HOTH TOBIAS (DE)
DOLESCHAL STEFAN (DE)
HOTH TOBIAS (DE)
| US6045262A | 2000-04-04 | |||
| EP0712606A1 | 1996-05-22 | |||
| DE19929654C1 | 2001-05-10 |
| 1. | Vorrichtung zur motorischen Unterstützung einer Patienten positioniereinrichtung mit einer Steuerungseinrichtung (1) , einem durch ein Steuersignal der Steuerungseinrichtung (1) steuerbaren elektromotorischen Antrieb (3), Mitteln (2) zur Erfassung einer Stellung des elektromotorischen Antriebs (3), einer verschiebbaren Patientenliege (6), einem durch den e lektromotorischen Antrieb (3) angetriebenen Liegenantrieb (4) zum Verschieben der Patientenliege (6), und einem Positions¬ sensor (7) zur Erfassung der Position der Patientenliege (6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Liegenantrieb (4) in Bezug auf die Verschieberichtung der Patientenliege (6) nachgiebig und/oder elastisch ist, dass ein Ausgangssignal der Mittel (2) sowie ein Ausgangssignal des Positionssensors (7) der Steuerungseinrichtung (1) zuge¬ führt werden, und dass die Steuerungseinrichtung derart aus¬ gebildet ist, dass sie das Steuersignal für den elektromoto¬ rischen Antrieb (3) in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ausgangssignale relativ zu einander erzeugen kann. |
| 2. | Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Steuerungseinrichtung (1) eine Veränderung des Ausgangs Signals des Positionssensors (7) erfasst, dass sie eine Ver¬ änderung des Ausgangssignals der Mittel (2) erfasst, und dass sie das Steuersignal für den elektromotorischen Antrieb (3) in Abhängigkeit von der jeweiligen Veränderung beider Aus¬ gangssignale erzeugen kann. |
| 3. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Steuerungseinrichtung (1) Zugriff auf ein Kalibiermittel hat, anhand dessen sie in Abhängigkeit von den Ausgangssigna len des Positionssensors (7) und der Mittel (2) das Steuer¬ signal für den elektromotorischen Antrieb (3) erzeugen kann. |
| 4. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Steuerungseinrichtung (1) das Steuersignal für den elekt¬ romotorischen Antrieb (3) in Abhängigkeit von einer Verände rung des Ausgangssignals des Positionssensors (7) erzeugt, die nicht einer gleichzeitigen Veränderung des Ausgangssig¬ nals der Mittel (2) entspricht. |
| 5. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der elektromotorische Antrieb (3) als Servomotor ausgeführt ist . |
| 6. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Mittel (2) zur Erfassung einer Stellung des elektromoto¬ rischen Antriebs (3) als Resolver ausgeführt sind. |
| 7. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Mittel (2) einen Drehwinkel des elektromotorischen An¬ triebs (3) erfassen. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Liegenantrieb (4) als Riemen oder Band ausgeführt ist. |
| 9. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Liegenantrieb (4) zumindest teilweise aus Kunststoff be¬ steht. |
| 10. | Verfahren zur motorischen Unterstützung einer Patienten positioniereinrichtung, umfassend die Schritte: a) Erfassen einer Position einer Patientenliege (6), b) Erfassen einer Stellung eines elektromotorischen Antriebs (3), durch den die Patientenliege (6) verschiebbar ist, c) Erzeugen eines Steuersignals für den elektromotorischen Antrieb (3) in Abhängigkeit von der Position der Patienten¬ liege (6) und der Stellung des elektromotorischen Antriebs (3) . |
| 11. | Verfahren nach Anspruch 10, umfassend den weiteren Schritt des Erfassens einer Veränderung der Position der Pa¬ tientenliege (6) . |
| 12. | Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Steuersignal in Ab¬ hängigkeit von der Veränderung der Position der Patientenlie¬ ge (6) erfolgt. |
| 13. | Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend den weiteren Schritt des Zugreifens auf ein Kalibriermittel, wobei das Steuersignal anhand des Zugriffs auf das Kalibrier¬ mittel erzeugt wird. |
| 14. | Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Steuersignal in Abhängigkeit von einer Veränderung der Posi¬ tion der Patientenliege (6) erzeugt wird, die nicht einer gleichzeitigen Veränderung der Stellung des elektromotori¬ schen Antriebs (3) entspricht. |
Vorrichtung und Verfahren zur motorischen Unterstützung einer Patientenpositioniereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur motorischen Un¬ terstützung einer Patientenpositioniereinrichtung.
Patientenpositioniereinrichtungen werden in Verbindung mit medizinischen Diagnose- oder Therapiegeräten, wie z.B. Compu¬ tertomographie-, Magnetresonanz-, Röntgen-, Strahlentherapie- , Ultraschall-Geräten etc. verwendet. Sie dienen der Positio¬ nierung eines Patienten oder sonstigen Objekts im Wirkbereich des medizinischen Geräts. Der Wirkbereich ist bei bildgeben- den diagnostischen Geräten der Scanbereich, in dem der Pati¬ ent positioniert sein muss, um ein diagnostisches Bild zu er ¬ zeugen. Bei Therapie-Geräten kann der Wirkbereich z.B. ein Bereich innerhalb eines Strahlenbündels sein, in dem eine therapeutische Bestrahlung, z.B. mit Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahl, erfolgen kann.
Positioniereinrichtungen weisen in der Regel eine Tischplatte auf, auf der der Patient liegen oder gegebenenfalls sitzen kann, um im Wirkbereich des medizinischen Geräts positioniert zu werden. Der Begriff Wirkbereich soll dabei so verstanden werden, dass ein Patient oder Körper, von dem eine CT- Aufnahme erzeugt werden soll, sich im Wirkbereich befinden muss. Die Tischplatte kann höhenverstellbar, rotierbar und kippbar gelagert sein. Üblicherweise ist sie in Längsrichtung verschiebbar, außerdem sind auch in Querrichtung verschiebba¬ re Tischplatten üblich.
Zum Ändern der Position der Tischplatte sind motorische An¬ triebe üblich, die einer Bedienperson insbesondere auch bei aufliegendem Patienten den Kraftaufwand für die manuelle Po ¬ sitionierung ersparen. Die motorischen Antriebe zum Verstel¬ len der Position werden von einer Steuerungseinrichtung ge-
steuert, die mittels unterschiedlichster Eingabevorrichtungen bedient werden kann, z.B. Joystick, Mouse, Tastatur, Touch- screen etc. Derartige Steuerungen können jedoch insofern als nachteilig empfunden werden, als beim Steuern kein direkter Patientenkontakt gegeben ist. Zur Überwindung dieses Nach ¬ teils ist es bekannt, eine Möglichkeit zur manuellen Ver ¬ schiebung der Tischplatte zusätzlich zur motorischen Ver¬ schiebung beizubehalten. Wegen des angekoppelten motorischen Antriebs muss eine Bedienperson dabei jedoch die Schwergän- gigkeit des motorischen Antriebs, z.B. Motor und Getriebe, überwinden.
Um das manuelle Verschieben der Tischplatte trotz angekoppel ¬ ten Antriebs zu erleichtern, ist es aus der DE 199 29 654 be- kannt, den Antrieb mittels elektromagnetischer oder mechani¬ scher Kupplungen an die Tischplatte anzukoppeln. Soll der Tisch manuell verschoben werden, wird er durch die Kupplung vom Antrieb entkoppelt, so dass lediglich noch die Reibungs ¬ kräfte der Tisch-Lagerung, z.B. Rollen, Linearführungen oder Kugellager, und des Antriebsstrangs, z.B. umfassend Zahnrie ¬ men oder Zahnstangen, überwunden werden müssen. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch zum einen, dass auch die Kupplung durch manuelle Betätigung oder Kraftaufwand zunächst gelöst werden muss, und zum anderen, dass die Kupplung einen erheb- liehen konstruktiven Zusatzaufwand bedeutet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Patientenposi- tioniereinrichtung anzugeben, die sowohl eine motorische als auch eine manuelle Verschiebung der Tischplatte ermöglicht, und die gleichzeitig mit geringem Kraftaufwand bedienbar und mit geringem konstruktivem Aufwand realisierbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs sowie durch ein Verfah- ren mit den Merkmalen des 10. Patentanspruchs.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kopplung zwischen motorischem Antrieb und Tischplatte einer Patienten- positioniereinrichtung elastisch verformbare oder nachgiebige Komponenten aufweist. Dadurch kann bei einer Krafteinwirkung auf die Tischplatte, z.B. durch manuelles Schieben, eine ge ¬ ringe Verschiebung der Tischplatte bewirkt werden, deren Aus ¬ maß vom Grad der Nachgiebigkeit bzw. von der Elastizität der Kopplung abhängt. Zum Beispiel sind Positioniereinrichtungen bekannt, bei denen die Tischplatte durch einen Motor- getriebenen Kunststoffriemen oder ein Kunststoffband verscho¬ ben wird. Die Elastizität dieser Kunststoffkomponente im An ¬ triebsstrang bewirkt eine Nachgiebigkeit in Verschieberich¬ tung insofern, dass die Tischplatte auch bei stehendem Motor¬ antrieb geringfügig bewegbar ist.
Die Erfindung nutzt diesen Umstand dadurch, dass eine Steue ¬ rung des Antriebs durch Bewegungen der Tischplatte ausgelöst wird, die im Umfang der Nachgiebigkeit oder Elastizität der Kopplung zwischen Antrieb und Tischplatte erfolgen. Und zwar wird eine Steuerung durch manuell verursachte Bewegungen der Tischplatte ausgelöst, die nicht durch den motorischen An ¬ trieb verursacht wurden, die also trotz stehendem Antrieb er ¬ folgen. Zu diesem Zweck braucht lediglich die tatsächliche Position der Tischplatte mit der gegenwärtigen Stellung des Motorantriebs verglichen zu werden. Unter dem Begriff Stel¬ lung des Motorantriebs soll dabei eine Größe verstanden wer ¬ den, von der die Positionierung der Tischplatte abhängig ist, z.B. ein Drehwinkel der Antriebsachse.
In besonders vorteilhafter Weise macht sich die Erfindung da¬ bei zu Nutze, dass ein Messsystem, z.B. ein Seilzugabsolut ¬ wertgeber, Drehpotentiometer, Linearpotentiometer, optischer Absolutwertgeber etc., zur Erfassung der Tischposition bei motorisch unterstützten Positioniereinrichtungen üblicherwei- se ohnehin vorgesehen ist, und dass ein weiteres Messsystem, z.B. ein so genannter Resolver, zur Erfassung der Stellung des Motorantriebs ebenfalls üblicherweise vorgesehen ist.
Diese beiden Messsysteme liefern gerade diejenigen Positions- Informationen, die zur Realisierung der Erfindung benötigt werden.
Positionsveränderungen, die durch den motorischen Antrieb hervorgerufen werden, sind durch eine feste Zuordnung zwi¬ schen dem Signal des Messsystems für die Tischposition und dem Signal des Messsystems für die Motorantriebs-Stellung ge¬ kennzeichnet. Die gegenseitige Zuordnung der beiden Signale kann z.B. durch eine Kalibriermessung aufgezeichnet werden. Für den Betrieb der Positioniereinrichtung kann sie als be¬ kannt vorausgesetzt werden.
Umgekehrt verursacht eine manuelle Verschiebung der Tisch- platte ein Signal am Messsystem für die Tisch-Position, das dem gegenwärtigen Signal des Messsystems für die Motoran¬ triebs-Stellung gemäß kalibriertem Zusammenhang nicht ent¬ spricht. Anhand einer solchen Abweichung der Signale der bei¬ den Messsysteme kann die Richtung der manuellen Verschiebung anhand des Vorzeichens der Abweichung und die manuell aufge ¬ brachte Schiebekraft anhand des Betrags der Abweichung ermit ¬ telt werden. Richtung und Verschiebekraft werden dann zur Steuerung des motorischen Antriebs derart herangezogen, dass eine manuelle Verschiebung der Tischplatte durch Motorkraft unterstützt wird. In dieser Weise wird also eine Servo- Unterstützung erreicht.
Durch die motorische Servo-Unterstützung ergibt sich der Vor¬ teil, dass auch bei einer schwergängigen Antriebs- und Ver- schiebe-Mechanik eine geringe Verschiebekraft realisiert wer ¬ den kann. Die tatsächliche Verschiebekraft kann durch die Steuerung des Motorantriebs sogar so geregelt werden, dass sie unterhalb der Verschiebekraft liegt, die z.B. bei mittels einer Kupplung entkoppeltem Motorantrieb gegeben wäre.
Durch die Verwendung der bereits vorhandenen Messsysteme er¬ gibt sich der weitere Vorteil, dass zusätzliche Messsysteme
nicht eigens vorgesehen werden müssen. Stattdessen kann die Erfindung ausschließlich über die Steuerung des Motorantriebs implementiert werden. Je nach Ausführung kann sie durch ein¬ fache Umprogrammierung der Motorsteuerungs-Software implemen- tiert werden.
Es ergibt sich der weitere Vorteil, dass eine Kupplung zum Entkoppeln von Tischplatte und Motorantrieb nicht mehr erfor ¬ derlich ist, so dass konstruktiver Aufwand, Materialkosten, Montageaufwand und Wartungsaufwand verringert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentan¬ sprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Ausfüh¬ rungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 schematische Darstellung eines medizinischen Geräts mit Positioniereinrichtung, und
FIG 2 schematische Darstellung der motorischen Unterstüt ¬ zung der Positioniereinrichtung.
In Figur 1 ist schematisch ein medizinisches Gerät, nämlich ein Computertomographie-Gerät 10, nachfolgend als CT-Gerät bezeichnet, samt Patientenpositioniereinrichtung dargestellt. Das CT-Gerät 10 weist eine Untersuchungsöffnung 11 auf, in ¬ nerhalb der sich der Wirkbereich des Geräts befindet, also der Bereich, in dem sich ein Patient oder Körper befinden muss, um eine CT-Aufnähme erzeugen zu können.
In Verbindung mit dem Computertomographen 10 ist eine Patien- tenpositioniereinrichtung vorgesehen, die eine auf einem Lie¬ gensockel 12 verschiebbar gelagerte Tischplatte 6 aufweist. Ein zu untersuchender Patient 5 liegt auf der Tischplatte 6 auf. Durch Verschieben der Tischplatte 6 kann er in die Un¬ tersuchungsöffnung 11 hinein geschoben werden, um eine CT- Aufnähme zu erzeugen.
Die Verschiebung der Tischplatte 6 erfolgt durch einen in Fi¬ gur 1 nicht näher dargestellten motorischen Antrieb, der durch eine Steuerungseinrichtung 1 gesteuert wird. Eine Be- dienperson kann die Steuerungseinrichtung 1, die wie in der Figur angedeutet, z.B. ein Computer sein kann, mittels ver¬ schiedener an Eingabegeräten bedienen.
In Figur 2 ist die Steuerung des motorischen Antriebs der Tischplatte 6 schematisch dargestellt. Die Tischplatte 6, auf der der Patient 5 aufliegt, kann durch einen Liegenantrieb 4 verschoben werden. Der Liegenantrieb 4 ist andeutungsweise als Riemen oder Band dargestellt, das um zwei Umlenkrollen läuft. Die Verschieberichtung ist durch einen horizontal ori- entierten Doppelpfeil angedeutet.
Der Liegenantrieb 4 wird durch einen Elektromotor 3 angetrie ¬ ben, der mit einer der beiden Umlenkrollen gekoppelt ist. Im Hinblick auf die Anforderung, die Tischplatte 6 möglichst ex- akt positionieren zu können, ist der Elektromotor 3 als Ser¬ vomotor ausgeführt. Die jeweils aktuelle Stellung des Elekt ¬ romotor 3, in aller Regel ein Drehwinkel, wird durch einen Resolver 2 erfasst; Resolver sind üblicherweise als Messsys ¬ tem für die Stellung von Servomotoren vorgesehen. Der Resol- ver 2 liefert die jeweils aktuelle Stellung des Elektromotors 3 als Ausgangssignal an die Steuerungseinrichtung 1. Der Steuerungseinrichtung 1 ist dadurch die jeweils aktuelle Stellung des Elektromotors 3 bekannt.
Die Position der Tischplatte 6 wird durch ein weiteres Mess ¬ system, einen Positionssensor 7, erfasst. Der Positionssensor 7 ist mit einem Positionsgeber 8 verbunden, der die Informa¬ tion über die Position der Patientenliege 6 als Ausgangssig ¬ nal an die Steuerungseinrichtung 1 abgibt. Damit ist der Steuerungseinrichtung 1 auch die jeweils aktuelle Position der Patientenliege 6 bekannt.
In der Steuerungseinrichtung 1 ist in einem Kalibriermittel eine Kennlinie abgelegt, aus der der Zusammenhang zwischen der Stellung des Elektromotor 3 und der Position der Patien¬ tenliege 6 bei Abwesenheit äußerer Krafteinwirkung auf die Tischplatte 6 ermittelbar ist. Die Kennlinie kann z.B. tabel ¬ larisch oder als mathematische Formel abgelegt sein. Sie kann bei Inbetriebnahme, Wartung oder Montage der Positionierein¬ richtung im Rahmen einer Kalibriermessung ermittelt werden.
Anhand der Kennlinie kann die Steuerungseinrichtung 1 ermit¬ teln, ob eine äußere Verschiebekraft auf die Tischplatte 6 einwirkt, da das Positionssignal dann dem Signal für die Stellung des Elektromotors 3 nicht mehr gemäß Kennlinie ent ¬ spricht. Mit anderen Worten entspricht dann die Position der Patientenliege 6 nicht mehr der laut Kennlinie zugehörigen Stellung des Elektromotors 3.
In einer Ausführungsvariante für die Steuerungseinrichtung 1 wird wie beschrieben das Signal für die Position der Tisch- platte 6 mit demjenigen für die Stellung des Elektromotors 3 verglichen. Der Vergleich wird also zwischen Absolutwerten gezogen.
In einer weiteren Ausführungsvariante ermittelt die Steue- rungseinrichtung 1 eine Veränderung der Position der Tisch¬ platte 6 sowie eine Veränderung der Stellung des Elektromo ¬ tors 3. Anhand der Kennlinie vergleicht sie sodann, ob die Änderung der Position der Tischplatte 6 derjenigen der Stel¬ lung des Elektromotors 3 gemäß Kennlinie entspricht.
In einer weiteren Ausführungsvariante ermittelt die Steue ¬ rungseinrichtung 1, ob eine Änderung der Position der Tisch¬ platte 6 erfolgt. Ist dies der Fall, ermittelt sie anschlie ¬ ßend, ob auch eine Änderung der Stellung des Elektromotors 3 erfolgt ist. Ist dies nicht der Fall, so kann bereits ohne weiteren Zugriff auf das Kalibriermittel der Elektromotor 3 angesteuert werden. Auf diese Weise ist eine zumindest an-
fängliche Servo-Unterstützung mit besonders kurzer Reaktions ¬ zeit realisierbar, da nicht zuerst eine Auswertung der Kenn¬ linien erfolgen muss.
Weitere Ausführungsvarianten der Steuerungseinrichtung 1 er¬ schließen sich für den Fachmann ohne weiteres und ergeben sich aus Erkenntnissen der Regeltechnik.