CN107592720B - 用于可移动x射线装置的移动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可移动X射线装置(1)，具有借助车轮(2)能够移动的设备车(3)，设备车(3)具有升降装置(4)，在升降装置上布置有支架(5)，C形臂(6)沿着其圆周可移动地支撑在该支架(5)上，其中，C形臂(6)具有X射线辐射源(9)和与X射线辐射源相对地布置的X射线辐射接收器(10)。为了简化可移动X射线装置中的机械变焦的操作，提出设置移动控制装置(15)，利用所述移动控制装置(15)，在C形臂(6)的任意给定的姿势下控制C形臂(6)的移动，使得在X射线辐射源(9)和X射线辐射接收器(10)之间延伸的中轴(14)是空间固定的。

Description

用于可移动X射线装置的移动控制装置
技术领域
本发明涉及一种具有借助车轮可移动的设备车的可移动X射线装置，设备车具有升降装置，在升降装置上布置有支架，优选多轴可调的、特别是围绕回转点可旋转的C形臂沿着其圆周可移动地支撑在该支架上，其中，C形臂在其一端上具有X射线辐射源，并且具有与X射线辐射源相对地布置的X射线辐射接收器。一般利用这种X射线装置由一系列在不同的投影角度下拍摄的患者的身体部分的2D投影重建身体部分的3D图像。
此外，本发明涉及一种用于移动可移动X射线装置的方法以及计算机程序。
背景技术
在使用可移动的C形臂X射线装置时，必须调整X射线辐射源和X射线辐射接收器，使得在X射线图像中尽可能大地显示要观察的身体区域。在其它情况下，应当以不同的倍率拍摄检查对象的图像。对象大小在此随着对象和X射线辐射接收器之间的距离改变。
为了调整图像范围，设备车首先向患者台驶近，并且相对于患者台放置C形臂，使得在对象和X射线辐射接收器之间存在尽可能小的距离。进行这，以便获得关于整个解剖结构的尽可能大的全貌，找到关注的对象并且在图像中心显示。随后，如果需要，则在图像或图像片段中对对象进行放大或缩小。这通过操作大多数为经常已经机动化的升降柱的形式的升降装置来进行。在此，通过升高C形臂来放大图像片段，并且通过降低C形臂来缩小图像片段。以这种方式实现一种变焦功能，下面将其称为“机械”变焦，以与拍摄的图像内部的电子变焦功能进行区分。
与在固定的X射线装置、例如在X射线辐射源和X射线辐射接收器之间的距离可变的、地板安装或者天花板安装的X射线装置的情况不同，在X射线辐射源和X射线辐射接收器之间的距离通常不能改变的可移动的C形臂X射线装置中，产生了如下问题：仅在成角和轨道角分别为零的C形臂的严格的AP(anterior posterior，前后)位置下，即在C形臂的准确的垂直取向下，对象在升高或降低升降柱时保持在图像中心，因为移动这时沿着中轴进行。如果C形臂的位置(姿势)从其偏离，即如果C形臂被放置为倾斜的(轨道角/成角不等于零)，则不仅希望的变焦、即显示大小、而且对象在图像中的位置随着升降柱的升高或降低而改变。中轴移出对象。对象在图像中移动或者甚至移出图像。
迄今为止，该问题通过在借助机械变焦进行放大时，手动重新修正C形臂位置，以重新将对象定位在图像中心来解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，简化可移动X射线装置中的机械变焦的操作。上述技术问题通过根据本发明的可移动X射线装置或通过根据本发明的方法或通过根据本发明的计算机程序来解决。给出了本发明的有利实施方式。
下面结合可移动X射线装置说明的优点和构造同样也适用于根据本发明的方法和计算机程序，反之亦然。
根据本发明，设置移动控制装置，利用所述移动控制装置，在C形臂的任意给定的初始姿势下控制C形臂的移动，使得在X射线辐射源和X射线辐射接收器之间延伸的中轴是空间固定的并且保持。
姿势一般理解为对象在空间中的位置和朝向。这里提及的C形臂的(相对)姿势意为相对位置和朝向，更准确地说为C形臂关于能够借助升降装置升高和降低的C形臂支架的位置。下面部分同义地使用术语姿态和姿势。这也适用于术语升降装置和升降柱，其中，C形杆、由此C形臂本身的垂直升降移动也能够借助与升降柱不同的部件来实现，升降柱在此因此也可以视为仅仅是示例性的。
中轴应当理解为辐射中心轴，即从X射线辐射源发出的X射线辐射束的中心轴。
本发明的基本思想是，将要进行X射线拍摄的对象总是保持在中心辐射处。这通过如下来实现，即，以适合于此的方式移动作为X射线辐射源和X射线辐射接收器的支撑体的C形臂。该移动特别地是设备车(由此是支架和C形臂)在水平方向上的移动和/或通过支架借助升降柱的升高或降低产生的C形臂在垂直方向上的移动。为此设置为，对应的移动部件具有机动化的驱动装置，并且借助移动控制装置对该驱动装置进行合适的控制。因为移动通过电机进行，因此能够特别是以跟踪的形式或以C形臂的姿态修正的形式进行自动化的补偿或平衡移动。这也对应于本发明的优选实施方式。
原则上，通过以适合于此的方式移动对象，特别是通过在水平和/或垂直方向上移动患者台，还能够将对象持续保持在中心辐射处。在这里描述的特别是使用具有用电机驱动的升降柱和可用电机驱动的车轮的原本的可移动的X射线装置的情况下，与明显更复杂的跟踪通常非常重的患者台相比，所描述的有利的解决方案能够在不移动对象的情况下更简单并且以更少的开销实现。
根据本发明的对C形臂的移动的控制，即，使中轴保持其在空间中的位置，在本发明的优选实施方式中仅在执行开头叙述的机械变焦期间，即在X射线辐射接收器向对象移动或者移动远离对象的情况下，也就是在X射线辐射接收器向对象移动(缩小(Zoom out))或者移动远离对象(放大(Zoomin))期间进行。在其它时间段期间优选不进行补偿移动。特别是于是不进行设备车的水平行进，特别是出于安全原因。
根据本发明的一个优选实施方式，所控制的C形臂的移动是C形臂的垂直和/或水平行进移动。优选仅进行C形臂的垂直和/或水平行进移动，即不进行其它补偿移动。特别是，在用于进行支撑的C形臂的姿态保持不变期间，仅控制升降柱和/或驱动车轮。
在本发明的一个特别优选的实施方式中，提供可移动X射线装置，其中，在C形臂的任意给定的姿势下，在X射线辐射接收器向对象移动或者移动远离对象的情况下，进行C形臂的垂直和/或水平行进移动，使得中轴是空间固定的或者保持其在空间中的位置。
借助本发明，可以简单地对对象在图像的位置进行自动修正。为此不需要对C形臂的各个轴的复杂的控制。在特别是通过升降柱的升高或降低进行每一次机械变焦时，进行C形臂的对应的水平行进，使得对象总是保持在中心辐射处，并且因此看起来总是处于图像中心。C形臂的该补偿移动可以在基本上同时的意义上同步地，或者异步地、即以不可忽视的时间差进行。异步的补偿移动也是可接受的，只要实际的X射线拍摄的时刻与其一致即可，也就是当补偿移动结束时，才进行X射线拍摄。
借助具有机动化的车轮的X射线装置，能够在保持朝向不变的情况下，自动调整C形臂位置，特别是C形臂在空间中的位置。通过合适地移动C形臂，可以使对象总是保持在中心辐射处。根据本发明，改变升降柱位置和/或车轮位置，使得中心辐射在空间中具有固定位置。换句话说，借助升降柱和驱动的车轮的机动化，移动C形臂，使得机械变焦移动总是沿着中轴进行，而与C形臂的姿势无关。车轮可以是多个可全向驱动的车轮或者多个其它具有合适的驱动装置的车轮。重要的是，设备车、由此固定在其上的C形臂能够在任意行驶方向上移动，即例如向前和向后以及向侧面。在所有方向上可自由移动在C形臂姿势的成角和轨道角不等于零的情况下对于C形臂的希望的补偿或者修正移动很重要。升降柱或车轮的电机驱动装置优选是可精确控制的伺服电机或者步进电机。
依据初始姿势，必须以不同的方式控制和移动C形臂。在严格的AP姿势(垂直的C形臂)的第一特殊情况下，必须仅控制升降柱。在严格的横向姿势(水平的C形臂)的另一特殊情况下，必须仅驱动车轮。
本发明从预先给定C形臂的特定初始姿势的情形出发。在此，其可以是AP姿势或者任意的其它(“倾斜的”)姿势。以在本发明中描述的特定方式进行的C形臂的(控制的)移动因此相应地涉及C形臂的这种姿势并且在(优选不变地)存在这种C形臂姿态期间进行。换句话说，假设C形臂采取特定朝向，即在成像方向上取向，也就是说，旋转角的姿态(角轨道)固定，并且一般也丝毫不再进行C形臂本身的摇摆移动、旋转移动或者俯仰移动，C形臂的控制的移动因此仅是C形臂的垂直和/或水平行进移动。
于是，根据本发明控制C形臂的这种其它移动，使得中轴是空间固定的。特别地，这对于像在机械变焦的情况下一样的X射线辐射接收器向对象移动或者移动远离对象的情况是有利的。这种移动通常通过借助升降柱的高度调节、即C形臂的垂直行进移动来进行。但是作为其替换，X射线辐射接收器的这种向对象移动或者移动远离对象也可以通过移动对象本身，例如升高或者降低患者台来实现。在这种情况下，也保持中轴是空间固定的。根据本发明，控制C形臂的垂直和/或水平行进移动，使得中轴保持其空间位置。结果是，这意味着向对象或者远离对象的移动总是沿着(空间固定的)中轴进行。
优选C形臂的垂直和/或水平行进移动相应地是间接的行进移动。这意味着，C形臂本身不在其支架中行进，也就是其保持其姿势。尽管如此，通过设备车与支架和C形臂一起和/或支架与C形臂一起通过升降柱的移动而移动，C形臂仍然相对于对象移动。
在本发明的一个优选实施方式中，通过在保持中轴在空间上固定的情况下自动控制升降柱的电机驱动和车轮的电机驱动，这种移动控制装置通过用于控制升降柱的电机驱动的对应的驱动控制装置以及用于控制车辆的电机驱动的对应的驱动控制装置来实现。特别是最后提及的可能性在使用机械变焦时是有利的。通过将对象始终保持在中轴上，即不移出图像，来执行通过借助升降柱升高或降低C形臂而产生的机械变焦，因为由于对应的同步修正移动，即C形臂借助驱动的车轮的水平行进移动，沿着中轴进行X射线检测器向对象或者远离对象的移动。因此，在这种情况下，移动方向与中轴的方向相同。这对应于本发明的优选实施方式。
本发明提出了由于机械变焦、即X射线辐射接收器向对象或远离对象的移动或者在机械变焦期间对C形臂进行姿态修正或者跟踪。换句话说，与变焦移动对应地、优选与变焦移动同步地跟踪C形臂，使得关注的对象区域(ROI)在任意时刻都处于X射线辐射束的辐射锥体内部。通过C形臂(或者对象台或患者台)的补偿移动来平衡或补偿中轴相对于检查对象的移动，使得优选X射线辐射总是照射检查对象的相同的子区域，或者中心辐射即使在机械变焦的不同的姿态下也总是延伸通过检查中心。
为了对C形臂进行该姿态修正，升降柱或设备车在垂直或水平方向上经过的行进路径，由移动控制装置依据C形臂由于机械变焦或者在机械变焦期间进行的垂直或水平行进移动预先给定。为此向移动控制装置提供所需的信息。这些信息例如可以是设备车或支架的位置数据或者是控制信息。因此，在本发明的一个优选实施方式中，首先例如以垂直升高或降低移动的形式确定X射线辐射接收器的实际变焦移动。随后或者在时间上同步地，通过在使用变焦移动的数据的情况下控制的对应的相对移动或补偿移动，来进行补偿。
利用本发明，可移动X射线装置中的机械变焦的操作明显简化。特别是能够提供至少在机械变焦方面完全自动地工作的X射线装置，该X射线装置不像常见的一样是位置固定的，即刚性地安装在天花板、墙或者地板上的装配位置上，而是被实施为可移动的，特别是可以在地板上在任意方向上移动。
只要本发明、特别是移动控制装置在数据处理单元中或者利用数据处理单元实现，则该数据处理单元优选具有多个功能模块，其中，每个功能模块被构造为用于执行根据所描述的方法的一个特定功能或者多个特定功能。功能模块可以是硬件模块或者软件模块。换句话说，只要涉及数据处理单元，则本发明可以以计算机硬件的形式或者以计算机软件的形式或者以硬件和软件的组合来实现。只要本发明以软件的形式、即作为计算机程序来实现，则当在具有处理器的计算机上执行计算机程序时，所描述的全部功能通过计算机程序指令来实现。计算机程序指令在此以本身已知的方式以任意编程语言实现，并且可以以任意形式向计算机提供，例如以经由计算机网络传输的数据包的形式或者以存储在磁盘、CD-ROM或者其它数据载体上的计算机程序的形式。
附图说明
上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式和方法，结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述将变得更清楚并且更容易理解。在此：
图1示出了根据现有技术的具有C形臂的X射线装置中的机械变焦，
图2示出了根据本发明的具有C形臂的X射线装置中的机械变焦。
全部附图仅仅示意性地并且以其主要组成部分示出了本发明。相同的附图标记在此对应于具有相同或类似功能的元素。
具体实施方式
图1和2示出了具有借助车轮2可移动的设备车3的可移动X射线装置1。设备车3具有升降柱4形式的升降装置，其上布置有支架5。多轴可调的、围绕回转点可旋转的C形臂6(轨道角(Orbitalwinkel)7)沿着其圆周可移动地支撑(成角(Angulationswinkel)8)在支架5上。C形臂6在其一端上具有X射线辐射源9并且具有与X射线辐射源9相对地布置的X射线辐射接收器10。C形臂6被放置为靠近要检查的对象11，其中，检查对象11例如是患者的身体部分。对象11被放置在检查台12上。C形臂6被放置为倾斜的。轨道角7和成角8不等于零，由此定义C形臂6相对于支架5的初始姿势。
在本示例情况下要进行缩小。从对象11和X射线辐射接收器10之间的大距离开始，在进行机械变焦时，通过借助升降柱4机动化地垂直降低C形臂6，来实现X射线辐射接收器10和对象11之间的距离的减小。这种升降移动利用箭头13标示。具有大对象距离的初始位置用实线示出，而在机械变焦结束之后具有小对象距离的结束位置用虚线示出。在图1中示出的从现有技术中已知的解决方案中，对象11在图像中的位置发生改变。中轴14从对象11移出。
在图2中示出的解决方案中不是这种情况，因为在那里可以用电机驱动车轮2并且可以对其行驶方向进行控制，在使用对应的移动控制装置15的情况下，进行C形臂6的同步补偿移动，使得中轴14位置固定并且保持。对象11因此保持在中轴14上。C形臂6的变焦移动16沿着中轴14进行。
C形臂6的补偿移动经由设备车3的水平行进来进行，在图2中通过箭头17表示。设备车3的行进移动在此在经过的路径方面依据机械变焦期间的垂直升降的长度，并且在设备车3要行进的方向方面依据C形臂的升降方向(升高或者降低)和姿势(轨道角7和成角8)进行。
不仅升降柱4、而且关于其行驶方向可取向的车轮2都具有与移动控制装置连接的伺服电机形式的电机驱动装置。移动控制装置15作为在计算装置20中执行的计算机程序来实现，其中，该计算装置20优选是X射线装置1的中央控制单元的一部分。将所需的信息聚集到移动控制装置15中。此外，在移动控制装置15中产生对应的控制信号，以进行驱动。为此，移动控制装置15包括用于控制升降柱4的电机驱动装置(未示出)的第一驱动控制装置18和与第一驱动控制装置18协作的、用于控制车轮2的电机驱动装置(未示出)的第二驱动控制装置19。在此，分别在保持中轴14空间固定的情况下进行控制，其中，两个驱动控制装置18、19交换为此所需的信息。
在此概略地示出的本发明的思想是，在进行机械变焦时，即在通过借助升降柱4升高或者降低C形臂6放大或者缩小图像片段时，提供C形臂6的补偿移动，使得中轴14保持空间固定，从而对象11在图像中不移动。为此，使用电机驱动的车轮2，借助其，设备车3对应地进行所需的补偿移动。一般适用的是，保持对象11总是在中轴14上。这通过依据C形臂6的初始姿势移动C形臂6的相关联的轴来实现。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。
附图标记列表
1 X射线装置
2 车轮
3 设备车
4 升降柱
5 支架
6 C形臂
7 轨道角
8 成角
9 X射线辐射源
10 X射线辐射接收器
11 对象
12 台
13 升降移动(垂直方向)
14 中轴
15 移动控制装置
16 变焦移动
17 行进移动(水平方向)
18 第一驱动控制装置
19 第二驱动控制装置
20 计算装置

Claims (6)

1.一种可移动X射线装置(1)，具有借助车轮(2)能够移动的设备车(3)，设备车(3)具有升降装置(4)，在升降装置上布置有支架(5)，C形臂(6)沿着其圆周可移动地支撑在该支架(5)上，其中，C形臂(6)具有X射线辐射源(9)和与X射线辐射源相对地布置的X射线辐射接收器(10)，其特征在于，设置有移动控制装置(15)，利用所述移动控制装置(15)，在C形臂(6)的任意给定的姿势下，在X射线辐射接收器(10)向对象(11)移动或者移动远离对象(11)的情况下，控制C形臂(6)的垂直行进移动(13)和水平行进移动(17)的形式的C形臂(6)的平衡移动，使得在X射线辐射源(9)和X射线辐射接收器(10)之间延伸的中轴(14)是空间固定的，即在空间上保持其位置，
其中，移动控制装置(15)包括第一驱动控制装置(18)和第二驱动控制装置(19)，第一驱动控制装置(18)用于控制用于产生C形臂(6)的垂直行进移动(13)的升降装置(4)的电机驱动，并且第二驱动控制装置(19)用于控制用于产生C形臂(6)的水平行进移动(17)的车轮(2)的电机驱动，
以及其中，第一驱动控制装置(18)被构造为用于在保持中轴(14)空间固定的情况下，自动控制升降装置(4)的电机驱动，
以及其中，第二驱动控制装置(19)被构造为用于在保持中轴(14)空间固定的情况下，自动控制车轮(2)的电机驱动。
2.一种用于移动可移动X射线装置(1)的方法，可移动X射线装置(1)具有借助车轮(2)能够移动的设备车(3)，设备车(3)具有升降装置(4)，在升降装置上布置有支架(5)，C形臂(6)沿着其圆周可移动地支撑在该支架(5)上，其中，C形臂(6)具有X射线辐射源(9)和与X射线辐射源相对地布置的X射线辐射接收器(10)，并且可移动X射线装置(1)具有用于控制C形臂(6)的移动的移动控制装置(15)，其特征在于，在C形臂(6)的任意给定的姿势下，在X射线辐射接收器(10)向对象(11)移动或者移动远离对象(11)的情况下，控制C形臂(6)的垂直行进移动(13)和水平行进移动(17)的形式的C形臂(6)的平衡移动，使得在X射线辐射源(9)和X射线辐射接收器(10)之间延伸的中轴(14)是空间固定的，即在空间上保持其位置，
其中，移动控制装置(15)包括第一驱动控制装置(18)和第二驱动控制装置(19)，第一驱动控制装置(18)用于控制用于产生C形臂(6)的垂直行进移动(13)的升降装置(4)的电机驱动，并且第二驱动控制装置(19)用于控制用于产生C形臂(6)的水平行进移动(17)的车轮(2)的电机驱动，
以及其中，第一驱动控制装置(18)在保持中轴(14)空间固定的情况下，自动控制升降装置(4)的电机驱动，
以及其中，第二驱动控制装置(19)在保持中轴(14)空间固定的情况下，自动控制车轮(2)的电机驱动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，C形臂(6)的平衡移动仅以C形臂(6)的垂直和水平行进移动的形式进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，为了执行C形臂(6)的平衡移动，仅控制升降装置(4)和车轮(2)的电机驱动。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，C形臂(6)的平衡移动仅在X射线辐射接收器(10)向对象(11)移动或者移动远离对象(11)期间进行。
6.一种数据载体，其上存储有计算机程序，当在计算装置(20)上执行计算机程序时，计算机程序执行根据权利要求2至5中任一项所述的方法。
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