具有重力平衡裝置的c臂x射線設備的製作方法

2023-10-25 08:51:57 2

專利名稱：具有重力平衡裝置的c臂x射線設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有C臂的C臂X射線設備，所述C臂可繞垂直於C臂平面延伸的軌道軸旋轉。所述C臂X射線設備包括用於補償C臂的不利轉矩的重力平衡裝置。
背景技術：
C臂設備當今越來越廣泛地被應用於醫學技術中。其中在C形的基體上固定著診斷或者治療器械。C臂基於其形狀可以運動，而且診斷或者治療器械藉助於所述C臂可以沿軌道繞病人待檢查或者待治療的部位運動，以便不必對病人進行挪動移位，就能到達病人與診斷或者治療器械之間不同的角度位置。一種在C臂的一端安裝X射線源以及在相對置的一端安裝X射線接收器或者圖像增強器的X射線裝置，越來越廣泛地主要被作為診斷器械使用。這類X射線C臂具有可以 忽略不計的自重。如果在C臂中，X射線的等中心點恰好與C臂中心重合，則稱之為等中心C臂。在如此設計的X射線C臂中，即X射線系統的主射線穿過位於軌道軸(軌道運行的旋轉軸)上的裝置的等中心點延伸，裝置的總重心因為重力的關係必然處於等中心點外，即與軌道軸沿徑向間隔距離。因此，整個裝置的自重造成了施加到C臂的轉矩。裝置的重心因此向其穩定的平衡點，即通過軌道運動可到達的軌道軸下方的最低點移動。為了在某個位置或者運動時固定C臂，必須因此耗費克服裝置的固有轉矩的力。例如，處於某個位置的C臂必須藉助於適當的制動裝置被固定在支承裝置上。但是，值得期望的是，在C臂上設置一個重力平衡裝置，以此使C臂在任何的運動位置上都幾乎不受力作用，即沒有絲毫與轉軸有關的轉矩被作用到C臂上。在DE102004011460A1中描述了多個用於解決重力平衡問題的方案。第一個方案是，將X射線源和圖像增強器定位成，使得C臂和X射線裝置的總重心處於旋轉軸上。因為X射線部件較重，必須將這些X射線部件作為C臂重量的補償，進一步地向C臂的端部偏移。這樣，X射線系統的主射線不再延伸經過裝置的等中心點。在第二種方案中，將X射線系統定位成，使得其主射線傳輸經過等中心點。另外，在C臂的端部安置配重，以便以此方式將裝置的總重心重新移置到等中心點上。但是，較重的配重顯著地提高了裝置的總重量且在力學上加重了 C臂的負擔，從而使得該C臂因自變形而損壞。第三種方案是，藉助於制動器和電機驅動裝置對C臂施加影響，使得由於重力而由C臂的重心產生的轉矩，被電驅動裝置和制動器補償。但是這種方案的缺點是，C臂需要電流才能運動。因此在停電時可能出現危害病人的情形，因為例如不能提供通過移動C臂來接近該病人的可能性。在第四種方案中，C臂的重力平衡裝置包含一種與所述C臂通過傳動機構運動耦接的配重。專利文獻DE69119904T2公開了一種具有重力平衡裝置的C形X射線檢查支架，所述重力平衡裝置藉助於配重工作。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供另一種具有重力平衡裝置的C臂X射線設備。按照本發明，所提出的技術問題藉助於一種C臂X射線設備得以解決。本發明利用一種具有C臂的C臂X射線設備，所述C臂 可繞垂直於C臂平面延伸的軌道軸旋轉。設備包括X射線源和X射線檢測器，其中C臂、X射線源和X射線檢測器的總重心，對所述C臂施加第一轉矩。經可旋轉的凸輪與C臂運動耦合的質量，藉助於其重量產生平衡所述第一轉矩的第二轉矩。本發明的優點在於，C臂在沿軌道運動時，是完全重力平衡的且可以無轉矩地停留在任意的旋轉位置。在一種擴展設計中，C臂繞軌道軸的旋轉可以帶動凸輪旋轉，從而使得第二轉矩能
夠平衡第一轉矩。在另一種實施形式中，C臂上的角度改變會引起凸輪上的角度改變。此外，凸輪的旋轉，改變了產生第二轉矩的配重的力臂。在一種擴展設計中，C臂X射線設備可以包括與所述C臂連接的帶式驅動裝置，所述帶式驅動裝置將C臂的旋轉轉化成凸輪的旋轉。在另一種實施形式中，凸輪可以具有這樣的輪廓，使得產生第二轉矩的力臂，在凸輪旋轉時遵循餘弦函數。另外，C臂可以繞與軌道軸垂直相交的角向軸線偏轉。此外，可以將C臂可移動地支承在包括凸輪和外殼的支承裝置上。


本發明其它的特點和優點，從下列根據附圖對實施例所作的說明中得出，圖I示意性地表示出C臂X射線設備的一些部分。
具體實施例方式圖I示意地表示出C臂X射線設備的一些部分。僅僅示出了攜帶X射線系統2的C臂3和C臂3的支承裝置4。沒有示出支承在C臂設備I的支承軸5的立式基座上的整個裝置。X射線系統2包括X射線源6和X射線接收器或者圖像增強器7。由X射線源6發射的未示出的X射線錐的主射線8，居中地離開X射線源6且居中地入射到圖像增強器7上。C臂3可沿軌道運行地被安置在滾子軸承9上，所述滾子軸承9被固定地安裝在支承裝置4上。C臂3在所述支承裝置4上的運行方向，用雙向箭頭10表示。在這樣運行時，C臂3和X射線系統2繞垂直地穿過圖紙平面的軌道軸11作軌道運動。所述軌道軸11和主射線8相交於等中心點12。在附圖中，C臂3處於90°的位置，也就是說，主射線8與居中地穿過支承軸5且水平地延伸的角向軸線13相交成90°的夾角14。當沿方向10運行時，C臂3在一種被安裝在C臂3上的圓形軌道狀的滑動面31上在滾子軸承9的滾子15上滑動。
C臂3除了相對於支承裝置4所作的軌道運動外，C臂3、支承裝置4以及固定在其上的支承軸5，可繞角向軸線13在附屬於未被示出的C臂設備I的立式基座的軸承16中沿雙箭頭17偏轉。只要C臂設備I的立式基座位置固定不變，在C臂設備I的每個軌道位置和角向偏轉位置上，軌道軸11與主射線8都相交成直角且穿過位置固定的等中心點12。C臂3和X射線系統2的總質量，在其總重心18處被表示成虛擬的總質量VM。作用到所述總質量VM上的重力19，通過從等中心點12延伸到總重心18的虛擬的力臂20，形成一種相對於軌道軸11作用到C臂3上的第一轉矩21。在此，有效力臂長度從虛擬力臂20投影到水平布設的角向軸線13上的投影中得出。如果C臂3從附圖所示的位置沿軌道偏轉，則第一轉矩21隨對應的轉角14呈餘弦形地改變，因為虛擬力臂20的有效長度發生了改變。平衡裝置22包含在支承裝置4中。所述平衡裝置22按照本發明包括繞旋轉軸27偏心地安置的凸輪23。帶輪24藉助於凸輪23與同一轉軸27剛性地連接。所述帶輪24通過與C臂3的外側固定連接的皮帶25驅動。這樣，C臂3沿軌道的旋轉運動，引起凸輪23沿同一旋轉方向的旋轉。重量為G的質量M，被繩子28懸置於凸輪23的朝向C臂3的一偵U。這種懸置與由於凸輪23的旋轉而被改變的力臂29 —起，形成繞旋轉軸27的轉矩，所述轉矩經帶輪24以及皮帶25被轉化成作用於C臂3上的第二轉矩26。決定第二轉矩的力臂29的有效長度，由所述力臂29在水平線上的投影得出。第二轉矩26根據凸輪23的位置發生改變。凸輪23的形狀、質量M以及帶輪24的半徑可以這樣選取，即，使得在C臂3的任意一個軌道旋轉位置上，第一轉矩21和第二轉矩26互相抵消。因此，C臂3在作軌道運動10時，是完全重力平衡的且可以無轉矩地停留在任意的旋轉位置上。不施加反作用力，即沒有第二轉矩，C臂3由於重力將沿箭頭30的方向在支承裝 置4中向下滑動，直至總重心18沿重力方向在等中心點11下方找到穩定的平衡位置為止。
權利要求
1.一種C臂X射線設備(1)，具有 -可繞垂直於C臂平面延伸的軌道軸(11)旋轉的C臂(3)和X射線源(6)以及X射線檢測器(7)，其中C臂(3)、X射線源(6)以及X射線檢測裝置(7)的總重心(18)，對所述C臂(3)施加第一轉矩(21)，其特徵在於， -與C臂(3)運動耦合的且被偏心地支承的可旋轉凸輪(23)，以及 -被懸置於凸輪(23)上的質量(M)，其重量(G)藉助於凸輪(23)的旋轉產生一種平衡第一轉矩(21)的第二轉矩(26)。
2.按照權利要求I所述的C臂X射線設備(I)，其特徵在於，所述C臂(3)繞軌道軸(11)的旋轉，帶動了凸輪(23)，使得第二轉矩(26)能夠平衡第一轉矩(21)。
3.按照權利要求I或2所述的C臂X射線設備(I)，其特徵在於，所述C臂(3)的第一角度改變，引起了凸輪(23)的第二角度改變。
4.按照上述權利要求中任一項所述的C臂X射線設備(1)，其特徵在於，所述凸輪(23)的旋轉，改變了產生第二轉矩(26)的質量(M)的力臂(29)。
5.按照上述權利要求中任一項所述的C臂X射線設備(I)，其特徵在於，與所述C臂(3)連接的帶式驅動裝置(24，25)，將C臂(3)的旋轉(19)轉化為凸輪(23)的旋轉。
6.按照上述權利要求中任一項所述的C臂X射線設備(1)，其特徵在於，所述凸輪(23)具有這樣的輪廓，使得當凸輪(23)旋轉時，產生第二轉矩(26)的力臂(29)遵循餘弦函數。
7.按照上述權利要求中任一項所述的C臂X射線設備(I)，其特徵在於，所述C臂(3)可繞與軌道軸(11)垂直相交的角向軸線(13)偏轉。
8.按照上述權利要求中任一項所述的C臂X射線設備(I)，其特徵在於，將所述C臂(3)可移動地支承在包括凸輪(23)和外殼(30)的支承裝置(4)上。
全文摘要
本發明提供一種具有C臂(3)和X射線源(6)以及X射線檢測裝置(7)的C臂X射線設備(1)，所述C臂可繞垂直於C臂平面延伸的軌道軸(11)旋轉。C臂(3)、X射線源(6)以及X射線檢測器(7)的總重心(18)對所述C臂(3)施加第一轉矩(21)。通過可旋轉的凸輪(23)與C臂(3)運動耦合的質量(M)，產生平衡所述第一轉矩(21)的第二轉矩(26)。本發明的優點在於，C臂在沿軌道運動時，是完全重力平衡的且可以無轉矩地停留在任意的旋轉位置。
文檔編號H05G1/02GK102641132SQ20121003441
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者A.裡默, N.赫曼, R.哈特維奇 申請人:西門子公司