DE102005047050A1

DE102005047050A1 - Anordnung zur elektrisch leitenden Verbindung

Info

Publication number: DE102005047050A1
Application number: DE102005047050A
Authority: DE
Inventors: Andres Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: US20070093100A1; DE102005047050B4; US7497689B2

Abstract

Durch die Anordnung (2) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer um eine Drehachse (A) drehbaren Gantry (4) einer Strahlentherapieanlage, insbesondere eine Partikeltherapieanlage (7), und einem Ständer (6), ist eine Rotationsfreiheit der Gantry (4) ermöglicht. Die Verbindung erfolgt hierbei über einen kabellosen elektrischen Kontakt (8), der ein mechanischer Schleifkontakt (10) oder ein berührungsloser elektrischer Kontakt (22) ist. Bei einer feststehenden Gantry (4) ist der Ständer bevorzugt in Umfangsrichtung (U) der Gantry (4) verschiebbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer um eine Drehachse drehbaren Gantry einer Strahlentherapieanlage, insbesondere einer Partikeltherapieanlage, und einem Ständer.
Die Strahlentherapie, insbesondere die Partikeltherapie für die Behandlung von Krebserkrankungen, gewinnt heutzutage mehr und mehr an Bedeutung. Partikeltherapien sind beispielsweise eine Photonen- oder Ionentherapie, wobei die Ionentherapie mittels Protonen oder Schwerionen erfolgen kann. Eine Partikeltherapie wird insbesondere bei Patienten angewandt, bei denen die herkömmliche Röntgenbestrahlung nicht ausreichend genutzt werden kann, weil der Tumor entweder zu tief im Körper sitzt oder aber von empfindlichen Organen umgeben ist. Eine solche Therapie wird vorzugsweise mit Hilfe einer drehbaren Strahlenführung, einer sogenannten Gantry, durchgeführt.
In der Gantry sind eine Vielzahl elektrischer Komponenten und Verbraucher angeordnet, die einen erheblichen Strombedarf haben und die angesteuert werden müssen. Über Kabel werden Energieversorgungs-, Kontroll- und Datenleitungen zugeführt, was zu sehr langen Versorgungsleitungen und somit zu Einschränkungen der Beweglichkeit und der Arbeitsgeschwindigkeit der Therapieanlage führt.

Eine Anordnung zur Durchführung einer Protonentherapie ist beispielweise aus der WO 2004/026401 bekannt. Hierbei ist die Gantry in Richtung der Strahlenführung um eine Horizontalachse um einen Winkel zwischen 180° und 270° rotierbar bzw. drehbar gelagert. Die elektrische Versorgung erfolgt über ein Kabel, welches auf einer neben der Gantry angeordneten Kabeltrommel aufgerollt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen einer drehbaren Gantry und einem Ständer zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer um eine Drehachse drehbaren Gantry einer Strahlentherapieanlage, insbesondere einer Partikeltherapieanlage, und einem Ständer, wobei die Verbindung über einen kabellosen elektrischen Kontakt erfolgt.

Unter kabelloser elektrischer Kontakt wird hierbei eine Art Schleifringanordnung verstanden, bei der die elektrische Verbindung, insbesondere die elektrische Stromversorgung, über einen mechanischen Schleifkontakt über Bürsten oder Rollen oder auch über einen berührungslosen Kontakt erfolgt.

Der kabellose elektrische Kontakt dient hierbei insbesondere zur elektrischen Stromversorgung der Komponenten in der Gantry. Über den Kontakt wird alternativ auch eine Datenübertragung von und zu den Komponenten der Gantry vorgenommen.

Der Ständer ist derart ausgebildet, dass er in der Lage ist, elektrische Ströme oder Datensignale zu übertragen. Der Ständer erstreckt sich vorzugsweise nur teilweise über den äußeren Umfang der Gantry. Alternativ umschließt er diese umlaufend in Form eines Ringes oder einer Hülse. Hierbei sind bevorzugt an mehreren Stellen elektrische Kontakte vorgesehen.

Der grundsätzliche Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass sie eine absolute Rotationsfreiheit der Gantry gewährt, ohne dass die Gantry immer wieder in eine Mittelstellung gefahren werden muss. Es sind daher Drehbewegungen auch über 360° möglich. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit der Anordnung einer Kabeltrommel, so dass eine kompakte Bauweise vorliegt. Mit der kabellosen Verbindung sind insbesondere auch die Einschränkungen, die durch die feste Kabelverbindung gegeben sind, vermieden.

Vorzugsweise bilden mehrere Kontakte einen gemeinsamen Versorgungsstrang. Über diesen gemeinsamen Versorgungsstrang wird insbesondere die Stromversorgung einer, mehrerer und insbesondere auch aller elektrischer Verbraucher der Gantry bereitgestellt. Durch die Aufteilung auf mehrere Kontakte ist die über den einzelnen Kontakt zu übertragende Strommenge gering, so dass der einzelne Kontakt elektrisch wenig belastet wird und eine hohe Lebensdauer hat.

Bevorzugt ist der kabellose elektrische Kontakt umfangseitig der Gantry angeordnet, d.h. er erstreckt sich in Umfangsrichtung ringförmig um die Gantry. Bei einer Drehbewegung der Gantry werden somit unterschiedliche Bereiche des Kontakts belastet und eine punktförmige Belastung, die zu einem punktförmigen Abbrand des Kontakts führen könnte, ist vermieden.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der oder ein weiterer kabelloser elektrischer Kontakt stirnseitig der Gantry angeordnet. Ein stirnseitiger Kontakt zeichnet sich durch eine geringe Relativbewegung zwischen dem drehenden und dem feststehenden Kontaktelement aus. Dies führt zu einem geringen mechanischen Verschleiß im Falle von einem mechanischen Schleifkontakt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Gantry einen Komponententeil auf, in dem die meisten elektrischen Komponenten angebracht sind. An diesem Komponententeil erfolgt die oder eine zusätzliche kabellose elektrische Verbindung, so dass der elektrische Kontakt in möglichst unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern angeordnet ist. Somit können die elektrisch leitenden Verbindungen direkt zu den Verbrauchern hergestellt werden, ohne dass der Ständer sich über die ganze Länge der Gantry erstrecken muss. Es sind daher insbesondere mehrere elektrische Kontakte über die Gantry verteilt angeordnet, die jeweils in unmittelbarer Nähe der zu versorgenden Komponenten positioniert sind. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Anzahl und Länge der e lektrischen Versorgungsleitungen innerhalb der Gantry reduziert ist, und zwar im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der die Gantry zentral über lediglich eine Stelle elektrisch angebunden ist.

Zur Verminderung von punktförmigem Abbrand ist vorteilhafterweise der Kontakt bei einer feststehenden Gantry über den Ständer in Umfangsrichtung der Gantry verschiebbar. Dabei reicht lediglich eine geringe Versetzung des Ständers oder eines elektrisch leitenden Teils des Ständers in Umfangsrichtung der Gantry aus, um unerwünschte Einbrandstellen bei der Übertragung von Strömen hoher Stromdichte zu vermeiden. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine kontinuierliche Schwenkbewegung des Ständers, die punktförmige Berührungen über längere Zeit verhindert.

Beim Betrieb der Strahlentherapieanlage werden üblicherweise eine oder mehrerer bevorzugte Drehpositionen der Gantry, beispielsweise die 90° oder 180°-Drehpositionen (vertikale und horizontale Bestrahlung eines Patienten) eingenommen. Um an diesen Drehpositionen eine auch langfristig sichere elektrische Verbindung zwischen dem Ständer und der Gantry zu gewährleisten ist gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass die Schleifringanordnung an der oder den diesen Drehpositionen zugeordneten Positionen verstärkt ist. Durch diese Maßnahme wird daher an diesen definierten Drehpositionen der elektrische Kontakt dahingehend verstärkt, dass er verschleißsicherer ist. Dies geschieht beispielsweise durch eine größere Materialstärke und/oder eine Verbreiterung des Schleifrings in den definierten, lokal begrenzten Bereichen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der kabellose elektrische Kontakt ein mechanischer Schleifkontakt. Die elektrische Kontaktleistung bei einem mechanischen Schleifkontakt ist besonders einfach und betriebssicher. Unter mechanischen Schleifringe sind sowohl Bürsten oder Rollen aufweisende Schleifringe als auch Flüssigmetall-Anordnungen zu verstehen. Mechanische Schleifkontakte mit Bürsten oder Rollen zeichnen sich durch ihre kompakte Gestaltung und hohe mechanische Stabilität, sehr hohe Lebensdauer und großen Temperaturbereich aus. Flüssigmetall-Anordnungen zeichnen sich insbesondere durch ihre Verschleißfreiheit aus.

Gemäß einer weiteren zweckdienlichen Ausführungsform ist der kabellose elektrische Kontakt berührungslos. Als besonders geeignet habe sich optische, induktive und kapazitive Verbindungen erwiesen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch eine Strahlentherapieanlage, insbesondere eine Partikeltherapieanlage, sowie ein Verfahren mit einer solchen Anordnung zur elektrisch leitenden Verbindung. Die in den vorhergehenden Ansprüchen angegebenen Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf die Strahlentherapieanlage und das Verfahren zu übertragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
1 eine Anordnung mit mehreren Kontakten gruppiert in einem Versorgungsstrang,
2 eine weitere Anordnung mit mehreren Kontakten an unterschiedlichen Stellen der Gantry,
3 eine dritte Anordnung aufweisend eine induktive Verbindung, und
4 eine Gantry mit einem verschiebbaren Ständer.
Gleich wirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Anordnung 2 zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer um eine Achse A drehbaren Gantry 4 und einem Ständer 6 einer ausschnittsweise dargestellten Partikeltherapieanlage 7. Die Partikeltherapieanlage dient zur Strahlentherapie eines Patienten, insbesondere mit Hilfe von Schwerionen. Die elektrische Verbindung erfolgt kabellos über eine Anzahl von elektrischen Kontakten 8, die nach Art eines Schleifrings 10 mit dazugehöriger Bürste 12 ausgebildet sind. Die Schleifringe 10 umlaufen die äußere Umfangsseite der Gantry 4.
Die Schleifring-Kontakte 8 bilden einen Versorgungsstrang 14, der einen hinteren Komponententeil 16 der Gantry 4 elektrisch anbindet, in welchem beispielsweise ein zentrales System für die elektrische Versorgung der einzelnen elektrischen Komponenten der Gantry 4 (hier nicht angezeigt) angebracht ist. Die Gantry 4 weist außerdem einen mittleren Komponententeil 18 und einen vorderen Komponententeil 20 auf. Die meisten elektrischen Komponenten 20 befinden sich üblicherweise im vorderen Komponententeil und sind mittels innerer Versorgungsleitungen mit dem zentralen System für elektrische Versorgung verbunden.
In 2 ist eine Gantry 4 dargestellt, die über mehreren Schleifring-Kontakte 8 an mehreren Stellen umfangsseitig und stirnseitig an einen Ständer 6 elektrisch angebunden ist. Der Ständer 6 ist zweiteilig ausgebildet. Die Schleifring-Kontakte 8 sind in drei Versorgungsstränge 14a, 14b, 14c gruppiert. Über den ersten Versorgungsstrang 14a wird der hintere Komponententeil 16 der Gantry elektrisch versorgt.
Der zweite Versorgungsstrang 14b verbindet elektrisch ebenfalls den hinteren Komponententeil 16 der Gantry 4 mit dem Ständer 6, jedoch stirnseitig. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass wegen der geringeren Relativbewegung zwischen den Kontaktelementen (Bürste 12 und Schleifring 10) diese mechanisch weniger abgenutzt werden. Der dritte Versorgungsstrang 14c ist im Bereich des vorderen Teils 20 der Gantry 4 angeordnet, wo die meiste Energie gebraucht wird, so dass zumindest einige der elektrischen Komponenten dort direkt mit Strom versorgt werden. Die elektrische Anbindung erfolgt so mit verteilt über die Gantry 4 jeweils in möglichst unmittelbarer Nähe der zu versorgenden Komponenten.
3 zeigt die Anordnung 2 zur elektrisch leitenden Verbindung über einen Versorgungsstrang 14 und einen berührungslosen Kontakt 22. Der berührungslose Kontakt 22 findet im Bereich des mittleren Teils 18 der Gantry 4 statt und erfolgt induktiv über einen stationären Sender 24 und einen mit der Gantry mitrotierenden Empfänger 26, wobei der Sender gleichzeitig auch Empfänger sein kann sowie der Empfänger auch Sender. Hierdurch ist ein bidirektionaler Datentransfer bzw. Leistungstransfer ermöglicht.
Um bei einer feststehender Gantry 4 mit mindestens einem umlaufenden Schleifring 10 eine punktförmige Stromübertragung zu vermeiden, die zum Abbrand führen kann, ist der Ständer 6 verschiebbar ausgebildet. Dies ist in 4 in der rechten Bildhälfte schematisch angedeutet. Hierin ist der Ständer 6 in einer etwa um 60° in Umfangsrichtung U verschobenen Position gestrichelt dargestellt. Drei umfangseitig der Gantry 4 in einer Reihe angeordneten Bürsten 12 schleifen auf den Schleifring 10 und stellen somit die elektrisch leitende Verbindung her. Im Betrieb führt der Ständer 6 eine Schwenkbewegung aus, so dass die Bürsten 12 sich in Umfangsrichtung U der Gantry 4 verschieben, ohne dabei den Kontakt 8 zu unterbrechen. Bevorzugt wird der Ständer 6 im Betrieb dauernd hin- und hergeschwenkt, insbesondere wenn die Gantry 4 in einer festen Drehposition verharrt. Alternativ zu der Schwenkbewegung in Umlaufrichtung U wird der Ständer 6 in Längsrichtung parallel zur Drehachse A verschoben.

Claims

Anordnung (2) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer um eine Drehachse (A) drehbaren Gantry (4) einer Strahlentherapieanlage, insbesondere einer Partikeltherapieanlage (7), und einem Ständer (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung über einen kabellosen elektrischen Kontakt (8) erfolgt.
Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Kontakte (8) für einen einzigen Versorgungsstrang (14, 14a, 14b, 14c) vorgesehen sind.
Anordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (8) umfangseitig der Gantry (4) angeordnet ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (8) stirnseitig der Gantry (4) angeordnet ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (4) über den elektrischen Kontakt (8) an einem Komponententeil (20) kontaktiert ist, in dem in unmittelbarer Nähe zum elektrischen Kontakt (8) eine elektrische Komponente angeordnet ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (8) mittels des Ständers (6) in Umfangsrichtung (U) der Gantry (4) verschiebbar ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (8) für zumindest eine definierte Drehstellung der Gantry (4) verstärkt ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (8) ein mechanischer Schleifkontakt (10) ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kabellose elektrische Kontakt (8) berührungslos ist.
Strahlentherapieanlage, insbesondere eine Partikeltherapieanlage (7) mit einer Anordnung (2) zur elektrisch leitenden Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Gantry (4) einer Strahlentherapieanlage mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.