DE19855213C2

DE19855213C2 - Röntgenaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE19855213C2
Application number: DE19855213A
Authority: DE
Inventors: Roland Betz; Peter Noegel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: US6435715B1; DE19855213A1; JP2000166906A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenaufnahmeeinrichtung, auf weisend eine Röntgenstrahlenquelle und einen Röntgenstrahlen empfänger.

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 EP 0 220 501 B1 ist eine Röntgendiagnostikanlage mit einer Röntgenröhre, einem Bildaufnehmer und einer Patienten liege als Anlagenkomponenten bekannt. Wenigstens zwei der An lagenkomponenten sind mit Hilfe motorisch betätigbarer Stell mittel bewegbar gehalten und ein zentraler Rechner ist mit den Stellmitteln zur Vorgabe der Position der Komponenten verbunden.

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 dreidimensi onal 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 eines Steuerrechners, der ein der jeweiligen Ist- Position des Strahlenempfängers entsprechendes Signal der De tektoren erfaßt und daraus ein Signal zur Steuerung der Posi tion der Strahlenquelle ermittelt, 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, sowie eine Zentralsteuerung und ei ne Bedieneinheit, mit der die Position der Röntgenstrahlen quelle oder des Röntgenstrahlenempfängers eingestellt werden kann, wobei die Zentralsteuerung die Verstellung der Roboter arme der beiden Roboter derart steuert, daß die Röntgenstrah lenquelle und der Röntgenstrahlenempfänger zur Gewinnung von Röntgenaufnahmen stets in Echtzeit relativ zueinander ausge richtet werden. Die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgen strahlenempfänger sind also jeweils an einem eigenen Roboter frei im Raum verstellbar angeordnet. Dadurch, daß auf einen mechanisch starren, die Röntgenstrahlenquelle und den Rönt genstrahlenempfänger aufnehmenden Träger verzichtet wird, er gibt sich beispielsweise im Falle medizinischer Röntgenunter suchungen ein besserer Zugang zu einem mit der Röntgenaufnah meeinrichtung zu untersuchenden Patienten. Die mehrere rela tiv 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 Röntgenstrahlen empfänger bei Röntgeneinzelaufnahmen als auch bei Serien von Röntgenaufnahmen stets derart relativ zueinander ausgerichtet sind, daß der Zentralstrahl eines von der Röntgenstrahlen quelle 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 6 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 G 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 der 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

1. Röntgenaufnahmeeinrichtung, aufweisend
eine Röntgenstrahlenquelle (1) und einen Röntgenstrahlenemp fänger (2),
welche jeweils frei im Raum verstellbar an einem Roboterarm (7) eines mehrere relativ zueinander motorisch verstellbare Roboterarme (4 bis 7) aufweisenden Roboters (3, 12) angeord net sind, sowie
eine Zentralsteuerung (15) und
eine Bedieneinheit (16),
mit der die Position der Röntgenstrahlenquelle (1) oder des Röntgenstrahlenempfängers (2) eingestellt werden kann,
wobei die Zentralsteuerung (15)
die Verstellung der Roboterarme (4 bis 7) der beiden Roboter (3, 12) derart steuert,
daß die Röntgenstrahlenquelle (1) und der Röntgenstrahlenemp fänger (2) zur Gewinnung von Röntgenaufnahmen stets in Echt zeit relativ zueinander ausgerichtet werden.

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.