DE4218692A1 - Optische datenuebertragungseinrichtung - Google Patents
Optische datenuebertragungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf optische Datenübertragungsein
richtungen und insbesondere auf solche Einrichtungen, die auf
Computertomographie-(CT)-Abtasteinrichtungen anwendbar sind.
Beispiele für derartige Abtasteinrichtungen sind Röntgen
strahl-CT-Abtasteinrichtungen und CT-Abtasteinrichtungen für
Einzelphotonemission (SPECT), wie sie beide in der medizini
schen Bilddarstellung verwendet werden.
Die optischen Datenübertragungseinrichtungen nach vorliegen
der 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, besitzen einen Strahlungsdetektor, der auf einem
Rotor befestigt ist, welcher 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) arbeiten.
In beiden Fällen ist ein den Rotor und den Stator aufnehmen
des 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,
müssen an eine Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden,
die stationär bleibt. Zusätzlich müssen Betriebsleistung und
Steuersignale an den Rotor zugeführt werden, um den Betrieb
einer Röntgenstrahlröhre usw. zu steuern.
Bei den SPECT-Abtasteinrichtungen ist der Gammastrahl-Kamera
kopf oder -Detektor auf einem drehbaren Teil eines stationä
ren 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-Kameraein
richtung 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 Röntgenstrahlabtasteinrich
tung 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 -aufwickelvor
richtungen 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.
96 230 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-Abtast
einrichtungen, 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-Zwischenüber
tragungseinrichtung ist Gegenstand des US-Patentes 42 59 584.
Hierbei werden Daten, die von dem Detektor einer CT-Abtast
einrichtung erzeugt werden, auf eine stationäre Verarbei
tungseinrichtung übertragen, die einen Ring aus lichtleiten
dem Material verwendet, der um die Mitte der Rotation des
drehbaren Bauteiles zu einem Ring gebogen ist. Eine Licht
quelle emittiert Lichtsignale, die den Datensignalen entspre
chen. 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 Abtast
einrichtung vorgesehen ist.
Ein Licht benutzendes System zum Übertragen von Daten und
Steuersignalen zwischen einem Stator und einem Rotor ist der
israelischen Patentanmeldung 0 90 853 vom 3. Juli 1989 der
Anmelderin zu entnehmen. Hierbei wird ein hohles Rohr
verwendet, das eine reflektierende Innenfläche zur Übertra
gung von Daten und Steuersignalen auf modulierten Lichtstrah
len zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären
Teil eines Computertomographen aufweist.
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. 0 90 853) 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 Abbildungsgestel
len bringt erhebliche Schwierigkeiten. Beispielsweise ist
eine räumliche Beschränkung dadurch gegeben, daß das Übertra
gungsmedium 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 kontinuierliche 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-Geräusch-Verhältnis am Detektor, sonderns insbes. auch
eine Minimierung des dynamischen Bereiches der Lichtflußän
derung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Daten und Steuersignale
zwischen dem rotierenden und dem stationären Teil eines
Gestells, wie es in medizinischen Abbildungssystemen verwen
det wird, in einfacher, effektiver und billiger Weise zu
übertragen, wobei den vorbeschriebenen Beschränkungen
Rechnung getragen wird.
Gemäß der Erfindung wird die Übertragung sowohl von Steuer
signalen aus dem stationären Teil des Gestells an den
rotierenden Gestellteil wie auch von Daten und/oder Steuer
signalen aus dem rotierenden Teil des Gestells in den
stationären Gestellteil unter Verwendung direkter Sichtlini
enübertragungen zwischen einem Lichtübertrager und einem
Lichtempfänger vorgeschlagen. Der Lichtempfänger und der
Lichtübertrager sind beispielsweise beide auf dem Stator und
auf dem Rotor des Gestells so befestigt, daß Zweiweg-Übertra
gungsverbindungen zwischen Stator und Rotor möglich sind,
selbst wenn der Rotor stationär ist.
Generell wird mit der Erfindung eine optische Datenübertra
gung vorgeschlagen, die den rotierenden Teil mit dem statio
nären Teil des Gestells koppelt. Das Gestell dient beispiels
weise zur Erzielung von tomographischen Bilddarstellungen in
medizinisch-diagnostischen Abbildungssystemen. Die Übertra
gungsverbindung 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 Lichtsignale, wobei die Übertragervorrichtung und die Empfän gervorrichtung 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 Empfängervorrich tung 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.
eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Signale in Lichtsignale,
eine Übertragervorrichtung zum Übertragen der Lichtsignale,
eine Empfängervorrichtung zum Empfangen der übertragenen Lichtsignale, wobei die Übertragervorrichtung und die Empfän gervorrichtung 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 Empfängervorrich tung 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 Rotor
übertrager und der Statorempfänger in einer Sichtlinie
zueinander stehen, und ferner eine Vorrichtung, die sicher
stellt, 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 Übertragungskanä
len 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 reflek
tierendem 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 vorgeschla
gen.
Mit der Erfindung wird die Übertragung sowohl von Steuersig
nalen aus dem stationären Teil des Gestells in den rotieren
den Teil des Gestells, wie auch von Daten und/oder Steuer
signalen aus dem rotierenden Teil des Gestells in den
stationären Teil des Gestells unter Verwendung von direkten
Sichtlinienverbindungen zwischen Lichtübertrager und Licht
empfänger 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 Zeich
nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer optischen
Datenübertragungseinrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Verteiler, der bei der Einrichtung nach Fig. 1
verwendet wird,
Fig. 3 eine Grundanordnung von Rotor-Stator-Übertragungsver
bindungen unter Verwendung der Datenübertragungsein
richtung nach Fig. 1, und
Fig. 4 schematisch die Verwendung der Einrichtung sowohl für
die kernmedizinische Computertomographie als auch für
die Röntgenstrahl-Computertomographie.
Die Stator-Rotor-Einrichtung 11 nach Fig. 1 weist einen
Stator 12 zentrisch zum Rotor 13 auf. Bei Computertomogra
phiesystemen 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 Rotor
übertrager 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 Fig. 2 dargestellt ist, daß unterschiedliche
Rotorübertrager die durch den rotierenden Detektor aufgenom
menen 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 Fig. 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 Übertra
gung 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 Rotorüber
trager 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 entgegen
gesetzter Kreisrichtung zur Stator-Rotor-Information übertra
gen 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
Fig. 2 gesteuert. Wenn der Gestellrotor rotiert, bewirkt der
Verteiler einschließlich der rotierenden Übertragungsanord
nung 34, daß unterschiedliche Rotorübertrager mit der
Übertragung von Daten beginnen. Die Verwendung von elektro
nischen 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Übertra
ger 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.
Fig. 1 zeigt zwei Verbindungskanäle. Der Verteiler nach Fig.
2 steuert den Betrieb des Rotorübertragers für die Übertra
gung von Daten zu beiden Statorempfängern 14 und 16. Anderer
seits kann ein getrennter Verteiler mit dem Statorempfänger
14 betrieben werden. Der Rotorempfänger 23, der ebenfalls in
Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Grundanordnung
der Verbindungen zwischen Rotor und Stator. Wie in dieser
Fig. 3 gezeigt, ist der Rotorübertrager 27 gerade an der
Stelle angeordnet, an der er seine Endstufen des Sichtlinien
kontaktes mit dem Statorempfänger 16 einnimmt. An dieser
Stelle kommt der Rotorübertrager 26 gerade in Sichtlinienkon
takt mit dem Statorempfänger 16. Eine leichte Überlappung in
den Sichtlinienkontakten zwischen den beiden Übertragern und
dem Empfänger stellt eine kontinuierliche Übertragungsverbin
dung 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.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine mit
Stator und Rotor arbeitende optische Datenübertragungseinrich
tung zeigt, die entweder bei einem kernmedizinischen Compu
tertomographiesystem oder einem Röntgenstrahl-Computertomo
graphiesystem verwendbar ist. Das kernmedizinische Tomogra
phiesystem ist schematisch mit 41, das Röntgenstrahl-Compu
tertomographiesystem 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 Fig. 4 ist eine Licht
quelle, 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 Fig. 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 Fig. 1 angedeutet.
Damit wird eine besonders zweckmäßige Datenübertragungsein
richtung 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 (20)
1. Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen einem
rotierenden und einem stationären Teil, gekennzeichnet
durch
- a) einen Rotor,
- b) einen im Abstand vom Rotor angeordneten stationären Teil,
- c) eine Übertragervorrichtung zum Übertragen eines Lichtstrahles, der in Abhängigkeit von Informationen, die zwischen Rotor und Stator übertragen werden sollen, modulierbar ist,
- d) eine Empfängervorrichtung mit einem Empfänger zum Aufnehmen und Demodulieren des zwischen Stator und Rotor übertragenen modulierten Lichtstrahles,
- e) eine Vorrichtung zum Befestigen der Übertragungsvor richtung auf dem Rotor im Raum zwischen Stator und Rotor relativ zur auf dem Stator befestigten Empfän gervorrichtung, um Sichtlinienverbindungen zwischen Übertrager und Empfänger zum Übertragen der Informa tionen von dem Rotor zum Stator zu erreichen, und
- f) eine Vorrichtung zur Verwertung der übertragenen Informationen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor und der Stator Teile eines Gestells in einem
medizinisch-diagnostischen Bilddarstellungssystem sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das medizinisch-diagnostische Bilddarstellungssystem ein
Röntgenstrahl-Computertomographie-Bilddarstellungssystem
ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das medizinisch-diagnostische Bilddarstellungssystem ein
Computertomographiesystem mit Einzelphotonenemission ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Optimieren der
Lichtflußübertragung des modulierten Lichtstrahles
vorgesehen ist, um das Signal-Geräusch-Verhältnis zu
maximieren und den dynamischen Bereich von Änderungen des
Lichtflusses zu minimieren.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung zum Optimieren des Lichtflußüberganges
eine zylindrische Linsenvorrichtung im Empfänger ein
schließt.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung zum Optimieren der Lichtflußübertragung
eine zylindrische Linsenvorrichtung im Übertrager
aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Achse der zylindrischen Linse in der radialen
Richtung des Gestells angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die zylindrische Linse eine Achse besitzt, die in der
radialen Richtung des Gestells liegt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfängervorrichtung eine
zylindrische Linse und eine Vorrichtung zum Formen einer
Stirnseite der zylindrischen Linse aufweist, um die
optische Flußintensität zu verringern.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Formungsvorrichtung als opaker Streifen ausgebildet
ist, der mit der Stirnseite der zylindrischen Linse
befestigt ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch
gekennzeichnet, daß reflektierende Elemente auf dem Rotor
befestigt sind, um den Lichtflußübergang zu erhöhen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch
gekennzeichnet, daß reflektierende Elemente auf dem
Stator befestigt sind, um den Lichtflußübergang zu
erhöhen.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle der Übertragervor
richtung LEDs sowie eine Vorrichtung zur Einstellung der
Achse der LEDs in einem Winkel zur optischen Achse der
Linse aufweist, um den Lichtflußübergang dadurch zu
optimieren, daß die Lichtstrahlen von der LED gegen die
Empfängervorrichtung gerichtet werden.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle der Übertragervor
richtung andere Festkörper-Lichtemitter aufweist, z. B.
Laserdioden.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle Licht im Infrarotband
aufweist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, gekennzeich
net durch eine Vielzahl von Empfängervorrichtungen, um
die Anzahl von Kanälen zu vergrößern, über die Informati
onen übertragen werden.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch
gekennzeichnet, daß ein erster Satz von Übertragungsvor
richtungen und Empfängervorrichtungen und mindestens ein
zweiter Satz von Übertragungsvorrichtungen und Empfänger
vorrichtungen zur Vergrößerung der Kapazität von über
tragbaren Informationen vorgesehen ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine erste Empfängervorrichtung auf
dem Stator und eine zweite Empfängervorrichtung auf dem
Rotor befestigt ist, ein erster Übertrager auf dem Rotor
befestigt ist, um einen ersten Kanal mit dem ersten
Empfänger zu bilden, und ein zweiter Übertrager auf dem
Stator befestigt ist, um einen zweiten Kanal mit dem
zweiten Empfänger zu bilden.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, gekenn
zeichnet durch eine Vorrichtung zum Übertragen von Rotor- zu
Stator-Information und Stator- zu Rotor-Information in
entgegengesetzten Kreisrichtungen, um ein Quersprechen
zwischen den Kanälen, die den Rotor mit dem Stator
verbinden, zu eliminieren.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: PICKER MEDICAL SYSTEMS, LTD., HAIFA, IL |
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