CN100374081C - 带有可机械式调节的制动器的c形臂式x射线装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于C形臂式X射线装置的可机械式调节的制动器，其通常由制动手柄和偏心的轴支撑件组成，当利用手柄转动偏心的轴支撑件时，其促动凸轮并将制动块压入到C形臂中。这样在施加制动时就会限制C形臂的运动。制动机构具体地包括制动手柄、制动杆、安装在制动杆上的凸轮，以及具有与凸轮接合的第一端和具有制动块的第二端的冲杆。制动手柄用于旋转制动杆和凸轮，凸轮向下推动冲杆，制动块与C形臂相接合。制动机构还包括冲杆支撑件和弹簧，当促动制动块时弹簧被压缩，而当释放制动块时弹簧解除压缩，从而允许C形臂运动。制动杆通过偏心的轴支撑件与制动手柄相连。
Description
技术领域
本发明大体上涉及X-射线成像系统以及与这种诊断X-射线系统一起使用的装置的领域。更具体地说，本发明涉及C形臂式成像系统的领域，其包括新颖且改进的轨道式制动机构，用于通过使用单个轭架来将C形臂相对于轭架固定住，并可在不拆开C形臂的情况下获得轨道制动的磨损补偿。
背景技术
经常需要通过定位X-射线设备来对病人进行X-线检查，从而获得所关注区域的从几个不同位置观察到的大量不同图像。同样希望能够不需要病人重新定位就能实现上述目的。现已研制出如图1所示的可动C形臂式X-射线诊断装置来满足这些需求，这在医学和外科领域已众所周知。C形臂式X-射线机特别有用，这是因为其足够小和可以移动以处于手术或检查位置，不需要医生反复移动或要求病人改变位置以得到适当的图像。然而，这种使用还需要设备本身频繁地移动并重新定位。
C形臂式成像系统广泛应用于医学领域。其应用实例包括外科手术过程中的骨密度测量和荧光检查成像。用语“C形臂”指大致C形的部件，其具有安装在C形臂的相对端处的X-射线源和图像接收器或检测器。通过这种方式，由射线源发出的X-射线入射在检测器上并被其检测到。X-射线源和检测器定位成使得例如当人的肢体插入到X-线源和图像接收器之间并因此将肢体暴露在X-射线的辐射下时，接收器会产生表示了所插入肢体的特征的数据。然后将所产生的数据显示在监视器上并通过电子手段保存下来。
通常将机器的C形臂部分安装成使其具有两个自由度。首先，将C形臂轨道可滑动地安装在C形臂支架或轭架上，使其可相对轭架移动。这使得X-射线源和图像接收器可绕C形臂轨道的曲线弧旋转运动。其次，C形臂的支撑件允许C形臂绕其轴线旋转。可动C形臂机器还具有可沿地面水平地自由运动的第三自由度，以及可升起或降下C形臂的第四自由度。
为了产生医生所需要的图像，必须精确地定位C形臂式X-射线设备。令人遗憾的是，支撑结构的重量使得C形臂的定位非常困难。因此，希望在C形臂和C形臂的支撑件以及在C形臂轨道之间设计摩擦阻力源。
同样还希望平衡C形臂、X-射线源、X-射线检测器和轭架，使得仅需要较小的体力就可绕轨道旋转轴线和侧向旋转轴线来使C形臂运动。它的一种实现方式是设计C形臂使其质心尽可能接近轨道和侧向旋转轴线。几乎平衡的C形臂还只需要较小的制动力来将其锁定。
现有装置通常设有一种只能通过打开轭架来调节的C形臂制动器。这些装置中的一些实际上需要双件式轭架。本发明的装置消除了对双件式轭架的需求，并进一步消除了在拆开轭架和推动制动器时对停工时间的需求。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供这样一种C形臂制动器，其允许使用单件式轭架并考虑了磨损补偿，而且提高了制造的简单性并降低了成本。本发明的另一目的是允许不需要拆开即可调节制动器。本发明的另一目的是提供一种可调节制造误差的装置。本发明的另一目的是提供需要较少的部件且易于制造的这样一种装置。本发明的另一目的是提供整体上美观且无菌的装置。
本发明的装置实现了这些目的。它设有插入在C形臂式X-射线机的支撑臂和C形臂之间的轭架，其提供了对C形臂的支撑并允许使用单件式轭架。本发明的装置还提供了对制动器的多种不连续调节，不需要拆开轭架。本发明还提供了可调节微小制造误差的装置。本发明的装置除了美观之外，而且结构也相对简单，并且容易操作。在下面的描述中将阐述本发明装置的其它目的和优点。可通过本发明的实践来了解其它的目的和优点。
特别是，提出一种C形臂式X-射线装置，包括：可动的支撑底座；可垂直伸长的柱体；具有第一端和第二端的可伸长的横臂，所述第一端可滑动地连接在所述可垂直伸长的柱体上；具有第一端和第二端的支撑臂，所述第一端连接在所述横臂的第二端上；具有第一端和第二端的轭架，所述第一端连接在所述支撑臂的第二端上；连接在所述轭架的第二端上的C形臂；可禁止或允许运动的制动机构，其包括：制动手柄，制动轴，所述制动轴利用偏心的轴支撑件与所述制动手柄相连，凸轮，和具有与所述凸轮相接合的第一端和与制动器相连的第二端的冲杆；X-射线源；图像接收器；其中所述图像接收器和所述X-射线源安装在所述C形臂的相对端上。
还包括：制动器由制动手柄操作，制动手柄位于所述轭架之外并且所述轭架具有中空的内部部分，其中凸轮安装在所述制动轴上；位于所述冲杆端部的制动块；安装在所述轭架内的冲杆支撑件，其具有允许所述冲杆穿过的开口；位于所述凸轮和冲杆支撑件之间的弹簧；其中在操作所述制动手柄时，所述制动手柄使所述制动轴转动，这又使所述凸轮转动，然后所述凸轮推动所述冲杆，压缩所述弹簧并将所述制动块压在所述C形臂上。
所述制动手柄用于使所述制动轴和凸轮转动，所述凸轮向下推动所述冲杆，所述制动器与所述C形臂接合。
凸轮缠绕在所述制动轴上，其中C形臂还包括：设计成可安装在所述轭架的壁之间的冲杆支撑件，其为所述轭架提供了扭转支撑；和弹簧，当促动所述制动块时所述弹簧被压缩，而当释放所述制动块时，所述弹簧解除压缩，从而允许所述C形臂运动。
也提出一种制动机构，其用于或允许或禁止C形臂式X射线成像机的C形臂产生运动，所述制动机构包括：制动手柄；与所述制动手柄相连的制动轴；通过偏心的轴支撑件而安装在所述制动轴上的凸轮；具有与所述凸轮相接合的第一端和与制动块相连的第二端的冲杆；具有可允许所述冲杆通过并运动的开口的冲杆支撑件，所述冲杆设计成可安装在所述轭架的壁之间，并为所述轭架提供了扭转支撑；弹簧，当促动所述制动块时所述弹簧被压缩，而当释放所述制动块时所述弹簧解除压缩，从而允许所述C形臂运动。
附图说明
图1是根据本发明的装置构造的C形臂式X-射线机的正面右上方透视图。
图2是根据本发明构造的轭架和制动机构的正面左上方透视图，显示了制动手柄和偏心的轴支撑件的放大视图。
图3是图2所示的轭架和制动机构的进一步放大的正面左上方的局部剖开的透视图。
图4A是制动机构的进一步放大的左视图，其中偏心的轴支撑件处于其最低位置。
图4B是图4A所示的制动机构的另一左视图，显示了偏心的轴支撑件的处于中间范围内的一个位置。
图4C是图4A和4B所示的制动机构的另一左视图，其中显示了偏心的轴支撑件的最远端或最深的冲杆位置。
图5是根据本发明构造的偏心的轴支撑件的正面左上方透视图。
图6是图5所示的轴支撑件的左视图。
图中各标号的说明如下：10C形臂式X-射线成像机；12X-射线源；14图像接收器；20轭架；30支撑臂；40垂直柱体；50横臂；51横臂的第一端；52横臂的第二端；60支撑底座；100C形臂；200可机械式调节的制动器；210制动手柄；212制动杆；220偏心的轴支撑件；221内偏心轴的中心；222内轴；223外轴的中心；224轴的外周边；225轴上的平行凹槽；230凸轮；231凸轮的第一边缘；232凸轮角部；233凸轮的第二边缘；240冲杆；242冲杆的第二端；243冲杆第一端处的凸缘；250冲杆支撑件；260弹簧；261弹簧的第一端；262弹簧的第二端；270制动块。
具体实施方式
下面的详细介绍将描述附图所示的优选实施例。应当理解，可对所详细介绍的内容进行一些变化，其仍属于本发明的范围内。
现在详细地参考附图，在所有图中相同的标号表示相同的元件，图1显示了例如本发明所用的成像系统的基本部件。通常说来，由标号10表示的C形臂式X射线成像机由以下部件组成：X-射线源12、图像接收器14、图像处理系统、显示和观察系统、高压发生器和控制单元。用于X射线研究的病人(未示出)或其它物体置于X-射线源12和接收器14之间。
X-射线源12最好包括X-射线管和高压发生器。高压发生器与可调节的高压电源相连，其能产生约-70千伏到-120千伏的电压。
在操作X-射线系统时，带电的粒子束撞击目标并产生X-射线光子。X-射线光子穿过校准仪并形成X-射线束。X-射线束具有与X-射线检测器的有效面积的中心基本上对齐的轴线。穿过病人的X-射线被检测，然后被处理以进行一定形式的解释。检测和记录系统通常由图像接收器14组成。图像接收器14捕获从成像物体上扫过的X-射线光子，并将其转换成电信号。而后将此脉冲转换成数字数据，并立即储存或送入到计算机中以重建图像。成像处理系统通常由带有软件包的计算机和提供图像存储的装置组成，软件包可重建图像并将图像显示在屏幕上。
显示系统和控制单元通常远程式地操作。因此，操作人员可以避免辐射但仍能进行X-射线研究。或者，整个系统可以放置在检查室或操作室中，以便医护人员可以实时地观看病人的图像。
由标号10表示的可动C形臂式X-射线成像机包括带有轮子的支撑底座60。在一个优选实施例中，支撑底座60为大致矩形的直立体，其可装有一台或多台监视器，并具有上部或可垂直伸长的柱体40，其带有可伸长的横臂50。可伸长的横臂50具有可滑动地安装在可垂直伸长的柱体40中的第一部分51以及第二端52，第二端52具有形成于横臂50中的开口。支撑底座60对于成像机10来说非常重要，因为其为轭架20和C形臂100提供了平台。因此，支撑底座60必须具有足够大的底面，使得轭架20和C形臂100可以旋转而不存在X-射线机器10翻倒的危险。
与现有装置不同，本发明的装置在轭架20和支撑底座60之间设置了支撑臂30。该支撑臂30设计用于降低旋转轴线，使得旋转轴线与C形臂的重心重合或非常接近重合。C形臂100的重心越接近C形臂100的旋转轴线，转动C形臂100所需的作用力就越小。如图1所示，轭架20具有与支撑臂30相连的第一端21以及与C形臂100相连的第二端。由于C形臂100为悬挂件，因此应考虑轭架20的强度以及病人和医护人员的安全。因此，应当使用相对较高的安全系数。除了轭架20必须重量较轻的要求之外，较高安全系数的要求也使设计者选择铝合金来制造该部件。
显然，对于精确成像来说，需要采用一定的方式将C形臂100相对于轭架20固定。本发明的装置为此提供了可机械式调节的制动器200，其可调节制动器的磨损和生产误差。这种制动机构200通常包括制动手柄210、偏心的轴支撑件220、凸轮230、冲杆240、冲杆支撑机构250、弹簧260以及制动块270。
制动手柄210的外部可以采用设计者所需的几乎任何形式。制动手柄210包括制动杆212，其可插入到偏心的轴支撑件或衬套220中。如图2所示，可以看到衬套220采用了带有不连续台阶的偏心安装技术，以推动凸轮并向前推动制动块270。在此优选实施例中，这种偏心通过设计使得内部轴222的中心221相对衬套220的外径224的中心223偏移约0.75毫米来实现。参见图6，发明人还意识到，某段偏移量的范围是可接受的，并不将其局限于0.75毫米的偏移量。衬套220的外径224的特征是具有多个纵向延伸且平行的凹槽225，各凹槽允许制动块270实现额外的向前推进。还应理解，制动杆212的另一端可与类似结构的第二衬套220以及第二制动手柄210相接合。通过这种方式，轭架20两侧的各个制动手柄210都用于使偏心的轴支撑件220旋转。由于凹槽225在轴支撑件220中的形成方式使得在一对这样的轴支撑件220彼此相对地设置时可在各方向上转动，因此对于各个位置都可使用相似结构的轴支撑件220。
在应用中，偏心的轴支撑件220使凸轮230旋转。凸轮230自身为偏心的形状，其第一边缘231为冲杆240提供了充足的间隙，使得制动块270偏离C形臂100并允许C形臂100旋转。凸轮230具有在旋转时向下推动制动块270的角部232以及第二边缘233，第二边缘233设计成可将制动块270压入到C形臂100中，使得C形臂无法运动，直到克服了摩擦系数为止。
凸轮230向下推动冲杆240。冲杆240具有带凸缘243的第一端以及与制动块270相连的第二端。在凸轮230旋转时，冲杆可向下推动制动块270。
在医学领域还需要提供一种能够易于移动并可牢固地锁定住的设备。本发明的装置设有弹簧260，用于使冲杆240相对于凸轮230退回。
冲杆支撑件250连接在轭架20的内壁上。这样，冲杆支撑件250为弹簧260提供了支撑平台。弹簧260的第一端261靠在冲杆凸缘243上，弹簧260的第二端262靠在冲杆支撑件250上。因此，当凸轮230旋转以释放C形臂100上的压力时，弹簧260将起作用，抬起制动块270使其离开C形臂100。
制动块270与冲杆240的第二端242相连。制动块270具有制动领域的技术人员所熟知的通常设计。在任何情况下，制动块270都应由可相对于C形臂100产生足够摩擦力的材料来制造。
为了调节冲杆240的推进量，只需利用轭架20中偏心的轴支撑件220周围的键槽来简单地从轭架20中移开偏心的轴支撑件220，并从轭架20的任一侧将偏心的轴支撑件220推动到一个不连续的位置。同样重要的是，必须注意到病人决不能接触到轴件。应通过手柄210使病人无法看到轴件。如果该手柄不能掩盖整个开口，那么必须采用一定方向的粘贴品来掩盖偏心的轴支撑件220。
应当理解，本发明并不限于这里所阐述的实施例，而是在不脱离本发明的精神的前提下可以其它方式来实现本发明。基于前文所述，很明显本发明提供了一种C形臂的制动器，其允许使用单件式轭架并考虑了磨损补偿，这可提高制造的简单性并降低了成本；而且允许在不拆开的情况下调节制动器，且可调节制造误差；其需要相对较少的部件并提供了一种整体上美观且无菌的装置。
Claims (18)
1.一种C形臂式X-射线装置(10)，包括：
可动的支撑底座(60)，
可垂直伸长的柱体(40)，
具有第一端(51)和第二端(52)的可伸长的横臂(50)，所述第一端(51)可滑动地连接在所述可垂直伸长的柱体(40)上，
具有第一端和第二端的支撑臂(30)，所述第一端连接在所述横臂(50)的第二端(52)上，
具有第一端(21)和第二端的轭架(20)，所述第一端(21)连接在所述支撑臂(30)的第二端上，
连接在所述轭架(20)的第二端上的C形臂(100)，
可禁止或允许运动的制动机构(200)，其包括
制动手柄(210)，
制动轴(212)，所述制动轴(212)利用偏心的轴支撑件(220)与所述制动手柄(210)相连，
凸轮(230)，和
具有与所述凸轮(230)相接合的第一端和与制动器相连的第二端(242)的冲杆(240)；
X-射线源(12)，
图像接收器(14)，
其中，所述图像接收器(14)和所述X-射线源(12)安装在所述C形臂(100)的相对端上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制动机构还包括：
设计成可安装在所述轭架(20)的壁之间的冲杆支撑件(250)，其为所述轭架(20)提供了扭转支撑，
弹簧(260)，当促动所述制动器时所述弹簧(260)被压缩，而当释放所述制动器时所述弹簧(260)解除压缩，从而允许所述C形臂(100)运动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)具有：带有中心(221)的内开口(222)，所述中心(221)偏离外周边(224)的中心(223)；以及多个位于所述偏心的轴支撑件的外周边上的平行凹槽(225)，所述凹槽(225)允许所述偏心的轴支撑件(220)移开和推进。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)的内周边的中心(221)与所述偏心的轴支撑件(220)的外周边(224)的中心(223)偏开0.75毫米。
5.根据权利要求1行述的装置，其特征在于，还包括：
制动器由制动手柄(210)操作，制动手柄(210)位于所述轭架(20)之外并且所述轭架(20)具有中空的内部部分，
其中凸轮(230)安装在所述制动轴(212)上，
位于所述冲杆(240)端部的制动块(270)，
安装在所述轭架(20)内的冲杆支撑件(250)，其具有允许所述冲杆(240)穿过的开口，
位于所述凸轮(230)和冲杆支撑件(250)之间的弹簧(260)，
其中在操作所述制动手柄(210)时，所述制动手柄(210)使所述制动轴(212)转动，这又使所述凸轮(230)转动，然后所述凸轮(230)推动所述冲杆(240)，压缩所述弹簧(260)并将所述制动块(270)压在所述C形臂(100)上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述弹簧(260)缠绕在所述冲杆(240)上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)具有：带有中心(221)的内开口，所述中心(221)偏离外周边(224)的中心(223)；以及多个位于所述偏心的轴支撑件的外周边上的平行凹槽(225)，所述凹槽(225)允许所述偏心的轴支撑件(220)移开和推进。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)的内周边的中心(221)与所述偏心的轴支撑件(220)的外周边(224)的中心(223)偏开0.75毫米。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述制动手柄(210)用于使所述制动轴(212)和凸轮(230)转动，所述凸轮(230)向下推动所述冲杆(240)，所述制动器与所述C形臂(100)接合。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述制动机构还包括：
冲杆支撑件(250)，
弹簧(260)，当促动所述制动器时所述弹簧(260)被压缩，而当释放所述制动器时所述弹簧(260)解除压缩，从而允许所述C形臂运动。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)具有：带有中心(221)的内开口(222)，所述中心(221)偏离外周边(224)的中心(223)；以及多个位于所述偏心的轴支撑件(220)的外周边上的平行凹槽(225)，所述凹槽(225)允许所述偏心的轴支撑件(220)移开和推进。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)的内周边的中心(221)与所述偏心的轴支撑件偏心的的外周边(224)的中心(223)偏开0.75毫米。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，凸轮(230)缠绕在所述制动轴(212)上，其中C形臂还包括：
设计成可安装在所述轭架(20)的壁之间的冲杆支撑件(250)，其为所述轭架(20)提供了扭转支撑，和
弹簧(260)，当促动所述制动器时所述弹簧(260)被压缩，而当释放所述制动器时，所述弹簧(260)解除压缩，从而允许所述C形臂(100)运动。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)具有：带有中心(221)的内开口，所述中心(221)偏离外周边(224)的中心(223)；以及多个位于所述偏心的轴支撑件(220)的外周边上的平行凹槽(225)，所述凹槽(225)允许所述偏心的轴支撑件(220)移开和推进。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)的内周边的中心(221)与所述偏心的轴支撑件(220)的外周边(224)的中心(223)偏开0.75毫米。
16.一种制动机构(200)，其用于或允许或禁止C形臂式X射线成像机(10)的C形臂(100)产生运动，所述制动机构(200)包括：
制动手柄(210)，
与所述制动手柄(210)相连的制动轴(212)，
通过偏心的轴支撑件(220)而安装在所述制动轴(212)上的凸轮(230)，
具有与所述凸轮(230)相接合的第一端和与制动块(270)相连的第二端(242)的冲杆(240)，
具有可允许所述冲杆(240)通过并运动的开口的冲杆支撑件(250)，所述冲杆(240)设计成可安装在所述轭架(20)的壁之间，并为所述轭架(20)提供了扭转支撑，
弹簧(260)，当促动所述制动块(270)时所述弹簧(260)被压缩，而当释放所述制动块(270)时所述弹簧(260)解除压缩，从而允许所述C形臂(100)运动。
17.根据权利要求16所述的制动机构，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)具有：带有中心(221)的内开口(222)，所述中心(221)偏离外周边(224)的中心(223)；以及多个位于所述偏心的轴支撑件(220)的外周边上的平行凹槽(225)，所述凹槽(225)允许所述偏心的轴支撑件(220)移开和推进。
18.根据权利要求17所述的制动机构，其特征在于，所述偏心的轴支撑件(220)的内周边的中心(221)与所述偏心的轴支撑件(220)的外周边(224)的中心(223)偏开0.75毫米。
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