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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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Aus
der
DE 103 54 494
A1 ist eine medizintechnische Anlage mit einzelnen Teileinheiten
bekannt, die Datenübertragungs- und Kontrolleinrichtungen
aufweisen. Zwischen den einzelnen Teileinheiten werden digitalisierte
analoge und/oder logische Signale sowie digitale Daten gemeinsam
auf einer Übertragungsleitung
mittels seriellem Multiplexing übertragen.
Die digitalisierten Signale und die digitalen Daten werden hierbei
in einzelnen Paketen zusammengefasst übertragen, deren Länge so klein gewählt ist,
dass die Einhaltung einer vorgegebenen Aktualisierungsrate der Signale
erreicht wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgensystem zu schaffen, bei
dem die Verbindungen zwischen dem Röntgen detektor 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. Behrens "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 Cat5-Kabel (Standardkabel mit vier Aderpaaren) verwendet, umfasst
die Bedieneinheit einen PoE-Adapter,
der mit dem Cat5-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 Cat5-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.