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On-the-Fly Geometrical Calibration Fine-Tuning of a Mobile C-Arm CBCT System : Geometrische Online-Nachoptimierung der Kalibrierung eines mobilen CBCT-C-Bogens

El Hakimi, Wissam and Sakas, Georgios (2016):
On-the-Fly Geometrical Calibration Fine-Tuning of a Mobile C-Arm CBCT System : Geometrische Online-Nachoptimierung der Kalibrierung eines mobilen CBCT-C-Bogens.
In: Technisches Messen, pp. 300-308, 83, (5), DOI: 10.1515/teme-2015-0059,
[Article]

Abstract

C-arm cone-beam computed tomography (CBCT) offers CT-like 3D imaging capabilities while being appropriate for interventional suites. 3D images are reconstructed based on 2D projections gathered during the rotation of the C-arm around the object under investigation. It is mandatory to provide accurate geometrical projection parameters for each acquired 2D image, otherwise significant CT artifacts may be induced in the reconstructed 3D volume. Usually, a pre-calibration (offline calibration) using an X-ray phantom is preformed under the assumption that the C-arm motion is reproducible. Thereby, stochastic misalignments due to the open design of mobile C-arm CBCT systems are not considered. In this article we introduce a novel online calibration algorithm to compensate stochastic mechanical inaccuracies. The performance of the proposed method is demonstrated on simulated and real data. Intraoperative 3D-Röntgenbildgebung ist zum Standard in der modernen Chirurgie geworden. Mithilfe von mobilen C-Bögen können 3D Computertomographie-ähnliche Bilder intraoperativ aufgenommen werden. Während der Rotation des C-Bogens um den Patienten werden 2D-Projektionen akquiriert, die zur Rekonstruktion der Volumendaten verwendet werden. Präzise geometrische Projektionsparameter (Position der Röntgenquelle, Detektor-Lage und -Orientierung) werden für jedes Projektionsbild benötigt, da sonst bei der Rekonstruktion Artefakte entstehen können. Aufgrund der mechanischen Stabilität des C-Bogens wird eine Offline-Kalibrierung üblicherweise durchgeführt, damit die Projekionsparameter ermittelt werden können. Es wird dabei angenommen, dass Abweichungen von der Idealgeometrie reproduzierbar sind; stochastische Abweichungen (z. B. Vibrationen bei der Rotation) werden dabei nicht berücksichtigt. In dieser Arbeit präsentieren wir eine neue Methode zur geometrischen Online-Kalibrierung, die zusätzlich die stochastisch-mechanischen Abweichungen kompensiert. Die Qualität der Kalibrierung wird anhand von Simulations- und experimentellen Daten demonstriert.

Item Type: Article
Erschienen: 2016
Creators: El Hakimi, Wissam and Sakas, Georgios
Title: On-the-Fly Geometrical Calibration Fine-Tuning of a Mobile C-Arm CBCT System : Geometrische Online-Nachoptimierung der Kalibrierung eines mobilen CBCT-C-Bogens
Language: German
Abstract:

C-arm cone-beam computed tomography (CBCT) offers CT-like 3D imaging capabilities while being appropriate for interventional suites. 3D images are reconstructed based on 2D projections gathered during the rotation of the C-arm around the object under investigation. It is mandatory to provide accurate geometrical projection parameters for each acquired 2D image, otherwise significant CT artifacts may be induced in the reconstructed 3D volume. Usually, a pre-calibration (offline calibration) using an X-ray phantom is preformed under the assumption that the C-arm motion is reproducible. Thereby, stochastic misalignments due to the open design of mobile C-arm CBCT systems are not considered. In this article we introduce a novel online calibration algorithm to compensate stochastic mechanical inaccuracies. The performance of the proposed method is demonstrated on simulated and real data. Intraoperative 3D-Röntgenbildgebung ist zum Standard in der modernen Chirurgie geworden. Mithilfe von mobilen C-Bögen können 3D Computertomographie-ähnliche Bilder intraoperativ aufgenommen werden. Während der Rotation des C-Bogens um den Patienten werden 2D-Projektionen akquiriert, die zur Rekonstruktion der Volumendaten verwendet werden. Präzise geometrische Projektionsparameter (Position der Röntgenquelle, Detektor-Lage und -Orientierung) werden für jedes Projektionsbild benötigt, da sonst bei der Rekonstruktion Artefakte entstehen können. Aufgrund der mechanischen Stabilität des C-Bogens wird eine Offline-Kalibrierung üblicherweise durchgeführt, damit die Projekionsparameter ermittelt werden können. Es wird dabei angenommen, dass Abweichungen von der Idealgeometrie reproduzierbar sind; stochastische Abweichungen (z. B. Vibrationen bei der Rotation) werden dabei nicht berücksichtigt. In dieser Arbeit präsentieren wir eine neue Methode zur geometrischen Online-Kalibrierung, die zusätzlich die stochastisch-mechanischen Abweichungen kompensiert. Die Qualität der Kalibrierung wird anhand von Simulations- und experimentellen Daten demonstriert.

Journal or Publication Title: Technisches Messen
Volume: 83
Number: 5
Uncontrolled Keywords: Forschungsgruppe Medical Computing (MECO), C-arm pose, Calibration, Cone-beam computed tomography (CBCT)
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Mathematical and Applied Visual Computing
Date Deposited: 03 May 2019 07:30
DOI: 10.1515/teme-2015-0059
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