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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Datenübertragung
zwischen zwei relativ zueinander bewegten Komponenten, insbesondere
zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines Computer-Tomographen, bei
denen die erste Komponente mehrere entlang einer Bewegungsrichtung
angeordnete Sendesegmente und die zweite Komponente mehrere entlang
der Bewegungsrichtung angeordnete Empfangseinheiten aufweist, deren
Abstand kleiner oder gleich einem Mittenabstand der Sendesegmente
ist, wobei die Daten zur parallelen Übertragung auf mehrere Sendesegmente
aufgeteilt werden und jede Empfangseinheit nur Daten von dem Sendesegment empfängt, in
dessen unmittelbarer Nähe
sie sich gerade befindet.
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In
der bildgebenden Medizintechnik, einem Hauptanwendungsgebiet der
vorliegenden Erfindung, kommen häufig
Computer-Tomographen
zum Einsatz, in denen eine sehr große Anzahl von Messdaten in
kurzer Zeit erfasst, an eine Bildrekonstruktionseinheit übermittelt
und zur Rekonstruktion der gewünschten
Bilder weiterverarbeitet wird. Das hierfür erforderliche Datenübertragungssystem
muss einerseits aufgrund der großen Anzahl von pro Zeiteinheit anfallenden
Messdaten eine Hochgeschwindigkeitsübertragung ermöglichen
und andererseits eine möglichst
störungsfreie Übertragung
zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Teil des Computer-Tomographen
gewährleisten.
Für die
Datenübertragung
zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Teil sind vor allem
die Techniken der kapazitiven Kopplung sowie der optischen Kopplung
bekannt, die auch bei dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden
Vorrichtung zum Einsatz kommen können.
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So
beschreibt beispielsweise die
US 5,140,696 A eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen
zwei relativ zueinander bewegten Komponenten, insbesondere in einem
Computer-Tomographen, bei der als Sender eine kreisförmige Strip-Leitung
am Umfang des rotierenden Teils der Gantry und als Empfangsantenne
ein kurzer Abschnitt einer Strip-Leitung am stationären Teil
der Gantry in unmittelbarer Nähe
der Sendeleitung angeordnet sind. Bei dieser kapazitiven Kopplungstechnik
werden die Daten auf ein Trägersignal
auf moduliert und in die kreisförmige
Strip-Leitung eingekoppelt. Ein Teil der Signalenergie des in der
Strip-Leitung propagierenden elektromagnetischen Signals kann über dessen
evaneszente Welle, die im Zwischenraum zwischen den beiden gegeneinander
rotierenden Teilen vorhanden ist, durch die Empfangsantenne am stationären Teil ausgekoppelt
werden. Nach einer Demodulation stehen dann die Daten am stationären Teil
zur Verfügung.
Mit zunehmender Datenrate moderner Computer-Tomographen, insbesondere
der Mehrzeilen-Computer-Tomographen, reicht die Übertragungskapazität eines
einzelnen Paares aus Strip-Leitung und Empfangsantenne jedoch nicht mehr
aus, so dass zumindest zwei derartige Paare nebeneinander angeordnet
werden müssen,
um die anfallenden Daten in Echtzeit übertragen zu können. Dies
erhöht
jedoch die Kosten des Übertragungssystems,
erfordert zusätzlichen
Bauraum am rotierenden Teil und erhöht dessen Gewicht.
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Zur
Erhöhung
der Übertragungskapazität wird in
der
US 6,327,327 B1 vorgeschlagen,
die kreisförmig
umlaufende Strip-Leitung in mehrere voneinander getrennte Segmente
zu unterteilen und auf der Seite des stationären Teils eine entsprechende
Anzahl von Empfangsantennen vorzusehen. Die zu übertragenden Daten können dann
auf die mehreren Sendesegmente aufgeteilt und parallel zwischen den
Sendesegmenten und den Empfangsantennen übertragen werden. Jedes Sendesegment
ist dabei mit einem eigenen Sender verbunden, der jeweils eine Teilmenge
der anfallenden Daten an die momentan gegenüberliegende Empfangsantenne überträgt. Durch
diese Bereitstellung mehrerer paralleler Übertragungskanäle wird
die Übertragungskapazität des Datenübertragungssystems
erhöht. Übertragungsprobleme
treten jedoch bei dieser Technik regelmäßig dann auf, wenn sich eine
Empfangsantenne gerade über
den Spalt zwischen zwei benachbarten Sendesegmenten bewegt. In diesem
Zeitraum empfängt
die Antenne Daten von beiden Sendesegmenten, da sie für eine ausreichende
Empfangsqualität
nicht beliebig kurz ausgeführt
werden kann. Bei einer Anordnung mit N Sendesegmenten tritt dieses Problem
N mal während
einer vollständigen
Umdrehung der Gantry auf. Der jeweilige Zeitraum einer derartigen
Unterbrechung hängt
in erster Linie von der Länge
der Empfangsantenne sowie der Rotationsgeschwindigkeit der Gantry
ab. Für
geringe Datenraten von beispielsweise 60 Mbps betragen die Bitlänge in der
Mikrostrip-Leitung
333 cm und die erforderliche Länge
der Empfangsantenne 25 cm, um eine ausreichende Übertragungsqualität zu erreichen.
Die große
Länge der
Empfangsantenne liegt in der sinkenden Kopplungskapazität für die niederfrequenten Übertragungskomponenten
begründet.
Bei höheren
Datenraten kann die Antenne kürzer
ausgeführt
werden. Bei einer Datenrate von beispielsweise 2500 Mbps betragen
die Bitlänge
in der Mikrostrip-Leitung 8 cm und die erforderliche Länge der Empfangsantenne
4,3 cm, so dass kürzere
Unterbrechungszeiträume
resultieren. Gleichzeitig erhöht
sich bei höherer
Datenrate jedoch auch die Datenmenge, die in den Unterbrechungszeiträumen verloren
geht.
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Zur
Lösung
dieser Problematik wird in der
US 6,327,327 B1 vorgeschlagen, zwei parallele
Anordnungen aus ringförmiger,
segmentierter Strip-Leitung und Empfangsantennen einzusetzen, deren Sendesegmente
in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Der Datenempfang
wird dann jeweils zwischen den beiden Anordnungen umgeschaltet, wenn
sich bei einer Anordnung die Empfangsantennen gerade jeweils zwischen
zwei Sendesegmenten befinden. Die Anordnung von zwei parallelen
Anordnungen erhöht
jedoch wiederum die Kosten, erfordert zusätzlichen Bauraum am rotierenden
Teil und erhöht
dessen Gewicht.
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Weiterhin
ist bei dieser Druckschrift zur Rekonstruktion der über die
Empfangsantennen empfangenen Daten sowie zum Umschalten zwischen den
Anordnungen ein Winkelgeber erforder lich, aus dessen Signalen die
momentane Relativposition der Sendesegmente zu den Empfangsantennen
abgeleitet werden kann. Diese Information wird u.a. in der Empfangseinrichtung
benötigt,
um die durch die unterschiedlichen Empfangsantennen empfangenen Abschnitte
des seriellen Bitstroms wieder in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen
zu können.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Datenübertragung
zwischen zwei relativ zueinander bewegten Komponenten, insbesondere
zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines Computer-Tomographen,
anzugeben, die keine Kenntnis der momentanen Relativposition der
Sendesegmente zu den Empfangseinheiten für die Datenübertragung erfordern.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und
13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche
oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
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Bei
dem vorliegenden Verfahren zur Datenübertragung zwischen zwei relativ
zueinander bewegten Komponenten weisen die erste der beiden Komponenten
mehrere entlang einer Bewegungsrichtung angeordnete, voneinander
getrennte Sendesegmente und die zweite der beiden Komponenten mehrere entlang
der Bewegungsrichtung angeordnete Empfangseinheiten auf, beispielsweise
Empfangsantennen im Falle einer kapazitiven Kopplung. Der Abstand
der Empfangseinheiten ist kleiner oder gleich einem Mittenabstand
der Sendesegmente, wobei jede der Empfangseinheiten nur Daten von
dem Sendesegment empfängt,
in dessen unmittelbarer Nähe es
sich gerade befindet. Die Daten werden beim vorliegenden Verfahren
in bekannter Weise zur parallelen Übertragung auf mehrere Sendesegmente
aufgeteilt. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus,
dass die Daten in kleinen Datenpaketen übertragen werden, die neben
einem Datenanteil, dem so genannten Payload, zumindest eine Paket-ID (ID:
Identifikationszeichenfolge) umfassen, anhand der die Datenanteile
der Datenpakete in einer mit den Empfangseinheiten verbundenen Empfangseinrichtung
in der korrekten Reihenfolge zusammengesetzt werden. Vorzugsweise
umfassen die Datenpakte auch einen Fehlerüberprüfungscode, bspw. eine CRC-Summe (CRC: cyclic
redundancy check).
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Durch
die vorliegende Übertragungstechnik in
kleinen Datenpaketen mit der Paket-ID, im einfachsten Fall einer
fortlaufenden Nummer, kann beim Einsatz des Datenübertragungssystems
in einen Computer-Tomographen auf einen Winkelgeber verzichtet werden.
Die Empfangseinrichtung mit den Empfängern, die mit den einzelnen
Empfangseinheiten verbunden sind, kann alleine auf Basis der bei
einer Übertragung
eindeutigen Paket-ID die mit den Datenpaketen übertragenen Daten in der richtigen Reihenfolge
zusammensetzen. Bei Nutzung eines Fehlerüberprüfungscodes können zudem
fehlerhafte Datenpakete in der Empfangseinrichtung erkannt werden,
die in der Regel von Empfangseinheiten stammen, die sich während des
Empfangs gerade über
dem Spalt zwischen zwei Sendesegmenten befanden.
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Beim
vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung werden die
Daten somit in der Sendeeinrichtung, die einen Daten-Multiplexer,
einen Datenpaket-Generator sowie mehrere Sender umfasst, zu kleinen
Datenpaketen zusammengefasst, die durch eine eindeutige Paketnummer
(Paket-ID) identifizierbar sind. Diese Datenpakete werden über die
mit den Sendern verbundenen Sendesegmente und die Empfangseinheiten
mit den zugehörigen Empfängern einem
Demultiplexer in der Empfangseinrichtung zugeführt. Der Demultiplexer nutzt
die Paket-ID, um den Ursprung jedes Datenpaketes zu erkennen und
die Datenpakete, die von unterschiedlichen Empfängern erhalten werden, bzw.
deren Dateninhalt in der korrekten Reihenfolge anzuordnen. Auf diese
Weise ist keine weitere Information über eine relative Position
zwischen den sich bewegenden Komponenten erforderlich.
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Durch
den in einer bevorzugten Ausgestaltung gleichzeitig in jedem Datenpaket übermittelten Fehlerüberprüfungscode,
bei spielsweise einen CRC-Code, können Übertragungsfehler
erkannt werden. Der Datenpaket-Generator berechnet den Fehlerüberprüfungscode
auf Basis des Datenanteils (payload) des jeweiligen Datenpakets
und eines bestimmten Erzeugungspolynoms oder Algorithmus und hängt ihn
an jedes Datenpaket an. In der Empfangseinrichtung wird der Fehlerüberprüfungscode auf
Basis des gleichen Verfahrens berechnet und mit dem in dem Datenpaket
enthaltenen Fehlerüberprüfungscode
verglichen. Auf diese Weise lassen sich die fehlerhaften Datenpakete
erkennen, die beispielsweise in den eingangs beschriebenen Unterbrechungszeiträumen auftreten
können,
in denen sich eine Empfangseinheit gerade zwischen zwei Sendesegmenten
befindet.
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Die
in der Beschreibungseinleitung angesprochene Problematik der Unterbrechungszeiträume kann
beim vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung mit unterschiedlichen
Techniken umgangen werden, wie sie im Folgenden in den bevorzugten
Ausführungen
beschrieben werden.
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Bei
einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der zugehörigen Vorrichtung
wird eine redundante Anzahl an Empfangseinheiten eingesetzt. Die
Anzahl der Empfangseinheiten wird dabei höher als die Anzahl der Sendesegmente
gewählt,
so dass der Abstand der Empfangseinheiten kleiner als der Mittenabstand
der Sendesegmente ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich
zu jedem Zeitpunkt, zu dem sich eine Empfangseinheit gerade zwischen zwei
Sendesegmenten befindet, jeweils eine weitere Empfangseinheit direkt über den
beiden Sendesegmenten bewegt und somit die Daten von den beiden Sendesegmenten über diese
beiden weiteren Empfangseinheiten fehlerfrei erhalten werden. Auf
der Seite der Empfangseinrichtung kann dann das fehlerhafte Datenpaket
aufgrund des Fehlerüberprüfungscodes
erkannt und verworfen werden, wobei aufgrund der fehlerfreien Datenpakete
von den beiden weiteren Empfangseinheiten keinerlei Unterbrechung
der Datenübertragung
auftritt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens
und der zugehörigen Vorrichtung
wird die Prob lematik der Unterbrechungszeiträume auf andere Art und Weise
gelöst. Eine
redundante Anzahl von Empfangseinheiten und Empfängern ist dabei nicht erforderlich.
Bei dieser Ausgestaltung wird ein elastischer Pufferspeicher eingesetzt,
der zumindest die Menge an Datenpakten oder Daten für einen
Zeitraum zwischenspeichert, die in einem Unterbrechungszeitraum
gesendet worden bzw. bei der Übertragung
verloren gegangen sein könnte.
Dieser Zwischenspeicher ist vorzugsweise so dimensioniert, dass
er genug Reserven aufweist, um während
der auf einen Unterbrechungszeitraum folgenden Übertragungszeitraum sowohl
die zwischengespeicherten Datenpakete bzw. Daten als auch die neu
erhaltenen Daten für
die Übertragung
aufnehmen zu können.
Die Größe des Pufferspeichers
wird dabei im Falle der Datenübertragung
in einem Computer-Tomographen in Abhängigkeit von der kleinsten
Rotationsgeschwindigkeit und der Spaltbreite zwischen den Sendesegmenten so
gewählt,
dass insgesamt kein Datenverlust auftritt. Für eine fehlerfreie Datenübertragung
wird in dieser Ausgestaltung von der Empfangseinrichtung dann ein
auf das empfangende Datenpaket bezogenes Empfangssignal (Acknowledgement-Signal)
an die Sendeeinrichtung gesendet, wenn das Datenpaket fehlerfrei
empfangen wurde. Die fehlerfreie Übertragung kann anhand des
Fehlerüberprüfungscodes festgestellt
werden. Bei Feststellung eines Fehlers wird kein Empfangssignal
gesendet, so dass die Sendeeinrichtung bei Ausbleiben des Empfangssignals die Übertragung
dieses Datenpaketes erneut vornimmt, bis ein entsprechendes Signal
erhalten wird. Die erneute Übertragung
des Datenpakets wird durch den Pufferspeicher ermöglicht.
In gleicher Weise ist es selbstverständlich auch möglich, ein
explizites Fehlersignal zu senden, falls ein fehlerhaftes Datenpaket
erkannt wird. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein einzelnes Empfangssignal
für eine
Gruppe von Datenpaketen zu senden, die innerhalb eines vorgegebenen Übertragungszeitraums über einen einzelnen
oder über
mehrere oder über
alle parallele Kanäle
empfangen wurden. So kann beispielsweise in einem Fall, in dem alle
Empfangseinheiten und Spalten synchronsiert sind, so dass die Unterbrechungszeiträume für alle Kanäle gleichzeitig
auftreten, ein einzelnes Empfangssignal als Gating-Signal genutzt
werden, das die wiederholte Neuübertragung erzwingt
bis der Unterbrechungszeitraum endet. Ein Fehlen eines Datenpaketes
kann auch anhand der Paket-IDs der empfangenen Datenpakete erkannt werden.
Die Datenanteile eines fehlenden Datenpaketes oder eines fehlerhaften
Datenpaketes, können u.U.
auch durch geeignete Techniken aus den benachbarten Datenpaketen
interpoliert werden, so dass dann keine erneute Übertragung erfolgen muss.
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Die
soeben beschriebene Technik erfordert die Verfügbarkeit zumindest eines 1Bit-Rückkanals zwischen
der Empfangseinrichtung und der Sendeeinrichtung. Ein derartiger
Rückkanal
ist bei Computer-Tomographen, die eine kapazitive Kopplung zur Datenübertragung
nutzen, bereits vorhanden. Die oben beschriebene Neuübertragung
von Datenpaketen auf Basis der Rückverbindung
lässt sich
selbstverständlich
bei jeder Ursache von Fehlern in Datenpaketen oder von fehlenden
Datenpaketen einsetzen, so dass jede Art von Übertragungsfehler während der
gesamten Datenübertragung
korrigiert werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens und der
zugehörigen
Vorrichtung, die auch mit den vorangehend oder nachfolgend erläuterten
Ausgestaltungen kombiniert werden kann, wird mit jedem Datenpaket
zusätzlich
ein Fehlerkorrektur-Code, insbesondere ein FEC-Code (FEC: forward
error correction) übermittelt.
Auf Basis dieser Zusatzinformation in jedem Datenpaket können einzelne
Fehler im Datenpaket durch die Empfangseinrichtung selbständig korrigiert
werden. Auch dies reduziert die effektiven Unterbrechungszeiträume.
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In
einer Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung,
die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombiniert werden kann,
beziehen alle Sender der Sendeeinrichtung ihren Takt aus einer gemeinsamen
Referenz-Takt-Quelle,
mit der sie verbunden sind. Dies erleichtert die Wiedergewinnung
des Bit-Taktes im seriellen Bitstrom durch die Empfänger. Vorzugsweise wird
in den Datenpaketen zusätzlich
eine Kontrollbit-Sequenz, ein so genanntes Sync-Symbol oder Komma, übermittelt,
auf dessen Basis die Byte-Synchronisation in den Empfängern erfolgt.
Die Empfänger
müssen
hierbei die korrekte Byte-Grenze im wiedergewonnenen seriellen Bitstrom
identifizieren. Durch die gemeinsame Referenz-Takt-Quelle der Sender
und die Übermittlung
des Sync- bzw. Komma-Symbols in den Datenpaketen können die
Empfänger
schneller auf die mit der Bewegung wechselnden Sender synchronisieren.
Dies reduziert wiederum den Unterbrechungszeitraum beim Wechsel
zwischen unterschiedlichen Sendesegmenten. Weiterhin wird vorzugsweise
das Sendesignal mittig in die jeweiligen Sendesegmente eingekoppelt,
so dass es in entgegengesetzte Richtungen zu beiden Enden des jeweiligen
Sendesegmentes mit gleicher Geschwindigkeit propagiert. Wenn die
Länge aller
Sendesegmente und Verbindungskabel zu diesen Segmenten für alle Sender
gleich gewählt
wird, dann ist die Phase des Bit-Taktes an den aneinander grenzenden
Enden benachbarter Sendesegmente annähernd gleich. Dies resultiert
in einer schnelleren Phasen-Resynchronisation
im PLL des Empfängers, wenn
dieser den Spalt zwischen den Sendesegmenten passiert, und reduziert
damit zusätzlich
die Resynchronisationszeit nach einem Wechsel zwischen zwei Sendesegmenten.
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Das
vorliegende Verfahren ist selbstverständlich nicht auf eine kapazitive
Kopplung zwischen den Sendesegmenten und Empfangseinheiten, die
in diesem Fall als Empfangsantennen oder kurze Mikrostripleitungen
ausgebildet sind, begrenzt. So lässt
sich beispielsweise auch eine optische Kopplungstechnik einsetzen,
bei der die Sendesegmente aus einer Streifenleitung aus einer dielektrischen
Schicht mit elektrooptischen Eigenschaften zwischen zwei Streifen
aus einem elektrisch leitenden Material zusammengesetzt sind. Die
Empfangseinheit umfasst in diesem Fall zumindest eine Lichtquelle
und einen optoelektronischen Detektor. Während der Bewegung der Empfangseinheit
entlang eines Sendesegmentes werden ein Lichtstrahl der Lichtquelle
auf die dielektrische Schicht der Steifenleitung gerichtet und mit
dem optoelektronischen Detektor reflektierte oder transmittierte
oder gebeugte Strahlanteile erfasst. Aus dem detektierten zeitlichen Intensitäts verlauf
kann dann eine lokale zeitliche Änderung
optischer Eigenschaften der dielektrischen Schicht, die durch das
darin propagierende Sendesignals hervorgerufen wird, abgeleitet
und das Sendesignal rekonstruiert werden. Ein weiteres Beispiel
für eine
optische Kopplungstechnik findet sich in der
US 5,535,033 A .
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Auch
wenn das Hauptanwendungsgebiet des vorliegenden Verfahrens und der
zugehörigen Vorrichtung
die Datenübertragung
zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines Computer-Tomographen
betrifft, so lassen sich das Verfahren und die Vorrichtung jedoch
auch für
andere Anwendungen einsetzen, bei denen sich zwei Komponenten relativ
zueinander in geringem Abstand bewegen und die Datenübertragung
gleichzeitig über mehrere
durch entsprechende Sendesegmente und Empfangseinheiten gebildete Übertragungskanäle erfolgt.
Dies gilt auch für
geradlinige oder andere Bewegungen, bei denen sich zumindest während eines Abschnittes
der Bewegung die Sendesegmente über die
Empfangseinheiten bewegen oder umgekehrt.
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Das
vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen
Schutzbereichs nochmals näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 schematisch
einen Ausschnitt aus einer segmentierten, ringförmigen Strip-Leitung, die nahe
an einer Empfangsantenne vorbei bewegt wird,
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2 schematisch
ein Beispiel für
den Aufbau eines Datenpakets beim vorliegenden Verfahren,
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3 schematisch
ein Beispiel für
den Aufbau der vorliegenden Vorrichtung,
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4 schematisch
ein Beispiel für
einen Ausschnitt aus einer segmentierten, ringförmigen Strip-Leitung, die sich
an einer Empfangsantenne vorbei bewegt, und
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5 schematisch
ein weiteres Beispiel für die
Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
die Problematik bei der Datenübertragung
unter Einsatz von getrennten Sendesegmenten 8a, 8b veranschaulicht.
Die Figur zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer segmentierten, ringförmigen Strip-Leitung,
im Folgenden auch Slip-Ring genannt, von der zwei der Sendesegmente zu
erkennen sind, zwischen denen ein Spalt 4 vorliegt. Die über die
Sender 11a, 11b in die Sendesegmente 8a, 8b eingespeisten
Signale werden durch die Empfangsantenne 9 empfangen, an
der sich die Sendesegmente 8a, 8b in geringem
Abstand vorbeibewegen. Die zu übertragenden
Daten werden dabei auf die unterschiedlichen Sender 11a, 11b und
Sendesegmente 8a, 8b aufgeteilt, um zwei Übertragungskanäle zu bilden, über die
unterschiedliche Daten gleichzeitig übertragen werden können. Solange sich
die mit dem Empfänger 10 verbundene
Empfangsantenne 9 nur über
einem der Sendesegmente befindet, kann eine fehlerfreie Datenübertragung
erfolgen. In dem Zeitabschnitt, in dem sich die Empfangsantenne 9 jedoch über dem
Spalt 4 befindet, werden Daten von beiden Sendesegmenten
empfangen. Dies führt
aufgrund der Mischung zwischen den unterschiedlichen Daten zu einer
fehlerhaften Datenübertragung
in diesem Zeitraum, die gemäß einiger Ausgestaltungen
des vorliegenden Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung vermieden
werden soll.
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Beim
vorliegenden Verfahren erfolgt die Datenübertragung in kleinen Datenpaketen,
die zumindest einen Datenanteil sowie eine Paket-ID umfassen. 2 zeigt
ein Beispiel für
ein derartiges Datenpaket 14, wie es in einer vorteilhaften
Ausgestaltung des Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung ausgebildet
ist. Dieses Datenpaket 14 umfasst ein Sync-Symbol am Anfang
des Datenpakets, das beispielsweise mittels eines 8B/10B-Codes zwischen den
Sendern und Empfängern übertragen werden kann.
Diese serielle Kodierungstechnik stellt einen eingebetteten Takt
zur Verfügung
und ermöglicht
die Einbindung von speziellen Sync- und Kontrollsequenzen. Die Datenübertragung
erfolgt seriell, so dass die Bytes bzw. Wörter, die die zu übertragenden Daten,
insbesondere Messdaten, repräsentieren,
in einem seriellen Bitstrom übertragen
werden. Im jeweiligen Empfänger
steht eine Taktwiedergewinnungseinrichtung zur Verfügung, die
die Taktfrequenz auf Basis eines PLL aus dem übertragenen Bitstrom wiedergewinnt
und damit die übertragenen Daten
auslesen kann. Durch den ständigen
Wechsel des Datenempfangs zwischen den einzelnen Sendesegmenten
muss der Empfänger
in der Lage sein, die Phasen und Frequenzsynchronisation nach dem Umschalten
von einem Sendesegment zum anderen möglichst schnell wiederzugewinnen.
Das Gleiche gilt für
die Byte-Synchronisation, auf deren Basis der Empfänger die
korrekten Byte-Grenzen erkennen kann. Diese Byte-Synchronisation
erfolgt auf Basis des in dem Datenpaket eingebetteten Sync-Symbols.
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Jedes
Datenpaket trägt
beim vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung eine eindeutige
Paketnummer, die Paket-ID, anhand der die in der Empfangseinrichtung
empfangenen Datenpakete bzw. deren übertragene Daten in der richtigen Reihenfolge
wieder zusammengesetzt werden können.
Die Paket-ID muss
dabei für
jedes Datenpaket während
einer Übertragung
eindeutig sein. Diese Paket-ID wird in der Sendeeinrichtung im Paket-Generator
erzeugt.
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Nach
der Paket-ID folgt im Datenpaket im vorliegenden Beispiel der Daten-Payload,
d.h. die in diesem Paket übermittelten
Daten. Im Anschluss an diesen Daten-Payload ist ein Korrektor-Code,
ein FEC, eingebettet, anhand dessen eine begrenzte Anzahl von Übertragungsfehlern
korrigiert werden kann. Der FEC-Block wird von der Sendeeinrichtung
berechnet und an jedes Datenpaket angehängt. In der Empfangseinrichtung
kann dann nach einer bekannten Prozedur die Information in dem FEC-Block
genutzt werden, um einige Übertragungsfehler
zu korrigieren. Anschließend
kann durch eine Überprüfung des weiterhin
im Datenpaket enthaltenen CRC-Codes festgestellt werden, ob noch
weitere Fehler vorhanden sind. Durch den Einsatz des FEC-Blocks kann
die Unterbrechungsperiode zusätzlich
reduziert werden, da die Datenübertragung
bei einer kleineren Anzahl von Fehlern aufgrund der Korrekturmöglichkeit
noch immer funktioniert. Weiterhin kann der FEC-Block genutzt werden,
um auch während
der unterbrechungsfreien Übertragungsphasen
auftretende Fehler zu korrigieren.
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3 zeigt
ein Beispiel für
den schematischen Aufbau der vorliegenden Vorrichtung, wie er beispielsweise
in einem Computer-Tomographen eingesetzt werden kann. In diesem
Beispiel ist der Slip-Ring am rotierenden Teil des Computer-Tomographen
lediglich aus zwei Sendesegmenten 8 aufgebaut, die durch
einen Spalt 4 voneinander getrennt sind. Selbstverständlich lässt sich
die Anzahl der ringförmig
angeordneten Sendesegmente auch deutlich größer wählen. In dem Beispiel der 3 wird eine
redundante Anzahl von Empfangsantennen 9 gewählt, so
dass der Abstand der Empfangsantennen 9 kleiner als der
Mittenabstand der beiden Sendesegmente 8 ist. In der Regel
sind beim vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung
die Sendesegmente 8 von gleicher Länge und in gleichem Abstand.
Das Gleiche gilt für
die Empfangsantennen 9.
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Von
der Datenquelle 1, beispielsweise der Detektoreinheit eines
Computer-Tomographen, werden die Messdaten zur Sendeeinrichtung 2 übermittelt,
die zumindest einen Daten-Multiplexer und einen Paket-Generator
aufweist. Die Daten werden in dieser Sendeeinrichtung 2 an
zwei nicht dargestellte Sender übermittelt,
die die beiden Sendesegmente 8 mit den zu übertragenden
Datensignalen speisen. Jedes der beiden Sendesegmente 8 erhält dabei
einen anderen Anteil der Daten, wobei die Übertragung dieser Daten gleichzeitig
in den in 2 dargestellten Datenpaketen
erfolgt. Die in die Sendesegmente 8 eingespeisten Daten
werden von den Empfangsantennen 9, die sich in unmittelbarer
Nähe der
jeweiligen Sendesegmente 8 befinden, empfangen und an die
Empfänger 10 und
weiter in der Empfangseinrichtung 5 weitergeleitet. Die
Sendesegmente 8 rotieren hierbei mit dem rotierenden Teil
der Gantry, während die
Empfangsantennen 9 am stationären Teil befestigt sind. Die
Sendesegmente 8 bewegen sich somit an den Empfangsantennen 9 vorbei.
In der Empfangseinrichtung 5, die zumindest einen Daten-Demultiplexer
enthält,
werden die Datenpakete entsprechend ihrer Paket-ID in der richtigen
Reihenfolge zusammengesetzt und die Daten aus den Datenpaketen extrahiert.
Die Daten werden schließlich
in einem Datenspeicher 6 zur Weiterverarbeitung, insbesondere
für die
Bildrekonstruktion, abgespeichert.
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Im
vorliegenden Beispiel sind für
die beiden Sendesegmente 8 drei Empfangsantennen 9 mit
zugehörigen
Empfängern
vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass auch dann, wenn sich einer
der Empfänger über dem
Spalt 4 befindet, die beiden anderen Empfänger die
Daten aus den beiden Sendesegmenten 8 fehlerfrei empfangen
können.
In der Empfangseinrichtung 5 wird dann anhand des CRC-Codes
festgestellt, welches Datenpaket fehlerhaft ist, d.h. von dem gerade über dem
Spalt 4 befindlichen Empfänger stammt, so dass dieses
Datenpaket verworfen werden kann. Da sich jedoch die beiden restlichen Empfangsantennen 9 nicht über einem
Spalt, sondern jeweils direkt über
einem der beiden Sendesegmente 8 befinden, werden dennoch
sämtliche
Daten bzw. Datenpakete fehlerfrei und ohne Datenverlust empfangen.
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4 zeigt
im Ausschnitt schematisch zwei Sendesegmente 8a, 8b mit
einer zugeordneten Empfangsantenne 9 mit Empfänger 10,
die sich gerade über
dem Spalt 4 zwischen den beiden Sendesegmenten 8a, 8b befindet.
Die beiden Sendesegmente werden durch zwei getrennte Sender 11a, 11b betrieben,
die wiederum mit getrennten Serialisierungs-Einrichtungen 12a, 12b verbunden
sind. Beide Sendeeinrichtungen 11a, 12a bzw. 11b, 12b erhalten ihr
Taktsignal von einer gemeinsamen Referenz-Takt-Quelle 13. Weiterhin werden
die Sendesignale mittig in die jeweiligen Sendesegmente 8a, 8b eingespeist.
Dies führt
dazu, dass der Empfänger 10 beim Überstreichen
des Spaltes 4 mit der Empfangsantenne 9 eine kürzere Zeit
für die
Resynchronisierung benötigt,
da die Frequenz und die Phasenverschiebung zwischen den beiden aneinander
grenzenden Enden der Sendesegmente 8a, 8b nur
minimal ist. Die Frequenz und Phasensynchronisation kann dabei somit
sehr schnell erfolgen, so dass die Unterbrechungszeit insgesamt
geringer wird.
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5 zeigt
ein weiteres Beispiel für
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die ohne eine redundante Anzahl von Empfangsantennen 9 und
zugehörigen
Empfängern
auskommt. In diesem Beispiel ist zum einen ein elastischer Pufferspeicher 3 vorgesehen,
der die übertragenen
Daten für
einen ausreichenden Zeitraum zwischenspeichert. In der Empfangseinrichtung 5 werden
die von den Empfangsantennen 9 erhaltenen Datenpakete auf
Fehlerhaftigkeit überprüft. Werden
keine Fehler festgestellt, so wird über einen Rückkanal 7 ein Acknowledgement-Signal
an die Sendeeinrichtung 2 übermittelt. Im Falle eines
erkannten Fehlers oder eines nicht erhaltenen Datenpakets wird kein
Acknowledgement-Signal gesendet. In diesem Falle übermittelt
die Sendeeinrichtung 5 das entsprechende Datenpaket durch
Abruf aus dem Pufferspeicher 3 noch einmal. Dies wird wiederholt,
bis ein Acknowledgement-Signal erhalten wird. Bei mehreren aufeinander
folgenden fehlerhaften oder nicht erhaltenen Datenpaketen erfolgt
die erneute Übermittlung
selbstverständlich
in gleicher Weise.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung
für den
Einsatz in einem Computer-Tomographen wird sichergestellt, dass
die Datenübertragung
auch im so genannten Übersichts-
oder Topogramm-Modus funktioniert. Bei diesem Übersichts- oder Topogramm-Modus,
einem speziellen Scan-Modus in der Computer-Tomographie, wird eine
Aufnahme entweder in lateraler oder antero-posterior-Ansicht ohne
Rotation der Gantry erstellt. Für
diese Konstellation müssen
die Sendesegmente derart winkelverschoben zu den Empfangseinheiten
angeordnet sein, dass sich die Empfangseinheiten nicht über einem
Spalt befinden.