CN101178431A - 带有部件的磁共振设备 - Google Patents

Abstract

一种带有若干部件(4)的磁共振设备，包括：用于产生基本磁场的磁场发生单元(5)、用于产生磁场梯度的梯度线圈(6)、以及用于发射和接收高频信号的具有多个高频线圈的高频线圈装置(7)，这些部件(4)可以分别由至少一个数字组件(12)和至少一个模拟组件(13)根据序列进行控制，其中，模拟组件(13)被设置在控制该数字组件(12)的控制计算机(14)之外，并且，数字组件(12)被设置在控制计算机(14)之外并被配设给通过其控制的模拟组件(13)，其中，为了使数字组件(12)与控制计算机(14)进行通信而提供数据网络(17)，为了数字组件(12)和控制计算机(14)的同步而提供同步网络(18)。

Description

带有部件的磁共振设备

技术领域

本发明涉及一种带有部件的磁共振设备，其包括：用于产生基本磁场的磁场发生单元，用于产生磁场梯度的梯度线圈，以及用于发射和接收高频信号的、具有多个高频线圈的高频线圈装置，这些部件可以分别由至少一个数字组件和至少一个模拟组件按照一个序列控制，其中，所述模拟组件设置在控制所述数字组件的控制计算机之外。

背景技术

现代磁共振设备包括多个部件，它们必须在测量过程的框架内、即特别是在一个序列内在考虑固定的时间依赖关系的情况下受到控制。属于这些部件的例如有：用于产生基本磁场的磁场发生单元，用于产生磁场梯度的梯度线圈，以及用于发射和接收高频信号的、具有多个高频线圈的高频线圈装置。由于这些部件通常被模拟地驱动，但控制却是数字地执行的，因而在对这些部件的控制路线上设有数字组件和模拟组件。

如果考虑到高频线圈装置的示例性情形，那么通常在发射组件和接收组件之间进行区分。模拟接收组件包括例如一种用来首先对所接收信号进行解调的电子部件。此外，信号通过A/D转换器转换成接收数字信号。在数字接收组件内，接收数字信号被数字地解调并被进一步处理。为此，需要频率发生单元(多数情况下是NCO，数字控制振荡器)的信号，以及中间频率。这种接收组件能够例如处理一定数目的接收通道。

根据对于测量方法起决定作用的、对时间表的遵守，其中每个部件都必须在一个精确的特定时间执行特定的动作，因此，提出了一种集中控制概念，其中将数字组件集成在控制计算机中。利用控制计算机的系统时钟以及在必要时利用时钟和时间标记能够建立同步和等时性(Isochronitt)。例如，数字组件可以被构造为能够与控制计算机内的总线相连的模块。

在这种集中组织的控制系统中，必须在设计时考虑将来的最大扩充，因为控制计算机的容量无论在空间上还是针对功率都受到了限制。不过在设计的时间点，这种最大扩充并不是对所有系统功能性(即部件)都可以精确规划的，因为技术发展在快速地进步。

因此，如果扩展可能性不充分，在当前控制系统中通常不利地频繁出现最小装配或者甚至于出现瓶颈。

为解决这一问题，业已公开了若干壁龛解决方案(Nischenlsung)。因此，例如建议在与高频线圈装置有关的激励侧实现克隆设计(Klonkonzept)，其中有多台控制计算机并且将所述控制计算机中的一台作为主计算机而其它计算机作为从计算机布设。这一解决方案在技术上非常耗费成本且不经济，并且仅涉及一个部件的部分方面。对于接收侧也已知这样一种单个的解决方案，其中最终建议一种从控制计算机中撤出的总线扩展。同样因此没有为上述问题给出全面且经济的解决方案。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种磁共振设备，它能够实现更大且成本更低廉的系统可扩充性。

为解决这一技术问题，在本文开头所述类型的磁共振设备中，根据本发明，在控制计算机之外设置数字组件，并将所述数字组件配设给通过其控制的模拟组件，其中，为使数字组件与控制计算机进行通信而设有数据网络，并且为同步数据组件和控制计算机而设有同步网络。

与已知的背景技术相比，数字组件被从控制计算机中排除并设置于其外、例如设置于本身的外壳中。在此，给出了一种与通过其所控制的模拟组件尤其在空间上的对应关系。因此，根据本发明基本上建议，从一个集中的布置过渡到一个分散的布置。由迄今为止已知的总线系统转换为网络系统，使得可能实现近乎无限且同时成本低廉的系统扩充能力，这种系统扩充能力仅仅还受到对应网络的带宽的限制。不过特别有利的是，也可以使网络可缩放地设计。这样就也可以通过网络带宽消除所述限制。

如上所述，在磁共振设备中的精确时间顺序或者说对该时间顺序的遵守是特别关键性的。在根据本发明建议的配置中，控制计算机最终仅起到通信节点的作用，该通信节点对关于下一序列的信息进行解码并具体地为原理上遵守何时要做什么的命令的部件分配控制指令。为了使所述“何时”对所述的每一个数字组件有相同的解释，从而才能够实现正确的序列，一方面必须在控制计算机和数字组件之间有一个公共的系统时钟，另一方必须预先给定一个参考时间。数字组件的同步通过在数据网络之外设置的同步网络实现，通过所述数据网络传输所述控制指令并显然也传输例如测量数据。通过所述同步以及所述相同的参考时间也使得已提到的(特别是NCO的)频率发生单元能够通过包含参数化以及起始时间点的适当控制指令被如下地控制，使得对磁共振测量关键的相关性条件得以遵守。

尤其有利的是，将数据网络构造为至少部分等时的、尤其是等时的网络。为此必须保证在一个特定时间段内的某些数据在网络节点间进行交换。这点通过这种部分等时的或者是等时的网络得以实现。如果例如对特定部件并不需要等时性，那么就出现了一种部分等时的数据网络。在等时网络中或者在部分等时网络的等时部分中，确保了在特定的周期时间窗口内的数据已经到达了它们的特定位置，在此是它们的特定数字组件或者控制计算机。这种时间窗口例如为10μs或者10ms。所有的数字组件都必须在这样的时间窗口内从网络获得它们的相应信息。这点在环形拓扑结构的网络中可以例如是数据包通过整个环的时间，从而相应的数字组件就在数据包通过其时获取其信息。在这种关联中对于控制指令而言重要的是，这些控制指令在各种情况下都在其执行的时间点之前已经到达相应的数字组件并从到达所述时间点起有效。

特别有利的可以是，将至少一个数字组件与至少一个通过其所控制的模拟组件共同安装在一个外部工作设备、尤其是功率放大器内。然后将一个或多个数字组件和所属的模拟组件在结构上组合成一个外部的设备。在梯度线圈或者高频线圈的激励侧的例子中，可以例如将数字组件放置到无论如何都存在的功率放大器外壳里。

适当的是，同步网络可以包括一个设置在控制计算机中的同步组件，该同步组件通过同步导线控制设置在数字组件或工作设备中的同步单元。该同步组件在控制计算机中据此预先给定随后会通过导线分配给相应同步单元的信号。通过同步网络尤其可以传输一个由同步组件产生的系统时钟。这种例如可以为10MHz的系统时钟业已用于现有技术中所采用的集中布置。如果据此按照同一系统时钟对数字组件和控制计算机进行同步，那么可以继续使用已知的电子部件，就好像它还是设置在控制计算机中一样。

如果被构造为部分等时、尤其是等时网络的数据网络的时钟是系统时钟的整数倍，那么就形成了一种非常有利的实施方式。由此可以容易地压制由等时网络造成的干扰信号。此外，在等时网络中可以出现发射和接收单元之间的数据滑动(Datenschlupf)。在另一种实施方式中也可以考虑，至少部分等时的网络的时钟率(Taktrate)精确地与系统时钟相对应。这样，可以例如将控制指令在一个系统时钟内发送给不同的数字组件，并在随后的一个系统时钟内获得其有效性。在这一情形下，除了系统时钟以外的其它时间参考不再是必需的，因为系统时钟本身可以用作时间标记。

为了提供时间参考并且使得控制指令能够按照正确的时间点被执行，在根据本发明的磁共振设备中有多种实施方式是可以考虑的。原理上，在此可以在一个在网络内传输的时间标记以及包含在各个数字组件或同步单元和同步组件内的计时器(尤其是时钟)之间进行区分，所述计时器同步运行并在特定的时间点被设置成相同时间。

因此，可以在系统时钟之外传输一个用于标记参考时间点的时间标记。可以根据本发明按照不同的类型实现对例如可以以规则的、即周期的间隔实现的该时间标记的传输。首先可以考虑的是，在系统时钟上调制该时间标记。在这种情况下，在接收组件中设有一个对应的滤波装置，其可以实现分离。此外，可以通过对系统时钟的幅度提升来实现时间标记。这样做的优点在于，对系统时钟的相位不会出现任何干扰影响。为了完全避免这种干扰影响，也可以使同步网络包括用于传输系统时钟的第一同步导线和用于传输时间标记的第二同步导线。在另一优选实施方式中也可以设置为，可以通过数据网络传输时间标记。不过，在这种情形下必须保证所述时间标记同时(必要时在一个小的、允许的时间公差内)到达数字组件，以便能够维持所述序列顺序和相关性条件。例如如果数据网络具有星形拓扑结构则可以考虑这种实现。

在已经提到的作为替换的实施方式中，数字组件或同步单元以及同步组件可以包括计时器，其中，可以通过同步网络对所有的计时器进行同步并且可以通过该同步网络或数据网络将它们调整至相同的时间。由此在整个控制系统中确定了一个所谓的全局时间，其中根据该时间给出包含在控制指令中的有效时间点。为了调整至相同的时间上，一方面可以设想可以传输一个用于同步重新启动所有计时器的复位信号，另一方面或附加地可以传输一个时间信号，该时间信号包括一个可按所述计时器调整到其上的时间。信号的传输可以基本上按照与传输时间标记时相同的实施方式实现。因此，可以在系统时钟上调制所述信号或者通过系统时钟的幅度提升来实现，所述同步网络包括用于传输系统时钟的第一同步导线和用于传输所述信号的第二同步导线，或者可以通过数据网络来传输所述信号。

不过，也可以将控制计算机构造用于通过使用网络的调整算法来调整所述计时器。这种调整算法是收敛的算法，该算法导致所有的计时器都在系统内指示一个相同的值。后面将描述这种算法的一个例子。因此可以规定，在磁共振设备或网络接通时起动一个学习阶段(Lernphase)。然后控制计算机将当前计时器状态、即当前时钟时间发送给数字组件。数字组件将其计时器设置到到来的时钟时间上，并且将其当前时钟时间发送回控制计算机。控制计算机将到来的时钟时间与它的时钟时间相比较并求出差，然后将所述差的一半加到它的当前时钟时间上并将所得到的值发送给所述数字组件。数字组件再次将其计时器设置到到来的时钟时间上并且将当前时钟时间发送回控制计算机。控制计算机加上上面得到的差并与其当前时钟时间相比较。如果总是还存在一个差，那么就将该差的一半在此加到控制计算机的时钟时间上并将该值发送给数字组件。这些步骤在必要时可以重复，直至若干次循环后所有计时器都已同步运行并指示相同值。

因此，借助于一个被构造为等时网络的数据网络和一个同步网络能够理想地遵守所有时间条件。通过等时网络大致同时地控制所有关键部件。然后，通过系统时钟以及时间标记或计时器的时钟时间保证最终的同步。在这种系统中尤其也可能的是，适当地控制现在分布地存在的频率发生单元、尤其是NCO的频率发生单元，使得高频信号的频率和相位条件、即相关性条件得以保证。

为了防止同步网络中的不同运行时间，同步网络可以具有星形拓扑结构，该结构理想地适于尽可能地防止不同的运行时间。这种星形拓扑结构可以例如通过至少一个分路器(Splitter)实现，通过该分路器可以将信号同时提供给不同的导线。

数据网络可以具有树形拓扑结构或者环形拓扑结构或者星形拓扑结构。通常由于较低的连接成本而采用环形拓扑结构。

作为部件可以在已经说明的部件之外还提供填隙片系统(Shimsystem)和/或监控系统和/或线圈接口。也可以在根据本发明的控制系统中毫无困难地集成在磁共振设备的运行框架内被控制的其它部件。

附图说明

根据下面描述的实施例并结合附图给出了本发明的其它优点和细节。在附图中：

图1示出了根据本发明的磁共振设备，

图2示出了按照第一实施方式的根据本发明的磁共振设备的控制系统，

图3示出了按照第二实施方式的根据本发明的磁共振设备的控制系统，

图4示出了按照第三实施方式的根据本发明的磁共振设备的控制系统。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明的磁共振设备1。该磁共振设备包括磁铁单元2，在该磁铁单元中也构造有患者容纳空间3，在该患者容纳空间内在同心(Isozentrum)中产生尽可能均匀的磁场。此外，磁共振设备1包括多个部件4，它们在此仅仅被示意地示出。在这种情况下，部件4包括磁场发生单元5、梯度线圈6、高频线圈装置7、用于改善磁场均匀度的填隙片系统8、用于一般的监控任务的监控系统9、以及线圈接口10。在这种情况下，部件4分别被配设给一个工作设备11。不过也可以考虑这样的格局，其中为多个部件4配设一个工作设备11或者为一个部件4配设多个工作设备11。工作设备11包含不同的单元，它们可以包括例如控制单元、供电单元、测量单元等。尤其在工作设备11中分别包含至少一个数字组件12和至少一个为该数字组件配设的模拟组件13，它们根据一个序列控制所述部件4。为清楚起见，仅在两个外部显示的工作设备11内显示模拟组件13和数字组件12。工作设备也可以完成其它功能。例如用于高频线圈装置7和/或梯度线圈6的工作设备11可以是相应的功率放大器。

另外提供一种控制计算机，该控制计算机例如从外部(例如操纵单元15或外部计算机16)得到待执行的序列。

显然，数字组件12设在控制计算机14外部并被配设给受其控制的模拟组件13，两者在这种情况下被安装在一个共同的工作设备11内。为了进行通信，数字组件12和控制计算机14构成两个网络、即数据网络和同步网络，现在结合用于不同实施例的图2至图4对它们进行详细说明。

图2示出了根据第一实施方式的磁共振设备1的控制系统。控制计算机14在此通过不同的网络(即，具有环形拓扑结构的等时数据网络17和具有星形拓扑结构的同步网络18)与数字组件12联网。

在工作设备11中，分别包含至少一个模拟组件13和至少一个数字组件12，其中，在下面一行左侧设置的工作设备11中示出了另一种可能的格局，即，存在两个分别具有为其配设的模拟组件的数字组件12或者存在一个具有两个为其配设的模拟组件13的数字组件12。当然，其它的格局也是可以考虑的。

因此，例如可能的是，将不同的、由至少一个数字组件12和至少一个模拟组件13组成的功能单元分别配设给不同的接收通道，其中，这些功能单元的每一个都可以被设置在工作设备11内。这种接收功能单元通常被标记为“ RX”，而发射单元被标记为“TX”。不过也可以考虑，将所有这些功能单元配设给一个唯一的工作设备11。同样还可以考虑，用一个数字部件12控制多个部件4，从而为这些部件4也只配设一个工作设备11。据此，各个功能在各个数字组件12和工作设备11上的任意分布都是可能的，其中将这些功能全都从控制计算机14中去除。

在控制计算机14中，主要要区分两个功能单元，即按照适当的控制指令C建立从所谓的对象中建立序列的电子部件19，所述控制指令通过等时数据网络17被发送给数字组件12。在此，对象是部件4对在特定时间点的所期望行为的定义。

为了能够遵守对于磁共振设备1关键的时间点，必须一方面在控制计算机14和数字组件12内出现相同的系统时钟S，以及确定控制指令C何时有效的参考时间。为了实现同步，提供了同步网络18。其包括设置于控制计算机14内的同步组件20，该同步组件包括一个产生例如10MHz的系统时钟S的时钟发生器。通过同步导线21将该系统时钟S传递到各数字组件12内的同步单元22。由于同步网络18的星形拓扑结构，这些信号也同时到达全部提供系统时钟S的同步单元22。在此，这些同步单元22包含在数字组件12内，不过也可以在一个工作设备11内有多个数字组件12的情况下使该工作设备仅包括一个同步单元22。

同步网络18的星形拓扑结构可以由一个分路器23实现，在此，也可以设有多个级联的分路器。

等时网络17将控制指令C传输给数字组件12，该数字组件包括用于执行期望功能的特定电子部件24。电子部件24可以例如包含一个NCO，尤其是在发射和接收系统的情况下。这样，有关该NCO的控制指令包含例如它的参数化和要启动参数化的时间点。控制指令C通过等时数据网络17这样发送，使得该控制指令在各种情况下都在相应的数字组件12执行或有效的时间点之前达到该数字组件。这点通数据网络17的等时性实现，其中环形循环在此基本上在一个(等时网络17的时间时钟的)周期性地重复出现的时间间隔内完成。在所示实例中，控制指令C沿顺时针方向穿过该环传送，其中，各个数字组件12相互接续地取出其控制指令C以及其它数据，并且在必要时在该环上给出自身的数据。然后，基本上从该环的一个循环中确定等时数据网络17的时间时钟。

为了也在正确的时间点执行控制指令C，在图2所示实施例中也传输一个时间标记T。该时间标记表示一个参考时间点，根据其可以确定何时控制指令C有效。时间标记T在此也通过同步网络18传输，其中，该时间标记或者可以被调制在系统时钟S上、或者可以通过对系统时钟S的幅度提升而被编码。在第一种情况下，在同步单元22中还需要有滤波器，以便将信号再次分离。理论上也可以考虑，通过数据网络17传输时间标记T，不过这时星形拓扑结构会更合适，以便时间标记T可以在同一时间到达所有数字组件12。

等时数据网络17的时间时钟与系统时钟S的整数倍相对应。因此降低了干扰效应。理论上也可以考虑，将等时数据网络17的时间时钟与系统时钟S相对应。这样，可以在该系统时钟S内就传输要在下一系统时钟S期间执行的控制指令，其中，系统时钟S本身可以用作参考时间。这样就不不需要时间标记T了。

在下面的实施例中，相同的附图标记表示控制系统的相同组成部分。为简化起见，仅对有改动的特性加以说明。

图3所示实施例与图2所示实施例的区别仅在于时间标记T的传输类型。在此，同步导线包括用于传输系统时钟S的第一同步导线21a以及用于传输时间标记T的第二同步导线21b。由此，可以不对系统时钟S造成干扰影响。

在图4中示出了第三实施例。其中，等时数据网络17并未构造为环，而是构造为具有两分支的树形拓扑结构的双向网络。在此，可以例如将下面的分支构造用于接收任务，而将上面的分支用于发射任务和其它任务。

此外，数字组件12的同步单元22包括一个计时器25，另一计时器25被设在控制计算机14的同步组件20内。控制系统现在这样构造，使得计时器25全部彼此同步，并指示同一时间。此外，复位信号U和时间信号V可以通过同步网络18被传输给同步单元22的计时器25。复位信号U使计时器25复位，从而使得其全部重新启动。时间信号V包括将计时器25设定在其上的时间。这样，计时器25的相同设定是可能的。通过系统时钟S再次实现同步。

显然也可能通过等时数据网络17传输信号U、V。作为替代，也可能提供用于系统时钟S的第一同步导线21a和用于信号U、V的第二同步导线21b，如在图3中已经示出的那样。

对时钟的相同设定不必一定要如在此示出的那样通过信号U、V实现，而是也可以使用一种尤其通过数据网络17工作的调整算法实现，在此可以使用各种收敛的算法。

在所有实施例中，网络17、18被可缩放地设计，使得它的带宽可以被任意地展宽。

Claims (21)

1.一种带有若干部件(4)的磁共振设备，这些部件包括：用于产生基本磁场的磁场发生单元(5)，用于产生磁场梯度的梯度线圈(6)，以及用于发射和接收高频信号的、具有多个高频线圈的高频线圈装置(7)，这些部件(4)可以分别由至少一个数字组件(12)和至少一个模拟组件(13)根据一个序列进行控制，其中，所述模拟组件(13)被设置在控制所述数字组件(12)的控制计算机(14)之外，其特征在于，所述数字组件(12)被设置在所述控制计算机(14)之外并且被配设给如果该数字组件所控制的模拟组件(13)，其中，为了使所述数字组件(12)与该控制计算机(14)进行通信而提供一个数据网络(17)，为了该数字组件(12)和该控制计算机(14)的同步而提供一个同步网络(18)。

2.根据权利要求1所述的磁共振设备，其特征在于，所述数据网络(17)被构造为一种至少部分等时的、特别是等时的网络。

3.根据权利要求1或2所述的磁共振设备，其特征在于，至少一个数字组件(12)与至少一个通过其所控制的模拟组件(13)被共同安装在一个外部工作设备(11)内，尤其是在功率放大器内。

4.根据上述任一项权利要求所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步网络(18)包括一个设置在所述控制计算机(14)中的同步组件(20)，该同步组件通过同步导线(21，21a，21b)控制设置在所述数字组件(12)或工作设备(11)内的同步单元(22)。

5.根据权利要求4所述的磁共振设备，其特征在于，可以通过所述同步网络(18)传输一个由所述同步组件(20)产生的系统时钟(S)。

6.根据权利要求5所述的磁共振设备，其特征在于，所述被构造为部分等时的、尤其是等时的网络的数据网络(17)的时间时钟是所述系统时钟(S)的整数倍。

7.根据权利要求5或6所述的磁共振设备，其特征在于，可以另外传输一个用于标记参考时间点的时间标记(T)。

8.根据权利要求7所述的磁共振设备，其特征在于，所述时间标记(T)被调制在所述同步时钟(S)上或者是通过该系统时钟(S)的幅度提升来实现。

9.根据权利要求7所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步网络(18)包括用于传输所述系统时钟(S)的第一同步导线(21a)和用于传输所述时间标记(T)的第二同步导线(21b)。

10.根据权利要求7所述的磁共振设备，其特征在于，可以通过所述数据网络(17)传输所述时间标记(T)。

11.根据权利要求5或6所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步单元(22)和所述同步组件(20)包括计时器(25)，其中，所有的计时器(25)都可以通过所述同步网络(18)进行同步并且可以通过所述同步网络(18)或所述数据网络(17)被调整到相同的时间上。

12.根据权利要求11所述的磁共振设备，其特征在于，可以传输一个用于同步地重新启动所有计时器(25)的复位信号(U)。

13.根据权利要求11或12所述磁共振设备，其特征在于，可以传输一个包括一个时间的时间信号(V)，其中，所述计时器(25)可以被调整到该时间上。

14.根据权利要求12或13所述的磁共振设备，其特征在于，所述信号(U，V)被调制在所述同步时钟(S)上或者是通过对所述系统时钟(S)的幅度提升来实现。

15.根据权利要求12或13所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步网络(18)包括用于传输所述系统时钟(S)的第一同步导线(21a)和用于传输所述信号(U，V)的第二同步导线(21b)。

16.根据权利要求12或13所述的磁共振设备，其特征在于，可以通过所述数据网络(17)传输所述信号(U，V)。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述控制计算机(14)被构造用于，通过一种利用网络(17，18)的调整算法来调整所述计时器(25)。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述网络(17，18)被可缩放地设计。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步网络(18)具有一种星形拓扑结构。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述数据网络(17)具有一种树形拓扑结构或环形拓扑结构或星形拓扑结构或任意混合形式。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述部件(4)还包括填隙片系统(8)和/或监控系统(9)和/或线圈接口(10)。

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