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Die
Erfindung betrifft ein Röntgendetektorsystem
zur Aufnahme von Röntgenbildern
eines Untersuchungsobjekts gemäß dem Patentanspruch
1 sowie ein Röntgenaufnahmesystem
gemäß dem Patentanspruch
21 und ein Verfahren zur Aufnahme eines Gesamt-Röntgenbildes
gemäß dem Patentanspruch
25.
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In
der Röntgenbildgebung
sind Röntgendetektoren
zur Aufnahme von digitalen Röntgenabbildungen
eines Objektes bekannt, bei denen eine Röntgenstrahlung durch eine Szintillator-Schicht oder
eine Direktkonverterschicht umgewandelt wird und anschließend als
elektrische Ladung mittels einer aus einer Vielzahl von Pixel-Ausleseelementen aufgebauten
aktiven Detektormatrix, beispielsweise aus amorphem Silizium (a-Si),
elektronisch ausgelesen, analog-digital gewandelt und als so genanntes Röntgen-Rohbild
für die
Abbildungserstellung weiterverarbeitet wird. Häufig sind derartige Röntgendetektoren
als Flachdetektoren ausgebildet. Flachdetektoren werden im Allgemeinen
in wenigen, festgelegten Formaten gebaut, zum Beispiel 43·43 cm2 oder 30·40 cm2.
Zur Aufnahme von Objekten, die diese Formate überschreiten, müssen kostenaufwendige
spezialformatige Detektoren eingesetzt werden oder der entsprechende
Detektor wird nach Aufnahme einer ersten Abbildung verschoben, so
dass eine zweite Aufnahme gemacht werden kann.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenbildaufnahmevorrichtung
bereitzustellen, welche eine flexible Abbildungserstellung sowohl von
kleinen als auch von großen
und speziellen Bildformaten ermöglicht;
des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Röntgensystem
bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Röntgendetektorsystem
zur Aufnahme von Röntgenbildern
eines Untersuchungsobjekts gemäß dem Patentanspruch
1, durch ein Röntgenaufnahmesystem
gemäß dem Patentanspruch
21 und durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch
25; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand
der zugehörigen
Unteransprüche
2 bis 20 und 22 bis 24.
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Das
erfindungsgemäße Röntgendetektorsystem
weist mindestens zwei digitale Röntgendetektoren
auf, die gemeinsam verwendbar sind und nach einer Ausführung der
Erfindung auch unabhängig
voneinander verwendbar sind. Das Röntgendetektorsystem gewährleistet
eine große
Flexibilität,
da Röntgenbilder
in unterschiedlichen Bildformaten erstellt werden können.
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Die
mindestens zwei Röntgendetektoren sind
derart gemeinsam einsetzbar, dass die Sensorflächen der Röntgendetektoren eine vorgebbare,
feste geometrische Zuordnung zueinander aufweisen, dass die Röntgendetektoren
durch einen einzigen Röntgenschuss
belichtbar sind, und dass ein aus Einzel-Röntgenbildern zusammensetzbares
Gesamt-Röntgenbild
aufnehmbar ist, welches eine Gesamtfläche größer als die Sensorfläche des
größten der
Röntgendetektoren
abbildet.
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Die
mindestens zwei Röntgendetektoren können ein
gebräuchliches
Standardformat aufweisen, zum Beispiel 30·40 cm2,
43·43
cm2 oder 17,6·17,6 cm2.
Durch die vorgebbare, feste geometrische Zuordnung sind die Sensorflächen der
mindestens zwei Röntgendetektoren
wie ein einziger, vergrößerter Röntgendetektor
nutzbar indem die Einzel-Röntgenbilder
auf einfache Weise automatisch zusammengesetzt werden können. So
kann zum Beispiel eine im Bildsystem angeordnete Bildverarbeitungseinheit,
die Informationen über
die geometrische Zuordnung hat oder erhält, die Einzel-Röntgenbilder
zu dem Gesamt-Röntgenbild
zusammensetzen.
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Durch
die Belichtbarkeit des Röntgendetektorsystems
mittels eines einzigen Röntgenschusses (shot)
nach einer Ausführung der
erfindung wird gewährleistet,
dass die Einzel-Röntgenbilder
gleichzeitig aufgenommen werden. Dadurch wird verhindert, dass Veränderungen
und Bewegungen des Untersuchungsobjekts dazu führen können, dass die Einzel-Röntgenbilder
nicht mehr exakt zusammenpassen und somit das Gesamt-Röntgenbildes
verfälscht wird.
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Die
mindestens zwei Röntgendetektoren
des Röntgendetektorsystems
erfüllen
sowohl die Funktion von einzelnen kleinen als auch die eines großen Röntgendetektors,
so dass auf die Anschaffung eines großen, spezialformatigen Röntgendetektors
verzichtet werden kann und dennoch auf einfache Weise zum Beispiel
Ganzkörperaufnahmen
und Skolioseaufnahmen angefertigt werden können.
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In
vorteilhafter Weise sind die mindestens zwei Röntgendetektoren lösbar miteinander
koppelbar. Hierfür
sind verschiedene Ansätze
möglich. Nach
einem Ansatz sind die Röntgendetektoren
vorteilhaft mittels einer oder mehrerer lösbarer Steckverbindungen im
Gehäuse
der Röntgendetektoren
direkt miteinander koppelbar. Die Detektoren können auch zum Beispiel über Magnete
gekoppelt sein. Nach einem anderen Ansatz sind die Röntgendetektoren
in einer Vorrichtung oder mehreren Vorrichtungen derart anordbar
oder in eine Vorrichtung einschieb- oder einsteckbar, dass sie dadurch
eine definierte geometrische Zuordnung aufweisen. Dies ist zum Beispiel durch
einen Tisch mit mehreren vorgefertigten Steckplätzen für Röntgendetektoren realisierbar.
Die Röntgendetektoren
können
auch über
Schrittmotoren in Position gefahren werden. Alternativ können die Röntgendetektoren
auch an einem Spezialarbeitsplatz permanent miteinander gekoppelt
sein.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorflächen der
mindestens zwei Röntgendetektoren
in einer Ebene oder in parallelen Ebenen anordbar. Hierdurch ist
gewährleistet,
dass die Hauptstrahlungsrichtung des Röntgenstrahls relativ zu allen
Röntgendetektoren
gleich ist und dass die Röntgenstrah lung
auf dem Röntgendetektorsystem vergleichbar
mit einem einzigen, großen
Röntgendetektor
auftrifft.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorflächen der
mindestens zwei Röntgendetektoren
derart zueinander kippbar, dass die Sensorflächen einen stumpfen Winkel
zueinander einschließen.
Zum Beispiel können
die Röntgendetektoren
so individuell auf den Fokus der die Röntgenstrahlung aussenden Röntgenquelle
ausgerichtet werden, was insbesondere sinnvoll ist, wenn der Abstand
zwischen Röntgenquelle
und Röntgendetektoren
relativ klein ist.
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In
vorteilhafter Weise ist ein unterbrechungsfrei zusammenhängendes
Gesamt-Röntgenbild
aufnehmbar, so dass ein Untersuchungsobjekt ohne störende Unterbrechungen
und Lücken
abgebildet werden kann. Auch hierfür sind verschiedene vorteilhafte Ausbildungen
möglich.
Um ein solches lückenloses Gesamt-Röntgenbild
besonders einfach zu realisieren, sind zum Beispiel die Röntgendetektoren
derart ausgebildet, dass ihre Sensorflächen sich an zumindest jeweils
einer Seite bis zum Rand des Detektorgehäuses des jeweiligen Röntgendetektors
erstrecken. Bei einer Kopplung von zum Beispiel zwei Röntgendetektoren
werden die entsprechende Seiten des ersten Röntgendetektors an die entsprechende
Seite des zweiten Röntgendetektors
einfach angefügt
bzw. gekoppelt.
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Eine
weitere, aufwandslose Möglichkeit,
ein unterbrechungsfreies Gesamt-Röntgenbild zu erzeugen besteht
darin, Röntgendetektoren
zu verwenden, bei denen Bereiche des Detektorgehäuses seitlich der Sensorflächen röntgentransparent
sind. Bei einer Kopplung von zum Beispiel zwei Röntgendetektoren wird ein Röntgendetektor,
der auf einer Seite seiner Sensorfläche röntgentransparent ist, derart
teilweise überlappend
vor einem weiteren Röntgendetektor angeordnet,
dass die Röntgenstrahlung
durch den transparenten Bereich durch auf die Sensorfläche des
weiteren Röntgendetektors
fallen kann.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gesamt-Röntgenbild
aufnehmbar, welches eine Gesamtfläche von im Wesentlichen der Summe
der Sensorflächen
der einzelnen Röntgendetektoren
abbildet. Dies ist zum Beispiel dadurch vorteilhaft realisierbar,
dass die Sensorflächen
der mindestens zwei Röntgendetektoren
bezüglich
der Hauptstrahlungsrichtung der Röntgenstrahlung bündig aneinander
angrenzen.
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Nach
weiteren Ausgestaltungen der Erfindung weist das Röntgendetektorsystem
mindestens einen mobilen Röntgendetektor
und mindestens einen fest-installierten Röntgendetektor auf und/oder ist
aus drei oder mehreren Röntgendetektoren
zusammensetzbar.
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Zweckmäßigerweise
können
sich die Sensorflächen
der mindestens zwei Röntgendetektoren bezüglich der
Hauptstrahlungsrichtung der Röntgenstrahlung
auch überlappen
oder einen Abstand zueinander aufweisen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Röntgendetektor
Röntgenmarkerelemente
auf. Die Röntgenmarkerelemente sind
zum Beispiel derart angeordnet, dass sie in einem Überlappungsbereich
an dem oberen Röntgendetektor
angeordnet sind, der in Hauptstrahlungsrichtung vor dem jeweils
anderen Röntgendetektor angeordnet
ist und zwar so, dass sie von der Sensorfläche des weiteren Röntgendetektors
abgebildet werden. Ist die Position der Röntgenmarkerelemente des oberen
Röntgendetektors
bezüglich
seiner Sensorfläche
einem Bildverarbeitungssystem bekannt, welches die Einzel-Röntgenbilder verarbeitet, so kann
das Bildverarbeitungssystem durch die in dem Einzel-Röntgenbild
des unteren Röntgendetektors abgebildeten
Röntgenmarkerelemente
auf einfache Weise automatisch die Einzel-Röntgenbilder zu einem Gesamt-Röntgenbild zusammensetzen. Es
können
auch Röntgenmarker
an einer externen Vorrichtung, zum Beispiel einem Patiententisch
angeordnet sein.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden
im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher erläutert, ohne
dass dadurch eine Beschränkung
der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele
erfolgt; es zeigen:
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1 eine
Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgendetektorsystems
aus zwei Flachbilddetektoren;
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2 eine
Vorderansicht des erfindungsgemäßen Röntgendetektorsystems
nach 1;
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3 eine
Seitenansicht einer Befestigung zwischen zwei Flachbilddetektoren;
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4 eine
Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektorsystems bestehend
aus drei Flachbilddetektoren;
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5 eine
Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektorsystems bestehend
aus drei Flachbilddetektoren;
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6 eine
Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Röntgendetektorsystem bestehend aus
zwei Flachbilddetektoren, deren Sensorflächen sich auf je einer Seite
bis zum Rand des Gehäuses erstrecken;
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7 eine
Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektorsystems bestehend
aus drei Flachbilddetektoren und einem Patiententisch;
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8 eine
Abfolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In
der 1 ist ein Röntgendetektorsystem gemäß der Erfindung
gezeigt, wobei ein festinstallierter Flachbilddetektor 1 und
ein mobiler Flachbilddetektor 2 mittels einer nicht gezeigten
Steckverbindung aneinander befestigt sind, dass die Sensorfläche 8 des
festinstallierten Flachbilddetektors 1 und die Sensorfläche 9 des
mobilen Flachbilddetektors 2 zusammen eine Gesamt-Sensorfläche bilden,
die etwa der Summe der beiden Einzelflächen entspricht. Die Sensorflächen 8, 9 sind
in parallelen Ebenen und versetzt zueinander angeordnet, wobei eine geringe Überlappung
von zum Beispiel 1 cm vorgesehen ist.
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Der
festinstallierte Flachbilddetektor 1 und der mobile Flachbilddetektor 2 werden
in gekoppelter Form gleichzeitig während eines Röntgenschusses von
einer von einem Fokuspunkt 6 ausgehenden Röntgenstrahlung 7 vollständig belichtet.
Dabei werden zwei Einzel-Röntgenbilder
erzeugt, welche zu einem Gesamt-Röntgenbild zusammensetzbar sind. Der
festinstallierte Flachbilddetektor 1 ist an einer Wandhalterung 3 befestigt,
es kann sich zum Beispiel um ein Rasterwandgerät handeln. Ein Patient 5 befindet
sich zum Beispiel stehend auf einem sogenannten Orthostand 4 vor
den Flachbilddetektoren und wird von der Röntgenstrahlung 7 durchleuchtet.
Wird die Steckverbindung zwischen dem mobilen Flachbilddetektor 2 und
dem festinstallierten Flachbilddetektor 1 gelöst, können beide
Flachbilddetektoren wiederum unabhängig verwendet werden. Die
Flachbilddetektoren weisen zum Beispiel je eine aktive Matrix aus
a-Si und einen Szintillator aus Cäsium-Iodid auf.
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2 zeigt
eine Vorderansicht der beiden mittels zwei Steckbolzen 10 aneinander
befestigten Flachbilddetektoren, während in 3 eine
Seitenansicht der Befestigung gezeigt ist. Die Flachbilddetektoren
weisen außerhalb
ihrer Sensorflächen,
zum Beispiel im Gehäuse,
Löcher
auf, in welche jeweils ein Steckbolzen 10 einschiebbar
ist. Die Größe der Löcher ist
jeweils genau an die Größe des Steckbolzens 10 angepasst,
so dass eine exakte geometrische Zuordnung der Sensorflächen zueinander
gewährleistet
ist.
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4 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Röntgendetektorsystem
bestehend aus drei Flachbilddetektoren, wobei an einem festinstallierten Flachbilddetektor 1 ein
mobiler Flachbild detektor 2 und an diesem wiederum ein
weiterer mobiler Flachbilddetektor 2 befestigt sind. Angrenzende
Flachbilddetektoren bilden eine Überlappung
derart, dass ein durchgehendes Gesamt-Röntgenbild aufgenommen werden
kann.
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Die
Flachbilddetektoren sind derart angeordnet, dass ihre Sensorflächen parallel
zueinander, insbesondere in einer Ebene angeordnet sind, wobei hier
unterschiedliche Anordnungen möglich
sind. 4 zeigt eine Anordnung, bei der der erste und
der dritte der drei Flachbilddetektoren in einer Ebene liegen und
der mittlere Flachbilddetektor parallel und in Strahlungsrichtung
des Röntgenstrahls 7 vor
den beiden anderen Flachbilddetektoren angeordnet ist. Es kann auch
der mittlere Flachbilddetektor parallel und in Strahlungsrichtung
des Röntgenstrahls 7 hinter den
beiden anderen Flachbilddetektoren angeordnet sein oder der zweite
Flachbilddetektor ist in Strahlungsrichtung des Röntgenstrahls 7 vor
dem ersten Flachbilddetektor und der dritte vor dem zweiten Flachbilddetektor
in stufenweiser Anordnung angeordnet. Es können auch mehr als drei Flachbilddetektoren
gemeinsam angeordnet sein.
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In 5 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Röntgendetektorsystem
bestehend aus drei Flachbilddetektoren gezeigt, wobei ein festinstallierter Flachbilddetektor 1 und
zwei mobile Flachbilddetektoren 2 in einer Reihe angeordnet
sind und eine Überlappung
derart vorgesehen ist, dass die Sensorflächen der Flachdetektoren senkrecht
zu den Ebenen, in denen die Sensorflächen liegen, bündig aneinandergrenzen.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass angrenzende Flachbilddetektoren
eine Überlappung
jeweils von der Breite ihrer Gehäuseränder 11 bilden,
so dass ein Spalt von der Breite der Gehäuseränder 11 die Sensorflächen trennt.
Es können
auch alle angrenzenden Flachbilddetektoren in einer Ebene liegen
und mit ihren Gehäusen
aneinander grenzen, so dass jeweils ein Spalt von der Breite von
zwei Gehäuserändern 11 die
Sensorflächen
trennt. Für
diese Fälle
ist eine Rekonstruktion der fehlenden Bereiche des Gesamt-Röntgenbilds
zu empfehlen.
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Für die in 4 und 5 gezeigten
Ausführungen
ist es besonders vorteilhaft, wenn bei der Aufnahme der einzelnen
Röntgenbilder
eine Signalverstärkung
in teilabgeschatteten Randbereichen 12 der Sensorflächen vorgenommen
wird, um den Intensitätsverlust
durch die Abschattung des Röntgenstrahls 7 auszugleichen
und eine Korrektur eines möglicherweise
fehlenden Röntgenbildteils
zwischen den einzelnen Röntgenbildern
besonders präzise
zu korrigieren. Zu letzterem Zweck kann es auch vorteilhaft sein,
eine Signalverstärkung
in Randbereichen der Sensorflächen
vorzunehmen, wenn diese selbst die röntgensensitiven Fläche eines
benachbarten Flachbilddetektors abschatten.
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Es
ist vorteilhaft, derartige Flachbilddetektoren als in Strahlrichtung
des Röntgenstrahls
vorne angeordnete Flachbilddetektor zu verwenden, deren Gehäuseränder zumindest
im Bereich der Überlappung
röntgentransparent
ausgebildet sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Flachbilddetektoren zumindest eine
Seite aufweisen, auf der die Sensorfläche sich bis zum äußersten
Rand des Detektors erstreckt. 6 zeigt
zwei mobile Flachbilddetektoren 2, die auf jeweils einer
Seite keinen Gehäuserand
aufweisen und derart aneinander befestigt sind, dass ihre Sensorflächen eine
unterbrechungsfreie Fläche
bilden. Die zwei mobilen Flachbilddetektoren 2 können zum
Beispiel mittels zweier seitlicher Steckbolzen 10 miteinander
verbunden sein.
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In 7 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Röntgendetektorsystem
bestehend aus drei Flachbilddetektoren gezeigt. Ein festinstallierter
Flachbilddetektor 1 ist an einer Wandhalterung 3 derart
befestigt, dass er unterhalb eines Patiententischs 13 angeordnet
ist. Ein mobiler Flachbilddetektor 2 ist in ein passend
ausgebildetes Fach 15 eines Tischfußes 14 des Patiententischs 13 einsetzbar,
so dass der mobile Flachbilddetektor 2 ebenfalls unterhalb
des Patiententischs 13 angeordnet ist. Ein weiterer mobiler Flachbilddetektor 2 ist
pa rallel und versetzt zu den beiden anderen Flachbilddetektoren
in eine passend ausgebildete Mulde 16 des Patiententischs 13 einsetzbar.
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Mehrere
Flachbilddetektoren, also zum Beispiel mindestens vier, können auch
mosaikartig oder schindelartig zusammengesetzt werden. Hierbei kann
vorgesehen sein, dass sich für
die jeweiligen Flachbilddetektoren auf mindestens zwei Seiten die Sensorflächen bis
zum äußersten
Rand erstrecken.
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8 zeigt
eine schematische Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufnahme
eines Gesamt-Röntgenbildes.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Der erste Schritt 20 besteht
darin, die mindestens zwei digitalen Röntgendetektoren zu koppeln,
so dass eine feste geometrische Zuordnung der Röntgendetektoren entsteht. Der
zweite Schritt 21 besteht darin, eine Röntgenstrahlung in Form eines
Röntgenschusses
durch die Röntgenquelle
zur Belichtung der Gesamtfläche
auszusenden. Der dritte Schritt 22 besteht darin, Einzel-Röntgenbilder
durch die Röntgendetektoren
aufzunehmen und auszulesen und der vierte Schritt 23 besteht
im automatischen Zusammensetzen der Einzel-Röntgenbilder zu einem Gesamt-Röntgenbild
durch das Bildsystem unter Verwendung von Informationen über die
feste geometrische Zuordnung.
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Nach
einer Ausführung
der Erfindung werden zur Bestimmung der festen geometrischen Zuordnung
der gekoppelten Röntgendetektoren
Kalibrier-Röntgenbilder
aufgenommen und aus den Kalibrier-Röntgenbildern die geometrische
Zuordnung der Röntgendetektoren
zueinander berechnet oder von einem Benutzer eingegeben. Dies wird
zum Beispiel nach dem Koppeln der Röntgendetektoren und vor der
eigentlichen Aufnahme durchgeführt.
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Dieses
Verfahren wird mit einem erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystem aufgenommen, welches
neben den mindestens zwei Flachbilddetektoren auch eine Röntgenquelle,
eine Systemsteuerung und ein Bildsystem aufweist. Das Bildsystem wiederum weist
Mittel zum automatischen Zusammensetzen von Einzelröntgenbildern
der Röntgendetektoren
zu dem Gesamt-Röntgenbild
auf. Diese Mittel können
zum Beispiel von einer Bildverarbeitungseinheit mit einer speziellen
Software, insbesondere der sogenannten stitching Software, gebildet
werden oder es kann eine Korrektureinheit verwendet werden.
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Nach
einer Ausführung
der Erfindung wird beim automatischen Zusammensetzen von Einzelröntgenbildern
zum Gesamt-Röntgenbild
eine Signalverstärkung
in den teilabgeschatteten Randbereichen 12 der Sensorflächen durchgeführt, um
einen Qualitätsverlust
durch die Abschattung auszugleichen. Diese Signalverstärkung kann
dabei sowohl im Schattenbereich des vorne liegenden Röntgendetektors
als auch des hinten angeordneten Röntgendetektors vorgesehen sein,
um den Intensitätsverlust der
Röntgenstrahlen
auszugleichen. Die entsprechende Anpassung erfolgt dabei automatisch.
Es kann auch vorgesehen sein, die Abstände zwischen Röntgendetektoren
und Röntgenquelle
und/oder dem Patienten in Bezug auf verschiedene Röntgendetektoren
bei dem automatischen Zusammensetzen von Einzelröntgenbildern zum Gesamt-Röntgenbild
einzurechnen.
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Die
Erfindung lässt
sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine flexible Abbildungserstellung
unterschiedlich großer
Bildformate ist ein Röntgendetektorsystem
zur Aufnahme von Röntgenbildern
eines Untersuchungsobjekts, aufweisend mindestens zwei digitale,
unabhängig
einsetzbare Röntgendetektoren
mit jeweils einem den Röntgendetektor
zumindest teilweise umschließenden
Gehäuse
vorgesehen, welche Röntgendetektoren
derart gemeinsam einsetzbar sind, dass die Sensorflächen der
Röntgendetektoren
eine vorgebbare, feste geometrische Zuordnung zueinander aufweisen, dass
die Röntgendetektoren
durch einen einzigen Röntgenschuss
belichtbar sind, und dass ein aus Einzel-Röntgenbildern zusammensetzbares
Gesamt-Röntgenbild
aufnehmbar ist, welches eine Gesamtfläche größer als die Sensorfläche des
größten der
Röntgendetektoren
abbildet.