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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Aufnahme von
Projektionsbildern mithilfe hochenergetischer Strahlung mit:
- – einer an einer Strahlerhalterung
angebrachten bewegbaren Strahlungsquelle, die hochenergetische Strahlung
entlang einer Strahlungsachse aussendet;
- – einem an einer Detektorhalterung angebrachten bewegbaren
Strahlungsdetektor; und
- – einer die Bewegung von Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor
steuernden Steuervorrichtung.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
EP 0 373 596 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung
weist eine an einem Deckenstativ angebrachte Röntgenröhre
auf. Die Höhenlage der Röntgenröhre ist über das
Deckenstativ variierbar. Darüber hinaus ist es möglich,
das Deckenstativ entlang von Führungsbahnen in eine Längsrichtung
und eine Querrichtung zu verfahren. Ferner verfügt die
bekannte Vorrichtung über einen Röntgendetektor,
der horizontal ausgerichtet in einen Patiententisch integriert ist.
Ein weiterer vertikal ausgerichteter Röntgendetektor ist
von einem Detektorstativ gehalten. Der Abstand zwischen dem Fokus
der Röntgenröhre und der Ebene der Röntgendetektoren
kann durch eine Bewegung des Deckenstativs, an dem die Röntgenröhre
angebracht ist, eingestellt werden. Der Abstand zwischen dem Fokus
der Röntgenröhre und der Ebene des jeweiligen
Röntgendetektors wird auch als SID (= Source-Image-Distance)
bezeichnet. Ferner ist es möglich, den Patiententisch bezüglich
der Röntgenröhre zu verfahren.
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Mit
den bekannten Vorrichtungen lassen sich Projektionsbilder von sämtlichen
Körperteilen eines liegenden Patienten aufnehmen. Ferner
kann mithilfe des vertikal ausgerichteten Röntgendetektors
der Oberkörper eines Patienten durchleuchtet werden.
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Ein
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Patienten nur im
Stehen oder Liegen durchleuchtet werden können. Gelegentlich
ist es jedoch auch erforderlich, Röntgenbilder von Patienten
in anderen Körperhaltungen aufzunehmen. Für diese
Aufnahmen kann es erforderlich sein, dass die Detektorebene eine
von der Horizontalen oder Vertikalen abweichende Position einnimmt.
Mit der bekannten Vorrichtung können derartige Röntgenaufnahmen nicht
aufgenommen werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine flexibel ausrichtbare und einfach zu bedienende Vorrichtung
für die Aufnahme von Projektionsbildern mithilfe hochenergetischer
Strahlung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
der Vorrichtung sendet die Strahlungsquelle hochenergetische Strahlung
entlang einer Strahlungsachse aus. Die Strahlungsachse ist bei der
Vorrichtung in einer von der Horizontalen oder Vertikalen abweichenden
Raumlage festlegbar. Ferner sind die Bewegungsmöglichkeiten
der Strahlungsquelle auf eine Bewegung entlang der festgelegten
Strahlungsachse einschränkbar. Dadurch ist es zunächst
möglich, entlang einer von der Horizontalen oder Vertikalen
abweichenden Strahlungsachse Projektionsbilder aufzunehmen. Falls
dabei der Abstand zwischen Strahlungsquelle und Detektor variiert
werden muss, braucht lediglich eine eindimensionale Bewegung entlang
der Strahlungsachse ausgeführt zu werden. Für
den Benutzer besteht daher keine Notwendigkeit, eine komplexe Bewegung
entlang mehrerer Bewegungsachsen ausführen zu müssen,
um den Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor
kontinuierlich variieren zu können. Demnach ist die Einstellung
des für die Aufnahme von Projektionsbildern wesentlichen
Abstands zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor trotz
der von der Vertikalen oder Horizontalen abwei chenden Lage der Strahlungsachse
einfach und die Vorrichtung daher einfach zu bedienen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind zusätzlich
die Bewegungsmöglichkeiten des Strahlungsdetektors auf
Bewegungen beschränkbar, die entlang einer im rechten Winkel
zur Strahlungsachse stehenden Bewegungsrichtung erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung
der Vorrichtung tritt bei einer Bewegung des Strahlungsdetektors
keine Änderung des Abstands zwischen Strahlungsquelle und
Strahlungsdetektor ein. Folglich ist es nicht erforderlich, dass
die Strahlungsquelle bei einer Bewegung des Strahlungsdetektors
nachgeführt wird, um den Abstand zwischen Strahlungsquelle
und Strahlungsdetektor beizubehalten.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungsquelle
und der Strahlungsdetektor um wenigstens eine Drehachse verschwenkbar.
Auf diese Weise lässt sich die Strahlungsachse in eine
von der Horizontalen oder Vertikalen abweichenden Lage einstellen.
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Vorzugsweise
ist die Steuervorrichtung mit einer zur Steuerung einer eindimensionalen
Bewegung entlang der Strahlungsachse eingerichteten Bedienungsvorrichtung
versehen, durch die die Relativbewegung zwischen Strahlungsquelle
und Strahlungsdetektor entlang der Strahlungsachse steuerbar ist.
Der Benutzer kann dann den Abstand zwischen Strahlungsquelle und
Strahlungsdetektor einstellen, indem ein Sollwert für den
Abstand zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor vorgegeben
wird und die Steuervorrichtung den vorgegebenen Abstand zwischen
Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor selbständig einstellt
oder indem der Benutzer eine aus seiner Sicht eindimensionale Relativbewegung
zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor veranlasst.
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Vorzugsweise
sind die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor an Deckenstativen
verschwenkbar und verfahrbar gela gert. Dadurch ist ein großes
Maß an Flexibilität bei der Ausrichtung der Strahlungsachse
gewährleistet.
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Die
Bewegung entlang der Strahlungsachse kann manuell, kraftunterstützt
oder motorbetrieben erfolgen. Bei einem manuellen Antrieb sind in
der Regel keine Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision
zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor vorzusehen,
da der Benutzer im Allgemeinen eine drohende Kollision erkennt und
diese vermeidet. Der Kraftaufwand bei der Bewegung der Strahlungsquelle
kann weiterhin durch eine Kraftunterstützung verringert
werden. Ein motorischer Antrieb bei der Bewegung entlang der Strahlungsachse ermöglicht
schließlich eine Fernsteuerung der Bewegung von Strahlungsquelle
und Strahlungsdetektor.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung im Einzelnen beschrieben werden.
Es zeigen:
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1 eine
deckenmontierte Röntgenanlage mit vertikal ausgerichteter
Strahlungsachse;
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2 die
Röntgenanlage aus 1 mit horizontal
ausgerichteter Strahlungsachse;
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3 die
Röntgenanlage aus den 1 und 2 mit
einer schräg zur Horizontalen verlaufenden Strahlungsachse;
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4 ein
Blockschaltbild einer Steuerung zur Einstellung des Abstands zwischen
einer Röntgenröhre und einem Röntgendetektor
der Röntgenanlage aus den 1 bis 3;
und
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5 ein
Blockschaltbild einer Steuerung der Bewegung des Röntgendetektors
der Röntgenanlage aus den 1 und 3 quer
zur Strahlungsachse.
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1 zeigt
eine Röntgenanlage 1, die über eine Röntgenröhre 2 verfügt.
Die Röntgenröhre 2 ist an einem Strahlerstativ 3 angebracht,
das über eine Halterung 4 an der Decke eines Untersuchungsraums
angebracht ist. Die Halterung 4 ist entlang einer Längsachse 5 und
entlang einer Querachse 6 verfahrbar. Im Folgenden wird
die Längsachse 5 auch als x-Achse und die Querachse 6 als
y-Achse bezeichnet. Ferner kann die Röntgenröhre 2 über das
Strahlerstativ 3 entlang einer Höhenachse 7 verfahren
werden, die im Folgenden auch als z-Achse bezeichnet wird.
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Die
Röntgenröhre 2 emittiert Röntgenstrahlung 8 in
einem Strahlungskegel 9, dessen Längsachse als
Strahlungsachse 10 bezeichnet wird.
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Die
von der Röntgenröhre 2 ausgesandte Röntgenstrahlung 8 trifft
auf einen Röntgendetektor 11, der bezüglich
der Röntgenröhre 2 so ausgerichtet ist,
dass die Strahlungsachse 10 des Strahlungskegels 9 im
rechten Winkel auf dem Röntgendetektor 11 steht.
Ferner wird der Abstand zwischen der Röntgenröhre 2 und
dem Röntgendetektor 11 in der Regel so gewählt,
dass die zu untersuchende Körperregion mit Röntgenstrahlung 8 beleuchtet
wird, aber umliegendes Gewebe keiner Röntgenstrahlung 8 ausgesetzt
ist. Als Maß für den Abstand zwischen der Röntgenröhre 2 und
dem Röntgendetektor 11 kann beispielsweise die
Höhe des Strahlungskegels 9 gewählt werden.
Die Höhe des Strahlungskegels 9 ist insbesondere
gleich dem Abstand zwischen dem Brennfleck auf der Anode der Röntgenröhre 2 und dem
Röntgendetektor 11.
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Der
Röntgendetektor 11 ist seinerseits an einem Detektorstativ 12 angebracht,
das über eine Halterung 13 an der Decke des Untersuchungsraums angebracht
ist. Ebenso wie die Halterung 4 des Strahlerstativs 3 kann
die Halterung 13 des Detektorstativs 12 entlang
der Längsachse 5 oder der Querachse 6 verfahren
werden. Weiterhin ist es möglich, den Röntgendetektor 11 am
Detektorstativ 12 beweglich anzubringen, so dass der Röntgendetektor 11 eine
Relativbewegung bezüglich des Detektorstativs 12 entlang
der Längsachse 5 und der Querachse 6 ausführen
kann.
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In 1 ist
die Röntgenanlage 1 in einer Position gezeigt,
die für Röntgenaufnahmen an liegenden Patienten
vorgesehen ist. Die Patienten können sich dabei auf einer
in 1 nicht dargestellten Patientenliege befinden,
die zwischen Röntgenröhre 2 und Röntgendetektor 11 angeordnet
ist. Zur Steuerung der Röntgenröhre 2 und
des Röntgendetektors 11 sowie zur Steuerung der
Bewegung des Strahlerstativs 3, der Halterung 4,
des Detektorstativs 12 und der Halterung 13 ist
eine Steuereinheit 14 vorgesehen, die unter anderem einen
Rechner 15 umfasst, auf dem zur Steuerung der Röntgenanlage 1 vorgesehene
Programme laufen. An den Rechner 15 sind Eingabegeräte,
wie beispielsweise eine Tastatur 16 oder Steuerknüppel 17 und 19 angeschlossen.
Ferner verfügt die Steuereinheit 14 über
eine Anzeige 18, die zur Darstellung von Eingabemasken,
zur Wiedergabe von Daten, insbesondere zur Veranschaulichung des
Betriebszustands der Röntgenanlage, oder zur Darstellung
von mit dem Röntgendetektor 11 aufgenommenen Röntgenbildern
verwendet werden kann.
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Mithilfe
der Eingabegeräte kann unter anderem die Bewegung der Röntgenröhre 2 entlang
der Strahlungsachse 10 gesteuert werden, um den Abstand
zwischen der Röntgenröhre 2 und dem Röntgendetektor 11 einzustellen.
Bei dem in 1 dargestellten Fall, ist die
Bewegung entlang der Strahlungsachse 10 gleich einer Bewegung
entlang der Höhenachse 7. Diese Bewegung kann
beispielsweise mithilfe des Steuerknüppels 17 gesteuert
werden, wobei der Steuerknüppel 17 die Funktion
eines Proportionalreglers aufweist, bei dem die Geschwindigkeit
der Bewegung proportional der Auslenkung des Steuerknüppels 17 ist.
Die Richtung der Bewegung kann dabei durch die Richtung der Auslegung
bezüglich einer Nullstellung festgelegt sein. Daneben ist
es auch möglich, dass der Benutzer über die Tastatur 16 in
ein auf der Anzeige 18 angezeigtes Eingabefeld einen Sollwert
für den Abstand zwischen Röntgenröhre 2 und Röntgendetektor 11 eingibt
und der Rechner 15 ein Verfahren der Röntgenröhre 2 veranlasst,
bis der Sollwert für den Abstand zwischen der Röntgenröhre 2 und
dem Röntgendetektor 11 erreicht ist.
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Auch
die Bewegung des Röntgendetektors 11 kann mithilfe
des Steuerknüppels 17 oder der Tastatur 16 vorgenommen
werden. Dabei kann die Funktion des Steuerknüppels 17 umgeschaltet
werden oder ein zusätzliches Steuerelement zur Steuerung der
Bewegung des Röntgendetektors 11 vorgesehen sein,
das ausschließlich zur Steuerung der Bewegung des Röntgendetektors 11 vorgesehen
sind. Dieses zusätzliche Steuerelement kann beispielsweise der
in 1 dargestellte weitere Steuerknüppel 19 sein,
wobei eine Auslenkung entlang der Längsachse 5 zu
einer Bewegung entlang der Längsachse 5 führt und
eine Auslenkung entlang der Querachse 6 eine Bewegung entlang
der Querachse 6 veranlasst. Auch hier kann die Richtung
der Auslenkung bezüglich einer Nullposition die Richtung
der Bewegung festlegen.
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In 2 ist
der Fall dargestellt, dass die Röntgenanlage 1 für
die Durchführung einer Röntgenaufnahme an einem
stehenden Patienten ausgerichtet worden ist. Insbesondere ist die
Röntgenröhre 2 um eine Drehachse verschwenkt
worden, so dass die Strahlungsachse 10 in horizontale Richtung
verläuft. Zu diesem Zweck ist am Strahlerstativ 3 wenigstens
eine Drehachse vorzusehen. Vorzugsweise verfügt das Strahlerstativ 3 jedoch über
wenigstens zwei Drehachsen, beispielsweise eine Drehachse, die bei
der in 1 dargestellten Position in y-Richtung verläuft
und eine weitere Drehachse um die z-Achse.
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Gegenüber 1 wurde
in 2 der Röntgendetektor 11 um
eine Drehachse des Detektorstativs 12 verschwenkt, so dass
die Flächennormale des Röntgendetektors 11 horizontal
ausgerichtet ist. Ebenso wie das Strahlerstativ 3 kann
auch das Detektorstativ 12 mit mehreren Drehachsen versehen sein.
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Die
Steuereinheit 14 ermöglicht nun den Abstand zwischen
der Röntgenröhre 2 und dem Röntgendetektor 11 durch
die gleiche Bewegung des Steuerknüppels 17 einzustellen,
wie in der in 1 dargestellten Situation. In
dem in 2 dargestellten Fall wird somit nicht das Strahlerstativ 3 entlang
der Höhenachse 7 verlängert oder verkürzt,
sondern die Röntgenröhre 2 entlang der
Längsachse 5 verfahren. Der Steuerknüppel 17 wirkt
daher nicht mehr auf einen Antriebsmotor zur Veränderung
der Höhenlage der Röntgenröhre 2,
sondern auf einen Antriebsmotor für die Bewegung der Halterung 4 entlang
der Längsachse 5 ein. In gleicher Weise wirkt
der zum Verfahren des Röntgendetektors 11 vorgesehene Steuerknüppel 19 auf
Stellmotoren ein, die den Röntgendetektor 11 entlang
der Höhenachse 7 und der Querachse 6 verfahren.
Bei einer Auslenkung des Steuerknüppels 19 entlang
der Querachse 6 wird der Röntgendetektor 11 entlang
der Querachse 6 verfahren; eine Auslenkung entlang der
Längsachse 5 veranlasst eine Bewegung des Röntgendetektors 11 entlang
der Höhenachse 11.
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In 3 ist
weiterhin der Fall dargestellt, dass die Strahlungsachse 10 einen
Winkel φ gegenüber der Horizontalen einnimmt.
Auch in diesem Fall kann der Abstand zwischen der Röntgenröhre 2 und dem
Röntgendetektor 11 mithilfe des Steuerknüppels 17 eingestellt
werden. Dabei wirkt der Steuerknüppel 17 auf Stellmotoren
ein, die die Röntgenröhre 2 entlang der
Strahlenachse 10 bewegen. Die Röntgenröhre 2 muss
daher gleichzeitig entlang der Höhenachse 7 und
der Längsachse 5 bewegt werden, damit sich die
Röntgenröhre 2 entlang einer verkippten Längsachse 20 bewegen
kann. Um den Röntgendetektor 11 entlang der Querachse 6 und
einer verkippten Höhenachse 21, die auf der verkippten
Längsachse 20 im rechten Winkel steht, zu bewegen,
ist der Steuerknüppel 19 vorgesehen, bei dessen
Auslenkung der Röntgendetektor 11 entlang der
Querachse 6 und der verkippten Höhenachse 21 bewegt wird.
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In 4 ist
ein Blockschaltbild einer Steuerungsvorrichtung für den
Abstand D zwischen Röntgenröhre 2 und
Röntgendetektor 11 dargestellt. Mithilfe des Steuerknüppels 17 wird ein
Sollabstand DN vorgegeben. Ferner werden über
Positionssensoren 22 die aktuelle Position (xs,
ys, zs) der Röntgenröhre 2 und
die Position (xD, yD,
zD) des Röntgendetektors 11 ermittelt
und einer Abstandseinheit 23 zugeführt, die aus
den Positionsangaben den aktuellen Abstand DA zwischen Röntgenröhre 2 und
dem Röntgendetektor 11 ermittelt. Der Sollabstand
DN und der aktuelle Abstand DA werden einer
Stelleinheit 24 zugeführt, die Stellmotoren 25, 26 und 27 mit
Steuersignalen beaufschlagt. Durch die Stellmotoren 25, 26 und 27 wird
die Röntgenröhre 2 entlang der Längsachse 5 um Δxs, entlang der Querachse 6 um Δys und entlang der Höhenachse um Δzs bewegt.
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In 5 ist
schließlich ein Blockschaltbild zur Steuerung der Bewegung
des Röntgendetektors 11 dargestellt. Mithilfe
des Steuerknüppels 19 werden die Sollwerte δyN und δzN für
die Lage des Röntgendetektors bezüglich der Strahlenachse 10 vorgegeben.
Die Positionssensoren 22 beaufschlagen ferner eine Positionseinheit 28,
die aus dem Positionswerten (xs, ys, zs) der Röntgenröhre 2 und
aus den Positionsdaten (xD, yD,
zD) des Röntgendetektors 11 die
aktuelle Lage (δyA, δzA) des Röntgendetektors 11 bezüglich
der Strahlenachse 10 bestimmt. Die vom Steuerknüppel 19 abgegebenen
Sollwerte (δyN, δzN) sowie die aktuellen Lagewerte (δyA, δzA)
werden einer Stelleinheit 29 zugeführt, die Stellmotoren 30, 31 und 32 mit
Steuersignalen beaufschlagt, die die Lage des Röntgendetektors 11 entlang
der Längsachse 5 um ΔxD,
entlang der Querachse 6 um ΔyD und
entlang der Höhenachse 7 um ΔzD variieren.
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Es
sei angemerkt, dass anstelle der Steuerknüppel 17 und 19 auch
andere Steuerelemente, beispielsweise Drucktasten für unterschiedliche
Bewegungsrichtungen vorgesehen sein können. Ferner kann
daran gedacht werden, den Sollabstand zwischen dem Röntgendetektor 11 und
der Röntgenröhre 2 sowie die Lage des
Röntgendetektors 11 bezüglich der Strahlungsachse
durch Eingabe eines Sollwerts in ein auf der Anzeige 18 angezeigten
Eingabefelds über die Tastatur 16 einzugeben.
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Unabhängig
vom verwendeten Steuermittel weist die hier beschriebene Röntgenanlage 1 den Vorteil
auf, dass die Variation des Abstands zwischen Röntgenröhre 2 und
Röntgendetektor 11 aus Sicht des Benutzers eine
eindimensionale Bewegung darstellt. Dem Benutzer wird somit nur
ein Freiheitsgrad angeboten, weshalb sich die Röntgenanlage 1 auf einfache
Weise bedienen lässt. Gleichermaßen werden dem
Benutzer für die Bewegung des Röntgendetektors 11 lediglich
zwei Freiheitsgrade angeboten, so dass auch die Bewegung des Röntgendetektors 11 auf
einfache Weise durchgeführt werden kann.
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Ferner
sei darauf hingewiesen, dass zur Verringerung des Abstands zwischen
Röntgenröhre 2 und Röntgendetektor 11 auch
eine Bewegung des Röntgendetektors 11 vorgesehen
sein kann. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn mit der Röntgenröhre 2 lediglich
Schwenkbewegungen ausgeführt werden können.
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Die
Bewegung des Röntgendetektors 11 und der Röntgenröhre 2 können
auch manuell oder kraftunterstützt erfolgen. Bei einer
manuellen oder kraftunterstützten Bewegung sorgen Stellmotoren
dafür, dass dem Benutzer für die Einstellung des
Abstands zwischen Röntgendetektor 11 und Röntgenröhre 2 ein
Freilauf mit einem Freiheitsgrad entlang der Strahlenachse 10 zur
Verfügung steht. Gleiches gilt für die Bewegung
quer zur Strahlenachse 10, die ebenfalls kraftunterstützt
oder manuell erfolgen kann. Dabei wird jedoch nur eine Bewegung
mit zwei Freiheitsgraden im rechten Winkel zur Strahlenachse zugelassen.
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Abschließend
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im
Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben
worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel
kombiniert werden können, außer wenn dies aus
Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
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Schließlich
wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und
in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt,
außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt.
Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl
der Singular als auch der Plural gemeint.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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