DE2846526A1

DE2846526A1 - Vorrichtung zum uebertragen von signalen

Info

Publication number: DE2846526A1
Application number: DE19782846526
Authority: DE
Inventors: Hans-Jochen Dipl Ing Krumme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1980-05-08
Also published as: FR2440041B1; US4259584A; GB2037979A; GB2037979B; DE2846526C2; FR2440041A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und. München VPA 78 P 5114 BRD

Vorrichtung zum Übertragen von Signalen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Signalen zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil.

Eine Vorrichtung dieser Art ist z.B. bei einem Röntgenuntersuchungsgerät wünschenswert, bei dem der Patient durch eine Meßanordnung aus Röntgenröhre und Strahlendetektor unter verschiedenen Projektionen abgetastet und aus den AusgangsSignalen des Detektors die Schwächungskoeffizienten der untersuchten Patientenschicht berechnet werden. Bei einem solchen Computer-Tomographen ist die Untersuchungszeit im wesentlichen durch die Abtastzeit der Meßanordnung bestimmt. Es ist bekannt, die Meßanordnung um einen Winkel von etwa 360 um den Patienten für eine Abtastung zu drehen und anschließend für die nächste Abtastung wieder in ihre Ausgangslage zurückzubewegen. In diesem Fall kann der Detektor über Kabel mit der meßwertverarbeitenden Elektronik verbunden werden. Die erforderlichen Zeiten für

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die Beschleunigung der Meßanordnung setzen aber der Abtastzeit nach unten Grenzen. Eine Verkürzung der Abtast zeit wäre möglich, wenn die Meßanordnung dauernd rotieren würde. In diesem Fall können sowohl für die Röntgenröhre als auch für den Detektor keine Kabel zur Stromzuführung bzw. Signalabführung mehr verwendet werden. Die Zuführung zur Röntgenröhre kann beispielsweise über Schleifringe erfolgen. Schleifringe oder auch induktive Übertrager kommen jedoch für die Erfassung der Signale des Detektors in diesem Fall wegen der hohen Datenrate und der erforderlichen Störsicherheit nicht in Frage. Um einen aufwendigen Zwischenspeicher auf dem rotierenden Teil einzusparen, soll die Datenübertragung mindestens genau so schnell erfolgen wie die Datensammlung. Damit kommen sehr hohe Geschwindigkeiten von etwa 1 bis 30 Mbit/sec in Frage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es erlaubt, Daten innerhalb äußerst kurzer Zeit störungsfrei und kontaktlos zu übertragen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen um das Drehzentrum gekrümmten Ring aus lichtleitendem Material, auf dessen Oberfläche eine Lichtquelle strahlt, die den zu übertragenden Signalen entsprechende Lichtsignale ausstrahlt, der so ausgebildet ist, daß er das eingestrahlte Licht über seinen gesamten Umfang weiterleitet und der mindestens eine Kopplungsstelle aufweist, an der ein Lichtempfänger angeordnet ist. In den Ring kann dabei ein Objekt eingeführt werden, ohne daß die Datenübertragung gestört wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher besonders zur Datenübertragung bei einem Computer-Tomographen der eingangs genannten Art, bei dem dann

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der Ring den Patienten umschließt. Er kann dabei feststehen, während die Daten vom Detektor über die Lichtquelle in Form von Lichtimpulsen übertragen werden.
Auch der umgekehrte Fall, also eine feststehende Lichtquelle und ein rotierender Ring mit rotierendem Lichtempfänger zur Übertragung von Daten auf einen rotierenden Teil, z.B. zur rotierenden Röntgenröhre eines
Computer-Tomographen, ist möglich.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einiger in der
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Computer-Tomographen zur Erläuterung des Erfindungsgedankens, und

Fig. 2 bis 5 vier Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In der Figur 1 ist ein Röntgendiagnostikgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern eines Patienten 1» ein sog. Computer-Tomograph, dargestellt. Das Gerät besitzt in einem Rahmen 2 einen Drehkranz 3, der durch einen Motor 4 um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse 5 drehbar ist. Zur Abtastung des auf
einer Liege 6 liegenden Patienten 1 sind eine Röntgen-

röhre 7 und ein Detektor 8 für Röntgenstrahlung vorgesehen. Die Röntgenröhre 7 sendet ein fächerförmiges
Röntgenstrahlenbündel 9 aus, dessen Ausdehnung so gewählt ist, daß die gesamte zu untersuchende Transversalschicht des Patienten 1 von Röntgenstrahlung durchsetzt wird. Senkrecht zur Schichtebene ist die Stärke

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^- . Ψ ' VPA 78 P 5114 BRD des Röntgenstrahlenbündels 9 gleich der Schichtstärke, nämlich wenige Millimeter.

Zur Abtastung des Patienten 1 wird die Meßanordnung aus Röntgenröhre 7 und Detektor 8 um den Patienten 1 um einen Winkel von etwa 360° gedreht und bei vorbestimmten Projektionen, z.B. bei jedem Winkelgrad ein Satz von AusgangsSignalen des Detektors 8 abgefragt. Der Detektor 8 besteht aus einer Reihe von Einzeldetektoren, z.B. 256 Einzeldetektoren, so daß pro Projektion beispielsweise 256 Signale des Detektors 8 abgefragt werden und pro Abtastvorgang z.B. 360 χ 256 Signale zur Verarbeitung zur Verfügung stehen. Die Signale werden in der nachfolgend näher beschriebenen Weise auf ein ortsfestes Datenverarbeitungsgerät 10 übertragen, das daraus die Schwächungswerte vorbestimmter Stellen in der untersuchten Transversalschicht des Patienten 1 in Form einer Matrix berechnet und die bildliche Wiedergabe auf einem Sichtgerät 11 bewirkt.

2ur Übertragung der Detektorsignale ist ein ortsfester, um die Drehachse 5 gekrümmter Ring 12 aus lichtleitfähigem Material, z.B. aus Kunstglas, vorgesehen, auf dessen Oberfläche eine lichtquelle 13 über eine Optik 14 strahlt. Die Lichtquelle 13 ist an einer Modulationsstufe 15 angeschlossen, welche die Detektorsignale in Lichtsignale umwandelt. Beispielsweise kann dabei eine Pulsabstandskodxerung angewendet werden. Der Ring 12 ist so ausgebildet, daß das Licht von der Lichtquelle 13 über seinen gesamten Umfang weitergeleitet wird. Er besitzt einen Spalt 16, und an einer der den Spalt begrenzenden Stirnfläche!ist ein Lichtempfänger 17 angeordnet, der die Lichtsignale wieder in elektrische Signale umwandelt. Diese Signale werden in einer Demodulationsstufe 18 demoduliert und dem Daten-

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TPA 78 P 5114 BRD Verarbeitungsgerät 10 zugeführt. Die Signalübertragung erfolgt dabei während einer Projektion aufeinanderfolgend, d.h. die Detektorsignale der einzelnen Detektoren werden aufeinanderfolgend durch die beschriebene Einrichtung übertragen. Die Lichtquelle 13 kann beispielsweise eine im Infrarotbereich arbeitende Lumineszenz- oder Laserdiode sein. Während einer Abtastung des Patienten 1 rotieren mit der Meßanordnung 7, 8 die Modulationsstufe 15_S die Lichtquelle 13 und die Optik 14, während die Bauelemente 12, 17, 18, 10, 11 still stehen. Es erfolgt also eine kontaktlose Signalübertragung von einem rotierenden zu einem feststehenden Teil und die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Teils, nämlich des Drehkranzes 3, kann sehr hoch gewählt werden. Insbesondere ist es möglich, den Drehkranz 3 dauernd mit einer hohen Drehzahl rotieren zu lassen und bei Bedarf während eines Drehwinkels von etwa 360° eine Aufnahme zu machen.

In der Figur 2 ist das System zur optischen Signalübertragung in zwei zueinander senkrechten Ansichten nochmals deutlich herausgezeichnet. Aus der Figur 2 geht hervor, daß der Ring 12 auf seiner Innenseite mit Stufen 19 versehen ist, die sich über seinen gesamten Umfang erstrecken und eine Lichtreflexion bewirken, so daß das Licht der Lichtquelle 13 sich über den gesamten Umfang des Rings 12 gleichmäßig verteilt. Mit einer Torrichtung gemäß Figur 2 läßt sich auch eine Datenübertragung vom feststehenden Teil auf den rotierenden Teil realisieren. Diese Übertragung kann beispielsweise für die Triggerung der von einem Generator 20 gespeisten Röntgenröhre 7, die Umschaltung von Blenden für die Röntgenröhre 7, die Steuerung der Meßelektronik usw. wichtig sein. In diesem Fall wird der Ring 12 mit dem Empfänger 17 auf dem rotierenden Teil und die Lichtquelle 13 mit der Optik 14 feststehend angeordnet .

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-ί" VPA 78 P 5114 BRD Bei dem beschriebenen Computer-Tomographen rotiert die Röntgenröhre 7, so daß sie nicht unmittelbar durch Kabel mit dem Generator 20 verbunden sein kann. Hier müssen rotierende Übertragungsmittel, z.B. Schleifringe, vorgesehen werden.

Der Ring 12 ist fast geschlossen. Lediglich in dem Bereich, in dem der Lichtempfänger 17 untergebracht ist, kann keine Datenübertragung erfolgen. Mit elektronisehen Mitteln muß dafür gesorgt werden, daß die Übertragung in diesem Bereich aussetzt und der Meßwert nicht verloren geht.

Die Optik 14 braucht das Licht lediglich in.einer Ebene, die durch die Achse 5 geht, zu bündeln. Sie kann daher von einer Zylinderlinse gebildet sein.

Die Figur 3 zeigt einen Ring 21, der leicht spiralig ausgebildet ist, so daß die beiden Ringenden an der Unterbrechungsstelle auf unterschiedlichen Radien liegen. Auch hier ist an der Stirnseite eines Ringendes der Lichtempfänger 17 angeordnet. Die beiden Ringenden überlappen sich etwas, so daß der volle Bereich von 360° zur Meßwerterfassung und -übertragung ausgenutzt werden kann.

Bei dem Beispiel gemäß Figur 4 ist der Ring von zwei Hälften 22, 23 gebildet, die etwa um die Ringbreite radial gegeneinander versetzt sind. An je einem Ende einer Ringhälfte ist stirnseitig je ein Lichtempfänger 17a, 17b angekoppelt. Jedem Lichtempfänger 17a, 17b ist je ein Demodulator 18a, 18b zugeordnet. Auch hier überlappen sich die Enden der Ringhälften geringfügig. Der Figur 4 liegt die Überlegung zugrunde, daß die zu übertragende Datenrate durch die Impulsverbrei-

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y.q-

VPA 78 P 5114 BRD terung der Lichtsignale während der Übertragung durch die Länge des lichtleitenden Ringes bzw. Ringteiles begrenzt wird. Diese Länge bestimmt daher die übertragbare Datenrate. Für sehr hohe Datenraten muß daher der Ring in zwei oder auch mehr Teile geteilt werden. Entsprechend viele Empfänger werden vorgesehen. Auch hier wird jeder Datenverlust dadurch vermieden, daß die Ringteile versetzt und überlappend angeordnet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 bildet die Unterbrechungsstelle eines Ringes 24 einen den Ring 24 unter einem von 90° abweichenden Winkel schräg durchsetzenden Spalt 25. Die Stirnfläche 26 sorgt für eine Umlenkung des Lichtes und eine Optik 27 führt das umgelenkte Licht dem Lichtempfänger 17 zu. Auch hier ist jeglicher Datenverlust aufgrund der schrägen Anordnung des Spaltes 25 vermieden.

In Abwandlung der Ausführungsbeispiele kann an den jeweiligen Stirnflächen des Lichtleitringes auch ein Lichtleitkabel, das z.B. flexibel sein kann, angekuppelt sein, das das Licht vom Lichtleitring auf den Empfänger überträgt.

Bei den Ausführungsbeispielen erstrecken sich natürlich die Stufen 19 über die gesamte Innenoberfläche des Ringes. Sie sind in der Zeichnung nur der Einfachheit halber nur über einen Teil dieser Innenoberfläche dargestellt.

In dem Fall, in dem die Signalübertragung von einem feststehenden Teil zur Röntgenröhre 7 für deren Steuerung erfolgt, rotiert natürlich der Detektor 8 mit der Röntgenröhre 7. Die Lichtquelle 13 wird dabei nicht von den Signalen des Detektors, sondern von einer

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VPA 78 P 5114 BRD Steuerstufe für die Röntgenröhre 7 gesteuert. Der mit dem Ring und der Meßanordnung mitrotierende Lichtempfänger steuert über Steuerstufen die Röntgenröhre.

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Claims

Patentansprüche

YPA 78 P 5114 BRD

Vorrichtung zum Übertragen von Signalen zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil, g e kennzeichnet durch einen um das Drehzentrum (5) gekrümmten Ring (12, 21, 22, 23, 24) aus lichtleitendem Material, auf dessen Oberfläche eine Lichtquelle (13) strahlt, die den zu übertragenden Signalen entsprechende Lichtsignale ausstrahlt, der so ausgebildet ist, daß er das eingestrahlte Licht über seinen gesamten Umfang weiterleitet und der mindestens eine Kopplungsstelle (16, 25) aufweist, an der ein Lichtempfänger (17, 17a, 17b) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplungsstelle (16) ein Spalt ist und der Lichtempfänger (17) an einer den Spalt (16) begrenzenden Stirnseite des Ringes (12) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring (21) leicht spiralig ausgebildet ist, so daß die beiden Ringenden an der Kopplungsstelle auf unterschiedlichen Radien liegen, und daß an der Stirnseite eines Ringendes der Lichtempfänger (17) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich beide Ringenden geringfügig überlappen.
5- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ring von mehreren Teilen (22, 23) gebildet ist, die etwa um die Ringbreite radial gegeneinander versetzt sind, und daß an je

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einem Ende eines Ringteiles (22, 23) stirnseitig je ein Lichtempfänger (17a, 17b) angekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Kopplungsstelle ein den Ring unter einem von 90° abweichenden Winkel schräg durchsetzender Spalt (25) ist und der Lichtempfänger (17) zum Empfang des von einer den Spalt begrenzenden Stirnfläche (26) des Ringes (24) reflektierten Lichtes angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Rentgenschichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern, das eine Meßanordnung aus einer Röntgenstrahlenquelle (7) und einem Strahlenempfänger (8) aifweist, die auf einem Drehkranz (3) angeordnet ist, so daß das Aufnahmeobjekt (1) unter verschiedenen Projektionen durch das von der Röntgenstrahlenquelle (7) ausgesandte Röntgenstrahlenbündel (9), dessen Stärke senkrecht zur Ebene der untersuchten Schicht gleich der Schichtstärke ist, abtastbar ist, wobei ein Datenverarbeitungsgerät (10) aus den vom Strahlenempfänger (8) gelieferten Signalen ein Bild der untersuchten Schicht berechnet.

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