专利名称：用于c形臂x射线机的防碰撞方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及X射线成像系统的领域。本发明尤其涉及一种用于C形臂X射线成像机的防碰撞的方法和设备，从而防止病人、操作者和装置本身之间的严重碰撞。
背景技术：
经常希望从多个不同的位置进行病人的X射线检查，最好经常不需要重新定位病人来进行检查。已经开发出来的如图1所示的活动式C形臂X射线诊断机满足了这些需要并在医疗和外科领域为人所知。C形臂X射线机特别有用之处在于它足够小并且活动性好以便使用在操作或检查的情况下，而不需要医生反复移动病人或需要病人改变位置以便获得适当的图像。
术语“C形臂”指的是包括X射线源和安装在C形臂的相对端部上的图像接收器的机器的C形构件，使得由该源产生的X射线入射在图像接收器上并由其检测。该源和图像接收器定位成当例如人的四肢位于X射线源和图像接收器之间并照射X射线时，接收器产生表示间置其中的物体特性的数据。产生的数据通常显示在监视器上并进行电子存储。
C形臂本身通常安装成使其具有两个自由度。首先，C形臂导轨滑动地安装在支承构件上以便相对于支承构件运动。这使得X射线源和图像接收器在C形臂内围绕导轨的圆弧可转动地运动。C形臂支承构件还允许C形臂围绕其轴线转动。该支承构件通常是L形状并称为L形臂或轭。活动式C形臂具有沿地板自由水平运动的第三个自由度和由于C形臂可以向上和向下运动的第四个自由度。
显然，允许这种C形臂转动和运动的支承结构必须构造成经受大的扭矩、拉伸和压缩应力。还希望提供一种支承结构，该结构足够重并且重心足够低以避免C形臂在上升和转动时倾斜，在某些情况下该倾斜造成设备质量中心的显著移位。
另外，C形臂X射线机必须小心定位以便产生医生需要的一个或多个图像。不幸的是，支承结构的重量使其难以定位C形臂。因此，希望在C形臂和支承构件之间以及在C形臂上设计摩擦阻力源。由于设备的重量，还希望提供电马达以便上下运动C形臂。
X射线机的精密的特性需要小心操纵。另外，需要X射线照射的病人经常需要小心处理。为了使得C形臂X射线机对于病人更安全并减少对于C形臂本身造成损坏的可能性，本发明的装置提供一种防碰撞报警器和机构，该机构在C形臂接触物体时停止其运动并接着使得C形臂反向运动以便释放机器施加在物体上的力。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种用于C形臂X射线机的方法和设备，当C形臂与例如病人、轮床和其他障碍物的物体碰撞时发出警报。本发明的另一目的在于提供这样一种方法和设备，当C形臂部分与物体碰撞时停止C形臂使得不对障碍物或C形臂造成损坏，并防止对病人造成伤害。本发明的再一目的在于提供这样一种方法和设备，该设备包括程控装置，其中可以改变所需停止C形臂的力的极限值并发出报警。本发明的又一目的在于提供这样的一种方法和设备，需要相对少的部件，可以方便地制造并可以方便地安装在新型或现有的设备上。
本发明的装置可以满足这些目的。设置安装在C形臂X射线机的垂直立柱的底部处的测力计。此测力计将垂直立柱上的负载或负载中的动态变化转换成电信号。电信号输入过滤和缓冲该信号的电路中。过滤后的信号输入微控制器中。微控制器将负载值与预置负载值的数据库相比较，并且如果测力计上的力和微控制器所需力之间的差值大于一定量时，可进行操作使得升起和下降C形臂的电马达停止。微控制器可以调节使得所需停止马达的力的大小可以变化。本发明的方法和设备中的电路接着使得电马达反转以便释放机器施加的力。本发明另外的目的和优点将在下面的说明中阐明。通过本发明的实践可以理解其他的目的和优点。
图1A和1B表示采用本发明的方法和设备的C形臂X射线机；图2是概述本发明流程的流程图；图3A和3B是表示用于本发明的方法和设备的负载曲线图，特别是图3A是查阅表(LUT)的列表实例，图3B是LUT的图示实例；
图4也是概述本发明流程的流程图。
部件列表C形臂X射线系统10、X射线源12、图像接收器14、轭20、支承臂30、垂直立柱40、横臂50、横臂的第一端51、横臂的第二端52、支承底座60、C形臂100、测力计110、微分缓存器和积分器120、模拟数字转换器130、微控制器140、马达驱动器150、蜂鸣器、音频报警器160、工艺步骤确定是否启动上下转换161、工艺步骤读取数值并与查阅表(LUT)值比较162、工艺步骤差值是否大于极限值163、工艺步骤C形臂停止164、工艺步骤马达反转、蜂鸣器发声165。
具体实施例方式
以下详细描述旨在说明附图所示的优选实施例。可以理解对于特定说明和表示的实施例所作的变型将落入本发明的范围内。
详细参考附图，其中标号相同的部件在所有附图中表示相同的部件，图1A和1B表示采用本发明的方法和设备的C形臂X射线成像系统的基本部件。通常，总体标号为10的C形臂X射线成像系统包括以下部件具有垂直延伸立柱的支承底座、在多个方向上提供C形臂运动的C形臂安装设备、C形臂100、X射线源12、图像接收器14、图像处理系统、显示和观察系统、高压发生器和控制单元。
X射线源12最好包括X射线管和高压发生器。高压发生器最好连接在能够产生大约-70kV到-120kV的可调节的高压电源上。X射线源12通常是X射线扫描束，其中在目标组件上扫描充电粒子。X射线源12通常包括在扫描发生器的控制下的偏转线圈。高能量的充电粒子在真空室中产生并在目标上进行扫描。当系统操作时，充电粒子束冲击目标并形成X射线质子。X射线质子最好通过准直仪并形成X射线束。X射线束具有大致预X射线检测器的有效区域中心对齐的轴线。X射线束具有由X射线检测器组件方向上的X射线束的轴线限定的向量。成像物体通常指的是病人。已经通过病人的X射线受到检测并随后处理成为某些形式的表示方式。
图像接收器14捕集成像物体上扫描的X射线质子并将其转换成电信号。接着脉冲转换成数字数据并存储或直接输送到计算机以便图像再现。图像处理系统通常包括带有再现图像和在屏幕上显示图像的软件包的计算机和提供图像存储的装置。显示系统和控制单元通常是远程操作的。因此，操作者可以不受到辐射而始终进行X射线扫描。作为选择，整个系统可放置在检查或操作室中，使得医务人员可以实时观察病人的图像。
总体表示为10的活动式C形臂X射线成像机包括轮式支承底座60。在优选实施例中，支承底座60通常是矩形直立主体，该主体可装备一个或多个视频检测器并具有带有可延伸横臂50的上部分或垂直可延伸立柱40。支承底座60通常具有用来升起和下降横臂50的垂直立柱40。垂直立柱40升起和下降横臂50，继而升起和下降C形臂设备，该设备通常包括支承臂30、轭20和C形臂100。垂直立柱40通常位于支承底座60和垂直可延伸立柱40之间并承载C形臂100的整个重量。垂直立柱40通常使用电马达(未示出)升起和下降。可延伸的横臂50具有可滑动地安装在垂直可延伸立柱40内的第一部分51和在横臂50的端部上具有开口的第二端52。支承底座60对于成像系统1重要之处在于它为轭20和C形臂100提供平台。因此，支承底座60具有足够大的着地区域，使得轭20和C形臂100转动，并可以升起和下降，而没有倾斜的危险和/或支承底座60必须足够重以便防止C形臂X射线机10倾斜。
图2和4是概括本发明的方法和设备的流程的流程图。其中，步骤161是启动C形臂100以便运动垂直立柱40上或下。步骤162是设置微控制器140，并且微控制器140读取模拟数字转换器130并与查阅表(或LUT)中的值比较。接着步骤163是微处理器140确定所记录的值和LUT中的值之间的差值是否大于许可或极限值。如果不是，过程继续上下运动的步骤161。如果步骤163达到或超过极限值，步骤164是C形臂100停止，步骤165是发出音频警报或蜂鸣声，马达M进行增量反转并接着停止。
如图2所示，本发明的方法和设备设置沿垂直立柱40的底部安装在某些点上的测力计110。测力计110能够检测垂直立柱40材料阻值变化比例并产生与该变化成比例的电信号。
该电信号从测力计110输入微分缓存器和积分器120以便分离和过滤该信号。过滤后的信号接着输入模拟数字转换器130。模拟数字转换器130经常是微控制器140的一部分，如图2所示。
微控制器140有效地从模拟数字转换器130读取输出并将其与LUT的参考值比较，如图3A所示。如果测力计110的输出之间的差值大于LUT中的参考值，微控制器140发出停止马达驱动器150的信号到马达驱动器150并发出提示操作者出现问题的信号到蜂鸣器160。有利的是对微控制器140编程以便反向操作马达驱动器150，从而消除作用在障碍物以及C形臂100上的力。
在没有障碍物的情况下通过在其整个运动范围内操作C形臂100并记录不同高度下的值来产生LUT。最好是具有四组LUT，一组用于C形臂100的向上运动，一组用于C形臂100的向下运动。其他两组LUT设计成在启动C形臂100使得C形臂100在上下方向上开始运动时使用。C形臂100的重量和重量分布组合起来产生负载峰值信号，该信号在C形臂100开始运动期间通过测力计110记录。在最初的加速中，输入值与特别为向上和向下加速设计的LUT比较。显然，此峰值信号不涉及与障碍物接触的情况，并且本发明人不希望C形臂100在该操作点上反转。
LUT只不过是由多圈电位计测量的垂直立柱40和齿轮组件的位置与测力计110记录并转换成数字信号的力的大小的比率。对于垂直立柱40的每个位置首先产生基本值。基本值接着通过C形臂100在沿垂直立柱40的运动范围的每点处开始向上和向下运动来形成。在马达驱动器150反转之前所需力的大小可以根据系统所需灵敏度改变。
图3A和3B是LUT的简单实例。每个表格表示没有外力的情况下立柱40垂直运动范围内测力计110上的负载。如图所示，在垂直延伸立柱40的范围内负载变化。在优选实施例中需要另外两组LUT。这些LUT说明C形臂100开始运动时遇到的更大的力。
理解到本发明不局限于这里提出的实施例，本发明可采用其他方式实施而不偏离本发明的精神。
权利要求
1.一种X射线成像机，其包括活动式支承底座(60)，连接在支承底座(60)上的可延伸和缩回的垂直立柱(40)，具有可滑动地连接在垂直立柱(40)上的第一端(51)和第二端(52)的可延伸的横臂(50)，具有连接在横臂(50)的第二端(52)的第一端上的轭(20)，连接在轭(20)上的C形臂(100)，X射线源(12)，图像接收器(14)，其中图像接收器(14)和X射线源(12)安装在C形臂(100)的相对端上，防碰撞装置，其包括检测作用在该垂直立柱上的力的增加的装置。
2.如权利要求1所述的防碰撞装置，其特征在于，垂直立柱(40)由电马达提供动力。
3.如权利要求2所述的防碰撞装置，其特征在于，其包括停止垂直立柱(40)继续运动的装置。
4.如权利要求2所述的防碰撞装置，其特征在于，垂直立柱(40)力检测装置，包括安装在垂直立柱(40)上并产生与垂直立柱(40)上的力成比例的电信号的测力计(110)，将来自测力计(110)的数据从模拟转换成数字的模拟数字控制器(130)，按照一定查阅表(LUT)(162)的多个预定力值数据储存在微控制器(140)的存储器中，其中如果测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值，微控制器(140)发出电信号到电马达(150)上以便停止该马达。
5.如权利要求4所述的防碰撞装置，其特征在于，当测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值时，微控制器(140)发出电信号到扬声器(160)上，并且该扬声器产生报警噪声。
6.如权利要求5所述的防碰撞装置，其特征在于，使用至少四个查阅表(162)，所述查阅表包括，但不局限于提供C形臂(100)向上运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向下运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向上运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)，以及提供C形臂(100)向下运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)。
7.如权利要求6所述的防碰撞装置，其特征在于，如果测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值，微控制器(140)进行编程首先停止电马达(150)，并接着颠倒C形臂(100)的运动方向。
8.一种X射线成像设备，其包括活动式支承底座(60)，安装在支承底座(60)内的电马达(150)，由电马达(150)驱动的齿轮组件，由齿轮组件驱动的垂直立柱(40)，具有可滑动地连接在垂直立柱(40)上的第一端(51)和第二端(52)的可延伸的横臂(50)，具有连接在横臂(50)的第二端(52)上的第一端的轭(20)，连接在轭(20)上的C形臂(100)，X射线源(12)，图像接收器(14)，其中图像接收器(14)和X射线源(12)安装在C形臂(100)的相对端上。
9.如权利要求8所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，垂直立柱(40)包括检测作用在该垂直立柱上的力的增加并停止垂直立柱(40)继续运动的装置。
10.如权利要求9所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，垂直立柱(40)包括检测作用在该垂直立柱上的力的增加并停止垂直立柱(40)运动的装置。
11.如权利要求10所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，设置安装在垂直立柱(40)上并产生与垂直立柱(40)上的力成比例的电信号的测力计(110)，将来自测力计(110)的数据从模拟转换成数字的模拟数字控制器(130)，按照多个查阅表(LUT)(162)的多个预定力值数据储存在微控制器(140)的存储器中，其中如果测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值，微控制器(140)发出电信号到电马达(150)上以便停止该马达。
12.如权利要求11所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，当测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值时，微控制器(140)发出电信号到扬声器(160)上，并且该扬声器产生报警噪声。
13.如权利要求12所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，使用至少四个查阅表(162)，所述查阅表包括，但不局限于提供C形臂(100)向上运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向下运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向上运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)，以及提供C形臂(100)向下运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)。
14.如权利要求13所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，如果测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值，微控制器(140)进行编程首先停止电马达(150)，并接着颠倒C形臂(100)的运动方向。
15.一种X射线成像设备(10)，其包括活动式支承底座(60)，安装在支承底座(60)内的电马达(150)，由电马达(150)驱动的齿轮组件，由齿轮组件驱动的垂直立柱(40)，安装在垂直立柱(40)上负载传感器(110)，与负载传感器(110)和电马达(150)电连接的微控制器(140)，其中，如果负载传感器(110)检测的负载超过在微控制器(140)中编程的负载时，微控制器(140)发出信号到电马达(150)以便停止，具有可滑动地连接在垂直立柱(40)上的第一端(51)和第二端(52)的可延伸的横臂(50)，具有连接在横臂(50)的第二端(52)上的第一端的轭(20)，连接在轭(20)上的C形臂(100)，X射线源(12)，图像接收器(14)，其中图像接收器(14)和X射线源(12)安装在C形臂(100)的相对端上。
16.如权利要求15所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，当测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值时，微控制器(140)发出电信号到扬声器(160)上，并且该扬声器产生报警噪声。
17.如权利要求16所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，使用至少四个查阅表(162)，所述查阅表包括，但不局限于提供C形臂(100)向上运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向下运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向上运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)，以及提供C形臂(100)向下运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)。
18.如权利要求17所述的X射线成像设备(10)，其特征在于，如果测力计(110)检测的力超过查阅表(162)中的预定力值，微控制器(140)进行编程首先停止电马达(150)，并接着颠倒C形臂(100)的运动方向。
19.一种X射线成像设备(10)，其包括活动式支承底座(60)，安装在支承底座(60)内的电马达(150)，由电马达(150)驱动的齿轮组件，多圈电位计，由齿轮组件驱动的垂直立柱(40)，其中垂直运动通过电位计和齿轮组件相结合进行控制，安装在垂直立柱(40)上负载传感器(110)，与负载传感器(110)和电马达(150)电连接的微控制器(140)，其中，当电马达(150)驱动垂直立柱时并且如果负载传感器(110)检测的负载超过在微控制器(140)中编程的负载时，微控制器(140)发出信号到电马达(150)以便停止，C形臂X射线成像设备(10)。
20.如权利要求19所述的X射线成像设备，其特征在于，微控制器(140)发出信号到电马达(150)以便反转。
21.如权利要求20所述的X射线成像设备，其特征在于，微控制器(140)将负载传感器(110)收到的力值和四个查阅表(162)中的基本值比较，提供C形臂(100)向上运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向下运动时的力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向上运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)，提供C形臂(100)向下运动的整个范围内的初始力值的查阅表(162)，以及其中，如果负载传感器(110)对于C形臂(100)特定位置所记录的力值超过查阅表(162)中记录的力值，微控制器(140)发出电信号以便停止电马达(150)。
22.一种在具有可运动垂直立柱(40)以便垂直运动C形臂(160)的C形臂X射线机(10)中检测C形臂X射线机(10)的垂直立柱(40)上负载增加的方法，，该方法包括以下步骤确定C形臂(160)是否沿垂直立柱(40)向上和向下运动，检测垂直立柱(40)上负载的变化，将反映负载变化的信号输送到微控制器(140)，将该信号与反映平均值的以前记录的信号比较(162)，确定新的值是否大于以前记录的值(163)，如果该值超过记录的值，停止C形臂(160)的运动，如果该值没有超过该参考值继续C形臂(160)的运动。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，有四组所谓的查阅表(LUT)(162)，其记录有以前记录值，该查阅表包括具有向上运动记录值的查阅表(162)，具有向下运动记录值的查阅表(162)，具有开始向上运动记录值的查阅表(162)，以及具有开始向下运动记录值的查阅表(162)。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，如果停止C形臂(100)之后，负载超过特定极限值，微控制器(140)进行编程以便颠倒C形臂(100)的方向。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述C形臂(100)停止步骤之前，该方法包括设置音频报警和启动音频报警器(165)的步骤。
全文摘要
一种用于C形臂X射线成像机(10)的防碰撞方法和设备，以便防止对于成像设备造成损坏以及对病人和医务人员造成伤害，该装置包括测力计(110)、微分缓存器和积分器(120)、模拟数字转换器(130)和控制马达驱动器(150)的微控制器(140)。本发明还提供通过微控制器(140)控制该设备的方法，该方法包括以下步骤，即启动上/下开关(161)，读取并将数值与表值比较(162)，如果表值和记录值之间的差值超过极限值(163)，停止C形臂(164)，并反转该设备(165)。
文档编号A61B6/10GK1486673SQ0315563
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月30日
发明者P·V·德斯潘德, P V 德斯潘德 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司