DE19855213A1 - Röntgenaufnahmeeinrichtung - Google Patents
RöntgenaufnahmeeinrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Röntgenaufnahmeeinrichtung mit einer Röntgenstrahlenquelle (1) und einem Röntgenstrahlenempfänger (2). Die Röntgenstrahlenquelle (1) und der Röntgenstrahlenempfänger (2) sind jeweils frei beweglich im Raum verstellbar an einem Roboterarm (7) eines mehrere relativ zueinander motorisch verstellbare Roboterarme (4 bis 7) aufweisenden Roboters (3, 12) angeordnet. Eine Zentralsteuerung steuert die Verstellung der Roboterarme (4 bis 7) der beiden Roboter (3, 4) derart, daß die Röntgenstrahlenquelle (1) stets auf den Röntgenstrahlenempfänger (2) ausgerichtet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenaufnahmeeinrichtung auf
weisend eine Röntgenstrahlenquelle und einen Röntgenstrah
lenempfänger.
Röntgenaufnahmeeinrichtungen der eingangs genannten Art sind
in der Regel derart ausgeführt, daß die Röntgenstrahlenquelle
und der Röntgenstrahlenempfänger an einem gemeinsamen mecha
nisch starren Träger, beispielsweise einem C-Bogen, fest an
geordnet sind. Die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgen
strahlenempfänger sind an dem Träger derart relativ zueinan
der angeordnet, daß der Zentralstrahl eines von der Röntgen
strahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündels annähernd
mittig auf die Detektorfläche des Röntgenstrahlenempfängers
trifft. Der Träger ist in der Regel relativ zu einem zu un
tersuchenden Objekt verstellbar, wobei unabhängig von Ver
stellbewegungen des Trägers die Röntgenstrahlenquelle und der
Röntgenstrahlenempfänger an dem starren Träger stets relativ
zueinander ausgerichtet sind.
Als nachteilig erweist sich bei derartigen starren Trägern,
daß diese beispielsweise bei medizinischen Untersuchungen ei
nes Patienten den Zugang zum Patienten einschränken bzw. be
hindern.
Aus der DE 196 11 705 A1 ist eine Röntgenaufnahmeeinrichtung
mit einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgenstrahlenemp
fänger bekannt, bei der die Röntgenstrahlenquelle und der
Röntgenstrahlenempfänger jeweils an einem Stativ dreidimen
sional im Raum verstellbar gelagert sind. Zur Ausrichtung der
Röntgenstrahlenquelle und des Röntgenstrahlenempfängers der
art relativ zueinander, daß der Zentralstrahl eines von der
Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündels an
nähernd mittig auf die Detektorfläche des Röntgenstrahlenemp
fängers trifft, sind Detektoren im Raum vorgesehen, welche
die Positionen des Röntgenstrahlenempfängers im Raum erfas
sen. Anhand der erfaßten Positionen des Röntgenstrahlenemp
fängers ist die Röntgenstrahlenquelle derart relativ zu dem
Röntgenstrahlenempfänger einstellbar, daß der Zentralstrahl
des von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrah
lenbündels annähernd mittig auf die Detektorfläche des Rönt
genstrahlenempfängers trifft. Die Röntgenstrahlenquelle wird
also stets dem Röntgenstrahlenempfänger nachgeführt.
Der für die Positionserfassung des Röntgenstrahlenempfängers
und die Nachführung der Röntgenstrahlenquelle erforderliche
technische Aufwand in Form von im Raum anzuordnenden Detekto
ren sowie das Vorsehen einer Steuereinrichtung für die Rönt
genstrahlenquelle und eines Steuerrechners für den Röntgen
strahlenempfänger erweist sich dabei als nachteilig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen
aufnahmeeinrichtung der eingangs genannten Art derart auszu
führen, daß die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrah
lenempfänger relativ zueinander frei beweglich angeordnet
sind und dennoch in technisch einfacher Weise stets relativ
zueinander ausgerichtet sind.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt
genaufnahmeeinrichtung aufweisend eine Röntgenstrahlenquelle
und einen Röntgenstrahlenempfänger, welche jeweils frei im
Raum verstellbar an einem Roboterarm eines mehrere relativ
zueinander motorisch verstellbare Roboterarme aufweisenden
Roboters angeordnet sind, wobei eine Zentralsteuerung vorge
sehen ist, welche die Verstellung der Roboterarme der beiden
Roboter derart steuert, daß die Röntgenstrahlenquelle zur Ge
winnung von Röntgenaufnahmen stets auf den Röntgenstrahlen
empfänger ausgerichtet ist. Die Röntgenstrahlenquelle und der
Röntgenstrahlenempfänger sind also jeweils an einem eigenen
Roboter frei im Raum verstellbar angeordnet. Dadurch, daß auf
einen mechanisch starren, die Röntgenstrahlenquelle und den
Röntgenstrahlenempfänger aufnehmenden Träger verzichtet wird,
ergibt sich beispielsweise im Falle medizinischer Röntgenun
tersuchungen ein besserer Zugang zu einem mit der Röntgenauf
nahmeeinrichtung zu untersuchenden Patienten. Die mehrere re
lativ zueinander motorisch um Achsen verstellbare Roboterarme
aufweisenden Roboter, an denen die Röntgenstrahlenquelle und
der Röntgenstrahlenempfänger angeordnet sind, bieten dabei
eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten für Röntgeneinzelauf
nahmen sowie vielfältige Möglichkeiten von Bewegungsabläufen
für die Aufnahme von Serien von Röntgenbildern, bei denen die
Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfänger rela
tiv zu einem zu untersuchenden Objekt verstellt werden. Die
Verstellung der Roboterarme der beiden Roboter wird dabei von
der Zentralsteuerung der Röntgenaufnahmeeinrichtung gesteu
ert, wobei die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrah
lenempfänger bei Röntgeneinzelaufnahmen als auch bei Serien
von Röntgenaufnahmen stets derart relativ zueinander ausge
richtet sind, daß der Zentralstrahl eines von der Röntgen
strahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündels annähernd
mittig auf die Detektorfläche des Röntgenstrahlenempfängers
trifft.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß der Roboterarm, an
dem die Röntgenstrahlenquelle angeordnet ist und/oder der Ro
boterarm, an dem der Röntgenstrahlenempfänger angeordnet ist,
wenigstens drei Freiheitsgrade in bezug auf seine Verstellung
aufweist. Auf diese Weise können bereits allein durch die
Verstellung dieses Roboterarms vielfältige Einstellmöglich
keiten der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgenstrahlenemp
fängers realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten
schematischen Zeichnung dargestellt, welche eine erfindungs
gemäße Röntgenaufnahmeeinrichtung zeigt.
Die Röntgenaufnahmeeinrichtung weist eine Röntgenstrahlen
quelle 1 und einen Röntgenstrahlenempfänger 2 auf.
Die Röntgenstrahlenquelle 1 ist an einem Roboter 3 angeord
net. Der Roboter 3 weist im Falle des vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiels insgesamt vier relativ zueinander motorisch
verstellbare Roboterarme 4 bis 7 mit Längsachsen A bis D auf.
Der Roboterarm 4 ist relativ zu einem Sockel 8 des Roboters 3
um seine Achse A schwenkbar und längs seiner Achse A in die
Richtungen des Doppelpfeiles a verstellbar. In ähnlicher Wei
se sind auch die Roboterarme 5 bis 7 um ihre jeweilige Achse
B bis D schwenkbar und längs ihrer jeweiligen Achse B bis D
in die Richtungen des jeweiligen Doppelpfeiles b bis d ver
stellbar. Darüber hinaus ist der Roboterarm 5 um eine Achse E
eines Drehgelenkes 9, der Roboterarm 6 um eine Achse F eines
Drehgelenks 10 und der Roboterarm 7 um eine Achse G eines
Drehgelenkes 11 schwenkbar (vgl. Doppelpfeile α, β, γ). Die
Achsen E bis G stehen im Falle des vorliegenden Ausführungs
beispiels senkrecht zur Zeichenebene. Die Verstellmotore,
welche die Verstellbewegungen der Roboterarme 4 bis 7 des Ro
boters 3 bewirken, sind in der Figur nicht explizit darge
stellt.
Es wird also deutlich, daß die Röntgenstrahlenquelle 1, wel
che an dem Ende des Roboterarms 7 des Roboters 3 befestigt
ist, aufgrund der um die Achsen A bis G relativ zueinander
motorisch verstellbaren Roboterarme 4 bis 7 sowie deren Ver
stellung längs der Achsen A bis D praktisch frei im Raum be
weglich ist.
Der Röntgenstrahlenempfänger 2 ist im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispieles an einem zu dem Roboter 3 bau- und
funktionsgleichen Roboter 12 angeordnet. Da der Roboter 12
wenigstens im wesentlichen bau- und funktionsgleich mit dem
Roboter 3 ist, sind dessen Sockel, Roboterarme, Achsen, Dreh
gelenke und Verstellmöglichkeiten mit gleichen Bezugszeichen
wie im Falle des Roboters 3 versehen. Der Röntgenstrahlenemp
fänger 2 ist analog zu der Röntgenstrahlenquelle 1 an dem En
de des Roboterarms 7 des Roboters 12 angeordnet. Anhand des
Roboterarms 6 des Roboters 12 ist außerdem exemplarisch für
alle Roboterarme 4 bis 7 die Verstellmöglichkeit eines Robo
terarms längs seiner Achse A bis D gezeigt. Im Falle des Ro
boterarms 6 des Roboters 12 ist also die Verstellmöglichkeit
des Roboterarms 6 längs seiner Achse C gezeigt.
Der Roboter 3 und der Roboter 12 sind über Leitungen 13 bzw.
14 mit einer Zentralsteuerung in Form eines Rechners 15 ver
bunden. Mit dem Rechner 15 sind außerdem eine Bedieneinheit
16 mit einem Bedienfeld 17 und ein Anzeigegerät 18 verbunden.
Das Bedienfeld 17 weist Bedientasten 19 und einen Joystick 20
auf.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in der Fi
gur außerdem in schematisch angedeuteter Weise eine Patien
tenliege 21 und ein darauf gelagerter Patient P dargestellt.
Zur Gewinnung einer Röntgenaufnahme von einem Körperbereich
eines Patienten P kann beispielsweise ein behandelnder Arzt
von der Bedieneinheit 16 aus mittels des Joysticks 20 die Po
sitionen der Röntgenstrahlenquelle 1 und des Röntgenstrah
lenempfängers 2 relativ zu dem Patienten P für die gewünschte
Röntgenaufnahme einstellen. Die Verstellbewegungen der Robo
terarme 4 bis 7 der Roboter 3 und 12 wird dabei von dem Rech
ner 15 entsprechend den Vorgaben des Arztes gesteuert, d. h.
der Rechner 15 errechnet die den jeweils gewünschten Positio
nen der Röntgenstrahlenquelle 1 und des Röntgenstrahlenemp
fängers 2 entsprechenden Achsstellungen der Achsen A bis G
der Roboter 3 und 12 und steuert die Verstellmotoren der Ach
sen A bis 6 der Roboter 3 und 12 direkt oder indirekt, bei
spielsweise über eine in jedem der beiden Roboter 3 und 12
vorgesehene Robotersteuerung, entsprechend an. Der Rechner 15
stellt dabei sicher, daß die Röntgenstrahlenquelle 1 und der
Röntgenstrahlenempfänger 2 stets derart relativ zueinander
ausgerichtet sind, daß der Zentralstrahl ZS eines von der
Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels
annähernd mittig auf die Detektorfläche des Röntgenstrah
lenempfängers 2 auftrifft.
In einer ersten Betriebsart der Röntgenaufnahmeeinrichtung
übernimmt dabei entweder die Röntgenstrahlenquelle 1 oder der
Röntgenstrahlenempfänger 2 eine Art Master-Funktion. D. h.,
daß beispielsweise die Verstellung der Röntgenstrahlenquelle
1 mittels des Joysticks 20 durch den Arzt gesteuert wird und
der Röntgenstrahlenempfänger 2, welcher eine Art Slave-Funk
tion einnimmt, stets entsprechend zu der Röntgenstrahlenquel
le 1 in Echtzeit ausgerichtet wird. Da dem Rechner 15 sowohl
die Position der Röntgenstrahlenquelle 1 als auch die des
Röntgenstrahlenempfängers 2 anhand der Achsstellungen der
Achsen A bis G bzw. der Stellung der Roboterarme 4 bis 7 der
Roboter 3 und 12 bekannt ist, kann dieser bei einer Verstel
lung der Röntgenstrahlenquelle 1 durch Betätigung des Joy
sticks 20 problemlos die entsprechend einzunehmende Position
des Röntgenstrahlenempfängers 2 berechnen und deren Einnahme
durch entsprechende Ansteuerung der Verstellmotore der Achsen
A bis G des Roboters 12 derart veranlassen, daß die Röntgen
strahlenquelle 1 und der Röntgenstrahlenempfänger 2 relativ
zueinander ausgerichtet sind. Dabei kann es von Vorteil sein,
wenn das Bedienfeld 17 von der Bedieneinheit 16 abnehmbar
ist, so daß der Arzt unmittelbar neben dem Patient stehend
die Verstellbewegung der Röntgenstrahlenquelle 1 steuern
kann. Auf diese Weise ist eine exakte Einstellung der Rönt
genstrahlenquelle 1 und des Röntgenstrahlenempfängers 2 in
bezug auf die gewünschte Projektionsrichtung der Röntgenauf
nahme einstellbar.
In einer zweiten Betriebsart det Röntgenaufnahmeeinrichtung
kann dem Rechner 15 die gewünschte Position der Röntgenstrah
lenquelle 1 oder des Röntgenstrahlenempfängers 2 beispiels
weise bezüglich eines Koordinatensystems K mittels der Be
dientasten 19 oder des Joysticks 20 des Bedienfeldes 17 vor
gegeben werden, so daß der Rechner 15 automatisch die Ver
stellung der Roboterarme 4 bis 7 der Roboter 3 und 12 derart
veranlaßt, daß die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Röntgen
strahlenempfänger 2 die gewünschten Positionen einnehmen. Dem
Rechner 15 sind dabei die Positionen der Roboter 3 und 12 in
dem Koordinatensystem K bekannt, da diese dem Rechner 15 bei
spielsweise in einem Installationsvorgang mitgeteilt wurden.
Der Rechner 15 kennt also aufgrund des Installationsvorganges
die geometrischen Orte der Roboter 3 und 12 und die Positio
nen der Röntgenstrahlenquelle 1 und des Röntgenstrahlenemp
fängers 2 anhand der jeweiligen Achsstellungen der Achsen A
bis G der Roboterarme 4 bis 7 der Roboter 3 und 12 in bezug
auf das Koordinatensystem K.
Die räumliche Zuordnung und die Positionen der Röntgenstrah
lenquelle 1 und des Röntgenstrahlenempfängers 2 können dabei
auf dem Anzeigegerät 18 dargestellt werden.
Mittels eines in dem Raum angeordneten Kamerasystems 22, wel
ches in nicht dargestellter Weise mit dem Rechner 15 verbun
den ist, können zudem die Positionen des Patienten P und der
Patientenliege 21 mittels geeigneter Verfahren der Bildanaly
se in dem Koordinatensystem K ermittelt werden. Auf diese
Weise können auch die Patientenliege 21 und der Patient P und
deren relative Positionen zu der Röntgenstrahlenquelle 1 und
dem Röntgenstrahlenempfänger 2 auf dem Anzeigegerät 18 darge
stellt werden, so daß die Ausrichtung der Röntgenstrahlen
quelle 1 und des Röntgenstrahlenempfängers 2 relativ zu einem
zu untersuchenden Körperbereich des Patienten P für den Arzt
erleichtert ist.
Die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels darge
stellten Roboter 3 und 12 sind nur exemplarisch zu verstehen,
und können hinsichtlich der Anordnung ihrer Achsen, der An
zahl der Roboterarme sowie der Bewegungsmöglichkeiten der Ro
boterarme auch von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ab
weichen.
Die zum Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 1 und des Röntgen
strahlenempfängers 2 erforderlichen Einrichtungen sowie deren
Verbindung sind in der Figur nicht explizit dargestellt, da
sie in an sich bekannter Weise ausgeführt sind.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Robo
ter 3 und 12 mit ihren Sockeln 8 am Boden eines Behandlungs
raumes angeordnet, die Roboter können jedoch auch an der Wand
oder an der Decke des Behandlungsraumes befestigt sein.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Roboter im Boden
versenkbar auszuführen.
Wie bereits angedeutet, besteht die Möglichkeit, mit der er
findungsgemäßen Röntgenaufnahmeeinrichtung nicht nur Rönt
geneinzelbilder zu erzeugen, sondern auch Serien von Röntgen
bildern. In diesem Fall werden die Röntgenstrahlenquelle 1
und der Röntgenstrahlenempfänger 2 über einen Winkelbereich
von ca. 180° um den zu untersuchenden und darzustellenden
Körperbereich des Patienten P mittels der Roboterarme 4 bis 7
verstellt, wobei der Rechner 15 die Verstellung der Roboter
arme 4 bis 7 derart steuert, daß die Röntgenstrahlenquelle 1
und der Röntgenstrahlenempfänger 2 stets relativ zueinander
ausgerichtet sind, d. h. der Zentralstrahl ZS annähernd mit
tig auf die Detektorfläche des Röntgenstrahlenempfängers 2
trifft. Während der Verstellbewegung der Röntgenstrahlenquel
le 1 und des Röntgenstrahlenempfängers 2 werden ca. 100 bis
50 Röntgenaufnahmen von dem Körperbereich des Patienten P aus
unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen. Die so
ermittelten Röntgenaufnahmen können anschließend zur Rekon
struktion von 3D-Bildern von dem Körperbereich des Patienten
P herangezogen werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wurde vorstehend für einen
medizinischen Untersuchungsfall beschrieben. Die erfindungs
gemäße Röntgenaufnahmeeinrichtung ist jedoch nicht auf den
Einsatz in der Medizin beschränkt.
Claims (2)
1. Röntgenaufnahmeeinrichtung aufweisend eine Röntgenstrah
lenquelle (1) und einen Röntgenstrahlenempfänger (2), welche
jeweils frei im Raum verstellbar an einem Roboterarm (7) ei
nes mehrere relativ zueinander motorisch verstellbare Robo
terarme (4 bis 7) aufweisenden Roboters (3, 12) angeordnet
sind, wobei eine Zentralsteuerung (15) vorgesehen ist, welche
die Verstellung der Roboterarme (4 bis 7) der beiden Roboter
(3, 12) derart steuert, daß die Röntgenstrahlenquelle (1) zur
Gewinnung von Röntgenaufnahmen stets auf den Röntgenstrah
lenempfänger (2) ausgerichtet ist.
2. Röntgenaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Roboterarm (7), an dem die Röntgenstrahlenquelle (1) angeord
net ist, und/oder der Roboterarm (7), an dem der Röntgen
strahlenempfänger (2) angeordnet ist, wenigstens drei Frei
heitsgrade in bezug auf seine Verstellung aufweist.
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