DE3221955A1

DE3221955A1 - Halte- und bewegungsvorrichtung fuer einen detektorkopf eines strahlungsdetektors

Info

Publication number: DE3221955A1
Application number: DE19823221955
Authority: DE
Inventors: Werner J. 60067 Iverness Ill. Haas; Frank C. 60558 Western Springs Ill. Scribano
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1982-12-30
Also published as: JPS582769A; US4417143A; JPH0254516B2; DE3221955C2

Description

Halte- und Bewegungsvorrichtung für einen Detektorkopf eines Strahlungsdetektors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halte- und Bewegungsvorrichtung für einen Detektorkopf eines Strahlungsdetektors gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1„

Solche Vorrichtungen werden insbesondere im Zusammenhang mit Szintillationskameras bei der Emissions-Computer-Tomographie (ECT) eingesetzt. Die Emissions-Computer-Tomographie ist eine medizinische Untersuchungsmethode, bei der der Detektorkopf eines Strahlungsdetektors in einem Bogen um einen Patienten (z.B„ um dessen Cranial-Caudal-Achse) rotiert und dabei ständig auf jenen Teil des Patienten gerichtet ist, der untersucht werden soll (z.B. Körperorgan des Patienten). Ein Strahlungsdetektor, wie er üblicherweise für ECT-Anwendungen eingesetzt wird, ist z.B., eine Szintillationskamera nach dem Anger-Prinzip (genannt nach dem Erfinder)«, Das Punktionsprinzip solcher Szintillationskameras ist z.B. in den US-Patenten 30 11 057, 37 32 419 und 39 8h 689 beschrieben. Der Strahlungsdetektor ermittelt die Verteilung einer strahlenden Substanz, die zuvor dem Patientenkörper zugeführt worden war, aus einer Vielzahl von Blickrichtungen des Detektorkopfes und er analysiert die empfangenen Daten, um somit ein Profil des untersuchten Objektes zu erzeugen. In einem typischen ECT-System liefert eine einzige Rotation des Detektorkopfes um den Patienten herum ein Anzeigebilrl, das die radioaktive Verteilung im untersuchten Objekt in einer bestimmten Anzahl von parallelen Sehni.tfbildobcnen anzeigt»

Kue 5 Kof / 08.06.1982

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Eine Halte- und Bewegungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US-PS 42 16 bekannt. Hier trägt die Vorrichtung eine herkömmliche Szintillationskamera vom Anger-Typ und einen Gewichtsausgleich. Die Kamera rotiert zum Zwecke der ECT-Analyse in einem Kreisbogen um einen Patienten,, Dazu umfaßt die Vorrichtung einen Basisständer, der einen
aufrechten Kreisrahmen trägt,, Der Kreisrahmen beinhaltet einen inneren und einen äußeren Kreisring, wobei der innere Kreisring im äußeren Kreisring rotierbar angeordnet ist. Zwei parallele Tragearme, die an
zwei diametral gegenüberliegenden Gleichgewichtspunkten am inneren Ring schwenkbar gehaltert sind, tragen den Kamerakopf mit den einen Enden und ein Gegengewicht mit den anderen Enden,, Ein Antriebssystem rotiert den inneren Ring im äußeren Rj ng, so daß die beiden Befestigungspunkte der beiden Arme am inneren Ring einen
Kreis beschreiben. Der Detektorkopf umkreist entsprechend den Patienten zum Empfang von Emissionsdaten.

Die Emissionsdaten werden digitalisiert und in geeigneter elektrischer Form weiterverarbeitet„ Bei Einsatz eines geeigneten Algor L-thmus kann die errechnete radiographische Verteilung zu geeigneter Bildform zusammengestellt und als Sichfbild an einem Sichtgerät angezeigt werden. Der Radius des Bogens, den der Detektorkopf beschreibt, wird durch den Neigungswinkel bestimmt, den die parallelen Arme an ihren Befestigungspunkten bezüglich des inneren Ringes einnehmen. Der
Neigungswinkel wird von Hand eingestellt und vor Be-

ginn der Rotation mit HiICe einer elektromagnetischen Bremse verriegelt. Eine pneumatische Hilfe_? die zwischen dem inneren Ring und den Armen nahe dem Gegengewicht angeordnet ist, erleichtert die manuelle Einstellung des Neigungswinkels,,

Ir

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Die Halte- und Bewegungsvorrichtung der US-PS h2 16 ist recht umständlich in der Handhabung. Das Gesamtgerät ist insgesamt auch nicht kompakt genug (zwei Haltearme und ein Doppelring wirken sehr sperrig) und es fehlt deshalb auch ein passendes gemeinsames Gehäuse, das dem Gerät insgesamt ein gefälliges ästhetisches Aussehen verleiht, was zur Beruhigung des Patienten in einem Hospital oder in der Umgebung einer Arztpraxis wichtig ist. Darüber hinaus ist es auch noch so, daß neben den beiden Armen, die den Detektorkopf tragen, auch noch das Gegengewicht und ebenso die Bremse, die den Neigungsinkel der Arme verriegelt, in einem relativ großen Kreis zusammen mit dem Ring, an dem sie befestigt sind, rotieren (das vollständige Gegengewicht rotiert um sich selbst)« Hierdurch ergibt sich jedoch ein erhöhtes Risiko, daß die Mechanik nicht richtig funktioniert, wodurch das Meßergebnis möglicherweise beeinträchtigt oder sogar der Patient oder das medizinische Personal in der Sicherheit gefährdet wird«

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Halte- und Bewegungsvorrichtung dor eingangs genannten Art aufzubauen, die bei geringstem technischem Aufwand eine kompaktere und gleichzeitig mechanisch besonders betriebssichere Anordnung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöste 30

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigen:

- ir - VPA 81 P 8231 DE Figur 1 die Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Figur 2 die Erfindung in scheraatischer Darstellung,

Figur 3 die Erfindung gemäß Figur 1 in Seitenansicht und bei entferntem Gehäuse,

Figur k eine Draufsicht auf die Erfindung in der

Ausbildung nach Figur 3>
10

Figur 5A und 5B Ausführungsformen für ein Antriebssystem, das in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt wird,

Figur 6 eine Rückansicht des Antriebssystem

der Figuren 5A und 5B,

Figur 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7

in Figur 5A,
20

Figur 8 eine Seitenansjcht, teilweise im Schnitt,

der Kurbel von Figur 5A,

Figur 9 eine perspekti\ische Explosivdarstellung der Kurbel und der zugehörigen Koppelmit-

tel der Ausführungsform der Figur 5A,

Figuren 1OA bis IOD unterschiedliche Stellungen des Detektorkojtfes in schematischer Ansieht, um die spezielle Funktionsweise

der Erfindung näher zu erläutern,,

In sämtlichen Zeichnungen sind gleichartige BannJ einente mit den gleichen Kennziffern versehen.

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In den Figuren 1 "bis h trägt die Halte- und Bewegungsvorriehtung eine Gammakamera 20 nach dem Anger-Typ, die zum Einsatz für Emissions-Computer-Tomographie (ECT) "bestimmt ist. Ein Tragearm 22 ist auf einem Basisständer 2h in einem Stützpunkt 26 (in Figur 2 mit dem Buchstaben A näher bezeichnet) bewegbar gehaltert. Ein Detektorkopf 28 ist am einen Ende des Armes 22 befestigt. Ein Gegengewicht 30 ist am anderen Ende des Armes 22 montiert. Dieses Gegengewicht dient zum Ausbalancieren des Momentes des Armes 22 um den Stützpunkt 26 entsprechend dem Gewicht des Kopfes 28. Eine Kurbel 32 (in schematischer Darstellung der Figur 2 und in Phantomdarstellung der Figuren 3 und At), die nachfolgend in Verbindung mit Figur 5A noch näher erläutert wird, ist auf einem Basisständer 2k montiert und mit dem Arm 22 in einem Punkt verbunden, der in den Figuren 2 und 3 mit dem Buchstaben B bezeichnet ist und der vom Stützpunkt 26 entfernt liegt. Die Kurbel hat eine effektive Länge, die gleich ist der Distanz zwischen dem entfernten Punkt (bezeichnet mit dem Buchstaben B) und dem Punkt der drehbaren Anordnung auf dem Basisträger 24 (in den Figuren 2 und 3 durch den Buchstaben 0 angedeutet).

Wie später noch näher erläutert wird, dient die Kurbel 32 dazu, den Punkt B bezüglich des Stützpunktes so auszulenken, daß der Punkt B auf dem Arm 22 einen Bogen 3h (s. Figur 2) beschreibt. Dies führt dazu, daß während der Rotation eine Bezugslinie 36, die vom Stützpunkt 26 (Punkt A in Figur 2) bis zum Punkt B gezogen wird, einen Konus beschreibt, dessen Spitze im Punkt A liegt und dessen Basis durch den Bogen 3** definiert ist. Die Rotation der Kurbel 32 führt dazu, daß der Detektorkopf 28 entsprechend um den Stützpunkt 26 ausgelenkt wird, so daß er einen Bogen 38 (Figur 2) beschreibt, wobei er ständig in Richtung Patient P

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gerichtet ist. Die Bewegung des Kopfes 28 ist also so, daß eine Bezugslinie 40, die vom Stützpunkt 26 zum Kopf 28 gezogen wird, ebenfalls einen Konus beschreibt, dessen Spitze im Stützpunkt 26 liegt und dessen Basis durch den Bogen 38 definiert ist. Wie in der Figur 2 dargestellt ist, ergeben sich also während einer vollständigen Umdrehung der Kurbel um den Punkt 0 zwei Konen, die durch die Bezugslinien 36 und 40 beschrieben werden und die mit ihren Spitzen entsprechend gegeneinander auf den Punkt A (Stützpunkt 26) gerichtet sind und deren zentrale Achsen entlang einer Achse 42 koinzidieren. Der Patient P ist in bezug auf die Vorrichtung 20 und die Achse 42 so angeordnet, daß der Kopf 28 in etwa um die Cranial-Caudal-Achse des Patienten P rotiert. Der Winkel λ (Figur 2) zwischen der Bezugslinie 40 und der Achse 42 ist der Neigungswinkel der Anordnung 20. Er hängt vom Radius 0' - B^! des Bogens 38 ab, d.h. von der Höhe des Detektorkopfes 28 über dem Patienten P. Der Winkel c* und demnach auch die Distanz 0' -B-¹ werden durch die tatsächliche Länge 0 bis B der Kurbel 32 bestimmt, welche die Entfernung des Punktes B vom Zentrum des Bogens festlegt,, Da die Konen, die durch die Bezugslinien 36 und 40 während einer kompletten Umdrehung des Detektorkopfes 28 beschrieben werden, einander ähnlich sind, ergibt sich der Tatbestand, daß eine Änderung der effektiven Länge der Kurbel 32 (um einen entsprechenden unterschiedlichen Neigungswinkel einzustellen) eine entsprechende Veränderung der Höhe O¹ - B¹ des Detektorkopfes über dem Patienten P bewirkt.

Der Detektorkopf 28 ist am einen Ende eines Tragaimes 22 mit Hilfe von Drehgelenken 44 (Figur 4) schwenkbar gehaltert. Die Drehgelenke? 44 liegen in Kreislöchern 46 (Figur 3) eines Gabelkopfes 48 als Bestandteil des Tragearmes 22. Eine von Hand zu bedienende Scheiben-

JU

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bremse 50 dient dazu, die Lage des Detektorkopfes in bezug auf den Gabelkopf 48 zu arretieren. Die beiden Gabeln des Gabelkopfes 48 treffen an einem Punkt zusammen, der mit dem oberen Ende eines S-Bogens 52 verbunden ist. Das untere Ende des S-Bogens 52 ist fest mit einer Rotationswelle 5h für den Gabelkopf verbunden, die durch eine Laufbuchse 56 hindurchragt und die mit Hilfe eines Teleskopkoppelgliedes 58 (s. Figur 5A) in einem Befestigungspunkt 60 an der Kurbel befestigt ist. Die Rotationswelle 54 für den Gabelkopf ist innerhalb der Laufbuchse 56 zum Zwecke der Rotation auf Kegelrollenlagern 62 und 64t gelagert (Figur 5A). Ein Wellenbund 66 sichert die Rotationswelle 5h innerhalb der Laufbuchse 56. Vie in der Figur 3 dargestellt ist, umfaßt der Basisständer 24 eine vertikale Säule 68, die auf einem Trägerteil 70 mit Stoßdämpfern 72 montiert ist. Ein U-förmiger Sattel 74 mit zwei Seitengliedern 76, die durch ein Querstück 78 miteinander verbunden sind, ist drehbar auf der Spitze der Säule 68 zur Rotation um die Säulenachse montiert. Die Laufbuchse 56 ist- zwischen Tragebalken 82 und 86 eingeklemmt und zwischen den Seitenstücken 76 des Sattels 74 angelenkt, so daß sie sich um die Gelenkachse 84 (Figur h) auf- und abwärts schwenken läßt. Die Montageanordnung, nach der der Arm 22 innerhalb der Laufbuchse 56 drehbar und diese wiederum schwenkbar zwischen den Seitenstücken 76 des Sattels 74 sowie der Sattel 74 drehbar auf der Spitze der Säule 68 angeordnet sind, bildet ein Universal-Kreuzgelenk, das den Arm 22 mit der Spitze des Basisträgers 24 verbindet. Der Stützpunkt 26 (in Figur 2 durch den Buchstaben A zusätzlich gekennzeichnet) hält also den Arm auf der Spitze des Basisträgers 24 in ähnlicher Weise wie eine Ruder-Dolle ein Ruder an einem Boot.

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Ein frontaler Trägerbalken 86 steht rechtwinklig zur Laufbuchse 56 und bildet den Frontteil eines Kastenrahmens 88 (s. Figur k), der das Gegengewicht 30 trägt,, Kastenrahmen und Gegengewicht kompensieren also das vom Kopf 28 bewirkte Moment des Armes 22 um den Stützpunkt 26. Zusätzlich zum frontalen Trägerbalken 86 umfaßt der Kastenrahmen 88 auch noch zwei parallele Seitenelemente 90 und eine Tragestange 92 für das Gegengewicht. Wie in der Figur k dargestellt ist, besteht das Gegengewicht 30 aus einer Aneinanderreihung von Einzelgewichten 9·**» die mit Einschnitten 96 (Figur 3) versehen sind, mit deren Hilfe die Teilgewichte auf der Trägerwelle 92 eingehängt sind. Ein derart aus Einzelteilen zusammengesetztes Gegengewicht benötigt zur Montage an der Trägerwelle keinen Kran oder einen Flaschenzug, der nötig wäre, wenn ein nicht aus Einzelteilen zusammengesetztes Kompaktgewicht, das sehr schwer ist, montiert werden müßte. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat jedes Teilstück jeweils immer nur ein solches Gewicht, daß es vom Monteur ohne weiteres von Hand angehoben und eingehängt werden kann₀

Die Rotationswelle ^h. des Gabelkopfes, die sich durch die Laufbuchse 56 erstreckt, endet in einem Zapfen (Figuren 5A, 7 und 9)» der sich diametrisch quer über die Endfläche eines im Durchmesser kleineren Endteiles 100 der Rotationswelle 5^ erstreckt. Der Zapfen greift in eine komplementär geformte Einbuchtung 102 des Querstückes ±0k eines gegabelten Teiles IO6 des Teleskopkoppelgliedes 58_O Die Verbindung zwischen dem Zapfen 98 am Ende der Rotationswelle 5^ des Gabelkopfes und der Ausbuchtung 102 des gegabelten Gliedes 106 wird durch geeignete Befestigungsmittel aufrechterhalten, z.B. durch einen Gewindebolzen 108, der in ein internes Gewindeloch 110 auf der Rückseite der Welle 5 ^ eingreift. Der Bolzen 108 ist innerhalb des

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Bohrloches 110 mittels einer Anziehschraube 112 gegen Bewegung gesichert, die, wie in den Figuren 7 und 9 dargestellt ist, von obon gegen den Bolzen 108 fest angezogen ist. Das Koppolglied 58 umfaßt Gleitstangen 114 und 116, die zu den Seiten 118 und 120 des gegabelten Gliedes 106 mit Hilfe von einstellbaren Kurvenrollern 122 und fixierten Kurvenrollern 124 benachbart angeordnet sind. Die Gleitstangen 114 und 116 haben Löcher 126a und 126b, die zur Aufnahme von Bolzen 128a und 128b dienen, die seitwärts an einer Spindelmutter 130 (Figur 9) angebracht sind. Die Spindelmutter 130 umfaßt ein internes Gewindeloch 132, in das eine Schraubspindel 134 paßt, die in Lagern I36 und 137 gehaltert ist, die an den oberen und unteren Vorkragungen 138 und 139 des Kurbelgehäuses 140 (Figur 8) der Kurbel 32 angeordnet sind. Die Bauelemente 144 sind ebenfalls Kurvenroller, die in Aufnahmestücke 146 passen, die an den Innenflächen des gegabelten Gliedes IO6 des Teleskopkoppelgliedes 58 (Figur 9) montiert sind.

Wie in der Figur 9 dargestellt ist, umfaßt die Rückfläche des Kurbelgehäuses 140 eine ovale Ausnehmung 148, in die das Frontteil eines Zweifach-Kettenantriebsrades 150 paßt (Figur 5A). Das Kettenantriebsrad 150 hat eine Antriebswelle 152, die in kegelförmigen Rollenlagern 154 und 156 in einer Bohrung 158 des Schweißgehäuses 160 gelagert ist, das auf der Säule 68 mit Hilfe von Montierstößen l62 und 164 montiert ist (Figur 5B)o Ein Arretierring I66 hält die Antriebswelle 152 in der Bohrung 158 des Schweißgehäuses ₍l60 in der korrekten Position. Eine Zweifachkette I68 (Figuren 5A und 6) ist um das Zveifachzahnrad des Ketteiiantriebs rades I50 und um das Ausgangszahnrad 170 eines Vorgeleges 172 zur Drehzahluntersetzung geschlungen. Das Vorgelege 172 wird mit Hilfe eines Antriebsriemens

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von einem Gleichspannungsmotorantriebssystem 176 (Figur 6) angetrieben.

Eine Antriebswelle 178 zur Einstellung des Neigungsvinkels liegt drehbar auf Nadellagern 180, 182 im Inneren der Antriebswelle 152 für die Rotation. Am rechten Ende (Figur 5-A-) der Antriebswelle 178 zur Einstellung des Neigungswinkels ist eine Riemenscheibe 184 positioniert, die durch eine Arretiernut 186 am Platz gehalten wird. Die Riemenscheibe 184 wird von einem Riemen 188 angetrieben, der auch noch eine Riemenscheibe 190 umschlingt, die zur Rotation mit der Ausgangswelle 192 einer Kupplung positioniert ist. Die Ausgangswelle 192 der Kupplung ist am Schweißgehäuse I60 mit Hilfe von Stehlagern 194 und 196 montiert und mit Hilfe eines Bundringes 198 (Figur 5B) am Platz gehalten. Ein bronzenes Flanschlager 200 dient als Träger für eine Riemenscheibe 202, die Teil einer konventionellen Kupplung ist_e Eine elektromagnetische Kupplung 204, die eine Spule 206 und ein Kupplungsglied 208 umfaßt, das auf der Ausgangswelle 192 mit Hilfe eines Halters 210 gehaltert ist, sorgt bei entsprechender Betätigung dafür, daß die Riemenscheibe 202 gekuppelt und somit die Ausgangswelle 192 in Rotation versetzt wird. Die Riemenscheibe 202 läßt sich mittels eines Riemens 212 drehen, der wiederum von einer Riemenscheibe 214 gedreht wird, wenn ein Antriebsmotor 218 (Gleichstrommotor) für die Einstellung des Neigungswinkels eingeschaltet wird, auf dessen Ausgangswelle 216 die Rienienscheibe 214 sitzt.

Am linken Ende der Antriebswelle 178 für den Neigungswinkel (Figur 5A) ist ein Kegelantriebsrad 220 positioniert, das in ein Kege]antriebsrad 222 eingreift, das an einer vertikalen Kogelantriebsradwelle 224 montiert ist, die auf einem Nadellager 226 im Innenraura

AS

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des Kurbelgehäuses 140 (Figur 8) sitzt. Das Nadellager 226 ist an einem Einsatz 232 positioniert, der in die Öffnung 234 des Kurbelgehäuses 140 eingebaut ist. Am unteren Ende der Welle 224 (s. Figur 8) ist ein Stirnantriebsrad 236 angeordnet, das in ein Stirnantriebsrad 238 eingreift, das mit Hilfe einer Schraube 240 am unteren Ende der Schraubspindel 134 befestigt ist. Ist der Gleichstrommotor 218 eingeschaltet und gleichzeitig die Kupplung aktiviert, so führt die Rotation der Riemenscheibe 214 auf der Drehwelle 216 des Motors 218 zu einer Rotation der Riemenscheibe 184 und damit zur Rotation der Antriebswelle 178 für den Neigungswinkel auf den Lagern 180 und 182 innerhalb der Rotationsantriebswelle 152 (Figur 5A). Hierdurch dreht sich auch das Ke- gelantriebsrad 220, das wiederum das Kegelrad 222 antreibt. Letzteres verursacht eine entsprechende Drehung des Stirnantriebsrades 236 (Figur 8). Dadurch wird jedoch auch das Stirnantriebsrad 240 gedreht, dessen Rotation dann auf die Schraubspindel 134 übertragen wird.

Die Rotation der Schraubspindel 134 treibt jedoch die Spindelmutter I30 in eine Richtung entlang der Längsachse der Schraubspindel 134 in eine neue Position. Dadurch ändert sich die effektive Länge der Kurbel 32 zwischen der Achse 42 und dem Punkt 60 (Figuren 3 und 5A). Da der Punkt 60 bewegt wird, ergibt sich eine entsprechende Änderung des Neigungswinkels <* der Rotationswelle 5²I des Gabelkopfes, bezogen auf die Achse 42. Wird die Spindelmutter 130 durch die Rotation der Schraubspindel 134 in Richtung auf die Achse 42 bewegt, so verringert sich entsprechend der Abstand zwischen dem Befestigungspunkt 60 des Koppelgliedes 58 an der Kurbel 32 und dem Stütz- oder Hauptschwenkpunkt 26. Die Verkürzung der Distanz wird mit Hilfe des Teleskopkoppelgliedes 58 kompensiert, da die Gleitstangen 114 und 116 auf den Kurvenrollern 122 und 124 sich in Richtung auf das Ende der Drehwelle 15^ des Gabelkopfes

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nach innen bewegen. Wenn sich die Spindelmutter 130 entlang der Schraubspindel 134 aufwärts bewegt, beschreiben die Kurvenroller 144, die von den Aufnahme-Stücken 146 getragen sind, einen Bogen auf den Seiten der Führungsstange 142. Die Führungsstange 142 ist mit zwei trapezförmigen Vorspriingen 242 und 244 versehen, die die äußeren Weggrenzen der Kurvenroller 144 festlegen, wenn die Spindelmutter 130 von einer ersten äußeren Grenzposition entlang der Schraubspindel 134 in die gegenüberliegende zweite äußere Grenzposition bewegt wird. Eine Sicherungsmutter 246 sichert die Spindelmutter 13O zusätzlich, wenn sie sich auf ihrem Weg entlang der Schraubspindel 134 bewegt.

Das Antriebsrad 150 ist rückseitig nach Art einer kreis förmigen Trommel 248 (Figur 5A) geformt, die als Reibrad einen konventionellen Wellenwinkelgeber 250, z_oB. einen solchen, wie er in Data Technology Part N0.RS-23C beschrieben ist, antreibt. Der Wellenwinkelgeber ist auf dem Schweißgehäuse I60 montierte Er erzeugt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Drehposition der Antriebsscheibe 150 und somit in Abhängigkeit von der Position der Kurbel 32 und des Detektorkopfes 28. Das rechte Ende (Figur 5A) der Rotationsdrehwelle 152 umfaßt ein Zahnrad 252, das eine Kette 254 antreibt, die mit dem Antriebsrad 256 (Figur 5B) der Antriebswelle 258 eines Potentiometers 260 verbunden ist. Dieses Potentiometer liefert als Sicherheitszusatz zu dem konventionellen Wellenwinkelgeber 25O eine weitere Sichtanzeige für die Position des Detektorkopfes, während dieser zum Zwecke der ECT um den Patienten P rotiert.

Die Funktionsweise der gesamten Anordnung kann kurz wie folgt zusammengefaßt werden:

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Bei abgeschaltetem Rotationsantriebsmotor 176 wird die Kupplung 204t betätigte Der Antriebsmotor 218 für den Neigungswinkel wird ebenfalls eingeschaltet und es kann jetzt der NeigungSAvinkel (Figuren 2, 5A, 5B und 6) des Detektorkopfes in b<'zug auf den Patienten P eingestellt werden. Wie zuvor schon erwähnt wurde, ist der Radius O'B¹ des Bogens 38 (Figur 2), den der Detektorkopf 28 bei der Umkreisung des Patienten P durchlätift, eine Funktion des Radius 0 B des Bogens 34, den die Kurbel 32 durchläuft, wenn sie angetrieben wird. So wird dann also der Neigungswinkel e< und damit der Abstand O¹B' des Detektorkopfes vom Patienten dadurch verändert, daß die Position der Spindelmutter 130 (Figur 5A) in bezug auf die Achse 42 verändert wird. Dies variiert die effektive Armlänge der Kurbel 32. Wird der Antriebsmotor 218 (Figur 5B) für den Neigungswinkel gleichzeitig mit der Kupplung 204 aktiviert, so treibt der Riemen 188 die Riemenscheibe 184 der Antriebswelle 178 (Figur 5A) für den Neigungswinkel an. Die Rotation der Antriebswelle 178 für den Neigungswinkel führt dazu, daß das Kegelantriebsrad 220 am linken Ende der Welle ebenfalls rotiert. Dadurch rotiert entsprechend auch das Kegelantriebsrad 222, welches die Welle 224 (Figur 8) zusammen mit dem Stirnantriebsrad 236 dreht. Damit dreht dann aber auch das Stirnantriebsrad 238 zusammen mit der Schraubspindel 134. Die Spindelmutter 130 dreht selbst nicht, da sie durch die Gleitstangen 114 und 116 festgehalten wird. Die Drehung der Schraubspindel 134 bewirkt also, daß sich die Spindelnmtter, 130 entlang der Schraubspindel 134 bewegt, so daß auf diese Weise entsprechend der wirksame Kurbelarm der Kurbel 32 geändert wird. Die Drehung der Welle 216 durch den Motor 218 in der einen Richtung führt dazu, daß die Spindelmutter 13Ο entlang der Schraubspindel 134 aufwärts wandert; dreht der Motor 218 hingegen in Gegenrichtung, so wandert die Spindelmutter 13Ο ent-

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lang der Schraubspindel 134 abwärts,, Wenn die Spindelmutter 130 sich von einer Position am unteren Ende der Schraubspindel 134 in eine Position in der Mitte der Schraubspindel 13** bewegt, so verkürzt sich entsprcchend der Abstand zwischen dein Befestigungspunkt 60 und dem Hauptschwenkpunkt 26 (Figur 5A). Diese Verkürzung wird jedoch, wie schon erwähnt, durch das teleskopische Koppelglied 5S dadurch ausgeglichen, daß sich die Gleitstangen 114 und 116 auf den Kurvenrollern 122 und 124 in Richtung auf das Ende der Rotationswelle 54 zubewegen. Sobald der Detektorkopf 28 entsprechend dem gewünschten Neigungswinkel °£ in einer erwünschten Höhe über dem Patienten P angeordnet ist, wird die Kupplung 204 unterbrochen und die Mutter auf der Schraube 134 arretiert.

Nach Abtrennung der Kupplung wird der Rotationsantrieb 176 (Figur 6) eingeschaltet und somit über die Kette 168 die Antriebsscheibe I50 um die Achse 42 in Rotation versetzt. Die Frontfläche der Antriebsscheibe IpO ist so geformt, daß sie genau in die Ausnehmung des Kurbelgehäuses 140 paßt. Sie versetzt dann also in entsprechender Weise die Kurbel 32 in Rotation, Um die Kurbel 32 beispielsweise im Uhrzeigersinn zu bewegen, arbeitet der vom Zentrum bis zum Befestigungspunkt reichende Teil der Schraubspindel als rotierende Kurbel, die den Arm 22 um den Stützpunkt 26 so antreibt, daß der Detektorkopf 28 einen Bogen 38 im Uhrzeigersinn beschreibt. Da die Rotationsantriebswelle 54 für den Gabelkopf innerhalb der Laufbuchse 56 drehbar angeordnet 1st, rotiert diese Welle entsprechend der Rotation der Kurbel 32 ebenfalls im Uhrzeigersinn, so daß der Kopf 28 in jeder Bogenposition ständig auf den Patienten P (Figur 2) gerichtet ist. In den Figuren 1OA bis IOD ist die Bewegung des Detektorkopfes 28 entsprechend der Rotation der Kurbel 32 illustriert. Die Figur 1OA

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zeigt dabei den Detektorkopf in seiner 0 -Startposition über dem Patienten, wenn sich die Kurbel in vertikaler Position mit der Spindelrautter 130 unterhalb der Achse 42 befindet. Diese Position ist in den Figuren 2 bis durch durchgehende Linien angedeutet. Wenn nun die Kurbel im Uhrzeigersinn rotiert, so wird sie in eine horizontale Position mit der Spindelmutter auf der linken Seite der zentralen Achse 42 gebracht, wenn die Vorrichtung von der Seite des Detektorkopfes betrachtet wird.

Dies entspricht dann der Position der Figur 1OB, in der der Detektorkopf sich in der 90°-Position befindet. Die der 90°-Position gemäß Figur 1OB entsprechende Stellung des Kastenrahmens 88, der das Gegengewicht 30 trägt, ist in der Figur 4 durch die strichpunktierte Linie 88' angedeutet. Aus Gründen besserer Übersichtlichkeit ist das Gehäuse 33 der Vorrichtung 20 nur in der Figur 1 dargestellt. Jedoch deutet das Bezugszeichen 33' in Figur 4 die Umrandung des Gehäuses 33 bei 90°-Position des Gehäuserahmens 88 an.

Wenn der Kurbelarm 32 weiterrotiert, wird der Detektorkopf schließlich in die 180°-Position gebracht, die durch strichpunktierte Linien in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist. In dieser Position ist die Kurbel 32 wieder vertikal gerichtet und die Spindelmutter 130 liegt wieder unterhalb der Achse 42, wie in Figur IOC angedeutet ist. Die Stellung des Gehäuses 33 in der 180°-Position des Kopfes ist dieselbe wie jene der 0°-Position, da eine vertikale Öffnung (Figur l) es der Rotationswelle 54 für den Gabelkopf erlaubt, die 180 -Position einzunehmen, ohne daß gleichzeitig das Gehäuse bewegt wird. In der Figur IOD ist schließlich noch der Fall dargestellt, daß der Detektorkopf in eine 270°-Position gebracht ist, in der der Gehäuserahmen 88 eine Position einnimmt, wie sie in Figur 4 durch die strichpunktierte Linie 88'· angedeutet ist»

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In bevorzugter Au sfiih rungs form wird der Detektorkopf 28 im Uhrzeigersinn in jeder einzelnen Umdrehung um 36O gedreht. Anschließend wird er dann im Gegenuhrzeigersinn zxim Ausgangspunkt wieder zurückgeschwenkt,, Diese Art der Schwenkbewegung sorgt dafür, daß sich die (nicht dargestellten) elektrischen Kabel, die die elektrischen Teile des Detektorkopfes mit dem Datenverarbeitungsgerät verbinden, nicht verdrillen«

Das Gewinde der Spindelmutter 130 und der Schraubspindel 13^ haben vorzugsweise quadratische Kammform (acme-Typ) und einen Profilwinkel, der ein Rückdrehen bei Belastung verhindert. Damit wird sichergestellt, daß sich die Spindelmutter I30 in einer eingenommenen Position auf der Schraubspindel 13^ nicht mehr selbsttätig verändert. Während der Rotation bleibt also der einmal gewählte Neigungswinkel oc immer konstant. Das Gewinde sollte so geschnitten sein, daß es eine Neigung von weniger als 50 % hat. Eine bevorzugte Ausführungsform der Schraubspindel 13^ (nach dem acme-Typ) hat einen Durchmesser von 3/k inches (l inch = 2,5^ cm) und eine Gewindesteigung von fünf Windungen pro inch.

Das Querstück 78 des U-förmigen Sattels Ik ist mit einem beliebigen geeigneten Mittel auf der Spitze der vertikalen Säule 68 (Figuren 3, 5A und 5B) so befestigt, daß es sich frei um die Achse 80 schwenken läßt« Ein bevorzugtes Befestigungsmittel umfaßt eine vorgespannte Welle 252, die die gesamte Länge im Innern des Zentrums der Säule 68 herabläuft. Das Querstück 78 ruht auf der inneren Laufbahn eines Ke^eliOllenlagers 264, dessen äußere Laufbahn in fester Position auf der Spitze der Säule 68 montiert ist. Die; vorgespannte Welle 262 ist mit Hilfe einer Mutter/Schraubverbindung 266 am Sattel lh befestigt,, Sie wirkt auf ein Drucklager (nicht

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gezeigt) an der Basis der Säule 68 und spannt die gesamte Säulenanordnung in eine integrale Konfiguration. Die Lager sind mit ungefähr 3000 Pfund, die auf der Welle 262 lasten, vorgespannt.
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Der Rotationsantriebsmotor 176 (Figur 6) kann ein l/δΗΡ Gleichstrommotor sein, der mit etwa 1800 U/min arbeitete Das Vorgelege 172 kann ein harmonisches Vorgelege sein, das z.B. die Drehgeschwindigkeit des Motors von 1800 U/ min auf l/2 U/min als Arbeitsgeschwindigkeit untersetzt. Ein solches Vorgelege ist z.B. als Teil No, HDC 5C (200:1 Reduction) als Handelsprodukt bei der Firma USM Corp. Harmonie Drive Division käuflich erwerbbar. Der Motor und die Übersetzungsverhältnisse der Scheibenantriebe sind so ausgewählt, daß sich Rotationsgeschwindigkeiten für den Detektorkopf um den Patienten einstellen lassen, die zwischen einem Minimalwert von z.B. 1 U in 20 min und einem Maximalwert von z.B. 1 U in 2 min liegen,

Die Art und Weise, in der das Koppelglied 58 an der Rotationswelle 5** für den Gabelkopf angreift und in der das Schweißgehäuse I60 mit den Montierstücken l62, l64 verbunden ist (zuvorstehend beschrieben), erlauben, daß eine Szintillationskamera, die eigentlich nicht für den ECT-Betrieb ausgelegt ist, sehr bequem und rasch auf einen solchen Betrieb umgestellt werden kann_e

Das beschriebene Ausführungsbeispiel in der bevorzugten Anwendung auf ECT hat lediglich exemplarischen Charakter« Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt ist«, Vielmehr gibt es eine Vielzahl von Modifikationen, die alle mit in den Bereich der Erfindung fallen. Bezugnahmen auf besondere Positionen verschiedener Elemente, die in den Zeichnungen dargestellt sind (z.B. "iinks",

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"rechts" etc.), sind ebenfalls nur rein beispielhaft_e Sie dienen lediglich zur besseren Veranschaulichung. Solche Positionsangaben lassen sich ebenso beliebig modifizieren. Dasselbe gilt auch für sontige Forra- oder Maßstabsangaben.

10 Figuren

11 Patentansprüche

Leerseite

Claims

"" 322195S

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Patentansprüche

iJ, Halte- und Bewegungsvorrichtung für einen Detektorkopf eines Strahlungsdetektors, z.B. zum Einsatz in der Emissions-Computer-Tomographie (ECT), mit einem Basisträger, an dem ein Haltearm für den Detektorkopf bewegbar gehaltert ist, und mit einem Antriebssystem zum Bewegen des Haltearmes derart, daß der Detektorkopf ein Untersuchungsobjekt, insbesondere einen Patienten, unter ständiger Ausrichtung auf das Objekt umkreist, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltearm (22) auf dem Basisträger (2h) in einem Stützpunkt (26) allseitig schwenkbar gelagert ist und daß das Antriebssystem (54, 56, 32, I50, I68, I76) den Haltearm (22) um den Stützpunkt (26) so schwenkt, daß eine Bezugslinie (40), die vom Stützpunkt (26) zum Detektorkopf (28) gezogen wird, einen Konus beschreibt, der den Stützpunkt (26) in seiner Spitze und den Umkreisungsbogen (38) des Detektorkopfes als seine Basis hat.

2. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltearm (22) an dem Ende, das jenem abgewandt ist, das den Detektorkopf (28) trägt, ein Gegengewicht (30) angeordnet ist, das das Gewicht des Detektorkopfes bezüglich des Stützpunktes (26) ausbalanciert.

3. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem ein Antriebsglied (32) umfaßt, das einerseits am Basisträger (24) und andererseits am Haltearm (22) in einem Befestigungspunkt (B), der vom Stützpunkt (26) entfernt liegt, befestigt ist.und das den Befestigungspunkt (B) um den Stützpunkt (26) so schwenkt, daß eine zweite Bezugslinie (36), die vom

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Stützpunkt (26) zum Befestigungspunkt (Β) gezogen wird, einen zweiten Konus beschreibt, der den Stützpunkt (26) in seiner Spitze und einen zweiten Kreisungsbogen (3¹O des Befestigungsortes (B) als seine Basis hat.

k. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (32) eine Rotationskurbel ist, deren effektive Länge (O-B) gleich der Entfernung ist, die der Befestigungspunkt (B) vom Zentrum (θ) des zweiten Kreisungsbogens hat.

5. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskurbel (32) Mittel zugeordnet sind, um die effektive Kurbellänge zu verändern, wodurch der Neigungswinkel (^) des Ilaltearmes (22) um den Stützpunkt (26) entsprechend variiert wird.

6. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskurbel (32) eine Schraubspindel (134) umfaßt, entlang der eine Spindelmutter (130) bewegbar angeordnet ist, mit deren Hilfe die Rotationskurbel

(32) am Haltearm (22) befestigt ist, und daß als Mittel zum Variieren der effektiven Kurvenlänge ein Rotationsantrieb (178, 220, 222, 224, 236, 238) für die Spindelmutter (l30) dient, der die Schraubspindel (l3M relativ zur Spindelmutter (I30) dreht, so daß die Spindelmutter (130) entlang der Schraubspindel (13^) bewegt wird.

7. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisträger (2k) eine Säule (68) und

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ein Universal-Kreuzgelenk (26) umfaßt, mit dessen Hilfe der Haltearm (22) im Stützpunkt (26) auf der Spitze der Säule (68) angeordnet ist.

8. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Universal-Kreuzgelerik (26) einen U-förmigen Sattel (7^) umfaßt, der aus zwei Seitengliedern (76) und einem die Seitenglieder miteinander verbindenden Querstück (78) besteht und der auf der Spitze der Säule(68) schwenkbar angeordnet ist, und daß eine Laufbuchse (56) zwischen den Seitengliedern (76) des Sattels (74=) schwenkbar angelenkt ist in der Weise, daß sie um eine Schwenkachse (84), die senkrecht zur Säulenachse gerichtet ist, schwenkbar ist, und daß der Haltearm (22) eine Welle (54) umfaßt, die innerhalb der Laufbuchse (56) zur Rotation um die Buchsenachse angeordnet ist.

9. Halte- und Bewegungsvorriehtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (54) ein freies Ende aufweist, das mittels eines Teleskopkoppelgliedes (58) mit der Spindelmutter (130) verbunden ist und das einen Distanzausgleich schafft, wenn sich der Abstand des Befestigungspunktes (60) des Koppelgliedes (58) an der Spindelmutter (130) aufgrund deren Bewegung entlang der Schraubspindel (134) ändert.

10. Halte- und Bewegungsvorriehtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Teleskopkoppelglied (58) ein gabelförmiges Körperelement (106) sowie wenigstens eine Gleitstange (114, 116) umfaßt, wobei das gabelförmige Körperglied mit dem freien Ende der Drehwelle (54) verbunden ist und wobei die Gleitstange schwenkbar an der Spindelmutter (130)

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befestigt ist und wobei Mittel (l22, 124) vorhanden sind, die die Gleitstange gleitbeweglich so mit dem gabelförmigen Körperglied (lO6) verbinden, daß sich die Gleitstange parallel zu den Gabeln des Körpergliedes bewegen läßt,

11. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur gleitbeweglichen Verbindung eine Mehrzahl von Kurvenrollern (122, 124) umfassen, zwischen denen die Gleitstange (114, 116) zum Gleiten angeordnet ist»