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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung
unter Einhaltung von SAR-Grenzwerten, bei dem ein Patient zur Durchführung einer
Messung in einem Magnetresonanz-Tomographen über zumindest eine Sendeantenne
mit einer Hochfrequenz-Pulssequenz beaufschlagt wird und die erzeugten
Magnetresonanzsignale ortsaufgelöst über zumindest
eine Empfangsantenne erfasst und zur Erzeugung von Magnetresonanz-Bildern
und/oder -Spektren weiterverarbeitet werden, wobei vor Durchführung der
Messung SAR-Werte aus Patientendaten und einer Position des Patienten
relativ zur Sendeantenne für
geplante Parameter der Messung berechnet und die Parameter ggf.
verändert
werden, bis die SAR-Werte innerhalb der SAR-Grenzwerte liegen.
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Die
Magnetresonanz-Tomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung
von Bildern des Körperinneren
eines Untersuchungsobjekts. Zur Durchführung der Magnetresonanz-Tomographie
erzeugt ein Grundfeldmagnet ein statisches relativ homogenes Grundmagnetfeld.
Diesem Grundmagnetfeld werden während
der Aufnahme von Magnetresonanz-Bildern schnell geschaltete Gradientenfelder zur
Ortskodierung überlagert,
die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Mit einem oder mehreren Hochfrequenz-Sendeantennen
werden Sequenzen von Hochfrequenz-Pulsen zur Auslösung von Magnetresonanz-Signalen
in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die mit diesen Hochfrequenz-Pulsen hervorgerufenen
Magnetresonanz-Signale werden von einer oder mehreren Hochfrequenz-Empfangsantennen
empfangen. Auf Basis der aus dem jeweils betrachteten Messfeld (FoV
= Field of View) empfangenen Magnetresonanz-Signale, das ein oder
mehrere Körperschichten
des Patienten umfassen kann, werden Schichtbilder des Körperinneren
des Patienten berechnet und dargestellt. Durch eine Verschiebung
der Patientenliege innerhalb des Magnetresonanz-Tomographen lassen
sich auf diese Weise alle Körperregionen
vom Kopf bis zum Fuß in
das Messfeld postionieren. Die in dem Messfeld generierten Schichten
können
durch geschickte Wahl der Messparameter beliebig zu den Körperachsen
orientiert sein, insbesondere auch parallel zur Längsachse
in der X-Z-Ebene bzw. der Y-Z-Ebene, wobei Z die Richtung der Körper-Längsachse
angibt – die
mit der Transportrichtung der Patientenliege identisch ist – und X
und Y die dazu orthogonalen Richtungen bezeichnen. Bei auf dem Rücken gelagerten
Patienten erhält
man so koronare bzw. sagittale Schnittbilder des menschlichen Körpers.
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Eine
wesentliche Anforderung an moderne Magnetresonanz-Tomographen ist die
Fähigkeit
zur schnellen Bildgebung. Diese Forderung resultiert einerseits
aus wirtschaftlichen Überlegungen,
um pro Zeitintervall möglichst
viele Patienten untersuchen zu können,
und andererseits aus bestimmten medizinischen Fragestellungen, bei
denen eine schnelle Bildgebung für
das Untersuchungsergebnis erforderlich ist. Ein Beispiel hierfür ist die
Verminderung von Bewegungsartefakten durch Bewegung des Patienten während der
Messung.
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Die
für eine
schnelle Bildgebung erforderliche hohe Repetitionsrate der Hochfrequenz-Sendepulse
bzw. Sendepulssequenzen führt
jedoch auch zu einer höheren
Belastung des Patienten mit elektromagnetischer Strahlung. Durch
die gesetzlichen Vorschriften sind Grenzwerte dieser SAR-Belastung (SAR
= Specific Absorbtion Rate) vorgegeben, die bei der Magnetresonanz-Bildgebung
nicht überschritten
werden dürfen.
Da moderne Magnetresonanz-Tomographen technisch in der Lage sind,
den Patienten mit deutlich höheren
SAR-Werten zu belasten, müssen
zur Durchführung
einer Messung sog. SAR-Monitore eingesetzt werden, um die Einhaltung
der Grenzwerte bei der Messung zu gewährleisten. Hierbei müssen neben
den Ganzkörper-SAR-Grenzwerten auch
spezielle Grenzwerte für
verschiedene Körperbereiche
beachtet werden.
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Aus
der
JP 03284241 A ist
ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung
bekannt, bei dem vor Durchführung
der Messung ein grobes Magnetresonanz-Bild erstellt wird, mit dem
durch Einpassen einer Kreislinie der bei der Messung exponierte
Bereich des Patienten näherungsweise
bestimmt wird. Über
den Radius dieser Kreislinie lässt
sich eine analytische Berechnung der SAR-Werte durchführen, die auf
der Näherung
eines kugelförmigen
exponierten Patientenvolumens basiert. Die Berechnung lässt sich
zwar mit einer einfachen Formel realisieren, führt jedoch aufgrund der Näherung zu
relativ ungenauen Werten. Die Parameter der geplanten Messung werden
dann ggf. verändert,
bis die berechneten SAR-Werte innerhalb der SAR-Grenzwerte liegen. Anschließend wird
die eigentliche Messung zur Magnetresonanz-Bildgebung durchgeführt.
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Die
SAR-Belastung ist einerseits von den individuellen Patientendaten
und andererseits von der Position des Patienten relativ zur Sendeantenne,
der Art der Sendeantenne und der Sendeleistung abhängig, welche
im Wesentlichen durch die Art der Pulssequenz, der verwendeten Kippwinkel
der HF-Pulse, der Repetitionsrate und der Anzahl simultan akquirierter
Schichten bestimmt wird. Die bei Magnetresonanz-Tomographen sehr
häufig
eingesetzten so genannten Ganzkörper-Resonatoren,
auch als Body-Resonatoren bezeichnet, sind in der Regel kurz im
Vergleich zur Körpergröße eines
erwachsenen Patienten. Diese Resonatoren bewirken in der Regel nur
eine Teilkörperexposition,
so dass die Position des Patienten relativ zu der oder den Sendeantennen – im Falle
des gleichzeitigen Einsatzes mehrerer Sendeantennen – für die Berechnung
der SAR-Werte sehr wichtig ist.
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Bisher
werden vor Durchführung
der Messung die SAR-Werte aus bekannten Patientendaten, wie Alter,
Gewicht und Körpergröße, und
einer geschätzten
Position des Patienten relativ zur Sendeantenne für geplante
Parameter der Messung berechnet und die Parameter ggf. verändert, um
die Einhaltung der SAR-Werte zu gewährleisten. Die Parameter der
Messung sind hierbei in der Regel in einem Messprotokoll zusammengefasst.
Der Anwender muss den Patienten nach einer speziellen Anwendervorschrift
auf der Patientenliege positionieren, so dass bei der Berechnung
von einer bestimmten Position des Patienten relativ zur Sendeantenne innerhalb
gewisser Grenzen ausgegangen werden kann. Aus Sicherheitsgründen muss
bei der Berechnung jedoch von einer Worst-Case-Position des Patienten
ausgegangen werden.
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Aufgrund
der Unsicherheiten bei der Bestimmung der SAR-Werte für einen
Patienten unter Zugrundelegung der geplanten Messparameter müssen bisher
große
Toleranzen einkalkuliert werden, die eine optimale Ausnutzung der
für die
Messung zulässigen
Parameter verhindern.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung unter
Einhaltung der SAR-Grenzwerte anzugeben, das eine bessere Ausnutzung
der Möglichkeiten
des Magnetresonanz-Tomographen zulässt.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem vorliegenden Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung wird vor
der Durchführung der
eigentlichen Messung die Position des Patienten relativ zur Sendeantenne
durch eine bildgebende Magnetresonanz-Vormessung exakt bestimmt.
Auf Basis dieser exakten Position des Patienten werden dann in bekannter
Weise die SAR-Werte aus bekannten Patientendaten und der exakt bestimmten Position
des Patienten relativ zur Sendeantenne für geplante Parameter der Messung
berechnet. Die Parameter werden ggf. verändert, bis die SAR-Werte innerhalb
der SAR-Grenzwerte liegen. Anschließend wird die eigentliche Messung
zur Magnetresonanz-Bildgebung des oder der interessierenden Körperbereiche
des Patienten durchgeführt.
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Durch
die exakte Kenntnis der Position des Patienten relativ zur Sendeantenne
lässt sich
die bei der Messung applizierte lokale und über die exponierten Teilbereiche
gemittelte SAR-Belastung
sehr exakt bestimmen. Die Messparameter, wie bspw. die Repetitionsrate,
die Anzahl der vermessenen Schichten oder die Art der eingesetzten
Pulssequenz lassen sich dadurch optimal bis an die Grenzwerte heran ausnutzen.
Weiterhin ist es für
den Anwender nicht mehr erforderlich, bestimmte Vorschriften zur
Lagerung des Patienten auf der Patientenliege einzuhalten. Das vorliegende
Verfahren erfordert keinerlei zusätzliche Hardware-Ausstattung
des Magnetresonanz-Tomographen.
Es ist darüber
hinaus nicht störanfällig gegen
die Verwendung von zugelassenem Zubehör, wie bspw. Oberflächenspulen
wie der CP-Head-Array oder die Body-Array-Spule, die auf dem Patienten
liegen. Optische Verfahren sind dagegen sehr störanfällig gegen vorstehend genanntes Zubehör.
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Bei
der Durchführung
des Verfahrens wird nach der Lagerung des Patienten auf der Patientenliege
anhand der durch die bildgebende Magnetresonanz-Vormessung erhaltenen
Bilddaten die Position des Patienten auf der Liege exakt bestimmt.
Die momentane Position der Liege relativ zu der oder den Sendeantennen
ist bei Magnetresonanz-Tomographen genau bekannt. Aus diesem Zusammenhang kann
die Position des Patienten relativ zu den Sendeantennen exakt erhalten
werden. Die Messparameter werden anschließend so gewählt, dass die SAR-Grenzwerte
nicht überschritten
werden. Im weiteren Verlauf der Untersuchung wird beim Verfahren der
Liege zur Vermessung anderer Körperbereiche des
Patienten nur noch die neue Position der Liege herangezogen, um
die veränderte
Position des Patienten relativ zur Sendeantenne entsprechend der Genauigkeit,
mit der die Liege verfahren werden kann, typischerweise millimetergenau,
angeben zu können.
Selbstverständlich
muss die Messsequenz für
die bildgebende Magnetresonanz-Vormessung derart gewählt sein,
dass durch diese Vormessung die SAR-Grenzen nicht überschritten
werden. Dies lässt
sich jedoch ohne Weiteres realisieren, da es bei dieser Vormessung
lediglich um eine Positionsbestimmung geht.
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Das
vorliegende Verfahren nutzt somit in vorteilhafter Weise die bildgebende
Eigenschaft von Magnetresonanz-Tomographen aus, um die genaue Patientenposition
mittels der Magnetresonanz-Anlage selbst, d. h. mittels einer Bildaufnahme
mit dem Magnetresonanz-Tomographen zu erfassen. Neben dieser Position
lässt sich
auch der gesamte Körper
des Patienten vorab vermessen, so dass neben der Position auch die
exakte Geometrie des Patienten erhalten werden kann. Dies verbessert
die Genauigkeit der Berechnung der SAR-Werte zusätzlich. Weiterhin lässt sich
aus den gewonnenen Bilddaten die Lage von einzelnen Körperbereichen
oder Körperteilen
bestimmen oder unter Zugrundelegung der Körpergröße des Patienten vorausberechnen, so
dass anschließend
bei einer Untersuchung dieser Körperteile oder
Körperbereiche
die Liege automatisch exakt an die erforderliche Messposition fahren
kann.
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Als
Referenzpunkte des Patientenkörpers
für die
Bestimmung der Position des Patienten relativ zu der oder den Sendeantennen
können
unterschiedliche markante Körperteile
herangezogen werden. So kann die Zuordnung der Patientenposition
relativ zur Liege bspw. durch Markieren der Position der Schädeldecke
des Patienten im Monitor-Bild der Magnetresonanz-Vormessung durch den Benutzer der Anlage
durchgeführt
werden. Weiterhin lässt
sich die Position dieser markanten Stelle auch durch ein Mustererkennungsverfahren
bzw. Konturerkennungsverfahren automatisiert durchführen, so
dass keine Handlungen durch den Benutzer erforderlich sind. Geeignete
Muster- bzw. Konturerkennungsverfahren sind aus dem Stand der Technik
bekannt und werden als Software in die Bildauswertung implementiert.
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Die
bildgebende Magnetresonanz-Vormessung kann in unterschiedlichen
Varianten durchgeführt
werden. Wesentlich hierbei ist lediglich, dass die bildgebende Vormessung
die Bestimmung der Position eines markanten Punktes des Patientenkörpers ermöglichen
muss. Dies kann durch Vermessung des gesamten Körpers oder nur eines Körperbereiches, wie
bspw. des Kopfes oder der Füße erfolgen.
Die Erfassung des Kopfes bietet sich bei einer Messung an, bei der
der Patient mit dem Kopf zuerst in die Magnetresonanz-Anlage eingefahren
wird. Das Gleiche gilt für
die Vermessung der Füße in Fällen, in
denen der Patient mit den Füßen zuerst
in die Magnetresonanz Anlage eingefahren wird. Eine derartige Vermessung
lediglich eines Teilbereiches des Körpers lässt sich vorab relativ zügig durchführen. Bei
einer Vermessung des gesamten Körpers,
die insbesondere zur zusätzlichen
Bestimmung der Körpergeometrie
oder der Lage einzelner Organe oder Körperbereiche relativ zur Sendeantenne
durchgeführt
wird, ist es von Vorteil, zwischen dem Hochfrequenz-Verstärker und
der Sendeantenne kein Anpassungsnetzwerk vorzusehen, sondern stattdessen
Fehlanpassungen in Kauf zu nehmen. Auf diese Weise lässt sich
auch der gesamte Körper
ohne großen
Zeitaufwand vorab vermessen.
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Selbstverständlich lässt sich
das vorliegende Verfahren für
beliebige Sendeantennen durchführen, bei
denen die Position des Patienten relativ zu diesen Antennen bzw.
Spulen durch Verfahren der Patientenliege geändert wird.
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Das
vorliegenden Verfahren wird nachfolgend ohne Beschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von zwei Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
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1a–c ein Beispiel
für den
prinzipiellen Aufbau eines Magnetresonanz-Tomographen anhand von
drei Stufen bei der Duchführung
des vorliegenden Verfahrens; und
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2 ein
Ablaufschema eines Beispiels für die
Durchführung
des vorliegenden Verfahrens.
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Die 1a bis 1c zeigen
schematisch ein Schnittbild durch einen Magnetresonanz-Tomographen.
In den Figuren sind nur die wesentlichen Bauteile des Gerätes, ein
Grundfeldmagnet 1, ein Gradientenspulensystem 2,
eine Hochfrequenz-Sendeantenne 3 sowie
eine Empfangsspule 4 (Rx-only) dargestellt. Weiterhin ist
ein Patient 5 auf einer Patientenliege 6 zu erkennen,
die in der mit dem Pfeil dargestellten Richtung innerhalb des Magnetresonanz-Tomographen
verfahrbar ist. Bei der Messung werden über die als Ganzkörperspule
ausgebildete Hochfrequenz-Sendeantenne 3 Hochfrequenzimpulse
zur Erzeugung von Magnetresonanz-Signalen im Körper des Patienten 5 eingestrahlt.
Die Magnetresonanz-Signale werden – im vorliegenden Beispiel – mit der
Empfangsspule 4 oder der auch als Empfänger betreibbaren Hochfrequenz-Antenne 3 erfasst
und in Form eines zweidimensionalen Magnetresonanz-Bildes des je weils
erfassten Messbereiches, der in der Figur gestrichelt mit dem Bezugszeichen 7 angedeutet
ist, dargestellt. Zur Erfassung mehrerer Schichten wird nach der
Erfassung des Bereichs 7 der Patient mit der Patientenliege 6 in
der angegebenen Richtung um eine bestimmte Distanz verfahren und
erneut eine Messung durchgeführt.
Auf diese Weise können
entweder der ganze Körper
des Patienten oder gezielt einzelne Körperbereiche vermessen werden.
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Im
Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren zeigt 1a einen
Zustand, bei dem ein zu untersuchender Körperbereich des Patienten 5, im
vorliegenden Beispiel die Schulter, mit einem Lichtvisier 18 markiert
wird. Auf der Schulter ist die lokale Empfangsspule 4 für die spätere Messung
platziert. Anschließend
wird der Patient mit der Patientenliege 6 weiter in den
Tomographen eingefahren bis zu einer Position, in der die vermutete
Kopfposition innerhalb des Messfeldes (FoV) 7 liegt. In
dieser Position wird die bildgebende Magnetresonanz-Vormessung durchgeführt (1b).
Zur Erfassung der Magnetresonanz-Signale wird bei dieser Vormessung
vorzugsweise der Ganzkörper-Resonator
eingesetzt. Es lassen sich zur Verbesserung der Bildqualität bei dieser
Vormessung auch reine Empfangsspulen, wie beispielsweise eine Kopfspule,
einsetzen. Aus der Magnetresonanz-Vormessung wird schließlich die
Kopfposition bestimmt. Durch die Bestimmung der Kopfposition und
unter Berücksichtigung
der bei der Patientenregistrierung erfassten Daten kann nun automatisch
die mit dem Lichtvisier vorher markierte Körperregion für die Berechnung
der SAR-Werte bestimmt
werden. Diese Körperregion wird
dann für
die geplante Messung angefahren, so dass sie im Zentrum des Messfeldes 8 liegt
(1c).
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm für
die Durchführung
des vorliegenden Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Hierbei wird der Patient zunächst
derart auf die aus dem Untersuchungsbereich herausgefahrene Patientenliege 6 gelegt,
dass er mit dem Kopf zuerst in den Untersuchungsbereich ein gefahren
werden kann (Schritt 8). Der Benutzer der Anlage markiert
zunächst
den interessierenden bzw. zu vermessenden Körperbereich mit einem Lichtvisier
(1a). Anschließend
wird die Patientenliege automatisch derart in den Magnetresonanz-Tomographen
verfahren, dass der Kopf des Patienten ungefähr im Bereich des Messfeldes
liegt (Schritt 9; vgl. auch 1b). Nach
Erreichen dieser Position wird mit einem ausreichend groß gewählten Messfeld
(FoV) eine bildgebende Magnetresonanz-Vormessung durchgeführt (Schritt 10).
Das akquirierte Bild wird einer Mustererkennung unterworfen, in
der der Kopf bzw. die Schädeldecke
erkannt und über
die bekannte Liegenposition zur Position der Sendeantenne in Bezug
gesetzt wird. Mit Verwendung der bei der Patientenregistrierung
erfassten Körperdaten
des Patienten ist die exakte Position des Patienten auf der Liege
und damit – bei
beliebigen Liegenpositionen – auch
relativ zur Sendeantenne bekannt (Schritt 11). Anschließend wird
der Patient mit der Liege in die anfangs markierte Position verfahren
(Schritt 11a; vgl auch 1c). Nun
wird die SAR-Berechnung für
die gewünschte
Posititon durchgeführt
(Schritt 12). Die Parameter werden dabei so gewählt, dass
die Grenzwerte nicht überschritten
werden. Die SAR-Grenzwerte betreffen im vorliegenden Fall die Vermessung
des Kopfes des Patienten. Führen
die geplanten Parameter der Messsequenz zu erhöhten SAR-Werten, so wird die
Repetitionsrate und/oder die Anzahl der zu vermessenden Schichten
herabgesetzt, bis die Grenzwerte erreicht bzw. unterschritten werden
(Schritt 13 und 14). Weiterhin können selbstverständlich auch
der Kippwinkel oder andere geeignete Paramenter zu diesem Zweck verändert werden.
In einer Alternative kann auch eine andere Messsequenz mit ähnlichem
Bildergebnis gewählt
werden, falls diese zu geringeren SAR-Werten führt. Anschließend wird
die eigentliche Messung bzw. Untersuchung (Schritt 15)
durchgeführt.
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In
einer Alternative des vorliegenden Verfahrens, wie es anhand des
gestrichelten Verlaufs im oberen Bereich der 2 im Ablaufschema
dargestellt ist, wird der Patient in gleicher Weise wie bei der vorangehend
erläuterten
Ausführungsform
auf der Patientenliege positioniert und der interessierende Bereich
mit dem Lichtvisier markiert (Schritt 8). Anschließend wird
die Liege in Schritten, die dem eingestellten Messfeld bzw. FoV
entsprechen, relativ zur Sendeantenne verfahren. Bei jedem Schritt
wird im Rahmen der bildgebenden Magnetresonanz-Vormessung ein koronares und/oder sagittales
Bild einer Schicht des Patientenkörpers aufgenommen (Schritt 16).
Aus den erfassten Bilddaten wird über eine Mustererkennung die
exakte Position des Patienten relativ zur Liege bzw. Sendeantenne
ermittelt (Schritt 11). Anschließend wird in gleicher Weise.
wie bei der vorangehenden Ausführungsform
erläutert
die Bestimmung der Messparameter unter Einhaltung der SAR-Grenzwerte durchgeführt (Schritte 12 bis 14). Die
Position des Patienten zur Sendeantenne ist dabei in Abhängigkeit
von der aktuellen Liegenposition genau bekannt. Neben dieser Information
beinhalten die Bilddaten auch die geometrischen Ausmaße des Patienten,
so dass diese ebenfalls für
die Berechnung der SAR-Werte herangezogen werden. Die Erfragung
bezüglich
der Ausmaße
und des Gewichts des Patienten im Rahmen der Patientenregistrierung sind
dann nicht mehr erforderlich, da diese dann aus den Messdaten bekannt
sind bzw. – im
Falle des Gewichts – abgeleitet
werden können.
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Optional
kann bei diesem Ausführungsbeispiel
auch ein beliebiger Körperbereich
des Patienten mit der Liege genau angefahren werden (Schritt 17),
wie dies durch den gestrichelten Verlauf im unteren Teil der Figur
angedeutet ist, da durch die Vormessung die exakte Position jedes
Körperbereiches auf
der Liege und somit die Relativposition zur Sendeantenne bekannt
ist (Schritt 11). Die Liege kann damit bei Vorgabe eines
oder mehrerer entsprechender Körperbereiche
die Messposition zur Vermessung dieser Bereiche automatisch mit
hoher Genauigkeit anfahren.