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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Röntgenbildes
gemäß dem Patentanspruch
1 und einen Röntgendetektor
gemäß dem Patentanspruch
11.
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In
der digitalen Röntgenbildgebung
sind zum Beispiel Bildverstärker-Kamerasysteme,
die auf Fernseh- oder CCD-Kameras basieren, Speicherfoliensysteme
mit integrierter oder externer Ausleseeinheit, Systeme mit optischer
Ankopplung einer Konverterfolie an CCD-Kameras oder CMOS-Chips,
Selen-basierte Detektoren mit elektrostatischer Auslesung und Festkörperdetektoren
mit aktiven Auslesematrizen mit direkter oder indirekter Konversion
der Röntgenstrahlung
bekannt.
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Insbesondere
finden seit einigen Jahren Festkörperdetektoren
für die
digitale Röntgenbildgebung
Anwendung. Sie basieren auf aktiven Auslesematrizen, z.B. aus amorphem
Silizium, denen eine Szintillatorschicht vorgeschichtet ist. Die
auftreffende Röntgenstrahlung
wird in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht gewandelt, in
lichtempfindlichen Pixelelementen der Auslesematrix in elektrische
Ladung umgewandelt und ortsaufgelöst gespeichert. Verwandte Technologien
verwenden ebenfalls eine aktive Pixelmatrix aus amorphem Silizium,
jedoch kombiniert mit einem Röntgenkonverter,
der die auftreffende Röntgenstrahlung
direkt in elektrische Ladung umwandelt. Diese wird dann auf einer
Elektrode der Auslesematrix ortsaufgelöst gespeichert.
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Das
Zeitintervall, währenddessen
die aktive Auslesematrix auf Empfang geschaltet ist, wird als Röntgen-Zeitfenster
bezeichnet. Bei bekannten Festkörperdetektoren
wird die Röntgen-Zeitfensterbreite vorab
festgelegt. So sind einerseits Festkörperdetektoren bekannt, bei
denen nur ein einziges Röntgen-Zeitfenster vorgesehen
ist, welches für
alle möglichen
Appli kationen ausreichend breit sein muss und damit so breit wie
der maximale Röntgenpuls
ist. Andererseits sind Festkörperdetektoren
bekannt, für
die wenige, zum Beispiel zwei oder drei verschieden breit vorgegebene
Röntgen-Zeitfenster
zur Verfügung
stehen. Die Einstellung eines dieser Röntgen-Zeitfenster ist nur dadurch
möglich,
dass vor der jeweiligen Röntgenaufnahme
der Aufnahmemodus des Röntgendetektors
per Hand oder gesteuert umgeschaltet wird. Durch eine derartige
Aufnahme-Modus-Umschaltung
werden im Allgemeinen gleichzeitig Korrekturmaps verfügbar gemacht,
zum Beispiel durch ein Heraufladen in einen Arbeitsspeicher.
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Zur
Korrektur des Rauschens bzw. des Offsets in einem Röntgen-Rohbild
wird im Allgemeinen ein Offset-Bild aufgenommen und von dem Röntgenbild
mittels elektronischer Subtraktion abgezogen. Bei einigen Anwendungen
ist es sinnvoll, die Aufnahme des Offset-Bildes direkt nach der
Aufnahme des Röntgen-Rohbildes durchzuführen. Dies
ist vor allem dann gegeben, wenn direkt nach der Aufnahme eines Röntgen-Rohbildes
eine Umpositionierung des Untersuchungsobjektes erfolgt oder wenn
nur ein einzelnes Röntgenbild
angefertigt wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem von einem Röntgendetektor
aufgenommene Abbildungsdaten auf einfache Weise möglichst
schnell verfügbar
sind.
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Die
Aufgabe wird für
ein Verfahren erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch
1 und für
einen Röntgendetektor durch
einen Röntgendetektor
gemäß dem Patentanspruch
11; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
jeweiligen zugehörigen Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und dem erfindungsgemäßen Röntgendetektor
kann dadurch, dass die Breite des Röntgen-Zeitfensters stufenlos in Abhängigkeit
von der Röntgenpulsdauer, insbesondere
gleich der Röntgenpulsdauer,
eingestellt werden kann, auf einfache Weise eine für jede Röntgenpulsdau er
maximal schnelle Verfügbarkeit von
Röntgenbilddaten
zum Beispiel für
eine Weiterleitung oder für
eine Anzeige an einem Monitor erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
umgeht außerdem
eine umständliche
und aufwändige
Aufnahmemodus-Umschaltung.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Beginn des Röntgen-Zeitfensters
durch den Beginn des Röntgenpulses
und das Ende des Röntgen-Zeitfensters
durch das Ende des Röntgenpulses ausgelöst. Besonders
einfach ist dies realisierbar, indem eine Steuerung einer die Röntgenstrahlung emittierenden
Röntgenquelle
Steuersignale bezüglich
des Beginns und des Endes des Röntgenpulses an
den Röntgendetektor übermittelt.
So kann insgesamt sichergestellt werden, dass einerseits der gesamte
Röntgenpuls
bildgebend genutzt wird und dass andererseits das Röntgen-Zeitfenster
nicht breiter ist als aufgrund des Röntgenpulses notwendig.
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In
vorteilhafter Weise wird direkt im Anschluss an die Aufnahme des
Röntgenbildes
ein Offsetbild zur Korrektur des Röntgenbildes aufgenommen. Dadurch
ist es möglich,
auch ein offsetkorrigiertes Röntgenbild
schnell zur Verfügung
zu stellen, sofern die Korrektur ebenfalls zeitnah durchgeführt wird.
Zusätzlich
können
so im Gegensatz zu einem vor dem Röntgenbild aufgenommenen Offsetbild Lag-Effekte
bzw. Geistbildartefakte reduziert werden. Außerdem kann die Menge der von
dem Röntgendetektor
an ein Bildsystem zu transferierenden Daten dadurch reduziert werden,
dass die Subtraktion des Offsetbildes von dem Röntgenbild direkt im Röntgendetektor
stattfinden kann. Dies kann insbesondere für langsame Datenübertragungsraten,
zum Beispiel im Falle einer drahtlosen Datenübertragung, vorteilhaft sein.
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Die
Aufnahme eines Offsetbildes zur Korrektur des Röntgenbildes direkt im Anschluss
an die Aufnahme des Röntgenbildes
ist außerdem
vorteilhaft, da der Arbeitsprozess auf diese Weise nicht nachteilig
beeinflusst werden kann, wenn das Offsetbild bereits aufgenommen
ist, bis die nächste
Aufnahme (z.B. nach Repositionierung des Patienten) angefordert
wird.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Aufnahmedauer
des Offsetbildes der Breite des Röntgen-Zeitfensters. Für eine effektive und einfache
Realisierung davon wird zweckmäßigerweise
die jeweilige Röntgenpulsdauer – zumindest
kurzzeitig – gemessen
und gespeichert.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist einem für das Verfahren geeigneten
Röntgendetektor eine
Strahlungsquelle zur Aussendung der Röntgenstrahlung zugeordnet.
Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind dem Röntgendetektor
außerdem
eine Bildverarbeitungseinheit zur Speicherung eines Offsetbildes
und zur Korrektur des Röntgenbildes
mit Hilfe des Offsetbildes und eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung
der Breite des Röntgen-Zeitfensters
zugeordnet.
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In
vorteilhafter Weise wird für
eine einfache Anpassung der Röntgen-Zeitfensterbreite
an die Röntgenpulsdauer
die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Breite des Röntgen-Zeitfensters und
zur Ansteuerung der Pulsdauer des Röntgenpulses verwendet.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden
im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
in der Zeichnung näher
erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung
der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel
erfolgt. Es zeigen:
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1 einen
zeitlichen Ablauf von drei Röntgenaufnahmen
mit zugehörigen
Offset-Aufnahmen nach dem Stand der Technik;
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2 einen
zeitlichen Ablauf von drei hintereinander erfolgenden Röntgenaufnahmen
und zugehörigen
Offset-Aufnahmen
nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
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3 einen
erfindungsgemäßen Röntgendetektor;
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4 ein
Röntgenbildaufnahmesystem
mit einem Röntgendetektor
gemäß 3.
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1 zeigt
eine Abfolge von drei Röntgen-Zeitfenstern 4–6 entlang
einer Zeitachse t, welche ein bekanntes Verfahren nach dem Stand
der Technik bilden. Zu Beginn des jeweiligen Röntgen-Zeitfensters 4–6 befindet
sich ein Röntgendetektor
in einem vorher festgelegten Aufnahmemodus, welcher die Breite t4–t6 des jeweiligen Röntgen-Zeitfensters 4–6,
weitere Aufnahmeparameter sowie verschiedene Korrekturmaps festlegt.
In diesem Aufnahmemodus besitzt das jeweilige, fest zugehörige Röntgen-Zeitfenster 4–6 eine
definierte zeitliche Breite, welche von ausreichender Größe ist um
sicherzustellen, dass jeder in diesem Aufnahmemodus mögliche Röntgenpuls 1-3 in
das Röntgen-Zeitfenster 4–6 passt.
Die Röntgenpulsdauer
t1 eines ersten Röntgenpulses 1 ist
also maximal so groß wie
die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4 eines ersten Röntgen-Zeitfensters 4.
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Im
Allgemeinen ist die Röntgenpulsdauer t1–t3 der Röntgenpulse 1–3 jedoch
deutlich kleiner als die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 des jeweiligen Röntgen-Zeitfensters 4–6.
In 1 ist die Röntgenpulsdauer
t1 des ersten Röntgenpulses 1 kleiner
als die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4 des ersten Röntgen-Zeitfensters 4.
Ebenso ist die Röntgenpulsdauer t2 des zweiten Röntgenpulses 2 kleiner
als die Röntgen-Zeitfensterbreite
t5 des zweiten Röntgen-Zeitfensters 5.
Im Stand der Technik ist im Allgemeinen die Aufnahmedauer t8-t10 der Offset-Aufnahmen 8–10 entsprechend
der Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 der Röntgen-Zeitfenster 4–6 festgelegt.
Die Aufnahmedauer t8 der ersten Offset-Aufnahme 8 ist also
ebenso groß wie
die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4 des ersten Röntgen-Zeitfensters 4.
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Entsprechend
ist auch die Aufnahmedauer t9 der zweiten
Offset-Aufnahme 9 genauso groß wie die Röntgen-Zeitfensterbreite t5 des zweiten Röntgen-Zeitfensters 5.
Da sich der Röntgendetektor
für die
erste Röntgenaufnahme
und die zweite Röntgenaufnahme
im selben Aufnahme-Modus befinden, entspricht das erste Röntgen-Zeitfenster 4 dem
zweiten Röntgen-Zeitfenster 5.
Die entsprechenden Offset-Aufnahmen 8; 9 werden
nach den Röntgenaufnahmen
durchgeführt,
um Lag-Effekte zu reduzieren und um Korrekturen des Röntgenbildes
mittels des Offset-Bildes
im Röntgendetektor
direkt durchführen zu
können.
Zwischen einer ersten Röntgenaufnahme und
einer zweiten Röntgenaufnahme
kann das Untersuchungsobjekt z.B. umpositioniert werden. Nach den
Offset-Aufnahmen 8; 9; 10 wird jeweils
ein Offset-Korrekturverfahren 11 für eine Korrekturdauer t11 durchgeführt.
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Nach
der zweiten Röntgenaufnahme
erfolgt eine Aufnahmemodus-Umschaltung 7.
Durch diese Aufnahmemodus-Umschaltung 7 wird die Röntgen-Zeitfensterlänge t6 des folgenden, also zum Beispiel des dritten
Röntgen-Zeitfensters 6 festgelegt. Der
dritte Röntgenpuls 3 wird
innerhalb des dritten Röntgen-Zeitfensters 6 angeordnet,
die Röntgen-Zeitfensterbreite
t6 des dritten Röntgen-Zeitfensters 6 ist
im Allgemeinen ebenfalls länger
als die Röntgenpulsdauer
t3 des dritten Röntgenpulses 3. Eine
Aufnahmedauer t10 einer dritten Offset-Aufnahme 10 ist
wiederum von der Röntgen-Zeitfensterbreite
t6 des dritten Röntgen-Zeitfensters 6 festgelegt. Die
Röntgen-Zeitfensterbreiten
der Röntgen-Zeitfenster
sind nicht flexibel.
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Bei
der Erfindung wird im Gegensatz zum Stand der Technik die Breite
des Röntgen-Zeitfensters
stufenlos in Abhängigkeit
von der Röntgenpulsdauer
eingestellt.
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2 zeigt
den zeitlichen Ablauf von drei hintereinander erfolgenden Röntgenaufnahmen
bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und bei Nutzung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors. Die Röntgenpulsdauer
t1 des ersten Röntgenpulses 1 ist
dabei genauso lang wie die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4 des ersten Röntgen-Zeitfensters 4.
Das erste, zwei te und dritte Röntgen-Zeitfenster 4, 5 und 6 sind
variabel und unabhängig
vom Aufnahmemodus einstellbar. Die zugehörigen Röntgen-Zeitfensterbreiten t4, t5 und t6 werden durch die Röntgenpulsdauern t1,
t2 und t3 des ersten,
zweiten und dritten Röntgenpulses 1, 2 und 3 definiert.
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In
vorteilhafter Weise fallen der Beginn und das Ende des jeweiligen
Röntgen-Zeitfensters 4–6 mit
dem Beginn und dem Ende des jeweiligen Röntgenpulses 1–3 zusammen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist hierzu vorgesehen, dass
eine Steuerungseinrichtung einer Röntgenquelle, welche eine Röntgenstrahlung
emittiert, Steuersignale oder Informationen bezüglich des Beginns und des Endes des
Röntgenpulses
an den Röntgendetektor übermittelt.
Dies wird insbesondere automatisch durchgeführt.
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Der
Röntgendetektor
nutzt die Steuersignale zur Ansteuerung des Röntgen-Zeitfensters 4–6,
so dass die Breite t4–t6 des
Röntgen-Zeitfensters 4–6 gleich
der Pulsdauer t1–t3 des
Röntgenpulses 1–3 ist. Es
kann auch eine Systemsteuerungseinrichtung 28 eines Röntgenaufnahmesystems 31,
dem die Röntgenquelle 27 und
der Röntgendetektor
zugeordnet sind und mit dem sie in Kommunikationsverbindung stehen,
für die Übermittlung
der Steuersignale vorgesehen sein. Die Systemsteuerungseinrichtung 28 des
Röntgenbildaufnahmesystems 31 kann
auch gleichzeitig Steuersignale wie „X-ray on" oder „X-ray off" an die Röntgenquelle 27 und
den Röntgendetektor
senden, so dass ein gleichzeitiger Beginn und ein gleichzeitiges
Ende des Röntgen-Zeitfensters 4–6 und
des Röntgenpulses 1–3 gewährleistet
sind. Die Übertragung
der Steuersignale erfolgt bevorzugt kabellos zum Beispiel mittels
Funkverbindungen zwischen dem Röntgenbildaufnahmesystem 31 und dem
Röntgendetektor
sowie zwischen dem Röntgenbildaufnahmesystem 31 und
der Röntgenquelle 27.
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In
vorteilhafter Weise wird direkt im Anschluss an die Aufnahme des
Röntgenbildes
ein Offsetbild zur Korrektur des Röntgenbildes aufgenommen. Für eine schnelle
Verfügbarkeit der
Abbildungsdaten entspricht in vorteilhafter Weise insbesondere die
Aufnahmedauer t8–t10 des
Offsetbildes der Breite t4–t6 des Röntgen-Zeitfensters 4–6.
Um dies zu gewährleisten,
misst der Röntgendetektor
nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Pulsdauer t1–t3 des Röntgenpulses 1–3 oder
die Breite t4–t6 des
Röntgen-Zeitfensters 4–6 und
speichert diese zumindest so lange, bis die Aufnahmedauer t8–t10 des Offsetbildes festgelegt oder die Aufnahme
des Offsetbildes ausgelöst
ist. Die Informationen über
die Pulsdauer t1–t3 des
Röntgenpulses 1–3 oder
die Breite t4–t6 des Röntgen-Zeitfensters 4–6 verwendet
der Röntgendetektor
zur Festlegung der Aufnahmedauer t8–t10 der Offsetbilder.
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Insgesamt
wird durch die Erfindung die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 auf genau die für die entsprechende Applikation
durch den Röntgenpuls 1–3 definierte,
notwendige Breite t4–t6 beschränkt und
damit minimiert. Gleiches gilt für
das jeweilige Offsetbild, dessen Aufnahmedauer t8–t10 nach einer Ausgestaltung der Erfindung
der Breite t4–t6 des
Röntgen-Zeitfensters 4–6 entspricht
und damit ebenfalls minimal wird. Nach der jeweiligen Offsetaufnahme 8–10 wird
das Offsetbild im Röntgenbildaufnahmesystem 31,
z.B. direkt im Röntgendetektor,
mittels eines Offset-Korrekturverfahrens 11 für eine Korrekturdauer
t11 korrigiert. Bei dem Offset-Korrekturverfahren 11 handelt
es sich im Allgemeinen um eine Subtraktion des Offsetbildes von
dem Röntgenbild.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
stehen die Bilddaten also nach der minimal möglichen Zeit für eine weitere
Bildverarbeitung oder zum Beispiel für eine Anzeige an einem Monitor
zur Verfügung,
im Allgemeinen deutlich schneller als im Stand der Technik.
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Die
im Röntgendetektor
gespeicherte Information über
die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 kann neben der Aufnahme des Offsetbildes
auch für Gain-Korrekturen
und Defekt-Korrekturen verwendet werden. Da im Allgemeinen Gainbilder
und Defektbilder vor der Aufnahme des Röntgenbildes in einem Kalibrierverfahren
bestimmt werden, stimmen die Aufnahmedauern von Gainbildern und
Defektbildern mit der Breite t4–t6 des Röntgen- Zeitfensters 4–6 des jeweiligen
Röntgenbildes
nicht genau überein.
Die Informationen über
die Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 oder die Pulsdauer t1–t3 des Röntgenpulses 1–3 können dafür verwendet
werden, das Gainbild oder das Defektbild auszuwählen, dessen Aufnahmedauer
am besten mit der Röntgen-Zeitfensterbreite
t4–t6 oder der Pulsdauer t1–t3 des Röntgenpulses 1–3 des
jeweiligen Röntgenbildes übereinstimmt.
Dies kann wiederum automatisch über
eine Steuerungseinrichtung oder über
eine Bildverarbeitungseinheit durchgeführt werden.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Röntgendetektor
als Flachbilddetektor 20, insbesondere als mobiler und
kabelloser Flachbilddetektor, ausgebildet. 3 zeigt
einen derartigen Flachbilddetektor 20 mit einer Szintillatorschicht 21,
einer aktiven Matrix 22, einem Elektronikboard 23,
einer Energieversorgungseinheit 24 und einer Datenübertragungs-
und Kommunikationseinheit 25 zur kabellosen Übertragung
von Abbildungsdaten und Steuerbefehlen.
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Zur
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der Flachbilddetektor 20 einem Röntgenbildaufnahmesystem 31 zugeordnet – wie 4 zeigt – und steht
mit einer Ladestation 26 in Kommunikations- und Datenübertragungsverbindung.
Das Röntgenbildaufnahmesystem 31 umfasst
neben der Ladestation eine Systemsteuerungseinrichtung 28 und
eine Röntgenquelle 27 zur
Aussendung von Röntgenstrahlung.
Die Systemsteuerungseinrichtung 28 weist eine Bildverarbeitungseinheit,
eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung von Röntgenquelle 27 und
Flachbilddetektor 20 und eine Anzeigevorrichtung, wie zum
Beispiel einen Monitor, auf.
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Die
Röntgenquelle 27 ist
zum Beispiel mit einem schwenkbaren Arm an einer Zimmerdecke montiert
und der Flachbilddetektor befindet sich in einer Buckylade 29 eines
Buckytisches 30. Zusätzlich kann
der Flachbilddetektor 20 ebenfalls eine – nicht gezeigte – Bildverarbeitungseinheit
aufweisen, durch die eine Offset-Korrektur durchgeführt werden
kann. Bei einem derartigen Flachbilddetektor 20 stehen
offsetkorrigierte Röntgenbilder
besonders schnell zur Verfügung.
Außerdem
wird durch eine bereits im Flachbilddetektor 20 stattfindende
Offset-Korrektur die zu übertragende
Datenmenge reduziert.
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Neben
dem beschriebenen Verfahren, bei dem die Dauer t1–t3 des Röntgenpulses 1–3 der
Breite t4–t6 des
Röntgen-Zeitfensters 4–6 entspricht
und die der Beginn und das Ende von Röntgenpuls 1–3 und
Röntgen-Zeitfenster 4–6 übereinstimmen,
kann auch vorgesehen sein, die Röntgen-Zeitfensterbreite t4–t6 derart anzusteuern, dass sie geringfügig größer als
die Röntgenpulsdauer
t1–t3 ist.
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Die
Erfindung lässt
sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Um die Verfügbarkeit
von Abbildungsdaten nach der Aufnahme eines Röntgenbildes zu beschleunigen
ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine für eine Röntgenpulsdauer emittierte Röntgenstrahlung
in einem Röntgen-Zeitfenster
von einem Röntgendetektor
erfasst und daraus ein Röntgenbild
aufgenommen wird, wobei die Breite des Röntgen-Zeitfensters stufenlos
in Abhängigkeit
von der Röntgenpulsdauer
eingestellt wird.