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Die Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung, umfassend einen C-Bogen mit einem drehbar daran gelagerten Strahlungsdetektor, der über ein motorisches Antriebsmittel drehbar ist, wobei die Drehachse senkrecht auf der Detektorfläche steht.
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In der bildgebenden Medizintechnik werden häufig Röntgenvorrichtungen eingesetzt, die der Aufnahme von Strahlungsbildern dienen. Eine typische Bauform einer solchen Röntgenvorrichtung weist einen C-Bogen auf, der um mehrere Achsen beweglich ist, so dass er je nach Untersuchungsaufgabe relativ zum Untersuchungsobjekt, also den Patienten positioniert werden kann. An dem C-Bogen ist an einem Ende eine Strahlungsquelle, üblicherweise eine Röntgenstrahlungsquelle, angeordnet, am gegenüberliegenden Bogenende befindet sich ein Strahlungsdetektor, üblicherweise ein sogenannter Flachdetektor mit einer strahlungssensitiven Bildaufnahmematrix. Die Röntgenstrahlung wird durch eine entsprechende Blendeneinrichtung, die der Strahlungsquelle zugeordnet ist, entsprechend geformt, das entsprechende Strahlungsbild wird am Strahlungsdetektor aufgenommen respektive ausgelesen und über eine geeignete Steuerungseinrichtung bildtechnisch verarbeitet.
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Insbesondere bei Röntgenvorrichtungen, die im Rahmen der Angiographie verwendet werden, ist es auch bekannt, den Strahlungsdetektor um seine Mittelachse zu verdrehen, also um eine Drehachse, die senkrecht auf der Bildaufnahme- oder Detektorfläche steht. Diese Drehung ermöglicht es, bei üblicherweise rechteckiger Detektorfläche Hoch- oder Querformataufnahmen zu erstellen. Um die Ausrichtung des Bilddetektors relativ zum Patienten konstant zu halten, während sich der C-Bogen während der Bildaufnahme relativ zum Patienten bewegt, was ebenfalls eine typische Bildaufnahmetechnik ist, ist ein entsprechendes motorisches Antriebsmittel vorzusehen, über das der Strahlungsdetektor entsprechend rotiert werden kann. Als motorisches Antriebsmittel wird üblicherweise ein Getriebemotor verwendet. Dieses Antriebsmittel besteht aus einem Elektromotor mit zugeordnetem Getriebe. Der Strahlungsdetektor ist in einer entsprechenden Drehlagerung am Detektor aufgenommen und mit dem Getriebe mechanisch gekoppelt. Wenngleich mit einem solchen Antriebsmittel eine Detektorrotation ohne Weiteres möglich ist, ergeben sich jedoch mitunter Probleme, die geforderte Positioniergenauigkeit zu erreichen, insbesondere im Rahmen einer Detektorrotation während einer C-Bogen-Bewegung. Dies führt wiederum zu einer schlechteren Bildqualität im Vergleich zu Bildern, die bei stehendem Strahlungsdetektor aufgenommen wurden.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Röntgenvorrichtung anzugeben, die eine Detektorrotation mit hoher Positioniergenauigkeit ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Röntgenvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Antriebsmittel ein Torquemotor umfassend einen Stator und einen Rotor ist, wobei der Strahlungsdetektor mit dem Rotor gekoppelt ist.
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Anstelle der bisher als Antriebsmittel vorgesehenen Elektromotor-Getriebe-Einheit ist erfindungsgemäß ein Torquemotor vorgesehen. Ein solcher Torquemotor umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Stator ist relativ zum C-Bogen positionsfest, wobei der Rotor mit extrem hoher Positioniergenauigkeit relativ zum Stator rotiert. Mit dem Rotor ist erfindungsgemäß der Strahlungsdetektor gekoppelt. Ein solcher Torquemotor als Direktantrieb zeichnet sich durch fehlende mechanische Übertragungselemente wie Zahnräder oder Getriebe aus. Die Abtriebswelle, also der Rotor, ist zugleich die Motorwelle, woraus sich neben einer sehr hohen Drehsteifigkeit auch eine Spielfreiheit des Antriebsstrangs ergibt, was eine Voraussetzung für eine hochpräzise Bewegung und damit für eine hohe Positionierungsgenauigkeit ist. Unter Einsatz eines solchen Torquemotors ist es, wie sich herausgestellt hat, ohne Weiteres möglich, bei einer erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung eine Positionierungsgenauigkeit von 0,02 Winkelgrad und weniger zu erreichen.
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Durch die relativ großen Durchmesser des Rotors wird zudem ein entsprechend hohes Drehmoment erzeugt, was für eine positionsgenaue und wiederholungsgenaue Detektorrotation ebenfalls von Vorteil ist.
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Die Rotordrehachse steht selbstverständlich senkrecht auf der Detektor- oder Bildaufnahmefläche, der Strahlungsdetektor selbst ist so mit dem Rotor bewegungsgekoppelt, dass die Drehachse exakt durch die Detektorflächenmitte, letztlich also das mittige Pixel verläuft.
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Dabei kann der Strahlungsdetektor direkt mit dem Rotor verbunden sein, d. h., dass rotorseitig und detektorseitig entsprechende Verbindungsmittel vorgesehen sind, um beide miteinander zu verbinden. Alternativ ist es auch denkbar, zwischen Rotor und Strahlungsdetektor einen beide verbindenden Adapter anzuordnen, der einerseits über entsprechende Verbindungsmittel am Rotor und anderes über entsprechende Verbindungsmittel am Strahlungsdetektor angeordnet ist.
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Zur Verbindung kommen, unabhängig davon, ob nun der Strahlungsdetektor direkt am Rotor angeordnet ist, oder ob der Rotor und der Strahlungsdetektor mit einem Adapter gekoppelt ist, entsprechende Schraubenverbindungen zum Einsatz, so dass ohne Weiteres die einzelnen miteinander verbundenen Komponenten zu Wartungszwecken lösbar sind.
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Zum Verschrauben weist der Detektor bevorzugt eine Montageplatte mit mehreren Durchbrechungen zur Aufnahme der Schrauben auf. Auch der Rotor weist mehrere Bohrungen auf, in die die Schrauben eingeschraubt sind. Kommt ein Adapter zum Einsatz, so weist selbstverständlich der Adapter ein entsprechendes Bohrungsbild auf, so dass einerseits die Schrauben, die den Rotor mit dem Adapter verbinden, entsprechend verschraubt werden können, und andererseits die Schrauben, über die der Strahlungsdetektor mit dem Adapter verschraubt wird. Mittels des Adapters ist es ohne Weiteres möglich, unterschiedlich große Strahlungsdetektoren, also Detektoren mit unterschiedlich großen Bildaufnahmeflächen, mit ein und demselben Torquemotor zu verbinden.
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Kommt eine detektorseitige Montageplatte zum Einsatz, so kann diese an einem Gehäuse des Strahlungsdetektors außenseitig angeordnet sein. Sie kann ihrerseits mit dem Gehäuse verschraubt sein oder selbst einen Teil des Gehäuses bilden. Alternativ kann die Montageplatte auch im Innern des Gehäuses angeordnet sein, wobei das Gehäuse dann eine zum Rotor oder zum Adapter weisende Öffnung aufweist, durch welche der Rotor mit einer vorlaufenden Stirnkante respektive der Adapter in das Gehäuse eingreift, um mit der Montageplatte verschraubt zu werden. Befindet sich die Montageplatte im Gehäuse, so ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an der zum Rotor oder Adapter abgewandten Seite der Montageplatte eine Detektoreinheit, die die eigentliche strahlungsaktive Matrix aufweist, über Halteelemente, vorzugsweise beabstandet zur Montageplatte, angeordnet, wobei die Bemaßung der Montageplatte im Wesentlichen der der Detektoreinheit entspricht. Die Detektoreinheit, also die Baueinheit, die die strahlungsaktive Pixelmatrix aufweist, ist demgemäß fest mit der Montageplatte verbunden, wobei die Montageplatte ihrerseits wiederum fest mit dem Rotor oder dem Adapter verbunden ist. Hieraus resultiert eine mechanisch feste Kopplung der strahlungsaktiven Matrix mit dem eigentlichen Drehelement, also dem Rotor, so dass innerhalb dieser Kette keinerlei Spiel oder Toleranzen gegeben sind, die zu Positionierungsungenauigkeiten führen könnten.
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Um eine möglichst kompakte Baueinheit zu schaffen ist es zweckmäßig, wenn am C-Bogen ein hohlzylindrischer, gehäuseartiger Ansatz vorgesehen ist, in den der zylindrische Torquemotor eingesetzt ist. Der Torquemotor befindet sich also im Bogeninneren respektive ist innerhalb des zylindrischen, gehäuseartigen Ansatzes aufgenommen. Er ist dabei soweit eingesetzt, dass der Rotor noch entsprechend mit dem Strahlungsdetektor respektive der Montageplatte bzw. dem Adapter verbunden werden kann. Zweckmäßig ist es dabei, wenn auch das Gehäuse des Strahlungsdetektors einen hohlzylindrischen Ansatz aufweist, der den Ansatz des C-Bogens außenseitig etwas umgreift. Hieraus ergibt sich folglich eine geschlossene Einheit.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung,
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2 eine Schnittansicht durch einen Torquemotor, der im C-Bogen der erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung integriert ist,
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3 eine vergrößerte Schnittansicht durch ein Ende des C-Bogens mit integriertem Torquemotor und daran angeordnetem Strahlungsdetektor, und
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4 eine vergrößerte Detailansicht des Verbindungsbereichs des Rotors zum Strahlungsdetektor über einen Adapter.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgenvorrichtung 1 umfassend einen C-Bogen 2, an dessen einem Ende eine Strahlungsquelle 3, beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle, angeordnet ist, und an dessen anderem Ende ein Strahlungsdetektor 4, hier ein Flachbilddetektor umfassend eine strahlungssensitive Pixelmatrix, angeordnet ist. Der Strahlungsdetektor 4 ist um eine senkrecht auf seiner Bildaufnahme- oder Matrixebene stehende Drehachse über ein Antriebsmittel in Form eines Torquemotors drehbar, wie durch den Doppelpfeil A angegeben ist, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Der C-Bogen 2 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Bogenabschnitten 5, 6, die, wie durch den Doppelpfeil B dargestellt ist, relativ zueinander verschoben werden können, um den Abstand von Strahlungsquelle 3 zum Strahlungsdetektor 4 variieren zu können.
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Der C-Bogen selbst befindet sich an einer Trägereinheit 7, die wiederum an einer Säule 8 angeordnet ist. Die Trägereinheit 7 ist entlang der Säule 8, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist, vertikal bewegbar. Sie ist ferner, wie durch den Doppelpfeil D dargestellt, relativ zur Säule 8 auch um eine Horizontalachse verdrehbar, so dass der gesamte C-Bogen nicht nur vertikal bewegt sondern auch um eine Horizontalachse verdreht werden kann.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Säule 8, wie durch den Doppelpfeil E dargestellt, um eine Vertikalachse zu verdrehen. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen C-Bogens und dessen Lagerung respektive seine einzelnen Bewegungsfreiheitsgrade sind hinlänglich bekannt.
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Wie beschrieben ist der Strahlungsdetektor 4 um eine senkrecht auf seiner Bildaufnahmeebene stehende Achse verdrehbar. Hierzu dient ein motorisches Antriebsmittel, wobei erfindungsgemäß hierzu ein Torquemotor, also ein Direktantrieb, zum Einsatz kommt. Eine Prinzipdarstellung in Form einer Schnittansicht eines solchen Torquemotors 9 ist in 2 gezeigt. Er weist zum einen ein Motorgehäuse 10 auf, in dem ein Stator 11 umfassend vergossene Wickelköpfe 12 sowie Statorbleche 13 aufgenommen ist. Das Gehäuse 10 ist am C-bogen 2 positionsfest angeordnet, mithin also auch der Stator 11.
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Über entsprechende Lager 14 ist im Gehäuse 10 ein Rotor 15 relativ zum Stator 11 verdrehbar gelagert. An der Rotoraußenseite sind Magnete 16 angeordnet, die mit dem statorseitig erzeugten Magnetfeld wechselwirken, worüber in an sich bekannter Weise die Rotordrehung erwirkt wird. An der unteren Stirnfläche 17 des Rotors 15 sind, äquidistant verteilt, mehrere Gewindebohrungen 18 vorgesehen, die der Aufnahme von Befestigungsschrauben dienen, über welche, wie nachfolgend noch beschrieben wird, der Strahlungsdetektor 4 mit dem Rotor verbunden wird.
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Gezeigt sind des Weiteren noch Leitungsverbindungen 19, 20, die dem Betrieb des Torquemotors 9 dienen, also der Bestromung der Wickelköpfe des Stators, oder die der Verbindung zum Bilddetektor zum Abgreifen der pixelseitigen Messsignale dienen.
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Des Weiteren vorgesehen ist ein vorzugsweise induktiv arbeitendes Messsystem 21, das der Ermittlung der Relativposition des Rotors 15 dient, um hierüber hochgenau die Position des gekoppelten Festkörperdetektors erfassen respektive kontrollieren zu können.
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3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des C-Bogens 2 mit integriertem Torquemotor 9 und daran angeordnetem Festkörper-Strahlungsdetektor 4. Der C-Bogen weist an seinem Ende einen hohlzylindrischen, gehäuseartigen Ansatz 22 auf, in den der Torquemotor 9, ebenfalls zylindrisch, eingesetzt ist. Das Motorgehäuse 10 ist in geeigneter Weise mit dem C-Bogen verbunden, zweckmäßigerweise verschraubt, wozu am Motorgehäuse 10 entsprechende Gewindebohrungen oder Ähnliches vorgesehen sind.
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Der Festkörper-Strahlungsdetektor 4 weist ein Gehäuse 23 auf, bestehend hier aus einem oberen Gehäuseteil 24 und einem unteren Gehäuseteil 25. In dem Gehäuse 23 ist die eigentliche Detektoreinheit 26, die die strahlungssensitive Pixelmatrix aufweist, aufgenommen. Das Gehäuse 23 respektive das obere Gehäuseteil 24 weist einen ebenfalls z. B. hohlzylindrischen Ansatz 27 auf, der in der Montagestellung, siehe 3, den hohlzylindrischen, gehäuseartigen Ansatz 22 des C-Bogens 2 mit geringem Abstand umgreift, so dass sich dort letztlich eine geschlossene Einheit ergibt. Der hohlzylindrische Ansatz 27 definiert eine entsprechende Öffnung 28, in die der Rotor 15 mit seiner vorlaufenden Stirnfläche 17 eingreift. Er ist bis zu einer Montageplatte 29 geführt, die über Schraubverbindungen 30 oder ähnliche mechanisch feste Kopplungen fest mit der Detektoreinheit 26 verbunden ist. Die Montageplatte 29 weist entsprechend dem Bohrungsbild der Gewindebohrungen 18 des Rotors 15 angeordnete Durchbrechungen 31 auf, durch die Schrauben 32 greifen, die in die Gewindebohrungen 18 am Rotor 15 eingeschraubt sind. Hier ist also der Strahlungsdetektor 4 mit dem Rotor 15 unmittelbar verbunden. D. h., dass eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Antriebselement, also dem Rotor 15 und der Detektoreinheit 24 gegeben ist, die vollständig spiel- respektive toleranzfrei ist. Eine Rotorrotation 15 führt folglich zu einer unmittelbaren Rotation des Strahlungsdetektors 4.
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4 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der der Rotor 15 nicht direkt mit dem Strahlungsdetektor 4 respektive der Montageplatte 29 verbunden ist, sondern über einen Adapter 33. Der Adapter 33, eine entsprechende Scheibe oder Ähnliches, weist erste Durchbrechungen 34 auf, deren Anordnung dem Bohrungsbild der Gewindebohrungen 18 des Rotors 15 entsprechen. Über darin verschraubte Schrauben 36 wird der Adapter 33 fest mit dem Rotor 15 verbunden. Radial deutlich weiter außenliegend sind am Adapter 33 weitere Bohrungen 35 vorgesehen, die wiederum dem Bohrungsbild von Gewindebohrungen 37 an der Montageplatte 29 entsprechen. Die Montageplatte 29 ist mit dem Adapter 33 wiederum über entsprechende Schrauben 38 fest verschraubt.
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Die Ausgestaltung des gehäuseartigen Ansatzes 22 bei dieser Ausgestaltung ist wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Lediglich das Gehäuse 23 respektive das obere Gehäuseteil 24 des Strahlungsdetektors 4 ist hier etwas anders ausgestaltet, nachdem zwangsläufig die Öffnung, durch die der Adapter 33 in das Gehäuse 23 eingreift, hier deutlich größer sein muss.
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Nachdem auch bei dieser Ausgestaltung die Detektoreinheit 26 fest mit der Montageplatte 29 verbunden ist, und diese wiederum fest mit dem Adapter 33 und dieser schlussendlich mit dem Rotor 15 verbunden ist, ergibt sich auch hier eine mechanisch spiel- und toleranzfreie Verbindung von Torquemotor und Strahlungsdetektor, so dass eine Rotorrotation zu einer unmittelbaren Detektorrotation führt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgenvorrichtung
- 2
- C-Bogen
- 3
- Strahlungsquelle
- 4
- Strahlungsdetektor
- 5
- Bogenabschnitt
- 6
- Bogenabschnitt
- 7
- Trägereinheit
- 8
- Säule
- 9
- Torquemotor
- 10
- Motorgehäuse
- 11
- Stator
- 12
- Wickelkopf
- 13
- Statorblech
- 14
- Lager
- 15
- Rotor
- 16
- Magnet
- 17
- Stirnfläche
- 18
- Gewindebohrung
- 19
- Leitungsverbindung
- 20
- Leitungsverbindung
- 21
- Messsystem
- 22
- Ansatz
- 23
- Gehäuse
- 24
- Gehäuseteil
- 25
- Gehäuseteil
- 26
- Detektoreinheit
- 27
- Ansatz
- 28
- Öffnung
- 29
- Montageplatte
- 30
- Schraubverbindung
- 31
- Durchbrechung
- 32
- Schraube
- 33
- Adapter
- 34
- Durchbrechung
- 35
- Bohrung
- 36
- Schraube
- 37
- Gewindebohrung
- 38
- Schraube
