DE102006051962B4 - Verfahren zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit C-Bogen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem in z-Richtung höhenverstellbaren, in y-Richtung horizontal verschiebbaren und längs seines Umfanges um einen Orbitalwinkel α in einer vertikalen Ebene verschiebbaren C-Bogen mit einem Röntgenstrahlenempfänger (7) und einer gegenüber angeordneten Röntgenstrahlenquelle (8), welche Röntgendiagnostikeinrichtung durch ein kinematisches Modell beschrieben wird und einem Lageerfassungssystem (18), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (1) Im kinematischen Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung wird ein Punkt im Raum als virtuelles Scanzentrum festgelegt, der sich im Schnittpunkt eines horizontal und eines vertikal liegenden Zentralstrahls (10) des C-Bogens befindet. (2) Eine punktförmige Röntgenmarke (15) wird ortsfest im Raum am Ort des virtuellen Scanzentrums positioniert. (3) Die Position der punktförmigen Röntgenmarke (15) wird mittels des Lageerfassungssystems (18) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems bestimmt und an eine Recheneinheit (22) übergeben. (4) Von der raumfest positionierten punktförmigen Röntgenmarke (15) wird für eine Anzahl von Einstellungen (α, y, z) der Röntgendiagnostikeinrichtung jeweils eine 2D-Röntgenprojektion aufgenommen, für die nach dem kinematischen Modell der Zentralstrahl (10) durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und das Zentrum der Projektion der punktförmigen Röntgenmarke (15) auf dem Eingangsfenster (11) des Röntgenstrahlenempfängers (7) in der Recheneinheit (22) ermittelt. (5) Für wenigstens eine Einstellung mit horizontal ausgerichtetem Zentralstrahl (LAT-Position) und vorzugsweise für weitere Einstellungen (α, y, z) wird die Position des Röntgenstrahlenempfängers (7) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems mittels der Marken (16) bestimmt und an die Recheneinheit (22) übergeben...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem C-Bogen.
  • 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 Lageerfassungssystem 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 Projektionsgeometrie 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.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 15 808 A1 ist ein Verfahren zur Registrierung für navigationsgeführte Eingriffe unter Verwendung eines Positionserfassungssystems, eines Röntgengerätes und eines einem Meßvolumen zugeordneten, raumfest positionierten Röntgenkalibrierphantoms mit röntgenpositiven Marken bekannt, von dem eine Anzahl von 2D-Projektionen unterschiedlicher Projektionsgeometrie aufgenommen, die Zentren der Projektionen der röntgenpositiven Marken auf dem Eingangsfenster des Röntgenstrahlenempfängers ermittelt und aus den ermittelten Positionen das Meßvolumen rekonstruiert und eine Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem des Meßvolumens und dem Koordinatensystem des Positionserfassungssystems ermittelt wird
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 auf einfache und kostengünstige Weise zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf besondere Ausführungsarten der Erfindung.
  • Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, daß von einem raumfesten 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 werden in einer Look-up-table (LUT) zur Korrektur von 2D-Projektionen bei späteren 3D-Rekonstruktionen in einer Look-up-table (LUT) abgespeichert. Für die 3D-Rekonstruktion der Röntgenmarke im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers werden die um den jeweiligen Verschiebevektor verschobenen 2D-Projektionen auf der Basis eines idealen kinematischen Modells der Röntgendiagnostikeinrichtung herangezogen. Weiterhin wird für wenigstens eine Einstellung des C-Bogens zusätzlich zu der Aufnahme der 2D-Projektion die Lage der Röntgenmarke und die Lage des Röntgenstrahlenempfängers im Raum mittels eines Lageerfassungssystems ermittelt. Eine Recheneinheit berechnet die mit dem Lageerfassungssystem ermittelte Position der Röntgenmarke im Koordinatensystems des Röntgenstrahlenempfängers und vergleicht diese mit der Position der rekonstruierten Röntgenmarke. Der durch die beiden Punkte definierte Vektor wird als Korrekturvektor abgespeichert, mit dem nachfolgend jedes rekonstruierte Volumen verschoben wird. Für Navigationszwecke wird das um den Korrekturvektor verschobene Volumen im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers an einer Datenschnittstelle zur Verfügung gestellt. Bei der Registrierung wird das Koordinatensystem des Lageerfassungssystems auf das Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers registriert.
  • 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 verschoben aber nicht verdreht ist. 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. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Position des rekonstruierten Volumens bezüglich des tatsächlichen Röntgenvolumens im Raum um einen Vektor verschoben ist. Dieser im folgenden ”Korrekturvektor K” genannte Vektor wird mittels einer ortsfest angeordneten punktförmigen Röntgenmarke und einem Lageerfassungssystem ermittelt. Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert.
  • 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.
  • In 1 ist ferner ein Stativ (14) dargestellt, das an seinem oberen Ende eine punktförmige Röntgenmarke (15) trägt. Die Position der Röntgenmarke (15) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems (18) ist wahlweise mittels eines Pointers (13) oder mittels einer die Punktmarke (15) umhüllende retroreflektive Beschichtung ermittelbar. Im Falle der Verwendung eines Pointers (13) trägt dieser eine Markenanordnung (16'), die von dem Lageerfassungssystem (18) erfaßbar ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In 4 ist die erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung in der sogenannten ”AP-Stellung” dargestellt. Dabei ist der Zentralstrahl (10) nach dem kinematischen Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung senkrecht zum horizontalen Fußboden (19) orientiert; mithin liegt nach dem kinematischen Modell der Brennfleck (9) auf einer vertikal 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 nicht auf dem Zentralstrahl (10) des kinematischen Modells.
  • 5 enthält ein Ablaufdiagramm (200 bis 211) für eine Routine zur Verbesserung der 3D-Rekonstruktion mit einer punktförmigen Röntgenmarke (15); 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.
  • 6 enthält ein Ablaufdiagramm (300 bis 312) für eine Routine zur Bestimmung des Korrekturvektors mittels einer punktförmigen Röntgenmarke Am Ende der Routine steht der Korrekturvektor K zur Verfügung.
  • 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 verschoben. Die Daten des verschobenen Volumens werden über eine Datenschnittstelle (23) bei Bedarf an ein Navigationssystem (24) übergeben.
  • Bezugszeichenliste
  • 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'
    Röntgenpositive Punktmarken
    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
    Verstellbereiche 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 Projektionsstrecke 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 der 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
    300
    Start: Routine zur Bestimmung des Korrekturvektors mittels einer punktförmigen Röntgenmarke
    301
    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.
    302
    Position der punktförmigen Röntgenmarke mittels der Marken (16) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems bestimmen und an die Recheneinheit (22) übergeben, vorzugsweise unter Verwendung eines Pointers (13)
    303
    Verstellbereiche der Röntgendiagnostikeinrichtung für x, y und α und Abfolge von Einstellungen α, y und z im kinematischen Modell auswählen, bei denen der Zentralstrahl jeweils durch das virtuelle Scanzentrum verläuft.
    304
    Neue Einstellung der Orbital- Horizontal- und Vertikalachse der Röntgendiagnostikeinrichtung aus der Wertemenge von Schritt 303, beginnend mit der LAT-Position
    305
    2D-Projektion der punktförmigen Röntgenmarke aufnehmen und mit Verschiebevektor V(y, z, α) aus LUT korrigieren
    306
    Position des Röntgenstrahlenempfängers (7) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems mittels der Marken (16) bestimmen und an Recheneinheit (22) übergeben
    307
    Abfrage: Alle vorgesehenen Projektionsgeometrien abgearbeitet? Wenn nein, gehe zu Schritt 304
    308
    Berechnung der Position der punktförmigen Röntgenmarke unter Verwendung der Ergebnisse von Schritt 302 und 306 im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnehmers in der LAT-Stellung
    309
    Berechnung der Position der punktförmigen Röntgenmarke aus den mit den Verschiebevektoren V(y, z, α) korrigierten 2D-Projektionen aus Schritt 305 im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnehmers in der LAT-Stellung
    310
    Berechnung eines Korrekturvektors K, der von dem ermittelten Punkt aus Schritt 308 zu dem ermittelten Punkt aus Schritt 309 zeigt
    311
    Abspeichern des Korrekturvektors K, um den ein später zu rekonstruierendes Volumen vor Übergabe an die Datenschnittstelle (23) im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnehmers in LAT-Stellung verschoben wird.
    312
    Ende

Claims (3)

  1. Verfahren zur Kalibrierung einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem in z-Richtung höhenverstellbaren, in y-Richtung horizontal verschiebbaren und längs seines Umfanges um einen Orbitalwinkel α in einer vertikalen Ebene verschiebbaren C-Bogen mit einem Röntgenstrahlenempfänger (7) und einer gegenüber angeordneten Röntgenstrahlenquelle (8), welche Röntgendiagnostikeinrichtung durch ein kinematisches Modell beschrieben wird und einem Lageerfassungssystem (18), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (1) Im kinematischen Modell der Röntgendiagnostikeinrichtung wird ein Punkt im Raum als virtuelles Scanzentrum festgelegt, der sich im Schnittpunkt eines horizontal und eines vertikal liegenden Zentralstrahls (10) des C-Bogens befindet. (2) Eine punktförmige Röntgenmarke (15) wird ortsfest im Raum am Ort des virtuellen Scanzentrums positioniert. (3) Die Position der punktförmigen Röntgenmarke (15) wird mittels des Lageerfassungssystems (18) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems bestimmt und an eine Recheneinheit (22) übergeben. (4) Von der raumfest positionierten punktförmigen Röntgenmarke (15) wird für eine Anzahl von Einstellungen (α, y, z) der Röntgendiagnostikeinrichtung jeweils eine 2D-Röntgenprojektion aufgenommen, für die nach dem kinematischen Modell der Zentralstrahl (10) durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und das Zentrum der Projektion der punktförmigen Röntgenmarke (15) auf dem Eingangsfenster (11) des Röntgenstrahlenempfängers (7) in der Recheneinheit (22) ermittelt. (5) Für wenigstens eine Einstellung mit horizontal ausgerichtetem Zentralstrahl (LAT-Position) und vorzugsweise für weitere Einstellungen (α, y, z) wird die Position des Röntgenstrahlenempfängers (7) im Koordinatensystem des Lageerfassungssystems mittels der Marken (16) bestimmt und an die Recheneinheit (22) übergeben. (6) Für jedes Wertetripel (α, y, z) wird nach dem kinematischen Modell zu jedem Zentrum der 2D-Projektion der punktförmigen Röntgenmarke (15) die zugehörige Projektionsstrecke rekonstruiert. (7) Für die aus der Anzahl von 2D-Projektionen ermittelten Projektionsstrecken wird nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ein virtueller Punkt im Koordinatensystem des kinematischen Modells errechnet, für den die Summe der Abstandsquadrate zu den Projektionsstrecken minimal ist. Für diesen errechneten Punkt werden unter Verwendung der Position des Brennflecks (9) aus dem kinematischen Modell die Projektionsstrecken und ihr Schnittpunkt mit der Ebene des Eingangsfensters (11) des Röntgenstrahlenempfängers (7) neu berechnet und mit der Lage des Zentrums der 2D-Projektion der punktförmigen Röntgenmarke (15) verglichen. Der Vektor zwischen den beiden Positionen in der Ebene des Eingangsfensters (11) des Röntgenstrahlenempfängers (7) wird als Verschiebevektor V(y, z, α) in einer look-up-table (LUT) in der Recheneinheit (22) abgelegt (8) Berechnung der Koordinaten der punktförmigen Röntgenmarke (15) im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenempfängers (7) in einer bevorzugten Stellung aus den mit dem Lageerfassungssystem (18) erfaßten Positionen der punktförmigen Röntgenmarke (15) und des Röntgenstrahlenempfängers (7). (9) Ermittlung eines Korrekturvektors K, der die Transformation zwischen dem in Verfahrensschritt 8 ermittelten Punkt und dem virtuellen Punkt aus Verfahrensschritt 7 darstellt, sowie Abspeichern dieses Korrekturvektors K in der Recheneinheit (22) (10) Für alle nachfolgenden 3D-Rekonstruktionen werden die 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen mit dem Verschiebevektor V(α, y, z) aus der Look-up-table (LUT) in der Ebene des Röntgenstrahlenempfängers (7) korrigiert, mit den korrigierten 2D-Projektionen auf der Basis des kinematischen Modells ein Volumen rekonstruiert und das rekonstruierte Volumen um den Korrekturvektor K verschoben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der punktförmigen Röntgenmarke (15) und/oder des Röntgenstrahlenempfängers (7) durch Antasten mittels eines Pointers (13) bestimmt wird, der eine vom Lageerfassungssytem (18) erfaßbare Markenanordnung (16) enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bevorzugte Stellung der Röntgendiagnostikeinrichtung in Verfahrensschritt 8 die LAT-Position ist, bei der der Zentralstrahl (10) horizontal ausgerichtet ist und die Werte für die Horizontalverschiebung y und die Höhenverstellung z minimal sind.
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