DE102010035394A1

DE102010035394A1 - Medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102010035394A1
Application number: DE102010035394A
Authority: DE
Inventors: Norbert Herrmann; Andreas Limmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: DE102010035394B4; US20120219120A1; CN102430210B; US8500329B2; CN102430210A

Abstract

Medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, umfassend einen C-Bogen, der längs einer Bogenbahn bewegbar an einer Halterung geführt ist, wobei am C-Bogen (2) erste Magnetelemente oder Magnetfelderzeugungselemente (7) und an der Halterung (3) zweite Magnetfelderzeugungselemente (8) vorgesehen sind, die miteinander wechselwirkend ein den C-Bogen (2) berührungslos führendes und längs der Bogenbahn bewegendes Magnetfeld aufbauen.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, umfassend einen C-Bogen, der längs einer Bogenbahn bewegbar an einer Halterung geführt ist.
Bei derartigen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtungen handelt es sich in der Regel um Röntgeneinrichtungen, bei denen am C-Bogen am einen Ende die Strahlungsquelle und am anderen Ende der Strahlungsempfänger angeordnet ist. Da der C-Bogen längs einer Bogenbahn beweglich geführt ist, besteht die Möglichkeit, ihn und damit die Bildaufnahmemittel relativ zum Patienten um ein Isozentrum zu bewegen. Zur Bewegung kommt ein motorischer Antrieb zum Einsatz, üblicherweise in Form einer motorisch angetriebenen Antriebswelle, die an einem Riemen angreift, der wiederum mit dem Bogen verbunden ist. Bei einer Riemenbewegung kommt es zwangsläufig zu einer Bewegung des ansonsten über Laufrollen und Ähnliches geführten C-Bogens.
Aufgrund des beachtlichen Gewichts des C-Bogens nebst der daran verbauten Bauteile ist der Motor doch beachtlich zu dimensionieren, da er die gesamte Masse bewegen muss. Da mit derartigen Einrichtungen häufig auch sehr schnelle Rotationen vorgenommen werden, sind hohe Beschleunigungen zu erzielen, was bei der Motorauslegung zu berücksichtigen ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung anzugeben, die ein verbessertes Antriebskonzept aufweist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Einrichtung der Eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am C-Bogen Magnetelemente und an der Halterung Magnetfelderzeugungselemente vorgesehen sind, die miteinander wechselwirkend ein den C-Bogen berührungslos führendes und längs der Bogenbahn bewegendes Magnetfelds aufbauen.
Bei der erfindungsgemäßen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung wird der C-Bogen über ein Magnetschwebesystem geführt und bewegt. Der C-Bogen bildet dabei den Anker, der am Stator, also der Halterung, beweglich geführt ist. Am C-Bogen sind Magnetelemente vorgesehen, an der Halterung Magnetfelderzeugungselemente. Zwischen beiden wird zur Bewegung und Führung ein Magnetfeld aufgebaut, über welches der C-Bogen an der Halterung berührungslos geführt ist, auch während der Bewegung. D. h., dass während der Bewegung kein mechanischer Kontakt zwischen C-Bogen und Halterung gegeben ist. Dies führt zu einer nahezu vollständig geräuscharmen Bewegung des C-Bogens entlang der Halterung. Zwangsläufig treten keine Reibungsverluste auf, verglichen zu entsprechenden mechanischen Führungen im Stand der Technik, die im Hinblick auf die beachtlichen Rotationsgeschwindigkeiten Beschleunigungen entsprechend auszulegen sind und folglich entsprechendem Verschleiß unterworfen sind. Darüber hinaus lässt der Einsatz der Magnetschwebeführung auch ein sehr exaktes Positionieren des Bogens relativ zur Halterung zu, d. h., dass gewünschte Stellungen mit hoher Präzision angefahren werden können, wie auch das seitens der Magnetfelderzeugungselemente erzeugte Wanderfeld aufgrund seiner hohen Wechselwirkung mit den Magnetelementen am C-Bogen extrem hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten erzielen lässt.
Als Magnetelemente am C-Bogen sind bevorzugt mehrere über deren Länge verteilt angeordnete Permanentmagneten vorgesehen. Als Magnetfelderzeugungselemente an der Halterung sind erfindungsgemäß mehrere Elektromagneten vorgesehen. Diese sind, vertikal gesehen, über die Länge der Halterung verteilt angeordnet, sie sind separat bestrombar. Dies führt dazu, dass sich über die Länge der Halterung, also über die Länge der Wechselwirkungszone der Elemente untereinander ohne Weiteres ein längs der Elektromagnete durch entsprechende Ansteuerung derselben wanderndes Magnetfeld erzeugen lässt. D. h., dass das Wanderfeld eine Bewegungskomponente besitzt, die aufgrund der Feldwechselwirkung an die bogenseitig vorgesehenen Magnetelemente, hier also bevorzugt Permanentmagnete, übertragen wird, worüber dann die Übertragung des Bewegungsvektors auf den C-Bogen erfolgt.
In konstruktiver Hinsicht sind an der Halterung zweckmäßigerweise an den gegenüberliegenden Seiten zwei Nuten vorgesehen, in die jeweils ein Schenkel des im Querschnitt C-förmigen C-Bogens eingreift, wobei an jedem Schenkel an einander gegenüberliegenden Seiten mehrere Magnetelemente, insbesondere Permanentmagnete, und an den gegenüberliegenden Nutwänden mehrere Magnetfelderzeugungselemente, insbesondere Elektromagnete, vorgesehen sind. Der C-Bogen ist gemäß dieser Erfindungsausgestaltung mit seinen beiden Schenkeln in jeweiligen halterungsseitigen Nuten aufgenommen, d. h., dass jeder Schenkel von zwei gegenüberliegenden Nutwänden übergriffen ist. Die Magnetelemente und die Magnetfelderzeugungselemente sind nun derart angeordnet, dass sich jeweils ein Magnetelement und ein Magnetfelderzeugungselement gegenüberliegen. Pro Schenkel des C-Bogens liegen sich folglich, in Horizontalebene gesehen, jeweils zwei Magnetelemente und zwei Magnetfelderzeugungselemente, bevorzugt also Permanentmagnete und Elektromagnete, gegenüber. Die Elektromagnete sind dabei die Trag- oder Erregermagnet mit entsprechenden Lineargeneratorwicklungen, über die die das Schweben und Bewegen erwirkenden Magnetfelder erzeugt werden. Infolge der gemäß dieser Erfindungsausgestaltung gegenüberliegenden Anordnung der jeweiligen Paare aus Permanentmagnet und Elektromagnet ist es für eine Bewegung bereits ausreichend, wenn nur über die an einer Seite der Halterung vorgesehenen Elektromagnete das beschriebene Wanderfeld erzeugt wird. Besser ist es jedoch, wenn die jeweils einander gegenüberliegenden Elektromagneten synchron angesteuert werden, um quasi ein doppeltes, beidseitiges Wanderfeld zu erzeugen. Infolge der spiegelsymmetrischen Ausführung sind folglich vier Paare aus Magnetelemente und Magnetfelderzeugungselementen einander gegenüberliegend realisiert, so dass sich bei Bestromung aller vier quasi ebenengleichen Elektromagneten vier Wanderfelder ergeben.
Um die Elektromagneten nicht kontinuierlich bestromen zu müssen, damit der C-Bogen in seiner berührungslosen Stellung relativ zur Halterung verbleibt, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, am C-Bogen der Halterung mehrere Gleit- oder Rollelemente anzuordnen, die den C-Bogen zumindest im stehenden Zustand auflagern. D. h., dass der C-Bogen dann, wenn die Einrichtung nicht in Betrieb ist, und folglich die Elektromagneten nicht bestromt und keine Magnetfelder erzeugt werden, auf entsprechenden Gleit- oder Rollelementen ruht.
Diese Gleit- oder Rollelemente sind bevorzugt an einem Basisschenkel des C-förmigen C-Bogens angeordnet, sie erstrecken sich zumindest über einen Teil seiner Länge. Ihnen gegenüber liegend sind an der Halterung mit ihnen zusammenwirkende weitere Gleit- oder Rollelemente vorgesehen. D. h., dass an den jeweils umfangsmäßig oder radial einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Basisschenkels respektive der Halterung einander gegenüberliegende entsprechende Gleit- oder Rollelemente vorgesehen sind, auf denen der C-Bogen dann ruht, wenn er nicht über die Magnetfelder berührungslos an der Halterung aufgenommen ist. Die Gleit- oder Rollelemente kommen nur temporär in Berührung, und nur dann, wenn sich der C-Bogen nicht bewegt, was dazu führt, dass diese keinerlei Verschleiß unterworfen sind.
Bevorzugt sind die am Basisschenkel vorgesehenen Roll- oder Gleitelemente und die in der Halterung ihnen zugeordneten Gleit- oder Rollelemente in zwei parallelen Reihen angeordnet, was ein Verkippen ausschließt.
Um ferner auch eine sichere Seitenführung zu realisieren sind in Weiterbildung der Erfindung an den Bodenflächen beider Nuten Gleit-, Roll- oder Führungselemente und an den Stirnseiten der C-Bogen-Schenkeln mit ihnen zusammenwirkende Gleit-, Roll- oder Führungselemente vorgesehen. D. h., dass an den bei einem Seitenversatz aneinanderliegenden Flächen der Schenkel und der Nuten wiederum entsprechende Gleit-, Roll- oder Führungselemente vorgesehen sind, die eine sichere Seitenführung bieten, gleichzeitig aber keinem Verschleiß unterworfen sind. Bei den Führungselementen handelt es sich vorzugsweise um solche, die magnetisch miteinander wechselwirken, so dass aufgrund der Abstoßungskräfte zu beiden Seiten eine Mittenstellung beibehalten wird. Dabei können die Führungselemente als am C-Bogen-Schenkel angeordnete Führungsschiene und als am Nutboden angeordnete Magnetelemente, insbesondere Permanentmagnete, ausgeführt sein.
Schließlich kann in Weiterbildung der Erfindung eine mechanische Bremseinrichtung zum Fixieren des C-Bogens im Stillstand vorgesehen sein, über die verhindert wird, dass der Bogen eine Eigenbewegung ausführt, wenn beispielsweise eine Person an den Bogen stößt oder wenn dieser gegebenenfalls von der Lastverteilung her unsymmetrisch ausgelegt ist. Eine ausgeglichene Gewichtsverteilung des C-Bogens ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auch nicht zwingend erforderlich, da die jeweilige Positionsfixierung im Betrieb ohne Weiteres über die wechselwirkenden Magnetfelder möglich ist, und bei nicht betriebener Einrichtung über die entsprechende Bremseinrichtung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, und
2 eine Teilansicht der Einrichtung aus 1 im Schnitt.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung 1, umfassend einen C-Bogen 2 sowie eine Halterung 3, die im gezeigten Beispiel lediglich exemplarisch an einem Bodenstativ 4 höhen- und seitenverstellbar aufgenommen ist. Gleichermaßen könnte sie auch in einem Deckenstativ angeordnet sein.
Am C-Bogen 2 ist in an sich bekannter Weise eine Strahlungsquelle 5 sowie ein Strahlungsempfänger 6 angeordnet, um Strahlungsbilder, beispielsweise Röntgenbilder, aufnehmen zu können. Der C-Bogen 2 ist längs der während des Betriebs üblicherweise feststehenden Halterung 3 beweglich angeordnet, wie durch den Pfeil A dargestellt ist.
Um den C-Bogen 2 längs der Halterung 3 zu bewegen sind am C-Bogen Magnetelemente 7, bevorzugt in Form einzelner Permanentmagnete, angeordnet, die am oder im Bereich seines Außenumfangs angeordnet sind. An der Halterung 3 sind, ebenfalls nur im Prinzip dargestellt, Magnetfelderzeugungselemente 8 angeordnet, beispielsweise in Form einzelner Elektromagnete. Diese Elektromagnete dienen als Trag- oder Erregermagnete zur Erzeugung eines Magnetfelds, das mit den Permanentmagneten wechselwirkt. Die Elektromagnete können separat angesteuert werden, sie sind an der Halterung 3 bezogen auf die Bewegungsrichtung des C-Bogens 2 linear hintereinander angeordnet, so dass sich bei entsprechender wechselweiser Ansteuerung der einzelnen Elektromagnete ein längs der Halterung 3 wanderndes Wandermagnetfeld ergibt. Dieses wirkt wie beschrieben mit dem Permanentmagneten zusammen, so dass diese dem wandernden Magnetfeld folgen und es infolgedessen in an sich bekannter Weise zu einer Bewegung des C-Bogens 2 kommt.
2 zeigt in Form einer Detaildarstellung den eigentlichen Aufbau dieses Magnetfeldschwebesystems. Gezeigt ist der C-Bogen 2 und die Halterung 3. Der C-Bogen 2 weist, querschnittlich gesehen, eine C-Form auf. Er besitzt zwei zueinander gerichtete Schenkel 9.
Die Halterung 3 weist zwei einander gegenüberliegende, in entgegengesetzte Richtungen geöffnete Nuten 10 auf, in die jeweils ein Schenkel 9 eingreift.
An den beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 11 des jeweiligen Schenkels 9 sind die beiden Magnetelemente 7, also die Permanentmagnete, angeordnet. Ihnen gegenüberliegend sind an den jeweiligen benachbarten Nutwänden 12 die beiden Magnetfelderzeugungselemente 8, also die Elektromagneten vorgesehen. D. h., dass folglich pro Seite jeweils zwei Paare aus jeweils einem ersten und einen zweiten Magnetfelderzeugungselement vorgesehen sind.
Am Basisschenkel 13 des C-Bogens 2 sind an seiner radialen äußeren Umfangsfläche 14 zur Halterung weisend Gleit- oder Rollelemente 15 vorgesehen, beispielsweise Gleitlackschienen oder Gleitschienen aus PTFE. An der gegenüberliegenden Fläche 16 der Halterung 3 sind weitere Gleit- oder Rollelemente 17 vorgesehen, beispielsweise Rollenführungen und Ähnliches. Diese Gleit- oder Rollelemente 15, 17 dienen dazu, den C-Bogen 2 dann zu tragen, wenn keine Magnetfelder über die Magnetelemente und die Magnetfelderzeugungselemente aufgebaut sind respektive wechselwirken, mithin also der C-Bogen 2 an der Halterung 3 nicht berührungsfrei getragen ist, sondern diese Magnetschwebeeinrichtung ausgeschaltet ist. Der C-Bogen ruht dann mit seinen Gleit- oder Rollelementen 15 auf den Gleit- oder Rollelementen 17, er bewegt sich hierbei nicht. Denn der C-Bogen ist über eine hier nicht näher gezeigte, lediglich in 1 exemplarisch dargestellte Bremseinrichtung 18 in seiner Ruheposition fixiert. Die Gleit- oder Rollelemente 15 und 17 unterliegen eigentlich keinerlei Verschleiß, da sie während der Bogenbewegung nicht zusammenwirken.
Für eine Seitenführung sind an den Stirnseiten 19 der beiden Schenkel 9 Gleit-, Roll- oder Führungselemente 20 angeordnet. An den gegenüberliegenden Grundflächen 21 der beiden Nuten 10 sind ebenfalls Gleit-, Roll- oder Führungselemente 22 angeordnet. Bei den Elementen 20, 22, kann es sich wiederum beispielsweise um Rollen oder um Gleitschienen handeln. Bevorzugt kommen jedoch magnetisch miteinander wirkende Elemente zum Einsatz, beispielsweise Führungsschienen 20 aus entsprechendem mit dem als Führungsmagneten ausgebildeten Elementen 22 zusammenwirkendem Material. Insgesamt wird hierüber infolge der magnetischen Wechselwirkung erreicht, dass die Elemente 20 von den Elementen 22 abgestoßen werden, so dass der C-Bogen sicher seitlich geführt und beabstandet ist.
Im Betrieb erzeugen die Elektromagneten, die beispielsweise aus einem Blechpaket mit in Nuten eingelegten Drehstromwicklungen bestehen, entsprechende Magnetfelder, die bei entsprechender Ansteuerung der Elektromagneten über die einander nachgeschalteten Elektromagneten „wandern”, so dass mithin also eine Feldbewegung längs der Halterung 3 einsetzt. Infolge der Wechselwirkung zu den jeweils gegenüberliegenden Permanentmagneten folgen diese Permanentmagneten aufgrund der magnetischen Anziehung oder Abstoßung (je nachdem wie die Permanentmagnete relativ zur Feldrichtung gepolt sind) den wandernden Magnetfeldern, so dass es zur C-Bogen-Bewegung kommt. Das Prinzip dieser Schwebetechnik ähnelt der eines Drehstrom- oder Linearmotors, wobei hier pro Seite quasi zwei derartiger Drehstrom- oder Linearmotoren verbaut sind.
Die erfindungsgemäß integrierte Magnetschwebeeinrichtung bestehend aus den Magnetelementen und den Magnetfelderzeugungselementen lässt folglich eine berührungsfreie, vollkommen geräuscharme Bewegung und Führung des C-Bogens 2 an respektive längs der Halterung 3 zu. Die Seitenführung wird durch die entsprechenden Seitenführungselemente, hier in Form der Gleit-, Roll- oder Führungselemente 20, 22 sichergestellt, wie auch eine sichere Fixierung des C-Bogens bei ausgeschaltetem Magnetantrieb über die Gleit- oder Rollelemente 15 und 17 in Verbindung mit der Bremseinrichtung 18 gewährleistet ist.
Bezugszeichenliste

1: Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung
2: C-Bogen
3: Halterung
4: Bodenstativ
5: Strahlungsquelle
6: Strahlungsempfänger
7: Magnetfelderzeugungselement
8: Magnetfelderzeugungselement
9: Schenkel
10: Nut
11: Seitenfläche
12: Nutwand
13: Basisschenkel
14: Umfangsfläche
15: Gleit- oder Rollelement
16: Fläche
17: Gleit- oder Rollelement
18: Bremseinrichtung
19: Stirnseite
20: Gleit-, Roll- oder Führungselemente
21: Grundfläche
22: Element
A: Pfeil

Claims

Medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, umfassend einen C-Bogen, der längs einer Bogenbahn bewegbar an einer Halterung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am C-Bogen (2) Magnetelemente (7) und an der Halterung (3) Magnetfelderzeugungselemente (8) vorgesehen sind, die miteinander wechselwirkend ein den C-Bogen (2) berührungslos führendes und längs der Bogenbahn bewegendes Magnetfeld aufbauen.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am C-Bogen (2) mehrere über dessen Länge verteilt angeordnete Permanentmagnete (7) und an der Halterung (3) mehrere Elektromagnete (8) vorgesehen sind.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, an der Halterung (3) an den gegenüberliegenden Seiten zwei Nuten (10) vorgesehen sind, in die jeweils ein Schenkel (9) des im Querschnitt C-förmigen C-Bogens (2) eingreift, wobei an jedem Schenkel (2) an einander gegenüberliegenden Seiten mehrere Magnetelemente (7), insbesondere Permanentmagnete, und an den gegenüberliegenden Nutwänden mehrere Magnetfelderzeugungselemente (8), insbesondere Elektromagnete vorgesehen sind.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am C-Bogen (2) und der Halterung (3) mehrere Gleit- oder Rollelemente (15, 17) vorgesehen sind, die den C-Bogen (2) zumindest im stehenden Zustand auflagern.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der C-förmige C-Bogen (2) einen Basisschenkel aufweist, an dem sich über zumindest einen Teil seiner Länge erstreckend Gleit- oder Rollelemente (15) vorgesehen sind, denen gegenüberliegend an der Halterung (3) mit ihnen zusammenwirkende Gleit- oder Rollelemente (17) vorgesehen sind.
Untersuchung- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die am Basisschenkel vorgesehenen Roll- oder Gleitelemente (15) und die an der Halterung (2) ihnen zugeordneten Gleit- oder Rollelemente (17) in zwei parallelen Reihen angeordnet sind.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Bodenflächen beider Nuten (10) Gleit-, Roll- oder Führungselemente (22) und an den Stirnseiten der C-Bogen-Schenkel (9) mit ihnen zusammenwirkende Gleit-, Roll- oder Führungselemente (20) vorgesehen sind.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (20, 22) magnetisch miteinander wechselwirken.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (20, 22) als am C-Bogen-Schenkel (9) angeordnete Führungsschiene und am Nutboden angeordnete Magnetelemente, insbesondere Permanentmagnete, ausgeführt sind.
Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Bremseinrichtung (18) zum Fixieren des C-Bogens (2) im Stillstand vorgesehen ist.