DE4218692B4

DE4218692B4 - Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen einem rotierenden und einem stationären Teil

Info

Publication number: DE4218692B4
Application number: DE4218692A
Authority: DE
Inventors: Shmuel Kedmi; Joseph Bodenheimer; Yoav Kanfi
Original assignee: Picker Medical Systems Ltd
Current assignee: Philips Medical Systems Technologies Ltd
Priority date: 1991-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: IL98421A; US5354993A; IL98421A0; DE4218692A1

Abstract

Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen einem rotierenden und einem stationären Teil, gekennzeichnet durch
einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor (13),
einen von dem Rotor beabstandeten Stator (12),
eine Übertragungsvorrichtung (17–22; 24–31) zum Übertragen einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die in Abhängigkeit von Informationen moduliert werden, die zwischen Rotor (13) und Stator (12) übertragen werden,
mindestens eine Empfängervorrichtung (14, 16) zum Aufnehmen und Demodulieren des zwischen Stator (12) und Rotor (13) übertragenen Lichtstrahles,
eine Vorrichtung zum Befestigen der Übertragungsvorrichtung (17–22; 24–31) auf dem Rotor (13) oder dem Stator (12) im Spalt zwischen Stator und Rotor relativ zum auf dem Stator befestigten Empfänger oder Rotor, um eine Sichtverbindung zwischen der Übertragungsvorrichtung und der Empfängervorrichtung herzustellen, damit die Informationen vom Rotor auf den Stator übertragen werden können, wobei für jede Winkelposition des Rotors um die Rotationsachse die mindestens eine Empfängervorrichtung durch mindestens einen der Lichtstrahlen beleuchtet werden kann,...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Datenübertragungseinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Einrichtungen sind bei Computertomographie-(CT)-Abtasteinrichtungen anwendbar. Beispiele für derartige Abtasteinrichtungen sind Röntgenstrahl-CT-Abtasteinrichtungen und CT-Abtasteinrichtungen für Einzelphotoemission (SPECT), wie sie beide in der medizinischen Bilddarstellung verwendet werden.
Die Datenübertragungseinrichtungen nach vorliegender Erfindung übertragen Daten und/oder Steuersignale zwischen einem stationären Bauteil und einem Drehbauteil in den CT-Abtasteinrichtungen effizient und zuverlässig.
Die meisten Abtasteinrichtungen, die in der Röntgenstrahl- oder in der Nuklearmedizin-Computertomographie verwendet werden, arbeiten mit einem Strahlungsdetektor, der auf einem Rotor befestigt um einen Patienten rotiert, um Daten zu erfassen. Die Daten werden für die Rekonstruktion einer tomographischen oder planaren Bilddarstellung eines gewünschten Abschnitts des Patienten verwendet.
In der Röntgenstrahl-Computertomographie werden derzeit die Abtasteinrichtungen so ausgelegt, dass sie entweder als Dreh-Dreh-Abtasteinrichtungen (dritte Generation) oder „Nur-Dreh"-Abtasteinrichtungen (vierte Generation) betrieben werden. In beiden Fällen ist ein den Rotor und den Stator aufnehmenden Gestell mit einer zentrischen axialen Öffnung vorgesehen, die konzentrisch zur Rotationsachse des Rotors liegt. Die Öffnung ist so ausgebildet, dass sie eine normale Person in einer ausgestreckten Position bequem aufnehmen kann.
Daten aus dem Detektor, der auf dem Rotor befestigt ist, werden an einen Prozessor übertragen, der stationär bleibt. Zusätzlich sind Betriebsleistung und Steuersignale dem Rotor zuzuführen, um den Betrieb einer Röntgenstrahlröhre usw. zu steuern.
Bei den SPECT-Abtasteinrichtungen ist der Gammastrahl-Kamerakopf oder -Detektor auf einem drehbaren Teil eines stationären Ringes befestigt, damit der Gammastrahl-Kamerakopf kreisförmig um den Patienten bewegt werden kann. Somit werden Daten aus vielen unterschiedlichen Drehwinkeln um den Patienten herum erfaßt, wodurch eine Rekonstruktion einer tomographischen Bilddarstellung möglich ist. Auch hier sind Steuersignale und Betriebsleistung für den Betrieb des Kamerakopfes erforderlich, und die Daten aus dem Kamerakopf müssen von dem Drehring an den Computer der Gamma-Kameraeinrichtung übertragen werden, die stationär bleibt.
In herkömmlicher Weise werden die erforderliche Leistung und Daten einschließlich Steuersignalen auf den drehbaren Bauteil und von diesem weg sowohl in der Röntgenstrahlabtasteinrichtung als auch in den kernmedizinischen Abtasteinrichtungen über flexible Hochspannungskabel für die Leistung und abgeschirmte Kabel für die Steuersignale und die Daten übertragen. Hierzu werden Kabelaufnahme- oder -aufwickelvorrichtungen verwendet, die mindestens eine vollständige Umdrehung des drehbaren Bauteiles zulassen.

In jüngerer Zeit sind neue Konstruktionen zum Übertragen sowohl von Daten als auch von Leistung an das drehbare Bauteil und von diesem weg verwendet worden. Hierzu wird beispielsweise auf US-Patent 49 12 735 vom 27. März 1990 mit dem Titel "Power Apparatus Particularly for CT Scanners" der Anmelderin verwiesen. Die Patentschrift erläutert induktive Leistungsübertragungen, die es ermöglichen, auf flexible Kabel und die Aufwickelvorrichtungen für die Übertragung von Leistung in Röntgenstrahl-Computertomographen zu verzichten.

Bis zur Einreichung der israelischen Patentanmeldung Nr. 96230 vom 2. November 1990 haben Daten- und Steuersignal-Übertragungseinrichtungen zwischen den rotierenden und stationären Teilen der Einrichtung zum Erfassen von SPECT-Bildern stets flexible Kabel und/oder Kabelrollensysteme, die mit dem drehbaren Teil der Abtasteinrichtung verbunden waren, erforderlich gemacht. Das System nach der vorgenannten Patentanmeldung beschreibt die Möglichkeit von SPECT-Abtasteinrichtungen, die sich über mehr als eine volle Umdrehung um den Patienten drehen können.

Daten- und Steuersignal-Übertragungseinrichtungen, die rotierende und stationäre Teile von Gestellen, insbes. für Röntgenstrahl-CT-Abtasteinrichtungen koppeln, ergeben sich z.B. aus der US-PS 47 96 183, die eine Anordnung beschreibt, welche Daten zwischen einem Rotor und einem Stator unter Verwendung eines mit dem Rotor befestigten Wellenleiters übertragen.

Eine weitere bekannte Daten- und Steuersignal-Zwischenübertragungseinrichtung ist Gegenstand des US-Patentes 42 59 584. Hierbei werden Daten, die von dem Detektor einer CT-Abtasteinrichtung erzeugt werden, auf eine stationäre Verarbeitungseinrichtung übertragen, die einen Ring aus lichtleitendem Material verwendet, der um die Mitte der Rotation des drehbaren Bauteiles zu einem Ring gebogen ist. Eine Lichtquelle emittiert Lichtsignale, die den Datensignalen entsprechen. Die emittierten Lichtsignale werden auf den Ring des lichtleitenden Materials übertragen. Der Ring leitet die Lichtsignale über seinen Umfang an eine Kopplungsstelle, an der ein Lichtempfänger auf dem stationären Teil der Abtasteinrichtung vorgesehen ist.

Ein Licht benutzendes System zum Übertragen von Daten und Steuersignalen zwischen einem Stator und einem Rotor ist der israelischen Patentanmeldung 090853 vom 3. Juli 1989 der Anmelderin zu entnehmen. Hierbei wird ein hohles Rohr verwendet, das eine reflektierende Innenfläche zur Übertragung von Daten und Steuersignalen auf modulierten Lichtstrahlen zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären Teil eines Computertomographen aufweist.

Des weiteren ist aus der DE 27 45 770 A1 ein Verfahren zum berührungslosen Übertragen von optischen Signalen zwischen ersten und zweiten, relativ zueinander drehbaren Bauteilen bekannt, bei dem ein optischer Empfänger auf dem ersten Bauteil Signale aus dem anderen Bauteil nur intermittierend und während kurzer Zeitperioden empfangen kann. Der Empfänger nimmt optische Signale nur auf, wenn eine optische Übertragungsvorrichtung auf dem zweiten Bauteil sich direkt gegenüber dem Empfänger befindet. Es ist jedoch hieraus nicht zu entnehmen, dass ein optischer Empfänger auf dem ersten Bauteil und ein Sender auf dem zweiten Bauteil angeordnet ist und für beliebige Winkelpositionen des ersten Bauteils der optische Empfänger durch einen Lichtstrahl aus dem Übertrager beleuchtet werden kann. Hierbei können die relativ kurzen und intermittierenden Übertragungsperioden Fehler in der Signalübertragung zwischen den Elementen einführen. Es wird vorgeschlagen, die relative Drehgeschwindigkeit der Bauteile zu überwachen, wodurch die Frequenz des Auftretens der intermittierenden Übertragungsperioden oder ihrer Dauer und eine darauf ansprechende korrekte Signalübertragung bestimmt wird.

Ferner ist aus der DE 35 30 939 A1 eine optische Datenübertragungsvorrichtung bekannt, bei der zwischen einem beweglichen Teil und einem feststehenden Teil Daten mittels entsprechend moduliertem Licht ausgetauscht werden, wobei das Licht durch eine Reihe von N Lichtempfängern kontinuierlich empfangen wird, die einer Reihe von Lichtsendern gegenüberliegen, deren Anzahl nicht ein ganzzahliges Vielfaches von N sein darf. Dabei sind die Lichtsender und die Lichtempfänger so angeordnet, dass während der Bewegung jeweils ein anderes Paar aus den Lichtsendern und Lichtempfängern Daten austauschen.

Aus der DE 32 22 441 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Übertragen von Informationen zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Geräteteilen mit Hilfe eines modulierten Lichtstromes bekannt, bei der der Lichtstrom von einer Lichtquelle mittels Blenden so zu einer Zwangsvorrichtung geführt wird, dass das direkt emittierte Licht nicht auf die Empfangsvorrichtung trifft.

Zusammenfassend ergibt sich, daß der Stand der Technik bei Daten- und Steuersignal-Übertragungen zwischen Rotor und Stator unter Verwendung von Licht als Übertragungsmedium zwei unterschiedliche Arten für die Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen zeigt. Im einen Fall wird lichtleitendes Material, das um die Rotationsmitte herum gekrümmt wird, verwendet (US-Patent 42 59 584). Im anderen Fall (israelische Patentanmeldung Nr. 090853) wird die Verwendung von hohlen Rohren mit reflektierenden Innenflächen vorgeschlagen.

Beim Stande der Technik werden somit Steuer- und Datensignale an den rotierenden Teil des Gestells oder von diesem weg in einer Weise übertragen, die eine kontinuierliche Drehung des Gestells über mehrere Umdrehungen ermöglicht, ohne daß man nach jeder Umdrehung umschalten und auf den Nullpunkt zurückkehren muß, wie dies erforderlich war, wenn Kabel zur Kopplung des drehbaren Teils des Gestells mit dem stationären Gestellteil verwendet wurden. Dieser Stand der Technik, der zur Übertragung von Signalen zum oder vom rotierenden Teil des Gestells verwendet wird, ist in der Anwendung dadurch beschränkt, daß festes, Licht übertragendes Material oder exakt bearbeitete hohle Rohre verwendet werden muß.

Das Problem der Erzielung von optischen Datenübertragungen zwischen Rotor und Stator von medizinischen Abbildungsgestellen bringt erhebliche Schwierigkeiten. Beispielsweise ist eine räumliche Beschränkung dadurch gegeben, daß das Übertragungsmedium auf einen kreisringförmigen Hohlraum begrenzt ist. Die Rotor- und Statorübertrager und -empfänger müssen sich innerhalb dieses Hohlraumes bewegen, wobei jedes eine Kreisbewegung ausführt, ohne daß sie einander behindern dürfen, während eine kontinuierlche Übertragung zwischen Stator und Rotor aufrecht erhalten bleibt. Gleichzeitig soll kein Übersprechen zwischen Übertrager und Empfänger der gleichen Einheit, d.h. Stator oder Rotor, auftreten.

Da die Verwendung von übertragenen Daten kritisch ist, ist eine Forderung eine extrem niedrige Bit-Fehlerrate, z.B. BER 10^–12. Damit wird bevorzugt, daß der Lichtfluß von dem Übertrager zum Empfänger optimiert wird. Eine Optimierung bedeutet in diesem Zusammenhang nicht nur ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis am Detektor, sondern insbes. auch eine Minimierung des dynamischen Bereiches der Lichtflussänderung.

Aufgabe der Erfindung ist, Daten und Steuersignale zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines Gestells, wie es in medizinischen Abbildungssystemen verwendet wird, in einfacher, effektiver und kostengünstiger Weise zu übertragen, wobei den vorbeschriebenen Beschränkungen Rechnung getragen wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei wird vorgeschlagen, die Übertragung sowohl von Steuersignalen aus dem stationären Teil des Gestells an den rotierenden Gestellteil wie auch von Daten und/oder Steuersignalen aus dem rotierenden Teil des Gestells in den stationären Gestellteil unter Verwendung direkter Sichtlinienübertragungen zwischen einem Lichtübertrager und einem Lichtempfänger durchzuführen. Die Lichtempfängervorrichtung und die Lichtübertragervorrichtung sind beispielsweise beide auf dem Stator und auf dem Rotor des Gestells so befestigt, dass Zweiweg-Übertragungsverbindungen zwischen Stator und Rotor möglich sind, selbst wenn der Rotor stationär ist.

Generell wird mit der Erfindung eine optische Datenübertragung vorgeschlagen, die den rotierenden Teil mit dem stationären des Gestells koppelt. Das Gestell dient beispielsweise zur Erzielung von tomographischen Bilddarstellungen in medizinisch-diagnostischen Abbildungssystemen. Die Übertragungsverbindung weist eine Verbindungsvorrichtung zum Übertragen von Daten- und Steuersignalen zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil des Gestells auf und enthält
eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Signale in Lichtsignale,
eine Übertragervorrichtung zum Übertragen der Lichtsignale,
eine Empfängervorrichtung zum Empfangen der übertragenen Lichtignale, wobei die Übertragervorrichtung und die Empfängervorrichtung auf dem Rotor und dem Stator so befestigt sind, daß eine direkte Linie der Sichtverbindung zwischen dem Übertrager und dem Empfänger gegeben ist,
eine Vorrichtung zur Umwandlung der von der Empfängervorrichtung aufgenommenen Lichtsignale in elektrische Signale, und
eine Vorrichtung zur Verwendung dieser elektrischen Signale z.B. für die Datenverarbeitung, um Bilddarstellungen zu erhalten, oder für Steuerzwecke.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen eine Vorrichtung zur Verwendung eines Übertragers, der auf einem Rotor befestigt ist, um Lichtwellen an einen auf einem Stator befestigten Empfänger zu übertragen, wenn der Rotorübertrager und der Statorempfänger in einer Sichtlinie zueinander stehen, und ferner eine Vorrichtung, die sicherstellt, daß stets mindestens ein Rotorübertrager in der Sichtlinie mit mindestens einem Statorempfänger angeordnet ist, wenn der Rotor rotiert oder auch, wenn er stationär ist.

Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung vor, die bewirkt, daß die Übertrager kontinuierlich eine Übertragung vornehmen, auch wenn keine Daten vorhanden sind. Die kontinuierliche Übertragung hält eine Synchronisierung aufrecht und schützt gegen Probleme.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vielzahl von Statorübertragern, um einen kontinuierlichen Fluß von Steuerdaten aus dem Stator in den Empfänger zu ermöglichen.

Die Lichtübertragungsvorrichtung nach der Erfindung weist vorzugsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und die Lichtanzeige- oder Empfangsvorrichtung eine photoempfindliche Diode auf.

Des weiteren können die Statorempfänger und Statorübertrager so positioniert sein, daß eine Vielzahl von Übertragungskanälen zwischen Rotor und Empfänger entstehen.

Der Strahl vom Übertrager zum Empfänger ist zweckmäßigerweise so geformt, daß er die Optimierung des Flußübergangs vom Übertrager zum Empfänger so unterstützt, daß das Signal-Geräusch-Verhältnis ein Maximum wird, während der dynamische Bereich der Lichtflußänderung ein Minimum wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß der Winkel der Übertragerachse von den Umfangsstellen der Rotation zur Verbesserung des Lichtflußübergangs abgelenkt wird.

Weiterhin wird mit der Erfindung die Verwendung von reflektierendem Material am Stator und/oder Rotor zur Optimierung des Flußübergangs im vorerwähnten Sinn vorgeschlagen.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer Vielzahl von Empfängern, wobei der Übertrager die Kapazität der übertragbaren Information bei einer gegebenen Anzahl von Übertragern erhöht.

Auch wird die Verwendung einer Übertragung vom Rotor zum Stator in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Übertragung der Information vom Stator zum Rotor vorgeschlagen.

Mit der Erfindung wird die Übertragung sowohl von Steuersignalen aus dem stationären Teil des Gestells in den rotierenden Teil des Gestells, wie auch von Daten und/oder Steuersignalen aus dem rotierenden Teil des Gestells in den stationären Teil des Gestells unter Verwendung von direkten Sichtlinienverbindungen zwischen Lichtübertrager und Lichtempfänger erreicht. Lichtempfänger und Lichtübertrager sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowohl auf dem Stator als auf dem Rotor des Gestells so befestigt, daß Zweiwege-Übertragungsverbindungen zwischen dem Stator und dem Rotor erzielt werden, selbst wenn der Rotor stationär ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
1 eine bevorzugte Ausführungsform einer optischen Datenübertragungeinrichtung nach der Erfindung,
2 einen Verteiler, der bei der Einrichtung nach 1 verwendet wird,
3 eine Grundanordnung von Rotor-Stator-Übertragungsverbindungen unter Verwendung der Datenübertragungseinrichtung nach 1, und
4 schematisch die Verwendung der Einrichtung sowohl für die kernmedizinische Computertomographie als auch für die Röntgenstrahl-Computertomographie.
Die Stator-Rotor-Einrichtung 11 nach 1 weist einen Stator 12 zentrisch zum Rotor 13 auf. Bei Computertomographiesystemen besitzt der Stator einen hohlen Abschnitt oder eine Ausnehmung 15, in die ein Patient eingebracht wird, damit Daten von dem Patienten gewonnen werden können. Der Stator 12 ist so dargestellt, daß auf ihm eine Mehrzahl von Empfängern befestigt ist. Insbesondere sind zwei Empfänger mit 14 und 16 dargestellt, die um 180° gegeneinander versetzt sind. Die Anzahl von Datenkanälen wird durch die Anzahl von Empfängern bestimmt. Wenn ein Kanal ausreichend ist, ist auch nur ein Statorempfänger erforderlich.
Eine Vielzahl von Statorübertragern ist auf dem Stator befestigt dargestellt. Insbesondere sind Statorübertrager 17, 18, 19, 20, 21 und 22 gezeigt, die um 60° voneinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Diese Übertrager stehen mit dem gleichen Rotorempfänger 23 in Verbindung. Die Statorübertrager und Rotorempfänger liegen alle in der gleichen axialen Ebene.
In einer unterschiedlichen axialen Ebene sind sechs Rotorübertrager 24, 26, 27, 28, 29 und 31 vorgesehen. In der gleichen axialen Ebene wie diese Rotorübertrager sind ein Paar von Statorempfängern 14, 16 gezeigt. Die Rotorübertrager weisen einen Abstand von 60° voneinander auf. Die Anzahl von Übertragern und damit der Abstand zwischen den Übertragern, der für eine kontinuierliche Sichtlinienverbindung zwischen den Übertragern und den Empfängern notwendig ist, werden durch den radialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor sowie dem Winkel des übertragenen Lichtstrahles relativ zu den Stellen der Mittenlinie des Rotorübertragers bestimmt, wenn der Rotor relativ zum Stator umläuft.
Die Darstellung der Übertrager und Empfänger auf Stator und Rotor sind nur beispielhaft; sowohl Anzahl als auch Abstand können geändert werden.
Wenn der Rotor um den Stator umläuft, bewirkt ein Verteiler 33, wie er in 2 dargestellt ist, daß unterschiedliche Rotorübertrager die durch den rotierenden Detektor aufgenommenen Daten auf den Stator übertragen, wo diese Daten benutzt werden. Bei dem speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Daten so behandelt und verarbeitet, daß eine Bilddarstellung entsteht. Es ist ein mechanischer Verteiler dargestellt, bei dem die gekreuzt schraffierten Abschnitte des Verteilerrotors, der im Uhrzeigersinn umläuft, Daten auf die Übertrager übertragen. Die übertragenen Daten werden von den Statorempfängern 14 und 16 aufgenommen. Wie in 1 gezeigt, in der der Rotor z.B. in Gegenuhrzeigerrichtung umläuft, überträgt der Übertrager 27 längs der Sichtlinie zwischen dem Übertrager 27 und dem Statorempfänger 16, bis der Rotorübertrager 27 die Sichtlinienposition zur Übertragung von Daten auf den Empfänger 16 passiert. Kurz vor diesem Zeitpunkt beginnt der nächste Rotorübertrager in der Folge der Rotorübertrager, d.h. der Rotorübertrager 26, seine Daten auf den Statorempfänger 16 zu übertragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind einige Grad Überlappung zwischen den Übertragungen des Rotorübertragers 27 und des Rotorübertragers 26 vorgesehen. Die Überlappung gewährleistet, daß eine kontinuierliche Übertragung von Daten zwischen dem Rotor und dem Stator gegeben ist. Im Anschluß daran kommt der Rotorübertrager 24 in eine Position für die Sichtlinienübertragungen mit dem Empfänger 16, wenn der Rotor 13 um den Stator 12 umläuft. Dann beginnt der Rotorübertrager 24 mit der Übertragung der Daten auf den Datenempfänger 16.
Während eine Drehung des Rotors des Computertomographie-Gestells in Gegenuhrzeigerrichtung beschrieben ist, ist diese Richtung nur als Beispiel angegeben. Die Drehrichtung kann auch im Uhrzeigersinn liegen, wobei Übertrager und Empfänger um 180° gedreht werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Rotorübertrager in Gegenuhrzeigerrichtung gegen die Statorempfänger gerichtet, die in Uhrzeigerrichtung blicken. Die Übertrager sind in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung, in der der Rotorübertrager blickt, d.h. im Uhrzeigersinn gerichtet. Ähnlich blicken die Rotorempfänger in Gegenuhrzeigerrichtung. Dies bedeutet, daß die Rotor-Stator-Information in entgegengesetzter Kreisrichtung zur Stator-Rotor-Information übertragen wird und damit ein Quersprechen verhindert wird.
Das Starten und Stoppen des Betriebes der Übertrager wird durch eine Verteilervorrichtung, z.B. den Verteiler 33 nach 2 gesteuert. Wenn der Gestellrotor rotiert, bewirkt der Verteiler einschließlich der rotierenden Übertragungsanordnung 34, daß unterschiedliche Rotorübertrager mit der Übertragung von Daten beginnen. Die Verwendung von elektronischen Verteilern liegt im Rahmen vorliegender Erfindung. Die Rotorübertrager übertragen während einer Periode, während der sie in der Sichtlinie des Empfängers liegen. Bei der Darstellung nach 2 beendet der Rotorübertrager 27 seine Übertragung auf den Empfänger 16. Daran schließt sich die Übertragung der Rotorübertrager 26, 24, 31, 29 und 28 an. Jede der Übertragungen wird durchgeführt, während der Übertrager in einer Sichtlinienbeziehung mit dem Empfänger 16 steht. Wenn die Übertrager bei ihrer Drehung auf dem Rotor an einer Stelle ankommen, an der eine Sichtlinienbeziehung zwischen dem Rotorübertrager und dem Statorempfänger besteht, werden sie zur Übertragung von Daten erregt.
Bei der Ausführungsform nach 1 ist der Stator so dargestellt, daß er zwei Empfänger 14 und 16 aufweist. Dies ermöglicht, daß jeder Empfänger einen Datenkanal festlegt. Somit nimmt der Empfänger 16 Daten auf einem Kanal A und der Empfänger 14 auf einem Kanal B auf. Bei der Ausführungsform des Verteilers nach 2 übertragen Übertrager 27, 26 und 24 zuerst Daten in den Empfänger 16 auf dem Kanal A, während Empfänger 31, 29 und 28 Daten in den Empfänger 14 auf dem Kanal B übertragen. Nachdem der Übertrager 27 sich von der Sichtlinie des Empfängers 16 weg bewegt hat und der Übertrager 31 die Sichtlinie des Empfängers 14 verläßt, tritt ein Datentransfer auf. Dieser Datentransfer führt dazu, daß der Übertrager 27 mit der Übertragung von Daten für den Kanal B und der Übertrager 31 mit der Übertragung von Daten für den Kanal A beginnt.
Bei einer elektronischen Ausführung ist der Verteiler 33 mit Rotorwinkeldaten versehen, die er decodiert und benutzt, um zu entscheiden, welcher Übertrager mit Daten vom Kanal A oder vom Kanal B gespeist werden muß. Die Anzahl von Kanälen kann durch Erhöhen der Anzahl von Empfängern vergrößert werden.
1 zeigt zwei Verbindungskanäle. Der Verteiler nach 2 steuert den Betrieb des Rotorübertragers für die Übertragung von Daten zu beiden Statorempfängern 14 und 16. Andererseits kann ein getrennter Verteiler mit dem Statorempfänger 14 betrieben werden. Der Rotorempfänger 23, der ebenfalls in
2 gezeigt ist, nimmt Signale aus den Statorübertragern auf. Unter den aufgenommenen Signalen können Signale sein, die die Arbeitsweise des Verteilers 33 steuern.
Eine Verbindung zwischen den Statorübertragern und dem Rotorempfänger erfolgt ebenfalls auf einer Sichtlinienbasis. Bei der Konfiguration nach 1 ist nur ein Kanal für die Übertragung von Steuerdaten vom Stator 12 zum Rotor 13 dargestellt. In der Praxis jedoch kann mehr als ein Kanal verwendet werden.
3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Grundanordnung der Verbindungen zwischen Rotor und Stator. Wie in dieser 3 gezeigt, ist der Rotorübertrager 27 gerade an der Stelle angeordnet, an der er seine Endstufen des Sichtlinienkontaktes mit dem Statorempfänger 16 einnimmt. An dieser Stelle kommt der Rotorübertrager 26 gerade in Sichtlinienkontakt mit dem Statorempfänger 16. Eine leichte überlappung in den Sichtlinienkontakten zwischen den beiden Übertragern und dem Empfänger stellt eine kontinuierliche Übertragungsverbindung zwischen Rotor und Stator sicher. Wenn der Rotor umläuft, werden die anderen Rotorübertrager 24, 31, 29 und 28 in Sichtlinienkontakt mit dem Statorempfänger positioniert und übertragen dann auch auf den Empfänger. Ein Verteiler, z.B. Verteiler 33, stellt sicher, daß die Daten von einem Datenübertrager übertragen werden, der in Sichtlinienkontakt mit dem Statorempfänger positioniert ist.
4 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine mit Stator und Rotor arbeitende optische Datenübertragungeinrichtung zeigt, die entweder bei einem kernmedizinischen Computertomographiesystem oder einem Röntgenstrahl-Computertomographiesystem verwendbar ist. Das kernmedizinische Tomographiesystem ist schematisch mit 41, das Röntgenstrahl-Computertomographiesystem schematisch mit 42 bezeichnet. Das kernmedizinische Tomograhiesystem weist ein Gestell 43 auf, das aus einem äußeren stationären Teil 44 und einem inneren rotierenden Teil 46 besteht. Der rotierende Teil 46 dreht die Gamma-Kamerakopf- und -Detektoreinheit 47 um eine einen Patienten 49 aufnehmende Liege 48.
Bei der Gamma-Kameraausführung nach 4 ist eine Lichtquelle, z.B. eine LED 51 gezeigt. Das Licht aus der LED wird durch die Daten moduliert, die aus dem Kamerakopf 47 auf dem rotierenden Ringteil 46 des Gestells 43 erhalten werden. Der modulierte Lichtstrahl wird dann durch einen Rotorübertrager, z.B. den Übertrager 26, an einen Empfänger 16 auf dem Stator übertragen. Die aufgenommenen Daten auf dem Empfänger 16 am Stator werden durch den Demodulator 53 demoduliert. Die demodulierten Daten werden durch den Computer 54 behandelt und verarbeitet und ergeben eine Bilddarstellung in der Sichtanzeigeeinheit 56.
Bei dem Röntgenstrahl-Computertomographie-Gestell zeigt die Ausführungsform 42 eine Röntgenquelle 61 und einen Kreisbogen von Detektoren 62, die auf dem Rotor des Gestells drehbar um den Patienten 63 befestigt sind. Die Röntgenstrahlen gehen durch den Patienten 63, wenn auf dem Gestell zumindest die Röntgenstrahlröhre um den Patienten 63 gedreht wird. Im Gestell 42 läuft die Detektorgruppe um, und der Ausgang der Detektorgruppe wird über einen Rotorübertrager, z.B. den Übertrager 26, zum Statorempfänger, z.B. Empfänger 16, übertragen. Der Ausgang des Statorempfängers 16 wird dann in der Einheit 53 demoduliert und die demodulierten Daten werden in der Einheit 54 zur Darstellung einer Sichtanzeige in der Einheit 56 verarbeitet, wie bereits beschrieben.
Zum Optimieren der Lichtflußübertragung in der Weise, daß das Signal-Geräusch-Verhältnis des Photodetektors ein Maximum und gleichzeitig der dynamische Bereich der Lichtflußänderung ein Minimum wird, werden entsprechende Vorrichtungen verwendet. Beispielsweise verwenden sowohl die Übertrager als die Empfänger zylindrische Linsen. Die Achsen der zylindrischen Linsen verlaufen vorzugsweise in radialer Richtung des Gestells.
Um die Flußänderung so gering wie möglich zu halten, hat sich als zweckmäßig herausgestellt, einen kleinen Teil der Empfängerlinse abzudecken oder anders zu formen. Dies verhindert eine Sättigung des Empfängersystems. Die Abdeckung bzw. Maske ist mit Streifen 38 in 1 angedeutet, nämlich einem schmalen Streifen aus lichtundurchlässigem Material, das mit der Stirnseite der zylindrischen Linse in einem Bereich befestigt ist, der vorzugsweise keine maximale Lichtintensität empfängt.
Eine Vorrichtung zur Erhöhung des den Empfänger erreichenden Lichtflusses ist die Verwendung von reflektierendem Material am Stator und/oder am Rotor, wie durch die dicken schwarzen Linien 36 und 37 in 1 angedeutet.
Damit wird eine besonders zweckmäßige Datenübertragungseinrichtung zwischen dem rotierenden Teil und dem Statorteil des Computertomographiesystems erreicht. Im Betrieb ergeben Linien von Sichtverbindungen zwischen den Lichtübertragern, z.B. LEDs, und den Lichtempfängern, z.B. Photodioden, eine einfache und elegante optische Schleifringanordnung, die eine kontinuierliche Drehung des Rotors des Gestells um den Stator des Gestells ohne Kabel oder Leiter ergibt.

Claims

Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen einem rotierenden und einem stationären Teil, gekennzeichnet durch einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor (13), einen von dem Rotor beabstandeten Stator (12), eine Übertragungsvorrichtung (17–22; 24–31) zum Übertragen einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die in Abhängigkeit von Informationen moduliert werden, die zwischen Rotor (13) und Stator (12) übertragen werden, mindestens eine Empfängervorrichtung (14, 16) zum Aufnehmen und Demodulieren des zwischen Stator (12) und Rotor (13) übertragenen Lichtstrahles, eine Vorrichtung zum Befestigen der Übertragungsvorrichtung (17–22; 24–31) auf dem Rotor (13) oder dem Stator (12) im Spalt zwischen Stator und Rotor relativ zum auf dem Stator befestigten Empfänger oder Rotor, um eine Sichtverbindung zwischen der Übertragungsvorrichtung und der Empfängervorrichtung herzustellen, damit die Informationen vom Rotor auf den Stator übertragen werden können, wobei für jede Winkelposition des Rotors um die Rotationsachse die mindestens eine Empfängervorrichtung durch mindestens einen der Lichtstrahlen beleuchtet werden kann, und eine Vorrichtung (54, 56) zur Auswertung der übertragenen Informationen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der jede der Empfängervorrichtungen (14, 16) eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme von Licht aufweist und jeder der Lichtstrahlen über eine Übertragungsöffnung übertragen wird und bei der die Aufnahme- und Übertragungsöffnungen koplanar sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der relativ zur Rotationsachse die Aufnahmeöffnungen aller Empfängervorrichtungen im wesentlichen im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet sind.
Einrichtung nach Anspruch 3, bei dem dann, wenn alle Aufnahmeöffnungen im wesentlichen im Uhrzeigersinn gerichtet sind, alle Übertragungsöffnungen im wesentlichen im Gegenuhrzeigersinn gerichtet sind und dann, wenn alle Aufnahmeöffnungen im wesentlichen im Gegenuhrzeigersinn gerichtet sind, alle Übertragungsöffnungen im wesentlichen im Uhrzeigersinn gerichtet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch eine Verteilervorrichtung (33), die die Übertragungsvorrichtung (34) so steuert, dass zu jedem gegebenen Zeitpunkt optische Signale, die zwischen Rotor (13) und Stator (12) übertragen werden sollen, durch mindestens einen Lichtstrahl der Vielzahl von Lichtstrahlen übertragen werden, von denen zu dem gegebenen Zeitpunkt Licht, das durch mindestens einen der Lichtstrahlen übertragen wird, die mindestens eine Empfängervorrichtung (14, 16) beleuchtet.
Einrichtung nach Anspruch 5, bei dem die Verteilervorrichtung (33) die Übertragungsvorrichtung (24, 26, 27) so steuert, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt optische Signale, die zwischen dem Rotor (13) und dem Stator (12) übertragen werden sollen, gleichzeitig durch alle Lichtstrahlen übertragen werden, für die Licht zu dem gegebenen Zeitpunkt die mindestens eine Empfängervorrichtung (14, 16) beleuchtet.
Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Verteilervorrichtung (33) eine elektronische Verteilervorrichtung ist.
Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Verteilervorrichtung (33) eine mechanische Verteilervorrichtung ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, bei dem für jeden Lichtstrahl der Vielzahl von Lichtstrahlen ein bestimmter begrenzter Beleuchtungsbereich von Winkelpositionen des Rotors um die Rotationsachse vorgesehen ist, für die Licht aus dem Lichtstrahl die mindestens eine Empfängervorrichtung (14, 16) beleuchtet.
Einrichtung nach Anspruch 9, bei der jeder der Lichtstrahlen aus einer anderen Winkelposition relativ zur Rotationsachse emittiert wird.
Einrichtung nach Anspruch 10, bei der die Beleuchtungsbereiche für zwei beliebige Lichtstrahlen, die an benachbarten Winkelpositionen positioniert sind, sich überlappen.
Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Empfängervorrichtung eine Vielzahl von Vorrichtungen umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Empfängervorrichtung (14, 16) auf dem Stator (12) angeordnet ist, und mindestens eine zweite Empfängervorrichtung (23) auf dem Rotor (13) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, bei der die Aufnahmeöffnung der mindestens einen ersten Empfängervorrichtung (14, 16) im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gerichtet ist, und die Aufnahmeöffnung der mindestens einen zweiten Empfängervorrichtung (23) im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn gerichtet ist.
Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Rotor (13) ein Rotor einer Röntgenstrahl-CT-Abtastvorrichtung ist und der Stator der Stator der Abtastvorrichtung ist.
Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Rotor (13) ein Rotor einer SPECT-Abtastvorrichtung und der Stator der Stator der Abtastvorrichtung ist.