DE102018209466A1 - Computertomographiegerät mit Beschleunigungssensor - Google Patents

Computertomographiegerät mit Beschleunigungssensor Download PDF

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DE102018209466A1
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Matthias Berner
Aurel Jensch
Florian Kießling
Ulrich Kühn
Michael Steger
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Siemens Healthcare GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät, aufweisend- einen Tragrahmen,- einen Drehrahmen, der mittels eines Rotationslagers derart gelagert ist, dass der Drehrahmen relativ zu dem Tragrahmen um eine Rotationsachse drehbar ist,- einen Beschleunigungssensor zum Erfassen von Beschleunigungsdaten, und- eine Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten der Beschleunigungsdaten,- wobei der Beschleunigungssensor an dem Drehrahmen angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät mit einem Beschleunigungssensor zum Erfassen von Beschleunigungsdaten und ein Verfahren zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten eines Beschleunigungssensors eines Computertomographiegeräts.
  • Bei Computertomographiegeräten werden Drehrahmen mit einer großen Masse und einer hohen Drehzahl rotiert. Der Drehrahmen kann beispielsweise eine Masse von bis zu 1600 Kilogramm oder mehr und eine Drehzahl von bis zu 240 Umdrehungen pro Minute oder mehr aufweisen. Zum Schutz von Patient und Personal ist die mechanische Sicherheit der Rotation des Drehrahmens überwacht und eingehalten werden. Insbesondere muss die Güte der Unwucht des Drehrahmens überwacht und wenn nötig durch Auswuchten kompensiert werden. Das kann beispielsweise mittels eines Auswuchtsystems erfolgen, welches in das Computertomographiegerät integriert ist.
  • Mit diesem Auswuchtsystem kann nach einem Serviceeinsatz, bei dem Komponenten des Computertomographiegeräts gewartet und/oder ausgetauscht wurden, die verbleibende Unwucht überprüft werden. Wenn dann der zuvor festgelegte Grenzwert für die Restunwucht überschritten ist, wird der Auswuchtvorgang für das System eingeleitet. Bei herkömmlichen Computertomographiegeräten wird zur dynamischen Auswuchtung die Unwucht mit zwei einachsigen Sensoren auf zwei Ebenen gemessen. Dabei werden zwei Sensoren an zwei verschiedenen Orten platziert. Bei diesen Sensoren kann es sich beispielsweise um Schwinggeschwindigkeitssensoren handeln, die auf dem Tauchspulenprinzip basieren.
  • Ferner müssen bei Computertomographiegeräten die Drehzahl des Drehrahmens und der Kippwinkel gemessen werden. Abhängig von den relevanten Richtlinien muss dies jeweils über zwei oder mehr redundante Messpfade erfolgen, um Erstfehlersicherheit zu gewährleisten. Das ist insbesondere für die Kippbewegung relevant, weil es sich dabei um eine Bewegung handelt, bei der sich die äußeren Konturen der Gantry verändern und damit die Kollisionsgefahr erhöht ist. Dadurch erhöht sich der Aufwand an Messtechnik und Kosten.
  • Insgesamt werden bei herkömmlichen Computertomographiegeräten zwei Sensoren für die Ermittlung der Unwucht und weitere zwei Sensoren für die Ermittlung des Kippwinkels verwendet. Für die Ermittlung der Drehzahl wird bei herkömmlichen Computertomographiegeräten ein Sensorsystem verwendet, welches eine gleichmäßige Struktur auf dem Drehrahmen, und mindestens einen Näherungssensor, der mit der gleichmäßigen Struktur zusammenwirkt, aufweist.
  • Die gleichmäßige Struktur kann beispielsweise als Lochband ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Sensorsystem eine Nullpunktmarkierung, beispielsweise in Form eines Langlochs, für die Ermittlung des Drehwinkels aufweisen. Der mindestens eine Näherungssensor kann beispielsweise zur induktiven Abtastung der gleichmäßigen Struktur ausgebildet sein. Das Sensorsystem kann insbesondere zwei Näherungssensoren aufweisen, die um einen Winkel, beispielsweise 90 Grad, versetzt in Bezug auf die Rotationsachse angeordnet sind. Das ermöglicht eine höhere Auflösung bei der Ermittlung des Drehwinkels und eine Erkennung der Drehrichtung.
  • Die Drehzahl des Drehrahmens, der Abstand des Beschleunigungssensors zur Rotationsachse RZ und der Messbereich des Beschleunigungssensors sind derart aufeinander abzustimmen, dass der Beschleunigungssensor einerseits nicht überlastet wird und andererseits hinreichend genau messen kann.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Alternative zu herkömmlichen Sensorsystemen für die Rotation und/oder die Unwucht eines Drehrahmens eines Computertomographiegeräts bereitzustellen.
  • Jeder Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs löst diese Aufgabe. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung berücksichtigt.
  • Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät, aufweisend
    • - einen Tragrahmen,
    • - einen Drehrahmen, der mittels eines Rotationslagers derart gelagert ist, dass der Drehrahmen relativ zu dem Tragrahmen um eine Rotationsachse drehbar ist,
    • - einen Beschleunigungssensor zum Erfassen von Beschleunigungsdaten, und
    • - eine Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten der Beschleunigungsdaten,
    • - wobei der Beschleunigungssensor an dem Drehrahmen angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungsdaten in Bezug auf jede von zwei Richtungen ausgebildet ist, welche zueinander senkrecht sind und welche jeweils zu der Rotationsachse senkrecht sind.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungsdaten in Bezug auf eine Richtung ausgebildet ist, welche parallel zu der Rotationsachse ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Messgröße zu ermitteln, welche eine Rotation des Drehrahmens um die Rotationsachse betrifft und/oder welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Drehwinkel, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Drehrahmens besteht.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Unwucht des Drehrahmens und/oder eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens betrifft, zu ermitteln.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät, ferner aufweisend
    • - einen Kipprahmen, der relativ zu dem Tragrahmen um eine Kippachse kippbar gelagert ist, wobei das Rotationslager in den Kipprahmen aufgenommen ist,
    • - wobei die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Kippwinkel des Kipprahmens zu ermitteln.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Lagerschaden des Rotationslagers zu ermitteln.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät, ferner aufweisend
    • - eine Röntgenröhre, welche ein Anoden-Drehlager zur drehbaren Lagerung einer Anode der Röntgenröhre relativ zu einem Elektronenstrahl der Röntgenröhre aufweist,
    • - wobei die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Lagerschaden des Anoden-Drehlagers zu ermitteln.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät, ferner aufweisend
    • - einen Detektor, der an dem Drehrahmen angeordnet ist und zum Erfassen von Projektionsdaten ausgebildet ist,
    • - eine Projektionsdatenaufbereitungseinheit, die an dem Drehrahmen angeordnet ist und für die Aufbereitung der Projektionsdaten für eine Datenübertragung ausgebildet ist,
    • - wobei der Beschleunigungssensor in den Detektor und/oder in die Projektionsdatenaufbereitungseinheit integriert ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten eines Beschleunigungssensors eines Computertomographiegeräts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Drehen eines Drehrahmens des Computertomographiegeräts relativ zu einem Tragrahmen des Computertomographiegeräts um eine Rotationsachse, wobei der Drehrahmen mittels eines Rotationslagers drehbar gelagert ist,
    • - Erfassen der Beschleunigungsdaten mittels eines Beschleunigungssensors, wobei der Beschleunigungssensor an dem Drehrahmen des Computertomographiegeräts angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, und
    • - Verarbeiten der Beschleunigungsdaten, wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Messgröße ermittelt wird, welche eine Rotation des Drehrahmens um eine Rotationsachse betrifft und/oder welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Drehwinkel, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Drehrahmens besteht.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Unwucht des Drehrahmens und/oder eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens betrifft, ermittelt wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Kipprahmen des Computertomographiegeräts relativ zu dem Tragrahmen gekippt wird, wobei das Rotationslager in den Kipprahmen aufgenommen ist, wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Kippwinkel des Kipprahmens ermittelt wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Lagerschaden des Rotationslagers ermittelt wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Anode einer Röntgenröhre des Computertomographiegeräts relativ zu einem Elektronenstrahl der Röntgenröhre gedreht wird, wobei die Anode mittels eines Anoden-Drehlagers drehbar gelagert ist, wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Lagerschaden des Anoden-Drehlagers der Röntgenröhre ermittelt wird.
  • Bei der Datenübertragung kann es sich insbesondere um eine Datenübertragung in einem Kommunikationsnetzwerk handeln. Die Aufbereitung der Projektionsdaten kann insbesondere eine Verarbeitung der Projektionsdaten in Form von Datenpaketen. Die Projektionsdatenaufbereitungseinheit kann beispielsweise einen Netzwerkprozessor aufweisen, der zur Verarbeitung der Projektionsdaten in Form von Datenpaketen ausgebildet ist. Insbesondere kann sich der Beschleunigungssensor innerhalb eines Gehäuses der Projektionsdatenaufbereitungseinheit befinden. Beispielsweise kann die Projektionsdatenaufbereitungseinheit eine Platine aufweisen, wobei auf der Platine der Netzwerkprozessor und der Beschleunigungssensor angeordnet sind.
  • Damit können Kosten eingespart werden, die für ein separates Gehäuse und/oder eine separate Energieversorgung und/oder eine separate Datenverbindung bei einem Beschleunigungssensor entstehen würden, der außerhalb der Projektionsdatenaufbereitungseinheit und des Detektors angeordnet wäre. Insbesondere kann der Beschleunigungssensor relativ zu dem Drehrahmen unbeweglich angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem Beschleunigungssensor kann ein Gyrometer und/oder ein Feldstärkesensor für das Erdmagnetfeld verwendet werden.
  • Im Rahmen der Erfindung können Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Verwendung, Vorrichtung, System, Anordnung usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Anspruch, der eine Vorrichtung betrifft, auch mit Merkmalen, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet werden und umgekehrt. Funktionale Merkmale eines Verfahrens können dabei durch entsprechend ausgebildete gegenständliche Komponenten ausgeführt werden. Neben den in dieser Anmeldung ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind vielfältige weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, zu denen der Fachmann gelangen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist.
  • Der Ausdruck „basierend auf“ kann im Kontext der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Sinne des Ausdrucks „unter Verwendung von“ verstanden werden. Insbesondere schließt eine Formulierung, der zufolge ein erstes Merkmal basierend auf einem zweiten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) wird, nicht aus, dass das erste Merkmal basierend auf einem dritten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) werden kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu.
  • Es zeigen:
    • die 1 ein Computertomographiegerät, aufweisend einen einachsigen Beschleunigungssensor,
    • die 2 ein Computertomographiegerät, aufweisend zwei einachsige Beschleunigungssensoren,
    • die 3 ein Computertomographiegerät, aufweisend einen zweiachsigen Beschleunigungssensor,
    • die 4 ein Computertomographiegerät, aufweisend einen dreiachsigen Beschleunigungssensor,
    • die 5 ein Computertomographiegerät, aufweisend zwei dreiachsige Beschleunigungssensoren, und
    • die 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten eines Beschleunigungssensors eines Computertomographiegeräts.
  • Die 1 zeigt ein Computertomographiegerät 1, aufweisend den einachsigen Beschleunigungssensor M11, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten des Drehrahmens D ausgebildet und an dem Drehrahmen D angeordnet ist. Das Computertomographiegerät 1 weist die Gantry 20, die tunnelförmige Öffnung 9, die Patientenlagerungsvorrichtung 10 und die Steuerungsvorrichtung 30 auf. Die Gantry 20 weist den Tragrahmen F, den Kipprahmen O und den Rotor 24 auf. Der Kipprahmen O ist mittels einer Kipplagerungsvorrichtung an dem Tragrahmen F um eine Kippachse, die horizontal und zu der Rotationsachse RZ senkrecht ist, relativ zu dem Tragrahmen F kippbar angeordnet. Der Rotor 24 ist mittels eines Rotationslagers an dem Kipprahmen O um die Rotationsachse RZ relativ zu dem Kipprahmen O drehbar angeordnet und weist den Drehrahmen D auf.
  • In die tunnelförmige Öffnung 9 ist der Patient 13 einführbar. In der tunnelförmigen Öffnung 9 befindet sich der Akquisitionsbereich 4. In dem Akquisitionsbereich 4 ist ein abzubildender Bereich des Patienten 13 derart positionierbar, dass die Strahlung 27 von der Strahlungsquelle 26 zu dem abzubildenden Bereich gelangen kann und nach einer Wechselwirkung mit dem abzubildenden Bereich zu dem Strahlungsdetektor 28 gelangen kann. Die Patientenlagerungsvorrichtung 10 weist den Lagerungssockel 11 und die Lagerungsplatte 12 zur Lagerung des Patienten 13 auf. Die Lagerungsplatte 12 ist derart relativ zu dem Lagerungssockel 11 bewegbar an dem Lagerungssockel 11 angeordnet, dass die Lagerungsplatte 12 in einer Längsrichtung der Lagerungsplatte 12 in den Akquisitionsbereich 4 einführbar ist.
  • Das Computertomographiegerät 1 ist zur Akquisition von Akquisitionsdaten basierend auf einer elektromagnetischen Strahlung 27 ausgebildet. Das Computertomographiegerät 1 weist eine Akquisitionseinheit auf. Die Akquisitionseinheit ist eine Projektionsdaten-Akquisitionseinheit mit der Strahlungsquelle 26, z. B. einer Röntgenröhre, und dem Detektor 28, z. B. einem Röntgendetektor, insbesondere einem energieauflösenden Röntgendetektor. Die Strahlungsquelle 26 ist an dem Drehrahmen D des Rotors 24 angeordnet und zur Emission einer Strahlung 27, z. B. einer Röntgenstrahlung, mit Strahlungsquanten 27 ausgebildet. Der Detektor 28 ist an dem Drehrahmen D des Rotors 24 angeordnet und zur Detektion der Strahlungsquanten 27 ausgebildet. Die Strahlungsquanten 27 können von der Strahlungsquelle 26 zu dem abzubildenden Bereich des Patienten 13 gelangen und nach einer Wechselwirkung mit dem abzubildenden Bereich auf den Detektor 28 auftreffen. Auf diese Weise können mittels der Akquisitionseinheit Akquisitionsdaten des abzubildenden Bereichs in Form von Projektionsdaten erfasst werden.
  • Die Steuerungsvorrichtung 30 ist zum Empfangen der von der Akquisitionseinheit akquirierten Akquisitionsdaten ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung 30 ist zum Steuern des Computertomographiegeräts 1 ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung 30 weist die Datenverarbeitungseinheit 35, das computerlesbare Medium 32 und das Prozessorsystem 36 auf. Die Steuerungsvorrichtung 30, insbesondere die Datenverarbeitungseinheit 35, wird von einem Datenverarbeitungssystem, welches einen Computer aufweist, gebildet. Die Steuerungsvorrichtung 30 weist die Bildrekonstruktionseinrichtung 34 auf. Mittels der Bildrekonstruktionseinrichtung 34 kann basierend auf den Akquisitionsdaten ein medizinischer Bilddatensatz rekonstruiert werden.
  • Das Computertomographiegerät 1 weist eine Eingabevorrichtung 38 und eine Ausgabevorrichtung 39 auf, welche jeweils mit der Steuerungsvorrichtung 30 verbunden sind. Die Eingabevorrichtung 38 ist zum Eingeben von Steuerungs-Informationen, z. B. Bildrekonstruktionsparametern, Untersuchungsparametern oder ähnliches, ausgebildet. Die Ausgabevorrichtung 39 ist insbesondere zum Ausgeben von Steuerungs-Informationen, Bildern und/oder akustischen Signalen ausgebildet.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 35 ist dazu ausgebildet, die Beschleunigungsdaten gemäß einem der beschriebenen Aspekte zu verarbeiten. Die Datenverarbeitungseinheit 35 ist insbesondere dazu ausgebildet, basierend auf den Beschleunigungsdaten die Bewegung des Drehrahmens D zu überwachen. Beispielsweise kann dabei ein basierend auf den Beschleunigungsdaten ermittelter Wert, insbesondere ein Spitzenwert für eine Beschleunigung des Drehrahmens D, mit zuvor festgelegten Schwellwerten verglichen werden. Die Schwellwerte können dabei derart gewählt sein, dass sie unterschiedlichen Ausmaßen von Unwucht des Drehrahmens D entsprechen. Abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs kann mittels der Steuerungsvorrichtung 30 eine Maßnahme ausgelöst werden, beispielsweise in Form von Warnungen, Funktionseinschränkungen oder einer Funktionssperrung für das Computertomographiegerät 1.
  • Das in der 1 gezeigte Computertomographiegerät 1 weist kein integriertes Auswuchtsystem auf. Das Auswuchten kann bei Bedarf mittels eines externen Auswuchtsystems, welches mit dem Computertomographiegerät 1 verbunden wird, erfolgen. Somit braucht zur Überwachung der Unwucht lediglich ein Beschleunigungssensor verwendet werden, so dass die Kosten erheblich reduziert werden können.
  • Die 2 zeigt ein Computertomographiegerät 1, aufweisend den einachsigen Beschleunigungssensor M11 und den einachsigen Beschleunigungssensor M12, die jeweils als mikroelektromechanisches System (MEMS) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten des Drehrahmens D ausgebildet ist und an dem Drehrahmen D angeordnet sind. Basierend auf den Beschleunigungsdaten von M11 und M12 kann sowohl die Unwucht des Drehrahmens D überwacht werden als auch eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens D betrifft, ermittelt werden. Beispielsweise können basierend auf dieser Messgröße Positionen und/oder Massen von Auswuchtgewichten, die an dem Drehrahmen D angeordnet werden, ermittelt werden.
  • Die 3 zeigt ein Computertomographiegerät 1, aufweisend den zweiachsigen Beschleunigungssensor M2, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten des Drehrahmens D ausgebildet und an dem Drehrahmen D angeordnet ist. Basierend auf den Beschleunigungsdaten von M2 kann insbesondere die dynamische Unwucht ermittelt werden und beispielsweise in Form eines Vektors in einer Ebene dargestellt werden. Somit ist für die Überwachung der Unwucht und für das Auswuchten insgesamt nur ein Beschleunigungssensor erforderlich.
  • Die 4 zeigt ein Computertomographiegerät 1, aufweisend den dreiachsigen Beschleunigungssensor M3, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten des Drehrahmens D ausgebildet und an dem Drehrahmen D angeordnet ist. Der dreiachsige Beschleunigungssensor M3 kann beispielsweise in Form des GAM900 von Baumer realisiert sein und/oder einen Messbereich von bis zu 16g oder mehr aufweisen.
  • Der dreiachsige Beschleunigungssensor M3 ist an dem Drehrahmen D derart angeordnet, dass die X-Achse senkrecht zu der Rotationsachse RZ und der Y-Achse ist, die Y-Achse senkrecht zu der Rotationsachse RZ ist und in Bezug auf die Rotationsachse RZ radial nach außen gerichtet ist und die Z-Achse parallel zur Rotationsachse RZ ist. In der 4 ist die X-Achse durch den Pfeil x, die Y-Achse durch den Pfeil y und die Z-Achse durch den Pfeil z dargestellt.
  • Prinzipiell können auch andere Ausrichtungen der drei Achsen des Beschleunigungssensors M3 verwendet werden, insbesondere Ausrichtungen, bei denen keine der drei Achsen senkrecht oder parallel zu der Rotationsachse RZ ist. Dann sind bei der Ermittlung der Messgrößen entsprechende Transformationsbeziehungen zu berücksichtigen und/oder Beschleunigungswerte von mehreren Achsen zu kombinieren.
  • Basierend auf den Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors M3 können Messgrößen zur Rotation, zur Kippbewegung und zur Unwucht ermittelt werden. Durch die im Wesentlichen horizontale Ausrichtung der Rotationsachse RZ durchfährt der Beschleunigungssensor M3 das Erdgravitationsfeld, woraus eine +/ 1g - Modulation der Beschleunigungswerte resultiert.
  • Basierend auf den Beschleunigungsdaten, welche die Beschleunigung in Richtung der X-Achse und/oder in Richtung der Y-Achse betreffen, können der Drehwinkel und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Winkelbeschleunigung des Drehrahmens D ermittelt werden. Insbesondere kann der Beschleunigungssensor M3 während einer Rotation des Drehrahmens D nacheinander die Positionen P0, P90, P180 und P270 durchlaufen. Der Drehwinkel zwischen P90 und P0 ist 90 Grad. Der Drehwinkel zwischen P180 und P0 ist 180 Grad. Der Drehwinkel zwischen P270 und P0 ist 270 Grad.
  • Wenn der Kipprahmen O derart ausgerichtet ist, dass die Rotationsachse RZ horizontal ist, ergeben sich für einen stillstehenden Drehrahmen D beispielsweise die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der X-Achse: 0 in P0, 1g in P90, 0 in P180 und -1g in P270, und die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der Y-Achse: -1g in P0, 0 in P90, 1g in P180 und 0 in P270. Dabei ist g die Erdbeschleunigung.
  • Wenn der Kipprahmen O derart ausgerichtet ist, dass die Rotationsachse RZ horizontal ist, ergeben sich für einen Drehrahmen D, der mit der Winkelgeschwindigkeit ω gleichmäßig rotiert, beispielsweise die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der X-Achse: 0 in P0, 1g in P90, 0 in P180 und -1g in P270, und die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der Y-Achse: -1g + ay in P0, ay in P90, 1g + ay in P180 und ay in P270. Dabei ist ay die Zentrifugalbeschleunigung ay = ω2r. r ist der Abstand des Beschleunigungssensors M3 zu der Rotationsachse RZ.
  • Wenn der Kipprahmen O derart ausgerichtet ist, dass die Rotationsachse RZ horizontal ist, ergeben sich für einen Drehrahmen D, der eine mit der Winkelbeschleunigung α beschleunigte Rotation ausführt, beispielsweise die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der X-Achse: -ax in P0, 1g - ax in P90, -ax in P180 und -1g - ax in P270, und die folgenden Beschleunigungswerte in Richtung der Y-Achse: -1g + ay in P0, ay in P90, 1g + ay in P180 und ay in P270 . Dabei ist ax = αr die Tangentialbeschleunigung.
  • Aus den Beschleunigungswerten in Richtung der X-Achse kann beispielsweise der Drehwinkel des Drehrahmens D ermittelt werden, indem die Phasenlage der leichten +/-lg - Modulation ausgewertet wird. Aus den Beschleunigungswerten in Richtung der X-Achse kann beispielsweise die Winkelbeschleunigung α des Drehrahmens D ermittelt werden, indem ein Mittelwert der Beschleunigung in Richtung der X-Achse über eine oder mehrere Umdrehungen ermittelt wird. Dieser Mittelwert bildet den Offset ax der +/-1g - Modulation der Beschleunigungswerte in Richtung der X-Achse und ist proportional zur der Winkelbeschleunigung α.
  • Aus den Beschleunigungswerten in Richtung der Y-Achse kann beispielsweise der Drehwinkel des Drehrahmens D ermittelt werden, indem die Phasenlage der leichten +/-lg - Modulation ausgewertet wird, die in Bezug auf die +/-lg - Modulation der Beschleunigungswerte in Richtung der X-Achse um 90 Grad Phasenverschoben ist. Damit kann basierend auf den Beschleunigungswerten in Richtung der X-Achse und den Beschleunigungswerten in Richtung der Y-Achse eine Drehrichtung der Rotation des Drehrahmens D ermittelt werden.
  • Aus den Beschleunigungswerten in Richtung der Y-Achse kann beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit ω des Drehrahmens D ermittelt werden, indem ein Mittelwert der Beschleunigung in Richtung der Y-Achse über eine oder mehrere Umdrehungen ermittelt wird. Dieser Mittelwert bildet den Offset ay der +/-lg - Modulation der Beschleunigungswerte in Richtung der Y-Achse und steigt quadratisch mit der Winkelgeschwindigkeit ω.
  • Der Beschleunigungswert in Richtung der Z-Achse ist gleich g sin υ. Dabei ist υ der Kippwinkel, der gleich Null ist, wenn die Rotationsachse RZ horizontal ist. Aus den Beschleunigungswerten in Richtung der Z-Achse kann somit der Kippwinkel υ ermittelt werden. Wenn die Rotationsachse RZ um den Kippwinkel υ gegenüber der Horizontalen ausgelenkt ist, ist in den obigen Betrachtungen die +/-lg - Modulation der Beschleunigungswerte durch eine +/-lg cos υ - Modulation der Beschleunigungswerte zu ersetzen. Durch den Bezug auf die Erdbeschleunigung können der Drehwinkel und der Kippwinkel basierend auf den Beschleunigungsdaten automatisch kalibriert werden. Insbesondere kann basierend auf den Beschleunigungsdaten für den Drehwinkel und den Kippwinkel jeweils eine Nullposition ermittelt werden.
  • Basierend auf den Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors M3 kann ferner eine Unwucht des Drehrahmens D und/oder eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens D betrifft, ermittelt werden. Basierend auf den Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors M3 kann ferner ein Betriebszustand des Rotationslagers, das zur um die Rotationsachse RZ drehbaren Lagerung des Drehrahmens D relativ zu dem Tragrahmen F ausgebildet ist, überwacht werden, insbesondere um einen Lagerschaden des Rotationslagers zu ermitteln.
  • Basierend auf den Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors M3 kann ferner ein Betriebszustand eines Anoden-Drehlagers der Röntgenröhre 26 überwacht werden, insbesondere um einen Lagerschaden des Anoden-Drehlagers zu ermitteln. Dazu können insbesondere charakteristische Frequenzen in den Beschleunigungsdaten unter Verwendung von Filtern selektiert und untersucht werden.
  • Basierend auf den Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors M3 kann ferner ein Transport des Computertomographiegeräts 1 überwacht werden, insbesondere in Bezug auf Schocks, die Schäden, beispielsweise am Rotationslager, verursachen können.
  • Die 5 zeigt ein Computertomographiegerät 1, aufweisend zwei dreiachsige Beschleunigungssensoren M31 und M32, die jeweils als mikroelektromechanisches System (MEMS) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten des Drehrahmens D ausgebildet und an dem Drehrahmen D angeordnet sind. Das Computertomographiegerät 1 weist eine Projektionsdatenaufbereitungseinheit N auf, die an dem Drehrahmen D angeordnet ist und für die Aufbereitung der Projektionsdaten für eine Datenübertragung, insbesondere für eine Datenübertragung von dem Drehrahmen D zu der Steuerungsvorrichtung 30, ausgebildet ist. Die Beschleunigungssensoren M31 und M32 sind jeweils in die Projektionsdatenaufbereitungseinheit N integriert. Durch die Verwendung der zwei Beschleunigungssensoren M31 und M32 werden zwei redundante Messpfade bereitgestellt, um die Erstfehlersicherheit zu gewährleisten.
  • Die 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten eines Beschleunigungssensors eines Computertomographiegeräts 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Drehen RR eines Drehrahmens D des Computertomographiegeräts 1 relativ zu einem Tragrahmen F des Computertomographiegeräts 1 um eine Rotationsachse RZ), wobei der Drehrahmen D mittels eines Rotationslagers drehbar gelagert ist,
    • - Erfassen RA der Beschleunigungsdaten mittels eines Beschleunigungssensors M11, M2, M3), wobei der Beschleunigungssensor M11, M2, M3 an dem Drehrahmen D des Computertomographiegeräts 1 angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, und
    • - Verarbeiten PA der Beschleunigungsdaten, wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Messgröße ermittelt wird, welche eine Rotation des Drehrahmens D um eine Rotationsachse
    RZ betrifft und/oder welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Drehwinkel, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Drehrahmens D besteht.

Claims (14)

  1. Computertomographiegerät (1), aufweisend - einen Tragrahmen (F), - einen Drehrahmen (D), der mittels eines Rotationslagers derart gelagert ist, dass der Drehrahmen (D) relativ zu dem Tragrahmen (F) um eine Rotationsachse (RZ) drehbar ist, - einen Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) zum Erfassen von Beschleunigungsdaten, und - eine Datenverarbeitungseinheit (35) zum Verarbeiten der Beschleunigungsdaten, - wobei der Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) an dem Drehrahmen (D) angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist.
  2. Computertomographiegerät (1) nach Anspruch 1, - wobei der Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) zur Erfassung von Beschleunigungsdaten in Bezug auf jede von zwei Richtungen (x, y) ausgebildet ist, welche zueinander senkrecht sind und welche jeweils zu der Rotationsachse (RZ) senkrecht sind.
  3. Computertomographiegerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, - wobei der Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) zur Erfassung von Beschleunigungsdaten in Bezug auf eine Richtung (z) ausgebildet ist, welche parallel zu der Rotationsachse (RZ) ist.
  4. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - wobei die Datenverarbeitungseinheit (35) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Messgröße zu ermitteln, welche eine Rotation des Drehrahmens (D) um die Rotationsachse (RZ) betrifft und/oder welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Drehwinkel, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Drehrahmens (D) besteht.
  5. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - wobei die Datenverarbeitungseinheit (35) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Unwucht des Drehrahmens (D) und/oder eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens (D) betrifft, zu ermitteln.
  6. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend - einen Kipprahmen (O), der relativ zu dem Tragrahmen (F) um eine Kippachse kippbar gelagert ist, wobei das Rotationslager in den Kipprahmen (O) aufgenommen ist, - wobei die Datenverarbeitungseinheit (35) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Kippwinkel des Kipprahmens (O) zu ermitteln.
  7. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - wobei die Datenverarbeitungseinheit (35) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Lagerschaden des Rotationslagers zu ermitteln.
  8. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend - eine Röntgenröhre (26), welche ein Anoden-Drehlager zur drehbaren Lagerung einer Anode der Röntgenröhre (26) relativ zu einem Elektronenstrahl der Röntgenröhre (26) aufweist, - wobei die Datenverarbeitungseinheit (35) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Beschleunigungsdaten einen Lagerschaden des Anoden-Drehlagers zu ermitteln.
  9. Computertomographiegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend, - einen Detektor (28), der an dem Drehrahmen (D) angeordnet ist und zum Erfassen von Projektionsdaten ausgebildet ist, - eine Projektionsdatenaufbereitungseinheit (N), die an dem Drehrahmen (D) angeordnet ist und für die Aufbereitung der Projektionsdaten für eine Datenübertragung ausgebildet ist, - wobei der Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) in den Detektor (28) und/oder in die Projektionsdatenaufbereitungseinheit (N) integriert ist.
  10. Verfahren zur Verarbeitung von Beschleunigungsdaten eines Beschleunigungssensors eines Computertomographiegeräts (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Drehen (RR) eines Drehrahmens (D) des Computertomographiegeräts (1) relativ zu einem Tragrahmen (F) des Computertomographiegeräts (1) um eine Rotationsachse (RZ), wobei der Drehrahmen (D) mittels eines Rotationslagers drehbar gelagert ist, - Erfassen (RA) der Beschleunigungsdaten mittels eines Beschleunigungssensors (M11, M2, M3), wobei der Beschleunigungssensor (M11, M2, M3) an dem Drehrahmen (D) des Computertomographiegeräts (1) angeordnet ist und als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, und - Verarbeiten (PA) der Beschleunigungsdaten, wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Messgröße ermittelt wird, welche eine Rotation des Drehrahmens (D) um eine Rotationsachse (RZ) betrifft und/oder welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Drehwinkel, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Drehrahmens (D) besteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, - wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten eine Unwucht des Drehrahmens (D) und/oder eine Messgröße, welche das Auswuchten des Drehrahmens (D) betrifft, ermittelt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, - wobei ein Kipprahmen (O) des Computertomographiegeräts (1) relativ zu dem Tragrahmen (F) gekippt wird, wobei das Rotationslager in den Kipprahmen (O) aufgenommen ist, - wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Kippwinkel des Kipprahmens (O) ermittelt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, - wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Lagerschaden des Rotationslagers ermittelt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, - wobei eine Anode einer Röntgenröhre (26) des Computertomographiegeräts (1) relativ zu einem Elektronenstrahl der Röntgenröhre (26) gedreht wird, wobei die Anode mittels eines Anoden-Drehlagers drehbar gelagert ist, - wobei basierend auf den Beschleunigungsdaten ein Lagerschaden des Anoden-Drehlagers der Röntgenröhre (26) ermittelt wird.
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