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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes.
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Die Röntgenbildgebung ist ein in der Medizin, aber auch in der Wissenschaft und Technik, vielfach verwendetes Verfahren. Bei der Bildgebung mittels Röntgenstrahlen wird ein Körper mit Röntgenstrahlen, die von einem Röntgenstrahler erzeugt werden, durchstrahlt. Die mehr oder weniger gute Durchdringung des Körpers mit Röntgenstrahlen wird in Bildern dargestellt, die als Röntgenbilder oder Röntgenaufnahmen bezeichnet werden. Grundsätzlich sind Röntgenbilder mit Streustrahlung behaftet, die von dem durchstrahlten Objekt generiert wird. Ursache dafür ist, dass aus der Röntgenstrahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung, die auf ein Hindernis trifft absorbiert und/oder abgelenkt, das heißt, insbesondere reflektiert, gebeugt, gebrochen oder gestreut wird. Die Folge ist eine ungleichmäßige Ausbreitungsrichtung, Strahlstärke, Wellenlänge und/oder Frequenz, die als diffuse Strahlung oder Streustrahlung bezeichnet wird und zu einem unscharfen, kontrastärmeren Röntgenbild führen kann. Strahlung, die geradlinig ein Objekt durchstrahlt, wird als Direktstrahlung oder Primärstrahlung bezeichnet.
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Um Streustrahlung zu reduzieren, werden beispielsweise Streustrahlenraster oder Röntgenraster verwendet. Streustrahlenraster bestehen meist aus schmalen Streifen eines stark absorbierenden Materials, wie zum Beispiel Bleifolie, und röntgendurchlässigen Abstandhaltern, sogenannten engl. Spacern aus z.B. Aluminium oder einer Kunststofffolie. Die Streifen stehen parallel zur Primärstrahlungsrichtung, wodurch die erwünschte Primärstrahlung die Spacerstreifen durchdringen kann, wogegen Streustrahlung in den Bleistreifen absorbiert wird. Nachteilig an Streustrahlenrastern sind eine geometrische Inneffizienz, die zu einer größeren Strahlenbelastung des aufgenommenen Objektes führen kann, und eine Streustrahlungstransmission, die je nach Messaufbau nicht ausreichend gering ist, um die Streustrahlung hinreichend zu unterbinden. Zudem bedeuten Streustrahlungsraster immer zusätzliche, mechanische Komponenten. Andere Methoden um den Einfluss von Streustrahlung zu reduzieren, sind mathematische Modelle zur Abschätzung des Streustrahlenbeitrags am Detektor. Diese Modelle gehen von stark vereinfachten Annahmen der durchstrahlten Objekte aus, wie elementare geometrische Strukturen, wie Zylinder, Quader, Ellipsoiden oder Kombinationen daraus. Diese groben Annahmen über das durchstrahlte Objekt und die daraus resultierenden Ungenauigkeiten sind der wesentliche Nachteil dieser Methoden.
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DE 10 2006 046 047 A1 offenbart ein Verfahren zur kombinierten Knochenaufhärtungs- und Streustrahlungskorrektur in der Röntgen-Computertomographie. Dabei wurde erkannt, dass die Überlagerung von Aufhärtung und Streustrahlenkorrektur zu rekursiven Gleichungssystemen führt, mithin beide Korrekturmechanismen sich letztlich selbst voraussetzen. Zur Lösung wird ein iteratives Vorgehen vorgeschlagen. Um Streustrahlungsabschätzungen zu erhalten, wird auf den Projektionsbildern selbst gearbeitet oder es werden Simulationsverfahren verwendet.
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DE 10 2004 029 009 A1 betriff eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Streustrahlungskorrektur in der Computer-Tomographie. Dabei wird vorgeschlagen, eine Datenbank mit die Streuung für einzelne Strahlen beschreibenden Scatter-Beam-Spread-Funktionen (SBF) vorzuhalten, die bestimmten räumlichen Verteilungen des Gewebes entlang des Strahls zugeordnet sind. Um diese räumlichen Verteilungen zu ermitteln, wird auf den noch unkorrigierten Projektionsbildern eine Rekonstruktion durchgeführt und dann reprojiziert, um die Strahlen und die Verteilungen entlang derselben zu erhalten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags vorzustellen, wobei der Streustrahlungsbeitrag für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes verwendbar ist, das eine geringere Strahlenbelastung für das durchstrahlte Objekt bei einer besseren Bildqualität als bei bisher verwendeten Verfahren zur Bestimmung oder Vermeidung von Streustrahlung ermöglicht. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes anzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- – Entgegennahme eines Volumen-Datensatzes eines Aufnahmebereiches eines Untersuchungsobjektes, wobei der Volumen-Datensatz mit der Röntgenbildgebungseinrichtung zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, registriert ist,
- – Bestimmen eines räumlichen Materialverteilungsdatensatzes, wobei in die Bestimmung der Volumen-Datensatz eingeht,
- – Bestimmen eines Streustrahlungsbeitrags zur Korrektur eines mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewinnbaren Röntgenbildes, wobei in den Streustrahlungsbeitrag der räumliche Materialverteilungsdatensatz eingeht.
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Ziel dieses Grundgedankens der Erfindung ist somit die Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags, der für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes genutzt werden kann, wobei das Röntgenbild mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Volumen-Datensatz eines Aufnahmebereiches eines Untersuchungsobjektes entgegengenommen, bezogen oder geladen, beispielsweise aus einer Datenbank oder von einer Bildgebenden Einrichtung. Ein Volumen-Datensatz setzt sich meist aus, in einer Matrixform angeordneten, Volumenelementen, sogenannten Voxeln, zusammen, die ein räumliches Bild repräsentieren. Bei dem Untersuchungsobjekt kann es sich zum Beispiel um einen menschlichen oder tierischen Patienten oder um eine Materialprobe handeln. Der Aufnahmebereich ist im Allgemeinen eine Teilmenge des Untersuchungsobjektes und kann zum Beispiel bei einem menschlichen Patienten Organe, Gefäße und/oder Knochen umfassen. Der Volumen-Datensatz ist mit der Röntgenbildgebungseinrichtung, die zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes ausgelegt ist, und deren zu gewinnendes Röntgenbild durch den zu bestimmenden Streustrahlungsbeitrag streustrahlungskorrigierbar ist, registriert bzw. ko-registriert. Das bedeutet, der geometrische Zusammenhang zwischen dem Volumen-Datensatz und der Röntgenbildgebungseinrichtung oder einem mit der Röntgenbildgebungseinrichtung zu gewinnenden Röntgenbild ist bekannt, so dass beispielsweise der Volumen-Datensatz so gedreht und positioniert werden kann, dass er mit einer Ausrichtung und einer Position einer Röntgenquelle und eines Bildaufnahmemittels der Röntgenbildgebungseinrichtung korrespondiert.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird mit Hilfe des Volumen-Datensatzes ein räumlicher Materialverteilungsdatensatz bestimmt oder berechnet, d.h. ein Datensatz, dessen Elemente eine Materialverteilung des Volumen-Datensatzes repräsentieren. In einem einfachen Ausführungsbeispiel werden die Werte der Elemente des Volumen-Datensatzes durch eine vorgebbare Wertetabelle in Elemente des räumlichen Materialverteilungsdatensatzes überführt.
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In einem dritten Verfahrensschritt wird der Streustrahlungsbeitrag, der zur Korrektur eines, mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewinnbaren, Röntgenbildes verwendbar ist, bestimmt. In die Bestimmung des Streustrahlungsbeitrags geht der räumliche Materialverteilungsdatensatz ein. Zusätzlich ist zweckmäßig noch eine Aufnahmegeometrieinformation für wenigstens eine vorgebbare Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung zu berücksichtigen. Diese beschreibt die Projektionsgeometrie, die anzusetzen ist, und ermöglicht somit insbesondere, die Strahlverläufe durch die Materialverteilung zu ermitteln. Der Streustrahlungsbeitrag kann beispielsweise ein flächiges, d.h. ein zweidimensionales, Bild oder ein Datensatz sein, dessen Elemente ein Maß für die zu erwartende Streustrahlung, beispielsweise im Verhältnis zu einem Direktstrahlungsbeitrag, an den jeweiligen Positionen darstellen. Der Streustrahlungsbeitrag ist abhängig von der im Falle einer Röntgenbildgebung durchstrahlten Materie, d.h. insbesondere von dem räumlichen Materialverteilungsdatensatz, und von der Ausrichtung und der Position der Röntgenbildgebungseinrichtung relativ zu dem räumlichen Materialverteilungsdatensatz, allgemein als Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung bezeichnet und hier durch die Aufnahmegeometrieinformation beschrieben.
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Vorzugsweise geht in die vorgebbare Projektion ein aktuell eingestellter Projektionsparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung ein.
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Mit diesem Merkmal ist die, im dritten Verfahrensschritt des einen zuvor beschriebenen Grundgedankens der Erfindung, vorgebbare Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung durch aktuell eingestellte Projektionsparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung, mithin beispielsweise eine Angulation und Abstände der Röntgenbildgebungseinrichtung zu dem Aufnahmebereich des Untersuchungsobjektes, definiert.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung geht in die Bestimmung des Streustrahlungsbeitrags ein Streustrahlenmodell zur Simulation eines Photonentransports ein.
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Beispielsweise kann das Streustrahlenmodell unter Zuhilfenahme der Diffusionsgleichung eine Diffusionsnäherung umfassen, mittels der ein Photonentransport von einer Röntgenquelle durch die, durch den räumlichen Materialverteilungsdatensatz gegebene, Materialverteilung zu einem Bildaufnahmemittel simulierbar ist. Das Streustrahlenmodell ermöglicht damit die Bestimmung einer Streustrahlungsverteilung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung geht in das Streustrahlenmodell eine Monte-Carlo-Simulation zur Simulation des Photonentransports ein.
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In dieser Ausgestaltung umfasst das Streustrahlenmodell eine Monte-Carlo-Simulation des Streustrahlungsbeitrags für die durchstrahlten Objekte. Mit einer Monte-Carlo-Simulation kann das Vorwärtsproblem, das bei der Durchstrahlung eines inhomogenen Mediums entsteht, durch Akkumulieren von Trajektorien für viele Photonen berechnet werden. Dabei wird die Stochastik des Streuprozesses durch eine Menge von Zufallszahlen simuliert. Diese an sich aus der Fachliteratur bekannte Monte-Carlo-Simulation benötigt für die Simulation der Streustrahlung eine dreidimensionale Materialverteilung der durchstrahlten Objekte, die durch den räumlichen Materialverteilungsdatensatz gegeben ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes durch eine Magnetresonanztomografie-, Positronen-Emissions-Tomografie- oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomografie-Aufnahme gewonnen ist und dass insbesondere der räumliche Materialverteilungsdatensatz aus einer Atlas-Segmentierung bestimmt wird, in welcher Atlas-Segmentierung Zuordnungen segmentierter Strukturen des Volumen-Datensatzes zu Materialeigenschaften eingehen.
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Ist der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes durch eine Magnetresonanztomografie-, MRT-, Positronen-Emissions-Tomografie-, PET-, oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomografie-, SPECT-, -Aufnahme gewonnen, stehen zunächst keine quantitativen Elemente im Sinne von Schwächungskoeffizienten, die unmittelbar für eine Monte-Carlo-Simulation genutzt werden können, zur Verfügung. Geht man beispielsweise von einem 3D-Magnetresonanztomografie-Datensatz aus, umfasst dieser Objekte des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes. Aus diesen MRT-Daten wird mit Hilfe eines an sich bekannten anatomischen Atlas-Segmentierungsverfahrens der räumliche Materialverteilungsdatensatz gebildet, der auch als virtuelles CT-Volumen bezeichnet werden kann. Bei der Atlas-Segmentierung wird, beispielsweise mit Hilfe einer Datenbank, in denen korrespondierende MRT-Daten zu CT-Daten mit entsprechenden Materialeigenschaften niedergelegt sind, eine Zuordnung oder engl. Mapping durchgeführt. So kann zum Beispiel ein MRT-Voxel in ein CT-Voxel bzw. zu einem Schwächungskoeffizienten transformiert werden. Dieser Vorgang stellt ein approximatives Verfahren dar, das eine ausreichende Genauigkeit für eine folgende Monte-Carlo-Simulation bietet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in den Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes wenigstens ein planares Schichtbild des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes und
- – ein erster Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes eingeht, wobei der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes aus dem ersten Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, der mittels des wenigstens einen planaren Schichtbildes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes angepasst wird, bestimmt wird;
oder - – ein Modell des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes eingeht, wobei das Modell des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes durch Objektmodelle einer Objektmodell-Datenbank, die mittels des wenigstens einen planaren Schichtbildes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes angepasst wird, bestimmt wird.
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Bei einer Echtzeitbildgebung, z.B. durch eine Magnetresonanztomografie-Einrichtung, liegen aktuelle Bilder des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjekts, die z.B. während einer Intervention aufgenommen werden, oftmals nur als planares Schichtbild oder planare Schicht vor und stellen somit keinen vollständigen Volumen-Datensatz dar. Ein a-priori gewonnener Volumen-Datensatz kann sich von dem aktuellen Zustand unterscheiden, wenn beispielsweise ein Objekt durch eine Krafteinwirkung seine Form geändert hat. Ausgehend von einem Schichtbild oder von wenigen aktuellen Schichtbildern kann trotzdem auf einen aktuellen Volumen-Datensatz geschlossen werden. Es wird vorgeschlagen, die aktuellen Schichtbilder mit einem a-priori Volumen oder einem ersten Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, wie ein MRT-Scan des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjekts, zu dem Volumen-Datensatz, der dann entgegengenommen wird, zu kombinieren. Die Kombination kann ferner eine Anpassung des ersten Volumen-Datensatzes mit Hilfe der wenigstens einen planaren Schichtbildes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes umfassen. Eine solche Anpassung kann beispielsweise eine an sich bekannte Bildregistrierung umfassen, bei der zwei Bilder von zumindest einer ähnlichen Szene bestmöglich in Übereinstimmung miteinander gebracht werden. In diesem Fall bieten sich insbesondere elastische Registrierungsverfahren oder engl. „non-rigid transformations“ an.
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Alternativ kann statt eines anatomischen ersten Volumen-Datensatzes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes ein mit der Röntgenbildgebungseinrichtung registriertes Modell, das den Aufnahmebereich des Untersuchungsobjektes repräsentiert, verwendet werden. Das Modell kann beispielsweise aus einer statistischen Datenbank entgegengenommen werden. In einer solchen Datenbank, ähnlich einem Atlas, sind für verschiedene Objekte, wie zum Beispiel Organe, Gefäße oder Knochenstrukturen, eine große Anzahl an Datensätzen katalogisiert. Zur Bestimmung des Modells des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes werden vordefinierte Stützstellen an entsprechende Merkmalspunkte des wenigstens einen planaren Schichtbildes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, also beispielsweise Echtzeit-Daten, angepasst, so dass ein Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes entsteht, der entgegengenommen wird. Voraussetzung ist dabei, dass eine Registrierung des Modells mit dem wenigstens einen planaren Schichtbild des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes durchgeführt wurde. Mit dem Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes kann sodann beispielsweise mit einer Atlas-Segmentierung der räumliche Materialverteilungsdatensatz generiert werden.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren mit wenigstens einem variierenden, vorgebbaren Röntgenbildgebungsparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung wiederholt ausgeführt und wird mittels eines Optimierungsverfahrens der wenigstens eine variierende, vorgebbare Röntgenbildgebungsparameter derart bestimmt, dass ein vorgebbarer Gütekennwert des Streustrahlungsbeitrags optimiert ist.
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Optimierungsalgorithmen oder Optimierungsverfahren, wie die Methode der kleinsten Quadrate, Monte-Carlo-Methode, usw., sind in der Mathematik gängige Verfahren, um zum Beispiel ein Gütemaß oder einen Gütekennwert, in das ein zu optimierender Parameter eingeht, zu minimieren. Im vorliegenden Fall kann der Röntgenbildgebungsparameter zum Beispiel eine Röntgenspannung sein, der Gütekennwert kann die Summe von Werten des Streustrahlungsbeitrags sein. Das Ergebnis des Optimierungsverfahrens kann dann eine Röntgenspannung mit minimalem Streustrahlungsbeitrag sein.
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Es ist denkbar, dass ein Röntgenbild simuliert wird, wobei in das Röntgenbild der bestimmte Streustrahlungsbeitrag und ein Primärstrahlungsbeitrag eingehen.
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Mit dem durch eines der vorgestellten Verfahren bestimmten Streustrahlungsbeitrag für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes und einer Simulation des Primärstrahlungsbeitrages bei der vorgebbaren Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung, kann ein Röntgenbild simuliert werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren und die Simulation des Röntgenbildes mit wenigstens einem variierenden, vorgebbaren Röntgenbildgebungsparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung wiederholt ausgeführt wird und wenn mittels eines Optimierungsverfahrens der wenigstens eine variierende, vorgebbare Röntgenbildgebungsparameter derart bestimmt wird, dass ein vorgebbarer Gütekennwert des simulierten Röntgenbildes optimiert ist.
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Analog zur wiederholten Bestimmung des Streustrahlungsbeitrags bei verschiedenen vorgebbaren Röntgenbildgebungsparametern der Röntgenbildgebungseinrichtung und Optimierung des Röntgenbildgebungsparameters bezüglich eines vorgebbaren Gütekennwerts des Streustrahlungsbeitrags kann auch ein Röntgenbild mit einem variierenden, vorgebbaren Röntgenbildgebungsparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung wiederholt simuliert werden und mit einem Optimierungsverfahren der optimale Röntgenbildgebungsparameter bestimmt werden, mit dem ein vorgebbarer Gütekennwert des simulierten Röntgenbildes optimal, z.B. minimal, ist. D.h. weil durch die Simulation mit Hilfe des Volumen-Datensatzes, z.B. aus MRT-Daten, vor einer Röntgenbildgebung abschätzbar ist, wie hoch der Streustrahlungsbeitrag sein wird, kann durch eine Optimierung der Aufnahmeparameter der Röntgenbildgebungseinrichtung die Röntgenbildgebung optimiert oder zumindest verbessert werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der vorgebbare Gütekennwert des simulierten Röntgenbildes ein Kontrast-zu-Rauschwert-Verhältnis ist und/oder dass der wenigstens eine variierende, vorgebbare Röntgenbildgebungsparameter ein Parameter der Röntgenbildgebungseinrichtung aus der Gruppe von Geometrie, Spannung, Strom und Winkel ist.
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Da die Streustrahlung und damit der Streustrahlungsbeitrag einen großen Einfluss auf das Kontrast-zu-Rauschwert-Verhältnis, engl. contrast-to-noise ratio, CNR, einer Röntgenaufnahme hat, kann günstig mit Hilfe dieses Merkmals die Bildqualität weiter optimiert werden, da durch ein erfindungsgemäßes Verfahren eine Simulation und insbesondere eine Echtzeitsimulation der Streustrahlungsbeiträge ermöglicht wird. D.h. es wird vorgeschlagen, dass in einem iterativen Verfahren mit Hilfe des Volumen-Datensatzes, z.B. eines MRT-Datensatzes, des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes die Simulation von Streustrahlen und Primärstrahlung durchgeführt wird. Zusätzlich erfolgt über entsprechende und an sich bekannte Algorithmen eine Modellierung des Bildrauschens für die Röntgenaufnahme. Für die simulierten Projektionen wird ein Güteparameter, insbesondere das CNR für eine entsprechende Dosis, berechnet und optimiert. Bei der Optimierung können ein oder mehrere Röntgenbildgebungsparameter, wie Geometrie, insbesondere eine Angulation, ein Abstand Röntgenquelle zu Aufnahmebereich, ein Abstand Aufnahmebereich zu Röntgendetektor, Röntgenspannung, Strom, und dergleichen, variiert werden, um die für die Bildqualität und/oder Dosis optimale Aufnahmeparametrisierung zu identifizieren. Da hierzu keine Röntgendosis appliziert wird, d.h. die Parameter für die Röntgenaufnahme stehen schon vor dem ersten Röntgenpuls bereit, kann das beschriebene Verfahren auch als Belichtungsautomatik bezeichnet werden.
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Vorteilhaft ist, wenn ein Röntgenbild mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen wird und wenn das gewonnene Röntgenbild mittels des Streustrahlungsbeitrags korrigiert wird.
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Wird eines der erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann, durchgeführt und wird ein Röntgenbild mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen, ist es zweckmäßig, das gewonnene Röntgenbild mittels des Streustrahlungsbeitrags zu korrigieren, um ein korrigiertes Röntgenbild zu erhalten.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn in die Korrektur des mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnenen oder simulierten Röntgenbildes eine Subtraktion des Streustrahlungsbeitrags oder eine Multiplikation des Streustrahlungsbeitrags eingeht.
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Methoden zur Korrektur von simulierten oder tatsächlich gewonnenen Röntgendaten sind beispielsweise eine Subtraktion des Streustrahlungsbeitrags vom Gesamtsignal oder eine multiplikative Korrektur.
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Günstig werden für mehrere vorgebbare Röntgenprojektionen jeweils Streustrahlungsbeiträge bestimmt.
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Da ein Streustrahlungsbeitrag für jede beliebige Röntgenprojektion gerechnet werden kann, kann somit eine Korrektur oder eine der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch für 3D- oder 4D-Röntgendaten verwendet werden.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, wobei die Vorrichtung dazu ausgeführt ist, eines der zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
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Dazu umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes beispielsweise eine Röntgenbildgebungseinrichtung zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, ein Rechen-und Steuermittel, z.B. einen Computer, und ein Bildgebungsmittel zur Gewinnung eines Volumen-Datensatzes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, wobei der Volumen-Datensatz mit der Röntgenbildgebungseinrichtung registriert ist. Der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes ist an das Rechen- und Steuermittel weitergebbar und das Rechen- und Steuermittel ist zur Entgegennahme des Volumen-Datensatzes, z.B. durch entsprechende Schnittstellen, ausgelegt. Das Rechen- und Steuermittel ist weiter zum Bestimmen eines räumlichen Materialverteilungsdatensatzes ausgelegt, wobei in die Bestimmung der Volumen-Datensatz eingeht. Weiter ist das Rechen- und Steuermittel zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags zur Korrektur eines mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewinnbaren Röntgenbildes ausgelegt, wobei in den Streustrahlungsbeitrag eine Aufnahmegeometrieinformation mit wenigstens einer vorgebbaren Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung eingeht. Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung weitere Komponenten oder Merkmale, die zur Ausführung der als vorteilhaft beschriebenen weiteren erfindungsgemäßen Verfahren dienen. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Bildgebungsmittel umfassen, das als Magnetresonanztomografiebildgebungsmittel ausgeführt ist und das Rechen- und Steuermittel kann dazu ausgebildet sein, z.B. durch ein Computerprogramm, das auf dem Rechen- und Steuermittel ausgeführt wird, zur Bestimmung der Streustrahlungskorrektur ein Streustrahlenmodell zur Simulation eines Photonentransports mit einer Monte-Carlo-Simulation zu berechnen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Vorrichtung ein Kombinationsgerät aus einer Röntgenbildgebungseinrichtung und einer Computertomografie-, CT-, einer Magnetresonanztomografie-, MRT-, einer Positronen-Emissions-Tomografie-, PET-, oder/und einer Einzelphotonen-Emissionscomputertomografie-, SPECT-, -Einrichtung, umfasst.
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Bei einem Kombinationsgerät, das eine Röntgenbildgebungseinrichtung, z.B. ein Angiografiebildgebungsgerät, kurz Angio genannt, und eine Magnetresonanztomografiebildgebungseinrichtung, MRT-Bildgebungseinrichtung, kombiniert, kann das Röntgensystem und insbesondere die Komponenten Röntgenquelle bzw. Strahlenquelle und Bildaufnahmemittel bzw. Röntgenbilddetektor, auf einem rotierbaren Gantry-Ring angeordnet sein. Dadurch ist eine Registrierung des Röntgensystems mit der Geometrie bzw. der Aufnahmegeometrie der Magnetresonanztomografiebildgebung einfach möglich. Der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes kann durch die MRT-Bildgebungseinrichtung gewonnen werden. Denkbar sind aber auch PET/Angio/MR-, MR/SPECT/Angio- oder CT/Angio-Kombinationsgeräte.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
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1 beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann;
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2 beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann;
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3 beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes zur Bestimmung eines aktualisierten Volumen-Datensatzes;
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4 beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes zur Bestimmung eines korrigierten Röntgenbildes;
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5 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann.
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1 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann. Das Verfahren 1 umfasst die Verfahrensschritte S1 bis S3. Es beginnt, „Start“, mit Verfahrensschritt S1 und endet, „Ende“, nach Verfahrensschritt S3. Die einzelnen Verfahrensschritte lauten:
- S1) Entgegennahme eines Volumen-Datensatz eines Aufnahmebereiches eines Untersuchungsobjektes, wobei der Volumen-Datensatz mit der Röntgenbildgebungseinrichtung zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, registriert ist;
- S2) Bestimmen eines räumlichen Materialverteilungsdatensatzes, wobei in die Bestimmung der Volumen-Datensatz eingeht;
- S3) Bestimmen eines Streustrahlungsbeitrags zur Korrektur eines mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewinnbaren Röntgenbildes, wobei in den Streustrahlungsbeitrag der räumliche Materialverteilungsdatensatz und eine Aufnahmegeometrieinformation für wenigstens eine vorgebbare Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung eingehen.
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2 zeigt beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags 56, der für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann, genutzt werden kann. Zunächst wird ein Volumen-Datensatz 50 eines Aufnahmebereiches eines Untersuchungsobjektes entgegengenommen, wobei der Volumen-Datensatz 50 mit der Röntgenbildgebungseinrichtung zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, registriert ist. Anschließend wird unter Berücksichtigung des Volumen-Datensatzes 50 ein räumlicher Materialverteilungsdatensatz 52 bestimmt. Schließlich wird der Streustrahlungsbeitrag 56, der zur Korrektur eines mit der Röntgenbildgebungseinrichtung gewinnbaren Röntgenbildes, nutzbar ist, bestimmt, wobei in den Streustrahlungsbeitrag 56 der räumliche Materialverteilungsdatensatz 52 und eine Aufnahmegeometrieinformation 54, die wenigstens eine vorgebbare Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung berücksichtigt, eingehen.
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In 3 ist beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes zur Bestimmung eines Volumen-Datensatzes 50, der durch ein planares Schichtbild 62 aktualisiert ist, dargestellt. Bei einer Echtzeitbildgebung während einer Intervention liegen aktuelle Bilder des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjekts oftmals nur als planare Schichtbilder vor. Zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren wird allerdings ein aktueller Volumen-Datensatz benötigt. Ein a-priori gewonnener Volumen-Datensatz kann sich von dem aktuellen Zustand unterscheiden, wenn beispielsweise ein Objekt, wie ein Organ, seine Form leicht geändert hat. Ausgehend von dem aktuellen Schichtbild 62 kann trotzdem auf einen aktuellen Volumen-Datensatz 50 geschlossen werden. Dazu wird das aktuelle Schichtbild 62 mit einem a-priori gewonnenen Volumen-Datensatz 60 des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes, wie zum Beispiel einem MRT-Scan des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjekts, zu dem Volumen-Datensatz 50 kombiniert. Die Kombination umfasst vorzugsweise eine Anpassung des ersten Volumen-Datensatzes 60 mit Hilfe des planaren Schichtbildes 62 des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes. Eine solche Anpassung kann beispielsweise durch eine aus dem Bereich der medizinischen Bildverarbeitung bekannte Bildregistrierung erfolgen.
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4 zeigt beispielhaft ein Strukturdiagramm zur Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes zur Bestimmung eines korrigierten Röntgenbildes 72. Wird eines der erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags 56 für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung gewonnen werden kann, durchgeführt und wird ein Röntgenbild 70 mit der Röntgenbildgebungseinrichtung tatsächlich gewonnen, kann das gewonnene Röntgenbild 70 mittels des Streustrahlungsbeitrags 56 korrigiert werden, um ein korrigiertes Röntgenbild 72 zu erhalten. Dazu kann beispielsweise der Streustrahlungsbeitrag 56 von dem gewonnenen Röntgenbild 70 subtrahiert werden.
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In 5 schließlich ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags für eine Streustrahlungskorrektur eines Röntgenbildes, das mit einer Röntgenbildgebungseinrichtung 40 gewonnen werden kann, gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Röntgenbildgebungseinrichtung 40 zur Gewinnung eines Röntgenbildes von zumindest einem Teil eines Aufnahmebereiches eines Untersuchungsobjektes 30 und ein Magnetresonanztomografie- oder MRT-Bildgebungssystem zur Durchführung eines MRT-Bildgebungsverfahrens, die in einem kombinierten Bildgebungsmittel 10 vereint sind. Das MRT-Bildgebungsteilsystem umfasst eine Magneteinheit 11 mit einem supraleitenden Hauptmagneten 12 zum Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 13. Zudem weist das kombinierte Bildgebungsmittel 10 einen Patientenaufnahmeraum 14 zur Aufnahme des Untersuchungsobjektes 30, hier eines menschlichen Patienten, auf. Der Patientenaufnahmeraum 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zylinderförmig ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 11 zylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung des Patientenaufnahmeraumes 14 jederzeit denkbar. Das Untersuchungsobjekt 30 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 25 des kombinierten Bildgebungsmittels 10 in den Patientenaufnahmeraum 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 25 weist hierzu einen innerhalb des Patientenaufnahmeraumes 14 bewegbar ausgestalteten Liegentisch 26 auf. Die Magneteinheit 11 weist weiter eine Gradientenspuleneinheit 16 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer MRT-Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 16 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 17 des MRT-Bildgebungsteilsystems gesteuert. Die Magneteinheit 11 umfasst weiter eine Hochfrequenzantenneneinheit 18 zur Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 einstellt. Die Hochfrequenzantenneneinheit 18 wird von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 19 des MRT-Bildgebungsteilsystem gesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanzsequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmeraum 14 des kombinierten Bildgebungsmittels 10 gebildet ist, ein. Zur Steuerung des Hauptmagneten 12, der Gradientensteuereinheit 17 und zur Steuerung der Hochfrequenzantennensteuereinheit 19 weist das kombinierte Bildgebungsmittel 10 ein Rechen- und Steuermittel 20, zum Beispiel eine elektronische Schaltung oder einen Computer, auf. Das Rechen- und Steuermittel 20 steuert zentral das kombinierte Bildgebungsmittel 10, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Zudem umfasst das Rechen- und Steuermittel 20 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zur Auswertung von Bilddaten. Bilder können auf einer Anzeigeeinheit 21, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, des kombinierten Bildgebungsmittels 10 für einen Bediener dargestellt werden. Zudem weist das kombinierte Bildgebungsmittel 10 eine Eingabeeinheit 22 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Bildgebungsvorgangs von einem Bediener eingegeben werden können. Die Röntgenbildgebungseinrichtung 40 umfasst eine Röntgenquelle 42 und als Bildaufnahmemittel 44 einen Röntgenbilddetektor, die in gegenüberliegender Position an einem Gantry-Ring 48 innerhalb des Patientenaufnahmeraums 14 des kombinierten Bildgebungsmittels 10 angeordnet sind. Eine Kegelstrahlgeometrie 46 ist unter anderem abhängig von der Angulation der Röntgenbildgebungseinrichtung 40, dem Abstand der Röntgenquelle 42 zu dem Bildaufnahmemittel 44, einem Zoom-Faktor und der Position des Liegentisches 26. Das Rechen- und Steuermittel 20 ist zum Betrieb der Röntgenbildgebungseinrichtung 40 ausgelegt, indem es beispielsweise die Röntgenquelle 42 ansteuert und das Bildaufnahmemittel 44 ausliest. Die Vorrichtung 100 ist somit zur Gewinnung eines Volumen-Datensatzes des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes 30 ausgelegt. Durch die Ausführung als Kombinationsgerät eines MRT- und einer Röntgenbildgebungseinrichtung 40 kann der Volumen-Datensatz mit der Röntgenbildgebungseinrichtung 40 leicht registriert werden. Der Volumen-Datensatz des Aufnahmebereiches des Untersuchungsobjektes 30 ist an das Rechen- und Steuermittel 20 weitergebbar und das Rechen- und Steuermittel 20 ist zur Entgegennahme des Volumen-Datensatzes, z.B. durch entsprechende Schnittstellen, ausgelegt. Das Rechen- und Steuermittel 20 ist weiter zum Bestimmen eines räumlichen Materialverteilungsdatensatzes ausgelegt, wobei in die Bestimmung der Volumen-Datensatz eingeht. Weiter ist das Rechen- und Steuermittel 20 zur Bestimmung eines Streustrahlungsbeitrags zur Korrektur eines mit der Röntgenbildgebungseinrichtung 40 gewinnbaren Röntgenbildes ausgelegt, wobei in den Streustrahlungsbeitrag eine Aufnahmegeometrieinformation für wenigstens eine vorgebbare Projektion der Röntgenbildgebungseinrichtung 40 eingeht. Durch ein Computerprogramm, das auf dem Rechen- und Steuermittel 20 ausgeführt wird, ist das Rechen- und Steuermittel 20 dazu ausgebildet, zur Bestimmung der Streustrahlungskorrektur ein Streustrahlenmodell zur Simulation eines Photonentransports mit einer Monte-Carlo-Simulation zu berechnen.
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Zusammenfassend werden weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schlägt unter anderem ein Verfahren vor, räumliche Bilddaten eines Magnetresonanztomografiegerätes, die statisch oder in quasi Echtzeit vorliegen, zu nutzen, um ein Simulationsmodell für Röntgenstreustrahlungsdaten zu initialisieren. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Echtzeit-Streustrahlenkorrektur für Röntgenbilder basierend auf MRT-Daten. Virtuelle CT-Daten, die eine Schwächungskoeffizientenverteilung nachbilden, können auf der Basis von statischen oder MRT-Daten, die in Echtzeit gewonnen werden können, bestimmt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden eine automatische Optimierung der Bildqualität und eine Belichtungsautomatik durch Monte-Carlo-Simulation der zu erwartenden Bildqualität beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006046047 A1 [0004]
- DE 102004029009 A1 [0005]
