Seilzug-Sensoren in medizinischen Geräten

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

Nordson (Schweiz) AG - EFD Dosiertechnik

Bopp G. & Co. AG

Micro-Epsilon (Swiss) AG

Mehrwendel-Potentiometer und Winkelsensoren

Als Sensorelement können im Prinzip alle am Markt erhältlichen Winkelsensoren geeigneter Grösse verwendet werden. Dies ermöglicht eine breite Vielfalt an unterschiedlichen Ausgangssignalen. Angefangen von Analogsignalen (z.B. potentiometrisch, 4??20?mA, 0?10?V) bis hin zu inkrementellen Signalen (z.B. TTL) und Feldbusse (CANOpen, Profibus, usw.) sind praktisch alle gängigen Schnittstellen realisierbar.

Typischerweise kommen in Seilzugsensoren für medizintechnische Anwendungen meist Mehrwendel-Draht- oder Hybridpotentiometer zum Einsatz. Diese erfüllen für viele Anwendungen die geforderten Leistungsdaten zu einem günstigsten Preis. Beide Typen unterscheiden sich durch die Lebensdauer. Während die Lebensdauer von Seilzugsensoren mit Drahtpotentiometern auf ca. 200000 Zyklen begrenzt, können mit Hybridpotentiometern bis zu 1 Million Zyklen erreicht werden.

Sensorelemente auf Encoderbasis mit höherer Standzeit

Werden höhere Anforderungen an die Lebensdauer und oder die Genauigkeit gestellt, wie z.B. im Bereich von CT-Tischen, so wird auf Sensorelemente auf Encoderbasis zurückgegriffen. Damit wird eine Linearität von bis zu +/-0,01?% des Messbereiches und eine deutlich höhere Standzeit erreicht. Zudem können damit die Wegaufnehmer durch digitale Schnittstellen, die auch im Bereich der Medizintechnik immer stärker Einzug halten, angesteuert werden.

Kunststoffgehäuse sparen Platz und Kosten

Micro-Epsilon setzt bei der Entwicklung von Seilzugsensoren für die Medizintechnik, im Gegensatz zu den in der Industrie üblichen Metallgehäusen, seit Jahren auf die Verwendung von gespritzten Kunststoffgehäusen. Dies garantiert neben der kleinstmöglichen Baugrösse auch niedrige Kosten bei hohen Stückzahlen.

Somit kommt der ohnehin vorhandene prinzipbedingte Grössenvorteil dieser Sensoren voll zum Tragen. Denn, so gross ein Computertomograph, ein Röntgengerät oder ein OP-Tisch auf den ersten Blick auch erscheint, für Messtechnik ist eigentlich nie wirklich Platz.

Durch die Kombination unterschiedlichster Sensorelemente und Messbereiche mit den verfügbaren Gehäusevarianten kann praktisch für jede OEM-Applikation ein optimal passender Seilzugsensor bereitgestellt werden. Seilzugsensoren werden daher in Serie in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt.

Positionsmessung von Liegen in der Computertomograph

Hohe Geschwindigkeit und Auflösung als Grundlage für die bestmöglichste Diagnostik und Wirtschaftlichkeit sind bei modernen CT-Geräten eine Voraussetzung. Egal, ob Spiral-, Helix- oder Dual-Sourcegerät, die Anforderungen steigen immer weiter.

Dies betrifft insbesondere auch die Längenmessgeräte zur Erfassung der horizontalen Liegenposition. Die einzelnen Röntgenschnitte, die in der Regel quer durch das Objekt verlaufen, werden in immer kleineren Abständen aufgenommen, um ein bestmögliches Gesamtbild zu erhalten. Dazu werden die Schnitte in einer 3D-Rekonstruktion zur Gewinnung von Voxeln (Volumetrik und Pixel) zusammengesetzt. Auf der Basis des gewonnenen kompletten Volumendatensatzes können dann beliebige 3D-Ansichten oder Schnittebenen erzeugt werden (siehe 3D-Bild).

Um eine korrekte Zuordnung der Schnitte zu ermöglichen, muss die horizontale Position der Liege sehr genau erfasst werden. Daher wird ein Messsystem mit sehr hoher Auflösung bei gleichzeitig langem Messbereich benötigt. Aktuelle Geräte erreichen eine Schnittauflösung von 0,2 mm und fordern deshalb eine Linearität des Sensors von +/-0,01?% des Messbereichs. Diese Linearitätswerte sind gerade noch erreichbar, aber ausschliesslich mit hochauflösenden Inkremental- oder Absolutencodern.

Indirekte Winkelmessung im Soloassist

Mit dem Soloassist der Aktormed GmbH aus Barbing bei Regensburg soll dem Chirurgen ein Hilfsmittel an die Hand gegeben werden, mit dem bei steigender Qualitätsanforderung die Kosten pro Operation gesenkt werden können.

Das Gerät bildet einen Arm nach, der in mehreren Freiheitsgraden beweglich ist, sich seine Position merken und beibehalten kann. Von einem kalibrierten Nullpunkt aus führt er selbstständig die erforderlichen Einzelbewegungen durch, um eine eingegebene Gesamtbewegung zu verfahren. Die von ihm geführte endoskopische Kamera erreicht dabei einen Rundumblick von 360?°, bei einer Neigung des Endoskops von bis zu 80?° zur Lotrechten.

Der Arm ist weitgehend MR- und röntgenneutral ausgeführt, weshalb u.a. im Bereich oberhalb des OP-Tisches keine Sensorik verwendet wird. Eine direkte Messung der Drehbewegungen am Arm mit Winkelsensoren ist aus diesem Grund nicht möglich. Die Drehwinkel werden daher indirekt mit Seilzugsensoren, die im Bereich unterhalb der Liege angebracht sind, ermittelt.

Seilzugsensoren: genau und ideale Grösse

Geschäftsführer der Aktormed GmbH, Robert Geiger, kommentiert die Anwendung: «Mit den Sensoren von Micro-Epsilon ist es uns möglich, die Winkeländerung der Achsen zu erfassen und frei zu verarbeiten. Die aktive Kameraführung Soloassist muss Röntgenbilder möglichst schattenfrei darstellen und daher können keine Drehgeber oder Potentiometer eingesetzt werden. Die Seilzugsensoren sind von der Grösse her ideal und mit der notwendigen Genauigkeit ausgestattet. Einbau und Justierung sind problemlos möglich.»

Positionierung von Operationstischen

Moderne Operationstische sind modular aufgebaut und bieten viele Verstellmöglichkeiten zur bestmöglichen Positionierung der Patienten während der Operation. So werden neben der Höhe des Tisches in der Regel auch die Horizontalposition und mehrere Winkelfunktionen z.B. für Kopf, Rumpf und Beine eingestellt. Für bestimmte Positionen sind komplette Profile vorprogrammiert oder werden vom Anwender selbst erstellt und dann mit einem einzigen Knopfdruck aufgerufen. Damit können Personal- und Gerätezeiten in erheblichem Umfang eingespart werden.

Hersteller von Operationstischen verwenden dafür Seilzugsensoren, die es ermöglichen, die Positionen der einzelnen verstellbaren Elemente zu erfassen. In der Regel werden sie für die vertikale und horizontale Tischposition verwendet. Zum Teil werden Seilzugsensoren aber auch zur (indirekten) Winkelerfassung eingesetzt, da Winkelsensoren aus Platzgründen an den Drehachsen oftmals nicht angebracht werden können.

Neben den beschriebenen Applikationen finden Seilzugsensoren Anwendung in medizinischen Badewannen, Zahnarztstühlen und Rehageräten. Sicherlich werden in der Zukunft weitere Anwendungen hinzukommen, die heute noch gar nicht abgesehen werden können.

Autor

Dipl.-Ing. Thomas Birchinger

Produktmanagement Wire-Sensor

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

D-94496 Ortenburg

Information

Micro-Epsilon (Swiss) AG

Industriestrasse 24

9300 Wittenbach

Tel. 071 250 08 38

Fax 071 250 08 69

info@micro-epsilon.ch

www.micro-epsilon.ch

1028263