CN102111225B - 数据传输的装置、计算机断层造影设备和数据传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在计算机断层造影设备(1)的机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间进行数据传输的一种装置和一种方法，该装置具有：用于在机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间的数据的宽带的传输链路(15)，通过该传输链路既传输测量数据也传输计算机断层造影设备(1)的运行数据；通过用于数据的宽度的传输链路(15)来窄带地传输计算机断层造影设备(1)的数据的装置(16，18，19)；以及在使用频率扩展方法的条件下通过用于数据的宽带的传输链路(15)来宽带地传输计算机断层造影设备(1)的数据的装置(20，22，24至27)。本发明还涉及一种计算机断层造影设备(1)，其具有用于数据传输的这样的装置。

Description

数据传输的装置、计算机断层造影设备和数据传输的方法
技术领域
本发明涉及用于在计算机断层造影设备的机架的可旋转的和静止的部件之间进行数据传输的一种装置和一种方法。本发明还涉及一种计算机断层造影设备，其具有这样的用于数据传输的装置。
背景技术
计算机断层造影设备、特别是X射线计算机断层造影设备具有机架，该机架包括相对于静止部件可旋转的部件，在其上除了别的之外彼此相对地设置了X射线源和X射线探测器。在X射线计算机断层造影设备的运行中，通过记录X射线投影积累了大量测量数据，这些测量数据必须从机架的旋转部件被传输到机架的静止部件上，因为测量数据的处理、特别是层图像和3D图像的基于这些测量数据的重建，是利用一个在静止侧上设置的图像计算机进行的。
此外，在X射线计算机断层造影的运行中，X射线计算机断层造影设备的运行数据(其被理解为控制数据、状态数据等)必须被双向地从机架的静止部件传输到旋转的部件以及从可旋转部件传输到静止的部件。
在机架的静止部件和可旋转部件之间的数据传输可以有接触地借助所谓的滑环或无接触地例如借助电容耦合来进行。例如，在DE 102005056049A1中描述了计算机断层造影中借助电容耦合的无接触数据传输。在机架的可旋转部件上安装了至少一个带状导线对(Streifenleitungspaar)用于对称的信号传输，待传输的数据或携带信息的电信号从发送模块被馈入到该带状导线对中。在静止部件上安装了至少一个接收元件，其在两个部件的相对运动期间以小的距离沿着带状导线对的至少一个片段定位并且与接收模块相连。
通常计算机断层造影设备具有多个这样的分别包括一个带状导线对的数据传输链路。第一数据传输链路用于将利用X射线探测器获得的测量数据从机架的可旋转部件传输到静止部件。第二数据传输链路用于将计算机断层造影设备的运行数据从机架的静止部件传输到可旋转部件，而第三数据传输链路用于将计算机断层造影设备的运行数据从机架的可旋转部件传输到静止部件。第二和第三数据传输链路用于产生对于传输运行数据所需的冗余，以便实现在机架的可旋转部件和静止部件之间的安全的数据传输。
然而，用于数据的三个数据传输链路的提供和并行运行，与极高的技术上和经济上的开销相关。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供本文开头提到种类的一种装置、一种计算机断层造影和一种方法，使得对于在计算机断层造影设备的机架的静止部件和可旋转部件之间的数据传输的开销降低。
按照本发明，该技术问题通过一种用于在计算机断层造影设备的机架的可旋转部件和静止部件之间进行数据传输的装置来解决，该装置具有：用于在机架的可旋转部件和静止部件之间的数据的宽带的传输链路，通过该传输链路既传输测量数据也传输计算机断层造影设备的运行数据；通过用于数据的宽度的传输链路窄带地传输计算机断层造影设备的数据的装置；以及在使用频率扩展方法的条件下通过用于数据的宽带的传输链路宽带地传输计算机断层造影设备的数据的装置。
发明人认识到，用于通过测量数据的窄带的传输来传输在计算机断层造影设备的运行期间利用X射线探测器产生的测量数据的数据传输链路的频率带宽，没有被充分利用并且由此使得数据传输链路的现有的传输能力没有被利用。对于用来传输计算机断层造影设备的运行数据的两个数据传输链路也是这样。发明人由此提出，通过用于在机架的可旋转部件和静止部件之间的数据的仅一个宽带的传输链路，不仅传输测量数据，而且同时还优选双向地传输计算机断层造影设备的运行数据。
由此，仅在一个用于数据的物理宽带的传输链路上共存窄带***的信号和借助频率扩展传输数据的***的信号，而不需要对两个***的信号进行频谱分离。扩展的信号以非常小的发送功率尽可能宽地分布在传输链路的频带中。对于窄带***的接收器，扩展的信号降低为噪声。窄带接收器仅在传输链路的频带的一个窄的频域接收。相反，宽带***的接收器则可以识别扩展的信号。通常扩展的信号不干扰窄带***，因为如已经提到的，其降低为噪声。借助频率扩展传输数据的***，在此有效地利用了物理的传输链路的频带的带宽。扩展的信号本身可以被认为是伸展的信号，窄带的信号或干扰对其没有影响，因为其仅影响宽地分布的扩展信号的一小部分。接收器对于扩展信号不是按照频率、而是按照脉冲形状滤波到来的信号。为了通过多路扩展(Mehrwegeausbreitung)来避免干扰，优选地将信号同步化。
通过该解决方案节省了用于数据的两个物理的传输链路，这不仅降低了用于在计算机断层造影设备的机架的可旋转部件和静止部件之间的数据传输的技术上的开销，而且还降低了经济上的开销。
按照本发明的一种变形，计算机断层造影设备的数据的宽带传输按照用于频率扩展的超宽带技术(Ultra-Breitband-Technik，UWB)进行。
按照本发明的一种实施方式，用于数据的宽带传输链路具有10MHz到20GHz的频率带宽。
按照本发明的另一种实施方式，用于窄带传输数据的频带的宽度位于10MHz和4.5GHz之间，该窄带传输可以是基带传输。
与此相反，按照本发明的一种变形，借助频率扩展用于宽带传输数据的频带的宽度位于5GHz和9GHz之间。
由于宽带的传输链路的频率带宽，用于窄带传输数据和借助频率扩展用于宽带传输数据的频带可以完全互相分离。然而用于窄带传输数据和借助频率扩展用于宽带传输数据的频带还可以相交，因为，如已经提到的，窄带信号和扩展的信号不会干扰。此外对扩展的信号利用扩展代码编码。
优选地，通过宽带的传输链路的数据传输无接触地(例如如开头提到的容性地)进行。
按照本发明的一种实施方式，宽带的传输链路具有至少一个环形的传输元件，窄带***的信号和扩展的信号被馈入到该传输元件中。环形的传输元件是波导体。在容性的传输中，环形的传输元件被构造为微带导线或者作为用于不同的传输的微带导线对，其例如设置在机架的可旋转部件上。
按照本发明的一种变形，用于窄带地传输数据的装置通过用于数据的宽带的传输链路传输计算机断层造影设备的测量数据，并且具有至少一个在机架的可旋转部件上设置的用于窄带地传输测量数据的发送装置和至少一个在静止部件上设置的用于窄带地接收测量数据的接收装置。原则上通过本发明的该变形，测量数据从机架的可旋转部件到机架的静止部件的传输的方式不变。
然而，运行数据的传输则不同地进行。即，按照本发明的另一种变形，用于借助频率扩展传输数据的装置同样通过用于数据的宽带的传输链路传输计算机断层造影设备的运行数据，并且为此在机架的可旋转部件和机架的静止部件上分别具有至少一个发送装置和至少一个接收装置，用于借助频率扩展宽带地传输运行数据。因此借助频率带宽在机架的可旋转部件和静止部件之间双向地传输运行数据。在此，该数据传输优选按照超宽带技术进行。
按照本发明的一种实施方式，用于借助频率扩展或按照超宽带技术传输计算机断层造影设备的数据的装置与网络相连，即，在机架的可旋转部件和静止部件上设置网络或网络的一部分。在机架的静止部件上以及在可旋转部件上除了别的之外将控制器或控制单元连接到网络，控制器或控制单元通过网络和UWB***互相交换数据、特别是运行数据。
按照本发明的另一种实施方式，网络是以太网。以太网的优点是，可以实现运行数据的安全的数据传输，因为可以在协议堆(Protokollstack)的更高的层面上实现必需的冗余。由此，在仅一个物理传输链路的情况下也可以提供在现有技术中通过两个分离的传输链路提供给运行数据的冗余。
此外，本发明还通过一种计算机断层造影设备解决上述技术问题，其具有前面描述的用于在机架的可旋转部件和静止部件之间的数据传输的装置。
本发明还通过一种用于在计算机断层造影设备的机架的可旋转部件和静止部件之间的数据传输的方法来解决上述技术问题，在该方法中，通过对于数据的宽带的传输链路在机架的可旋转部件和静止部件之间传输测量数据和计算机断层造影设备的运行数据，其中，窄带地并且在使用频率扩展方法的条件下，特别是按照超宽带技术进行数据的传输。通常，通过传输链路同时传输不同的数据，其中，优选窄带地传输计算机断层造影设备的测量数据，而优选在使用频率扩展方法的条件下传输计算机断层造影设备的运行数据。
附图说明
本发明的一种实施例在附图中示意性示出。其中，
图1示出了一种X射线计算机断层造影设备，
图2示出了图1的X射线计算机断层造影设备的机架的横截面，并且
图3示出了测量数据的窄带的传输和运行数据的按照UWB技术的传输。
附图中相同的或作用相同的元件始终用相同的附图标记表示。附图中的表示是示意性的并且不一定按照比例。以下不失一般性仅为理解本发明所必需地来讨论在图1和图2中示出的X射线计算机断层造影设备1。
具体实施方式
图1中示出的X射线计算机断层造影设备1包括具有静止部件3和围绕***轴可旋转的部件4的机架2。在本发明的该实施例的情况下，该可旋转部件4具有X射线***，该X射线***包括X射线源6和X射线探测器7，它们彼此相对地安装在可旋转部件4上。在X射线计算机断层造影设备1的运行中，X射线8在X射线探测器7的方向上从X射线源6出发，穿透测量对象并且由X射线探测器7以测量数据或测量信号的形式采集。
此外，X射线计算机断层造影设备1还具有用于将待检查的患者P置于其上的患者卧榻9。患者卧榻9包括卧榻基座10，在其上设置了用于实际上支撑患者P的患者支撑板11。患者支撑板11这样相对于卧榻基座10在***轴5的方向上可调，使得为了(例如按照螺旋扫描)记录患者P的二维X射线投影，其可以与患者P一起被驶入机架2的开口12中，该开口定义了圆柱形测量场。利用计算机断层造影设备1的图像计算机13，基于二维X射线投影的测量数据或测量信号，计算地处理利用X射线***记录的二维X射线投影或者重建层图像、三维图像或三维数据组，层图像或三维图像可以在显示装置14上显示。
在计算机断层造影设备1的运行中，关于组件的运行状态的运行数据、控制数据和调节数据，既要从机架2的静止部件3被传输到可旋转部件4也要从可旋转部件4被传输到机架2的静止部件3。此外，大量由X射线探测器7采集的测量数据要从可旋转部件4被传输到静止部件3。按照本发明，这点通过仅一个用于数据的物理的宽带的传输链路进行。
在本发明的该实施例的情况下，通过在机架的静止部件3和可旋转部件4之间的接口无接触地或具体来说容性地进行数据传输。为此，在本发明的该实施例的情况下，机架2的可旋转部件4沿着其周长具有包括环形地封闭的微带导线的微带导线对15。微带导线对15或波导体对15是用于数据的宽带的传输链路，其具有10MHz到20GHz的频率带宽。
在垂直于X射线计算机断层造影设备1的机架2的***轴5的示意性横截面中示出了微带导线对15在可旋转部件4上的设置。
在本发明的该实施例的情况下，连接了用于窄带地传输在X射线计算机断层造影设备1的运行中利用X射线探测器7记录的X射线探测器7的测量数据的发送装置或发送器16。发送器16将携带了测量信息的信号馈入到微带导线对15中。在静止部件3上设置了接收装置或者说接收器18和接收天线19，用于窄带地接收携带了测量信息的信号。利用接收天线19和接收器18接收的携带了测量信息的信号由接收器18分析，以恢复测量数据，所述测量数据被传输到图像计算机13。在本发明的该实施例的情况下，测量数据的窄带的传输是基带传输。频带的宽度目前为大约为4GHz。
在本发明的该实施例的情况下，并行地或者分别根据到来的数据，通过微带导线对15按照超宽带技术同时地传输X射线计算机断层造影设备1的运行数据，其中进行待传输的信号的频率扩展。为此，在可旋转部件4上至少一个UWB发送装置或者说UWB发送器20以及UWB接收装置或者说UWB接收器22与微带导线对15相连。此外，在静止部件3上设置至少一个UWB发送装置或者说UWB发送器24和UWB发送天线25以及UWB接收装置或者说UWB接收器26和UWB接收天线27。可以利用UWB接收器26通过UWB天线27或者利用UWB接收器22相应地接收由UWB发送器20或者由UWB发送器24通过UWB天线25馈入到微带导线对15中的UWB信号。
在本发明的该实施例的情况下，UWB发送器20和24以及UWB接收器22和26连接到以太网28。在静止部件3以及在可旋转部件4上均通过未示出的收发器将X射线计算机断层造影设备1的用于互相交换数据的其它组件连接到以太网。图2中示例性示出，在静止部件3上将控制器29和在可旋转部件4上将控制器30连接到以太网28，以便能够互相交换运行数据。作为网络，以太网的优点是，可以在更高的协议堆中提供对于传输运行数据所需的冗余。用于利用超宽带技术传输运行数据的频带的宽度目前位于5GHz和9GHz之间.
也就是说，在通过微带导线对15的数据传输的情况下，共存着具有相对高的功率的、在窄的频带中传输的、携带了测量信息的信号33，以及具有非常小的发送功率的、在传输链路中宽地分布或扩展的、携带运行信息的UWB信号31。如图3所示，对于窄带***的接收器18，UWB***的UWB信号降低为热噪声32。接收器18仅在传输链路的频带的一个窄的频率范围中接收。
与此相反，UWB***的UWB接收器22和26则能够识别并接收馈入到微带导线对15中的UWB信号。UWB信号不干扰窄带***，因为(如已经提到的)其降低为噪声32。UWB***有效地充分利用了传输链路的频带。UWB信号本身可以被认为是伸展的信号，窄带***的信号对其没有影响，因为其仅影响宽地分布的UWB信号的一小部分。UWB接收器22和26在此不是按照频率、而是按照脉冲形状滤波进入的信号。附加地，对UWB信号进行编码。
窄带***和UWB***的频谱不必是相交是，而是可以是互相分离的。
与本发明的所述实施例不同，既可以在可旋转部件4上也可以在静止部件3上设置多个UWB发送装置和UWB接收装置。
替代UWB技术，还可以使用用于数据传输的其它技术，其中进行待传输的信号的频率扩展。
替代以太网，还可以设置用于X射线计算机断层造影设备的其它网络作为通信网络。
关于传输信道的频率带宽的规定，关于对窄带地传输数据的频带的宽度的规定和关于对借助频率扩展宽带地传输数据的频带的宽度的规定，仅仅被示例性地理解并且还可以与此不同。
环形的传输元件不一定是微带导线。而是，环形传输元件还可以是其它波导体，例如空心导体。

Claims (14)

1.一种用于在计算机断层造影设备(1)的机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间进行数据传输的装置，具有：
-用于在机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间的数据的宽带的传输链路(15)，通过该传输链路既传输测量数据也传输计算机断层造影设备(1)的运行数据，
-通过用于数据的宽带的传输链路(15)来窄带地传输计算机断层造影设备(1)的数据的装置(16，18，19)，以及
-在使用频率扩展方法的条件下通过用于数据的宽带的传输链路(15)来宽带地传输计算机断层造影设备(1)的数据的装置(20，22，24至27)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述计算机断层造影设备(1)的数据的宽带传输借助频率扩展按照超宽带技术(UWB)进行。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于数据的宽带传输链路(15)具有10MHz到20GHz的频率带宽。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于窄带传输数据的频带的宽度位于10MHz和4.5GHz之间。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，借助频率扩展来宽带地传输数据的频带的宽度位于5GHz和9GHz之间。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，无接触地进行通过所述宽带的传输链路(15)的数据传输。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述宽带的传输链路具有至少一个环形的传输元件(15)。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于窄带地传输数据的装置(16，18，19)通过用于数据的宽带的传输链路(15)传输计算机断层造影设备(1)的测量数据，并且具有至少一个在机架(2)的可旋转部件(4)上设置的用于窄带地传输测量数据的发送装置(15)和至少一个在静止部件(3)上设置的用于窄带地接收测量数据的接收装置(18，19)。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于在使用频率扩展的条件下传输数据的装置(20，22，24至27)通过用于数据的宽带的传输链路(15)传输计算机断层造影设备(1)的运行数据，并且在机架(2)的可旋转部件(4)和机架的静止部件(3)上分别具有至少一个发送装置(20，24，25)和至少一个接收装置(22，26，27)，用于借助频率扩展宽带地传输运行数据。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于在使用频率扩展的条件下传输计算机断层造影设备的数据的装置(20，22，24至27)与网络(28)相连。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述网络是以太网(28)。
12.一种计算机断层造影设备(1)，具有按照权利要求1至10中任一项所述的装置。
13.一种用于在计算机断层造影设备(1)的机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间的数据传输的方法，在该方法中，通过对于数据的宽带的传输链路(15)在机架(2)的可旋转部件(4)和静止部件(3)之间传输测量数据和计算机断层造影设备(1)的运行数据，其中，窄带地并且在使用频率扩展方法的条件下，进行数据的传输。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，窄带地传输测量数据，而在使用频率扩展方法的条件下传输运行数据。
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