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Die
Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle,
einem Röntgendetektor und einer Bedieneinheit, wobei der
Röntgendetektor eine bidirektionale Datenschnittstelle
und eine Spannungsversorgungs-Schnittstelle umfasst.
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Ein
derartiges Röntgensystem ist beispielsweise aus der
DE 100 37 294 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Röntgensystem sind die Röntgenquelle und
der Röntgendetektor einander gegenüberliegend an
einer Tragevorrichtung angeordnet, die die Form eines C-Bogens aufweist,
so dass ein Röntgenbild eines zwischen Röntgenquelle
und Röntgendetektor befindlichen Objektes (Patient) erzeugt
werden kann. Der C-Bogen ist durch die Bedieneinheit längs
seines Umfanges verstellbar (Orbitalbewegung) und um eine im Wesentlichen
horizontal verlaufende Achse schwenkbar (Angulationsbewegung). Bei
dem Röntgendetektor handelt es sich um eine Röntgen-Bildverstärker-Einheit,
die einen Röntgen-Bildverstärker, eine optische
Blende und eine optische Kamera umfasst.
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Die
Verbindung zwischen dem Röntgendetektor und der Bedieneinheit
erfordert mindestens die Bereitstellung der Betriebsspannung durch
die Bedieneinheit an dem Röntgendetektor und die Übertragung
von Datensignalen (beim Röntgen-Bildverstarker die Videosignale)
vom Röntgendetektor zur Bedieneinheit. Typischerweise sind
aber weitere Verbindungen vorhanden, z. B. weitere Videosignale
für zusätzliche Monitore, eine serielle Schnittstelle
zur Parametrierung der Kamera und zum Empfang von Statusmeldungen,
weitere Signalleitungen zu und von der optischen Kamera zum Auslösen
von Kamerafunktionen, mehrere Signalleitungen zum Umschalten der
Vergrößerungsstufen des Röntgen-Bildverstärkers
oder zum Einstellen der optischen Blende. Teilweise ist auch eine
Fotodiode zur Belichtungsmessung implementiert, deren Signal ebenfalls
der Bedieneinheit zugeführt werden muss.
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Die
Verbindung zwischen Röntgendetektor (Bildverstärker-Einheit)
und Bedieneinheit erfolgt bei dem bekannten Röntgensystem über
ein mehradriges Spezialkabel, das die notwendigen Stromversorgungen
und Steuersignale für Röntgen-Bildverstärker,
Optik und Kamera enthält. Weiter enthält das Spezialkabel
Leitungen, um das Videosignal von der Kamera zur Bedieneinheit zu übertragen.
Aufgrund der Vielzahl an möglichen Konfigurationen und
Randbedingungen – wie z. B. maximaler Durchmesser, Biegeradius,
Steckerform, EMV-Anforderungen und Beständigkeit gegen
Reinigungsmittel – müssen derartige Kabel in der
Regel speziell für das jeweilige Röntgensystem
angefertigt werden und sind daher teuer.
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Auch
bei einer Lösung, bei der die Videodaten und die Rückmeldungen
der Kamera sowie die Steuerbefehle an die Kamera über ein
einziges Kabel übertragen werden ist ein Spezialkabel erforderlich, da
die Stromversorgung und die Steuerbefehle für Röntgen-Bildverstärker
und Optik nach wie vor getrennt übertragen werden. Ein
derartiges Spezialkabel ist beispielsweise aus dem Datenblatt "VGL-1000"
bekannt, das über die URL
"http://www.vdsvossk.de/download/doc/en/VGL-1000_en.pdf" abrufbar
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgensystem zu
schaffen, bei dem die Verbindungen zwischen dem Röntgendeqtektor
und der Bedieneinheit konstruktiv einfach ausgeführt sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Röntgensystem
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Röntgensystems
sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Das
Röntgensystem nach Anspruch 1 umfasst eine Röntgenquelle,
einen Röntgendetektor und eine Bedieneinheit, wobei der
Röntgendetektor eine Datenschnittstelle und eine Spannungsversorgungs-Schnittstelle
aufweist. Erfindungsgemäß sind die Daten schnittstelle
und die Spannungsversorgungs-Schnittstelle durch ein mindestens
zweiadriges Standardkabel mit der Bedieneinheit verbunden.
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Bei
dem Röntgensystem nach Anspruch 1 werden zumindest die
Datensignale vom Röntgendetektor zur Bedieneinheit übertragen.
Die Datenschnittstelle ist damit zumindest als unidirektionale Datenschnittstelle
ausgeführt. Gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung ist die Datenschnittstelle als bidirektionale Datenschnittstelle
ausgeführt, so dass eine Datenübertragung vom
Röntgendetektor zur Bedieneinheit und umgekehrt – also
ein Datentransfer in beide Richtungen – möglich
ist.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene Verbindung des
Röntgendetektors und der Bedieneinheit durch ein einziges
Standardkabel, das wenigstens zwei Adern (elektrisch leitfähige
Drähte, die gegeneinander isoliert sind) aufweist und das
sowohl für den Datentransfer als auch für die
Spannungsversorgung dient, entfällt bei der erfindungsgemäßen Ein-Kabel-Lösung
die Verwendung von konstruktiv aufwändigen Spezialkabeln.
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Unter
Standardkabel ist ein Kabeltyp zu verstehen, der als Massenprodukt
fertig konfektioniert erhältlich ist, so dass nach der
Auswahl des Standardkabels keine Anpassung der Komponenten des erfindungsgemäßen
Röntgensystems an den jeweiligen Anwendungsfall mehr erforderlich
ist. Dadurch ist bei der erfindungsgemäßen Lösung
der konstruktive Aufwand wesentlich reduziert.
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Es
versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, dass die Übertragung
der Datensignale an der Datenschnittstelle über ein geeignetes
Protokoll erfolgen muss.
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Im
Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem Röntgendetektor
um einen Flachdetektor oder um eine Bildverstärker-Einheit
mit einem Röntgen-Bildverstärker handeln.
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Flachdetektoren
sind beispielsweise in dem Aufsatz von M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren
in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten
340 bis 350, ausführlich beschrieben.
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Eine
umfassende Beschreibung von
Röntgen-Bildverstärkern
enthält der Aufsatz in "electromedica 70 (2002) Heft 1",
Seiten 97 bis 103, von R. Gehrens "Innovationen bei ausgereiften
Produkten am Beispiel des Röntgen-Bildverstärkers".
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Für
eine vorteilhafte Realisierung ist als Standardkabel insbesondere
ein Cat5-Kabel (Ethernet-Kabel) oder ein Koaxialkabel mit 75 Ohm
Leitungsimpedanz geeignet.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Röntgensystems, die ein CatS-Kabel (Standardkabel mit vier
Aderpaaren) verwendet, umfasst die Bedieneinheit einen PoE-Adapter,
der mit dem CatS-Kabel verbunden ist.
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Wird
ein Cat5-Kabel eingesetzt, so kann als für den Datentransfer
geeignetes Protokoll das Gigabit-Ethernet-Protokoll mit der Erweiterung
Power over Ethernet (PoE) benutzt werden. Dies hat den Vorteil,
dass als Gegenstelle in der Bedieneinheit lediglich ein handelsüblicher
Rechner, beispielsweise ein PC, mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle
und ein ebenfalls handelsüblicher PoE-Adapter benötigt
werden. Dadurch kann ein dedizierter Framegrabber für die
Videosignale eingespart werden, was den konstruktiven Aufwand (Hardware,
Software) verringert und damit Kosten spart. Weiterhin ermöglicht
Gigabit-Ethernet auf Cat5-Kabel Leitungslängen bis 100 m,
was die Einsatzmöglichkeiten des Röntgensystems
erheblich erweitert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Röntgensystems, das die Verwendung eines Koaxialkabels
mit 75 Ohm Leitungsimpedanz (einadriges Standardkabel) vorsieht,
umfasst das Bedienteil ein Kommunikationsmodul, das mit dem Koaxialkabel
verbunden ist, wobei das Kommu nikationsmodul das verwendete Protokoll
in die von der Bedieneinheit verwendete Schnittstelle umsetzt.
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Wird
ein Koaxialkabel mit 75 Ohm Leitungsimpedanz als Standardkabel verwendet,
dann erfolgt sowohl die Spannungsversorgung, als auch der bidirektionale
Datentransfer über dieselbe Ader des Koaxialkabels. Es
ist daher vorteilhaft, bei der Datenübertragung für
Hin- und Rückweg unterschiedliche Frequenzbereiche zu verwenden.
Die Datenübertragung von der Bedieneinheit zum Röntgendetektor benötigt
nur eine geringe Bandbreite und kann damit entsprechend einfach
gestaltet werden. Für den Datentransfer in die Gegenrichtung
wird eine hohe Bandbreite benötigt, um das digitale Videosignal
zu übertragen. Hierfür können beispielsweise
Modulationsverfahren aus der Nachrichtentechnik oder einfache bit-serielle
Protokolle (ähnlich Ethernet oder SDI nach SMPTE 292M)
eingesetzt werden. Diese Protokolle werden so modifiziert, dass
sie einen Frequenzbereich bei kleinen Frequenzen für die
andere Übertragungsrichtung frei lassen.
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Nachfolgend
werden zwei schematisch, jeweils als Prinzipdarstellung gezeigte
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Röntgensystems gemäß dem
Stand der Technik, wobei der Röntgendetektor als Röntgen-Bildverstärkereinheit
ausgeführt ist,
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Röntgensystems gemäß der
Erfindung, wobei der Röntgendetektor als Röntgen-Bildverstärkereinheit
ausgeführt ist,
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3 eine
erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Röntgensystems in schematischer Prinzipdarstellung,
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4 eine
zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Röntgensystems in schematischer Prinzipdarstellung.
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In
den 1 und 2 ist mit X jeweils eine Röntgenstrahlung
bezeichnet, die von einer an sich bekannten Röntgenquelle
erzeugt wird und nach Durchstrahlung eines Untersuchungsobjektes
auf einen Röntgen-Bildverstärker 1 auftrifft.
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Die
Röntgenquelle und das Untersuchungsobjekt sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit in den 1 und 2 nicht
dargestellt.
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Im
Bildverstärker 1 wird die Röntgenstrahlung
X in sichtbares Licht L umgewandelt, wobei innerhalb des Röntgen-Bildverstärkers 1 eine
Verstärkung der Informationen vorgenommen wird. Das sichtbare
Licht L tritt aus dem Röntgen-Bildverstärker 1 aus
und wird über eine Optik 2 einer Kamera 3 (CCD-Kamera)
zugeführt und von dieser als Bild aufgezeichnet. Dieses
Bild wird als Videosignal VS an einen in den 1 und 2 nicht
dargestellten Monitor gegeben. Die Optik 2, die Kamera 3 und
der Monitor bilden eine so genannte Bildkette.
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Zwischen
dem Röntgen-Bildverstärker 1 und der
Optik 2 ist ein Strahlteilerspiegel 4 angeordnet. Durch
den Strahlteilerspiegel 4 wird ein geringer Teil des sichtbaren
Lichtes L, das aus dem Röntgen-Bildverstärker 1 abgestrahlt
wird, zur Belichtungsmessung auf eine Fotodiode 5 umgeleitet.
In der Fotodiode 5 wird ein entsprechendes Belichtungsmessungs-Signal
BM erzeugt.
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Bei
dem in 1 dargestellten Röntgensystem gemäß dem
Stand der Technik werden die Belichtungsmessungs-Signale BM über
eine erste Datenschnittstelle an eine Bedieneinheit (in 1 nicht dargestellt)
gegeben. Weiterhin werden über eine zweite Datenschnittstelle
Steuerfunktions-Signale SF an den Röntgen-Bildverstärker 1 und
an die Optik 2 gegeben sowie von diesen empfangen. Ferner
empfängt die Kamera 3 Parametersignale P und sendet Rückmeldungs-Signale
R über eine dritte Datenschnittstelle. Schließlich
wird die Bildverstärker-Einheit über eine Spannungsversorgungs-Schnittstelle mit
der benötigten Betriebsspannung U versorgt.
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Um
die vorgenannten Datensignale VS, BM, SF, R und P zwischen der Bildverstärker-Einheit
und der Bedieneinheit auszutauschen sowie die Betriebsspannung U
der Bildverstärker-Einheit zuzuführen ist bei
dem Röntgensystem gemäß 1 ein
Spezialkabel 6 erforderlich, das für das jeweilige
Röntgensystem angefertigt werden muss. Der damit verbundene konstruktive
Aufwand schlägt sich auch im Preis nieder.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Lösung werden die Videosignale
VS, die Belichtungsmessungs-Signale BM, die Steuerfunktions-Signale
SF und die Rückmeldungs-Signale R nicht über verschiedene
Datenschnittstellen, sondern über eine gemeinsame bidirektionale
Datenschnittstelle zwischen der Bildverstärker-Einheit
und der Bedieneinheit ausgetauscht. Für den Austausch der
Datensignale VS, BM, SF, R, P sowie für die Zuführung
der Betriebsspannung U ist damit nur noch ein Standardkabel 7 erforderlich.
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Für
eine vorteilhafte Realisierung ist als Standardkabel 7 insbesondere
ein Cat5-Kabel (Ethernet-Kabel) oder ein Koaxialkabel mit 75 Ohm Leitungsimpedanz
geeignet.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform bilden
der Röntgen-Bildverstärker 1, die Optik 2, die
Kamera 3 und die Fotodiode 5 wiederum eine Bildverstärker-Einheit,
die mit 8 bezeichnet ist. Eine Bedieneinheit 9 weist einen
PoE-Adapter 10 auf. Die Bedieneinheit 9 und die
Bildverstärker-Einheit 8 sind mit einem Standardkabel
verbunden, das als Cat5-Kabel 7a (Standardkabel mit vier
Aderpaaren) ausgeführt ist. Das Cat5-Kabel 7a ist
hierzu über eine bidirektionale Datenschnittstelle einerseits
mit dem PoE-Adapter 10 der Bedieneinheit 9 und
andererseits mit der Kamera 3 der Bildverstärker-Einheit 8 verbunden.
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Wird
das Cat5-Kabel 7a eingesetzt, so kann als für
den Datentransfer geeignetes Protokoll das Gigabit-Ethernet-Protokoll
mit der Erweiterung Power over Ethernet (POE) benutzt werden. Dies
hat den Vorteil, dass als Gegenstelle in der Bedieneinheit 9 lediglich
ein Rechner 11 (z. B. PC) mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle
und der vorgenannte PoE-Adapter 11 benötigt werden.
Dadurch kann ein dedizierter Framegrabber für die Videosignale
VS eingespart werden, was den konstruktiven Aufwand (Hardware, Software)
verringert und damit Kosten spart. Weiterhin ermöglicht
Gigabit-Ethernet auf CatS-Kabel Leitungslängen bis 100
m, was die Einsatzmöglichkeiten des Röntgensystems
erheblich erweitert.
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Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Röntgensystems ist die Verwendung eines Koaxialkabels 7b mit
einer Leitungsimpedanz von 75 Ohm (einadriges Standardkabel) vorgesehen.
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Das
Bedienteil 9 umfasst hierfür ein Kommunikationsmodul 12,
das mit dem Koaxialkabel 7b verbunden ist, wobei das Kommunikationsmodul 12 das verwendete
Protokoll in die von der Bedieneinheit 9 verwendete bidirektionale
Datenschnittstelle umsetzt.
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Da
das Koaxialkabel 7b als Standardkabel verwendet wird, erfolgt
sowohl die Versorgung mit der Betriebsspannung U als auch der bidirektionale Datentransfer über
dieselbe Ader des Koaxialkabels 7b. Es ist daher vorteilhaft,
bei der Datenübertragung für Hin- und Rückweg
unterschiedliche Frequenzbereiche zu verwenden. Die Datenübertragung
von der Bedieneinheit 9 zur Bildverstärker-Einheit 8 benötigt nur
eine geringe Bandbreite und kann damit entsprechend einfach gestaltet
werden. Für den Datentransfer in die Gegenrichtung wird
eine hohe Bandbreite benötigt, um das digitale Videosignal
VS zu übertragen. Hierfür können beispielsweise
Modulationsverfahren aus der Nachrichtentechnik oder einfache bit-serielle
Protokolle (ähnlich Ethernet oder SDI nach SMPTE 292M)
eingesetzt werden. Diese Protokolle werden so modifiziert, dass
sie ei nen Frequenzbereich bei kleinen Frequenzen für die
andere Übertragungsrichtung frei lassen.
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Der
Vorteil der Verwendung eines proprietären Protokolls auf
handelsüblicher Koaxial-Leitung mit 75 Ohm Leitungsimpedanz
besteht darin, dass solche Leitungen insbesondere bei vielen C-Bogen-Anlagen
für die Videosignale VS der Kamera 3 im Einsatz sind. Dies
erlaubt den Austausch einer vorhandenen Bildverstärker-Einheit
durch eine mit der Ein-Kabel-Lösung ausgestatten Bildverstärker-Einheit 8 ohne Änderung
des verwendeten Kabels (weitere Leitungen im Kabel bleiben dann
ungenutzt). Darüber hinaus sind Koaxial-Leitungen sehr günstig
und es gibt eine große Auswahl an Steckverbindern, so dass
sowohl besonders robuste als auch besonders kleine Ausführungen
der Kabelverbindung herstellbar sind. Es ist zu erwarten, dass sich auch
hier große Leitungslängen realisieren lassen, da
z. B. bei SDI (bit-serielles Protokoll auf 75 Ohm Koaxialleitung)
Reichweiten bis 300 m spezifiziert sind. Einziger Nachteil einer
Ausgestaltung gemäß 4 ist, dass
eine Anpassungselektronik zur Umsetzung des proprietären
Protokolls im Röntgensystem vorgesehen sein muss, was bei
der Gigabit-Ethernet-Lösung nach 3 nicht
erforderlich ist.
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Die
Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
bei denen die Röntgensysteme jeweils eine Bildverstärker-Einheit
aufweisen. Im Rahmen der Erfindung ist die erfindungsgemäße Ein-Kabel-Lösung
jedoch auch bei Röntgensystemen mit Flachdetektoren realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - "http://www.vdsvossk.de/download/doc/en/VGL-1000_en.pdf" [0005]
- - von M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik"
in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis 350 [0014]
- - Röntgen-Bildverstärkern enthält
der Aufsatz in "electromedica 70 (2002) Heft 1", Seiten 97 bis 103,
von R. Gehrens "Innovationen bei ausgereiften Produkten am Beispiel
des Röntgen-Bildverstärkers" [0015]