CN1828250B

CN1828250B - 识别系统的稳定建立的方法

Info

Publication number: CN1828250B
Application number: CN2006100547220A
Authority: CN
Inventors: 索尔斯坦·比特纳
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: DE102005009557A1; CN1828250A; US7340354B2; US20060229845A1; JP2006239417A

Abstract

本发明涉及一种可以简单地识别系统(1)的稳定建立的方法。该系统包括可以围绕系统轴(2)旋转的旋转装置(3)和用于采集该旋转装置(3)的振动的测量值(9，10，11，12)的装置(4，31，32)。从旋转装置(3)的N次不同旋转的N个测量值(9；10；11；12)中计算出测量值的分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)，通过将这样计算的分散值和预定的阈值(21；22；23；24)进行阈值比较来识别系统的稳定建立。在此可以用确定不平衡的公知装置(4，31，32)来采集该N个测量值，从而使该识别稳定建立的方法可以在不采用额外硬件的情况下执行。

Description

识别系统的稳定建立的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别系统的稳定建立的方法，该系统包括可以围绕系统轴旋转的旋转装置和用于采集该旋转装置的振动的测量值的装置。本发明还涉及一种用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的方法，作为校正支架不平衡的方法的一部分。

背景技术

对于具有快速旋转的质量的装置来说，本来存在或在运行过程中出现的不平衡会导致一系列不期望的现象。这些现象从一般地在技术设备中通过轴承过度磨损引起整个系统振动直至在医疗断层造影设备中在产生图像时造成干扰。

这样的断层造影设备例如是计算机断层造影设备，其具有支架形式的可围绕系统轴旋转的旋转装置。不平衡例如可能来源于设置在支架上的部件的安装容差。

为了识别和校正已存在或在计算机断层造影设备运动期间出现的不平衡，由DE10108065A1公开的计算机断层造影设备具有用于采集由于不平衡引起的支架振动的测量值的装置。根据所采集的测量值确定支架上至少一个应当设置重量以抵消不平衡的位置。

但所采集的测量值不仅受到支架本身不平衡的影响，还受到整个系统的振动行为的影响。尤其是在计算机断层造影系统不稳定建立的情况下，这些测量值可能受到严重的干扰。在启动阶段的错误建立例如可能导致整个系统在支架旋转期间还要发生几乎不被察觉的倾斜。

在这种情况下，应当在此设置重量来平衡支架振动行为的位置基于受到干扰的测量值而被错误地确定。即使多次重复该校正过程，在不校正计算机断层造影设备本身的建立的情况下，有经验的维护人员也无法通过在支架上设置重量来足够好地校正不平衡。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种可以简单地识别系统的稳定建立的方法。

根据本发明，用于识别包括可以围绕系统轴旋转的旋转装置和用于采集该旋转装置的振动的测量值的装置的系统的稳定建立的方法包括：

a)从旋转装置的N次不同旋转中采集至少一个具有N个测量值的测量值数组，

b)对每个测量值数组从N个测量值中计算出一个分散值，

c)对每个测量值数组在该分散值和可预先给定的阈值之间进行阈值比较，其中当对每个测量值数组该分散值都小于阈值时则系统被稳定支撑。

由此，对系统稳定建立的识别是基于简单计算和分析从旋转装置的不同旋转中采集的测量值的统计分布来进行的。测量值可以由已在系统、如计算机断层造影设备中设置的用于校正旋转装置不平衡的测量装置采集和分析，从而不需要额外或特殊的辅助装置来执行该方法。

在本方法的优选实施方式中，对两个测量平面分别采集两个各具有N个测量值的测量值数组，在此这些测量平面垂直于系统轴，并在系统轴方向上相互错开。通过测量平面在系统轴方向上的相互错开可以动态校正不平衡。这种动态的不平衡总是在旋转装置的结果惯性轴与系统轴或旋转轴不平行时出现。

优选每个测量值包括一个具有两个向量分量的向量，其中第一向量分量表示不平衡的绝对值，而第二向量分量表示不平衡的角度。因此为了识别系统的稳定建立，准确采集在测量旋转装置的不平衡时产生的测量值并作进一步处理以估计该系统是否稳定建立，从而可以无需额外测量费用地确定稳定建立。

优选可以将两个向量分量换算为笛卡尔第一测量值分量和笛卡尔第二测量值分量。这使得可以基于所确定的欧几里得距离来简单地计算分散值。

计算分散值优选包括从测量值数组的N个测量值的第一测量值分量中计算第一分散值，由第二测量分量中计算第二分散值。在最简单的情况下，由第一测量值分量的最大值和最小值之差形成第一分散值。同样可以想到以简单方式由第二测量值分量的最大值和最小值之差形成第二分散值。该分散值当然还可以分别以常见方式确定为与所确定的测量值期望值的之间的平均方差。重要的只是要通过该分散值数学地确定测量值的统计分布。

在本发明的优选实施方式中，阈值包括第一阈值分量和第二阈值分量。分散值和阈值之间的阈值比较优选针对每个分量分别进行。分开进行第一测量值分量的第一分散值与第一阈值的比较以及第二测量值分量的第二分散值与第二阈值的比较可以使开销很小。典型地，事先通过在系统稳定建立和系统未稳定建立时的多次测量来确定阈值。

稳定建立的识别优选可以针对成像系统、优选为计算机断层造影设备形式的成像系统进行。这种系统通常已包括用于识别旋转装置的不平衡的装置，从而不需要额外的硬件组件。

用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的方法还可以用作用于校正支架的不平衡并具有以下步骤的方法的一部分：

A)识别计算机断层造影设备是否稳定建立；

B)在计算机断层造影设备稳定建立的情况下：继续校正支架的不平衡，

C)在计算机断层造影设备未稳定建立的情况下：产生报警信号。

在使用者确认该报警信号之后优选在步骤D)中继续校正不平衡，或者在步骤E)中在校正了计算机断层造影的建立之后从步骤A)开始重复该方法。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例以及其它优选实施方式：

图1以部分结构框图、部分透视图的形式示出用于执行本发明方法的计算机断层造影设备，

图2以草图形式示出用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的本发明的第一方法流程，

图3示出具有两个来自图1所示旋转装置在计算机断层造影设备稳定建立时的两个测量平面的测量值数组的第一图，

图4示出具有两个来自图1所示旋转装置在计算机断层造影设备不稳定建立时的两个测量平面的测量值数组的第二图，

图5以草图形式示出图2中作为校正支架不平衡的方法的一部分的、用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的第二方法流程，

图6以草图形式示出图2中作为校正支架不平衡的方法的一部分的、用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的第三方法流程。

具体实施方式

图1以部分结构框图部分透视图的形式示出在此为计算机断层造影设备的系统1，具有以支架形式可围绕系统轴2旋转的旋转装置3。

在系统1的支撑装置54的可移动台面53上躺着诸如患者的对象55，其可以运动着穿过系统1外壳的开口而进入对应于旋转装置3的拍摄系统51、52的测量区域。

拍摄系统51、52具有X射线源51，如X射线管，和设置在该X射线管对面的检测器52，该检测器包含多个排列成行和列的检测器元件。X射线源51产生扇形的X射线辐射束。该X射线辐射束穿透位于测量区域内的对象55，并落在检测器52的检测器元件上。各检测器元件分别产生与穿过测量区域的X射线的衰减有关的衰减值。将X射线转换为衰减值例如借助与闪烁器光耦合的光电二极管或借助直接转换的半导体进行。检测器52的一组对于X射线源51相对于对象55的一个特殊位置记录的衰减值被称为“投影”。

旋转装置3借助未示出的驱动单元以较大的旋转速度围绕系统1的旋转轴2旋转。通过这种方式可以从不同的投影方向对对象55进行多个投影。通过旋转装置3的旋转以及同时对象在系统轴2方向上的连续进给，尤其可以对对象55的大于由拍摄系统51、52构成的测量区域的检查区域进行扫描。在螺旋形扫描时从不同投影方向获得的对象55的测量值可以被计算为断层图像或立体图像，并可视地在操作人员的显示单元上显示。

在现代系统中旋转装置的转速已达到最大180转/分。因此很小的不平衡就能引起导致不期望噪声、过度轴承磨损或尤其是产生结果图像时的干扰的振动。

图1所示的系统1具有用于避免这些不期望现象的装置4、31、32以确定和校正旋转装置3的不平衡，其中这样相应地设置加速度拍摄器31、32，使得针对两个测量平面29、30各采集两个分别具有N个测量值9、10、11、12的测量值数组5、6或7、8。这些测量值将被传送到计算单元4作进一步处理。

测量平面29、30垂直于系统轴2，并且相互之间在系统轴2的方向上具有一定距离。基于在两个测量平面29、30中采集的测量值9、10或11、12可以确定在旋转装置3上的至少一个在此必须设置一定质量的平衡重量的位置，从而使旋转装置3在平衡的情况下旋转。

所采集的测量值9、10、11、12不仅受到不平衡本身的影响，还受到整个系统的振动行为的影响。尤其是在系统1未稳定建立的情况下，系统1会发生几乎不被察觉的倾斜运动。在这种情况下测量值9、10、11、12被系统1的振动行为强烈干扰，从而原则上不可能校正不平衡。由此特别是在校正不平衡的方法开始之前需要检查整个系统是否稳定建立。

这通过按照图2所示的用于识别系统1的稳定建立的第一方法的流程来完成，该方法包括第一步骤33，其中从旋转装置的N次不同旋转中采集至少一个具有N个测量值的测量值数组，第二步骤34，其中对每个测量值数组从N个测量值中分别计算出一个分散值，以及第三步骤35，其中对每个测量值数组都在分散值和预定的阈值之间进行阈值比较。

为了识别系统是否稳定建立，优选不是单独处理每个测量值，而是在进一步处理之前将测量值针对不同的旋转求平均值。通过这种方式可以有利地抑制间接由系统的振动导致的干扰。

如果针对每个测量值数组的分散值都小于阈值，则将系统1被识别为稳定建立的。如果在至少一个测量值数组中分散值大于阈值，则很可能系统未被稳定地设置。

为了阐释该情况，在图3、4中示出了用于针对两种不同测量情况来采集不平衡的测量值数组5、6、7、8。

图3示出具有在系统1稳定建立的情况下从旋转装置3的两个测量平面31、32采集的两个测量值数组5、6的第一图。每个测量值数组5或6在该例子中都包括N＝10个测量值9或10，其中为概略起见在各测量值数组中仅分别设置具有一个附图标记的测量值。来自第一测量平面29的第一测量值数组5的测量值9通过圆形符号表示，来自第二测量平面30的第二测量值数组6的测量值10通过十字形符号表示。

测量值可以作为具有两个向量分量的向量给定。第一向量分量25表示不平衡的绝对值，第二向量分量26表示不平衡的角度。图3中以笛卡尔坐标示出具有在所示x轴方向上的第一测量值分量27和在所示y轴方向上的第二测量值分量28的测量值9、10。第一测量值分量27和第二测量值分量28示例性地只针对一个测量值绘出。X轴和y轴对应于图1所示的坐标系统的轴。将测量值9、10转换为笛卡尔坐标具有特别的优点，可以基于欧几里得距离来简单地计算分散值13、14、15、16。

测量平面29或30的测量值9或10在系统1稳定建立时相互之间只具有很小的分散值13、14或15、16，其中在该例中第一测量值数组5的第一测量值与第二测量值数组6的第二测量值不同。因此在这种情况下不平衡由动态失衡引起，在此结果惯性轴与系统轴2或旋转装置的旋转轴不平行。

该计算在该例中是对每个测量值数组5或6分开进行的，并且对每个测量值分量27或28分开进行。在最简单的情况下相应的分散值由测量值9或10的测量值分量27或28的最大值与最小值之差来形成。

但是该分散值不需要针对各个分量进行，而是例如可以由测量值9或10直接的或以传统方式通过度量测量值9或10与期望值之间的平均平方偏差的方差来确定。

不采用分散值13、14、15、16，还可以采用其它统计特征参数来确定系统1是否稳定建立。重要的只是所计算的统计特征参数从数学上描述了测量值的统计分布。

作为该计算的结果，获得了4个不同的分散值13、14、15、16，即第一测量值数组5的测量值9的第一和第二测量值分量27、28之间的第一和第二分散值13、14，以及第二测量值数组6的测量值10的第一和第二测量值分量27、28之间的第一和第二分散值15、16，接着在4次阈值比较的范围内将所确定的分散值13、14、15、16与可预先给定的阈值21、22、23、24进行比较。在所示例子中，所有分散值13、14、15、16小于预定的阈值21、22、23、24，因此可以识别出系统1是稳定建立的，并例如在需要时向操作人员告知这一点。

相反，在图4中示出具有在系统1不稳定建立的情况下从旋转装置3的两个测量平面29、30采集的两个测量值数组7、8的第二图。

在系统不稳定建立的情况下，测量值数组7或8的测量值11或12与图3相比具有明显更高的分散值17、18、19、20，其中在图4中也只设置了测量值数组7或8的一个测量值及附图标记。分别由差形成的测量值分量27、28的4个分散值17、18、19、20明显大于预定的4个阈值21、22、23、24。在这种情况下阈值比较使得识别出系统1是未稳定建立的。

诸如计算机断层造影设备的系统1的稳定建立的识别可以在第二种方法中用作识别和校正旋转装置(如支架)的不平衡的方法的一部分，如图5所示。在此执行以下步骤：

A)36识别计算机断层造影设备是否稳定建立，

B)37在计算机断层造影设备稳定建立的情况下：继续校正支架的不平衡，

C)38在计算机断层造影设备不稳定建立的情况下：产生报警信号并由使用者确认该报警信号，其中或者D)39继续校正不平衡，或者在步骤E)40在校正计算机断层造影设备的建立之后从步骤A)开始重复该方法。

在图6中与第二方法相比示出更为详细的第三方法，其中识别计算机断层造影设备是否稳定建立是不平衡测量的一部分。在此执行以下步骤：

第三方法在第一步骤41中由使用者例如通过调用存储在计算单元中的程序来启动。在启动之后在第二步骤42中在至少一个测量平面内连续采集来自N次不同旋转(其中N例如等于10)的不平衡的N个测量值。然后在第三步骤43中将该测量值换算为笛卡尔坐标。在随后的第四步骤44中确定各测量值分量的最小值和最大值。接着在第五步骤45中由各测量值分量的最大值与最小值之差计算出分散值。在第六步骤46中利用阈值比较检查，两个坐标方向上的分散值是否小于预定的边界值。如果阈值比较的结果是两个分散值都小于阈值的结果，则在步骤47中像往常一样继续该识别和校正不平衡的方法。但如果其中一个分散值大于预定的阈值，则在第八步骤48中产生具有提示的报警信号，例如作为屏幕上的光学显示来检验计算机断层造影设备的建立。在第九步骤49中，使用者通过从屏幕上显示的一个菜单中选择一个操作来继续按照第七步骤47的用于识别和校正不平衡的方法，或者在检验了计算机断层造影设备的建立之后在第十步骤50中重新按照第二步骤42开始采集测量值。

Claims

1.一种用于识别系统(1)的稳定建立的方法，该系统(1)包括可以围绕系统轴(2)旋转的旋转装置(3)和用于采集该旋转装置(3)的振动的测量值(9，10，11，12)的装置(4，31，32)，其中，

从旋转装置(3)的不同旋转中采集至少一个具有测量值(9；10；11；12)的测量值数组(5；6；7；8)，其中，对每次旋转采集一个测量值(9；10；11；12)，其中每个测量值(9；10；11；12)包括一个具有两个向量分量的向量，其中第一向量分量(25)表示不平衡的绝对值，而第二向量分量(26)表示该不平衡的角度，

所述两个向量分量(25，26)分别被换算为笛卡尔第一测量值分量(27)和笛卡尔第二测量值分量(28)，

对每个测量值数组(5；6；7；8)从采集的测量值(9；10；11；12)中计算出一个分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)，其中，该分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)包括该第一测量值分量(27)的第一分散值(13；16；17；20)和该第二测量分量(28)的第二分散值(14；15；18；19)，

对每个测量值数组(5；6；7；8)进行在该分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)和预先给定的阈值(21；22；23；24)之间的阈值比较，其中当对每个测量值数组(5；6；7；8)该分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)都小于阈值(21；22；23；24)时则所述系统(1)被稳定支撑。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对两个测量平面(29，30)分别采集两个各具有测量值(9；10；11；12)的测量值数组(5；6；7；8)，其中这些测量平面(29，30)垂直于系统轴(2)，并在系统轴(2)方向上相互错开。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一分散值(13；16；17；20)是每个测量值数组(5；6；7；8)的测量值(9；10；11；12)的第一测量值分量(27)的最大差。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二分散值(14；15；18；19)是每个测量值数组(5；6；7；8)的测量值(9；10；11；12)的第二测量值分量(28)的最大差。

5.根据权利要求1所述的方法，所述阈值(21；22；23；24)包括第一阈值分量(21；24)和第二阈值分量(22；23)。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)和阈值(21；22；23；24)之间的阈值比较分别针对每个分量进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统(1)是成像系统。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统(1)是计算机断层造影设备。

9.一种作为用于校正支架的不平衡的方法的一部分的并用于识别计算机断层造影设备的稳定建立的方法，其中，支架可围绕系统轴(2)旋转，计算机断层造影设备包括用于采集支架振动的测量值的装置(4，31，32)，该方法包括以下步骤：

A)根据权利要求1所述的方法来识别计算机断层造影设备是否稳定建立(36)；

B)在计算机断层造影设备稳定建立的情况下：继续校正支架的不平衡(37)，

C)在计算机断层造影设备未稳定建立的情况下：产生报警信号(38)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，紧接着步骤C)(38)在使用者确认该报警信号之后，或者

D)继续校正不平衡(39)，或者

E)在校正了计算机断层造影的建立之后从步骤A)(36)开始重复该方法(40)。