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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fehlerunterdrückung beim
Auslesen von Speichermedien für
Röntgenaufnahmen.
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Zur
Erzeugung von Röntgenaufnahmen
können
Speichermedien verwendet werden, die die Röntgeninformation in metastabilen
Speicherzuständen
speichern. Solche Speichermedien können z.B. Speicherfolien oder
Speicherplatten sein. Die Röntgeninformation
wird erzeugt, indem der zu untersuchende Körper von der Röntgenstrahlung
durchlaufen wird. Nach dieser Durchleuchtung trifft die Röntgenstrahlung
auf das Speichermedium, wo sie einen bestimmten Zustand der metastabilen
Speicherzustände,
z.B. die Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren, verursacht. Die Anzahl
der verursachten Speicherzustände
hängt von
der Intensität der
auftreffenden Röntgenstrahlung
ab. Aufgrund einer räumlichen
Verteilung der Speicherzustände
ergibt sich dadurch eine Röntgenaufnahme
mit der Größe des belichteten
Bereichs des Speichermediums.
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Zur
Erzeugung von elektrisch verarbeitbaren oder für das menschliche Auge sichtbaren
Bilddaten müssen
die Speicherzustände
des Speichermediums ausgelesen werden. Die Speicherzustände basieren
auf metastabilen molekularen Zuständen, die optisch detektierbar
sind. Zum Auslesen werden sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt
und dadurch optisch angeregt. Üblich
ist die Verwendung von rotem Laserlicht mit Wellenlängen von
600 nm bis 800 nm.
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Ein
Speicherzustand, der derart angeregt wird, emittiert Licht einer
bestimmten Wellenlänge, falls
er zuvor durch die Absorption von Röntgenstrahlung verändert wurde.
Die Wellenlänge
des Emissionslichts hängt
in erster Linie vom Material des Speichermediums ab. Üblich ist
Emissionslicht in einem blauen Wellenlängenbereich von 350 nm bis
500 nm, z.B. beim Speichermedium CsBr:EU mit einem Wellenlängenmaximum
bei 450 nm und beim Speichermedium BaFBr:EU mit einem Wellenlängenmaximum
bei 380 nm.
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Die
Intensität
des Emissionslichts hängt
ab von der Anzahl veränderter
Speicherzustände
und damit von der absorbierten Röntgendosis.
Das Emissionslicht ist weniger intensiv als das anregende Licht und
wird mit hochempfindlichen Detektoren, z.B. Photomultipliern gemessen.
Diese müssen
durch optische Filter gegen Falschmessung aufgrund gestreuten anregenden
Laserlichts geschützt
werden.
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Zur
Erzeugung einer Röntgenaufnahme
wird das belichtete Speichermedium Areal für Areal, also Pixel für Pixel,
optisch ausgelesen. Aus den ausgelesenen Informationen werden dann
elektronische oder für
das menschliche Auge wahrnehmbare Bilddaten erzeugt. Wegen der optischen
Auslesung müssen
sehr hohe Anforderungen an die Gleichförmigkeit der Materialeigenschaften
und insbesondere der Oberfläche
des Speichermediums gestellt werden. Die erzielbare Bildqualität hängt wesentlich
von der Defektfreiheit des Speichermediums ab. Nichtsdestotrotz
ist die Herstellung vollkommen defektfreier Speichermedien bei vertretbaren
Kosten nicht möglich.
Trotz optimierter Herstellungsverfahren sind Punktfehler unvermeidbar,
z.B. aufgrund von Ungleichmäßigkeiten
innerhalb des Speichermediums oder aufgrund von Verunreinigungen
auf dem Speichermedium-Substrat. Eine weitere Fehlerquelle sind Rauschsignale
mit bestimmten, unregelmäßigen Mustern,
das sogenannte „Fixed
Pattern Noise",
die unter anderem vom Herstellungsverfahren des Substrats herrühren können.
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Defekte
in dem Speichermedium wirken sich einerseits auf die Belegbarkeit
der Speicherstellen durch Röntgenstrahlung,
andererseits auf die optische Auslesbarkeit der Speicherstellen aus.
Sie verringern durch beide Mechanismen die erzielbare Bildqualität.
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Aus
der US 2002/0008212 A1 ist eine Vorrichtung zum Auslesen eines Speichermediums
bekannt, die zwei lineare Detektoren zur Detektion photostimulierten,
emittierten Luminiszenzlichts aufweist. Die Detektoren sind derart
gegeneinander versetzt angeordnet, dass Photoliminiszenzlicht, das nicht
im Detektionsbereich eines der beiden Detektoren emittiert wird,
durch den jeweils der beiden Detektoren detektiert wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Bildqualität von Röntgenaufnahmen,
die durch optisches Auslesen von Speichermedien erzeugt werden,
zu verbessern.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
siebten Patentanspruchs.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, beim Auslesen von Speichermedien
für Röntgenaufnahmen,
z.B. Speicherfolien oder Speicherplatten, nicht nur das optisch
angeregte Emissionslicht der Speicherstellen in einer bestimmten
Wellenlänge zu
detektieren, sondern zusätzlich
auch das durch das anregende Licht verursachte Streulicht mit der Wellenlänge des
anregenden Lichts. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in der
räumlichen
Verteilung und Intensität
des gestreuten Lichts Informationen über Defekte in dem Speichermedium
enthalten sind. Durch die Messung des Streulichts können Defekte
des Speichermediums beim Auslesen erkannt werden, so dass die Information
Defekt-behafteter Areale des Speichermediums von der Bilderzeugung ausgeschlossen
bzw. mittels geeigneter Rechenverfahren bei der Bilddarstellung
korrigiert werden kann. Die Streulichtmessung ist unaufwändig realisierbar und
lässt auch
aufgrund von Verunreinigungen und des alltäglichen Gebrauchs aktuell hinzugekommene Defekte
des Speichermediums erkennen.
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Bei
der Erfindung erfolgt die optische Anregung zum Auslesen des Speichermediums
mit Licht einer Wellenlänge,
die sich von derjenigen des Emissionslichts unterscheidet. Dadurch
sind Streulicht und Emissionslicht für die jeweiligen Detektoren
besonders leicht zu unterscheiden. Es genügt dann, den Detektor für Emissionslicht
unempfindlich für
die Wellenlänge
des eingestrahlten Lichts zu machen und den Detektor für Streulicht
unempfindlich für
die Wellenlänge
des Emissionslichts.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zur Detektion
von Streulicht mehrere, räumlich
verteilte Detektoren verwendet. Dadurch kann in einfacher Weise
die Empfindlichkeit der Defekterkennung erhöht werden, da Streulicht an
Defekten in aller Regel asymmetrisch gestreut wird und die asymmetrische
Streuung durch mehrere Detektoren besonders einfach detektierbar
ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Es
zeigen:
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1 Vorrichtung zum Auslesen
eines Speichermediums gemäß Stand
der Technik,
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2 Vorrichtung zum Auslesen
eines Speichermediums gemäß der Erfindung,
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3 Erkennung eines Defektes
des Speichermediums,
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4 beispielhafte Röntgenaufnahme
mit Bildfehlern aufgrund von Speichermedium-Defekten,
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5 Aufnahme der Speichermedium-Defekte
der vorhergehenden 4,
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6 defektbereinigte Röntgenaufnahme der
vorhergehenden 4.
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1 zeigt eine Vorrichtung
zum Auslesen eines Speichermediums für Röntgenaufnahmen gemäß dem Stand
der Technik, wobei hier und in der folgenden Beschreibung das Speichermedium 1 z.B. eine
Speicherfolie oder eine Speicherplatte sein kann.
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Das
Speichermedium 1 ist dargestellt als sogenannte „Needle
Image Plate" auf
einem Substrat 3. Das Substrat 3 kann z.B. aus
gewalztem Aluminium bestehen, wobei bei der Herstellung eingeprägte Walzstrukturen
Bildfehler in Form von unbestimmten, wiederkehrenden Mustern verursachen
können,
sogenanntes „Fixed
Pattern Noise".
Das Speichermedium 1 kann auf das Substrat 3 gedruckt
oder aufgedampft werden, wobei die nadelförmigen Strukturen aufwachsen.
Die nadelförmigen
Strukturen stellen funktionale Einheiten innerhalb des Speichermediums 1 dar,
die jeweils eine Vielzahl von Molekülen enthalten, deren metastabile
Zustände
als Speicherzustände
genutzt werden. Als Speichermedium 1 kann z.B. Cäsiumbromid
dotiert mit Europium aufgedampft werden.
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Der
aktuelle Zustand der metastabilen molekularen Zustände kann
optisch festgestellt werden. Bei optischer Anregung mit Licht einer
bestimmten Wellenlänge
emittieren die Speichermoleküle
je nach Zustand Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Der jeweilige Zustand
kann deswegen an der Wellenlänge des
emittierten Lichts festgestellt werden. In der Vorrichtung gemäß 1 wird zur Anregung der
Speichermoleküle
ein Laser 5 verwendet, der einen roten Lichtstrahl 7 im
Wellenlängenbereich
von 600 nm bis 800 nm, im gewählten
Ausführungsbeispiel
680 nm, erzeugt. Der Lichtstrahl 7 wird auf das auszulesende Areal
des Speichermediums 1 gerichtet, wobei die Größe des ausgelesenen
Areals im wesentlichen vom Umfang des Laserstrahls 7 abhängt und
eine Vielzahl von molekularen Speicherzuständen enthält. Das Areal kann so bemessen
sein, dass einzelne nadelförmige
Strukturen innerhalb des Speichermediums 1 alleine oder
mehrere gleichzeitig ausgelesen werden. Der Laserstrahl 7 gibt
damit die Pixelgröße bzw.
Bildauflösung
vor.
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Diejenigen
molekularen Speicherstellen, die zuvor durch Röntgenbeleuchtung verändert wurden, emittieren
bei Anregung durch den Laserstrahl 7 blaues Emissionslicht 9 von
im Wellenlängenbereich von
350 nm bis 500 nm, Cäsiumbromid
dotiert mit Europium typischer Weise mit einem Wellenlängenmaximum
bei 450 nm. Die Anzahl der veränderten Speicherzustände hängt von
der zuvor absorbierten Röntgendosis
ab, die sich deshalb in der Intensität des Emissionslichts 9 wiederspiegelt.
Die Intensität des
Emissionslichts 9 wird durch einen Emissionslicht-Detektor 11 detektiert.
Der Emissionslicht-Detektor 11 ermittelt damit die Information,
die in dem durch den Laserstrahl 7 angeregten Areal des
Speichermediums 1 gespeichert ist.
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Der
Emissionslicht-Detektor 11 ist so beschaffen, dass er im
Wesentlichen Licht in der Wellenlänge des Emissionslichts 9 detektiert.
Er ist insbesondere gegen Licht in der Wellenlänge des Lasers 5 durch
optische Filter geschützt,
da ansonsten das sehr intensive Streulicht zu Falschmessungen führen würde. Der
Emissionslicht-Detektor 11 kann z.B. ein hochempfindlicher
Photomultiplier sein.
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Die
vom Emissionslicht-Detektor 11 gemessene Bildinformation
wird der Auswerteeinrichtung 13 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 13 erhält anhand
der Intensität,
die vom Emissionslicht-Detektor 11 detektiert wird, ein
Maß für die Röntgendosis,
mit der der entsprechende Bildpunkt belichtet wurde, und kann daraus
z.B. die Schwärzung
der Röntgenaufnahme
in diesem Bildpunkt bestimmen. Die vollständige Röntgenaufnahme wird durch Abscannen des
gesamten Speichermediums 1 und Ermittlung der Bildschwärzung für jedes
ausgelesene Areal des Speichermediums 1 erzeugt.
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Zum
Abscannen des gesamten Speichermediums 1 sind Laser 5 und
Emissionslicht-Detektor 11 auf einem Scan-Schlitten 15 installiert,
der durch einen Schlitten-Antrieb 17 schrittweise über das
gesamte Speichermedium 1 bewegt werden kann. Der Schlitten-Antrieb 17 wird
von der Auswerteeinrichtung 13 angesteuert, die dadurch
die zweidimensionale Lage jedes ausgelesenen Areals kennt und so die
Röntgenaufnahme
aus allen einzelnen Bildpunkten zusammenstellen kann. Zum Abscannen könnte anders
als in der Darstellung in 1 auch
das Speichermedium 1 anstelle des Lasers 5 und
des Emissionslicht-Detektors 11 bewegt werden.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung
ist in der Lage, die Bildinformation des Speichermediums 1 vollständig zu
erfassen und auszuwerten. Sie ermöglicht jedoch keine Erkennung
von Defekten oder Verunreinigungen des Speichermediums 1 und überträgt daher
derartige Bildfehler ebenfalls in die erzeugte Röntgenaufnahme.
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2 zeigt eine Vorrichtung
zum Auslesen von Speichermedien 1 für Röntgenaufnahmen gemäß der Erfindung.
Die in 2 dargestellte
Vorrichtung verfügt
zunächst über alle
Komponenten, die in der vorhergehenden 1 beschriebenen Vorrichtung enthalten
sind; insoweit werden identische Bezugszeichen verwendet.
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Darüber hinaus
macht sich die in 2 dargestellte
Vorrichtung zu Nutze, dass das optisch angeregte Areal des Speichermediums 1 nicht
nur Emissionslicht 9 emittiert, sondern auch Streulicht 19 abstrahlt.
Während
das Emissionslicht 9 eine blaue Wellenlänge mit einem Wellenlängenmaximum
z.B. bei 450 nm aufweist, hat das Streulicht 19 dieselbe rote
Wellenlänge
wie der Laserstrahl 7, im gewählten Ausführungsbeispiel als 680 nm.
Defektfreie Areale des Speichermediums 1 weisen eine glatte
Oberfläche
auf. Sie streuen und emittieren Licht in allen Richtungen in symmetrischer
Form und Intensitätsverteilung.
Dies ist in 2 dadurch
angedeutet, dass die Pfeile 9, die das Emissionslichts
symbolisieren, und die Pfeile 19, die das Streulicht 19 symbolisieren,
symmetrisch ausgerichtet und gleich lang sind.
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Zur
Detektion des Streulichts 19 sind zusätzliche Streulicht-Detektoren 21 vorgesehen.
Diese detektieren das Streulicht 19, das von dem optisch
angeregten Areal abgestrahlt wird. Da das Streulicht 19 intensiver
als das Emissionslicht 9 ist, reicht für die Streulicht-Detektoren 21 eine
geringere Empfindlichkeit als für
den Emissionslicht-Detektor 11. Die Streulicht-Detektoren 21 sind
so beschaffen, dass sie lediglich Licht mit der Wellenlänge des
Lasers 5 detektieren; dazu können sie z.B. mit Filtern versehen
sein, die das Emissionslicht 9 nicht passieren lassen.
Sie sind räumlich
verteilt angeordnet, um die räumliche Orientierung
des Streulichts 19 erfassen zu können. Eine einfachere, nicht
dargestellte Ausgestaltung, bei der lediglich ein einzelner Streulicht-Detektor 21 vorgesehen
ist, wäre
ebenfalls funktionsfähig.
Sie würde lediglich
eine geringere Empfindlichkeit aufweisen, ansonsten aber zu gleichen
Ergebnissen führen.
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In
der in 2 dargestellten
Situation weist das optisch angeregte Areal des Speichermediums 1 keinerlei
Defekt auf und das Streulicht 19 wird symmetrisch abgestrahlt.
Daher detektieren alle Streulicht-Detektoren 21 eine gleich
große
Streulicht-Intensität.
Die Intensität
bestimmt sich aus den Oberflächeneigenschaften
des Speichermediums 1 und ist für alle defektfreien Areale
in etwa gleich hoch.
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Die
Ausgangssignale der Streulicht-Detektoren 21 gehen ebenso
wie das des Emissionslicht-Detektors 11 der Auswerteeinrichtung 13 zu.
Die Auswerteeinrichtung 13 erhält damit für jeden Bildpunkt nicht nur
die Information über
die dort absorbierte Röntgendosis,
sondern durch die Streulicht-Detektoren 21 auch die Information
darüber,
ob das ausgelesene Areal des Speichermediums 1 defektfrei
ist. Die Auswerteeinrichtung 13 verwendet die Bildinformation
defektfreier Areale wie vorher beschrieben zur Erzeugung einer elektronischen
oder für
das menschliche Auge sichtbaren Röntgenaufnahme. Die Bildinformation
defektbehafteter Areale dagegen schließt sie von der weiteren Bildverarbeitung
aus oder berücksichtigt
sie zur Kompensierung von Bildfehlern. Auf diese Weise wertet die
Auswerteeinrichtung 13 das Detektions-Signal für Emissionslicht 9 und
für Streulicht 19 gemeinsam
aus, um eine fehlerbereinigte Bildinformation zu erzeugen.
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Die
Bildinformation defektbehafteter Areale kann durch Anwendung von
Interpolationsalgorithmen aus den umliegenden Bildpunkten interpoliert werden,
um Punktdefekte in der Röntgenaufnahme gezielt
zu beseitigen oder zu kompensieren. Darüber hinaus stellen sie ein
Maß für die Bildqualität, die mögliche Bildauflösung, für die Qualität des Speichermediums 1 und
der Auslesevorrichtung dar. Die Erkennung der Punktdefekte bildet
damit ein Maß für die Qualität, mit der
das gesamte System zur Erzeugung von Röntgenaufnahmen arbeitet. Anhand
dieses Maßes
können
daher Systemfehler erkannt werden, z.B. können beschädigte Speichermedien 1 identifiziert
werden.
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3 zeigt einen Ausschnitt
der in 2 erläuterten
Vorrichtung beim Auslesen eines defektbehafteten Areals des Speichermediums 1.
Das Speichermedium 1 weist einen Defekt auf, der sich in
einer Veränderung
von deren Oberflächenqualität niederschlägt. Der
Speichermedium-Defekt führt
dazu, dass die darunter liegenden molekularen Speicherzustände des
Speichermediums 1 kein oder nur wenig Emissionslicht 9 emittieren
können.
Dadurch wird das Auslesen des betroffenen Areals unmöglich gemacht.
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Während das
Emissionslicht 9 stark behindert wird, bewirkt der Speichermedium-Defekt
jedoch eine erhebliche intensivere Streuung. Das Streulicht 19 wird
in einer räumlich
nicht symmetrischen Intensität
abgestrahlt, was in 3 durch
unterschiedliche Richtungen und Längen der Pfeile 19 symbolisiert
ist. Die asymmetrische Abstrahlung von Streulicht 19 führt dazu,
dass die Streulicht-Detektoren 21 unterschiedliche Intensitäten detektieren.
Während
die Intensität
in einer Richtung, in 3 nach
rechts, deutlich absinkt und durch den Streulicht-Detektor 21 in dieser
Richtung eventuell gar nicht mehr detektierbar ist, nimmt sie in
der anderen Richtung, also in 3 nach
links, stark zu und der entsprechende Streulicht-Detektor 21 detektiert
eine stark erhöhte
Intensität
des Streulichts 19.
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Durch
die Verwendung mehrerer Streulicht-Detektoren 21 kann ein
Speichermedium-Defekt bereits anhand unterschiedlicher detektierter
Streulicht-Intensitäten
erkannt werden. Aber auch bei Verwendung eines einzelnen Streulicht-Detektors 21 würde ein
Speichermedium-Defekt z.B. anhand einer stark erhöhten Streulicht-Intensität erkannt
werden, wenn auch nicht mit gleich hoher Empfindlichkeit. Auch Fehler
und Beschädigungen
innerhalb des Speichermediums 1 oder auf dem Substrat 3,
die sich in Bilddefekten bemerkbar machen, zeigen sich in Veränderungen
der Intensität
des Streulichts 19 und können daher durch die erfundene
Vorrichtung erkannt und unterdrückt
werden.
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4 zeigt eine Röntgenaufnahme 25,
die durch Auslesen eines fehlerbehafteten Speichermediums 1 erzeugt
wurde. Dazu wurde in einem ersten Verfahrensschritt das Speichermedium
Areal für
Areal optisch angeregt und in einem zweiten Verfahrensschritt das
dadurch angeregte Emissionslicht 9 detektiert. Die Röntgenaufnahme 25 weist
dabei verschiedene Bildfehler 27 in Form von Schwärzungen auf,
die Teile der Röntgenaufnahme 25 überdecken oder
als Teile der Röntgenaufnahme
fehlinterpretiert werden könnten.
Diese Bildfehler 27 können
von Beschädigungen
des Speichermediums 1 oder von Oberflächenverunreinigungen wie Fusseln
oder Staub herrühren.
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5 zeigt eine Aufnahme desselben
Bildausschnitts wie 4,
die jedoch ausschließlich
aus der Bildinformation der gemessenen Streulicht-Intensität gewonnen
wurde. Dazu wurde in einem dritten Verfahrensschritt das durch die
optische Anregung des Speichermediums 1 gestreute Streulicht 19 detektiert.
Dabei wurden Bildfehler anhand einer erhöhten Streulicht-Intensität oder anhand
einer unterschiedlichen Streulicht-Intensität in mehreren, räumlich verteilt
angeordneten Streulicht-Detektoren identifiziert. 5 repräsentiert damit den gemäß der Erfindung
zusätzlich
beim Auslesen des Speichermediums 1 gewonnenen Datensatz.
Mit Hilfe der in 5 dargestellten
Bildinformation über
Punktdefekte kann der in 4 dargestellte
Bilddatensatz von Bildfehlern und Punktdefekten befreit werden.
Die identifizierten Bildfehler werden ausgeschlossen und an ihrer
Stelle werden Bildpunkte eingesetzt, die durch Anwendung von Interpolationsalgorithmen
aus den umliegenden, nicht fehlerbehafteten Bildpunkten interpoliert
werden.
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6 zeigt die gemäß der Erfindung
bereinigte Röntgenaufnahme
aus der vorhergehenden 4.
Dazu wurden in einem vierten Verfahrensschritt die Detektions-Signale
für Emissionslicht 9 und
Streulicht 19 gemeinsam ausgewertet. Dabei wurden Bilddefekte
anhand der Intensität
des Streulichts 19 erkannt. Durch die Unterdrückung von
Bilddefekten und das Einsetzen interpolierter Bildpunkte können kleinere
Bildfehler, wie sie durch Verunreinigungen oder Staub verursacht
werden, nahezu fehlerfrei unterdrückt werden. Fehlende Bildinformation aufgrund
großflächiger Bilddefekte
kann durch die Erfindung nicht sinnvoll kompensiert werden. In solchen
Fällen
wird statt dessen eine Kennzeichnung der fehlerbehafteten Bildbereiche
und Bilder vorgenommen. Außerdem
kann bereits beim Auslesen des Speichermediums 1 ein automatischer
Hinweis auf die Kennung einer zu großen Anzahl von Bilddefekten
erfolgen.