专利名称：用于无接触地传输信号和测量数据的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的一种在计算机断层造影仪中用于无接触地传输信号和测量数据的设备。
背景技术：
一种这样的设备例如由US5577026公开。在该已知设备中，利用电磁辐射通过天线传输信号。
为提高传输的数据速率，必须缩短天线。天线越短，信号的传输就越容易受到外界环境(例如干涉或电磁干扰场)的影响。天线的缩短导致在传输信号时的质量损失。
在通过作为发射/接收设备的天线传输信号时，向环境辐射一定量的电磁辐射。位于所述发射/接收设备附近的电子设备会受到干扰。所述发射/接收设备必须符合电磁兼容标准。
此外，在已知设备中，所述发射/接收设备必须总是非常好地接地。否则，传输会受到同步干扰电压的显著干扰。
由US4525025公开了一种设备，其中在转子和定子之间的信号光学地传输。在此，信号通过光导耦合到定子上的一个环，为与所述发射/接收设备相匹配，该环设置有反射内表面。所述信号由安装在转子上的接收设备进行检测。对于带有高脉冲功率的非常短的脉冲的情形，随着提高了的数据速率在所述光导中产生非线性(例如自相位调制)和色散效应。这些效应对所传输数据的质量有损害。
DE19543386描述了一种设备，其中，信号的传输通过一种光学接触环(Schleifring)实现。在此，所述光导内的光线必须覆盖不同长度的路径。这里，非线性和色散效应也随着提高的数据速率损害了所传输信号的质量。
此外，在所述的已知光学设备中，表面粗糙度、机械制造公差和反射表面的机械振动造成光的模式色散并进一步恶化了所传输信号的质量。此外，所述信号由于在反射表面上的多次反射而减弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，消除现有技术的缺点。尤其是给出了一种可以用来更好地传输信号和测量数据的设备。本发明的另一目的在于，给出一种可以用来传输高的数据速率的设备。
该技术问题是通过权利要求1的特征解决。适当的设计在权利要求2至18中给出。
根据本发明规定，第一和第二发射/接收设备分别具有用于发射和/或接收定向信号的发射/接收装置和用于将所述一个发射/接收装置与另一个发射/接收装置自动对准的装置，使得在第二发射/接收设备相对于第一发射/接收设备运动时可以传输所述定向信号。在两个发射/接收设备之间直接地实现信号传输。不需要用于传输的装置(例如光导)或者为了匹配发射和接收设备的在大镜面上的多次反射。可以避免吸收、非线性和色散效应。所传输的信号的质量可以显著地被改善。
此外，在利用定向信号的传输中电磁干扰辐射的辐射极小。可以显著地减少对在附近的电气设备的干扰。尤其是可以减少对借助于计算机断层造影仪检查的患者的电磁辐射照射量。
根据本发明的一种设计，所述固定单元具有两个第一发射/接收设备，而所述X射线装置至少具有一个第二发射/接收设备。可选的是，所述固定单元至少具有一个第一发射/接收设备，而所述X射线装置具有两个第二发射/接收设备。通常在计算机断层造影X射线检查中，患者通常位于计算机断层造影仪的台架的中央开口的范围内。因此，在一个第一和一个第二发射/接收设备之间的信号传输并不是在所述的可转动的X射线设备的每个角位置中都是可能的。利用一种总共有三个发射/接收设备的适当布置和对参与传输的发射/接收设备的切换，可以近乎连续地在所述台架的所有旋转角上传输信号。仅仅在切换时可能会短时间地中断所述传输。一种这样的中断可以例如通过对要传输的数据进行缓存和压缩来弥补。
根据本发明的一种设计，所述固定单元和所述X射线设备分别具有两个发射/接收设备。一种总共具有四个发射/接收设备的适当设置允许在所有旋转角上实现在一个第一和一个第二发射/接收设备之间的连续信号传输。
根据本发明的另一种设计，所述固定单元或所述X射线设备的发射/接收设备关于z轴方位角近似均匀分布地设置。在一个第一和一个第二发射/接收设备之间可能进行信号传输的角度范围可以被扩大。这尤其对于两个在所述固定单元上以错开约180度的角度设置的发射/接收设备是可能的。类似地，也可以在X射线设备上以错开约180度的角度设置两个发射/接收设备。
在本发明的另一种设计中，所述固定单元或所述X射线设备的发射/接收设备关于z轴以相等的方位角安装。这样安装的发射/接收设备可以以简单的方式接线并为进行数据交换而相互耦合。需要较少的信号导线。通过馈线减少了对要传输的信号的干扰。
根据本发明的另一种设计，所述固定单元的发射/接收设备和所述的可转动的X射线设备的发射/接收设备分别以距z轴相同的径向距离安装。利用所述发射/接收设备的设置的一种简单几何形状，可能为对准另一个发射/接收设备而以一种简单的方式使用一个发射/接收设备的对准数据。
根据另一种设计，所述固定单元的发射/接收设备或所述可转动的X射线设备的发射/接收设备在z轴方向上错开设置。因此，可以避免发射/接收设备的相互影响并实现改善的传输。
根据一种设计，实现了所述固定单元的发射/接收设备分别与所述X射线设备的发射/接收设备之间的传输。所述发射/接收设备可以是以分别由一个第一和一个第二发射/接收设备组成的一对共同组成。因此，可以在对准时降低成本，并加快所述对准。尤其是可以在传送时避免两对之间的相互影响。例如，可以为传输信号而为每对使用一个特定频率或信号调制。
根据本发明的另一种特别优选的设计，光学地(优选利用激光)实现所述定向信号的传输。传输可以例如利用调制的激光进行。
信号的光学的传输、尤其是利用激光的信号传输，可能实现高的数据速率和所传输信号的质量。
干燥空气几乎不吸收光，色散近似为0。此外，没有出现由于(例如在光导和反射表面处的)反射和非线性效应而造成的损失。所传输的信号几乎不被减弱。
对于激光，辐射展宽尤其小。激光不必耗费成本地例如在通过光导和镜面进行传输时那样再聚焦。
此外，在光学的传输时没有辐射电磁干扰场。可以显著地简化所述发射/接收设备与兼容性标准的匹配。
可选的是，可以借助于电磁波、优选借助于射频或无线电波来实现所述定向信号的传输。可以降低干扰场的辐射和患者的电磁辐射照射量。
如果以定向天线、例如雷达进行传输，则可以按照锥形射线形式辐射定向电磁波。可以避免在所述计算机断层造影仪的壳体上的反射以及干涉。
在本发明的另一设计中，设置有用于双向传输信号的发射/接收设备。由此能够实现所述X射线设备的拍摄数据向数据处理设备的传输，以及控制信号、运行数据和测量协议向X射线设备的传输。
在本发明的另一设计中，这样构造所述发射/接收设备，使得信号传输以固定大小的数据分组的形式进行。固定大小的数据分组方便了对所发射和接收的信号的加工和处理。可以辨认和纠正传输误差。
根据一种优选设计，优选以首行或末行的形式设置用于将附加信息添加到数据分组中的装置。例如，可以在首行中添加分组编号并在末行中添加质量因子，例如数据分组的验证和(校验和)、故障发现编码(循环冗余校验码)或故障校正码(向前误差校正码)。所述附加信息使得数据分组的加工和处理可以简化。借助于分组编号可以识别数据分组并以正确的顺序彼此紧邻地连接。例如，对于两次传输的数据分组，可以决定是否应当被拒绝和哪一个应当被拒绝。借助于所述质量因子，可以辨别和校正传输误差。
此外，所述首行和末行可以包括关于数据传输方式的信息，例如数据分组是否包括控制信号或检测器的数据。
根据本发明的另一种设计，设置用于对数据分组进行编码的编码装置，优选地根据8B10B编码进行编码。在8B10B编码中，在该装置中传输一个大致恒定的信号强度或光强度。这样，所传输的信号可以用于所述发射/接收设备的对准。例如，没有编码会将强度的零值序列解释为误差信号或错误的对准。此外，用于对准的装置不需要任何单独的发射/接收装置。所述发射/接收设备可以简单且紧凑地构造。
数据分组的8B10B编码产生要发射的比特/秒的提高。不过传输的数据速率可以通过压缩方法进一步降低。
根据本发明的另一优选设计，以一个在1至100千兆比特每秒(Gbps)的范围内的数据速率进行信号传输。带有多行检测器的计算机断层造影仪、复杂的拍摄协议和控制指令，要求以高数据速率进行的可靠传输。根据本发明的设备能够以100Gbps和以上的数据速率实现尽可能无干扰的传输。即使在短脉冲和高数据量的情况下，也可以快速可靠地传输该信号。
此外，用于对准所述发射/接收装置的装置具有对定向的光学信号或电磁射频或无线电波的检测装置。为控制所述对准，可以使用光学信号或电磁波。尤其可能的是，该装置用于对准所述发射/接收装置的信号。不需要任何用于为对准而发射信号的单独装置。尤其是避免了所述发射/接收设备的对准的信号与例如测量数据的传输的信号之间的相互干扰。所述发射/接收设备可以简单、紧凑且成本低廉地构造。
象限光电检测器(Quad-Fotodetektor)适于对光学信号的方向变化进行良好的检测。这能够实现精确迅速的对准并对于计算机断层造影仪的相向转动的发射/接收设备尤其适用。
下面将根据附图详细解释本发明。在附图中图1示出了计算机断层造影仪的示意结构，图2示出了该计算机断层造影仪在z方向上的视图，图3示出了发射/接收设备的第一种布置，图4示出了发射/接收设备的第二种布置，图5示出了发射/接收设备的第三种布置，图6示出了发射/接收设备的示意结构。
具体实施例方式
为简化起见，对信号的单向传输进行说明。反向上的传输类似地实现。尤其是可能利用所说明的设备进行双向的信号传输。
图1示出了计算机断层造影仪1的示意结构，该计算机断层造影仪带有患者卧榻2、台架3和数据处理单元4。台架3具有中央开口5，在检查时可以将带有位于其上的患者的患者卧榻2沿z方向驶入到该开口中。所述台架3由固定单元6和可绕z轴A转动的X射线设备7组成。X射线设备7具有X射线管8和相对置地设置的检测器9。以参考标记10表示从X射线管8中发出的X射线辐射。在X射线设备7上安装由一个第二发射/接收设备11和另一个第二发射/接收设备12。它们在z方向上错开，并关于z轴A以相同的径向距离和方位角安装。在所述固定单元6上，在上部区域内安装有第一发射/接收设备13。在下部区域内，另一个第一发射/接收设备14绕z轴A错开180°地安装。第一发射/接收设备13和另一个第一发射/接收设备14距离z轴A的距离相同。从第二发射/接收设备11沿第一发射/接收设备13的方向发出定向的第一激光射线15。从另一个第二发射/接收设备12沿另一个第一发射/接收设备14的方向发出定向的激光辐射16。所述固定单元6的第一发射/接收设备13和另一个第一发射/接收设备14利用第一导线17与所述数据处理单元4相连。所述附图标记x和y标识出与所述z方向z相对应的x和y方向。术语“发射/接收设备”在下文中缩写为“SE”。
所述计算机断层造影仪1的功能如下在一项计算机断层造影技术的X射线检查中，卧榻2连同位于其上的患者这样地沿z方向z运动，使得要进行检查的对象位于所述台架3的中央开口5的范围内。利用可绕z轴A转动的X射线设备7，对于不同角度拍摄检查对象的投影数据。在此，X射线辐射10从安装在X射线设备7上的X射线管8发出并击中检查对象。没有被该检查对象吸收的X射线由检测器9采集并转换为数字电子数据。借助于定向信号将所述数据从X射线设备7传输到固定单元6。借助于第一定向激光射线15进行在第二SE11和第一SE13之间的信号传输。借助于第二定向激光射线16进行在另一个第二SE12和另一个第一SE14之间的定向信号传输。所述信号以固定大小的编码数据分组的形式传输。为区别起见，所述数据分组在首行包括一个明确的号码，利用该号码对所述数据分组进行识别。在末行中包括质量编码。由第一SE13和另一SE14接收的信号分别借助于第一导线17传递到所述数据处理单元4并由其进一步处理。
图2示出了图1所示计算机断层造影仪1在z方向z上的示意视图。第二SE11和另一个第二SE12通过第二导线18与检测器相连。第一SE13和另一个第一SE14通过第三导线19彼此相连。参考标记11A、12A、13A和14A表示第二SE11、另一个第二SE12、第一SE13和另一个第一SE14的第一、第二、第三和第四发射/接收装置。参考标记11B、12B、13B和14B表示第一、第二、第三和第四发射/接收装置11A、12A、13A和14A的第一、第二、第三和第四用于自动对准的装置。术语“发射/接收装置”在下文中缩写成“SEM”。术语“用于自动校准的装置”在下文中缩写成“AM”。
在第二SE11、另一个第二SE12、第一SE13和另一个第一SE14的所示布置中，第一SEM11A和第二SEM12A可以直接地向第三SEM13A和第四SEM14A传输信号。第一SEM11A和第二SEM12A将通过第二导线18以大小相同的编码数据分组形式得到的数据向第三SEM13A和第四SEM14A传输。所述数据分组由数据处理单元4解码，相应于所述号码在正确序列内进行组合并被进一步处理。此外，借助于所述号码识别被传输两次的数据分组。那些具有不良编码质量的数据分组被舍弃。
通过第三导线19和通过第二SE11和另一个第二SE12之间的未示出的连接交换对准数据。这连同第二SE11和另一个第二SE12、第一SE13和另一个第一SE14的布置的已知对称性在它们的对准时被一起加以考虑。
在图3至图5中示出了安装在X射线设备7上的第二SE11和另一个第二SE12的第一、第二和第三种布置。在图3中，第二SE11和另一个第二SE12相对于z轴A与负x方向x成0°角。在图4中，其沿逆时针方向转动30°的角α，而在图5中，其绕z轴A转动135°的角β。
在图3中，第一SEM11A借助于所述定向信号15将数据分组传输给第三SEM13A。第二SEM12A没有将任何数据分组传输给第四SEM14A。
在图4中示出，X射线设备7相对于图3所示位置逆时针方向转动一个角度α＝30°。在转动时，第一至第四AM11B至14B与第一至第四SEM11A至14A自动地相互对准。在从图3所示位置转动到图4所示位置时，第一SEM11A总是可以向第三SEM13A传输信号。在第二SEM12A和第四SEM14A之间的信号传输会在从所述第一位置转动到第二位置时渐增地受到围绕中央开口5的壳体20的干扰。数据分组的传输渐增地发生故障。从一个第一角度起不再能在第二SEM12A和第四SEM14A之间进行信号传输。第二SEM12A和第四SEM14A被停用。数据分组仅仅通过第一SEM11A和第三SEM13A进行传输。
在图5中示出，X射线设备7相对于图4所示第二位置沿逆时针方向转动一个角度β＝135°。仅仅第一SEM11A向第三SEM13A传输数据分组。第二SEM12A和第四SEM14A是停用的。所述X射线设备继续转动，这样就可能在一个第二角度下进行第二SEM12A和第四SEM14A之间的信号传输。它们在达到该第二角度时被激活，并开始所述对准。在此，使用所述第一至第四SEM11A至14A所存储的对准数据。在另一转动过程中，第二AM12B和第四AM14B自动地彼此对准第二SEM12A和第四SEM14A。在第二SEM12A和第四SEM14A之间的所述信号传输在进一步的转动中得以改善。如果X射线设备7逆时针地转过图2所示位置，则在第三角度下，第一SEM11A和第三SEM13A之间的信号传输受到干扰。在第一SEM11A和第三SEM13A之间的传输质量降低。所述数据分组的传输在第一和第三SEM11A和13A停用后，仅仅通过第二SEM12A和第四SEM14A实现。
在一个过渡范围内，例如在所述第二和第三角度之间，在传输方面实现所述发射/接收装置的切换，例如从所述第一和第三SEM11A和13A向所述第二和第四SEM12A和14A的切换。在此，激活两个发射/接收装置、例如第一SEM11A和第三SEM13A，并重新彼此对准。停用另外两个、例如第二SEM12A和第四SEM14A。在重新对准发射/接收装置时，首先在初始化过程中出现增多的传输误差。这通过数据分组的暂时二次传输进行补偿。二次传输的数据分组的质量通过质量因子的运用而进行验证。仅保留质量更好的数据分组。整体上，在X射线设备7的一整圈转动过程中所述传输总体上没有数据丢失和质量损失。
图6示意地示出发射/接收设备的结构。在激光器21的射线路径上，连续地设置二色镜22、可动的凸面镜23和中空镜24。一束由激光器发出的、经调制的激光射束以参考标记25表示。入射的、经调制的激光射束以参考标记26表示。在其射线路径上，象限光电检测器27位于距凸面镜23的距离为ρ处。所述象限光电检测器27利用第四导线28与数据处理设备29相连。所述数据处理设备利用第五导线30与控制设备31相连。以参考标记32和33表示引入和引出的数据线。所述数据线与激光器21或数据处理设备29相连。所述发射/接收设备安装在对准设备34上。参考标记Φ表示所述对准设备34绕轴的第一转动。参考标记Δ表示对准设备34绕δ轴δ的第二转动.
所述发射/接收设备的功能如下所述所述发射/接收装置的激光器21通过输入数据线32获得输入信号。所述激光器相应于所述信号发射输出的调制激光射束25。激光射束25通过二色镜22、凸面镜23和中空镜24从发射/接收装置辐射出，并传输至另一个发射/接收装置。
同时，所述发射/接收装置接收所述输入的、经调制的激光射束26。所述激光射束26在没有由二色镜22折射的情况下通过所述中空镜24、凸面镜23聚焦在象限光电检测器27上。所述象限光电检测器27具有四个活动的象限，以检测所述输入的激光射束26。每个象限通过一根第四导线28与数据处理设备29相连。由所述象限检测到的激光射束26由数据处理设备29转换成一个信号，并通过输出数据线33传递。
两个通信的活动的发射/接收装置的相对实现的转动改变了它们的相互位置。在所述发射/接收装置之间的距离的改变改变了在所述象限光电检测器27上的焦点的大小。与此相联系的是所述象限的信号的改变。
此外，在象限光电检测器27上的焦点由于所述转动而发生移动。由此同样造成了所述象限的信号的改变。
数据处理设备29采集所述象限的信号，并产生三个误差信号。所述误差信号通过第五导线30向控制设备31传递。借助于调节环路以及设置于所述对准设备34上的、未示出的电子执行器，这样地改变所述发射/接收装置的对准，使得所述误差信号最小化并确保信号的最可能的传输。所述误差信号的最小化通过执行器的下述动作实现-将焦距ρ调整为平衡两个发射/接收装置的改变了的距离；-执行绕所述轴的第一转动Φ，用于平衡相对于z轴z的改变了的方位角，以及-执行绕所述δ轴δ的第二转动Δ，用于平衡在z方向z上的对中误差。
为了进行对准，可以引入事先存储的所述发射/接收装置的对准数据以及其它发射/接收装置的对准数据。由此加快了对准并改善了信号的传输。
权利要求
1.一种X射线计算机断层造影仪(1)，其带有安装在固定单元(6)上的、可相对于所述固定单元(6)绕z轴(A)转动的X射线设备(7)以及用于在所述可转动的X射线设备(7)和所述固定单元(6)之间无接触地传输信号和测量数据的设备，其中，至少一个第一发射/接收设备(13，14)安装在所述固定单元(6)上，且至少一个第二发射/接收设备(11，12)安装在所述可转动的X射线设备(7)上，其特征在于，所述第一发射/接收设备(13，14)和所述第二发射/接收设备(11，12)分别具有用于发射和/或接收定向信号(15，16)的发射/接收装置(13A，14A和11A，12A)以及用于自动地将一个发射/接收装置与另一个发射/接收装置对准的装置(13B，14B和11B，12B)，使得在所述第二发射/接收设备(11，12)相对于第一发射/接收设备(13，14)运动时可以传输所述定向信号(15，16)。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)具有两个第一发射/接收设备(13，14)且所述X射线设备(7)具有至少一个第二发射/接收设备(11或12)，或者，所述固定单元(6)具有至少一个第一发射/接收设备(13或14)且所述X射线设备(7)具有两个第二发射/接收设备(11，12)。
3.根据权利要求1或2所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)和所述X射线设备(7)分别具有两个发射/接收设备(13，14和11，12)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)或所述X射线设备(7)的所述发射/接收设备(13，14或11，12)关于所述z轴(A)方位角近似均匀分布地设置。
5.根据权利要求4所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，在所述固定单元(6)和/或在所述X射线设备(7)上以错开约180度的一个角度设置有两个发射/接收设备(13，14)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)或所述X射线设备(7)的所述发射/接收设备(13，14或11，12)相对于所述z轴(A)以相等的方位角安装。
7.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)的所述发射/接收设备(13，14)和所述可转动的X射线设备(7)的所述发射/接收设备(11，12)分别以距所述z轴(A)的相等的径向距离安装。
8.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，所述固定单元(6)或所述X射线设备(7)的所述发射/接收设备(13，14或11，12)在所述z轴(A)的方向上错开地设置。
9.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，实现了在所述固定单元(6)的一个发射/接收设备(13，14)与所述X射线设备(7)的分别一个发射/接收设备(11，12)之间的传输。
10.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，光学地、优选利用激光(25，26)进行所述定向信号(15，16)的传输。
11.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，利用电磁波、优选利用射频或无线电波进行所述定向信号的传输。
12.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，设置发射/接收装置(11A-14A)用于信号的双向传输。
13.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，这样构成所述发射/接收装置(11A-14A)，使得以固定大小的数据包的形式进行信号传输。
14.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，设置有用于向数据包添加附加信息、优选为按照首行和/或末行形式的附加信息的装置。
15.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，设置有用于为所述数据包编码的编码装置、优选为根据8B10B编码进行编码的编码装置。
16.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，以一个1至100Gbps的范围内的数据速率进行信号传输。
17.根据上述权利要求中任一项所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，用于对准所述发射/接收装置(11A-14A)的装置(11B-14B)具有对于定向光学信号或电磁射频或无线电波的检测装置。
18.根据权利要求17所述的X射线计算机断层造影仪(1)，其中，对于定向光学信号的检测装置是象限光电检测器(27)。
全文摘要
本发明涉及一种X射线计算机断层造影仪(1)，其带有固定单元(6)和可转动的X射线设备(7)。所述X射线设备(7)可以相对于固定单元(6)绕z轴A转动。为了在X射线设备(7)和固定单元(6)之间传输信号和测量数据，在其上安装有发射/接收设备(11－14)。发射/接收设备(11－14)传输定向的信号并在由于所述X射线设备(7)的转动而造成的相对运动期间自动地相互对准。
文档编号H04B10/22GK1997315SQ200480043749
公开日2007年7月11日 申请日期2004年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者斯蒂芬·波佩斯库 申请人:西门子公司