DE4237013C2

DE4237013C2 - Motorized X-ray device

Info

Publication number: DE4237013C2
Application number: DE4237013A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Ing Kusch; Hans-Peter Dipl Ing Seubert; Christoph Dr Ing Wurmthaler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-11-03
Also published as: DE4237013A1

Description

Es ist bekannt, Röntgengeräte von Hand mittels einer Handhabe zu verstellen, z. B. zu kippen oder zu verschieben. Insbesondere ist es bekannt, bei einer Angioanlage den C-Bogen mit einem Röntgenstrahler an einem Ende und einem Bildaufnahmesystem an einem anderen Ende von Hand in die gewünschte Position zu bringen. Dabei müssen jedoch relativ große Kräfte zur Massenbeschleunigung aufgewendet werden.It is known to use an x-ray machine by hand Handle to adjust, e.g. B. to tilt or move. In particular, it is known that in an angio system C-arm with an X-ray tube at one end and one Handheld image acquisition system at another end bring desired position. However, this must be relative large forces are used to accelerate the mass.

In DE 29 35 161 A1 ist ein motorisch verstellbares Röntgengerät beschrieben, bei dem die Drehzahl von Servomotoren und damit die Verstellgeschwindigkeit des Gerätes in Abhängigkeit von verschiedenen Kraftschwellen verstellt wird. Ein Bediener des Röntgengerätes wird wegen der Steuerung der Verstellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Kraft feststellen, daß es sich nicht um eine natürliche Bewegung handelt.DE 29 35 161 A1 describes a motor-adjustable one X-ray machine described, in which the speed of Servomotors and thus the adjustment speed of the Device depending on different force thresholds is adjusted. An operator of the X-ray machine is due the control of the adjustment speed depending of a force determine that it is not a natural movement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein motorisch verstellbares Röntgengerät zu schaffen, das von Hand in die gewünschte Position gebracht werden kann, ohne daß hierzu von Hand die relativ großen Massen beschleunigt bzw. Trägheitsmomente ausgeübt werden müssen.The invention has for its object a motor adjustable X-ray machine to create the hand in the desired position can be brought without this the relatively large masses are accelerated by hand or Moments of inertia must be exerted.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät erhält der Bediener den Eindruck, daß er das Röntgengerät mit wesent lich kleineren Massen bzw. Trägheitsmomenten und einer frei einstellbaren Reibung bewegt. Dies ist durch eine den Geräteantrieb umfassende Zustandsregelung erreicht, wobei die vom Bediener aufgebrachte Kraft als Führungsgröße und die Beschleunigung des Röntgengerätes als Regelgröße dient.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. In the X-ray device according to the invention, the Operator the impression that he with the X-ray machine with essential Lich smaller masses or moments of inertia and one free adjustable friction moves. This is through one Device drive comprehensive state control reached, whereby the force applied by the operator as a command variable and the acceleration of the X-ray device serves as a controlled variable.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für ein Röntgengerät, das einen C-Bogen mit einem Röntgenstrahler an einem Ende und ein Bildaufnahmesystem am anderen Ende aufweist.The invention is particularly suitable for a X-ray machine that has a C-arm with an X-ray tube at one end and an imaging system at the other end having.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 ein Röntgengerät nach der Erfindung, und Fig. 1 shows an X-ray device according to the invention, and

Fig. 2 das Schaltbild der Regeleinheit des Röntgengerätes gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows the circuit diagram of the control unit of the X-ray device according to FIG. 1.

In der Fig. 1 ist ein Röntgengerät mit einem C-Bogen 1 dargestellt, der an einem Ende einen Röntgenstrahler 2 und am anderen Ende ein Bildaufnahmesystem 3, z. B. einen Röntgenbildverstärker mit nachgeschalteter Fernsehkamera trägt. Zur Verstellung des Röntgengerätes 1, 2, 3 ist am Bildaufnahmesystem 3 ein Handgriff 4 vorgesehen, dem ein Kraftaufnehmer 5 zugeordnet ist, der einer Regeleinheit 6 ein der jeweils ausgeübten Handkraft entsprechendes elek trisches Signal zuführt. Die eigentliche Verstellung des Röntgengerätes 1, 2, 3 erfolgt durch einen Elektromotor 7. Der Elektromotor 7 wird über die Verbindung 8 von der Regeleinheit 6 angesteuert. Der Regeleinheit 6 ist ein Vergleicher 9 vorgeschaltet, der Signale erhält, die der Beschleunigung des Röntgengerätes 1, 2, 3, dem Ankerstrom des Elektromotors 7, der Geschwindigkeit des Röntgengerätes 1, 2, 3 und der Drehzahl des Elektromotors 7 entsprechen.In FIG. 1, an X-ray machine with a C-arm 1 is shown, which at one end an X-ray source 2 and at the other end an imaging system 3, z. B. carries an X-ray image intensifier with a television camera connected downstream. To adjust the X-ray device 1 , 2 , 3 , a handle 4 is provided on the image recording system 3 , to which a force transducer 5 is assigned, which supplies a control unit 6 with an electric signal corresponding to the manual force exerted in each case. The actual adjustment of the X-ray device 1 , 2 , 3 is carried out by an electric motor 7 . The electric motor 7 is controlled by the control unit 6 via the connection 8 . The control unit 6 is preceded by a comparator 9 which receives signals which correspond to the acceleration of the X-ray device 1 , 2 , 3 , the armature current of the electric motor 7 , the speed of the X-ray device 1 , 2 , 3 and the speed of the electric motor 7 .

In der Fig. 1 bedeutenMean in Fig. 1

a Beschleunigung des Röntgengerätes 1, 2, 3
Ia Ankerstrom des Elektromotors 7
v Geschwindigkeit des Röntgengerätes 1, 2, 3
n Drehzahl des Elektromotors 7
Fh Handkraft
Yh Handposition des Bedieners
Yc Position des Röntgengerätes 1, 2, 3. a Acceleration of the X-ray machine 1 , 2 , 3
Ia armature current of the electric motor 7
v Speed of the X-ray machine 1 , 2 , 3
n Speed of the electric motor 7
Fh hand strength
Yh hand position of the operator
Yc position of the X-ray device 1 , 2 , 3 .

Bei dem Röntgengerät gemäß Fig. 1 dient der Motor 7 beispielsweise zur Drehung des Röntgengerätes 1, 2, 3 um den Drehpunkt D.In the X-ray apparatus according to Fig. 1, the motor 7, for example 2 is used for rotating the X-ray apparatus 1, 3 about the pivot point D.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt, daß die Regeleinheit 6 noch zwei weitere Vergleicher 11, 12, einen Zustandsregler 13, einen Störbeobachter/Drehzahlregler 14 und einen Stör beobachter/Ankerstromregler 17 enthält.The block diagram according to FIG. 2 shows that the control unit 6 also contains two further comparators 11, 12 , a state controller 13 , a disturbance observer / speed regulator 14 and a disturbance observer / armature current regulator 17 .

Durch eine geeignete Zustandsrückführung kann die Dynamik des Geräteantriebes, der den Elektromotor 7 mit Getriebe enthält, nahezu beliebig verändert werden. Dies bedeutet, daß die Ankerzeitkonstante des Elektromotors 7, die Masse bzw. das Trägheitsmoment des Röntgengerätes 1, 2, 3 sowie die Reibungsmomente nahezu beliebig eingestellt werden können. Als Führungsgröße w dient die durch den Kraftaufnehmer 5 gewonnene Handkraft Fh des Bedieners, als Regelgröße die Beschleunigung des Röntgengerätes 1, 2, 3. Dadurch wird der Eindruck der manuellen Bedienung sichergestellt, da der physikalische Zusammenhang "Beschleunigung proportional zur beschleunigenden Kraft" erhalten bleibt. Als Stellgröße des Geräteantriebes kann entweder der Ankerstrom, die Ankerspannung oder, bei unterlagerter Ankerstrom- und Drehzahlregelung, der Drehzahlsollwert verwendet werden.The dynamics of the device drive, which contains the electric motor 7 with gear, can be changed almost arbitrarily by a suitable state feedback. This means that the armature time constant of the electric motor 7 , the mass or the moment of inertia of the X-ray device 1 , 2 , 3 and the frictional moments can be set almost arbitrarily. The hand force Fh of the operator obtained by the force transducer 5 serves as the reference variable w, and the acceleration of the x-ray device 1 , 2 , 3 serves as the control variable. This ensures the impression of manual operation, since the physical relationship "acceleration proportional to the accelerating force" is retained. Either the armature current, the armature voltage or, in the case of subordinate armature current and speed control, the speed setpoint can be used as the manipulated variable of the device drive.

Die nichtlinearen Momente aufgrund der Lageenergie des Röntgengerätes 1, 2, 3 werden durch einen Störbeobachter oder eine unterlagerte Ankerstrom- und Drehzahlregelung kompen siert, so daß ein gewichtsausgeglichenes System entsteht.The non-linear moments due to the positional energy of the X-ray device 1 , 2 , 3 are compensated by an observer or a subordinate armature current and speed control, so that a weight-balanced system is created.

Zudem ist bei Bewegungen um mehrere Achsen eine Entkopplung der einzelnen Bewegungsachsen möglich, d. h. Kreiselmomente können beseitigt werden.Decoupling is also required when moving around several axes of the individual axes of movement possible, d. H. Gyro moments can be eliminated.

Claims

1. Motor-adjustable X-ray device ( 1 , 2 , 3 ), in which the motor ( 7 ) is the actuator in a control circuit ( 6 ), in which the setpoint generator ( 5 ) is a transmitter to be operated by the operator, the operator applied force (Fh) is the reference variable and in which the acceleration (a) of the X-ray device ( 1 , 2 , 3 ) is the controlled variable.

2. X-ray device according to claim 1, which has a C-arm ( 1 ) with an X-ray emitter ( 2 ) at one end and an image recording system ( 3 ) at the other end.