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CN1072356C - 测量一个旋转设备的几何、位置和运动参数的装置和方法 - Google Patents

测量一个旋转设备的几何、位置和运动参数的装置和方法 Download PDF

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Abstract

描述了测量一种旋转设备的几何，位置和运动参数的一种系统和方法。该系统包括多个分开的间隔标记(40)，沿着一个可旋转设备，如盘(28)，的边缘分布，并且围绕一个已知半径、与盘的几何中心(31)同心的圆。设置了至少三个，优选四个(42，44，50，52)用来检测标记的传感器，从而当它们随可旋转设备旋转时，可以对标记进行传感。传感器绕盘相互间以角度相间隔。还提供了通过测量从每一个传感器传感一个标记开始后的时间来对介于所选择的标记之间的位置进行插值的装置。提供了一个参考标记(40A)，从而建立了一个可旋转设备相对于一个相对于传感器的固定点的参考点。提供了线路系统来确定可旋转设备的几何中心的任何横向位移。如果要求，可旋转设备的任何不圆度，可旋转设备相对于一个相对于传感器的固定点的角位置，以及可旋转设备在其旋转过程中的角速度。该装置对X射线层面照相术系统有特殊的应用。

Description

测量一个旋转设备的几何、位置和运动参数的装置，其用途和测量方法
发明领域
本发明一般地涉及一种测量系统和方法，更特殊地，涉及测量一个旋转设备的各种几何、位置和运动参数的系统和方法，比如当设备绕一个旋转轴旋转时旋转设备的角位置，不圆度(Out of Roundness)和角速度，以及在旋转平面内，旋转设备的几何中心的任何横向位移。
发明背景
本发明是要测量与一个可旋转的设备有关的，比如一个盘或鼓，在其绕一个旋转轴旋转过程中的各种几何、位置和运动参数，这里要求确保在设备的旋转中某些几何、位置和运动的异常情况被测定出来，从而可以采取适当的操作，如果有的话。本发明特别适用于计算机化的轴向层面X射线照相术(CAT)扫描系统，并且将因此在这方面进行描述，但不应被认为仅限于这类系统。
CAT扫描系统通常包括一个门形架(gantry)，该架是由如可以在固定在一个的框(frame)中旋转的一个盘或鼓的结构来形成的。在第三代CAT扫描仪中，一个X射线源和X射线检测阵列都安装在绕一桌子作旋转运动的盘上，桌子上能够安放病人。X射线源和X射线检测器阵列绕在盘上的一个点设置，该盘确定该点的轨迹(locus)，后面称之为“几何中心”，在一次扫描期间，当盘绕该点旋转时，围绕该点的源和检测器阵列规定要有正确的旋转运动，这样才能使层面X射线照相术的图象被精确地重建。该几何中心在理想状况下与盘的名义质心和盘的旋转中心相一致。在第四代CAT扫描仪中，X射线源是相对于几何中心安装在一个可旋转的盘上，而检测器被设置在一个固定的框上，且绕盘的旋转轴等角分布。在此二种系统类型中，X射线源会产生周期性的脉冲或连续波辐射。每个检测器通常要么是固态器件，要么是气体管器件。
在第三代类型的机器中，检测器阵列被设置在盘上直径方向与源相对的地方，且与源的焦斑对准，这样，检测器阵列和焦斑被定位在同一装置中，即扫描或旋转平面(与盘和旋转轴垂直)中。就一个检测器阵列而言，阵列中的每一个检测器被定位在扫描平面中，通常相对于源以一个预先确定的角间隔设置，从而使每个检测器相对于焦斑所对应的角度是一样的，这样，在介于源和相应的检测器之间的扫描平面内提供了多个X射线通道。在第三代机器中，X射线通道集中起来类似一把扇子，其顶点(Apex)位于X射线源的焦斑上。在第四代机器中，相对于每个检测器的X射线通道类似一把扇子，其顶点在检测器的输入处。因此，二种机器类型有时被称为“扇束”层面X射线照相术系统。
这些系统提供了相应于辐射通量变化的多个信息或数据信号，这些变化是由检测器在多次投影检测(Projection View)中的每一次中测量的，比如，当盘绕一个占据检测器与X射线源之间的空间的物体旋转期间，在一些精确的角位置所做的测量。根据已知的，通常被称之为“向后投影(back projection)”的信号数学处理方法(雷顿变换)(Radon)，能够形成一个表征沿旋转平面的一个二维切片的可见图象，比如，扫描平面通过定位在介于源和检测器之间的平面中被扫描物体的那部分。这些图象的精确构成决定性地取决于多种因素，包括：(1)盘的运动是精确地绕盘的几何中心转动，(2)在一次扫描期间，几何中心在扫描平面中维持不变，从而当盘沿其轴转动时，它不会在平面内相对于被扫描的物体产生横向移动，(3)在每次投影检测期间所提供的X射线曝光对每次检测系统来讲是相同的，且(4)数据是在盘的精确角位置处获得，从而当图象被反向投影时，使数据与X射线源和/或检测器相对于被扫描物体的正确位置信息是有相互关系的。这样，误差的一个来源是当盘在门形架框中旋转时，由于振动和机械噪声造成的。因为，在一次扫描期间，即使CAT扫描装置的盘的几何中心相对于被扫描物体有很小的横向移动，也会产生误差，从而导致失败或不正确的图象，这种装置已被制成为沉重地加强的昂贵设备，通常重量为一吨或更重，从而防止源和检测器系统的不合适运动。
通过对以下文献中的装置的描述及所提出的权利要求，现有技术的这样一种沉重的、昂贵的CAT扫描结构特征所带来的许多固有缺点已经被认识到和叙述了，至少部分是这样，比如1990年5月22日授于B.M.Gordon的美国专利No.4928283(以及1993年9月14日授于B.M.Gordon的美国再颁发专利No.Re.34379)和1992年4月28日授于B.M.Gordon的美国专利No.5109397，等等。
前一专利，美国专利No.4928283描述了一种重量较轻的机器以及相对较重的机器它所提供的一些优点。然而，制造该机器，尤其是旋转鼓，轻得多的重量会造成问题，而这些问题正是现有技术的机器经过反复考虑的设计来使其最小化的，比如不要求有的横向移动和/或在一次扫描中元件相对于被扫描物体的对不准。比如，因为X射线源(在第三代和第四代机器中)和X射线检测器阵列(在第三代机器中)通常都是相对盘的几何中心精确安装的，并且假设在扫描期间被扫描的物体相对于旋转轴是保持固定的，如果在扫描平面中几何中心和旋转中心(定义为扫描轴和扫描平面的交点)不是精确一致的，几何中心将会绕旋转中心旋转，从而导致在一次扫描中在扫描平面中的元件相对于被扫描的物体有不需要的横向移动。相似地，如果旋转中心和几何中心(即使是一致的)在一次扫描期间在扫描平面内移动，例如当盘受到振动，或盘由一个相对于其旋转轴不圆的轮或滚子(roller)驱动时，或者盘本身是不圆的并由一个轮或滚子来驱动时，盘上的元件也会在扫描平面内横向移动。
上面注明的美国专利No.5109397特别描述了使用传感器来检测旋转盘的外缘相对于一个具有一个“完美”环的内环表面的接近程度，该环围绕旋转盘设置在旋转平面内。于是，根据盘和环之间的间距变化，传感器提供补偿的电信号来修正或改正由X射线检测器接收到的数据。后一种专利的基本原理在于在一定的圆度公差范围内制造环比加工同等圆度的盘要便宜得多。然而，环的加工也是有公差的。
因此，在一个CAT扫描系统中，高度要求几何中心相对于被扫描物体的任何横向移动保持在扫描仪分辨率(一般是毫米数据级)的一个很小份额之内，例如分辨率的1/10到1/20，或者小于约0.1mm。其中，扫描仪中的盘的直径典型地是5至6英尺，这样，所要求的公差大约为五百万分之一，这一点如果不是不可能达到的话，也是极其困难的。采用极其和非常昂贵的测量，已经制造出了具有机加工盘和精密轴承的机器，能够达到0.5mm数量级的精度。然而，这增加了机器的成本。
另外，成像错误会产生(a)如果数据是在旋转盘的不正确的角位置上采集的，这一点可能是由于当采集一组一次投影检测的数据时，盘的真实角位置的测量不精确，或(b)如果在整个扫描过程中盘的角速度发生变化，从而使扫描的每次投影检测的X射线曝光不是均匀恒定的。
发明的目的
因此，本发明的一个总的目的是要提供一个多能的测量系统和方法，用来测量上述几个与一个旋转设备有关的几何、位置和运动参数中的任何一个，从而，如果需要的话，可以采取适当的操作。本发明的另一个目的是提供一种装置和方法，用来确定当一个旋转设备绕一个旋转轴旋转时，在其旋转平面内几何中心的横向移动。
本发明的另一个目的是提供一种确定旋转设备角速度的装置和方法。
本发明的再一个目的是提供一种重量轻的，相对较便宜的CAT扫描机器，该机器如果不是更好的话，至少也具有现有技术的更重、更昂贵的机器的精度。
再有，本发明的另一个目的是提供一种测量下列在一台CAT扫描仪中与旋转盘有关的参数中的一个或多个的改进装置和方法，从而可以采取修正操作，参数有：角位置，不圆度，旋转设备的角速度，以及当盘绕一个旋转轴转动时，旋转平面内几何中心的任何横向移动。
本发明的另一个目的是要提供一种测量一台CAT扫描机器中的旋转盘的角位置的改进系统方法，从而使用于一次扫描中的投影检测的盘的精确位置能够被精确地确定。
本发明的另一目的是提供一种精确确定一台CAT扫描机器的旋转盘的不圆度的改进系统和方法，从而使盘能被精确地加工出来，由此提供一个盘可以绕其旋转的精确几何中心的旋转。
本发明的另一个目的是提供一种精确确定一台CAT扫描机器的旋转盘的角速度的改进系统和方法，从而使盘能够被伺服控制，由此为一次扫描的每次投影检测提供更均匀的曝光时间。
再有，本发明的另一个目的是提供一种确定一台CAT扫描机器旋转盘的几何中心是否相对于门型架框(假设相对于被扫描物体是固定的)在盘的扫描平面内横向移动，从而能够在一次CAT扫描的每次投影检测期间提供与射线通道的真实位置有关的的位置修正数据。
本发明的另一目的是提供一种测量一个旋转设备，比如一个鼓、盘或环不圆度的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种CAT扫描装置和方法，其中在围绕盘的边缘不要求有一个精密制作的环。
本发明的其他目的将在下面部分地明显和出观。因此，本发明包括涉及几个步骤的方法和一个或多个这样的步骤相对于其他步骤的关系和顺序，还包括具有结构、元件组合和零件安排的装置，这将在后面的详细公开中举例说明，还包括应用的范围，这将在权利要求中说明。
发明概述
一般而言，本发明提供当一个旋转设备绕一个旋转轴旋转时，测量该设备的多种几何、位置和运动参数中的一个或多个的一种多能系统和方法，从而，如果有的话，可以采取合适的操作。这些参数包括角位置、角速度以及在相对于固定参考的旋转平面中，设备的几何中心的横向移动。在相对于固定的框的旋转平面中，设备几何中心的横向移动的产生可能是由于几何中心偏离了设备的旋转中心，或者是当设备旋转时旋转中心在旋转平面中移动。如果一个设备在旋转平面中具有一个圆形横截面，比如一个旋转环、盘或鼓，被测量的参数还能包括该圆的不圆度。
优选地，这样一种系统包括多个分布在设备边缘的间隔标记，这些标记在一个已知半径的圆上按角度相互分隔，该圆优选地与盘的几何中心同心。在围绕并靠近设备边缘的一些预先确定的角位置上设置了多个固定的传感器用来检测这些标记，这样，在旋转设备的旋转期间，当标记通过传感器时，传感器可以检测到标记。提供了通过一个或多个传感器来测量在所述的标记的检测中被选择的标记之间的一个或多个时间间隔的装置。
在优选实施方案中，还提供了确定旋转设备在任何一个时间瞬间作为被传感标记和在标记检测中被选择标记之间的被测量时间间隔的函数的角位置的装置。在优选实施方案中还包括测量旋转设备在任何一个时间瞬间同样作为被传感的标记和在标记的检测中被选择的标记之间的被测时间间隔的函数的角速度的装置。还优选地提供了在旋转平面内相对于两个或更多个传感器，确定几何中心的任何横向移动的装置，以及用来确定盘的不圆度的装置。
本发明至少采用三个，优选地，采用四个安排成二对的传感器。在优选实施方案中，每一对中的传感器优选地，但不是必须地，以相差90°的方式定位，从而使二条线径向延伸通过相对设置的传感器并相交在测量中心，该中心优选地但不是必须地与系统的几何中心相一致。标记由每个传感器来检测，从而确定在相邻标记的检测之间的时间间隔。还包括用来比较径向相对设置的传感器的测量的装置，从而可以精确确定几何中心在旋转平面内的任何横向移动，以及旋转设备的不圆度。
附图简述
为了更完整地理解本发明的本质和目的，必须参考下面结合所附图进行的详细描述，其中：
图1为说明根据本发明的原理构筑的一个CAT扫描门形架的一个平面结构示意图；
图2为图1中的一个盘的一个平面示意图，上面迭加了一个几何图用来说明从测量中心来确定盘的几何中心的位移；
图3为盘的一个部分切除的顶视示意图，该盘具有根据本发明的标记；
图4为说明本发明的测量系统的一个方框图；
图5为说明本发明的用于CT扫描仪的一个方框图；
图6为说明在用来检测间隔标记的传感器的输出信号之间的相位关系的一个时序图。
附图的详细描述
如上面已提及的那样，结合其应用于X射线层面照相术装置来对本发明进行描述更为有益，但是，显然它有其他的和更宽的应用。
参见图1，图中示意性地显示了一台CAT扫描系统18，该系统包括一个具有刚性侧壁26的轭22，用来以枢轴方式支承一个门形架20，该架具有用于第三代CAT扫描机器的那种类型并且经过修改包含有本发明的原理。门形架包括一个基本上平面的(二维的)刚性框24，通过枢轴25以枢轴方式安装在轭22的侧壁26之间，且(a)典型地形成一个金属的环形圈(annulus)或环状部分和(b)优选地用重量轻、刚性的材料制成，如铝、铅镁合金和类似材料。框24，至少其内边缘是圆的，除了沿轴25的枢轴运动以外，其他相对于轭22的运动均被限制，并且总是假设它相对于被扫描的物体是固定的。
一个环形圈一环状盘28，优选地采用一个基本上平面的形式，以一个可旋转的方式，如采用合适的滚子或轴承30安装在框24内部，用来在框24的平面内绕一个轴旋转，从而定义了一个旋转或扫描平面，下面将进一步定义。优选的，盘28用与框24具有基本上相同的热膨胀系数的材料来制造(典型地即为相同的材料)，可以是实心的或空心的来使重量达到最轻。盘28具有一个中央孔34，该孔的尺寸能使被扫描的物体从中通过。盘28的旋转中心32(定义为扫描平面与旋转轴的交点)在理想地应与盘28的几何中心31相一致。然而，如后面可以看到的那样，本发明的测量系统所提供的装置可以用来确定盘的几何中心和旋转中心之间的偏差，并且，尤其是可以确定在一个扫描期间在扫描平面内几何中心的任何横向移动，如果需要，当任何横向移动出现时，可以采取适当的操作。
X射线源36被定位在盘28上靠近由中央孔34限定的内边缘处，从而引导一X射线优选地在盘28的中间平面从一个焦斑穿过中央孔34到达包括一个检测器阵列38的一个检测器系统。中间平面优选地定义旋转或扫描平面，在图3中标明为39，包含旋转中心32和，优选地，包含几何中心31(两者均表示在图1中)。检测器阵列38安装在盘28上径向穿过孔34与源36相对的地方(而在第四代CAT扫描系统中，检测器直接安装在框24上)，从而在X射线穿过孔34后，可以检测来自源36的X射线。
根据本发明的原理，在盘28上设置了多个间隔的测量记号或标记40，它们沿盘28的外缘或边缘41分布(在图3中的表示最佳)。标记优选地沿外缘间隔定位，角度增量应尽可能地相等，尽管如后面所述，本系统适用于消除任何由于标记定位误差而产生的测量误差，从而使精确地标记定位不是决定性的，也不会给所进行的测量带来限制。外缘41优选地是一个已知半径为R的圆，如图2所示，其曲率中心优选地与盘28的几何中心31相一致。优选地，这样的标记40是等角度绕盘的外缘41定位，且垂直于、相交于扫描平面39(见图3)，从而当盘绕旋转中心32旋转时，标记绕旋转中心32旋转，标记中的每一个保持延长通过扫描平面。然而，应该理解的是，标记还可以绕盘28侧面的外边缘排列，如图1和2中所示，用来方便说明。标记的个数可以以系统大致分辨率的函数的方式变化，在下面的描述中将更加清楚。例如，在优选实施方案中，盘28具有720个这样的标记，于是，每个之间的角间隔表示1/2度，但其他标记数量也可以使用，如360个，1000个或类似数量。如下面所述，当盘绕旋转中心32旋转时，标记被多个传感器中的每一个检测。这样，每个标记40被制成可以与其背景区分开来，从而使标记能够被传感器检测。例如，每个标记是精细刻划的、压纹的、印刷的，或其他适当设置的阴影的、成型的、着色的细线，或者采用某些能区分的方式。标记可以以任何已知的方式设置在盘上，要么是直接的要么是间接的。例如，标记可以设置在一条带或相似的部件上，而它们又被固定在盘上。另外，标记可以直接设置在盘本身的表面上。目前的机床能够方便地为盘28提供所要求的1/2度间隔的标记，每一个的精密定位可在10秒钟以内完成。
另外，由于一些后面将变得更明显的理由，一个角位置参考标记40A被优选地设置在盘的一个角位置上，它建立了一个参考，从这一点，盘28相对于某些相对于框24的固定点的角位置能够被确定。参考标记40A相对于X射线源36和X射线检测器阵列38的真实位置是不重要的，尽管定义盘相对于框24上的一个固定点的精确位置的能力是重要的，正如后面将会明显的那样。当盘绕旋转中心32旋转时，角位置参考标记是能够与标记40区分开的，且能够被制成可以区分开，例如，通过采用不同的尺寸，或者成形后能被一种不同类别的检测器来检测。它可以标记40以外的独立标记，或者是标记40中的一个，这一个被制成唯一的，采用的方法是将标记40中的一个做成比其他的宽，或者如图3所示，将标记中的一个延长超出标记40的边缘，从而当盘绕旋转中心旋转时，它能够从所有其他的标记40中区分开来。
如果盘28是完全圆的，其支承和驱动机构也是完全圆的，盘28的几何中心和旋转中心是完全一致的，且标记40相互之间围绕盘的准确的几何中心31是完全等角间隔的，于是，当盘绕其旋转中心旋转时，就不存在与盘的几何中心的横向移动有关的问题，这样仅需要有一个传感器，以角度编码器的方式，来检测标记40和参考标记40A。由于如此的完美是不可能获得的，本发明是要基本上瞬时确定这些缺陷，从而，如果有的话，能采取适当的操作。因此，本发明的测量系统至少采用三个，优选的四个传感器围绕框按角度分隔设置，当标记通过每个传感器时，每个传感器都要来检测测量标记40，其理由将在后面变得更加明显。
这样，优选的第一对基本传感器42和44和第二对基本传感器50和52被设置在框24上，用来检测标记40。如图1和2所示，传感器42和44相对框24是固定的，以便在第一直径46上(后面设为Y轴)彼此处于相对的位置，因此分别定义为N和S传感器，而第二对基本传感器50和52定位在框24上，以便在第二直径48上(后面设为X轴)彼此处于相对的位置，因此分别定义为W和E传感器。当盘28绕旋转中心旋转时，所有的传感器被定位在靠近标记通道的地方。在优选实施方案中，和标记一样，传感器也定位在扫描平面39中，从而使所有测量是在扫描平面39中进行，如图3中部分所示。传感器安装在框24上，从而使直径46和48优选地，但不是必须地，相互正交设置并相交于一点，该点定义为测量中心53，后者优选地，但不是必须地，设置在尽可能靠近盘的几何中心的地方。然而，在后面将变得更清楚，任何由于二个直径的偏差造成的误差从而使它们不正交或者中心53与几何中心不一致能够由测量系统来消除。
优选地，基本传感器42,44,50和52可以是任何种类的设备，用来当标记通过传感器、标记40进入传感器的传感区域时提供一个电信号，如一个脉冲或尖峰信号。例如，每个传感器可以是电荷耦合器件，光电池或者诸如此类具有合适光学元件的设备，当标记进入光学元件的聚焦区域时，能够对每个标记40成像。另外，标记40可以是磁带或薄线，在这样的情况下，传感器将是磁传感器，比如霍尔(Hall)效应器件或者诸如此类对带和线进行磁传感的设备。显然，可以采用任何类型的标记和传感系统。
根据本测量系统的优选实施方案，第二组次要的参考传感器42A,44A,50A和52A相应地与传感器42,44,50和52配成对，用来当参考标记40A移动进入每个传感器的聚焦区域时，对其进行检测。
优选测量系统的基本元件，通常在图4和5中注明为60，在图4中所见为最佳，其中传感器中的每一个与一个处理器线路70相连，其中每个传感器的输出与一个计数器相连，比如，N参考传感器42A被连接到θN计数器72A的输入上，N基本传感器42被连接到N计数器72的输入上，E参考传感器52A被连接到θE计数器82A的输入上，E传感器52被连接到E计数器82的输入上，S参考传感器44A被连接到θS计数器74A的输入上，S基本传感器44被连接到S计数器74的输入上，W参考传感器50A被连接到θW计数器80A上，W基本传感器50被连接到W计数器80上。计数器72,74,80和82中的每一个计算由相应的传感器42,44,50和52所提供的脉冲个数，而参考计数器72A,74A,80A和82A中的每一个为单稳多谐振荡器(one-shot multivibrator)的形式或者类似的设备，用来在每次参考标记40A被传感时提供一个输出脉冲。来自各自的参考计数器72A,74A,80A和82A的输出脉冲使计数器72,74,80和82复位(Reset)，从而使每个计数器从参考标记40A开始对标记40进行计数。一个时钟84被用来为每个计数器72,72A,74,74A,80,80A,82和82A提供时钟信号并且用来使参考计数器72A,74A,80A和82A复位。四个定时计数器(Timing Counter),ΔtN计数器90,ΔtS计数器92,ΔtW计数器94和ΔtE计数器96，当各自的传感器位于两个相邻的标记40之间时，分别被用来对由相应的传感器42,44,50和52中的每一个来传感的盘28的被测角位置进行插值。时钟84的时标速率比标记40被传感器42,44,50和52传感的平均速率要快得多，典型的是，时标速率为1.5MHz，而盘为2秒转一周。
更准确地说，每个定时计数器90,92,94和96由来自相应的传感器42,44,50和52的每个输出脉冲来复位，从而每当一个标记40被相应的传感器传感时，每个定时计数器重新开始其计数。时钟84给每个定时计数器提供了一个输入信号，从而使计数表征从相应的传感器传感一个标记40开始的延迟时间(1apsed time)。基本计数器72,74,80和82以及定时计数器90,92,94和96的每个输出都与一个总线100相连，总线再与处理器102和存贮器104相连。
整个处理器线路70可以采用一块单独的，商业上可获得的芯片来实现，比如Siemens SAB 80C517。
正如后面将要更准确地描述的那样，本发明的测量系统在确定下列内容中具有特殊的应用：(1)在盘绕旋转中心32旋转时的任何特定时刻，在旋转平面内，几何中心31离开测量中心53的任何横向移动，比如，这样的移动沿Y和X直径46和48被定义为Δy和Δx；(2)盘28的不圆度；(3)盘28的角位置，这在控制触发X射线层面照相术扫描的每次投影检测的读数中是特别有用的；以及(4)盘的角速度，这对于盘的速度的伺服控制是特别有用的，从而可以使在扫描的每次投影检测期间的X射线曝光与其他所有的投影检测基本上是一样的。(1)横向移动测量
几何中心31离开测量中心53的横向移动值Δx和Δy可以如下确定：
假设标记40以精确的角度间隔1/2度设置，几何中心31，旋转中心32的和测量中心53都是相互一致的，基本传感器42,44,50和52围绕测量中心53以相差90°的关系精确地设置，相互之间相差90°设置的标记将精确地被4个传感器同时传感。这样，例如具有720个标记，序号依次为0,180,360和540的标记将同时到达相应的传感器，且由每对相对设置的传感器42和44以及50和52检测到的是0位相差。
另一方面，如图2所示，如果，例如，盘28绕一个旋转中心旋转，而该中心在扫描平面39内垂直Y轴直径48的方向上横向移动了一个量Δx，这样，在一个给定的时间(比如，如图6中所示的标记180和540)，两个最接近共同直径46且径向相对的标记40将不会被N和S基本传感42和44同时检测到，取而代之，在传感器进行的两次检测之间(见图6)将存在一个时间间隔或相位差Δt1，在本例中被称为ΔtN-S。如果盘28的平均角速度ω0是已知的或确定的，当标记中的一个被N传感器42传感时，与其径向相对的标记肯定绕旋转中心32从传感器44偏离一个角度α，如图2所示，其中：
(1)α=ω0Δt1
于是Δx的实际测量为
(2)Δx=R sin(α/2)；也即
(3)Δx=R sin(ω0Δt1/2)
偏离是非常小的，所以角度的正弦可以由其本身来近似，或者
(4)Δx≈R(ω0Δt1/2)
且在特定的本例中
(5)Δx≈R(ω0ΔtN-S/2)
类似地，如果盘28旋转时使得旋转中心离开X轴直径48也有横向移动，那么两个最接近直径48且径向相对的标记40将不会被W和E基本传感器50和52同时检测到，取而代之，如图6中所示，在二个传感器之间将存在一个时间间隔或相位差Δt2或ΔtE-W，其中当W传感器传感标记540时，所示的E传感器在与W传感器不同的时间传感标记180。因此，这样二个标记必定有偏移：
(6)Δy≈R(ω0ΔtE-W/2)
参见图4，值R/2是预先确定的并存贮在存贮器中用于将来的计算。进一步，值ω0是由下面所描述的方法来确定的。有了这些值R/2和ω0，通过测量相位差ΔtN-S和ΔTE-W，在任何时间的Δx和Δy值就可以方便地被确定，相位差的确定是通过读取N、E、S和W计数器72,82,74和80以及定时计数器90,92,94和96的输出，再加上由处理器102所进行的一次比较来实现的。例如，假定在S传感器44检测标记361之前65微秒(在1.5MHz时标速率，65微秒大约为10个时钟脉冲)N传感器42检测标记1。当标记1被检测时，N计数器72将其计数器从0增加到1，且定时计数器90将清除，而在之后大约65微秒中，S计数器74中的计数将维持在360。当标记361被检测时，ΔtN计数器90将保持一个代表相位差的值。应该理解的是相位差能够表征大于1/2°的差别。这样，相位差的计算还需要包括对计数器72和74中计数的一个比较，从而使在任何二个径向相对的标记之间的相位差可以由相对的计数器72和74以及相对的定时计数器90和94中的计数的差别来计算。采用W计数器80和E计数器82的输出，以及在ΔtE和ΔtW定对计数器中的值，能够对Δy进行类似的计算。
如前所述，确定关于几何中心31的偏差或位移Δx和Δy的信息可以用来修正CAT扫描系统中的图象信息。例如，假设病人相对于框24(也即测量中心53)是固定的，其中盘28在框24中旋转，并且四个基本传感器42,44,50和52相对于框24以相互差90°的方式固定。定义源和检测器位置的几何中心31的位移应该是再现(Reconstructed)扫描图象的中心。这样，当盘28旋转时，旋转中心32相对于固定的参考框移动Δx和Δy(当然，当盘旋转时，它们是可变的)，在任何时刻对该位移的测量表明了在x-y扫描平面39内相对于病人和固定框24,X射线源和检测器(从而也是从X射线源到单个检测器的X射线通道)横向移动了多少。因为几何中心31和旋转中心32一起运动，所以会产生移动，例如，当盘由一个不圆的轮或滚子旋转驱动时，或者盘本身是不圆的，和/或其中的几何中心和旋转中心不一致从而当盘旋转时，几何中心绕旋转中心转动。在盘的每个进行投影检测的位置确定的与Δx和Δy有关的信息可以与在相应的投影检测中从X射线透射(striking)检测器38收集来的数据一起使用，来修正当图象再现时所测量到的偏移Δx和Δy，消除盘28的振动和运动现象的影响，而这些影响造成了位移Δx和/或Δy。通过保证X射线中心与几何中心31相同，且标记40沿一个具有与中心31一致的曲率中心的圆来分布，于是，这将显然，Δx和Δy的测量为一次CT扫描的每位投影检测提供了一个偏心测量。
上述用来确定Δx和Δy横向位移的测量允许人们对测量系统本身的系统参数进行测量，而任何由于这些参数所产生的误差可以被消除。例如，(a)该系统可以被用来测量基本传感器42,44,50和52以及相应的参考传感器42A,44A,50A和52A在不是精确地以相差90°的关系设置，或者测量中心53不是精确地与几何中心31相一致时的定位误差，或(b)标记对标记设置得不均匀。因此，在这样的情况下，直径46和48不需要是垂直的，测量中心53与几何中心31不需要是一致的，标记的设置也不会限制测量系统的精度。(a)传感器的定位误差
尽管上述的横向位移Δx和Δy的测量假定N和S传感器42和44以及E和W传感器50和52围绕测量中心是以相差90°的方式设置的，本系统可以方便地适应任何一个或全部传感器的定位误差。尤其是，在盘的一圈完整旋转上，人们可以通过确定径向相对的传感器42和44或50和52之间的相位差来确定传感器之间的角距。例如，如果几何中心31和旋转中心32是一致的，但是，N,E,S和W传感器不是完全按相差90°的方式设置的，从而使测量中心52偏离几何中心和旋转中心，检测到的任何介于N和S传感器42和44之间和/或介于E和W传感器50和52之间的相位差在整个旋转过程中将保持恒定。例如，由N和S传感器42和44检测到一个恒定的相位差，而E和W传感器50和52什么也没有检测到，这表明测量中心53沿X轴方向(图2中的直径48)偏离几何和旋转中心。类似地，如果由E和W传感器检测到一个恒定位相差，而S和N传感器什么也没有检测到，表明测量中心沿Y轴方向(图2中的直径46)。二者综合起来即为X轴和Y轴分量。这些恒定的位相差可以用来确定四个传感器的相对位置，更重要的是，通过确定在盘28的一个整圈旋转上恒定位相在ΔtN-S和ΔtE-W值中的分量，人们可以在计算Δx和Δy真实值之前基本上消除这些量，并由此可以消除将测量中心53与几何中心31和旋转中心32精确对准的需求，因为这些值的量可以在计算中被分解出来。准确地说，盘28旋转时Δx和Δy的正弦变化(相当于交流分量信号)表示几何中心31的横向位移，而一个恒定位相(相当于直流偏置分量)在计算由于几何中心的横向移动而产生的Δx和Δy之前可以从整个位相测量中减去。直流分流实际上代表测量中心53离开几何中心的位移，可以用来使传感器相对几何中心31对准。根据来自一次完整扫描且收集、存贮在存贮器104中的数据，这样的计算和修正可以在处理器102中方便地被确定。(b)标记定位误差
人们能确定标记对标记定位的精度并且消除由于标记定位误差而产生的任何误差。例如，通过测量四个传感器中的每一个，可以提供在检测相邻的标记40之间的时间间隔。于是，由基本传感器中的每一个来进行的、针对每组相邻标记的时间测量可以被用来与一整圈相对于被传感的序号的标记的时间比率来进行比较和平均。如果每个各自的传感器42,44,50和52在传感标记1以后再传感标记2的时间ΔtN、ΔtS、ΔtE和ΔtW的平均值小于在一个整圈上确定的平均时间，那么，这些标记比要求的更互相接近。于是，一个修正因子被存贮在存贮器104中，从而当针对一对相邻标记40之间的测量进行计算时，从两个标记之间可以进行更精确的角位置插值。例如有720个标记，如果有的话，将有720个修正因子来表示每组相邻标记的1/2度的角间隔的偏差，并表示每组标记偏离1/2度角间隔的程度。(2)不圆度测量
不圆度的测量通常是如下实现的：假定标记40的定位是精确的且盘28匀速旋转，Δx和Δy的测量能提供不圆度的信息。如果盘是不圆的，和/或盘置于其上支承的滚子30(为简化起见，假设这样的滚子只有一个)是不圆的，每一次会产生一个横向位移Δx和/或Δy，它们分别随盘28和滚子30的每个旋转呈周期性变化。这种周期性可以在盘和滚子中的每一个的许多次旋转过程中被测量和确定。
准确地说，在每个标记40处的Δx和Δy测量是在盘28的一圈完整旋转中由计数器72,74,80，和82中的每一个来提供的。在盘随后的旋转中，Δx和Δy的类似值与前面一套这样的值相平均。针对滚子30的周期可以进行类似的迭代平均。鉴于此，盘28的周期的选择应该在盘和滚子的许多旋转过程中不是滚子30的周期的整数倍，从而人们可以方便地区分二者。选择的周期性保证盘和滚子都有足够数目的旋转出现，从而在二者重迭之前，获得盘和滚子中的每一个不圆旋转的准确状况(picture)。画出针对这些多重旋转的Δx和Δy总值的谱，存在一个盘旋转的基础速率，该谱能够是一个这样的谱，即全部是基础速率的整数倍。如果滚子的基础速率是这样设定的，即使其及其谱分量不与盘的基础速率和谱分量相一致，人们能够确定盘和滚子两者不圆度。即使某些谱分量不是精确地被表征的，通过对数据进行如前所述的迭代、多重平均，人们可以获得一个非常精确的状态(picture)。如果滚子30是理想地圆的，其谐波(harmonics)将和滚子的每次旋转相一致。
在制造盘和滚子时，可以对盘28和滚子30的不圆度进行测量以保证它们的圆度。然而，在实际中，一台工作的CAT扫描仪通常不需要使用不圆度信息，但是也许存在一些装置要求这样做。在这样一种装置中，人们不需要真的去查看谱，但可以采用上述的迭代平均技术。只要盘和滚子不具有相同的周期，即可生成相对于盘28和滚子30的不圆度的有用信息。通过允许滚子在其每次旋转中可以相对于盘滑动，滚子30的位相可以改变从而防止滚子和盘的周期性重迭。再有，所有的信息可以在处理器102中计算并且存储在存贮器104中。(3)角位置测量
盘的角位置的测量是采用盘上的参考标记40A来实现的。当盘28旋转时，标记40被所有四个传感器42,44,50和52传感，且每当一个标记被一个特定的传感器传感，盘已经旋转通过传感器一个与标记间间隔相等的角增量，比如大约1/2°，该量被修正后用于前面提及的每个标记间间隔测量。如图1中示意性地表示和图3中的最佳表示，次要的(secondary)传感器42A,44A,50A和52A中的每一个分别设置在基本传感器42,44,50和52中的每一个附近，用来当参考标记40A通过基本传感器42,44,50和52的每个传感器位置时，对其进行传感。
如前面针对图4已描述的那样，基本传感器42,44,50和52每一个与多个计数器72,74,80和82中的相应的一个相连。当传感器42A,44A,50A和52A分别对参考标记40A进行传感并且给出一个输出脉冲给相应的次要计数器72A,74A,80A和82A时，计数器72,74,80和82中的每个被复位到零。这样，如果是720个标记，从参考标记40A被次要传感器42A,44A,50A和52A中的相应一个传感后，计数器72,74,80和82中的每一个将给出一个对被传感的序号为0至719的标记40的一个计数。该计数表征参考标记40A在半度以内(within one-half degree)相对于基本传感器中有关联的一个传感器的位置，且通常由以下来表示：(7)θ=NDc
其中N为计数，且Dc为每个计数的度数(在优选实施方案中为半度)。
然而，仅仅测量N并与Dc相乘将提供一个不高于Dc的分辨率。这样一个分辨率对大多数CAT扫描仪来讲都太粗了，因此，加上一个附加的位相分量ω0Δt，从而使上面的公式(7)扩展成可以提供一个修正后的值，θc；(8)θc=NDc+ω0Δt
其中ω0是盘的平均角速度(用下面描述的方法来确定)且Δt为从最后一个计数进入计数器后，由合适的定时计数器90,92,94和96测量到的延时时间。
将会理解的是，在传感器42,44,50和52相互之间的输出之间也会出现某些位相差，以致于，例如，针对四个传感器的第0，第180，第360和第540计数不一定是同时出现的。因此，仅基于计数器72,74,80和82以及相应的定时计数器90,92,94和96中的一个计数器的计数来确定盘28的角位置会造成由于所选择的计数不同而得到不同的值。因此，优选地，四个计数器72,74,80和82以及相应的计数器90,92,94和96中的所有值进行平均，从而提供一个更可靠的角位置值，即角度θAV。另外，当进行平均时，各自计数器中的计数必须采用由传感器42,44,50和52的位置所决定的偏移值来进行调整，从而提供真实的平均值。
更准确地说，当位移测量着眼于在相对的传感器42和44(N和S)或者50和52(E和W)之间的位相差时，角位置由从最后一个被检测的标记40被传感时(Δt)开始的绝对时间差来确定，如公式(8)的这定义。
盘的角度，由θDISK来定义，即为所有传感器的θDISK测量的总和。准确地说，
(9)K1θDISK=θN+θE+θS+θN+K2其中K1等于传感器的数目(4)；每个θ即为由公式(8)定义且由每个计数器72,74,80和82以及相应的定时计数器90,92,94和96中的计数决定的位置测量值θc；K2等于由传感器42,44,50和52的位置所决定的偏移值，例如，参考角。例如，如图2所示的盘沿逆时针方向旋转，如果N传感器42被用来定义0弧度位置，E传感器52定义π/2弧度位置(意思是由E计数器82和相应的定时计数器92所确定的盘的测角总是等于从计数器82和92确定的测值θc减去π/2弧度)。类似地，盘的测角可由S计数器74和相应的定时计数器94中的计数减去π弧度来确定，而且盘的测角可由W计数器80和相应的定时计数器96中的计数减去3π/2弧度来确定。这样，公式(9)中的偏移值K2可以如下计算：
(10)K2=-π/2-π-3π/2=-3π；且公式(9)可写成；
(11)θDISK=(θN+θE+θS+θW-3π)/4
显然，改变传感器42,44,50和52的顺序和/或位置将改变K1和K2的值。
角度测量可以用来精确地控制X射线测量的定时，从而保证X射线测量是在盘28的多个精确的角位置中的每一个进行的。这样，如图5所示，测量系统60提供一个输出给控制系统110用来控制图象数据的读取，如图中所标的112。
在任何特定的时间，角度θDISK通常可以从公式(9)及在已描述过的方案，即公式(11)中获知。比如在检测时间t1,θDISK的值是3/4°并且要求当θDISK是1°时读取数据。这样，人们能够从下式确定Δt的值：
(12)ω0Δt=1/4°
这里ω0是由所有的基本传感器42,44,50和52测量的盘的平均速度，如后面描述的那样；
考虑到标记对标记定位中的任何误差，处理器102于是在时间t1指示控制系统110在θDISK正好等于1°时的时刻t1+Δt精确地触发。
人们可以实际测量Δt结束时的位置，从而确定是否盘28处于人们所希望的精确位置。如果不是，人们可以计算在预测的1°位置以及通过在t1+Δt时计算θDISK而得到的实际位置之间的时间差，从而为下一次测量提供一个偏移量并且在同样的基础下继续做下去，不断更新偏移量的值。(4)角速度测量
利用角速度来伺服控制盘的速度也许是最容易实现的事情。测量标记40通过的时间率来伺服(servo)速度。在该测量中，仅采用两个相对的基本传感器42和44或50和52来测量其经过连续二个被传感的标记40所经过的时间，用Δt值来表示：
(13)ω0=K/Δt
其中ω0是在Δt时间上的平均速度，而K是作为标记间间隔(如上所述，其变化可以被提取出来)的函数的一个常数。
通过采用相对的传感器并且将两个值平均，人们可以排除由于Δx和Δy产生的变化的影响，从而使测量与位移无关。这样，随着每次旋转而变化的一个位移将不会影响测量设备，盘28的一侧会有一个变化分量一。ω，而另一侧会有一个类似的分量+ω，两者将相互抵消。
显然，如图5中所示，通过不断地提供更新后的信息给CT扫描机的控制器110来控制盘驱动114的速度，计算速度可以被用来伺服控制盘的速度。在处理器102中(图4)，测量速度与存贮在存贮器104中的所要求的速度进行比较并且通过控制器110给盘驱动114提供一个修正。这一点在CT扫描中是重要的，因为在每次投影检测中，尽可能地使X射线的曝光水平均匀是重要的。如果在一次扫描中盘的速度变化了，曝光水平在建立图象数据时同样会变化，如果没有修正，当被用来反投影一个图象时会造成图象中的缺陷和错误。其他方面
这样，该测量系统被用来确定Δx,Δy,ω0和θDISK的值，由此，除了前面描述的方面以外，人们还可以控制盘28应该停止的特殊的角位置。这时，由于测量系统提供与角位置有关的信息给控制器110用来控制盘驱动114，如图5中所示。于是，例如，也许为了例行维护要求盘28在预先确定的位置停止转动，或者进行“探测(scout)”检测，如，其中源36和检测器38与病人形成一个精确的角度(如90°)。且仅在此位置进行一次X射线曝光。这时，CT扫描仪的作用只是在精确的探测(scout)检测度下生成一幅X射线图象。
虽然在不偏离本文涉及的本发明的范围的前提下，可以对上述设置和方法进行某些改变，希望对所有包含在前面的描述中或者表示在所附图中的内容的解释是例证性的而不是以一种局限性的感觉来进行的。例如，当希望使用以相互间隔90°设置的四个传感器来进行平均时，不一定必要采用四个传感器或者使这些传感器精确地以90°的角度间隔。可以使用三个或超过四个的传感器来实现所有所述的功能，并且当采用三个传感器时，优选地但不是必要地使它们的间隔为120°。当然，改变传感器的数目或者传感器的位置或多或少要求有不同的旋转中心位移的计算方法，该偏移为由传感器确定的位相差的函数。
虽然，本发明的优选实施方案是根据一台第三代CAT扫描机进行描述的，本发明还可用于其他类型的CAT扫描机，如第四代CAT扫描机，以及包括一个旋转设备的类型的其他装置。

Claims (44)

1、一种被用来测量当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴在所述的旋转平面内所述的旋转设备的一个或多个位置、几何和运动参数的装置，该装置与一个安装在一个支承装置上使其绕一个旋转轴旋转并由此定义(a)一个垂直于所述的旋转轴的旋转平面和(b)位于所述旋转平面内的几何中心的可旋转设备一起使用，所述的装置合并起来包括，
多个间隔标记，相对于所述的可旋转设备固定设置且其分布使其在一个已知曲率半径的弧上相互以角间隔分开设置，且基本上与该几何中心同心；
传感装置，相对于所述的支承装置固定，用来在所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，在围绕所述几何中心的至少两个不同的角探测位置上探测所述的标记；
用来插值由所述的传感装置在每一个所述角探测位置处传感的相邻标记间的角标记位置的插值装置，且作为在每一个所述角探测位置上传感的最后一个标记开始的所测时间延迟的函数；以及
用来测量一个或多个所述的参数的装置，这些参数是在每一个所述角探测位置上传感的所述的标记以及在每一个所述角探测位置上传感的最后一个标记开始的所测时间延迟的函数。
2、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的多个标记是沿着一个基本上与所述的几何中心同心的圆大致上等角分布的。
3、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的传感装置包括四个围绕所述几何中心分别设置在不同角探测位置上的传感器。
4、根据权利要求3的装置，其特征在于，所述的四个传感器相互间是以大致上相差90°的方式定位的。
5、根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，测量所述的可旋转设备的所述的几何中心在所述的旋转平面内的任何横向位移的装置，作为在每一个所述的角探测位置上传感的标记，以及由所述的传感器中的每一个传感的相邻标记间的插值后的角位置的函数。
6、根据权利要求5的装置，其特征在于，所述的可旋转设备在所述的旋转平面上具有一个圆形或环形截面，所述的装置进一步包括确定所述的圆形或环形截面的不圆度的装置。
7、根据权利要求6的装置，其特征在于，所述的确定所述的圆形或环形截面的不圆度的装置包括测量所述的可旋转设备的所述的几何中心的所测的横向位移的周期性的装置。
8、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的传感装置包括四个在所述的角探测位置上的大致上以相差90°的方式定位的传感器，所述的装置进一步包括消除由于所述传感器的定位偏离90°间隔所产生的误差的装置。
9、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的传感装置包括四个传感器，设置并定位在所述的角探测位置上，成对地分别在所述的旋转平面内的两条相交的线上，该两条线相交在一个相交点上，所述的装置进一步包括消除由于相交的点离开所述的几何中心的位移所产生的误差的装置。
10、根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括(a)至少一个参考标记，相对固定于所述的可旋转设备，以及(b)测量所述的参考标记相对于一个在所述的支承装置上的固定参考点的瞬间角参考标记位置确定装置，作为从参考标记传感的每一个对应探测位置开始的在所述角探测位置传感的标记数目，以及由相应的插值装置传感的相应的插值后的角参考标记位置的函数。
11、根据权利要求10的装置，其特征在于，进一步包括平均在所述角探测位置测量的所述设备的角参考标记位置的瞬间值的装置。
12、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的标记围绕所述的几何中心基本上是等角间隔的，所述的装置进一步包括确定标记与标记间定位之精度的装置，作为在所述角探测位置测量的相邻标记间的平均时间延迟的函数，从而可以补偿在相应的标记间不均匀的间隔。
13、根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括测量所述的设备绕所述轴旋转时所述的设备的角速度的装置，作为所述标记通过所述角探测位置的平均时间率的函数。
14、一种被用来测量当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴在所述的旋转平面内，所述的旋转设备的所述的几何中心的任何横向位移的装置，该装置与一个安装在一个支承装置上使其绕一个旋转轴旋转并由此定义(a)一个垂直于所述旋转轴的旋转平面和(b)一个在所述的旋转平面内的几何中心的可旋转设备一起使用，，所述的装置合并起来包括；
多个间隔标记，相对于所述的可旋转设备固定设置且其分布使其在一个已知曲率半径的弧上相互以角间隔分开设置，且基本上与该几何中心同心；
角度确定装置包括(a)至少两个传感器，在绕所述几何中心的两个不同角位置上相对固定于所述的支承装置，用来当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，探测所述的标记，以及(b)确定介于所述的传感器之间相对角度的角度确定装置，作为由所述的传感器传感的标记的函数，从而使所述的几何中心的所述的横向几何位移是当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时如所述的角度确定装置确定的所述的相对角度中的变化的函数。
15、根据权利要求14的装置，其特征在于，进一步包括用来插值由所述的传感器中的每一个传感器相邻标记间的角位置的插值装置，且作为从由每个所述的传感器的最后一个标记开始的所测时间延迟的函数。
16、根据权利要求15的装置，其特征在于，所述的角度确定装置进一步包括当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，测量所述的可旋转设备的所述几何中心在所述的旋转平面内的任何横向位移的装置，作为由所述的传感器中的每一个传感的标记，以及由所述的传感器中的每一个传感的相邻标记间的插值后的角位置的函数。
17、根据权利要求16的装置，其特征在于，所述的可旋转设备在所述的旋转平面上具有一个圆形或环形截面，所述的装置进一步包括确定所述圆形或环形截面的不圆度的装置。
18、根据权利要求17的装置，其特征在于，所述的可确定所述的圆形或环形截面的不圆度的装置包括测量所述可旋转设备的所述几何中心的所测的横向位移的周期性的装置。
19、根据权利要求14的装置，其特征在于，所述的装置包括四个大致上以相差90°的方式定位的传感器，所述的装置进一步包括消除由于所述传感器的定位偏离90°间隔所产生的误差的装置。
20、根据权利要求14的装置，其特征在于，所述的装置包括四个按对定位的传感器，两对传感器的设置是在所述的旋转平面内分别设置在两条相交的线上，该两条线相交在一个相交点上，所述的装置进一步包括消除由于相交的点离开所述的几何中心的位移产生的误差的装置。
21、根据权利要求14的装置，其特征在于，所述的标记围绕所述的几何中心基本上是等角间隔的，所述的装置进一步包括确定标记与标记间定位之精度的装置，作为由所述的传感器测量的相邻标记间的平均时间延迟的函数，从而可以补偿在相应的标记间的不均匀间隔。
22、一种被用来实质上测量当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，所述的设备相对于所述的设备的一个固定参考点的瞬间的角位置的装置，该装置与一个安装在一个支承位置上使其绕一个旋转轴旋转并由此定义(a)一个垂直于所述旋转轴的旋转平面和(b)一个在所述的旋转平面内的几何中心的可旋转设备一起使用，，所述的装置合并起来包括：
多个间隔标记，相对于所述的可旋转设备固定设置且其分布使其在一个已知曲率半径的弧上相互以角间隔分开设置，且与所述的可旋转设备的几何中心同心；
至少一个参考标记，相对固定于所述的可旋转设备，用来定义所述的参考点，由此，所述的可旋转设备的角度能够被测量；
角位置确定装置包括(a)标记传感装置，在绕所述的几何中心的一个预先确定的角位置上相对固定于所述的支承装置，用来当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时探测所述的参考标记并且按顺序探测所述的间隔标记，以及(b)用来确定从由所述标记传感装置传感的最后一个标记开始的时间延迟的装置；以及
用来确定所述的旋转设备的角位置的装置，作为由所述的传感装置传感的所述的参考标记开始由所述的传感装置传感的标记的数目以及所述的时间延迟的函数。
23、根据权利要求22的装置，其特征在于，所述的角度传感装置包括至少两个传感器，在绕所述几何中心的两个不同角位置上相对固定于所述的支承装置，用来当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时探测标记，从而提供所述角位置的两个测量值；以及用来平均所述的两个测量值的瞬间值的装置。
24、根据权利要求23的装置，其特征在于，所述的传感器在所述的可旋转设备上，基本上径向相对的位置上固定。
25、一种被用来实质上测量当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时所述设备的瞬间角速度的装置，该装置与一个安装在一个支承位置上使其绕一个旋转轴旋转并由此定义(a)一个垂直于所述旋转轴的旋转平面和(b)一个在所述旋转平面内的几何中心的可旋转设备一起使用，，所述的装置合并起来包括：
多个间隔标记，相对于所述的可旋转设备固定设置且其分布使其在一个已知曲率半径的弧上相互以角间隔分开设置，且与所述的可旋转设备的几何中心同心；
角速度确定装置包括(a)至少两个传感器，在绕所述几何中心的两个不同角位置上相对固定于所述的支承装置，用来当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，探测所述的标记，(b)当所述的旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，测量由所述的传感器来传感相连续的标记所需要的时间的装置，以及(c)用来确定所述可旋转设备角速度的装置，作为所述传感器用来传感相连续的标记所需平均时间的函数。
26、一种装置，包括一个安装在支承装置中并绕一个旋转轴旋转的物体，所述的装置合并起来包括：
分布在所述旋转物体上的多个间隔标记，并且沿与所述的物体的几何中心大致同心的、且己知曲率半径的弧上相互间的角度间隔设置；
至少三个基本传感器，用来检测所述的标记并定位在所述的支承装置上以至于它们互相之间以预先确定的角度围绕所述的几何中心，其中，所述的在至少两个传感器之间的角度间隔由一个第一预先确定的角度来定义；
根据响应由所述的传感器中的至少一个对所述的标记中的连续标记的检测，确定盘在其旋转时的角速度的装置；
由所述的两个传感器中的每一个来测量介于大致由所述的第一预先确定的角度所间隔的所述的标记的检测之间的任何时间间隔的装置；以及
确定所述的盘的几何中心的横向位移的装置，作为所述的角速度和所述的时间间隔的函数。
27、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的装置包括四个绕所述几何中心基本上以相差90°的方式定位的传感器，且所述的多个标记是以标记对来分布的，所述的每一对基本上相对于几何中心以相互径向相对的方式定位。
28、如权利要求27中所限定的装置，其特征在于，进一步包括：
由所述的传感器中径向相对的传感器来测量的介于所述的标记中径向相对的标记的检测之间的任何时间间隔的装置；以及
确定所述的几何中心相对于所述的传感器的横向位移的装置，作为所述弧的曲率半径、所述的角度以及由所述的基本传感器测量的介于所述的标记中的径向相对的标记的检测之间的时间间隔的函数。
29、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的多个间隔标记是偶数个的并且所述的标记是绕所述盘的边缘相对于所述的几何中心以基本相等的角度增量分布的。
30、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的传感器适用于当标记旋转通过所述的传感器时对所述的间隔标记进行光学探测。
31、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的标记是磁条且所述的传感器适用于当标记旋转通过所述的传感器时对所述的间隔标记的磁场进行探测。
32、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的标记中的一个是一个参考标记，并且介于所述标记中其他相邻标记之间的角度是已知的，所述的装置包括：
从所述的参考标记开始，计数由所述的传感器中至少一个来探测的所述的其他标记的数目的装置；以及
确定参考标记相对于一个固定的参考点的角位置的装置，作为在所述标记中其他相邻标记之间的所述的数目和所述的角度的函数。
33、如权利要求32中所限定的装置，其特征在于，进一步包括测量从由至少一个所述传感器探测的所述的其他标记的数目的最后一个标记的检测开始的延迟时间的装置；
确定一个角增量的装置，作为所述的延迟时间和所述的角速度的函数，且用来将所述的角增量加到所述的角位置上去。
34、如权利要求26中所限定的装置，其特征在于，所述的标记中至少一个是参考标记并且介于所述标记中其他标记之间的角度是已知的，所述的装置包括：
至少四个所述的传感器用来检测所述的标记并且定位在所述的支承装置上从而使其以相差90°的方式分布；
至少四个计数器，与传感器分别相连，用来从所述的参考标记开始对由所述的传感器中各自的传感器检测的所述的其他标记的数目进行计数；以及
确定所述的盘相对于所述的参考标记的角位置的装置，作为在所述的计数器中的每一个中所述的数目计数的函数。
35、如权利要求34中所限定的装置，其特征在于，进一步包括：
用来平均由所述的传感器确定的角位置的装置。
36、如权利要求35中所限定的装置，其特征在于，所述的计数器中的每一个具有一个存贮其中的预置偏移计数，用来根据所述的传感器中的每一个相对于所述的传感器中的其他传感器的位置来调整所述的计数器中的每一个中的计数，所述的装置进一步包括：
参考标记传感装置，定位在所述的传感器中的每一个附近，用来检测所述的参考标记的位置；
在由相应的参考标记传感装置检测时，将所述的计数器中的每一个复位到在所述参考标记的方向上一个经过调整的零位的装置。
37、一种改进的X射线层面照相术系统，包括，
一个X射线源和X射线检测装置；支承装置；环形装置，包括一个几何中心，用来支承至少所述的X射线源在一个扫描平面内绕一个旋转轴旋转；该系统进一步包括：
多个间隔标记，分布在所述的环形装置上，并且沿一个与所述的几何中心基本上同心的、并且曲率半径已知的弧上，相互间以角度间隔；
至少三个传感器，用来检测所述的标记，并且相对固定于所述的支承装置，从而使其绕一个测量中心以预先确定的角度分布；
根据响应由所述的传感器中的至少一个对所述的标记中的连续标记的检测，确定所述的环形装置在其旋转时的角速度的装置；
由所述传感器中的至少一个来测量介于标记的检测之间的任何时间间隔的装置；以及
确定所述的几何中心相对于所述测量中心的横向移动的装置，作为所述的弧的曲率半径，所述的角速度和所述的时间间隔的函数。
38、根据权利要求37中所限定的一种改进的X射线层面照相术系统，其特征在于，进一步包括确定所述的环形装置的角位置的装置，从而提供用于触发一次层面照相术扫描中每次投影检测的信息。
39、根据权利要求38中所限定的一种改进的X射线层面照相术系统，其特征在于，包括响应所述的确定所述的环形装置的角速度的装置的装置，用来控制所述的环形装置的旋转，从而使在所述的X射线层面照相术扫描中的每次投影检测期间的X射线曝光基本上是一样的。
40、根据权利要求38中所限定的一种改进的X射线层面照相术系统，其特征在于，所述的装置包括四个所述的传感器。
41、根据权利要求40中所限定的一种改进的X射线层面照相术系统，其特征在于，所述的四个传感器相互之间是以基本上相差90°的方式定位的。
42、确定与一个安装在支撑装置中、且绕一根旋转轴在旋转平面中旋转的圆盘的运动有关的参数的方法，所述的方法包括以下步骤：
将多个间隔标记分布在所述的盘上，并且沿一个与所述的盘的几何中心同心的、并且曲率半径已知的弧上，相互间以角度间隔；
在所述的盘的旋转期间，至少用三个相对固定于所述支承装置的传感器来检测所述的标记，从而使其绕一个测量中心以一个预先确定的角度分布；
根据响应由所述的传感器中的至少一个对所述的标记中的连续标记的控制，确定所述的环形装置在其旋转时的角速度；
由所述传感器中的至少两个来测量介于所述的标记中的两个的检测之间的任何时间间隔；以及
当所述的盘绕所述的旋转轴旋转时确定所述的盘在所述的旋转平面内的横向移动，作为所述弧的曲率半径，所述的角速度和所述的时间间隔的函数。
43、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的传感装置包括至少两个传感器。
44、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的传感装置包括至少三个传感器。
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