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Die Erfindung betrifft eine Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere für die Phasenkontrastbildgebung, umfassend eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger mit einer zugeordneten Gittervorrichtung, die über eine Antriebseinrichtung in einer Ebene bewegbar ist.
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Derartige Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtungen, die der Aufnahme von Bildern dienen, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Sie umfassen üblicherweise eine Strahlungsquelle, zumeist eine Röntgenstrahlungsquelle, sowie einen Strahlungsempfänger, üblicherweise einen Festkörperbilddetektor. Mit diesem wird ein Strahlungsbild des durchstrahlten Objekts aufgenommen.
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Für verschiedene Untersuchungs- und/oder Bildaufnahmemethoden ist im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger wenigstens eine Gittervorrichtung vorgesehen, die je nach Untersuchungs- und/oder Bildaufnahmeverfahren unterschiedlichen Zwecken dient. Lediglich exemplarisch ist ein Streustrahlenraster zu nennen, das dazu dient, Streustrahlung aufzufangen, die ansonsten die Bildaufnahme beeinträchtigen würde. Im Bereich der Phasenkontrastbildung können sogar mehrere Gittervorrichtungen zwischengeschaltet werden. Ein erstes Gitter G0, das in Strahlrichtung unmittelbar auf die Röntgenquelle folgt, kann bei ausgedehnten Röntgenquellen genutzt werden, um eine Kohärenz der Röntgenstrahlung sicherzustellen. Ein zweites Gitter G1 dient zur Bildgebung. Ohne ein Untersuchungsobjekt im Strahlengang würde dieses Gitter in bestimmten Abständen aufgrund des Talbot-Effekts abgebildet. Diese Abbildung wird durch das Untersuchungsobjekt gestört. Da übliche Röntgendetektoren diese Störungen typischerweise nicht auflösen können, kann zusätzlich ein G2 Gitter genutzt werden, das zwischen verschiedenen Röntgenaufnahmen verschoben wird. Dies wird als phase stepping bezeichnet.
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Häufig wird die wenigstens eine Gittervorrichtung bewegt, was mittels einer Antriebseinrichtung erwirkt wird. Über diese Antriebseinrichtung kann entweder eine kontinuierliche, reversible Bewegung erfolgen, oder eine exakte Positionierung innerhalb des Strahlengangs, wiederum abhängig von der jeweiligen Untersuchungs- respektive Bildaufnahmemethode. Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer piezoelektrischer Antriebselemente ausgeführt sein, die über eine Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert werden und ansteuerungsbedingt eine Geometrieänderung vornehmen, die die Bewegung respektive Positionierung erwirkt. Auch ist es bekannt, als Antriebseinrichtung einen Hexapod zu verwenden, an dem die Gittervorrichtung angeordnet ist, und der die Gitterbewegung erwirkt. Die bekannten, eingesetzten Antriebseinrichtungen sind jedoch relativ aufwendig ausgeführt, so dass ein Bedarf an einer einfacher konzipierten Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung gegeben ist.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung mit einer einfach konzipierten Antriebseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung diese Problems ist bei einer Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung ein dreh- oder schwenkbares Nocken- oder Exzenterelement umfasst, das mit der Gittervorrichtung zusammenwirkt.
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Die Gitterbewegung, sei sie rhythmisch respektive reversibel, sei sie einfach zu Positionierungszwecken, wird erfindungsgemäß durch ein Nocken- oder Exzenterelement erwirkt, dass um eine Dreh- und/oder Schwenkachse drehbar oder schwenkbar ist. Dieses Nocken- oder Exzenterelement wirkt mit der Gittervorrichtung zusammen. Aufgrund seiner Geometrie wird durch Verdrehen respektive Verschwenken des Nocken- und/oder Exzenterelements zwangsläufig die mit ihm bewegungsgekoppelte Gittervorrichtung bewegt, wobei die Gitterbewegung abhängig davon ist, um welches Winkelinkrement das Nocken- oder das Exzenterelement gedreht oder geschwenkt wird.
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Es ist folglich lediglich erforderlich, das Nocken- und/oder Exzenterelement entsprechend anzutreiben, um es zu Verdrehen oder zu Verschwenken, wobei die Nocken- oder Exzenterelementbewegung natürlich über eine zugeordnete Steuerungseinrichtung gesteuert wird.
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Bevorzugt ist zur Verdrehung oder Verschwenkung des Nocken- und/oder Exzenterelements ein Elektromotor vorgesehen, mit dessen Abtrieb das Nocken- und/oder Exzenterelement gekoppelt ist. Bevorzugt ist das Nocken- oder Exzenterelement direkt an der Abtriebswelle des Elektromotors angeordnet, so dass sich ein kompakter Aufbau ergibt.
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Als Elektromotor wird vorzugsweise ein Schrittmotor verwendet, der eine sehr präzise Steuerung zulässt. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn über die Antriebseinrichtung eine hoch genaue Positionierung der Gittervorrichtung im Strahlengang vorzunehmen ist. Denn ein solcher Schrittmotor lässt eine äußerst präzise Steuerung zu. Die konkrete Positionierung der Gittervorrichtung kann entweder direkt aus den Steuerparametern des Schrittmotors abgeleitet werden, in Verbindung mit der Kenntnis der exakten Positionierung des Nocken- oder Exzenterelements relativ zur linear beweglichen Gittervorrichtung sowie der konkreten Nocken- oder Exzenterelementgeometrie. Alternativ dazu ist natürlich auch die Möglichkeit gegeben, dass über eine entsprechende Positionserfassungseinrichtung unter Verwendung eines oder mehrerer geeigneter Positionssensoren die Ist-Position der Gittervorrichtung bestimmt wird.
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Das Nocken- oder Exzenterelement selbst ist bevorzugt in Form einer einen Nocken aufweisenden Scheibe oder einer exzentrisch gelagerten Scheibe ausgeführt. Diese Scheibe kann auf einfache Weise an der Abtriebswelle des Elektromotors, also bevorzugt des Schrittmotors, befestigt werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gittervorrichtung gegen ein oder mehrere die Rückstellkraft erzeugende Rückstellelemente, gegen die es mittels des Nocken- oder Exzenterelements bewegbar ist, gelagert ist. Insbesondere wenn eine reversible Bewegung der Gittervorrichtung erforderlich ist, wenn diese also kontinuierlich hin- und her bewegt werden soll, ist es unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen einen oder der mehreren Rückstellelemente ohne weiteres möglich, die Gittervorrichtung nach der Bewegung in eine erste Bewegungsrichtung, eingeleitet über das Nocken- oder Exzenterelement, wieder in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Denn das oder die Rückstellelemente werden, wenn die Gittervorrichtung über das Nocken- oder Exzenterelement in die eine Richtung bewegt wird, gespannt, bauen also eine Rückstellkraft auf. Dreht das Nocken- oder Exzenterelement wieder zurück oder, wenn es Drehungen um 360° vornimmt, weiter, so kann das oder können die Rückstellelemente die Gittervorrichtung wieder gegen das Nocken- oder Exzenterelement zurückschieben, also in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Hierüber ist eine oszillierende Bewegung ohne weiteres realisierbar. Natürlich ist Integration des oder der Rückstellelemente auch für eine exakte Positionierung zweckmäßig. Denn auch in diesem Fall arbeitet das Nocken- oder Exzenterelement letztlich gegen das oder die Rückstellelemente, so dass die Gittervorrichtung auch über die Rückstellelemente in der exakten Position gehalten wird und, wenn die Gittervorrichtung wieder in die Ausgangsposition gebracht werden soll, über das oder die Rückstellelemente zurückgeschoben werden kann. Das oder die Rückstellelemente sind bevorzugt Federelemente oder umfassen solche. Bevorzugt können beispielsweise einfache Schraubenfedern oder ähnliches verwendet werden.
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Die Gittervorrichtung selbst weist bevorzugt eine Rolle auf, die auf dem Nocken- oder Exzenterelement rollt. Über diese Rolle interagiert folglich das Nocken- oder Exzenterelement mit der Gittervorrichtung. Es ist folglich lediglich eine Anlage zwischen Nocken- und Exzenterelement und Rolle und damit Gittervorrichtung gegeben, nicht aber eine echte mechanische, feste Kopplung. Aus diesem Grund ist die Integration des oder der Rückstellelemente in diesem Fall zweckmäßig.
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Denkbar ist es jedoch alternativ hierzu, eine feste mechanische Kopplung zwischen Nocken- oder Exzenterelement und der Gittervorrichtung vorzusehen. In diesem Fall kann die Gittervorrichtung bevorzugt eine Aufnahme aufweisen, in die das Nocken- oder Exzenterelement eingreift. Es ist also eine feste Verbindung gegeben, so dass je nach Bewegung des Nocken- oder Exzenterelements die Gittervorrichtung sowohl in die eine als auch die andere Richtung mitgenommen wird. Die Integration eines oder mehrerer Federelemente ist in diesem Fall nicht erforderlich.
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Erfindungsgemäß kann hierzu vorgesehen sein, dass die Aufnahme ein Langloch aufweist, in das ein Mitnehmern des Nocken- oder Exzenterelements oder das Nocken- oder Exzenterelement selbst eingreift.
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Die Gittervorrichtung selbst ist lediglich in einer Ebene bewegbar, die natürlich bevorzugt senkrecht zur Dreh- oder Schwenkachse des Nocken- oder Exzenterelements steht. Gegen eine Bewegung senkrecht zu der Ebene, in der das Nocken- oder Exzenterelement dreht oder schwenkt, ist die Gittervorrichtung bevorzugt gesichert, so dass in dieser Richtung kein Bewegungsfreiheitsgrad gegeben ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung,
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2 eine Prinzipdarstellung einer Gittervorrichtung mit einer Antriebseinrichtung einer ersten Ausführungsform,
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3 die Anordnung aus 2 in einer anderen Gittervorrichtungsposition, und
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4 eine Prinzipdarstellung einer Antriebseinrichtung einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1, die der Bildgebung dient, die also die Aufnahme von Strahlungsbildern ermöglicht. Bei dieser Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung zur Phasenkontrastbildgebung handeln.
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Die Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 umfasst eine Strahlungsquelle 2, beispielsweise ein Röntgenstrahler, sowie einen Strahlungsempfänger 3, üblicherweise ein Festkörperbilddetektor. Der Betrieb der in 1 nur als Prinzipdarstellung gezeigten Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 wird über eine Steuerungseinrichtung 4 gesteuert, die die einzelnen Betriebskomponenten steuert und gegebenenfalls die Bildverarbeitung und -auswertung vornimmt.
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Vorgesehen ist des Weiteren exemplarisch eine Gittervorrichtung 5, die im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle 2 und Strahlungsempfänger 3 angeordnet ist. Selbstverständlich können auch mehrere Gittervorrichtungen 5 im Strahlengang angeordnet sein. Die Gittervorrichtung 5 dient zu unterschiedlichen Zwecken, die davon abhängig sind, welcher Art die Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 ist respektive welcher Art das vorgenommene Bildaufnahmeverfahren ist.
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Die Gittervorrichtung 5 ist in jedem Fall beweglich, wie durch den Doppelpfeil P dargestellt ist. Sie kann über eine Antriebseinrichtung 6 in der Horizontalebene verschoben werden, wobei die Antriebseinrichtung 6 exemplarisch ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 4 gesteuert wird. Die Gittereinrichtung 5 ist also in einer Ebene, die senkrecht zum Strahlengang steht, linear bewegbar.
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Die Gittereinrichtung 5 kann auf unterschiedliche Weise mit der Antriebseinrichtung 6 gekoppelt sein. Dies ist exemplarisch in den 2–4 näher gezeigt.
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Die Antriebseinrichtung 6 umfasst ein Nocken- oder Exzenterelement 7, das in Form einer Scheibe 8 ausgeführt ist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 handelt es sich um eine exzentrisch gelagerte Scheibe 8, das heißt, dass die Drehachse 9 außerhalb der Scheibenmitte verläuft. Der Antrieb erfolgt über einen nicht näher gezeigten Elektromotor 10, auf dessen Abtriebswelle, die die Drehachse 9 bildet, die Scheibe 8 sitzt.
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Die Gittervorrichtung 5 umfasst exemplarisch einen Rahmen 11, an dem an einem Rahmenabschnitt 12 eine Rolle 13 drehbar gelagert ist. Diese Rolle 13 läuft auf dem Nocken- oder Exzenterelement 7, also der Scheibe 8.
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Auf der anderen Seite ist der Rahmen 11 über zwei Rückstellelemente 14 hier in Form von Federelementen 15, also Schraubenfedern, an einem Widerlager 16 aufgelagert. Gegen diese Rückstellelemente 14 ist die Gittervorrichtung 4 über die Antriebseinrichtung 6 bewegbar.
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Die Gittervorrichtung 5 ist des Weiteren ausschließlich in der einen horizontalen Ebene bewegbar. Entsprechende seitliche Führungselemente 17 stellen die Seitenführung sicher, sie verhindern gleichermaßen aber auch eine Bewegung der Gittervorrichtung 4 in einer Richtung senkrecht zu der Horizontalebene, in der die Gittervorrichtung 5 bewegbar ist.
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Um die Gittervorrichtung 5 nun zu bewegen, wird über die Steuerungseinrichtung 4 die Antriebseinrichtung 6 angesteuert, der Elektromotor 10 wird angesteuert, so dass seine Antriebswelle um ein definiertes Winkelinkrement dreht. Die fest verbundene Scheibe 8 dreht damit ebenfalls. Auf ihr läuft die Rolle 13. Je nach Stellung des Nocken- oder Exzenterelements 7 kommt es folglich zu einer Verschiebung der Gittervorrichtung 5. Ausgehend von 2, in der die Gittervorrichtung 5 relativ weit nach rechts geschoben ist, kann durch eine Rotation des Nocken- oder Exzenterelements 7 in Richtung des Pfeils R die Gittervorrichtung 5 nach links geschoben werden, was dazu führt, dass die Rückstellelemente 14 komprimiert werden. Die geänderte Position der Scheibe 8, also des Nocken- oder Exzenterelements 7 ist ebenfalls in 3 deutlich sichtbar.
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Bei dieser Verschiebbewegung nach links werden die Federelemente 15 gespannt, sie bauen eine Rückstellkraft auf. Dreht angenommenermaßen die Antriebseinrichtung 6 die Scheibe 8 wieder zurück, wie durch den Pfeil R in 3 dargestellt, so wird die Rolle 13 über die rückwärts drehende Scheibe 8 quasi wieder entlastet. Die Federelemente 15, die Rückstellkraft aufgebaut haben, entspannen sich und drücken die Gittervorrichtung 5 wieder zurück. Auf diese Weise kann ein oszillierender Bewegungsbetrieb realisiert werden oder eine definierte Position angefahren werden etc., wobei die Steuerung über den Schrittmotor äußerst positionsexakt erfolgen kann.
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4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel einer Gittervorrichtung 5, die ebenfalls einen Rahmen 11 umfasst und über seitliche Führungselemente 17 seitengeführt und gegen eine Bewegung vertikal zur Zeichenebene gesichert ist.
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Auch hier ist ein Rahmenabschnitt 12 vorgesehen, in dem im gezeigten Beispiel eine Aufnahme 18 in Form eines Langlochs 19 vorgesehen ist. Die Antriebseinrichtung 6 umfasst auch hier einen Elektromotor 10, an dem ein Nocken- oder Exzenterelement 7 befestigt ist. Dieses weist einen Zapfen oder Mitnehmer 20 auf, der in das Langloch 19 eingreift. Hierüber wird eine feste mechanische Kopplung zwischen Antriebseinrichtung 6 und Gittervorrichtung 5 realisiert.
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Bei Drehung der Scheibe 8, also des Nocken- oder Exzenterelements 7, kommt es zwangsläufig zu einer Bewegung des Zapfens oder Mitnehmers 20 in der Horizontalebene, in der die Gittervorrichtung 5 verschoben werden soll. Aufgrund des Eingriffs in das Langloch 19 resultiert hieraus zwangsläufig eine Verschiebung der Gittervorrichtung 5. Aufgrund dieser festen mechanischen Kopplung kann diese Gitterverschiebung in beide Richtungen über die Antriebseinrichtung 6 gesteuert, also aktiv erfolgen, etwaige Rückstellelemente, wie bei der Ausgestaltung gemäß der 2 und 3 vorgesehen, sind hier nicht erforderlich.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung
- 2
- Strahlungsquelle
- 3
- Strahlungsempfänger
- 4
- Steuerungseinrichtung
- 5
- Gittervorrichtung
- 6
- Antriebseinrichtung
- 7
- Nocken- oder Exzenterelement
- 8
- Scheibe
- 9
- Drehachse
- 10
- Elektromotor
- 11
- Rahmen
- 12
- Rahmenabschnitt
- 13
- Rolle
- 14
- Rückstelelement
- 15
- Federelement
- 16
- Widerlager
- 17
- Führungselement
- 18
- Aufnahme
- 19
- Langloch
- 20
- Mitnehmer
