DE102005018326B4

DE102005018326B4 - Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung eines hinsichtlich seiner Halteposition bewegbaren, dabei zu einer Schwingung anregbaren Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers eines Röntgenuntersuchungssystems

Info

Publication number: DE102005018326B4
Application number: DE102005018326A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Forster; Jens Dr. Hamann; Uwe Ladra; Claus-Günter Schliermann; Elmar Dr. Schäfers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: DE102005018326A1; US20090310752A1; US7874727B2; WO2006111525A1

Abstract

Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung eines mithilfe eines Antriebsmittels (10) hinsichtlich seiner Halteposition bewegbaren, dabei zu einer Schwingung mit einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen Resonanzfrequenz (5) anregbaren Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) eines Röntgenuntersuchungssystems (15 bzw. 31 bzw. 43) umfassend folgende Schritte:
– Erfassen von zumindest einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen, für die Resonanzfrequenz (5) relevanten Größe;
– Ermitteln (3) einer Soll-Bewegungsführung (4) zum Erreichen eines für eine Röntgenuntersuchung in der Halteposition vorgesehenen Bewegungszustandes (2) des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) in Abhängigkeit von der zumindest einen jeweiligen Größe, derart dass die Schwingung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) mit der Resonanzfrequenz (5) im dem vorgesehenen Bewegungszustand (2) vermieden wird;
– Steuern der Bewegungsführung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) durch das Antriebsmittel (10) entsprechend der Soll-Bewegungsführung (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung eines mithilfe eines Antriebsmittels hinsichtlich seiner Halteposition bewegbaren, dabei zu einer Schwingung mit einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen Resonanzfrequenz anregbaren Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers eines Röntgenuntersuchungssystems.
Zur Durchführung einer Röntgenuntersuchung mit einem Röntgenuntersuchungssystem wird dessen in unterschiedliche Haltepositionen bewegbarer Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger in einen für die jeweilige Röntgenuntersuchung vorgesehenen Bewegungszustand gebracht, der typischer Weise je nach Röntgenuntersuchung einem Verbleib oder einer gleichförmigen Bewegung in einer vorgesehenen Halteposition entspricht. Der Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger kann mit einer von der jeweiligen Halteposition relativ zu dem Röntgenuntersuchungssystem abhängigen Resonanzfrequenz zu einer Schwingung angeregt werden, die zu einer Unschärfe in einem während der Röntgenuntersuchung erstellten Röntgenbild führt; um diese Unschärfe zu vermeiden, sind bei bekannten Lösungen Beruhigungszeiten zwischen dem Erreichen des für die jeweilige Röntgenuntersuchung vorgesehenen Bewegungszustandes und dem Erstellen des Röntgenbildes zu einem Abklingen der Schwingung vorgesehen.
Aus der US 4,872,190 ist ein System und ein Verfahren zur Verringerung von Schwingungen in einem Röntgenuntersuchungssystem bekannt. Dort ist vorgesehen, dass die Wellenform der Eingangsspannung zum Antrieb eines Servomotors, der einer Bewegung einer radiologischen Filmkassette dient, so angepasst wird, dass eine Anregung der Resonanzfrequenz des Röntgenuntersuchungssystems durch die Bewegung vermieden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für ein Röntgenuntersuchungssystem anzugeben, dass auf einfache Weise trotz eines schwingungsfähigen Systemaufbaus ein schnelles Durchführen einer Röntgenuntersuchung mit einem Erstellen eines scharfen Röntgenbildes ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Steuerungsverfahren gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
In Abhängigkeit von einer zumindest einen zuvor erfassten, von einer jeweiligen Halteposition abhängigen Größe, wird eine Soll-Bewegungsführung zu einem Erreichen eines für eine Röntgenuntersuchung vorgesehenen Bewegungszustandes eines Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers ermittelt, derart dass bei einem anschließenden Steuern der Bewegungsführung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers durch ein Antriebsmittel entsprechend der Soll-Bewegungsführung eine Anregung einer Schwingung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers mit einer Resonanzfrequenz vorab vermieden wird und daher einerseits eine Beruhigungszeit zu einem Abklingen der Schwingung ausgelassen bzw. andererseits eine Unschärfe in einem bei der Röntgenuntersuchung erstellbaren Röntgenbild verhindert werden können.
Die Soll-Bewegungsführung umfasst dabei eine Steuerung eines zeitlichen Bewegungsverlaufs des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers. Eine Auswahl der zumindest einen zum Ermitteln der Soll-Bewegungsführung zugrunde liegenden Größe wird zweckmäßig so getroffen, dass die zumindest eine Größe einen Rückschluss auf die jeweils zu erwartende Resonanzfrequenz erlaubt, wobei diese Auswahl von der jeweiligen Anwendung des Steuerungsverfahrens abhängt.
Durch die zumindest eine Größe in Form von zumindest einer jeweils durch eine Messung erfassbaren Messgröße kann die zumindest eine Größe jeweils besonders genau erfasst werden. Dabei ist es möglich, die Messgröße einmalig vor der Bewegungsführung und/oder zusätzlich auch wiederholt während der Bewegungsführung zu messen.
Durch die zumindest eine Größe in Form von zumindest einer aus einer Bewegungssteuerung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers erfassbaren Steuerungsgröße kann die zumin dest eine Größe besonders aufwandsarm erfasst werden. Dabei ist es möglich, die zumindest eine Steuergröße aus einer bereits vor der Bewegungsführung durchgeführten Bewegungssteuerung des durch das Antriebsmittel bewegbaren Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers unter Berücksichtigung einer Ausgangsposition für die Bewegungssteuerung zu ermitteln. Die Ausgangsposition entspricht z. B. einer gerätespezifischen Halteposition, in welche der Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger regelmäßig, z. B. nach jeder Röntgenuntersuchung, zurückgefahren wird.
Die im Folgenden beschriebene Anwendung der Erfindung auf verschiedene Röntgenuntersuchungsgeräte mit schwingungsanfällig gehalterten Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger ermöglicht eine jeweils besonders effiziente Schwingungsvermeidung.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung des Steuerungsverfahrens auf ein Röntgenuntersuchungssystem mit einem in einer horizontalen Ebene verschiebbaren, vertikal ausgerichteten Teleskopstativ mit einem auf unterschiedliche Ausfahrlängen vertikal ausfahrbaren Teleskopende als Halteposition für den Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger vorgesehen, wobei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung einer horizontalen Verschiebeposition des Teleskopstativs die jeweilige Ausfahrlänge als Größe zugrunde liegt. Da das Teleskopstativ den Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger exponiert hält, stellt dies ein besonders schwingungsanfälliges mechanisches System dar, so dass das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren besonders wirksam anwendbar ist. Darüber hinaus gelingt die Anwendung des Steuerungsverfahrens auf ein solches Röntgenuntersuchungssystem aufgrund eines geometrisch einfachen Aufbaus dieses Röntgenuntersuchungssystems mit im Wesentlichen nur einer die jeweilige Resonanzfrequenz maßgeblich bestimmenden Größe besonders einfach.
Um bei einem Teleskopstativ, an dessen Teleskopende der Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger in seiner Ausrichtung auf unterschiedliche Verkippungswinkel verkippbar ist, die Resonanzfrequenz noch genauer bestimmen zu können, wird zusätzlich zu der Ausfahrlänge auch der jeweilige Verkippungswinkel als weitere Größe bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung berücksichtigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung des Steuerungsverfahrens auf ein Röntgenuntersuchungssystem mit einem Obertisch- oder Untertisch-Fluoroskopiegerät mit einem in unterschiedliche Verkippungswinkel verkippbaren Patiententisch und mit je einem unterhalb bzw. oberhalb des Patiententisches angeordneten, jeweils längsverschiebbaren Halteposition für den Röntgenstrahler einerseits und den Röntgenempfänger andererseits vorgesehen, wobei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung der Haltepositionen der jeweilige Verkippungswinkel als Größe zugrunde liegt.
Um bei einem Obertisch- oder Untertisch-Fluoroskopiegerät, dessen oberhalb des Patiententisches angeordnete Halteposition auf unterschiedliche Abstände zu dem Patiententisch höhenverschiebbar ist, die Resonanzfrequenz noch genauer bestimmen zu können, wird zusätzlich zu dem Verkippungswinkel auch der jeweilige Abstand als weitere Größe bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung berücksichtigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung des Steuerungsverfahrens auf ein Röntgenuntersuchungssystem mit einem C-Bogenstativ mit einem in unterschiedliche Orbitalwinkel und/oder Angulationswinkel rotierbaren C-Bogenhaltearm zur Halterung des Röntgenstrahlers und des Röntgenempfängers vorgesehen, wobei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung des C-Bogenhaltearms der jeweilige Orbitalwinkel und/oder Angulationswinkel als Größen zugrunde liegt. Da der C-Bogenhaltearm besonders exponiert gehaltert ist und selbst eine länglich ausgedehnte Form aufweist, stellt er ein besonders schwingungsanfälliges mechanisches Gebilde dar, bei dem das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren besonders wirkungsvoll anwendbar ist. Um bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung für eine Rotation des C-Bogenhaltearms die Berücksichtigung von während der Bewegungsführung veränderlichen Größen zu vermeiden, reicht es typischer Weise aus, bei einer ausschließlichen Orbitalbewegung lediglich den Angulationswinkel und bei einer ausschließlichen Angulationsbewegung lediglich den Orbitalwinkel zu berücksichtigen.
Bei einem Röntgenuntersuchungssystem mit einem C-Bogenstativ, das in unterschiedliche Verschiebeweiten horizontal verschiebbar ist, ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Ermitteln der Soll-Bewegungsführung auf ein horizontales Verschieben des C-Bogenstativ bezogen wird. Dies entspricht einer Bewegungsführung, bei welcher der Orbital- und der Angulationswinkel konstant bleiben, während sich lediglich die Verschiebeweite ändert, so dass sich die durch die beiden Winkel bestimmte Resonanzfrequenz während des Verschiebens nicht ändert.
Um bei einem Röntgenuntersuchungssystem mit einem C-Bogenstativ, das in unterschiedliche Verschiebeweiten horizontal verschiebbar ist, auch ein horizontales Verschieben des C-Bogenstativ ohne die Anregung einer Schwingung zu ermöglichen, wird die Soll-Bewegungsführung hinsichtlich des horizontalen Verschiebens des C-Bogenstativs mit dem Röntgenstrahler und dem Röntgenempfänger ermittelt, wobei der jeweilige Orbital- und der Angulationswinkel als die Resonanzfrequenz maßgebliche Größen typischer Weise konstant bleiben.
Im Folgenden werden einige Methoden zur Röntgenuntersuchung beschrieben, auf die das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren, insbesondere mit den zuvor genannten Röntgenuntersuchungssystemen, vorteilhaft anwendbar ist.
Besonders einfach ist die Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung mit einem vorhergehenden automatischen Positionieren des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers auf eine für die Röntgenuntersuchung vorgesehene, konstante Halteposition und mit einem Bewegungszustand in Form eines während der Röntgenuntersuchung andauernden Verbleibs in der vorgesehnen Halteposition; für diesen Bewegungszustand kann die Soll-Bewegungsführung zum Erreichen dieses Bewegungszustandes besonders aufwandsarm ermittelt werden.
Die Erfindung ist nicht nur für einen Bewegungszustand in Form des Verbleibs in der Halteposition, sondern auch für Bewegungszustände in Form einer Bewegung der Halteposition anwendbar. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist z. B. eine Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Planigraphieverfahren mit einem gradlinigen Bewegungszustand mit einer konstanten Geschwindigkeit vorgesehen, wobei die Vermeidung von Unschärfe bei der Planigraphie für die Bildqualität besonders belangreich und die Anwendung der Erfindung somit besonders hinsichtlich einer Verbesserung der Bildqualität wirkungsvoll ist.
Die Anwendung des Steuerungsverfahrens auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Angiographieverfahren mit einer Schrittverschiebung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers auf verschiedene, vorgesehene Haltepositionen und mit einem Bewegungszustand in Form eines jeweiligen, vorübergehenden Verbleibs in einer der Haltepositionen ermöglicht eine besonders schnelle Schrittverschiebung in die jeweilige Halteposition ohne die Anregung der Schwingung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Rotationsangiographieverfahren mit einem kreisförmigen Bewegungszustand mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht eine in Hinblick auf ein Erstellen eines scharfen und störungsfreien dreidimensionalen Röntgenbildes vorteilhafte schwingungsfreie Rotationsbewegung mit einer dennoch besonders hohen Rotationsgeschwindigkeit.
Es ist möglich, in einem eingefügten Verfahrensschritt zunächst anhand der jeweiligen zumindest einen Größe die Reso nanzfrequenz zu bestimmen und anschließend in Abhängigkeit von dieser Resonanzfrequenz die Soll-Bewegungsführung zu ermitteln, die einer Schwingung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers mit der Resonanzfrequenz in dem vorgesehenen Bewegungszustand entgegenwirkt. Besonders einfach geschieht dies dadurch, dass die Zuordnung der Resonanzfrequenz zu der jeweiligen zumindest einen Größe basierend auf einer vorbetrieblichen Testreihe gespeichert und zu einem Bestimmen der jeweiligen Resonanzfrequenz im betriebsmäßigen Einsatz abgerufen wird. Zweckmäßig werden bei der Testreihe der Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger in unterschiedliche Haltepositionen bewegt, durch eine Stoß- oder Auslenkungsanregung zu der Schwingung angeregt und eine jeweilige Schwingungsfrequenz, die der jeweiligen Resonanzfrequenz entspricht, gemessen.
Zur schwingungsreduzierten Bewegungsführung sind im Zusammenhang mit industriellen Bearbeitungsmaschinen einige sowohl lineare als auch nicht-lineare Verfahren allgemein bekannt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, das zunächst eine Versuchs-Bewegungsführung zum Erreichen des vorgesehenen Bewegungszustandes ohne eine Vermeidung der Schwingung und anschließend aus dieser Versuchs-Bewegungsführung durch eine Anwendung eines die Schwingung verhindernden Filters in Abhängigkeit von der zumindest einen jeweiligen Größe die Soll-Bewegungsführung ermittelt wird; dieses lineare Verfahren erlaubt eine einfache Anwendung der erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Besonders einfach wird die Soll-Bewegungsführung unter Verwendung des als Input-Shaping-Verfahren bekannten, linearen Verfahrens ermittelt.
Besonders robust gegenüber äußeren Störeinflüssen wird die Soll-Bewegungsführung unter Verwendung eines nicht-linearen Ruckbegrenzungsverfahrens, insbesondere unter Berücksichti gung eines aus der DE 102 00 680 B4 bekannten ruckäquivalenten Filters, ermittelt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens zur Bewegungsführung eines Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers unter Hinzunahme eines Regelkreises;
2 ein erstes Röntgenuntersuchungssystem mit einem horizontal an einer Raumdecke verschiebbaren Teleskopstativ mit einem auf unterschiedliche Ausfahrlängen vertikal ausfahrbaren Teleskopende als Halteposition für einen Röntgenstrahler;
3 ein zweites Röntgenuntersuchungssystem in Form eines Obertisch-Fluoroskopiegerätes mit einem in unterschiedliche Verkippungswinkel verkippbaren Patiententisch sowie einem jeweils längsverschieblichen Röntgenstrahler und Röntgenempfänger;
4 ein drittes Röntgenuntersuchungssystem mit einem C-Bogenstativ mit einem in unterschiedliche Orbitalwinkel und Angulationswinkel rotierbaren C-Bogenhaltearm zur Halterung eines Röntgenstrahlers und eines Röntgenempfängers.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens zur Bewegungsführung eines mithilfe eines Antriebsmittels 10 hinsichtlich seiner Halteposition bewegbaren Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers eines Röntgenuntersuchungssystems, wobei zur Steuerung des An triebsmittels 10 zusätzlich ein Regelkreis 7 vorgesehen ist; dieses Steuerungsverfahren versetzt den Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger unter Vermeidung einer Schwingung mit einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen Resonanzfrequenz 5 in einen tatsächlichen Bewegungszustand 14, der einem vorgesehenen Bewegungszustand 2 entspricht.
Das Ablaufdiagramm wird nachfolgend anhand von drei Schritten des Steuerungsverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert:
In einem ersten Schritt wird zumindest eine von der jeweiligen Halteposition des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers abhängige, für die Resonanzfrequenz relevante Messgröße 1 erfasst.
In einem zweiten Schritt folgt das Ermitteln 3 einer Soll-Bewegungsführung 4 zum Erreichen des vorgesehenen Bewegungszustandes 2 mithilfe eines Input-Shaping-Verfahrens in Abhängigkeit von der durch die zumindest eine Messgröße 1 bestimmten Resonanzfrequenz 5, wobei eine mithilfe einer vorbetrieblichen Testreihe erstellten Zuordnungstabeile 6 der zumindest einen Messgröße 1 eine jeweilige Resonanzfrequenz 5 zugeordnet wird. Gemäß dem Input-Shaping-Verfahren wird zunächst eine Versuchs-Bewegungsführung ermittelt, die noch nicht in Hinblick auf eine Vermeidung der Schwingung optimiert ist; diese Versuchs-Bewegungsführung wird anschließend mit einer Impulsfolge in mehrere Abschnitte zerlegt, so dass nach Ablauf der Bewegungsführung keine Schwingung im tatsächlichen Bewegungszustand 14 vorliegt.
In einem dritten Schritt wird die Bewegungsführung des Antriebsmittels 10 mithilfe eines Regelkreises 7 entsprechend der Soll-Bewegungsführung 4 gesteuert. Der Regelkreis 7 enthält

– eine Antriebsregelung 8, dem die Soll-Bewegungsführung 4 übermittelt wird und der einen Antriebsstrom 9 regelt,
– ein Antriebsmittel 10, das den Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger geregelt von dem Antriebsstrom 9 bewegt und eine Bewegungskraft 11 erzeugt, und
– eine den Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger haltende, von der Bewegungskraft 11 bewegte Stativmechanik 12 mit Sensoren, die einerseits die zumindest eine Messgröße 1 und andererseits die Regelgrößen 13 des Regelkreises 7 erfassen, wobei die Regelgrößen 13 an die Antriebsregelung 8 zum Schließen des Regelkreises 7 übermittelt werden.

Um die Soll-Bewegungsführung 4 besonders exakt an die jeweilige Resonanzfrequenz 5 anzupassen, wird dabei die, insbesondere die Resonanzfrequenz verschiebende, Dämpfungswirkung dieses Regelkreises 7 berücksichtigt.
Bei dem Ermitteln 3 der Soll-Bewegungsführung 4 können neben der zumindest einen Messgröße 1 ggf. weitere gerätespezifische Größen, wie z. B. eine vorgegebene Maximalbeschleunigung und/oder Maximalgeschwindigkeit, berücksichtigt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die zumindest eine Messgröße 1 während der Bewegungsführung fortlaufend neu zu erfassen und die Soll-Bewegungsführung 4 dementsprechend anzupassen, so dass auf ein unvorhergesehenes Ereignis, z. B. ein Fehler in der Steuerung des Antriebsmittels 10, kurzfristig reagiert werden kann.
Das Steuerungsverfahren umfasst auch die Möglichkeit zur Berücksichtigung mehrerer Resonanzfrequenzen nach dem gleichen Grundprinzip.
2 zeigt ein erstes Röntgenuntersuchungssystem 15 mit einem an einer Raumdecke 16 mittels eines Schienensystems 17, 18 in zwei Raumrichtungen 19, 20 horizontal verschiebbaren Teleskopstativ 21, das ein auf unterschiedliche Ausfahrlängen 22 in einer dritten Raumrichtung 23 vertikal ausfahrbares Teleskopende 24 als Halteposition für einen um zwei Achsen 25, 26 dreh- bzw. kippbaren Röntgenstrahler 27 aufweist; ein Röntgenempfänger und weitere zu dem ersten Röntgenuntersuchungssystem 15 gehörende Komponenten, wie z. B. ein Patiententisch, sind nicht dargestellt.
Ein erstes Schienenpaar 17 des Schienensystems ist an der Raumdecke 16 befestigt; ein zweites Schienenpaar 18 senkrecht zum ersten Schienenpaar 17 ist an diesem befestigt und in einer ersten Raumrichtung 19 relativ zu dem ersten Schienenpaar 17 verschiebbar; ein Sockel 28 des Teleskopstativs 21 ist an dem zweiten Schienpaar 18 befestigt und in einer zweiten Raumrichtung 20 senkrecht zur ersten Raumrichtung 19 relativ zu dem zweiten Schienenpaar 18 verschiebbar. Die Halteposition des Röntgenstrahlers 27 wird einerseits durch ein Verschieben des Teleskopstativs 21 und andererseits durch ein Ausfahren des Teleskopendes 24 in allen drei Raumrichtungen 18, 19, 23 verändert, wobei nur die jeweilige Ausfahrlänge 22 die Resonanzfrequenz maßgeblich bestimmt.
Durch ein Drehen des Röntgenstrahlers 27 um eine vertikale Achse 26 um einen Drehwinkel 29 und ein Verkippen des Röntgenstrahlers 27 um eine horizontale Achse 25 um einen Verkippungswinkel 30 ist es möglich, eine von dem Röntgenstrahler 27 ausstrahlbares Röntgenstrahlungsbündel in seiner Strahlungsrichtung einzustellen, wobei über die jeweilige Ausfahrlänge 22 hinaus nur der Verkippungswinkel 30 als Maß für das jeweilige Verkippen des Röntgenstrahlers 27 die Resonanzfrequenz mitbestimmt.
Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens auf dieses erste Röntgenuntersuchungssystem 15 wird die Ausfahrlänge 22 als Messgröße, z. B. mithilfe eines in dem Teleskopstativ 21 integrierten Seilzugpotentiometers, und ggf. auch der Verkippungswinkel 30 als weitere Messgröße erfasst, eine Soll-Bewegungsführung in Abhängigkeit von der zumindest einen Messgröße ermittelt, und jeweils ein Antriebsmittel zur Bewegung des Röntgenstrahlers 27 in die drei Raumrichtungen 19, 20, 22 entsprechend der Soll-Bewegungsführung gesteuert. Es ist möglich, die Ausfahrlänge 22 auch manuell zu variie ren, so dass nur das Verschieben des Röntgenstrahlers 27 in den horizontalen Raumrichtungen 19, 20 gesteuert wird und somit bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung eine ansonsten notwendige Berücksichtigung einer Änderung der durch die Ausfahrlänge 22 maßgeblich bestimmten Resonanzfrequenz entfällt. Darüber hinaus ist es möglich, auch das Drehen des Röntgenstrahlers 27 um die vertikale Achse 26 und das Verkippen des Röntgenstrahlers 27 um die horizontale Achse 25 zu steuern.
Um mit dem ersten Röntgenuntersuchungssystem 15 ein konventionelles, zweidimensional projiziertes Röntgenbild zu erstellen, wird entsprechend der mithilfe des Steuerungsverfahrens ermittelten Soll-Bewegungsführung der Röntgenstrahler (27) auf die für die Röntgenuntersuchung vorgesehene Halteposition positioniert, in welche der Röntgenstrahler 27 während der Röntgenuntersuchung verbleibt. Dabei entfällt eine ansonsten notwendige Abklingzeit für die Schwingung des Röntgenstrahlers zwischen dem Positionieren des Röntgenstrahlers (27) auf diese Halteposition und dem Erstellen des Röntgenbildes.
Darüber hinaus ist es mithilfe eines Röntgenuntersuchungssystems mit dem Röntgenstrahler 27 und einem zusätzlichen Röntgenempfänger, die jeweils an einem unabhängig voneinander horizontal verschiebbaren Teleskopstativ gemäß der 1 angeordnet sind, möglich, eine an sich bekannte Planigraphie eines zwischen dem Röntgenstrahler 27 und dem Röntgenempfänger, z. B. auf einem Patiententisch, gelagerten Patienten durchzuführen. Bei der Planigraphie bewegen sich der Röntgenstrahler 27 und der Röntgenempfänger auf jeweils verschiedenen Bewegungsebenen gegenläufig derart zueinander, dass nur eine parallel zu den Bewegungsebenen ausgerichtete und zwischen diesen angeordnete Schichtebene des Patienten auf einem Röntgenbild scharf abgebildet wird, wobei eine gleichförmige und nicht von der Schwingung überlagerte Bewegung maßgeblich für die Bildqualität ist. Vor dem Erstellen des Röntgenbildes werden der Röntgenstrahler 27 und der Röntgenempfänger entsprechend der durch das Steuerungsverfahren ermittelten Soll- Bewegungsführung in einen Bewegungszustand gebracht, so dass sich der Röntgenstrahler 27 auf einer Seite des Patienten und der Röntgenempfänger auf einer gegenüberliegenden Seite des Patienten in einer jeweils entgegen gesetzten Richtung mit konstanter Geschwindigkeit an dem Patienten entlang bewegen, wobei auch hier die Abklingzeit vor dem Erstellen des Röntgenbildes entfällt. Während des Erstellens des Röntgenbildes wird das Röntgenstrahlungsbündel zweckmäßig derart mitgeschwenkt, dass es vorlaufend auf den Röntgenempfänger trifft; dies erfolgt durch das entsprechende Drehen oder Verkippen des Röntgenstrahlers oder ein entsprechendes Einblenden des Röntgenstrahlungsbündels.
3 zeigt ein zweites Röntgenuntersuchungssystem in Form eines Obertisch-Fluoroskopiegerätes 31, das einen in unterschiedliche Verkippungswinkel 32 verkippbaren Patiententisch 33 mit einem in diesem integrierten, in einer ersten Richtung 34 längsverschieblichen Röntgenempfänger 35 in einer unteren Halteposition und einen durch ein ausfahrbares Stativ 36 gehalterten, in unterschiedlichen Abständen 37 zu dem Patiententisch 33 höhenverschiebbaren und in einer zweiten Richtung 38 parallel zur ersten Richtung 34 längsverschiebbaren, um einen Winkel 40 schwenkbaren Röntgenstrahler 27 in einer oberen Halteposition aufweist.
Der Patiententisch wird von einem Bodensockel 41 gehalten und von diesem über einen elektrischen Antrieb 42 unter Veränderung des Verkippungswinkels 32, der die jeweilige Resonanzfrequenz maßgeblich bestimmt, verkippt. Zur Längsverschiebung des Röntgendetektors 35 und des Röntgenstrahlers 27 entlang einer Längsachse des Patiententisches 55 und zur Höhenverschiebung des Röntgenstrahlers 27 ist jeweils ein weiteres Antriebsmittel vorgesehen, wobei über den jeweiligen Verkippungswinkel 32 hinaus nur der Abstand 37 die jeweilige Resonanzfrequenz mitbestimmt.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens auf das Obertisch-Fluoroskopiegerät 31 wird der Verkippungs winkel 32 als Messgröße, z. B. mithilfe eines in den Bodensockel 41 integrierten Sensors, und ggf. auch der Abstand 37 als weitere Messgröße erfasst, eine Soll-Bewegungsführung des Röntgenstrahlers 27 und des Röntgenempfängers 35 in Abhängigkeit von der zumindest einen Messgröße ermittelt, und die Antriebsmittel zum Bewegen des Röntgenstrahlers in Richtung 34 bzw. zum Bewegen des Röntgenempfängers 35 in Richtung 34 entsprechend der Soll-Bewegungsführung gesteuert. Da der Verkippungswinkel 32 und der Abstand 37 während der Bewegungsführung typischer Weise konstant bleiben, entfällt eine Berücksichtigung einer Änderung dieser Messgrößen bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung.
Wie mit dem Röntgenuntersuchungsgerät mit Teleskopstativ kann auch mit dem Obertisch-Fluoroskopiegerät 31 die Röntgenuntersuchung mit dem dieser vorhergehenden automatischen Positionieren auf die vorgesehene Halteposition und die Röntgenuntersuchung gemäß dem Planigraphieverfahren in analoger Weise durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es mit dem Obertisch-Fluoroskopiegerät 31 möglich, ein Angiographieverfahren mit einer Schrittverschiebung des Röntgenstrahlers und des Röntgenempfängers auf verschiedene, vorgesehene Haltepositionen durchzuführen. Ein solches Angiographieverfahren wird zweckmäßig zur Untersuchung der unteren Extremitäten des Patienten verwendet, wobei typischer Weise die Schrittverschiebung in einem ersten Durchgang zunächst entgegen einer Blutflussrichtung in den zu untersuchenden Gefäßen in den unteren Extremitäten und nach einer Injektion eines Kontrastmittels in einem zweiten Durchgang mit der Blutflussrichtung erfolgt. Bei den beiden Durchgängen werden der Röntgenstrahler 27 und der Röntgenempfänger 35 zum Erstellen deckungsgleicher Röntgenbilder durch paralleles Verschieben in Richtung 38 bzw. 34 möglichst genau auf die vorhergehenden Haltepositionen positioniert, so dass ein Differenzbild aus einem ersten Röntgenbild des ersten Durchgangs und einem mit dem ersten Röntgenbild deckungsgleichen zweiten Röntgenbild des zweiten Durchgangs die Gefäße zeigt; dieses auf eine Differenzbildung basierende Verfahren wird auch als Digitale Sub traktionsangiographie bezeichnet. Da sich die Geschwindigkeit der Schrittverschiebung im zweiten Durchgang nach der Fließgeschwindigkeit des Kontrastmittels in den Gefäßen richtet, müssen Haltepositionen jeweils besonders schnell erreicht werden, so dass die Gefahr der Anregung der Schwingung, insbesondere des exponiert gehalterten Röntgenstrahlers 27, besonders groß ist.
Bei einem Untertisch-Fluoroskopiegerät sind die Haltepositionen des Röntgenstrahlers 27 und des Röntgenempfängers 35 gegenüber dem Obertisch-Fluoroskopiegerät 31 vertauscht.
4 zeigt ein drittes Röntgenuntersuchungssystem 43 mit einem an einer Raumdecke 16 mittels eines Schienenpaares 44 in einer Raumrichtung 45 horizontal in unterschiedliche Verschiebeweiten 46 verschiebbaren C-Bogenstativ 47, das einen um eine zweite Achse 48 in unterschiedliche Orbitalwinkel 49 und um eine dritte Achse 50 in unterschiedliche Angulationswinkel 51 rotierbaren C-Bogenhaltearm 52 zur Halterung des Röntgenstrahlers 27 und des Röntgenempfängers 35 aufweist, sowie mit einem Patiententisch 55.
Eine Verbindung zwischen dem deckenmontierten Schienenpaar 44 einerseits und dem C-Bogenstativ andererseits wird mit einem in dem Schienpaar verschiebbaren Sockel 56 hergestellt, der es ermöglicht, das C-Bogenstativ um eine vertikale Raumachse 57 um einen Schwenkwinkel 58 zu schwenken. Das C-Bogenstativ ist über einen Orbitalhub 57 mit dem übrigen Teil des C-Bogenstativs 47 verbunden, wobei der Orbitalhub die Rotation des C-Bogenhaltearms um die zweite Raumachse 48 und die dritte Raumachse 50 ermöglicht.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens auf dieses dritte Röntgenuntersuchungssystem 43 werden zunächst der Orbitalwinkel 49 und/oder der Angulationswinkel 51 als die die Resonanzfrequenz maßgeblich bestimmenden Messgrößen, z. B. mittels entsprechender in den Orbitalhub 57 integrierter Sensoren, bestimmt. Bei dem anschließenden Ermitteln der Soll-Bewegungsführung und dem Steuern der Bewegung des C-Bogenhaltearms 52 sind drei Klassen von Untersuchungsmethoden zu unterscheiden:

– Der C-Bogenhaltearm 52 wird in der Bewegungsführung um die zweite Raumachse 48 und/oder die dritte Raumachse 50 rotiert, wie bei einer nachfolgend beschriebenen Rotationsangiographie.
– Der C-Bogenhaltearm 52 wird in der Bewegungsführung in die horizontale Raumrichtung 45 entlang einer Längsachse des Patiententisches 55 verschoben, analog zu der in Bezug auf 3 beschriebenen Angiographie mit Schrittverschiebung.
– Die Bewegungsführung des C-Bogenhaltearms 52 entspricht einer Kombination der beiden zuvor genannten Bewegungsformen, wie es bei einem in Bezug auf 2 beschriebenen automatischen Positionieren des Röntgenstrahlers auf eine vorgesehene Halteposition zweckmäßig ist.

Während einer Rotationsangiographie befinden sich der Röntgenstrahler und der Röntgenempfänger in einem kreisförmigen Bewegungszustand mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, wobei entweder der Orbitalwinkel 49 oder der Angulationswinkel 51 variiert wird und der jeweils andere, dementsprechend konstante Winkel besonders leicht bei der Bestimmung der Resonanzfrequenz bzw. bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung berücksichtigt werden kann. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens auf diese Röntgenuntersuchung ermöglicht eine in Hinblick auf ein Erstellen eines scharfen und störungsfreien dreidimensionalen Röntgenbildes besonders vorteilhafte schwingungsfreie Rotationsbewegung mit einer dennoch besonders hohen Rotationsgeschwindigkeit. Oblicherweise werden bei der Rotationsangiographie – wie bei der Angiographie mit der Schrittverschiebung – ein erster Durchgang ohne und ein zweiter Durchgang mit Kontrastmittel durchgeführt und mittels Digitaler Subtraktionsangiographie ein Differenzbild mit einer Abbildung nur der Gefäße erzeugt. Die Schwingung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers würde dazu führen, dass die jeweilige tatsächliche Bewegungs führung in den beiden Durchgängen voneinander abweichen und somit bei der Differenzbildung Bildstörungen erzeugt werden.
Bei allen zuvor genannten Röntgenuntersuchungssystemen 15, 31 und 43 ist es zweckmäßig vorgesehen, eine unterschiedliche Ausstattung, welche die jeweils bewegten Systemkomponenten in ihrer Gewichtsverteilung verändert, bei dem Ermitteln der Soll-Bewegungsführung zu berücksichtigen.
Die Erfindung lässt sich grundsätzlich wie folgt zusammenfassen: Um auf einfache Weise mit einem hinsichtlich seiner Halteposition durch ein Antriebsmittel bewegbaren Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers eines Röntgenuntersuchungssystems trotz eines zu einer Schwingung mit einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen Resonanzfrequenz anregbaren Systemaufbaus eine Röntgenuntersuchung schnell durchführen und dabei ein scharfes Röntgenbild erstellen zu können, ist es nach dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren vorgesehen, zumindest eine von der jeweiligen Halteposition abhängige, für die Resonanzfrequenz relevante Größe zu erfassen, eine einer Anregung der Schwingung entgegenwirkende Soll-Bewegungsführung zum Erreichen eines für die Röntgenuntersuchung vorgesehenen Bewegungszustandes des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers in Abhängigkeit von der zumindest einen jeweiligen Größe zu ermitteln und die Bewegungsführung des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers durch das Antriebsmittels entsprechend der Soll-Bewegungsführung zu steuern.

Claims

Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung eines mithilfe eines Antriebsmittels (10) hinsichtlich seiner Halteposition bewegbaren, dabei zu einer Schwingung mit einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen Resonanzfrequenz (5) anregbaren Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) eines Röntgenuntersuchungssystems (15 bzw. 31 bzw. 43) umfassend folgende Schritte: – Erfassen von zumindest einer von der jeweiligen Halteposition abhängigen, für die Resonanzfrequenz (5) relevanten Größe; – Ermitteln (3) einer Soll-Bewegungsführung (4) zum Erreichen eines für eine Röntgenuntersuchung in der Halteposition vorgesehenen Bewegungszustandes (2) des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) in Abhängigkeit von der zumindest einen jeweiligen Größe, derart dass die Schwingung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) mit der Resonanzfrequenz (5) im dem vorgesehenen Bewegungszustand (2) vermieden wird; – Steuern der Bewegungsführung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) durch das Antriebsmittel (10) entsprechend der Soll-Bewegungsführung (4).
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Größe in Form von zumindest einer durch eine Messung erfassbaren Messgröße (1) vorgesehen ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Größe in Form von zumindest einer aus einer Bewegungssteuerung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) erfassbaren Steuerungsgröße vorgesehen ist.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–3 in Anwendung auf ein Röntgenuntersuchungssystem (15) mit einem in einer horizontalen Ebene verschiebbaren, vertikal ausgerichteten Teleskopstativ (21) mit einem auf unterschiedliche Ausfahrlängen vertikal ausfahrbaren Teleskopende als Hal teposition für den Röntgenstrahler (27) und/oder Röntgenempfänger (35), wobei dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) einer horizontalen Verschiebeposition des Teleskopstativs (21) die jeweilige Ausfahrlänge (22) als Größe zugrunde liegt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, wobei der Röntgenstrahler (27) und/oder Röntgenempfänger (35) an dem Teleskopende in seiner Ausrichtung auf unterschiedliche Verkippungswinkel (30) verkippbar ist und dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) der jeweilige Verkippungswinkel (30) als weitere Größe zugrunde liegt.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–3 in Anwendung auf ein Röntgenuntersuchungssystem mit einem Obertisch- oder Untertisch-Fluoroskopiegerät (31) mit einem in unterschiedliche Verkippungswinkel (32) verkippbaren Patiententisch (33) und mit je einer unterhalb bzw. oberhalb des Patiententisches (33) angeordneten, jeweils längsverschiebbaren Halteposition für den Röntgenstrahler (27) einerseits und den Röntgenempfänger (35) andererseits, wobei dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) der Haltepositionen der jeweilige Verkippungswinkel (32) als Größe zugrunde liegt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die oberhalb des Patiententisches (33) angeordnete Halteposition in unterschiedliche Abstände (37) zu dem Patiententisch (33) höhenverschiebbar ist und dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) der jeweilige Abstand (37) zu dem Patiententisch (33) als weitere Größe zugrunde liegt.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–3 in Anwendung auf ein Röntgenuntersuchungssystem (43) mit einem C-Bogenstativ (47) mit einem in unterschiedliche Orbitalwinkel (49) und/oder Angulationswinkel (51) rotierbaren C-Bogenhaltearm (52) zur Halterung des Röntgenstrahlers (27) und des Röntgenempfängers (35), wobei dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) des C-Bogenhaltearms (52) der jeweilige Orbitalwinkel (49) und/oder Angulationswinkel (51) als Größen zugrunde liegt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das C-Bogenstativ (47) in unterschiedliche Verschiebeweiten (46) horizontal verschiebbar ist und die Soll-Bewegungsführung (4) hinsichtlich eines horizontalen Verschiebens des C-Bogenstativs (47) ermittelt wird.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–9 in Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung mit einem diesem vorhergehenden automatischen Positionieren des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) auf eine für die Röntgenuntersuchung vorgesehene Halteposition und mit einem Bewegungszustand (2) in Form eines während der Röntgenuntersuchung andauernden Verbleibs in der vorgesehenen Halteposition.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4–7 in Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Planigraphieverfahren mit einem gradlinigen Bewegungszustand (2) mit einer konstanten Geschwindigkeit.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6–9 in Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Angiographieverfahren mit einer Schrittverschiebung des Röntgenstrahlers (27) und/oder Röntgenempfängers (35) auf verschiedene, vorgesehene Haltepositionen und mit einem Bewegungszustand (2) in Form eines jeweiligen, vorübergehenden Verbleibs in eine der Haltepositionen.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 8 und/oder 9 in Anwendung auf eine Röntgenuntersuchung gemäß einem Rotationsangiographieverfahren mit einem kreisförmigen Bewegungszustand (2) mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–13, wobei eine Zuordnung der Resonanzfrequenz (5) zu der jeweili gen zumindest einen Größe basierend auf einer vorbetrieblichen Testreihe gespeichert und zum Bestimmen der jeweiligen Resonanzfrequenz (5) im betriebsmäßigen Einsatz abgerufen wird.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–14, wobei dem Ermitteln (3) der Soll-Bewegungsführung (4) ein zur Steuerung des Antriebsmittels (10) vorgesehener Regelkreis (7) nachgeschaltet ist und dessen, insbesondere die Resonanzfrequenz (5) verschiebende, Dämpfungswirkung bei dem Ermitteln (3) berücksichtigt wird.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–15, wobei zunächst eine Versuchs-Bewegungsführung zum Erreichen des vorgesehenen Bewegungszustandes (2) ohne eine Vermeidung der Schwingung und anschließend aus dieser Versuchs-Bewegungsführung durch eine Anwendung eines die Schwingung verhindernden Filters in Abhängigkeit von der zumindest einen jeweiligen Größe die Soll-Bewegungsführung (4) ermittelt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 16, wobei die Soll-Bewegungsführung (4) unter Verwendung eines Input-Shaping-Verfahrens ermittelt wird.
Steuerungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–15, wobei die Soll-Bewegungsführung (4) unter Verwendung eines Ruckbegrenzungsverfahrens ermittelt wird.