des Eingangsfensters (11) des
Röntgenstrahlenempfängers (7)
geht. Durch die real existierende Aufbiegung und Verwindung des
C-Bogens (6) und der Halterung (5) liegt der Brennfleck
der Röntgenstrahlenquelle
in Wirklichkeit unterhalb des Zentralstrahls (10) des kinematischen
Modells.
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5 enthält ein Ablaufdiagramm
(200 bis 211) für eine Routine zur Verbesserung
der 3D-Rekonstruktion mit einem ersten Röntgenphantom (15) mit
einer punktförmigen
Röntgenmarke;
die einzelnen Verfahrensschritte sind in der Bezugszeichenliste
erläutert.
Als Ergebnis dieser Routine steht am Endpunkt (211) des
Ablaufdiagramms in der Recheneinheit (22) eine LUT mit
Verschiebevektoren V(y, z, α)
zur Korrektur von 2D-Projektionen
für eine
nachfolgende 3D-Rekonstruktion zur Verfügung.
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6a ist
ein Ablaufdiagramm für
eine Routine (830 bis 839) zur Kalibrierung unter
Verwendung eines zweiten Röntgenphantoms
(15') bekannter
Geometrie dargestellt. Von dem zweiten Phantom wir eine Reihe von
2D-Projektionen aufgenommen und das Volumen des zweiten Röntgenphantoms
(15') rekonstruiert
(833). Die Geometrie des zweiten Röntgenphantoms (15') wird von dem
Lageerfassungssystem automatisch oder halbautomatisch erfaßt. Für eine automatische
Erfassung kann das zweite Röntgenphantom
(15') beispielsweise
mit einer retroreflektiven Beschichtung versehen sein, die vom Lageerfassungssystem
(18) erkannt wird. Es können aber
auch mit Hilfe eines Pointers des Lageerfassungssystems halbautomatisch
charakteristische Punkte, Kanten oder Flächen angetastet werden, an die
in einer Recheneinheit, die dem Lageerfassungssystem zugeordnet
sein kann, die bekannte Geometrie mittels eines ”best-fit”-Verfahrens an die Geometriedaten
angepaßt
werden. Dabei werden lediglich Rotationen und Translationen des
Geometriemodells zugelassen; eine Skalierung wird ausgeschlossen (836),
was bei gleich bleibender Genauigkeit die Geschwindigkeit des Fits
erhöht.
Das an die gemessenen Positionen angepaßte Geometriemodell des zweiten
Röntgenphantoms
(15') wird
in der Recheneinheit (24) oder im Lageerfassungssystem
(18) mit dem rekonstruierten Volumen verglichen und das
rekonstruierte Volumen in einem best-fit-Verfahren verschoben. Der
Vektor, um den das rekonstruierte Volumen verschoben werden muß, um eine
beste Übereinstimmung
mit dem Geometriemodell des zweiten Röntgenphantoms (15') zu erhalten,
ist der gesuchte Korrekturvektor K.
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In 6b ist
ein Ablaufdiagramm für
eine Routine (850 bis 859) zur Bestimmung des
Korrekturvektors K mittels eines zweiten Röntgenphantoms (15') unbekannter
röntgenpositiver
Geometrie, welche von einem Pointer des Lageerfassungssystems antastbar
ist, dargestellt. Nach der Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen und Rekonstruktion
des Volumens gemäß Schritt
(853) werden charakteristische Punkte, Kanten oder/und
Flächen,
insbesondere Kugelflächen
unter visueller Kontrolle an das rekonstruierte 3D-Volumen, beispielsweise
mittels Cursor in einer Bildschirmdarstellung, angepaßt, markiert
und die diesen Punkten, Kanten oder Flächen zugrunde liegenden mathematischen
Funktionen in einem Speicher einer Recheneinheit, vorzugsweise in
der Recheneinheit des Lageerfassungssystems (18) zwischengespeichert.
Zu jeden dieser Punkte, Kanten oder Flächen werden von einer Bedienperson
korrespondierende Punkte an dem zweiten Phantom mittels eines Pointers
des Lageerfassungssystems angetastet, die Koordinaten des Antastpunktes
im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems ermittelt und zwischengespeichert.
Beispielsweise kann bei einer 3D-Rekonstruktion eines Hüftgelenkes
ein Kugelflächenabschnitt
an die Gelenkfläche
angepaßt
werden und mittels eines Pointers zugängliche Punkte der Gelenkfläche angetastet werden.
Am Ende dieses Verfahrensschrittes (856) stehen die Koordinaten
einer Anzahl von Punkten im Koordinatensystem des Lageerfassungssystem
zur Verfügung,
die auf markierten Punkten, Kanten oder Flächen des rekonstruierten Volumens
liegen. In einem nächsten
Verfahrensschritt (857) wird das rekonstruierte Volumen
im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems verschoben und die
jeweilige Abweichung der beiden Modelle mittels eines bekannten
mathematischen Verfahrens ermittelt, bis das Kriterium eines ”best fit” erfüllt ist.
Der Vektor, um den das rekonstruierte Volumen gegenüber der
mit dem Lageerfassungssystem erfaßten Punktwolke des zweiten
Röntgenphantoms
(15') zur
Erreichung der ”best
fit-Bedingung” verschoben
wird, ist der Korrekturvektor K im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems
(18), der an die Recheneinheit (22) übertragen
und dort abgespeichert wird.
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Für eine spätere 3D-Rekonstruktion
eines Volumens werden zunächst
die von dem Röntgenvolumen – beispielsweise
einem Patienten – gewonnenen
2D-Projektionen mittels der Verschiebevektoren V(α, y, z) aus
der LUT in der Ebene des Eingangsfensters (11) des Röntgenstrahlenempfängers (7) verschoben.
Das Volumen wird mit diesen verschobenen 2D-Projektionen rekonstruiert und das rekonstruierte
Volumen wird um den in der Recheneinheit abgespeicherten Korrekturvektor
K im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers (7)
in der bevorzugten LAT-Stellung verschoben. Die Daten des verschobenen
Volumens werden über
eine Datenschnittstelle (23) bei Bedarf an eine Navigationseinrichtung
(24) übergeben.
Bei einer vor jedem navigationsgestützten Eingriff vorzunehmenden
Registrierung wird die Orientierung des Röntgenstrahlenempfängers (7)
mittels der Markenanordnung (16) mit dem Lageerfassungssystem
ermittelt. Ein rekonstruiertes und um den Korrekturvektor K verschobenes
Volumen wird dann bei Bedarf lagerichtig an eine Navigationseinrichtung
(24) übergeben.
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- 1
- Gerätewagen
- 2
- Säule
- 3
- Horizontalführung
- 4
- Schwenklager
- 5
- C-Bogenhalterung
- 6
- C-Bogen
- 7
- Röntgenstrahlenempfänger
- 8
- Röntgenstrahlenquelle
- 9
- Brennfleck
- 10
- Zentralstrahl
- 11
- Eingangsfenster
- 12
- Strahlenkegel
- 13
- Pointer
- 14
- Stativ
- 15,
15'
- Erstes
bzw. zweites Röntgenphantom
- 16,
16'
- Markenanordnung
- 18
- Lageerfassungssystem
- 19
- Fußboden
- 20,
20'
- Rolle
- 21
- Steuerrechner
- 22
- Recheneinheit
- 23
- Datenschnittstelle
- 24
- Navigationseinrichtung
- 26
- Mittelpunkt
des C-Bogens
- 200
- Start:
Routine zur Verbesserung der 3D-Rekonstruktion mit einer punktförmigen Röntgenmarke
- 201
- Im
kinematischen Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung
wird ein Punkt im Raum (im folgenden ”virtuelles Scanzentrum” genannt)
festgelegt, der sich im Schnittpunkt der Zentralstrahlen in AP- und
LAT-Stellung des C-Bogens befindet. Eine punktförmige Röntgenmarke (15) wird
ortsfest bezüglich
des Fußbodens (19)
derart positioniert, so daß sie
sich in der Nähe
des Schnittpunktes der Zentralstrahlen nach dem kinematischen Modell für die AP-
und LAT-Stellung befindet. Die Positionierung erfolgt zweckmäßigerweise
mit einem am C-Bogen angeordneten Zielsystem, wie beispielsweise
einen Laserpointer. Damit liegt die punktförmige Röntgenmarke in der Nähe des virtuellen Scanzentrum.
- 202
- Versteilbereiche
der Röntgendiagnostikeinrichtung
für x,
y und α festlegen
- 203
- Abfolge
von Einstellungen α,
y und z im kinematischen Modell auswählen, bei denen der Zentralstrahl
jeweils durch das virtuelle Scanzentrum verläuft.
- 204
- Neue
Einstellung der Orbital-Horizontal- und Vertikalachse der Röntgendiagnostikeinrichtung
aus der Wertemenge von Schritt 203
- 205
- Aufnahme
einer 2D-Projektion der punktförmigen
Röntgenmarke
- 206
- Position
des Zentrums der 2D-Projektion der Röntgenmarke auf dem Eingangsfenster
(11) im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers (7)
in der Recheneinheit (22) bestimmen und zusammen mit dem
Tripel der jeweiligen Achsenpositionen (α, y, z) abspeichern
- 207
- Abfrage:
Sind ausreichend alle Einstellungen aus Schritt 203 abgearbeitet?
Wenn nein: gehe zu Schritt 204
- 208
- Für jedes
Wertetripel aus Schritt 203 wird nach dem kinematischen
Modell zu jedem Zentrum der 2D-Projektion der punktförmigen Röntgenmarke
die zugehörige
Projektionsgerade rekonstruiert. Im Gegensatz zum kinematischen
Modell schneiden sich in der Realität alle Projektionsgeraden in
der Position der punktförmigen Röntgenmarke.
Aus der nach dem kinematischen Modell errechneten Schar von Projektionsgeraden
wird nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ein Punkt errechnet,
für den
die Summe der Abstandsquadrate zu den Projektionsgeraden minimal
ist. Für
diesen errechneten Punkt werden unter Verwendung der Brennfleckposition
aus dem kinematischen Modell die Projektionsgeraden und ihr Schnittpunkt
mit der Ebene des Eingangsfensters des Röntgenbildaufnehmers neu berechnet
und mit der Lage des Zentrums der 2D-Projektion der punktförmigen Marke
verglichen. Der Vektor zwischen den beiden Positionen in der Ebene des
Eingangsfensters des Röntgenbildaufnehmers
wird als Verschiebevektor V(y, z, α) in einer look-up-table (LUT)
abgelegt
- 209
- Alle
vorgesehenen Positionen der punktförmigen Röntgenmarke abgearbeitet? Wenn
nein, gehe zu Schritt 201
- 210
- LUT
der Verschiebevektoren V(y, z, α)
zusammen mit Vorschrift für
die Inter- und Extrapolation von nicht erfaßten Werten der Verstellbereiche
von y, z, und α in
der Recheneinheit (22) für nachfolgende Volumenrekonstruktionen
ablegen.
- 211
- Ende
- 830
- Start
Routine: Kalibrierung mittels eines zweiten Röntgenphantoms (15') bekannter
Geometrie
- 831
- Bestimmung
der LUT Verschiebevektor mittels eines ersten Röntgenphantom mit einer einzigen
röntgenpositiven
Punktmarke (Routine 200)
- 832
- Erstes
Röntgenphantom
durch ein zweites Röntgenphantom
(15') bekannter
röntgenpositiver
Geometrie ersetzen.
- 833
- Aufnahme
einer Reihe von 2D-Projektionen des zweiten Röntgenphantoms (15') und 3D-Rekonstruktion unter
Berücksichtigung
der LUT aus Schritt 831
- 834
- Übergabe
der Volumendaten an das Lageerfassungssystem (18)
- 835
- Übergabe
der Geometrie des zweiten Röntgenphantoms
(15') an
das Lageerfassungssystem (18)
- 836
- Erfassen
der Geometrie des zweiten Röntgenphantoms
(15') durch
das Lageerfassungssystem (18)
- 837
- Verschieben
des rekonstruierten Volumens des zweiten Röntgenphantoms (15') im Koordinatensystem
des Lageerfassungssystems bis dieses Volumen mit dem Volumen des
Lageerfassungssystems aus Schritt (836) optimal übereinstimmt.
- 838
- Der
Vektor K, bei dem in Schritt 837 eine optimale Übereinstimmung
erzielt wurde, wird als Korrekturvektor K an die Recheneinheit (22) übergeben
und dort abgespeichert.
- 839
- Ende
- 850
- Start
Routine: Kalibrierung mittels eines zweiten Röntgenphantoms (15') unbekannter
Geometrie
- 851
- Bestimmung
der LUT Verschiebevektor mittels eines ersten Röntgenphantoms mit röntgenpositiver
Punktmarke (Routine 200)
- 852
- Erstes
Röntgenphantom
durch ein zweites Röntgenphantom
(15') unbekannter Geometrie,
beispielsweise durch ein Patientenphantom oder einen Patienten ersetzen
- 853
- Aufnahme
einer Reihe von 2D-Projektionen des zweiten Röntgenphantoms (15') und 3D-Rekonstruktion unter
Berücksichtigung
der LUT aus Schritt 851
- 854
- Übergabe
der Volumendaten an das Lageerfassungssystem (18)
- 855
- Markieren
charakteristischer Punkte, Kanten oder/und Flächen in dem rekonstruierten
3D-Volumen
- 856
- Erfassen
der charakteristischen Punkte, Kanten oder/und Flächen durch
Antasten der Punkte am zweiten Röntgenphantom (15') mittels eines
Pointers des Lageerfassungssystems (18)
- 857
- Verschieben
des rekonstruierten Volumens im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems
bis die charakteristischen Punkte des rekonstruierten Volumens aus
Schritt 855 mit den Punkten aus Schritt 856 optimal übereinstimmen.
- 858
- Der
Vektor K, bei dem in Schritt 857 eine optimale Übereinstimmung
erzielt wurde, wird als Korrekturvektor K an die Recheneinheit (22) übergeben
und dort abgespeichert.
- 859
- Ende