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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Röntgenbildes
eines Röntgendetektors gemäß dem Patentanspruch
1, ein Röntgensystem zur Durchführung des Verfahrens
gemäß dem Patentanspruch 7 und ein Computerprogrammprodukt
gemäß dem Patentanspruch 10.
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In
der Röntgenbildgebung werden häufig Röntgensysteme
verwendet, die mehr als einen Röntgendetektor aufweisen.
Ein Problem solcher Röntgensysteme besteht darin, dass
auch bei identischem Objekt und gleichen Aufnahme- und Bildverarbeitungs-Settings
unterschiedliche Röntgenbilder resultieren, je nachdem
mit welchem Röntgendetektor das Röntgenbild erstellt
wurde. Werden unterschiedliche Detektortypen oder Detektoren verschiedener
Hersteller verwendet, wird dieses Problem noch verstärkt.
So werden zum Beispiel bei Biplan-Angiographieanlagen zum Teil für
die erste Ebene und die zweite Ebene B verschiedene Detektortypen
verwendet. Darüber hinaus gibt es auch Radiographie- und
Fluoroskopie-Anlagen mit mehreren Detektortypen oder sogar mit Röntgendetektoren
unterschiedlicher Hersteller (z. B. Varian und Trixell). Gerade
bei einer nebeneinander angeordneten Monitordarstellung sind die
verschiedenen Bildeindrücke deutlich erkennbar und können
sogar zu falschen Diagnosen führen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung
eines Röntgenbildes bereitzustellen, welches eine unmittelbare
Vergleichbarkeit zwischen Röntgenbildern verschiedener Röntgendetektoren
ermöglicht. Es ist ebenso Aufgabe der Erfindung, ein zur
Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgensystem
sowie ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes
eines Röntgendetektors gemäß dem Patentanspruch
1 sowie durch ein Röntgensystem zur Durchführung
des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7 und
ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Patentanspruch
10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand
der zugehörigen Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen
Bearbeitung eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors
wird das Röntgenbild in mindestens zwei Teilbilder zerlegt,
wobei jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes
enthält, die mit einer vorbestimmten, für das
jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich
variieren, werden die Teilbilder mit detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren
gewichtet, wobei die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren zur
Erzielung eines detektorunabhängigen Bildeindrucks abhängig
von dem das Röntgenbild aufnehmenden Röntgendetektor
sind, und werden die gewichteten Teilbilder anschließend
zu einem Endbild summiert.
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Eine
Zerlegung eines Röntgenbildes z. B. durch eine Laplace-Pyramide
in mehrere Ortfrequenzbänder, von denen jedes einer bestimmten Strukturgröße
entspricht, ist bekannte Praxis bei der Verarbeitung von Röntgenbildern
(siehe z. B.
„The Laplacian Pyramid as a Compact
Image Code", Peter J. Burt, Edward H. Adelson, IEEE Transactions
an Communications, Vol. Com-31, No. 4, April 1983). Es ist
zum Beispiel auch aus der
DE 10 2005 032 287 A1 bekannt. Das bekannte
Bildverarbeitungsprogramm Diamond View bietet bereits ein Verfahren
zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes mit einer
Zerlegung in bis zu zehn einzelne Teilbilder (Ortsfrequenzbänder)
und einer organabhängigen Gewichtung dieser Teilbilder.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die
Verwendung der detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren, werden
nun zusätzlich die Unterschiede zwischen unterschiedlichen
Röntgendetektoren automatisch ausgeglichen und kann eine
normierte und einheitliche Frequenzantwort für verschiedene
Röntgendetektoren erreicht werden. Dadurch können
Röntgenbilder unterschiedlicher Röntgendetektoren
bezüglich des visuellen Eindrucks direkt miteinander verglichen
werden, so dass es zu keinen Fehldiagnosen oder Irrtümern
aufgrund unterschiedlicher Bildeindrücke kommen kann. Zudem
kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine aufwändige händische Anpassung von Röntgenbildern
verschiedener Röntgendetektoren auf Benutzerebene vermieden
werden, so dass der Zeitaufwand für eine Röntgenaufnahme
und -nachbearbeitung deutlich gesenkt werden kann.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigen die detektorspezifischen
Gewichtungsfaktoren die Modulationstransferfunktion des jeweiligen
Röntgendetektors. Bei der Modulationstransferfunktion (MTF)
handelt es sich um eine mathematische Beschreibung des ortsfrequenzabhängigen Kontrastverlusts
bei der bildlichen Darstellung eines Objektes, bei einem Röntgendetektor
im Allgemeinen eines Körperteils oder Organs. Durch die
charakteristische Modulationstransferfunktion eines Röntgendetektors
wird der Bildeindruck des verwendeten Röntgendetektors
maßgeblich bestimmt.
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In
vorteilhafter Weise ist der detektorspezifische Gewichtungsfaktor
als ein Produkt aus einem Multiplikationsfaktor und einem Kontrastverstärkungsfaktor
gebildet, wobei der Multiplikationsfaktor die Modulationstransferfunktion
des jeweiligen Röntgendetektors berücksichtigt.
Der Kontrastverstärkungsfaktor ist bereits aus dem bekannten
Bildverarbeitungsprogramm Diamond View bekannt. In dieser Ausgestaltung
wird dem bekannten Kontrastverstärkungsfaktor nun ein ausschließlich
aus der MTF des Röntgendetektors in Relation zu einer Referenz-MTF herleitbarer
Multiplikationsfaktor für den Kontrastverstärkungsfaktor
(KV-Multiplikationsfaktor) multiplikativ überlagert, um
die Teilbilder und damit das Endbild vergleichbar mit den Endbildern
weiterer Röntgendetektoren zu machen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontrastverstärkungsfaktor
von dem auf dem Röntgenbild abgebildeten Körperteil
oder Organ und von einem detektorspezifischen Sensitivitätswert abhängig,
wobei der detektorspezifische Sensitivitätswert einen Verknüpfungsfaktor
zwischen einer lokalen Röntgendosis und dem Kontrastverstärkungsfaktor
darstellt. Dieser kann eine Proportionalität, aber auch
einen nicht-linearerer Zusammenhang aufweisen. Die Abhängigkeit
des Kontrastverstärkungsfaktors von dem Organ und von einem
Sensitivitätswert, der dosisabhängig ist, ist
bereits aus dem bekannten Bildverarbeitungsprogramm Diamond View
bekannt. Dies dient einerseits dazu, die entsprechend benötigte
Bildcharakteristik für das abzubildende Organ zu erzielen;
es werden also für bestimmte Organe bestimmte Ortsfrequenzbereiche des
Bildes verstärkt oder abgeschwächt, und es dient andererseits
durch den Sensitivitätswert dazu, eine Verstärkung
in Bildgebieten mit geringer Röntgendosis weniger stark
auszuprägen als in Gebieten mit hoher Dosis, um Rauschstrukturen
nicht zu verstärken. In dieser Ausgestaltung wird nun zusätzlich
zu dem Multiplikationsfaktor noch ein detektorspezifischer Sensitivitätswert
eingeführt, der den verwendeten Röntgendetektor
berücksichtigt, um das Endbild von dem Röntgendetektor
zu entkoppeln.
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Zweckmäßigerweise
wird in einem Vorverfahren die Modulationstransferfunktion eines
zu verwendenden Röntgendetektors vermessen, mit einer vorbestimmten
Referenz-Modulationstransferfunktion verglichen und werden daraus
die Multiplikationsfaktoren für die Kontrastverstärkungsfaktoren (KV-Multiplikationsfaktoren)
bestimmt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden
in einem Vorverfahren einmalig die detektorspezifischen Sensitivitätswerte
daraus bestimmt dass Rauschwerte an identischen Bildstellen eines
Röntgendetektors und eines Referenz-Röntgendetektors
bei identischem Aufnahmeobjekt und gleicher Röntgendosis verglichen
werden. Die detektorspezifischen Sensitivitätswerte können
auch als ein Produkt aus detektorspezifischen Multiplikationsfaktoren
für die Sensitivitätswerte (SW-Multiplikationsfaktoren)
und (detektorunabhängigen) Sensitivitätswerten
gebildet sein. Derartige Vorverfahren werden zum Beispiel einmalig
und jeweils für alle zu verwendenden Röntgendetektoren
bei der Installation eines Röntgensystems vorgenommen.
Die KV-Multiplikationsfaktoren und/oder die SW-Multiplikationsfaktoren
werden anschließend gespeichert und bei der Aufnahme eines Röntgenbildes
dann detektorabhängig aufgerufen. Dies kann im Zusammenhang
mit dem verwendeten Organprogramm durchgeführt werden.
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Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle
und zumindest einem Röntgendetektor zur Aufnahme eines
Röntgenbildes und einer Bildverarbeitungs- und Recheneinheit
zur Verarbeitung des Röntgenbildes verwendet. Eine erfindungsgemäße Bildverarbeitungs-
und Recheneinheit zur Bearbeitung von aufgenommenen Röntgenbildern
eines Röntgendetektors enthält dabei einen Programmspeicher
zur Speicherung von Programmcode, wobei in dem Programmspeicher
Programmcode vorliegt, der zur Durchführung des Verfahren
ausgebildet ist. Ebenso wird ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln,
um das Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm
auf einem Computer ausgeführt wird, beansprucht. Außerdem
wird ein Computerprogrammprodukt, umfassend auf einem computerlesbaren
Datenträger gespeicherte Programmcode-Mittel eines Computerprogramms,
um das Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm
auf einem Computer ausgeführt wird, beansprucht.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine
Ansicht einer Abfolge des bekannten Verarbeitungsverfahrens mittels
des Programmes Diamond-View,
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2 eine
Ansicht einer Abfolge des erfindungsgemäßen Verarbeitungsverfahrens
und
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3 eine
Ansicht eines Röntgensystems mit zwei verschiedenen zugeordneten
Röntgendetektoren.
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In
der 1 ist ein bekanntes, mittels der Software Diamond-View
umgesetztes Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes
gezeigt. Das Röntgenbild 10 wird hierbei in mindestens zwei
Teilbilder und insbesondere neun oder zehn Teilbilder zerlegt, wobei
jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes
enthält, die mit einer vorbestimmten, für das
jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich
variieren. Eine solche Zerlegung kann zum Beispiel so aussehen,
dass fünf Teilbilder 12.1 bis 12.5 erstellt
werden und das erste Teilbild 12.1 alle Frequenzen zwischen
der halben und der ganzen Nyquistfrequenz enthält, das
zweite Teilbild 12.2 alle Frequenzen zwischen einem Viertel
und der halben Nyquistfrequenz und das dritte Teilbild 12.3 alle
Frequenzen zwischen einem Achtel und einem Viertel der Nyquistfrequenz
usw.
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Anschließend
erfolgt eine Gewichtung 13 der einzelnen Teilbilder 12.1 bis 12.5 unabhängig
voneinander mittels Gewichtungsfaktoren g1 bis g5, den Kontrastverstärkungsfaktoren,
und danach eine Zusammensetzung 14 der einzelnen gewichteten
Teilbilder 12.1 bis 12.5 zu einem Endbild 11.
Die Kontrastverstärkungsfaktoren (auch vca-Faktoren genannt)
hängen dabei einerseits von dem auf dem Röntgenbild
abgebildeten Körperteil oder Organ ab. Es werden für
unterschiedliche Körperteile unterschiedliche Frequenzbereiche
stärker gewichtet oder abgeschwächt, so dass z.
B. für eine Lungenaufnahme eine andere Bildcharakteristik
als für eine Extremitätenaufnahme entsteht.
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Die
Kontrastverstärkungsfaktoren sind dabei in sogenannten
Organprogrammen (Organprogramm = Datenstruktur mit allen Aufnahme-
und Verarbeitungsparametern), welche entsprechend dem aufgenommenen
Organ manuell oder automatisch aufgerufen werden, gespeichert. Andererseits
sind die Kontrastverstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von
der bei der Aufnahme des Röntgenbildes verwendeten lokalen
Röntgendosis über Sensitivitätswerte
(sogenannte vPegel-Werte) optimierbar. Diese Sensitivitätswerte
sind ebenfalls in den jeweiligen Organprogrammen gespeichert und
sind entsprechend abrufbar. Die Bildbearbeitung an einem Röntgenbild wird
bei Vorliegen der entsprechenden Information über das Körperteil/Organ
und die Röntgendosis automatisch ohne zusätzlichen
Eingriff eines Benutzers durchgeführt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich
von dem bekannten Verfahren durch seine automatische detektorspezifische
Anpassung der Bildverarbeitung. In 2 ist das
erfindungsgemäße Verfahren gezeigt, welches eine
detektorspezifische Gewichtung 15 mittels detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren
dg1 bis dg5 unter Berücksichtigung der Modulationstransferfunktion 16 des
entsprechenden Röntgendetektors aufweist.
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Einerseits
wird ein detektorspezifischer KV-Multiplikationsfaktor eingeführt,
der mit dem Kontrastverstärkungsfaktor multipliziert wird,
so dass sich der jeweilige detektorspezifische Gewichtungsfaktor
dg1 bis dg5 ergibt. Der KV-Multiplikationsfaktor ist ein die Modulationstransferfunktion
des jeweiligen verwendeten Röntgendetektors berücksichtigender Normierungsfaktor.
Der jeweilige KV-Multiplikationsfaktor wird in einem Vorverfahren
ermittelt, indem die Modulationstransferfunktion (MTF) des Röntgendetektors
vermessen wird. Ist die MTF bekannt, so wird sie mit einer Referenz-MTF
verglichen und es werden ortsfrequenzabhängig die jeweiligen
Faktoren ermittelt, die benötigt werden, um die MTF des
Röntgendetektors an die Referenz-MTF anzugleichen. Aus
diesen ergeben sich dann direkt die KV-Multiplikationsfaktoren.
Als Referenz-MTF kann zum Beispiel die MTF eines bestimmten Referenz-Röntgendetektors
verwendet werden oder es handelt sich dabei um eine künstliche
Referenzkurve. Wichtig ist vor allem, dass für alle Röntgendetektoren,
die dem verwendeten Röntgengerät zugewiesen werden
können, in Bezug auf dieselbe Referenz-MTF die KV-Multiplikationsfaktoren
bestimmt werden. Die ermittelten KV-Multiplikationsfaktoren werden
anschließend gespeichert. Das Vorverfahren wird zum Beispiel
bei der Installation oder Inbetriebnahme des Röntgensystems
durchgeführt.
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Bei
der Aufnahme eines Röntgenbildes wird dann registriert
bzw. gespeichert, mit welchem Röntgendetektor das Röntgenbild
aufgenommen wurde. Abhängig von dem verwendeten Röntgendetektor werden
dann bei der Verarbeitung des Röntgenbildes die KV-Multiplikationfaktoren
zum Beispiel automatisch aus dem Speicher abgerufen und mit den
bekannten Parametersätzen des Diamond-View-Algorithmus
verknüpft. Durch die KV-Multiplikationsfaktoren werden
somit Unterschiede zwischen den Modulationstransferfunktionen ausgeglichen.
Dadurch wird eine möglichst einheitliche Frequenzantwort
für die verschiedenen Röntgendetektoren erreicht.
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Zusätzlich
können auf eine ähnliche Weise detektorspezifische
Sensitivitätswerte unter Berücksichtigung des
jeweiligen verwendeten Röntgendetektors bestimmt und anschließend
für die Bildverarbeitung verwendet werden. Eine Verstärkung
der Teilbilder ist in Bildgebieten mit geringer Röntgendosis
bevorzugt weniger stark ausgeprägt als in Gebieten mit
hoher Röntgendosis, um Rauschstrukturen nicht zu verstärken.
Mit einer detektorabhängigen Anpassung der Sensitivitätswerte
erfolgt die Verstärkung der einzelnen Teilbilder signalabhängig.
Für die im Allgemeinen einmalige Bestimmung der detektorspezifischen
Sensitivitätswerte werden zum Beispiel Bilder eines Röntgendetektors
und eines Referenz-Röntgendetektors mit identischem Objekt
und bei gleicher Röntgendosis an identischen Stellen hinsichtlich
des Rauschwertes (z. B. Standardabweichung) verglichen (z. B. zueinander
ins Verhältnis gesetzt) und daraus wird dann der detektorspezifische Sensitivitätswert
bestimmt und anschließend gespeichert. Für die
Bildverarbeitung werden im Programm Diamond-View dann wiederum die
detektorspezifischen Sensitivitätswerte abgerufen und aus diesen die
Kontrastverstärkungsfaktoren automatisch mit den existierenden
Parametersätzen des Diamond View Algorithmus verknüpft
und verwendet.
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Insgesamt
können die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren dgi (i: Anzahl der Teilbilder) zum Beispiel
folgendermaßen zusammengefasst werden, wobei mi der
jeweilige KV-Multiplikationsfaktor, vcai der
jeweilige Kontrastverstärkungsfaktor, vPegeli der
jeweilige Sensitivitätswert und ni der
jeweilige SW-Multiplikationsfaktor ist: dgi = mi(MTF)·vcai(ni·vPegeli(MTF),Organ)
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In
der 3 ist ein Röntgensystem 23 zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei
das Röntgensystem 23 eine Röntgenquelle 17,
einen ersten Röntgendetektor 18, einen zweiten
Röntgendetektor 19, eine Steuerungseinheit 24 sowie
eine Verarbeitungs- und Recheneinheit 21 aufweist. Das
Röntgensystem 23 ist zur Aufnahme von Röntgenbildern
eines Organs oder Körperteils eines Patienten 20,
welcher auf einer Patientenliege angeordnet sein kann, vorgesehen.
Bei dem ersten Röntgendetektor 18 kann es sich
zum Beispiel um einen mobilen Röntgendetektor, der seine
Daten mittels kabelloser Datenübertragung weitergibt, handeln,
bei dem zweiten Röntgendetektor 19 um einen an
einer Wandhalterung fest installierten Röntgendetektor.
Es können auch mehrere fest installierte, mehrere mobile
oder weitere Röntgendetektoren vorhanden sein. Die Verarbeitungs-
und Recheneinheit 21 enthält insbesondere einen
Programmspeicher zur Speicherung von Programmcode, wobei in dem
Programmspeicher Programmcode vorliegt, der zur Durchführung
des Verfahrens ausgebildet ist.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen
unter anderem darin, dass bearbeitete Röntgenbilder unterschiedlicher
Röntgendetektoren bezüglich des visuellen Eindrucks
angeglichen werden. Mit dem Verfahren wird zudem eine detektorspezifische
Anpassung von Organprogrammen auf Benutzerebene vermieden. Detektorspezifische
Organprogramm-Datenbanken würden vielfach höhere Verwaltungsarbeiten
und längere Inbetriebnahmezeiten der Systeme beim Kunden
bedeuten. Klinikeigene Organprogramme müssten ohne das
erfindungsgemäße Verfahren per Hand an den jeweiligen
Detektortyp angepasst werden, was neben dem Mehraufwand ein erhöhtes
Fehlerrisiko birgt. In der digitalen Radiographie enthalten Organprogramm-Datenbanken
typisch 800 bis 2000 einzelne Organprogramme, die sonst pro unterstütztem
Röntgendetektor dupliziert und angepasst werden müssten.
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Die
Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung
eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors wird
das Röntgenbild in mindestens zwei Teilbilder zerlegt,
wobei jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes
enthält, die mit einer vorbestimmten, für das
jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich
variieren, werden die Teilbilder unabhängig voneinander
mittels je eines detektorspezifischen Gewichtungsfaktors gewichtet, wobei
die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren zur Erzielung eines
detektorunabhängigen Bildeindrucks abhängig von
dem das Röntgenbild aufnehmenden Röntgendetektor
sind, und werden die Teilbilder anschließend zu einem Endbild
summiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005032287
A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „The
Laplacian Pyramid as a Compact Image Code”, Peter J. Burt,
Edward H. Adelson, IEEE Transactions an Communications, Vol. Com-31, No.
4, April 1983 [0006]
