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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Positionskontrolle
zur Positionierung einer Bildgebungs-Röntgenröhre.
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1 stellt
eine beispielhafte medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung 100 dar.
Die Bildgebungsvorrichtung 100 enthält eine Röntgenröhre 110, einen Kollimator 120,
einen Tischdetektor 130, einen Röntgentisch 140, einen
Patienten 150 und eine klinische Bedienperson 160.
Während
des Betriebs ist ein bildgebend darzustellender Patient 150 wie
veranschaulicht auf dem Röntgentisch 140 angeordnet.
Eine klinische Bedienperson 160, wie beispielsweise ein
Radiologe oder Techniker, positioniert dann die Röntgenröhre 110 und
den Kollimator 120 an eine von mehreren vorher bestimmten
Positionen in Bezug auf den Patienten. Sobald die klinische Bedienperson
den Kollimator 120 an die gewünschte Position gebracht hat,
wird die Röntgenröhre 110 eingeschaltet
und emittiert Röntgenstrahlen.
Die Röntgenstrahlen
passieren den Kollimator 120, der die Röntgenstrahlen durch den Patienten auf
den Tischdetektor 130 richtet. Die Energie der Röntgenstrahlen,
die den Patienten durchquert haben, wird durch die anatomischen
Eigenschaften des Patienten 150 abgeschwächt. Der
Tischdetektor 130 detektiert die Energie der Röntgenstrahlen
und entwickelt ein Bild der anatomischen Eigenschaften des Patienten 150.
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Die
Röntgenröhre 110 und
der Kollimator 120 sind typischerweise fest zueinander
angeordnet, um die Röntgenanordnung
zu bilden, und sind typischerweise in der Lage, sich in drei Dimensionen
relativ zu dem Röntgentisch 140 bewegen.
Das bedeutet, dass der Kollimator 120 aufwärts oder abwärts entlang
des Körpers
des Patienten 150 bewegt werden kann, von rechts nach links über den
Körper
des Patienten 150 und näher
an den oder entfernter von dem Körper
des Patienten 150 in jeder der festen Positionen, die als
Rastung bezeichnet wird. Jede der verschiedenen festen Positionen
oder Arretierungen kann zu verschiedenen Röntgenbestrahlungs- und Bildgebungs-Parametern
gehören,
die vorher bestimmt worden sind, um die klarest möglichen
Bilder von dem Patienten 150 zu erzeugen. Beispielsweise kann
die Anordnung oder Platzierung des Kollimators 120 entfernter
von dem Patienten zu verschiedenen Parametern für den dynamischen Bereich der
Energie der Röntgenstrahlen
führen,
die von dem Detektor 130 empfangen werden.
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Typischerweise
sind die Bildgebungsparameter nur für unterschiedliche vorher bestimmte
feste Positionen bestimmt und nicht kontinuierlich über den
Bewegungspfad des Kollimators 120. Das bedeutet, dass die
Bildgebungsparameter typischerweise nur für eine einzige spezifizierte
Position bestimmt sind, und schnell geändert werden können, wenn
der Kollimator bewegt wird. Folglich hilft die genaue Position des
Kollimators 120 deutlichere, klinisch relevantere Bilder
von dem Patienten 150 zu erhalten.
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Bezug
nehmend auf 1 kann eine medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung
Arretierungen oder Rastungen verwenden und konfigurieren, um die
unterschiedlichen festen Positionen für radiographische Untersuchungen
zu identifizieren. Wenn der Kollimator 120 auf eine der
unterschiedlichen festen Bildgebungspositionen bewegt wird, greift
eine Rastung ein, die den Kollimator 120 in der gewünschten
Position hält,
während
die Bildgebung stattfindet. Die Rastungen können mechanisch oder elektrisch sein,
jedoch wird die Verwendung von elektromagnetischen Rastungen und
eine Positionsreferenzeinrichtung bevorzugt verwendet, auf Grund
beispielsweise der besseren Verschleißeigenschaften.
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Die
Positionsfehler, die in der Größenordnung
von Millimetern sind, können
die Qualität
des erzeugten Bildes signifikant verringern. Beispielsweise kann
ein anatomisches Abschneiden auf Grund der Fehlausrichtung oder
der Nichtregistrierung des Strahls durch den Detektor auftreten.
Die Verwendung der Positionskontrolle der Röntgenröhre hilft ebenfalls bezogen
auf die Wiederholbarkeit der Röntgenbilder,
was von großer
Bedeutung beim Vergleich der Röntgenbilder
sein kann, die in Zeitintervallen während der Patientenbehandlung
aufgenommen werden. Folglich gibt es einen Bedarf für eine verbesserte
Röntgenröhren- und
Kollimator-Positionierungsvorrichtung für die medizinische Bildgebungsvorrichtung.
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Die
US 1,334,155 offenbart eine
Röntgenuntersuchungsvorrichtung.
Eine Strahlungs-Bildgebungsvorrichtung mit zyklisch verschiebbarer
Gitteranordnung wird beschrieben und in der
US 4,389,036 gezeigt. In der
JP 02 245 750 wird eine
Vorrichtung zur Verringerung der Überbelichtung bei der Bewegung
eines Filmhalters für
ein Röntgen-Photographisches
System offenbart. Die
US 4,466,112 offenbart eine
variable Detektorapparatur.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur
Reduzierung von Positionsfehlers einer Röntgenröhre in einer Röntgenbildgebungsvorrichtung
geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Röntgenröhre enthält, wobei die Röntgenröhre in Bezug
auf ein zu bestrahlendes Ziel in der Röntgenbildgebungsvorrichtung
beweglich ist; eine Sensoreinheit zum Erzeugen von Positionssignalen
enthält,
die die Position der Röntgenröhre innerhalb
der Röntgenbildgebungsvorrichtung
anzeigen, und die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass diese
ferner einen Mikroprozessor zum Empfangen der Positionssignale und
Bestimmen einer Überbelichtungskorrektur
für die
Röntgenröhre auf
der Basis der Positionssignale und einer vorherbestimmten Position
der Röntgenröhre in Bezug
auf das zu bestrahlende Target oder Ziel innerhalb der Röntgenbildgebungsvorrichtung
aufweist, wobei der Mikroprozessor eingerichtet ist, um die Überbelichtungskorrektur innerhalb
der Röntgenstrahlen-Vorrichtung anzuwenden,
um die Bewegung der Röntgenröhre anzupassen
oder einzustellen.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Reduzierung von Positionsfehlern einer Röntgenröhre in Bezug auf ein zu bestrahlendes
Ziel in einer Röntgenbildgebungsvorrichtung,
wobei das Verfahren den Schritt des Erzeugens von Positionsdaten
in Bezug auf die Röntgenröhre innerhalb
der Röntgenbildgebungsvorrichtung
betrifft, und gekennzeichnet ist durch das Bestimmen einer Überbelichtungskorrektur
für die
Röntgenröhre auf
der Basis der Positionssignale und einer vorherbestimmten Position
der Röntgenröhre in Bezug
auf das bestrahlenden Target oder Ziel innerhalb der Röntgenbildgebungsvorrichtung,
und das Anwenden der Überbelichtungskorrektur,
um die Bewegung der Röntgenröhre zu steuern,
um die Positionierungsfehler beim Positionieren der Röntgenröhre zu verringern.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung zur Reduzierung
von Positionierungsfehlern einer Röntgenröhre in einer Röntgenbildgebungsvorrichtung. Die
Vorrichtung ermöglicht
die genaue und wiederholbare Positionierung der Röntgenröhre an Rasteinrichtungen.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
vorzugsweise eine Sensoreinheit, die Positionssignale erzeugt, die
die Position der Röntgenröhre anzeigen,
und einen Mikroprozessor, der die Positionssignale empfängt und die Überbelichtungskorrektur
bestimmt. Die Überbelichtungskorrektur
wird dann durch die Röntgenbildgebungsvorrichtung
verwendet, um eine Festell- oder
Verriegelungseinrichtung zu steuern, die die Position der Röntgenröhre kontrolliert
oder steuert. Die Sensoreinheit kann ein Potentiometer verwenden,
einen digitalen Kodierer, oder bevorzugt beide in Kombination, um
die Positionssignale zu bestimmen.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend beschrieben an Hand von Beispielen
in Bezug auf die nachfolgende Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
beispielhafte konventionelle medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung
darstellt;
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2 eine
beispielhafte Rasten-Positionierungseinrichtung (Positionierungseinrichtung
mit Rasten) für
eine medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 eine
Feststell- oder Verriegelungseinrichtung für eine medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine
Draufsicht der elektromagnetischen Feststell- oder Verriegelungseinrichtung
von 3 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine
Kalibrierungssequenz gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ein
Ablaufdiagramm der Kalibrierungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 eine
Sensoreinheit mit einer selbst haltenden Riemenanordnung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8 eine
Sensoreinheit gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 eine
Draufsicht der Sensoreinheit 800 von 8 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 stellt
eine beispielhafte Rasten-Positionierungseinrichtung 200 für eine medizinische Röntgenbildgebungsvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Rasten-Positionierungseinrichtung 200 enthält eine
Röntgenröhre 210,
eine Röntgenanordnung 205,
ein Paar von vertikalen Schienen 230, ein Paar von horizontalen
Schienen 240 und eine Sensoreinheit 275. Die Röntgenröhre 210 und
der Kollimator 220 sind zusammen als eine Röntgenanordnung 205 bekannt.
Sowohl die horizontalen Schienen 240 als auch die vertikalen
Schienen 230 enthalten eine Anzahl von Rasteinrichtungen 250.
Im Betrieb wird die Röntgenanordnung 205 in
zwei Dimensionen entlang der vertikalen Schienen 230 und
der horizontalen Schienen 240 bewegt, wobei zuerst die
Röntgenanordnung 205 entlang
der vertikalen Schienen 230 innerhalb der horizontalen
Schienen 240 an eine Position der Rasteinrichtung 250 auf
den horizontalen Schienen 240 bewegt wird. Dann wird die
Röntgenanordnung 205 innerhalb
der vertikalen Schienen 230 an eine Position der Rasteinrichtungen 250 auf
den vertikalen Schienen 230 bewegt. Bevorzugt werden an
jeder Rasteinrichtung elektromagnetische Feststell- oder Verriegelungseinrichtungen
verwendet, um den Kollimator in der gewünschten gerasteten Position
zu verriegeln. Die Sensoreinheit 275 wird nachfolgend genauer
diskutiert.
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3 stellt
eine Feststell- oder Verriegelungseinrichtung 300 der medizinischen
Röntgenbildgebungsvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Verriegelungseinrichtung 300 enthält elektromagnetische
Verriegelungen 310, eine Brückenschiene 320 und
eine Leistungsversorgung 330. Im Betrieb ist die Feststell-
oder Verriegelungseinrichtung 300 innerhalb der vertikalen
Schienen 230 und der horizontalen Schienen 240 der
Rastenpositionierungseinrichtung 200 von 2 montiert.
Sobald eine vorgegebene Position der Rasten erreicht ist, werden
die elektromagnetischen Verriegelungen 310 aktiviert und die
Position ist an ihrer Stelle verriegelt. Die elektromagnetischen
Verriegelungen 310 werden durch eine Spannungsversorgung
durch die Leistungsversorgung 330 aktiviert.
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4 stellt
eine Draufsicht 400 der elektromagnetischen Verriegelungen
von 3 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Ansicht 400 enthält elektromagnetische
Feststell- oder Verriegelungsspulen 410, eine Feststell-
oder Verriegelungsleiste 420 und Lager 430. Im
Betrieb, wie dies vorstehend diskutiert wurde, können die elektromagnetischen
Verriegelungsspulen 410 innerhalb einer Schiene gleiten
bis diese durch eine extern bereitgestellte oder gelieferte Spannung
aktiviert werden. Die extern gelieferte Spannung erzeugt eine magnetische
Kraft zwischen den elektromagnetischen Verriegelungsspulen 410 und
den Verriegelungsleisten 420, die ausreichend ist, um den
Kollimator in einer festen Position zu halten und zu sichern.
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Im
Betrieb erfordert eine elektromagnetische Verriegelung eine bestimmte,
endliche Zeit, um eine ausreichende magnetische Kraft zu entwickeln,
um die Abbremsung des Kollimators 120 zu entwickeln. Zusätzlich ist
einige Zeit erforderlich bevor die elektromagnetische Verriegelung
eine ausreichende Kraft erzeugt, um den Kollimator 120 an
dem Ort zu halten. Bezug nehmend auf 2 kann auf
Grund der signifikanten Masse der Röntgenanordnung 205 (und
ihrer Halterungs-/Positionierungseinrichtung) und des dem zu Folge
auftretenden signifikanten Moment während diese durch einen klinischen
Bediener positioniert wird, die magnetische Kraft, die von den elektromagnetischen
Verriegelungen erzeugt wird, nicht ausreichend sein, um das Moment
der Röntgenanordnung 205 innerhalb
einer gewünschten
Zeit zu überwinden
und folglich kann die Röntgenanordnung 205 nicht
genau an der gewünschten
Rastposition gestoppt werden. Folglich kann die Aktivierungs- und
Stopp- oder Anhalte-Zeit
der elektromagnetischen Verriegelungen zu einem Posi tionsfehler
bei der Positionierung des Kollimators führen. Wie dies vorstehend erwähnt wurde,
kann der Positionsfehler die Qualität und Wiederholbarkeit der
Röntgenbilder nachteilig
beeinflussen.
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Um
dies anders auszudrücken,
es kann die Geschwindigkeit, mit der die Röntgenanordnung 205 durch
einen Bediener positioniert wird, zusammen mit der elektromagnetischen
Verzögerung
oder Zeitverzögerung
der elektromagnetischen Verriegelung zu einem endgültigen Positionsfehler
beitragen, wenn die anfängliche
Geschwindigkeit der Röntgenanordnung 205 unterhalb
eines kritischen Wertes (Vc) liegt. Der
Positionsfehler ist ungefähr
proportional zu der Annäherungsgeschwindigkeit
der Röntgenanordnung 205 auf
die Rastposition. Wenn jedoch die Geschwindigkeit der Röntgenanordnung 205 ausreichend
hoch ist, kann die elektromagnetische Verriegelung nicht komplett
reagieren, um in die Einrichtung einzugreifen und diese zu halten.
Wenn die elektromagnetische Verriegelung nicht komplett eingreift,
kann die Röntgenanordnung 205 einfach die
beabsichtigten Rastorte passieren. Da bei einer hohen Geschwindigkeit
die Verriegelung nicht vollständig
eingreifen und den Kollimator halten kann, muss der Bediener anfangen
so abzubremsen, wenn sich der Rastposition genähert wird, dass die Röntgenanordnung 205 an
der vorher konfigurierten Rastposition verriegelt wird. Zusätzlich kann
der letztendliche Versatz- oder Offset-Fehler der Position signifikant
sein, sofern die Eingangsgeschwindigkeit nicht ausreichend langsam
ist, das heißt
von 5 bis 10 Millimeter. Folglich kann zusätzliche Zeit benötigt werden,
da die Röntgenanordnung 205 langsam
bewegt werden muss. Wenn die zusätzliche
Zeit benötigt wird,
kann die Benutzerproduktivität
wegen der zusätzlichen
Zeit pro Bild nachteilig beeinflusst werden.
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Um
diese Effekte zu berücksichtigen
kalibriert die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Positionskontrolleinrichtung durch
die Messung der Überbelichtung
an der Rastposition bei verschiedenen Annäherungsgeschwindigkeiten. Die
Positionsüberbelichtung
kann unter Verwendung eines elektronischen Rückkopplung oder Feedbacks bestimmt
werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Als nächstes wird
eine Transferfunktion zwischen der Geschwindigkeit und der Überbelichtung
entwickelt, um die Überbelichtungskorrektur
zu bestimmen. Zu guter Letzt wird die Überbelichtungskorrektur auf
die Positionierung des Kollimators während der klinischen Verwendung
angewendet. Die Überbelichtung
der Rastposition wird bevorzugt unter Verwendung einer Positionierungssteuerung
auf Basis eines Mikroprozessors gemessen, wobei sowohl die Position
als auch die Geschwindigkeits-Rückkopplung
verfügbar
ist, wie dies nachfolgend in Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben wird.
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8 stellt
eine Sensoreinheit 800 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Sensoreinheit 800 enthält einen
Kodierer-Zahnkranz 810, einen Potentiometer-Zahnkranz 820,
der eine Ausrichtungsmarkierung 830 aufweist, eine Riemenspannschraube 850,
eine Antriebsriemenanordnung 860 und einen Riemenversatz-Zahnkranz 870.
Die Positions-Sensorriemen 840 passiert den Kodierer-Zahnkranz 810 und
den Potentiometer-Zahnkranz 820. Die Spannung an dem Positions-Sensorriemen 840 kann
auf eine gewünschte
Spannung durch die Verwendung der Riemenspannschraube 850 eingestellt
werden.
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Die
Röntgenanordnung
und folglich die zugehörige
Sensoreinheit 800 werden typischerweise händisch positioniert.
Bevorzugt wird die Sensoreinheit 800 jedoch von einem Motor
angetrieben und positioniert. Beispielsweise kann die Sensoreinheit
von einem Motor mittels einem closed loop Servomotor unter Verwendung
der Antriebsriemenanordnung 860 angetrieben werden. Das
Positionieren der Sensoreinheit 800 unter Verwendung eines
Motors, anstelle der händischen,
kann helfen eine konsistente Platzierung der Röntgenanordnung an der Rastposition
sicher zu stellen.
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9 stellt
eine Draufsicht 900. der Sensoreinheit 800 von 8 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Es sind der Kodier-Zahnkranz 810,
der Potentiometer-Zahnkranz 820 und der Riemenversatz-Zahnkranz 870 gezeigt.
Die Sensoreinheit 800 enthält ebenfalls eine Antriebsriemenanordnung 910,
eine Mikroprozessor-Schnittstelle 920 und Sicherungspunkte 930.
Die Sensoreinheit 800 ist bevorzugt auf der Röntgenanordnung
mittels der Verwendung von Sicherungspunkten 930 montiert,
wie dies in 2 gezeigt ist.
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Im
Betrieb ist die Sensoreinheit 800 mit der Bewegung der
Röntgenanordnung 205 auf
jeder der Schienen verknüpft
oder dieser zugehörig.
Das bedeutet, dass eine Sensoreinheit 800 Daten bezogen auf
die Bewegung der Röntgenanordnung 205 entlang
des Paares der vertikalen Schienen 230 liefert, und die
andere Sensoreinheit liefert Daten bezogen auf die Bewegung entlang
der horizontalen Schienen 240. Ein (nicht gezeigter) eingekerbter
Zahnriemen ist bevorzugt innerhalb von mindestens einer Schiene
des Paars der vertikalen Schienen 230 montiert und mindestens
in einer Schiene des Paares der horizontalen Schienen 240 von 2.
Der Zahnriemen ist bevorzugt an jedem Ende der Schiene gesichert und
durchquert die Zahnriemenanordnung 910 der Sensoreinheit 800 von 9.
Wenn die Röntgenanordnung 205 versetzt
wird, induziert der feste oder fixierte Zahnriemen, der die Zahnriemenanordnung 910 passiert,
die Bewegung des Positionssensors 840. Die Bewegung des
Positionssensorriemens 840 induziert Umdrehungen des Kodier-Zahnkranzes 810 und
des Potentiometer-Zahnkranzes 820.
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Der
Potentiometer-Zahnkranz 820 enthält bevorzugt ein analoges Potentiometer.
Bevorzugt wird eine Spannung über
das Potentiometer so induziert, dass sich die Spannung bei der Drehung
des Potentiometer-Zahnkranzes 820 ändert und folglich mit der
Position der Röntgenanordnung 205.
Der Kodier-Zahnkranz 810 enthält bevorzugt einen digitalen Kodierer.
Bevorzugt liefert der digitale Kodierer Daten bezogen auf die Position
und Geschwindigkeit der Drehung des Kodier-Zahnkranzes 810 und
folglich der Position und Geschwindigkeit des Kollimators. Bevorzugt
wird der Potentiometer-Zahnkranz 820 verwendet, um eine
Anfangsposition für
die Röntgenanordnung 205 zu
bestimmen oder aufzunehmen, wenn der Kollimator anfänglich bewegt
wird (powered-up). Es kann sein, dass der Kodierer-Zahnkranz 810 nicht
in der Lage ist, diese anfänglichen
Informationen zu liefern, wegen eines Datenverlustes bei einem vorherigen
Runterfahren der Vorrichtung. Die anfängliche Position der Röntgenanordnung 205 ist
jedoch mittels des Potentiometer-Zahnkranzes 820 erneuerbar,
da die Umdrehung des Potentiometer-Zahnkranzes 820 ihr
enthaltenes Potentiometer mechanisch ändert und folglich die durch
den Stromverlust verursachten Schwierigkeiten vermeidet.
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Sobald
die Anfangsposition der Röntgenanordnung 205 durch
den Potentiometer-Zahnkranz 820 bestimmt wurde, kann der
Kodierer-Zahnkranz 810 verwendet werden, um eine sehr genaue
Position und Geschwindigkeitsinformation bereit zu stellen. Der
digitale Kodierer des Kodierer-Zahnkranzes 810 stellt bevorzugt
ein sauberes, digitales Signal bereit, das die Position der Röntgenanordnung 205 anzeigt,
die leicht verwendet werden kann, um die Positionsinformation in
Bezug auf die Röntgenanordnung 205 im
Betrieb bereitzustellen, aber die digital kodierten Signale von
dem Kodierer-Zahnkranz 810 können leichter und einfacher
zu verwenden sein.
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Die
anfängliche
Positionsinformation, die durch den Potentiometer-Zahnkranz 820 bestimmt wurde
und die Positions- und Geschwindigkeitsinformation, die durch den
Kodierer-Zahnkranz 810 bestimmt wurde, werden an einer
externen (nicht gezeigten) Mikroprozessor-Schnittstelle 920 weitergeleitet.
Wie dies nachfolgend genauer beschrieben wird, kann der Mikroprozessor
die Positions- und Geschwindigkeits-Information der Röntgenanordnung 205 genauer
analysieren, um die Aktivierung der elektromagnetischen Verriegelungseinrichtung 300 der
vorstehenden 3 zu steuern. Der Mikroprozessor
ist typischerweise innerhalb eines externen Vorrichtungsgehäuses untergebracht.
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Vor
der Verwendung wird die Sensoreinheit 800 auf die spezifische
Schiene eingestellt, für
die sie eingesetzt wird, um die Positions- und Geschwindigkeits-Information
zu liefern. Das Potentiometer im Potentiometer-Zahnkranz 820 ist
bevorzugt ein Mehr-Gang-Potentionmeter (am bevorzugtesten ein 10
Gang Potentiometer) mit harten Anschlägen an jedem Ende ihrer Umdrehung.
Um die Vorrichtung zu kalibrieren, kann das Potentiometer als erstes
an einen harten An schlag gedreht werden und dann auf einen mittleren
Potentiometer-Bereich eingestellt werden (im Falle des 10-Gang Potentiometers
sind dies fünf
Umdrehungen). Die Sensoreinheit 800, die das Potentiometer
enthält,
kann dann am Zentrum seines Bewegungspfades entlang der Schiene
positioniert werden, und die Antriebsriemenanordnung 910 und
der Positionssensorriemen 840 treten in Eingriff. Zusätzlich kann
die Sensoreinheit 800 durch die Einstellung der Spannung
am Positionssensorriemen 840 unter Verwendung der Riemenspannschraube 850 eingestellt
werden.
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7 stellt
eine Sensoreinheit mit einer selbst spannenden Riemenanordnung 700 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die selbst spannende Riemenanordnung 700 enthält einen
Kodierer-Zahnkranz 710, einen Potentiometer-Zahnkranz 720,
eine Ausrichtungsmarkierung 730, einen Positionssensorriemen 740 und
eine Antriebsriemenanordnung 760, ähnlich der Sensoreinheit 800 von 8.
Die selbst spannenden Sensoreinheit 700 enthält ebenfalls
einen Riemenspannarm 750, anstelle der Riemenspannschraube 850 der
Sensoreinheit 800 von 8, die automatisch
eine gewünschte
Spannung an die Positionssensoreinheit 740 anlegt. Es können entweder die
Sensoreinheit 800 von 8 oder die
selbst spannende Sensoreinheit 700 von 7 in
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Wenn
die Sensoreinheit einmal ausgewählt und
installiert wurde, wird der Potentiometer-Zahnkranz der Sensoreinheit
kalibriert oder eingestellt, und die Positionssensorriemen rasten
wie vorstehend beschrieben ein. Dann ist die Anordnung der Positionseinrichtung
kalibriert. Um die Anordnung der Positionseinrichtung zu kalibrieren,
wird die Kollimator-Anordnung in Bewegung gesetzt und die Information
bezüglich
der Position und Geschwindigkeit des Kollimators wird an den Mikroprozessor
gesendet. Ein Rast-Latch wird dann simuliert. Das bedeutet Spannung
wird an die elektromagnetische Verriegelung der Röntgenanordnung
angelegt und die Anordnung wird zum Stillstand gebracht. Die Position
bei der die Anordnung zum Stillstand kommt, kann verschieden von
der gewünschten,
vorherbestimmten, voreingestellten Rastposition sein. Der Unterschied in
der Position zwischen der Rastposition und der aktuellen Position
der Anordnung wird dann analysiert, und eine Überbelichtungskorrektur ist
bestimmt.
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5 stellt
eine Kalibrierungs-Sequenz 500 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Zuerst ist an dem Ort 510 die
Röntgenanordnung
bei einiger Anfangsgeschwindigkeit V0, die
größer als
Null ist, in Bewegung. und ist an einer Anfangsposition X0 lokalisiert, die ebenfalls größer als
Null ist. Dann greift die elektromagnetische Verriegelung ein.
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Die
elektromagnetische Verriegelung wendet eine Bremskraft in entgegen
gesetzter Richtung der Bewegung der Anordnung an. Die Röhrenanordnung kommt
dann zum Stillstand, um an einer Ort 520 zum Stillstand
zu kommen, das bedeutet die Endgeschwindigkeit Vf ist
gleich Null, und die Anordnung ist an einer Endposition Xf lokalisiert. Dann wird die Überbelichtung ΔX, die Änderung
der Position zwischen der Anfangsposition X0,
an der die elektromagnetische Verriegelung aktiviert wurde, und
der Endposition Xf, an der die Anordnung
zum Stillstand kommt, gemäß 530 bestimmt.
Sobald die Anfangs- und Endgeschwindigkeiten und Positionen bestimmt wurden,
kann die Bremskraft gemäß 540 bestimmt wer den.
Die Masse der Anordnung ist bekannt und ändert sich nicht während des
Kalibrierungsprozesses. Die Kalibrierungssequenz wird dann bei verschiedenen
Anfangsgeschwindigkeiten wiederholt, und eine empirische Beziehung
zwischen der Anfangsgeschwindigkeit V0 und
der Überbelichtung ΔX ist bestimmt,
um eine Überbelichtungskorrektur
zu bestimmen.
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Die Überbelichtungskorrektur
kann beispielsweise als eine lineare Beziehung auf der Basis eines
Least-Square-Regressions-Fits
von mehreren Geschwindigkeits-Überbelichtungs-Kalibrierungs-Tests
ausgedrückt
werden. Diese lineare Beziehung kann ausgedrückt werden als: ΔX = B0 + B1V
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Alternativ
kann die Überbelichtungskorrektur beispielsweise
ausgedrückt
werden als eine allgemeinere nicht lineare Polynomfunktion, wie
beispielsweise: ΔX = A0 +
A1V0 + A2V0 2 +
A3V0 3 +
A4V0 4 +
... .
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Wobei
die Ordnung des Polynoms von der Anzahl der diskreten Geschwindigkeiten
abhängt,
die in dem Kalibrierungsprozess verwendet werden oder einbezogen
sind.
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Sobald
die Überbelichtungskorrektur
bestimmt wurde, wird die Überbelichtungskorrektur
verwendet, um die Position zu bestimmen an der die elektromagnetische
Bremse der Vorrichtung so eingreifen soll, dass die Vorrichtung
an der gewünschten Position
der Rastung zum Stillstand kommt. Das bedeutet, dass die Kalibrierungs-Sequenz
die Position bestimmt an der die Bremse durch die Vorrichtungssteuerung eingreifen
sollte, um die Positionsüberbelichtung
in Bezug auf die Zielposition der Rastung, als eine Funktion der
Anfangsgeschwindigkeit der Röhrenanordnung
zu minimieren.
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die Schaffung der kontinuierlichen Beobachtung des Positionsfehlers.
Das bedeutet anstelle dass nur die Geschwindigkeit und die Positions-Bezüge des anfänglichen
Kalibrierungsprozess verwendet werden, wird eine kontinuierliche
Positionsdetektion geschaffen. Wenn die Positionsfehler der Arretierung
ein bestimmtes Maximum übersteigen,
kann der Bediener benachrichtigt werden, die elektromagnetische
Verriegelung kann gelöst werden
und der Bediener kann die Anordnung neu positionieren.
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Eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die angepasste Kalibrierung der Überbelichtungskorrektur
durch kontinuierliches Erneuern der Überbelichtungskorrektur nach
jeder Positionierung der Röhrenanordnung.
Das bedeutet, jedes Mal, wenn die Anordnung an einer Rastung positioniert
wird, werden die anfänglichen
Geschwindigkeits- und Positionsfehler gemessen. Die Geschwindigkeits-
und Positionsfehler-Messungen können dann
verwendet werden, um eine korrekte Überbelichtungskorrektur für die Anordnung
zu erzeugen. Diese Ausführungsform
erlaubt der Positionierungseinrichtung die Vorrichtungsverschlechterung,
die bei der Benutzung auftritt, zu kompensieren. Beispielsweise
kann die ständige
Verwendung der Vorrichtung oder Anordnung zu einer anwachsenden
Reibung bei den Schienen führen,
die dazu führt,
dass die Vorrichtung schneller anhält. Durch die nachgeführte Kalibrierung
der Überbelichtungskorrektur,
kann der Effekt der anwachsenden Reibung minimiert werden, und die
Vorrichtung kann kontinuierlich mit minimalem Positionsfehler positioniert
werden.
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Durch
die Verwendung jeder der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung der Überbelichtungskorrektur, wird
die Ausrichtung zwischen der Röntgenröhre und
der Detektor-Anordnung genauer und wiederholbarer als mit den existierenden
Implementierungen, die nur Rastungen verwenden, und die nicht die
Geschwindigkeitsrückkopplung
und die Vorhersage-Algorithmen der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwenden.
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Die
Verbesserungen in der Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Positionierung,
die durch die vorliegenden Erfindung geschaffen sind, können ebenfalls
die radiologischen Mehrfachaufnahmen minimieren, die mit einer Vielzahl
von Faktoren assoziiert sind, wie beispielsweise anatomisches Abschneiden
des Patienten. Das anatomische Abschneiden des Patienten tritt auf,
wenn ein Röntgenbild
nicht die gewünschte
anatomische Information enthält
und nochmals aufgenommen werden muss. Da eine der signifikanten
Ursachen des anatomischen Abschneidens des Patienten die Positionierungsfehler
der Anordnung betreffen, kann durch die Minimierung des Positionierungsfehlers
der Anordnung auch das anatomische Abschneiden des Patienten verringert
werden. Zusätzlich
verbessert die vorliegende Erfindung ebenfalls die Benutzerproduktivität auf einer
Reihe von Wegen. Beispielswiese kann der Bediener die Röntgenanordnung
schnell positionieren ohne einen Positionierungsfehler befürchten zu
müssen.
Folglich ist die Geschwindigkeit der Positionierung der Anordnung
vergrößert oder
erhöht
und die zusätzliche
Zeit, die mit dem radilogischen Wiederaufnehmen verbunden ist, wird
minimiert.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm 600 des Kalibrierungsvorgangs gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Zuerst ist in Schritt 610 die
Röntgenröhrenanordnung
in Bewegung. In Schritt 620 wird die elektromagnetische
Verriegelung aktiviert und die anfängliche Geschwindigkeit V0 und Position X0 werden
bestimmt. Als nächstes
kommt in Schritt 630 die Röntgenröhrenanordnung zum Stillstand
und die Endgeschwindigkeit Vf und Endposition
Xf werden bestimmt. Dann werden in Schritt 640 die
Anfangsposition X0 und Endposition Xf verwendet, um die Überbelichtung OX zu bestimmen.
Dann werden in Schritt 650 die Schritte 610 bis 640 für eine vorherbestimmte
Anzahl von Malen bei unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten
wiederholt, um eine empirische Beziehung zwischen der Anfangsgeschwindigkeit
V0 und dem Versatz oder Offset ΔX zu ermitteln.
Als nächstes
werden in Schritt 660 die Ergebnisse der wiederholten Messungen
bei verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten verwendet, um eine Überbelichtungskorrektur
zu bestimmen. Zum Schluss wird in Schritt 670 die Überbelichtungskorrektur
auf die Bewegung der Röntgenröhrenanordnung
während
der klinischen Verwendung angewendet. Wie dies vorstehend erwähnt wurde, können, um
die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anzuwenden, die Schritte 610 bis 640 für jede klinische
Positionierung der Anordnung wiederholt werden.