DE102017211764A1

DE102017211764A1 - C-Bogen für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017211764A1
Application number: DE102017211764.8A
Authority: DE
Inventors: Franz Dirauf; Alexander Krämer; Wolfgang Neuber; Patrick Plannerer; Martin Seifert; Josef Zeidler
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: US20190008470A1; DE102017211764B4; US10244997B2; CN109223009A

Abstract

C-Bogen für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, der als Metallgussbauteil (7) ausgeführt ist, wobei ein oder mehrere sich zumindest abschnittsweise längs des C-Bogens (2) erstreckende Versteifungsprofile (10) eingegossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen C-Bogen für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, der als Metallgussbauteil ausgeführt ist.
Diverse medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtungen weisen einen C-Bogen auf, an dem entsprechende Untersuchungs- oder Behandlungsgeräte, beispielsweise eine Strahlenquelle und ein Strahlungsempfänger angeordnet sind, die über den C-Bogen im Raum bewegbar sind. Ein Beispiel hierfür sind Röntgeneinrichtungen mit einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgenstrahlungsempfänger. Sie dienen der Aufnahme von Durchleuchtungsbildern. Der C-Bogen ist üblicherweise an einer Bewegungseinrichtung, beispielsweise einem Stativ oder einem Mehrachslenkarm angeordnet, worüber er, da das Stativ oder der Gelenkarm um mehrere Freiheitsgrade bewegbar ist, im Raum bewegt werden kann, so dass die an dem Bogen angeordneten Gerätschaften entsprechend zum Patienten positioniert werden können.
Es ist bekannt, einen solchen C-Bogen durch Strangpressen und anschließendes Rollen der C-Bogenform oder als Metallgussbauteil, üblicherweise aus Aluminium, herzustellen. Dabei ist die maximale Höhe des Querschnittsprofils des C-Bogens unter anderem durch die Isozentrumshöhe und den Mindesteinschubradius festgelegt. Die Bogenbreite wiederum ist durch die notwendige Beweglichkeit hinsichtlich der abzufahrenden Bewegungswinkel definiert.
Bei verschiedenen Untersuchungs- oder Behandlungsverfahren wird der C-Bogen mit hoher Geschwindigkeit um den Patienten bewegt, um hierüber 3D-Bilder aufzunehmen. Hierbei sind zunehmend höhere Anforderungen bezüglich der Steifigkeit und der Erhöhung der Eigenfrequenz des C-Bogens gestellt, um die gewünschte Bildqualität und insbesondere Laufruhe zu erzielen. Damit die Steifigkeit des C-Bogens erhöht werden kann ist es erforderlich, die Wandstärke entsprechend zu erhöhen, was zum einen jedoch die Herstellung des C-Bogens zunehmend erschwert und zwangsläufig auch eine erhebliche Gewichtserhebung zur Folge hätte, das heißt, dass die bewegte Masse hierüber zunimmt, was nachteilig ist. Zum andere würde die Eigenfrequenz wieder reduziert werden, was ebenfalls im Hinblick auf eine stabile Bogenbewegung nachteilig ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten C-Bogen anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein C-Bogen für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung vorgesehen, der als Metallgussbauteil ausgeführt ist, wobei ein oder mehrere sich zumindest abschnittsweise längs des C-Bogens erstreckende Versteifungsprofile eingegossen sind.
Der erfindungsgemäße C-Bogen ist als Metallgussbauteil, bevorzugt aus Aluminium, hergestellt. Er zeichnet sich dadurch aus, dass in das Metallgussbauteil ein, vorzugsweise mehrere Versteifungsprofile eingegossen sind. Diese Versteifungsprofile erstrecken sich längs des C-Bogens, sind also entsprechend der Bogenform geformt, wobei sie sich vorzugsweise über nahezu die gesamte Länge des Bogens erstrecken. Durch das Eingießen dieses oder dieser Versteifungsprofile, die bevorzugt möglichst weit entfernt von der neutralen Faser des Bogens positioniert werden, lässt sich die Steifigkeit des C-Bogens deutlich erhöhen. Die durch das Eingießen der Versteifungsprofile gegebene Gewichtserhöhung ist, da die Versteifungsprofile nur einen geringen Teil des Bogengewichts ausmachen, akzeptabel bis vernachlässigbar.
Durch die Integration respektive das Eingießen dieses oder dieser Versteifungsprofile kann folglich der C-Bogen in seiner gewünschten Dimension beibehalten werden, eine Erhöhung der Wandstärke und Ähnliches zur Steifigkeitserhöhung ist nicht erforderlich. Gleichwohl ist der C-Bogen deutlich steifer, verglichen mit einem reinen Metallgussbauteil, und kann die an ihn gesetzten Anforderungen auch für Bewegungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten ohne weiteres erfüllen.
Bevorzugt ist das oder sind die Versteifungsprofile Hohlprofile, insbesondere mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, was sich vorteilhaft auf eine nur unmerkliche Gewichtserhöhung auswirkt.
Zur Steifigkeitserhöhung weist das oder weisen die Versteifungsprofile vorzugsweise einen E-Modul auf, der deutlich höher ist als der des Metallgussbauteils. Dieses ist bevorzugt aus Aluminium, während das oder die Versteifungsprofile bevorzugt aus Stahl sind.
Der Bogen selbst weist bevorzugt einen rechteckigen hohlen Querschnitt auf, wobei in diesem Fall bevorzugt vier Versteifungsprofile vorgesehen sind, die in Rechteckform angeordnet sind, mithin also im Bereich der Ecken des rechteckigen C-Bogens. Sie befinden sich folglich im Bereich der Randfasern und außerhalb der neutralen Faser, was für die Bogenversteifung vorteilhaft ist.
Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, zwei benachbarte Versteifungsprofile über ein oder mehrere Verbindungselemente miteinander zu verbinden. Das heißt, dass in das Metallgussbauteil quasi ein Versteifungsskelett eingegossen wird, bestehend aus in diesem Fall mehreren Versteifungsprofilen, insbesondere in Form der Hohlprofile, die über entsprechende Verbindungselemente entweder nur lokal oder über ihre gesamte Länge miteinander verbunden sind. Diese Verbindungselemente können durch Schweiß- oder Klebverbindungen mit den Versteifungsprofilen verbunden sein, sie sind also bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Versteifungsprofile. Solche Verbindungsprofile sind beispielsweise Bleche oder Platten, die bevorzugt entsprechende Durchbrechungen aufweisen, um den Durchtritt des Gussmaterials zu ermöglichen. Es kommen also entsprechende gelochte Stegbleche oder Stegplatten zum Einsatz, die die Versteifungsprofile verbinden. Im Falle einer rechteckigen Querschnittsform des Bogens ergibt sich folglich eine eingegossene, ebenfalls rechteckige Versteifungsgeometrie.
Der erfindungsgemäße C-Bogen zeichnet sich insgesamt durch eine deutlich erhöhte Steifigkeit bei einer Beanspruchung auf Biegung oder Torsion aus. Auch kann durch die Integration des oder der Versteifungsprofile, gegebenenfalls auch des oder der Versteifungselemente die Eigenfrequenz erhöht werden, was sich ebenfalls positiv auf den Bewegungs- und damit den Bildaufnahmebetrieb auswirkt. Auch kann die Höhe des C-Bogenprofils und somit die Isozentrumshöhe bei gleichbleibender Systemsteifigkeit reduziert werden, da natürlich auch die Möglichkeit besteht, durch das Eingießen der Versteifungsbauteile den C-Bogen insgesamt deutlich schmäler oder schlanker zu konfigurieren, bei gleicher, bisher gegebener Steifigkeit, was sich vorteilhaft auf die Bogenhöhe und die Isozentrumshöhe auswirkt.
Neben dem C-Bogen selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen C-Bogens in einem Metallgussverfahren, mit folgenden Schritten:

- Einbringen eines oder mehrerer sich zumindest abschnittsweise längs des fertigen C-Bogens erstreckender Versteifungsprofile in eine Gießform, und
- Gießen des C-Bogens unter Einbettung des oder der Versteifungsprofile in der Gießform.

Es werden also für den eigentlichen Bogenguss das oder die Versteifungsprofile, egal wie diese nun konkret im Querschnitt ausgeformt sind respektive wie weit sie sich abschnittsweise um den fertigen Bogen erstrecken, und gegebenenfalls zusätzliche Versteifungselemente, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, in die Form eingebracht und positioniert. Anschließend wird die Form mit dem Metall, üblicherweise natürlich Aluminium, ausgegossen, so dass die entsprechenden Versteifungsbauteile eingebettet werden und der fertige, hinreichend versteifte C-Bogen hergestellt wird.
Als Versteifungsprofil oder Versteifungsprofile werden bevorzugt Hohlprofile, bevorzugt mit viereckigen und insbesondere quadratischen Querschnitt verwendet.
Der Bogen selbst wird, wie beschrieben, bevorzugt aus Aluminium gegossen, während als Versteifungsprofil oder Versteifungsprofile solche aus Stahl verwendet werden, mithin also Profile, die einen deutlich höheren E-Modul als das Metallgussbauteil respektive das Gussmaterial aufweisen.
Die Versteifungsprofile werden bevorzugt in Rechteckform angeordnet und im Bereich der Ecken des einen rechteckigen hohen Querschnitt aufweisenden C-Bogens eingegossen, was für eine Steifigkeitserhöhung besonders zweckmäßig ist.
Schließlich können zwei benachbarte Versteifungsprofile über ein oder mehrere Verbindungselemente miteinander verbunden werden, welche Verbindungselemente ebenfalls eingegossen werden. Diese Verbindungselemente sind bevorzugt ebenfalls aus dem gleichen Material wie die Versteifungsprofile, also vorzugsweise ebenfalls aus Stahl, und sind mit diesen verklebt oder verschweißt. Werden beispielsweise vier Versteifungsprofile im Bereich der Bogenecken positioniert, so werden diese über entsprechende Verbindungselemente beispielsweise zu einer Rechteckform verbunden, so dass sich quasi ein rechteckiges, sich bevorzugt längs nahezu der gesamten Bogenlänge erstreckendes Versteifungsskelett ergibt.
Als Verbindungsprofile können bevorzugt Bleche oder Platten verwendet werden, die vorzugsweise mit Durchbrechungen versehen sind, also Lochblech oder Lochplatten.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung schließlich eine medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung umfassend einen C-Bogen der beschriebenen Art.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung umfassend einen erfindungsgemäßen C-Bogen,
2 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen C-Bogen einer ersten Ausführungsform, und
3 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen C-Bogen einer zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine erfindungsgemäße medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1, umfassend einen C-Bogen 2, an dem im gezeigten Beispiel eine Strahlungsquelle 3 sowie ein Strahlungsempfänger 4, beispielsweise eine Röntgenquelle und einen Röntgenstrahlungsempfänger, angeordnet sind. Der C-Bogen 2 ist an einem Grundgestell 5 angeordnet, mit dem er über eine entsprechende Verbindung 6 gekoppelt ist. Bei dieser Verbindung 6, die hier nur dem Grunde nach gezeigt ist, kann es sich beispielsweise um einen Mehrgelenksarm oder ein Stativ oder Ähnliches handeln. In jedem Fall ist der C-Bogen über diese Verbindung 6 im Raum bewegbar. Er ist zum einen längs seiner Bogenbahn, wie durch den Doppelpfeil P1 dargestellt ist, bewegbar, also auf einer Orbitalbahn bewegbar, so dass er um das Isozentrum I gedreht werden kann. Darüber hinaus ist er auch um eine Achse drehbar, wie durch den Pfeil P2 dargestellt. Im Fall eines Gelenkarms ist der C-Bogen 2 noch um weitere Achsen bewegbar, ebenso im Falle eines Stativs. 1 zeigt lediglich eine reine Prinzipdarstellung, um grundsätzlich Bewegungsmöglichkeiten des C-Bogens darzustellen. Denn aus diesen Bewegungsmöglichkeiten, insbesondere der mitunter sehr schnell erfolgenden Orbitalbewegung längs des Pfeils P1, ergeben sich entsprechende Anforderungen an die Steifigkeit des C-Bogens 2.
Ein erstes Beispiel eines C-Bogens 2 ist in einer Querschnittsansicht in 1 gezeigt. Der C-Bogen 2 besteht aus einem oder ist als Metallgussbauteil 7 ausgeführt, es handelt sich um ein Aluminiumgussteil, das in einer entsprechenden Gießform hergestellt wird. Im Bereich des seitlichen Endes sind entsprechende Führungsvorsprünge 8 dargestellt, die auf entsprechenden Linearführungen 9, die hier nur exemplarisch dargestellt sind, laufen, wenn der C-Bogen 2 längs der Orbitalbahn gemäß Pfeil P1 bewegt wird.
Ersichtlich weist der C-Bogen 2 ein hohles Rechteckprofil auf, es ist also ein Hohlkörper. Im Bereich der vier Ecken des Metallgussbauteils sind Versteifungsprofile 10 eingegossen, bei denen es sich ebenfalls um rechteckige Hohlprofile handelt und die aus einem Material sind, das einen deutlich höheren E-Modul als Aluminiumgussmaterial aufweist, vorzugsweise handelt es sich um Stahlprofile. Diese Metall-Versteifungsprofile 10 sind in den entsprechend verstärkten Eckbereichen des C-Bogens 2, also im Bereich der Randfasern in das Gussmaterial eingegossen respektive eingebettet. Sie erstrecken sich zumindest abschnittsweise, vorzugsweise nahezu über die gesamte Länge des C-Bogens, worüber dieser sehr gut ausgesteift wird, so dass er auch hohen Bewegungsanforderungen gerecht wird. Die Wandstärke der Versteifungsprofile 10 beträgt zwischen 2 - 5 mm.
3 zeigt eine weitere Querschnittsansicht durch einen C-Bogen 2 einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch dieser C-Bogen 2 ist als Metallgussbauteil 7 ausgeführt, weist also einen Metallgusskörper auf. Wiederum sind entsprechende seitliche Führungsabschnitte 8 für die entsprechende Führung im Bereich der Verbindung 6 vorgesehen. Auch hier ist der C-Bogen 2 als Hohlkörper mit rechteckiger Querschnittsform ausgeführt.
Wie bereits bei dem Beispiel gemäß 2 sind auch hier im Bereich der Ecken die entsprechende rechteckigen, hier ebenfalls quadratischen Versteifungsprofile 10 in Form entsprechender Hohlkörper eingegossen respektive eingebettet, wobei auch hier der Verguss allseitig erfolgt. Anders als bei der Ausgestaltung gemäß 1 sind hier jedoch jeweils zwei benachbarte Versteifungsprofile 10 über zusätzliche Versteifungselemente 11 in Form von flächigen Platten oder Blechen miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 11 weisen vorzugsweise eine Dicke auf, die der Dicke der Versteifungsprofile, wenn diese als Hohlprofile ausgeführt sind, entspricht. Die Verbindung erfolgt durch Schweißen oder Kleben, wozu die Versteifungselemente vorzugsweis aus dem gleichen Material, also ebenfalls aus Stahl sind wie die hohlen Versteifungsprofile 10. Sie können, gesehen längs des C-Bogens, die Versteifungsprofile 10 nur lokal respektive abschnittsweise verbinden, sie können sie aber auch über die gesamte Bogen- oder Profillänge verbinden. Die Versteifungselemente 10 sind vorzugsweise mit Durchbrüchen versehen, also gelocht, so dass das Metallgussmaterial entsprechend durchtreten kann.
Es ergibt sich also eine Art Versteifungsskelett, das vollständig und allseitig in den Metallgusskörper eingebettet respektive eingegossen ist.
Zur Herstellung werden die Versteifungsprofile 10 und, sofern vorhanden, auch die an ihnen bereits befestigten Verbindungselemente, als welche mitunter auch entsprechend schmale Stäbe verwendet werden können, in eine entsprechende Gießform eingesetzt und positioniert, wonach der eigentliche Verguss erfolgt.
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.

Claims

C-Bogen für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung, der als Metallgussbauteil (7) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere sich zumindest abschnittsweise längs des C-Bogens (2) erstreckende Versteifungsprofile (10) eingegossen sind.
C-Bogen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Versteifungsprofile (10) Hohlprofile sind.
C-Bogen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgussbauteil (7) als Aluminium und das oder die Versteifungsprofile (10) aus Stahl sind.
C-Bogen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Bogen (2) einen rechteckigen hohlen Querschnitt aufweist, und dass vier Versteifungsprofile (10) vorgesehen sind, die in Rechteckform angeordnet sind.
C-Bogen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Versteifungsprofile (10) über ein oder mehrere Verbindungselemente (11) miteinander verbunden sind.
C-Bogen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Verbindungselemente (11) Bleche oder Platten sind.
C-Bogen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche oder Platten Durchbrechungen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines C-Bogens für eine medizinische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung in einem Metallgussverfahren, mit folgenden Schritten: - Einbringen eines oder mehrerer sich zumindest abschnittsweise längs des fertigen C-Bogens (2) erstreckender Versteifungsprofile (10) in eine Gießform, und - Gießen des C-Bogens unter Einbettung des oder der Versteifungsprofile (10) in der Gießform.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Versteifungsprofil (10) oder als Versteifungsprofile (10) Hohlprofile verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Bogen (2) aus Aluminium gegossen wird und ein Versteifungsprofil (10) oder Versteifungsprofile (10) aus Stahl verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsprofile (10) in einer Rechteckform angeordnet und im Bereich der Ecken des einen rechteckigen hohlen Querschnitt aufweisenden C-Bogens (2) eingegossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Versteifungsprofile (10) über ein oder mehrere Verbindungselemente (11) miteinander verbunden werden, welche Verbindungselemente (11) ebenfalls eingegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselemente (11) Bleche oder Platten verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche oder Platten mit Durchbrechungen verwendet werden.
Medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung umfassend einen C-Bogen (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.