DE2750781A1

DE2750781A1 - Vorrichtung zur untersuchung des koerperinneren, insbesondere fluoroskopisches roentgensystem

Info

Publication number: DE2750781A1
Application number: DE19772750781
Authority: DE
Inventors: Craing S Nunan
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1976-11-26
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1978-06-01
Also published as: JPS5373991A; FR2369823A1; FR2369823B1; NL184502B; NL7712599A; NL184502C; BE861027A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Struktur eines Gestells für fluoroskopische Geräte.

Bekannte bewegliche Fluoroskop-Geräte arbeiten mit einer F.cntgenquelle und einem Rontgenbildverstarker in einer festen axialen Beziehung, die so eingerichtet sind, daß eine Translations- und eine Rotationsbewegung möglich sind. Die feste axiale Reziehung kann so betrachtet werden, als ob sie ein Liniensegment definiert, das von der Röntgenquelle zum Bildverstärker gerichtet ist und durch die interessierende, abzubildende Region hindurchgeht. Zweckmäßigerweise wird dieses gerichtete Liniensegment oder dieser Vektor so betrachtet, als ob er die feste Beziehung von Röntgenquelle und Bildverstärker beschreibt. Hinsichtlich des abzubildenden Objektes wird die Orientierung dieses gerichteten Liniensegmentes, oder Vektors, dadurch verändert, daß das Gestell für Drehungen um zwei zueinander orthogonale Achsen eingerichtet ist. Beispielsweise führen die Eöntgenquelle und der Bildverstärker eine gekuppelte Drehung längs eines gebogenen Weges um eine erste Achse aus, die eine Drehbewegung in der Ebene dieses Bogens ermöglicht. Drehwege zwischen 90° und 135° sind üblicherweise verwendet worden. Der gesamte gebogene Weg ist frei um eine zweite Achse in der Ebene des Bogens drehbar, die durch das abzubildende Objekt hindurchläuft und die erwähnte erste Achse im Isozentrum schneidet. Geräte, deren Drehungen durch Achsen definiert werden, die sich an einem gemeinsamen Punkt schneiden, werden als isozentrisch bezeichnet. Es sind sowohl solche Geräte als auch nicht-isozentrische Konfigurationen bekannt. Der Einfachheit halber wird zunächst ein isozentrisches Gerät betrachtet.

809822/0642

Die Röntgenquelle und der Bildverstärker sind auf ein C-förmiges Element montiert, das einen beträchtlichen Bogen beschreibt, beispielsweise 180°, um der Drehung des Quelle-Bildverstärker-Vektors Rechnung zu tragen. Das C-förmige Element (C-Arm) kann in seiner Halterung verschoben werden, so daß ein Kreisweg um die erste Achse durch das Isozentrum beschrieben wird, natürlicherweise ist das Ausmaß dieser Kreisbahnbewegung gewöhnlich dadurch begrenzt, daß die Eöntgenquelle und/oder der Bildverstärker an Gestellteile stößt. Eine Drehung der Ebene der Kreisbewegung wird dadurch ermöglicht, daß die C-Arm-Halterung um die zweite Achse durch das Isozentrum geschwenkt wird, so daß die Kreisbahnebene durch irgendeinen willkürlichen Winkel, beispielsweise 360°, gedreht werden kann. Diese zweite Achse ist gewöhnlich die Horizontalachse in der üblichen Praxi s.

Bekannte Gestelle weisen üblicherweise einen versetzten Aufbau hinsichtlich der Horizontalachse auf, damit der durch Röntgenquelle und Bildverstärker definierte Vektor mit der Horizontalachse kongruent gemacht werden kann.

Nicht-isozentrisch montierte Geräte unterscheiden sich von isozentrischen Geräten darin, daß eine größere Vielzahl von Bewegungen für den Vektor Pöntgenquelle-Bildverstärker möglich ist. Während in isozentrischen Einrichtungen dieser Vektor nur um einen Punkt auf dem Vektor drehen kann, stehen bei nicht-isozentrischen Geräten Drehungen des Vektors um externe Punkte zur Verfügung, d.h., um Achsen, die den Vektor nicht schneiden. Bei solchen Geräten können die Vektor-Extrema so neu lokalisiert werden, daß sie Punkte auf einer komplexeren Oberfläche einnehmen, während in isozentrischen Geräten der Quelle-Bildverstärker-Vektor darauf beschränkt ist, konjugierte Punkte auf einer Kugelfläche zu definieren, die im Isozentrum zentriert

.../4 809822/0642

χ -

ist. Ein zusätzlicher Dreh-Freiheitsgrad (der vorliegenden Erfindung nicht zugehörig) ist ebenfalls für Drehungen des gesamten Gestells um eine Achse senkrecht zur Horizontalachse vorgesehen, die gegen das Isozentrum versetzt ist. Dieser "Abtast"-Freiheitsgrad ist oft auf Winkel in der Größenordnung von t 10° ... 15° beschränkt.

Für die Nutzung solcher Geräte ist es wichtig, für eine große Flexibilität in der Positionierung des genannten Vektors zu sorgen. In der Chirurgie sind gleichzeitig erwünscht die Möglichkeit, sich von der nicht-sterilen Seite des Subjektes diesem mit dem Bildverstärker zu nähern, wobei der Bildverstärker nahe an die Haut gebracht werden soll, und die Möglichkeit, den sterilen Bereich des Subjekts freizuhalten, damit der Chirurg möglichst große Freiheit hat. Da8 ist teilweise mit mechanischen Gestellen erreicht worden, die in der beschriebenen Weise versetzt sind. Wegen der eingeführten Asymmetrie definiert der Versatz zwei unterscheidbare Permutationen bei der Montage von Röntgenquelle und Bildverstärker. Dementsprechend ist der Sinn des Quelle-Bildverstärker-Vektors mit Bezug auf den Montageversatz fixiert. Eine einfache Drehung um 180° um die horizontale Achse reicht nicht aus, um diese Permutationen gegenseitig zu transformieren, weil die Beziehung Röntgenquelle, versetzte Montage und Bildverstärker gegen Rotationen unveränderlich bleibt (ohne Rücksicht auf isozentrische oder nicht-isozentrische Eigenschaften des Gerätes). Im Prinzip kann die Transformation dadurch verwirklicht werden, daß der C-Arm körperlich von der Versatztfontage-Halterung weggenommen und im umgekehrten Aspekt neu montiert wird, oder stattdessen die Positionen von Röntgenquelle und Bildverstärker auf dem C-Arm körperlich ausgetauscht werden. Beide Operationen sind bestenfalls umständlich und ungeeignet. Es können zwei ansonsten identische Einheiten verwendet werden, wobei bei der einen der

.../5 809822/0642

Lauf der Röntgenquelle durch die Versatzmontage begrenzt ist (Standardkonfiguration) und bei der anderen der Bildverstärker so begrenzt ist (umgekehrte Konfiguration).

Zusammenfassung der Erfindung

Allgemein soll durch die Erfindung eine Einrichtung verfügbar gemacht werden, mit der Positionen von kollinear einandergegenüberliegende Röntgenquelle und Bildverstärker-Detektor an einer Vorrichtung umgekehrt werden können, um auf diese Weise den Bereich der Orientierungen des Richtungsvektors zwischen Quelle und Detektor zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine weitere Drehachse verfügbar gemacht wird, die in der Ebene des C-Arms liegt und durch einen Punkt auf der versetzten Montage und dem Zentrum der Kreisbahnbewegung definiert ist, so daß die Beziehungen von Röntgenquelle und Bildverstärker im Kreis bahnzentrum durch Drehung um diese andere Achse invertiert werden können.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Pig. la schematisch eine bekannte C-Arm-Fluoroskopeinrichtung üblichen Aufbaus;

Pig. Ib schematisch eine C-Arm-Fluoroskopeinrichtung bekannter Art mit umgekehrter Konfiguration; und

Fig. 2 einen Schnitt durch die Montageeinrichtung nach der Erfindung.

Die durch die erfindungsgemäße Struktur erzielte Funktion ist am besten in Verbindung mit Fig. la und Ib zu verstehen, wo zwei bekannte Konfigurationen (mit ieozentrischer Geometrie)

.../6 809822/0642

dargestellt sind. Jede weist eine Röntgenquelle 5 bzw. 5' und eine Röntgenbildverstärkereinrichtung 6 bzw. 6' auf, die beide auf die Enden eines gebogenen Elementes oder C-Arms 7 montiert sind. Der C-Arm 7 wird von einem Gestell getragen, das durch einen Versatzarm 12 und einen gebogenen Teil 14 charakterisiert ist. Der gebogene Teil 14 weist eine nicht dargestellte Lagerung auf, in die der C-Arm 7 verschiebbar eingreift, so daß ein Dreh-Freiheitsgrad in der Ebene des C-Arms zur Verfügung steht, wie durch die Pfeile 16 angedeutet, und zwar um eine Achse 17 normal zur Ebene des C-Arms, die durch das Isozentrum 18 verläuft. Eine Lagerung 20 erlaubt es dem Gestell 10, die Ebene des C-Arms 7 um eine Achse 24 zu rotieren, die in der Ebene des C-Arms liegt und durch das Isozentrum 18 verläuft.

Ersichtlich reicht eine Drehung um 180° um die Achse 24 nicht aus, die Vorrichtung nach Fig. la in die Vorrichtung nach Fig. Ib zu transformieren. Das wird deutlicher erkennbar, wenn beachtet wird, daß durch den Versatzarm 12 eine Asymmetrie eingeführt wird. Die Röntgenquelle 5' nach fig. Ib kann längs des durch den Pfeil 16 gezeigten Weges bewegt werden, um eine Position auf der Horizontalachse einzunehmen und in der Nähe des Gestellteils 14, der Bildverstärker 6' kann jedoch nicht so manipuliert werden, daß er durch Drehung um die Achsen 17 und 24 die gleiche Stelle einnimmt, flit anderen Worten, der Bildverstärker 6' kann um die Achse 17 herum bewegt werden, nach links und oben, gesehen in Fig. Ib, bis er sich in der Nähe des Gestellteils 14 befindet, eine anschließende Drehung um die Achse 24 ergibt jedoch keine Stelle, an der der Bildverstärker 6' sich auf der Achse 24 befindet. In ähnlicher Weise kann der Röntgenbildverstärker 6 nach Fig. la eine Position auf der Horizontalachse 24 in der Nähe des Gestellteils 14 einnehmen, die Röntgenquelle 5 kann jedoch nicht durch Drehungen um die angegeben Achsen so manipuliert

.../7 809822/0642

werden, daß sie die gleiche Stelle einnimmt.

Die Erfindung ist am einfachsten mit der isozentrischen Geometrie zu beschreiben. Gemäß Fig. 2, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, hier mit isozentrischer Geometrie, weist diese ein Gestell auf, das einen Versatzarm 12" aufweist, der das Gestell gegen die Achse ?4 versetzt, um die ein Lager 20" eine Drehung mit Bezug auf die Achse 24 ermöglicht. Es ist darauf hinzuweisen, daß Fig. eine Ansicht ähnlich Fig. la ist, nur daß in Fig. 2 alle Elemente in der I'apierebene angeordnet sind und Bezugszeichen mit " dazu verwendet wurden, modifizierte Elemente zu bezeichnen. Der C-Arm 7" wird von Lagerungen 30 ergriffen, die aus Kugellagern 32 bestehen, und ist so ausgelegt, daß eine Drehung um mindestens 90° um die Achse 17 möglich ist. Ein nicht dargestellter Verriegelungsmechanismus wird mit einem Hebel 34 betätigt, um den C-Arm 7" festzusetzen und in einer gewählten Position längs des Weges 16 zu verriegeln.

Abweichend vom Stand der Technik sind die Lagerungen 30 nicht direkt auf den gebogenen Teil 14" des Gestells montiert. Stattdessen sind die Lagerungen 30 auf einen gebogenen Zwischenarm 36 montiert, der so ausgelegt ist, daß er über Lager 38 um eine Achse 40 mit Bezug auf dem gebogenen Teil 14" rotieren kann. Verriegelungseinrichtungen 42 sind vorgesehen, um den Zwischenarm 36 an diskreten Positionen am gebogenen Teil 14" zu befestigen. Die Verriegelungseinrichtung 42 kann beispielsweise die Form von Gewindestiften 42 haben, die in Gewindeaufnahmen 44 im Zwischenann 36 eingreifen.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß die auf die Enden des C-Arms 7" montierten Geräte in ihrer relativen Position mit Bezug

.../8 809822/0642

auf den Versatzarm 12" invertiert werden können, und zwar durch eine einfache 180 -Drehung des Zwischenarms 36 um die Achse 40. Auf diese Weise sind nicht nur alle Paare konjugierter Funkte auf der durch das Isozentrum 18 und den C-Arm 7" definierten Kugel für die Röntgenquelle und den Bildverstärker zugänglich, sondern es kann auch der Sinn der Helativposition von Quelle und Bildverstärker für alle Punkte auf dieser Kugel durch 180°-Drehung um die Achse 40 gewählt werden.

Der Fachmann erkennt, daß Variationen der Erfindung innerhalb der Offenbarung möglich sind. Der Einfachheit halber ist beispielsweise die bevorzugte Ausführungsform im Zusammenhang mit einer isozentrischen Einrichtung beschrieben worden, die weiter durch eine Versatzarm-Montagegeometrie gekennzeichnet ist. Isozentrische Geräte sind zwar in vielen Situationen erwünscht, nicht-isozentrische Geräte mit einem Versatzarm können jedoch ebenfalls die Erfindung verwenden, um den Sinn des Röntgenquelle-Bildverstärker-Vektors zu invertieren. Ersichtlich können auch andere Untersuchüngsmedien als Röntgenstrahlen verwendet werden. Beispielsweise könnte die Quelle 5 durch eine Quelle von durchdringenden Ultraschallwellen ersetzt werden und der Bildverstärker 6 durch einen Detektor für die Ultraschallschwingungen.

809822/0642

Claims

Vl P4-58 D

Patentansprüche

Vorrichtung zur Untersuchung des Körperinneren, mit einer Quelle für ein Untersuchungsmedium und einem Detektor für dieses Medium, die mit einer Montageeinrichtung in einer festen Beziehung zueinander gehalten werden, die so ausgebildet ist, daß Drehungen der Quelle- und Detektoreinrichtung um zwei verschiedene Achsen möglich sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Drehung von Quelle und Detektoreinrichtung um eine weitere Achse, ohne daß eine Drehbewegung um eine der beiden erstgenannten Achsen erforderlich ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell einen Arm aufweist, der zur Drehung um die erste Achse eingerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen Teil aufweist, der zum Stützen eines Zwischenarms geeignet ist, der um die zusätzliche Achse drehbar ist.
4·. Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinrichtung, mit der eine Drehung des Zwischenarms um die zusätzliche Achse verhindert wird.
5· Vorrichtung nach Anspruch ^-,gekennzeichnet durch einen Supportarm, von dem ein Ende die Quelle trägt und das andere Ende den Detektor, wobei Quelle und Detektor aufeinander zu gerichtet und kollinear angeordnet sind.

.../A2 00382-2/08*2.

ORIGINAL INSPECTED

μτ -Z
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Supportarm derart in den Zwischenarm eingreift, daß er längs eines gebogenen Weges verschiebbar ist, so daß der Supportarm in der Ebene des Supportarms drehbar ist, wobei der Winkelbereich der Drehung wenigstens 90 beträgt,
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Achsen koplanar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Achsen sich in einem Isozentrum schneiden und gegenseitig orthogonal sind.
9. Fluoroskop-System, bei dem eine Röntgenquelle und ein Rontgenbildverstarker mit Montageeinrichtungen in einer festen Beziehung zueinander gehalten werden, die Drehungen der Quelle und des Bildverstärkers um zwei sich in einem Isozentrum schneidende Achsen erlaubt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Prehung der Quelle und des Detektors um eine weitere Achse, ohne daß eine Drehbewegung um eine der beiden erstgeannten Achsen erforderlich ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell einen Arm aufweist, der zur Drehung um die erste Achse eingerichtet ist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen Teil aufweist, der zum Stützen eines Zwischenarms geeignet ist, der um die zusätzliche Achse drehbar ist.

.../A3

809822/0642
12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinrichtung, mit der eine Drehung des Zwischenarms um die zusätzliche Achse verhindert wird.
13. System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Support, von dem ein Ende die Röntgenquelle und das andere Ende den Bildverstärker trägt, wobei die Röntgenquelle und der Bildverstärker aufeinander zu gerichtet sind und kollinear angeordnet sind.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Supportarm in den Zwischenarm derart eingreift, daß er längs eines gebogenen Weges verschiebbar ist, so daß der Supportarm um das Isozentrum in der Ebene des Supportarms verdrehbar ist, wobei die Drehung einen Winkelbereich von wenigstens 90 hat.
15· System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Supportarm gegen die erste Achse versetzt ist.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden erstgenannten Achsen gegenseitig orthogonal sind.

809822/0642