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Die Erfindung betrifft ein insbesondere als medizintechnisches Diagnosegerät verwendbares Röntgengerät sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgengerätes.
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Ein medizintechnisches Röntgenaufnahmesystem ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 043 422 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein C-Bogen-Röntgengerät, bei welchem eine als C-Bogen ausgebildete verstellbare Halterung an einander gegenüberliegenden Seiten eine erste Röntgenquelle und einen Röntgendetektor trägt. Um Projektionsbilder schnell und einfach aufzunehmen, ist bei dem Röntgenaufnahmesystem nach der
DE 10 2009 043 422 A1 eine zweite Röntgenquelle an der Halterung befestigt. Damit soll insbesondere ein Instrument, zum Beispiel ein Operationswerkzeug oder ein Katheter, in einem Untersuchungsobjekt lokalisierbar sein.
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Ein weiteres Röntgengerät ist aus der
DE 10 2008 061 178 B4 bekannt. Dieses Röntgengerät ist als Computertomograph ausgebildet und weist einen aus mehreren Kollimatorscheiben aufgebauten Kollimator zur Streustrahlreduktion auf. Die einzelnen Kollimatorscheiben sind mit Hilfe von Abstandselementen in definierter Position gehalten. Abmessungen des Kollimators lassen sich durch die Auswahl von Segmenten, aus welchen der Kollimator zusammengesetzt ist, variieren.
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Aus der
DE 10 2007 028 902 B4 ist eine Kollimatorvorrichtung mit wenigstens einer, zwischen zwei Endlagen verstellbaren Abdeckeinrichtung zur Kollimierung eines Strahlenfächers in einer Röntgen-CT-Vorrichtung bekannt. Während eines Scan- Vorgangs kann eine kontinuierliche Veränderung der Öffnung des Kollimators erfolgen, wobei zu Beginn des Scan-Vorgangs die Kollimatorvorrichtung fast vollständig geschlossen ist. Zum Öffnen und Schließen des Kollimators wird ein linearer Antrieb verwendet, welcher beispielsweise einen Rotationsmotor mit Spindel, einen Linearmotor oder einen Piezomotor umfasst.
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Eine starke Kollimation bei der Akquisition dreidimensionaler Bilddaten mittels eines Röntgengerätes, beispielsweise eines Computertomographen oder eines C-Bogen-Röntgengerätes, ist prinzipiell geeignet, die Strahlendosis zu reduzieren und/oder den negativen Effekt der Streustrahlung auf die Bildqualität zu verringern. Während der Aufnahme ist dabei der Kollimator derart zu positionieren, dass der Röntgenstrahlenkegel durch einen mit der Kollimatorposition korrespondierenden Untersuchungsbereich, die so genannte ROI (region of interest), verläuft. Der Untersuchungsbereich liegt in einem Untersuchungsvolumen (VOI = volume of interest), welches sich idealerweise im Isozentrum des Röntgengerätes befinden sollte. Befindet sich ein mit dem Röntgengerät zu untersuchendes Objekt außerhalb des Isozentrums, so ist der aufgenommene Bereich, welcher sich aus der Kollimatorposition ergibt, von der Winkelposition der Anordnung aus Röntgenquelle und Röntgendetektor relativ zum Untersuchungsobjekt abhängig. Dies hat die nachteilige Folge, dass keine Übereinstimmung zwischen der ROI und dem sich aus der Kollimatorposition ergebenden aufgenommenen Bereich gegeben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgengerät gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Abbildungsqualität weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgengerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgengerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Röntgengerät erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Das Röntgengerät weist eine um eine Achse verschwenkbare Röntgenquelle und einen mit dieser zusammenwirkenden Detektor auf, wobei zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor ein Kollimator angeordnet ist. Während der Verschwenkung der Röntgenquelle wird, basierend auf vom Detektor aufgenommenen Daten, mindestens ein geometrischer Parameter des Kollimators variiert.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für eine effiziente, stark kollimierte Akquisition von Bilddaten, insbesondere 3D-Daten, das Untersuchungsvolumen stets im Isozentrum des Röntgengerätes zu platzieren ist. Bei herkömmlichen Bildaufnahmeverfahren in der Medizintechnik wird der Patient in mehreren Schritten positioniert, was zeitaufwendig ist und zudem wegen der nötigen Positionskontrolle mehrere RöntgenKontrollaufnahmen erfordern kann. Selbst ein roboterbasiertes Aufnahmesystem, bei welchem die Lage des Isozentrums frei wählbar ist, bedeutet nicht zwangsläufig eine entscheidende Rationalisierung des Vorgangs der Datenaufnahme, da zur Ansteuerung des Aufnahmesystems erforderliche Kalibrierpfade typischerweise zunächst nicht vorliegen und mit Hilfe von 3D-Aufnahmen oder Stereoaufnahmen vor der eigentlichen Untersuchung erstellt werden müssten. Sowohl bei roboterbasierten als auch bei einfacheren, als herkömmlich C-Bogen-Geräte ausgebildeten Aufnahmesystemen ist die Untersuchung derart zu planen, dass Kollisionen zwischen Komponenten des Röntgengerätes und dem Untersuchungsobjekt vermieden werden. Im Fall vorab generierter Kalibrierpfade spielen auch eventuelle Bewegungen des Patienten zwischen der zur Kalibrierung durchgeführten Erstaufnahme und der kollimierten Aufnahme eine Rolle, welche die Abbildungsqualität beeinflussen können.
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Im Unterschied zu den beschriebenen, herkömmlichen RöntgenAufnahmeverfahren ist nach der Erfindung eine Variation von Aufnahmeparametern durch Verstellungen des Kollimators während der Verschwenkung der Aufnahmevorrichtung vorgesehen. Hierbei erfolgt jedoch nicht einfach eine winkelabhängige Verstellung des Kollimators mit einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen Winkelposition und Kollimatoreinstellung. Vielmehr wird die Kollimatoreinstellung, das heißt die Position und/oder Größe des Kollimators, während der Schwenkbewegung laufend oder zumindest in mehreren Schritten angepasst, wobei die Anpassung online auf Basis einer Bildauswertung erfolgt. Die vom Detektor des Röntgengerätes aufgenommenen Bilddaten beeinflussen somit in Echtzeit, das heißt ohne technisch bedeutsame Verzögerung, die Kollimatoreinstellung, wobei diese wiederum Einfluss auf die Lage des mit dem Röntgengerät untersuchten Bereichs hat.
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Die Anpassung des Kollimators an die sich durch die Schwenkbewegung ändernde Abbildungsgeometrie kann nach verschiedenen Ansätzen erfolgen:
Nach einem ersten Ansatz ist eine direkte Anpassung des Untersuchungsbereichs in vom Detektor aufgenommenen, zweidimensionalen Projektionsbildern vorgesehen. Hierbei erfolgt ein so genanntes Tracking, also eine Nachverfolgung, eines markierten Punktes in einem Projektionsbild. Bei dem Punkt kann es sich um einen durch eine anatomische Struktur oder durch ein medizintechnisches Instrument gegebenen Marker handeln. In beiden Fällen wird der Kollimator anhand der Markerposition nachgeführt.
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Nach einem zweiten Ansatz wird der Untersuchungsbereich indirekt bestimmt durch eine Vorwärtsprojektion eines dynamisch lokalisierten Untersuchungsvolumens. Synchron mit der Verschwenkung des die Röntgenquelle und den Detektor umfassenden Aufnahmesystems erfolgt dabei eine mitlaufende Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den aufgenommenen zweidimensionalen Bildern, das heißt Projektionsbildern, wobei mittels einer vorab bekannten dreidimensionalen Struktur das Untersuchungsvolumen in den tomosyntheseartigen Volumina lokalisiert wird und bei Bedarf eine entsprechende Anpassung von Parametern des Kollimators vorgenommen wird.
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Nach einem dritten Ansatz, welcher mit Elementen des ersten und/oder zweiten Ansatzes kombinierbar ist, wird mindestens ein Parameter, welcher die Position und/oder Größe des Kollimators betrifft, bei einer Bewegung des Untersuchungsobjektes, insbesondere Patienten, online, also in Echtzeit, angepasst. In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird hierbei davon ausgegangen, dass die ungefähre, winkelabhängige Kollimatoreinstellung bekannt ist, wobei online, in Abhängigkeit von den aufgenommenen zwei- und/oder dreidimensionalen Bilddaten, eine Korrektur durchgeführt wird, welche die Abbildungsqualität weiter verbessert.
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Bei jedem der beschriebenen Ansätze liegt der Vorteil der Erfindung insbesondere darin, dass eine Rückkopplung zwischen den von einem bewegbaren Röntgenaufnahmesystem gelieferten Bilddaten und einer Einstellung, nämlich Kollimatoreinstellung, des Röntgenaufnahmesystems gegeben ist, womit in Echtzeit eine Anpassung von Aufnahmeparametern an winkelabhängige Änderungen der Abbildungsgeometrie erfolgt.
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Die Erfindung ist in der Medizintechnik, jedoch auch in der zerstörungsfreien Materialprüfung anwendbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 ein Röntgengerät in schematisierter Ansicht und
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2 in einem Flussdiagramm die Anpassung einer Kollimatoreinstellung des Röntgengerätes nach 1.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Röntgengerät, nämlich C-Bogen-Röntgengerät, weist eine Röntgenquelle 2 sowie einen Detektor 3 auf, welche an einem C-Bogen 4 befestigt und zusammen mit diesem um eine Achse A drehbar sind. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Röntgengerätes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die Röntgenquelle 2 sendet Röntgenstrahlung aus, deren Strahlenmittelachse mit S bezeichnet ist und die ein auf einer Liege 5 platziertes Untersuchungsobjekt 6, insbesondere einen Patienten, durchdringt. Innerhalb des Untersuchungsobjektes 6 ist ein mit ROI (region of interest) bezeichneter Untersuchungsbereich röntgentechnisch zu untersuchen. In der Anordnung nach 1 fällt das mit I bezeichnete Isozentrum des Röntgengerätes 1 exakt mit der Mitte des Untersuchungsbereiches ROI sowie mit der Achse A zusammen.
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Zur Beeinflussung des Strahlengangs ist zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 6 ein Kollimator 7 angeordnet, welcher abweichend von der symbolisierten Darstellung in 1 auch in die Röntgenquelle 2 integriert sein kann. Der Kollimator 7 weist eine Anzahl verstellbarer Blenden 8 auf. Datentechnisch ist der Kollimator 7 ebenso wie der Detektor 3 mit einer Kollimatornachführeinrichtung 9 verbunden, welche analog zum Kollimator 7 nicht notwendigerweise als von der Röntgenquelle 2 getrennte Komponente des Röntgengerätes 1 ausgebildet ist.
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Im Folgenden werden Betriebsverfahren des Röntgengerätes 1 anhand der 1 und 2 näher erläutert:
Der erste Verfahrensschritt S1 kennzeichnet den Beginn des Verfahrens. Es wird davon ausgegangen, dass bei der gegebenen Einstellung des Kollimators 7 der Untersuchungsbereich ROI zunächst noch nicht mit dem Isozentrum I des Röntgengerätes 1 zusammenfällt.
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Im zweiten Verfahrensschritt S2 nimmt der C-Bogen 4 und mit diesem das die Röntgenquelle 2 und den Detektor 3 umfassende Aufnahmesystem eine bestimmte Winkelposition ein.
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In dieser Winkelposition wird im Schritt S3, welcher wesentliche Elemente des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert, eine Röntgenaufnahme erstellt und maschinell ausgewertet. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten, auf welche im Folgenden noch näher eingegangen werden wird.
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Auf Basis der Auswertung der im Schritt S3 erstellten Röntgenaufnahme wird im Schritt S4 eine Einstellung des Kollimators 8, insbesondere die Positionierung der Blenden 8, soweit erforderlich, korrigiert. Der C-Bogen 4 nimmt anschließend, wiederum im Schritt S2, eine neue, leicht geänderte Position ein. Die Schritte S2 bis S4 werden wiederholt, solange der C-Bogen 4 während der Aufnahme von Bilddaten verschwenkt wird. Damit wird die Einstellung des Kollimators 7, basierend auf mit dem Röntgengerät 1 aufgenommenen Bilddaten, permanent angepasst, um den Untersuchungsbereich ROI stets im Aufnahmebereich zu halten. Der Abschluss des Verfahrens bei Beendigung der Schwenkbewegung sowie der Datenaufnahme ist in 2 mit S5 bezeichnet.
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Die Bildauswertung im Schritt S3, welche Voraussetzung für die online-Anpassung der Kollimatoreinstellung im Schritt S4 ist, geschieht beispielsweise mit einer 2D-Bildauswertung nach dem oben beschriebenen ersten Ansatz.
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Nach diesem Ansatz wird zunächst ein Durchleuchtungsbild des Untersuchungsobjektes 6, zumindest des Untersuchungsbereiches ROI, aufgenommen. In der aufgenommenen zweidimensionalen Struktur wird ein Marker, bei welchem es sich um eine anatomische Struktur oder um einen beliebigen Gegenstand handeln kann, markiert. Weiterhin wird optional die Größe des Untersuchungsbereiches ROI angegeben.
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Mit der geeigneten Kollimatoreinstellung wird der Marker in einer neuen Aufnahme wieder identifiziert. Die neue Aufnahme wird mit der vorherigen Aufnahme verglichen, um eine eventuelle Bewegung der markierten Struktur zu detektieren. Die durch Bildauswertung festgestellte Bewegung, das heißt Verlagerung der untersuchten Struktur zwischen aufeinander folgenden Aufnahmen, wird als Information genutzt, um die Kollimatorposition und/oder -einstellung anzupassen.
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Nach dem oben beschriebenen zweiten Ansatz, der alternativ zum ersten Ansatz oder in Kombination mit diesem verfolgt werden kann, wird innerhalb des Untersuchungsobjektes 6 zunächst eine dreidimensionale Struktur in einem Untersuchungsvolumen (VOI), welches den Untersuchungsbereich ROI umfasst, definiert. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Lasso-Katheter oder eine durch drei Marker beschriebene Struktur handeln. Ausgelöst durch den Start der Akquisition, das heißt der Aufnahme von Bilddaten, erfolgt eine mitlaufende Tomosyntheserekonstruktion der Aufnahmebilder. Die zu Beginn definierte 3D-Struktur wird kontinuierlich in der Tomosyntheserekonstruktion aufgefunden, woraus das Untersuchungsvolumen abgeleitet wird. Die Lage des Untersuchungsbereiches ROI wird durch Vorwärtsprojektion des Untersuchungsvolumens bestimmt. Auf diese Weise wird, vergleichbar mit dem ersten Ansatz, die Kollimatorposition und/oder -größe kontinuierlich angepasst.
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Die mitlaufende Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den aufgenommenen Projektionsbildern gemäß dem zweiten Ansatz mit Lokalisation des Untersuchungsbereiches ROI in tomosyntheseartigen 3D-Volumina hat den besonderen Vorteil, dass auch Niedrigkontrastmarker wie Katheterspitzen oder Marker mit besonderer Struktur noch detektiert werden, welche in Projektionsbildern nicht oder nicht zuverlässig erkennbar sind. Eine Verbesserung der Aufnahmequalität im Laufe einer Datenaufnahme bei gleichzeitig zuverlässiger Erkennung des Untersuchungsbereiches ROI ist realisierbar, indem zunächst Projektionsbilder ohne oder nahezu ohne Kollimation aufgenommen werden, um den Untersuchungsbereich ROI sicher zu erfassen, und im weiteren Verlauf der Datenaufnahme, nachdem der Untersuchungsbereich ROI mit hoher Sicherheit detektiert ist, eine zunehmend stärkere Kollimation erfolgt.
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Gemäß dem bereits erwähnten dritten Ansatz der auf Bilddatenverarbeitung basierenden Kollimatoranpassung erfolgt eine Bewegungen des Untersuchungsobjektes 6 berücksichtigende Feinkorrektur der Kollimatoreinstellung auf Basis eines bereits bekannten zumindest groben Zusammenhangs zwischen geeigneter Einstellung des Kollimators 7 und Winkelposition des C-Bogens 4. Hierfür kommen insbesondere die folgenden zwei Varianten in Betracht:
Gemäß der ersten Variante wird zunächst in einem zuvor aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensatz ein Marker gesetzt. Anschließend startet die eigentliche Datenaufnahme, das heißt die röntgentechnische Erfassung von Strukturen im Untersuchungsbereich ROI. Direkt nach dem Beginn dieser Datenaufnahme, der Akquisition, erfolgt eine Vorwärtsprojektion des Untersuchungsvolumens zur Groblokalisation des Untersuchungsbereiches ROI. Im ersten aufgenommenen Bild wird die zuvor definierte, mit dem Marker gekennzeichnete Struktur typischerweise in der Nähe des Untersuchungsbereiches ROI durch Bildverarbeitung automatisch gefunden. Die Kollimatoreinstellung wird daraufhin automatisch angepasst.
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Anschließend wird das nächste Bild aufgenommen, in welchem wiederum die genannte Struktur identifiziert wird. Mit dieser Information wird die Bewegung der Struktur berechnet und die Kollimatoreinstellung entsprechend angepasst. Der Vorgang wird wiederholt, bis das letzte Bild aufgenommen ist. Mit Beendigung der Datenaufnahme ist somit auch der Prozess der zur Kollimatoranpassung durchgeführten Bilddatenverarbeitung beendet.
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Die zweite Variante beginnt wie die erste Variante mit dem Setzen eines Markers in einer 3D-Darstellung. Nach dem Start der Akquisition erfolgt in diesem Fall eine mitlaufende Tomosyntheserekonstruktion der Aufnahmebilder. Die Tomosyntheserekonstruktion dient zunächst der Groblokalisation der definierten, markierten Struktur sowie einer ersten Anpassung der Kollimatoreinstellungen. Im weiteren Verlauf der Akquisition wird die dreidimensionale, markierte Struktur kontinuierlich aufgefunden und das Untersuchungsvolumen abgeleitet. Die Lage des Untersuchungsbereiches ROI wird schließlich durch Vorwärtsprojektion des Untersuchungsvolumens bestimmt. Damit werden, ähnlich wie nach der ersten Variante, die Kollimatoreinstellungen bis zum Ende der Akquisition kontinuierlich angepasst.
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Beide Varianten sind beispielsweise anwendbar bei Untersuchungen von Lebertumoren, bei welchen die Atmung zwischen einer Erst- und einer Zweitaufnahme zu Änderungen, welche durch geeignete Kollimatoreinstellung zu korrigieren sind, führen können.
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Allgemein sind durch die beschriebenen, durch Bilddatenauswertung induzierten Änderungen von Kollimatoreinstellungen Korrekturen durchführbar, welche sicherstellen, dass ein Untersuchungsbereich ROI im Laufe einer Akquisition nicht aus einem kollimierten Bild herausläuft.
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Ein weiteres Beispiel einer möglichen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Kontrollaufnahmen, die nach der Implantation eines Stents, etwa nach drei Monaten, aufgenommen werden. Hierbei ist möglicherweise die genaue Position des Stents nicht bekannt. Der Stent kann jedoch in einem ersten Bild identifiziert und markiert werden, wobei die Markierung vorzugsweise in den Mittelpunkt des Stents gesetzt wird. Zusätzlich zu dieser Markierung des Stents wird durch den Benutzer, insbesondere Arzt, vor Beginn der 3D-Akquisition der Untersuchungsbereich ROI in einer Projektionsaufnahme markiert. Nachdem die Markierungen gesetzt sind, werden in der beschriebenen Weise unter permanenter Anpassung der Kollimatoreinstellung die 3D-Daten aufgenommen.
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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 Patentliteratur
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- DE 102009043422 A1 [0002, 0002]
- DE 102008061178 B4 [0003]
- DE 102007028902 B4 [0004]
