-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät, insbesondere ein Röntgen-C-Bogengerät.
-
Zur bildgebenden Erfassung von dreidimensionalen Strukturen im Inneren von geschlossenen Körpern (d. h. Lebewesen oder Gegenständen) werden, insbesondere in der Medizin, häufig auf Röntgenstrahlung basierende tomographische Verfahren eingesetzt. Hierunter fällt beispielsweise die Rotationsangiographie.
-
Hierfür werden z. B. mittels eines Rotationsangiographen unter einer Vielzahl von verschiedenen Projektionswinkeln Durchstrahlungsbilder der abzubildenden Körperregion aufgenommen, aus denen mittels mathematischer Rückprojektions-Algorithmen ein dreidimensionales Abbild der Körperregion berechnet wird. Ein solcher Rotationsangiograph umfasst als Bildkette eine Röntgenquelle und einen zugehörigen (Röntgen-)Detektor, zwischen denen der Körper positioniert wird. Die Bildkette wird während der Bildaufnahme um den Körper rotiert. Zusätzlich werden die Bildkette und der Körper oft relativ zueinander entlang einer Längsrichtung des Körpers verschoben.
-
In der Medizin und insbesondere in der Rotationsangiographie wird als Halterung für die Bildkette, also die Röntgenquelle und den Röntgendetektor, vorwiegend ein sogenannter C-Bogen eingesetzt. Dieser stellt einen im Wesentlichen einem Buchstaben C nachgebildeten Rahmen dar, an dessen beiden Enden die Röntgenquelle und der Detektor gegenüberliegend angebracht sind. Der C-Bogen ist beweglich an einem Sockel angebracht und kann gegenüber dem Sockel üblicherweise sowohl um eine horizontale Drehachse rotiert als auch entlang der Bogenlinie verschwenkt oder verschoben werden. In modernen C-Bogen-Systemen umfasst der Sockel hierfür einen Roboterarm, an dessen Ende der C-Bogen montiert ist. Der Roboterarm gewährleistet einen hohen Grad an Bewegungsfreiheit des C-Bogens.
-
Für schnelle und präzise Aufnahmen sind insbesondere im medizinischen Bereich hohe Rotations- und Verfahrgeschwindigkeiten der Bildkette vorteilhaft. Zudem ist häufig eine körpernahe Positionierung der Röntgenquelle oder des Detektors vorteilhaft oder sogar notwendig. Die körpernahe Positionierung der Bildkette birgt allerdings ein erhöhtes Risiko einer Kollision der Halterung mit einem anderen Untersuchungsgerät, dem Patienten oder einer Bedienperson, die angesichts der schnellen Rotation der Bildkette mit einem erheblichen Gefährdungspotential verbunden ist. Dies betrifft insbesondere C-Bogengeräte.
-
Röntgengeräte mit mechanischem Kollisionsschutz für den Patienten sind beispielsweise aus
DE 10 2007 025 935 A1 bekannt. Um eine Führung der Röntgenquelle oder des Detektors eng am Körper des Patienten (sogenanntes „body contouring”) zu ermöglichen, sind des Weiteren bereits Systeme mit Sensoren zur Erkennung des Körpers bekannt, beispielsweise aus
DE 10 2005 023 165 A1 . Hier sind optische Bilderfassungssysteme zur Erkennung einer Annäherung des C-Bogens an den Patienten vorgesehen. Weiterhin sind zum Schutz des Patienten vor Kollisionen auch kapazitive Näherungssensoren bekannt. Ein Nachteil dieser Sensoren ist aber, dass die sensitiven Flächen dieser Sensoren normalerweise aus Elektroden aus metallischen Schichten auf Leiterplatten gebildet sind, die – wenn sie im Strahlengang angeordnet sind – eine starke Schwächung der Röntgenstrahlung hervorrufen.
-
Solche Sensoren sind daher oft nur außerhalb der Detektorfläche bzw. der bestrahlten Fläche angeordnet, was aber wiederum die nachteilige Folge haben kann, dass Kollisionen in der Nähe des Strahlengangs und der bestrahlten Detektorfläche unter Umständen nicht, oder zumindest nicht sicher erkannt werden können. In der
US 2001/0031039 A1 wird ein Sensor angegeben, der im Strahlengang angeordnet ist und dessen leitende Schicht derart dünn ausgeführt ist, dass sie nahezu röntgentransparent ist.
-
In „IT Wissen – Das große Online-Lexikon für Informationstechnologie: Polytronik”; 2009 (url: http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Polytronik.html; abgerufen am 23.08.2012) ist des Weiteren angeführt, dass aus leitfähigen Kunststoffen Sensoren hergestellt werden können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgengerät anzugeben, das eine Annäherung eines Körpers auch innerhalb und in der näheren Umgebung des Strahlengangs mit hoher Sicherheit erkennt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst das Röntgengerät eine Röntgenquelle und einen dieser mit Abstand gegenüberliegenden (Röntgen-)Detektor. Das Röntgengerät weist überdies einen Halterahmen auf, insbesondere einen C-Bogen, an dem die Röntgenquelle und der Detektor beweglich gehaltert sind. Weiterhin umfasst das Röntgengerät ein Sensorsystem zur Erkennung einer Annährung eines Körpers. Das Sensorsystem weist erfindungsgemäß mindestens einen in einem Strahlengang zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor angeordneten flächigen Sensor aus röntgentransparentem Material auf. Vorzugsweise ist der Sensor ein kapazitiver Näherungssensor.
-
Der Sensor kann dabei, entlang des Strahlengangs gesehen, der Röntgenquelle oder dem Detektor vorgeschaltet sein. Insbesondere können sowohl vor der Röntgenquelle als auch vor dem Detektor Sensoren angeordnet sein. Durch die Anordnung des mindestens einen Sensors im Strahlengang kann die Annäherung eines Körpers an den Detektor bzw. den Röntgenstrahler auch innerhalb des Strahlengangs präzise erkannt werden, so dass gegebenenfalls, insbesondere wenn ein festgelegter Abstand zwischen dem Körper und dem Sensor unterschritten wird, eine kollisionsverhindernde Maßnahme, insbesondere eine Ausweichbewegung des Röntgengeräts oder ein Notstopp der Bewegung eingeleitet werden kann.
-
Durch die Röntgentransparenz des Sensormaterials werden hierbei negative Auswirkungen auf die Bildqualität oder eine zur Erhaltung der Bildqualität notwendige Erhöhung der Röntgendosis vermieden.
-
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung ist der Sensor aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, insbesondere einem kohlenstofffaserverstärkten (Verbund-)Kunststoff (nachfolgend kurz: CFK), gebildet.
-
Vorteile der Ausführung in CFK sind eine hohe mechanische Stabilität, eine Desinfektionsmittelbeständigkeit und der gleichzeitig sehr kleine Faserdurchmesser der Kohlenstofffasern (nachfolgend kurz: C-Fasern), der eine besonders homogene Materialgestaltung ermöglicht. Besonders vorteilhaft für die vorliegende Anwendung ist dabei des Weiteren die hohe Röntgentransparenz von Kohlenstoff, insbesondere von C-Fasern. Anstelle von CFK können grundsätzlich aber auch andere elektrisch leitfähig ausgestattete, röntgentransparente Kunststoffe, wie beispielsweise rußgefüllte Kunststoffe, als Sensormaterial eingesetzt werden.
-
Alternativ ist der Sensor durch eine elektrisch leitfähige und röntgentransparente (Kunststoff-)Beschichtung, insbesondere ein Lack, gebildet, mit der ein röntgentransparentes, und insbesondere elektrisch nicht leitfähiges, Material zumindest teilweise überzogen ist. Beispielweise ist der Sensor hierbei durch eine rußgefüllte Lackschicht auf einer Kunststoffplatte, insbesondere Polycarbonat, gebildet.
-
Der Sensor ist bündig in die Gehäusewand des Detektors und/oder der Röntgenquelle oder des Halterahmens eingelassen, so dass zwischen dem Sensor und der umgebenden Gehäusewand ein glatter Übergang gebildet ist. Der Sensor ist insbesondere als Teil eines vor dem Detektor und/oder der Röntgenquelle angeordneten Strahlenfensters der Gehäusewand ausgeführt. Die Anordnung des Sensorsystems ist dabei so gestaltet, dass die Sensorflächen im Strahlengang eine homogene, röntgentransparente Oberfläche bilden. Vorzugsweise sind der Sensor und die Gehäusewand hierfür auch innerhalb ihrer jeweiligen Fläche beidseitig, also auf einer der Gehäuseaußenseite jeweils zu- und abgewandten Seite, mit glatter (stufen- oder konturloser) Oberfläche ausgeführt. Auf diese Weise werden sprunghafte Änderungen der durch die Gehäusewand inkl. des Sensors verursachten Röntgenabschwächung und damit verbundene Bildartefakte vermieden.
-
Vorzugsweise weisen dabei der Sensor und die diesen umgebende Gehäusewand eine zumindest annähernd gleiche Röntgenabschwächung auf. Hierdurch ergibt sich eine für Röntgenstrahlen näherungsweise homogene Struktur, die auf dem Röntgenbild nicht abgebildet wird. Somit werden durch den in den Strahlengang ragenden Sensor keine Störmuster in den Bilddaten (Bildartefakte) erzeugt.
-
In besonders zweckmäßiger Ausführung sind die umgebende Gehäusewand und der Sensor dabei aus dem gleichen Material gebildet.
-
Weiterhin sind der Sensor und die Gehäusewand derart ausgeführt, dass der Sensor an dem Übergang zur Gehäusewand – in Strahlrichtung der Röntgenstrahlung gesehen – mit der Gehäusewand überlappt. Mit anderen Worten ist die Trennfläche zwischen der Sensorfläche und der umgebenden Gehäusewand derart ausgeführt, dass sie nicht parallel zur Strahlrichtung verläuft, sondern gegenüber der Strahlrichtung angestellt ist, so dass die Röntgenstrahlung diese Trennfläche schneidet. Durch die Überlappung der Sensorfläche mit der umgebenden Gehäusewand wird – wiederum in Strahlrichtung gesehen – ein abrupter Übergang zwischen der Sensorfläche und der umgebenden Gehäusewand vermieden. Diese Ausgestaltung der Gehäusewand und des Sensors verhindert wiederum sprunghafte Änderungen der durch diese verursachten Röntgenabschwächung, und dient somit ebenfalls der Vermeidung von Bildartefakten.
-
Zur Realisierung des Überlapps des Sensors mit der umgebenden Gehäusewand ist in besonders einfacher Ausführung die Trennfläche des Sensors und der Gehäusewand, die am Übergang des Sensors zu der umgebenden Gehäusewand gebildet ist, abgestuft ausgebildet. Die abgestufte Trennfläche des Sensors ist dabei komplementär zu der Trennfläche der Gehäusewand ausgebildet, so dass der Sensor und die Gehäusewand bündig ineinander greifen.
-
In einer zur Vermeidung von Bildartefakten noch besseren Ausführungsvariante ist die Trennfläche zwischen dem Sensor und der umgebenden Gehäusewand abgeschrägt und somit insbesondere auch schräg zur Strahlrichtung der Röntgenstrahlung ausgerichtet. Die Trennfläche ist dabei beispielsweise in einem Winkel von 45 Grad abgeschrägt. Durch die schräge Trennfläche geht der Sensor quer zur Strahlrichtung allmählich oder kontinuierlich in die umgebende Gehäusewand über, so dass sich auch die durch die Gehäusewand und den Sensor verursachte Röntgenabschwächung am Übergang zwischen dem Sensor und der umgebenden Gehäusewand kontinuierlich ändert. Zudem werden durch den schrägen Verlauf der Trennfläche Kanten und in Strahlrichtung verlaufende Trennflächenabschnitte vermieden, die eine Streuung, Beugung oder Brechung der Röntgenstrahlung hervorrufen und infolgedessen auf der Röntgen-Abbildung sichtbar sein können. Um einen möglichst großflächigen Übergang zwischen dem Sensor und der Gehäusewand zu erreichen, ist alternativ eine Trennfläche, die mit einem Winkel kleiner 45 Grad abgeschrägt ist, zweckmäßig.
-
Die Strahlrichtung entspricht insbesondere etwa der Normalenrichtung einer der Gehäuseaußenseite zugewandten Oberfläche der Gehäusewand. Die Gehäusewand ist also – mit anderen Worten – zweckmäßigerweise derart ausgerichtet, dass die Röntgenstrahlung etwa unter einem rechten Winkel auf die Gehäuseoberfläche auftrifft.
-
In bevorzugter Ausführung ist der Sensor außerhalb des Strahlengangs mit einer Auswerteelektronik elektrisch kontaktiert. Mit anderen Worten ist eine Kontaktstelle, an der der Sensor mit der Auswerteelektronik oder einer elektrischen Zuleitung derselben kontaktiert ist, außerhalb des Strahlengangs angeordnet. Dies ist auf einfache Weise beispielsweise dadurch sichergestellt, dass der Sensor über den Strahlengang hinausragt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Kontaktstelle, die regelmäßig eine höhere Röntgenabschwächung als der Sensor bzw. die Gehäusewand aufweist, nicht als Bildartefakt auf dem Detektor abgebildet wird.
-
Die Kontaktstelle kann unmittelbar in der Sensorfläche liegen. Insbesondere wenn die Sensorfläche vollständig im Strahlengang liegt, ist der Sensor aber vorteilhafterweise über eine, vorzugsweise geschirmte, Leiterbahn mit einer außerhalb des Strahlengangs angeordneten Kontaktstelle verbunden. Durch die optionale Schirmung der Leiterbahn wird vermieden, dass die Leiterbahn selbst als Teil des Sensors wirkt und somit das Messsignal verfälscht. Vielmehr übt die Leiterbahn infolge der Schirmung lediglich einen zeitlich konstanten Einfluss auf das Messsignal des Sensors aus, der messtechnisch durch Kompensation eliminiert werden kann.
-
Diese Leiterbahn ist vorzugsweise durch das gleiche Material wie der Sensor gebildet. Insbesondere kann die Leiterbahn im Rahmen der Erfindung einstückig (d. h. monolithisch) mit dem zugehörigen Sensor verbunden sein.
-
In vorteilhafter Ausführung ist dem Sensor gehäuseinnenseitig eine weitere Elektrode unterlegt. Diese weitere Elektrode erstreckt sich flächig hinter dem Sensor und steht seitlich über diesen über. Durch diese weitere Elektrode wird bestimmungsgemäß ein elektrisches Messfeld aufgebaut, das durch den Sensor detektierbar ist. Diese weitere Elektrode ist daher auch als Sendeelektrode bezeichnet.
-
Das Messfeld ist beispielsweise durch eine an der Sendeelektrode angelegte Wechselspannung von etwa 8 V bei einer Frequenz von 1 kHz erzeugt.
-
Der Sensor und die Sendeelektrode sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt. Grundsätzlich kann die Sendeelektrode auch aus einem anderen elektrisch leitfähigen und röntgentransparenten Material, insbesondere aber wiederum aus einem leitfähigen Kunststoff, gefertigt sein.
-
Um mittels des Sensorsystems die Annäherung eines Körpers ortsaufgelöst erfassen zu können sowie um kleine Körper besser detektieren zu können, umfasst das Sensorsystem in einer vorteilhaften Bauform mindestens zwei, bevorzugt eine Vielzahl von Sensoren, von denen insbesondere auch mehrere Sensoren nebeneinander im Strahlengang angeordnet sind. Diese Sensoren können im Rahmen der Erfindung unmittelbar aneinandergrenzen, d. h. von einer Isolierschicht abgesehen ohne nennenswerten Zwischenraum nebeneinander angeordnet sein. In diesem Fall sind die zwischen benachbarten Sensoren gebildeten Trennflächen zur Vermeidung von Bildartefakten vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die benachbarten Sensoren – in Strahlrichtung gesehen – überlappen.
-
Alternativ hierzu ist zwischen benachbarten Sensoren durch die Gehäusewand ein nicht-sensitiver Trennsteg gebildet. Ein solcher Trennsteg kann insbesondere sinnvoll sein um die Messbereiche der einzelnen Sensoren besser voneinander trennen zu können und eine gegenseitige Beeinflussung der Sensoren zu vermeiden. In diesem Fall sind die jeweils zwischen den Sensoren und dem Trennsteg gebildeten Trennflächen vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Sensoren – in Strahlrichtung gesehen – mit dem Trennsteg überlappen.
-
Ein zwischen zwei Sensoren gebildeter Trennsteg kann im Rahmen der Erfindung insbesondere zur Führung einer Leiterbahn verwendet werden, über die ein weiterer Sensor mit einer außerhalb des Strahlengangs angeordneten Kontaktstelle verbunden ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems, in der letzteres eine Vielzahl von Sensoren in einer matrix- oder gitterartigen Anordnung enthält. Bei dieser Ausführungsform ist regelmäßig mindestens ein Sensor mittig in einem Sensorfeld angeordnet und allseitig von anderen Sensoren umgeben. Dieser mittige Sensor oder jeder dieser mittigen Sensoren wird dabei vorteilhafterweise durch eine Leiterbahn, die in einem der die Sensoren trennenden Trennstege geführt ist, mit einer außerhalb des Strahlengangs liegenden Kontaktstelle verbunden. Der Trennsteg selbst ist dabei vorzugsweise als Abschirmung für die in ihm geführte Leiterbahn ausgebildet.
-
Zweckmäßigerweise ist der oder jeder Sensor gegenüber der umgebenden Gehäusewand, einem angrenzenden weiteren Sensor oder der gegebenenfalls vorhandenen Sendeelektrode durch eine dünne Isolierschicht galvanisch getrennt bzw. elektrisch isoliert. Diese Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem Material, das einen zumindest annähernd gleichen Röntgen-Absorptionskoeffizienten wie der Sensor bzw. die Gehäusewand aufweist. Ein geeignetes Material hierfür ist beispielsweise Polycarbonat.
-
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass an die den Sensor umgebende Gehäusewand zumindest bereichsweise, beispielsweise an die gegebenenfalls zwischen den Sensoren angeordneten Trennstege, ein Bezugspotential angelegt ist. Durch das Anlegen des Bezugspotentials können Störeinflüsse auf den mindestens einen Sensor, die dessen Messsignal verfälschen, eliminiert oder zumindest reduziert werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät handelt es sich vorzugsweise um ein Gerät für moderne röntgentomographische Verfahren, insbesondere um einen Rotationsangiographen. Grundsätzlich kann es sich bei dem Röntgengerät auch um ein Gerät für zweidimensionale Röntgenaufnahmen oder für Echtzeit-Röntgendurchleuchtungsuntersuchungen handeln. Der Einsatz des vorstehend beschriebenen Sensorsystems ist bei einem solchen Röntgengerät insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bildkette dieses Gerät motorisch, und nicht manuell durch einen Gerätebediener bewegt wird.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in Seitenansicht ein Röntgengerät mit einem Halterahmen in Form eines C-Bogens und daran befestigt einer Röntgenquelle und einem Detektor, sowie mit einem in dem Halterahmen integrierten Sensorsystem zur Erfassung der Annäherung eines Körpers,
-
2 in einer Detailansicht II gemäß 1 eine Ausführungsform des Sensorsystems mit mehreren unmittelbar aneinander angrenzenden und miteinander überlappenden Sensoren,
-
3 in Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausführungsform des Sensorsystems,
-
4 in Draufsicht mehrere Sensoren des Sensorfeldes gemäß 3,
-
5 in Darstellung gemäß 2 eine weitere Bauform des Sensorsystems, bei der die Sensoren durch Trennstege der Gehäusewand getrennt sind,
-
6 in Draufsicht das Sensorsystem gemäß 5,
-
7 in Draufsicht wiederum eine weitere Bauform des Sensorsystems, bei der die Sensoren außerhalb des Strahlengangs kontaktiert sind,
-
8 in einem Schnitt VIII-VIII gemäß 7 das dortige Sensorsystem,
-
9 und 10 in Draufsicht alternative Bauformen des Sensorsystems gemäß 7, und
-
11 in einem Schnitt XI-XI gemäß 10 das dortige Sensorsystem.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein Röntgengerät 1 dargestellt, das zur Aufnahme von Bilddatensätzen einer zu untersuchenden Region des Körperinneren eines Patienten 2 dient. Das Röntgengerät 1 umfasst hierzu einen Halterahmen in Form eines C-Bogens 3, an dessen beiden Enden eine Röntgenquelle 4 bzw. ein (Röntgen-)Detektor 5 in Gegenüberstellung zueinander gehaltert sind. Der C-Bogen 3 ist wiederum an einem Sockel 6 gelagert. Der C-Bogen 3 ist gegenüber diesem Sockel 6 um eine horizontale Achse rotierbar. Er ist zusätzlich entlang der Bogenlinie – d. h. in der von dem C-Bogen 3 aufgespannten Ebene – verschwenkbar.
-
Ein Zentralstrahl 7 des Röntgengeräts 1 kann somit in quasi beliebigen Orientierungen bezüglich des umgebenden Raumes eingestellt werden. Als Zentralstrahl 7 wird hierbei derjenige Raumvektor bezeichnet, der einen Fokus 8 der Röntgenquelle 4 mit einem Zentrum des Detektors 5 verbindet, und der hierbei insbesondere senkrecht zur Detektorfläche ausgerichtet ist. Der Zentralstrahl 7 bildet das Zentrum eines kegelförmigen Röntgenstrahlenbündels (nachfolgend als Kegelstrahl 9 bezeichnet), das im Betrieb des Röntgengeräts 1 ausgehend von dem Fokus 8 auf die zweidimensionale Detektorfläche des Detektors 5 geworfen wird.
-
Dem Röntgengerät 1 ist ein Patiententisch 10 zugeordnet, auf dem der Patient 2 derart gelagert ist, dass die zu untersuchende Körperregion des Patienten 2 im Aufnahmebereich des Röntgengeräts 1 angeordnet ist.
-
Zur Erkennung einer Annäherung der Röntgenquelle 4 und/oder des Detektors 5 an den Körper des Patienten 2 oder an andere Objekte umfasst das Röntgengerät 1 ein Sensorsystem. Das Sensorsystem weist zwei Sensorfelder 11 auf, die jeweils in einem Strahlengang 12 des Röntgengeräts 1 an der Röntgenquelle 4 bzw. an dem Detektor 5 angebracht sind. Der Strahlengang 12 wird hierbei durch die von dem Kegelstrahl 9 durchstrahlte Fläche am Ort des jeweiligen Sensorfelds 11 definiert.
-
Jedes der beiden Sensorfelder 11 ist aus mehreren einzelnen, flächigen kapazitiven (Näherungs-)Sensoren 14 (2) zusammengesetzt, die jeweils mit einer (nicht näher dargestellten) Auswerteelektronik verbunden sind. Jeder Sensor 14 ist durch eine Elektrode, d. h. eine elektrisch leitfähige Fläche gebildet.
-
In 2 sind exemplarisch und grob schematisch die Anordnung mehrerer Sensoren 14 des dem Detektor 5 zugeordneten Sensorfeldes 11 sowie eine die Sensoren 14 umgebenden Gehäusewand 17 des C-Bogens 3 bzw. des Detektors 5 gezeigt. Wie dieser Darstellung zu entnehmen ist, sind die Sensoren 14 bündig in die Gehäusewand 17 eingebettet. Die Trennflächen 18, die die Sensoren 14 untereinander sowie gegenüber der umgebenden Gehäusewand 17 abtrennen, sind hierbei gestuft und komplementär zueinander ausgeführt, so dass zwischen benachbarten Sensoren 14 sowie zwischen jedem außenseitigen Sensor 14 und der angrenzenden Gehäusewand 17 jeweils eine Überlappung 19 gebildet ist. Infolge der bündigen Einbettung der Sensoren 14 in die Gehäusewand 17 ist zu einer Gehäuseaußenseite 22 hin eine glatte Oberfläche über die Sensoren 14 und die Gehäusewand 17 hinweg gebildet. Zu einer Gehäuseinnenseite 26 hin schließen die Gehäusewand 17 und die Sensoren 14 ebenfalls in einer glatten, also stufenlosen Innenfläche ab. Die Sensoren 14 und die Gehäusewand 17 weisen dabei jeweils die gleiche Dicke auf und sind aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (nachfolgend kurz: CFK) gebildet und somit insbesondere elektrisch leitend.
-
Infolge der gleichen und homogenen Dicke der Sensoren 14 und der Gehäusewand 17 sowie infolge der Ausführung dieser Teile aus dem gleichem Material weisen die Sensoren 14 und die Gehäusewand 17 eine geringe und zumindest im Wesentlichen einheitliche Röntgenabschwächung auf. Die Sensoren 14 und die Gehäusewand 17 sind somit gleichermaßen röntgentransparent ausgebildet, so dass die (Röntgen-)Aufnahme durch diese durchstrahlten Teile nicht signifikant beeinflusst wird. Der negative Einfluss der Sensoren 14 und der Gehäusewand 17 auf die Bildaufnahme, sei es durch verbleibende geringfügige Unterschiede der Röntgenabschwächung der einzelnen Sensoren 14 untereinander und im Vergleich zu der Gehäusewand 17 oder aufgrund von Streuung, Beugung oder Brechung der Röntgenstrahlung an den Trennflächen 18, wird dabei durch die Überlappungen 19 weiter reduziert.
-
Den Sensoren 14 ist eine flächige Sendeelektrode 28 hinterlegt, die derart ausgeführt ist, dass sie sich über die von den Sensoren 14 eingenommene Fläche hinweg erstreckt. Die Sendeelektrode 28 ist wiederum aus CFK gefertigt und somit elektrisch leitend. Weiterhin ist die Sendeelektrode 28 mit glatten Oberflächen und einheitlicher Dicke ausgeführt. Zur kapazitiven Abstandsmessung mittels der Sensoren 14 ist an die Sendeelektrode 28 eine Wechselspannung angelegt, wodurch diese ein elektrisches Messfeld abstrahlt. Der Bereich des Messfelds, der in das den Sensoren 14 vorgelagerte Raumvolumen abgestrahlt wird, wird von den Sensoren 14 detektiert und gegebenenfalls auftretende Änderungen des Messfelds mittels der Auswertelektronik ermittelt.
-
Um die einzelnen Sensoren 14, die Sendeelektrode 28 und die Gehäusewand 17 jeweils elektrisch voneinander zu isolieren, ist zwischen diesen Teilen jeweils eine dünnschichtige Isolierung 30 aus Polycarbonat angeordnet. Die Isolierung 30 weist einen etwa gleichen Röntgen-Absorptionskoeffizienten auf wie CFK, so dass sich eine über die Oberfläche des Detektorfeldes 11 hinweg einheitliche Röntgenabschwächung ergibt.
-
In 3 ist eine alternative Ausführung der Sensoren 14 und der Gehäusewand 17 bzw. insbesondere der überlappenden Trennflächen 18 gezeigt. Die Trennflächen 18 der Sensoren 14 und der Gehäusewand 17 sind hier schräg zu der Oberfläche der Gehäusewand 17 ausgeführt. Durch die schrägen Trennflächen 18 werden Streueffekte der Röntgenstrahlung, die zu einer Abbildung von in Strahlrichtung, das heißt in Richtung des Kegelstrahls 9, verlaufenden Trennflächen 18 führen, vermieden oder zumindest erheblich verringert.
-
In 4 sind drei Sensoren 14 des Sensorfeldes 11 gemäß 3 in Draufsicht auf die Oberfläche der Gehäusewand 17 dargestellt.
-
Eine alternative Bauform des Sensorfeldes 12, dargestellt in 5 und 6, weist zwischen jeweils zwei Sensoren 14 einen Trennsteg 32 auf. Die Trennflächen 18 des Trennstegs 32 sind komplementär zu den Trennflächen 18 der Sensoren 14 ausgeführt. Aufgrund des zwischengeordneten Trennstegs 32 überlappen die Sensoren 14 hier nicht unmittelbar miteinander. Dadurch ist die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Sensoren 14 verringert. Die Trennstege 32 können durch das Material der in 2 und 3 dargestellten Isolierung 30 gebildet und damit nicht-leitend sein. In der in 5 dargestellten Bauform sind die Trennstege 32 alternativ aus der Gehäusewand 17, und somit aus CFK gebildet. Sie sind damit elektrisch leitend, aber im Gegensatz zu den Sensoren 14 nicht-sensitiv auf Annäherungen von Gegenständen.
-
7 zeigt eine weitere Bauform des Sensorfeldes 12 mit – in einem Rechteck angeordneten – acht gleich großen Sensoren 14. Die Sensoren 14 sind nur zum Teil von einer durch den Strahlengang 12 gebildeten bestrahlten Fläche 34 überdeckt. Dadurch kann eine Kontaktierung der Sensoren 14 mit der Auswerteelektronik jeweils über eine Kontaktstelle 36 außerhalb des Strahlengangs 12, das heißt außerhalb der bestrahlten Fläche 34, erfolgen, so dass die Kontaktstellen 36 nicht in den Röntgenbildern abgebildet werden.
-
Die Sensoren 14 sind in dieser Bauform in einer Rahmenelektrode 38 aus CFK eingebettet. Die Trennflächen 18 der Sensoren 14 und der Rahmenelektrode 38 sind dabei wiederum schräg zur Strahlrichtung ausgeführt und überlappen miteinander (8). Die Rahmenelektrode 38 bildet dabei eine zusätzliche Sensorelektrode, indem sie über die Kontaktstelle 36 mit der Auswerteelektronik verbunden ist. Weiterhin bildet die Rahmenelektrode 38 die – hier sensitiven – Trennstege 32 zwischen den einzelnen Sensoren 14 aus. Die Rahmenelektrode 38 ist rückseitig mit der Sendeelektrode 28 hinterlegt, so dass diese seitlich über die Rahmenelektrode übersteht. Dadurch ist mittels der Sendeelektrode 28 das elektrische Messfeld in dem Raumvolumen vor den Sensoren 14 und der Rahmenelektrode 38 erzeugt. Zur Erzeugung des Messfelds ist die Sendeelektrode 28 ebenfalls über die Kontaktstelle 36 mit der Auswerteelektronik verbunden, die die Sendeelektrode 28 mit der nötigen Spannung versorgt.
-
Eine weitere alternative Bauform des Sensorfeldes 12 weist gemäß 9 wiederum acht in Rechteckform angeordnete Sensoren 14 auf. Anstelle der Rahmenelektrode 38 ist hier in der Mitte des von diesen acht Sensoren 14 gebildeten Rechtecks aber ein weiterer kapazitiver Sensor aus CFK angeordnet, der zur Unterscheidung von den äußeren Sensoren 14 nachfolgend als Mittelelektrode 42 bezeichnet ist. An die Mittelelektrode 42 ist ein aus CFK gebildeter Kontaktsteg 44 einstückig angeformt. Der Kontaktsteg 44 verläuft, vergleichbar zu dem Trennsteg 32, zwischen zwei der äußeren Sensoren 14 hindurch und ist außerhalb der bestrahlten Fläche 34 über die der Mittelelektrode 42 zugeordnete Kontaktstelle 36 mit der Auswerteelektronik verbunden. Die übrigen Zwischenräume zwischen den äußeren Sensoren 14 sind durch die hier wiederum aus der Gehäusewand 17 gebildeten Trennstege 32 gefüllt.
-
Eine besonders vorteilhafte Bauformvariante des Sensorfeldes 11 ist in 10 dargestellt. Die Mittelelektrode 42 ist dabei über eine Leiterbahn 46 mit der zugehörigen Kontaktstelle 36 verbunden. Die Leiterbahn 46 ist einstückig mit der Mittelelektrode 42 aus CFK ausgeführt. Dabei ist die Leiterbahn 46 zwischen einem Trennsteg 32 der Gehäusewand 17 und der Sendeelektrode 28 eingebettet (11). Die Gehäusewand 17 ist hierbei über den Anschluss 48 mit einem Bezugspotential verbunden, so dass die Leiterbahn 46 vollumfänglich abgeschirmt ist.
-
Das der Röntgenquelle 4 zugeordnete Sensorfeld 11 ist vorzugsweise in entsprechender Weise gestaltet wie das dem Detektor 5 zugeordnete Sensorfeld 11. Über diese Sensorfelder 11 hinaus kann das Sensorsystem weitere Sensorfelder und/oder Einzelsensoren in anderen Bereichen des C-Bogens 3, und somit außerhalb des Strahlengangs 12 enthalten. Diese weiteren Sensorfelder bzw. Sensoren können in gleicher Weise gestaltet sein wie die im Strahlengang 12 angeordneten Sensorfelder 11. Sie können abweichend aber auch aus röntgenintransparenten, insbesondere metallischen Materialien gefertigt sein.
-
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Röntgengerätes 1 mit einem röntgentransparenten Sensorfeld 11 ist nicht nur auf den Einsatz im medizinischen Bereich beschränkt. Es ist ebenfalls denkbar, ein Röntgengerät für den Einsatz in technischen Bereichen vorzusehen. Neben dem Schutz umstehender Personen rückt hierbei der Schutz des Röntgengeräts vor einer Beschädigung durch eine Kollision mit dem oft massiven (Mess-)Objekt in den Vordergrund.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
