DE102006059442A1

DE102006059442A1 - Vorrichtung zur optischen Datenübertragung

Info

Publication number: DE102006059442A1
Application number: DE102006059442A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heuermann; Peter Tichy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-16
Also published as: US20080145062A1; DE102006059442B8; CN101206797A; DE102006059442B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zwischen Komponenten eines rotatorischen Systems angegeben, mit einer Anzahl von Sendeeinheiten und einer Anzahl von Empfangseinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten und die Empfangseinheiten derart ausgebildet und angeordnet sind, dass im Bereich der Hauptabstrahlungsrichtung mindestens einer Sendeeinheit stets mindestens eine Empfangseinheit liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zwischen Komponenten eines rotatorischen Systems, beispielsweise in Anwendung auf einen Computertomographen.
In medizinischen Diagnosesystemen heutiger Art, im speziellen in der Computertomographie, fallen in kurzen Zeiteinheiten große Datenmengen an, die zur Ausgabe eines Ergebnisses weiterverarbeitet werden müssen. Durch die auch zukünftig sich weiterhin verbessernden Bildauflösungen werden die zur Weiterverarbeitung anfallenden Datenmengen erwartungsgemäß noch zusätzlich ansteigen. Für Diagnosegeräte ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Daten ein wichtiges Kriterium für die zeitnahe Erstellbarkeit einer Diagnose. Darüber hinaus ist die unmittelbare Beobachtbarkeit eines Geschehens bei einem Diagnoseverfahren wünschenswert, wofür eine Ergebnisausgabe in Echtzeit erforderlich ist.
Für eine möglichst schnelle Datenverarbeitung muss insbesondere die Datenübertragungsrate zwischen den sich zueinander bewegbaren Teilen entsprechend hoch sein.
Üblicherweise werden Datenübertragungen zwischen dem Rotor und dem Stator einer CT-Gantry durch Schleifkontakte oder kapazitive kontaktlose Sende-Empfangsstrukturen hergestellt. Alternativ hierzu kommen auch optische Übertragungssysteme zur Anwendung, üblicherweise mit singulären Sender-Empfänger-Systemen, also Systeme mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit. Beispielsweise ist aus der WO 96/24202 bekannt, dass speziell für Computertomographen optische Datenübertragungssysteme angewendet werden, mit einer in Längsform ausgebildeten Empfangseinheit, die durch einen von einer Sendeeinheit emittierten Lichtstrahl mit der Sendeeinheit in permanenter Verbindung steht, wobei der Lichtstrahl in der Empfangseinheit in Fluoreszenzlicht umgewandelt wird. Ferner e xistieren Übertragungssysteme mit mehreren Sendeeinheiten und einer Empfangseinheit, wie beispielsweise in der DE 103 02 435 B3 beschrieben, jedoch ist hier zu einem beliebigen Zeitpunkt nur jeweils eine Sendeeinheit in Kontakt mit der Empfangseinheit.
Die Obergrenze der mit dem derzeitigen Stand der Technik erreichbaren Übertragungsraten liegt derzeit bei etwa 5 Gigabit pro Sekunde.
Hierdurch ist bei derzeit hohen und auch künftig sich weiter erhöhenden Bildauflösungen insbesondere bei der Computertomographie eine zeitnahe Datenübertragung nur eingeschränkt möglich.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Datenübertragungssystem anzugeben, welches bei hohen Datenmengen insbesondere für Bilddaten bei der Computertomographie eine Übertragung nach Möglichkeit in Echtzeit zulässt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Computertomographen anzugeben, unter Anwendung dessen eine diagnostische Echtzeitbeobachtung möglich ist.
Die Aufgabe wird bezüglich des Datenübertragungssystems erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zwischen Komponenten eines rotatorischen Systems angegeben wird, mit mehreren Sendeeinheiten und zumindest einer Empfangseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten und die oder jede Empfangseinheit derart ausgebildet und angeordnet sind, dass im Bereich der Hauptabstrahlungsrichtung jeder Sendeeinheit stets eine Empfangseinheit liegt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden Datenübertragungsraten von über 50 Gigabit pro Sekunde erreicht. Dies entspricht somit einer Steigerung der Übertragungsrate um einen Faktor 10 gegenüber denen der derzeit verwendeten Über tragungsverfahren. Insbesondere in Anwendung auf einen Computertomographen werden damit hochauflösende Bilder in Echtzeit übertragbar.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe basiert auf der Idee, die zu übertragenden Daten zu parallelisieren. Hierzu wird der zu übertragende Datenstrom auf eine Anzahl verschiedener Teilströme aufgeteilt, die jeweils einer Sendeeinheit zugeordnet werden. Die Anzahl der Teilströme und der Sendeeinheiten kann aus der Größe des Gesamtdatenstroms sowie aus der Sendekapazitätsbegrenzung für jeden Teilstrom vorgegeben werden.
Jedem auf der Empfangsseite empfangenen Signal ist durch das Absenden von jeweils einer bestimmten Sendeeinheit eine raumzeitliche Signatur zugeordnet, durch die es eindeutig identifizierbar ist. Somit werden durch die Nutzung von Raumkoordinaten als zusätzliche Parameter der Datenübertragung eine Vielzahl von Übertragungskanälen nutzbar und somit hohe Übertragungsraten mit einer geringen Bit-Error-Rate realistisch. Bei einem System, welches nur aus einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit besteht, besteht dagegen nur ein räumlicher Übertragungskanal.
In einer Umsetzung des Erfindungskonzeptes wird der zu übertragende Datenstrom über einen Teiler aufgeteilt und über mehrere in einem Array gruppierte Sendeeinheiten, die die Daten in Lichtsignale verwandeln, zeitgleich gesendet. Um eine hohe Datenübertragungsrate sicherzustellen, ist die kontinuierliche Übertragung der zeitgleich gesendeten Signale des Datenstroms für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe charakteristisch. Eine kontinuierliche Übertragung wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, dass im Bereich der Hauptabstrahlungsrichtung jeder Sendeeinheit stets zumindest eine Empfangseinheit liegt. Stets bedeutet, dass die Bedingung für alle geometrischen Konfigurationen des rotatorischen Systems gilt, die während des Betriebs eingenommen werden können. Die von den Sendeeinheiten abgestrahlten Lichtsignale sind von der oder den Empfangseinheiten) zeitgleich detektierbar.
Durch eine kontinuierliche Datenübertragung werden insbesondere Totzeiten der Übertragung vermieden, zu denen die Daten vor dem Senden zwischengespeichert werden müssten und die somit der Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit entgegenstehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist/sind eine oder mehrere Empfangseinheit/en in Form einer kontinuierlichen Bahn ausgestaltet, oder mehrere Empfangseinheiten sind in einem Array zusammengefasst, insbesondere in Form einer im Wesentlichen kontinuierlichen Bahn.
Beispielsweise umfasst eine derartige Empfangsbahn eine Folienplatine. Die Gruppierung von Empfangseinheiten in einem Array insbesondere in Form einer kontinuierlichen Bahn ist dazu geeignet, die Signale einer oder mehrerer Sendeeinheiten während einer kontinuierlichen Änderung der Lage des rotatorischen Systems zu detektieren. Zu diesem Zweck ist der Empfangsarray oder die Empfangsbahn derart ausgestaltet, dass ein von einer oder jeder dieser Sendeinheiten ausgehender Strahl während einer kontinuierlichen Lageänderung des Systems auf den Empfangsarray oder auf die Empfangsbahn trifft und dessen oder deren Verlauf nachzeichnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Vorrichtung umfassen die Sendeeinheiten Lasertransmitter, da kohärentes Laserlicht für die Übertragung von Daten besonders geeignet ist. Die Empfangseinheiten umfassen dann Photodetektoren zur Aufnahme des abgestrahlten Laserlichtes, die insbesondere aus einem Halbleitermaterial gebildet sind.
Geeigneterweise umfasst das rotatorische System einen Stator und einen Rotor, wie beispielsweise ein Computertomograph.
Bei einem solchen System findet die Datenübertragung zwischen Rotor und Stator statt.
In einer angestrebten Ausgestaltungsform der Vorrichtung sind die Sendeeinheiten im Wesentlichen gleichverteilt über den Umfang des Stators und/oder des Rotors angeordnet. Ferner ist in einer geeigneten Weiterbildung zumindest eine Empfangseinheit den Umfang des Stators oder Rotors umschließend ausgebildet, und/oder eine Anzahl der Empfangseinheiten ist im Wesentlichen gleichverteilt über den Umfang des Stators und/oder des Rotors angeordnet.
In vielen Anwendungen findet der Hauptfluss der Datenübertragung in einer Richtung statt. So werden bei einem Computertomographen die Diagnosedaten im Rotor gewonnen und vom Rotor auf den Stator übertragen. Der Informationsstrom, der vom Stator auf den Rotor übertragen wird, ist deutlich kleiner und umfasst im Wesentlichen Steuerdaten für den Rotor. Die Größe und Richtung der zu übertragenden Datenströme bestimmt die Anzahl und die Anordnung der Sendeeinheiten und der korrespondierenden Empfangseinheiten jeweils auf Rotor und Stator. Da der Rotor relativ zum Stator um beliebige Winkel drehbar ist, sind die Sendeeinheiten auf dem Rotor und/oder Stator und die korrespondierenden Empfangseinheiten auf dem Stator und/oder Rotor, respektive, zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Datenübertragbarkeit im wesentlichen gleichverteilt angeordnet.
In einer konkreten Ausgestaltungsform der Vorrichtung, insbesondere in Anwendung auf einen Computertomographen, weist der Rotor einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper auf, und der Stator gibt eine Rotationsachse für den Rotor vor.
In einer Weiterbildung einer solchen Ausgestaltungsvariante der Vorrichtung ist der Grundkörper des Rotors in den Stator eingebracht, so dass sich eine Außenfläche des Grundkörpers und eine Innenfläche des Stators gegenüberliegen. Die Daten übertragung findet somit zwischen den sich gegenüberliegenden Außen-/Innenflächen des Rotors/Stators, respektive, statt.
In einer weiteren angestrebten Ausgestaltungsvariante der zuletzt genannten Art sind zumindest eine Teilanzahl der Sendeeinheiten entlang zumindest einer Kreislinie auf der Außenfläche des Grundkörpers oder auf der Innenfläche des Stators angeordnet, und zumindest eine Teilanzahl der Empfangseinheiten sind einer jeweils zu der oder jeder Kreislinie korrespondierenden Kreisbahn auf der korrespondierend gegenüberliegenden Fläche des Stators oder des Grundkörpers angeordnet.
Bei der Rotor-Stator-Geometrie ist eine Kreislinie, die in einer Ebene orthogonal zur Rotationsachse des Rotors liegt, rotationssymmetrisch für einen äußeren Beobachter wie für den Stator. Solche Kreislinien stellen somit die bevorzugten Anordnungsformen für die korrespondierende Sende- und Empfangseinheiten dar.
Die Aufgabe wird bezüglich des Computertomographen erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem der Computertomograph mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur optischen Datenübertragung ausgerüstet ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Computertomographen anhand einer Zeichnung diskutiert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung die einzige Figur einen Stator mit einem einfügbaren Rotor.
In der Figur ist ein Stator 1 mit einem einfügbaren Rotor 2 schematisch dargestellt. Der Stator 1 und der Rotor 2 sind Bestandteile eines Computertomographen, der ein zylindrisches Innenloch 3 mit einer Innenfläche 4 aufweist. Auf der Innenfläche befindet sich eine Empfängerspur 5, die aus photosensitiven Halbleitern mit gegebenen Bandbreiten auf einer Folienplatine gebildet ist und Lichtpulse in elektrische Impulse umwandelt. Die Empfängerspur 5 ist entlang einer Kreisli nie ausgebildet, welche als Schnittlinie der Innenfläche 4 mit einer zur Längsachse des Innenloches 3 orthogonalen imaginären Ebene gegeben ist. Die Empfängerspur 5 nimmt Lichtpulse einer Anzahl von Lasersendern 6 auf, welche auf der Außenfläche 7 des Rotors 2 angeordnet sind. Der Rotor 2 wird gemäß Pfeil 11 in den Stator 1 einmontiert, so dass der Rotor 2 im Stator 1 um die eigene Längsachse drehbar gelagert ist. Im montierten Zustand liegen dann die Lasersender 6 der Empfängerspur 5 in der imaginären orthogonalen Ebene gegenüber, so dass für jeden Drehwinkel des Rotors 2 bezüglich eines statorfesten Koordinatensystems die von den Lasersendern 6 emittierten Lichtstrahlen von der Empfängerspur 5 erfassbar sind. Die Innenfläche 8 des Rotors 2 ist mit einem Röntgenstrahler 9 und einem gegenüberliegend angeordneten Röntgendetektor 10 versehen, der eine aufgenommene räumliche Schwächung durch ein durchstrahltes Volumen in einen Datenstrom umwandelt. Dieser Datenstrom wird in parallele Datenströme zerlegt, die zeitgleich jeweils zu den einzelnen Lasersendern 6 geleitet und dort in Lichtpulse umgewandelt werden, welche zeitgleich emittiert und von den Photodetektoren in der Empfängerspur 5 aufgenommen werden. Die in den Photodetektoren erfassten Lichtpulse werden wieder zunächst zu den einzelnen Datenströmen und dann zum gesamten Datenstrom zusammengefügt, der nun im Stator 1 einer Auswertungseinheit zugeleitet werden kann.

Claims

Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zwischen Komponenten eines rotatorischen Systems, mit mehreren Sendeeinheiten und mit zumindest einer Empfangseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten und die oder jede Empfangseinheit derart ausgebildet und angeordnet sind, dass im Bereich der Hauptabstrahlungsrichtung jeder Sendeeinheit stets eine Empfangseinheit liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Empfangseinheiten in Form einer kontinuierlichen Bahn (5) ausgestaltet sind, oder mehrere Empfangseinheiten in einem Array zusammengefasst sind, insbesondere in Form einer im Wesentlichen kontinuierlichen Bahn (5).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten Lasertransmitter (6) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheiten Photodetektoren insbesondere aus einem Halbleitermaterial umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheiten Lichtwellenleiter umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorische System einen Stator (1) und einen Rotor (2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten im Wesentlichen gleichverteilt über den Umfang des Stators (1) und/oder des Rotors (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Empfangseinheit den Umfang des Stators (1) umschließend ausgebildet ist, und/oder eine Anzahl der Empfangseinheiten im wesentlichen gleichverteilt über den Umfang des Stators (1) und/oder des Rotors (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper aufweist und der Stator (1) eine Rotationsachse für den Rotor (2) vorgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Rotors (2) in den Stator (1) eingebracht ist, so dass sich eine Außenfläche des Grundkörpers und eine Innenfläche des Stators (2) gegenüberliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilanzahl der Sendeeinheiten entlang zumindest einer Kreislinie auf der Außenfläche des Grundkörpers oder auf der Innenfläche des Stators (1) angeordnet sind, und die oder jede Empfangseinheit auf einer jeweils zu der oder jeder Kreislinie korrespondierenden Kreisbahn auf der korrespondierend gegenüberliegenden Fläche des Stators (1) oder des Grundkörpers angeordnet sind.
Computertomograph mit einer Vorrichtung zur optischen Datenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.