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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Computertomographievorrichtungen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Empfangen einer hohen Datenrate in einer Kommunikationsverbindung
einer CT-Vorrichtung.
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CT-Vorrichtungen
werden verwendet, um nicht invasiv Schnittbilder eines Testobjekts,
insbesondere innere Bilder eines menschlichen Gewebes, zum Zwecke
der medizinischen Analyse und Behandlung zu erhalten. Gegenwärtige CT-Vorrichtungen
positionieren das Testobjekt, wie beispielsweise einen Patienten,
auf einem Tisch innerhalb einer zentralen Apertur eines rotierenden
Rahmens oder einer Gantry, die von einem stationären Rahmen unterstützt und
gehaltert wird. Die Gantry enthält
eine Röntgenquelle
und ein Detektorarray, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Apertur
innerhalb einer x-y-Ebene
eines kartesischen Koordinatensystems (im allgemeinen wird diese
als die Bildgebungsebene bezeichnet) so positioniert sind, dass
beide mit der Gantry um das bildgebend darzustellende Testobjekt rotieren.
An jeder der verschiedenen Winkelpositionen entlang des Rotationspfades
der Gantry (auch als „Projektion" bezeichnet) emittiert
die Röntgenquelle
einen fächerähnlichen
kollimierten Strahl, der die bildgebend darzustellende Schicht des
Testobjektes durchquert, durch das Testobjekt abgeschwächt wird
und von einem Detektorarray aufgenommen wird. Jedes Detektorelement
in dem Detektorarray erzeugt ein separates elektrisches Signal,
das die abgeschwächte
Röntgenstrahlintensität anzeigt,
den Strahl, der von der Röntgenröhre zu dem
speziellen Detektorelement projiziert wird und auf seine Sensoroberfläche trifft.
Die elektrischen Signale von allen Detektorelementen werden durch
Schaltkreise innerhalb des rotierenden Rahmens erfasst, um einen Projektionsdatensatz
bei jedem Winkel der Gantry oder jeder Projektion zu erzeugen. Jeder
Projektionsdatensatz wird auch als eine „Ansicht" bezeichnet, und ein „Scan" ist ein Satz von
derartigen Ansichten unter verschiedenen Winkeln der Gantry während einer
Umdrehung der Röntgenquelle
und des Detektorarrays. Der Scan wird dann mittels eines Computers
in dem stationären
Rahmen weiterbearbeitet, um die Projektionsdatensätze in ein
CT-Bild der Schicht oder des Querschnitts des Testobjektes zu rekonstruieren.
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Um
die Projektionsdatensätze
für die
Rekonstruktion des Bildes aus dem rotierenden Rahmen in den stationären Rahmen
zu transferieren, sind unterschiedliche Kommunikationsverbindungen
gegenwärtig
verwendet, wie beispielsweise ein Versorgungskabel, eine optische
Datenverbindung, ein Schleifring mit einer kontaktierenden Bürste und
ein Gleitring mit einem kontaktlosen Koppler. Neuere CT-Vorrichtungen
verwenden typischerweise einen Schleifring, der auf einem rotierenden
Rahmen mit einem kontaktlosen Koppler angeordnet ist, der verschiedene
Luftspalte bezogen auf den Schleifring aufweist, der auf dem stationären Rahmen
als Kommunikationsverbindung zwischen dem rotierenden und dem stationären Rahmen
angeordnet ist. Der Schleifring weist einen unterbrochenen Kreis
von eines Drahtes oder einer Übertragungsleitungen
auf, die die Apertur des rotierenden Rahmens so einschließen, dass
jede Hälfte
des unterbrochenen Kreises des Drahtes einen Bogen von exakt derselben Länge bildet.
Datensignale, beispielsweise die Projektionsdatensätze, werden
kodiert und von dem ersten Enden der zwei Drähte zu den zweiten Enden der zwei
Drähte
an den gegenüberliegenden
Seiten des unterbrochenen Kreises so übertragen, dass beide Datensignale
an den zweiten Enden zur selben Zeit ankommen, im allgemeinen als
der Abschlussspalt bezeichnet. Der kontaktlose Koppler, der auf
dem stationären
Rahmen angeordnet ist, liegt nahe bei dem Schleifring und erfasst
die übertragenen
kodierten Datensignale über
eine elektromagnetische Kopplung. Da jeder Projektionsdatensatz
sowie dieser akquiriert ist (nach dem Kodieren) übertragen wird, beispielsweise
während
der rotierende Rahmen noch rotiert, um den nächsten Projektionsdatensatz für den nächsten Gantrywinkel
aufzunehmen, tritt die Ausbreitung der Datensignale entlang der
Drähte
des Schleifrings auf und eine elektromagnetische Kopplung des Schleifrings
mit dem kontaktlosen Koppler tritt auf, während der rotierende Rahmen
und somit der Schleifring sich in Drehung befinden.
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Unglücklicherweise,
obwohl der Schleifring und der kontaktlose Koppler viele Vorteile
gegenüber den
anderen Arten der Kommunikationsverbindungen haben, wie beispielsweise
eine höhere
Geschwindigkeit der Datenübertragung,
kürzere
Bildakquisitionszeiten, erhöhten
Komfort für
den Patienten und weniger mechanische Abnutzung und mechanischen
Verschleiß,
leidet dieser ebenfalls unter den Problemen, die mit der Kontrolle
der Signaldatenstärke
zusammenhängen,
die bei einem kontaktlosen Koppler auftreten. Die Datensignale,
die durch den kontaktlosen Koppler empfangen werden, können eine
Leistungsschwankung bis zu zwischen 15 und 20 dB um ihren im Zentrum
wirksamen Leistungspegel haben. Es wurde herausgefunden, dass zahlreiche
Quellen zu der Signalstärkenvariabilität beitragen,
einschließlich,
aber nicht darauf beschränkt:
(1) axiale und/oder radiale Unrundheit der Rotationsanordnung; (2)
axiale und/oder radiale Drehungsfehlausrichtung des kontaktlosen
Kopplers; (3) Variabilität
der gedruckten Schaltungsplatine innerhalb der Kanalgräben; (4)
nominale Luftspaltverluste; (5) Genauigkeit der Dimensionen der
verschiedenen Komponenten der rotierenden Anordnung, wie beispielsweise
die Kanalgräben;
Skin-Effekt und dielektrische Verluste in der Ringschaltungsplatinenspur;
und (7) Verstärkerverstärkungsschwankung,
die aus jeder der betragenden Quellen herrührt, ist es schwierig, zeitaufwendig
und Kosten verursachend, die Abweichungen zu korrigieren, die durch
alle diese beitragenden Quellen, die die Wechselwirkung dieser Quellen
in den CT-Vorrichtungen
ergeben.
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Die
WO 97/38290 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum drahtlosen Übertragen
und Empfangen der digitalen Information unter Verwendung eines analogen
Trägers,
wobei die verlangte Bandbreite begrenzt ist auf die ungefähre Frequenz des
analogen Trägersignals.
Weitere Beispiele der Computertomographievorrichtungen sind in NL-A-7707414,
US-A-5646962 und US-A-4035651 beschrieben.
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Die
US-A-5646962 betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung der elektromagnetischen
Strahlung von einer differentiell gesteuerten Übertragungsverbindung zum Schaffen
einer Kommunikationsverbindung mit hoher Datenübertragungsrate in einer Computertomographievorrichtung.
Die Kommunikationsverbindung mit hoher Datenübertragungsrate ist kontaktlos
zwischen einem rotierende Rahmen und einem stationären Rahmen
durch eine Funkverbindung zwischen den verschieden gesteuerten Übertragungsleitungen
und einem verschiedenen Koppler geschaffen.
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Die
NL-A-7707414 offenbart eine Tomographievorrichtung mit einem Analog-Digital-Konverter, der
in Reihe mit einem dynamischen Signaladapter verbunden ist, der
die gemessenen Signale innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereichs
bringt. Der Adapter weist einen Verstärker mit variabler Verstärkung und
einen Komparator auf, der jedes gemessene Signal mit einer Referenz
vergleicht, wobei der Komparatorausgang die Verstärkung ermittelt.
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Die
US-A-4035651 offenbart eine Tomographievorrichtung mit einem Verstärker mit
steuerbarer Verstärkung.
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Folglich
gibt es einen Bedarf für
eine Vorrichtung und ein Verfahren, die in der Lage sind große Variationen
in der Datensignalstärke
anzupassen, die von einem kontaktlosen Koppler in einer CT-Vorrichtung
empfangen werden. Darüber
hinaus gibt es einen Bedarf dafür,
dass eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren effizient,
kostengünstig,
flexibel im Bereich der Signalschwankungen sind und dafür, dass
die vorteilhaften Fähigkeiten
einer Kommunikationsverbindung, die ein Schleifring mit einem kontaktlosen
Koppler in einer CT-Vorrichtung aufweist, verstärkt werden oder mindestens
nicht verschlechtert werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrifft eine Computertomographie-CT-Vorrichtung mit
einer Einrichtung zum Hochfrequenz-HF-Amplitudenmodulationskodieren
der digitalen Bilddaten und elektromagnetischen Koppeln der Daten
von einem auf einem rotierenden Rahmen der CT-Vorrichtung angeordneten
HF-Schleifring an
einen auf einem stationären
Rahmen der CT-Vorrichtung
angeordneten berührungslosen
Koppler, die aufweist:
- (a) eine Einrichtung
zum Empfangen eines kodierten HF-Amplitudenmodulierten
digitalen seriellen Datensignals mit einem breiten Bereich von Leistungspegeln
aus dem HF-Schleifring;
- (b) eine Einrichtung zum Bandbreitenfiltern des kodierten Datensignals,
was eine Ausfilterung unerwünschter
Frequenzkomponenten bewirkt;
- (c) eine Einsichtung zum Abschwächen der Amplitude des kodierten
Datensignals teilweise in Reaktion auf eine Steuerspannung;
- (d) eine Einrichtung zum Verstärken der Amplitude des kodierten
Datensignals, was eine Verstärkung
der gewünschten
Datenkomponenten des kodierten Datensignals bewirkt;
- (e) eine Einrichtung zum Digitalisieren des kodierten Datensignals
durch Ausfiltern der enthaltenen HF-Komponente;
- (f) eine Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Signalpegels
proportional zu der Amplitude des digitalisierten kodierten Datensignals;
- (g) eine Einrichtung zum Filtern des kodierten Datensignals,
um restliche unerwünschte
Signalkomponenten aus der HF-Amplitudenmodulationskodierung
zu entfernen, wodurch die digitalen Bilddaten aus dem kodierten
Datensignal zur CT-Bildverarbeitung
bei dem stationären
Rahmen zum Erzeugen eines CT-Bildes daraus rekonstruiert worden
sind;
- (h) eine Einrichtung zum Steuern des Abschwächungsgrades der Amplitude
des kodierten Datensignals im Schritt (c) durch eine Rückkopplungsschleife
derart, dass die rekonstruierten digitalen Bilddaten des Schrittes
(g) innerhalb eines gewünschten
Signalpegels liegen; und
- (i) eine Einrichtung, um die Erzeugungseinrichtung und die Steuereinrichtung
zu veranlassen, iterativ den gewünschten
Signalpegel aufrechtzuerhalten.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rekonstruieren digitaler Bilddaten
in einer Computertomographie-CT-Vorrichtung, wobei die digitalen
Bilddaten mittels Hochfrequenz-HF-Amplitudenmodulation kodiert sind,
um elektromagnetisch von einem auf einem rotierenden Rahmen der
CT-Vorrichtung angeordneten HF-Schleifring an einen auf einem stationären Rahmen
des CT-Systems angeordneten berührungslosen
Koppler gekoppelt zu werden, mit den Schritten:
- (a)
Empfangen eines kodierten HF-Amplitudenmodulierten digitalen seriellen
Datensignals mit einem breiten Bereich von Leistungspegeln aus dem
HF-Schleifring;
- (b) Bandbreitenfiltern des kodierten Datensignals, was eine
Ausfilterung unerwünschter
Frequenzkomponenten bewirkt;
- (c) Abschwächen
der Amplitude des kodierten Datensignals teilweise in Reaktion auf
eine Steuerspannung;
- (d) Verstärken
der Amplitude des kodierten Datensignals, was eine Verstärkung der
gewünschten
Datenkomponenten des kodierten Datensignals bewirkt;
- (e) Digitalisieren des kodierten Datensignals durch Ausfiltern
der HF-Komponente darin;
- (f) Erzeugen eines digitalen Signalpegels proportional zu der
Amplitude des digitalisierten kodierten Datensignals;
- (g) Filtern des kodierten Datensignals, um restliche unerwünschte Signalkomponenten
aus der HF-Amplitudenmodulationskodierung
zu entfernen, wodurch die digitalen Bilddaten aus dem kodierten
Datensignal zur CT-Bildverarbeitung
bei dem stationären
Rahmen zum Erzeugen eines CT-Bildes daraus rekonstruiert worden
sind;
- (h) Steuern des Abschwächungsgrades
der Amplitude des kodierten Datensignals im Schritt (c) durch eine
Rückkopplungsschleife
derart, dass die rekonstruierten digitalen Bilddaten des Schrittes
(g) innerhalb eines gewünschten
Signalpegels liegen; und
- (i) Wiederholen der Erzeugungs- und Steuerungsschritte, um iterativ
den gewünschten
Signalpegel aufrechtzuerhalten.
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Die
Erfindung wird nachfolgend genauer an Hand von Beispielen in Bezug
auf die Zeichnung beschrieben.
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Die
Erfindung wird besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
verständlich,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnung betrachtet wird, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Teile
betreffen und in der:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer CT-Vorrichtung ist, die die vorliegende
Erfindung verwendet;
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2 ein
schematisches Blockdiagramm von Teilen der CT-Vorrichtung von 1 ist; und
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3 ein
Blockdiagramm eines Bereichs des Empfängers ist, der Teile der CT-Vorrichtung
von 1 bildet.
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Bezugnehmend
auf 1 enthält
eine Computertomographie-CT-Vorrichtung 10 im
Allgemeinen einen kreisförmigen
rotierenden Rahmen 12 oder eine Gantry und einen stationären Rahmen 13,
der den rotierenden Rahmen 12 unterstützt und haltert. Der rotierende
Rahmen 12 enthält
eine Röntgenquelle 14,
die einen stark kollimierten Röntgenstrahls 16 in
Richtung auf ein Detektorarray 18 emittiert, das auf der
gegenüberliegenden
Seite einer Apertur 19 angeordnet ist. Die Apertur 19 erlaubt
es, dass ein Testobjekt 20, wie beispielsweise ein Patient,
auf einer Plattform 21 platziert wird, die bewegbar sein
kann, beispielsweise durch Translation, entlang einer Rotationsachse 22 des
rotierenden Rahmens 12. Die Bewegung der Plattform 21 erlaubt
es verschiedene interessierende Bereiche des Testobjekts 20 innerhalb der
Bildgebungsebene des rotierenden Rahmens 12 zu positionieren.
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Sobald
das Testobjekt 20 wie gewünscht innerhalb der Apertur 19 positioniert
ist, wird durch Bewegung des Testobjekts 20 und/oder der
Plattform 21 der rotierende Rahmen 12 um die Rotationsachse 22 gedreht
und bei jeder der mehreren Winkelpositionen entlang des Rotationspfades
emittiert die Röntgenquelle 14 den
Röntgenstrahl 16,
der das Testobjekt 20 durchquert und auf die empfangende
Oberfläche der
mehreren der Detektorelemente (nicht einzeln gezeigt) des Detektorarrays 18 trifft.
Als Antwort erzeugt jedes Detektorelement des Detektorarrays 18 ein
elektrisches Signal von einer Höhe,
die proportional der Intensität
der empfangenen Strahlung ist, und folglich entsprechend des Betrages
der Abschwächung
des Röntgenstrahls
nachdem dieser das Testobjekt 20 durchquert hat. Wie genauer
nachfolgend beschrieben werden wird, sind die Signale von jedem der
Detektorelemente des Detektorarrays 18, die die Projektionsdaten
repräsentieren,
durch die Leitungen 23 zu einem Steuerungs- und Array-Prozessor 24 dargestellt, der
die empfangenen Projektionsdaten in ein radiales Bild des Testobjekts 20 bei
der ausgewählten
radialen oder Winkel-Position
verarbeitet, die als Ansicht bezeichnet wird. Dann wird die Gesamtheit
der Ansichten, die über
eine vollständige Umdrehung
des rotierenden Rahmen 12 aufgenommen wurden, die allgemein
als Scan bezeichnet werden, unter Verwendung bekannter Algorithmen
der Bildbearbeitung weiter verarbeitet, in ein Querschnittsbild
des interessierenden Bereiches des Testobjekts 20, das
in der Bildgebungsebene war.
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Nachfolgend
bezugnehmend auf 2 ist ein schematisches Blockdiagramm
eines Bereiches der CT-Vorrichtung 10 von 1 gezeigt.
Es sollte verstanden werden, das nur die funktionalen Elemente,
die für
eine Lehre der vorliegenden Erfindung in 2 gezeigt
sind, und nur die relativen Verbindungen zwischen funktionalen Elementen
gezeigt sind. Die Signale des Detektorarrays 18 sind durch die
Leitungen 26 mit einer Datenakquisitionseinrichtung (data
acquisition system: DAS) 28, das auf einem rotierenden
Rahmen 12 angeordnet ist, die jedes Signal von einem Detektorelement
des Detektorarrays 18 von einem analogen Signalformat in
ein digitales binäres
Signalformat konvertiert, das typischerweise ein 16 Bit Digitalwert
ist, der die abgeschwächte
Röntgenstrahlintensität repräsentiert.
Das DAS 28 multiplext die konvertierten Detektorkanalsignale
zusammen mit einem Datentaktsignal und einer Fehlerprüfsignalfunktion
in ein serielles digitales Bit-Signal. Das digitale Bit-Signal ist
dann durch den Empfänger 32 empfangen,
der auf dem rotierenden Rahmen 12 über der Leitung 30 angeordnet
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
kodiert der Transmitter 32 digital das serielle digitale
Bit-Signal mit Amplitudenmodulation unter Verwendung eines Hochfrequenz
(HF) Trägersignals,
um ein HF-Amplitudenmoduliertes digitales serielles Datensignal
zu erzeugen. Beispielsweise kann ein derartiges kodiertes Datensignal
invertiertes NRZ-Format, das heißt ein invertiertes nicht in
regelmäßigen Intervallen
auf Nullpotential zurückfallendes
Format (non-return to zero inverted: NRZI) haben.
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Als
nächstes
wird das kodierte Datensignal von dem Transmitter 32 zu
den Transmissionsleitungssegmenten 36, 38 eines
HF-Schleifrings 34 geleitet.
Wie genauer nachfolgend beschrieben wird, pflanzt sich das kodierte
Datensignal entlang der Transmissionsleitungssegmente 36, 38 fort,
um elektromagnetisch in einen Koppler 50 eingekoppelt zu werden,
der auf dem stationären
Rahmen 13 angeordnet ist. Der HF-Schleifring 34 kann
ausgelegt sein, um eine oder mehrere Transmissionsleitungen zu enthalten,
die auf dem rotierenden Rahmen 12 angeordnet sind. Abhängig von
dem Abstand zwischen dem Koppler 50 und den Transmissionsleitungssegmenten 36, 38 ,
der allgemein als Luftspalt bezeichnet wird, können mehr Transmissionsleitungssegmente
notwendig sein, um sicherzustellen, dass der Koppler 50 stets
in ausreichender räumlicher
Nähe zu
mindestens einer der Transmissionsleitungssegmente steht, um das
kodierte Datensignal zu empfangen. Wenn mehr als ein Segment notwendig
ist, wird jedes Segment eine Länge
haben, die einen Teilbereich einer Bogenlänge des Umdrehungspfads des rotierenden
Rahmens 12 ist. Die Segmente sind, Ende zu Ende um die
Rotationsachse 22 des rotierenden Rahmens 12 (siehe 1)
kaskadiert, typischerweise entlang des Umfangs der Apertur 19,
so dass die gesamte Segmentlänge
im Wesentlichen einen 360° Bogen
bildet, beispielsweise den rotierenden Rahmen 12 einschließt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Transmissionsliniensegmente 36, 38 mit
jeweils erste Enden 40, 41 und zweite Enden 42, 43 kontinuierlich
auf dem rotierenden Rahmen 12, die die Apertur 19 einschließen, so
angeordnet, dass eine im Wesentliche kontinuierliche elektromagnetische
Kopplung entlang des gesamten Rotationspfad des rotierenden Rahmens
möglich
ist. Die ersten Enden 40, 41 sind mit dem Transmitter 32 verbunden
und die zweiten Enden 42, 43 sind jeweils durch
die Terminalimpedanzen 44, 46 mit der elektrischen
Masse 48 verbunden. Die Terminalimpedanzen 44, 46 haben einen
vorbestimmten Widerstandswert, der gewählt ist, um die Reflektionen
der Energie in jeder der Transmissionsleitungssegmente 36, 38 zu
minimieren.
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Der
Koppler 50 ist so auf dem stationären Rahmen 13 (nicht
gezeigt in 2) angeordnet, dass die physikalische
Umgebung zwischen dem Koppler 50 und mindestens einem der
Transmissionsleitungssegmente 36, 38 während der
Rotation des rotierenden Rahmens 12 aufrechterhalten wird.
In einem bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Luftspalt zwischen dem Koppler 50 und der Transmissionsleitungen 36, 38 des
Schleifrings 34 im Bereich von 0.05 bis 0.08 Inches und
der Koppler 50 ist ein kurzes Stück Draht oder Transmissionsleitung
mit ungefähr
2 Inch Länge.
Der Koppler 50 kann alternativ eine Pick-up Antenne, ein
HF-Schuh, eine kontaktlose Bürste
oder eine elektromagnetische Kopplungseinrichtung sein, die in der
Lage ist kodierte Datensignale von dem HF-Schleifring 34 über eine Transmissionsentfernung
im Bereich von 0.05 bis 0.06 Inch zu empfangen.
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Der
Transmitter 32 überträgt jeweils
das kodierte Datensignal auf die ersten Enden 40, 41 der Transmissionsleitungen 36, 38 und
das kodierte Datensignal breitet sich von dem ersten Enden 40, 41 zu den
zweiten Enden 42, 43 aus, um in der elektrischen Masse 48 geerdet
zu werden. Bevor das kodierte Datensignal sich auf die Masse ausbreitet,
wird das kodierte Sig nal jedoch elektromagnetisch mit dem Koppler 50 verbunden
werden und dabei den Transfer aus dem rotierenden Rahmen 12 zu
dem stationären
Rahmen 13 zur Signalverarbeitung vervollständigen.
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Auf
der Seite des stationären
Rahmens wird das eingekoppelte kodierte Daten-Signal, das auch als
eingekoppeltes moduliertes Daten-Signal bezeichnet wird, zu einem
Empfänger 54 gesendet,
der in dem Steuerungs- und Array-Prozessor 24 mittels einer
Leitung 52 angeordnet ist. Wie nachfolgend genauer zu 3 beschrieben
werden wird, dekodiert der Empfänger 54 das
eingekoppelte modulierte Daten-Signal in seinen Zustand vor der
Kodierung und stellt dieses dekodierte Signal einem Signalprozessor 58 mittels
einer Leitung 56 zur Verfügung. Der Signalprozessor 58 enthält einen
Computer und einen Signalspeicher (nicht gezeigt) zum Speichern
des Programmalgorithmus, der die CT-Bearbeitung der empfangenen
Daten als Antwort auf Bedieneranweisungen und Scanning-Parameter
ausführt,
die von einer Bedienerkonsole 60 empfangen wurden, wie beispielsweise
einem Keyboard, einer Maus, einem Trackball, oder einem Schalter.
Obwohl nicht gezeigt, werden die Bedienerbefehle und Parameter durch den
Signalprozessor 58 verwendet, um Steuerungs- oder Kontroll-Signale
und Informationen an den DAS 28, einen Röntgenstrahlenkontroller
(nicht gezeigt), den Kontroller des Gantrymotors (nicht gezeigt)
sowie der Bewegungskontrolle der Plattform 21 weitergeleitet.
Auf diese Art und Weise ordnet der Signalprozessor 58 die
kodierten Signale, beispielsweise die Projektionsdaten, in ein zusammengesetztes Bild,
das zu einer bestimmten Winkelposition des rotierenden Rahmens 12 gehört. Jede
zusammengesetzte Ansicht wird in einer Massenspeichereinrichtung 62 gespeichert
und wird nach Bedarf während der
Bearbeitung der anderen zusammengesetzten Ansichten abgefragt, um
weiter bearbeitet zu werden, um ein endgültiges Bild des gewünschten
Querschnitts des Testobjekts 20 zu schaffen. Dieses endgültige Bild,
das auch als ein rekonstruiertes Bild bezeichnet wird, kann dann
auf einem Display 64 dargestellt werden, beispielsweise
einem konventionellen Kathodenstrahlröhren (CRT)-Display, einem Flüssigkristalldisplay
oder einem anderen Displayeinrichtung oder es kann in einen Film
oder ein gedrucktes Medium mittels einer geeigneten computergesteuerten
Kamera oder einem Drucker (nicht gezeigt) konvertiert werden. Darüber hinaus
können
die rekonstruierten Bilder in einem Massenspeicher 62 gespeichert
werden und gespeicherte rekonstruierte Bilder und/oder andere Daten
können
als durch den Bediener über
die Bedienerkonsole 60 eingegeben und den Signalprozessor 58 abgefragt
werden.
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Nachfolgend
bezugnehmend auf 3 ist ein Blockdiagramm eines
Bereichs des Empfängers gezeigt,
der Teile von der CT-Vorrichtung
von 1 bildet. Das eingekoppelte kodierte Datensignal,
das auch als das eingekoppelte modulierte Datensignal 102 bezeichnet
wird, wird auf der Leitung 52 (siehe 2)
für eine
automatische HF-Abschwächungsschleife 100 innerhalb
des Empfängers 54 bereitgestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform
enthält die
Abschwächungsschleife
einen HF-Bandbreitenfilter 104, einen HF spannungsgesteuerten
variablen Abschwächer 108,
eine HF hochverstärkende
Verstärkerstufe 112,
einen HF amplitudenmodulierten (AM) digitalen Hüllkurvendetektor 116,
eine digitale Hystereseschaltung 120, einen digitalen Signalpegeldetektor 126,
eine digitale Ausgangsschaltung mit einer optischen Faser 130 und
eine Schaltung 136 mit einer digitalen den Signalpegeldetektorstatus
angebenden Licht emittierenden Diode (light emitting Diode: LED).
Ebenfalls in einer bevorzugten Ausführungsform weist das eingekoppelte
modulierte Datensignal 102 einen Leistungs pegelbereich
von bis zu 50 dBm (Dezibel bezogen auf 1 Milliwatt) um einen zentralen
Betriebsleistungspegel von – 13.6
dBm auf. Alternativ kann das eingekoppelte modulierte Datensignal 102 einen
Leistungspegelbereich von bis zu 40 dBm um einen zentralen Betriebsleistungspegel
haben.
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Das
eingekoppelte Signal 102 wird von einen HF-Bandbreitenfilter 104 empfangen
und erzeugt ein Bandbreiten gefiltertes Signal 106. Der
Bandbreitenfilter 104 filtert das eingekoppelte Datensignal 102 in einem
Bandbreitenbereich von 500 MHz (Megahertz) bis 1 GHz (Gigahertz),
um die Signalkomponenten aus den Frequenzen außerhalb des Bandbreitenbereichs
zu entfernen, wie beispielsweise Rauschen.
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Das
bandbreitengefilterte Signal 106 wird von dem gesteuerten
variablen Abschwächer 108 empfangen,
um ein amplitudenstabilisiertes Signal 110 zu erzeugen.
Der Betrag der Abschwächung,
die auf das bandbreitengefilterte Signal 106 angewendet wird,
wird durch ein Rückkopplungskontrollspannungssignal 128 bestimmt,
das ebenfalls durch den gesteuerten variablen Abschwächer 108 empfangen wird.
In Abhängigkeit
von dem Rückkopplungssignal 128 wird
das amplitudenstabilisierte Signal 110 dieselbe Amplitude
haben oder bis zu 40 dB (Dezibel) kleiner in der Amplitude sein,
als das bandbreitengefilterte Signal 106. Folglich schwächt der
gesteuerte variable Abschwächer 108 selektiv
die Amplitude des empfangenen Signals ab, aber erhält die Frequenzkomponenten
darin.
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Das
amplitudenstabilisierte Signal 110 wird durch eine Verstärkerstufe 112 empfangen,
um ein Amplitudenverstärkungssignal 114 zu
erzeugen. Die Verstärkerstufe 112 verstärkt die
Amplitude des amplitudenstabilisierten Signals 110 durch
eine Verstärkung
von bis zu ungefähr
45 dB. Ähnlich
wie der ge steuerte variable Abschwächer 108 erhält die Verstärkerstufe 112 die
Frequenzkomponenten des empfangenen Signals. In einer bevorzugten
Ausführungsform
weist die Verstärkerstufe 112 drei
hintereinander geschaltete Verstärker
auf, wobei jeder Verstärker
eine Verstärkung
von bis zu ungefähr
15 dB bereitstellt, was zu einer totalen Verstärkung von ungefähr 45 dB
führt.
Derartige Verstärker
können
eine Chipeinrichtung sein, wie sie von Minicircuits hergestellt
wird, und es ist im Stand der Technik bekannt, dass eine Verstärker-Chip-Einrichtung verschiedene andere
Steuerkomponenten aufweist, wie beispielsweise Kondensatoren, andere
Schaltkreise, Spulen, usw., um eine Vorspannung (biasing) und andere Funktionalitäten, die
für die
Eingänge
notwendig sind, schafft, Das amplitudenverstärkte Signal 114 wird
von dem digitalen Hüllkurvendetektor 116 empfangen,
um ein digitalisiertes Signal 118 zu erzeugen. Der digitale
Hüllkurvendetektor 116 entfernt
die HF-Komponente des amplitudenverstärkten Signals 114 und
digitalisiert hierbei das Signal 114. Vor dem digitalen
Hüllkurvendetektor 116 ist
das Signal immer noch mit einem HF-Trägersignal amplitudenmoduliert und
obwohl es ein digitales Signal ist enthält es eine Sinus-Kurvenform.
Aber nach dem digitalen Hüllkurvendetektor 116 weist
das Signal 114 im Wesentlichen eine digitale Rechteckkurve
auf. Der digitale Hüllkurvendetektor 116 ist
als eine Minicircuit-Einrichtung verfügbar und könnte alternativ eine Modulatorschaltung
als einen Amplitudenmodulationsdetektor implementieren.
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Das
digitalisierte Signal 118 wird von der digitalen Hystereseschaltung 120 empfangen,
um ein rauschgefiltertes digitalisiertes Signal 124 und
ein Amplitudensignal 122 zu erzeugen. Das digitalisierte Signal 118,
das in die Hystereseschaltung 120 eingegeben wird, wird
eine Rechteckkurve, die dieselben Rauschekomponenten enthält, da der
digitale Hüllkurvendetektor 116 typischerweise
nicht in der Lage ist alle HF-Komponenten
aus der Amplitudenmodulation zu entfernen. Folglich dient die Hystereseschaltung 120 dazu,
den Rest der unerwünschten
Signalkomponenten, wie Rauschen, das nach dem digitalen Hüllkurvendetektor 116 in
dem Signal verbleibt, zu entfernen, indem die Hysterese zu dem digitalen Signal 118 hinzugefügt wird,
was im Stand der Technik wohlbekannt ist, um das rauschgefilterte
digitalisierte Signal 124 zu erzeugen. Obwohl dies nicht
gezeigt ist, werden die Hystereseschaltung 120 zugeordnete
Widerstände
und Kondensatoren aufweisen, die hiermit verbunden sind, um eine
bestimmte Ein- und
Abschalthysterese zu schaffen. Alternativ kann die Hystereseschaltung 120 ein
digitales Puffer-Gate, eine digitale Rauschfilterschaltung oder
ein NRZI-Datenbildschirm sein. Die Hystereseschaltung 120 dient
dadurch, dass das digitalisierte Signal 118 verwendet wird,
ebenfalls als zweifache Funktion, um das Amplitudensignal 122 zu
erzeugen, das ein Spannungssignal ist, das seine Amplitude bezogen auf
die Amplitude des digitalisierten Signals 118 aufweist.
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Das
Amplitudensignal 122 wird durch einen digitalen Signalpegeldetektor 126 empfangen,
um ein Rückkopplungs-
oder Feedback-Kontrollsignal 128 und ein Statussignal 134 zu
erzeugen. Der digitale Signalpegeldetektor 128 konvertiert
das Amplitudensignal 122 in ein Rückkopplungssignal 128,
das ein niederfrequentes Spannungssignal ist (nahezu ein direktes
Strom(DC)-Signal), das das digitalisierte Signal 118 repräsentiert.
Die Antwortrate des Rückkopplungssignals 128 ist
ungefähr
100 Millisekunden, was Größenordnungen
langsamer als die Antwortrate des Rests der Abschwächerschleife 100 ist. Das
Rückkopplungssignal 128 wird
durch den gesteuerten variablen Abschwächer 108 empfangen, der
die Rückkopplungsschleife
ver vollständigt,
um die Amplitude des digitalisierten Signals 118 bei ungefähr demselben
Pegel oder Bereich aufrecht zu halten, indem der Betrag der Abschwächung in
dem gesteuerten variablen Abschwächer 108 bereitgestellt
wird, wobei der Betrag der Abschwächung repräsentativ für den Pegel des Rückkopplungssignals 128 ist.
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Das
Statussignal 134, das von der Status-LED-Schaltung 136 des
digitalen Signalpegeldetektors empfangen wird, ist ein Anzeigesignal
des Spannungspegels innerhalb der Abschwächerschleife 100,
insbesondere des Pegel des digitalisierten Signals 118.
Die Statusschaltung 136 enthält eine Anzeigeeinrichtung
zum Darstellen oder Anzeigen des relativen Bereichs dieses Betriebsspannungspegels. Beispielsweise
kann die Statusschaltung einen Satz von Balkendiagramm-LEDs (nicht
gezeigt) enthalten, die den relativen Bereich dieser Betriebsspannung anzeigt.
Wenn die Spannung an ihrer maximalen Grenze ist, was bedeutet, dass
der gesteuerte variable Abschwächer 108 das
bandbreitengefilterte Signal 106 ohne Abschwächung durchlässt, werden
alle LEDs der Balkendiagrammanzeige erleuchtet sein.
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Umgekehrt,
wenn die Spannung sehr niedrig ist, das heißt, dass der gesteuerte variable
Abschwächer 108 eine
maximale Abschwächung
des bandbreitengefilterten Signals 108 geleistet hat, werden nur
eine oder zwei der LEDs an einem Ende erleuchtet sein. Optimal wird
der Spannungspegel ein mittlerer Verstärkungspegel sein, so dass bei
den LEDs des Balkendiagramms, das zehn LEDs in einer Reihe aufweist,
die mittleren fünf
oder sechs derartiger LEDs erleuchtet sein werden. Auf diese Art
und Weise kann die Anzahl der erleuchteten LEDs in der Statusschaltung 136 sich
erhöhen
oder erniedrigen, um kontinuierlich den Signalpegel, mit dem der
Abschwä cherschleife 100 betrieben
wird, wiederzugeben. Alternativ kann die Statusschaltung 136 ein
numerisches Display, eine LCD-Anzeige oder ein andere Anzeigeeinrichtung
sein, die in der Lage ist, eine relative Signalpegelinformation
bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Balkendiagramm-LEDs
in der Statusschaltung 136 mit dem Empfänger in demselben Gehäuse angeordnet,
um dem im Bereich arbeitenden Personal eine diagnoseähnliche
Information so zu geben, dass der CT-Vorrichtungsbediener oder der
Endbenutzer typischerweise diese Balkendiagramm-LEDs nicht bemerkt oder
er diese nicht sieht.
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Letztendlich
wird das rauschgefilterte digitalisierte Signal 124 durch
die digitale faseroptische Ausgangsschaltung 130 zum Konvertieren
des Signals 124, empfangen, was in diesem Zustand vor der Kodierung
oder vor der Modulation ähnlich
dem seriellen digitalen Datensignal, das durch den DAS 28 (siehe 2)
in ein digitales faseroptisches Signal 132 ausgegeben wird,
das zur Übertragung
in ein faseroptische Kabel geeignet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die digitale faseroptische Ausgangsschaltung 130 eine
Chipeinrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist. Dann kann
das digitale faseroptische Signal 132 zu einem Signalprozessor 58 (siehe 2)
mittels der Leitung 56 übertragen
werden oder das Signal 132 kann weiter verarbeitet werden,
bevor es zu dem Signalprozessor 58 mittel der Leitung 56 übertragen
wird. Folglich schafft die vorliegende Erfindung einen Datensignalempfänger, der
einen ausgedehnten dynamischen Eingangsbereich aufweist und der
ebenfalls eine elegante Einrichtung für die Korrektur oder Kompensation
der unterschiedlichen Signalvariationen auf der Basis der empfangenen
Signalstärke
schafft. Auf diese Art und Weise ist die Qualität der HF-Kommunikation ohne
den Bedarf zusätzlicher
mechanischer Feinabstimmung sehr verbessert, wie beispielsweise eine
spezielle Testausrüstung,
um wiederholt zu kalibrieren und den mittleren Betriebsleistungspegel
in der Schleifringanordnung zu zentrieren.
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Während diese
Ausführungsformen
und die Anwendung der Erfindung, die in den Figuren dargestellt
und vorstehend beschrieben wurde gegenwärtig bevorzugt wird, sollte
es klar sein, dass diese Ausführungsformen
nur als Beispiel dargestellt wurden. Beispielsweise kann das HF-Trägersignal,
das hierin beschrieben wurde, eine unterschiedliche Frequenz aufweisen,
oder das Modulationsschema, das hierin beschrieben wurde, kann eine
Modulation eines von der Amplitudenmodulation verschiedenen Typs
sein. Der Schleifring und der Koppler können unter Verwendung einer
kapazitiven Art der Kopplung kommunizieren, die auch bis zu einem
gewissen Grad unter den Signalschwankungen leidet, anstelle der
elektromagnetischen Kopplung, so dass der hierin beschriebene Empfänger durch
Einschließen
anderer Kombinationen oder Arten von Signalbearbeitungseinrichtungen
implementiert werden kann. Ferner, obwohl alle der Kommunikationen
zwischen dem rotierenden Rahmen und dem stationären Rahmen in der bevorzugten
Ausführungsform
nacheinander dargestellt sind, beispielsweise Konvertieren von parallelen
in serielle Daten zur Übertragung
und umgekehrt bei dem Empfangen die Verwendung wohlbekannter Multiplexingtechniken,
ist dies so durchgeführt
worden, dass nur ein einziger Datenstrom übertragen werden muss. Es sollte
klar sein, dass vielfache parallele Pfade ebenso verwendet werden
könnten
unter Verwendung von Kodierungstechniken mit Vielfachpegeln oder
Vielfachbasen, um den Transfer mit maximaler Datenrate noch weiter
zu steigern.
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Darüber hinaus
kann das kodierte Signal einen noch breiteren Signalvariationsbereich
als die 40 dBm oder 50 dBm, wie er hierin beschrieben wurde, umfassen,
so dass der gesteuerte variable Abschwächer demzufolge einen angepassten
Bereich der Abschwächung
und der Verstärkerstufen
bereitstellen müssten,
die eine größere Verstärkung als
die hierin beschriebene aufweisen würde. Darüber hinaus wird in Erwägung gezogen,
dass die Erfindung auch für andere
als medizinische System und Vorrichtungen angewendet werden kann,
die von der Verwendung der Rückkopplungsbasierten
Signalabschwächung profitieren
können.