DE10122694A1

DE10122694A1 - Vorrichtung zum Filtern eines Strahlenbündels

Info

Publication number: DE10122694A1
Application number: DE10122694A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schukalski; Matthias Weig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-12-05
Also published as: ITMI20020955A0; ITMI20020955A1; US20020186817A1

Abstract

Eine Vorrichtung (11) zum Filtern eines Strahlenbündels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere eines Röntgenstrahlenbündels (9), bei unterschiedlichen Filterstufen umfasst zwei drehbar an einem Basisteil (21) angebrachte Rotationselemente (13, 15) mit jeweils wenigstens einem oder mit jeweils wenigstens zwei voneinander verschiedenen Filtern (29, 31 bzw. 33, 35). Die beiden Rotationselemente (13, 15) sind derart am Basisteil (21) angeordnet, dass in das Strahlenbündel eine serielle Anordnung eines Filters (29, 31) des ersten Rotationselements (13) und eines Filters (33, 35) des zweiten Rotationselements (15) einbringbar ist, wobei mittels unterschiedlicher Drehbewegungen des ersten Rotationselements (13) und/oder des zweiten Rotationselements (15) verschiedene Filterstufen einstellbar sind. Vorzugsweise ist das zweite Rotationselement (15) über eine Freilaufkupplung (27) an das erste Rotationselement (13) gekoppelt. Insbesondere ist nur ein einziges Antriebsmittel (19) zur Erzeugung einer Drehbewegung des ersten Rotationselements (13) vorhanden. Die Vorrichtung (11) ermöglicht eine große Anzahl an Filterstufen bei gleichzeitig kompakter Bauweise.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern eines Strahlenbündels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere eines Röntgenstrahlenbündels, bei unterschiedlichen Filter stufen. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine medizinische Röntgenanlage.

In einem medizinischen Röntgengerät wird die "Qualität" der Strahlung, d. h. die Energieverteilung der Röntgenquanten, ne ben der Spannung an der Röntgenröhre wesentlich durch eine nachgeschaltete Filterung mitbestimmt. Durch die Filterung der Röntgenstrahlung sollen vor allem niederenergetische Quanten beseitigt werden, die zur Bildgebung nicht wesentlich beitragen und nur zu unnötiger Strahlenexposition führen. Durch die Filterung verschiebt sich der Schwerpunkt der Ener gieverteilung zu höheren Werten - die Strahlung wird "aufge härtet". Häufig verwendete Filtermaterialien sind Aluminium und bei energiereicherer Strahlung Kupfer.

Insbesondere für kardiologische Untersuchungen sind Kupfer vorfilter mit unterschiedlichen Filterstufen, d. h. mit unter schiedlichen Absorptionswerten, erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrich tung anzugeben, mittels der bei geringem apparativen Aufwand eine große Zahl unterschiedlicher Filterstufen erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird, bezogen auf die eingangs genannte Vor richtung, gemäß der Erfindung gelöst durch ein drehbar mit dem Basisteil in Verbindung stehendes erstes Rotationselement mit wenigstens einem oder mit wenigstens zwei voneinander verschiedenen Filtern und ein drehbar mit dem Basisteil in Verbindung stehendes zweites Rotationselement mit wenigstens einem weiteren oder mit wenigstens zwei weiteren, voneinander verschiedenen Filtern, wobei die Rotationselemente derart am Basisteil angeordnet sind, dass in das Strahlenbündel eine serielle Anordnung eines Filters des ersten Rotationselements und eines Filters des zweiten Rotationselements einbringbar ist, wobei mittels unterschiedlicher Drehbewegungen des ers ten Rotationselements und/oder des zweiten Rotationselements verschiedene Filterstufen einstellbar sind.

Die beiden Rotationselemente sind beispielsweise als verdreh bare Scheiben ausgebildet. Durch Kombination der auf den bei den Scheiben angebrachten Filter lässt sich eine hohe Anzahl von Filterstufen oder Filterstellungen realisieren.

Vorzugsweise sind die Filter eines der Rotationselemente zu mindest teilweise nicht mit den Filtern des anderen Rotati onselements identisch. Dadurch ist eine besonders hohe Anzahl von Filterstufen erreichbar.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Drehachsen der beiden Rotationselemente koaxial ausgerichtet. Dabei ist das zweite Rotationselement vorzugsweise auf einer mittig durch das erste Rotationselement verlaufenden Welle geführt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt einen ganz besonders einfachen und kompakten Aufbau.

Zur ferngesteuerten und/oder automatischen Einstellung unter schiedlicher Filterstufen ist es zweckmäßig, dass ein An triebsmittel zur Erzeugung einer Drehbewegung des ersten Ro tationselements vorhanden ist. Das Antriebsmittel ist bevor zugt derart ausgeführt, dass das erste Rotationselement in beide Richtungen drehbar ist.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Rotationselement über eine Freilaufkupplung an das erste Rotationselement gekoppelt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Betriebsweise möglich. Es ist nur ein einziges Antriebsmittel erforderlich, welches beispielsweise das erste Rotationselement antreibt. Im Sperrzustand der Freilaufkupp lung, d. h. in einer der beiden möglichen Rotationsrichtungen, sind beide Rotationselemente gemeinsam von dem Antriebsmittel zur Drehung angetrieben. In diesem Zustand wird ein gewünsch ter Filter des zweiten Rotationselements im Strahlengang po sitioniert. Anschließend wird der gewünschte Filter des ers ten Rotationselements, der in Kombination mit dem bereits eingestellten Filter des zweiten Rotationselements die ge wünschte Filterstufe ergibt, durch Antrieb des ersten Rotati onselements in der entgegengesetzten Richtung, in welcher sich der Freilauf im Freilaufzustand befindet, gedreht bis auch der gewünschte Filter des ersten Rotationselements im Strahlengang positioniert ist. Die beiden Rotationselemente sind somit unabhängig voneinander verdrehbar, und dennoch ist nur ein einziges Antriebsmittel erforderlich. Daraus ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau.

Zweckmäßigerweise ist eine Drehbewegung des zweiten Rotati onselements bei Drehung des ersten Rotationselements im Frei laufzustand unterbunden. Beispielsweise ist das zweite Rota tionselement von einem Reib- oder Schleifkontakt daran gehin dert, bei Positionierung des ersten Rotationselements unge wollt wieder aus seiner eingestellten Position herausbewegt zu werden. Das zweite Rotationselement ist somit - nach er folgter Positionierung im Sperrzustand des Freilaufs - fest gehalten.

Die Filter sind insbesondere Kupfer- und/oder Aluminiumfil ter.

Die voneinander verschiedenen Filter eines der Rotationsele mente sind insbesondere durch unterschiedliche Transmissions werte charakterisiert.

Vorzugsweise ist außerdem eine Einrichtung zur Überwachung der Drehbewegung des ersten Rotationselements und/oder des zweiten Rotationselements vorhanden, die insbesondere eine Lichtschranke umfasst. Mittels entsprechender Kodierungen an den Rotationselementen ist damit die korrekte Einstellung ei ner gewünschten Filterstufe überwachbar.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung kommt vorzugsweise zur Filterung des von einer Röntgenquelle abgestrahlten Röntgenstrahlenbündels zur Anwendung und ist hierbei Bestandteil einer medizinischen Röntgenanlage, insbe sondere für die Kardiologie.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und einer medizini schen Röntgenanlage nach der Erfindung wird nachfolgend an hand der Fig. 1 bis 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine medizinische Röntgenanlage nach der Erfindung im schematischen Überblick und

Fig. 2 eine Filtervorrichtung nach der Erfindung im Detail, dargestellt in einer perspektivischen Explosionszeichnung.

Fig. 1 zeigt eine medizinische Röntgenanlage 1 mit einer Röntgenröhre 3, einer Tiefenblendenanordnung 5 und einem De tektormittel 7 zur Aufnahme eines Röntgenbildes. Die Röntgen röhre 3 emittiert ein Röntgenstrahlenbündel 9.

Zwischen der Röntgenröhre 3 und der Tiefenblendenanordnung 5 ist eine Vorrichtung 11 zum Filtern des Röntgenstrahlenbün dels 9 angeordnet. Die Filtervorrichtung 11 umfasst ein ers tes Rotationselement 13 und ein gleich großes zweites Rotati onselement 15, die um eine gemeinsame Achse 17 drehbar gela gert sind. Zum Antrieb der Rotationselemente 13, 15 ist als Antriebsmittel 19 ein Elektromotor vorhanden.

Fig. 2 zeigt die Filtervorrichtung 11 der Fig. 1 im Detail. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Basisteil 21 und die beiden genannten Rotationselemente 13, 15.

Im Basisteil 21 ist das Antriebsmittel 19 (Schrittmotor) an geordnet, dessen Drehbewegung über einen Zahnriemen 23 auf eine Welle 25 übertragbar ist, welche im Zentrum des ersten Rotationselement 13 befestigt ist und nach beiden Seiten übersteht. Im zusammengebauten Zustand ist die Welle 25 in einem Lager des Basisteils 21 geführt. Das zweite Rotations element 15 ist in diesem Zustand auf die Welle 25 gesteckt, so dass beide Rotationselemente 13, 15 mit dem Basisteil 21 in Verbindung stehen. Die gemeinsame Drehachse 17 verläuft durch die Welle 25.

Die Kupplung des zweiten Rotationselements 15 an das erste Rotationselement 13 geschieht mittels einer Freilaufkupplung 27, die mittig am zweiten Rotationselement 15 angebracht ist.

Im Sperrzustand der Freilaufkupplung 27 werden von dem An triebsmittel 19 beide Rotationselemente 13, 15 gedreht. Im Freilaufzustand des Freilaufs 27 wird nur das erste Rotati onselement 13 gedreht. Das zweite Rotationselement 15 ist bei dieser Drehbewegung festgehalten. Auf diese Weise sind beide Rotationselemente 13, 15 unabhängig voneinander mit nur einem Antriebsmittel 19 bewegbar und justierbar.

In jedem der scheibenartigen Rotationselemente 13, 15 sind drei gleich große, jeweils in gleichem Azimuthalwinkel von einander beabstandete kreisrunde Öffnungen vorhanden. Jeweils eine der Öffnungen bleibt leer ("Filterdicke 0 mm"), so dass das Röntgenstrahlenbündel 9 ungeschwächt passieren kann. Die jeweils beiden anderen Öffnungen sind mit jeweils voneinander unterschiedlichen Filtern 29, 31 bzw. 33, 35 versehen. Fol gende Filtertypen sind vorhanden:

a) erstes Rotationselement 13:
Filter 29: Kupfer-Filter mit 0,3 mm Dicke
Filter 31: Kupfer-Filter mit 0,1 mm Dicke
b) zweites Rotationselement 15:
Filter 33: Kupfer-Filter mit Gesamtdicke 0,2 mm (zwei Kupferplatten à 0,1 mm)
Filter 35: Kupfer-Filter mit Gesamtdicke 0,6 mm (zwei Kupferplatten à 0,3 mm)

Dadurch sind folgende Filterstufen erreichbar:

Es sind somit insgesamt 8 unterschiedliche Filterstufen rea lisierbar, die sich jeweils aus der Addition der Filterdicken der beiden Rotationselemente 13, 15 ergeben.

Die Einstellung einer der Filterstufen geschieht jeweils in zwei unterschiedlichen Bewegungsphasen:

A) Zunächst wird das zweite Rotationselement 15 mittels des Antriebsmittels 19 in die gewünschte Position gebracht, indem eine Bewegung in Sperrrichtung der Freilaufkupplung 27 stattfindet. In dieser Phase werden somit beide Rotationselemente 13, 15 gemeinsam bewegt. Die beiden Rotations elemente 13, 15 werden dann gezielt abgebremst. Wegen der Massenträgheit würde das zweite Rotationselement, welches über den Freilauf 27 angekoppelt ist, weiter laufen. Um dies zu verhindern und um eine kurze Filterwechselzeit zu erreichen, ist ein Halteelement 37 vorhanden. Das Halte element 37 ist beispielsweise ein Rastelement oder eine Rastfeder mit einem auf einer Kurvenkontur des zweiten Ro tationselements 15 gleitenden Gleitstück 39.
B) Zur Positionierung des ersten Rotationselements 13 wird anschließend mittels des Motors 19 und bei festgehaltenem zweitem Rotationselement 15 in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Freilaufrichtung, gedreht, bis die gewünschte Filterkombination, also Filterstufe, erreicht ist.

Die Vorrichtung 11 nach der Erfindung umfasst außerdem eine Einrichtung zur Überwachung der Drehbewegung der Rotations elemente 13, 15. Die Einrichtung umfasst vier Lichtschranken 41, 42, 43, 44, wobei zwei der Lichtschranken 43, 44 einer seits und zwei weitere Lichtschranken 41, 42 andererseits mit jeweils drei kodierten Schaltfahnen 45, 47, 49 bzw. 51, 53, 55 an dem ersten Rotationselement 13 bzw. am zweiten Rota tionselement 15 zusammenwirken. Die Schaltfahnen 45, 47, 49, 51, 53, 55 sind durch Ausformung eines Teils der Scheiben ge bildet.

Die Schaltfahnen 45, 47, 49, 51, 53, 55 sind derart gestal tet, dass jeweils ein Teil reflektierend und jeweils ein Teil absorbierend ist. Daraus ergeben sich vier unterschiedliche Kodierungswerte. Die Schaltfahnen 45, 47, 49, 51, 53, 55 sind jeweils einer der Öffnungen oder Filter 29, 31, 33, 35 zuge ordnet.

Die Schaltfahnen 51, 53, 55 für das zweite Rotationselement 15 sind wie folgt kodiert:

a) kein Licht im Strahlengang: Licht der Lichtschranken 41, 42 wird reflektiert;
b) Filter 33 im Strahlengang: Licht der Lichtschranke 41 wird absorbiert, das der Lichtschranke 42 wird reflek tiert;
c) Filter 35 im Strahlengang: Licht der Lichtschranke 41 wird reflektiert, das der Lichtschranke 42 wird absor biert;
d) keine definierte Filterstellung angefahren, z. B. während des Filterwechsels oder im Fehlerfall: Licht der Licht schranken 41, 42 wird absorbiert.

Die Schaltfahnen 45, 47, 49 für das erste Rotationselement 13 sind analog kodiert.

Eine Steuerelektronik für die Vorrichtung 11 ist in der Tie fenblendenanordnung 5 untergebracht. Bei jedem Einschalten wird ein Justagelauf durchgeführt, bei dem die Anzahl der Schritte des Schrittmotors bis zum Erreichen aller Filter positionen ermittelt wird. Im Betrieb errechnet die Steuer elektronik die notwendige Schrittanzahl um die gewünschte Filterstellung zu erreichen. Die Lichtschranken 41, 42, 43, 44 überprüfen nach erfolgtem Filterwechsel die Filterstel lung. Sollte ein Fehler aufgetreten sein, kann eine Korrektur eingeleitet werden.

Die Anzahl der Schaltschranken richtet sich nach der Anzahl der Filter und Öffnungen. Es können mehr oder weniger als sechs Schaltschranken vorhanden sein. Die Zahl der Licht schranken ist anzupassen. Beispielsweise sind mit n Licht schranken 2ⁿ - 1 Filter oder Öffnungen pro Rotationselement kodierbar.

Claims

1. Vorrichtung (11) zum Filtern eines Strahlenbündels elekt romagnetischer Strahlung, insbesondere eines Röntgenstrahlen bündels (9), bei unterschiedlichen Filterstufen, mit
einem Basisteil (21),
einem drehbar mit dem Basisteil (21) in Verbindung stehen den ersten Rotationselement (13) mit wenigstens einem oder mit wenigstens zwei voneinander verschiedenen Filtern (29, 31),
einem drehbar mit dem Basisteil (21) in Verbindung stehen den zweiten Rotationselement (15) mit wenigstens einem weite ren oder mit wenigstens zwei weiteren, voneinander verschie denen Filtern (33, 35),
wobei die beiden Rotationselemente (13, 15) derart am Basis teil (21) angeordnet sind, dass in das Strahlenbündel eine serielle Anordnung eines Filters (29, 31) des ersten Rotati onselements (13) und eines Filters (33, 35) des zweiten Rota tionselements (15) einbringbar ist, wobei mittels unter schiedlicher Drehbewegungen des ersten Rotationselements (13) und/oder des zweiten Rotationselements (15) verschiedene Filterstufen einstellbar sind.

2. Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Drehachsen (17) der beiden Rotationselemente (13, 15) koaxial ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung (11) nach Anspruch 2, wobei das zweite Rotationselement (15) auf einer mittig durch das erste Rotationselement (13) verlaufenden Welle (25) ge führt ist.

4. Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Antriebsmittel (19) zur Erzeugung einer Drehbewe gung des ersten Rotationselements (13).

5. Vorrichtung (11) nach Anspruch 4, wobei das erste Rotationselement (13) zur Drehung in beide Richtungen antreibbar ist.

6. Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Rotationselement (15) über eine Freilauf kupplung (27) an das erste Rotationselement (13) gekoppelt ist.

7. Vorrichtung (11) nach 6, wobei eine Drehbewegung des zweiten Rotationselements (15) bei Drehung des ersten Rotationselements (13) im Freilaufzu stand unterbunden ist.

8. Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Filter (29, 31, 33, 35) Kupfer- und/oder Alumini umfilter sind.

9. Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die voneinander verschiedenen Filter (29, 31 bzw. 33, 35) durch unterschiedliche Transmissionswerte charakterisiert sind.

10. Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Einrichtung zur Überwachung der Drehbewegung des ersten Rotationselements (13) und/oder des zweiten Rotati onselements (15), insbesondere umfassend eine Lichtschranke (41, 43).

11. Medizinische Röntgenanlage (1), insbesondere für die Kar diologie, mit einer Röntgenquelle (3) und mit einer Vorrich tung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Filterung des von der Röntgenquelle (3) abgestrahlten Röntgenstrahlenbün dels (9).