专利名称：可同时进行非接触式供电电压输送和测量与控制数据电传输的计算机断层摄影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机断层摄影装置(CT装置)，其具有用于非接触式电力传输的变压器式传输器，所述电力传输为从一静止部分至一旋转部分的组件的能量传输。其中，本发明尤其涉及一种CT装置，所述CT装置的传输器额外地设计可用于非接触式数据传输。
背景技术：
X射线计算机断层摄影术(下文简称为CT)是一种特殊的X射线摄影方法，其在成像方面根本区别于传统的X射线断层摄影方法。进行CT摄影时会得到横断面图像，即基本垂直于人体轴线的人体断层图像。图像所示的组织相关物理尺寸是X射线衰减值μ(x，y)在断面中的分布。通过对由所用测量系统提供、取自大量不同角度(投影)的μ(x，y)二维分布的一维投影进行重建来获取CT图像。
来自不同方向的投影(其特性由投影角α决定)通过一在断层层面中围绕目标旋转的组合式X射线管-检测器系统而获得。目前最常用的器械是所谓的“扇束扫描仪”，使用这种器械时，X射线管与一检测器阵列(检测器的一种线性或局部圆形排列)在断层层面中共同围绕一旋转中心旋转，这个旋转中心同时也是圆形测量视场的中心。
图1以示意图形式显示了一用于扇束扫描法的计算机断层摄影装置。其具有一布置在一框架2中的回转支承装置3，所述回转支承装置可在一电动机4的驱动下围绕一垂直于绘图平面延伸的轴5旋转。
为对躺在一检查台6上的患者1进行扫描，设置有一X射线管7与一用于检测X射线的检测器8。X射线管7发射一扇形X射线束9，这一扇形X射线束的延伸度选择为可使X射线穿过患者1的整个需要检查的横断层。X射线束9垂直于断层层面的厚度与断层厚度相等，为几毫米。
对患者1进行扫描时，使由X射线管7和检测器8构成的测量装置围绕患者1共旋转360°，并在出现预定投影(例如Δα＝1 °)时，对检测器8的一组输出信号进行询问。
检测器8由一系列单个检测器(例如256个单个检测器)构成，因此，每一投影α可询问(检测)检测器8的256个信号，每一扫描过程可提供例如360×256个可加以处理的信号。这些信号以下文中将进行详细说明的方式被传输到其位置固定的(静止的)数据处理装置中，所述数据处理装置根据这些信号以矩阵形式算出患者1接受检查的横断层中的预定位置的衰减值μ(x，y)，并在一屏幕11上显示一基于像素的再现图像。
此外，图1还显示了通过两个传输器21、22进行从静止部分到X射线管7和到检测器8的双重非接触感应式能量传输的一实施例。两个传输器21、22分别构成一变压器，其中，两者建构为同心环，且包围住用于容纳患者1的开口23。
图2a显示的是两个环形传输器21、22的一横截面。与变压器类似，每个传输器均具有一初级绕组与一次级绕组，这些绕组被一传输器铁心包围。
因此，例如外侧传输器21的传输器铁心建构为将初级绕组24和次级绕组26包围的壳式铁心，其由两个U形横截面的部分25、27构成，这两个部分的凸缘状突出部相向而对。第一(外侧)传输器2 1的铁心部分27和次级绕组26，或第二(内侧)传输器22的铁心部分31和次级部分30分别相对于回转支承装置3位置固定，因而相对于X射线管7和检测器8也同样位置固定，并随测量装置7、8一起旋转。外侧传输器21的另一铁心部分25和初级绕组24，或内侧传输器22的另一铁心部分29和初级绕组28分别位置固定地布置在装置内。两个铁心部分25、27或29、31之间留有一气隙19。
通过这种方法可以感应和以非接触的方式向机架的旋转部分(即由X射线源7和检测器8构成的扫描单元，其具有电子测量设备和机械结构，例如回转支承装置3)传输其所需的电力。将供电分配给两个分离的负载电路，因而使用两个分离的传输器21、22(如图1和图2A所示)的原因很简单就X射线管约为80kW的单独耗电量就比机架旋转部分的所有其他组件(旋转阳极、检测器、电子测量设备、X射线管的加热装置等)的耗电量高出很多倍，这些组件的总耗电量约为10kW，通过将两个配电器分开可实现对两个负载电路的最佳设计。
非接触感应式电力传输可避免在例如通过集电环进行能量传输时会出现的缺点，例如产生火花、触点脱裂和过早磨损。出于相同原因，现代CT系统同样以非接触方式，即以光学方式或借助高频发射系统进行测量数据传输。
图1显示的是一用于对检测器信号进行非接触式传输的光学传输系统。一光源13通过一光学系统14在一位置上照射一绕旋转轴5弯曲、由光导材料(例如有机玻璃)制成的环12。光源13连接在一可将检测器信号转换成光信号的调制级15上。环12建构为可在其整个圆周范围内传导来自光源13的光。环12具有一间隙16，在其中一个界定间隙16的端面上布置有一可将光信号重新转换成电信号的光检测器17。这些信号在一解调级18中被解调，并被传输给数据处理装置10。其中，投影时依次进行信号传输，也就是说，通过所述装置依次对各单个检测器元件的检测器信号进行传输。
其中，光源13可例如为一在红外范围内工作的发光二极管或激光二极管。在对患者1进行扫描时，调制级15、光源13和光学系统14会随机架的旋转部分(X射线管7、探测器8等)一起旋转，而环12、光检测器17、解调级18和带有屏幕11的数据处理装置10则为静止。这种光学(数据)传输系统特别由于需使用大量复杂的组件而极为繁复和昂贵。
综上所述，在机架的静止部分和旋转部分之间一方面会进行一大规模的能量传输，另一方面会进行一密集的数据交换，其中，所述数据不仅涉及用于流程控制的控制信号，还涉及借助检测器和电子测量设备而获得的测量数据。旋转部分和静止部分之间的控制信号数据传输为双向传输，而用于成像和图像处理的测量数据则必须单方面地向静止部分传输。迄今为止，这种通过集电环和/或如上文所述通过(激光)光学传输方式进行的数据传输具有上文所述的在两种情况下均会出现的缺点。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种采用改良传输技术的改进型CT-X射线装置，通过所述传输技术可在机架旋转部分与静止部分之间的数据传输方面无需使用容易出错的集电环技术或操作繁复、成本高昂的光学传输技术或高频-发射-传输技术。
根据本发明，这个目的通过独立权利要求的特征而达成。从属权利要求涉及的是以特别有利的方式体现本发明的基本思想的改进方案。
本发明的计算机断层摄影装置必须具有一旋转部分，其具有一用于借助X射线对一需要检查的目标进行透视的X射线管与一用于检测穿过所述目标的X射线的检测器，以及一静止部分，其具有一用于分析检测到的测量结果的数据处理装置，以及一传输器，其用于通过在所述静止部分与所述旋转部分之间进行非接触式电力传输向所述X射线管和/或所述检测器以及其他旋转用电设备供电，其特征在于，除非接触式电力传输外，所述传输器还设计可用于在所述静止部分与所述旋转部分之间进行非接触式数据传输。
根据本发明，所述非接触式数据传输可以感应或电容的方式进行。
在采用非接触感应式数据传输时，可有利地通过电源电路中的电感(L1，L2)与数据传输电路中的耦合电容(CK)的组合来实现这种数据传输。
在采用非接触电容式数据传输时，可有利地通过借助耦合电容(CK)将数据信号对称耦合至电源电路中，以及在反向中的一共用基准电位的基础上实现这种数据传输。
在设置两个传输器来供电的情况下，特别有利的电容式数据传输的实现方式为，通过第一传输器实现数据信号的正向传输，通过第二传输器实现数据信号的反向传输。
此外，在设置有两个传输器的情况下，在所述第一传输器与所述第二传输器之间布置屏蔽环是有利的。
根据本发明，所述屏蔽环采取重叠布置方式特别有利，其中，将所述屏蔽环布置在开口侧和/或外侧，也很有意义。
其中，根据本发明，所述屏蔽环由一导电性能良好的材料制成。
下面借助附图所示的实施例对本发明的其他优点、特征和特性进行详细说明，其中图1为一现有技术中的计算机断层摄影装置的示意图，其具有非接触式电力传输和测量数据的光学传输功能；图2A为用于电力传输的传输器的横截面图；图2B为设置有两个传输器时的磁场；图2C为设置一个传输器时的磁场；图3为本发明的一用于CT装置的第一开关电路，所述第一开关电路可在使用一传输器来进行非接触式电力传输的情况下用于非接触感应式数据传输；图4为本发明的一用于CT装置的第二开关电路，所述第二开关电路可在使用一传输器来进行非接触式电力传输的情况下用于非接触电容式数据传输；图5为本发明的一用于CT装置的第三开关电路，所述第三开关电路可在使用两个传输器来进行非接触式电力传输的情况下用于电容式数据传输；图6A为两个带屏蔽环的传输器的横截面图；以及图6B为两个带重叠布置的屏蔽环的传输器的横截面图。
具体实施例方式
本发明为，在通过一个或多个旋转传输器来进行非接触式电力传输的计算机断层摄影装置中，再通过所述的一个或多个传输器来进行数据传输。可行的传输方式有感应式传输和电容式传输。
图3显示的是本发明的一开关电路，所述开关电路可在只使用一个传输器的情况下用于感应式数据传输。所述电路分成一用于向旋转X射线管7传输高压的强电电路(负载电路的上半部分)与一用于双向传输数据(信号数据、测量数据和控制数据)的弱电电路(下半部分)，如图3所示，这些数据通过四个耦合电容器CK以低压注入强电电路或从强电电路中提取。
X射线管7在强电电路中由一高压变压器通过一高压整流器供电，其中，通常借助电容器进行滤波。高压变压器的初级绕组连接在用于10kHz至50kHz高频的逆变器上，所述逆变器由一整流器供电。整流器的输入端连接在图2A所示的第一传输器21的旋转次级绕组26上。静止的初级绕组由一用于高频的逆变器供电，所述逆变器通过一电源整流器连接在电网上。借此可通过强电电路以非接触方式向X射线管7提供最高为80kW的电力。
根据本发明，低压数据信号(控制数据信号、测量数据)借助图3所示的弱电电路并通过四个耦合电容器CK直接叠加在用于电力传输的振荡上，其中，对用于控制电子测量设备、控制X射线管等的控制信号进行双向传输，测量信号则从旋转部分单向传输至静止部分。其中，根据电子测量设备和电子控制设备实施方式的不同，弱电电路中的电力为1至10W。因此，与图3所示的电力传输相同，数据传输也只能通过初级线圈24和次级线圈26以感应的方式进行。
为顺利区分两个量(强电、弱电)，数据传输的频率至少须为强电电路中用于电力传输的振荡频率的十倍。由于后者在现有技术中约为50kHz，因此，数据传输至少须以500kHz至1MHz的频率进行。
用于电力传输的振荡和数据信号随后通过选定的频率间隔由电感L1、L2和耦合电容CK去耦，直至两者不再彼此产生影响，所述电感L1、L2在电源电路中始终存在。
但(旋转)传输器须先根据电力传输的要求确定尺寸，也就是说，针对约50kHz和约80W进行优化，其中，可以先不考虑数据传输。其结果是，由于功率大而采取极低阻抗设计的负载电路会削弱高频数据信号，因而必须用较高的电平来进行纯净的数据信号传输。
如图4所示，电容式传输是一种有利的数据传输方案。
图4的上半部分显示的是一与图3所示的强电电路相同的强电电路。但弱电电路的数据信号与变压器绕组24、26的耦合为对称分布，在此情况下，初级线圈24和次级线圈26中没有额外的电流，因而不会发生电感变化。这种桥式耦合的对称性引起两端补偿，因此，相关数据信号只在变压器绕组之间的绕组电容CW变化时才发生作用，从而避免出现磁性转移。由于绕组电容CW由变压器的物理性质产生，而非为一组件，因而用虚线表示绕组电容CW。
图4所示的电路中的回流通过一共用基准电位(接地)而实现，由于由此会产生较长的回流线路，因而当属于不同设备分类的设备发生结构变化时，这会在电源特性方面引起不同和不明确的情形，这就需要进行必要而复杂的匹配。
图5所示的电路图显示的是另一种可避免上述缺点的电容式数据传输可行方案。这一方案对下述情况加以利用，即，(出于前文所述的原因)通常存在两个传输器，因而同样也存在两个(采取不同设计的)强电电路一用于X射线管上的高压(约80kW)的第一强电电路与一用于其他供电电压(10kW)的第二强电电路。
根据本发明，将用于数据传输的弱电电路分配给两个强电电路，使得数据信号传输的正向传输通过其中一个传输器而实现，反向传输则通过另一个传输器而实现。通过这种方法可借助两个传输器的两个绕组电容CW和CW*产生一闭路，从而产生一准确选定的传输线路，这一线路具有可再现的性能特征。
尽管可以考虑在机架静止部分和旋转部分之间布置(其他的)附加传输器或用于进行上述数据传输的电容式数据通信链路，但当机架上存在多个(至少两个)传输器时，例如其中一个用于X射线管电压，另一个用于其他供电电压，如图2B所示，每个传输器的磁散逸场34就会影响相邻的传输器或所述电容式数据通信链路。
一传输器的磁散逸场34(在图2B和2C中用磁力线表示)围绕静止部分和旋转部分之间用S表示的气隙，所述气隙由于结构原因而无法避免。气隙越大，磁散逸场34就越大。
虽然存在这种可能性，即，在实际间隙为S＝1mm至2mm时，通过将相邻传输器之间的间距至少增大至10cm，可避免相邻传输器之间的耦合或至少降低出现耦合的几率，但这一点由于空间原因(开口23明显缩小)在大多数情况下都无法实现。
纯粹的静磁屏蔽(例如通过铁氧体环)也很难实现，因为由于穿过始终存在的气隙的磁力线不同，并且穿过气隙外部的磁力线也会出现偏移。
针对进行非接触式电力传输时出现的磁散逸场，本发明的解决措施是安装如图6A所示的屏蔽环32形式的涡流阻尼器。在此情况下，电流场34会在屏蔽环中感应出涡流，这些涡流会再产生一与初始磁散逸场34方向相反的“反向场”。通过这种方法可用屏蔽环32的反向场补偿初始磁散逸场。所有导电性能良好的材料均可用作屏蔽环。由于具有高磁导率(μ铁≥1000)，因此，使用铁可特别改善屏蔽效果。
根据本发明，屏蔽效果的另一改善方式为，屏蔽环33采取如图6B所示的重叠布置或建构方式。
在开口侧布置其他屏蔽环35也是有意义的，通过这些屏蔽环还可使磁散逸场远离患者所在区域和可能布置有灵敏电子电路的区域(开口23)。
在两个传输器上方，也就是在与外部空间之间的界面上安装其他的屏蔽环，也是有意义的。
此外还需说明的是，上面安装有传输器的金属支架(例如铝环形式的金属支架)同样可起到涡流屏蔽器的作用，从而可对布置在此处的电子设备提供进一步的保护。但其前提是，这些金属支架必须构成一很大程度上封闭的面。
权利要求
1.一种计算机断层摄影装置，其具有一旋转部分，所述旋转部分具有一用于借助X射线对一需要检查的目标(1)进行透视的X射线管(7)与一用于检测穿过所述目标(1)的X射线(9)的检测器(8)，以及一静止部分，所述静止部分具有一用于分析检测到的测量结果的数据处理装置(10)，以及一传输器(21)，所述传输器用于通过在所述静止部分与所述旋转部分之间进行一种非接触式电力传输向所述X射线管(7)和/或所述检测器(8)以及其他旋转用电设备供电，其特征在于，除所述非接触式电力传输外，所述传输器(21)还设计为用于在所述静止部分与所述旋转部分之间进行一种非接触式数据传输。
2.根据权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，所述非接触式数据传输以一种感应的方式进行。
3.根据权利要求2所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，在采用一种非接触感应式数据传输时，可通过电源电路中的电感(L1，L2)与数据传输电路中的耦合电容(CK)的一种组合来实现这种数据传输。
4.根据权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，所述非接触式数据传输以一种电容的方式进行。
5.根据权利要求4所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，在采用一种非接触电容式数据传输时，可通过借助耦合电容(CK)将数据信号对称耦合至电源电路中，以及在反向中的一共用基准电位的基础上实现这种数据传输。
6.根据权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，设置有两个传输器(21)(22)，并通过下述方式实现一种电容式数据传输，即，通过所述第一传输器(21)实现所述数据信号的正向传输，通过所述第二传输器(22)实现所述数据信号的反向传输。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，设置有两个传输器(21)(22)，且在所述第一传输器(21)与所述第二传输器(22)之间布置复数个屏蔽环(32)。
8.根据权利要求7所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，所述屏蔽环(33)重叠布置。
9.根据权利要求7至8中任一项权利要求所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，所述屏蔽环(35)布置在开口侧和/或外侧。
10.根据权利要求7至9中任一项权利要求所述的计算机断层摄影装置，其特征在于，所述屏蔽环(32)(33)(34)(35)由一导电性能良好的材料制成。
全文摘要
本发明涉及一种计算机断层摄影装置，其具有一旋转部分，所述旋转部分具有一用于借助X射线对一需要检查的目标(1)进行透视的X射线管(7)与一用于检测穿过所述目标(1)的X射线的检测器(8)；一静止部分，所述静止部分具有一用于分析检测到的测量结果的数据处理装置(10)；以及一传输器，所述传输器用于通过在所述静止部分与所述旋转部分之间进行非接触式电力传输向所述X射线管和/或所述检测器以及其他旋转用电设备供电，其中，除所述非接触式电力传输外，所述传输器还设计可用于在所述静止部分与所述旋转部分之间进行非接触式数据传输。
文档编号A61B6/03GK101039621SQ200580034893
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月20日
发明者沃尔特·拜尔莱因, 沃纳·库内尔 申请人:西门子公司