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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Patientenpositioniervorrichtung.
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Mittels
einer Patientenpositioniervorrichtung lässt sich eine auf einer Patientenliege
liegende Person im Wirkbereich eines medizinischen Diagnose- oder
Therapiegeräts
positionieren. Der Wirkbereich ist bei einem bildgebenden medizinischen
Diagnosegerät,
wie einem Computertomographen oder einem Röntgengerät, der Scanbereich, in dem
die Person positioniert sein muss, um ein Diagnosebild einer Körperregion
zu erzeugen. Bei einem Therapiegerät ist der Wirkbereich diejenige
Körperregion,
die vom Therapiegerät
erfassbar ist. Beispielsweise ist unter dem Wirkbereich bei einem
Strahlentherapiegerät die
Körperregion
zu verstehen, die von einer vom Strahlentherapiegerät generierten
Röntgenstrahlung erfassbar
ist.
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Zum Ändern der
Position der Patientenliege ist ein von einer Steuereinrichtung
mittels eines Steuersignals ansteuerbarer Antrieb zum motorischen Verfahren
der Patientenliege vorgesehen. Die Positionierung der Patientenliege
erfolgt dabei mit einem Computerprogramm oder einer Eingabehilfe,
wie mit einem Joystick, mit einer Computertastatur, einem Touchscreen
oder einer Computermaus zur Übergabe
einer Positionierungsinformation an die Steuereinrichtung. Auf diese
Weise ist die Positionierung der auf der Patientenliege liegenden
Person ohne Kraftaufwand durchführbar.
Insbesondere lassen sich so automatisiert mehrere Positionen hintereinander
definiert anfahren. Dies ist beispielsweise in der Computertomographie
von Bedeutung, wenn zunächst nach
Art einer Bildfolge mehrere Einzelbilder gemessen werden, die anschließend zu
einer fusionierten Bildinformation miteinander verrechnet werden.
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Nachteilig
ist jedoch, dass die Positionierungsinformation über die Eingabehilfe indirekt
erfolgt, d.h. ein Bediener muss die mittels der Eingabehilfe übergebene
Positionierungsinformation anhand der tatsächlich angefahrenen Position
auf ihre Richtigkeit hin überprüfen, beispielsweise
mittels ständigem
Sichtkontakt zur Patientenliege. Gegebenenfalls ist ein mehrfaches
Probieren notwendig, um die gewünschte
Position anzufahren.
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Insbesondere,
wenn das Anfahren nur einer einzelnen Position notwendig ist, beispielsweise
für das
Messen einer einzelnen röntgenmedizinischen Bildinformation
mittels eines Röntgengeräts, ist
es oft einfacher, die Patientenliege manuell zu verfahren. Für ein manuelles
Verfahren muss ein Bediener jedoch den Widerstand des Antriebs,
insbesondere den Widerstand von Motor und Getriebe, überwinden.
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Um
das manuelle Verschieben der Patientenliege trotz angekoppelten
Antriebs zu erleichtern, ist aus der
DE 199 29 654 C1 bekannt, den Antrieb mittels
elektromagnetischer oder mechanischer Kupplung an die Patientenliege
anzukoppeln. Soll die Patientenliege manuell verschoben werden,
wird sie mittels der Kupplung vom Antrieb entkoppelt, so dass nur
noch die Reibungskräfte
einer beispielsweise als Linearführung
ausgeführten
Lagerung der Patientenliege überwunden
werden müssen.
Nachteilig an dieser Lösung
ist jedoch zum einen, dass auch die Kupplung mittels einer manuellen
Betätigung
gelöst werden
muss. Zum anderen bedeutet die Kupplung einen erheblichen konstruktiven
Zusatzaufwand.
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Aus
der
DE 10 2004
047 615 B3 ist bekannt, den motorischen Antrieb und die
Patientenliege elastisch miteinander zu koppeln. Mittels eines Positionssensors
werden die tatsächliche
Position der Patientenliege und die Position des motorischen Antriebs miteinander
verglichen. Bei einer Abweichung beider Positionen und gleichzeitig
ausgeschaltetem motorischen Antrieb kann so auf ein Verschieben
der Patientenliege durch einen Bediener geschlossen werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Patientenpositioniervorrichtung
anzugeben, die ein manuelles Verschieben der Patientenliege mittels des
motorischen Antriebs unterstützt
und in einfacher und kostengünstiger
Weise umsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Patientenpositioniervorrichtung nach Anspruch 1. Hierzu ist
eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer zum Verfahren der Patientenliege
auf diese einwirkenden manuellen Kraft vorgesehen. Weiterhin ist
die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit
der erfassten Kraft den Antrieb ansteuert. Eine derartige Sensoreinrichtung
umfasst einen Kraftaufnehmer, der insbesondere mittels der Dehnungsmessstreifen-Technologie eine
an ihm angreifende Kraft misst.
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Ein
in der Dehnungsmessstreifen-Technologie ausgeführter Kraftaufnehmer weist
einen elastischen Federkörper
auf, auf dem einer oder mehrere Dehnungsmessstreifen zur Erfassung
einer Verformung des Federkörpers
aufgrund einer Krafteinwirkung appliziert sind. Er generiert üblicherweise
bei Krafteinwirkung ein in einfacher Weise abgreifbares Messsignal
in Form einer elektrischen Spannung.
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Ein
derartiger Kraftaufnehmer ist vergleichsweise kostengünstig. Zudem
ist die Dehnungsmessstreifen-Technologie derart weit entwickelt,
dass Kraftaufnehmer für
nahezu beliebige Messbereiche und mit einer nahezu beliebigen Empfindlichkeit
am Markt standardisiert erhältlich
sind.
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Das
elektrisches Messsignal ist von der Steuereinrichtung in einfacher
Weise erfassbar und verarbeitbar. Die Steuereinrichtung ist so einrichtbar, dass
sie anhand einer hinterlegten Programmlogik ein Steuersignal generiert,
das den motorischen Antrieb zur Unterstützung der auf die Patientenliege
aufgebrachten Kraft antreibt.
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Es
ist somit keine separate Kupplung zum Entkoppeln von Patientenliege
und Antrieb notwendig, wenn die Patientenliege auch manuell verschiebbar
ausgeführt
sein soll. Vom Bediener sind bei einem manuellen Verfahren somit
nur noch die Reibungskräfte
einer der Patientenliege zugeordneten Führung zu überwinden. Da das manuelle
Verfahren durch den Antrieb unterstützt ist, ist es somit auch dann
durchführbar,
wenn auf der Patientenliege eine besonders schwergewichtige Person
liegt oder wenn die Mechanik von Patientenliege und Antrieb besonders
schwergängig
ausgeführt
ist. Auch bei einem Antrieb, der als selbsthemmender Linearantrieb
z.B. mittels einer Gewindespindel ausgeführt ist, ist ein manuelles
Verfahren nunmehr realisierbar. Weiterhin wird im Gegensatz zum
Einsatz einer herkömmlichen Kupplung
der Verschiebewiderstand der Antriebselemente, beispielsweise von
Zahnriemen oder Spindeln, mit aufgehoben, so dass ein besonders
leichtgängiges
Verschieben erreichbar ist.
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In
einer Weiterbildung ist die Sensoreinrichtung zur Erfassung einer
Relativkraft zwischen dem Antrieb und der Patientenliege eingerichtet.
Wird bereits eine Relativkraft gemessen, so ist keine separate Verrechnung
der auf den Antrieb und der auf die Patientenliege wirkenden Kräfte mehr
notwendig. Die Programmlogik ist daher einfacher ausführbar und somit
weniger störungsanfällig.
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Zweckmäßig ist
die Sensoreinrichtung zwischen dem Antrieb und der Patientenliege
angeordnet. Eine derartige Messanordnung ist messtechnisch einfach
zu realisieren. So gibt es beispielsweise auf Zug und Druck gleichermaßen beanspruchbare
Kraftsensoren, die über
zwei Gewindeanschlüsse zur
Krafteinleitung verfügen
und die sich mittels Schraubverbindungen in einfacher Weise zwischen dem
motorischen Antrieb und der Patientenliege kraftschlüssig positionieren
lassen. Da der Kraftaufnehmer auf Zug und Druck belastbar ist, ist
seine Einbaulage nahezu beliebig. Weiterhin ist durch die Anordnung
des Kraftaufnehmers bereits eine Messung der Relativkraft zwischen
motorischem Antrieb und Patientenliege realisiert.
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Weitere
Messeinrichtungen sind genauso wenig notwendig wie eine Verrechnung
von mehreren Messwerten in der Steuereinrichtung.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinheit eingerichtet,
den Antrieb erst bei Überschreiten
eines Schwellwertes der auf die Patientenliege wirkenden Kraft anzusteuern.
Auf diese Weise ist sicher gestellt, dass leichte und versehentliche
Berührungen
der Patientenliege durch den Bediener oder Bewegungen der auf der
Patientenliege liegenden Person nicht zu einer Positionsveränderung
der Patientenliege führen.
Bei einem Loslassen der Patientenliege durch den Bediener kommt
die Patientenliege durch eine Unterschreitung des Schwellwerts zum
Halten.
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Zweckmäßig ist
die Steuereinheit eingerichtet, den Antrieb so anzusteuern, dass
die Kraft zwischen einer vom Antrieb getriebenen Antriebsachse und
der Patientenliege unter einem vorgegebenen Toleranzwert liegt.
Bei dieser Antriebsachse handelt es sich beispielsweise um einen
Zahnriementrieb. Auf diese Weise lässt sich die Empfindlichkeit
bei der Ansteuerung des motorischen Antriebs dämpfen. Leichte Schwankungen
des Messsignals aufgrund von einer ungleichmäßig ausgeübten manuellen Kraft durch
den Bediener oder aufgrund von Bewegungen der auf der Patientenliege
liegenden Person während
des Verfahrens führen
nicht zu einer Veränderung
von Verfahrrichtung oder Verfahrgeschwindigkeit der Patientenliege.
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In
einer bevorzugten Variante erfolgt die Messung der Kraft und die
Ansteuerung des Antriebs iterativ, insbesondere in konstanten Zeitabständen. Auf
diese Weise lässt
sich mit der Programmlogik eines Regelkreises iterativ überprüfen, ob
eine Änderung
der Kraft vorliegt und wie der Antrieb anzusteuern ist, um ein Verfahren
der Patientenliege in eine bestimmte Richtung zu unterstützen.
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Dabei
lässt sich
beispielsweise die Kraft mit einem sehr hohen Messzyklus messen
und mitteln, wodurch Schwankungen des Messsignals und der auf die
Patientenliege einwirkenden manuellen Kraft ausgleichbar sind. Die
Ansteuerung des motorischen Antriebs kann dann mit einem niedrigeren
Zyklus erfolgen, um abrupte Änderungen
hinsichtlich der Verfahrgeschwindigkeit und der Verfahrrichtung
zu vermeiden. Damit lässt
sich trotz eines ungleichmäßigen Einwirkens
der Kraft eine gleichmäßige Verschiebung
der Patientenliege erreichen.
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Zweckmäßig weist
die Patientenliege eine Führung
auf, die als Linearführung
ausgeführt
ist. Somit lässt
sich eine eindimensionale oder zweidimensionale Verschiebebewegung
in einfacher Weise realisieren. Über
die Wahl der Linearführung
ist die Leichtgängigkeit
des Verfahrens der Patientenliege vorgebbar. Linearführungen
sind nach dem Baukastenprinzip miteinander kombinierbar und in vielfältigen Ausführungen
vergleichsweise kostengünstig am
Markt erhältlich.
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In
einer anderen Variante ist als Führung
der Patientenliege ein Positionierungsroboter vorgesehen. Ein derartiger
Positionierungsroboter weist üblicherweise
mehrere mittels Drehgelenken verbundene Schwenkarme zur nahezu beliebigen
Positionierung der Patientenliege im Raum auf. Damit sind auch sehr
komplexe Positionierungen realisierbar, bei denen die Patientenliege
in der vertikalen Richtung verstellt und womöglich verkippt wird.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch
eine Patientenpositioniervorrichtung, sowie
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2 den
zeitlichen Verlauf eines Messsignals und eines Steuersignals in
einem Zeit-Kraft-Diagramm
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Gemäß 1 weist
eine Patientenpositioniervorrichtung 2 eine Patientenliege 4 auf,
die mittels einer Linearführung 6 in
Längsrichtung 8 und Querrichtung 10 verfahrbar
ist. Mit der Patientenpositioniervorrichtung 2 kann eine
auf der Patien tenliege 4 liegende Person 12 somit
im Wirkbereich eines in der FIG nicht gezeigten medizinischen Diagnose- oder
Therapiegeräts
positioniert werden.
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Dieses
Positionieren geschieht mittels eines motorischen Antriebs 14,
der einen Elektromotor 16, ein Getriebe 17 und
eine vom Getriebe 17 getriebene Antriebsachse 18 umfasst.
Die Antriebsachse 18 ist im Ausführungsbeispiel als Zahnriementrieb
ausgeführt.
Zum Verfahren der Patientenliege 4 ist das Getriebe 18 mittels
eines Kopplungselements 20 an die Linearführung 6 gekoppelt.
Mittels einer Steuereinrichtung 22 wird der Elektromotor 14 angesteuert. Dabei
sind Verfahrgeschwindigkeit und Verfahrrichtung der Patientenliege 4 von
der Steuereinrichtung 22 mittels eines Steuersignals S
vorgegeben.
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So
lässt sich
mittels der Steuereinrichtung 22 eine automatische Positionierung
der Patientenliege 4 vornehmen. Mittels dieser automatischen
Positionierung können
beispielsweise bei einem als Computertomographen ausgebildeten medizinischen
Diagnosegerät
sukzessive zweidimensionale Bildinformationen gemessen und in einer
Auswerteeinheit zu einer dreidimensionalen Bildinformation fusioniert
werden. Spezielle Ausgestaltungen sind jedoch Teil des medizinischen
Diagnose- oder Therapiegeräts
und in der FIG nicht dargestellt.
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Weiterhin
sind Eingabehilfen zur manuellen Positionierung der Patientenliege 4 vorgesehen.
Exemplarisch ist ein Joystick 24 gezeigt, dessen Bewegung
in Längsrichtung 8 oder
Querrichtung 10 in eine entsprechende Bewegung der Patientenliege 4 umgesetzt
wird.
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Zudem
ist mit dem Kopplungselement 20 eine Sensoreinrichtung 26 kraftschlüssig gekoppelt. Die
Sensoreinrichtung 26 ist zum Erfassen einer auf die Patientenliege 4 wirkenden
manuellen Kraft K vorgesehen. Da die Sensoreinrichtung 26 zwischen der
Antriebsachse 18 und der Linearführung 6 angeordnet
ist, misst sie die zwischen dem Getriebe 16 und der Linear führung 6 beim
manuellen Verfahren der Patientenliege 4 auftretende Relativkraft.
Die Sensoreinrichtung 26 generiert ein Messsignal M, das
von der Steuereinrichtung 22 erfasst und verarbeitet wird.
Die Sensoreinrichtung 26 ist beispielsweise als Kraftaufnehmer
mittels der Dehnungsmessstreifen-Technologie
ausgeführt.
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Wird
die Patientenliege 4 automatisch positioniert, wird das
Messsignal M in der Steuereinrichtung 22 nicht verarbeitet.
Die Verarbeitung des Messsignals M erfolgt nur, wenn sich die Patientenpositioniervorrichtung 2 in
einer Bereitschaftsstellung befindet. Dann kann beispielsweise eine
Positionierung mittels des Joysticks 24 erfolgen. Wird
auf die Patientenliege 4 eine manuelle Kraft K ausgeübt, so wird die
Relativkraft zwischen der Antriebsachse 18 und der Linearführung 6 gemessen,
die eine Betrags- und Richtungsinformation aufweist. Wird dabei
vom Betrag her ein Schwellwert SCH überschritten, siehe 2,
so generiert die Steuereinrichtung 26 ein Steuersignal
S zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs 14. Der Schwellwert
SCH gibt somit die Empfindlichkeit der Ansteuerung vor.
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Das
Messsignal M wird iterativ in festgelegten Zeitintervallen von der
Steuereinrichtung 22 erfasst. Eine Ansteuerung des elektrischen
Antriebs 14 erfolgt so lange, bis das Messsignal M für die Relativkraft
unter den Schwellwert SCH fällt.
Dies ist bei einem Loslassen der Patientenliege 4 durch
den Bediener der Fall. Der Verschiebevorgang ist beendet und die
neue Position der Patientenliege 4 ist erreicht.
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Während des
Verschiebevorgangs wird das Steuersignal S iterativ auf das Messsignal
M für die gemessene
Relativkraft nach Art eines Regelkreises angepasst. Ein abweichendes
Steuersignal wird jedoch nur generiert, wenn die Relativkraft über einer Toleranzschwelle
T liegt. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiges Verschieben der Patientenliege 4 erreicht.
Somit ist ein Bediener beim Ausüben
der manuellen Kraft K durch den Antrieb 14 unterstützt.
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Jede
auf die Patientenliege 4 wirkende manuelle Kraft K weist
eine Komponente in Längsrichtung 8 und
eine Komponente in Querrichtung 10 auf. Die daraus resultierende
Relativkraft wird mittels der Sensoreinrichtung 26 gemessen
und als Messsignal M an die Steuereinrichtung 22 übertragen.
Auch dieses Messsignal M weist eine Komponente in Längsrichtung 8 und
eine Komponente in Querrichtung 10 auf. Zur Ansteuerung
des Antriebs 14 generiert die Steuereinrichtung ein Steuersignal
S mit wiederum einer Komponente in Längsrichtung 8 und
einer Komponente in Querrichtung.
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2 zeigt
ein vereinfachtes Diagramm, in dem für einen typischen Verschiebevorgang
die Absolutbeträge
für das
zur manuellen Kraft K proportionale Messsignal M und das von der
Steuereinrichtung 22 generierte Steuersignal S zeitabhängig dargestellt
sind. Dabei ist das Messsignal M als durchgezogene Linie und das
Steuersignal S ist als gestrichelte Linie ausgeführt.
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Die
manuelle Kraft K wirkt auf die Patientenliege 4. Damit
steigt das Messsignal M vom Zeitpunkt t1 an bis zu einem Endwert
M1 zum Zeitpunkt t4. Zum Zeitpunkt t2 ist der Schwellwert SCH überschritten.
Mit der Verzögerung Δt, die der
Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinrichtung 22 für das Erfassen
und Verrechnen des Messsignals M und die Generierung des Steuersignals
S entspricht, generiert die Steuereinrichtung 22 ab dem
Zeitpunkt t3 das Steuersignal S zur Ansteuerung des Antriebs 14.
Das Steuersignal S hat von Anfang an den Schwellwert SCH und folgt
dem Messsignal M für
die manuelle Kraft K bis zum Erreichen des Endwerts S1 zum Zeitpunkt
t5 mit der zeitlichen Verzögerung Δt gegenüber dem
Endwert M1 des Messsignals M zum Zeitpunkt t4.
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Zum
Zeitpunkt t6 steigt die manuelle Kraft K an. Das Messsignal M steigt
auf den Wert M2 an. Dieser Wert wird von der Steuereinheit 22 als
Signalwert S2 mit der Zeitverzögerung Δt zum Zeitpunkt
t7 reproduziert.
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Vom
Zeitpunkt t8 bis zum Zeitpunkt t9 schwankt die manuelle Kraft K
und damit das Messsignal M. In der 2 ist dieses
Zeitintervall mit M3 bezeichnet. Jedoch liegt die Schwankung des
Messsignals M ins Positive und ins Negative unter der Toleranzschwelle
T, so dass das keine Änderung
des Steuersignals S erfolgt. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Verfahrbewegung
der Patientenliege 4 erreicht.
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Ab
dem Zeitpunkt t10 sinkt die manuelle Kraft K, da der Bediener die
Patientenliege loslässt. Das
Messsignal M fällt
von seinem Momentanwert M4 zum Zeitpunkt t10 auf den Wert 0 zum
Zeitpunkt t14. Die Steuereinrichtung 22 generiert ein korrespondierendes
Signal S, das mit der Zeitverzögerung Δt ab dem
Zeitpunkt t11 von seinem Momentanwert S4 an abfällt. Ab dem Zeitpunkt t12 ist
der Schwellwert SCH unterschritten. Mit der zeitlichen Verzögerung Δt ist der
Betrag des Steuersignals S ab dem Zeitpunkt t13 gleich 0, d.h. der
Antrieb 14 wird nicht mehr angesteuert. Die Patientenliege 4 hält an, obwohl
noch eine von 0 verschiedene Relativkraft bis zum Zeitpunkt t14
gemessen wird.