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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Streustrahlrasters
bei einem mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystem.
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Mit
Röntgenstrahlen
arbeitende Abbildungssysteme werden in der Medizintechnik seit Jahrzehnten
erfolgreich eingesetzt. Dabei durchdringen Röntgenstrahlen, die von einer
Röntgenquelle
ausgesendet werden, ein zu untersuchendes Objekt. Je nach Dicke
und Zusammensetzung des Objektes werden Röntgenstrahlen unterschiedlich
stark absorbiert. Durch Aufzeichnung der Durchdringung der Röntgenstrahlen
wird ein Abbild vom Inneren des Objektes angefertigt. Die Aufzeichnung
der Röntgenstrahlen
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe
von konventionellen Bildverstärkern,
geeigneten Filmmaterialien oder mit digitalen Flachbilddetektoren.
Dabei ist man bestrebt, eine möglichst
hohe Bildqualität
zu erreichen, um möglichst
genaue Informationen über
das Innere des zu untersuchenden Objektes zu erhalten.
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Ebenfalls
seit Jahrzehnten bekannt ist der Einsatz von Streustahlrastern,
um die Bildqualität hinsichtlich
des Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR, „contrast-noise-ratio") zu verbessern.
Streustrahlung entsteht bei der Passage der Röntgenstrahlung durch das zu
untersuchende Objekt durch Wechselwirkung der Röntgenstrahlen, insbesondere
durch Compton-Streuung, mit dem zu untersuchenden Objekt und trägt zu einer
Abschwächung
des Kontrastes bei einem Bild bei. Durch Streustrahlraster gelingt
es, die auftretende Streustrahlung zumindest teilweise zu unterdrücken.
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Relativ
neu und erst in den letzten Jahren entwickelt sind 3D-C-Bogen-Röntgengeräte, mit
denen die sogenannte „Cone-Beam"-Computertomographie
durchgeführt
werden kann. Bei diesem Verfahren werden von einem Objekt mehrere
Röntgenbilder aus
unterschiedlichen Richtungen angefertigt. Aus diesen Bildern wird
das dreidimensionale Abbild des Objektes – ähnlich der Rekonstruktion eines
dreidimensionalen Abbildes bei der Computertomographie – errechnet.
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3D-C-Bogen-Röntgengeräte sind ähnlich zu herkömmlichen
C-Bogen-Röntgengeräten aufgebaut.
An einem Ende des C-Bogens ist die Röntgenquelle angeordnet, am
gegenüberliegenden
Ende des C-Bogens der Flachbilddetektor. Das abzubildende Objekt
befindet sich im Mittelpunkt des C-Bogens. Der C-Bogen wird bei
der Anfertigung der Bilder um das sich im Mittelpunkt befindliche
Objekt bewegt, sodass Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen über einen
großen
Winkelbereich angefertigt werden können. Die Rekonstruktion des
dreidimensionalen Abbildes aus den zweidimensionalen Aufnahmen erfordert
eine hohe Qualität
der aufgenommenen Bilder. Bei solchen Geräten wird bislang standardmäßig ein
Streustrahlraster eingesetzt. Dennoch kann nicht immer gewährleistet
werden, dass das rekonstruierte dreidimensionale Abbild die gewünschte Qualität hat.
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Bei
derartigen Geräten – wie auch
bei anderen mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystemen – ist
man daher nach wie vor bestrebt, die Qualität der angefertigten Bilder
zu verbessern, da sich dadurch auch die Qualität und die Treffsicherheit einer
Diagnose erhöhen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb
eines mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystems mit einem Streustrahlraster anzugeben,
mit dem die Qualität
eines erstellten Abbildes verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Betrieb eines Streustrahlrasters bei einem mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Verfahrens sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb eines Streustrahlrasters bei einem mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystem, bei dem ein Bild von einem Teil eines
zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körpers mit einem mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystem angefertigt wird, weist folgende Schritte
auf:
- – Bewertung
zumindest einer mit der Größe des Körpers zusammenhängenden
Eigenschaft, und
- – Einsatz
eines Streustrahlrasters in Abhängigkeit der
Bewertung der Eigenschaft bei der Anfertigung des Bildes.
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Ein
Streustrahlraster absorbiert üblicherweise
zwar einen Teil der entstehenden Streustrahlung, kann selbst allerdings
auch Störeffekte
im Bild verursachen. Von diesen zwei sich widersprechenden Effekten überwiegt
normalerweise der die Qualität
des Bildes verbessernde Effekt, nämlich die vorteilhafte Absorption
der Streustrahlung. Das hier vorgestellte Verfahren beruht jedoch
auf der Tatsache, dass unter gewissen Umständen die durch das Streustrahlraster eingebrachten
Störeffekte überwiegen
können.
Je größer der
Abstand des zu untersuchenden Körpers ist,
d.h. je größer also
der Luftspalt zwischen Körper und
Detektor ist, desto weniger Streustrahlung wird auf den Detektor
treffen. Zudem wird bei kleinen Körpern weniger Streustrahlung
entstehen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
findet daher eine Bewertung einer mit der Größe des Objektes zusammenhängenden
Eigenschaft statt, und das Streustrahlraster wird in Abhängigkeit
der Bewertung verwendet. Die genaue Art der Bewertung ist dabei
mit dem jeweiligen Abbildungssystem – genauer mit dem Abstand zwischen
dem zu untersuchendem Körper
und Detektor bei dem jeweiligen Abbildungssystem – abgestimmt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Bewertung
automatisch anhand einer Bewertungseinheit durchgeführt. Eine
derartige Bewertungseinheit ist so ausgebildet, dass sie die typischerweise
vorkommenden geometrischen Verhältnisse
bei der Anfertigung eines Bildes berücksichtigt und dementsprechend
die Eigenschaften des Körpers,
die mit seiner Größe zusammenhängen, bewertet.
Die Bewertungseinheit ermittelt dabei, ob es für eine bevorstehende Aufnahme
von Vorteil ist oder nicht, ein Streustrahlraster zu verwenden.
Beispielsweise kann die Bewertungseinheit ein Signal erzeugen, das
anzeigt, ob das Streustrahlraster verwendet werden soll. Die Qualität einer
Aufnahme kann so verbessert und Fehlaufnahmen vermieden werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird
die mit der Größe des Körpers zusammenhängende Eigenschaft
automatisch aus einer elektronischen Datenakte, die dem zu untersuchenden
Körper
zugeordnet ist, ermittelt und in die Bewertungseinheit übertragen.
Derartige elektronische Datenakten liegen in einem Krankenhaus über einen
zu untersuchenden Patienten oftmals vor und enthalten meist auch
Daten, die die Größe des zu
untersuchenden Patienten beschreiben, wie zum Beispiel das Gewicht,
die Länge
oder auch den Umfang bestimmter Körperteile. Daher ist es von
Vorteil, diese schon vorhandenen Daten zu verwenden, da so der Zeitaufwand
eines manuellen Ausmessens des zu untersuchenden Patienten und einer
Eingabe der Messdaten entfällt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens sieht vor, dass das Streustrahlraster in Abhängigkeit
der zuvor durchgeführten
Bewertung anhand von Mitteln zum Positionieren des Streustrahlrasters
vor einem Detektor positioniert wird. Durch derartige Mittel kann
das Streustrahlraster ohne eine Intervention am Abbildungssystem
durch einen Anwender vor dem Detektor positioniert werden, was insbesondere
bei sterilen Umgebungen vorteilhaft ist. Wenn zudem – wie in
einer anderen, oben beschriebenen Ausführungsvariante – noch die
Bewertung von einer Bewertungseinheit vorgenommen wird, kann diese
ein Signal erzeugen, sodass die Positionierung des Streustrahlrasters
bei der Anfertigung eines Bildes vollkommen automatisch erfolgt.
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Vorteilhafterweise
ist die mit der Größe des Körpers zusammenhängende Eigenschaft
ein Durchmesser oder ein Umfang des Körpers. Beispielsweise kann
der Bauchumfang gemessen werden, wenn mit dem Abbildungssystem ein
Bild vom Abdomen erzeugt werden soll, oder auch der Umfang einer
abzubildenden Extremität.
Diese Ausführungsvariante
hat den Vorteil, dass der Durchmesser bzw. der Umfang eines abzubildenden
Körperteils
gut mit der Weglänge
der Röntgenstrahlung
durch den Körperteil
und damit mit der entstehenden Streustrahlung korreliert.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens
ist die mit der Größe des Körpers zusammenhängende Eigenschaft
sein Gewicht. Das Gewicht eines Patienten ist meist im Vorfeld bekannt,
sodass eine Ermittelung desselben überflüssig ist. Insbesondere wenn
elektronische Datenakten verwendet werden, kann das Gewicht eines Patienten
daraus meist entnommen werden.
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Ebenso
verhält
es sich mit der Länge
des Körpers,
die in einer anderen Ausführungsvariante des
Verfahrens die mit der Größe des Körpers zusammenhängende Eigenschaft
ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die mit der Größe des Körpers zusammenhängende Eigenschaft
anhand seiner Länge
und seines Gewichtes ermittelt. Bevorzugterweise wird hier der Body-Mass-Index
(BMI) verwendet, der sich aus der Länge L und dem Gewicht G des
Körpers
nach folgender Formel errechnet: BMI = G/L2.
Dieser Wert, der auf einfache Weise – meist ohne Messung, da das
Gewicht und die Länge
im Vorfeld bekannt sind – ermittelt
werden kann, gibt eine einfache quantitative Abschätzung darüber, wie
groß die
entstehende Streustrahlung sein wird und ob es deswegen vorteilhaft
ist, ein Streustrahlraster zu verwenden oder nicht.
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Je
nach Abbildungssystem oder abzubildendem Körperteil kann es auch vorteilhaft
sein, andere, dem BMI ähnliche
Größen zu verwenden.
Derartige Größen können beispielsweise
der Broca-Index
oder die Körperoberfläche des
Patienten sein, die ebenfalls aus der Länge und aus dem Gewicht des
Patienten ermit telt werden können.
Der Broca-Index BI errechnet sich dabei nach der Formel BI = G/(L[cm] – 100).
Die Körperoberfläche kann
nach einer der bekannten Formeln nach Mosteller, Haycock, Dubois, Gehan-George
oder Boyd, wie sie in medizinischer Fachliteratur zu finden sind,
berechnet werden. Sie werden bevorzugterweise dann zur Beurteilung
eingesetzt, wenn sie besser mit der entstehenden Streustrahlung
korrelieren als der BMI.
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In
einer besonders einfachen Ausführungsform
des Verfahrens erfolgt die Bewertung der mit der Größe des Körpers zusammenhängenden
Eigenschaft durch einen Vergleich der Größe mit einem Grenzwert. Das
Streustrahlraster wird dann verwendet, wenn die Eigenschaft – wie ein
Durchmesser, das Gewicht, die Länge
oder daraus abgeleitete Größen – oberhalb
eines Grenzwertes liegen.
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Bevorzugterweise
wird das Verfahren bei einem 3D-C-Bogen-Röntgengerät eingesetzt.
Ein derartiges Röntgengerät hat den
Vorteil, dass sich das zu untersuchende Objekt immer in einem definierten Abstand
zum Detektor befindet, da sich das Objekt bei der Anfertigung des
Bildes im Mittelpunkt des C-Bogens befindet. Bei einem üblichen
Film-Fokus-Abstand (FFA) von ca. 120 cm bei einem C-Bogengerät beträgt der Abstand
des Objektes vom Detektor stets ca. 60 cm (FFA/2). Der dadurch entstehende
Luftspalt ist somit groß genug,
dass bei einem kleinen abzubildenden Objekt nur so wenig entstehende
Streustrahlung auf den Detektor trifft, dass sich der Einsatz eines
Streustrahlrasters nachteilig auswirkt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens, die besonders
bei Abbildungssystemen mit einem variablen Abstand von zu untersuchendem
Objekt und Detektor zu einer Bildverbesserung beiträgt, wird
zusätzlich
zu der Bewertung der zumindest einen Eigenschaft, die mit der Größe des Körpers zusammenhängt, eine
weitere Bewertung des Abstandes des zu untersuchenden Körpers zu dem
Streustrahlraster durchgeführt.
Der Einsatz des Streustrahlrasters bei der Anfertigung des Bildes
erfolgt in Abhängigkeit
der beiden Bewertun gen. Mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens
wird auch einem variablen Abstand von zu untersuchendem Objekt und
Detektor Rechnung getragen.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen
der Unteransprüche
werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher
erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm, das die Abhängigkeit des
Kontrast-Rausch-Verhältnisses
vom Phantom-Detektor-Abstand bei einem 3D-C-Bogen-Röntgengerät mit und
ohne Streustrahlraster zeigt,
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2 die
gleiche Abhängigkeit
wie in 1, wobei das Phantom diesmal mit einem Fettring
versehen ist, und
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3 schematisch
ein 3D-C-Bogen-Röntgengerät, bei dem
das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
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1 zeigt
die Abhängigkeit
eines Kontrast-Rausch-Verhältnisses
(CNR – „contrast-noise-ratio") bei der Aufnahme
eines Phantoms 1 in Abhängigkeit
der Größe des Luftspaltes
(„gap") zwischen dem Phantom 1 und
einem Detektor 23. Das Phantom ist dabei so dimensioniert,
dass es einem normalgewichtigen Patienten entspricht. Gezeigt ist die
Abhängigkeit
einmal mit (Quadrate) und einmal ohne (Rauten) Einsatz eines Streustrahlrasters 27.
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Bei
einem Abstand, der kleiner als ca. 280 mm ist, erzeugt das Streustrahlraster 27 eine
Verbesserung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses.
Wenn der Abstand jedoch größer als
ca. 280 mm ist, ist die Bildqualität besser, wenn kein Streustrahlraster 27 verwendet
wird. In diesem Fall ist der Luftspalt („gap") so groß, dass von der entstehenden
Streustrahlung nur ein geringer Teil auf den Detektor 23 trifft.
Wenn dann ein Streustrahlraster 27 verwendet wird, dann überwiegen
die durch das Streustrahlraster 27 eingebrachten Störeffekte.
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2 zeigt
ebenso wie 1 die Abhängigkeit des Kontrast-Rausch-Verhältnisses
(CNR – „contrast-noise-ratio") bei der Aufnahme
eines Phantoms 1 in Abhängigkeit
der Größe des Luftspaltes
(„gap") zwischen dem Phantom 1 und
dem Detektor 23. Im Unterschied zu 1 ist um
das Phantom 1 ein Fettring 3 angeordnet, sodass
das Phantom 1 deutlich größer ist als das bei 1 verwendete
Phantom 1 und einem adipösen Patientenkörper entspricht. Auch
hier ist die Abhängigkeit
einmal mit (Quadrate) und einmal ohne (Rauten) Einsatz eines Streustrahlrasters 27 gezeigt.
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Durch
den Fettring 3 des Phantoms 1 ist das Phantom 1 insgesamt
größer, sodass
auch mehr Streustrahlung entsteht. Daher wirkt sich der Einsatz eines
Streustrahlrasters 27 auch bei größeren Abständen als 280 mm vorteilhaft
für die
Bildqualität aus.
Erst ab einem Abstand von ca. 490 mm ist der Luftspalt groß genug,
sodass die durch das Streustrahlraster 27 eingebrachten
Störeffekte
die Verbesserungen der Bildqualität überwiegen.
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Wenn
bei einem mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Abbildungssystem durch die Geometrie des Abbildungssystems
ein relativ großer
Luftspalt entsteht, wie z.B. bei einem 3D-C-Bogen-Röntgengerät 11, bei dem der
Abstand zwischen zu untersuchendem Körper 19 und Detektor 23 die
Hälfte
des Film-Fokus-Abstandes beträgt,
so ist es je nach Größe des zu
untersuchenden Objektes vorteilhaft, das Streustrahlraster 27 zu
verwenden oder nicht.
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3 zeigt
ein 3D-C-Bogen-Röntgengerät 11,
wie es bei der „Cone-Beam"-Computertomographie
eingesetzt wird.
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Bei
einem derartigen C-Bogen-Röntgengerät 11 befindet
sich an einem Ende eines C-Bogens 13 eine Röntgenquelle 15.
Von dort werden Röntgenstrahlen 17 ausgesendet
und durchdringen den Körper 19 eines
zu untersuchenden Patienten, der im Mittelpunkt des C-Bogens 13 auf
einer Patientenliege 21 gelagert ist. Die Röntgenstrahlung 17 wird
von einem Detektor 23, beispielsweise einem Flachbilddetektor
zur digitalen Bildaufnahme, am gegenüberliegenden Ende des C-Bogens 13 gemessen.
Der C-Bogen 13 kann in Richtung des Doppelpfeils 14 rotiert
werden. Dadurch ist es möglich,
zweidimensionale Aufnahmen des Körpers 19 aus
mehreren unterschiedlichen Richtungen anzufertigen, sodass eine mit
dem C-Bogen-Röntgengerät 11 verbundene Rechnereinheit 25 aus
den zweidimensionalen Aufnahmen eine dreidimensionale Rekonstruktion
eines Körperteils
des zu untersuchenden Patienten anfertigen kann.
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Bei
3D-C-Bogen-Röntgengeräten 11 befindet
sich der Körper 19 im
Zentrum des C-Bogens 13, während der Detektor 23 am
Rand des C-Bogens 13 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich
ein Abstand zwischen Körper 19 und
Detektor 23 von üblicherweise ca.
60 cm. Der Luftspalt zwischen Körper 19 und
Detektor 23 ist folglich relativ groß. Wie in 1 und 2 gezeigt,
kann es in so einem Fall – abhängig von
der Größe des Körpers 19 – vorteilhaft
sein, bei der Bildanfertigung kein Streustrahlraster 27 zu
verwenden. Erfindungsgemäß wird daher
das Streustrahlraster 27 nur dann verwendet, wenn der zu
untersuchende Körper 19 adipös ist – genauer
gesagt, wenn das zu untersuchende Körperteil so groß ist, dass
trotz des großen
Luftspaltes immer noch genügend
Streustrahlung auf den Detektor trifft -, sodass die Bildqualität durch
ein Streustrahlraster 19 verbessert wird.
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In
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind
im Bereich des Detektors 23 Positionierungsmittel 29 angeordnet,
mit denen ein Streustrahlraster 27 vor dem Detektor 23 positionierbar
ist oder in eine Stellung 31 außerhalb des Strahlengangs 17 gebracht
werden kann. Auf diese Weise kann ein manuelles Anbringen des Streustrahlrasters 27 vermieden werden,
was insbesondere bei interventionellen Eingriffen, bei denen sterile
Arbeitsbedingungen notwendig sind, nur mit der Gefahr, die sterile
Umgebung unsteril zu machen, zu bewerkstelligen ist.
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Die
mit dem 3D-C-Bogen-Röntgengerät 11 verbundene
Rechnereinheit 25 ist derart ausgebildet, dass sie einerseits
diverse Patientendaten bewerten kann und abhängig von der Bewertung die
Positionierungsmittel 29 so steuern kann, dass das Streustrahlraster 27 in
den Strahlengang ein- oder ausgefahren wird.
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Die
Rechnereinheit 25 kann hierzu Daten übernehmen, die in einer elektronischen
Datenakte 33 gespeichert und die dem Patienten zugeordnet sind.
In einer elektronischen Datenakte 33 sind beispielsweise
oft die Länge
L und das Gewicht G des Patienten gespeichert, sodass die Dicke
des Körpers 19 oder
die Dicke eines Körperteils
daraus grob abgeschätzt
werden kann. Hierfür
kann der Body-Mass-Index (BMI) verwendet werden, der sich aus der
Länge L
und dem Gewicht G des Körpers nach
folgender Formel errechnet: BMI = G/L2. In einer Ausgestaltungsvariante
gibt die Rechnereinheit 25 den Positionierungsmitteln 29 ein
Signal zum Einfahren des Streustrahlrasters 27, wenn der
BMI des Patienten über
einem Grenzwert 39 liegt.
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Alternativ
zum BMI können
auch andere Maße
verwendet werden, die sich aus der Größe G und der Länge L des
Patienten ergeben und die als Maß für die Dicke des Körpers 19 verwendet
werden können.
Beispiele hierfür
sind etwa der Broca-Index oder die Körperoberfläche, die sich ebenfalls aus
der Länge
L und aus dem Gewicht G des Patienten ermitteln lassen.
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Neben
der Länge
L und dem Gewicht G des Patienten kann die Bewertungseinheit auch
andere Eigenschaften, die mit der Größe des Körpers 19 zusammenhängen, bewerten.
Wenn beispielsweise ein Bild eines Thorax angefertigt werden soll,
kann auch ein Durchmesser D oder ein Umfang U des Thorax bewertet
werden, sodass das Streustrahlraster 27 dann verwendet
wird, wenn der Durchmesser D oder der Umfang U der Extremität über einem
Grenzwert 39 liegt.
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Falls
die Größen, anhand
derer die Bewertung von der Rechnereinheit 25 durchgeführt wird, nicht
in der Patientenakte 33 gespeichert sind, können sie
von einem nicht dargestellten Anwender über beispielsweise eine Tastatur 35 in
die Rechnereinheit 25 eingegeben werden.