CN103239247B - C形臂设备和带有c形臂变形和振动补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有C形臂（1）的X射线设备和所属的方法。X射线设备包括至少一个跟踪单元（4），所述跟踪单元（4）用于X射线设备的至少一个与C形臂（1）作用连接的部件（2、3），所述跟踪单元（4）补偿了由于C形臂（1）的变形和/或振动所导致的部件（2、3）的空间位置变化。本发明提供的优点是最小化或消除X射线图像的“失真”，且使得应用能够以相互很精确地定向的新型部件实现。

Description

C形臂设备和带有C形臂变形和振动补偿的方法

技术领域

本发明涉及带有C形臂的X射线设备和用于补偿C形臂的变形或振动的方法。

背景技术

X射线设备的C形臂通过例如X射线辐射器、检测器、光圈和光栅固定在C形臂上的部件的自重加载。由于C形臂的有限的刚性，C形臂由于自重而变形。C形臂也可在其整体上由于动态载荷而发生振动。因此导致多个问题。

第一，由于C形臂的静态变形，部件相互移动，这尤其在3D重构时导致X射线图像照片的失真。第二，由于惯性力导致的动态载荷导致C形臂的不希望的振动，因此干扰了向共同中心的定向。第三，阻碍了新型的部件的使用，例如要求很精确的定向的高聚焦光栅的使用。第四，由于C形臂的有限的刚度出现不利地影响图像质量和检查时间的振动。尤其在C形臂血管造影系统中，此效果具有很大的干扰性。

从现有技术中已知通过优化C形臂的几何形状和尺寸来改进C形臂的刚性。在此，尤其尝试通过C形臂的更大的横截面保持在所有方向上的变形尽可能低。此类解决方法的结果是，C形臂更大且更重，这带来问题。第一，由于更大的横截面增加了C形臂的重量，因此，C形臂运动的动态特性变差。最大速度以及加速度都降低。第二，由于更大的横截面，在相同的C形臂长度下可利用的位置降低，以此在一定的检查中对于患者的可接近性变差。第三，更重的部件的结构要求C形臂的更大的横截面，以此使得重量再次加大。此外，横截面的优化最后受到上限的限制。

在已知的X射线装置中，例如在DE102008003815A1中公开的公开文献中，C形臂通过围绕通常水平的轴线的转动导引装置可转动地布置在大多底侧竖立的机架上。在转动导引装置中，C形臂沿其弓形引导轨围绕共同中心可旋转。尤其在C形臂以高速度沿转动导引装置移动的应用中，必须使用特别轻的C形臂，以实现尽可能好的动态特性。在此作为示例的是血管造影X射线装置。由于此原因，通常使用由具有矩形空心断面的挤压型材制成的C形臂。

公知的是，代替底部机架和通过转动导引装置来连接C形臂而以此实现对于C形臂运动和定位所要求的运动自由度，将C形臂布置在带有机械人臂和相应的控制装置的工业机械人上。在此构造中，所需的自由度通过机械人的六个运动轴线保证。C形臂在此直接地转动支承在机械人臂上。

公开文本DE102005018326A1公开了，使用就其固定位置而言通过驱动装置可运动的X射线辐射器或X射线接收器，尽管系统结构可激励带有与各固定位置相关的共振频率的振动，但仍制成了清晰的X射线图像。在此，检测到至少一个与各固定位置相关的与共振频率相关的量，分别根据至少一个量测定反作用于振动的激励的用于达到对于X射线检查规定的、X射线辐射器或X射线接收器的运动状态的额定运动导引，且与额定运动导引相应地通过驱动装置控制X射线辐射器或X射线接收器的运动导引。

在后公开的DE102011005492A1描述一种带有C形臂的X射线设备，在其上可在对置的布置中安装X射线源和X射线检测器，至少一个用于将C形臂相对于支承装置定位的促动器，和用于控制促动器的控制装置。X射线设备包括至少一个传感器，所述传感器在C形臂的第一位置中检测C形臂的变形且转化为输出信号，其中，C形臂的变形被操作人员施加的且在第二位置上直接或间接地作用在C形臂上的力影响。控制装置根据传感器的输出信号影响促动器。

公开文本DE10161152A1公开了一种带有其上设有准直器的六脚单元的放射治疗系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，给出一种带有C形臂的X射线设备和所属的方法，该方法不在改变C形臂的横截面的情况下补偿C形臂的变形和振动。

根据本发明，该技术问题通过一种C形臂X射线设备和独立权利要求的方法解决。有利的扩展在从属权利要求中给出。本发明的核心在于允许C形臂的变形（例如，扭转）和振动，因为它们通过跟踪单元机械地补偿。

本发明要求保护一种带有C形臂的X射线设备，所述C形臂带有至少一个跟踪单元，所述跟踪单元用于X射线设备的至少一个与C形臂通过该跟踪单元机械连接的部件，这些部件补偿由于C形臂的变形和/或振动导致的部件的空间位置变化。这些部件是X射线辐射器、X射线检测器、X射线辐射光圈或X射线光栅。本发明提供的优点在于最小化或消除由于C形臂的变形导致的X射线图像的“失真”，使得应用以新型的相互很精确地定向的部件实现。

此外，变形和/或振动可由于部件的自重和/或由于C形臂的旋转运动（尤其通过加速和制动）而产生。

优选地，跟踪单元可包括一到六个自由度。

在X射线设备的一种扩展设计中，跟踪单元可包括六脚单元。六脚单元可包括六个腿，其中，每两个端部容纳在一个铰链中。六脚单元竖立在三点上。

此外，X射线设备可包括至少一个测定空间位置变化的测量单元。优选地，测量单元是激光测量单元。

此外，X射线设备可包括至少一个控制单元，该控制单元这样地控制跟踪单元，使得跟踪单元补偿由于C形臂的变形和/或振动所导致的部件的空间位置变化。

本发明也要求保护一种用于补偿X射线设备的C形臂的变形和/或振动的方法，其中，通过布置在C形臂和X射线设备的部件之间的跟踪单元机械地补偿由于C形臂的变形和/或振动所导致的、部件的空间位置变化。

在方法的一种扩展设计中，根据C形臂位置事先测定位置变化补偿所要求的跟踪单元的运动。

此外，在X射线设备运行期间连续地执行位置变化补偿所要求的跟踪单元的运动。因此，跟踪“在线地”进行，而无事先进行的位置变化分析的描述和/或测量。

在方法的一种扩展设计中，跟踪单元的运动根据对位置变化的测定求得。

此外，位置变化可根据部件相对于参考点或相对于另外部件的位置求得。

附图说明

本发明的另外的特点和优点从如下的多个实施例的解释中并且根据示意图显见。附图中：

图1示出了带有跟踪单元的C形臂血管造影设备的空间图示，

图2示出了带有跟踪单元的X射线设备的方框图，

图3示出了带有与X射线辐射器连接的跟踪单元的C形臂的侧视图，和

图4示出了带有与检测器连接的跟踪单元的C形臂的侧视图。

具体实施方式

图1示出了带有C形臂1的血管造影设备。在C形臂1的一端上具有X射线辐射器2，在C形臂的另一端上具有X射线检测器3。在C形臂1和X射线辐射器2或X射线检测器3之间分别设有跟踪单元4。借助于跟踪单元4可补偿由于C形臂1的变形和/或振动所导致的X射线辐射器2和X射线检测器3的不希望的位置变化。为测量位置变化在X射线辐射器2和X射线检测器3上设有例如激光测距器的测量单元5。跟踪单元4为补偿运动的控制通过未图示的控制单元进行。

图2示出了带有C形臂1的X射线设备的方框图。在C形臂1的端部上设有例如X射线辐射器2或X射线检测器3的部件。部件2、3分别借助跟踪单元4固定在C形臂1上。借助于跟踪单元4可补偿由于C形臂1的例如偏斜的变形和/或由于C形臂1的振动所导致的部件2、3的位置变化。不希望的位置变化借助于布置在部件2、3上的测量单元5测定。跟踪单元4的补偿运动通过控制单元6控制。因此保证部件2、3与C形臂1的变形无关地总是具有相互正确的位置。

即，根据本发明通过C形臂变形和C形臂振动的自适应（动态）补偿解决了变形和/或振动的问题。根据C形臂1的实际位置，通过跟踪单元4这样地定位部件2、3，使得在临床检查期间，部件2、3的相对和/或绝对位置保持不变。位置变化可相对于参考点9或相对于另外的部件测定。

在用于补偿变形和/或振动的方法的一种优选实施形式中，控制跟踪单元4的运动。变形补偿和/或振动补偿所需的、跟踪单元4的补偿运动在临床应用前测定，且基于此在检查期间控制跟踪单元4。所要求的补偿运动可对于整个运动空间解析地描述。此外，补偿运动可在C形臂的不同的位置中测定，且将在“中间位置”中的值进行插值。在此，存在两种变型：

在所谓的“示教方法”中，通过控制单元6将跟踪单元4导引到希望的位置中。在此所测定的用于跟踪单元4的行程和角度存储在控制单元6内。此步骤在经过C形臂1的所有希望的位置之前重复。程序流程现在仅在于，跟踪单元4在临床检查期间自动执行在相应的C形臂1的位置中的所有存储的运动。在“中间位置”中的所需的跟踪运动通过插值确定。

在检查部件2、3之间的相对位置时，检查二者之间的平行性和距离及其相互的对中性。平行性和距离可借助于三个激光测距器检查。部件2、3之间的距离在三个位置处测量且据此求得与希望的距离的偏差。此外，根据此数据可确定部件2、3的相互倾斜。为检查对中性，可在与激光器对置的部件上施加例如三个标记。此三个标记应通过补偿运动被激光器“命中”。

在所谓的“回放方法”中，跟踪单元4在C形臂1的所选择的位置中通过使用者直接导引置入期望的位置。然后，X射线设备在临床检查期间自动地重复此运动。基于此原理的跟踪仅可应用在手动执行运动的、C形臂1的位置中。对于中间位置的差值不可能。此方法相应地仅对2D图像来说可应用在一定的位置中。为了能够实现3D重构，可将移动坐标系统安装在待跟踪的部件上。因此，在部件导引期间其坐标可记录且转化为希望的行程或角度。然后，对于C形臂1的“中间位置”，跟踪单元4所需的补偿运动可基于此插值。部件相互间的相对位置的检查与在“示教方法”中相同地进行。

在另外的一种优选的实施形式中，跟踪单元的运动“在线地”调节。在此情况中，在C形臂1行驶期间连续地检查部件的相对位置。基于此在临床检查期间调节跟踪单元4的运动。部件2、3的实际相对位置的确定可直接或间接地进行。在直接确定位置时，例如通过距离测量检查部件2、3之间的平行性。这是更费事的，因为通常需要必须固定在部件2、3上的附加的例如激光器的测量单元。间接的位置确定通过C形臂的扭转和/或振动的测量进行，例如通过应变测量条和/或加速度传感器进行，且基于测量值跟踪部件2、3。

取决于待补偿的变形和振动，跟踪单元4可具有一个或多个平移和/或旋转自由度，总计最多六个自由度。此外，跟踪单元4可具有多个促动器或马达，以及不同的串联/并联的运动构件。

图3示出了布置在C形臂1上的跟踪单元4的示例。跟踪单元4构造为六脚型。通过适配器7将X射线辐射器2和光圈8与跟踪单元4机械连接。通过跟踪单元4沿三个轴线x、y、z的带有六个自由度的运动（旋转、平移）可补偿C形臂1的每个变形和/或振动。

图4示出了布置在C形臂1上的跟踪单元4的另外的示例。跟踪单元4构造为六脚型。通过适配器7将X射线检测器3连同光栅与跟踪单元4连接。通过跟踪单元4沿三个轴线x、y、z的带有六个自由度的运动（旋转、平移）可补偿C形臂1的每个变形和/或振动。

附图标号列表

1C形臂

2X射线辐射器

3X射线检测器

4跟踪单元

5测量单元

6控制单元

7适配器

8光圈

9参考点

xx轴线

yy轴线

zz轴线

Claims (12)

1.一种带有C形臂(1)的X射线设备，其特征在于，

-至少一个跟踪单元(4)，所述跟踪单元(4)布置在所述X射线设备的部件(2、3)和所述C形臂(1)之间且将所述部件(2、3)与所述C形臂(1)机械地以可运动的方式连接，

-其中，所述跟踪单元(4)补偿由于所述C形臂(1)的变形和/或振动所导致的、所述部件(2、3)的空间位置变化，以及

-其中，所述部件是X射线辐射器(2)、X射线检测器(3)、X射线辐射光圈(8)和X射线光栅。

2.根据权利要求1所述的X射线设备，其特征在于，所述变形和/或振动由于所述部件(2、3)的自重形成，和/或由于所述C形臂(1)的旋转运动形成。

3.根据权利要求1或2所述的X射线设备，其特征在于，所述跟踪单元(4)具有一到六个自由度。

4.根据权利要求3所述的X射线设备，其特征在于，所述跟踪单元(4)包括六脚单元。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括测定所述空间位置变化的至少一个测量单元(5)。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，至少一个控制单元(6)，所述控制单元(6)这样地控制所述跟踪单元(4)，使得所述跟踪单元(4)补偿由于所述C形臂(1)的变形或振动导致的、所述部件(2、3)的空间位置变化。

7.根据权利要求1所述的X射线设备，其特征在于，所述变形和/或振动由于所述C形臂(1)的加速和制动形成。

8.一种用于补偿X射线设备的C形臂(1)的变形或振动的方法，其特征在于，

-通过布置在所述X射线设备的C形臂(1)和部件(2、3)之间的机械地可运动的跟踪单元(4)补偿由于所述C形臂(1)的变形和/或振动所导致的、所述部件(2、3)的空间位置变化，

-其中，所述部件是X射线辐射器(2)、X射线检测器(3)、X射线辐射光圈(8)或X射线光栅。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述C形臂(1)的位置事先测定位置变化补偿所要求的、跟踪单元(4)的运动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在X射线设备运行期间连续地执行位置变化补偿所要求的、跟踪单元(4)的运动。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，根据对所述位置变化的测定求得所述跟踪单元(4)的运动。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述部件(2、3)相对于参考点(9)的位置求得所述位置变化。