DE102005052784B3

DE102005052784B3 - Fahrzeug für eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE102005052784B3
Application number: DE102005052784A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dehler
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2005-11-05
Filing date: 2005-11-05
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2025-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug für eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung zum selbsttätigen Verfahren auf einem Fußboden mit einer Luftkissentragevorrichtung, einem Antriebssystem und einer Messeinrichtung zur Bestimmung der relativen Position des Fahrzeugs gegenüber dem Fußboden. Eine Steuerung steuert die Luftkissentragevorrichtung und das Antriebssystem derart, dass eine von einer Bedienperson vorgegebene Bewegung des Fahrzeugs selbsttätig ausgeführt wird und an vorbestimmten Positionen jeweils ein Röntgenaufnahmeprogramm ausgelöst wird. Nach Ausführung des Röntgenaufnahmeprogrammes setzt die Steuerung das Steuerprogramm fort und bewegt das Fahrzeug entlang des vorbestimmten Weges. Das Fahrzeug findet beispielsweise Verwendung bei der Kathedernavigation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug für eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung zum selbsttätigen Verfahren auf einem Fußboden.

Aus der US-Patentschrift US6374937B1 ist ein Fahrgestell für ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät bekannt, das ein automatisches Verfahren der Röntgendiagnostikeinrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des C-Bogens zum Zweck der Aufnahme einer Reihe von Röntgenaufnahmen erlaubt.

Aus der deutschen Patentschrift DE4224614B4 der Anmelderin ist eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung mit zwei auf einer kreisbogenförmigen Halterung angeordneten Röntgenstrahler-/Röntgenstrahlenempfänger-Einheiten bekannt, wobei in einer Ausprägung der Erfindung als Tragevorrichtung ein Luftkissentragevorrichtung vorgesehen ist. Das Luftkissen weist in der dargestellten weise den Nachteil auf, daß es Lasten nur im labilen Gleichgewicht trägt und bei auftretenden Drehmomenten einseitigen Bodenkontakt bekommt und nicht mehr manövrierfähig ist.

Der Wunsch der Betreiber heutiger Röntgendiagnostikeinrichtungen geht dahin, den Vorteil der hohen Präzision und des großen Verstellbereiches von stationären Anlagen mit dem Vorteil der Mobilität von mobilen Einrichtungen zu verbinden.

Die Präzision stationärer Anlagen rührt wesentlich daher, daß die mechanischen Komponenten der Anlage derart starr ausgeführt sind, daß mechanische Verwindungen des Systems vernachlässigt werden können. Die mechanische Stabilität einer Röntgendiagnostikeinrichtung ist besonders dann von Interesse, wenn aus 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen ein 3D-Volumenmodell errechnet werden soll. Hierzu ist eine genaue Kenntnis der Projektionsgeometrien von Bedeutung. Ein großer Verstellbereich ist insbesondere dann notwendig, wenn der Weg einer Kathederspitze durch den Körper unter Röntgenkontrolle erfolgen soll. Hierfür reicht die aktive Fläche von Röntgenstrahlenempfängern nicht aus und es muß eine Röntgenprojektion aus mehreren kleineren Projektionsaufnahmen zusammen gesetzt werden. Gleiches gilt für den Fall, daß von dem gesamten Untersuchungsbereich ein Volumenmodell erzeugt werden soll.

Eine einfache Übertragung der Konstruktionsprinzipien von stationären Anlagen auf mobile Einrichtungen würde zu dem Ergebnis führen, daß die Präzision der mobilen Anlage zwar verbessert, die Mobilität wegen stark vergrößerter Abmessungen und einer wesentlich erhöhten Masse stark eingeschränkt wäre. Ohnehin sind mobile Röngtendiagnostikeinrichtungen, die durch den ausladenden C-Bogen hohe Kippmomente und dadurch hohe Bodenauflagedrücke an einigen Rollen aufweisen, insbesondere dann schwer zu manövrieren, wenn die Ebenheit des Fußbodens zu wünschen übrig läßt, beispielsweise in urologischen Untersuchungsräumen mit gefliestem Fußboden oder wenn die Elastizität des Fußbodenbelages ein Einsinken der Rollen in den Bodenbelag zuläßt und ein Anrollen der Rollen erschwert. Darüber hinaus stellt ein elastischer Fußbodenbelag oder ein elastisch sich unter einer hohen Punktlast sich verbiegender Fußboden, wie er beispielsweise in mobilen Operationscontainern oder in Feldlazaretten vorzufinden ist, einen Unsicherheitsfaktor für die Stabilität der Röntgendiagnostikeinrichtung dar. So kann beispielsweise beim zusätzlichen Einsinken einer Rolle in den elastischen Fußbodenbelag um 0,3 mm bei Veränderung der Momente durch Verstellung des C-Bogens, die Abweichung der Position des Röntgenstrahlers oder/und des Röntgenstrahlenempfängers von den aus der Kinematik berechneten Werten nicht hinnehmbare 1,0 mm übersteigen, was zu erheblichen Qualitätsverlusten bei der Rekonstruktion des Volumenmodells führt. Dieser Problematik ist auch nicht durch Hinterlegung der elastischen Verformungen in look-up-tables beizukommen. Derartige Korrekturtabellen werden beispielsweise bei einer Kalibrierung vor der Auslieferung im Werk oder nach Reparaturen erstellt, wobei jedoch bislang die Wechselwirkung zwischen Fußbodenbelag und Geräterollen unberücksichtigt blieb.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgendiagnostikeinrichtung zu schaffen, die die Präzision und den großen Verstellbereich von stationären Röntgendiagnostikeinrichtungen mit dem Vorteil der Mobilität von mobilen Röntgendiagnostikeinrichtungen verbindet und insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Fahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der 1 näher erläutert.
An einem annähernd kreisbogenförmigen C-Bogen 6 sind gegenüberliegend am einen Ende eine Röntgenstrahlenquelle 8 und am anderen Ende ein Röntgenstrahlenempfänger 7 angeordnet. Der C-Bogen 6 ist längs seines Umfangs in einer Halterung 5 verschieblich gelagert, mit einem Positionssensor für die Verschiebebewegung und vorzugsweise mit einem elektromotorischen Antrieb ausgestattet. Die Halterung 5 ist an einer ebenfalls vorzugsweise elektromotorisch angetriebenen und mit einem Positionssensor versehenen Horizontalführung 3 angeordnet, welche an einer vertikalen Säule 2 elektromotorisch höhenverstellbar gelagert ist.
Die Führung der Säule 2 ist starr mit einem Fahrgestell 1 verbunden, der auch den Geräteschrank 4 trägt. Die Konstruktion der gesamten Anordnung ist derart gewählt, daß die auftretenden Kräfte und Drehmomente zu elastischen Verbiegungen des Systems von maximal 0,1 mm an den Sollpositionen von Röntgenstrahlenquelle 8 und Röntgenstrahlenempfänger 7 führen. Der mechanische Aufbau ist im Hinblick auf seine Steifigkeit dem mechanischen Aufbau einer stationären Anlage ebenbürtig.
Es ist aus der Praxis bekannt, daß die größten Verbiegungen im System der Röntgendiagnostikeinrichtung im Profil des C-Bogens liegen. Um Abhilfe zu schaffen werden vorzugsweise hochfeste Walz- oder Zieh-Hohlprofile verwendet, die zur Aufnahme von Kompressionskräften mit hochfestem Material kleiner Dichte ausgefüllt werden oder mit im Inneren von Hohlkanälen des C-Profils mittels Spannseilen gespannt werden. Insbesondere die Erhöhung der Festigkeit mit Hilfe von Spannseilen führt zu einer Abweichung des C-Bogen-Profils von der Kreisform, was jedoch hingenommen werden kann, da die Kinematik in entsprechenden look-up-tables hinterlegt werden kann und die Abweichung des C-Profils von der Kreisbogenform reproduzierbar ist und die Präzision nicht beeinträchtigt.
Das Fahrgestell 1 weist eine Grundfläche auf, die eine Standsicherheit des Fahrzeuges im gesamten zulässigen Verstellbereich des C-Bogens gewährleistet; falls erforderlich können im Bereich des Fahrgestelles 1 Ballastkörper hoher Dichte angeordnet sein, um den Abstand des Massenmittelpunktes des Fahrzeugs vom Fußboden 16 zu verringern. Die Verwendung von Ballastmaterial hoher Dichte, beispielsweise Blei, wird bevorzugt, da es ein Ziel der Erfindung ist, die Höhe des Fahrgestelles 1 möglichst klein zu halten, um einen großen kollisionsfreien Verstellbereich des C-Bogens zu gewährleisten und um beispielsweise das Fahrgestell unter Patientenliegen mit kleiner Bodenfreiheit positionieren zu können.
Im Inneren des Fahrgestells 1 ist eine Luftkissentragevorrichtung angeordnet, die wenigstens 2 Luftkissen 10, 11 sowie eine nicht dargestellte Luftpumpe bzw. einen Druckgasspeicher und eine Drucksteuerung für die einzelnen Luftkissen 10, 11 aufweist. Vorzugsweise werden drei oder mehr Luftkissen verwendet, deren Innendrücke – abhängig von der jeweiligen Auflagefläche – derart gesteuert werden, daß ein vorgegebener Spalt zwischen dem Fußboden 16 und dem Fahrgestell 1 gebildet wird. Der Vorteil des Einsatzes mehrerer Luftkissen besteht darin, daß Gebäude- oder Fliesenfugen überfahren werden können, da dann die Tragefunktion einzelner wirkungsloser Luftkissen von anderen übernommen wird. Des weiteren können mit mehreren Luftkissen Drehmomente, die auf das Fahrgestell wirken, aufgenommen werden. Dies ist bei einem mehrfach verstellbaren C-Bogen von größter Bedeutung, da sich während des Betriebs der Massenmittelpunkt der Anlage und damit das am Fahrgestell 1 angreifende Drehmoment sich zeitlich ändert.
Der Abstand des Fahrgestells 1 vom Fußboden 16 wird durch geeignete, nicht dargestellte Abstandssensoren an mehreren Stellen des Fahrgestells 1 gemessen und an die Steuerung weitergeleitet. Die Steuerung regelt über den Druck in den Luftkissen einen vorgegebenen Minimalabstand zwischen dem Fahrgestell 1 und dem Fußboden 16.
Das Fahrgestell enthält ferner eine Antriebsvorrichtung, die in 1 durch eine Antriebsrolle 13 schematisch dargestellt ist. Bei der Antriebsvorrichtung kann es sich um einen Reibrollenantrieb mit gelenkten Rollen handeln. Es ist aber jedes andere Antriebsprinzip anwendbar, das eine Kraft zwischen Fahrgestell 1 und Fußboden 16, tangential zu diesem erzeugen kann. Die Antriebsvorrichtung ist beispielsweise derart lenkbar, daß eine Translation des Fahrgestells und eine Rotation um eine vertikale Achse möglich sind. Eine Bewegungssteuerung kann einen Weg s(t) vorgeben, den das Fahrgestell als Funktion der Zeit selbsttätig abfährt.
Um ein selbsttätiges Verfahren auf einem festgelegten Weg zu ermöglichen, ist in dem Fahrgestell 1 ein Positionsmeßsystem 12 vorgesehen. Bei dem Positionsmeßsystem handelt es sich um eine Anordnung von auf dem Fußboden abrollenden Meßkugeln oder um berührungslos arbeitende Wegmeßsysteme, z.B. Laser- oder LED-Meßsysteme. Es ist ferner vorgesehen, für das Positionsmeßsystem magnetische oder elektromagnetische Sensoren einzusetzen, die mit damit sensierbaren Führungsdrähten oder Strukturen im Fußboden zusammen wirken. Das Positionsmeßsystem ist in der Lage, die Koordinaten des Fahrgestells 1 relativ zu einem fußbodenfesten Koordinatensystem beim Beginn der Translationsbewegung zu bestimmen. Dafür ist beispielsweise vorgesehen, eine für das Positionsmeßsystem erkennbare Markierung auf dem Fußboden anzubringen, die den Urspung und die Achsen des fußboden- bzw. raumfesten Koordinatensystems festlegt, auf das sich die Translationen des Fahrgestells 1 beziehen. Falls das erfindungsgemäße Fahrzeug lediglich dazu benutzt wird, eine Röntgendiagnostikeinrichtung von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort und wieder zu dem ersten Ort zurück zu bewegen, ist es ausreichend, wenn zwei virtuelle Punkte auf dem Fußboden relativ zum Fahrgestell 1 reproduzierbar angefahren werden. Mit der eventuell vorhandenen Fußbodenneigung am ersten Ort ist dann die Kinematik der Röntgendiagnostikeinrichtung bezüglich eines raumfesten Koordinatensystems reproduzierbar.
In der modernen Röntgendiagnostik, beispielsweise bei der Kathedernavigation unter Röntgenkontrolle, besteht jedoch vielfach der Wunsch, mit einer Röntgendiagnostikeinrichtung ausgewählte Orte im Raum gezielt anfahren zu können und am jeweiligen Zielort die Kinematik der Röntgendiagnostikeinrichtung im Bezug auf ein raumfestes Koordinatensystem zu kennen. Hierzu muß zusätzlich zur Position des Fahrzeugs im Fußbodenkoordinatensystem die Neigung des Fußbodens oder die Neigung einer Referenzebene auf dem Fahrzeug ermittelt werden. Insbesondere in urologischen Diagnostik- und Behandlungsräumen findet sich häufig ein gefliester Fußboden, der zu einem Bodenablauf hin ein allseitiges Gefälle aufweist
Hierfür ist vorgesehen, das Positionssystem im Fahrgestell 1 mit einem Neigungsmesser auszustatten, der den Normalenvektor bezüglich einer Referenzfläche auf dem Fahrgestell 1 bestimmt. Es ist vorgesehen, die Orientierung des Fahrgestells 1 gegenüber dem Fußboden mittels eines Positionsmeßsystem 12 zu ermitteln, beispielsweise durch Bestimmung eines Referenzpunktes auf der Referenzfläche und des Normalenvektors in einem raumfesten Koordinatensystem.
Sind die für das Positionsmeßsystem 12 erkennbaren raumfesten Marken oder andere raumfeste Marken mit bekannten Ortsvektoren im raumfesten Koordinatensystem von der Meßeinrichtung eines Navigationssystems erfaßbar, so kann über das raumfeste Koordinatensystem eine Koordinatentransformation zwischen dem aus 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen gewonnenen 3D-Volumen des Untersuchungsbereiches und dem Koordinatensystem des Navigationssystems durchgeführt werden. Damit ist die Navigation eines Instrumentes in einem virtuellen 3D-Röntgenvolumen, durchführbar.
Das selbsttätige Verfahren der Röntgendiagnostikeinrichtung ist bei folgenden Untersuchungssituationen von Vorteil:

• Nach einer Untersuchung eines Patienten auf einem Operationstisch wird die Röntgendiagnostikeinrichtung vom Operationstisch entfernt, um für den Operateur einen besseren Zugang zum Patienten zu schaffen. Zur röntgenologischen Zwischen- oder Endkontrolle soll die Röntgendiagnostikeinrichtung exakt wieder an die gleiche Stelle wie vor der Verschiebung plaziert werden.
• Es soll eine Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen längs des Körperstamms aufgenommen werden, die im Anschluß daran zu einer Gesamtaufnahme zusammen gefügt werden sollen. Dazu wird die Röntgendiagnostikeinrichtung im wesentlichen senkrecht zur C-Bogen-Ebene stückweise verfahren und an vorgegebenen Positionen Aufnahmen angefertigt.
• Es soll ein 3D-Volumen rekonstruiert werden, dessen größte Abmessung größer als die größte Abmessung der Eingangsschirmes des Röntgenstrahlenempfängers ist. Hierzu wird vorzugsweise ein Scan durchgeführt, der die Kreisbewegung des C-Bogens zyklisch vor- und zurück durchfahren wird und gleichzeitig das Fahrgestell 1 im wesentlichen senkrecht zur C-Bogen-Ebene verfahren wird. (CT mit gespiegelter Spiralbahn)

1: Fahrgestell
2: Säule
3: Horizontalführung
4: Geräteschrank
5: Halterung
6: C-Bogen
7: Röntgenstrahlenempfänger
8: Röntgenstrahlenquelle
10: Luftkissen
11: Luftkissen
12: Positionsmeßsystem
13: Antriebsrolle
16: Fußboden

Claims

Fahrzeug für eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Steuerung und einer in einem Fahrgestell 1 des Fahrzeugs angeordneten Luftkissentragevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrgestell ein Antriebssystem zum gelenkten Antreiben des Fahrgestells 1 gegenüber dem Fußboden 16 und ein Positionsmeßsystem 12 zur Bestimmung der Position des Fahrgestells 1 in einem fußbodenfesten Koordinatensystem aufweist und daß die Steuerung die Niveauregelung für das Anheben, Halten und Absenken der Luftkissentragevorrichtung und für das selbsttätige Verfahren des Fahrgestells 1 gegenüber dem Fußboden längs eines von einer Bedienperson ausgewählten Weges steuert, wobei die Position des Fahrgestelles 1 von dem Positionsmeßsystem 12 in Echtzeit kontrolliert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem wenigstens zwei unabhängig voneinander lenkbare und antreibbare Räder aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem wenigstens eine um eine vertikale Achse schwenkbare einspurige Fahrkette aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem ein zweispuriges Fahrkettensystem mit wenigstens zwei unabhängig voneinander antreibbaren Fahrketten aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsmeßsystem 12 wenigstens drei mechanisch mit dem Fußboden verbundene Meßräder aufweist deren Rotation von Inkrementalgebern detektiert wird.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsmeßsystem 12 wenigstens zwei berührungslos arbeitende optische Wegmeßaufnehmer aufweist
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsmeßsystem 12 Meßaufnehmer aufweist, die eine periodische elektrische Struktur im Fußboden detektieren.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsmeßsystem 12 Meßaufnehmer aufweist, die eine periodische magnetische Struktur im Fußboden detektieren
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsmeßsystem 12 einen Neigungssensor aufweist, der die Neigung einer Referenzfläche des Fahrgestells 1 im raumfesten Koordinatensystem detektiert.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkissentragevorrichtung verformbare Luftkissen aufweist, die sich beim Betrieb an einem unebenen Untergrund anschmiegen.