用於確定沿相關軸可直線運動的部件的位置的設備和方法
2023-06-05 04:36:21 1
專利名稱：用於確定沿相關軸可直線運動的部件的位置的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定沿相關軸可直線運動的部件的位置的設備，以及一種用於確定沿相關軸可直線運動的部件的位置的方法。
背景技術：
在許多技術應用中必須精確地確定可運動部件的位置。在最簡單的情況中，這也通過在運動歷程上整合相關的驅動器實現，例如步進馬達、直線驅動器等。但對於許多應用，例如對於醫療技術、測量技術、光學等，該測量方法的精確度不足。
在醫療技術中，精確的位置確定的必要性的示例為多片準直器的領域。
多片準直器用於在治療性放射治療中通常由直線加速器所產生的X射線束的射束成型。此類準直器包括多個由例如鎢的不透過X射線的材料製成的片，所述片可運動地布置，使得通過其定位可使射束的橫截面輪廓與處在治療射束中的待治療的組織區域的外周輪廓相匹配。以此保證，例如腫瘤的待治療的組織得到希望的輻射劑量，而周圍組織儘可能低地受到負荷。
在放射治療的現代方法中，例如在動態弧形照射中，此外片位置必須不斷地調整， 因為射束相對於患者運動並且待照射的組織的外周輪廓因此取決於射束相對於患者的角度位置改變。也在用於將輻射在待照射的區域內儘可能均勻地分布並且因此補償了通過身體的射束歷程中的不均勻性所謂的強度調製處理中，需要持續地調整準直器的片位置。
為保證此類多片準直器的特別可靠的運行，需要使得片的各位置在每個時刻精確地已知。從現有技術中為此已知安裝與各片的邊緣直接接觸的壓電轉換器，並且通過壓電轉換器感應片內的表面波。這樣的表面波，優選地為邊緣波沿片的邊緣運行並且在限定的障礙上,例如在片的角部上反射。從發射的和反射的信號的信號運行時間可確定片的相對位置。
該實施方式的缺點是在運動的片和壓電轉換器之間出現磨損。這可通過有目的地塗敷壓電轉換器降低，為此例如使用濺鍍層或粘合的硬材料板。即使在這些實施方式中仍出現明顯的磨損，這限制了系統的壽命並且導致了昂貴的檢查和必須的維修工作。
可比較的問題也在另外的醫療技術設備的位置確定中出現，例如在使用成像方法的檢查中會出現的檢查臺的情況下。發明內容
因此，本發明的任務在於，提供一種用於確定沿相關軸可直線運動的部件的位置的設備以及一種用於確定沿相關的軸可直線運動的部件的位置的方法，所述設備和方法特別地實現了無磨損的運行以及同時更可靠的位置確定。
該任務通過按照本發明的特徵的設備以及按照本發明的方法解決。
為確定沿至少一個軸可直線運動的部件的位置，根據本發明，將該部件與在軸方向上延伸的參考元件相關聯，該部件與該參考元件可機械接觸，其中在參考元件上布置了各自壓電轉換器以用於產生和接收在參考元件的材料內的振動。
因此，與現有技術相反，在壓電變換器和可運動部件之間不存在直接接觸。特別地，壓電變換器固定地安裝因此不具有與另外的部件可運動地接觸的接觸面。由此完全防止了壓電變換器的磨損，使得可省去昂貴的檢查和維護工作。
部件的位置確定也在根據本發明的設備中通過產生表面波來進行，但所述表面波在該情況中不在片自身內而是在參考元件內產生。由壓電變換器發出的表面波沿參考元件運行並且在參考元件和可運動部件之間的接觸點上被反射。在此，也可又從發射的信號和接收的信號之間的信號運行時間推斷出部件的位置。由此，實現了可靠地位置確定。
優選地，參考元件構造為固定在保持框架上的板。板形的構造實現了特別好的表面波傳播。
在此特別合適的是，使可運動部件與其上布置了各自壓力變換器的參考元件的邊緣機械地接觸。恰恰沿此類板形參考元件的邊緣實現了特別好的波傳播。特別地，波作為橫波沿邊緣傳播，而波主要作為縱波穿透參考元件的主體。橫波可特別可靠地被反射，並且因此以特別好的信噪比被檢測到。
優選地，可運動部件和參考元件之間的機械接觸通過滑動或滾動元件產生。此類機械接觸實現了特別好的少磨損的運行，使得在此也保證了長的壽命並且最大程度上避免了昂貴的維護。
為能夠可靠地反射由壓電變換器所產生的信號，有利的是在滑動或滾動元件和參考元件之間存在5至ION的壓緊力(Anpresskraft)。
有利地，參考元件和滑動或運動元件被磁化。為此，特別地建議將鐵磁性的特別是用磁性的材料用於參考元件和滑動或滾動元件。通過磁化，可在兩個元件之間產生必需的壓緊力，而無需額外的機械的並且會磨損的元件，例如彈簧。
當滑動或滾動元件在參考元件的槽內可運動時，可實現滑動或滾動元件和參考元件之間的更高的磁性壓緊力。為降低滑動或滾動元件和槽之間的側向接觸並且因此降低由於不必要的摩擦導致的磨損，合適的是將槽構造為圓錐形的。作為其替代或補充，可將槽的側壁或也將滑動或滾動元件的側面以非金屬材料塗覆，使得在兩個元件之間不存在不導致希望的壓緊壓力的磁力作用。這降低了元件之間的摩擦並且因此降低了磨損。
在優選的實施方式中，構造了用於確定用於在X射線設備內的射束成形的片準直器的片的位置的設備。由於設備的佔地要求低，所以設備在此特別好地適合於實現片調節的精度。
在另外的優選實施方式中，構造了用於確定醫療設備的檢查臥榻的位置的設備。 在此也可通過使用設備保證位置調節的必需的精度，例如在用於成像方法的設備中的檢查臥榻所需的情況。
本發明此外涉及一種用於確定沿至少一個軸可直線運動的部件的位置的方法，其中通過在軸方向上延伸的參考元件上固定的壓電變換器在參考元件內產生了振動信號。該振動信號優選地以表面波或邊緣波的形式在可運動部件和參考元件之間的觸及點上被反射。如此反射的振動信號由壓電變換器再次接收，其中從發送和接收之間的時間差確定參考元件上的觸及點的位置。如根據本發明的設備已解釋，可以通過此方式簡單並且可靠地確定部件相對於壓電變換器的位置，其中避免了由於壓電變換器和部件之間的直接接觸導致的磨損。
在本發明的另外的構造中，在參考元件的邊緣上產生振動信號，所述邊緣與部件觸及接觸。邊緣提供了特別有利的用于振動信號的傳播路徑，所述振動信號沿邊緣主要以橫波形式運行，所述橫波被特別好地反射並且因此能以特別好的信噪比被檢測到。
在可運動部件和參考元件之間的觸及點優選地通過可運動部件的滑動或滾動元件在參考元件的邊緣上的壓緊而產生。這降低了片和參考元件之間的摩擦，使得在此也最大程度上避免了磨損。為將滑動或滾動元件壓緊，優選地使用磁性力，為此將滑動或滾動元件以及參考元件磁化。由此，可省去用於將兩個元件相對壓緊的機械元件，使得在此也避免了磨損。
特別地合適地，使用5至ION的壓緊力，以實現對射入振動信號的特別好的反射。
在下文中根據附圖詳細解釋本發明及其實施方式。在此，
圖1示出了帶有根據本發明的設備的實施例的多片準直器的片的示意圖。
具體實施方式
在下文中以多片準直器的實施例來解釋根據本發明的用於確定沿至少一個軸可直線運動的部件的位置的設備的實施例的工作方式。
用於治療照射例如腫瘤等的多片準直器包括多個在光程中可運動的片10。通過在圖1中未示出的機構實現的片10的運動，可形成光程的橫截面輪廓並且將其與待照射的組織部分的外周輪廓匹配。在現代放射治療方法中，在此還需要將片位置動態地調整，以例如調製輻射的強度或在射束和患者之間的相對運動的情況下將射束的橫截面輪廓與取決於患者和射束之間的各自角度位置的外周輪廓匹配。
為實現可靠的照射，即在待照射的組織上集中最大的希望的射線強度，而儘可能低地照射並且因此儘可能低地損傷周圍組織，在此需要精確識別將片10在每個時刻的位置。為此，多片準直器包括板12，所述板12在片10的運動方向上即在箭頭14的方向上延伸。在片10上安裝了保持器16，在所述保持器16內支承了滑輪18。滑輪18沿板12的邊緣20運行。
為確定片10的位置，在板12的邊緣20上布置壓電變換器22。為測量片10的位置，由壓電變換器20在片12內激勵振動，所述振動作為邊緣橫波在箭頭24的方向上沿邊緣20運行並且在滑輪18的支承點上被反射。反射的波與原來的邊緣波反向地又運行到壓電變換器22上，並且被壓電變換器22接收。從原來的波和反射的波的運行時間可確定壓電變換器22和滑輪18的支承點之間的距離，由此又可計算出片10的瞬時位置。
為特別可靠地檢測反射波，即達到大的信噪比，滑輪18在板12的邊緣20上的壓緊力應達到大約5至10N。為以儘可能低的機械成本並且儘可能低的磨損實現此類壓緊壓力，滑輪18以及板12優選地被磁化。特別地，為此提供了鐵磁性優選地永磁性的材料的應用。滑輪18的磁化在此合適地與其軸26平行地定向。
為了一方面實現滑輪18的良好限定的支承點並且另一方面實現滑輪18和邊緣20 之間的儘可能低的磨損，合適的是使滑輪18在安裝在邊緣20內的槽內運行。為實現所提到的目標，應注意的是滑輪18儘可能僅支承在槽底上，而槽的側壁不被觸及。為此，合適的是槽的錐形的構造。為避免滑輪18和槽的側壁之間的不希望的力，進一步有利的是將滑輪 18的側面以及槽側壁塗覆以非磁性材料，使得磁化的滑輪18和磁化的板12之間的力優選地僅向槽底定向。
總之，因此實現了特別地少磨損的多片準直器，因為特別地壓電變換器不與另外的部件發生可運動的接觸。由此，此外實現了更好的振動傳遞，這導致沿邊緣20運行的表面波的更高的幅值。由此又導致了更強地反射的波，所述波通過向壓電變換器22的改進的振動傳遞導致明顯的回聲幅值提高，並且因此導致了改進的信噪比。磁化的滑輪18在磁化的板12上的使用也由於省去了例如彈簧的另外的機械地產生力的系統而導致了在滑輪支承件內的力卸載，並且因此導致了在滑輪支承件內的降低的磨損。
當然，本發明不限制於在此典型地描述的多片準直器的實施例。基於相同的基礎也可確定任意另外的可直線運動的部件的位置。例如，用於醫療設備的檢查臥榻、測量裝置、光學儀器、工具機，等等。·
權利要求
1.一種用於確定沿相關的軸可直線運動的部件(10)的位置的設備，其特徵在於，至少一個部件(10)與在相關的軸的方向上延伸的參考元件(12)相關聯，所述部件(10)與該參考元件(12)可機械接觸，其中，在所述參考元件(12)上布置了各自壓電轉換器(22)以用於產生和接收在該參考元件(22)的材料內的振動。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述參考元件(12)構造為固定在保持架上的板。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，所述部件(10)與其上布置了各自壓力變換器(22)的參考元件(12)的邊緣(20)機械地接觸。
4.根據權利要求1至3中一項所述的設備，其特徵在於，所述部件(10)和參考元件(12)之間的機械接觸通過滑動或滾動元件(18)產生。
5.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，在所述滑動或滾動元件(18)和參考元件(12)之間存在5至ION的壓緊力。
6.根據權利要求4或5所述的設備，其特徵在於，所述參考元件(12)和滑動或滾動元件(18)被磁化。
7.根據權利要求4至6中一項所述的設備，其特徵在於，所述滑動或滾動元件(18)在參考元件(12)的槽內可運動。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述槽構造為錐形。
9.根據權利要求7或8所述的設備，其特徵在於，所述槽的側壁以非磁性材料塗敷。
10.根據權利要求7至9中一項所述的設備，其特徵在於，所述滑動或滾動元件(18)的側面以非磁性材料塗敷。
11.根據權利要求1至10中一項所述的設備，其特徵在於，所述設備構造為用於確定用於在X射線設備內的射束成形的多片準直器的片(10)的位置。
12.根據權利要求1至10中一項所述的設備，其特徵在於，所述設備構造為用於確定醫療設備的檢查臥榻的位置。
13.一種用於確定沿至少一個相關的軸可直線運動的部件(10)的位置的方法，其中，通過在相關的軸方向上延伸的參考元件(12)上固定的壓電變換器(22)在參考元件(12)內產生振動信號，並且在所述部件(10)和參考元件(12)之間的觸及點上接收反射的振動信號，其中從發送和接收之間的時間差確定在所述參考元件上的觸及點的位置。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，在所述參考元件(12)的邊緣(20)上產生振動信號，所述邊緣與所述部件(10 )觸及接觸。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特徵在於，所述部件(10)和參考元件(12)之間的觸及點通過將該部件(10)的滑動或滾動元件(18)在所述參考元件(12)的邊緣(20)上的壓緊而產生。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，將所述滑動或滾動元件(18)磁性壓緊。
17.根據權利要求15或16所述的方法，其特徵在於，將所述滑動或滾動元件(18)以5至ION的力壓緊。
全文摘要
本發明涉及用於確定沿相關的軸可直線運動的部件(10)的位置的設備和方法，其中，至少一個部件(10)與在相關的軸的方向上延伸的參考元件(12)相關聯，所述部件(10)與該參考元件(12)可機械接觸，其中在所述參考元件(12)上布置了各自壓電轉換器(22)以用於產生和接收在參考元件(22)的材料內的振動。
文檔編號A61N5/10GK103007439SQ20121035913
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月24日 優先權日2011年9月22日
發明者F.迪勞夫, K.法姆鮑爾, C.舒, T.斯坦科普夫, A.沃爾夫 申請人:西門子公司