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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbildaufnahmegerätes.
Vorausgesetzt ist, dass dieses einen verfahrbaren Röntgen-C-Bogen
aufweist, der eine Röntgenstrahlungsquelle und einen Röntgenstrahlungsdetektor
trägt. Dies ist zum Beispiel bei Röntgenangiographiegeräten
der Fall. Der Röntgen-C-Bogen ist typischerweise als Ganzes
verdrehbar und um eine Drehachse verkippbar. Vorliegend ist zusätzlich
vorausgesetzt, dass der Röntgenstrahlungsdetektor gegenüber
dem Röntgen-C-Bogen seinerseits verfahrbar ist, und zwar
so, dass dadurch sein Abstand zur Röntgenstrahlungsquelle
geändert werden kann. Dies ist auch bei vielen neueren
Röntgenbildaufnahmegeräten, insbesondere Röntgenangiographiegeräten,
regelmäßig der Fall.
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In
modernen Röntgenbildaufnahmegeräten dieser Art
sind Flachdetektoren eingesetzt. Diese haben im Lauf der Jahre die
zuvor verwendeten Bildverstärkeranlagen ersetzt. Bei diesen
alten Bildverstärkeranlagen war es notwendig, den Abstand
zwischen dem Patienten und dem Bildverstärker möglichst
gering zu halten, da die zur Erzielung eines ausreichenden Bildes
notwendige Strahlungsdosis quadratisch mit dem Abstand des Bildverstärkers
zur Röntgenstrahlungsquelle ansteigt. Was die Anzahl der
auftreffenden Photonen betrifft, wäre auch bei Verwendung
von Flachdetektoren ein möglichst kleiner Abstand zwischen
dem Patienten und dem Flachdetektor vorteilhaft. Das Bedienpersonal,
insbesondere wenn es die Bedienung von Röntgenbildaufnahmegeräten
an solchen mit den Bildverstärkeranlagen gelernt hat, neigt
dazu, nach wie vor solche Einstellungen zu wählen, bei
denen der Abstand zwischen dem Patienten und dem Flachdetektor möglichst
gering ist.
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Es
stellt sich die Frage, ob stets eine optimale Bildqualität
erzielt wird. Außerdem soll auch die Strahlenbelastung
einer Bedienperson durch Streustrahlung, die zuvor im Detektor absorbiert
wurde, minimiert werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie
beim Betreiben eines Röntgenbildaufnahmegerätes
eine gute Bildqualität erzielt werden kann oder die Dosisbelastung
für das behandelnde Personal gering gehalten werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Demgemäß wird zunächst
durch das Röntgenbildaufnahmegerät zumindest eine
Benutzereingabe zum Verfahren des Röntgen-C-Bogens in eine
vorbestimmte Stellung empfangen. Daraufhin wird durch das Röntgenbildaufnahmesystem
der Röntgen C-Bogen in die vorbestimmte Stellung verfahren.
Während nun im Stand der Technik einer Verfahrbarkeit des Röntgenstrahlungsdetektors
keine Beachtung geschenkt wird beziehungsweise allenfalls Eingaben zum
Verfahren desselben empfangen werden, ohne dass reagiert wird, wird
erfindungsgemäß zu der vorbestimmten Stellung
des Röntgen-C-Bogens durch das Röntgenbildaufnahmegerät
eine die Bildqualität eines in dieser Stellung zu gewinnenden
Röntgenbildes und/oder die Strahlenbelastung einer Bedienperson
angebende (also beinhaltende bzw. berücksichtigende) Größe
zu zumindest einer Relativstellung zwischen Röntgenstrahlungsquelle
und Röntgenstrahlungsdetektor ermittelt. In Abhängigkeit
von dieser so ermittelten, zumindest einen Größe
wird durch das Röntgenbildaufnahmegerät eine Maßnahme zum
Bewirken eines Verfahrens des Röntgenstrahlungsdetektors
getroffen.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich der Abstand zwischen
Röntgenstrahlungsquelle und Röntgenstrahlungsdetektor
auf die Bildqualität wie auch auf die Strahlenbelastung
einer Bedienperson auswirkt. Hierzu kann eine quantitative Aussage
gemacht werden, die mehr oder weniger genau bzw. detailliert sein
kann. Aufgrund der quantitativen Aussage kann dann entschieden werden,
ob die ohne weitere Maßnahme gegebene Stellung des Röntgenstrahlungsdetektors
akzeptabel ist oder nicht. Im letzteren Fall wird dann die Maßnahme
zum Bewirken eines Verfahrens getroffen.
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Die
Quantifizierung der Bildqualität kann den ganzen Strahlengang
berücksichtigen.
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Dies
beginnt damit, dass die Röntgenstrahlungsquelle von einer
Punktquelle verschieden ist. Der Einfluss der Abweichung der Röntgenstrahlungsquelle
von einer Punktquelle kann dann in einem Faktor berücksichtigt
werden. Je größer die Strecke ist, über
die die Röntgenstrahlung fokussiert wird, desto mehr wirkt
sich eine Unschärfe im Fokus aus. Man kann zu der Röntgenstrahlung
ein Strahlungsprofil ermitteln (den sog. Brennfleck). Dieses Profil kann
einer Fouriertransformation unterzogen werden, und sofern die Fouriertransformierten
so normiert werden, dass bei Frequenz Null der Wert Eins erzielt
wird, lässt sich unmittelbar ein Faktor ermitteln, der
in die Größe eingehen kann.
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Im
Strahlengang folgt der Röntgenstrahlungsquelle das Bildobjekt
nach. Je nach dem Abstand des Röntgenstrahlungsdetektors
von der Röntgenstrahlungsquelle und damit auch vom Bildobjekt, wenn
der Röntgenstrahlungsdetektor verfahren wird, kann sich
der Anteil an zu dem Röntgenstrahlungsdetektor gelangender
Streustrahlung ändern. Dies lässt sich einfach
dadurch erklären, dass ausgehend von einem beliebigen Punkt
im Bildobjekt der Röntgenstrahlungsdetektor mit zunehmendem
Abstand vom Bildobjekt in einem kleineren Raumwinkel liegt, sodass
weniger Streustrahlung zum Röntgenstrahlungsdetektor gelangt.
Der Faktor kann insbesondere aus Tabellen entnommen werden oder
aufgrund einer numerischen Simulation ermittelt werden.
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Schließlich
gelangt die Röntgenstrahlung zum Röntgenstrahlungsdetektor,
und es kann auch ein Faktor, der die Leistungsfähigkeit
desselben berücksichtigt, in die Größe
eingehen. Die Leistungsfähigkeit wird durch die Ausbeute
an Röntgenstrahlungsquanten bestimmt, andererseits auch
durch das Verhältnis der Objektgröße
zur Pixelgröße. Beide Effekte können
in einen einzigen Faktor eingehen, den man als „detective
quantum efficiency” bezeichnen kann.
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Werden
in der Größe drei Faktoren berücksichtigt
und die Strahlenbelastung einer Bedienperson hintangestellt, ist
diese Größe nichts anderes als das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
in einem Röntgenbild, das bei der vorbestimmten Stellung
des Röntgen-C-Bogens und der Stellung des Röntgenstrahlungsdetektors,
zu denen die Größe ermittelt wird, gewonnen werden
würde. Hierbei wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
in Abhängigkeit von Raumfrequenzen im Raum eines Bildobjekts
angegeben.
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Neben
der Stellung des Röntgen-C-Bogens können auch
andere Einflussfaktoren die Bildqualität bestimmen, und
zwar auf eine für unterschiedliche Abstände des
Röntgenstrahlendetektors von der Röntgenstrahlungsquelle
unterschiedliche Weise. Daher wird bei einer bevorzugten Ausführungsform auch
zumindest eine weitere Eingabe zur Festlegung von Bedingungen bei
der Aufnahme empfangen und diese zumindest eine weitere Eingabe
bei der Ermittlung der Größe berücksichtigt.
Durch die Eingabe kann beispielsweise die Dicke und Beschaffenheit des
bestrahlten Objektes angegeben werden, die Höhe des Patiententischs,
auf dem der Patient als Bildobjekt liegt, eine Pulsrate für
die Röntgenstrahlung, die von der Röntgenstrahlung
bewirkte Dosisleistung u. v. a. m. angegeben werden. All dies kann bei
der Ermittlung der Größe berücksichtigt
werden.
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Bei
einer besonders einfachen Ausführungsform, die daher rechentechnisch
unaufwändig ist, wird die Größe nur zu
einer aktuellen Stellung des bezüglich des Röntgen-C-Bogens
ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen. Mit „aktueller
Stellung” ist diejenige Stellung gemeint, die nach Empfang
der Eingaben durch die Bedienperson eingenommen wird, sei es, dass
die Bedienperson bewusst den Röntgenstrahlungsdetektor
verfahren hat, sei es, dass sie dessen relative Stellung zur Röntgenstrahlungsquelle
gar nicht erst geändert hat und die ohnehin schon eingestellte
relative Stellung belassen hat. Der Vergleich mit einem Schwellwert
kann dann entscheiden, ob eine Maßnahme zum Bewirken eines
Verfahrens des Röntgenstrahlungsdetektors getroffen wird
oder nicht. Je nach Definition der Größe kann
ein solcher Schwellwert zu überschreiten oder zu unterschreiten
sein, damit eine solche Maßnahme getroffen wird. Diese
Ausführungsform ist insbesondere dadurch besonders unaufwändig
gestaltbar, wenn eine Maßnahme bei einem vorbestimmten Ausgang
des Vergleichs mit dem Schwellwert (nämlich eben beim Unterschreiten
oder Überschreiten, je nach Definition der Größe)
ein Warnsignal an einer Bedienperson abgegeben wird. Durch ein solches Warnsignal
wird die Bedienperson davon informiert, dass bei der aktuellen Stellung
des Röntgenstrahlendetektors bezüglich des Röntgen-C-Bogens
eine zu schlechte Bildqualität erzielt wird, gegebenenfalls
die Strahlenbelastung einer Bedienperson zu hoch ist. Die Bedienperson
kann dann selbst den Röntgenstrahlungsdetektor verfahren.
Gegebenenfalls kann die Größe dann abermals ermittelt
werden, mit dem Schwellwert verglichen werden, bis das Warnsignal nicht
mehr abgegeben wird.
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Soll
das Verfahren besonders präzise arbeiten und eine besonders
hohe Bildqualität eines räumlichen Bildes erzielt
werden, wird die Größe zu einer Mehrzahl von Stellungen
des Röntgenstrahlungsdetektors bezüglich des Röntgen-C-Bogens
ermittelt und diejenige Stellung ermittelt, bei der die Bildqualität
eines Röntgenbildes, das bei dieser Stellung aufgenommen
wird, am besten ist. Man erhält gewissermaßen
einen Kurvenverlauf zu der Größe abhängig von
einem Verfahrparameter für den Röntgenstrahlungsdetektor
und kann dann die Stellung ermitteln, bei der die Kurve ein Maximum
(beziehungsweise bei anderer Definition ein Minimum) aufweist.
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Wenn
die optimale Stellung ermittelt ist, kann eine Ausgabe an eine Bedienperson
erfolgen, über die selbige mitgeteilt wird. Dann ist es
der Bedienperson überlassen, diese Stellung einzunehmen.
Zwar führt dieses Verfahren nur zum Erfolg, wenn die Bedienperson
ausreichend geschult und aufmerksam ist, es wird im Gegenzug aber
wenig Aufwand getrieben.
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Alternativ
ist es möglich, dass der Röntgenstrahlungsdetektor
automatisch (also selbsttätig durch das Röntgenbildaufnahmegerät)
in die beste Stellung verfahren wird, bei der also zum Beispiel nach
einem bestimmten Kriterium die Größe am besten
ist, zum Beispiel die Bildqualität am besten ist, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
also ein Maximum hat.
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Um
die Bedienperson durch die Maßnahme zum Bewirken eines
Verfahrens des Röntgenstrahlungsdetektors und ein dadurch
eingeleitetes solches Verfahren des Röntgenstrahlendetektors
nicht zu entmündigen, kann vorgesehen sein, dass bei einer zunächst
eingenommenen Stellung des Röntgen-C-Bogens, nämlich
bei einer solchen Stellung, die aufgrund von Steuerbefehlen einer
Bedienperson eingenommen ist bzw. unverändert geblieben
ist, eine Vergrößerung ermittelt wird. Nach einem
Verfahren des Röntgenstrahlungsdetektors aufgrund der bewirkten
Maßnahme aufgenommene Röntgenbilder können
dann nachbearbeitet werden, und zwar so, dass ein Bild mit der zuvor
ermittelten Vergrößerung dargestellt wird. Sollte
die Bedienperson die Stellung des Röntgenstrahlungsdetektors
so gewählt oder bewusst so belassen haben, dass eine ganz
bestimmte Vergrößerung erzielt wird, so ändert
sich an der Vergrößerung durch das Verfahren des
Röntgenstrahlungsdetektors nichts, wodurch die Akzeptanz
des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht
werden kann.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die 1 schematisch
ein Röntgenbildaufnahmesystem bzw. -gerät, nämlich ein
Röntgenangiographiegerät zeigt, mit dem das erfindungsgemäße
Verfahren durchführbar ist.
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Ein
im Ganzen mit 100 bezeichnetes Röntgenangiographiegerät
weist einen Röntgen-C-Bogen 10 auf. Dieser ist
in an sich bekannter Weise als ganzes drehbar und um eine Drehachse
verkippbar. Der Röntgen-C-Bogen 10 trägt
eine Röntgenstrahlungsquelle 12 und einen Röntgenstrahlungsdetektor 14. Der
Röntgenstrahlungsdetektor 14 ist gegenüber dem
Röntgen-C-Bogen 10in Richtung zur Röntgenstrahlungsquelle 12 hin
bzw. von dieser weg verfahrbar, siehe den Doppelpfeil 16,
der die Verfahrmöglichkeit verdeutlicht. Vorliegend gezeigt
ist ein Patiententisch 18, auf dem sich ein Patient 20 befindet.
Zum Patienten 20 sei eine Bildebene 22 definiert.
Der Abstand dieser Bildebene 22 zur Röntgenstrahlungsquelle 12 ist
als SOD bezeichnet, der Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 12 und
dem Röntgenstrahlungsdetektor 14 als SID bezeichnet. Durch
Verfahren des Röntgenstrahlungsdetektors 14 lässt
sich dieser letztere Abstand SID verändern, und damit auch
der Abstand zwischen Röntgenstrahlungsdetektor 14 und
der Bildebene 22, SID – SOD.
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Das
Röntgenangiographiegerät weist eine Datenverarbeitungseinrichtung 24 auf,
die über Eingabemittel 26 und 28 bedienbar
ist; beispielhaft ist als Eingabemittel 26 eine Tastatur
und als Eingabemittel 28 ein Bedienknüppel gezeigt.
Auf Bildschirm 30 kann angezeigt werden, was eine Bedienperson
eingegeben hat. Später aufgenommene Röntgenbilder können
ebenfalls auf diesem Bildschirm 30 angezeigt werden.
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Vorliegend
sei vorausgesetzt, dass eine Bedienperson bei Anwesenheit eines
auf dem Patiententisch 18 liegenden Patienten 20 mittels
der Eingabeeinrichtungen 26 bzw. 28 den Röntgen-C-Bogen 10 in
eine vorbestimmte Stellung verfahren habe, nämlich in die
vorliegend gezeigte Stellung. Gegebenenfalls hat er auch den Röntgenstrahlungsdetektor 14 verfahren.
Ferner hat die Bedienperson Eingaben gemacht, über die
die Bedingungen der Erzeugung eines Röntgenbildes eingegeben
werden, z. B. die Röntgenstrahlungsdosis (gegebenenfalls über
eine an der Röntgenstrahlungsquelle 12 anliegende Spannung).
Er kann neben der Angulation und Rotation des Röntgen-C-Bogens
die Tischhöhe des Tischs 18 eingestellt haben
und auch die Pulsrate für die Erzeugung von Röntgenbildern
festgelegt haben. Nachdem all diese Eingaben gemacht sind, setzt
die Berechnung des Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR(u, v)
ein, wobei u, v Rauschfrequenzen in der Bildebene 22. Das
Signal zu Rauschverhältnis SNR(u, v) wird für
eine Vielzahl von Stellungen des Röntgenstrahlungsdetektors 14 in
die er gemäß dem Peil 16 verfahrbar ist,
berechnet, beispielsweise für eine Vielzahl von Abständen
SID.
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Es
werden hierbei drei Komponenten berücksichtigt.
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Zunächst
wird die so genannte Brennfleckverunschärfung berücksichtigt:
Die
von der Röntgenstrahlungsquelle 12 ausgehende
Röntgenstrahlung kann durch einen Brennfleck in der Fokusebene
beschrieben werden. Dieser Brennfleck hat ein durch die Ausdehnung
der Röntgenstrahlungsquelle 12 bestimmtes Profil.
Nun lässt sich dieses Profil einer Fouriertransformation
unterziehen und diese so normieren, dass bei Werten von u = v = 0
die Fouriertransformation einen Wert von gleich Eins hat. Bezeichnet
man diese Fouriertransformation als MTF(u, v) so gilt:
SNR(u,
v) ~ MTF(u·γ/γ – 1, v·γ/γ – 1)
= f1. Hierbei ist γ der Vergrößerungsfaktor,
SID geteilt durch SOD. Die Anpassung im Argument der Funktion erfolgt deswegen,
weil die Größe SNR(u, v) für ein am Röntgenstrahlungsdetektor 14 erhaltenes
Röntgenbild gilt, so dass der Vergrößerungsfaktor
zu berücksichtigen ist.
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Zur
Berechnung von SNR(u, v) muss ferner die Streustrahlung berücksichtigt
werden, also Strahlung, die im Patienten 20 gestreut wird
und dennoch zum Röntgenstrahlungsdetektor 14 gelangt.
Für diese Abhängigkeit gibt es keine Formel. Sie
kann numerisch simuliert werden oder zuvor gemessen und dann tabelliert
in einem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 24 abgelegt
sein. Man erhält so einen weiteren Faktor f2,
wobei SNR(u, v) ~ f2.
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Schließlich
muss auch die so genannte Detektorperformance des Röntgenstrahlungsdetektors 14 berücksichtigt
werden. Es gibt bei diesem ein elektrisches Rauschen, wenn die Zahl
der Röntgenquanten, die auf den Röntgenstrahlungsdetektor
auftreffen, gering ist: Auf den einzelnen Detektorelementen, die
Bildelementen (Pixeln) eines Röntgenbildes entsprechen,
treffen nämlich dann nur einzelne Röntgenstrahlungsquanten
auf. Die Detektorperformance ist auch von der Raumfrequenz abhängig,
insbesondere, sobald die Raumfrequenz die Größe
der Detektorelemente erreicht: Objekte, die kaum größer
als die einzelnen Detektorelemente sind, sind nämlich schlecht
abbildbar. Es lässt sich somit ein weiterer f3 ermitteln,
wobei SNR(u, v) ~ DQE(uγ, vγ) = f3.
Die Bezeichnung ”DQE” steht hierbei für
die ”Detective Quantum Efficiency”, in der sowohl
das elektrische Rauschen als auch die Frequenzabhängigkeit
berücksichtigt sind.
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Somit
lässt sich das Signal zur Rauschverhältnis SNR(u,
v) berechnen zu:
SNR(u, v) = c·f1·f2·f3, wobei
c ein Proportionalfaktor ist.
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Die
oben genannten Formelabhängigkeiten sind als solche bereits
in einem Artikel beschrieben, nämlich in dem Artikel "Spatial
Frequency-Dependent Signal-to-Noise Ratio as a Generalized Measure
of Image Quality" von Philip Bernhardt, Lothar Bätz,
Ernst-Peter Rührnschopf, Martin Hoheisel, der in Medical
Imaging 2005: Physics of Medical Imaging; edited
by Flynn, Michael J.; Proceedings of the SPIE, Vol. 5745, pp. 407–418
im Jahre 2005 veröffentlicht wurde und dessen
Inhalt durch Inbezugnahme soweit als für das vorherrschende
Patentrecht möglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Es
wird nun das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR(u, v) wie
oben ausgeführt für eine Mehrzahl von Stellungen
des Röntgenstrahlungsdetektors 14 ermittelt, so
dass man eine Kurve von SNR(u, v) in Abhängigkeit von SID
bzw. einem Verfahrparameter erhält. Diese Kurve weist ein
Maximum auf. Derjenige Abstand SID, bei dem das Maximum herrscht,
ist somit der Abstand, bei dem die Bildqualität am Besten
ist.
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Nachdem
das Röntgenangiographiegerät 100 durch
seine Datenverarbeitungseinrichtung 24 diesen besten Abstand
SID ermittelt hat, bewirkt es selbsttätig ein Verfahren
des Röntgenstrahlungsdetektors 14 derart, dass
dieser Abstand eingenommen wird. Alternativ kann einer Bedienperson
auf dem Bildschirm 30 mitgeteilt werden, wie weit der Röntgenstrahlungsdetektor 14 zu
Verfahren ist. Ferner alternativ kann lediglich ein Warnsignal abgegeben werden,
wenn die aktuelle Stellung des Röntgenstrahlungsdetektors 14 besonders
ungünstig ist, z. B. die Größe SNR(u,
v) um einen vorbestimmten Wert oder Prozentsatz vom besten Wert
abweicht.
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Zusätzlich
oder alternativ zur Verwendung des Signal-zu-Rausch-Verhältnis
SNR(u, v) kann auch ermittelt werden, wie die Strahlenbelastung
einer Bedienperson ist, welche ebenfalls von der Stellung des Röntgenstrahlungsdetektors 14 abhängig ist.
Es kann eine zweite Größe ermittelt werden, und es
kann ein Algorithmus festgelegt werden, in welcher Weise die beiden
Größen zu gewichten bzw. zu berücksichtigen
sind, um einen optimalen Abstand SID zu finden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 24 kann
vor dem Bewirken des Verfahrens des Röntgenstrahlungsdetektors 14 ermitteln,
wie die Vergrößerung γ ist und nach einem
Verfahren des Röntgenstrahlungsdetektors 14 aufgenommene
Röntgenbilder so skalieren, dass man auf dem Bildschirm 30 Röntgenbilder
mit einer Vergrößerung γ angezeigt erhält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ”Spatial
Frequency-Dependent Signal-to-Noise Ratio as a Generalized Measure
of Image Quality” von Philip Bernhardt, Lothar Bätz,
Ernst-Peter Rührnschopf, Martin Hoheisel, der in Medical
Imaging 2005 [0027]
- - Physics of Medical Imaging; edited by Flynn, Michael J.; Proceedings
of the SPIE, Vol. 5745, pp. 407–418 im Jahre 2005 [0027]
