NL1026671C2

NL1026671C2 - Balanceersysteem voor een portaal van een CT-systeem.

Info

Publication number: NL1026671C2
Application number: NL1026671A
Authority: NL
Inventors: Mark Edmund Reznicek; Eric Matthew Plate; Shawn Patrick Faessler
Original assignee: Ge Med Sys Global Tech Co Llc
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2005-08-02
Also published as: US20050013403A1; CN1575767A; CN100473346C; US6890100B2; JP4516367B2; NL1026671A1; JP2005040604A

Description

w

Korte aanduiding: Balanceersysteem voor een portaal van een CT- systeem.

De uitvinding heeft betrekking op CT-systemen en meer in het bijzonder op werkwijzen en systemen voor het balanceren van CT-por-taalelementen.

Computertomografie("CT")systemen vinden tegenwoordig brede toe-5 passing. De CT-systemen nemen röntgenbeelden van objecten of personen om wetenschappelijke en/of medische informatie te verschaffen. In het algemeen bevatten CT-systemen een in een behuizing met een ringvormige opening gepositioneerd groot portaalmechanisme, in welke opening het object of de persoon is gepositioneerd. Het portaalmechanisme bevat 10 een roterend basiselement, waarop een röntgenbuis en een detectorplaat zijn gemonteerd. Wanneer het basiselement roteert en het object of de persoon langs de draaias wordt bewogen, worden röntgenbeelden genomen voor latere analyse.

Het roterende basiselement heeft typisch andere daarop gemon-15 teerde systeemcomponenten, zoals een warmtewisselaar en een generator. De röntgenbuis, dè detectorplaat en de andere componenten draaien met het basiselement mee. Het is belangrijk om het roterende basiselement te balanceren, zodat dit element uniforme omwentelingen maakt en bevredigende beelden van hoge kwaliteit verschaft.

20 Onbalans van het roterende gedeelte van een CT-portaal resul teert in een oscillerende beweging van het gehele portaalmechanisme met een frequentie van één maal per omwenteling. Deze beweging is nadelig voor de kwaliteit van de beelden en kan artefacten genereren, wanneer de beweging tot boven een bepaalde drempel wordt verhoogd. CT-25 portaalmechanismen worden typisch in de fabriek, waarin de CT-systemen gebouwd en geijkt worden, gebalanceerd voordat deze naar hun uiteindelijke bestemmingen worden verzonden. De CT-systemen worden ook in het werkveld gebalanceerd, typisch wanneer componenten voor onderhoud worden vervangen, zoals een nieuwe röntgenbuis. De balancering in het 30 werkveld is in het bijzonder belangrijk om nauwkeurige prestaties van het CT-systeem te waarborgen. De tegenwoordig in het werkveld voor het balanceren van portaalmechanismen gebruikte werkwijzen en systemen hebben echter tekortkomingen. Er bestaat dus behoefte aan verbeterde systemen en werkwijzen voor het balanceren van CT-portaalmechanismen, 1 02 66 7 ï-

-2 - I

in het bijzonder voor het balanceren van de mechanismen in het werk- I

veld. I

De uitvinding omvat een verbeterde werkwijze en een systeem I

voor het balanceren van CT-portaalmechanismen in de fabriek en in het I

5 werkveld. Met de uitvinding kunnen CT-portaalmechanismen zowel sta- I

tisch als dynamisch worden gebalanceerd, zelfs in werkveldsituaties. I

Met de werkwijze volgens de uitvinding kan zowel een statische als een I

dynamische onbalans worden gemeten en indien noodzakelijk worden I

geëlimineerd. De uitvinding resulteert in vermindering van de tijd en I

10 complexiteit voor de gebruiker in vergelijking met bestaande statische I

CT-balanceerwerkwijzen. I

Met de uitvinding worden balansgewichten toegevoegd aan twee I

vooraf geselecteerde plaatsen op het roterende basiselement van het I

CT-portaalmechanisme. De twee plaatsen zijn onder een hoek van onge- I

15 veer 90° ten opzichte van elkaar gescheiden. Langwerpige staafelemen- I

ten zijn verschaft op de twee plaatsen, waarop verschillende balansge- I

wichten, afstandshouders en opvulstukken, indien noodzakelijk om het I

CT-systeem te balanceren,dienen te worden gepositioneerd. De gewich- I

ten, afstandshouders en opvulstukken maken verandering van de Z-coör- I

20 dinaat van de onbalans mogelijk teneinde het correcte gewicht ter I

plaatse van de correcte Z-coördinaat te verschaffen. I

Bij voorkeur zijn twee plaatsen in het linker onderkwadrant van I

het roterende basiselement, gezien vanaf de voorzijde van het CT-por- I

taalmechanisme, verschaft. Deze plaatsen verdienen de voorkeur als ge- I

25 volg van de behoefte om het gewicht van de röntgenbuis te balanceren I

en voor statische en dynamische balansaanpassingen. I

Op het stationaire basiselement van het portaalmechanisme zijn I

op posities, waarin de onbalans relatief hoge spanningen induceert, I

spanningsmeters verschaft. De spanningsmeters zijn met een balanssen- I

30 sorschakeling verbonden, welke schakeling met de portaalprocessor is I

verbonden. Door de fabrikant geïnstalleerde programmatuur wordt ge- I

bruikt om het uitgangssignaal van de sensoren met een voorgeschreven I

bemonsteringssnelheid te bemonsteren. I

Spanningsmetingen worden eerst uitgevoerd tijdens een nullijn- I

35 run met de gewichten zoals geïnstalleerd in de fabriek om een referen- I

tiebasis te hebben. Vervolgens worden met proefruns, waarbij proefge- I

wichten zich op bekende posities bevinden, aanvullende metingen uitge- I

voerd. Deze nullijn- en proefmetingen worden vervolgens gebruikt om de I

hoeveelheid gewicht, die op de twee vooraf geselecteerde plaatsen I

1 026671 - - 3 - dient te worden toegevoegd, en de locatie daarvan langs de Z-as te berekenen. De uiteindelijke totale krachten en momenten van het systeem worden berekend en nieuwe configuraties voor elk van de twee stapelingen van gewichten, die deze totale krachten en momenten zullen 5 produceren, worden bepaald. De juiste configuratie van gewichten, af-standshouders en opvulstukken wordt vervolgens op de staafelementen op de twee vooraf geselecteerde posities op het roterende basiselement gepositioneerd. Staalplaten van twee verschillende dikten worden gebruikt om de bulk van het gewicht te verschaffen. Lichte aluminium af-10 standshouders en opvulstukken worden gebruikt om de massa van de stapeling op de beoogde Z-positie te centreren. Indien noodzakelijk worden kleine gewichten gebruikt om fijne aanpassingen in de massa te verschaffen. Met de uitvinding wordt de specifieke hoeveelheid gewichten, afstandshouders en opvulstukken, zowel in kwantiteit als plaat-15 sing daarvan, uit de berekeningen verschaft.

Met de uitvinding kan statische en dynamisch balancering van de roterende basiselementen van CT-portaalsystemen worden verschaft, zowel in de fabriek als in het werkveld. Met het systeem volgens de uitvinding worden bovendien specifieke instructies aan de gebruiker ver-20 schaft om giswerk te elimineren en een nauwkeurige balancering te verschaffen. Het hebben van slechts twee posities voor balansgewichten in plaats van talrijke plaatsen is eveneens een voordeel en voorziet in een eenvoudiger aanpassing in het werkveld. Ten slotte is met de uitvinding een eindig aantal balansgewichten en typen balansgewichten 25 noodzakelijk.

De bovenstaande doelen en andere doelen, kenmerken en voordelen van de uitvinding worden duidelijk uit de volgende gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen voor het uitvoeren van de uitvinding onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen.

30 Fig. 1 toont op schematische wijze een conventioneel CT-sys- teem.

Fig. 2 is een vooraanzicht van een portaalmechanisme (zonder een deksel), dat de roterende en stationaire basiselementen bevat.

Fig. 3 is een aanzicht in perspectief van het in fig. 2 weerge-35 geven portaalmechanisme, waarbij voor de duidelijkheid verschillende componenten zijn weggelaten.

Fig. 4 is een aanzicht in perspectief van een uiteengenomen roterend basiselement, welk aanzicht volgens de uitvinding gebruikte ba-lanceercomponenten toont.

1 026671 -

I - 4 - I

I . Fig. 5 is een achteraanzicht van het roterende basiselement. I

I Fig. 6 is een schema van een balanceerschakeling, die bij de I

I uitvinding kan worden gebruikt. I

I Fig. 7 is een stroomschema, dat een voorkeurswerkwijze voor ge- I

I 5 bruik bij de uitvinding toont. I

I In fig. 1 is een conventioneel CT-systeem, dat in het algemeen I

I met het verwijzingscijfer 10 is aangeduid, weergegeven. Het CT-systeem I

I bevat een portaalelement 12 en een patïenttafelelement 14. Het por- I

I taalelement 12 bevat een ringvormig gedeelte 16 en een basisgedeelte I

I 10 18. Binnen het ringvormige gedeelte 16 is een roterend basiselement 20 I

I gepositioneerd, zoals is weergegeven in fig. 2-5, terwijl een statio- I

I nair basiselement 22 binnen het basiselement 18 is gepositioneerd. I

I Volgens standaard CT-systemen is een röntgenbuis en collimator I

I 24 tezamen met een detectorplaatelement 26 op het roterende basisele- I

I 15 ment 20 gepositioneerd. Op het tafelelement 14 is een patiënt 30 of I

I ander object gepositioneerd en de patiënt 30 of het andere object I

I wordt langs de Z-as 32, welke as de draaias van het roterende basis- I

I element 20 en het portaalelement 12 is, bewogen. Het röntgenbuisele- I

I ment 24 en het detectorplaatelement 26 zijn tegenover elkaar op het I

I 20 portaalelement gepositioneerd en röntgenbeelden van het patiënt 30 of I

I het object op het tafelelement 14 worden genomen wanneer het tafelele- I

I ment door de centrale opening van het portaalelement 12 beweegt. I

I Zoals is weergegeven in fig. 2, zijn verschillende componenten I

I en bijbehorende elementen op het roterende basiselement 20 gepositio- I

I 25 neerd. Deze bevatten typisch een warmtewisselaar 34, een hoogspan- I

I ningsgenerator 36, en een hoogspanningstank 38. Ook zijn aan het rote- I

I rende basiselement 20 een axiaallager en slipring (niet weergegeven) I

I bevestigd, zoals gebruikelijk is voor CT-systemen. Een lagersteun 40 I

I is toegepast om het axiaallager aan het stationaire basiselement 22 te I

I 30 bevestigen. De slipring is bevestigd aan steunelementen 42, die in I

I fig. 4 en 5 in detail zijn weergegeven. Via de slipring en slipring- I

I borstels wordt elektrische energie aan de elektrische componenten op I

I het roterende basiselement geleverd, zoals gebruikelijk is in CT-sys- I

I temen. I

I 35 Een axiaal motorsamenstel 44 wordt gebruikt om het basiselement I

I 20 ten opzichte van het stationaire basiselement 22 te doen draaien. I

I De relatieve posities van de componenten op het roterende ba- I

I siselement worden dikwijls aangegeven door middel van hoeken ten op- I

I zichte van de twaalfuurs-positie. Dit is weergegeven in fig. 2, waarin I

I 1026671- - 5 - het nul-gradenpunt op de twaalfuurs-positie is aangegeven. Volgens het bij de uitvinding gebruikte systeem zijn de hoeken gegeven in een richting tegen de wijzers van de klok in, gezien vanaf de voorzijde van het portaalelement. De 90° positie is dus gelegen op de negenuurs-5 positie en de 180° positie is gelegen op de zesuurs-positie.

Volgens de uitvinding worden balansgewichtsystemen op twee vooraf geselecteerde plaatsen 50 en 52 gebruikt, zoal.s in het bijzonder is weergegeven in fig. 2 en 4. Ook is een paar spanningsmetersen-soren 54 en 56 op het stationaire basiselement 22 gemonteerd, bij 10 voorkeur aangrenzend aan het bodemgedeelte of onderste gedeelte.

Als gevolg van het gewicht van de verschillende componenten, die op het roterende basiselement 20 zijn gepositioneerd, en hun relatieve posities, is het portaalelement bij draaiing typisch ongebalanceerd. Deze onbalans doet zich in de X-as- en Y-asrichtingn alsmede in 15 de Z-asrichting voor.

Onbalans van het roterende gedeelte van een CT-portaalmecha-nisme resulteert in een oscillatiebeweging van het gehele portaal bij een frequentie van één maal per omwenteling. Deze beweging is nadelig voor de beeldkwaliteit, aangezien deze beweging artefacten 20 kan genereren, wanneer de beweging tot boven enige drempel wordt verhoogd. Deze onbalans wordt eerst tot een minimum beperkt in de fabriek, waarin het CT-systeem wordt gebouwd en geijkt. De balans dient te worden hersteld in het werkveld, wanneer componenten voor onderhoud worden vervangen. Het balanceren van het portaal in de fa-25 briek is eenvoudiger en nauwkeuriger bij bekende systemen, aangezien alle balanceerapparatuur en -systemen eenvoudig beschikbaar zijn. In het werkveld is het balanceren echter moeilijk als gevolg van het gebrek aan gereedschappen en systemèn, die benodigd zijn voor een nauwkeurige balanceerwerking.

30 Twee-vlaksbalancering van een CT-portaal (d.w.z. statische en dynamisch balancering) is moeilijk, aangezien er geen continu vlak aanwezig is, waaraan gewichten kunnen worden bevestigd of waarvan gewichten kunnen worden verwijderd. De uitgang van een twee-vlaksbalan-ceerprocedure omvat vier waarden. Deze zijn de massa en hoekpositie 35 van gewichten, die op elk van de twee vlakken van het systeem dienen te worden bevestigd of daarvan dienen te worden verwijderd om het systeem te balanceren. Elk vlak is gedefinieerd om de Z-coördinaat van elk proefgewicht te zijn. Door middel van afspraak is de Z-as de draaias van het portaal.

1 026671 -

-6 - I

Door gebruik te maken van de vergelijkingen voor door de onba- I

lans veroorzaakte kracht en moment kunnen de vier waarden als variabe- I

len worden behandeld en met de vier verschillende waarden worden uit- I

gewisseld zolang de krachten en momenten onveranderd blijven. In dit I

5 opzicht worden de massa en Z-coördinaten van de twee balansgewichten I

veranderd door middel van het vooraf selecteren van de hoeken waaron- I

der de twee massa's dienen te worden toegevoegd. Dit ondervangt het I

probleem van de noodzaak van het continue vlak met een oneindig aantal I

plaatsen voor het bevestigen van balansgewichten. De Z-coördinaat van I

10 de massa is variabel gemaakt door gebruik te maken van afstandshouders I

en opvulstukken, in het bijzonder vervaardigd van een licht materiaal, I

zoals aluminium, tezamen met stapelingen van zwaardere balansgewich- I

ten, in het bijzonder vervaardigd van staalmateriaal. De afstandshou- I

ders en opvulstukken worden gebruikt om de balansgewichten op hun cor- I

15 recte Z-coördinaten te positioneren. I

Voor een de voorkeur verdienend portaalelement, zoals het Gene- I

ral Electric Hpower portaal, zijn de posities van het balansgewicht I

107° en 180° (zie fig. 2). Deze posities balanceren in het bijzonder I

het gewicht van de röntgenbuis, welke buis een grote massa is en op- I

20 nieuw geplaatst kan worden voor uitlijning. De posities zijn ook met I

een hoek van ongeveer 90° van elkaar gescheiden om een juiste stati- I

sche en dynamische balansaanpassing te verschaffen. Volgens de uitvin- I

ding verdient het in dit opzicht de voorkeur, dat de twee posities on- I

der een hoek van ongeveer 90° van elkaar gescheiden zijn, hoewel de I

25 nauwkeurige posities van de balansgewichten afhangen van het toegepas- I

te bijzondere systeem. I

De onbalans van het roterende basiselement wordt door middel I

van de twee spanningsmetersensoren 54 en 56 gemeten. De spanningsme- I

ters zijn bij voorkeur vervaardigd van piëzo-keramisch materiaal en I

30 voorzien zelf in hun energie, hoewel elk equivalent type spanningsme- I

ter kan worden toegepast. I

Zoals is weergegeven in fig. 2 en 4, bevatten de gewichtsyste- I

men 50 en 52 elk een basiselement 50A respectievelijk 52A en een aan- I

tal staafelementen 50B respectievelijk 52B voor het vasthouden van de I

35 balanceerelementen. De gewichtsystemen 50 en 52 kunnen ook mogelijker- I

wijs één of meer afstandshouderelementen 50C respectievelijk 52C, één I

of meer opvulelementen 50D respectievelijk 52D, één of meer zware ge- I

wichtselementen 50E respectievelijk 52E, één of meer lichtere ge- I

wichtselementen 50E' respectievelijk 52E', en één of meer afstemele- I

1 026671 - I

- 7 - inenten 50F respectievelijk 52F bevatten. De staaf elementen 50B en 52B zijn bij voorkeur van schroefdraad voorziene staafelementen, zodat de balans- en gewichtselementen door middel van van schroefdraad voorziene bevestigingselementen, zoals moeren 60 en 62, op de staafelementen 5 worden vastgehouden. Hoewel slechts één moerelement, tezamen met bijbehorende borgelementen 61 en 63, is weergegeven in fig. 4, zal het duidelijk zijn, dat overeenkomstige stellen van moeren en borgelementen op alle staafelementen 50B en 52B worden gebruikt.

De gewichten worden gebruikt om het roterende basiselement 10 langs de X-, Y- en Z-asrichtingen te balanceren. De afstandshouders en opvulstukken worden gebruikt om de gewichten in de Z-asrichting te verschuiven.

Zoals is weergegeven in fig. 4, worden bij voorkeur zes staafelementen 50B en vier staafelementen 52B gebruikt om op nauwkeurige en 15 betrouwbare wijze de gewichten, afstandshouders en opvulelementen op hun plaats te houden. Het zal vanzelfsprekend duidelijk zijn, dat elk aantal staafelementen kan worden gebruikt of verschaft. Bovendien kunnen de afmetingen en gewichten van de verschillende afstandshouders, vulstukken en gewichten worden gekozen, zoals noodzakelijk en vereist 20 is voor elk van de CT-systemen. Volgens de uitvinding zijn in dit opzicht de afstandshouder- en opvulelementen vervaardigd van een licht materiaal, zoals aluminium, terwijl de gewichtselementen van een zwaarder materiaal, zoals staal, zijn vervaardigd.

Wanneer de elektronische componenten en toebehoren aan het ro-25 terende basiselement 20 zijn toegevoegd, en het basiselement wordt gedraaid, buigt het stationaire basiselement 22 in geringe mate in de X-en Y-richtingen alsmede langs de Z-richting. Uit onderzoek is gebleken, dat het stationaire basiselement 22 het meest aan de bodem grenzende of onderste gedeelte "A" uitrekt of beweegt wanneer het rote-30 rende basiselement 20 wordt gedraaid. Volgens de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de spanningsmetersensoren 54 en 56 dus in dit gebied Ά gepositioneerd.

Als een beginstap van het balanceren van een CT-portaalmecha-nisme, worden proefgewichten op het roterende basiselement gepositio-35 neerd en worden één of meer nullijnruns gebruikt om de gevoeligheid van het systeem voor bekende onbalansen te meten. Dit brengt de gebruikelijke twee-vlakswerkwijze met zich mee en berekent de onbalans, sterkte en fasehoek voor elk vlak. Voor dit doel wordt een proefgewicht 70 aan het roterende basiselement 20 op positie 72 bevestigd, 1 026671 -

- 8 - I

zoals weergegeven in fig. 5. Het proefgewicht 70 wordt door middel van I

een bevestigingselement, zoals een stelschroef 74, bevestigd, en op I

een bekende plaats gepositioneerd. Volgens de voorbeelduitvoeringsvorm I

van de uitvinding is de plaats 72 de 36° positie, gezien vanaf de I

5 voorzijde in fig. 2. Bovendien wordt een tweede proefrun uitgevoerd I

met een proefgewicht op een andere vooraf geselecteerde plaats. Vol- I

gens één uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt in dit opzicht een I

proefgewicht 80 bevestigd aan de staafelementen 52B in de 180° positie I

en met moerelementen 82 geborgd. I

10 Zoals is aangegeven, zijn de spanningsmeters 54 en 56 bevestigd I

aan het onderste gedeelte van het stationaire basiselement 22, waar de I

onbalans van het roterende basiselement 20 relatief grote spanningen I

induceert. Fig. 6 toont een schakelingsschema 90, waarin de twee span- I

ningsmetersensoren 54 en 56 zijn gepositioneerd. De spanningsmetersen- I

15 sor 54 meet de spanning in de richting van de X-as, terwijl de span- I

ningsmetersensor 56 de spanning in de richting van de Z-as meet. De I

van de spanningsmetersensoren 54 en 56 afkomstige invoer wordt eerst I

door een balanssensorbufferplaat 92 geleid, welke plaat een paar hoog- I

doorlaatfilters 94 en versterkingselementen 96 bevat. Deze signalen I

20 worden vervolgens naar een subordinaatplaat 98 gezonden, welke plaat I

filterelementen 100 en een multiplexer 102 bevat. De multiplexer heeft I

ook een selectiefunctie 104. Het van de multiplexer afkomstige signaal I

106 wordt vervolgens beïnvloed door een referentiespanningsverschui- I

ving 108 en naar een tafelportaalprocessor 110 gezonden. De processor I

25 110 bevat een analoog-naar-digitaal omzetter 112 en een microprocessor I

114. De microprocessor 114 is geladen met firmware 116 om de noodzake- I

lijke berekeningen te maken. De uitvoer 118 van de microprocessor I

wordt naar een monitor 120 en eventueel naar een afdrukinrichting 122 I

gezonden om de juiste balanceerberekenigen en instructies weer te ge- I

30 ven en optimaal af te drukken. I

De firmware 116 wordt gebruikt om het van de sensoren afkom- I

stige uitgangssignaal met een vaste bemonsteringssnelheid, zoals 40 I

monsters per seconde, te bemonsteren. De monstergegevens worden naar I

een bestand geschreven. Het één-maal-per-omwenteling gedeelte van het I

35 signaal wordt als een vector {sterkte en fasehoek) onttrokken voor elk I

van de twee sensoren onder gebruikmaking van een kleinste-kwadratenme- I

thode. De kleinste-kwadratenmethode maakt het voor het firmwarepro- I

grarama mogelijk om de portaalhoek op het moment dat elke spanningsme- I

ter wordt bemonsterd, te verschaffen. De kleinste-kwadratenmethode is I

1026671- I

- 9 - bovendien robuuster en verlaat zich niet op het feit dat de gegevens exact gelijk in de tijd zijn verdeeld in vergelijking met een Fourier-gebaseerde benadering. De methode resulteert echter in de gebruikelijke Fourier-gebaseerde vergelijkingen, wanneer de gegevens gelijkelijk 5 verdeeld zijn in de tijd.

Zoals hierboven is aangegeven, worden de metingen door middel van de spanningsmeter uitgevoerd tijdens een nullijnrun (d.w.z. oorspronkelijke onbalans) op het portaal, en worden de één-maal-per-om-wenteling vectoren in de richtingen van de X-as en de Z-as berekend.

10 Vervolgens worden de gebruikelijke twee proefruns uitgevoerd, elk met een proefgewicht op een bekende plaats en worden de één-maal-per-om-wenteling vectoren onttrokken (Χχ, Zi, X2, Z2). Uit deze vectoren wordt een gevoeligheidsmatrix bepaald. Complexe getallen worden gebruikt, aangezien dit een natuurlijke methode verschaft om met de sterkte en 15 fasehoeken van de vectoren te werken. De gevoeligheidsmatrix en de identiteit van de X- en Z-cömponenten zijn hieronder uiteengezet: Y1 = Tan a12l |"ua"l ^ ΚΊ = fall ^ζΤ^χΊ

Zj |_a21 a22jLUbJ LübJ La21 a22j LZJ

Xi - X X2 - X Zi - Z Zi - Z

20 an = - ai2 = -4- a2i = - a22 = -±-- üaT Ujjt üax . Ubx X = spanning van sensor 54 tijdens nullijnrun (sterkte en fase of reëel en imaginair)

Xi = spanning van sensor 54 tijdens de eerste proefrun 25 X2 = spanning van sensor 54 tijdens tweede proefrun Z = spanning van sensor 56 tijdens nullijnrun Zi = spanning van sensor 56 tijdens de eerste proefrun Z2 - spanning van sensor 56 tijdens de tweede proefrun 30 Uu = πιηΚμ^Θμ 0« = s n^Rb^Ob

De gevoeligheidsmatrix [a] kan worden opgeslagen en op een later tijdstip opnieuw worden gebruikt. De matrix is een functie van de portaalstructuur en niet van de onbalans en zal dus niet in 35 de tijd veranderen. De matrix kan opnieuw worden gebruikt om eenvoudig de balanstoestand te controleren, bijvoorbeeld wanneer een component is vervangen. De matrix kan ook opnieuw worden gebruikt om 1026671-

- 10 - I

een nieuwe stapelingsconfiguratie van gewichten te verschaffen, I

wanneer een componentsverandering resulteert in een onbalans, die bui- I

ten de specificaties ligt. Het hergebruik bespaart tijd, die benodigd I

is om het systeem te balanceren, aangezien geen proefgewichten beves- I

5 tigd dienen te worden. I

Zodra U« en Ub bekend zijn, kunnen de massa en de plaats op de I

Z-as van de massa, die aan het systeem dient te worden toegevoegd om I

het systeem statisch en dynamisch te balanceren, worden berekend. De I

tijdens de nullijn- en proefrun door de massa van de oorspronkelijke I

10 stapeling op het portaal veroorzaakte krachten en momenten worden be- I

rekend en gecombineerd met de door de massa veroorzaakte krachten en I

momenten en het massamidden, dat benodigd is om het portaal te balan- I

ceren. Dit zijn de uiteindelijke totale krachten en momenten. I

Vervolgens Wordt een nieuwe configuratie van elke stapeling, I

15 die dezelfde totale krachten en momenten produceert, bepaald. De I

nieuwe configuratie is samengesteld uit afstandshouders, opvulstukken, I

dikke metalen gewichten, dunne metalen gewichten en afstemgewichten. I

De nieuwe configuratie wordt door middel van een computerprogramma be- I

paald, dat onafhankelijk convergeert naar de oplossing voor elk van de I

20 twee stapelingen van gewichten 50 en 52. I

Het oplossingsprogramma begint met de beoogde massa en positie I

van het massamidden. Eerst worden de afstandshouders 50C en 52C op de I

staafelementen gepositioneerd. De afstandshouders worden gebruikt om I

een grove instelling van de Z-aspositie van de gewichten te verschaf- I

25 fen. Vervolgens worden de gewichten 50E, 50E' en 52E en 52E', zoals I

deze tezamen met de opvulelementen 50D en 52D benodigd zijn, gebruikt. I

Bij voorkeur zijn negen aluminium opvulstukken voor elk van de balans- I

gewichtsystemen 50 en 52 voorzien. De opvulstukken kunnen aan beide I

zijden van de gewichtselementen worden aangebracht, kunnen aan de af- I

30 standshouderzijde van de gewichten als een cluster worden aangebracht I

of kunnen van de afstandshouders afgekeerde zijde van de gewichten als I

een cluster worden aangebracht. De opvulstukken worden gebruikt om een I

fijne instelling van de Z-aspositie van de gewichtselementen te ver- I

schaffen. I

35 Het algoritme wordt vervolgens opgelost voor een combinatie van I

dikke gewichten, dunne gewichten en afstemgewichten, die voldoen aan I

de beoogde waarde van de massa, met inbegrip van de kleine massa van I

de afstandshouders en opvulstukken. De opvulstukken worden vervolgens I

incrementeel naar de afstandshouders toe bewogen om het massamidden I

1026671- - 11 - naar de beoogde Z-ascoördinaat te verschuiven totdat alle opvulstukken tegen de afstandshouder aanliggen of de beoogde Z-ascoördinaat is verkregen. Elke keer dat een opvulstuk wordt bewogen, wordt het algoritme opgelost voor een combinatie van de verschillende gewichtsbalanceer-5 componenten. Indien de beoogde Z-as niet wordt verkregen, worden de afstandshouders en opvulstukken verwijderd en wordt het proces herhaald totdat zowel de beoogde massa als de beoogde Z-ascoördinaat zijn verkregen.

Het ontwerp van de balansstapelingen maakt een bereik van massa 10 en Z-ascoördinaten van het massamidden met voldoende instelbaarheid mogelijk om het bereik van mogelijke onbalansen te bestrijken. Enkele van de door het oplossingsprogramma en het algoritme gebruikte vergelijkingen zijn als volgt: 15 Krachten:

Fx - -Im(0«)-Im(Ub)

Fy = Re(Ua) +Re(Ub) 20

Momenten: Μ* e (Zpiv-Za) Re (Ua)+ (Zpiv-Zb) Re (Ub) 25 My = (Z*T-Z.) Im(Ua) + (Ζ,^-Zb) Im(U*,)

Statische en dynamische onbalans:

St = ^Fx2 + Fy2 Dy = Jmx2 + My2 30

Balansstapelingsmassa:

Fx *y - m107Yio7 mio7 = —- muo — -=- XL07 *180 1 02 6 67V- I - 12 - I e Z-ascoördinaat naar massamidden van elke balansstapeling: I _ My Ζχο7 = Zpiv +-=- m107x107 I _ - Mx = m107^107(^.07 - Zpiv> 5 ¾80 * zpiv +-=- m180x180 I Vooraf gedefinieerde massa's en afstandshouders worden gebruikt I om de noodzaak van wegen en meten van de afzonderlijke onderdelen te I voorkomen. Het oplossingsalgoritme is zodanig geconstrueerd, dat het 10 naar een balanstoestand, gegeven de toleranties van de afstandshou- I ders, opvul stukken en gewichten (zowel in dikte als in massa) zal con- vergeren.

I Elke balansstapeling 50 en 52 is opgebouwd uit gewichtsplaten I van twee verschillende dikten om de bulk van het gewicht te verschaf- I 15 fen. De lichte aluminium afstandshouders en opvulstukken worden ge- I bruikt om het massamidden van de stapeling naar de beoogde Z-aspositie I te bewegen. De afstemgewichten worden gebruikt om de uiteindelijke in- I stelling van de massa te verschaffen.

I Het oplossingsalgoritme is als een servicegereedschap met pro- I 20 grammatuur op het console 120 uitgevoerd. Dit oplossingsalgoritme I voorziet in de exacte combinatie van elementen om elke stapeling van I de vereiste massa en de beoogde Z-ascoördinaat te maken. De uitvoer I van de uitvinding wordt via het scherm 120 en de afdrukinrichting 122 I aan de gebruiker weergegeven in termen van het exacte recept, zowel in I 25 kwantiteit als in inrichting van afstandshouders, opvulstukken, dikke I gewichten, dunne gewichten en afstemgewichten. Dit resulteert in een tijdsvermindering en een vermindering van de complexiteit voor de ge- I bruiker. De gebruiker behoeft de massa en het massamidden niet te me- ten in het werkveld.

I 30 Een twee-maal-per-omwenteling signaal wordt vervolgens gebruikt om op een kapotte spanningsmetersensor te controleren. Het twee-maal- per-omwenteling signaal is normaal voor een portaal en wordt niet sig- I nificant beïnvloed door een onbalans. Indien het twee-maal-per-omwen- I teling signaal echter onder een ingesteld niveau daalt, wordt de ge- I 35 bruiker gealarmeerd om een probleem in de sensoren of de schakelingen te controleren.

I 1026671- - 13 -

De variabele Zpiv is de positie van het massamidden van het roterende systeem. Indien de massa op dit vlak wordt toegevoegd, zal een dynamische onbalans niet worden veranderd. Bij de uitvinding is typisch slechts een schatting van de waarde vereist.

5 De uitvinding kan in het werkveld of in de fabriek of in beide worden gebruikt. De uitvinding verschaft een verplaatsbare oplossing, hetgeen in het bijzonder het balanceren van het roterende basiselement en het portaal in het werkveld mogelijk maakt.

De uitvinding elimineert giswerk, dat vereist is in twee-vlaks-10 balancering van een CT-portaal. De twee balansvlakken hebben in het algemeen niet dezelfde Z-ascoördinaat als de weinige posities, waarin balansgewichten in werkelijkheid aan het portaal kunnen worden bevestigd. Dit vermindert de door een gebruiker benodigde opleiding.

De uitvinding vereenvoudigt ook portaalontwerpen, aangezien 15 slechts twee posities voor balansgewichten worden ingesteld in plaats 'van talrijke plaatsen voor het vasthouden van balansgewichten. Bovendien wordt een eindig aantal balansgewichten en typen balansgewichten gebruikt.

De voorselectie van de twee balansposities op het portaal en 20 het gebruik van een "verschuivingsmethode" vereenvoudigt het balanceren van CT-portalen. Bekende aanpakken gebruiken een verscheidenheid aan posities om balansgewichten toe te voegen teneinde een portaal statisch te balanceren door middel van het splitsen van de een-vlaks-oplossing (massa en fasehoek) naar de meest nabije plaatsen. Met de 25 uitvinding kunnen de statische en dynamische balans gelijktijdig worden ingesteld.

De uitvinding gebruikt een algoritme om de exacte combinatie van afstandshouders, opvulstukken, dikke platen, dunne platen en af-stemgewichten te berekenen teneinde het systeem te balanceren. Het ge-30 middelde gewicht en de gemiddelde dikte van elk van de typen afstandshouders, opvulstukken, platen en af stemgewichten zijn in het algoritme verschaft, zodat de gebruiker niet met het verschaffen van dergelijke informatie is belast. Ook worden spanningsmetersensoren gebruikt, welke sensoren een relatief groot signaal verschaffen en zichzelf van 35 energie voorzien.

Een stroomdiagram, dat op schematische wijze een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze van de uitvinding toont, is weergegeven in fig. 7 en is in het algemeen door middel van het verwijzingscijfer 200 aangeduid.

102667*- I - 14 - I Hoewel de uitvinding in samenhang met één of meer uitvoerings- I vormen is beschreven, zal het duidelijk zijn, dat de beschreven speci- I fieke mechanismen, processen en procedures, louter illustratief zijn I voor de principes van de uitvinding, en dat talrijke modificaties aan I 5 de beschreven werkwijze en apparatuur kunnen worden aangebracht zonder I buiten de gedachte en het kader, zoals gedefinieerd door de bijgevoeg- de conclusies, te treden.

I 1026671 -

Claims

1. Systeem voor het balanceren van een CT-portaalmechanisme, dat een stationair basiselement en een roterend basiselement heeft, waarbij het roterende basiselement (20) een daarop gepositioneerde röntgenbuis (24) en detectorplaat (26) heeft, gekenmerkt door 5 een eerste gewichtsstapelingsmechanisme (50), dat een eerste bekend aantal gewichtselementen en afstandshouders heeft, een tweede gewichtsstapelingsmechanisme (52), dat een tweede bekend aantal gewichtselementen en afstandshouders heeft, waarbij de eerste en tweede stapelingsmechanismen in vooraf geselecteerde posi-10 ties op het roterende basiselement zijn gepositioneerd, en een paar spanningsmetersensoren (54), (56), die op het stationaire basiselement aangrenzend aan het roterende basiselement zijn gepositioneerd.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarin de afstandshouders in-15 dividuele afstandshouderelementen (50C), (52C) en individuele opvul- stukelementen (50D), (52D) omvatten.

3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, waarin de gewichtselementen een eerste reeks van individuele gewichtselementen (50) met een eerste massa en een tweede reeks van individuele gewichtselementen 20 (52) met een van de eerste massa verschillende tweede massa omvatten.

4. Systeem volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de vooraf geselecteerde posities onder een hoek van ongeveer 90° ten opzichte van elkaar gescheiden zijn.

5. Systeem volgens elk van de conclusies 1-3, waarin de vooraf 25 geselecteerde posities gelegen zijn in ongeveer de 107° en 180° posities op het roterende basiselement.

6. Werkwijze voor het balanceren van een CT-portaalmechanisme met een stationair basiselement (22), een roterend basiselement (20) en een Z-as, en met een röntgenbuis (24) en een detectorplaat (26), 30 die op het roterende basiselement zijn gepositioneerd, waarbij de werkwijze de stappen omvat van: het verschaffen van een eerste aantal individuele gewichtselementen (50) en afstandshouders op een eerste vooraf geselecteerde positie op het roterende basiselement; 35 het verschaffen van een tweede aantal individuele gewichtsele menten (52) en afstandshouders op een tweede vooraf geselecteerde positie op het roterende basiselement; 1026671- I - 16 - I I I het positioneren van proefgewichten op het roterende basisele- I I ment; I het uitvoeren van een eerste nullijnrun, het meten van de onba- lans van het systeem en het berekenen van de onbalanssterkten en I 5 -fasehoeken; I het uitvoeren van twee extra proefruns met op voorgeschreven I posities op het roterende basiselement gepositioneerde proefgewichten; I het berekenen van de massa en de locatie op de Z-as van de I massa, die noodzakelijk is om het mechanisme statisch en dynamisch te 10 balanceren; en I het positioneren van het eerste en tweede aantal gewichtsele- menten en afstandshouders om te voldoen aan de berekeningen.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin de vooraf geselec- I teerde posities van het eerste en tweede aantal gewichtselementen en I 15 afstandshouderelementen de 107° en 180° posities op het roterende ba- I siselement zijn.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, verder omvattende de I stap van het aanpassen van de positionering van het eerste en tweede I aantal gewichtselementen en afstandshouders om de balanceerwerking te I 20 voltooien.

9. Werkwijze volgens elk van de conclusies 6-8, verder omvat- I tende de stap van het uitvoeren van een test om de prestaties van de I balanceerwerking te controleren.

10. Werkwijze volgens elk van de conclusies 6-9, waarin het me- I 25 ten van de onbalans van het systeem wordt uitgevoerd door middel van I ten minste een paar spaimingsmeterelementen (54), (56). I 1 02 667 V-,