WO1995025990A2 - Fuzzy-regelungs-system, insbesondere zur dosisleistungsregelung bei einem röntgendiagnostikgerät - Google Patents

Fuzzy-regelungs-system, insbesondere zur dosisleistungsregelung bei einem röntgendiagnostikgerät Download PDF

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WO1995025990A2
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individual module
fuzzi
input
fuzzy
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Detlef KÖRTGE
Michael Franz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
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Definitions

  • Fuzzy control system in particular for dose rate control in an X-ray diagnostic device
  • Fuzzy control systems can be broken down into a fuzzification area, an area of a rule base and inference formation, and a defuzzification area.
  • the input values are referred to as sharp input values.
  • the sharp input values are converted into a fuzzy value so that they can be processed further in the fuzzy control system.
  • Each input of the fuzzy control system is identified with a linguistic variable, for example height or weight.
  • An input range is defined for this variable in which the sharp input value can vary.
  • the entrance area is divided into sub-areas, the so-called fuzzy sets.
  • Each of these fuzzy sets contains a characterizing name.
  • a linguistic variable, for example "weight” can be divided into the areas small, medium and large.
  • Each fuzzy set is represented by a function. This function is used to determine the degree of membership ( ⁇ ) with which there is a sharp input value in the area of the fuzzy set.
  • the result of the determination of the degree of membership is not a boolean value, but is in the range between 0 and 1.
  • the system behavior is defined in the area of the rule base and inference formation.
  • the rule base represents a collection of verbally formulated rules that link the input and output fuzzy sets. With two inputs and one output, the rules have the following form:
  • B] e- stands for a linguistic output variable, with the fuzzy set b] n .
  • a rule specifies which output fuzzy sets are to be weighted by which input fuzzy sets. During the weighting, a membership value is assigned to an output fuzzy set. An output set can only be weighted with one value. If there is more than one input fuzzy set, the resulting weighting factor must first be determined. For this purpose, the inputs can be linked with a number of operators.
  • Inference formation carries out the weighting of the output set.
  • Two methods are possible here. The first is to cut off the initial fuzzy set in the amount of the resulting degree of membership. This is called the “max-min method”. The second method would be to reduce the initial fuzzy set proportionally from its normal size to the height that corresponds to the determined degree of membership. This is the "Max Prod method”.
  • the weighted output fuzzy sets obtained during the inference formation are brought as a system result into a form which is derived from the "non-fuzzy
  • Fuzzification methods are the maximum method, the left (right) max method and the focal point method. Which method is selected depends entirely on how the fuzzy result is to be interpreted.
  • a fuzzy control system does not take into account the combination in which the input values are present, each combination must be considered as possible. In a fuzzy control system, all possible rules must then be formulated. For example, with six different inputs with a total of 37 fuzzy sets, there are 47,250 rules to set up. Due to the large number of rules to be created, there is a great risk that some rules have not been formulated. It must be checked whether all the rules have actually been formulated, which takes a lot of time.
  • the object of the invention is therefore to design a fuzzy control system of the type mentioned in the introduction in such a way that it is simple and manageable and manageable even with a large number of input values.
  • An advantage of the invention is that inputs or input signals of the fuzzy control system are thus distributed to individual modules, which can be regarded as separate fuzzy systems.
  • the control base is reduced due to the reduced number of inputs for a single module. Only input conditions need to be considered with rules that influence the individual module. If the number of inputs per individual module is limited to two, the rule base for each output can be represented by a matrix. This type of representation allows a simple check of the rules for completeness, prevents the creation of contradicting rules and the repeated creation of rules.
  • an output of a single module can be represented as a surface in three-dimensional space depending on its inputs. This enables the system behavior to be illustrated, and the graphic display also enables the system behavior to be checked quickly for correct function.
  • Such a fuzzy control system can be used particularly advantageously for controlling the dose line of an X-ray diagnostic device if the start values of the dose rate control are determined as a function of examination objects and / or device data.
  • Such a fuzzy control System is inexpensive to manufacture with high control accuracy.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an individual module of a fuzzy control system according to the invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of a fuzzy control system according to the invention
  • FIG 19 to 22 embodiments of an input
  • Fuzzy control system according to FIG 2 and FIG 31 an embodiment of an X-ray diagnostic device.
  • FIG. 1 shows a fuzzification area with the reference symbol 1, a rule base with the reference symbol 2 and a defuzzification area with the reference symbol 3.
  • A, B input signals
  • two inputs A and B are preferably assigned to the individual module 4.
  • the respectively defined input areas 7, 8 of the inputs 5, 6 are linked in the control base 2 and an output area 9 is defined by defuzzification, so that a control signal can be derived at the output 10.
  • the rule base 2 per output 10 can be represented by a matrix.
  • an output 10 can be represented as a surface in three-dimensional space. This illustrates the system behavior and enables the system behavior to be checked quickly for correct function by means of the graphic representation.
  • a first individual module is identified as a type classifier with reference number 11.
  • This first individual module 11 is supplied with input parameters (FIG. 3, 4), for example the signals representing the weight and size of an examination object 21 (FIG. 30).
  • the first individual module 11 thus serves to determine the body stature.
  • the result of the type classification can be used to estimate the extent to which the data of the examination object 21 can be assigned to the different body types.
  • the body of the examination object can be assigned to 21 different body classes.
  • the degree of correspondence of the body of the examination object 21 with a predefined body type is shown with an association value for each body type.
  • the sum of all membership values cannot be greater than 1.
  • the so-called Quetlet quotient can be used as a standard for a "normal" body type.
  • the Quetlet quotient says that with a normal body weight the quotient of body weight and height in meters to
  • FIGS. 5 and 6 for the first individual module 11, reference is also made to FIGS. 3 and 4, which represent input fuzzy sets.
  • FIG. 3 shows an input fuzzy set with respect to the input variable "size” and in FIG. 4 with respect to the "weight”.
  • the X and Y coordinates of a radiation transmitter 22 are fed to a second input module 12.
  • the X coordinate is a relative indication of the length of the examination object 21 and can have values between 0 and 1.
  • the Y coordinate is a relative specification with regard to the width of the examination object 21 and can also have values between 0 and 1.
  • the position of the beam transmitter 22 is preferably specified relative to the position of the table 18, the position information being related to the dimensions of the body of the
  • the location classifier is used to determine the affected body region over which the radiation transmitter 22 is located or which would be affected by an X-ray image. This is based on a non-inclined or tilted radiation transmitter 22, which stands vertically above the examination object 21 or table 18.
  • the fuzzy result of the location classifier indicates the degrees with which the different body regions are affected by the radiological examination. Two different pieces of information can be formed from this fuzzy result. A representative exposure point value is given for the examination region. Otherwise, the part of the body affected by the examination is output.
  • the location classification for determining the exposure points is carried out by fuzzification, for example according to the focus method.
  • the sets of the linguistic output variables are sorted according to the amount of their assigned exposure points.
  • fuzzifying only two sets have a membership value greater than zero. This avoids that the determination of the center of gravity has a result that could also be the result of another pair of fuzzy sets. It becomes this referenced in particular to FIG.
  • a value can be formed from the fuzzy sets “chest” and “arm”, which could also have been formed from the fuzzy sets “thigh” and “stomach". The "thigh” and “belly” need different exposure points than the "chest" or "arm”.
  • the defuzzification with the "Links-Max-Method" is used as the output value.
  • the fuzzy set with the greatest membership value is the result that indicates the location of the examination. Both initial values of the location classification are shown in FIG.
  • Input fuzzy sets and output fuzzy sets shown in FIG. 9 and the rule base shown in FIG 10 are determined.
  • a third individual module 13 is used to determine the first exposure point. Signals relating to the body type, ie output signals of the first individual module 11 and signals via the body part or organ over which the radiation transmitter 22 is located, that is to say output signals of the second individual module 12, are supplied to this third individual module 13 as input parameters. Most of the exposure table is implemented with this third individual module 13. Depending on the body part or organ and estimated body stature, the necessary exposure point value is output. In this case, a perpendicular radiation, that is to say a frontal view, is assumed in relation to the examination object 21. In FIGS. 11 and 12, the input fuzzy sets of the third individual module 13 are on the one hand an input variable with regard to the location and on the other hand with regard to the type shown. The output variable of the exposure points is shown as an output fuzzy set in FIG. 13. The corresponding rule base can be found in FIG. 14.
  • a fourth individual module 14 is provided to compensate for the orbital movement.
  • This fourth individual module 14 has as input parameters the angle of rotation RAO / LAO of the radiation transmitter 21 and the organ or body part over which the radiation transmitter 21 is located, that is to say the output signal of the second ze " odules 12.
  • a compensation factor is formed as the output parameter.
  • the fourth individual module 14 determines depending on the angle of rotation (orbital movement: rotation about the longitudinal axis of the body ( RAO / LAO); Angulation: inclination of the beam path to the head or foot (cranial / scandal) and affected body region is the factor with which the exposure point value is to be corrected, which is particularly important if the trunk of the object under examination 21 is being examined When examining the head, arms and legs, a corresponding correction is of minor importance tion, since these body parts keep approximately the same thickness even when the radiation transmitter 21 is rotated, which in any case relates to the determination of the exposure points. This applies to the orbital movement when the object is in the isocenter.
  • the input fuzzy sets are shown in FIGS. 15 and 16, the output fuzzy sets in FIG. 17 and the rule base of the fourth individual module 14 in FIG.
  • a fifth individual module 15 serves to compensate for the angulation.
  • This fifth individual module 15 is supplied with the inclination angle kk (cranial - scandal) of the radiation transmitter 28 and the location or the organ or body part over which the radiation transmitter 22 is located, ie the output signal of the second individual module 12, as input parameters .
  • a second compensation factor is formed as the output parameter.
  • the body thickness to be irradiated is also changed by the inclination of the radiation transmitter 22 relative to the head or the legs of the examination object 21. As a result, the corresponding exposure number of body thickness must be adjusted. It is assumed that the affected part of the body or organ remains the same.
  • this fifth individual module 15 determines the factor with which the exposure point value must be corrected.
  • 19 and 20 show input fuzzy sets, FIG. 21 the output fuzzy sets and FIG. 22 the rule base of the fifth individual module 15.
  • a second exposure point determination is carried out in a sixth individual module 16 to which the first compensation factor, ie the output signal of the fourth individual module 14 and the output signal of the third individual module 13, are supplied as exposure points.
  • a second exposure point number is output as the output parameter.
  • the input fuzzy sets of the sixth individual module 16 are shown in FIGS. 23 and 24 and the output fuzzy sets in FIG. 25 and the rule base in FIG. 26.
  • a seventh individual module 17 as an input parameter, is supplied with the second compensation factor, ie the output signal of the fifth individual module 15 and the second exposure point number, ie the output signal of the sixth individual module 16.
  • the result of the second exposure point determination is modified by the value of the compensation of the angulation.
  • the result is the initial value of the fuzzy control system.
  • the input fuzzy sets are shown in FIGS. 27 and 28, the output fuzzy set in FIG. 29 and the rule base of the seventh individual module 17 in FIG.
  • the explained fuzzy control system for an X-ray diagnostic device shown for example in FIG. 31 is not essential for the subject matter of the present application.
  • the structuring and modularization of a fuzzy system is essential for the invention in order to simplify this, in particular with regard to the rule bases to be drawn up.
  • By the invention allows the system behavior of a fuzzy system to be targeted and designed in a simple manner according to predetermined ideas. A tedious trying out of fuzzy set configurations can be avoided.
  • the properties of existing fuzzy systems can be assessed on the basis of rules and fuzzy sets. A simulation of the system is no longer necessary.
  • a further improvement results with regard to the configuration of fuzzy sets by means of a closed algorithm.
  • An automatic adaptation of the fuzzy set and the rule base is thus possible, which enables the learning ability of this fuzzy system.
  • a storage device with a table 18 for storing an examination object 21 is identified by the reference number 19.
  • the table 18 is adjustable along its longitudinal axis 20, from which the X coordinate results.
  • the table positions are standardized with the dimensions of the body of the examination object 21.
  • the X coordinate 0 means that the radiation transmitter 22 is located at the head of the examination object 21.
  • the X coordinate 1 means that the radiation transmitter 22 is located at the feet of the examination object 21.
  • the table 18 is adjustable along a transverse axis 23, from which the Y coordinate results.
  • the Y coordinate becomes 0 and if the radiation transmitter 22 is located on the left side of the body, the Y coordinate is assigned, for example, 1. It is shown that the radiation transmitter 22 is supported at one end of a C-arm 24, at the end of which is opposite the radiation transmitter 22, a radiation receiver 25 is arranged.
  • the C-arm 24 is adjustably mounted on a base 27 via a holder 26.
  • the bracket 26 allows adjustment of the C-arm 24 along its U catch, so that the receiving unit from Radiation transmitter 22 and radiation receiver 25 can be adjusted around an isocenter, for example by an angle of rotation 28 from 0 ° to 360 °.
  • the angle of rotation 28, also referred to as R LAO, indicates the rotation of the C-arm 24 about the longitudinal axis 20 and is measured between the current position of the beam transmitter 22 and the vertical.
  • the holder 26 also allows the receiving unit to be tilted by a tilt angle 29, which is denoted by kk and which indicates the rotation of the C-arm 24 about the transverse axis 23.
  • the rotation of the radiation transmitter towards the foot end is called cranial and that towards the head caudal.
  • the tilt angle to the head is measured with a negative angle and that to the feet with a positive angle.
  • the x-ray diagnostic device can of course also be implemented with only a single radiation transmitter 22, which is adjustable on a holder.

Abstract

Ein solches Regelungssystem wandelt Eingangssignale in Ausgangssignale. Gemäß der Erfindung sind ein erstes und ein zweites Einzelmodul (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) vorgesehen, wobei dem ersten und dem zweiten Einzelmodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) jeweils wenigstens zwei Eingangssignale zum Erzeugen eines Ausgangssignales zuführbar sind. Gegenüber einem Fuzzy-Regelungs-System, das diese Einzelmodule nicht aufweist, verkleinert sich die Regelbasis, es müssen nur Eingangszustände mit Regeln bedacht werden, die Einfluß auf das Einzelmodul haben, so daß eine einfache Überprüfung der Regeln auf Vollständigkeit gewährleistet ist.

Description

Beschreibung
Fuzzy-Regelungs-System, insbesondere zur Dosisleistungs¬ regelung bei einem Röntgendiagnostikgerät
Fuzzy-Regelungs-Syste e können in einen Fuzzifikationsbe- reich, einen Bereich einer Regelbasis und Inferenzbildung und in einen Defuzzifizierungsbereich aufgegliedert werden.
Bei einem Fuzzy-Regelungs-System werden die Eingangswerte als scharfe Eingangswerte bezeichnet. Bei der Fuzzifikation wer¬ den die scharfen Eingangswerte in einen Fuzzy-Wert umgewan¬ delt, um im Fuzzy-Regelungs-System weiter verarbeitet werden zu können. Jeder Eingang des Fuzzy-Regelungs-Systemes wird mit einer linguistischen Variablen bezeichnet, beispielsweise Körpergröße oder Gewicht. Für diese Variable wird ein Ein- gangsbereich definiert, in dem der scharfe Eingangswert vari¬ ieren kann. Der Eingangsbereich wird in Teilbereiche, den sogenannten Fuzzy-Sets aufgegliedert. Jedes dieser Fuzzy-Sets enthält eine charakterisierende Bezeichnung. Eine linguisti¬ sche Variable, beispielsweise "Gewicht" läßt sich in die Be¬ reiche klein, mittel und groß einteilen. Jedes Fuzzy-Set wird durch eine Funktion dargestellt. Mittels dieser Funktion wird der Zugehörigkeitsgrad (μ) ermittelt, mit dem sich ein schar- fer Eingangswert im Bereich des Fuzzy-Sets befindet. Das Er¬ gebnis der Zugehörigkeitsgrad-Ermittlung ist kein boolscher Wert, sondern bewegt sich im Bereich zwischen 0 und 1.
Im Bereich der Regelbasis und der Inferenzbildung wird das Systemverhalten festgelegt. Die Regelbasis stellt eine Samm¬ lung verbal formulierter Regeln dar, die die Eingangs- und Ausgangsfuzzy-Sets verknüpfen. Die Regeln haben bei zwei Ein¬ gängen und einem Ausgang die folgende Form:
Wenn Ai = aim und Aj = ajm dann B^ --= _n
Wenn Ai = aim oder Aj = ajm dann B^ = bkn A bzw. Aj stellen linguistische Eingangsvariablen dar und aim bzw. ajm, ein Fuzzy-Set der linguistischen Eingangsvari¬ able Ai bzw. Aj . B]e- steht für eine linguistische Ausgangs- varibale, mit dem Fuzzy-Set b]n.
Eine Regel legt fest, welche Ausgangsfuzzy-Sets durch welche Eingangsfuzzy-Sets gewichtet werden sollen. Bei der Wichtung wird einem Ausgangsfuzzy-Set ein Zugehörigkeitswert zugewie¬ sen. Ein Ausgangsset kann nur mit einem Wert gewichtet wer- den. Bei mehr als einem Eingangsfuzzy-Set muß der resultie¬ rende Wichtungsfaktor erst ermittelt werden. Dazu können die Eingänge mit einer Reihe von Operatoren verknüpft werden.
Die Inferenzbildung führt die Wichtung der Ausgangsset durch. Hierbei sind zwei Methoden möglich. Die erste ist das Aus¬ gangsfuzzy-Set in der Höhe des resultierenden Zugehörigkeits¬ grades abzuschneiden. Hierbei spricht man von der "Max-Min- Methode" . Die zweite Methode wäre, das Ausgangsfuzzy-Set von seiner normalen Größe proportional auf die Höhe zu verklei- nern, die dem ermittelten Zugehörigkeitsgrad entspricht. Dies ist die "Max-Prod-Methode" .
Im Defuzzifizierungsbereich werden die bei der Inferenzbil¬ dung erhaltenen gewichteten Ausgangsfuzzy-Sets als System- ergebnis in eine Form gebracht, die von der "Nicht-Fuzzy-
Welt" verstanden werden kann. Fuzzifizierungsverfahren sind die Maximum-Methode, die Links-(Rechts-)Max-Methode und die Schwerpunkts-Methode. Welches Verfahren ausgewählt wird, hängt ganz davon ab, wie das Fuzzy-Ergebnis interpretiert werden soll.
Wird bei einem Fuzzy-Regelungs-System nicht berücksichtigt, in welcher Kombination die Eingangswerte anliegen, so muß jede Kombination als möglich betrachtet werden. Bei einem Fuzzy-Regelungs-System müssen dann alle möglichen Regeln formuliert werden. Bei beispielsweise sechs verschiedenen Eingängen mit insgesamt 37-Fuzzy-Sets sind 47.250 Regeln aufzustellen. Aufgrund der Vielzahl der zu erstellenden Regeln ist die Gefahr groß, daß einige Regeln nicht formu¬ liert worden sind. Es muß überprüft werden, ob tatsächlich alle Regeln formuliert wurden, was einen hohen Zeitaufwand zur Folge hat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fuzzy-Regelungs- System der eingangs genannten Art so auszuführen, daß dieses auch bei einer großen Anzahl von Eingangswerten einfach und überschaubar und beherrschbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteil der Erfindung ist, daß somit Eingänge bzw. Eingangs- Signale des Fuzzy-Regelungs-Systems auf Einzelmodule verteilt werden, die als eigene Fuzzy-Systeme betrachtet werden kön¬ nen. Durch die reduzierte Anzahl der Eingänge für ein Einzel¬ modul verkleinert sich die Regelbasis. Es müssen nur Ein- gangszustände mit Regeln bedacht werden, die Einfluß auf das Einzelmodul haben. Beschränkt sich die Anzahl der Eingänge je Einzelmodul auf zwei kann die Regelbasis je Ausgang durch eine Matrix dargestellt werden. Diese Darstellungsart erlaubt eine einfache Überprüfung der Regeln auf Vollständigkeit, verhindert die Aufstellung widersprüchlicher Regeln und die mehrfache Aufstellung von Regeln. Zudem kann ein Ausgang ei¬ nes Einzelmodules in Abhängigkeit seiner Eingänge als Fläche im dreidimensionalen Raum dargestellt werden. Hierdurch kann das Systemverhalten veranschaulicht werden, zudem ermöglicht die graphische Darstellung die schnelle Überprüfung des Systemverhaltens auf richtige Funktion.
Besonders vorteilhaft kann ein solches Fuzzy-Regelungs-System zur Dosisleiεtungsregelung eines Röntgendiagnostikgerätes herangezogen werden, wenn die Start-Werte der Dosisleistungs- Regelung in Abhängigkeit von Untersuchungsobjekten und/oder Gerätedaten ermittelt werden. Ein solches Fuzzy-Regelungs- System ist bei hoher Regelgenauigkeit kostengünstig in der Herstellung.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie- les anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprü¬ chen.
Es zeigt
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel eines Einzelmodules eines Fuzzy-Regelungs-System nach der Erfin¬ dung, FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines Fuzzy-Rege- lungs-Systems nach der Erfindung,
FIG 3 bis 6 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur Typklassifikation des Fuzzy-Regelungs-Systems nach FIG 2, FIG 7 bis 10 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur Ortsklassifikation des Fuzzy-Regel-Systems ' nach FIG 2, FIG 11 bis 14 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur ersten Belichtungspunkte-Ermittlung des Fuzzy-Regelungs-Systems nach FIG 2, FIG 15 bis 18 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur Kompensation der Orbitalbewegung eines Fuzzy-
Regelungs-Systems nach FIG 2, FIG 19 bis 22 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur Kompensation der Angulation des Fuzzy-Rege- lungs-Systems nach FIG 2,
FIG 23 bis 26 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur zweiten Belichtungspunkte-Ermittlung des Fuzzy-Regelungs-Systems nach FIG 2, FIG 27 bis 30 Ausführungsbeispiele eines Eingangs- und
Ausgangsfuzzy-Sets sowie eine Regelbasis zur dritten Belichtungspunkte-Ermittlung des
Fuzzy-Regelungs-Systems nach FIG 2 und FIG 31 ein Ausführungsbeispiel eines Röntgendiag- nostikgerätes.
In der FIG 1 ist ein Fuzzifizierungsbereich mit dem Bezugs¬ zeichen 1, eine Regelbasis mit dem Bezugszeichen 2 und ein Defuzzifizierungsbereich mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeich¬ net. Gemäß der Erfindung werden dem in der FIG 1 beispiels¬ weise gezeigten Einzelmodul 4 nur eine begrenzte Anzahl von Eingangssignalen (A,B) zugeführt, so daß die Regelbasis nur mit Regeln bedacht werden muß, die Einfluß auf dieses Einzel¬ modul 4 haben. Bevorzugt sind dem Einzelmodul 4, wie gezeigt, zwei Eingänge A und B zugeordnet. Die jeweils definierten Eingangsbereiche 7,8 der Eingänge 5,6 werden in der Regelba- sis 2 verknüpft und durch Defuzzifizierung ein Ausgangsbe- reich 9 definiert, so daß am Ausgang 10 ein Regelsignal ab¬ leitbar ist. Beschränkt sich die Anzahl der Eingänge 5,6 pro Einzelmodul auf jeweils zwei, so kann die Regelbasis 2 pro Ausgang 10 durch eine Matrix dargestellt werden. Diese Dar- Stellungsart erlaubt eine einfache Überprüfung der Regeln auf Vollständigkeit und verhindert die Aufstellung widersprüch¬ licher und doppelter Regeln. Zudem kann ein Ausgang 10 in Ab¬ hängigkeit seiner Eingänge 5,6 als Fläche im dreidimensiona¬ len Raum dargestellt werden. Dies veranschaulicht das System- verhalten und ermöglicht durch die graphische Darstellung die schnelle Überprüfung des Systemverhaltens auf richtige Funk¬ tion.
Aus der FIG 2 ist ersichtlich, daß jeweils zwei Eingänge des Fuzzy-Regelungs-Systems in einem Einzelmodul zur Bildung eines Zwischenergebnisses zusammengefaßt werden. Gemäß der Erfindung werden soviel Einzelmodule eingesetzt bis aufgrund aller Eingangssignale durch das letzte Einzelmodul ein End¬ ergebnis gebildet ist. Ein erstes Einzelmodul ist als Typ- klassifikator mit den Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Diesem ersten Einzelmodul 11 werden als Eingabeparameter (FIG 3,4), beispielsweise die das Gewicht und die Größe eines Untersu¬ chungsobjektes 21 (FIG 30) repräsentierenden Signale zuge¬ führt. Das erste Einzelmodul 11 dient somit zur Ermittlung der Körperstatur. Mit dem Ergebnis der Typklassifikation kann abgeschätzt werden, in welchem Maß die Daten des Untersu- chungsobjektes 21 den verschiedenen Körpertypen zugeordnet werden können. Dabei kann der Körper des Untersuchungsobjek- tes 21 verschiedenen Körperklassen zugeordnet werden. Der Grad der Übereinstimmung des Körpers des Untersuchungsobjek¬ tes 21 mit einem vordefinierten Körpertyp wird mit einem Zu- gehörigkeitswert für jeden Körpertyp dargestellt. Die Summe aller Zugehörigkeitswerte kann dabei nicht größer als 1 wer¬ den. Als Richtmaß für einen "normalen" Körpertypen kann der sogenannte Quetlet-Quotient herangezogen werden. Der Quetlet- Quotient sagt aus, daß bei einem normalen Körpergewicht der Quotient von Körpergewicht und Körpergröße in Metern zum
Quadrat zwischen 23 und 25 liegen muß. Bei den übrigen Kör¬ perklassen, wie sehr dünn, dünn, mittel, dick, sehr dick (FIG 5) kann ein entsprechend kleinerer oder größerer Quotienten¬ wert angenommen werden. Diese Quotienten werden dazu benutzt, die Regeln, d.h. die Regelbasis (FIG 6) aufzustellen. Es muß berücksichtigt werden, daß mit nur zwei Eingangsparametern keine detaillierte Beschreibung des Körpers des Untersu¬ chungsobjektes 21 erfolgen kann. Etwaige Körperdicken an be¬ stimmten Stellen, z.B. Oberarm oder Bauch können nicht fest- gestellt werden. Es wird somit nur eine Grobklassifikation durchgeführt, die nur einen Gesamteindruck vermittelt. Die Körperstatur stellt ein absolutes Maß dar, daß als durch¬ schnittliche Körperdicke betrachtet wird. Dies ermöglicht eine Anpassung der Belichtungspunkte nicht nur an dicke und dünne Untersuchungsobjekte 21 gleicher Größe, sondern auch an Untersuchungsobjekte 21, die eine andere Körpergröße, jedoch eine gleiche Körperstatur aufweisen. Neben den FIG 5 und 6 wird zum ersten Einzelmodul 11 auch auf die FIG 3 und 4 verwiesen, die Eingangsfuzzy-Sets darstellen. In der FIG 3 ist ein Eingangsfuzzy-Set bezüglich der Eingangsvariablen "Größe" und in der FIG 4 bezüglich des "Gewichtes" darge- stellt.
Einem zweiten Eingangsmodul 12 werden die X- und Y-Koordinate eines Strahlensenders 22 zugeführt. Die X-Koordinate ist hierbei eine relative Angabe zur Länge des Untersuchungs- Objektes 21 und kann Werte zwischen 0 und 1 einnehmen. Die Y- Koordinate ist eine relative Angabe bezüglich der Breite des Untersuchungsobjektes 21 und kann ebenfalls Werte zwischen 0 und 1 einnehmen. Bevorzugt wird die Position des Strahlensen¬ ders 22 relativ zur Position des Tisches 18 angegeben, wobei die Positionsangaben mit den Abmessungen des Körpers des
Untersuchungsobjektes 21 normiert sind. Der Ortsklassifikator dient zur Ermittlung der betroffenen Körperregion über der sich der Strahlensender 22 befindet bzw. die bei einer Rönt¬ genaufnahme betroffen wäre. Hierbei wird von einem senkrecht über dem Untersuchungsobjekt 21 bzw. Tisch 18 stehenden, nicht geneigten oder gekippten Strahlensender 22 ausgegangen. Das Fuzzy-Ergebnis des Ortsklassifikators gibt die Grade an, mit denen die verschiedenen Körperregionen von der radiologi¬ schen Untersuchung betroffen sind. Aus diesem Fuzzy-Ergebnis können zwei verschiedene Informationen gebildet werden. Ein¬ mal wird für die Untersuchungsregion ein repräsentativer Belichtungspunktewert angegeben. Im anderen Fall wird das von der Untersuchung betroffene Körperteil ausgegeben. Die Orts¬ klassifikation für die Belichtungspunkte-Ermittlung erfolgt durch die Fuzzifizierung beispielsweise nach der Schwerpunkt¬ methode. Um Ausgangsfehler bei der Defuzzifizierung zu ver¬ meiden, sind die Sets der linguistischen Ausgangsvariablen nach dem Betrag ihrer zugewiesenen Belichtungspunkte sor¬ tiert. Bei der Fuzzifizierung haben nur zwei Sets einen Zuge- hörigkeitswert größer Null. Dadurch wird vermieden, daß die Schwerpunktsermittlung ein Ergebnis hat, daß auch das Ergeb¬ nis eines anderen Fuzzy-Setpaares sein könnte. Es wird hierzu insbesondere auf die FIG 7 verwiesen. Aus den Fuzzy-Sets "Brust" und "Arm" kann ein Wert gebildet werden, der auch aus den Fuzzy-Sets "Oberschenkel" und "Bauch" gebildet worden sein könnte. Der "Oberschenkel" und "Bauch" benötigen aber eine andere Belichtungspunktezahl als die "Brust" oder "Arm". Bei der Ortsklassifikation wird als Ausgabewert die Defuzzifizierung mit der "Links-Max-Methode" angewandt. Das Fuzzy-Set mit dem größten Zugehörigkeitswert ist das Ergeb¬ nis, das den Untersuchungsort angibt. Beide Ausgangswerte der Ortsklassifikation werden durch die in der FIG 8 gezeigten
Eingangs- und in der FIG 9 gezeigten Ausgangsfuzzy-Sets sowie der in der FIG 10 gezeigten Regelbasis ermittelt.
Ein drittes Einzelmodul 13 dient zur ersten Belichtungspunk- te-Ermittlung. Diesem dritten Einzelmodul 13 werden als Ein¬ gangsparameter Signale betreffend den Körpertyp also Aus- gangssignale des ersten Einzelmodules 11 und Signale über das Körperteil bzw. Organ über dem sich der Strahlensender 22 be¬ findet, also Ausgangssignale des zweiten Einzelmodules 12 zu- geführt. Mit diesem dritten Einzelmodul 13 wird der größte Teil der Belichtungstabelle umgesetzt. In Abhängigkeit vom Körperteil oder Organ und abgeschätzter Körperstatur, wird der nötige Belichtungspunktewert ausgegeben. Dabei wird von einer in Bezug zum Untersuchungsobjekt 21 senkrechten Durch- Strahlung, also einer Frontalaufnahme ausgegangen.. In den FIG 11 und 12 sind die Eingangsfuzzy-Sets des dritten Einzelmodu¬ les 13 zum einen als Eingangsvariable bezüglich des Ortes und zum anderen bezüglich des Typs gezeigt. Die Ausgangsvariable der Belichtungspunkte ist als Ausgangsfuzzy-Set in der FIG 13 dargestellt. Die entsprechende Regelbasis ist der FIG 14 ent¬ nehmbar.
Ein viertes Einzelmodul 14 ist zur Kompensation der Orbital¬ bewegung vorgesehen. Diesem vierten Einzelmodul 14 werden als Eingangsparameter der Drehwinkel RAO/LAO des Strahlensenders 21 und das Organ oder Körperteil, über dem sich der Strahlen¬ sender 21 befindet, also das Ausgangssignal des zweiten Ein- ze" odules 12 zugeführt. Als .Ausgangsparameter wird ein er....er Kompensationsfaktor gebildet. Durch die Drehung des Strahlensenders 21 um die Längsachse 20 des Untersuchungs- objektes 21 wird die zu durchstrahlende Körperdicke verän- dert. Dies hat zur Folge, daß die entsprechende Belichtungs¬ punktezahl der Körperdicke angepaßt werden muß. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, daß das betroffene Körperteil bzw. Organ das gleiche bleibt. Das vierte Einzelmodul 14 er¬ mittelt in Abhängigkeit vom Drehwinkel (Orbitalbewegung: Drehung um die Längsachse des Körpers (RAO/LAO) ; Angulation: Neigung des Strahlengangs zum Kopf oder Fuß (kranial/kandal) und betroffener Körperregion den Faktor, mit dem der Belich¬ tungspunktewert korrigiert werden soll. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Rumpf des Untersuchungsobjektes 21 einer Untersuchung unterzogen wird. Bei Untersuchungen des Kopfes, der Arme und Beine ist eine entsprechende Korrektur von untergeordneter Bedeutung, da diese Körperteile auch bei Drehung des Strahlensenders 21 in etwa die gleiche Dicke be¬ halten, was jedenfalls die Belichtungspunkte-Ermittlung be- trifft. Dies trifft für die Orbitalbewegung zu, wenn sich das Objekt im Isozentrum befindet.
In den FIG 15 und 16 sind die Eingangsfuzzy-Sets, in der FIG 17 die Ausgangsfuzzy-Sets und in der FIG 18 die Regelbasis des vierten Einzelmodules 14 dargestellt.
Ein fünftes Einzelmodul 15 dient zur Kompensation der Angula¬ tion. Diesem fünften Einzelmodul 15 werden als Eingangspara¬ meter der Neigungswinkel k k (kranial - kandal) des Strahlen- senders 28 und der Ort bzw. das Organ oder Körperteil, über dem sich der Strahlensender 22 befindet, also das Ausgangs¬ signal des zweiten Einzelmodules 12 zugeführt. Als Ausgangs¬ parameter wird ein zweiter Kompensationsfaktor gebildet. Durch die Neigung des Strahlensenders 22 zum Kopf oder den Beinen des Untersuchungsobjektes 21 wird ebenfalls die zu durchstrahlende Körperdicke verändert. Dies hat zur Folge, daß die entsprechende Belichtungspunktezahl der Körperdicke angepaßt werden muß. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, daß das betroffene Körperteil bzw. Organ das gleiche bleibt. Dieses fünfte Einzelmodul 15 ermittelt in Abhängigkeit vom Neigungswinkel k k und der betroffenen Körperregion den Fak- tor, mit dem der Belichtungspunktewert korrigiert werden muß. In den FIG 19 und 20 sind Eingangsfuzzy-Sets, in der FIG 21 die Ausgangsfuzzy-Sets und in der FIG 22 die Regelbasis des fünften Einzelmodules 15 gezeigt.
Eine zweite Belichtungspunkte-Ermittlung erfolgt in einem sechsten Einzelmodul 16 dem als Eingangssignal der erste Kom- pensationsfaktor, also das Ausgangssignal des vierten Einzel¬ modules 14 und das Ausgangssignal des dritten Einzelmodules 13, als Belichtungspunkte, zugeführt werden. Als Ausgangs- parameter wird eine zweite Belichtungspunktezahl ausgegeben. Die Eingangsfuzzy-Sets des sechsten Einzelmodules 16 sind in den FIG 23 und 24 und die Ausgangsfuzzy-Sets in der FIG 25 und die Regelbasis in der FIG 26 dargestellt.
Letztlich werden einem siebten Einzelmodul 17, als Eingangs¬ parameter, der zweite Kompensationsfaktor, also das Ausgangs¬ signal des fünften Einzelmodules 15 und die zweite Belich¬ tungspunktezahl, also das Ausgangssignal des sechsten Einzel¬ modules 16 zugeführt. Im siebten Einzelmodul 17 erfolgt eine Modifizierung des Ergebnisses der zweiten Belichtungspunkte- Ermittlung durch den Wert der Kompensation der Angulation. Das Ergebnis ist der Ausgangswert des Fuzzy-Regelungs- Systems. In den FIG 27 und 28 sind die Eingangsfuzzy-Sets, in der FIG 29 das Ausgangsfuzzy-Set und in der FIG 30 die Regel- basis des siebten Einzelmodules 17 dargestellt.
Wesentlich für den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist nicht das erläuterte Fuzzy-Regelungs-System für ein in der FIG 31 beispielsweise gezeigtes Röntgendiagnostikgerät. Wesentlich für die Erfindung ist die Strukturierung und Modu¬ larisierung eines Fuzzy-Systems um dieses insbesondere hin¬ sichtlich der abzufassenden Regelbasen zu vereinfachen. Durch die Erfindung kann das Systemverhalten eines Fuzzy-Systems zielgerichtet und nach vorgegebenen Vorstellungen auf ein¬ fache Weise gestaltet werden. Ein langwieriges Ausprobieren von Fuzzy-Setkonfigurationen kann damit entfallen. Zudem kön- nen die Eigenschaften bestehender Fuzzy-Systeme anhand von Regelbasis und Fuzzy-Sets beurteilt werden. Eine Simulation des Systems ist dazu nicht mehr nötig.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich hinsichtlich der Konfi- guration von Fuzzy-Sets mittels eines geschlossenen Algorith¬ mus. Somit ist eine automatische Anpassung von Fuzzy-Set und Regelbasis möglich, was die Lernfähigkeit dieses Fuzzy- Systems ermöglicht.
Bei dem in der FIG 31 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Röntgendiagnostikgerätes ist eine Lagerungsvorrichtung mit einem Tisch 18 zum Lagern eines Untersuchungsobjektes 21, mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnet. Der Tisch 18 ist entlang seiner Längsachse 20, aus der sich die X-Koordinate ergibt, verstellbar. Wie bereits erläutert sind die Tischpositionen mit den Abmessungen des Körpers des Untersuchungsobjektes 21 normiert. Die X-Koordinate 0 bedeutet, daß sich der Strahlen¬ sender 22 am Kopf des Untersuchungsobjektes 21 befindet. Die X-Koordinate 1 bedeutet, daß sich der Strahlensender 22 bei den Füßen des Untersuchungsobjektes 21 befindet. Der Tisch 18 ist entlang einer Querachse 23 verstellbar, aus der sich die Y-Koordinate ergibt. Befindet sich der Strahlensender 22 an der rechten Körperseite des Untersuchungsobjektes 21, so wird der Y-Koordinate der Wert 0 und befindet sich der Strahlen- sender 22 an der linken Körperseite, so wird der Y-Koordinate beispielsweise der Wert 1 zugeordnet. Es ist gezeigt, daß der Strahlensender 22 an einem Ende eines C-Bogens 24 lagert, an dessen, dem Strahlensender 22 gegenüberliegenden Ende ein Strahlenempfänger 25 angeordnet ist. Der C-Bogen 24 ist über eine Halterung 26 an einem Sockel 27 verstellbar gelagert. Die Halterung 26 erlaubt eine Verstellung des C-Bogens 24 entlang seines U fanges, so daß die Aufnahmeeinheit aus Strahlensender 22 und Strahlenempfänger 25 um ein Isozentrum, beispielsweise um einen Drehwinkel 28 von 0° bis 360° ver¬ stellt werden kann. Der Drehwinkel 28, auch R LAO bezeichnet, gibt die Drehung des C-Bogens 24 um die Längsachse 20 an und wird zwischen der aktuellen Position des Strahlensenders 22 und der Vertikalen gemessen. Die Halterung 26 erlaubt ferner eine Verkippung der Aufnahmeeinheit um einen Kippwinkel 29, der mit k k bezeichnet ist und der die Drehung des C-Bogens 24 um die Querachse 23 angibt. Die Drehung des Strahlensen- ders in Richtung zum Fußende wird kranial genannt und die in Richtung zum Kopf kaudal. Der Kippwinkel zum Kopf wird mit einem negativen Winkel gemessen und der zu den Füßen mit einen positiven.
Im Rahmen der Erfindung kann die Röntgendiagnostikeinrichtung natürlich auch nur mit einem einzigen Strahlensender 22 aus¬ führt sein, der an einer Halterung verstellbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Fuzzi-Regelungs-System, das Eingangssignale in ein Aus- gangεsignal wandelt, mit einem ersten und einem zweiten Einzelmodul (11,12,13,14,15,16,17), wobei dem ersten und zweiten Einzelmodul (11,12,13,14,15,16, 17) jeweils wenigstens zwei Eingangssignale zum Erzeugen eines Ausgangssignales zuführbar sind.
2. Fuzzi-Regelungs-System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die Ausgangssignale des ersten und zweiten Einzelmodules (11,12) einem dritten Einzelmodul (13) zum Erzeugen eines dritten Ausgangssignales zuführbar sind.
3. Fuzzi-Regelungs-System zur Dosisleistungsregelung bei einem Röntgendiagnostikgerätes, wobei die Startwerte der Dosisleistungsregelung in Abhängig¬ keit von Patienten- und/oder Gerätedaten ermittelt werden.
4. Fuzzi-Regelungs-System nach Anspruch 3, wobei wenigstens zwei Eingangssignale in einem Einzelmodul (11,12,13,14,15,16,17) zusammengefaßt sind.
5. Fuzzi-Regelungs-System nach Anspruch 3 oder 4, wobei mehrere Einzelmodule (11,12,13,14,15,16,17) vorgesehen sind.
6. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Ausgangssignal wenigstens zweier Einzelmodule (11,12) dem Eingang eines weiteren nachgeschalteten Einzel¬ moduls (13) zuführbar sind.
7. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dem Eingang eines ersten Einzelmodules (11) zur Typ- Klassifikation des Untersuchungsobjekt (21) spezifische Signale zuführbar sind.
8. Fuzzi-Regelungs-System nach Anspruch 7, wobei einem ersten Eingang des ersten Einzelmodules (11) die, das Gewicht und einem zweiten Eingang die, die Größe des Untersuchungsobjekt (21) repräsentierenden Signale zuführbar sind.
9. Fuzzi-Regelungs-System nach einem dem Ansprüche 1 bis 8, wobei dem Eingang des zweiten Einzelmoduls (12) zur Orts- Klassifikation die, die Position einer Lagerungsvorrichtung (19) in einer Ebene (X,Y) repräsentierenden Signale zuführbar sind.
10. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei einem dritten Einzelmodul (13) zur ersten Belichtungs- punkteermittlung das Ausgangssignal des ersten und zweiten Einzelmodules (11,12) zuführbar ist.
11. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei einem vierten Einzelmodul (14) das Ausgangssignal des zweiten Einzelmoduls (12) und ein, einen Neigungswinkel der Aufnahmeeinheit (22,25) des Röntgendiagnostikgerätes entspre¬ chenden Signales. zuführbar ist.
12. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei einem fünften Einzelmodul (15) das Ausgangssignal des zweiten Einzelmodules (12) und das, einen Drehwinkel der Auf- nahmeeinheit (22,25) repräsentierende Signal zuführbar ist.
13. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei einem sechsten Einzelmodul (16) zur zweiten Belich¬ tungspunkte-Ermittlung das Ausgangssignal des dritten und vierten Einzelmodules (13,14) zuführbar ist.
14. Fuzzi-Regelungs-System nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei einem siebten Einzelmodul (17) das Ausgangssignal des fünften und sechsten Einzelmodules (15,16) zuführbar ist und wobei das Ausgangssignal des siebten Einzelmodules (17) zur Steuerung des Strahlensenders (22) der Aufnahmeeinheit herangezogen wird.
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