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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf medizinische Bildgebungssysteme
und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Steuerung der Belichtung
von Bildern in Röntgenbildgebungsgeräten.
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Der
Dynamikbereich der Bildverarbeitung hat sich insbesondere in medizinischen
Röntgenbildgebungssystemen
vergrößert, was
zu einer verbesserten Bildgebung führt. Für eine dreidimensionale (3D)-Bildverarbeitung,
die Verarbeitungssoftware und -hardware für einen verbesserten Dynamikbereich
verwendet, werden Bilder mit hohem Dynamikbereich und stillstehende
Einzelbilder benötigt.
Die von der Verarbeitungssoftware und -hardware für einen
verbesserten Dynamikbereich verarbeiteten Bilder sind durch den
Dynamikbereich der Bildsensoren beschränkt. Folglich werden Bildsensoren
mit verbesserten Dynamikbereichen benötigt, um die Bilder mit einem
hohem Dynamikbereich zu liefern. Als ein Ergebnis und teilweise
aufgrund des medizinischen Bedarfs und der Antriebskräfte des
Marktes für
die benötigte
Dynamikbereichsverbesserung sind Festkörperdetektoren entwickelt worden,
um diesen höheren
Dynamikbereich zu Verfügung
zu stellen. Festkörperdetektoren
sind jedoch mit viel höheren
Kosten verbunden.
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Zahlreiche
Röntgensysteme
verwenden kostengünstige
Bildsensoren, wie z.B. Bildverstärker,
zur Umwandlung von Röntgenstrahlen
in Kameraeingangssignale. Diese billigeren Bildsensoren beschränken jedoch
den Dynamikbereich der erzeugten Bilder. Folglich werden Bilder,
die unter Verwendung dieser kostengünstigeren Bildsensoren wiederhergestellt
worden sind, wegen des begrenzten Dynamikbereiches der Bildsensoren,
wie z.B. der Bildverstärker,
nicht mit einem höheren
Dynamikbereich geliefert. Daher sind der Nutzen und die Anwendungen
dieser Bildsensoren beschränkt.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird ein Verfahren zur Steuerung eines Röntgenbildgebungssystems geschaffen.
Das Verfahren beinhaltet ein Verändern
des Belichtungsniveaus der Röntgenstrahlung
in einem Röntgenbildgebungssystem,
um eine Mehrzahl von Bildern zu erzeugen, die verschiedene Belichtungsniveaus
aufweisen, und das Kombinieren der Mehrzahl von Bildern in einem
additiven Verfahren zur Bildung eines einzigen Röntgenbildes.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Röntgensystem
geschaffen. Das Röntgenbildgebungssystem
enthält
eine Röntgenbildgebungsvorrichtung
zum Akquirieren von Röntgenbildern
und eine Steuerung zum Steuern des Belichtungsniveaus einer Mehrzahl
von Bildern, die in jeder einzelnen Stellung des Röntgenbildgebungsgeräts akquiriert
werden. Das Röntgenbildgebungssystem
enthält
weiterhin einen Prozessor zur Verarbeitung einer Mehrzahl von akquirierten
Bildern, um die Mehrzahl der akquirierten Bilder in einem additiven Prozess
zu kombinieren, um ein einziges Röntgenbild zu erzeugen, wobei
die einzelnen akquirierten Bilder jeweils ein unterschiedliches
Belichtungsniveau aufweisen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Röntgenbildgebungssystems
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform
des Röntgenbildgebungssystems
aus 1, das als ein Computertomographie (CT)-Bildgebungssystem
gezeigt ist.
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3 zeigt
eine seitliche Aufrissansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform
des Röntgenbildgebungssystems
aus 1, das als ein mobiles Röntgensystem mit C-Arm gezeigt
ist.
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4 zeigt
eine seitliche Aufrissansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Röntgenbildgebungssystems
aus 1, das als ein mobiles Röntgenbildgebungssystem gezeigt
ist.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, das ein Belichtungssteuerungsverfahren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Beispielhafte
Ausführungsformen
der Systeme und Verfahren zur Steuerung der Belichtung für medizinische
Bildgebungssysteme und insbesondere für Röntgenbildgebungssys teme sind
unten im Detail beschrieben. Zuerst wird eine detaillierte Beschreibung
beispielhafter medizinischer Bildgebungssysteme und speziell von
Röntgenbildgebungssystemen
geliefert, der eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der Verfahren und Systeme zur Steuerung der Belichtung in Röntgenbildgebungssystemen
folgt.
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1 stellt
ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Röntgenbildgebungssystems 10 dar.
Das Röntgenbildgebungssystem 10 enthält eine
Gantry 12 oder eine andere Trägerstruktur mit einer Röntgenquelle 14,
die Röntgenstrahlen 16 (z.B.
ein Röntgenstrahlenbündel) auf eine
Detektoreinheit, wie z.B. ein Detektorarray 18 oder einen
anderen Bildempfänger,
projiziert, die auf der gegenüberliegenden
Seite der Gantry 12 angeordnet sein kann. Das Detektorarray 18 kann
aus einer Vielzahl von Detektorelementen 20 aufgebaut sein,
die gemeinsam die projizierten Röntgenstrahlen erkennen,
die ein Objekt, wie z.B. einen Patienten 22, durchdringen.
Jedes einzelne aus der Vielzahl von Detektorelementen 20 erzeugt
ein elektrisches Signal, das die Intensität eines einfallenden Röntgenstrahlenbündels und
damit die Abschwächung
des Strahlenbündels
wiedergibt, wie es den Patienten 22 durchdringt. Während eines
Scans zum Akquirieren von Röntgenprojektionsdaten
drehen sich in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung die Gantry 12 und die an ihr befestigten Komponenten
um ein Rotationszentrum 24 herum. In Abhängigkeit
von dem Typ des Röntgenscanners
ist jedoch auch eine andere Bewegung möglich. Obwohl die Vielzahl
der Detektorelemente 20 als in einer Reihe angeordnet gezeigt
ist, sollte weiterhin erkannt werden, dass in Abhängigkeit
von der Art der Anwendung und/oder dem verwendeten Röntgenscanner verschiedene
Anordnungen in Betracht gezogen werden. Die einreihige Anordnung
der Vielzahl von Detektorelementen 20 ermöglicht während eines Scans
die Akquisition von Projektionsdaten, die zu einer einzigen Bildschicht
gehören.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen
kann die Vielzahl der Detektorelemente 20 jedoch in einer
Mehrzahl von parallelen Reihen angeordnet sein, so dass Projektionsdaten,
die zu einer Mehrzahl von parallelen Schichten gehören, während eines
Scans gleichzeitig erfasst werden können.
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Die
Steuerung der Gantry 12, wie z.B. ihre Drehung, und der
Betrieb der Röntgenquelle 14 werden
von einer Steuerungseinheit 26 des Röntgenbildgebungssystems 10 vorgenommen.
Die Steuerungseinheit 26 enthält eine Röntgensteuerung 28,
die Energie und Taktsignale an die Röntgenquelle 14 liefert, und
eine Gantrymotorsteuerung 30, die z.B. die Rotationsgeschwindigkeit
und die Stellung der Gantry 12 steuert. Ein Datenakquisitionssystem
(DAS) 32 in der Steuerungseinheit 26 tastet Daten,
wie z.B. analoge Daten, von der Vielzahl von Detektorelementen 20 ab
und wandelt die Daten zur anschließenden Verarbeitung in digitale
Signale um. Die Steuerungseinheit 26 enthält auch
eine Belichtungssteuerung 33, die das Belichtungsniveau,
wie z.B. das Energieniveau der Röntgenquelle 14,
steuert, wie es hierin genauer beschrieben ist. Eine Bildwiederherstellungseinrichtung 34 empfängt die
abgetasteten und digitalisierten Röntgendaten von dem DAS 32 und führt eine
Bildwiederherstellung durch. Zur Verarbeitung der Röntgendaten
kann auch ein Bildprozessor 35 vorgesehen sein. Das wiederhergestellte
Bild wird an einen Prozessor, wie z.B. einen Computer 36,
geliefert, der das Bild in einer Speichervorrichtung, wie z.B. einer
Massenspeichervorrichtung 38 (z.B. einem Plattenspeicher),
speichert.
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Der
Computer 36 empfängt
auch Befehle und Scanparameter von einem Bediener über eine Bedienerkonsole 40,
die z.B. eine Tastatur, einen Joystick, eine Rollballsteuerung oder
eine andere Benutzereingabe enthalten kann. Eine Anzeige 42 ermöglicht dem
Bediener die Betrachtung des wiederhergestellten Bildes und anderer
Daten von dem Computer 36. Die von dem Bediener gegebenen
Befehle und gelieferten Parameter werden von dem Computer 36 verwendet,
um Steuerungssignale und Informationen an das DAS 32, die
Röntgensteuerung 28,
die Gantrymotorsteuerung 30 und die Belichtungssteuerung 33 auszugeben.
Weiterhin steuert der Computer 36 in einer beispielhaften
Ausführungsform
eine Tischmotorsteuerung 44, die zur Positionierung eines
Patienten 22 in der Gantry 12 einen motorisierten
Tisch 46 steuert. Wie in 2 gezeigt,
die ein Ausführungsbeispiel
eines als ein Computertomographie (CT)-Bildgebungssystem gezeigten
medizinischen Röntgenbildgebungssystems 10 darstellt,
bewegt der Tisch 46 z.B. Teilbereiche des Patienten 22 durch
eine Gantryöffnung 48 hindurch. Es
sollte jedoch erkannt werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nicht auf das in 2 gezeigte
CT-Röntgensystem
beschränkt
sind. Das Röntgenbildgebungssystem 10 kann
z.B. ein mobiles Röntgenbildgebungssystem
mit einem C-Arm wie in 3 dargestellt sein, das eine
C-förmige Gantry 12 aufweist,
wobei die in 1 beschriebenen Steuerungskomponenten
als Teil eines mobilen Grundelementes 39 ausgeführt sind.
Als ein weiteres Beispiel kann das Röntgenbildgebungssystem 10 in
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie sie in 4 gezeigt
ist, ein mobiles Röntgenbildgebungssystem
sein, das einen Positionierungsarm 17 zur Bewegung der
Röntgenquelle 14 aufweist.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Steuerungskomponenten
des Röntgenbildgebungssystems 10,
die die (in 1 gezeigte) Belichtungssteuerung 33 und
den (in 1 gezeigten) Bildprozessor 35 enthalten,
wie sie hierin genauer beschrieben sind, in Verbindung mit jedem
beliebigen Typ von Röntgenbildgebungssystem
vorgesehen werden können,
wie es erwünscht
oder erforderlich ist.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ermöglichen
die Steuerung eines Röntgenbildgebungssystems 10,
und insbesondere erlauben sie die Steuerung der Belichtung von Bildern.
Die verschiedenen Ausführungsformen
sind insbesondere für
kostengünstigere
Bildsensoren, wie z.B. Bildverstärker,
nützlich
und verbessern den Dynamikbereich dieser Detektoren. Speziell und
wie in 5 gezeigt ist ein Belichtungssteuerungsprozess oder
-verfahren 100 zur Verwendung in dem Röntgensystem 10 dargestellt.
In dem Schritt 102 wird insbesondere eine Festlegung vorgenommen,
nach der die Belichtungsparameter variieren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen
enthalten diese Parameter allgemein, aber ohne auf diese beschränkt zu sein,
Energieparameter, wie z.B.: (i) die Dauer der Röntgenstrahlung, die elektronisch
durch eine Veränderung
der Pulsweite oder mechanisch durch einen mechanischen Verschluss
gesteuert werden kann, (ii) das Milliampere (mA)-Niveau, (iii) das
Kilovolt (kV)-Niveau und/oder (iv) weitere Parameter, die die von
dem Röntgenbildgebungssystem 10 und
insbesondere von der Röntgenquelle 14 angewandte Röntgenstrahlendosis
verändern,
um eine variable Sensorhelligkeit zu erzeugen. Wenn hierin auf mAs Bezug
genommen wird, so sollte erkannt werden, dass sich dies auf das
mA-Niveau über
eine Zeitdauer bezieht. Diese Parameter können von einem Benutzer unter
Verwendung der (in 1 gezeigten) Bedienerkonsole 40 eingegeben
werden oder vorbestimmt und zur Verarbeitung durch den (in 1 gezeigten)
Computer 36 programmiert sein, z.B. auf der Grundlage einer
bestimmten Art von Untersuchung, die durchzuführen ist.
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Bei 104 wird
eine Festlegung hinsichtlich der Anzahl der Belichtungen pro Bild
oder Satz von Bildern vorgenommen. Speziell wird eine Festlegung hinsichtlich
der Anzahl der Belichtungen an jeder Position oder jedem Punkt der
(in 1 gezeigten) Röntgenquelle 14 vorgenommen.
Es kann z.B. an jedem Ort eine doppelte Belichtung (d.h. zwei Belichtungen
unter Verwendung der Röntgenquelle 14)
vorgenommen werden. Es können
jedoch auch weitere Belichtungen einschließlich mehr als zwei und/oder so
vielen wie benötigt
oder erwünscht
vorgenommen werden. Bei 106 wird eine Festlegung hinsichtlich
der gewünschten
oder benötigten Änderung
des Belichtungsniveaus, z.B. der Änderung des Energieniveaus zwischen
den einzelnen Belichtungen pro Bild oder Satz von Bildern vorgenommen.
Das Energieniveau kann z.B. in Abhängigkeit von der gewünschten
Bildqualität
verändert
werden, die von einem Benutzer gewählt wird. Wiederum kann die
Festlegung der Anzahl der Belichtungen pro Bild oder Satz von Bildern bei 104 und
die Festlegung der Änderung
des Belichtungsniveaus für
jede einzelne Belichtung bei 106 auf eine von der Bedienerkonsole 40 empfangene
Benutzereingabe gestützt
werden oder vorbestimmt sein.
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Bei 108 wird
die Röntgendosis
oder das Belichtungsniveau der (in 1 gezeigten)
Röntgenstrahlen 16,
die von der Röntgenquelle 14 erzeugt werden,
von der (in 1 gezeigten) Belichtungssteuerung 33 in
Abhängigkeit
von den Belichtungsparametern, die wie bei 102 festgelegt
zu verändern sind,
der Anzahl der Belichtungen pro Bild oder Satz von Bildern, die
bei 104 festgelegt worden ist, und der Änderung des Belichtungsniveaus
für jede
einzelne Belichtung, die bei 106 festgelegt worden ist,
gesteuert (z.B. verändert).
Die kV- oder mAs-Werte der Röntgenquelle 14 werden
z.B. für
jede einzelne der Belichtungen, die von der Belichtungssteuerung 33 gesteuert
wird, gesteuert und spezieller verändert.
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Bei 110 werden
mehrere Bilder mit verschiedenen Belichtungsniveaus empfangen. Das
(in 1 gezeigte) DAS 32 tastet z.B. analoge
Daten von dem Detektor von der Vielzahl der (in 1 gezeigten) Detektorelemente 20 ab
und kann die Daten danach zur anschließenden Verarbeitung in digitale
Signale umwandeln. Die Abtastung der Daten von der Vielzahl von
Detektorelementen 20 kann z.B. sequentiell für jedes
Belichtungsniveau pro Bild oder Satz von Bildern stattfinden. Die
mehreren empfangenen Bilder werden danach bei 112 kombiniert oder
gemischt. Speziell kombiniert oder mischt der (in 1 gezeigte)
Bildprozessor 35 in Verbindung mit der (in 1 gezeigten)
Bildwiederherstellungseinrichtung 34 die mehreren Bilder
und kombiniert oder mischt z.B. mehrere Bilder bei verschiedenen
Belichtungsniveaus von demselben Punkt oder derselben Stellung der
(in 1 gezeigten) Röntgenquelle 14.
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Im
Betrieb, wenn von der Röntgenquelle 14 z.B.
für jedes
Bild oder jeden Satz von Bildern zwei verschiedene Belichtungsniveaus
bereitgestellt (z.B. erzeugt) werden, kann z.B. eine duale Energiekombination
oder Mischung vorgesehen sein. In einer beispielhaften Ausführungsform
wird eine additive und/oder mittelnde Mischung oder Kombination
bereitgestellt, wie sie bekannt ist. Es kann z.B. eine Summationsgleichung
verwendet werden, wie sie bekannt ist, bei der die Werte der einzelnen
Pixel des Bildes die Summen der Aufzeichnungen des Pixels in den
mehreren Bilder sind. Es sollte jedoch erkannt werden, dass jedes
geeignete Verfahren oder jeder geeignete Prozess zum Kombinieren
oder Mischen der Bilder zur Anwendung gebracht werden kann. Z.B.
kann ein beliebiges Verfahren oder ein beliebiger Prozess wie erwünscht oder
benötigt
zur Kombination oder Mischung der Bilder verwendet werden, um Schwarz-
und/oder Weiß-Clipping (Dark- und/oder
Bright-Clipping) zu vermeiden, um Bilder mit einem verbesserten
Dynamikbereich zu erzeugen. Es sollte weiterhin erkannt werden,
dass die mehreren Bilder in einer beispielhaften Ausführungsform
an jedem einzelnen Ort gewonnen werden können, während die Röntgenquelle 14 und
der Patient 22 (die in 1 gezeigt
sind) stationär
sind. Die kombinierten und/oder gemischten Bilder werden danach bei 114 als
ein Mehrfachbelichtungsbild bereitgestellt, das z.B. auf der (in 1 gezeigten)
Anzeige 42 angezeigt werden kann.
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Folglich
liefern die verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Mehrfachbelichtungsbilder von einem Röntgenscan.
Z.B. werden mehrere Bilder, bei denen jede Belichtung ein unterschiedliche
Energieniveau aufweist und die kombiniert oder gemischt werden,
um ein Mehrfachbelichtungsbild zu erzeugen, das einen verbesserten Dynamikbereich
und verringertes Schwarz- bzw. Weiß-Clipping aufweist, unter
Verwendung eines kostengünstigeren
Sensors, wie z.B. eines Bildverstärkers, erzeugt. Die mehreren
Bilder können
auf eine beliebige Art, wie z.B. durch eine additive, einfach mittelnde
oder eine andere komplexe Mischeinrichtung kombiniert werden, die
z.B. das Schwarz- und/oder
Weiß-Clipping
zur Verbesserung des Dynamikbereiches der Bilder verringert. Demnach
können z.B.
durch Kombinieren oder Mischen mehrerer Bilder mit verschiedenen
Belichtungen erzeugte Mehrfachbelichtungsbilder erzeugt wer den,
die den Dynamikbereich der Bildwiedergabeeinrichtung unter Verwendung
eines Röntgensystems
erweitern.
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Weiterhin
sollte erkannt werden, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zur Schaffung einer Belichtungssteuerung
in Verbindung oder in Kombination mit jedem beliebigen Typ oder
jeder beliebigen Art von Röntgenbildgebungssystem
verwendet werden können, wie
es erwünscht
oder erforderlich ist. Weiterhin können die variierten Parameter
z.B. in Abhängigkeit
von dem Typ oder der Art des Röntgensystems
oder der speziellen Röntgenanwendung
verändert
oder modifiziert werden.
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Verfahren
und Systeme zur Steuerung 108 der Belichtung für medizinische
Bildgebungsgeräte wird
geschaffen. Das Verfahren enthält
ein Variieren des Belichtungsniveaus mit Röntgenstrahlen in einem Röntgenbildgebungssystem 10,
um eine Mehrzahl von Bildern mit verschiedenen Belichtungsniveaus
zu erzeugen, und ein Kombinieren 112 der Mehrzahl von Bilder
in einem additiven Verfahren, um ein einziges Röntgenbildes zu bilden.
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Während die
Erfindung in Bezug auf verschiedene spezielle Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung
innerhalb des Geistes und Bereiches der Ansprüche mit Abwandlungen in die
Praxis umgesetzt werden kann.
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- 10
- Röntgenbildgebungssystem
- 12
- Gantry
- 14
- Röntgenquelle
- 16
- Röntgenstrahlen
- 17
- Positionierungsarm
- 18
- Detektorarray
- 20
- Detektorelement
- 22
- Patient
- 24
- Rotationszentrum
- 26
- Steuerungseinheit
- 28
- Röntgensteuerung
- 30
- Gantrymotorsteuerung
- 32
- Datenakquisitionssystem
(DAS)
- 33
- Belichtungssteuerung
- 34
- Bildwiederherstellungseinrichtung
- 35
- Bildprozessor
- 36
- Computer
- 38
- Massenspeichervorrichtung
- 39
- Mobiles
Grundelement
- 40
- Bedienerkonsole
- 42
- Anzeige
- 44
- Tischmotorsteuerung
- 46
- Motorisierter
Tisch
- 48
- Gantryöffnung
- 100
- Steuerungsverfahren
- 102
- Lege
Variation von Belichtungsparametern fest
- 104
- Lege
Anzahl der Belichtungen pro Bild oder Satz von
-
- Bildern
fest
- 106
- Lege Änderung
des Energieniveaus für
jede einzelne Be
-
- lichtung
fest
- 108
- Steuere
die Belichtung des medizinischen Bildgebungs
-
- systems
- 110
- Empfange
mehrere Bilder mit verschiedenen Belichtungs
-
- niveaus
- 112
- Kombiniere/Mische
mehrere Bilder
- 114
- Erzeuge
Mehrfachbelichtungsbild auf der Grundlage der
-
- kombinierten/gemischten
Bilder