DE4040307A1

DE4040307A1 - Vorrichtung zur positionierung eines messgliedes

Info

Publication number: DE4040307A1
Application number: DE4040307A
Authority: DE
Inventors: Rainer Prof Dr Ing Brucher; Thomas Berenbach
Original assignee: EDEN MEDIZINISCHE ELEKTRONIK G
Current assignee: EDEN MEDIZINISCHE ELEKTRONIK G
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1992-06-25
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: US5167165A; DE4040307C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Posi tionierung eines Meßgliedes, beispielsweise eines Doppler- Signalgebers und/oder -aufnehmers zur Bestimmung der Lage eines Blutgefäßes und/oder der Flußrichtung des in diesem strömenden Blutes, wobei das Meßglied mittels zweier winke lig zueinander angeordneter Parallelogrammgestänge um einen Taumelpunkt verschwenkbar aufgehängt ist.

Durch die DE-OS 37 04 339 ist eine derartige Vorrichtung bekannt. Die Parallelogrammgestänge sind hierbei mit ihren freien Enden jeweils an einer unter einem vorgegebenen Winkel zueinander angeordneten Referenzplatte gelenkig gehalten, die bei Untersuchungen unmittelbar und an vor bestimmten Stellen an den Kopf eines Patienten angelegt werden. Diese Vorrichtung hat sich zwar bewährt, der Bau aufwand ist jedoch, insbesondere bedingt durch die Vielzahl der erforderlichen Gelenke, erheblich. Eine wirtschaftliche Herstellung ist daher nicht gegeben, auch sind mitunter Störungen, da das Meßglied die eingenommene Position nicht beibehält, in Kauf zu nehmen. Des weiteren ist von Nachteil, daß das Meßglied, da dieses geometrisch und mechanisch fixiert ist, nur eine Schwenkbewegung um einen feststehenden Taumelpunkt ausführen kann und daß Untersuchungen nur in liegender Position eines Patienten und nicht an allen Stellen des Kopfes durchgeführt werden können. Auch ist die Handhabung dieser bekannten Vorrichtung, bedingt durch die erhebliche Masse, schwierig. Außerdem sollte ein Patient während einer Untersuchung mittels dieser Vorrichtung den Kopf nicht bewegen, da dies zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann und die Lage des Meßgliedes zu korrigieren ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Positionierung eines Meßgliedes der eingangs genannten Art zu schaffen, die äußerst einfach in der konstruktiven Aus gestaltung und damit wirtschaftlich zu fertigen ist und die eine störungsfreie Betriebsweise ermöglicht. Vor allem aber soll erreicht werden, daß das Meßglied leicht auf eine bestimmte Stelle auszurichten und zu positionieren ist und daß dieses zuverlässig in der eingenommenen Lage verbleibt, so daß Untersuchungen, ohne daß Korrekturen vorzunehmen sind, über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden können. Auch sollen derartige Untersuchungen in nahezu jeder Position des Patienten, insbesondere in Sitzhaltung, erfolgen können, und die Vorrichtung soll ohne Schwierig keiten an einer Kopfhalterung, damit durch Kopfbewegungen die Lage des Meßgliedes nicht beeinträchtigt wird, zu befestigen sein. Ferner soll erreicht werden, daß das Meß glied auch planare und kreisförmige Bewegungen ausführt, daß der Taumelpunkt eingestellt werden kann, und daß die Bewegungen des Meßgliedes auf einfache Weise zu programmieren sind.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Vorrichtung zur Positionierung eines Meßgliedes der vorgenannten Gattung dadurch erreicht, daß jeder Hebel der Parallelogrammgestänge mittels eines Kugelgelenkes unmittelbar oder über Zwischen glieder mit einer Gewindespindel trieblich verbunden ist, die jeweils durch einen umsteuerbaren ortsfest angeordneten Schrittmotor antreibbar sind.

Vorteilhaft ist es hierbei, die den Gewindespindeln zuge ordneten Schrittmotore einer Vorrichtung gemeinsam auf einer Grundplatte abzustützen und die Gewindespindeln parallel zu der Grundplatte verlaufend anzuordnen, wobei jeweils zwei der Gewindespindeln senkrecht zueinander auszurichten sind.

Die Gewindespindeln können durch die Schrittmotore hin durchgeführt und durch diese unmittelbar angetrieben werden, es ist aber auch möglich, die Gewindespindeln jeweils paarweise parallel zu den Schrittmotoren anzuordnen und durch diese über einen Riementrieb oder dgl. anzutreiben.

Des weiteren ist es zweckmäßig, die Schrittmotore jeweils paarweise mittels von der Grundplatte abstehender Halter auf dieser abzustützen, und die Gewindespindeln in den Haltern der Schrittmotore und/oder auf der Grundplatte angeordneten Stützgliedern drehbar zu lagern.

Nach einer andersartigen Ausgestaltung können die Hebel der Parallelogrammgestänge auch jeweils über einen ver stellbaren Schieber als Zwischenglied mit der angetriebenen Gewindespindel verbunden sein, wobei es angebracht ist, die Schieber auf einer zweiten Gewindespindel zu führen, die mit seitlichem Abstand zu der angetriebenen Gewinde spindel angeordnet und synchron mit dieser antreibbar ist und zum Antrieb der zweiten Gewindespindel einen Riemen trieb oder dgl. vorzusehen, mittels dem die beiden Gewinde spindeln trieblich miteinander verbunden sind.

Die Grundplatte sollte im Bereich des Meßgliedes eine Freisparung aufweisen, und eines der oder beide Parallelo grammgestänge sollten mit der Grundplatte, beispielsweise mit Hilfe einer auf diesen aufliegenden und über Federn an der Grundplatte aufgehängten Schiene, federnd verbunden sein.

Wird eine Vorrichtung zur Positionierung eines Meßgliedes gemäß der Erfindung ausgebildet, so ist nicht nur eine sehr einfache Bauweise und damit eine wirtschaftliche Fertigung gegeben, sondern die Vorrichtung ist des weiteren leicht zu handhaben und ermöglicht es vor allem, daß außer den Schwenkbewegungen auch planare und kreisförmige Bewegun gen des Meßgliedes sowie eine Verstellung des Taumelpunktes vorgenommen werden können. Wird nämlich jedem Hebel der Parallelogrammgestänge ein umsteuerbarer Schrittmotor zugeordnet, die über Kugelgelenke mit diesen verbunden sind, so ist es möglich, jeden einzelnen Hebel der Paral lelogrammgestänge in den vorgegebenen Grenzen zu verstellen, das Meßglied kann somit beliebige Bewegungen ausführen. Das Aufsuchen eines Meßpunktes, z. B. ein Fenster im Schädel eines Patienten und/oder das Ausrichten der Meßsonde auf ein Blutgefäß, werden dadurch in einem erheblichen Maße erleichtert.

Des weiteren kann jeder der Schrittmotore gesondert pro grammiert werden, das Meßglied kann somit alle Arten von Bewegungen ausführen, und in Abhängigkeit von den jewei ligen Drehwinkeln der Schrittmotore sowie der Steigung der Gewindespindeln ist auch eine hohe Genauigkeit erziel bar. Eine äußerst vielseitige Verwendbarkeit bei hoher Betriebssicherheit und einfacher Handhabung ist demnach gegeben.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur Positio nierung eines Meßgliedes dargestellt, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung, dessen Meßglied über die Parallelogrammgestänge sowie über Gewinde spindeln unmittelbar mit Schrittmotoren in Triebverbindung steht, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, in Draufsicht,

Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 1 mit zwischen den Hebeln der Parallelogrammgestänge und den Gewindespindeln vorgesehenen Zwischengliedern, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 die Halterung der gemäß Fig. 3 vorgesehenen Zwischenglieder an einer Gewindespindel, in einem Schnitt,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Ausgestaltung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen Ausschnitt der Triebverbindung zwischen zwei Gewindespindeln bei der Ausgestaltung nach Fig. 3, in einem Schnitt,

Fig. 7 die Ausgestaltung gemäß Fig. 6, in Draufsicht, und

Fig. 8 eine andersartige Anordnung der Schrittmotore bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Vor richtung dient zur Positionierung eines Meßgliedes 10 am Kopf eines Patienten, um z. B. durch das in dessen Schädeldecke befindliche Fenster die Lage eines Blutge fäßes und/oder die Flußrichtung des in diesem strömenden Blutes zu bestimmen. Die Vorrichtung 1 wird dazu in eine besondere Halterung eingesetzt und das Meßglied 10 wird auf das Fenster ausgerichtet.

Um das Meßglied 10 rasch und exakt in die entsprechende Position zu bringen, ist dieses an zwei Parallelogramm gestängen 11 und 12 aufgehängt und deren Hebel 13, 14, 15 und 16 sind jeweils über ein Kugelgelenk 25, 26, 27 und 28 mit einer verdrehbar gelagerten Gewindespindel 21, 22, 23 und 24 verbunden. Zur Verstellung der Gewinde spindeln 21, 22, 23 und 24 dienen hierbei elektrische Schrittmotore 31, 32, 33 und 34, die mittels Halter 29 und 30 auf einer Grundplatte 20 abgestützt sind. Die Gewindespindeln 21, 22, 23 und 24 sind durch den jeweils zugeordneten Schrittmotor 31, 32, 33 bzw. 34 hindurchge führt, so daß dessen Verstellbewegungen unmittelbar auf diese übertragen werden. Auf den Hebeln 13 und 15 der Parallelogrammgestänge 11 und 12 liegt eine Schiene 35 auf, die mittels zweier vorgespannter Zugfedern 36 mit der Grundplatte 20 federnd verbunden ist, die Paralle logrammgestänge 11 und 12 üben somit, hervorgerufen durch die federnd gehaltene Schiene 35, bei Verstellbewegungen des Meßgliedes 10 einen stetigen Anpreßdruck auf dieses aus.

Mit Hilfe der Schrittmotore 31, 32, 33 und 34 kann das Meßglied 10 in Richtung der Achsen x, y und z verstellt werden. Und da die Schrittmotore 31, 32, 33 und 34 auch einzeln und/oder unterschiedlich ansteuerbar sind, kann das Meßglied 10 alle Arten von Bewegungen im Bereich des mit s in Fig. 2 eingezeichneten Verstellweges der Schrittmotore 31, 32, 33 und 34 ausführen. Somit sind nicht nur Schwenkbewegungen, sondern auch planare und kreisförmige Bewegungen des Meßgliedes 10 zu bewerk stelligen. Das Aufsuchen eines Fensters und das Ausrichten des Meßgliedes 10 ist demnach problemlos vorzunehmen. Selbstverständlich können diese Bewegungen auch program miert werden, so daß diese leicht reproduzierbar sind.

Bei der Vorrichtung 1′ nach Fig. 3 sind die mittels Halter 49 und 50 auf der Grundplatte 20 abgestützten und durch Schrittmotore 51, 52, 53 und 54 antreibbare Gewindespindeln 41, 42, 43 und 44 jeweils über ein Zwi schenglied in Form eines Schiebers 61, 62, 63 und 64, an deren freien Enden Kugelgelenke 45, 46, 47 und 48 ange bracht sind, mit den Hebeln 13, 14, 15 und 16 der Paralle logrammgestänge 11 und 12 trieblich verbunden. Die indi viduellen Verstellbewegungen der einzelnen ebenfalls an den Haltern 49 und 50 abgestützten Schrittmotore 51, 52, 53 und 54 werden durch diese Bauteile somit auf das Meß glied 10 übertragen.

Um sicherzustellen, daß die Schieber 61, 62, 63 und 64 bei Verstellbewegungen nicht verkanten, sondern dabei zuverlässig geführt sind, sind weitere Gewindespindeln 55, 56, 57 und 58 vorgesehen, die synchron mit den Ge windespindeln 41, 42, 43 und 44 umlaufen und auf denen die Schieber 61, 62, 63 und 64 verstellbar geführt sind. Zur trieblichen Verbindung der Gewindespindeln 41 und 55, 42 und 56, 43 und 57 sowie 44 und 58 dient jeweils ein Riementrieb 65, 66, 67 und 68, die, wie dies in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, aus einer mit der jeweiligen Gewindespindel fest verbundenen verzahnten Scheibe 69 und einem in diesen eingreifenden Zahnriemen 70 bestehen. Mit ihren freien Enden sind die Gewindespindeln 41, 42, 55 und 56 in Stützgliedern 59 und die Gewindespindeln 43, 44, 57 und 58 in Stützgliedern 60 drehbar gelagert.

Die Schieber 61, 62, 63 und 64 bestehen jeweils, wie dies den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, aus einer Platte 71 und einem Hebel 73, in Form eines Bolzens, der mit einem Gewindeansatz 75 eine in die Platte 71 eingearbeitete Bohrung 72 durchgreift. Mittels einer Mutter 76 sind die Hebel 73, in die jeweils eine Gewindebohrung 74 für die Gewinde spindeln 41, 42, 43, 44 bzw. 55, 56, 57 und 58 eingear beitet ist, mit der Platte 71 verspannt.

Bei einer Verstellbewegung, beispielsweise der Gewinde spindel 42, wird über den Riementrieb 66 die Gewindespindel 56 synchron angetrieben, so daß der auf dieser und der Gewindespindel 42 verschiebbar gelagerte Schieber 62 ver stellt wird. Die Verstellbewegung des Schiebers 62 wird über das Kugelgelenk 46 auf den Hebel 14 des Parallelo grammgestänges 11 übertragen, so daß das Meßglied 10, da der Hebel 14 an diesem angelenkt ist, entsprechend mitge nommen und mehr oder weniger ausgelenkt wird.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 sind die zum Antrieb von zwei Gewindespindeln 101 und 102 einer beispielsweise gemäß Fig. 3 ausgebildeten Vorrichtung vorgesehenen Schrittmotore 103 und 104 achsparallel zu den Gewinde spindeln 101 und 102 zusammen mit diesen in einem Halter 111 angeordnet. Hierbei sind die Schrittmotore 103 und 104 über Riementriebe 105 und 106 trieblich mit den Ge windespindeln 101 und 102 verbunden.

Die Verstellbewegungen der Gewindespindeln 101 und 102 werden wiederum über Schieber 107 bzw. 108, die mit Kugel gelenken 109 und 110 zur Anlenkung der Hebel eines Paralle logrammgestänges ausgestattet sind, auf diese übertragen. Und zur exakten Führung der Schieber 107 und 108 dienen weitere, allerdings nicht sichtbare Gewindespindeln, die ebenfalls mittels der Riementriebe 105 und 106 synchron mit den Gewindespindeln 101 bzw. 102 antreibbar sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Positionierung eines Meßgliedes, bei spielsweise eines Doppler-Signalgebers und/oder -auf nehmers zur Bestimmung der Lage eines Blutgefäßes und/oder der Flußrichtung des in diesem strömenden Blutes, wobei das Meßglied mittels zweier winkelig zueinander angeordneter Parallelogrammgestänge um einen Taumelpunkt verschwenkbar aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hebel (13, 14, 15, 16) der Parallelogramm gestänge (11, 12) mittels eines Kugelgelenkes (25, 26, 27, 28; 45, 46, 47, 48; 109, 110) unmittelbar oder über Zwischenglieder (Schieber 61, 62, 63, 64; 107, 108) mit einer Gewindespindel (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44; 101, 102) trieblich verbunden ist, die jeweils durch einen umsteuerbaren ortsfest angeordneten Schrittmotor (31, 32, 33, 34; 51, 52, 53, 54; 103, 104) antreibbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gewindespindeln (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44; 101, 102) zugeordneten Schrittmotore (31, 32, 33, 34; 51, 52, 53, 54; 103, 104) einer Vorrichtung (1, 1′) gemeinsam auf einer Grundplatte (20) abgestützt sind, und daß die Gewindespindeln (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44; 101, 102) parallel zu der Grundplatte (20) verlaufend angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Gewindespindeln (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44; 101, 102) senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindeln (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44) durch die Schrittmotore (31, 32, 33, 34; 51, 52, 53, 54) hindurchgeführt und durch diese unmittelbar antreibbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindeln (101, 102) jeweils paarweise parallel zu den Schrittmotoren (103, 104) angeordnet und durch diese über einen Riementrieb (105, 106) oder dgl. antreibbar sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittmotore (31, 32, 33, 34; 51, 52, 53, 54; 103, 104) jeweils paarweise mittels von der Grund platte (20) abstehender Halter (29, 30; 49, 50; 111) auf dieser abgestützt sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindeln (21, 22, 23, 24; 41, 42, 43, 44; 101, 102) in den Haltern (49, 50; 111) der Schrittmo tore (31, 32, 33, 34; 51, 52, 53, 54; 103, 104) und/oder auf der Grundplatte (20) angeordneten Stützgliedern (59, 60) drehbar gelagert sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (13, 14, 15, 16) der Parallelogrammgestänge (11, 12) jeweils über einen verstellbaren Schieber (61, 62, 63, 64; 107, 108) als Zwischenglied mit der angetriebenen Gewindespindel (41, 42, 43, 44; 101, 102) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (61, 62, 63, 64; 107, 108) auf einer zweiten Gewindespindel (55, 56, 57, 58) geführt sind, die mit seitlichem Abstand zu der angetriebenen Gewindespindel (41, 42, 43, 44; 101, 102) angeordnet und synchron mit dieser antreibbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der zweiten Gewindespindel (55, 56, 57, 58) ein Riementrieb (65, 66, 67, 68; 105, 106) oder dgl. vorgesehen ist, mittels dem die beiden Gewindespindeln (41, 42, 43, 44 bzw. 55, 56, 57, 58) trieblich miteinander verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (20) im Bereich des Meßgliedes (10) eine Freisparung aufweist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der oder beide Parallelogrammgestänge (11, 12) mit der Grundplatte (20), beispielsweise mit Hilfe einer auf diesen aufliegenden und über Federn (36) an der Grundplatte (20) aufgehängten Schiene (35) federnd verbunden sind.