专利名称：尤其在x射线诊断仪中用于剂量控制的模糊控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模糊控制系统，尤其是一种在X射线诊断仪中用于剂量控制的模糊控制系统。
模糊控制系统可划分为模糊区、控制基础和推理形成区以及非模糊区。
在模糊控制系统中输入值称为清晰输入值。在模糊区清晰输入值转变为模糊值，以便能在模糊控制系统中进一步处理。模糊控制系统的每一个入口用一个语言变量表示，例如身高或体重。对于这个变量定义一个入口区，其中清晰的输入值可以改变。此入口区分成一些分区，所谓的模糊集(Fuzzy-Sets)。每一个这种模糊集有一个特征符号。一个语言变量，例如“体重”可细分为小、中、大范围。每个模糊集用一个函数表示。借助于这一函数计算出隶属度(μ)，带有该隶属度的清晰的输入值处在模糊集区内。此隶属度的计算结果并非逻辑值，而是在0与1之间的范围内变动。
在控制基础和推理形成区中，确定系统特性。控制基础意味着是一种语言文字格式化控制的采集，它将入口和出口模糊集紧密联系起来。在两个入口和一个出口的情况下控制有下列形式当Ai＝aim和Aj＝ajm时，则Bk＝Bkn当Ai＝aim或Aj＝aim时，则Bk＝bknAi或Aj表示输入语言变量，aim或ajm表示输入语言变量Ai或Aj的模糊集。Bk表示输出语言变量并有模糊集bkn。
一次控制应确定哪一些出口模糊集应通过哪一些入口模糊集加权(gewichtet)。在加权时，向一个出口模糊集分配一个隶属值。一个出口模糊集只能用一个值加权。在多于一个入口模糊集时必须首先算出综合的加权系数。为此，入口可与一系列运算器连接。
推理形成区实施出口模糊集的加权。对此有两种可能的方法。第一种方法可将出口模糊集切到综合隶属度的高度。人们称之为“Max-Min法”。第二种方法是将出口模糊集从它的正常大小按比例缩小到与算出的隶属度相应的高度。这是“Max-Prod法”。
在非模糊区中，在推理形成区获得的加权出口模糊集作为系统的解，并置于一种可理解为非模糊世界(Nicht-Fuzzy-Welt)的形式中。模糊化方法是最大隶属度法、取中位数法和加权平均法。选择何种方法完全取决于模糊解应如何解释。
若在一种模糊控制系统中没有考虑输入值要求作何种组合，则必须考虑到各种可能的组合。于是在一种模糊控制系统中必须列出各种可能的控制。在例如有六个不同入口和总共37个模糊集时，要部署47250次控制。由于要完成的控制数量很大，所以有很大的危险使一些控制没有列入。必须检查是否真的列出了所有的控制，其结果是要耗费大量的时间。
因此本发明的目的是提供一种上述类型的模糊控制系统，这一系统即使在有大量输入值时仍能是简单的、可检查和可掌握的。
本发明的目的是这样实现的，即通过采用一种将输入信号转换为输出信号的模糊控制系统，其包括一个第一和一个第二单独模块，其中，可向第一和第二单独模块分别输入至少两个输入信号用以产生一个输出信号。
本发明的优点是，模糊控制系统的入口或输入信号被分配到单独的模块上，这些单独模块可看作是自己的模糊系统。通过对于一个单独模块减少了的入口数量，缩小了控制基础。只须考虑那些对此单独模块有影响的控制的入口状态。将每个单独模块的入口数限为两个，可将每个出口的控制基础用一个矩阵来表示。这种表达方式可便于检查控制的完整性，防止部署矛盾的控制以及重复部置控制。为此，一个单独模块的出口可根据其入口作为平面表示在三维空间内。因此系统特性可一目了然，其中，图解的表示法使得能够快速检查正确工作的系统特性。
特别有利的是，当剂量控制的起始值要根据检查对象和/或仪器数据来计算出时，这种模糊控制系统可用于X射线诊断仪的剂量控制。对于高的控制精度，这种模糊控制系统的生产成本低。
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1为按本发明模糊控制系统的一个单独模块的实施例；图2为按本发明模糊控制系统的实施例；图3至6为按图2的模糊控制系统用于类型分类的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图7至10为按图2的模糊控制系统用于部位分类的一个入口与出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图11至14为按图2的模糊控制系统用于计算第一个曝光点的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图15至18为按图2的模糊控制系统用于补偿轨道运动的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图19至22为按图2的模糊控制系统用于补偿角度的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图23至26为按图2的模糊控制系统用于计算第二个曝光点的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；图27至30为按图2的模糊控制系统用于计算第三个曝光点的一个入口和出口模糊集的实施例以及一个控制基础；以及图31为X射线诊断仪的实施例。
图1中用符号1表示模糊区，用符号2表示控制基础，用符号3表示非模糊区。按本发明，向图1中举例表示的单独模块4只输入有限数量的输入信号(A，B)，所以控制基础只须考虑对此单独模块4有影响的控制。如图所示，最好为单独模块4配设两个入口A和B。入口5、6分别定义的输入区7、8在控制基础2中联系起来，并通过非模糊区定义一个输出区9，所以在出口10可导出一个控制信号。将每个单独模块的入口5、6的数量限为2个，便可将每个出口10的控制基础2用一个矩阵来表示。这种表示方式允许方便地检查控制的完整性，并防止部署矛盾的和双重的控制。此外，出口10可取决于其入口5、6作为平面表示在三维空间内。由此说明系统特性，并能通过图解表示快速检查正确工作的系统特性。
由图2可见，模糊控制系统的每两个入口在一个单独模块中综合，以构成一个中间结果。按照本发明，使用如此多的单独模块，直至将全部输入信号通过最后的单独模块得出一个最终结果。第一个单独模块作为类型分类器，用符号11表示。向此第一个单独模块11输入作为输入参数(图3、4)的例如代表检查对象21(图30)体重和身高的信号。因此第一单独模块11用于确定身体状况。根据类型分类的结果可以评定，按该量检查对象21的数据可列入不同的体型。其中，检查对象21的身体可列入不同的身体类别。检查对象21的身体与预先定义的体型一致的程度，用一个用于每种体型的隶属值表示。在这种情况下所有隶属值的总和不能大于1。作为一种“标准”体型的规范可使用所谓Quetlet商。Quetlet商的含义是，对于标准体重，体重与身高(米)平方的商必须在23与25之间。对于其余的身体类别，如很瘦、瘦、中等、胖、很胖(图5)可以取一个相应的较小或较大商数。还可以利用这些商来部署控制，亦即控制基础(图6)。必须考虑，没有检查对象21身体的详细说明而仅凭两个输入参数便能够进行控制。在某些部位例如上臂或腹部可能的体厚不能确定。因此只是进行粗略的分类，这种分类只根据总体印象。身体状况表示一个绝对量，看作平均的身体厚度。这就可以使曝光点不仅适应于身高相同的胖的和瘦的检查对象21，而且还适应于那些身高不同但有相同身体状况的检查对象。除图5和6外，对于第一个单独模块11还可见图3和4，它们表示入口模糊集。在图3中表示有关输入变量“身高”的入口模糊集，在图4中表示有关“体重”的入口模糊集。
向第二个单独模块12输入射线发射机22的X和Y坐标。其中X坐标是相对于检查对象21长度的一个相对数据，并可取0和1之间的值。Y坐标是相对于检查对象21宽度的一个相对数据，并同样可取0和1之间的值。最好给出射线发射机22相对于工作台18位置的相对位置，其中，位置数据通过检查对象21的身体尺寸标准化。部位分类器用于确定涉及的身体区域，射线发射机22处于这一区域上方，亦即要对这一区域作X射线照相。在这里，从一个垂直地处于检查对象21或工作台18上方的不倾斜或不翻转的射线发射机22出发。部位分类器的模糊解说明不同的身体区域被辐射学的检查照射的度。由此模糊解可形成两个不同的信息。一是说明对于检查区的一个代表性的曝光点值。在另一种情况下指出与检查有关的身体部分。用于确定曝光点的部位分类通过例如按加权平均法的模糊区来进行。为避免在非模糊区的输出误差，输出语言变量的模糊集按照所分配的它的曝光点的量分类。在模糊区中只有两个集有一个大于零的隶属值。因此避免了所确定曝光点的结果又可能是另一个模糊集对的结果这种情况。对此具体可参见图7。由模糊集“胸”和“臂”得出一个值，由模糊集“大腿”和“腹”也可能得出这个值。但是“大腿”和“腹”需要与“胸”或“臂”不同的另一个曝光点数。在部位分类中，应用通过“左最大法”的非模糊区作为输出值。具有大相关值的模糊集是确定检查部位的解。部位分类的两个输出值通过图8中所示的入口模糊集和图9中所示的出口模糊集以及图10中所示的控制基础确定。
第三个单独模块13用于确定第一个曝光点。向此第三个单独模块13输入作为输入参数信号的是涉及的身体类型，亦即第一个单独模块11的输出信号，以及有关位于射线发射机22所在区的身体部分或器官的信号，亦即第二个单独模块12的输出信号。
通过此第三个单独模块13转换曝光表的大部分。根据身体部分或器官和评定的身体状况得出必要的曝光点值。此时从相对于检查对象21垂直透射出发，亦即正面照相。在图11和12中表示了第三个单独模块13的入口模糊集，一方面作为与部位有关的输入变量，另一方面作为与类型有关的输入变量。在图13中表示了曝光点的输出变量作为出口模糊集。由图14可见相应的控制基础。
第四个单独模块14规定用于补偿轨道运动。向此第四个单独模块14输入射线发射机22的转角RAO/LAO以及器官或身体部分(射线发射机22位于其上方)亦即第二单独模块12的输出信号作为输入参数。得出第一个补偿系数作为输出参数。通过绕检查对象21的纵轴线20转动射线发射机22，改变了要透射的身体厚度。其结果是相应的曝光点数必须要与身体厚度相匹配。在这种情况下从假设出发，即所涉及的身体部分或器官保持相同的厚度。第四个单独模块14根据转角(轨道运动绕身体纵轴线旋转(RAO/LAO)；角度射线轨迹相对于头或脚倾斜(头部的/尾部的))和涉及的身体区域，确定应当用来修正曝光点值的系数。在检查对象21的躯干受到检查时这样做尤为重要。在检查头、臂和腿时，相应的修正是次要的，因为身体的这些部分在射线发射机22旋转时大体保持相同的厚度，这一情况肯定涉及到曝光点的确定。若对象处于中央时，曝光点的确定与轨道运动的情况相符。
在图15和16中表示了第四个单独模块14的入口模糊集，在图17中表示其出口模糊集，以及在图18中表示了其控制基础。
第五个单独模块15用于补偿角度。向此第五个单独模块15输入射线发射机22的倾斜角KK(头部的-尾部的)和部位亦即器官或身体部分(射线发射机22在它的上方)作为输入参数，其中后者也就是第二个单独模块12的输出信号。作为输出参数是得出的第二个补偿系数。由于射线发射机22相对于检查对象21的头或腿倾斜，同样改变了要透射的身体厚度。其结果是必须使相应的曝光点数与身体厚度相匹配。在这种情况下从这样的假设出发，即所涉及的身体部分或器官保持厚度相同。此第五个单独模块15根据倾斜角KK和涉及的身体区域，确定必须用它来修正曝光点值的系数。在图19和20中表示了第五个单独模块15的入口模糊集，在图21中表示了它的出口模糊集，以及在图22中表示了它的控制基础。
在第六个单独模块16中进行第二曝光点的确定，向此第六个单独模块16输入第一个补偿系数，亦即第四个单独模块14的输出信号，和第三个单独模块13的输出信号亦即曝光点，作为输入信号。得出第二个曝光点数作为输出参数。在图23和24中表示了第六个单独模块16的入口模糊集，在图25中表示了它的出口模糊集，以及在图26中表示了它的控制基础。
最后，向第七个单独模块17输入第二个补偿系数，亦即第五个单独模块15的输出信号，和第二个曝光点数，亦即第六个单独模块16的输出信号，作为输入参数。在第七个单独模块17中，通过角度补偿值修改所确定的第二曝光点的结果。此结果是模糊控制系统的输出值。在图27和28中表示了第七个单独模块17的入口模糊集，在图29中表示了它的出口模糊集，以及在图30中表示了它的控制基础。
对于本申请的对象重要的并不是所说明用于在图31举例表示的X射线诊断仪中的模糊控制系统。对于本申请重要之点在于模糊系统的结构化和模块化，以便使此系统尤其在编写控制基础方面得到简化。采用本发明可以目标明确地和按规定的思想用简单的方式设计模糊系统的系统特性。模糊集构型的费时的试验便因而可以取消。此外可借助于控制基础和模糊集判断所组成的模糊系统的特性。同时不再需要系统的模拟。
借助于一种封闭的算法可进一步改善模糊集的构型。因此可以是一种模糊集与控制基础自动的匹配，这使得这种模糊系统能够有学习能力。
在图31所示的X射线诊断仪的实施例中，带工作台18的支承装置用于放置检查对象21，此支承装置用符号19表示。工作台18沿其纵轴线20可以调整，由此纵轴线20得出X坐标。如已说明的那样，工作台位置通过检查对象21身体的尺寸标准化。X坐标为0意味着射线发射机22位于检查对象21的头部。X坐标为1意味着射线发射机22位于检查对象21的脚部。工作台18可沿横轴线23调整，由此横轴线23得出Y坐标。若射线发射机22位于检查对象21的身体右侧，则Y坐标值为0，而若射线发射机22位于身体左侧，则Y坐标值例如为1。图中表示射线发射机22装在C形的拱形支架24的一个端部，在拱形支架24上与射线发射机22相对端装有射线接收器25。C-拱形支架24通过支座26可调节地装在基座27上。支座26允许C-拱形支架24沿其圆周调整，所以，由射线发射机22和射线接收器25组成的照相装置，可绕一个中心例如调整转角28从0°至360°。转角28(也表示为RLAO)表明了C-拱形支架24绕纵轴线20的旋转，并在射线发射机22的当前位置与垂直线之间计量。此外，支座26允许照相装置绕倾斜角29(它用KK表示)偏倾，此倾斜角29表明了C-拱形支架24绕横轴线23的旋转。射线发射机沿朝脚端方向的旋转称为头部的，而朝头部方向的旋转称为尾部的朝头部的倾斜角计为负角，而朝脚部的倾斜角计为正角。
在本发明的范围内放射诊断仪当然也可以只设计唯一的一个射线发射机22，它可在支座上调整。
权利要求
1.一种将输入信号转换为输出信号的模糊控制系统，其包括一个第一和一个第二单独模块(11、12、13、14、15、16、17)，其中，可向第一和第二单独模块(11、12、13、14、15、16、17)分别输入至少两个输入信号用以产生一个输出信号。
2.按照权利要求1所述的模糊控制系统，其中，至少第一和第二单独模块(11、12)的输出信号，可输入一个第三单独模块(13)，用以产生一个第三输出信号。
3.一种在X射线诊断仪中用于剂量控制的模糊控制系统，其中，剂量控制的起始值根据病人和/或仪器数据确定。
4.按照权利要求3所述的模糊控制系统，其中，在一个单独模块(11、12、13、14、15、16、17)中至少综合两个输入信号。
5.按照权利要求3或4所述的模糊控制系统，其中，设有多个单独模块(11、12、13、14、15、16、17)。
6.按照权利要求3至5中任一项所述的模糊控制系统，其中，至少两个单独模块(11、12)的输出信号可输入另一个后接的单独模块(13)的入口。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个用于检查对象(21)类型分类的第一单独模块(11)的入口，输入特种信号。
8.按照权利要求7所述的模糊控制系统，其中，可向第一单独模块(11)的一个第一入口输入代表检查对象(21)体重的信号，并可向一个第二入口输入代表检查对象(21)身高的信号。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向用于部位分类的第二单独模块(12)的入口，输入代表在一个平面(X、Y)内支承装置(19)位置的信号。
10.按照权利要求4至9中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个第三单独模块(13)输入第一和第二单独模块(11、12)的输出信号，用于确定第一个曝光点。
11.按照权利要求4至10中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个第四单独模块(14)输入第二单独模块(12)的输出信号和一个与X射线诊断仪摄影装置(22、25)的倾斜角相应的信号。
12.按照权利要求3至11中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个第五单独模块(15)输入第二单独模块(12)的输出信号和代表摄影装置(22、25)转角的信号。
13.按照权利要求3至12中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个第六单独模块(16)输入第三和第四单独模块(13、14)的输出信号，用于确定第二个曝光点。
14.按照权利要求3至13中任一项所述的模糊控制系统，其中，可向一个第七单独模块(17)输入第五和第六单独模块(15、16)的输出信号，以及，第七单独模块(17)的输出信号用来控制摄影装置的射线发射机(22)。
全文摘要
一种将输入信号转换成输出信号的控制系统。按本发明这种控制系统设有一个第一和一个第二单独模块(10、11、12、13、14、15、16)，其中，可向此第一和第二单独模块(11、12、13、14、15、16、17)分别至少输入两个输入信号，用于产生一个输出信号。与一个没有这些单独模块的模糊控制系统相比，缩小了控制基础，并只须考虑那些对单独模块有影响的进行控制的输入状态，所以保证易于检查控制的完整性。
文档编号H05G1/36GK1144567SQ95192210
公开日1997年3月5日 申请日期1995年3月15日 优先权日1994年3月21日
发明者德特莱夫·考特芝, 迈克尔·弗朗茨 申请人:西门子公司