DE102004051170B4

DE102004051170B4 - Computertomographiegerät mit gleichzeitiger kontaktloser elektrischer Übertragung von Versorgungsspannung und Mess- und Steuerdaten

Info

Publication number: DE102004051170B4
Application number: DE102004051170.5A
Authority: DE
Inventors: Walter Beyerlein; Prof. Kühnel Werner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: US20090304144A1; US7899150B2; CN100522061C; DE102004051170A1; WO2006076971A1; CN101039621A

Abstract

Computertomographiegerät aufweisend einen rotierenden Teil mit einer Röntgenröhre (7) zum Durchstrahlen eines zu untersuchenden Objektes (1) mit Röntgenstrahlung und mit einem Detektor (8) zum Detektieren der durch das Objekt (1) transmittierten Röntgenstrahlung (9), sowie einen stationären Teil mit einer Datenverarbeitungs-Einrichtung (10) zum Auswerten der detektierten Messergebnisse, und einen Übertrager (21) zur Spannungsversorgung der Röntgenröhre (7) und/oder des Detektors (8) sowie sonstige rotierende Verbraucher durch eine kontaktlose elektrische Leistungsübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil, wobei der Übertrager (21) zusätzlich zur kontaktlosen elektrischen Leistungsübertragung für eine kontaktlose Datenübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil ausgelegt ist, indem ein erster Starkstromkreis zur Übertragung von Hochspannung an die Röntgenröhre und ein zweiter Starkstromkreis für sonstige Verbraucher vorgesehen ist, ein Schwachstromkreis zur Übertragung von Daten vorgesehen ist, und Koppelkondensatoren (Ck) derart zur Ein- oder Auskopplung von Daten in bzw. aus dem ersten und zweiten Starkstromkreis vorgesehen sind, dass eine Überlagerung von für die Leistungsübertragung verwendeten Schwingungen mit Niederspannungs-Datensignalen realisierbar ist, wobei zwei Übertrager (21, 22) vorgesehen sind und zwischen dem ersten (21) und dem zweiten Übertrager (22) Schirmringe (33) überlappend angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät (CT-Gerät), welches transformatorische Übertrager aufweist zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Leistung im Sinne eines Energietransfers von einem stationären Teil auf Komponenten eines rotierenden Teils. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein CT-Gerät, bei dem der Übertrager zusätzlich für eine kontaktlose Datenübertragung ausgelegt ist.
Die Röntgen-Computertomographie – im Nachfolgenden kurz mit CT bezeichnet – ist ein spezielles Röntgen-Aufnahmeverfahren, das sich im Bildaufbau grundsätzlich von dem klassischen Röntgen-Schichtaufnahmeverfahren unterscheidet. Bei CT-Aufnahmen erhält man Transversal-Schnittbilder, also Abbildungen von Körperschichten, die im wesentlichen senkrecht zur Körperachse orientiert sind. Die im Bild dargestellte gewebespezifische physikalische Größe ist die Verteilung des Schwächungswertes von Röntgenstrahlung μ(x, y) in der Schnittebene. Das CT-Bild erhält man durch Rekonstruktion der vom verwendeten Meßsystem gelieferten eindimensionalen Projektionen der zweidimensionalen Verteilung von μ(x, y) aus zahlreichen verschiedenen Blickwinkeln (Projektionen).
Die aus verschiedenen Richtungen stammenden Projektionen – charakterisiert durch den Projektionswinkel α – erhält man durch ein kombiniertes Röntgenröhren-Detektor-System, das in der Schichtebene um das Objekt rotiert. Die derzeit gebräuchlichsten Geräte sind sogenannte ”Fächerstrahlgeräte”, bei denen Röhre und ein Array aus Detektoren (eine lineare oder teilkreisförmige Anordnung von Detektoren) in der Schichtebene gemeinsam um ein Drehzentrum, welches auch Mitte des kreisförmigen Messfeldes ist, rotieren.
In 1 ist schematisch ein Computertomographiegerät für ein Fächerstrahlverfahren dargestellt. Das Gerät besitzt in einem Rahmen 2 einen Drehkranz 3, der durch einen Motor 4 um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse 5 drehbar ist.
Zur Abtastung des auf einer Liege 6 liegenden Patienten 1 sind eine Röntgenröhre 7 und ein Detektor 8 für Röntgenstrahlung vorgesehen. Die Röntgenröhre 7 sendet ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 9 aus, dessen Ausdehnung so gewählt ist, dass die gesamte zu untersuchende Transversalschicht des Patienten 1 von Röntgenstrahlung durchsetzt wird. Senkrecht zur Schichtebene ist die Stärke des Röntgenstrahlenbündels 9 gleich der Schichtstärke, nämlich wenige Millimeter.
Zur Abtastung des Patienten 1 wird die Messanordnung aus Röntgenröhre 7 und Detektor 8 um den Patienten 1 insgesamt um einen Winkel von 360° gedreht und bei vorbestimmten Projektionen (z. B. Δα = 1°) ein Satz von Ausgangssignalen des Detektors 8 abgefragt.
Der Detektor 8 besteht aus einer Reihe von Einzeldetektoren, z. B. 256 Einzeldetektoren, so dass pro Projektion α beispielsweise 256 Signale des Detektors 8 abgefragt (detektiert) werden und pro Abtastvorgang z. B. 360 × 256 Signale zur Verarbeitung zur Verfügung stehen. Die Signale werden in der nachfolgend näher beschriebenen Weise auf ihre ortsfeste (stationäre) Datenverarbeitungseinrichtung so übertragen, die daraus die Schwächungswerte μ(x, y) vorbestimmter Stellen in der untersuchten Transversalschicht des Patienten 1 in Form einer Matrix berechnet und eine pixelbasierte bildliche Wiedergabe auf einem Bildschirm 11 bewirkt.
1 zeigt ferner ein Ausführungsbeispiel für eine zweifache kontaktlose, induktive Energieübertragung vom stationären Teil zur Röntgenröhre 7 als auch zum Detektor 8 durch zwei sogenannte Übertrager 21, 22. Beide Übertrager 21, 22 bilden jeweils einen Transformator, wobei beide als konzentrische Ringe ausgebildet sind und die Öffnung 23, die zur Aufnahme des Patienten 1 dient, umschließen.
In 2a ist ein Querschnitt der beiden ringförmigen Übertrager 21, 22 dargestellt. Jeder Übertrager weist, wie bei Transformatoren üblich, eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf, die von einem Übertragerkern umgeben sind.
So ist beispielsweise der Übertragerkern des äußeren Übertragers 21 als die Primärwicklung 24 und die Sekundärwicklung 26 umschließender Schalenkern ausgebildet, der aus zwei Teilen 25, 27 U-förmigen Querschnittes besteht, die mit ihren flanschartigen Ansätzen gegeneinander gerichtet sind. Der Kernteil 27 sowie die Sekundärwicklung 26 des ersten (äußeren) Übertragers 21 bzw. der Kernteil 31 sowie der Sekundärteil 30 des zweiten (inneren) Übertragers 22 sind ortsfest in Bezug auf den Drehkranz 3 und damit auf die Röntgenröhre 7 und den Detektor 8 und rotieren mit der Messanordnung 7, 8. Der andere Kernteil 25 und die Primärwicklung 24 des äußeren Übertragers 21 bzw. der andere Kernteil 29 und die Primärwicklung 28 des inneren Übertragers 22 sind ortsfest im Gerät vorgesehen. Zwischen den beiden Kernteilen 25, 27 bzw. 29, 31 ist ein Luftspalt 19 freigelassen.
Auf diese Weise ist es möglich, auf den rotierenden Teil der Gantry (Abtasteinheit bestehend aus Röntgenquelle 7, Detektor 8 mit Messelektronik und mechanischem Aufbau, z. B. Drehkranz 3) die dort erforderliche elektrische Leistung induktiv und somit kontaktlos zu übertragen. Die Aufteilung der elektrischen Versorgung in zwei getrennte Lastkreise und damit die Verwendung von zwei getrennten Übertragern 21, 22 (gemäß 1 und 2A) erfolgt aus dem einfachen Grund, da der Stromverbrauch der Röntgenröhre allein mit ca. 80 kWatt um ein Vielfaches höher ist als der Stromverbrauch aller weiteren Komponenten des rotierenden Teils der Gantry (Drehanode, Detektor, Messelektronik, Heizung der Röntgenröhre usw.), der im Ganzen bei etwa 10 kWatt liegt und eine Trennung der beiden Versorger eine optimale Auslegung beider Lastkreise ermöglicht.
Eine induktive und somit kontaktlose elektrische Leistungsübertragung vermeidet die Nachteile, wie sie z. B. bei der Energieübertragung über Schleifringe auftreten, wie Funkenbildung, Kontaktabriss und frühzeitiger Verschleiß. Aus demselben Grund erfolgt bei modernen CT-Systemen der Mess-Datentransfer ebenfalls kontaktlos, und zwar optisch oder über ein Hochfrequenzsendesystem.
In 1 ist ein optisches Übertragungssystem zur kontaktlosen Übertragung der Detektorsignale dargestellt. Ein um die Drehachse 5 gekrümmter Ring 12 aus lichtleitendem Material (z. B. Plexiglas) wird an einer Stelle über eine Optik 14 mit einer Lichtquelle 13 bestrahlt. Die Lichtquelle 13 ist an eine Modulationsstufe 15 angeschlossen, welche die Detektorsignale in Lichtsignale umwandelt. Der Ring 12 ist so ausgebildet, dass das Licht von der Lichtquelle 13 über seinen gesamten Umfang weitergeleitet wird. Der Ring 12 besitzt einen Spalt 16 und an einer der den Spalt 16 begrenzenden Stirnflächen ist ein Lichtdetektor 17 angeordnet, der die Lichtsignale wieder in elektrische Signale umwandelt. Diese Signale werden in einer Demodulationsstufe 18 demoduliert und der Datenverarbeitungseinrichtung 10 zugeführt. Die Signalübertragung erfolgt dabei während einer Projektion aufeinanderfolgend, d. h. die Detektorsignale der einzelnen Detektorelemente werden aufeinanderfolgend durch die beschriebene Einrichtung übertragen.
Die Lichtquelle 13 kann dabei beispielsweise eine im Infrarotbereich arbeitende Lumineszens- oder Laserdiode sein. Während einer Abtastung des Patienten 1 rotieren mit dem rotierenden Teil der Gantry (Röntgenröhre 7, Detektor 8 usw.) die Modulationsstufe 15, die Lichtquelle 13 und die Optik 14 mit, während der Ring 12, der Lichtdetektor 17, die Demodulationsstufe 18 sowie die Datenverarbeitungseinrichtung 10 mit dem Bildschirm 11 still stehen. Ein solches optisches (Daten-)Übertragungssystem ist nicht zuletzt wegen der Vielzahl und der Komplexität der beteiligten Komponenten sehr aufwendig und kostenintensiv.
Zusammengefasst findet zwischen dem stationären Teil und dem rotierenden Teil der Gantry eines CT-Gerätes zum Einen ein immenser Energietransfer, zum Anderen ein intensiver Datenaustausch statt, wobei es sich dabei sowohl um Steuersignaldaten für die Ablaufsteuerung handelt, als auch um Messdaten, die mittels Detektor und Messelektronik gewonnen wurden. Während der Transfer der Steuersignaldaten zwischen rotierendem und stationärem Teil bidirektional erfolgt, müssen die Messdaten zur Bildgewinnung und -verarbeitung einseitig auf den stationären Teil übertragen werden. Bisher erfolgt dieser Datentransfer über Schleifringe und/oder wie oben beschrieben auf (faser-)optischem Übertragungsweg mit den genannten Nachteilen in beiden Fällen.
In DE 100 37 294 A1 ist eine Röntgeneinrichtung offenbart, die Mittel zur Übertragung von Daten und/oder Energie aufweist, wobei die Übertragung der Daten und/oder der Energie kontaktlos erfolgt und wobei die Übertragung der Daten und/oder der Energie kontinuierlich erfolgen kann.
DE 197 00 110 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen, wobei die Verkopplung durch elektromagnetische Wellen mittels spezieller Koppelelemente, die von einem Leitungssystem gespeist werden, erfolgt.
US 4 225 851 betrifft ein Telemetriesystem für ein rotierendes Teil einer Turbine, bei dem mittels Dehnmessstreifen die Dehnung des Rotors gemessen und drahtlos an einen stationären Maschinenteil ermittelt wird.
DE 33 31 722 A1 offenbart die Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen. Entlang einer Bewegungsstrecke ist eine Reihe erster Koppelelemente angeordnet, die mit dem einen Teil verbunden sind, während mit dem zweiten Teil wenigstens ein weiteres Koppelelement verbunden ist. Hierbei bilden die sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Elektroden der Koppelelemente einen Kondensator, über den elektrische Signale übertragen werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte CT-Röntgenapparatur bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Erfindungsgemäß wird also ein Computertomographiegerät beansprucht aufweisend
einen rotierenden Teil mit einer Röntgenröhre zum Durchstrahlen eines zu untersuchenden Objektes mit Röntgenstrahlung und mit einem Detektor zum Detektieren der durch das Objekt transmittierten Röntgenstrahlung, sowie einen stationären Teil mit einer Datenverarbeitungs-Einrichtung zum Auswerten der detektierten Messergebnisse, und einen Übertrager zur Spannungsversorgung der Röntgenröhre und/oder des Detektors sowie sonstige rotierende Verbraucher durch eine kontaktlose elektrische Leistungsübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil, wobei der Übertrager zusätzlich zur kontaktlosen elektrischen Leistungsübertragung für eine kontaktlose Datenübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil ausgelegt ist, indem ein erster Starkstromkreis zur Übertragung von Hochspannung an die Röntgenröhre und ein zweiter Starkstromkreis für sonstige Verbraucher vorgesehen ist, ein Schwachstromkreis zur Übertragung von Daten vorgesehen ist, und Koppelkondensatoren (C_k) derart zur Ein- oder Auskopplung von Daten in bzw. aus dem ersten und zweiten Starkstromkreis vorgesehen sind, dass eine Überlagerung von für die Leistungsübertragung verwendeten Schwingungen mit Niederspannungs-Datensignalen realisierbar ist, wobei zwei Übertrager vorgesehen sind und zwischen dem ersten und dem zweiten Übertrager Schirmringe überlappend angeordnet sind.
Erfindungsgemäß kann die kontaktlose Datenübertragung induktiv oder kapazitiv erfolgen.
Im Falle einer kontaktlosen induktiven Datenübertragung wird diese vorteilhaft durch eine Kombination von Induktivitäten (L₁, L₂) im Leistungskreis mit Koppelkapazitäten (C_k) im Datenübertragungskreis realisiert.
Im Falle einer kontaktlosen kapazitiven Datenübertragung erfolgt diese vorteilhaft durch eine symmetrische Ankopplung des Datensignals in den Leistungskreis durch Koppelkapazitäten (C_k) sowie auf Basis eines gemeinsamen Bezugspotentials in der Rückleitung.
Eine besonders vorteilhafte kapazitive Datenübertragung erfolgt dadurch, dass die Hinleitung des Datensignals über den ersten Übertrager und die Rückleitung des Datensignals über den zweiten Übertrager erfolgt.
Erfindungsgemäß ist eine überlappende Anordnung der Schirmringe vorgesehen, wobei es zudem sinnvoll sein kann die Schirmringe auch öffnungsseitig und/oder außenseitig anzuordnen.
Dabei bestehen die Schirmringe vorteilhaft aus einem Material mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Computertomographiegerät mit kontaktlosem elektrischen Leistungstransfer sowie optischem Messdatentransfer nach dem Stand der Technik,
2A zeigt im Querschnitt die für den Leistungstransfer eingesetzten Übertrager,
2B zeigt die magnetischen Felder bei zwei vorgesehenen Übertragern,
2C zeigt die magnetischen Felder bei einem vorgesehenen Übertrager,
3 zeigt einen ersten nicht erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreis zur induktiven kontaktlosen Datenübertragung bei Einsatz eines Übertragers für den kontaktlosen elektrischen Leistungstransfer eines CT-Gerätes,
4 zeigt einen zweiten nicht erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreis zur kapazitiven kontaktlosen Datenübertragung bei Einsatz eines Übertragers für den kontaktlosen elektrischen Leistungstransfer eines CT-Gerätes,
5 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreis zur kapazitiven Datenübertragung bei Einsatz zweier Übertrager für den kontaktlosen elektrischen Leistungstransfer eines CT-Gerätes,
6A zeigt im Querschnitt zwei Übertrager mit Schirmringen, und
6B zeigt im Querschnitt zwei Übertrager mit überlappend angeordneten Schirmringen.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, bei Computertomographiegeräten mit kontaktloser elektrischer Leistungsübertragung durch einen oder mehrere rotierende Übertrager auch den Datentransfer über den oder die Übertrager zu führen. Als Möglichkeiten bieten sich die induktive Übertragung und die kapazitive Übertragung an.
Ein elektrischer Schaltkreis zur induktiven Datenübertragung unter Verwendung eines einzigen Übertragers ist in 3 dargestellt. Die Schaltung teilt sich auf in einen Starkstromkreis (Lastkreis obere Hälfte) zur Übertragung der Hochspannung auf die rotierende Röntgenröhre 7 und einen Schwachstromkreis (untere Hälfte) zur bidirektionalen Übertragung von Daten (Signal-, Mess- und Steuerdaten), die gemäß 3 mit Niederspannung über vier Koppelkondensatoren C_K in den Starkstromkreis eingekoppelt bzw. aus diesem ausgekoppelt werden.
Die Röntgenröhre 7 wird im Starkstromkreis von einem Hochspannungstransformator über einen Hochspannungsgleichrichter gespeist, wobei üblicherweise mittels Kondensatoren eine Glättung erfolgt. Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators ist an einen Wechselrichter für Hochfrequenz in der Größenordnung 10 bis 50 kHz angeschlossen, der von einem Gleichrichter gespeist wird. Der Eingang des Gleichrichters ist an der rotierenden Sekundärwicklung 26 des in der 2A dargestellten ersten Übertragers 21 angeschlossen. Die stationäre Primärwicklung 24 wird von einem Wechselrichter für Hochfrequenz gespeist, der über einen Netzgleichrichter am Netz angeschlossen ist. Über den Starkstromkreis wird somit die Röntgenröhre 7 kontaktlos mit bis zu 80 kW elektrischer Leistung versorgt.
Die Niederspannungs-Datensignale (Steuerdatensignale, Messdaten) werden mittels dem in 3 dargestellten Schwachstromkreis über vier Koppelkondensatoren C_K der Schwingung, die zur Leistungsübertragung verwendet wird, direkt überlagert, wobei Steuersignale zur Steuerung der Messelektronik, Ansteuerung der Röntgenröhre usw. bidirektional und Messsignale unidirektional vom rotierenden Teil zum stationären Teil übermittelt werden. Die Leistung im Schwachstromkreis beträgt dabei je nach Ausführung der Mess- und Steuerungselektronik 1 bis 10 Watt. Die Übertragung der Daten erfolgt somit, wie auch der Leistungstransfer gemäß 3, ausschließlich induktiv über die Primärspule 24 und die Sekundärspule 26.
Zur problemfreien Trennung beider Größen (Starkstrom, Schwachstrom) muss die Frequenz der Datenübertragung mindestens zehnmal größer sein als die für die Leistungsübertragung verwendete Schwingfrequenz im Starkstromkreis. Da letztere nach dem Stand der Technik etwa 50 kHz beträgt, muss die Datenübertragung mit mindestens 500 kHz bis 1 MHz erfolgen.
Die Schwingung, die zur Leistungsübertragung verwendet wird, und die Datensignale sind dann durch den gewählten Frequenzabstand durch die im Leistungskreis stets vorhandenen Induktivitäten L₁, L₂ sowie durch die Koppelkapazitäten C_K soweit entkoppelt, dass sich diese gegenseitig nicht beeinflussen.
Allerdings muss der (rotierende) Übertrager in erster Linie nach den Erfordernissen der Leistungsübertragung dimensioniert, d. h. für ca. 50 kHz und ca. 80 kWatt optimiert werden, wobei auf die Datenübertragung zunächst keine Rücksicht genommen werden kann. Dies führt dazu, dass der wegen der hohen Leistung stark niederohmig ausgelegte Lastkreis das hochfrequente Datensignal dämpft, so dass für eine saubere Übertragung des Datensignals auch höhere Spannungspegel als üblich verwendet werden müssen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Datentransfers stellt eine kapazitive Übertragung dar, wie sie beispielsweise in 4 schematisch dargestellt ist.
4 zeigt im oberen Teil einen Starkstromkreis, der mit dem aus 3 identisch ist. Die Ankopplung der Datensignale des Schwachstromkreises an die Transformatorenwicklungen 24, 26 jedoch erfolgt symmetrisch aufgeteilt, so dass in der Primärspule 24 und in der Sekundärspule 26 kein zusätzlicher Stromfluss und damit keine Induktionsänderung erfolgt. Die Symmetrie dieser brückenartigen Ankopplung bewirkt eine beiderseitige Kompensation, so dass sich das jeweilige Datensignal ausschließlich in einer Änderung der Wicklungskapazität C_W zwischen den Transformatorwicklungen auswirkt und eine magnetische Übertragung vermieden wird. Die Wicklungskapazität C_W ist gestrichelt dargestellt, da sich diese aus der Physik des Transformators ergibt und kein eigenes Bauteil darstellt.
Allerdings erfolgt die Rückleitung in der Schaltung nach 4 über ein gemeinsames Bezugspotential (Erde), was wegen der dadurch entstehenden langen Rückleitungswege bei konstruktiven Veränderungen unterschiedlicher Geräteklassen zu unterschiedlichen und damit unklaren Verhältnissen bezüglich der Leitungscharakteristik führt und jeweils eine notwendige, aufwendige Anpassung erfordert.
Eine weitere Möglichkeit der kapazitiven Datenübertragung, die diesen Nachteil vermeidet, zeigt das Schaltbild von 5. Hierbei wird ausgenützt, dass – aus bereits eingangs dargelegten Gründen – in aller Regel zwei Übertrager und damit zwei (unterschiedlich ausgelegte) Starkstromkreise vorhanden sind:
Ein erster Starkstromkreis für die Hochspannung an der Röntgenröhre (ca. 80 kWatt) und ein zweiter Starkstromkreis für sonstige Versorgungsspannungen (10 kWatt).
Der Schwachstromkreis für die Datenübertragung wird auf beide Starkstromkreise so aufgeteilt, dass die Hinleitung der Datensignalübermittlung über den einen Übertrager, die Rückleitung über den anderen Übertrager erfolgt. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossener Stromkreis über die beiden Wicklungskapazitäten C_W und C_W ^* beider Übertrager, wodurch sich ein genau definierter Übertragungsweg ergibt, der reproduzierbare Leistungseigenschaften aufweist.
In dem Fall, dass sich auf der Gantry mehrere (zumindest zwei) Übertrager befinden, beispielsweise einer für die Röntgenröhrenspannung und ein anderer für die sonstigen Spannungsversorgungen – denkbar sind aber auch (weitere) zusätzliche Übertrager oder kapazitive Koppelstrecken für die beschriebene Datenübertragung zwischen stationärem und rotierendem Teil der Gantry – beeinflussen die magnetischen Streufelder 34 eines jeden Übertragers den jeweils benachbarten Übertrager oder die kapazitive Koppelstrecke, wie in 23 dargestellt ist.
Das magnetische Streufeld 34 eines Übertragers – in den 23 und 2C durch magnetische Feldlinien dargestellt – bildet sich um den mit S bezeichneten Luftspalt zwischen stationärem und rotierendem Teil, der aus konstruktiven Gründen unvermeidlich ist. Das magnetische Streufeld 34 ist umso größer, je größer der Luftspalt ist.
Es gibt zwar die Möglichkeit, die Verkopplung zwischen den benachbarten Übertragern dadurch zu vermeiden oder doch zumindest dadurch zu reduzieren, dass bei einem realistischen Luftspalt von S = 1 bis 2 mm der Abstand zwischen den benachbarten Übertragern auf mindestens 10 cm erhöht wird, was jedoch aus Platzgründen (deutliche Verkleinerung der Öffnung 23) in den meisten Fällen nicht zu realisieren ist.
Auch eine rein magnetostatische Abschirmung (beispielsweise durch Ferritringe) stellt sich schwierig dar, da durch den stets notwendigen Luftspalt und auch außerhalb die magnetischen Feldlinien ausweichen.
Eine Abhilfe gegenüber den magnetischen Streufeldern bei kontaktloser elektrischer Leistungsübertragung besteht in der Einbringung von Wirbelstromdämpfern in Form sogenannter Schirmringe 32 gemäß 6A. In diesem Fall induziert das Streufeld 34 in den Schirmringen Wirbelströme, welche wiederum ein ”Gegenfeld” erzeugen, das dem ursprünglichen Streufeld 34 entgegengerichtet ist. Auf diese Weise wird das ursprüngliche Streufeld 34 durch das Gegenfeld des Schirmringes 32 kompensiert. Als Schirmringe kommen alle Materialien mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit in Frage. Insbesondere die Verwendung von Eisen kann aufgrund der hohen Permeabilität (μ_Eisen ≥ 1000) die Schirmwirkung verbessern.
Eine weitere Verbesserung der Schirmwirkung lässt sich dadurch erzielen, dass die Schirmringe 33 gemäß 6B überlappend angeordnet bzw. ausgebildet werden.
Sinnvoll ist auch die öffnungsseitige Implementierung weiterer Schirmringe 35, durch die die Streufelder auch von dem Bereich ferngehalten werden, in welchem sich der Patient und eventuell empfindliche elektronische Schaltungen befinden (Öffnung 23).
Unter Umständen kann es auch Sinn machen, weitere Schirmringe auch oberhalb der beiden Übertrager, d. h. an der Schnittstelle zum Außenraum anzubringen.
Es sei noch erwähnt, dass auch die Metallträger, auf denen die Übertrager montiert sind (beispielsweise in Form eines Aluminiumrings), ebenfalls als Wirbelstromschirme wirken können, wodurch die dort befindliche Elektronik auch zusätzlich geschützt wird. Dies setzt allerdings voraus, dass diese Metallträger eine weitgehend geschlossene Fläche bilden.

Claims

Computertomographiegerät aufweisend einen rotierenden Teil mit einer Röntgenröhre (7) zum Durchstrahlen eines zu untersuchenden Objektes (1) mit Röntgenstrahlung und mit einem Detektor (8) zum Detektieren der durch das Objekt (1) transmittierten Röntgenstrahlung (9), sowie einen stationären Teil mit einer Datenverarbeitungs-Einrichtung (10) zum Auswerten der detektierten Messergebnisse, und einen Übertrager (21) zur Spannungsversorgung der Röntgenröhre (7) und/oder des Detektors (8) sowie sonstige rotierende Verbraucher durch eine kontaktlose elektrische Leistungsübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil, wobei der Übertrager (21) zusätzlich zur kontaktlosen elektrischen Leistungsübertragung für eine kontaktlose Datenübertragung zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil ausgelegt ist, indem ein erster Starkstromkreis zur Übertragung von Hochspannung an die Röntgenröhre und ein zweiter Starkstromkreis für sonstige Verbraucher vorgesehen ist, ein Schwachstromkreis zur Übertragung von Daten vorgesehen ist, und Koppelkondensatoren (C_k) derart zur Ein- oder Auskopplung von Daten in bzw. aus dem ersten und zweiten Starkstromkreis vorgesehen sind, dass eine Überlagerung von für die Leistungsübertragung verwendeten Schwingungen mit Niederspannungs-Datensignalen realisierbar ist, wobei zwei Übertrager (21, 22) vorgesehen sind und zwischen dem ersten (21) und dem zweiten Übertrager (22) Schirmringe (33) überlappend angeordnet sind.
Computertomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Datenübertragung induktiv erfolgt.
Computertomographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer kontaktlosen induktiven Datenübertragung diese durch eine Kombination von Induktivitäten (L₁, L₂) im Leistungskreis mit den Koppelkapazitäten (C_k) im Datenübertragungskreis realisiert wird.
Computertomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Datenübertragung kapazitiv erfolgt.
Computertomographiegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer kontaktlosen kapazitiven Datenübertragung diese durch eine symmetrische Ankopplung des Datensignals in den Leistungskreis durch die Koppelkapazitäten (C_k) sowie auf Basis eines gemeinsamen Bezugspotentials in der Rückleitung erfolgt.
Computertomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Übertrager (21, 22) vorgesehen sind und eine kapazitive Datenübertragung dadurch erfolgt, dass die Hinleitung des Datensignals über den ersten Übertrager (21) und die Rückleitung des Datensignals über den zweiten Übertrager (22) erfolgt.
Computertomographiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmringe (35) öffnungsseitig und/oder außenseitig angeordnet sind.
Computertomographiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmringe (32, 33, 34, 35) aus einem Material mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit bestehen.