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Gegenstand
der Erfindung sind sichere Bewegungsfreigabesequenzen und insbesondere
eine sichere Bewegungsfreigabesequenz und ein System für eine Positionierungseinrichtung
in einer medizinischen bildgebenden Einrichtung.
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Allgemein
dient eine Positionierungseinrichtung in einer bildgebenden medizinischen
Einrichtung zur Positionierung eines Patienten zur medizinischen
Bildgebung. Ein Beispiel für
eine Positionierungseinrichtung ist eine vaskulare Gantry mit einem C-Arm
und einer Drehachse. Beispiele medizinischer bildgebender Einrichtungen
sind eine Röntgeneinrichtung
und eine vaskulare bildgebende Einrichtung. Die Positionierungseinrichtung
enthält
Mechanismen zum Anheben und Schwenken und Drehen in einer vaskularen
Gantry und zur Neigung eines Patiententischs in Längs- oder
Querrichtung.
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Typischerweise
gehören
zu solchen Mechanismen ein oder mehrere Antriebsmotoren, um die Positionierungseinrichtung
entlang verschiedener Achsen, zum Beispiel entlang der Längsachse,
der Hebe- oder der Neigungsachse zu bewegen und eine Bremse, um
die Positionierungseinrichtung zur Positionierung des Patienten
in einem gewünschten
Zustand zu halten. Um den Antriebsmotor gesteuert von einem Befehlssignal
einer zentralen Verarbeitungseinheit zu betreiben, ist ein Bewegungscontroller
vorgesehen.
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Jedoch
unterliegen die Bewegungen entlang der Achsen, wie beispielsweise
der Hebeachse bei einer vaskularen Gantry oder entlang der Längsachse
(in eine geneigte Position) bei einem Patiententisch, dem Einfluss
der Schwerkraft und erfordern somit die richtige Antriebssequenz
für den
Antriebsmotor, um eine kontrollierte Bewegung der Positionierungseinrichtung
und somit eine sichere Positionierung des Patienten zur medizinischen
Bildgebung zu ermöglichen.
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Bekannte
Systeme der Antriebsmotorsteuersequenz beinhalten das Freigeben
einer Bremse nach Freigabe des Betriebs des Antriebsmotors für die Achse,
die dem Schwerkrafteinfluss unterliegt. Jedoch gestatten diese Systeme,
obwohl sie im Wesentlichen eine kontrollierte Bewegung der Positionierungseinrichtung
gestatten, keine ausreichend sichere Patientenpositionierung in
Fällen
wie Fehlfunktion des Antriebsmotors und Fehler von Zubehör, wie beispielsweise
Leistungsverstärkern,
Kabelbaum oder ähnlichem.
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Somit
wird nach einer Antriebsmotorsteuersequenz gesucht, die eine ausreichend
sichere Patientenpositionierung in Fällen gestattet, wie beispielsweise
Fehlfunktion des Antriebsmotors oder Ausfällen von Zubehör, wie beispielsweise
Leistungsverstärker,
Kabelbaum oder ähnlichem.
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Die
oben genannten Unzulänglichkeiten, Nachteile
und Probleme werden hiermit gelöst,
wie sich durch das Lesen und Studium der folgenden Beschreibung
ergibt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
beinhaltet eine sichere Bewegungsfreigabesequenz für eine Positionierungseinrichtung,
wie eine vaskulare Positionierungseinrichtung, in einer bildgebenden
medizinischen Einrichtung folgende Aktionen: (i) Halten der Positionierungseinrichtung
in einer vorbestimmten stationären
Position gegen den Einfluss der Schwerkraft, (ii) Ansteuern des
Antriebsmotors der Positionierungseinrichtung mit vorbestimmter
niedriger Geschwindigkeit, (iii) Messen des von dem Antriebsmotor
gezogenen Stroms, und (iv) Freigeben der Positionierungseinrichtung
in Abhängigkeit
von der Größe des von
dem Antriebsmotor gezogenen Stroms.
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In
einer anderen Ausführungsform
beinhaltet ein sicheres Bewegungssystem für eine Positioniereinrichtung,
beispielsweise eine vaskulare Positioniereinrichtung einer bildgebenden
medizinischen Einrichtung: (i) einen Bewegungscontroller, der mit dem
Antriebsmotor verbunden ist, (ii) einen mit dem Bewegungscontroller
und dem Antriebsmotor gekoppelten Stromsensor, (iii) einen mit dem
Stromsensor und dem Bewegungscontroller verbundenen Prozessor und
eine Bremse, die mit dem Bewegungscontroller verbunden ist, wobei
der Bewegungscontroller dazu eingerichtet ist, die Bremse in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des Stromsensors zu betätigen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält ein
sicheres Bewegungsfreigabesystem für eine Positionierungseinrichtung,
beispielsweise eine vaskulare Positionierungseinrichtung einer bildgebenden medizinischen
Einrichtung, (i) eine erste Einheit, die dazu eingerichtet ist,
die Positionierungseinrichtung gegen den Einfluss der Schwerkraft
zu halten, (ii) eine zweite Einheit, die dazu eingerichtet ist,
den Antriebsmotor der Positionierungseinrichtung mit vorbestimmter
niedriger Geschwindigkeit zu betreiben, (iii) einen Stromsensor,
der so eingerichtet ist, den von dem Antriebsmotor gezogenen Strom
zu messen, und (iv) einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, die
Positionierungsein richtung in Abhängigkeit von dem Strom freizugeben,
der von dem Antriebsmotor gezogen wird.
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Es
sind hier Vorrichtungen, Systeme und Verfahren verschiedenen Umfangs
beschrieben. Zusätzlich
zu den Aspekten und Vorzügen,
die in dieser Zusammenfassung beschrieben sind, ergeben sich weitere
Aspekte und Vorzüge
aus den Zeichnungen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
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1 veranschaulicht
eine Perspektivansicht eines Patientenbetts als ein Beispiel einer
Positionierungseinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 veranschaulicht
eine Perspektivansicht auf die Unterseite eines Patientenbetts gemäß 1.
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3 veranschaulicht
ein Beispiel für
eine Antriebssteuerschaltung gemäß der Erfindung.
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4 veranschaulicht
ein Beispiel einer Servomotorsteuerschleife gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 veranschaulicht
ein Flussbild des Antriebssteuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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6 veranschaulicht
ein Beispiel eines Zeitdiagramms einer sicheren Bewegungsfreigabesequenz
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen,
die Teil der Beschreibungen sind und in denen als Veranschaulichung
spezifischer Ausführungsformen
gezeigt sind, die praktisch umgesetzt werden können. Diese Ausführungsformen
sind ausreichend beschrieben, um dem Fachmann zu gestatten, die
Ausführungsformen
zu verwirklichen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen
genutzt werden können
und dass logische, mechanische, elektrische und andere Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Bereich der Ausführungsformen
zu verlassen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb
nicht in beschränkendem
Sinne zu verstehen.
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Verschiedene
Ausführungsformen
dieser Erfindung schaffen eine sichere Bewegungsfreigabesequenz
und ein entsprechendes System für
eine Positionierungseinrichtung, beispielsweise eine vaskulare Positionierungseinrichtung
in einer medizinischen bildgebenden Einrichtung, wie beispielsweise
einer Röntgeneinrichtung,
einem CT-Scanner, einer vaskularen bildgebenden Einrichtung, usw.
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Gemäß verschiedener
Ausführungsformen beinhaltet
das sichere Bewegungsfreigabesystem für eine Positionierungseinrichtung
beispielsweise eine von einem Motor angetriebene vaskulare Positionierungseinrichtung,
eine erste Einheit, die dazu eingerichtet ist, die Positionierungseinrichtung
gegen den Einfluss der Schwerkraft in einer vorbestimmten stationären Position
zu halten, eine zweite Einheit zum Betrieb des Antriebsmotors mit
vorbestimmter niedriger Geschwindigkeit, einen Stromsensor, der
dazu eingerichtet ist, den von dem Antriebsmotor gezogenen Strom
zu messen, und einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, die Positionierungseinrichtung in
Abhängigkeit
von dem von dem Motor gezogenen Strom freizugeben.
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In
einer Ausführungsform
enthält
die Positionierungseinrichtung eine vaskulare Positionierungseinrichtung
mit wenigstens einer vaskularen Gantry und einem Patiententisch.
Beispielsweise enthält
die vaskulare Gantry wenigstens eine Hebeachse, die dem Einfluss
der Schwerkraft unterliegt.
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In
einer Ausführungsform
enthält
der Patiententisch wenigstens eine Längsachse, die dem Einfluss
der Schwerkraft unterliegt.
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Beispielsweise
unterliegt die Längsachse des
Patiententischs in geneigter Position dem Einfluss der Schwerkraft.
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1 und 2 veranschaulichen
eine Ausführungsform
eines Patiententischs mit einem Patientenbett 100, wobei
das Patientenbett 100 wenigstens eine Patientenlagerfläche 10 zum
Lagern eines Patienten zur Untersuchung aufweist. Die Patientenlagerfläche 10 ist
mit einer Längsplatte 11 von der
Unterseite der Patientenlagerfläche 10 her
steif verbunden. Die Längsplatte 11 und
die Patientenlagerfläche 10 sind über einer
Neigeplatte 12 (siehe 2) durch
ein (nicht veranschaulichtes) Linearlager beweglich abgestützt.
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In
einem anderen Beispiel kann das Linearlager einen an der Neigeplatte
montierten Linearführungsklotz
und ein Führungselement
aufweisen, das an der Längsplatte
montiert ist.
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In
einer Ausführungsform
ist die Neigeplatte 12 an einer Basis 6 durch
ein Scharnier 16 (siehe 2) montiert.
An der Längsplatte 11 ist
ein Neigeantrieb 20 so montiert, dass wenn der Neigeantrieb 20 betätigt wird,
die Neigeplatte 12 sich um einen vorbestimmten Winkel um
das Scharnier 16 neigt, so dass eine Neigebewegung der
Patientenlagerfläche 10 relativ
zu dem Fußboden
entsteht, um den Patienten zur Untersuchung bequem zu positionieren.
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In
einer Ausführungsform
ist an der Längsplatte 11 wenigstens
ein Linearantrieb 10 montiert, um die Patientenlagerfläche 10 entlang
einer Längsachse
(Y), beispielsweise in Längsrichtung
der Patientenlagerfläche 10,
zu bewegen. Der Längsantrieb 110 enthält einen
Antriebsmotor 112 (Längsantriebsmotor),
der über
ein Getriebe 115, beispielsweise ein Getriebe und eine
Kupplung mit der Patientenlagerfläche 10, verbunden
ist.
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Der
Antriebsmotor 112 kann beispielsweise ein bürstenloser
Gleichstrommotor sein.
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Mit
dem Längsantrieb 110 ist
eine Bremse 18, beispielsweise eine elektromagnetische
Bremse, kombiniert, um die Längsplatte 11 festzuhalten,
wenn der Antriebsmotor 112 ausgeschaltet ist.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Bremse beim Positionieren des
Patienten in eine geneigte Position des Patientenbetts 110 die
Längsplatte 11 in einer
gewünschten
Position hält,
die von dem Bediener vorgegeben ist, so dass Schlupf zwischen dem Patientenbett 100 (entlang
der Längs achse)
in Folge der Wirkung der Schwerkraft verhindert und somit eine sichere
Patientenpositionierung ermöglicht
wird.
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3 veranschaulicht
ein Beispiel für
eine sichere Bewegung gestattende Schaltung gemäß der Erfindung, wobei die
Schaltung einen Bewegungscontroller 30 mit einer Servosteuerschleife 32 aufweist.
Der Antriebsmotor 112 ist mit dem Bewegungscontroller 30 verbunden.
Mit dem Antriebsmotor 112 und dem Bewegungscontroller 30 ist
ein Stromsensor 34 verbunden. Der Bewegungscontroller 30 ist
mit der Bremse 118 verbunden.
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In
einer Ausführungsform
ist mit dem Bewegungscontroller 30 eine CPU 38 verbunden.
Die CPU 38 ist dazu eingerichtet, an den Bewegungscontroller 30 einen
Bewegungsbefehl auszugeben. Beispielsweise ist der Antriebsmotor 112 ein
bürstenloser Gleichstrommotor
und der Stromsensor 34 enthält einen Spannungsstromwandler
und/oder einen Halleffektstromsensor und/oder einen Phasenstromsensor.
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In
einer Ausführungsform
enthält
der Bewegungscontroller 30 einen digitalen Signalprozessor 40,
der in die Servoregelschleife 32 implementiert ist.
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4 veranschaulicht
eine Ausführungsform,
in der die Servoregelschleife 32 wenigstens einen Drehmoment-
(oder Strom-) -regler 42 und/oder einen Geschwindigkeitsregler 44 und/oder
einen Positionsregler 46 aufweist, der als Integral- und/oder Proportional-
und/oder Differenzialregler (PID-Regler) ausgebildet ist.
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Beispielsweise
ist der Stromsensor 34 mit der Drehmomentregelschleife
verbunden.
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In
einer Ausführungsform
sind der Drehmomentregler 42, der Positionsregler 46 und
der Geschwindigkeitsregler 44 so konfiguriert, dass sie
mit einem vorbestimmten niedrigen Verstärkungsfaktor arbeiten.
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Beispielsweise
sind die Werte für
die proportionale, integrale und differenziale Verstärkung auf Basis
der Antriebsmotorbetriebsparameter und der Antriebsachsen, d. h.
der Längs-,
Seiten- und Neigeachsen festgelegt.
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Es
sollte angemerkt werden, dass der Bewegungscontroller 30 die
zentrale Verarbeitungseinheit 38 (CPU) umfassen und mit
dieser in einer einzigen Einheit ausgebildet sein kann.
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Es
sollte angemerkt werden, dass andere Ausführungsformen, bei denen die
zentrale Verarbeitungseinheit 38 und der Bewegungscontroller 30 als gesonderte
Module ausgebildet sind, ebenso gut möglich sind.
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5 und 6 veranschaulichen
entsprechend ein Beispiel für
ein Ablaufchart und ein Zeitdiagramm für eine sichere Bewegungssteuersequenz für die Positioniereinrichtung
(den Patiententisch), wobei das Verfahren in Aktion 102 das
Patientenbett 100 gegen den Einfluss der Schwerkraft in
einer stationären
Position hält.
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Die
CPU 38 ist so konfiguriert, dass sie beispielsweise beim
Positionieren des Patienten den Bewegungscontroller 30 veranlasst,
die Bremse zu betätigen,
um die Längsplatte 11 fest
in der gewünschten
(geneigten) Position zu halten.
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In
Aktion 202 beinhaltet die Sequenz den Betrieb des Antriebsmotors 112 mit
einer vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeit.
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Der
Antriebsmotor 112 wird beispielsweise mit einer Geschwindigkeit
von im Wesentlichen null betrieben und außerdem wird die Servosteuerschleife
mit niedriger Verstärkung
betrieben.
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Beispielsweise
ist die Verstärkung
der Servosteuerschleife kleiner als die Hälfte des geforderten Verstärkungswerts.
Der erforderliche Verstärkungswert
hängt von
den Antriebsmotorparametern und den Parametern der Antriebsachsen,
d. h. der Längs-,
Quer- und Neigeantriebsachsen ab. Die Servosteuerschleifenverstärkungswerte
beinhalten die Proportionalverstärkung
des Drehmomentreglers, die Integralverstärkung des Drehmomentreglers
und die Proportionalverstärkung
des Geschwindigkeitsreglers sowie die Integralverstärkung des
Geschwindigkeitsreglers. Die Motorparameter sind durch den Motorwicklungswiderstand,
die Motorwicklungsinduktivität,
die Lastträgheit,
die Motorträgheit
usw. definiert.
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In
Aktion 302 beinhaltet die Sequenz die Messung des von dem
Antriebsmotor 112 gezogenen Stroms, wenn der Antriebsmotor 112 mit
einer vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeit betrieben wird. Beispielsweise
wird die Strommessung durch den Stromsensor 34 ausgeführt.
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In
Aktion 402 wird die Bremse 118 betätigt, um
das Patientenbett 100 freizugeben, wenn der gemessene Strom
größer ist
als der Nichtlaststrom des Antriebsmotors 112. Beispielsweise
ist der Bewegungscontroller 30 so eingerichtet, dass er
prüft,
ob der von dem Antriebsmotor 112 gezogene Strom größer als
der Nichtlaststrom (Leerlaufstrom) des Antriebsmotors 112 ist.
Wenn der von dem Antriebsmotor 112 gezogene Strom größer als
der Nichtlaststrom ist, gibt der Bewegungscontroller 30 die
Bremse 118 frei und gestattet somit dem Antriebsmotor 112 das
Patientenbett 100 in eine gewünschte Position zu bewegen.
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Es
sollte angemerkt werden, dass wenn eine Fehlfunktion des Antriebsmotors 112 oder
ein Defekt in einem Kabelbaum 120 (siehe 3)
zwischen der Servosteuerschleife 32 und dem Antriebsmotor 112 vorliegt,
die Servosteuerschleife 32 den Antriebsmotor 112 nicht
steuern und somit keine kontrollierte Bewegung des Patientenbetts 100 zur
Positionierung des Patienten zulassen kann.
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Es
sollte außerdem
angemerkt werden, dass wenn der von dem Motor 112 gezogene
Strom größer ist
als der Leerlaufstrom, davon ausgegangen werden kann, dass der Antriebsmotor 112 gegen
die auf das Patientenbett 100 ausgeübte Bremskraft arbeitet. Diese
Strommessung wird als positives Zeichen und Rückführungssignal genutzt, um sicherzustellen, dass
der Kabelbaum 120 zwischen der Servosteuerschleife 32 und
dem Antriebsmotor 112 in Ordnung ist. Außerdem zeigt
die Strommessung jede Fehlfunktion des Antriebsmotors 112 und
des Zubehörs, wie
beispielsweise eines Leistungsverstärkers 48 an, der mit
dem Antriebsmotor 112 verbunden ist.
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Wenn
der von dem Motor 112 gezogene Strom kleiner als ein Nichtlaststrom
(Leerlaufstrom) ist, dann hält
der Bewegungscontroller 32 die Bremse 118 angezogen,
so dass das Patientenbett 100 in stationärer Position
gehalten bleibt.
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Es
sollte angemerkt werden, dass wenn der von dem Motor 112 gezogene
Strom geringer oder gleich einem Nichtlaststrom ist, davon ausgegangen wird,
dass der Antriebsmotor 112 ohne Steuerung durch die Servosteuerschleife 32 arbeitet
und dass somit die Gefahr einer unkontrollierten Bewegung des Patientenbetts 100 unter
Einfluss der Schwerkraft besteht, was eine Verletzung des Patienten
verursachen kann.
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Die
verschiedenen speziellen Ausführungsformen
dieser Erfindung schaffen ein Verfahren und ein System zur Antriebssteuerung
einer Positioniereinrichtung, z. B. einer vaskularen Positioniereinrichtung
in einer medizinischen bildgebenden Apparatur. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist eine sichere Bewegungsfreigabeverfahren für eine Positioniereinrichtung
bzw. eine vaskulare Positioniereinrichtung in einer bildgebenden
medizinischen Einrichtung die folgenden Aktionen auf: (i) Halten (102)
einer Positioniereinrichtung in einer vorbestimmten stationären Position
gegen den Einfluss der Schwerkraft, (ii) Betreiben (201)
eines Antriebsmotors für
die Positioniereinrichtung mit vorbestimmter niedriger Geschwindigkeit,
(iii) Messen (302) eines Stroms, der von dem Motor gezogen
wird, und (iv) Freigeben (402) der Positioniereinrichtung
in Abhängigkeit
von der Größe des von
dem Antriebsmotor gezogenen Stroms.
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Während die
Erfindung somit anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben worden
ist, versteht es sich für
den Fachmann, dass er die Erfindung abgewandelt ausüben kann.
Solche Modifikationen liegen im Schutzbereich der nachfolgenden
Ansprüche.
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- 6
- Basis
- 10
- Patientenlagerfläche
- 11
- Längsplatte
- 12
- Neigeplatte
- 16
- Scharnier
- 20
- Neigeantrieb
- Y
- Längsachse
- 30
- Bewegungscontroller
- 32
- Servoregelschleife
- 34
- Stromsensor
- 38
- CPU
- 40
- Digitaler
Signalprozessor
- 42
- Drehmomentregler
- 44
- Geschwindigkeitsregler
- 46
- Positionsregler
- 100
- Patientenbett
- 102
- Halten
der Positioniereinrichtung
- 202
- Betrieb
des Antriebsmotors mit vorbestimmter Drehzahl
- 302
- Messen
des von dem Antriebsmotor gezogenen Stroms
- 402
- Freigeben
der Positioniereinrichtung
- 110
- Längsantrieb
- 112
- Antriebsmotor
- 115
- Getriebe
- 118
- Bremse
- 120
- Kabelbaum/Verdrahtung