DE69633746T2 - Tragbarer röntgendetektor - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Röntgengenapparate und insbesondere tragbare Röntgenapparate.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • sSeit Jahrzehnten verwenden die Vertreter medizinischer Berufe, etwa Zahnärzte, Röntgenaufnahmen routinemäßig zur Feststellung von Krankheiten, für die diagnostische Entscheidungsfindung und die Behandlungskontrolle. Die Röntgenstrahlen werden von einem Röntgengenerator abgegeben, durchdringen die relevanten Strukturen, beispielsweise Zähne, Knochen und Weichteile des Kopfes und der Kiefer und werden von einem geeigneten Aufnahmemittel aufgenommen. Das traditionelle Aufnahmemittel, der fotografische Röntgenfilm, ist nach wie vor am weitesten verbreitet. In solchen filmbasierten Systemen wird das latente Bild auf dem Film durch Aktivierung von Silberhalogenidkristallen erzeugt, die sodann sichtbar gemacht werden, indem der belichtete Film in chemischen Lösungen verarbeitet wird. Eine solche Filmentwicklung dauert einige Minuten, wenn auf dem Patienten eine Reihe von Röntgenfilmen belichtet wird. Wenn sich die Bilder nach dem Entwickeln infolge von Fehlern bei der Filmpositionierung oder der Bildgeometrie als unbrauchbar herausstellen, muss eine neue Filmreihe belichtet werden. Dies erhöht die Strahlendosis des Patienten.
  • In letzter Zeit wurden Systeme zur elektronischen Gewinnung von Dentalröntgendaten durch die Verwendung von Bildaufnehmern als ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD-Elemente) eingeführt. Aktuelle CCD-Aufnehmer für die orale, intraorale und maxillofaziale Bildherstellung verwenden entweder strahlungsgehärtete CCD-Arrays (Regam SensAray, Sundvaal, Schweden) oder CCD-Arrays, die an einen Szintillationszähler gekoppelt sind, wie ein Seltenerd-Röntgenschirmmaterial (Trophy Radiologie, Vincennes, Frankreich). Das flächenmäßig größte derzeit in der Dentalbildproduktion verwendete Array ist jetzt annähernd 760 Pixel mal 524 Pixel (Schick Technologies, New York), was eine Auflösung von etwa 10 Zeilenpaaren/mm ergibt.
  • Die Bildproduktion mit einem CCD-Aufnehmer erfordert etwa 70–80% weniger Belichtungszeit als die Bildproduktion mit einem Röntgenfilm. Folglich ist der Patient einer geringeren Röntgendosis ausgesetzt. Allerdings wurden die meisten aktuellen Röntgengeneratoren zur Verwendung mit Filmaufnehmern konzipiert. Folglich produzieren sie zu viel Röntgenstrahlung, überladen den CCD-Aufnehmer und erhöhen die vom Patienten absorbierte Strahlendosis.
  • Ein weiteres Problem mit aktuellen Röntgengeneratoren ist ihre Größe und ihr hohes Gewicht, was bedingt, dass sie an einem festen Ort aufgestellt werden müssen. Für dentalmedizinische Anwendungen ist der Röntgengenerator typischer Weise fix am distalen Ende eines Gelenkarms befestigt, der seinerseits an der Wand der Behandlungseinheit festgemacht ist. Das Gewicht des Röhrenkopfes erfordert oftmals die Anbringung zusätzlicher Halterungen in der Wand, wo die Einheit montiert ist, um den Röhrenkopf bei dessen Maximalentfernung von der Wand zu unterstützen. Da eine Zahnarztpraxis in der Regel mehrere Behandlungseinheiten besitzt, bedeutet die Bereitstellung von Röntgenaufnahmekapazitäten für jede Einheit eine erhebliche Investition, zumal mehrere Röntgenapparaturen angeschafft werden müssen.
  • Es besteht deshalb ein Bedarf nach einem Röntgenapparat, der die Strahlungsdosis des Patienten verringert. Es besteht zudem ein Bedarf nach einem Röntgenapparat, der einfach an mehreren unterschiedlichen Behandlungseinheiten verwendet werden kann, um Doppelausrüstungen in einer Praxis zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung setzt sich die Befriedigung dieser Bedürfnisse zum Ziel.
  • In der Patentschrift US-4,720,844 wird eine Röntgeneinheit offenbart, bei der die Röntgenröhre und die Hochspannungseinheit im selben Gehäuse untergebracht sind, wodurch die Einheit kompakter und leichter im Vergleich zu früheren Geräten wird. Es wird nicht erwähnt, dass der Röntgenapparat mit einer Hand getragen werden kann.
  • In der Patentschrift US-4,170,735 wird eine tragbare medizinische Röntgenquelle offenbart, bei der nur die Fernbedienung mit einer Hand tragbar ist.
  • In der Patentschrift US-4,924,485 wird eine tragbare Neutronen- oder Hochenergie-Röntgenquelle offenbart, wobei die Strahlung durch einen relativistischen Elektronenstrahl erzeugt wird: Die Elektronen werden mit hoher Spannung beschleunigt, die von kompakten Magnetfluss-Kompressionsgeneratoren erzeugt wird. Die Quelle, welche sich keiner konventionellen Röntgenröhre bedient, wird für Strukturuntersuchungen im Schiffsbau oder Tiefbau verwendet.
  • In der Patentschrift US-4,856,036 wird ein handportabler Röntgendiagnostikapparat offenbart. Der mit der Hand gehaltene Röntgenapparat wird mit dem Endteil 44 des C-Arms manövriert, wobei dieser Endteil zwei Schalttasten aufweist. Seine angegebene Größe – 50 cm – erschwert oder verunmöglicht die einhändige Bedienung des Apparats für eine normale Person. Der Apparat umfasst in seinem Gehäuse eine leichtgewichtige Starkstromversorgung. Die Kollimation erfolgt mit Hilfe eines Kegels. Die Schalttasten können mit der den Apparat bedienenden Hand gedrückt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen tragbaren und vorzugsweise in der Hand gehaltenen Röntgengenerator zur Verwendung in intraoralen und anderen Röntgenanwendungen, und ein neues Verfahren der dentalmedizinischen Bildherstellung, bei dem ein neuer Aufnehmerhalter zur Anwendung kommt, der mit dem leichtgewichtigen, tragbaren Generator physisch verbunden ist, und einen speziellen Gelenkarm mit Halterahmen, der die Verwendung eines einzigen Generators in mehreren Behandlungseinheiten erlaubt. Der Systemgenerator hat einen reduzierten Röntgenausgang und eine wesentlich kleinere Brennfleckfläche als konventionelle dentalmedizinische Röntgengeneratoren, wodurch der Röntgenausgang und die Gesamtbelastung des Patienten verringert werden. Der kleinere Brennfleck ermöglicht zudem eine bessere Auflösung des Endbildes.
  • In einer Form der Erfindung wird ein tragbarer Röntgenapparat offenbart, der einen Griff besitzt, der zum Halten mit einer einzigen Hand konfiguriert ist; des weiteren eine in dem Griff montierte Röntgenröhre; eine parallel gerichtete Röhre, die am Griff befestigt und so positioniert ist, dass die Röntgenstrahlen in die parallel gerichtete Röhre emittiert werden, wenn die Röntgenröhre aktiviert ist; eine Verdrahtung, die sich zwischen einem Innenbereich des Griffs und einem Außenbereich des Griffs erstreckt und dazu dient, eine externe Stromquelle mit der Röntgenröhre zu verbinden; einen am Griff montierten Freigabeschalter; und einen am Griff montierten Feuerschalter; wobei die Röntgenröhre nur dann Röntgenstrahlen abgibt, wenn sowohl der Freigabeschalter wie der Feuerschalter gedrückt werden.
  • In einer anderen Form der Erfindung wird ein tragbarer Röntgenapparat offenbart, umfassend ein Gehäuse; eine in dem Gehäuse montierte Röntgenröhre; eine parallel gerichtete Röhre, die am Griff befestigt und so positioniert ist, dass die Röntgenstrahlen in die parallel gerichtete Röhre abgegeben werden, wenn die Röntgenröhre aktiviert wird; Verdrahtung, die sich zwischen einem Inneren des Gehäuses und einem Äußeren des Gehäuses erstreckt und dazu dient, eine externe Stromversorgung mit der Röntgenröhre zu verbinden; und eine Stromversorgungsschaltung, die dazu dient, eine Spannung zum Betrieb der Röntgenröhre zu generieren, wobei die Stromversorgungsschaltung nicht im Gehäuse enthalten ist und an diesem mittels der Verdrahtung angeschlossen ist; wodurch ein Gewicht des Gehäuses erheblich reduziert ist.
  • In einer anderen Form der Erfindung wird ein Röntgenbildaufnehmerhalter offenbart, der so konzipiert ist, dass er an eine Röntgenquelle angeschlossen werden kann, wobei der Halter einen mit der parallel gerichteten Röhre verbundenen Bildaufnehmerhalter umfasst, des weiteren ein horizontales Element mit proximalen und distalen Enden, ein am distalen Ende des horizontalen Elements befestigtes und sich quer zu diesem erstreckendes vertikales Element und ein quer liegendes Gleitelement, das am horizontalen Element befestigt ist und dazu dient, auf diesem in Längsrichtung zu gleiten, wobei der Röntgenbildaufnehmer zwischen dem vertikalen Element und dem Gleitelement gehalten werden kann.
  • In einer anderen Form der Erfindung wird ein Verfahren zur Generierung eines Röntgenbildes offenbart, das folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellung eines tragbaren Röntgenapparats, umfassend: einen Griff, der zum Halten in einer Hand konfiguriert ist; eine im Griff montierte Röntgenröhre; eine parallel gerichtete Röhre, die am Griff befestigt und so positioniert ist, dass die Röntgenstrahlen in die parallel gerichtete Röhre emittiert werden, wenn die Röntgenröhre aktiviert wird; eine Verdrahtung, die sich zwischen einem Innenbereich des Griffs und einem Außenbereich des Griffs erstreckt und dazu dient, eine externe Stromquelle mit der Röntgenröhre zu verbinden; einen am Griff montierten Freigabeschalter; und einen am Griff montierten Feuerschalter; wobei die Röntgenröhre nur dann Röntgenstrahlen abgibt, wenn sowohl der Freigabeschalter wie der Feuerschalter gedrückt werden; (b) Ergreifen des Griffs mit einer einzigen Hand; (c) Drücken des Freigabeschalters mit einem ersten Finger der Hand; (d) die parallel gerichtete Röhre auf einen Röntgenbildaufnehmer richten, wobei eine abzubildende Struktur zwischen der parallel gerichteten Röhre und dem Aufnehmer eingebracht ist; und (e) Drücken des Feuerschalters mit einem zweiten Finger der Hand, während der Freigabeschalter in gedrückter Position gehalten wird.
  • In einer weiteren Form der Erfindung wird ein Verfahren zur Generierung eines Röntgenbildes offenbart, das folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellung des tragbaren Röntgenapparats, umfassend ein Gehäuse; eine im Gehäuse montierte Röntgenröhre; eine parallel gerichtete Röhre, die am Griff befestigt und so positioniert ist, dass die Röntgenstrahlen in die parallel gerichtete Röhre emittiert werden, wenn die Röntgenröhre aktiviert wird; eine Verdrahtung, die sich zwischen einem Innenbereich des Gehäuses und einem Außenbereich des Gehäuses erstreckt und dazu dient, eine externe Stromquelle mit der Röntgenröhre zu verbinden; und eine Stromversorgungsschaltung, die dazu dient, eine Spannung zum Betrieb der Röntgenröhre zu generieren, wobei die Stromversorgungsschaltung nicht innerhalb des Gehäuses untergebracht ist und mit dem Gehäuse über die Verdrahtung verbunden ist, wodurch sich das Gewicht des Gehäuses erheblich verringert; (b) Bereitstellung eines Gelenkarms mit einem darauf angebrachten Halterahmen, wobei der Halterahmen so ausgeführt ist, dass er den Röntgenapparat hält, wenn dieser darin untergebracht wird (c) die parallel gerichtete Röhre auf einen Röntgenbildaufnehmer richten, wobei eine abzubildende Struktur zwischen der parallel gerichteten Röhre und dem Aufnehmer eingebracht ist; (d) den Gelenkarm so bewegen, dass der Halterahmen den Röntgenapparat hält; (e) Drücken eines Freigabeschalters, und (f) Drücken eines Belichtungsschalters, wobei der Röntgenapparat nur dann Röntgenstrahlen abgibt, wenn sowohl der Freigabeschalter wie auch der Belichtungsschalter gedrückt sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des tragbaren Röntgengenerators der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein schematischer Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein schematischer Schaltplan einer Zeitnehmer- und Steuerungsschaltung der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist ein schematischer Schaltplan einer Röntgengeneratorbetriebsschaltung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine Seitenaufrissansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Aufnehmerhalters der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist eine Aufrissansicht des ersten Endes des Aufnehmerhalters der 5;
  • 7 ist eine Aufrissansicht des zweiten Endes des Aufnehmerhalters der 5;
  • 8 ist eine Seitenaufrissansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Aufnehmerhalters der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ist eine Querschnittansicht des Aufnehmerhalters der 8;
  • 10 ist eine Seitenaufrissansicht des tragbaren Röntgengenerators der vorliegenden Erfindung, der ein Röntgenbild eines Oberkieferzahns macht;
  • 11 ist eine Seitenaufrissansicht des tragbaren Röntgengenerators der vorliegenden Erfindung, der ein Röntgenbild eines Unterkieferzahns macht;
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht einer Zahnbehandlungseinheit einschließlich des tragbaren Röntgenapparats der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Um das Verständnis für die Prinzipien der Erfindung zu befördern, wird im folgenden Bezug genommen auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel und dasselbe unter Anwendung von Fachterminologie beschrieben. Es wird indessen darauf hingewiesen, dass damit keine Beschränkung des Geltungsumfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weiteren Modifikationen am illustrierten Apparat und solche zusätzlichen Anwendungen der Grundsätze der Erfindung, wie sie hierin dargestellt ist, mit zu berücksichtigen sind, wie sie sich einschlägigen Fachpersonen, an die sich die Erfindung richtet, normaler Weise ergeben würden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen tragbaren und vorzugsweise in einer Hand gehaltenen Röntgengenerator zur Verwendung in intraoralen und anderen Röntgenanwendungen und ein neues Verfahren der dentalen Bildgewinnung, das sich eines neuartigen Aufnehmerhalters bedient, der physisch mit dem leichtgewichtigen, tragbaren Generator verbunden ist, und einen speziellen Gelenkarm mit Halterahmen, der die Verwendung eines einzigen Generators in mehreren Behandlungseinheiten erlaubt. Der Systemgenerator hat einen reduzierten Röntgenausgang und eine wesentlich kleinere Brennfleckfläche als herkömmliche Dentalröntgengeneratoren, wodurch sich die Röntgenstrahlen-Abgabe und die Gesamt-Röntgenbelastung des Patienten verringern. Der kleinere Brennfleck ermöglicht eine verbesserte Auflösung des Endbildes.
  • Bezug nehmend auf 1 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des tragbaren Röntgengenerators der vorliegenden Erfindung dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 markiert. Der Röntgengenerator 10 ist in 1 einer Querschnittansicht dargestellt und besitzt einen „Pistolen"-Griff 12, an dem eine rechteckige parallel gerichtete Röhre 14 befestigt ist. Der Griff 12 und die Röhre 14 sind vorzugsweise aus Litharge-Bleikeramikmaterial oder aus bleiverkleidetem, hochdichtem Kunststoff gebildet. Die distale Öffnung 16 der parallel gerichteten Röhre 14 misst vorzugsweise 2,5 Zentimeter mal 3,0 Zentimeter. Die Größe der distalen Öffnung 16 ist vorzugsweise so bemessen, dass sie nur geringfügig größer ist als die Größe des Aufnehmers, der mit dem Röntgengenerator 10 verwendet werden soll. Das proximale Ende der Röhre 14 umfasst einen rechteckigen Aluminiumkollimator, der eine Öffnung (Port oder Ausgang) von annähernd 3 Millimeter mal 5 Millimeter aufweist.
  • Zur Aufzeichnung des Röntgenbildes ist ein Röntgenaufnehmer 20 vorgesehen. Der Röntgenaufnehmer 20 kann jede Vorrichtung sein, die auf Röntgenstrahlen empfindlich reagiert, wie beispielsweise ein Röntgenfilm oder ein CCD-Sensor. Der Aufnehmer 20 ist in 1 als CCD-Sensor dargestellt, einschließlich der Verdrahtung 22, die dazu verwendet wird, den CCD-Aufnehmer 20 an eine Aufzeichnungs- und Anzeigevorrichtung zu koppeln, wie sie in der Fachwelt gut bekannt sind. Der CCD-Aufnehmer 20 ist in einem Aufnehmerhalter 24 untergebracht, der mit einem Stab 26 verbunden ist, der so ausgeführt ist, dass er in jeden der Mehrzahl von Kopplungsschlitzen 28 passt, die am distalen Ende der parallel gerichteten Röhre 14 ausgebildet sind. Die Ausführung und der Betrieb des Aufnehmerhalters 24 und der Kopplungsschlitze 28 werden im folgenden ausführlicher erörtert.
  • Der Griff 12 des Röntgengenerators 10 umfasst eine Röntgenröhre 30 und die zugehörige Betriebsschaltung 32. Die Röntgenröhre 30 Internet die Betriebsschaltung 32 werden im weiteren mit Bezug auf 4 näher erläutert. Da die vorliegende Erfindung einen tragbaren und vorzugsweise handgehaltenen Röntgengenerator betrifft, ist der normalerweise in Röntgengeneratoren verwendete Trenntransformator in der vorliegenden Erfindung weggelassen. Zudem ist der Hochspannungsgenerator nicht im Griff 12 untergebracht, sondern entfernt vom Röntgengenerator 10, und das Hochspannungssignal wird vom Hochspannungstransformator auf die Schaltung 32 im Griff 12 übertragen, wie weiter unten näher erläutert. Der Griff 12 ist mit Öl oder vorzugsweise mit Gas gefüllt, um die von der Röntgenröhre 30 erzeugte Hitze zu verteilen, wie in der Fachwelt bekannt. Der Abstand vom Kollimator 18 zum distalen Ende 16 der parallel gerichteten Röhre 14 beträgt vorzugsweise 15 Zentimeter.
  • Die rechteckige parallel gerichtete Röhre 14 ist wesentlich kleiner als der herkömmliche Rundkegel, wie er in beinahe allen älteren Dentalröntgenröhrenköpfen verwendet wird. Der Durchmesser des Rundkegels der älteren Technik beträgt annähernd 7 cm (2,75'') wohingegen die Röhre 14 vorzugsweise nur 5,1 × 3,8 cm (2,0 × 1,5'') misst. Diese geringere Größe ist möglich, weil der Aufnehmer speziell am Generator befestigt ist. Diese Anordnung bringt eine kleinere Hautoberfläche für die Röntgendosis mit sich und führt zu einer potenziellen Reduzierung der Röntgendosis durch Eliminierung von Aufnahmewiederholungen wegen vertikaler oder horizontaler Winkelfehler, die sich häufig einstellen, wenn ein frei schwebender konventioneller Röhrenkopf von der Bedienperson auf den Film gerichtet wird. Zudem entspricht der bevorzugte 0,3-mm-Brennfleck der halben Größe des kleinsten derzeit in Apparaten auf dem Stand der Technik erreichbaren Brennflecks.
  • Die unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Schaltung 32 sind mit einem elektrischen Steckanschluss 34 verbunden, der in der Basis des Griffes 12 montiert ist. Diese Anschlüsse werden unten ausführlicher beschrieben. Ebenfalls an den Steckanschluss 34 angeschlossen sind ein Freigabeschalter 36 und ein Feuerschalter 38. Der Freigabeschalter 36, ist vorzugsweise am Griff 12 in einer Position angebracht, wo ihn der Benutzer auf bequeme Weise mit dem Zeigefinger bedienen kann. Wie im weiteren ausführlicher beschrieben, löst der Freigabeschalter 36 einen Stromfluss zur Erwärmung der Röntgenröhre 30 vor der eigentlichen Feuerung des Röntgengenerators 10 aus. Nachdem der Freigabeschalter 36 gedrückt wurde, drückt die Bedienperson den Feuerschalter 38, um den Röntgengenerator 10 zu betätigen. Der Feuerschalter 38 ist vorzugsweise auf dem Griff 12 in einer Position angebracht, die von der Bedienperson bequem mit dem Daumen zu erreichen ist. Die Zweischalterkonfiguration soll als Schutz gegen unabsichtliches Feuern der Einheit dienen und wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Fachpersonen leuchtet unmittelbar ein, dass die Verdrahtung im Griff 12 auch eine Festverdrahtung zur externen Schaltung sein kann, anstatt den elektrischen Steckanschluss 34 zu verwenden.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 2 ist eine Stromversorgungsschaltung für den handgehaltenen Röntgengenerator der vorliegenden Erfindung dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 40 markiert. Die Stromversorgungsschaltung 40 ist vorzugsweise nicht im Inneren des Griffes 12 untergebracht, um dessen Gewicht zu reduzieren. Stattdessen ist die Stromversorgungsschaltung 40 in einem getrennten Gehäuse untergebracht und mit dem Griff 12 über ein Kabel verbunden (vgl. 10). Die Schaltung 40 ist an den Eingängen 42 und 44 mit einer gewöhnlichen 110-Volt-Stromleitnug verbunden. Die 110-Volt-Eingänge 42 und 44 sind mit einem 12-Volt-Regler 46 verbunden, um den 12-Volt-Ausgang 48 zu produzieren, wie in der Fachwelt bekannt. Die Stromleitungseingänge 42 und 44 sind des weiteren mit einem Vollweggleichrichter D1 verbunden. Die Ausgangs-Ports des Vollweggleichrichters D1 sind über den 1.000-μF-Kondensator C1 angeordnet. Die über den Kondensator C1 angelegte Spannung liegt typischerweise bei 160 Volt DC. Ein Schaltregelungs-Steuerchip U5 (wie z. B. ein SG3524) produziert zwei Steuerausgänge CA und CB, die an den Transformator T1 angeschlossen sind. Der Transformator T1 besitzt vorzugsweise eine Mittelabgriff-Primärseite mit 120 Windungen und eine Mittelabgriff-Sekundärseite mit 84 Windungen. Der Transformator T1 kombiniert die zwei Steuersignale zu einem einzigen Signal, das einen Reihen-Leistungsfeldeffekttransistor (FET) Q7 speist.
  • Der Arbeitstakt des Leistungs-FET Q7 bestimmt die Ausgangsspannung an den Ausgangs-Ports 50 und 52. Der Schaltregler U5 speist Strom in einen Reihen-Induktor L1, und dieser Strom (i) nimmt in einer von der Spannungsdifferenz (v) über den Induktor L1 und die Induktivität (L) bestimmten Rate nach folgender Formel zu: v = Ldi/dt.
  • Nach einigen Mikrosekunden wird der FET Q7 ausgeschaltet, und die Induktivität L veranlasst die Eingangsspannung des Induktors L1 zum raschen Umschalten auf Erde, wo sie von der Klemmdiode D5 aufgenommen wird, an welchem Punkt der Strom nach folgender Formel schrittweise abzunehmen beginnt: v' = –Ldi/dt(wobei v' die an den Anschlüssen 50 und 52 auftretende Ausgangsspannung ist).
  • Das Verhältnis der Ein- und Auszeiten bestimmt die Ausgangsspannung, und der Schaltregler U5 regelt dieses. Der Schaltregler ist sehr effizient und generiert sehr wenig Wärme, die Teile für die Stromversorgungsschaltung 40 sind klein und nicht teuer. Fachleuten ist bewusst, dass die Stromversorgungsschaltung 40 im wesentlichen an den Eingängen 42 und 44 mit der Stromleitung verbunden ist, wobei nur der Gleichrichter D1 zur Isolierung vorhanden ist. Die vorliegende Erfindung eliminiert folglich den Trenntransformator, der normalerweise in solchen Systemen vorhanden ist, um das System klein und leichtgewichtig zu halten. Die an den Anschlüssen 50 und 52 anliegende Ausgangsspannung beträgt normalerweise +100 VDC, kann aber irgendwo zwischen +40 und +120 VDC eingestellt werden, um die Anodenspannung der Röntgenröhre 30 zwischen 20 und 80 kV einzustellen.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 3 ist eine Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 60 markiert. Die Steuerschaltung 60 ist vorzugsweise im selben Gehäuse wie die Stromversorgungsschaltung 40 montiert (vgl. 10). Die Steuerschaltung 60 benützt einen dualen monostabilen Multivibrator U1A und U1B (vorzugsweise einen 4538) zur Generierung der zwei Zeitnehmersignale: das Fadenvorwärmsignal und das Belichtungszeitsignal. Ein kurzer negativer Impuls zu Pin 11 von UB1 veranlasst Pin 9 von UB1 dazu, von +12 V 1 Sekunde lang auf Erde zu schalten und dann zu +12 V zurück zu kehren. Das Ausgangssignal auf Pin 9 von UB1 ist über die Diode D2 an den einstellbaren Schaltregler U3 (vorzugsweise ein LM1575adj, hergestellt von National Semiconductor) als Freigabesignal gekoppelt. Der Schaltregler U3 produziert eine Ausgangsspannung, die an den Ausgangs-Port 62 angelegt wird und von +2 V bis +11 V einstellbar ist. Der Ausgangs-Port 62 ist an den Mittelabgriff des Fadentransformators T10 der 4 gekoppelt.
  • Die Schaltungen von U4, Q3 und Q4 umfassen einen Rechteckwellen-Stromgenerator, der über die Ausgangs-Ports 64 und 66 an den Fadentransformator T10 der 4 gekoppelt ist. Die Einstellung des variablen Widerstands R12 (an U3 gekoppelt) legt die Fadenspannung fest, und damit den Anodenstrom der Röntgengeneratorröhre 30. Dieser Fadenstrom ist immer eingeschaltet, wenn U3 aktiviert ist.
  • Wenn das 1-Sekunden-Zeitintervall endet, speist Pin 10 von U1B ein Signal zu Pin 5 von U1A, um das Belichtungs-Torsignal an Pin 7 von U1A zu generieren. Das Belichtungs-Torsignal speist eine weitere Diode D1, um U3 freizugeben, so dass die Fadenschaltung für die Summe von Vorwärmzeit (1,0 Sekunden) und Belichtungszeit erregt wird, wie lange auch immer die Belichtungszeit sein mag. Die Belichtungszeit wird durch das Produkt von R1 und C1 am Eingang von U1A bestimmt. Die Werte der 3 verweisen auf eine 0,1-Sekunden-Belichtungszeit. Allerdings können R1 und C1 durch einen einfachen Schaltkreis geändert werden, so dass die Bedienperson variable Belichtungszeiten auswählen kann. Die Widerstands- und Kapazitätswerte, die der Bedienperson von einem solchen Schaltkreis zur Verfügung gestellt werden, würden durch die gewünschte Anwendung für den Röntgengenerator festgelegt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Belichtungszeiten von 0, 04, 0, 06, 0, 08, 0, 10, 0, 15, 0, 20, 0, 30, 0, 40, 0, 50 und 0,60 Sekunden zur Verfügung gestellt.
  • Das Belichtungs-Torsignal an Pin 7 von U1A wird auch als Freigabesignal an U2 (vorzugsweise ein SG3525) gesendet, der als niederohmiger Rechteckwellengenerator zur Speisung der zwei Leistungs-FETs Q1 und Q2 verwendet wird. Diese zwei Leistungs-FETs speisen den Hochspannungstransformator T11. Der Ausgang des Hochspannungsgenerators T11 ist an die Ausgangs-Ports 68 und 70 gekoppelt, die den Spannungsvervielfacher im Röntgengenerator-Griff 12 speisen (vgl. 1 und 4).
  • Die an die Ports 68 und 70 gekoppelte Schaltung besitzt eine relativ große verteilte Kapazität, die über die Sekundärseite von T11 an die Primärseite von T11 als relativ große Kapazität gekoppelt ist. Wenn die Schaltung von Q1 auf Q2 oder zurück zu Q1 wechselt, lässt diese Kapazität den Primärkreis von T11 wie ein Kurzschluss aussehen, bis diese Kapazität geladen ist. Es muss deshalb eine Strombegrenzungsschaltung irgendeines Typs verwendet werden, damit der Schaltkreis ordentlich funktioniert. In der vorliegenden Erfindung wird der Induktor L2 als Begrenzungsinduktor verwendet. Wenn die Kapazität voll geladen ist, wird der plötzliche Stromwechsel durch den Induktor L2 begrenzt, und gespeicherte Energie wird über die Diode D4 in einen Kleinlastwiderstand R18 abgegeben. Falls es bei der Röntgengeneratorröhre 30 zu einer Lichtbogenbildung kommen sollte, werden höhere Übergangsspannungen durch die Diode D5 auf das rohe +160 VDC Signal begrenzt, das ausreicht, damit Übergangssignale ihre Energie streuen, ohne den FET Q1 und Q2 zu beschädigen. Einschlägige Fachpersonen erkennen, dass die Schaltung 60 auf der Isolierung des Transformators T11 und der Isolierung des Fadentransformators T10 (vgl. 4) beruht, wenn es darum geht, Verbindungen zwischen dem Benutzer und der Stromleitungsspannung zu verhindern.
  • Ein Kippgenerator U20 (vorzugsweise ein LM555) wird ebenfalls mit dem von Pin 7 von U1A gegebenen Belichtungstorsignal verbunden. Zu Anfang des Torsignals aktiviert U20 seinen Ausgang an Pin 3 und aktiviert einen kleinen Piepser und eine LED zur Anzeige der Belichtung. Die Ein-Zeit von U20 liegt bei etwa 0,5 Sekunden – genug, um gesehen und gehört zu werden, auch wenn die tatsächliche Belichtungszeit weniger als 0,01 Sekunden beträgt.
  • Behördliche Sicherheitsvorschriften und der gesunde Menschenverstand verlangen einen Totmannschalter im Steuerstromkreis eines Röntgengenerators. Das bedeutet, dass der Belichtungsschalter 38 der Bedienperson keine Röntgenstrahlung von der Röntgengeneratorröhre 30 erlaubt, wenn nicht gleichzeitig auch der Totmannfreigabeschalter 36 gedrückt ist. Dies wird mit einem gemeinsamen Relais 72 erreicht, das in Serie mit der +100 VDC-Leitung geschaltete Kontakte besitzt. Der Freigabeschalter 34 verbindet die +100 VDC Spannung über den Port 74 mit dem Induktor L2.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 4 ist die Schaltung 32 innerhalb des Griffes 12 des tragbaren Röntgengenerators in größerem Detail dargestellt. Der Hochspannungsschaltkreis 32 operiert mit 25 kHz und besitzt einen Spannungs-10-Tupler. Die Fadenschaltung operiert ebenfalls auf 25 kHz, und die Sekundärseite des Transformators T10 umfasst nur drei Windungen isolierten Drahts. Größe und Gewicht der Hochspannungsschaltung 32 sind relativ niedrig, damit der tragbare Röntgengenerator 10 der 1 von der Bedienperson einfach handzuhaben ist. Der Fadentransformator T10 benützt einen kleinen Ferritkern zur weiteren Reduzierung des Systemgewichts.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 57 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Röntgenaufnehmerhalters 24 dargestellt. Der Halter 24 umfasst einen horizontalen Abschnitt 80 und einen angehängten vertikalen Abschnitt 82. Der Röntgenaufnehmer 20 passt sicher in eine Aussparung, die an der Verbindungsstelle zwischen den Elementen 80 und 82 gebildet ist, wie dargestellt. Im vertikalen Element 82 ist ein Schlitz 84 ausgebildet, um die Verdrahtung 22 aufzunehmen, die dazu dient, den Röntgenaufnehmer 20 zu regeln und Informationen von diesem herunterzuladen, wenn der Aufnehmer 20 ein CCD-Element ist. Das horizontale Element 80 umfasst einen Längsschlitz 86 darin, um den Positionierstab 26 zu befestigen, der in die Kopplungsschlitze 28 der Röntgenröhre 14 eingreift. Die Verwendung des am Positionierstab 26 montierten Aufnehmerhalters 24 schafft automatisch einen perfekten Parallelismus zwischen dem Sensor 20 und dem tragbaren Röntgengenerator 10, wodurch Strahlausrichtungsprobleme aufgrund fehlerhafter vertikaler und horizontaler Winkelungen vermieden werden. Mit anderen Worten, der Sensor 20 steht immer im rechten Winkel zum Röntgenstrahl. Dies reduziert die vom Patienten infolge von Winkelfehlern absorbierte Röntgenbelastung durch die Eliminierung von Wiederholungen schlecht eingestellter Aufnehmer 20. Des weiteren sind der Halter 24 und der Strahlanpassungsarm 26 vom tragbaren Röntgengenerator 10 abnehmbar und können deshalb zur späteren Wiederverwendung autoklaviert werden.
  • Ein Aufnehmerhalter eines zweiten Ausführungsbeispiels wird in 89 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 24a markiert. Der Halter 24a umfasst einen horizontalen Abschnitt 80a und einen angehängten vertikalen Abschnitt 82a. Der horizontale Abschnitt 80a umfasst einen (nicht dargestellten) Längsschlitz zur Montage des Positionierstabs 26, der in die Kopplungsschlitze 28 der Röntgenröhre 14 eingreift. Der Röntgenaufnehmer 20 kann an der Verbindung zwischen den Elementen 80a und 82a angeordnet werden, wie dargestellt.
  • Ein (nicht dargestellter) Schlitz ist im vertikalen Element 82a gebildet, um die Verdrahtung 22 aufzunehmen, die dazu dient, den Röntgenaufnehmer 20 zu steuern und Informationen von diesem herunterzuladen, wenn es sich beim Aufnehmer 20 um ein CCD-Element handelt. Der Aufnehmer 20 wird mit Hilfe eines Gleitelements 88 auf der Stelle gehalten, das entlang der zu beiden Seiten des horizontalen Elements 80a gebildeten Bahn 790 läuft. Das Gleitelement 88 ermöglicht die Verwendung des Aufnehmerhalters 24 mit Röntgenaufnehmern 20 jeder Dicke. Da CCD-Aufnehmer unterschiedliche Dicken haben und alle viel dicker sind als Röntgenfilm, nimmt der Aufnehmerhalter 24a Aufnehmer jeder Größe auf.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 10 wird die Verwendung des tragbaren Röntgengenerators 10 in einer zahnmedizinischen Anwendung dargestellt, insbesondere die Herstellung einer Röntgenaufnahme eines Oberkieferzahns 90. In dieser Anordnung ist der Strahlanpassungsarm 26 im unteren Kopplungsschlitz 28 der Röntgenröhre 14 untergebracht. Dies ermöglicht dem Aufnehmer 20 und dem Aufnehmerhalter 24 die Positionierung im Mund des Patienten und sich aufwärts hinter dem Oberkieferzahn 90 zu erstrecken. Die entsprechende Positionierung für die Verwendung des tragbaren Röntgenapparats 10 mit einem Unterkieferzahn 92 ist in 11 dargestellt. In dieser Ausrichtung ist der Strahlanpassungsarm im oberen Kopplungsschlitz 28 der Röntgenröhre 14 eingeführt, so dass der Röntgenaufnehmer 20 sich abwärts hinter dem Unterkieferzahn 92 erstreckt.
  • Einer der Vorteile des handgehaltenen Röntgenapparats 10 der vorliegenden Erfindung ist dass die Tatsache der Tragbarkeit in einer Hand nicht nur die Benutzung durch den Röntgentechniker erleichtert, sondern auch die Transportierbarkeit des Apparats von einer Behandlungseinheit zur nächsten. Eine solche Tragbarkeit ermöglicht die Nutzung eines einzigen handgehaltenen Röntgenapparats 10 an mehreren unterschiedlichen Behandlungseinheiten, wodurch sich die Ausrüstungs- und Wartungskosten für den Eigentümer – also für Zahnärzte, Ärzte, Krankenhäuser, Tierärzte usw. – stark verringern. Bezug nehmend auf 12 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer zahnärztlichen Behandlungseinheit dargestellt, die einen tragbaren Röntgenapparat 10 der vorliegenden Erfindung umfasst. Ein Zahnarztstuhl 100 ist neben einer Zahnbehandlungseinheit 102 dargestellt, die alle Instrumente und Einrichtungen aufweist, die der Zahnarzt im Laufe einer Behandlung benötigt. Ein Gelenkarm 104 ist mittels einer geeigneten Verbindung 106 mit der Behandlungseinheit 102 verbunden. Alternativ dazu kann der Gelenkarm auch frei stehen und seine eigene (nicht dargestellte) Basis besitzen. Das distale Ende des Gelenkarms 104 umfasst einen Halterahmen 108, der geeignet ist, den tragbaren Röntgenapparat 10 abnehmbar festzuhalten. Die Stromversorgungs- und Steuerschaltungen 40, 60 des Röntgenapparats sind in einer geeigneten Box untergebracht, die sich auf der oder in der Behandlungseinheit 102 befinden kann. Ein Kabel 110 verbindet den tragbaren Röntgenapparat 10 mit diesen Schaltungen. Der Gelenkarm 104 hat eine Mehrzahl von beweglichen Verbindungselementen 112, welche die einstellbare Positionierung des tragbaren Röntgenapparats 10 im Verhältnis zum Patienten ermöglichen. Eine Reihe von Behandlungseinheiten, die gemeinsam einen tragbaren Röntgenapparat 10 benützen, kann auf unterschiedliche Art und Weise konfiguriert sein. Beispielsweise kann jede Behandlungseinheit ihren eigenen Gelenkarm 104 und Steuerschaltkreise 40, 60 besitzen, während ein einzelner tragbarer Röntgenapparat 10 und ein Kabel 110 von einer Behandlungseinheit zur nächsten getragen werden. Die Bereitstellung des Halterahmens 108 am Ende des Gelenkarms 104 ermöglicht eine rasche und bequeme Verbindung des tragbaren Röntgenapparats 10 mit der Ausrüstung der Behandlungseinheit. Alternativ dazu kann jede Behandlungseinheit mit einem Gelenkarm 104 und den Schaltungen 40, 60 ausgestattet sein, und der tragbare Röntgengenerator 10 wird als Einheit von Behandlungseinheit zu Behandlungseinheit getragen. Dies würde die Ausrüstungskosten des Eigentümers weiter reduzieren.
  • Wenn ein Gelenkarm 104 dazu verwendet wird, den tragbaren Röntgenapparat 10 während der Behandlung zu halten, kann anstelle der Freigabe- und Feuerschalter 36 und 38 auf dem Apparat 10 auch ein Fernbedienungs-Feuermechanismus verwendet werden. Ein solcher Fernbedienungs-Feuermechanismus kann am Apparat 10 fest verdrahtet sein, oder es kann sich um eine drahtlose Fernbedienung handeln, die mit Infrarot- oder niederfrequenten RF-Signalen funktioniert. Der Einsatz eines solchen Fernbedienungs-Feuermechanismus ermöglicht dem Bedienpersonal vor der Generierung von Röntgenstrahlen durch den tragbaren Röntgengenerator 10 das Verlassen des Raums. Als Alternative dazu kann der tragbare Röntgengenerator 10 von der Bedienperson auch verwendet werden, ohne den Raum zu verlassen, und zwar wegen der stark reduzierten Röntgendosis, die vom Röntgengenerator 10 generiert wird. In dieser Situation ist die Verwendung des Gelenkarms 104 optional, da die Bedienperson während der Benutzung den Röntgengenerator 10 einfach in seiner/ihrer Hand halten kann. Eine weitere Option besteht darin, dass das Kabel 110 in den Gelenkarm 104 integriert werden kann und an eine (nicht dargestellte) Steckverbindung innerhalb des Halterahmens 108 anschließt, so dass der tragbare Röntgengenerator 10 mit dem Halterahmen 108 gekoppelt sein kann, wobei die Steckverbindung 34 des tragbaren Röntgengenerators 10 am Ende des Kabels 110 mit der Steckverbindung zusammentrifft. Eine derartige Anordnung minimiert die Anzahl der an der Behandlungseinheit 102 exponierten Drähte.
  • Zwar wurde die Erfindung in den Zeichnungen und in der voranstehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben, doch ist dieselbe nur illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten.

Claims (11)

  1. Tragbarer Röntgenapparat, umfassend einen Röntgengenerator (10), wobei der Röntgengenerator eine Röntgenröhre (30) besitzt, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), das so konfiguriert ist, dass es mit einer Hand gehalten werden kann, eine in dem Gehäuse befestigte Röntgenröhre (30), eine Bündelungsröhre (14), die am Gehäuse befestigt und so positioniert ist, dass die Röntgenstrahlen in das proximale Ende der Bündelungsröhre emittiert werden, wenn die Röntgenröhre aktiviert ist, des weiteren ein Leitermittel, das sich zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Äußeren des Gehäuses erstreckt und bewirkt, dass eine externe Stromversorgung und eine Steuerschaltung mit der Röntgenröhre verbunden werden, wobei die Stromversorgung und die Steuerschaltung sich nicht innerhalb des Gehäuses befinden, des weiteren einen am Gehäuse angebrachten Freigabeschalter (36) und einen am Gehäuse angebrachten Feuerschalter (38), wobei die Röntgenröhre nur dann Röntgenstrahlen abgibt, wenn der Freigabeschalter und der Feuerschalter betätigt werden.
  2. Tragbarer Röntgenapparat nach Anspruch 1, des weiteren umfassend einen Bildaufnehmerhalter (24, 24a), der mechanisch mit der Bündelungsröhre verbunden ist, und einen Röntgenbildaufnehmer (20), der geeignet ist, von dem Halter gehalten zu werden.
  3. Tragbarer Röntgenapparat nach Anspruch 2, wobei der Röntgenbildaufnehmer ein Zeilensensor ist.
  4. Tragbarer Röntgenapparat nach Anspruch 2 oder 3, wobei das distale Ende (16) der Bündelungsröhre (14) eine Mehrzahl von Kopplungsschlitzen (28) aufweist und wobei der Halter (24, 24a) einen Positionierstab (26) besitzt, der geeignet ist, in jeden dieser Schlitze so einzugreifen, dass der Bildaufnehmer (20) am Röntgengenerator (10) festgemacht werden kann.
  5. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Halter (24a) ein erstes Element (80a) mit proximalen und distalen Enden aufweist und den Stab (26) aufnimmt, des weiteren ein zweites Element (82a), das am ersten Element am distalen Ende befestigt ist und sich quer zu diesem erstreckt, ein quer liegendes Gleitelement (88), das am ersten Element befestigt ist und dazu dient, auf diesem in Längsrichtung zu gleiten, wobei der Röntgenbildaufnehmer (20) zwischen dem zweiten Element und dem Gleitelement gehalten wird.
  6. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als Griff geformt ist, und wobei der Feuerschalter und der Freigabeschalter an dem Griff befestigt und so angeordnet sind, dass sie ausgelöst werden können, indem sie durch Ergreifen des Griffs mit einer einzelnen Hand gedrückt werden.
  7. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren umfassend eine Stromversorgungsschaltung, die dazu dient, eine Spannung zum Betrieb des Röntgengenerators zu erzeugen, und eine Reglerschaltung, die dazu dient, eine Belichtungszeit zu regeln und die mit dem Röntgengenerator mittels des Leitermittels verbunden ist, wobei die Reglerschaltung bewirkt, dass bei Betätigung des Freigabeschalters ein Aufwärmstrom an die Röntgenröhre angelegt wird, und wobei die Reglerschaltung die Stromversorgungsschaltung veranlasst, die Betriebsspannung zu generieren, wenn der Feuerschalter betätigt wird.
  8. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Leitermittel einen am Gehäuse (12) befestigten Multi-Pin-Steckanschluss (34) umfasst.
  9. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren umfassend ein Gestell (108), das geeignet ist, das Gehäuse zu halten, wenn dieses darin untergebracht ist, und Positionseinstellmittel (104, 106, 112), wobei die Position des Gestells bezüglich eines Patienten oder einer Patientin verstellbar ist.
  10. Tragbarer Röntgenapparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionseinstellmittel einen Gelenksarm (104) besitzt, wobei in den Gelenksarm ein Leitungskabel (110) und ein Leitungsstecker integriert sind und wobei der Multi-Pin-Steckanschluss (34) des Röntgengenerators zum Leitungsstecker am Ende des Leitungskabels passt.
  11. Tragbarer Röntgenapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Fernbedienungsempfänger, der mit der Stromversorgung und der Reglerschaltung verbunden ist, und einen Fernbedienungssender, der für die drahtlose Übertragung eines Freigabesignals und eines Belichtungssignals an den Fernbedienungsempfänger geeignet ist.
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