DE102005022825A1

DE102005022825A1 - Datenübertragungssystem für Computertomographen

Info

Publication number: DE102005022825A1
Application number: DE200510022825
Authority: DE
Inventors: Nils Krumme
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Daten zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil eines Computertomographen zeichnet sich dadurch aus, dass die Resonanzfrequenz des rotierenden Teiles und/oder der Leiterstruktur (12) sowie die spektrale Verteilung der Daten des wenigstens einen Senders aneinander angepasst sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur Übertragung von Daten zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil eines Computertomographen mittels gerichteter Funkübertragung.

Aus der US 6,433,631 ist eine Vorrichtung zur Datenübertragung in Computertomographen bekannt. Eine Streifenleitung im rotierenden Teil wird mit dem Sendersignal beaufschlagt. Am stationären Teil ist ein Abgriff vorgesehen, welcher in einem geringen Abstand in einer Größenordnung von ca. 1 mm von der Streifenleitung geführt wird.

Bei derartigen Übertragungssystemen kann es vorkommen, dass die ganze Anordnung unerwünscht hohe Störpegel in die Umgebung abstrahlt. Um eine solche Abstrahlung zumindest breitbandig zu machen, so das die gängigen EMV-Normen eingehalten werden, ist in der WO 03/028325 A2 vorgeschlagen, den zu übertragenden Datenstrom mit Zufallszahlen zu kodieren. Hierzu sind allerdings die zu übertragenden Daten zu modifizieren.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Datenübertragungssystem vorzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik eine reduzierte Abstrahlung hochfrequenter Signale aufweist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Daten zwischen dem rotierenden Teil (1) und dem stationären Teil (2) eines Computertomographen umfasst auf dem rotierenden Teil (1) wenigstens eine Datenquelle (103) und auf dem stationären Teil (2) wenigstens eine Datensenke (106) zur Auswertung der Daten. Weiterhin ist im rotierenden Teil (1) wenigstens ein erster Sender (10) sowie eine von dieser gespeiste Leiterstruktur (12) vorgesehen. Die Speisung der Leiterstruktur erfolgt üblicherweise in deren Mitte. Durch die Speisestelle ist die Leiterstruktur in zwei gleich lange Teile geteilt, die von der Speisestelle aus gesehen in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Im stationären Teil (2) ist wenigstens ein Empfänger (15) sowie ein diesen speisender Empfangskoppler (14) vorgesehen. Der Empfangskoppler greift Signale von der Leiterstruktur ab.

In Untersuchungen wurde festgestellt, dass im Betrieb der Anordnung Resonanzen auftreten können, welche insbesondere durch die Geometrie der Anordnung und hier besonders durch die Geometrie der Leiterstruktur bestimmt sind. Diese sind auch in MEINKE, GUNDLACH, „Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Springer Verlag, 1956, Kapitel H24, „Rahmen- und Ringantennen" offenbart. Entsprechend kann die Leiterstruktur als parasitäre Antenne betrachtet werden.

Erfindungsgemäß werden die Geometrie der Anordnung und insbesondere die Geometrie der Leiterstruktur sowie die zu übertragenden Signale aneinander angepasst.

Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, indem Signal des Senders eine möglichst gleichverteilte Zufallsfolge ist. Dies kann beispielsweise durch Faltung eines beliebigen Datenstroms mit einer Zufallssequenz realisiert werden. Es könnten auch in Übertragungspausen an Stelle der üblichen Ruhemuster Zufallszahlen übertragen werden.

Ein besonders vorteilhafte der Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Resonanzfrequenz des rotierenden Teils (1) und oder der Leiterstruktur (12) derart dimensioniert ist, dass diese in einem Frequenzbereich liegt, in dem die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist. Dieser minimale Wert kann auch ein beliebiger anderer vorgegebener Wert sein.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass Bereiche in der Nähe der Leiterstruktur (12) ein Dielektrikum aufweisen. Durch dieses Dielektrikum kann die Resonanzfrequenz der Leiterstruk tur selbst verändert werden. Das Dielektrikum 22 im Inneren der Leiterstruktur hat nur einen vernachlässigen Einfluss auf die Resonanzfrequenz der Leiterstruktur selbst, da bei einer Resonanz der gesamten Leiterstruktur die Potenziale der Leiter und der Schirmfläche gleich sind und somit das Dielektrikum im Inneren der Leiterstruktur feldfrei ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Länge der Leiterstruktur (12) derart dimensioniert ist, dass diese einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge einer Frequenz entspricht, in dem die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist. Gerade Resonanzen mit ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entsprechend der Länge der Leiterstruktur bilden sich bevorzugt in dieser linearen, entlang dem rotierenden Teil abgewickelten Struktur aus. Diese Dimensionierung ist besonders vorteilhaft bei freien oder kapazitiv miteinander gekoppelten Enden der Leiterstruktur. Ebenso ist auch eine induktive oder resistive Kopplung möglich. Hierbei ist es auch ausreichend, die Enden der Schirmflächen miteinander zu verbinden. Es können Schirm und Leiterbahnen miteinander verbunden werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Länge der Leiterstruktur (12) derart dimensioniert ist, dass diese einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge einer Frequenz entspricht, in dem die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist. Diese Dimensionierung ist besonders vorteilhaft bei kurzgeschlossenen, d.h. miteinander verbundenen Enden der Leiterstruktur.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn seitlich und/oder unterhalb der Leiterstruktur (12) ein verlustbehaftetes dielektrisches und/oder ferromagnetisches Material vorgesehen ist. Durch derartige verlustbehaftet der Materialien kann eine zusätzliche Dämpfung erzielt werden. Hierdurch wird die Abstrahlung hochfrequenter Signale weiter verringert.

Besonders günstig ist es, wenn die Enden der Leiterstruktur verlustbehaftet, insbesondere durch einen Ohmschen Widerstand miteinander verbunden sind. Dadurch können Resonanzen mit bestimmten Resonanzfrequenzen, beispielsweise mit Vielfachen einer halben Wellenlänge entsprechend der Länge der Leiterstruktur unterdrückt werden.

Eine weitere Erfindung besteht in einer Faltung des Sendesignals des Senders mit einer Bitfolge, die derart ausgewählt ist, dass deren Spektrum einem vorgegebenen Übertragungsspektrum entspricht. Diese Bitfolge könnte somit beispielsweise durch eine inverse Spektraltransformation, wie der inversen Fouriertransformation aus dem vorgegebenen Übertragungsspektrum gewonnen werden. In der Praxis ist die spektrale Verteilung des Sendesignals meist nicht genau bekannt. Unter der Annahme, dass zumindest im Mittel eine gleichverteilte Folge des Sendesignals vorliegt, kann auf diese Weise eine Annäherung an ein vorgegebenes Spektrum erreicht werden.

Ein erfindungsgemäßer Computertomograph weist eine Vorrichtung entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche auf.

Die Übertragungsrichtung entsprechend dem Anspruch 1 wurde vom Rotor zum Stator gewählt, da dies dem häufigsten Einsatzfall entspricht. Allerdings ist ebenso eine Übertragung in entgegengesetzter Richtung oder aber auch bidirektional möglich.

Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 zeigt in allgemeiner Form schematisch einen Computertomographen.
2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Detail.
3 zeigt eine typische Leiteranordnung im Schnitt.
1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Computertomograph (CT-Scanner) besteht aus zwei mechanischen Hauptbestandteilen. Ein stationäres Teil 2 dient als Basis und Träger des ganzen Gerätes, in denen sich das rotierende Teil 1 dreht. Der Patient 104 wird auf einer Liege 107 in der Öffnung des rotierenden Teils positioniert. Zur Abtastung des Patienten mittels Röntgenstrahlen 102 ist eine Röntgenröhre 101 sowie ein dieser gegenüberliegend angeordneter Detektor 103 vorgesehen. Röntgenröhre 101 und Detektor 103 sind auf dem rotierenden Teil 1 drehbar angeordnet. Ein Drehübertrager 3 dient zur elektrischen Verbindung zwischen dem rotierenden Teil 1 und dem stationären Teil 2. Hierbei werden einerseits die hohe elektrische Leistung zur Speisung der Röntgenröhre 101 in Richtung des rotierenden Teils 1 und gleichzeitig die Rohdaten des Bildes in der entgegengesetzten Richtung übertragen. Parallel hierzu ist eine Kommunikation von Steuerinformationen in beiden Richtungen vorgesehen. Eine Auswerte- und Steuereinheit 106 dient zur Bedienung des Computertomographen sowie zur Anzeige der erzeugten Bilder. Die Kommunikation mit dem Computertomographen erfolgt über eine bidirektionale Verbindung 105.
2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Detail. Ein Sender 10, beispielsweise der Röntgendetektor eines Computertomographen auf dessen drehender Gantry dient zur Aussendung von hochfrequenten Signalen in einen ersten Leitungskoppler 11 und von diesem in eine zweigeteilte Leiterstruktur 12a, 12b. Dieser erste Leitungskoppler kann im einfachsten Fall eine galvanische Verbindung oder aber auch eine Kapazität, ein Filter, ein Richtkoppler etc. sein. An den Enden sind die Zweige der zweigeteilten Leiterstruktur mittels der Terminierungen 13a, 13b weitgehend reflexionsfrei abgeschlossen. Relativ beweglich hierzu bzw. auf dem feststehenden Teil der Gantry angeordnet ist ein Empfänger 15, welcher die Signale, die von dem Empfangskoppler 14 abgegriffen werden, erhält. Der Empfangskoppler 14 koppelt das Feld in der Nähe der ersten Leiterstruktur auf der Senderseite berührungslos aus und kann beispielsweise in Streifenleitungstechnik als Leiterstruktur 16 aufgebaut sein. Im Falle einer Streifenleitung ist dieser Koppler vorzugsweise mittels einer Terminierung 18 reflexionsfrei abgeschlossen. Die Verbindung zum Empfänger 15 kann über einen Leitungs koppler 17 oder auch durch direkten galvanischen oder kapazitiven Kontakt erfolgen.
3 zeigt eine typische Leiteranordnung im Schnitt. Auf einem Dielektrikum 22 sind ein erster Leiter 19 und ein zweiter Leiter 20 angeordnet. Auf der Unterseite ist eine Schirmfläche 21 vorgesehen. Üblicherweise werden die beiden Leiter 19 und 20 mit differentiellen Signalen betrieben. Dadurch ergibt sich im Fernfeld eine geringe Abstrahlung. Die Leiteranordnung ist üblicherweise an ihren Enden reflexionsfrei abgeschlossen. Damit können auf den Leitern selbst normalerweise keine Resonanzen auftreten. Allerdings ist die gesamte Anordnung aus Leitern und Schirmfläche selbst resonanzfähig.

1: Rotierendes Teil
2: Stationäres Teil
3: Drehübertrager
10: Sender
11: Leitungskoppler
12: Leiterstruktur (Rotor)
13: Terminierung
14: Empfangskoppler
15: Empfänger
16: Dielektrischer Wellenleiter (Stator)
17: Leitungskoppler im Empfänger
18: Terminierung
19: erster Leiter
20: zweiter Leiter
21: Schirm
22: Dielektrikum
101: Röntgenröhre
102: Röntgenstrahlung
103: Detektor
104: Patient
105: bidirektionale Verbindung
106: Auswerte- und Steuereinheit
107: Patientenliege

Claims

Vorrichtung zur Übertragung von Daten zwischen dem rotierenden Teil (1) und dem stationären Teil (2) eines Computertomographen, wobei das rotierende Teil (1) wenigstens eine Datenquelle (103) aufweist und das stationäre Teil wenigstens eine Datensenke (106) zur Auswertung der Daten umfasst, und dass im rotierenden Teil (1) wenigstens ein erster Sender (10) sowie eine von dieser gespeiste Leiterstruktur (12) vorgesehen ist und weiterhin im stationären Teil (2) wenigstens ein Empfänger (15) sowie ein diesen speisender Empfangskoppler (14) zum Abgriff von Signalen von einer Leiterstruktur (12) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet dass, die Resonanzfrequenz des rotierenden Teiles und oder der Leiterstruktur (12) sowie die spektrale Verteilung der Daten des wenigstens einen Senders aneinander angepasst sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass, die Resonanzfrequenz des rotierenden Teils (1) und oder der Leiterstruktur (12) derart dimensioniert ist, dass diese in einem Frequenzbereich liegt, in dem die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, Bereiche in der Nähe der Leiterstruktur (12) ein Dielektrikum aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Länge der Leiterstruktur (12) derart dimensioniert ist, dass diese ungefähr einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge einer vorgegebenen Frequenz entspricht, in der vorzugsweise die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, die Länge der Leiterstruktur (12) bei miteinander kurzgeschlossenen Leiterenden derart dimensioniert ist, dass diese ungefähr einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge einer vorgegebenen Frequenz entspricht, in der vorzugsweise die von einem Sender (10) abgegebene hochfrequente Energie einen minimalen Wert aufweist.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet dass, seitlich und/oder unterhalb der Leiterstruktur (12) ein verlustbehaftetes dielektrisches und/oder ferromagnetisches Material vorgesehen ist.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet dass, die Enden der Leiterstruktur verlustbehaftet, insbesondere durch einen Ohmschen Widerstand miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet dass, das Sendesignals des Senders mit einer Bitfolge gefaltet wird, die derart ausgewählt ist, dass deren Spektrum einem vorgegebenen Übertragungsspektrum entspricht.
Computertomograph umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.