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Die Erfindung betrifft ein motorisch verstellbares Röntgengerät mit einem zwei Freiheitsgrade aufweisenden, motorisch unterstützt verstellbaren C-Bogen, wobei eine Kraftufnahmevorrichtung zur Erfassung der vom Bediener zur Verstellung des C-Bogens aufgebrachten Kraft vorgesehen ist. Ein derartiges Röntgengerät ist beispielsweise aus der
DE 42 37 013 A1 bekannt.
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Ein weiteres Röntgenuntersuchungsgerät, jedoch ohne C-Bogen, ist beispielsweise aus der
DE 44 33 036 A1 bekannt. Hierbei ist ein Röntgenzielgerät mit einem Bedienungsgriff in mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen verschiebbar, wobei mehrere Sensoren in Bezug auf den Bedienungsgriff so angeordnet sind, dass bei Beaufschlagung des Bedienungsgriffs 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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Zur An- und Abwahl verstellbarer Achsen eines C-Bogens eines Röntgengerätes, insbesondere für medizinische Anwendungen, sind typischerweise mehrere Tasten vorgesehen. Diese sind entweder räumlich vom C-Bogen getrennt oder werden, wie bei dem aus der
DE 42 37 013 A1 bekannten Röntgengerät, mit dem C-Bogen mitbewegt, 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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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein motorisch verstellbares Röntgengerät anzugeben, welches einen in mindestens zwei Freiheitsgraden verstellbaren C-Bogen aufweist, der auf besonders komfortable Weise und mit einem geringen Risiko der Fehlbedienung verstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgengerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Röntgengerat weist einen C-Bogen mit zwei Freiheitsgraden, typischerweise einem Angulationswinkel und einem Orbitalwinkel, auf. Zusätzlich können weitere Verstellmöglichkeiten, beispielsweise eine Höhenverstellung, vorgesehen sein. Ein motorischer Antrieb ist zur Verstellung des C-Bogens in den beiden Freiheitsgraden vorgesehen, wobei eine Kraftaufnahmevorrichtung, welche bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, am C-Bogen angeordnet ist, eine vom Bediener aufgebrachte Kraft erfasst und hieraus ein Signal zur Verstellung des C-Bogens, beispielsweise zur Einstellung einer Winkelgeschwindigkeit oder einer Beschleunigung, generiert. Die Kraftaufnahmevorrichtung ist dazu ausgebildet, gleichzeitig mehrere Richtungskomponenten der vom Bediener aufgebrachten Kraft zu erfassen, woraus sich die Richtung, in welche der C-Bogen zu verstellen ist, ergibt. Um eine besonders einfache, intuitive Bedienung zu ermöglichen, stimmt die Richtung, in welche der Bediener eine Kraft auf die Kraftaufnahmevorrichtung aufbringt, bevorzugt zumindest annähernd mit der Richtung, in welchen der C-Bogen zu verstellen ist, überein. Dies gilt in besonderem Maße im Fall einer Anordnung der Kraftaufnahmevorrichtung am C-Bogen.
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Die Kraftaufnahmevorrichtung wirkt mit einer Auswerteeinheit zusammen, welche in Abhängigkeit von der Verteilung der Richtungskomponenten der vom Bediener aufgebrachten Kraft unterschiedliche Grade motorischer Unterstützung des C-Bogens in den einzelnen Freiheitsgraden einstellt. Vorzugsweise legt die Hauptkomponente der vom Benutzer auf die Kraftaufnahmevorrichtung übertragenen Kraft die Achse, nämlich entweder Angular- oder Orbitalachse fest, um welche im Vergleich zur jeweils anderen Achse eine verstärkte Servounterstützung des C-Bogens erfolgt. Bezüglich der anderen Achse kann die Servounterstützung reduziert sein, entfallen oder eine Bremswirkung auf den C-Bogen, insbesondere eine Blockierung des C-Bogens, vorgesehen sein. In letztgenanntem Fall ist die Verstellbarkeit des C-Bogens damit strikt auf einen Freiheitsgrad festgelegt. Die durch die Art der Betätigung der Kraftaufnahmevorrichtung, nämlich durch die Verteilung der Richtungskomponenten der Bedienkraft gegebene Variationsmöglichkeit der motorischen Unterstützung des C-Bogens in verschiedenen Freiheitsgraden ist vorzugsweisedadurch realisiert, dass Sensorkennlinien von Kraft- und/oder Wegaufnehmern der Kraftaufnahmevorrichtung verändert, insbesondere abgeflacht oder verbreitert werden.
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Die Auswahl desjenigen Freiheitsgrades, in welchem eine verstärkte motorische Unterstützung erfolgt, bleibt vorzugsweise während eines gesamten Verstellvorgangs des C-Bogens unverändert. Bevorzugt bleibt die damit getroffene Auswahl einer bevorzugten Verstellrichtung zumindest zeitlich begrenzt auch über den Verstellvorgang hinaus wirksam. Dies bedeutet, dass beim Einleiten einer zweiten Verstellbewegung durch den Benutzer, welche insbesondere in geringem zeitlichen Abstand zur ersten Verstellbewegung erfolgt, davon ausgegangen wird, dass der Benutzer eine weitere Verstellung, beispielsweise zur Korrektur der ersten Bewegung, in oder entgegen der bei der ersten Bewegung ausgewählten Richtung vorzunehmen beabsichtigt. Zur zeitlich begrenzten Festlegung der bevorzugten Richtung der motorischen Unterstützung ist eine Speichereinheit vorgesehen, wobei der zeitliche Abstand, während dessen eine bevorzugte Verstellrichtung beibehalten wird, vorzugsweise durch den Bediener und/oder Bedienungsparameter, wie beispielsweise die Dauer oder den Verfahrweg eines Verstellvorgangs, variabel ist.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Röntgengerät eine vorzugsweise am C-Bogen angeordnete Bedienungshandhabe auf, welche in Zusammenwirkung mit mindestens einer Kraftaufnahmevorrichtung gleichzeitig die verschiedenen Richtungskomponenten der Bedienkraft erfasst. Der C-Bogen ist damit komfortabel mit einer Hand verstellbar.
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Ist einer der Freiheitsgrade des C-Bogens als Freiheitsgrad mit verstärkter motorischer Unterstützung festgelegt, so sollte der Bediener dennoch in der Lage sein, die bevorzugte Verstellrichtung auf einfache Weise aufzuheben oder zu ändern. Hierzu kann beispielsweise eine gesonderte Eingabevorrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist alternativ oder darüber hinaus die Möglichkeit vorgesehen, die Einschränkung, insbesondere Blockierung, des C-Bogens in der zweiten Verstellrichtung aufzuheben, indem auf die Kraftaufnahmevorrichtung in der entsprechenden Richtung eine über einer Schwelle, insbesondere einer einstellbaren Schwelle, liegende Kraft ausgeübt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur motorischen Verstellung eines C-Bogens eines Röntgengerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Alle im Zusammenhang mit der Vorrichtung genannten Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Auswahl einer bevorzugten Richtung einer Servounterstützung eines C-Bogens eines Röntgengeräts in Abhängigkeit von der vom Benutzer aufgebrachten Kraft eine dynamische Achs-Arretierung gegeben ist. Diese Achs-Arretierung ist vorzugsweise als Bedienoption durch den Benutzer an- und abwählbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:
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1a schematisch ein Röntgengerät mit einem motorisch verstellbaren C-Bogen,
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1b, c schematisch einen Röntgenbildverstärker mit an diesem angeordneten Kraftaufnehmern,
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2 in einem schematischen Diagramm die variable Servounterstützung des C-Bogens des Röntgengerätes nach 1a bis 1c und
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3 in einem schematischen Diagramm die Abhängigkeit der Servounterstützung bezüglich verschiedener Freiheitsgrade von den Richtungskomponenten einer auf eine Kraftaufnahmevorrichtung einwirkenden Bedienkraft.
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Einander entsprechende Teile und Parameter sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1a zeigt grob schematisiert ein Röntgengerät, welches einen in zwei durch einen Angulationswinkel α und einen Orbitalwinkel φ gegebenen Freiheitsgraden verstellbaren C-Bogen 1 aufweist. Eine Achse, um welche der C-Bogen 1 angular verstellbar ist, ist mit A, ein Drehpunkt, um welchen der C-Bogen in Orbitalrichtung drehbar ist, mit D bezeichnet. Am C-Bogen 1 ist einerseits ein Röntgenstrahler 2 und andererseits ein Röntgenbildverstärker 3 angeordnet. Zur motorisch unterstützten Verstellung des C-Bogens 1 einschließlich des Röntgenstrahlers 2 und des Röntgenbildverstärkers 3 sind zwei eine Kraftaufnahmevorrichtung bildende Kraftaufnehmer 4, 5 vorgesehen, welche mittels einer im Wesentlichen bogenförmigen Bedienungshandhabe 13 betätigbar sind. Abweichend vom schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise mehrere auch als Servo-Reling bezeichnete Bedienungshandhaben 13 am C-Bogen 1 angeordnet, wobei die Kraft, welche auf die Bedienungshandhabe 13 ausgeübt wird, die Verstellrichtung des C-Bogens 1 bestimmt. In der vereinfachten Darstellung nach 1a sind die Kraftkomponenten der vom Bediener mittels der Bedienungshandhabe 13 auf die Kraftaufnahmevorrichtung 4, 5 aufbringbaren Kraft mit Fx und Fy und die zugehörigen Richtungskomponenten mit R1, R2 bezeichnet. Durch die Kraftkomponente Fx in Richtung R1 ist der Orbitalwinkel φ, durch die Kraftkomponente Fy, welche in der dargestellten Position des C-Bogens 1 tatsächlich senkrecht zur dargestellten Ebene wirkt, der Angulationswinkel α verstellbar. In perspektivisch korrekter Darstellung nach 1b und 1c ist der Röntgenbildverstärker 3 mit den Kraftaufnehmern 4, 5 im Detail sichtbar. Die Verstellmöglichkeit des C-Bogens 1 in Orbital- und Angulationsrichtung ist in 1b durch Doppelpfeile angedeutet.
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Von der Kraftaufnahmevorrichtung 4, 5 aus werden Steuersignale mittels Leitungen 8, oder alternativ drahtlos, über eine Auswerteeinheit 10 einer Regeleinheit 6 zugeführt, wobei die Auswerteeinheit 10 auch in die Regeleinheit 6 integriert sein kann. Mithilfe der Auswerteeinheit 10 wird festgestellt, in welcher Richtungskomponente R1, R2 die Bedienkraft überwiegend auf die Kraftaufnahmevorrichtung 4,5 aufgebracht wird, d. h. ob vorwiegend eine Verstellung des Orbitalwinkels φ oder des Angulationswinkels α des C-Bogens 1 eingeleitet wird. Die weitere Verstellung des C-Bogens 1 wird dann in der Art einer dynamischen Achs-Arretierung auf die durch die Einleitung der Verstellbewegung gewählte Verstellrichtung α, φ eingeschränkt. Damit ist die Verstellmöglichkeit des C-Bogens 1 während der Verstellbewegung von zwei Freiheitsgraden auf einen Freiheitsgrad reduziert. Dies kommt dem Bedürfnis des Benutzers entgegen, der in der Regel keine simultane Angulations- und Orbitalverstellung des C-Bogens 1, sondern in definierter Weise entweder ausschließlich eine Angulationsverstellung oder ausschließlich eine Orbitalverstellung vorzunehmen beabsichtigt. In nicht näher dargestellter Weise kann die Funktion der dynamischen Achs-Arretierung mittels der Regeleinheit 6 jederzeit aufgehoben werden.
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Die Regeleinheit 6 dient der Ansteuerung mehrerer Motoren, von welchen beispielhaft ein Elektromotor 7 dargestellt ist, mit welchen der C-Bogen 1 verstellbar ist. Über einen Vergleicher 9 und Leitungen 8 werden der Regeleinheit 6 Signale bezüglich einer Beschleunigung a des Röntgengerätes 1, 2, 3, eines Ankerstroms Ia des Elektromotors 7, einer Geschwindigkeit v des Röntgengerätes 1, 2, 3 sowie der Drehzahl n des Elektromotors 7 zugeleitet.
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Innerhalb der Auswerteeinheit 10 ist eine Speichereinheit 11 zur Speicherung verschiedener Kennlinien K1, K2 (2), welche die jeweils veränderbare Servounterstützung in den Verstellrichtungen α, φ festlegen, integriert. Die Speichereinheit 11 wirkt weiterhin zusammen mit einem beispielsweise software-technisch realisierten Verzögerungsschalter 12, welcher sicherstellt, dass die während eines Verstellvorgangs des C-Bogens 1 gewählte bevorzugte Verstellrichtung α, φ auch nach Abschluss des Verstellvorgangs als bevorzugte Verstellrichtung α, φ aktiviert bleibt.
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In 2 sind anhand eines Diagramms unterschiedliche Charakteristika der mittels der Kraftaufnahmevorrichtung 4, 5 und der damit zusammenwirkenden Auswerteeinheit 10 verstellbaren motorischen Unterstützung des C-Bogens 1 veranschaulicht. Der Benutzer beaufschlagt den Kraftaufnehmer 5 sowie den Kraftaufnehmer 4 mit einer Kraft F, d. h. den Kraftkomponenten Fx bzw. Fy. Eine in Abhängigkeit hiervon vom Motor 7 aufgebrachte Wirkung ist als Servokraft S, welche sich lediglich auf eine der Kraftkomponenten Fx oder Fy bezieht, bezeichnet. Entspricht die Richtung, in welche die Kraft F aufgebracht wird, der als bevorzugt eingestellten Verstellrichtung α, φ des C-Bogens 1, so ist eine erste Kennlinie K1 aktiviert. Ist vor Beginn des Verstellvorgangs keine der Verstellrichtungen α, φ als bevorzugt eingestellt, so ergibt sich die bevorzugte Verstellrichtung α, φ des C-Bogens 1 daraus, in welcher Richtung die Verstellung des C-Bogens 1 eingeleitet wird, das heißt, welche der Richtungskomponenten R1, R2 bei Einleitung des Verstellvorgangs überwiegt.
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Solange die Kraft F eine geringe erste Kraftschwelle F1 unterschreitet, wird der C-Bogen 1 nicht in Bewegung gesetzt. Mit Überschreitung der ersten Schwelle F1 wird die Servounterstützung in Kraft gesetzt, d. h. durch eine relativ geringe Bedienkraft F ist eine relativ hohe Servokraft S erzielbar. Für die zweite Verstellrichtung φ, α ist während des damit eingeleiteten Verstellvorgangs und eine einstellbare Zeitspanne darüber hinaus eine zweite Kennlinie K2 wirksam. Solange die zur Verstellung des C-Bogens 1 in der zweiten Verstellrichtung φ, α aufgebrachte Kraft F eine zweite Schwelle F2 nicht überschreitet, bleibt eine Bewegung in der zweiten Verstellrichtung φ, α ausgeschlossen. Erst durch ”Überdrücken” dieser zweiten Schwelle F2 ist auch eine Verstellung des C-Bogens 1 in der zweiten Verstellrichtung φ, α möglich.
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Die zweite Kennlinie K2 hat jedoch im Vergleich zur ersten Kennlinie K1 eine wesentlich geringere Steigung, so dass die Servounterstützung in der zweiten Verstellrichtung φ, α geringer ist. Nach einer alternativen Ausgestaltung ist, wie durch eine gestrichelte Übergangskennlinie KU angedeutet, vorgesehen, mit Überdrücken der zweiten Schwelle F2 die Hemmung oder eingeschränkte Blockierung bezüglich der zweiten Verstellrichtung φ, α aufzuheben und zur ersten Kennlinie K1 überzugehen.
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Die Abhängigkeit der motorischen Unterstützung MU des C-Bogens 1 von der Aufteilung der Bedienkraft F in die Kraftkomponenten Fx, Fy ist weiterhin anhand 3 veranschaulicht. Die Kraft F wirkt zu beliebigen Anteilen in die Richtungskomponenten R1 und R2, wobei die Summe beider Richtungskomponenten R1, R2 stets 1 ergibt. Die Richtungskomponenten R1, R2 beziehen sich hierbei auf die Winkel zwischen der Bedienkraft F und den Raumrichtungen in einem Koordinatensystem, nicht auf die Beträge der Kraftkomponenten Fx, Fy. Beträgt beispielsweise der Winkel zwischen dem Kraftvektor, das heißt der Bedienkraft F, und der x-Achse 30°, und der Winkel zwischen dem Kraftvektor und der y-Achse 60°, so entspricht dies einer Richtungskomponente R1 von 2/3 und einer Richtungskomponente R2 von 1/3. Überwiegt, wie in diesem Fall, die Richtungskomponente R1, im Diagramm links, so wird eine erste Schaltlinie SL1, welche die Verstellung des Orbitalwinkels φ des C-Bogens 1 betrifft, auf ein maximales Unterstützungsniveau MH eingestellt. Hierbei ist die Kennlinie K1 nach 2 aktiviert. Gleichzeitig wird die motorische Unterstützung MU betreffend die zweite Verstellrichtung, d. h. den Angulationswinkel α, auf ein minimales Unterstützungsniveau ML gesetzt. Dieses entspricht der Kennlinie K2 nach 2.
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Umgekehrt wird in analoger Weise gemäß einer zweiten Schaltlinie SL2 die motorische Unterstützung MU in Richtung des Angulationswinkels α bevorzugt, wenn bei Einleitung der Verstellbewegung die Kraftkomponente Fy und damit die Richtungskomponente R2 überwiegt. Ändert sich während des Verstellvorgangs des C-Bogens 1 die Aufteilung der Richtungskomponenten R1, R2 der Kraft F, so ändert dies, zumindest solange die zweite Schwelle F2 nicht überschritten wird, nicht die Festlegung der bevorzugten Verstellrichtung α, φ. Die Verstellung des C-Bogens 1 erfolgt damit entlang einer steuerungstechnisch realisierten Bahn, die ausschließlich eine Verstellung in Richtung des Angulationswinkels α oder des Orbitalwinkels φ ermöglicht.
