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Die Erfindung betrifft eine Detektoreinheit eines bildgebenden medizinischen Gerätes, welche eine Controller-Platine und eine Mehrzahl von Detektionselementen aufweist, die jeweils mit der Controller-Platine verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiter einen Computertomographen mit einer derartigen Detektoreinheit.
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In der Entwicklung eines bildgebenden medizinischen Gerätes kommt es häufig vor, dass eine Produktreihe von mehreren Gerätetypen mit untereinander sehr ähnlicher Bauweise auf den Markt gebracht wird, welche sich jedoch untereinander in bestimmten Anwendungseigenschaften unterscheiden. So kann innerhalb einer Produktreihe von Computertomographen beispielsweise die optische Auflösung einzelner Gerätetypen variieren, während die Architektur des Gehäuses und auch die Benutzeroberfläche jeweils identisch sind.
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Eine höhere Auflösung geht oftmals einher mit einer erhöhten Anzahl an verbauten Detektionsmodulen auf dem Detektor sowie einer erhöhten algorithmisch-informatischen Komplexität in der Bilderzeugung. Ein entsprechendes Modell ist insofern innerhalb der Produktreihe höherpreisig. Jedoch kann es für einen Anwender wie eine spezialisierte Praxis von Vorteil sein, ein kostengünstigeres Modell einer Produktreihe zu erwerben, wenn die Auflösung des Gerätes für die medizinischen Anforderungen üblicherweise als ausreichend anzusehen ist.
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Um mit einer Produktreihe den Anforderungen unterschiedlicher Kundengruppen gerecht werden zu können, kann für einen Hersteller eine Modularisierung der Bauweise innerhalb der Produktreihe von Vorteil sein. Somit müssen nur einzelne Bauteile oder Bauteilgruppen für jeden Gerätetyp aus der Produktreihe entwickelt werden, während ein Großteil der Komponenten in allen Geräten verwendet werden kann, wodurch Entwicklungskosten eingespart werden. Bei einer Wiederverwendbarkeit bestimmter sicherheits- oder gesundheitsrelevanter Bauteile kommt überdies oftmals eine erhebliche Kostenersparnis in medizinischen Genehmigungsverfahren der Bauteile hinzu.
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Mit einer zunehmenden Modularisierung der Bauweise, insbesondere bei den für die optische Auflösung relevanten Bauteilen, werden jedoch aus Kompatibilitätsgründen nicht mehr alle Komponenten ausschließlich aufeinander abgestimmt, sondern vorzugsweise für einen Betrieb in jeder der möglichen Konfigurationen ausgelegt. Für einen Detektor bedeutet dies beispielsweise, dass auf einer mechanischen Halterung des Detektors eine unterschiedliche Anzahl von Detektionsmodulen verbaut sein kann, welche überdies noch unterschiedlicher Bauart sein können, sowie eine sich daraus ergebende unterschiedliche Datenverarbeitung durch verschiedene mögliche Datenverarbeitungsmodule und die Controller-Platine des Detektors.
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Um beim Starten des Computertomographen einen ordnungsgemäßen Betrieb des Detektors zu gewährleisten, benötigt die Controller-Platine, welche während eines Aufnahmevorganges den Datenstrom verwaltet und zu jeweiligen Einzelbildern zusammensetzt, Informationen über die im Detektor verwendeten Elektronikkomponenten wie Detektionsmodule und datenvorverarbeitende Komponenten. Ebenso kann es nötig sein, dass die Controller-Platine eine Spannungsversorgung der Detektionsmodule steuern soll, was insbesondere bei Detektionsmodulen mit dotiertem Halbleitermaterial, welche bevorzugt in einem langzeitigen Gleichgewichtszustand betrieben werden, auftreten kann. Auch für die Steuerung der Spannungsversorgung bedarf die Controller-Platine Informationen über Anzahl und Art der zu versorgenden Detektionsmodule.
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Durch die zunehmenden Anforderungen an die optische Auflösung von Computertomographen weist selbst der Detektor eines vermeintlich einfacheren Modells immer mehr Detektionsmodule auf. Aufgrund der somit erhöhten Anzahl möglicher Hardware-Konfigurationen ist somit die Bereitstellung der Informationen über selbige eine nichttriviale Angelegenheit.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 036 832 A1 ist ein Verfahren zur Ferndiagnose für modulartig aufgebaute medizinische Geräte bekannt, bei welchem eine Konfiguration eines Computertomographen zum Zwecke der Fehlerdiagnose bestimmt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2013 109 115 A1 ist ein System und Verfahren zur Erleichterung der Kompatibilität zwischen mehreren Bilddetektoren und Bilderzeugungsvorrichtung bekannt, bei welchen die Kompatibilität zwischen mehreren Bilddetektoren und einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung erleichtert wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Detektoreinheit eines bildgebenden medizinischen Gerätes anzugeben, in welcher einer Controller-Platine auf möglichst einfache und robuste Art Informationen über auf der Detektoreinheit verbauten Elektronikkomponenten, wie z.B. über die Detektionsmodule, übermittelt werden. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine sinnvolle Anwendung eines derartigen Detektors anzugeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Detektoreinheit eines bildgebenden medizinischen Gerätes, welche Folgendes aufweist: Eine Controller-Platine, eine Mehrzahl von Elektronikkomponenten, wobei als Elektronikkomponenten eine Mehrzahl von Detektionsmodulen umfasst ist, die jeweils mit der Controller-Platine verbunden sind, und ein Selbstidentifikationsmodul, welches einen Speicher aufweist, auf welchem Informationen über eine Mehrzahl der auf der Detektoreinheit angeordneten Elektronikkomponenten gespeichert sind, wobei von der Controller-Platine mindestens eine Datenverbindung zum Speicher des Selbstidentifikationsmoduls führt.
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Unter einer Verbindung, insbesondere unter einer Datenverbindung, ist hierbei ein durchgängiger Signalweg zu verstehen, welcher insbesondere eine optische und/oder elektrische Signalübertragung ermöglicht. Insbesondere können hierbei im durchgängigen Signalweg auch weitere signalverarbeitende Komponenten angeordnet sein, wobei weiterhin die Übertragung vom Anfangs- zum Endpunkt des durchgängigen Signalwegs über die signalverarbeitenden Komponenten erhalten bleibt, und insbesondere kann ein durchgängiger Signalweg bei einer signalverarbeitenden Komponente auch einen Wechsel der Übertragungsart, beispielsweise von einer optischen zu einer elektrischen Signalübertragung, beinhalten.
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Unter einem Speicher kann insbesondere ein nichtflüchtiger Speicher verstanden sein. Die auf dem Speicher gespeicherten Informationen sind vorzugsweise beim Fertigungsprozess der Detektoreinheit auf den Speicher zu schreiben. Jedoch soll sich die Erfindung auch auf den Einsatz von flüchtigen Speichern beziehen. Insbesondere kann in diesem Fall auf dem Selbstidentifikationsmodul auch eine Batterie zur Leistungsversorgung des Speichers vorgesehen sein.
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Grundsätzlich können auf der Detektoreinheit verschiedene Detektionsmodul-Typen verbaut sein. Die Informationen über die verwendete Konfiguration ist günstigerweise nach dem Starten des bildgebenden medizinischen Gerätes an eine externe Steuereinheit desselben zu übermitteln. Dies geschieht bevorzugt durch die Controller-Platine über an dieser vorgesehenen Kommunikationswege zur externen Steuereinheit. Hierdurch ist die externe Steuereinheit in der Lage, die Detektoreinheit möglichst fehlerfrei anzusteuern, wobei hier eine vorteilhafte Parametrisierung und die Anwendung geeigneter Korrekturtabellen für Messsignale umfasst sind.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass Informationen über die Konfiguration der auf der Detektoreinheit angeordneten Elektronikkomponenten, insbesondere der Detektionsmodule, in einer Art gespeichert und bereitgestellt werden sollten, dass die Informationen bei einer Wartung oder einem Austausch einer oder mehrerer einzelner Elektronikkomponenten oder der Controller-Platine erhalten bleiben. Somit ist es vorteilhaft, eine rein Software-basierte Lösung auf Basis der bestehenden Bauteile, beispielsweise auf der Controller-Platine, zu vermeiden, und statt dessen einen gesonderten Speicher mit den Informationen baulich weder an den Elektronikkomponenten selbst, noch an der Controller-Platine vorzusehen. Der Speicher ist daher bevorzugt an einem mechanischen Rahmen des Detektors anzubringen, an welchem auch die anderen genannten Bauteile angeordnet sind.
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Der prinzipielle Vorteil eines Speichers gegenüber einer rein hardwarebasierten Identifizierung der Konfiguration, beispielsweise mittels einer Schaltanordnung von Stecker-Kontakten mit entsprechend gesteckten Pins oder Dongles, liegt hierbei in der Weiterverwendbarkeit. Eine rein hardwarebasierte Lösung im Sinne einer Schaltanordnung kann aufgrund ihrer geringen Komplexität zwar als besonders zuverlässig angenommen werden, ist meist jedoch nur für eine gewisse Anzahl von Konfigurationen verwendbar. Geht die Entwicklung einer Produktreihe über diese Anzahl hinaus, oder wird in einer Weiterentwicklung bei einem neuen Typen einer Detektoreinheit zusätzlich eine bisher nicht verwendete und daher nicht identifizierte Komponentengruppe mit verschiedenen möglichen Einzelteilen verwendet, entstehen neue Konfigurationsmöglichkeiten, für die die Schaltanordnung eventuell nicht mehr ausgelegt ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn mehrere unterschiedliche Gruppen von Detektionsmodulen verwendet werden.
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Das Selbstidentifikationsmodul kombiniert daher die Vorteile einer rein Software-basierten Lösung (eine nahezu beliebige Anzahl von Konfigurationen kann verwaltet und identifiziert werden, eine prinzipielle Weiterentwicklung der Selbstidentifikation ist bei einer Weiterentwicklung der Detektoreinheit nicht erforderlich) mit den Vorteilen einer rein hardwarebasierten Lösung (alle für den Detektorbetrieb erforderlichen Bauteile können ohne Informationsverlust ausgetauscht oder gewartet werden, hohe Zuverlässigkeit durch einfaches Design). Bevorzugt ist das Selbstidentifikationsmodul hierbei in einem gesonderten Gehäuse eingebracht, welcher insbesondere den darauf angeordneten Speicher vor einfallender Strahlung, wie sie im Betrieb des bildgebenden medizinischen Gerätes auftreten kann, abschirmt.
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Günstigerweise ist als Elektronikkomponenten eine Anzahl von Datenverarbeitungsmodulen umfasst, welche jeweils eingangsseitig mit mindestens einem Detektionsmodul verbunden sind und ausgangsseitig mit der Controller-Platine verbunden sind. In diesem Fall führt der Signalweg von der Controller-Platine zu jedem Detektionsmodul über ein Datenverarbeitungsmodul. Auf dem Speicher des Selbstidentifikationsmoduls kann insbesondere auch Information über das oder jedes Datenverarbeitungsmodul gespeichert sein, was zu einer besonders einfachen Verwaltung der Hardware-Konfiguration bzw. einer vereinfachten Ansteuerung durch die Controller-Platine führt.
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Bevorzugt weist das Selbstidentifikationsmodul eine interne Schnittstelle auf, über welche von der Controller-Platine die mindestens eine Datenverbindung zum Speicher des Selbstidentifikationsmoduls führt. Unter einer internen Schnittstelle ist hierbei eine Schnittstelle zu verstehen, über die nur Daten- und/oder Spannungsverbindungen innerhalb des Detektors selbst hergestellt werden können, jedoch keine solche Verbindung aus dem Detektoreinheit heraus. Eine derartige Schnittstelle hat den Vorteil, dass für die Kompatibilität eines Speichers mit verschiedenen möglichen Gerätetypen der Detektoreinheit, insbesondere mit verschieden möglichen Typen der Controller-Platine, nur auf die Kompatibilität der Schnittstelle geachtet werden kann. Die Entwicklung des Speichers kann daher kostengünstig modularisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Selbstidentifikationsmodul eine externe Schnittstelle auf. Unter einer externen Schnittstelle ist hierbei eine Schnittstelle zu verstehen, über die vom Selbstidentifikationsmodul eine Daten- und/oder Spannungsverbindung zu einem Sender bzw. Empfänger, welcher nicht Teil der Detektoreinheit ist, hergestellt werden kann. Dies ermöglicht es einer externen Anwendung, eine Datenverbindung zur Detektoreinheit über das Selbstidentifikationsmodul herzustellen.
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Bevorzugt führt hierbei vom Speicher des Selbstidentifikationsmoduls mindestens eine Datenverbindung zur externen Schnittstelle. Insbesondere ist hierbei eine Datenverbindung umfasst, welche von einer Datenverbindung zwischen der Controller-Platine und dem Speicher, ggf. über eine interne Schnittstelle, auf dem Selbstidentifikationsmodul abgezweigt bzw. abgegriffen ist. Eine Datenverbindung vom Speicher zur externen Schnittstelle ermöglicht es einer externen Anwendung, Zugriff auf im Speicher gespeicherte Daten zu erhalten und/oder Information in den Speicher zu schreiben, ohne dabei eine Datenverbindung über die Controller-Platine herstellen zu müssen. Dadurch wird der besagte Datenzugriff vereinfacht und dessen Fehleranfälligkeit verringert.
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Günstigerweise umfasst die externe Schnittstelle einen Schreibschutzkontakt. Information kann von einer externen Anwendung bevorzugt nur dann in den Speicher geschrieben werden, wenn der Schreibschutzkontakt mit einem entsprechenden Schutzstecker gebrückt wird. Hierdurch kann ein ungewolltes Ändern der im Speicher enthaltenen Information verhindert werden.
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Als zweckmäßig erweist es sich, wenn von der Controller-Platine mindestens eine Datenverbindung zur externen Schnittstelle führt. Insbesondere kann eine solche Datenverbindung über eine interne Schnittstelle des Selbstidentifikationsmoduls führen. Insbesondere ist hierbei eine Datenverbindung umfasst, welche von einer Datenverbindung zwischen der Controller-Platine und dem Speicher auf dem Selbstidentifikationsmodul abgezweigt bzw. abgegriffen ist. Eine Datenverbindung von der Controller-Platine zur externen Schnittstelle ermöglicht einen einer externen Anwendung einen einfachen Zugriff auf Daten, die von der Controller-Platine verarbeitet oder erzeugt werden.
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Bevorzugt sind alle Detektionsmodule im Wesentlichen, also bis auf Fertigungstoleranzen und/oder ungewollte Abweichungen, baugleich. Die Verwendung nur baugleicher Detektionsmodule für eine Detektoreinheit ist eine häufig angewandte Architektur bei bildgebenden medizinischen Geräten. Dennoch kann ihre Anzahl von Gerätetyp zu Gerätetyp einer Produktreihe variieren. Überdies können weitere Elektronikkomponenten, beispielsweise zur Datenverarbeitung, auf dem Detektor verbaut sein. Für die sich so ergebenden Möglichkeiten unterschiedlicher Hardware-Konfigurationen ist es vorteilhaft, auf der Detektoreinheit ein Selbstidentifikationsmodul zu verwenden.
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Günstigerweise ist der Speicher als ein nichtflüchtiger Speicher, insbesondere als ein EEPROM-Speicher, ausgebildet. Ein nichtflüchtiger Speicher hat den Vorteil, dass Information auch ohne eine Strom- oder Spannungsversorgung erhalten bleibt.
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Bevorzugt führen von der Controller-Platine mindestens eine Spannungsversorgung zum Speicher des Selbstidentifikationsmoduls und/oder mindestens eine Spannungsreferenzverbindung von der externen Schnittstelle zum Speicher des Selbstidentifikationsmoduls. Insbesondere kann hierbei eine Spannungsversorgung über die interne Schnittstelle führen. Eine Spannungsversorgung des Speichers kann je nach dessen Bauart das Auslesen von Informationen vereinfachen. Eine Spannungsreferenzverbindung kann je nach Bauart des Speichers vorteilhaft sein, wenn Informationen elektronisch über die externe Schnittstelle in den Speicher geschrieben werden sollen.
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Zweckmäßigerweise sind auf dem Speicher eine Seriennummer und/oder Informationen über eine Prüfung und/oder eine Wartung der Detektoreinheit gespeichert. Insbesondere kann hierbei auf besagte Daten über eine externe Schnittstelle von einer externen Anwendung zugegriffen werden. Dies erleichtert eine Wartung bzw. eine Reparatur der Detektoreinheit.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Computertomographen mit einer vorbeschriebenen Detektoreinheit. Die Vorteile der Detektoreinheit und ihrer Weiterbildungen können dabei sinngemäß auf den Computertomographen übertragen werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 einen vereinfachten Schaltplan eines Computertomographen-Detektors mit einem Selbstidentifikationsmodul.
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In 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines Detektors 1 eines Computertomographen 2. Der Detektor 1 weist auf einem Rahmen 4 eine Controller-Platine 6 auf, welche mit einer externen Steuereinheit des Computertomographen 2 verbunden ist. Auf dem Rahmen 4 des Detektors 1 ist die Controller-Platine 6 mit zwei Datenverarbeitungsmodulen 8a, 8b verbunden.
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Jedes der Datenverarbeitungsmodule 8a, 8b ist seinerseits mit einer Mehrzahl von Detektionsmodulen 10a, 10b, 10c bzw. 10x, 10y, 10z verbunden. Die Detektionsmodule 10a - 10z wandeln hierbei jeweils einfallende Röntgenstrahlung zunächst über eine Keramik in Licht im sichtbaren Spektrum um, welches über eine Anzahl von nicht näher dargestellten Photodetektoren in ein Stromsignal umgewandelt wird. Im jeweiligen Datenverarbeitungsmodul 8a, 8b werden aus den jeweiligen Signalen der Detektionsmodule 10a, 10b, 10c bzw. 10x, 10y, 10z einzelne Bildbereiche zusammengesetzt und an die Controller-Platine 6 weitergesendet, wo die Bilddaten noch komprimiert werden, bevor sie ausgegeben werden. Hierbei können beispielsweise die Detektionsmodule 10a, 10b, 10c eine andere Bauart und/oder Auflösung aufweisen als die Detektionsmodule 10x, 10y, 10z.
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In diesem Fall können auch die beiden Datenverarbeitungsmodule 8a, 8b voneinander verschieden sein.
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Von der Controller-Platine 6 führen eine Datenverbindung 12a, eine Zeitsynchronisation 12b, eine Spannungsversorgung 14a und eine Erdung 14b zur internen Schnittstelle 16 des Selbstidentifikationsmoduls 20. Auf dem Selbstidentifikationsmodul 20 ist ein als EEPROM 22 ausgebildeter Speicher 24 angeordnet, welcher mit der internen Schnittstelle 16 verbunden ist. Über diese kann mittels der Datenverbindung 26a, der Zeitsynchronisation 26b, der Spannungsversorgung 28a und der Erdung 28b ein Zugriff der Controller-Platine 6 auf die auf dem EEPROM 22 gespeicherten Informationen über die Hardware-Konfiguration der Datenverarbeitungsmodule 8a, 8b und der Detektionsmodule 10a - 10z erfolgen.
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Auf dem Selbstidentifikationsmodul 20 ist eine externe Schnittstelle 30 angeordnet, welche einen Schreibschutzkontakt 32 aufweist. Von der externen Schnittstelle 30 führen eine Datenverbindung 34a, eine Zeitsynchronisation 34b, eine Schreibschutzverbindung 36, eine Spannungsversorgung 38a und eine Spannungsreferenz 38b zum EEPROM 22, wobei die Datenverbindung 34a, die Zeitsynchronisation 34b, die Spannungsversorgung 38a und die Spannungsreferenz 38b jeweils auch mit der Datenverbindung 26a, der Zeitsynchronisation 26b, der Spannungsversorgung 28a bzw. der Erdung 28b, welche jeweils von der internen Schnittstelle 16 zum EEPROM 22 führt, verbunden ist.
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Auf dem EEPROM 22 werden bei der Fertigung des Detektors 1 hardwarespezifische Informationen zu den Typen der auf dem Rahmen 2 verbauten Datenverarbeitungsmodule 8a, 8b und Detektionsmodule 10a - 10z über die externe Schnittstelle 30 und die Datenverbindung 34a gespeichert. Hierzu wird der Schreibschutzkontakt 32 mit einem entsprechenden Stecker gebrückt, wodurch die Schreibschutzverbindung 36 mit der Spannungsreferenz 38b verbunden wird, und wodurch das Überschreiben des EEPROM 22 überhaupt erst ermöglicht wird. Ohne den entsprechenden Stecker im Schreibschutzkontakt 32 ist ein Ändern des Inhaltes im EEPROM 22 nicht möglich, wodurch ein versehentliches Überschreiben verhindert werden kann.
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Über die Spannungsversorgung 38a und die Spannungsreferenz 38b kann ein an der externen Schnittstelle 30 angeschlossenes, in der Zeichnung nicht näher dargestelltes externes Programmiergerät erkennen, ob das Selbstidentifikationsmodul 20 und damit auch der EEPROM 22 bereits über die Controller-Platine 6 versorgt wird. In diesem Fall kann eine Änderung der auf dem EEPROM 22 gespeicherten Informationen ohne eine externe Spannungsversorgung erfolgen. Im anderen Fall kann das externe Programmiergerät die zum Überschreiben des EEPROM notwendige Versorgung über die Spannungsversorgung 38a und die Spannungsreferenz 38b bereitstellen. Dadurch kann die Programmierung bereits im Vorfeld erfolgen, ohne dass eine vollständige Initiierung des Computertomographen 2 erforderlich ist.
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Beim Starten des Computertomographen werden über die Datenverbindung 26a und die Spannungsversorgung 28a die für den Betrieb des Detektors notwendigen Informationen zur vorliegenden Hardware-Konfiguration aus dem EEPROM 22 ausgelesen und über die interne Schnittstelle 16 an die Controller-Platine 6 weitergegeben. Diese kann entsprechend der erhaltenen Informationen die Spannungsversorgung der Detektionsmodule 10a - 10z regeln sowie während eines Aufnahmevorganges den Datenfluss über die Datenverarbeitungsmodule 8a, 8b steuern.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
