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Die Erfindung betrifft ein mobiles C-Bogen-System, zumindest umfassend mindestens drei Räder, wobei mindestens zwei Räder jeweils einen Elektromotor aufweisen.
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Mobile Röntgengeräte in Form von C-Bogen-Geräten werden beispielsweise zur intraoperativen Bildgebung bei einem operativen Einsatz verwendet. Dabei ist es notwendig, diese in Bezug auf den zu behandelnden Patienten vor jedem Einsatz exakt zu positionieren. Es ist bekannt, die Geräte mit Rädern auszustatten, auf denen sie manuell verfahren werden können. Weiterhin ist es bekannt, die Räder motorisiert anzutreiben, um einerseits das Verfahren der Geräte mit weniger oder ganz ohne Kraftaufwand zu ermöglichen und andererseits bestimmte Bewegungen der Geräte für klinische Applikationen zu automatisieren.
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Aus der Patentschrift
US 6,374,937 B1 ist ein C-Bogen-System mit drei Rädern bekannt, wobei zwei der Räder mit jeweils einem Antrieb verbunden sind und um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert sind. Ein drittes Rad ist frei beweglich ausgeführt. Mittels der angetriebenen Räder kann eine Bewegung des C-Bogen-Systems entlang einer Richtung, insbesondere parallel einer Patientenliege, gesteuert werden. Das Schwenken der Räder um die vertikale Achse ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position möglich. Die Antriebe der Räder sind in einer Basiseinheit beziehungsweise einem unteren Chassis des C-Bogen-Systems angeordnet.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 295 17 922 U1 ist ein mobiles Röntgengerät mit vier Rädern bekannt, von denen zwei einen Elektromotor mit Rotor und Stator aufweisen. Der Stator ist mit einer Radaufhängung des Rades verbunden und der Rotor ist umfangseitig von einem Laufrad umgeben. Die Druckschrift
US 6131690 A offenbart ein mobiles C-Bogen-System mit drei Rädern, wobei zwei Räder jeweils einen Elektromotor aufweisen. Die Druckschrift
DE 101 18 745 A1 offenbart ein mobiles C-Bogen-Gerät mit vier Rädern. Ähnliche C-Bogen-Systeme sind noch aus den Druckschriften
US 8,177,430 B2 und
EP 1 246 566 B1 bekannt.
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Ein häufig wiederkehrendes Problem bei klinischen Applikationen ist es, mit dem mobilen C-Bogen-System bestimmte Bewegungsrichtungen einzuschlagen, vor allem eine Bewegung exakt in die Gegenrichtung zu befahren. Beispiele hierfür sind: Das C-Bogen-System wird rückwärts, seitwärts oder diagonal von der Untersuchungsliege wegbewegt, um Platz für einen Operateur zu schaffen. Anschließend soll das C-Bogen-System wieder in seine ursprüngliche Position an der Untersuchungsliege zurück gefahren werden. In dieser „Park&Return“-Situation müssen die Bewegbarkeit und die Lenkung der Räder so ausgebildet sein, dass eine exakte Umkehr der vorherigen Bewegung möglich ist.
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Eine andere Situation ist das sogenannte „Stitching“, das heißt, wenn eine Panoramaaufnahme des Patienten erstellt werden soll. Der C-Bogen wird hierfür zuerst zur Vermeidung von Kollisionen im eigentlichen Betriebsmodus und zur Definition von Anfangs- und Endpunkt der Aufnahme vom Benutzer entlang der Patientenliege ohne Bildgebung bewegt. Für die Panoramaaufnahme muss die Bewegung des C-Bogens in die exakte Gegenrichtung durchgeführt werden. Die Lenkung der Räder muss also auch hierfür so ausgebildet sein, dass eine exakte Umkehr der vorherigen Bewegung möglich ist.
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Als weiteres Beispiel wird noch erwähnt, dass bei einem C-Bogen-System ohne isozentrische Geometrie das abzubildende Objekt bei einer Änderung des Orbitalwinkels in der Bildmitte gehalten wird, was durch eine Änderung der Hubsäulenposition und der Radposition möglich ist. Beim ständigen Wechsel der Bildgebungsposition muss die Ausrichtung der Räder des C-Bogen-Systems exakt gehalten werden, um auch hier eine exakt gleiche Bewegung in die Gegenrichtung zu ermöglichen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein hinsichtlich der exakten Positionierbarkeit und Richtungsumkehr von Bewegungen verbessertes C-Bogen-System bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Bewegbarkeit eines C-Bogen-Systems verbessert werden kann, indem jedes Rad einzeln angetrieben wird und der Antrieb jeweils in das Rad selbst integriert ist. Die Räder können von Elektromotoren angetrieben werden, welche als Nabenmotoren mit Rotor und Stator ausgebildet werden und so als Bauteile der Räder selbst ausgeführt werden.
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Das C-Bogen-System kann dabei mindestens zwei lenkbare und erfindungsgemäß motorisiert angetriebene Räder sowie mindestens ein weiteres, frei bewegliches, aber nicht notwendigerweise motorisiertes, Rad aufweisen. Mittels der Lenkung wird eine Ausrichtung der Räder um eine vertikale Achse ausgeführt. Eine angetriebene Bewegung der Räder erfolgt als Rotation um eine horizontale Radmittelachse. Die Lenkung der Räder kann in beliebige Richtungen arretiert werden. Die Arretierung erlaubt mindestens eine Festlegung der Hauptbewegungsachsen, also vor/zurück und links/rechts, aber auch eine Arretierung in allen anderen Richtungen, beispielsweise stufenlos oder in Zwischenstufen von jeweils 5°. Um ein Ausscheren des C-Bogen-Systems bei der Bewegung in eine Gegenrichtung zu vermeiden, sollte das mindestens eine weitere Rad entweder ebenfalls lenkbar und arretierbar sein oder so aufgehängt sein, dass es leichtgängig der Richtung der angetriebenen Räder folgt.
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Die Räder sind individuell drehbar und insbesondere auch gegenläufig drehbar, um flexible Kurvenfahrten des C-Bogen-Systems zu ermöglichen. Des Weiteren sollten die Räder unabhängig lenkbar sein. Damit werden Drehungen des C-Bogen-Systems um eine vertikale Geräteachse ermöglicht. Insbesondere kann durch gegenläufiges Drehen der Räder eine Drehung um eine beliebige vertikale Achse realisiert werden, wobei diese Drehachse sich in der Regel in unmittelbarer Nähe des C-Bogens oder des Patienten befindet. Dies entspricht einer sogenannten Swivel-Bewegung, wie sie beispielsweise in der Patentschrift
DE 10 2011 004 667 B4 gezeigt ist. Des Weiteren kann durch zwei parallel ausgerichtete und gegenläufig gelenkte Räder ein Bremsen des C-Bogen-Systems ermöglicht werden, was einen Vorteil auf schiefen Ebenen bietet.
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Demgemäß schlagen die Erfinder vor, ein mobiles C-Bogen-System, zumindest umfassend mindestens drei Räder, wobei mindestens zwei Räder jeweils einen Elektromotor aufweisen, dahingehend zu verbessern, dass der Elektromotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator mit einer Radaufhängung des Rades verbunden ist und der Rotor umfangseitig von einem Laufrad umgeben ist, wobei im Stator des Elektromotors Elektromagnete und im Rotor des Elektromotors Permanentmagnete angeordnet sind, und mindestens ein Rad als nicht-angetriebenes Rad ausgebildet ist. Ein derartig ausgebildetes C-Bogen-System ermöglicht erfindungsgemäß eine motorisierte und nicht-motorisierte Positionierung sowie vor allem eine exakte Bewegung in einen Gegenrichtung.
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Das C-Bogen-System weist vorteilhafterweise ein unteres Chassis, auch Basiseinheit genannt, auf, an welchem die mindestens drei Räder angeordnet sind. Eine bevorzugte Ausführungsform stellt ein C-Bogen-System mit genau drei Rädern dar. Drei Räder, welche weiterhin vorteilhaft eine dreieckige Grund- beziehungsweise Standfläche des C-Bogen-Systems ausbilden, bieten eine erhöhte Stabilität. Dies ist vor allem im Hinblick auf mögliche Unebenheiten des Untergrundes vorteilhaft. Mindestens zwei der Räder weisen einen Elektromotor auf. Der Elektromotor weist jeweils einen Rotor und einen Stator auf. Erfindungsgemäß ist der Elektromotor jeweils in das Rad integriert ausgebildet. Dies wird in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform realisiert, indem zum einen der Stator mit einer Radaufhängung des Rades verbunden ist und zum anderen der Rotor umfangseitig von einem Laufrad umgeben ist. Die Verbindung zwischen Stator und einer Radaufhängung beziehungsweise einem Tragrahmen der Basiseinheit kann sowohl flexibel und beweglich als auch starr ausgebildet sein. Das umfangseitige Laufrad des Stator bildet vorteilhafterweise die Lauffläche des Rades aus. Zwischen Rotor und Stator können Wälzkörper beziehungsweise -lager angeordnet werden, beispielsweise in Form von Kugel, Nadeln oder Rollen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass mindestens ein weiteres Rad frei beweglich ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist dieses Rad sowohl um eine horizontale Radmittelachse frei beweglich, das heißt insbesondere ohne Antrieb ausgebildet, als auch um eine vertikale Achse flexibel schwenkbar und somit ausrichtbar. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Rad als nicht-angetriebenes Rad ausgebildet ist. Unter einem Omnirad wird im Rahmen dieser Erfindung ein Rad verstanden, dessen Lauffläche eine Vielzahl von Rollen aufweist, deren Drehachsen jeweils im rechten Winkel zur Drehachse des Hauptrades liegen. Hierdurch kann das Omnirad sowohl in seine radiale als auch in seine axiale Richtung verfahren beziehungsweise gerollt werden. Derartige Räder werden auch omnidirektionales Rad oder Allseitenrad genannt. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit drei Rädern sind vorteilhafterweise zwei Räder als Omnirad und ein Rad als frei bewegliches, herkömmliches Laufrad ausgebildet.
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Die Elektromotoren sind vorteilhafterweise als Nabenmotor ausgebildet. Die Nabenmotoren sind erfindungsgemäß direkt in die Räder eingebaut und tragen die Radnabe. Vom Elektromotor wird das erzeugte Drehmoment mittels Stator und Rotor direkt auf das Rad übertragen. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht weiterhin eine Ausbildung des Elektromotors als Gleichstrommotor vor. Erfindungsgemäß sind im Stator mehrere Elektromagnete in Form von Spulen angeordnet sind. Weiterhin erfindungsgemäß sind im Rotor mehrere Permanentmagnete angeordnet.
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In noch einer Ausführungsform des C-Bogen-Systems ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche jeweils einzeln mit den Rädern verbunden ist. Somit können die Räder des C-Bogen-Systems in ihrer Bewegungsrichtung, Ausrichtung und Geschwindigkeit einzeln angesteuert werden und erlauben so eine exakte Positionierung des Gerätes. Durch eine gegenläufige Drehung zweier parallel ausgerichteter Räder ist zudem eine Bremsbewegung des C-Bogen-Systems möglich.
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Die Steuervorrichtung weist bevorzugt einen Regelkreis auf, welcher je Rad individuell dessen Geschwindigkeit regelt. Die Regelung der Geschwindigkeit erfolgt bevorzugt sowohl hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit um die horizontale Radmittelachse zur Fortbewegung als auch hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit um eine vertikale Achse zum Ausrichten des Rades und Ändern der Bewegungsrichtung des C-Bogen-Systems.
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Weiterhin ist eine Lenkung zum Ausrichten und Schwenken der Räder um eine vertikale Achse vorgesehen, welche die Räder jeweils einzeln ansteuert. Die Lenkung kann bevorzugt je Rad individuell arretiert werden. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Räder kontinuierlich beziehungsweise stufenlos arretierbar sind. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Räder in diskreten Winkelschritten arretierbar sind. Beispielsweise sind Winkelschritte von 45°, 30°, 15° oder 5° ausführbar. Bevorzugt ist die Lenkung als Zahnkranzgetriebe mit mindestens zwei ineinandergreifenden Zahnkränzen ausgeführt. Beispielsweise ist der Tragrahmen des Rades mittels des Zahnkranzgetriebes drehbar an der Basiseinheit gelagert.
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Eine andere Ausführungsform des C-Bogen-Systems sieht eine autarke Energieversorgung der Räder, insbesondere des Elektromotors zum Antrieb der Räder, vor. Die Energieversorgung ist vorteilhafterweise als Batterie und/oder Brennstoffzelle ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft ist eine Ladevorrichtung zum Aufladen der Energieversorgung vorgesehen. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise zum kontaktlosen Aufladen der Energieversorgung ausgebildet sein, insbesondere induktiv. Weiterhin kann die Ladevorrichtung zum Aufladen der Energieversorgung durch eine Kabelverbindung ausgebildet sind, beispielsweise mittels eines Ladekabels.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Dabei werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Basiseinheit; A1: erste Achse / horizontale Radmittelachse; A2: zweite Achse / vertikale Schwenkachse; C1: C-Bogen-Gerät; C2: Röntgenröhre; C3: Detektor; C5: Tragarm; C6: Gehäuse; C7: C-Bogen; C8: Patientenliege; C9: Patient; C10: Steuer- und Rechensystem; G: Lager; L: Lauffläche; M: Motor; ME: Elektromagnet; MP: Permanentmagnet; R: Rotor; S: Stator; T: Tragrahmen; U: Untergrund; WK: Wälzkörper; Z1, Z2: Zahnkränze; Prg1-Prgn: Computerprogramme;
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Es zeigen im Einzelnen:
- 1: eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines C-Bogen-Gerätes mit einer verfahrbaren Basiseinheit, und
- 2: einen vertikalen Schnitt in der Ebene der Achsen durch ein erfindungsgemäßes Rad mit integriertem Elektromotor.
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Die 1 zeigt erfindungsgemäßes mobiles C-Bogen-Gerät C1. Das C-Bogen-Gerät C1 umfasst ein Gehäuse C6, in dem sich ein Steuer- und Rechensystem C10 mit hierauf gespeicherten Computerprogrammen Prg1-Prgn und mit einem in dieser Ansicht nicht sichtbaren Display, befindet. An diesem Gehäuse C6 ist ein verfahrbarer Tragarm C5 befestigt, der wiederum einen C-Bogen C7 trägt, der in bekannter Weise sowohl eine Orbitaldrehung als auch eine Angulardrehung ausführen kann. Endseitig am C-Bogen C7 ist einerseits eine Röntgenröhre C2 befestigt, die im Betrieb ein variables Strahlenbündel aussenden kann. Gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens C7 ist ein Detektor C3 angebracht. Im Strahlengang zwischen Röntgenröhre C2 und Detektor C3 ist ein auf einer Patientenliege C8 befindlicher Patient C9 angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist das C-Bogen-Gerät C1 noch die Basiseinheit 1 mit drei Rädern auf, auf welcher das Gehäuse C6 befestigt ist. Mittels der Basiseinheit 1 kann das Gerät einfach verfahren und positioniert werden.
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Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Rad mit integriertem Elektromotor. Hier ist ein vertikaler Schnitt in der von der horizontalen Achse A1 und der vertikalen Achse A2 aufgespannten Ebene zu sehen. Das Rad weist einen Tragrahmen T auf, welcher an der Basiseinheit 1 des C-Bogen-Systems befestigt und mittels des Lagers G an der Basiseinheit 1 beweglich gelagert ist. Zur Lenkung beziehungsweise Ausrichtung des Rades weist das Zahnkranzgetriebe einen Motor M auf. Das Zahnkranzgetriebe umfasst zwei ineinander greifende Zahnkränze Z1 und Z2. Durch gegenläufige Bewegung der Zahnkränze Z1 und Z2 erfolgt die Ausrichtung des Rades. Die Lenkung beziehungsweise genauer gesagt die Ausrichtung des Rades kann durch gegeneinander Fixieren der Zahnkränze Z1 und Z2 beliebig arretiert werden.
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Im unteren Teil ist der Tragrahmen T mit dem Elektromotor des Rades verbunden, das heißt genauer gesagt mit dem Stator S des Elektromotors. Der Elektromotor weist einen Stator S und einen Rotor R auf. Der Rotor R ist um den Stator S gelagert, wobei im Rotor R mehrere Permanentmagnete MP und im Stator S mehrere Elektromagnete ME untergebracht sind, die den elektrischen Antrieb bewirken. Zwischen Rotor R und Stator S sind kugelförmige Wälzkörper WK angeordnet. Umfangsseitig ist der Rotor R außerdem von einem Laufrad beziehungsweise einer Lauffläche L umgeben, die beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff bestehen kann und für eine verbesserte Haftung des Rades auf dem Untergrund U sorgt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombination aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.
