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Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einem mobilen Röntgenstrahlgerät. Das Röntgenstrahlgerät umfasst einen Grundträger und eine relativ zum Grundträger verfahrbare Röntgenquelle. Das Röntgensystem umfasst weiterhin einen mobilen Röntgendetektor. Der Röntgendetektor ist vom Röntgenstrahlgerät baulich getrennt, stellt also eine eigenständige Systemkomponente dar, welche völlig unabhängig von der Röntgenquelle positionierbar ist. Der Röntgendetektor ist z. B. mit dem Röntgenstrahlgerät nur über ein Anschlusskabel verbunden. Derartige Röntgensysteme werden auch als mobile Röntgensysteme bezeichnet, und sind z. B. unter dem Produktnamen „Mobilett Digital XP” der Fa. Siemens bekannt.
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Bei der Benutzung eines derartigen Röntgensystems an einem Patienten beziehungsweise der Aufnahme eines Röntgenbildes mit dem mobilen Röntgendetektor tritt häufig folgendes Problem auf: Der Detektor wird unter oder hinter dem Patienten platziert und ist damit visuell von einem Bediener des Röntgensystems, insbesondere des Röntgenstrahlgerätes, visuell nicht direkt sichtbar. Der Röntgenstrahler muss aber zur Bildaufnahme optimal auf den Röntgendetektor ausgerichtet sein, um einerseits eine optimale Röntgenaufnahme zu erzeugen und andererseits zu verhindern, dass Röntgenstrahlung nicht auf den Detektor fällt und damit z. B. in die Umgebung des Detektors abgegeben wird.
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Bei bisherigen derartigen Röntgensystemen kann eine erste Ausrichtung der Röntgenquelle auf den Röntgendetektor nur ungefähr, z. B. nach subjektiver Einschätzung des Bedieners erfolgen. Dies führt dazu, dass die akquirierten Röntgenbilder häufig nicht die gewünschten Organe oder Organregionen abbilden und mehrfache Röntgenaufnahmen erforderlich machen.
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Bekannt ist heute bei einem derartigen Röntgensystem eine abwechselnde Durchführung von Bildakquisition und Verschiebung des Detektors bzw. der Röntgenquelle, bis das gewünschte Ergebnis vorliegt. Diese Vorgehensweise führt einerseits zu einer Erhöhung der Röntgendosis für den Patienten und das Personal, andererseits zu einer Verlängerung der gesamten Aufnahmeprozedur und somit insgesamt zu einer Verringerung der Akzeptanz des mobilen Röntgensystems.
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Aus der
DE 10 2006 022 141.9 ist die Verwendung eines elektromagnetischen Navigationssystems zur optimalen Ausrichtung von Röntgenquelle und Röntgendetektor bekannt. Hier wird sowohl an der Röntgenquelle als auch am Röntgendetektor jeweils ein oder mehrere Marker (optische Marker oder Feldspule) des Navigationssystems angeordnet. Das eigentliche Navigationsgerät, also im elektromagnetischen Fall der Feldgenerator und im optischen Fall die Stereokamera, des Navigationssystems wird an einer optimalen Stelle im Raum positioniert und ermittelt die jeweiligen Relativpositionen und Orientierungen von Röntgenquelle und Röntgendetektor zum Navigationsgerät. Dies erlaubt gegebenenfalls, dass Röntgenröhre und/oder Röntgendetektor justiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Röntgensystem anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Röntgensystem gemäß Patentanspruch 1. Das Röntgensystem umfasst wie oben beschrieben ein Röntgenstrahlgerät mit Grundträger und Röntgenquelle und einen mobilen Röntgendetektor. Gemäß der Erfindung ist im Röntgenstrahlgerät ein Positionssensor angeordnet. Dieser ist derart ausgestaltet, das er zur Ermittlung der Relativlage von Röntgenquelle und Grundträger geeignet ist. Weiterhin umfasst das Röntgensystem eine am Grundträger angeordnete Aufnahme. In diese Aufnahme ist der Röntgendetektor derart einlegbar, dass er sich in einem definierten Einlegezustand in einer definierten Nulllage zum Grundträger befindet. Die Nulllage beschreibt also eine definierte räumliche Relativlage zum Grundträger. Weiterhin ist am Röntgendetektor ein Inertialsensor angebracht. Der Inertialsensor ist derart ausgebildet, dass er bei Entfernung des Röntgendetektors aus der Aufnahme, das heißt aus der Nulllage, die räumliche Positions- und Lageänderung des Röntgendetektors relativ zur Nulllage erfasst.
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Über den Positionssensor ist also die jeweilige aktuelle Relativlage von Röntgenquelle und Grundträger bekannt. Außerdem ist die Relativlage des Röntgendetektors in der Nullage bekannt. Damit ist die Relativlage von Röntgendetektor und Röntgenquelle bekannt.
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Nach der Entnahme des Röntgendetektors aus der Nullage wird dessen Positions- und Lageänderung verfolgt. Damit wird die Relativlage zur Röntgenquelle aktualisiert und ist auch weiterhin bekannt. Eine Änderung der Lage der Röntgenquelle relativ zum Röntgensystem wird zusätzlich über den Positionssensor verfolgt.
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Mit anderen Worten werden die vom Inertialsensor detektierten Positionsänderungen nach Art einer Integration in eine sich ändernde Relativposition übersetzt.
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Dadurch, dass so stets die Relativposition zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor bekannt ist, ergibt sich eine sehr einfache und workflowunterstützende Ausrichtung zwischen diesen beiden Systemkomponenten. Eine Fehlplatzierung und somit unnötige Röntgendosen für Patient und Personal können vermieden werden. Bei der Aufnahmeprozedur eines Röntgenbildes ergibt sich eine Zeitersparnis. Die Akzeptanz eines mobilen Röntgensystems wird durch Sicherstellen einer hohen Aufnahmequalität erhöht.
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Erfindungsgemäß wird also eine Erkennung der Relativlage zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor durchgeführt, welche besonders einfach und störungsunanfällig arbeitet. Entsprechende Positions- und Initialsensoren sind besonders einfach, störunanfällig und kostengünstig zu realisieren, wie weiter unten erläutert wird.
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Weder ist der Positionssensor noch der Inertialsensor also Teil eines oder vergleichbar mit einem herkömmlichen Navigationssystem, welches in der Regel außerdem stets absolute Raumpositionen ermitteln kann. Die verwendeten Sensoren unterscheiden sich von solchen Systemen grundsätzlich.
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Die Erfindung beruht damit auf der Grundlage, dass der Röntgendetektor vor seinem Einsatz in der Aufnahme einliegt bzw. zumindest kurz dort eingebracht wird. Zur beziehungsweise kurz vor Anfertigung einer Röntgenaufnahme wird er aus der definierten Nulllage entnommen, um kurze Zeit später den Röntgendetektor zur Röntgenaufnahme zu verwenden. Heutige Inertialsensoren können genau genug gebaut werden, um zur erforderlichen Dauer einer Röntgenaufnahme, also vom Zeitpunkt an, ab dem der Röntgendetektor aus der Aufnahme genommen wird bis zum Zeitpunkt der eigentlichen Bilderzeugung, die Positionsänderungen hinreichend genau zu verfolgen. So kann eine hinreichend genaue Relativlage von Röntgendetektor zum Grundträger ermittelt werden.
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Eine entsprechende Kalibrierung eines Röntgensystems auf die entsprechende Sensorik zur Abstimmung der einzelnen Koordinatensysteme von Inertialsensor und Positionssensor kann leicht entwickelt werden. Der Inertialsensor kann in der Nulllage zusammen mit seiner Sensorik ebenfalls leicht genullt werden.
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Die Kalibrierung des Röntgensystems erfolgt zum Beispiel durch mechanische Ausmessung oder Verwendung eines präzisen Navigationssystems bei der Herstellung des Röntgensystems einmalig, so dass ab diesen Zeitpunkt stets Position und Orientierung der Röntgenröhre relativ zum Grundträger beziehungsweise Chassis oder einem Fixpunkt an diesem bekannt ist.
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In einer ersten Ausführungsform ist der Positionssensor ein die Relativlage der Röntgenquelle zum Grundträger optisch oder mechanisch erfassender Sensor. Derartige Sensoren sind insbesondere im Gegensatz zu den oben genannten Navigationssystemen besonders einfach und störunanfällig zu realisieren.
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Insbesondere ist in einer weiteren Ausführungsform der Positionssensor ein Winkel- oder Längengeber. Entsprechende Geber lassen sich insbesondere mechanisch besonders einfach am Röntgenstrahlgerät anbringen, so dass die Relativlage einfach und störsicher erfassbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Röntgenstrahlgerät einen Tragarm auf, welcher die Röntgenquelle mit dem Grundträger verbindet. Alleine die Stellung des Tragarms bestimmt in dieser Ausführungsform die Relativlage von Röntgenquelle und Grundträger. Der Positionssensor ist dann ein die Stellung des Tragarms erfassender Positionssensor. Die Ermittlung der Relativposition von Röntgenquelle und Grundträger kann so auf die einfache Aufgabe verschoben werden, lediglich die aktuelle Stellung des Tragarms zu erfassen. Dies ist insbesondere mit den oben genannten Sensoren besonders einfach möglich.
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In einer Variante dieser Ausführungsform weist der Tragarm mindestens ein Gelenk auf, wobei wiederum alleine die Drehstellung des Gelenks die Relativlage von Röntgenquelle und Grundträger bestimmt. Der Positionssensor ist dann ein die Drehstellung des Gelenks erfassender Positionssensor. Hier eignen sich besonders Winkelgeber in den Gelenken, welche besonders einfach und präzise ausführbar sind. Die Gelenke erlauben hierbei eine rotatorische Bewegung. Analog sind auch Führungen mit entsprechender einfacher und präziser Sensorik denkbar, die alternativ oder zusätzlich eine translatorische Bewegung erlauben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Inertialsensor ein Beschleunigungs- und oder Lagesensor. Inertialsensoren weisen in der Regel eine gewisse Drift auf. In einer Ausführungsform werden, um Effekte durch Drift zu minimieren, mehr Sensoren als theoretisch erforderlich zur Erfassung der Positionsänderung verwendet. Hierdurch wird eine diversitäre Redundanz erzeugt. Die Kalibrierung des entsprechenden Inertialsensors geschieht in der Regel nur einmalig bei beziehungsweise nach Fertigstellung des Röntgensystems. Die Kalibrierung der Lage- und/oder Beschleunigungssensoren geschieht auch z. B. jeweils dann, wenn sich der Detektor in der Aufnahme befindet. Bei mehreren Sensoren geschieht dann eine relative Kalibrierung zueinander werksseitig.
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Die neuesten Generationen von Beschleunigungs- und Lagesensoren zeichnen sich durch eine geringe Drift aus, wobei hier weitere Verbesserungen in den nächsten Jahren noch zu erwarten sind. In der vergleichsweise kurzen Zeit der Positionierung des Röntgendetektors ist so der durch die Drift des Inertialsensors bedingte Sensorikfehler so gering wie möglich haltbar.
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In einer weiteren Ausführungsform ist im Röntgensystem ein beim Lösen des Röntgendetektors aus der Nulllage auslösender Signalgeber vorgesehen. Außerdem ist eine Steuerung zur Nullung des Inertialsensors bei Auslösen des Signalgebers vorgesehen. Ein entsprechender Signalgeber kann zum Beispiel eine Lichtschranke, ein Berührungsschalter oder ein kapazitiver oder induktiver Schalter sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Röntgensystem ein Sollwert für die Relativlage von Röntgenquelle und Röntgendetektor vorgegeben. Zum Beispiel entspricht dieser einer bestimmten Ausrichtung und einem bestimmten Abstand von Röntgenquelle und Röntgendetektor zueinander. Das Röntgensystem weist dann eine Anzeigeeinheit zur Anzeige des Istwertes und/oder der Differenz von Ist- und Sollwert der Relativlage auf. Zum Beispiel mittels eines Userinterfaces werden dann auf der Anzeige beispielsweise die Entfernung zwischen Detektor und Röntgenstrahler oder die Richtung und Orientierung einer möglichen Verschiebung geometrisch auf dem Monitor dargestellt; in der Regel in Form von Ist- und Sollwerten bzw. -positionen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Röntgenstrahlgerät einen die Relativlage von Röntgenquelle und Grundträger verändernden Aktor. Außerdem umfasst es eine Steuerung zum automatischen Verfahren der Röntgenquelle zum Sollwert der Relativlage von Röntgenquelle und Röntgendetektor. Mit anderen Worten werden also in den Bewegungsachsen des mobilen Röntgenstrahlgerätes nicht nur Positionssensoren zur Erkennung der Relativlage integriert, sondern auch zum Beispiel Motoren, die ein aktives Bewegen der Systemkomponenten ermöglichen. Dies erlaubt eine automatische Ausrichtung z. B. der Röntgenröhre relativ zu einem bereits positionierten Röntgendetektor.
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Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigt, in einer schematischen Prinzip Skizze:
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1 Ein erfindungsgemäßes Röntgensystem.
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1 zeigt ein Röntgensystem 2, umfassend ein mobiles Röntgenstrahlgerät 4 und einen baulich von diesem getrennten Röntgendetektor 6. Das Röntgenstrahlgerät 4 umfasst einen Grundträger 8, an welchem ein Tragarm 10 beweglich montiert ist. Am Ende des Tragarms 10 befindet sich eine Röntgenquelle 12. Die Röntgenquelle 12 ist durch Bewegung des Tragarms 10, und angedeutet durch die Pfeile 14, sowie durch Verschiebung des Grundträgers 8 auf einer Bodenfläche, z. B. in einem Operationssaal, nahezu frei im Raum beweglich, also verschiebbar, rotierbar, kippbar und so weiter. Zur Erhöhung der Flexibilität der Bewegung sind im Tragarm Gelenke 16 und/oder zusätzlich nicht dargestellte verschiebbare Elemente zur translatorischen Bewegung vorgesehen.
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Da der Röntgendetektor 6 ein eigenes und vom Röntgenstrahlgerät 4 unabhängiges Objekt darstellt, ist auch dieser, angedeutet durch Pfeile 14 nahezu frei im Raum bewegbar.
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Im Röntgenstrahlgerät 4 ist ein Positionssensor 18 integriert, welcher die Relativlage 26 zwischen Röntgenquelle 12 und Grundträger 8 ermittelt. Die Relativlage 26 ist hierbei auf einen Fixpunkt 28 im Grundträger 8 bezogen, in 1 symbolisch dargestellt durch ein Koordinatensystem.
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Am Grundträger 8 ist außerdem eine Aufnahme 20 vorgesehen, in welche der Röntgendetektor 6 in der in 1 gezeigten Nulllage 22 einlegbar ist. Die Relativposition des Röntgendetektors 8 zum Fixpunkt 28 in dessen Nulllage 22 ist also ebenfalls bekannt.
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Für eine Röntgenaufnahme eines nicht dargestellten Patienten wird der Röntgendetektor 6 aus seiner Nulllage 22 aus der Aufnahme 20 entfernt und führt die Positionsänderungen 24a–c durch, bis er in der in 1 gezeigten Endlage angelangt ist, in der die Röntgenaufnahme erfolgen soll. Die Positionsänderungen 24a–c werden von einem Inertialsensor 30 kontinuierlich erfasst, in 1 angedeutet durch drei aufeinanderfolgende Lageänderungen. Der Inertialsensor 30 ist im Röntgendetektor 6 angeordnet. Die einzelnen Positionsänderungen 24a–c werden ausgehend von der Nulllage 22 nach Art einer Integration aufsummiert, so dass aus diesen stets die Relativlage 32 zwischen Röntgendetektor 6 und Grundträger 8 bekannt ist. Auch die Relativlage 32 bezieht sich damit auf den Fixpunkt 28. Aus den Relativlagen 26 und 32 ist somit auch die Relativlage 34 zwischen Röntgendetektor 6 und Röntgenquelle 12 ermittelbar. Der Inertialsensor 30 kann hierbei lediglich Positionsänderungen, aber keine absoluten Positionen im Raum ermitteln.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erfasst der Positionssensor 18 die Relativlage 26 durch Erfassung der aktuellen Stellung des Tragarms 10, da dieser alleine die Relativposition der Röntgenquelle 12 gegenüber dem Grundträger 8 bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform sind hierfür in den jeweiligen Gelenken 16 Winkelgeber 36 platziert die die jeweiligen Drehstellungen 38 der Gelenke 16 erfassen. Diese Drehstellungen 38 erfassen jeweils sämtliche Freiheitsgrade der Gelenke 16 und beschreiben somit vollständig die aktuelle Relativlage 26.
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Im Grundträger 8 beziehungsweise der Aufnahme 20 ist außerdem ein Signalgeber 40 installiert, der auf eine Steuerung 42 einwirkt. Der Signalgebers 40 erzeugt dann ein Signal, wenn der Röntgendetektor 6 aus der Nullage 22 gelöst wird. Auf dieses Signal hin führt eine Steuerung 42 eine Nullung des Inertialsensor 30 durch. Damit werden alle vom Inertialsensor ab diesem Punkt ermittelten Positionsänderungen auf den Moment der Nullung bezogen, in dem sich der Röntgendetektor in der Nullage befindet. Die Relativposition als integrierte Positionsänderungen 24a–c bezieht sich so stets auf die Nulllage 22.
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An der Steuerung 42 ist eine Anzeigeeinheit 44 angeschlossen, die im einfachsten Fall die aktuell ermittelte Relativposition 34 anzeigt bzw. visualisiert. Die Relativposition 34 kann daher von einem nicht dargestellten Bediener des Röntgensystems 2 kontrolliert werden. So kann dieser zunächst im Raum an einem nicht dargestellten Patienten den Röntgendetektor 6 in einer gewünschten Lage fixieren. Anschließend kann er die Röntgenquelle 12 mit Hilfe der Anzeigeeinheit 44 so lange verschieben, bis die Relativposition 36 auf der Anzeigeeinheit 44 eine erwünschte Relativposition anzeigt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Röntgensystem 2 auch ein Sollwert 46 für die Relativposition 36 bekannt. Dieser bestimmt zum Beispiel eine zentrale Ausrichtung eines Röntgenkegels 48 auf den Röntgendetektor 6 bei einem festgelegtem Abstand zwischen beiden Elementen. Würde die aktuelle Relativposition 36 als Istwert 50 verstanden, so werden zum Beispiel Sollwert 46 und Istwert 50 auf der Anzeigeeinheit 44 angezeigt und die oben genannte Verschiebung kann so lange erfolgen, bis Sollwert 46 und Istwert 50 übereinstimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Tragarm 10 beziehungsweise dem Grundträger 8 Aktoren 52 vorgesehen, welche letzten Endes die Verschiebung der Röntgenquelle 12 entlang der Pfeile 14 bewerkstelligen. Im Grundträger 8 ist dann in der Steuerung 42, die Aktoren 52 wie folgt zu bedienen: Die Röntgenquelle 12 wird automatisch mit deren Hilfe so verschoben, bis der Istwert 50 der Relativposition 34 den Sollwert 40 erreicht. Mit anderen Worten erfolgt so eine automatische Positionierung der Röntgenquelle 12 bei fest positioniertem Röntgendetektor 6.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Röntgensystem
- 4
- Röntgenstrahlgerät
- 6
- Röntgendetektor
- 8
- Grundträger
- 10
- Tragarm
- 12
- Röntgenquelle
- 14
- Pfeil
- 16
- Gelenk
- 18
- Positionssensor
- 20
- Aufnahme
- 22
- Nulllage
- 24a–c
- Positionsänderung
- 26
- Relativlage
- 28
- Fixpunkt
- 30
- Inertialsensor
- 32, 34
- Relativlage
- 36
- Winkelgeber
- 38
- Drehstellung
- 40
- Signalgeber
- 42
- Steuerung
- 44
- Anzeigeeinheit
- 46
- Sollwert
- 48
- Röntgenkegel
- 50
- Istwert
- 52
- Aktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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