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Die
Erfindung bezieht sich auf Radiologie-Instrumente, beispielsweise
zur neurologischen oder vaskulären
Anwendung.
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Ein
Neurologie-Instrument dieses Typs ist im Allgemeinen aufgebaut aus:
- – einer
Röntgenröhre und
einem Kollimator zum Formen und Begrenzen des Röntgenbündels,
- – einem
Bildempfänger,
im Allgemeinen einem radiologischen Bildverstärker, der einer Videokamera
zugeordnet ist,
- – einer
Stellvorrichtung, die die aus der Röntgenröhre und dem Kollimator bestehenden
Einrichtung und auch den radiologischen Bildverstärker und
die Videokamera trägt,
wobei diese Stellvorrichtung in der Lage ist, sich im Raum um wenigstens
zwei orthogonale Achsen, möglicherweise um
drei Achsen, zu bewegen, und
- – einem
Tisch, der mit einer Platte versehen ist, die den Patienten in einer
gekippten Position tragen soll.
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In
dem Fall, wo die Stellvorrichtung mit drei Drehachsen versehen ist,
hängt die
Orientierung von zwei Achsen im Raum von dem Winkel der Rotation um
eine vertikale Achse ab. Diese Drehwinkel sind senkrecht zueinander
und schneiden sich an einem Punkt, der als das Isozentrum von der
Stellvorrichtung bezeichnet wird. Diese Konfiguration macht es möglich, die
Achse des Röntgenbündels in
nahezu allen Richtungen im Raum zu orientieren. Die Platte des Tisches
kann entlang drei orthogonalen Achsen bewegt werden, um so den Patienten
richtig in Bezug auf das Isozentrum der Stellvorrichtung zu positionieren.
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Die
Röntgenröhre wird
durch einen Hochspannungsgenerator gespeist, und die von der Videokamera
abgegebenen Bilder werden in einem Bildverarbeitungssystem verarbeitet,
bildlich dargestellt und gespeichert.
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Ein
radiologisches Instrument dieses Typs kann insbesondere verwendet
werden zum Ausführen
von Interventionen, wo bei eine Vorrichtung verwendet wird, die als
ein stereotaktischer Rahmen bezeichnet wird. Dieser Rahmen macht
es möglich,
den Kopf des Patienten zu immobilisieren, wobei vier metallische
Spitzen verwendet werden, die in kleine Löcher im Schädel eingesetzt werden, die
durch den Chirurgen in den Knochen gebohrt sind.
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Dieses
Gestell wird einer Positionier- und Führungsvorrichtung zugeordnet,
um die Röntgenstrahlung
mit einer Sicht zu Positionier- und Führungssonden einzufangen, die
mit dem Patientenkopf in Wechselwirkung treten sollen, beispielsweise Sonden,
die in den Schädel
des Patienten eingeführt werden
sollen. Gegenwärtig
erfordern radiologische Instrumente dieses Typs spezielle Räume, die
zwei Hochleistungs-Strahlungsquellen verwenden, die in einem sehr
großen
Abstand von dem Patienten senkrecht zueinander angeordnet sind, üblicherweise
einem Abstand, der größer oder
gleich 5 Meter ist, um so eine quasiparallele Strahlung am Kopf
des Patienten zu erhalten.
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Wenn
der Patient angeordnet worden ist, injiziert der Chirurg ein Kontrastmittel
in die Gefäße des Kopfes
und gewinnt radiologische Bilder von dem Kopf des Patienten. Die
Gefäße sind
aufgrund des Kontrastmittels sichtbar. Der Chirurg ordnet dann zwischen
dem Gestell und dem Bildempfänger
eine Lochführung
an, die im Falle einer Spitze aus einem dicken Gitter, üblicherweise
30mm dick, aufgebaut ist, das mit etwa einhundert Löchern durchlöchert ist, die
parallele Achsen haben. Der Chirurg gewinnt dann ein Bild von dem
Gitter, superpositioniert mit dem Stereotaxie-Gestell und dem Patientenkopf,
und dann ermittelt er, indem er das Bild, das die dunkel gemachten
Gefäße enthält, und
das Bild superpositioniert, das das Gitter auf einem Leuchtschirm
enthält, welche
Löcher
in dem Gitter nicht gegenüber
Gefäßen liegen.
Der Chirurg kann deshalb die Sonden positionieren, die auf gewählte Löcher gerichtet
sind, und diese Führungslöcher benutzen,
um den Schädel
des Patienten zu durchbohren.
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Zusätzlich zu
der Tatsache, dass ein Instrument dieses Typs den Hauptnachteil
hat, dass es einen speziellen Raum wegen seiner sehr großen Größe erfordert,
maskiert die Verwendung eines dicken Gitters, um die Position der
Sonden zu lokalisieren, nahezu vollständig die inneren anatomischen
Strukturen des Objektes, das geröntgt
werden soll, in diesem Fall den Kopf des Patienten.
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Ein
Radiologie-Instrument gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist in dem Dokument
FR 2728154 beschrieben.
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Es
ist deshalb wünschenswert,
ein radiologisches Instrument dieses Typs bereitzustellen, das wesentlich
kompakter ist.
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Es
ist weiterhin wünschenswert,
eine Sondenpositioniervorrichtung zu verwenden, die die inneren
anatomischen Strukturen des Objektes, das geröntgt werden soll, nicht vollständig maskiert.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
ein Radiologie-Instrument eine Röntgenstrahlung
emittierende Quelle, einen radiologischen Bildempfänger, ein
Chassis bzw. Gestell, das zwischen der Röntgenquelle und dem Bildempfänger angeordnet
ist, um ein zu röntgendes
Objekt aufzunehmen, und eine Positionier- und Führungsvorrichtung, die mit
dem Chassis verbunden werden kann und die die Röntgenstrahlung auffangen kann,
um so Sonden zu positionieren und zu führen, die mit dem Objekt interaktiv
zusammenarbeiten sollen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Strahlung, die von der Quelle emittiert und
von der Positionier- und Führungsvorrichtung eingefangen
wird, kegelförmig.
Ferner hat die Positionier- und Führungsvorrichtung erste Mittel,
die ein zurückziehbares
Führungsgitter
mit Löchern
bilden, deren entsprechende Achsen in Richtung auf den Fokal- bzw.
Brennpunkt der Quelle konvergieren, wenn die ersten Mittel die kegelförmige Strahlung
einfangen. Die Positionier- und Führungsvorrichtung hat auch
zweite Mittel, die ein zurückziehbares
Positioniergitter mit Löchern
bilden. Die Positionen der Positionierlöcher relativ zu dem Chassis
und deshalb relativ zu dem Objekt, das geröntgt werden soll, entsprechen,
wenn die zweiten Mittel positioniert sind, um die Strahlung einzufangen,
denjenigen der Führungslöcher relativ
zu dem Chassis, wenn die ersten Mittel zum Einfangen der konischen
Strahlung positioniert sind, wobei diese positionsmäßige Entsprechung
der konvergenten Natur der Achsen der Führungslöcher Rechnung trägt.
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Es
wird nun ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 schematisch
und teilweise ein Radiologie-Instrument
darstellt, das mit einem Chassis und einem dünnen Positioniergitter ausgerüstet ist,
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2 die
Struktur von einem dünnen
Positioniergitter mit mehr Einzelheiten darstellt und
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3 bis 5 auf
entsprechende Weise schematische Vorder-, Drauf- und eine linke
Seitenansicht von einem Chassis darstellen, das mit einem perforierten
Führungselement
ausgerüstet
ist, um das Sondenführungsgitter
zu bilden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen PL eine massive Platte, die gegenüber Röntgenstrahlen durchlässig ist
und in drei orthogonalen Richtungen im Raum bewegt werden kann,
um einen Patienten für
eine radiologische Untersuchung zu positionieren.
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Das
Radiologie-Instrument enthält
ferner eine Stellvorrichtung (der Einfachheit halber hier nicht
gezeigt), im Allgemeinen ein C-förmiger
Arm, der auf der einen Seite eine Röntgenquelle, die mit Trx bezeichnet
ist, und ihren zugeordneten Kollimator CLm und auf der anderen Seite
einen Bildempfänger trägt, der
aus einem Bildverstärker
II und einer Videokamera CV aufgebaut ist. Die Stellvorrichtung
kann um drei orthogonale Richtungen im Raum gedreht werden, um so
das radiologische Gerät
gemäß der auszuführenden
Untersuchung anzuordnen.
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Das
radiologische Instrument enthält
ferner einen Hochspannungsgenerator, der die Röntgenröhre Trx speist, und auch ein
System zum Gewinnen und digitalen Verarbeiten der Bilder und ein
Gerät zum Überwachen
und bildlichen Darstellen von Bildern. Alle diese üblichen
Elemente sind der Einfachheit halber in 1 nicht
gezeigt.
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Am
Ende der Platte PL ist ein Stereotaxie-Chassis CS angebracht. Der
Kopf des Patienten wird in üblicher
Weise in dem Chassis immobilisiert, wobei vier Spitzen Po verwendet
werden, die in den Schädel
eingeführt
werden. Die Mitte des Patientenkopfes wird dann an dem Isozentrum
Is der Stellvorrichtung (welches der Konvergenzpunkt der drei Drehachsen
der Stellvorrichtung ist) nahe der Achse Frx der konischen Strahlung
RY positioniert, die durch die Röhre
Trx aus dem Fokalpunkt F emittiert wird.
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Eine
dünne Halterung
PGr, die ein sehr dünnes
perforiertes Gitter Gr trägt,
wird zwischen dem Patientenkopf und dem Bildverstärker II
eingeführt. Diese
Halterung PGr wird auf dem Stereotaxie-Chassis starr gehaltert.
Die Dicke der Halterungs/Gitteranordnung, die üblicherweise in der Größenordnung von
1 bis 2/10 mm liegt, macht es möglich,
konische Strahlung zu verwenden.
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Das
Gitter Gr kann aus einer gedruckten Schaltung ähnlich einer elektronischen
gedruckten Schaltung bestehen. Die Halterung dieses metallischen
Gitters muss selbstverständlich
für Röntgenstrahlen
durchlässig
sein, und das Metallgitter selbst kann aus einer Kupferschicht bestehen,
die eine Dicke in der Größenordnung
von 100 bis 200 Mikron hat. Die Dicke des Kupfers gestattet, dass
das Gitter auf den radiologischen Bildern deutlich gesehen wird,
ohne die anatomischen Strukturen vollständig zu maskieren. Ferner kann
die Verwendung von Bildverarbeitung zum Subtrahieren unterschiedlicher
Bilder das Gitter oder die anatomischen Strukturen deutlicher sichtbar
machen.
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Ein
Ausrichtungselement, wie beispielsweise eine Metallkugel V, ist
auf dem Chassis auf der gegenüberliegenden
Seite von dem Positioniergitter Gr angebracht. Dieses Element V
macht es möglich,
das Röntgen-Bildgebungssystem
richtig auszurichten.
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Um
diese Ausrichtung zu erhalten, bewegt die Bedienungsperson die Positioniervorrichtung,
bis er eine perfekte Ausrichtung des Objekt-Fokalpunktes F der konischen
Strahlung RY mit der Kugel V und dem zentralen Loch in dem Gitter
Tc erhält.
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Wie
genauer in 2 zu sehen ist, insbesondere
um es einfacher zu machen, das zentrale Loch Tc zu erkennen, kommunizieren
die Löcher
in der mittleren Spalte CLO und die Löcher in der mittleren Reihe
LO. Weiterhin ist wiederum mit einem Blick auf die Erleichterung
der Lokalisierung auf dem radiologischen Bild, das erhalten wird,
ein Rahmen in dem Gitter Gr gebildet worden, indem dafür gesorgt
wird, dass einige der Löcher
in den Reihen L15H und L15B und Spalten CL15G und CL15D kommunizieren.
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Wenn
das Ausrichtungsverfahren ausgeführt worden
ist, gewinnt die Bedienungsperson zwei Bilder. Das erste ist der
Kopf des Patienten (in dem die Gefäße nicht mit dem Kontrastmittel
verdunkelt worden sind), über
dem das Gitter superpositioniert worden ist. Das zweite Bild ist
von dem "nicht verdunkelten" Kopf des Patienten
ohne das Positionierungsgitter. Diese zwei Bilder machen es anschließend möglich, entweder
den Patientenkopf oder das Gitter digital von den verdunkelten Bildern
zu subtrahieren.
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Die
Bedienungsperson injiziert dann das Kontrastmittel in die Gefäße und gewinnt
einen Satz von verdunkelten Bildern des Patientenkopfes.
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Alle
Bilder werden in dem Speicher von dem Bildverarbeitungssystem gespeichert.
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Der
Chirurg kann dann die besten Positionen zum Einsetzen der Sonden
in den Patientenschädel lokalisieren.
Zu diesem Zweck kann er subtrahierte oder nicht subtrahierte Bilder
mit elektronischer Superposition des Gitters direkt auf dem Bildschirm
verwenden. Somit kann eine bessere Genauigkeit erhalten werden aufgrund
der klareren Sichtbarkeit der Gefäße in den subtrahierten Bildern,
insbesondere aufgrund der Verwendung eines sehr dünnen Positionierungsgitters.
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Um
das Werkzeug zum Perforieren des Schädels zu führen, kann die dünne Platte
PGr, die das Positionierungsgitter Gr trägt, durch ein dickes perforiertes
Gitter ersetzt werden. Wenn dies der Fall ist, ist es notwendig,
eine perfekte Entsprechung zwischen der Position der Löcher in
dem Führungsgitter und
der Position der Löcher
in dem Positionierungsgitter auszubilden. Obwohl jedoch die Dicke
von dem Positionierungsgitter es möglich macht, die Positionierungslöcher mit
parallelen Achsen herzustellen, selbst wenn es ein konisches Röntgenstrahlenbündel gibt,
gestattet die Dicke von dem Führungsgitter, üblicherweise
einige Zentimeter, nicht, es mit parallelen Löchern herzustellen. Als eine
Folge müssen
die Achsen der Führungslöcher in
dem dicken Führungsgitter
alle in Richtung auf den Fokalpunkt F des Objektes konvergieren.
Da ferner die Achsen der Führungslöcher nicht
parallel sind, muss die Position der Löcher in dem Positionierungsgitter
Gr so berechnet werden, dass die konische Projektion der Führungslöcher in
die Ebene von dem dünnen
Positionierungsgitter der tatsächlichen
Position der Löcher
in diesem Positionierungsgitter entspricht.
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Genauer
gesagt und unter Bezugnahme auf
2, wird
die Abszisse x von dem Positionierungsloch Ti (die Abszisse wird
entlang der Linie LO nach rechts in
2 positiv
gerechnet) durch die Formel errechnet:
D·tan(nV × θ) während die
Ordinate von diesem Loch Ti (in
2 entlang
der Spalte CL0 von dem zentralen Loch nach oben positiv gerechnet)
durch die Formel gegeben ist:
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In
diesen zwei Formeln bezeichnet D den Abstand zu dem Positionierungsgitter
Gr von dem Fokalpunkt des Objektes, nV bezeichnet den Rang des Loches,
gemessen horizontal von der zentralen Spalte, während nH den Rang des Loches
bezeichnet, der von der zentralen Reihe vertikal gerechnet ist.
Schließlich
bezeichnet θ den
Winkel zwischen den zwei Löchern
in dem Gitter Gr, gesehen von dem Fokus F der Röhre Trx. θ beträgt in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
0,22°.
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Es
würde selbstverständlich auch
möglich sein,
die dicke Führungsplatte
durch einen Satz von zwei Gittern zu ersetzen, die im Abstand zueinander angeordnet
sind, insbesondere im Hinblick auf eine Gewichtssenkung.
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Es
ist nichtsdestoweniger besonders vorteilhaft, anstelle eines dicken
Führungsgitters
Führungsmittel
zu verwenden, wie den in den 3 bis 5 dargestellten.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Einfachheit halber
die Punkte Po zum Positionieren des Patientenschädels innerhalb des Chassis
CS nur in der Vorderansicht dargestellt sind und in den Drauf- und
linken Seitenansichten weggelassen sind.
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Auf
jedem seiner vertikalen Zweige (dies aus Gründen der Symmetrie, um dem
Chirurgen zu gestatten, von dem Patientenkopf TT nach links und rechts
zu arbeiten) weist das Chassis CS eine kurvenlineare Führungsbahn
Rg auf, die auf dem Fokus F des Röntgenbündels zentriert ist. Ein Führungselement
GC2, das mit zwei Spalten von Löchern
RG1 und RG2 ausgerüstet
ist, gleitet entlang dieser Führungsbahn
RG. Die erste Spalte RG1 ent spricht exakt der mittleren Spalte CL0
von dem Positionierungsgitter Gr. Alle Löcher TR01 in dieser ersten Spalte
sind auf den Fokus F der Röhre
Trx fokussiert, was heißen
soll, ihre Achsen Ax konvergieren in Richtung auf den Fokus F. Die
zweite Spalte der Löcher
RG2 ist identisch zur ersten, abgesehen von der Tatsache, dass die
Löcher
TR02 in dieser zweiten Spalte um einen halben Lochabstand nach oben
versetzt sind, wobei diese Löcher
TR02 noch auf den Fokus der Röhre
Trx fokussiert sind. Zwei Markierungen R1 und R2 sind an dem Oberteil
von jeder Spalte der Löcher
geätzt,
wobei diese Markierungen den Achsen von jeder der Spalten RG1 und
RG2 entsprechen.
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Eine
Einteilung Gd ist auf das Chassis CS geätzt und wird dazu verwendet,
die Position von dem Führungselement
GC2 entlang der Führungsbahn
RG exakt zu lokalisieren. Eine gerändelte Schraube VM macht es
möglich,
das Führungselement
in einer beliebigen Stellung zu verriegeln, die durch den Chirurgen
gewählt
wird. Im Hinblick hierauf ist die Einteilung Gd durch lange Linien
und kurze Linien gebildet. Legt man die Markierung R1 als näheste an
die langen Linien, kann die erste Spalte der Löcher RG1 exakt positioniert
werden, und wenn man die Markierung R2 als näheste an die kurzen Linien der
Einteilung Gd legt, kann die zweite Spalte der Löcher RG2 exakt positioniert
werden.
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Genauer
gesagt, in dem hier beschriebenen Beispiel sind die langen Linien
der Einteilung Gd in Entsprechung mit den Spalten CLj von dem Positionierungsgitter
nummeriert.
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Das
Führungselement
ist auch mit einer Einteilung Gd3 versehen, die den Reihen des Positionierungsgitters
entspricht.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
erleichtert den Zugang zum Patienten. Diese Führungsmittel sind extrem einfach
zu fertigen und weniger teuer als das Ausführungsbeispiel mit einem dicken
Gitter mit etwa 100 Löchern.
Dieses Ausführungsbeispiel
macht es weiterhin möglich,
menschliche Fehler bei der Wahl der Durchdringungslöcher zu
minimieren.
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Somit
macht es die Verwendung von Führungsmitteln
mit Löchern,
deren Achsen in Richtung auf den Fokalpunkt der Quelle konvergieren,
möglich,
ein konisches Röntgenbündel des
Typs zu verwenden, der in einem üblichen
Röntgenraum
geliefert wird. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Bildempfänger ist
dann in der Größenordnung
von 1 Meter.
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Obwohl
es möglich
ist, ein dickes Lochgitter zu benutzen, um sowohl die Mittel zum
Führen
der Sonden als auch die Mittel zu ihrer Positionierung zu bilden,
ist es besonders vorteilhaft, für
die zweite Positioniereinrichtung ein dünnes perforiertes Gitter zu verwenden,
dessen Löcher
parallele Achsen haben und derart, dass die konische Projektion
der Führungslöcher der
Führungsmittel
in die Ebene des dünnen
Gitters der Position der Löcher
in dem Positionierungsgitter entspricht.
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Die
Verwendung eines dünnen
Gitters mit Löchern
mit parallelen Achsen macht es möglich, nicht
nur ein konisches Röntgenbündel zu
verwenden, sondern gestattet auch, dass das Gitter deutlicher auf
den radiographischen Bildern gesehen wird, ohne dass die anatomischen
Strukturen vollständig maskiert
werden.
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Es
würde zwar
möglich
sein, nach der Ermittlung der Position der Sonden unter Verwendung
des dünnen
Positionierungsgitters, dieses Gitter herauszuziehen und es durch
ein dickes perforiertes Gitter zu ersetzen, das das Mittel zum Führen der
Sonden bildet, es ist aber besonders vorteilhaft, wenn die ersten
Führungsmittel
ein Führungselement
aufweisen, das wenigstens eine erste Spalte von Führungslöchern hat,
deren entsprechende Achsen alle in der gleichen ersten Ebene liegen
und durch die erste Einteilung entsprechend der Lage der Reihen
des Positionierungsgitters angeordnet sind. Die Achsen der Führungslöcher in
dem Element konvergieren in der ersten Ebene in Richtung auf den
Objekt-Fokalpunkt der Quelle. Dieses Element ist weiterhin bewegbar entlang
einer kurvenlinearen Führungsbahn,
die an dem Objekt-Fokalpunkt zentriert ist, die in dem Chassis gebildet
ist und sich in einer zweiten Ebene senkrecht zu der ersten Ebene
erstreckt. Die Position des Elementes entlang der Führungsbahn
ist durch eine zweite Einteilung lokali siert, die der Lage der Spalten in
dem Positionierungsgitter entspricht. Die Krümmung der Führungsbahn wird gewählt, wobei
der Abstand, der die Führungsbahn
von dem Objekt-Fokalpunkt trennt, und der Öffnungswinkel der konischen Strahlung
berücksichtigt
werden, so dass die Achsen der Führungslöcher in
dem Element in Richtung auf den Objekt-Fokalpunkt konvergieren unabhängig von der
Position des Elementes entlang der Führungsbahn.
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Es
ist ferner besonders vorteilhaft, wenn das Element eine zweite Spalte
von Führungslöchern aufweist,
die parallel zu den ersten ist, wobei jedes Loch in der zweiten
Spalte zwischen zwei Löchern
in der ersten Spalte ist, um so einem Reihenintervall von dem Positionierungsgitter
zu entsprechen.
