DE102011006125A1

DE102011006125A1 - Geräuschüberwachungssystem und Verfahren zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen eines Gleitlagers eines Röntgenstrahlers

Info

Publication number: DE102011006125A1
Application number: DE102011006125A
Authority: DE
Inventors: Dr. Baruth Oliver
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-26
Also published as: DE102011006125B4

Abstract

Für eine verbesserte Einsetzbarkeit von Röntgenstrahlern im medizinischen Umfeld ist ein Geräuschüberwachungssystem zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen eines Gleitlagers eines Röntgenstrahlers, insbesondere eines Röntgensystems, vorgesehen, aufweisend ein Sensorsystem mit zumindest einem akustischen Sensor und eine Ansteuerungseinheit, welche Ansteuerungseinheit zur Auswertung von Meßwerten des akustischen Sensors und zur auf der Auswertung basierenden Ansteuerung und Regelung des Antriebs des Gleitlagers des Röntgenstrahlers ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Geräuschüberwachungssystem gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen gemäß dem Patentanspruch 10.
In der Medizintechnik übliche Röntgenstrahler mit Drehanoden zur Aussendung von Röntgenstrahlung haben häufig Flüssigmetallgleitlager. Im praktischen Einsatz zur Untersuchung von Patienten verursachen diese Gleitlager störende Geräusche, die eine Bedienperson oder einen Arzt stören oder ablenken können. Die Geräusche sind im Allgemeinen auf das Gleitlager zurückzuführen, in welchem die Drehanode von einem Strahlerantrieb angetrieben bei einer vorgesehenen Antriebsfrequenz rotiert. Ein häufig auftretendes Geräusch ist der sogenannte Half-Omega Whirl, bei welchem das Gleitlager aufgrund von dynamischer Instabilität ein Störgeräusch bei der halben Antriebsfrequenz generiert. Es treten aber auch andere Störgeräusche auf, die u. a. von Strahlertemperatur, Strahlerorientierung im System, Fertigungstoleranzen des Gleitlagers (Widerstand) und Antriebsfrequenz abhängen.
Es ist üblich dass bei Beanstandungen der Lautstärke des Röntgenstrahlers ein Service-Techniker zu dem entsprechenden Röntgensystem kommt, die Geräusche z. B. mittels eines Spektrometers analysiert und versucht, die Geräusche des Gleitlagers durch verschiedene Maßnahmen wie z. B. Veränderung der Soll-Antriebsfrequenz des Gleitlagers zu reduzieren. Es kann auch mittels Dämmstoffen die Geräuschabstrahlung minimiert werden. Wenn andere Maßnahmen scheitern kann ein Strahlertausch durchgeführt werden. Das Auftreten des Half-Omega Whirls kann durch Optimierung des Gleitlagerspalts teilweise unterdrückt werden. Da dies allerdings eine Verkleinerung des Lagerspaltes nach sich zieht, steigt dadurch die Lagerreibung und damit auch die nötige Antriebsleistung des Röntgen-Strahlers, es kommt zu verstärkter Wärmeentwicklung. Dies ist unerwünscht und erfordert wiederum eine zusätzliche verstärkte Kühlung. Eine weitere Möglichkeit ist eine aktive Geräuschunterdrückung durch Gegenschall.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine möglichst geringe Geräuschentwicklung bei Röntgenstrahlern, insbesondere für medizinitechnische Anwendungen, gewährleistet; des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein passendes Verfahren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Geräuschüberwachungssystem gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Überwachung und Regelung von durch ein Gleitlager hervorgerufenen Lagergeräuschen einer in dem Gleitlager gelagerten Drehanode eines Röntgenstrahlers gemäß dem Patentanspruch 10; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Geräuschüberwachungssystem zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen eines Gleitlagers eines Röntgenstrahlers weist ein Sensorsystem mit zumindest einem akustischen Sensor und eine Ansteuerungseinheit auf, welche Ansteuerungseinheit zur Auswertung von Meßwerten des akustischen Sensors und zur auf der Auswertung basierenden Ansteuerung und Regelung des Antriebs des Gleitlagers des Röntgenstrahlers ausgebildet ist. Ein erfindungsgemäßes, insbesondere automatisches, Verfahren zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen eines Gleitlagers eines Röntgenstrahlers mittels des Geräuschüberwachungssystems weist die folgenden Schritte auf:

– Messung von Lagergeräuschen des Gleitlagers des Röntgenstrahlers mittels zumindest eines Sensors,
– Auswertung der Lagergeräusche, insbesondere hinsichtlich einer Steigerung der Lautstärke oder einer Überschreitung einer Schwelle der Lautstärke, und
– Ansteuerung und Regelung des Antriebs des Gleitlagers durch die Ansteuerungseinheit im Falle einer Steigerung oder Überschreitung.

Durch das erfindungsgemäße Geräuschüberwachungssystem und das erfindungsgemäße automatische Verfahren ist es möglich, mit geringem Aufwand und ohne manuellen Eingriff eines Service-Technikers störende Geräusche eines Röntgenstrahlers unmittelbar nach ihrem Auftreten zu minimieren oder zumindest zu reduzieren. Besonders bei im medizinischen Umfeld verwendeten Röntgenstrahlern werden dadurch Störungen und Ablenkungen im kritischen. Untersuchungs- oder Behandlungsablauf vermieden und somit eine höhere Sicherheit für einen Patienten gewährleistet. Somit ist es nur noch in Ausnahmefällen, z. B. wenn ein Strahlertausch unvermeidbar ist, notwendig, einen Service-Techniker kommen zu lassen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die auf der Auswertung basierende Ansteuerung und Regelung des Antriebs eine Veränderung, insbesondere Verlangsamung, der Frequenz des Antriebs. Im Rahmen des Verfahrens wird mittels der Ansteuerungseinheit automatisch der Antrieb dahingehend angesteuert und geregelt, dass der Antrieb in seiner Frequenz verändert, insbesondere verlangsamt oder auch beschleunigt, wird.
In vorteilhafter Weise wird der akustische Sensor von einem Mikrofon, z. B. einem Richtmikrofon, gebildet. Durch ein oder mehrere Mikrofone ist eine besonders einfache Detektierung von Geräuschen möglich. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansteuerungseinheit dazu ausgebildet, die Meßwerte des akustischen Sensors derart zu analysieren, dass die Lagergeräusche von den übrigen Geräuschen getrennt werden. Hierzu kann eine sogenannte Quellentrennung möglicher anderer Geräusche (andere Komponenten des Röntgengeräts, Gespräche, Klimaanlage, evtl. zweite Ebene) durchgeführt werden, um die Geräusche des Strahlers eindeutig zuordnen zu können. Eine Trennung der Strahlergeräusche von Umgebungsgeräuschen ermöglicht eine besonders verlässliche Auswertung hinsichtlich eine Zunahme der Geräuschentwicklung des Röntgenstrahlers. Zusätzlich kann eine Spektralanalyze durchgeführt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Geräuschüberwachungssystem ein weiteres Sensorsystem mit zumindest einem Sensor zur Messung der Antriebsleistung des Antriebs des Röntgenstrahlers auf, wobei die Ansteuerungseinheit zusätzlich zur Auswertung von Informationen des Sensors zur Messung der Antriebsleistung und zur Berücksichtigung der Auswertung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs ausgebildet ist. Im Zusammenhang mit dem Auftreten von gleitlagerinduzierten Strahlergeräuschen ist es häufig der Fall, dass bei Soll-Drehzahlregelung die Antriebsleistung ansteigt. Durch das weitere Sensorsystem mit dem zumindest einen Sensor zur Messung der Antriebsleistung kann ein solcher Anstieg registriert werden und dadurch können Schritte zur Verringerung der Antriebsleistung und damit zur Reduzierung der Geräusche eingeleitet werden. Im Rahmen des Verfahrens sind zusätzlich die folgenden Schritte vorgesehen:

– Messung der Antriebsleistung des Röntgenstrahlers,
– Auswertung der Antriebsleistung hinsichtlich einer Zunahme, und
– Berücksichtigung der Auswertung der Antriebsleistung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs des Gleitlagers.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Geräuschüberwachungssystem ein weiteres Sensorsystem mit zumindest einem Vibrationssensor zur Messung von Vibrationen des Röntgenstrahlers auf, wobei die Ansteuerungseinheit zusätzlich zur Auswertung von Informationen des Vibrationssensors und zur Berücksichtigung der Auswertung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs ausgebildet ist. Ein Vibrationssensor kann Vibrationen des Röntgenstrahlers erkennen und eine Zunahme von Vibrationen ist ebenfalls mit einer zunehmenden Geräuschentwicklung verbunden. Im Rahmen des Verfahrens sind zusätzlich die folgenden Schritte vorgesehen:

– Messung von Vibrationen des Röntgenstrahlers,
– Auswertung der Vibrationen hinsichtlich einer Zunahme der Vibrationen und
– Berücksichtigung der Auswertung der Vibrationen bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs des Gleitlagers.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Weitergabe von Daten an eine Ausgabeeinheit durchgeführt. Hierzu weist das Geräuschüberwachungssystem eine Ausgabeeinheit zur Weitergabe von Daten über die Auswertung der Meßwerte auf. Hierbei kann es sich um eine Anzeige an einem Monitor handeln oder es kann z. B. mittels des Internets eine Benachrichtigung an ein Service-Unternehmen gesendet werden.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Röntgensystem, welches ein Geräuschüberwachungssystem, einen Röntgenstrahler mit einem Gleitlager und einen Röntgendetektor aufweist. Insbesondere können der Röntgenstrahler und das zumindest eine Sensorsystem gemeinsam an einem Träger, z. B. einem C-Bogen, angeordnet sein.
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:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Geräuschüberwachungssystems;
2 eine Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 ein erfindungsgemäßes Röntgensystem.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Geräuschüberwachungssystem gezeigt, welches ein erstes Sensorsystem 11 mit einem akustischen Sensor und eine Ansteuerungseinheit 14 umfasst.
Das erste Sensorsystem 11 ist derart angeordnet, dass es die Lagergeräusche eines Gleitlagers 27, in welchem eine von einem Strahlerantrieb 16 angetriebene Drehanode 17 eines Röntgenstrahlers 15 rotiert, misst. Dazu ist das erste Sensorsystem 11 an oder in der unmittelbaren Umgebung des Röntgenstrahlers 15 angeordnet. Die Messungen des ersten Sensorsystems 11 werden an die Ansteuerungseinheit 14 zur Auswertung weitergegeben. Zur Ansteuerung der Drehanode in dem Gleitlager 27 des Röntgenstrahlers 15 ist ein Strahlerantrieb 16 vorgesehen. Dieser kann von der Ansteuerungseinheit angesteuert und geregelt werden. Zusätzlich ist ein zweites Sensorsystem 12 vorgesehen, welches an oder in der unmittelbaren Umgebung des Strahlerantriebs 16 angeordnet ist und zumindest einen Sensor aufweist, welcher die Antriebsleistung des Strahlerantriebs misst. Die Messungen werden ebenfalls zur Auswertung an die Ansteuerungseinheit 14 weitergegeben. Außerdem ist ein drittes Sensorsystem 13 mit zumindest einem Vibrationssensor an oder in der unmittelbaren Umgebung des Röntgenstrahlers 15 angeordnet. Das dritte Sensorsystem 13 misst die Vibrationen des Gleitlagers 17 des Röntgenstrahlers 15 und gibt die Messungen zur Auswertung an die Ansteuerungseinheit 14 weiter.
In der 2 sind die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 21 werden mittels des ersten Sensorsystems 11 die Lagergeräusche des Gleitlagers gemessen und an die Ansteuerungseinheit weitergegeben. Die Ansteuerungseinheit wertet in einem zweiten Schritt 22 die Messungen aus. Hierzu kann die Ansteuerungseinheit ein Auswertemittel aufweisen. Die Auswertung kann auch eine Analyse der aufgezeichneten Geräusche hinsichtlich ihrer Quellen enthalten, zum Beispiel um zusätzliche Umgebungsgeräusche wie Gespräche oder die Geräusche anderer Gerätekomponenten von den Lagergeräuschen zu trennen. Sind die Lagergeräusche eindeutig identifiziert, wertet die Ansteuerungseinheit diese aus. Die Auswertung kann zum Beispiel eine Untersuchung und Beurteilung der Lautstärke der Lagergeräusche dahingehend, ob die Lagergeräusche über einen bestimmten Zeitraum betrachtet zunehmen, beinhalten. Die Auswertung kann auch eine Untersuchung und Beurteilung der Lautstärke der Lagergeräusche dahingehend, ob die Lautstärke eine bestimmte Schwelle überschreitet, beinhalten.
In einem positiven Fall 23, der z. B. darin besteht, dass die Lautstärke eine Schwelle überschreitet oder dass die Lagergeräusche mit der Zeit zunehmen, werden in einem dritten Schritt 24 entsprechende Massnahmen eingeleitet, um die Geräuschentwicklung zu senken. Hierfür wird zum Beispiel durch die Ansteuerungseinheit der Strahlerantrieb 16 dazu angesteuert, die Drehfrequenz der Drehanode 17 zu modifizieren, insbesondere zu senken oder zu erhöhen. Diese Ansteuerung wird so lange durchgeführt, bis die Lagergeräusche in ihrer Lautstärke wieder geringer werden oder unter die Schwelle sinken oder auch so lange, bis die Lagergeräusche in Bezug auf die Antriebsfrequenz ein Minimum einnehmen. In einem negativen Fall 25, der z. B. darin besteht, dass weder die Lautstärke der Lagergeräusche zunimmt noch über einer Schwelle liegt, kann zum Beispiel das Verfahren wiederholt oder beendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass in einem Fall, in dem die zu lauten Lagergeräuschen oder die Zunahme der Lagergeräusche durch Senken der Drehfrequenz nicht reduziert werden können, von der Ansteuerungseinheit eine Meldung z. B. über das Internet an einen Service-Dienstleister weitergegeben wird. Die Schwelle für die Lautstärke der Lagergeräusche oder der Betrachtungszeitraum für die Lagergeräusche kann zum Beispiel bei einer Erstinstallation des Geräuschüberwachungssystems oder später von einem Benutzer eingegeben oder voreingestellt werden.
In der 3 ist ein Röntgensystem mit einem Geräuschüberwachungssystem und einem an einem C-Bogen 19 angeordneten Röntgenstrahler 15 und einem Röntgendetektor 20 gezeigt. Die Ansteuerungseinheit 14 kann zum Beispiel in eine Systemsteuerung 18, welche für die Ansteuerung des gesamten Röntgensystems ausgebildet ist, integriert sein.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise zusammenfassen:
Das erfindungsgemäße Geräuschüberwachungssystem weist ein erstes Sensorsystem auf, welches Lagergeräusche des Röntgenstrahlers erkennt und aufzeichnet. Neben dem ersten Sensorsystem existiert eine Ansteuerungseinheit, die bei einer nichtakzeptablen Geräuschentwicklung die Antriebsfrequenz (Soll-Frequenz) des Strahlerantriebs solange verändert und regelt, bis die Geräuschentwicklung unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. Das erste Sensorsystem kann beispielsweise ein oder mehrere (Richt-) Mikrophone im OP-Bereich aufweisen. Mittels einer Quellentrennung möglicher anderer störender OP-Geräusche (andere Maschinen, Gespräche, Klimaanlage, evtl. zweite Ebene) werden die Lagergeräusche eindeutig identifiziert. Zusätzlich kann eine Spektralanalyze durchgeführt werden. Zusätzlich kann ein zweites Sensorsystem zur Überwachung der Strahlerantriebsleistung vorhanden sein. Bei Auftreten von Gleitlagerinduzierten Strahlergeräuschen ist es sehr oft der Fall, dass die Antiebsleistung (bei Soll-Drehzahlregelung) ansteigt. Von dem zweiten Sensorsystem wird ein solcher Anstieg registriert und durch die Ansteuerungseinheit die Strahlerdrehfrequenz so geändert, dass die Antriebsleistung nicht mehr auffällig ist. In einer weiteren Ausführung ist am Strahler ein drittes Sensorsystem mit einem Vibrationsmessfühler vorhanden, der auffällige Strahlervibrationen erkennt. Die Ansteuerungseinheit ändert daraufhin die Frequenz bis die Strahlervibrationen unter eine bestimmte Schwelle gesunken sind. Es ist möglich auch alle Sensorsysteme miteinander zu verbinden (sensor fusion), so dass eine zuverlässigere Erkennung von Geräuschsituationen möglich ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Ansteuerungseinheit auffällige und durch Drehzahländerung nicht behebbare Vibrationen über Internet an das Servicecenter melden kann, so dass der Röntgenstrahler getauscht werden kann (predictive maintenance).

Claims

Geräuschüberwachungssystem zur Überwachung und Regelung von durch ein Gleitlager (27) hervorgerufenen Lagergeräuschen einer in dem Gleitlager (27) gelagerten Drehanode (17) eines Röntgenstrahlers (15), insbesondere eines Röntgensystems, aufweisend ein Sensorsystem (11) mit zumindest einem akustischen Sensor und eine Ansteuerungseinheit (14), welche Ansteuerungseinheit (14) zur Auswertung von Meßwerten des akustischen Sensors und zur auf der Auswertung basierenden Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) der Drehanode (17) in dem Gleitlager (27) des Röntgenstrahlers (15) ausgebildet ist.
Geräuschüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei die auf der Auswertung basierende Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) eine Veränderung, insbesondere Verlangsamung, der Frequenz des Antriebs (16) umfasst.
Geräuschüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der akustische Sensor von einem Mikrofon gebildet wird.
Geräuschüberwachungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, aufweisend ein weiteres Sensorsystem (12) mit zumindest einem Sensor zur Messung der Antriebsleistung des Antriebs des Röntgenstrahlers, wobei die Ansteuerungseinheit (14) zusätzlich zur Auswertung von Informationen des Sensors zur Messung der Antriebsleistung und zur Berücksichtigung der Auswertung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) ausgebildet ist.
Geräuschüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein weiteres Sensorsystem (13) mit zumindest einem Vibrationssensor zur Messung von Vibrationen des Röntgenstrahlers (15), wobei die Ansteuerungseinheit (14) zusätzlich zur Auswertung von Informationen des Vibrationssensors und zur Berücksichtigung der Auswertung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) ausgebildet ist.
Geräuschüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, die Meßwerte des akustischen Sensors derart zu analysieren, dass die Lagergeräusche von den übrigen Geräuschen getrennt werden.
Geräuschüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Ausgabeeinheit zur Weitergabe von Daten über die Auswertung der Meßwerte.
Röntgensystem, aufweisend ein Geräuschüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einen Röntgenstrahler (15) mit einer in einem Gleitlager (27) gelagerten Drehanode (17) und einen Röntgendetektor (20).
Röntgensystem nach Anspruch 8, wobei der Röntgenstrahler und das zumindest eine Sensorsystem gemeinsam an einem Träger angeordnet sind.
Verfahren zur Überwachung und Regelung von Lagergeräuschen eines Gleitlagers (27) eines Röntgenstrahlers (15) mittels eines Geräuschüberwachungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Schritten: – Messung von Lagergeräuschen des Gleitlagers (27) des Röntgenstrahlers (15) mittels zumindest eines Sensors, – Auswertung der Lagergeräusche, insbesondere hinsichtlich einer Steigerung der Lautstärke oder einer Überschreitung einer Schwelle der Lautstärke, und – Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) des Gleitlagers durch die Ansteuerungseinheit (14) im Falle einer Steigerung oder Überschreitung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Antrieb (16) dahingehend angesteuert und geregelt wird, dass der Antrieb in seiner Frequenz verändert, insbesondere verlangsamt, wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, mit den zusätzlichen Schritten: – Messung der Antriebsleistung des Röntgenstrahlers (15), – Auswertung der Antriebsleistung hinsichtlich einer Zunahme, und – Berücksichtigung der Auswertung der Antriebsleistung bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) des Gleitlagers.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, mit den zusätzlichen Schritten: – Messung von Vibrationen des Röntgenstrahlers (15), – Auswertung der Vibrationen hinsichtlich einer Zunahme der Vibrationen und – Berücksichtigung der Auswertung der Vibrationen bei der Ansteuerung und Regelung des Antriebs (16) des Gleitlagers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Weitergabe von Daten an eine Ausgabeeinheit durchgeführt wird.