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【発明の名称】 データ転送用リング
【発明者】 【氏名】マーク ディー ヘロルド

【氏名】セオドア エイ レズニック
【要約】 【課題】データ転送用リング【解決手段】 コンピュータ化された断層撮影システムが固定セクション(Ａ)と少なくとも１つの相互接続スリップ・リング(Ｅ)によって電気的にリンクされた回転セクションとを含む。一方の側で、スリップ・リング(Ｅ)は、非導電性インタラプションによって分離された一連の導電性セグメントとして構成される。もう一方の側で、同様の番号の送信装置が回転フレームの位置に依存して導電性セグメントと選択的に電気的接触状態にある。また、画像データを複数の受信装置から取得し、決定されたシーケンスでその画像データを並べ替えるデマルチプレクサも含まれる。また、該決定されたシーケンスでデータ・チャネルを再構成する際の補助として角変位信号をデマルチプレクサへ出力する角度エンコーダも設けられる。

【解決手段】コンピュータ化された断層撮影システムが固定セクション(Ａ)と少なくとも１つの相互接続スリップ・リング(Ｅ)によって電気的にリンクされた回転セクションとを含む。一方の側で、スリップ・リング(Ｅ)は、非導電性インタラプションによって分離された一連の導電性セグメントとして構成される。もう一方の側で、同様の番号の送信装置が回転フレームの位置に依存して導電性セグメントと選択的に電気的接触状態にある。また、画像データを複数の受信装置から取得し、決定されたシーケンスでその画像データを並べ替えるデマルチプレクサも含まれる。また、該決定されたシーケンスでデータ・チャネルを再構成する際の補助として角変位信号をデマルチプレクサへ出力する角度エンコーダも設けられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 中央開口部を画定する固定セクション(Ａ)と、該中央開口部に回動可能に装着された環状回転セクション(Ｄ)と、前記セクション間でデータを送信する相互接続データ・リンク(Ｅ)とを含む画像診断システムであって、前記相互接続データ・リンク(Ｅ)が、前記セクションの中の１つの周囲に一定の円周角で離間して配置した非導電性インタラプション(２２ａ〜２２ｈ)によって分離された複数の導電性セグメント(２０ａ〜２０ｈ)を含む少なくとも１つのリングと、前記セクションのもう一方の周囲に一定の円周角で離間して配置した複数の信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)とを有し、前記複数の信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)が前記複数の導電性リング・セグメント(２０ａ〜２０ｈ)と選択的に電気的な通信状態にあることを特徴とする画像診断システム。
【請求項２】 前記信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)が、前記導電性リング・エレメント(２０ａ〜２０ｈ)と選択的に物理的接触状態を成すブラシ(２８ａ〜２８ｈ)を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像診断システム。
【請求項３】 前記信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)が前記導電性セグメント(２０ａ〜２０ｈ)から離間して配置される容量型カプラ(６６ａ〜６６ｈ)を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像診断システム。
【請求項４】 前記回転セクション(Ｄ)の回転を示す角変位信号を生成するエンコーダ(４６)と、前記角変位信号とデータとを受信し、さらに、前記角変位信号に従って前記データをソートするデマルチプレクサ(４０)とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至３の中のいずれか１つに記載の画像診断システム。
【請求項５】 前記相互接続データ・リンクが、前記第１の複数の導電性セグメント(２０ａ〜２０ｈ)から離間して軸方向に配置された第２の複数の導電性セグメント(６４ａ〜６４ｈ)を含む第２のリング(６２)と、前記第２のリング(６２)と電気的に通信状態にある第２の複数の信号通信エレメント(６８ａ〜６８ｈ)とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４の中のいずれか１つに記載の画像診断システム。
【請求項６】 導電性セグメント(２０ａ〜２０ｈ)の第１のリングと複数の信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)との間の相対的回転運動を生成するステップと、選択された信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)に対して複数のデータ・ストリームを入力するステップと、選択された回転角で、前記複数のデータ・ストリームを受信するステップとを有し、１つのデータが前記リングの各セグメント(２０ａ〜２０ｈ)上に存在することを特徴とするデータ転送方法。
【請求項７】 前記複数の信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)が導電性ブラシ(２８ａ〜２８ｈ)を含み、前記受信ステップが、少なくとも選択されたブラシとリング・セグメント(２０ａ〜２０ｈ)との間で物理的接触を確立するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載のデータ転送方法。
【請求項８】 前記複数の信号通信エレメント(２６ａ〜２６ｈ)が容量型カプラ(６６ａ〜６６ｈ)を含み、前記受信ステップが少なくとも選択されたカプラとリング・セグメント(２０ａ〜２０ｈ)を容量的に接続するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載のデータ転送方法。
【請求項９】 相対的回転運動をモニターするステップと、前記モニターされた相対的回転運動に従って前記複数のデータ・ストリームの各々をソートするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至８の中のいずれか１つに記載のデータ転送方法。
【請求項１０】 導電性セグメント(６４ａ〜６４ｈ)の第２のリング(６２)と、複数の信号通信エレメント(６８ａ〜６８ｈ)との間に相対的回転運動を生成するステップをさらに含み、前記第２のリングと前記第１のリングとが平行でかつ中心を共有することを特徴とする請求項６乃至９の中のいずれか１つに記載のデータ転送方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデータ転送用リングに関し、特に運動部分と固定部分の間の転送用電気信号リングに関する。本発明によって、放射線透視撮影と関連する特定のアプリケーション、特にコンピュータ化された断層撮影(ＣＴ)スキャナ用アプリケーションが得られる。断層撮影(ＣＴ)スキャナに関連する特定の参照例を用いて本発明を説明する。しかし、本発明は他の同様のアプリケーションを処理することもできることを理解すべきである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＣＴスキャナには、一般に、画像処理中固定されたままである床部分に取り付けられたフレーム・アセンブリ(ガントリ)が含まれいた。Ｘ線管のような放射線発生装置は回転可能なフレーム・アセンブリ(セクション)に取り付けられる。このフレーム・アセンブリは画像撮影される患者の周りを回転する。第３世代スキャナでは、放射線検出アレイはＸ線管と一緒に回転フレームの内部に配置される。したがって、回転フレームから、あるいは、回転フレームへ電気信号を転送するメカニズムを設ける必要がある。すなわち、電力と制御信号が固定フレームから回転フレームへ転送され、電子装置、ハードウェア、Ｘ線管への給電及び制御が行われる。
【０００３】さらに、回転フレームの放射線検出アレイから画像処理用固定フレームへ画像データを転送する通信路が設けられる。回転ガントリは、高速に、好適には毎秒１回転またはそれ以下で回転する。この放射線検出アレイには多数の(１００個または１０００個もの)個別検出器が含まれる。これらの検出器は、一般に、数分の１度の回転で高解像度(例えば３２ビットまたはそれ以上)で高速に出力を検出する。転送対象のデータ量が非常に大量なためにデータ転送レートがスキャナ・スピードと解像度を制限する要因となる。
【０００４】回転フレームと固定フレーム間に通信路を設けるための様々なデバイスが知られている。従来のＣＴスキャナではへその緒状のケーブルが用いられた。一般に、回転フレームの中では、１本以上のフレキシブルなシールドされた同軸ケーブルが検出器アレイのような電子装置と接続している。これらのケーブルは、画像処理用コンピュータを含む固定側の電子装置ともう一方の端部において接続している。不都合なことに、へその緒状のケーブルは一般にはプラスまたはマイナス３６０°の回転しか行うことができない。したがって、フレームが停止され反対方向に巻き戻されるまで、このようなへその緒状のデバイスに付けられた回転フレームは１方向に全体で７２０°の回転に限定られていた。
【０００５】このような“反復動作を行う”スキャナは少数のスライスの画像撮影を行うには良好であった。これより多量の画像撮影については連続回転スキャナの使用が望ましい。被験者は軸方向に移動して、渦巻状の走査パターンが生成される。連続回転型第３世代システムでは、スリップ・リングが一般に使用されて、電力、データ、制御信号の転送が行われる。しかし、継続する改善によってデータ転送レートは増加し続ける。スリップ・リングのデータ・リンク上で、円形リングの周囲のデータ信号の伝播に必要な時間によって最大データ転送レートは制限される。リングの周囲を反対方向に伝播する信号はオフセット時刻に受信点に到達することができるが、妨害や混同された受信が生じる。同様の限界がキャパシタンス型データ転送を用いるスリップ・リング・データ・リンクにおいても観察される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】より高いデータ転送速度を求める要望が、電気スリップ・リング構成によってではなく、光データ送信リンクによってだんだん満たされつつある。このようなデータ・リンクでは、固定フレームか回転フレームかのいずれかの周囲に配信される一連の脈動光が一般に利用される。対向するフレーム上で、光受信装置を用いて同期ストロボ光が検出される。次いで、受信された光信号は元の電子画像データに変換され次の処理が行われる。不都合なことに、光学系の方が、供給される画像データの１チャネル当たりのコストが高く、また光送受信装置のアラインメントへの依存度が大きい。さらに、光学系は、光学系を不鮮明にする汚損及び／又は塵埃に対して通常敏感である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によれば、診断用リング・システムの中に、中央開口部を画定する固定セクションと、該開口部に回動可能に装着される環状の回転セクションとが含まれる。少なくとも１つの相互接続データ・リンクによって、固定セクションと回転セクションとの間で通信が行われる。この相互接続データ・リンクには、セクションの中の１つの周囲に一定の円周角で離間して配置される複数の導電セグメントを有する少なくとも１つのリングが含まれる。また、他方のセクションにも、複数の信号通信用エレメントが一定の円周角で離間して配置される。これらの信号通信用エレメントは複数の導体エレメントとの電気的通信状態を選択することができる。
【０００８】本発明の別の実施例によれば、データ転送方法には、導電性セグメントの第１のリングと複数の信号通信エレメントとの間に相対的回転運動を発生するステップが含まれる。次いで、複数のデータ・ストリームが選択された信号通信エレメントに入力される。これらのデータ・ストリームは、所定の回転角で、信号通信用エレメントと関連する導電性セグメント上で受信される。
【０００９】
【発明の実施の態様】以下、本発明の実施方法について、添付図面を参照しながら例を挙げて詳細に説明する。
【００１０】参照図１を見ると、ＣＴスキャナには床部分に取り付けられた固定フレーム部分(セクション)が含まれており、データ収集中その位置は固定されたままである。Ｘ線管ＢとＸ線検出アレイＣが、固定フレームＡ内に配置された回転フレーム(セクションＤ)に装着されている。マルチ・チャネル・セグメント化スリップ・リングＥが固定フレームＡと回転フレームＤとの間に配置されてフレームの間で電気的に通信が行われるようになっている。
【００１１】次に参照図２Ａを見ると、セグメント化されたスリップ・リングＥの中に、リングとして構成された複数の導電性セグメント２０ａ〜２０ｈが含まれている。セグメント２０は、同様の番号からなる非導電性インタラプション（中断部）２２ａ〜２２ｈによって分離されている。当業者であれば、機能性を損なわずに回転フレームか固定フレームのいずれかにセグメント２０が配置可能であることを理解されるであろう。例示の実施例では、受信回路ＲＸａ〜ＲＸｈが、当業で周知のように、信号のフィルタリングと増幅用の各導電性セグメント２０と接続している。さらに、受信回路ＲＸａ〜ＲＸｈは、以下さらに詳細に説明するデマルチプレクサへ信号の経路選定を行う。
【００１２】また、セグメント化されたスリップ・リングＥには複数の送信用エレメント２６ａ〜２６ｈが含まれ、このエレメントの各々は放射検出器Ｃ(図１)の少なくとも１部分と電気的に通信状態にある。図２に例示されているように、送信用エレメントには少なくとも１つの導電性チップを備えたブラシ２８ａ〜２８ｈが含まれる。本明細書で用いられているように、‘ブラシ’という用語は、単一のワイヤ、スプリング・バイアスされた電気エレメント、物理的に近接した１グループのワイヤあるいは同種のもののいずれをも指すものとして理解されたい。上述のように、当業者であれば、機能性を損なわずに固定フレームまたは回転フレームのいずれかの上に送信用エレメント２６が配置可能であることを認識されるであろう。さらに、専門家であれば、専用の非セグメント化されたスリップ・リングまたは同種のリングのような当業で周知の手段を介して、固定フレームと回転フレームとの間に接地パスを設けることができることを理解されるであろう。
【００１３】図２Ａと図２Ｂとを組み合わせた参照図から明らかなように、回転フレームが動く(すなわち角度をつけてオフセットされる)につれて、ブラシ２８は導電性セグメント２０上を均等に移動して、非導電性インタラプション２２まで達する。言い換えれば、送信装置２６とブラシ２８とが導電性セグメント２０と接触するような位置に回転フレームが位置するとき、電気的通信が回転フレームＣと固定フレームＡとの間で確立される。当業者であれば理解できるように、スリップ・リングを複数の導電性セグメントに分割することにより並列フォーマット・データ転送を実行することが可能となる。例えばこの例示実施例では、各対のブラシと導電性セグメントの間で１回につき８つのデータ・ストリームを同時に送信することができる。さらに、当業者であれば理解できるように、比較的短い導電性セグメントの使用により、送信信号内での時間遅延及び／又はフェーズ・エラーが好適に低減される。
【００１４】参照図２Ｂを見ると、非導電性インタラプション２２の中を通って次の導電性セグメント２０上へ回転フレームがブラシを押し動かすとき、各送信装置２６が異なる受信装置２４と電気的に通信状態になることがわかる。例えば、図２Ａでは送信装置２６ｈは受信装置ＲＸｈと電気的に接触している。図２Ｂは、送信装置２６ｈを受信装置ＲＸｇと電気的に通信状態に置く効果を生じる回転フレームのわずかな角変位が例示されている。このように回転フレームが回転してブラシが非導電性インタラプション２２に接近するにつれて、各送信装置２６はデータの送信を周期的に停止せざるを得なくなる。さらに、位置情報には、精確なデータ処理、及び、最初の送信装置との対応関係を保証する受信装置ＲＸからのデータが伴う。言い換えれば、送信装置２６ａからの画像信号は、第１に受信装置ＲＸａを通じて、次に受信装置ＲＸｈ、次いでＲＸｇを通じてというように固定フレームＡへ周期的に送信される。
【００１５】送信装置が受信装置と電気的に通信状態になっているときだけ生じる、好適な送信シーケンスの制御に必要なタイミングを最もよく理解するために、参照図３がこのシーケンスを最もよく例示している。回転フレームの相対的回転角に関する情報は、好適には、送信装置２６と受信装置ＲＸの双方へ出力されることが望ましい。角位置は位置を示す軸３２によってタイミング・グラフ３０に描かれている。当業者であれば理解できるように、ブラシが非導電性インタラプション２２の中を通る際、データの送信及び／又は受信のゲーティングのオン／オフを行うことによって、データ損失とデータの混同は最少化される。送信装置と受信装置のゲーティングのオン／オフを行うために、回転リングの位置を示す位置軸３２上に例示されるデータが、回転フレーム上のスリップ・リング・アセンブリの部分と固定フレーム上に配置されたスリップ・リング部分の双方に好適に出力されることが望ましい。実際、回転情報(角度情報)源にかかわらず、非セグメント化されたスリップ・リング・セクションや同種のセクションのようなパスが設けられ角度情報の通信が行われる。チャネルＡデータは、送信軸３４に見られるように、セグメント化されたスリップ・リングの各セグメント２０(セグメント軸３６によって例示されている)を通じて各セグメントと関連する受信装置とつながっていることがわかる。受信装置軸３８によって例示される受信装置は信号の経路選定を行って、ガントリの固定側でさらなる処理を行う。
【００１６】当業者であれば理解できるように、回転セクションの相対的回転位置に依存して、ある実施例では個々の送信装置と受信装置のゲーティングのオン／オフが必要とされる場合があり、例えば単一リングまたは２つの心合せを行ったリングが１つの単一対のリングを有することがある。しかし、他の実施例では、相互に角度をつけてオフセットされた中心を共有する複数対の平行スリップ・リングを横切って連続するデータ・ストリームを考えることもできる。言い換えれば、ブラシが第１のスリップ・リングの空隙に接近するにつれて、ブラシはスリップ・リング・セグメントと通信状態になっている第２の並列スリップ・リングへ、各特定のチャネルの送信と受信の役割の切り替えを行うことができる。追加の実施例では、単一のセグメント化されたスリップ・リングが１対の信号を出力して散発的信号損失に対する安全を図ることができるようになっている。このような実施例は、各セグメント化されたスリップ・リング上で２つの受信装置と２つの送信装置を任意の特定のチャネルに専用化するものとして描かれている。言い換えれば、図２Ａ、２Ｂに例示される８つのセグメント化されたスリップ・リングは、例示されているようなチャネルＡ〜Ｈの単数のパスと対向するような複製化したチャネルＡ〜Ｄを使用することができる。しかし、別の潜在的に可能的な実施例には、１つのスリップ・リング・アセンブリ内で角度をつけてずらした異なる数のブラシとリング・セグメントとが含まれる。このような構成では、角位置情報すなわち回転情報は回転セグメントと固定セグメントの双方に好適に出力されることが望ましい。ブラシとセグメントの角度のオフセットは数対のブラシ/セグメントが常時電気的に通信状態になることを保証する。スリップ・リング・アセンブリの様々な構成において、必要な特定のシステム要件に依存して、アセンブリ内のセグメントとアセンブリ内のブラシが使用可能であることは明らかである。
【００１７】参照図４を見ると、デマルチプレクサ(デコーダ４０)は、角度エンコーダ４６から得られた角変位信号４４に加えて、複数の受信装置ＲＸから得られた画像データ４２ａ〜４２ｈを好適に受信することが望ましい。デマルチプレクサ・デコーダ４０には角変位信号４４によって制御されるレジスタ４８が好適に含まれることが望ましい。このレジスタ４８によって、受信装置ＲＸの各々から得られたデータはチャネル化されたコヒーレントなデータ・ストリームに整理し直され、さらに画像再構成用コンピュータＦ(図１)によって処理される。エンコーダ４６が感知した相対的位置に依存して、デマルチプレクサ４０が各チャネル用受信装置データを同時に整理し直すことがわかる。並列処理再構成システムにおいて、アレイＣの各検出器は回転フレームの送信装置の中の１つと接続される。デマルチプレクサは各検出器から並列再構成プロセッサへ同時に信号を出力する。
【００１８】単一チャネル・システムまたは並列チャネル・システムのいずれかにおいて、再構成用プロセッサ５０は画像データを電子画像表現に再構成し、この電子画像表現はメモリ５２の中に保存される。ビデオ・プロセッサ５４によって、電子画像表現の選択部分はスライス画像、３次元レンダリング、投影画像あるいは同種の画像へ変換され、これらの画像は人間が読むことのできるモニタ５６上に表示される。
【００１９】参照図５を見ると、マルチ・チャネル・セグメント化スリップ・リングの代替実施例は、ほとんどの点で図２のセグメント化スリップ・リングと類似した第１のスリップ・リング６０を含む。しかし、図５に例示の実施例では、前に説明したブラシ・システムとは対照的に、容量型送信システム６６ａ〜６６ｈが用いられる。このような容量型電気通信は周知の電気技術である。さらに、第２のセグメント化されたスリップ・リング６２が含まれ、このスリップ・リング６２には、第１のリング６０のセグメントから角度をつけてオフセットされたセグメント６４が含まれる。言い換えれば、スリップ・リング６０、６２のうちの一方は固定側と回転側との間でずっと電気通信を行う。この冗長性を利用して、誤り訂正を行ったり、スリップ・リング上のデータ転送レートを上げることができる。当業者であれば理解できるように、上記説明したブラシ・システムにおいて類似の角度オフセット・マルチリング構成が作動可能である。
【００２０】参照図６に関連して、別の代替実施例では、スリップ・リングはＮ個のセグメント２０を有する。但し、Ｎは複数の整数であり、好適には奇数であることが望ましい。Ｎ−１個のブラシ２８がセグメントと接触する。したがって、２つのブラシが同時に非導電性インタラプションの状態になることはない。各検出器を２個のブラシと接続する(それに応じてデマルチプレクサ４０をプログラムする)ことにより、連続したデータ・ストリームが各検出器から出力される。
【００２１】別の代替実施例ではＮ個のリング・セグメント２０とＮ−１個の送信装置２６'が再び存在する。各送信装置２６'はブラシ、ブラシ・セットあるいは容量型エレメントを有し、この容量型エレメントは、セグメント２０間の非導電性インタラプションの間を渡ることができる大きさのものである。ブラシ、ブラシ・セットあるいは容量型エレメントはリング・セグメントの孤の大きさより大きい間隔で相互に離間して配置される。図７に例示されているように、部分的にオーバーラップするセグメントによって２つの隣接リングとの通信が容易になる。
【００２２】以上記載の実施例の１つの利点はデータ転送効率が改善されるという点である。別の利点はその単純さに在る。別の利点は非常に高いデータ転送レートに在る。別の利点は、連続回転と信頼性の高い高速通信を提供するＣＴ型スキャナにおけるさらに高いデータ転送レートの達成にある。また別の利点は空間効率に在る。少数のスリップ・リング・アセンブリでより多くのデータを運ぶことが可能となる。
【出願人】 【識別番号】５９６１７７４６７
【氏名又は名称】マルコニ メディカル システムズ インコーポレイテッド
【出願日】 平成１２年９月２７日（２０００．９．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００５９９５９
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔 （外９名）
【公開番号】 特開２００１−１４５６２０（Ｐ２００１−１４５６２０Ａ）
【公開日】 平成１３年５月２９日（２００１．５．２９）
【出願番号】 特願２０００−２９３３１５（Ｐ２０００−２９３３１５）