Die vorliegende Erfindung betrifft ein Blendensystem für eine Strahlenquelle sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen eines Projektionsbilds und zum Bestimmen einer Relativposition zwischen einer Strahlenquelle und einem Strahlendetektor aus dem Projektionsbild.The present invention relates to a diaphragm system for a radiation source and to an apparatus and a method for recording a projection image and for determining a relative position between a radiation source and a radiation detector from the projection image.
Röntgenbildgebungssysteme basieren auf mechanischen Aufbauten, bei denen die Relativlage einer Röntgenquelle zu einem Röntgenflachbilddetektor nicht eindeutig bekannt ist. Aufgrund von Fehlern, wie mechanischer Verformung oder einer Eigenfrequenzanregung mindestens einer Komponente oder deren Führungsvorrichtung, ist eine Relativlage der Komponenten zueinander nur näherungsweise bestimmbar. Die exakte Lage beider Komponenten ist für eine Bildgebung und insbesondere für die dreidimensionale Rekonstruktion entscheidend.X-ray imaging systems are based on mechanical structures in which the relative position of an X-ray source to an X-ray flat-panel detector is not clearly known. Due to errors such as mechanical deformation or a natural frequency excitation of at least one component or its guide device, a relative position of the components is only approximately determined relative to one another. The exact location of both components is critical for imaging and, in particular, for three-dimensional reconstruction.
Röntgenbildgebungssysteme zur Aufnahme von Röntgenprojektionen aus verschiedenen Richtungen und zur anschließenden Erstellung dreidimensionaler Bilddaten werden daher im Allgemeinen offline, also vor einem Einsatz, kalibriert. Dies hat zur Folge, dass eine Genauigkeit des Systems mit einer Wiederholgenauigkeit einer Mechanik des Systems korreliert, da diese die zuvor kalibrierten Positionen zu reproduzieren versucht. Die Positionen der einzelnen Komponenten bei den Aufnahmen aus verschiedenen Richtungen und insbesondere die Relativposition werden daher nicht gemessen, sondern auf Basis der letzten Kalibrierung geschätzt bzw. angenommen. Demgegenüber wird bei Online-Kalibrierverfahren während der Bildaufnahme kalibriert.X-ray imaging systems for recording X-ray projections from different directions and for subsequently producing three-dimensional image data are therefore generally calibrated offline, ie before use. As a result, an accuracy of the system correlates with a repeatability of a mechanics of the system as it attempts to reproduce the previously calibrated positions. The positions of the individual components in the images from different directions and in particular the relative position are therefore not measured, but estimated on the basis of the last calibration or assumed. In contrast, calibrated during online calibration during image acquisition.
Um auf einen separaten Kalibriervorgang vor dem Einsatz der Bildgebung zu verzichten und somit die Anwendung der Bildgebung zu vereinfachen, werden Online-Kalibrierverfahren eingesetzt. Bei dieser Kalibrierungsmethode werden in einem Bildaufnahmebereich, entweder direkt oberhalb eines Röntgenflachbilddetektors oder vor einer Röntgenquelle, stark röntgenabsorbierende Marker, typischerweise Kugeln, eingebracht. Da diese in jedem Röntgenbild zu sehen sind, kann aufgrund der Markerpositionen im jeweiligen Röntgenbild die Relativposition zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor geschätzt werden. Dabei ist es notwendig, in den aufgenommenen Projektionsbildern die Markerbereiche zu maskieren, sodass diese bei der dreidimensionalen Rekonstruktion nicht berücksichtigt werden. Der maskierte Bereich wird in der dreidimensionalen Rekonstruktion der Bilddaten nicht verwendet, die entfernten Informationen fehlen. Beispielsweise offenbart die Druckschrift US 7 488 107 B2 eine Kalibrierung mit einem Marker, der zentral im aufgenommenen Bild angeordnet ist und somit entweder vor einer Aufnahme eines interessierenden Objekts entfernt werden muss oder wesentliche Informationen dieses Objekts verdeckt.To dispense with a separate calibration procedure prior to the use of imaging and thus to simplify the application of imaging, online calibration procedures are used. In this calibration method, strongly X-ray absorbing markers, typically spheres, are placed in an image pickup area, either directly above an X-ray flat panel detector or in front of an X-ray source. Since these can be seen in each X-ray image, the relative position between X-ray source and X-ray detector can be estimated on the basis of the marker positions in the respective X-ray image. It is necessary to mask the marker areas in the recorded projection images so that they are not taken into account in the three-dimensional reconstruction. The masked area is not used in the three-dimensional reconstruction of the image data missing the removed information. For example, the document discloses US Pat. No. 7,488,107 B2 a calibration with a marker, which is centrally located in the captured image and thus must either be removed before taking a subject of interest or obscures essential information of this object.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, durch die die genannten Nachteile vermieden werden können, mit denen also eine Kalibrierung während einer Aufnahme durchgeführt werden kann, ohne dass wesentliche Bildinhalte verdeckt werden.The object of the present invention is thus to propose an apparatus and a method by which the stated disadvantages can be avoided, with which a calibration can thus be carried out during a recording without masking essential image contents.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Blendensystem nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 9, ein Verfahren nach Anspruch 13 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a diaphragm system according to claim 1, a device according to claim 9, a method according to claim 13 and a computer program product according to claim 15. Advantageous embodiments and further developments are described in the dependent claims.
Ein Blendensystem für eine Strahlenquelle zum Erzeugen eines Projektionsbilds eines auf einem Strahlendetektor abbildbaren Objekts durch Strahlen eines von der Strahlenquelle ausgesandten, das Blendensystem durchlaufenden Strahlenbündels weist einen strahlenundurchlässigen Marker mit mindestens einer Referenzstruktur auf. Dieser Marker ist an dem Blendensystem in einer Art und Weise angeordnet, dass ein Zentralstrahl des Strahlenbündels das Blendensystem ungehindert passieren kann und die Referenzstruktur dennoch stets als ein Schatten in dem Projektionsbild des Objekts sichtbar ist. Dies dient einem Bestimmen einer Relativlage der Strahlenquelle zu dem Strahlendetektor aus dem Projektionsbild über eine durch einen Kontrast definierte Position des Schattens der Referenzstruktur in dem Projektionsbild, wobei der Kontrast des Schattens in dem Projektionsbild durch eine maximale Absorption der Strahlen an der Referenzstruktur maximiert ist und somit der Kontrast eine Genauigkeit des Bestimmens der Relativposition sowie eine Abbildungsqualität des Projektionsbilds angibt.A diaphragm system for a radiation source for generating a projection image of an object which can be imaged on a radiation detector by radiating a radiation beam transmitted through the radiation system by the radiation source has a radiopaque marker with at least one reference structure. This marker is arranged on the diaphragm system in such a way that a central beam of the beam can pass through the diaphragm system unhindered and the reference structure is nevertheless always visible as a shadow in the projection image of the object. This serves to determine a relative position of the radiation source to the radiation detector from the projection image via a position defined by a contrast of the shadow of the reference structure in the projection image, wherein the contrast of the shadow in the projection image is maximized by maximum absorption of the rays at the reference structure, and thus the contrast indicates an accuracy of determining the relative position and an imaging quality of the projection image.
Dadurch, dass der Zentralstrahl nicht von dem Marker abgedeckt wird, können mittig in einem zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlendetektor liegenden Strahlengang befindliche Bereiche in dem Projektionsbild abgebildet werden. Unter einem ”Zentralstrahl” soll hierbei ein genau mittig in dem von der Strahlenquelle ausgesandten Strahlenbündel liegender Strahl verstanden werden. Dadurch, dass der Marker strahlenundurchlässig ist, also die auf dem Marker auftreffende Strahlung der Strahlenquelle absorbiert oder gestreut wird, ist der Marker in dem Projektionsbild des Objekts stets sichtbar und der Kontrast der Markerabbildung in dem Projektionsbild kennzeichnet die Abbildungsqualität des Projektionsbilds. Unter dem Begriff ”Kontrast” kann hierbei eine Schärfe des Übergangs zwischen Bereichen höchster Strahlenintensität in dem Projektionsbild zu Bereichen niedrigster Strahlenintensität aufgrund einer Abschattung durch den Marker bzw. die Referenzstruktur verstanden werden, also insbesondere ein Kontrastübergang, eine Schärfe, ein Gradient oder auch eine Kantenhärte bzw. Kantenschärfe des durch die Referenzstruktur in dem Projektionsbild hervorgerufenen Schattens. Der Kontrast soll somit einen möglichst geringen räumlichen Übergangsbereich zwischen dem Bereich höchster Strahlungsintensität zu dem Bereich niedrigster Strahlungsintensität und bzw. oder einen möglichst hohen Intensitätsunterschied zwischen der minimalen Strahlungsintensität im Bereich der Referenzstruktur zu der maximalen Strahlungsintensität im Bereich des belichteten Bereichs beschreiben. Die Position der Referenzstruktur kann durch den Kontrast in einfacher und gleichzeitig sehr genauer Weise aus dem Projektionsbild bestimmt werden, indem eine Position maximaler Absorption der Strahlen (und somit eine Position niedrigster Beleuchtungsintensität) ermittelt wird und durch den an dieser Position durch das Blendensystem maximierten Kontrast auf die Referenzstruktur zurückgeschlossen wird.Because the central beam is not covered by the marker, areas located in the projection image can be imaged centrally in a beam path located between the radiation source and the radiation detector. A "central beam" is to be understood here as meaning a beam located exactly in the middle in the beam emitted by the radiation source. By virtue of the fact that the marker is radio-opaque, ie the radiation of the radiation source incident on the marker is absorbed or scattered, the marker is always visible in the projection image of the object and the contrast of the marker image in the projection image characterizes the imaging quality of the projection image. By the term "contrast" here can be a sharpness of the transition between areas of highest radiation intensity in the projection image to areas of lowest radiation intensity due to shading by the marker or the Reference structure are understood, ie in particular a contrast transition, a sharpness, a gradient or an edge hardness or edge sharpness of the caused by the reference structure in the projection image shadow. The contrast should thus describe the smallest possible spatial transitional region between the region of highest radiation intensity and the region of lowest radiation intensity and / or the highest possible intensity difference between the minimum radiation intensity in the region of the reference structure and the maximum radiation intensity in the region of the exposed region. The position of the reference structure can be determined from the projection image by the contrast in a simple and at the same time very precise manner by determining a position of maximum absorption of the rays (and thus a position of lowest illumination intensity) and by the contrast maximized by the aperture system at this position the reference structure is closed.
Dementsprechend kann der Kontrast entlang einer Intensitätsverteilung bestimmt werden, die typischerweise entlang einer orthogonal auf der Referenzstruktur stehenden Linie bestimmt wird und zumindest ein lokales Minimum der Intensität an der Position der Referenzstruktur aufweist. Natürlich kann nicht nur ein lokales Minimum sondern auch ein globales Minimum der Intensität, also ein Maximum der Absorption, vorliegen. Dadurch, dass die maximale Absorption bereits an der Referenzstruktur erreicht wird und nicht, beispielsweise aufgrund von Streuung oder unterschiedlich starker Absorption an der Blende, an einem anderen Ort des Blendensystems, wird die Genauigkeit der Positions- und Lagebestimmung erhöht.Accordingly, the contrast may be determined along an intensity distribution typically determined along a line orthogonal to the reference structure and having at least one local minimum of the intensity at the position of the reference structure. Of course, not only a local minimum but also a global minimum of intensity, ie a maximum of absorption, may be present. The fact that the maximum absorption is already achieved at the reference structure and not, for example due to scattering or different levels of absorption at the diaphragm, at a different location of the diaphragm system, the accuracy of the position and orientation is increased.
Außerdem kann der Marker bzw. die Referenzstruktur derart angeordnet und eingerichtet sein, einen Kontrast des Schattens zu optimieren, insbesondere zu maximieren. Unter einem optimierten Kontrast soll ein möglichst hoher Kontrast und folglich ein möglichst scharf begrenzter und identifizierbarer Übergang bzw. Kontrastübergang zwischen dem Schatten und dem belichteten Projektionsbild verstanden werden. Hierdurch wird eine hohe Schärfe der Abbildungen der Referenzstruktur in dem Projektionsbild erhalten, wobei eine hohe Schärfe gleichzeitig auch für eine hohe Abbildungsqualität spricht. Durch das Blendensystem kann eine Relativlage des Strahlendetektors zu der Strahlenquelle bestimmt werden und eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts aus einzelnen Projektionsaufnahmen mit höherer Genauigkeit erzielt werden. Ein präzises Erkennen der Referenzstruktur ist angestrebt und erleichtert eine Weiterverarbeitung, da die Relativlage genauer bestimmt werden kann.In addition, the marker or the reference structure may be arranged and arranged to optimize, in particular to maximize, a contrast of the shadow. Optimized contrast should be understood to mean the highest possible contrast and consequently the sharpest possible and identifiable transition or contrast transition between the shadow and the exposed projection image. As a result, a high sharpness of the images of the reference structure is obtained in the projection image, with a high sharpness also speaks for a high image quality. By means of the diaphragm system, a relative position of the radiation detector to the radiation source can be determined, and a three-dimensional reconstruction of the object from individual projection images with higher accuracy can be achieved. A precise recognition of the reference structure is desired and facilitates further processing, since the relative position can be determined more accurately.
Typischerweise ist die Referenzstruktur eine Referenzlinie und der Marker kann auch ein Teil einer vor der Strahlenquelle angeordneten Blende sein. Es kann vorgesehen sein, dass der Marker derart angeordnet ist, dass die abzubildende Referenzstruktur rechtwinklig zu einem auf die Referenzstruktur auftreffenden Strahl des Strahlenbündels angeordnet ist, um einen hohen Kontrast, also eine hohe Schärfe, des Schattens der Referenzstruktur in dem Projektionsbild zu erzeugen. Vorzugsweise trifft der auf die Referenzstruktur auftreffende Strahl unter einem Winkel von zwischen 70° bis 110°, besonders vorzugsweise von zwischen 80° und 100° auf die Referenzstruktur auf. Typischerweise weist die Referenzstruktur eine der Strahlenquelle zugewandte Oberfläche auf, auf die der auftreffende Strahl unter den genannten möglichen Winkeln auftrifft.Typically, the reference structure is a reference line and the marker may also be part of an aperture located in front of the radiation source. It can be provided that the marker is arranged such that the reference structure to be imaged is arranged at right angles to a beam of the radiation beam impinging on the reference structure, in order to produce a high contrast, ie a high sharpness, of the shadow of the reference structure in the projection image. The beam impinging on the reference structure preferably impinges on the reference structure at an angle of between 70 ° and 110 °, particularly preferably between 80 ° and 100 °. Typically, the reference structure has a surface facing the source of radiation incident upon the incident beam at said possible angles.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Marker so ausgebildet und angeordnet ist, dass ein erster Strahl unter einem Winkel auf den Marker bzw. die Referenzstruktur trifft, unter dem er durch eine Dicke des Markers und bzw. oder der Referenzstruktur absorbiert oder gestreut wird, während ein dem ersten Strahl unmittelbar benachbarter und zeitgleich zu diesem ausgesandter zweiter Strahl an der Referenzstruktur ungehindert vorbeiläuft.It can also be provided that the marker is designed and arranged such that a first beam strikes the marker or the reference structure at an angle at which it is absorbed or scattered by a thickness of the marker and / or the reference structure, while a second beam immediately adjacent to the first beam and simultaneously emitted therefrom passes by the reference structure unhindered.
Die Referenzstruktur kann eine Kante des Markers als Referenzlinie sein, wobei die Kante zum Erhöhen des Kontrasts des Schattens der Referenzstruktur in dem Projektionsbild eine Oberfläche aufweist, die zumindest abschnittsweise parallel oder tangential zu einem das Blendensystem durchlaufenden und unmittelbar der Oberfläche benachbarten Strahl des Strahlenbündels angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Kante vollständig parallel zu diesem Strahl angeordnet. Hierdurch wird eine besonders hohe Abschattung und somit eine besonders hohe Schärfe des Schattens erreicht, da eine Streuung der einfallenden Strahlen an der Kante minimiert wird und somit ein sehr sauberer Übergang zwischen von der Strahlung beleuchteten Bereichen des Projektionsbilds und von dem Marker abgeschatteten Bereichen des Projektionsbilds erreicht wird. Der Schatten der Kante kennzeichnet somit einen Übergang zwischen einem beleuchteten, durch einen strahlendurchlässigen Teil des Blendensystems erzeugten und einem abgeschatteten, durch einen strahlenundurchlässigen Teil des Blendensystems erzeugten Bereich des Projektionsbilds. Die Kante des Markers kann zum Einstellen bezüglich des Strahls an einem linear oder rotatorisch beweglichen Element der Blende angeordnet sein. Unter einem strahlenundurchlässigen Bereich, Bauteil bzw. Material soll hierbei ein Bereich, Bauteil oder Material verstanden werden, das mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70%, besonders vorzugsweise mindestens 90% der auftreffenden Strahlung blockiert. Dieser strahlenundurchlässige Bereich, Bauteil bzw. Material kann somit auch für eine maximale Absorption der einfallenden Strahlen sorgen.The reference structure may be an edge of the marker as a reference line, wherein the edge for increasing the contrast of the shadow of the reference structure in the projection image has a surface which is at least partially parallel or tangent to a beam passing through the diaphragm system and immediately adjacent to the surface beam of the beam , Preferably, the edge is arranged completely parallel to this beam. In this way, a particularly high shadowing and thus a particularly high sharpness of the shadow is achieved, since a scattering of the incident rays is minimized at the edge and thus achieves a very clean transition between irradiated areas of the projection image and the marker shaded areas of the projection image becomes. The shadow of the edge thus indicates a transition between an illuminated, generated by a radiolucent part of the diaphragm system and a shadowed, generated by a radiopaque portion of the diaphragm system portion of the projection image. The edge of the marker can be arranged to adjust with respect to the beam on a linearly or rotationally movable element of the diaphragm. A radiation-impermeable region, component or material should be understood to mean a region, component or material which blocks at least 50%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 90%, of the incident radiation. This radiopaque area, component or material can thus also ensure maximum absorption of the incident rays.
Typischerweise ist die Kante an einem drehbaren mechanischen Element angeordnet. Durch das mechanische Element ist die dem Strahl benachbarte Oberfläche der Kante stets parallel zu dem Strahl einstellbar. Somit kann auch bei divergierenden Strahlenbündeln oder einer Umlagerung der Strahlenquelle bezüglich des Blendensystems immer erreicht werden, dass der der Kante benachbarte Strahl parallel zu der Oberfläche der Kante verläuft. Das drehbare mechanische Element ist vorzugsweise um eine Drehachse drehbar, mit der das Element mit dem Blendensystem verbunden ist. Die Drehachse kann mittig verlaufen oder ist an einem Ende des drehbaren mechanischen Elements, also mit einem minimalen Abstand oder einem maximalen Abstand zu der Strahlenquelle an dem drehbaren mechanischen Element angeordnet. In letzterem Fall ist das drehbare mechanische Element somit um die an dem Ende angeordnete Achse kippbar.Typically, the edge is disposed on a rotatable mechanical element. Due to the mechanical element, the surface of the edge adjacent to the beam is always adjustable parallel to the beam. Thus, even with diverging radiation beams or a rearrangement of the radiation source relative to the diaphragm system, it can always be achieved that the beam adjacent to the edge runs parallel to the surface of the edge. The rotatable mechanical element is preferably rotatable about an axis of rotation, with which the element is connected to the diaphragm system. The axis of rotation can run centrally or is arranged at one end of the rotatable mechanical element, ie with a minimum distance or a maximum distance to the radiation source on the rotatable mechanical element. In the latter case, the rotatable mechanical element is thus tiltable about the axis arranged at the end.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kante an einem Blendenelement angeordnet ist, das zwei parallel zueinander verlaufende Drehachsen aufweist, die beide jeweils mit einem Linearhub verbunden sind. Beide Linearhübe können unabhängig voneinander linear verschiebbar sein, wobei die zwei Drehachsen vorzugsweise jeweils an einander gegenüberliegenden Enden der Kante angeordnet sind. Hierdurch kann eine gezielte Einstellung der Oberfläche der Kante bezüglich des benachbarten Strahls vorgenommen werden, so dass die Oberfläche stets parallel zu diesem Strahl steht. Die Verstellung kann hierbei manuell oder motorgetrieben erfolgen.It can also be provided that the edge is arranged on a diaphragm element which has two mutually parallel axes of rotation, both of which are each connected to a linear stroke. Both linear strokes can be linearly displaceable independently of each other, wherein the two axes of rotation are preferably arranged in each case at opposite ends of the edge. In this way, a targeted adjustment of the surface of the edge with respect to the adjacent beam can be made, so that the surface is always parallel to this beam. The adjustment can be done manually or motor driven.
Typischerweise weist die Kante mindestens zwei gerade Abschnitte auf, die gegeneinander abgewinkelt sind. Diese Abschnitte können derart angeordnet sein, dass zumindest einer der beiden Abschnitte parallel zu dem unmittelbar benachbarten Strahl verläuft. Durch zwei Abschnitte mit unterschiedlicher Winkelstellung können auch bei einer Verstellung der Strahlenquelle ohne Austausch des Blendensystems dem jeweiligen Abschnitt benachbarte Strahlen parallel zu dem Abschnitt verlaufen. Somit wird auch bei einem Bewegen der Strahlenquelle noch ein hoher Kontrast des Schattens in dem Projektionsbild erreicht. Vorzugsweise ist die parallel zu dem Strahl verlaufende Oberfläche an einem von der Strahlenquelle abgewandten Teil der Kante angeordnet. Hierbei kann die Kante zwischen den beiden geraden Teilen gekrümmt sein, vorzugsweise konvex gekrümmt sein, so dass in einer weiteren Einstellung der Strahlenquelle der benachbarte Strahl gerade tangential an dem gekrümmten Bereich anliegt und somit dennoch ein hoher Kontrast einstellbar ist. Ein Blendenelement des Blendensystems, an dem die Kante angeordnet ist, kann insgesamt bewegt werden, um somit die Strahlung unterschiedlich stark zu absorbieren.Typically, the edge has at least two straight sections that are angled against each other. These sections may be arranged such that at least one of the two sections is parallel to the immediately adjacent beam. By means of two sections with different angular positions, even with an adjustment of the radiation source without exchanging the diaphragm system, adjacent beams can run parallel to the section adjacent the respective section. Thus, even with a movement of the radiation source, a high contrast of the shadow is achieved in the projection image. Preferably, the surface extending parallel to the beam is arranged on a part of the edge facing away from the radiation source. In this case, the edge between the two straight parts may be curved, preferably convexly curved, so that in a further adjustment of the radiation source the adjacent beam is tangential to the curved area and thus a high contrast can still be set. An aperture element of the diaphragm system, on which the edge is arranged, can be moved as a whole, so as to absorb the radiation to different degrees.
Die Referenzstruktur kann eine Mittellinie eines länglichen Elements sein, wobei die Mittellinie als Referenzlinie kennzeichnend für die Abbildungsqualität und bzw. oder für die Genauigkeit der Bestimmung, insbesondere einer Berechnung der Relativposition ist. Unter einem ”länglichen Element” soll ein Element verstanden werden, dessen Längsausdehnung größer ist als eine Querausdehnung. Die ”Mittellinie” soll eine Linie bezeichnen, die mittig zwischen zwei Kanten des länglichen Elements liegt. Typischerweise wird hierfür ein Draht oder ein Stab verwendet, der an dem Blendensystem gespannt ist. Durch das Vorsehen einer Mittellinie eines länglichen Elements kann die Strahlung an zwei Seiten an dem länglichen Element vorbei gelangen und somit wird in dem Projektionsbild die Referenzstruktur als Linie mit unterschiedlicher Schärfe deutlich. Eine Position der Mittellinie selbst ist jedoch eindeutig bestimmbar, auch wenn keine scharfen Übergänge des Schattens mehr erreichbar sind, denn der Kontrast zwischen dem belichteten Bereich und der Mittellinie kann immer noch ermittelt und auf hohe Werte des Kontrasts optimiert werden. Typischerweise ist die Position der Mittellinie als Referenzlinie bestimmt durch eine Position einer maximalen Absorption der einfallenden Strahlung in dem Projektionsbild. Hierfür ist der Draht oder der Stab, sofern er als Referenzstruktur verwendet wird, von der Kante beabstandet. Somit ist unter dem ”Kontrast” in diesem Fall in erster Linie ein möglichst hoher Intensitätsunterschied zwischen dem Bereich minimaler Intensität an der Position der Mittellinie und dem Bereich maximaler Intensität im vollständig belichteten Bereich zu verstehen. Zusätzlich können weitere Informationen durch eine räumliche Änderung der Intensität, also über die Schärfe des Übergangs, erhalten werden. Da die Mittellinie die Position maximaler Absorption angibt, maximiert sie den Kontrast über eine Maximierung des Unterschieds zwischen einem voll belichteten Bereich, d. h. einem Bereich minimaler Absorption, und einem Bereich maximaler Absorption.The reference structure may be a centerline of an elongate element, wherein the centerline as a reference line is indicative of the image quality and / or the accuracy of the determination, in particular a calculation of the relative position. An "elongated element" should be understood to mean an element whose longitudinal extent is greater than a transverse extent. The "centerline" is intended to denote a line that lies midway between two edges of the elongated element. Typically, this is a wire or a rod is used, which is stretched on the aperture system. By providing a centerline of an elongate member, the radiation can pass the elongate member on two sides, and thus, in the projection image, the reference pattern becomes clear as a line of different sharpness. However, a position of the center line itself is clearly determinable, even if no sharp transitions of the shadow are more achievable, because the contrast between the exposed area and the center line can still be determined and optimized for high levels of contrast. Typically, the position of the centerline as a reference line is determined by a position of maximum absorption of the incident radiation in the projection image. For this purpose, the wire or the rod, if it is used as a reference structure, spaced from the edge. Thus, the "contrast" in this case is primarily to be understood as the highest possible intensity difference between the area of minimum intensity at the position of the center line and the area of maximum intensity in the fully exposed area. In addition, further information can be obtained by a spatial change in intensity, that is, by the sharpness of the transition. Because the midline indicates the position of maximum absorption, it maximizes contrast by maximizing the difference between a fully exposed area, i. H. a range of minimum absorption, and a range of maximum absorption.
Das Blendensystem umfasst vorzugsweise ein strahlenabsorbierendes Metall, das besonders vorzugsweise eine homogene Dichte aufweist. Somit wird eine gleichmäßige Absorption der Strahlung gewährleistet.The diaphragm system preferably comprises a radiation-absorbing metal, which particularly preferably has a homogeneous density. Thus, a uniform absorption of the radiation is ensured.
Eine Öffnung des Blendensystems, durch die das Strahlenbündel läuft, kann rechteckig oder kreisförmig sein oder eine Form mit mehr als vier Ecken aufweisen. Hierdurch können, je nach der gewünschten Geometrie des Projektionsbilds unterschiedlich große Bereiche der Blende von dem Strahlenbündel durchlaufen werden. Vorzugsweise ist an mindestens einer, besonders vorzugsweise jedoch an zwei Seiten der Öffnung mindestens ein strahlungspositives und bzw. oder ein strahlungsnegatives geometrisches Merkmal angeordnet, um eine eindeutige Zuordnung einer Orientierung des Blendensystems bezüglich der Strahlenquelle und des Strahlendetektors gewährleisten zu können. Unter einem strahlungspositiven Merkmal sollen hierbei sämtliche Merkmale verstanden werden, die als Bereiche mit hoher Strahlenintensität in dem Projektionsbild sichtbar sind, und gegen ein strahlungsnegatives geometrisches Merkmal in dem Projektionsbild ein von der Strahlung abgeschatteten Bereich in dem Projektionsbild wiedergibt. Derartige Merkmale können beispielsweise Aussparungen oder Vorsprünge sein.An aperture of the aperture system through which the beam travels can be rectangular or circular or have a shape with more than four corners. As a result, depending on the desired geometry of the projection image, areas of the diaphragm of different size can be traversed by the beam. Preferably, at least one, but more preferably on two sides of the opening at least one radiation-positive and / or a radiation-negative geometric feature arranged to ensure a clear assignment of an orientation of the diaphragm system with respect to the radiation source and the radiation detector can. In this case, a radiation-positive feature is to be understood as meaning all features which are visible as regions with high radiation intensity in the projection image and which reproduces a radiation-negative geometric feature in the projection image of an area shaded by the radiation in the projection image. Such features may be, for example, recesses or projections.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Größe der Öffnung des Blendensystems durch mindestens eine, vorzugsweise zwei, besonders vorzugsweise vier verfahrbare Blendenelemente einstellbar ist. Hierdurch kann die Größe der Öffnung variabel gehandhabt werden. Hierfür umfasst das Blendensystem mindestens vier und bis zu acht Platten als Blendenelemente, die im Falle von vier Platten als Paare oder im Falle von acht Platten als Vierergruppierung übereinander angeordnet sein können. Es kann auch vorgesehen sein, mehrere derartige Blendenelemente fluchtend übereinander anzuordnen und diese schrittweise zu verfahren.It can be provided that a size of the opening of the diaphragm system is adjustable by at least one, preferably two, particularly preferably four movable diaphragm elements. As a result, the size of the opening can be handled variably. For this purpose, the diaphragm system comprises at least four and up to eight plates as diaphragm elements, which may be arranged in the case of four plates as pairs or in the case of eight plates as a grouping of four on top of each other. It can also be provided to arrange a plurality of such diaphragm elements aligned one above the other and to move them step by step.
Eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Projektionsbilds und zum Bestimmen einer Relativposition zwischen einer Strahlenquelle und einem Strahlendetektor aus dem Projektionsbild umfasst eine Strahlenquelle und einen Strahlendetektor sowie eine Recheneinheit zum Berechnen der Relativposition aus dem Projektionsbild. An der Strahlenquelle ist ein Blendensystem mit den bereits beschriebenen Eigenschaften angeordnet. Der Kontrast des Schattens des Markers kann hierbei wiederum dazu dienen, eine Genauigkeit einer Berechnung der Relativposition anzugeben. Bei bislang verwendeten Blenden ist ein Übergangsbereich von einem absorbierenden zu einem nicht absorbierenden Bereich des Projektionsbild fließend, da die Blenden keine dem Strahlenbündel angepasste Geometrie haben. Als Folge hiervon sind weiche Übergänge der Blendenabbildung in dem Projektionsbild die Regel. Durch einen hohen Kontrast des Schattens in dem Projektionsbild lassen sich über den Strahlensatz jedoch ein Abstand und eine Position der Strahlenquelle von dem Strahlendetektor genauer bestimmen.A device for recording a projection image and for determining a relative position between a radiation source and a radiation detector from the projection image comprises a radiation source and a radiation detector and a computing unit for calculating the relative position from the projection image. At the radiation source, a diaphragm system with the properties already described is arranged. The contrast of the shadow of the marker can in turn serve to indicate an accuracy of a calculation of the relative position. In previously used apertures, a transition region from an absorbing to a non-absorbing portion of the projection image is fluid because the apertures do not have geometry matched to the beam. As a result, soft transitions of the aperture image in the projection image are the rule. However, due to a high contrast of the shadow in the projection image, a distance and a position of the radiation source from the radiation detector can be more accurately determined via the radiation set.
Um eine erste Grobpositionierung der Strahlenquelle zu dem Strahlendetektor zu überprüfen, kann an der Strahlenquelle und an dem Strahlendetektor jeweils ein Teil eines elektromagnetischen Lokalisierungssystems angeordnet sein. Hierzu kann an der Strahlenquelle ein elektromagnetischer Sender angeordnet sein, wohingegen an dem Strahlendetektor ein Empfänger angeordnet ist und durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung von dem Sender und Empfangen derselben eine erste Berechnung einer Relativlage der Strahlenquelle zum Strahlendetektor erfolgen kann. Diese Erstberechnung wird nachfolgend anhand des Projektionsbilds über den Kontrast des Markers näher spezifiziert.In order to check a first coarse positioning of the radiation source to the radiation detector, in each case a part of an electromagnetic localization system can be arranged on the radiation source and on the radiation detector. For this purpose, an electromagnetic transmitter can be arranged at the radiation source, whereas a receiver is arranged on the radiation detector and by emitting electromagnetic radiation from the transmitter and receiving same a first calculation of a relative position of the radiation source to the radiation detector can take place. This initial calculation is subsequently specified in greater detail on the basis of the projection image via the contrast of the marker.
Zwischen der Strahlenquelle und dem Blendensystem kann die Vorrichtung eine starre, fest mit der Strahlenquelle verbundene weitere Blende aufweisen. Die starre Blende kann zur Relativlagebestimmung bei dreidimensionalen Aufnahmen verwendet werden, während das bereits beschriebene variable bzw. bewegliche Blendensystem zur Reduzierung von Strahlendosen bei zweidimensionalen Aufnahmen eingesetzt werden kann. Alternativ kann auch das Blendensystem mit den beweglichen Blendenelementen zwischen der starren Blende und der Strahlenquelle angeordnet sein. Vorzugsweise weist das Blendensystem hierfür verfahrbare Blendenelemente auf. Auch auf bereits existierende Blenden kann ein zuvor beschriebenes bewegliches oder starres Blendensystem aufgesetzt werden, um diese Systeme um die beschriebene zusätzliche Funktionalität zu erweitern.Between the radiation source and the diaphragm system, the device may have a rigid, fixedly connected to the radiation source further aperture. The rigid diaphragm can be used for relative position determination in three-dimensional images, while the already described variable or movable diaphragm system can be used to reduce radiation doses in two-dimensional images. Alternatively, the diaphragm system with the movable diaphragm elements between the rigid diaphragm and the radiation source may be arranged. Preferably, the diaphragm system has movable diaphragm elements for this purpose. A previously described movable or rigid diaphragm system can also be placed on already existing diaphragms in order to expand these systems by the described additional functionality.
Typischerweise ist die Strahlenquelie eine Röntgenquelle und der Strahlendetektor ein Röntgendetektor, vorzugsweise ein Röntgenflachbilddetektor. Somit kann die beschriebene Vorrichtung eine Röntgenvorrichtung sein. Die Röntgenvorrichtung kann einen Roboter umfassen, d. h. die Röntgenquelle und bzw. oder der Röntgendetektor sind an einem Roboterarm befestigt und werden durch diesen in passende Positionen verfahren. Unter Röntgenstrahlung soll hierbei elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von zwischen 10 nm und 1 pm verstanden werden.Typically, the radiation source is an X-ray source and the radiation detector is an X-ray detector, preferably an X-ray flat-panel detector. Thus, the device described may be an X-ray device. The x-ray device may comprise a robot, i. H. the X-ray source and / or the X-ray detector are attached to a robot arm and are moved through this into appropriate positions. X-ray radiation should be understood to mean electromagnetic radiation in a wavelength range of between 10 nm and 1 μm.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Relativposition zwischen einer Strahlenquelle und einem Strahlendetektor umfasst mehrere Schritte. in einem Schritt wird ein Projektionsbild eines auf dem Strahlendetektor abbildbaren Objekts durch Strahlen eines von der Strahlenquelle ausgesandten Strahlenbündels aufgenommen. Das Strahlenbündel durchläuft ein zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlendetektor angeordnetes Blendensystem, wobei das Blendensystem einen Marker mit einer Referenzstruktur aufweist, die in dem Projektionsbild stets als Schatten abgebildet ist. Ein Zentralstrahl des Strahlenbündels passiert das Blendensystem hierbei ungehindert. In einem weiteren Schritt wird die Relativposition aus dem aufgenommenen Projektionsbild über eine durch einen Kontrast definierte Position des Schattens der Referenzstruktur in dem Projektionsbild ermittelt. Diese Positionsermittlung erfolgt üblicherweise über Anwendung des Strahlensatzes. Der Kontrast wird hierbei in dem Projektionsbild durch eine maximale Absorption der Strahlen an der Referenzstruktur maximiert.A method for determining a relative position between a radiation source and a radiation detector comprises a plurality of steps. In one step, a projection image of an object which can be imaged on the radiation detector is recorded by beams of a radiation beam emitted by the radiation source. The beam passes through a diaphragm system arranged between the radiation source and the radiation detector, the diaphragm system having a marker with a reference structure which is always imaged in the projection image as a shadow. A central ray of the beam passes through the aperture system without hindrance. In a further step, the relative position is determined from the recorded projection image via a position defined by a contrast of the shadow of the reference structure in the projection image. This position determination is usually carried out using the jet set. The contrast is maximized in the projection image by maximum absorption of the rays at the reference structure.
Das beschriebene Verfahren kann mit der bereits beschriebenen Vorrichtung und bzw. oder mit dem bereits beschriebenen Blendensystem durchgeführt werden. Insbesondere kann zum Erzielen eines optimierten, also möglichst hohen Kontrasts bzw. einer hohen Kantenschärfe an einem Übergangsbereich zwischen dem Schatten und einem belichteten Bereich das Blendensystem in einem Verfahrensschritt entsprechend eingestellt und ausgerichtet werden. The method described can be carried out with the device already described and / or with the aperture system already described. In particular, to achieve an optimized, ie the highest possible contrast or a high edge sharpness at a transition region between the shadow and an exposed region, the diaphragm system can be adjusted and aligned accordingly in one method step.
Vor dem Aufnehmen des Bildes kann eine Kalibrierung durchgeführt werden, wobei typischerweise eine an dem Blendensystem angeordnete Messeinrichtung zur Kalibrierung verwendet wird. Diese Messeinrichtung kann eine Linearmesseinheit, wie beispielsweise ein codierter Linearmessstab mit Encodereinheit sein.Before taking the image, a calibration can be performed, typically using a measuring device arranged on the diaphragm system for calibration. This measuring device may be a linear measuring unit, such as a coded linear measuring rod with encoder unit.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Lagekorrektur der Strahlenquelle zu dem Strahlendetektor anhand der ermittelten Relativpositionen durchgeführt werden, um eine maximale Aufnahmefläche auf dem Strahlendetektor zu erzielen.Alternatively or additionally, a position correction of the radiation source to the radiation detector can be carried out on the basis of the determined relative positions in order to achieve a maximum recording surface on the radiation detector.
Ein Computerprogrammprodukt enthält eine Befehlsfolge zum Ansteuern des bereits beschriebenen Blendensystems und bzw. oder der bereits beschriebenen Vorrichtung. Alternativ oder zusätzlich enthält das Computerprogrammprodukt eine Befehlsfolge zum Durchführen des bereits beschriebenen Verfahrens auf einer Recheneinheit. Das Computerprogrammprodukt ist typischerweise auf der Recheneinheit oder einem von der Recheneinheit lesbaren, also maschinenlesbaren Medium gespeichert und kann von dort geladen oder ausgeführt werden. Ein auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherter Programmcode bzw. die Befehlsfolge des Computerprogrammprodukts dient zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens oder zum Ansteuern der beschriebenen Vorrichtung bzw. des beschriebenen Blendensystems, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Recheneinheit abläuft.A computer program product contains a command sequence for driving the already described diaphragm system and / or the device already described. Alternatively or additionally, the computer program product contains a command sequence for carrying out the method already described on a computing unit. The computer program product is typically stored on the arithmetic unit or on a readable by the arithmetic unit, so machine-readable medium and can be loaded or executed from there. A stored on a machine-readable carrier program code or the command sequence of the computer program product is used to perform the method described or for driving the described device or the described aperture system when the computer program product runs on the arithmetic unit.
Das beschriebene Blendensystem, die beschriebene Vorrichtung sowie das beschriebene Verfahren und bzw. oder das genannte Computerprogrammprodukt können in der medizinischen Bildgebung, vorzugsweise für C-Bogen-Systeme oder für kegelstrahlcomputertomographiebasierte Systeme, oder zur zerstörungsfreien Materialprüfung verwendet werden.The diaphragm system described, the device described as well as the described method and / or said computer program product can be used in medical imaging, preferably for C-arm systems or for cone-beam computer tomography-based systems, or for non-destructive material testing.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand der 1 bis 28 erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are based on the 1 to 28 explained. Show it:
1 eine schematische Ansicht einer Röntgenvorrichtung in Seitenansicht sowie eine Draufsicht auf ein Röntgenprojektionsbild; 1 a schematic view of an X-ray device in side view and a plan view of an X-ray projection image;
2 eine Draufsicht einer Röntgenstrahlenabbildung auf dem Röntgendetektor in verzerrter Form mit einer Bestimmung einer Verzerrung durch eine Schnittpunktmethode; 2 a plan view of an X-ray image on the X-ray detector in distorted form with a determination of a distortion by an intersection method;
3 vier Beispiele für unterschiedliche Rontgenkegelstrahlabbildungen auf dem Röntgenflachbilddetektor in Draufsicht, bei denen eine genaue Bestimmung der Verzerrung erfolgt; 3 four examples of different Rontgenkegelstrahlmbildungen on the X-ray flat panel detector in plan view, in which an accurate determination of the distortion takes place;
4 unterschiedliche Kantenverläufe in dem in Draufsicht dargestellten Röntgenprojektionsbild; 4 different edge courses in the X-ray projection image shown in plan view;
5 eine Seitenansicht einer Kante sowie ein Verlauf einer über einem Ort aufgetragenen Röntgenintensität; 5 a side view of an edge and a course of an applied over a location X-ray intensity;
6 einen Röntgenstrahlenverlauf in Seitenansicht bei einem punktförmigen Röntgenstrahlenursprung mit angepassten Blendenelementen zur Erzeugung harter Kanten durch orthogonale Blendenkantenflächen; 6 an X-ray profile in side view at a point-like X-ray origin with adapted aperture elements to produce hard edges through orthogonal aperture edge surfaces;
7 ein Blendenelement in Seitenansicht mit parallel zur Röntgenstrahlung einstellbaren Elementen; 7 an aperture element in side view with parallel to X-ray adjustable elements;
8 ein Blendenelement in Seitenansicht mit durch zwei Linearhübe parallel zur Röntgenstrahlung einstellbaren Elementen; 8th an aperture element in side view with adjustable by two linear strokes parallel to the X-ray radiation elements;
9 ein Blendenelement in Seitenansicht mit tangential zur Röntgenstrahlung verlaufendem Abschnitt; 9 an aperture element in side view with tangentially to the X-ray radiation extending section;
10 ein Blendenelement in Seitenansicht mit drei zu den jeweiligen Strahlengängen parallelen Blendenkantenverläufen; 10 a diaphragm element in side view with three parallel to the respective beam paths diaphragm edge curves;
11 ein Blendenelement in Seitenansicht mit einem gekrümmten Abschnitt zwischen zwei geraden Abschnitten in Seitenansicht; 11 an aperture element in side view with a curved portion between two straight sections in side view;
12 eine Draufsicht auf ein Blendensystem mit einer unterschiedlich geformten Öffnung; 12 a plan view of a diaphragm system with a different shaped opening;
13 mehrere in Draufsicht dargestellte Beispiele von an dem Blendensystem angebrachten geometrischen Merkmalen; 13 a plurality of plan view examples of attached to the diaphragm system geometric features;
14 eine vergrößerte Ansicht mehrerer Beispiele für die in 13 bereits gezeigten geometrischen Merkmale; 14 an enlarged view of several examples of the in 13 already shown geometric features;
15 eine Draufsicht eines Drahts, der als Marker vor dem Blendenelement gespannt ist; 15 a plan view of a wire, which is stretched as a marker in front of the diaphragm element;
16 ein hinter der Blendenkante zur genauen Zuordnung einer definierten Referenzlinie angeordneter Marker in Draufsicht sowie in Seitenansicht; 16 one behind the diaphragm edge for exact assignment of a defined reference line arranged markers in plan view and in side view;
17 ein Röntgenquellenaufbau mit einer starren sowie einer motorisierten beweglichen Blende in Seitenansicht; 17 an X-ray source construction with a rigid and a motorized movable diaphragm in side view;
18 eine Seitenansicht des Röntgensystems während eines Kalibrierverfahrens; 18 a side view of the X-ray system during a calibration process;
19 eine Seitenansicht des Röntgensystems sowie ein über dem Ort aufgetragener Verlauf der Röntgenstrahlungsintensität; 19 a side view of the X-ray system and an applied over the location course of the X-ray intensity;
20 zwei Beispiele von Röntgenprojektionsbildern auf dem Röntgenflachbilddetektor nach einer Anpassung einer ursprünglichen Aufnahme in Draufsicht; 20 two examples of X-ray projection images on the X-ray flat-panel detector after an adaptation of an original recording in plan view;
21 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Blendensystem mit vier motorisierten Blendenelementen; 21 a plan view of an inventive diaphragm system with four motorized diaphragm elements;
22 ein Ausführungsbeispiel eines Blendensystems in Draufsicht mit acht motorisierten Blendenelementen; 22 an embodiment of a diaphragm system in plan view with eight motorized shutter elements;
23 eine seitliche Darstellung eines Blendenelements, das linear verfahren und gedreht werden kann; 23 a side view of a diaphragm element that can be linearly moved and rotated;
24 eine seitliche Ansicht eines Blendenelements, das mit Hilfe zweier Linearhübe linear zugefahren und eingestellt werden kann; 24 a side view of an aperture element, which can be fed in and set linearly by means of two linear strokes;
25 eine sogenannte Multi-Leaf-Röntgenblende mit mehreren Blendenelementen in Seitenansicht, die einzeln voneinander bewegt werden können; 25 a so-called multi-leaf X-ray aperture with multiple aperture elements in side view, which can be moved individually from each other;
26 eine Seitenansicht einer Röntgenvorrichtung mit einem an einer Decke befestigtem Roboterarm, der die Strahlenquelle trägt, sowie einem Tisch in einem Operationssaal, an dem durch einen zweiten Roboterarm der Röntgenflachbilddetektor beweglich angeordnet ist; 26 a side view of an X-ray device with a robot arm fixed to the ceiling, which carries the radiation source, and a table in an operating room, on which is arranged by a second robot arm, the X-ray flat panel detector movable;
27 eine Seitenansicht einer Räntgenvorrichtung mit einem starren Operationstisch und einer Strahlenquelle, die an einem Roboterarm angeordnet ist, wobei der Roboterarm auf einem bewegbaren Fahrstativ befestigt ist; und 27 a side view of a Räntgenvorrichtung with a rigid operating table and a radiation source, which is arranged on a robot arm, wherein the robot arm is mounted on a movable driving stand; and
28 eine Seitenansicht einer Röntgenvorrichtung in seitlicher Ansicht mit einem C-Bogen, der an einem bewegbaren Fahrstativ befestigt ist. 28 a side view of an X-ray device in a side view with a C-arm, which is attached to a movable tripod.
In 1 ist in einer seitlichen Ansicht eine Röntgenvorrichtung dargestellt. Die Räntgenvorrichtung umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 1 und einen Röntgenflachbilddetektor 2. An der Röntgenstrahlenquelle 1 ist eine Blende 3 aus Blei befestigt. Zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Röntgenflachbilddetektor 2 verläuft ein Strahlengang, in den ein Zielobjekt 4 wie ein zu untersuchender Mensch oder ein elektrisches Bauteil eingebracht ist. Die Röntgenstrahlenquelle 1 emittiert Röntgenstrahlung in Form eines divergierend verlaufenden Röntgenstrahlenkegels 5, der einen mittigen Zentralstrahl 6 aufweist, wobei der Zentralstrahl 6 die Blende 3 ungehindert passiert und auf das abzubildende Objekt 4 trifft.In 1 is shown in a side view of an X-ray device. The Räntgenvorrichtung comprises an X-ray source 1 and an X-ray flat panel detector 2 , At the X-ray source 1 is a blind 3 attached from lead. Between the X-ray source 1 and the x-ray flat panel detector 2 runs a beam path into which a target object 4 as a human to be examined or an electrical component is introduced. The X-ray source 1 emits X-rays in the form of a diverging X-ray cone 5 , which has a central central ray 6 having, wherein the central beam 6 the aperture 3 passed unhindered and onto the object to be imaged 4 meets.
In einem unteren Teil der 1 ist in Draufsicht ein strahlungssensitiver Bereich des Röntgenflachbilddetektors 2 gezeigt. Auf diesem strahlungssensitiven Bereich ist eine Projektionsabbildung 7 zu erkennen, die durch den auf dem Räntgenflachbilddetektor 2 auftreffenden Röntgenstrahlenkegel 5 hervorgerufen wird und umliegende, blendenbedingte Röntgenschatten aufweist. In der Projektionsabbildung 7 ist auch das Zielobjekt 4 zu erkennen, das die Röntgenstrahlen teilweise absorbiert und teilweise durchlässig für Röntgenstrahlung ist.In a lower part of the 1 is a radiation-sensitive region of the X-ray flat image detector in plan view 2 shown. On this radiation-sensitive area is a projection image 7 recognizable by the on the Räntgenflachbilddetektor 2 incident X-ray cone 5 is caused and has surrounding, iris-related X-ray shadow. In the projection picture 7 is also the target object 4 to recognize that the X-rays partially absorbed and partially transmissive to X-rays.
Durch eine Abbildung von Röntgenblendenelementen in einem Röntgenbild wie der Projektionsabbildung 7 und mit einer speziellen Röntgenblende 3 (z. B. durch optimierte Kanten oder Marker an den Blendenelementen) kann eine Relativposition zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Röntgenflachbilddetektor 2 bestimmt werden. Jede medizinisch eingesetzte Röntgenstrahlenquelle 1 besitzt einen Mechanismus, vornehmlich die Blende 3, welcher es ermöglicht, nur einen Ausschnitt einer möglichen Durchleuchtungsfläche abzubilden und dadurch z. B. eine Strahlenbelastung für einen Patienten zu senken. Sind auf dem Röntgenbild die Röntgenblendenschatten zu erkennen, wie dies prinzipiell der Fall sein sollte, kann bei einer bekannten Blendenöffnung und Blendenform die Relativposition zwischen den Bildgebungskomponenten ermittelt werden. Ist daher die Position eine der Komponenten, entweder der Röntgenstrahlenquelle 1 oder des Röntgenflachbilddetektors 2, relativ zum Zielgebiet von vornherein bekannt, kann somit auch die Relativposition der anderen Komponente zu diesem Zielgebiet geschlussfolgert werden. Ein speziell angepasstes Blendensystem verbessert dabei die Blendenabbildungseigenschaften, wie eine Kantenhärte. Unter anderem wird hierdurch eine mögliche Kalibriergenauigkeit erhöht. Die Relativposition zum Zielgebiet kann auch mit Hilfe von Abbildungsinhalten in den Röntgenprojektionsaufnahmen ermittelt werden.By imaging X-ray aperture elements in an X-ray image such as the projection image 7 and with a special X-ray aperture 3 (For example, by optimized edges or markers on the diaphragm elements), a relative position between the X-ray source 1 and the x-ray flat panel detector 2 be determined. Any medically used x-ray source 1 has a mechanism, especially the aperture 3 , which makes it possible to image only a portion of a possible transillumination area and thereby z. B. to reduce radiation exposure for a patient. If the X-ray shadow can be recognized on the X-ray image, as should be the case in principle, the relative position between the imaging components can be determined in the case of a known aperture and diaphragm shape. Therefore, the position is one of the components, either the X-ray source 1 or the X-ray flat panel detector 2 , Relative to the target area known from the outset, thus the relative position of the other component to this target area can be concluded. A specially adapted aperture system improves the aperture imaging properties, such as edge hardness. Among other things, this increases a possible calibration accuracy. The relative position to the target area can also be determined with the aid of imaging contents in the X-ray projection images.
Wie in 1 dargestellt, basiert die Röntgenbildgebung auf dem Prinzip, dass eine Röntgenstrahlenquelle 1 Röntgenstrahlung in Richtung eines Röntgenflachbilddetektors 2 emittiert und dabei ein zum Teil röntgenabsorbierendes Zielobjekt 4 durchstrahlt. Damit die Röntgenstrahlung nicht über den bildgebungsmöglichen Bereich auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 hinausgeht, werden Röntgenstrahlenblenden wie die Blende 3 verwendet. Röntgenstrahlenblenden unterdrücken mit Hilfe von röntgenhemmenden, zumeist beweglichen Bauteilen die Röntgenstrahlung in den Randbereichen des Bildaufnahmebereichs. Bei rechteckigen Röntgenstrahlungsblenden, wobei eine derartige Blende 3 auch in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet wird, entstehen, umgeben von dem Blendenschatten, viereckige Verläufe der Randbereiche der Röntgenstrahlungsabbildung auf dem Röntgenflachbilddetektor 2. Bei der Röntgenprojektion bilden sich Blendenelemente im Strahlengang als schwarze Bereiche ab, der sogenannte Blendenschatten. Dieser Blendenschatten kann als Marker verwendet werden, da er in jeder Projektionsaufnahme sichtbar ist und den Randbereich der Projektionsaufnahme bildet, also keine wesentlichen Informationen überdeckt.As in 1 As shown, X-ray imaging is based on the principle that an X-ray source 1 X-radiation in the direction of an X-ray flat-panel detector 2 emits and thereby a partly X-ray absorbing target object 4 irradiated. So that the X-ray radiation does not exceed the Imaging possible area on the X-ray flat panel detector 2 X-ray apertures become like the aperture 3 used. X-ray apertures suppress X-ray radiation in the edge regions of the image recording area with the aid of X-ray-inhibiting, mostly mobile components. For rectangular X-ray apertures, such a diaphragm 3 also in the 1 illustrated embodiment, arise, surrounded by the aperture shadow, quadrangular courses of the edge regions of the X-ray image on the X-ray flat image detector 2 , In the X-ray projection, aperture elements form in the beam path as black areas, the so-called aperture shadow. This aperture shadow can be used as a marker, since it is visible in each projection image and forms the edge region of the projection image, so no significant information covers.
Bei einem konstanten Röntgenstrahlenkegelwinkel, wie beispielsweise 16°, kann aufgrund dieser Randverläufe der Röntgenstrahlungsabbildung auf die Distanz zwischen Röntgenquellenursprung und Röntgendetektoroberfläche geschlossen werden. Zur Berechnung wird hierbei typischerweise der Strahlensatz verwendet. Eine entscheidende Rolle spielt hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert, ein Kontrast bzw. eine Schärfe des Blendenschattens als Marker.At a constant X-ray cone angle, such as 16 °, it is possible to deduce the distance between the X-ray source origin and the X-ray detector surface due to these edge profiles of the X-ray radiation image. The set of rays is typically used for the calculation. A decisive role here plays, as explained in more detail below, a contrast or a sharpness of the aperture shadow as a marker.
In 2 ist in Draufsicht der röntgensensitive Bereich des Röntgenflachbilddetektors 2 gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Eine viereckige Blende 3 mit gerader Kante zur Ausblendung erzeugt auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 ein viereckig begrenztes Feld hoher Röntgenstrahlungsintensitat. Je nach Distanz bzw. Ausrichtung zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Röntgenflachbilddetektor 2 wird die Blendengeometrie auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 verzerrt dargestellt. Aufgrund der durch diese Blende 3 bedingten, definierten Röntgenstrahlenausbreitung ist – bei Auftreffen der Röntgenstrahlungsabbildung und damit der Abbildung der Blendenkanten auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 – die Relativlage zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Röntgenflachbilddetektor 2 bekannt. Sind die Kanten der einzelnen Blendenelemente gerade, können insbesondere Schnittpunkte 8 der Blendenabbildungskanten zur Berechnung der Relativposition verwendet werden. Zur Steigerung der Genauigkeiten können die Kanten erfasst und der Schnittpunkt 8 der beiden Kanten genauer bestimmt werden. So weist die Röntgenprojektionsaufnahme 7, die in 2 gezeigt ist, insgesamt vier Schnittpunkte 8 auf. Bei einer sogenannten ”Schnittpunktmethode” werden Rückschlüsse vom Verlauf der Kanten auf den anzunehmenden Schnittpunkt gezogen und diese zur Berechnung der Relativposition verwendet. Die Kanten dienen somit als Referenzlinien für eine Abbildungsgenauigkeit.In 2 is in plan view of the X-ray sensitive area of the X-ray flat-panel detector 2 shown. Recurring features are provided with identical reference numerals in this figure as well as in the following figures. A square aperture 3 with a straight edge for blanking generated on the X-ray flat panel detector 2 a quadrilateral field of high X-ray intensity. Depending on the distance or alignment between the X-ray source 1 and the x-ray flat panel detector 2 the iris geometry is on the X-ray flat panel detector 2 shown distorted. Because of through this aperture 3 conditional, defined X-ray propagation is - upon impact of the X-ray imaging and thus the image of the diaphragm edges on the X-ray flat panel detector 2 - The relative position between the X-ray source 1 and the x-ray flat panel detector 2 known. If the edges of the individual diaphragm elements are straight, in particular intersections 8th the diaphragm imaging edges are used to calculate the relative position. To increase the accuracy, the edges can be detected and the point of intersection 8th the two edges are determined more accurately. This is how the X-ray projection image shows 7 , in the 2 is shown, a total of four intersections 8th on. With a so-called "intersection method", conclusions are drawn from the course of the edges to the assumed intersection and these are used to calculate the relative position. The edges thus serve as reference lines for an imaging accuracy.
So zeigt 3 vier Beispiele für eine stetige Veränderung der Relativposition. Die nebeneinander angeordneten Beispiele der 3, die in ihrer Ansicht 2 entsprechen, zeigen den Verlauf der Kanten der Röntgenprojektionsabbildung 7 zu verschiedenen Zeitpunkten. Zu einem ersten Zeitpunkt wird eine erste aufgenommen und anschließend die Röntgenstrahlenquelle 1 um rund 45° verlagert. Hieraus folgt die zu einem weiteren Zeitpunkt aufgenommene . Nach einer weiteren Verlagerung der Röntgenstrahlenquelle 1 um weitere 45° wird die Projektionsabbildung 11 aufgenommen. Schließlich wird die Röntgenstrahlenquelle 1 wiederum um 45° bewegt, so dass sich die Form der Projektionsabbildung 12 ergibt.So shows 3 four examples of a steady change in the relative position. The juxtaposed examples of the 3 that in their view 2 show the course of the edges of the X-ray projection image 7 at different times. At a first time will be a first recorded and then the X-ray source 1 shifted by about 45 °. From this follows the one taken at another time , After another shift of the X-ray source 1 another 45 ° becomes the projection image 11 added. Eventually the X-ray source becomes 1 in turn, moved by 45 °, so that the shape of the projection image 12 results.
Maßgeblich für die Genauigkeit des diskutierten Verfahrens ist die Erkennbarkeit der Kanten bzw. die Kantenschärfe des Blendenschattens: Je höher die Kantenschärfe, umso genauer die vorgestellte Online-Kalibrierungsmethode. Damit die Blendenkanten optimal in der Röntgenprojektionsabbildung 7 zu erkennen sind, wird durch eine neuartige Blendengeometrie die Blendenkantenabbildungsschärfe von Röntgenstrahlungen verbessert bzw. der Blendenkantengradient erhöht. Bei aktuellen Blendenelementen ist der Übergangsbereich vom absorbierenden zum nicht-absorbierenden Bereich fließend, da die Blende 3 aufgrund des rechteckigen Profils bei einer aufgrund der kegelförmigen Ausbreitung hierzu schräg verlaufenden Röntgenstrahlung stetig dünner wird. Die Folge sind weiche Übergänge der Blendenabbildung in der Röntgenprojektionsabbildung 7.Decisive for the accuracy of the discussed method is the detectability of the edges or the edge sharpness of the aperture shadow: the higher the edge sharpness, the more accurate the presented online calibration method. So that the aperture edges optimal in the X-ray projection image 7 can be seen, the aperture edge sharpness of X-rays is improved or increased the iris edge gradient by a novel aperture geometry. With current aperture elements, the transition region from the absorbent to the non-absorbent region is fluid because the aperture 3 is steadily thinner due to the rectangular profile at an obliquely extending due to the cone-shaped propagation X-ray radiation. The result is soft transitions of the aperture image in the X-ray projection image 7 ,
4 zeigt schematisch einen derartigen Übergang. Während am rechten Rand eine Blendenkante 13 des Schattens eine hohe Schärfe und einen hohen Kontrast aufweist, weist die Kante 14 des Schattens, die im unteren Rand durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist und einem Schatten einer konventionell verwendeten Kante entspricht, einen weniger scharfen Übergang zu einem belichteten Bereich auf. Anschließend an die konventionelle Kante 14 ist ein fließender Übergangsbereich 15 gezeigt, wobei an der Kante 14 nur ein schwacher Kontrast der Intensität vorliegt. Dieser Übergangsbereich endet in dem Bereich 16, der durch eine vollstände Absorption der Strahlung gekennzeichnet ist und an der Kante 13 bereits direkt an der Kante 13 beginnt. Somit ist bei der konventionellen Kante 14 aus dem Schatten des Projektionsbilds nicht die genaue Position der Kante ermittelbar, da der Übergang fließend ist. Bei der Kante 13 zeigt jedoch das Erreichen des Maximums der Absorption im Projektionsbild die Position der Blendenkante 13 durch den Kontrast zwischen dem voll beleuchteten Bereich und dem minimal beleuchteten Bereich und der hieraus bestimmbaren Position genau an. Verzerrungen einer Projektion einer optimierten Röntgenquellenblende, wie sie am rechten Rand der 4 dargestellt ist, können genutzt werden, um eine Relativposition zu bestimmen. 4 schematically shows such a transition. While at the right edge an aperture edge 13 the shadow has a high sharpness and a high contrast, the edge points 14 of the shadow, represented at the bottom by a dashed line and corresponding to a shadow of a conventionally used edge, has a less sharp transition to an exposed area. Following the conventional edge 14 is a flowing transition area 15 shown, being on the edge 14 there is only a weak contrast of intensity. This transitional area ends in the area 16 which is characterized by a complete absorption of the radiation and at the edge 13 already right on the edge 13 starts. Thus, at the conventional edge 14 from the shadow of the projection image, the exact position of the edge can not be determined, since the transition is fluid. At the edge 13 However, reaching the maximum of the absorption in the projection image shows the position of the diaphragm edge 13 through the contrast between the fully illuminated area and the minimally illuminated area and the position determinable therefrom. Distortions of a projection of an optimized x - ray source aperture, as seen on the right edge of the 4 can be used to determine a relative position.
Ein entlang einer orthogonal auf die Kante 13 stehenden Linie ermittelter Intensitätsverlauf weist dementsprechend eine Sprungstelle an der Position der Kante 13 auf, wohingegen ein Intensitätsverlauf über die konventionelle Kante 14 durch einen fließenden Übergang der Intensität an der Kante 14 gekennzeichnet ist. Somit ist auch ein Kontrast der Kante 14 deutlich geringer als ein Kontrast der Blendenkante 13.One along an orthogonal to the edge 13 Standing line determined intensity course accordingly has a discontinuity at the position of the edge 13 whereas a course of intensity over the conventional edge 14 through a fluid transition of intensity at the edge 14 is marked. Thus, there is also a contrast of the edge 14 significantly lower than a contrast of the diaphragm edge 13 ,
In 5 ist in einer seitlichen Ansicht ein einzelnes Blendenelement 20 der Blende 3 dargestellt. Durch eine angepasste Blende 3 bzw. ein entsprechend geformtes Blendenelement 20 lassen sich Röntgenstrahlungsintensitätsübergänge, die im unteren Teil der 5 dargestellt und nachfolgend noch näher erläutert werden, deutlich kontrastreicher und mit einem höheren Gradienten abbilden. Eine Blendenabschlusskante 19 verläuft hierbei parallel zur örtlichen Röntgenstrahlung 17 und 18 und bildet eine Referenzstruktur, wobei eine Oberseite 39 der Blendenabschlusskante 19 orthogonal zu dem auf sie auftreffenden Röntgenstrahl 17 steht. Durch eine dickere und damit stärker absorbierende Kantenregion ist die Kantenabbildung deutlich härter in der Röntgenaufnahme verzeichnet. Der Röntgenstrahl 17 trifft hierbei orthogonal auf die Blendenabschlusskante 19 und wird, da diese aus röntgenundurchlässigem Material ist, absorbiert. Der Röntgenstrahl 18, der der Oberfläche der Blendenabschlusskante 19 unmittelbar benachbart ist und im rechten Winkel zu dieser angeordnet ist, kann die Blendenabschlusskante 19 gerade passieren und trifft auf den Röntgenflachbilddetektor 2. Die Blendenabschlusskante 19 dient als Marker des Röntgenblendensystems 3, der in den Projektionsaufnahmen stets sichtbar ist und dessen Kontrast bzw. Schärfe die Abbildungsgenauigkeit angeben und nachfolgend zum Berechnen der Relativpositionierung der Röntgenstrahlenquelle 1 und des Röntgenflachbilddetektors 2 dienen. Allgemein wird eine hohe Schärfe der Abbildung der Referenzstruktur dadurch erreicht, dass der auftreffende Strahl unter einem Winkel auf den Marker auftrifft, bei dem er durch eine möglichst maximale Dicke des Markers abgeschirmt wird, während ein diesem Strahl unmittelbar benachbarter Strahl den Marker und das Blendenelement 20 ungehindert passieren kann.In 5 is a single panel in a side view 20 the aperture 3 shown. Through a customized aperture 3 or a correspondingly shaped aperture element 20 can be X-ray intensity transitions, in the lower part of the 5 illustrated and explained in more detail below, clearly higher contrast and reflect with a higher gradient. An aperture end edge 19 runs parallel to the local X-radiation 17 and 18 and forms a reference structure, with an upper side 39 the aperture end edge 19 orthogonal to the incident X-ray beam 17 stands. Due to a thicker and therefore more absorbent edge region, the edge imaging is significantly harder recorded in the radiograph. The x-ray 17 This applies orthogonally to the aperture end edge 19 and, since it is made of radiopaque material, it is absorbed. The x-ray 18 , the surface of the aperture end edge 19 is immediately adjacent and is arranged at right angles to this, the diaphragm end edge 19 just happen and hit the X-ray flat panel detector 2 , The aperture end edge 19 serves as a marker of the X-ray system 3 which is always visible in the projection images and whose contrast or sharpness indicate the imaging accuracy and subsequently for calculating the relative positioning of the X-ray source 1 and the X-ray flat panel detector 2 serve. In general, a high sharpness of the image of the reference structure is achieved in that the incident beam impinges on the marker at an angle at which it is shielded by a maximum possible thickness of the marker, while a beam immediately adjacent to this beam the marker and the diaphragm element 20 can happen unhindered.
In dem Diagramm in der unteren Hälfte von 5 ist die Röntgenintensität 21 über dem Ort 22 aufgetragen. Röntgenstrahlung, die nicht von dem Blendenelement 20 absorbiert wird, führt zu einem Maximalwert 23 der Röntgenintensität 21 von 100% (beispielsweise in einer Projektionsaufnahme), wohingegen von dem Blendenelement 20 abgeschattete Bereiche einen Minimalwert 24 der Röntgenintensität 21 von 0% aufweisen. Im Bereich des Übergangs verläuft aufgrund des Blendenelements 20 der Übergang sprunghaft von dem Minimalwert 24 zu dem Maximalwert 23. Das Blendenelement 20 kann hierbei räumlich fest in Bezug auf die Röntgenstrahlenquelle 1 befestigt sein oder manuell oder motorisch bewegt werden. Die Blendenabschlusskante 19 des Blendenelements 20 kann ein Material umfassen, das stärker Röntgenstrahlung absorbiert als ein Material des übrigen Blendenelements, um eine verstärkte Absorption an der Kante zu erreichen.In the diagram in the lower half of 5 is the X-ray intensity 21 over the place 22 applied. X-rays that are not from the aperture element 20 is absorbed results in a maximum value 23 the X-ray intensity 21 of 100% (for example in a projection image), whereas the aperture element 20 shaded areas a minimum value 24 the X-ray intensity 21 of 0%. In the area of the transition runs due to the aperture element 20 the transition jumped from the minimum value 24 to the maximum value 23 , The aperture element 20 can be spatially fixed with respect to the X-ray source 1 be attached or moved manually or by motor. The aperture end edge 19 of the diaphragm element 20 may include a material that absorbs more X-radiation than a material of the remaining aperture element to achieve enhanced absorption at the edge.
6 zeigt in einer Seitenansicht einen Röntgenstrahlenverlauf bei einem punktförmigen Röntgenstrahlenursprung 26, wie er in den meisten Röntgenstrahlenquellen 1 vorkommt. Je nach Blendenöffnung ist demnach eine Anstellung der Blendenelemente 20 erforderlich. In 6 werden die Blendenelemente 20 hierzu angewinkelt, so dass die Blendenabschlusskanten 19 der beiden Blendenelemente 20 parallel zu den ihnen benachbart verlaufenden Röntgenstrahlen 18 liegen. Hierzu sind verschiedene mechanische Lösungen möglich. Beispielsweise kann diese Anstellung durch eine spezifische Lagerung oder durch Mehrachssysteme realisiert werden. Die Röntgenstrahlen 25 treffen auf die Blendenelemente 20 auf und werden von diesen absorbiert. 6 shows in a side view an X-ray path at a point-like X-ray origin 26 as in most X-ray sources 1 occurs. Depending on the aperture is therefore a position of the aperture elements 20 required. In 6 become the aperture elements 20 Angled so that the aperture end edges 19 the two aperture elements 20 parallel to the adjacent X-rays 18 lie. For this purpose, various mechanical solutions are possible. For example, this employment can be realized by a specific storage or by multi-axis systems. The X-rays 25 meet the panel elements 20 and absorbed by them.
So kann, wie in 7 in einer seitlichen Ansicht gezeigt, an dem Blendenelement 20 ein drehbares mechanisches Element 27 angeordnet sein, das über eine Drehachse 28 bewegt werden kann. Während die Röntgenstrahlen 17 somit auf das Blendenelement 20 und das bewegliche mechanische Element 27 treffen und von diesem absorbiert werden, können die Röntgenstrahlen 18 aufgrund ihres Verlaufs an der Blendenabschlusskante 19 vorbei das Blendenelement 20 passieren. Durch die Drehachse 28 ist das drehbare mechanische Element 27 drehbar und kann so eingestellt werden, dass die Blendenabschlusskante 19 stets parallel zu den Röntgenstrahlen 18 verläuft. Somit können zur Realisierung der zu dem naheliegenden Röntgenstrahlungsvektor des Röntgenstrahls 18 parallelen Blendenabschlusskanten 19 auch partiell kippbare mechanische Blendenelemente 27 verwendet werden. Dabei ist das kippbare, distale Ende des Blendenelements 27 über eine drehbare Achse 28 mit der Basis des Blendenelements 20 verbunden.So can, as in 7 shown in a side view on the aperture element 20 a rotatable mechanical element 27 be arranged, which has a rotation axis 28 can be moved. While the x-rays 17 thus on the aperture element 20 and the movable mechanical element 27 meet and be absorbed by this, the x-rays can 18 due to its course at the diaphragm end edge 19 pass the aperture element 20 happen. Through the axis of rotation 28 is the rotatable mechanical element 27 rotatable and can be adjusted so that the aperture end edge 19 always parallel to the x-rays 18 runs. Thus, in order to realize the X-ray vector of the X-ray beam that is close to the X-ray beam 18 parallel aperture end edges 19 also partially tiltable mechanical shutter elements 27 be used. In this case, the tiltable, distal end of the diaphragm element 27 via a rotatable axle 28 with the base of the aperture element 20 connected.
Eine weitere Variante ist in 8 ebenfalls in seitlicher Ansicht gezeigt. Hierbei erfolgt eine Anstellung der Grenzflächen mit Hilfe zweier Linearhübe 29 und 30, die in horizontaler Richtung übereinander liegend angeordnet sind und linear in einer Richtung manuell oder durch jeweils einen Motor automatisiert verstellbar sind. In 8 sind die Linearhübe 29 und 30 unabhängig voneinander horizontal verfahrbar. Durch das Verfahren der beiden Linearhüben 29 und 30 und einem dadurch einstellbaren, rotatorisch gelagerten Verbindungselement, das das Blendenelement 20 bildet und eine stark absorbierende Grenzfläche aufweist, kann das Blendenelement 20 stets parallel zu dem unmittelbar benachbarten Röntgenstrahl 18 gestellt werden. Dabei lassen sich zwei übereinander gelagerte Flächen 32 und 33 unabhängig voneinander linear gegeneinander verschieben. Die ausrichtbare Blendenkante 19 ist jeweils an diesen Flächen 32 und 33 gelagert und wird auf diese Weise parallel zu einem Röntgenstrahlungsvektor des Röntgenstrahls 18 ausgerichtet, wohingegen ein weiterer Röntgenstrahlungsvektor 31 in gerader Linie von dem punktförmigen Röntgenstrahlenursprung 26 ausgehend an dem Blendenelement 20 vorbeiläuft. Die beiden Linearhübe 29 und 30 sind über jeweils eine Drehachse 34 und 35 mit dem Blendenelement 20 verbunden. Die Drehachse 35 befindet sich in einem oberen Ende des Blendenelements 20 und ist dem Röntgenstrahlenursprung 26 und somit der Röntgenstrahlquelle 1 zugewandt, während die Drehachse 34 sich an dem unteren Ende des Blendenelements 20 befindet und der Röntgenstrahlungsquelle 1 abgewandt ist, wodurch sich die Drehachsen 34 und 35 an einander gegenüberliegenden Seiten der Blendenabschlusskante 19 befindet.Another variant is in 8th also shown in a side view. In this case, an adjustment of the interfaces takes place with the aid of two linear strokes 29 and 30 which are arranged one above the other in the horizontal direction and linearly linearized in one direction manually or by a motor are adjustable. In 8th are the linear strokes 29 and 30 independently movable horizontally. By the method of the two linear strokes 29 and 30 and a thereby adjustable, rotatably mounted connecting element, which the diaphragm element 20 forms and has a strongly absorbing interface, the diaphragm element 20 always parallel to the immediately adjacent X-ray 18 be put. In this case, two superimposed surfaces can be 32 and 33 independently of each other linearly against each other. The alignable bezel edge 19 is each on these surfaces 32 and 33 stored and in this way becomes parallel to an X-ray vector of the X-ray beam 18 whereas another X-ray vector 31 in a straight line from the punctiform X-ray origin 26 starting at the aperture element 20 passes. The two linear strokes 29 and 30 are each about a rotation axis 34 and 35 with the aperture element 20 connected. The rotation axis 35 is located in an upper end of the panel element 20 and is the X-ray source 26 and thus the X-ray source 1 facing while the axis of rotation 34 at the lower end of the panel element 20 located and the X-ray source 1 turned away, causing the axes of rotation 34 and 35 on opposite sides of the diaphragm end edge 19 located.
Während die in den bisherigen Ausführungsbeispielen dargestellten Varianten zur Umsetzung harter Abbildungskanten auf der Anstellung der Blendenelemente 20 durch mindestens einen Antrieb basieren, kann mit Hilfe der in 9 gezeigten Anordnung eine ähnlich harte Intensitätskante auch durch eine spezielle Geometrie der Grenzfläche des Blendenelementes 20 realisiert werden. Dabei ist die Grenzfläche derart optimal gewölbt, dass bei jeder Blendenöffnung die kantennahe Röntgenstrahlung 18 tangential zur gewölbten Grenzfläche 19 verläuft. Die optimale Wölbung errechnet sich durch den Winkel 36 zwischen einer oberen, horizontal verlaufenden Oberfläche der Blende 20 und einem Tangentialpunkt, der durch eine Gerade 37 bestimmt wird. Hierdurch läuft der Röntgenstrahl 18 gerade tangential, also im rechten Winkel 38 zu der Oberfläche 19 der Blende 20. Dabei besteht diese Grenzfläche 19 bzw. die Blende 20 selbst aus stark röntgenstrahlungsabsorbierendem Material. Die Blendenkantengeometrie verläuft so (tangential/parallel), dass bei jedem Einstrahlwinkel eine ausreichende Materialdicke zur Absorption zur Verfügung steht. Das Blendenelement 20 selbst kann außer der Position 40 auch in einer horizontalen Bewegung 82 nach rechts oder links in die Position 41 und 42 verfahren werden, so dass der Tangentialpunkt nicht am unteren Ende des Blendenelements 20 sondern in der Mitte oder gar an einem oberen Ende des Blendenelements 20 liegt.While the variants shown in the previous embodiments for implementing hard imaging edges on the employment of the diaphragm elements 20 can be based on at least one drive, with the help of in 9 shown arrangement a similarly hard intensity edge also by a special geometry of the interface of the diaphragm element 20 will be realized. In this case, the boundary surface is so optimally curved that at each aperture the near-edge X-ray radiation 18 tangential to the curved interface 19 runs. The optimal curvature is calculated by the angle 36 between an upper, horizontally extending surface of the diaphragm 20 and a point of tangency through a straight line 37 is determined. This causes the X-ray to run 18 straight tangential, ie at right angles 38 to the surface 19 the aperture 20 , This interface exists 19 or the aperture 20 even from heavily X-ray absorbing material. The diaphragm edge geometry runs in such a way (tangential / parallel) that at every angle of incidence a sufficient material thickness for absorption is available. The aperture element 20 even can be out of position 40 also in a horizontal movement 82 to the right or left in the position 41 and 42 be moved so that the tangency point is not at the bottom of the panel element 20 but in the middle or even at an upper end of the panel element 20 lies.
10 zeigt ebenfalls in seitlicher Ansicht eine weitere Abwandlung mit diskreten Kantenverläufen. Wird das Blendenelement 20 nur in diskrete Positionen verfahren, so sind auch diskrete Kantenverläufe am Blendenelement 20 möglich. Zu jeder diskreten Blendenelementposition gibt es dabei eine zum Strahlengang parallele Kante. So weist das in 10 dargestellte Blendenelement 20 insgesamt drei gerade verlaufende Abschnitte der der Oberfläche auf, die gegeneinander abgewinkelt sind. Der mittig verlaufende Abschnitt 43 ist hierbei so ausgelegt, dass ein Röntgenstrahl 18 eines bestimmten Strahlengangs gerade parallel zu diesem Abschnitt 43 verläuft. Diese Strahlengänge können durch ein Bewegen der Strahlenquelle 1 hervorgerufen werden. 10 also shows in side view another modification with discrete edge curves. Will the aperture element 20 only in discrete positions, so are discrete edge curves on the panel element 20 possible. For each discrete aperture element position there is an edge parallel to the beam path. This is how the in 10 illustrated aperture element 20 a total of three straight sections of the surface, which are angled against each other. The central section 43 is designed here so that an x-ray 18 a specific beam path straight parallel to this section 43 runs. These beam paths can be achieved by moving the radiation source 1 be caused.
11 stellt in einer seitlichen Ansicht eine weitere Ausführungsform dar, bei der ein erster gerader Abschnitt 44, der an einem oberen Ende des Blendenelements 20 angeordnet ist, und ein zweiter gerader Abschnitt 45, der an einem unteren Ende des Blendenelements 20 angeordnet ist, durch eine konvex gekrümmte Mittelfläche 46 miteinander verbunden sind. Der erste gerade Abschnitt 44 steht hierbei horizontal über dem zweiten geraden Abschnitt 45 hinaus. Bei verschiedenen Positionen des Winkels, unter dem die kegelstrahlförmig verlaufende Röntgenstrahlung an dem Blendenelement 20 vorbeiläuft oder auf dieses auftrifft, können somit verschiedene Dicken des Blendenelements 20 zur Absorption benutzt werden. Die erforderliche Mindestdicke wird somit unter verschiedenen Einfallswinkelendpositionen erreicht. 11 shows in a side view another embodiment in which a first straight section 44 attached to an upper end of the panel element 20 is arranged, and a second straight section 45 attached to a lower end of the panel element 20 is arranged, by a convex curved central surface 46 connected to each other. The first straight section 44 stands horizontally above the second straight section 45 out. At different positions of the angle, below which the cone-shaped X-ray radiation at the diaphragm element 20 passes or impinges on this, thus different thicknesses of the diaphragm element 20 be used for absorption. The required minimum thickness is thus achieved under different incident angle end positions.
Drei Ausführungsführungsformen unterschiedlicher Geometrien einer Öffnung der Blende 3 sind in 12 in Draufsicht gezeigt. Die Öffnung ist hierbei jeweils mittig in der Blende 3 angeordnet, so dass der Zentralstrahl 6 durch die Öffnung gelangen kann, ohne blockiert zu werden. Die Öffnung weist nicht nur eine rechteckige Form, sondern auch mehr- bzw. vieleckige Öffnungsformen als mögliche Ausführungsbeispiele auf. So ist in einem ersten, in 12 links abgebildeten Ausführungsbeispiel die Öffnung der Blende 3 achteckig und weist gleich lange Seitenlängen an jeder der acht Seiten der Öffnung 47 auf, während die Öffnung 48 der Blende 3 in dem mittig in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls achteckig ist, jedoch ein Winkel zwischen den verschiedenen Begrenzungslinien nicht gleichmäßig ist und demensprechend die Seitenlängen unterschiedlich sind. Schließlich kann die Öffnung 49 in dem rechts dargestellten Ausführungsbeispiel auch rund sein. Selbstverständlich können in weiteren Ausführungsbeispielen auch konventionelle rechteckige, insbesondere quadratische Öffnungen verwendet werden. Die Blende 3 selbst ist typischerweise ebenfalls quadratisch oder rechteckig ausgestaltet. Darüber hinaus sind auch gewölbte Blendenelemente oder irisförmige Blenden denkbar.Three embodiments of different geometries of an aperture of the aperture 3 are in 12 shown in plan view. The opening is in each case in the middle in the aperture 3 arranged so that the central beam 6 through the opening without getting blocked. The opening has not only a rectangular shape, but also multi-or polygonal opening shapes as possible embodiments. So in a first, in 12 left illustrated embodiment, the opening of the aperture 3 octagonal and has equally long side lengths on each of the eight sides of the opening 47 on while the opening 48 the aperture 3 in the middle of 12 also shown is octagonal, but an angle between the different boundary lines is not uniform and therefore the side lengths are different. Finally, the opening 49 also be round in the embodiment shown on the right. Of course, in other embodiments, conventional rectangular, in particular square openings can be used. The aperture 3 itself is also typically square or rectangular in design. In addition, curved aperture elements or iris-shaped panels are also conceivable.
Da bei Abbildungen symmetrischer Blenden eine eindeutige Zuordnung nicht immer gegeben ist, kann an der Öffnung der Blende 3 auch ein geometrisches Merkmal vorgesehen sein oder die Öffnung selbst weist eine asymmetrische Blendenform auf. In 13 sind in einer Draufsicht drei Blenden 3 dargestellt, die jeweils eine mittig angeordnete Öffnung 50 aufweisen. In dem links dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Öffnung 50 an ihrem oberen Rand eine Aussparung 51 auf. Die Aussparung 51 ist röntgenpositiv, d. h. dass Röntgenstrahlen einfach durch die Aussparung 51 hindurchtreten können. Zur eindeutigen Zuordnung sind insbesondere Merkmale an den Blendenelementen 20 hilfreich, insbesondere Kantenmerkmale, da sie sich direkt in der Projektion abbilden und leicht detektieren lassen. Auch in dem mittig dargestellten Ausführungsbeispiel der 13 weist die Öffnung 50 die Aussparung 51 an ihrem oberen Ende und eine weitere Aussparung 51 an ihrem unteren Ende auf. Statt einer Aussparung kann auch eine Kerbe, eine Welligkeit oder eine unterschiedliche harte Kante in der Aufnahme denkbar sein. Die unterschiedlich harte Kante weist hierbei Bereich unterschiedlich starker Röntgenabsorption auf, beispielsweise durch einen keilförmigen Verlauf oder bereichsweise unterschiedliche Materialien. Alternativ sind auch Bohrungen oder aufgebrachte Marker möglich. in dem in 13 rechts dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Öffnung 50 an ihrem oberen Rand 52 eine konventionelle Kante mit einem fließenden Übergang durch eine zunehmende Materialdicke auf, so dass durch diese Kante eine eindeutige Zuordnung der Orientierung der Blende 3 gegeben ist. Da einzelne Merkmale gegebenenfalls durch das aufzunehmende Objekt 4 nicht erkennbar sind, können auch mehrere Markierungen an unterschiedlichen Blendenelementen 20 verwendet werden. Dabei sind diese Merkmale derart gelegen bzw. geformt, dass diese in den Projektionsaufnahme 7 erkennbar sind. Since a clear assignment is not always given in the case of symmetrical diaphragm images, the diaphragm can be opened at the aperture 3 Also, a geometric feature be provided or the opening itself has an asymmetric aperture shape. In 13 are in a plan view three panels 3 shown, each having a centrally disposed opening 50 exhibit. In the embodiment shown on the left, the opening 50 at its upper edge a recess 51 on. The recess 51 is X-ray positive, ie that X-rays simply through the recess 51 can pass through. For a clear assignment are in particular features on the panel elements 20 helpful, especially edge features, as they can be imaged directly in the projection and easily detected. Also in the embodiment illustrated in the middle of 13 has the opening 50 the recess 51 at its upper end and another recess 51 at its lower end. Instead of a recess can also be a notch, a ripple or a different hard edge in the recording be conceivable. The differently hard edge in this case has different areas of strong X-ray absorption, for example by a wedge-shaped course or partially different materials. Alternatively, holes or applied markers are possible. in the 13 right illustrated embodiment has the opening 50 at the top 52 a conventional edge with a smooth transition through an increasing material thickness, so that through this edge a clear assignment of the orientation of the aperture 3 given is. Because individual features may be affected by the object to be photographed 4 are not recognizable, can also have multiple markers on different aperture elements 20 be used. These features are located or shaped so that these in the projection shot 7 are recognizable.
14 zeigt mehrere Ausführungsbeispiele derartiger geometrischer Merkmale in Draufsicht. So kann die bereits diskutierte Aussparung 51 als röntgenpositives Merkmal oder eine Auswölbung 53 als röntgennegatives, also Röntgenstrahlung absorbierendes oder reflektierendes Merkmal vorgesehen sein. Ebenso kann auch eine dreieckige Kerbe 54, ein Steg 55 in einer Ausnehmung, zwei nebeneinander angeordnete Aussparungen 51 oder eine rechteckige Ausstülpung 56 verwendet werden. 14 shows several embodiments of such geometric features in plan view. So can the already discussed recess 51 as a radiopaque feature or a bulge 53 be provided as X-ray negative, ie X-ray absorbing or reflective feature. Likewise can also a triangular notch 54 , a footbridge 55 in a recess, two adjacent recesses 51 or a rectangular protuberance 56 be used.
Da der Röntgenquellenfokus nicht unendlich klein ist, sondern je nach Leistung und Bauart der Röntgenröhre im Bereich zwischen 0,1 mm und 2 mm liegt, ist die tatsächliche Form des Fokus eher ausgedehnt, zumal er auch nur mathematisch als Punktquelle modelliert wird. Daraus resultiert eine unscharfe Darstellung der Blendenabschlusskante 19 in der Röntgenprojektionsabbildung 7, da der Strahlengang nicht ideal kegelförmig, sondern minimal diffus kegelförmig verläuft. Je nach Leistung einer in der Röntgenstrahlenquelle 1 verwendeten Röntgenröhre ist demnach die Kantenlage und der Kantenverlauf einmalig zu kalibrieren bzw. zu interpolieren. Daher lassen sich alternativ zu einer harten Blendenkante mittelpunkt- bzw. mittellinienbestimmbare Marker einsetzen. So zeigt 15 ein Blendenelement 20 mit einem Draht 57 als mittelpunkt- bzw. mittellinienbestimmbarer Marker. Der Draht 57 verläuft vor dem Blendenelement 20 und Röntgenstrahlung kann an beiden Seiten den Draht 57 passieren. Wird die Drahtkante unscharf, so wird diese unscharf von beiden Seiten: Die Mittellinie bleibt weiterhin bestimmbar. Alternativ zum Draht ist auch die Verwendung eines Stabes mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt möglich. Auch die in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Blenden können als Kanten eines Drahts mit sehr großen Radius aufgefasst werden. Bei dieser Interpretation würde jeweils ein Bereich des Drahts parallel zu einem vorbeilaufenden Strahl stehen und somit eine entsprechend hohe Kantenschärfe erzeugen.Since the X-ray source focus is not infinitely small, but depending on the performance and design of the X-ray tube in the range between 0.1 mm and 2 mm, the actual shape of the focus is rather extended, especially since it is only mathematically modeled as a point source. This results in a blurred representation of the diaphragm end edge 19 in the X-ray projection image 7 , because the beam path is not ideal conical, but minimally diffuse conical. Depending on the power of one in the X-ray source 1 Accordingly, the X-ray tube used is the edge position and the edge curve to calibrate or interpolate once. Therefore, as an alternative to a hard diaphragm edge, markers can be used which can be used for midpoints or midline determinations. So shows 15 an aperture element 20 with a wire 57 as midpoint or midline determinable marker. The wire 57 runs in front of the panel element 20 and X-rays can be on both sides of the wire 57 happen. If the wire edge is blurred, it will be blurred from both sides: The center line remains determinable. As an alternative to the wire, the use of a rod with a circular or elliptical cross section is also possible. Also, the apertures described in the previous embodiments can be considered as edges of a wire with a very large radius. In this interpretation, each area of the wire would be parallel to a passing beam and thus produce a correspondingly high edge sharpness.
Die Mittellinie des Drahts 57 ist hierbei eine mittig entlang einer Längsachse des Drahts verlaufende Linie. Alternativ kann die Ausprägung der Unschärfe der Blendenkante auch mithilfe eines im Strahlengang eingebrachten Markers mit gegenüberliegenden Kanten erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in 16 in Draufsicht gezeigt. Die Vorteile sind die erhöhte Genauigkeit und die mögliche Dosisreduktion durch eine Verkleinerung des Röntgenbereichs mit stets im Röntgenbild enthaltenen Markerabbildungen, die sich stets mitbewegen.The centerline of the wire 57 here is a line running centrally along a longitudinal axis of the wire. Alternatively, the definition of the blurring of the diaphragm edge can also take place with the aid of a marker introduced in the beam path with opposite edges. An embodiment of this is in 16 shown in plan view. The advantages are the increased accuracy and the possible dose reduction by a reduction of the X-ray range with marker images always contained in the X-ray image, which always move along.
Ein wie in 16 dargestellter hinter der Blendenkante angeordneter Marker zur genauen Zuordnung einer definierten Referenzlinie, die als Mittelpunkt zwischen einer röntgendurchlässigen Lücke 58 und Abbildungsbereich definiert sein, kann nicht nur durch den Draht 57, sondern auch durch die in 16 im linken Bild dargestellte Lücke 58 gegeben sein. Ein Querschnitt durch das Blendenelement 20 entlang der Linie 59 ist im rechten Teil der 16 gezeigt. Die Lücke 58 weist eine gewölbte Innenkantengeometrie 59 auf, die entsprechend der in den 9 und 10 dargestellten Kanten ausgebildet sein kann. Die Innengeometrien weisen hierbei einen minimalen Abstand 60 auf.A like in 16 shown behind the diaphragm edge arranged markers for accurate assignment of a defined reference line, the center between a radiolucent gap 58 and picture area can not be defined only by the wire 57 but also through the in 16 in the left picture shown gap 58 be given. A cross section through the panel element 20 along the line 59 is in the right part of the 16 shown. The gap 58 has a curved inner edge geometry 59 on, according to the in the 9 and 10 can be formed edges shown. The internal geometries have a minimum distance 60 on.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Blendensystems, das innerhalb einer Röntgenstrahlungsquelle 1 angeordnet ist. In der Seitenansicht ist zwischen dem punktförmigen Röntgenstrahlenursprung 26 und dem beweglichen Blendenelement 20 ein starres Blendenelement 61 angeordnet. Eine starre unbewegliche Blende mit einem parallelen Blendenkantenverlauf ist konstruktionsbedingt, insbesondere aufgrund der fehlenden Linearmesseinheit und der Linearantriebe, einfacher aufzubauen bei der dreidimensionalen Aufnahme verwendet werden. Eine gegebenenfalls zusätzlich vorhandene zweite Blende mit beweglichen Blendenelementen vergrößert zur Nutzung der starren Blende den Aufnahmebereich derart, dass die Blendenkantenabbildungen in der Röntgenprojektion nur durch die starre Blende erzeugt werden. Diese starre Blende ist einfacher zu optimieren und könnte bei der dreidimensionalen Aufnahmeprozedur bzw. den dazu notwendigen Aufnahmeprojektionen die Rekonstruktionsqualität aufgrund einer genaueren Lagebestimmung erhöhen. Zusätzlich vereinfacht jedes Online-Kalibrierverfahren, welches die eigentliche Röntgenprojektion nicht oder nur unwesentlich stört, die Anwendung der Röntgenbildgebung. Die feste Blende kann aus einem Teil gefertigt und zum Röntgenquellenfokus ausgerichtet bzw. kalibriert werden. Alternativ kann die feste Blende aus einzelnen Blendenelementen 20 bestehen, die separat zum Röntgenquellenfokus ausgerichtet werden, beispielsweise durch Stellschrauben. Auch denkbar ist eine von der Röntgenstrahlenquelle 1 unabhängige Einheit mit integrierter Blende, insbesondere zur Kombination mit bestehenden Röntgenbildgebungssystemen als Upgrade-Modul. 17 shows a further embodiment of a diaphragm system that is within an X-ray source 1 is arranged. In the side view is between the point-like X-ray origin 26 and the movable panel member 20 a rigid diaphragm element 61 arranged. A rigid immovable diaphragm with a parallel diaphragm edge profile is due to the design, in particular due to the lack of Linear measuring unit and the linear actuators, easier to set up to be used in the three-dimensional recording. An optionally additionally present second diaphragm with movable diaphragm elements increases the use of the rigid diaphragm, the receiving area such that the diaphragm edge images are generated in the X-ray projection only by the rigid diaphragm. This rigid diaphragm is easier to optimize and could increase the reconstruction quality due to a more accurate orientation in the three-dimensional recording procedure or the necessary recording projections. In addition, any online calibration procedure that does not or only slightly disturbs the actual X-ray projection simplifies the use of X-ray imaging. The fixed aperture can be made from one piece and aligned or calibrated to the x-ray source focus. Alternatively, the fixed aperture of individual aperture elements 20 exist, which are aligned separately to the X-ray source focus, for example by adjusting screws. Also conceivable is one of the X-ray source 1 independent unit with integrated aperture, especially for combination with existing x-ray imaging systems as upgrade module.
Die starre Blende 61 ist zwischen dem Röntgenstrahlenursprung 26 und der beweglichen Blende angeordnet, kann in weiteren Ausführungsformen aber auch erst hinter der beweglichen Blende angeordnet sein. Die starre Blende ist, auch wegen des geringfügig ausgedehnten Röntgenquellenfokus, minimal gekrümmt.The rigid aperture 61 is between the X-ray source 26 and arranged the movable panel, but may be arranged in other embodiments, but only behind the movable panel. The rigid diaphragm is minimally curved, also because of the slightly extended x-ray source focus.
18 zeigt in einer Seitenansicht eine Rontgenvorrichtung während einer Online-Kalibrierung. Zur Online-Kalibrierung bzw. zur Ermittlung der Relativposition der Röntgenstrahlenquelle 1 zum Röntgenflachbilddetektor 2 ist es insbesondere bei einer dynamischen Blende nötig, diese derart zu kalibrieren, dass die Lagen der Blendenelemente 20 zum Röntgenstrahlenursprung 26 zu jeder Zeit bekannt sind. 18 shows a side view of an X-ray device during an online calibration. For online calibration or to determine the relative position of the X-ray source 1 to the X-ray flat panel detector 2 In particular with a dynamic diaphragm, it is necessary to calibrate these in such a way that the positions of the diaphragm elements 20 to the X-ray source 26 are known at all times.
Hierzu kann entweder ein in den Strahlengang eingebrachter Aufbau verwendet werden oder die Eigenschaften der Blendenelemente 20 auf Basis verschiedener Blendenpositionen ermittelt werden. Gerade im letzten Fall kann die Blende 3 entlang des Blendenbereichs gleichmäßig bei gleichzeitiger kontinuierlicher Aufnahme von Röntgenprojektionen verfahren werden. Dabei verfügt jedes Blendenelement 20 über eine Messeinrichtung der aktuellen Position, in dem in 18 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Linearmesseinheit 81, wie beispielsweise einen codierten Linearmessstab mit Encodereinheit. In alternativen Ausführungsbeispielen kann auf eine Linearmesseinheit verzichtet werden, wenn in die Blendenabschlusskante 19 selbst Merkmale eingebracht werden, die sich strahlengangabhängig abbilden oder sich bei einer spezifischen Blendenkantengeometrie der kantennahe Strahlungseinfallswinkel in der Röntgenabbildung feststellen lässt.For this purpose, either a built-up in the beam path structure can be used or the properties of the diaphragm elements 20 be determined on the basis of different aperture positions. Especially in the last case, the aperture 3 be moved uniformly along the aperture area with simultaneous continuous recording of X-ray projections. It has each aperture element 20 via a measuring device of the current position, in which in 18 illustrated embodiment, a linear measuring unit 81 , such as a coded linear measuring rod with encoder unit. In alternative embodiments, can be dispensed with a linear measuring unit when in the diaphragm end edge 19 Even features are introduced, which depict beam path dependent or can be determined at a specific aperture edge geometry of the near-edge radiation angle in the X-ray image.
So ist es möglich, z. B. mit Hilfe des Strahlensatzes, die Linearposition des Blendenelementes 20 bzw. dessen Relativlage zum Röntgenquellenursprung 26 nur mit Hilfe der Röntgenabbildung zu ermitteln. Förderlich ist dabei, dass Röntgenstrahlenquelle 1 und Röntgenflachbilddetektor 2 während der Kalibrierung relativ zueinander unbewegt sind. Aufgrund der kegelstrahlförmigen Röntgenstrahlungsausbreitung vom Röntgenquellenursprung 26 muss der Röntgenflachbildddetektor 2 nicht orthogonal zum Röntgenzentralstrahl 6 orientiert sein. Mit Hilfe von Näherungsverfahren und verschiedenen Linearpositionen der Blendenelemente 20 bei einer unbewegten Anordnung kann sowohl die Relativlage von der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Röntgenflachbilddetektor 2 ermittelt und folgend die Relativlage von den Blendenelementen 20 zum Röntgenquellenursprung 26 gefolgert werden. Es wird dabei angenommen, dass die Flachdetektorspezifikationen, insbesondere die Daten, wie Detektorfläche und Pixelgröße bzw. Ortsauflösung, von vornherein bekannt sind. Bei dem Kalibrierverfahren selbst werden bei unbewegter Röntgenstrahlenquelle 1 bzw. unbewegtem Röntgenflachbilddetektor 2 die Blendenelemente 20 in verschiedene Positionen verfahren. Mit Hilfe der Auswertung der Projektionsabbildung 7 können die Systemparameter Relativlagen des Röntgenquellenursprungs 26, des Röntgenflachbilddetektors 2 und der Blendenelemente 20 bestimmt werden.So it is possible, for. B. with the help of the jet set, the linear position of the shutter element 20 or its relative position to the X-ray source origin 26 only to be determined with the help of X-ray imaging. It is beneficial that X-ray source 1 and X-ray flat panel detector 2 are immobile relative to each other during calibration. Due to the cone-beam X-ray propagation from the X-ray source 26 the X-ray flat-panel detector must 2 not orthogonal to the x-ray central beam 6 be oriented. With the help of approximation methods and different linear positions of the diaphragm elements 20 in a stationary arrangement, both the relative position of the X-ray source 1 and the x-ray flat panel detector 2 determines and following the relative position of the aperture elements 20 to the X-ray source origin 26 be inferred. It is assumed that the flat detector specifications, in particular the data, such as detector area and pixel size or spatial resolution, are known from the outset. In the calibration process itself are at immobile X-ray source 1 or unmoved X-ray flat image detector 2 the aperture elements 20 move in different positions. With the help of the evaluation of the projection image 7 the system parameters can be relative positions of the X-ray source origin 26 , the X-ray flat panel detector 2 and the aperture elements 20 be determined.
Wie in 19 in einer seitlichen Ansicht dargestellt, ist die Kalibrierung auch vom Auftreffwinkel der Röntgenstrahlung abhängig. Wie man dem in der unteren Hälfte von 19 dargestellten Diagramm entnehmen kann, das wiederum die Röntgenintensität 21 über dem Ort 22 des Röntgenflachbilddetektors 2 zeigt, beeinflusst die Distanz zur Röntgenstrahlenquelle 1 bzw. zum Röntgenstrahlenursprung 26 die Kantenschärfe bzw. die Abbildungsgenauigkeit.As in 19 In a side view, the calibration is also dependent on the angle of incidence of the X-radiation. How to do that in the lower half of 19 can be seen, which in turn the X-ray intensity 21 over the place 22 of the X-ray flat panel detector 2 shows, affects the distance to the X-ray source 1 or to the X-ray origin 26 the edge sharpness or the image accuracy.
Während eine Recheneinheit auf Basis der geometrischen Abbildungseigenschaften und gegebenenfalls der Gradientenbildung der Blendenkante die Parameter der Blende 3 bzw. die optimalen Anstellungen der Grenzflächen der Blendenelemente 20 ermittelt, und hierbei auf ein Computerprogramm zurückgreift, welches auf der Recheneinheit oder einem Datenträger bereits gespeichert ist oder in die Recheneinheit geladen werden kann, muss bei Anwendung des Optimierungsverfahrens weder die Röntgenstrahienquelle 1 noch der Röntgenflachbilddetektor 2 zwangsläufig bewegt werden. Ferner kann der Stillstand beider Komponenten erforderlich sein. Außerdem kann die Blendengradientenbildung bei verschiedenen Röntgenstrahlungsparametern, wie beispielsweise unterschiedlicher Spannung und Stromstärke der Röntgenstrahlenquelle 1, kalibriert werden und bei einer Aufnahme zur Feststellung der genauen Kantenlage verwendet werden. Schließlich ist die Kante schärfer bei geringer Distanz zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und dem Auftreffpunkt der Röntgenstrahlung bzw. Unschärfe bei erweiterter Distanz zwischen Röntgenstrahlenursprung 26 und einem Auftreffpunkt auf dem Röntgenflachbilddetektor 2. Das Computerprogramm führt, wenn es auf der Recheneinheit abläuft, das Verfahren aus oder steuert die Vorrichtung an.While a computing unit based on the geometric imaging properties and possibly the gradient of the diaphragm edge, the parameters of the aperture 3 or the optimal employment of the boundary surfaces of the diaphragm elements 20 determined, and this relies on a computer program, which is already stored on the arithmetic unit or a data carrier or can be loaded into the arithmetic unit, when using the optimization method, neither the X-ray source 1 still the x-ray flat panel detector 2 inevitably be moved. Furthermore, the standstill of both components may be required. In addition, the iris gradient formation may be at different x-ray parameters, such as different voltage and current of the X-ray source 1 , be calibrated and used in a recording to determine the exact edge position. Finally, the edge is sharper with a small distance between the X-ray source 1 and the impact point of X-ray or blur at extended distance between X-ray origin 26 and an impact point on the X-ray flat panel detector 2 , The computer program, when running on the arithmetic unit, executes the procedure or drives the device.
20 zeigt in Draufsicht ein erstes Beispiel einer der Projektionsabbildung 7 auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 in der oberen Hälfte und ein zweites Beispiel einer der Projektionsabbildung 7 auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 in der unteren Hälfte. in beiden Beispielen wird eine ursprünglich vorhandene Verzerrung durch eine Recheneinheit ausgeglichen, so dass eine Fläche des Röntgenflachbilddetektors 2 in der angepassten Aufnahme 62 jeweils komplett ausgefüllt ist. Die Recheneinheit weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Bewegungssteuerung für die Blendenelemente 20 auf, die zum Ausgleich der Verzerrung angesteuert werden können. 20 shows in plan view a first example of one of the projection image 7 on the X-ray flat panel detector 2 in the upper half and a second example of one of the projection pictures 7 on the X-ray flat panel detector 2 in the lower half. In both examples, an originally existing distortion is compensated by a computing unit, so that one surface of the X-ray flat image detector 2 in the adapted recording 62 each is completely filled out. The arithmetic unit has in the illustrated embodiment, a movement control for the aperture elements 20 on, which can be controlled to compensate for the distortion.
Bei Röntgenbildgebungssystemen mit einer automatischen Kontrastanpassung werden die Röntgenaufnahmeparameter solange variiert, bis ein optimaler Kontrast innerhalb der Röntgenprojektion erreicht ist. Um die Nachregelung der Röntgenquellenleistung nicht nachteilig zu beeinflussen, ist die Maskierung der Blendenabbildungen in der Röntgenprojektion notwendig.In x-ray imaging systems with automatic contrast adjustment, the x-ray acquisition parameters are varied until optimal contrast is achieved within the x-ray projection. In order not to adversely affect the readjustment of the X-ray source power, it is necessary to mask the diaphragm images in the X-ray projection.
Insbesondere bei einer schnell beweglichen, motorisierten Blende 3 kann diese zeitnah derart angepasst werden, dass der Bildbereich des Röntgenflachbilddetektors 2 optimal genutzt wird. Gerade bei einer vor Beginn der Aufnahmen anzunehmenden Ungenauigkeit der Relativposition der Röntgenstrahlenquelle 1 zum Röntgenflachbilddetektor 2 kann der Röntgenbereich verkleinert werden, wie dies auch in der oberen Hälfte von 20 im linken Teil gezeigt ist. Aufgrund der ersten Aufnahme bzw. ersten paar Aufnahmen ist es möglich, die Relativposition zu ermitteln. Daraufhin kann der Röntgenbereich für die nächsten Aufnahmen auf dem Röntgenflachbilddetektor 2 optimiert vergrößert werden, wie dies jeweils im rechten Teil der beiden Ausführungsbeispiele in 20 gezeigt ist. Denkbar ist auch eine Blendensteuerung der Blende 3 mit motorisierten und ansteuerbaren Blendenelementen 20 beliebiger Form zur Echtzeitsteuerung der Blendenelemente 20. Die Optimierungen beziehen sich insbesondere auf eine vollständige Bestrahlung des Röntgenflachbilddetektors 2 und damit einer maximalen Nutzung der zur Verfügung stehenden Aufnahmefläche.Especially with a fast moving, motorized aperture 3 This can be adapted in a timely manner such that the image area of the X-ray flat image detector 2 is used optimally. Especially in the case of an assumed inaccuracy of the relative position of the X-ray source before the beginning of the recordings 1 to the X-ray flat panel detector 2 The X-ray range can be reduced, as in the upper half of 20 shown in the left part. Due to the first shot or first few shots, it is possible to determine the relative position. The X-ray region can then be used for the next images on the X-ray flat-panel detector 2 be optimally enlarged, as shown in the right part of the two embodiments in each case 20 is shown. It is also conceivable aperture control of the aperture 3 with motorized and controllable shutter elements 20 any form for real-time control of the aperture elements 20 , The optimizations relate in particular to a complete irradiation of the X-ray flat-panel detector 2 and thus a maximum utilization of the available recording area.
21 zeigt eine Aufsicht auf die Blende 3 zur Relativlagebestimmung mit vier motorisierten Blendenelementen 20. Die Blende 3 weist hierbei jeweils zwei einander gegenüberliegende Blendenelemente 20 auf, die aufeinander zu- oder voneinander weggefahren werden, um die mittig gelegene Öffnung der Blende 3 zu vergrößern und zu verkleinern. Die jeweils zwei einander gegenüberliegenden Elemente 20 liegen in einer Ebene, während die verbliebenen zwei Elemente 20 in einer darüber bzw. darunter liegenden Ebene angeordnet sind. Jedes der Blendenelemente 20 weist einen Linearantrieb 63 auf, der durch eine Recheneinheit steuerbar ist und die Blendenelemente 20 bewegt. 21 shows a view of the aperture 3 for relative position determination with four motorized diaphragm elements 20 , The aperture 3 here in each case has two opposing diaphragm elements 20 which are moved towards or away from each other to the center opening of the aperture 3 to zoom in and out. The two opposing elements 20 lie in one plane while the remaining two elements 20 are arranged in an above or below level. Each of the aperture elements 20 has a linear drive 63 on, which is controllable by a computing unit and the aperture elements 20 emotional.
Die Bewegung der Blendenelemente 20 wird auf Linearlagern 64 geführt. Jedes Blendenelement 20 wird auf zwei Linearlagern 64 geführt, wobei zwischen den Linearlagern 64 der Linearantrieb 63 angeordnet ist. Die Blende 3 selbst ist über ein Rotationselement 65 drehbar und weist als Grundkörper eine röntgenundurchlässige Platte 66 auf.The movement of the aperture elements 20 is on linear bearings 64 guided. Each panel element 20 is on two linear bearings 64 guided, being between the linear bearings 64 the linear drive 63 is arranged. The aperture 3 itself is about a rotation element 65 rotatable and has a basic radiopaque plate 66 on.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der motorisiert verfahrbaren Blende 3 in Draufsicht ist in 22 dargestellt. Insgesamt acht Blendenelemente 20 sind in zwei Ebenen angeordnet. Jeweils vier der Blendenelemente 20 sind in einer Ebene angeordnet und können in einer Linearbewegung bewegt werden. Jedes der Blendenelemente 20 weist eine bereits beschriebene Blendenkantengeometrie auf. Schließlich können, wie in dem in 21 gezeigten Ausführungsbeispiel, durch eine Rotationsvorrichtung 65 die Blendenelemente 20 gedreht werden.Another embodiment of the motorized movable panel 3 in plan view is in 22 shown. A total of eight aperture elements 20 are arranged in two levels. Four of the aperture elements each 20 are arranged in one plane and can be moved in a linear motion. Each of the aperture elements 20 has an aperture edge geometry already described. Finally, as in the in 21 shown embodiment, by a rotation device 65 the aperture elements 20 to be turned around.
Gerade bei mobilen Systemen mit unabhängigen Komponenten, d. h. Röntgenstrahlenquelle 1 und Röntgenflachbilddetektor 2, kann mithilfe verschiedener zusätzlicher Technologien eine initiale grobe Ermittlung der Relativlage der Röntgenkomponenten erfolgen. Insbesondere mit elektromagnetischen oder akustischen Ortungssystemen lassen sich die Relativposen der Röntgenkomponenten ausreichend für eine initiale Zuordnung erfassen. Dabei kann der eine Teil des Messsystems an einer der beiden Röntgenkomponenten befestigt werden, wobei der andere Teil an der jeweils anderen Röntgenkomponente befestigt ist. Die Orientierungsbestimmung kann durch eine an jeder Komponente vorhandene Messung der Erdbeschleunigung erfolgen, beispielsweise durch Beschleunigungssensoren.Especially in mobile systems with independent components, ie X-ray source 1 and X-ray flat panel detector 2 , an initial coarse determination of the relative position of the X-ray components can be carried out with the aid of various additional technologies. In particular with electromagnetic or acoustic locating systems, the relative poses of the x-ray components can be detected sufficiently for an initial assignment. In this case, one part of the measuring system can be fastened to one of the two X-ray components, the other part being fastened to the respective other X-ray component. The orientation determination can be carried out by measuring the gravitational acceleration present on each component, for example by acceleration sensors.
Die in den 21 und 22 dargestellten Blendenelemente 20 sind rechteckig, können in weiteren Ausführungsformen aber auch andere Formen, beispielsweise rund oder dreieckig sein. Außerdem müssen nicht alle Blendenelemente 20 eine identische Form haben, sondern ein Teil der Blendenelemente kann eine erste Form, z. B. rechteckig, und ein weiterer Teil der Blendenelemente eine zweite Form, z. B. rund, aufweisen. Schließlich kann eine Dicke der Blendenelemente 20 auch unterschiedlich für verschiedene der Blendenelemente sein.The in the 21 and 22 illustrated aperture elements 20 are rectangular, but in other embodiments, other shapes, such as round or triangular. In addition, not all the aperture elements 20 have an identical shape, but a part of the diaphragm elements may be a first form, for. B. rectangular, and another part of the diaphragm elements a second form, z. B. round, have. Finally, a thickness of the aperture elements 20 also be different for different aperture elements.
23 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines einstellbaren Blendenelements 20 in Seitenansicht, bei dem das Blendenelement 20 über ein Linearlager 64 durch einen Linearantrieb horizontal in einer Bewegung 84 bewegt werden kann und gleichzeitig um die Drehachse 28 in einer Rotationsbewegung 83 bewegt werden kann. 23 shows a further embodiment of an adjustable aperture element 20 in side view, in which the aperture element 20 via a linear bearing 64 by a linear drive horizontally in one movement 84 can be moved and at the same time around the axis of rotation 28 in a rotational movement 83 can be moved.
In 24 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel in Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Blendenelements 20 dargestellt, das eine untere Drehachse 34 und eine obere Drehachse 35 aufweist, die jeweils durch einen Linearhub 29, 30 bewegt werden können. Der Linearhub 30, der mit der unteren Drehachse 34 in Verbindung steht, kann diese auf einem Linearlager 64 in einer linearen Bewegung 85 bewegen. Hierdurch wird wieder eine Linearbewegung und eine gleichzeitige Rotationsbewegung 86 durch entsprechende Ansteuerung der Linearhübe 29 und 30 ermöglicht.In 24 is in another embodiment in side view another embodiment of the diaphragm element 20 shown, which is a lower axis of rotation 34 and an upper axis of rotation 35 each having a linear stroke 29 . 30 can be moved. The linear stroke 30 that with the lower axis of rotation 34 In conjunction, this can be on a linear bearing 64 in a linear motion 85 move. This again becomes a linear movement and a simultaneous rotational movement 86 by appropriate control of the linear strokes 29 and 30 allows.
In einer seitlichen Ansicht ist in 25 ein aus der Radiotherapie bereits bekanntes Multileaf-Blendensystem gezeigt. Die Blende 3 besteht hierbei aus einer Vielzahl schmaler Blendenelemente 20 bzw. einzelnen Blättern, die horizontal gelagert und übereinander zu beiden Seiten der Öffnung der Blende 3 angeordnet sind. Die Blendenelemente 20 können ebenfalls über die voreingestellte Blendengeometrie verfügen und, wie bereits dargestellt, zur Bestimmung der Relativlage verwendet werden. Dabei können beliebig viele, motorisiert bewegliche Blendenelemente 20 verwendet werden. Eine Rotation einer solchen Konfiguration ist zumeist nicht notwendig, kann jedoch in weiteren Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Jedes der Blendenelemente 20 kann unabhängig von den anderen in einer Linearbewegung 87 verfahren werden und die maximal röntgendurchlässige Öffnung 67 öffnen oder schließen. Die hohen Strahlungsintensitäten bei der Radiotherapie können somit noch gezielter ausgerichtet werden.In a side view is in 25 a previously known from radiotherapy multileaf diaphragm system shown. The aperture 3 consists of a variety of narrow aperture elements 20 or individual sheets, which are stored horizontally and one above the other on both sides of the opening of the panel 3 are arranged. The aperture elements 20 can also have the preset aperture geometry and, as already shown, used to determine the relative position. Any number of motorized diaphragm elements can be used 20 be used. A rotation of such a configuration is not usually necessary, but may be provided in other embodiments. Each of the aperture elements 20 can be independent of the others in a linear motion 87 and the maximum radiolucent aperture 67 open or close. The high radiation intensities in radiotherapy can thus be targeted even more.
Im unteren Teil von 25 ist ein einzelnes der Blendenelemente 20 in einer seitlichen Ansicht dargestellt und in zwei verschiedene Positionen verfahren. Das Blendenelement 20 selbst weist die in den 9 und 10 bereits beschriebene Blendenkantengeometrie der Blendenabschlusskante 19 auf.In the lower part of 25 is a single one of the aperture elements 20 shown in a side view and moved in two different positions. The aperture element 20 even in the 9 and 10 already described diaphragm edge geometry of the diaphragm end edge 19 on.
In den 26 bis 28 sind vereinfachte Anwendungsbeispiele der vorgestellten Erfindung zur Verwendung in der medizinischen Bildgebung dargestellt, Bei diesen Ausführungsbeispielen der intraoperativen 3D-Röntgenbildgebung werden eine Röntgenstrahlenquelle 1 sowie ein Röntgenflachbilddetektor 2 unabhängig um den Patienten bzw. das Zielobjekt 4 herum bewegt und aus verschiedenen Richtungen Röntgenprojektionen aufgenommen.In the 26 to 28 Shown are simplified application examples of the present invention for use in medical imaging. In these embodiments of intraoperative 3D x-ray imaging, an x-ray source 1 and an X-ray flat panel detector 2 independent of the patient or the target object 4 moved around and recorded X-ray projections from different directions.
In dem in 26 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Röntgenstrahlenquelle 1 von einem deckenmontierten Roboterarm 68, der an einer Decke 69 eines Operationssaals befestigt ist, bewegt. Der Roboterarm 68 weist mindestens drei Achsen auf. Der Röntgenflachbilddetektor 2 wird von einem an einem OP-Tisch 70 befestigten, ebenfalls mindestens dreiachsigen Roboterarm 71 bewegt. Der OP-Tisch 70 ist über eine Tischbefestigung 72 mit einem Boden 80 des Operationssaals verbunden. Während die Röntgenstrahlenquelle 1 und der deckenmontierte Roboterarm 68 grundsätzlich keinen Störeinflüssen ausgesetzt sind, ist der am OP-Tisch-System montierte Roboterarm 71 Störeinflüssen, wie beispielsweise Bewegungsanregungen durch Stöße und Schwingungen oder Lageveränderungen durch Verbiegen bei Patientenbelastung ausgesetzt. Daher ist anzunehmen, dass die Röntgenstrahlenquelle 1 besser absolut kalibriert werden kann bzw. eine deutlich höhere Wiederholgenauigkeit erreicht wird als die flachbilddetektorbewegende Mechanik. Wird beispielsweise die Position eines der Roboterarme 68, 71 sehr genau bestimmt, kann das System deutlich präziser als zuvor die genaue Lage der anderen Komponenten im Raum bestimmen. Eine weitere Steigerung der Genauigkeit ist durch einen Einsatz eines Kamerasystems zur dreidimensionalen Abbildung möglich, wobei typischerweise das Kamerasystem an der Röntgenstrahienquelle 1 oder dem Röntgenflachbilddetektor 2 angebracht ist.In the in 26 illustrated embodiment, the X-ray source 1 from a ceiling mounted robotic arm 68 standing at a ceiling 69 an operating room is attached, moved. The robot arm 68 has at least three axes. The x-ray flat panel detector 2 gets from one to an operating table 70 attached, also at least three-axis robotic arm 71 emotional. The operating table 70 is about a table attachment 72 with a floor 80 connected to the operating room. While the X-ray source 1 and the ceiling mounted robotic arm 68 In principle, no interference is exposed to the robot table mounted on the operating table system 71 Interference, such as movement excitations by shocks and vibrations or changes in position by bending exposed to patient exposure. Therefore, it is assumed that the X-ray source 1 can be calibrated absolutely better or a much higher repeatability is achieved than the flat image detector moving mechanics. For example, the position of one of the robot arms 68 . 71 Determined very precisely, the system can determine the exact position of the other components in the room much more precisely than before. A further increase in accuracy is possible by using a camera system for three-dimensional imaging, typically the camera system at the X-ray source 1 or the X-ray flat panel detector 2 is appropriate.
Die Bestimmung der Relativlage des Röntgenflachbilddetektors 2 zur Röntgenstrahlenquelle 1 kann nun mittels der zuvor bereits beschriebenen Vorrichtung und Verfahren erfolgen. Initial ist die Lage des Röntgenflachbilddetektors 2 weitestgehend, aber nicht genau, bekannt, da die Fehlereinflüsse dort zwar vorhanden sind, aber bestimmte Maxima nicht übersteigen. Der Einsatz der vorgestellten Erfindung kann im einfachsten Fall mithilfe einer, möglichst weit von dem Röntgenquellenursprung 26 entfernten, zusätzlichen starren Blende umgesetzt werden, wie in 26 dargestellt. Selbstverständlich kann alternativ auch mit der Blende 3 mit beweglichen Blendenelementen 20 gearbeitet werden. Die starre Blende 73 hat einen optimierten Kantenverlauf und erzeugt harte Kanten bei vollständiger Öffnung der zweiten beweglichen Blende oder verfügt über Marker an den Blendenelementen 20. Die bewegliche Blende kann dabei deutlich ungenauer sein, da nur die starre Blende 73 bei der Präzision erfordernden dreidimensionalen Aufnahme eingesetzt wird: Während die bewegliche Blende vollständig geöffnet ist, bildet ausschließlich die starre Blende 73 die Blendenschatten mit harter Kante in der Projektionsabbildung 7 ab. Initial kann dabei die Röntgenstrahlenquelle 1 näher an den Röntgenflachbilddetektor 2 bewegt werden, sodass die Abbildung verkleinert wird. Die Verringerung der Distanz ist abhängig von der möglichen Lageungenauigkeit der Komponenten.The determination of the relative position of the X-ray flat image detector 2 to the X-ray source 1 can now be done by means of the previously described apparatus and method. Initial is the location of the X-ray flat panel detector 2 as far as possible, but not exactly, known, since the error influences are there, but do not exceed certain maxima. The use of the presented invention in the simplest case with the help of a, as far as possible from the X-ray source 26 removed, additional rigid aperture be implemented, as in 26 shown. Of course, alternatively, with the aperture 3 with movable panel elements 20 to be worked. The rigid aperture 73 has an optimized edge profile and creates hard edges when fully opening the second movable aperture or has markers on the aperture elements 20 , The movable aperture can be significantly inaccurate, since only the rigid aperture 73 is used in the precision requiring three-dimensional recording: While the movable aperture is fully open, forms only the rigid aperture 73 the hard-edge aperture shadows in the projection image 7 from. Initial can be the X-ray source 1 closer to the X-ray flat panel detector 2 be moved so that the image is reduced. The reduction of the distance depends on the possible positional inaccuracy of the components.
Mit der in 26 dargestellten Vorrichtung werden aus mehreren Positionen Projektionsaufnahmen des Objekts 4 aufgenommen und diese anschließend durch eine Recheneinheit 78 zu einer dreidimensionalen Rekonstruktion weiterverarbeitet. Hierzu werden die Aufnahmen durch ein Kabel oder Kabellos an die Recheneinheit 78, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Computer übermittelt und die einzelnen Aufnahmen sowie die Rekonstruktion auf dem mit der Recheneinheit 78 verbundenen Monitor 79 dargestellt. Die Recheneinheit 78 kann aus dem Kontrast des Markers in den Projektionsaufnahmen auch automatisch oder nach Benutzereingabe die Relativposition von Röntgenstrahlenquelle 1 zu Röntgenflachbilddetektor 2 bestimmen.With the in 26 shown device from several positions projection images of the object 4 recorded and this then by a computing unit 78 further processed to a three-dimensional reconstruction. For this, the recordings are made by a cable or wireless to the arithmetic unit 78 , In the illustrated embodiment, a computer transmitted and the individual shots and the reconstruction on the with the arithmetic unit 78 connected monitor 79 shown. The arithmetic unit 78 can also automatically or after user input the relative position of X-ray source from the contrast of the marker in the projection images 1 to X-ray flat panel detector 2 determine.
In 27 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine mobile Variante einer Röntgenvorrichtung dargestellt. Der Röntgenflachbilddetektor 2 wird unterhalb des Patienten bzw. des Zielgebiets positioniert und während der dreidimensionalen Aufnahme nicht mehr bewegt. Demgegenüber wird die Röntgenstrahlenquelle 1 oberhalb des Patienten von einem mindestens dreiachsigen Roboterarm 68 bewegt. Dieser ist wiederum auf einem mobilen Fahrstativ 76 fixiert. Mit Hilfe einer groben Ortsbestimmung der Relativlage, beispielsweise auf Basis von EM-Lokalisierungstechnologien, richtet der Roboterarm 68 die Röntgenstrahlenquelle 1 in Richtung des Röntgenflachbilddetektors 2 aus. Da jetzt die Röntgenstrahlung bei der Aufnahme vollständig auf den Röntgenflachbilddetektor 2 trifft, kann die erfindungsgemäße Online-Kalibrierung zur Umsetzung einer präzisen 3D-Röntgenaufnahme verwendet werden.In 27 is shown as a further embodiment, a mobile variant of an X-ray device. The x-ray flat panel detector 2 is positioned below the patient or the target area and is not moved during the three-dimensional recording. On the other hand, the X-ray source becomes 1 above the patient from an at least three-axis robotic arm 68 emotional. This is in turn on a mobile tripod 76 fixed. With the help of a rough localization of the relative position, for example on the basis of EM localization technologies, the robot arm directs 68 the X-ray source 1 in the direction of the X-ray flat image detector 2 out. Now the X-rays are completely absorbed by the X-ray flat-panel detector 2 the online calibration according to the invention can be used to implement a precise 3D X-ray image.
Die EM-Lokalisierungstechnologie beruhen auf dem Einsatz eines elektromagnetischen Senders 74, der an der Röntgenstrahlenquelle 1 angeordnet ist und einer elektromagnetischen Empfangseinheit 75, die an dem Röntgenflachbilddetektor 2 angeordnet ist. Der Sender 74 und die Empfangseinheit 75 können hierbei auf einem induktiven und bzw. oder kapazitiven Prinzip beruhen umfassen. Auch sind Laufzeitmessungen von Wellen, insbesondere elektromagnetischen Wellen (EM-Wellen), oder Pulsen möglich.The EM localization technology is based on the use of an electromagnetic transmitter 74 looking at the X-ray source 1 is arranged and an electromagnetic receiving unit 75 attached to the x-ray flat panel detector 2 is arranged. The transmitter 74 and the receiving unit 75 may include based on an inductive and / or capacitive principle. Runtime measurements of waves, in particular electromagnetic waves (EM waves), or pulses are also possible.
28 zeigt schließlich in einer Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Röntgenquelle 1 und der Räntgenflachbilddetektor 2 einander gegenüberliegend an einem C-Bogen 77 angeordnet sind, der an einem mobilen Fahrstativ 76 befestigt ist. Mobile 3D-C-Bögen zur Röntgenbildgebung sind elastischer und plastischer Verformung ausgesetzt. Dies führt mit der Zeit und wiederholter Anwendung zu einer Kalibrierungsabweichung bezüglich der vorab durchgeführten Offline-Kalibrierung. Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Blendensystems bzw. des Online-Kalibrierungsverfahrens würde mindestens eine Kalibrierungsabweichung erkannt und bestenfalls kompensiert werden: Die aufwendige Offline-Kalibrierung entfällt, Fehlereinflüsse sind reduziert. Die Verwendung eines Offline-Kalibrierkörpers ist nicht mehr notwendig. In weiteren Ausführungsbeispielen können die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren auch zur Materialuntersuchung im Rahmen einer zerstörungsfreien Materialprüfung verwendet werden. 28 Finally, in a side view of another embodiment, in which the X-ray source 1 and the Räntgen flat-panel detector 2 Opposite each other on a C-arm 77 are arranged on a mobile tripod 76 is attached. Mobile 3D-C-arcs for X-ray imaging are subjected to elastic and plastic deformation. This leads to a calibration deviation with respect to the previously performed offline calibration with time and repeated application. When using the diaphragm system according to the invention or the online calibration method, at least one calibration deviation would be detected and, at best, compensated for: The complex offline calibration is eliminated, error influences are reduced. The use of an offline calibration body is no longer necessary. In further embodiments, the described devices and methods can also be used for material examination in the context of a non-destructive material testing.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.Only features disclosed in the embodiments of the various embodiments can be combined and claimed individually.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 7488107 B2 [0004] US 7488107 B2 [0004]
