識別系統的穩定建立的方法
2023-08-07 06:27:01 2
專利名稱：識別系統的穩定建立的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於識別系統的穩定建立的方法，該系統包括可以圍繞系統軸旋轉的旋轉裝置和用於採集該旋轉裝置的振動的測量值的裝置。本發明還涉及一種用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的方法，作為校正支架不平衡的方法的一部分。
背景技術：
對於具有快速旋轉的質量的裝置來說，本來存在或在運行過程中出現的不平衡會導致一系列不期望的現象。這些現象從一般地在技術設備中通過軸承過度磨損引起整個系統振動直至在醫療斷層造影設備中在產生圖像時造成幹擾。
這樣的斷層造影設備例如是計算機斷層造影設備，其具有支架形式的可圍繞系統軸旋轉的旋轉裝置。不平衡例如可能來源於設置在支架上的部件的安裝容差。
為了識別和校正已存在或在計算機斷層造影設備運動期間出現的不平衡，由DE10108065A1公開的計算機斷層造影設備具有用於採集由於不平衡引起的支架振動的測量值的裝置。根據所採集的測量值確定支架上至少一個應當設置重量以抵消不平衡的位置。
但所採集的測量值不僅受到支架本身不平衡的影響，還受到整個系統的振動行為的影響。尤其是在計算機斷層造影系統不穩定建立的情況下，這些測量值可能受到嚴重的幹擾。在啟動階段的錯誤建立例如可能導致整個系統在支架旋轉期間還要發生幾乎不被察覺的傾斜。
在這種情況下，應當在此設置重量來平衡支架振動行為的位置基於受到幹擾的測量值而被錯誤地確定。即使多次重複該校正過程，在不校正計算機斷層造影設備本身的建立的情況下，有經驗的維護人員也無法通過在支架上設置重量來足夠好地校正不平衡。
發明內容
因此本發明要解決的技術問題是提供一種可以簡單地識別系統的穩定建立的方法。
根據本發明，用於識別包括可以圍繞系統軸旋轉的旋轉裝置和用於採集該旋轉裝置的振動的測量值的裝置的系統的穩定建立的方法包括a)從旋轉裝置的N次不同旋轉中採集至少一個具有N個測量值的測量值數組，b)對每個測量值數組從N個測量值中計算出一個分散值，c)對每個測量值數組在該分散值和可預先給定的閾值之間進行閾值比較，其中當對每個測量值數組該分散值都小於閾值時則系統被穩定支撐。
由此，對系統穩定建立的識別是基於簡單計算和分析從旋轉裝置的不同旋轉中採集的測量值的統計分布來進行的。測量值可以由已在系統、如計算機斷層造影設備中設置的用於校正旋轉裝置不平衡的測量裝置採集和分析，從而不需要額外或特殊的輔助裝置來執行該方法。
在本方法的優選實施方式中，對兩個測量平面分別採集兩個各具有N個測量值的測量值數組，在此這些測量平面垂直於系統軸，並在系統軸方向上相互錯開。通過測量平面在系統軸方向上的相互錯開可以動態校正不平衡。這種動態的不平衡總是在旋轉裝置的結果慣性軸與系統軸或旋轉軸不平行時出現。
優選每個測量值包括一個具有兩個向量分量的向量，其中第一向量分量表示不平衡的絕對值，而第二向量分量表示不平衡的角度。因此為了識別系統的穩定建立，準確採集在測量旋轉裝置的不平衡時產生的測量值並作進一步處理以估計該系統是否穩定建立，從而可以無需額外測量費用地確定穩定建立。
優選可以將兩個向量分量換算為笛卡爾第一測量值分量和笛卡爾第二測量值分量。這使得可以基於所確定的歐幾裡得距離來簡單地計算分散值。
計算分散值優選包括從測量值數組的N個測量值的第一測量值分量中計算第一分散值，由第二測量分量中計算第二分散值。在最簡單的情況下，由第一測量值分量的最大值和最小值之差形成第一分散值。同樣可以想到以簡單方式由第二測量值分量的最大值和最小值之差形成第二分散值。該分散值當然還可以分別以常見方式確定為與所確定的測量值期望值的之間的平均方差。重要的只是要通過該分散值數學地確定測量值的統計分布。
在本發明的優選實施方式中，閾值包括第一閾值分量和第二閾值分量。分散值和閾值之間的閾值比較優選針對每個分量分別進行。分開進行第一測量值分量的第一分散值與第一閾值的比較以及第二測量值分量的第二分散值與第二閾值的比較可以使開銷很小。典型地，事先通過在系統穩定建立和系統未穩定建立時的多次測量來確定閾值。
穩定建立的識別優選可以針對成像系統、優選為計算機斷層造影設備形式的成像系統進行。這種系統通常已包括用於識別旋轉裝置的不平衡的裝置，從而不需要額外的硬體組件。
用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的方法還可以用作用於校正支架的不平衡並具有以下步驟的方法的一部分A)識別計算機斷層造影設備是否穩定建立；B)在計算機斷層造影設備穩定建立的情況下繼續校正支架的不平衡，C)在計算機斷層造影設備未穩定建立的情況下產生報警信號。
在使用者確認該報警信號之後優選在步驟D)中繼續校正不平衡，或者在步驟E)中在校正了計算機斷層造影的建立之後從步驟A)開始重複該方法。
在附圖中示出本發明的實施例以及其它優選實施方式圖1以部分結構框圖、部分透視圖的形式示出用於執行本發明方法的計算機斷層造影設備，圖2以草圖形式示出用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的本發明的第一方法流程，圖3示出具有兩個來自圖1所示旋轉裝置在計算機斷層造影設備穩定建立時的兩個測量平面的測量值數組的第一圖，圖4示出具有兩個來自圖1所示旋轉裝置在計算機斷層造影設備不穩定建立時的兩個測量平面的測量值數組的第二圖，圖5以草圖形式示出圖2中作為校正支架不平衡的方法的一部分的、用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的第二方法流程，圖6以草圖形式示出圖2中作為校正支架不平衡的方法的一部分的、用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的第三方法流程。
具體實施例方式
圖1以部分結構框圖部分透視圖的形式示出在此為計算機斷層造影設備的系統1，具有以支架形式可圍繞系統軸2旋轉的旋轉裝置3。
在系統1的支撐裝置54的可移動臺面53上躺著諸如患者的對象55，其可以運動著穿過系統1外殼的開口而進入對應於旋轉裝置3的拍攝系統51、52的測量區域。
拍攝系統51、52具有X射線源51，如X射線管，和設置在該X射線管對面的檢測器52，該檢測器包含多個排列成行和列的檢測器元件。X射線源51產生扇形的X射線輻射束。該X射線輻射束穿透位於測量區域內的對象55，並落在檢測器52的檢測器元件上。各檢測器元件分別產生與穿過測量區域的X射線的衰減有關的衰減值。將X射線轉換為衰減值例如藉助與閃爍器光耦合的光電二極體或藉助直接轉換的半導體進行。檢測器52的一組對於X射線源51相對於對象55的一個特殊位置記錄的衰減值被稱為「投影」。
旋轉裝置3藉助未示出的驅動單元以較大的旋轉速度圍繞系統1的旋轉軸2旋轉。通過這種方式可以從不同的投影方向對對象55進行多個投影。通過旋轉裝置3的旋轉以及同時對象在系統軸2方向上的連續進給，尤其可以對對象55的大於由拍攝系統51、52構成的測量區域的檢查區域進行掃描。在螺旋形掃描時從不同投影方向獲得的對象55的測量值可以被計算為斷層圖像或立體圖像，並可視地在操作人員的顯示單元上顯示。
在現代系統中旋轉裝置的轉速已達到最大180轉/分。因此很小的不平衡就能引起導致不期望噪聲、過度軸承磨損或尤其是產生結果圖像時的幹擾的振動。
圖1所示的系統1具有用於避免這些不期望現象的裝置4、31、32以確定和校正旋轉裝置3的不平衡，其中這樣相應地設置加速度拍攝器31、32，使得針對兩個測量平面29、30各採集兩個分別具有N個測量值9、10、11、12的測量值數組5、6或7、8。這些測量值將被傳送到計算單元4作進一步處理。
測量平面29、30垂直於系統軸2，並且相互之間在系統軸2的方向上具有一定距離。基於在兩個測量平面29、30中採集的測量值9、10或11、12可以確定在旋轉裝置3上的至少一個在此必須設置一定質量的平衡重量的位置，從而使旋轉裝置3在平衡的情況下旋轉。
所採集的測量值9、10、11、12不僅受到不平衡本身的影響，還受到整個系統的振動行為的影響。尤其是在系統1未穩定建立的情況下，系統1會發生幾乎不被察覺的傾斜運動。在這種情況下測量值9、10、11、12被系統1的振動行為強烈幹擾，從而原則上不可能校正不平衡。由此特別是在校正不平衡的方法開始之前需要檢查整個系統是否穩定建立。
這通過按照圖2所示的用於識別系統1的穩定建立的第一方法的流程來完成，該方法包括第一步驟33，其中從旋轉裝置的N次不同旋轉中採集至少一個具有N個測量值的測量值數組，第二步驟34，其中對每個測量值數組從N個測量值中分別計算出一個分散值，以及第三步驟35，其中對每個測量值數組都在分散值和預定的閾值之間進行閾值比較。
為了識別系統是否穩定建立，優選不是單獨處理每個測量值，而是在進一步處理之前將測量值針對不同的旋轉求平均值。通過這種方式可以有利地抑制間接由系統的振動導致的幹擾。
如果針對每個測量值數組的分散值都小於閾值，則將系統1被識別為穩定建立的。如果在至少一個測量值數組中分散值大於閾值，則很可能系統未被穩定地設置。
為了闡釋該情況，在圖3、4中示出了用於針對兩種不同測量情況來採集不平衡的測量值數組5、6、7、8。
圖3示出具有在系統1穩定建立的情況下從旋轉裝置3的兩個測量平面31、32採集的兩個測量值數組5、6的第一圖。每個測量值數組5或6在該例子中都包括N＝10個測量值9或10，其中為概略起見在各測量值數組中僅分別設置具有一個附圖標記的測量值。來自第一測量平面29的第一測量值數組5的測量值9通過圓形符號表示，來自第二測量平面30的第二測量值數組6的測量值10通過十字形符號表示。
測量值可以作為具有兩個向量分量的向量給定。第一向量分量25表示不平衡的絕對值，第二向量分量26表示不平衡的角度。圖3中以笛卡爾坐標示出具有在所示x軸方向上的第一測量值分量27和在所示y軸方向上的第二測量值分量28的測量值9、10。第一測量值分量27和第二測量值分量28示例性地只針對一個測量值繪出。X軸和y軸對應於圖1所示的坐標系統的軸。將測量值9、10轉換為笛卡爾坐標具有特別的優點，可以基於歐幾裡得距離來簡單地計算分散值13、14、15、16。
測量平面29或30的測量值9或10在系統1穩定建立時相互之間只具有很小的分散值13、14或15、16，其中在該例中第一測量值數組5的第一測量值與第二測量值數組6的第二測量值不同。因此在這種情況下不平衡由動態失衡引起，在此結果慣性軸與系統軸2或旋轉裝置的旋轉軸不平行。
該計算在該例中是對每個測量值數組5或6分開進行的，並且對每個測量值分量27或28分開進行。在最簡單的情況下相應的分散值由測量值9或10的測量值分量27或28的最大值與最小值之差來形成。
但是該分散值不需要針對各個分量進行，而是例如可以由測量值9或10直接的或以傳統方式通過度量測量值9或10與期望值之間的平均平方偏差的方差來確定。
不採用分散值13、14、15、16，還可以採用其它統計特徵參數來確定系統1是否穩定建立。重要的只是所計算的統計特徵參數從數學上描述了測量值的統計分布。
作為該計算的結果，獲得了4個不同的分散值13、14、15、16，即第一測量值數組5的測量值9的第一和第二測量值分量27、28之間的第一和第二分散值13、14，以及第二測量值數組6的測量值10的第一和第二測量值分量27、28之間的第一和第二分散值15、16，接著在4次閾值比較的範圍內將所確定的分散值13、14、15、16與可預先給定的閾值21、22、23、24進行比較。在所示例子中，所有分散值13、14、15、16小於預定的閾值21、22、23、24，因此可以識別出系統1是穩定建立的，並例如在需要時向操作人員告知這一點。
相反，在圖4中示出具有在系統1不穩定建立的情況下從旋轉裝置3的兩個測量平面29、30採集的兩個測量值數組7、8的第二圖。
在系統不穩定建立的情況下，測量值數組7或8的測量值11或12與圖3相比具有明顯更高的分散值17、18、19、20，其中在圖4中也只設置了測量值數組7或8的一個測量值及附圖標記。分別由差形成的測量值分量27、28的4個分散值17、18、19、20明顯大於預定的4個閾值21、22、23、24。在這種情況下閾值比較使得識別出系統1是未穩定建立的。
諸如計算機斷層造影設備的系統1的穩定建立的識別可以在第二種方法中用作識別和校正旋轉裝置(如支架)的不平衡的方法的一部分，如圖5所示。在此執行以下步驟A)36識別計算機斷層造影設備是否穩定建立，B)37在計算機斷層造影設備穩定建立的情況下繼續校正支架的不平衡，C)38在計算機斷層造影設備不穩定建立的情況下產生報警信號並由使用者確認該報警信號，其中或者D)39繼續校正不平衡，或者在步驟E)40在校正計算機斷層造影設備的建立之後從步驟A)開始重複該方法。
在圖6中與第二方法相比示出更為詳細的第三方法，其中識別計算機斷層造影設備是否穩定建立是不平衡測量的一部分。在此執行以下步驟第三方法在第一步驟41中由使用者例如通過調用存儲在計算單元中的程序來啟動。在啟動之後在第二步驟42中在至少一個測量平面內連續採集來自N次不同旋轉(其中N例如等於10)的不平衡的N個測量值。然後在第三步驟43中將該測量值換算為笛卡爾坐標。在隨後的第四步驟44中確定各測量值分量的最小值和最大值。接著在第五步驟45中由各測量值分量的最大值與最小值之差計算出分散值。在第六步驟46中利用閾值比較檢查，兩個坐標方向上的分散值是否小於預定的邊界值。如果閾值比較的結果是兩個分散值都小於閾值的結果，則在步驟47中像往常一樣繼續該識別和校正不平衡的方法。但如果其中一個分散值大於預定的閾值，則在第八步驟48中產生具有提示的報警信號，例如作為屏幕上的光學顯示來檢驗計算機斷層造影設備的建立。在第九步驟49中，使用者通過從屏幕上顯示的一個菜單中選擇一個操作來繼續按照第七步驟47的用於識別和校正不平衡的方法，或者在檢驗了計算機斷層造影設備的建立之後在第十步驟50中重新按照第二步驟42開始採集測量值。
權利要求
1.一種用於識別系統(1)的穩定建立的方法，該系統(1)包括可以圍繞系統軸(2)旋轉的旋轉裝置(3)和用於採集該旋轉裝置(3)的振動的測量值(9，10，11，12)的裝置(4，31，32)，其中，-從旋轉裝置(3)的N次不同旋轉中採集至少一個具有N個測量值(9；10；11；12)的測量值數組(5；6；7；8)，-對每個測量值數組(5；6；7；8)從該N個測量值(9；10；11；12)中計算出一個分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)，-對每個測量值數組(5；6；7；8)進行在該分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)和預先給定的閾值(21；22；23；24)之間的閾值比較，其中當對每個測量值數組(5；6；7；8)該分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)都小於閾值(21；22；23；24)時則所述系統被穩定(1)支撐。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，對兩個測量平面(29，30)分別採集兩個各具有N個測量值(9；10；11；12)的測量值數組(5；6；7；8)，其中這些測量平面(29，30)垂直於系統軸(2)，並在系統軸(2)方向上相互錯開。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，每個測量值(9；10；11；12)包括一個具有兩個向量分量的向量，其中第一向量分量(25)表示不平衡的絕對值，而第二向量分量(26)表示該不平衡的角度。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述兩個向量分量(25，26)分別被換算為笛卡爾第一測量值分量(27)和笛卡爾第二測量值分量(28)。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)包括第一測量值分量(27)的第一分散值(13；16；17；20)和第二測量分量(28)的第二分散值(14；15；18；19)。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述第一分散值(13；16；17；20)是每個測量值數組(5；6；7；8)的N個測量值(9；10；11；12)的第一測量值分量(27)的最大差。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其中，所述第二分散值(14；15；18；19)是每個測量值數組(5；6；7；8)的N個測量值(9；10；11；12)的第二測量值分量(28)的最大差。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，所述閾值(21；22；23；24)包括第一閾值分量(21；24)和第二閾值分量(22；23)。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的方法，其中，所述分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)和閾值(21；22；23；24)之間的閾值比較分別針對每個分量進行。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，所述系統(1)是成像系統。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，所述系統(1)是計算機斷層造影設備。
12.一種作為用於校正支架的不平衡的方法的一部分的並用於識別計算機斷層造影設備的穩定建立的方法，其中，支架可圍繞系統軸(2)旋轉，計算機斷層造影設備包括用於採集支架振動的測量值的裝置(4，31，32)，該方法包括以下步驟A)根據權利要求1至11中任一項所述的方法來識別計算機斷層造影設備是否穩定建立(36)；B)在計算機斷層造影設備穩定建立的情況下繼續校正支架的不平衡(37)，C)在計算機斷層造影設備未穩定建立的情況下產生報警信號(38)。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，緊接著步驟C)(38)在使用者確認該報警信號之後，或者D)繼續校正不平衡(39)，或者E)在校正了計算機斷層造影的建立之後從步驟A)(36)開始重複該方法(40)。
全文摘要
本發明涉及一種可以簡單地識別系統(1)的穩定建立的方法。該系統包括可以圍繞系統軸(2)旋轉的旋轉裝置(3)和用於採集該旋轉裝置(3)的振動的測量值(9，10，11，12)的裝置(4，31，32)。從旋轉裝置(3)的N次不同旋轉的N個測量值(9；10；11；12)中計算出測量值的分散值(13，14；15，16；17，18；19，20)，通過將這樣計算的分散值和預定的閾值(21；22；23；24)進行閾值比較來識別系統的穩定建立。在此可以用確定不平衡的公知裝置(4，31，32)來採集該N個測量值，從而使該識別穩定建立的方法可以在不採用額外硬體的情況下執行。
文檔編號G01M1/00GK1828250SQ20061005472
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月2日 優先權日2005年3月2日
發明者索爾斯坦·比特納 申請人:西門子公司