本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種用于運(yùn)行x射線設(shè)備的方法、以及根據(jù)權(quán)利要求10的前序部分的一種x射線設(shè)備。

背景技術(shù)：

公知的是，需要了解x射線設(shè)備的發(fā)射器與探測器之間的相對(duì)位置和定位，以便利用x射線設(shè)備、即利用由x射線發(fā)射器和x射線探測器構(gòu)成的裝置來得到所定義的x射線圖像。

在本文獻(xiàn)意義上的位置包括探測器相對(duì)于發(fā)射器的平移、以及同樣還有探測器相對(duì)于發(fā)射器分別在所有三個(gè)空間軸上的傾斜/扭轉(zhuǎn)，所述空間軸在本文獻(xiàn)中可以在德語區(qū)中用roll-nick-gier-winkel（側(cè)傾-俯仰-偏航角）并且在英語區(qū)中用roll-pitch-yaw角（側(cè)傾-俯仰-偏航角）來表示，其是學(xué)術(shù)界中公知的用于描述物體在三維空間中的取向的方案。

在如今的設(shè)備中不提供關(guān)于x射線探測器與所屬x射線發(fā)射器的相位位置和定位的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是說明一種使得能夠可靠地確定所述位置的解決方案。

該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的一種用于運(yùn)行x射線設(shè)備的方法、以及根據(jù)權(quán)利要求10的特征的一種x射線設(shè)備來解決。其他有利的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求來得出。

在根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行由x射線發(fā)射器和x射線探測器構(gòu)成的x射線設(shè)備的方法中：

a）在x射線發(fā)射器處生成并發(fā)送交變磁場；

b）在x射線探測器處由至少兩個(gè)被安裝用于分別檢測至少一個(gè)與交變磁場相關(guān)的物理參量、尤其是磁場強(qiáng)度的傳感器來執(zhí)行所述物理參數(shù)的測量；

c）基于所述測量確定x射線探測器相對(duì)于x射線發(fā)射器的定向。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)是，使迄今為止手動(dòng)執(zhí)行的定向自動(dòng)化，所述定向在本發(fā)明的意義上由探測器相對(duì)于發(fā)射器的位置來定義，在所述手動(dòng)執(zhí)行的定向中x射線發(fā)射器與x射線探測器之間的距離部分地用卷尺來測定。與此相對(duì)，本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的位置確定。尤其是因?yàn)樘綔y器的傾斜不能以測量技術(shù)來確定，而是僅僅能夠通過“目測”來校正。在此，本發(fā)明避免了x射線拍攝時(shí)的如下錯(cuò)誤：所述錯(cuò)誤例如導(dǎo)致x射線圖像要么質(zhì)量差（視野、不清晰、低對(duì)比度）、要么必須重復(fù)，這意味著附加的輻射負(fù)荷。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，為了確定而進(jìn)行至少各一個(gè)平面內(nèi)的平移和/或旋轉(zhuǎn)的計(jì)算。

由此可以根據(jù)平面數(shù)目和所確定的位置偏差的類型，在平移和/或旋轉(zhuǎn)方面有針對(duì)性地選擇或使用各種用于精確估計(jì)位置的數(shù)學(xué)算法。

如果至少兩個(gè)用于發(fā)送交變磁場的發(fā)送裝置彼此對(duì)稱布置地和/或至少兩個(gè)傳感器彼此對(duì)稱布置地運(yùn)行，其中測量被執(zhí)行為使得從傳感器方面接收的物理參量、尤其是接收?qǐng)鰪?qiáng)彼此之間的比例被形成并且其中所述確定基于所述比例進(jìn)行，則可以實(shí)現(xiàn)平移（平移偏差）的簡單確定/估計(jì)。但是其僅能在探測器不能有傾斜/扭轉(zhuǎn)可能性的情況下應(yīng)用。就此，在本發(fā)明的意義上提供了一種純梯度方法。

為了即使在傾斜/扭轉(zhuǎn)的情況下也使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述確定，該方法可以被改進(jìn)為使得至少四個(gè)傳感器布置在x射線探測器上地運(yùn)行，相關(guān)被執(zhí)行為使得通過將在當(dāng)前時(shí)刻接收的物理參量與參考參量相關(guān)來確定位置估計(jì)，并且所述確定基于該位置估計(jì)來進(jìn)行。就此，使用在本發(fā)明的意義上被稱為球體模型的確定方案。

替代地，尤其是如果平移偏差是不可能的，或者補(bǔ)充地，可以將根據(jù)本發(fā)明的方法改進(jìn)為使得至少一對(duì)傳感器在x射線探測器上彼此正交布置地運(yùn)行，測量被執(zhí)行為使得通過應(yīng)用三角函數(shù)、尤其是反正切來基于兩個(gè)傳感器之間的所接收的物理參量確定入射角，并且所述確定基于該入射角進(jìn)行。由此保證了旋轉(zhuǎn)確定、即更確切而言確定關(guān)于發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)的偏差，所述確定可以基于三角函數(shù)、尤其是反正切進(jìn)行。

當(dāng)本發(fā)明被改進(jìn)為使得在使用一對(duì)以上傳感器的情況下為每對(duì)確定入射角、形成所述對(duì)的入射角的平均值并且所述確定基于入射角的平均值進(jìn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)的偏差確定的精度可以被進(jìn)一步提高。

優(yōu)選地，在此交變場被生成為使得磁場具有75khz至150khz范圍內(nèi)、尤其是125khz的頻率。由此實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頻率范圍，該頻率范圍尤其良好地適于幾乎無干擾影響地穿透材料和人體。在此，尤其是125khz是法規(guī)規(guī)定的。

如果作為發(fā)送裝置運(yùn)行一維、二維和/或三維線圈，則所述確定變得越精確。

如果本發(fā)明被改進(jìn)為使得作為傳感器接收線圈運(yùn)行3軸加速度傳感器和/或3軸轉(zhuǎn)速傳感器，則針對(duì)該實(shí)現(xiàn)獲得各種自由度，因?yàn)樗鰝鞲衅黝愋椭械拿糠N都帶來了可能對(duì)具體使用特別有利的特性。

根據(jù)本發(fā)明的由x射線發(fā)射器和x射線探測器構(gòu)成的x射線設(shè)備具有：x射線發(fā)射器，其被構(gòu)造為具有用于生成和發(fā)送交變磁場的發(fā)送器；以及x射線探測器，其被構(gòu)造為具有至少兩個(gè)用于分別檢測至少一個(gè)與交變磁場相關(guān)的物理參量、尤其是磁場強(qiáng)度的傳感器；以及用于執(zhí)行所述物理參數(shù)的相關(guān)的第一裝置。該x射線設(shè)備還具有第二裝置，該第二裝置被構(gòu)造為使得基于所述測量確定x射線探測器相對(duì)于x射線發(fā)射器的定向。

x射線設(shè)備是一種實(shí)現(xiàn)該方法以及由此也實(shí)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方案。

相同的情況適用于x射線設(shè)備的改進(jìn)方案，所述改進(jìn)方案具有用于執(zhí)行該方法及其改進(jìn)方案的裝置。

附圖說明

現(xiàn)在根據(jù)在附圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此：

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的后面的實(shí)施例作為出發(fā)點(diǎn)情況所基于的x射線設(shè)備裝置；

圖2示意性地示出了第一實(shí)施例，其作為測量原理示出了由本發(fā)明定義和描述的球體模型的根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用；

圖3示意性地示出了第二實(shí)施例，其作為測量原理示出了由本發(fā)明定義和描述的梯度模型的根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)可能的實(shí)施例的流程圖。

附圖中各個(gè)元素的在下面進(jìn)一步描述的部分未示出的實(shí)施例或擴(kuò)展方案是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。但是本發(fā)明不限于此。

具體實(shí)施方式

圖1簡化地示出了從現(xiàn)有技術(shù)中公知的并且為了后面解釋實(shí)施例可考慮作為出發(fā)點(diǎn)情況的x射線設(shè)備裝置。

能夠看出x射線設(shè)備裝置的原理性結(jié)構(gòu)，其由（x射線）發(fā)射器和（x射線）探測器構(gòu)成，在（x射線）發(fā)射器與（x射線）探測器之間放置要檢查的人。

此外示出了，以何種方式可以改變x射線探測器的位置，使得x射線探測器與通常不可移動(dòng)的發(fā)射器具有偏差。

能夠看出，可以進(jìn)行探測器在x-y平面內(nèi)的位移。即平移偏差。此外，探測器有時(shí)也可以被實(shí)施為使得其圍繞空間x-y-z中的三個(gè)軸之一旋轉(zhuǎn)。

這樣得出的探測器位置的確定通常手動(dòng)地執(zhí)行，并且導(dǎo)致開頭所述的缺點(diǎn)。

這些缺點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明通過提供偏差的自動(dòng)檢測而被消除。

在圖2中所示的實(shí)施例示出了根據(jù)本發(fā)明對(duì)發(fā)送器（用發(fā)射器的邊緣處的劃線來表征）tx1...tx4的使用——所述發(fā)送器tx1...tx4放置在發(fā)射器上——，以及對(duì)接收器（用探測器的邊緣處的“x”來符號(hào)化示出）rx1...rx4的使用。該放置可以如所示那樣關(guān)于發(fā)送器/接收器彼此對(duì)稱地進(jìn)行，并且也可以被構(gòu)造為使得例如接收器彼此正交地安裝，其中替代地也可以使用4個(gè)以上的接收器rx1...rx4。

由此出發(fā)，可以針對(duì)可設(shè)想的偏移可能性確定旋轉(zhuǎn)角和位置。

如果根據(jù)該實(shí)施例發(fā)送器生成交變磁場并且接收器被構(gòu)造成線圈，則下列原則尤其適用于確定旋轉(zhuǎn)角：

-接收電壓由至少兩個(gè)正交的接收線圈來確定；

-借助于三角函數(shù)反正切，可以在采用線性發(fā)出的磁場的情況下確定兩個(gè)接收線圈之間的入射角；

-在多個(gè)接收線圈對(duì)的情況下，確定所估計(jì)的旋轉(zhuǎn)角的平均值；

-在使用三個(gè)接收線圈的情況下，一般而言可以通過三角函數(shù)來確定位置，但是不限于反正切；

-估計(jì)的精度依賴于：

o由發(fā)送線圈生成均勻的場分布；

o接收線圈的正交性（耦合、安裝）；

o信噪比。

另外，原則上對(duì)于根據(jù)示例的旋轉(zhuǎn)角的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施有下列各項(xiàng)適用：

-在空間中僅僅圍繞一個(gè)軸的傾斜或旋轉(zhuǎn)（偏航，俯仰，側(cè)傾）可以通過兩個(gè)90°交叉的接收線圈（rx1，rx2）來測量；

-安裝位置是探測器的主軸：

o偏航接收線圈處于x'y'平面內(nèi)，

o俯仰接收線圈處于x'z'平面內(nèi)，

o側(cè)傾接收線圈處于y'z'平面內(nèi)；

-所估計(jì)的角度=atan（rx1處的測量/rx2處的測量）；

-為了檢測圍繞兩個(gè)軸的傾斜，作為一種改進(jìn)方案需要3d接收線圈；

-接收線圈的校準(zhǔn)在角度估計(jì)以前進(jìn)行；

-應(yīng)當(dāng)注意，借助于三角函數(shù)的角度測量僅能在空間中的均勻相的情況下應(yīng)用。

為了在給定出發(fā)點(diǎn)情況的情況下確定探測器的位置，應(yīng)當(dāng)使用兩個(gè)基本上通過使用測量原理來表征的實(shí)施例，一個(gè)可以被稱為球體模型，并且一個(gè)可以被稱為梯度模型/方法，其中根據(jù)實(shí)施例的球體模型的特征在于：

-探測器相對(duì)于發(fā)送器的位置借助于球體模型來估計(jì)；

-所示4個(gè)接收器被用于估計(jì)探測器的位置x、y、z；

-在此，球體模型基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停渲校?/p>

-經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突趫鰪?qiáng)的測量，該場強(qiáng)一次性在發(fā)送器與接收器之間的有關(guān)距離的情況下并且在恒定距離情況下在相關(guān)區(qū)域中確定；并且其中

-針對(duì)每個(gè)所測量的值最小化每個(gè)接收器的成本函數(shù)。

在此，在球體模型的情況下，使用下列對(duì)x射線裝置的事實(shí)進(jìn)行描述/建模的數(shù)學(xué)方程：

就此給定針對(duì)4個(gè)接收器的模型方程。在此，針對(duì)與探測器的中點(diǎn)具有偏移量并且根據(jù)空間角偏航α、側(cè)傾β和俯仰γ具有xn、yn、zn的接收器原則上給定歐拉矩陣m，其中：

。

在如附圖中所示圍繞z軸旋轉(zhuǎn)的情況下（具有角度的值=45°），該矩陣如下得出：

從其中可以確定旋轉(zhuǎn)角。

在此，探測器相對(duì)于關(guān)于所有發(fā)送器txn的中點(diǎn)的位置、即根據(jù)圖示為移動(dòng)x=y=10cm的位移從所有接收器rxn的接收電壓中估計(jì)。

在此，針對(duì)借助于球體方程對(duì)x-y平移的估計(jì)適用的是，

-x-y估計(jì)基于多項(xiàng)式，其中針對(duì)該多項(xiàng)式適用的是：

o場分布不是對(duì)稱的，

o多項(xiàng)式確定所有曲線的平均值，

o借助于多項(xiàng)式給每個(gè)所測量的接收電壓分配半徑；

-根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于該估計(jì)，因此至少三個(gè)接收線圈就足夠了（充足是因?yàn)榛蛉绻鹺距離是恒定和已知的）；

-估計(jì)誤差通過添加另外的接收器而被最小化；

-對(duì)位移合適的是較小尺度，因?yàn)槿绻褂枚囗?xiàng)式來估計(jì)，則隨著變大的位移，誤差增加；

-估計(jì)原理即使在探測器扭轉(zhuǎn)的情況下也可以應(yīng)用；

-平均歐幾里得距離為1.7cm。

通過一維接收線圈達(dá)到的精度是足夠的并且提供適宜的解決方案。更精確的結(jié)果也可以通過使用二維或三維線圈來實(shí)現(xiàn)。

而根據(jù)實(shí)施例的基于出發(fā)點(diǎn)情況如圖3中所示出的梯度方法：

-即純平移位移；-其特征在于：

-xy位移借助于梯度來確定；

-位移可以通過對(duì)稱的發(fā)送和接收配置的接收比來確定，其中

-這僅能在不存在旋轉(zhuǎn)/傾斜時(shí)應(yīng)用；

-梯度僅僅對(duì)某個(gè)距離有效，使得使用以下原理，在兩個(gè)相對(duì)的接收器的情況下不具有相同的接收?qǐng)鰪?qiáng)時(shí)，存在位移；

-給定具有0.3cm的平均歐幾里得距離。

另外適用的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于估計(jì)的合適多項(xiàng)式可以在注意如下幾點(diǎn)的情況下來確定：

-所測量的接收電壓依賴于接收線圈在探測器上的位置（rx1和rx2與探測器中心具有與rx3和rx4相比更大的距離）。

-對(duì)于距離的粗略估計(jì)，確定基于所有接收線圈的電壓相加的多項(xiàng)式就足夠了。

-對(duì)于精確的距離估計(jì)可以確定以下多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式從與探測器的中心具有相等距離的接收線圈的電壓中得出。

由此可以在給每個(gè)接收線圈根據(jù)其在探測器板上的位置分配相應(yīng)多項(xiàng)式的情況下保證在不同距離的情況下半徑與接收電壓的良好相關(guān)。

因?yàn)楦鶕?jù)一個(gè)替代或補(bǔ)充改進(jìn)方案，也可以借助于多項(xiàng)式為每個(gè)接收器建立球體方程，所以也可以借助于球體模型進(jìn)行估計(jì)，其中當(dāng)所估計(jì)的x和y分量理想地總是對(duì)應(yīng)于0時(shí)，z分量可以非常良好地被估計(jì)。

如果現(xiàn)在作為根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)這些測量原理或模型，則可以使用根據(jù)圖4的實(shí)施例。

圖4示意性地示出了實(shí)施例的流程圖，并且在第一步驟s1在初始狀態(tài)“開始”下開始，從此出發(fā)在第二步驟s2中進(jìn)行校準(zhǔn)，在第三步驟s3中該校準(zhǔn)作為結(jié)果確定電壓和角度偏移量，其方式是，在發(fā)送器和探測器的所定義的位置處進(jìn)行測量，例如所述發(fā)送器和探測器直接相疊，其中確定每個(gè)接收器處的接收電壓以及各個(gè)接收線圈之間的角度。

在第四步驟s4中，然后進(jìn)行粗略定位，跟在該定位之后的是，在第五步驟中例如根據(jù)上述方案之一或其組合接著估計(jì)旋轉(zhuǎn)角。

跟在此后的是，在第六步驟s6中輸出空間角偏航/俯仰/側(cè)傾，然后在第七s7步驟中，將探測器旋轉(zhuǎn)到零位置（在任意平移的情況下）。

這導(dǎo)致在第八步驟s8中的z平移的估計(jì)，并且在第九步驟s9中的z坐標(biāo)的輸出。緊接著，然后在第十步驟s10中選擇模型、例如上面闡述模型之一，在第十一步驟s11中，利用所述模型估計(jì)xy平移，并且在第十二步驟s12中可以執(zhí)行探測器/發(fā)送器到零位置的位移。

通過在第十三步驟s13中分析是否達(dá)到n迭代，在肯定情況下結(jié)束該方法，并且在第十四步驟s14中轉(zhuǎn)移到狀態(tài)“停止”。

如果否，則重復(fù)第五至第十一步驟s5...s11。

在本文獻(xiàn)中描述的方案不限于在附圖中解釋的示例，而是包括由權(quán)利要求書包括的所有解決方案，所述解決方案僅僅基于幅度測量及其分析并且在所述解決方案中物體在空間中的位置及其定位通過使用從原則上可能的由多個(gè)傳感器類型（加速度傳感器、陀螺儀）構(gòu)成的選擇中關(guān)于類型同類選擇的傳感器而被實(shí)現(xiàn)，所述傳感器類型類似地用于飛行物的非專業(yè)的位置調(diào)節(jié)。之所以是類似地，因?yàn)槠湓卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域中和建筑物的內(nèi)部區(qū)域中的應(yīng)用未被規(guī)定，并且因此部分地僅能利用匹配/限制來實(shí)現(xiàn)。