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Die Erfindung bezieht sich auf einen Patiententisch für eine medizinische Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage mit einem solchen Patiententisch. Der Begriff Strahlung umfasst hierbei sowohl Teilchenstrahlung (Elektronen, Protonen) als auch hochenergetische elektromagnetische Strahlung (Röntgenstrahlung, Gammastrahlung).
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Ein Patiententisch einer herkömmlichen Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage weist stets ein gewisses Absorptionsverhalten auf, aufgrund dessen die Strahlungsintensität beim Durchtritt durch den Patiententisch abgeschwächt wird. Diese Abschwächung ist in der Regel unerwünscht und kann bei einer bildgebenden Diagnostikanlage insbesondere eine gewisse Beeinträchtigung der Bildqualität hervorrufen. Um die Strahlungsabsorption zu reduzieren, werden deshalb unter anderem Patiententische eingesetzt, die aus einem Stützmantel aus einem Carbonfasermaterial gebildet sind. Dieser schließt einen Innenraum ein, der mit einem schwach absorbierenden Schaummaterial ausgefüllt ist.
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Bei einem herkömmlichen Patiententisch ist die Stärke der Strahlungsabsorption zudem in erheblichem Maße abhängig von dem Einstrahlungswinkel, unter welchem die Strahlung auf die Auflagefläche des Patiententischs auftrifft. Bei einem Strahlendiagnostikverfahren, insbesondere einem Tomographieverfahren, kann die Winkelabhängigkeit des Absorptionsverhaltens zu einer Beeinträchtigung des Untersuchungsergebnisses führen. Bei einem Strahlentherapieverfahren führt die winkelabhängige Strahlungsabsorption des Patiententischs zu einer unerwünschten örtlichen Verschiebung der Absorptionsdichte im Körpergewebe des zu behandelnden Patienten. Insbesondere verschiebt sich die bestrahlte Körperregion in der Regel in Richtung auf die Körperoberfläche, was Hautirritationen oder Verbrennungen zur Folge haben kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unter den vorstehend genannten Gesichtspunkten verbesserten Patiententisch sowie eine Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage mit einem solchen anzugeben.
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Bezüglich des Patiententischs wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der zugehörigen Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage (nachfolgend kurz Anlage) wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen mit einer im Wesentlichen ebenen Auflagefläche versehenen Patiententisch derart auszubilden, dass die dem Patiententisch als Kenngröße zuzuordnende flächenspezifische Strahlungsabsorption ausgehend von einer Mittellängsebene des Patiententischs zu beiden Seiten hin abnimmt.
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Als flächenspezifische Strahlungsabsorption wird hierbei die Strahlungsabsorption verstanden, die bei senkrechtem Strahlungseinfall auf die Auflagefläche pro Flächeneinheit derselben ortsabhängig gemessen wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einem herkömmlichen Patiententisch einer Anlage einerseits die Strahlungsabsorption des Patiententischs um so stärker ist, je schräger die Strahlung in den Patiententisch eintritt, d. h. je größer der zwischen dem Strahlengang und dem Lot auf die Auflagefläche gebildete Einstrahlwinkel ist. Andererseits ist häufig bei einer Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage der Strahlengang für alle Einstrahlwinkel auf eine isozentrische Achse hin ausgerichtet. Die isozentrische Achse ist insbesondere in einem Bereich angeordnet, in welchem sich bei einer Therapie bzw. Untersuchung typischerweise die Körperlängsachse eines auf dem Patiententisch gelagerten Patienten befindet. Insbesondere ist hierdurch die Lage der isozentrischen Achse bezüglich des Patiententischs festgelegt. Die isozentrische Achse verläuft in der Regel innerhalb der Mittellängsebene des Letzteren und ist der Auflagefläche um einen vorgegebenen, konstanten Abstand vorgelagert.
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Die isozentrische Achse bildet somit im Querschnitt durch den Patiententisch einen geometrischen Drehpunkt, um welchen bei einer Veränderung des Einstrahlwinkels der Strahlengang bezüglich des Patiententischs gedreht wird. Zumal die isozentrische Achse der Auflagefläche vorgelagert ist, weicht die Transmissionsstrecke des Strahlengangs durch den Patiententisch um so stärker von der Mittellängsebene des Patiententischs ab, je größer der Einstrahlwinkel gewählt ist. Mit anderen Worten tritt die Strahlung in der Praxis in einem um so mehr seitlich versetzten Bereich des Patiententischs durch diesen hindurch, je schräger sie bezüglich der Auflagefläche ausgerichtet ist.
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Indem nun erfindungsgemäß der Patiententisch so ausgebildet ist, dass seine flächenspezifische Strahlungsabsorption zu den Seitenkanten hin abnimmt, wird die üblicherweise bei einem Patiententisch auftretende Erhöhung der Strahlungsabsorption bei zunehmend schräger Einstrahlung ganz oder teilweise kompensiert. Bei der erfindungsgemäß mit dem vorstehend beschriebenen Patiententisch ausgestatteten Anlage sind in entsprechendem Maße die eingangs beschriebenen Nachteile vermieden. Zur Charakterisierung des Absorptionsverhaltens des Patiententischs wird nachfolgend zusätzlich zu der vorstehend eingeführten flächenspezifischen Strahlungsabsorption eine weitere Kenngröße herangezogen, die als winkelabhängige Strahlungsabsorption bezeichnet ist. Die winkelabhängige Strahlungsabsorption bezeichnet die Strahlungsabsorption, die als Funktion des Einstrahlwinkels für Strahlung gemessen wird, die unter verschiedenem Einstrahlwinkel den Patiententisch transmittieren und jeweils auf ein gemeinsames Isozentrum hin ausgerichtet sind, wobei dieses Isozentrum, d. h. der Schnittpunkt einer isozentrischen Achse mit einer Querschnittsebene des Patiententischs, innerhalb der Mittellängsebene in vorgegebenem Abstand oberhalb der Auflagefläche angeordnet ist. Der Abstand des Isozentrums zur Auflagefläche beträgt hierbei vorzugsweise zwischen 10 und 20 cm.
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Im Rahmen der den Patiententisch umfassenden Anlage fällt die dem Patiententisch zuzuordnende isozentrische Achse insbesondere mit der isozentrischen Achse einer Gantry zusammen, die einen Strahlungserzeuger der Strahlentherapieanlage bzw. eine Strahler-Detektor-Einheit der Strahlendiagnostikanlage drehbar haltert.
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Während bei einem herkömmlichen Patiententisch die winkelabhängige Strahlungsabsorption um so mehr ansteigt, je mehr der Einstrahlwinkel von dem Wert 180° (entsprechend dem senkrechten Strahlungseinfall auf die Auflagefläche) abweicht, weist hierbei die winkelabhängige Strahlungsabsorption eine etwa glockenförmige Abhängigkeit von dem Einstrahlungswinkel auf, deren Maximum bei einem Einstrahlungswinkel von 180° (entsprechend senkrechtem Strahlungseinfall) liegt. Durch diese Ausführung wird erreicht, dass die durch den Patiententisch notwendigerweise verursachte Strahlungsabsorption eine ”weiche”, d. h. bei variiertem Einstrahlwinkel nur allmählich zunehmende bzw. abnehmende Störung darstellt.
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In bevorzugter Ausführungsform ist der Patiententisch derart gestaltet, dass die flächenspezifische Strahlungsabsorption eine kontinuierliche Funktion des Abstands von der Mittellängsebene des Patiententischs ist. Als kontinuierlich wird insbesondere eine stetige Abnahme der flächenspezifischen Strahlungsabsorption verstanden. Als kontinuierlich wird aber auch eine Variation der flächenspezifischen Strahlungsabsorption verstanden, die sich mit zunehmendem Abstand von der Mittellängsebene in mehreren diskreten Schritten vollzieht. Vorteilhafterweise ist der Patiententisch weiterhin derart ausgebildet, dass die flächenspezifische Strahlungsabsorption symmetrisch bezüglich der Mittellängsebene abnimmt.
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In einer bevorzugten Ausführung, die sich durch hohe mechanische Stabilität und gleichzeitig besonders geringe Strahlungsabsorption auszeichnet, umfasst der Patiententisch einen Stützmantel aus einem Faser-Verbundmaterial, insbesondere einem Carbonfaser-Verbundmaterial. Der von diesem Stützmantel umschlossene Innenraum ist dabei mit einem Schaumkern ausgefüllt.
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Zur Modifikation der flächenspezifischen Strahlungsabsorption ist der Patiententisch bevorzugt derart ausgebildet, dass seine senkrecht zur Auflagefläche zu messende Tischstärke ausgehend von der Mittellängsebene zu beiden Seiten hin abnimmt, so dass auch die Transmissionsstrecke bei senkrechtem Strahlungseinfall zu den Tischseiten hin sukzessive verringert ist.
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Der Patiententisch weist hierbei insbesondere eine dreieckige oder trapezartige Querschnittsform auf. Alternativ ist vorgesehen, den Patiententisch mit einer im Querschnitt konvex gekrümmten Tischunterseite zu versehen, so dass der Patiententisch eine Querschnittfläche in Form eines Kreissegmentes, eines symmetrischen Parabelabschnitts od. dgl. aufweist.
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Als weiteres Mittel zur Beeinflussung der flächenspezifischen Strahlungsabsorption ist der Patiententisch bevorzugt dahingehend ausgebildet, dass der (volumenspezifische) Absorptionskoeffizient des Stützmantels und/oder des Schaumkerns in Abhängigkeit des Abstandes von der Mittellängsebene variiert ist.
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Zur lokalen Erhöhung des Absorptionskoeffizienten des Stützmantels in einem um die Mittellängsebene zentrierten Zentralbereich sind bevorzugt in diesem Bereich eine größere Anzahl paralleler Faserlagen übereinander angeordnet als in den angrenzenden Seitenbereichen des Patiententischs.
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Zusätzlich oder alternativ weist auch der Schaumkern einen ortsabhängig verschiedenen Absorptionskoeffizienten auf. Dies ist bevorzugt insbesondere durch örtlich differenzierte Einlagerung von besonders schwach absorbierenden oder vergleichsweise stark absorbierenden Füllkörpern in den Schaumkern realisiert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einem schematischen Querschnitt einen Patiententisch einer Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage,
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2 in Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführung des Patiententischs und
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3 in schematischen Diagrammen jeweils für beide Ausführungen des Patiententischs die flächenspezifischen Strahlungsabsorption als Funktion des Abstands von der Mittellängsebene des Patiententischs (3a) bzw. die winkelabhängige Strahlungsabsorption als Funktion des Einstrahlwinkels (3b).
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einem schematischen Querschnitt einen Patiententisch 1 einer ansonsten lediglich angedeuteten Strahlentherapie- oder Strahlendiagnostikanlage (nachfolgend kurz Anlage 2). Bei der Anlage 2 handelt es sich beispielsweise um eine mit einem Linearbeschleuniger als Strahlungserzeuger ausgestattete Bestrahlungsanlage oder einen Computertomographen.
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Der Patiententisch 1 umfasst einen Stützmantel 3, der die Oberfläche des Patiententischs 1 bildet und einen Innenraum 4 allseitig umgibt. Der Stützmantel 3 besteht aus einem Carbonfaser-Verbundwerkstoff, der aus mehreren schichtweise übereinandergelegten und in ein Polymermaterial eingebetteten Faserlagen 5 gebildet ist. Der von dem Stützmantel 3 eingeschlossene Innenraum 4 ist mit einem Schaumkern 6, insbesondere aus Rohazell, ausgefüllt.
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Der Patiententisch 1 weist eine flache, in Montagestellung horizontal im Raum angeordnete Querschnittsform auf, die in Tischlängsrichtung (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene der 1) im Wesentlichen konstant und bezüglich einer senkrecht im Raum ausgerichteten Mittellängsebene 7 symmetrisch ausgebildet ist. Der Patiententisch 1 ist nach oben hin durch eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche 8 begrenzt, auf welcher zum Zwecke einer Therapie bzw. Untersuchung ein (in 1 nur schematisch angedeuteter) Patient 9 gelagert wird. Die der Auflagefläche 8 entgegengesetzte, in Montagestellung nach unten weisende Fläche des Patiententischs 1 ist als Bodenfläche 10 bezeichnet. An beiden Rändern der Auflagefläche 8 wird die Querschnittsform des Patiententischs 1 durch je eine Seitenkante 11 begrenzt.
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Die Bodenfläche 10 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Patiententischs 1 in einem um die Mittellängsebene 7 zentrierten Zentralbereich 12 parallel zu der Auflagefläche 8 ausgebildet. An den Zentralbereich 12 schließt, in einer Querrichtung 13 gesehen, beidseitig je ein Seitenbereich 14 an. Beide Seitenbereiche 14 sind gegenüber dem Zentralbereich 12 nach oben, d. h. in Richtung auf die Auflagefläche 8 abgewinkelt, so dass der Patiententisch 1 eine trapezähnliche Querschnittsform erhält, bei welcher die senkrecht zur Auflagefläche 8 zu messende Tischstärke d ausgehend von der Mittellängsebene 7 in Richtung auf eine jede Seitenkante 11 kontinuierlich abnimmt.
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Als Maß für die Absorptionscharakteristik des Patiententischs 1 wird nachfolgend eine als flächenspezifische Strahlungsabsorption F bezeichnete Kenngröße eingeführt. Die flächenspezifische Strahlungsabsorption F bezeichnet die Strahlungsabsorption, die an einem vorgegebenen Ort der Auflagefläche 8 bei senkrechtem Strahlungseinfall 15 auf die Auflagefläche 8 pro Flächeneinheit der Auflagefläche 8 gemessen wird.
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Die flächenspezifische Strahlungsabsorption F ist proportional zu der Transmissionsstrecke 16, d. h. der Wegstrecke, die ein senkrecht zur Auflagefläche 8 orientierter Strahl innerhalb des Patiententischs 1 zurücklegt sowie proportional zu dem über die Transmissionsstrecke 16 gemittelten Absorptionskoeffizienten des Tischmaterials. Der Wert der flächenspezifischen Strahlungsabsorption F wird somit durch die variierende Tischstärke d mit zunehmendem (in Querrichtung 13 gemessenen) Abstand x von der Mittellängsebene 7 kontinuierlich erniedrigt. Dieser Effekt ist verstärkt, indem der Patiententisch 1 derart ausgebildet ist, dass auch der Absorptionskoeffizient des Stützmantels 3 mit zunehmenden Abstand x abnimmt. Hierzu sind im Zentralbereich 12 des bodenseitigen Stützmantels 3 zusätzliche Faserlagen 5 aufgebracht, die dort eine lokale Erhöhung des Absorptionskoeeffizienten bewirken. Diese zusätzlichen Faserlagen 5 sind hinsichtlich ihrer Querstreckung unterschiedlich, so dass die Anzahl paralleler Faserlagen 5 von der Mittellängsebene 7 zu beiden Seitenkanten 11 hin kontinuierlich abnimmt.
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Zur Vornahme einer Therapie bzw. Untersuchung ist der Patiententisch 1 zusammen mit dem darauf gelagerten Patienten 9 in eine so genannte Gantry 20 der Anlage 2 einschiebbar. Als Gantry wird ein im Allgemeinen ringförmig ausgebildetes Traggestell bezeichnet, an welchem ein nicht näher dargestellter Strahler (bei einer Strahlentherapieanlage) bzw. eine Strahler-Detektor-Einheit (bei einer Strahlendiagnostikanlage) drehbar aufgehängt ist. Die Gantry, genauer deren kreisförmige Öffnung, ist in 1 durch einen gestrichelten Kreis angedeutet.
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Der Strahler ist an der Gantry 20 derart angebracht, dass der Strahlengang 21, 21', 21'' der erzeugten Strahlung R für alle Orientierungen stets auf eine im Kreismittelpunkt der Gantry 20 angeordnete isozentrische Achse 22 ausgerichtet ist. Der Patiententisch 1 ist wiederum bezüglich dieser isozentrischen Achse 22 derart ausgerichtet, dass die isozentrische Achse 22 innerhalb der Mittellängsebene 7 in einem vorgegebenen Abstand a oberhalb der Auflagefläche 8 verläuft. Der Abstand a beträgt vorzugsweise 10–20 cm, so dass die isozentrische Achse 22 während der Therapie bzw. Untersuchung etwa mit der Körperlängsachse des auf der Auflagefläche 8 gelagerten Patienten 9 zusammenfällt.
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Durch die Orientierung des Strahlers bezüglich der Auflagefläche 8 ist ein Einstrahlwinkel α definiert. Gemäß 1 wird einem senkrecht von oben auf die Auflagefläche 8 gerichteten Strahl ein Einstrahlwinkel von α = 0° zugeordnet. Entsprechend ist einem in 1 dargestellten, senkrecht von unten auf die Auflagefläche 8 gerichteten Strahlengang 21 ein Einstrahlwinkel von α = 180° zugeordnet. Die 1 zeigt zwei weitere exemplarische Strahlengänge 21' und 21'', die Einstrahlwinkeln von etwa α = 130° bzw. α = 105° entsprechen. Der Strahlengang 21'' entspricht dem Grenzfall, in welchem die Strahlung R den Patiententisch 1 gerade noch streift.
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Die Strahlung R passiert den Patiententisch 1 somit entlang einer im Allgemeinen schrägen Transmissionsstrecke 23, deren Lage und Länge von dem gewählten Einstrahlwinkel α abhängt.
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Entsprechend ist auch die tatsächlich während der Bestrahlung auftretende Nettoabsorption (im Folgenden als winkelabhängige Strahlungsabsorption A bezeichnet) eine Funktion des Einstrahlwinkels α.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Patiententischs 1. Anders als bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist hier die Bodenfläche 10 konvex gekrümmt, so dass der Patiententisch 1 ein kreissegmentartiges Querschnittsprofil aufweist. Des Weiteren ist gemäß 2 zur zusätzlichen Modifikation der flächenspezifischen Strahlungsabsorption F der Absorptionskoeffizient des Schaumkerns 6 in Abhängigkeit des Abstandes x modifiziert, indem der Schaumkern 6 mit besonders gering absorbierenden Füllkörpern 24 unterschiedlicher Größe sowie in unterschiedlicher Dichte versehen ist. Als Füllkörper 24 werden insbesondere luftgefüllte Polymerkügelchen od. dgl. herangezogen.
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Das Absorptionsverhalten beider Ausführungsformen des Patiententischs 1 ist nachfolgend in 3 anhand zweier Diagramme schematisch verdeutlicht. Mit durchgezogenen Linien gezeichnete Kurven 25 und 26 sind hierbei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Patiententischs 1 zugeordnet. Mit gestrichelten Linien gezeichnete Kurven 27 und 28 sind entsprechend dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Patiententischs 1 zugeordnet.
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In einem in 3a abgebildeten ersten Diagramm ist die flächenspezifische Strahlungsabsorption F in Abhängigkeit des Abstandes x dargestellt. Erkennbar ist hierin insbesondere, dass für beide Varianten des Patiententischs 1 die flächenspezifische Strahlungsabsorption F symmetrisch bezüglich der Mittellängsebene 7 (d. h. x = 0) mit zunehmendem Abstand x abnimmt.
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In 3b ist beispielhaft und schematisch der Verlauf der winkelabhängigen Strahlungsabsorption A als Funktion des Einstrahlwinkels α dargestellt, wie er durch die Ausführung des Patiententischs 1 gemäß 1 oder 2 bevorzugt realisiert ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Ausführungsform des Patiententischs 1 gemäß 1 durch geeignete Variation der Tischdicke d und der Anzahl paralleler Faserlagen 5 mit zunehmendem Abstand x derart ausgebildet, dass die winkelabhängige Strahlungsabsorption A von dem Einstrahlwinkel α im Wesentlichen unabhängig ist (Kurve 26). In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Patiententisch 1 dagegen derart ausgebildet, dass die winkelabhängige Strahlungsabsorption A einen um einen Einstrahlwinkel von α = 180° zentrierte glockenförmige Abhängigkeit aufweist (Kurve 28). Die winkelabhängige Strahlungsabsorption A ist folglich bei einem Einstrahlwinkel von α = 180° maximal und nimmt für größere oder kleinere Einstrahlwinkel α in etwa symmetrischer Form ab.
