JP2005118557A - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃアームの特に簡便かつ時間を節約した位置決めを可能にする。
【解決手段】駆動装置（６，７）によって２つの自由度（α、φ）を有する運動空間内でサーボ支援により運動可能であるＣアーム（１）を備えたＸ線装置において、運動空間内の係止点（ＲＰ）で、Ｃアーム（１）のサーボ支援（Ｓ）が周囲の運動空間内のサーボ支援（Ｓ）とは異なり、駆動装置（６，７）は、係止点（ＲＰ）を取囲む係止範囲（ＲＢ）の少なくとも一部においてＣアーム（１）に、このＣアーム（１）を係止点（ＲＰ）の方向に引寄せる力を加える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの自由度を有しサーボ支援により位置調整可能であるＣアームを備えたＸ線装置に関する。

この種のＸ線装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。

Ｃアームを備え、このＣアームが位置調整可能に装置台車の支持架台に取付けられている医用システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。装置台車はレール上を走行し、このレール内またはレール上にいわゆるストッパが取付けられている。

車輪で走行可能である医用装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。この装置は、電気式ダイレクト駆動装置の電動機内に組込まれている電気機械式固定ブレーキ装置を装備している。

特に医用Ｘ線装置のＣアームは一般的に大きい重量を有するが、この重量は運動軸線の周りに対称に分配されていない。Ｃアームの位置調整を簡単にするために、平衡重錘が設けられるか又はモータ支援すなわちサーボ支援が行なわれる。特許文献１によって公知であるＸ線装置においては、操作力が検出され、この操作力からＸ線装置の加速度が導出される。これによって、操作者は、Ｘ線装置を著しく小さな質量または慣性モーメントで運動させるという印象を受ける。しかしながら、サーボ支援による位置調整はしばしば正確な位置決めを困難にする。

西独特許出願公開第４２３７０１３号明細書 独国特許出願公開第１９７０１３４６号明細書 独国特許出願公開第１０１１１９００号明細書

本発明の課題は、２つの自由度でサーボ支援により位置調整可能なＣアームを備えたＸ線装置において、Ｃアームの特に簡便かつ時間を節約した位置決めを可能にすることにある。

この課題は、本発明によれば、駆動装置によって２つの自由度を有する運動空間内でサーボ支援により運動可能であるＣアームを備えたＸ線装置において、運動空間内の係止点ではＣアームのサーボ支援が周囲の運動空間内のサーボ支援とは異なり、駆動装置は、係止点を取囲む係止範囲の少なくとも一部においてＣアームに、このＣアームを係止点の方向に引寄せる力を加えることによって解決される。

本発明によるＸ線装置は、Ｃアームを、２つの自由度を有する運動空間内でサーボ支援により運動させることのできる駆動装置を有する。運動空間内には少なくとも１つの係止点（ラッチ点）が存在し、この係止点ではＣアームのサーボ支援は周囲の運動空間内におけるサーボ支援とは異なっている。係止点は特にＣアームの全運動空間内において自由に選択可能または取消し可能である。係止点の制御技術的な実現に基づいて、この係止点は電子式係止位置（ソフトノッチ）とも呼ばれる。係止位置の決定は、例えば、Ｃアームが特定の位置に移動しこの位置が例えば操作ユニットでのキー操作によって係止点として規定されることによって行なわれる。代替的に、係止点の座標が例えば制御ユニットを介して入力される。係止点でのおよび係止点に直ぐ近くでのＣアームのサーボ支援はＣアームのそのほかのサーボ支援に比べて少なくされると好ましい。使用者はそれによってＣアームが係止点に接近する際、Ｃアームがそこで制動を掛けられているという印象を受ける。これによって、Ｃアームの規定位置として係止点を見付け出すことが、位置に関係しないサーボ支援を有するＣアームの電動式位置調整に比べて著しく簡単になる。サーボ支援の減少以上に、係止点ではＣアームに、著しい係止作用を惹き起こす制動（ブレーキ）が作用すると好ましい。

係止点は係止範囲によって取囲まれている。この係止範囲内では駆動装置によって、係止点に接近するＣアームに、このＣアームを係止点の方向に引寄せる力が加えられる。それゆえ、Ｃアームは駆動装置によってほぼ係止点に拘束される。操作者による係止点でのＣアームの微細調整は不要である。

Ｘ線装置が安全上の理由から、Ｃアームの位置調整を前提として操作されるデッドマンスイッチを有すると好ましい。これは、Ｃアームが係止範囲内で係止点に引寄せられる場合にも当てはまる。それゆえ、Ｃアームの完全な自動移動は排除される。操作者はデッドマンコントロールによってＣアームの各運動状態に保たれる。コントロールすなわちＣアームは何れの場合にも操作者によって管理される。

サーボ駆動および／または係止点の範囲内でのＣアームの制動は、特に設定可能なパラメータを有する係止特性線によって記述できる。このパラメータを記憶するために、係止点の座標の記憶と同様に、例えばＸ線装置の制御ユニット内に組込まれているデータメモリが設けられる。係止特性線の設定可能なパラメータは特にＣアームを係止点に保持する保持力、ならびにＣアームを係止点の方向に引寄せる最大引寄せ力である。

係止点は特にＣアームの移動速度に依存して活性化される。この移動速度が設定可能な閾値を上回る場合、係止点の活性化は行われない。というのは、この場合には、操作者が係止点でのＣアームの位置決めを意図していないことに起因するからである。他の設定可能なパラメータは特に、Ｃアームは操作者によって運動経路上を案内されるが、Ｃアームがこの運動経路から出発して係止点の方向に引寄せられる転向角である。

本発明の利点は特にＣアームの運動空間内における係止点の個数が制限されない点にある。係止点の任意の部分はいつでも操作者によって活性化され得るか又は非活性化され得る。

本発明の実施例を以下において図面に基づいて詳細に説明する。
図１は２つの自由度を有しサーボ支援により位置調整可能であるＣアームを備えたＸ線装置を示す概略図、
図２は図１のＸ線装置の係止特性線を示す図、
図３は図１のＸ線装置のＣアームの移動経路を示す概略ダイアグラムである。
全ての図において同一の部分およびパラメータには同一の符号が付されている。

図１に極めて概略的に示されたＸ線装置はＣアーム１を有している。このＣアーム１には、一方側にＸ線放射器２が配置され、他方側に画像撮影装置３が配置されている。傾斜角（又は揺動角）αおよび軌道角（又は回転角）φの調整によって、Ｃアーム１の２つの自由度が与えられる。回転中心点はＤを付され、傾斜軸線（又は揺動軸線）はＡを付されている。力センサ５は操作者の手の力Ｆｈを検出し、この力Ｆｈに相当する電気信号を導線８を介して調節ユニット６に送る。力センサ５は力Ｆｈの複数の方向成分を別々に検出するように形成されていると好ましい。それによって、Ｃアーム１を傾斜角αの方向にまた軌道角φの方向に位置調整するためには、単一の力センサ５で十分である。軌道方向および／または傾斜方向へのＣアーム１の移動はデッドマンスイッチ１１の操作を前提とする。デッドマンスイッチ１１は詳細には示されていないが同様に調節ユニット６に接続されている。この調節ユニット６はさらにデータメモリ４、および例えばプレーンテキスト表示方式、発光表示方式または音響表示方式の形の表示ユニット１０を含んでいる。

調節ユニット６はこの調節ユニット６によって駆動される電動機７と共に駆動装置を構成する。Ｘ線装置１，２，３の加速度ａ、電動機７の電機子電流Ｉａ、Ｘ線装置１，２，３の移動速度ｖ、ならびに電動機７の回転数ｎに関する信号は比較器９を介して調節ユニット６に供給される。駆動装置６，７の係止機能は以下において図２，３に基づいて詳細に説明する。

図２の概略ダイアグラムにおいて、Ｃアーム１の位置調整のために電動機７によって発生されるサーボ支援Ｓは軌道角φに依存して示されている。同様にその依存性はＣアーム１の傾斜角αまたは変化する角度α、φを持つＣアーム１の任意の移動経路に関係させることもできる。Ｃアーム１を一定の角速度で位置調整する際、Ｃアーム１には、操作者によって摩擦力としてもたらすことのできる力ＦＲが作用する。この力ＦＲは、Ｃアーム１をその大きい重量に比べて比較的簡単に位置調整できるように設定される。

Ｃアーム１に作用する力を示すＣアーム１の一定のサーボ支援Ｓからの異なりが係止点ＲＰでおよびこの係止点ＲＰを含む係止範囲ＲＢ内で生じている。図２に示された係止曲線ＲＫが正の範囲内を延びている限り、Ｃアーム１には操作者が打勝つべき制動力が作用する。それに対して、係止曲線ＲＫが負の範囲内を延びる場合、係止点ＲＰに接近するＣアーム１は或る合成力で係止点ＲＰに引寄せられる。それゆえ、機械的な係止の場合に標準的に現れる特性は制御技術的に調節ユニット６によって模擬される。従って、係止点ＲＰは電子的係止位置または“ソフトノッチ”とも呼ばれる。Ｃアーム１を係止点ＲＰからさらに運動させるためには、先ず、力閾値ＦＳに打勝たねばならない。この力閾値ＦＳは、以前にＣアーム１を係止点ＲＰに引寄せた最大引寄せ力ＦＡと同様に設定可能である。データメモリ４内に記憶された係止点ＲＰでのＣアーム１の位置決めは表示ユニット１０によって表示される。新しい係止点ＲＰは例えば、Ｃアーム１が相応の位置に移動され、傾斜角αおよび軌道角φの相応の値を記憶しているメモリ機能が作動させられることによって規定される。追加的に、角度φ、αの一方だけが特定の値を有する係止機能が設けられていると好ましい。それによって、Ｃアーム１の係止特性線が固定可能になる。同様に、空間内に位置する任意の各係止特性線、すなわち軌道角φならびに傾斜角αも一定である係止特性線が固定可能である。

図３には、２つの自由度を有し傾斜角αおよび軌道角φによって与えられる運動空間内におけるＣアーム１の移動経路が示されている。Ｃアーム１は、移動開始点ＡＰから出発し、先ず一定の移動速度ｖで運動経路Ｂによって案内される。この運動経路Ｂは運動空間内において係止点ＲＰの傍を導かれている。移動速度ｖが設定可能な速度閾値を上回らない限り、図２のダイアグラムと同様に、係止範囲ＲＢにおいて係止点ＲＰへのＣアーム１の能動的な引寄せが行なわれる。転向点ＬＰで、Ｃアーム１はその本来の運動径路Ｂから転向する。転向点ＬＰにおける運動径路Ｂの接線と転向点ＬＰおよび係止点ＲＰを通る直線との間の角度は転向角βと呼ばれる。係止範囲ＲＢ内でのＣアーム１の位置調整は図示されている直線方式で行なわれる必要がない。転向角βは設定可能である。転向角βが小さい場合小さな加速度で係止点ＲＰへの特にソフトな到着が可能であるのに対して、転向角βが大きい場合駆動装置６，７の特に明らかな介入、従って係止点ＲＰの簡単な見付け出しが生じる。Ｃアーム１の運動空間内における種々の係止点ＲＰは、より簡単な区別のために、必要に応じて図２，３に基づいて説明した種々のパラメータを用いて、制御技術的に実現されている。各係止点ＲＰは任意に活性化させたり、非活性化させたり、ずらしたりすることができる。

Ｘ線装置を示す概略図 図１のＸ線装置の係止特性線を示す図 図１のＸ線装置のＣアームの移動経路を示す概略ダイアグラム

符号の説明

１ Ｃアーム
２ Ｘ線放射器
３ 画像撮影装置
４ データメモリ
５ 力センサ
６ 調節ユニット
７ 電動機
８ 導線
９ 比較器
１０ 表示ユニット

Claims (8)

1. 駆動装置（６，７）によって２つの自由度（α、φ）を有する運動空間内でサーボ支援により運動可能であるＣアーム（１）を備えたＸ線装置において、運動空間内の係止点（ＲＰ）ではＣアーム（１）のサーボ支援（Ｓ）が周囲の運動空間内のサーボ支援（Ｓ）とは異なり、駆動装置（６，７）は、係止点（ＲＰ）を取囲む係止範囲（ＲＢ）の少なくとも一部においてＣアーム（１）に、このＣアーム（１）を係止点（ＲＰ）の方向に引寄せる力を加えることを特徴とするＸ線装置。
2. 駆動装置（６，７）と協働するデッドマンスイッチ（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
3. 係止点（ＲＰ）を記憶するためのデータメモリ（４）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置。
4. データメモリ（４）は設定可能な係止特性線（ＲＫ）を記憶するために設けられていることを特徴とする請求項３記載のＸ線装置。
5. 係止点（ＲＰ）でのＣアーム（１）の保持力を決定する力閾値（ＦＳ）が設定可能であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のＸ線装置。
6. 係止点（ＲＰ）の活性化はＣアーム（１）の移動速度（ｖ）に関係していることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のＸ線装置。
7. 係止範囲（ＲＢ）において駆動装置（６，７）によってＣアーム（１）に加えることのできる最大引寄せ力は設定可能であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のＸ線装置。
8. Ｃアーム（１）が運動経路（Ｂ）から出発して係止点（ＲＰ）の方向に駆動装置（６，７）によって引寄せられる転向角（β）は設定可能であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のＸ線装置。

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