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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen intraoralen Sensor zur Verwendung mit einem zahnärztlichen
Röntgengerät, wobei
der Sensor ein in einem Gehäuse
gelagertes, aus elektronischen und optischen Komponenten bestehendes
Detektionselement zur Erfassung der Röntgenstrahlung aufweist.
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In der zahnärztlichen Röntgendiagnostik werden in letzter
Zeit vermehrt digitale Röntgensysteme
eingesetzt. Gegenüber
klassischen Röntgensystemen,
bei denen ein strahlungsempfindlicher Röntgenfilm verwendet wird, der
nach der Belichtung entwickelt werden muss, bieten die neuen digitalen Systeme
den Vorteil, dass das Röntgenbild
unmittelbar nach der Aufnahme auf einem Bildschirm betrachtet und
ggf. näher
analysiert werden kann. Röntgensysteme,
die entsprechend diesen neuen digitalen Verfahren arbeiten, sind
beispielsweise aus der
DE 44
02 114 , der
DE
297 17 432 U1 oder der
US 5,510,623 bekannt.
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Ein üblicher digitaler Röntgensensor
besteht aus einem flachen, rechteckförmigen Gehäuse, in dessen Inneren ein
die Röntgenstrahlung
erfassendes Detektionselement angeordnet ist. Wesentlicher Bestandteil
des Detektionselements ist ein in eine Vielzahl von Pixelbereiche
unterteilter Halbleiter-Chip, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Chip, der
die Strahlung, bzw. die in sichtbares Licht umgewandelte Strahlung
erfasst und hierdurch ein digitales Röntgenbild erstellt. Die von
dem Halbleiter-Chip erfassten Signale werden über ein Kabel an eine Auswerteeinheit übermittelt,
welche die Daten erfasst und das digitale Röntgenbild beispielsweise auf
einem Bildschirm oder Display darstellt.
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Üblicherweise
besteht das Gehäuse
eines derartigen digitalen Sensors aus zwei Kunststoffteilen, die
nach Befestigung des Detektionselements in bzw. an einem der beiden
Gehäuseteile
zusammengefügt
und miteinander verklebt werden. Dabei besteht der Nachteil, dass
ein derartiger Sensor nicht sterilisiert werden kann, da das Kunststoffgehäuse und
insbesondere dessen Klebeverbindungen die hohen Temperaturen einer
einmaligen oder wiederholten Sterilisation nicht aushalten würden. Auch
hinsichtlich der elektro-optischen Komponenten des Sensors besteht
die Gefahr, dass diese beschädigt werden,
wenn sie zu hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Andererseits besteht
in der Medizin allgemein ein Bedürfnis
nach einem hohen hygienischen Standard. Da die Sensoren in den Mundraum eines
zu untersuchenden Patienten eingebracht werden, besteht für diese
Gegenstände
sogar ein besonderes Bedürfnis,
diese möglichst
effektiv reinigen und sterilisieren zu können.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten
intraoralen Sensoren besteht in der Lagerung des Detektionselements
innerhalb des Gehäuses. Üblicherweise
wird das Detektionselement in dem Kunststoffgehäuse entweder flächig auf
einer der Bodenseiten des Gehäuses
oder an den Ecken gelagert. Das Problem besteht dabei darin, dass
die Detektionselemente an ihren Ecken zur Delamination, also einem Ablösen der
Scintillatorschicht von dem Substrat neigen. Die Scintillatorschicht
ist für
die Umwandlung der Röntgenstrahlung
in für
den Halbleiter-Chip erfassbares sichtbares Licht notwendig. Ein
Ablösen dieser
Schicht von dem Substrat hat dementsprechend zur Folge, dass in
diesem Bereich die Effektivität
der Umwandlung der Röntgenstrahlung
verändert,
z.B. herabgesetzt oder u.U. sogar heraufgesetzt wird. Dies hat zur
Folge, dass der Sensor in dem betroffenen Bereich eine veränderte Sensitivität aufweist,
was ab einer bestimmten Größe eines
derartigen Bereichs dazu führt,
dass der Sensor insgesamt nicht mehr verwendet werden kann.
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Das Problem der Delamination tritt
insbesondere dann auf, wenn der Sensor durch Stöße erschüttert wird, beispielsweise
dann, wenn er fallengelassen wird. Verstärkt wird dieses Problem bei
den bekannten Sensoren ferner dadurch, dass das Kunststoffgehäuse nur
unzureichend in der Lage ist, die von außen zugefügten Stöße oder Erschütterungen
abzudämpfen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen intraoralen Sensor zur
Verwendung in der zahnärztlichen
Diagnostik anzugeben, der einfach zu reinigen und insbesondere auch
zu sterilisieren ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Gefahr
einer Beschädigung
des Sensors, insbesondere eine Delamination des Detektionselements
weitestgehend zu unterbinden.
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Die Aufgaben werden durch intraorale
Sensoren gemäß den beiden
unabhängigen
Ansprüchen gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt der – vorliegenden
Erfindung besteht das Gehäuse
des Sensors oder zumindest Teile davon aus einem abriebfesten Material,
vorzugsweise aus Porzellan, Keramik, einer Emaillierung oder Metall
bzw. aus einer Kombination dieser Materialien.
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Die Verwendung eines entsprechenden
Materials für
das Sensorgehäuse
bietet den Vorteil, dass dieses deutlich weniger temperaturempfindlich
ist als Kunststoff. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Sensor
insgesamt im Wege der bisher üblichen
Sterilisationsverfahren zu sterilisieren. Der hierdurch erzielbare
Hygienestandard ist ungleich höher als
bei bisher bekannten Sensoren.
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Neben der Resistenz gegen hohe Temperaturen
haben die angegebenen Materialien auch den Vorteil, dass sie gasdicht
sind. Neben einer Sterilisation besteht dementsprechend zusätzlich auch
die Möglichkeit,
das Äußere des
Sensors mit Ozon zu behandeln und damit den Sensor zusätzlich zu
reinigen und ggf. eine Desinfektion durchzuführen. Ein ergänzender
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dementsprechend eine
Reinigungsvorrichtung zum Reinigen bzw. Desinfizieren eines intraoralen
Sensors, wobei die Reinigungsvorrichtung den Sensor für einen
bestimmten Zeitraum einer ozon-haltigen Atmosphäre aussetzt.
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Ein weiter Aspekt der vorliegenden
Erfindung befasst sich mit einer verbesserten Lagerung des Detektionselements
innerhalb des Sensorgehäuses,
um die Gefahr einer Beschädigung
des Detektionselements bei Erschütterungen
des Sensors zu vermeiden.
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Gemäß diesem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist das Detektionselement über ein oder
mehrere Dämpfungselemente
innerhalb des Gehäuses
gelagert. Vorzugsweise ist dabei das Detektionselement an zwei paarweise
gegenüberliegenden
Seiten über
ein elastisches oder viskoeleastisches Element mit dem Sensorgehäuse verbunden. Beispielsweise
kann die Lagerung mittels Silikon erfolgen. Eine alternative Möglichkeit
der Lagerung besteht auch darin, dass ein gegenüberliegendes Seitenpaar lediglich
jeweils in der Mitte einen Lagerpunkt aufweist und eine zweite Fixierung über paarweise
senkrecht dazu angeordnete Lagerpunkte erfolgt, vorzugsweise wiederum
in der Mitte der beiden Sensorkanten.
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Die dämpfende Lagerung des Detektionselements
hat zur Folge, dass auf den Sensor ausgeübte externe Erschütterungen
aufgefangen werden und damit die Gefahr einer Beschädigung deutlich
reduziert wird. Selbst für
den Fall, dass für
das Sensorgehäuse
sehr starre Materialien, wie beispielsweise Porzellan, Keramik,
eine Emaillierung oder Metall verwendet werden, ist die Dämpfung noch
ausreichend, um die beim Herabfallen des Sensors auftretenden Stöße und Erschütterungen
abzumildern.
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Andererseits besteht allerdings die
Möglichkeit,
die Gefahr von Beschädigungen
beim Herabfallen des Sensors weiter dadurch zu reduzieren, dass das
Gehäuse
ebenfalls aus einem elastischen Material, beispielsweise wiederum
aus Silikon besteht. Neben dem verbesserten Fallschutz kann durch
die weiche Gestaltung des Sensorgehäuses ferner auch die Akzeptanz
bei Patienten, welche ein steifes Element als sehr unkomfortabel
empfinden und möglicherweise
zum Brechreiz neigen, deutlich verbessert werden.
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Eine dazu alternative Ausführungsform
besteht darin, lediglich die Ecken und/oder Kanten des Sensorgehäuses aus
einem elastischen oder viskoelastischen Material zu formen, wobei
der Rest des Sensorgehäuses
aus den zuvor genannten abriebfesten Materialien oder aus Kunststoff
besteht. Diese Variante erlaubt es, die Vorteile eines abriebfesten Gehäuses mit
denjenigen einer dämpfenden
bzw. elastischen Ummantelung zu kombinieren. In dem letztgenannten
Fall könnte
das aus Kunststoff und dem elastischen bzw. viskoelastischen Material
bestehende Gehäuse
im sog. 2-Komponentenspritzgußverfahren
hergestellt werden.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind die Elemente des Sensors, also das
Detektionselement und/oder das Gehäuse in einer Weise ausgestaltet,
das die Ecken des Sensors der Anatomie des Mundraumes eines zu untersuchenden
Patienten entsprechen. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt,
dass die Ecken abgerundet bzw. gekrümmt sind oder aus mehreren
aneinandergesetzten abgewinkelten Bereichen bestehen.
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Üblicherweise
ist zumindest das Detektionselement – hiervon insbesondere der
CCD-Chip oder der
CMOS-Chip – rechtwinklig
ausgestaltet, was sich aus der Bearbeitungstechnik durch das Sägen der Wafer
für die
Halbleiterchips ergibt. Um die Form des Detektionselements der Anatomie
des Mundraumes anzupassen, wird der Wafer gemäß dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
in mehreren Stufen geschnitten, wobei das Sägeblatt einer gekrümmten oder
polygonen Form entsprechend geführt
wird und hierdurch eine im wesentlichen abgerundete Ecke geschaffen
wird. Darüber
hinaus könnte
der Wafer auch durch Fräsen
entsprechend abgerundet werden. Die abgerundete oder polygone Form
hat darüber
hinaus auch den Vorteil, dass im Rahmen der anatomischen Gegebenheiten
des Mundraumes für eine
gegebene Detektionsfläche
möglichst
viele Bildinformationen erfasst werden können.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert
werden. Es zeigen.
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1 einen
erfindungsgemäßen intraoralen Röntgensensor
in perspektivischer Darstellung;
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2 den
in 1 dargestellten Sensor
in Draufsicht;
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3 einen
erfindungsgemäßen Sensor
im Querschnitt;
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4a und 4b Darstellungen gemäß dem Schnitt
A-A in 3 zur Verdeutlichung
der Lagermöglichkeiten
des Detektionselements innerhalb des Gehäuses.
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Der in den 1 und 2 dargestellte
erfindungsgemäße intraorale
Sensor besteht im wesentlichen aus einem flachen, rechteckigen Gehäuse 1,
in dessen Inneren ein Detektionselement 2 angeordnet ist.
An einer Stirnseite des Gehäuses 1 ist
ein Kabel 3 angeschlossen, in dem elektrische Leitungen 4 verlaufen,
die an das Detektionselement 2 angeschlossen sind. Das
sensorferne Ende des Kabels 3 führt zu einer – nicht
dargestellten – Auswerteeinheit,
welche die von den Detektionselement 2 erfassten Signale
empfängt
und hieraus ein digitales Bild erstellt, welches beispielsweise
auf einem Display eines zahnärztliches
Behandlungsplatzes dargestellt wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung besteht das Gehäuse 1 aus
einem abriebfesten Material, beispielsweise aus Porzellan, Keramik,
einer Emaillierung oder Metall. Die Verwendung dieser Materialien
hat zum Vorteil, dass hierdurch das Sensorgehäuse 1 gegenüber hohen
Temperaturen weitestgehend unempfindlich ist und somit die Möglichkeit
besteht, den Sensor zu sterilisieren. Allgemein ist das Gehäuse 1 bei
Verwendung der oben genannten Materialien oder einer Mischung davon
deutlich besser zu reinigen als Kunststoff und vermittelt darüber hinaus
auch noch eine höhere Wertigkeit.
Die bevorzugten Materialien weisen darüber hinaus auch den Vorteil
auf, dass sie gasdicht sind, so dass die Möglichkeit besteht, den Sensor
zusätzlich
mit Ozon, welches anderenfalls die elektronischen Komponenten im
Inneren des Gehäuses 1 angreifen
würde,
zu reinigen.
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Eine Besonderheit des in den 1 und 2 dargestellten Gehäuses 1 sowie des darin angeordneten
Detektionselements 2 besteht ferner darin, dass beide Elemente
jeweils abgerundete Ecken aufweisen. Hierdurch wird die Form des
Sensors der Anatomie des Mundraumes angepasst wodurch das Einbringen
und Lagern des Sensors innerhalb des Mundraumes während der
Röntgenuntersuchung
für den
Patienten angenehmer ist.
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Die abgerundete Ausgestaltung des
Sensorgehäuses 1 kann
dabei ohne weitere Schwierigkeiten erfolgen. Problematischer ist
hingegen, auch das Detektionselement
2, insbesondere den
darauf angeordneten CCD- oder CMOS-Chip abzurunden. Die Formgebung
des Chips erfolgt in der Regel durch das Sägen eines Wafers, weshalb üblicherweise
rechteckige Chips mit Ecken im 90°-Winkel
zum Einsatz kommen. Um auch das Detektionselement 2 abgerundet
oder zumindest nahezu abgerundet auszugestalten, wird im vorliegenden
Fall der Wafer in mehreren Stufen geschnitten, wobei das Sägeblatt
der gewünschten
gekrümmten
Form entsprechend geführt wird.
Alternativ dazu könnte
der zunächst
vollständig rechteckig
geschnittene Chip anschließend
auch in die abgerundete Form gefräst werden. Dabei wirkt sich
zwar die abgerundete Form des Detektionselements 2 für sich alleine
genommen nicht auf das Wohlbefinden des Patienten aus, diese Form
ist allerdings dennoch wünschenswert,
da bei der Verwendung eines abgerundeten Gehäuses 1 hierdurch der zur
Verfügung
stehende Bereich optimal ausgenützt wird
und somit ein Höchstmaß an Bildinformationen erfaßt werden
kann.
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Die Verwendung der oben genannten
bevorzugten Materialien Porzellan, Keramik, Emaillierung oder Metall
hat zur Folge, dass hierdurch das Sensorgehäuse 1 nochmals steifer
wird als bei der bisher bevorzugten Verwendung von Kunststoff. Von
außen zugeführte Stöße oder
Erschütterungen
würden
hierbei besonders effektiv auf das im Inneren des Gehäuses 1 gelagerte
Detektionselement 2 übertragen
werden, weshalb die erhöhte
Gefahr einer Beschädigung des
Detektionselements 2 besteht. Anhand der 3 und 4 sollen
deshalb nachfolgend Möglichkeiten
beschrieben werden, das Detektionselement 2 verbessert
gegen externe Stöße und Erschütterungen
zu schützen.
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3 zeigt
den erfindungsgemäßen Sensor im
Querschnitt. Das Detektionselement 2 besteht dabei aus
einem als Trägerelement
dienenden Substrat 5, auf dessen Oberseite zunächst eine
die Röntgenstrahlung
abschirmende Schicht 6 aufgebracht ist, wobei auf diese
Abschirmschicht 6 allerdings auch verzichtet werden könnte. Auf
der Oberseite dieser Abschirmschicht 6 bzw. auf der Oberseite
des Substrats 5 befindet sich das lichtempfindliche Element 7, also
ein CCD- oder ein CMOS-Chip zur ortsaufgelösten Erfassung von Bildinformationen.
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Da der CCD-Chip oder der CMOS-Chip
für sichtbares
Licht deutlich empfindlicher ist als für die Röntgenstrahlung, wird die Empfindlichkeit
des Detektionselements 2 dadurch erhöht, dass vor der Halbleiterschicht 7 noch
eine Lichtleiterschicht 8 und eine Scintillatorschicht 9 angeordnet
sind. Die Scintillatorschicht 9 dient dazu, auftreffende
Röntgenstrahlung über Scintillationseffekte
in sichtbares Licht umzuwandeln, welches über die Lichtleiterschicht 8 auf die
Halbleiterschicht 7 übertragen
wird. Die Lichtleiterschicht 8 ist dabei derart ausgestaltet,
dass die an einer bestimmten Stelle der Scintillatorschicht 9 auftreffende
Röntgenstrahlung
auch im wesentlichen an der entsprechenden unterhalb gelegenen Stelle
der Halbleiterschicht 7 als sichtbares Licht erfasst wird. Hierdurch
wird somit die Detektionsempfindlichkeit des Detektionselements 2 deutlich
erhöht,
wobei das Auflösungsvermögen nur
unwesentlich beeinträchtigt wird.
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Der in 3 dargestellte
Aufbau entspricht im wesentlichen dem klassischen Aufbau eines Detektionselements
für einen
intraoralen digitalen Sensor, wobei – wie bereits erwähnt – ggf. die
Abschirmschicht 6 und/oder die Lichtleiterschicht 8 auch
entfallen können. Üblicherweise
ist dabei das Detektionselement in dem Sensorgehäuse an den Ecken gelagert oder
flächig
an einer der beiden Bodenseiten des Gehäuseunterteils 1a oder
des Gehäuseoberteils 1b befestigt.
Bei dieser üblicherweise
verwendeten Lagerung werden allerdings auf das Gehäuse ausgeübte externe
Stöße oder
Erschütterungen
nahezu unvermindert auf das Detektionselement übertragen, wobei die Gefahr
besteht, dass das Detektionselement beschädigt wird, insbesondere, dass sich
die Scintillatorschicht 9 ablöst.
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In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen,
dass die Halbleiterschicht 7 mit der Lichtleiterschicht 8 bzw.
die Lichtleiterschicht 8 mit der Scintillatorschicht 9 über sich
jeweils dazwischen befindende Klebe- bzw. Kopplungsschichten 7a und 9a zusammengehalten
werden. Für
den Fall, dass auf die Lichtleiterschicht 8 verzichtet
wird, wird die Scintillatorschicht 9 üblicherweise auf einem eigenen
(nicht dargestellten) Substrat hergestellt, wobei dieser Verbund
bestehen aus der Scintillatorschicht 9 und dem zugehörigen Substrat
wiederum mittels der Klebeschicht 7a auf die Halbleiterschicht 7 aufgeklebt
wird. Wird nun diese Anordnung Erschütterungen oder starken Stößen ausgesetzt,
so besteht die Gefahr, dass die Kopplungswirkung der Klebe- bzw.
Kopplungsschichten 7a und 9a nachläßt und sich
die verschiedenen Schichten des Verbandes voneinander lösen. Hierdurch
kann die Sensitivität
des Sensors partiell verändert
werden, so dass der Sensor schließlich unbrauchbar wird.
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Anzumerken ist ferner, dass anstelle
der Verwendung von Klebeschichten auch die Möglichkeit besteht, die Scintillatorschicht 9 auf
die Lichtleiterschicht 8 bzw. die Halbleiterschicht 7 aufzudrucken. Auch
bei dieser Variante besteht allerdings die Gefahr, dass sich die
Scintillatorschicht 9 aufgrund von Erschütterungen
von ihrer Unterlage löst
und damit der Sensor beschädigt
wird.
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Um daher auch bei den zuvor erwähnten besonders
starren Materialien für
das Gehäuse 1 eine Beschädigung des
Detektionselements 2 zu verhindern, ist dieses über eine
besondere Dämpfung
innerhalb des Gehäuses 1 gelagert.
Die besondere Lagerung wird durch zwei oder mehrere Dämpfungselemente 10 erreicht, über welche
die Seitenkanten des Detektionselements 2 mit den entsprechenden
Innenwänden
des Sensorgehäuses 1 verbunden
sind. Die Dämpfungselemente 10 bestehen
aus einem elastischen oder viskoelastischen Material mit einer inhärenten Dämpfung,
beispielsweise aus Silikon.
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Bei einer ersten Variante einer möglichen
Lagerung, die in 4a schematisch
dargestellt ist, sind zwei einander gegenüberliegende Seiten des Detektionselements 2 über ihre
gesamte Länge
hinweg über
zwei Dämpfungselemente 10 mit
dem Gehäuse 1 verbunden.
Eine hierzu alternative, in 4b dargestellte
Lagerung besteht darin, zwei einander gegenüberliegende Seiten jeweils
nur in ihrem mittleren Bereich über
zwei kurze Dämpfungselemente 10 mit
dem Sensorgehäuse 1 zu
verbinden und darüber
hinaus an den weiteren, senkrecht dazu stehenden Seiten ebenfalls
zwei Dämpfungselemente 10 anzuordnen.
Diese sind wiederum vorzugsweise jeweils in der Mitte der Kanten
des Detektionselements 2 angeordnet.
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Die erfindungsgemäße dämpfende Lagerung des Detektionselements 2 innerhalb
des Sensorgehäuses 1 hat
zur Folge, dass auf das Gehäuse ausgeübte externe
Erschütterungen
abgefangen werden und somit die Gefahr einer Beschädigung des
Detektionselements 2 weitestgehend unterbunden wird. Dies
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Sensorgehäuse aus
einem selbst nicht dämpfenden
Material, beispielsweise aus Porzellan, Keramik oder Metall besteht.
Die Verwendung eines der zuvor genannten Materialien sowie der erfindungsgemäßen Dämpfungslagerung
ermöglicht
somit die Realisierung eines intraoralen Sensors, der einerseits
besonders gut und effektiv zu reinigen ist und bei dem andererseits
die Gefahr einer Beschädigung
des Detektionselements durch externe Stöße oder Erschütterungen
vermieden wird.
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Wird hingehen primär angestrebt,
eine Beschädigung
des Detektionselements bei einem Herabfallen des Sensors zu vermeiden,
so können
zusätzlich
auch das Gehäuse – bzw. dessen
Ecken und/oder Kanten aus einem weichen oder dämpfenden Material, beispielsweise
aus Silikon bestehen. Die Verwendung eines entsprechenden Materials auch
für das
Sensorgehäuse
hätte darüber hinaus auch
den Vorteil, dass dieses für
Patienten, insbesondere für ältere Patienten
oder Kinder deutlich angenehmer ist und somit die Akzeptanz der
digitalen Röntgentechnik
in der zahnärztlichen
Diagnostik erhöht
werden kann.