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Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmesystem, insbesondere ein Frontend-Modul, für ein Computertomographiesystem („CT-System‟) sowie ein entsprechendes CT-System.
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In einem CT-System werden die Bilddaten von einem Bildsensor bzw. einem Frontend-Modul aufgenommen und dem System bereitgestellt. Diese Daten liegen in der Regel zunächst als Rohdaten vor, die anschließend rekonstruiert werden. Um die Daten des Bildsensors von den rekonstruierten Daten zu unterscheiden, wird im Folgenden der Begriff „Aufnahmedaten“ für die Bilddaten (Messdaten) des Bildsensors verwendet. Mit dem Begriff „Aufnahmedaten“ sind im Zusammenhang mit dem Bildsensor in diesem Text also nicht die rekonstruierten Bilddaten gemeint, sondern diejenigen Daten, die von einem Bildsensor von einem Motiv aufgenommen werden und dann im Zuge der Bildnahme in Rohdaten für eine spätere Rekonstruktion konvertiert werden.
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Ein typisches Frontend-Modul besteht beispielsweise aus einer Matrix aus 640 Photodioden und einem ADC (Analog-DigitalWandler) und kann aus empfangenen Röntgenstrahlen Bildpunkte für einen Bildaufnahme generieren. Das Frontend-Modul steht üblicherweise mittels einer Vielzahl von Datenleitungen mit einer Backplane in Datenkontakt. Neben Daten werden zusätzlich Versorgungs- und Referenzspannungen von der Backplane für das Frontend-Modul bereitgestellt.
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Die entsprechenden Module verfügen typischerweise über eine Schnittstelle zur Konfiguration (z.B. ein sogenanntes Serial Peripheral Interface „SPI“) und eine weitere Schnittstelle für das Übertragen der Aufnahmedaten. Es gibt für jedes Frontend-Modul in der Regel eine SPI Schnittstelle zum Konfigurieren. Jede der Schnittstellen ist in der Regel taktbasiert, wobei die Auslese der Daten um ein Vielfaches schneller abläuft als die Konfiguration. Typische Größenordnungen sind für den Takt zur Konfiguration mittels einer SPI (das Taktsignal bzw. der entsprechende Pin am Bauteil wird allgemein auch als „SCL“ oder „SCLK“ für „Shift Clock“ oder „Serial Clock“ bezeichnet) der Bereich von 100 kHz bis einige MHz und für die Datenauslese (dieses Taktsignal bzw. der entsprechende Pin am Bauteil wird allgemein auch als „CLK“ bezeichnet) einige 100 MHz bis wenige GHz.
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Bei einer Übertragung von Aufnahmedaten werden von der Backplane ein Takt CLK für den Analog-Digital Converter (ADC) und das Schieberegister zum Auslesen und ein Takt für die Synchronisation der AD-Wandlung (auch als „SYNC“ bezeichnet) zum Frontend-Modul geschickt. Die Nutzdaten werden dann üblicherweise auf mehreren Signalleitungen zur Backplane übertragen. Die Datenübertragung erfolgt zumeist mittels differentieller Datenübertragung, um Störsignale zu minimieren.
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In einem CT-Detektor sind in der Regel bis zu 90 Frontend-Module an drei Backplanes angeschlossen. Die Daten von jeweils ca. 30 Frontend Modulen werden von einer Backplane über eine Hochgeschwindigkeitsleitung mit einer typischen Übertragungsrate von 5 Gbit/s nach außen übertragen. Die Datenleitungen sind dabei üblicherweise unidirektionale Leitungen, die nur einen Datenverkehr vom Frontend-Modul zur Backplane erlauben. Dies liegt in der Regel an den Schnittstellen zur differentiellen Signalübertragung (üblicherweise nach dem Prinzip „Low Voltage Differential Signaling“ LVDS).
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Die SPI Schnittstelle ist im Gegensatz zu den differentiellen Datensignalen des AD-Wandlers nur als Single Ended Signal (LVCMOS) ausgeführt. Deshalb benötigt man vor dem Stecker, mit dem das Frontent-Modul mit der Backplane verbunden ist, auf der Backplane jeweils einen LVCMOS-Buffer. Dieser ist notwendig, um den Impedanzsprung von dem Signal auf der Backplane Leiterplatte und der Folienleitung auszugleichen. Die separaten Buffer sind auch nötig, damit ein defektes Modul oder eine nicht korrekt gesteckte Leitung erkannt werden kann.
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Bekannte Systeme haben eine Reihe von Nachteilen, insbesondere betreffend den Platzbedarf, die Routingfläche und Lötstellen auf der Backplane. Beispielsweise können die Lötstellen des Foliensteckers im Flachbaugruppentest nicht elektrisch geprüft werden. Daraus folgt, dass eine Fehlererkennung erst beim Test eines komplett montierten Detektors erfolgen kann. Des Weiteren müssen für eine Erfassung von Identifikationsdaten der Frontend-Module die von diesen kommenden Datensignale der SPI (zumeist mit SDO oder MISO bezeichnet) über mehrere zusätzliche Multiplexer zu den Frontend-Modulen geführt werden.
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Auf den Frontend-Modulen sowie auf den Backplanes ist üblicherweise eine Logik vorhanden, die in der Regel aus programmierbaren Bausteinen, meist jeweils einem Field Programmable Gate Array (FPGA) gebildet werden. Es ist hierbei oft der Fall, dass die SDO-Signale der SPI Schnittstelle für die Frontend-Module (z.B. 90) nur von einem einzigen Modul auf dem FPGA der Backplane ausgewertet werden. Dabei kann es sein, dass das verwendete FPGA bauartbedingt nicht genügend Eingänge für 90 SDO Signale umfasst. Daraus folgt eine eingeschränkte Prüfbarkeit aller SPI bzw. aller Frontend-Module.
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Wie oben gesagt wurde, werden während eines CT-Scans die Nutzdaten (AD-Wert der Strahlung am jeweiligen Pixel) mit hoher Taktrate auf mehreren Leitungen übertragen. Die Verbindung zwischen der Backplane und den Detektormodulen (Frontend-Modulen) erfolgt typischerweise über eine einlagige Folienleitung (z.B. 32 polig). Über diese Folienleitung werden dabei auch die oben erwähnten Versorgungsspannungen und Referenzspannungen übertragen. Als Masseverbindungen (GND-Leitung) stehen nur relativ wenige Leitungen zur Verfügung.
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Dies kann Nachteilhaft sein, denn wenn der Abstand von einer Signalleitung zu einer benachbarten GND Leitung zu groß wird, erhöht sich die EMV-Abstrahlung und die Signalintegrität verschlechtert sich. Bei einem typischen Aufbau gemäß dem Stand der Technik ergeben sich bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) einige Nachteile. Zum eines ist dies eine nicht zu vernachlässigende EMV Abstrahlung durch einen großen Abstand von Signal und GND-Leitung (Signalschleifen; Impedanzsprung), zum anderen eine schlechte Signalintegrität durch diesen Abstand (keine Impendazanpassung) und des Weiteren ein Spannungsabfall auf der GND-Leitung. Zudem werden für die 32-poligen Folienkabel entsprechende Stecker benötigt, die einen gewissen Platz beanspruchen, dies wirkt sich bei dem begrenzten Platz auf einer Backplane nachteilhaft aus, und es kann schwierig sein, für diese Größenordnung Stecker mit einer Verriegelung zu verwenden.
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Um die erlaubten Grenzen der EMV-Abstrahlung einhalten zu können muss die Detektorelektronik in einem gut abgedichteten Metallgehäuse eingebaut werden. Insbesondere bei der EMV-Abdichtung der externen High-Speed-Stecker (üblicherweise drei je Detektor) muss ein hoher Aufwand getrieben werden, z.B. kundenspezifische Abschirmfelder, Dichtung, Aufwand für Montage und Demontage bei evtl. Feldaustausch. Dies ist ein weiterer Nachteil.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Bildaufnahmesystem für ein Computertomographie-System anzugeben, mit dem oben beschriebene Nachteile vermieden werden, insbesondere im Hinblick auf den Aufbau und/oder die elektromagnetische Verträglichkeit.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bildaufnahmesystem gemäß Patentanspruch 1, eine Steuereinheit gemäß Patentanspruch 10, einen Scanner gemäß Patentanspruch 11, sowie durch ein Computertomographiesystem gemäß Patentanspruch 12 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Bildaufnahmesystem für ein Computertomographiesystem umfasst eine Bildaufnahmeeinheit und/oder eine Datenorganisationseinheit. Darüber hinaus umfasst das Bildaufnahmesystem, bevorzugt die Bildaufnahmeeinheit und/oder die Datenorganisationseinheit (ggf. jeweils), eine Konfigurationsschnittstelle und eine Aufnahmedatenschnittstelle. Das Bildaufnahmesystem ist dabei so gestaltet, dass zumindest eine Datenleitung der Aufnahmedatenschnittstelle bestimmungsgemäß von der Konfigurationsschnittstelle nutzbar ist.
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Im Grunde sind eine Bildaufnahmeeinheit und eine Datenorganisationseinheit bereits im Stand der Technik bekannt und in einem Computertomographiesystem standardmäßig enthalten (wenn auch keine erfindungsgemäß gestalteten). Die Bildaufnahmeeinheit wird auch häufig als „Bildsensor“, „Röntgendetektormodul“ oder „Frontend-Modul“ bezeichnet, die Datenorganisationseinheit wird häufig als „Backplane“ bezeichnet. Die Erfindung besteht in einer vorteilhaften Veränderung dieser Komponenten und kann sich alleine auf eine Bildaufnahmeeinheit oder alleine auf eine Datenorganisationseinheit beziehen (die dann das Bildaufnahmesystem bilden würde, welches dann mit einer entsprechenden anderen Einheit verbunden werden müsste). Die Erfindung kann sich aber auch auf eine Kombination aus Bildaufnahmeeinheit und Datenorganisationseinheit beziehen, und wäre dann direkt für eine Bildaufnahme und eine Aussendung von Rohdaten zur Rekonstruktion geeignet.
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Die Konfigurationsschnittstelle und die Aufnahmedatenschnittstelle sind im Grunde im Stand der Technik bekannt und dienen der Konfiguration eines Bildsensors (einer Bildaufnahmeeinheit) bzw. zur Übermittlung von Aufnahmedaten, die dann von der Datenorganisationseinheit in Form von Rohdaten zur Rekonstruktion weitergeleitet werden.
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Die Aufnahmedatenschnittstelle kommuniziert in der Regel mittels differentiellen Signalen, insbesondere LVDS, wobei Signalleitungen oftmals unidirektional arbeiten.
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Die Konfigurationsschnittstelle ist im Stand der Technik zumeist als SPI Schnittstelle ausgeführt, die im Gegensatz zu den differentiellen Datensignalen der Aufnahmedatenschnittstelle (LVDS) nur mit einer TTL-Logik der Signale arbeitet, z.B. mit Single Ended Signalen (LVCMOS). Im Stand der Technik benötigt man vor dem Stecker auf der Backplane (Datenorganisationseinheit) jeweils einen LVCMOS-Buffer. Dieser ist notwendig, um den Impedanzsprung von dem Signal auf der Backplane-Leiterplatte und der Folienleitung auszugleichen.
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Gemäß der Erfindung ist die Konfigurationsschnittstelle bevorzugt so ausgestaltet, dass sie differentielle Signale senden und/oder empfangen kann, damit die Leitungen der Aufnahmedatenschnittstelle problemlos verwendet werden können.
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Im Unterschied zum Stand der Technik ist das Bildaufnahmesystem, also zumindest die Kommunikationsschnittstelle und damit auch bevorzugt die Bildaufnahmeeinheit und/oder die Datenorganisationseinheit, so gestaltet, dass zumindest eine Datenleitung der Aufnahmedatenschnittstelle bestimmungsgemäß von der Konfigurationsschnittstelle nutzbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass Leitungen zwischen einer Bildaufnahmeeinheit und einer Datenorganisationseinheit eingespart und/oder für EMV-Zwecke (z.B. als GND-Leitungen) verwendet werden können.
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Wenn eine Konfiguration unter Nutzung von Leitungen der Aufnahmedatenschnittstelle erfolgt, können die jeweiligen Schnittstellen so gestaltet sein, dass sie diese Signale getrennt einer (im Stand der Technik typischerweise verwendeten) Steuereinheit zuführen. Bevorzugt ist jedoch, dass die Steuereinheit besonders ausgestaltet ist. Entweder indem sie die betreffenden erfindungsgemäßen Schnittstellen umfasst (als interne Hardware oder als Softwaremodule) oder zumindest die entsprechenden Daten korrekt verarbeiten kann, die sie auf ein und demselben Anschlusspunkt (Pin) erhält bzw. die entsprechenden Daten auf demselben Anschlusspunkt sendet.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit für ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmesystem ist insbesondere programmierbar bzw. konfigurierbar (z.B. ein ASIC bzw. ein FPGA), insbesondere im Hinblick auf die Bildaufnahmeeinheit.
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Die Steuereinheit ist zur Steuerung einer Bildaufnahmeeinheit oder einer Datenorganisationseinheit ausgelegt und bevorzugt zusätzlich dazu ausgestaltet, Daten entsprechend eines vorherrschenden Modus zu senden und/oder zu verarbeiten, wobei der Modus bevorzugt vom Zustand eines Anschlusspunktes der Steuereinheit (7a) abhängt. Ein Pin eines Bausteins, der als Steuereinheit ausgeführt ist, kann also bevorzugt in Abhängigkeit zu seinem Zustand (HIGH oder LOW) zwischen einem Datennahmemodus und einem Konfigurationsmodus wechseln.
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In dem Fall, dass die Steuereinheit zur Steuerung einer Bildaufnahmeeinheit ausgelegt ist, ist sie auch dazu ausgelegt, auf jeweils einem identischen Anschlusspunkt (Pin) zu unterschiedlichen Zeiten
- - sowohl Aufnahmedaten (also bei einer Bildnahme) als auch Antworten bei einer Konfiguration zu senden und/oder
- - sowohl Synchronisationsdaten als auch Konfigurationsdaten zu empfangen und zu verarbeiten.
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In dem Fall, dass die Steuereinheit zur Steuerung einer Datenorganisationseinheit ausgelegt ist, ist sie auch dazu ausgelegt, auf jeweils einem identischen Anschlusspunkt (Pin) zu unterschiedlichen Zeiten
- - sowohl Aufnahmedaten (also bei einer Bildnahme) als auch Antworten bei einer Konfiguration zu empfangen und zu verarbeiten und/oder
- - sowohl Synchronisationsdaten als auch Konfigurationsdaten zu senden.
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Der erfindungsgemäße Scanner für ein Computertomographiesystem umfasst ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmesystem. Er profitiert also von den Vorteilen des erfindungsgemäßen Bildaufnahmesystems.
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Das erfindungsgemäße Computertomographiesystem umfasst einen erfindungsgemäßen Scanner.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Konfiguration eines erfindungsgemäßen Computertomographiesystems, also einem Computertomographiesystem, welches einen erfindungsgemäßen Scanner umfasst und damit ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmesystem. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration zu anderen Zeiten vorgenommen wird als die Bildnahme und dass zur Konfiguration mindestens eine Datenleitung verwendet wird, die auch im Zuge der Übertragung der Aufnahmedaten verwendet wird. Das Verfahren kann in einer Reihe bevorzugter Ausführungsformen durchgeführt werden, die von der Art des jeweils verwendeten Bildaufnahmesystems abhängen. Entscheidend ist aber stets, dass die Konfiguration nicht gleichzeitig mit den Röntgen-Scan stattfindet, da immer Leitungen doppelt zur Konfiguration und zur Übersendung von Aufnahmedaten genutzt werden.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
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Im Folgenden werden für die Anschlusspunkte und Datenleitungen der SPI die dafür üblicherweise verwendeten Begriffe verwendet. Die Datenleitungen bzw. die Anschlusspunkte für das Anwählen einer Baugruppe werden üblicherweise als „Chip Select“ bezeichnet und mit dem Kürzel „CS“ versehen, die Datenleitungen bzw. die Anschlusspunkte für das Taktsignal werden üblicherweise mit dem Kürzel „SCK“ für „Serial Clock“ versehen. Was die Datenleitungen bzw. die Anschlusspunkte (Pins) für die Datenübertragungen betrifft, ist es abhängig, ob das Modul betrachtet wird, welches die Datenübertragung steuert („Master“) oder dasjenige, welches gesteuert wird („Slave“). Anschlusspunkte, welche der Aussendung von Daten dienen, tragen bei beiden das Kürzel „SDO“ („Serial Data Out“), Anschlusspunkte, welche dem Empfang von Daten dienen, tragen das Kürzel „SDI“ („Serial Data In“). Somit führt ein SDO vom Master stets zu einem SDI des Slaves und umgekehrt. Um Missverständnissen vorzubeugen, werden die entsprechenden Datenleitungen im Folgenden mit den allgemein verwendeten Kürzeln „MOSI“ (Master Out, Slave „In" und „MISO“ (Master In, „Slave Out" bezeichnet, um die Richtung der Kommunikation darzustellen. Eine MISO-Datenleitung führt von einem SDO-Pin des Slaves zu einem SDI-Pin des Masters. Bei einer MOSI-Datenleitung ist es genau umgekehrt.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem ist so ausgestaltet, dass eine Datenleitung für das Taktsignal der Aufnahmedatenschnittstelle (auch als „CLK“ bezeichnet) auch zur Übertragung des Taktsignals (SCK) der Konfigurationsschnittstelle dient. Es wird also die gleiche physische Leitung für beide Taktsignale verwendet. Hierzu können beide Schnittstellen mit einem physischen Anschlusspunkt miteinander und mit einer Leitung leitend verbunden sein, die Schnittstellen können aber auch beide auf einen gemeinsamen physischen Anschlusspunkt zugreifen (z.B. wenn sie als Softwaremodule ausgestaltet sind).
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Mit dem Merkmal der Nutzung einer Leitung für zwei Signale geht automatisch einher, dass auch nur ein Anschlusspunkt („Pin“) einer Bildaufnahmeeinheit bzw. einer Datenorganisationseinheit die Daten sendet bzw. empfängt und damit die entsprechende Einheit zum Senden oder zum Empfang von Daten zur Konfiguration und zur Übermittlung von Aufnahmedaten auf einem gemeinsamen Anschlusspunkt ausgestaltet ist.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem ist so ausgestaltet, dass eine Datenleitung für ein Synchronisationssignal („SYNC“) der Aufnahmedatenschnittstelle für eine Übertragung von Aufnahmedaten auch zur Übertragung von Konfigurationsdaten der Konfigurationsschnittstelle (zur Konfiguration einer Bildaufnahmeeinheit) dient (also eine MOSI-Datenleitung ist). Es wird also auch hier die gleiche physische Leitung für beide Datensignale verwendet. Hierzu können beide Schnittstellen wieder mit einem physischen Anschlusspunkt miteinander und mit einer Leitung leitend verbunden sein, die Schnittstellen können aber auch beide auf einen gemeinsamen physischen Anschlusspunkt zugreifen (z.B. wenn sie als Softwaremodule ausgestaltet sind). Die entsprechenden Anschlusspunkte der Datenorganisationseinheit, die mit der Datenleitung für das SYNC-Signal verbunden sind, werden also als SDO verwendet, die der Bildaufnahmeeinheit als SDI.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem ist so ausgestaltet, dass die Datenleitung der Aufnahmedatenschnittstelle für die Aufnahmedaten auch zur Übertragung von Antwortdaten der Konfigurationsschnittstelle dient (also eine MISO-Datenleitung ist). Es wird also auch hier die gleiche physische Leitung für beide Datensignale verwendet. Hierzu können beide Schnittstellen wieder mit einem physischen Anschlusspunkt miteinander und mit einer Leitung leitend verbunden sein, die Schnittstellen können aber auch beide auf einen gemeinsamen physischen Anschlusspunkt zugreifen (z.B. wenn sie als Softwaremodule ausgestaltet sind). Die entsprechenden Anschlusspunkte der Datenorganisationseinheit, die mit der Datenleitung für die Datensignale verbunden sind, werden also als SDI verwendet, die der Bildaufnahmeeinheit als SDO.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem ist so ausgestaltet, dass die Datenleitung zur Aktivierung des Konfigurationsmodus („CS“) der Konfigurationsschnittstelle zur Aktivierung der Aufnahmedatenübertragung dient. Es wird also auch hier die gleiche physische Leitung für ein einziges Auswahlsignal (hier mit „IF_SELECT“ bezeichnet) verwendet. Hierzu können beide Schnittstellen wieder mit einem physischen Anschlusspunkt miteinander und mit einer Leitung leitend verbunden sein, die Schnittstellen können aber auch beide auf einen gemeinsamen physischen Anschlusspunkt zugreifen (z.B. wenn sie als Softwaremodule ausgestaltet sind).
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem umfasst eine Datenorganisationseinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie bei Empfang von Informationen betreffend eine Konfiguration einer Bildaufnahmeeinheit ein Signal zur Aktivierung des Konfigurationsmodus über eine Datenleitung zu einer bestimmungsgemäßen Bildaufnahmeeinheit senden kann (also das korrekte IF_SELECT Signal sendet). Die Datenorganisationseinheit ist also so gestaltet, dass sie wenn sie Konfigurationsdaten erhalten hat, z.B. über eine Benutzerschnittstelle oder automatisch von einer Steuereinrichtung eines CT-systems, ein Signal generiert, welches die an sie angeschlossenen Bildaufnahmeeinheiten (zumindest eine Gruppe derer) in einen Konfigurationsmodus versetzen kann. Dies geschieht bevorzugt über die oben genannte gemeinsame Leitung über einen „IF_SELECT“-Anschlusspunkt. Ein solches Signal kann z.B. LOW für die Datennahme und HIGH für den Konfigurationsmodus sein oder umgekehrt.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem umfasst eine Bildaufnahmeeinheit, die so ausgestaltet ist, dass bei Empfang eines Signals zur Aktivierung eines Konfigurationsmodus über eine Datenleitung (s.o.) ein Konfigurationsmodus aktiviert wird und bevorzugt eine Übertragung von Aufnahmedaten deaktiviert wird. Die Bildaufnahmeeinheit ist also so gestaltet, dass sie wenn sie ein entsprechendes Signal einer Datenorganisationseinheit erhalten hat, in einen Konfigurationsmodus schaltet. Dies geschieht bevorzugt über die oben genannte gemeinsame Leitung über einen „IF SELECT“-Anschlusspunkt. Ein solches Signal kann z.B. LOW für die Datennahme und HIGH für den Konfigurationsmodus sein oder umgekehrt.
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Ein bevorzugtes Bildaufnahmesystem umfasst eine erfindungsgemäße Steuereinheit, bevorzugt ein ASIC bzw. ein FPGA. Diese Steuereinheit ist wie oben bereits gesagt dazu ausgelegt, ein Bildaufnahmeeinheit oder eine Datenorganisationseinheit zu steuern und zusätzlich dazu ausgelegt, auf jeweils einem identischen Anschlusspunkt zu unterschiedlichen Zeiten
- - sowohl Aufnahmedaten (also bei einer Bildnahme) als auch Antworten bei einer Konfiguration zu senden oder zu empfangen und zu verarbeiten und/oder
- - sowohl Synchronisationsdaten als auch Konfigurationsdaten zu empfangen und zu verarbeiten oder zu senden.
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Die Steuereinheit ist dabei bevorzugt dazu ausgestaltet, Daten entsprechend eines vorherrschenden Modus zu senden und/oder zu verarbeiten, wobei der Modus bevorzugt vom Zustand eines Anschlusspunktes der Steuereinheit abhängt.
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Bei einem bevorzugten Bildaufnahmesystem ist die Aufnahmedatenschnittstelle und zumindest ein Teil der Konfigurationsschnittstelle als Schnittstelle zur differentiellen Signalübertragung ausgelegt, bevorzugt nach dem Prinzip Low Voltage Differential Signaling LVDS. Das Bildaufnahmesystem ist dabei bevorzugt dazu ausgestaltet, dass die Datenleitungen zur Sendung der Aufnahmedaten unidirektional ausgestaltet sind.
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Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Takt für die Konfiguration (SCK) über dieselbe Leitung (Datenleitung) gesendet, wie der Takt (meist als „CLK“ bezeichnet) zur Übertragung der Aufnahmedaten. Es ist dabei bevorzugt, dass die Konfigurationsdaten über die gleiche Leitung (Datenleitung) gesendet werden wie die Signale zur Synchronisation zur Übertragung der Aufnahmedaten (meist als „SYNC“ bezeichnet). Diese Leitung ist also eine MOSI-Datenleitung, die entsprechenden Pins an der Datenorganisationseinheit SDO-Pins und an der Bildaufnahmeeinheit SDI-Pins.
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Bei einem bevorzugten Verfahren laufen die Signale zur Übertragung von Antwortdaten der Konfigurationsschnittstelle über die Leitungen (Datenleitungen) zur Aussendung der Aufnahmedaten. Dabei laufen diese Antwortdaten, insbesondere identische Antwortdaten, bevorzugt über alle Leitungen zur Aussendung von Aufnahmedaten. Diese Leitung ist also eine MISO-Datenleitung, die entsprechenden Pins an der Datenorganisationseinheit SDI-Pins und an der Bildaufnahmeeinheit SDO-Pins.
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Im Stand der Technik sind in der Regel separate Buffer notwendig, damit ein defektes Modul oder eine nicht korrekt gesteckte Leitung erkannt werden kann. Diese Buffer erfordern einen gewissen Platzbedarf, eine Routingfläche und Lötstellen auf der Backplane. Die Lötstellen eines zur Verbindung der Komponenten üblichen Foliensteckers können im Flachbaugruppentest nicht elektrisch geprüft werden. Daraus folgt dass im Stand der Technik eine Fehlererkennung erst beim Test des komplett montierten Detektors möglich ist. Die Erfindung ermöglicht im Gegensatz dazu bei einer Nutzung aller Datenleitungen als MISO-Datenleitungen einen Test jedes einzelnen Bildsensors direkt bei der Montage.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine grob schematische Darstellung eines Computertomographiesystems.
- 2 eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems,
- 3 eine Darstellung einer Bildaufnahmeeinheit gemäß dem Stand der Technik,
- 4 eine Darstellung einer bevorzugten Bildaufnahmeeinheit.
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1 zeigt grob schematisch ein Computertomographiesystem 1 mit einer Steuereinrichtung 10. Das Computertomographiesystem 1 weist in üblicher Weise einen Scanner 2 mit einer Gantry auf, in der eine Röntgenquelle 3 rotiert, die jeweils einen Patienten durchstrahlt, welcher mittels einer Liege 5 in einen Messraum der Gantry hineingeschoben wird, so dass die Strahlung auf einen der Röntgenquelle 3 jeweils gegenüberliegenden Detektor 4 trifft. Ein erfindungsgemäßer Scanner 2 enthält ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmesystem.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich bei diesem Ausführungsbeispiel nur um ein Beispiel eines CTs handelt und die Erfindung auch an beliebigen CT-Konstruktionen, beispielsweise mit ringförmigem feststehendem Röntgendetektor und/oder mehreren Röntgenquellen genutzt werden kann.
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Ebenso sind bei der Steuereinrichtung 10 nur die Komponenten dargestellt, die für die Erläuterung der Erfindung Vorteilhaft sind. Grundsätzlich sind derartige CT-Systeme und zugehörige Steuereinrichtungen dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht im Detail erläutert zu werden.
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Eine Kernkomponente der Steuereinrichtung 10 ist hier ein Prozessor 11, auf dem verschiedene Komponenten in Form von Softwaremodulen realisiert sind. Die Steuereinrichtung 10 weist weiterhin eine Terminalschnittstelle 14 auf, an die ein Terminal 20 angeschlossen ist, über das ein Bediener die Steuereinrichtung 10 und somit das Computertomographiesystem 1 bedienen kann. Eine weitere Schnittstelle 15 ist eine Netzwerkschnittstelle zum Anschluss an einen Datenbus 21, um so eine Verbindung zu einem RIS (Radiologieinformationssystem) bzw. PACS (Picture Archiving and Communication System = Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem) herzustellen.
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Über eine Steuerschnittstelle 13 kann von der Steuereinrichtung 10 der Scanner 2 angesteuert werden, d. h. es werden z.B. die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry, die Verschiebung der Patientenliege 5 und die Röntgenquelle 3 selbst gesteuert. Über eine Akquisitionsschnittstelle 12 werden die Rohdaten RD aus dem Detektor 4 ausgelesen. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 10 eine Speichereinheit 16 auf, in der u. a. verschiedene Messprotokolle hinterlegt sind.
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Als eine Softwarekomponente ist auf dem Prozessor 11 u. a. eine Messsteuereinheit 17 implementiert. Diese Messsteuereinheit 17 steuert über die Steuerschnittstelle 13 auf Basis eines oder mehrerer ausgewählter Messprotokolle, welche ggf. vom Bediener über das Terminal 20 modifiziert wurden, den Scanner 2 an, um eine Messung durchzuführen und Daten zu akquirieren.
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Eine weitere Komponente auf dem Prozessor 11 ist eine Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18, mit welcher aus den über die Datenakquisitions-Schnittstelle 12 erhaltenen Rohdaten RD die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
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In dem Detektor 4 eines Scanners 2 sind Bildsensoren 7 (Bildaufnahmeeinheiten 7) angeordnet, welche aus den empfangenen Röntgenstrahlen Aufnahmedaten erstellen. Mittels Datenorganisationseinheiten 6 („Backends“) werden diese Aufnahmedaten gesammelt und als Rohdaten RD an die Datenakquisitions-Schnittstelle 12 gesendet.
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Ein Beispiel für diese Bildaufnahmeeinheiten 7 (Bildsensoren 7) und Datenorganisationseinheiten, die gemeinsam ein Bildaufnahmesystem bilden, ist in 2 dargestellt. Da nur die wichtigsten Details dargestellt sind, kann es sich hierbei um ein bekanntes Bildaufnahmesystem oder ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmesystem handeln. Es umfasst hier drei Datenorganisationseinheiten 6 und insgesamt 90 Bildsensoren 7, die an Modulanschlüssen M1 bis M90 angeordnet sind. Der besseren Übersicht halber sind nur sechs Bildsensoren 7 eingezeichnet, wobei die Punkte die dazwischenliegenden Bildsensoren 7 andeuten. Die Bildsensoren 7 sind mittels Leitungen 8, z.B. mehradrigen Flexkabeln, daten- sowie spannungstechnisch mit den Datenorganisationseinheiten 6 verbunden. Die aufgenommenen Rohdaten RD werden über die Datenschnittstellen 6a, z.B. Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen an eine Datenakquisitions-Schnittstelle 12 eines Computertomographiesystems 1 (s. z.B. 1) gesendet.
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3 zeigt eine Darstellung einer Bildaufnahmeeinheit 7 gemäß dem Stand der Technik. Sie umfasst eine Steuereinheit 7a, welche die Kommunikation des Bildsensors 7 mit einer Datenorganisationseinheit durchführt. Sie ist dazu ausgelegt, dass die Kommunikation über die korrekten Leitungen 8 zur korrekten Zeit in der korrekten Synchronisation erfolgt. Die Kommunikation erfolgt über eine Aufnahmedatenschnittstelle 7d und eine Konfigurationsschnittstelle 7e, die hier externe Bauteile sind, aber auch durchaus Teil der Steuereinheit 7a sein können (als interne Hardware oder als Softwaremodule). Die Aufnahmedaten werden in diesem Beispiel über eine Photodiodenmatrix 7c aufgenommen und die analogen Messsignale der Photodiodenmatrix 7c mittels eines Analog/Digital Converters 7b („ADC“) in digitale Signale konvertiert.
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In der Regel ist jede Leitung 8 mit einem individuellen und für die betreffende Datenleitung speziell ausgelegten Anschlusspunkt (Pin) auf dem Bildsensor 7 verbunden. Entsprechendes gilt für die Datenorganisationseinheiten 6, welche ebenfalls eine Steuereinheit und Datenschnittstellen (Aufnahmedatenschnittstelle und Konfigurationsschnittstelle) umfassen, entweder für jeden Bildsensor 7 oder für eine Gruppe von Bildsensoren.
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Links ist eine Aufschlüsselung der Leitungen 8 bzw. der Anschlüsse der entsprechenden Bauteile zu sehen. Die Leitungen 8 sind der besseren Übersicht halber in drei Gruppen A, B, C unterteilt.
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Die erste Gruppe A (unten) umfasst Leitungen 8, die auch als „Stromleitungen“ bezeichnet werden könnten. Das Kürzel „GND“ ist gebräuchlich für „Ground“, also Masse was in der Regel dem Minuspol für Gleichstrom entspricht. Die Bezeichnung „V“ bedeutet, dass eine Spannung an diesen Leitungen gegenüber GND anliegt, wobei der Zusatz „sup“ für „supply“ (engl. für „Versorgung“) steht und „ref“ für „Referenz“. Somit stellt in diesem Beispiel die erste Gruppe A fünf Leitungen für drei Versorgungsspannungen (Vsup_1, Vsup_2, Vsup_3, GND und GND) und zwei Leitungen für eine Referenzspannung (Vref und GND_ref) zur Verfügung.
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Die zweite Gruppe B (mitte) umfasst Leitungen 8, die der Konfiguration dienen und die auch als „Datenleitungen“ 8 bezeichnet werden können. Die offenen Enden der Datenleitungen entsprechen den Anschlusspunkten der Bildaufnahmeeinheit. Dabei bedeuten die Kürzel „CS“ „Chip Select“, also die Auswahl des Konfigurationsmodus, „SCK“ Takt für die Daten zur Konfiguration, „SDI“ (Es handelt sich also um eine MOSI-Datenleitung) für Daten zur Konfiguration und „SDO“ (es handelt sich also um eine MISO-Datenleitung) für Antwortdaten auf Konfigurationsdaten. Die Bezeichnungen sind typisch für eine SPI („Serial Peripheral Interface“ bzw. „serielle periphere Schnittstelle“).
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Typischerweise liegt der Takt SCK für eine Konfiguration, der die Datenrate der Daten SDI und SDO bestimmt, im Bereich 100 KHz bis einige MHz.
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Die dritte Gruppe C (oben) umfasst Leitungen 8, die ebenfalls als „Datenleitungen“ 8 bezeichnet werden können, und die der Übertragung der Aufnahmedaten dienen. Dabei bezeichnen die Kürzel „CLK“ (für „Clock“) eine Leitung für den Takt der Datenübertragung, „SYNC“ („Synchronisation“) eine Leitung zur Synchronisation der Datenübertragung und „D-“ die Leitungen 8 zur Übertragung der Aufnahmedaten, die hier von 0 bis 5 nummeriert sind.
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Es können theoretisch mehr Leitungen 8 vorhanden sein. Oftmals weist ein Bildsensor 32 Leitungen 8 auf.
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Die Konfigurationsschnittstelle 7e ist üblicherweise eine Schnittstelle, die für eine TTL (Transistor-Transistor-Logik) ausgelegt ist, bzw. eine LVCMOS („Low Voltage Complementary Metal Oxide Semiconductor“) Datenübertragung. Die Aufnahmedatenschnittstelle 7d ist üblicherweise als LVDS-Schnittstelle (LVDS: „Low Voltage Differential Signal“) ausgestaltet, also einer Schnittstelle zur unidirektionalen Sendung von Daten auf differentielle Weise über jeweilige Datenleitungen 8.
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4 zeigt eine Darstellung einer bevorzugten Bildaufnahmeeinheit 7. Sie ist im Grunde wie eine Bildaufnahmeeinheit 7 gemäß dem Stand der Technik aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, dass einige Datenleitungen 8 anders verwendet werden. Zudem sind die Konfigurationsschnittstelle 7e und die Aufnahmedatenschnittstelle 7d hier in einer einzigen Schnittstelle realisiert.
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Die Datenleitungen 8 der dritten Gruppe C werden sowohl zur Übertragung der Aufnahmedaten verwendet als auch zur Konfiguration des Bildsensors 7. Die Taktleitung „CLK“ wird auch für den Takt „SCK“ zur Konfiguration verwendet, wobei letzterer in der Regel langsamer ist als ersterer. Die SYNC-Leitung wird auch für die Konfigurationsdaten als MOSI-Datenleitung verwendet. Beide Leitungen sind zwar in der Regel für unidirektionale differentielle Signale verwendet, dies ist jedoch kein Problem, da die Richtung der Signale jeweils gleich ist (von der Datenorganisationseinheit 6 zum Bildsensor 7). Die übrigen Datenleitungen 8 zur Übertragung von Aufnahmedaten werden als Antwortleitungen für die Konfiguration verwendet. Auch hier stellt die Unidirektionalität der differentiellen Signale kein Problem dar, da die Übertragungsrichtung ebenfalls jeweils gleich ist.
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Die nicht mehr notwendigen Leitungen 8 der Gruppe B werden hier als zusätzliche GND Leitungen verwendet, um die EMV zu verbessern, könnten aber theoretisch auch weggelassen werden, um die Anzahl der Leitungen 8 zu verringern.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Komponenten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
