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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Datenübertragung zwischen
zwei unter Einhaltung eines geringen Abstandes relativ zueinander
bewegten Teilen mit einer Sendeeinrichtung, die zumindest eine mit
einem Sender verbundene Sendeantenne an einem der relativ zueinander
bewegten Teile umfasst, und einer Empfangseinrichtung, die zumindest
eine mit einem Empfänger
verbundene Empfangsantenne am anderen der relativ zueinander bewegten
Teile umfasst, wobei die Sendeantenne und/oder die Empfangsantenne
als Hochfrequenzleitung ausgebildet und so angeordnet sind, dass
während
zumindest eines Abschnitts der Relativbewegung über die Sendeantenne gesendete
Signale durch kapazitive oder induktive Kopplung von der Empfangsantenne
empfangen werden.
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Das
bevorzugte Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft
die Datenübertragung zwischen
dem rotierenden und dem stationären
Teil eines Computertomographen. Beim Betrieb des Computertomographen
müssen
die von den Röntgendetektoren
erfassten Daten vom rotierenden Teil an den stationären Teil
des Computertomographen übertragen
werden, um sie dort weiterzuverarbeiten. Mit der ständigen Weiterentwicklung
der Computertomographen steigt die pro Zeiteinheit zu übertragende Datenmenge
immer weiter an.
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Bei
vielen derzeit verfügbaren
Computertomographen wird ein so genanntes Schleifring-System zur
Datenübertragung
eingesetzt, wie es beispielsweise aus der
US 5140696 A oder der
US 5530422 A bekannt
ist. Dieses Datenübertragungssystem
umfasst eine Sendeeinrichtung am rotierenden Teil sowie eine Empfangseinrichtung
am stationären
Teil. Die Sendeeinrichtung weist zumindest eine mit einem Sender
verbundene Hochfrequenzleitung als Sendeantenne auf, die am Umfang
des rotierenden Teils des Drehrahmens angeordnet ist. Die Empfangseinrichtung
umfasst einen Empfänger
und zumindest eine mit dem Empfänger
verbundene Empfangsantenne, die durch einen kurzen Abschnitt einer
Hochfrequenzleitung gebildet ist. Beim Betrieb des Computertomographen
bewegt sich die Sendeantenne in geringem Abstand an der am stationären Teil
befestigten Empfangsantenne vorbei, so dass die auf der sendenden
Hochfrequenzleitung propagierenden Signale über die sich ausbildende evaneszente
Welle kapazitiv in die Empfangsantenne einkoppeln. Die Hochfrequenzleitungen
sind dabei in der Regel als Mikrostreifenleitungen in PCB-Technik (PCB:
Printed Circuit Board) ausgebildet und kostengünstig realisierbar.
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Die
ständig
zunehmende Datenrate bei Computertomographen, insbesondere bei Mehrzeilen-Computertomographen,
mit bereits mehreren Gigabit/s (Gbps) führt jedoch bei dieser Übertragungstechnik
in absehbarer Zukunft zu Problemen, da die zu übertragenden Signale bzw. Daten
abhängig
von der momentanen Stellung des Drehrahmens über eine größere Distanz in der sendenden
Hochfrequenzleitung geführt
werden müssen.
Bei zunehmender Datenrate treten bei der Datenübertragung aufgrund frequenzabhängiger Verluste,
insbesondere durch dielektrische Verluste und den Skin-Effekt, starke
Signal-Verzerrungen auf, die die übertragbare Datenrate begrenzen.
Da eine Verkürzung
der in der Sendeeinrichtung eingesetzten Hochfrequenzleitung bei
Computertomographen nicht möglich
ist, lässt sich
eine höhere
Datenrate nur bei Einsatz von speziellen verlustarmen dielektrischen
Materialien in der Hochfrequenzleitung erreichen. Derartige Materialien sind
jedoch teuer und nicht immer für
die gewünschten
Datenraten verfügbar.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
sowie ein Verfahren zur Datenübertragung
zwischen zwei unter Einhaltung eines geringen Abstandes relativ
zueinander bewegten Teilen anzugeben, insbesondere zwischen dem rotierenden
und dem stationären
Teil eines Computertomographen, die sich kostengünstig realisieren lassen und
eine höhere übertragbare
Datenrate als die oben beschriebenen Datenübertragungssysteme ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 13
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche
oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
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Die
vorliegende Vorrichtung umfasst in bekannter Weise eine Sendeeinrichtung,
die zumindest eine mit einem Sender verbundene Sendeantenne an einem
der relativ zueinander bewegten Teile umfasst, und eine Empfangseinrichtung,
die zumindest eine mit einem Empfänger verbundene Empfangsantenne
am anderen der relativ zueinander bewegten Teile umfasst. Die Sendeantenne
und/oder die Empfangsantenne sind als Hochfrequenzleitung ausgebildet
und so angeordnet, dass während
zumindest eines Abschnitts der Relativbewegung über die Sendeantenne gesendete
Signale durch kapazitive oder induktive Kopplung von der Empfangsantenne
empfangen werden. Vorzugsweise ist die Hochfrequenzleitung eine
Mikrostreifenleitung oder ein Wellenleiter. So kann beispielsweise
die Sendeantenne eine Streifenleitung darstellen, die sich über die
gesamte Distanz der Relativbewegung erstreckt, wobei die Empfangsantenne
dann lediglich durch ein kurzes Stück einer Streifenleitung gebildet
ist. Bei der vorliegenden Vorrichtung sind zwischen dem Sender und dem
Empfänger
ein oder mehrere Kompensationseinrichtungen angeordnet, die einer
durch Propagation der Signale auf der Hochfrequenzleitung hervorgerufenen
Signalverzerrung entgegenwirken. Die ein oder mehrere Kompensationseinrichtungen
bewirken somit eine frequenzabhängige
Anhebung oder Absenkung von Frequenzamplituden der übertragenen
Signale, die der Frequenzcharakteristik der durch die Signalpropagation
auf der Hochfrequenzleitung verursachten frequenzabhängigen Schwächung entgegenwirkt
und diese vorzugsweise zumindest annähernd kompensiert.
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Bei
Datenraten oberhalb von 1 Gbps wird die Signalverzerrung in erster
Linie durch dielektrische Verluste auf der Hochfrequenzleitung hervorgerufen, die
eine f–1 Charakteristik
aufweisen. Durch die Anordnung geeigneter Kompensationseinrichtungen zum
Ausgleich dieser f–1 Charakteristik können somit die
Signalverzerrungen am Empfänger,
wie sie beispielsweise mit bei der Übertragung von NRZ-Signalen
(NRZ: Non Return to Zero) auftreten, vermieden oder deutlich vermindert
werden. Die Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ermöglichen
damit die Übertragung
höherer
Datenraten zwischen zwei in geringem Abstand relativ zueinander
bewegten Teilen mit Datenübertragungssystemen,
die mit kapazitiver oder induktiver Kopplung arbeiten, wie beispielsweise
den in Computertomographen eingesetzten Schleifring-Systemen. Die
Vorrichtung erlaubt weiterhin den Einsatz kostengünstiger
Materialien für
die Hochfrequenzleitung, wie sie auch bisher bei Computertomographen
eingesetzt werden. Selbstverständlich
ist auch der Einsatz von besonders verlustarmen dielektrischen Materialien
möglich.
In diesem Fall führt
die vorliegende Erfindung zu einer nochmaligen Steigerung der Datenübertragungsrate
bei gegebener Übertragungsdistanz.
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Die
Kompensationseinrichtungen können durch
aktive oder passive Komponenten realisiert sein, wobei auch eine
Kombination aktiver und passiver Komponenten möglich ist. Die Kompensationseinrichtungen
können
dabei an beliebiger Stelle zwischen Sender und Empfänger eingesetzt
werden, d.h. beispielsweise im Sender, im Empfänger oder in der Hochfrequenzleitung.
Auch eine ausschließliche Anordnung
einer Kompensationseinrichtung im Sender oder im Empfänger ist
selbstverständlich
möglich.
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Grundsätzlich sind
geeignete Kompensationseinrichtungen aus dem Gebiet der Hochfrequenz-Datenübertragung
bekannt. Diese werden jedoch bisher bei festen Übertragungsdistanzen eingesetzt
und exakt an die Länge
des Übertragungsweges
angepasst. Bei der Datenübertragung
zwischen zwei relativ zueinander bewegten Teilen ändert sich jedoch
die Übertragungsdistanz
kon tinuierlich, so dass für
diese Anwendung der Einsatz derartiger Komponenten bisher nicht
in Erwägung
gezogen wurde.
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Der
Erfinder der vorliegenden Vorrichtung bzw. des zugehörigen Verfahrens
hat jedoch erkannt, dass auch bei einer derartigen Anwendung durch
geeignete Anpassung der Kompensationseinrichtungen einer Signalverzerrung
erfolgreich entgegengewirkt und somit die Datenübertragungsrate erhöht werden kann.
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Dies
kann in einer Ausgestaltung durch Anpassung der jeweiligen Kompensationseinrichtung für die optimale
Kompensation einer Übertragungsdistanz
erfolgen, die in einem mittleren Bereich zwischen einer minimalen
und einer maximalen Übertragungsdistanz
liegt, die durch die Relativbewegung vorgegebenen sind.
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In
einer anderen Ausgestaltung wird die Kompensation in Abhängigkeit
von der sich während der
Relativbewegung ändernden Übertragungsdistanz
ständig
angepasst, um auf diese Weise für
jede Übertragungsdistanz
während
der Relativbewegung eine optimale Kompensation der Signalverzerrungen zu
erreichen. Hierzu wird die relative Position zwischen den beiden
relativ zueinander bewegten Teilen während der Relativbewegung direkt
oder indirekt erfasst, falls diese nicht ohnehin aus einer Steuerung der
Relativbewegung bekannt ist, und den ein oder mehreren Kompensationseinrichtungen übermittelt. Diese
Kompensationseinrichtungen ändern
dann kontinuierlich oder stufenweise, vorzugsweise durch Rückgriff
auf eine hinterlegte Tabelle, die frequenzabhängige Schwächung und/oder Verstärkung der
Signale in Abhängigkeit
von der Relativposition bzw. der Übertragungsdistanz.
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In
einer weiteren Ausgestaltung erfolgt eine aktive Regelung zumindest
einer der Kompensationseinrichtungen, die bspw. im Sender oder im
Empfänger
angeordnet sein kann. Hierzu wird die Energieverteilung innerhalb
der Signale auf zumindest zwei Frequenzbereiche, einem höherfrequenten
und einem niederfrequenten Bereich, am Ausgang des Empfängers gemessen
und der Kompensationseinrichtung übermittelt. Die Kompensationseinrichtung regelt
dann die frequenzabhängige
Verstärkung und/oder
Schwächung
so, dass eine möglichst gleichmäßige Energieverteilung
innerhalb der Signale auf die zumindest zwei Frequenzbereiche am
Ausgang des Empfängers
erhalten wird.
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Die
Kompensationseinrichtungen können
bei der vorliegenden Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren sowohl als
passive Komponenten ausgebildet sein, die die niederfrequenten Signalanteile schwächen oder
zumindest stärker
schwächen
als die höherfrequenten
Signalanteile, oder als aktive Komponenten, die die höherfrequenten
Signalanteile verstärken
oder zumindest stärker
verstärken
als die niederfrequenten Signalanteile. Bei Einsatz aktiver Komponenten
besteht beispielsweise die Möglichkeit,
die entsprechende Kompensationseinrichtung im Sender vorzusehen,
um eine Vor-Kompensation der Signalverzerrungen vorzunehmen, oder
im Empfänger
vorzusehen, um eine Nach-Kompensation der Signalverzerrungen durchzuführen. Geeignete
Kompensationseinrichtungen können
bspw. als Equalizer von der Fa. Maxim Integrated Products, Inc.,
erhalten werden.
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Die
vorliegende Vorrichtung zur Datenübertragung ist vorzugsweise
in einem Computertomographen angeordnet, in dem hohe Datenraten
zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil übertragen werden müssen. Hierbei
ist die Sendeantenne vorzugsweise als Mikrostreifenleitung ausgebildet,
die sich um den Umfang des rotierenden Teils des Drehrahmens erstreckt.
Die Empfangsantenne am stationären
Teil ist vorzugsweise ein kurzer Streifenleiterabschnitt, der während der
gesamten Rotation einen geringen Abstand zur Streifenleitung am
rotierenden Teil des Drehrahmens aufweist. Selbstverständlich kann
die Ausgestaltung der Sende- und Empfangsantennen auch von der bevorzugten
Ausgestaltung abweichen, wobei jede aus dem Stand der Technik in
diesem Zusammenhang bekannte Ausbildung zur kapazitiven oder induktiven
Kopplung grundsätzlich
möglich
ist.
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Die
vorliegende Vorrichtung sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen
Schutzbereichs nochmals erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Computertomographen mit dem zugehörigen Datenübertragungssystem;
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2 ein
Beispiel für
eine Vorrichtung zur Datenübertragung
in einem Computertomographen gemäß dem Stand
der Technik in schematischer Darstellung;
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3 ein
Beispiel für
die Datenübertragung bzw.
eine Vorrichtung zur Datenübertragung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in schematischer Darstellung;
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4 ein
Beispiel für
eine Kompensationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
im Sender;
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5 zwei
Beispiele für
eine variable Anpassung der Kompensation in Abhängigkeit von der Übertragungsdistanz;
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6 ein
Beispiel für
eine Kompensationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
im Empfänger;
und
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7 ein
weiteres Beispiel für
eine Ausgestaltung einer Kompensationseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung im Empfänger.
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1 zeigt
in schematisierter Darstellung einen Computertomographen mit einer
Vorrichtung zur Übertragung
von Messdaten vom rotierenden Teil auf den stationären Teil
des Drehrahmens. Ein Computertomograph umfasst u.a. eine Röntgenröhre 3,
zeilenförmig
angeordnete Röntgendetektoren 4 und
einen Patientenlagerungstisch 9. Die Röntgenröhre 3 und die Röntgen detektoren 4 sind
am rotierenden Teil 1 eines Drehrahmens angeordnet, der
um den Patientenlagerungstisch 9 bzw. eine parallel zu
diesem verlaufende Untersuchungsachse z rotiert. Der Patientenlagerungstisch 9 ist
in der Regel relativ zum Drehrahmen entlang der Untersuchungsachse
verschiebbar. Die Röntgenröhre 3 erzeugt
ein in einer Schichtebene senkrecht zur Untersuchungsachse fächerförmig auf
geweitetes Röntgenstrahlbündel, das bei
Untersuchungen in der Schichtebene eine Schicht eines Objektes,
beispielsweise eine Körperschicht
eines Patienten, der auf dem Patientenlagerungstisch 9 gelagert
ist, durchdringt und auf die der Röntgenröhre 3 gegenüberliegenden
Röntgendetektoren 4 auftrifft.
Der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlbündel die
Körperschicht
des Patienten durchdringt und gegebenenfalls die Position des Patientenlagerungstisches 9 relativ
zum Drehrahmen verändern
sich während
der Bildaufnahme mit dem Computertomographen kontinuierlich. Während der Bildaufnahme
liefern die Röntgendetektoren 4 daher eine
große
Menge an Messdaten, die zur Rekonstruktion eines zweidimensionalen
Schnittbildes oder eines dreidimensionalen Bildes des Körpers des
Patienten ausgewertet werden müssen.
Die Auswertung erfolgt in einem stationären Rechnersystem 8, das
mit dem Computertomographen verbunden ist. Während der Messdatenerfassung
rotiert der rotierende Teil 1 des Drehrahmens innerhalb
des stationären
Teils 2. Die von den Röntgendetektoren 4 erfassten
Messdaten werden mit einer rotierenden Sendeeinrichtung 5,
die am rotierenden Teil 1 des Drehrahmens befestigt ist,
an eine stationäre
Empfangseinrichtung 6 am stationären Teil 2 des Computertomographen übertragen.
Von der stationären Empfangseinrichtung 6 werden
die Daten dann in der Regel über
eine optische Kabelverbindung einem Bildrekonstruktionsmodul 7 des
Bildrechners 8 zur Auswertung zugeführt.
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2 zeigt
beispielhaft eine Ausgestaltung einer bekannten Datenübertragungsvorrichtung
des Standes der Technik in schematisierter Darstellung, wie sie
bei zahlreichen Computertomographen zum Einsatz kommt. Bei dieser
Datenübertragungsvorrichtung
werden die Messdaten durch kapazitive Kopplung vom rotierenden Teil 1 zum
stationären
Teil 2 des Drehrahmens übertragen.
Hierfür
ist am rotierenden Teil 1 eine kreisförmige HF-Streifenleitung 11 als
Sendeantenne befestigt, in die die Messdaten von der Datenquelle 10 eingekoppelt
werden. Die Streifenleitung 11 ist auf der dem Einspeisungspunkt
gegenüberliegenden
Seite durch eine geeignete Impedanz abgeschlossen (Terminierung 12).
Die von der Datenquelle 10 in die Streifenleitung 11 eingespeisten
Datenbits propagieren in den beiden Ästen der Streifenleitung 11 bis
zur Terminierung 12. Die hierbei gewählte Aufspaltung der Streifenleitung 11 in
zwei sich gegenläufig
erstreckende Äste
ermöglicht
eine kontinuierliche Datenübertragung
während
der Rotation des Drehrahmens. Die Pfeile in der Figur zeigen die
Ausbreitungsrichtung der Datensignale in den beiden Ästen der
Streifenleitung 11. Am stationären Teil 2 des Drehrahmens
ist ein kurzer Abschnitt einer HF-Streifenleitung 13 als
Empfangsantenne angeordnet, die Teil der Empfangseinrichtung 6 des
stationären
Teils 2 ist. Bei der Rotation des rotierenden Teils 1 des
Drehrahmens befindet sich die Empfangsantenne (Streifenleitung 13)
in unmittelbarer Nähe der
als Sendeantenne eingesetzten Streifenleitung 11 des rotierenden
Teils 1, so dass die in die Streifenleitung 11 eingespeisten
Datensignale durch kapazitive Kopplung von der Empfangsantenne empfangen werden.
Diese Art der Datenübertragung
stößt jedoch
bei größeren Datenraten
auf Probleme, wie dies im einleitenden Teil der vorliegenden Beschreibung bereits
erläutert
wurde.
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Bei
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung
zur Datenübertragung
kann der prinzipielle Aufbau in gleicher Weise realisiert werden,
wie dies bei dem Computertomographen der 1 und 2 dargestellt
ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung unterscheidet sich dabei lediglich
durch die zusätzlich
angeordneten ein oder mehreren Kompensationseinrichtungen von einer
derartigen Datenübertragungsvorrichtung.
Dies ist in der Prinzipdarstellung der 3 ersichtlich,
die die Sendeeinrichtung 5 und die Empfangseinrichtung 6 gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Die Sendeeinrichtung 5 umfasst hierbei einen Sender 14,
der ein eingehendes Signal in die als Sendeantenne dienende Streifenleitung 11 einspeist,
die mit einer Terminierung 12 abgeschlossen ist. Im Sender 14 ist
im vorliegenden Beispiel eine erste Kompensationseinrichtung 15 ausgebildet, die
in der Figur lediglich durch den Pfeil angedeutet ist. Die Empfangseinrichtung 6 setzt
sich aus einem Abschnitt einer Streifenleitung 13 sowie
einem Empfänger 16 zusammen,
der im vorliegenden Beispiel eine Kompensationseinrichtung 17 zur
Nachkompensation aufweist, die ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet
ist. Im Sender 14 werden die eingehenden Signale durch
geeignete Kodierung auf eine Trägerfrequenz
auf moduliert, im Empfänger 16 durch
geeignete Dekodierung wieder aus dem empfangenen Signal extrahiert.
Die Signale werden hierbei durch kapazitive Kopplung zwischen den
beiden Streifenleitungen 11, 13 übertragen,
bei denen es sich um symmetrische Übertragungsleitungen handelt.
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In
der Darstellung der 3 ist auf der Streifenleitung 11 auch
beispielhaft eine passive Kompensationseinrichtung 18 angedeutet.
Diese passive Kompensationseinrichtung in Form eines passiven Equalizers
stellt einen Hochpass RLC-Filter mit einem Frequenzverhalten dar,
das komplementär
zum frequenzabhängigen
Verlust der Streifenleitung 11 ist und somit einer durch
diesen frequenzabhängigen Verlust
hervorgerufenen Signalverzerrung entgegenwirkt. Selbstverständlich können mehrere
derartiger passiver Kompensationseinrichtungen auf der Streifenleitung 11 oder 13 oder
auch im Sender 14 oder im Empfänger 16 vorgesehen
sein. Die passiven Equalizer führen
allerdings zu einem zusätzlichen
Verlust an Signalamplitude, so dass grundsätzlich aktive Kompensationseinrichtungen
vorzuziehen sind, wie sie im Folgenden näher erläutert werden.
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4 zeigt
ein Beispiel für
eine derartige aktive Kompensationseinrichtung zur Vorkompensation im
Sender 14. Durch diese Kompensationseinrichtung 15 zur
Vorkompensation (Preemphasis) werden die höherfrequenten Komponenten des
Signals verstärkt,
bevor sie in die Streifenleitung 11 eingespeist werden.
Die Vorkompensation muss jedoch speziell angepasst werden, da die Übertragungsdistanz über die
Streifen leitung 11 während
des Betriebs eines Computertomographen nicht konstant ist. Während der
Rotation des Drehrahmens hängt
die Distanz, über
die das Signal auf der Streifenleitung 11 propagiert, bevor
es in die Empfangsantenne einkoppelt, vom momentanen Winkelversatz
zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil des Drehrahmens ab.
Für einen
Winkelversatz von 0 Grad, bei dem sich der Empfänger 16 und der Sender 14 unmittelbar
gegenüber
liegen, ist die Distanz am kürzesten
und für
einen Winkelversatz von 180° ist
sie am längsten.
Eine optimale Vorkompensation für
einen Winkelversatz von 180° würde zu einer
weit überhöhten Vorkompensation
bei einem Winkelversatz von 0 Grad führen. Eine derart überhöhte Vorkompensation
führt ebenfalls
zu einer Verschlechterung der Signalqualität und verursacht einen in der Höhe nicht
mehr akzeptablen deterministischen Jitter. Zur Vermeidung dieses
Problems können
unterschiedliche Wege eingeschlagen werden.
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Zum
einen kann eine konstante Vorkompensation an der Kompensationseinrichtung 15 eingestellt
werden, die für
eine mittlere Übertragungsdistanz
ausgelegt ist, die zwischen der minimalen Übertragungsdistanz (bei einem
Winkelversatz von 0 Grad) und der maximalen Übertragungsdistanz (bei einem
Winkelversatz von 180°)
liegt. Im Bereich dieser mittleren Übertragungsdistanz wird die
Vorkompensation so eingestellt, dass zum einen ein möglichst
kleiner deterministischer Jitter bei einem Winkelversatz von 0 Grad
und zum anderen eine möglichst
gute Vorkompensation für
einen Winkelversatz von 180° erreicht
wird. Eine optimale Kompensation der Signalverzerrungen wird dabei
nur für
eine ganz bestimmte Übertragungsdistanz
in diesem mittleren Bereich erreicht.
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Zur
weiteren Minimierung des Jitters können in dieser wie auch in
anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Vorrichtung auch zusätzlich Einrichtungen
zur Taktregenerierung eingesetzt werden, wie sie aus der
US 6862299 B2 des
gleichen Erfinders bekannt sind.
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Eine
zweite Möglichkeit
des Einsatzes der Kompensationseinrichtung 15 zur Vorkompensation besteht
darin, die Kompensation in Abhängigkeit
von der sich ändernden Übertragungsdistanz
in Echtzeit zu variieren. Bei Einsatz in einem Computertomographen
wird somit die Höhe
der Vorkompensation in Abhängigkeit
vom momentanen Winkelversatz zwischen dem Sender 14 und
dem Empfänger 16 variiert,
um für
jede Übertragungsdistanz
eine optimale Kompensation der Signalverzerrung zu erreichen. Die
jeweils momentane relative Position, d.h. der Winkelversatz zwischen
dem rotierenden und dem stationären
Teil eines Computertomographen, steht beim Betrieb des Computertomographen
sowohl am stationären
wie auch am rotierenden Teil ohnehin zur Verfügung, da diese Information
auch für
die spätere Bildrekonstruktion
erforderlich ist. Diese Information wird in der vorliegenden Ausgestaltung
auch der Kompensationseinrichtung 15 zur Verfügung gestellt, die
dann die Höhe
der Vorkompensation entsprechend der momentanen Winkelposition variiert.
Die Anpassung der Vorkompensation an den Winkelversatz kann einer
Tabelle entnommen werden, in der das unterschiedliche Maß der Vorkompensation
in Abhängigkeit
vom Winkelversatz angegeben ist.
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Eine
derartige Abhängigkeit
zeigt 5 anhand von zwei Beispielen. Beim ersten Beispiel
wird die Höhe
der Vorkompensation kontinuierlich mit dem Winkelversatz angepasst
während
beim zweiten Beispiel eine stufenweise Anpassung erfolgt. Diese für die Kompensationseinrichtung
erforderliche Information kann beispielsweise in einer digitalen
Tabelle hinterlegt sein, in der die Verstärkungskoeffizienten in Abhängigkeit
vom Winkelversatz aufgeführt
sind. Die digitalen Koeffizienten werden dann über einen Digital/Analog-Wandler
(D/A-Wandler) in
ein analoges Steuersignal zur Steuerung der Verstärkung der
Signale gewandelt.
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4 zeigt
eine derartig ausgestaltete Kompensationseinrichtung 15 im
Sender 14 der vorliegenden Vorrichtung. Die Kompensationseinrichtung 15 umfasst
u.a. einen linearen Verstärker 19 und
einen HF-Boost-Verstärker 23 zur
frequenzab hängigen Verstärkung, der
die Information über
die Höhe
der Vorkompensation über
eine LUT 20 (LUT: Look Up Table) mit einem nachgeschalteten
D/A-Wandler 21 in Abhängigkeit
vom momentanen Winkelversatz 22 zwischen rotierendem und
stationärem
Teil des Drehrahmens erhält.
Am Ausgang des Senders 14 steht dann das vorkompensierte
Signal zur Einspeisung in die Streifenleitung 11 zur Verfügung.
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In
gleicher Weise kann eine Kompensationseinrichtung 17 zur
Nachkompensation im Empfänger 16 eingesetzt
werden, wie sie in den 6 und 7 beispielhaft
dargestellt ist. Auch in diesem Falle werden durch die Kompensationseinrichtung 17,
auch hier in der Funktion eines Equalizers, höherfrequente Signalanteile
höher verstärkt als
niederfrequente Signalanteile, um die frequenzabhängige Schwächung der
Signale durch die Propagation auf der Streifenleitung 11 zu
kompensieren. Die kontinuierlich sich ändernde Übertragungsdistanz kann hierbei
in gleicher Weise berücksichtigt
werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Kompensationseinrichtung 15 zur
Vorkompensation im Sender erläutert
wurde.
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6 zeigt
beispielhaft eine entsprechende Ausgestaltung der Kompensationseinrichtung 17 unter
Nutzung einer LUT 20. In diesem Falle wird jedoch nicht
die frequenzabhängige
Verstärkung
im HF-Boost-Verstärker 23 variiert.
Die verstärkten
Signale werden vielmehr durch zwei variable Schwächungsglieder 26 frequenzabhängig in
Abhängigkeit vom
momentanen Winkelversatz 22 zwischen dem rotierenden und
dem stationären
Teil des Drehrahmens geschwächt.
Am Ausgang des Empfängers 16 steht
dann nach einem Begrenzungsverstärker 27 ein
hinsichtlich der Signalverzerrung kompensiertes Ausgangssignal zur
Verfügung.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Anpassung der Nachkompensation an die sich kontinuierlich ändernde Übertragungsdistanz
besteht in der Realisierung einer adaptiven Kompensation, wie sie
in 7 beispielhaft dargestellt ist. In diesem Beispiel
wird mit zwei Bandpassfiltern 24 die Energieverteilung innerhalb
des Signalspektrums am Ausgang des Empfängers 16 gemessen.
Ein analoger Computer 25 bestimmt das Verhältnis der
Energie zwischen den hoch- und niederfrequenten Signalanteilen und
regelt die Kompensationseinrichtung 17 mit den beiden variablen
Schwächungsgliedern 26 so,
dass eine möglichst
gleiche Verteilung der Energie auf die hoch- und niederfrequenten
Signalkomponenten am Ausgang resultiert. Durch die dargestellte
Regelschleife erfolgt somit eine automatische Anpassung der Kompensation
im Empfänger 16 an
die sich ändernde Übertragungsdistanz.
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Eine
derartige Regelung lässt
sich auch für die
Vorkompensation realisieren, indem der analoge Computer 25 die
Kompensationseinrichtung 15 zur Vorkompensation in Abhängigkeit
von der Energieverteilung am Ausgang des Empfängers regelt.