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Vorrichtung zur definierten lage- und wegunab-
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hängigem Krafterzeugung und -messung in medizinischen Untersuchungsgeräten.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur definierten lage-und wegunabhängigen
Krafterzeugung und -messung in medizinischen Untersuchungsgeräten.
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Es ist bekannt, daß in einigen medizinischen Untersuchungsgeräten,
insbesondere in Tonometern und Ästhesiometern, über Kontaktkörper, z.B. Taststifte,
Reizkörper, Glaskolben, Kräfte auf die zu untersuchenden Körperregionen aufgebracht
werden.
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Dies wird beispielsweise durch Gewichte, durch Hebel mit Gewichten,
durch
Federkraft oder Knickkräfte erreicht. Die Nachteile der Kraftaufbringung mit Gewichten
liegen in der abgestuften Kraftänderung und in der Zwangsrichtung der wirkenden
Kräfte sowie in dem Umstand, daß in den meisten Fällen die Patienten bei der Untersuchung
eine liegende Stellung einnehmen müssen. Bei Geräten mit Federn ist oftmals der
Abstand des Gerätes zum Patienten ein Maß für die erzeugte Kraft und sind diese
Geräte als Handgeräte ausgeführt, so geht eine unruhige Haltung des Gerätes als
Meßfehler in die Messung mit ein. Bekannt ist ferner die untersch iedlichen Knickkräfte,
die sich aus der Einspannlänge von Kunststoffäden ergeben, als Maß zu werten. Es
ergibt sich jedoch hierbei eine große Meßungenauigkeit allein daher, daß die Kunststoffäden
in sich gekrümmt sind, also gar keinen echten Knickkräfte mehr aufzubringen sind,
und außerdem durch die hygroskopischen Eigenschaften des Fadenmaterials.
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Allen bekannten Instrumenten haftet der gemeinsame Nachteil an, daß
die einfache und oft gewünschte elektrische Weiterverarbeitung der Meßergebnisse
nicht direkt möglich ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur definierten lage- und wegunabhängigen Krafterzeugung und -messung in medizinischen
Untersuchungsgeräten zu schaffen, mit der die vorangehend aufgezeigten Nachteile
bei den bekannten Geräten vermieden werden und die eine elektrische Weiterverarbeitung
der Meßergebnisse ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur definierten lage-
und wegunabhängigen Krafterzeugung und -messung in medizinischen Untersuchungsgeräten
vorgeschlagen, die gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet ist, daß die Vorrichtung
aus einem in einem Gehause senkrecht angeordneten, um eine waagerechte Drehachse
verschwenkbaren, zweiarmigen hebel, dessen Schwerpunkt in seiner Drehachse liegend
angeordnet ist und dessen oberer Hebelarm endseitig einen auf die zu untersuchende
Körperstelle aufsetzbaren Kontaktkörper trägt, und aus einer Krafterzeugungseinrichtung
besteht, die ein permanentes Magnetsystem und eine an dem freien Ende des unteren
Hebel armes des Hebels angeordnete Rechteckspule umfaßt, die bei Drehung des Hebels
mit mindestens einer Seite in dem homogenen Feld des permanenten Magnetsystems bewegbar
und die zur Stromzuführung mit flachen oldbändchen mit vernachlässigbar kleinem
RUckstellvermögen verbunden ist, die mit einer Ansteuer- und Meßelektronik verbunden
sind, und daß der Hebel in seiner Beweglichkeit um seine Drehachse im homogenen
Teil des Permanentmagnetsystems in seiner Bewegungsbahn begrenzbar ausgebildet ist.
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Zur Begrenzung der Hebelbewegung ist eine als Anschlag dienende motorgesteuerte
Kurvenscheibe vorgesehen, die mit einer Steuerung für den Motor zur Durchführung
kontrolliert geführt er Bewegungen des Kontaktkörpers verbunden ist. Die herzförmig
ausgebildete Kurvenscheibe ist mit einem Antriebsmotor
mit zwischengeschaltetem
Getriebe verbunden, während im Umlaufbereich der Kurvenscheibe ein am unteren Hebel
arm angeordnetes Gleitendstück und ein Lichtschrankensystem zur Steuerung der Hebelbewegungsfreiheit
angeordnet sind, so daß in demjenigen Fall, in dem der Kontaktkörper auf ein Hindernis,
beispielsweise auf die zu untersuchende Körperstelle, auftrifft, diese die Kraft
übernimmt, während die Kurvenscheibe weiterläuft, bis ihre maximale Ausdehnung in
diesem Lichtschrankensystem beide Lichtempfänger verdunkelt, so daß dann der Hebel
seine größte Bewegungsfreiheit aufweist, so daß dann beim Lösen der Taste sich die
Kurvenscheibe selbsttätig zurückdreht und den Kontaktkörper von der betreffenden
und vom Kontaktkörper beaufschlagten Körperstelle abhebt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Speisung der Spule
der Krafterzeugungseinrichtung eine spannungsgesteuerte Kontaktstromquelle vorgesehen,
die zu ihrer Steuerung mit einem Integrator verbunden ist, deren Ausgangsspannungssteuerung
mittels einer Eingabetastatur erfolgt, während als Endschalter ausgebildete Maximum-
und Minimum-.
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Begrenzer vorgesehen sind, die mit dem Integrator in Wirkverbindung
stehen.
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Mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung ist es möglich, eine definierte
lage- und wegunabhängige Krafterzeugung und -messung in medizinischen Untersuchungsgeräten
vorzunehmen
und die erhaltenen Meßergebnisse elektrisch weiter zu
verarbeiten. Es ist nicht mehr erforderlich, daß die Patienten bei der Untersuchung
eine liegende Stellung einnehmen müssen.
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In sämtlichen Positionen des Patienten sind genaue Meßergebnisse mit.
der Vorrichtung erhältlich. Die sonst bei einer unruhigen Haltung des Geräte in
die Messung eingehenden Meßfehler werden mit der Vorrichtung vermieden, In der Zeichnung
ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt: Fig.
1 eine Vorrichtung zur definierten lage- und wegunabhängigen Krafterzeugung und
-messung in medizinischen Untersuchungsgeräten in einer Seitenansicht, Fig. 2 die
Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Vorderansicht und Fig. 3 ein Blockschaltbild für
die Ansteuer- und Meßelektronik.
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Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung zur definierten lage-
und wegunabhängigen Krafterzeugung und -messung in medizinischen Untersuchungsgeräten
ist mit lo ein Gehäuse bezeichnet, das das krafterzeugende Meßsystem aufnimmt. Dieses
krafterzeugende
Meßsystem besteht aus einem um eine waagerechte
Drehachse 21 verschwenkbaren zweiarmigen Hebel 20, dessen oberer Hebelarm 20a endseitig
einen Kontaktkörper 25 trägt, während an dem unteren Hebelarm 20b die Rechteckspule
30 einer Krafterzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die aus dieser Rechteckspule
30 und einem permanenten Magnetsystem 40 besteht. Die Drehachse 21 ist mittels Lager
22,23 im Innenraum des Gehäuses lo gehalten. Der Schwerpunkt des Hebels 20 fällt
mit seiner Drehachse 21 zusammen; er verhält sich dadurch vollkommen lageunabhängig.
Zur einmaligen Schwerpunktseinstellung sind Justierschrauben 24,24a vorgesehen (Fig.
1). Die Lager 22,23 für die Drehachse 21 des Hebels 20 sind so ausgebildet, daß
die Drehachse 21 in den Lagern 22,23 reibungsarm gelagert ist.
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Der Verdrehbereich des Hebels 20 ist so begrenzt, daß sich für den
Kontaktkörper 25 am Ende des oberen und gegenüber dem unteren Hebelarm 20b länger
ausgebildeten Hebelarm 20a ein Verschiebeweg von etwa - lo mm ergibt.
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Die Krafterzeugung erfolgt mittels einer Krafterzeugungseinrichtung,
die, wie vorangehend schon ausgeführt, aus der Spule 30 und dem permanenten Magnetsystem
40 besteht. Die beiden langen Seiten der Spule 30, jedoch mindestens eine der beiden
Seiten dieser Spule, sind beweglich im Luftspalt und damit im homogenen Feld des
Magnetsystems 40 angeordnet.
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Die Stromzuführung zur Spule 30 erfolgt über schmale Goldbändchen
26, deren Richtkräfte noch außerhalb der Lagerreibüng liegen, so daß der Hebel 20
als richtkraftlos betrachtet werden kann. Eine gewünschte Kraft an dem Kontaktkörper
25 stellt sich erst ein, wenn ein Strom durch die Spule 30 fließt.
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Die Kraft F ist abhängig vom Spulenstrom ISP der Länge des Magnetfeldes
1, der Induktion B und der Windungszahl N der Spule 30: F= ISP 1~ B Die Kraft F
verhält sich somit proportional zum Strom Isp.
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Durch Änderung des Stromes wird eine Kraftänderung erreicht.
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Dabei ergibt sich für die benutzten Meßbereiche ein lineares Verhalten.
Die Größe des Drehmomentes, und damit des konstanten Hebels wegen auch der Kraft,
bleibt innerhalb der gewünschten Meßgenauigkeit unabhängig vom Verdrehwinkel.
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Der Hebel 20 ist in seiner Beweglichkeit um seine Drehachse 21 im
homogenen Teil des Permanentmagnetsystems in seiner Bewegungsbahn begrenzt ausgebildet.
Dies wird erreicht durch einen motorisch betriebenen Anschlag, der die Bewegungsmöglichkeiten
des Hebels 20 und somit die Bewegungsmöglichkeiten des Kontaktkörpers 25 steuert.
Diese Hebelbegrenzungseinrichtung besteht aus einer als Anschlag dienenden Kurvenscheibe
50, die mittels eines Motors 51 angetrieben wird. Zwischen dem Motor 51, der mit
einer Steuerung in Verbindung steht, über die
Bewegungsabläufe,
wie Umlaufgeschwindigkeiten u.dgl. dem Motor vorgegeben sind, und der Kurvenscheibe
So ist ein Getriebe 52 angeordnet (Fig. 1 und 2).
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Die durch die Stromeinstellung vorgegebene Kraft wirkt zunächst gegen
die als Anschlag dienende Kurvenscheibe So, die mittels des Motors 51 und dem dazwischengeschalteten
Getriebe 52 so verdreht wird, daß sich der Kontaktkörper 25 mit definierter Geschwindigkeit
auf die zu untersuchende Region bewegt.
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Beim Auftreffen des Kontaktkörpers 25 auf die vorgesehene Körperstelle
entlastet sie den Anschlag und nimmt die eingestellte Kraft auf.
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In Fig. 3 ist das Blockschaltbild des elektronischen Teiles dargestellt,
das aus der Ansteuer- und Meßelektronik 150 besteht, die über die Goldbändchen 26
mit der Spule 30 in Verbindung steht. Für die Speisung der Spule 30 ist eine spannungsgesteuerte
Konstantstromquelle 60 vorgesehen. Stromkonstanz ist erforderlich, da bei einer
von außen aufgezwungenen Bewegung das System als Generator wirkt und damit Strom
und Anzeige geändert werden würden. Im Regelkreis der Konstantstromquelle 60 wird
ein zusätzlich induzierter Stromstoß verhindert. Außerdem wird ein gutes Stabilitätsverhalten
erzielt, z.B. wird eine Widerstandsänderung der Spule 30 durch Temperatureinfluß
unwirksam, weil nur die Spannung, nicht aber der wirkende Strom, sich ändert.
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Die Steuerung der Konstantstromquelle 60 erfolgt von einem Integrator
70 mit einem guten Speicherverhalten aus. Die Ausgangsspannung des Integrators 70
wird umso größer, je länger ein Eingangsstrom fließt; kleiner wird die Ausgangsspannung
bei umgekehrter Stromrichtung. Die Einstellung geschieht mit einer Eingabetastatur
80. Eine Taste ist dazu vorgesehen, den Speicher sehr schnell soweit umzuladen,
daß ein kleiner negativer Strom durch die Spule 30 fließt. Der negative Strom bewirkt
eine Kraft, die den Kontaktkörper 25 von der untersuchten Körperregion trennt.
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Ferner wirken auf den Integrator 70 Maximum- und Minimum-Begrenzer
9o,91 ein, die die Funktion von Endschaltern haben.
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Die beiden Maximum- und Minimum-Begrenzer 9o,91 verhindern, daß bei
Uber- oder Unterschreitung des Meßbereiches der Integrator 70 weiter arbeitet.
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Als Anzeige loo dient ein Voltmeter. Hierbei kann es sich um ein digitales
mit einem Datenausgang versehenes Voltmeter handeln, das die der Kraft entsprechende
Spannung an der Spule 30 abgreift. Es ist somit die Darstellung jeder beliebigen
Krafteinheit möglich.
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Die Motorsteuerung mit ihrer Tastatur steuert-über den Motor 51 und
das Getriebe 52 die als Anschlag dienende und herzförmig ausgebildete Kurvenscheibe
50, wobei diese auch andere Formen aufweisen kann. In der Ausgangsstellung befindet
sich die Kurvenscheibe So in ihrer größten radialen
Ausdehnung
an einem am Ende des unteren Hebelarmes 20b vorgesehenen Gleitendstückes 28. Der
eingestellte Spulenstrom erzeugt die Kraft, die zunächst gegen die Kurvenscheibe
So wirkt, wobei der Kontaktkörper 25 zurückgezogen ist.
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Durch Tastendruck auf der Tastatur 80 wird der Motor 51 eingeschaltet
und verdreht mittels des Getriebes 52 die Kurvenscheibe So. Das Gleitendstück 28,
das im Umfangsbereich der Kurvenscheibe So angeordnet ist, gleitet an der Kurvenscheibe
So entlang und durch die besondere Form der Kurvenscheibe bewegt sich der Kontaktkörper
25 nach vorn. Stößt der Kontaktkörper 25 auf ein Hindernis, beispielsweise auf die
zu untersuchende Körperstelle, so übernimmt diese die Kraft. Die Kurvenscheibe So
läuft weiter, bis ihre maximale Ausdehnung beide Lichtempfänger eines im Bereich
der Kurvenscheibe So vorgesehenen Lichtschranksystems 29 verdunkelt (Fig. 1). Der
Hebel 20 hat in diesem Augenblick seine größte Bewegungsfreiheit. Beim Lösen der
Taste dreht die Kurvenscheibe So selbsttätig zurück und hebt den Kontaktkörper 25
von der vorher beaufschlagten Körperstelle ab.
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- Patentansprüche -