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Die Erfindung betrifft ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät, ein weiteres mobiles C-Bogen-Röntgengerät und ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen C-Bogen-Röntgengeräts.
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Medizinische bildgebende Röntgengeräte werden heute in Krankenhäusern sehr häufig als Hilfsmittel zur Informationsgewinnung zur Diagnosestellung genutzt. Mit den Röntgengeräten wird mit Hilfe von Röntgenstrahlen, die den Körper durchdringen, in Abhängigkeit von Gewebeeigenschaften eines zu untersuchenden Bereichs des Körpers eine Art Schattenbild des Körperinneren erstellt.
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Für eine flexiblere Nutzung der Röntgengeräte und eine erhöhte ökonomische Effizienz sind Röntgengeräte zum Teil als mobile Geräte konstruiert. Solche mobilen Geräte können zum Beispiel von verschiedenen Stationen und Abteilungen gemeinsam genutzt werden, indem sie zwischen den einzelnen Räumlichkeiten dorthin bewegt werden, wo gerade eine radiologische Untersuchung durchgeführt werden soll. Zur Traktion eines solchen mobilen Röntgengeräts sowie zur Energieversorgung des bildgebenden Systems eines solchen mobilen Röntgengeräts werden heute bereits Bleiakkumulatoren eingesetzt. Diese haben jedoch den Nachteil eines hohen Gewichts und einer langen Ladezeit von 5 bis 7 Stunden. Gerade bei intensivem Betrieb eines Röntgengeräts, wie zum Beispiel in einem Operationssaal, sind lange Ladezeiten problematisch.
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Bei dem Betrieb eines Röntgengeräts werden kurzzeitig für die eigentliche Bildgebung elektrische Ströme mit hohen Stromstärkewerten benötigt, um die Röntgenquelle des Röntgengeräts zu betreiben. Typische Leistungsaufnahmen von mobilen Röntgenquellen liegen etwa zwischen 2kW und 25kW. Die dafür notwendigen starken Ströme können aus dem normalen einphasigen Hausstromnetz jedoch nicht bezogen werden. Aus diesem Grund besitzen Röntgengeräte meist eine Kondensatoreinheit als Stromspeichereinrichtung, welche kurzzeitig elektrische Energieflüsse mit hinreichend hohen Leistungswerten bereitstellen kann, um eine Röntgenquelle zu betreiben. Allerdings weisen solche Kondensatoren nur eine sehr begrenzte Speicherkapazität auf und müssen daher ständig erneut über das Stromnetz aufgeladen werden. Das Röntgengerät muss also vor Ort mit einem elektrischen Stromnetzanschluss per elektrischem Kabel verbunden sein. In beengten Bereichen einer Klinik, wie zum Beispiel in Operationsräumen, können solche Kabelverbindungen jedoch sehr störend sein oder gar ein Sicherheitsrisiko darstellen.
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Insbesondere im Bereich der C-Bogen-Röntgensysteme wurden bisher keine vollständig autonomen Geräte verwendet. Üblicherweise werden C-Bogen-Röntgensysteme über einen stationären Stromanschluss mit elektrischer Energie versorgt, wobei zum Betreiben der Röntgenquelle ein Kondensator als Pufferspeicher genutzt wird.
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Bekannt sind autonome C-Bogen-Röntgengeräte mit einer schnell ladbaren Hochleistungskondensatoreinheit zur Versorgung der Antriebs- und Strahlungserzeugungseinheit. Wie bereits erwähnt, haben Kondensatoren nur eine begrenzte Speicherkapazität, was die autonome Betriebszeit einschränkt. Außerdem werden Kondensatoren über einen exponentiell abfallenden Entladestrom entladen. Bei dem Betrieb mit elektrischem Strom aus den Kondensatoren ergibt sich also kein über die Zeit konstanter elektrischer Betriebsstrom. Dieser Sachverhalt macht eine ständige Nachregelung und eine dafür ausgelegte entsprechend aufwändige Leistungselektronik notwendig.
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Die Schrift US 2014/ 0 016 747 A1 beschreibt ein mobiles Röntgengerät mit einem Gerätewagen zur Halterung einer bewegbar angeordneten Röntgenquelle, welches eine wiederaufladbare Batterie umfasst, die unter anderem zum Betreiben der Röntgenquelle, aber auch für andere Funktionseinheiten des mobilen Röntgengeräts wie z.B. den Röntgendetektor verwendet wird. Der Röntgendetektor wird in dem Gerätewagen aufgeladen und anschließend für Aufnahmen entnommen und manuell positioniert. Die Schrift
DE 10 2011 050 285 A1 offenbart ein ähnliches Röntgengerät mit einer Dockingstation für einen Röntgendetektor.
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Aus der
EP 2 422 701 A1 ist ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät mit einer Röntgenquelle bekannt, welches eine aufladbare Batterie aufweist, die über einen ersten Anschluss die Röntgenquelle und über einen zweiten Anschluss andere Systemkomponenten mit Energie versorgt. Es besteht das Problem, ein noch flexibler einsetzbares, auch für längere Betriebszeiten autonom operierendes C-Bogen-Röntgensystem zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät gemäß Patentanspruch 1, durch ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät gemäß Patentanspruch 7 und durch ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen C-Bogen-Röntgengeräts gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
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Das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät umfasst eine elektrisch betriebene Röntgenquelle. Eine Röntgenquelle umfasst beispielsweise eine Elektronenröhre als Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Außerdem weist das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät auch einen elektrischen Energiespeicher mit einem hochstromfähigen Akkumulator auf, welcher einen ersten elektrischen Anschluss aufweist, der mit der elektrisch betriebenen Röntgenquelle elektrisch verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Anschluss aufweist, über den eine Systemenergieversorgung erfolgt. Unter einem Akkumulator soll ein wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher verstanden werden, der elektrische Energie in chemische Energie umwandelt und speichert und bei Bedarf die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurückwandelt und einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Unter einem hochstromfähigen Akkumulator soll ein Akkumulator verstanden werden, welcher die für den kurzfristigen Leistungsbedarf von Röntgenquellen notwendigen starken Ströme zur Verfügung stellen kann. Bei einer elektrischen Spannung von 400V und einem Leistungsbedarf von 25kW beträgt die notwendige Stromstärke zum Beispiel 62,5 Ampere. Unter einer Systemenergieversorgung ist die Versorgung aller elektronischen und elektrischen Einheiten des C-Bogen-Röntgengeräts mit Ausnahme der Röntgenquelle zu verstehen.
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C-Bogen-Röntgengeräte werden oft als mobile medizinische bildgebende Einrichtungen in OP-Sälen genutzt. Aufgrund des beschränkten Platzangebots ist es in Operationsräumen besonders vorteilhaft, wenn bildgebende Geräte nach Abschluss der Bildaufnahme wieder aus dem Operationsumfeld entfernt werden können. Außerdem stellen gerade in so sicherheitssensiblen Bereichen, wie es Operationsräume sind, Stromversorgungskabel als Stolperfallen ein erhöhtes Risiko dar. Das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät schafft hier Abhilfe, indem es über einen längeren Zeitraum völlig autonom und ohne zusätzliche Energieversorgungskabel agieren kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines mobilen C-Bogen-Röntgengeräts wird die elektrisch betriebene Röntgenquelle über den ersten Anschluss mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher, der einen hochstromfähigen Akkumulator aufweist, versorgt und die Systemenergieversorgung erfolgt über den zweiten Anschluss des elektrischen Energiespeichers. Der elektrische Energiespeicher dient also sowohl der Energieversorgung der zentralen Funktion des Röntgengeräts, d.h. dem Erzeugen von Röntgenbildern, als auch der Systemenergieversorgung. Unter den Begriff der Systemenergieversorgung fällt zum Beispiel auch die Versorgung von Aktoren des C-Bogen-Röntgengeräts mit elektrischer Energie. Allgemein soll als Aktor jede Art von Einheit betrachtet werden, die ein elektrisches Signal in mechanische Bewegung umsetzt.
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Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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Erfindungsgemäß weist der elektrische Energiespeicher des erfindungsgemäßen mobilen C-Bogen-Röntgengeräts mindestens zwei Energiespeicherbereiche auf, von denen ein erster Energiespeicherbereich mit dem ersten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden ist und ein zweiter Energiespeicherbereich mit dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbunden ist. D.h., die Versorgung der Röntgenquelle mit elektrischer Energie erfolgt in dieser Variante durch den ersten Energiespeicherbereich und die Versorgung der anderen Funktionseinheiten mit elektrischer Energie, wie zum Beispiel der Aktoren, erfolgt durch den zweiten Energiespeicherbereich. Erfindungsgemäß sind der erste und der zweite Energiespeicherbereich voneinander unabhängig entladbar ausgebildet. D.h., falls zum Beispiel die Röntgenquelle zu viel Energie aufgrund einer langen Untersuchungsdauer entladen hat, kann lediglich der erste Energiespeicherbereich vollständig entladen werden. Der zweite Energiespeicherbereich dagegen wird von der elektrischen Entladung nicht beeinträchtigt, so dass von dem zweiten Energiespeicherbereich die übrigen Funktionseinheiten, wie zum Beispiel die Traktion des mobilen C-Bogen-Röntgengeräts, weiterhin mit Energie versorgt werden können. Mithin ist bei einem Ausfall des ersten Energiespeicherbereichs zum Beispiel die Mobilität des Röntgengeräts nicht beeinträchtigt. Weiterhin kann auf diese Weise auch vermieden werden, dass während einer Röntgenaufnahme das System aufgrund von Energiemangel plötzlich abgeschaltet wird und zum Beispiel keine Bildaufnahmen mehr im System gespeichert werden. Umgekehrt kann nach einem Entladen des zweiten Energiespeicherbereichs das mobile Röntgengerät immer noch von Hand an den Zielort verschoben werden, wo dann die Röntgenaufnahmen unbeeinträchtigt von der Entladung des zweiten Energiespeicherbereichs vorgenommen werden können, wobei zur Versorgung der mit dem Begriff System zusammengefassten übrigen Einheiten zum Beispiel eine Stromversorgung über einen Kabelanschluss dienen kann. Außerdem können die beiden Energiespeichereinheiten voneinander unabhängig für ihre Einsatzgebiete optimiert werden. Beispielsweise kann der erste Energiespeicherbereich auf eine kurzzeitige hohe Leistungsabgabe optimiert sein, da bei Röntgenaufnahmen kurzzeitig hohe Leistungsabgaben, wie zum Beispiel 25kW, realisiert werden müssen, wobei die Gesamtkapazität des ersten Energiespeicherbereichs eher niedrig ausgelegt sein kann, da die Betriebsdauer der Röntgenquelle relativ kurz ausfällt und somit der Energieverbrauch der Röntgenquelle über größere Zeiträume vergleichsweise gering ist. Dagegen kann der zweite Energiespeicherbereich eher auf eine große Energiespeichermenge hin optimiert sein, wohingegen die Leistungsabgabe des zweiten Energiespeicherbereichs auf niedrigere Werte, wie zum Beispiel 1kW, festgelegt werden kann.
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Vorzugsweise umfasst der elektrische Energiespeicher des erfindungsgemäßen mobilen C-Bogen-Röntgengeräts als Akkumulator einen schnell ladbaren und energiedichten Akkumulator. Eine schnelle Ladbarkeit soll in diesem Zusammenhang ein Aufladen des Akkumulators auf mindestens 75% der Energiespeicherkapazität innerhalb von maximal einer Stunde, vorzugsweise auch deutlich kürzer, bedeuten. Ein energiedichter Akkumulator soll in diesem Zusammenhang ein Akkumulator mit einer vergleichsweise hohen Energiedichte, vorzugsweise von mehr als 60 oder 70 Wh/kg sein.
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Ein solcher Akkumulator kann zum Beispiel ein Lithium-Ionen-Akkumulator sein. Lithium-Ionen-Akkumulatoren zeichnen sich durch eine hohe spezifische Energie aus. Sie sind thermisch stabil und unterliegen einem nur sehr geringen Memory-Effekt. Außerdem eignen sie sich auch zur Schnellladung. Beispielsweise werden solche Akkupakete von Schnelladestationen, die als „Supercharger“ von der Firma Tesla installiert werden, in einer halben Stunde auf 80% ihrer maximalen Energiekapazität geladen. Solche Schnellladegeräte können in Krankenhäusern an definierten Orten, wie zum Beispiel Depots bzw. Lagerräumen oder auch OP-Räumen, eingerichtet sein. Die mobilen Röntgengeräte können dann in Pausen zwischen Operationen innerhalb kürzester Zeit wiederaufgeladen werden und stehen für die nächste Operation bereits wieder zur Verfügung.
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Unter die Bezeichnung Lithium-Ionen-Akkumulator sollen insbesondere folgende Arten von Lithium-Akkumulatoren fallen: Lithium-Polymer-Akkumulatoren, Lithium-Cobaltoxid-Akkumulatoren, Lithium-Titanat-Akkumulatoren, Lithium-Luft-Akkumulatoren, Lithium-Mangandioxid-Akkumulatoren, Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren, Lithium-Schwefel-Akkumulatoren und Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
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Auch andere sehr energiedichte Akkumulatoren können als Energiespeicher verwendet werden. Darunter fallen beispielsweise Zink-Luft-Akkumulatoren, Natrium-Luft-Akkumulatoren und Natrium-Schwefel-Akkumulatoren.
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Besonders bevorzugt umfassen die elektrischen Verbraucher des erfindungsgemäßen mobilen C-Bogen-Röntgengeräts eine elektrische Traktionseinheit. Eine solche Traktionseinheit kann zum selbsttätigen Fahren des mobilen Röntgengeräts eingesetzt werden. Weiterhin können die elektrischen Verbraucher einen elektrisch betriebenen Aktor zum Einstellen der Position und Orientierung der Röntgenquelle und/ oder anderer Funktionseinheiten für die Röntgenbildgebung umfassen. Beispielsweise können die Röntgenquelle sowie der Röntgendetektor auf eine spezifische Patientenposition und einen gewünschten Abbildungsbereich des Patienten mit Hilfe eines solchen Aktors ausgerichtet werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mobilen C-Bogen-Röntgengeräts umfasst der Energiespeicher als voneinander unabhängig entladbare Energiespeicherbereiche voneinander elektrisch getrennte erste und zweite Akkumulatorpakete. Das erste Akkumlatorpaket ist über den ersten elektrischen Anschluss mit der Röntgenquelle elektrisch verbunden und das zweite Akkumulatorpaket ist über den zweiten elektrischen Anschluss mit der Systemenergieversorgung elektrisch verbunden. Durch eine Trennung der beiden Energiespeicherbereiche lässt sich eine unabhängige Entladung der beiden Energiespeicherbereiche besonders einfach realisieren. Dadurch wird das Gesamtsystem robuster gegen Störungen, mangelnde Wartung und Fehlbedienungen.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes mobiles C-Bogen-Röntgengerät mit einer elektrisch betriebenen Röntgenquelle und einem elektrischen Energiespeicher, umfassend einen hochstromfähigen Akkumulator, welcher einen ersten elektrischen Anschluss aufweist, der mit der elektrisch betriebenen Röntgenquelle elektrisch verbunden ist und einen zweiten elektrischen Anschluss aufweist, über den eine Systemenergieversorgung erfolgt, umfasst als Energiespeicher ein gemeinsames Akkumulatorpaket, dessen erster elektrischer Anschluss eine hohe Versorgungsspannung zur Versorgung der Röntgenquelle mit elektrischer Energie bereitstellt und dessen zweiter elektrischer Anschluss eine niedrige Versorgungsspannung zur Systemenergieversorgung bereitstellt. Auf diese Weise lassen sich Verbraucher mit unterschiedlichen elektrischen Spannungen mit elektrischer Energie aus ein und demselben Akkumulator-Paket versorgen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Anschluss als Mittelabgriff an dem Energiespeicher ausgebildet. Ein Energiespeicher besteht üblicherweise aus einer Serienschaltung einer bestimmten Anzahl von Speicherzellen, wobei die vollständige elektrische Spannung der Serienschaltung abgegriffen wird, wenn die elektrische Spannung durch Kontakte am Anfang und am Ende dieser Serienschaltung abgegriffen wird. Bei einem Mittelabgriff dagegen wird nicht die vollständige elektrische Spannung abgegriffen, da einer der beiden Kontakte nicht am Anfang oder am Ende der Serienschaltung, sondern irgendwo zwischen zwei Speicherzellen der Serienschaltung positioniert wird.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mobilen C-Bogen-Röntgengeräts umfassen die Verbraucher, d.h. die von der Systemenergieversorgung mit elektrischer Energie versorgten Funktionseinheiten, mindestens einen Aktor, der dazu eingerichtet ist, eine Orbitaldrehung oder Höhenverstellung oder Längsverstellung des C-Bogens des C-Bogen-Röntgengeräts durchzuführen.
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Zusätzlich kann das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät eine Sensorik zur Orientierung im Raum und eine Navigationseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis von Sensorinformationen von der Sensorik eine Bewegung des mobilen Röntgengeräts im Raum automatisiert zu steuern.
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Das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät kann beispielsweise über ein Ladekabel an einer herkömmlichen Steckdose elektrisch aufgeladen werden. Wie bereits erwähnt, kann das Ladekabel auch zum Aufladen an einem Schnelladegerät ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Energiespeicher des mobilen C-Bogen-Röntgengeräts auch über eine induktive Ladeschnittstelle zur berührungslosen elektrischen Aufladung der Speichereinheit aufgeladen werden.
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In einer vorteilhaften Variante ist das mobile C-Bogen-Röntgengerät auch bei entleertem Energiespeicher beispielsweise von Hand reibungsarm bewegbar. Zum Beispiel kann zwischen dem Antriebsmotor und den angetriebenen Rädern ein Kupplungselement oder ein Freilauf installiert sein, so dass bei ausgeschaltetem Motor von dem Motor keine Hemmwirkung auf die Räder ausgeübt wird.
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Das erfindungsgemäße C-Bogen-Röntgengerät kann auch einen zusätzlichen Netzanschluss aufweisen, mit dem das C-Bogen-Röntgengerät bei entladenem Energiespeicher im Netzbetrieb weiterarbeiten kann.
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Das erfindungsgemäße mobile C-Bogen-Röntgengerät kann zusätzlich eine Benutzerschnittstelle aufweisen, die eine Fernbedienung zur Steuerung des mobilen C-Bogen-Röntgengeräts und ein Anzeigesystem zur Anzeige von aufgenommenen Röntgenbildern umfasst. Eine solche Benutzerschnittstelle kann zum Beispiel ein sogenanntes Touch User Interface umfassen, das eine Fernbedienung erlaubt oder direkt auf dem mobilen C-Bogen-Röntgengerät angedockt ist und gegebenenfalls abnehmbar ist. Diese Schnittstelle kann auch das Bildsystem mit einer Anzeige für Röntgenbilder umfassen. Zusätzlich können beispielsweise im OP-Bereich noch fest installierte große Anzeigen angeordnet sein, auf denen die Benutzeroberfläche der Schnittstelle angezeigt wird und/ oder Röntgenbilder angezeigt werden, die per Funk, beispielsweise über WLAN, übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Röntgenbilder auch an beliebige andere Stellen zur Anzeige und Speicherung übertragen werden. Außerdem ist in einer speziellen Ausgestaltung auch eine Steuerung des mobilen C-Bogen-Röntgengeräts mittels Joystick oder einer anderen Fernsteuerung möglich.
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Vorzugsweise ist die Speicherkapazität des Energiespeichers auf mindestens 3 bis 4 Stunden Untersuchungsbetrieb bzw. OP-Betrieb ausgelegt. Zusätzlich kann das mobile C-Bogen-Röntgengerät auch ein Netzkabel für herkömmliche Steckdosen umfassen, mit dem ein Notbetrieb des Röntgengeräts auch bei einem zu niedrigen Ladezustand des Energiespeichers gewährleistet werden kann. An dem mobilen C-Bogen-Röntgengerät kann auch eine Statusanzeige zur Anzeige des aktuellen Ladezustands des Energiespeichers installiert sein. Eine solche Anzeige kann zum Beispiel durch eine Darstellung von Balken oder eine Prozentangabe, eine Farbkodierung oder eine Angabe der Restlaufzeit des Röntgengeräts realisiert sein. Es können auch mehrere Restlaufzeiten, wie zum Beispiel eine Restlaufzeit für den Betrieb der Strahlungsquelle und eine Restzeit für den Betrieb von Aktoren, angegeben und angezeigt werden. In diesem Zusammenhang kann auch eine Angabe einer verbleibenden Fahrstrecke des mobilen C-Bogen-Röntgengeräts vorgenommen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines C-Bogen-Röntgensystems,
- 2 eine schematische Darstellung der Verstellmöglichkeiten eines C-Bogen-Röntgensystems,
- 3 ein Blockschaltbild eines C-Bogen-Röntgensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 ein Blockschaltbild, welches den Systemaufbau eines C-Bogen-Röntgensystems veranschaulicht,
- 5 ein Blockschaltbild eines C-Bogen-Röntgensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 ein Blockschaltbild eines C-Bogen-Röntgensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein C-Bogen-Röntgengerät 1a gezeigt. Das C-Bogen-Röntgengerät 1a umfasst einen C-Bogen 2. An dem C-Bogen 2 sind eine Röntgenquelle 3 und ein Röntgendetektor 4 angeordnet. Teil des C-Bogen-Röntgengeräts 1a ist außerdem eine Horizontaleinheit 5, welche den C-Bogen 2 trägt und auf einer Vertikalachse 5a (entspricht der z-Achse) des C-Bogen-Röntgengeräts 1a angeordnet ist.
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In 2 sind die Dreh- und Translationsbewegungen des C-Bogen-Röntgengeräts 1a schematisch veranschaulicht. Der C-Bogen 2 lässt sich in vertikaler Richtung vert d.h. in z-Richtung verschieben. Außerdem lässt sich der C-Bogen um die z-Achse (in 2 mit „sw“ gekennzeichnet) drehen. Zudem kann der C-Bogen 2 in x-Richtung, d.h. in Richtung der Horizontalachse hor der Horizontaleinheit 5 verschoben werden. Weiterhin lässt sich der C-Bogen 2 um die Horizontalachse der Horizontaleinheit drehen (in 2 mit „ang“ gekennzeichnet). Schließlich kann der C-Bogen 2 auch um die y-Achse, d.h. orbital geschwenkt werden (in 2 mit „orb“ gekennzeichnet).
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Wie in 1 zu erkennen ist, ist die Vertikalachse 5a, auf der die Horizontaleinheit 5 des C-Bogensystems 1a ruht, auf einem Gehäuse G positioniert, welches selbst wiederum auf einer Art Fahrwerk F angeordnet ist. Das Gehäuse G umfasst unter anderem eine Energiespeichereinheit 6, welche sowohl die Röntgenquelle 3 als auch die zusammenfassend mit System bezeichneten übrigen Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt. Beispielsweise beliefert die Energiespeichereinheit eine Traktionseinheit 8, die Räder 8a umfasst und diese antreibt, über eine Traktionsenergieversorgungsleitung 7a mit elektrischer Energie. Die Traktionseinheit 8 kann zum Beispiel auch einen Elektromotor (nicht gezeigt) zum Antrieb der Räder 8a umfassen. Die Energiespeichereinheit 6 liefert außerdem elektrische Energie über eine Bildschirmenergieversorgungsleitung 7b an eine Anzeigeeinheit 9. Zudem wird die Röntgenquelle 3 über eine Röntgenquellenenergieversorgungsleitung 7c ebenfalls mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin gibt es Versorgungsleitungen 7d, 7e für eine Mehrzahl von Aktoren (in 1 nicht gezeigt), welche zum Beispiel der Positionierung des C-Bogens 2 dienen, und für die Detektoreinheit 4.
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In 3 ist ein Blockschaltbild des in 1 skizzierten C-Bogen-Röntgengeräts 1a gezeigt, mit dem der Aufbau und die Funktionsweise der Energieversorgung des C-Bogen-Röntgengeräts 1a schematisch veranschaulicht ist. Das C-Bogen-Röntgengerät 1a weist eine Energiespeichereinheit 6 auf, welche in diesem konkreten Ausführungsbeispiel ein Lithium-Ionen-Akkumulatorpaket umfasst. Die Zellen dieses Lithium-Ionen-Akkumulatorpakets sind in dem konkreten Ausführungsbeispiel in der Größe des Formfaktors 18.650 ausgebildet. Es können aber auch andere Formate für die Akkumulatoren gewählt werden. Die Energiespeichereinheit 6 wird für die Stromversorgung aller Gerätefunktionen verwendet. Zu den Gerätefunktionen gehört beispielsweise der Betrieb einer Röntgenstrahlenquelle 3. Zur Energieversorgung der Röntgenstrahlenquelle 3 umfasst die Energiespeichereinheit 6 einen ersten Spannungsanschluss 61 mit einer elektrischen Spannung von z.B. 400V. Eine solch hohe elektrische Spannung wird durch eine Reihenschaltung einer Vielzahl von Einzelzellen erreicht. Weiterhin ist die Energiespeichereinheit 6 hochstromfähig. D.h., es sind eine Vielzahl von Speicherzellen parallel geschaltet, um einen ausreichend starken Strom zum Betreiben der Röntgenquelle 3 zu erzeugen. Bei einer Leistung der Röntgenquelle von 25kW und einer elektrischen Spannung von 400V wird Strom mit einer Stromstärke von etwa 62,5 Ampere benötigt. Der erste Spannungsanschluss 61 ist mit der Röntgenquelle 3 über eine elektrische Versorgungsleitung 7c elektrisch verbunden.
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Die Energiespeichereinheit 6 umfasst zudem einen zweiten elektrischen Spannungsanschluss 62 mit einer elektrischen Spannung von 24V (oder alternativ 48V). Dieser zweite Spannungsanschluss 62 dient der Energieversorgung des Systems S, wobei als Systemenergieversorgung die Versorgung aller elektrisch betriebenen Einheiten des C-Bogen-Röntgengeräts 1a mit Ausnahme der Röntgenquelle zu betrachten ist. Der zweite Spannungsanschluss 62 kann zum Beispiel als Mittelabgriff an dem Lithium-Ionen-Akkumulatorpaket des Energiespeichers 6 ausgebildet sein, wohingegen an dem ersten Spannungsanschluss 61 die vollständige, an dem Lithium-Ionen-Akkumulatorpaket anliegende elektrische Spannung abgegriffen wird.
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In 4 ist ein System S eines C-Bogen-Röntgengeräts im Detail veranschaulicht, welches Teil der in 3, 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen ist. Das System S umfasst eine Steuerungseinheit 11, mit der eine Ansteuerung der einzelnen Funktionseinheiten 4, 8, 9, 10, 12 des C-Bogen-Röntgengeräts durchgeführt werden kann. Die Steuerungseinheit 11 ist über Kommunikationsverbindungen 15a, 15b, 15c, 15d, 15e mit den einzelnen Funktionseinheiten 4, 8, 9, 10, 12 verbunden.
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Die Steuerungseinheit 11 selbst lässt sich durch eine Betätigungseinheit 10 über eine Kommunikationsverbindung 15e manuell bedienen. Die Betätigungseinheit 10 kann zum Beispiel auch einen Touchscreen oder eine Tablet-Einrichtung umfassen, welche über eine drahtlose Fernbedienung mit dem stationären Teil der Betätigungseinheit 10 kommuniziert. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine für die Bilddarstellung ausgebildete Anzeigeeinheit 9 als Benutzerschnittstelle ausgebildet sein, wobei der Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit 9 als Touchscreen ausgebildet ist, über den Befehle eingegeben werden können, die über eine Kommunikationsleitung 15c an die Steuerungseinheit 11 weitergeleitet werden können. Die Anzeigeeinheit 9 dient außerdem der graphischen Darstellung der bei einer Röntgenaufnahme erfassten Bilddaten. Die Steuerungseinheit 11 selbst sowie die übrigen Funktionseinheiten 4, 8, 9, 10, 12 werden über Energieversorgungsleitungen (siehe 1) von dem Energiespeicher 6 (siehe 1) mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin gibt es auch eine Kommunikationsleitung zwischen der Steuerungseinrichtung 11 und der Energiespeichereinheit 6 (nicht gezeigt). Über diese Kommunikationsleitung erhält die Steuerungseinrichtung 11 beispielsweise Informationen über den Ladezustand der Energiespeichereinheit 6 und kann auch Steuerungsbefehle an die Energiespeichereinheit 6 zum Beispiel zum Abschalten oder ähnlichem geben.
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Das System S umfasst eine Vielzahl von elektrischen Einheiten, wie zum Beispiel eine Traktionseinheit 8, welche einen Elektromotor (nicht gezeigt) zum Antrieb von Rädern oder Rollen sowie die Räder bzw. Rollen (siehe 1) zur Fortbewegung des C-Bogen-Röntgengeräts 1a umfasst. Die Traktionseinheit 8 ist über eine Versorgungsleitung (nicht gezeigt) mit dem zweiten Spannungsanschluss 62 elektrisch verbunden. Weiterhin ist die Traktionseinheit 8 über eine Kommunikationsleitung 15a mit der Steuerungseinheit 11 verbunden. Über die Kommunikationsleitung 15a kann die Traktionseinheit 8 von der Steuerungseinheit 11 aus angesteuert werden. Die Traktionseinheit 8 umfasst außerdem als Rollen oder Räder vorzugsweise sogenannte „Omni-Wheels“ (nicht gezeigt). Omni-Wheels sind Räder mit zur Rollrichtung der Haupträder orthogonal orientierten Zusatzrollen, die es erlauben, das C-Bogen-Röntgengerät jederzeit in eine andere Richtung weiterzubewegen. Alternativ können auch sogenannte „Engine Wheels“ zum Einsatz kommen. Dies sind Räder mit eingebautem Motor bzw. einem Nabenmotor. Weiterhin ist die Traktionseinheit 8 vorzugsweise so ausgebildet, dass im energielosen Zustand das C-Bogen-Röntgengerät 1a auch mühelos manuell verschoben werden kann.
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Außerdem werden von dem zweiten Spannungsanschluss 62 (siehe 3) über Versorgungsleitungen (nicht gezeigt) auch Aktoreinheiten 12 zur Orbitaldrehung oder Höhen- und Längsverstellung des C-Bogens 2 und die Detektoreinheit 4 mit elektrischer Energie versorgt. Diese Systemeinheiten werden ebenfalls über die Steuerungseinheit 11 über Kommunikationsleitungen 15c, 15b angesteuert bzw. übermitteln auch Daten an die Steuerungseinheit 11 zurück.
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In 5 ist ein Blockschaltbild eines C-Bogen-Röntgengeräts 1b gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das C-Bogen-Röntgengerät 1b weist ebenso wie das C-Bogen-Röntgengerät 1a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Funktionseinheiten auf, welche mit der Bezeichnung „System“ S zusammengefasst werden. Das System S umfasst zum Beispiel eine Betätigungseinheit 10, eine Steuerungseinheit 11, eine Anzeigeeinheit 9 sowie eine Mehrzahl von zusätzlichen Funktionseinheiten, wie zum Beispiel eine Traktionseinheit 8, eine Detektoreinheit 4 und eine Mehrzahl von Aktoren 12 (siehe 4). Außerdem umfasst das C-Bogen-Röntgengerät 1b auch eine Energiespeichereinheit 6. Die Energiespeichereinheit 6 ist jedoch im Gegensatz zu der Energiespeichereinheit des C-Bogen-Röntgengeräts 1a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in zwei voneinander elektrisch getrennte Akkumulator-Pakete 6a, 6b aufgeteilt, wobei ein erstes Akkumulator-Paket 6a der Energieversorgung der Röntgenquelle 3 dient und ein zweites Akkumulator-Paket 6b der Systemenergieversorgung, d.h. der Energieversorgung aller anderen Funktionseinheiten 4, 8, 9, 10, 11, 12, welche in der 5 mit dem Bezugszeichen „S“ zusammengefasst sind, dient. Durch die vollständige Trennung der beiden Akkumulator-Pakete 6a, 6b wird sichergestellt, dass nach dem Entladen eines der beiden Akkumulator-Pakete bis zu einem erlaubten Minimalwert die technischen Funktionen der dem anderen Akkumulator-Paket zugeordneten Funktionseinheiten weiterhin gewährleistet sind. D.h., beispielsweise kann bei einer vollständigen Entladung bis zu einem erlaubten Minimalwert des ersten Akkumulator-Pakets 6a durch die Röntgenquelle 3 das C-Bogen-Röntgengerät 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weiterhin bedienbar und verfahrbar bleiben.
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In 6 ist ein Blockschaltbild eines C-Bogen-Röntgengeräts 1c gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das C-Bogen-Röntgengerät 1c weist ebenso wie das C-Bogen-Röntgengerät 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Röntgenquelle 3 sowie unter dem Begriff System S zusammengefasste Funktionseinheiten, wie zum Beispiel eine Traktionseinheit 8, eine Detektoreinheit 4 und eine Mehrzahl von Aktoren 12 (siehe 4) auf. Außerdem umfasst das C-Bogen-Röntgengerät 1c auch eine Energiespeichereinheit 6, welche wie bei dem C-Bogen-Röntgengerät 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei voneinander elektrisch getrennte Akkumulator-Pakete 6a, 6b aufweist. Zusätzlich umfasst das C-Bogen-Röntgengerät 1c eine Navigationseinheit 13 und eine Sensoreinheit 14. Die Navigationseinheit 13 wird über eine elektrische Versorgungsleitung 7g mit elektrischer Energie versorgt. Auch die Sensoreinheit 14 wird über eine elektrische Versorgungsleitung 7h mit elektrischer Energie versorgt. Die Sensoreinheit 14 umfasst eine Sensorik zur automatischen Orientierung im Raum, wie zum Beispiel Laserscanner oder Kameras. Die erfassten Sensorinformationen werden über eine Kommunikationsleitung 15f an die Navigationseinheit 13 übermittelt, welche aus diesen Informationen eine Positionsermittlung vornimmt. Die Informationen über die aktuelle Position des C-Bogen-Röntgengeräts 1c werden über eine Kommunikationsleitung 15g an die Steuerungseinheit 11 (siehe 4) des Systems S übermittelt. Die Steuerungseinheit 11 steuert auf Basis der erhaltenen Positionsinformationen die Traktionseinheit 8 sowie die Aktoren 12 (siehe 1, 4), um zum Beispiel definierte Räume oder Positionen, wie zum Beispiel eine Untersuchungsposition oder eine Parkposition, anzufahren oder auch ein selbständiges Andocken an einen Tisch oder eine Ladestation durchzuführen. Die beschriebene Sensorik der Sensoreinheit 14 kann auch zur Kollisionsvermeidung genutzt werden. Dafür können zum Beispiel kapazitive Näherungssensoren oder mechanische Schutzelemente vorhanden sein, die einerseits als Aufprallschutz dienen und zusätzlich Informationen über sich nähernde oder kontaktierte Hindernisse liefern.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurde die Erfindung in erster Linie anhand eines Systems zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf die Aufnahme von Bildern für andere Zwecke angewandt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, 1b, 1c
- C-Bogengerät
- 2
- C-Bogen
- 3
- Röntgenquelle
- 4
- Röntgendetektor
- 5
- Horizontaleinheit
- 5a
- Vertikalachse
- 6
- Energiespeichereinheit
- 6a, 6b
- getrennte Akkumulator-Pakete
- 7a
- Traktionsenergieversorgungsleitung
- 7b
- Bildschirm-Energieversorgungsleitung
- 7c
- Röntgenquellen-Energieversorgungsleitung
- 7d, 7e, 7f, 7g, 7h
- Energieversorgungsleitung
- 8
- Traktionseinheit
- 8a
- Räder/ Rollen
- 9
- Anzeigeeinheit
- 10
- Betätigungseinheit
- 11
- Steuerungseinheit
- 12
- Aktoren
- 13
- Navigationseinheit
- 14
- Sensoreinheit
- 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g
- Kommunikationsverbindungen
- 61
- erster elektrischer Spannungsanschluss
- 62
- zweiter elektrischer Spannungsanschluss
- ang
- angulare Drehung des C-Bogens
- F
- Fahrwerk
- G
- Gehäuse
- hor
- horizontale Verschiebung des C-Bogens
- orb
- orbitale Drehung des C-Bogens
- S
- System
- sw
- Schwenken des C-Bogens um die vertikale Achse
- vert
- Verschieben des C-Bogens in Richtung der vertikalen Achse
