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Die
Erfindung betrifft eine Partikeltherapie-Anlage umfassend eine drehbare
Gantry, die einen Bestrahlungsraum mit einem mehrere bewegliche
Segmente aufweisenden Boden umschließt, in welchem Bestrahlungsraum
ein Patiententisch positionierbar ist.
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Bei
einer Partikeltherapie, insbesondere von Krebserkrankungen, wird
in einem geeigneten Beschleuniger ein Partikelstrahl beispielweise
aus Protonen oder Schwerionen erzeugt. Der Partikelstrahl wird in
einem Strahlungskanal geführt
und tritt über ein
Austrittsfenster des Strahlungskanals in einen Bestrahlungsraum
ein. In vielen Fällen
ist wegen der aufwändigen
Strahlungsführung
lediglich ein ortsfestes Strahlaustrittsfenster vorgesehen. Bei
einigen Anlagen ist jedoch eine drehbare Gantry mit einem Austrittsfenster
vorgesehen. Wegen der aufwändigen
Strahlungsführung
ist die Gantry sehr großvolumig
aufgebaut. Die Gantry umschließt
den etwa zylinderförmigen
Bestrahlungsraum, in den ein Patiententisch hineingefahren wird.
Für eine
möglichst
präzise
Behandlung muss das zu bestrahlende webe des Patienten möglichst
genau im Isozentrum (dem Schnittpunkt der Strahlen bei der Rotation
der Gantry) der Anlage positioniert werden.
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Am
Ende des Strahlungskanals sind in einer auch als Nozzle bezeichnet
Bestrahlungseinheit unmittelbar vor. dem Austrittsfenster üblicherweise
mindestens ein Strahlendetektor sowie passive Strahlelemente angeordnet.
Um den Patienten auch von unten bestrahlen zu können, ist die Gantry idealerweise 360
um den Patienten rotierbar. Hierbei besteht das Problem, dass die
Bestrahlungseinheit auch in dem Bereich unterhalb des Patienten
rotierbar sein muss. Für
diesen Zweck öffnet
sich der Boden des Bestrahlungsraums und passt sich an die Rotation
der Bestrahlungseinheit an. Jedoch wird gleichzeitig ein Boden im
Bestrahlungsraum benötigt,
damit der Patient zugänglich
ist, Wartungsarbeiten durchgeführt
werden können
und keine Absturzgefahr für
das Bedienpersonal besteht.
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In
der WO 2004/026401 A1 ist eine Bestrahlungskammer beschrieben, die
ein halboffener Raum in Zimmergröße ist.
Der Boden dieses Raums ist fest installiert mit Ausnahme eines ca.
50 cm breiten Schlitzes für
die Führung
einer Bestrahlungseinheit. Der Schlitz ist mit einer beidseitig
geführten
Rollabdeckung zugedeckt. Die Gantry ist nur um 180 drehbar.
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Aus
der WO 2006/076545 A2 ist ein bewegliches Bodensystem zu entnehmen,
welches eine aus- und einziehbare Paneelanordnung, umfasst, die innerhalb
der drehbaren Gantry angeordnet ist. Die Paneelanordnung umfasst
eine Mehrzahl von feststehenden Bodenpaneelen sowie die gleiche
Anzahl von beweglichen Bodenpaneelen, die gleitend über den
feststehenden Bodenpaneelen. angeordnet sind und sich im ausgezogenen
Zustand zwischen den feststehenden Bodenpaneelen und einem Festboden eines
Behandlungszimmers, der an die Gantry anliegt, erstrecken.
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Weitere
Partikeltherapie-Vorrichtungen mit jeweils einem beweglichen Bodenbereich,
der mehrere miteinander flexibel verbundene Segmente aufweist, sind
außerdem
aus der
EP 1 402 923
A1 und der
EP
0 283 083 A1 zu entnehmen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Partikeltherapie-Anlage
mit einem einfachen und kompakten Aufbau anzugeben, bei der der
Patient auch von unten bestrahlt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Partikeltherapie-Anlage umfassend eine drehbare Gantry, die
einen Bestrahlungsraum mit einem mehrere bewegliche Segmente aufweisenden Boden
umschließt,
in welchem Bestrahlungsraum ein Patiententisch positionierbar ist,
wobei die Segmente jeweils unter einen angrenzenden Bodenbereich
verfahrbar sind.
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Hierbei
sind die Segmente insbesondere plattenförmig ausgebildet, so dass eine
einfache tragende Konstruktion und ein geringer technischer Aufwand
zum Bewegen der Segmente erfordert ist. Ein Verfahren der Segmente
unter den angrenzenden Bodenbereich hat den entscheidenden Vorteil,
dass die weggefahrenen Segmente derart unter dem angrenzenden Bodenbereich
gelagert sind, dass sie weder die Rotation der Gantry stören noch
oberhalb des Bodens Platz belegen und dadurch die Arbeit des Personals
erschweren. Darüber
hinaus ist ein solches Verfahren der Segmente technisch leicht zu realisieren
und es wird sehr wenig Platz zur Unterbringung der vom Boden entfernten
Segmente gebraucht. Es werden jeweils immer nur diejenigen Segmente
entfernt, bei denen eine Kollision mit der Bestrahlungseinheit droht.
Aufgrund der einzeln beweglichen Segmente ist der Boden im Bestrahlungsraum
daher immer großflächig begehbar.
Der Boden ist außerdem
derart ausgebildet, dass ein Verfahren eines oder mehrerer Segmente
keinerlei negative Auswirkungen auf die Festigkeit des verbleibenden Bodens
hat. Bevorzugt sind die sich insbesondere in Längsrichtung des zylindrischen
Bestrahlungsraums erstreckenden Segmente in Längsrichtung verfahrbar. Alternativ
können
sie auch seitlich beispielweise unter ein benachbartes Segment verfahren
werden.
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Das
Verfahren der Segmente umfasst im Allgemeinen ein Absenken der Segmente
und deren Einschieben in einen Hohlraum unter den angrenzenden Bodenbereich.
Da mehrere Segmente vorgesehen sind, brauchen immer nur einzelne
Abschnitte des Bodens geöffnet
zu werden, um eine einwandfreie Rotation der herausragenden Bestrahlungseinheit
oder eine Bestrahlung des Patienten von unterhalb des Patiententisches
zu ermöglichen.
Die Öffnung
im Boden wird dadurch minimiert und teilweise von der Bestrahlungseinheit
abgedeckt. Hierdurch ist der Boden neben dem Patiententisch jederzeit
begehbar, ohne dass größere Bereiche
des Bodens offen sind. Es ist also ein sicherer Zugang zum Patienten
gewährleistet.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal des Bodens ist, dass er eine vom Bestrahlungsraum
und von der Gantry unabhängige
Konstruktion ist, mit diesen also nicht verbunden ist. Die tragende
Konstruktion und die Bewegungsmechanik der Segmente sind außerhalb
des Bestrahlungsraums angebracht. Dies erlaubt einen besonders einfachen
Aufbau des Bestrahlungsraums, wobei die Seitenwand und die Rückwand mitdrehen,
jedoch der bewegliche Boden stehen bleibt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung sind die Bodensegmente unter einen an
den Bestrahlungsraum angrenzenden Festboden verfahrbar. Der Festboden
ist hierbei ein insbesondere festes Fundament, das nach Art einer
Platte mit einer vorgegeben Dicke ausgebildet ist. Die einzelnen
Segmente der Segmenten anordnung, die zum Öffnen des beweglichen Bodens
unter den Festboden verfahren werden, werden insbesondere vollständig außerhalb
des Bestrahlungsraums hinausgefahren. Somit wird besonders viel
Platz für
die einwandfreie Rotation der Gantry gewonnen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Segmente jeweils um
eine Drehachse schwenkbar und in der geschwenkten Stellung verfahrbar.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aus Platzgründen ein
Verfahren in der horizontalen Stellung der Segmente nicht möglich ist.
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Zweckdienlicherweise
sind die Segmente im Wesentlichen um 90° schwenkbar. Die vertikale Stellung
der Segmente nach einer Drehung um 90° ermöglicht eine hohe Festigkeit
des Bodens, da dieser nur in geringen Teilbereichen hohl ausgebildet
ist.
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Bevorzugt
sind im Festboden Aussparungen für
die Segmente ausgebildet. Solche Aussparungen sind besonders geeignet
für einen
dicken Festboden. Die Segmente werden daher ohne große Verfahrwege
in den Festboden eingefahren. Insbesondere werden die Bodensegmente
vollständig
in die Aussparungen hineingefahren. Die Aussparungen sind entweder
schlitzartig ausgestaltet und die Segmente werden in horizontaler
Lage hineingeschoben, oder sind jeweils nach Art eines Spalts ausgebildet,
um die geschwenkten Segmente aufzunehmen. Möglich ist auch, dass in einer
Aussparung mehrere Segmente untergebracht werden, bzw. dass nur
eine Aussparung vorgesehen ist, die alle Segmente aufnimmt. Die
Form, Größe und Position
der Aussparungen hängen
grundsätzlich
von der Dicke des Festbodens und die Anforderungen bezüglich seiner
Festigkeit und Stabilität.
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Vorzugsweise
sind die Aussparungen nach Art vertikaler Schächte ausgebildet. Diese Schächte weisen
eine Breite auf, die im Wesentlichen der Stärke der Segmente entspricht
und die Segmente werden nach einer Schwenkung um 90° in der ver tikalen Stellung
in die Aussparungen hineingefahren. Diese Ausgestaltung der Aussparungen
bietet die höchste Stabilität des Festbodens.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind
die Drehachsen derart angeordnet, dass beim Drehen der Segmente
eine ausreichende Absenkung zum Verfahren in die Aussparungen gewährleistet
ist. Diese abgesenkte Stellung ermöglicht das Verfahren der Segmente
unter oder in den Festboden. Hierbei sind die Aussparungen unter
der Oberfläche
des Festbodens angebracht, so dass eine ausreichend dicke Bodendecke über den
Aussparungen für
eine große
Stabilität
des Festbodens sorgt.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Segmente mittels jeweils eines Hebelarms um die Drehachse
rotierbar. Der wesentliche Vorteil des Hebelarms ist, dass er ein
besonders einfaches konstruktives Mittel darstellt, mit dessen Hilfe
eine kombinierte Absenk- und Schwenkbewegung der Segmente ermöglicht ist.
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Um
die Vorteile der kombinierten Bewegung der Segmente ausnutzen zu
können,
ist jeder der Hebelarme zweckdienlicherweise an einer Randseite der
Segmente angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Gantry um 360° drehbar,
um den Partikelstrahl unter beliebigen Winkeln zum erkrankten Gewebe
des Patienten ausrichten zu können.
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Bevorzugt
ist ein auf dem Festboden befestigter Roboter zum Platzieren des
Patiententisches innerhalb des Bestrahlungsraums vorgesehen. Dadurch
kann der Patiententisch in den von der Gantry umschlossenen Bestrahlungsraum
hineingefahren und gehalten werden, ohne dass der Patiententisch Kontakt
mit dem beweglichen Boden hat. Somit wird eine besonders hohe Stabilität des Patiententisches gewährt, da
seine Position im Bestrahlungsraum unabhängig von der jeweiligen Anordnung
der Segmente ist.
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Vorteilhafterweise
ist ein mechanischer Antrieb zum Verfahren der Bodensegmente vorgesehen.
Somit weist die Anlage einen hohen Automatisierungsgrad auf, der
zu einer hohen Präzision
der Behandlung führt.
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Bevorzugt
ist weiterhin, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die einzelnen
Segmente in Abhängigkeit
von der Stellung der Gantry automatisch verfährt. Wenn die Bestrahlungseinheit
beispielweise den beweglichen Boden erreicht, wird ein oder werden
mehrere Segmente im Randbereich des Bodens automatisch weggefahren,
damit die Bestrahlungseinheit weitergedreht werden kann. Zudem werden über die
Steuereinheit bei Bedarf Segmente im mittleren Bereich des Bodens
entfernt, damit ein freier Zugang des Partikelstrahls zum Patienten
auch von unterhalb des Patiententisches gewährleistet ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Darstellung eine Partikeltherapie-Anlage,
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2 eine
Ansicht aus einem Bestrahlungsraum der Partikeltherapie-Anlage gemäß 1 in Richtung
einer offenen Seite des Bestrahlungsraums, und
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3 in
einer Draufsicht einen Schnitt durch den Bestrahlungsraum gemäß 2.
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Gleiche
Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1 ist
eine Partikeltherapie-Anlage 2 mit einer um eine Rotationsachse
R drehbaren Gantry 4 dargestellt. Die Gantry 4 umschließt einen
etwa zylinderförmigen
Bestrahlungsraum 6, in dem ein Patiententisch 8 positionierbar
ist. Die Gantry 4 umfasst außerdem einen hier in einer
Explosionsdarstellung teilweise gezeigten Strahlungskanal 10.
Im Strahlungskanal 10 wird ein Partikelstrahl, beispielweise ein
Schwerionen- oder Protonenstrahl zur Behandlung eines auf dem Patiententisch 8 liegenden
Patienten 12 geführt.
Der Partikelstrahl tritt über
ein Austrittsfenster 13 einer Bestrahlungseinheit 14 in
den Bestrahlungsraum 6 ein, wobei die Bestrahlungseinheit 14 im
montierten Zustand des Strahlungskanals 10 aus einer rotierbaren
Seitenwand 16 des Bestrahlungsraums 6 herausragt.
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Die
Seitenwand 16 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer einfachen
Verkleidung ohne mechanische Belastbarkeit. Nach hinten ist der Bestrahlungsraum 16 durch
eine Rückwand 18 begrenzt,
die ebenfalls eine einfache Verkleidung ohne mechanische Belastbarkeit
ist und mit der Gantry 4 um die Rotationsachse R rotiert.
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Der
Bestrahlungsraum 6 weist weiterhin einen Boden 20 auf,
der im Ausführungsbeispiel
aus mehreren beweglichen Segmenten 22 besteht. Der Boden 20 wird
im folgenden auch als beweglicher Boden bezeichnet.
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Unter
dem Bestrahlungsraum 6 wird also in diesem Ausführungsbeispiel
der von der Gantry 4 umschlossene zylinderförmige Raum
verstanden, der seitlich durch eine zylindrische Seitenwand 16 und
nach hinten durch eine Rückwand 18 begrenzt ist
und nach vorne teilweise offen ist. Der Bestrahlungsraum 6 ist
durch den beweglichen Boden 20 in einen oberen und einen
unteren Teil 23a, 23b unterteilt (vgl. 2).
Der obere Teil 23a ist nach vorne offen, so dass der Patiententisch 8 eingefahren
werden kann. Im unteren Teil 23b befindet sich im Wesentlichen
eine Bewegungsmechanik der Segmente 22.
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Der
Patiententisch 8 wird mittels eines Patienten-Handlingsystems,
in diesem Ausführungsbeispiel
ein angesteuerter Roboter 24 in den Bestrahlungsraums 6 hineingefahren.
Dabei hat der Patiententisch 8 keinen Kontakt mit dem beweglichen
Boden 20. Der Roboter 24 ist auf einem Festboden 26 mit
einer vor gegebenen Dicke montiert, der an den Bestrahlungsraum 6 angrenzt
und in der Höhe
des beweglichen Bodens 20 liegt. Der Festboden 26 kann auch
etwas höher
als der bewegliche Boden 20 ausgebildet sein.
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Der
Roboter 24 ist ein mehrachsiger Industrieroboter mit einer
mehrteiligen Mechanik. Mit Hilfe des Roboters 24 wird der
Patiententisch 8 translatorisch in die horizontale sowie
in die vertikale Richtung bewegt. Hinzu ist ein Drehen des Roboters 24 um eine
Achse A1 senkrecht zum Festboden 26 sowie ein Drehen des
Patiententisches 8 um eine Achse A2, die senkrecht zu einer
Tischplatte 28 des Patiententisches 8 verläuft, möglich. Der
Roboter 24 ist derart ausgebildet, dass die Bewegung des
Patiententisches 8 sich durch drei Translationsfreiheitsgrade
sowie drei Rotationsfreiheitsgrade auszeichnet. Durch die Translations-
und Rotationsbewegungen des Patiententisches 8 werden die
Lage und die Entfernung des Patienten 12 zur Bestrahlungseinheit 14 eingestellt.
Während
der Positionierung des Patiententisches 8 in dem Bestrahlungsraum 6 bleibt
die Tischplatte 28 in einer horizontalen Lage, damit der
Patient 12 stabil auf dem Patiententisch 8 liegt.
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Die
Konstruktion des beweglichen Bodens 20 und die des Festbodens 26 sind
in 2 gezeigt. Die Segmente 22 weisen in
dieser Ausführung
eine Stärke
S auf, die eine genügende
Stabilität
des beweglichen Boden 20 bei seiner Belastung durch das Gewicht
mindestens einer Person verleiht. Jedes der Segmente 22 des
beweglichen Bodens 20 ist über einen randseitig angebrachten
Hebelarm 30 und eine drehbare Führung 32 um eine Achse
D im Wesentlichen um 90° rotierbar.
Durch diese konstruktive Ausgestaltung werden die Segmente 22 bereits
bei einer Rotationsbewegung abgesenkt, so dass ihre obere Seite
unterhalb der Oberfläche
des Festbodens 26 liegt. Hierbei erfolgt keine zusätzliche
translatorische vertikale Hubbewegung.
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In
dieser abgesenkten Stellung werden die Segmente 22 in einige
für sie
vorgesehene hohle Aussparungen 34 im Festboden 26 eingefahren.
Die Aussparungen 34 weisen etwa die Form und Größe der Segmente 22 mit
der dazugehörigen
Bewegungsmechanik (der Hebelarm 30 und die drehbaren Führungen 32)
auf. Die Aussparungen 34 sind nach Art vertikaler Schächte mit
einer Erweiterung für
die Bewegungsmechanik 30, 32 ausgebildet. Die
Breite B der vertikalen Schächte 34 entspricht
etwa der Stärke
S der Segmente 22, zuzüglich
eines Toleranzspielraums.
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Die
Aussparungen 34 sind in einem ausreichenden Abstand von
der Oberfläche
des Festbodens 26 ausgebildet. Somit sind sie von einer
Bodendecke überdeckt,
die für
eine hohe Tragfähigkeit
des Festbodens 26 auch im Bereich über den Aussparungen 34 sorgt.
Die Stärke
dieser Bodendecke bzw. die Tragfähigkeit
des Festbodens 26 kann erhöht werden, indem der Festboden 26 nach
Art einer Treppenstufe etwas höher
ist als der bewegliche Boden 20 im Bestrahlungsraum 6.
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Zur
Durchführung
der Therapie wird der Patient 12 zunächst auf dem Patiententisch 8 immobilisiert.
Der Patiententisch 8 wird über den Roboter 24 in
den Bestrahlungsraum 6 der Gantry 4 hineingefahren
und derart positioniert, dass das erkrankte Gewebe des Patienten 12 im
Isozentrum der Gantry 4 liegt. Zum Einstellen eines für die Bestrahlung
günstigsten Winkels
wird die Gantry 4 um ihre Rotationsachse R gedreht. Die
aus der Seitenwand 16 herausragende Bestrahlungseinheit 14 rotiert,
wobei die Seitenwand 16 sowie die Rückwand 18 des Bestrahlungsraums 6 mitdrehen.
Eine relative Bewegung der Bestrahlungseinheit 14 zur Seitenwand 16 findet
nicht statt.
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Aufgrund
des relativ großen
Volumens der Bestrahlungseinheit 14 besteht eine Kollisionsgefahr zwischen
ihr und dem Boden 20 im Randbereich des beweglichen Bodens 20 sowie
unter dem Boden 20. Eine Kollision wird durch eine hier
nicht näher
gezeigte Steuereinheit vermieden. Die Steuereinheit verfährt die
einzelnen Segmente 22 des beweglichen Bodens 20 in
die Aussparungen 34 im Festboden 26 in Abhängigkeit
von der Position der Bestrahlungseinheit 14. Somit bewirkt
sie ein Öffnen
eines Teils des Bodens 20. Hierbei wird die entstandene Öffnung im
beweglichen Boden 20 teilweise durch die Bestrahlungseinheit 14 abgedeckt,
damit die Absturzgefahr für
das Personal oder für
unabsichtlich auf dem Boden 20 liegenden Gegenstände reduziert
ist. Durch eine geschickte Wahl der Kontur und der Bewegungsbahnen
der Segmente 22 wird ein nahezu spaltfreier Boden 22 mit
einer minimalen Absturzgefahr realisiert.
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Der
bewegliche Boden 20 ist insbesondere derart angesteuert,
dass bei einer feststehenden Gantry 4 der Zugang zum Patienten über mindestens ein
Segment 22 gewährleistet
ist. Dies gilt auch für den
Fall, wenn Segmente 22 im mittleren Bereich des Bodens 20 entfernt
werden müssen,
um den Patienten 12 von unten zu bestrahlen.
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Der
hier beschriebene Aufbau und das Verfahren eines oder mehrerer beweglicher
Segmente 22 unter einen angrenzenden Bodenbereich, insbesondere
unter den Festboden 26, hat den Vorteil, dass eine Bestrahlung
des Patienten 12 auch von unten ermöglicht ist, wobei die Zugänglichkeit
zum Patienten jederzeit gewährleistet
ist. Dadurch dass die Segmente unter den Boden verfahren werden,
stören sie
nicht und der Boden bleibt für
den Zugang des Personals und für
eine einwandfreie Positionierung des Patiententisches 8 weiterhin
frei.