CN106053495B - 旋转台的控制方法和装置 - Google Patents

旋转台的控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供一种旋转台的控制方法和装置。通过XY移动机构(18)，能够将旋转台(16)沿与该旋转台(16)的旋转轴正交的二维方向(XY方向)移动，通过与旋转台(16)的旋转同步地对旋转台(16)的所述二维方向上的移动位置进行协调控制，能够使旋转台(16)以旋转台(16)上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转。并且，在对所述二维方向上的移动位置进行协调控制时，还对因旋转台(16)的偏心引起的旋转的偏心进行校正。由此，能够在旋转台上的任意的位置处设定虚拟的旋转中心，无需重新配置被检体就能够在多个摄像部位得到高分辨率的断层图像。

Description

旋转台的控制方法和装置
本申请通过参照2015年4月17日申请的日本专利申请号2015-085352而引用其说明书、附图以及权利要求书。
技术领域
本发明涉及一种旋转台的控制方法和装置，特别是涉及一种适于在测量用X射线CT装置中使用的、能够在旋转台上的任意的位置处设置虚拟的旋转中心的旋转台的控制方法和装置。
背景技术
已知如日本特开2002-310943号公报、日本特开2014-134528号公报、日本特开2006-242611号公报、日本特表2010-523950号公报(以下称为专利文献1至4)所记载的那样的、通过非破坏的方式得到被检体的断层图像的测量用X射线CT装置。一般来说，如图1A和图1B所例示那样，该测量用X射线CT装置具备：产生X射线的X射线管(X射线源12)；载置被检体10并旋转的旋转台16；以及检测X射线并使被检体10的透射像图像化的X射线检测器14。该测量用X射线CT装置一边通过旋转台16使被检体10旋转一边从X射线源12对该被检体10进行X射线照射，通过利用X射线检测器14进行检测的CT扫描来获取被检体10的透射像，通过对该透射像进行图像重建来生成被检体10的断层图像。
为了得到被检体10的断层图像，要进行CT扫描和图像重建。关于CT扫描，使旋转台16上的被检体10在X射线照射过程中以固定速度连续地、或者以固定步长间歇地旋转，来获取被检体10的整个周向上的透射像。使用反投影法、逐次逼近法等重建算法来对所得到的被检体10的整个周向上的透射像进行图像重建，由此得到被检体10的断层图像。
为了得到被检体10的采样间隔被缩短后的高分辨率的断层图像，需要在CT扫描中使旋转中的被检体10大尺寸地投影到X射线检测器14。因而，通常如图2所例示那样，将被检体10配置于旋转台16的旋转中心，使旋转台16在X轴上向X射线源12的方向靠近来使透射像放大。在该情况下，除非搭载对被检体10的位置进行调整的专用装置，否则必须在每次变更摄像部位时手动地重新配置被检体10。然而，为了防止X射线泄露到外部，旋转台16与X射线源12、X射线检测器14一起被配置在屏蔽X射线的屏蔽室内，当包括用于防止检查者被照到X射线的X射线照射控制、屏蔽室开闭的联锁控制等操作时，为了重新配置被检体10而非常花费工夫，作业效率差。关于此，在想得到将被检体10的一部分被放大了的断层图像的情况下，也需要同样地将被检体10的想拍摄的部分配置于旋转台16的中心。
此外，由于测量用X射线CT装置的不同，存在如专利文献1、2那样的具备用于在旋转台上调整被检体位置的XY移动机构的装置。
然而，存在装置的结构变得复杂、制造成本变高这样的问题。
另外，在专利文献3和4中，记载了在旋转台之下设置XY移动机构的技术，但是未考虑过如本发明那样在旋转台上的任意的位置处设定旋转中心。
发明内容
本发明是为了解决以往的所述问题而完成的，课题在于能够在旋转台上的任意的位置处设定虚拟的旋转中心。
本发明是用于使配置在旋转台上的物体旋转的旋转台的控制方法，该旋转台的控制方法包括以下步骤：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制，
该旋转台的控制方法能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转，从而解决所述课题。
在此，在对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的步骤中，还能够对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正。
另外，能够将所述旋转台的旋转设为以微小角度为单位进行的间歇性的旋转。
另外，能够利用式a＝Lcosθ、b＝Lsinθ来表示设定为旋转台的旋转中心的位置的坐标(a，b)，在旋转了Δθ时旋转中心(a，b)移动到(a’，b’)时，为了使新的位置(a’，b’)返回到原来的位置(a，b)，使a’移动Lcos(θ+Δθ)-Lcosθ，使b’移动Lsin(θ+Δθ)-Lsinθ。
另外，能够将所述旋转设为连续性的旋转。
另外，能够根据旋转台的中心C0、虚拟旋转轴、旋转角度来计算旋转台中心的移动目的地Cθ，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心C0移动到Cθ。
另外，能够事先创建偏心校正表，计算旋转台中心的移动目的地，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度的偏心量，接着，根据旋转角度的偏心量来计算校正量，接着，针对作为移动目的地的旋转台中心校正偏心来计算校正后的旋转台中心Cθ’，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
本发明还提供一种旋转台的控制装置，其用于使配置在旋转台上的物体旋转，该旋转台的控制装置的特征在于，具备：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动的机构；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元，
该旋转台的控制装置能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转。
在此，对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元能够具备对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正的电路。
根据本发明，能够在旋转台上的任意的位置处设定虚拟的旋转中心。因而，无需重新配置被检体就能够在多个拍摄位置得到高分辨率的断层图像。另外，还能够实现旋转台的偏心校正。
通过对优选实施例进行的详细说明，本发明的这些以及其它特征和优点会变得明确。
附图说明
参照附图来对优选实施例进行说明，另外，在所有附图中，对相同的要素标注相同标记，其中：
图1A是表示以往的测量用X射线CT装置的主要部分结构的主视图
图1B是表示以往的测量用X射线CT装置的主要部分结构的俯视图
图2是用于说明以往的测量用X射线CT装置的问题的俯视图
图3是表示本发明所涉及的测量用X射线CT装置的实施方式的主要部分结构的主视图
图4是表示所述实施方式的动作状况的俯视图
图5A和图5B是表示在所述实施方式中进行间歇性的旋转的情况下的控制方法的示意图
图6是表示在所述实施方式中进行连续性的旋转的情况下的控制方法的示意图
图7是表示在所述实施方式中对旋转轴偏心进行校正的情况下的控制方法的示意图
图8是表示所述实施方式中的偏心校正表的例子的图
具体实施方式
下面，参照附图来对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，本发明并不限定于下面的实施方式以及实施例中记载的内容。另外，下面所记载的实施方式以及实施例的结构要素中包含本领域技术人员能够容易地想到的实质上相同的结构要素、即所谓的等效范围的结构要素。并且，关于下面所记载的实施方式以及实施例中公开的结构要素，既可以适当地组合，也可以适当地选择使用。
在图3中示出应用本发明的测量用X射线CT装置的旋转台的控制装置的主要部分结构。在该实施方式中，具备X射线源12、X射线检测器14以及旋转台16的测量用X射线CT装置还具备：XY移动机构18，其使旋转台16沿与旋转台16的旋转轴正交的二维方向(XY方向)移动；协调控制装置20，其用于与所述旋转台16的旋转同步地对旋转台16的所述XY方向上的移动位置进行协调控制；以及偏心校正表22，其用于在通过该协调控制装置20来对XY方向上的移动位置进行协调控制时对因旋转台16的偏心引起的旋转偏心进行校正。
所述旋转台16能够通过与XY移动机构18之间的协同作用来基于X轴、Y轴、θ轴调整被检体10的位置、方向，能够通过这些调整来使由X射线检测器14得到的透射像发生变化。测量用X射线CT装置还能够具备未图示的Z轴移动机构来调整高度。
下面，对作用进行说明。
在对配置于旋转台16的任意的位置处的被检体10进行CT扫描的情况下，检查者根据预先获取到的同一被检体整体的断层图像、从上部俯视被检体而得到的视频图像来指定被检体的摄像部位，或者通过其它方法来指定被检体的摄像部位。
然后，设定对被检体指定的摄像部位的中心，对X轴、Y轴、θ轴进行协调控制，以使旋转台16以该位置为旋转中心进行旋转。
具体地说，在间歇地旋转的情况下，通过图5A和图5B所示的方法来进行控制。即，如图5A所示，以下式来表示被设定为旋转台的旋转中心的位置的坐标(a，b)。
a＝Lcosθ ···(1)
b＝Lsinθ ···(2)
在此，设在旋转了Δθ时，旋转中心(a，b)如图5B所示那样地移动到(a’，b’)。于是，以下式来表示(a’，b’)。
a’＝Lcos(θ+Δθ) ···(3)
b’＝Lsin(θ+Δθ) ···(4)
因而，为了使该新的位置(a’，b’)返回到原来的位置(a，b)，只要使a’移动Lcos(θ+Δθ)-Lcosθ、使b’移动Lsin(θ+Δθ)-Lsinθ即可。
接着，使用图6来对旋转台16连续地旋转的情况下的控制方法进行说明。在将旋转角度为0°的旋转台中心设为C0、将旋转台上的任意的位置T设为虚拟旋转轴时，围绕虚拟旋转轴T旋转了角度θ的情况下的虚拟旋转轴能够以如下方式实现。
(1)根据旋转台中心C0、虚拟旋转轴T、旋转角度θ，通过下式来计算旋转台中心的移动目的地Cθ。
Δ0＝T-C0 ···(5)
Cθ＝T-RθΔ0 ···(6)
在此，将旋转矩阵设为Rθ。
(2)接着，只要通过旋转台移动轴的协调控制来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心C0移动到Cθ即可。
此外，旋转中的旋转台中心位置(旋转轴)不是固定的，必然发生因旋转轴偏心引起的变动。在图7中示出旋转中的旋转台中心的变动轨迹。
Figure BDA0000966754980000061
表示旋转角度
Figure BDA0000966754980000062
的旋转台中心。
即使在像这样存在偏心的情况下，通过事先获取旋转轴的变动量(偏心量)，也能够与虚拟旋转轴的协调控制相结合地对旋转轴偏心进行校正。
(1)首先，事先创建偏心校正表。具体地说，使旋转台16以固定角度间距旋转360°，实际测量每个旋转角度
Figure BDA0000966754980000063
的旋转台中心
Figure BDA0000966754980000064
从实际测量出的各中心位置
Figure BDA0000966754980000065
减去理论上的旋转台中心位置来计算偏心量
Figure BDA0000966754980000066
创建记录有各旋转角度
Figure BDA0000966754980000067
的偏心量
Figure BDA0000966754980000068
的偏心校正表22。
在图8中示出偏心校正表22的例子。
(2)接着，与虚拟旋转轴的实现方法同样地计算旋转台中心C0的移动目的地Cθ。
(3)接着，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度θ的偏心量rθ。
(4)接着，根据偏心量rθ，通过下式来计算校正量Eθ。
Eθ＝(rθcos(θ)，rθsin(θ)) ···(7)
(5)接着，通过下式来针对作为移动目的地的旋转台中心Cθ校正偏心，计算校正后的旋转台中心Cθ’。
Cθ’＝Cθ-Eθ ···(8)
(6)接着，通过旋转台移动轴的协调控制，一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
根据本实施方式，无需为了得到高分辨率的断层图像而将被检体移动到旋转台中心，也不需要进行伴随该移动的X射线照射控制、屏蔽室开闭的联锁控制。另外，在旋转台存在已知的偏心量的情况下，通过在CT扫描时进行考虑了偏心量的协调控制，能够对已知的偏心量进行校正。
此外，在所述实施方式中，将本发明应用于测量用X射线CT装置，但是本发明的应用对象不限定于此，也能够同样地应用于测量用X射线CT装置以外的一般的装置中的旋转台的控制。偏心校正方法也不限定于使用表进行校正，例如也能够利用表示偏心量的数式来进行校正。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，以上说明的实施例只是代表本发明的理论上的应用的例子。只要不脱离本发明的主旨和范围，本领域技术人员能够容易地进行各种各样的变更。

Claims (4)

1.一种旋转台的控制方法，用于使配置在旋转台上的物体旋转，该旋转台的控制方法的特征在于，包括以下步骤：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制，
该旋转台的控制方法能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转，其中，在对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的步骤中，还对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正，
所述旋转台的旋转是以微小角度为单位进行的间歇性的旋转，
所述控制方法包括：
利用式a＝Lcosθ、b＝Lsinθ来表示被设定为旋转台的旋转中心的位置的坐标(a，b)，在旋转了Δθ时旋转中心(a，b)移动到(a’，b’)时，为了使新的位置(a’，b’)返回到原来的位置(a，b)，使a’移动Lcos(θ+Δθ)-Lcosθ，使b’移动Lsin(θ+Δθ)-Lsinθ；以及
事先创建偏心校正表，计算旋转台中心的移动目的地，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度的偏心量，接着，根据旋转角度的偏心量来计算校正量，接着，针对作为移动目的地的旋转台中心校正偏心来计算校正后的旋转台中心Cθ’，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
2.一种旋转台的控制方法，用于使配置在旋转台上的物体旋转，该旋转台的控制方法的特征在于，包括以下步骤：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制，
该旋转台的控制方法能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转，
其中，在对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的步骤中，还对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正，
所述旋转是连续性的旋转，
所述控制方法包括：
根据旋转台的中心C0、虚拟旋转轴、旋转角度来计算旋转台中心的移动目的地Cθ，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心C0移动到Cθ；以及
事先创建偏心校正表，计算旋转台中心的移动目的地，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度的偏心量，接着，根据旋转角度的偏心量来计算校正量，接着，针对作为移动目的地的旋转台中心校正偏心来计算校正后的旋转台中心Cθ’，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
3.一种旋转台的控制装置，其用于使配置在旋转台上的物体旋转，该旋转台的控制装置的特征在于，具备：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动的机构；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元，
该旋转台的控制装置能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转，
其中，对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元具备对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正的电路，
所述旋转台的旋转是以微小角度为单位进行的间歇性的旋转，
所述控制装置进行如下控制：
利用式a＝Lcosθ、b＝Lsinθ来表示被设定为旋转台的旋转中心的位置的坐标(a，b)，在旋转了Δθ时旋转中心(a，b)移动到(a’，b’)时，为了使新的位置(a’，b’)返回到原来的位置(a，b)，使a’移动Lcos(θ+Δθ)-Lcosθ，使b’移动Lsin(θ+Δθ)-Lsinθ；以及
事先创建偏心校正表，计算旋转台中心的移动目的地，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度的偏心量，接着，根据偏心量来计算校正量，接着，针对作为移动目的地的旋转台中心校正偏心来计算校正后的旋转台中心Cθ’，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
4.一种旋转台的控制装置，其用于使配置在旋转台上的物体旋转，该旋转台的控制装置的特征在于，具备：
使旋转台沿与该旋转台的旋转轴正交的二维方向移动的机构；以及
与旋转台的旋转同步地对旋转台的所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元，
该旋转台的控制装置能够使旋转台以旋转台上的任意的位置为虚拟的旋转中心进行旋转，
其中，对所述二维方向上的移动位置进行协调控制的控制单元具备对因旋转台的偏心引起的旋转的偏心进行校正的电路，
所述旋转是连续性的旋转，
所述控制装置进行如下控制：
根据旋转台的中心C0、虚拟旋转轴、旋转角度来计算旋转台中心的移动目的地Cθ，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心C0移动到Cθ；以及
事先创建偏心校正表，计算旋转台中心的移动目的地，对偏心校正表的偏心量进行插值来计算旋转角度的偏心量，接着，根据偏心量来计算校正量，接着，针对作为移动目的地的旋转台中心校正偏心来计算校正后的旋转台中心Cθ’，通过旋转台移动轴的协调控制，来一边使旋转台旋转θ一边使旋转台中心移动到Cθ’。
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