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Die Erfindung betrifft eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, umfassend einen C-Bogen, der längs einer Bogenbahn bewegbar an einer Halterung über mechanische Führungsmittel geführt ist.
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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.
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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.
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Bekannt sind auch Einrichtungen, bei denen der C-Bogen manuell bewegt wird, was offensichtlich umständlich und aufwändig ist, schnelle Positionswechsel sind nicht möglich.
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Die
US 6,609,826 B1 offenbart ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät mit einer auf Rollen verfahrbaren Basiseinheit, auf der ein C-Bogen um ein Isozentrum gedreht werden kann. Mit einem derartigen C-Bogen-Röntgengerät können insbesondere auch Untersuchungen in einem Operationssaal durchgeführt werden.
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Die
DE 602 07 625 T2 offenbart ein Röntgengerät zur Fluoroskopie und Radiografie, wobei eine Röntgenröhre und ein Bildaufnahmesystem in Längsrichtung eines Tischplattenbrettes bewegt werden kann.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung anzugeben, deren motorischer Antrieb, sofern vorgesehen, verglichen mit bisher bekannten Auslegungen, kleiner dimensioniert werden kann, bzw. die bei manueller Bogenbewegung einen komfortableren Betrieb ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer medizinischen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung 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 längs der Bogenbahn bewegendes Magnetfeld aufbauen.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, z. B. zusätzlich zum bisher verbauten motorischen Antrieb, durch die Integration einer weiteren Antriebseinrichtung aus, die auf einem elektromotorischen Prinzip beruht. Diese zusätzliche Antriebseinrichtung wirkt unterstützend zum Antrieb über die erste motorische Antriebseinheit umfassend den Antriebsmotor, der beispielsweise den Riemen treibt. Dieser elektromotorische Zusatzantrieb erzeugt folglich eine eigene Antriebsleistung, die nicht mehr vom ersten Antrieb aufzubringen ist. Hieraus resultiert, dass der erste motorische Antrieb bzw. der hierzu vorgesehene Motor kleiner dimensioniert und ausgelegt werden kann, da er nicht mehr allein die gesamte Last bewegen muss, sondern nur einen, wenngleich je nach Auslegung gegebenenfalls den wesentlichen, Teil davon. Der andere Teil wird von dem integrierten zweiten Antrieb übernommen. Neben der Möglichkeit zur kleineren Dimensionierung des eigentlich Antriebsmotors reduziert sich auch die zur Bewegung am C-Bogen eingeleitete mechanische Kraft, da die zusätzliche Antriebseinrichtung berührungslos über die wechselwirkenden Magnetfelder arbeitet. Das System wird folglich stabiler.
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Ist kein erster motorischer Antrieb vorgesehen, sondern eine manuelle Bewegung des C-Bogens erforderlich, so kann die manuelle Arbeit durch einen integrierten elektromotorischen Zusatzantrieb unterstützt bzw. bei entsprechende Auslegung fast vollständig vom Zusatzantrieb übernommen werden.
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Auch ist der Gewichtsausgleich des Systems – unabhängig von seiner Ausgestaltung – nicht mehr derart exakt und optimiert einzustellen, was bisher aufgrund der Anforderung, dass bei geöffneten Bremsen der C-Bogen sich nicht von selbst bewegen darf, erforderlich ist. Vielmehr kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne Weiteres durch momentanen Betrieb der zusätzlichen elektromagnetischen Antriebseinrichtung der C-Bogen in seiner momentanen Position fixiert werden, auch wenn die stets vorgesehen Bremsen geöffnet sind.
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Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung also durch zwei separat voneinander arbeitende Antriebe aus, nämlich einen ersten motorischen Antrieb, der mechanisch über einen Motor mit dem C-Bogen bewegungsgekoppelt ist, und einen zweiten elektromotorischen Antrieb umfassend die Magnetelemente und die Magnetfelderzeugungselemente, die miteinander wechselwirken, bzw. weist im Falle eines manuell bewegten Bogens den Zusatzantrieb auf.
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Dabei können als Magnetelemente am C-Bogen außenumfangseitig mehrere Permanentmagnete mit abwechselnder Polausrichtung und an der Halterung als Magnetfelderzeugungselemente mehrere separat bestrombare Spulen vorgesehen sein. Hierüber lässt sich also eine zusätzliche Antriebseinrichtung in Form eines Synchronmotors aufbauen. An der Halterung sind mehrere einander nachgeschaltete separate Spulen vorgesehen, die für eine geführte Bogenbewegung hintereinander zu bestromen sind, so dass sich ein magnetisches Wanderfeld ergibt, das entlang der Spulen läuft und folglich eine Bewegungskomponente aufweist, die infolge der Wechselwirkung mit den bogenseitig vorgesehenen Permanentmagneten auf den Bogen übertragen wird. Die Permanentmagnete sind dabei am C-Bogen in nut- oder taschenförmigen Aufnahmen angeordnet, mithin also in entsprechend integrierter Position.
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Die halterungsseitig vorgesehenen Magnetfelderzeugungselemente, also die statorseitig vorgesehenen Spulen, sind gemäß der Weiterbildung der Erfindung relativ zum C-Bogen bewegbar, um hierüber etwaige Abstandstoleranzen zu den bogenseitigen angeordneten Magnetelementen, den Permanentmagneten, ausgleichen zu können. Bevorzugt sind hierzu die Magnetfelderzeugungselemente, insbesondere die Spulen, gegen die Rückstellkraft eines oder mehrerer Federelemente relativ zum C-Bogen bewegbar gelagert. Sie können beispielsweise an einer gemeinsamen Lagerplatte angeordnet sein, an welcher sie vormontiert werden können und sodann als Spulenpaket halterungsseitig verbaut werden können.
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Zur Verstärkung der über die einzelnen Spulen erzeugten Felder können diese über Eisenkerne verfügen, um den Fluss zu konzentrieren und möglichst hohe wechselwirkende Felder erzeugen zu können.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass jeweils zwei Spulen als Paar an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Halterung, zwischen sich den C-Bogen aufnehmend, angeordnet sind. D. h., dass – gesehen in der Horizontalen – jeweils zwei Spulen einander in einer Horizontalebene gegenüberliegen. Diese Spulen werden bevorzugt synchron bestromt, d. h., dass quasi an zwei Bogenseiten mit den jeweils dort vorgesehenen Permanentmagneten (auch an den beiden Bogenseiten sind, in der Horizontalen gesehen, einander gegenüberliegende Permanentmagnete vorgesehen) die Magnetfeldkopplung gegeben ist, was es ermöglicht, noch höhere Antriebskräfte aufgrund der Feldwechselwirkung übertragen zu können, als bei Verwendung jeweils nur einer Spule und eines Permanentmagneten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung,
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2 eine Teilschnittansicht durch den Bereich der Lagerung des C-Bogens in der Halterung der Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung aus 1, und
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3 eine weitere Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung mit zusätzlichem Riemenantrieb.
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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 an einem Deckenstativ angeordnet sein.
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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.
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Der C-Bogen selbst ist entweder manuell zu bewegen, oder über einen motorischen Antrieb (Hauptantrieb), worauf bezüglich 3 noch näher eingegangen wird. In jedem Fall jedoch ist ein zusätzlicher elektromotorischer Antrieb vorgesehen, der bei manuell bewegbarem C-Bogen die manuelle Betätigung unterstützt bzw. im Idealfall weitestgehend ersetzt, während er bei Verwendung eines motorischen Hauptantriebs als Unterstützungsantrieb fungiert.
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Am C-Bogen 2 sind hierzu Magnetelemente 7 bevorzugt in Form von Permanentmagneten angeordnet, die am oder im Bereich seines Außenumfangs, sei es am realen Außenumfang oder am seitlichen Umfang, angeordnet sind. An der Halterung 3 sind, ebenfalls nur im Prinzip darstellt, Magnetfelderzeugungselemente 8 angeordnet, beispielsweise in Form einzelner Elektromagnete, umfassend jeweils eine Spule nebst Eisenkern. Diese Elektromagnete dienen als 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 quasi längs der Halterung 3 wanderndes Wandermagnetfeld ergibt. Dieses wirkt, wie vom Funktionsprinzip eines Elektromotors her bekannt, mit den bogenseitigen Permanentmagneten zusammen, so dass diese dem wandernden Magnetfeld folgen und es infolgedessen zu einer Bewegung des C-Bogens 2 kommt. Der C-Bogen 2 selbst ist über nicht näher gezeigte Lager- und Führungsmittel, üblicherweise Rollen- und Gleitlagerungen, mechanisch an der Halterung 3 geführt.
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Die Permanentmagnete sind am C-Bogen 2 in definierten Abständen beispielsweise in abwechselnder Polung angeordnet, sie bzw. der C-Bogen 2 stellt den Anker dar. In der Halterung 3 des C-Bogens 2 sind wie beschrieben die Elektromagnete angeordnet, die in Form der beschriebenen Drehstromwicklungen die Aufgabe des Stators übernehmen. Die Permanentmagnete sind bevorzugt in nut- oder taschenförmigen Aufnahmen, beispielsweise C-Nuten, am C-Bogen 2 um den Umfang verteilt angebracht.
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Das Bauprinzip dieses integrierten elektromotorischen Antriebs ist das eines Synchronmotors, über ihn kann die C-Bogen-Bewegung unterstützt werden. Üblicherweise benötigen solche Synchronmotoren zum Anlaufen eine Anlaufhilfe, was bei manuell bewegtem C-Bogen 2 der Bediener vornimmt, der letztlich den C-Bogen andreht, wonach infolge der Relativbewegung der Permanentmagnete 7 zu den Elektromagneten 8 der Elektromotor übernehmen kann. Ist ein Hauptantrieb vorgesehen, so übernimmt dieser die Anlaufbewegung, wonach der Zusatzantrieb unterstützt.
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Die Elektromagneten werden durch eine nicht näher gezeigte Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert, so dass das Wandermagnetfeld generiert wird. Über einen Stromwender besteht die Möglichkeit zur Kommutierung, so dass folglich die Richtung der erzeugten Felder und damit auch die Antriebsrichtung variiert werden kann.
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2 zeigt eine Schnittansicht durch den C-Bogen 2 sowie die Halterung 3 wiederum in Form einer Prinzipdarstellung, um eine mögliche Anordnungsvariante der Permanentmagneten und der Elektromagneten darzustellen. Die Halterung 3 ist im Wesentlichen U-förmig ausgeführt, sie weist einen Basisschenkel 9, zwei Seitenschenkel 10 sowie zwei Stirnseitenschenkel 11 auf. Der C-Bogen 2 ist an seinem der Halterung 3 zugewandten Ende entsprechend konturiert, er weist zwei seitliche Nuten 12 auf, in die die Stirnseitenschenkel 11 eingreifen, während der C-Bogen 2 mit dem wiederum erweiterten Abschnitt 13 in der Halterung 3 aufgenommen ist.
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An den Innenseiten der Seitenschenkel 10 sind, über die Länge der Halterung 3 verteilt angeordnet, die Magnetfelderzeugungselemente 8 in Form der Elektromagneten umfassend jeweils eine Spule nebst Eisenkern angeordnet. Diese sind, wie durch den jeweiligen Doppelpfeil B dargestellt ist, beweglich gelagert, um etwaige variierende Abstände relativ zum C-Bogen 2, die aus der Bogenbewegung resultieren können, aufzufangen, so dass letztlich der Abstand der Elektromagneten zu den am C-Bogen, den Elektromagneten gegenüberliegend, integrierten Permanentmagneten im Wesentlichen konstant bleibt. Hierzu sind die Elektromagneten beispielsweise an einer angefederten Halteplatte oder Ähnlichem aufgenommen, deren Bewegung in Abhängigkeit der Relativposition des C-Bogens 2 zur Halterung 3 sich automatisch verstellt, was über eine geeignete Bewegungskopplung von C-Bogen 2 zu dieser Lagerplatte oder Ähnlichem bewerkstelligt werden kann. Ersichtlich liegen sich also die über die Länge der Halterung 3 verteilten Elektromagneten sowie die über die Seitenlängen des C-Bogens verteilt angeordneten Permanentmagneten unmittelbar gegenüber, so dass die über die Elektromagneten erzeugten Felder mit den Permanentmagneten zum Antrieb wechselwirken können.
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Die Lagerung bzw. Führung des C-Bogens erfolgt über entsprechende Gleit- und Rollelemente, die am C-Bogen 2 sowie der Halterung 3 angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel sind am Basisschenkel 9 der Halterung 3 entsprechende Gleit- oder Rollelemente 14 angeordnet, beispielsweise Führungsrollen vorgesehen. An der Außenseite des C-Bogens sind weitere Gleit- oder Rollelemente 15, beispielsweise Gleitschienen, angeordnet, die auf den Gleit- oder Rollelementen 14, also beispielsweise den Rollen, laufen. In gleicher Weise sind entsprechende Gleit- oder Rollelemente 14, 15 an der anderen Seite der Halterung 3, dort an den Stirnseitenschenkeln 11, bzw. des C-Bogens angeordnet. Auf diese Weise wird eine sichere Führung des C-Bogens und der Halterung 3 gewährleistet. Selbstverständlich ist es denkbar, noch weitere Führungselemente zu integrieren.
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Wie 1 zeigt, ist üblicherweise auch eine Bremseinrichtung 16 vorgesehen, die den C-Bogen in seiner Momentanstellung fixiert. Diese dient dazu, zu vermeiden, dass bei einem nicht vollständigen Gewichtsausgleich des C-Bogens 2, aus dem letztlich eine Eigenbeweglichkeit des C-Bogens bei gelöster Bremseinrichtung resultieren würde, eine solche im Stillstand vermieden wird. Vor allem bei nicht vollständigem Gewichtsausgleich und manueller Bogenbewegung ist der Einsatz des elektromotorischen Antriebs zweckmäßig, da er ohne Weiteres einen entsprechenden Fehlausgleich auffangen und die Bogenbewegung entsprechend gebremst vornehmen kann, ohne dass der Anwender hierzu nach Andrehen des Bogens manuell tätig werden muss. D. h., dass der elektromotorische Antrieb dann als alleiniger Antrieb fungiert. Bei ausgeglichenem Bogen ist dies ohnehin ohne Weiteres möglich.
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3 zeigt schließlich eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung 1 in Form einer Prinzipdarstellung. Gezeigt ist wiederum der C-Bogen 2 sowie die Halterung 3, wobei am C-Bogen 2 wiederum die Magnetelemente 7 und an der Halterung 3 die Magnetfelderzeugungselemente 8, also die Elektromagneten, angeordnet sind. Zusätzlich zu diesem hier nur als Unterstützungsantrieb fungierenden elektromotorischen Antrieb ist ein motorischer Hauptantrieb 17 vorgesehen, umfassend einen Riemen 18, der mit seinen beiden Enden am C-Bogen 2 angreift und in die Halterung 3 geführt ist. Dort ist er über zwei Umlenkrollen 19 geführt und läuft über eine Antriebswelle oder Antriebsrolle 20, die mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist und über ihn gedreht wird. Bei ihrer Drehung kommt es zwangsläufig zur Bogenbewegung infolge des getriebenen Riemens 18. Vorgesehen ist wiederum die Bremseinrichtung 16, die die Antriebswelle 20 bremst, um den Bogen in seiner Position zu fixieren.
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Die Integration des elektromotorischen Antriebs ermöglicht es nun, den Antriebsmotor bzw. den gesamten Hauptantrieb 17 kleiner auszulegen, da er nicht mehr die gesamte Bogenlast treiben muss, mithin also das gesamte Antriebsmoment zur Verfügung stellen muss, sondern lediglich einen Teil davon, der andere Teil wird über den elektromotorischen Antrieb übernommen.
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Wenngleich hier als Hauptantrieb 17 ein Riementrieb vorgesehen ist, ist es selbstverständlich denkbar, auch andere Antriebskonzepte als Hauptantrieb 17 zu realisieren. Gleichwohl besteht auch bei diesen die Möglichkeit, infolge der zusätzlichen Integration des elektromotorischen Hilfsantriebs diesen Hauptantrieb 17 kleiner zu dimensionieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung
- 2
- C-Bogen
- 3
- Halterung
- 4
- Bodenstativ
- 5
- Strahlungsquelle
- 6
- Strahlungsempfänger
- 7
- Magnetelemente
- 8
- Magnetfelderzeugungselemente
- 9
- Basisschenkel
- 10
- Seitenschenkel
- 11
- Stirnseitenschenkel
- 12
- Nut
- 13
- Abschnitt
- 14
- Gleit- oder Rollelement
- 15
- Gleit- oder Rollelement
- 16
- Bremseinrichtung
- 17
- Hauptantrieb
- 18
- Riemen
- 19
- Umlenkrolle
- 20
- Antriebswelle
- A
- Pfeil
- B
- Doppelpfeil
