Strahlendetektor mit Gewichtsausgleich für Röntgenuntersuchungsgerät
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Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät, mit einem Gestell
und einem daran befestigten Träger, der an einem ersten Ende eine Röntgenquelle und an
einem zweiten Ende einen Röntgendetektor trägt, der mit einem Gehäuse versehen ist,
wobei die genannte Röntgenquelle und der Röntgendetektor einander gegenüber so angeordnet
sind, dass ein von der Röntgenquelle emittierter zentraler Strahl eines
Röntgenstrahlenbündels ungefähr mit einer Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle und dem
Röntgendetektor zusammenfällt und zumindest ein Teil der Außenfläche des Gehäuses des
Röntgendetektors, der nahe dessen der Röntgenquelle zugewandten Ende liegt, einen solchen
Winkel mit der Verbindungslinie bildet, dass der Abstand zwischen diesem Teil und der
Verbindungslinie zunimmt, wenn der Abstand von der Röntgenquelle aus zunimmt.
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Ein Beispiel für ein solches Gerät ist aus dem US-Patent Nr. 5.105.455
bekannt.
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Im Allgemeinen bieten bekannte Röntgenuntersuchungsgeräte eine
kombinierte Drehung einer Röntgenquelle und eines Röntgendetektors, die an entgegengesetzten
Enden beispielsweise eines C-förmigen Trägers um zwei zueinander senkrechte Achsen
befestigt sind. Diese Achsen können sich in einem Punkt schneiden (dem Isozentrum), der
auf der Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor liegt.
Allgemein gesagt kann ein solcher Träger auch in vertikaler Richtung relativ zu dem Gestell
bewegt werden. Ein solches Gerät ist geeignet, um ein Objekt aus unterschiedlichen
Richtungen zu bestrahlen, wobei die Röntgenquelle und der Röntgendetektor so angeordnet sind
dass sie einander zugewandt sind und die Richtung der Bestrahlung einstellbar ist. Um
nachteilige Effekte von Kollisionen zwischen dem zu untersuchenden Objekt
(beispielsweise ein auf einem Patiententisch liegender Patient) und dem Röntgendetektor zu verhindern,
können bekannte Geräte Kollisionsschutzeinrichtungen umfassen, die den Trägerantrieb
deaktivieren, wenn der Röntgendetektor sich dem zu untersuchenden Objekt oder einem
anderen Objekt nähert.
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Das in dem genannten US-Patent beschriebene Gerät ist mit einem
Röntgendetektor versehen, der eine Kollisionsschutzeinrichtung hat, die am Ende aus einer
Schutz
abdeckung besteht, die aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, geformt ist und
einen druckempfindlichen Detektionsmechanismus trägt, der optische Fasern enthält. Wenn
der Röntgendetektor mit einem Objekt kollidiert, verformt sich das elastische
Abdeckungsmaterial und verformt es eine oder mehrere optische Fasern elastisch, wodurch das
durch diese Fasern fließende Licht gestört wird. Die Störung wird von einem optischen
Sensor detektiert, der einen Treiber unterbricht, um weitere Bewegung des
Röntgendetektors zu stoppen. Es sollte deutlich sein, dass die Bewegung des Röntgendetektors in
Reaktion auf ein Messen von Druck auf die Schutzabdeckung nur gestoppt werden kann, wenn es
einen auf eine solche Detektion ansprechenden Mechanismus gibt, der mechanisch den
bewegenden Detektor steuern kann. Offenbar wird in diesem bekannten Gerät die
mechanische Position des Röntgendetektors durch einen Antrieb bestimmt, der die Positionen des
Röntgendetektors nur bei Abwesenheit von Druck auf die Schutzabdeckung zu ändern im
Stande ist.
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Solche Einrichtungen müssen das Nähern sehr genau und zuverlässig
detektieren können. Daher sind sie verhältnismäßig teuer und komplex.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, dass bekannte
Röntgenuntersuchungsgerät zu verbessern, so dass für nahezu jede Kollision mit einem anderen Objekt der
Röntgendetektor von diesem Objekt durch den Druck der Kollision weg gedrückt wird,
unabhängig von der Näherungsrichtung des Objekts, wobei die auf das Objekt ausgeübte
Kraft so klein ist, dass die Gefahr eines Schadens minimal ist. Um dies zu erreichen, ist das
erfindungsgemäße Röntgenuntersuchungsgerät dadurch gekennzeichnet, dass der
Röntgendetektor entlang der genannten Verbindungslinie mit der Hand bewegt werden kann und
eine bei dieser Bewegung auftretende Verschiebung des Schwerpunktes des
Röntgendetektors nahezu durch eine Bewegung eines Gegengewichts kompensiert wird, das mit der
Bewegung des Röntgendetektors gekoppelt ist, so dass das Bewegen des Röntgendetektors
nur eine verhältnismäßig kleine Kraft in einer Richtung parallel zur Richtung der
Verbindungslinie erfordert,
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wobei der genannte Teil der Außenfläche des Gehäuses des Röntgendetektors genügend
starr ist, so dass immer, wenn der genannte Teil mit einem Objekt kollidiert, eine auf den
Röntgendetektor wirkende Kraftkomponente in einer Richtung parallel zur
Verbindungslinie ausreichend ist, um den Röntgendetektor entlang der Verbindungslinie und weg von
dem Objekt abzulenken.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass die auf eine Oberfläche, die
sich unter einem Winkel relativ zur Verbindungslinie erstreckt, ausgeübte Kraft bei einer
Kollision praktisch immer eine Komponente enthält, die entlang der Verbindungslinie
gerichtet ist. Diese Komponente wird von der Röntgenquelle weg gerichtet sein, wenn der
Abstand z wischen der Oberfläche und der Verbindungslinie zunimmt, sobald der Abstand
von der Röntgenquelle zunimmt. Daher wird der Röntgendetektor von der Röntgenquelle
weg gedrückt und somit auch von dem Objekt, mit dem die Kollision erfolgt ist. Daher wird
die Kollision keinerlei Schäden anrichten, und eine gesonderte Einrichtung zur
Verhinderung von Kollisionen ist in dem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät nicht
erforderlich. Die Größe der bei der Kollision erzeugten Kraftkomponente, welche entlang der
Verbindungslinie gerichtet ist, hängt unter anderem von dem Winkel ab, den die
Verbindungslinie mit dem genannten Teil der Außenfläche bildet. Bei sonst gleichen Bedingungen
wird diese Komponente um so größer sein je größer der genannte Winkel ist.
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Wenn der Röntgendetektor mit der Hand entlang der Verbindungslinie
bewegt werden kann und mit Hilfe des Gegengewichtes im Gleichgewicht gehalten wird,
kann der Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor in einfacher
Weise mit der Hand verändert werden, so dass verschiedene Vergrößerungen für das zu
bildende Röntgenbild eingestellt werden können. Ein weiterer Vorteil des Gewichtausgleichs des
Röntgendetektors ist, dass im bestimmten Fällen nachteilige Effekte einer Kollision
zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Röntgendetektor verhindert werden. Wenn
beispielsweise der Träger in einer solchen Position ist, dass die Verbindungslinie zwischen
der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor nahezu vertikal verläuft und der Träger dann
in vertikaler Richtung so bewegt wird, dass der Röntgendetektor mit dem Objekt kollidiert,
wird der Röntgendetektor durch die Kollisionskraft von dem Objekt weg gedrückt werden.
Daher wird die Kollision das Objekt oder den Röntgendetektor nicht beschädigen. Wenn
der Röntgendetektor sich dem Objekt jedoch nicht entlang der Verbindungslinie nähert,
wirkt die Kollisionskraft auch in einer anderen Richtung als der Richtung der
Verbindungslinie, so dass der Röntgendetektor sehr wahrscheinlich nicht von dem Objekt weg
gedrückt werden wird. In diesem Fall könnte die Kollision für das Objekt (den Patienten)
ernsthafte Konsequenzen haben.
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Im Unterschied zu dem bekannten Gerät stützt sich die vorliegende
Erfindung nicht auf mechanische Federkraft einer Abdeckung auf dem Röntgendetektorgehäuse
oder einen druckempfindlichen Mechanismus innerhalb der Abdeckung, um vor einer
Be
schädigung oder Verletzung zu schützen, wenn der Röntgendetektor mit einem Objekt
kollidiert. In der vorliegenden Erfindung wird nämlich der Röntgendetektor selbst nicht von
einer elektromechanischen Einrichtung positionsgesteuert (zumindest nicht entlang der
Verbindungslinie zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle). Es sollte
deutlich sein, dass ein Drucksensor die Bewegung des Röntgendetektors in einer Richtung, in
der die mechanische Position eher mit der Hand als elektromechanisch gesteuert wird die
Bewegung nicht stoppen kann, zumindest nicht, ohne einen durch den Drucksensor
gesteuerten Bremsmechanismus hinzuzufügen. Erfindungsgemäß wird der Röntgendetektor nicht
nur mit der Hand gesteuert und in der Richtung, die die Röntgenquelle und den
Röntgendetektor verbindet, durch ein Gegengewicht ausgeglichen, sondern die Außenfläche des
Gehäuses des Röntgendetektors verjüngt sich und ist genügend starr, so dass, wenn eine
Kollision des verjüngten Teils des Röntgendetektors mit einem Objekt auftritt, entlang der
Richtung, die den Röntgendetektor und die Röntgenquelle verbindet, immer eine
Kraftkomponente erzeugt wird, die den Röntgendetektor von dem Objekt in dieser Richtung weg
ablenkt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Röntgendetektors an seinem der
Röntgenquelle zugewandten Ende ungefähr wie ein abgeschnittener Kegel geformt ist. Für die
Wirkung des schrägen Teils der Außenfläche dieser Ausführungsform ist es nicht wesentlich,
bei welchem Punkt des Gehäuses die Kollision tatsächlich erfolgt.
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In den meisten Fällen wird der Operator die Antriebsmittel stoppen, die
bewirken dass der Träger sich relativ zu einem untersuchenden Objekt bewegt, sobald eine
Kollision auftritt. In dem Ausnahmefall, wo das nicht erfolgt, könnte die Kollision noch
immer einen Schaden bewirken, wenn der Röntgendetektor seine extreme Position am
zweiten Ende des Trägers erreicht. Der Röntgendetektor kann sich in diesem Fall nämlich
nicht weiter nach hinten bewegen. Um auch in diesen Fällen einen Schaden zu verhindern,
ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes dadurch
gekennzeichnet, dass ein Detektionselement vorgesehen ist, das, wenn der Röntgendetektor
sich auf maximalem Abstand von der Röntgenquelle befindet, fähig ist, ein Signal
abzugeben, das die Antriebsmittel während der Zeitdauer deaktiviert, in der eine von der
Röntgenquelle weg gerichtete Kraftkomponente in Richtung der Verbindungslinie auf den
Röntgendetektor wirkt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Weiteren näher beschrieben. Es zeigen
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Röntgenuntersuchungsgerätes,
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Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Teils des Geräts von Fig. 1
und
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Fig. 3 eine weitere Einzelheit.
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Fig. 1 zeigt ein Röntgenuntersuchungsgerät, das ein Gestell mit einer
vertikalen Säule 1 und einem Arm 3 hat, mit dem über einen Halter Sein Träger 7 verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger 7 als C-Arm geformt, mit einem ersten
Ende, an dem eine Röntgenquelle 9 befestigt ist und einem zweiten Ende, an dem ein
Röntgendetektor 11 befestigt ist. Natürlich sind anders geformte Träger, beispielsweise ein U-
förmiger Arm, auch möglich. Der Röntgendetektor 11 umfasst (mit gestrichelten Linien
dargestellt) eine Röntgenbildverstärkerröhre 12, die in einem Gehäuse 13 untergebracht ist.
Ein zu untersuchendes Objekt, beispielsweise ein Patient (nicht abgebildet) kann auf einem
Tisch 15 zwischen der Röntgenquelle 9 und dem Röntgendetektor angeordnet sein. Ein
Gestellabschnitt 19, der den Arm 3 trägt, kann mit Hilfe eines Motors 17 in vertikaler
Richtung entlang der Säule I verlagert werden. Ein Motor 21 ermöglicht eine Verlagerung
der Säule 1 in horizontaler Richtung auf Schienen, die in einer Decke 23 und einem Boden
25 vorgesehen sind. Der Halter 5, in dem der C-Arm 7 befestigt ist, und in dem der Arm in
Umfangsrichtung des C-Arms mit Hilfe eines Motors 27 verlagert werden kann, wird bei
Antrieb durch einen Motor 29 um eine Achse A gedreht. Die Verlagerung des C-Arms 7 in
Umfangsrichtung wird durch den Doppelpfeil B angedeutet. Der Tisch 15 umfasst eine
Platte 31, die in horizontaler Richtung mit Hilfe eines Motors 33 verschiebbar ist und in
vertikaler Richtung mit Hilfe eines Motors 35. Die genannten Motoren, die Antriebsmittel
für den Träger 7 und den Tisch 15 bilden, werden von einer Steuerungseinheit 37 gesteuert,
die einen Computer umfasst, der Steuerungssignale abgibt. Der Benutzer des
Röntgenuntersuchungsgerätes kann über eine Schnittstelle 41 durch Betätigen von Bedienelementen auf
einer Steuerungseinheit 39, die auf dem Tisch 15 in bekannter Weise montiert ist, Befehle
an die Steuereinheit 37 geben. In Abhängigkeit von diesen Befehlen führt die
Steuerungseinheit 37 Steuerungssignale einem bestimmten Motor, der Röntgenquelle 9 oder dem
Röntgendetektor 11 zu.
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Die Röntgenquelle 9 und der Röntgendetektor 11 sind einander gegenüber in
solcher Weise angeordnet, dass ein von der Röntgenquelle emittierter, zentraler Strahl eines
Röntgenstrahlenbündels ungefähr mit der Verbindungslinie C zwischen der Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor zusammenfällt. Die Achse A und die Verbindungslinie C
schneiden sich an einem Punkt 43, der als Isozentrum bezeichnet wird. Ein im Isozentrum 43
gelegener Teil eines auf dem Tisch 15 liegenden Patienten wird von einem von Röntgenquelle
emittierten Röntgenstrahlenbündel immer an der gleichen Stelle auf einem Austrittsschirm
der Röntgenbildverstärkerröhre 12 abgebildet. Das gebildete Bild kann mit Hilfe eines
Monitors 45 beobachtet werden.
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Das beschriebene Röntgengerät ist soweit an sich bekannt. Die Erfindung
kann auch in anderen Röntgenuntersuchungsgeräten verwendet werden, die auch an sich
bekannt sind und in denen beispielsweise ein Gestell oder eine andere Konstruktion
vorhanden ist oder bewegbare Teile in anderer Weise angetrieben werden.
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Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung einer möglichen Ausführungsform
des Trägers 7, an dem die Röntgenquelle 9 und der Röntgendetektor 11 befestigt sind. Der
Träger 7 ist an beiden Seiten mit Schlitzen 47 versehen (von denen nur eine in der Figur
sichtbar ist), die Lagerräder 49 aufnehmen, die die Bewegbarkeit des Trägers gemäß dem
Doppelpfeil B ermöglichen. Der Röntgendetektor 11 wandelt ein Röntgenbild eines
zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordneten Objektes in ein optisches
Bild um, das von einer Videokamera 51 aufgenommen werden kann, um von dem Monitor
45 (Fig. 1) wiedergegeben zu werden. Der Röntgendetektor 11 hat einen Schwerpunkt in
einer Position 53, und ein Gegengewicht 55 hat einen Schwerpunkt in einer Position 57.
Eine Bewegung des Röntgendetektors 11 parallel zur Verbindungslinie C wird von den
Rädern 57 geführt und in entgegengesetzter Richtung durch Übertragungsmittel 61 zu dem
Gegengewicht 55 übertragen. Die Bewegung des Gegengewichts 55 wird von den Rädern
63 geführt. Wenn der Röntgendetektor in Richtung des Pfeils D bewegt wird,
beispielsweise mit Hilfe eines damit verbundenen Handgriffs 65, bewegt sich das mit dem
Röntgendetektor gekoppelte Gegengewicht 55 in der Richtung des Pfeils E. Daher bleibt der
gemeinsame Schwerpunkt des Röntgendetektors 11 und des Gegengewichts 55 in einer Position
67. Somit wird die Verschiebung des Schwerpunkts des Röntgendetektors 11 durch die
Verschiebung des Schwerpunkts des Gegengewichts 55 kompensiert. Dadurch erfordert die
Bewegung des Röntgendetektors 11 in Richtung der Verbindungslinie C eine Kraft in
Richtung der Verbindungslinie, die relativ zur Masse des Röntgendetektors nur sehr klein
ist.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
der Kopplung zwischen den Bewegungen des Röntgendetektors 11 und des Gegengewichts
55, die der Einfachheit halber in der Figur als Blöcke dargestellt worden sind. Die
Übertragungsmittel 61 werden von einem Antriebsriemen oder eine Kette 69 gebildet, die als
geschlossene Schleife über zwei (eventuell gezahnte) Führungsräder 71 geführt wird. Der
Röntgendetektor 11 und das Gegengewicht 5 sind beide mit dem Antriebsriemen oder der
Kette 69 verbunden, so dass die Bewegung des Röntgendetektors in entgegengesetzter
Richtung zum Gegengewicht übertragen wird. Wie deutlich in der Fig. 2 gezeigt wird, ist
das der Röntgenquelle 9 zugewandte Ende des Gehäuses 13 des Röntgendetektors 11
ungefähr wie ein abgeschnittener Kegel geformt. Der Teil 73 der Außenfläche des Gehäuses 13,
der nahe diesem Ende liegt, bildet mit der Verbindungslinie C einen Winkel α von
beispielsweise 30º, so dass der Abstand zwischen diesem Teil der Außenfläche und der
Verbindungslinie zunimmt, wenn der Abstand von der Röntgenquelle 9 zunimmt. Wenn der
Röntgendetektor 11 sich in einer verhältnismäßig niedrigen Position befindet (das heißt
verhältnismäßig nahe an der Röntgenquelle 9), wie in Fig. 2 gezeigt, und wenn in dieser
Position der Tisch 15 und der Träger 7 mit Hilfe der genannten Antriebsmotoren
beispielsweise relativ zueinander horizontal bewegt werden, kann es vorkommen, dass ein auf dem
Tisch legender Patient mit dem Röntgendetektor kollidiert. In nahezu allen Fällen wird der
Teil 73 der Außenfläche des Gehäuses 13, der nahe der Röntgenquelle 9 liegt, dann mit
dem Patienten in Kontakt kommen. Dank des schrägen Standes dieses Teils der
Außenfläche wird die bei dieser Kollision frei werdende Kraft immer eine Komponente haben, die
von der Röntgenquelle 9 weg in Richtung der Verbindungslinie C gerichtet ist. Daher wird
der Röntgendetektor 11 in Richtung des Pfeils D bewegt, so dass er sich vom Patienten weg
bewegt. Die Kollision wird daher keine nachteiligen Auswirkungen auf den Patienten oder
den Röntgendetektor 11 haben.
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In der beschriebenen Ausführungsform ist der Teil 73 der Außenfläche des
Gehäuses 13, der nahe der Röntgenquelle 9 liegt, als abgeschnittener Kegel geformt. Dank
dieser Form wird eine Bewegung, die eine horizontale Komponente enthält, bei einer
Kollision eine Bewegung des Röntgendetektors 11 in Richtung des Pfeils D bewirken. Wenn das
Röntgenuntersuchungsgerät so entworfen ist, dass Bewegung des Röntgendetektors relativ
zum Tisch 15 nur in einer einzigen Richtung erfolgen kann, beispielsweise parallel zur
Achse A, genügt es, wenn nur die Seiten des betreffenden Teils der Außenfläche des
Gehäuses 13, die in dieser Richtung verlaufen, mit der Verbindungslinie C einen Winkel α
bilden. In Fig. 2 sind dies die Flächen, die ungefähr senkrecht zur Zeichenebene
verlaufen. Die andere Flächen können parallel zur Verbindungslinie liegen. Es sei auch bemerkt,
dass der genannte Wert des Winkels α (30º) ziemlich willkürlich ist. Allgemein gesagt ist
die Kraftkomponente in Richtung der Verbindungslinie C umso größer, je größer der
Winkel ist. Andere Werte als der genannte Wert, beispielsweise 45º oder 60º werden daher in
vielen Fällen bessere Ergebnisse liefern.
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Die Bewegung des Röntgendetektors 11 in Richtung des Pfeils D ist durch
einen Anschlag begrenzt (nicht abgebildet). Dieser Anschlag definiert eine extreme
Position des Röntgendetektors 11, die in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien dargestellt und mit
11' bezeichnet wird. Sollte zwischen dem Röntgendetektor 11 und einem untersuchenden
Objekt eine Kollision erfolgen, während der Röntgendetektor 11 sich in der extremen
Position befindet, oder sollte der Röntgendetektor infolge einer solchen Kollision die extreme
Position erreichen, ohne dass die Antriebsmotoren durch den Operator deaktiviert werden,
dann könnte die Kollision noch immer nachteilige Auswirkungen haben. Um dies zu
verhindern, wird vorzugsweise ein Detektionselement 75, wie in Fig. 3 schematisch
dargestellt, nahe dem zweiten Ende des Trägers 7 vorgesehen. Das Detektionselement 75 kann
beispielsweise durch einen Schalter oder einen bekannten optischen oder magnetischen
Sensor gebildet werden. Das Detektionselement 75 ist mit der Steuerungseinheit 37 (Fig.
1) mit Hilfe einer Zuführleitung 77 verbunden. Wenn der Röntgendetektor 11 sich in der
extremen Position befindet (im maximalen Abstand von Röntgenquelle 9), gibt das
Detektionselement 75 an die Steuerungseinheit 37 ein Signal ab, das die Antriebsmotoren
ausschaltet, solange eine Kraftkomponente in Richtung der Verbindungslinie C infolge einer
Kollision mit einem Objekt wirkt.