DE102013219745A1 - An imaging device with a rotatable, positionable component and method for positioning a rotatable, positionable component of an imaging device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine bildgebende Vorrichtung (10) mit rotierbarer, positionierbarer Komponente (50), umfassend eine Rechen- und Steuereinrichtung (44), wenigstens ein Rotationsmittel (52) zur Rotation der beweglichen Komponente (50) um eine Drehachse (54) und wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensor (56). Der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor (56) ist an der rotierbaren Komponente (50) anordbar. Der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor (56) ist dazu ausgelegt, einen Absolutrotationswinkel (78) bezüglich einer Absolutrotationswinkelsensorachse (58) des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors (56) zu bestimmen und den Absolutrotationswinkel (78) der Rechen- und Steuereinrichtung (44) zur Verfügung zu stellen. Die Rechen- und Steuereinrichtung (44) ist dazu ausgelegt, den Absolutrotationswinkel (78) und einen vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel (76) entgegen zu nehmen und das wenigstens eine Rotationsmittel (52) so anzusteuern, dass der Absolutrotationswinkel (78) dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel (76) entspricht. Weiter beschreibt die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren (1) zur Positionierung einer rotierbaren, positionierbaren Komponente (50) einer bildgebenden Vorrichtung.The present invention describes an imaging device (10) with a rotatable, positionable component (50), comprising a computing and control device (44), at least one rotation means (52) for rotating the movable component (50) about a rotation axis (54) and at least one absolute rotation angle sensor (56). The at least one absolute rotation angle sensor (56) can be arranged on the rotatable component (50). The at least one absolute rotation angle sensor (56) is configured to determine an absolute rotation angle (78) with respect to an absolute rotation angle sensor axis (58) of the at least one absolute rotation angle sensor (56) and provide the absolute rotation angle (78) to the computing and control device (44). The arithmetic and control device (44) is designed to receive the absolute rotation angle (78) and a predefinable target absolute rotation angle (76) and to control the at least one rotation means (52) such that the absolute rotation angle (78) corresponds to the predefinable target absolute rotation angle (76). equivalent. Furthermore, the present invention describes a corresponding method (1) for positioning a rotatable, positionable component (50) of an imaging device.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bildgebende Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Positionierung einer rotierbaren, positionierbaren Komponente einer bildgebenden Vorrichtung. The present invention relates to an imaging device with a rotatable, positionable component. Moreover, the present invention relates to a corresponding method for positioning a rotatable, positionable component of an imaging device.
Heutige bildgebende Vorrichtungen, wie Röntgenanlagen, sollen im Allgemeinen für verschiedenste Aufnahmesituationen einsetzbar sein. So soll beispielsweise mit einem einzigen Gerät eine Knöchelfraktur, genauso wie ein Thorax aufgenommen werden können, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, dass Komponenten der bildgebenden Vorrichtung, insbesondere im Falle einer Röntgenanlage eine Röntgenstrahlenquelle und ein Röntgenbilddetektor, in nahezu beliebige Lagen verfahrbar sein müssen. Bei deckengebundenen Radiographie-Anlagen und Fluoroskopie-Anlagen können dazu Röntgenstrahler und Bilddetektoren zusätzlich zu den drei translatorischen Raumrichtungen, X, Y und Z, mit Hilfe von beispielsweise Nabenmotoren um die drei Rotationswinkel, RTA, RVA und RHA, positioniert werden. Zur Drehwinkelerfassung kommen hier Sensoren oder Geber direkt am Abtrieb der jeweiligen Achse zum Einsatz. Bedingt durch die Massen von Strahler oder Detektor, können sich tragende Bauteile verformen. Die Verformung wiederum führt zu Winkelabweichungen, d.h. ein Strahler oder ein Detektor weist nach einer Positionierung eine falsche Neigung auf, wodurch zum Beispiel Röntgenstrahlung nicht zur Gänze auf den Bilddetektor trifft und ein Patient unnötig durch Strahlung belastet wird. Diese Winkelabweichungen können derzeit nur durch aufwändiges Justieren reduziert werden. Beim derzeitigen Stand der Technik gibt es in den Deckenstativen keine einfache Möglichkeit, Verformungen und damit verbundene Positionsungenauigkeiten zu korrigieren. Beispielsweise wurde mit unbefriedigendem Erfolg versucht, über Messreihen eine Verformung eines Rohrsatzes, der in Richtung einer vertikalen Achse verläuft, an einem Strahlerstativ zu ermitteln, um dadurch Ausgleichsmechanismen einzuführen. Today's imaging devices, such as X-ray systems should generally be used for a variety of recording situations. Thus, for example, an ankle fracture, just like a thorax, can be recorded with a single device, which results in the necessity that components of the imaging device, in particular in the case of an X-ray system, an X-ray source and an X-ray image detector, must be movable in almost any position. In the case of ceiling-mounted radiography systems and fluoroscopy systems, X-ray emitters and image detectors can be positioned in addition to the three translatory spatial directions, X, Y and Z, with the aid of, for example, hub motors around the three rotation angles, RTA, RVA and RHA. For detecting the angle of rotation, sensors or encoders are used directly at the output of the respective axis. Due to the mass of radiator or detector, load bearing components may deform. The deformation in turn leads to angular deviations, i. a radiator or a detector has a wrong inclination after positioning, whereby, for example, X-ray radiation does not strike the image detector completely and a patient is unnecessarily exposed to radiation. These angular deviations can currently only be reduced by complex adjustment. In the current state of the art, there is no easy way to correct deformations and associated position inaccuracies in the ceiling tripods. For example, it has been attempted with unsatisfactory success, to determine a series of measurements of a tube set, which runs in the direction of a vertical axis, on a radiator tripod, thereby introducing compensation mechanisms.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine bildgebende Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente anzugeben, bei der die rotierbare Komponente genauer ausrichtbar ist, als bei bisher bekannten bildgebenden Vorrichtungen. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Positionierung einer rotierbaren, positionierbaren Komponente einer bildgebenden Vorrichtung anzugeben. The object of the present invention is therefore to specify an imaging device with a rotatable, positionable component in which the rotatable component can be aligned more accurately than in previously known imaging devices. It is a further object of the present invention to specify a corresponding method for positioning a rotatable, positionable component of an imaging device.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer bildgebenden Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einem Verfahren zur Positionierung einer rotierbaren, positionierbaren Komponente einer bildgebenden Vorrichtung mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben. The invention solves this object with an imaging device with a rotatable, positionable component having the features of the first independent patent claim and a method for positioning a rotatable, positionable component of an imaging device with the features of the second independent claim. Advantageous embodiments are described in subclaims.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist eine bildgebende Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente. Die bildgebende Vorrichtung umfasst eine Rechen- und Steuereinrichtung, wenigstens ein Rotationsmittel zur Rotation der beweglichen Komponente um eine Drehachse und wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensor. Der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor ist an der rotierbaren Komponente anordbar. Der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor ist dazu ausgelegt, einen Absolutrotationswinkel bezüglich einer Absolutrotationswinkelsensorachse des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors zu bestimmen und den Absolutrotationswinkel der Rechen- und Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Die Rechen- und Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den Absolutrotationswinkel und einen vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel entgegen zu nehmen und das wenigstens eine Rotationsmittel so anzusteuern, dass der Absolutrotationswinkel dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel entspricht. A basic idea of the invention is an imaging device with a rotatable, positionable component. The imaging device comprises a computing and control device, at least one rotation means for rotating the movable component about an axis of rotation and at least one absolute rotation angle sensor. The at least one absolute rotation angle sensor can be arranged on the rotatable component. The at least one absolute rotation angle sensor is configured to determine an absolute rotation angle with respect to an absolute rotation angle sensor axis of the at least one absolute rotation angle sensor and to provide the absolute rotation angle of the calculation and control device. The arithmetic and control device is designed to counteract the absolute rotation angle and a predefinable target absolute rotation angle and to control the at least one rotation means in such a way that the absolute rotation angle corresponds to the predefinable target absolute rotation angle.
Dieser Grundgedanke der Erfindung beschreibt somit eine bildgebende Vorrichtung, z.B. ein Röntgengerät, mit mindestens einer Komponente, die zumindest durch eine Rotationsbewegung oder Drehbewegung positionierbar ist. Die Vorrichtung umfasst eine Rechen- und Steuereinrichtung, z.B. einen elektronischen Rechner und wenigstens ein an sich bekanntes Rotationsmittel, wie z.B. einen elektrischen Nabenmotor oder einen Elektromotor mit Getriebe. Mit Hilfe des Rotationsmittels kann die bewegliche Komponente um eine Drehachse um einen Drehwinkel oder Rotationswinkel gedreht oder rotiert werden. Dazu sendet die Rechen- und Steuereinrichtung entsprechende Signale, z.B. in Form eines elektrischen Stromes an das Rotationsmittel. Die Vorrichtung umfasst weiter wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensor. Der Absolutrotationswinkelsensor ist an der rotierbaren Komponente anordbar oder angeordnet und er ist in der Lage, einen Absolutrotationswinkel bezüglich einer Absolutrotationswinkelsensorachse des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors zu bestimmen oder zu messen. Unter der Absolutrotationswinkelsensorachse wird die Achse des Absolutrotationswinkelsensors verstanden, die sich bei einer Bewegung des Absolutrotationswinkelsensors mit dem Absolutrotationswinkelsensor bewegt. Der Absolutrotationswinkel kann durch zwei Strahlen, den Schenkeln des Absolutrotationswinkels, die in einer Ebene des Raumes liegen, definiert werden. Die Ebene steht senkrecht zu der Absolutrotationswinkelsensorachse und schneidet die Absolutrotationswinkelsensorachse in einem vorgebbaren Punkt, dem Scheitelpunkt des Absolutrotationswinkels. Der erste Schenkel des Absolutrotationswinkels liegt in der beschriebenen Ebene, beginnt im Scheitelpunkt und verläuft in einer vorgebbaren, mit der rotierbaren, positionierbaren Komponente verknüpften, Richtung. Der zweite Schenkel des Absolutrotationswinkels liegt ebenfalls in der beschriebenen Ebene, beginnt im Scheitelpunkt und verläuft in einer vorgebbaren, mit einem Inertialsystem der bildgebenden Vorrichtung verknüpften, Richtung. Dies bedeutet, der Absolutrotationswinkel ist bestimmt durch eine Drehung eines lokalen Koordinatensystems der rotierbaren, positionierbaren Komponente und einem als unbeweglich angenommenen Koordinatensystem oder Bezugskoordinatensystem der bildgebenden Vorrichtung. Der Absolutrotationswinkel wird der Rechen- und Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt. Die Rechen- und Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den Absolutrotationswinkel entgegen zu nehmen, zu laden oder zu empfangen, beispielsweise durch eine geeignete Schnittstelle zu dem Absolutrotationswinkelsensor. Weiter ist die Rechen- und Steuereinrichtung in der Lage, einen vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel entgegen zu nehmen, beispielsweise durch eine Benutzereingabe an einer Tastatur, um sodann das Rotationsmittel derart anzusteuern, dass der Absolutrotationswinkel mit dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel übereinstimmt. Dazu können an sich bekannte Verfahren der Regelungstechnik angewendet werden. Ein Vorteil des beschriebenen Grundgedankens der erfindungsgemäßen bildgebenden Vorrichtung besteht darin, dass der betrachtete Rotationswinkel nicht in einem Bezugssystem des Rotationsmittels gemessen wird, sondern relativ zu dem unbewegten Bezugssystem der bildgebenden Vorrichtung. Verformungen, die zu einer Verfälschung eines im lokalen Bezugssystem gemessenen Rotationswinkels führen können, haben keinen Einfluss auf den Absolutrotationswinkel. This basic concept of the invention thus describes an imaging device, for example an X-ray device, with at least one component which can be positioned at least by a rotational movement or rotational movement. The device includes a computing and control device, such as an electronic computer and at least one known rotation means, such as an electric hub motor or an electric motor with gear. With the aid of the rotation means, the movable component can be rotated or rotated about a rotation axis by a rotation angle or rotation angle. For this purpose, the computing and control device sends corresponding signals, for example in the form of an electric current to the rotating means. The device further comprises at least one absolute rotation angle sensor. The absolute rotation angle sensor is disposable or disposable on the rotatable component, and is capable of determining or measuring an absolute rotation angle with respect to an absolute rotation angle sensor axis of the at least one absolute rotation angle sensor. The absolute rotation angle sensor axis is understood to mean the axis of the absolute rotation angle sensor which moves with the absolute rotation angle sensor when the absolute rotation angle sensor moves. The absolute rotation angle can be defined by two rays, the legs of the absolute rotation angle, which lie in one plane of the space. The plane is perpendicular to the absolute rotation angle sensor axis and intersects the absolute rotation angle sensor axis in one predefinable point, the vertex of the absolute rotation angle. The first leg of the absolute rotation angle lies in the plane described, begins at the vertex and runs in a predeterminable direction associated with the rotatable, positionable component. The second leg of the absolute rotation angle also lies in the plane described, begins at the vertex and runs in a predeterminable direction associated with an inertial system of the imaging device. That is, the absolute rotation angle is determined by rotation of a local coordinate system of the rotatable positionable component and a coordinate system or reference coordinate system of the imaging apparatus assumed to be immovable. The absolute rotation angle is provided to the arithmetic and control device. The computing and control device is configured to receive, load, or receive the absolute rotation angle, for example, through a suitable interface to the absolute rotation angle sensor. Furthermore, the arithmetic and control device is able to accept a predefinable Sollabsolredotationswinkel, for example by a user input on a keyboard to then control the rotation means such that the absolute rotation angle coincides with the predetermined Sollabsolredotationswinkel. For this purpose, known methods of control engineering can be used. An advantage of the described basic idea of the imaging device according to the invention is that the considered rotation angle is measured not in a frame of reference of the rotation means, but relative to the non-moving frame of reference of the imaging device. Deformations which can lead to a distortion of a rotation angle measured in the local reference frame have no influence on the absolute rotation angle.
Vorzugsweise umfasst die Rechen- und Steuereinrichtung ein mathematisches Positionsmodell. Das mathematische Positionsmodell beschreibt die mechanischen Eigenschaften der bildgebenden Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente und das mathematische Positionsmodell geht zusätzlich in die Ansteuerung des Rotationsmittels ein. The computing and control device preferably comprises a mathematical position model. The mathematical position model describes the mechanical properties of the imaging device with a rotatable, positionable component and the mathematical position model additionally enters into the control of the rotation means.
Mathematische Modelle beziehungsweise die Erstellung von mathematischen Modellen sind, z.B. aus der Regelungstechnik oder aus der Robotik, an sich bekannt. Das mathematische Positionsmodell ist dazu ausgelegt, die mechanischen Eigenschaften der bildgebenden Vorrichtung mit rotierbarer, positionierbarer Komponente zu beschreiben, d.h. insbesondere durch eine Modellierung der Geometrie der bildgebenden Vorrichtung und gegebenenfalls auch der mechanischen Eigenschaften, wie Verbiegungen aufgrund einer Flexibilität von mechanischen Komponenten. Neben dem gemessenen Absolutrotationswinkel und dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel geht das mathematische Positionsmodell zusätzlich in die Ansteuerung des Rotationsmittels ein. Durch die Einbeziehung des mathematischen Positionsmodells kann die Ansteuerung, beispielsweise durch eine Regelung, des Rotationsmittels genauer und schneller erfolgen, da Auswirkungen von Rotationsbewegungen des Rotationsmittels mit den Werkzeugen der Regelungstechnik prognostiziert werden können. Mathematical models or the creation of mathematical models are, e.g. from control engineering or from robotics, known per se. The mathematical positional model is designed to describe the mechanical properties of the rotatable positionable component imaging device, i. in particular by modeling the geometry of the imaging device and possibly also the mechanical properties, such as bending due to flexibility of mechanical components. In addition to the measured absolute rotation angle and the predefinable target absolute rotation angle, the mathematical position model additionally enters the control of the rotation means. By including the mathematical position model, the control, for example, by a control of the rotation means can be made more accurate and faster, since effects of rotational movements of the rotating means can be predicted with the tools of control technology.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die bildgebende Vorrichtung drei Rotationsmittel zur Rotation der beweglichen Komponente um drei Drehachsen und drei Absolutrotationswinkelsensoren. Die drei Absolutrotationswinkelsensoren sind paarweise unterschiedlich ausgerichtet. Die drei Absolutrotationswinkelsensoren sind dazu ausgelegt, drei Absolutrotationswinkel zu bestimmen und die Absolutrotationswinkel der Rechen- und Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Die Rechen- und Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Absolutrotationswinkel und drei vorgebbare Sollabsolutrotationswinkel entgegen zu nehmen und die Rotationsmittel so anzusteuern, dass die Absolutrotationswinkel den drei vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkeln entsprechen. In an advantageous development, the imaging device comprises three rotation means for rotating the movable component about three axes of rotation and three absolute rotation angle sensors. The three absolute rotation angle sensors are aligned differently in pairs. The three absolute rotation angle sensors are designed to determine three absolute rotation angles and to provide the absolute rotation angles of the computing and control device. The computing and control device is designed to take the absolute rotation angle and three predefinable Sollabsolredotationswinkel and to control the rotation means so that the absolute rotation angle correspond to the three predetermined Sollabsolredotationswinkeln.
In dieser Ausgestaltung ist die bewegliche Komponente der bildgebenden Vorrichtung mit Hilfe von drei Rotationsmitteln in der Lage, Rotationen oder Drehwinkeländerungen um deren drei Drehachsen durchzuführen. Vorzugsweise sind die drei Rotationsmittel paarweise unterschiedlich ausgerichtet, um Drehbewegungen um alle drei Raumachsen durchführen zu können. Zur genauen Positionierung umfasst die bildgebende Vorrichtung drei Absolutrotationswinkelsensoren, die paarweise unterschiedlich ausgerichtet sind, um so drei Absolutrotationswinkel bestimmen zu können und die drei Absolutrotationswinkel der Rechen- und Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Die Rechen- und Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die drei Absolutrotationswinkel und drei vorgebbare Sollabsolutrotationswinkel entgegen zu nehmen und die drei Rotationsmittel derart anzusteuern, dass die drei Absolutrotationswinkel den drei vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkeln entsprechen. Vorteilhaft berücksichtigt ein mathematisches Positionsmodell die drei Rotationsmittel und das mathematische Positionsmodell geht zusätzlich in die Ansteuerung der drei Rotationsmittels ein. In this embodiment, the movable component of the imaging device by means of three rotating means is able to perform rotations or rotational angle changes about the three axes of rotation. Preferably, the three rotation means are aligned differently in pairs in order to perform rotational movements about all three spatial axes can. For accurate positioning, the imaging device comprises three absolute rotation angle sensors, which are aligned in pairs differently, so as to be able to determine three absolute rotation angles and to provide the three absolute rotation angles of the computing and control device. The computing and control device is designed to take the three absolute rotation angles and three predefinable target absolute rotation angles and to control the three rotation means in such a way that the three absolute rotation angles correspond to the three predefinable target absolute rotation angles. Advantageously, a mathematical position model takes into account the three rotation means, and the mathematical position model is additionally included in the control of the three rotation means.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die drei Absolutrotationswinkelsensoren paarweise orthogonal zueinander ausgerichtet. In a further advantageous embodiment, the three absolute rotation angle sensors are aligned in pairs orthogonal to each other.
Durch eine paarweise orthogonale Ausrichtung der drei Absolutrotationswinkelsensoren können im Allgemeinen Winkeländerungen bei Drehungen um die drei Raumachsen genauer gemessen werden, als bei nicht orthogonalen Ausrichtungen, da sich Winkeländerungen im Allgemeinen in größeren Messwertänderungen äußern. By a pairwise orthogonal alignment of the three absolute rotation angle sensors can In general, angular changes in rotations about the three spatial axes are measured more accurately than in non-orthogonal orientations, since angular changes are generally manifested in larger changes in measured values.
Es wird vorgeschlagen, dass die drei Absolutrotationswinkelsensoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. It is proposed that the three absolute rotation angle sensors are arranged in a common housing.
Eine Anordnung der drei Absolutrotationswinkelsensoren, die paarweise unterschiedlich oder paarweise orthogonal zueinander ausgerichtet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse, bietet konstruktive Vorteile, da nur ein Einbauort an oder in der beweglichen Komponente der bildgebenden Vorrichtung vorgesehen werden muss. An arrangement of the three absolute rotation angle sensors, which are aligned in pairs differently or in pairs orthogonal to each other, in a common housing, offers structural advantages, since only one installation location must be provided on or in the movable component of the imaging device.
Mit besonderem Vorteil sind die drei Rotationsmittel paarweise orthogonal zueinander ausgerichtet. With particular advantage, the three rotation means are aligned in pairs orthogonal to each other.
Durch eine paarweise orthogonale Ausrichtung der drei Rotationsmittel können im Allgemeinen Winkeländerungen einfacher ausgeführt werden, als bei nicht orthogonalen Ausrichtungen. A pairwise orthogonal alignment of the three rotation means generally makes angle changes easier to accomplish than non-orthogonal alignments.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Absolutrotationswinkelsensor wenigstens einen Sensor aus der Gruppe von Schwerkraftsensor, Magnetsensor und Gyroskop umfasst. It has proved to be advantageous if at least one absolute rotation angle sensor comprises at least one sensor from the group of gravity sensor, magnetic sensor and gyroscope.
Schwerkraftsensoren und Magnetsensoren sind an sich bekannte Ausführungsformen von Winkelsensoren, Gyroskope oder Kreiselinstrumente sind an sich bekannte Drehratensensoren, deren Messgrößen durch Integration in Drehwinkel überführt werden können. Ein Schwerkraftsensor kann dazu ausgelegt sein, eine Neigung des Schwerkraftsensors gegenüber dem Schwerefeld der Erde zu messen. Ein Magnetsensor kann dazu ausgelegt sein, die Orientierung, und somit einen Drehwinkel, des Magnetsensors in Abhängigkeit des Magnetfeldes der Erde zu bestimmen. Abhängig von einer konkreten Ausgestaltung der Geometrie der bildgebenden Vorrichtung, kann es notwendig sein, mehrere der genannten Sensortypen zu einem Absolutrotationswinkelsensor zusammen zu fassen. Ist ein Rotationsmittel an dem eine bewegliche Komponente der bildgebenden Vorrichtung angeordnet ist beispielsweise so ausgerichtet, dass seine Rotationsachse parallel zum Beschleunigungsvektor der Schwerkraft ausgerichtet ist, bewirkt eine Drehung dieses Rotationsmittels bei einem Schwerkraftsensor, der an der beweglichen Komponente angeordnet ist, keine Signaländerung. Bei einem Magnetsensor dagegen ändert sich bei dieser Konstellation das Ausgangssignal des gemessenen Drehwinkels. Gravity sensors and magnetic sensors are known per se embodiments of angle sensors, gyroscopes or gyroscopes are known rotation rate sensors, the measured variables can be converted by integration in rotation angle. A gravity sensor may be configured to measure an inclination of the gravity sensor relative to the gravitational field of the earth. A magnetic sensor can be designed to determine the orientation, and thus a rotational angle, of the magnetic sensor as a function of the magnetic field of the earth. Depending on a specific design of the geometry of the imaging device, it may be necessary to combine several of the sensor types mentioned together to form an absolute rotation angle sensor. For example, if a rotation means on which a movable component of the imaging device is arranged is aligned with its axis of rotation parallel to the acceleration vector of gravity, rotation of this rotation means in a gravity sensor located on the movable component will not cause a signal change. In the case of a magnetic sensor, on the other hand, the output of the measured rotation angle changes in this constellation.
Zweckmäßig ist die bewegliche Komponente ein Röntgendetektor oder eine Strahlenquelle. Suitably, the movable component is an X-ray detector or a radiation source.
Röntgendetektoren und Strahlenquellen von Röntgenanlagen sind häufig über Gestänge mit einem sogenannten Stativ verbunden. Um einen großen Arbeitsbereich abdecken zu können, sind sie über einen weiten Bereich verfahrbar und unterliegen dadurch stark den zuvor beschriebenen Verformungen, wodurch der Einsatz einer der beschriebenen bildgebenden Vorrichtungen große Vorteile bringt. X-ray detectors and radiation sources of X-ray systems are often connected via linkages with a so-called tripod. In order to be able to cover a large work area, they can be moved over a wide range and are therefore subject to the deformations described above, whereby the use of one of the described imaging devices brings great advantages.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionierung einer rotierbaren, positionierbaren Komponente einer bildgebenden Vorrichtung, umfassend eine Rechen- und Steuereinrichtung, wenigstens ein Rotationsmittel zur Rotation der beweglichen Komponente um eine Drehachse und wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensor, wobei der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor an der rotierbaren Komponente angeordnet ist und wobei der wenigstens eine Absolutrotationswinkelsensor dazu ausgelegt ist, einen Absolutrotationswinkel bezüglich einer Absolutrotationswinkelsensorachse des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors zu bestimmen. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- S1) Bestimmen des Absolutrotationswinkels bezüglich der Absolutrotationswinkelsensorachse des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors;
- S2) zur Verfügungstellen des Absolutrotationswinkels der Rechen- und Steuereinrichtung;
- S3) Entgegennahme des Absolutrotationswinkels und eines Sollabsolutrotationswinkels durch die Rechen- und Steuereinrichtung;
- S4) Ansteuerung des wenigstens einen Rotationsmittel derart, dass der Absolutrotationswinkel dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel entspricht.
- S1) determining the absolute rotation angle with respect to the absolute rotation angle sensor axis of the at least one absolute rotation angle sensor;
- S2) providing the absolute rotation angle of the arithmetic and control means;
- S3) receiving the absolute rotation angle and a target absolute rotation angle by the computing and control device;
- S4) control of the at least one rotation means such that the absolute rotation angle corresponds to the predetermined Sollabsolredotationswinkel.
Das Verfahren kann beispielsweise durch das Abarbeiten eines Computerprogramms, das auf die Rechen- und Steuereinrichtung geladen worden ist, ausgeführt werden. The method may be performed, for example, by running a computer program that has been loaded onto the computing and control device.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verwendet das Verfahren eine der zuvor beschriebenen, bildgebenden Vorrichtungen. In an advantageous development, the method uses one of the previously described imaging devices.
Zum Beispiel ist vorstellbar, dass ein mathematisches Positionsmodell in die Rechen- und Steuereinrichtung geladen worden ist und in Verfahrensschritt S4 das mathematische Positionsmodell in die Ansteuerung des wenigstens einen Rotationsmittel eingeht. For example, it is conceivable that a mathematical position model has been loaded into the computing and control device and that in step S4 the mathematical position model is included in the control of the at least one rotation means.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren zumindest teilweise automatisch ausgeführt wird. A further advantageous embodiment provides that the method is carried out at least partially automatically.
Automatisch ausgeführte Verfahren sind oft weniger fehleranfällig und werden schneller ausgeführt, als Verfahren, die Anwendereingaben erfordern. Beispielsweise kann die Übertragung eines Absolutrotationswinkels von einem Absolutrotationswinkelsensor zu der Rechen- und Steuereinrichtung automatisch erfolgen. Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren nach Entgegennahme eines Sollabsolutrotationswinkels oder mehrerer Sollabsolutrotationswinkel vollautomatisch, d.h. ohne weitere Eingaben, ausgeführt. Automatically executed procedures are often less error prone and execute faster than procedures requiring user input. For example, the transmission of an absolute rotation angle from an absolute rotation angle sensor to the computing and control device can be done automatically. With particular advantage, the method is fully automatic, ie without further inputs, executed after receiving a Sollabsolredotationswinkels or more Sollabsolredotationswinkel.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren wiederholt ausgeführt, bis ein überprüftes Abbruchkriterium erfüllt ist. In an alternative embodiment of the invention, the method is repeatedly executed until a checked termination criterion is met.
Dieses Merkmal beschreibt eine Ausführungsform, bei der eines der zuvor beschriebenen Verfahren wiederholt wird, d.h. eine rotierbare Komponente einer bildgebenden Vorrichtung wiederholt positioniert wird, bis ein Abbruchkriterium, das bei jeder Wiederholung abgeprüft wird, erfüllt ist. Unter einem Abbruchkriterium kann zum Beispiel das Drücken eines Tasters durch eine Bedienperson oder das Erreichen eines vorgebbaren Wiederholungszählerstandes verstanden werden. This feature describes an embodiment in which one of the previously described methods is repeated, i. a rotatable component of an imaging device is repeatedly positioned until an abort criterion that is checked at each repetition is met. An abort criterion can be understood to mean, for example, the pressing of a button by an operator or the achievement of a predefinable repeat counter reading.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen: Further advantageous developments will become apparent from the following figures, including description. Show it:
In
In
- S1) Bestimmen eines Absolutrotationswinkels bezüglich einer Absolutrotationswinkelsensorachse des wenigstens einen Absolutrotationswinkelsensors;
- S2) zur Verfügungstellen des Absolutrotationswinkels der Rechen- und Steuereinrichtung;
- S3) Entgegennahme des Absolutrotationswinkels und eines Sollabsolutrotationswinkels durch die Rechen- und Steuereinrichtung;
- S4) Ansteuerung des wenigstens einen Rotationsmittel derart, dass der Absolutrotationswinkel dem vorgebbaren Sollabsolutrotationswinkel entspricht;
- S5) Abfrage eines Abbruchkriteriums und falls das Abbruchkriterium erfüllt ist, „J“, beenden, „ENDE“, des Verfahrens, ansonsten, „N“, Sprung zu Verfahrensschritt S1.
- S1) determining an absolute rotation angle with respect to an absolute rotation angle sensor axis of the at least one absolute rotation angle sensor;
- S2) providing the absolute rotation angle of the arithmetic and control means;
- S3) receiving the absolute rotation angle and a target absolute rotation angle by the computing and control device;
- S4) control of the at least one rotation means in such a way that the absolute rotation angle corresponds to the predefinable target absolute rotation angle;
- S5) Query of an abort criterion and if the abort criterion is met, "J", terminate, "END", of the method, otherwise, "N", jump to step S1.
Zusammenfassend werden weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schlägt unter anderem eine bildgebende Vorrichtung vor, bei der beispielsweise ein Röntgenstrahler und ein Röntgenbilddetektor jeweils mit mehreren Rotationsmitteln zur Positionierung von Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor, und mit einem Winkelsensor zur Messung von absoluten Rotationswinkeln der drei Raumachsen ausgestattet sind. Diese gemessenen Absolutwerte werden beispielsweise mit Hilfe eines Computerprogramms mit anzusteuernden Winkeln abgeglichen. Bei Abweichungen werden die entsprechenden Achsen automatisch nachkorrigiert. In summary, further embodiments and advantages of the invention will be described. The invention proposes, inter alia, an imaging device in which, for example, an X-ray source and an X-ray image detector are each equipped with a plurality of rotation means for positioning X-ray emitter and X-ray image detector, and with an angle sensor for measuring absolute angles of rotation of the three spatial axes. These measured absolute values are compared, for example, with the aid of a computer program with angles to be controlled. In the event of deviations, the corresponding axes are automatically corrected.
Durch den Einsatz von Winkelsensoren im Detektor oder Strahler können die tatsächlichen Winkel ermittelt werden. Anhand der Werte können die Drehachsen nachkorrigiert werden. By using angle sensors in the detector or spotlight, the actual angles can be determined. Based on the values, the axes of rotation can be corrected later.
Durch die genaue Einstellung der Winkel kann effektiv eine Schrägeinstrahlung des Strahlers auf den Detektor vermindert oder verhindert und damit die Bildqualität verbessert werden. Dadurch kann die nicht bildgebende Strahlendosis reduziert werden. By precisely adjusting the angle, it is possible to effectively reduce or prevent oblique radiation of the radiator onto the detector and thus improve the image quality. As a result, the non-imaging radiation dose can be reduced.
Eine konventionelle Drehwinkelerfassung über Drehgeber, die direkt am Abtrieb der Rotationsmittel angeordnet sind, kann entfallen, und die rotierbare, positionierbare Komponente kann über die Winkelsensoren positioniert werden. Dadurch ergibt sich eine Kostenersparnis. A conventional rotation angle detection via rotary encoders, which are arranged directly at the output of the rotation means, can be omitted, and the rotatable, positionable component can be positioned via the angle sensors. This results in a cost savings.
Aufwändige Modelle, die versuchen Verformungen zu antizipieren, können teilweise oder ganz entfallen. Elaborate models that try to anticipate deformations can be partially or completely eliminated.
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CN108088486A (en) * | 2016-11-23 | 2018-05-29 | 康达洲际医疗器械(宁波)有限公司 | A kind of Novel direct spindle structure sensor in succession |
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