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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum linearen Verstellen einer Gantry eines Computertomographiegerätes sowie eine Computertomographieeinrichtung aufweisend eine derartige Vorrichtung und eine Gantry eines Computertomographiegerätes.
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Computertomographiegeräte, insbesondere zur medizinischen Untersuchung von Patienten vorgesehene Computertomographiegräte, umfassen zumeist eine eine Röntgenmesseinheit aufweisende, räumlich feststehende Gantry und einen in der Regel ebenfalls räumlich feststehenden, zu der Gantry ausgerichteten Patientenlagerungstisch mit einer längsverstellbaren Tischplatte. Ein auf der Tischplatte gelagerter Patient kann durch Längsverstellung der Tischplatte in gewünschter Weise relativ zu der Gantry bzw. in der Messöffnung der Gantry zur radiologischen Untersuchung des Patienten positioniert werden.
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In speziellen medizinischen Umfeldern, beispielsweise in einem Operationssaal, können derartig konventionell aufgebaute Computertomographiegeräte jedoch nicht verwendet werden. Um in einem Operationssaal einen auf einem Operationstisch gelagerten Patienten mittels Computertomographie untersuchen zu können, kommt eine sogenannte „Sliding Gantry” zum Einsatz, worunter verstanden wird, dass sich die Gantry beim Scan bzw. bei der Untersuchung des Patienten relativ zu dem Operationstisch bzw. relativ dem Patienten bewegt.
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1 zeigt einen Aufbau mit einer „Sliding Gantry”. Ein mittels Computertomographie zu untersuchender Patient P ist auf einem Operationstisch 1 in einem Operationssaal gelagert. Die Gantry 2 eines Computertomographiegerätes, welche in nicht gezeigter Weise eine Röntgenmesseinheit, beispielsweise eine Röntgenstrahlenquelle und einen der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordneten Röntgenstrahlendetektor, aufweist, wird mit Hilfe eines in den Boden des Operationssaals integrierten Linearführungssystem 3 linear relativ zu dem Patienten P verstellt. Durch die Verstellung der Gantry 2 relativ zu dem Operationstisch 1 bzw. dem Patienten P kann dieser in die Messöffnung 4 bzw. das Messfeld der Gantry 2 zur radiologischen Untersuchung des Patienten P gebracht werden. Der Gantry 2 ist zum elektrischen Anschluss und zur Verbindung mit einer Steuerung des die Gantry 2 aufweisenden Computertomographiegerätes eine Kabelsäule 5 mit elektrischen Verbindungskabeln zugeordnet, die mit einer Schleppkette 6 mit Kabeln verbunden ist.
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Das in den Boden des Operationssaals integrierte Linearführungssystem 3 umfasst einen Antriebsriemen 7, der von einem Antriebsmotor 8 über ein Antriebsriemenrad angetrieben wird. Der Antriebsmotor 8 ist mit einer in einem Schaltschrank 9 angeordneten Motorsteuerung 10 verbunden, die wiederum mit der Steuerung des Computertomographiegerätes verbunden ist. Des Weiteren umfasst das Linearführungssystem 3 parallel zu dem Antriebsriemen 7 verlaufende, in 1 nicht erkennbare Schienen, die mit einem Abdeckband abgedeckt sind, um eine Verschmutzung zu vermeiden.
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Die Gantry 2 weist einen Schlitten 11 auf, in dem in 1 nicht gezeigte Laufrollen angeordnet sind, die bei Verstellung der Gantry 2 relativ zu dem Operationstisch 1 auf den Schienen des Linearführungssystems 3 abrollen. Der Antriebsriemen 7 ist am Schlitten 11 der Gantry 2 befestigt, so dass in Abhängigkeit vom Antrieb des Antriebsriemenrads der Schlitten 11 samt Gantry 2 verstellt wird.
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Das Linearführungssystem 3 weist den Nachteil auf, dass es durch die vorhandene Elastizität des Antriebsriemens zu Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Gantry relativ zu dem Operationstisch bzw. relativ zu dem Patienten kommen kann. Zudem kann der Antriebsriemen nur mit einer begrenzten Länge ausgeführt werden, um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten. Durch die Anordnung des Antriebsmotors im Boden ist der Integrationsaufwand verhältnismäßig hoch, insbesondere da elektrische Anschlüssen im Boden vorgesehen sein müssen. Der Antriebsmotor und eine Spannstation für den Antriebsriemen müssen mit massiven Blechen abdeckt werden. Dies führt zu Unebenheiten, wodurch Hindernisse und Stolperstellen entstehen.
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Auch die Schienen sind geringfügig gegenüber dem Boden erhaben, was sie zu Hindernissen für Personen sowie Gerätschaften, z. B. Trolleys, Patientenbetten etc. macht. Jede Schiene ist zwar mit einem Abdeckblech abgedeckt. Bedingt durch die verhältnismäßig große Spannweite eines Abdeckblechs, das beidseitig nur gering auf der Schiene aufliegt, und der geringen Dicke eines Abdeckblechs darf dieses nicht stark belastet werden, beispielsweise nicht durch die Rollen eines Patientenbetts, da das Abdeckblech ansonsten verformt und in die Schien eingedrückt würde.
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DE 600 16 467 T2 offenbart ein CT-Bildgebungssystem. Ein dem CT-System zugehöriger CT-Ring ist so konzipiert, dass er sich bei einer vertikalen Abwärts- oder Aufwärtsbewegung um seine Achse dreht. Dies ist derart möglich, weil der CT-Ring an einer an Stützen angeordneten Schiene mit einer Zahnstange montiert ist.
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DE 603 15 642 T2 offenbart eine bildgebende Vorrichtung mit einem freitragenden O-förmigen Portal. Das Portal ist über eine Ringpositioniereinheit bewegbar. Die Ringpositioniereinheit umfasst insbesondere einen Vertikalpositionierer sowie einen Lateralpositionierer, welche jeweils geradlinige Bewegungen des Portals unter Verwendung von Kugelgewindetrieben ermöglichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie eine Computertomographieeinrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass insbesondere die Positioniergenauigkeit erhöht ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum linearen Verstellen einer Gantry eines Computertomographiegerätes aufweisend wenigstens eine Linearführung, welche wenigstens eine Zahnstange umfasst.
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Erfindungsgemäß wird an Stelle eines Riemens eine geradlinige Zahnstange für die lineare Verstellung bzw. zum Antrieb der Gantry verwendet. Mit der Zahnstange lässt sich eine höhere Positioniergenauigkeit der Gantry erreichen, da diese keine dynamische Elastizität wie ein Riemen aufweist. Die höhere Positioniergenauigkeit ist zudem über die gesamte Länge der Zahnstange konstant und hängt im Wesentlichen nur von der Genauigkeit der Fertigung der Zahnstange selbst ab.
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Ein weiterer Vorteil einer Zahnstange liegt darin, dass diese längenunabhängig ist. Während ein Riemen eine bestimmte Länge nicht übersteigen darf, gibt es bei Verwendung einer Zahnstange keine technische Beschränkung der Verstelllänge. Gegebenenfalls können auch mehrere Zahnstangen hintereinander angeordnet werden, um einen möglichst lange Verstellweg zu realisieren. Die Zahnstange kann auch für den Transport und/oder die Installation geteilt werden, d. h. aus Teilstücken zusammengesetzt werden, wodurch sich die Handhabung vereinfacht.
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Nach der Erfindung ist die wenigstens eine Zahnstange an oder in wenigstens einer geradlinigen Schiene der wenigstens einen Linearführung angeordnet. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Schiene aus Aluminium ausgebildet und/oder durch Strangpressen hergestellt. Auf diese Weise kann bei der Installation der wenigstens einen Linearführung im Boden eines Raumes zunächst die leichte und verhältnismäßig einfach zu handhabende wenigstens eine Schiene aus Aluminium befestigt werden. Im Anschluss daran erfolgt die Anordnung der wenigstens einen Zahnstange in definierter Position an oder in der wenigstens einen Schiene. Wie die Zahnstange kann auch die Schiene in Bezug auf ihre Länge geteilt sein, um eine verhältnismäßig große Länge realisieren zu können.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Zahnstange derart in einer ersten geradlinigen Nut der wenigstens einen Schiene angeordnet, dass diese oberseitig nicht über die erste Nut der wenigstens einen Schiene hinausragt. Auf diese Weise werden Hindernisse darstellende Erhabenheiten vermieden.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Zahnstange aus Stahl ausgebildet, wodurch eine hohe Verschleißfestigkeit erreicht wird.
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Nach der Erfindung umfasst die wenigstens eine Linearführung wenigstens eine geradlinige Laufachse, welche parallel zu der wenigstens einen Zahnstange angeordnet ist. Während die Zahnstange zum Antrieb vorgesehen ist, dient die wenigstens eine Laufachse zur Führung und zum Abrollen von an der Gantry vorgesehenen Rollen bzw. Räder. Unter einer Laufachse wird dabei ein geradlinig verlaufendes, stangenförmiges oder schienenförmiges Gebilde verstanden, das in der Regel einen durchgängigen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt rund, oval, eckig etc. sein kann. Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Laufachse ebenfalls an oder in der wenigstens einen Schiene angeordnet.
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Gemäß der Erfindung ist die wenigstens eine Laufachse derart in einer zu der ersten Nut parallelen, geradlinigen zweiten Nut der wenigstens einen Schiene angeordnet, dass diese oberseitig nicht über die zweite Nut der wenigstens einen Schiene hinausragt. Ist die wenigstens eine Schiene einmal installiert worden, kann demnach auch die wenigstens eine Laufachse definiert in der wenigstens einen Schiene für eine präzise Verstellung montiert werden. Auch die Laufachse kann in Bezug auf ihre Länge geteilt sein. Des Weiteren kann sowohl die wenigstens eine Zahnstange als auch die wenigstens eine Laufachse vor der Verlegung im Boden bereits an oder in der wenigstens einen Schiene vormontiert sein.
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Wie die wenigstens eine Zahnstange ist auch die wenigstens eine Laufachse vorzugsweise aus verschleißfestem Stahl ausgebildet.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die wenigstens eine Linearführung ein flaches Band, welches die wenigstens eine Schiene zur Vermeidung von Verschmutzung oberseitig abgedeckt. Das Abdeckband wird dabei über die Spannweite der wenigstens einen Schiene betrachtet an wenigstens drei Stellen, den beiden Außenseiten der wenigstens einen Schiene sowie dem Steg zwischen der ersten und der zweiten Nut der wenigstens einen Schiene, abgestützt. Auf diese Weise ergibt sich eine erhöhte Stabilität, so dass das Abdeckband auch betreten und mit rollbaren Gerätschaften, z. B. einem Patientenbett oder einem Trolley, überfahren werden kann. Vorzugsweise ist das Abdeckband aus Edelstahl ausgebildet.
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Wie bereits erwähnt, ist die wenigstens eine Linearführung zur Anordnung im Boden eines die Gantry aufnehmenden Raumes vorgesehen, wobei die wenigstens eine Linearführung nach ihrer Anordnung im Boden eben mit dem Boden des Raumes abschließt, so dass keine Hindernisse durch die wenigstens eine Linearführung vorhanden sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Computertomographieeinrichtung aufweisend wenigstens eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und eine Gantry mit wenigstens einem Schlitten, welcher wenigstens ein Zahnrad aufweist, welches zum linearen Verstellen der Gantry entlang der wenigstens einen Linearführung mit der wenigstens einen Zahnstange der Linearführung zusammenwirkt.
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Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung weist der wenigstens eine Schlitten eine Antriebseinheit auf, welche das wenigstens eine Zahnrad antreibt. Demnach ist keine Antriebseinheit mehr im Boden des die Computertomographieeinrichtung bzw. die wenigstens eine Linearführung aufnehmenden Raumes erforderlich, wodurch der Installationsaufwand deutlich geringer ist, da keine elektrischen Anschlüsse mehr im Boden verlegt werden müssen und zudem die Bautiefe reduziert werden kann.
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Gemäß einer Variante der Erfindung weist der wenigstens eine Schlitten wenigstens ein Laufrad auf, welches auf der wenigstens einen Laufachse der wenigstens einen Linearführung abrollt. Vorzugsweise weist der Schlitten vier Laufräder auf, wobei jeweils zwei Laufräder auf jeweils einer Laufachse einer Schiene laufen bzw. abrollen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebseinheit einen Antriebsmotor mit Motorsteuerung auf, die mit einer Steuerung der Computertomographieeinrichtung zusammenwirkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Computertomographieeinrichtung nach dem Stand der Technik,
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2 eine Computertomographieeinrichtung nach der Erfindung,
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3 eine Draufsicht auf die Linearführungen der Computertomographieeinrichtung aus 2,
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4 einen Querschnitt durch eine Linearführung der Computertomographieeinrichtung aus 2 und
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5 eine Draufsicht auf den Schlitten der Gantry der Computertomographieeinrichtung aus 2.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Computertomographieeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum linearen Verstellen einer Gantry 20 eines Computertomographiegerätes gezeigt.
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Die Vorrichtung zum linearen Verstellen der Gantry 20 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung zwei im Wesentlichen gleich ausgeführte Linearführungen 21, 22. 3 zeigt eine Draufsicht auf die beiden Linearführungen 21, 22 und 4 einen Querschnitt der Linearführung 21.
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Die Linearführungen 21, 22 umfassen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung jeweils eine Schiene 23, 24 aus Aluminium, die durch Strangpressen hergestellt wurden. Die Schienen 23, 24 weisen jeweils eine erste Nut 25 und eine zweite Nut 26 auf. In der ersten Nut 25 ist jeweils eine Zahnstange 27 angeordnet, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung aus Stahl ausgebildet ist. In der zweiten Nut 26 ist jeweils eine Laufachse 28 angeordnet, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ebenfalls aus Stahl ausgebildet ist.
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Wie aus 4 zu erkennen ist, sind eine Zahnstange 27 und eine Laufachse 28 jeweils derart in der ersten Nut 25 bzw. der zweiten Nut 26 angeordnet, dass diese oberseitig nicht über die jeweilige Nut 25, 26 hinausragen. Die Schienen 23 und 24 sind jeweils mit einem flachen Band abgedeckt, welches vorzugsweise aus Edelstahl ausgebildet ist. In 4 ist ein derartiges Abdeckband 29 gezeigt. Das Abdeckband 29 liegt über seinen Querschnitt betrachtet an den beiden Außenseiten 30, 31 der Schiene 23 und auf dem Steg 32 zwischen der ersten Nut 25 und der zweiten Nut 26 auf, wodurch sich eine verhältnismäßig hohe Belastbarkeit des Abdeckbandes 29 ergibt, so dass dieses betreten und überfahren werden darf. In 3 sind die Abdeckbänder aus Gründen der Veranschaulichung des Aufbaus und der Anordnung der Schienen 23 und 24 nicht gezeigt. Die beiden Abdeckbänder der Schienen 23, 24 sind im Übrigen anhebbar.
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Die Linearführungen 21, 22 sind zur Anordnung im Boden eines die Computertomographieeinrichtung aufnehmenden Raum vorgesehen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Linearführungen 21, 22 im Boden eines Operationssaals derart angeordnet, dass diese eben mit dem Boden des Operationssaals zur Vermeidung von Hindernissen und Stolperstellen abschließen. Die Schienen 23, 24 sind dabei in nutförmigen Vertiefungen des Bodens des Operationssaals parallel zueinander angeordnet. Beidseits einer jeden Schiene 23, 24 sind zum ebenen Anschluss an den Boden Abdeckbleche 33 vorhanden. Der Boden, die Abdeckbleche 33 sowie die Abdeckbänder 29, 46 bilden dabei eine ebene Fläche.
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3 zeigt den parallelen, linearen Verlauf der samt Komponenten definiert zueinander angeordneten Linearführungen 21, 22, sprich der Schienen 23, 24 bzw. der Zahnstangen 27 und Laufachsen 28, welcher lineare Verlauf auch in 2 anhand der veranschaulichten Zahnstange 27 zu erkennen ist.
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Auf die Linearführungen 21, 22 ist die Gantry 20 mit einem Schlitten 40 aufgesetzt. 5 zeigt in stark schematischer Ansicht eine Draufsicht auf den Schlitten 40. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung weist der Schlitten zwei Zahnräder oder Ritzel 41 auf, die miteinander und mit einer Antriebseinheit verbunden sind. Die Antriebseinheit umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung einen Antriebsmotor 42, z. B. einen Elektromotor, sowie eine Motorsteuerung 43.
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Des Weiteren weist der Schlitten im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung vier, drehbar im Schlitten gelagerte Laufräder 44 auf, wobei jeweils zwei hintereinander angeordnete Laufräder 44 auf einer Laufachse 28 abrollen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung haben die Laufflächen der Laufräder 44 ein U-förmiges Profil zum Abrollen auf den runden Profilen der Laufachsen 28.
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Die Zahnräder 41 greifen definiert in die Zahnstangen 27 ein, so dass durch den Antrieb der Zahnräder 41 durch die Antriebseinheit die Gantry 20 definiert linear verstellt werden kann, wobei die Laufräder 44 auf den Laufachsen 28 abrollen.
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Der Schlitten weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung des Weiteren vier, schematisch dargestellte keilförmige Anhebevorrichtungen 45 auf, mit denen bei Verstellungen des mit der Gantry 20 versehenen Schlittens 40 längs der Linearführungen 21, 22 die Abdeckbänder 29, 46 der Linearführungen 21, 22 angehoben, über die Zahnräder 41 und Laufräder 44 hinweggehoben und nach Durchgang durch den Schlitten 40 wieder auf die Schienen 23, 24 abgesenkt werden.
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2 zeigt die Gantry 20 in zwei verschiedenen Positionen relativ zu einem Operationstisch 1 bzw. einen Patienten P, wobei der Operationstisch 1 selbst nicht zu der Computertomographieeinrichtung gehört. Die elektrische Kontaktierung der Gantry 20 erfolgt über in einer Kabelsäule 51 und einer Schleppkette 52 geführte Kabel. Über diese Kabel steht die Gantry 20 mit einer Steuerung 50 der Computertomographieeinrichtung in Verbindung, die zur Verstellung der Gantry 20 mit der Motorsteuerung 43 elektrisch verbunden ist bzw. zusammenwirkt. Die Kabelsäule 51 kann im Unterschied zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik im Übrigen auch derart ausgeführt sein, dass in diese der Schaltschrank und/oder die Steuerung der Computertomographieeinrichtung bzw. des Computertomographiegerätes integriert sind.
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Die Gantry 20 weist in der Regel eine relativ zu dem Gehäuse der Gantry 20 rotierbaren Teil auf, an dem einander gegenüberliegend wenigstens eine Röntgenstrahlenquelle und ein Röntgenstrahlendetektor angeordnet sind. Wird die Gantry 20 derart relativ zu dem Patienten P verstellt, dass sich dieser in dem durch die Röntgenstrahlenquelle und den Röntgenstrahlendetektor definierten Messfeld 53 der Gantry 20 befindet, kann der Patient P radiologisch untersucht werden.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist im Übrigen nur exemplarisch zu verstehen. So kann die Vorrichtung zur linearen Verstellung der Gantry auch nur eine Linearführung mit nur einer Zahnstange aufweisen. Des Weiteren muss nicht notwendigerweise eine die Zahnstange aufweisende Schiene vorhanden sein. Darüber hinaus kann die Anzahl der Laufachsen, der Zahnräder des Schlittens, der Laufräder des Schlittens etc. variieren ohne die Erfindung zu verlassen.
