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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung mit wenigstens einer Strahlungsquelle und wenigstens einem Strahlungsempfänger sowie einer mit einer Steuereinrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung verbundenen Eingabeeinrichtung, über welche verschiedene, die Bildqualität einer Bildaufnahme definierende Bildaufnahmeparameter eingebbar sind.
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Im Rahmen des Betriebs von medizinischen Bildaufnahmeeinrichtungen, wie insbesondere Röntgeneinrichtungen, wird üblicherweise die Strahlendosis am Eingang des Strahlungsempfängers gemessen und über eine Recheneinrichtung in eine Patientendosisbelastung umgerechnet. Die ermittelte Strahlendosis respektive Patientendosisbelastung wird mit einer entsprechenden Solldosis verglichen und die Bestrahlungsparameter im Weiteren automatisch an die Solldosis angepasst.
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Moderne Strahlungsempfänger weisen eine erhöhte Dynamik auf, das heißt, die Strahlendosis muss am Eingang des Strahlungsempfängers nicht konstant gehalten werden, sondern ist jederzeit an eine geforderte Bildqualität und/oder Patientendosisbelastung anpassbar. Das Verhältnis aus Patientendosisbelastung und Bildqualität kann hier über eine sogenannte Maximalperformanzkurve ausgedrückt werden, welche zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung üblicherweise herangezogen wird respektive der tatsächlichen Bildaufnahme üblicherweise zugrunde gelegt wird.
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Problematisch ist es dabei, dass hohe angeforderte Bildqualitäten überproportional hohe Patientendosisbelastungen bedeuten, da Erstere insbesondere größere Strahlungsfokusse, längere Belichtungszeiten, geringere Vorfilter etc. erfordern.
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Der Erfindung liegt sonach das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere im Hinblick sowohl auf eine geforderte Bildqualität als auch eine damit verbundene Patientendosisbelastung, zu verbessern.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich durch die folgenden Schritte auszeichnet:
- a) Vorgeben einer bestimmten Bildqualität für eine bevorstehende Bildaufnahme und Ermittlung hierfür notwendiger erster Bildaufnahmeparameter,
- b) Ermitteln einer ein Maß für die mit den ermittelten ersten Bildaufnahmeparametern zu erwartende Patientendosisbelastung angebenden ersten Information,
- c) Reduzieren der Bildqualität um einen vordefinierten oder anwenderseitig definierbaren Betrag und Ermittlung hierfür notwendiger zweiter Bildaufnahmeparameter,
- d) Ermitteln einer ein Maß für die mit den ermittelten zweiten Bildaufnahmeparametern zu erwartende Patientendosisbelastung angebenden zweiten Information,
- e) Erstellen einer ein Vergleichsergebnis zwischen der ersten und der zweiten Information darstellenden dritten Information,
- f) Überprüfen der dritten Information dahingehend, ob die Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter im Vergleich zu den ersten Bildaufnahmeparametern reduziert ist und,
- f1) wenn eine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter möglich ist, Wiederholen der Schritte a) bis f) ausgehend von den zweiten Bildaufnahmeparametern, oder,
- f2) wenn keine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter möglich ist, Durchführen der Bildaufnahme mit den ersten Bildaufnahmeparametern.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Schritt a) zunächst insbesondere über die mit einer Steuereinrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung verbundene Eingabeeinrichtung in Form einer Bedienerschnittstelle wie z. B. einer Tastatur, einer Maus, eines Touchscreens, einer Spracheingabe oder dergleichen, eine bestimmte, mit der bevorstehenden Bildaufnahme zu erreichende Bildqualität vorgegeben. Hierbei können die Bildaufnahme betreffende Parameter der Bildaufnahmeeinrichtung, welche beispielsweise als Röntgeneinrichtung ausgebildet ist, wie z. B. eine maximal erreichbare Bildauflösung, Kontrastverhältnisse etc. und/oder ein Untersuchungsobjekt betreffende Parameter, wie z. B. die Masse, Dichte, Größe des Untersuchungsobjekts etc. berücksichtigt werden. Gleichermaßen kann die Vorgabe einer bestimmten Bildqualität auch automatisch erfolgen.
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In beiden Fällen werden auf Basis der vorgegebenen Bildqualität hierfür erforderliche erste Bildaufnahmeparameter ermittelt, das heißt mit den ermittelten ersten Bildaufnahmeparametern lassen sich Bildaufnahmen mit der vorgegebenen Bildqualität erreichen.
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Grundsätzlich kann als Bildaufnahmeparameter die (elektrische) Spannung der Strahlungsquelle und/oder der (elektrische) Strom der Strahlenquelle und/oder die Belichtungszeit und/oder ein Grad der Vorfilterung der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung und/oder die Größe eines Strahlungsfokus verwendet werden. Die Aufzählung ist nicht abschließend, es können demnach selbstverständlich weitere, die Bildqualität der Bildaufnahme beeinflussende Parameter herangezogen werden.
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Im Schritt b) wird aus den ersten Bildaufnahmeparametern eine ein Maß für die mit diesen zu erwartende Patientendosisbelastung angebende erste Information ermittelt. Mithin wird im Rahmen der Ermittlung der ersten Information aus den ersten Bildaufnahmeparametern eine entsprechende erste Patientendosisbelastung abgeleitet, es wird also ermittelt, welche Patientendosisbelastung mit den ersten Bildaufnahmeparametern verbunden ist.
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Im folgenden Schritt c) wird die Bildqualität um einen vordefinierten oder anwenderseitig definierbaren Betrag reduziert und auf Basis der reduzierten Bildqualität erforderliche zweite Bildaufnahmeparameter ermittelt. Sonach lassen sich mit den zweiten Bildaufnahmeparametern Bildaufnahmen mit der reduzierten Bildqualität erreichen. Beispielsweise kann die im Schritt a) vorgegebene Bildqualität als eine Bildqualität von 100% betrachtet werden, so dass im Schritt c) eine Reduzierung der Bildqualität z. B. um 5% erfolgt. Entsprechend lassen sich in dem genannten Beispiel mit den ersten Bildaufnahmeparametern Bildaufnahmen mit einer Bildqualität von 100% und mit den zweiten Bildaufnahmeparametern Bildaufnahmen mit einer Bildqualität von 95% erzielen.
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Im Schritt d) wird aus den zweiten Bildaufnahmeparametern eine ein Maß für die mit diesen zu erwartende Patientendosisbelastung angebende zweite Information ermittelt. Mithin wird – analog zur Ermittlung der ersten Information – im Rahmen der Ermittlung der zweiten Information aus den zweiten Bildaufnahmeparametern eine entsprechende zweite Patientendosisbelastung abgeleitet, es wird also ermittelt, welche Patientendosisbelastung mit den zweiten Bildaufnahmeparametern verbunden ist.
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Im nachfolgenden Schritt e) wird eine ein Vergleichsergebnis zwischen der ersten und der zweiten Information darstellende dritte Information ermittelt. Die dritte Information gibt demnach an, ob und wenn ja, um welchen, insbesondere prozentualen, Betrag die Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter reduzierbar ist.
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Es schließt sich entsprechend im Schritt f) eine Überprüfung der dritten Information dahingehend, ob die Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter im Vergleich zu den ersten Bildaufnahmeparametern reduziert ist, an.
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Entsprechend des durch die dritte Information dargestellten Vergleichsergebnisses zwischen der ersten und der zweiten Information werden entweder im Schritt f1), das heißt, wenn eine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter möglich ist, die Schritte a) bis f) ausgehend von den zweiten Bildaufnahmeparametern wiederholt oder im Schritt f2), das heißt, wenn keine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die zweiten Bildaufnahmeparameter möglich ist, eine Bildaufnahme mit den ersten Bildaufnahmeparametern durchgeführt.
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Mithin können in dem Falle einer möglichen Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die mit der reduzierten Bildqualität verknüpften zweiten Bildaufnahmeparameter die zweiten Bildaufnahmeparameter als neuer Ausgangspunkt für eine nochmalige Durchführung des Verfahrens verwendet werden, um die Bildqualität gegebenenfalls nochmals um einen vordefinierten oder anwenderseitig definierbaren Betrag zu reduzieren und anhand der nochmals reduzierten Bildqualität eine weitere, ein Maß für die mit den ermittelten weiteren Bildaufnahmeparametern zu erwartende Patientendosisbelastung angebende weitere Information zu ermitteln. Die hierbei ermittelte weitere Information ist analog der zweiten Information bei erstmaliger Durchführung des Verfahrens.
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Die weitere Information wird mit der dieser vorangehenden zweiten Information im Hinblick auf die jeweiligen Patientendosisbelastungen verglichen und eine das Vergleichsergebnis darstellende Information erstellt. Diese Information wird – analog zu oben – dahingehend überprüft, ob die Patientendosisbelastung durch die weiteren Bildaufnahmeparameter im Vergleich zu den zweiten Bildaufnahmeparametern reduziert ist und, wenn eine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die weiteren Bildaufnahmeparameter möglich ist, werden die oben genannten Schritte a) bis f) ausgehend von den weiteren Bildaufnahmeparametern nochmals wiederholt. Wenn keine Reduzierung der Patientendosisbelastung durch die weiteren Bildaufnahmeparameter möglich ist, wird eine Bildaufnahme mit den weiteren Bildaufnahmeparametern durchgeführt.
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Es ist grundsätzlich denkbar, dass sämtliche Verfahrensschritte über ein optisches und/oder akustisches, mit der Bildaufnahmeeinrichtung verbundenes oder einen Teil dieser bildendes Ausgabemittel, wie insbesondere ein Bildschirm, für einen Anwender oder Bediener verfolgbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt f) überprüft, ob die prozentuale Reduzierung der Patientendosisbelastung größer als die prozentuale Reduzierung der Bildqualität ist, wobei die Schritte a) bis f) nur für diesen Fall wiederholt werden. Mithin wird im Schritt f) überprüft, ob der mit der Reduzierung der Bildqualität verbundene Qualitätsverlust sich überproportional in der Reduzierung der Patientendosisbelastung widerspiegelt. Es wird sonach geprüft, ob eine Reduzierung der Bildqualität beispielsweise um 5 Prozentpunkte eine entsprechende Reduzierung der Patientendosisbelastung um mindestens 5 Prozentpunkte nach sich zieht, wobei nur in diesem Fall die Schritte a) bis f) wiederholt werden. Derart erfolgt somit eine Effizienzbetrachtung der Reduzierung der Bildqualität im Hinblick auf die damit erzielbare Reduzierung der Patientendosisbelastung, so dass, wenn eine Reduzierung der Bildqualität nur eine unverhältnismäßig geringe Reduzierung der Patientendosisbelastung bedeutet, die Bildqualität im Weiteren nicht weiter reduziert wird.
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Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass im Schritt f) überprüft wird, ob die prozentuale Reduzierung der Patientendosisbelastung größer als die prozentuale Reduzierung der Bildqualität ist, wobei nur für diesen Fall eine Bildaufnahme mit den zweiten oder gegebenenfalls weiteren Bildaufnahmeparametern, das heißt eine Bildaufnahme mit einer reduzierten Bildqualität durchgeführt wird. Demnach wird in dieser Ausführungsform des Verfahrens, wenn die Reduzierung der Patientendosisbelastung kleiner als die prozentuale Reduzierung der Bildqualität ist, eine Bildaufnahme mit den ersten Bildaufnahmeparametern durchgeführt.
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In diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, auf Basis der ersten Bildaufnahmeparameter einen das Verhältnis von Bildqualität und Patientendosisbelastung angebenden ersten Effizienzwert zu ermitteln. Der erste Effizienzwert stellt somit das Verhältnis einer mit einer gegebenen Bildqualität verbundenen Patientendosisbelastung dar. Mithin kann durch die Verwendung des ersten Effizienzwerts schnell und einfach beziehungsweise quantitativ und/oder qualitativ ermittelt werden, welche Auswirkung eine bestimmte Reduzierung oder allgemein eine Änderung der Bildqualität auf die Patientendosisbelastung hat.
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Analog dazu kann auf Basis der zweiten Bildaufnahmeparameter ein das Verhältnis von Bildqualität und Patientendosisbelastung angebender zweiter Effizienzwert ermittelt werden. Gleichermaßen ist es durch den zweiten Effizienzwert schnell und einfach zu ermitteln, welche Auswirkung eine Reduzierung oder allgemein eine Änderung der Bildqualität auf die Patientendosisbelastung hat. Gleiches gilt selbstverständlich für gegebenenfalls im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nachfolgend ermittelte, weitere Bildaufnahmeparameter.
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Die Patientendosisbelastung kann, sofern diese nicht rechnerbasiert bestimmt werden kann, über eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Patientendosisbelastung erfasst werden. Sonach ist alternativ oder Ergänzend eine tatsächliche Erfassung der Patientendosisbelastung über eine entsprechende Erfassungseinrichtung möglich.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Bildaufnahmeeinrichtung, umfassend wenigstens eine Strahlungsquelle und wenigstens einen Strahlungsempfänger sowie wenigstens eine mit einer Steuereinrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung verbundene Eingabeeinrichtung, über welche verschiedene, die Bildqualität einer Bildaufnahme definierende Bildaufnahmeparameter eingebbar sind. Die Bildaufnahmeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Ausführung des Verfahrens wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Die Bildaufnahmeeinrichtung ist insbesondere als Röntgeneinrichtung, z. B. als C-Bogen-Röntgengerät, ausgebildet. Selbstverständlich kann die Bildaufnahmeeinrichtung aber auch eine Computertomographieeinrichtung (CT-Einrichtung), Positronenemissionseinrichtung (PET-Einrichtung) oder eine sonstige strahlungsbasierte Bildaufnahmeeinrichtung sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung,
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2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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3 eine Prinzipdarstellung eines typischen Verlaufs einer Patientendosisbelastung in Abhängigkeit der Bildqualität.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung 1. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 ist bevorzugt als Röntgeneinrichtung ausgebildet und umfasst eine, insbesondere punktförmige, Strahlungsquelle 2 in Form einer Röntgenröhre sowie einen Strahlungsempfänger 3 etwa in Form eines flächigen ortsauflösenden Röntgendetektors. Zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Strahlungsempfänger 3 ist auf einer Lagerungseinrichtung 4 etwa in Form einer Patientenliege ein Untersuchungsobjekt 5, das heißt ein Patient, gelagert.
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In bekannter Weise durchläuft im Betrieb der Bildaufnahmeeinrichtung 1 die von der Strahlungsquelle 2 emittierte Strahlung 6 das Untersuchungsobjekt 5, wird entsprechend der Anatomie des Untersuchungsobjekts 5 abgeschwächt und trifft mit unterschiedlichen Intensitäten auf dem Strahlungsempfänger 3 auf. Über in einer Steuereinrichtung 7 der Bildaufnahmeinrichtung 1 hinterlegte bildgebende Algorithmen wird ein Abbild des untersuchten Bereichs des Untersuchungsobjekts 5 erzeugt und über ein Ausgabemittel 8, wie z. B. einen Bildschirm, ausgegeben und/oder anderen mit der Bildaufnahmeeinrichtung 1 verbundenen Einrichtungen (nicht gezeigt) zugeteilt.
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Die Steuereinrichtung 7 ist ferner mit einer Eingabeeinrichtung 9, über welche verschiedene, die Bildqualität einer Bildaufnahme definierende Bildaufnahmeparameter P1, P2 etc.. eingebbar sind, verbunden. Die Eingabeeinrichtung 9 stellt somit eine Benutzerschnittstelle dar und kann beispielsweise als Tastatur, Maus, Touchscreen oder dergleichen ausgebildet sein. Die in Abhängigkeit der Bildaufnahmeparameter P1, P2, etc. entstehende Patientendosisbelastung D1, D2, etc. wird beispielsweise über eine mit dem Strahlungsempfänger 3 sowie der Steuereinrichtung 7 verbundene Erfassungseinrichtung 10 erfasst.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Prinzipdarstellung gemäß 2 erläutert. Hierzu wird an bestimmten Verfahrensschritten zusätzlich auf 3, welche eine Prinzipdarstellung eines typischen Verlaufs der Patientendosisbelastung D in Abhängigkeit der Bildqualität Q in Form einer so genannten Maximalperformanzkurve 11 zeigt, verwiesen.
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Ersichtlich steigt die Patientendosisbelastung D bis zu einem kritischen Wert der Bildqualität Qk unterproportional an, der Verlauf der Maximalperformanzkurve 11 ist in diesem Bereich im Wesentlichen linear. Dies begründet sich insbesondere durch die bedingt durch die geringe Anforderung an die Bildqualität Q mögliche Verwendung großer Vorfilterungen, kleiner Fokusse, geringer Leistung sowie kurzer Belichtungszeiten. Mithin sind unterhalb der kritischen Bildqualität Qk, welche gleichermaßen einen Bereich darstellen kann, Bildaufnahmen mit einem besonders effizienten Verhältnis von Bildqualität Q und Patientendosisbelastung D möglich.
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Oberhalb der kritischen Bildqualität Qk sind geringere Vorfilterungen, größere Fokusse, hohe Leistungen, bei Röntgeneinrichtungen insbesondere für hohe Röhrenspannungen, längere Belichtungszeiten etc. erforderlich, um eine entsprechend hohe Bildqualität Q zu erreichen. Die Patientendosisbelastung D steigt in diesem Bereich überproportional mit der Bildqualität Q an.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Schritt S1 durch die automatische oder anwenderseitige Vorgabe einer bestimmten Bildqualität Q1 für eine bevorstehende Bildaufnahme notwendige erste Bildaufnahmeparameter B1 ermittelt. Die erste Bildqualität Q1 kann hierbei beispielsweise als eine Bildqualität von 100% gesehen werden. Es wird entsprechend ein erster Arbeitspunkt 12 auf der Maximalperformanzkurve 11 festgelegt.
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Im Schritt S2 wird eine ein Maß für die mit den ermittelten ersten Bildaufnahmeparametern P1 zu erwartende Patientendosisbelastung D1 angebende erste Information I1 ermittelt. Auf Basis der ersten Bildaufnahmeparameter P1 kann ein das Verhältnis von Bildqualität Q1 und Patientendosisbelastung D1 angebender erster Effizienzwert E1 ermittelt werden.
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Im Schritt S3 wird die Bildqualität Q1 um einen vordefinierten oder bedienerseitig definierbaren Betrag auf eine geringere Bildqualität Q2 reduziert und hierfür notwendige zweite Bildaufnahmeparameter P2 ermittelt. Beispielsweise kann eine Reduzierung der Bildqualität um 5% vorgegeben werden, so dass sich mit den zweiten Bildaufnahmeparametern P2 nur noch eine Bildqualität Q2 von 95% erreichen lässt. Mit Bezug auf 3 wird ein zweiter Arbeitspunkt 13 festgelegt.
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Analog zu Schritt S2 wird im Schritt S4 eine ein Maß für die mit den ermittelten zweiten Bildaufnahmeparametern P2 zu erwartende Patientendosisbelastung D2 angebende zweite Information I2 ermittelt. Auf Basis der zweiten Bildaufnahmeparameter P2 kann gleichermaßen zusätzlich ein das Verhältnis von Bildqualität Q2 und Patientendosisbelastung D2 angebender zweiter Effizienzwert E2 ermittelt werden.
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Im folgenden Schritt S5 wird eine ein Vergleichsergebnis zwischen der ersten Information I1 und der zweiten Information I2 darstellende dritte Information I3 erstellt.
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Im Schritt S6 wird die dritte Information I3 dahingehend überprüft, ob die Patientendosisbelastung D durch die zweiten Bildaufnahmeparameter P2 im vergleich zu den ersten Bildaufnahmeparametern P2 reduziert ist. Mithin wird verglichen, ob die mit der reduzierten Bildqualität Q2 zu erwartende Patientendosisbelastung D2 am Arbeitspunkt 13 geringer als die mit der ursprünglichen Bildqualität Q1 am Arbeitspunkt 12 zu erwartende Patientendosisbelastung D1 ist. Dies kann beispielsweise durch einen Vergleich der genannten ersten und zweiten Effizienzwerte E1, E2 erfolgen.
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Wenn eine Reduzierung der Patientendosisbelastung D durch die zweiten Bildaufnahmenparameter P2 möglich ist, werden die Schritte S1 bis S6 ausgehend von den zweiten Bildaufnahmeparametern P2 wiederholt. Ist hingegen keine Reduzierung der Patientendosisbelastung D durch die zweiten Bildaufnahmeparameter P2 möglich, wird im Schritt S7 eine Bildaufnahme mit den ersten Bildaufnahmeparametern P1 durchgeführt.
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Vorteilhaft kann im Schritt S6 zusätzlich überprüft werden, ob die prozentuale Reduzierung der Patientendosisbelastung D größer als die prozentuale Reduzierung der Bildqualität Q ist, wobei die Schritte a) bis f) nur für diesen Fall wiederholt werden. Dies ist in 3 gegeben, wie durch die unterschiedlichen Längen der Doppelpfeile 14, 15 angedeutet werden soll.
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Alternativ kann es sein, dass, wenn die die prozentuale Reduzierung der Patientendosisbelastung D kleiner als die prozentuale Reduzierung der Bildqualität Q ist, die Bildaufnahme mit den ersten Bildaufnahmeparameter P1 durchgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet sonach einen Kompromiss zwischen ausreichender Bildqualität Q und einer effizienten Patientendosisbelastung D. Und bietet sonach sowohl einem Bediener als auch einem Patienten Vorteile, da Ersterem Bildaufnahmen mit ausreichend guter Bildqualität ermöglicht werden und Letzterer eine vergleichsweise geringen Strahlenbelastung ausgesetzt wird.
