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Die
Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit
einem Strahlergehäuse,
von dem von einem Fokus ausgehende Röntgenstrahlung emittierbar
ist. Die Erfindung betrifft außerdem
eine Röntgeneinrichtung
aufweisend einen derartigen Röntgenstrahler und
ein dem Strahlergehäuse
benachbartes Gehäuse.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Computertomographiegerät mit einer
derartigen Röntgeneinrichtung.
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Röntgenstrahler
beispielsweise von Röntgendiagnostikgeräten, wie
einem Computertomographiegerät,
weisen in der Regel eine eine Anode umfassende Röntgenröhre auf. Im Betrieb der Röntgenröhre trifft
ein von einer Kathode der Röntgenröhre emittierter
Elektronenstrahl idealer Weise in einem Punkt, dem Fokus, auf der
Anode auf, wobei ausgehend von dem Fokus Röntgenstrahlung emittiert wird.
In Folge thermischer Einflüsse
oder Bewegungen des Anodentellers der Anode auf Grund mechanischer
Toleranzen kann es während
des Betriebes der Röntgenröhre zur
Verlagerung des Fokus aus seiner Ideallage auf dem Anodenteller
heraus kommen, was zu einer unerwünschten Verlagerung der vom
Fokus ausgehenden Röntgenstrahlung
führt. Um
dieser Verlagerung des Fokus entgegenwirken zu können, ist in einem dem Röntgenstrahler
nach gelagerten Blendengehäuse
eine eine Blendenöffnung
aufweisende Vorblende angeordnet, die zu der Blendenöffnung zusätzlich in
der Regel zwei kleinere Schlitze aufweist, durch die Röntgenstrahlung
hindurch dringen kann. Die durch die beiden Schlitze hindurch tretende
Röntgenstrahlung
trifft dabei auf für
Röntgenstrahlungen
empfindliche Elemente, wobei registriert wird, welcher Bereich der
Elemente mit Röntgenstrahlung
beaufschlagt wird. Anhand der von den Elementen erzeugten Signale
und basierend auf dem bekannten Abstandsverhältnis zwischen Fokus, Vorblende und
Elementen, kann mittels einer Recheneinrichtung die Istposition
des Fokus auf dem Anodenteller bestimmt und mit der Sollposition
des Fokus verglichen werden. Ist eine Abweichung des Fokus ermittelt
worden, kann beispielsweise durch Beeinflussung des von der Kathode
ausgehenden Elektronenstrahls der Fokus wieder in seine Sollposition
verlagert werden. In der Regel geschieht dies durch eine entsprechende
Veränderung
des den Elektronenstrahl beeinflussenden elektromagnetischen Feldes,
welches mit an der Röntgenröhre angeordneten
Spulen erzeugt wird. Die Recheneinrichtung ermittelt hierzu die
veränderten
Spulenströme.
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In 1 ist
der Aufbau einer derartigen einen Röntgenstrahler 1 und
ein Blendengehäuse 2 umfassenden
Röntgeneinrichtung 3 dargestellt.
Der Röntgenstrahler 1,
von dessen Fokus F Röntgenstrahlung
S ausgeht, weist neben einem Strahlenfenster 4 eine grobe
Vorblende 5 auf. Die mit den Schlitzen versehene Vorblende 6 sowie
die Elemente 7 und 8 zur Bestimmung der Lage des
Fokus F als auch die eigentliche Hauptblende 10 zur Formung des
Nutzröntgenstrahlenbündels sind
in das Blendengehäuse 2 integriert.
Zum Schutz vor Streustrahlung ist zusätzlich zwischen dem Röntgenstrahler 1 und
dem Blendengehäuse 2 eine
Streustrahlungsdichtung 9 vorhanden.
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Nachteilig
hierbei ist der relativ große
Raumbedarf der aus Röntgenstrahler
und Blendengehäuse bestehenden
Anordnung. Wegen des Raumbedarfs dieser Anordnung war es bisher
für ein
Computertomographiegerät
nicht möglich,
die Patientenöffnung, also
die Öffnung
in der sich bzw. durch die sich ein Patient während einer Untersuchung mit
einem Röntgencomputertomographiegerät befindet
bzw. bewegt, im Durchmesser größer zu gestalten,
ohne den Außendurchmesser
des Drehrahmens zu vergrößern, auf
dem der Röntgenstrahler
und das Blendengehäuse
angeordnet sind.
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US 6 542 576 B2 beschreibt
einen Röntgenstrahler,
bei dem eine Öffnung
im Gehäuse
vorgesehen ist, durch die ein Messstrahl erzeugt wird, der auf ein
dafür empfindliches
Element, beispielsweise einer Photodiode etc., auftrifft. Dadurch
wird die Position des Fokuspunktes überwacht.
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DE 199 42 920 A1 zeigt
einen Kollimator mit einem Hauptschlitz der den Röntgenstrahl
in den x- und z-Richtungen beschränkt und einem sekundären Schlitz
zur Erzeugung des Messstrahls. Der sekundäre Schlitz ist dabei parallel
zum Hauptschlitz angeordnet und dient dazu, Verschiebungen des Brennflecks
in z-Richtung zu kompensieren.
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DE 37 08 109 A1 beschreibt
die Einblendung von nadelförmigen
Messröntgenstrahlen,
die auf in einem Blendengehäuse
angeordnete Sensoren auftreffen, um den Fokus zu kontrollieren und
in Sollposition zu halten. Die Messstrahlen werden durch geeignete
Blenden eingeblendet und liegen nicht im Nutzstrahlenbündel.
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US 5 745 548 A zeigt
die Verwendung von mindestens drei Messstrahlen zur Kalibrierung
der Position des Fokus. Jedem dieser Messstrahlen ist ein Detektor
zugeordnet, so dass dieses System mindestens drei verschiedene Detektoren
benötigt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Röntgenstrahler,
eine Röntgeneinrichtung
sowie ein Computertomographiegerät
der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Raumbedarf
des Röntgenstrahlers
und des nach gelagerten Gehäuses
reduziert ist.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Röntgenstrahler
mit einem Strahlergehäuse,
von dem von einem Fokus ausgehende Röntgenstrahlung emittierbar
ist, wobei eine im Strahlengang der Röntgenstrahlung angeordnete, eine
Blendenöffnung
aufweisende Vorblende in oder an dem Strahlergehäuse angeordnet ist, welche
mit zwei zusätzlichen,
in einer Ebene befindlichen, orthogonal zueinander ausgerichteten
Schlitzen versehen ist. Jeder dieser Schlitze bewirkt die Bildung
eines Messstrahls, der jeweils einem für Röntgenstrahlung empfindlichem
Element zur Bestimmung der Lage des Fokus zugeordnet ist. Durch
diese Anordnung der Schlitze kann bezogen auf die Geometrie eines Computertomographiegerätes die
Veränderung
der Lage des Fokus sowohl in z-Richtung, welche der Richtung der
Systemachse des Computertomographiegerätes entspricht, als auch in φ-Richtung,
welche der Rotationsrichtung des Röntgenaufnahmesystems des Computertomographiegerätes entspricht,
ermittelt werden.
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Dadurch,
dass die bisher in einem dem Röntgenstrahler
nach gelagerten Gehäuse
angeordnete, mit zwei zusätzlichen
Schlitzen versehene Vorblende nunmehr direkt in oder an dem Strahlergehäuse des Röntgenstrahlers
angeordnet ist, lässt
sich unter Einhaltung eines geeigneten Abstandsverhältnisses
zwischen Fokus, Vorblende und den beiden Elementen zur Bestimmung
der Lage des Fokus die den Röntgenstrahler
und ein dem Röntgenstrahler
nach gelagertes Gehäuse
umfassende Einrichtung baulich verkleinern, so dass der Raumbedarf
gegenüber
der konventionellen Anordnung deutlich verringert ist. Durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Röntgenstrahlers
ist es also möglich,
das nach gelagerte Gehäuse,
welches in der Regel die beiden Elemente zur Bestimmung der Lage
des Fokus enthält, kleiner
auszuführen.
Auf diese Weise sind beispielsweise für ein Computertomographiegerät die Voraussetzungen
geschaffen, die Patientenöffnung
in der sich bzw. durch die sich der Patient während einer Untersuchung mit
dem Computertomographiegerät befindet
bzw. bewegt, bei unverändertem
Aussendruchmesser des Drehrahmens größer auszuführen. Dadurch verspüren nicht
nur weniger Patienten in der Patientenöffnung ein Gefühl der Beengung,
sondern auch der für
medizinisches Personal zur Verfügung stehende
Raum für
medizinische Eingriffe im Bereich der Patientenöffnung ist vergrößert. Zudem
wird die Möglichkeit
eröffnet,
Patienten in anderer Haltung, beispielsweise mit abgewinkelten Gliedmaßen zu untersuchen.
Darüber
hinaus ergeben sich weniger Probleme bei der Untersuchung von Personen,
welche eine besonders große
Körperfülle aufweisen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch eine Röntgeneinrichtung,
aufweisend einen vorstehend beschriebenen Röntgenstrahler sowie ein dem
Strahlergehäuse
benachbartes bzw. nach gelagertes Gehäuse, in dem die Elemente zur
Bestimmung der Lage des Fokus angeordnet sind. Gemäß einer
Variante der Erfindung ist dabei in dem Gehäuse wenigstens eine weitere
Blende angeordnet, um aus der durch die Vorblende hindurch getretenen
Röntgenstrahlung
das Nutzröntgenstrahlenbündel, welches
durch ein zu untersuchendes Objekt treten soll, zu formen. Wie bereits
erwähnt,
kann das die Elemente zur Bestimmung der Lage des Fokus und die
weitere Blende enthaltende Gehäuse
unter Einhaltung der geeigneten geometrischen Bedingungen, das heißt eines
geeigneten Abstandsverhältnisses
zwischen Fokus, Vorblende und Elementen zur Bestimmung der Lage
des Fokus kleiner ausgeführt
werden, so dass die den Röntgenstrahler
und das zusätzliche
Gehäuse
aufweisende Röntgenanordnung
einen kleineren Raumbedarf mit den bereits erwähnten Vorteilen benötigt.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung weist die Röntgeneinrichtung
zur Bestimmung der Lage des Fokus mit den beiden Elementen zur Bestimmung
der Lage des Fokus verbundene Rechenmittel auf, welche aus von den
beiden Elementen zur Bestimmung der Lage des Fokus erzeugten Signalen unter
Berücksichtigung
der bekannten geometrischen Verhältnisse
die Lage des Fokus berechnen.
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Die
Aufgabe wird schließlich
auch gelöst durch
ein Computertomographiegerät
mit einer vorstehend erwähnten
Röntgeneinrichtung
zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
und einem der Röntgeneinrichtung
zugeordneten Röntgenstrahlendetektor, welche
einander gegenüberliegend
an einem um eine Systemachse rotierbaren Drehrahmen angeordnet sind.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Röntgeneinrichtung kann das Computertomographiegerät eine gegenüber herkömmlichen
Computertomographiegeräten
vergrößerte Patientenöffnung aufweisen,
so dass wie bereits erwähnt,
Personen mit großer
Körperfülle problemlos
untersucht werden können,
mehr Raum für
medizinisches Personal an der Patientenöffnung zur Verfügung steht
und zudem neue Untersuchungsformen an dem Computertomographiegeräten möglich sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
Röntgeneinrichtung
nach dem Stand der Technik,
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2 in
stark vereinfachter Darstellung ein Computertomographiegerät,
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3 eine
Röntgeneinrichtung
mit einem Röntgenstrahler
des Computertomographiegeräts aus 2,
und
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4 eine
mit zwei Schlitzen versehene Vorblende und zwei dieser zugeordneten
Elemente zur Bestimmung der Lage des Fokus der Röntgeneinrichtung aus 3.
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In 2 ist
in stark vereinfachter Weise ein Computertomographiegerät 11 dargestellt,
welches eine Gantry aus einem feststehenden Teil 12 und
einem relativ zu dem feststehenden Teil 12 um eine Systemachse
Z rotierbaren Drehrahmen 13 aufweist. In 2 ist
außerdem
in schematisch angedeuteter Weise eine Patientenliege 14 gezeigt,
welche in an sich bekannter Weise zur Untersuchung eines Objektes,
bevorzugt eines Patienten P, während
des Betriebs des Computertomographiegerätes 11 in Richtung
der Systemachse Z verstellt werden kann, so dass nicht nur unterschiedliche
Schichtaufnahmen bei jeweils ortsfester Patientenliege 14,
sondern auch Spiralaufnahmen mit dem Computertomographiegerät 11 möglich sind,
wobei sich die Patientenliege 14 mit dem Patienten P durch
die Patientenöffnung 19 des
Computertomographiegerätes 11 bewegt.
An dem Drehrahmen 13 sind einander gegenüberliegend
eine Röntgeneinrichtung 15 und
ein Röntgenstrahlendetektor 16 angeordnet.
Während einer
Untersuchung dreht sich der Drehrahmen 13 in φ-Richtung
um die Systemachse Z, wobei von einem Fokus F der Röntgeneinrichtung 15 ausgehende Röntgenstrahlung
unter verschiedenen Richtungen einen Körberbereich des auf der Patientenliege 14 gelagerten
Patienten P durchdringt und anschließend auf dem Röntgenstrahlendetektor 16 auftrifft, bei
dem es sich in der Regel um einen aus mehreren Detektormodulen aufgebauten
mehrzeiligen Röntgenstrahlendetektor
handelt. Aus den aufgenommenen Röntgenprojektionen
können
in an sich bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Recheneinrichtung
Schichtbilder oder Volumenbilder von dem aufgenommenen Körperbereich
des Patienten P rekonstruiert und auf einer ebenfalls nicht dargestellten Anzeigeeinheit
dargestellt werden.
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Der
Aufbau der einen Röntgenstrahler 17 und
ein Blendengehäuse 18 aufweisenden
Röntgeneinrichtung 15 ist
in 3 näher
dargestellt. Wie 3 zu entnehmen ist, umfasst
der Rönt genstrahler 17 ein
Strahlergehäuse 20,
in dem, wie in 3 schematisch angedeutet ist,
eine Röntgenröhre 21 angeordnet
ist. Mit F ist der Fokus der Röntgenröhre 21 gekennzeichnet.
Der Fokus F ist der Auftreffpunkt des von einer Kathode 22 ausgehenden
Elektronenstrahls auf der Anode 23 der Röntgenröhre 21,
von dem aus Röntgenstrahlung
S in Richtung auf den Patienten P emittiert wird. Zur Begrenzung
des Strahlenbündels
der Röntgenstrahlung
S weist der Röntgenstrahler 15 in
seinem Gehäuse
ein Strahlerfenster 25 auf. Des Weiteren weist der Röntgenstrahler 17 eine
in das Strahlergehäuse 20 integrierte
Vorblende 26 auf, welche das von dem Fokus F ausgehende,
durch das Strahlerfenster 25 hindurch tretende Röntgenstrahlenbündel fächerförmig formt.
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Die
Vorblende 26, welche in 4 näher dargestellt
ist, weist eine rechteckförmige Öffnung 27 zur
Formung des Röntgenstrahlenbündels S
auf, und ist außerdem
mit zwei zusätzlichen,
wenigstens im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichteten Schlitzen 28 und 29 versehen,
durch die ebenfalls Röntgenstrahlung
dringen kann. Die Schlitze 28, 29 sind dabei jeweils
einem für
Röntgenstrahlung
empfindlichen Element 30, 31 zur Bestimmung der
Lage des Fokus F des Röntgenstrahlers 17 zugeordnet. Bei
den Elementen 30 und 31 handelt es sich dabei um
Messeinrichtungen, welche empfindlich für Röntgenstrahlungen sind. Der
Aufbau der Elemente 30, 31 kann dabei dem Aufbau
von Detektorelementen, wie sie in dem Röntgenstrahlendetektor 16 verwendet
werden, entsprechen. Jedes der Elemente 30, 31 umfasst
beispielsweise in an sich bekannter Weise eine Szintillatorkeramik
zur Umwandlung von Röntgenstrahlung
in Licht, der in der Regel ein Diodenarray nachgeschaltet ist. Die
Elemente 30, 31 können aber auch direkt konvertierend
ausgeführt
sein.
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Kommt
es im Betrieb des Computertomographiegerätes
11 aufgrund thermischer
Effekte oder auch aufgrund von mechanischen Toleranzen des in den
Figuren nicht explizit dargestellten Anodentellers der Anode
23 der
Röntgenröhre
21 zu
Bewegungen beispielsweise in Richtung der Systemachse Z, so entspricht
die Lage des Fokus F auf dem Anodenteller nicht mehr seiner Sollposition,
weshalb es zu einer unerwünschten
Veränderung
der Röntgenstrahlung
kommt. Eine Verlagerung des Fokus F bewirkt aber auch, dass die
durch die Schlitze
28 und
29 tretende Röntgenstrahlung
einen anderen Bereich der für
Röntgenstrahlungen
empfindlichen Elemente
30 und
31 zur Bestimmung
der Lage des Fokus F beleuchtet. Diese Lageverschiebung bewirkt
eine Änderung
der von den Elementen
30 und
31 zur Bestimmung
der Lage des Fokus F abgegebenen Signale. Wie in
2 schematisch
angedeutet, sind die Elemente
30 und
31 mit einer
Recheneinrichtung
32, z. B. einem PC, verbunden, die aus
den von den Elementen
30 und
31 bereitgestellten
Signalen die Änderung
der Lage des Fokus F berechnen kann und die Röntgenröhre
21 des Röntgenstrahlers
17 derart beeinflusst,
dass der Fokus F von seiner Istposition in seine Sollposition zurückbewegt
wird. In der Regel geschieht dies, indem das elektro-magnetische
Feld, welches den von der Kathode
22 der Röntgenröhre
21 in
Richtung auf die Anode
23 emittierten Elektronenstrahl
ablenkt, entsprechend modifiziert wird, so dass der Elektronenstrahl
wieder in der gewünschten Sollposition
auf den Anodenteller der Anode
23 der Röntgenröhre
21 auftrifft.
Hierzu werden die Spulenströme
von in den Figuren nicht näher
dargestellten, der Röntgenröhre
21 in
geeigneter Weise zugeordneten Spulen geregelt durch die Recheneinrichtung
32 entsprechend
verändert.
Eine ein derartiges Vorgehen erlaubende Röntgenröhre ist beispielsweise in der
DE 198 10 346 C1 beschrieben.
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Es
wird also deutlich, dass mit Hilfe der Schlitze 28 und 29 sowie
mit Hilfe der Elemente 30 und 31 eine Abweichung
des Fokus F von seiner Sollposition ermittelt werden und über die
Recheneinrichtung 32 eine Regelung derart erfolgen kann, dass
der Fokus F, wenn er von seiner Sollposition abgewichen ist, wieder
in diese zurückgeführt werden kann.
Hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahler 17 die
Vorblende 26 in das Gehäuse 20 des
Röntgenstrahlers 17 integriert.
Außerdem
sind, wie in 3 dargestellt, die Elemente 30 und 31 zur Bestimmung
der Lage des Fokus F in einem weiteren, dem Röntgenstrahler 17 nach
geschalteten Gehäuse 18 angeordnet.
Dieser Aufbau erlaubt es unter Einhaltung der für die Regelung der Lage des
Fokus F erforderlichen Abstandsverhältnisse zwischen Fokus F, Vorblende 26 und
Elementen 30, 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus
F, dass Verlagerungen des Fokus F, welche mit Auslenkungen der durch
die Schlitze 28, 29 hindurch tretenden strichförmigen Röntgenstrahlenbündel 35, 36 aus
ihrer in 4 gezeigten Nulllage heraus
verbunden sind, sicher detektiert und korrigiert werden können. Während das Element 30 zur
Feststellung einer Verlagerung in z-Richtung dient, kann mit dem
Element 31 eine Verlagerung in φ-Richtung registriert werden.
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In
dem Gehäuse 18 ist
neben den Elementen 30, 31 zur Bestimmung der
Lage des Fokus F außerdem
eine an sich bekannte verstellbare Blende 34 angeordnet,
mit welcher aus dem bereits vor geformten Röntgenstrahlenbündel S nochmals
ein Nutzröntgenstrahlenbündel, welches
den zu untersuchenden Patienten P durchdringt, geformt werden kann.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
des Röntgenstrahlers 17,
in dem die mit den Schlitzen 28 und 29 versehene
Vorblende 26 integriert ist, können die in dem zusätzlichen
Gehäuse 18 angeordneten Elemente 30, 31 zur
Bestimmung der Lage des Fokus F näher an den Fokus F herangerückt werden,
so dass insgesamt die den Röntgenstrahler 17 und
das Gehäuse 18 umfassende
Röntgeneinrichtung 15 mit geringerem
Volumenbedarf realisiert werden kann. Insbesondere kann die Höhe des Gehäuses 18 reduziert
werden.
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Im
Unterschied zu der konventionellen Röntgeneinrichtung ist bei der
erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
durch die Integration der Vorblende 26 in das Strahlergehäuse 20 keine
Schutzeinrichtung für
die Streustrahlung zwischen dem Röntgenstrahler 17 und
dem Gehäuse 18 erforderlich.
Darüber
hin aus kann auf die in der konventionellen Röntgeneinrichtung erforderliche
zweite Vorblende verzichtet werden. Der wichtigste Aspekt liegt
aber darin, dass der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Röntgenanordnung
geringer ist als der der konventionellen Röntgenanordnung, so dass die
Patientenöffnung 19 des
Computertomographiegerätes 11 erhöht werden
kann, wodurch sich nicht nur mehr Raum für die Lagerung von Patienten
und für
an dem Computertomographiegerät 11 arbeitendes
medizinisches Personal, sondern auch für zusätzliche Untersuchungsmöglichkeiten
von Patienten ergeben, da nun mehr Gliedmaßen von Patienten durch den
erhöhten
zur Verfügung
stehenden Raum anders gelagert werden können.