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Vorrichtung und Verfahren zur gestengesteuerten Einstellung von Einstellgrößen an einer Röntgenquelle
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Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung und Verfahren zur gestengesteuerten Einstellung von einer oder mehreren Einstellgrößen an einer Röntgenquelle einer bildgebenden Einrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung liegt vorwiegend auf den Gebieten der Medizintechnik und der medizinischen Informatik. Es sind auch andere Anwendungen wie z.B. in der Industrie denkbar. So könnte die Erfindung gegebenenfalls auch in der Materialprüfung oder Gepäckkontrolle oder allgemein in der Gerätebedienung eingesetzt werden.
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Ein Anwendungsgebiet liegt auf dem Gebiet der Radiologie, bei dem üblicherweise computergestützte RIS-(Abkürzung für die englische Bezeichnung "Radiology Information System"), HIS (engl. Hospital Information System), KIS (Krankenhausinformationssystem) und PACS-(Abkürzung für die englische Bezeichnung "Picture Archiving and Communication System")Systeme zum Einsatz kommen. Die Radiologie basiert auf einer Bildakquisition an unterschiedlichen Modalitäten bzw. medizinischen bildgebenden Geräten, wie z. B. einem Computertomograph (CT), einem Magnetresonanztomograph (MRT), einem Positronenemissionstomograph (PET), einem Röntgengerät (X-Ray), oder einem Ultraschallgerät (US). Die genannten radiologischen Untersuchungsgeräte stellen den Bilddatensatz bereit. Bei dem Bilddatensatz handelt es sich in der Regel um einen Bildvolumendatensatz, welcher ein Volumenbild enthält, oder um einen Bildseriendatensatz, welcher eine Serie von Bildern enthält.
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Im Umfeld medizinischer Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtungen wie z.B. Röntgen- bzw. C-Bogen-Geräten kann es aus verschiedenen Gründen vorgesehen sein, die Position des Patienten und/oder anderer Objekte, insbesondere die räumlichen das Behandlungs- und/oder Untersuchungsgebiet des Patienten, wenigstens teilweise und/oder wenigstens genähert zu bestimmen.
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Bei Röntgengeräten ist die Verwendung einer Laserprojektion möglich. Zur visuellen Überprüfung eines Behandlungs- bzw. Untersuchungsbereichs in der Radiologie wird konventionell eine Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser verwendet, der Lasermarkierungen auf den Patient projiziert, die mittels einer Bildaufnahme verifiziert werden.
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Zur Einstellung des zu bestrahlenden Untersuchungsbereichs bei Röntgenuntersuchungen dient gewöhnlich eine Blende, die unmittelbar an der Röhre angebracht wird. Mit integrierten, verschiebbaren Bleilamellen kann die Einblendung verändert werden, damit nur die tatsächlich interessierenden Bereiche bestrahlt werden und auch die Streustrahlung minimiert werden kann. Zur Visualisierung dieser Einblendung dient eine Lichtquelle, deren Licht über einen Spiegel so umgeleitet wird, dass das sichtbare Licht dem Verlauf des Strahlengangs entspricht und auf dem Patienten darstellt, wo bei der Aufnahme unsichtbare Röntgenstrahlung auftreffen wird.
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Noch vor der eigentlichen Bestrahlung schaltet der Anwender also die Lichtquelle z.B. mit einem Knopf an der Blende an, und dreht so lange an den Drehknöpfen, bis die Bleilamellen den gewünschten Untersuchungsbereich einblenden. Damit die eingebaute Leuchte nicht ständig angeschaltet bleibt, kann eine automatische, zeitgesteuerte Abschaltung vorgesehen sein. Es kann also vorkommen, dass die Einblendung abgeschaltet wird, noch während der Anwender am System Einstellungen vornehmen möchte, und sie daher erneut angeschaltet werden muss.
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Um bei Röntgenaufnahmen zudem die richtige Belichtungszeit für eine optimale Bildqualität bei gleichzeitig geringer Strahlenbelastung zu ermöglichen, sind im Detektor Messkammern eingebaut. Diese messen die Strahlung hinter dem durchleuchteten Patienten und schalten den Generator automatisch ab, sobald der nötige Belichtungswert erreicht ist.
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In der Regel ist bei heutigen Detektoren der Bereich, an dem die Messkammern liegen („Messfeld“), bezüglich Größe und Position fest definiert, der Anwender kann lediglich zwischen vorgegebenen Messfeldern wählen. Dieser Aufbau ist wenig flexibel, da diese Messfelder für unterschiedliche Aufnahmearten mit verschiedenen Patienten eingesetzt werden müssen. Eine Knochenuntersuchung bei einem erwachsenen Patienten erfordert normalerweise andere Untersuchungsparameter als eine Lungenuntersuchung bei einem Neugeborenen. Diesen unterschiedlichen Anforderungen werden die heute verwendeten Detektoren und Messkammern nur bedingt gerecht.
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Es stehen feste Messfelder an den Geräten zur Verfügung, deren Position nicht beliebig verändert werden kann. Stattdessen muss der gesamte Detektor so genau positioniert werden, dass der interessierende Bereich des Patienten vor dem Messfeld liegt und damit bestmöglich belichtet wird.
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DARSTELLUNG DER ERFINUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technologie für ein bildgebendes Röntgengerät zu entwickeln.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Die Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zur gestengesteuerten Einstellung von ein oder mehreren Einstellgrößen z.B. Untersuchungsparametern an einer Röntgenquelle aufweisend:
- – Zumindest eine Erkennungseinheit zur anatomischen Erkennung eines zu einer Gestensteuerung geeigneten Körperteils,
- – Zumindest eine Gestenerfassungseinheit zur Erfassung wenigstens einer Geste eines von der Erkennungseinheit erkannten Körperteils,
- – Zumindest eine Lichtquelle zur Anzeige der Einstellgrößen als Rückmeldung für eine die Geste ausführende Person,
- – wobei die Einstellgrößen voreingestellt und/oder mittels der wenigstens einen erfassten Geste eingestellt worden sind.
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Dabei können die Einstellgrößen automatisch an das erkannte zu untersuchende Objekt angepasst und/oder mit Hilfe der Lichtquelle an diesem vorzugsweise optisch angezeigt werden. Die Einstellgrößen können ein Signal zur Aktivierung/Deaktivierung einer Lichtquelle umfassen. Sie können auch Blenden-, Belichtungseinstellungen repräsentieren. Sie können auch Parameter zur Einstellung eines Strahlungsmessfeldes bzw. das Anzeigen, Formen und Positionieren eines solchen Messfeldes bzw. andere Untersuchungsparameter umfassen. Die Rückmeldung kann nicht nur ein reines Anzeigen solcher Einstellgrößen sein. Sie kann auch Einblendungen bzw. Ausblendungen bzw. ein Aktivierung bzw. Deaktivieren als Reaktion auf die eine oder mehrere erfaßte Gesten umfassen.
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Die Erkennungseinheit kann als eine Tiefenkamera ausgebildet sein. Die Erkennungseinheit kann so ausgebildet sein, dass sie ein zu untersuchendes Objekt anatomisch erkennt. Die Erkennungseinheit und die Gestenerfassungseinheit können in einer Einheit vereint sein.
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Das zu erkennende Körperteil kann eine Hand oder auch nur Finger bzw. ein Arm sein. Als Geste können Freihandgesten, Armgesten, Kopfgesten bzw. Augenbewegungen und touchpadähnliche Gesten eingesetzt werden. Als Lichtquelle sind ein Beamer bzw. ein Projektor denkbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur gestengesteuerten Einstellung von ein oder mehreren Einstellgrößen an einer Röntgenquelle aufweisend folgende Schritte:
- – anatomische Erkennung eines zu einer Gestensteuerung geeigneten Körperteils,
- – Erfassung wenigstens einer Geste eines erkannten Körperteils,
- – Projektion der Einstellgrößen zur Anzeige derselben als Rückmeldung für eine die Geste ausführende Person,
- – wobei die Einstellgrößen voreingestellt und/oder mittels der wenigstens einen erfassten Geste eingestellt worden sind.
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Die Weiterbildungen zur Vorrichtung gelten für das Verfahren entsprechend.
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Mit Hilfe der Erfindung kann der Anwender sich einen der Arbeitsschritte zur Eingabe der Untersuchungsregion sparen, da automatisch erkannt wird, wenn eine gestenbasierte Eingabe vorgenommen werden soll, und entsprechend mit dem Anschalten der Lichtquelle reagiert.
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Auf diese Weise kann der Anwender während der Vorbereitung der Untersuchung direkt neben dem Patienten stehen bleiben, um ihn zum Beispiel zu stützen oder richtig zu positionieren, und kann alle notwendigen Schritte in Patientennähe durchführen. Er muss dann nicht zur Blende gehen, um dort die Einblendung einzugeben.
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Des Weiteren können weitere Arbeitsschritte – das Zentrieren der Röhre über dem Detektor, sowie das Einstellen der Einblendung – zusammengefasst werden. Auf diese Weise wird der Arbeitsablauf beschleunigt und für den Anwender einfacher, da eine optimale Positionierung automatisch vorgenommen wird.
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Mit dem Einbau eines Projektors können vielfältige Interaktionsmöglichkeiten angeboten werden, die der Anwender in Patientennähe ausführen kann.
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Der Anwender kann sogar im direkten, auch physischen Kontakt mit dem Patienten stehen (zum Beispiel zur Abtastung der Wirbelsäule), um zugleich das angesprochene Messfeld positionieren zu können. Mit der optimierten Möglichkeit das Messfeld einzurichten, können Bilder erzielt werden, die gut belichtet sind, und daher zu einer sicheren Befundung beitragen. Dabei ist die Interaktion mit dem System intuitiv und leicht zu erlernen. Die Einblendung reagiert in Echtzeit auf die Eingabegesten des Anwenders, sodass ein sicherer Umgang gewährleistet ist.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Ausgestaltung der Erfindung, die ein automatisches Ein- und Ausschalten der Lichteinblendung an einer Röntgenröhre erlaubt,
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2 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine gestengesteuerte Eingabe des Untersuchungsbereichs ermöglicht wird,
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3 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine anwendbare Funktionen und Untersuchungsparameter direkt am Patienten eingeblendet und ausgewählt werden können,
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4 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Einblendung durch eine Lichtquelle, insbesondere durch eine Lichtquelle LQ, verschiebbar ist,
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5 eine Ausgestaltung einer Gestenerfassungseinheit,
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6, mit Stand der Technik gekennzeichnet, (Strahlungs-)Messfelder an einem gewöhnlichen Detektor zur Erfassung von Röntgenstrahlen,
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7 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei das Messfeld durch eine Geste angepasst werden kann und
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8 einen beispielhaften Aufbau eines medizinischen bildgebenden Geräts, bei dem ein Messfeld direkt am Patienten eingeblendet
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Die 1 zeigt beispielhaft den Aufbau einer medizinischen bildgebenden Einrichtung bzw. Geräts, z.B. ein Röntgengerät. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Ein solches Gerät verfügt über zumindest eine Röntgenröhre bzw. Röntgenstrahlungsquelle RQ mit einem gegenüberliegenden Detektor D, wobei Röntgenquelle und Detektor so angeordnet sind, dass zwischen beiden ein mit Röntgenstrahlung zu durchdringender Patient P gelagert bzw. gestellt werden kann. Eine von der Röntgenquelle erzeugte Röntgenstrahlung durchdringt den Patienten P durchdringt und nach deren Durchdringung an einem Detektor erfasst wird.
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Das Gerät kann des Weiteren in der Zeichnung nicht gezeigte Mittel aufweisen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
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Zur Steuerung des Geräts dient häufig eine nicht dargestellte Recheneinheit. Die Steuerung selbst und die Auslesung von Detektorausgangsdaten geschehen über eine mit der Recheneinheit verbundenen Steuer- und Datenleitung. An der Recheneinheit ist eine Bedienvorrichtung TP z.B. ein Touchscreen bzw. -panel oder eine Touchtastatur für einen Anwender vorgesehen.
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Die 2 deutet des Weiteren ein Untersuchungs- bzw. Behandlungsgebiet OG eines Patienten an. Der Patient P wird in der Regel mit einer sterilen Abdeckung A abgedeckt.
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Des Weiteren wird kann am Gerät vorzugsweise röntgenquellen-seitig eine oder mehrere optische Erfassungseinheiten E z.B. in Form einer Kamera angebracht sein. Im Ausführungsbeispiel sind Funktionen einer Erkennungseinheit z.B. eine räumliche Tiefe erkennende Kamera zur anatomischen Erkennung eines zu einer Gestensteuerung geeigneten Körperteils z.B. einer Hand H und Funktionen einer Gestenerfassungseinheit in einer optischen Erfassungseinheit vereint. Es ist auch möglich, getrennte Einheiten für die beiden genannten Funktionen nahe der Röntgenquelle RQ anzubringen.
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1 zeigt, wie z.B. eine Hand H erkannt wird, die ein automatisches Ein- und Ausschalten der Lichteinblendung durch eine Lichtquelle LQ an einer Röntgenquell RQ erlaubt. Sobald eine Hand unter der Blende erkannt wird, wird automatisch das Licht für die Einblendung ein- bzw. ausgeschaltet. Dazu ist in der Blende eine Erfassungseinheit z.B. eine (Tiefen-)Kamera eingebaut, die in Richtung des Strahlengangs kontinuierlich den Raum überwacht. Alle Objekte, die sich im Kamerablickfeld aufhalten, werden auf ihre Ähnlichkeit mit der Anatomie einer Hand hin geprüft. Wird eine Hand H unter der Blende detektiert, so wird auch die Absicht des Anwenders A, die Einblendung zu verändern, zugrunde gelegt und automatisch die Lichteinblendung aktiviert. Sobald die Hand aus dem Blickfeld verschwindet, demnach also keine weitere Interaktion stattfinden soll, wird die Lichtquelle deaktiviert.
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In den 2 bis 5 wird beispielhaft gezeigt, wie ein Verfahren ausgeführt werden kann, das mittels Gestensteuerung den Arbeitsablauf am Röntgengerät optimiert, wobei die Zentrierung und Einblendung in einem einzigen Schritt erfolgen.
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Zu diesem Zweck wird am Gerät mindestens eine Erfassungseinheit E z.B. eine Kamera installiert, die dazu geeignet ist, die Position eines Anwenders A im Raum zu erfassen und die Position seiner Hände H zu erkenn. Zum Beispiel kann eine Kamera im Raum zur Lokalisierung der Anwender, und eine weitere an der Röntgenröhre zur Erkennung der Hände gewählt werden.
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In einer Ausführung mit nur einer Kamera an der Röntgenquelle wird diese vom Anwender A grob vorpositioniert, sodass sie bereits in Richtung des Detektors D zeigt. Anschließend wird mit den Händen – wie in 5 angedeutet – die gewünschte Einblendung angezeigt. Die Röntgenquelle wird in Echtzeit motorisch nachgeführt und positioniert sich kontinuierlich abhängig von der angezeigten Fläche mittig. Gleichzeitig werden die Bleilamellen so nachgeführt, dass die Einblendung der angezeigten Fläche entspricht. Diese Fläche kann in ihrer Größe und Position beliebig verändert werden, indem der Anwender A die Änderung mit den Händen anzeigt. Für vielfältigere Interaktionsmöglichkeiten ist die Integration eines Projektors anstelle der konventionellen Lichtquelle LQ in der Blende denkbar. Dann kann dem Anwender ein visuelles Feedback auf seine Handlungen gegeben werden, das über die bloße Lichteinblendung hinausgeht. So können Untersuchungsparameter param1, param2, param3 und Funktionen fct1, fct2 zum Beispiel Aufnahmedaten oder Organprogramme angezeigt werden, die wie am Bildschirm ausgewählt werden können. Wie in 4 angedeutet, erkennt zu diesem Zweck die integrierte Kamera zum Beispiel Klick-Gesten oder zeitgesteuerte Eingabemethoden und ordnet sie der entsprechenden Option zu.
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Es ist eine Ausführungsform, die in 4 angedeutet ist, denkbar, die das Aufnehmen der Lichteinblendung mit nur einer Hand ermöglicht, um die Einblendung nachträglich zu verschieben, die Größe aber beizubehalten. Die Position der Röntgenquelle wird dabei ebenso – wie oben beschrieben – automatisch nachgeführt.
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In einer Ausführungsform mit mindestens einer weiteren Kamera zur Raumüberwachung ist ein ähnlicher Ablauf auch ohne Vorpositionierung denkbar. Die Anwenderposition im Raum wird erkannt. Sobald auch eine Anzeige der Untersuchungsbereichs OG ersichtlich ist, wird die Röntgenquelle entsprechend positioniert. Mit der Kamera in der Röntgenquelle erfolgt die weitere Ausrichtung analog wie oben beschrieben. Zur Sicherheitsfreigabe für die Gerätebewegung kann ein kabelgebundener oder kabelloser Fußschalter/Handbedieneinheit eingesetzt werden, die eine sichere Signalübertragung gewährleisten.
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6 bis 8 zeigen Ausgestaltung, die es erlauben, das angesprochene Messfeld beliebig zu formen und zu positionieren.
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6 zeigt hierzu Messfelder an einem gewöhnlichen Detektor zur Erfassung von Röntgenstrahlen.
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Das hinterlegte Messfeld wird mittels einer Lichtquelle LQ, insbesondere eines Beamers bzw. Projektors, direkt von der Blende aus auf den Patienten projiziert und kann vom Anwender mit Freihandgestik in Echtzeit angepasst werden. Zur Anpassung dienen einfache Fingergesten, die von einer Erfassungseinheit z.B. einer Tiefenkamera erfasst und ausgewertet werden, und mit denen das Objekt gegriffen, verschoben oder vergrößert wird. Die Interaktion ist intuitiv, da die Art der Bedienung der eines Touchpads sehr nahe kommt und der Anwender dank der Projektoreinblendung ein unmittelbares Feedback erhält.
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Es ist eine Ausführungsform denkbar, bei der der Körper des Patienten mit einer Kamera erfasst und anatomisch korrekt erkannt wird. Die voreingestellten Messfelder können dann entsprechend der ausgewählten Untersuchung bereits an die richtige Stelle projiziert werden, sodass der Anwender nur noch eine Feinjustierung übernehmen muss.
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Dieses Vorgehen eignet sich zum Beispiel gut für Aufnahmen am Raster-Wandgerät, da das Messfeld exakt selbst – wie in 7 angedeutet – auf einzelne Wirbel eingestellt werden kann.
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Auch für die Pädiatrie eröffnet die Verwendung kleinster Messfelder neue Möglichkeiten.
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8 zeigt den Aufbau des Gesamtsystems mit einer Erfassungseinheit zur Erfassung der Anwenderhand und Projektor zur Einblendung der Messfelder.
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Es sind Detektoren mit variablem Messfeld vorgesehen. Dies kann mit einer expliziten, hochauflösenden Messfeld-Matrix zusätzlich zum Flachbilddetektor realisiert sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass entsprechende Regionen des Flachbilddetektors zur Messung herangezogen werden, wobei dazu ein kontinuierlich auslesbarer Detektor oder ein Verfahren zur Vorbelichtung mittels Röntgenpuls sinnvoll ist.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Anwender
- D
- Detektor
- E
- Erfassungseinheit
- H
- Hand
- LQ
- Lichtquelle, z. B. Projektor
- M
- Messfeld
- OG
- Untersuchungsbereich
- P
- Patient
- RQ
- Röntgenquelle
- TP
- Bedienvorrichtung
