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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung,
umfassend eine Magnetresonanzeinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung.
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Im
Rahmen der Strahlentherapie soll im Allgemeinen ein Ziel innerhalb
des menschlichen Körpers
bestrahlt werden, um Krankheiten, insbesondere Krebs, zu bekämpfen, indem
gezielt in einem Isozentrum einer Bestrahlungseinrichtung eine hohe Strahlungsdosis
erzeugt wird. Dabei ergibt sich häufig das Problem, dass das
Ziel der Bestrahlung im Körper
beweglich ist. So verschiebt sich beispielsweise ein Tumor im Bauchbereich
während
des Atemvorgangs. Daher wurde vorgeschlagen, die Lage des Bestrahlungsziels
im Körper
während
der Bestrahlung durch Bildgebung zu kontrollieren, um den Strahl
entsprechend zu steuern oder gegebenenfalls die Bestrahlung abbrechen
zu können.
Dies ist insbesondere relevant für
Bestrahlungsziele im Ober- und Unterbauch sowie im Beckenbereich,
beispielsweise der Prostata.
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Als
Bildgebungsmedium wurden sowohl Röntgen- als auch Ultraschalleinrichtungen
vorgeschlagen. Diese stellen jedoch keine sinnvolle Lösung des
Problems dar, da dem Ultraschall die Eindringtiefe für viele
Anwendungen fehlt, und Röntgensensoren
durch die Gammastrahlung des Beschleunigers gestört oder beschädigt werden.
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Daher
werden heute hauptsächlich
Positionierhilfen und Fixiereinrichtungen verwendet, um sicherzustellen,
dass der Patient in der Bestrahlungseinrichtung die gleiche Position
wie bei der Bestrahlungsplanung hat und somit das Isozentrum der
Bestrahlungseinrichtung mit dem Bestrahlungsziel auch tatsächlich zusammenfällt. Diese
Positionierhilfen und Fixier einrichtungen sind jedoch aufwändig, fehlerträchtig und
für den
Patienten meist unbequem.
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In
GB 2 382 512 A wurde
vorgeschlagen, eine Magnetresonanzeinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung
miteinander zu integrieren. Dabei wird vorgeschlagen, den Solenoidmagneten
der Magnetresonanzeinrichtung in zwei Teile zu teilen. Nachteilig
hierbei sind die hohen Kosten, die durch die erforderliche Zweiteilung
des Magneten entstehen, da praktisch zwei statt einem Magneten benötigt werden.
Die Verwendung eines konventionellen Geräts ist nicht möglich.
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Die
Verwendung eines bekannten, serienmäßigen Solenoidmagneten ist
bereits deswegen kaum möglich,
da der Strahl der Bestrahlungseinrichtung durch den Magneten ungünstig geschwächt und abgelenkt
wird. Lösungen
hierzu sind beispielsweise in der
GB 2 393 373 A diskutiert, wobei ein zentraler Bereich
des Solenoidmagneten möglichst
feldfrei gehalten werden soll. Wiederum wäre es notwendig, speziell für diese
Anwendung ein Gerät
zu entwickeln, jedoch ist der Markt für Bestrahlungseinrichtungen
recht klein, so dass solche speziell entwickelten Magnetresonanzeinrichtungen
nicht lohnenswert erscheinen.
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US 2004/0199068 A1 offenbart
die Kombination einer Magnetresonanzeinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung,
wobei die Magnetresonanzeinrichtung zwei separate, nicht über ein
Joch verbundene Magneten aufweist.
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US 6,198,957 B1 zeigt
ebenfalls die Kombination einer Bestrahlungseinrichtung mit einem
offenen Magneten. Dieser ist entlang der Längsachse geöffnet, um die Bestrahlung des
erkrankten Gewebes zu ermöglichen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
Strahlentherapie unter Bildüberwachung
anzugeben, die es unter geringem konstruktiven Aufwand, insbesondere
bei der Möglichkeit
der Verwendung serienmäßiger Magnetresonanz einrichtungen,
erlaubt, eine Bildüberwachung durch
Magnetresonanz bei einer Bestrahlung zu ermöglichen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Magnetresonanzeinrichtung einen C-förmigen Magneten mit einem Joch
und zwei seitlichen Polschuhen umfasst und die Bestrahlungseinrichtung
zum Einbringen von Strahlung von der offenen Seite in den Bereich
zwischen den Polschuhen angeordnet ist.
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Ein
C-förmiger
Magnet besitzt üblicherweise – abgesehen
von den Polschuhen und dem Joch – eine insbesondere nach drei
Richtungen offene Seite, die üblicherweise
eine bessere Zugänglichkeit
zur Patientenaufnahme gewährleistet,
in der vor liegenden Erfindung jedoch zusätzlich zur störungsfreien Einstrahlung
durch die Bestrahlungseinrichtung dient. Hierzu ist die Bestrahlungseinrichtung
so angeordnet, dass ihr Strahl bzw. ihre Strahlen ohne zuvor das
Joch oder die Polschuhe bzw. andere Elemente der Magnetresonanzeinrichtung
zu passieren einen in die Magnetresonanzeinrichtung eingebrachten
Körper
erreichen. Solche C-Bogen-Magnete sind allgemein bekannt und serienmäßig erhältlich.
Sie müssen
nur unwesentlich modifiziert werden, um in der erfindungsgemäßen Einrichtung
Verwendung finden zu können.
Daher ist eine kostengünstige,
konstruktiv einfache Lösung
gegeben, die eine Bildüberwachung
in Echtzeit während
der Strahlentherapie erlaubt und zudem eine einfachere Positionierung des
Patienten zulässt.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Einrichtung ist
es demnach möglich,
während
der Bestrahlung fortlaufend die Lage des Bestrahlungsziels zu kontrollieren.
Falls diese sich ändert,
beispielsweise aufgrund von Atemverschiebungen, kann der Strahl
entsprechend nachgesteuert werden. Entsprechende Algorithmen zur
Bewegungskorrektur werden heute beispielsweise zur Bewegungskorrektur
von Magnetresonanzaufnahmen eingesetzt und sind allgemein bekannt.
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Um
eine hinreichend hoch aufgelöste
Aufnahme zu ermöglichen,
ist die Anordnung zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass das Isozentrum der Bestrahlungseinrichtung im Homogenitätsvolumen
der Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere im Isozentrum der Magnetresonanzeinrichtung,
liegt. Unter dem Isozentrum der Magnetresonanzeinrichtung ist in
diesem Fall der Punkt höchster
Homogenität
zu verstehen, in Bezug auf die Bestrahlungseinrichtung der Punkt,
an dem sich verschiedene, gegebenenfalls sukzessive ausgesandte
Strahlen der Bestrahlungseinrichtung treffen.
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Für die Ausgestaltung
der Bestrahlungseinrichtung sind im Wesentlichen zwei Möglichkeiten denkbar.
So kann die Bestrahlungseinrichtung eine Strahlungsquelle umfassen,
die in einer zwischen den parallelen Polschuhen liegenden Ebene,
insbeson dere der Mittelebene, um das Isozentrum der Bestrahlungseinrichtung
rotierbar gelagert ist. Unter der Strahlungsquelle ist im Wesentlichen
der Bereich der Bestrahlungseinrichtung zu verstehen, von dem die Strahlen
letztendlich ausgesandt werden, beispielsweise der Bestrahlungskopf.
Erfindungsgemäß ist nun
eine Bestrahlungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle vorgesehen,
die so rotierbar ist, dass die Strahlung aus verschiedenen Richtungen
von der offenen Seite in den Bereich zwischen den Polschuhen einbringbar
ist. Dabei ist üblicherweise
die Ausrichtung der Strahlungsquelle so zu wählen, dass die Strahlen in
der Ebene der Rotation verlaufen. Der Mittelpunkt der Rotationsbewegung
bildet dann das Isozentrum und kann vorteilhafterweise mit dem Isozentrum
der Magnetresonanzeinrichtung zusammenfallen. In einer solchen Ausgestaltung
steht das Magnetfeld senkrecht zur Bestrahlungsrichtung. Dabei kann
die Strahlungsquelle um einen Winkel zwischen 90 und 180°, insbesondere
120°, rotierbar
sein. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist zwar keine 360°-Rotation mehr möglich, da
ein Behindern der Strahlung durch das Joch möglichst verhindert werden soll,
jedoch ist auch ein geringerer Rotationswinkel für die meisten Anwendungen im
Körperstamm ausreichend.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann die Strahlungseinrichtung
eine Mehrzahl von Strahlungsquellen umfassen, die, insbesondere
entlang eines Bogens angeordnet, unter verschiedenen Winkeln auf
ein Isozentrum ausgerichtet sind. In diesem Fall ist demnach keine
Rotierbarkeit einer einzelnen Strahlungsquelle mehr vorgesehen,
sondern es sind Strahlungsquellen unter verschiedenen Winkeln angeordnet.
Die Anordnung ist zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass alle Strahlen der Strahlungsquellen in einer Ebene zwischen
den parallelen Polschuhen verlaufen, insbesondere der Mittelebene
zwischen diesen Polschuhen.
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Allgemein
kann die Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung
so ausgestaltet sein, dass die Polschuhe vertikal ausgerichtet sind,
wobei eine oberhalb des Jochs ange ordnete Patientenliege vorgesehen
ist. In dieser Ausgestaltung wird die Magnetresonanzeinrichtung
sozusagen in eine stehende Stellung gekippt, so dass das Magnetfeld
in der Horizontalen verläuft
und das Joch unten liegt. Die Zentralstellung beispielsweise einer
rotierbaren Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung wäre dann
mittig oberhalb der Magnetresonanzeinrichtung. In dieser Erfindungsvariante
liegt der Patient auf einem Tisch oberhalb des Jochs und kann die Arme
gegebenenfalls außerhalb
der Magnete anordnen, beispielsweise bei einer Bauchbehandlung.
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In
einer anderen Ausgestaltung können
die Polschuhe horizontal ausgerichtet sein, wobei eine oberhalb
des unteren Polschuhs angeordnete Patientenliege vorgesehen ist.
In diesem Fall kann die Magnetresonanzeinrichtung in ihrer üblichen
Stellung positioniert werden, wobei als Strahlungsebene dann insbesondere
eine horizontale Ebene gewählt wird.
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Alternativ
hierzu ist es auch möglich,
eine Verschwenkeinrichtung zum Verschwenken der Magnetresonanzeinrichtung
zwischen einer ersten Position, in der die Polschuhe vertikal ausgerichtet
sind, und einer zweiten Position, in der die Polschuhe horizontal
ausgerichtet sind, vorzusehen. Eine solche Verschwenkeinrichtung
kann beispielsweise hydraulische und/oder pneumatische Elemente
umfassen. Selbstverständlich
ist auch eine elektrische bzw. elektromagnetische Verstellung denkbar.
Während es
in den vorher genannten Fallen unter Umständen notwendig war, den Patienten
seitlich zu positionieren, kann nun eine geeignete Stellung der
Magnetresonanzeinrichtung gewählt
werden. Dabei ist neben einer Ausgestaltung, in der lediglich die
beiden Endpositionen (horizontale bzw. vertikale Stellung) anfahrbar
sind, auch Ausführungsformen
denkbar, bei denen die Magnetresonanzeinrichtung unter verschiedenen
Winkeln arretiert werden kann. Gegebenenfalls ist dann zusätzlich eine
verkippbare Patientenliege vorgesehen, so dass letztendlich beliebige Einstrahlrichtungen
während
der Bestrahlung ermöglicht
werden. Denkbar ist natürlich
auch, dass die Magnetresonanzeinrichtung in der horizontalen Stellung lediglich
zur Bildgebung verwendet wird und, sobald eine Bestrahlung vorgesehen
ist, in die vertikale Stellung gekippt wird. Dann ist keine Modifikation
der Bestrahlungseinrichtung erforderlich. Soll jedoch in den beiden
Endstellungen bzw. in beliebigen Stellungen jeweils eine Bestrahlung
- insbesondere unter unterschiedlichen Winkeln zum Körper des
Patienten – durchgeführt werden,
so sind im Wesentlichen zwei Ausgestaltungen denkbar. Zum einen
kann die Bestrahlungseinrichtung zwei Strahlungsquellen, von denen
eine horizontal und eine vertikal ausgerichtet ist, umfassen, zum
anderen kann eine Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung von
einer horizontalen in eine vertikale Stellung und zurück verschwenkbar
ausgebildet und in der gewünschten Winkelstellung
arretierbar sein.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass
die Magnetresonanzeinrichtung und die Bestrahlungseinrichtung, insbesondere
mittels einer Schienenführung,
relativ zueinander bewegbar sind. Dann kann beispielsweise die Magnetresonanzeinrichtung
aus dem Bereich der Bestrahlungseinrichtung entfernt werden, so
dass entweder eine Bestrahlung ohne Bildüberwachung ermöglicht wird
oder die Magnetresonanzeinrichtung ohne weitere Platzprobleme lediglich
zur Bildgebung verwendet werden kann. Alternativ kann auch die Bestrahlungseinrichtung
beweglich gelagert sein. Die Bewegung kann manuell getrieben sein,
zweckmäßigerweise
ist jedoch eine Antriebseinheit vorhanden, die die bewegbare bzw.
die bewegbaren Einrichtungen zu der Bewegung automatisch antreibt.
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Vorteilhafterweise
kann die Magnetresonanzeinrichtung eine Strahlungsabschirmung zum Schutz
der Elektronik der Magnetresonanzeinrichtung vor den Strahlen der
Bestrahlungseinrichtung aufweisen. Diese Strahlungsabschirmung kann
unterhalb einer Patientenliege oder am Joch angeordnet sein. Eine
Anordnung unterhalb der Patientenliege ist insbesondere bei einer
aufrecht stehenden Magnetresonanzeinrichtung, also bei vertikal
ausgerichteten Polschuhen, sinnvoll.
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Das
Magnetfeld der Magnetresonanzeinrichtung kann eine Stärke von
0,2 bis 0,4 T aufweisen. Dies ermöglicht Bildaufnahmen hinreichender
Qualität.
Selbstverständlich
kann auch eine Magnetresonanzeinrichtung mit anderen Spezifikationen
verwendet werden.
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Die
Bestrahlungseinrichtung kann beispielsweise ein Linearbeschleuniger
sein. Denkbar sind insbesondere jedoch auch Gamma-Knife-artige Bestrahlungseinrichtungen.
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Der
Ablauf der Behandlung in einer erfindungsgemäßen Einrichtung gestaltet sich üblicherweise
folgendermaßen.
Zunächst
wird der Patient auf einer Patientenliege in der Magnetresonanzeinrichtung
positioniert. Danach wird eine Magnetresonanz-Untersuchung durchgeführt. In
den entstandenen Aufnahmen ist das Bestrahlungsziel zu erkennen.
Dort wird es markiert, entweder automatisch oder manuell, und mit
der Bestrahlungsplanung verglichen, beispielsweise durch eine Überlagerung
der Bilder. Falls sich Unterschiede in der Lage ergeben, wird das
Bestrahlungsfeld oder die Lage des Patienten entsprechend angepasst.
Danach wird die Bestrahlung gestartet. Während der Bestrahlung werden
fortlaufend Magnetresonanzaufnahmen angefertigt und es wird – insbesondere
automatisch – die Lage
des Bestrahlungsziels aus diesen Aufnahmen bestimmt. Bei einer Verschiebung
des Bestrahlungsziels wird der Strahl automatisch nachgeführt, gegebenenfalls
kann auch die Patientenliege zur automatischen Positionierung ansteuerbar
sein. Zudem kann vorgesehen sein, dass bei einer Überschreitung eines
vorbestimmten Grenzwerts durch die Verschiebung die Bestrahlung
ganz gestoppt wird.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform,
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3 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
und
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4 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform.
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1 und 2 zeigen
eine Einrichtung 1 zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung.
Sie umfasst eine Magnetresonanzeinrichtung 2 und eine Bestrahlungseinrichtung 3.
Die Bestrahlungseinrichtung 3, hier ein Linearbeschleuniger,
umfasst eine Strahlungsquelle 4 am Kopf 5, durch
die die Strahlung austritt. Die Magnetresonanzeinrichtung 2 umfasst
einen C-förmigen
Magneten, der somit zwei Polschuhe 6 und ein Joch 7 umfasst,
in dessen Bereich häufig
auch elektronische Steuerungselemente angeordnet sind. Die Bestrahlungseinrichtung 3 ist nun
so angeordnet, dass die von der Strahlungsquelle 4 ausgehende
Strahlung von der offenen Seite her zwischen die Polschuhe 6 der
Magnetresonanzeinrichtung 2 eingestrahlt wird. Die Strahlungsquelle 4 ist
dabei so ausgerichtet, dass die Strahlung in der Mittelebene 8 zwischen
den beiden Polschuhen 6 verläuft.
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Der
Kopf 5 mit der Strahlungsquelle 4 ist um eine
Rotationsachse 9 um insgesamt 120° rotierbar, wie durch die Pfeile
A angedeutet ist. Hierdurch ist es möglich, die Bestrahlung so aus
verschiedenen Richtungen vorzunehmen, dass ein Strahlungsmaximum im
Isozentrum 10 der Bestrahlungseinrichtung erzeugt wird.
Dieses liegt im Homogenitätsvolumen 11 der
Magnetresonanzeinrichtung 2 und fällt vorteilhaft mit dem Isozentrum 10 der
Magnetresonanzeinrichtung 2 zusammen.
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Die
Magnetresonanzeinrichtung 2 umfasst ferner eine Patientenliege 12,
die oberhalb des Jochs 7 angeordnet ist. Auf ihr kann ein
Patient 13 auf dem Rücken
oder auf der Seite in die Magnetresonanzeinrichtung 2 eingebracht
werden. Bei einer Lage auf dem Rücken
sind gegebenenfalls die Arme des Patienten 13 außerhalb
der Magnetresonanzeinrichtung 2 angeordnet.
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Unterhalb
der Patientenliege 12, gegebenenfalls am Joch 7,
ist eine Abschirmung 14 angeordnet, die das Joch und die
darin enthaltene Elektronik der Magnetresonanzeinrichtung 2 vor
Beschädigungen
durch die Strahlung schützt.
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Die
Magnetresonanzeinrichtung 2 ist ferner auf einer Schienenführung 15 angeordnet,
die es erlaubt, die Magnetresonanzeinrichtung 2 aus dem
Bereich der Bestrahlungseinrichtung 3 reversibel zu entfernen.
Dies kann manuell oder automatisch durch eine hier nicht dargestellte
Antriebseinheit erfolgen. Weiterhin sind Arretierungsmittel vorgesehen, um
die Magnetresonanzeinrichtung 2 an verschiedenen Positionen
zu arretieren.
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3 und 4 zeigen
eine zweite Ausführungsform
einer Einrichtung 1' zur
Strahlentherapie unter Bildüberwachung,
wobei gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind. 3 zeigt wie 1 eine Vorderansicht, 4 eine
Draufsicht.
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Ersichtlich
sind die Polschuhe 6 der Magnetresonanzeinrichtung 2 nun
nicht länger
vertikal, sondern horizontal angeordnet. Die Patientenliege 12 ist
oberhalb des unteren Polschuhs 6 angebracht. Die Strahlungsabschirmung 14 befindet
sich nun unmittelbar am Joch, um dieses und die Elektronik vor der
Strahlung zu schützen.
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Die
Strahlungseinrichtung 3',
die in 3 nur teilweise dargestellt ist, umfasst einen
Bogen 16, wobei entlang des Bogens 16 mehrere
Strahlungsquellen 4' angeordnet
sind, die so ausgerichtet sind, dass sich ihre Strahlen in der Mittelebene 8 im
Isozentrum 10 treffen, das innerhalb des Homogenitätsvolumens 11 liegt
und vorteilhafterweise mit dem Isozentrum der Magnetresonanzeinrichtung 2 zusammenfällt.
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In
beiden Ausführungsformen
ist es möglich, zusätzlich eine
Verschwenkeinrichtung 17, zweckmäßigerweise mit hydraulischen
und/oder pneumatischen Elementen, vorzusehen, die zum Verschwenken
der Magnetresonanzeinrichtung 2 zwischen einer ersten Position,
in der die Polschuhe 6 vertikal ausgerichtet sind (siehe 3),
und einer zweiten Position, in der die Polschuhe 6 horizontal
ausgerichtet sind (vgl. 1), dient. Der Übersichtlichkeit
halber ist die Verschwenkeinrichtung 17 nur in 3 gestrichelt
dargestellt. Analog hierzu kann auch die Bestrahlungseinrichtung 3' des zweiten
Ausführungsbeispiels
verschwenkbar und die Patientenliege 12 verkippbar ausgestaltet
sein, so dass Bestrahlungen des Körpers unter verschiedenen Winkeln
ermöglicht werden.
Im Fall eines Linearbeschleunigers ist es auch denkbar, eine zweite
Strahlungsquelle vorzusehen, die – im Gegensatz zu der Strahlungsquelle 4 aus 1 – in der
Horizontalen strahlt. Die Verschwenkung kann lediglich zwischen
der ersten Position und der zweiten Position erfolgen, jedoch ist auch
eine Arretierung der Magnetresonanzeinrichtung 2 und gegebenenfalls
der Bestrahlungseinrichtung 3. bzw. 3' unter verschiedenen
Winkeln denkbar.
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Die
Magnetresonanzeinrichtung 2 hat eine Feldstärke von
0,3 T, jedoch sind auch andere Feldstärken, insbesondere zwischen
0,2 und 0,4 T, denkbar. Es können
jedoch auch Magnetresonanzeinrichtungen mit größeren oder kleineren Feldern
verwendet werden.