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Die Erfindung betrifft ein C-Bogen-Röntgengerät mit einem C-Bogen, der um eine senkrecht zur C-Bogen-Ebene verlaufende Orbitalachse drehbar gelagert ist. Das C-Bogen-Röntgengerät umfasst zur Kompensation eines unerwünschten Drehmoments des C-Bogens einen Gewichtsausgleich.
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C-Bogen-Geräte sind heute in der medizinischen Technik weit verbreitet. An einem C-förmigen Grundkörper ist hierbei ein Diagnose- oder Behandlungsgerät befestigt. Aufgrund seiner Form lässt sich der C-Bogen und mit ihm das Diagnose- bzw. Behandlungsgerät orbital um einen zu untersuchenden beziehungsweise zu behandelnden Punkt eines Patienten verfahren, um so verschiedene Winkelstellungen zwischen Patient und Diagnose- bzw. Behandlungsgerät zu erreichen, ohne den Patienten umlagern zu müssen.
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Als Diagnosegeräte sind vor allem Röntgenvorrichtungen weit verbreitet, bei denen an einem Ende des C-Bogens eine Röntgenquelle und am gegenüberliegenden Ende ein Röntgenempfänger bzw. Bildverstärker angebracht sind. Ein derartiger Röntgen-C-Bogen weist ein nicht unerhebliches Eigengewicht auf.
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Fallen bei einem C-Bogen das Isozentrum der Röntgenstrahlen mit dem Mittelpunkt des C-Bogens zusammen, spricht man von einem isozentrischen C-Bogen. Vor allem bei derart ausgelegten Röntgen-C-Bögen, bei dem der Zentralstrahl des Röntgensystems durch das auf der Orbitalachse (Drehachse der Orbitalbewegung) liegende Isozentrum der Anordnung verläuft, liegt der Gesamtschwerpunkt der Anordnung wegen der Gewichtsverhältnisse naturgemäß außerhalb des Isozentrums, also radial zur Orbitalachse beabstandet. Deshalb bewirkt das Eigengewicht der Gesamtanordnung ein Drehmoment auf den C-Bogen. Der Schwerpunkt der Anordnung strebt nämlich zu seiner stabilen Gleichgewichtslage, also zum tiefsten Punkt unterhalb der Orbitalachse hin, der durch die Orbitalbewegung erreichbar ist.
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Zum Halten des C-Bogens in einer bestimmten Position oder beim Verfahren muss somit Kraft gegen das Eigendrehmoment der Anordnung aufgewendet werden. Z. B. muss der C-Bogen in einer bestimmten Lage durch eine geeignete Bremsvorrichtung an der Lagervorrichtung fixiert werden.
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Wünschenswert ist jedoch, einen Gewichtsausgleich am C-Bogen zu schaffen, damit der C-Bogen in jeder Verfahrposition nahezu kraftfrei ist, d. h. keinerlei Drehmoment bezüglich der Drehachse auf den C-Bogen wirkt. Für einen Gewichtsausgleich gibt es mehrere Lösungen, die in der
DE 10 2004 011 460 A1 beschrieben werden.
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Eine erste Lösung besteht darin, die Röntgenquelle und den Bildverstärker so zu platzieren, dass der Gesamtschwerpunkt von C-Bogen und Röntgenvorrichtung auf der Drehachse liegt. Wegen der schweren Röntgenkomponenten müssen diese als Ausgleich zum Gewicht des C-Bogens weiter zu dessen Enden hin versetzt werden. Dadurch verläuft der Zentralstrahl des Röntgensystems nicht mehr durch das Isozentrum der Anordnung.
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Bei einer zweiten Lösung wird das Röntgensystem so platziert, dass dessen Zentralstrahl durch das Isozentrum tritt. Zusätzlich werden an den C-Bogen-Enden Zusatzgewichte angebracht, um so den Gesamtschwerpunkt der Anordnung wieder ins Isozentrum zu verlagern. Die schweren Zusatzgewichte erhöhen jedoch das Gesamtgewicht der Anordnung signifikant und belasteten den C-Bogen mechanisch derart, dass dieser unter Eigenverformung leidet.
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Eine dritte Lösung besteht darin, auf den C-Bogen mit Bremsen und einem elektrischen Motorantrieb derart einzuwirken, dass das vom Schwerpunkt des C-Bogens durch die Schwerkraft erzeugte Drehmoment durch den elektrischen Antrieb und die Bremsen kompensiert wird. Ein Nachteil hierbei ist jedoch, dass der C-Bogen zum Verfahren elektrischen Strom benötigt. Bei einem Stromausfall könnte hierdurch eine Gefahrensituation für den Patienten entstehen, da z. B. kein Zugangsraum zu diesem durch Verfahren des C-Bogens geschaffen werden kann.
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Bei einer vierten Lösung enthält eine Gewichtsausgleichsvorrichtung des C-Bogens ein mit dem C-Bogen über ein Getriebe bewegungsgekoppeltes Gegengewicht.
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Die Patentschrift
DE 691 19 904 T2 offenbart einen C-förmigen Röntgenuntersuchungsträger mit einem Gewichtsausgleich, der mit Hilfe eines Gegengewichts arbeitet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiteres C-Bogen-Röntgengerät mit Gewichtsausgleich anzugeben.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem C-Bogen-Röntgengerät des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Die Erfindung beansprucht ein C-Bogen-Röntgengerät mit einem C-Bogen, der um eine senkrecht zur C-Bogen-Ebene verlaufende Orbitalachse drehbar ist. Das Gerät umfasst eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor, wobei der Gesamtschwerpunkt von C-Bogen, Röntgenquelle und Röntgendetektor ein erstes Drehmoment auf den C-Bogen ausübt. Eine über eine drehbare Konturscheibe mit dem C-Bogen bewegungsgekoppelte Masse erzeugt ein das erste Drehmoment kompensierendes zweites Drehmoment durch ihr Gewicht. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass bezüglich einer Orbitalbewegung der C-Bogen vollständig gewichtsausgeglichen ist und in jeder Drehstellung drehmomentfrei bleibt.
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In einer Weiterbildung kann eine Drehbewegung des C-Bogens um die Orbitalachse die Konturscheibe derart mitdrehen, dass das zweite Drehmoment das erste Drehmoment ausgleicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann eine Winkeländerung am C-Bogen eine Winkeländerung an der Konturscheibe bewirken.
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Des Weiteren kann eine Drehung der Konturscheibe einen das zweite Drehmoment erzeugenden Hebelarm des Gegengewichts verändern.
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In einer Weiterbildung kann das C-Bogen-Röntgengerät einen mit dem C-Bogen verbundenen Riemenantrieb umfassen, der die Drehung des C-Bogens in die Drehung der Konturscheibe umsetzt.
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In einer weitern Ausführungsform kann die Konturscheibe eine derartige Kontur aufweisen, dass der das zweite Drehmoment erzeugende Hebelarm bei Drehung der Konturscheibe einer Kosinusfunktion folgt
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Des Weiteren kann der C-Bogen um eine die Orbitalachse rechtwinklig schneidende Angulationsachse verschwenkbar sein.
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Außerdem kann der C-Bogen auf einer die Konturscheibe und ein Gehäuse umfassenden Lagervorrichtung verfahrbar gelagert sein.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung ersichtlich.
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Die Figur zeigt schematisch Teile eines C-Bogen-Röntgengeräts 1. Dargestellt ist lediglich der ein Röntgensystem 2 tragende C-Bogen 3 und eine Lagervorrichtung 4 für den C-Bogen 3. Nicht dargestellt ist ein die Gesamtanordnung an einer Lagerachse 5 tragende Standfuß des C-Bogen-Geräts 1.
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Das Röntgensystem 2 umfasst eine Röntgenquelle 6 und einen Röntgenempfänger bzw. Bildverstärker 7. Der Zentralstrahl 8 eines von der Röntgenquelle 6 ausgesandten, nicht dargestellten Röntgenstrahlkegels verlässt die Röntgenquelle 6 mittig und trifft mittig auf den Bildverstärker 7 auf.
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Der C-Bogen 3 ist an einem Rollenlager 9, welches fest an der Lagervorrichtung 4 angebracht ist, orbital verfahrbar gelagert. Die Verfahrrichtung des C-Bogens 3 an der Lagervorrichtung 4 ist durch den Doppelpfeil 10 dargestellt. Bei einer derartigen Bewegung beschreiben C-Bogen 3 und Röntgensystem 2 Orbitalbewegungen um eine die Zeichenebene in der Figur senkrecht durchstoßende Orbitalachse 11. Die Orbitalachse 11 und der Zentralstrahl 8 schneiden sich im Isozentrum 12. In der Figur befindet sich der C-Bogen 3 in einer 90°-Position, das heißt, der Zentralstrahl 8 schließt mit einer die Lagerachse 5 zentral durchsetzenden, waagerecht verlaufenden Angulationsachse 13 einen Winkel 14 von 90° ein. Bei einer Fahrt in Richtung 10 gleitet der C-Bogen 3 auf einer am C-Bogen 3 angebrachten kreisbahnförmigen Lauffläche 31 auf den Rollen 15 des Rollenlagers 9.
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Zusätzlich zur Orbitalbewegung des C-Bogens 3 bezüglich der Lagervorrichtung 4 sind der C-Bogen 3, die Lagervorrichtung 4 und die daran befestigte Lagerachse 5 um die Angulationsachse 13 in einem zum nicht dargestellten Standfuß des C-Bogen-Geräts 1 gehörenden Wellenlager 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 verschwenkbar. In jeglicher orbitalen und angularen Verschwenkposition des C-Bogen-Geräts 1 schneiden sich Orbitalachse 11 und Zentralstrahl 8 im rechten Winkel und durchstoßen das Isozentrum 12, welches ortsfest ist, so lange der Standfuß des C-Bogen-Geräts 1 ortsfest ist.
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Die Gesamtmasse von C-Bogen 3 und Röntgensystem 2 ist in deren Gesamtschwerpunkt 18 als virtuelle Gesamtmasse VM dargestellt. Die auf die Gesamtmasse VM wirkende Schwerkraft 19 bewirkt über den sich vom Isozentrum 12 zum Gesamtschwerpunkt 18 erstreckenden virtuellen Hebelarm 20 ein erstes Drehmoment 21 bezüglich der Orbitalachse 11 auf den C-Bogen 3. Dabei ergibt sich die wirksame Hebelarmlänge aus der Projektion des virtuellen Hebelarms 20 auf die waagrecht angeordnete Angulationsachse 13. Wird der C-Bogen 3 aus der in der Figur gezeigten Position orbital verschwenkt, verändert sich das erste Drehmoment 21 kosinusförmig mit dem entsprechenden Drehwinkel 14, da die wirksame Länge des virtuellen Hebelarms 20 sich verändert.
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In der Lagervorrichtung 4 ist eine Ausgleichsvorrichtung 22 enthalten. Die Ausgleichsvorrichtung 22 umfasst erfindungsgemäß eine Konturscheibe 23, die exzentrisch um eine Drehachse 27 gelagert ist. Mit der Konturscheibe 23 ist starr mit der selben Drehachse 27 ein Riemenrad 24 verbunden. Das Riemenrad 24 wird durch einen Riemen 25, der fest mit der Außenseite des C-Bogens 3 verbunden ist, angetriebne. Dadurch bewirkt eine orbitale Drehbewegung 10 des C-Bogens 3 eine Drehung der Konturscheibe 23 in gleicher Drehrichtung. Auf der dem C-Bogen 3 zugewandten Seite der Konturscheibe 23 ist über ein Seil 28 eine Masse M mit dem Gewicht G aufgehängt. Diese Aufhängung bewirkt zusammen mit dem sich durch Drehung der Konturscheibe 23 verändernden Hebelarm 29 ein Drehmoment um die Drehachse 27, das über die Riemenscheibe 24 und den Riemen 25 in ein zweites Drehmoment 26, das auf den C-Bogen 3 wirkt, umgesetzt wird. Die das zweite Drehmoment 26 bestimmende wirksame Länge des Hebelarms 29 ergibt sich aus der Projektion des Hebelarms 29 auf die Horizontale.
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Je nach Lage der Konturscheibe 23 verändert sich das zweite Drehmoment 26. Die Form der Konturscheibe 23, die Masse M und der Radius des Riemenrads 24 werden derart gewählt, dass in jeder orbitalen Drehlage des C-Bogens 3 sich das erste Drehmoment 21 und das zweite Drehmoment 26 gegenseitig aufheben. Bezüglich der Orbitalbewegung 10 ist somit der C-Bogen 3 vollständig gewichtsausgeglichen und bleibt in jeder Drehstellung drehmomentfrei.
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Ohne Aufbringung einer Gegenkraft, also ohne das zweite Drehmoment 26 würde aufgrund der Schwerkraft der C-Bogen 3 in Richtung des Pfeils 30 in der Lagervorrichtung 4 nach unten gleiten, bis der Gesamtschwerpunkt 18 in Schwerkraftrichtung unterhalb des Isozentrums 11 eine stabile Gleichgewichtsposition findet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- C-Bogen-Röntgengerät
- 2
- Röntgensystem
- 3
- C-Bogen
- 4
- Lagervorrichtung
- 5
- Lagerachse
- 6
- Röntgenquelle
- 7
- Röntgenempfänger
- 8
- Zentralstrahl
- 9
- Rollenlager
- 10
- orbitale Drehrichtung
- 11
- Orbitalachse
- 12
- Isozentrum
- 13
- Angulationsachse
- 14
- Winkel
- 15
- Rolle
- 16
- Wellenlager
- 17
- angulare Drehrichtung
- 18
- Gesamtschwerpunkt
- 19
- Schwerkraft
- 20
- Virtueller Hebelarm
- 21
- Erstes Drehmoment
- 22
- Ausgleichsvorrichtung
- 23
- Konturscheibe
- 24
- Riemenrad
- 25
- Riemen
- 26
- Zweites Drehmoment
- 27
- Drehpunkt
- 28
- Seil
- 29
- Hebelarm
- 30
- Gehäuse
- 31
- Lauffläche
- G
- Gewicht der Masse M
- M
- Masse
- VM
- Virtuelle Masse
