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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Röntgenvorrichtung zur panoramischen Tomographie, welche eine
Röntgenquelle aufweist sowie eine
Röntgenstrahlerfassungseinrichtung und mit einem Bewegungsmechanismus
zur Steuerung der Bewegungen zur panoramischen
Abbildung versehen ist, und zwar einschließlich Translation
und Rotation der Röntgenquelle und der
Erfassungseinrichtung bezüglich eines zu untersuchenden Objekts.
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Bei bekannten panoramischen Röntgenvorrichtungen zur
dentalen Fotografie, beispielsweise gemäß der EP-A-0
035 307 und der DE-A-30 05 204, wird der Röntgenstrahl
um den Kopf des Patienten gedreht, und zwar auf eine
solche Art und Weise, daß der Zahnbogen als ein
flaches Bild auf einem sich bewegenden Film fotografiert
wird.
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Um eine scharfe Abbildung des Objekts zu erhalten und
um die Strukturen vor und hinter dem Objekt durch
"verschleiern" aus dem Fokus unsichtbar zu machen,
wird die Quergeschwindigkeit des Films bezüglich des
Röntgenstrahls gleich gehalten zu der
Schwenkgeschwin
digkeit des Röntgenstrahls in dem Objekt, und zwar
unter Berücksichtigung des Vergrößerungsverhältnisses.
Die Vergrößerung wird durch das Verhältnis des
Abstandes zwischen dem Fokuspunkt bzw. Brennpunkt und dem
Film sowie dem Abstand zwischen dem Fokuspunkt und dem
Objekt ermittelt.
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Die Dicke der scharf fotografierten bzw. abgebildeten
Schicht ist direkt proportional zu dem Abstand des
momentanen Zentrums der Rotation der Objektebene und
umgekehrt proportional zu der Vergrößerung und der
Breite des Röntgenstrahls. Aus dem Gesichtspunkt
heraus betrachtet, wie das Objekt repräsentiert wird, ist
ausschließlich wichtig, wie der Fokuspunkt des
Röntgenstrahls, das Objekt und die Filmebene zueinander
ausgerichtet sind.
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Um ein orthogonales Radiogramm der Zähne und des
Kiefers zu realisieren, wird bei panoramischer
Röntgentomographie-Ausrüstung typischerweise ein dünner
Röntgenstrahl erzeugt, welcher die entscheidenden Teile
eines Patienten durchdringt, und es werden
beispielsweise der Anodenstrom und die Anodenspannung einer
Röntgenquelle gemäß den Eigenschaften des Patienten
gesteuert, während der Röntgenstrahl um den Patienten
rotiert wird, und zwar entlang einer derartigen Bahn,
daß der Röntgenstrahl den Kiefer und die Zähne so
senkrecht wie möglich trifft. Aus diesem Grund wird
das Rotationszentrum des Röntgenstrahls normalerweise
während der Röntgenemission einer Translationsbewegung
unterzogen, entweder in eine beschränkte Anzahl von
festen Positionen oder kontinuierlich entlang eines
voreingestellten Pfades. Diese Translation wird
normalerweise mittels einer Nockensteuerung oder eines
entsprechenden Mechanismus erreicht. Dies bedeutet, daß
drei verschiedene kinematische Achsen in die Bewegung
des Röntgenstrahls mit einbezogen sind nämlich: Der
Rotationswinkel und die zwei kartesischen Koordinaten
X und Y des Zentrums der Rotation. Ein Film und eine
Filmpatrone, welche sich bezogen auf eine Röntgenröhre
auf der gegenüberliegenden Seite des Patienten
befinden, werden mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt,
daß eine gewünschte Schicht des Kinnknochens des
Patienten und des dentalen Systems scharf auf dem Film
abgebildet werden.
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Es ist auch bekannt, einen separaten Motor für die
Bewegung der Filmpatrone zu verwenden; normalerweise
ist dies ein Motor mit konstanter Geschwindigkeit und
das Übersetzungsverhältnis der Filmpatrone wird
mittels einer durch die Rotationsbewegung zur Verfügung
gestellten Zwangssteuerung mechanisch verändert.
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Ein Nachteil der bekannten Steuersysteme, welche auf
mechanisch miteinander verbundenen
Bewegungsgeschwindigkeiten basieren, ist, daß das Verhältnis dieser
Bewegungsgeschwindigkeit mechanisch festgelegt ist und
nicht in verschiedene Belichtungszustände verändert
werden kann; aus diesem Grund kann nur ein Typus von
Kieferprofil mit diesen Vorrichtungen scharf
fotografiert werden. Wie bekannt ist, sind menschliche Kiefer
sehr unterschiedlich und es war aus diesem Grund
not
wendig, bei den bekannten Vorrichtungen Kompromisse
einzugehen, beispielsweise in der Art, daß ein
sogenanntes Durchschnitts-Kieferprofil in der
fotografierten, scharfen Schicht verwendet wurde, um verschiedene
Kiefer zumindest zufriedenstellend fotografieren zu
können.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, ist in einer
weiteren bekannten Ausführungsform ein separater
Transportmotor für die Filmpatrone vorgesehen, dessen
Geschwindigkeit wie oben beschrieben durch eine Steuerung
mittels der Rotationsbewegung verändert werden kann,
jedoch auch separat, so daß die scharf fotografierte
Schicht, wenn es gewünscht wird, innerhalb bestimmter
Grenzen verändert werden kann, und somit eine
panoramische Fotografie von jedem Kieferprofil so gut wie
möglich erreicht werden kann.
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Bei der zuletzt genannten Einrichtung, bei welcher die
Rotationsbewegung und die Bewegung der Filmpatrone
ihre eigenen Motoren besitzen, weist der
Rotationsbewegungsmotor eine konstante Geschwindigkeit auf. Aus
diesem Grund war es nur durch verändern der
Geschwindigkeit der Filmpatrone möglich, die scharf
abgebildete Schicht durch verändern der Geschwindigkeit der
Filmpatrone zu verändern. Dieses Verfahren hat die
unvermeidliche Konsequenz, daß die Belichtungszeit
sich direkt proportional zu der
Transportgeschwindigkeit der Filmpatrone verändert und das Bild nicht
gleichmäßig belichtet wird; statt dessen kommt es zu
helleren und dunkleren Streifen, welche abhängig davon
sind, in welche Richtung die scharf abgebildete
Schicht bezüglich der mittels des mechanischen Systems
festgelegten Grundform korrigiert worden ist. In
ähnlicher Weise war es bei diesen bekannten Systemen mit
zwei separaten Motoren nicht möglich, die notwendige
Korrektur durchzuführen, um die durch die
Halswirbelsäule verursachte Absorption der Strahlung zu
kompensieren, weil immer mindestens einer Motoren eine
konstante Geschwindigkeit aufweist. Aus diesem Grund wird
eine Kompensation dadurch eingeführt, daß die
Intensität des Röntgenstrahls verändert wird, weil jedoch
eine Miliampere-Regulierung, mit welcher die
Intensität gesteuert wird, aufgrund der Eigenschaften des
Glühfadens der Röntgenröhre zu langsam ist, muß die
Intensität durch das Verändern der Anodenspannung der
Röntgenröhre verändert werden. Abhängig von den
Eigenschaften des Patienten und der verwendeten
Verstärkungsbildschirme wird der maximale geeignete Kontrast
mit einer bestimmten Anodenspannung erreicht; ein
Abweichen von dieser Spannung ergibt einen schlechteren
Kontrast. Aus diesem Grund wird bei einer Vorrichtung,
wie sie in der EP 215757 beschrieben ist, ein
Steuersystem auf der Basis von Steuerdaten und einem darauf
gespeicherten Programm eingeführt, welches zur
Steuerung sowohl der Geschwindigkeit eines Motors für die
Drehbewegung eines Arms als auch für die
Geschwindigkeit eines Motors zum Filmtransport und der Verteilung
dieser Geschwindigkeiten während einer
Belichtungssequenz unabhängig voneinander vorgesehen ist, um
scharfe Bilder mit einer geeigneten Belichtungszeit beim
Fotografien von dentalen System mit sich verändernden
Größen und Formen mit einer panoramischen Vorrichtung
zu erreichen. Die Verwendung einer mechanisch
festgelegten Bewegung durch den Motorantrieb des Armes
beschränkt jedoch noch immer eine genaue panoramische
Abbildung.
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Um diese Einschränkung zu vermeiden, werden alle
Bewegungen von einem individuellen Motor angetrieben,
wobei die Bewegungen durch Daten gesteuert werden,
welche von einem Mikrocomputer zugeführt werden.
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Aufgrund der Tatsache, daß alle Bewegungen innerhalb
der Vorrichtung individuell motorgetrieben sind,
treten keine Einschränkungen für das Verfolgen der am
besten geeigneten Kurve zur Abbildung in Erscheinung.
Es wird angemerkt, daß eine motorgetriebene
Vorrichtung für sich aus der EP-A-0 035 307 bekannt ist, dort
wird jedoch Information verwendet, welche durch das
Beißen des Patienten eingeleitet wird, was
selbstverständlich immer ein Risiko von schlechtem Komfort für
den Patienten beinhaltet und bei zahnlosen Patienten
nicht verwendet werden kann. Zusätzlich entspricht die
Kurve, welche durch eine solche Vorrichtung im
Fokuspunkt abgebildet wird, der Kontur der Okklusions-
Ebene, welche sich an der Beißlinie der Zähne
befindet. Tatsächlich wird jedoch in der dentalen
panoramischen Radiographie das Abbilden der Kontur an der
Zahnwurzel-Ebene benötigt, wobei diese Kontur
unterschiedlich von derjenigen an der Okklusal-Ebene ist,
und zwar aus Gründen der Neigung der Wurzel. Das
Steuersystem, wie es in der EP-A-0 035 307 beschrieben
ist, ist jedoch bei der Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung anwendbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das
Steuersystem so strukturiert, daß es Positionen von sich
bewegenden Teilen steuert, und zwar momentan und
kontinuierlich durch Übertragen von vorbestimmten
Bewegungsschritten der Motorantriebe. Mit einem solchen
Steuersystem kann jede Kurve für das Abbilden verfolgt
werden, und zwar ohne die Verwendung eines mechanischen
Nockenstößels oder ähnlichem.
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Die Antriebsmotoren sind vorzugsweise Schrittmotoren,
so daß digitale Daten direkt für die Steuerung
derselben verwendet werden können, ohne daß eine
Signalumwandlung oder irgendeine Positionsrückmeldung zur
Regulierung der Bewegungen erfolgen muß. Alternativ
können auch Gleichstrommotoren mit Decodierungssystemen
verwendet werden, und zwar mit einer eventuell höheren
Zuverlässigkeit der Bewegungssteuerung.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile (30,34) des Bewegungsmechanismus
(20,30,34) zur Durchführung der Translationsbewegung
in den zwei separaten, unabhängigen Richtungen (X, Y)
jeweils zwei Linearführungen (32,37) angeordnet sind,
welche voneinander mit einem solchen Abstand
angeordnet sind, der einem Durchmesser der Zirkularführung
(22) entspricht, und daß die Motoren (25,35,38) zur
Durchführung der Translations- und Rotationsbewegungen
mit bewegbaren Teilen des Bewegungsmechanismusses
(20,30,34) mittels Riemen (28,36,39) verbunden sind.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen, in welchen einige Ausführungsformen
dargestellt sind, detailliert beschrieben. In den
Zeichnungen:
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Fig. 1 zeigt zur Hintergrundinformation eine
Projektion, welche mit einem Steuerungssystem gemäß
der Erfindung beherrscht werden kann,
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Fig. 2 zeigt einen zentralen, vertikalen Schnitt
einer Vorrichtung, welche mit individuellen
Motorantrieben und an einem Steuerungssystem
gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist,
und
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystemes
gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Fotografie-Geometrie und -
Projektion, welche mit der Vorrichtung gemäß der
Erfindung durchgeführt wird, und zeigt eine Röntgenröhre
2 mit einem Fokuspunkt bzw. Brennpunkt F, welcher in
sieben verschiedenen Positionen der Röntgenröhre mit
den Bezugszeichen F&sub0; bis F&sub6; dargestellt ist. Die
Röntgenröhre 2 überträgt einen Röntgenstrahl durch Zähne T
und einen Kieferknochen L auf einen Film 4 entlang
einer Linie a. Das Durchtreten des Röntgenstrahls ist
ebenfalls in sieben verschiedenen Richtungen a&sub0; bis a&sub6;
dargestellt, welche als Positionen 20 bis 26 für den
Film 4 angegeben sind. Mit einer Endposition des
Brennpunktes fällt eine Position 26 des Films
zusammen. Verbindungen des Kieferknochens L sind mit J
markiert.
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In einem vorderen Bereich eines Zahnbogens, welcher
durch den Raum zwischen den Strahlen a&sub0; und a&sub1;
repräsentiert wird, rotiert ein Arm (wie z. B. Arm 10 in
Fig. 2), welcher die Röntgenröhre 2 an seinem einen
Ende und das Filmblatt 4 an seinem anderen Ende trägt,
in einer horizontalen Ebene um eine vertikale Achse
O&sub2;. In einem Bereich zwischen den Strahlen a&sub2; und a&sub4;
bewegt sich der Mittelpunkt der Rotation im Normalfall
sanft entlang einer gekrümmten Linie zu der vertikalen
Achse O3, wonach die vertikale Achse sich weiter von
der zentralen Achse a&sub0; weg bewegt. Durch diese
Geometrie wird die Orthogonalität der Repräsentation mit
hoher Genauigkeit verwirklicht, außer in dem vorderen
Zahnbogenbereich, in den seitlichen Bereichen und auch
in dem hinteren Teil des Kieferknochens L bis zu den
Verbindungen J. Die Vergrößerung sollte auch in dem
gesamten Abbildungsfeld konstant sein; dies wird
beispielsweise durch die Tatsache bewiesen, daß der
Abstand B&sub0; zu B&sub5; des Films von der fotografierten
Schicht über den gesamten Pfad konstant sein sollte.
Falls der Abstand B&sub0; zu B&sub5; konstant ist, sollte es
möglich sein, den Film 4 näher zu einem Patienten zu
bringen, um das Vergrößerungsverhältnis reduzieren zu
können und zwar ohne das Risiko, daß die Filmpatrone
den Patienten trifft. Dies ist eines der Merkmale
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt schematisch einen Mechanismus für
panoramische Bewegungen gemäß der Erfindung. Ein Arm 10
trägt eine Trageinrichtung 12 für die Röntgenröhre 2
mit dem Brennpunkt F auf einer Seite und einer
Trageinrichtung 13 für eine
Röntgenstrahlentdeckungseinrichtung 14 auf einer gegenüberliegenden Seite. Die
Röntgenstrahlentdeckungseinrichtung ist als ein
Filmblatt 4 dargestellt, welches in einer Filmpatrone 16
eingelegt ist, welche mit einem Antriebsmotor 18 für
den Patronentransport versehen ist. Der Arm 10 ist an
einem Wagen 20 beispielsweise mittels einer
Zirkularführung bzw. -lager 22 aufgehängt. Der Wagen 20 ist
mit einem Arm 25 mittels eines Riemens 28 verbunden,
welcher die Rotation des Armes um die Achse 27
ermöglicht, wobei die Achse, wie im Folgenden noch erklärt
werden wird, bezüglich eines zu untersuchenden
Patienten P eine bewegliche Position aufweist.
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Der Antriebsmotor 25 ist an einem Wagen 30 angebracht,
welcher über eine Linearführung 32 an einem weiteren
Wagen 34 gelagert ist, so daß der Wagen 30 zusammen
mit dem Antriebsmotor 25 eine lineare Bewegung
ausführen kann, welche bezüglich des Wagens 34 als y-
Richtung erkannt wird, und zwar mittels eines Riemens
36, welcher durch einen an dem Wagen 34 angebrachten
Motor 35 angetrieben wird.
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Auf ähnliche Art und Weise ist der Wagen 34 mit der
Hilfe eines Lagermechanismus 37 gelagert, um eine
lineare Bewegung in einer Röntgenstrahlrichtung des
Wagens 34 bezüglich eines Tragarms 40 zu ermöglichen.
Für diese Bewegung ist der Wagen 34 über einen Riemen
39 mit einem Antriebsmotor 38 verbunden, welcher fest
an dem Tragarm 40 angebracht ist. Der Tragarm 40 ist
an einer Säule 42 gleitend aufgehängt, so daß der Arm
10 mit der Röntgenröhre 2 und der
Entdeckungseinrichtung 14 in einer vertikalen Richtung senkrecht zu der
x- und y-Richtung zum Zwecke der Positionierung des
Abbildungssystems an der Größe eines Patienten P
bewegt werden kann. Die Säule 42 bildet den festen Teil
der Vorrichtung.
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Fig. 3 zeigt ein Schema für ein Steuerungssystem für
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung. Das Schema zeigt
einen Mikrocomputer 50, welcher in verschiedene
Mikroprozessoren auf verschiedenen Schaltplatten aufgeteilt
werden kann, falls dies für eine rationelle
Architektur von verschiedenen operativen Aufgaben der
Ausrüstung geeignet ist. Mit dem Mikrocomputer 50 sind eine
Röntgenstrahlgenerator 52, vorzugsweise von einem
Hochfrequenz-Umwandlungstyp, für die Röntgenröhre 2,
eventuell eine externe Datenübertragungsleitung 53 zum
Verbinden des Systems mit einem alleinstehenden
Computersystem und ein Verbindungsbus 55 zu dem System
verbunden, sowie ein nicht löschbarer Speicher 56, eine
Anzeige 58, z. B. eine alphanumerische Gasentladungs-
Anzeige und eine Tastatur 60. Die nicht löschbaren
Speicher können entweder in einem einzelnen
integrier
ten Schaltkreis kombiniert werden, wobei verschiedene
Logikbereiche des Speichers einer operativen
Programmsoftware und den Datentabellen zugeteilt werden,
oder es können verschiedene Teile von integrierten
Schaltkreisen für operative Software und/oder
Datentabellen verwendet werden. Zu dem Mikrocomputer 50 ist
ein weiterer Speicher 62, vorzugsweise ein elektrisch
programmierbarer Festspeicher hinzugefügt, welcher
Betriebssoftware und kinematische Profildaten enthält.
Von der Software und den Datentabellen können Signale
für eine direkte Aktivierung der Motorantriebe 64 bis
67 für die Motoren 25, 35, 38 und 18 übernommen
werden. Der Röntgengenerator ist mit einer Hauptquelle 70
sowie mit Steuersignalen, wie z. B. Diagnosesignalen
digital oder analog, verbunden und kann zwischen dem
Mikrocomputer 50 und dem Röntgengenerator 52 in
Betrieb sein. Der Bus 55 sammelt Signale von
verschiedenen An/Aus-Sensoren in dem System, wie z. B. Rückstell-
Mikroschalter, und Meßbereichsmikroschalter-Frequenzen
von Kassettenschalter, Auswahl von
Röntgenstrahlröhrenköpfen und Kollimatorpositionen, wie z. B. zur
Auswahl von orthoralischen und kephalografischen
Abbildungen.