DE102014208345A1

DE102014208345A1 - Röntgenvorrichtung

Info

Publication number: DE102014208345A1
Application number: DE102014208345.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Fehre; Udo Heinze; Ralf Nanke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: CN105125226A; DE102014208345B4; US9706629B2; CN105125226B; US20150319831A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung (CE) mit einem Spannungserzeuger (HV) und einem Röntgenstrahler (R), wobei der Spannungserzeuger (HV) für die Spannungsversorgung des Röntgenstrahlers (R) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers (HV) und der Röntgenstrahler (R) getrennt voneinander angeordnet, wodurch sich ein Gewichtsausgleich einfacher realisieren läßt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung mit einem Spannungserzeuger und einem Röntgenstrahler.
Die Röntgentechnik basiert auf der Abschwächung von Röntgenstrahlen bei der Transmission durch ein bestrahltes Objekt. Zentrale Bestandteile eines jeden Röntgengeräts sind dabei ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor, welche derart einander zugeordnet sind, daß von Röntgenstrahler emittierte Strahlung nach Durchdringung eines geröntgten Objekts vom Röntgendetektor detektiert werden kann. Mithin sind Strahler und Detektor einander gegenüber angeordnet.
Die Anordnung von Strahler und Detektor wird typischerweise mit einem Arm oder mehreren Armen realisiert. Die gängigste Lösung mit einem Arm ist der sog. C-Bogen, d.h. ein C-förmiger Arm, an dessen zwei verschiedenen Enden der Strahler bzw. der Detektor angebracht sind. Der Einfachheit halber wird im Folgenden die für die Erfindung relevante Thematik anhand eines solchen C-Bogens erörtert. Die beschriebenen technischen Maßnahmen lassen sich aber auf praktisch beliebige andere Röntgengeräte übertragen.
Für die Anwendung insbesondere von mobilen C-Bögen im klinischen Umfeld spielen eine kompakte Bauform und ausreichende mechanische Stabilität bei Drehbewegungen eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund sollte ein entsprechender Gewichtsausgleich realisiert werden, d.h. die Massen an den Enden des C-Bogens sollten nicht zu unterschiedlich sein. Ein derartiger Gewichtsausgleich ist z.B. in der DE 694 20 936 T2 beschrieben.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen effizienten Gewichtsausgleich bei Röntgengeräten zu realisieren.
Die Aufgabe wird durch eine Röntgenvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Röntgenvorrichtung (z.B. C-Bogen) umfaßt einen Spannungserzeuger (vorzugsweise Hochspannungserzeuger) und einem Röntgenstrahler. Der Spannungserzeuger ist ein zentraler Teil der Spannungsversorgung. Zumindest eine Komponente des Spannungserzeugersund der Röntgenstrahler sind in bzw. an der Röntgenvorrichtung getrennt voneinander angeordnet. Bei dieser zumindest einen Komponente kann es sich z.B. um einen Spannungstransformator, einen Spannungsgleichrichter, einen Spannungskondensator, einen Heiztransformator, eine Kombination aus diesen Komponenten oder den gesamten Spannungserzeuger handeln.
Vorzugsweise wird die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers in der Nähe eines Detektors angeordnet, welcher für die Aufnahme von von dem Röntgenstrahler emittierter Strahlung vorgesehen ist. „In der Nähe“ soll dabei so verstanden werden, daß bei einem Röntgengerät, bei welchem der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor an demselben Arm angebracht sind (z.B. C-Bogen), die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers an demselben Ende des Arms wie der Detektor positioniert ist. Bei Anbringung von Strahler und Detektor an unterschiedlichen Armen soll „in der Nähe“ so interpretiert werden, daß der Detektor und die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers an demselben Arm angebracht sind. Beispielsweise kann die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers an der dem Röntgenstrahler (in Aufnahmestellung) abgewandten Seite des Detektors angeordnet werden.
Die Erfindung erlaubt einen besseren Gewichtsausgleich durch die Trennung der vergleichsweise schweren Komponenten Röntgenstrahler und (zumindest teilweise) Spannungserzeuger. Es kann außerdem zumindest eine zusätzliche, nicht zum Spannungserzeuger oder zum Röntgenstrahler gehörige, für die Spannungsversorgung des Röntgenstrahlers erforderliche Komponente (z.B. Anlaßgerät oder Heiztransformator) bei der zumindest einen Komponente des Spannungserzeugers angeordnet werden. Sinnvoll ist es dabei, für die Spannungsversorgung erforderliche Komponenten nach der Maßgabe eines möglichst guten Gewichtsausgleichs für eine vom Röntgenstrahler getrennte Anordnung vorzusehen. Zusätzliche Kompensationsgewichte zum Gewichtsausgleich werden dann nicht mehr oder nur mehr in einem geringeren Umfang benötigt. Ein derartiger Gewichtsausgleich ist vor allem für mobile Röntgengeräte wichtig, kann aber auch für stationäre, z.B. boden- oder deckenmontierte Systeme verwendet werden. Zur Spannungsversorgung des Strahlers kann z.B. im Inneren des C-Bogens eine Hochspannungsleitung zur Verbindung von der zumindest einen Komponente des Spannungserzeugers und Röntgenstrahler integriert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Rahmen eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen:
1: einen herkömmlichen C-Bogen,
2: ein Prinzipschaltbild eines Röntgengenerators,
3: eine schematische Darstellung einer Röntgenröhre, und
4: einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen C-Bogens.
1 zeigt einen C-Bogen CE gemäß dem Stand der Technik. Auf einer fahrbaren Einheit FE ist – üblicherweise um eine vertikale Achse rotierbar – ein Arm HA angebracht, an dessen Ende der C-Bogenrahmen C befestigt ist. An dem in der Figur unteren Ende des C-Bogenrahmens C ist der Eintank E mit dem Röntgenstrahler R und dem Hochspannungserzeuger HT angeordnet. Die von dem Röntgenstrahler R emittierte Strahlung wird durch einen auf an dem anderen Ende des C-Bogenrahmens angeordneten Detektor D detektiert. An den Enden des C-Bogenrahmens C sind zur einfacheren Positionierung der C-Bogeneinheit CE Ausgleichsmittel AM angeordnet. Diese Ausgleichsmittel AM sind in der Regel so ausgelegt, daß ein Gewichtsausgleich bzgl. der beiden Enden gewährleistet ist.
Die beiden zentralen Bestandteile des Eintanks E, der Röntgenstrahler R und die Komponenten zur Hochspannungserzeugung HT, werden im Folgenden etwas näher beschrieben. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer für ein Röntgengerät vorgesehene Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannung. Diese verwendet typischerweise Wechselrichtertechnik. Die an der Röntgenröhre 7 zwischen Anode A und Kathode K anliegende Spannung ist eine Gleichspannung. Diese wird mit Hilfe eines Generators bzw. einer Hochspannungstransformationsvorrichtung erzeugt. Die durch einen Netzgleichrichter 1 und einen Zwischenkreisfilter 2 gewonnene Gleichspannung wird mittels eines Schwingkreis-Wechselrichters 3 zu einer Wechselspannung umgewandelt. Diese Wechselspannung wird durch einen Hochspannungstransformator 4 zu einer Hochspannung transformiert, welche für die Röntgenröhre 7 mittels eines Hochspannungs-Gleichrichters 5 zu einer Gleichspannung umgewandelt und mittels eines Hochspannungskondensators 6 gefiltert wird.
3 zeigt schematisch eine Röntgenröhre. In einem für die Kühlung erforderlichen Ölbad Ö ist ein Vakuumgehäuse V angeordnet. Im Vakuumgehäuse V ist eine Kathode K vorgesehen, welche erhitzt wird, um freie Elektronen zu generieren. Diese Elektronen werden mittels einer Beschleunigungsspannung (in der Figur nicht dargestellt) in Richtung einer Drehanode A beschleunigt. Der auf diese Weise generierte Elektronenstrahl e trifft auf die Anode A. Hierbei handelt es sich üblicherweise um eine Drehanode, welche zwecks Wärmeabfuhr in Rotation R versetzt ist. Durch den Beschuß des Anodenmaterials werden Röntgenstrahlen R erzeugt, die durch das Austrittsfenster F das Vakuumgehäuse V verlassen. Für den Betrieb des Röntgenstrahlers wird eine Hochspannung (z.B. 100 kV) benötigt.
Eine zentrale Überlegung der vorliegenden Erfindung ist, daß die Erzeugung von Röntgenstrahlen mit Hilfe von zwei zentralen Komponenten, nämlich Hochspannungserzeuger und Röntgenstrahler, erfolgt, die relativ autark bzw. unabhängig voneinander funktionieren und deshalb auch räumlich getrennt werden können. Eine weitere wichtige Beobachtung ist, daß typischerweise Hochspannungserzeuger und Röntgenstrahler zusammen ein vergleichbares Gewicht (z.B. 25 .. 30 kg) aufweisen, während der Detektor ein erheblich geringeres, häufig um eine Größenordnung kleineres Gewicht hat (z.B. 3 kg).
Dies macht sich die Erfindung zunutze. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Hauptkomponenten des Eintanks (Strahler/Spannungserzeugung) räumlich zu trennen. Beispielsweise werden die gesamten Komponenten des sog. Hochspannungserzeugers von dem Strahler separiert. Der Hochspannungserzeuger beinhaltet hauptsächlich die Komponenten Hochspannungstransformator, Hochspannungsgleichrichter, Hochspannungskondensator und Heiztransformator. Für das Ausführungsbeispiel wird im Folgenden angenommen, daß der Hochspannungserzeuger vom Strahler getrennt und in einem eigenen Gehäuse getrennt angeordnet wird. Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Insbesondere können zusätzliche für die Spannungsversorgung vorgesehene Komponenten vom Strahler getrennt und zum Hochspannungserzeuger verlagert werden.
Vorzugsweise ist der Spannungs- bzw. HF-Erzeuger auf der dem Strahler gegenüberliegenden Seite hinter dem Detektor (üblicherweise Flachdetektor) angeordnet. Dies ist in 4 für einen mobilen C-Bogen CE näher gezeigt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen bildet der Hochspannungserzeugererzeuger HV für die Erzeugung der von dem Röntgenstrahler benötigten Hochspannung nicht mit dem Strahler ein integriertes System (Eintank), sondern ist getrennt von ihm bei dem Detektor D auf der dem Strahler abgewandten Seite angeordnet. Der Hochspannungserzeuger HV und der Strahler R sind mit einer angemessen isolierten Hochspannungsleitung HVL miteinander verbunden. Zur Kühlung der Komponenten ist ein Kühlleitungssystem KL bzw. Kühlkreis (Luft oder Wasser) vorgesehen, welches z.B. eine Umwälzpumpe UP für das Kühlmedium umfaßt. Dieses Kühlleitungssystem KL ist im Inneren des C-Bogenrahmens C so geführt, daß es beide Enden erreicht und somit auch für den Röntgenstrahler R und den Hochspannungserzeuger HV eine Wärmeabfuhr bewerkstelligt. Alternativ kann das Kühlmedium auch alternativ oder zusätzlich durch das C-Bogenkabel in die fahrbare Einheit FE zur Entwärmung geführt werden.
Diese Anordnung hat eine Reihe von Vorteilen:

• Ein Gewichtsausgleich durch relativ ähnliche Massen an den Enden wird realisiert. Wenn überhaupt, werden somit nur deutlich leichtere Zusatzgewichte zur Ausbalancierung benötigt.
• Es ist möglich, den Abstand zwischen dem Strahler und dem durch in Bezug auf die Bogenrotation definierten Isozentrum zu vergrößern. Diese wird deutlich aus dem Vergleich zwischen 1 und 4. Im erfindungsgemäßen C-Bogen von 4 ist die Position des Röntgenstrahlers in Gegenrichtung zu dem Detektor versetzt. D.h. der C-Bogen kann konzeptionell so gestaltet werden, daß ein größerer Abstand zwischen Strahler und Isozentrum resultiert. Bei gleichem Abstand zum Isozentrum kann wiederum ein erfindungsgemäßer C-Bogen von der Bauweise kompakter ausgeführt werden als ein herkömmlicher C-Bogen.
• Bei herkömmlichen Röntgengeräten ist es erforderlich, den gesamten Eintank zu tauschen, wenn eine Komponente des Eintanks ausfällt. Bei erfindungsgemäß konzipierten Röntgengeräten sind dagegen die einzelnen Komponenten austauschbar, d.h. bei einem defekten Strahler braucht nur dieser getauscht werden und nicht der gesamte Eintank. Die Servicemöglichkeiten bzgl. der Einzelkomponenten sind somit verbessert.
• Die erfindungsgemäße aufgeteilte Anordnung von Röntgenstrahler und Röntgengenerator ermöglicht eine besseres Kühlung, da die Hauptwärmequelle (nämlich der Strahler) isoliert wird und die weiteren Wärmequellen (Generator, Detektor) auf der anderen Seite angeordnet sind. Die Wärmeabfuhr wird somit durch eine geschickte Aufteilung der Wärmequellen verbessert.

Die oben gemachten Ausführungen betreffen lediglich eine Ausführung des Erfindungsgegenstandes, der den Schutzbereich nicht einschränken soll. Der Fachmann kommt durch routinemäßiges Handeln zwanglos auf weitere Ausgestaltungen. Insbesondere ist ein C-Bogen nur ein möglicher Typ von Röntgengerät, für den sich die Erfindung vorteilhaft nutzen läßt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 69420936 T2 [0004]

Claims

Röntgenvorrichtung (CE) mit einem Spannungserzeuger (HV) und einem Röntgenstrahler (R), wobei der Spannungserzeuger (HV) für die Spannungsversorgung des Röntgenstrahlers (R) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers (HV) und der Röntgenstrahler (R) getrennt voneinander angeordnet sind.
Röntgenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Röntgenvorrichtung (CE) einen Detektor (D) zur Aufnahme von dem Röntgenstrahler (R) emittierter Strahlung umfaßt, und – die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers (HV) in der Nähe des Detektors (D) angeordnet ist.
Röntgenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Komponente des Spannungserzeugers (HV) an der dem Röntgenstrahler (R) abgewandten Seite des Detektors angeordnet ist.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zumindest einen Komponente um einen Spannungstransformator, einen Spannungsgleichrichter, einen Spannungskondensator, einen Heiztransformator, eine Kombination davon oder den gesamten Spannungserzeuger (HV) handelt.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine zusätzliche, nicht zum Spannungserzeuger (HV) oder zum Röntgenstrahler (R) gehörige, für die Spannungsversorgung des Röntgenstrahler (R) erforderliche Komponente bei der zumindest einen Komponente des Spannungserzeugers angeordnet wird.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Spannungsversorgung des Röntgenstrahlers (R) erforderliche Komponenten nach Maßgabe eines optimierten Gewichtsausgleichs für eine getrennte Anordnung vom Röntgenstrahler vorgesehen werden.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Röntgenvorrichtung (CE) als mobile oder stationäre Röntgenvorrichtung ausgestaltet ist.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Röntgenvorrichtung (CE) als C-Bogen ausgestaltet ist.
Röntgenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß – der C-Bogen mit einem C-Bogenrahmen (C) gebildet ist, und – im Inneren des C-Bogenrahmens (C) eine Hochspannungsleitung (HVL) zur Verbindung von der zumindest einen Komponente des Spannungserzeugers (HV) und dem Röntgenstrahler (R) integriert ist.
Röntgenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein zusätzliches Kompensationsgewicht (AM) zum Gewichtsausgleich vorgesehen ist.