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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines anzuzeigenden Gesamtbilddatensatzes bei der Verwendung einer wenigstens zwei Materialklassen, insbesondere umfassend Wasser und/oder Fett, in Magnetresonanzdaten trennenden Dixon-Technik. Daneben betrifft die Erfindung eine zugehörige Vorrichtung und eine Magnetresonanzeinrichtung.
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In der Magnetresonanzbildgebung sind bereits verschiedene Techniken bekannt, um Bilder zu erhalten, die beispielsweise nur Protonen in Wasser als eine erste Materialklasse deutlich zeigen und Fett als zweite Materialklasse ausblenden. Bekannt und klinisch verwendet ist insbesondere die „chemical shift selective fat saturation“ (CHESS), bei der das hohe Signal von Fett unterdrückt wird, um den diagnostischen Wert und die Verlässlichkeit eines erhaltenen Bilddatensatzes zu erhöhen. Die grundlegende Idee der Fettsättigung (bei CHESS) ist es, einen nur auf die Fett-Spins wirkenden Puls vorauszuschicken, der dafür sorgt, dass diese in der Sättigung sind und durch den eigentlichen Anregungspuls nicht mehr betroffen werden. Nachdem die Resonanzfrequenzen von Fett und Wasser nahe zusammenliegen, ist ein Nachteil dieses Verfahrens die Empfindlichkeit im Hinblick auf die Homogenität des Hauptmagnetfeldes.
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Für CHESS-Sequenzen ist es bekannt, dass ein Benutzer zwischen verschiedenen Fettsättigungsmodi auswählen kann, beispielsweise eine starke Fettsättigung und eine schwache Fettsättigung. Dies beruht darauf, dass die Interpretation von Bilddatensätzen letztlich subjektiv erfolgt und verschiedene Betrachter, insbesondere verschiedene Radiologen, unterschiedliche Vorlieben haben. So ziehen es manche Betrachter von Magnetresonanzbilddatensätzen vor, auch in einem Wasser-Bilddatensatz noch ein Rest-Fettsignal statt eines niedrigen Fettsignals sehen zu können, um besser zwischen Luft (Hintergrund) und Fettgewebe unterscheiden zu können. Dies gilt insbesondere für die MSK-Bildgebung (muskuloskeletale Bildgebung), aber auch für andere Anwendungen. Es existieren jedoch auch Bereiche, in denen von Radiologen ein gänzlich verschwundenes Fettsignal bevorzugt wird.
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Neben der in der klinischen Routine bereits eingesetzten Fettsättigung (CHESS) ist als weiteres Verfahren die sogenannte Dixon-Technik bekannt. Die Grundidee der Dixon-Technik ist es, (mindestens) zwei Bilder mit unterschiedlicher Echozeit aufzunehmen und anhand der Phasenentwicklung eine Trennung von Fett und Wasser vorzunehmen. Nachdem üblicherweise jedoch Grundfeldinhomogenitäten vorliegen können, sind eine Vielzahl von Dixon-Techniken bekannt, bei denen verschiedene Phasenfehler der Bilder korrigiert werden können. Auch Dixon-Techniken, in denen eine vollständige Analyse des Phasenverhaltens zum Ermitteln eines ersten Bilddatensatzes, der das Wassersignal zeigt, sowie eines zweiten Bilddatensatzes, der das Fettsignal zeigt, erfolgt, sind bekannt, wobei sich die Dixon-Technik selbstverständlich auch auf andere Materialklassen anwenden lässt.
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Als ein Vorteil der Dixon-Technik wird häufig angegeben, dass nur ein äußerst niedriges Rest-Fettsignal in dem Wasser-Bilddatensatz verbleibt. Wie jedoch bereits dargelegt wurde, wird für die insbesondere diagnostische Interpretation mancher Bilddatensätze ein höheres verbleibendes Fettsignal als günstiger empfunden. In diesem Fall kann die schlecht erkennbare Erscheinung des Fettsignals in Dixon-Wasser-Bilddatensätzen zu manchen Zeiten auch als ein Nachteil erscheinen. Im Gegensatz zu Techniken der Fettsättigung ist man bei der Dixon-Technik jedoch auf eine einzige Möglichkeit festgelegt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch bei der Verwendung der Dixon-Technik die Erzeugung spezieller, einen höheren Anteil von Signalen anderer Materialklassen aufweisender Gesamtbilddatensätze zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach der Ermittlung eines der ersten Materialklasse zugeordneten ersten Bilddatensatzes und der Ermittlung eines der zweiten Materialklasse zugeordneten zweiten Bilddatensatzes der erste und der zweite Bilddatensatz in Abhängigkeit wenigstens eines Gewichtungsparameters zu dem Gesamtbilddatensatz kombiniert werden.
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Die Erfindung schlägt also vor, nachdem die Dixon-Technik ja einen ersten Bilddatensatz und einen zweiten Bilddatensatz liefert, die jeweils einer Materialklasse zugeordnet sind, gewünschte, spezielle Erscheinungsbilder zu erzeugen, beispielsweise einer Fettsättigungstechnik nachempfundene Erscheinungsbilder, indem eine geschickte Kombination des ersten und des zweiten Bilddatensatzes vorgenommen wird. Auf diese Weise entsteht ein Gesamtbilddatensatz, der über die Parameter steuerbare Signaleinflüsse aus beiden Materialklassen enthält. Auf diese Weise können beispielsweise unter Verwendung der Dixon-Technik der ersten Materialklasse, beispielsweise Wasser, hauptsächlich zugeordnete Gesamtbilddatensätze erzeugt werden, die ein individuell angepasstes Rest-Fettsignal enthalten. Auch kann durch die insbesondere durch die Parameter skalierte Kombination des ersten und des zweiten Dixon-Bilddatensatzes ein neuer Kontrast erzielt werden. Insbesondere ist es also, wenn als erste Materialklasse Wasser und als zweite Materialklasse Fett vorgesehen ist, wie dies häufig verwendet wird, möglich, Wasser-Bilddatensätze mit einem über den wenigstens einen Parameter in seiner Stärke angepassten Fettsignal genauso zu erzeugen wie Fett-Bilddatensätze mit einem Rest-Wassersignal.
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Auf diese Weise ist es möglich, den letztlich tatsächlich insbesondere diagnostisch auszuwertenden Gesamtbilddatensatz so zu erzeugen, dass dieser auf die spezielle Auswertungsaufgabe und/oder die individuelle Vorliebe der auswertenden Person angepasst werden kann. Auf diese Weise wird der diagnostische Wert des Gesamtbilddatensatzes erhöht und die Verlässlichkeit der Auswertung wird verbessert. Es lässt sich verbessert die Erwartungshaltung eines Benutzers, der häufig mit Fettsättigungstechniken zu tun hatte, erfüllen, indem beispielsweise den Fettsättigungstechniken entsprechende Signalanteile einer Materialklasse in hauptsächlich der anderen Materialklasse zugeordnete Gesamtbilddatensätze eingefügt werden.
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Wie bereits erwähnt, ist in vielen Anwendungsfällen die erste Materialklasse Wasser und/oder die zweite Materialklasse Fett. Jedoch sind auch andere Materialien denkbar, die über eine Dixon-Technik unterschieden werden können, beispielsweise Silikon und Wasser.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Linearkombination des ersten und des zweiten Bilddatensatzes zu dem Gesamtbilddatensatz. Es hat sich gezeigt, dass eine lineare Kombination der Bilddatensätze, letztlich also eine bildpunktweise Addition bzw. Subtraktion der Bilddaten, hervorragende, durchschaubare Ergebnisse liefert, mit denen insbesondere auch Erscheinungsbilder bei Fettsättigungs-Techniken nachgebildet werden können. Statt der allgemeinen Formulierung, die eine beliebige Funktion voraussetzt, Ig = f(Iw, If, A, B), worin Ig die Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes repräsentiert, Iw und If die Bilddaten des ersten und des zweiten Bilddatensatzes sowie A und B die Parameter, ergibt sich im vorliegenden Falle einer Linearkombination also Ig = A × Iw + B × If.
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Will man eine der Materialklassen als “Hauptklasse” für den Gesamtbilddatensatz heranziehen, kann es zweckmäßig sein, den zugeordneten Parameter, also den Koeffizienten A, auf 1 zu setzen, so dass in der Linearkombination der erste Bilddatensatz mit einem Parameterwert von 1 gewichtet wird, der zweite Bilddatensatz mit einem von 1 abweichenden zweiten Parameter. Dieser zweite Parameter ist dann insbesondere kleiner als 1, und kann beispielsweise zwischen 0 und 0,6 liegen. Auf diese Weise lässt sich also als Gesamtbilddatensatz ein der ersten Materialklasse zugeordneter Bilddatensatz erzeugen, der ein variables Signal der zweiten Materialklasse aufweist. Beispielsweise ist es also möglich, einen Wasser-Gesamtbilddatensatz mit einem variablen Fettsignal zu realisieren.
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Zweckmäßig kann es ferner sein, wenn wenigstens ein Parameter der Linearkombination negativ gewählt wird. Auf diese Weise ist es möglich, selbst dann, wenn der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz noch Restsignale der jeweils anderen Materialklasse aufweisen, dennoch einen Gesamtbilddatensatz zu erzeugen, der völlig von Signalen einer Materialklasse befreit ist (häufig auch als „schwarzes Signal“ bezeichnet). Dies geschieht, indem einer der Bilddatensätze von dem anderen abgezogen wird, wobei es dann bevorzugt ist, dass im Rahmen der Linearkombination entstehende negative Bildwerte des Gesamtbilddatensatzes als Bildwert Null behandelt werden. In einer einfachen Ausführungsform kann in der angegebenen Linearkombination der Parameter A auf 1 gesetzt werden, der Parameter B aber auf –1. Dann ergibt sich folglich Ig = Iw – If.
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Werden nun alle Werte, die unterhalb von 0 liegen, auf 0 gesetzt, so ergibt sich ein Bild, das vollkommen von den Signalen der zweiten Materialklasse befreit ist, in einem Beispiel ein Wasser-Gesamtbilddatensatz mit einem „schwarzen“ Fettsignal.
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Insgesamt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, beispielsweise auch bekannte Fettsättigungs-Techniken nachzubilden, also Linearkombinationen bzw. bestimmte Parameterwerte für den Parameter B vorzusehen, so dass letztlich eine starke und eine schwache Fettsättigung „simuliert“ werden kann, um entsprechende Erwartungen des Benutzers zu erfüllen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass mehrere fest vorgegebene, insbesondere verschiedenen Auswertungsfragestellungen zugeordnete Parameter bzw. Parametersätze beispielsweise in einer Speichereinrichtung abgelegt sind, die in Abhängigkeit von einer aktuellen Auswertungsaufgabe abgerufen und zur Erzeugung des Gesamtbilddatensatzes verwendet werden. In diesem Fall sind also für bestimmte Fragestellungen vordefinierte Parameter bzw. Parametersätze vorgegeben, die automatisch abgerufen werden und zur Erzeugung eines geeigneten Gesamtbilddatensatzes führen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, gegebenenfalls zusätzlich, dass ein Bedienelement zur Einstellung wenigstens eines Parameters angezeigt wird. Das bedeutet also, ein Benutzer kann selbst Einfluss auf den wenigstens einen Parameter nehmen und entsprechende Gesamtbilddatensätze erzeugen. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn das Bedienelement gleichzeitig mit dem Gesamtbilddatensatz angezeigt wird, wobei bei einer Veränderung des wenigstens einen einstellbaren Parameters eine unmittelbare neue Ermittlung und Anzeige des Gesamtbilddatensatzes, insbesondere in Echtzeit, erfolgt. Auf diese Weise wird eine dynamische Parameteranpassung realisiert, wobei das Bedienelement beispielsweise als ein Schieberegler oder dergleichen, insbesondere als Teil eines Benutzerinterface, vorgesehen sein kann. Hierüber kann der Benutzer den wenigstens einen Parameter anpassen und in Echtzeit die Auswirkungen auf den Gesamtbilddatensatz, der nach jeder Berechnung neu und schnell ermittelt werden kann, beobachten. So kann auf äußerst einfache und intuitive Art und Weise ein Erscheinungsbild des Gesamtbilddatensatzes gefunden werden, das den Anforderungen des Benutzers, insbesondere also einer auswertenden Person, entspricht.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Erzeugung und Anzeige eines Gesamtbilddatensatzes bei der Verwendung einer wenigstens zwei Materialklassen, insbesondere umfassend Wasser und/oder Fett, in Magnetresonanzdaten trennenden Dixon-Technik, aufweisend eine Kombinationseinheit zur Kombination eines der ersten Materialklasse zugeordneten ersten Bilddatensatzes und eines der zweiten Materialklasse zugeordneten zweiten Bilddatensatzes in Abhängigkeit wenigstens eines Gewichtungsparameters zu dem Gesamtbilddatensatz und eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung des Gesamtbilddatensatzes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mithin zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Es kann sich insbesondere um eine Berechnungsvorrichtung handeln. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen, mit welcher mithin auch die bereits genannten Vorteile erreicht werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere auch eine Eingabevorrichtung für den wenigstens einen Parameter enthalten, insbesondere dann, wenn dieser durch einen Benutzer anpassbar sein soll.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Die erfindungsgemäße Berechnungsvorrichtung kann also in eine Magnetresonanzeinrichtung integriert werden, beispielsweise, indem ohne vorhandene Hardware- und/oder Softwarekomponenten auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren genutzt bzw. um zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Komponenten ergänzt werden. Magnetresonanzeinrichtungen weisen häufig bereits Anzeige- und Eingabevorrichtungen auf, die zur Darstellung des Gesamtbilddatensatzes und zur optional vorgesehenen Eingabe des wenigstens einen Parameters genutzt werden können. Auch Berechnungskomponenten, beispielsweise in Form eines Bildrechners, sind für Magnetresonanzeinrichtungen bereits bekannt.
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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 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer ersten Parameterwahl,
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3 die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer zweiten Parameterwahl, und
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4 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird hier von einer Dixon-Technik ausgegangen, mit der sich Wasser und Fett als Materialklassen trennen lassen, das bedeutet, der aus der Anwendung der Dixon-Technik resultierende erste Bilddatensatz ist ein Wasser-Bilddatensatz, der aus der Dixon-Technik resultierende zweite Bilddatensatz ist ein Fett-Bilddatensatz.
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1 zeigt als Eingangsdaten für das erfindungsgemäße Verfahren den ersten Bilddatensatz 1 und den zweiten Bilddatensatz 2. Beide sind, wie beschrieben wurde, entsprechenden Materialklassen, hier Fett und Wasser, zugeordnet. In einem Schritt 3 wird ein Gesamtdatensatz 4, der zur Auswertung anzuzeigen ist, ermittelt, indem eine Linearkombination des ersten Bilddatensatzes 1 und des zweiten Bilddatensatzes 2 vorgenommen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass ein auf Wasser als Materialklasse zentriertes Bild erzeugt werden soll, so dass der erste Bilddatensatz in der Linearkombination immer mit 1 gewichtet wird, der zweite Bilddatensatz 2 mit einem Parameter B, der kleiner als 1 ist.
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Auf diese Weise lässt sich ein Wasser-Gesamtbilddatensatz 4 erzeugen, in dem der Anteil verbleibender Fettsignale beliebig anhand des Parameters B eingestellt werden kann, wie beispielhaft an den 2 und 3 erläutert werden soll, die abstrahiert Ausschnitte aus dem ersten Bilddatensatz 1, dem zweiten Bilddatensatz 2 und dem Gesamtbilddatensatz 4 für beispielhafte Fälle zeigen.
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Der Ausschnitt 5 des ersten Bilddatensatzes 1 enthält ersichtlich einen Bereich 6, in dem ein Wassersignal gemessen wurde. Der Ausschnitt 7 des zweiten Bilddatensatzes 2 enthält einen Bereich 8, in dem ein Fettsignal gemessen wurde. Während im ersten Bilddatensatz 1, wie im Bereich 8 ersichtlich, schwach auch das Fettsignal zu erkennen ist, ist das Wassersignal im zweiten Bilddatensatz 2 hier nicht zu erkennen, obwohl dies durchaus auch möglich ist.
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Möchte der Benutzer nun ein Erscheinungsbild, das einer schwächeren Fettsättigung entspricht, oder ist ein solches Erscheinungsbild für die spezielle Auswertungsaufgabe geeigneter, kann er nun, beispielsweise indem der Parameter B im Bereich von 0,4–0,6 gewählt wird, das Fettsignal im Gesamtbilddatensatz 4, repräsentiert durch den Ausschnitt 9, deutlicher hervorheben. Entsprechend ist in dem Ausschnitt 9 im Bereich 6 das Wassersignal weiterhin deutlich zu erkennen, das Fettsignal im Bereich 8 ist jedoch heller.
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3 zeigt eine weitere Variante, in der der Parameter B als –1 gewählt wurde, das bedeutet, der zweite Bilddatensatz 2 wird von dem ersten Bilddatensatz 1 abgezogen. Dabei werden entstehende negative Bildwerte als Bildwert 0 interpretiert. Ergebnis ist, wie wiederum der Bildausschnitt 9 zeigt, ein reiner Wasser-Gesamtbilddatensatz, in dem folglich keinerlei Fettsignale mehr enthalten sind, das bedeutet, selbst die im Ausschnitt 5 im Bereich 8 im ersten Bilddatensatz 1 noch sichtbaren Fettsignale wurden entfernt.
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Ersichtlich bestehen je nach Parameterwahl verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Gesamtbilddatensätzen 4, die dann auf einer entsprechenden Anzeigevorrichtung dargestellt werden können.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist es einem Benutzer auch möglich, den Parameter B, bzw. dann, wenn auch ein die Skalierung des Wassersignals bestimmender Parameter A vorgesehen ist, auch diesen, über ein entsprechendes Bedienelement einzustellen. Als Bedienelement für den Parameter B ist in 2 beispielhaft unterhalb des Ausschnitts 9 ein Regler 10 gezeigt, der gleichzeitig mit dem Gesamtbilddatensatz 4 dargestellt wird. Wird mittels des Reglers 10 der Parameterwert verändert, so wird sofort in Echtzeit der Gesamtbilddatensatz 4 neu berechnet und die Änderungen werden angezeigt. So ist eine dynamische Anpassung von Parametern möglich.
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4 zeigt schließlich in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung 11. Diese umfasst in bekannter Weise eine Hauptmagneteinheit 12 mit einer Patientenaufnahme 13, wo Magnetresonanzdaten eines Patienten aufgenommen werden können, insbesondere auch mittels der Dixon-Technik der erste und der zweite Bilddatensatz 1, 2 gemessen werden können. Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 11 wird durch eine Steuereinrichtung 14, mithin eine Berechnungsvorrichtung, gesteuert, welche vorliegend auch als erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung und Anzeige des Gesamtbilddatensatzes 4 wirkt. Hierzu ist eine Kombinationseinheit 15 vorgesehen, die den bezüglich 1 erläuterten Schritt 3 durchführen kann. Der Gesamtbilddatensatz 4 kann dann auf einer Anzeigevorrichtung 16 dargestellt werden. Auch eine Eingabevorrichtung 17 ist vorgesehen, über die beispielsweise der Regler 10 bedient werden kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
