CN110974263A - 用于移动成像系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于移动成像系统的方法和系统”。本发明提供了用于确定移动成像系统的位置的各种方法和系统。一个示例系统包括：第一角度传感器，该第一角度传感器联接到参考点并且被构造成测量相对于参考点的第一旋转角度；线性传感器，该线性传感器联接在参考点与移动成像系统之间并且被构造成测量参考点与移动成像系统之间的距离，该线性传感器联接到第一角度传感器，其中线性传感器的弦轴线与第一角度传感器的旋转轴线垂直并且相交；以及第二角度传感器，该第二角度传感器被构造成测量相对于移动成像系统的第二旋转角度。

Description

用于移动成像系统的方法和系统

技术领域

本文所公开的主题的实施方案涉及用于移动成像系统的位置检测器。

背景技术

放射成像系统可用于各种应用，包括医疗应用和工业应用。在医疗环境中，放射成像装置可提供对患者的组织和骨骼成像的非侵入方式。成像装置可包括联接到控制单元的悬臂、以及附接到控制单元或被布置成与控制单元分开的显示监视器。悬臂(例如，C形臂)可包括定位在臂的一个端部处的x射线源和定位在臂的另一端部上的检测器。可在x射线源与检测器之间提供间隙以接纳物体，诸如患者身体的一部分，所述物体可利用来自x射线源的辐射进行照射。在照射物体时，x射线辐射穿透物体，随后被物体的另一端部上的检测器采集。通过穿透放置在源与检测器之间的物体，x射线使得物体的图像能够被采集并被转送到显示监视器，其中图像可稍后被显示或存储和取出。

成像装置可安装在移动单元上，该移动单元被构造成围绕医疗环境内的空间诸如手术室移动。通过将成像装置安装在移动单元上，成像装置可在医疗手术的某些方面期间被移动以对患者成像，并且可在医疗手术的其他方面期间被移动到远离患者，从而根据需要提供成像但仍允许患者接触。此类成像装置可相对笨重。此外，由于空间中的其他设备和保持无菌环境的需要，可对成像装置可被移动的位置和方式施加约束。因此，其上安装成像装置的移动单元可被构造成沿着一条或多条预定路径自动地或半自动地移动。

发明内容

在一个实施方案中，用于确定移动成像系统的位置的系统可包括联接到参考点并且被构造成测量相对于参考点的第一旋转角度的第一角度传感器；联接在参考点与移动成像系统之间并且被构造成测量在参考点与移动成像系统之间的距离的线性传感器，该线性传感器被构造成测量参考点与移动成像系统之间的距离，其中该线性传感器的弦轴线与第一角度传感器的旋转轴线垂直并且相交；以及被构造成测量相对于移动成像系统的第二旋转角度的第二角度传感器。

应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：

图1为呈x射线系统形式的移动成像系统的示意图，所述x射线系统包括具有被定位在x射线检测器上方的x射线源的C形臂。

图2示出了图1的移动成像系统的顶部透视图。

图3示出了联接到弦编码器的旋转编码器的放大视图。

图4示出了图3的旋转编码器和弦编码器的剖视图。

图5-7示意性地示出了处于多个不同位置的移动成像系统。

图8为示出用于使移动成像系统移动的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1为根据本公开的一个示例性但非限制性的实施方案的用于三维(3D)医学成像的移动成像系统1的透视图100。移动成像系统1被构造成对待研究对象诸如患者身体的一部分进行图像采集。在图1所示的示例中，移动成像系统1为x射线成像器，但其他类型的成像模式也是可以的。

移动成像系统1包括成像组件，所述成像组件具有设置在臂5的两个互相相对的端部处的x射线检测器4以及能够沿发射方向发射x射线束3的x射线管2，使得由管2发射的x射线入射到检测器4上，所述臂5在本文所示的示例中呈弓形的形式(例如，C形臂)。

成像组件安装在可移动平台上，所述可移动平台包括基座组件8和联接到其的各种臂。臂5被安装以便在第二臂6上滑动，该第二臂6旋转地安装在固定支撑件7上，该固定支撑件7自身安装在基座组件8上。基座组件8包括可操作以在手术室或检查室的地板上移动的自动移动装置。移动成像系统1包括中心轴线102，该中心轴线102与第二臂6联接到固定支撑件7的点相交并且还与臂5和第二臂6交接的点相交。

因此，支撑件7、旋转臂6和臂5均彼此围绕和相对于中心轴线102进行关节运动，使得成像组件能够在三个维度上移动并因而从各种入射角下产生待检查的解剖结构的图像。

在放射成像阶段期间，使管2和检测器4面向平躺在检查台10上的患者身体9内的感兴趣区域，使得当感兴趣区域插置在x射线管2与检测器4之间时，感兴趣区域被x射线照射并且检测器4产生代表所插置的感兴趣区域的特征的数据。

在所示的示例性实施方案中，基座组件8的移动装置包括滚动系统，该滚动系统包括设置在后部的两个侧向驱动轮11和两个自由前轮12，该驱动轮与包括一个或多个马达诸如操控马达和/或一个或多个驱动马达的驱动单元相关联。基座组件8的移动装置还包括驱动控制器16，该驱动控制器16被构造成接收来自一个或多个位置感测装置(下文更详细所述)的位置信息，以便确定基座组件8以及联接到其的移动成像系统的结构的位置和定向。基于基座组件的位置并且另外基于用户输入(例如，接收自用户输入装置诸如驱动手柄、键盘、远程控制装置或其他装置)，驱动控制器16可调节/激活一个或多个马达以将移动成像系统1移动到期望位置。

基座组件可因而为自动化的可编程装置，并且可与驱动控制器相关联，该驱动控制器能够操作以相对于预定义的轨迹来计算移动成像系统的轨迹或路径。可嵌入在移动成像系统内(如图所示)或远程控制台内的驱动控制器还能够操作以计算移动成像系统的当前位置，以便允许在手术室内并且尤其是相对于检查台10来精确地定位移动成像系统1。

因此，根据预定的路径并且/或者在可由操作者操作的用户输入装置的控制下，移动成像系统能够在手术室中自动地移动。

需注意，在下述过程中尤其如此：将x射线成像器定位成面向检查台以便将管2和检测器4设置成面向待放射照相的感兴趣区域、或者在移动成像系统不再使用时将其移动到远处等待位置。

例如，驱动控制器16可计算移动成像系统的当前位置并且具体地讲成像组件的位置以生成信号，该信号可被发送到移动装置的一个或多个马达以相对于最佳或预先编程的轨迹或路径来操控基座组件。

移动成像系统1可包括例如从支撑件7竖起并且其中定位有一组连接元件的臂13。此类连接元件可包括专用于为设备提供电力的一组电力和电连接线缆、可供冷却流体(例如水)循环的一组导管、和一组数据传输通道(例如光纤类型)。该组连接元件可连接到例如位于远程设备室中的远程机柜。

连接元件可设置在可回缩臂14中，该可回缩臂14可包括适于将连接元件束限制在水平平面内并且位于例如手术室或检查室的顶蓬附近的关节运动式连杆链。该可回缩臂14在一个端部处连接到竖起臂13，并且在相对端部处连接到固定的附接元件15，例如，安装在手术室的壁和/或顶蓬上。

例如，可回缩臂14可具有一组链连杆，该链条杆各自相对于彼此进行关节运动，使得当基座组件和因此移动成像系统1在地板上移动时，链将发生变形。可回缩臂14可包括除链之外的结构，诸如回缩式套叠臂。应当理解，可回缩臂14的互相相对的端部分别接合到附接元件15和臂13。

为了确定其当前位置，移动成像系统1具有与驱动控制器相关联的定位系统。定位系统包括多个位置感测装置，如本文更详细地描述。

定位系统包括第一角度传感器、第二角度传感器、以及联接在第一角度传感器与第二角度传感器之间的线性传感器。第一角度传感器可联接到固定参考点，诸如附接元件15，并且可被构造成测量线性传感器相对于参考点的第一旋转角度。第二角度传感器可联接到移动成像系统并且可被构造成测量线性传感器相对于移动成像系统的第二旋转角度。线性传感器可被构造成测量参考点与移动成像系统之间的距离。基于第一旋转角度、第二旋转角度和距离，驱动控制器可确定移动成像系统相对于参考点的x，y空间中的位置以及移动成像系统相对于参考点的定向，如下文更详细所述。角度传感器可包括合适的角度感测机构，包括但不限于旋转编码器、激光传感器或其他光学传感器、加速度计等。线性传感器可包括合适的距离感测机构，包括但不限于弦编码器、线性可变差分换能器、位置发送器等。

因此，如图1所示，定位系统包括呈第一旋转编码器17形式的第一角度传感器、呈第二旋转编码器18形式的第二角度传感器、和呈弦编码器19形式的线性传感器。定位系统被定位在可回缩臂14下方。第一旋转编码器可接合到附接元件15，并且第二旋转编码器可接合到竖起臂13。弦编码器19联接到第一旋转编码器17。弦编码器19包括联接到第二旋转编码器18的弦20。

定位系统经由两个枢转轴线A和A’有效地安装在附接元件15和竖起臂13上，使得当移动成像系统通过基座组件的移动装置而在地板上移动时，可发生第一旋转角度围绕枢转轴线A的改变以及设备的旋转角度围绕枢转轴线A’的改变。此外，由弦20相对于第二旋转编码器18形成的角度根据移动成像系统1的移动而有所变化。

第一旋转编码器17、第二旋转编码器18和弦编码器19各自以能够通信的方式联接到驱动控制器16。因此，通过第一旋转编码器17、第二旋转编码器18和弦编码器19中的每个获得的信息被发送到驱动控制器16。驱动控制器16被构造成基于来自第一旋转编码器17、第二旋转编码器18和弦编码器19的输出来确定移动成像系统1在安装设备1的空间的笛卡尔坐标系中的位置。例如，驱动器控制器16可包括非暂态存储器，该非暂态存储器存储可被驱动器控制器16的处理器执行的指令。该指令可包括用于基于从第一旋转编码器17、第二旋转编码器18和弦编码器19接收的输出来计算移动成像系统1的位置的指令。

第一旋转编码器17和第二旋转编码器18可为合适的编码器，诸如导电性、光学或磁性编码器。弦编码器可包括卷绕在转筒上的弦20(其可为合适的线材或弦)以及用于在弦卷绕或退绕时检测转筒的旋转的编码器。弦编码器的编码器可以是导电性的、光学的或磁性的。在一些示例中，弦20由不锈钢构成，并且至少在一些示例中，弦编码器19可被构造成提供10N至13.5N的牵引力。

图2示出了图1的移动成像系统1的顶部透视图200，其中为清楚起见移除了可回缩臂14。如图2所示，附接元件15被构造成安装到空间的顶蓬(为清楚起见也被移除)。第一旋转编码器17经由第一杆21(下文参照图3和图4进行更详细地描述)联接到附接元件15，并且弦编码器19联接到第一旋转编码器17。第一杆21可沿着平行于图2的z轴的第一轴线25延伸。第一轴线25可为第一旋转编码器17的旋转轴线(例如，相当于图1的枢转点A)。第二轴线26可垂直于第一轴线25并且平行于图2的x轴。第二轴线26可为由空间、附接元件15和/或其他非移动部件限定的参考轴线，并且移动成像系统的位置可相对于第一轴线25和第二轴线26来确定，如下文更详细所述。

弦编码器19的弦20联接到第二旋转编码器18。第二旋转编码器18经由可旋转接头22联接到可竖起臂13。可旋转接头22被构造成在x和y方向上沿着可竖起臂13和基座组件8线性地移动，并且随着移动成像系统的定向的变化(例如，随着中心轴线102的变化)而旋转性地移动。第二旋转编码器18旋转性地联接在第二杆23周围。第二杆23可联接到可旋转接头22并且可在移动成像系统1的定向发生变化时相对于第二旋转编码器18旋转。第二旋转编码器18被构造成在第二杆23旋转时测量移动成像系统的旋转角度(例如，中心轴线102相对于弦20的旋转角度)。

图3示出了第一旋转编码器17和弦编码器19的放大视图300。图4示出了沿图3的线A-A’截取的第一旋转编码器17和弦编码器19的剖视图400。如图所示，第一旋转编码器17旋转性地联接在第一杆21周围。第一杆21可在移动成像系统移动时保持固定在适当位置，并且第一旋转编码器17可在移动成像系统移动时围绕第一杆21(例如，围绕第一杆21的旋转轴线，其可为第一轴线25)以旋转方式移动。第一旋转编码器17可在第一旋转编码器17围绕第一杆21旋转时测量第一旋转角度(弦编码器相对于参考点(在本文中，第二轴线26)的旋转角度)。第一旋转编码器17可因弦编码器19的移动而旋转，弦编码器19直接联接到第一旋转编码器17(例如，共面接触)。

弦编码器19包括容纳弦20的外壳28，所述弦20围绕从外壳28向外延伸的转筒24而卷绕。弦20可在出口29处离开外壳28。虽然图3和图4中未示出，但弦20的相对端部联接到第二旋转编码器18。弦20可沿着第三轴线27(也称为弦编码器的弦轴线)延伸。第三轴线27与第一旋转编码器17的旋转轴线(例如，第一轴线25)相交。第三轴线27可随着移动成像系统的移动以及弦编码器19和第一旋转编码器17围绕第一杆21的旋转而改变。第一旋转编码器17可测量第三轴线27相对于第二轴线26的旋转角度。

弦编码器19的外壳28包括沿着平行于第一轴线25的平面延伸的联接表面30。联接表面30与第一旋转编码器17的互补联接表面31共面接触。在一些示例中，联接表面30可沿着联接表面30的整体与互补联接表面31共面接触。此外，在图4所示的横截面中，外壳28具有基本上正方形的形状，并且联接表面30可延伸超过外壳的正方形形状，使得联接表面30的长度可与第一旋转编码器17的互补联接表面31相等。出口29可被定位在与联接表面30相对的表面上。

为了确保测量精度，弦可保持在合适的张力下(例如，当移动成像系统移动时导致弦从转筒退绕的牵引力可在10N至13.5N的范围内)，使得当移动成像系统远离第一旋转编码器和弦编码器组合体移动时，弦保持平直并且不会下垂或以其他方式改变形状。通过以上述方式相对于第一旋转编码器17定位弦编码器19，可提高第一旋转编码器和弦编码器的测量精度并且作用于弦上的任何牵引力可不影响第一旋转编码器。例如，通过相对于第一旋转编码器来构造弦编码器以使得弦编码器的弦轴线与第一旋转编码器的旋转轴线相交，可增加第一旋转编码器和弦编码器的机械稳定性，这可降低因移动成像系统的移动(并因此拉紧弦20)而引起的作用于第一杆21上的弯曲力。通过降低弯曲力，可提高测量精度。这些弯曲力可因第一旋转编码器(其可具有沿z轴的长度，该长度大于沿x轴的宽度或沿y轴的深度)沿旋转轴线的竖直伸长并且因弦编码器沿第一旋转编码器的一些或全部竖直长度的共面接触而被进一步地降低。第一旋转编码器与弦编码器之间的共面接触的广泛特性以及沿旋转轴线延伸的共面接触増加了第一旋转编码器和弦编码器组合体的热稳定性和机械稳定性，这相对于可联接第一旋转编码器和弦编码器的其他结构而言降低了弯曲力并因而提高了测量精度。

图5-7在同一空间中利用同一笛卡尔坐标集以顶部朝下式视图示意性地示出了处于第一位置500(示于图5中)、第二位置600(示于图6中)和第三位置700(示于图7中)的移动成像系统1和定位系统。在图5-7所示的示例中，坐标系包括对应于空间长度的x轴(以cm为单位)和对应于空间宽度的y轴(以cm为单位)。首先参见图5，第一位置500可对应于移动成像系统1的停放位置或起始位置。在第一位置500，移动成像系统可尽可能地靠近附接元件15，例如，可回缩臂14可为完全回缩的。另外，在第一位置500，移动成像系统1的中心点(其可由第二臂6联接到固定支撑件7的点限定，或者可由驱动轮11之间的中心点限定)位于第一参考轴线502上，其中第一参考轴线502为由附接装置15或其他非移动部件或位置限定的轴线。例如，第一参考轴线502可平行于坐标系的x轴并且可为附接元件15的中心纵向轴线。第一参考轴线502可为图2-3的第二轴线26。当设备处于第一位置500时，第二参考轴线504(其由移动成像系统限定，并且因此可随着移动成像系统改变位置而改变位置)与第一参考轴线502对准。第二参考轴线504可为上文相对于图1所述的中心轴线102。弦19的轴线(诸如上文关于图3所述的第三轴线27)也与第一参考轴线502和第二参考轴线504对准。

第一旋转编码器17可输出指示弦编码器19相对于第一参考轴线的旋转角度的旋转信息(例如，第三轴线27相对于第一参考轴线502的角度)。弦编码器19可输出指示第一旋转编码器17(以及因此固定在已知位置的附接元件15)与第二旋转编码器18(其安装到移动成像系统1并因此指示移动成像系统相对于附接元件15在长度方向上定位的位置)之间的长度的距离信息。第二旋转编码器18可输出指示弦20相对于第二参考轴线的旋转角度(例如，第三轴线27相对于第二参考轴线504的旋转角度)的旋转信息。在第一位置500，第一旋转编码器17可输出0°的角度α1，并且第二旋转编码器18可输出0°的角度α2。弦编码器20可输出长度(L)，该长度表示在可回缩臂的完全回缩长度下从第一旋转编码器到第二旋转编码器的距离，诸如50cm。移动成像系统1的位置可基于两个旋转编码器和弦编码器的输出来确定。该位置可包括x，y坐标(例如，弦联接到第二旋转编码器的位置的x，y坐标)和移动成像系统相对于第一参考轴线的定向(Θ)。该位置可基于以下公式来计算：

X＝L*cos(α1)

Y＝L*sin(α1)

Θ＝α1+α2

在L＝50cm，α1＝0°并且α2＝0°的情况下，移动成像系统1在x，y坐标中的位置可为(50,0)，并且相对于第一参考轴线502的定向可为0°。

图6示出了处于第二位置600的移动成像系统。在第二位置600，移动成像系统已在x轴和y轴上相对于第一位置500移动，但移动成像系统相对于第一参考轴线502的定向仍未改变。因此，第一旋转编码器可输出-10°的角度α1，第二旋转编码器可输出10°的角度α2，并且弦编码器可输出100cm的长度L。利用上述公式，移动成像系统在x，y坐标中的位置可为(98.5,-17)，并且移动成像系统的定向可为0°。

图7示出了处于第三位置700的移动成像系统。在第三位置700，移动成像系统在x轴和y轴上相对于第二位置600处于同一位置，但移动成像系统相对于第一参考轴线502的定向已改变。因此，第一旋转编码器可输出-10°的角度α1，第二旋转编码器可输出0°的角度α2，并且弦编码器可输出100cm的长度L。利用上述公式，移动成像系统在x，y坐标中的位置可为(98.5,-17)，并且移动成像系统相对于第一参考轴线的定向可为-10°。

因此，第一旋转编码器17、第二旋转编码器18和弦编码器19中的每个可将位置信息输出到驱动控制器16。驱动控制器16可基于第一旋转编码器17的输出和弦编码器19的输出来计算移动成像系统在x，y空间中相对于固定参考点(例如相对于附接元件15)的位置。驱动控制器16可基于第一旋转编码器17和第二旋转编码器18的输出来计算移动成像系统相对于固定参考点的定向。当驱动控制器16接收到移动成像系统1的命令时，驱动控制器16可通过激活/调节驱动和/或操控马达来使移动成像系统1移动。可基于移动成像系统1的当前计算位置和移动成像系统的命令的位置来调节驱动和/或操控马达。例如，驱动控制器16可基于移动成像系统的当前位置和命令的位置来确定驱动轮中的每个的相应速度和/或驱动轮中的每个的相应操控角度，并且可相应地调节驱动一个或多个马达和/或操控马达。当移动成像系统1被移动时，驱动控制器16可基于旋转编码器和弦编码器的输出来连续地或周期性地确定移动成像系统1的当前位置。

虽然上面相对于包括x射线成像器的移动成像系统描述了图1-7，但其他成像模态也是可以的。例如，臂7可联接到合适的成像组件，所述成像组件包括x射线成像器(如上所述)、超声成像器、可见光成像器(例如，相机)这些部件或其他成像模态。

图8为示出用于使移动成像系统诸如上文相对于图1所述的移动成像系统1移动的方法800的流程图。移动成像系统可包括联接到移动平台的成像模态，诸如如上所述的x射线系统。可移动平台可包括驱动轮、被构造成驱动该驱动轮的一个或多个驱动马达、被构造成调节驱动轮的相应角度的一个或多个操控马达、驱动控制器和包括多个位置传感器的定位系统。例如，位置传感器可包括第一旋转编码器(例如，编码器17)，该第一旋转编码器联接在固定元件(诸如附接元件15)与移动成像装置的可移动部件(诸如可回缩臂14)之间的可旋转接头处。位置传感器还可包括第二旋转编码器(例如，编码器18)和弦编码器(例如，编码器19)，该第二旋转编码器在可旋转接头(诸如，联接到可竖起臂13，其中可竖起臂13可旋转地联接至可回缩臂14)处联接到移动成像装置。弦编码器可联接到第一旋转编码器并且包括在弦编码器与第二旋转编码器之间延伸的弦(例如，弦20)。

方法800可由控制器(例如，图1中所示的驱动控制器16)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从移动成像系统的传感器(诸如上面相对于图1-7描述的旋转编码器和弦编码器)接收的信号来执行。根据下面描述的方法，控制器可采用移动成像系统的致动器(例如，可由一个或多个电动马达驱动的驱动轮)来移动该移动成像系统。

在802处，基于来自位置传感器的输出来计算移动成像系统的当前位置。例如，如上面相对于图5-7所述，可基于第一旋转编码器、第二旋转编码器和联接在第一旋转编码器与第二旋转编码器之间的弦编码器的输出来确定移动成像系统的位置(例如，成像组件和/或成像组件所联接到的可移动平台(例如，基座组件)在2D空间中的位置)以及移动成像系统相对于参考轴线的定向。第一旋转编码器可输出表示第一参考轴线与移动成像系统的参考点之间的角度(α1)的第一角度测量结果。第一参考轴线可为固定轴线并且可横穿附接元件，所述附接元件将移动成像系统的可回缩臂联接到容纳移动成像系统的空间中的固定位置，诸如顶蓬或壁。然而，在其他示例中，移动成像系统可能够在至少一部分时间在与空间的元件不具有固定连接点的情况下操作(除了将移动成像系统的旋转编码器联接到弦编码器和第一旋转编码器)。在这种情况下，第一参考轴线可取决于第一旋转编码器和/或弦编码器，诸如垂直于第一旋转编码器的旋转轴线的轴线。换句话讲，第一旋转编码器可保持在空间内的固定位置，并且可经由弦编码器联接到位于移动成像系统上的第二旋转编码器，即使移动成像系统自身未附接到空间的壁或顶蓬。在任一种情况下，第一参考轴线可平行于其中安装有移动成像系统的空间的x轴，其中x轴为空间的宽度或长度。移动成像系统的参考点可为弦编码器的弦联接到第二旋转编码器的点。

第二旋转编码器可输出表示第二参考轴线与弦编码器的弦之间的角度(α2)的第二角度测量结果。第二参考轴线可为移动成像系统的轴线，诸如侧向轴线(诸如图1所示的中心轴线102)，该侧向轴线平行于移动成像系统所在的地面并且对分移动成像系统的可移动平台的驱动轮和/或固定支撑件。弦编码器可输出表示第一旋转编码器与第二旋转编码器之间的长度(L)的长度测量结果。

基于第一角度测量结果和长度测量结果，移动成像系统的驱动控制器可计算移动成像系统在空间的2D空间中的位置。如本文所用，2D空间是指其中容纳有移动成像系统的空间的x-y平面，其中x-y平面由空间的长度和宽度限定。换句话讲，驱动控制器确定移动成像系统相对于移动成像系统的移动方向(例如，沿着空间的长度和宽度)的位置，但不确定相对于空间高度的位置，因为移动成像系统的高度为固定的。可相对于第一旋转编码器的位置来确定2D空间中的位置，例如，第一旋转编码器的中心点可表示沿y轴和x轴的零距离。

为了计算移动成像装置在2D空间中的x，y位置，长度可被设定为直角三角形的斜边，并且利用角度α1和基于公式x＝L*cos(α1)和y＝L*sin(α1)，驱动控制器可计算直角三角形的相对侧边的长度(以确定x坐标)和相邻侧边的长度(以确定y坐标)。因为移动成像装置还可围绕第二旋转编码器处的枢转点旋转，所以可将第二角度测量结果相加到第一角度测量结果以确定移动成像系统相对于第一参考轴线的定向。因此，基于位置传感器的输出计算的移动成像装置的位置包括相对于第一旋转编码器的位置的x，y坐标和移动成像装置相对于由第一旋转编码器/附接元件限定的第一参考轴线的定向。

在804处，方法800包括确定是否已接收到用于移动所述移动成像系统的命令。移动成像系统可包括一个或多个用户输入装置(例如，键盘、驱动手柄/操纵杆、控制按钮)，移动成像系统的操作者可经由该用户输入装置来输入用于移动该移动成像系统的命令。用于移动该移动成像系统的命令可包括用于将该移动成像系统移动到多个预定位置中的一个的命令。例如，预定位置可包括检查台的前部(其上可设置待成像的患者)、检查台的每一侧、检查工作台的后部、靠近检查台但与台间隔开的位置(例如，以使得临床医师能够接触患者，但仍允许移动成像系统在命令的时快速到地达患者)、起始或停放位置等。预定位置可由相对于第一旋转编码器/附接元件的x，y坐标和移动成像系统相对于第一参考轴线的定向来限定，并且可存储在驱动控制器的存储器中。在一些示例中，不使用将移动成像系统移动到预定位置的命令，移动该移动成像系统的命令可包括实时的、操作者指示的命令(例如，其中用户输入装置可生成发送给驱动控制器的信号以指示由操作者输入的期望移动方向)。

如果未接收到用于移动该移动成像装置的命令，则方法800前进到806以将移动成像系统保持在当前位置，并且随后方法800结束。如果接收到用于移动所述移动成像装置的命令，则方法800前进到808以基于移动成像系统的当前位置(如基于来自位置传感器的输出所确定的)和经由用户输入接收的命令的位置来确定轮速度和/或角度。例如，驱动控制器可确定移动成像系统的路径(包括距离和操控一个或多个角度)以将移动成像系统从当前位置移动到命令的位置，并且可计算轮速度和/或角度以使移动成像系统沿着该路径移动。例如，如果移动成像系统被构造成具有差速操控系统(例如，其中移动成像系统被构造成基于以不同速度工作的驱动轮而沿一定角度转动或移动)，则可基于所计算的路径来确定相应的轮速度，以便沿着该路径来操控移动成像系统。如果移动成像系统包括用于转动驱动轮的操控机构，则可基于所确定的路径来确定驱动轮的角度。

在810处，方法800包括基于所确定的轮速度和/或角度来激活和/或调节驱动一个或多个马达和/或操控马达。例如，如果移动成像装置包括差速操控系统，则每个驱动轮可联接到相应的驱动马达，并且每个驱动马达可被激活和操作以便以所确定的速度推进驱动轮。如果移动成像系统包括例如操控马达，则操控马达可被操作以将驱动轮的角度调节成所确定的角度。移动成像系统可以合适的速度推进，所述速度可为预定的并且/或者可取决于移动成像系统被移动的距离。

在812处，基于来自位置传感器的输出来更新移动成像系统的当前位置，如上所述。例如，来自第一旋转编码器、第二旋转编码器和弦编码器的输出可由驱动控制器获得并用于确定移动成像系统的当前x，y位置和定向。可连续地或周期性地(例如，每秒一次)更新移动成像系统的位置。在814处，方法800例如基于移动成像系统的更新的当前位置来确定移动成像系统是否处于命令的位置。如果移动成像系统未处于命令的位置，则方法800返回到808以基于移动成像系统的当前位置和命令的位置再次确定轮速度和/或角度，并且随后如果被指示，则基于所确定的速度和/或角度来调节驱动一个或多个马达和/或操控马达。以此方式，当移动成像系统沿着路径从当前位置向命令的位置移动时，来自位置传感器的输出可用于提供实时位置更新，这样当移动成像系统朝命令的位置移动时，驱动控制器可利用实时位置更新来重新计算移动成像系统的路径。这种方式可在移动成像系统沿着路径朝预定位置移动的过程中提供增加的精度。然而，在一些示例中，移动成像系统的更新的当前位置可仅被计算以便确定移动成像系统是否处于命令的位置，并且因此可不用于在移动成像系统沿路径移动时更新轮速度和/或角度。

如果移动成像系统处于命令的位置，则方法800前进到816以停用驱动一个或多个马达，并且在一些示例中，停用操控马达。然而，当被包括时，操控马达可在驱动轮一旦移动到所确定的角度就被停用，并且可仅在驱动轮角度(例如，如果路径包括转弯)请求变化时被重新激活。因此，当移动成像系统到达命令的位置时，操控马达可已被停用。方法800随后结束。

因此，方法800提供了基于移动成像系统的当前位置和移动成像系统的命令的位置的移动成像系统的自动移动。当前位置基于来自多个位置传感器的输出来确定，该多个位置传感器包括第一旋转编码器、第二旋转编码器和弦编码器。第一旋转编码器可测量移动成像系统(由弦编码器表示)相对于参考轴线的第一旋转角度，并且弦编码器可测量参考点(本文中，第一旋转编码器)与移动成像系统之间的长度。基于第一旋转角度和长度，可确定移动成像系统在2D空间中的位置(例如，相对于参考点的x，y坐标)。第二旋转编码器可测量移动成像系统相对于弦编码器的第二旋转角度。基于第一旋转角度和第二旋转角度，可确定移动成像系统相对于参考点的定向。移动成像系统(例如，移动成像系统的驱动控制器)可调节移动成像系统的一个或多个电动马达(例如，驱动马达和/或操控马达)，以便沿循从移动成像系统的当前位置和定向到移动成像系统的命令的位置和定向(例如，如由移动成像系统的命令的位置所确定)的所确定路径。该路径可基于移动成像系统的当前位置和命令的位置来确定，并且可基于容纳移动成像系统(例如，其他医疗设备)的空间中的任何已知障碍物来进一步地确定。

虽然方法800在上面被描述为在接收到移动成像系统的命令的位置之前确定移动成像系统的当前位置，但应当理解，移动成像系统的当前位置可在任何合适的时间来确定，诸如在已接收到移动成像系统的命令的位置之后。此外，虽然上面相对于旋转编码器和弦编码器描述了方法800，但其他角度和线性位置感测机构也是可以的。

在一些示例中，可将移动成像系统的当前位置与由第二位置感测机构确定的移动成像系统的位置进行比较。例如，移动成像系统可包括驱动轮之上或附近的位置传感器，以便检测驱动轮的角度、速度和/或其他参数。当移动成像系统移动离开其起始位置或停放位置并且到达一个或多个命令的位置时，驱动控制器可基于所测量的驱动轮参数来跟踪移动成像系统的当前位置。可将此当前位置与由角度传感器和线性传感器确定的(如根据上述方法800确定的)移动成像系统的当前位置进行周期性地比较，以便确认由角度传感器和线性传感器确定的移动成像系统的位置是准确的和/或合理的。通过周期性地检查位置确定的合理性，可识别定位系统的潜在劣化或错误并且可通知移动成像系统的操作者。例如，与驱动轮传感器所确定的移动成像系统的位置进行比较可有助于检测物体是否弯曲或是否以其他方式干扰弦编码器的弦。

图1-7示出了具有成像系统的各种部件的相对定位的示例构型。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接联接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接联接。相似地，至少在一个示例中，彼此邻接或相邻的元件可分别彼此邻接或相邻。例如，设置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。又如，在至少一个示例中，被定位成彼此间隔开并且其间仅具有空间而不具有其他部件的元件可被如此描述引用。又如，被示为位于彼此的上面/下面、位于彼此相对侧、或位于彼此的左侧/右侧之间的元件可相对于彼此被如此描述引用。此外，如图所示，在至少一个示例中，元件的最顶部元件或点可被称为部件的“顶部”，并且元件的最底部元件或点可被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上面/下面可为相对图的竖直轴而言的，并且可用于描述图中元件相对于彼此的定位。由此，在一个示例中，被示为位于其他元件上面的元件被竖直地定位在其他元件上面。又如，图中所示的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，诸如为圆形的、平直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示为位于另一个元件内或被示为位于另一个元件外的元件可被如此描述引用。

利用联接在两个角度位置传感器之间的线性位置传感器来确定移动成像系统的位置和定向的技术效应在于降低的成本、简化的安装、以及相对于其他位置感测机构诸如光学感测机构的更精确的位置感测。

如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在…中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗语言等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于确定移动成像系统的位置的系统，所述系统包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器联接到参考点并且被构造成测量相对于所述参考点的第一旋转角度；

线性传感器，所述线性传感器联接在所述参考点与所述移动成像系统之间并且被构造成测量所述参考点与所述移动成像系统之间的距离，所述线性传感器联接到所述第一角度传感器，其中所述线性传感器的弦轴线与所述第一角度传感器的旋转轴线垂直并且相交；和

第二角度传感器，所述第二角度传感器被构造成测量相对于所述移动成像系统的第二旋转角度。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括驱动控制器，所述驱动控制器被构造成基于所述距离、所述第一旋转角度和所述第二旋转角度来计算所述移动成像系统的位置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述驱动控制器被构造成通过基于所述距离和所述第一旋转角度确定所述移动成像系统相对于所述参考点的坐标以及通过基于所述第一旋转角度和所述第二旋转角度确定所述移动成像系统相对于所述参考点的定向来确定所述移动成像系统的位置。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述移动成像系统包括由一个或多个电动马达控制的一个或多个驱动轮，并且其中所述驱动控制器被构造成基于所述移动成像系统的确定的位置和所述移动成像系统的命令的位置来调节所述一个或多个电动马达。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一角度传感器为第一旋转编码器，并且所述第二角度传感器为第二旋转编码器，并且其中所述线性传感器为弦编码器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动成像系统经由可回缩臂联接到容纳所述移动成像系统的空间的元件，并且其中所述参考点为所述可回缩臂联接到所述空间的元件的点。

7.一种移动成像系统，包括：

可移动基座组件；

成像组件，所述成像组件联接到所述可移动基座组件；和

定位系统，所述定位系统联接到所述可移动组件和参考点，所述定位系统包括第一旋转编码器、第二旋转编码器以及联接在所述第一旋转编码器与所述第二旋转编码器之间的弦编码器，所述弦编码器沿着平行于所述第一旋转编码器的纵向轴线的平面与所述第一旋转编码器共面接触，所述第一旋转编码器和所述弦编码器能够围绕所述参考点旋转。

8.根据权利要求7所述的移动成像系统，其中所述参考点包括联接到附接元件的杆，所述附接元件经由可回缩臂联接到所述可移动基座组件并且被构造成联接到容纳所述移动成像系统的空间的壁或顶蓬。

9.根据权利要求7所述的移动成像系统，还包括在非暂态存储器中存储指令的驱动控制器，所述指令能够由处理器执行以基于来自所述第一旋转编码器、第二旋转编码器和弦编码器的输出来确定所述可移动基座组件的当前位置。

10.根据权利要求9所述的移动成像系统，其中所述指令能够执行以通过下述方式来确定所述移动成像系统的当前位置：

基于所述第一旋转编码器与所述第二旋转编码器之间的距离和所述弦编码器的第一旋转角度来确定所述移动成像系统相对于所述参考点的坐标；以及

基于所述移动成像系统的所述第一旋转角度和所述第二旋转角度来确定所述移动成像系统相对于所述参考点的定向。

11.一种用于调节移动成像系统的位置的方法，包括：

测量弦编码器相对于参考点的第一旋转角度，所述弦编码器联接到所述参考点和所述移动成像系统；

测量所述弦编码器相对于所述移动成像系统的第二旋转角度；

测量所述参考点与所述移动成像系统之间的所述弦编码器的长度；

接收所述移动成像系统的命令的位置；以及

沿着路径将所述移动成像系统移动到所述命令的位置，所述路径是基于所述移动成像系统的所述命令的位置和当前位置来确定，所述当前位置基于所述第一旋转角度、所述第二旋转角度和所述长度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中测量所述弦编码器相对于参考点的所述第一旋转角度包括利用第一旋转编码器测量所述第一旋转角度，所述弦编码器经由所述第一旋转编码器联接到所述参考点。

13.根据权利要求12所述的方法，其中测量所述弦编码器相对于所述移动成像系统的所述第二旋转角度包括利用第二旋转编码器测量所述第二旋转角度，所述第二旋转编码器联接到所述弦编码器的弦并且联接到所述移动成像系统。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所述移动成像系统沿着所述路径移动时，基于来自所述第一旋转编码器、第二旋转编码器和弦编码器的输出来更新所述移动成像系统的当前位置。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述移动成像系统的当前位置包括所述移动成像系统相对于所述参考点的位置以及所述移动成像系统相对于所述参考点的定向，所述位置是基于所述长度和所述第一旋转角度确定的，所述定向是基于所述第一旋转角度和所述第二旋转角度确定的。

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