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Die Erfindung betrifft einen rotierbaren Träger eines CT-Systems zur Befestigung von Bauteilen des CT-Systems, zumindest aufweisend mindestens ein Auswuchtgewicht zum Ausgleichen einer Unwucht während einer Rotation des Trägers, und ein CT-System.
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Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auswuchten eines rotierbaren Trägers eines CT-Systems zum Ausgleichen einer durch die auf dem Träger befestigten Bauteile entstehenden Unwucht, zumindest aufweisend die Schritte: Versetzen des Trägers in Rotation, Berechnen der Unwucht anhand der auf den Träger wirkenden Kräfte, und Befestigen mindestens eines Auswuchtgewichtes an dem Träger.
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Es ist allgemein bekannt, dass um eine feststehende Achse rotierende Körper durch die einwirkenden Kräfte eine Unwucht besitzen. Je größer die auf den rotierenden Körper einwirkenden Kräfte sind, umso stärker ist die auftretende Unwucht. Diese Unwucht kann jedoch durch an entsprechenden Positionen am Umfang des Körpers befestigte Auswuchtgewichte ausgeglichen werden.
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Bei einem CT-System rotiert ein Träger der Gantry mit mehr als einer Umdrehung pro Sekunde. Die hieraus resultierenden Fliehkräfte, die auf den Träger und die darauf montierten Bauteile einwirken, erhöhen sich quadratisch mit der Drehzahl. Bei modernen CT-Systemen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute und einem Trägerdurchmesser von 1,6m kann sich eine Radialbeschleunigung von bis zu 50g ergeben. Entsprechend sind die bei einer Unwucht auf das CT-System einwirkenden Kräfte ebenfalls sehr groß, können die mechanische Struktur des Trägers zerstören und durch Verformung die Bildqualität vermindern.
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Zum Ausgleich der Unwucht ist es notwendig, den rotierenden Träger sehr genau auszuwuchten, das heißt die Positionen der einzelnen Auswuchtgewichte möglichst genau festlegen zu können. Dazu ist es erforderlich, am rotierenden Träger möglichst viele Positionen zur Befestigung der Auswuchtgewichte vorzusehen. Diese Befestigungen müssen vor allem trotz der einwirkenden Kräfte sicher gegen Bruch und Lockerung sein. Weiterhin ist eine möglichst einfache Montage der Auswuchtgewichte ausschlaggebend. Sie sollte beispielsweise auch durch eine Serviceklappe in dem Gehäuse der Gantry möglich sein.
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Bisher wurden aus Platzgründen die Auswuchtgewichte radial auf der äußeren Seite einer Mantelfläche des Trägers angebracht. Die Auswuchtgewichte wurden dabei in radialer Richtung mit dem Träger verschraubt. Durch die äußere radiale Anordnung der Auswuchtgewichte werden die Schrauben durch die in radiale Richtung weisende Fliehkraft während der Rotation voll belastet. Ist der Träger in Ruhe, werden die Schrauben dagegen höchstens mit dem Eigengewicht der Auswuchtgewichte belastet. Durch die ständig wechselnde dynamische Belastung wird die Lebensdauer der Schraube reduziert. Bei einer höheren Drehzahl wird dadurch der Sicherheitsnachweis für die Schrauben sehr aufwendig und kompliziert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Befestigungsmöglichkeit zum Anbringen von Auswuchtgewichten an einem rotierbaren Träger eines CT-Systems, sowie ein Verfahren zum Auswuchten des rotierbaren Trägers zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Die Erfinder haben erkannt, dass es eine Verbesserung darstellt, die Auswuchtgewichte axial an dem Träger, das heißt an einer oder beiden Stirnseite(n), zu befestigen. Hierbei können die Auswuchtgewichte zusätzlich in radialer Richtung auf axial am Träger angeordnete Vorsprünge aufgelegt werden. Während der Rotation nehmen die Vorsprünge die Fliehkraft der Auswuchtgewichte auf und leiten diese an den Träger weiter. Folglich wirkt die Fliehkraft bei der erfindungsgemäßen axialen Befestigung nicht auf die Befestigungsschrauben der Auswuchtgewichte selbst ein. Mit anderen Worten, eine dynamische Belastung der Befestigung der Auswuchtgewichte wird vermieden. Die Sicherung der Schrauben durch eine Vorspannung wird also durch die Fliehkraft nicht mehr beeinflusst. Dadurch wird wiederum die Lebensdauer der Schrauben nicht durch die Anzahl der Umdrehungen beziehungsweise die Dauer der Rotation reduziert. Die gesamte Befestigung ist somit wesentlich sicherer gegen Bruch und Lockerung.
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Zudem ist durch die axiale Befestigung an der/den Stirnseite(n) des Trägers die Montage der Auswuchtgewichte vereinfacht. Wird die Montage der Gewichte im unteren Bereich des Trägers ausgeführt, liegen die Gewichte auf den stirnseitigen Vorsprüngen auf und können einfach befestigt, zum Beispiel verschraubt, werden, ohne diese zusätzlich festzuhalten. Die Montage kann also auch mit einer Hand ausgeführt werden.
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Demgemäß schlagen die Erfinder vor, einen rotierbaren Träger eines CT-Systems zur Befestigung von Bauteilen des CT-Systems, zumindest aufweisend mindestens ein Auswuchtgewicht zum Ausgleichen einer Unwucht während einer Rotation des Trägers, dahingehend zu verbessern, dass das mindestens eine Auswuchtgewicht axial an dem Träger befestigt ist.
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Auf dem rotierbaren Träger des CT-Systems sind, abhängig von der Ausführung des CT-Systems, insbesondere die Komponenten des Röntgensystems angeordnet, also die Röntgenröhre und/oder der Röntgenstrahlungsdetektor. Bei der Rotation des Trägers entsteht durch das Gewicht dieser ungleichmäßig angebrachten Komponenten die Unwucht. Das zum Ausgleich dieser Unwucht vorgesehene mindestens eine Auswuchtgewicht ist erfindungsgemäß in axialer Richtung am Träger, also an dessen Stirnseite, befestigt. Mit anderen Worten ist eine Hauptbefestigungsrichtung der Auswuchtgewichte axial zu der Rotationsachse des Trägers ausgerichtet. Die Bezeichnungen axial und radial beziehen sich im Folgenden stets auf die Rotationsachse des Trägers. Bevorzugt entspricht die Rotationsachse des Trägers der Systemachse des CT-Systems. Herkömmlicherweise wird mehr als ein Auswuchtgewicht am Träger befestigt, um die Unwucht des Trägers auszugleichen.
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Durch die axiale Befestigung wird vorteilhafterweise eine dynamische Belastung der Befestigung, beispielsweise einer Schraube, durch die Fliehkraft des Auswuchtgewichtes verhindert und die Dauerschwingfestigkeit der Befestigung nicht beeinflusst.
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Bevorzugt weist der Träger mindestens einen axial angeordneten Vorsprung zum radialen Auflegen des Auswuchtgewichts auf. Mit anderen Worten ist der mindestens eine Vorsprung an einer Stirnseite des Trägers angeordnet. Hierbei erstreckt sich der mindestens eine Vorsprung zumindest teilweise in axialer Richtung, sodass das Auswuchtgewicht radial aufgelegt werden kann. Vorteilhafterweise nimmt der Vorsprung bei der Rotation die auf das Auswuchtgewicht wirkende Fliehkraft auf und leitet diese an den Träger weiter.
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Der Vorsprung ist bevorzugt einteilig mit dem Träger ausgebildet, um das Bruchrisiko durch die dynamische Belastung bei der Rotation zu verringern. Beispielsweise sind der Träger und der mindestens eine Vorsprung als ein Gußteil ausgebildet. Weiterhin ist auch eine mehrteilige Ausführung des Trägers und des mindestens einen Vorsprungs möglich. Hier ist der Vorsprung zum Beispiel mittels Kleben, Schweißen und/oder Schrauben mit dem Träger verbunden.
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In einer Ausführungsform weist der Vorsprung eine rechteckige Form auf. Beispielsweise ist der Vorsprung als rechteckige Nocke an dem Träger ausgebildet. Noch eine mögliche Ausführungsform sieht runde Vorsprünge vor. Hierzu können Schrauben, bevorzugt Innensechskantschrauben, axial in den Träger eingedreht und die Ausgleichsgewichte auf deren Schraubenköpfe, welche die runden Vorsprünge bilden, aufgelegt werden. Weiter Ausführungen und Formen der Vorsprünge und Nocken liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Träger mindestens zwei voneinander beabstandete Vorsprünge aufweist. Die Vorsprünge können jeweils gleich oder unterschiedlich ausgeführt werden. Beispielsweise sind jeweils zwei voneinander beabstandete Vorsprünge gegenüberliegend an dem Träger angeordnet.
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In einer Ausführungsform weist der Träger entlang eines Umfangs einer Stirnseite eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Vorsprüngen auf. Hierdurch ist eine größere Flexibilität in der Positionierung der Auswuchtgewichte gegeben und somit ein genaueres Ausgleichen der Unwucht möglich. Die Vorsprünge sind bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Abstand der Vorsprünge an die Ausmaße der Auswuchtgewichte angepasst.
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Weiterhin vorteilhafterweise sind die Auswuchtgewichte zumindest teilweise komplementär zu den Vorsprüngen ausgebildet. Beispielsweise weist das Auswuchtgewicht eine Aussparung oder Vertiefung auf, mit der das Auswuchtgewicht auf den Vorsprung aufgelegt oder zwischen zwei Vorsprüngen angeordnet werden kann. Die auf die Auswuchtgewichte wirkende Fliehkraft kann dann vorteilhafterweise mittels eines Formschlusses zwischen den Auswuchtgewichten und Vorsprüngen besonders gut an den Träger abgegeben werden.
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Die Auswuchtgewichte können entweder jeweils an nur einem Vorsprung aufgelegt werden oder an zwei nebeneinander angeordneten Vorsprüngen. Zum Beispiel kann ein Auswuchtgewicht mit zwei gegenüberliegend angeordneten Schenkeln auf zwei benachbarte Vorsprünge aufgelegt und gleichzeitig ein mittlerer Bereich zwischen den Vorsprüngen positioniert und am Träger befestigt werden. Somit ist das Auswuchtgewicht in axialer Richtung befestigt und gegen die Fliehkraft gesichert, sowie zusätzlich in radialer Richtung durch Auflegen auf die Vorsprünge mit dem Träger verbunden.
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Die Auswuchtgewichte und Vorsprünge werden bevorzugt an einer Stirnseite des Trägers angeordnet. Weiterhin können die Auswuchtgewichte und Vorsprünge auch an beiden Stirnseiten des Trägers angeordnet werden. Diese Anordnung ist vor allem geeignet, auch eine dynamische Unwucht des Trägers auszugleichen.
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Eine Montage der Auswuchtgewichte erfolgt bevorzugt jeweils im unteren Bereich des Trägers. Dann kann ein Auswuchtgewicht zuerst auf einen oder zwei axiale Vorsprünge aufgeschoben werden, sodass es in radialer Richtung aufliegt, und anschließend axial am Träger befestigt werden. Durch die Auflage der Auswuchtgewichte auf einem oder zwei Vorsprüngen wird die Montage vorteilhafterweise vereinfacht, da ein Festhalten der Gewichte vor dem Anschrauben nicht mehr notwendig ist. Beispielsweise kann die Montage auch einhändig ausgeführt werden.
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Eine einfache und sichere Möglichkeit, die Auswuchtgewichte zu befestigen, ist mittels Anschrauben. Weiterhin können die Auswuchtgewichte auch an den Träger geklemmt, genietet oder geschweißt werden. Gemäß der geforderten axialen Befestigung ist jeweils das Schraubenloch und somit die Schraube in axialer Richtung ausgerichtet. Bevorzugt weist ein Auswuchtgewicht zum axialen Befestigen an dem Träger Schraubenlöcher auf, welche korrespondierend zu an dem Träger ausgebildeten Schraubenlöcher ausgebildet sind. Die Schraubenlöcher am Träger sind vorteilhaft jeweils zwischen zwei Vorsprüngen ausgebildet. Wird ein Auswuchtgewicht mittels zwei Vorsprüngen am Träger befestigt, weist beispielsweise das Auswuchtgewicht zwei Schraubenlöcher auf und der Träger weist zwischen den zwei Vorsprüngen ebenfalls zwei Schraubenlöcher auf.
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Die Erfindung betrifft noch ein CT-System, zumindest aufweisend einen erfindungsgemäßen, wie vorstehend beschriebenen rotierbaren Träger. Der Träger ist Teil der Gantry des CT-Systems und herkömmlicherweise in einem Gehäuse angeordnet. Auf dem Träger sind zumindest Komponenten des Röntgensystems angeordnet, wie die Röntgenröhre und/oder der Röntgenstrahlungsdetektor.
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Weiter schlägt der Erfinder vor, ein Verfahren zum Auswuchten eines rotierbaren Trägers eines CT-Systems zum Ausgleichen einer durch die auf dem Träger befestigten Bauteile entstehenden Unwucht, zumindest aufweisend die Schritte: Rotieren des Trägers, Berechnen der Unwucht anhand der auf den Träger wirkenden Kräfte, und Befestigen mindestens eines Auswuchtgewichtes an dem Träger, dahingehend zu verbessern, dass das mindestens eine Auswuchtgewicht in axialer Richtung an dem Träger befestigt wird. Bevorzugt wird das mindestens eine Auswuchtgewicht dabei auf mindestens einen axialen Vorsprung des Trägers radial aufgelegt. Bevorzugt können bei einem Durchlauf des Verfahrens die Positionen aller zum weitest möglichen Ausgleich der Unwucht notwendigen Auswuchtgewichte bestimmt werden. Optional kann das Verfahren wiederholt werden, um die Positionen für weitere Auswuchtgewichte zu bestimmen und den Ausgleich noch zu verbessern.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Träger; 1a: Stirnseite; 2: Auswuchtgewichte; 2a: Auflageschenkel; 2b: mittlerer Bereich; 3: Vorsprung; 4: Schraubenlöcher; 5: Schraube; a: axiale Richtung; C1: CT-System; C2: erste Röntgenröhre; C3: erster Detektor; C4: zweite Röntgenröhre (optional); C5: zweiter Detektor (optional); C6: Gantrygehäuse; C7: Patient; C8: Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Rechen- und Steuereinheit; Prg1 bis Prgn: Computerprogramme; r: radiale Richtung; R: Rotationsachse.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1: eine schematische Darstellung eines CT-Systems mit Recheneinheit, und
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2: eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen, rotierbaren Trägers mit einem axial befestigten Auswuchtgewicht,
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3: eine schematische Draufsicht des Trägers gemäß der 2,
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4: eine schematische Schnittansicht des Trägers gemäß der 2, und
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5: einen Ausschnitt der Perspektivdarstellung des Trägers gemäß der 2.
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes CT-System C1. Das CT-System C1 umfasst ein Gantrygehäuse C6, in dem sich eine hier nicht näher dargestellte Gantry mit einem im Betrieb rotierenden Träger befindet, an dem eine erste Röntgenröhre C2 mit einem gegenüberliegenden ersten Detektor C3 befestigt ist. Optional ist ein zweite Röntgenröhre C4 mit einem zweiten gegenüberliegenden Detektor C5 vorgesehen. Ein Patient C7 befindet sich auf einer in Richtung der Systemachse C9 verschiebbaren Patientenliege C8, mit der er während der Abtastung mit der Röntgenstrahlung kontinuierlich oder sequentiell entlang der Systemachse C9 durch ein Messfeld zwischen den Röntgenröhren C2 und C4 und den jeweils zugeordneten Detektoren C3 und C5 geschoben werden kann. Dieser Vorgang wird durch eine Rechen- und Steuereinheit C10 mit Hilfe von Computerprogrammen Prg1 bis Prgn gesteuert.
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Die 2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen, rotierbaren Trägers 1 mit einem axial befestigten Auswuchtgewicht 2. An dem Träger 1 sind die Röntgenröhre C2, der Detektor C3 und weitere Bauteile des CT-Systems, wie zum Beispiel die Detektorelektronik, Spannungsversorgung und/oder Datenübertragung etc., angebracht. Der Träger 1 weist stirnseitig entlang seines äußeren Umfangs eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Vorsprüngen 3 auf. Die Vorsprünge 3 dienen zum radialen Auflegen von axial zu befestigenden Auswuchtgewichten 2 zum Ausgleichen einer Unwucht des Trägers 1. In der hier gezeigten Übersicht ist lediglich ein Auswuchtgewicht 2 am Träger 1 befestigt.
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Zur besseren Übersicht ist der Träger 1 gemäß der 2 noch in einer Draufsicht, siehe 3, sowie in einer Schnittansicht, siehe 4, gezeigt. Die Richtungsangaben axial a und radial r beziehen sich auf die Rotationsachse R des Trägers 1. Dabei entspricht die Rotationsachse R des Trägers 1 der Systemachse C9 des CT-Systems C1, siehe 1. In der Seitenansicht der 4 sind die axiale Anordnung der Vorsprünge 3 und die axiale Befestigung des Auswuchtgewichtes 2 an einer Stirnseite 1a des Trägers 1 zu erkennen.
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Die 5 zeigt einen Ausschnitt der Perspektivdarstellung des Trägers 1 gemäß der 2 mit dem einen axial befestigten Auswuchtgewicht 2. In dem Ausschnitt des Trägers 1 sind vier axiale Vorsprünge 3 gezeigt, wobei das Auswuchtgewicht 2 auf zwei benachbarten Vorsprüngen 3 radial aufliegt. Dazu sind die Vorsprünge 3 gemäß der hier gezeigten Ausführungsform als rechteckige Nocken ausgebildet, deren Längsrichtung entlang des Umfangs des Trägers 1 ausgerichtet ist.
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Das Auswuchtgewicht 2 ist in dieser Ausführungsform zwischen zwei Vorsprüngen 3 axial an dem Träger 1 befestigt und liegt formschlüssig in radialer Richtung r auf den beiden Vorsprüngen 3 auf. Hierzu weist das Auswuchtgewicht 2 zwei äußere Auflageschenkel 2a auf, welche auf den Vorsprüngen 3 radial aufliegen. Ein mittlerer Bereich 2b des Auswuchtgewichtes 2 ist zwischen den Vorsprüngen 3 positioniert. Durch diese Ausführung und Anordnung des Auswuchtgewichtes 2 kann die Fliehkraft während der Rotation von dem Auswuchtgewicht 2 über die Vorsprünge 3 an den Träger 1 weitergeleitet werden.
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Das Auswuchtgewicht 2 ist in axialer Richtung a an dem Träger 1 angeschraubt. Im mittleren Bereich 2b weist das Auswuchtgewicht 2 hierzu zwei in axialer Richtung a ausgebildete Schraubenlöcher 4 auf. Weiterhin sind an dem Umfang des Trägers 1 zwischen zwei Vorsprüngen 3 jeweils zwei axial ausgerichtete Schraubenlöcher 4 ausgebildet. Beim Anschrauben werden zwei Schrauben 5 in axialer Richtung a durch die Schraubenlöcher 4 des Auswuchtgewichtes 2 bis in die Schraubenlöcher 4 des Trägers 1 geschraubt. Die Befestigungsrichtung des Auswuchtgewichtes 2 entspricht also der axialen Richtung a des Trägers 1. Hierdurch wirkt die Fliehkraft während der Rotation nicht auf die Befestigung des Auswuchtgewichtes 2 ein, welches somit keine dynamische Belastung erfährt.
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Erfindungsgemäß wird beim Auswuchten des Trägers 1 zuerst der Träger 1 in Rotation versetzt, wobei die entstandene Unwucht anhand der auf den Träger 1 wirkenden Kräfte berechnet wird und zum Ausgleich ein oder mehrere Auswuchtgewicht(e) 2 in axialer Richtung a an dem Träger 1 befestigt wird/werden. Dabei kann ein Auswuchtgewicht 2 zusätzlich auf einen oder zwei stirnseitig(e) Vorsprung/Vorsprünge 3 des Trägers 1 in radialer Richtung r aufgelegt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
