CN101398398A - X射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种X射线计算机断层摄影装置，具备：旋转框架(24)；旋转自如地支撑框架的机构；搭载于框架上的X射线管(26)；搭载于框架上的X射线检测器(28)；排列于框架上的多个转子磁铁(29)；与转子磁铁相对的多个定子线圈(27)；对与转子磁铁的移动相伴的磁通变动进行检测的MR传感器(10)；以及位置确定部(15)，依据传感器的输出，根据通过定子线圈的短时间激励而对框架励振之后直到框架的振动停止为止的收敛时间，确定转子磁铁相对定子线圈的磁极位置。

Description

X射线计算机断层摄影装置
相关申请的交叉引用
本发明包含在2008年9月26日提交的日本专利申请JP2008-250299的主题，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及在门架上装备有直接驱动(DD)电动机的X射线计算机断层摄影装置。
背景技术
以往以来，用于对被检体的断层像进行摄影的X射线计算机断层摄影装置被广泛利用。当前的X射线计算机断层摄影装置的主流是使X射线管和X射线检测器在被检体的周围连续旋转的类型。在门架上，装备有对搭载X射线管和X射线检测器的圆环状的旋转框架进行旋转驱动的电动机。近年来，作为该电动机，采用直接驱动(DD)电动机的技术得到了普及。
直接驱动电动机将在固定部侧圆周状地排列的多个定子线圈；和与定子线圈相对置而在其内侧的旋转框架上排列的多个转子磁铁作为主要结构要素。从伺服放大器以与线圈排列以及必要的速度对应的频率向定子线圈供给脉冲信号。因此需要按照转子磁铁相对定子线圈的位置、具体而言为停止状态下的定子线圈的中心位置与转子磁铁的中心位置的距离和其朝向(以下称为磁极位置)，正确地调整脉冲信号的极性的切换定时。
以往，在对磁极位置进行检测时，使用霍尔IC或光学传感器。
但是，在使用了霍尔IC的方式中，在定子电动机线圈与转子磁铁之间需要霍尔IC、用于安装该霍尔IC并取出信号的基板、连接器、缆线。另外，为了在线圈与磁铁之间安装基板还需要确保将电动机线圈与磁铁之间的间隙某种程度宽，作为电动机的效率降低。当然，还需要考虑各电气部件的故障。
另外，在使用了光学传感器的方式中，由于与上述同样地电气部件个数增加，所以需要考虑故障。另外还需要安装光学传感器用的切片，该切片需要与磁铁之间的边缘位置匹配，形状产生制约。另外，由于安装光学传感器、切片还必须确保向体轴方向的空间，作为装置的安装上的制约增加。
发明内容
本发明的目的在于提供在门架上装备有直接驱动电动机的X射线计算机断层摄影装置中，将用于检测磁极位置的结构简化而可以节省空间地使定子线圈与转子磁铁靠近，而且易于对应于旋转负载变动的技术。
本发明的一个方面提供一种X射线计算机断层摄影装置，具备：旋转框架；旋转自如地支撑上述框架的机构；搭载于上述框架上的X射线管；搭载于上述框架上的X射线检测器；排列于上述框架上的多个转子磁铁；与上述转子磁铁对置的多个定子线圈；对与上述转子磁铁的移动相伴的磁通变动进行检测的传感器；以及位置确定部，依据上述传感器的输出，根据通过上述定子线圈的短时间激励而对上述框架励振之后直到上述框架的振动停止为止的收敛时间，确定上述转子磁铁相对上述定子线圈的磁极位置。
根据本发明，可以提供在门架上装备有直接驱动电动机的X射线计算机断层摄影装置中，将用于检测磁极位置的结构简化而可以节省空间地使定子线圈与转子磁铁靠近，而且易于对应于旋转负载变动的技术。
在接下来的说明中将描述本发明的其他目的和优点，其中的一部分从说明书是显而易见的，或可以通过实践本发明而理解。通过下面具体指出的手段和结合，可以实现并获得本发明的目的和优势。
附图说明
结合在本说明书中并构成说明书的一部分的附图将示出本发明的优选实施方式，并通过与上面的概括描述和下面的优选实施方式的具体描述相结合，用于描述本发明的原理。
图1是示出本实施方式的X射线计算机断层摄影装置的主要部分的结构的图。
图2是示出图1的门架的内部结构的图。
图3是示出图2的定子线圈与转子磁铁的排列的一部分的图。
图4是示出图2的转子磁铁相对定子线圈的位置(磁极位置)的定义的图。
图5是在本实施方式中示出磁极位置确定步骤的流程图。
图6是在本实施方式中示出励磁开始时刻的状态的图。
图7是在本实施方式中示出励磁停止时刻的状态的图。
图8是在本实施方式中示出振动状态的图。
图9是在本实施方式中示出振动结束时刻的状态的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置进行详细说明。另外，为了重构1个切片的断层像数据，需要被检体的周围1周、大约360°大小的投影数据，并且即使在半扫描法中也需要180°+视角大小的投影数据。在任一重构方式中都可以应用本发明。另外，在将入射X射线变换成电荷的机制中，使用闪烁器等荧光体将X射线变换成光进而使用光电二极管等光电变换元件将该光变换成电荷的间接变换形式；和利用了光导电现象的、即通过X射线在半导体内生成电子空穴对并使其向该电极移动的直接变换形式成为主流。作为X射线检测元件，采用这些中的某一方式即可，但在此设为前者的间接变换形式来进行说明。另外，近年来，在旋转框架上搭载有多对X射线管和X射线检测器的所谓多管球型的X射线计算机断层摄影装置的产品化得到了进步，并且其外围技术的开发也正在发展。本发明既可以应用于以往的一管球型的X射线计算机断层摄影装置，也可以应用于多管球型的X射线计算机断层摄影装置。此处，设为一管球型来进行说明。
如图1、图2所示，本实施方式的X射线计算机断层摄影装置具有门架10。门架10具有开口部9。在数据收集时，被检体通过床铺而被配置于开口部9内。门架10具有大致圆环状的旋转框架24。在旋转框架24上，搭载有X射线管26和X射线检测器28。X射线检测器28夹着被检体而与X射线管26对峙。X射线检测器28对透射被检体的X射线进行检测。未图示的高电压发生部被设置成用于发生被供给到X射线管26的灯丝电流，并且发生对X射线管26施加的管电压。
由未图示的数据收集部收集反映由X射线检测器28检测的透射X射线量的数据，并供给到断层像的重构处理。在监视器上显示所重构的断层像。
为了对以旋转中心轴R为中心而被旋转自如地支撑的旋转框架24的旋转进行驱动，采用直接驱动电动机。直接驱动电动机如图3所示，具有：在旋转框架24的外周圆环状地排列的多个转子磁铁29；和在固定侧与转子磁铁29相对地仍圆环状地排列的多个定子线圈27。
在固定侧，在定子线圈27的附近，设置有对磁通变动进行检测的MR(磁阻)传感器12的MR传感器头11。在转子磁铁29与旋转框架24一起旋转时，由MR传感器头11对与其相伴的磁通变动进行检测。MR传感器I/F单元13在由MR传感器头11对磁通变动进行检测的期间中、即在转子磁铁29旋转的期间中，继续反复输出编码器脉冲。
伺服放大器21按照从门架控制器19发送的控制信号向定子线圈27供给驱动电流。另外，由门架控制器19对驱动电流的振幅以及极性切换定时进行控制。
磁极位置确定部15被设置成用于在磁极位置确定动作期间，根据来自MR传感器12的MR传感器I/F单元13的编码脉冲，确定转子磁铁29的磁极位置。另外，在实际的扫描动作时，通过从门架控制器19发送的控制信号，针对转子磁铁29的磁极位置，匹配极性切换定时。
如图4所示，磁极位置是例如根据转子磁铁29的中心相对定子线圈27的中心的距离ΔD和其方向来规定的。该磁极位置是根据该旋转框架24等的歪斜和重心位置等固有性质来决定的，在停止定子线圈27的励磁的状态下总是被再现于同一位置。根据该距离ΔD，调整从自伺服放大器21对定子线圈27开始供给驱动电流到最初的极性反转为止的延迟时间。
如上所述，磁极位置是指，转子磁铁29的中心相对定子线圈27的中心的距离ΔD。根据该距离ΔD，大致决定在短时间内向定子线圈27供给电流而对旋转框架24进行励振之后直到该振动停止为止的时间、严密而言从停止供给励磁电流的时刻到转子磁铁29的振动停止为止的时间宽度(称为收敛时间)。在本实施方式中，根据该收敛时间推定磁极位置。因此，在存储器17中存储有多个收敛时间与多个磁极位置的对应表的数据。进而在存储器17中，存储有励磁电流值不同的多个收敛时间/励磁位置表的数据。
图5示出本实施方式的磁极位置确定动作的处理步骤。用户对门架控制器19进行规定操作而起动磁极位置确定动作功能，从而开始磁极位置确定动作。作为磁极位置确定动作的初始状态，如图6所示，磁极位置设为P0，其转子磁铁29的中心相对定子线圈27的中心的距离设为ΔD0。从该初始状态，在磁极位置确定动作中，门架控制器19对伺服放大器21供给用于在规定的极短时间内向定子线圈27供给规定振幅且规定极性的电流的控制信号，从而伺服放大器21在规定的极短时间内向定子线圈27供给规定振幅且规定极性的电流(S11)。由此定子线圈27被励磁，如图7所示，转子磁铁29与旋转框架24一起移动。在电流供给被停止时，如图8所示，从该位置旋转框架24开始振动。
磁极位置确定部15对从电流供给被停止的时刻、即开始振动的时刻到编码脉冲停止、即振动收敛而旋转框架24停止为止的收敛时间或该期间的编码脉冲个数进行测量(S12)。磁极位置确定部15通过从存储器17读出与收敛时间或该期间的编码脉冲个数对应的磁极位置(距离ΔD0)、或者与其相当的值而确定磁极位置，然后结束该动作。
此处，由于滑环的电刷磨耗、旋转平衡的调整不足、轴承的经时变化而引起负载变动，由于该负载变动，旋转框架24的旋转扭矩减少。由此有时收敛时间测量失败而终。例如在被激励的旋转框架24不振动而仍沿着一个方向继续旋转，则由磁极位置确定部15判定为所测量出的收敛时间超过规定的上限时间时(S13)，门架控制器19变更励磁条件，将例如从伺服放大器21向定子线圈27供给的励磁电流的电流值降低规定幅度(S14)。另外，代替降低电流振幅，或者与此同时将电流的供给时间缩短规定时间。
在该条件下从伺服放大器21向定子线圈27供给励磁电流(S11)，由磁极位置确定部15对收敛时间进行测量(S12)。然后在磁极位置确定部15中判定收敛时间是否超过规定的上限时间(S13)。当收敛时间小于等于规定的上限时间时，选择性地使用与励磁电流的电流值对应的表，确定与该收敛时间对应的电极位置，结束该动作。
在S13中，当收敛时间再次超过规定的上限时间时，门架控制器19再次变更励磁条件(S14)。由此从伺服放大器21向定子线圈27供给的电流的振幅被进一步降低规定幅度(S11)，再次测量收敛时间。
如这样直到收敛时间收于规定的上限时间以下为止，一边降低励磁条件一边反复测量收敛时间。
如此考虑由于电刷磨耗、旋转平衡的调整不足、轴承的经时变化而引起负载变动，针对从最佳条件到最差状态为止的各阶段，变更励磁条件。如果负载变轻，摩擦扭矩减少，则直到通过本功能检测到磁极为止的收敛时间变长。通过本磁极确定方式，不论在什么样的负载变动的状况下，磁极检测必然成功，可以提高装置的可靠性，并且可以削减部件个数、降低故障率、实现低成本化。如果在最佳条件下持续使用，则在请求作为装置的性能这一点上是有利的。
进而，将阶段性地降低励磁条件的状态与门架控制器19一起被通知给CT装置的主机控制器。由主机控制器在日志文件中记录将励磁条件在哪个阶段中降低的情况，而可以灵活用作对门架的状态(电刷磨耗、轴承的状态、旋转平衡调整不足)进行检查的触发。通过能够由服务工程师检查该状态，可以在系统性能降低之前，提供用于最佳的电刷更换定时的判断、是否需要检查平衡的判断、是否需要更换轴承的判断的信息。
另外，本发明不直接限于上述实施方式，而可以在实施阶段在不脱离其要旨的范围内改变结构要素来具体化。另外，通过上述实施方式公开的多个结构要素的恰当的组合，可以形成各种发明。例如，也可以从实施方式示出的全部结构要素删除几个结构要素。进而也可以恰当组合不同的实施方式所涉及的结构要素。
对于本技术领域的普通技术人员，可以很容易地想到其它优点和修改。因此，在更宽的范围内，本发明并不限于在这里示出和描述的具体例和代表性实施例。因此，在不背离由所附的权利要求的总体构思的精神或范围或其等同物的前提下，可以进行各种修改。

Claims (13)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，具备：
旋转框架；
旋转自如地支撑上述框架的机构；
搭载于上述框架上的X射线管；
搭载于上述框架上的X射线检测器；
排列于上述框架上的多个转子磁铁；
与上述转子磁铁对置的多个定子线圈；
对与上述转子磁铁的移动相伴的磁通变动进行检测的传感器；以及
位置确定部，依据上述传感器的输出，根据通过上述定子线圈的短时间激励而对上述框架励振之后直到上述框架的振动停止为止的收敛时间，确定上述转子磁铁相对上述定子线圈的磁极位置。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备存储使上述收敛时间与上述磁极位置对应关联的表的存储部。
3.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备存储使上述收敛时间与上述磁极位置对应关联的励磁电流值不同的多个表的存储部。
4.根据权利要求3所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：上述位置确定部按照上述励磁电流的值选择性地使用上述多个表。
5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：上述位置确定部判定上述收敛时间是否超过规定时间。
6.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备当判定为上述收敛时间超过规定时间时，降低上述定子线圈的励磁电流值的控制部。
7.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，具备：
使X射线管和X射线检测器旋转的旋转机构；
可以装备于上述旋转机构上的直接驱动电动机；以及
位置确定部，根据通过上述定子线圈的短时间激励而对上述框架激振之后直到上述框架的振动停止为止的收敛时间，确定上述转子磁铁相对上述定子线圈的磁极位置。
8.根据权利要求7所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备存储使上述收敛时间与上述磁极位置对应关联的表的存储部。
9.根据权利要求7所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备存储使上述收敛时间与上述磁极位置对应关联的励磁电流值不同的多个表的存储部。
10.根据权利要求9所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：上述位置确定部按照上述励磁电流的值选择性地使用上述多个表。
11.根据权利要求7所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：上述位置确定部判定上述收敛时间是否超过规定时间。
12.根据权利要求11所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：还具备当判定为上述收敛时间超过规定时间时，降低上述定子线圈的励磁电流值的控制部。
13.一种装备，其特征在于，具备：
旋转机构；
可以装备于上述旋转机构上的直接驱动电动机；以及
位置确定部，根据通过上述定子线圈的短时间激励而对上述框架励振之后直到上述框架的振动停止为止的收敛时间或与其对应的值，确定上述转子磁铁相对上述定子线圈的磁极位置或与其对应的值。
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