对成像系统旋转机架和受试者支撑体的运动控制的制作方法
【专利摘要】一种成像系统（300），包括：旋转机架（302），其被配置为关于z轴（308）绕检查区域（306）旋转；受试者支撑体（322），其包括台面（324），所述台面（324）被配置为沿所述z轴水平平移进入和离开所述检查区域；通信网络（342），其由所述旋转机架域所述受试者支撑体共享；以及主运动控制器（344），其被配置为在所述通信网络上控制所述旋转机架的旋转运动和所述台面的平移运动两者。
【专利说明】对成像系统旋转机架和受试者支撑体的运动控制
【技术领域】
[0001]以下大体涉及成像系统，并且更具体而言涉及通过中央主运动控制器，对所述成像系统的旋转机架和受试者支撑体进行的运动控制，并且具体参考计算机断层摄影(CT)进行了描述；然而，以下也可用于其他成像系统的旋转机架和受试者支撑体的运动控制。
【背景技术】
[0002]图1和图2示出了范例计算机断层摄影(CT)扫描器100。图1示出了扫描器100的主视图，并且图2示出扫描器100的侧视图。CT扫描器100包括能旋转地安装到固定机架104的旋转机架102。旋转机架102支撑X射线管106和探测器阵列108，探测器阵列108定位于X射线管106的对面，位于检查区域的对侧。受试者支撑体110被配置为垂直地和水平地移动，以装载受试者或对象、在所述检查区域中定位所述受试者或对象以及卸载所述受试者或对象。旋转机架102以及因此X射线管106，关于纵轴或z轴绕所述检查区域旋转。X射线管106发射辐射，所述辐射穿过所述检查区域以及经由受试者支撑体110被置于所述检查区域中的受试者或对象的部分。探测器阵列108探测穿过所述检查区域的所述辐射，并生成指示探测到的辐射的信号。
[0003]受试者支撑体110包括台面112、底座114、专用垂直驱动系统116，以及专用水平驱动系统118。垂直驱动系统118包括垂直控制器120、垂直驱动122、垂直马达124和垂直编码器125，并且控制底座114的垂直运动。一般而言，垂直控制器120存储垂直运动属性并控制垂直驱动122，垂直驱动122基于来自垂直编码器125的反馈，控制垂直马达124，垂直马达124垂直移动底座114。水平驱动系统118包括水平控制器126、水平驱动128、水平马达130和水平编码器131，并且控制台面112的水平运动。一般而言，水平控制器126存储水平运动属性并控制水平驱动128，水平驱动128基于就来自水平编码器131的反馈，控制水平马达130，水平马达130水平移动台面112。
[0004]旋转机架102和固定 机架104包括专用转子驱动系统132。固定机架104包转子驱动系统132的第一部分，所述第一部分包括转子控制器134、转子驱动136和转子马达138，并且旋转机架104包括转子驱动系统132的第二部分，所述第二部分包括转子编码器140。一般而言，转子控制器134存储旋转运动属性并控制转子驱动136，转子驱动136基于来自转子编码器140的位置反馈来控制转子马达138，转子马达138转动旋转机架102旋转。经由专用硬接线信道传达从转子编码器140到转子驱动136的所述反馈，所述专用硬接线信道例如在从旋转机架102到固定机架104的滑环上的信道。额外地或可选地，位于固定机架104中在垂直马达124的编码器(该实施例中未包括)可以被用于向转子控制器134提供旋转机架位置反馈。
[0005]在上述实现方式中，旋转驱动系统132、垂直驱动系统116和水平驱动系统118中的每个均包括专用运动控制器(即，转子控制器134、垂直控制器120和水平控制器126)，并且旋转驱动系统132包括诸如信道142的专用硬接线信道。遗憾的是，专用运动控制器132、116和118中的每个以及专用硬接线信道142增加了整体系统100的成本并且浪费空间。这样，存在着对用于控制CT扫描器(例如扫描器100)的至少旋转机架102、台面114和底座116的运动的另一种方法的未解决的需要。
【发明内容】
[0006]本文描述的各方面解决上述问题及其他问题。
[0007]在一个方面中，一种成像系统，包括:旋转机架，其被配置为关于z轴绕检查区域旋转；受试者支撑体，其包括台面，所述台面被配置为沿所述z轴水平平移进入和离开所述检查区域；通信网络，其由所述旋转机架域与所述受试者支撑体共享；以及主运动控制器，其被配置为在所述通信网络上控制所述旋转机架的旋转运动与所述台面的平移运动两者。
[0008]在另一方面中，一种方法，包括:经由被配置为控制旋转机架和受试者支撑体的运动的主运动控制器，分别针对旋转机架位置信息或受试者支撑体位置信息，在通信网络上轮询旋转机架编码器或受试者支撑体编码器中的一个并且接收所述旋转机架位置信息或所述受试者支撑体位置信息。所述方法还包括比较所接收的旋转机架位置信息或受试者支撑体位置信息与所述旋转机架或受试者支撑体的对应的期望位置。所述方法还包括基于所述比较的结果，经由所述主运动控制器来控制所述旋转机架或所述受试者支撑体中的所述一个的运动。[0009]在另一方面中，一种成像系统，包括固定机架以及旋转机架，所述旋转机架由所述固定机架能旋转地支撑并且被配置为关于z轴绕检查区域旋转。所述成像系统还包括:辐射源，其被配置为发射电离辐射并且由所述旋转机架支撑；以及探测器阵列，其被配置为探测所述电离辐射并且生成指示其的投影数据。所述成像系统还包括受试者支撑体，其具有底座和台面，所述底座被配置为沿y轴垂直平移，所述台面被可滑动地附接到所述底座，并且被配置为沿所述z轴水平平移进和移出所述检查区域。所述成像系统还包括由所述旋转机架和所述受试者支撑体共享的通信网络。所述成像系统还包括主运动控制器，所述主运动控制器被配置为在所述通信网络上控制所述旋转机架的旋转运动和所述受试者支撑体的平移运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明可以采取各种部件域部件的布置以及各个步骤域步骤的安排的形式。附图仅是出于图示优选的实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。
[0011]图1示意性地图示了范例现有技术CT扫描器的主视图，具有专用旋转机架、受试者支撑体水平台面和受试者支撑体垂直底座控制器，以及从所述旋转机架到所述固定机架的针对所述转子编码器的专用硬接线信道。
[0012]图2示意性地图示了图1的范例现有技术CT扫描器的侧视图。
[0013]图3示意性地图示了范例成像系统，包括对旋转机架、受试者支撑体水平台面，以及受试者支撑体垂直底座的中央运动控制。
[0014]图4示意性地图示了所述中央运动控制的范例架构。
[0015]图5图示基于中央运动控制来控制所述旋转机架、所述受试者支撑体水平台面和所述受试者支撑体垂直底座的运动的方法。【具体实施方式】
[0016]首先参考图3，示意性地图示了成像系统300，例如计算机断层摄影(CT)扫描器。成像系统300包括固定机架302和旋转机架(转子)304，旋转机架304经由球、空气等、轴承等等而受固定机架302能旋转地支撑。旋转机架304关于纵轴或z轴308绕检查区域306旋转。转子马达310直接地或通过另一部件(例如带、链、齿轮等等)，转动旋转机架304。转子驱动312基于旋转机架位置反馈，控制转子马达310。位于旋转机架302上的转子编码器314确定旋转机架304的角度旋转位置。转子编码器314经由滑环等等，将所述位置信息从旋转机架304传达到固定机架302。
[0017]辐射源316，例如X射线管，由旋转机架304支撑并与旋转机架304 —起关于纵轴或z轴308绕检查区域306旋转。辐射源316发射辐射，所述辐射由准直器准直以产生穿过检查区域306的大体为扇形、楔形或锥形的辐射束。探测器阵列318相对于辐射源316在检查区域306对面对向一角度弧。探测器阵列118探测穿过检查区域306的辐射，并生成指示其的信号。重建器320重建所述信号，并生成指示检查区域306的体积图像数据。
[0018]受试者支撑体322，例如躺椅，支撑检查区域306中的对象或受试者。受试者支撑体322被配置为在成像检查之前、期间和/或之后，在y方向328和/或z方向308移动，以将所述对象定位在检查区域306中。受试者支撑体322包括台面324和底座326。台面324被配置为提供水平(z方向308)运动，并且底座326被配置为提供垂直(y方向328)运动。水平马达336移动台面324，水平驱动338基于水平位置反馈来驱动水平马达336，并且水平编码器340确定台面324的水平位置并将该信息传达到水平驱动338。垂直马达330移动底座326，垂直驱动322基于垂直位置反馈驱动垂直马达330，垂直编码器334确定底座304的垂直位置并将该信息传达到垂直驱动322。
[0019]如在下文更详细描述的，系统300还包括通信网络342，其由转子编码器314、转子驱动312、垂直驱动322、水平驱动338以及中央主运动控制器344共享，其被配置为分别基于来自转子编码器314、垂直编码器334和水平编码器340的位置反馈，在所述通信网络上，控制转子驱动312、垂直驱动322和/或水平驱动338。在一个非限制性实例中，这样的配置减少了针对旋转机架302、台面32`4和底座326中的每个的多个不同控制器，以及在旋转机架302与固定机架304之间的用于传达旋转机架位置反馈的专用硬接线数据信道。在一种情况中，这可以减少总体系统复杂性和/或成本。
[0020]通用计算系统用作操作者控制台346，并且包括诸如显示器的输出设备以及诸如键盘、鼠标等等的输入设备。驻留在控制台346上的软件允许操作者控制系统300的操作。
[0021]图4示意性地图示这样的范例，其中中央主运动控制器344在控制通信网络342上控制转子驱动312、垂直驱动322以及水平驱动338。
[0022]在该范例中，通信网络342包括快速可靠并且确定性的网络，其包括时间标记。合适的网络包括但不限于，EtherCAT或CANopen。出于简要和示范的目的，以下结合CANopen进行讨论。CANopen为基于CAN (控制局域网)总线的数据链路层和物理层的应用层网络协议。一般而言，CANopen为低成本的从/主节点实现方式，具有广泛的硬件和软件适用性、针对CT控制和信号数据流的合适带宽以及确定性响应。
[0023]在图4中，通信网络342经由滑环402在旋转机架302与固定机架304之间延伸。在旋转机架302侧上，转子编码器314直接与控制通信网络342电通信。在固定机架304侧上，主运动控制器344直接与控制通信网络342电通信并且转子驱动312直接与控制通信网络342和转子马达310电通信。
[0024]以此方式，主运动控制器344可以基于预定的轮询频率针对旋转机架位置信息(反馈)轮询编码器314，将同步控制命令确定为基于其的电子速度或频率，并且基于所述反馈，将所述控制命令传达到转子驱动312以命令转子驱动312驱动转子马达310。通过共享控制通信网络342，基于网络的转子反馈和命令信道减少了图1和图2中所示的专用硬接线转子编码器信道142。此外，转子驱动312不需要编码器模块功能，并因此可以采用没有这种功能的较不昂贵的转子驱动，并且因此可以减少总体系统成本。
[0025]旋转机架302侧也包括直接与控制通信网络342电通信的其他旋转机架输入/输出(转子1/0)404。转子1/0404与转子编码器314共享控制通信网络342。转子1/0404包括但不限于，对应于辐射源316的I/O、对应于探测器阵列318的1/0，和/或对应于旋转机架302的其他部件的I/O。在另一实施例中，省略转子1/0404。控制通信网络342也可以包括在旋转机架302侧上的至少一个开放端口，如在406中所示。
[0026]在固定机架304侧上，水平驱动338和垂直驱动322直接与控制通信网络342电通信。垂直编码器334、水平编码器340和水平马达336均被连接到水平驱动338的端口，其在所图示的实施例中为被设计用于DC和/或AC伺服马达控制的更复杂的多端口驱动。通过使用水平驱动338的端口以与垂直编码器334通信，垂直驱动322不需要编码器模块功能，并因此可以采用没有这种功能的较不昂贵的垂直驱动，并且因此可以减少总体系统成本。然而，垂直编码器334可以可选地被连接到垂直驱动322。
[0027]类似地，主运动控制器344可以基于预定的轮询频率，针对底座垂直位置信息(反馈)轮询水平编码器334和垂直编码器340，确定同步控制命令，并将所述控制命令传达到水平驱动338和垂直驱动322,以命令水平驱动338和垂直驱动322驱动水平马达336和垂直马达330水平移动台面324和垂直移动底座326。
[0028]在图示的实施例中，固定机架304侧也包括直接与控制通信网络342电通信的冗余编码器408。在另一实施例中，省略冗余编码器408。控制通信网络342也可以包括在固定机架304侧上的至少一个开放端口，如在410所示。
[0029]用图4的配置，同步的CANopen处理数据对象接收与发射，在CANopen主机中的同步化数据处理和控制计算，可以被用于捕捉网络数据更新速率，从而可以直接或间接地将反馈编码器和电子驱动的物理位置分开，并选择性地放在CAN网络上。
[0030]以下图示了针对旋转机架定位和受试者支撑体定位的范例切换控制规则。
[0031]低成本、AC、变频驱动典型地以在伏特/Hz的速度控制模式或无传感器向量控制中工作。这种开环速度控制需要来自中央运动控制器344的速度参考输入。用所述速度参考，可以将对马达的输出频率和电压调节为达到设定速度，而无需编码器或转速计反馈。
[0032]驱动的速度反应可以被建模为如在公式I中所示的一阶低通滤波器:
[0033]公式1:
λ/P+λ[0035] 其中λ为滤波器带宽并且P为拉普拉斯变量。公式1考虑皮带减速器或齿轮减速器动力学，以及变化频率驱动调谐和马达特性。[0036]所述系统可以被描述为如公式2中所示:
[0037]公式2:
【权利要求】
1.一种成像系统(300)，包括: 旋转机架(302 )，其被配置为关于z轴(308 )绕检查区域(306 )旋转； 受试者支撑体(322)，其包括台面(324)，所述台面被配置为沿所述z轴水平平移进入和离开所述检查区域； 通信网络(342)，其由所述旋转机架和所述受试者支撑体共享；以及主运动控制器(344)，其被配置为在所述通信网络上控制所述旋转机架的旋转运动和所述台面的平移运动两者。
2.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述主运动控制器被配置为在所述通信网络上交替地轮询所述旋转机架的旋转位置和所述台面的平移位置。
3.如权利要求1至2中任一项所述的成像系统，还包括: 旋转机架马达(310)，其被配置为旋转所述旋转机架； 旋转机架驱动(312)，其被配置为驱动所述旋转机架马达；以及 旋转机架编码器(314)，其由所述旋转机架支撑，被配置为确定指示所述旋转机架的旋转位置的第一信号； 其中，所述旋 转机架编码器在所述通信网络上将所述第一信号传达到所述主运动控制器，并且所述主运动控制器基于至少所述第一信号来控制所述旋转机架驱动从而能控制地旋转所述旋转机架。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成像系统，还包括: 受试者支撑体水平马达(336)，其被配置为平移所述台面； 受试者支撑体水平驱动(338)，其被配置为驱动所述受试者支撑体水平马达；以及 受试者支撑体水平编码器(340)，其被配置为确定指示所述台面的水平位置的第二信号， 其中，所述受试者支撑体水平编码器在所述通信网络上将所述第二信号传达到所述主运动控制器，并且所述主运动控制器基于至少所述第二信号来控制所述受试者支撑体水平驱动从而能控制地水平平移所述台面。
5.如权利要求4所述的成像系统，所述受试者支撑体还包括: 底座(326)，所述台面被能滑动地附接到所述底座，所述底座被配置为沿y轴(328)垂直地平移所述台面，其中，所述底座也共享所述通信网络，并且所述主运动控制器(344)被配置为在所述通信网络上额外地控制所述底座。
6.如权利要求5所述的成像系统，还包括: 受试者支撑体垂直马达(330)，其被配置为平移所述底座； 受试者支撑体垂直驱动(322)，其被配置为驱动所述受试者支撑体水平马达；以及 受试者支撑体垂直编码器(334)，其被配置为确定指示所述台面的垂直位置的第三信号， 其中，所述受试者支撑体垂直编码器在所述通信网络上将所述第三信号传达到所述主运动控制器，并且所述主运动控制器基于至少所述第三信号来控制所述受试者支撑体垂直驱动从而能控制地垂直平移所述台面。
7.如权利要求4至5中任一项所述的成像系统，其中，所述受试者支撑体垂直编码器、所述受试者支撑体水平编码器和所述受试者支撑体水平马达通过所述受试者支撑体水平驱动的端口与所述通信网络连接，并且所述受试者支撑体垂直马达通过所述受试者支撑体垂直驱动的端口与所述通信网络连接。
8.如权利要求4至5中任一项所述的成像系统，其中，所述受试者支撑体水平编码器和所述受试者支撑体水平马达通过所述受试者支撑体水平驱动的端口与所述通信网络连接，并且所述受试者支撑体垂直编码器和所述受试者支撑体垂直马达通过所述受试者支撑体垂直驱动的端口与所述通信网络连接。
9.如权利要求1至8中任一项所述的成像系统，其中，所述通信网络包括基于CANopen的网络。
10.如权利要求1至8中任一项所述的成像系统，其中，所述通信网络包括基于EtherCAT的网络。
11.如权利要求1至10中任一项所述的成像系统，还包括: 固定机架(304 )，其被配置为能旋转地支撑所述旋转机架；以及 滑环(402 )，其处于所述旋转机架与所述固定机架之间； 其中，所述通信网络通过所述滑环在旋转机架与所述固定机架之间延伸。
12.如权利要求1至11中任一项所述的成像系统，还包括: 由所述旋转机架支撑的辐射源(316)或探测器阵列(318)中的至少一个，其中，所述辐射源或所述探测器阵列中的所述至少一个在所述通信网络上与所述固定机架通信。
13.如权利要求1至12中任一项所述的成像系统，还包括: 所述辐射源(316)的所述底座、所述台面或所述旋转机架中的至少一个的冗余编码器，其中，所述冗余编码器在所述通信网络上通信。
14.一种方法,包括: 经由被配置为控制旋转机架和受试者支撑体的运动的主运动控制器，分别针对旋转机架位置信息或受试者支撑体位置信息，在所述通信网络上轮询旋转机架编码器(314)或受试者支撑体编码器(334、340)中的一个，并且接收所述旋转机架位置信息或所述受试者支撑体位置信息； 将所接收的旋转机架位置信息或受试者支撑体位置信息与所述旋转机架或所述受试者支撑体的对应的期望位置进行比较；并且 经由所述主运动控制器，基于所述比较的结果来控制所述旋转机架或所述受试者支撑体中的所述一个的运动。
15.如权利要求14所述的方法，还包括: 针对位置信息，经由所述主运动控制器，在所述通信网络上轮询所述旋转机架编码器或所述受试者支撑体编码器中的另外一个，并接收所述位置信息； 将所接收的位置信息与对应的期望位置进行比较；并且 经由所述主运动控制器，基于所述比较的结果来控制所述旋转机架或所述受试者支撑体中的所述另外一个的运动。
16.如权利要求14至15中任一项所述的方法，其中，所述主运动控制器交替地轮询所述旋转机架编码器和所述受试者支撑体编码器。
17.如权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，所述旋转机架编码器定位于旋转机架上，并且所述主运动控制器定位于固定机架上，并且所述旋转机架和所述固定机架经由所述通信网络通过滑环通信。
18.如权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，所述受试者支撑体运动包括所述受试者支撑体的台面的水平运动。
19.如权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，所述受试者支撑体运动包括所述受试者支撑体的底座的垂直运动。
20.如权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，所述通信网络包括基于CANopen的网络。
21.如权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，所述通信网络包括基于EtherCAT的网络。
22.—种成像系统(300)，包括: 固定机架(304)； 旋转机架(302)，其由所述固定机架能旋转地支撑，并且被配置为关于z轴(308)绕检查区域(306)旋转； 辐射源(316)，其被配置为发射电离辐射并且由所述旋转机架支撑； 探测器阵列(318)，其被配置为探测所述电离辐射并且生成指示其的投影数据； 受试者支撑体(322)，其包括: 底座(326)，其被配置为沿 y轴(328)垂直平移；以及 台面(324)，其被可滑动地附接到所述底座，并且被配置为沿所述z轴水平平移进入和离开所述检查区域； 通信网络(342)，其由所述旋转机架和所述受试者支撑体共享；以及主运动控制器(344)，其被配置为在 所述通信网络上控制所述旋转机架的旋转运动和所述受试者支撑体的平移运动。
【文档编号】A61B6/04GK103889332SQ201280046633
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2011年9月26日
【发明者】S·董 申请人:皇家飞利浦有限公司