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Die Erfindung betrifft eine Gantry für ein Computertomographiesystem („CT-System“) sowie ein Computertomographiesystem mit einer solchen Gantry.
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Computertomographie („CT“) ist ein etabliertes Verfahren in der Medizin und erlaubt mittels der Aufnahme einer Vielzahl von Röntgenprojektionsaufnahmen eine dreidimensionale Darstellung von Organen. Während der Aufnahme trifft Strahlung aus einer Strahlungsquelle auf einen Detektor und wird dort gemessen.
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Ein Detektor („DMS“) für ein CT-System besteht typischerweise aus mehreren Modulen, welche die elektronischen Komponenten tragen, die zur Umwandlung der detektierten Röntgenstrahlen in elektrische Signale notwendig sind. Je nach Art und Funktionsprinzip des Detektors können diese elektronischen Komponenten beispielsweise Sensoren aus verschiedenen Materialien sein oder verschiedene Arten von Elektronikbauteilen (z.B. Photodioden).
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Diese Komponenten erzeugen beim normalen Betrieb des Detektors Abwärme, welche mit einem Kühlsystem abgeführt werden muss, um eine Überhitzung zu vermeiden. Es ist dabei bevorzugt, den Detektor in einem optimalen Temperaturbereich zu betreiben. Hierzu wird typischerweise gekühlte Luft durch den Detektor geführt. Diese Kühlluft wird für alle im rotierenden Teil des CT-Systems eingebauten Komponenten zentral durch einen Luftkanal geführt und durchströmt den Detektor von dessen Anschraubfläche zu seiner Vorderseite.
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Die Kühlluft wird dabei von einem zentralen Lüfter durch einen Kühler gedrückt und in einen zentralen Luftkanal des CT-Systems eingeblasen. Die Module des Detektors sind mit Kühlrippen versehen, um die in den Sensoren entstehende Wärme möglichst effizient an die vorbeiströmende Kühlluft zu übertragen. Die Module stellen mit ihren Kühlrippen dabei einen Strömungswiderstand dar, welcher die durchströmende Kühlluftmenge begrenzt.
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Eine thermal kritische Situation liegt dabei besonders während des Stillstands des CT-Systems vor, also wenn der Rotator der Gantry nicht rotiert. Bei höheren Drehzahlen wird die Durchströmung des Detektors mit Kühlluft durch dynamische Strömungseffekte erfahrungsgemäß besser und dadurch die Kühlung stärker.
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Problematisch ist unter anderem, dass für eine ausreichende Kühlung bei einem Stillstand die Systemkühlung insgesamt vergleichsweise groß ausgelegt sein muss. Außerdem muss der zentrale Lüfter unter Volllast betrieben werden, was eine nicht unbeträchtliche Geräuschentwicklung zur Folge hat.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gantry sowie ein Computertomographiesystem anzugeben, bei dem selbst bei Stillstand der Gantry eine effektive Kühlung erreicht werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Gantry nach Anspruch 1 sowie ein Computertomographiesystem nach Anspruch 9 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Gantry für ein Computertomographiesystem umfasst eine drehbare Aufnahme-Komponente mit einem Aufnahmesystem (auch als „Rotator“ bezeichnet) und eine statische Komponente, wobei die Aufnahme-Komponente eine Anzahl von Luftauslässen eines Kühlsystems aufweist und die statische Komponente eine Lüfteranordnung, die so gestaltet ist, dass in einer vorgegebenen Parkposition der Aufnahme-Komponente ein Unterdruck an den Luftauslässen erzeugt wird.
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Eine Gantry mit einer statischen Komponente und der drehbaren Aufnahme-Komponente mit ihren Luftauslässen ist im Stand der Technik bekannt. Sie umfasst in der Aufnahme-Komponente typischerweise ein Kühlsystem mit einem zentralen Lüfter und Lüftungskanälen wie oben beschrieben. Der zentrale Lüfter bläst dabei Luft durch die Lüftungskanäle, welche die Wärme der Komponenten aufnimmt und durch die Luftauslässe nach außen dringen kann. Luftauslässe sind meist runde oder schlitzförmige Löcher.
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In dem Fall, in dem in der Parkposition eine Wandung der statischen Komponente vor den Luftauslässen der Aufnahme-Komponente liegt, ist dort die Wandung der statischen Komponente bevorzugt dort offen oder umfasst auch Luftauslässe. Die Luftauslässe der beiden Komponenten sollten sich in diesem Fall vollflächig überlappen.
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Bei einer Aufnahme rotiert die Aufnahmekomponente um eine Drehachse, auf der normalerweise ein Patient gelagert ist. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Luftstrom, der die aktive Kühlung unterstützt. Theoretisch kann dadurch auch eine passive Kühlung erreicht werden, indem die Aufnahmekomponente speziell geformte Lufteinlässe aufweist, durch die Luft durch die Rotation in die Aufnahme-Komponente gedrückt werden könnte.
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Es kann bei jedem CT-System eine Parkposition bestimmt werden, welche die Aufnahme-Komponente bei einem Stillstand annimmt. Entweder ist diese Parkposition bereits fest vorgegeben und eine Steuereinrichtung betreibt die Aufnahme-Komponente so, dass sie bei Stillstand immer die Parkposition einnimmt oder es kann zumindest eine Parkposition festgelegt werden, in die sich die Aufnahme-Komponente bei Stillstand positionieren soll. Befindet sich die Aufnahme-Komponente in der Parkposition, ist automatisch die Position ihrer Luftauslässe bekannt.
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Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Lüfteranordnung an der statischen Komponente. Diese Lüfteranordnung umfasst, wie der Name schon sagt, eine Anzahl von Lüftern, bevorzugt eine Mehrzahl von Lüftern, und ist so gestaltet, dass in der bekannten Parkposition der Aufnahme-Komponente ein Unterdruck an den Luftauslässen erzeugt wird.
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Mit „Gestaltung“ ist hier insbesondere die Wahl der Typen von Lüftern und deren räumliche Anordnung gemeint. Beispielsweise können Axiallüfter über den Luftauslässen angeordnet sein und die Luft von den Luftauslässen wegführen. Es kann aber auch ein Radiallüfter einen Luftstrom vor den Luftauslässen vorbei blasen. Durch beide Methoden entsteht ein Unterdruck an den Luftauslässen.
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Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist, dass durch diesen Unterdruck die Arbeit eines zentralen Lüfters unterstützt wird bzw. bei einer passiv gekühlten Gantry bei Stillstand überhaupt eine Kühlung erreicht wird. Dadurch wird die Durchströmung des Detektors mit Kühlluft insbesondere bei dem thermal kritischen Stillstand der Gantry durch Absenken des Gegendruckes an der Kühlluftaustrittsseite des Detektors verbessert.
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Für den Fall, dass die Kühlung bei einem Stillstand der Gantry ausreichend ist, könnte aufgrund des Unterdrucks auch ein noch dichteres Design der Luftauslässe vorgenommen werden oder die Kühlrippendichte der Module zur besseren Wärmeabfuhr erhöht werden.
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Die Lüfteranordnung kann auch als „Lüfterpaket“ bezeichnet werden, welches auf dem stationären Teil der Gantry bevorzugt genau gegenüber der Parkposition des DMS angebracht wird, da sich dort typischerweise die Luftauslässe befinden. Das Lüfterpaket besteht dabei vorzugsweise aus mehreren Axiallüftern, die einen vergleichsweise kleinen Einbauraum erfordern. Andere Arten von Lüftern, wie z.B. Radiallüfter sind ebenfalls möglich.
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Ein erfindungsgemäßes Computertomographiesystem umfasst eine erfindungsgemäße Gantry. Bevorzugt umfasst das Computertomographiesystem noch eine Steuereinrichtung, die so ausgestaltet ist, dass sie bei einem Stillstand der Gantry die Lüfteranordnung anschaltet. Durch die dadurch entstehende Absenkung des Gegendrucks an den Luftauslässen wird zusätzlich Kühlluft durch den Detektor gefördert. Hierdurch kann insbesondere die Anordnung der Kühlrippen an den Modulen dichter erfolgen, da die dadurch entstehende Erhöhung des Gegendrucks mit der Lüfteranordnung wieder ausgeglichen wird.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
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Bevorzugt umfasst die Lüfteranordnung eine Mehrzahl von Lüftern. Diese Lüfter sind bevorzugt nebeneinander angeordnet, insbesondere so, dass sie eine Fläche von mehr als 50%, insbesondere mehr als 70% der Luftauslässe überdecken. Bevorzugt sind die Luftauslässe auf einem Bereich der Aufnahme-Komponente geformt und die Lüfter der Lüfteranordnung decken diesen Bereich komplett ab. Dadurch wird im Grunde in dem gesamten Bereich der Luftauslässe ein Unterdruck erzeugt.
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Bevorzugt umfasst die Lüfteranordnung eine Anzahl von Axiallüftern, die bevorzugt so angeordnet sind, dass sie Luft von den Luftauslässen (genauer von der Position, in der sich in Parkposition die Luftauslässe befinden) weg bewegen.
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Bevorzugt hat die Aufnahme-Komponente die Form eines Ringes oder Hohlzylinders. Die Luftauslässe sind dabei bevorzugt an einer Stirnseite oder an der äußeren Mantelfläche dieses Ringes bzw. Hohlzylinders angeordnet. Bevorzugt führt die Lüfteranordnung die Luft parallel zur Drehachse der Gantry ab, insbesondere wenn die Luftauslässe an einer Stirnseite des Ringes bzw. Hohlzylinders angeordnet sind, oder orthogonal zur Drehachse, insbesondere wenn die Luftauslässe an der Mantelfläche des Ringes bzw. Hohlzylinders angeordnet sind.
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Bevorzugt sind die Luftauslässe auf einer ebenen Fläche der Aufnahme-Komponente angeordnet. Lüfter der Lüfteranordnung sind bevorzugt auf einer zu dieser Fläche parallelen Ebene angeordnet.
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Bevorzugt ist die Lüfteranordnung so angeordnet, dass sie einen Luftstrom erzeugt, welcher orthogonal zur Fläche der Luftauslässe weg von diesen strömt.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Lüfteranordnung so angeordnet, dass sie einen Luftstrom erzeugt, welcher parallel zur Fläche der Luftauslässe strömt. Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt eine Anzahl von Radiallüftern verwendet.
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Bevorzugt umfasst die Lüfteranordnung Lüftungskanäle, die so ausgestaltet sind, dass sie Luft von den Luftauslässen der Aufnahme-Komponente bis zu einer Anzahl von Lüftern der Lüfteranordnung leiten. Die Lüfteranordnung kann dazu einen (großen) Lüfter umfassen, der Luft aus einem (großen) Lüftungskanal ausbläst oder mehrere (kleinere) Lüfter umfassen, die zusammen Luft aus einem (großen) Lüftungskanal ausblasen oder jeweils Luft aus einem individuellen (kleineren) Lüftungskanal ausblasen. Dadurch kann die Lüfteranordnung extern installiert werden und saugen mit den Lüftungskanälen Luft vor den Luftauslässen ab.
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Bevorzugt sind die Luftauslässe im Bereich eines Strahlungsdetektors (DMS) der Aufnahme-Komponente angeordnet. Dadurch kann die erwärmte Luft sehr schnell aus dem wärmekritischen Teil der Aufnahme-Komponente abgeführt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Hierbei zeigt:
- 1 eine grob schematische Darstellung eines CT-Systems,
- 2 eine Gantry gemäß dem Stand der Technik in Aufsicht,
- 3 eine Gantry gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht,
- 4 eine erfindungsgemäße Gantry in Aufsicht,
- 5 eine erfindungsgemäße Gantry in Seitenansicht.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Computertomographiesystems (CT-Systems) 1 mit einem Strahlungsdetektor 4 und einer Strahlungsquelle 5. Die Strahlungsquelle 5 ist dazu ausgebildet, den Strahlungsdetektor 4 mit Strahlung zu belichten. Das gezeigte CT-System 1 umfasst eine Gantry 2 mit einem Rotor 3 (der Aufnahmekomponente 3). Der Rotor 3 umfasst als Strahlungsquelle 5 eine Röntgenquelle und den Strahlungsdetektor 4, welcher ausgebildet ist Röntgenstrahlung zu detektieren und hinter Luftauslässen A angeordnet ist, die dessen Kühlung dienen.
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Der Rotor 3 ist um die Rotationsachse 8 drehbar, die hier gleichzeitig als Patientenlängsachse 8 angesehen werden kann. Der Patient 6, ist auf der Patientenliege 7 gelagert und ist entlang der Rotationsachse 8 durch die Gantry 2 bewegbar. Zur Steuerung des Bildgebungssystems 1 und/oder zur Erzeugung eines Bilddatensatzes basierend auf vom Strahlungsdetektor 4 detektierten Signalen ist die Recheneinheit 9 vorgesehen, die hier auch als Steuereinrichtung 9 dient.
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Mit einer rotierenden Aufnahme-Komponente 3 werden üblicherweise viele Aufnahmen aus einer Vielzahl an Winkelrichtungen als ein Rohdatensatz des Objekts 6 mittels des Strahlungsdetektors 4 aufgenommen. Anschließend kann basierend auf dem Rohdatensatz mittels eines mathematischen Verfahrens, z.B. umfassend eine gefilterte Rückprojektion oder ein iteratives Rekonstruktionsverfahren, ein finaler Bilddatensatz rekonstruiert werden.
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Des Weiteren ist eine Eingabeeinrichtung 10 und eine Ausgabeeinrichtung 11 mit der Recheneinheit 9 verbunden. Die Eingabeeinrichtung 10 und die Ausgabeeinrichtung 11 können z.B. eine Interaktion durch einen Anwender oder die Darstellung eines erzeugten Bilddatensatzes ermöglichen oder eine ermittelte Problemlösung ausgeben.
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2 und 3 zeigen eine Gantry 2 wie sie z.B. in 1 perspektivisch dargestellt ist, einmal in Aufsicht und einmal in Seitenansicht. Ein Röntgenstrahl R tritt aus der Strahlungsquelle 5 aus und trifft durch einen potentiellen Patienten 6 hindurch auf den Strahlungsdetektor 4. Die durch den Betrieb des Strahlungsdetektors 4 entstehende Wärme wird durch einen Luftstrom (Pfeile) durch Luftauslässe A abgeführt, die sowohl in der Aufnahme-Komponente 3 als auch in der statischen Komponente S vorhanden sind. Der Luftstrom wird durch einen zentralen Lüfter Z in der Aufnahme-Komponente erzeugt.
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In diesem Beispiel ist der zentrale Lüfter Z seitlich am Detektor angeordnet. Es kann sich auch eine Mehrzahl von zentralen Lüftern Z hinter dem Strahlungsdetektor 4 befinden (also in 3 an der rechten Seite des Strahlungsdetektors 4) und direkt Luft in Richtung der Luftauslässe A blasen.
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4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Gantry 2 einmal in Aufsicht und einmal in Seitenansicht. Es handelt sich in diesem Beispiel um eine Abwandlung der Gantry 2 der 2 und 3, der eine erfindungsgemäße Lüfteranordnung L an der statischen Komponente S hinzugefügt worden ist. Diese ist so gestaltet, dass in der Parkposition der Aufnahme-Komponente 3, in der sich diese gerade befindet, ein Unterdruck an den Luftauslässen A erzeugt wird.
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Die Lüfteranordnung 12 umfasst dazu eine Mehrzahl von Axiallüftern L, die hier nebeneinander, etwas versetzt zueinander angeordnet sind, um die Luftauslässe A optimal abzudecken und Luft von den Luftauslässen A weg zu bewegen. Die Luftauslässe A liegen hier auf einer ebenen Fläche der Aufnahme-Komponente 3 und die Lüfter L der Lüfteranordnung 12 sind auf einer zu dieser Fläche parallelen Ebene angeordnet. Alternativ könnten die Lüfter L auch etwas entfernt von den Luftauslässen A angeordnet sein und dort, wo hier die Lüfter L eingezeichnet sind, könnten sich die Einlässe von Lüftungskanälen befinden, die so ausgestaltet sind, dass sie Luft von den Luftauslässen A bis den Lüftern L leiten.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Figuren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Gerät“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen können, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Der Ausdruck „eine Anzahl“ ist als „mindestens eins“ zu verstehen. Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.
