用于对成像系统中的旋转臂配重平衡的装置制造方法及图纸

用于平衡静态不平衡系统、特别在平衡X射线和乳房摄影系统（其具有安装到旋转臂的X射线源和检测器）中有用的装置包括弹簧机构，其使弹簧机构的激活与乳房摄影系统的臂的旋转同步。平衡系统使臂旋转所必需的转矩量减少并且通过消除对配重的需要来使系统整体惯性减小以维持系统的平衡。

Device for balancing counterweight of rotating arm in imaging system

For the balance of static unbalance system, especially in the balance of X ray and breast imaging system (which has mounted to the rotating arm of the X X-ray source and detector) device useful including spring mechanism, which rotates synchronously with the activation of breast photography system arm spring mechanism. The balancing system reduces the amount of torque necessary for arm rotation and reduces the overall inertia of the system by eliminating the need for the counterweight to maintain system balance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对成像系统中的旋转臂配重平衡的装置
本文描述的实施例大体上涉及成像装置，并且更具体涉及包括安装到旋转臂的X射线源和X射线检测器中的至少一个的装置。
技术介绍
在许多临床应用中，成像装置并且更具体地是X射线装置（其包括安装到旋转臂的X射线源和X射线检测器）是常见的。这些系统提供使X射线源和检测器旋转到不同角度来获得图像而不需要患者移动的能力。乳房摄影系统例如典型地包括X射线源、X射线检测器、乳房支撑板和乳房压缩板。源和检测器安装到臂（例如C臂）的相对端，并且臂设置成绕乳房支撑板和压缩板旋转。乳房定位在乳房支撑板与乳房压缩板之间以在乳房摄影期间使乳房保持就位，并且在源与检测器之间设置在C臂的相对端上。在乳房摄影期间，C臂围绕乳房板旋转使得从不同角度采集乳房的图像。由于构造原因并且由于部件的不同重量，可旋转C臂的质心典型地与旋转轴隔开，并且因此围绕横向旋转轴“不平衡”。在不平衡系统中，必须施加相当大的转矩来使臂旋转到期望位置。然而，期望使臂旋转所需要的力的量减少来为医务人员简化设备的使用。用于使臂旋转所需要的力的量减少的当前系统包括配重平衡机构。在乳房摄影中使用的这些配重平衡机构仅部分平衡旋转臂的重力转矩，从而导致致动系统（马达、齿轮等）的功率要求高得多。用于平衡系统的装置和方法的一个示例包括配重。配重提供反作用扭转力。虽然在使臂旋转时配重使必须施加的扭转力明显减少，但它们使系统的重量和成本都明显增加。此外，配重使得很难在期望时使乳房摄影系统到处移动。用于平衡系统的装置和方法的另一个示例包括使用气弹簧。该气弹簧用于通过齿轮组对臂进行配重平衡。这样的机构仅可部分平衡臂。据估计系统的马达功率的90%用于补偿不平衡的重力载荷。另外，据估计气弹簧力可以在其使用寿命内降级多达20%并且具有非常有限的周期寿命。因此，气弹簧的使用限制了系统的疲劳寿命并且增加维修需要。因此，期望提供用于平衡包括臂的乳房摄影或其他成像系统的备选系统和方法，其中旋转所需要的扭转力减少。
技术实现思路
本公开的方面和优势在下列描述中阐述，或可通过该描述明显可见，或可通过本公开的实践来学习。在一个方面，提供成像装置。该成像装置包括底座支架、可旋转地耦合于旋转部件的臂、耦合于该臂的端的成像部件和用于平衡臂的转矩的平衡系统。旋转部件在枢轴点处耦合于底座支持来提供臂围绕旋转轴的旋转。成像部件限定具有质量“m”的主体。平衡包括：耦合于底座支架、具有弹簧刚度“k”的弹簧机构，和经由几何约束点的活动连接点。该活动连接点位于臂的枢轴点与主体之间并且在离枢轴点距离“d”处。几何约束点位于离枢轴点距离“h”。在臂被旋转时，弹簧机构施加的力平衡臂的重力转矩来提供f=kX，其中f是弹簧力并且x是活动连接点与几何约束点之间的距离。在另一个方面，提供x射线装置。该X射线装置包括底座支架、具有第一端和第二端的臂、耦合于臂的第一端和第二端中的一个并且限定具有质量“m”的主体的X射线部件、经枢轴耦合于底座支架以提供臂在枢轴点处围绕旋转轴的旋转的旋转部件和用于平衡臂的转矩的平衡系统。该平衡系统包括弹簧机构，其在非活动连接点处耦合于底座支架并且经由几何约束点耦合于活动连接点。该活动连接点位于臂的枢轴点与质量块之间并且在离枢轴点距离“d”处。几何约束点位于离枢轴点距离“h”。装置进一步包括：延长器臂，其与臂平行配置并且安装到旋转部件用于相对于底座支架旋转；和线缆引导系统，其配置成支持线缆驱动机构的移动。线缆驱动机构在第一端处耦合于弹簧机构的第二端并且在第二端处耦合于延长器臂上的活动连接点。在臂被旋转时，平衡系统维持相同数量级的臂旋转角和延长器臂旋转角。此外，在臂被旋转时，弹簧机构施加的力平衡臂的重力转矩来提供f=kX，其中f是弹簧力，k是弹簧机构的弹簧刚度并且x是活动连接点与几何约束点之间的距离。在再另一个方面中，提供乳房摄影系统。该乳房摄影系统包括：底座支架；臂，其耦合于旋转部件用于使具有质量“m”的主体相对于底座支架围绕旋转轴旋转；延长器臂，其与臂平行配置并且耦合于旋转部件用于相对于底座支架围绕旋转轴旋转；和平衡系统。旋转部件耦合于底座支架。平衡系统包括弹簧机构，其耦合于底座支架并且经由几何约束点耦合于位于延长器上在臂的旋转轴与主体之间的活动连接点。该活动连接点位于离枢轴点距离“d”。几何约束点位于离枢轴点距离“h”。在臂围绕旋转轴旋转时，平衡系统使臂的旋转角与延长器臂的旋转角同步使得弹簧机构的施加力抵消臂的转矩力来静态平衡系统并且提供f=kX，其中f是弹簧力，k是弹簧机构的弹簧刚度并且x是活动连接点与几何约束点之间的距离。附图说明针对本领域内技术人员的本公开的完全和使能公开（包括其最佳模式）在该说明书的余下部分更具体阐述，包括参考附图，其中：图1是安装到可旋转臂的质量块的框图；图2是用于平衡图1的系统的反作用力的框图；图3是根据本文公开的一个或多个实施例用于平衡可旋转臂的平衡系统的框图；图4是根据本文公开的一个或多个实施例用于平衡可旋转臂的平衡系统的框图；图5是根据本文公开的一个或多个实施例用于平衡可旋转臂的平衡系统的框图；图6是根据本文公开的一个或多个实施例的包括弹簧机构的平衡系统和用于向可旋转臂施加反作用转矩的线缆引导系统的示意图示；图7是根据本文公开的一个或多个实施例的图6的包括弹簧机构的平衡系统和用于向可旋转臂施加反作用力的线缆引导系统的示意图示；图8是根据本文公开的一个或多个实施例的包括平衡系统的典型乳房摄影系统的等距视图；图9是根据本文公开的一个或多个实施例的、结合如本文描述的平衡系统的图8的乳房摄影系统的底座支架的透视图，其中外壳的一部分被移除来图示平衡系统；以及图10是根据本文公开的一个或多个实施例的、结合如本文描述的平衡系统的备选实施例的图8的乳房摄影系统的底座支架的透视图，其中外壳的一部分被移除来图示平衡系统。贯穿附图的若干视图，对应参考字符指示对应部件。具体实施方式本文描述的示范性方法和系统通过提供平衡系统来克服已知成像系统的结构劣势，该平衡系统使臂旋转所需要的转矩减少，该臂具有安装到其的X射线源或X射线检测器中的至少一个。每个示例以说明本公开而非限制本公开的方式提供。实际上，在本公开中可以做出各种修改和变化而不偏离本公开的范围或精神，这对于本领域内技术人员将是明显的。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征可在另一个实施例上使用来产生再另外的实施例。从而，意图是本公开涵盖这样的修改和变化，它们落在附上的权利要求和它们的等同物的范围内。尽管为了说明目的，本公开的示范性实施例大体上将在乳房摄影系统的上下文中描述，本领域内技术人员将容易意识到本公开的实施例可适用于使用旋转臂的任何成像系统，并且不限于乳房摄影系统。现在参考图，其中贯穿附图同一数字指示相同元件，图1提供可围绕旋转轴14或枢轴点“A”旋转的臂10，其具有长度AB并且包括具有质量“m”和质心“B”的旋转体12。在臂10从静态位置被释放时，臂在通过重力加速度“g”确定的方向上围绕旋转轴14旋转，在臂10的方向与重力加速度矢量“g”的方向相关时并且因此在旋转角是零或一百八十度时时臂到达稳定位置。在从稳定位置（如示出的，在该位置旋转角Φ=0°）释放时，臂绕轴14的运动方向向下，并且根据需要按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，其包括：底座支架；臂，其可旋转地耦合于旋转部件，所述旋转部件在枢轴点处耦合于所述底座支架来提供所述臂围绕旋转轴的旋转；成像部件，其耦合于所述臂的端并且限定具有质量“m”的主体；以及平衡系统，用于平衡所述臂的转矩，所述平衡系统包括：具有弹簧刚度“k”、耦合于所述底座支架并且经由几何约束点耦合于活动连接点的弹簧机构，所述活动连接点位于所述臂的所述枢轴点与所述主体之间并且在离所述枢轴点距离“d”处，所述几何约束点位于离所述枢轴点距离“h”，其中在所述臂被旋转时，由所述弹簧机构施加的力平衡所述臂的重力转矩来提供f=kX，其中f是所述弹簧的所述力并且x是所述活动连接点与所述几何约束点之间的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.30 US 14/5023331.一种成像装置，其包括：底座支架；臂，其可旋转地耦合于旋转部件，所述旋转部件在枢轴点处耦合于所述底座支架来提供所述臂围绕旋转轴的旋转；成像部件，其耦合于所述臂的端并且限定具有质量“m”的主体；以及平衡系统，用于平衡所述臂的转矩，所述平衡系统包括：具有弹簧刚度“k”、耦合于所述底座支架并且经由几何约束点耦合于活动连接点的弹簧机构，所述活动连接点位于所述臂的所述枢轴点与所述主体之间并且在离所述枢轴点距离“d”处，所述几何约束点位于离所述枢轴点距离“h”，其中在所述臂被旋转时，由所述弹簧机构施加的力平衡所述臂的重力转矩来提供f=kX，其中f是所述弹簧的所述力并且x是所述活动连接点与所述几何约束点之间的距离。2.如权利要求1所述的成像装置，其中所述弹簧机构提供大致等于旋转臂的所述重力转矩并且与所述重力转矩方向相反的转矩。3.如权利要求1所述的成像装置，其中在所述臂被旋转时，由所述弹簧机构施加的力平衡所述臂的所述重力转矩来提供k=mglc/hd，其中m是所述主体的质量，g是重力加速度并且lc是所述枢轴点与所述主体之间的距离。4.如权利要求1所述的成像装置，其中所述平衡系统进一步包括线缆引导系统，所述线缆引导系统包括配置成支持线缆驱动机构的移动的第一轮和第二轮，所述线缆驱动机构在第一端处耦合于所述弹簧机构的第二端并且在第二端处耦合于所述活动连接点。5.如权利要求1所述的成像装置，其中所述几何约束点配置为线缆布线点或弹簧附着点中的一个。6.如权利要求1所述的成像装置，其中所述弹簧机构包括螺旋弹簧。7.如权利要求1所述的成像装置，其进一步包括与所述臂同步运动地配置的延长器臂。8.如权利要求1所述的成像装置，其中所述平衡系统设置在X射线装置的所述底座支架内。9.一种X射线装置，其包括：底座支架；臂，其具有第一端和第二端，X射线部件，其耦合于所述臂的所述第一端和第二端中的一个并且限定具有质量“m”的主体；旋转部件，其经枢轴耦合于所述底座支架以提供所述臂在枢轴点处围绕旋转轴的旋转；以及平衡系统，用于平衡所述臂的转矩，所述平衡系统包括：弹簧机构，其在非活动连接点处耦合于所述底座支架并且经由几何约束点耦合于活动连接点，所述活动连接点位于所述臂的所述枢轴点与所述主体之间并且在离所述枢轴点距离“d”处，所述几何约束点位于离所述枢轴点距离“h”，延长器臂，其与所述臂平行配置并且安装到所述旋转部件用于相对于所述底座支架旋转；以及线缆引导系统，其配置成支持线缆驱动机构的移动，所述线缆驱动机构在第一端处耦合于所述弹簧机构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛颖，R穆兰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US