专利名称：用于确定沿相关轴可直线运动的部件的位置的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定沿相关轴可直线运动的部件的位置的设备，以及一种用于确定沿相关轴可直线运动的部件的位置的方法。
背景技术：
在许多技术应用中必须精确地确定可运动部件的位置。在最简单的情况中，这也通过在运动历程上整合相关的驱动器实现，例如步进马达、直线驱动器等。但对于许多应用，例如对于医疗技术、测量技术、光学等，该测量方法的精确度不足。
在医疗技术中，精确的位置确定的必要性的示例为多片准直器的领域。
多片准直器用于在治疗性放射治疗中通常由直线加速器所产生的X射线束的射束成型。此类准直器包括多个由例如钨的不透过X射线的材料制成的片，所述片可运动地布置，使得通过其定位可使射束的横截面轮廓与处在治疗射束中的待治疗的组织区域的外周轮廓相匹配。以此保证，例如肿瘤的待治疗的组织得到希望的辐射剂量，而周围组织尽可能低地受到负荷。
在放射治疗的现代方法中，例如在动态弧形照射中，此外片位置必须不断地调整， 因为射束相对于患者运动并且待照射的组织的外周轮廓因此取决于射束相对于患者的角度位置改变。也在用于将辐射在待照射的区域内尽可能均匀地分布并且因此补偿了通过身体的射束历程中的不均匀性所谓的强度调制处理中，需要持续地调整准直器的片位置。
为保证此类多片准直器的特别可靠的运行，需要使得片的各位置在每个时刻精确地已知。从现有技术中为此已知安装与各片的边缘直接接触的压电转换器，并且通过压电转换器感应片内的表面波。这样的表面波，优选地为边缘波沿片的边缘运行并且在限定的障碍上,例如在片的角部上反射。从发射的和反射的信号的信号运行时间可确定片的相对位置。
该实施方式的缺点是在运动的片和压电转换器之间出现磨损。这可通过有目的地涂敷压电转换器降低，为此例如使用溅镀层或粘合的硬材料板。即使在这些实施方式中仍出现明显的磨损，这限制了系统的寿命并且导致了昂贵的检查和必须的维修工作。
可比较的问题也在另外的医疗技术设备的位置确定中出现，例如在使用成像方法的检查中会出现的检查台的情况下。发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种用于确定沿相关轴可直线运动的部件的位置的设备以及一种用于确定沿相关的轴可直线运动的部件的位置的方法，所述设备和方法特别地实现了无磨损的运行以及同时更可靠的位置确定。
该任务通过按照本发明的特征的设备以及按照本发明的方法解决。
为确定沿至少一个轴可直线运动的部件的位置，根据本发明，将该部件与在轴方向上延伸的参考元件相关联，该部件与该参考元件可机械接触，其中在参考元件上布置了各自压电转换器以用于产生和接收在参考元件的材料内的振动。
因此，与现有技术相反，在压电变换器和可运动部件之间不存在直接接触。特别地，压电变换器固定地安装因此不具有与另外的部件可运动地接触的接触面。由此完全防止了压电变换器的磨损，使得可省去昂贵的检查和维护工作。
部件的位置确定也在根据本发明的设备中通过产生表面波来进行，但所述表面波在该情况中不在片自身内而是在参考元件内产生。由压电变换器发出的表面波沿参考元件运行并且在参考元件和可运动部件之间的接触点上被反射。在此，也可又从发射的信号和接收的信号之间的信号运行时间推断出部件的位置。由此，实现了可靠地位置确定。
优选地，参考元件构造为固定在保持框架上的板。板形的构造实现了特别好的表面波传播。
在此特别合适的是，使可运动部件与其上布置了各自压力变换器的参考元件的边缘机械地接触。恰恰沿此类板形参考元件的边缘实现了特别好的波传播。特别地，波作为横波沿边缘传播，而波主要作为纵波穿透参考元件的主体。横波可特别可靠地被反射，并且因此以特别好的信噪比被检测到。
优选地，可运动部件和参考元件之间的机械接触通过滑动或滚动元件产生。此类机械接触实现了特别好的少磨损的运行，使得在此也保证了长的寿命并且最大程度上避免了昂贵的维护。
为能够可靠地反射由压电变换器所产生的信号，有利的是在滑动或滚动元件和参考元件之间存在5至ION的压紧力(Anpresskraft)。
有利地，参考元件和滑动或运动元件被磁化。为此，特别地建议将铁磁性的特别是用磁性的材料用于参考元件和滑动或滚动元件。通过磁化，可在两个元件之间产生必需的压紧力，而无需额外的机械的并且会磨损的元件，例如弹簧。
当滑动或滚动元件在参考元件的槽内可运动时，可实现滑动或滚动元件和参考元件之间的更高的磁性压紧力。为降低滑动或滚动元件和槽之间的侧向接触并且因此降低由于不必要的摩擦导致的磨损，合适的是将槽构造为圆锥形的。作为其替代或补充，可将槽的侧壁或也将滑动或滚动元件的侧面以非金属材料涂覆，使得在两个元件之间不存在不导致希望的压紧压力的磁力作用。这降低了元件之间的摩擦并且因此降低了磨损。
在优选的实施方式中，构造了用于确定用于在X射线设备内的射束成形的片准直器的片的位置的设备。由于设备的占地要求低，所以设备在此特别好地适合于实现片调节的精度。
在另外的优选实施方式中，构造了用于确定医疗设备的检查卧榻的位置的设备。 在此也可通过使用设备保证位置调节的必需的精度，例如在用于成像方法的设备中的检查卧榻所需的情况。
本发明此外涉及一种用于确定沿至少一个轴可直线运动的部件的位置的方法，其中通过在轴方向上延伸的参考元件上固定的压电变换器在参考元件内产生了振动信号。该振动信号优选地以表面波或边缘波的形式在可运动部件和参考元件之间的触及点上被反射。如此反射的振动信号由压电变换器再次接收，其中从发送和接收之间的时间差确定参考元件上的触及点的位置。如根据本发明的设备已解释，可以通过此方式简单并且可靠地确定部件相对于压电变换器的位置，其中避免了由于压电变换器和部件之间的直接接触导致的磨损。
在本发明的另外的构造中，在参考元件的边缘上产生振动信号，所述边缘与部件触及接触。边缘提供了特别有利的用于振动信号的传播路径，所述振动信号沿边缘主要以横波形式运行，所述横波被特别好地反射并且因此能以特别好的信噪比被检测到。
在可运动部件和参考元件之间的触及点优选地通过可运动部件的滑动或滚动元件在参考元件的边缘上的压紧而产生。这降低了片和参考元件之间的摩擦，使得在此也最大程度上避免了磨损。为将滑动或滚动元件压紧，优选地使用磁性力，为此将滑动或滚动元件以及参考元件磁化。由此，可省去用于将两个元件相对压紧的机械元件，使得在此也避免了磨损。
特别地合适地，使用5至ION的压紧力，以实现对射入振动信号的特别好的反射。


在下文中根据附图详细解释本发明及其实施方式。在此，
图1示出了带有根据本发明的设备的实施例的多片准直器的片的示意图。
具体实施方式
在下文中以多片准直器的实施例来解释根据本发明的用于确定沿至少一个轴可直线运动的部件的位置的设备的实施例的工作方式。
用于治疗照射例如肿瘤等的多片准直器包括多个在光程中可运动的片10。通过在图1中未示出的机构实现的片10的运动，可形成光程的横截面轮廓并且将其与待照射的组织部分的外周轮廓匹配。在现代放射治疗方法中，在此还需要将片位置动态地调整，以例如调制辐射的强度或在射束和患者之间的相对运动的情况下将射束的横截面轮廓与取决于患者和射束之间的各自角度位置的外周轮廓匹配。
为实现可靠的照射，即在待照射的组织上集中最大的希望的射线强度，而尽可能低地照射并且因此尽可能低地损伤周围组织，在此需要精确识别将片10在每个时刻的位置。为此，多片准直器包括板12，所述板12在片10的运动方向上即在箭头14的方向上延伸。在片10上安装了保持器16，在所述保持器16内支承了滑轮18。滑轮18沿板12的边缘20运行。
为确定片10的位置，在板12的边缘20上布置压电变换器22。为测量片10的位置，由压电变换器20在片12内激励振动，所述振动作为边缘横波在箭头24的方向上沿边缘20运行并且在滑轮18的支承点上被反射。反射的波与原来的边缘波反向地又运行到压电变换器22上，并且被压电变换器22接收。从原来的波和反射的波的运行时间可确定压电变换器22和滑轮18的支承点之间的距离，由此又可计算出片10的瞬时位置。
为特别可靠地检测反射波，即达到大的信噪比，滑轮18在板12的边缘20上的压紧力应达到大约5至10N。为以尽可能低的机械成本并且尽可能低的磨损实现此类压紧压力，滑轮18以及板12优选地被磁化。特别地，为此提供了铁磁性优选地永磁性的材料的应用。滑轮18的磁化在此合适地与其轴26平行地定向。
为了一方面实现滑轮18的良好限定的支承点并且另一方面实现滑轮18和边缘20 之间的尽可能低的磨损，合适的是使滑轮18在安装在边缘20内的槽内运行。为实现所提到的目标，应注意的是滑轮18尽可能仅支承在槽底上，而槽的侧壁不被触及。为此，合适的是槽的锥形的构造。为避免滑轮18和槽的侧壁之间的不希望的力，进一步有利的是将滑轮 18的侧面以及槽侧壁涂覆以非磁性材料，使得磁化的滑轮18和磁化的板12之间的力优选地仅向槽底定向。
总之，因此实现了特别地少磨损的多片准直器，因为特别地压电变换器不与另外的部件发生可运动的接触。由此，此外实现了更好的振动传递，这导致沿边缘20运行的表面波的更高的幅值。由此又导致了更强地反射的波，所述波通过向压电变换器22的改进的振动传递导致明显的回声幅值提高，并且因此导致了改进的信噪比。磁化的滑轮18在磁化的板12上的使用也由于省去了例如弹簧的另外的机械地产生力的系统而导致了在滑轮支承件内的力卸载，并且因此导致了在滑轮支承件内的降低的磨损。
当然，本发明不限制于在此典型地描述的多片准直器的实施例。基于相同的基础也可确定任意另外的可直线运动的部件的位置。例如，用于医疗设备的检查卧榻、测量装置、光学仪器、机床，等等。·
权利要求
1.一种用于确定沿相关的轴可直线运动的部件(10)的位置的设备，其特征在于，至少一个部件(10)与在相关的轴的方向上延伸的参考元件(12)相关联，所述部件(10)与该参考元件(12)可机械接触，其中，在所述参考元件(12)上布置了各自压电转换器(22)以用于产生和接收在该参考元件(22)的材料内的振动。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述参考元件(12)构造为固定在保持架上的板。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述部件(10)与其上布置了各自压力变换器(22)的参考元件(12)的边缘(20)机械地接触。
4.根据权利要求1至3中一项所述的设备，其特征在于，所述部件(10)和参考元件(12)之间的机械接触通过滑动或滚动元件(18)产生。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在所述滑动或滚动元件(18)和参考元件(12)之间存在5至ION的压紧力。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述参考元件(12)和滑动或滚动元件(18)被磁化。
7.根据权利要求4至6中一项所述的设备，其特征在于，所述滑动或滚动元件(18)在参考元件(12)的槽内可运动。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述槽构造为锥形。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述槽的侧壁以非磁性材料涂敷。
10.根据权利要求7至9中一项所述的设备，其特征在于，所述滑动或滚动元件(18)的侧面以非磁性材料涂敷。
11.根据权利要求1至10中一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造为用于确定用于在X射线设备内的射束成形的多片准直器的片(10)的位置。
12.根据权利要求1至10中一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造为用于确定医疗设备的检查卧榻的位置。
13.一种用于确定沿至少一个相关的轴可直线运动的部件(10)的位置的方法，其中，通过在相关的轴方向上延伸的参考元件(12)上固定的压电变换器(22)在参考元件(12)内产生振动信号，并且在所述部件(10)和参考元件(12)之间的触及点上接收反射的振动信号，其中从发送和接收之间的时间差确定在所述参考元件上的触及点的位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述参考元件(12)的边缘(20)上产生振动信号，所述边缘与所述部件(10 )触及接触。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述部件(10)和参考元件(12)之间的触及点通过将该部件(10)的滑动或滚动元件(18)在所述参考元件(12)的边缘(20)上的压紧而产生。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述滑动或滚动元件(18)磁性压紧。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，将所述滑动或滚动元件(18)以5至ION的力压紧。
全文摘要
本发明涉及用于确定沿相关的轴可直线运动的部件(10)的位置的设备和方法，其中，至少一个部件(10)与在相关的轴的方向上延伸的参考元件(12)相关联，所述部件(10)与该参考元件(12)可机械接触，其中在所述参考元件(12)上布置了各自压电转换器(22)以用于产生和接收在参考元件(22)的材料内的振动。
文档编号A61N5/10GK103007439SQ20121035913
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月24日 优先权日2011年9月22日
发明者F.迪劳夫, K.法姆鲍尔, C.舒, T.斯坦科普夫, A.沃尔夫 申请人:西门子公司