专利名称：具有重力平衡装置的c臂x射线设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有C臂的C臂X射线设备，所述C臂可绕垂直于C臂平面延伸的轨道轴旋转。所述C臂X射线设备包括用于补偿C臂的不利转矩的重力平衡装置。
背景技术：
C臂设备当今越来越广泛地被应用于医学技术中。其中在C形的基体上固定着诊断或者治疗器械。C臂基于其形状可以运动，而且诊断或者治疗器械借助于所述C臂可以沿轨道绕病人待检查或者待治疗的部位运动，以便不必对病人进行挪动移位，就能到达病人与诊断或者治疗器械之间不同的角度位置。一种在C臂的一端安装X射线源以及在相对置的一端安装X射线接收器或者图像增强器的X射线装置，越来越广泛地主要被作为诊断器械使用。这类X射线C臂具有可以 忽略不计的自重。如果在C臂中，X射线的等中心点恰好与C臂中心重合，则称之为等中心C臂。在如此设计的X射线C臂中，即X射线系统的主射线穿过位于轨道轴(轨道运行的旋转轴)上的装置的等中心点延伸，装置的总重心因为重力的关系必然处于等中心点外，即与轨道轴沿径向间隔距离。因此，整个装置的自重造成了施加到C臂的转矩。装置的重心因此向其稳定的平衡点，即通过轨道运动可到达的轨道轴下方的最低点移动。为了在某个位置或者运动时固定C臂，必须因此耗费克服装置的固有转矩的力。例如，处于某个位置的C臂必须借助于适当的制动装置被固定在支承装置上。但是，值得期望的是，在C臂上设置一个重力平衡装置，以此使C臂在任何的运动位置上都几乎不受力作用，即没有丝毫与转轴有关的转矩被作用到C臂上。在DE102004011460A1中描述了多个用于解决重力平衡问题的方案。第一个方案是，将X射线源和图像增强器定位成，使得C臂和X射线装置的总重心处于旋转轴上。因为X射线部件较重，必须将这些X射线部件作为C臂重量的补偿，进一步地向C臂的端部偏移。这样，X射线系统的主射线不再延伸经过装置的等中心点。在第二种方案中，将X射线系统定位成，使得其主射线传输经过等中心点。另外，在C臂的端部安置配重，以便以此方式将装置的总重心重新移置到等中心点上。但是，较重的配重显著地提高了装置的总重量且在力学上加重了 C臂的负担，从而使得该C臂因自变形而损坏。第三种方案是，借助于制动器和电机驱动装置对C臂施加影响，使得由于重力而由C臂的重心产生的转矩，被电驱动装置和制动器补偿。但是这种方案的缺点是，C臂需要电流才能运动。因此在停电时可能出现危害病人的情形，因为例如不能提供通过移动C臂来接近该病人的可能性。在第四种方案中，C臂的重力平衡装置包含一种与所述C臂通过传动机构运动耦接的配重。专利文献DE69119904T2公开了一种具有重力平衡装置的C形X射线检查支架，所述重力平衡装置借助于配重工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供另一种具有重力平衡装置的C臂X射线设备。按照本发明，所提出的技术问题借助于一种C臂X射线设备得以解决。本发明利用一种具有C臂的C臂X射线设备，所述C臂 可绕垂直于C臂平面延伸的轨道轴旋转。设备包括X射线源和X射线检测器，其中C臂、X射线源和X射线检测器的总重心，对所述C臂施加第一转矩。经可旋转的凸轮与C臂运动耦合的质量，借助于其重量产生平衡所述第一转矩的第二转矩。本发明的优点在于，C臂在沿轨道运动时，是完全重力平衡的且可以无转矩地停留在任意的旋转位置。在一种扩展设计中，C臂绕轨道轴的旋转可以带动凸轮旋转，从而使得第二转矩能
够平衡第一转矩。在另一种实施形式中，C臂上的角度改变会引起凸轮上的角度改变。此外，凸轮的旋转，改变了产生第二转矩的配重的力臂。在一种扩展设计中，C臂X射线设备可以包括与所述C臂连接的带式驱动装置，所述带式驱动装置将C臂的旋转转化成凸轮的旋转。在另一种实施形式中，凸轮可以具有这样的轮廓，使得产生第二转矩的力臂，在凸轮旋转时遵循余弦函数。另外，C臂可以绕与轨道轴垂直相交的角向轴线偏转。此外，可以将C臂可移动地支承在包括凸轮和外壳的支承装置上。
本发明其它的特点和优点，从下列根据附图对实施例所作的说明中得出，图I示意性地表示出C臂X射线设备的一些部分。
具体实施例方式图I示意地表示出C臂X射线设备的一些部分。仅仅示出了携带X射线系统2的C臂3和C臂3的支承装置4。没有示出支承在C臂设备I的支承轴5的立式基座上的整个装置。X射线系统2包括X射线源6和X射线接收器或者图像增强器7。由X射线源6发射的未示出的X射线锥的主射线8，居中地离开X射线源6且居中地入射到图像增强器7上。C臂3可沿轨道运行地被安置在滚子轴承9上，所述滚子轴承9被固定地安装在支承装置4上。C臂3在所述支承装置4上的运行方向，用双向箭头10表示。在这样运行时，C臂3和X射线系统2绕垂直地穿过图纸平面的轨道轴11作轨道运动。所述轨道轴11和主射线8相交于等中心点12。在附图中，C臂3处于90°的位置，也就是说，主射线8与居中地穿过支承轴5且水平地延伸的角向轴线13相交成90°的夹角14。当沿方向10运行时，C臂3在一种被安装在C臂3上的圆形轨道状的滑动面31上在滚子轴承9的滚子15上滑动。
C臂3除了相对于支承装置4所作的轨道运动外，C臂3、支承装置4以及固定在其上的支承轴5，可绕角向轴线13在附属于未被示出的C臂设备I的立式基座的轴承16中沿双箭头17偏转。只要C臂设备I的立式基座位置固定不变，在C臂设备I的每个轨道位置和角向偏转位置上，轨道轴11与主射线8都相交成直角且穿过位置固定的等中心点12。C臂3和X射线系统2的总质量，在其总重心18处被表示成虚拟的总质量VM。作用到所述总质量VM上的重力19，通过从等中心点12延伸到总重心18的虚拟的力臂20，形成一种相对于轨道轴11作用到C臂3上的第一转矩21。在此，有效力臂长度从虚拟力臂20投影到水平布设的角向轴线13上的投影中得出。如果C臂3从附图所示的位置沿轨道偏转，则第一转矩21随对应的转角14呈余弦形地改变，因为虚拟力臂20的有效长度发生了改变。平衡装置22包含在支承装置4中。所述平衡装置22按照本发明包括绕旋转轴27偏心地安置的凸轮23。带轮24借助于凸轮23与同一转轴27刚性地连接。所述带轮24通过与C臂3的外侧固定连接的皮带25驱动。这样，C臂3沿轨道的旋转运动，引起凸轮23沿同一旋转方向的旋转。重量为G的质量M，被绳子28悬置于凸轮23的朝向C臂3的一侦U。这种悬置与由于凸轮23的旋转而被改变的力臂29 —起，形成绕旋转轴27的转矩，所述转矩经带轮24以及皮带25被转化成作用于C臂3上的第二转矩26。决定第二转矩的力臂29的有效长度，由所述力臂29在水平线上的投影得出。第二转矩26根据凸轮23的位置发生改变。凸轮23的形状、质量M以及带轮24的半径可以这样选取，即，使得在C臂3的任意一个轨道旋转位置上，第一转矩21和第二转矩26互相抵消。因此，C臂3在作轨道运动10时，是完全重力平衡的且可以无转矩地停留在任意的旋转位置上。不施加反作用力，即没有第二转矩，C臂3由于重力将沿箭头30的方向在支承装 置4中向下滑动，直至总重心18沿重力方向在等中心点11下方找到稳定的平衡位置为止。
权利要求
1.一种C臂X射线设备(1)，具有 -可绕垂直于C臂平面延伸的轨道轴(11)旋转的C臂(3)和X射线源(6)以及X射线检测器(7)，其中C臂(3)、X射线源(6)以及X射线检测装置(7)的总重心(18)，对所述C臂(3)施加第一转矩(21)，其特征在于， -与C臂(3)运动耦合的且被偏心地支承的可旋转凸轮(23)，以及 -被悬置于凸轮(23)上的质量(M)，其重量(G)借助于凸轮(23)的旋转产生一种平衡第一转矩(21)的第二转矩(26)。
2.按照权利要求I所述的C臂X射线设备(I)，其特征在于，所述C臂(3)绕轨道轴(11)的旋转，带动了凸轮(23)，使得第二转矩(26)能够平衡第一转矩(21)。
3.按照权利要求I或2所述的C臂X射线设备(I)，其特征在于，所述C臂(3)的第一角度改变，引起了凸轮(23)的第二角度改变。
4.按照上述权利要求中任一项所述的C臂X射线设备(1)，其特征在于，所述凸轮(23)的旋转，改变了产生第二转矩(26)的质量(M)的力臂(29)。
5.按照上述权利要求中任一项所述的C臂X射线设备(I)，其特征在于，与所述C臂(3)连接的带式驱动装置(24，25)，将C臂(3)的旋转(19)转化为凸轮(23)的旋转。
6.按照上述权利要求中任一项所述的C臂X射线设备(1)，其特征在于，所述凸轮(23)具有这样的轮廓，使得当凸轮(23)旋转时，产生第二转矩(26)的力臂(29)遵循余弦函数。
7.按照上述权利要求中任一项所述的C臂X射线设备(I)，其特征在于，所述C臂(3)可绕与轨道轴(11)垂直相交的角向轴线(13)偏转。
8.按照上述权利要求中任一项所述的C臂X射线设备(I)，其特征在于，将所述C臂(3)可移动地支承在包括凸轮(23)和外壳(30)的支承装置(4)上。
全文摘要
本发明提供一种具有C臂(3)和X射线源(6)以及X射线检测装置(7)的C臂X射线设备(1)，所述C臂可绕垂直于C臂平面延伸的轨道轴(11)旋转。C臂(3)、X射线源(6)以及X射线检测器(7)的总重心(18)对所述C臂(3)施加第一转矩(21)。通过可旋转的凸轮(23)与C臂(3)运动耦合的质量(M)，产生平衡所述第一转矩(21)的第二转矩(26)。本发明的优点在于，C臂在沿轨道运动时，是完全重力平衡的且可以无转矩地停留在任意的旋转位置。
文档编号H05G1/02GK102641132SQ20121003441
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者A.里默, N.赫曼, R.哈特维奇 申请人:西门子公司