DE102010010873A1

DE102010010873A1 - Flexible Sicherheitsschaltmatte zur Kollisionserkennung für ein medizinisches Gerät

Info

Publication number: DE102010010873A1
Application number: DE102010010873A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gross; Harald Neumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (VKOL) zur Erkennung einer Kollision für ein bewegliches Teil eines medizinischen Gerätes. Diese umfasst eine erste kompressible Schicht (WSS) an der Außenseite der Vorrichtung (VKOL), und eine unterhalb der ersten Schicht (WSS) befindliche zweite drucksensitive Schicht (AE) zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Druckausübung. Ferner kann eine unterhalb der zweiten Schicht (AE) befindliche dritte kompressiblen Schicht (HSS) vorgesehen sein, sowie eine unterhalb der dritten Schicht (HSS) befindlichen vierte nicht kompressible Schicht (VK).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung einer Kollision für ein bewegliches Teil eines medizinischen Gerätes, sowie ein medizinisches Gerät mit solch einer Vorrichtung.
Bei medizinischen Geräten ist häufig für die behandelnde Person und gegebenenfalls auch für den Patienten eine Zugänglichkeit zu beweglichen bzw. während einer Behandlung oder Untersuchung bewegten Teilen gegeben. Ein Beispiel hierfür ist ein von einem Roboterarm bewegter Röntgen-C-Bogen. Kommt es an beweglichen Teilen zu einem unbeabsichtigten Kontakt zwischen dem Gerät und der Person, können Verletzungen der Person wie z. B. Quetschungen resultieren. Um derartige Verletzungen zu vermeiden, sollte das medizinische Gerät mit einer Kollisionserkennungsvorrichtung ausgestattet sein. Erkennt diese eine Kollision, wird das Anhalten der Bewegung des medizinischen Gerätes ausgelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur Erkennung einer Kollision für ein bewegliches Teil eines medizinischen Gerätes aufzuzeigen. Ferner soll ein medizinisches Gerät mit einer entsprechenden Vorrichtung aufgezeigt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein medizinisches Gerät mit Merkmalen eines nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung einer Kollision für ein bewegliches Teil eines medizinischen Gerätes weist eine erste kompressible Schicht an der Außenseite der Vorrichtung auf, und eine unterhalb der ersten Schicht befindliche zweite drucksensitive Schicht zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Druckausübung.
Die Vorrichtung sollte sich auf der Oberfläche des beweglichen Teils des medizinischen Gerätes angebracht werden. Die Außenseite der Vorrichtung ist diejenige, welche bei einem Zusammenprall des beweglichen Teils mit einer Person oder einem Gegenstand die Berührung mit der Person bzw. dem Gegenstand erfährt. Blickt man also entgegen der Bewegung auf die Vorrichtung, so sieht man die erste Schicht. Dies ist kompressibel, so dass die Person oder der Gegenstand nicht verletzt bzw. beschädigt wird. Z. B. kann sie aus einem weichen Schaumstoff bestehen.
Unterhalb und mit der ersten Schicht verbunden ist eine zweite Schicht angeordnet. Diese ist drucksensitiv, so dass sie, wenn ein Druck auf sie ausgeübt wird, ein elektrisches Signal erzeugt oder abgibt. Dieser Druck kommt dadurch zustande, dass eine Person oder ein Gegenstand eine Kollision mit dem beweglichen Teil erfahren hat, also die erste Schicht berührt hat. Bei der zweiten Schicht handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Schaltmatte. Vorzugsweise wird das elektrische Signal nur dann erzeugt oder abgegeben, wenn ein bestimmter Mindestdruck erreicht ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Auswerteeinheit auf zum Auswerten des elektrischen Signals der zweiten Schicht dahingehend, ob eine Kollision des bewegliches Teils des medizinischen Gerätes stattgefunden hat; die Auswerteeinheit hat ferner einen Ausgang zum Versenden einer Anweisung zum Anhalten einer Bewegung des medizinischen Geräts bei erkannter Kollision. Die Auswerteeinheit kann direkt bei den Schichten angeordnet oder sogar in diese integriert sein; es ist jedoch auch möglich, dass sie sich entfernt von den Schichten befindet. Sie empfängt das elektrische Signal von der zweiten Schicht, um anhand dessen zu entscheiden, ob eine Kollision stattgefunden hat. Dies erfolgt vorzugsweise anhand eines Schwellenwertvergleichs des elektrischen Signals mit einer Vergleichsgröße. Sobald die Auswerteeinheit erkannt hat, dass eine Kollision stattgefunden hat, sendet sie einen Befehl zum Anhalten des beweglichen Teils des medizinischen Geräts. Dies kann z. B. erfolgen, indem die Auswerteeinheit einen derartigen Befehl an eine Steuereinrichtung des medizinischen Gerätes sendet oder indem die Auswerteeinheit eine Schalterbetätigung auslöst, welche wiederum zum Anhalten des beweglichen Teils führt.
Es ist vorteilhaft, wenn das elektrische Signal eine Veränderung eines Stromflusses oder eines Widerstands umfasst. Durch Strom- und/oder Widerstandsmessung kann also erkannt werden, ob das elektrische Signal vorhanden ist.
In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine unterhalb der zweiten Schicht befindliche dritte kompressible Schicht. Diese kann bei noch nicht beendeter Bewegung des beweglichen Teils, nachdem die Kollision bereits erkannt und das Anhalten ausgelöst wurde, zusammengedrückt werden, um Verletzungen einer Person oder Beschädigungen eines Gegenstandes weitestgehend zu vermeiden.
Einer Weiterbildung der Erfindung gemäß ist eine unterhalb der dritten Schicht befindliche vierte nicht kompressible Schicht vorhanden. Unter nicht kompressibel ist zu verstehen, dass die Schicht kaum, also nur mit großem Kraftaufwand, zusammendrückbar ist. Diese Schicht kann direkt auf die Oberfläche des beweglichen Teils aufgebracht sein. Da sie nicht kompressibel ist, dient sie dem Schutz der Oberfläche des beweglichen Teils.
Vorzugsweise sind die vier beschriebenen Schicht jeweils direkt und unlösbar miteinander verbunden. Beispielsweise können sie verklebt sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die dritte Schicht weniger kompressibel ist als die erste Schicht. Ferner ist es auch vorteilhaft, wenn die dritte Schicht dicker ist als die erste Schicht. Beide Schichten können z. B. aus verschiedenartigen Schaumstoffen bestehen.
Bei dem medizinischen Gerät mit einer Vorrichtung der beschriebenen Art kann es sich z. B. um ein Gerät mit einem C-Bogen als beweglichem Teil handeln. Die Vorrichtung kann in diesem Fall an einer Strahlungsquelle des C-Bogens angebracht sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
1: ein medizinisches Gerät,
2: eine Vorrichtung zur Kollisionserkennung.
In 1 ist ein medizinisches Gerät in Form einer Röntgen-Untersuchungseinrichtung 100 dargestellt. Diese umfasst einen C-Bogen 110 mit einer Strahlungsquelle 112 und einem Strahlungsdetektor 114 sowie einen Patientenlagerungstisch 120, auf dem zur Untersuchung ein Patient anzuordnen ist. Der C-Bogen 110 ist im gezeigten Beispiel an einem Roboterarm 130 angeordnet, der mehrere Armabschnitte 132 aufweist, die über Drehgelenke 134 miteinander sowie mit dem C-Bogen 110 und einem Roboterstativ 136 verbunden sind. Der Roboterarm 130 ist insgesamt um eine Vertikalachse drehbeweglich. Ferner ist der C-Bogen 110 entlang seiner Bogenform beweglich und kann um die Längsachse der ihn haltenden Roboterhand 138 gedreht werden. Die verschiedenen Bewegungsfreiheitsgrade erlauben die Röntgen diagnostische Untersuchung jedes Körperteils des Patienten entlang jeder beliebigen Abbildungsachse. Die Bewegung des Roboterarms wird von einer (nicht dargestellten) Steuerung des Roboters gesteuert.
Es ist ersichtlich, dass der C-Bogen 110 eine Vielzahl von Freiheitsgraden bei seiner Bewegung aufweist, so dass bei Bewegung des C-Bogens 110 eine Kollisionserkennung sinnvoll ist. Diese dient dazu, zu erkennen, dass der C-Bogen 110 mit einer Person oder einem Gegenstand in Berührung geraten ist. Denn im Gegensatz zu einem Industrieroboter, welcher üblicherweise von Personen getrennt und somit sicher vor Kollisionen angeordnet ist, ist diese Trennung im medizinischen Bereich nicht möglich.
Im Fall einer erkannten Kollision wird das Anhalten der Bewegung des C-Bogens 110 ausgelöst. Diese Maßnahme dient einerseits dem Schutz von Personen, welche sich in der Nähe des C-Bogens 110 aufhalten; hierbei handelt es sich um den Patienten und die Bedienpersonen. Andererseits dient sie jedoch auch dem Schutz des C-Bogens 110 vor einer Beschädigung bei einem Zusammenstoß des C-Bogens 110 mit einem Gegenstand. Es wird also angestrebt, jeglichen Kontakt während einer Bewegung des C-Bogens 110 zu erkennen und durch einen schnellstmöglichen Stopp der Bewegung eine Verletzung oder Beschädigung zu verhindern.
Selbstverständlich ist ein abruptes Anhalten nicht möglich; vielmehr existiert ein bestimmter Bremsweg, welchen der C-Bogen 110 nach Erkennen der Kollision bis zum kompletten Stillstand zurücklegt. Die Länge dieses Bremswegs bzw. die Dauer des Abbremsvorgangs hängt insbesondere von der Geschwindigkeit des C-Bogens 110 bei der Kollisionserkennung ab.
Eine Vorrichtung zur Kollisionserkennung wird an derjenigen Stelle des medizinischen Gerätes vorgesehen, an welcher am meisten mit Kollisionen zu rechnen ist. Diese Position hängt von der konkreten Ausgestaltung des medizinischen Gerätes ab. Im Beispiel der 1 wird die Vorrichtung zur Kollisionserkennung an der Strahlungsquelle 112 angebracht. Eine alternativ mögliche Positionierung ist an dem Strahlungsdetektor 114 oder an einer anderen Stelle des C-Bogens 110.
Derzeit ist es üblich, zur Kollisionserkennung eine Verkleidungsschale auf der Strahlungsquelle 112 vorzusehen, welche auf einer beweglichen Mechanik gelagert ist. Bei Kontakt einer Person oder eines Gegenstandes mit dieser Verkleidung kommt es zu einer Auslenkung der Verkleidungsschale. Diese Bewegung löst über die darunterliegende Mechanik einen Schalter aus, welcher das Anhalten der Bewegung des C-Bogens 110 bewirkt.
Eine verbesserte Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL ist gemäß 2 aufgebaut. 2 zeigt hierbei einen Schnitt durch solch eine Vorrichtung. Anstelle des Auslösens eines Schalters über eine bewegliche Mechanik einer Verkleidungsunterkonstruktion wird ein sensitiver Schichtenaufbau auf eine starr montierte Verkleidung aufgebracht.
Die Außenhaut der Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL ist eine weiche Schaumstoffschicht WSS. Die Bewegungsrichtung der Strahlungsquelle, auf welcher sich die Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL befindet, ist auf der linken Seite der 2 durch einen Pfeil angezeigt. Bei einer Kollision der Strahlungsquelle mit einer Person oder einem Gegenstand tritt also zuerst ein Kontakt mit der weichen Schaumstoffschicht WSS ein. Da diese weich und somit sehr elastisch ist, besteht keine Gefahr einer Verletzung einer Person bei einem Zusammenstoß mit der Strahlungsquelle.
Die weiche Schaumstoffschicht WSS verteilt den durch die Kollision entstehenden Aufpralldruck, welcher u. U. recht punktuell sein kann, auf eine größere Fläche. Hierdurch wird eine günstige Druckverteilung auf die darunter liegende Schicht erzeugt, wodurch ein sicheres Ansprechverhalten bewirkt wird. Unter der weichen Schaumstoffschicht WSS befindet sich das druckempfindliche aktive Element AE in Form einer elektrischen Schaltmatte, welches die eigentliche Kollisionserkennung durchführt. Sobald ein bestimmter Mindestdruck auf das aktive Element AE ausgeübt wird, wird dies als erkannte Kollision eingestuft. Die Funktionsweise der Schaltmatte kann hierbei verschieden ausgestaltet sein. Z. B. kann durch das Zusammendrücken der Schaltmatte ein Stromkreis geschlossen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass sich durch das Zusammendrücken der Schaltmatte deren elektrischer Widerstand verringert, so dass über eine Widerstandsmessung eine Kollision erkannt wird.
Das elektrische Signal des aktiven Elementes AE wird durch ein Kabel zu einer in 2 nicht gezeigten Schaltung geleitet und dort ausgewertet, und bei Erkennen einer Kollision anhand eines bestimmten Mindestdruckes wird das Anhalten der Bewegung ausgelöst.
Unterhalb des aktiven Elementes AE befindet sich eine harte Schaumstoffschicht HSS. Diese weist gegenüber der weichen Schaumstoffschicht WSS eine geringere Elastizität und eine größere Dicke auf. Bei Ansprechen des aktiven Elementes AE ist nämlich noch nicht die gesamte Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL zusammengedrückt; vielmehr ist lediglich die weiche Schaumstoffschicht WSS und das aktive Element zusammengedrückt. Da wie oben bereits erläutert ein bestimmter Bremsweg bis zum vollständigen Bewegungsstopp von dem medizinischen Gerät zurückgelegt wird, wird während diesem Bremsweg die harte Schaumstoffschicht HSS zusammengedrückt. Dies bewirkt also, dass eine Person oder ein Gegenstand, welche bzw. welcher mit dem medizinischen Gerät kollidiert ist, keinen unelastischen Stoß erfährt. Durch die harte Schaumstoffschicht HSS wird also sichergestellt, dass noch ausreichend Weg bis zum starren Verhalten der Verkleidungsteils VK verfügbar ist. Verletzungen einer Person und Beschädigungen von Gegenständen und auch der Strahlungsquelle werden hierdurch vermieden.
Unterhalb der harten Schaumstoffschicht HSS befindet sich das starre Verkleidungsteil VK, welches fest auf die Oberfläche der Strahlungsquelle aufgebracht ist.
Die verschiedenen Schichten sind wie in 2 gezeigt parallel zueinander. Ihre Ausdehnung in der Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung hängt von der Größe und Form des Bauteils ab, auf welches die Vorrichtung VKOL aufgebracht ist. Die Schichten müssen hierbei – entgegen der Darstellung der 2 – nicht planar sein; vielmehr entsprechen ihre Krümmungen denjenigen der Oberfläche, auf welche die Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL aufgebracht ist.
Von Vorteil bei der beschriebenen Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL ist, dass keine aufwendige Mechanik vonnöten ist. Hierdurch werden potentielle Fehlerquellen hinsichtlich Montage und Justage vermieden. Bei der Vorrichtung zur Kollisionserkennung VKOL sind keine beweglichen Teile vorhanden, so dass auch kein Verschleiß eintreten kann. Es ist auch keine Abdichtung erforderlich, welche der Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeiten dienen müsste. Vielmehr liegt mit der weichen Schaumstoffschicht WSS eine geschlossene Oberfläche vor, welche zudem leicht zu reinigen ist. Die Oberfläche der ersten Schicht kann überdies mit einem flexiblen Lack überzogen werden, um ein gefälliges Aussehen zu erreichen.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Insbesondere ist die Anwendung der Vorrichtung zur Kollisionserkennung nicht auf die erläuterte Strahlerbaugruppe eines C-Bogens beschränkt. Vielmehr ist generell der Einsatz bei jeglicher berührender Kollisionserkennung denkbar.

Claims

Vorrichtung (VKOL) zur Erkennung einer Kollision für ein bewegliches Teil (110) eines medizinischen Gerätes (100), mit einer ersten kompressiblen Schicht (WSS) an der Außenseite der Vorrichtung (VKOL), und einer unterhalb der ersten Schicht (WSS) befindlichen zweiten drucksensitiven Schicht (AE) zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Druckausübung.
Vorrichtung (VKOL) nach Anspruch 1, mit einer Auswerteeinheit zum Auswerten des elektrischen Signals der zweiten Schicht (AE) dahingehend, ob eine Kollision des bewegliches Teils (110) des medizinischen Gerätes (100) stattgefunden hat, und mit einem Ausgang zum Versenden einer Anweisung zum Anhalten einer Bewegung des medizinischen Geräts (100) bei erkannter Kollision.
Vorrichtung (VKOL) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das elektrische Signal eine Veränderung eines Stromflusses oder eines Widerstands umfasst.
Vorrichtung (VKOL) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer unterhalb der zweiten Schicht (AE) befindlichen dritten kompressiblen Schicht (HSS).
Vorrichtung (VKOL) nach Anspruch 4, mit einer unterhalb der dritten Schicht (HSS) befindlichen vierten nicht kompressiblen Schicht (VK).
Vorrichtung (VKOL) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die dritte Schicht (HSS) weniger kompressibel ist als die erste Schicht (WSS).
Vorrichtung (VKOL) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die dritte Schicht (HSS) dicker ist als die erste Schicht (WSS).
Medizinisches Gerät (100) mit einer Vorrichtung (VKOL) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Medizinisches Gerät (100) nach Anspruch 8, umfassend als bewegliches Teil (110) einen C-Bogen.
Medizinisches Gerät (100) nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (VKOL) an einer Strahlungsquelle (112) des C-Bogens angebracht ist.