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Die
Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einem bewegbar
angeordneten C-Bogen gemäß dem Patentanspruch
1.
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Medizinische
Diagnose- und Interventionssysteme in der Angiographie, Kardiologie
und Neurologie nutzen heute meist einen sogenannten C-Bogen als
Komponententräger für die bildgebenden Komponenten
zur Röntgenerzeugung, -strahleinstellung und Bildaufnahme.
Zur Positionierung des C-Bogens können verschiedene Positioniervorrichtungen
verwendet werden, wobei zum Beispiel die Verwendung eines 6-Achs-Knickarmroboters
eine besonders flexible Positionierung erlaubt. Ein Problem bei
der Nutzung derartiger Systeme ist die Führung der notwendigen
Versorgungsleitungen in den C-Bogen, die u. a. Hochspannungsübertragungsleitungen,
Datenleitungen, Kühlflüssigkeitsleitungen, Stromversorgungsleitungen
und Sicherheitskreise umfasst. Häufig werden hier aufwändige
Deckenkonstruktionen benutzt, bei denen die entsprechenden Leitungen
mittels Deckenwagen gehalten und bei Bewegungen des C-Bogens mitgeführt
werden.
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Eine
deutliche Verbesserung der Flexibilität und Vereinfachung
der Kabelführung bringt der Einsatz von Schleifringen mit
sich, wie sie zum Beispiel auch in der Computertomographie eingesetzt
werden. Hier existieren für Daten- und Energieübertragungen
verschiedene Lösungen, zum Beispiel induktiv, kapazitiv,
als echte Schleifringe oder mittels Lichtwellenübertragung.
Auch für Fluid- und Druckluftübertragungen gibt
es bestehende Lösungen. Bei roboterbasierenden C-Bogen-Systemen
können Schleifringe vor allem im Bereich des Flansches
zwischen Roboter und C-Bogen eingesetzt werden; Kabel werden an
dem Roboter entlang geführt. Ein Problem bei dieser Implementierung
ist eine Hochspannungsübertragung zu einer im C-Bogen eingebauten Röntgenröhre,
da Hochspannungen von etwa 40 kV bis 150 kV notwendig sind. Schleifringe
zur Übertragung derartiger Spannungen müssen an
den Verbindungspunkt des Roboters mit dem C-Bogen (”Roboterflanschpunkt”)
angepasst sein. Dies führt bei den gegebenen Spannungen
z. B. aufgrund der einzuhaltenden hohen Isolationsabstände
zu massivem technischem Aufwand.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgensystem
mit einem bewegbar angeordneten C-Bogen bereitzustellen, welches
eine aufwandsarme, flexible und einfache Hochspannungsversorgung
der Komponenten des C-Bogens ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Röntgensystem mit einem bewegbar angeordneten C-Bogen
gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche 2
bis 15.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Röntgensystem mit
einem an einer Positioniervorrichtung bewegbar angeordneten C-Bogen
zur Halterung eines Aufnahmesystems mit einem Röntgendetektor
und einer Röntgenquelle (z. B. ein Röntgenstrahler
mit einer Röntgenröhre), aufweisend eine Hochspannungserzeugungseinrichtung
zur Versorgung des Aufnahmesystems mit Hochspannung, wobei das Röntgensystem
zumindest einen Schleifring zur Spannungsübertragung von
der Positioniervorrichtung auf den C-Bogen und einen Hochspannungstransformator
aufweist, ist der Hochspannungstransformator in oder auf dem C-Bogen
angeordnet. Dadurch kann zumeist die Spannungsübertragung
mittels des Schleifringes von einer Hochspannungs- auf eine Mittelspannungsübertragung
(z. B. Spannungen bis ca. 10 kV statt 150 kV) reduziert werden,
die technisch mit geringem Aufwand, insbesondere in der notwendigen
kleinen Bauform um den Roboterflanschpunkt herum, realisiert werden
kann. Durch die Anordnung des Hochspannungstransformators im oder
auf dem C-Bogen werden außerdem die notwendigen Hochspannungsleitungen
zwischen dem Hochspannungstransformator und der zu versorgenden
Komponente auf einen Bruchteil ihrer zuvor notwendigen Länge verringert,
z. B. von über 20 m auf etwa 1 m. Dadurch wird die parasitäre
Kabelkapazität verringert, so dass das Regelver halten und
die bildgebungstechnisch nicht nutzbare, störende Lade/Entladungskurve
der Hochspannungsleitung verbessert werden kann. Dadurch können
unter anderem auch kürzere Pulszeiten realisiert werden.
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Ein
Schleifring ist dabei ein Bauteil der Elektromechanik, welches zusammen
mit einer sogenannten Bürste einen Gleitkontakt bildet
und eine Spannungs- oder Signalübertragung von einem festen
zu einem rotierenden Gegenstand ermöglicht.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Positioniervorrichtung
von einem Roboterarm, insbesondere einem 6-Achs-Knickarmroboter,
gebildet. Roboterarme sind besonders geeignet für eine flexible
dreidimensionale Positionierung und insbesondere 6-Achs-Knickarmroboter
erlauben beliebige Positionen und Bewegungsbahnen.
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In
vorteilhafter Weise ist der Schleifring für eine Mittelspannungsübertragung
von der Positioniervorrichtung auf den C-Bogen ausgebildet. Derartige
mittelspannungsübertragungsfähige Schleifringe sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Zweckmäßigerweise
ist der Schleifring im Bereich eines Flanschpunktes zwischen dem
C-Bogen und der Positioniervorrichtung angeordnet. Im Falle eines
Knickarmroboters ist dies vor allem der Bereich der Handachse, welche
direkt an den C-Bogen angeflanscht ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochspannungstransformator
in seiner Form an den C-Bogen angepasst. Dies kann beispielsweise
so realisiert sein, dass der Hochspannungstransformator beidseitig
des Schleifringes in oder auf dem C-Bogen angeordnet ist, wobei
der Hochspannungstransformator aufgeteilt oder langgestreckt ausgebildet
ist. Eine derartige Aufteilung des Hochspannungstransformators links-
und rechtsseitig des Flanschpunktes gewährleistet eine
optimale Traglastverteilung in Bezug auf die Positioniervorrichtung,
um die Dynamik und Leistung nutzbarer Applikationen nicht unnötig
einzuschränken.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochspannungstransformator
in seiner Form an den Röntgenstrahler angepasst. Dies kann beispielsweise
so realisiert sein, dass der Hochspannungstransformator sich im
Gehäuse des Röntgenstrahlers befindet oder direkt
auf das Gehäuse des Röntgenstrahlers montiert
ist.
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Vorteilhafterweise
ist der Hochspannungstransformator vergossen, also in eine Vergusssubstanz
wie zum Beispiel Epoxidharz eingegossen. Eine derartige vergossene
Ausführung des Hochspannungstransformators ist besonders
kompakt realisierbar und vermeidet die Verwendung von Isolieröl, welches
möglicherweise eine Gefährdung für Patienten
darstellen kann.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochspannungstransformator
als kombinierter Spannungs- und Stromwandler ausgeführt. Eine
derartige Ausführung des Hochspannungstransformators ermöglicht
eine effiziente Ansteuerung von Emittern einer Röntgenröhre,
während über den Schleifring Mittelspannung übertragen
wird. Wenn die Röntgenröhre beispielsweise mit
sogenannten Flachemittern ausgeführt ist, können
die zur Ansteuerung der Flachemitter benötigten hohen Ströme
nahe der Röntgenröhre durch den als Stromwandler
ausgeführten Hochspannungstransformator generiert werden.
Dies vereinfacht z. B. die Leitungen vom Hochspannungsgenerator
zum Hochspannungstransformator, da diese Leitungen nicht für
die hohen Ströme für den Flachemitter ausgelegt
werden müssen. Zudem vereinfacht dies die Bauweise des Röntgenstrahlers,
welcher auf diese Weise keinen Bauraum für einen zusätzlichen
Stromwandler aufweisen muss.
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Eine
weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung besteht
darin, den Hochspannungstransformator als reinen Stromwandler auszuführen.
In diesem Fall muss zwar die volle Hochspannung vom Schleifring übertragen
werden; der Hochspannungstransformator dient jedoch zur Ansteuerung
der Emitter der Röntgenröhre, so dass die zur
Ansteuerung der Flachemitter benötig ten hohen Ströme
nahe der Röntgenröhre durch den als Stromwandler
ausgeführten Hochspannungstransformator generiert und damit
vereinfachte Leitungen vom Hochspannungsgenerator zum Hochspannungstransformator
verwendet werden können.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Messeinheit zur Messung der
Hochspannung in oder auf dem C-Bogen angeordnet. Eine derartige
Messeinheit kann zu Regelungszwecken verwendet werden, indem sie
den Istwert der Hochspannung ermittelt und diesen zur Regelung an
einen Hochspannungsgenerator übermittelt.
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In
vorteilhafter Weise für eine besonders kompakte und einfache
Hochspannungsversorgung des C-Bogens ist ein Wechselrichter zumindest
teilweise in oder auf dem C-Bogen angeordnet. Durch die Verlagerung
des Wechselrichters vom Generator direkt in den C-Bogen kann die
gesamte Hochspannungsregelung in den C-Bogen verlegt werden, so dass
die Übertragung mittels Schleifring dann eine reine Energieversorgung
zum Wechselrichter hin darstellt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem
zumindest einen Schleifring zur Daten-, Energie- und/oder Fluidübertragung
auf den C-Bogen auf. Die Übertragungen können
dabei über den bereits als Spannungsübertragung
genutzten Schleifring oder weitere Schleifringe durchgeführt
werden.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Röntgensystem
mit Schleifring und Hochspannungstransformator und
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2 eine
Seitenansicht eines Ausschnitts aus einem weiteren erfindungsgemäßes
Röntgensystem mit zusätzlichem Wechselrichter.
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In
der
1 ist ein erfindungsgemäßes Röntgensystem
mit einer Positioniervorrichtung in Form eines 6-Achs-Knickarmroboters
14,
einem von diesem verstellbar gehaltenen C-Bogen
10 und
einem im Bereich des Flansches
23 zwischen dem 6-Achs-Knickarmroboter
14 und
dem C-Bogen
10 angeordneten Schleifring
15 angeordnet.
Die Positionierung von C-Bögen mittels Roboterarmen und
insbesondere mittels eines 6-Achs-Knickarmroboters ist zum Beispiel
aus der Patentanmeldung
DE 10 2006 032 094 A1 bekannt. Der C-Bogen
ist dabei am Flansch einer Handachse des Knickarmroboters angeordnet.
Der C-Bogen
10 hält einen Röntgendetektor
11 und
einen Röntgenstrahler
12, welchem eine automatische
Blendenvorrichtung
13 vorgeschaltet sein kann. Insbesondere
der Röntgenstrahler
12 benötigt eine
Hochspannungsversorgung mit Spannungen zwischen 40 kV und 150 kV.
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Bei
bekannten Röntgensystemen ist außerhalb der Einheit
aus Knickarmroboter und C-Bogen in einem Schaltschrank eine Einheit
mit zumindest einem Hochspannungsgenerator, einem Hochspannungstransformator
und einem Wechselrichter angeordnet. Bei den bekannten Röntgensystemen
führt eine Hochspannungsleitung zum Knickarmroboter und
zum C-Bogen, im Allgemeinen mittels aufwändiger Deckenkonstruktionen
zur Halterung und Führung der Leitungen. Schleifringe zur
Hochspannungsübertragung sind obwohl aus anderen Technikbereichen
bekannt, in ihrer Dimensionierung nicht für derartige Röntgensysteme
verwendbar.
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Dieses
Problem wird von dem erfindungsgemäßen Röntgensystem
vor allem durch Anordnung eines Hochspannungstransformators 20 auf
dem C-Bogen 10 gelöst. Außerhalb der
Einheit aus Knickarmroboter und C-Bogen ist, beispielsweise in einem Schaltschrank,
ein Hochspannungsgenerator 19 angeordnet, der zusätzlich
auch einen Wechselrichter 22 aufweisen kann. In einer weiteren
Ausführung der Erfindung – in 2 gezeigt – kann
der Wechselrichter auch in dem C-Bogen 10 angeordnet sein.
Von dem Hochspannungsgenerator 19 führt eine wechselgerichtete
Mittelspannungsleitung 17 durch den Knickarmroboter oder
entlang des Knickarmroboters zu dem Schleifring 15. Mittels
des Schleifringes 15 wird die wechselgerichtete Mittelspannung
in bekannter Weise auf den beweglich angeordneten C-Bogen 10 übertragen
und dort in den ebenfalls auf oder in dem C-Bogen 10 angeordneten
Hochspannungstransformator 20 in Hochspannung umgewandelt.
Die Hochspannung wird dann mittels einer Hochspannungsleitung 24 an
die Röntgenröhre 12 übertragen.
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Der
Hochspannungstransformator 20 ist dabei möglichst
leicht und platzsparend ausgebildet und bevorzugt an die Form des
C-Bogens 10 angepasst, um keine zusätzlichen Bewegungseinschränkungen
für den C-Bogen 10 zu erzeugen. Bevorzugt erstreckt
sich der Hochspannungstransformator 20 beidseitig des Flansches 23 entlang
des C-Bogens 10. Er ist dabei aufgeteilt oder langgestreckt
ausgebildet und kann auch in einer zum Beispiel in Epoxidharz vergossenen
Ausführung gebildet sein.
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Die
Anordnung insbesondere des Hochspannungstransformators 20 auf
dem C-Bogen löst auf innovative und überraschende
Weise das Problem der Hochspannungsübertragung per Schleifring,
indem die Hochspannungsübertragung auf eine Mittelspannungsübertragung
reduziert und dadurch die Dimensionierung des benötigten
Schleifringes bei geringem Aufwand realisierbar ist.
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Das
Röntgensystem weist außerdem eine Systemsteuerung 18 zur
Ansteuerung und Bedienung auf. Zusätzlich kann zum Beispiel
eine weitere Leitung 16 durch den Knickarmroboter 14 vorgesehen
sein, welche ebenfalls anhand des Schleifringes 15 oder
eines weiteren zusätzlichen Schleifringes zum Beispiel
Daten auf den C-Bogen 10 überträgt.
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In
der 2 ist eine weitere Ausführung der Erfindung
gezeigt, bei welcher auch der Wechselrichter 22 sowie eine Messeinheit 21 zur
Messung der Hochspannung zu Regelungszwecken auf dem C-Bogen angeordnet
sind. Vorteilhaft ist dabei eine ausgewogene Verteilung der Komponenten
auf dem C-Bogen 10, um keine Unwuchten oder Geschwindigkeitseinschränkungen
zu erzeugen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wegen der durch den
Hochspannungstransformator und die übrigen Komponenten erhöhten
Traglast des C-Bogens 10, eine verstärkte Positioniervorrichtung
bzw. Knickarmroboter vorzusehen.
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Die
Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen:
Für eine aufwandsarme und flexible Hochspannungsversorgung
der Komponenten eines C-Bogens ist ein Röntgensystem mit
einem an einer Positioniervorrichtung bewegbar angeordneten C-Bogen
zur Halterung eines Aufnahmesystems mit einem Röntgendetektor
und einer Röntgenquelle, aufweisend eine Hochspannungserzeugungseinrichtung
zur Versorgung des Aufnahmesystems mit Hochspannung, wobei das Röntgensystem zumindest
einen Schleifring zur Spannungsübertragung von der Positioniervorrichtung
auf den C-Bogen und einen Hochspannungstransformator aufweist, wobei
der Hochspannungstransformator in oder auf dem C-Bogen angeordnet
ist, vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006032094
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