DD156418A5

DD156418A5 - Vorrichtung zur selektiven,lokal definierten erwaermung des menschlichen koerpers

Info

Publication number: DD156418A5
Application number: DD81227715A
Authority: DD
Inventors: Dennis L Busby
Original assignee: Dennis L Busby
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1982-08-25
Also published as: DK76181A; MX150494A; ES8200562A1; AU6689181A; NO810400L; BR8101012A; EP0034735B1; EP0034735A2; HU185296B; AR226714A1; NZ196306A; FI810501L; US4434341A; EP0034735A3; ES499499A0; IL62078A0

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erwaermung beliebiger Stellen des Koerperinneren mit Hilfe von Hochfrequenz-Strahlung ist, besteht die Aufgabe darin, eine Vorrichtung zur selektiven, lokal definierten Erwaermung des menschlichen Koerpers zum Zwecke der Vernichtung von boesartigen Koerperzellen zu schaffen, mit der eine gezielte Volumenbestrahlung des Koerpers bei moeglichst geringem Energieaufwand und damit geringer Sendeleistung unter Schonung des Einstrahlungsgebietes moeglich ist. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass auf einem Ring eine Anzahl von Hochfrequenz-Sendern vorgesehen ist, die auf einen Punkt ausrichtbar sind. Die HF-Sender sind einzeln in radialer Richtung des Ringes verschiebbar. Sie sind fuer eine geringe Dauerleistung, jedoch hoehere Impulsleistung ausgelegt. Die den Sendern zufuehrbare Energie ist einstellbar. Ausserdem sind die Sender sequentiell ansteuerbar, so dass ein umlaufender Hochfrequenzstrahl erzeugbar ist.

Description

Vorrichtung zur selektiven, lokal definierten Erwärmung des menschlichen Körpers

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selektiven, lokal definierten Erwärmung des menschlichen Körpers zum Zwecke der Vernichtung von bösartigen Körperzellen. Bevorzugte Anwendung findet die Erfindung in der Medizin, und zwar für die Vernichtung von Tumoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bislang keine .Vorrichtung zur Bestrahlung des menschlichen Körpers bekannt, mit deren Hilfe an beliebiger Stelle im Körperinneren gelegene Ansammlungen bösartiger Zellen (Tumore) durch selektive, d.h . gezielte , die Umgebung schonende, lokal definierte Erwärmung so geschädigt werden, daß sie beispielsweise in Verbindung mit anderen Maßnahmen wie die Verabreichung von zellteilungshemmenden Medikamenten oder durch Anwendung ionisierender Strahlen vollständig vernichtbar sind.

Hierzu wäre an sich Hochfrequenzstrahlung geeignet, da sie im Gegensatz zu kohärenter Kurzwellenstrahlung bevorzugt in der Tiefe wirkt, bei den erwähnten Anwendungen keine Verbrennungen an der Hautoberfläche hervorruft und sich durch die Verwendung mehrerer HF-Sender komplexe Erwärmungsfelder aufbauen lassen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erwärmung beliebiger Stellen des Körper inneren mit Hilfe von Hochfrequenz-Strahlung.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur selektiven, lokal definierten Erwärmung des menschlichen Körpers zum Zwecke der Vernichtung von bösartigen Körperzellen zu schaffen, mit der eine gezielte Volumenbestrahlung des Körpers bei möglichst geringem Energieaufwand und damit geringer Sendeleistung unter Schonung des Einstrahlungsgebietes möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einem Ring eine Anzahl von Hochfrequenz-Sendern vorgesehen ist, die auf einen Punkt ausrichtbar sind.

Vorteilhafterweise ist der Ring in Führungen innerhalb eines Abschirmungsrohres in horizontaler Richtung verschiebbar.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Ring zusammen mit den Hochfrequenz-Sendern um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen schwenkbar ist.

In weiterer Ausgestaltung ist der Ring um seinen Mittelpunkt drehbar.

;i · '' . \ ' ' ' Es ist auch nach der Erfindung, daß jeder der Sender einzeln in radialer Richtung des Ringes verschiebbar ist.

Zweckmäßigerweise sind die HF-Sender Festkörperantennen mit geringer Dauer leistung, jedoch höherer Impulsleistung.

Vorteilhafterweise ist die den Sendern zuführbare Energie einstellbar.

In einer weiteren Ausführung sind die HF-Sender für die Aussendung von wenigen Milliwatt HF-Strahlung ausgelegt, so daß im Impulsbetrieb die x-fache Leistung abstrahlbar ist, wobei χ die Anzahl der HF-Sender bedeutet.

Vorzugsweise ist zumindest der Strahlenweg eines Hochfrequenz-Senders von einer Magnetspule umgeben.

Ein besonderer Vorteil ist es, daß am Innenumfang des Ringes Ultraschallgeber in unmittelbarer Nachbarschaft der Hochfrequenz-Sender vorgesehen sind.

Zweckmäßigerweise sind die Hochfrequenz-Sender und/oder die Ultraschallgeber sequentiell ansteuerbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der die Sender tragende Ring als Innenring in einem Außenring aufgehängt.

Vorzugsweise ist der Außenring auf seinem Außenumfang mit einer Nut versehen, in die Führungselemente des Abschirmungsrohres eingreifen.

In weiterer Ausgestaltung sind auf das zu bestrahlende Gewebe gerichtete, zusätzliche Magnete vorgesehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2: eine Stirnansicht eines Ringes der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3: einen Ausschnitt des Ringes gemäß Fig. 2;

Fig. 4: ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Innenring und einem Außenring;

Fig. 5: eine Ansicht des Innenringes der Vorrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6: einen Ausschnitt B des Innenringes gemäß Fig. 5;

Fig. 7: eine Ansicht des Außenringes der Vorrichtung gemäß Fig'. 4; und

Fig. 8: eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Außenring gemäß Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur selektiven lokal definierten Erwärmung des menschlichen Körpers mit einem im wesentlichen senkrecht stehenden Ring 1 , der in etwa horizontal verlaufenden Führungen 4 und 5 verschiebbar ist. Der Ring 1 und die Führungen 4 und 5 werden von einem Abschirmungsrohr 6 umgeben, in dem ein Tisch 7 in der Höhe verstellbar ist. Der Durchmesser des Abschirmungsrohres 6 ist so bemessen, daß ein menschlicher Körper darin voll aufnehmbar ist. Das Abschirmungsrohr 6 braucht nicht notwendig ein vollwandiges Rohr zu sein, eine von einem Gerüst getragene Folie, die Hochfrequenzstrahlung reflektiert, erfüllt den gleichen Zweck. Der Innendurchmesser des Ringes 1 ist hinreichend groß, um einen menschlichen Körper zu umschließen.

Der Ring weist an seinem Innenumfang montierte Hochfrequenzsender in Form von Festkorperantennen 2 auf, die in radialer Richtung des Ringes 1 verschiebbar sind. Fig. 2 läßt die Festkorperantennen 2 deutlicher erkennen,

wobei außerdem hervorgeht, daß alle Festkörperantennen auf einen Punkt ausrichtbar sind.

Durch die radiale Verschiebbarkeit der Festkörperantennen 2 läßt sich die von ihnen ausgesandte, gebündelte Energie auch auf exzentrisch im Ring 1 liegende Punkte fokussieren. Zur genaueren Einstellung von exzentrisch liegenden Bestrahlungspunkten sind die Festkörperantennen 2 außerdem in geringem Maße aus ihrer radialen Bewegungsrichtung verschwenkbar, wobei sie in einer bevorzugten Ausführung einen Kegelmantel überstreichen. Dadurch kann nicht nur auf einen in der Ringebene liegenden Punkt, sondern auch auf außerhalb davon liegende Stellen fokussiert werden.

Die räumliche Einstellung der Festkörperantennen 2 im Ring 1 erfolgt durch ein Einstellgerät 10. Mit Hilfe des Einstellgerätes 10 werden die Festkörperantennen 2 mehr oder weniger weit in den Ring 1 hineingefahren, wie dies aufgrund der zuvor erfolgten Lokalisierung des Tumors erforderlich ist. Ein an das Einstellgerät 10 angeschlossener Rechner 11 gibt in einer Ausführung an, welche Energie jeweils für'den vorzunehmenden Vorgang von Hand oder automatisch an einem Steuergerät 8 einzustellen¹ ist. Das Steuergerät 8 steuert die Festkörperantennen 2 entweder gleichzeitig oder hintereinander an, wobei im letzteren Fall Hochfrequenz impulse radial umlaufen und den Eindruck eines sich drehenden Ringes erwecken.

Ein ebenfalls an den Rechner 11 angeschlossener und mit einer Fernsehkamera 9 verbundener Monitor 12 kann gleichzeitig die Bestrahlung im Abschirmungsrohr 6 überwachen und die vom Steuergerät 8 eingestellten Werte anzeigen.

Als HF-Sendeantennen sind Festkörperantennen 2 verwendbar, die für Leistungen von wenigen Milliwatt ausgelegt sind. Im Impulsbetrieb können sie jedoch wesentlich höhere Leistungen abgeben, vorzugsweise das 10- oder Mehrfache des Dauerbetriebes, wodurch beträchtliche Energiekonzentrationen an lokal eng begrenzten Stellen beim gleichzeitigen Einwirken aller Sendeantennen erreichbar sind. Diese Energiekonzentration beträgt in einer Ausführung bis zu einigen Kilowatt. Die von den HF-Sendern abgestrahlte Hochfrequenz liegt in einem Bereich von 100 MHz bis 1000 MHz.

Anstelle einer Volumenbestrahlung läßt sich auch in gewissem Umfang eine sogenannte Punktbestrahlung vornehmen, indem die Festkörperantennen 2 besonders fokussiert werden. Das dabei für eine Zellenvernichtung noch wirksame bestrahlbare Volumen ist einstellbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außer für die Zerstörung von Tumoren für die verschiedensten chirurgischen Anwendungen geeignet, beispielsweise für die Kauterisation im Sinne eines stereotaktischen Eingriffes ohne Eröffnung des Körpers. Hierzu wird die Energie der Sendeantennen in einer bevorzugten Ausführung nach Bedarf gebündelt.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Erfindung sind entlang der Innenwand des Abschirmungsrohres 6 zusätzliche HF-Sender vorgesehen, die zur Ganzkörperbestrahlung im Falle einer beabsichtigten gesamten Temperaturerhöhung dienen. Dies ist mit der sogenannten Fiebertherapie vergleichbar, bei der die Körpertemperatur auf etwa 39 bis 45 C, vorzugsweise 42 C angehoben wird. Die im Abschirmungsrohr vorgesehenen HF-Sender sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt; sie anzubringen und anzuschließen, wirft keine besonderen Probleme für den Fachmann auf.

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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, wobei im Abschirmungsrohr 6 ein Innenring 1¹ und ein Außenring 26 in den Führungen 4 und 5 axial verschiebbar sind. Der Tisch 7 weist dabei in der Mitte eine Unterbrechung auf, um eine ungehinderte Bestrahlung von unten zuzulassen. Der Innenring 1¹ ist im Außenring 26 kardanisch aufgehängt, wodurch er um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen schwenkbar ist. Da außerdem die Möglichkeit einer axialen Verschiebung in den Führungen 4 und 5 besteht, lassen sich die am Innenumfang des Innenringes 1' angebrachten Sendeantennen 2 unter jeder beliebigen Neigung auf ein zu bestrahlendes Volumen fokussieren. Der Außenring 26 weist auf seinem Umfang außerdem eine Nut 24 auf, in die mit den Führungen 4 und 5 in Eingriff stehende Führungselemente eingreifen. Dadurch ist der Außenring 26 nicht nur in axialer Richtung des Abschirmungsrohres verschiebbar, sondern auch in radialer Richtung um 360 verdrehbar.

In unmittelbarer Nachbarschaft der Festkörperantennen 2 sind außerdem Ultraschallgeber 20 angebracht, die in den Figuren 5 und 6 deutlicher erkennbar sind. Die Ultraschallgeber 20 werden ebenso wie die Festkörperantennen 2 vom Steuergerät 8 angesteuert und dienen zur Vorbereitung der richtigen Ausrichtung des Innenringes 1', indem sie eine Anzeige darüber liefern, ob in der eingestellten Bestrahlungsrichtung HF-Strahlungshindernisse wie Knochen liegen. Die Ultraschallgeber 20 sind ebenso wie die Festkörperantennen 2 wahlweise gleichzeitig oder hintereinander ansteuerbar, wobei im letzteren Falle der Eindruck eines umlaufenden Meßstrahles entsteht.

Fig. 4 zeigt ferner eine Fokussierspule 21, deren Anbringung in Fig. 5 deutlicher erkennbar ist. Die Fokussierspule 21 umgibt den Strahlenweg von einer Festkörper-

antenne 2 in der Weise, daß die Durchdringungsfähigkeit der Hochfrequenzstrahlung unterstützt wird. Die Fokussierspule 21 ist ein Solenoid, das ebenfalls von dem Steuergerät 8 angesteuert wind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine Fokussierspule 21 dargestellt; es ist jedoch klar, daß alle Festkorperantennen 2 von einer Fokussierspule umgeben sein können, die dann zweckmäßigerweise am Innenring 1' angebracht, ist. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Fokussierspule mittels einer nicht dargestellten Halterung am Außenring 26 oder am Abschirmungsrohr 6 derart aufgehängt, daß bei einer Drehung des Innenringes 1¹ jeweils eine der Sendeantennen die gewünschte HF-Strahlung durch die Fokussierspule 21 auf den zu bestrahlenden Körper richten kann. Die Anzahl und Anordnung der Fokussierspulen 21 bleibt dem Fachmann ja nach Anwendungsbereich vorbehalten.

Fig. 4 zeigt außerdem zwei am Außenring 26 über Halterungen angebrachte Magnete 22 und 22', die im wesentlichen auf die Mitte des Innenringes 1¹ ausgerichtet sind und so nahe wie möglich an einen zu bestrahlenden Körper herangefahren werden können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 4 nur zwei Magnete dargestellt; es können jedoch auch mehr als zwei unterstützende Magnete vorgesehen sein. Die Fokussiermagnete 22, 22', 22" bewirken eine Unterstützung der HF-Strahlung, indem sie eine Polarisierung und damit eine verbesserte Leitfähigkeit hervorrufen. Sie sind jedoch nicht in jedem Fall erforderlich.

Die Ansteuerung und Überwachung der Festkorperantennen 2 und der Ultraschallgeber 20 erfolgt wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 durch ein Einstellgerät 10, das mit einem Rechner 11 verbunden ist und von diesem gesteuert wird. Mit dem Einstellgerät 10 ist außerdem ein Steuer-

gerät 8 zur elektrischen Ansteuerung der Festkörperantennen 2 und der Ultraschallgeber 20 gekoppelt. Zur Überwachung dient wiederum eine Fernsehkamera 9 mit einem Monitor 12, dem zusätzlich Betriebsdaten vom Rechner 11 zuführbar sind.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Innenringes 1', der mit Zapfen 13 und 14 zum Schwenken um eine Horizontalachse versehen ist. Man erkennt außerdem die Anordnung der Ultraschallgeber 20 unmittelbar neben den Festkörperantennen 2, wodurch vor dem Einschalten der Festkörperantennen deren Strahlenweg und eventuell darin liegende Hindernisse feststellbar sind. Ferner zeigt Fig. 5 eine am Innenring 1' aufgehängte Fokussierspule 21, die sowohl den Strahlengang einer Festkörperantenne 2 als auch eines Ultraschallgebers 20 umgibt. Die Leistungszufuhr zu der Fokussierspule 21 sowie zu den Festkörperantennen 2 und den Ultraschallgebern 20 erfolgt über durch die Zapfen 13 und 14 nach außen geführte und an das Steuergerät 8 sowie an das Einstellgerät 10 angeschlossene, nicht dargestellte Leitungen.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt B aus Fig. 5, wobei die Nebeneinanderanordnung von Festkörperantenne 2 und Ultraschallgeber 20 klar erkennbar ist.

Fig. 7 zeigt den Außenring 26 mit Zapfenhalterungen 13' und 14* für die Zapfen 13 und 14 des Innenringes 1', die ein Kippen des Innenringes 1' um eine Horizontalachse H zulassen. Die Zapfenhalterungen 13' und 14' sind außerdem mit nicht dargestellten Verriegelungen zum Festlegen des Innenringes 1' in einer gewählten Winkelstellung versehen. Auf diese Weise ist für den Innenring 1' eine kardanische Aufhängung geschaffen, wodurch zusammen mit der axialen Verschiebung in den

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Führungen 4 und 5 jede Körperzone unter beliebigem Winkel bestrahlbar ist. Es wird darauf hingewiesen, daß anstelle der in den'Figuren dargestellten kardanischen Aufhängung des Innenringes auch eine kugelschalenformige Halterung des Innenringes möglich ist, die Verschwenkungen wie bei einer kardanischen·Aufhängung zuläßt.

Der Innenring 1¹ trägt ferner die bereits erwähnten Magnete 22, 22' und 22", die auf den Fokussierbereich der Festkörperantennen 2 ausrichtbar sind. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Halterung der Magnete 22 am Außenring 26 vorgesehen, wobei Vorsorge dafür getroffen ist, daß bei verschwenktem Innenring weiterhin auf die gewünschte Körperstelle fokussiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Magnete an ausziehbaren und mit Gelenken versehenen Armen aufgehängt sind.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf den Außenring 26, die in ihrer linken Hälfte geschnitten ist. Man erkennt dabei die in der Außenfläche des Außenringes 26 vorgesehene Ringnut 23 deutlich, .in die mit den Führungen 4 und 5 in Eingriff stehende, in den 'Figuren nicht dargestellte Führungselemente eingreifen. Diese nicht dargestellten Führungselemente sind mit üblichen Verriegelungseinrichtungen versehen, um den Außenring 26 in jeder beliebigen Winkelstellung bei seiner Drehung um die Längsachse des Abschirmungsrohres 6 festzusetzen. Die zu den Festkörperantennen 2, zu den Ultraschallgebern 20, zu den Fokussierspulen 21 und den Magneten 22 führenden Anschlußleitungen laufen nach dem Durchtritt durch den Außenring 26 freihängend zum Steuergerät 8 sowie zum Einstellgerät 10, wobei sie an mehreren Punkten zweckmäßigerweise abgestützt oder aufgehängt sind. Diese Abstützungen und Aufhängungen sind so gewählt, daß eine Axialverschie-

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bung des Außenringes 26 nicht behindert wird. Es ist dem Fachmann klar, wie eine derartige Aufhängung zu gestalten ist.

In einer Weiterbildung den Erfindung befindet sich über und unten dem Tisch 7 je eine metallische Reflektorplatte, zwischen die den zu bestrahlende Körper einlegbar ist. Die beiden Platten bilden einen Kondensator, wobei eine der Platten mit einem Loch für den Durchtritt der HF-Strahlung versehen ist. Die Platten sind ebenfalls um den zu bestrahlenden körper drehbar und zu diesem Zwecke in dem Fachmann geläufiger Weise entweder am Tisch oder am Ring befestigt. Die Platten sind in einer Ausführung eben, in einer anderen gekrümmt ausgeführt. Sie polarisieren den bestrahlten Körper und unterstützen durch damit verbundene, erhöhte Leitfähigkeit die Wirkung der Hochfrequenzstrahlung.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung zur selektiven, lokal definierten Erwärmung des menschlichen Körpers zum Zwecke der Vernichtung von bösartigen Körperzellen, gekennzeichnet dadurch, daß auf einem Ring ,(1 , 1 ' ) eine Anzahl von Hochfrequenz-Sendern (2) vorgesehen ist, die auf einen Punkt ausrichtbar sind.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ring (1, 1 ' ) in Führungen (4, 5) innerhalb eines Abschirmungsrohres (6) in horizontaler Richtung verschiebbar ist.
3. Vorrichtung nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ring (1') zusammen mit den Hochfrequenz-Sendern (2) um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen schwenkbar ist.
4. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1, 1') um seinen Mittelpunkt drehbar ist. ·
5. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der HF-Sender (2) einzeln in radialer Richtung des Ringes (1, 1') verschiebbar ist. ΐ
6. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die HF-Sender (2) Festkörperantennen mit geringer Dauerleistung, jedoch höherer Impuls-

leistung sind.
7. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den HF-Sendern (2) zuführbare Energie einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die HF-Sender (2) für die Aussendung von wenigen Milliwatt HF-Strahlung ausgelegt sind, so daß im Impulsbetrieb die x-fache Leistung abstrahlbar ist, wobei χ die Anzahl der HF-Sender (2) bedeutet,
9. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der Strahlenweg eines Hochfrequenz-Senders (2) von einer Magnetspule (21) umgeben ist.
10. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß am Innenumfang des Ringes (1') Ultraschallgeber (20) in unmittelbarer Nachbarschaft der Hochfrequenz-Sender (2) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch,' daß die Hochfrequenz-Sender (2) und/oder die Ultraschallgeber (20) sequentiell ansteuerbar sind.
12. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der.die Sender (2) tragende Ring (1¹) als Innenring in einem Außenring (26) aufgehängt ist.
13. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Außenring (26) auf seinem Außenumfang mit einer Nut (23) versehen ist, in die Führungselemente des Abschirmungsrohres (6) eingreifen.'
14. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß auf das zu bestrahlende Gewebe gerichtete, zusätzliche Magnete (22, 22', 22") vorgesehen sind .

Hierzu .^ Seiten Zeichnunoen