专利名称：具有振动稳定部件的x射线成像设备及操作其的方法
技术领域：
本发明通常涉及医疗成像系统，以及，特别涉及使操作成像系统时所产生的振动最小化的医疗成像系统。
背景技术：
在一个特定的应用中，本发明涉及在用于诊断或介入目的的血管造影检查的成像系统中所产生的振动的主动控制(active control)。成像系统通常包括包含X射线源的成像组件，即X射线管，以及沿着X射线发射方向与X射线管相对设置的X射线探测器。该射线管和探测器通常设置在所谓“C形臂”的两彼此相对端上，C形臂以弓形成形。
在射线照相检查期间，需要生成由X射线所辐射的患者身体中的感兴趣区域的射线照片。为了该目的，在患者已经躺在检查台上之后，使X射线管和探测器成为面向待被拍射线照片的区域并且围绕所感兴趣的区域。当移动X射线链(其包含X射线管和X射线探测器)以作用到所感兴趣的区域，或者当X射线链停止时，尤其在成像组件内可能产生振动。然而，成像质量以及操作者所观察的图像的视觉感知在振动发生时遭到高度损坏。因此非常期望能够消除X射线链移动到所感兴趣区域或停止时所产生的振动。在现有技术中，已知振动吸收器，其允许控制成像系统中的振动。可以参考文献US 5,548,653。该文献中所公开的振动控制系统特别地试图最小化磁共振成像(MRI)系统中所产生的噪声和/或振动，并且其被操作以产生二次噪声和/或振动场，该二次噪声和/或振动场抵消操作MRI系统时所产生的一次噪声场。还可以参考文献US 5，348，124，其中使用磁致伸缩装置来防止低频振动沿着细长构件传播。其它参考文献即US 6，959，484，US 2002/0008362，US 6，002，778，US2002/0128072以及US 2007/0164189,公开了各种技术领域中例如飞行器或机动车辆中的
振动隔离装置。总的来说，依照现有技术发展水平的、特别如文献US 5，548，653中所公开的振动吸收器，试图吸收MRI系统中的振动。因此值得注意得是，该种振动吸收器并不适于有效地吸收成像组件在被移动以作用到所感兴趣的区域或随后停止时所产生的振动。
发明内容
依照前文，本发明的目的在于提供一种X射线成像设备和操作这种X射线成像设备的方法，其能够矫正该缺陷并且允许抑制图像内的可视振动。本发明的主题因而是一种X射线成像设备，包括旋转臂和安装在旋转臂上的成像组件，以及还包括耦合到旋转臂的X射线源和X射线探测器，使得X射线源所发射的X射线入射到探测器中。依照本发明的一般特征，X射线成像设备还包括分别耦合到X射线源以及X射线探测器相的第一和第二振动测量部件，以及第一和第二致动器，该第一和第二致动器适于移动所述X射线源和X射线探测器以抑制由所述振动测量部件所测量的振动的至少一个分量。通过使用振动测量部件以及一方面与X射线源相关而另一方面与X射线探测器相关的致动器，可以分别地最小化X射线源和X射线探测器中的振动。此外，在抑制振动时，在所有成像过程期间探测器和射线管保证对齐。依照另一特征，第一致动器包括第一压电致动器，其耦合到旋转臂和X射线源之
间；以及第二致动器包括第二压电致动器，其耦合到旋转臂和X射线探测器之间。在一个实施例中，第一和第二测量部件包括分别平衡点X射线源和X射线探测器的第一和第二加速度计。例如，第一和第二加速度计分别地安装在X射线源和X射线探测器上。依照另一特征，X射线成像设备包括振动控制器，其接收第一和第二测量部件所传递的振动水平测量值，并且适于从振动水平测量值中为第一和第二致动器精细提供的第一和第二控制信号。依照又一特征，振动控制器适于产生所述第一和第二控制信号以最小化如下函数Ai = (Actd +F2+F1) + (Actt +F3+F{)( I )
—尸 其中-Ai对应于由振动引起的图像变化；-Actd表示X射线探测器位置和第二致动器位置之间的差；-F1对应于旋转臂的转向节(knuckle)位置；-F2对应于第二致动器和转向节之间的位置的差；-Actt表示X射线源位置和第一致动器位置之间的差；-F3表示第一致动器和转向节之间的位置的差；以及-Pd, Pt以及Pp分别对应于X射线探测器位置、X射线源位置以及待成像的患者身体的位置。本发明的再一目的，依照第二方面，是一种操作如上所定义的X射线成像设备的方法，包括如下步骤-测量X射线源和X射线探测器中的振动；以及-驱动第一和第二致动器，以便移动X射线源和X射线探测器来抑制振动的至少一个分量。在一个实施例中，该方法还包括从振动测量值水平中为第一和第二致动器精细提供第一和第二控制信号。
通过阅读如下的详细说明(仅作为非限制性实例给出)以及参考附图，本发明的其它目的、特征以及优点将显而易见，其中-附图I是依照本发明的X射线成像设备的示意图；-附图2是图I的X射线成像设备的示意图，其图释了用于为致动器精细提供控制信号的传递函数(transfer function)；-附图3是振动控制器的示意图；以及-附图4图释了由振动控制器所执行的、与振动抑制方法相对应的振动图像控制图。附图标记说明I X射线成像系统；2成像组件；3基座组件；4 X射线管；5 X射线探测器；6 C形臂；7第二臂；8固定支承；9、10致动器；11、12振动测量部件；14振动控制器；15放大·器；Pd用于测量探测器位置的传感器；Pactd用于测量第二致动器位置的传感器；Ppivot用于测量转向节位置的传感器；Pp用于测量所感兴趣区域的位置的传感器；Pt用于测量射线管位置的传感器；Pactt用于测量第一致动器位置的传感器；Fad、Fat控制信号；
A、力射线管和探测器的位置的估计值。
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具体实施例方式首先参考图I，其图释了依照本发明一个实施例的医疗成像设备，其为血管类型医疗成像设备。在该非限制性的设想应用中，该成像系统I意图用于血管造影术检查。如所示的，该设备I基本地包括安装在基座组件3上的成像组件2。该成像组件2基本地包括能够沿发射方向发射X射线束的X射线管4以及X射线探测器5，二者布置在C形臂6的两个彼此相对端部，在该例中C形臂采取弓形，使得射线管4所发射的X射线入射到探测器5。安装该臂6使得能够在第二臂7上滑动，该第二臂7旋转地安装在固定支承8上，而支承8自身则安装在基座组件3上。因此，支承8、旋转臂7和C形臂6这三者都是相对彼此铰接式的，使得X射线成像设备能够三维移动以便从各个角度产生待检查器官的图像。在射线照相术中，使射线管4和探测器5面向躺在检查台(未示出)的患者的身体中的感兴趣区域(ROI)，使得当所感兴趣的区域插入X射线管4和探测器5之间时，该区域被X射线辐射并且探测器5产生表示所插入的感兴趣区域特性的数据。为了抑制成像设备移动所产生的振动或在成像设备已经到达其最终位置以及被所感兴趣的区域围绕时所产生的剩余振动(residual vibration), X射线成像设备还配备有振动测量部件和致动器，其中致动器可操作以局部地移动射线管4和探测器5来局部地控制它们的位置。如所示的，成像组件因此包括两个致动器9、10，一个用于射线管4而另一个用于探测器5，以及两个振动测量部件11和12，一个用于射线管4而另一个用于探测器5。振动测量部件优选地是3轴测量部件并且分别地直接附连于射线管4和探测器5。振动测量部件的目的在于测量振动水平，以便为致动器9和10精细提供第一和第
二控制信号。
可以理解的是，振动测量部件可以包括不同的安排，以及例如可以包括两个分别地安装在射线管和探测器上的加速度计。致动器9和10分别地耦合在C形臂6与射线管和探测器之间。它们被安装到C形臂的彼此相对端部上，以取代依照现有技术发展水平的X射线成像设备中所使用的刚性耦合。两个致动器的目的在于局部地移动射线管和探测器以抑制图像组件所生成图像中的可视振动。正如所能够构想的，两个致动器9和10也可以具有不同的安排。例如在特定的实施例中，各个致动器9和10具有压电特性，使得，当被第一和第二控制信号激励时，其施加位移力(displacement force)到其所附连的致动器上。换句话说，致动器各是安装在C形臂6的一个端部上的压电致动器，并且附连于射 线管4或探测器5，使得，当被激励时，响应第一和第二控制信号而修正致动器9和10的厚度，并且能够在某种程度上修正射线管和探测器的位置以抑制可视振动。现在参照图2，X射线成像设备可以配备有传感器组以测量设备的重要元件的位置，即用于测量探测器的位置的传感器Pd ;用于测量第二致动器的位置的传感器Parfd;用于测量C形臂6的转向节位置的传感器Ppivtrt ;用于测量患者的所感兴趣区域的位置的传感器Pp;用于测量射线管的位置的传感器Pt ;以及用于测量第一致动器的位置的传感器Pac;tt。此外，通过振动控制器可以计算传递函数组，即-地位置Pgnd和转向节位置Ppivrt之间的传递函数F1；-转向节位置Ppivtrt和第二致动器探测器位置Partd之间的传递函数F2；-转向节位置PpivJ和第一致动器射线管位置Paett之间的传递函数F3；-地位置Pgnd和对象位置Pp之间的传递函数F4；-射线管位置和第一致动器位置Parttt之间的传递函数Arft;以及-探测器位置Pd和第二致动器位置Pac;td之间的传递函数Αεα。换句话说，传递函数表示如下Ppivot-Pgnd = F1(I)PActd-Ppivot = F2(2)Pacm-P一。t = F3 ⑶Pd-PActd = Actd (4)Pt-PActt = Actt (5)以地作为参照物(Pgnd = 0)，获得如下传递函数Piktd-F1 = F2 (6)Pacm-F1 = F3W以及Pd = ActjFjF1 (8)Pt = Act1^FjFl (9)鉴于上述，由振动引起的图像中的变量Ai可以由如下等式定义M = APd+APt(10)
、P t J
使得
权利要求
1.一种X射线成像设备，包括旋转臂(6)和安装在所述旋转臂上的成像组件(2)，以及包括耦合到所述旋转臂的X射线源(4)和X射线探测器(5)，使得由所述X射线源发射的X射线入射到所述探测器，其特征在于，包括第一和第二振动测量部件(11、12)，分别耦合到所述X射线源和所述X射线探测器；以及第一和第二致动器(9、10)，适于移动所述X射线源和所述X射线探测器以抑制由所述振动测量部件测量的振动的至少一个分量。
2.如权利要求I所述的X射线成像设备，其中所述第一致动器(9)包括第一压电致动器，耦合在所述旋转臂和所述X射线源之间；以及第二致动器(10)包括第二压电致动器，耦合在所述旋转臂和所述X射线探测器之间。
3.如权利要求I或2所述的X射线成像设备，其中所述第一和第二测量部件包括分别耦合到所述X射线源和所述X射线探测器的第一和第二加速度计(11、12)。
4.如权利要求3所述的X射线成像设备，其中所述第一和第二加速度计分别地安装在所述X射线源和所述X射线探测器上。
5.如权利要求I到4的任一项所述的X射线成像设备，还包括振动控制器(14)，接收由所述第一和第二测量部件传递的振动水平测量值，并且适于从所述振动水平测量值中为所述第一和第二致动器精细提供第一和第二控制信号。
6.如权利要求5所述的X射线成像设备，其中所述振动控制器适于生成所述第一和第二控制信号以最小化如下函数
7.一种操作权利要求I到6的任一项所述的X射线成像设备的方法，其特征在于，包括如下步骤 -测量所述X射线源和所述X射线探测器中的振动；以及 -驱动所述第一和第二致动器，以便移动所述X射线源和所述X射线探测器来抑制所述振动的至少一分量。
8.如权利要求7所述的方法，还包括为所述第一和第二致动器精细提供的第一和第二控制信号。
全文摘要
本发明提供一种X射线成像设备，包括旋转臂(6)和安装在旋转臂上的成像组件(2)，以及包括耦合到旋转臂的X射线源(4)和X射线探测器(5)。本发明的X射线成像设备包括分别耦合到X射线源和X射线探测器的第一和第二振动测量部件(11、12)，以及第一和第二致动器(9、10)，该第一和第二致动器适于移动所述X射线源和所述X射线探测器以抑制振动的至少一个分量。
文档编号H05G1/02GK102885634SQ20121028850
公开日2013年1月23日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月26日
发明者C·马丁尼斯费雷拉, O·阿尔阿萨德 申请人:通用电气公司