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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetresonanz-Schichtbildern
eines Untersuchungsobjekts eines Patienten mittels einer Magnetresonanzeinrichtung
umfassend eine den Bildaufnahmebetrieb steuernde Steuerungseinrichtung,
wobei die Schichtbilder als in unterschiedlichen Ebenen liegender
Schichtbildstapel in einem Field of View innerhalb eines homogenen
Magnetfelds aufgenommen werden.
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Mittels
einer Magnetresonanzeinrichtung können Schichtbilder eines Untersuchungsobjekts
eines Patienten in hochauflösender
Form aufgenommen werden. Der Patient wird hierbei einem homogenen
Magnetfeld ausgesetzt. Über
weitere hochfrequente Magnetfelder, nämlich die Gradientenfelder, die
der Ortsauflösung
dienen, sowie das hochfrequente Messfeld, werden Magnetresonanzsignale
im Untersuchungsobjekt erzeugt, die erfasst und zur Bilderzeugung
verwendet werden. Die grundsätzliche Funktionsweise
einer solchen Magnetresonanzeinrichtung ist hinlänglich bekannt.
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Ein
Untersuchungsobjekt wird üblicherweise in
Form mehrerer einzelner Schichtbilder aufgenommen. Diese Schichtbilder
liegen in unterschiedlichen Ebenen übereinander, häufig über ein
sehr schmales Gap getrennt, sie sind also mithin definiert beabstandet.
Die Schichtbilder selbst, die bezüglich einer bestimmten anatomischen
Struktur ausgerichtet sind, liegen selbst üblicherweise parallel zueinander.
Ein solcher Schichtbildstapel liefert also Bildinformationen aus
verschiedenen Ebenen des Untersuchungsobjekts. Üblicherweise wird ein Untersuchungsobjekt in
einer vorher definierten Anzahl von einzelnen Schichtbildern aufgenommen,
wobei auch die Schichtdicke wie auch das gegebenenfalls definierte Gap
vorab eingestellt sind. Bei Gehirnaufnahmen werden üblicherweise
19 einzelne Schichtbilder aufgenommen, die Schichtdicke beträgt z. B.
10 mm bei einem Gap von 1 mm. Solche Aufnahmeparameter sind häufig für eine Hirnaufnahme
vorab eingestellt. Entsprechende Parametersätze liegen auch zur Aufnahme
anderer Untersuchungsbereiche, seien es Organe oder Knochen oder
dergleichen, vor.
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Häufig variiert
jedoch die Größe des Untersuchungsobjekts
beachtlich in Abhängigkeit
der Patientengröße. Das
Gehirn eines Kleinkindes ist deutlich kleiner als das eines Erwachsenen,
auch Knochenstrukturen, beispielsweise Gelenk- oder Hüftknochen,
variieren in ihrer Größe sehr
stark vom Kind zum Erwachsenen. Wird, bezogen auf das Beispiel einer
Gehirnaufnahme, mit der gleichen Schichtanzahl, der gleichen Schichtdicke
und dem gleichen Gap, wie die Parameter für die Gehirnaufnahme eines
Erwachsenen definiert sind, das Gehirn eines Kleinkinds untersucht,
so werden zwangsläufig
einige Schichten nicht mehr im Gehirn gemessen, sondern außerhalb
des Gehirns. Diese Bildinformationen tragen folglich nicht zur Abbildung
des eigentlichen Untersuchungsobjekts bei. Wird umgekehrt ausgehend
von den auf die Größe des Kindergehirns
bezogenen Parametern ein Gehirn eines Erwachsenen aufgenommen, so
wird zwangsläufig
nicht das gesamte Gehirn abgebildet, da dieses eben deutlich größer ist
als das Kindergehirn, zu dessen optimaler Abdeckung die Aufnahmeparameter
bestimmt sind. Die Aufnahme eines Gehirns ist lediglich exemplarisch.
Diese Probleme ergeben sich gleichermaßen bei der Aufnahme anderer
Untersuchungsobjekte, wo beachtliche Größendifferenzen gegeben sind, insbesondere
beispielsweise bei Aufnahme von wachstumsbedingt stark variierenden
Strukturen wie den Knochen.
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Um
diesem Problem zu begegnen, ist der Anwender bisher gefordert, üblicherweise
ausgehend von einer unveränderten
Schichtzahl manuell die Schichtdicke und/oder den Schichtabstand
(Gap) einzustellen, um eine optimale Schichtabdeckung bezogen auf
die Ist-Größe des Untersuchungsobjekts
zu defi nieren. Die Schichtanzahl wird üblicherweise beibehalten, da
zur Anpassung an das Untersuchungsobjekt vom Anwender so wenig Parameter wie
möglich
geändert
werden und eine hohe Bildanzahl gewünscht wird. Diese manuelle
Anpassung ist nicht nur umständlich
und zeitaufwändig,
sondern gegebenenfalls auch bei einer falschen Parametereinstellung
fehlerhaft, so dass die nachfolgende Bildaufnahme nicht oder nicht
komplett brauchbar ist.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das demgegenüber
verbessert ist und den Anwender entlastet.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Steuerungseinrichtung anhand einer Übersichtsbildaufnahme des Untersuchungsobjekts
dessen Volumen ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses
einen oder mehrere der Bildaufnahmeparameter Schichtdicke, Schichtabstand,
Schichtzahl und/oder Größe des Fields
of View anpasst.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt anhand eines üblicherweise
vor der eigentlichen Messung ohnehin aufgenommenen Übersichtsbild des
Untersuchungsobjekts eine von der Steuerungseinrichtung automatisch
durchgeführte
Bestimmung des dreidimensionalen Volumens des Untersuchungsobjekts.
Bezogen auf das Beispiel einer Gehirnaufnahme wird also anhand der Übersichtsaufnahme
das Gehirnvolumen ermittelt, mithin also auch die räumliche
Ausdehnung desselben. In Abhängigkeit
der Kenntnis der daraus resultierenden Größe und Lage des Untersuchungsobjekts
bezogen auf das Koordinatensystem der Magnetresonanzeinrichtung
wird nun anhand der Steuerungseinrichtung ein oder werden mehrere
der zentralen Bildaufnahmeparameter automatisch in Abhängigkeit
des ermittelten Volumens angepasst. Die Steuerungseinrichtung variiert
also automatisch die Schichtdicke, den Schichtabstand, die Schichtzahl
und/oder die Größe des Fields
of View, also die Länge
x Brei te des jeweils aufgenommenen Schichtbilds, um anhand dieser
Parametereinstellung die optimale Abdeckung bezogen auf das ermittelte
Ist-Volumen bzw. die ermittelte Ist-Größe in Verbindung mit der Ist-Lage
des Objekts zu ermitteln.
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Der
Anwender ist hier also nicht mehr gezwungen, selbst tätig zu werden,
vielmehr erfolgt die Parametereinstellung durch Ermittlung der optimierten
Bildaufnahmeparameter automatisch seitens der Steuerungseinrichtung
in Abhängigkeit
der aus dem Übersichtsbild
gewonnenen Objektinformationen. Hierdurch wird eine optimale Objektabdeckung
gewährleistet,
Fehleinstellungen werden vorteilhaft vermieden.
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Zweckmäßigerweise
kann anwenderseitig über
ein Eingabemittel der oder können
die anpassbaren Bildaufnahmeparameter bestimmt werden. Gemäß dieser
Erfindungsausgestaltung wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, selbst zu
definieren, welcher oder welche der eingangs genannten zentralen
Bildaufnahmeparameter überhaupt
im Rahmen der erfindungsgemäßen Parameteranpassung
verändert
oder eingestellt werden können. Möchte der
Anwender beispielsweise bezogen auf das Beispiel einer Gehirnaufnahme
die Schichtanzahl unverändert
bei z. B. 19 belassen, und soll beispielsweise auch das Field of
View nicht verändert werden,
so kann der Anwender dies über
ein geeignetes Eingabemittel wie eine Tastatur oder dergleichen
an einem Monitor anwählen
und definieren. Die Steuerungseinrichtung kann dann zulässigerweise nur
noch die Parameter Schichtdicke und Schichtabstand variieren, um
im Hinblick auf das Ist-Volumen bzw.
die Ist-Größe des Untersuchungsobjekts
die optimalen Parametereinstellungen bezogen auf diese Anwendervorgaben
zu ermitteln. Der Anwender kann dabei eine beliebige Parameterkombination
als anpassbar definieren bzw. von der Anpassung ausnehmen.
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Weiterhin
ist es denkbar, dass anwenderseitig eine Obergrenze und/oder eine
Untergrenze zu einem oder mehreren anpassbaren Bildaufnahmeparametern
bestimmt werden können.
Auch dies ge schieht über
ein geeignetes Eingabemittel in Verbindung mit einer Eingabemaske
am Monitor. Beispielsweise kann der Anwender, wenn er eine Anpassbarkeit
der Schichtanzahl zulässt,
angeben, dass die maximale und minimale Schichtanzahl nur zwischen einer
Ober- und einer Untergrenze variieren kann. Ausgehend vom Beispiel
der Gehirnaufnahme mit einer üblichen
Schichtanzahl von 19 kann der Anwender nun angeben, dass maximal
20 und minimal 18 Schichten aufgenommen werden dürfen. Ähnlich kann er Ober- und Untergrenzen
zur Schichtdicke angeben, beispielsweise im Falle einer üblichen
10 mm dicken Schicht eine Untergrenze von 8 mm und einer Obergrenze
von 12 mm. Die Steuerungseinrichtung variiert bzw. sucht nun die
Parameterkombination, die unter Berücksichtigung dieser Ober- und/oder Untergrenzen
die optimale Abdeckung in Verbindung mit den gegebenen sonstigen
Vorgaben des Anwenders hinsichtlich der grundsätzlichen Anpassbarkeit eines
oder mehrerer Bildaufnahmeparameter bietet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt also einen
weitgehend automatischen Betrieb zur Anpassung der optimalen Bildaufnahmeparameter
ohne manuelle Anpasstätigkeit
seitens des Anwenders zu. Wird dieses erfindungsgemäße Verfahren
bzw. diese Funktionalität
beispielsweise in einen AutoAlign-Modus einer Magnetresonanzeinrichtung,
bei welchem Modus es sich um einen Betriebsmodus zur automatischen
Anpassung der Messung an eine bestimmte anatomische Fragestellung
handelt, eingebunden, so kann diese AutoAlign-Funktionalität noch erweitert werden.
Diese AutoAlign-Funktionalität
lässt bereits einen
weitgehend automatisierten Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung
ohne komplexere Anwenderaktivität
zu. Der Anwender muss lediglich gegebenenfalls die Art der gewünschten
Bildaufnahme bzw. Messsequenz und gegebenenfalls das Untersuchungsobjekt
definieren, ansonsten wird der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung
im AutoAlign-Modus im Wesentlichen selbsttätig von der Steuerungseinrichtung
gesteuert. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann nun eine weitere vorteilhafte Funktionalität innerhalb dieses AutoAlign-Modus
zur Verfügung stellen.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft
die Erfindung ferner eine Magnetresonanzeinrichtung umfassend eine
den Bildaufnahmebetrieb steuernde Steuerungseinrichtung, wobei die
Schichtbilder als in unterschiedlichen Ebenen liegender Schichtbildstapel
in einem Field of View innerhalb eines homogenen Magnetfelds aufgenommen
werden, ausgebildet zur Durchführung
des Verfahrens der beschriebenen Art.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 zwei
unterschiedlich große
Untersuchungsobjekte und die entsprechend angepassten Bildaufnahmeparameter
in Abhängigkeit
der Objektgröße.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung 1 umfassend
eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 2, die der Erzeugung
eines homogenen Magnetfelds dient, wie auch der Erzeugung der Gradienten-
und Messfelder. Üblicherweise
kommen hierfür
unterschiedliche Magnet- oder Spulenkomponenten zum Einsatz, der
Einfachheit halber sei hier von einer zentralen Magnetfelderzeugungseinrichtung
die Rede.
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Die
Magnetresonanzeinrichtung 1 umfasst ferner einen Patiententisch 3 mit
einer Tischplatte 4, auf dem im gezeigten Beispiel ein
Patient 5 liegt. Vorgesehen ist ferner eine Steuerungseinrichtung 6,
die den Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 1 bzw. der
Magnetfelderzeugungseinrichtung 2 wie auch den des Patiententischs 3,
der höhenvariabel
ist und dessen Tischplatte wie durch den Doppelpfeil dargestellt
verschiebbar ist, steuert. Der Steuerungseinrichtung 6 zugeord net
ist ferner ein Monitor 7 sowie ein Eingabemittel 8,
hier eine Tastatur. Am Monitor 7 können über das Eingabemittel 8 entsprechende Steuerbefehle,
hierunter auch Bildaufnahmeparameter, eingegeben und definiert werden,
wie am Monitor 7 auch die im Rahmen der Bildaufnahme aufgenommenen
Schichtbilder, die von der Steuerungseinrichtung 6, die
hierfür über eine
entsprechende Bildverarbeitungseinrichtung verfügt, in Form der aufgenommenen
Magnetresonanzsignale empfangen, verarbeitet und erzeugt werden,
ausgegeben werden.
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Zur
Aufnahme des Untersuchungsobjekts kann der Anwender die von der
Steuerungseinrichtung 6 im Hinblick auf die Ist-Objektgröße automatisch
veränderbaren
Bildaufnahmeparameter über den
Monitor 7 definieren. Vergrößert dargestellt ist eine Eingabemaske 9,
wie sie am Monitor 7 angezeigt wird. Als zentrale, grundsätzlich variierbare Bildaufnahmeparameter
sind hier die Schichtdicke, der Schichtabstand, die Schichtzahl
sowie die Größe des Fields
of View angegeben. In einer ersten Eingabereihe „Anpassung" kann der Anwender über das Eingabemittel 8,
beispielsweise dessen zugeordnete Maus 10 in Verbindung
mit einem Bildschirmcursor, im jeweiligen Kästchen anwählen, ob dieser Parameter angepasst
werden darf, mithin also verändert
werden darf, oder nicht. Im gezeigten Beispiel hat der Anwender
definiert, dass die Schichtdicke, der Schichtabstand sowie die Größe des Fields
of View variiert werden darf, nicht aber die Schichtzahl. Die Variationsmöglichkeit
bezieht sich auf einen vorab definierten Bildaufnahmeparametersatz.
Dieser kann beispielsweise bezogen auf das Beispiel einer ausgewählten Gehirnaufnahme
als Schichtdicke 10 mm, als Schichtabstand 1 mm, als Schichtanzahl 19 und als
Größe des Fields
of View bei einer gegebenen Länge
bzw. einem gegebenen Durchmesser des üblicherweise kugelförmigen homogenen
Magnetfelds von 40 cm ebenfalls 40 cm definieren.
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In
einer zweiten Reihe „von – bis" kann der Anwender
nun Ober- und/oder Untergrenzen zu den jeweils von ihm als grundsätzlich anpassbar
ausgewählten
Bildaufnahmeparametern defi nieren. Dies hat er zu den Aufnahmeparametern
Schichtdicke und Schichtabstand vorgenommen. Die Schichtdicke soll – ausgehend
beispielsweise von einem Basisparameter von 10 mm – maximal
zwischen 9 mm als Untergrenze und 11 mm als Obergrenze variiert
werden können.
Entsprechend soll der Schichtabstand ausgehend von 1 mm als Basisparameter
zwischen 0,6 mm bis 1,2 mm variiert werden können. Das Field of View ist
zwar grundsätzlich
anpassbar, jedoch ohne Ober- und Untergrenze. Die Schichtanzahl
will der Anwender beibehalten, er hat sie als nicht veränderbar
definiert, sie soll beispielsweise unverändert 19 betragen.
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Die
Steuerungseinrichtung 6 bestimmt nun, nachdem vorab ein Übersichtsbild
des Untersuchungsobjekts – im
beschriebenen Beispiel des Gehirns – aufgenommen wurde, die Ist-Größe bzw.
das Ist-Volumen des Gehirns. Sie ermittelt also, welches Volumen
bzw. welche anatomische Form grundsätzlich mit den einzelnen Schichtbildern
abzudecken ist, und wie dieses Volumen im Koordinatensystem der Magnetresonanzeinrichtung 1 liegt.
Ist dies bekannt, wird im nächsten
Schritt von der Steuerungseinrichtung automatisch die Lage der einzelnen
Schichtebenen relativ zum Untersuchungsobjekt, hier dem Gehirn,
definiert. Die Ebenenlage richtet sich nach bestimmten anatomischen
Strukturen im Gehirn, die die Steuerungseinrichtung 6 automatisch
findet und entlang oder relativ zu diesen anatomischen Strukturen die
Ebenenlagen definiert. Ist auch die Ebenenlage definiert, erfolgt
die Anpassung der anpassbaren Parameter, um eine optimale Objektabdeckung
zu gewährleisten.
Handelt es sich um ein kleines Gehirn, wird die Steuerungseinrichtung
die veränderbaren Parameter
verkleinern, nachdem die Schichtanzahl nicht verändert werden darf. Das heißt, die
Schichtdicke wird beispielsweise auf 9 mm reduziert, der Schichtabstand
z. B. auf 0,7 mm, das Field of View wird von 40 cm z. B. auf 35
cm zurückgenommen. Handelt
es sich um ein großes
Untersuchungsobjekt, werden die Parameter entsprechend anders gewählt.
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Sobald
nun der Bildaufnahmeparametersatz definiert ist, kann die Messung
unter Zugrundelegung dieser Bildaufnahmeparameter erfolgen. Die
Steuerungseinrichtung steuert nun den Betrieb der Magnetfelderzeugungseinrichtung
entsprechend, nimmt die entsprechenden Magnetresonanzsignale auf
und verarbeitet diese zur Bildung der auszugebenden Schichtbilder,
die dann am Monitor 7 dargestellt werden.
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2 zeigt
ein Beispiel einer erfindungsgemäß variierenden
Objektabdeckung. In Fig. links ist ein großes Objekt O1 gezeigt,
exemplarisch als Oval. Es sei angenommen, dass es sich hierbei um
ein Gehirn handelt. Insgesamt sind hier exemplarisch neun Schichten
S eingezeichnet, in denen entsprechende Schichtbilder aufgenommen
werden. Insgesamt ergibt sich hier also eine Schichtanzahl S1 = 9. Die Schichtdicke beträgt D1, der Schichtabstand (Gap) beträgt G1. Die Größe des Fields
of View beträgt
F1. Ersichtlich kann über die neun Schichten bei
gegebener Schichtdicke D1, gegebenem Schichtabstand
G1 und gegebenem Field of View F1 eine optimale Objektabdeckung gewährleistet
werden. Es werden im Wesentlichen nur Bildinformationen vom Objekt
und nur kaum aus umgebenden Bereichen aufgenommen.
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2 zeigt
rechts im Vergleich dazu ein kleineres Objekt O2,
im beschriebenen Ausführungsbeispiel
angenommenermaßen
ein deutlich kleines Gehirn. Auch hier werden wieder mehrere Schichten
S definiert. Die Schichtanzahl S2 beträgt ebenfalls neun,
ist also gleich der Schichtanzahl S1, um
bei dem Beispiel gemäß 1 zu
bleiben, wo die Schichtanzahl als invariant definiert wurde. Ersichtlich
jedoch nimmt der Schichtabstand D2 ab, das heißt, D2 < D1. Entsprechendes gilt für den Schichtabstand G2, der ebenfalls kleiner als der Schichtabstand G1 ist, das heißt, G2 < G1.
Schließlich
wurde auch das Field of View F2 reduziert,
das heißt,
F2 < F1.
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Ersichtlich
ergibt sich auch hier bei gleich bleibender Schichtanzahl eine optimale
Objektabdeckung. Auch hier ist sichergestellt, dass nur ein unwesentlicher
Teil der Bildsignale aus den Bereichen außerhalb des Objekts O2 aufgenommen werden. Das heißt, die
prozentuale Objektabdeckung ist auch hier optimal gewählt. Zu
Vergleichszwecken ist das Objekt O2 in die
linke Darstellung zum Objekt O1 eingezeichnet.
Würde man
mit den Bildaufnahmeparametern, die der Messung des Objekts O1 zugrunde liegen, das Objekt O2 vermessen,
so ergibt sich, dass ein großer
Anteil der aufgenommenen Bildsignale außerhalb des Objekts O2 aufgenommen wird. Diese Bildsignale tragen
bekanntlich nicht zur Bilddarstellung des Objekts bei, sind also
bildaufnahmetechnisch und diagnostisch irrelevant.
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An
dieser Stelle ist abschließend
darauf hinzuweisen, dass die im Ausführungsbeispiel beschriebene
Aufnahme eines Gehirns nur exemplarischer Natur ist. Bei den Objekten
O1 und O2 kann es
sich um beliebige anatomische Objekte oder Strukturen des menschlichen
Körpers
handeln. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird vornehmlich auf solche anatomischen Strukturen oder Objekte
angewandt, die von Patient zu Patient in Abhängigkeit der Patientengröße deutlich
variieren können.
Zu nennen sind hier beispielsweise Knochen- oder Skelettstrukturen.
Ein prominentes Beispiel ist der Bereich der Hüftknochen bzw. Hüftgelenksknochen,
die in ihrer Größe zwischen
einem Kleinkind und einem Erwachsenen sehr stark variieren. Ähnliches
gilt beispielsweise für
die Ober- und Unterschenkelknochen oder die Wirbelsäule etc.