DE102008035195B4 - X-ray system and method for operating an X-ray system - Google Patents
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Abstract
Röntgensystem, aufweisend – einen mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm, an dessen distalem Ende mittels eines Befestigungselements (6) eine Vorrichtung oder eine Halterung mit zumindest einer Vorrichtung befestigt ist, – eine verfahrbare Tragevorrichtung zur Halterung von zumindest einer die Vorrichtung versorgenden Versorgungsleitung (11), wobei die Tragevorrichtung zu einer zumindest zweidimensionalen Bewegung, die synchron zu dem Befestigungselement (6) ist, ansteuerbar ist, wobei die Tragevorrichtung eine erste motorische Aufwicklungsvorrichtung (14) für die Versorgungsleitung (11) aufweist, und – eine zweite motorische Aufwicklungsvorrichtung (15) für die Versorgungsleitung (11) im Bereich des Befestigungselements (6), wobei beide motorische Aufwicklungsvorrichtungen (14, 15) bei einer Rotation des Befestigungselements (6) derart zur Auf- oder Abwicklung der Versorgungsleitung (11) ansteuerbar sind, dass auf die Versorgungsleitung (11) eine gleichmäßige Zugbelastung wirkt, und wobei die motorischen Aufwicklungsvorrichtungen (14; 15) derart ansteuerbar sind, dass die Versorgungsleitung (11) bei Aufwicklung auf der einen Aufwicklungsvorrichtung (14; 15) gleichzeitig auf der jeweils anderen Aufwicklungsvorrichtung...X-ray system, comprising - a multi-axis, three-dimensionally adjustable robot arm, at the distal end by means of a fastener (6) a device or a holder is attached to at least one device, - a movable support device for supporting at least one supplying the device supply line (11), the carrying device being drivable for at least two-dimensional movement synchronous with the fastening element (6), the carrying device having a first motor winding device (14) for the supply line (11), and a second motor winding device (15) for the supply line (11) in the region of the fastening element (6), both motor winding devices (14, 15) being controllable during a rotation of the fastening element (6) in such a manner for winding up or unwinding the supply line (11) that the supply line (11 ) evenly e tensile load acts, and wherein the motor winding devices (14; 15) are controllable such that the supply line (11) at the same time on the one Aufwicklungsvorrichtung (14; 15) on the other Aufwicklungsvorrichtung ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 11.The invention relates to an X-ray system according to
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
Ein Problem eines solchen C-Bogen-Röntgensystems besteht darin, dass, obwohl theoretisch möglich, in der Praxis Rotationen in eine Richtung nur über einen Bereich von circa 360° durchführbar sind, da sich verschiedene Versorgungsleitungen wie Hochspannungsleitung oder Kühlwasserleitung des C-Bogens bei Rotationen über 360° zu stark verdrehen oder gar abreißen könnten. Das bedeutet, dass mehrfache Rotationen nur mittels mehrmaliger Hin- und Zurückrotation möglich sind. In einem solchen Fall muss jedoch für jede einzelne Rotation der C-Bogen abgebremst und wieder beschleunigt werden, wodurch viel zeit verbraucht wird.A problem with such a C-arm X-ray system is that, although theoretically possible, in practice one-directional rotations are feasible only over a range of approximately 360 ° because of various supply lines such as high voltage or C-arm cooling water at rotations over 360 ° could twist too much or even tear off. This means that multiple rotations are possible only by repeated rotation back and forth. In such a case, however, for every single rotation, the C-arm must be decelerated and accelerated again, which consumes a lot of time.
Bei einem CT(Computertomographie)-Gerät befindet sich die Wasserkühlung auf einem statischen Teil einer Gantry, während die Abwärme von einem rotierenden Teil der Gantry per Luftkühlung übertragen wird. Eine solche Lösung ist für ein C-Bogen-Röntgensystem mangels geschlossener Gantry nicht anwendbar. Die Spannung wird bei dem CT-Gerät von dem statischen Teil der Gantry zu dem rotierenden Teil mittels Schleifringen übertragen. Der gesamte Hochspannungsgenerator zur Versorgung der Röntgenquelle ist gleich direkt auf der rotierenden Gantry angeordnet. Diese Lösung ist für ein C-Bogen-Röntgensystem nicht anwendbar, da Schleifringe für Hochspannungen nicht verwendet werden können und eine Anordnung eines Hochspannungsgenerators am C-Bogen ein zu hohes Gewicht bedeuten würde.In a CT (Computed Tomography) device, the water cooling is on a static part of a gantry, while the waste heat is transferred from a rotating part of the gantry by air cooling. Such a solution is not applicable to a C-arm X-ray system in the absence of a closed gantry. The voltage is transmitted by the CT device from the static part of the gantry to the rotating part by means of slip rings. The entire high-voltage generator for supplying the X-ray source is arranged directly directly on the rotating gantry. This solution is not applicable to a C-arm X-ray system because slip rings can not be used for high voltages and placing a high voltage generator on the C-arm would result in too much weight.
Aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgensystem bereitzustellen, welches eine verbesserte Bedienbarkeit insbesondere bei an einem Roboterarm gehalterten Vorrichtungen ermöglicht; des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgensystems bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an X-ray system which enables improved operability, in particular in devices supported on a robot arm; Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for operating an X-ray system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 11; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The object is achieved by an X-ray system according to
Bei dem erfindungsgemäßen Röntgensystem mit dem mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm, an dessen distalem Ende mittels eines Befestigungselements eine Vorrichtung oder eine Halterung mit zumindest einer Vorrichtung befestigt ist, ist eine verfahrbare Tragevorrichtung zum Haltern zumindest einer die Vorrichtung versorgenden Versorgungsleitung angeordnet, wobei die Tragevorrichtung zu einer zumindest zweidimensionalen Bewegung, die im Wesentlichen synchron zu dem Befestigungselement ist, ansteuerbar ist. Die Tragevorrichtung, welche insbesondere oberhalb des Röntgensystems angeordnet ist und nicht baulich mit dem Roboter verbunden ist, sorgt für eine praktische und zuverlässige Halterung der Versorgungsleitung, so dass die Gefahr erheblich verringert wird, dass die Versorgungsleitung bei Bewegungen des Roboterarms störend ist oder in Teile des Röntgensystems eingeklemmt werden kann. Die zumindest zweidimensionale Bewegung der Tragevorrichtung synchron zu der Bewegung des Befestigungselements gewährleistet eine intelligente Kabelnachführung zu der Vorrichtung oder der Halterung, wodurch bei entsprechender Kabellänge eine Mehrfachrotation mit bis zu drei oder vier Umläufen ermöglicht wird, ohne die Versorgungsleitung dabei zu beschädigen oder zu gefährden.In the X-ray system according to the invention with the multi-axis, three-dimensionally adjustable robot arm, at the distal end by means of a fastener, a device or a holder is attached to at least one device, a movable support device for holding at least one supply line supplying the device is arranged, wherein the carrying device to a at least two-dimensional movement, which is substantially synchronous with the fastening element, can be controlled. The carrying device, which is arranged in particular above the X-ray system and is not structurally connected to the robot, ensures a practical and reliable mounting of the supply line, so that the risk is considerably reduced that the supply line is disturbing during movements of the robot arm or in parts of the X-ray system can be pinched. The at least two-dimensional movement of the carrying device synchronously with the movement of the fastening element ensures intelligent cable tracking to the device or the holder, whereby a multi-rotation with up to three or four rounds is made possible with appropriate cable length, without damaging or endangering the supply line.
Erfindungsgemäß weist die Tragevorrichtung eine erste motorische Aufwicklungsvorrichtung für die Versorgungsleitung auf, mittels der die Versorgungsleitung besonders praktisch und platzsparend mittels eines Antriebs auf- und wieder abgewickelt werden kann. Dadurch kann zusätzlich dazu beigetragen werden, dass die Versorgungsleitung nicht in Teilen des Roboterarms eingeklemmt und beschädigt wird. Erfindungsgemäß weist das Röntgensystem im Bereich des Befestigungselements, insbesondere an dem Befestigungselement, eine zweite motorische Aufwicklungsvorrichtung für die Versorgungsleitung auf. Auch hier kann zumindest ein Teil der Versorgungsleitung bei Bedarf auf- und wieder abgewickelt werden. Die zweite Aufwicklungsvorrichtung tragt ebenfalls dazu bei, dass die Versorgungsleitung nicht in Teile des Roboterarms eingeklemmt und beschädigt wird.According to the invention, the carrying device has a first motor winding device for the supply line, by means of which the supply line can be handled in a particularly practical and space-saving manner by means of a drive and unwound again. This can additionally contribute to the fact that the supply line is not in Parts of the robot arm is trapped and damaged. According to the invention, the X-ray system has a second motor winding device for the supply line in the region of the fastening element, in particular on the fastening element. Here, too, at least a part of the supply line can be opened and closed again if necessary. The second rewinding device also helps to prevent the umbilical from being pinched and damaged in parts of the robotic arm.
Erfindungsgemäß und mit dem Vorteil, dass dadurch eine besonders geringe mechanische Belastung der Versorgungsleitung zustande kommt, ist die erste motorische Aufwicklungsvorrichtung bei einer Rotation des Befestigungselements derart zur Auf- oder Abwicklung der Versorgungsleitung ansteuerbar, dass auf die Versorgungsleitung eine gleichmäßige, geringe Zugspannung wirkt, also die Versorgungsleitung weder stark gespannt noch zu locker gelassen wird. Auch andere mechanische Belastungen wie z. B. Druck werden vermieden. Zur Überprüfung der Belastungen können Sensoren vorgesehen sein. Auf eine sehr ähnliche Weise und mit demselben Vorteil ist die zweite motorische Aufwicklungsvorrichtung bei einer Rotation des Befestigungselements derart zur Auf- oder Abwicklung der Versorgungsleitung ansteuerbar, dass auf die Versorgungsleitung eine gleichmäßige, geringe Zugbelastung wirkt.According to the invention and with the advantage that this results in a particularly low mechanical load of the supply line, the first motor Aufwicklungsvorrichtung is driven at a rotation of the fastener so for winding or unwinding of the supply line that acts on the supply line a uniform, low tensile stress, ie the supply line is neither tight nor too loose. Other mechanical stresses such. B. pressure can be avoided. To check the loads sensors may be provided. In a very similar manner and with the same advantage, the second motor Aufwicklungsvorrichtung is driven at a rotation of the fastener such for winding or unwinding of the supply line that acts on the supply line a uniform, low tensile load.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist außerdem, dass die beiden motorischen Aufwicklungsvorrichtungen derart ansteuerbar sind, dass die Versorgungsleitung bei Aufwicklung auf der einen Aufwicklungsvorrichtung gleichzeitig auf der jeweils anderen Aufwicklungsvorrichtung abgewickelt wird. Auf diese Weise kann die Versorgungsleitung bei einer in etwa konstanten Länge gehalten werden, bei der es weder zu einer hohen Zugbelastung mit Einschränkung der Bewegung des Roboterarms durch eine zu geringe Länge noch zu einer Behinderung durch eine zu große Länge kommt.According to the invention, moreover, provision is made for the two motor winding devices to be controllable in such a way that the supply line, upon being wound up on the one winding device, is simultaneously unwound on the respective other winding device. In this way, the supply line can be kept at an approximately constant length, in which there is neither a high tensile load with restriction of the movement of the robot arm by a too short length nor to a disability by a too long length.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, während der Roboterarm mit der Vorrichtung oder der Halterung bewegt wird, gleichzeitig die Tragevorrichtung zu einer zumindest zweidimensionalen Bewegung synchron zu dem Befestigungselement angesteuert, eine an der Tragevorrichtung angeordnete erste motorische Aufwicklungsvorrichtung und eine an dem Befestigungselement angeordnete zweite motorische Aufwicklungsvorrichtung werden bei einer Rotation des Befestigungselements derart zur Auf- oder Abwicklung der Versorgungsleitung angesteuert, dass auf die Versorgungsleitung eine gleichmäßige Zugbelastung wirkt, und die motorischen Aufwicklungsvorrichtungen werden derart angesteuert, dass die Versorgungsleitung bei Aufwicklung auf der einen Aufwicklungsvorrichtung gleichzeitig auf der jeweils anderen Aufwicklungsvorrichtung abgewickelt wird.According to the method of the invention, while the robot arm is being moved with the device or the holder, the carrying device is simultaneously driven to perform at least two-dimensional movement synchronously with the fastener, a first motor winding device arranged on the support device, and a second motor winding device arranged on the fastener driven at a rotation of the fastener such for winding or unwinding of the supply line that acts on the supply line a uniform tensile load, and the motor Aufwicklungsvorrichtungen be controlled such that the supply line is wound on winding on one Aufwicklungsvorrichtung simultaneously on the other Aufwicklungsvorrichtung.
In vorteilhafter Weise wird die Vorrichtung von einer Röntgenquelle oder einem Röntgendetektor oder die Halterung von einem C-Bogen mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor gebildet. Insbesondere kann der Roboterarm von einem sechs Drehachsen aufweisenden Knickarmroboter gebildet werden.Advantageously, the device is formed by an X-ray source or an X-ray detector or the holder of a C-arm with an X-ray source and an X-ray detector. In particular, the robot arm can be formed by a six-axis articulated robot.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragevorrichtung oberhalb des Roboterarms, insbesondere an der Decke des Raumes, in dem das Röntgensystem angeordnet ist, angeordnet. Auf diese Weise ist die Versorgungsleitung besonders sicher und störungsfrei außerhalb des Bewegungsspielraums des Roboterarms positioniert, so dass die synchrone Nachführung besonders einfach durchgeführt werden kann.According to one embodiment of the invention, the carrying device is arranged above the robot arm, in particular on the ceiling of the room in which the X-ray system is arranged. In this way, the supply line is particularly safe and trouble-free positioned outside the range of motion of the robot arm, so that the synchronous tracking can be carried out particularly easily.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Tragevorrichtung von einem Schlitten gebildet und ist insbesondere entlang der Decke zweidimensional verfahrbar angeordnet. Ein solcher Schlitten kann zum Beispiel auf einem Schienensystem verfahren werden, welches an der Decke angeordnet ist.According to a further embodiment of the invention, the carrying device is formed by a carriage and is arranged in particular two-dimensionally movable along the ceiling. Such a carriage can be moved, for example, on a rail system which is arranged on the ceiling.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die erste und/oder die zweite Aufwicklungsvorrichtung einen elektrischen, mechanischen, hydraulischen, oder pneumatischen Antrieb auf.According to a further embodiment of the invention, the first and / or the second Aufwicklungsvorrichtung on an electric, mechanical, hydraulic, or pneumatic drive.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Bewegung der Tragevorrichtung, des Schlittens und/oder der Aufwicklungsvorrichtungen auf. Der Steuervorrichtung ist insbesondere bekannt, welche Bewegungsabläufe der Roboterarm mit der Vorrichtung oder dem Träger ausführt, so dass eine entsprechende Koordination der Bewegungen erfolgen kann. Vorteilhafterweise wird die Steuervorrichtung von der Systemsteuerung, die die Ansteuerung des Roboterarms durchführt, gebildet. Dadurch ist die Koordination der Bewegungen einfacher und schneller möglich.According to a further embodiment of the invention, the X-ray system has a control device for controlling the movement of the carrying device, the carriage and / or the Aufwicklungsvorrichtungen. In particular, the control device is aware of which movement sequences the robot arm carries out with the device or the carrier, so that a corresponding coordination of the movements can take place. Advantageously, the control device is formed by the system controller, which performs the control of the robot arm. This makes it easier and faster to coordinate the movements.
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:The invention and further advantageous embodiments according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing, without thereby limiting the invention to these embodiments; show it:
In der
Die Tragevorrichtung weist einen Schlitten
Bei einer Rotation des C-Bogens und damit des Befestigungselements
In der
Bei Veränderungen der räumlichen Position des C-Bogens fährt der Schlitten an der Decke automatisch so mit, dass er sich immer in der gleichen relativen Position (z. B. direkt oberhalb) des Befestigungselements oder Flanschs des C-Bogens befindet, um so eine optimale Zuleitung der Versorgungsleitung zu ermöglichen. Bei Rotationen des C-Bogens wird die Versorgungsleitung
Bei bestimmten Positionen des C-Arms, insbesondere wenn die Rotationsachse A6 im Wesentlichen senkrecht steht, kann vorgesehen sein, dass schnelle Bewegungen automatisch blockiert oder die Geschwindigkeit der Bewegungen des Röntgensystems
Durch die Erfindung wird eine intelligente Zuführung und – Nachführung der Versorgungsleitung
Die Erfindung ist auch anwendbar für Röntgensysteme, bei denen lediglich eine Strahlungsquelle oder ein Röntgendetektor an einem Roboterarm angeordnet ist.The invention is also applicable to X-ray systems in which only a radiation source or an X-ray detector is arranged on a robot arm.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Zur Verbesserung der Bedienbarkeit insbesondere bei an einem Roboterarm gehalterten Vorrichtungen ist ein Röntgensystem vorgesehen, aufweisend
- – einen mehrachsigen, dreidimensional verstellbaren Roboterarm, an dessen distalem Ende mittels eines Befestigungselements (
6 ) eine Vorrichtung oder eine Halterung mit zumindest einer Vorrichtung befestigt ist, und - – eine verfahrbare Tragevorrichtung zur Halterung von zumindest einer die Vorrichtung versorgenden Versorgungsleitung (
11 ), wobei die Tragevorrichtung zu einer zumindest zweidimensionalen Bewegung, die im Wesentlichen synchron zu dem Befestigungselement (6 ) ist, ansteuerbar ist, wobei die Tragevorrichtung eine erste motorische Aufwicklungsvorrichtung (14 ) für die Versorgungsleitung (11 ) aufweist, und - – eine zweite motorische Aufwicklungsvorrichtung (
15 ) für die Versorgungsleitung (11 ) im Bereich des Befestigungselements (6 ),
- - A multi-axis, three-dimensionally adjustable robot arm, at its distal end by means of a fastener (
6 ) is attached a device or a holder with at least one device, and - A movable carrying device for holding at least one supply line supplying the device (
11 ), wherein the carrying device for an at least two-dimensional movement, which is substantially synchronous with the fastening element (6 ) is controllable, wherein the carrying device comprises a first motor winding device (14 ) for the supply line (11 ), and - A second motor winding device (
15 ) for the supply line (11 ) in the region of the fastening element (6 )
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