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Die Erfindung betrifft ein medizintechnisches Bildgebungsgerät mit einer neuartigen Leichtbau-Tragstruktur. Insbesondere ist die Erfindung für solche medizintechnische Bildgebungsgeräte einsetzbar, die vergleichsweise große und für einen Patienten sichtbare äußere Verkleidungselemente aufweisen, also insbesondere für Tomographie-Geräte.
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Insbesondere im Aufbau große medizintechnische Bildgebungsgeräte wie Tomographen und/oder Teile hiervon weisen üblicherweise einen Blechschweißrahmen oder einen Profilschweißrahmen als Innenskelett auf, die mit äußeren Kunststoffteilen verkleidet sind. Dabei sind die Kunststoffteile beispielsweise mit dem entsprechenden Rahmen verschraubt oder an diesem eingehängt. An dem Gesamtaufbau sind viele Einzelteile beteiligt. Das Design der Verkleidungsteile findet seine Grenze in den klassischen Oberflächengestaltungen im Rahmen konventioneller Kunststofffertigungstechniken.
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Die Verkleidungsteile der Bildgebungsgeräte sind üblicherweise einschalig oder doppelwandig aufgebaut und einige Millimeter dick. Große Verkleidungsteile sind daher vergleichsweise sehr schwer. Während der Montage und im Service führt dies zu einem hohen Aufwand. Die schweren Teile müssen getragen, gehalten und aufgeklappt werden. Auch ist der Transport solcher Verkleidungsteile aufgrund des hohen Gewichts teuer. Sollen bei herkömmlicher Herstellung von medizintechnischen Bildgebungsgeräten Beleuchtungselemente integriert werden, müssen diese entweder in der Verkleidungsform und damit im Herstellungswerkzeug berücksichtigt werden. Oder es müssen die Beleuchtungselemente als separate Formteile ausgeführt werden, die wiederum bei der Herstellung einen zusätzlichen Montageschritt erforderlich machen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizintechnisches Bildgebungsgerät anzugeben, welches eine vereinfachte Montage ermöglicht und neuartige Designmöglichkeiten eröffnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein medizintechnisches Bildgebungsgerät gelöst, bei dem wenigstens ein konstruktiver Teilbereich mit einer inneren Leichtbau-Tragstruktur ausgebildet ist, die sich durch eine unregelmäßige, netzartige kraftfluss- und/oder belastungsangepasste Struktur auszeichnet.
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Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass eine kraftfluss- und/oder belastungsangepasste Tragstruktur für ein Objekt eine größtmögliche Stabilität bei zugleich geringstem Materialeinsatz ermöglicht. Solche kraftfluss- und/oder belastungsangepasste Strukturen sind auch unter dem Begriff bionische Strukturen bekannt, da die Natur diesbezüglich ein Vorbild darstellt. Beispielsweise stellen Knochenstrukturen bei minimalem Materialeinsatz bezüglich der auftretenden Belastungen eine maximale Stabilität zur Verfügung. Ebenso werden in der Natur Kalkskelette von Meeresbewohnern in dieser Weise optimiert. Auch stellen die Versteifungen von Insektenflügeln oder Pflanzenblättern eine derartige Optimierung dar. Auch Stützwurzeln von Bäumen, der innere Aufbau von Pflanzenstengeln und sonstige vernetzte Gewebestrukturen sind auf die gleiche Art und Weise auf minimalem Materialeinsatz bei maximaler Stabilität bzw. Belastung optimiert. Solche bionische Strukturen zeichnen sich durch eine netzartige, insbesondere amorphe Struktur aus, die sich von bekannten regelmäßigen Tragstrukturen deutlich unterscheidet. So variieren innerhalb der netzartigen Struktur die einzelnen Verbindungsbrücken gleichermaßen in ihrer Ausrichtung wie in ihrer Länge, Form und Dicke.
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In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass durch die Verwendung einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur bei hoher mechanischer Belastbarkeit ein Konstruktionsteil des medizintechnischen Bildgebungsgerät geschaffen wird, welches gegenüber herkömmlichen gleichen Konstruktionsteilen ein deutlich verringertes Gewicht aufweist. Die Montage und der Service eines mit derartigen Konstruktionsteilen ausgestatteten medizintechnischen Bildgebungsgerätes wird entsprechend vereinfacht und damit kostengünstig. Gleiches gilt für den Transport und die Logistik der entsprechenden Konstruktionsteile. Darüber hinaus verringern sich zusätzlich die Herstellungskosten, da auch der Materialeinsatz gegenüber herkömmlichen Konstruktionsteilen erniedrigt ist.
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In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung schließlich, dass eine bionische Leichtbau-Tragstruktur ohne weiteres auch die Möglichkeit bietet, Designelemente unmittelbar in die Struktur einzubinden. So können beispielsweise Leuchtelemente im Inneren der Leichtbau-Tragstruktur angeordnet werden, die durch die Öffnungen der Tragstruktur nach außen abstrahlen. Auch Bedienelemente bzw. entsprechende Rahmen für Bedienelemente lassen sich unmittelbar in die kraftfluss- und/oder belastungsangepasste Struktur bereits bei der Herstellung integrieren. Schließlich erweitert der Einsatz einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur auch die gestalterischen Freiheiten hinsichtlich der Oberflächen des entsprechenden Konstruktionsteiles. Dazu bietet die Erfindung die Möglichkeit, die Leichtbau-Tragstruktur mit einer äußeren Deckschicht zu verkleiden. Die Wahl des Materials und dessen Oberflächengestaltung ist hierbei frei. Beispielsweise können beliebige Kunststoffe, Folien, Stoffe, Überzüge etc. eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher die Leichtbau-Tragstruktur zumindest abschnittsweise mit einer äußeren Deckschicht verkleidet. Dabei stellt die dann innere Leichtbau-Tragstruktur durch ihre konstruktive Auslegung im Wesentlichen mit ihrer Einhüllenden diejenige Form dar, die später nach Verkleidung durch die äußere Deckschicht eingenommen wird. Die Deckschicht wird bevorzugt aufgespannt, aufgeklebt, aufgeschrumpft oder aufgeschweißt. Als Materialien für die Deckschicht kommen Kunststoffe, insbesondere Elastomere, und Stoffe, insbesondere textile Gewebe, beliebiger Zusammensetzung in Frage. Durch die Leichtbau-Tragstruktur wird hierbei die Form der Außenhülle vorgegeben. Die mit einer Deckschicht verkleidete Leichtbau-Tragstruktur stellt zugleich ein Designelement dar, welches gegenüber bisherigen Konstruktionsteilen eines medizintechnischen Bildgebungsgerät wesentlich mehr gestalterische Freiheiten eröffnet.
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Die Erfindung ist für alle medizintechnischen Bildgebungsgeräte geeignet. Bevorzugt ist das Bildgebungsgerät ein Tomograph, insbesondere ein Magnetresonanztomograph, ein Positronen-Emissions-Tomograph oder ein Computertomograph. Besonders bevorzugt ist der konstruktive Teilbereich des medizintechnischen Bildgebungsgeräts ein äußeres Verkleidungsteil. Hierdurch wird die Montage und der Service des Gerätes vereinfacht. Zugleich prägt ein äußeres Verkleidungsteil den Eindruck und das Erscheinungsbild des Bildgebungsgeräts unmittelbar für den Betrachter, insbesondere für den Patienten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als konstruktiver Teilbereich ein äußeres Verkleidungsteil einer Gantry eines Computertomographen mit einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur hergestellt. Über eine entsprechende Ausgestaltung der Deckschicht, insbesondere durch einen Stoffüberzug, wird dieser für den Patienten sichtbare Teil eines Computertomographen dann in einer bevorzugten Ausgestaltung unter Berücksichtigung von ästhetischen und/oder emotionalen Wirkungen gestaltet.
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In einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung ist im Inneren der Leichtbau-Tragstruktur und/oder an der Leichtbau-Tragstruktur eine Beleuchtung umfasst. Über die Öffnungen der Leichtbau-Tragstruktur dringt das Licht der inneren Beleuchtung nach außen. Bevorzugt werden für die Beleuchtung LED-Leuchtkörper und/oder LED-Leuchtflächen eingesetzt, die im Zusammenspiel mit der bionischen Leichtbau-Tragstruktur für ein medizintechnisches Bildgebungsgerät völlig neuartige Lichtimpressionen ermöglichen. Von Vorteil ist es hierbei insbesondere, wenn die Beleuchtung farbveränderlich ist, insbesondere beispielsweise als eine steuerbare, farbveränderliche LED-Beleuchtung ausgeführt ist. Dies gestattet es beispielsweise, dem Patienten durch Wahl seiner Lieblingsfarbe Angst vor dem Gerät zu nehmen oder ihn während der Bildaufnahme durch entsprechende Farbgebung zu beruhigen. In einer anderen Ausgestaltung werden dem Patienten durch Farben Informationen und Verhaltensanweisungen kommuniziert. Beispielsweise kann über eine spezifische Farbe ein Atembefehl oder ein Atemstopp übermittelt werden. Über eine Warnfarbe, wie zum Beispiel Rot, kann mitgeteilt werden, dass eine Strahlenquelle des Bildgebungsgeräts in Betrieb ist. Durch einen Wechsel in eine andere Signalfarbe, wie zum Beispiel Grün, wird mitgeteilt, dass die Strahlenquelle außer Betrieb ist. In einer anderen Ausgestaltung wird über die Farbe ein Unterhaltungseffekt erzielt. Beispielsweise wird der Patient während der Untersuchung durch Lichteffekte abgelenkt, was insbesondere bei Kindern oder unruhigen Patienten von Vorteil ist. Abgesehen hiervon lässt sich ein mit Leichtbau-Tragstrukturen ausgestattetes medizintechnisches Bildgebungsgerät mit Farbeffekten wirkungsvoll zur Kundengewinnung auf Messen einsetzen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Deckschicht zumindest in Teilbereichen eine antimagnetische Eigenschaft auf. Mit anderen Worten wird durch die Deckschicht der Innenraum des Bildgebungsgeräts gegen ein äußeres Magnetfeld abgeschirmt. Dies wird beispielsweise durch Einbringen oder Einarbeiten von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln in die Deckschicht erreicht. Eine derartige Deckschicht ist insbesondere vorteilhaft für einen Magnetresonanztomographen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Deckschicht in Teilbereichen zumindest im sichtbaren Spektralbereich lichtdurchlässig, so dass die mit einer Deckschicht versehenen oder überspannten Öffnungen der Leichtbau-Tragstruktur durch Beleuchtung effektvoll und intensiv zur Geltung kommen. Insgesamt ergibt sich hierbei ein ästhetischer Gesamteffekt, der für ein medizintechnisches Bildgebungsgerät bislang nicht bekannt ist. Die entsprechenden mit einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur versehenen Konstruktionsteile können insgesamt mit wechselnden Farben beleuchtet oder hinterleuchtet, verdunkelt oder mit wechselnder Helligkeit und Frequenz in der Beleuchtung betrieben werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Deckschicht luftdurchlässig. Auf diese Weise werden Lufteinlass- und Luftauslassflächen geschaffen, die für eine Systemkühlung benutzt werden.
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Vorteilhafterweise ist die Deckschicht abnehmbar und/oder waschbar. Dies ermöglicht eine einfache Reinigung der Deckschicht und nach deren Abnahme auch der Leichtbau-Tragstruktur als solcher. Bevorzugt ist hierbei die Deckschicht als Stoffüberzug gegeben, der insbesondere die Leichtbau-Tragstruktur überspannt. Durch geeignete Spannelemente, die lösbar und verstellbar sind, wird die Leichtbau-Tragstruktur in einfacher Art und Weise überspannt. Auch kann der Stoffüberzeug leicht abgenommen und gewaschen werden.
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Die Verwendung eines Stoffüberzugs bietet den weiteren Vorteil, das Ersatzüberzüge und Austauschüberzüge leicht transportierbar sind, da diese gefaltet und in kleinen Packungsgrößen transportiert werden können.
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Zweckmäßigerweise ist die Deckschicht antibakteriell, was aus hygienischen Gründen von Vorteil ist.
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Sind Bedienelemente unmittelbar an der Leichtbau-Tragstruktur angeordnet bzw. in diese integriert, so sind diese zweckmäßigerweise im endmontierten Zustand frei von einer Deckschicht.
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Bionische Leichtbau-Tragstrukturen sind herkömmlichen Fertigungsverfahren aufgrund ihrer Unregelmäßigkeit und ihrer komplexen Geometrie nur schwer zugänglich. Zur Herstellung einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur sind jedoch generative Fertigungsverfahren geeignet. Derartige generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise der 3D-Druck oder das Stereo-Lithographieverfahren.
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Um weiter Gewicht zu reduzieren, umfasst die Leichtbau-Tragstruktur bevorzugt Kunststoff, Aluminium und/oder Titan als eingesetzte Materialien.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Computertomographen mit einer Gantry, die bionische Leichtbau-Tragstrukturen umfasst,
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2 in einer anderen Ansicht den Computertomographen gemäß 1,
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3 einen konstruktiven Teilbereich einer Gantry eines Computertomographen, der auf einer Leichtbau-Tragstruktur einen Stoffüberzug aufweist, und
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4 einen konstruktiven Teilbereich einer Gantry mit einem Stoffüberzug entsprechend 3 mit einer alternativen Befestigung.
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1 zeigt schematisch als ein medizintechnisches Bildgebungsgerät 1 einen Computertomographen 2. Der Computertomograph 2 umfasst einen Tisch 3, auf dem eine verstellbare Patientenliege 4 angeordnet ist. Die Patientenliege 4 wird von einer Gantry 5 umgeben, in der eine Quelle für Röntgenstrahlung sowie gegenüberliegend ein Röntgendetektor angeordnet sind.
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Die Gantry 5 umfasst äußere Verkleidungsteile 6, 7, 8, die den Innenraum der Gantry 5 nach außen abschließen und somit das äußere Erscheinungsbild des Computertomographen 2 erzeugen.
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Jedes der Verkleidungsteile 6, 7, 8 ist mit einer inneren Leichtbau-Tragstruktur 10 hergestellt, deren räumliche Ausprägung kraftfluss- und/oder belastungsoptimiert ist. Insofern weist die Leichtbau-Tragstruktur 10 eine netzartige Struktur 17 auf, die Öffnungen verschiedenster geometrischer Form zeigt, und wobei die Materialverstrebungen und Materialbrücken zwischen den Öffnungen in ihrer Richtung, Form und Materialstärke variieren.
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In 1 ist die bionische Leichtbau-Tragstruktur 10 offen dargestellt. Im endmontierten Zustand ist die Leichtbau-Tragstruktur 10 mit einer Deckschicht 11 überspannt. Im Inneren der Gantry 5 ist eine Beleuchtung 18 angeordnet, die insbesondere farbveränderliche LED-Beleuchtungselemente 19 umfasst. Durch entsprechende Ansteuerung der LED-Beleuchtungselemente 19 können verschiedenste Farben unterschiedlichster Intensitäten erzeugt werden. Die Deckschicht 11 ist hierbei zumindest in Teilbereichen für sichtbares Licht transparent. Während des Betriebs wechselt die Farbe der Gantry 5. Patientenspezifisch werden auch Farbeffekte, wie umlaufende Farben oder Helligkeitsvariationen erzeugt.
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In 2 ist der Computertomograph 1 entsprechend 1 aus einer seitlichen Perspektive dargestellt. Man erkennt den aus der Gantry 5 ausgefahrenen Tisch 3 mit Patientenliege 4. Aus 2 wird insbesondere ersichtlich, dass die Gantry 5 weitere seitliche Verkleidungsteile 12 umfasst, die ebenfalls mit einer bionischen Leichtbau-Tragstruktur 10 ausgebildet sind. Auch diese Verkleidungsteile 12 sind nach Endmontage mit einer Deckschicht 11, insbesondere mit einem Stoff überzogen. Weiter ist ein Bedienelement 20 erkennbar, das im endmontierten Zustand nicht von Stoff überzogen ist.
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In den 3 und 4 ist jeweils schematisch ein konstruktiver Teilbereich einer Gantry 5 entsprechend 1 und 2 einmal in Aufsicht von hinten und einmal in einer seitlichen Ansicht dargestellt. Bei dem konstruktiven Teilbereich handelt es sich insbesondere um ein äußeres Verkleidungsteil in Form einer Vorderfront, welche der Patientenliege 4 zugewandt ist. Der konstruktive Teilbereich der Gantry 5 entsprechend den 3 und 4 weist wiederum eine innere Leichtbau-Tragstruktur 10 mit einer bionisch optimierten unregelmäßigen Struktur 17 auf. Die Leichtbau-Tragstruktur 10 der Gantry 5 ist mit einem Stoffüberzug 13 überspannt. In 3 wird der Stoffüberzug 13 mittels Gurtspannern 14 über die Leichtbau-Tragstruktur 10 gezogen und gegen diese verspannt. In der Ausführungsvariante gemäß 4 ist auf der Rückseite der Gantry 5 durch den Stoffrand ein Spannseil 15 gezogen, welches über eine Ratsche 16 gespannt wird.
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Der Stoffüberzug 13 entsprechend 3 und 4 ist abnehmbar und austauschbar. Insbesondere ist der Stoffüberzeug 13 waschbar. Im Ganzen oder an ausgewählten Stellen ist der Stoffüberzug 11 für Licht, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, transparent, so dass Licht aus dem Innenraum der Gantry 5 nach außen gelangen kann. Hierdurch werden Lichteffekte wie vorbeschrieben ermöglicht. Der Stoffüberzug 13 ist im Ganzen luftdurchlässig. In einer Alternativ weist der Stoffüberzug 13 lokale Öffnungen zur Ermöglichen eines Luftaustauschs mit dem Innenraum auf.
