DE19723649A1 - Kollimator mit einem Mehrfach-Erfassungsfeld und medizinisches Bildherstellungssystem mit einem solchen Kollimator - Google Patents
Kollimator mit einem Mehrfach-Erfassungsfeld und medizinisches Bildherstellungssystem mit einem solchen KollimatorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der medizinischen
Bildherstellung. Sie betrifft einen Kollimator, der in einem De
tektor eines medizinischen Bildherstellungssystems vorgesehen
ist und insbesondere in einem Detektor einer Gamma-Kamera.
Gamma-Kameras sind medizinische Bildherstellungssysteme
die mit zumindest einem Detektor versehen sind, der für das
Aufnehmen einer Gamma-Strahlung vorgesehen ist, die von ei
nem Patienten abgestrahlt wird, in dessen Körper ein Kon
trastmittel injiziert wird, das radioaktive Gammastrahlung
aussendet. Diese Gammastrahlung durchquert einen Kolli
mator und regt einen Scintillator-Kristall an, der die Energie
der Gammastrahlung in eine sichtbare Strahlung umwandelt,
die durch Photomultiplikatorröhren erfaßt wird, die darauf in
Abhängigkeit von der Intensität der erhaltenen Strahlung
elektrische Signale erzeugen. Indem über die Gesamtheit dieser
elektrischen Signale Schwerpunkts-Bestimmungen durchge
führt werden, kann man in bekannter Weise den Ursprung je
der Scintillation bestimmen. Die Gesamtheit der Scintillationen
gestattet, für einen gegebenen Blickwinkel des Detektors eine
Abbildung zu erhalten, die die Konzentration des Gamma
strahlen abgebenden Kontrastmittels in dem Körper des Pati
enten enthüllt und mit mehreren Abbildungen, die für ver
schiedene Blickwinkel erhalten werden, kann man ein Quer
schnittsbild oder ein dreidimensionales Bild des Körpers des
Patienten aufbauen.
Die Kollimatoren sind vor und an den Detektoren an der Ein
trittsfläche des Scintillators angeordnet. Sie bestehen aus ei
ner absorbierenden Platte, die von Löchern durchsetzt ist, de
ren Merkmale, nämlich Querschnitt, Höhe, Neigung und Licht
brechungsvermögen, identisch sind. Das Erfassungsfeld des
Kollimators ist einzig und einheitlich.
Auf diese Weise treffen die Löcher eine Auslese aus den radio
aktiven Gammastrahlen, die aus dem Körper des Patienten
unter einem gleichen festen Winkel, dessen Achse zur Richtung
der Abbildung parallel ist, die man zu erhalten sucht, während
die radioaktiven Gammastrahlen, die nicht diesem festen Win
kel entsprechen, durch die die Löcher des Kollimators umge
benden Trennwände absorbiert werden.
Bestimmte Untersuchungen erfordern die Anwesenheit eines
Kollimators mit sehr hohem Bildauflösevermögen, das heißt,
bei welchem der vorerwähnte feste Winkel gering ist, während
andere Untersuchungen solche Kollimatoren nicht benötigen.
Aufgrund dieser Tatsache werden die Kollimatoren einer Gam
ma-Kamera in Abhängigkeit von den durchgeführten Untersu
chungen ausgewechselt. Verschiedene mehr oder weniger kom
plexe Methoden sind deshalb zu diesem Zweck vorgeschlagen
worden. Eine dieser Methoden ist in dem unter der Nummer
FR-2 640 054 veröffentlichten französischen Patent mit dem
Titel "System de mise en place d′un collimateur dans une
gamma camera" beschrieben.
Berücksichtigt man das Vorangegangene, so besteht ein Pro
blem, das sich zur Lösung durch die Erfindung anbietet, darin,
einen Kollimator zu verwirklichen, der bei verschiedenen Un
tersuchungen einsetzbar ist, ohne daß die Notwendigkeit be
steht, diesen zu wechseln.
Eine Lösung der Erfindung, die einen Kollimator zum Gegen
stand hat, der für den Einsatz in einem Detektor eines medizi
nischen Bildherstellungssystems bestimmt ist, umfassend Lö
cher, die bestimmt sind durch einen Querschnitt, eine Höhe,
eine Neigung und ein Lichtbrechungsvermögen, welche vorge
geben sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Löcher zumindest in einem ersten Bereich und einem zwei ten Bereich vorgesehen sind, wobei die Löcher des ersten Be reiches durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine erste Neigung und ein erstes Lichtbrechungsvermögen, die Lö cher des zweiten Bereiches durch einen zweiten Querschnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites Licht brechungsvermögen definiert sind, und daß
die erste Querschnitt anders ist als der zweite Querschnitt und/oder die erste Höhe anders ist als die zweite Höhe und/oder die erste Neigung anders ist als die zweite Neigung und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen anders ist als das zweite Lichtbrechungsvermögen.
die Löcher zumindest in einem ersten Bereich und einem zwei ten Bereich vorgesehen sind, wobei die Löcher des ersten Be reiches durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine erste Neigung und ein erstes Lichtbrechungsvermögen, die Lö cher des zweiten Bereiches durch einen zweiten Querschnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites Licht brechungsvermögen definiert sind, und daß
die erste Querschnitt anders ist als der zweite Querschnitt und/oder die erste Höhe anders ist als die zweite Höhe und/oder die erste Neigung anders ist als die zweite Neigung und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen anders ist als das zweite Lichtbrechungsvermögen.
Da die Löcher eines jeden Bereiches verschieden sind, ist ein
Bereich des Kollimators deshalb für eine Untersuchung eines
bestimmten Typs besser angepaßt als ein anderer Bereich. In
dem man den am besten angepaßten Bereich auswählt und
aufgrund dieser Tatsache den Bereich, der das entsprechende
Erfassungsfeld besitzt, ist es nicht notwendig, den Kollimator
zu wechseln.
Die nachfolgende Beschreibung, die keine Beschränkung dar
stellt, gestattet ein besseres Verständnis der Anwendung der
Erfindung.
Sie soll im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen werden, in welchen:
Fig. 1 in schräger Darstellung eine Gamma-Kamera
für die Anwendung nach der Erfindung zeigt;
Fig. 2 in schematischer Weise und im Schnitt das
Funktionsprinzip eines Detektors einer Gamma-
Kamera für die Anwendung bei der Erfindung
zeigt;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer Erfassungsfläche eines
Kollimators nach der Erfindung zeigt;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3 bei
einem Kollimator nach der Erfindung zeigt;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 3 bei
einem Kollimator gemäß der Erfindung zeigt;
und
Fig. 6A, 6B, 6C, 6D,
6E, 6F, 6G in schematischer Weise die Lage eines erfin
dungsgemäßen Kollimators im Falle der ver
schiedenen Untersuchungen zeigen.
Die Erfindung bezieht sich auf medizinische Bildherstellungs
vorrichtungen und insbesondere auf Gamma-Kameras.
Eine Gamma-Kamera 10 für die Anwendung gemäß der Erfin
dung umfaßt entsprechend der Darstellung in Fig. 1 einen
bewegbaren Grundrahmen 11 auf einem Grundgestell 12 der
Art, daß der Grundrahmen um eine Achse 13, die als Rotati
onsachse der Gamma-Kamera bezeichnet wird, drehbar ist. Das
Grundgestell 12 trägt zwei Arme 14, 15 die symmetrisch zu
beiden Seiten der Achse 13 angeordnet sind. Jeder Arm 14, 15
trägt an seinem freien Ende einen im wesentlichen quaderför
migen und rechtwinkligen Detektorkopf oder Detektor 16, 17.
Die Aufhängung der Detektoren 16, 17 an den Armen 14, 15 ist
beispielsweise durch Zwischenschaltung eines Bügels 18 ver
wirklicht.
Jeder Detektor 16, 17 weist eine aktive Fläche 100 auf, die auf
einen Körper 19 eines Patienten ausgerichtet ist, welcher auf
einem Bett 20 im wesentlichen in der Rotationsachse 13 liegt.
Ferner umfaßt jeder Detektor 16, 17, wie dies aus Fig. 2 her
vorgeht, ausgehend von seiner aktiven Fläche einen Kollimator
101, der eine Detektorfläche 109 aufweist, dann einen Scintil
latorkristall 102, ein Fotovervielfacher-Röhrengitter 103 und
für die Bearbeitung von Lokalisationssignalen bestimmte
Schaltkreise 104, die mit einem Verstärkerschaltkreis 105 ver
bunden sind.
Das Prinzip zur Erzielung eines Bildes des Körpers 19 des Pati
enten ist folgendes. Für eine gegebene Orientierungs- und
Winkellage der Detektoren 16, 17, durchdringen die vom Kör
per 19 des Patienten stammenden und/oder diesen durchdrin
genden Gammastrahlen γ, die eine entsprechende Ausbrei
tungsrichtung innerhalb eines festen gegebenen Winkels auf
weisen, den Kollimator 101 und bewirken eine Scintillation 106
des Scintillatorkristalls 102. Diese Scintillation wird durch das
Gitter der Fotovervielfacher-Röhren 103 erfaßt und dann ver
stärkt, die elektrische Lokalisationssignale verarbeiten, die
dann in den Bearbeitungsschaltkreisen bearbeitet und in dem
Verstärkerschaltkreis 105 verstärkt werden. Man erhält auf
diese Weise eine Abbildung des Körpers 19 des Patienten für
die oben erwähnte Position und mit mehreren Abbildungen, die
für relativ verschiedene Positionen der Detektoren 16, 17 und
des Körpers 19 des Patienten erhalten werden, kann man ein
Bild dieses Körpers 19, beispielsweise ein Schnittbild 107, er
halten, welches auf einem Monitor 108 gezeigt ist, der mit der
Gamma-Kamera 10 verbunden ist.
Ein Kollimator 101 gemäß der Erfindung ist durch eine absor
bierende Platte gebildet, die von Löchern 204 durchsetzt und
im allgemeinen von Schutzplatten 207 und 208 abgedeckt ist,
welche für die Strahlen γ durchlässig sind (Fig. 4 und 5).
Sie ist zumindest in einen ersten Bereich 200 und einen zwei
ten Bereich 201 unterteilt, die jeweils ein oder mehrere Löcher
204 aufweisen, die durch metallische Trennwände 205 einer
gegebenen Dicke voneinander getrennt sind, die den Kollimator
101 ein zellenförmiges Aussehen verleihen.
Jedes Loch 204 ist durch Merkmale definiert und insbesondere
durch seinen Querschnitt s, seine Tiefe oder Höhe h, seine Nei
gung i und sein Lichtbrechungsvermögen v.
Der Querschnitt s des Loches 204 beschreibt ein gegebenes
geometrisches Profil, das durch die Trennwände 205 begrenzt
ist und eine Grundfläche besitzt.
Bei einem Beispiel ist das geometrische Profil der Löcher 204
hexagonal. Jedes Loch 204 ist demnach bestimmt durch die
Gesamtheit der Trennwände 205, die die anderen sechs Löcher
204 abtrennen. Man sagt, der Kollimator 101 ist eine Bienen
wabe. Dennoch ist es selbstverständlich, daß jedes geometri
sche Profil für den Querschnitt der Löcher 204 vorgesehen sein
kann.
Was die Grundfläche des Querschnittes s anlangt, so kann die
ser mehr oder weniger beträchtlich sein und beispielsweise
zwischen 5 und 30 mm² betragen.
Die Höhe h der Löcher 204 ist definiert durch die Höhe der
Trennwände 205. Bei einem Beispiel beträgt diese Höhe h der
Löcher 204 zwischen 30 und 70 mm.
Was die Neigung i betrifft, so ist diese häufig null. Man sagt,
daß die Löcher 204 in diesem Falle rechtwinklig zur aktiven
Fläche 100 aufrechtstehend sind. Dennoch können die Löcher
204 geneigt sein und die Neigung i beträgt dann zwischen 0
und, als Grenze, 90°.
Schließlich kann das Lichtbrechungsvermögen v der Löcher
204 null, positiv und negativ, sein. In dem Falle, in welchem
das Lichtbrechungsvermögen positiv ist, sind die Löcher 204
konvergierend und konvergieren dann gegen einen Brennpunkt
oder eine Brennlinie. In dem Fall, in welchem das Lichtbre
chungsvermögen negativ ist, sind die Löcher 204 divergierend.
Das Auflösungsvermögen eines Kollimators 101 ist eine Funk
tion insbesondere der vorerwähnten Merkmale der Löcher 204
sowie der Dicke der Trennwände 205, die diese Löcher 204
voneinander trennen. Insbesondere ist das Auflösungsvermö
gen proportional zur Höhe h der Löcher 204 und umgekehrt
proportional zur Grundfläche des Querschnittes s dieser Lö
cher 204.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung, die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, setzt sich
der Kollimator 101 aus einem ersten Bereich 200, einem zwei
ten Bereich 201, einem dritten Bereich 202 und einem vierten
Bereich 203 zusammen.
Bei allen diesen vier Bereichen 200, 201, 202, 203 sind die Lö
cher 204 durch die Merkmale s, h, i, v bestimmt. Auf diese Art
und Weise sind die Löcher 204 des ersten Bereiches 200 durch
einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine erste Neigung,
ein erstes Lichtbrechungsvermögen bestimmt und die Löcher
204 des zweiten Bereiches 201 sind durch einen zweiten Quer
schnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites
Lichtbrechungsvermögen definiert.
Gemäß der Erfindung weicht der erste Querschnitt vom zweiten
Querschnitt und/oder die erste Höhe von der zweiten Höhe
und/oder die erste Neigung von der zweiten Neigung und/oder
das erste Lichtbrechungsvermögen von dem zweiten Lichtbre
chungsvermögen ab. Mit anderen Worten weist der erste Be
reich 200 Löcher 204 auf, die von den Löchern 204 des zweiten
Bereiches 201 durch zumindest eine Eigenschaft s, h, i, v ab
weichen. Auch das Erfassungsfeld des Kollimators 101 ist
vielfältig und das Auflösungsvermögen des Kollimators 101 im
ersten Bereich 200 ist normalerweise abweichend von dem
Auflösungsvermögen des Kollimators 101 im zweiten Bereich
201.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung, die im wesentlichen in Fig. 3 dargestellt ist, ist die
Detektionsfläche 109 des Kollimators 101 gemäß der Erfindung
im wesentlichen rechteckig und die Bereiche 200, 201, 202
oder 203 sind im wesentlichen rechteckig oder quadratisch.
Der erste Bereich 200 nimmt mehr als die Hälfte der Detekti
onsfläche 109 des Kollimators 101 und die zweiten 201, dritten
202 und vierten 203 Bereiche nehmen komplimentäre Teile die
ser Oberfläche 109 ein. Die Abmessungen des dritten Bereiches
202 und des vierten Bereiches 203 sind genau gleich. Es stellt
sich heraus, daß der erste Bereich 200 einen größeren Teil der
Fläche 109 und die zweiten 201, dritten 202 und vierten 203
Bereiche einen kleineren Teil der Fläche 109 einnehmen. Die
Bereiche 200, 201, 202 und 203 sind symmetrisch in bezug auf
eine große Achse I-I des Kollimators 101 verteilt, das heißt die
Achse, die die Detektionsfläche 109 in zwei gleiche Teile teilt
und die in Längsrichtung dieser Fläche 109 vorgesehen ist.
Tatsächlich verteilen sich der erste Bereich 200 und der zweite
Bereich 201 symmetrisch beiderseits der Achse I-I, während
der dritte Bereich 202 und der vierte Bereich 203 symmetrisch
in bezug auf die Achse l-I angeordnet sind.
Bei einem Beispiel, bei welchem die Detektionsfläche 109 die
Abmessungen in der Größenordnung von 540 × 400 mm auf
weist, hat der erste Bereich 200 die Abmessungen in der Grö
ßenordnung 330 × 400 mm, der zweite Bereich 201 die Abmes
sungen in der Größenordnung von 210 × 210 mm und der
dritte Bereich 202 sowie der vierte Bereich 203 haben die Ab
messungen in der Größenordnung von 210 × 90 mm.
Das geometrische Profil, dargestellt durch den Querschnitt s
der Löcher 204 in den Bereichen 200, 201, 202, 203 ist
hexagonal. Die Grundfläche dieser Löcher 204 hängt von den
Bereichen 200, 201, 202, 203 ab. In dem ersten Bereich 200 ist
die Grundfläche der Löcher 204 bestimmt durch die Trennwän
de 205 mit einer Breite von 1,9 mm, im zweiten Bereich 201 ist
diese Grundfläche bestimmt durch Trennwände mit einer Breite
von 1,5 mm und in dem dritten Bereich 202 sowie dem vierten
Bereich 203 ist diese Grundfläche bestimmt durch Trennwände
mit einer Breite von 1,9 mm. Die Höhe der Löcher 204 ist in
allen Bereichen 200, 201, 202, 203 38 mm. Außerdem sind
die Löcher 204 des ersten Bereiches 200 und des zweiten Be
reiches 201 aufrechtstehend, während die Löcher 204 des
dritten Bereiches 202 und des vierten Bereiches 203 geneigt
sind, und zwar divergierend gegen die Detektionsfläche 109
ausgerichtet. Obendrein hat der zweite Bereich 201 ein größe
res Auflösungsvermögen als der erste Bereich 200, der dritte
Bereich 202 und der vierte Bereich 203.
Es sei bemerkt, daß der Teil des Kollimators 101 entsprechend
einem gegebenen Bereich 200, 201, 202, 203 leicht von Hand
und ohne Spezialwerkzeug ausgewechselt werden kann. Dies
ist der Fall insbesondere bei dem Teil des Kollimators 101, der
dem zweiten Bereich 201 entspricht, der durch einen Kollima
torteil mit einem einzigen Loch und konvergierend oder durch
eine Lochblende ausgetauscht werden kann.
Die Detektionsfläche 109 des Kollimators 101 besitzt unter
schiedliche Erfassungsfelder, da der Kollimator 101 in Bereiche
aufgeteilt ist. Bei einer an einem Patienten ausgeführten Un
tersuchung, dessen Körper 19 im wesentlichen in der Achse I-I
plaziert ist, wählt man einfach das entsprechende Betrach
tungsfeld bzw. Erfassungsfeld und infolgedessen den oder die
Bereiche 200, 201, 202 oder 203, die diesem Betrachtungsfeld
entsprechen. Eine elektronische Blende gestattet, daß nur die
von dem ausgewählten Erfassungsfeld kommenden Informatio
nen verarbeitet werden.
Daher wählt man beispielsweise für die Untersuchung des Her
zens, der Lunge, des Nierensystems und des Verdauungssy
stems, die in den Fig. 6A, 6B, 6D und 6E dargestellt sind
und ungefähr 56% der praktischen Untersuchungen mit einer
Gamma-Kamera darstellen, das Erfassungsfeld entsprechend
dem ersten Bereich 200 des Kollimators 101 aus, da diese Un
tersuchungen keine besonders hohe Bildauflösung erfordern.
Im Gegensatz hierzu wird man bei der Untersuchung der
Schilddrüse und des Gehirns, die in den Fig. 6C und 6F
dargestellt sind, das Erfassungsfeld entsprechend dem zweiten
Bereich 201 des Kollimators 101 auswählen, da diese Untersu
chungen eine sehr hohe Bildauflösung erfordern.
Für die Untersuchungen des gesamten Körpers wird man vor
teilhafterweise das Erfassungsfeld entsprechend dem ersten
Bereich 200 und gegebenenfalls in dem Falle, in welchem die
Aufnahme an den Armen des Patienten ausgeführt werden soll,
wird man das Erfassungsfeld entsprechend dem dritten Bereich
202 und dem vierten Bereich 203 auswählen. Die Detektoren 15, 16
werden dann herbeigeführt, um über den Körper 19 des
Patienten entsprechend den Pfeilen in Fig. 6G geführt zu wer
den. Die Bereiche 202 und 203 mit divergierenden Löchern 204
gestatten, das Betrachtungsfeld bzw. Erfassungsfeld des Kolli
mators 101 auf eine Fläche zu erweitern, die größer als die
Detektionsfläche 109 dieses Kollimators 101 ist.
Selbstverständlich ist der Gegenstand der Erfindung nicht auf
die beschriebene Ausführungsart beschränkt. Insbesondere
kann der Kollimator nach der Erfindung einfach an andere
Bilderzeugungssysteme als Gamma-Kameras angepaßt werden,
die ein oder mehrere Detektoren tragen.
Claims (10)
1. Kollimator für den Einsatz in einem Detektor eines medi
zinischen Bildherstellungssystems, umfassend Löcher, die be
stimmt sind durch einen Querschnitt, eine Höhe, eine Neigung
und ein Lichtbrechungsvermögen, welche vorgegeben sind, da
durch gekennzeichnet, daß die Löcher (204) zumindest in ei
nem ersten Bereich (200) und in einem zweiten Bereich (201)
vorgesehen sind, wobei die Löcher (204) des ersten Bereiches
(200) durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine er
ste Neigung und ein erstes Lichtbrechungsvermögen, die Lö
cher (204) des zweiten Bereiches (201) durch einen zweiten
Querschnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein
zweites Lichtbrechungsvermögen bestimmt sind, und daß der
erste Querschnitt anders ist als der zweite Querschnitt
und/oder die erste Höhe anders ist als die zweite Höhe
und/oder die erste Neigung anders ist als die zweite Neigung
und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen anders ist als das
zweite Lichtbrechungsvermögen.
2. Kollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Detektionsfläche (109) aufweist, die im wesentlich
rechtwinklig ist und daß die Bereiche (200, 201, 202, 203) im
wesentlichen rechtwinklig oder quadratisch sind.
3. Kollimator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste Bereich (200) mehr als die Hälfte der
Detektionsfläche (109) des Kollimators (101) einnimmt und daß
der zweite Bereich (201) ein Auflösungsvermögen aufweist, das
größer als dasjenige des ersten Bereiches (200) ist.
4. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er auch einen dritten Bereich
(202) und einen vierten Bereich (203) aufweist, dessen Abmes
sungen im wesentlichen gleich sind.
5. Kollimator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der dritte Bereich (202) und der vierte Bereich (203) sym
metrisch in bezug auf die große Achse (I-I) des Kollimators
(101) liegt und daß die Löcher (204) des dritten Bereiches (202)
und des vierten Bereiches (203) geneigt sind.
6. Kollimator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Löcher (204) des dritten Bereiches (202) und
des vierten Bereiches (203) divergierend sind.
7. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (200, 201, 202,
203) symmetrisch in bezug auf die große Achse (I-I) des Kolli
mators (101) verteilt sind, die die Detektionsfläche (109) des
Kollimators (101) in zwei gleiche Teile teilt.
8. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kollimators (101)
entsprechend einem gegebenen Bereich (200, 201, 202, 203)
auswechselbar ist.
9. Kollimator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich des Kollimators (101) entsprechend dem Be
reich (200, 201, 202, 203) leicht von Hand ohne Spezialwerk
zeug auswechselbar ist.
10. Medizinisches Bildherstellungssystem, dadurch gekenn
zeichnet, daß es einen Kollimator (101) nach einem der vor
hergehenden Ansprüche aufweist.
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