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Die
Erfindung betrifft einen Rotor, eine Gantry und ein Computertomographiegerät mit einem
Rotor, auf welchem Komponenten einer Aufnahmevorrichtung gehaltert
sind.
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Computertomographiegeräte ermöglichen die
Rekonstruktion von dreidimensionalen Schicht- oder Volumenbildern
eines Untersuchungsbereiches für
diagnostische Zwecke. Die Rekonstruktion eines Bildes erfolgt dabei
auf der Grundlage von Projektionen, die von dem Untersuchungsbereich
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen durch Rotation einer
Aufnahmevorrichtung gewonnen werden, so dass zur Rekonstruktion
eines Bildes Messdaten für Parallelprojektionen
aus einem Winkelbereich von mindestens 180 Grad plus Fächerwinkel
vorliegen. Zur Realisierung der Rotation der Aufnahmevorrichtung
weist das Computertomographiegerät
eine Gantry auf, welche einen stationären Drehrahmen und einen über eine
Drehlagerungsvorrichtung rotierbar angeordneten Rotor umfasst, auf
welchem die Aufnahmevorrichtung gehaltert ist. Der Rotor weist bekannter
Weise eine Rotorwand in Form einer Ringscheibe und einen an dessen
Außenumfang
umlaufenden Halterungsring zur Halterung der Komponenten der Aufnahmevorrichtung
auf.
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Zur
Vermeidung von Bewegungsartefakten in dem rekonstruierten Bild,
die aufgrund von Patienten- oder Organbewegungen entstehen können, ist man
bestrebt, das Zeitfenster zur Erfassung der zur Rekonstruktion benötigten Projektionen
durch Wahl von hohen Rotationsgeschwindigkeiten so klein wie möglich zu
wählen.
Bei den aktuellen Computertomographiegeräten werden Drehzahlen von 210 U/min
erreicht. In Zukunft sollen die Drehzahlen jedoch auf mindestens
300 U/min angehoben werden.
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Durch
die hohen Drehzahlen werden insbesondere die Verbindungen zwischen
den Komponenten der Aufnahmevorrichtung, insbesondere dem Röntgenstrahler
und dem Detektor, einerseits und dem Rotor andererseits mechanisch
stark belastet. Die Komponenten werden üblicherweise durch Punktverbindungen,
beispielsweise durch eine Schraubverbindung, an dem Rotor befestigt.
Durch die bei Rotation auftretenden Fliehkräfte werden im Bereich um die
Verbindungsstelle hohe Spannungswerte erzeugt. Ohne zusätzliche
stabilisierende Maßnahmen
in diesem Bereich würde
die Gefahr bestehen, dass bei einer Steigerung der Rotordrehzahl
die Verbindungen zerstört
und die Komponenten aus dem Rotor herausgeschleudert werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor, eine Gantry und
ein Computertomographiegerät
mit einem Rotor derart auszugestalten, dass die Gefahr eines Herausschleuderns
der Komponenten bei Rotation des Rotors auf einfache und sichere
Weise reduziert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis
7. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Gantry bzw. durch ein Computertomographiegerät gemäß den Merkmalen des
unabhängigen
Anspruchs 8 bzw. 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gantry sind Gegenstand des Unteranspruchs
9.
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Der
erfindungsgemäße Rotor
für eine
Gantry eines Computertomographiegerätes zur Halterung von Komponenten
einer Aufnahmevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor
für zumindest eine
der Komponenten eine Aussparung aufweist, welche so dimensioniert
ist, dass die Komponente in von einem Drehzentrum des Rotors wegführender Radialrichtung
einsetzbar und über
ein auf der Komponente vorgesehenes Anschlagmittel mit dem Rotor formschlüssig verbindbar
ist.
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Dieser
Formschluss wirkt also in Richtung der bei Rotation des Rotors entstehenden
Fliehkräfte,
so dass wirkungsvoll verhindert wird, dass die Komponente, beispielsweise
der Röntgenstrahler oder
der Detektor, bei Versagen einer Punktverbindung, beispielsweise
einer Schraubverbindung, aus dem Rotor herausgeschleudert wird.
Im einfachsten Fall wird der Formschluss durch ein Anschlagmittel
in Form einer der Komponente zugeordneten, über die Kontur der Komponente
herausragenden Kante hergestellt, die im eingesetzten Zustand unmittelbar
im Randbereich des Rotors um die Aussparung aufliegt. Die auf den
Formschluss wirkenden Kräfte
verteilen sich in diesem Fall über
eine ausgedehnte Fläche,
so dass lokal nur geringe Spannungswerte im Bereich der Formschlussverbindung
auftreten. Dadurch wird die Gefahr eines Herausschleuderns weiter
herabgesetzt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor
in einem Bereich um die Aussparung einen Verbundwerkstoff auf, welcher
als Verstärkungsmaterial
Fasern und/oder Partikel umfasst. Durch eine gezielte Verstärkung des
Randes wird die Gefahr eines Brechens oder Reißens der Rotorstruktur reduziert.
Darüber
hinaus kann auf eine zusätzliche
Aufdickung in diesem Bereich verzichtet werden, wodurch eine Gewichtseinsparung
bewirkt wird. Eine Verstärkung
kann vorteilhaft auch durch Integration von vorgefertigten Formkörpern im
Randbereich um die Aussparung bewirkt werden. Der Verbundwerkstoff
weist als Matrix vorzugsweise eine Metallmatrix oder eine Polymermatrix
auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor
eine Rotorwand in Form einer Ringscheibe und einen in Umfangsrichtung
der Ringscheibe vorgesehenen umlaufenden Halterungsring auf, in
welchem die Aussparungen eingebracht sind. Der Halterungsring ist
vorteilhaft an dem Außenumfang
der Ringscheibe umlaufend angeordnet. In einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist der Halterungsring jedoch an dem
Innenumfang der Ringscheibe umlaufend angeordnet. Dadurch, dass
die Komponenten der Aufnahmevorrichtung, insbesondere der Röntgenstrahler
und der Detektor mit hohen Rotationsmassen, und die Drehlagerungsvorrichtung
auf demsel ben Bauteil, nämlich
auf dem Halterungsring gelagert sind, kann in diesem Fall ein Teil
der bei Rotation des Rotors entstehenden Fliehkräfte lagerungsnah in die Drehlagerungsvorrichtung des
Rotors eingeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Verformung
der Gantry weitgehend vermieden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sind
in den folgenden schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 In
perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Rotor mit einem um den
Innenumfang der Ringscheibe umlaufenden Halterungsring, welcher
Aussparungen zu Aufnahme von Komponenten aufweist und
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2 in
Explosionsdarstellung einen Ausschnitt des Halterungsringes im Bereich
einer Aussparung und eine in der Aussparung zu halternde Komponente.
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In 1 ist
in perspektivischer Ansicht ein Rotor 1 für eine Gantry
eines Computertomographiegeräts
zur Halterung von Komponenten 2, beispielsweise von einer
Aufnahmevorrichtung, gezeigt. Der Rotor 1 weist eine Rotorwand
in Form einer Ringscheibe 6 und einen an dessen Innenumfang
umlaufenden Halterungsring 7 auf. In dem Halterungsring 7 sind
erfindungsgemäß Aussparungen 3 eingebracht, in
welche die Komponenten 2 eingesetzt und gehaltert werden
können.
Die Aussparungen 3 sind so dimensioniert, dass die jeweiligen
Komponenten 2 in von einem Drehzentrum 4 des Rotors 1 wegführender
Radialrichtung einsetzbar und über
ein auf der Komponente 2 vorgesehenes Anschlagmittel 5 mit dem
Rotor 1 formschlüssig
verbindbar sind. Bei eingesetzter Komponente 2 wirkt der
Formschluss also in Richtung der bei Rotation des Rotors 1 entstehenden
Fliehkräfte,
so dass auch bei Versagen einer zwischen der Komponente 2 und
dem Rotor 1 bestehenden Punktverbindung, beispielsweise
einer Schraubverbindung, das Herausschleudern der Komponente 2 aus
dem Bereich des Rotors 1 verhindert wird.
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Der
Rotor 1 weist darüber
hinaus eine in diesem Ausführungsbeispiel
nicht gezeigte Drehlagerungsvorrichtung auf, die mit einem stationären Teil einer
Gantry so zusammenwirkt, dass der Rotor 1 drehbar gelagert
ist. Die Drehlagerungsvorrichtung ist dabei umlaufend um den Innenumfang
des Halterungsrings 7 angeordnet. Auf diese Weise werden die
bei Rotation entstehenden Fliehkräfte lagerungsnah über die
Drehlagerungsvorrichtung auf den stationären Teil der Gantry übertragen.
Aufgrund des kurzen Kraftflusses kommt es daher zu keiner die Bildqualität eines
erzeugten tomographischen Bildes beeinträchtigenden Verformung des Rotors 1.
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Durch
den in Richtung der Fliehkräfte
wirkenden Formschluss zwischen der Komponente 2 und dem
Rotor 1 kann auf eine zusätzliche Maßnahme zur Verhinderung des
Herausschleuderns der Komponente 2 aus dem Bereich des
Rotors 1 verzichtet werden. So wird insbesondere ein um
den Außenumfang
der Ringscheibe 6 verlaufender Abschirmring nicht mehr
benötigt,
der in der Vergangenheit dazu diente, sich von dem Rotor 1 lösende Bauteile
abzufangen.
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Im
einfachsten Fall weist die Komponente 2 als Anschlagmittel 5 eine
in 2 gezeigte, um die Kontur der Komponente 2 verlaufende
Kante 8 auf, die im eingesetzten Zustand unmittelbar im
Randbereich 9 des Rotors 1 um die Aussparung 3 aufliegt. Aufgrund
der flächenhaften
Ausdehnung der Kante 8 reduziert sich die pro Flächeneinheit
wirkende Kraft bei Rotation des Rotors 1 im Bereich der
Verbindungsstelle. Somit treten nur geringe Spannungswerte im Bereich
des Formschlusses auf und die Gefahr eines Herausschleuderns wird
weiter herabgesetzt.
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Eine
Verstärkung
des Randbereichs 9 um die Aussparung 3 kann auf
unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise
wäre es
denkbar, dass in dem Randbereich 9 des Halterungsrings 7 ein
Verbundwerkstoff eingesetzt wird, der als Verstärkungsmaterial Fasern und/oder
Partikel aufweist.
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Durch
diese gezielte Verstärkung
des Randes wird insbesondere die Gefahr eines Brechens oder Reißens der
Rotorstruktur auch bei hohen Drehzahlen des Rotors 1 reduziert.
Der Verbundwerkstoff in dem Randbereich 9 kann beispielsweise
durch Integration von vorgefertigten Formkörpern in die Struktur des Halterungsrings 7 eingebracht
werden. Die Verwendung von Formkörpern
hat den Vorteil, dass sich die Verbundwerkstoffe aufgrund der geringen
Ausdehnung der Körper
unter optimalen Bedingungen zur Erzielung einer spezifischen Ausrichtung der
Fasern oder zur Erzielung einer vorgegebenen Verteilung der Partikel
herstellen lassen. Durch diese Art der zusätzlichen Verstärkung kann
somit auf ein Aufdicken in dem Randbereich 9 in der Regel
verzichtet werden, wodurch eine Gewichtseinsparung bewirkt wird.
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Komponenten 2,
welche über
einen zuvor beschriebenen Formschluss auf dem Halterungsring 7 gehaltert
werden, sind beispielsweise ein Detektor oder ein Röntgenstrahler
der Aufnahmevorrichtung oder andere Komponenten, die zum Betrieb
der Aufnahmevorrichtung oder zum Betrieb einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des
Rotors 1 notwendig sind.
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Die 2 zeigt
in einer Explosionsdarstellung einen Ausschnitt des Halterungsrings 7 im
Bereich einer Aussparung 3 und eine in der Aussparung 3 zu
halternde Komponente 2 in einer Montageposition. So wie
durch den Pfeil angedeutet, ist die Komponente 2 von dem
Drehzentrum des Rotors 1 wegführender Radialrichtung bzw.
in Richtung der bei Rotation des Rotors 1 wirkenden Fliehkräfte in die
Aussparung 3 einsetzbar. Die Aussparung 3 ist
dabei so dimensioniert, dass beim Einsetzen der Komponente die Außenkontur
der Komponente zumindest abschnittsweise im Wesentlichen an dem
Randbereich 9 der durch die Aussparung gebildeten Öffnung anliegt.
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Die
Komponente 2 weist ein Anschlagmittel 5 in Form
einer über
die Kontur hervorstehenden Kante 8 auf, welche in der Halteposition
der Komponente 2 einen Formschluss mit dem Rotor 1 bzw.
mit dem Randbereich 9 bildet. Die Kante 8 liegt bei
hergestelltem Formschluss somit unmittelbar auf der Struktur des
Rotors 1 auf.
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Zur
Fixierung der Komponente in der Halteposition sind zusätzliche
Verbindungsmittel vorgesehen. Im Fall dieses konkreten Ausführungsbeispiels stellen
die Verbindungsmittel Punktverbindungen in Form von Schraubverbindungen
dar. Zu diesem Zweck weist das Anschlagmittel 5 der Komponente 2 Bohrungen 10 auf,
die in Halteposition korrespondierenden Bohrungen 11 in
der Struktur des Rotors 1 gegenüberliegend angeordnet sind.
Durch diese Bohrungen 10, 11 sind beispielsweise
Schrauben zur Fixierung der Komponente einsetzbar. Die Bohrungen 10, 11 können so
ausgestaltet sein, dass Formelemente mit Gewinden zur einfachen
Fixierung einsetzbar sind. Damit eine spanende Bearbeitung des Rotors 1 und
des Anschlagmittels 5 möglich
ist, können im
Bereich der Bohrungen Inserts aus einer Metalllegierung, beispielsweise
aus einer Aluminiumlegierung, vorgesehen sein.
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Darüber hinaus
wäre es
denkbar, dass die Komponente 5 zusätzlich mit der Rotorwand bzw.
der Ringscheibe 6 über
ein entsprechendes Verbindungsmittel gekoppelt ist. Auf diese Weise
ist eine verbesserte Fixierung der Komponente 2 mit dem Rotor 1 realisierbar.
Darüber
hinaus kann eine zusätzliche
Verbindung zur Rotorwand dazu beitragen, dass die Steifigkeit der
Rotorstruktur erhöht
wird. In diesem Fall stellt die Komponente 2 nämlich ein
Verbindungselement zwischen Rotorwand und Halterungsring dar, mit
dem ein Teil der bei Rotation entstehenden Kräfte in verbesserter Form in
die Drehlagerungsvorrichtung einleitbar ist. Durch dieses Verbindungselement
wird somit der Weg des Kraftflusses reduziert, was zusätzlich zu
einer Erhöhung
der Steifigkeit des Rotors beiträgt.
Somit lassen sich also höhere
Rotordrehzahlen realisieren, ohne dass signifikante Verformungen
auftreten, die zu einer Beeinträchtigung
der Bildqualität
in den erzeugten tomographischen Bildern führen.
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Zusammenfassend
kann Folgendes gesagt werden:
Die Erfindung betrifft einen
Rotor 1, eine Gantry und ein Computertomographiegerät mit einem
Rotor 1, wobei der Rotor 1 zur Halterung zumindest
einer Komponente 2 einer Aufnahmevorrichtung eine Aussparung 3 aufweist,
welche so dimensioniert ist, dass die Komponente 2 in von
einem Drehzentrum 4 des Rotors 1 wegführender
Radialrichtung einsetzbar und über
ein auf der Komponente 2 vorgesehenes Anschlagmittel 5 mit
dem Rotor 1 formschlüssig
verbindbar ist. Dieser Formschluss wirkt also in Richtung der bei
Rotation des Rotors 1 entstehenden Fliehkräfte, so
dass auch bei Versagen einer Punktverbindung, beispielsweise einer
Schraubverbindung, zwischen dem Rotor 1 und der Komponente 2 ein
Herausschleudern der Komponente 2 aus dem Rotor 1 wirkungsvoll
verhindert wird.