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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Korrekturbildern
für Hochenergiebilder,
die in verschiedenen Betriebsmoden einer Vorrichtung zur Aufnahme
von Hochenergiebildern aufgenommen werden.
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Derartige
Verfahren sind allgemein bekannt. Insbesondere beim Einsatz von
digitalen Festkörperdetektoren
für die
Röntgenbildgebung
ist die Aufnahme von Korrekturbildern erforderlich, da die unkorrigierten Röntgenbilder
diagnostisch nicht verwendet werden können. Erst nach einer Korrektur
der Röntgenbilder
mit Hilfe der Korrekturbilder können
die Röntgenbilder
sinnvoll mit organspezifischer Bildverarbeitungssoftware weiterverarbeitet
werden und diagnostisch interpretiert werden.
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Die
Notwendigkeit zu Korrekturbildern beruht auf den physikalischen
Eigenschaften der für
die Röntgenbildgebung
verwendeten Festkörperdetektoren.
Bei diesen Festkörperdetektoren
können
die optischen und elektrischen Eigenschaften der einzelnen Bildelemente
stark variieren. So können
Leckströme
der Photodioden und der zum Auslesen verwendeten Schalttransistoren
variieren. Ferner können
auch zum Auslesen verwendete Widerstände und Kapazitäten zeilenweise
und spaltenweise variieren. Auch die zum Auslesen verwendeten Verstärker können unterschiedlich
ausgebildet sein. Hinzu kommt, dass die Festkörperdetektoren gelegentlich
aus unterschiedlichen Teilmatrizen mit variierenden Eigenschaften
zusammengesetzt sind. Diese und weitere Umstände sind die Ursache dafür, dass
unter anderem der so genannte Offset über die Festkörperdetektoren
hinweg stark variiert.
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Hinzu
kommt, dass der Offset der einzelnen Bildelemente nicht konstant
ist, sondern sich mit der Zeit ändert.
Diese Ände rungen
können
durch Temperaturschwankungen, beispielsweise durch Temperaturänderungen
der Teilmatrizen oder Temperaturschwankungen der Elektronikmodulen,
hervorgerufen werden oder auch von den Betriebsmoden abhängen, in
denen der Festkörperdetektor
betrieben wird. Beispielsweise kann der Offset von der Bildfrequenz,
die bei der Fluoroskopie typischerweise zwischen drei bis sechzig
Bildern pro Sekunde variiert, abhängen. Bei anderen Anwendungen
werden alle halbe bis drei Sekunden Bilder mit Röntgenfenstern bis zu 2,5 Sekunden
aufgenommen. Dies ist beispielsweise bei der Verwischungstomographie
der Fall. Der Offset kann aber auch von der Strahlungsdosis, dem
Auslesemodus, dem verwendeten Auslesebereich und von der Bestrahlungsdauer
abhängen.
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Insbesondere
wegen der starken Temperaturabhängigkeit
ist es notwendig, dass die Offsetbilder zeitnah zu den in verschiedenen
Betriebsmoden aufgenommene Röntgenaufnahmen
oder -sequenzen erzeugt werden. Dies gilt insbesondere für ungekühlte Festkörperdetektoren,
deren Temperaturvariation von der Außentemperatur und dem jeweiligen
Betriebsmodus des Festkörperdetektors
abhängt.
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Andererseits
unterstützen
Vorrichtungen zur Aufnahme von Hochenergiebildern eine nicht unerhebliche
Zahl von Betriebsmoden. Eine Röntgenanlage
für die
vaskuläre
Angiographie oder Kardiologie kann typischerweise in 30 bis 40 verschiedenen
Betriebsmoden betrieben werden. Für die einzelnen Betriebsmoden genügt es oft
nicht, ein einzelnes Offsetbild aufzunehmen. Vielmehr werden bis
zu 60 Offsetbilder aufgenommen, um das Rauschen nach Möglichkeit
zu unterdrücken.
In den Betriebspausen zwischen der Akquisition von Röntgenbildern
von einem zu untersuchenden Objekt steht daher häufig nicht genügend Zeit
zur Verfügung,
um Offsetbilder für
sämtliche
Betriebsmoden anzufertigen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Aufnahme von Korrekturbildern für Hochenergiebilder
zu schaffen, das eine zeitnahe Aufnahme von Korrekturbildern bezüglich der
zugeordneten Hochenergiebilder ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
In davon abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
dem Verfahren werden die Korrekturbilder in einer durch eine Häufigkeitsverteilung
der Betriebsmoden bestimmten Reihenfolge aufgenommen. Auf diese
Weise werden vorrangig Korrekturbilder zu denjenigen Betriebsmoden
aufgenommen, die häufig
verwendet werden. Zu Betriebsmoden, die kaum eingesetzt werden,
werden dagegen Korrekturbilder mit großem zeitlichem Abstand aufgenommen.
Da für
die häufig
verwendeten Betriebsmoden aber vordringlich Korrekturbilder erzeugt
werden, steht in der überwiegenden
Zahl von Fällen
ein zeitnah aufgenommenes Korrekturbild zur Verfügung. Durch die bedarfsgesteuerte
Aufnahme der Korrekturbilder wird die zur Verfügung stehende Zeit effektiv
genutzt und insbesondere werden keine Korrekturbilder für Betriebsmoden
aufgenommen, die selten oder überhaupt
nicht verwendet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Korrekturbilder in einem Zeitintervall in einer Reihenfolge
aufgenommen, die der Häufigkeitsverteilung
der Betriebsmoden in einem vorhergehenden Zeitintervall entspricht.
Auf diese Weise kann die Reihenfolge der Aufnahme der Korrekturbilder
an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Reihenfolge der Aufnahme der Korrekturbilder in einem Zeitintervall
entsprechend einer durch eine Mittelung aus Häufigkeitsverteilungen in vorhergehenden
Zeitintervallen erstellten Gesamthäufigkeitsverteilung durchgeführt. Bei
dieser Ausführungsform
führt eine ungewöhnliche
Serie von Betriebsmoden nicht unmittelbar zu einer vollständigen Änderung
der Reihenfolge bei der Aufnahme der Korrekturbilder.
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Unmittelbar
nach der Inbetriebnahme der Vorrichtung zur Aufnahme von Hochenergiebildern
stehen nicht in jedem Fall im laufenden Betrieb ermittelte Häufigkeitsverteilungen
bezüglich
der Häufigkeit
der verwendeten Betriebsmoden zur Verfügung. Es kann daher vorgesehen
sein, dass in derartigen Fällen
die Aufnahme der Korrekturbilder nach einer vorbestimmten Reihenfolge
durchgeführt
wird. Diese Reihenfolge orientiert sich vorzugsweise an einer zu
erwartenden Häufigkeit
für die
Verwendung der einzelnen Betriebsmoden.
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Die
Häufigkeitsverteilung
kann anhand der Zeit vorgenommen werden, in der die Vorrichtung
in einer bestimmten Betriebsmode betrieben wird, oder anhand der
Anzahl der in einem Zeitintervall erfolgten Aufnahmevorgänge in einem
bestimmten Betriebsmodus. Beide Vorgehensweisen führen zu
einer adäquaten
Bestimmung der Reihenfolge der Aufnahme der Korrekturbilder.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung im Einzelnen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Bildaufnahmevorrichtung mit einem
teilweise aufgeschnittenen Flachbilddetektor mit indirekter Konversion,
und
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2 ein
Ablaufdiagramm, das den Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der
Reihenfolge von Offsetbildern zeigt.
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1 zeigt
eine Bildaufnahmevorrichtung 1, die Teil eines Röntgengeräts ist,
das eine in 1 nicht dargestellte Röntgenquelle
zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 2 umfasst.
Die Röntgenstrahlung 2 trifft
nach dem Durchgang durch ein zu durchleuchtendes Objekt auf einen
Flachbilddetektor 3. Der Flachbilddetektor 3 umfasst
einen Szintillator 4. Unterhalb des Szintillators 4 befindet
sich eine aktive Matrix 5, die üblicherweise auf der Basis
von amorphem Silizium hergestellt ist. Auf der aktiven Matrix 5 ist
ein Feld von Photodioden 6 ausgebildet. In den Photodioden 6 wird
das jeweils im Szintillator 4 über der jeweiligen Photodiode 6 erzeugte Licht
absorbiert. Bei der Absorption werden Elektron-Loch-Paare erzeugt,
die jeweils zur Anode und Katode der jeweiligen Photodiode 6 wandern.
Die auf diese Weise in der Photodiode 6 erzeugte Ladungsmenge
wird solange in der jeweiligen Photodiode 6 gespeichert,
bis die Photodiode 6 mit Hilfe eines aktiven Schaltelements 7 ausgelesen
wird. Die aktiven Schaltelemente 7 werden dabei von einer
Ausleseschaltung 8 zeilenweise über Adressleitung 9 aktiviert.
Die in den Photodioden 6 gespeicherte Ladung wird dabei
spaltenweise über Spaltenleitungen 10 ausgelesen.
Anschließend
wird die ausgelesene Ladung in der Auswerteschaltung 8 analog-digital
gewandelt. Dadurch werden Bilddaten 11 erzeugt, die einer
Bildvorverarbeitung 12 unterzogen werden. Durch die Bildvorverarbeitung 12 entstehen
vorverarbeitete Bilddaten 13, die dann einer organspezifischen
Bildverarbeitung 14 unterzogen werden. Durch die organspezifische
Bildverarbeitung 14 entstehen verarbeitete Bilddaten 15,
die sich zur Anzeige auf einer Anzeigeeinheit eignen.
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Es
sei angemerkt, dass anstelle von indirekt konvertierenden Flachbilddetektoren 3 auch
direkt konvertierende Flachbilddetektoren zum Einsatz kommen. Derartige
Flachbilddetektoren mit direkter Konversion verfügen über einen Konverter, zum Beispiel
aus Selen, der unmittelbar elektrische Ladung generiert, die dann auf
einer Elektrode gespeichert wird. Andere Flachbilddetektoren, mit
denen sich digitale Röntgenbilder
erzeugen lassen beruhen auf CCDs (= Charge Coupled Devices), APSs
(= Aktive Pixel Sensors) oder CMOS-Chips.
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Bei
dem Flachbilddetektor 3 variieren die physikalischen Eigenschaften
der von den einzelnen Photodioden 6 gebildeten Bildelemente.
Ursache hierfür
können
Leckströme
der Photodioden 6 oder der aktiven Schaltelemente 7 sein.
Ferner können zur
Variation der Bildelemente von Zeile zu Zeile oder Spalte zu Spalte variierende
Widerstände
und Kapazitäten
beitragen. Auch die von Spalte zu Spalte variierenden Unterschiede der
Verstärkereingänge der
zum Auslesen der Ladungen aus den Photodioden 6 verwendeten
Verstärkern
führen
zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Bildelemente.
Ferner können
die Flachbilddetektoren 3 auch aus mehreren Teilmatrizen
zusammengesetzt sein. Große
Flachbilddetektoren 3 sind typischerweise aus 1 × 2 oder
2 × 2
Teilmatrizen aufgebaut. Diese Teilmatrizen können sich wiederum hinsichtlich
ihrer optischen und elektrischen Eigenschaften unterscheiden.
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Ähnliche
Variationen können
auch bei den oben genannten anderen Arten von Flachbilddetektoren auftreten.
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Zur
Korrektur der unterschiedlichen elektrischen und optischen Eigenschaften
der einzelnen Bildelemente werden unter anderem Dunkelbilder aufgenommen,
die als auch Offsetbilder bezeichnet werden. Sensitivitätsunterschiede
in den einzelnen Bildelementen des Flachbilddetektors 3 werden
dagegen durch Kalibrationsbilder erfasst. Mit den Offsetbildern
und Kalibrationsbildern lassen sich die unterschiedlichen elektrischen
und optischen Eigenschaften der einzelnen Bildelemente des Flachbilddetektors 3 korrigieren.
Auch fehlerhafte Bildelemente des Flachbilddetektors 3 können identifiziert
und gegebenenfalls korrigiert werden.
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Insbesondere
die Offsetbilder müssen
in möglichst
großer
zeitlicher Nähe
bezüglich
der eigentlichen Akquisitionsbilder, mit denen das zu untersuchende
Objekt durchleuchtet wird, aufgenommen werden. Denn die Offsetbilder
unterliegen temperaturbedingten und durch den Betrieb in unterschiedlichen
Betriebsmoden des Flachbilddetektors 3 hervorgerufenen
Schwankungen. Beispielsweise kann sowohl die Temperatur der Teilmatrizen
als auch die Temperatur der Elektronikmodule der Ausleseschaltung 8 variieren.
Ferner kann die Bildfrequenz, mit der Bilder mit Hilfe des Flachbilddetektors 3 aufgenommen
werden, schwanken. Typischerweise liegt die Bildfrequenz, mit der
Bilder mit dem Flachbilddetektor 3 aufgenommen werden zwischen
3 bis 60 Bildern pro Sekunde. Außerdem variiert die vom Flachbilddetektor 3 erhaltene
Detektordosis in Abhängigkeit
von der Anwendung erheblich. Bei der Fluoroskopie erhält der Flachbilddetektor 3 eine
höhere
Detektordosis als in der Radiographie. Auch das individuelle oder
zusammengefasste Auslesen von Pixeln, das so genannte Binning, beeinflusst
den Offset. Beispielsweise lassen moderne Flachbilddetektoren 3 es
zu, 1 × 1,
2 × 2
oder 3 × 3
Bildelemente gleichzeitig auszulesen und zu einem gebinnten Bildelement
zusammenzufassen. Auch die Größe des Auslesebereichs
spielt eine Rolle. Beispielsweise können die Flachbilddetektoren
entweder ganz oder nur in einem Zoombereich ausgelesen werden. Ein
weiterer Faktor ist schließlich
die Dauer der Belichtungszeit.
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Insbesondere
bei ungekühlten
Detektoren schwankt die interne Temperatur des Flachbilddetektors 3 erheblich.
Die Offsetaufnahmen müssten
daher möglichst
zeitnah bereitgestellt werden. Für
die Aufnahme der Offsetbilder steht aber häufig nicht ausreichend Zeit
zur Verfügung.
Denn die Flachbilddetektoren 3 können je nach Anwendung in bis
zu 40 verschiedenen Betriebsmoden betrieben werden, so dass die
Zeit zwischen der Akquisition von Röntgenbildern vom zu untersuchenden
Objekt häufig
nicht ausreicht, um für
sämtliche
Betriebsmoden Offsetbilder aufzunehmen.
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Gemäß dem in 2 dargestellten
Verfahren wird daher eine Dringlichkeitsliste erstellt, nach der
die Aufnahme von Offsetbildern abgearbeitet wird. Dazu wird in aufeinander
folgenden Zeitintervallen jeweils die Häufigkeit der verschiedenen
Betriebsmoden bestimmt und die Dringlichkeitsliste entsprechend
der Häufigkeit der
einzelnen Betriebsmoden aktualisiert. Auf der Dringlichkeitsliste
werden die zu den verschiedenen Betriebsmoden auszuführenden
Offsetbilder in eine Reihenfolge gebracht, die entsprechend der
Häufigkeit
der verschiedenen Betriebsmoden sortiert ist. Häufig benutzte Betriebsmoden
werden vorne in der Reihenfolge einsortiert, während wenig oder überhaupt
nicht genutzte Betriebsmoden am En de der Reihenfolge einsortiert werden.
Die Dringlichkeitsliste wird dann während des Akquisitionsbetriebs
der Bildaufnahmevorrichtung 1 gemäß der in der Dringlichkeitsliste
aufgeführten
Reihenfolge von Anfang bis Ende abgearbeitet, indem zunächst Offsetbilder
zu dem am Anfang der Reihenfolge enthaltenen Betriebsmodus erstellt
werden und dann Offsetbilder zu den weiteren Betriebsmoden aufgenommen
werden, sofern zwischen der Akquisition von Röntgenbilder ausreichend Zeit
zur Verfügung
steht. Die Betriebsmoden, zu denen zwischen der Akquisition von
Röntgenbildern
keine Offsetbilder erstellt werden konnten, erhalten dann, falls
erforderlich, nach Abschluss des Akquisitionsbetriebs aktualisierte
Offsetbilder.
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Wenn
keine im laufenden Betrieb ermittelte Häufigkeitsverteilung vorliegt,
beginnt das Verfahren mit einer anfänglichen Reihenfolge 16,
die als aktuelle Reihenfolge 17 für die Erstellung der Offsetbilder
in einem aktuellen Zeitintervall verwendet wird. Die aktuelle Reihenfolge 17 entspricht
der Häufigkeitsverteilung
der Betriebsmoden in einem vorhergehenden Zeitintervall. Im aktuellen
Zeitintervall wird ferner eine neue Reihenfolge 18 erstellt,
die sich an der Häufigkeit
der verschiedenen Betriebsmoden im aktuellen Zeitintervall orientiert. Anschließend wird
ein Vergleich 19 durchgeführt, durch den eine aktualisierte
Reihenfolge 20 erstellt wird.
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Im
Rahmen des Vergleichs 19 kann die aktualisierte Reihenfolge 20 einfach
gleich der neuen Reihenfolge 18 gesetzt werden, oder eine
durch Gewichtung der Häufigkeiten
erstellte aktualisierte Reihenfolge 20 sein.
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Dies
sei nachfolgend noch an einem Zahlenbeispiel erläutert.
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Der
Flachbilddetektor
3 kann beispielsweise 30 Betriebsmoden
anbieten. Innerhalb eines Zeitraums von einer Stunde ist der Flachbilddetektor
3 insgesamt
30 Minuten Röntgenstrahlung
2 ausgesetzt.
Innerhalb der Messperiode von 30 Minuten, in der sich der Flachbilddetektor
im Akquisitionsbetrieb befindet, seien folgende Betriebsmoden verwendet
worden:
| Betriebsmodus 3: | 5
Minuten |
| Betriebsmodus 7: | 14
Minuten |
| Betriebsmodus 10: | 1
Minute |
| Betriebsmodus 11: | 10
Minuten |
| Übrige Betriebsmoden: | 0
Minuten |
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Vor
Beginn der Aufnahme von Offsetbildern muss unter Umständen 5 bis
10 Minuten gewartet werden, um sicherzugehen, dass tatsächliche
eine inaktive Phase vorliegt. Wenn jeweils 5 Minuten gewartet wird,
kann bei vier Akquisitionsserien eine Gesamtwartezeit von 20 Minuten
anfallen, so dass für
die Aufnahme von Offsetbildern nur 10 Minuten bleiben. Diese 10
Minuten reichen nicht in jedem Fall aus, um die Aufnahme von Offsetbildern
komplett abzuschließen
zu können.
Hinzu kommt, dass die 10 Minuten nicht am Stück zur Verfügung stehen, sondern über die
die gesamte eine Stunde verteilt sein können, so dass von Vorteil ist,
wenn zunächst
die am dringendsten benötigten
Offsetbilder aufgenommen werden.
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Aufgrund
der verwendeten Häufigkeit
der Betriebsmoden ergibt sich folgende Reihenfolge für die Aktualisierung
der Offsetbilder: 7, 11, 3, 10 und
dann alle anderen Betriebsmoden. Die übrigen Betriebsmoden können beispielsweise
entsprechend ihrer Nummerierung aktualisiert werden.
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Nach
Ablauf der Messperiode von 30 Minuten könnte die aktuelle Reihenfolge 17 auf
die oben ermittelte neue Reihenfolge 18 umgestellt werden.
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Die
aktualisierte Reihenfolge 20 kann jedoch auch durch eine
gewichtete Mittelung der Häufigkeit
in der aktuellen Messperiode und einer vorhergehenden Messperiode
ermittelt werden. Wenn beispielsweise die aufgrund der Häufigkeit
in der vorhergehenden Messperiode aktuelle Reihenfolge 11, 7, 25, 3, 20 und
dann alle anderen lautet, kann auf die aktuelle Reihenfolge 17 aufgebaut
werden und die neue Reihenfolge 18 mit einer Gewichtung
hineingerechnet werden. Auf diese Weise würde sich die aktualisierte
Reihenfolge 20 nur langsam verändern und auch die Häufigkeitsverteilungen
vorhergehender Messperioden berücksichtigt.
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Wenn
beispielsweise in der vorhergehenden Messperiode die Häufigkeit
der Betriebsmoden
11 und
7 jeweils lautet:
| Betriebsmodus 7: | 6
Minuten |
| Betriebsmodus 11: | 3
Minuten |
würde
sich die Rangordnung von Betriebsmodus
7 und Betriebsmodus
11 in
der aktualisierten Liste 20 nicht ändern:
Betriebsmodus
7:
6 min·70
% + 14 min·30
% = 8,4 min
Betriebsmodus
11: 3 min·70 % +
10 min·30
% = 5,1 min
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Der
Betriebsmodus 7 würde
in der gewichteten Bewertung nach wie vor dominieren. Andere Betriebsmoden,
die sich weiter unten in der aktuellen Reihenfolge 17 oder
der neuen Reihenfolge 18 befinden, können aber die Plätze getauscht
haben.
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In
Perioden der Inaktivität,
in denen keine Röntgenbilder
vom zu untersuchenden Objekt akquiriert werden, werden Offsetbilder
zu Betriebsmoden aufgenommen, die in der aktuellen Reihenfolge 17 zuletzt
abgearbeitet werden.
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Die
anfängliche
Reihenfolge 16, die bei Neuinstallation oder bei einem
Rücksetzen
der Bildaufnahmevorrichtung 1 verwendet wird, könnte in
dem Beispiel die numerische Reihenfolge 1 bis 30 sein
oder aber sinnvollerweise entsprechend einer zu erwartenden Häufigkeitsverteilung
voreingestellt sein.
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Es
sei angemerkt, dass in dem oben erwähnten Beispiel die Betriebsmoden
entsprechend der Länge der
Einsatzdauer in Zeitintervallen sortiert werden. Es ist jedoch auch
denkbar, die Anzahl der Aufnahmen in einem bestimmten Betriebsmodus
zu zählen
und die Reihenfolge auf der Grundlage der erfassten Zahlen zu sortieren.
Ferner ist denkbar, die Häufigkeit
nicht in Echtzeitintervallen, sondern in Betriebszeitintervallen
zu erfassen. In diesem Fall werden nur diejenigen Zeitabschnitte
berücksichtigt,
in denen die Röntgenanlage
entweder eingeschaltet und betriebsbereit ist oder in denen die
Anlage in Betrieb ist und Röntgenbilder
von einem zu untersuchenden Objekt akquiriert.
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Schließlich sei
angemerkt, dass das hier beschriebene Verfahren zum Erstellen von
Offsetbildern grundsätzlich
auch für
weitere Korrekturbilder beispielsweise zur Aufnahme von Kalibrationsbildern,
eingesetzt werden kann.