DE102008032296B4

DE102008032296B4 - X-ray machine

Info

Publication number: DE102008032296B4
Application number: DE102008032296A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Hornung
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: DE102008032296A1

Abstract

Röntgengerät, mit einem Röntgenstrahler (2) und einem mit diesem nicht starr gekoppelten Röntgendetektor (3), wobei zur Ermittlung der Relativposition von Röntgenstrahler (2) und Röntgendetektor (3) eine Auswerteeinheit (9) vorgesehen ist, welche zur Auswertung von durch zeitlich aufeinanderfolgende Messungen akquirierte Bilddaten eines der Strahlung des Röntgenstrahlers (2) ausgesetzten, mittels des Röntgendetektors (3) erkennbaren und in definierter Anordnung im Strahlengang positionierten Objektes (6) unter Durchführung einer Kalman-Filterung und in Zusammenwirkung mit einem Aktuator (5) zur Regelung der Position des Röntgendetektors (3) relativ zum Röntgenstrahler (2) ausgebildet ist.X-ray device, comprising an X-ray emitter (2) and an X-ray detector (3) which is not rigidly coupled thereto, wherein an evaluation unit (9) is provided for determining the relative position of the X-ray emitter (2) and the X-ray detector (3) Measurements acquired image data of the radiation of the X-ray source (2) exposed by the X-ray detector (3) recognizable and positioned in a defined arrangement in the beam path object (6) performing a Kalman filtering and in cooperation with an actuator (5) for controlling the position the x-ray detector (3) is formed relative to the x-ray emitter (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät, welches einen Röntgenstrahler und einen mit diesem nicht starr gekoppelten Röntgendetektor aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Röntgengerätes.The The invention relates to an X-ray apparatus, which an X-ray source and having a non-rigidly coupled to this X-ray detector, and a method for operating such an X-ray device.

Aus der DE 10 2006 046 692 B3 ist ein Röntgenbildgebungssystem bekannt, welches einen Träger nach Art eines U-Profils mit zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln aufweist, wobei an einem Schenkel ein Röntgendetektor und am anderen Schenkel eine Röntgenquelle angebracht ist. Die beiden Schenkel sind relativ zu einem Zentralelement des Trägers verschiebbar, so dass der Abstand zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle verstellbar ist.From the DE 10 2006 046 692 B3 An X-ray imaging system is known, which has a carrier in the manner of a U-profile with two opposing legs, wherein an X-ray detector is mounted on one leg and an X-ray source is mounted on the other leg. The two legs are displaceable relative to a central element of the carrier, so that the distance between the X-ray detector and the X-ray source is adjustable.

In der DE 199 50 793 A1 ist eine Röntgeneinrichtung beschrieben, bei der Mittel zur Bestimmung von extrinsischen und intrinsischen Abbildungsparametern im Strahlengang angeordnet sind. Zur Ermittlung der intrinsischen Abbildungsparameter wird eine Markerplatte direkt an der Röntgenquelle angeordnet. Die Lagen und Abstandsverhältnisse der einzelnen Marken der Markerplatte sind bekannt und werden für die rechnerische Auswertung der intrinsischen Abbildungsparameter herangezogen.In the DE 199 50 793 A1 an x-ray device is described in which means for determining extrinsic and intrinsic imaging parameters are arranged in the beam path. To determine the intrinsic imaging parameters, a marker plate is placed directly on the X-ray source. The positions and spacing ratios of the individual markers of the marker plate are known and are used for the mathematical evaluation of the intrinsic imaging parameters.

In der der Veröffentlichung von Muske, K. R., Howse, J. W. „Comparison of Recursive Estimation Techniques for Position Tracking Radioactive Sources”, Proceedings of the American Control Conference (2001), 1656–1660, ist ein Position Tracking mittels vier Detektoren beschrieben, deren Position bekannt ist.In the publication Muske, K.R., Howse, J.W. "Comparison of Recursive Estimation Techniques for Position Tracking Radioactive Sources ", Proceedings of the American Control Conference (2001), 1656-1660, is a position tracking described by four detectors whose Position is known.

In den Dokumenten US 2005 01 80 544 A1 und US 6 535 821 B2 sind Verfahren zur Positionsbestimmung von sich bewegenden Objekten beschrieben, wobei eine Voraussetzung für das Tra cking der Objekte ist, dass die Relativposition der Röntgenquelle zum Röntgendetektor bekannt ist,In the documents US 2005 01 80 544 A1 and US Pat. No. 6,535,821 B2 methods for determining the position of moving objects are described, wherein a prerequisite for tracing the objects is that the relative position of the x-ray source to the x-ray detector is known,

Allgemein ist bei Röntgensystemen, welche mit einem relativ zu einem Röntgenstrahler verstellbaren Röntgendetektor arbeiten, die Notwendigkeit gegeben, sowohl die Absolutposition des Röntgenstrahlers als auch die Absolutposition des Röntgendetektors zu bestimmen.Generally is in X-ray systems, which with a relative to an X-ray emitter adjustable X-ray detector work, given the need, both the absolute position of the X-ray source as well as to determine the absolute position of the X-ray detector.

Aus der absoluten Position des Röntgenstrahlers und der absoluten Position des Röntgendetektors ist die relative Positionierung des Röntgendetektors in Bezug zum Röntgenstrahler berechenbar. Kommen optische Messsysteme zum Einsatz, so ist typischerweise eine freie Sichtverbindung zwischen einer in definierter Position befindlichen Messeinrichtung und einer Komponente des Röntgensystems, deren Position bestimmt werden soll, erforderlich. Die Verwendung mehrerer Messvorrichtungen, nämlich einer ersten Messvorrichtung zur Bestimmung der Lage des Röntgenstrahlers und einer zweiten Messvorrichtung zur Bestimmung der Lage des Röntgendetektors, bringt jeweils Messungenauigkeiten mit sich, welche sich bei der Bestimmung der relativen Positionierung von Röntgenstrahler und Röntgendetektor im ungünstigsten Fall addieren.Out the absolute position of the X-ray source and the absolute position of the X-ray detector is the relative positioning of the x-ray detector with respect to X-ray predictable. If optical measuring systems are used, this is typical a clear line of sight between one in a defined position located measuring device and a component of the X-ray system whose Position to be determined, required. The use of several Measuring devices, namely a first measuring device for determining the position of the X-ray source and a second measuring device for determining the position of the X-ray detector, brings in each case measurement inaccuracies, which in the Determination of the relative positioning of X-ray source and X-ray detector in the worst case Add case.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Röntgensystemen, welche einen Röntgenstrahler und einen relativ zu diesem verstellbaren Röntgendetektor als Röntgenkomponenten aufweisen, Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Bestimmung der relativen Position der Röntgenkomponenten zu erreichen.Of the Invention is based on the object in X-ray systems, which a X-ray and a relative to this adjustable X-ray detector as X-ray components exhibit improvements over the prior art, in particular with regard to accuracy and reliability to determine the relative position of the x-ray components.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgengerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgengerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Röntgengerät und umgekehrt.These The object is achieved by an x-ray machine with the Features of claim 1 and by a method of operation an X-ray machine with the features of claim 7. Hereinafter associated with explained the method Embodiments and advantages apply mutatis mutandis to the X-ray machine and vice versa.

Das Röntgengerät weist einen Röntgenstrahler und einen mit diesem nicht starr gekoppelten Röntgendetektor auf, wobei ein der Strahlung des Röntgenstrahlers zumindest teilweise ausgesetztes Objekt mittels des Röntgendetektors erkennbar ist, das heißt zur Gewinnung von Bilddaten genutzt wird. Zur Ermittlung der Relativposition zwischen Röntgenstrahler und Röntgendetektor ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche als Teil der beanspruchten Vorrichtung zur Auswertung von Bilddaten des Objektes unter Durchführung einer Kalman-Filterung ausgebildet ist. Hierbei wird automatisch eine Signalfolge ausgewertet, welche als verrauscht angenommen wird. Als Voraussetzung dafür, dass die Signalfolge eine Information über die räumliche Relation zwischen dem Röntgendetektor und dem Röntgenstrahler liefert, muss sich das mittels des Röntgendetektors, insbesondere Halbleiter-Flachdetektors, detektierbare Objekt in definierter Anordnung im Strahlengang des Röntgengerätes befinden. Vorzugsweise befindet sich das Objekt in bekannter Anordnung relativ zum Röntgenstrahler. Grundsätzlich ist zur Bestimmung der örtlichen Relation zwischen dem Röntgenstrahler und dem Röntgendetektors jedoch auch ein Objekt geeignet, welches eine definierte Position relativ zum Röntgendetektor aufweist. Das Objekt kann auswechselbar oder dauerhaft mit einer Komponente der Röntgen einrichtung, das heißt dem Röntgenstrahler oder dem Röntgendetektor, verbunden sein. In jedem Fall werden mehrere zeitlich aufeinander folgende Messungen durchgeführt, das heißt Bilddaten akquiriert, welche jeweils eine die Position von Röntgenstrahler und Röntgendetektor betreffende Relativlageinformation auf Basis der Detektion des Objektes bereitstellen. Die Kalman-Filterung ist umso effektiver durchführbar, je höher die Frequenz ist, mit der die Bilddaten aufgenommen werden.The x-ray device has an x-ray emitter and an x-ray detector which is not rigidly coupled thereto, wherein an object which is at least partially exposed to the radiation of the x-ray emitter can be recognized by means of the x-ray detector, that is to say used to obtain image data. To determine the relative position between the X-ray source and the X-ray detector, an evaluation unit is provided which is designed as part of the claimed device for evaluating image data of the object while performing Kalman filtering. Here, a signal sequence is evaluated automatically, which is assumed to be noisy. As a prerequisite for the signal sequence to provide information about the spatial relationship between the X-ray detector and the X-ray emitter, the object detectable by means of the X-ray detector, in particular semiconductor flat detector, must be located in a defined arrangement in the beam path of the X-ray apparatus. Preferably, the object is in a known arrangement relative to the X-ray source. In principle, however, an object which has a defined position relative to the x-ray detector is also suitable for determining the local relation between the x-ray emitter and the x-ray detector. The object can be exchangeable or permanently connected to a component of the X-ray device, that is to say to the X-ray emitter or the X-ray detector. In each case, a plurality of temporally successive measurements are performed, that is, image data is acquired, each of which has a Po Position of X-ray and X-ray detector relative position information based on the detection of the object provide. Kalman filtering is all the more effective the higher the frequency at which the image data is acquired.

Dabei ist nicht nur eine Bestimmung, sondern auch eine Regelung der Lage des Röntgendetektors relativ zum Röntgenstrahler vorgesehen, wobei die die Funktion einer Regeleinheit erfüllende Auswerteeinheit mit mindestens einem Aktuator zusammenwirkt, welcher die Verstellung des Röntgenstrahlers und/oder des Röntgendetektors ermöglicht. Während einer Stellbewegung sind fortlaufend Bilddaten akquirierbar, welche in den Regelkreis eingehen.there is not only a provision, but also a regulation of the situation of the X-ray detector relative to the X-ray source provided, wherein the function of a control unit fulfilling evaluation interacts with at least one actuator, which the adjustment of the X-ray source and / or the X-ray detector allows. During one Positioning motion can be continuously acquired image data, which in enter the control loop.

Das als Kalman-Filterung bekannte Verfahren ist erstmals in dem Artikel „A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems” (Rudolf E. Kalman, Transactions of the ASME – Journal of Basic Engineering, 82 (Series D): 35–45, 1960) beschrieben. Generell stellt das Kalman-Filter einen zur Zustandsschätzung linearer und nichtlinearer Systeme geeigneten Algorithmus dar, welcher insbesondere die Auswertung von Messungen, die von Rauschen überlagert sind, ermöglicht. Durch die Kalman-Filterung wird der mittlere quadratische Fehler, welcher bei teilweise redundanten Messungen auftritt, minimiert.The The method known as Kalman filtering is described for the first time in the article "A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems "(Rudolf E. Kalman, Transactions of the ASME - Journal of Basic Engineering, 82 (Series D): 35-45, 1960). Generally, the Kalman filter provides a linear state estimation and non-linear systems suitable algorithm, which in particular the Evaluation of measurements that are superimposed by noise, allows. Kalman filtering is the mean square error, which occurs in partially redundant measurements minimized.

Im Bereich der Medizintechnik spielt die Kalman-Filterung beispielsweise bei einem in der DE 44 17 628 C1 offenbarten Verfahren zur adaptiven Rauschverminderung für digitale Bildsequenzen eine Rolle. In diesem Fall ist ein zeitliches Filter vom Kalman-Typ verallgemeinert, um eine gleichzeitige Rauschunterdrückung und Bewegungsdetektion zu erreichen.In the field of medical technology, Kalman filtering, for example, plays a role in the DE 44 17 628 C1 disclosed adaptive noise reduction methods for digital image sequences. In this case, a Kalman-type temporal filter is generalized to achieve simultaneous noise suppression and motion detection.

In einem in der EP 0 399 606 B1 offenbarten Röntgenbildsynchronisationsverfahren wird ein Kalman-Filter-Verfahren verwendet, um rekursiv einen Bewegungsrythmus zu beschreiben, wobei nichtsystematische Änderungen des Bewegungsrythmus von systematischen Änderungen unterschieden werden.In one in the EP 0 399 606 B1 As disclosed in the X-ray image synchronization method, a Kalman filter method is used to recursively describe a motion rhythm, with non-systematic changes in the motion rhythm being distinguished from systematic changes.

Eine Kaiman-Filterung, die der Relativlagebestimmung zweier Komponenten eines Röntgengerätes, nämlich eines Röntgenstrahlers und eines Röntgendetektors, dient, ist weder in der DE 44 17 628 C1 noch in der EP 0 399 606 B1 offenbart.Caiman filtering, which is used to determine the relative position of two components of an X-ray machine, namely an X-ray source and an X-ray detector, is neither in the DE 44 17 628 C1 still in the EP 0 399 606 B1 disclosed.

Die Auswerteeinheit des erfindungsgemäßen Röntgengerätes ist vorzugsweise zur Durchführung einer erweiterten Kalman-Filterung (EKF, extended Kalman filter), insbesondere einer iterativen erweiterten Kalman-Filterung, ausgebildet. Das erweiterte Kalman-Filter beruht auf einer Taylor-Näherung erster Ordnung der Systemgleichungen und ermöglicht auch die Schätzung von Zuständen nichtlinearer Systeme.The Evaluation unit of the X-ray device according to the invention is preferably for carrying out a advanced Kalman filtering (EKF, extended Kalman filter), in particular an iterative extended Kalman filtering. The extended Kalman filter is based on a Taylor approximation first Order of the system equations and also allows the estimation of states nonlinear systems.

Das mit dem Röntgendetektor erfasste Objekt, welches zur Bestimmung der örtlichen Relation zwischen dem Röntgenstrahler und dem Röntgendetektor verwendet wird, ist vorzugsweise als Blende ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise die Anordnung mehrerer einzelner Objekt im Randbereich, insbesondere in den Ecken, eines mit Röntgenstrahlung beaufschlagbaren Querschnitts, möglich. Allgemein umfasst das in den Strahlengang eingebrachte Objekt, welches als Referenzobjekt fungiert, mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier, definierte Punkte. Im Fall einer Blende als Referenzobjekt sind beispielsweise deren Ecken als Referenzpunkte verwendbar. Befinden sich Referenzstrukturen innerhalb eines mit einer Röntgenaufnahme erfassten Abbildungsbereiches, so ist die Möglichkeit gegeben, die Röntgenstrukturen nachträglich softwaretechnisch aus dem Röntgenbild zu eliminieren.The with the X-ray detector detected object, which is used to determine the local relation between the X-ray source and the X-ray detector is used, is preferably formed as a diaphragm. alternative or additionally is for example the arrangement of several individual objects in the border area, especially in the corners, one can be acted upon by X-rays Cross-section, possible. In general, the object introduced into the beam path comprises acts as a reference object, at least three, preferably at least four, defined points. In the case of a diaphragm as a reference object for example, their corners usable as reference points. Are located reference structures within one with an x-ray recorded imaging area, so the possibility is given, the X-ray structures subsequently software-related from the x-ray image to eliminate.

Der Röntgendetektor kann relativ zum Röntgenstrahler lineare und/oder rotative Freiheitsgrade aufweisen. In jedem Fall wird die Position des Röntgendetektors relativ zum Röntgenstrahler unter Nutzung der Kalman-Filterung vorzugsweise bestimmt, ohne die Absolutpositionen des Röntgenstrahlers sowie des Röntgendetektors zu messen. Messvorrichtungen, welche der Bestimmung der Positionen von Röntgenstrahler und Röntgendetektor dienen, sind optional zusätzlich vorhanden. Solche Messvorrichtungen erreichen jedoch typischerweise nicht die Genauigkeit, die bei der mit dem Röntgengerät realisierten direkten, bildbasierten, durch eine Kalman-Filterung optimierten Relativlagebestimmung erreicht wird.Of the X-ray detector can be relative to the X-ray source have linear and / or rotary degrees of freedom. In any case, will the position of the X-ray detector relative to the X-ray source preferably determined using the Kalman filtering, without the Absolute positions of the X-ray source and the X-ray detector to eat. Measuring devices, which determine the positions from X-ray source and x-ray detector serve, are optional in addition available. However, such measuring devices typically reach not the accuracy of the direct image-based, is achieved by a Kalman filtering optimized relative position determination.

Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass zur Regelung der Position des Röntgendetektors relativ zum Röntgenstrahler die absoluten Positionen der genannten Röntgenkomponenten nicht bekannt zu sein brauchen, jedenfalls im Datenverarbeitungsprozess nicht zu berücksichtigen sind. Die Bildinformation wird direkt zur Lageregelung verwendet, ohne als Zwischenschritt eine Lageberechnung vorzunehmen. Damit ist der in den Regelungsprozess implementierte Algorithmus sehr rasch sowie mit geringem apparativem Aufwand durchführbar. Zudem zeichnet sich die Positionsregelung unter Verwendung des Kalman-Filters durch ein sehr gutes Einschwingverhalten aus.From particular advantage is the fact that to control the position of the X-ray detector relative to the X-ray source the absolute positions of said X-ray components are not known need not be, at least in the data processing process to take into account are. The image information is used directly for position control without as an intermediate step to make a position calculation. This is the algorithm implemented in the regulatory process very quickly as well feasible with little equipment. In addition, it is distinguished the position control using the Kalman filter a very good transient response.

Das Röntgengerät wird vorzugsweise als medizintechnisches Diagnosegerät eingesetzt. Alternativ kommt beispielsweise ein Einsatz in der zerstörungsfreien Materialprüfung in Betracht. Unabhängig vom Einsatzgebiet des Röntgengeräts ist bevorzugt eine Rekonstruktion dreidimensionaler geometrischer Daten des Untersuchungsobjektes vorgesehen.The X-ray device is preferably used as a medical diagnostic device. Alternatively, for example, a use in the non-destructive material testing comes into consideration. Regardless of the field of application of the x-ray device is preferred a reconstruction of three-dimensional geometric data of the examination object is provided.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Einflüsse von Rauschen bei der Detektion eines Objektes, welches eine definierte Anordnung relativ zu einem Röntgenstrahler sowie definierte geometrischen Eigenschaften aufweist, durch die Anwendung einer Kalman-Filterung so weit minimiert werden, dass die Bilddaten des Objektes zur Bestimmung der Position des Röntgendetektors relativ zum Röntgenstrahler mit hoher Genauigkeit nutzbar sind.Of the Advantage of the invention is in particular that the influences of Noise in the detection of an object, which defines a defined Arrangement relative to an X-ray source and has defined geometric properties by the Application of Kalman filtering be minimized so far that the image data of the object for determining the position of the X-ray detector relative to the X-ray source can be used with high accuracy.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:

1 in einer symbolisierten Darstellung ein Röntgengerät, und 1 in a symbolized representation of an x-ray machine, and

2 in einem Flussdiagramm ein mit dem Röntgengerät nach 1 durchführbares Verfahren. 2 in a flowchart with the X-ray device after 1 feasible procedure.

Ein in 1 grob schematisiert dargestelltes Röntgengerät 1 umfasst einen Röntgenstrahler 2 und einen Röntgendetektor 3 als Röntgenkomponenten, welche an einem in der Art eines C-Bogens ausgebildeten Träger 4 gehalten sind. In den Träger 4 ist mindestens ein Aktuator 5 integriert, welcher die Verstellung des Abstandes zwischen dem Röntgenstrahler 2 und dem Röntgendetektor 3, nämlich einem Halbleiter-Flachdetektor, ermöglicht. Insgesamt ist die durch den Träger 4, den Röntgenstrahler 2 und den Detektor 3 gebildete C-Bogen-Anordnung um mindestens eine, vorzugsweise um mehrere, Achsen verschwenkbar. Das Röntgengerät 1 wird beispielsweise für die interoperative Bildgebung bei Angiographieanwendungen verwendet.An in 1 roughly schematically illustrated X-ray machine 1 includes an X-ray source 2 and an X-ray detector 3 as X-ray components, which on a carrier formed in the manner of a C-arm 4 are held. In the carrier 4 is at least one actuator 5 integrated, which is the adjustment of the distance between the X-ray source 2 and the X-ray detector 3 , namely, a semiconductor flat detector enabled. Overall, that is through the carrier 4 , the X-ray source 2 and the detector 3 formed C-arm arrangement about at least one, preferably pivotable about a plurality of axes. The X-ray machine 1 is used, for example, for interoperative imaging in angiographic applications.

Mit dem Röntgenstrahler 2 ist ein Objekt 6, nämlich eine Blende, welche im in 1 durch gestrichelte Pfeile angedeuteten Strahlengang der Röntgeneinrichtung 1 angeordnet ist, starr verbunden. Ein mit der Röntgeneinrichtung 1 untersuchter Patient, allgemein als Untersuchungsobjekt 7 bezeichnet, befindet sich auf einem Liegenbrett 8, welches in nicht dargestellter Weise verstellbar gelagert ist.With the X-ray source 2 is an object 6 , namely a diaphragm, which in the in 1 indicated by dashed arrows beam path of the X-ray device 1 is arranged, rigidly connected. One with the x-ray device 1 Examined patient, generally as an examination subject 7 referred to, is located on a couch board 8th , which is mounted adjustably in a manner not shown.

Der Detektor 3 ist, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, datentechnisch mit einer Auswerteeinheit 9 gekoppelt, welche sich im dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb einer Maschinenkomponente 10 befindet, an welcher der Träger 4 verstellbar, insbesondere verschwenkbar, angelenkt ist. Weiter befindet sich im Ausführungsbeispiel nach 1 innerhalb der beispielsweise verfahrbaren Maschninenkomponente 10 ein Datenspeicher 11, auf welchen nachfolgend noch näher eingegangen wird. Der Datenspeicher 11 ist über die Auswerteeinheit 9 an den mindestens einen Aktuator 5 angebunden und muss keinen bestimmten räumlichen Zusammenhang mit den relativ zueinander verstellbaren Komponenten der Röntgeneinrichtung 1, das heißt mit dem Röntgenstrahler 2 oder mit dem Detektor 3, aufweisen. Eine Folge von Röntgenaufnahmen, welche unter anderem das Objekt 6 zumindest teilweise wiedergibt, wird im Datenspeicher 11 gespeichert.The detector 3 is, as indicated by a dashed line, data technically with an evaluation unit 9 coupled, which in the illustrated embodiment within a machine component 10 located at which the carrier 4 adjustable, in particular pivotable, is hinged. Next is in the embodiment according to 1 within the example movable mashine component 10 a data store 11 , which will be discussed in more detail below. The data store 11 is via the evaluation unit 9 to the at least one actuator 5 connected and does not have a specific spatial relationship with the relatively adjustable components of the X-ray device 1 that is with the X-ray source 2 or with the detector 3 , exhibit. A series of x-rays, including the object 6 is at least partially reproduced in the data store 11 saved.

Im in 2 wiedergegebenen Flussdiagramm, welches das mit der Röntgeneinrichtung 1, insbesondere der eine Komponente dieser Röntgeneinrichtung 1 bildenden Auswerteeinheit 9, durchführbare Verfahren zur Relativlagebestimmung von Röntgenstrahler 2 und zugehörigem Detektor 3 veranschaulicht, ist mit S1 der Start des Verfahrens bezeichnet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich der Detektor 3 in einer Position relativ zum Röntgenstrahler 2 befindet, welche eine Detektion aller für eine Ortsbestimmung erforderlichen Strukturen des Objektes 6 auf dem mit dem Detektor 3 aufgenommenen Röntgenbild ermöglicht. Weder die Absolutposition des Röntgenstrahlers 2 noch die Absolutposition des Detektors 3 sind dabei notwendigerweise bekannt. Unabhängig hiervon können Messsysteme vorhanden sein, mit denen die Absolutpositionen von Röntgenstrahler 2 und Detektor 3 oder die Relativposition des Detektors 3 in Bezug zum Röntgenstrahler 2 messbar sind. Beispielsweise ist es möglich, ein Längen- und/oder Winkelmessgerät als Teil eines solchen Messsystems in den Aktuator 5 oder in verschiedene, zur separaten Verstellung von Detektor 3 und Röntgenstrahler 2 vorgesehene Aktuatoren zu integrieren. Die im Weiteren erläuterten Schritte des mit Hilfe der Auswerteeinheit 9 durchführbaren Verfahrens zur Bestimmung der Relativposition von Detektor 3 und Röntgenstrahler 2 beinhalten jedoch nicht die Verwendung eines derartigen Messsystems.Im in 2 reproduced flowchart, which with the X-ray device 1 , in particular the one component of this X-ray device 1 forming evaluation 9 , feasible method for determining the relative position of X-ray source 2 and associated detector 3 S1, the start of the method is designated. Here it is assumed that the detector 3 in a position relative to the X-ray source 2 Which is a detection of all required for a location determination structures of the object 6 on the one with the detector 3 recorded X-ray image allows. Neither the absolute position of the X-ray source 2 nor the absolute position of the detector 3 are necessarily known. Regardless of this, measuring systems can be present with which the absolute positions of X-ray sources 2 and detector 3 or the relative position of the detector 3 in relation to the X-ray source 2 are measurable. For example, it is possible to use a length and / or angle measuring device as part of such a measuring system in the actuator 5 or in different, for separate adjustment of detector 3 and X-ray 2 to integrate intended actuators. The steps explained below with the aid of the evaluation unit 9 feasible method for determining the relative position of the detector 3 and X-ray 2 however, do not involve the use of such a measurement system.

Im Schritt S2 wird ein Röntgenbild bei nicht bekannter oder nur mit eingeschränkter Genauigkeit bekannter örtlicher Relation zwischen dem Detektor 3 und der Röntgenstrahler 2 aufgenommen. Die Datenaufnahme unterliegt einer Störung, welche mit ST bezeichnet ist. Im Schritt S3 wird das aufgenommene Röntgenbild gespeichert. Dieser Vorgang, welcher die Schritte S2 und S3 umfasst, wird vielfach iterativ durchgeführt. Die Störung ST bedeutet hierbei ein Verrauschen der Messsignale. Das Messrauschen kann mit guter Näherung als gaußverteilt und mittelwertfrei mit konstanten Kovarianzmatrizen angenommen werden.In step S2, an X-ray image is obtained with unknown local relationship or known with limited accuracy between the detector 3 and the X-ray source 2 added. The data acquisition is subject to a fault, which is designated ST. In step S3, the recorded X-ray image is stored. This process, comprising steps S2 and S3, is often iterated. The disturbance ST here means a noise of the measurement signals. The measurement noise can be assumed as a good approximation as gaussian distributed and mean free with constant covariance matrices.

Auf Basis einer Mehrzahl an gespeicherten Röntgenbildern wird im Schritt S4 eine Filterung nach dem Kalman-Verfahren durchgeführt. Hierbei wird ein erweitertes Kalman-Filter verwendet, dessen System- und Messgleichungen nichtlinear sind. optional erfolgt eine iterative erweiterte Kalman-Filterung, bei welcher mehrere Iterationen über einer Messung durchgeführt werden. Der Abschluss des Verfahrens ist in jedem Fall mit S5 bezeichnet.On the basis of a plurality of stored X-ray images, a filtering according to the Kalman method is performed in step S4. Here, an extended Kalman filter is used whose System and measurement equations are nonlinear. optionally an iterative extended Kalman filtering takes place in which several iterations are performed over one measurement. Completion of the procedure is always designated S5.

Die Kalman-Filterung ist Bestandteil eines Regelungsverfahrens, welches der Regelung der Position des Detektors 3 relativ zum Röntgenstrahler 2 dient. Somit stellt die mit dem Detektor 3 sowie mit dem Aktuator 5 zusammenwirkende Auswerteeinheit 9 zugleich eine Regelungseinheit dar. Anwendbar ist das Regelungsverfahren beispielsweise bei trapezförmigen Geschwindigkeitsverläufen des den Röntgenstrahler 2 und den Detektor 3 umfassenden Bildaufnahmesystems. Typisch für derartige Geschwindigkeitsverläufe sind stationäre Bewegungszustände der Röntgenkomponenten 2, 3. Die Verwendung eines Proportional/Integral-Lagereglers trägt maßgeblich zu einer Reduzierung des relativen Lagefehlers bei dem der als Rauschen modellierbaren Störung ST ausgesetzten System bei. Die konstante Relativlage von Röntgenstrahler 2 und Detektor 3 erlaubt es, eine Führungsgröße für die Regelung bereits vor der Durchführung des Regelungsverfahrens zu ermitteln, das heißt eine Schätzung des Kalman-Filters festzulegen, die der gewünschten Relativlage zugeordnet wird.Kalman filtering is part of a control procedure that regulates the position of the detector 3 relative to the X-ray source 2 serves. Thus, that poses with the detector 3 as well as with the actuator 5 cooperating evaluation unit 9 At the same time, the control method is applicable, for example, in the case of trapezoidal velocity profiles of the X-ray source 2 and the detector 3 comprehensive image acquisition system. Typical of such speed profiles are stationary movement states of the X-ray components 2 . 3 , The use of a proportional / integral position controller significantly contributes to a reduction of the relative positional error in the system which is susceptible to noise modelable disturbance ST. The constant relative position of X-ray source 2 and detector 3 allows to determine a control variable for the control already before the implementation of the control method, that is, to set an estimate of the Kalman filter, which is assigned to the desired relative position.

11: RöntgengerätX-ray machine
22: RöntgenstrahlerX-ray
33: RöntgendetektorX-ray detector
44: Trägercarrier
55: Aktuatoractuator
66: Blende, ObjektCover, object
77: Untersuchungsobjektobject of investigation
88th: Liegenbrettstretcher board
99: Auswerteeinheitevaluation
1010: Maschinenkomponentemachine components
1111: Datenspeicherdata storage
S1, ... S5S1, ... S5: Schrittstep
STST: Störungdisorder

Claims

X-ray machine, with an X-ray source ( 2 ) and a non-rigidly coupled to this X-ray detector ( 3 ), wherein for determining the relative position of X-ray source ( 2 ) and X-ray detector ( 3 ) an evaluation unit ( 9 ) is provided, which for the evaluation of image data acquired by temporally successive measurements of the radiation of the X-ray source ( 2 ), by means of the X-ray detector ( 3 ) recognizable and in a defined arrangement in the beam path positioned object ( 6 ) performing Kalman filtering and in cooperation with an actuator ( 5 ) for controlling the position of the X-ray detector ( 3 ) relative to the X-ray source ( 2 ) is trained.

X-ray apparatus according to claim 1, characterized in that the evaluation unit ( 9 ) is designed to carry out an extended Kalman filtering.

X-ray apparatus according to claim 2, characterized in that the evaluation unit ( 9 ) is designed to perform an iterative Kalman advanced filtering.

X-ray apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that as by means of the X-ray detector ( 3 ) recognizable object ( 6 ) An aperture is provided.

X-ray apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the X-ray detector ( 3 ) relative to the X-ray source ( 2 ) has a linear degree of freedom.

X-ray apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that the X-ray detector ( 3 ) relative to the X-ray source ( 2 ) has a rotative degree of freedom.

Method for operating an X-ray source ( 2 ) and a non-rigidly coupled to this X-ray detector ( 3 ) having X-ray device ( 1 ), wherein for determining the relative position between the X-ray source ( 2 ) and the X-ray detector ( 3 ) automatically by temporally successive measurements acquired image data of the radiation of the X-ray source ( 2 ), by means of the X-ray detector ( 3 ) detected object ( 6 ), which is positioned in a defined arrangement in the beam path of the X-ray device, evaluated by performing a Kalman filtering and in cooperation with an actuator ( 5 ) for controlling the X-ray detector ( 3 ) relative to the X-ray source ( 2 ) be used.

A method according to claim 7, characterized in that the determination of the relative position of X-ray source ( 2 ) and X-ray detector ( 3 ), without the absolute positions of the X-ray source ( 2 ) and the X-ray detector ( 4 ) to eat.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that with the X-ray detector ( 3 ) image data is automatically further processed into three-dimensional image data.