JPH07503353A - 無接触スリップリング信号結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無接触スリップリング信号結合器 発明の背景 本発明は、被撮像体の回りを回転するＸ線放射器および検出器を有するコンピュ ータ断層撮像（ＣＴ）装置に関し、更に詳しくは、回転する構成部分から不動の 回路に電気信号を伝送する機構に関する。

コンピュータ断層撮像システムにおいては、Ｘ線源は扇状のビームを投射し、こ の扇状ビームは［撮像平面（ｔｍａｇｉｎｇ　ｐｌａｎｅ）Ｊと称するデカルト 座標系のＸ−Ｙ面内に存在するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは医療患者 のような被撮像体を透過し、放射線検出器アレイに衝突する。透過した放射線の 強度は被撮像体によるＸ線ビームの減衰に依存し、各検出器はビーム減衰測定値 である別々の電気信号を発生する。すべての検出器からの減衰測定値は別々に収 集されて、透過プロフィールを作成する。

通常ＯＣＴシステムにおけるＸ線源および検出器アレイは、Ｘ線ビームが被撮像 体を横切る角度が常に変化するように撮像平面内のガントリー上において被撮像 体の回りを回転する。所与の角度における検出器アレイからの１群のＸ線減衰測 定値は「ビュー（ｖｉｅｗ）Ｊと称され、被撮像体の［スキャン（ｓｃａｎ）Ｊ はＸ線源と検出器の１回転の間において異なる角度方向から作成される１組のビ ューである。ガントリーは停止したり、または測定値を作成しているとき動き続 ける。スキャンデータから得られた画像は被撮像体を通る２次元スライスに対応 する。

典型的なＣＴシステムは軸方向モードまたは螺旋状スキャンモードのいずれかで 動作する。軸方向モードでは、被撮像体は各スキャンの間静止したままであり、 ガントリーが１回転して、スキャンを完了する。心臓の活動周期のうちの異なる 段階で生じるような時間的変化を観察するために、被撮像体のスライスの画像デ ータを得るには、ガントリーを更に回転させなければならない。螺旋状スキャン モードでは、被撮像体が撮像平面を通って移動している間、Ｘ線源および検出器 アレイを有するガントリーは常に被撮像体の回りを回転する。ガントリーの各回 転によって、すなわちスキャンによって被撮像体を通る別の撮像スライスの投影 データが得られ、−回の動作で３次元データが得られる。

その結果の投影データは、回転する検出器アレイから不動の処理回路に送られる 。この処理回路は投影データから画像を再構成する。画像を再構成する通常の方 法は、本技術分野でフィルタ補正逆投影技術（Ｉｉｌｌｅｎｄ　ｂａｃｋ　ｐ＋ ｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）と称されている。この処理は、スキャ ンからの減衰測定値を、陰極線管ディスプレイ上の対応する画素の輝度を制御す るために使用されるｒＣＴ数（ＣＴ　ｎ＋＋ｌｌ１ｂ＋＋　）　Ｊまたは「ハウ ンズフィールドユニット（Ｈｏｕｎ＋１ｉｅｌｄ　ａｎｉｕ）　Ｊと呼ばれる整 数に変換する。

米国特許第５，０１８，１７４号に記載されているようにＣＴシステムの回転す る構成部分と不動の構成部分の間の信号路を形成するために通常のスリップリン グおよびブラシが使用されていた。しかしながら、この接続方法にはいくつかの 欠点がある。ブラシの摩耗およびスリップリングの汚れによって構成部分間の導 通が途切れ、結果としてデータエラーを生じる。他の欠点はブラシおよびデータ 信号を受信する関連回路によって伝送線に現れる容量性不連続である。このよう なインピーダンスの不連続はデータ伝送速度を制限する定常波を生じる。

発明の概要 相対的に可動の第１および第２の構成部材間でディジタルデータを送出する装置 が提供される。この装置は、論理レベルの変化がディジタルデータに発生した時 にパルスを有する出力信号を発生することによりディジタルデータの受信に応答 する送信器を有する。好適実施態様においては、この信号変換は、ディジタルデ ータを排他的ＯＲゲートの一方の入力に直接供給し、また遅延回路を介して該ゲ ートの他方の入力に供給することにより行われる。送信器は、第１の構成部材に 取り付けられた送信素子に結合されている。

受信素子は送信素子に隣接するように第２の構成部材に取り付けられている。送 信素子および受信素子は両者間の信号クロストークが最大になるように伝送線理 論に従って設計されることが好ましい。受信器は受信素子に接続された信号入力 を有し、受信素子からの信号がしきい値レベルを越えた時、データ信号の論理レ ベルを変化させる。

本発明の目的は、相対的に可動の２つの構成部分間に、物理的な接触なく、ディ ジタルデータを伝送し得る機構を提供することにある。

図面の簡単な説明 図１は、本発明を使用し得るＣＴ撮像システムの絵画図である。

図２は、前記ＣＴシステム用の電子回路のブロック図である。

図３は、図１における回転する構成部分と不動の構成部分との間で信号を伝送す る無接触装置の構成図である。

図４人ないし図４Ｄは、図２の回路の異なる点における信号の波形図である。

発明の詳細な説明 図１および図２をまず参照すると、コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム１０ は、「第３世代」のＣＴスキャナを表しているガントリー１２を有する。このガ ントリー１２は、Ｘ線層状ヒーム１４を被撮像体１５を通って検出器アレイ１６ に投射するように方向付けられたＸ線源１３を有している。検出器アレイ１６は 多くの検出器素子１８で構成され、これらの検出器素子１８は共に医療患者のよ うな被撮像体１５を通ったＸ線の透過から生しる投影像を検出する。ガントリー １２は不動のフレーム１２ａを有する。この不動のフレーム内では、可動フレー ム１２ｂおよびこの可動フレーム上に実装されている構成部分が、被撮像体１５ 内に位置する回転中心１９を中心に回転するようになっている。

ＣＴシステム１０の制御機構２０はガントリー関連制御モジュール２１を備えて いる。ガントリー関連制御モジュール２１は、Ｘ線源１３に電力およびタイミン グ信号を供給するＸ線制御器２２、ガントリー１２の回転速度および位置を制御 するガントリー電動機制御器２３、および検出器素子１８から投影データをサン プリングし、該データを後のコンピュータ処理のためにディジタルワードに変換 するデータ取得システム（ＤＡＳ）２４を有する。

データ取得システム２４は、典型的には可動フレーム１２ｂに取り付けられ、各 検出器素子１８からの信号をフィルタし、増幅し、ディジタル化し、或いは調整 する。ＤＡＳ２４からのデータは、通常のノンリターンツーゼロ反転（ＮＲＺＩ ）信号フォーマットを使用して符号化される。

この信号フォーマットでは、「１」データビ・ソトが信号の高論理レベルと低論 理レベルとの間の変化を表し、「０」データビットが信号レベルに変化がないこ とを表す。この種の符号化はデータの伝送に影響を与えることなくデータ信号を 反転できるので本方式にとって重要である。

ライン２７上のＤＡＳ２４からの直列データ出力は画像再構成装置２５に接続さ れている。この画像再構成装置２５はＣＴシステムの不動の信号処理回路の一部 である。画像再構成装置２５はＤＡＳ２４からサンプリングされディジタル化さ れた投影データを受け取り、本技術分野で知られている方法により高速画像再構 成を実行する。画像再構成装置２５はスターテクノロジ（Ｓｌｉ＋　Ｔｅｃｂ＋ ＋ｏｌｏｇｉｅｓ　）社によって製造されるようなアレイプロセッサである。

Ｘ線制御器２２およびガントリー電動機制御器２３は汎用コンピュータ２６に接 続されている。また、この汎用コンピュータはバス２８を介してＤＡＳ２４に信 号を送出する。コンピュータ２６はオペレータコンソール３ｏを介して指令およ び走査パラメータを受信する。このオペレータコンソール３０は陰極線管ディス プレイおよびキーボードを有し、該キーボードはオペレータがスキャン用のパラ メータを入力したり、再構成画像およびコンピュータからの他の情報を観察し得 るようにしている。大容量記憶装置２９はＣＴ盪像システム用の作動プログラム およびオペレータが将来参照するための画像データを記憶する手段を提供してい る。高分解能ビデオモニタ３２が再構成画像を観察するために設けられている。

ＤＡＳ２４は回転するフレーム１２ｂ上に取り付けられているが、画像再構成装 置２５およびコンピュータ２６はＣＴシステムの不動の部分に設けられているこ とに注意されたい。図３は、回転するＤＡＳと不動の回路との間でディンタル信 号を伝送する装置４０を示している。ＤＡＳ２４からのディジタル信号は信号送 信器４１の入力４２に供給される。この入力は終端抵抗４３を介して回路のアー ス電位に接続されている。送信器入力４２は、排他的０Ｒ（Ｘ　ＯＲ）ゲート４ ６の一方の入力に直接接続されるとともに、１組の４個のインバータ４８を介し て排他的ＯＲゲートの他方の入力に接続されている。４個のインバータ４８は約 １０ナノ秒の遅延を発生し、これにより入力信号の変化は排他的ＯＲゲートの他 方の入力よりも若干前に一方の入力に供給される。この遅延は、入力４２におけ る信号が立ち上がりの変化または立ち下がりの変化をした時に、単一極性の変化 すなわちパルスを発生するように排他的ＯＲゲート４６から信号を発生させる。

図４Ａは、多くのディジタルパルスからなる入力信号の例を示している。図４Ｂ は、入力信号に対して僅かに遅延している排他的ＯＲゲート４６の対応する出力 を示している。入力信号の各変化を、排他的ＯＲゲート４６から狭いパルスの信 号として出力することにより、伝送装置４０の平均消費電力が低減される。

図３をもう一度参照すると、排他的ＯＲゲート４６の出力信号は、信号ドライバ ５０を介して円筒形のアース面５２の回りに設けられている送信素子５１に結合 される。送信素子５１は、好ましくはラインの２つの端部５３および５４の間に 間隙を有するリング状の伝送線である。またアース面５２は、例えば、軸５６の 回りを回転するガントリー１２の接地された円筒形部分であってよい。送信素子 ５１は、ガントリーのその部分の回りに巻き付けられた接着剤付き発泡材テープ からなる０、０３インチの厚さの条片に取り付けられた０、５インチ幅の銅の条 片で形成されている。ドライバ５０からの出力信号は送信素子５１の一方の端部 ５３に供給され、他方の端部５４は終端抵抗５５を介して回路のアースに結合さ れている。

好適実施例においては、不動のフレーム１２ａの円筒形部分は、送信素子５１が 取り付けられている可動フレーム１２ｂの円筒形部分を取り囲んでいる。導電性 受信素子５７が送信素子５１に近接して円筒形部分上に設けられている。例えば 、受信素子５７は送信素子５１から間隔をあけて該送信素子５１の回りに１８０ 度延在させた１、４ＡＷＧ撚り線で構成し得る。受信素子５７は終端抵抗６１お よび６２をそれぞれ介してアースに接続されている２つの端部５８および５９を 有する。送信および受信素子５１および５７の終端抵抗の値は通常の時間領域反 射測定法を使用して決定される。その場合に、送信および受信素子５１および５ ７は２本の平行伝送線であると考えられ、伝送線間のクロストークを最大にする ように設計される。この場合、クロストークはＣＴシステムの回転する構成部分 と不動の構成部分との間で伝送される有効な信号である。例えば、送信素子５１ を終端している抵抗５５は１９．４オームの値を有し、受信素子５７の各終端抵 抗６１および６２は１６２オームである。

ガントリーが被撮像体の回りを回転するとき、ガントリー１２上の送信素子５１ は、ガントリー１２の不動のフレーム１２ａ上に取り付けられている受信素子５ ７の内側で回動する。各素子のこの構成を使用して、ＣＴシステムの回転する構 成部分から不動の構成部分へデータ信号を送出する。反対方向に、例えば可動フ レーム１２ｂに信号を送出するために、半円形受信素子５７が可動フレームに取 り付けられ、はぼ円形の送信素子５１が不動のフレーム１２ａ上に取り付けられ る。素子５１または５７のいずれか一方が他方の外側に設けられる。

図３を更に参照すると、受信素子５７の一端５９はケーブル６１を介して受信器 ６０に接続されている。ケーブル６１の遠端部はＲＣフィルタ６３に終端され、 ケーブル内に誘起する高周波ノイズを除去する。また、ケーブル６１の遠端部は 高速比較器６５の入力に接続され、この比較器の他方の人力は基準電圧■ＲＥＦ の調整電源６６の出力に結合されている。

図４０は受信器６０へのケーブル６１上の入力信号を示している。この信号は比 較器６４によって基準電圧ｖＲＥＦと比較され、比較器は入力信号の負のピーク に応答して出力パルスを発生する。各員のピークは送信器４０からの出力の正の ピークによって発生されることに注意されたい。

比較器６４からの信号はエミッタ結合ロジック（Ｅ　ＣＬ）トグルフリップフロ ップ６８のクロック入力に供給される。

比較器６４から発生する各パルスは、該フリップフロップ６８の出力を示してい る図４Ｄの波形に示すようにトグルフリップフロップ６８の状態を変化させる。

フリップ７０ツブ６８の出力はＥＣＬからＴＴＬへの信号レベル変換器６９に供 給され、送信器４０へのデータ入力信号に対応する出力信号を受信器６０から発 生する。

図４Ａのディジタルデータ入力信号とフリップフロップの出力とを比較すること により、送信器４０の入力から受信器のフリップフロップ６８の出力にデータが 送出されたことが示されている。これらの信号は同じ極性を有しているが、装置 によって信号を反転しても、ＮＲＺ　Ｉ符号化を使用しているので、データの伝 送に影響しない。このフォーマットは「１」のデータビットを変化信号状態とし て符号化し、「０」のデータビートを変化がないものとして符号化するので、反 転された信号は反転されない信号と同じ数の変化を有するとともに、これらの変 化の間の間隔も同じである。

本技術は接触を使用することなくコンピュータ断層撮像システムの回転する構成 部分と不動の構成部分の間でディジタル情報を伝送する機構を提供している。

ＦＩＧ、　４Ｃ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．相対的に可動の第１および第２の構成部材間でディジタルデータを送出する 装置であって、ディジタルデータを受信し、該ディジタルデータに論理レベルの 変化が発生したときにパルスを有する出力信号を発生する送信器と、 前記第１の構成部材に取り付けられた送信素子と、前記送信器からの前記出力信 号を前記送信素子に結合する手段と、 前記送信素子に隣接して前記第２の構成部材に取り付けられた受信素子と、 前記受信素子に結合された信号入力を有し、前記受信素子からの信号が所定の大 きさのレベル変化をしたときに、出力データ信号の論理レベルを変化させる受信 器と、をそなえている前記装置。
2. ２．前記送信器は、ディジタルデータの変化を検出したときに所定の継続時間を 有する単極パルスを発生する回路を含んでいる請求項１記載の装置。
3. ３．前記送信器は、 ディジタルデータを受信する入力端子と、前記入力端子に接続された入力および 出力を有する遅延回路と、 前記入力端子に接続された第１の入力、前記遅延回路の出力に接続された第２の 入力、および出力信号を発生する出力端子を有する排他的ＯＲゲートと、を含ん でいる請求項１記載の装置。
4. ４．前記受信器は、前記受信素子からの電気信号を基準しきい値と比較する比較 器を含んでいる請求項１記載の装置。
5. ５．前記受信器は、更に、前記比較器からの信号によってクロック作動され、か つ出力点にデータ信号を発生するトグルフリップフロップを含んでいる請求項４ 記載の装置。
6. ６．中心軸の回りに相対的に回転可能な第１および第２の構成部分の間でディジ タルデータを送出するための医療用撮像システムの装置であって、 送信器入力に供給されるディジタルデータに論理レベルの変化が発生したときに 、出力信号にパルスを発生する送信器と、 ２つの端部を有し、かつ前記軸の回りに延在するリングの形に第１の構成部分に 取り付けられた送信素子と、前記送信器からの出力信号を前記送信素子の一端に 結合する手段と、 前記送信素子に隣接し、かつ前記軸の回りに湾曲して前記第２の構成部分に取り 付けられた受信素子と、前記受信素子の一端に結合され、前記受信素子から受信 した電気信号が基準レベルを越えたときに、ディジタル信号の状態を変化させる 受信器と、 をそなえている前記装置。
7. ７．前記送信器は、 前記送信器入力に接続された入力、および出力端子を有する遅延回路と、 前記送信器入力に接続された第１の入力、前記遅延回路の出力端子に接続された 第２の入力、および前記送信器出力信号を発生する出力を有する排他的ＯＲゲー トと、を含んでいる請求項６記載の装置。
8. ８．前記送信器からの出力信号を前記送信素子の一端に結合する前記手段は、前 記排他的ＯＲゲートの出力に接続された入力および出力信号を発生する端子を有 する信号ドライバを含んでいる請求項７記載の装置。
9. ９．更に、前記送信素子の他端を電気的に終端する第１の終端装置と、前記受信 素子の他端を電気的に終端する第２の終端装置とをそなえ、該第１および第２の 終端装置は前記送信素子と前記受信素子との間の信号クロストークを最適化する ように選択されている請求項６記載の装置。
10. １０．前記受信器は、基準レベルを発生する手段と、前記受信素子からの電気信 号を基準レベルと比較する比較器とを含んでいる請求項６記載の装置。
11. １１．前記受信器は、前記比較器からの信号によってクロック作動され、かつ出 力からディジタル信号を発生するトグルフリップフロップを更に含んでいる請求 項１０記載の装置。
12. １２．前記受信素子はほぼ半円形である請求項６記載の装置。