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Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einem mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm gemäß dem Patentanspruch 1.
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Für interventionelle medizinische Eingriffe zum Beispiel in der Kardiologie oder Radiologie werden häufig Angiographie-Röntgensysteme verwendet. Neuartige C-Bogen Röntgensysteme können sowohl zweidimensionale Aufnahmen durchführen als auch dreidimensionale, CT-ähnliche Bilddatensätze erzeugen. Zur Erstellung einer 3D-Aufnahme rotiert dabei der C-Bogen über einen Bereich von mindestens 180° um den Patienten, die erstellten 2D-Projektionen können anschließend zu einem 3D-Volumenbild rekonstruiert werden. Ein Beispiel für ein derartiges neues Röntgensystem ist in der Anmeldung
DE 10 2005 012 700 A gezeigt, welche einen sechsachsigen Knickarmroboter beschreibt, an dessen distalem Ende eine Halterung, welche insbesondere ein C-Bogen sein kann, mit einem Röntgendetektor und einer Röntgenquelle beweglich angeordnet ist.
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Um den Röntgendetektor und die Röntgenquelle eines derartigen Röntgensystems z. B. mit Strom, Kühlwasser und Daten zu versorgen, müssen von extern mehrere Kabel zu der Halterung geführt werden. Die häufig zu einer Versorgungsleitung gebündelten Kabel müssen dabei derart angeordnet sein, dass die Halterung und der Knickarmroboter in jede mögliche Position gefahren werden können, dass jede dynamische Bewegung möglich ist und dass das klinische Umfeld unter keinen Umständen beeinträchtigt wird. Um alle Positionen und Bewegungen zu realisieren, ist eine minimale Länge der Versorgungsleitung notwendig. Dies führt dazu, dass in einer Position, in der nur ein Teil der gesamten Länge der Versorgungsleitung benötigt wird, der übrige Teil der Versorgungsleitung eine lose herunterhängende Schlaufe bildet. Eine derartige Schlaufe kann leicht den Arbeitsablauf einer Röntgenaufnahme und die Sicherheit gefährden, indem sie an Ecken hängenbleibt, den Patienten gefährdet, in eine Roboterachse eingeklemmt wird oder Kollisionsschutzsensoren auslöst.
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Bei bekannten Röntgensystemen wird zur Lösung dieses Problems die Verbindungsleitung mittels einer Seilzugaufhängung zu einem mechanisch verfahrbaren Deckenschlitten geführt.
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Aus der Broschüre der Firma Siemens AG zu „Artis zeego” ist ein an einem Industrieroboter mittels einer Halterung angeordnetes Röntgenaufnahmesystem bekannt, wobei eine Versorgungsleitung zur Versorgung des Röntgenaufnahmesystems vorgesehen ist.
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Aus der
DE 298 03 637 U1 ist ein mehrachsiger Industrieroboter mit einer Versorgungsleitung bekannt, wobei die Versorgungsleitung zwei Führungselemente zur Durchführung der Versorgungsleitung und eine einseitig in die Roboterhand mündende Versorgungsleitung aufweist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgensystem mit einem Roboterarm bereitzustellen, welches eine verbesserte Bedienbarkeit und größere Sicherheit insbesondere bei an einem Roboterarm gehalterten Röntgensystemen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgensystem mit einem mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm gemäß dem Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Röntgensystem mit dem mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm mit Bildaufnahmesystem und mit einer das Bildaufnahmesystem versorgenden Versorgungsleitung, wird durch die an dem Roboterarm befestigten Führungselemente die ausreichend lang ausgebildete Versorgungsleitung derart gehaltert, dass ein Umherschwingen der temporär nicht benötigten Teile der Versorgungsleitung zumindest eingeschränkt wird und somit ein Einklemmen der Versorgungsleitung und eine Gefährdung durch die Versorgungsleitung signifikant reduziert werden. Durch das erfindungsgemäße Röntgensystem wird der Ablauf einer Röntgenuntersuchung bei Bewegung des Roboterarms schneller und sicherer. Die Führungselemente sind dabei bevorzugt ringförmig ausgebildet, so dass sie die Versorgungsleitung umschließen können.
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Die Versorgungsleitung kann dabei ein oder mehrere zusammengefasste Kabel oder Schläuche enthalten, welche beispielsweise Strom, Kühlwasser oder Daten transportieren. Es können auch mehrere Versorgungsleitungen in dem Röntgensystem vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß sind für einen besonders sicheren Arbeitsablauf an mindestens zwei Punkten außerhalb des Befestigungselements Führungselemente zur Durchführung der Versorgungsleitung befestigt. Hierdurch kann die Versorgungsleitung derart an dem Roboterarm entlang geführt werden, dass sie keine Gefährdung und kein Hindernis darstellt.
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Erfindungsgemäß weist das Aufnahmesystem eine Halterung, insbesondere einen C-Bogen, mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor auf. Außerdem erfindungsgemäß mündet die Versorgungsleitung mittels zumindest eines Auslasselements in die Halterung des Aufnahmesystems.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungselemente drehbar an dem Roboterarm befestigt. Auf diese Weise kann bei Zug- oder Druckbelastung eine Entlastung der Versorgungsleitung durch die Drehbarkeit der Führungselemente erzielt werden.
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In vorteilhafter Weise ist die Versorgungsleitung innerhalb des zumindest einen Führungselements verschiebbar angeordnet. Das bedeutet, dass die Versorgungsleitung nicht an den Führungselementen fixiert ist sondern durch die Führungselemente in beide Richtungen auf einfache Weise durchbewegt werden kann, so dass die Kabelführung besonders flexibel wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Versorgungsleitung an einer deckenmontierten Tragevorrichtung befestigt. Nach Durchlaufen der Führungselemente mündet die Versorgungsleitung in eine an der Decke des Untersuchungsraumes angeordnete Tragevorrichtung. In vorteilhafter Weise umfasst die Tragevorrichtung eine Aufnahmevorrichtung, zum Beispiel eine Kammer, zur Aufnahme von Teilen der Versorgungsleitung. Die Aufnahmevorrichtung, in die die Versorgungsleitung je nach Bedarf zu variablen Teilen aufgenommen werden kann, trägt ebenfalls zu einer sicheren und flexiblen Kabelführung der Versorgungsleitung bei.
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Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Tragevorrichtung entlang der Decke zweidimensional verfahrbar angeordnet ist, so dass die Tragevorrichtung den Bewegungen des Röntgensystems folgen kann. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Tragevorrichtung von einer das Röntgensystem steuernden Systemsteuerung derart ansteuerbar ist, dass die Tragevorrichtung der Bewegung des Aufnahmesystems in der Ebene der Decke automatisch folgt. Auf diese Weise kann die Tragevorrichtung stets so angesteuert werden, dass keine Zugbelastung auf die Versorgungsleitung einwirkt, so dass Beschädigungen vermieden werden. In vorteilhafter Weise für eine besonders einfache Ausführung wird die Tragevorrichtung von einem Schlitten gebildet.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines sechsachsigen Knickarmroboters aus dem Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Röntgensystem mit einem Knickarmroboter, einem Bildaufnahmesystem an einem C-Bogen und zwei Führungselementen für die Versorgungsleitung,
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3 eine Seitenansicht einer Tragevorrichtung zur Aufnahme und Bevorratung der Versorgungsleitung,
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4 eine Aufsicht auf die Tragevorrichtung gemäß 3 und
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5 eine Ansicht von zwei Auslasselementen der Versorgungsleitung an einem C-Bogen.
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In der 1 ist ein nach dem Stand der Technik bekannter Knickarmroboter 10 mit sechs Drehachsen gezeigt. An einem Grundgestell 1, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist, ist drehbar um eine erste Drehachse A1 ein Karussell 2 aufgenommen. Am Karussell 2 ist schwenkbar um eine zweite Drehachse A2 eine Schwinge 3 angebracht. An der Schwinge 3 ist drehbar um eine dritte Drehachse A3 ein Arm 4 befestigt. Am Ende des Arms 4 ist drehbar um eine vierte Drehachse A4 eine Hand 5 angebracht. Die Hand 5 weist ein Befestigungselement 6 auf, welches um eine Rotationsachse A6 rotierbar und um eine senkrecht dazu verlaufende fünfte Drehachse A5 schwenkbar ist.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Röntgensystem mit einer Versorgungsleitung 11. An dem Knickarmroboter 10 ist ein C-Bogen 12 am Befestigungselement 6 angekuppelt. Dazu kann eine hier nicht näher dargestellte Kupplung vorgesehen sein, welche ein An- und Abkuppeln des C-Bogens 12 ermöglicht. An einem ersten Ende des C-Bogens 12 ist ein Röntgendetektor 14 und an einem zweiten Ende eine Röntgenquelle 13 in gegenüberliegender Anordnung angebracht. An dem Knickarmroboter 10 und insbesondere an dem Arm 4 des Knickarmroboters 10 sind zwei Führungselemente 15 angeordnet. Die Führungselemente 15 sind über je ein Drehgelenk 16 mit dem Arm 4 verbunden, so dass sie bei Zug oder Druck ohne Beschädigungen in die eine oder andere Richtung gedreht werden können. Die Führungselemente 15 sind insbesondere ringförmig ausgebildet, wobei die Versorgungsleitung 11 durch die ringförmigen Führungselemente 15 durchgeführt angeordnet ist und damit einen vorgegebenen Verlauf nimmt. Die Versorgungsleitung ist außerdem nicht an den Führungselementen 15 fixiert, sondern kann in beide Richtungen flexibel durch diese hindurch bewegt werden. Durch die Halterung der Versorgungsleitung 11 mittels der Führungselemente 15 wird auf praktische Weise die Versorgungsleitung 11 aus Gefahrenbereichen ferngehalten, so dass es weder zu Beschädigungen des Röntgensystems noch zur Gefährdung von Personen kommen kann.
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Neben der Durchführung durch die Führungselemente 15 wird die Versorgungsleitung 11 zusätzlich von einem Seilzug 17 gehaltert. Außerdem ist die Versorgungsleitung 11 zu veränderlichen Teilen in einem Deckenschlitten 20, welcher verfahrbar an der Decke des Untersuchungsraumes angeordnet ist, halterbar. An ihrem anderen Ende mündet die Versorgungsleitung 11 über ein Auslasselement 19 in den C-Bogen 12. Innerhalb des C-Bogens 12 teilt sich die Versorgungsleitung 11 in verschiedene Kabel oder Schläuche auf, die zu den jeweils zu versorgenden Komponenten des Bildaufnahmesystems führen.
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Zur Ansteuerung des Röntgensystems ist eine Systemsteuerung 27 vorgesehen. Diese steuert beispielsweise die Bewegungen des Knickarmroboters 10, des Bildaufnahmesystems und des Deckenschlittens 20 an, außerdem kann sie auch Einstellungen und Parameter für die Aufnahme von Röntgenbildern steuern. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Systemsteuerung bei Bewegungen des Röntgensystems den Deckenschlitten so ansteuert, dass dieser in der zweidimensionalen Deckenebene den relativen Bewegungen des Aufnahmesystems folgt, so dass die Zugbelastung auf die Versorgungsleitung möglichst konstant gehalten wird.
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3 und 4 zeigen in Detailansicht den Deckenschlitten 20 von der Seite (3) und von oben (4). Die Versorgungsleitung 11 führt dabei in einen Einlass 25, welcher verschwenkbar angeordnet sein kann. Von dort aus wird die Versorgungsleitung 11 in einer Kammer 22 des Deckenschlittens 20 aufgenommen, wobei veränderliche Anteile der Versorgungsleitung 11 in der Kammer bevorratet werden können. Bei Bedarf wird entweder ein größerer oder ein kleinerer Anteil der Versorgungsleitung 11 in die Kammer aufgenommen, je nachdem ob durch die mit dem Röntgensystem ausgeführte Bewegung ein kleiner oder ein großer Teil der Versorgungsleitung beansprucht wird. Hierdurch wird zusätzlich zu den Führungselementen 15 entlang des Knickarmroboters ein Umherhängen oder -schwingen der temporär nicht benötigten Anteile der Versorgungsleitung verhindert. Um den in die Kammer 22 aufzunehmenden Anteil der Versorgungsleitung 11 zu regulieren, ist eine auslenkbare Feder 23 oder beispielsweise ein Aufwicklungselement vorgesehen. Die Feder 23 oder das Aufwicklungselement können beispielsweise auch von der Systemsteuerung 27 gesteuert werden.
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Am anderen Ende des Deckenschlittens mündet die Versorgungsleitung 11 in eine Energieführungskette 24. Der Deckenschlitten 20 verfügt außerdem über einen Motor 21, durch welchen er zweidimensional entlang der Decke verfahren werden kann. Außerdem sind an dem Deckenschlitten 20 verschiedene Rollen 26 angeordnet, mit denen der Deckenschlitten 20 entlang der Decke zum Beispiel auf Schienen bewegt wird. Anstelle eines Deckenschlittens 20 kann auch eine weitere Transportvorrichtung vorgesehen sein.
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5 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung eines Auslasselements 19 für die Versorgungsleitung 11 an dem C-Bogen 12. Das Auslasselement 19 ist beidseitig des Befestigungselements 6 an dem C-Bogen 12 angeordnet. Verschiedene Kabel und Schläuche führen jeweils aus dem Auslasselement 19 heraus und vereinigen sich anschließend mittig zu der Versorgungsleitung 11. Hierdurch wird die Anzahl der Kabelbiegungen im Vergleich zu einem einseitigen Auslasselement, wie es im Stand der Technik bekannt ist, reduziert und damit die Lebensdauer der Versorgungsleitung erhöht. Außerdem wird so das versehentliche Auslösen von Kollisionsschutzsensoren am C-Bogen 12 verhindert. Das beidseitige Auslasselement 19 ist zudem kippbar ausgebildet.
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Die Erfindung lässt sich folgendermaßen kurz zusammenfassen: Für einen sicheren und praktischen Arbeitsablauf ist ein Röntgensystem, aufweisend einen mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm, an dessen distalem Ende mittels eines Befestigungselements 6 ein Bildaufnahmesystem 12; 13; 14 befestigt ist und das Bildaufnahmesystem eine Halterung mit einer Röntgenquelle 13 und einem Röntgendetektor 14 aufweist, und eine das Bildaufnahmesystem 12; 13; 14 versorgende Versorgungsleitung 11, welche an einem Ende mit dem Bildaufnahmesystem 12; 13; 14 verbunden ist und an dem zweiten Ende außerhalb des Röntgensystems befestigt ist, wobei an zumindest zwei Punkten des Roboterarms außerhalb des Befestigungselements 6 Führungselemente 15 zur Durchführung der Versorgungsleitung 11 befestigt sind, vorgesehen, wobei die Versorgungsleitung 11 mittels zumindest eines beidseitig des Befestigungselements 6 angeordneten Auslasselements 19 in die Halterung des Bildaufnahmesystems mündet.
