DE102013210543A1

DE102013210543A1 - Anordnung und Verfahren zur Ermittlung einer Verschiebeposition oder eines Verschiebewegs eines Blendenelements einer Tiefenblende

Info

Publication number: DE102013210543A1
Application number: DE201310210543
Authority: DE
Inventors: Markus Grüner; Franz Dirauf; Wolfgang Lingl; Andreas Pietruschka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Die Erfindung gibt eine Anordnung mit mindestens einem bewegbaren Blendenelement (2) für eine Tiefenblende (1) eines Röntgenbildgebungsgeräts an, wobei die Anordnung eine in dem Blendenelement (2) ausgebildete oder an dem Blendenelement (2) angeordnete Kodiermarkeneinheit (3) umfasst, die eine Verschiebeposition oder einen Verschiebeweg des Blendenelements (2) erfassbar macht. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine mit der Kodiermarkeneinheit (3) in Wirkverbindung stehende Erfassungseinheit (4), die mittels Lichtwellen (7) die Verschiebeposition und/oder den Verschiebeweg ermittelt. Die Kodiermarkeneinheit (3) weist erste und zweite Markenelemente (5, 6) auf, die unterschiedlich ausgebildet und dadurch eindeutig unterscheidbar sind. Die Erfindung gibt auch ein Röntgenbildgebungsgerät mit dieser Anordnung und ein zugehöriges Verfahren an. Die Erfindung hat den Vorteil, schnell und auf einfache und robuste Weise die Verschiebeposition und den Verschiebeweg eines Blendenelements (2) zu bestimmen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem bewegbaren Blendenelement einer Tiefenblende eines Röntgenbildgebungsgeräts, ein Röntgenbildgebungsgerät mit einem Blendenelement und ein Verfahren zur Ermittlung einer Verschiebeposition oder eines Verschiebewegs eines Blendenelements einer Tiefenblende.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Röntgenbildgebung kommen Tiefenlenden zur Röntgenstrahlbegrenzung zum Einsatz. Mit Hilfe von Blendenelementen der Tiefenblende aus Blei oder einem anderen die Röntgenstrahlung absorbierenden Material, die hintereinander geschaltet angeordnet sind, wird das Röntgenstrahlenbündel begrenzt und extrafokale Röntgenstrahlung absorbiert. Es wird zwischen Bleiblenden zur Nutzstrahlenbündelung und zur Feldbegrenzung unterschieden. Daher bewirken die Tiefenblenden neben der Reduktion der Strahlenbelastung des Patienten eine Verbesserung der Bildqualität. Zusätzlich werden auch Filter aus beispielsweise Kupfer im Strahlengang positioniert, um das Strahlenspektrum zu optimieren.
Eine im Röhrengehäuse eingebaute Lichtquelle und ein für Röntgenstrahlen durchlässiger Spiegel ermöglichen den Bedienern bei der Einstellung einer Röntgenaufnahme die Kontrolle der direkten korrekten Verwendung der Tiefenblenden bis an den Rand des Objekts.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 009 897 A1 offenbart eine Tiefenblende eines Röntgendiagnostikgerätes mit einem zum Durchtritt eines Röntgenstrahlenbündels vorgesehenen Gehäuse, mit in diesem zur Begrenzung des Röntgenstrahlenbündels angeordneten Blendenplatten, sowie mit einer Lichtquelle und einem Spiegel zur Markierung des Röntgenstrahlenbündels mit sichtbarem Licht. Mehrere Blendenplatten sind in Strahlungsrichtung des Röntgenstrahlenbündels vor dem Spiegel und hinter dem Spiegel angeordnet, wobei die einzelnen Blendenplatten jeweils in Einblendebenen angeordnet sind, die zumindest annähernd normal zur Strahlungsrichtung des Röntgenstrahlenbündels ausgerichtet sind.
Die Bewegung der Blendenplatten erfolgt in der Regel durch einen Schrittmotor. Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor, bei dem der Rotor durch ein gesteuertes schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen minimalen Winkel (= Schritt) oder sein Vielfaches gedreht werden kann.
Wird ein Schrittmotor durch ein externes Lastmoment oder durch die anzutreibende Masse beim starken Beschleunigen beziehungsweise Verzögern überlastet (d. h. Lastmoment > Motormoment), kann der Rotor dem Drehfeld nicht mehr folgen. Es werden Schritte übersprungen, und die Information über die aktuelle Position des Rotors geht verloren. Bei diesem sogenannten Schrittverlust bzw. Schrittfehler springt der Motor in die vorherige oder nächste Position gleicher Phase zurück. Durch die mechanische Bewegungsenergie (Trägheit) kommt es bei rasch bewegten Magnetfeldern meist zu einer Serie von verlorenen Schritten. Auftretende Schrittverluste summieren sich und führen so zu einer ungenauen Positionierung.
Aus der Patentschrift EP 0 885 375 B1 ist bekannt, Verschiebewege und Positionen eines Linearantriebs mit magnetoresistiven Sensoren zu erfassen, um beispielsweise Schrittverluste zu erkennen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur schnellen, einfachen und genauen Ermittlung einer Verschiebeposition oder eines Verschiebewegs eines Blendenelements einer Tiefenblende anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Anordnung, dem Röntgenbildgebungsgerät und dem Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, die Blendenplatten einer Tiefenblende eines Röntgenbildgebungsgeräts derart mit unterschiedlich ausgebildeten Kodiermarken/Referenzmarken zu versehen, so dass mittels Sensoren die aktuelle Verschiebeposition der Blendenplatte schnell ermittelbar ist und etwaige Schrittverluste eines die Blendenplatten bewegenden Schrittmotors erkennt werden und gegebenenfalls korrigierbar sind.
Die Erfindung beansprucht eine Anordnung mit mindestens einem bewegbaren Blendenelement für eine Tiefenblende eines Röntgenbildgebungsgeräts. Die Anordnung umfasst eine in dem Blendenelement ausgebildete oder an dem Blendenelement angeordnete Kodiermarkeneinheit, die eine Verschiebeposition und/oder einen Verschiebeweg des Blendenelements erfassbar macht, und eine mit der Kodiermarkeneinheit in Wirkverbindung stehende Erfassungseinheit, die die Verschiebeposition und/oder den Verschiebeweg ermittelt. Die Kodiermarkeneinheit umfasst abwechselnd angeordnete erste und zweite Markenelemente, die jeweils individuell ausgebildet sind uns sich voneinander eindeutig unterscheiden. Die Erfindung hat den Vorteil, rasch und auf einfache und robuste Weise die Verschiebeposition und den Verschiebeweg eines Blendenelements zu bestimmen.
In einer weiteren Ausbildung können die ersten und die zweiten Markenelemente kammartig angeordnet sein.
Des Weiteren können die ersten und die zweiten Markenelemente unterschiedlich breit sein oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
In einer Weiterbildung kann die Erfassungseinheit eine optische sein, deren Lichtwellen mit den ersten und zweiten Markenelementen in Wechselwirkung treten, beispielweise von diesen reflektiert oder durchgelassen werden.
In einer weiteren Ausführungsform können die ersten Markenelemente ein von den zweiten Markenelementen unterschiedliches Reflexions- und/oder Transmissionsverhalten aufweisen.
Bevorzugt kann die optische Erfassungseinheit als Lichtschranke ausgebildet sein, die Lichtwellen erzeugt und empfängt.
Bevorzugt kann die Anordnung mindestens einen Schrittmotor umfassen, der das Blendenelement verschiebt.
In einer Weiterbildung kann eine mit dem Schrittmotor elektrisch verbundene Steuereinheit vorhanden sein, die aus dem ermittelten Verschiebeweg und/oder der ermittelten Verschiebeposition einen Schrittverlust, auch Schrittfehler genannt, des Schrittmotors ermittelt.
Die Erfindung beansprucht auch ein Röntgenbildgebungsgerät mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Erfindung beansprucht außerdem ein Verfahren zur Ermittlung einer Verschiebeposition und/oder eines Verschiebewegs mindestens eines Blendenelements einer Tiefenblende eines Röntgenbildgebungsgeräts, wobei eine Erfassungseinheit mit in einer an dem Blendenelement angeordneten oder in dem Blendenelement ausgebildeten Kodiermarkeneinheit ausgebildeten, abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Markenelementen in Wechselwirkung treten und aus der Wechselwirkung die Verschiebeposition und/oder der Verschiebeweg ermittelt werden, wobei die ersten und die zweiten Markenelemente jeweils unterschiedlich ausgebildet und voneinander eindeutig unterscheidbar sind.
In einer Weiterbildung kann aus dem ermittelten Verschiebeweg und/oder der Verschiebeposition ein Schrittverlust eines das Blendenelement bewegenden Schrittmotors ermittelt werden.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: den Aufbau eines Röntgenstrahlers mit einer Tiefenblende,
2: eine Kodiermarkeneinheit eines Blendenelements einer Tiefenblende,
3: ein Diagramm der durch eine Kodiermarkeneinheit modulierten Lichtwellen und
4: ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ermittlung einer Verschiebeposition oder eines Verschiebewegs eines Blendenelements einer Tiefenblende.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt einen Röntgenstrahler 10 mit einer Tiefenblende 1. Die Tiefenblende 1 besitzt einen Satz fokusnaher Blendenplatten 2, die vor allem der Unterdrückung von Extrafokalstrahlung dienen. Am Ausgang der Tiefenblende 1 befindet sich ein weiterer Satz von Blendenplatten 2, der die Breite des Halbschattensaums, der das Nutzstahlbündel 11 infolge der Ausdehnung des Brennflecks umgibt, klein hält. Die Blendensätze der Blendenplatten 2 sind miteinander gekoppelt, sodass das Bildfeld manuell oder motorisch – beispielsweise über nicht dargestellte Schrittmotoren – eingestellt werden kann.
Durch Projektion eines Lichtfeldes 12 auf einen nicht dargestellten Patienten werden Lage und Größe des Nutzstrahlenfeldes kontrolliert (= Lichtvisier). Zu diesem Zweck befindet sich seitlich im Blendgehäuse 14 eine Lampe 13, deren Lichtfeld 12 über einen im Röntgenstrahlengang befindlichen Spiegel 15 mit dem Strahlenfeld der Röntgenstrahlung 11 zur Deckung gebracht wird.
Zur Überwachung der Verschiebewege und Verschiebpositionen der Blendenplatten 2 sind in den Blendplatten 2 in 1 nicht sichtbare Kodiermarkeneinheiten 3 ausgebildet, die von Erfassungseinheiten 4 ausgewertet werden.
2 zeigt eine Kodiermarkeneinheit 3 eines Blendenelements einer Tiefenblende und eine optische Erfassungseinheit 4 in Form einer Lichtschranke. Die Lichtschranke 4 gibt durch ein Leuchtmittel 16 Lichtwellen 7 ab, die von einem Empfänger 17 der Lichtschranke 4 empfangen, in elektrische Signale umgewandelt und anschließend ausgewertet werden.
Die Kodiermarkeneinheit 3 ist kammförmig ausgebildet, wobei erste Markenelemente 5 die Zähne und zweite Markenelemente 6 die Lücken der Kodiermarkeneinheit 3 bilden. Die ersten Markenelemente 5 unterscheiden sich dadurch in ihrer Transmissionseigenschaft für Lichtwellen von den zweiten Markenelementen 6. Die ersten Markenelemente 5 blockieren die Lichtwellen, wohingegen die zweiten Markenelemente 6 die Lichtwellen ungehindert passieren lassen.
Die Breiten der jeweiligen ersten und zweiten Markenelemente 5, 6 sind unterschiedlich groß, sodass aus dem Abstand der Flanken auf die Verschiebeposition geschlossen werden kann. Nach einem Kalibriervorgang eines mit der Kodiermarkeneinheit 3 verbundenen Schrittmotors, der ermittelt, wie viele Schritte der Schrittmotor zum Verschieben der Kodiermarkeneinheit 3 um jedes erste und zweite Markenelement 5, 6 braucht, kann festgestellt werden, ob bei einer Verschiebung der Kodiermarkeneinheit 3 im laufenden Betrieb einer Tiefenblende Schrittverluste auftreten.
3 zeigt ein mit 2 korrespondierendes Diagramm des Ausgangssignals der Lichtschranke 4 in Abhängigkeit der zurückgelegten Wegstrecke eines Blendenelements. Auf der x-Achse ist der Weg s in mm aufgetragen, auf der y-Achse die normierte Amplitude A mit den zwei Werten „0“ und „1“, wobei der Wert „0“ „kein Licht“ und der Wert „1“ „Licht erfasst“ bedeutet. Zu erkennen ist, dass die Breiten der Lichtsignale (= Signale mit Wert „1“) gleich der Breiten der ersten Markenelemente und die Breiten der Lücken (= Signale mit Wert „0“) gleich der Breiten der zweiten Markenelemente sind.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ermittlung einer Verschiebeposition oder eines Verschiebewegs eines Blendenelements 2 einer Tiefenblende sowie zum Erkennen von Schrittverlusten eines das Blendenelement 2 verschiebenden Schrittmotors 8. Mit Hilfe des Schrittmotors 8 lässt sich über eine Spindel 18 das Blendenelement 2 in Richtung des Doppelpfeils 19 verschieben. Mit dem Blendenelement 2, beispielsweise mit einer Bleiplatte, ist eine Kodiermarkeneinheit 3 gemäß 2 fest verbunden, so dass sich die Kodiermarkeneinheit 3 zusammen mit dem Blendenelement 2 bewegen lässt.
Mit Hilfe einer optischen Erfassungseinheit 4, beispielweise eine Lichtschranke, können die nicht dargestellten ersten und zweiten Markenelemente der Kodiermarkeneinheit 3 erfasst werden. Das Ausgangssignal der optischen Erfassungseinheit 4 wird an eine Steuereinheit 9 übertragen. Die Steuereinheit 9 steuert auch den Schrittmotor 8 an, indem beispielsweise die Anzahl der zu drehenden Schritte übertragen werden. Infolge von Abnützung und Verschleiß der Spindel 18, des Schrittmotors 8 oder anderer mechanischer Teilen kann es zu Schrittverlusten des Schrittmotors 8 kommen, die durch die Erfassung der Verschiebeposition bzw. des Verschiebewegs der Kodiermarkeneinheit 3 durch die Steuereinheit 9 erkannt wird.
Die Schrittverluste können auf diesem Wege auch korrigiert werden, da ja durch die Kodiermarkeneinheit 3 eine exakte Positionsbestimmung möglich ist. Je größer die Auflösung (= mehr Information) der Kodiermarkeneinheit 3 ausgebildet ist, umso genauer kann die Steuereinheit 9 den Schrittmotor 8 führen.
Dadurch dass über den gesamten Verschiebeweg des Blendenelements 2 erste und zweite Markenelemente in verschiedenen Abständen angebracht sind, können diese durch eine Referenzfahrt des Blendenelements 2 ermittelt und festen Positionen auf dem Verschiebeweg zugeordnet werden, indem die Einzelschritte des Schrittmotors 8 zwischen den ersten und zweiten Markenelementen erfasst werden. Die Steuereinheit 9 ist dann in der Lage, bei jeder Fahrt des Blendenelements 2 die erwarteten ersten und zweiten Markenelemente bis zum Ziel zu überprüfen. So kann auf eventuell auftretende Schrittverluste reagiert und diese in Echtzeit korrigiert werden.
Bei einer Initialisierung des Antriebs nach einem Einschalten ist es nicht mehr erforderlich, die ganze Wegstecke abzufahren, um die ersten oder zweiten Markenelemente zu suchen. Es genügt lediglich den Anfang und das Ende eines ersten oder zweiten Markenelements zu finden, um diese eindeutig einer Verschiebeposition auf der Wegstrecke zuordnen zu können.
Es kann auch die Wegstrecke in einer Art Diagnosemodus mit einem verminderten Schrittmotorstrom abgefahren werden, um Schrittverluste zu provozieren. Die Anzahl der auftretenden Schrittverluste in Bezug auf die Größe des eingestellten Motorstroms kann dazu verwendet werden, eine Aussage über die Schwergängigkeit der Spindel 18 oder anderer Achsen zu machen. Durch einen Vergleich der Schergängigkeit über die Lebensdauer kann zusätzlich eine Aussage über den Verschleißgrad der Achsen und der Ausfallwahrscheinlichkeit getroffen werden.
Neben einer translatorischen Verschiebung der Blendenelemente ist es auch möglich, diese rotierbar anzuordnen. Außerdem können die zweiten Markenelemente als Löcher ausgebildet sein, wobei die ersten Markenelemente die Stege zwischen den Löchern bilden.
Anstelle einer optischen Erfassung mittels einer Lichtschranke sind kapazitive, magnetische oder akustische Erfassungen ebenfalls möglich.
Bezugszeichenliste

1: Tiefenblende
2: Blendenelement / Blendenplatte
3: Kodiermarkeneinheit
4: optische Erfassungseinheit / Lichtschranke
5: erstes Markenelement
6: zweites Markenelement
7: Lichtwelle
8: Schrittmotor
9: Steuereinheit
10: Röntgenstrahler
11: Röntgenstrahlung / Nutzstrahlbündel
12: Lichtfeld
13: Lampe
14: Blendengehäuse
15: Spiegel
16: Leuchtmittel
17: Empfänger
18: Spindel
19: Verschieberichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004009897 A1 [0004]
EP 0885375 B1 [0007]

Claims

Anordnung mit mindestens einem bewegbaren Blendenelement (2) für eine Tiefenblende (1) eines Röntgenbildgebungsgeräts, gekennzeichnet durch: – eine in dem Blendenelement (2) ausgebildete oder an dem Blendenelement (2) angeordnete Kodiermarkeneinheit (3), die ausgebildet ist, eine Verschiebeposition und/oder einen Verschiebeweg des Blendenelements (2) erfassbar zu machen, – eine mit der Kodiermarkeneinheit (3) in Wirkverbindung stehende Erfassungseinheit (4), die ausgebildet ist, die Verschiebeposition und/oder den Verschiebeweg zu ermitteln, und – in der Kodiermarkeneinheit (3) ausgebildete abwechselnd angeordnete erste und zweite Markenelemente (5, 6), die ausgebildet sind, mit der Erfassungseinheit (4) in Wechselwirkung zu treten, – wobei die ersten und die zweiten Markenelemente (5, 6) jeweils individuell ausgebildet und voneinander eindeutig unterscheidbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Markenelemente (5, 6) kammartig angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Markenelemente (5, 6) unterschiedlich breit sind oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (4) eine optische ist und mittels Lichtwellen (7) in Wirkverbindung mit der Kodiermarkeneinheit (3) steht.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Markenelemente (5) ein von den zweiten Markenelementen (6) unterschiedliches Reflexions- und/oder Transmissionsverhalten aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch: – mindestens eine Lichtschranke in der optischen Erfassungseinheit (4), die ausgebildet ist, die Lichtwellen (7) zu erzeugen und zu empfangen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: – mindestens einen Schrittmotor (8), der ausgebildet ist, das Blendenelement (2) zu verschieben.
Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch: – eine mit dem Schrittmotor (8) elektrisch verbundene Steuereinheit (9), die ausgebildet ist, aus dem ermittelten Verschiebeweg und/oder der ermittelten Verschiebeposition einen Schrittverlust des Schrittmotors (8) zu ermitteln.
Röntgenbildgebungsgerät mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Ermittlung einer Verschiebeposition und/oder eines Verschiebewegs mindestens eines Blendenelements (2) einer Tiefenblende (1) eines Röntgenbildgebungsgeräts, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinheit (4) mit in einer an dem Blendenelement (2) angeordneten oder in dem Blendenelement ausgebildeten Kodiermarkeneinheit (3) ausgebildeten, abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Markenelementen (5, 6) in Wechselwirkung treten und aus der Wechselwirkung die Verschiebeposition und/oder der Verschiebeweg ermittelt werden, wobei die ersten und die zweiten Markenelemente (5, 6) jeweils unterschiedlich ausgebildet und voneinander eindeutig unterscheidbar sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ermittelten Verschiebeweg und/oder der Verschiebeposition ein Schrittverlust eines das Blendenelement (2) bewegenden Schrittmotors (8) ermittelt wird.