DE102008003815B4

DE102008003815B4 - Röntgeneinrichtung umfassend einen vorzugsweise an einem Roboterarm um eine Drehachse drehbar gelagerten C-Bogen

Info

Publication number: DE102008003815B4
Application number: DE102008003815.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gross; Dieter Heinl
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: CN101483967A; CN101483967B; DE102008003815A1; US7905658B2; US20090185662A1

Abstract

Röntgeneinrichtung umfassend einen um eine Drehachse drehbar gelagerten C-Bogen, an dem eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsdetektor angeordnet sind, deren Abstand zueinander mittels einer Hubeinrichtung, mittels der die Strahlungsquelle relativ zum Strahlungsdetektor längsbewegbar ist, oder umgekehrt, veränderbar ist, wobei der C-Bogen (14) aus zwei mittels der Hubeinrichtung (27) relativ zueinander bewegbaren Bogenabschnitten (23, 24) besteht, wobei am einen Bogenabschnitt (24) die Strahlungsquelle (15) und am anderen Bogenabschnitt (23) der Strahlungsempfänger (16) angeordnet ist, und wobei der C-Bogen (14) über einen der Bogenabschnitte (24) drehgelagert ist, während der andere Bogenabschnitt (23) an oder in diesem geführt ist, wobei die Bogenabschnitte (23, 24) als Metallgussteile ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung umfassend einen vorzugsweise an einem Roboterarm um eine Drehachse drehbar gelagerten C-Bogen, an dem eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsdetektor angeordnet sind, deren Abstand zueinander mittels einer Hubeinrichtung, mittels der der Strahlungsempfänger relativ zur Strahlungsquelle längsbewegbar ist, oder umgekehrt, veränderbar ist.
Bei bekannten Röntgeneinrichtungen ist der C-Bogen über eine Drehführung um eine üblicherweise horizontal stehende Achse drehbar an einem zumeist bodenseitig aufstehenden Stativ angeordnet. In der Drehführung ist der C-Bogen längs seiner bogenförmigen Führungsbahn um ein Isozentrum drehbar. Vor allem bei Anwendungen, bei denen der C-Bogen mit beachtlicher Geschwindigkeit längs der Drehführung verschoben wird, muss ein besonders leichter C-Bogen verwendet werden, um eine möglichst gute Dynamik zu erreichen. Als Beispiel ist hier eine Angiographie-Röntgeneinrichtung zu nennen. Aus diesem Grund werden üblicherweise C-Bögen aus Strangpressprofilen verwendet, die ein im Querschnitt im Wesentlichen rechteckiges Hohlprofil aufweisen.
Anstelle eines Bodenstativs und der Anbindung des C-Bogens über die Drehführung, über welche Elemente die erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade für die C-Bogenbewegung und -positionierung realisiert werden, ist es bekannt, den C-Bogen an einem Industrie-Roboter mit einem Roboterarm und einer entsprechenden Steuerungseinrichtung anzuordnen. Bei einer solchen Ausgestaltung werden die benötigten Freiheitsgrade durch die sechs Bewegungsachsen des Roboters gewährleistet. Der C-Bogen ist hier unmittelbar am Roboterarm drehgelagert.
Bei bekannten Röntgeneinrichtungen ist der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor, also der Film-Fokus-Abstand, mittels einer Hubeinrichtung variierbar. Üblicherweise wird der Strahlungsempfänger längs des Zentralstrahls linear bewegt. Die Hubeinrichtung befindet sich dabei direkt benachbart zum Strahlungsempfänger am Ende des C-Bogens. Dies ist insoweit nachteilig, als hierdurch der C-Bogen weit ausladend ist, da sich die Hubeinrichtung zur Ermöglichung des gewünschten Hubs relativ weit radial gesehen nach außen erstreckt. Dies begrenzt mitunter die Bewegbarkeit des C-Bogens, da mache Positionen aufgrund einer möglichen Kollision der ausladenden Hubeinrichtung nicht angefahren werden können. Auch ist der aus der dortigen Anordnung sich ergebende Schwerpunkt des C-Bogens nicht unbedingt ideal.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2005 012 700 A1 offenbart eine Röntgenvorrichtung, bei der an einem gemeinsamen, um eine Rotationsachse rotierbaren Träger in gegenüberliegender und auf die Rotationsachse) gerichteter Anordnung eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor angebracht sind. Zur Vereinfachung der Konstruktion der Röntgenvorrichtung wird vorgeschlagen, dass der Träger an der Hand eines sechs Drehachsen aufweisenden Roboters angebracht ist.
Die nachveröffentlichte Offenlegungsschrift DE 10 2008 003 088 A1 offenbart eine Röntgeneinrichtung umfassend einen C-Bogen, an dem eine Strahlungsquelle nebst Wärmepumpe angeordnet ist, wobei die Strahlungsquelle und die Wärmepumpe zumindest abschnittsweise im Inneren des zumindest abschnittsweise hohlen C-Bogens angeordnet sind.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Röntgeneinrichtung anzugeben, bei der ein C-Bogen zum Einsatz kommt, der trotz Anordnung einer Hubeinrichtung weniger weit ausladend aufgebaut ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Röntgeneinrichtung des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung kann der verwendete hohle C-Bogen von wenigstens einer Zugangsseite her offen gestaltet sein. Das heißt, dass infolge dieser ein- oder bevorzugt mehrseitig zumindest abschnittsweise offenen Bogenausgestaltung das Gesamtgewicht des C-Bogens zwangsläufig abnimmt, wobei der C-Bogen in seiner Gestaltung natürlich entsprechend den geforderten Festigkeits- und Schwingungskriterien etc. ausgelegt ist. Diese sind jedoch trotz offener Konstruktion ohne weiteres einhalt- beziehungsweise erreichbar. Diese offene Struktur bietet darüber hinaus neben dem Vorteil der Gewichtsersparnis auch den besonderen Vorteil, dass grundsätzlich die Möglichkeit besteht, bei Verwendung des C-Bogens in Verbindung mit einem Industrie-Roboter beziehungsweise einem Roboterarm zumindest einen Teil oder näherungsweise alle Elektronikkomponenten, die dem Betrieb der Strahlungsquelle und des Strahlungsempfängers dienen, im Inneren des C-Bogens integrieren zu können. Denn anders als bei bisher bekannten, hohlen C-Bögen, die seitlich jedoch vollständig geschlossen sind, können bei Verwendung des erfindungsgemäßen C-Bogens die Elektronikkomponenten, bei denen es sich üblicherweise um relativ klein dimensionierte Bauteile oder Kabel handelt, im Bogeninneren verlegt werden. Sie müssen also nicht mehr separat angeordnet und über entsprechende Kabel- oder Steuerleitungsverbindungen etc. mit den bogenseitigen Betriebskomponenten verbunden werden, sondern werden zusammen mit dem C-Bogen bewegt. Da es sich aufgrund der hohen Integrationsdichte der Elektronikkomponenten um relativ leichte Bauteile handelt, das heißt, dass das Gewicht sämtlicher zu integrierender Elektronikkomponenten nicht allzu groß ist, ergibt sich eine nur relativ geringe Gewichtszunahme des C-Bogens, so dass nach wie vor die Anforderungen an die hohe Dynamik etc. trotz Integration der Elektronikkomponenten erreicht werden können.
Insgesamt bietet also der C-Bogen mit der offenen Struktur eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit bei bisher üblichen Röntgeneinrichtungen mit bodenseitigem Stativ, bei denen die Elektronikkomponenten nicht im C-Bogen integriert sind, wobei dieser jedoch gegenüber bisherigen Anlagen leichter ist. Der C-Bogen mit der offenen Struktur bietet auch eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit bei neuartigen Roboter-Röntgengeräten, bei denen dann im Bogeninneren zumindest ein Teil oder alle Elektronikkomponenten integriert sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung umfassend einen C-Bogen, der an einem Industrie-Roboter angeordnet ist, und
2 eine vergrößerte Prinzipdarstellung des C-Bogens, teilweise im Schnitt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 1 umfassend einen Industrie-Roboter 2, mit einem Roboterarm 3, der auf einer Basis 4, die hier bodenseitig angeordnet ist, aufgenommen ist. Der Roboterarm ist an der Basis um eine Vertikalachse 5 insgesamt drehbar. Er ist an der Basis 4 über einen ersten Roboterarm 6 an einem um die Vertikalachse drehbaren Basisteil 7 aufgenommen, an dem er ferner um eine horizontale Achse 8 schwenkbar ist. Am ersten Roboterarm 6 befindet sich ein zweiter Roboterarm 9, der an ihm um eine zweite horizontale Achse 10 schwenkbar ist. Der zweite Roboterarm 9 besteht aus dem ersten Armabschnitt 9a, der am ersten Roboterarm 6 angeordnet ist, sowie einem zweiten Armabschnitt 9b, der seinerseits um eine weitere Achse 11 relativ zum Armabschnitt 9a verdrehbar ist. Am Armabschnitt 9b befindet sich ferner eine C-Bogenaufnahme 12, die um die Achse 13 drehbar ist. Der C-Bogen 14, an dem eine Strahlungsquelle 15 sowie ein Strahlungsempfänger 16 angeordnet sind, ist seinerseits an der C-Bogenaufnahme 12 um eine weitere Drehachse 17 drehbar. Insgesamt ist hier also ein 6-Achsen-System angegeben, das eine freie Bewegung des C-Bogens 14 im Raum ermöglicht.
Der C-Bogen 14 ist in 2 im Detail dargestellt. Der C-Bogen 14 weist ersichtlich eine offene Struktur auf und ist in seinem Inneren hohl. Zwei gegenüberliegende Seiten (in der Seitenansicht in 2 ist naturgemäß nur die eine Seite sichtbar) sind offen, das heißt, es sind entsprechende Zugangsseiten 18 realisiert, über die Zugang in das Bogeninnere 19 gegeben ist. Die beiden einander gegenüberliegenden Zugangsseiten weisen eine fachwerkartige Struktur beziehungsweise fachwerkartig angeordnete Streben auf, deren Dimensionierung und Anordnung so gewählt ist, dass sich eine bestmögliche Steifigkeit bei geringstem Materialeinsatz realisieren lässt. Diese beiden Zugangsseiten 18, die üblicherweise mit entsprechenden Verkleidungen geschlossen sind, ermöglichen es nun, Elektronikkomponenten 21, von denen hier exemplarisch Verschiedene dargestellt sind, im Inneren des C-Bogens 14 integrieren zu können. Diese Elektronikkomponenten 21 dienen dem Betrieb der Strahlungsquelle 15 und des Strahlungsdetektors 16. Bei diesen Elektronikkomponenten kann es sich um beliebige Komponenten oder auch Kabel etc. handeln. Sie werden über geeignete Befestigungsmittel an den Streben 20 oder den verbleibenden Seitenwänden 22 des C-Bogens befestigt.
Der C-Bogen 14 selbst besteht aus zwei Bogenabschnitten 23, 24, die vorzugsweise jeweils als Metallgussteile ausgeführt sind, um die Fachwerkstruktur auf einfache Weise ausbilden zu können. Der Bogenabschnitt 24 weist einen Befestigungsabschnitt 25 auf, über den er mit einem geeigneten Befestigungsflansch 26 an der C-Bogenaufnahme 12 des Roboterarms 3 angeordnet werden kann. Dieser Befestigungsabschnitt 25 kann integraler Bestandteil des Bogenabschnitts 24 sein, er kann aber auch als separates Gussteil mit dem zweiten, die offene Zugangsseite 18 aufweisenden Bogenteil verbunden werden, um in der Gesamtheit dann den ersten Bogenabschnitt 24 zu bilden.
Der Bogenabschnitt 23 ist über eine Hubeinrichtung 27, die wiederum im Inneren des C-Bogens integriert ist, relativ zum lagefest an der C-Bogenaufnahme 12 angeordneten Bogenabschnitt 24 linear verschiebbar. Hierüber ist es möglich, den Abstand des Strahlungsdetektors 16 relativ zur Strahlungsquelle 15 durch Verschieben des Strahlungsdetektors 16 längs des Zentralstrahls Z zu variieren. Die Hubeinrichtung 27 umfasst hierzu einen Antriebsmotor 28, dem ein Getriebe 29 nachgeschaltet ist, über das ein Zahnrad 30 angetrieben wird. Diese Hubmechanik, bestehend aus dem Antriebsmotor 28, dem Getriebe 29 und dem Zahnrad 30, ist lagefest am Bogenabschnitt 24 angeordnet. Das Zahnrad 30 kämmt mit einer Zahnstange 31, die am Bogenabschnitt 23 angeordnet ist. Am Bogenabschnitt 24 beziehungsweise seinem Befestigungsabschnitt 25 sind einander gegenüberliegende Führungsschienen 32 ausgebildet, auf denen entsprechende Laufelemente 33 des beweglichen Bogenabschnitts 23 laufen. Hierüber wird eine exakte Linearführung der Bogenabschnitte 23 und 24 zueinander realisiert. Je nach Ansteuerung des Antriebsmotors 28 über die den gesamten Betrieb der Röntgeneinrichtung 1 steuernde Steuerungseinrichtung, die hier nicht näher dargestellt ist, jedoch selbstverständlicherweise vorhanden ist, kann die Bewegung des Zahnrads 30 sowohl hinsichtlich der Drehrichtung als auch der Drehgeschwindigkeit variiert werden, worüber die Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des den Strahlungsempfänger 16 tragenden Bogenabschnitt 23 variiert werden kann. Selbstverständlich ist eine geeignete, hier nicht näher gezeigte Positionssensorik gegeben, die die exakte Positionierung des Bogenabschnitts 23 und damit des Strahlungsempfängers 16 relativ zur Strahlungsquelle 15 erfasst, wobei die Ansteuerung der Hubeinrichtung 27 in Abhängigkeit einer solchen Positionserfassung erfolgen kann.
Wenngleich hier ein Zahnstangenantrieb dargestellt ist, wäre gleichermaßen auch die Integration eines Spindelantriebs denkbar. Über den Antriebsmotor würde dann eine Antriebsspindel gedreht werden, auf der eine oder mehrere geeignete Spindelmuttern, die mit dem Bogenabschnitt 23 verbunden wären, laufen. Der Bogenabschnitt 23 wäre wiederum über geeignete Linearführungen (Führungsschienen 32, Laufelemente 33) linear geführt. Auch wäre es denkbar, an Stelle einer fachwerkartigen Strebenstruktur das Bogeninnere mit Trennwänden kassettenartig zu unterteilen, also eine Art Einschubfächer, die von der Seite her offen sind, zu gestalten. In diese kassettenartigen Einschubfächer können dann die Elektronikkomponenten 21 integriert werden. Um Kommunikations- oder Versorgungsleitungen durch das Bogeninnere ziehen zu können, werden diese Trennwände lokal durchbrochen. Selbstverständlich käme auch hier eine entsprechende Seitenverkleidung zum Einsatz.
Insgesamt bietet der erfindungsgemäß verwendete C-Bogen die Möglichkeit, beachtlich Gewicht einzusparen, resultierend aus der offenen Bogenstruktur. Die Integration der Hubeinrichtung in das Bogeninnere im unmittelbaren Bereich zur Drehachse 17, um welche der C-Bogen 14 relativ zur Bogenaufnahme 12 drehbar ist, ist weiterhin hinsichtlich der Optimierung des Bogenschwerpunkts von Vorteil. Die Hubeinrichtung 27 befindet sich in unmittelbarer Umgebung der Befestigung des C-Bogens am Roboterarm, die Linearbewegungsachse, längs welcher der Bogenabschnitt 23 und damit der Strahlungsempfänger 16 relativ zum Bogenabschnitt 24 beziehungsweise der Strahlungsquelle 15 bewegbar ist, steht bei dieser Anordnung senkrecht auf der Drehachse 17. Ein weiterer Vorteil der Integration der Hubeinrichtung 27 in das Bogeninnere im Bereich der Drehanbindung zum Roboterarm liegt ferner darin, dass der C-Bogen an der Detektorseite nicht mehr so hoch aufbaut, wie bei bekannten Röntgeneinrichtungen. Denn üblicherweise bedurfte die bei bekannten Röntgeneinrichtungen am Bogenende angeordnete Hubeinrichtung eines beachtlichen Bauraums, das heißt, sie erstreckte sich radial gesehen vom Bogenäußeren weg. Dies war mitunter für eine Bogenbewegung ein begrenzender Faktor, das heißt, dass manche Bogenpositionen infolge des weiter ausladenden Bogens nicht angefahren werden konnten.
Bezugszeichenliste

1: Röntgeneinrichtung
2: Industrie-Roboter
3: Roboterarm
4: Basis
5: Vertikalachse
6: Roboterarm
7: Basisteil
8: horizontale Achse
9: Roboterarm
9a: Armabschnitt
9b: zweiter Armabschnitt
10: zweite horizontale Achse
11: weitere Achse
12: C-Bogenaufnahme
13: Achse
14: C-Bogen
15: Strahlungsquelle
16: Strahlungsempfänger
17: Drehachse
18: Zugangsseiten
19: Bogeninnere
20: Streben
21: Elektronikkomponenten
22: Seitenwände
23: Bogenabschnitt
24: Bogenabschnitt
25: Befestigungsabschnitt
26: Befestigungsflansch
27: Hubeinrichtung
28: Antriebsmotor
29: Getriebe
30: Zahnrad
31: Zahnstange
32: Führungsschienen
33: Laufelemente

Claims

Röntgeneinrichtung umfassend einen um eine Drehachse drehbar gelagerten C-Bogen, an dem eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsdetektor angeordnet sind, deren Abstand zueinander mittels einer Hubeinrichtung, mittels der die Strahlungsquelle relativ zum Strahlungsdetektor längsbewegbar ist, oder umgekehrt, veränderbar ist, wobei der C-Bogen (14) aus zwei mittels der Hubeinrichtung (27) relativ zueinander bewegbaren Bogenabschnitten (23, 24) besteht, wobei am einen Bogenabschnitt (24) die Strahlungsquelle (15) und am anderen Bogenabschnitt (23) der Strahlungsempfänger (16) angeordnet ist, und wobei der C-Bogen (14) über einen der Bogenabschnitte (24) drehgelagert ist, während der andere Bogenabschnitt (23) an oder in diesem geführt ist, wobei die Bogenabschnitte (23, 24) als Metallgussteile ausgebildet sind.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (27) benachbart zur Drehachslagerung (12, 17) des C-Bogens (14) angeordnet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung des Bogenabschnitts (23) Führungsschienen (32) vorgesehen sind.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (27) im Inneren eines oder beider zumindest abschnittsweise hohlen Bogenabschnitte (23, 24) angeordnet ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung einen Antriebsmotor (28) und eine über diesen betätigbare Hubmechanik (29, 30, 31) aufweist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubmechanik ein über den Antriebsmotor (28) antreibbares stationäres Zahnrad (30) und eine an dem zu bewegenden Bogenabschnitt (23) angeordnete Zahnstange (31), mit der das Zahnrad (30) kämmt, umfasst.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubmechanik eine über den Antriebsmotor (28) antreibbare stationäre Gewindespindel aufweist, auf der wenigstens eine mit dem zu bewegenden Bogenabschnitt verbundenen Gewindemutter läuft.
Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung einen elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Stellzylinder aufweist, der mit beiden Bogenabschnitten gekoppelt ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenabschnitte (23, 24) Hohlkörper sind, und vorzugsweise an einer oder mehreren ansonsten offenen Seiten eine Versteifungsstreben (20) umfassende fachwerkartige Struktur aufweisen.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Bogen an einem Roboterarm drehbar gelagert ist.