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Deutschsprachige Übersetzung
der Beschreibung der Europäischen
Patentanmeldung Nr. 98 959 921.2-2305 des Europäischen Patents Nr. 1 037 557
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine medizinische Bilderzeugungsvorrichtung
mit einem Bewegungsmechanismus der ein erstes Montageteil und ein
zweites Montageteil und zumindest drei Verbindungsarmbaugruppen
hat, wobei die Verbindungsarmbaugruppe eine Stelleinrichtung und
ein Verbindungsarmelement oder einen Satz von Verbindungsarmelementen
aufweist, wobei der Bewegungsmechanismus zum Bewegen einer medizinischen
Bilderzeugungsvorrichtung oder eines Teiles davon verwendet wird.
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Eine
große
Anzahl medizinischer Bilderzeugungsverfahren erfordert die Bewegung
der Bilderzeugungsvorrichtung oder Teilen davon. Eine solche Bewegung
kann kreisend, drehend oder linear sein. In herkömmlichen Systemen erfordert
die Implementierung der Bewegungen extrem komplizierte Anordnungen.
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Von
Robotersystemen ist zur Implementierung einer dreidimensionalen
Bewegung die Verwendung von Parallelarmmechanismen bekannt. Eine solche
Anordnung hat zwei im Wesentlichen ebene Elemente die miteinander
durch Verbindungsarme oder durch Paare von Verbindungsarmen einer
steuerbaren Länge
verbunden sind. Im nachfolgenden Text wird eine solche Anordnung
als Parallelarmmechanismus bezeichnet. Einer der ebenen Elemente ist
an einem Stützaufbau
befestigt, während
das andere ebene Element die Einrichtung auf sich montiert trägt, deren
Bewegung gewünscht
ist. Durch Einstellen der Länge
der Verbindungsarme durch aktive Stelleinrichtungen wird über den
für eine
bestimmte Anwendung erforderlichen Raumbereich ein vollständig dreidimensionaler
Bewegungsfreiheitsgrad erhalten. Ein solcher Mechanismus wird für gewöhnlich beispielsweise
in Maschinenbearbeitungsausstattungen, Flugzeugsimulatoren und bei
der Platzierung elektronischer Komponenten verwendet.
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GB-A-2
144 711 offenbart eine Vorrichtung mit einem Bewegungsmechanismus,
die ein erstes Montageteil und ein zweites Montageteil und sechs Verbindungsarmbaugruppen
hat, die Stelleinrichtungen und ein Verbindungsarmelement aufweisen,
wobei das erste Montageteil dazu angepasst ist, an einer Stützstruktur
montiert zu sein, wobei das zweite Montageteil dazu angepasst ist,
mit einem Werkzeug verbunden zu sein, wobei die Verbindungsarmelemente
drehbar an Kipppunkten an dem ersten Montageteil und dem zweiten
Montageteil angeschlossen sind, wobei die Länge der Verbindungsarmelemente durch
die Stelleinrichtungen steuerbar ist, wobei die Stellung, Neigung
und Drehung des zweiten Montageteils mit Hilfe einer Einstellung
der Länge
der Verbindungsarmelemente steuerbar ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte medizinische
Bilderzeugungseinrichtung und insbesondere einen verbesserten Bewegungsmechanismus
zum Gebrauch mit selbiger zu schaffen.
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Es
ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Bewegungsmechanismus zur Verwendung in Verbindung mit einem Panoramaradiografiegerät zu schaffen.
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Es
ist ferner eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen
verbesserten Bewegungsmechanismus zum Gebrauch in Verbindung mit
einem Mammografiegerät
zu schaffen.
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Die
vorstehend beschriebenen Ziele und weitere später in dem Text beschriebene
(Ziele) werden durch die in Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst.
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In
der Erfindung wurde der vorstehend erwähnte Parallelarmmechanismus
auf eine neue Anwendung angepasst, d. h., zum Implementieren der Trajektorie
dynamischer Bewegungselemente in medizinische Bilderzeugungsgeräte. Im Stand
der Technik ist kein Bewegungsmechanismus eines medizinischen Bilderzeugungsgerätes bekannt,
dass unter Verwendung dieser Art von Parallelarmechanismen konstruiert
ist.
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Medizinische
Bilderzeugungsgeräte
zeigen extrem hohe Anforderungen an die Genauigkeit einer Anordnung,
die eine Trajektorie implementiert. Die Verwendung eines Parallelarmmechanismus
in solchen anspruchsvollen Anwendungen, wie z. B. Ausstattungen
für maschinelle
Bearbeitungen, haben ihre Fähigkeit
zum Erreichen einer extremen Genauigkeit und einer weichen Trajektorie
bewiesen.
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Der
unbegrenzte Freiheitsgrad, der durch einen Parallelarmmechanismus
bei dreidimensionalen dynamischen Bewegungen über einen gewünschten Bereich
erreichbar ist, vereinfacht die Implementierung sämtlicher
bekannter Bilderzeugungsmodi einschließlich einer Fluoroscopie, 3D
Tomografie, Tomosynthesebilderzeugung und Schlitzfluoroskopie.
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Die
Verwendung eines Parallelarmmechanismus zum Implementieren der Trajektorien,
die bei einem medizinischen Bilderzeugungsgerät erforderlich sind, ist insbesondere
in Folge der einfachen Konstruktion eines solchen Bewegungsmechanismus
vorteilhaft. Somit ist die Struktur des Mechanismus kosteneffizienter
bei der Herstellung als herkömmliche
Konstruktionen, und sie ist einfach an andere Teile eines Bilderzeugungsgerätes anschließbar. Die
damit erzielte Genauigkeit der Trajektorie ist überragend, wodurch sich bei
der medizinischen Bilderzeugung ein signifikanter Vorteil ergibt.
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Im
Folgendem wird die Erfindung ausführlicher beschrieben und in
den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen
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1 eine
allgemeine Ansicht eines Parallelarmmechanismus zeigt;
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2 einen
an den C-förmigen
Körperteil angeschlossenen
Parallelarmmechanismus zeigt, der in einem Panoramaradiografiegerät verwendet wird;
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3A den
Parallelarmmechanismus von unten in seiner Ausgangstellung zeigt;
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3B den
Parallelarmmechanismus von unten zeigt, wobei seine zweiten Montageteile
gedreht sind;
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3C den
Parallelarmmechanismus von unten zeigt, wobei sein zweites Montageteil
gedreht und ausgelenkt ist;
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3D den
Parallelarmmechanismus von unten zeigt, wobei sein zweiter Montageteil
in seine erste Grenzstellung ausgelenkt ist;
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3E den
Parallelarmmechanismus von unten zeigt, wobei sein zweites Montageteil
in seine zweite Grenzstellung bewegt ist;
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4A den
Parallelarmmechanismus in einer Seitenansicht zeigt, die die Situation
aus 3C veranschaulicht;
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4B den
Parallelarmmechanismus in einer Seitenansicht zeigt, die die Situation
aus 3E veranschaulicht;
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5 den
Parallelarmmechanismus in einer Situation zeigt, wobei einer seiner
Montageteile geneigt ist;
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6 eine
Seitenmontage des Parallelarmmechanismus zeigt;
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7 eine
Seitenmontage des Parallelarmmechanismus zeigt, der nun an ein C-bogenförmiges Körperteil
angeschlossen ist, das zum Gebrauch in einer Mammografieanwendung
geeignet ist; und
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8 einen
alternativen Mechanismus zum Implementieren eines Parallelarmmechanismus zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Parallelarmmechanismus 10 in
einer aufrechten Stellung gezeigt. Zwischen seinem ersten Montageteil 21 und seinem
zweiten Montageteil 22 sind sechs Verbindungsarmelemente
montiert. Während
in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
das erste Montageteil 21 und das zweite Montageteil 22 eine
dreieckige Gestalt einer im Wesentlichen ebenen Struktur haben sind
in der Praxis ebenso Montageteile irgendeiner alternativen Gestalt möglich.
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In
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hat
jede Ecke der dreieckigen Montageteile 21, 22 zwei
Anschlusspunkte für
die Verbindungsarmelemente. An jeder Dreiecksecke des erste Montageteil 21 sind
zwei Verbindungsarmelemente angeschlossen, wobei ihre anderen Enden
an getrennten Verbindungspunkten an dem zweiten Montageteil 22 angeschlossen
sind. Jedes Ende der Verbindungsarmelemente 11, 12, 13, 14, 15, 16 ist
mit einem Kugelgelenk N versehen, das an den Montagenteilen 21, 22 befestigt
ist. An jedes Verbindungsarmelement 11, 12, 13, 14, 15, 16 ist
ein Stellglied M gepasst, das in der Lage ist, die Länge seines
zugehörigen
Verbindungsarmelements zu steuern. Durch individuelles Steuern der
Längen
der Verbindungsarmelemente ist es möglich, eine lineare, Dreh-
oder Neigebewegung oder eine Kombination daraus zu implementieren. Die
Längen
der Verbindungsarmelemente wird gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm
gesteuert.
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In 2 ist
ein Parallelarmmechanismus 10 gezeigt, wobei sein eines
Montageteil ein Körperteil 41 trägt, das
als C-Arm geformt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird der C-Arm 41 bei
der Panoramaradiografie zur Bilderzeugung eines Kieferknochens und
der Zähne
verwendet. Für
diese Anwendung werden die Höhenstellung
des C-Arms 41 und seine Stellung in der Horizontalebene
gesteuert. Die bei der Panoramaradiografie erforderliche tatsächliche Drehbewegung
wird mit Hilfe eines aktiven Stellglieds 18 erreicht. Das
Stellglied M und die aktive Stellgliedeinrichtung 18, die
an dem Verbindungsarmelementen des Parallelarmmechanismus 10 angeschlossen
ist, werden durch ein mikroprozessorbasiertes Steuersystem oder
unter Verwendung jeglicher anderen Art von vorbestimmten Steuerprogrammen
gesteuert.
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In 3A ist
der Parallelarmmechanismus von unten gesehen in seiner Grundstellung
gezeigt. In dieser Stellung sind alle Verbindungsarmelemente auf
eine gleiche Länge
gesteuert. Das erste Montageteil 21 und das zweite Montageteil 22 sind
dann parallel und ihre Mittelpunkte fallen auf dieselbe Achse.
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In 3B ist
der Parallelarmmechanismus von unten gesehen gezeigt, wobei sein
zweites Montageteil 22 mit Bezug auf die Grundstellung
(siehe 3A) gedreht ist. Die Drehbewegung
ist durch Steuerung der Längen
der Verbindungsarmelementen implementiert.
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In 3C ist
der Parallelarmmechanismus gesehen von unten gezeigt, wobei sein
zweites Montageteil 22 gedreht ist und von der Mittelachse
des ersten Montageteils 21 wegbewegt (ausgelenkt) ist.
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In 3D ist
der Parallelarmmechanismus von unten gesehen gezeigt, wobei sein
zweites Montageteil 22 in seine erste Grenzstellung bewegt
ist. Die Verbindungsarmelemente 13 und 16 sind
auf ihre längste
Stellung gesteuert. Von dieser Stellung kann der Mittelpunkt des
zweiten Montageteils 22 nicht weiter von dem Mittelpunkt
des ersten Montageteils 21 bewegt werden, jedoch kann das
zweite Montageteil 22 weiterhin von dieser Stellung gedreht
oder geneigt werden, indem die Längen
der Verbindungsarmelemente gesteuert werden.
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In 3E ist
der Parallelarmmechanismus von unten gesehen gezeigt, wobei sein
zweites Montageelement 22 in dessen zweite Grenzstellung
bewegt ist. Nun werden die Verbindungsarmelemente 11 und 16 in
ihre längsten Stellungen
gesteuert.
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In 4A ist
die Situation der 3C in einer Seitenansicht gezeigt.
In dieser Stellung befinden sich das erste Montageteil 21 und
zweite Montageteil 22 parallel zueinander.
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In 4B ist
die Situation von 3E in einer Seitenansicht gezeigt.
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In 5 ist
der Parallelarmmechanismus 10 in einer Position gezeigt,
bei der das zweite Montageteil 22 in eine geneigte Stellung
gesteuert ist.
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In 6 ist
eine Seitenmontage des Parallelarmmechanismus 10 gezeigt.
Hier ist das erste Montageteil 21 nun aufrecht ausgerichtet,
wodurch seine Befestigung beispielsweise an einer Wand, einem Stützbalken
oder einem Teil eines medizinischen Bilderzeugungsgeräts ermöglicht ist.
Das bewegliche Teil des Bilderzeugungsgeräts ist an dem zweiten Montageteil 22 montiert.
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In 7 ist
eine Seitenmontage des Parallelarmmechanismus gezeigt, der nun an
einem C-bogenförmigen Körperteil 42 angeschlossen
ist, welches in diesem Ausführungsbeispiel
dazu geeignet ist, bei einer Mammografieanwendung verwendet zu werden.
Diese Art eines Bewegungsmechanismus gemäß der Erfindung bietet eine
größere Anzahl
von Freiheitsgraden als die herkömmlichen
Konstruktionen von Mammografieausstattungen. An dem C-bogenförmigen Körperteil 42 eines
Mammografiegeräts ist
eine aktive Stellgliedeinrichtung 19 angeschlossen, um
eine Drehbewegung vorzusehen. Die Stellglieder M und die aktive
Stellgliedeinrichtung 19, die an den Verbindungsarmelementen
des Parallelarmmechanismus 10 angeschlossen sind, werden
durch ein mikroprozessorbasiertes Steuersystem oder unter Verwendung
jeglicher anderer Arten von vorbestimmten Steuerprogrammen gesteuert.
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In 8 ist
ein alternativer Mechanismus zum Implementieren eines Parallelarmmechanismus gezeigt.
Dabei weist das erste Montageteil eine obere Stützplatte 51 mit Stellgliedmotoren
M und einen daran angeschlossenen Stützring 52 und Gewindesteuerverbindungsarme
S auf, die den Stützring 52 mit
der oberen Stützplatte 51 verbinden.
Stellgliedangetriebene Muttern N sind dazu angepasst, auf den Gewindesteuerverbindungsarmen
S zu laufen. Zwischen den Stellgliedmuttern N und dem zweiten Montageteil 22 sind
steife Verbindungsarmelemente 61, 62, 63, 64, 65, 66 angeordnet,
die jeweils ihr erstes Ende schwenkbar an der Stellgliedmutter N
angeschlossen haben, die auf dem Gewindesteuerverbindungsarm S läuft, und
die ihr anderes Ende auf ähnliche
Weise schwenkbar an dem zweiten Montageteil 22 angeschlossen
haben. Jeder Stellgliedmotor M ist dazu angepasst, den Gewindesteuerverbindungsarm S
zu drehen, der an dem Motorausgang angeschlossen ist. Mit der Drehung
des Gewindesteuerverbindungsarms S kann die Stellung der Mutter
N, die auf dem Arm läuft,
verändert
werden, wodurch auf den Verbindungsarmelement 61, 62, 63, 64, 65 oder 66, der
jeweils mit der Mutter verbunden ist, eine lineare Bewegung aufgebracht
wird. Somit implementiert die gesteuerte Bewegung der Verbindungspunkte
der Verbindungsarmelemente an dem ersten Montageteil die kontrollierte
Steuerung der Position, Drehung und Neigung des zweiten Montageteils 22.
Die Stellglieder M werden durch ein mikroprozessorbasiertes Steuersystem
oder unter Verwendung jeglicher anderer Arten vorbestimmter Steuerprogramme
gesteuert.
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In 1 bis 8 sind
die Stellungen der Parallelarmmechanismuselemente in unterschiedlichen
stationären
Stellungen gezeigt. Typischer Weise wird ein Parallelarmmechanismus
dazu verwendet, eine kontinuierliche dynamische Bewegung zu erreichen
und der Zweck der vorstehend beschriebenen Beispiele liegt darin,
die augenblickliche Stellungen des Parallelarmmechanismus während seiner dynamischen
Bewegung zu erläutern.
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Gemäß den Anforderungen
jeglicher bestimmter Anwendung kann der vorstehend beschriebene
Bewegungsmechanismus auf eine Vielzahl verschiedener Arten innerhalb
des Bereichs der Erfindung modifiziert werden. Beispielsweise können das erste
Montageteil 21 und das zweite Montageteil 22 in
der Gestalt jeglicher brauchbarer und praktischer Struktur gestaltet
sein. Das erste Montageteil 21 des Parallelarmmechanismus
kann wahlweise an der Decke eines Röntgenraums oder an einem separaten Stützbalken
oder einem anderen Teil des Bilderzeugungsgeräts befestigt sein.
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Der
Umfang der Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert.