-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen und einen Computertomographen.
-
Computertomographen werden im Bereich der industriellen Messtechnik zum automatisierten Inspizieren und Prüfen von Werkstücken verwendet. Hierbei läuft das Inspizieren und Prüfen in der Regel in folgenden Schritten ab: Es werden zweidimensionale Durchstrahlungsbilder eines Prüfobjekts für unterschiedliche Durchstrahlungsrichtungen erfasst. Anschließend wird aus den erfassten Durchstrahlungsbildern ein dreidimensionales Objektvolumen (auch als dreidimensionales Volumenmodell bezeichnet) rekonstruiert. Zum Schluss erfolgt eine automatisierte Auswertung des dreidimensionalen Objektvolumens, wobei ein Ergebnis der Auswertung üblicherweise eine Prüfentscheidung (z.B. eine Gut/Schlecht-Entscheidung) beinhaltet, die ein automatisiertes (Aus-)Sortieren von Werkstücken ermöglicht.
-
Hierzu werden für eine Prüfaufgabe Parameter für das Erfassen, die Rekonstruktion und die Auswertung definiert und als sogenannter Prüfplan abgelegt. Dieser Prüfplan wird für jedes Prüfobjekt ausgeführt. Prüfpläne können jahrelang in Verwendung sein, in der Regel solange, wie das zu überprüfende Werkstück produziert wird. Die im Prüfplan hinterlegten Parameter für das Erfassen, die Rekonstruktion und die Auswertung werden während dieser Zeit nicht verändert.
-
Durch die Parameter für das Erfassen und die Rekonstruktion wird eine Qualität des dreidimensionalen Objektvolumens festgelegt. Beeinflussende Parameter hierfür sind beispielweise eine Helligkeit bzw. Intensität einer Röntgenquelle, eine Integrationszeit eines Röntgendetektors sowie eine Anzahl von erfassten Durchstrahlbildern und weitere. Die Komponenten Röntgenquelle und Röntgendetektor unterliegen einer gewissen Degradation durch Alterung und belastungsabhängiger Verwendung. Diese Degradation bewirkt eine Reduzierung einer Emissionsleistung der Röntgenquelle und eine Reduzierung einer Empfindlichkeit des Röntgendetektors. Diese treten unabhängig voneinander auf und sind nichtlinear, jedoch im Regelfall nie sprunghaft. Beide Entwicklungen führen zu einer Verschlechterung der Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens. Diese Verschlechterung geschieht kontinuierlich und ist in einer Rate nicht vorhersagbar, da hierfür keine Parameteränderungen des Erfassens und der Rekonstruktion verantwortlich sind. Dies hat zur Folge, dass eine Auswertung des dreidimensionalen Objektvolumens zum Ableiten eines Prüfergebnisses eine breite Qualitätsspanne akzeptieren muss. Dies ist nur begrenzt realisierbar, erfordert einen großen Aufwand und ist fehlerbehaftet. Bei Unterschreitung einer auswertungsabhängigen Qualitätsschwelle ist überhaupt keine Auswertung mehr möglich. Diese Schwelle ist in der Regel unbekannt bzw. wird auch nicht ermittelt. In der Regel wird bei Versagen der Auswertung eine der beiden Komponenten getauscht, wobei hier die Entscheidung, welche Komponente zu tauschen ist, sehr zeitaufwändig sein kann.
-
Aus der
DE 102 25 188 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen zur Erstellung von Projektionen von einem Messobjekt bekannt, wobei die Projektionen zur Erzeugung von Bildern des Messobjekts dienen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorgabe eines Sollwertes für einen für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor, sequentielle Erstellung von Projektionen von dem Messobjekt unter Bestimmung eines Istwertes des für die Qualität der jeweiligen Projektion charakteristischen Faktors zwischen der Erstellung aufeinander folgender Projektionen und unter Regelung der Primärintensität einer Röntgenquelle des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinander folgender Projektionen, derart, dass der Istwert des charakteristischen Faktors der von dem Computertomographen erstellten Projektionen jeweils auf dem vorgegebenen Sollwert gehalten wird. Weiter wird ein Computertomograph offenbart, der zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen und einen Computertomographen zu schaffen, mit denen insbesondere eine Prüfaufgabe verbessert ausgeführt werden kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Computertomographen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Es ist einer der Grundgedanken der Erfindung, nach Ausführen einer Prüfaufgabe mindestens einen Qualitätsparameter zu bestimmen, der ein aus Durchstrahlungsbildern rekonstruiertes dreidimensionales Objektvolumen (welches auch als dreidimensionales Volumenmodell bezeichnet werden kann) charakterisiert. Ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter wird eine Intensität der Röntgenquelle durch Verändern mindestens eines Betriebsparameters der Röntgenquelle eingestellt, sodass der mindestens eine Qualitätsparameter beim erneuten Ausführen der Prüfaufgabe in einem vorgegebenen Parameterbereich liegt. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass eine Prüfaufgabe stets unter gleichen Prüfbedingungen ausgeführt wird.
-
Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomographen zur Verfügung gestellt, wobei gemäß einer Prüfaufgabe Durchstrahlungsbilder eines Prüfobjektes für unterschiedliche Durchstrahlungsrichtungen mittels einer Röntgenquelle und eines Röntgendetektors erfasst werden, wobei ein dreidimensionales Objektvolumen aus den erfassten Durchstrahlungsbildern rekonstruiert wird, wobei mindestens ein das rekonstruierte dreidimensionale Objektvolumen charakterisierender Qualitätsparameter bestimmt wird, und wobei ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter eine Intensität der Röntgenquelle durch Verändern mindestens eines Betriebsparameters der Röntgenquelle eingestellt wird, sodass der mindestens eine Qualitätsparameter beim erneuten Ausführen der Prüfaufgabe in einem vorgegebenen Parameterbereich liegt.
-
Ferner wird insbesondere ein Computertomograph geschaffen, umfassend eine Röntgenquelle, eingerichtet zum Erzeugen von Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor, eingerichtet zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern eines mittels der erzeugten Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen gemäß einer Prüfaufgabe durchstrahlten Prüfobjektes, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein dreidimensionales Objektvolumen aus den erfassten Durchstrahlungsbildern zu rekonstruieren, mindestens ein das rekonstruierte dreidimensionale Objektvolumen charakterisierenden Qualitätsparameter zu bestimmen, und ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter eine Intensität der Röntgenquelle durch Verändern mindestens eines Betriebsparameters der Röntgenquelle einzustellen, sodass der mindestens eine Qualitätsparameter beim erneuten Ausführen der Prüfaufgabe in einem vorgegebenen Parameterbereich liegt.
-
Ein Vorteil des Verfahrens und des Computertomographen ist, dass eine Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens als Ausgangspunkt für das Einstellen der Intensität mittels des mindestens einen Betriebsparameters der Röntgenquelle dient. Hierdurch kann direkt Einfluss auf die Qualität des bei einem nachfolgenden Durchlauf der Prüfaufgabe erhaltenen rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens genommen werden. Insbesondere ermöglicht dies eine qualitätsabhängige, die Komponenten schonende Steuerung des Computertomographen. Insbesondere kann eine gleichbleibende (vorgegebene) Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens erzielt werden. Durch die gleichbleibende (vorgegebene) Qualität wird insbesondere das Ausführen der Prüfaufgabe, insbesondere das Auswerten zum Treffen einer Prüfentscheidung, verbessert.
-
Es wird im Rahmen dieser Offenbarung davon ausgegangen, dass stets die gleiche Prüfaufgabe an gleichartigen Prüfobjekten ausgeführt wird. Hierdurch lassen sich die einzelnen Durchläufe der Prüfaufgabe, auch wenn diese an anderen Exemplaren des Prüfobjekts durchgeführt werden, miteinander vergleichen, sodass sich insbesondere Erkenntnisse über einen Zustand des Computertomographen, insbesondere die Röntgenquelle, gewinnen lassen. Der mindestens eine Betriebsparameter der Röntgenquelle wird daher insbesondere nach jedem Durchlauf der Prüfaufgabe eingestellt.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das rekonstruierte dreidimensionale Objektvolumen ausgewertet wird, um das Prüfobjekt, üblicherweise ein Werkstück, zu bewerten. Ein Ergebnis der Auswertung beinhaltet üblicherweise eine Prüfentscheidung (insbesondere eine Gut/Schlecht-Entscheidung), die ein automatisiertes (Aus-)Sortieren des Prüfobjekts, insbesondere des Werkstücks, ermöglicht. Durch das Einstellen der Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens kann insbesondere die Prüfentscheidung vereinfacht werden, da ein Toleranzbereich, der im Rahmen der Auswertung zulässig ist, verringert werden kann. Dies erleichtert die Auswertung und verbessert insbesondere ein Ergebnis der Prüfentscheidung.
-
Ein Qualitätsparameter ist insbesondere ein Maß für eine (Signal-)Qualität im rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumen. Ein vorgegebener Parameterbereich umfasst im einfachsten Fall einen (einzigen) Wert für den mindestens einen Qualitätsparameter. Der Wert kann in diesem Fall auch als Sollwert bezeichnet werden.
-
Der mindestens eine Betriebsparameter ist insbesondere ein Strom der Röntgenquelle, mit dem eine Intensität eingestellt werden kann. Grundsätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass andere Betriebsparameter eingestellt werden.
-
Die Steuereinrichtung kann einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung umfasst insbesondere mindestens eine Recheneinrichtung und mindestens eine Speichereinrichtung.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Einstellen die Intensität der Röntgenquelle mittels eines Regelkreises ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter geregelt wird. Hierdurch kann die Intensität nachgeregelt werden, sodass die in aufeinanderfolgenden Durchläufen rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumina stets die gleiche (Mindest-)Qualität aufweisen. Eine Regelstrecke ist insbesondere wie folgt ausgestaltet: Als Führungsgröße dient der bestimmte mindestens eine Qualitätsparameter des rekonstruierten Objektvolumens. Als Regelgröße (Rückführung) dient ein jeweils für den aktuellen Durchlauf bestimmter Wert des mindestens einen Qualitätsparameters. Eine Regelabweichung ist als Unterschied bzw. Differenz zwischen der Führungsgröße und der momentanen Regelgröße definiert. Die Stellgröße ist insbesondere ein Strom der Röntgenquelle, kann grundsätzlich jedoch auch andere Betriebsparameter umfassen. Die Regelstrecke ist das bildgebende System, umfassend insbesondere die Röntgenquelle und den Röntgendetektor. Eine Störgröße bildet eine momentane Güte der Röntgenquelle und des Röntgendetektors, wobei hierbei insbesondere eine Emissionseffizienz der Röntgenquelle und eine Empfindlichkeit des Röntgendetektors maßgebend sind, das heißt, diejenigen Eigenschaften, die einer Degradation unterliegen. Der Regler überführt die momentane Regelabweichung in eine neue Stellgröße, das heißt, insbesondere setzt der Regler eine Abweichung des mindestens einen Qualitätsparameters in einen geänderten Strom der Röntgenquelle um.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Intensität derart eingestellt und/oder geregelt wird, dass die Intensität minimiert ist oder minimiert wird. Hierdurch können eine Degradation bzw. ein Verschleiß der Röntgenquelle und des Röntgendetektors minimiert werden. Anders ausgedrückt wird die Röntgenquelle mit der für die Prüfaufgabe minimal möglichen Intensität betrieben, wobei weiterhin die Bedingung erfüllt sein muss, dass der mindestens eine Qualitätsparameter innerhalb des vorgegebenen Parameterbereichs liegen muss. Beispielsweise wird die Röntgenquelle stets bei minimal möglichem Strom betrieben, bei dem der mindestens eine Qualitätsparameter noch innerhalb des vorgegebenen Parameterbereichs liegt.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Qualitätsparameter ein Signal-zu-Rauschverhältnis zumindest eines, insbesondere vorgegebenen, Teilbereichs des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens bestimmt wird. Hierdurch kann die Qualität eines in dem rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumen enthaltenen Signals direkt quantifiziert werden und als Ausgangspunkt zum Einstellen der Intensität der Röntgenquelle verwendet werden. Das Signal-zu-Rauschverhältnis ist hierbei insbesondere ein Quotient aus Signalleistung zu Rauschleistung. In der Regel gibt es im rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumen sowohl Teilbereiche, die Luft abbilden, als auch Teilbereiche, die das Prüfobjekt abbilden. Zum Ermitteln des Signal-zu-Rauschverhältnisses eignen sich insbesondere Teilbereiche, die Luft abbilden, da für diesen Bereich bekannt ist, dass dort ausschließlich Luft abgebildet ist. Zum Ermitteln des Signal-zu-Rauschverhältnisses kann beispielsweise eine dreidimensionale Fourieranalyse durchgeführt werden. Ein Gleichanteil entspricht hierbei dem Signal (also insbesondere dem Signal für Luft), alle Wechselanteile gehören hingegen zum Rauschen. Durch Integrieren aller Wechselanteile lässt sich eine Gesamtrauschleistung bestimmen. Da beim Rekonstruieren Luft abbildenden Teilbereichen üblicherweise ein Signalwert von 0 zugeordnet wird, kann vorgesehen sein, eine Signalleistung von Luft auf einen konstanten Wert zu setzen, beispielsweise auf 1 W. Dies führt dann zu einem Pseudo-Signal-zu-Rauschverhältnis. Alternativ kann die bestimmte Rauschleistung auch als absoluter Qualitätsparameter verwendet werden.
-
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Teilbereich ausgehend von einer Materialeigenschaft des Teilbereichs ausgewählt und vorgegeben wird. Die Materialeigenschaft kann beispielsweise eine vorgegebene Abschwächung von Röntgenstrahlung der Röntgenquelle sein. Beispielsweise kann auf diese Weise festgelegt werden, dass der Teilbereich Luft abbilden soll.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Historie des mindestens einen Betriebsparameters gespeichert wird, wobei ausgehend von der gespeicherten Historie mindestens ein zukünftiger Wert und/oder eine Veränderungsrate des mindestens einen Betriebsparameters geschätzt wird. Hierdurch kann eine Vorhersage eines zukünftigen Verhaltens der Röntgenquelle erfolgen. Das zukünftige Verhalten kann dann insbesondere zum Vorhersagen eines Zustands der Röntgenquelle verwendet werden. Hierdurch wird eine vorausschauende Wartung (engl. „Predictive Maintenance“) ermöglicht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein zukünftiger Wert und/oder eine Veränderungsrate des Stroms der Röntgenquelle geschätzt wird. In der Regel wird der zum Betreiben der Röntgenquelle notwendige Strom mit der Zeit zunehmen, wenn der mindestens eine Qualitätsparameter innerhalb des vorgegebenen Parameterbereichs gehalten werden soll, da die Röntgenquelle mit der Zeit degradiert und eine Intensität abnimmt. Dies wird deutlich an zwei Beispielen aus der Praxis:
-
1. Beispiel:
-
Die Röntgenquelle wird für eine Prüfaufgabe ununterbrochen (24/7) mit einer konstanten Beschleunigungsspannung von 130 kV und einem konstanten Strom der Röntgenquelle von 220 µA verwendet. Eine Intensität der Röntgenquelle sinkt hierbei (bei unveränderten Betriebsparametern der Röntgenquelle) von einem Startwert von 46500 Counts/s innerhalb von drei Jahren Betrieb auf 32000 Counts aufgrund einer Degradation der Röntgenquelle (und in geringerem Maße auch des Röntgendetektors).
-
2. Beispiel:
-
Die Röntgenquelle wird für eine Prüfaufgabe ununterbrochen (24/7) mit einer konstanten Beschleunigungsspannung von 225 kV und einem konstanten Strom der Röntgenquelle von 6720 µA verwendet. Eine Intensität der Röntgenquelle sinkt hierbei (bei unveränderten Betriebsparametern der Röntgenquelle) von einem Startwert von 32000 Counts/s innerhalb von zwei Jahren Betrieb auf 26000 Counts.
-
Um die Signalstärke konstant zu halten, hätte die Intensität der Röntgenquelle in beiden Beispielen erhöht werden müssen.
-
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgehend von dem geschätzten mindestens einen zukünftigen Wert und/oder der geschätzten Veränderungsrate des mindestens einen Betriebsparameters eine Restlebensdauer der Röntgenquelle geschätzt wird. Hierdurch kann direkt eine Aussage darüber getroffen werden, wann die Röntgenquelle ausgetauscht werden muss. Wird beispielsweise bestimmt, dass, um eine gleichbleibende Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens zu erhalten, pro Woche der Strom der Röntgenquelle um die Änderungsrate d erhöht werden muss, wobei ein momentaner Strom der Röntgenquelle a ist und wobei der maximale Strom der Röntgenquelle a_max ist, so ergibt sich für eine Restlebensdauer t (oder Restlaufzeit):
-
Hierbei wurde ein linearer Zusammenhang angenommen. Falls kein linearer Zusammenhang vorliegen sollte, sondern beispielsweise ein exponentieller, kann die Restlebensdauer t in analoger Weise geschätzt werden.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach einem Tausch der Röntgenquelle oder des Röntgendetektors ausgehend von dem veränderten mindestens einen Betriebsparameter bestimmt wird, ob der Tausch der Röntgenquelle oder des Röntgendetektors gerechtfertigt war oder nicht. Hierdurch kann direkt identifiziert werden, ob die degradierte Komponente getauscht wurde oder nicht. Insbesondere ist hierfür nach dem Tausch nur ein einziger Durchlauf der Prüfaufgabe notwendig. Ausgehend von dem nach dem einmaligen Durchlauf der Prüfaufgabe ausgehend von dem rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumen bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter wird der mindestens eine Betriebsparameter verändert. Durch einen Vergleich des geänderten mindestens einen Betriebsparameters mit dem vorherigen mindestens einen Betriebsparameter, der bis zum Tausch verwendet wurde, kann entschieden werden, ob der Tausch der Komponente gerechtfertigt war oder nicht.
-
Dies wird anhand der nachfolgenden Beispiele verdeutlicht:
-
1. Beispiel:
-
Ausgangssituation: Ein Tausch der Röntgenquelle ist gerechtfertigt, der Röntgendetektor ist nur leicht degradiert. Es ergeben sich dann die folgenden Werte für den Betriebsparameter Strom der Röntgenquelle:
| | bei Auslieferung | vor Tausch | nach Tausch |
| Strom in µA | 800 | 2500 | 1000 |
-
Man erkennt deutlich die starke Reduktion des Stroms der Röntgenquelle nach dem Tausch, was für eine starke Degradation der Röntgenquelle spricht und den Tausch der Röntgenquelle rechtfertigt.
-
2. Beispiel:
-
Ausgangssituation: Ein Tausch der Röntgenquelle ist nicht gerechtfertigt, hingegen ist der Röntgendetektor stark degradiert. Es ergeben sich dann die folgenden Werte für den Betriebsparameter Strom der Röntgenquelle:
| | bei Auslieferung | vor Tausch | nach Tausch |
| Strom in µA | 800 | 2500 | 2400 |
-
Der Strom der Röntgenquelle ist nach dem Tausch nur leicht reduziert, was für eine starke Degradation des Röntgendetektors spricht und den Tausch der Röntgenquelle daher nicht rechtfertigt.
-
Das Bestimmen, ob der Tausch der Röntgenquelle gerechtfertigt war oder nicht, kann beispielsweise mittels einer entsprechend hierfür eingerichteten Logik in der Steuereinrichtung erfolgen, welche die in den Beispielen verdeutlichten Aussagen trifft.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für eine vorgegebene Prüfaufgabe ein benötigter minimaler Wert des mindestens einen Qualitätsparameters bestimmt wird, wobei der vorgegebene Parameterbereich des mindestens einen Qualitätsparameters ausgehend von dem benötigten minimalen Wert festgelegt wird. Hierdurch kann bereits bei der Definition der Prüfaufgabe dafür gesorgt werden, dass eine Lebensdauer einer verwendeten Röntgenquelle und eines verwendeten Röntgendetektors möglichst groß ist. Anders ausgedrückt kann die Röntgenquelle zum Erreichen der minimal möglichen Qualität des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens bereits nach Inbetriebnahme insbesondere bei minimaler Intensität betrieben werden, sodass der veränderte mindestens einen Betriebsparameter, insbesondere der Strom der Röntgenquelle, im zeitlichen Verlauf erst später einen zulässigen Grenzwert, insbesondere einen maximalen Strom der Röntgenquelle, erreicht. Beispielsweise kann beim Definieren der Prüfaufgabe bzw. beim Erstellen des Prüfplans empirisch bestimmt werden, wie klein der mindestens eine Qualitätsparameter, beispielsweise wie klein das Signal-zu-Rauschverhältnis, gewählt werden kann, um noch ein zuverlässiges Überprüfen (insbesondere eine Prüfentscheidung) zu ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann der minimale Wert für den mindestens einen Qualitätsparameter grundsätzlich auch mittels Simulation bestimmt werden.
-
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Computertomographen ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Computertomographen sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Computertomographen;
- 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Regelkreises für eine Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Computertomographen und des Computertomographen;
- 3 schematische zeitliche Verläufe eines Signal-zu-Rauschverhältnisses als Beispiel für einen Qualitätsparameter des rekonstruierten Objektvolumens und eines Stroms der Röntgenquelle als Beispiel für einen Betriebsparameter;
- 4 ein schematischer zeitlicher Verlauf eines Zustands der Komponenten Röntgenquelle und Röntgendetektor;
- 5 schematische zeitliche Verläufe eines Signal-zu-Rauschverhältnisses als Beispiel für einen Qualitätsparameter des rekonstruierten Objektvolumens und eines Stroms der Röntgenquelle als Beispiel für einen Betriebsparameter, wie diese mit der in dieser Offenbarung beschriebenen Lösung erreicht werden können;
- 6 ein schematischer zeitlicher Verlauf eines Zustands der Komponenten Röntgenquelle und Röntgendetektor, wie dieser mit der in dieser Offenbarung beschriebenen Lösung erreicht werden kann;
- 7 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Computertomographen.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Computertomographen 1 gezeigt. Der Computertomograph 1 umfasst eine Röntgenquelle 2, einen Röntgendetektor 3 und eine Steuereinrichtung 4. Ferner umfasst der Computertomograph 1 einen Drehtisch 6 mit einer Drehachse 7, auf dem ein Prüfobjekt 10 gedreht werden kann, sodass dieses aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen erfasst werden kann. Die Röntgenquelle 2 ist eingerichtet zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 5, mit der das Prüfobjekt 10 durchstrahlt wird. Die Röntgenquelle 2 wird hierzu bei vorgegebenen Betriebsparametern 8 betrieben, die von der Steuereinrichtung 4 vorgegeben werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 4 einen Strom 8-1 der Röntgenquelle 2 einstellen. Der Röntgendetektor 3 ist eingerichtet zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern 11 des mittels der erzeugten Röntgenstrahlung 5 aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen gemäß einer Prüfaufgabe durchstrahlten Prüfobjektes 10. Die Durchstrahlungsbilder 11 werden der Steuereinrichtung 4 zur Auswertung zugeführt. Das Verfahren zum Betreiben des Computertomographen 1 wird nachfolgend anhand des Computertomographen 1 näher erläutert.
-
Die Steuereinrichtung 4 ist dazu eingerichtet, ein dreidimensionales Objektvolumen 20 aus den erfassten Durchstrahlungsbildern 11 zu rekonstruieren. Dies erfolgt in an sich bekannter Weise. Ferner bestimmt die Steuereinrichtung 4 mindestens ein das rekonstruierte dreidimensionale Objektvolumen 20 charakterisierenden Qualitätsparameter 21. Ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter 21 stellt die Steuereinrichtung 4 eine Intensität der Röntgenquelle 2 durch Verändern mindestens eines Betriebsparameters 8, insbesondere des Stroms 8-1, der Röntgenquelle 2 ein, sodass der mindestens eine Qualitätsparameter 21 beim erneuten Ausführen der Prüfaufgabe in einem vorgegebenen Parameterbereich 22 liegt. Der vorgegebene Parameterbereich 22 wird der Steuereinrichtung 4 beispielsweise extern vorgegeben.
-
Es kann vorgesehen sein, dass zum Einstellen die Intensität der Röntgenquelle 2 mittels eines Regelkreises 9 ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter 21 geregelt wird. Die Steuereinrichtung 4 stellt den Regelkreis 9 bereit.
-
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Regelkreises 9 für die vorgenannte Ausführungsform. Eine Regelstrecke 9-1 ist gebildet durch das bildgebende System, das heißt, durch die Röntgenquelle 2 und den Röntgendetektor 3 (1). Eine Stellgröße 9-2 ist ein Strom der Röntgenquelle. Eine Führungsgröße 9-3 ist ein vorgegebener Parameterbereich 22 für den mindestens einen Qualitätsparameter 21. Insbesondere ist die Führungsgröße 9-3 ein (Soll-)Wert aus dem vorgegebenen Parameterbereich 22. Eine rückgeführte Regelgröße 9-4 ist ein momentaner Wert des mindestens einen Qualitätsparameters 21. Aus einem Unterschied bzw. einer Differenz zwischen der Führungsgröße 9-3 und der Regelgröße 9-4 wird eine Regelabweichung 9-5 bestimmt, welche einem Regler 9-6 zugeführt wird, der die momentane Regelabweichung 9-5 in eine neue Stellgröße 9-2 überführt. Im vorliegenden Beispiel setzt der Regler 9-6 die Regelabweichung 9-5 in einen geänderten Strom der Röntgenquelle um. Eine Störgröße 9-7 ist insbesondere eine momentane Güte der Röntgenquelle und des Röntgendetektors.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Intensität derart eingestellt und/oder geregelt wird, dass die Intensität minimiert ist oder minimiert wird.
-
Es kann vorgesehen sein, dass als Qualitätsparameter 21 ein Signal-zu-Rauschverhältnis 23 (1) zumindest eines vorgegebenen Teilbereichs des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens 20 bestimmt wird.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass der Teilbereich ausgehend von einer Materialeigenschaft des Teilbereichs ausgewählt und vorgegeben wird. Beispielsweise kann der Teilbereich derart ausgewählt werden, dass die Materialeigenschaften des Teilbereichs mit denen von Luft korrespondieren, sodass in dem Teilbereich des rekonstruierten dreidimensionalen Objektvolumens 20 Luft abgebildet ist und das Signal-zu-Rauschverhältnis 23 daran bestimmt wird.
-
Es kann vorgesehen sein, dass eine Historie 24 des mindestens einen Betriebsparameters 8 gespeichert wird, wobei ausgehend von der gespeicherten Historie 24 (1) mindestens ein zukünftiger Wert 25 und/oder eine Veränderungsrate 26 des mindestens einen Betriebsparameters 8 geschätzt wird.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass ausgehend von dem geschätzten mindestens einen zukünftigen Wert 25 und/oder der geschätzten Veränderungsrate 26 des mindestens einen Betriebsparameters 8 eine Restlebensdauer 27 der Röntgenquelle 2 geschätzt wird.
-
Es kann vorgesehen sein, dass nach einem Tausch der Röntgenquelle 2 oder des Röntgendetektors 3 ausgehend von dem veränderten mindestens einen Betriebsparameter 8 bestimmt wird, ob der Tausch der Röntgenquelle 2 oder des Röntgendetektors 3 gerechtfertigt war oder nicht.
-
Es kann vorgesehen sein, dass für eine vorgegebene Prüfaufgabe ein benötigter minimaler Wert des mindestens einen Qualitätsparameters 21 bestimmt wird, wobei der vorgegebene Parameterbereich 22 des mindestens einen Qualitätsparameters 21, insbesondere eines Sollwertes, ausgehend von dem benötigten minimalen Wert festgelegt wird.
-
In der 3 sind schematische zeitliche Verläufe eines Signal-zu-Rauschverhältnisses 23 als Beispiel für einen Qualitätsparameter 21 des rekonstruierten Objektvolumens und eines Stroms 8-1 der Röntgenquelle als Beispiel für einen Betriebsparameter 8 zur Verdeutlichung des in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens gezeigt. Die Zeit wird in Wochen auf der x-Achse 30 angegeben. Der Strom 8-1 ist in µA und das Signal-zu-Rauschverhältnis 23 ist in dB auf der jeweiligen y-Achse 31 angegeben.
-
In der 4 ist korrespondierend mit der 3 ein schematischer zeitlicher Verlauf eines Zustands 15 der Komponenten Röntgenquelle und Röntgendetektor gezeigt. Die Einheit ist hierbei in Prozent angegeben und soll lediglich beispielhaft und schematisch eine Degradation bzw. einen Verschleiß der Komponenten zeigen.
-
Die 3 und 4 verdeutlichen ein Verhalten, das beobachtet wird, wenn die Röntgenquelle mit einem konstanten Strom 8-1 bzw. unveränderten Betriebsparametern 8 betrieben wird. Mit der Zeit nimmt aufgrund einer Degradation bzw. eines Verschleißes der Komponenten eine Leistungsfähigkeit der Komponenten, insbesondere der Röntgenquelle, ab, wobei sich Eigenschaften der Komponenten ändern. Die Änderung der Eigenschaften führt dazu, dass sich ein Qualitätsparameter eines rekonstruierten Objektvolumens, wie beispielsweise das Signal-zu-Rauschverhältnis 23 zunehmend verschlechtert.
-
Die 5 und 6 zeigen entsprechende schematische zeitliche Verläufe, wie diese mit der in dieser Offenbarung beschriebenen Lösung erreicht werden können. Gezeigt sind dieselben Größen. Jedoch wird das Signal-zu-Rauschverhältnis 23 auf einen konstanten (Soll-)Wert eingestellt, insbesondere geregelt. Dies erfolgt, indem der Strom 8-1 der Röntgenquelle über die Zeit erhöht wird. Trotz einer Degradation des Zustands 15 bzw. eines Verschleißes (6) kann hierdurch die Qualität des rekonstruierten Objektvolumens konstant gehalten werden.
-
Ausgehend von dem zeitlichen Verlauf, können zukünftige Werte 25 und/oder eine Veränderungsrate 26 geschätzt werden, beispielsweise, indem eine lineare oder nichtlineare Funktion an eine Historie 24 des Stroms 8-1 angepasst wird und der zukünftige Verlauf der Funktion extrapoliert wird. Ausgehend von einem maximal zulässigen Wert 28 für den Strom 8-1 der Röntgenquelle kann mittels der geschätzten zukünftigen Werte 25 und/oder mittels der Veränderungsrate 26 eine Restlebensdauer geschätzt werden, indem von einem aktuellen Zeitpunkt aus eine verbleibende Zeitdauer bestimmt wird, bis zu einem Schnittpunkt zwischen den zukünftigen Werten 25 und dem maximal zulässigen Wert 28 für den Strom 8-1.
-
In der 7 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Computertomographen gezeigt.
-
In einer Maßnahme 100 wird ein Prüfobjekt in einem Messbereich des Computertomographen auf einem Drehtisch angeordnet.
-
In einer Maßnahme 101 werden gemäß einer Prüfaufgabe Durchstrahlungsbilder des Prüfobjektes für unterschiedliche Durchstrahlungsrichtungen mittels einer Röntgenquelle und eines Röntgendetektors erfasst. Dies erfolgt insbesondere in an sich bekannter Weise.
-
In einer Maßnahme 102 wird aus den erfassten Durchstrahlungsbildern ein dreidimensionales Objektvolumen rekonstruiert. Dies erfolgt insbesondere in an sich bekannter Weise.
-
In einer Maßnahme 103 wird mindestens ein das rekonstruierte dreidimensionale Objektvolumen charakterisierender Qualitätsparameter bestimmt. Als Qualitätsparameter wird insbesondere ein Signal-zu-Rauschverhältnis für zumindest einen vorgegebenen Teilbereich des rekonstruierten Objektvolumens bestimmt. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der Teilbereich ausgehend von einer Materialeigenschaft des Teilbereichs ausgewählt und vorgegeben wird.
-
In einer Maßnahme 104 wird ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter eine Intensität der Röntgenquelle durch Verändern mindestens eines Betriebsparameters, insbesondere durch Verändern eines Stroms, der Röntgenquelle eingestellt, sodass der mindestens eine Qualitätsparameter beim erneuten Ausführen der Prüfaufgabe in einem vorgegebenen Parameterbereich liegt. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass zum Einstellen die Intensität der Röntgenquelle mittels eines Regelkreises ausgehend von dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter geregelt wird.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Intensität derart eingestellt und/oder geregelt wird, dass die Intensität minimiert ist oder minimiert wird.
-
In einer Maßnahme 105 wird das Prüfobjekt aus dem Computertomographen entfernt. Anschließend wird das Verfahren mit einem weiteren (gleichartigen) Prüfobjekt mit dem veränderten mindestens einen Betriebsparameter, insbesondere mit dem veränderten Strom, der Röntgenquelle wiederholt.
-
Es kann in einer Maßnahme 106 vorgesehen sein, dass eine Historie des mindestens einen Betriebsparameters gespeichert wird, wobei ausgehend von der gespeicherten Historie mindestens ein zukünftiger Wert und/oder eine Veränderungsrate des mindestens einen Betriebsparameters geschätzt wird.
-
Es kann ferner in Maßnahme 106 vorgesehen sein, dass ausgehend von dem geschätzten mindestens einen zukünftigen Wert und/oder der geschätzten Veränderungsrate des mindestens einen Betriebsparameters eine Restlebensdauer der Röntgenquelle geschätzt wird.
-
Es kann in einer Maßnahme 107 vorgesehen sein, dass nach einem Tausch der Röntgenquelle oder des Röntgendetektors ausgehend von dem veränderten mindestens einen Betriebsparameter bestimmt wird, ob der Tausch der Röntgenquelle oder des Röntgendetektors gerechtfertigt war oder nicht.
-
Es kann in einer vorangehenden Maßnahme 90 vorgesehen sein, dass für eine vorgegebene Prüfaufgabe ein benötigter minimaler Wert des mindestens einen Qualitätsparameters bestimmt wird, wobei der vorgegebene Parameterbereich des mindestens einen Qualitätsparameters ausgehend von dem benötigten minimalen Wert festgelegt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Computertomograph
- 2
- Röntgenquelle
- 3
- Röntgendetektor
- 4
- Steuereinrichtung
- 5
- Röntgenstrahlung
- 6
- Drehtisch
- 7
- Drehachse
- 8
- Betriebsparameter
- 8-1
- Strom
- 9
- Regelkreis
- 9-1
- Regelstrecke
- 9-2
- Stellgröße
- 9-3
- Führungsgröße
- 9-4
- Regelgröße
- 9-5
- Regelabweichung
- 9-6
- Regler
- 9-7
- Störgröße
- 10
- Prüfobjekt
- 11
- Durchstrahlungsbild
- 15
- Zustand
- 20
- dreidimensionales Objektvolumen
- 21
- Qualitätsparameter
- 22
- vorgegebener Parameterbereich
- 23
- Signal-zu-Rauschverhältnis
- 24
- Historie
- 25
- zukünftiger Wert
- 26
- Veränderungsrate
- 27
- Restlebensdauer
- 28
- maximal zulässiger Wert
- 30
- x-Achse
- 31
- y-Achse
- 90-107
- Maßnahmen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
