專利名稱：用于確定沿相關(guān)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定沿相關(guān)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的設(shè)備，以及一種用于確定沿相關(guān)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的方法。
背景技術(shù)：
在許多技術(shù)應(yīng)用中必須精確地確定可運(yùn)動(dòng)部件的位置。在最簡(jiǎn)單的情況中，這也通過(guò)在運(yùn)動(dòng)歷程上整合相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，例如步進(jìn)馬達(dá)、直線驅(qū)動(dòng)器等。但對(duì)于許多應(yīng)用，例如對(duì)于醫(yī)療技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、光學(xué)等，該測(cè)量方法的精確度不足。
在醫(yī)療技術(shù)中，精確的位置確定的必要性的示例為多片準(zhǔn)直器的領(lǐng)域。
多片準(zhǔn)直器用于在治療性放射治療中通常由直線加速器所產(chǎn)生的X射線束的射束成型。此類準(zhǔn)直器包括多個(gè)由例如鎢的不透過(guò)X射線的材料制成的片，所述片可運(yùn)動(dòng)地布置，使得通過(guò)其定位可使射束的橫截面輪廓與處在治療射束中的待治療的組織區(qū)域的外周輪廓相匹配。以此保證，例如腫瘤的待治療的組織得到希望的輻射劑量，而周圍組織盡可能低地受到負(fù)荷。
在放射治療的現(xiàn)代方法中，例如在動(dòng)態(tài)弧形照射中，此外片位置必須不斷地調(diào)整， 因?yàn)樯涫鄬?duì)于患者運(yùn)動(dòng)并且待照射的組織的外周輪廓因此取決于射束相對(duì)于患者的角度位置改變。也在用于將輻射在待照射的區(qū)域內(nèi)盡可能均勻地分布并且因此補(bǔ)償了通過(guò)身體的射束歷程中的不均勻性所謂的強(qiáng)度調(diào)制處理中，需要持續(xù)地調(diào)整準(zhǔn)直器的片位置。
為保證此類多片準(zhǔn)直器的特別可靠的運(yùn)行，需要使得片的各位置在每個(gè)時(shí)刻精確地已知。從現(xiàn)有技術(shù)中為此已知安裝與各片的邊緣直接接觸的壓電轉(zhuǎn)換器，并且通過(guò)壓電轉(zhuǎn)換器感應(yīng)片內(nèi)的表面波。這樣的表面波，優(yōu)選地為邊緣波沿片的邊緣運(yùn)行并且在限定的障礙上,例如在片的角部上反射。從發(fā)射的和反射的信號(hào)的信號(hào)運(yùn)行時(shí)間可確定片的相對(duì)位置。
該實(shí)施方式的缺點(diǎn)是在運(yùn)動(dòng)的片和壓電轉(zhuǎn)換器之間出現(xiàn)磨損。這可通過(guò)有目的地涂敷壓電轉(zhuǎn)換器降低，為此例如使用濺鍍層或粘合的硬材料板。即使在這些實(shí)施方式中仍出現(xiàn)明顯的磨損，這限制了系統(tǒng)的壽命并且導(dǎo)致了昂貴的檢查和必須的維修工作。
可比較的問(wèn)題也在另外的醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的位置確定中出現(xiàn)，例如在使用成像方法的檢查中會(huì)出現(xiàn)的檢查臺(tái)的情況下。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于確定沿相關(guān)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的設(shè)備以及一種用于確定沿相關(guān)的軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的方法，所述設(shè)備和方法特別地實(shí)現(xiàn)了無(wú)磨損的運(yùn)行以及同時(shí)更可靠的位置確定。
該任務(wù)通過(guò)按照本發(fā)明的特征的設(shè)備以及按照本發(fā)明的方法解決。
為確定沿至少一個(gè)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置，根據(jù)本發(fā)明，將該部件與在軸方向上延伸的參考元件相關(guān)聯(lián)，該部件與該參考元件可機(jī)械接觸，其中在參考元件上布置了各自壓電轉(zhuǎn)換器以用于產(chǎn)生和接收在參考元件的材料內(nèi)的振動(dòng)。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)相反，在壓電變換器和可運(yùn)動(dòng)部件之間不存在直接接觸。特別地，壓電變換器固定地安裝因此不具有與另外的部件可運(yùn)動(dòng)地接觸的接觸面。由此完全防止了壓電變換器的磨損，使得可省去昂貴的檢查和維護(hù)工作。
部件的位置確定也在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中通過(guò)產(chǎn)生表面波來(lái)進(jìn)行，但所述表面波在該情況中不在片自身內(nèi)而是在參考元件內(nèi)產(chǎn)生。由壓電變換器發(fā)出的表面波沿參考元件運(yùn)行并且在參考元件和可運(yùn)動(dòng)部件之間的接觸點(diǎn)上被反射。在此，也可又從發(fā)射的信號(hào)和接收的信號(hào)之間的信號(hào)運(yùn)行時(shí)間推斷出部件的位置。由此，實(shí)現(xiàn)了可靠地位置確定。
優(yōu)選地，參考元件構(gòu)造為固定在保持框架上的板。板形的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了特別好的表面波傳播。
在此特別合適的是，使可運(yùn)動(dòng)部件與其上布置了各自壓力變換器的參考元件的邊緣機(jī)械地接觸。恰恰沿此類板形參考元件的邊緣實(shí)現(xiàn)了特別好的波傳播。特別地，波作為橫波沿邊緣傳播，而波主要作為縱波穿透參考元件的主體。橫波可特別可靠地被反射，并且因此以特別好的信噪比被檢測(cè)到。
優(yōu)選地，可運(yùn)動(dòng)部件和參考元件之間的機(jī)械接觸通過(guò)滑動(dòng)或滾動(dòng)元件產(chǎn)生。此類機(jī)械接觸實(shí)現(xiàn)了特別好的少磨損的運(yùn)行，使得在此也保證了長(zhǎng)的壽命并且最大程度上避免了昂貴的維護(hù)。
為能夠可靠地反射由壓電變換器所產(chǎn)生的信號(hào)，有利的是在滑動(dòng)或滾動(dòng)元件和參考元件之間存在5至ION的壓緊力(Anpresskraft)。
有利地，參考元件和滑動(dòng)或運(yùn)動(dòng)元件被磁化。為此，特別地建議將鐵磁性的特別是用磁性的材料用于參考元件和滑動(dòng)或滾動(dòng)元件。通過(guò)磁化，可在兩個(gè)元件之間產(chǎn)生必需的壓緊力，而無(wú)需額外的機(jī)械的并且會(huì)磨損的元件，例如彈簧。
當(dāng)滑動(dòng)或滾動(dòng)元件在參考元件的槽內(nèi)可運(yùn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)或滾動(dòng)元件和參考元件之間的更高的磁性壓緊力。為降低滑動(dòng)或滾動(dòng)元件和槽之間的側(cè)向接觸并且因此降低由于不必要的摩擦導(dǎo)致的磨損，合適的是將槽構(gòu)造為圓錐形的。作為其替代或補(bǔ)充，可將槽的側(cè)壁或也將滑動(dòng)或滾動(dòng)元件的側(cè)面以非金屬材料涂覆，使得在兩個(gè)元件之間不存在不導(dǎo)致希望的壓緊壓力的磁力作用。這降低了元件之間的摩擦并且因此降低了磨損。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，構(gòu)造了用于確定用于在X射線設(shè)備內(nèi)的射束成形的片準(zhǔn)直器的片的位置的設(shè)備。由于設(shè)備的占地要求低，所以設(shè)備在此特別好地適合于實(shí)現(xiàn)片調(diào)節(jié)的精度。
在另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，構(gòu)造了用于確定醫(yī)療設(shè)備的檢查臥榻的位置的設(shè)備。 在此也可通過(guò)使用設(shè)備保證位置調(diào)節(jié)的必需的精度，例如在用于成像方法的設(shè)備中的檢查臥榻所需的情況。
本發(fā)明此外涉及一種用于確定沿至少一個(gè)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的方法，其中通過(guò)在軸方向上延伸的參考元件上固定的壓電變換器在參考元件內(nèi)產(chǎn)生了振動(dòng)信號(hào)。該振動(dòng)信號(hào)優(yōu)選地以表面波或邊緣波的形式在可運(yùn)動(dòng)部件和參考元件之間的觸及點(diǎn)上被反射。如此反射的振動(dòng)信號(hào)由壓電變換器再次接收，其中從發(fā)送和接收之間的時(shí)間差確定參考元件上的觸及點(diǎn)的位置。如根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備已解釋，可以通過(guò)此方式簡(jiǎn)單并且可靠地確定部件相對(duì)于壓電變換器的位置，其中避免了由于壓電變換器和部件之間的直接接觸導(dǎo)致的磨損。
在本發(fā)明的另外的構(gòu)造中，在參考元件的邊緣上產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，所述邊緣與部件觸及接觸。邊緣提供了特別有利的用于振動(dòng)信號(hào)的傳播路徑，所述振動(dòng)信號(hào)沿邊緣主要以橫波形式運(yùn)行，所述橫波被特別好地反射并且因此能以特別好的信噪比被檢測(cè)到。
在可運(yùn)動(dòng)部件和參考元件之間的觸及點(diǎn)優(yōu)選地通過(guò)可運(yùn)動(dòng)部件的滑動(dòng)或滾動(dòng)元件在參考元件的邊緣上的壓緊而產(chǎn)生。這降低了片和參考元件之間的摩擦，使得在此也最大程度上避免了磨損。為將滑動(dòng)或滾動(dòng)元件壓緊，優(yōu)選地使用磁性力，為此將滑動(dòng)或滾動(dòng)元件以及參考元件磁化。由此，可省去用于將兩個(gè)元件相對(duì)壓緊的機(jī)械元件，使得在此也避免了磨損。
特別地合適地，使用5至ION的壓緊力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)射入振動(dòng)信號(hào)的特別好的反射。


在下文中根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明及其實(shí)施方式。在此，
圖1示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例的多片準(zhǔn)直器的片的示意圖。
具體實(shí)施方式
在下文中以多片準(zhǔn)直器的實(shí)施例來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明的用于確定沿至少一個(gè)軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置的設(shè)備的實(shí)施例的工作方式。
用于治療照射例如腫瘤等的多片準(zhǔn)直器包括多個(gè)在光程中可運(yùn)動(dòng)的片10。通過(guò)在圖1中未示出的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的片10的運(yùn)動(dòng)，可形成光程的橫截面輪廓并且將其與待照射的組織部分的外周輪廓匹配。在現(xiàn)代放射治療方法中，在此還需要將片位置動(dòng)態(tài)地調(diào)整，以例如調(diào)制輻射的強(qiáng)度或在射束和患者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下將射束的橫截面輪廓與取決于患者和射束之間的各自角度位置的外周輪廓匹配。
為實(shí)現(xiàn)可靠的照射，即在待照射的組織上集中最大的希望的射線強(qiáng)度，而盡可能低地照射并且因此盡可能低地?fù)p傷周圍組織，在此需要精確識(shí)別將片10在每個(gè)時(shí)刻的位置。為此，多片準(zhǔn)直器包括板12，所述板12在片10的運(yùn)動(dòng)方向上即在箭頭14的方向上延伸。在片10上安裝了保持器16，在所述保持器16內(nèi)支承了滑輪18?；?8沿板12的邊緣20運(yùn)行。
為確定片10的位置，在板12的邊緣20上布置壓電變換器22。為測(cè)量片10的位置，由壓電變換器20在片12內(nèi)激勵(lì)振動(dòng)，所述振動(dòng)作為邊緣橫波在箭頭24的方向上沿邊緣20運(yùn)行并且在滑輪18的支承點(diǎn)上被反射。反射的波與原來(lái)的邊緣波反向地又運(yùn)行到壓電變換器22上，并且被壓電變換器22接收。從原來(lái)的波和反射的波的運(yùn)行時(shí)間可確定壓電變換器22和滑輪18的支承點(diǎn)之間的距離，由此又可計(jì)算出片10的瞬時(shí)位置。
為特別可靠地檢測(cè)反射波，即達(dá)到大的信噪比，滑輪18在板12的邊緣20上的壓緊力應(yīng)達(dá)到大約5至10N。為以盡可能低的機(jī)械成本并且盡可能低的磨損實(shí)現(xiàn)此類壓緊壓力，滑輪18以及板12優(yōu)選地被磁化。特別地，為此提供了鐵磁性優(yōu)選地永磁性的材料的應(yīng)用?；?8的磁化在此合適地與其軸26平行地定向。
為了一方面實(shí)現(xiàn)滑輪18的良好限定的支承點(diǎn)并且另一方面實(shí)現(xiàn)滑輪18和邊緣20 之間的盡可能低的磨損，合適的是使滑輪18在安裝在邊緣20內(nèi)的槽內(nèi)運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)所提到的目標(biāo)，應(yīng)注意的是滑輪18盡可能僅支承在槽底上，而槽的側(cè)壁不被觸及。為此，合適的是槽的錐形的構(gòu)造。為避免滑輪18和槽的側(cè)壁之間的不希望的力，進(jìn)一步有利的是將滑輪 18的側(cè)面以及槽側(cè)壁涂覆以非磁性材料，使得磁化的滑輪18和磁化的板12之間的力優(yōu)選地僅向槽底定向。
總之，因此實(shí)現(xiàn)了特別地少磨損的多片準(zhǔn)直器，因?yàn)樘貏e地壓電變換器不與另外的部件發(fā)生可運(yùn)動(dòng)的接觸。由此，此外實(shí)現(xiàn)了更好的振動(dòng)傳遞，這導(dǎo)致沿邊緣20運(yùn)行的表面波的更高的幅值。由此又導(dǎo)致了更強(qiáng)地反射的波，所述波通過(guò)向壓電變換器22的改進(jìn)的振動(dòng)傳遞導(dǎo)致明顯的回聲幅值提高，并且因此導(dǎo)致了改進(jìn)的信噪比。磁化的滑輪18在磁化的板12上的使用也由于省去了例如彈簧的另外的機(jī)械地產(chǎn)生力的系統(tǒng)而導(dǎo)致了在滑輪支承件內(nèi)的力卸載，并且因此導(dǎo)致了在滑輪支承件內(nèi)的降低的磨損。
當(dāng)然，本發(fā)明不限制于在此典型地描述的多片準(zhǔn)直器的實(shí)施例?；谙嗤幕A(chǔ)也可確定任意另外的可直線運(yùn)動(dòng)的部件的位置。例如，用于醫(yī)療設(shè)備的檢查臥榻、測(cè)量裝置、光學(xué)儀器、機(jī)床，等等。·
權(quán)利要求
1.一種用于確定沿相關(guān)的軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件(10)的位置的設(shè)備，其特征在于，至少一個(gè)部件(10)與在相關(guān)的軸的方向上延伸的參考元件(12)相關(guān)聯(lián)，所述部件(10)與該參考元件(12)可機(jī)械接觸，其中，在所述參考元件(12)上布置了各自壓電轉(zhuǎn)換器(22)以用于產(chǎn)生和接收在該參考元件(22)的材料內(nèi)的振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述參考元件(12)構(gòu)造為固定在保持架上的板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述部件(10)與其上布置了各自壓力變換器(22)的參考元件(12)的邊緣(20)機(jī)械地接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述部件(10)和參考元件(12)之間的機(jī)械接觸通過(guò)滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，在所述滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)和參考元件(12)之間存在5至ION的壓緊力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述參考元件(12)和滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)被磁化。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)在參考元件(12)的槽內(nèi)可運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述槽構(gòu)造為錐形。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于，所述槽的側(cè)壁以非磁性材料涂敷。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)的側(cè)面以非磁性材料涂敷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備構(gòu)造為用于確定用于在X射線設(shè)備內(nèi)的射束成形的多片準(zhǔn)直器的片(10)的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備構(gòu)造為用于確定醫(yī)療設(shè)備的檢查臥榻的位置。
13.一種用于確定沿至少一個(gè)相關(guān)的軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件(10)的位置的方法，其中，通過(guò)在相關(guān)的軸方向上延伸的參考元件(12)上固定的壓電變換器(22)在參考元件(12)內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，并且在所述部件(10)和參考元件(12)之間的觸及點(diǎn)上接收反射的振動(dòng)信號(hào)，其中從發(fā)送和接收之間的時(shí)間差確定在所述參考元件上的觸及點(diǎn)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述參考元件(12)的邊緣(20)上產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，所述邊緣與所述部件(10 )觸及接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述部件(10)和參考元件(12)之間的觸及點(diǎn)通過(guò)將該部件(10)的滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)在所述參考元件(12)的邊緣(20)上的壓緊而產(chǎn)生。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，將所述滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)磁性壓緊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，將所述滑動(dòng)或滾動(dòng)元件(18)以5至ION的力壓緊。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定沿相關(guān)的軸可直線運(yùn)動(dòng)的部件(10)的位置的設(shè)備和方法，其中，至少一個(gè)部件(10)與在相關(guān)的軸的方向上延伸的參考元件(12)相關(guān)聯(lián)，所述部件(10)與該參考元件(12)可機(jī)械接觸，其中在所述參考元件(12)上布置了各自壓電轉(zhuǎn)換器(22)以用于產(chǎn)生和接收在參考元件(22)的材料內(nèi)的振動(dòng)。
文檔編號(hào)A61N5/10GK103007439SQ20121035913
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者F.迪勞夫, K.法姆鮑爾, C.舒, T.斯坦科普夫, A.沃爾夫 申請(qǐng)人:西門子公司