On-the-fly geometrical calibration fine-tuning of a mobile C-arm CBCT system

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-Rontgenbildgebung ist zum Standard in der modernen Chirurgie geworden. Mithilfe von mobilen C-Bogen konnen 3D Computertomographie-ahnliche Bilder intraoperativ aufgenommen werden. Wahrend der Rotation des C-Bogens um den Patienten werden 2D-Projektionen akquiriert, die zur Rekonstruktion der Volumendaten verwendet werden. Prazise geometrische Projektionsparameter (Position der Rontgenquelle, Detektor-Lage und -Orientierung) werden fur jedes Projektionsbild benotigt, da sonst bei der Rekonstruktion Artefakte entstehen konnen. Aufgrund der mechanischen Stabilitat des C-Bogens wird eine Offline-Kalibrierung ublicherweise durchgefuhrt, damit die Projekionsparameter ermittelt werden konnen. Es wird dabei angenommen, dass Abweichungen von der Idealgeometrie reproduzierbar sind; stochastische Abweichungen (z. B. Vibrationen bei der Rotation) werden dabei nicht berucksichtigt. In dieser Arbeit prasentieren wir eine neue Methode zur geometrischen Online-Kalibrierung, die zusatzlich die stochastisch-mechanischen Abweichungen kompensiert. Die Qualitat der Kalibrierung wird anhand von Simulations- und experimentellen Daten demonstriert.