DE102011005910A1

DE102011005910A1 - Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Signalübertragung bei Computertomographen

Info

Publication number: DE102011005910A1
Application number: DE102011005910A
Authority: DE
Inventors: Thomas Luthardt; Helmut Repp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-09-27
Also published as: US20130077740A1; CN102688058A

Abstract

Die Erfindung gibt eine Anordnung und ein zugehoriges Verfahren zur beruhrungslosen Ubertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen (5) zwischen einem feststehendem und einem um eine Rotationsachse (13) rotierbaren Gantryteil (11) einer Computertomographieanlage (1). Die Anordnung umfasst mindestens eine an dem rotierbaren Gantryteil (11) angeordneten kreisringförmigen elektrischen Leiter zum Abgeben der elektrischen Signale, wobei der Leiter in n, mit n ∈ N und n > 1 Leiter-Kreisringsegmente (12) geteilt ist, die zueinander keine elektrische Verbindung aufweisen, und umfasst n Sendeeinheiten (14), die jeweils mit unterschiedlichen Leiter-Kreisringsegmenten (12) elektrisch verbunden sind und die jeweils unterschiedliche elektrische Signale in die Leiter-Kreisringsegmente (12) einspeisen, wobei mindestens zwei Sendeeinheiten (14) mit unterschiedlichen Signalquellen (5) elektrisch verbunden sind. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass Daten von unterschiedlichen Signalquellen, beispielweise von Rontgendetektoren, mit einer einzigen ringförmigen Ubertragungsstrecke berührungslos ubertragen werden können, wodurch Platz und Kosten gespart werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen, beispielweise zweier Rontgendetektoren, zwischen einem feststehendem und einem um eine Rotationsachse rotierbaren Gantryteil einer Computertomographieanlage.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft die Datenubertragung zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines Dual-Source Computertomographen. Beim Betrieb des Computertomographen müssen die von den Rontgendetektoren erfassten Daten vom rotierenden Teil an den stationaren Teil des Computertomographen ubertragen werden, um sie dort weiterzuverarbeiten. Dabei sind große Datenmengen in kurzer Zeit zu übertragen.
Bei vielen derzeit verfügbaren Computertomographen wird ein beruhrungsloses „Schleifring”-System zur Datenübertragung eingesetzt, wie es beispielsweise aus US 5140696 A bekannt ist. Dieses Datenübertragungssystem umfasst eine Sendeeinheit am rotierenden Teil sowie eine Empfangseinheit am stationaren Teil. Die Sendeeinheit weist zumindest eine mit einem Sender verbundene Hochfrequenzleitung als Sendeantenne auf, die am Umfang des rotierenden Teils eines Drehrahmens angeordnet ist. Die Empfangseinheit umfasst einen Empfanger und zumindest eine mit dem Empfanger 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 das Nahfeld in die Empfangsantenne einkoppeln.
Bei modernen Dual-Source Computertomographen mussen Bilddaten von sogar zwei Rontgendetektoren übertragen werden. Dies erfolgt in naheliegender Weise durch zwei beruhrungslose Schleifringsysteme. Nachteilig daran ist, dass der erforderliche Bauraum vergrößert werden muss, um zwei Schleifringsystem unterzubringen. Die dafür erforderlichen Tragerringe mussen großer ausgebildet sein, was den Kostenaufwand und den Platzbedarf erhöht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Signale zwischen zwei relativ zueinander rotierbaren Gantryteilen einer Computertomographieanlage mit mindestens zwei Signalquellen anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Anordnung und dem Verfahren der unabhangigen Patentanspruche gelost.
Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zur beruhrungslosen Übertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen zwischen einem feststehendem und einem um eine Rotationsachse rotierbaren Gantryteil einer Computertomographieanlage. Die Anordnung umfasst mindestens einen an dem rotierbaren Gantryteil angeordneten kreisringformigen elektrischen Leiter zum Abgeben der elektrischen Signale, wobei der Leiter in n, mit n ∈ N und n > 1 Leiter-Kreisringsegmente geteilt ist, die zueinander keine elektrische Verbindung aufweisen, und umfasst n Sendeeinheiten, die jeweils mit unterschiedlichen Leiter-Kreisringsegmenten elektrisch verbunden sind und die jeweils unterschiedliche elektrische Signale in die Leiter-Kreisringsegmente einspeisen, wobei mindestens zwei Sendeeinheiten mit unterschiedlichen Signalquellen elektrisch verbunden sind. Die Leiter-Kreisringsegmente konnen beispielweise drehsymmetrisch angeordnete sein. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass Daten von unterschiedlichen Signalquellen mit einer einzigen ringformigen Ubertragungsstrecke beruhrungslos ubertragen werden konnen, wodurch Platz und Kosten gespart werden.
In einer Weiterbildung sind die Signalquellen als Rontgendetektoren ausgebildet. Dadurch können Bilddaten von mehreren Detektoren platzsparend und kostensparend ubertragen werden.
In einer weiteren Ausfuhrungsform können die Leiter-Kreisringsegmente Strahlerelemente umfassen, die die elektrischen Signale in Form von elektromagnetischen Wellen abgeben.
Des Weiteren konnen die Strahlerelemente als Streifenleiter ausgebildet sein. Diese sogenannten „Strip-Leitungen” sind einfach herzustellen.
In einer Weiterbildung kann die Rotationsachse die Anlagenachse der Computertomographieanlage sein.
In einer weiteren Ausfuhrungsform kann der Kreismittelpunkt des kreisringformigen Leiters auf der Rotationsachse des rotierbaren Gantryteils liegen.
Des Weiteren kann die Anordnung n + 1 Empfangseinheiten umfassen, die aus den Leiter-Kreisringsegmenten die in die Leiter-Kreisringsegmente eingespeisten elektrischen Signale berührungslos auskoppeln.
In einer Weiterbildung kann jede Empfangseinheit eine Antenne umfassen, durch die die elektrischen Signale auskoppelbar sind.
In einer weiteren Ausfuhrungsform konnen die Empfangseinheiten kreisringförmig verteilt auf dem feststehenden Gantryteil angeordnet sein.
In einer Weiterbildung ist n > 2 und mindestens eine Signalquelle ist mit zwei Sendeeinheiten elektrisch verbunden.
Die Erfindung beansprucht auch eine Computertomographieanlage mit einer Gantry mit zwei Gantryteilen und mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur kontaktlosen Ubertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen einer Computertomographieanlage zwischen um eine Rotationsachse rotierbaren Leiter-Kreisringsegmenten und feststehenden Empfangseinheiten, wobei die elektrischen Signale unterschiedlicher Signalquellen von unterschiedlichen Leiter-Kreisringsegmenten an die Empfangseinheiten ubertragen werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens konnen die elektrischen Signale von Sendeeinheiten abgegeben werden, die mit jeweils einem Leiter-Kreisringsegment elektrisch verbunden sind.
In einer weiteren Ausfuhrungsform konnen die elektrischen Signale elektromagnetisch übertragen werden.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erlauterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: eine Computertomographieanlage,
2: ein Blockschaltbild einer Anordnung zur beruhrungslosen Signalubertragung mit zwei Leiter-Kreisringsegmenten und
3: ein Blockschaltbild einer Anordnung zur beruhrungslosen Signalubertragung mit drei Leiter-Kreisringsegmenten.
1 zeigt eine erfindungsgemaße Dual-Source Computertomographieanlage 1 mit einem feststehendem Gantryteil 6, in dem sich ein rotierbares Gantryteil 11 befindet, auf dem zwei Röntgenrohre-/-detektor-Systeme, bestehend aus einer Röntgenrohre 2 und einem Detektor 3 bzw. einer Röntgenrohre 4 und einem gegenuberliegendem Detektor 5, angeordnet sind. Zur Untersuchung wird ein Patient 7 mit Hilfe einer entlang einer Anlagenachse 9 verschiebbaren Patientenliege 8 in ein Messfeld eingefahren, so dass eine Absorption der Rontgenstrahlung aus unterschiedlichen Projektionswinkeln gemessen werden kann. Zur Steuerung der Anlage 1 dient ein Computer 10, der als Steuer- und Recheneinheit ausgelegt ist. Auf dem Computer 10 laufen Computerprogramme, die eine Steuerung der Anlage 1 und eine Auswertung gemessener Daten sowie eine Rekonstruktion der gewunschten tomographischen Bilddaten durchführen.
Insbesondere bei der Ubertragung der Detektordaten von den beiden Detektor auf dem rotierbaren Gantryteil 11 ist es notwendig, eine große Menge von anfallenden Daten kontaktlos zu ubertragen. Hierzu wird auf dem rotierbaren Gantryteil 11 eine erfindungsgemaße Anordnung zur kontaktlosen Ubertragung elektrischer Signale angebracht, so dass diese zwischen den beiden relativ zueinander rotierbaren Gantryteilen 6, 11 übertragen werden können. In den 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemaßen Anordnung näher beschrieben.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Anordnung zur berührungslosen Signalubertragung mit zwei Leiter-Kreisringsegmenten 12. Die Leiter-Kreisringsegmente 12 können auf einem um eine Drehachse 13 in Drehrichtung 19 rotierbaren Gantryteil einer Computertomographieanlage angeordnet sein. Dazu werden die Leiter-Kreisringsegmente 12 mit einen Tragerring verbunden. Je eine Signalquelle 5, beispielsweise ein Röntgendetektor, ist mit einer Sendeeinheit 14 elektrisch verbunden, die uber eine elektrische Verbindung elektrische Signale der Signalquelle 5 in das Leiter-Kreisringsegment 12 einspeist. Bei den elektrischen Signalen handelt es sich um digitale Datensignale, die mit einem Header versehen werden, der eine eindeutige Zuordnung zu einer Signalquelle 5 und zu einem Datenpaket sicherstellt. Die Leiter-Kreisringsegmente 12 umfassen ein Antennenelement 20, beispielsweise eine Streifenleitung, und einen nicht dargestellten Leitungsabschluss. Die Antennenelemente 20 wirken als Sendeantennen, die elektromagnetische Strahlung abgeben.
Mit Hilfe je einer Antenne 16 dreier Empfangseinheiten 15 konnen die in den beiden Leiter-Kreisringsegmenten 12 sich ausbreitenden elektrischen Signale aus den Leiter-Kreisringsegmenten 12 ausgekoppelt werden. Dabei wird die elektromagnetische Strahlung der Antennenelemente 20 genutzt. Die drei Empfangseinheiten 15 sind uber den Umfang der beiden Leiter-Kreisringsegmenten 12 derart verteilt angeordnet, dass Übertragungslucken beim Ubergang von einem zum anderen Leiter-Kreisringsegment 12 vermieden werden. Die Empfangseinheiten 15 besitzen eine Empfangsschaltung 17, die die empfangenen elektrischen Signale an eine Datenrekonstruktionseinheit 18 abgibt. Dort werden die Daten der Signalquellen 5 den beiden Signalquellen 5 anhand der Headerinformation eindeutig zugeordnet und in die richtige Reihenfolge gebracht. Die Empfangseinheiten 15 und die Datenrekonstruktionseinheit 18 befinden sich beispielsweise auf einem feststehenden Gantryteil.
Da das Datenaufkommen von Rontgendetektoren sehr groß ist, betragt die Ubertragungsrate heute etwa 4,25 GBit/s je Signalquelle 5. In Zukunft sind Datenraten von 10 GBit/s und mehr vorstellbar. Für ein großeres Datenaufkommen kann auch eine Anordnung nach 3 verwendet werden.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Anordnung zur beruhrungslosen Signalubertragung mit drei Leiter-Kreisringsegmenten 12. Die Leiter-Kreisringsegmente 12 konnen auf einem um eine Drehachse 13 in Drehrichtung 19 rotierbaren Gantryteil einer Computertomographieanlage angeordnet sein. Dazu werden die Leiter-Kreisringsegmente 12 mit einem Tragerring verbunden. Eine Signalquelle 5, beispielsweise ein Rontgendetektor, ist mit einer Sendeeinheit 14 elektrisch verbunden, die über eine elektrische Verbindung die elektrischen Signale der Signalquelle 5 in ein Leiter-Kreisringsegment 12 einspeist. Eine weitere Signalquelle 5, beispielsweise ein weiterer Rontgendetektor, ist mit zwei Sendeeinheiten 14 elektrisch verbunden, die uber eine elektrische Verbindung die unterschiedliche elektrischen Signale der Signalquelle 5 in zwei Leiter-Kreisringsegmente 12 einspeisen. Bei den elektrischen Signalen handelt es sich um digitale Datensignale, die mit einem Header versehen werden, der eine eindeutige Zuordnung zu einer Signalquelle 5 und zu einem Datenpaket sicherstellt. Die Leiter-Kreisringsegmente 12 umfassen ein Antennenelement 20, beispielsweise eine Strip-Leitung, und einen nicht dargestellten Leitungsabschluss.
Mit Hilfe je einer Antennen 16 vierer Empfangseinheiten 15 können die in den drei Leiter-Kreisringsegmenten 12 sich ausbreitenden elektrischen Signale aus den Leiter-Kreisringsegmenten 12 ausgekoppelt werden. Die vier Empfangseinheiten 15 sind derart uber den Umfang der drei Leiter-Kreisringsegmente 12 verteilt angeordnet, dass Übertragungslucken beim Übergang von einem zum nachsten Leiter-Kreisringsegment 12 vermieden werden. Die Empfangseinheiten 15 besitzen eine Empfangsschaltung 17, die die empfangenen elektrischen Signale an eine Datenrekonstruktionseinheit 18 abgibt. Dort werden die Daten der Signalquellen 5 den beiden Signalquellen 5 anhand der Headerinformation eindeutig zugeordnet und in die richtige Reihenfolge gebracht. Die Empfangseinheiten 15 und die Datenrekonstruktionseinheit 18 befinden sich beispielsweise auf einem feststehenden Gantryteil. Jede Sendeeinheit 14 übertragt beispielsweise mit 4,25 Gbit/s. Damit konnen von einer der beiden Signalquellen doppelt so viele Daten ubertragen werden wie in der Anordnung nach 2.
Die vorliegende Erfindung kann mit anderen beruhrungslosen Ubertragungsverfahren kombiniert werden. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldung DE 10 2005 035 207 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Computertomographieanlage
2: Rontgenrohre
3: Röntgendetektor
4: Rontgenrohre
5: Röntgendetektor/Signalquelle
6: feststehendes Gantryteil
7: Patient
8: Patientenliege
9: Anlagenachse
10: Computer
11: rotierbares Gantryteil
12: Leiter-Kreisringsegment
13: Rotationsachse
14: Sendeeinheit
15: Empfangseinheit
16: Antenne
17: Empfängerschaltung
18: Datenrekonstruktionseinheit
19: Drehrichtung
20: Antennenelement/Streifenleiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5140696 A [0003]
DE 102005035207 A1 [0033]

Claims

Anordnung zur beruhrungslosen Ubertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen (5) zwischen einem feststehendem und einem um eine Rotationsachse (13) rotierbaren Gantryteil (11) einer Computertomographieanlage (1), gekennzeichnet durch: – mindestens einem an dem rotierbaren Gantryteil (11) angeordneten kreisringförmigen elektrischen Leiter zum Abgeben der elektrischen Signale, wobei der Leiter in n, mit n ∈ N und n > 1 Leiter-Kreisringsegmente (12) geteilt ist, die zueinander keine elektrische Verbindung aufweisen, und – n Sendeeinheiten (14), die jeweils mit unterschiedlichen Leiter-Kreisringsegmenten (12) elektrisch verbunden sind und die jeweils unterschiedliche elektrische Signale in die Leiter-Kreisringsegmente (12) einspeisen, wobei mindestens zwei Sendeeinheiten (14) mit unterschiedlichen Signalquellen (5) elektrisch verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquellen (5) als Rontgendetektoren ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Kreisringsegmente (12) Strahlerelemente (20) umfassen, die die elektrischen Signale in Form von elektromagnetischen Wellen Abgeben.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (20) als Streifenleiter ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) die Anlagenachse (9) der Computertomographieanlage (1) ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreismittelpunkt des kreisringformigen Leiters (12) auf der Rotationsachse (13) des rotierbaren Gantryteils (11) liegt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: – n + 1 Empfangseinheiten (15), die aus den Leiter-Kreisringsegmenten (12) die in die Leiter-Kreisringsegmente (12) eingespeisten elektrischen Signale berührungslos auskoppeln.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Empfangseinheit (15) eine Antenne (16) umfasst, durch die die elektrischen Signale auskoppelbar sind.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheiten (15) kreisringformig verteilt auf dem feststehenden Gantryteil (6) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass n > 2 ist und mindestens eine Signalquelle (5) mit zwei Sendeeinheiten (14) elektrisch verbunden ist.
Computertomographieanlage (1) mit einer Gantry mit zwei Gantryteilen (6, 11) und einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur kontaktlosen Ubertragung elektrischer Signale mindestens zweier Signalquellen (5) einer Computertomographieanlage (1) zwischen um eine Rotationsachse (13) rotierbaren Leiter-Kreisringsegmenten (12) und feststehenden Empfangseinheiten (15), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale unterschiedlicher Signalquellen (5) von unterschiedlichen Leiter-Kreisringsegmenten (12) an die Empfangseinheiten (15) ubertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale von Sendeeinheiten (14) abgegeben werden, die mit jeweils einem Leiter-Kreisringsegment (12) elektrisch verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale elektromagnetisch ubertragen werden.