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Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät mit einem Röntgenstrahler und einem Kühlsystem gemäß dem Patentanspruch 1 sowie einen Vorratsbehälter zur Verwendung in dem Röntgengerät gemäß dem Patentanspruch 13.
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Die Erzeugung von Röntgenstrahlung durch Röntgenstrahler bzw. -röhren in bekannten medizinischen Röntgengeräten ist mit hohen Wärmeverlusten verbunden. Diese Verluste führen zu einer Erwärmung des Röntgenstrahlers und dessen Gehäuses, was bei starker Beanspruchung des Röntgengeräts im medizinischen Umfeld dem Anwender die Einhaltung von Abkühl-Pausen im Bereich mehrere Minuten bis Stunden aufzwingen kann.
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Das Problem der Erwärmung über eine zulässige Temperatur hinaus hat bislang viele Lösungsversuche erfahren. So kann z.B. die Masse des Strahlergehäuses vergrößert werden. Dadurch dauert eine Aufheizung bis zur kritischen Temperatur zwar länger, jedoch ist auch die Abkühlphase sehr lang andauernd. Andererseits können Wasserkühlaggregate eingebaut werden, welche über Schläuche und Wasser-Luftwärmetauscher die Wärme in einen anderen Raum umverteilen. Der Nachteil dieser Implementierung sind die störenden Schläuche, die nicht über lange Strecken, sondern auch über die beweglichen Teile – wie C-Bögen – zu führen sind, was wiederum die Beweglichkeit dieser Komponenten einschränkt. So kann ein C-Bogen, der mit Schläuchen versorgt wird, nicht ohne Weiteres durchgehende 360°-Drehungen verfahren. Außerdem sind die notwendigen Wärmetauscher üblicherweise mit lauten Pumpen und Lüftern bestückt, was im medizinischen Umfeld störend ist.
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Eine weitere Lösung besteht darin, die Röntgen-Leistung durch Verringerung der Leistung pro Strahlerpuls und/oder Reduktion der Anzahl der Pulse pro Zeit zu reduzieren. Durch diese Maßnahme wird aber die örtliche oder zeitliche Auflösung der Röntgeneinrichtung zum Teil signifikant verschlechtert. Außerdem können auch Lüfter verwendet werden, um die Wärme des Röntgenstrahlers an die Luft abzugeben. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es durch den Luftstrom zu Staubverwirbelungen kommt, welche gerade beim Einsatz in einem Operationssaal auf Grund der geforderten Sterilität unerwünscht sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgengerät mit einem Röntgenstrahler und einem Kühlsystem bereitzustellen, welches eine besonders einfache, schnelle, die Funktion des Röntgengeräts nicht einschränkende und im sterilen Umfeld geeignete Kühlung des Röntgenstrahlers ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgengerät mit einem Röntgenstrahler und einem Kühlsystem gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem Vorratsbehälter zur Verwendung in dem Röntgengerät gemäß dem Patentanspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Röntgengerät zur Aufnahme von Röntgenbildern weist einen Röntgenstrahler zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung mit einem den Röntgenstrahler zumindest teilweise umgebenden Gehäuse und ein Kühlsystem zur Kühlung des Röntgenstrahlers auf, wobei das Kühlsystem eine Kühlflüssigkeit enthaltende Kühlvorrichtung, welche zum Wärmeaustausch an oder in dem Gehäuse angeordnet ist, und zumindest einen Vorratsbehälter aufweist, welcher Vorratsbehälter mittels zumindest einer lösbaren Kupplung an oder in dem Röntgengerät befestigt ist und mit der Kühlvorrichtung zum Austausch von Kühlflüssigkeit derart verbunden ist, dass bei Entfernung des Vorratsbehälters sowohl der Vorratsbehälter als auch die Kühlvorrichtung mittels Dichtungen automatisch abgedichtet sind, und wobei das Röntgengerät für einen Austausch des Vorratsbehälters durch zumindest einen zweiten, gleichartigen Vorratsbehälter vorgesehen ist. Durch die Verwendung von manuell austauschbaren Vorratsbehältern bei starker Erwärmung der Flüssigkeit kann der jeweilige Vorratsbehälter auf einfache und besonders schnelle Weise durch einen neuen Vorratsbehälter mit kalter Kühlflüssigkeit ersetzt werden. Auf diese Weise kann die Abkühlphase für die Kühlflüssigkeit vermieden werden und stets eine zuverlässige Kühlung des Röntgenstrahlers gewährleistet sein. Eine Kühlung kann ohne Beeinträchtigung des Röntgengeräts bzw. der mit dem Röntgengerät durchgeführten Untersuchung sehr lange bzw. so lange wie nötig aufrechterhalten werden; die einzige Notwendigkeit ist der gelegentliche manuelle Austausch des Vorratsbehälters. Da der Vorratsbehälter bzw. die ganze Kühlvorrichtung eine automatische Dichtung auch bei Entfernung des Vorratsbehälters aufweist, ist die Kühlvorrichtung auch für sterile Umgebungen geeignet. Als Kühlflüssigkeit zur Kühlung kann z.B. Wasser oder auch Öl verwendet werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlvorrichtung ein Leitungssystem mit zumindest einer Leitung auf, welches Leitungssystem mit dem Vorratsbehälter zusammen einen Kreislauf für die Kühlflüssigkeit bildet. Im Bereich des Röntgenstrahlers sind entweder auch Leitungen oder andere Vorrichtungen angeordnet, die den Röntgenstrahler effektiv kühlen können. Die dadurch erwärmte Kühlflüssigkeit fließt durch die Leitungen zu dem Vorratsbehälter, der sozusagen die Position eines Wärmetauschers einnimmt. Die erwärmte Kühlflüssigkeit wird in dem Vorratsbehälter mit kühlerer Kühlflüssigkeit vermischt und fließt durch eine andere Leitung wieder zu dem Röntgenstrahler hin.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Kupplung zur Befestigung des Vorratsbehälters von zumindest einem lösbaren Befestigungselement gebildet, z.B. einer Halteklammer. Es können für eine besonders gute Stabilität auch mehrere, z.B. zwei Befestigungselemente verwendet werden.
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In vorteilhafter Weise für eine größere Flexibilität weist das Röntgengerät zumindest zwei Vorratsbehälter auf, wobei die Vorratsbehälter entweder gleich oder verschiedenartig ausgebildet sind. Es können dann z.B. zwei oder mehr kleinere Vorratsbehälter verwendet werden, um die gleiche Wärmekapazität wie ein großer Vorratsbehälter aber eine einfachere Austauschbarkeit aufgrund des geringeren Gewichts zu gewährleisten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die automatisch abdichtenden Dichtungen von zumindest einer Flüssigkeitsschnellkupplung gebildet. Solche Flüssigkeitsschnellkupplungen sind z.B. im Bereich von Kaffeemaschinen bekannt und stellen sicher, dass bei Abtrennen der Verbindung dennoch automatisch beide Verbindungsenden abgedichtet sind.
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Die Erfindung umfasst ebenfalls einen Vorratsbehälter zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Röntgengerät, aufweisend zumindest ein lösbares Befestigungselement zur Befestigung an oder in dem Röntgengerät und zumindest eine bei Entfernung automatisch abdichtende Dichtung, insbesondere eine Flüssigkeitsschnellkupplung.
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In vorteilhafter Weise für eine besonders einfache Tragbarkeit weist der zumindest eine Vorratsbehälter einen Tragegriff auf.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgengerät zumindest einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Kühlflüssigkeit, insbesondere der in dem Vorratsbehälter befindlichen Kühlflüssigkeit, auf. Dies kann dazu verwendet werden, um den Zeitpunkt des Austauschs des Vorratsbehälters zuverlässig bestimmen zu können. Der oder die Temperatursensoren können entsprechend z.B. an dem Vorratsbehälter angeordnet sein. In diesem Zusammenhang kann außerdem eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Temperaturmessung des Temperatursensors bezüglich einer Überschreitung eines oder mehrerer Schwellwerte vorgesehen sein. Hierbei kann der Temperatursensor die Temperatur des Vorratsbehälters messen und die Messwerte an die Auswertevorrichtung weitergeben.
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Dort werden die Werte mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen. Überschreitet die Temperatur einen Schwellwert, so kann ein Hinweis (z.B. Anzeige an einem Monitor) oder eine Warnung (z.B. Signalton oder Blinken) ausgegeben werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgengerät ein Sicherheitsabschaltungssystem zur Abschaltung des Röntgenstrahlers bei Überschreitung des oder der Schwellwerte auf. So kann z.B. bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes ein Hinweis ausgegeben werden und bei Überschreiten eines zweiten Schwellwertes (kritische Temperatur) wird der Röntgenstrahler dann automatisch abgeschaltet, um nicht zu überhitzen.
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Zweckmäßigerweise weist das Leitungssystem dehnbare Leitungen zum Ausgleich von Druckunterschieden auf. Dies ist vorteilhaft, um die Stabilität der Leitungen gewährleisten zu können, da z.B. eine Erwärmung von Wasser um 20° ca. 0,6 Vol. % Ausdehnung erzeugen kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgengerät einen Röntgendetektor und einen C-Bogen auf, wobei der Röntgendetektor und der Röntgenstrahler an dem C-Bogen angeordnet sind. Der oder die Vorratsbehälter können an dem C-Bogen angeordnet sein, z.B. im Bereich des Röntgenstrahlers, am Röntgendetektor oder am zentralen Bereich des C-Bogens.
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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 Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgengeräts mit einem Kühlsystem und
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2 eine Ansicht eines Vorratsbehälters zur Verwendung in einem Röntgengerät gemäß 1.
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In der 1 ist ein Röntgengerät 10 mit einem Kühlsystem gezeigt, welches einen Vorratsbehälter 14 aufweist. Der Vorratsbehälter 14 ist in der 2 vergrößert gezeigt. Das Röntgengerät weist einen Röntgenstrahler 11 und einen Röntgendetektor 12 auf, welche beide an einander gegenüberliegenden Enden eines C-Bogens 13 angeordnet sind. Der C-Bogen ist beweglich an einem Gerätewagen 19 montiert, so dass das Röntgengerät 10 verfahren werden kann. Zur Ansteuerung des Röntgengeräts ist eine Systemsteuerung 20 vorgesehen. Der Röntgenstrahler 11, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, wird von dem Kühlsystem gekühlt. Hierzu ist ein von einer Kühlflüssigkeit durchflossenes Leitungssystem 15 zumindest teilweise an dem Röntgenstrahler 11 derart angeordnet, dass es die von dem Röntgenstrahler erzeugte Wärme aufnimmt und von dem Röntgenstrahler weg transportiert. Es können dazu z.B. ein oder mehrere Windungen des Leitungssystems an oder in dem Gehäuse des Röntgenstrahlers angeordnet sein.
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Das Leitungssystem 15 bildet zusammen mit dem lösbar angeordneten Vorratsbehälter 14 einen Kühlkreislauf zur Kühlung des Röntgenstrahlers 11. Der Kühlkreislauf ist derart ausgebildet, dass die durch die Kühlung des Röntgenstrahlers 11 erwärmte Kühlflüssigkeit in den Vorratsbehälter 14 strömt, z.B. indem sie mittels einer nicht gezeigten Pumpe gepumpt wird. In dem Vorratsbehälter befindet sich bereits Kühlflüssigkeit mit einer niedrigeren Temperatur, so dass durch die Vermischung mit der heißeren Kühlflüssigkeit eine Abkühlung derselben erfolgt. Die abgekühlte Kühlflüssigkeit strömt dann wiederum durch einen Teil des Leitungssystems zurück zu dem Röntgenstrahler, um diesen zu kühlen, z.B. ebenfalls von der Pumpe gepumpt. Der Vorratsbehälter hat damit die Funktion eines Wärmetauschers. Das Leitungssystem 15 kann z.B. Schläuche aufweisen.
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Der Vorratsbehälter kann dabei ebenfalls in der Nähe des Röntgenstrahlers lösbar angeordnet sein, wie in der 1 gezeigt ist. Dadurch sind die Verbindungsleitungen des Leitungssystems, welche den direkt an dem Röntgenstrahler 11 angeordneten Teil der Leitungen, welcher direkt der Kühlung dient, mit dem Vorratsbehälter verbinden, relativ kurz und nehmen somit wenig Platz ein. Der Vorratsbehälter 14 kann jedoch auch in einem anderen Bereich des C-Bogens, z.B. in der Nähe des Röntgendetektors 12 oder an einem zentralen Bereich des C-Bogens 13 oder auch an dem Gerätewagen 19, angeordnet sein.
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Der Vorratsbehälter 14 ist mit dem Leitungssystem 15 durch zwei Flüssigkeitsschnellkupplungen 17 verbunden. Die Flüssigkeitsschnellkupplungen 17 sind derart ausgebildet, dass sie jeweils zwei ineinander passende Elemente aufweisen, welche beim Eintauchen in ihr jeweiliges Gegenstück, also sobald eine Verbindung zwischen dem Leitungssystem und dem Vorratsbehälter besteht, öffnen und beim Trennen der Verbindung, dem „Abziehen“, automatisch abdichten. Derartige Flüssigkeitsschnellkupplungen sind z.B. für Kaffeemaschinen bekannt.
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Der Vorratsbehälter ist mittels Halteklammern 21 an oder in dem Röntgengerät angeordnet. Er kann durch manuelles Lösen der Halteklammern auf einfache Weise entfernt oder wieder befestigt werden. Es können auch andere Befestigungselemente verwendet werden, wobei eine einfache manuelle Betätigung bei gleichzeitiger Stabilität der Befestigung im geschlossenen Zustand wünschenswert ist. Zum einfacheren Tragen ist an dem Vorratsbehälter 14 ein Tragegriff 18 angeordnet. Der Vorratsbehälter selbst ist aus einem wärmebeständigen Material gefertigt, idealerweise außerdem schlagfest und transparent ausgebildet. Das Gewicht des mit Kühlflüssigkeit gefüllten Behälters ist bevorzugt in einem Bereich der einfachen manuellen Tragbarkeit, also bis zu etwa 25 kg. Er kann aber auch je nach Einsatz, z.B. ob in der Angiographie mit hohem Strahlungsbedarf oder in der Chirurgie mit weniger Strahlungsbedarf, entsprechend leichter ausgebildet sein.
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Da sich die Kühlflüssigkeit im Vorratsbehälter während des Betriebs des Röntgenstrahlers kontinuierlich erwärmt, kann der Vorratsbehälter manuell entfernt und durch einen neuen, gleichartigen Vorratsbehälter, welcher nicht-erwärmte Kühlflüssigkeit aufweist, ersetzt werden. Die speicherfähige Wärmemenge z.B. bei der Verwendung von 20 Liter Wasser als Kühlflüssigkeit bei einer Temperaturdifferenz des Vorratsbehälters von 22° auf 42°C beträgt 1672 kJ; lässt man als obere Grenztemperatur 62°C zu, sind es sogar 3345 kJ. Sobald der Vorratsbehälter seine maximale Menge an Wärme erreicht hat, wird er von einem Nutzer des Röntgengeräts auf einfache Weise manuell gegen einen zweiten oder dritten Vorratsbehälter, welcher kalte Kühlflüssigkeit enthält, ausgetauscht. Somit kann das Röntgengerät praktisch in wenigen Sekunden mit neuer Wärmespeicherfähigkeit betankt werden. Auf diese Weise gibt es – mit Ausnahme des Tauschens des Vorratsbehälters – keine Beeinträchtigung des Untersuchungsablaufs auf Grund zu heißer Röntgenstrahler. Die Wärmespeicherfähigkeit des Röntgengeräts kann durch eine Vorratshaltung einer entsprechenden Menge von mit Kühlflüssigkeit gefüllten Vorratsbehältern beliebig ausgedehnt werden.
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Es können auch zwei oder mehrere Vorratsbehälter lösbar in dem Röntgengerät angeordnet und mit der Kühlvorrichtung verbunden werden. Z.B. bei C-Bogen-Röntgengeräten kann auf beiden Seiten des Röntgenstrahlers oder des Röntgendetektors je ein Vorratsbehälter angebracht werden, wobei sie in diesem Fall auch als Gewichtsausgleich verwendet werden können, also mit unterschiedlichem Füllvolumen ausgestattet sein können.
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Die Kühlflüssigkeit, also z.B. Wasser, wird bevorzugt mit für einen Einsatz als Kühlflüssigkeit geeigneten Zusätzen versetzt, also z.B. wie Frostschutzmittel, Anti-Algenmittel und Schmiermittel. Alternativ zum Wasser kann auch Öl als Kühlflüssigkeit verwendet werden. Dies stellt andere Anforderungen an die Materialien von z.B. Schläuchen, Kupplungen, Pumpen und Vorratsbehälter, die dann notwendigerweise erfüllt sein müssen. Öl weist auch eine niedrigere Wärmekapazität (ca. 60% geringer bei gleichem Volumen) auf.
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Da durch eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit auch eine Änderung des Druckes entsteht, sind die Leitungen bzw. Schläuche bevorzugt dazu ausgebildet, sich ausdehnen zu können. Z.B. bei der Verwendung von Wasser dehnt sich dieses bei einer Erwärmung von 20°C um ca. 0,6 Vol. % aus. Hierfür können Teile des Leitungssystems aus Gummischläuchen ausgebildet sein.
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Der oder die Vorratsbehälter können auch eine Isolierung aufweisen. Dies ist z.B. nach gesetzlichen Vorgaben notwendig, wenn die Einsatztemperatur der Kühlflüssigkeit über z.B. 42°C bei direkter, dauerhafter Berührung gehen.
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Für eine Überwachung der Temperatur des Vorratsbehälters bzw. der Kühlflüssigkeit können ein oder mehrere Temperatursensoren 22 vorgesehen sein. Diese(r) sind z.B. in dem Röntgengerät derart angeordnet, dass sie die Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem Vorratsbehälter messen können. Die Temperatur kann anschließend an einer Anzeige (z.B. Monitor) angezeigt werden. Es kann außerdem eine Auswertevorrichtung 23 vorgesehen sein, welche die gemessene Temperatur auswertet, z.B. indem sie mit einem Schwellwert verglichen wird. Der Temperatursensor 22 gibt den gemessenen Temperaturwert an die Auswertevorrichtung weiter. Wird der Schwellwert z.B. überschritten, so kann eine Aufforderung, den Vorratsbehälter zu wechseln oder eine Warnung ausgegeben werden. Aus Sicherheitsgründen kann auch eine zweistufige Auswertung mit zwei Schwellwerten verwendet werden. Der erste Schwellwert ist eine erste Grenztemperatur, nach deren Überschreitung ein Hinweis oder eine Aufforderung/Warnung ausgegeben wird und der zweite Schwellwert ist eine Sicherheitstemperatur, bei deren Überschreitung der Röntgenstrahler oder das Röntgengerät sicherheitshalber abgeschaltet werden. Zur Anzeige desselben kann z.B. ein Ampel-Graph oder eine Prozent-Anzeige verwendet werden; beide mit einer Aufforderung zum Wechsel an den Bediener, sobald die Schwellwerte überschritten werden.
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Das erfindungsgemäße Röntgengerät kann von einem großen Angiographie-C-Bogen-Röntgengerät oder einem Chirurgie-C-Bogen-Röntgengerät oder einem Radiologie-Röntgengerät oder einem Durchleuchtungs-Röntgengerät gebildet werden.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine besonders einfache, schnelle und effektive Kühlung ist ein Röntgengerät zur Aufnahme von Röntgenbildern, aufweisend einen Röntgenstrahler zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung mit einem den Röntgenstrahler zumindest teilweise umgebenden Gehäuse und ein Kühlsystem zur Kühlung des Röntgenstrahlers vorgesehen, wobei das Kühlsystem eine Kühlflüssigkeit enthaltende Kühlvorrichtung, welche zum Wärmeaustausch an oder in dem Gehäuse angeordnet ist, und zumindest einen Vorratsbehälter aufweist, welcher Vorratsbehälter mittels zumindest einer lösbaren Kupplung an oder in dem Röntgengerät befestigt ist und mit der Kühlvorrichtung zum Austausch von Kühlflüssigkeit derart verbunden ist, dass bei Entfernung des Vorratsbehälters sowohl der Vorratsbehälter als auch die Kühlvorrichtung mittels Dichtungen automatisch abgedichtet sind, und wobei das Röntgengerät für einen Austausch des Vorratsbehälters durch zumindest einen zweiten, gleichartigen Vorratsbehälter vorgesehen ist.
