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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlendetektor zum Detektieren einer Strahlung, eine Aufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zum Abbilden eines Zielvolumens und zum Bestimmen eines Scanzentrums innerhalb des Zielvolumens.
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Viele Bildgebungssysteme haben gemein, dass sie Detektoren nutzen müssen, um Informationen zu registrieren, die sie in Bilder umwandeln. Bisher werden diese Detektoren ausschließlich als reine Bildgebungskomponente genutzt. Insbesondere bei Röntgenbildgebungssystemen nehmen sie grundsätzlich viel Fläche des Gesamtsystems ein und bieten Potenzial, diese Fläche auch für andere Zwecke zu nutzen.
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In der Radiografie werden Durchleuchtungen überwiegend mittels eines empfindlichen Filmmaterials erstellt, welches nach der Bestrahlung entwickelt werden muss. Digitale Detektoren etablieren sich nur langsam und vorwiegend in Krankenhäusern, nicht aber bei niedergelassenen Ärzten. Üblicherweise wird eine großflächige Kassette hinter dem Patienten in einer Halterung verankert, anschließend bestrahlt, entfernt und entwickelt. Die Diagnose findet erst nach Entwicklung des Films statt.
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Eine Anzeige von mittels eines Flachdetektors aufgenommenen Bildinformationen erfolgt üblicherweise auf externen Monitoren, die zumeist an einem Rollwagen befestigt sind. In dem Rollwagen befindet sich hierbei weitere Systemhardware. Weiterhin beherbergen Rollwagen oftmals auch Einheiten zur Bedienung des Gesamtsystems. Unter dem Gesichtspunkt, Operationssäle und Arbeitsbereiche im Allgemeinen übersichtlich und geräumig einzurichten, ist es erstrebenswert, auf den Rollwagen im Operationssaal verzichten zu können. Ein derartiges System mit einem externen Monitor ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2010 018 627 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Strahlendetektor und eine Aufnahmevorrichtung vorzuschlagen, die möglichst kompakt gebaut sind und in einem Arbeitsbereich wenig Platz einnehmen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Strahlendetektor nach Anspruch 1, einer Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 8 und einem Verfahren nach Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Strahlendetektor zum Detektieren einer Strahlung weist einen Grundkörper mit einer für die zu detektierende Strahlung empfindlichen ersten Oberfläche auf. Außerdem weist der Strahlendetektor eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Auf der ersten Oberfläche und bzw. oder direkt auf der zweiten Oberfläche ist eine Anzeigeeinheit angeordnet, die zum Anzeigen einer durch die detektierte Strahlung erzeugten Abbildung dient. Falls die Anzeigeeinheit auf der ersten Oberfläche aufgebracht ist, ist die Anzeigeeinheit für die zu detektierende Strahlung durchlässig.
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Durch Integration der Anzeigeeinheit in den Strahlendetektor kann auf zusätzliche Bauteile zur Anzeige der detektierten Abbildung verzichtet werden und der Strahlendetektor selbst sehr kompakt gebaut sein. Dadurch, dass die Anzeigeeinheit für die zu detektierende Strahlung durchlässig ist und dennoch die erzeugte Abbildung anzeigen kann, kann die Anzeigeeinheit selbst auf einer von der zu detektierenden Strahlung bestrahlten Seite angeordnet sein. Durch ein direktes Aufbringen der Anzeigeeinheit auf der zweiten Oberfläche, wodurch sie somit in unmittelbaren Kontakt mit der zweiten Oberfläche steht, kann ein Benutzer des Strahlendetektors auf eine der zu detektierenden Strahlung abgewandten Seite des Strahlendetektors die aufgenommene Abbildung einfach wahrnehmen, wobei die Anzeigeeinheit in diesem Fall nicht durchlässig für die detektierende Strahlung sein muss, aber natürlich sein kann. Durch das direkte Aufbringen der Anzeigeeinheit auf der ersten Oberfläche bzw. auf der zweiten Oberfläche, wird eine kompakte Bauform des gesamten Strahlendetektors ermöglicht. Die Anzeigeeinheit selbst weist eine flächig ausgedehnte Oberfläche auf, d. h., dass eine Länge und eine Breite der Anzeigeeinheit jeweils größer sind als eine Dicke. Hierdurch kann ein Großteil der Strahlung detektiert werden, während gleichzeitig eine Dicke gering gehalten wird. Die Anzeigeeinheit liegt flächig und fluchtend auf dem Strahlendetektor auf, d. h. sie bedeckt vorteilhafterweise die komplette Oberfläche des Strahlendetektors.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass nicht nur die erste Oberfläche für die zu detektierende Strahlung empfindlich ist, d. h. dass diese bei Auftreffen der Strahlung ein Messsignal detektieren kann, sondern dass auch die zweite Oberfläche zur Detektion dieser Strahlung in der Lage ist. Besonders vorzugsweise ist die Anzeigeeinheit, wenn sie auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, ebenfalls direkt auf dieser Oberfläche angeordnet. Falls die Anzeigeeinheit auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, kann sie für die zu detektierende Strahlung durchlässig sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Anzeigeeinheit eine Leuchtfolie aufweist, wobei die Leuchtfolie vorzugsweise eine organische Leuchtdiode (OLED) oder eine lichtemittierende elektrochemische Zelle (LEC) umfasst. Organische Leuchtdioden und elektrochemische Zellen können einfach und mit hoher Packungsdichte sowie Lichtausbeute in einer Leuchtfolie angeordnet sein.
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Durch die Verwendung einer Leuchtfolie wird eine dünne, bei der Verarbeitung jedoch gleichzeitig flexible Folie auf den Strahlendetektor aufgebracht. Eine Dicke des Strahlendetektors verbleibt somit praktisch unverändert, während eine Herstellung dennoch in einfacher und kastengünstiger Weise erfolgen kann.
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Typischerweise weist der Strahlendetektor eine Bedieneinheit auf. Diese Bedieneinheit ist derart angeordnet, dass die Anzeigeeinheit zwischen dem Grundkörper und der Bedieneinheit liegt. Alternativ kann die Bedieneinheit neben der Anzeigeeinheit an dem Grundkörper angeordnet sein. Durch die Bedieneinheit wird auf ein weiteres externes Gerät verzichtet und dieses stattdessen in den Strahlendetektor integriert. Durch die Integration von Anzeige- und Bedienelementen in den Detektor wird außerdem eine effektivere Nutzung einer Detektorfläche erreicht. Eine Ansteuerung des Anzeigeelements und eine Auswertung von Benutzereingaben über die Bedieneinheit können über eine separate Hardware erfolgen, die außerhalb eines Sensorarbeitsbereichs, also eines Arbeitsbereichs des Röntgendetektors, platziert sein kann.
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Die Anordnung neben der Anzeigeeinheit erlaubt immer noch eine kompakte Bauform des Strahlendetektors, wobei in diesem Fall bei einer Bedienung die Abbildung nicht verdeckt wird, wohingegen die Anordnung oberhalb des Grundkörpers und unterhalb der Anzeigeeinheit eine sehr platzsparende Anordnung verwirklicht, bei der jedoch bei einer Bedienung über die Bedieneinheit die auf der Anzeigeeinheit angezeigte Abbildung verdeckt wird. Vorzugsweise umfasst die Bedieneinheit eine Multi-Touch-Oberfläche. In diesem Fall kann auch vorgesehen sein, dass die Anzeigeeinheit und die Bedieneinheit miteinander kombiniert sind, also in einem einzelnen Bauteil verwirklicht sind. Das Multi-Touch-Display selbst arbeitet auf kapazitativer Basis oder mit Hilfe einer optischen Methode, vorzugsweise ”Frustrierter Interner Totalreflexion”. Die Anordnung der Bedieneinheit neben der Anzeigeeinheit beinhaltet typischerweise eine Anordnung seitlich an der Anzeigeeinheit. Die Bedienheit ist vorzugsweise ebenfalls durchlässig für die zu detektierende Strahlung und kann auch für eine von der Anzeigeeinheit ausgesandte optische Strahlung im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 800 nm durchlässig sein.
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Der Strahlendetektor kann als Flachdetektor ausgebildet sein. Unter einem Flachdetektor soll hierbei verstanden werden, dass eine Länge und eine Breite der zur Detektion verwendeten Oberfläche des Strahlendetektors deutlich größer als eine Dicke des Strahlendetektors sind. Vorzugsweise sind die Länge und bzw. oder die Breite mindestens doppelt so groß wie die Dicke des Detektors. Durch derartige Abmessungen wird ein kompakter Detektor realisiert.
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Die erste Oberfläche bzw. die zweite Oberfläche des Grundkörpers kann ausgebildet sein, eine ionisierende Strahlung zu detektieren. Typischerweise werden ionisierende Strahlen zum Untersuchen eines Innenlebens von abzubildenden Objekten verwendet. Vorzugsweise umfasst die ionisierende Strahlung eine Röntgenstrahlung, d. h. eine Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 nm bis 1 pm. Der Strahlendetektor ist somit ein Röntgendetektor und die Eigenschaft der Anzeigeeinheit, durchlässig für die zu detektierende Strahlung zu sein, bedeutet, dass die Anzeigeeinheit durchlässig für Röntgenstrahlung ist und diese erst auf den Grundkörper des Strahlendetektors zur Bildgebung absorbiert wird.
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Der Grundkörper sowie die Anzeigeeinheit können innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein, wobei das Gehäuse eine Öffnung für die Anzeigeeinheit und die erste Oberfläche des Strahlendetektors bzw., sofern vorgesehen, für die Bedieneinheit aufweist. Hierdurch wird eine mechanische Stabilität des Strahlendetektors durch das Gehäuse erhöht. Gleichzeitig kann durch die Öffnung in dem Gehäuse die zu detektierende Strahlung immer noch zuverlässig auf den Grundkörper und somit auf die strahlungssensitive Oberfläche des Grundkörpers geleitet werden. Das Gehäuse umfasst typischerweise ein Metall oder einen Kunststoff, vorzugsweise Aluminium, Eisen, Blei, Polyethylen, Polypropylen und bzw. oder Polyvinylchlorid. Es kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und die Anzeigeeinheit sowie die Bedieneinheit stets innerhalb des Gehäuses verbleiben, also insbesondere die Anzeigeeinheit sich mit ihrem gesamten Volumen stets innerhalb des Gehäuses befindet.
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Der Strahlendetektor kann als mobiles Gerät ausgestaltet sein und eine eigenständige Energieversorgung aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Energieversorgung über eine eingebaute Batterie, also eine Primärzelle, die nicht mehr aufgeladen werden kann, oder über einen ebenfalls eingebauten Akkumulator, der nach einem Entladen wieder geladen werden kann und somit eine Sekundärzelle ist. Hierdurch kann der Strahlendetektor zum Begutachten der aufgenommenen Bilder in eine für einen Benutzer angenehme Position gebracht werden und ortsungebunden verwendet werden.
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Eine Aufnahmevorrichtung zum Abbilden und zum Registrieren eines Zielvolumens umfasst den bereits beschriebenen Strahlendetektor, eine Strahlenquelle zum Aussenden von Strahlung sowie eine Recheneinheit zum Berechnen der Abbildung des Zielvolumens und zum Darstellen der Abbildung auf der Anzeigeeinheit. Die Recheneinheit verarbeitet hierbei auch Eingaben, die über die Bedieneinheit gemacht wurden, sofern die Bedieneinheit als Bauteil vorgesehen ist. Eine derartige Aufnahmevorrichtung wird typischerweise zur dreidimensionalen Bildgebung verwendet und kann beispielsweise an einem C-Bogen-Gerät angeordnet sein. Alternativ kann die Aufnahmevorrichtung auch frei zueinander bewegbare Strahlendetektoren und Strahlenquellen umfassen. Die Recheneinheit selbst kann an dem Strahlendetektor angeordnet sein, sie kann jedoch auch als eigenes Gerät ausgestaltet sein.
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Die Strahlenquelle und bzw. oder der Strahlendetektor sind typischerweise an jeweils einem beweglichen Arm befestigt. Dies erlaubt eine freie Positionierung der beiden Bauteile relativ zueinander. Vorzugsweise ist das abzubildende Objekt auf einer Halterung gelagert, wobei der Strahlendetektor durch den Arm vollständig unter die Halterung verfahrbar ist. Hierdurch kann der Strahlendetektor, sofern weder eine Abbildung auf der Anzeigeeinheit noch eine Detektion der Strahlung benötigt wird, in platzsparender Weise unter die Halterung verfahren werden. Der Arm, an dem die Strahlenquelle bzw. der Strahlendetektor gehalten sind, ist typischerweise ein Roboterarm mit mindestens drei Achsen, vorzugsweise mindestens vier Achsen, besonders vorzugsweise mit sechs Achsen, an dessen Ende die genannten Bauteile angebracht sind. Die Halterung hat zum zuverlässigen Halten des abzubildenden Objekts, das sich in dem Zielvolumen befindet, eine geschlossene Oberfläche und kann beispielsweise ein Tisch oder insbesondere ein Tisch in einem Operationssaal sein. Vorzugsweise ist die Oberfläche für die zu detektierende Strahlung durchlässig oder weist eine Aussparung für die zu detektierende Strahlung auf.
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Die beschriebene Vorrichtung kann, wie bereits beschrieben, einen C-Bogen umfassen, an dem der Strahlendetektor angeordnet ist. Vorzugsweise ist an diesem C-Bogen auch die Strahlenquelle angeordnet. Typischerweise sind die Strahlenquelle und der Strahlendetektor hierbei einander gegenüberliegend angeordnet und der C-Bogen kann um die beschriebene Halterung verfahren werden.
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Ein Verfahren zum Abbilden eines Zielvolumens und zum Bestimmen eines Scanzentrums innerhalb des Zielvolumens, umfasst mehrere Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Aufnehmen eines zu untersuchenden Objekts, das sich in dem Zielvolumen befindet, durch Aussenden von Strahlung von einer Strahlenquelle auf das zu untersuchendes Objekt. Diese Strahlung wird durch den bereits beschriebenen Strahlendetektor, der die Bedieneinheit und die Anzeigeeinheit umfasst, detektiert, wobei die Strahlenquelle und der Strahlendetektor in einer ersten Relativposition zueinander angeordnet sind. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Strahlenquelle und bzw. oder der Strahlendetektor in eine zweite Relativposition bewegt und das zu untersuchende Objekt erneut aufgenommen. Schließlich wird die aufgenommene Abbildung bzw. mehrere Abbildungen des Zielvolumens auf der Anzeigeeinheit dargestellte und durch die an dem Strahlendetektor angeordneten Bedieneinheit ein interessierender Bereich innerhalb des Zielvolumens ausgewählt und ein Scanzentrum bestimmt, das mittig in dem Zielvolumen liegt. Das Auswählen erfolgt hierbei durch einen Benutzer, wobei das Scanzentrum selbst ein Punkt ist, um den nachfolgend weitere Scans in nun genau definierten Aufnahmepositionen relativ zu diesem Scanzentrum erfolgen können.
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Typischerweise wird dieses Verfahren mit der bereits beschriebenen Aufnahmevorrichtung durchgeführt. Die Aufnahmevorrichtung selbst kann hierbei auch Sensoren zum Messen einer Bewegung der Strahlenquelle und bzw. oder des Strahlendetektors aufweisen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Bewegung des Strahlendetektors gemessen wird und eine inverse Bewegung des Strahlendetektors auf die Abbildung übertragen wird zum raumfesten Positionieren der Abbildung. Die Abbildung ist hierbei typischerweise ein Projektionsbild des zu untersuchenden Objekts. Die Messung kann über Bewegungssensoren am Strahlendetektor erfolgen. Durch die Übertragung der inversen Bewegung wird die tatsächliche Bewegung gerade ausgeglichen und die Abbildung raumfest positioniert.
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Der Strahlendetektor, die Aufnahmevorrichtung und das Verfahren, die zuvor beschrieben wurden, werden in der Medizin, insbesondere bei einer intraoperativen Bildgebung verwendet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den 1 bis 16 abgebildet sind.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Aufsicht auf einen Flachdetektor aus dem Stand der Technik;
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2 eine 1 entsprechende Aufsicht auf einen Flachdetektor mit aufgebrachter, für Röntgenstrahlung durchlässiger Anzeigeeinheit;
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3 eine 1 entsprechende Ansicht des Flachdetektors mit aufgebrachter Anzeige- und Bedieneinheit;
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4 einen Flachdetektor mit aufgebrachten röntgendurchlässiger Anzeigeeinheit und einer seitlichen Bedieneinheit;
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5 eine 1 entsprechende Ansicht eines Flachdetektors mit einem seitlichen Griff;
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6 eine 1 entsprechende Ansicht eines Flachdetektors mit Anzeigeelement und Gehäuse;
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7 eine frontale Ansicht eines C-Bogens mit einer Strahlenquelle und dem in den 1 bis 6 gezeigten Flachdetektor;
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8 das in 7 dargestellte Gerät in einer um 90° gegenüber der Ansicht der 7 gedrehten seitlichen Darstellung;
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9 eine 8 entsprechende Ansicht der Aufnahmevorrichtung mit einer gegenüber der in 8 dargestellten Vorrichtung um 90° ausgelenkten Orbitalachse des C-Bogens;
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10 Aufsicht auf die Aufnahmevorrichtung mit in verschiedenen Relativpositionen zueinander verfahrener Strahlenquelle und Strahlendetektor;
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11 den Strahlendetektor mit auf der Anzeigeeinheit dargestellter Projektionsabbildung;
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12 eine raumfeste Fixierung der in 11 dargestellten Projektionsabbildung bei Bewegen des Strahlendetektors;
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13 eine seitliche Ansicht eines OP-Tischs mit daran befestigtem Roboterarm, wobei der Roboterarm an einem Ende den Strahlendetektor trägt;
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14 eine um 90° gegenüber der in 13 gezeigten Ansicht gedrehte Ansicht des OP-Tischs mit Roboterarm und Strahlendetektor;
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15 eine 13 entsprechende Ansicht des OP-Tischs mit Roboterarm und Strahlendetektor, wobei die Anzeigeeinheit nun in Richtung des Betrachters weist; und
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16 eine um 90° gegenüber der in 15 dargestellten Ansicht gedrehte seitliche Ansicht des OP-Tischs mit Roboterarm und Strahlendetektor.
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Grundkörper eines konventionellen Flachdetektors 1 dargestellt. Der Grundkörper weist eine Länge auf, die gerade ihrem Wert nach einer Breite des Grundkörpers entspricht. Eine Grundform des Flachdetektors 1 ist somit quadratisch. Sowohl die Länge als auch die Breite des Grundkörpers sind deutlich größer als eine Dicke des Grundkörpers, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke gerade ein Zehntel der Länge bzw. der Breite des Grundkörpers. Der Grundkörper umfasst ein Cäsiumiodidsubstrat, der als Szintillator auftreffende Röntgenstrahlung in sichtbare Strahlung umwandelt, die durch eine Matrix von Photodioden in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
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Eine Oberseite des Flachdetektors 1 ist ausgebildet, ionisierende Strahlung in Form von Röntgenstrahlung, die auf die Oberseite auftrifft, zu detektieren und nachfolgend als Projektionsabbildung zu einer Anzeigeeinheit weiterzuleiten. Eine der die Oberseite bildenden ersten Oberfläche 2 gegenüberliegende zweite Oberfläche ist demgegenüber nicht sensitiv für die Röntgenstrahlung.
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In 2 ist in einer 1 entsprechenden Ansicht der in 1 dargestellte Flachdetektor 1 mit einer auf der ersten Oberfläche 2 aufgebrachten Anzeigeeinheit 3 dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anzeigeeinheit 3 ist eine Leuchtfolie, in die mehrere organische Leuchtdioden (OLED) eingebracht sind und die das elektrische Signal, das von den Photodioden kommt, als eine Abbildung darstellen können. Die auf die erste Oberfläche 2 auftreffende Röntgenstrahlung erzeugt eine Projektionsabbildung, die durch eine Recheneinheit ermittelt wird und auf der Anzeigeeinheit 3 darstellbar ist. Die Leuchtfolie der Anzeigeeinheit 3 ist röntgenstrahlendurchlässig, so dass die Röntgenstrahlung, ohne absorbiert zu werden, die Leuchtfolie durchlaufen und auf die erste Oberfläche 2 des Flachdetektors 1 auftreffen kann. Hierdurch kann eine effektivere Nutzung einer Detektorfläche durch Integration von Anzeige- und Bedienelementen in den Flachdetektor 1 erzielt werden. Die Ansteuerung der Anzeigeeinheit 3 und eine Auswertung von Benutzereingaben über eine Bedieneinheit können über eine separate Hardware erfolgen, die außerhalb des Sensorarbeitsbereichs platziert sein kann.
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Eine Bedieneinheit 4 ist in dem in 3 in einer 1 entsprechenden Ansicht dargestellten Flachdetektor 1 mit darauf angeordneter Anzeigeeinheit 3 aufgebracht. Die Bedieneinheit 4 ist unmittelbar auf der Anzeigeeinheit 3 befestigt und durchlässig für Strahlung im optischen Bereich, d. h. für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 800 nm, sowie für Röntgenstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 10 nm bis 1 pm, so dass auf der Anzeigeeinheit 3 angezeigte Projektionsabbildungen von der Bedieneinheit 4 nicht absorbiert werden. Unter strahlendurchlässig soll hierbei verstanden werden, dass maximal 10% der auftreffenden Strahlung absorbiert, gestreut oder reflektiert werden. Die Anzeigeeinheit 3 liegt somit zwischen der Bedieneinheit 4 und dem Flachdetektor 1. Die Abmessungen der Anzeigeeinheit 3 sowie der Bedieneinheit 4 entsprechen gerade den Abmessungen der ersten Oberfläche 2 des Flachdetektors 1, auf welcher sie fluchtend angeordnet sind. Die Bedieneinheit 4 umfasst eine Multi-Touch-Oberfläche, die über ein kapazitativ arbeitendes Verfahren mit kapazitativen Sensoren angesteuert werden kann, die auf lokale Änderungen der Kapazität durch einen Finger oder ein anderes Eingabegerät reagieren. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Anzeigeeinheit 3 und die Bedieneinheit 4 durch ein einzelnes einteilig ausgestaltetes Bauelement, beispielsweise einen Touchscreen, kombiniert vorliegen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Bedieneinheit 4 auch eine seitlich an dem Flachdetektor 1 angeordnete Tastatur, ein Trackball oder ein Touchpad sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine kapazitive oder induktive Bedienung, beispielsweise eine dreidimensionale Gestenerkennung, vorgesehen sein. Hierfür können um ein Aufnahmegebiet wie einen Sensor Metallfäden in der Anzeigeeinheit vorgesehen sein, deren Kapazität sich bei Annähern oder Berühren eines Fingers ändert und die somit kapazitiv ausgewertet werden können.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch auf einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des Flachdetektors 1 eine weitere Anzeigeeinheit angeordnet sein, die typischerweise ebenfalls durchlässig für die zu detektierende Röntgenstrahlung ist. Außerdem kann auch die zweite Oberfläche sensitiv für die Röntgenstrahlung sein. Den Flachdetektor 1 mit zwei Anzeigeeinheiten auf verschiedenen Seiten auszustatten ist insbesondere bei einer Montage an einem C-Bogen vorteilhaft, da durch eine C-förmige Bewegung des C-Bogens um ein abzubildendes Isozentrum stets eine der beiden Anzeigeeinheiten sichtbar ist. Ebenso kann in weiteren Ausführungsbeispielen die Anzeigeeinheit 3 auch nicht direkt auf der zweiten Oberfläche angeordnet sein, insbesondere, wenn die Anzeigeeinheit 3 sowohl auf der ersten Oberfläche 2 als auch auf der zweiten Oberfläche aufgebracht ist.
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4 zeigt in einer 1 entsprechenden Ansicht den Flachdetektor 1 mit der darauf aufgebrachten röntgendurchlässigen Anzeigeeinheit 3 sowie einer seitlich montierten Schnittstelle 5 zur berührungslosen Gestenerkennung. Die Schnittstelle 5 umfasst hierzu eine Kamera, die Gesten eines Benutzers des Strahlendetektors 1 erfasst und aufbauend auf diesen Gesten bestimmte Funktionen ausführt.
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Der Flachdetektor 1 kann auch, wie in 5 in einer 1 entsprechenden perspektivischen Ansicht gezeigt, einen seitlichen Griff 6 aufweisen, der an einem Grundkörper des Flachdetektors 1 angeordnet ist. Auf der ersten Oberfläche 2 des Flachdetektors 1 ist wiederum die Anzeigeeinheit 3 aufgebracht. Der Griff 6 dient einem einfachen Transport des Flachdetektors 1 durch einen Benutzer. Dies ermöglicht ein mobiles und einfaches Begutachten. Zum vereinfachten mobilen Benutzen des Flachdetektors 1 weist dieser eine eingebaute Batterie zur Energieversorgung auf. Ferner umfasst der Flachdetektor 1 eine eingebaute Kommunikationseinheit mit Antenne, mit der der Flachdetektor 1 zur Übermittlung von Bilddaten von der Recheneinheit mit dieser in drahtloser Verbindung steht.
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In 6 ist in einer 1 entsprechenden Ansicht der Flachdetektor 1 dargestellt, bei dem die röntgenstrahlenundurchlässige Anzeigeeinheit 3 in direktem Kontakt mit dem Grundkörper auf der der strahlungsempfindlichen Oberfläche 2 gegenüberliegenden Oberfläche angebracht ist. Die strahlungsempfindliche erste Oberfläche 2 liegt in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einem Betrachter gerade abgewandt. Die Anzeigeeinheit 3 bzw. die Bedieneinheit 4 sind in einem Gehäuse 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 umschließt die Anzeigeeinheit 3 und weist eine Öffnung 8 auf, durch die eine Anzeige betrachtet werden kann. Ebenso weist das Gehäuse 7 eine weitere Öffnung auf einer Unterseite auf, durch die Röntgenstrahlung auf die erste Oberfläche 2 gelangen kann. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 7 auch den Flachdetektor 1 umschließen. Das Gehäuse 7 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium und schützt sowohl den Grundkörper als auch die Anzeigeeinheit 3 vor mechanischer Beschädigung. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse auch aus anderen Materialien, beispielsweise Kunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen bzw. anderen Metallen bestehen oder diese zumindest umfassen. Die Aufnahmeeinheit 3 kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch auf der ersten Oberfläche 2 angeordnet sein und alternativ oder zusätzlich die Bedieneinheit 4 an dem Flachdetektor 1 angebracht sein.
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7 zeigt in einer seitlichen Ansicht einen OP-Tisch 9, der durch einen Tischfuß 10 mit einem Boden 11 eines Operationssaals in Kontakt steht. Eine Aufnahmevorrichtung 12 ist an einem rechten Ende des OP-Tischs 9 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 12 umfasst eine Strahlenquelle 13 sowie den bereits beschriebenen Flachdetektor 1. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Strahlenquelle 13 unterhalb des OP-Tischs 9, während der Strahlendetektor 1 der Strahlenquelle 13 gegenüberliegend oberhalb des OP-Tischs 9 angeordnet ist. Die Strahlenquelle 13 sendet ein kegelstrahlförmiges Bündel von Röntgenstrahlen aus, von denen nur ein mittig innerhalb dieses Bündels verlaufende Zentralstrahl 19 in 7 dargestellt ist. Die Strahlenquelle 13 und der Strahlendetektor 1 sind an einem C-Bogen 14 befestigt, der ebenfalls Teil der Aufnahmevorrichtung 12 ist und in 7 in frontaler Ansicht dargestellt ist. Die Aufnahmevorrichtung 12 kann über Rollen 15 auf dem Boden 11 des Operationssaals bewegt werden.
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Die Aufnahmevorrichtung 12 ist ausgebildet, dreidimensionale Abbildungen aus den erzielten Projektionsabbildungen zu erzeugen und weist hierfür eine Recheneinheit 16 auf, die an der Aufnahmevorrichtung 12 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Recheneinheit 16 auch räumlich separiert von der Aufnahmevorrichtung 12 sein. Vor jedem 3D-Scan eines beliebigen 3D-Bildgebungssystems, insbesondere auch bei bisher verbreiteten 3D-C-Bögen, muss ein Scanzentrum neu festgelegt werden. Je besser das System zum Scanzentrum ausgerichtet ist, desto höher ist die Genauigkeit der späteren Scanzentrumsrekonstruktion. Für die Ausrichtung verfährt man das Bildgebungssystem in zwei orthogonale Stellungen parallel zu einem Patienten. Eine erste dieser Stellungen ist in 7 dargestellt. Die Bildgebungskomponenten, d. h. die Strahlenquelle 13 und der Flachdetektor 1 werden in beiden Ebenen so lange verschoben, bis die Röntgendurchleuchtung das zu scannende Volumen nahezu mittig abbildet.
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In 8 ist in einer um 90° gegenüber der in 7 dargestellten Ansicht die Aufnahmevorrichtung 12 mit dem C-Bogen 14 sowie dem Strahlendetektor 1 und der Strahlenquelle 13 dargestellt. Üblicherweise werden für die Ausrichtung die zwei Stellungen anterior-posterior (wie in 8 dargestellt ”von oben”) und die in 9 dargestellte laterale (”seitlich”) Stellung genommen.
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9 zeigt dementsprechend in gleicher Perspektive wie 8 die Aufnahmevorrichtung 12, bei der der C-Bogen 14 und somit auch die daran befestigte Strahlenquelle 13 und der Flachdetektor 1 um 90° in eine laterale Stellung verfahren wurden. Gegenüber dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nun eine Orbitalachse des C-Bogens 14 um 90° ausgelenkt. Die Orbitalachse ist hierbei die Drehachse der Orbitalbewegung, verläuft mittig zwischen der Strahlenquelle 13 und dem Strahlendetektor 1 und steht senkrecht auf einer Verbindungslinie zwischen der Strahlenquelle 13 und dem Strahlendetektor 1. Bei der Ausrichtung werden somit zuerst zwei Achsen aus der Vogelperspektive ausgerichtet, um anschließend in der lateralen Stellung die Höhe auszurichten. Dabei werden die Röntgendurchleuchtungen auf einem separaten Monitor angezeigt oder, wie in den 7 bis 9 dargestellt, auf dem Flachdetektor 1 mit integrierter Aufnahmeeinheit 3. Eine Ausrichtung mit konventionellen Strahlendetektoren ohne die Anzeigeeinheit 3 erfordert von dem Chirurgen als Benutzer der Aufnahmevorrichtung 12 einige Erfahrung von der Anzeige auf die tatsächliche Lage der Projektion rückzuschließen und das komplette System korrekt auszurichten. Durch die Kombination des Flachdetektors 1 mit der Anzeigeeinheit 3 dient der Flachdetektor 1 nicht mehr nur der reinen Bildaufnahme, sondern einer manipulierbaren Bildwiedergabe.
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10 zeigt in einer seitlichen Ansicht die Strahlenquelle 13 und den Flachdetektor 1, die nun nicht in ihrer Position starr durch den C-Bogen 14 miteinander gekoppelt sind, sondern jeweils an einem frei beweglichen Arm befestigt sind. Die Strahlenquelle 13 befindet sich hierzu an einem Roboterarm 17 mit drei Achsen angeordnet. Durch unabhängige Kinematiken der Strahlenquelle 13 und des Flachdetektor 1 ist man bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Konzeption des Ausrichtungsverfahrens flexibler: man kann den Flachdetektor 1 um die Strahlenquelle 13 so an zwei lateral schräge Stellungen verfahren, dass eine Räntgenprojektion das zu scannende Volumen vollständig, aber nicht zwangsläufig mittig abbildet. Die beiden Stellungen sind in 10 eingezeichnet, wobei ein Scanzentrum 18 gerade einem Schnittpunkt der in den beiden Stellungen emittierten Zentralstrahlen 19 entspricht.
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Der Chirurg kann über die Bedieneinheit 4 des Flachdetektors 1 sein Zielvolumen, welches auch als ”Region of Interest (ROI)” bezeichnet wird, jeweils auf der angezeigten Projektion markieren. Das Zielvolumen kann hierbei bestimmte Körperbereiche wie einzelne Organe oder bestimmte Knochen umfassen und ist ein vorgegebener Raumbereich, der abgebildet werden soll. Einfache Strahlengeometrie ermöglicht die Berechnung des Scanzentrums 18. Eine Ausrichtung des Systems, bis die Projektion das Zielvolumen mittig zeigt, entfällt somit. Weiterhin können die lateralen Durchleuchtungen insbesondere so angefertigt werden, dass ausschließlich der auf dem OP-Tisch 9 liegende Patient durchleuchtet wird und nicht zusätzlich der OP-Tisch 9, Dies kann bei Systemen mit einer Leistungsregelung der Strahlenquelle 13 eine Reduktion der den Patienten belastenden Strahlendosis bewirken.
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Voraussetzung ist jedoch – wie bei allen 3D-Röntgenbildgebungssystemen eine vorherige grobe Ausrichtung, damit der Flachdetektor 1 das Zielvolumen überhaupt abbildet. In 11 ist in einer perspektivischen Aufsicht der hinter dem OP-Tisch 9 angeordnete Flachdetektor 1 mit einer der Strahlenquelle 13 zugewandten ersten Oberfläche 2 abgebildet. Auf der ersten Oberfläche 2 befindet sich die Aufnahmeeinheit 3, auf der die Projektionsabbildung des zu untersuchenden Objekts zu sehen ist.
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12 zeigt ebenfalls den Flachdetektor 1 in einer 11 entsprechenden Ansicht hinter dem OP-Tisch 9. Der Flachdetektor 1 wird gegenüber dem in 11 dargestellten Zustand nun jedoch nach links bewegt. Die Bewegung des Flachdetektors 1 wird durch Sensoren gemessen und verfolgt, beispielsweise durch eine Auswertung einer kinematischen Kette, Navigation oder einen Beschleunigungssensor, und eine inverse Bewegung wird auf das Projektionsbild übertragen. Hierdurch bleibt das Projektionsbild auf der Aufnahmeeinheit 3 im Raum fixiert Der Flachdetektor 1 kann nun so intuitiv bewegt werden, dass sich das im Raum fixe, unvollständige Projektionsbild an die gewünschte Position innerhalb des Detektors verschiebt. Dies bedeutet allerdings auch, dass ein bestimmter Teil 20 der Projektionsabbildung bei Verschieben des Flachdetektors 1 nicht zu sehen ist und nur als virtuelle Abbildung existiert.
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Mit 3D-C-Bögen 14, die, wie in den 7 bis 9 dargestellt, anstelle eines gewöhnlichen Bilddetektors den Flachbilddetektor 1 mit Anzeige- und Bedienfunktionalität verbaut haben, kann innerhalb des Verfahrens zur Ausrichtung zum Scanzentrum 18 ebenfalls darauf verzichtet werden, das Zielvolumen mittig abbilden zu müssen.
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Im ersten Schritt wird eine Röntgendurchleuchtung aus einer anterior-posterior-Stellung aufgenommen werden, die das Zielvolumen abbildet. Anschließend kann der C-Bogen 14 in laterale Stellung verfahren werden und auf der immer noch auf dem Flachdetektor 1 angezeigten anterior-posterior-Durchleuchtung das Zielvolumen markiert werden. Nun kann eine Durchleuchtung aus lateraler Stellung aufgenommen werden und in dieser ebenfalls das Zielvolumen markiert werden. Das Scanzentrum 18 kann mithilfe einfacher Strahlengeometrie ermittelt werden. Bei diesem Verfahren entfällt die zeitaufwendige genaue Positionierung des C-Bogens 14.
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13 zeigt in einer 7 entsprechenden seitlichen Ansicht den OP-Tisch 9, wobei an dem Tischfuß 10 nun ein dreiachsiger Roboterarm 21 befestigt ist, an dessen Ende der Flachdetektor 1 angeordnet ist. In dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Roboterarm 21 und der Flachdetektor 1 derart verfahren, dass der Flachdetektor 1 neben dem OP-Tisch 9 in gleicher Höhe mit dem OP-Tisch 9 angeordnet ist. Der Flachdetektor 1 umfasst wiederum die Anzeigeeinheit 3, die jedoch in 13 auf der dem OP-Tisch 9 zugewandten Seite des Flachdetektors 1 angeordnet ist.
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Mit dem Flachdetektor 1, auf dessen Oberseite die Anzeigeeinheit 3 und die Bedieneinheit 4 befestigt sind, ist ein neues Bedienkonzept für offene 3D-Röntgenscanner realisierbar. Die Kinematik des Flachdetektors 1 kann – wenn eine Eingabe des Chirurgen oder eines Operateurs erwartet wird – so unter dem OP-Tisch 9 verfahren, dass der Operateur es als Eingabegerät nutzen kann. Die Bedieneinheit 4 weist dann in Richtung des OP-Tisches 9 und ist dem Boden 11 gerade abgewandt.
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Die Anzeigeeigenschaft des neuen Flachdetektors 1 ist – im Gegensatz zur Eingabeeigenschaft – jederzeit verfügbar. Während einer Röntgenaufnahme ist eine Eingabe technisch nicht möglich, da der Flachdetektor 1 unterhalb des OP-Tisches 9 verfährt, aber auch nicht erwünscht, da Röntgenstrahlung auf den Flachdetektor 1 trifft.
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In 14 ist in einer gegenüber 13 um 90° gedrehten Darstellung der OP-Tisch 9 mit dem Roboterarm 21 und dem Flachdetektor 1 dargestellt. Die Strahlenquelle 13 befindet sich dem Flachdetektor 1 gegenüber und ist rechts des OP-Tischs 9 angeordnet, während der Flachdetektor 1 auf der linken Seite des OP-Tisches 9 liegt.
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Die Anzeige der Bilddaten auf externen Monitoren kann mit dem vorgestellten Bedienkonzept entfallen und somit helfen, den Operationssaal übersichtlicher zu gestalten. Weiterhin kann durch die Multi-Touch-Bedienung oder die dargestellte Schnittstelle 5 für eine berührungslose Bedienung die Navigation bei medizinischen Bilddaten vereinfacht werden. Insbesondere kann eine intraoperationelle Bildgebung einfacher erfolgen. Bekannte und etablierte Gesten aus der Bedienung von Smartphones können für die Schnittstelle 5 adaptiert werden und erleichtern dem Chirurgen den Umgang mit der Aufnahmevorrichtung 12 wesentlich.
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In 15 ist in einer 13 entsprechenden Ansicht der OP-Tisch 9 mit dem Roboterarm 21 und dem Flachdetektor 1 dargestellt, wobei die Anzeigeeinheit 3 nun in Richtung des Betrachters weist und somit dem OP-Tisch 9 abgewandt ist.
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16 zeigt in einer 14 entsprechenden Ansicht die in 15 dargestellte Anordnung. Die Anzeigeeinheit 3 ist von dem OP-Tisch 9 weg gerichtet, während die erste Oberfläche 2, auf der die Röntgenstrahlung auftrifft, dem OP-Tisch 9 zugewandt ist.
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Der Flachdetektor 1 kann auch beweglich, das heißt losgelöst von dem Roboterarm 21, ausgestaltet sein. Der mobile Flachdetektor 1 mit integrierter Anzeigeeinheit 3 ermöglicht die Adaptierung des für Mediziner intuitiven Arbeitsablaufs zur chemischen Erstellung einer Durchleuchtung. In dem adaptierten Verfahren würde die Filmentwicklungszeit komplett eingespart und der Mediziner sähe sofort nach der Bestrahlung wo und wie der Patient durchleuchtet wurde. Ein Detektor mit zusätzlich integrierter Bedieneinheit 4 kann ferner eine Funktionalität anbieten, die Anzeige des aufgenommenen Röntgenbilds zu manipulieren, z. B. durch Zoomen oder darstellungsverbessernde Effekte.
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Zur Detektion von Röntgenstrahlung ist auch eine Miniaturvariante des Flachdetektors 1 mit rückseitig angebrachter Anzeigeeinheit 3 möglich. Der Flachdetektor 1 kann in diesem Fall die Bedieneinheit 4 aufweisen, muss dies jedoch nicht. Auf der Anzeigeeinheit 3 kann eine farblich kodierte Ausgabe in Abhängigkeit der registrierten Strahlung erfolgen. Derartige miniaturisierte Flachdetektoren 1 könnten z. B. zur Untersuchung von Streustrahlung neuer Geräte oder zur visuellen Strahlungsüberwachung eingesetzt werden.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010018627 A1 [0004]
