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Die Erfindung betrifft die Energieübertragung zwischen einem stationären und einem rotierbaren Modul eines Computertomographen, bspw. zur Energieversorgung einer auf einer Gantry des Computertomographen angeordneten Röntgenröhre.
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Ein Computertomograph (CT) besteht im Wesentlichen aus einem stationären Modul, an dem bspw. ein Großteil der notwendigen Elektronik, eine Energieversorgung, eine Patientenliege etc. angeordnet sind, sowie einem rotierbaren Modul, welches bei der Bildaufnahme um das abzubildende Objekt rotiert und bspw. eine Röntgenröhre und Röntgendetektoren aufweist. Ein derartiges rotierbares Modul wird auch als Gantry bezeichnet. Zumindest ein Teil der an der Gantry angebrachten Geräte benötigt zum Betrieb elektrische Energie. Aufgrund der hohen Rotationsfrequenzen der Gantry bei der Bildaufnahme wird davon abgesehen, die zur Versorgung der elektrischen Verbraucher auf der Gabtry benötigte Energiequelle an der Gantry zu befestigen, sondern es wird auf die Energieversorgung am stationären Modul zurückgegriffen.
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Bisher verwenden Computertomographen Schleifringe zur Übertragung von Energie von der Energieversorgung am stationären Modul auf die rotierende Gantry. Derartige Schleifringe unterliegen mechanischem Verschleiß und die maximal übertragbare Spannung ist begrenzt, so dass auf der Gantry ein Hochfrequenzumrichter angeordnet werden muss, um die benötigten Hochspannungen zu erzeugen.
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Trotz der existierenden Ansätze zur ... weisen die gängigen Verfahren verschiedene Nachteile hinsichtlich des Aufwandes und der entsprechenden Kosten sowie der Effizienz auf.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die Computertomographie die Energieübertragung zwischen dem stationären Modul und dem im Betrieb rotierenden Modul zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 beschriebenen CT-Energieübertrager sowie durch das in Anspruch 12 beschriebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, dass zur Energieübertragung vom stationären Teil zur Gantry anstelle eines Schleifrings ein Lufttransformator eingesetzt wird. Die Funktionsweise eines normalen Transformators, der üblicherweise zumindest einen Primärkreis sowie einen Sekundärkreis aufweist, die über einen magnetischen Kreis verbunden sind, ist hinlänglich bekannt: Der Primärkreis wird mit einer Wechselspannungsquelle verbunden, so dass bei Anliegen der Wechselspannung am Primärkreis über den magnetischen Kreis eine Wechselspannung im Sekundärkreis induziert wird. Der magnetische Kreis ist häufig ein Ferrit- oder Eisenkern, kann aber auch über die Luftschnittstelle und damit ohne eigentlichen Kern realisiert sein. Im letzteren Fall spricht man von einem Lufttransformator, der insbesondere bei hohen Frequenzen gewisse Vorteile gegenüber den Ferrit-, Eisen- oder anderen materiellen Kernen aufweist.
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Die Erfindung geht davon aus, dass auf der stationären Seite des CT bzw. am stationären Modul ein Hochfrequenzgenerator vorgesehen ist, der eine Wechselspannung bereitstellt. Die in Form der Wechselspannung bereitgestellte Energie wird mit Hilfe eines Lufttransformators auf die Gantry übertragen, wo sie einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden kann.
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(Platzhalter für Anspruch 1 in „lesbarer“ Form) Der entsprechende, erfindungsgemäße CT-Energieübertrager für einen Computertomographen weist einen Lufttransformator zur kontaktlosen Übertragung von Energie von einer ersten, stationären Komponente des CT-Energieübertragers zu einer zweiten Komponente des CT-Energieübertragers auf. Die zweite Komponente ist an einem in einem Betriebszustand des Computertomographen, d.h. bspw. zur Untersuchung eines Patienten, um eine Achse A des Computertomographen und gegenüber der ersten Komponente rotierbaren Modul des Computertomographen anzuordnen und in einem in den Computertomographen eingebauten Zustand gegenüber der ersten Komponente rotierbar. Die erste Komponente weist einen Primärkreis des Lufttransformators auf, in welchen ersten Primärkreis die Energie in Form einer Wechselspannung zur Übertragung einspeisbar ist. Die zweite Komponente weist einen Sekundärkreis des Lufttransformators auf, aus welchem Sekundärkreis die übertragene Energie entnehmbar ist.
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Ist der CT-Energieübertrager in ein CT eingebaut, so sind der Primärkreis und der Sekundärkreis derart zueinander angeordnet, dass eine am Primärkreis anliegende Wechselspannung bewirkt, dass im Sekundärkreis eine Spannung induziert wird und somit Energie übertragen wird.
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Der Sekundärkreis ist derart an der zweiten Komponente und damit am rotierbaren Teil des Computertomographen angeordnet, dass er bei Rotation um die Achse A einen Kreisring mit einem Innenradius Ri beschreibt. Der Primärkreis weist eine elektrische Leitung mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende und mit zumindest einem ersten gekrümmten elektrischen Leitungsabschnitt zwischen den beiden Enden auf, wobei sich der erste Leitungsabschnitt in einer ersten Richtung, bspw. im mathematisch positiven Drehsinn bzgl. der Achse A, im Wesentlichen entlang eines Umfangs eines ersten Kreises oder zumindest eines ersten Kreisabschnitts erstreckt, wobei der erste Kreis oder der erste Kreisabschnitt konzentrisch zum Kreisring angeordnet ist. Damit ist sichergestellt, dass der Sekundärkreis bei Rotation stets im gleichen Abstand zum Primärkreis angeordnet ist, so dass die im Sekundärkreis induzierte Spannung unabhängig von der Winkelposition des Sekundärkreises ist.
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Die elektrische Leitung des Primärkreises weist zumindest einen weiteren gekrümmten elektrischen Leitungsabschnitt zwischen den beiden Enden auf, der mit dem ersten Leitungsabschnitt in Reihe geschaltet ist und der sich in einer Richtung entgegen der ersten Richtung, bspw. im mathematisch negativen Drehsinn bzgl. der Achse A, im Wesentlichen entlang eines Umfangs eines zweiten Kreises oder zumindest eines zweiten Kreisabschnitts erstreckt, wobei der zweite Kreis oder der zweite Kreisabschnitt konzentrisch zum Kreisring angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann die in den Sekundärkreis induzierbare Spannung erhöht werden.
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Dabei entspricht ein Radius R1 des ersten Kreises oder des ersten Kreisabschnitts einem Radius R2 des zweiten Kreises oder des zweiten Kreisabschnitts, d.h. der erste und der weitere Leitungsabschnitt liegen in radialer Richtung an der gleichen Position. Weiterhin ist der weitere Leitungsabschnitt gegenüber dem ersten Leitungsabschnitt in einer bezüglich der Achse A axialen Richtung versetzt angeordnet, d.h. der erste und der weitere Leitungsabschnitt haben unterschiedliche axiale Positionen.
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Alternativ ist ein Radius R1 des ersten Kreises oder des ersten Kreisabschnitts größer als ein Radius R2 des zweiten Kreises oder des zweiten Kreisabschnitts, d.h. der erste und der weitere Leitungsabschnitt liegen in radialer Richtung an unterschiedlichen Positionen, der erste Leitungsabschnitt liegt radial außerhalb des weiteren Leitungsabschnitts. Weiterhin sind der erste Leitungsabschnitt und der weitere Leitungsabschnitt in einer bezüglich der Achse A axialen Richtung an der gleichen Position angeordnet sind, d.h. der erste und der weitere Leitungsabschnitt haben gleiche axiale Positionen.
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Vorteilhafterweise weist der CT-Energieübertrager einen Hochfrequenzgenerator auf, der elektrisch mit dem Primärkreis verbunden ist und der die zu übertragende Energie in Form der Wechselspannung bereitstellt. Das erste Ende und das zweite Ende der elektrischen Leitung sind zum Einspeisen der Hochfrequenzspannung in die elektrische Leitung mit dem Hochfrequenzgenerator verbunden.
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Der Sekundärkreis ist bspw. eine Magnetspule, die derart angeordnet und orientiert ist, dass ein durch die am Primärkreis anliegende Wechselspannung generiertes magnetisches Wechselfeld die Magnetspule durchsetzt und so die Spannung induziert.
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Der Sekundärkreis ist als Hochspannungswicklung ausgebildet, die derart ausgelegt ist, dass sie eine zum Betrieb eines an der zweiten Komponente positionierten elektrischen Verbrauchers benötigte Hochspannung bereitstellt, ohne dass eine zusätzliche Energiequelle, bspw. ein zusätzlicher Transformator, am rotierbaren Modul benötigt wird. Dies kann bspw. durch eine entsprechende Windungszahl oder Dimensionierung der Magnetspule erreicht werden. Da keine zusätzliche Energiequelle an der zweiten Komponente benötigt wird und damit die an der zweiten Komponente angebrachte Masse geringer ist, wird auch die mechanische Belastung der zweiten Komponente geringer.
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Die erste Komponente ist bspw. ein stationäres Modul eines Computertomographen. Die zweite Komponente ist dann ein um eine Achse A und gegenüber dem stationären Modul rotierbares Modul, insbesondere eine Gantry, des Computertomographen. Der Primärkreis an der ersten Komponente und der Sekundärkreis an der zweiten Komponente sind derart zueinander angeordnet, dass eine am Primärkreis anliegende Wechselspannung bewirkt, dass im Sekundärkreis eine Spannung induziert wird und somit Energie übertragen wird.
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Der Sekundärkreis ist mit einem elektrischen Verbraucher verbunden, der am rotierbaren Modul angeordnet ist und der mit zumindest einem Teil der übertragenen Energie versorgt wird.
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Der elektrische Verbraucher ist bspw. eine Röntgenquelle zur Erzeugung der beim Betrieb des Computertomographen benötigten Röntgenstrahlung.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontaktlosen Übertragung von Energie von einem stationären Modul eines Computertomographen zu einem in einem Betriebszustand des Computertomographen um eine Achse A rotierbaren Modul des Computertomographen unter Verwendung des oben beschriebenen CT-Energieübertragers wird die zu übertragende Energie in Form der Wechselspannung bereit gestellt und an den Primärkreis angelegt. Die angelegte Wechselspannung bewirkt eine induzierte Spannung im Sekundärkreis, wobei die induzierte Spannung abgreifbar ist und so als Energie zur Verfügung steht.
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Das hier vorgestellte Konzept offenbart eine Vielzahl von Vorteilen. Bspw. ist der CT-Energieübertrager magnetfeldkompatibel und damit auch im Umfeld eines Magnetresonanztomographen (MRT) einsetzbar. Somit können CT-MRT-Kombigeräte realisiert werden. Weiterhin kann der Sekundärkreis direkt als Hochspannungswicklung ausgebildet sein, so dass auf einen dedizierten Transformator verzichtet werden kann. Die Erfindung erlaubt, bspw. ohne Eisen oder Ferrit und damit magnetfeldkompatibel und ohne mechanischen Schleifring zur direkten Hochspannungserzeugung den oben und im Folgenden beschriebenen ringförmigen Lufttransformator einzusetzen.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Computertomographen mit einem CT-Energieübertrager,
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2 den Computertomographen mit dem CT-Energieübertrager in einer weiter entwickelten Ausführung,
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3 die Verschaltung eines Sekundärkreises des CT-Energieübertragers mit einem elektrischen Verbraucher,
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4 eine Frontansicht einer ersten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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5 eine Seitenansicht der ersten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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6 eine Frontansicht einer zweiten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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7 eine Seitenansicht der zweiten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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8 eine Frontansicht einer dritten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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9 eine Seitenansicht der dritten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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10 eine Frontansicht einer vierten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers,
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11 eine Seitenansicht der vierten Möglichkeit zur Anordnung von Primärkreis und Sekundärkreis des CT-Energieübertragers.
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Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten.
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1 zeigt einen Computertomographen (CT) 1 in schematischer Darstellung in einer Frontansicht, d.h. in einer Sicht entlang einer Rotationsachse A. Der CT 1 weist ein stationäres Modul 100 und ein um die Rotationsachse A rotierbares Modul 200, d.h. eine Gantry, auf.
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Am stationären Modul 100 ist eine Steuerung 110 untergebracht, die bspw. zur Steuerung von elektrischen und elektronischen Komponenten (nicht im Detail dargestellt) des CT 1, zum Auslesen von Bilddaten von Röntgendetektoren des CT 1 und zu anderen zum Betrieb des CT 1 notwendigen Funktionen eingerichtet ist. Weiterhin befindet sich am stationären Modul 100 eine Energieversorgung 120, die bspw. einen Hochfrequenzgenerator umfassen kann, der eine Hochfrequenzspannung zur Verfügung stellt. Dabei muss der Hochfrequenzgenerator 120 nicht unmittelbar am stationären Modul 100 angeordnet bzw. befestigt sein. Der relevante Punkt ist, dass der Hochfrequenzgenerator 120 nicht mit dem rotierbaren Modul 200 bzw. mit der Gantry 200 mitrotiert. Bspw. kann der Hochfrequenzgenerator 120 entfernt vom CT 1 angeordnet und mit Hilfe einer geeigneten Stromzuführung mit dem CT 1 und mit den zu versorgenden Komponenten verbunden sein. Diese Möglichkeit ist ebenfalls durch die Formulierung, dass sich die Energieversorgung 120 bzw. der Hochfrequenzgenerator am stationären Modul 100 befindet, abgedeckt.
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Das stationäre Modul 100 weist eine Öffnung 130 auf, innerhalb derer das rotierbare Modul 200 angeordnet ist. Die Öffnung 130 ist in der Regel im Wesentlichen kreisrund und ansatzweise röhrenförmig ausgebildet und hat damit im Wesentlichen die gleiche Geometrie wie die Gantry 200. In der Öffnung 130 wird bspw. auch ein zu untersuchender Patient auf einer Patientenliege des CT 1 positioniert (nicht dargestellt).
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Weitere am stationären Modul 100 typischerweise angebrachte bzw. befindliche Komponenten des CT 1 sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, da sie keinen wesentlichen Beitrag zur eigentlichen Erfindung leisten. Bspw. kann auch der Patiententisch (nicht dargestellt) des CT 1 am stationären Modul 100 angeordnet sein. Im Allgemeinen ist das stationäre Modul 100 ein im Raum fest stehendes, im Wesentlichen unbewegliches Teil des CT 1.
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Das rotierbare Modul 200 bzw. die Gantry 200 ist gegenüber dem stationären Modul 100 beweglich, insbesondere um die Rotationsachse A rotierbar, und innerhalb der Öffnung 130 sowie konzentrisch zur Öffnung 130 des stationären Moduls 100 angeordnet. An der Gantry 200 sind einige der zur Bildgebung notwendigen Geräte vorgesehen, d.h. insbesondere eine Röntgenröhre 210 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, ein Röntgendetektor 220, der bzgl. der Achse A der Gantry 200 gegenüber der Röntgenröhre 210 angeordnet ist, sowie weitere, hier nicht näher bezeichnete Geräte. Der Röntgendetektor 220 kann bspw. ein sogenanntes Flatpanel sein. Dabei ist die Röntgenröhre 210 derart orientiert, dass die Röntgenstrahlung auf den Detektor 220 fällt. Die an der Gantry 200 angeordneten Geräte 210, 220 sind an der Gantry 200 befestigt, so dass sie bei Rotation der Gantry 200 mitrotieren und dabei zueinander sowie zur Öffnung 130 konzentrische Kreise beschreiben. Diese für ein CT typische Anordnung ist bekannt und wird genauso wie die weitere Funktionsweise eines CT an dieser Stelle nicht weiter beschrieben.
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Zum Betrieb der Röntgenröhre 210 und zur Erzeugung der Röntgenstrahlung benötigt die Röntgenröhre 210 elektrische Energie. Diese Energie wird am stationären Modul 100 vom Hochfrequenzgenerator 120 in Form einer Wechselspannung zur Verfügung gestellt und mit Hilfe eines Computertomographie-Energieübertragers 300 kontaktlos an die Gantry 200 übertragen, wo die übertragene Energie an elektrische Verbraucher wie bspw. die Röntgenröhre 210 und/oder das Flatpanel 220 verteilt wird.
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Der CT-Energieübertrager 300 weist eine erste, stationäre Komponente 310 sowie eine zweite Komponente 320 auf. Die erste Komponente 310 kann bspw. das stationäre Modul 100 des CT 1 selbst sein, während die zweite Komponente 320 bpsw. die Gantry 200 selbst sein kann, so dass die zweite Komponente 320 im Betrieb des CT 1, d.h. insbesondere während einer Bildaufnahme und bei Rotation der Gantry 200, mit der Gantry 200 mitrotiert und dabei einen zur Öffnung 130 konzentrischen Kreis beschreibt. Weiterhin weist der CT-Energieübertrager 300 einen Luft-Transformator 330 mit einem an der ersten Komponente 310 des CT-Energieübertragers 300 angeordneten Primärkreis 331 sowie mit einem an der zweiten Komponente 320 des CT-Energieübertragers 300 angeordneten Sekundärkreis 332 auf. Der Primärkreis 331 ist mit dem Hochfrequenzgenerator 120 verbunden, so dass die vom Hochfrequenzgenerator 120 zur Verfügung gestellte, zu übertragende Energie in Form der Wechselspannung in den Primärkreis 331 eingespeist werden kann. Wie einleitend im Zusammenhang mit der Funktionsweise eines Lufttransformators beschrieben bewirkt das Anliegen der Wechselspannung am Primärkreis 331, dass im Sekundärkreis 332 des Lufttransformators 330 eine Spannung induziert wird. Dies ist gleichbedeutend mit der Übertragung von Energie vom Primärkreis 331 zum Sekundärkreis 332 bzw. von der ersten Komponente 310 zur zweiten Komponente 320.
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In einer alternativen Auslegung der Komponenten 310, 320 des CT-Energieübertragers 300 ist die erste Komponente 310 nicht das stationäre Modul 100 des CT 1 selbst, sondern bspw. ein Teil eines Gehäuses des stationären Moduls 100 des Computertomomgraphen 1, an dem der Primärkreis 331 vorzugsweise in der Nähe der Öffnung 130 angeordnet ist. Die zweite Komponente 320 des CT-Energieübertragers 300 ist nicht die Gantry 200 selbst, sondern bspw. eine Einrichtung, mit der der Sekundärkreis 332 an der Gantry 200 befestigt bzw. gehalten wird. Der wesentliche Punkt ist, dass der Primärkreis 331 am stationären Modul 100 angeordnet und somit direkt bspw. über eine Kabelverbindung mit der Energieversorgung 120 bzw. dem Hochfrequenzgenerator 120 verbindbar ist, und dass der Sekundärkreis 332 am rotierbaren Modul 200 angeordnet ist, so dass eine an den Sekundärkreis 332 übertragene Energie direkt an die auf der Gantry 200 positionierten Geräte 210, 220 geleitet werden kann. Die Schnittstelle zwischen dem Primärkreis 331 und dem Sekundärkreis 332 ist in jedem Fall die Luftschnittstelle, d.h. es erfolgt eine kontaktlose Energieübertragung.
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Um zu erreichen, dass die Wechselspannung am Primärkreis 331 bewirkt, dass im Sekundärkreis 332 eine Spannung induziert wird, müssen der Primärkreis 331 und der Sekundärkreis 332 in geeigneter Weise zueinander angeordnet sein. Bspw. kann der Sekundärkreis 332 als Magnetspule 332-1 mit einer Anzahl von Windungen um eine Spulenlängsachse L ausgebildet sein. Der Primärkreis 331 erzeugt aufgrund der Wechselspannung ein magnetisches Wechselfeld mit magnetischen Feldlinien, und der Sekundärkreis 332 wird idealerweise derart angeordnet, dass die magnetischen Feldlinien im Wesentlichen senkrecht auf einer Querschnittsfläche der Magnetspule 332-1 stehen bzw. im Wesentlichen parallel zur Spulenlängsachse L orientiert sind, so dass in der Magnetspule 332-1 eine Spannung induziert wird.
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Der Primärkreis 331 ist in der einfachsten Ausführung eine elektrische Leitung mit einem ersten Ende 331-8 und mit einem zweiten Ende 331-9 und mit einem ersten elektrischen Leitungsabschnitt 331-1 zwischen den beiden Enden 331-8, 331-9. Die beiden Enden 331-8, 331-9 sind mit dem Hochfrequenzgenerator 120 verbunden, so dass die Wechselspannung in die elektrische Leitung 331 eingespeist werden kann.
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Der Leitungsabschnitt 331-1 erstreckt sich am stationären Modul 100 bzw. an der ersten Komponente 310 in einer ersten Richtung Rot1 um die Öffnung 130, in 1 bspw. in mathematisch positivem Drehsinn bzgl. der Achse A, im Wesentlichen entlang eines Innenumfangs der Öffnung 130 bzw. entlang eines Umfangs der Gantry 200. Die genaue Positionierung der elektrischen Leitung hängt von der Positionierung des Sekundärkreises 332 bzw. der Magnetspule 332-1 ab. Dabei kann sich der Leitungsabschnitt 331-1 über einen Raumwinkel von 360° oder mehr erstrecken, ist also kreisförmig, oder aber er erstreckt sich über einen geringeren Raumwinkel und hat demzufolge die Form eines Kreisabschnitts. In beiden Fällen ist der Leitungsabschnitt 331-1 konzentrisch zur Gantry 200 und zur Öffnung 130 orientiert.
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In einer weiter entwickelten Ausführung, die in der 2 dargestellt ist, weist die elektrische Leitung 331 zwischen den beiden Enden 331-8, 331-9 zusätzlich einen weiteren Leitungsabschnitt 331-2 auf, der mit dem ersten Leitungsabschnitt 331-1 in Reihe geschaltet ist. Der weitere Leitungsabschnitt 331-2 erstreckt sich ebenfalls um die Öffnung 130, allerdings in einer Richtung Rot2 entgegen der ersten Richtung, in 1 bspw. in mathematisch negativem Drehsinn bzgl. der Achse A, und im Wesentlichen entlang eines Innenumfangs der Öffnung 130 bzw. entlang eines Umfangs der Gantry 200. Wie der erste Leitungsabschnitt 331-1 kann sich auch der weitere Leitungsabschnitt 331-2 über einen Raumwinkel von 360° oder mehr oder aber über einen geringeren Raumwinkel erstrecken und demzufolge eine Kreisform oder die Form eines Kreisabschnitts aufweisen. In beiden Fällen ist die elektrische Leitung 331 und mit ihr der weitere Leitungsabschnitt 331-2 konzentrisch zur Gantry 200 sowie zum ersten Leitungsabschnitt 331-1 orientiert.
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Vorteilhafterweise bewirkt bei der weiter entwickelten Ausführung mit mehreren Leitungsabschnitten 331-1, 331-2 die Erstreckung der beiden Abschnitte 331-1, 331-2 in Gegenrichtung zueinander, dass sich die von den beiden Abschnitten 331-1, 331-2 erzeugten Magnetfelder in einem Bereich zwischen den Abschnitten 331-1, 331-2 addieren, dass dort also ein verstärktes Magnetfeld vorliegt. Dies wirkt sich vorteilhaft aus, weil damit auch der Effekt der Induktion stärker ausfällt und damit eine höhere Spannung im Sekundärkreis 332 induziert wird.
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Der Sekundärkreis 332 und insbesondere die Spule 332-1 ist derart an der Gantry 200 angeordnet, dass sie bei Rotation der Gantry 200 einen Kreis beschreibt, der konzentrisch zur Gantry 200, zur Öffnung 130 und inbesondere zum ersten elektrischen Leitungsabschnitt 331-1 des Primärkreis 331 orientiert ist.
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Der Sekundärkreis 332, der in der 3 schematisch näher dargestellt ist, weist zwei Enden 332-8, 332-9 sowie einen zwischen den Enden gelegenen und zur Magnetspule 332-1 aufgewickelten Leitungsabschnitt auf. An den beiden Enden 332-8, 332-9 kann eine in die Magnetspule 332-1 induzierte Spannung abgegriffen werden. Dementsprechend sind die beiden Enden 332-8, 332-9 mit einem oder mehreren elektrischen Verbraucher auf der Gantry 200 verbunden, bspw. mit der Röntgenröhre 210.
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Im Betriebszustand rotiert die Gantry 200 mit der Röntgenröhre 210 und den anderen Geräten um die Achse A. Der Hochfrequenzgenerator 120 erzeugt eine Wechselspannung, die in den Primärkreis 331 eingespeist wird, so dass dieser ein magnetisches Wechselfeld generiert. Die Mangetspule 332-1 streicht bei der Rotation der Gantry 200 am stationären Modul des CT 1 vorbei und überstreicht dabei auch das magnetische Wechselfeld, so dass eine Spannung induziert wird, die den Geräten auf der Gantry 200 zur Verfügung gestellt werden kann. Aufgrund der konzentrischen Anordnung der verschiedenen Komponenten und da die Rotationsfrequenz wesentlich geringer ist als die Frequenz der Wechselspannung bzw. des magnetischen Wechselfeldes, kann davon ausgegangen werden, dass die induzierte Spannung bzw. die hiermit auf die Gantry 200 übertragene Energie weitestgehend konstant ist.
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Die bereits erwähnte 3 zeigt eine Möglichkeit der Verschaltung der Röntgenröhre 210 mit dem Sekundärkeis 332, wobei die Spule 332-1 des Sekundärkreises mit einer Kapazität 332-2 des Sekundärkreises 332 einen LC-Resonanzkreis bildet. Eine ausreichend hohe Güte Q > 1/(k^2) des Resonanzkreises stellt sicher, dass trotz eines bei einem Lufttransformator typischerweise geringen Koppelfaktor keine nur schwach belastungsabhängige Sekundärspannung entsteht. Der Sekundärkreis wird durch entsprechende Dimensionierung der Spule 332-1 vorzugsweise als Hochspannungswicklung ausgeführt, so dass ein dedizierter Transformator auf der Gantry 200 nicht benötigt wird. Die in der 3 gezeigte Röntgenröhre 210 repräsentiert lediglich einen der auf der Gantry 200 positionierten elektrischen Verbraucher, die mit der mittels des CT-Energieübertragers 300 kontaktlos zur Verfügung gestellten Energie zu versorgen sind.
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Die genaue Positionierung des Primärkreises 331 und des Sekundärkreises 332 zueinander hängt von der Geometrie des CT 1 ab, d.h. davon, wie die Gantry 200 bezüglich des stationären Moduls 100 angeordnet ist. Typischerweise ist die Gantry 200 die Öffnung 130 umgebend und damit quasi in einem Gehäuse des stationären Moduls 100 oder innerhalb der Öffnung 130 angeordnet. Grundsätzlich sind der Primärkreis 331 am stationären Modul 100 und der Sekundärkreis 332 an der Gantry 200 derart positioniert, dass sie möglichst nah beieinander liegen, so dass der Durchsatz von magnetischen Feldlinien, die vom Primärkreis 331 erzeugt werden, durch die Spule 332-1 des Sekundärkreises 332 maximal wird.
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Um die oben erwähnte geeignete Anordnung von Primärkreis 331 und Sekundärkreis 332 zu realisieren, sind mehrere Ansätze denkbar. Dabei kommt es auch darauf an, ob die elektrische Leitung 331 nur einen ersten Leitungsabschnitt 331-1 oder auch einen zweiten, in Gegenrichtung orientierten Leitungsabschnitt 331-2 aufweist.
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Im ersten genannten Fall mit nur einem Leitungsabschnitt 331-1, der in den 4 und 5 skizziert ist, fällt das Magnetfeld einfach mit dem Abstand vom Leitungsabschnitt 331-1 ab, d.h. die Magnetspule 332-1 bzw. der bei Rotation von der Magnetspule 332-1 beschriebene Kreis sollte möglichst nah an dem Leitungsabschnitt 331-1 platziert sein. Die 4 zeigt eine Frontansicht mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse A und 5 zeigt eine Seitenansicht mit Blick in radialer Richtung.
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Bspw. können der Primärkreis 331 und der Sekundärkreis 332, insbesondere die Magnetspule 332-1, derart angeordnet sein, dass sie in axialer Richtung hintereinander und in radialer Richtung an der im Wesentlichen gleichen Position liegen, d.h. der Radius des Kreises bzw. des Kreisabschnitts der elektrischen Leitung 331 entspricht im Wesentlichen dem Radius des Kreises, den die Spule 332-1 bei Rotation der Gantry 200 beschreibt. In diesem Fall ist die Magnetspule 332-1 des Sekundärkreises 332 derart orientiert, dass ihre Längsachse L senkrecht zur Rotationsachse A, also radial orientiert ist.
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Wie in 6 und 7 gezeigt, können der Primärkreis 331 und der Sekundärkreis 332, insbesondere die Magnetspule 332-1, alternativ derart angeordnet sein, dass sie in axialer Richtung an der im Wesentlichen gleichen Position und in radialer Richtung hintereinander liegen, d.h. der Radius des Kreises bzw. des Kreisabschnitts der elektrischen Leitung 331 ist größer oder kleiner als der Radius des Kreises, den die Spule 332-1 bei Rotation der Gantry 200 beschreibt. Die 6 zeigt eine Frontansicht mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse A und 7 zeigt eine Seitenansicht mit Blick in radialer Richtung. Da die Gantry 200 typischerweise innerhalb der Öffnung 130 und nicht außerhalb des stationären Moduls 100 angeordnet ist, wird der Radius des Kreises bzw. des Kreisabschnitts der elektrischen Leitung 331-1 größer sein als der Radius des Kreises, den die Spule 332-1 bei Rotation der Gantry 200 beschreibt, da die Leitung 331-1 dann radial außerhalb der Gantry 200 liegt. In diesem Fall ist die Magnetspule 332-1 des Sekundärkreises 332 derart angeordnet, dass ihre Längsachse L parallel zur Rotationsachse A, also axial orientiert ist.
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Im zweiten genannten Fall mit zwei in Gegenrichtung zueinander orientierten Leitungsabschnitten 331-1, 331-2 ist das Magnetfeld wie oben beschrieben in einem Bereich zwischen den Abschnitten 331-1, 331-2 maximal, d.h. die Magnetspule 332-1 bzw. der bei Rotation von der Magnetspule 332-1 beschriebene Kreis sollte möglichst nah an diesem Bereich platziert sein.
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Wenn die Leitungsabschnitte 331-1, 331-2 wie in 8 und 9 dargestellt derart angeordnet sind, dass sie in axialer Richtung an der gleichen Position A1 liegen, aber unterschiedliche Radien R1, R2 aufweisen, würde die Magnetspule 332-1 des Sekundärkreises 332 derart angeordnet, dass ihre Längsachse L parallel zur Rotationsachse A, also axial orientiert ist, dass sie bei Rotation einen Kreis mit einem Radius Rad = (R1 + R2)/2 beschreibt und dass sie in axialer Richtung möglichst nah an der Position A1 liegt. Die 8 zeigt eine Frontansicht mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse A und 9 zeigt eine Seitenansicht mit Blick in radialer Richtung. Dabei sind die Leitungsabschnitte 331-1, 331-2 in 9 nur der Übersichtlichkeit wegen als scheinbar nebeneinander liegend dargestellt, obwohl sie in axialer Richtung tatsächlich an der gleichen Position A1 liegen.
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Wenn die Leitungsabschnitte 331-1, 331-2 dagegen wie in 10 und 11 dargestellt derart angeordnet sind, dass sie in axialer Richtung an der unterschiedlichen Positionen A1, A2 liegen, aber gleiche Radien R1 aufweisen, würde die Magnetspule 332-1 des Sekundärkreises 332 derart angeordnet, dass ihre Längsachse L senkrecht zur Rotationsachse A, also radial orientiert ist, dass sie in axialer Richtung an einer Position Ax = (A1 + A2)/2 und dass sie bei Rotation einen Kreis mit einem Radius Rad beschreibt, der möglichst nah an R1 liegt. Die 10 zeigt eine Frontansicht mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse A und 11 zeigt eine Seitenansicht mit Blick in radialer Richtung.
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Obige Beschreibung verschiedener Möglichkeiten zur Anordnung des Primärkreises 331 und des Sekundärkreises 332 sind lediglich exemplarisch. Davon abweichende Anordnungen sind denkbar, solange die Kreise 331, 332 derart angeordnet sind, dass das vom Primärkreis 331 erzeugte magnetische Wechselfeld im Sekundärkreis 332 eine zum Betrieb der zu versorgenden Geräte auf der Gantry 200 ausreichende Spannung induziert.
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Die Begriffe axial, radial und tangential beziehen sich jeweils auf die Rotationsachse A der Gantry 200. Sämtliche oben genannten konzentrischen Kreise und Anordnungen etc. sind derart positioniert und orientiert, dass ihre Mittelpunkte auf der Rotationsachse A liegen und dass die Rotationsachse A senkrecht darauf steht.
