(57)【要約】  本発明はモータ補助運動、及び少なくとも１つの双方向車輪を有するモバイルＸ線システムに関する。特に限定空間において高精度で重い物体を位置決めすることは厄介で面倒な仕事であり得る。その結果、少なくとも１つの双方向車輪を有するモータ補助運動装置及びＸ線システムが提示される。本発明によれば、少なくとも１つの双方向車輪１８と、少なくとも１つの双方向車輪１８に付随するモータ装置とを有するモータ補助運動装置１９が提供される。モータ補助運動装置１９は表面上を動くように構成され、少なくとも１つの双方向車輪１８は少なくとも第１の方向２０と少なくとも第２の方向２２に回転するように構成され、第１の方向２０と第２の方向２２は非平行である。モータ補助運動装置１９は表面に対するモータ補助運動装置１９の所望運動の指示１６を検出するように構成され、モータ装置は指示１６に従って表面に対するモータ補助運動装置１９の運動を補助するように構成される。
2013503778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ補助運動装置であって、
少なくとも１つの双方向車輪と、
前記少なくとも１つの双方向車輪に付随するモータ装置とを有し、
前記モータ補助運動装置が表面上を動き、
前記少なくとも１つの双方向車輪が少なくとも第１の方向と少なくとも第２の方向に回転し、前記第１の方向と前記第２の方向が非平行であり、
前記モータ補助運動装置が前記表面に対する前記モータ補助運動装置の所望運動の指示を検出し、
前記モータ装置が前記指示に従って前記表面に対する前記モータ補助運動装置の運動を補助する、
モータ補助運動装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの双方向車輪が、
少なくとも１つの第１の回転素子と、
少なくとも１つの第２の回転素子とを有し、
前記少なくとも１つの第１の回転素子が前記第１の方向に回転し、
前記少なくとも１つの第２の回転素子が前記第２の方向に回転する、
請求項１に記載のモータ補助運動装置。
【請求項３】
前記モータ装置が、
前記少なくとも１つの双方向車輪に、特に前記少なくとも１つの第１の回転素子に付随する少なくとも１つの第１のモータ素子を有し、
前記少なくとも１つの第１のモータ素子が前記第１の方向に前記モータ補助運動装置を動かす、請求項１又は２に記載のモータ補助運動装置。
【請求項４】
前記モータ装置がさらに、
前記少なくとも１つの双方向車輪に、特に前記少なくとも１つの第２の回転素子に付随する少なくとも１つの第２のモータ素子を有し、
前記少なくとも１つの第２のモータ素子が前記第２の方向に前記モータ補助運動装置を動かす、請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項５】
前記モータ装置、前記第１のモータ素子及び／又は前記第２のモータ素子が、前記モータ装置、前記第１のモータ素子及び／又は前記第２のモータ素子にはたらく力及び／又はトルク、所望運動の指示を検出する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項６】
前記指示が手動指示である、請求項１乃至５の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項７】
前記モータ補助運動装置が、ドライブモード、クラッチモード、フリーホイールモード、ブレーキモード、モータ補助モード、位置モード、及び電動モードから成る群から少なくとも１つのモードを有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項８】
前記モータ補助運動装置が自動再配置に適している、請求項１乃至７の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項９】
前記モータ装置が前記モータ補助運動装置の知覚された運動抵抗及び／又は運動力を少なくとも部分的に減らすことによって前記モータ補助運動装置の運動を補助する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項１０】
前記表面に対する前記モータ補助運動装置の運動を制御するための運動制御素子をさらに有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項１１】
前記モータ装置が直接駆動モータ装置である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のモータ補助運動装置。
【請求項１２】
Ｘ線システムであって、
Ｘ線発生装置と、
Ｘ線検出器と、
少なくとも１つの双方向車輪とを有し、
前記少なくとも１つの双方向車輪が前記Ｘ線システムを表面上で動かし、
前記少なくとも１つの双方向車輪が少なくとも第１の方向と少なくとも第２の方向に回転し、前記第１の方向と前記第２の方向は非平行であり、
検査対象のＸ線画像の取得のために前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器が動作可能なように結合される、
Ｘ線システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のうちの少なくとも１つに記載のモータ補助運動装置を有し、
前記少なくとも１つの双方向車輪が前記モータ補助運動装置のものである、請求項１２に記載のＸ線システム。
【請求項１４】
モータ補助運動の方法であって、
表面に対するモータ補助運動装置の所望運動の手動指示として前記モータ補助運動装置に外力を加えるステップと、
モータ装置若しくはモータ素子における前記外力を検出するステップと、
前記所望運動を補助するステップとを有する、方法。
【請求項１５】
Ｘ線システム、モバイルＸ線システム、及びＣアークシステムのうちの少なくとも１つにおける、請求項１乃至１１のうちの少なくとも１つに記載のモータ補助運動装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、特に医療用途における、運動装置の双方向運動に関する。より具体的には、これは双方向車輪を有するモータ補助運動装置及び双方向車輪を有するＸ線システムに関する。
【０００２】
特に、これは検査対象に対するＸ線システムの運動及び位置決めに関する。
【背景技術】
【０００３】
Ｘ線システムは特に診断目的で、例えば検査対象のＸ線画像を取得するために使用される。
【０００４】
Ｘ線画像を取得するために、Ｘ線システムは通常はＸ線発生装置とＸ線検出器とを有する。Ｘ線発生装置とＸ線検出器は検査対象の両側に配置され、Ｘ線画像の取得のために動作可能なように結合される。Ｘ線放射はＸ線検出器の方へＸ線発生装置によって放出される。従ってＸ線検出器とＸ線発生装置の間に位置する検査対象はＸ線放射によって貫通される。Ｘ線検出器の検出器素子は空間減衰したＸ線放射に従って情報を取得し、この情報はその後対象のＸ線画像の生成のために使用される。
【０００５】
通常、Ｘ線発生装置とＸ線検出器は両方とも重く、かなりの重さを持つ強固に作られた構成要素である。従って、表面上、例えば手術室の床の上でＸ線システムを動かすためには、所望の配置及び位置決めのためにＸ線システムにかなりの力が加えられなければならない。
【０００６】
特に、検査対象に関して正確な位置決め、従って正確な許容誤差内の位置決めが要求され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、減少した力要求と、増加した操作及び位置決め精度で、対象（例えば検査対象）に対する装置、特にＸ線システムの補助された、しかし制御された運動及び位置決めが必要であり得る。
【０００８】
以下では、独立請求項にかかるモータ補助運動装置、Ｘ線システム、モータ補助運動の方法及びモータ補助運動装置の使用法が提供される。
【０００９】
本発明の実施形態例によれば、少なくとも１つの双方向車輪と、少なくとも１つの双方向車輪に付随するモータ装置とを有するモータ補助運動装置が提供される。モータ補助運動装置は、表面上を動くように構成され、表面に対するモータ補助運動装置の所望運動の指示を検出するように構成される。少なくとも１つの双方向車輪は少なくとも１つの第１の方向と少なくとも１つの第２の方向に回転するように構成され、第１の方向と第２の方向は非平行である。モータ装置は指示に従って表面に対するモータ補助運動装置の運動を補助するように構成される。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態例によれば、Ｘ線発生装置と、Ｘ線検出器と、少なくとも１つの双方向車輪とを有するＸ線システムが提供される。少なくとも１つの双方向車輪は表面上でＸ線システムを動かすのに適しており、少なくとも第１の方向と少なくとも第２の方向に回転するように構成され、第１の方向と第２の方向は非平行である。Ｘ線発生装置とＸ線検出器は検査対象のＸ線画像の取得のために動作可能なように結合される。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態例によれば、表面に対するモータ補助運動装置の所望運動の手動指示としてモータ補助運動装置に外力を加えるステップと、モータ装置若しくはモータ素子において外力を検出するステップと、所望運動を補助するステップとを有する、モータ補助運動のための方法が提供される。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態例によれば、本発明にかかるモータ補助運動装置はＸ線システム、モバイルＸ線システム、及びＣアークシステムのうちの少なくとも１つにおいて使用される。
【００１３】
例えば、術中シナリオにおいて、例えばＣアークＸ線システムなどのモバイルＸ線システムが利用され得る。オペレータ、例えばＸ線技師は術前、術中及び術後に例えば外科医のために関連画像を取得することが求められ得る。特に術中、ＯＲ内の空間要求若しくは空間制限は、画像が取得されない間は手術台から遠いモバイルＸ線システムの位置決めを必要とし得る。その結果、Ｘ線画像の取得の必要性が生じるとき、モバイルＸ線システムはＸ線画像の取得とその後のＸ線システムの保管のために手術現場を出入りしなければならない可能性がある。モバイルＸ線システムは、特にＸ線発生装置とＸ線検出器両方のかなりの重さのために、それ自体１つの重い機器を構成し得るので、Ｘ線システムの再配置は面倒な務めであり得る。
【００１４】
従って、表面上で動かすためのＸ線システムのモータ補助でありながら手動制御の運動が有用であり得る。
【００１５】
オペレータは例えばモバイルＸ線システムを手術台の方へ動かして所望運動を開始し得る。Ｘ線システム若しくは少なくともその一部は、開始された運動、又は、例えば所望運動を決定するためにモバイルＸ線システムに与えられる力など、少なくとも所望運動の指示（例えば所望運動方向の空間ベクトル）を検出し得る。
【００１６】
モバイルＸ線システム、特に所望運動とその運動ベクトルをそれぞれ検出するように構成される制御素子は、重ね合わせる若しくは付加的な力を加え得る適切に配置されたモータ素子と係合し得る。少なくとも１つのモータ素子によるかかる支持力はモバイルＸ線システムを動かそうとするオペレータによって知覚される摩擦感及び／又は質量感を軽減し得る。言い換えれば、オペレータは例えばＸ線システムを所望方向に動かして若しくは押してＸ線システムに手動指示を与え得る。モバイルＸ線システムは所望方向を検出し、所望方向の運動を補助するために少なくとも１つのモータ素子と係合し得る。
【００１７】
例えばＸ線システムを押すことによって、所望運動の特に手動の指示を用いると、Ｘ線システム及びその運動方向をそれぞれ操縦若しくは制御するためのセンサやスイッチなどが必要ない可能性がある。従って、個別の専用の"運動許可（ｍｏｖｅ  ｅｎａｂｌｅ）"アクチュエータ、スイッチ若しくはボタンが必要ない可能性がある。しかしながら、かかるアクチュエータ、スイッチ若しくはボタンは全自動運動モードにとって有用であり得る。方向、従って表面上のＸ線システムの所望運動のベクトルを示すために例えばジョイスティックが利用され得る。
【００１８】
好適な若しくは所定の位置へのガイダンスのため、例えばＸ線システムを規定の及び／又は前に使用された位置へ再配置するために、プログラム可能な停止（ａｒｒｅｔ  ｓｔｏｐ）のようなさらなる機能が実現され得る。また、異なる個々のレベルのモータ補助を伴う個々のユーザプロファイルの実現も考えられる。
【００１９】
モータ素子は特に、例えば直接駆動モータ素子を用いることによって、直接駆動動作をとって実現され得る。直接駆動モータ素子は、変速比を持つ個別の変速機を必要としない若しくは利用しないモータ素子とみなされ得る。
【００２０】
特に、直接駆動モータ素子の使用は異なる動作モードを、例えばドライブ動作モード、クラッチ動作モード、若しくはフリーホイール動作モード及びブレーキ動作モードを可能にし得る。
【００２１】
ドライブ動作モードは手動制御されたモータ補助運動を可能にし得る。
【００２２】
さらなるドライブモード、例えば自動ドライブモード若しくは電動ドライブモードが、例えばボタン、スイッチ、ジョイスティック若しくは音声制御などのユーザインターフェース素子を利用することによって実現され得る。さらなる動作モードはクラッチ動作モード若しくはフリーホイール動作モードであり得る。かかるモードはモータ素子に供給される電力を遮断することによって得られる。ここで、Ｘ線システムの非モータ補助手動運動を超えてさらに加えられる力を必要とせずに、本質的に自走しているとみなされ得る実質的に自走モータ素子が得られる。
【００２３】
さらに、Ｘ線システムが所定位置において停止し得る、及び例えば人が意図せずＸ線システムに衝突することによってＸ線システムへ加えられる力に、場合によっては無意識に対抗するモータ素子によって前記位置に維持され得る、ブレーキ動作モードが考えられる。
【００２４】
モータ素子はブラシ付き（ｂｒｕｓｈｅｄ）若しくはブラシレスの特性であり得る。ブラシレスモータ素子は特に高トルク及びゼロ速度を含む低速でよい制御動作を提供し得る。その結果、高効率力伝達をもたらす低速ギア駆動系若しくは直接駆動素子が利用され得る。
【００２５】
さらに、例えば直接駆動モータ素子などの直接駆動原理を利用することによって、モータ素子電流が例えばＸ線システムに加わるトルク若しくは力による規定負荷における各トルクに対する好適な尺度若しくは指標になり得る。運動制御素子は、モータ素子に加わるトルク若しくは力が結果として生じるモータ電流若しくは差動モータ電流によって決定され得る、トルク若しくは電流モードに設定され得、これはモータ補助機能の基礎となり得る。言い換えれば、モータはオペレータがＸ線システムを押している若しくは引いている方向を決定し得、この場合モータ素子は例えばＸ線システムを所望方向に動かすようにモータ素子に動力供給することによって、その所望方向への運動を補助するように駆動される。
【００２６】
停止、好適な位置決め及びブレーキのようなさらなる機能は、例えば"オンザフライスイッチング"など、トルクモードから速度若しくは位置モードへの実質的に瞬間的なスイッチングによって実現され得る。速度若しくは位置モードにおいて、その上で動かされる表面に対するＸ線システムの絶対位置若しくは少なくとも相対位置を決定することが好適であり得る。
【００２７】
モータ補助機能のさらなる問題は安全面であり得る。通常、検査対象、例えば患者の近くでモータ素子を利用するとき、かかる電動システムは"デッドマン制御"下で制御され得る。ここで、故障若しくは操作エラーの場合に解除される専用ボタン若しくはスイッチを利用することによってモータ素子は停止し、従って運動が実質的に即座に停止する。
【００２８】
本発明の一態様は専用駆動素子、例えばモータ駆動運動の制御及び／又は開始のためのスイッチ若しくはボタンの放出とみなされ得るため、さらなる安全対策が実施されなければならない可能性がある。従って、例えば補助運動のトルク及び／又は運動速度は実質的に一定の力若しくはオペレータからの所望運動の指示を必要とするレベルに制限され得る。この場合、一定の力若しくは指示がもはや存在しない場合、運動もまた基本的に直ちに停止し得る。かかる安全機能は"単一故障安全要件"を満たし、これはいかなる単一部品故障若しくは所要の一定の力若しくは指示の提供の失敗も、安全状態へのモータ補助運動の実質的に即座のシャットダウンにつながり、その後各問題が修正されるまで自動操作を防ぐことを意味する。
【００２９】
本発明のさらなる態様は双方向車輪の実現とみなされ得る。モバイルＸ線システムで双方向車輪を用いることによって、場合によっては双方向車輪をモータ素子及び／又は適切な制御システムと組み合わせて、モバイルＸ線システムは任意方向に動かされ得るか、若しくは任意の点の周りを回転し得る。
【００３０】
所望運動は手動指示によって若しくは制御素子とユーザインターフェースによって操縦され得る。手動指示に関して、Ｘ線システムはＸ線システムを動かす若しくは位置付ける間オペレータを補助するようにモータ素子を駆動するのにも適し得る。
【００３１】
Ｘ線システムにおいて通常利用されるキャスター車輪とは違って、双方向車輪は特に実際の運動が起こる前若しくは可能になる前に運動方向に回転する必要がない。双方向車輪は所望運動を開始するときに実質的に即座に任意の方向に回転し始め得る。双方向車輪は従って運動を開始及び維持するための力の低下につながり、従ってＸ線システムの正確な位置決めのために小さな左右運動若しくは小さな縦運動を場合により組み合わせて利用する必要なく、対象に関するＸ線システムの微調整が可能であり得る。
【００３２】
キャスター車輪を利用するＸ線システムにおいて、Ｘ線システムの配置の微調整を提供するために追加の小さな運動軸が設計され得る。これらの小さな追加運動軸は左右運動、小さな角運動に対する軸、及び小さな縦運動、すなわち表面上のＸ線システムの運動面における小さな水平運動に対する軸とみなされ得る。
【００３３】
双方向車輪を利用することはかかる小さな運動軸を実現する要件を除き得る。双方向車輪はお互いに異なる２つの運動方向を有する車輪とみなされ得る。各運動方向において、車輪は実質的にいかなる滑りもなく回転するように構成され得る。
【００３４】
双方向車輪は通常２つの異なる方向の各々において運動可能若しくは回転可能であるように回転しない。従って、双方向車輪はステアリングギア若しくはステアリング機構を必要とせずに二次元運動を可能にし得る。特に、双方向車輪は少なくとも第１の回転素子と少なくとも第２の回転素子とを有し、これらは互いに異なりこれら回転素子の両方は特定方向に回転するように構成され、これら２方向は互いに異なる。
【００３５】
２つの軸の互いに対する配向は任意であり得るが、特に２方向の場合、運動方向が実質的に互いに垂直であると有利であり得る。少なくとも２つの回転素子の各々、第１の回転素子と第２の回転素子は適切な駆動モータ素子と組み合わされ得、第１の回転素子及び第２の回転素子のそれぞれ第１の方向及び第２の方向での支持された、補助された、若しくは自動の運動若しくは回転を可能にする。
【００３６】
第１の回転素子と第２の回転素子の運動を組み合わせることによって、二次元平面における任意運動が得られる。結果として生じる運動方向はベクトル加法によって決定され得る。少なくとも１つの第１の回転素子と少なくとも１つの第２の回転素子に付随するモータ素子は、場合により重いＸ線システムの移動及び位置決めが容易にかつ正確に実行され得るように、オペレータがＸ線システムを例えば患者に対して手で若しくは手動指示によって位置付けているとき、駆動素子に力を与えるのにオペレータを補助するように構成され得る。
【００３７】
電動モードにおいて、モータ素子は例えばＸ線システムを操縦するためのジョイスティックを利用することによって、所望運動方向に従って制御素子によって駆動され得る。
【００３８】
従って、Ｘ線システムの微細な位置決めに必要な力が削減され得る。双方向車輪を利用することによって追加の小さな運動軸の縦運動と左右運動が省略されながら、モータ補助モードを採用することによって手動位置決めが正確にかつ便利に実行され得る。
【００３９】
以下において、本発明のさらなる実施形態例が特にモータ補助運動装置に関して記載される。しかしながら、これらの説明はまたＸ線システム、モータ補助運動の方法、及びモータ補助運動装置の使用法にも当てはまることが理解されるものとする。
【００４０】
クレームされた物体間、特に装置タイプクレーム、方法タイプクレーム、及び使用タイプクレームに関する実施形態間での単一の若しくは複数の特徴の任意変更及び交換が考えられ、本特許出願の範囲及び開示の範囲内であることが明示される。
【００４１】
本発明のさらなる実施形態例によれば、少なくとも１つの双方向車輪は少なくとも１つの第１の回転素子及び／又は少なくとも１つの第２の回転素子を有し、少なくとも１つの第１の回転素子は第１の方向に回転するように構成され、及び／又は少なくとも１つの第２の回転素子は第２の方向に回転するように構成される。
【００４２】
異なる個別方向に回転するように構成される個々の回転素子を持つ双方向車輪を実現することにより、運動の双方向性が容易に実現可能になり得、例えば床の表面上など所定面内での任意の二次元運動をもたらす。
【００４３】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ装置は少なくとも１つの双方向車輪に、特に少なくとも１つの第１の回転素子に付随する少なくとも１つの第１のモータ素子を有し、少なくとも１つの第１の回転素子はモータ補助運動装置／第１の回転素子を第１の方向に動かすように構成され得る。
【００４４】
モータ素子を利用することによって、第１の方向の補助された若しくは自動化された運動が容易に得られる。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ装置は少なくとも１つの双方向車輪に、特に少なくとも１つの第２の回転素子に付随する少なくとも１つの第２のモータ素子をさらに有し、少なくとも１つの第２のモータ素子はモータ補助運動装置を第２の方向に動かすように構成され得る。
【００４６】
かかる第２の方向の補助された若しくは電動の運動により、モータ補助運動装置は減少した操作力と増加した位置決め精度で二次元平面で運動可能になり得る。
【００４７】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ装置、第１のモータ素子及び／又は第２のモータ素子は、所望運動の指示と、モータ装置、第１のモータ素子及び／又は第２7のモータ素子にはたらく力及び／又はトルクとを検出するように構成され得る。
【００４８】
かかる指示、力若しくはトルクは所望運動方向を示すとみなされ得る。従って、モータ装置、第１のモータ素子及び／又は第２のモータ素子は一方では所望運動方向を決定することができ、他方では所望運動を直接支援若しくは補助することができる。
【００４９】
本発明のさらなる実施形態によれば、指示は手動指示であり得る。
【００５０】
これは特に専用ボタン若しくはスイッチ若しくは他の制御素子を必要とせずにモータ補助運動装置にかかる力であり得る。
【００５１】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ補助運動装置は、ドライブモード、クラッチモード、フリーホイールモード、ブレーキモード、モータ補助モード、位置モード及び電動モードから成る群から少なくとも１つのモードを有し得る。
【００５２】
かかるモード若しくは動作モードは、一般にモータ補助運動装置の、及び特にモータ素子の挙動を異なる動作シナリオに適合させることを可能にし、例えばドライブモードは、場合により位置モードと関連して、モータ補助運動装置の増加した精度で補助された位置決めを可能にし、一方ブレーキモードは、所望位置が得られたときに駆動され、モータ補助運動装置を所望の位置に正確に維持することを可能にし得る。
【００５３】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ補助運動装置は自動的再配置に適し得る。
【００５４】
自動再配置はモータ補助運動装置が、例えば室内のＸ線システムの表面に対する相対運動若しくは絶対位置決めを考慮しながら、例えば制御素子若しくは制御システムによって予め設定された若しくは既知の位置に自動的に少なくとも部分的に再配置されることを可能にし得る。
【００５５】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ装置はモータ補助運動装置の知覚した運動抵抗及び／又は運動力を少なくとも部分的に減らすことによってモータ補助運動装置の運動を補助するように構成され得る。
【００５６】
従って、所望運動を補助するとき、モータ素子が所望運動方向に駆動されているので、オペレータはモータ補助運動装置を運動させる若しくは移動しようとする際に減少した運動抵抗若しくは運動力を知覚し得る。
【００５７】
本発明のさらなる実施形態例によれば、表面に対するモータ補助運動装置の運動を制御するための運動制御素子が設けられ得る。
【００５８】
かかる運動制御素子は所望運動の指示を提供する若しくは受け取るように構成され得、場合によりそれを所望運動の電気表現若しくはベクトルに変換し、又は補助された運動若しくは自動化された運動を提供するために第１のモータ素子及び／又は第２のモータ素子の少なくとも１つを制御する。
【００５９】
本発明のさらなる実施形態例によれば、モータ装置は直接駆動モータ装置であり得る。
【００６０】
直接駆動モータ装置は特に所望運動方向を決定するために適切なフィードバックを提供し得る。
【００６１】
以下において、本発明のさらなる実施形態例が特にＸ線システムに関して望まれる。しかしながら、これらの説明はモータ補助運動装置、モータ補助運動の方法、及びモータ補助運動装置の使用法にも当てはまることが理解されるものとする。
【００６２】
本発明のさらなる実施形態例によれば、Ｘ線システムは本発明にかかるモータ補助運動装置をさらに有し、少なくとも１つの双方向車輪は運動装置のものである。
【００６３】
言い換えれば、モータ補助運動装置を有するＸ線システムは全体でそれでも１つの双方向車輪を有するのみであり得る。モータ補助運動装置をＸ線システムに設けることは、患者、例えば操作シナリオに関してＸ線システムを容易にかつ便利に動かし位置付けることを可能にし得る。
【００６４】
本発明のこれらの及び他の態様は以下に記載の実施形態から明らかとなり、それを参照して解明される。
【００６５】
本発明の実施形態例は以下の図面を参照して以下に記載される。
【００６６】
図面中の図は略図である。異なる図において、同様の若しくは同一の要素は同様の若しくは同一の参照数字を与えられる。
【００６７】
図面は縮尺通りでないが、定性的比率を描写し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】Ｘ線システムを動かす実施形態例。
【図２ａ】本発明にかかる双方向車輪の実施形態例。
【図２ｂ】本発明にかかる双方向車輪の実施形態例。
【図２ｃ】本発明にかかる双方向車輪の実施形態例。
【図３】本発明にかかる双方向車輪の実施形態例の詳細図。
【図４ａ】本発明にかかる双方向車輪を有するモータ補助運動装置の異なる運動シナリオ。
【図４ｂ】本発明にかかる双方向車輪を有するモータ補助運動装置の異なる運動シナリオ。
【図４ｃ】本発明にかかる双方向車輪を有するモータ補助運動装置の異なる運動シナリオ。
【図４ｄ】本発明にかかる双方向車輪を有するモータ補助運動装置の異なる運動シナリオ。
【図５】本発明にかかるモータ補助運動装置のための運動制御システムの実施形態例の略図。
【図６】本発明にかかるモータ補助位置決めのための方法の実施形態例。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１を参照すると、Ｘ線システムを動かす実施形態例が描かれる。
【００７０】
図１において、Ｃアークシステムとして例示的に描かれるＸ線システム２は、Ｘ線発生装置４、例えばＸ線管と、Ｘ線検出器６を有する。対象１０はＸ線発生装置４からＸ線検出器６の方へ発し対象１０を貫通するＸ線放射７の経路内に概略的に描かれる。車輪９を有する車輪装置８は、表面、例えば手術室の床など表面上でＸ線システムを動かすためにＸ線システム２の本体に位置する。
【００７１】
オペレータ１２はハンドル１５を用いてＸ線システム２を押すことによって所望運動方向１４にＸ線システム２を動かしている。
【００７２】
従って、オペレータ１２は所望運動方向１４にＸ線システム２を動かすためにＸ線システム２に所望運動の指示１６を適用している。
【００７３】
図２ａ‐ｃを参照すると、本発明にかかる双方向車輪の実施形態例が描かれる。
【００７４】
図２ａ，ｂは特に双方向車輪１８の個々の実施形態を示し、一方図２ｃはここでは例示的に３つの双方向車輪１８を有するモータ補助運動装置１９の実施形態例を示す。
【００７５】
図２ａにおいて、双方向車輪１８は第１の方向２０に双方向車輪１８を回転させる、実質的には双方向車輪１８の外周上を回転させるための軸２８を有する。双方向車輪１８の外周は従って第１の回転素子２４であるとみなされ得る。従って、双方向車輪１８は第２の方向２２に回転するための追加の第２の回転素子２６を有しながら専用の第１の回転素子２４の有無にかかわらず第１の方向２０に回転可能であり得る。
【００７６】
第２の回転素子２６は２列の個々のローラを有し、この２列は一方の列の２つの隣接する回転素子２６の間の間隙を他方の列の回転素子２６によって効果的に埋めるために互いに対してオフセットされる。従って、双方向車輪１８が第２の方向２２に動くことができないかもしれないデッドスポットが生じない。再度、軸２８に関する双方向車輪１８の外周、若しくは全ての第２の回転素子２６は一緒に第１の回転素子２４とみなされ得る。
【００７７】
図２ｂを参照すると、双方向車輪１８のさらなる実施形態が描かれる。図２ｂにおいて、個々の第２の回転素子２６は実質的に図２ａの実施形態と比較して大きいが、基本原則は維持される。
【００７８】
個々の第２の回転素子２６の各列は３つの回転素子２６を有する。再度、両列の回転素子２６は、双方向車輪１８を第２の方向２２に回転させる機能を常に提供するよう、隣接する第２の回転素子２６間の間隙を埋めるために、互いに対してずらされる若しくはオフセットされる。
【００７９】
図２ｃに関して、例示的に３つの双方向車輪１８を有するモータ補助運動装置１９が描かれる。少なくとも３つの双方向車輪１８を用いることは、モータ補助運動装置１９を表面上でしっかりと位置付け、動かすことを可能にする。
【００８０】
しかしながら、１、２、４、５、６、７、８若しくはそれ以上の双方向車輪１８のような任意の数の双方向車輪が、場合により少なくとも１つ若しくは２つの支持車輪を追加して、考えられ得る。モータ補助運動装置１９の各双方向車輪１８ａ，ｂ，ｃはその個々の第１の方向２０ａ，ｂ，ｃの各双方向車輪１８ａ，ｂ，ｃの運動のためにその個々の軸２８の周りを回転するように構成される。
【００８１】
回転軸２８に関して双方向車輪１８ａ，ｂ，ｃの外周上に、複数の第２の回転素子２６が配置される。第２の回転素子２６は、モータ補助運動装置１９が各双方向車輪１８に対して異なる方向である方向２２に動かされることを可能にし、第２の方向２２は図２ｃの実施形態例における軸２８に平行である。
【００８２】
図３を参照すると、本発明にかかる双方向車輪の実施形態例の詳細図が描かれる。
【００８３】
第１のモータ素子４０は、双方向車輪１８を第１の方向２０に動かすため、実質的に双方向車輪１８をその外周上で回転させるために、双方向車輪１８の回転軸２８に位置する。外周及び第２の回転素子２６はそれぞれ第１の回転素子２４を構成するとみなされ得る。
【００８４】
軸２８に関して双方向車輪１８の外周上に、複数の第２の回転素子２６が配置される。図３において、第２の回転素子２６の１列だけが描かれ、第２の回転素子２６は場合により、狭い間隙と場合により第２の回転素子２６の小さな寸法のために、外周／軸２８に関する双方向車輪の考えられる全ての角度位置において第２の方向２２の運動が可能であるように位置する。
【００８５】
しかしながら、図２ａ若しくは２ｂと同様に、第２の回転素子２６のさらなる列が考えられる。
【００８６】
各第２の回転素子２６は、第２の方向２２の運動が実行され得るように運動可能であり得る。第２の方向２２の運動をもたらす第２の回転素子２６の運動、従って回転は、例えば双方向車輪１８を少なくとも部分的に第２の方向２２に押すことによる受動運動であり得、又は第２の方向２２の運動のための第２の回転素子２６の駆動のために少なくとも第２の回転素子２６のサブグループと関連する第２のモータ素子４２を利用することによる能動運動であり得る。
【００８７】
双方向車輪１８が双方向車輪１８の外周上を回転することによって第１の方向２０に動いている間、方向２２における第２の回転素子２６を利用することによる変位は、第１の方向２０の運動及び第２の方向２２の運動の両方から成るベクトル加算運動３６をもたらし、従ってベクトル加算運動３６をもたらす。
【００８８】
図４ａから４ｄを参照すると、本発明にかかる双方向車輪を有するモータ補助運動装置の異なる運動シナリオが描かれる。
【００８９】
図４ａにおいて、３つの双方向車輪１８ａ，ｂ，ｃを有するモータ補助運動装置１９は所望運動方向１４に動かされるものとする。双方向車輪１８ａに関して、結果として生じる運動３０／３６を得るためのベクトル加法の原理が描かれる。双方向車輪１８ａは第１の回転素子２４ａを用いることによって第１の方向２０に動いており、これは第１の回転素子２４ａの運動３２ａをもたらす。
【００９０】
双方向車輪１８ｂは例示的に、両方の双方向車輪１８ａ，ｂが第１の方向２０ａ，ｂに関して平行に配列していないため、その第１の方向２０ｂに関して同様の運動を実行している。方向２０ａ，ｂのみにおける双方向車輪１８ａ，ｂの結果として生じる運動は双方向車輪１８ａ，ｂのある種の外側への滑りをもたらし得る。外側への滑りは第２の方向２２ａ，ｂにおける双方向車輪１８ａ，ｂの、特に第２の回転素子２６ａ，ｂの運動によって補正されるとみなされ得る。
【００９１】
従って、双方向車輪１８の結果として生じるベクトル加算運動３６が得られ、これは所望運動方向１４に平行であり、従ってモータ補助運動装置１９の運動３０をもたらす。
【００９２】
図４ａにおいて、第３の双方向車輪１８ｃは、所望運動方向１４がこの場合第１の方向２０に垂直であるため、その第２の方向２２ｃに動くことだけを要する。
【００９３】
図４ｂに関して、実質的に回転点３８の周りの適所におけるモータ補助運動装置の回転が描かれる。従って所望運動１４は回転点３８の周りのモータ補助運動装置１９の回転をもたらす円運動である。この運動３０は実質的に双方向車輪１８ａ，ｂ，ｃを回転のために第１の方向２０ａ，ｂ，ｃに動かすだけで得られる。
【００９４】
図４ｃに関して、実質的に双方向車輪１８ａの第１の方向２０ａにおける直線横ばい運動が得られる。従って、双方向車輪１８ｂ，ｃのベクトル加算運動３６ｂ，ｃは、所望運動方向１４における結果として生じる運動３０が得られるようでなければならない。再度、双方向車輪１８ｂ，ｃに関して、第１の方向２０ｂ，ｃ、及び第２の方向２２ｂ，ｃにおける運動によって成る結果として生じるベクトル加算運動３６が、結果として生じる運動３０を得るために利用されなければならない。
【００９５】
図４ｄに関して、回転点３８の周りの回転が実現される。図４ｄにおける回転点３８はモータ補助運動装置１９の中心内にないため、実質的に３つの双方向車輪全て１８ａ，ｂ，ｃは結果として生じる運動３０を所望運動１４として得るために第１の方向２０ａ，ｂ，ｃ及び第２の方向２２ａ，ｂ，ｃにおける運動を利用しなければならない。
【００９６】
図５を参照すると、本発明にかかるモータ補助運動装置の運動制御素子の実施形態例の略図が描かれる。
【００９７】
モータ装置４０／４２は例えば、ＣアークＸ線システム２、特に例えば双方向車輪１８などの車輪９の駆動のためのブラシレスＡＣ、ベクトル制御モータ装置４０／４２であり得る。ブラシレスＡＣ（ＢＬＡＣ）モータは特に電子的正弦波ベクトル制御整流システムを利用し得る。かかる種類のモータはゼロから始まる連続四象限トルク及び速度範囲を提供し得る。
【００９８】
モータ装置４０／４２は増幅器Ｋｔを介して駆動電力を受信し、整流及びサーボ制御のために絶対位置フィードバックエンコーダによってその位置に関するフィードバックを提供する。図５において、２つの基本モードが設定され得、モードＡ、ＰＩＤ若しくは位置モード、及びモードＢ、トルク／電流モードと記載される。サーボ制御装置はブラシレスＡＣ整流制御、トルク／電流制御ループ、位置（ＰＩＤ）制御ループ及び"オンザフライ"制御ループ切替機構のような機能を提供する。
【００９９】
増幅器は電子的整流及び電流ループを提供し得る。モータトルクが場合により電流と比例する（Ｋｔ）ため、トルク制御が実現され得る。ＰＩＤ制御は位置誤差に反応してそれを最小化し得る。これを実現するために、ＰＩＤ制御装置は誤差信号から比例値、積分値及び微分値を提供し得る。"オンザフライ"モード切替は移行中に何も感じられないことを確実にし得る。これは３つのＰＩＤパラメータを滑らかに増加若しくは減少させることによって実現され得る。
【０１００】
制御原理は図５に示したブロック図によって描かれ、これはモータ制御装置の全機能の概観を与える。機能はサーボ制御装置と制御素子にある。増幅器は整流及び制御ループを提供する。電流設定値はＰＩＤ制御装置及びフィードフォワードオフセットによって生成される。モータ位置フィードバックは高分解能絶対値エンコーダによって提供され得る。
【０１０１】
フィードフォワード制御システムが提供される場合、設定電流は特に位置、速度及び加速設定値、並びに質量、減衰、摩擦及び不平衡パラメータに応じて、フィードフォワードアルゴリズムによって決定され得る。この場合、設定電流は特にオフセット電流に等しくなり得る。ＰＩＤ制御装置はフィードフォワードモデルの偏差を修正し得る。
【０１０２】
ＰＩＤモード又は位置若しくは速度制御モードにおいて、サーボ制御装置内の"動作／設定入力スイッチ"素子及び"オン／オフＰＩＤ"におけるスイッチは"モードＡ"に設定される。フィードフォワードアルゴリズムは例えば物理的運動モデルに基づいて予想モータ電流を計算若しくは決定し得る。モデルは摩擦、減衰、質量及び不平衡のようなパラメータを含み、各々の物理的式をあらわし得る。モデリングが一致する場合、特にモデル化された実際の系に実質的に完全に一致する場合、ＰＩＤ制御装置から増幅器への電流設定値への寄与は必要ないかもしれない。この理論的場合において、Ｘ線システム２の運動はＰＩＤ制御装置の支援なしに要求された若しくは所望の軌道に従い得る。かかるモデルはまた補助モードの補助設定のための参照としても使用され得る。
【０１０３】
補助モード中、ＰＩＤ制御は切られ、運動設定値は、各値が設定値発生器によって提供されるＰＩＤモードとは対照的に微分器フィルタからの実際の設定値によって置き換えられる。補助モードにおいて、フィードフォワード機構はアクティブのままであり得るが、量は必要な補助レベルに下げられ得る。補助モードにおいて、不平衡フィードフォワードは完全加算され得る。減衰寄与は例えば反作用力を与えることによって高過ぎる手動速度を防ぐために利用され得、これは実質的に機械的モータ出力若しくは補助運動若しくは均等反作用若しくは均等反発を減らす結果になり得、この場合Ｐｄはゼロ未満ですらあり得る。
【０１０４】
知覚パラメータ若しくは因子Ｐｍ，Ｐｄ及びＰｆにより、必要な若しくは所望の補助が調節され得る。補助モードにおいて、これらのパラメータは０から１未満であり得、一方ＰＩＤモードにおいてパラメータは１に等しくなり得る。因子の許容範囲は０から１で両端が含まれる。
【０１０５】
実際の速度及び加速度は、微分器フィルタにおいて実行される実際の位置フィードバックの微分及びフィルタリングによって取得される。運動は特に運動制御装置が位置交換を検出するときに駆動され得る。
【０１０６】
また、好適な位置決めが実現され得る。補助モードを用いることによって、予めプログラムされた位置での停止が実現され得る。ユーザは所望運動方向の手動指示を与え、その方向に、プログラムされた位置が位置し得る。この位置の近くで、滑らかで正確な停止と予めプログラムされた位置を強制するよう、ＰＩＤ位置制御装置によって制御は自動的に支配され得る。ユーザモード制御装置は電流ループからＰＩＤループへの滑らかな制御モード切替を提供する。運動が停止した後、補助モードは再度利用可能になり得る。
【０１０７】
さらに、ブレーキモードが実現され得、これは上記のような好適な位置における停止に実質的に等しい。また、ブレーキ位置を離れたときのみモータが駆動され、ＰＩＤモードにおいて位置を維持することによって、ホールド／ブレーキ機能が実現され得る。
【０１０８】
図６を参照すると、本発明にかかるモータ補助位置決めのための方法の一実施形態例が描かれる。
【０１０９】
モータ補助運動の方法４６が提供され、表面に対するモータ補助運動装置の所望運動の手動指示としてモータ補助運動装置に外力を加えるステップ４８と、モータ装置若しくはモータ素子における外力を検出するステップ５０と、所望運動を補助するステップ５２とを有する。
【０１１０】
"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しないことが留意されるべきである。また、異なる実施形態に関連して記載される要素は組み合されてもよい。
【０１１１】
請求項における参照数字は請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならないこともまた留意されるべきである。
【符号の説明】
【０１１２】
２              Ｘ線システム
４              Ｘ線発生器
６              Ｘ線検出器
７              Ｘ線放射
８              車輪装置
９              車輪
１０            対象
１２            オペレータ
１４            所望運動方向
１５            ハンドル
１６            所望運動の指示
１８ａ，ｂ，ｃ  双方向車輪
１９            モータ補助運動装置
２０ａ，ｂ，ｃ  第１の方向
２２ａ，ｂ，ｃ  第２の方向
２４            第１の回転素子
２６            第２の回転素子
２８            軸
３０            モータ補助運動装置の運動／結果として生じる運動
３２            第１の回転素子の運動
３４            第２の回転素子の運動
３６            車輪のベクトル加算運動
３８            回転点
４０            第１のモータ素子
４２            第２のモータ素子
４４            運動制御システム
４６            モータ補助運動の方法
４８            ステップ：モータ補助運動装置に外力を加える
５０            ステップ：モータ装置若しくはモータ素子における外力を検出する
５２            ステップ：所望運動を補助する
【図１】
2013503778.tif 000003
【図２ａ】
2013503778.tif 000004
【図２ｂ】
2013503778.tif 000005
【図２ｃ】
2013503778.tif 000006
【図３】
2013503778.tif 000007
【図４ａ】
2013503778.tif 000008
【図４ｂ】
2013503778.tif 000009
【図４ｃ】
2013503778.tif 000010
【図４ｄ】
2013503778.tif 000011
【図５】
2013503778.tif 000012
【図６】
2013503778.tif 000013
【国際調査報告】
2013503778.tif 000014
2013503778.tif 000015
2013503778.tif 000016
2013503778.tif 000017
2013503778.tif 000018