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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur motorischen Bewegungsunterstützung von von Hand bewegbaren Komponenten von medizintechnischen Geräten, sowie ein zugehöriges Verfahren.
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Röntgenbildgebungsgeräte unterstützen den behandelnden Arzt bei der Diagnose und der Behandlung von Krankheiten am Patienten. Diese Geräte verfügen im Allgemeinen über mehrere elektrisch angetriebene, bewegliche Achsen, die das dreidimensionale Verfahren und Positionieren von wichtigen Gerätekomponenten, wie beispielsweise einen Röntgenstrahler, einen Röntgendetektor oder eine Tischplatte eines Patientenlagerungstisches im Raum ermöglichen. Da die Anlagekomponenten meist eine verhältnismäßig große Trägheitsmasse aufweisen, werden bei bekannten Röntgenbildgebungsanlagen Servomotoren eingesetzt, um die vom Bediener zum Beispiel über einen Bediengriff auf eine Gerätekomponente eingeleitete Kraft so zu verstärken, dass sich die Gerätekomponente mühelos und ohne großen Kraftaufwand im Raum verschieben und positionieren lässt.
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Die
DE 44 33 036 A1 beschreibt ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einem Röntgenzielgerät, das einen Röntgendetektor und einen Röntgenstrahler zur Umsetzung und Wiedergabe eines vom Röntgendetektor empfangenen Röntgenbildes auf einem Monitor enthält und mit einem unter einem Patientenlagerungstisches verfahrbaren Röntgenstrahler gekoppelt ist. Das Röntgenzielgerät umfasst einen Bedienungsgriff und ist über diesen in mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen verschiebbar, wobei mehrere Sensoren in Bezug auf den Bedienungsgriff so angeordnet sind, dass bei Beaufschlagung des Bedienungsgriffes mit einer Kraft in einer beliebigen von mindestens vier möglichen Bewegungsrichtungen jeweils eine andere Gruppierung aus jeweils mindestens zwei der Sensoren aktiviert wird.
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In der Schrift
DE 103 47 738 B4 wird ein motorisch verstellbares Röntgengerät mit einem zwei Freiheitsgrade aufweisenden, motorisch unterstützt verstellbaren C-Bogen beschrieben. Dabei umfasst das Röntgengerät eine Kraftaufnahmevorrichtung zur Erfassung einer von einem Bediener zur Verstellung des C-Bogens aufgebrachten Kraft, wobei die Kraftaufnahmevorrichtung mehrere Richtungskomponenten der Kraft erfasst und mit einer Auswerteeinheit zusammenwirkt, durch welche in Abhängigkeit von der Verteilung der Richtungskomponenten der Kraft unterschiedliche Grade motorischer Unterstützung des C-Bogens in den einzelnen Freiheitsgraden einstellbar sind. In einer Speichereinheit sind mittels der Aufteilung der Richtungskomponenten der Kraft auswählbare Kennlinien bezüglich der motorischen Unterstützung des C-Bogens in verschiedenen Freiheitsgraden gespeichert.
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Auch die
DE 42 37 013 A1 beschreibt ein Röntgengerät mit einer Kraftaufnahmevorrichtung zur Erfassung der vom Bediener zur Verstellung eines angeordneten C-Bogens aufgebrachten Kraft. Zur An- und Abwahl verstellbarer Achsen des C-Bogens sind mehrere Tasten vorgesehen, die mit dem C-Bogen mitbewegt werden, wobei der Bediener den Eindruck erhält, dass er das Röntgengerät mit wesentlich kleineren Massen bzw. Trägheitsmomenten bewegt. Die damit gegebene Servo-Unterstützung des C-Bogens erlaubt zwar eine Verstellung mit geringen Bedienkräften, doch bedingt gerade diese Leichtgängigkeit des C-Bogens das Risiko einer Verstellung in nicht beabsichtigter Weise.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Anordnung zur motorischen Bewegungsunterstützung von Hand bewegbaren Komponenten von medizintechnischen Geräten und ein Verfahren zu deren Verstellung anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zur motorischen Bewegungsunterstützung von Hand bewegbaren Komponenten von medizintechnischen Geräten. Die Anordnung umfasst mindestens einen Drehmomentsensor, der in einem Antriebsstrang einer bewegbaren Komponente des medizintechnischen Gerätes angeordnet ist. Der Drehmomentsensor detektiert die im Antriebsstrang auftretenden Momente im Stillstand sowie in Bewegung. Durch eine Auswerteeinheit ist das von dem Drehmomentsensor erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert vergleichbar. Der erste Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Die Anordnung umfasst eine Antriebseinheit, durch die bei Überschreiten des ersten Schwellwertes der Antrieb des Antriebsstranges motorisch unterstützbar ist. Damit ist in vorteilhafter Weise eine motorisch-unterstützte Bewegung und Positionierung der bewegbaren Komponenten des medizintechnischen Gerätes möglich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Auswerteinheit derart ausgebildet sein, dass das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren zweiten Schwellwert vergleichbar ist. Der zweite Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Weiterhin ist die Antriebseinheit derart ausgebildet, dass bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes die motorische Unterstützung des Antriebs des Antriebsstranges endet. Dabei ist der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert. Über den zweiten Schwellwert ist somit steuerbar, dass die motorische Unterstützung der Bewegung einer Komponente dann endet, wenn eine Zielposition der Komponente erreicht ist und keine manuelle Kraft mehr auf die Komponente aufgebracht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteinheit derart ausgebildet sein, dass das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren dritten Schwellwert vergleichbar ist. Der dritte Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Dabei ist die Antriebseinheit derart ausgebildet, dass bei Überschreiten des dritten Schwellwertes die Bewegung motorisch stoppbar ist. Über den dritten Schwellwert ist damit vorteilhaft regelbar, dass bei Kollision einer Komponente, deren Bewegung motorisch unterstützt ist, mit einem Hindernis wie beispielsweise einer Wand oder einer anderen Komponente des medizintechnischen Gerätes die Bewegung motorisch stoppbar ist.
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Weiterhin beansprucht die Erfindung ein Verfahren zur motorischen Bewegungsunterstützung von von Hand bewegbaren Komponenten von medizintechnischen Geräten. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Drehmoment in einem Antriebsstrang erfasst. Anschließend erfolgt ein Vergleichen des erfassten Drehmomentes mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert. Der erste Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Überschreitet das erfasst Drehmoment den ersten Schwellwert, so erfolgt ein motorisches Unterstützen des Antriebs des Antriebsstranges.
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Des Weiteren kann das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren zweiten Schwellwert verglichen werden. Der zweite Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Dabei ist der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert. Bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes wird die motorische Unterstützung des Antriebs des Antriebsstranges beendet.
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Vorteilhaft kann das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren dritten Schwellwert verglichen werden. Der dritte Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Bei Überschreiten des dritten Schwellwertes erfolgt ein motorisches Stoppen der Bewegung.
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Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Ermittlung eines Drehmomentes mit einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird in einem ersten Schritt eine Winkeländerung des Antriebsstranges infolge elastischer Verformung ermittelt. Anschließend erfolgt die Ermittlung des Drehmomentes durch Multiplikation der Winkeländerung mit einer Drehfederkonstante des Antriebsstranges, wobei die Drehfederkonstante des Antriebsstranges vorab messtechnisch ermittelt wurde. Dadurch kann in vorteilhafter Weise alternativ zur Nutzung eines Drehmomentsensors ein an dem Antriebsstrang auftretendes Drehmoment aus der elastischen Verformung des Antriebsstranges errechnet werden.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines C-Bogen-Röntgengerätes mit mehreren drehbaren Komponenten,
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2: eine Prinzipdarstellung einer drehbaren Komponente mit Antriebseinheit und Drehmomentsensor,
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3: eine Anordnung zur Messung eines Drehmomentes durch Ermitteln einer Winkeländerung eines Antriebsstranges einer drehbaren Komponente bei Torsion des Antriebsstranges, und
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4: ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur motorischen Bewegungsunterstützung von Hand bewegbaren Komponenten.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines C-Bogen-Röntgengerätes mit mehreren drehbaren Komponenten.
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Ein C-Bogen-Röntgengerät 1 umfasst einen C-Bogen 2 mit einem Röntgenstrahler 3 und einem Röntgendetektor 4. Der C-Bogen 2 ist an einem Halter 5 befestigt, welcher um eine erste horizontale Drehachse 6 drehbar mit einer Säule 7 verbunden ist. Die Säule 7 ist um eine zweite vertikale Drehachse 8 an einem Ende eines Dreharms 9 drehbar angeordnet. Der Dreharm 9 ist an seinem gegenüberliegenden Ende um eine dritte vertikale Drehachse 10 drehbar an einer Basisachse 11 angeordnet, die auf einer Bodenplatte 12 unbeweglich aufliegt. Die Drehungen des Halters 5 um die erste Drehachse 6, der Säule 7 um die zweite Drehachse 8, sowie des Dreharms 9 um die dritte Drehachse 10 können wahlweise manuell, motorisch oder manuell mit motorischer Unterstützung erfolgen. Die motorische Bewegung wird dabei über nicht gezeigte Antriebseinheiten, jeweils bestehend aus einem Motor mit Getriebe und einem Antriebsstrang, realisiert. Zur Erfassung der Drehmomente an den einzelnen Drehachsen 6, 8, 10 sind zwischen den Antriebseinheiten und den drehbaren Komponenten 5, 7, 9 nicht gezeigte Drehmomentsensoren angeordnet.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer drehbaren Komponente mit Antriebseinheit und Drehmomentsensor. Ein Dreharm 9 eines C-Bogen-Röntgengerätes ist an einem Ende um eine dritte vertikale Drehachse 10 drehbar an einer Basisachse 11 angeordnet, die auf einer Bodenplatte 12 unbeweglich aufliegt. Die Drehung des Dreharms 9 um die dritte Drehachse 10 kann wahlweise manuell, motorisch oder manuell mit motorischer Unterstützung erfolgen. Die motorische Bewegung wird dabei über eine in der Basisachse 11 angeordnete Antriebseinheit 13, bestehend aus einem Motor mit Getriebe und einem Antriebsstrang, realisiert. Über die Antriebseinheit 13 ist der Antrieb des Antriebsstranges motorisch unterstützbar. Zur Erfassung des Drehmomentes an der dritten Drehachse 10 ist zwischen der Antriebseinheit 13 und dem Dreharm 9 an dem Antriebsstrang der Antriebseinheit 13 ein Drehmomentsensor 14 angeordnet. Über den Drehmomentsensor 14 werden die Drehmomente an der dritten Drehachse 10 und somit die an dem Antriebsstrang auftretenden Momente erfasst und über eine Datenschnittstelle 15 an eine in dem C-Bogen-Röntgengerät angeordnete Auswerteeinheit 16 übergeben.
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Durch die Auswerteeinheit 16 ist das von dem Drehmomentsensor 14 erfasste Drehmoment, das beispielsweise durch einen Bediener durch manuelle Kraftausübung auf den bewegbaren Dreharm 9 erzeugt wird, mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert vergleichbar. Der erste Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Bei Überschreiten des ersten Schwellwertes wird durch die Antriebseinheit 13 der Antrieb des Antriebsstranges motorisch unterstützt. Das während der Bewegung des Dreharms 9 weiterhin laufend durch den Drehmomentsensor 14 erfasste Drehmoment wird mit einem vorgebbaren zweiten Schwellwert verglichen. Der zweite Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes endet die motorische Unterstützung des Antriebs des Antriebsstranges durch die Antriebseinheit 13. Dabei ist der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert. Über den zweiten Schwellwert ist somit steuerbar, dass die motorische Unterstützung der Bewegung des Dreharms 9 dann endet, wenn der Dreharm 9 eine Zielposition erreicht hat und keine manuelle Kraft mehr durch den Bediener auf den Dreharm 9 aufgebracht wird.
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Weiterhin werden die laufend erfassten Drehmomente mit einem vorgebbaren dritten Schwellwert verglichen. Der dritte Schwellwert ist dabei in Abhängigkeit der möglichen Position der bewegbaren Komponente vorgegeben. Bei Überschreiten des dritten Schwellwertes wird die Bewegung durch die Antriebseinheit 13 motorisch gestoppt. Über den dritten Schwellwert ist damit regelbar, dass bei Kollision des Dreharms 9, dessen Bewegung motorisch unterstützt ist, mit einem Hindernis wie beispielsweise einer Wand oder einer anderen Komponente des medizintechnischen Gerätes, die motorische Unterstützung der Bewegung durch die Antriebseinheit 13 beendet und die Bewegung gestoppt wird.
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In 3 ist eine Anordnung zur Messung eines Drehmomentes durch Ermittlung einer Winkeländerung eines Antriebsstranges einer drehbaren Komponente bei Torsion des Antriebsstranges dargestellt. Über einen Antriebsstrang 17 einer Antriebseinheit 13 ist eine bewegbare Komponente 18 eines C-Bogen von Hand oder mit motorischer Unterstützung durch die Antriebseinheit 13 bewegbar. Die Antriebseinheit 13 weist eine die Torsionssteifigkeit beschreibende Drehfederkonstante auf, die messtechnisch ermittelbar ist. Über den Antriebsstrang 17 wird ein Drehmoment auf die bewegbare Komponente 18 übertragen. Eine Einwirkung einer Kraft auf die bewegbare Komponente 18, beispielsweise bei einer Kollision der bewegbaren Komponente 18 mit einem Hindernis, führt zu einer elastischen Verformung der kraft- bzw. momentübertragenden Elemente in der Antriebseinheit 13 und zu einer Winkeländerung des Antriebsstranges 17. Wird die Winkeländerung des Antriebsstranges 17 erfasst, so kann das über den Antriebsstrang 17 auf die bewegbare Komponente 18 übertragene Drehmoment durch Multiplikation der Winkeländerung mit einer Drehfederkonstante des Antriebsstranges 17 ermittelt werden, wobei die Drehfederkonstante des Antriebsstranges 17 vorab messtechnisch ermittelt wurde.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur motorischen Bewegungsunterstützung von von Hand bewegbaren Komponenten. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird ein in einem Antriebsstrang auftretendes Drehmoment erfasst. Anschließend wird im Schritt 110 das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren, positionsabhängigen ersten Schwellwert verglichen. Bei Überschreiten des ersten Schwellwertes erfolgt im Verfahrensschritt 120 ein motorisches Unterstützen des Antriebs des Antriebsstranges und das Verfahren wird mit dem Verfahrensschritt 130 fortgesetzt. Ergibt der Vergleich im Verfahrensschritt 110, dass der erste Schwellwert nicht überschritten wird, so wird das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 100 fortgesetzt.
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Im Schritt 130 wird erneut das im Antriebsstrang auftretende Drehmoment erfasst. Anschließend wird im Schritt 140 das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren, positionsabhängigen zweiten Schwellwert, der größer als der erste Schwellwert ist, verglichen. Bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes erfolgt im Verfahrensschritt 150 ein Beenden der motorischen Unterstützung des Antriebs des Antriebsstranges und das Verfahren wird mit dem Verfahrensschritt 160 fortgesetzt. Ergibt der Vergleich im Verfahrensschritt 140, dass der zweite Schwellwert nicht unterschritten wird, so wird das Verfahren wird mit dem Verfahrensschritt 130 fortgesetzt.
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Im Schritt 160 wird das im Antriebsstrang auftretende Drehmoment erfasst. Anschließend wird im Schritt 170 das erfasste Drehmoment mit einem vorgebbaren, positionsabhängigen dritten Schwellwert verglichen. Bei Überschreiten des dritten Schwellwertes erfolgt im Verfahrensschritt 180 ein motorisches Stoppen der Bewegung des Antriebs des Antriebsstranges und das Verfahren wird mit dem Verfahrensschritt 100 fortgesetzt. Ergibt der Vergleich im Verfahrensschritt 170, dass der dritte Schwellwert nicht überschritten wird, so wird das Verfahren wird mit dem Verfahrensschritt 160 fortgesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- C-Bogen-Röntgengerät
- 2
- C-Bogen
- 3
- Röntgenstrahler
- 4
- Röntgendetektor
- 5
- Halter
- 6
- erste Drehachse
- 7
- Säule
- 8
- zweite Drehachse
- 9
- Dreharm
- 10
- dritte Drehachse
- 11
- Basisachse
- 12
- Bodenplatte
- 13
- Antriebseinheit
- 14
- Drehmomentsensor
- 15
- Datenschnittstelle
- 16
- Auswerteeinheit
- 17
- Antriebsstrang
- 18
- bewegbare Komponente
- 100
- Erfassen Drehmoment
- 110
- Vergleichen Drehmoment mit erstem Schwellwert
- 120
- Motorisches Unterstützen des Antriebs des Antriebsstranges
- 130
- Erfassen Drehmoment
- 140
- Vergleichen Drehmoment mit zweitem Schwellwert
- 150
- Beenden des motorischen Unterstützens des Antriebs
- des
- Antriebsstranges
- 160
- Erfassen Drehmoment
- 170
- Vergleichen Drehmoment mit drittem Schwellwert
- 180
- Motorisches Stoppen der Bewegung des Antriebs des Antriebsstranges
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4433036 A1 [0003]
- DE 10347738 B4 [0004]
- DE 4237013 A1 [0005]
