DE102014202013A1 - Röntgenvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Röntgenvorrichtung, umfassend einen C-Bogen mit einem daran drehbar gelagerten Strahlungsdetektor, der über ein motorisches Antriebsmittel drehbar ist, wobei die Drehachse senkrecht auf der Detektorfläche steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein Torquemotor (9) umfassend einen Stator (11) und einen Rotor (15) ist, wobei der Strahlungsdetektor (4) mit dem Rotor (15) gekoppelt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung, umfassend einen C-Bogen mit einem drehbar daran gelagerten Strahlungsdetektor, der über ein motorisches Antriebsmittel drehbar ist, wobei die Drehachse senkrecht auf der Detektorfläche steht.
- In der bildgebenden Medizintechnik werden häufig Röntgenvorrichtungen eingesetzt, die der Aufnahme von Strahlungsbildern dienen. Eine typische Bauform einer solchen Röntgenvorrichtung weist einen C-Bogen auf, der um mehrere Achsen beweglich ist, so dass er je nach Untersuchungsaufgabe relativ zum Untersuchungsobjekt, also den Patienten positioniert werden kann. An dem C-Bogen ist an einem Ende eine Strahlungsquelle, üblicherweise eine Röntgenstrahlungsquelle, angeordnet, am gegenüberliegenden Bogenende befindet sich ein Strahlungsdetektor, üblicherweise ein sogenannter Flachdetektor mit einer strahlungssensitiven Bildaufnahmematrix. Die Röntgenstrahlung wird durch eine entsprechende Blendeneinrichtung, die der Strahlungsquelle zugeordnet ist, entsprechend geformt, das entsprechende Strahlungsbild wird am Strahlungsdetektor aufgenommen respektive ausgelesen und über eine geeignete Steuerungseinrichtung bildtechnisch verarbeitet.
- Insbesondere bei Röntgenvorrichtungen, die im Rahmen der Angiographie verwendet werden, ist es auch bekannt, den Strahlungsdetektor um seine Mittelachse zu verdrehen, also um eine Drehachse, die senkrecht auf der Bildaufnahme- oder Detektorfläche steht. Diese Drehung ermöglicht es, bei üblicherweise rechteckiger Detektorfläche Hoch- oder Querformataufnahmen zu erstellen. Um die Ausrichtung des Bilddetektors relativ zum Patienten konstant zu halten, während sich der C-Bogen während der Bildaufnahme relativ zum Patienten bewegt, was ebenfalls eine typische Bildaufnahmetechnik ist, ist ein entsprechendes motorisches Antriebsmittel vorzusehen, über das der Strahlungsdetektor entsprechend rotiert werden kann. Als motorisches Antriebsmittel wird üblicherweise ein Getriebemotor verwendet. Dieses Antriebsmittel besteht aus einem Elektromotor mit zugeordnetem Getriebe. Der Strahlungsdetektor ist in einer entsprechenden Drehlagerung am Detektor aufgenommen und mit dem Getriebe mechanisch gekoppelt. Wenngleich mit einem solchen Antriebsmittel eine Detektorrotation ohne Weiteres möglich ist, ergeben sich jedoch mitunter Probleme, die geforderte Positioniergenauigkeit zu erreichen, insbesondere im Rahmen einer Detektorrotation während einer C-Bogen-Bewegung. Dies führt wiederum zu einer schlechteren Bildqualität im Vergleich zu Bildern, die bei stehendem Strahlungsdetektor aufgenommen wurden.
- Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Röntgenvorrichtung anzugeben, die eine Detektorrotation mit hoher Positioniergenauigkeit ermöglicht.
- Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Röntgenvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Antriebsmittel ein Torquemotor umfassend einen Stator und einen Rotor ist, wobei der Strahlungsdetektor mit dem Rotor gekoppelt ist.
- Anstelle der bisher als Antriebsmittel vorgesehenen Elektromotor-Getriebe-Einheit ist erfindungsgemäß ein Torquemotor vorgesehen. Ein solcher Torquemotor umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Stator ist relativ zum C-Bogen positionsfest, wobei der Rotor mit extrem hoher Positioniergenauigkeit relativ zum Stator rotiert. Mit dem Rotor ist erfindungsgemäß der Strahlungsdetektor gekoppelt. Ein solcher Torquemotor als Direktantrieb zeichnet sich durch fehlende mechanische Übertragungselemente wie Zahnräder oder Getriebe aus. Die Abtriebswelle, also der Rotor, ist zugleich die Motorwelle, woraus sich neben einer sehr hohen Drehsteifigkeit auch eine Spielfreiheit des Antriebsstrangs ergibt, was eine Voraussetzung für eine hochpräzise Bewegung und damit für eine hohe Positionierungsgenauigkeit ist. Unter Einsatz eines solchen Torquemotors ist es, wie sich herausgestellt hat, ohne Weiteres möglich, bei einer erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung eine Positionierungsgenauigkeit von 0,02 Winkelgrad und weniger zu erreichen.
- Durch die relativ großen Durchmesser des Rotors wird zudem ein entsprechend hohes Drehmoment erzeugt, was für eine positionsgenaue und wiederholungsgenaue Detektorrotation ebenfalls von Vorteil ist.
- Die Rotordrehachse steht selbstverständlich senkrecht auf der Detektor- oder Bildaufnahmefläche, der Strahlungsdetektor selbst ist so mit dem Rotor bewegungsgekoppelt, dass die Drehachse exakt durch die Detektorflächenmitte, letztlich also das mittige Pixel verläuft.
- Dabei kann der Strahlungsdetektor direkt mit dem Rotor verbunden sein, d. h., dass rotorseitig und detektorseitig entsprechende Verbindungsmittel vorgesehen sind, um beide miteinander zu verbinden. Alternativ ist es auch denkbar, zwischen Rotor und Strahlungsdetektor einen beide verbindenden Adapter anzuordnen, der einerseits über entsprechende Verbindungsmittel am Rotor und anderes über entsprechende Verbindungsmittel am Strahlungsdetektor angeordnet ist.
- Zur Verbindung kommen, unabhängig davon, ob nun der Strahlungsdetektor direkt am Rotor angeordnet ist, oder ob der Rotor und der Strahlungsdetektor mit einem Adapter gekoppelt ist, entsprechende Schraubenverbindungen zum Einsatz, so dass ohne Weiteres die einzelnen miteinander verbundenen Komponenten zu Wartungszwecken lösbar sind.
- Zum Verschrauben weist der Detektor bevorzugt eine Montageplatte mit mehreren Durchbrechungen zur Aufnahme der Schrauben auf. Auch der Rotor weist mehrere Bohrungen auf, in die die Schrauben eingeschraubt sind. Kommt ein Adapter zum Einsatz, so weist selbstverständlich der Adapter ein entsprechendes Bohrungsbild auf, so dass einerseits die Schrauben, die den Rotor mit dem Adapter verbinden, entsprechend verschraubt werden können, und andererseits die Schrauben, über die der Strahlungsdetektor mit dem Adapter verschraubt wird. Mittels des Adapters ist es ohne Weiteres möglich, unterschiedlich große Strahlungsdetektoren, also Detektoren mit unterschiedlich großen Bildaufnahmeflächen, mit ein und demselben Torquemotor zu verbinden.
- Kommt eine detektorseitige Montageplatte zum Einsatz, so kann diese an einem Gehäuse des Strahlungsdetektors außenseitig angeordnet sein. Sie kann ihrerseits mit dem Gehäuse verschraubt sein oder selbst einen Teil des Gehäuses bilden. Alternativ kann die Montageplatte auch im Innern des Gehäuses angeordnet sein, wobei das Gehäuse dann eine zum Rotor oder zum Adapter weisende Öffnung aufweist, durch welche der Rotor mit einer vorlaufenden Stirnkante respektive der Adapter in das Gehäuse eingreift, um mit der Montageplatte verschraubt zu werden. Befindet sich die Montageplatte im Gehäuse, so ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an der zum Rotor oder Adapter abgewandten Seite der Montageplatte eine Detektoreinheit, die die eigentliche strahlungsaktive Matrix aufweist, über Halteelemente, vorzugsweise beabstandet zur Montageplatte, angeordnet, wobei die Bemaßung der Montageplatte im Wesentlichen der der Detektoreinheit entspricht. Die Detektoreinheit, also die Baueinheit, die die strahlungsaktive Pixelmatrix aufweist, ist demgemäß fest mit der Montageplatte verbunden, wobei die Montageplatte ihrerseits wiederum fest mit dem Rotor oder dem Adapter verbunden ist. Hieraus resultiert eine mechanisch feste Kopplung der strahlungsaktiven Matrix mit dem eigentlichen Drehelement, also dem Rotor, so dass innerhalb dieser Kette keinerlei Spiel oder Toleranzen gegeben sind, die zu Positionierungsungenauigkeiten führen könnten.
- Um eine möglichst kompakte Baueinheit zu schaffen ist es zweckmäßig, wenn am C-Bogen ein hohlzylindrischer, gehäuseartiger Ansatz vorgesehen ist, in den der zylindrische Torquemotor eingesetzt ist. Der Torquemotor befindet sich also im Bogeninneren respektive ist innerhalb des zylindrischen, gehäuseartigen Ansatzes aufgenommen. Er ist dabei soweit eingesetzt, dass der Rotor noch entsprechend mit dem Strahlungsdetektor respektive der Montageplatte bzw. dem Adapter verbunden werden kann. Zweckmäßig ist es dabei, wenn auch das Gehäuse des Strahlungsdetektors einen hohlzylindrischen Ansatz aufweist, der den Ansatz des C-Bogens außenseitig etwas umgreift. Hieraus ergibt sich folglich eine geschlossene Einheit.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung, -
2 eine Schnittansicht durch einen Torquemotor, der im C-Bogen der erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung integriert ist, -
3 eine vergrößerte Schnittansicht durch ein Ende des C-Bogens mit integriertem Torquemotor und daran angeordnetem Strahlungsdetektor, und -
4 eine vergrößerte Detailansicht des Verbindungsbereichs des Rotors zum Strahlungsdetektor über einen Adapter. -
1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgenvorrichtung1 umfassend einen C-Bogen2 , an dessen einem Ende eine Strahlungsquelle3 , beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle, angeordnet ist, und an dessen anderem Ende ein Strahlungsdetektor4 , hier ein Flachbilddetektor umfassend eine strahlungssensitive Pixelmatrix, angeordnet ist. Der Strahlungsdetektor4 ist um eine senkrecht auf seiner Bildaufnahme- oder Matrixebene stehende Drehachse über ein Antriebsmittel in Form eines Torquemotors drehbar, wie durch den Doppelpfeil A angegeben ist, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. - Der C-Bogen
2 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Bogenabschnitten5 ,6 , die, wie durch den Doppelpfeil B dargestellt ist, relativ zueinander verschoben werden können, um den Abstand von Strahlungsquelle3 zum Strahlungsdetektor4 variieren zu können. - Der C-Bogen selbst befindet sich an einer Trägereinheit
7 , die wiederum an einer Säule8 angeordnet ist. Die Trägereinheit7 ist entlang der Säule8 , wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist, vertikal bewegbar. Sie ist ferner, wie durch den Doppelpfeil D dargestellt, relativ zur Säule8 auch um eine Horizontalachse verdrehbar, so dass der gesamte C-Bogen nicht nur vertikal bewegt sondern auch um eine Horizontalachse verdreht werden kann. - Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Säule
8 , wie durch den Doppelpfeil E dargestellt, um eine Vertikalachse zu verdrehen. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen C-Bogens und dessen Lagerung respektive seine einzelnen Bewegungsfreiheitsgrade sind hinlänglich bekannt. - Wie beschrieben ist der Strahlungsdetektor
4 um eine senkrecht auf seiner Bildaufnahmeebene stehende Achse verdrehbar. Hierzu dient ein motorisches Antriebsmittel, wobei erfindungsgemäß hierzu ein Torquemotor, also ein Direktantrieb, zum Einsatz kommt. Eine Prinzipdarstellung in Form einer Schnittansicht eines solchen Torquemotors9 ist in2 gezeigt. Er weist zum einen ein Motorgehäuse10 auf, in dem ein Stator11 umfassend vergossene Wickelköpfe12 sowie Statorbleche13 aufgenommen ist. Das Gehäuse10 ist am C-bogen2 positionsfest angeordnet, mithin also auch der Stator11 . - Über entsprechende Lager
14 ist im Gehäuse10 ein Rotor15 relativ zum Stator11 verdrehbar gelagert. An der Rotoraußenseite sind Magnete16 angeordnet, die mit dem statorseitig erzeugten Magnetfeld wechselwirken, worüber in an sich bekannter Weise die Rotordrehung erwirkt wird. An der unteren Stirnfläche17 des Rotors15 sind, äquidistant verteilt, mehrere Gewindebohrungen18 vorgesehen, die der Aufnahme von Befestigungsschrauben dienen, über welche, wie nachfolgend noch beschrieben wird, der Strahlungsdetektor4 mit dem Rotor verbunden wird. - Gezeigt sind des Weiteren noch Leitungsverbindungen
19 ,20 , die dem Betrieb des Torquemotors9 dienen, also der Bestromung der Wickelköpfe des Stators, oder die der Verbindung zum Bilddetektor zum Abgreifen der pixelseitigen Messsignale dienen. - Des Weiteren vorgesehen ist ein vorzugsweise induktiv arbeitendes Messsystem
21 , das der Ermittlung der Relativposition des Rotors15 dient, um hierüber hochgenau die Position des gekoppelten Festkörperdetektors erfassen respektive kontrollieren zu können. -
3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des C-Bogens2 mit integriertem Torquemotor9 und daran angeordnetem Festkörper-Strahlungsdetektor4 . Der C-Bogen weist an seinem Ende einen hohlzylindrischen, gehäuseartigen Ansatz22 auf, in den der Torquemotor9 , ebenfalls zylindrisch, eingesetzt ist. Das Motorgehäuse10 ist in geeigneter Weise mit dem C-Bogen verbunden, zweckmäßigerweise verschraubt, wozu am Motorgehäuse10 entsprechende Gewindebohrungen oder Ähnliches vorgesehen sind. - Der Festkörper-Strahlungsdetektor
4 weist ein Gehäuse23 auf, bestehend hier aus einem oberen Gehäuseteil24 und einem unteren Gehäuseteil25 . In dem Gehäuse23 ist die eigentliche Detektoreinheit26 , die die strahlungssensitive Pixelmatrix aufweist, aufgenommen. Das Gehäuse23 respektive das obere Gehäuseteil24 weist einen ebenfalls z. B. hohlzylindrischen Ansatz27 auf, der in der Montagestellung, siehe3 , den hohlzylindrischen, gehäuseartigen Ansatz22 des C-Bogens2 mit geringem Abstand umgreift, so dass sich dort letztlich eine geschlossene Einheit ergibt. Der hohlzylindrische Ansatz27 definiert eine entsprechende Öffnung28 , in die der Rotor15 mit seiner vorlaufenden Stirnfläche17 eingreift. Er ist bis zu einer Montageplatte29 geführt, die über Schraubverbindungen30 oder ähnliche mechanisch feste Kopplungen fest mit der Detektoreinheit26 verbunden ist. Die Montageplatte29 weist entsprechend dem Bohrungsbild der Gewindebohrungen18 des Rotors15 angeordnete Durchbrechungen31 auf, durch die Schrauben32 greifen, die in die Gewindebohrungen18 am Rotor15 eingeschraubt sind. Hier ist also der Strahlungsdetektor4 mit dem Rotor15 unmittelbar verbunden. D. h., dass eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Antriebselement, also dem Rotor15 und der Detektoreinheit24 gegeben ist, die vollständig spiel- respektive toleranzfrei ist. Eine Rotorrotation15 führt folglich zu einer unmittelbaren Rotation des Strahlungsdetektors4 . -
4 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der der Rotor15 nicht direkt mit dem Strahlungsdetektor4 respektive der Montageplatte29 verbunden ist, sondern über einen Adapter33 . Der Adapter33 , eine entsprechende Scheibe oder Ähnliches, weist erste Durchbrechungen34 auf, deren Anordnung dem Bohrungsbild der Gewindebohrungen18 des Rotors15 entsprechen. Über darin verschraubte Schrauben36 wird der Adapter33 fest mit dem Rotor15 verbunden. Radial deutlich weiter außenliegend sind am Adapter33 weitere Bohrungen35 vorgesehen, die wiederum dem Bohrungsbild von Gewindebohrungen37 an der Montageplatte29 entsprechen. Die Montageplatte29 ist mit dem Adapter33 wiederum über entsprechende Schrauben38 fest verschraubt. - Die Ausgestaltung des gehäuseartigen Ansatzes
22 bei dieser Ausgestaltung ist wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Lediglich das Gehäuse23 respektive das obere Gehäuseteil24 des Strahlungsdetektors4 ist hier etwas anders ausgestaltet, nachdem zwangsläufig die Öffnung, durch die der Adapter33 in das Gehäuse23 eingreift, hier deutlich größer sein muss. - Nachdem auch bei dieser Ausgestaltung die Detektoreinheit
26 fest mit der Montageplatte29 verbunden ist, und diese wiederum fest mit dem Adapter33 und dieser schlussendlich mit dem Rotor15 verbunden ist, ergibt sich auch hier eine mechanisch spiel- und toleranzfreie Verbindung von Torquemotor und Strahlungsdetektor, so dass eine Rotorrotation zu einer unmittelbaren Detektorrotation führt. - Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Röntgenvorrichtung
- 2
- C-Bogen
- 3
- Strahlungsquelle
- 4
- Strahlungsdetektor
- 5
- Bogenabschnitt
- 6
- Bogenabschnitt
- 7
- Trägereinheit
- 8
- Säule
- 9
- Torquemotor
- 10
- Motorgehäuse
- 11
- Stator
- 12
- Wickelkopf
- 13
- Statorblech
- 14
- Lager
- 15
- Rotor
- 16
- Magnet
- 17
- Stirnfläche
- 18
- Gewindebohrung
- 19
- Leitungsverbindung
- 20
- Leitungsverbindung
- 21
- Messsystem
- 22
- Ansatz
- 23
- Gehäuse
- 24
- Gehäuseteil
- 25
- Gehäuseteil
- 26
- Detektoreinheit
- 27
- Ansatz
- 28
- Öffnung
- 29
- Montageplatte
- 30
- Schraubverbindung
- 31
- Durchbrechung
- 32
- Schraube
- 33
- Adapter
- 34
- Durchbrechung
- 35
- Bohrung
- 36
- Schraube
- 37
- Gewindebohrung
- 38
- Schraube
Claims (9)
- Röntgenvorrichtung, umfassend einen C-Bogen mit einem daran drehbar gelagerten Strahlungsdetektor, der über ein motorisches Antriebsmittel drehbar ist, wobei die Drehachse senkrecht auf der Detektorfläche steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein Torquemotor (
9 ) umfassend einen Stator (11 ) und einen Rotor (15 ) ist, wobei der Strahlungsdetektor (4 ) mit dem Rotor (15 ) gekoppelt ist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (
4 ) direkt mit dem Rotor (15 ) verbunden ist, oder dass zwischen Rotor (15 ) und Strahlungsdetektor (4 ) ein beide verbindender Adapter (33 ) angeordnet ist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (
15 ) mit dem Strahlungsdetektor (4 ) oder der Rotor (15 ) und der Strahlungsdetektor (4 ) mit dem Adapter (33 ) über Schraubverbindungen (32 ,34 ) lösbar verbunden ist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (
4 ) eine Montageplatte (29 ) mit mehreren Durchbrechungen (31 ) zur Aufnahme der Schrauben (32 ) und der Rotor (15 ) oder der Adapter (33 ) mehrere Gewindebohrungen (18 ), in die die Schrauben (34 ) eingeschraubt sind, aufweist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (
29 ) an einem Gehäuse (23 ) des Strahlungsdetektors (4 ) außenseitig angeordnet ist, oder dass die Montageplatte (29 ) im Inneren des Gehäuses (23 ) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (23 ) eine zum Rotor (15 ) oder Adapter (33 ) weisende Öffnung (28 ) aufweist. - Röntgenvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der im Gehäuse (
23 ) vorgesehenen Montageplatte (29 ) an der zum Rotor (15 ) oder Adapter (33 ) abgewandten Seite eine Detektoreinheit (26 ) über Halteelemente (30 ), vorzugsweise beanstandet, angeordnet ist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bemaßung der Montageplatte (
29 ) im Wesentlichen der der Detektoreinheit (26 ) entspricht. - Röntgenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am C-Bogen (
2 ) ein hohlzylindrischer, gehäuseartiger Ansatz (22 ) vorgesehen ist, in den der zylindrische Torquemotor (9 ) eingesetzt ist. - Röntgenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (
23 ) des Strahlungsdetektors (4 ) einen hohlzylindrischen Ansatz (27 ) aufweist, der den Ansatz (22 ) des C-Bogens (2 ) außenseitig umgreift.
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