DE102012213948B4

DE102012213948B4 - Vorrichtung, Verfahren und System zur Steuerung von bildgebenden Verfahren und Systemen

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Publication number: DE102012213948B4
Application number: DE102012213948.6A
Authority: DE
Inventors: Swen Campagna
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: US9733319B2; DE102012213948A1; US20140046617A1

Abstract

Steuervorrichtung (20, 30) eines bildgebenden Systems, umfassend:- einen Computer (100) mit Kommunikations-Schnittstellen (1101-110n) zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems; und- Komponenten (2001-200n) jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle (2101-210n) zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems;- wobei die Kommunikations-Schnittstellen (2101-210n) der Komponenten (2001-200n) jeweils über eine Verbindung (3001-300n) mit einer Schnittstelle (1101-110n) des Computers (100) verbunden sind; und- eine sendende Komponente (2001-200n) Daten über den Computer (100) an eine empfangende Komponente (2001-200n) zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten (2001-200n) überträgt und- wobei die empfangende Komponente (2001-200n) die Informationen bei dem Computer (100) anfordert und der Computer (100) die Anforderung registriert und wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle (210i) einer Komponente (200i) der Komponenten (2001-200n) an eine Datenrate DRider Komponente (200i) angepasst ist.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf den Gebieten der Medizintechnik und der Informationstechnologie und betrifft insbesondere die Steuerung von bildgebenden Verfahren und Systemen, beispielsweise diagnostischen Magnetresonanz-(MR-)Verfahren und MR-Systemen, oder anderen Anlagen.
Die in 1 gezeigte Steuerung 10 eines diagnostischen MR-Systems oder MR-Scanners umfasst einen Computer 100, beispielsweise einen Mess- und Steuercomputer (measurement and reconstruction computer) bzw. ein Mess- und Steuersystem (measurement and reconstruction system, MARS), und n verteilte Komponenten 200₁-200_n und wird als verteilte Steuerung bezeichnet. Die Komponenten 200₁-200_n, beispielsweise für allgemeine Kommunikationsaufgaben, zur Ansteuerung von Gradienten einer Gradientenanordnung (gradient array), zur Ansteuerung einer Sendeeinheit (transmitter unit, TX unit) und zur Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen in der Sendeeinheit oder zur Ansteuerung einer Empfangseinheit (receiver unit, RX unit) und zur Digitalisierung von Hochfrequenz-(HF-)Empfangssignalen in der Empfangseinheit, können somit möglichst nahe an der jeweiligen Einheit des diagnostischen MR-Systems angeordnet werden, beispielsweise im Kontrollraum, Untersuchungsraum oder Ausrüstungsraum. Einerseits können einer Einheit mehrere Komponenten 200₁-200_n zugeordnet sein. Anderseits kann eine Komponenten 200₁-200_n mehreren Einheiten zugeordnet sein.
Der Computer 100 umfasst n Kommunikations-Schnittstellen (ports) 110₁-110_n, einen Prozessor 120 und Speicher 130. Die n Komponenten 200₁-200_n umfassen jeweils eine Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n, die zur Übertragung von Instruktionen und Ergebnisdaten über eine Computer-Verbindung 300₁-300_n mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden ist, sowie zwei Kommunikations-Schnittstellen 240₁-240_n, 250₁-250_n, die zur Übertragung von Informationen jeweils über eine Komponenten-Verbindung 400_1-2-400_n-1 mit einer entsprechenden Schnittstelle 250₁-250_n, 240₁-240_n einer Komponente 200₁-200_n, die (logisch) benachbart angeordnet ist, verbunden ist, sodass die n Komponenten 200₁-200_n ringförmig, beispielsweise zu einem unidirektionalen oder bidirektionalen MR-Steuerring (MR-control ring), miteinander verbunden sind. Somit können beliebige Komponenten 200₁-200_n Informationen direkt untereinander austauschen. Beispielsweise müssen die Komponenten zur Gradienten- und HF-Sendepulsansteuerung Informationen in extrem kurzer und exakt verlässlicher Zeit austauschen. Der Computer 100 erzeugt mittels des Prozessors 120 und eines in dem Speicher 130 abgelegten Programms für eine MR-Messung durch eine sogenannte Sequenz Instruktionen, die an die verschiedenen Komponenten 200₁-200_n übertragen werden, und verarbeitet Ergebnisdaten, die von den Komponenten 200₁-200_n erzeugt und an den Computer 100 übertragen worden sind.
Im Stand der Technik war es erforderlich, die n Komponenten 200₁-200_n untereinander zu verbinden, um ihnen den Austausch von Informationen untereinander zu ermöglichen. Für n Komponenten 200₁-200_n umfassen die n Komponenten 200₁-200_n 3n Schnittstellen 210₁-210_n, 240₁-240_n, 250₁-250_n, und der Computer 100 umfasst n Schnittstellen 110₁-110_n. Weiterhin umfasst die Steuerung 10 für n Komponenten 200₁-200_n n Computer-Verbindungen 300₁-300_n und n Komponenten-Verbindungen 400_1-2-400_n-1. Somit umfasst die Steuerung 10 insgesamt 4n Schnittstellen 110₁-110_n, 210₁-210_n, 240₁-240_n, 250₁-250_n und 2n Verbindungen 300₁-300_n , 400_1-2-400_n-1. Bei der Übertragung von Informationen im Steuerring sind bei n Komponenten 200₁-200_n im besten Fall (best case) eine Übertragung (Sprung, Hüpfer, hob) von einer Komponente 200₁-200_n zu einer direkt benachbarten Komponente 200₁-200_n und im schlechtesten Fall (worst case) bei bidirektionalem Steuerring n/2 Übertragungen oder bei unidirektionalem Steuerring n-1 Übertragungen von einer Komponente 200₁-200_n zu einer (logisch) entferntesten Komponente 200₁-200_n erforderlich. Da jede Komponente 200₁-200_n eine Datenrate DR_i erzeugen kann, beträgt die maximale Gesamtdatenrate im schlechtesten Fall
DR_max = Summe (DR_i), wobei jede der Komponenten 200₁-200_n und insbesondere ihre Kommunikations-Schnittstellen 240₁-240_n, 250₁-250_n die maximale Gesamtdatenrate DR_max bewältigen können müssen.
Nachteilig bei der Steuerung 10 gemäß des Stands der Technik sind die große Zahl von Kommunikations-Schnittstellen, die große Zahl von Verbindungen, eine hohe Latenz und eine hohe erforderliche Übertragungsgeschwindigkeit zur Bewältigung der Datenrate im Steuerring.
Aus der Druckschrift EP 1 043 671 A2 ist eine Nachrichtenverteileinrichtung und ein Verfahren zur Nachrichtenverteilung bekannt, die die Fähigkeiten eines Nachrichtenverteildienstes auf heterogene Netzwerke und Datenendgeräte erweitert. Die Nachrichtenverteileinrichtung verändert den Inhalt einer Nachricht, um sie an die Fähigkeit des Datenendgerätes anzupassen. Die Nachrichtenverteileinrichtung erkennt dazu Eigenschaften der Nachricht und wählt danach einen Bearbeitungsprozess aus, an den sie die Nachricht weiterleitet. Die von dem Bearbeitungsprozess verarbeitete Nachrichten wird an den Teilnehmer versandt.
In Wikipedia
(http://web.archive.org/web/20120726061928/http://de.wikipedi a.org/wiki/RWin) wird das TCP Receive Window beschrieben. Die TCP Receive Window Size („Empfangsfenstergröße“), ist ein Parameter, der die Funktion des Netzwerkprotokolls Transmission Control Protocol (TCP) steuert. Sie beschreibt die maximale Datenmenge, die ein Computer empfangen kann, ohne Daten bestätigen zu müssen. Im Umkehrschluss ist es also die maximale Datenmenge, die ein Computer senden kann, ohne auf eine Empfangsbestätigung (TCP ACK, von engl. acknowledgment = Bestätigung) des Empfängers warten zu müssen. Damit ist sichergestellt, dass der Empfangsspeicher (Puffer) des Empfängers nicht überläuft, da dieser nie mehr Daten am Stück empfängt, als er dem Sender durch Übermittlung seiner aktuellen Empfangsfenstergröße erlaubt hat. Erst wenn der Empfänger Daten bestätigt (und damit aus dem Puffer entfernt) hat, sendet der Sender die nächsten Daten.
Aus der Druckschrift EP 1 043 671 A2 ist eine Magnetresonanzanlage mit einer Mehrzahl von Komponenten, darunter einer Grundmagnetfelderzeugungseinheit, Gradientenspulen sowie einer Hochfrequenzspulenanordnung bekannt. Die Komponenten sind jeweils durch wenigstens eine Digitalbaugruppe und wenigstens eine Analogbaugruppe gemäß einer Steuersequenz ansteuerbar, wobei die Analogbaugruppen extern zu einem die Digitalbaugruppen ansteuernden Steuerrechner angeordnet sind. Die Digitalbaugruppen sind ebenfalls extern zum Steuerrechner angeordnet und der oder den darüber angesteuerten Analogbaugruppe(n) zugeordnet. Dabei sind die Digitalbaugruppen zur Kommunikation der Digitalbaugruppen untereinander und/oder mit dem Steuerrechner durch folgende Netzwerke vernetzt:

- ein synchrones erstes Netzwerk (SN) zur Synchronisierung der Digitalbaugruppen (30, 30M),
- ein isochrones oder teil-isochrones zweites Netzwerk (IN),
- ein drittes Netzwerk (MN),

Die Druckschrift STANG, Pascal P. [et al.] Medusa: A Scalable MR Console Using USB (Medical lmaging, IEEE Transactions im Februar 2012, 31. Jg., Nr. 2, S. 370- 379) beschreibt eine skalierbare, modulare Architektur für große MR-Systeme mit einer Vielzahl an Empfangskanälen. Das vorgeschlagene System Medusa beschreibt eine offene Systemarchitektur, die USB-Verbindungen (Typ 1.1 und 2.0) zur Skalierung nutzt, verbunden mit verteilter Verarbeitung und Speicherung, um die erforderlichen hohen Datenraten und Synchronität in einem Mehrkanal-MR-System zu erreichen.
Ein vergleichbares System wird auch in der Druckschrift STANG, Pascal P. [et al.]: A USB Approach to Scalable Design of MRI Systems (ISMRM 13th Sei. Meeting, Miami Beach, FL, USA, 2005. S. 861) beschrieben.
Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, eine verbesserte Steuerung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden nebengeordneten Ansprüche gelöst, insbesondere durch eine computer-basierte Vorrichtung, durch ein computer-implementiertes Verfahren, durch ein Steuerungssystem, durch ein Computerprogrammprodukt und durch einen Speicher mit einem Computerprogramm.
Nachstehend wird die Lösung der Aufgabe in Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile und/oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können auch das Verfahren, das System, das Computerprogrammprodukt und der Speicher mit den Merkmalen weitergebildet sein, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben und/oder beansprucht sind. Die entsprechenden funktionalen Merkmale der Vorrichtung werden dabei durch entsprechende gegenständliche computer-implementierte Module, insbesondere Mikroprozessormodule des Systems ausgebildet. Die Vorrichtung, das Verfahren und das System können auch als eingebettete Systeme (embedded system) in die Steuerung bzw. das MR-System integriert sein.
Im Folgenden werden die im Rahmen dieser Anmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert.
Ein bildgebendes bzw. bildverarbeitendes System ist ein System, vorzugsweise elektronisches und/oder informationstechnisches System, zur Erfassung, Verarbeitung, Auswertung und/ oder Speicherung von Bildinformationen in Form von Bilddaten. Zur Erfassung der Bildinformationen können beispielsweise akustische Verfahren wie Ultraschall (US), Emissionsverfahren wie Emissionscomputertomographie (ECT) und Positronenemissionstomographie (PET), optische Verfahren, radiologische Verfahren wie Röntgentomographie und Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MR) bzw. Kernspintomographie oder kombinierte Verfahren verwendet werden. Das bildverarbeitende System kann 2-dimensionsale (2D) oder mehrdimensionale wie 3-dimensionale (3D) oder 4-dimensionale (4D) Bilddaten liefern, die vorzugsweise in unterschiedlichen Formaten gespeichert und/oder verarbeitet werden können. Das bildverarbeitende System kann in der Diagnostik, beispielsweise in der medizinischen Diagnostik, verwendet werden.
Ein Speicher umfasst beispielsweise Nur-Lese-Speicher (read-only memory, ROM) wie electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) oder Flash-EEPROM, Schreib-Lese-Speicher (random-access memory, RAM) und Plattenspeicher, wie Festplattenspeicher. Der Speicher kann zum Speichern eines Programms, beispielsweise eines Betriebssystems oder eines Anwendungsprogramms, und/oder Daten, insbesondere Bilddaten, Instruktionsdaten, Konfigurationsdaten, Parameterdaten, Protokolldaten und Sequenzdaten verwendet werden.
Ein Prozessor (central processing unit, CPU) ist beispielsweise ein Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor (digital signal processor, DSP). Der Prozessor, der von dem Programm, das in eine Vielzahl von Programmmodulen aufgeteilt sein kann, gesteuert wird, schreibt Daten in den Speicher, liest Daten aus dem Speicher und verarbeitet die Daten. Der Prozessor kann beispielsweise auch als (Anwendungs-) Feld programmierbare (Logik-) Gatter-Anordnung (Field Programmable Gate Array, FPGA) ausgeführt sein.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30 eines bildgebenden Systems, umfassend einen Computer 100 mit Kommunikations-Schnittstellen 110₁-110_n zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems; und Komponenten 200₁-200_n jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems; wobei die Kommunikations-Schnittstellen 210₁-210_n der Komponenten 200₁-200_n jeweils über eine Verbindung 300₁-300_n mit einer Schnittstelle 110₁-110_n des Computers 100 verbunden sind; und eine sendende Komponente 200₁-200_n Daten über den Computer 100 an eine empfangende Komponente 200₁-200_n zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten 200₁-200_n überträgt.
Durch diesen Aspekt der Erfindung werden die Zahl der Kommunikations-Schnittstellen und die Zahl der Verbindungen reduziert. Für n Komponenten 200₁-200_n umfassen die n Komponenten 200₁-200_n nur noch n Schnittstellen 210₁-210_n, und der Computer 100 umfasst n Schnittstellen 110₁-110_n. Weiterhin umfasst die Steuerung 20 für n Komponenten 200₁-200_n nur noch n Computer-Verbindungen 300₁-300_n . Somit umfasst die Steuerung 20 insgesamt 2n Schnittstellen 110₁-110_n, 210₁-210_n, und n Verbindungen 300₁-300_n . Durch die Einsparung von n Schnittstellen und n Verbindungen werden die Kosten und Fehleranfälligkeit der Steuerung 20 erheblich reduziert, da weniger Einrichtungen vorhanden sind, die beschädigt werden können oder ausfallen können.
Weiterhin erfordert die Übertragung von Informationen zwischen zwei Komponenten 200₁-200_n immer nur exakt zwei Übertragungen, nämlich von der sendenden Komponente (Quellen-Komponente) zum Computer 100 und vom Computer 100 zu der empfangenden Komponente (Senken-Komponente), und zwar unabhängig von der Zahl n von Komponenten 200₁-200_n in der Steuerung 20. Somit ist die Latenz konstant und unabhängig von der Anzahl der Komponenten 200₁-200_n. Da jede Komponente 200₁-200_n, die eine Datenrate DR_i erzeugen kann, nur mit dem Computer 100 verbunden ist, müssen jede der Komponenten 200₁-200_n und insbesondere ihre Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n sendeseitig nur die Datenrate DR_i bewältigen können, und zwar unabhängig von der Zahl der Komponenten 200₁-200_n in der Steuerung 20. Jede der Komponenten 200₁-200_n, die Daten empfangen kann, und insbesondere ihre Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n müssen empfangsseitig nur eine Datenrate bewältigen können, die für sie relevant ist. Da die Art der zu empfangenden Informationen bekannt ist, kann die Komponenten 200₁-200_n dementsprechend ausgelegt und implementiert werden. Dabei ist die empfangsseitige Datenrate in der Regel kleiner oder viel kleiner als die maximale Datenrate DR_max. Obwohl der Computer 100 die maximale Datenrate DR_max bewältigen können muss, ergibt sich eine reduzierte Latenz und eine reduzierte erforderliche Übertragungsgeschwindigkeit. Daraus ergibt sich eine größere Skalierbarkeit der Steuerung 20, die eine zentrale Eigenschaft für die Systemarchitektur einer Steuerung 20 ist. Außerdem ergibt sich eine größere Anpassbarkeit und verbesserte Aktualisierbarkeit.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, wobei die empfangende Komponente 200₁-200_n die Informationen bei dem Computer 100 anfordert; und der Computer 100 die Anforderung registriert.
Durch diesen Aspekt der Erfindung kann der Computer 100, bei dem alle Informationen ohnehin eingehen, die Informationen an die empfangende Komponente übertragen, die die jeweiligen Informationen benötigt, ohne das die empfangende Komponente die sendende Komponente kennen muss.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle 210_i einer Komponente 200_i der Komponenten 200₁-200_n an eine Datenrate DR_i der Komponente 200_i angepasst ist.
Durch diesen Aspekt der Erfindung wird die Schnittstelle 210₁-210_n der Komponente 200₁-200_n so ausgelegt, dass sie die Datenrate DR_i, die die Komponente 200₁-200_n erzeugt, übertragen kann. Durch Anpassung der Schnittstelle 210₁-210_n an die Datenrate DR_i wird eine Überdimensionierung vermieden und werden die Kosten der Komponente 200₁-200_n erheblich reduziert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle 110_i des Computers 100, die mit der Kommunikations-Schnittstelle 210_i der Komponente 200_i verbunden ist, an die Datenrate DR_i der Komponente 200_i angepasst ist.
Durch diesen Aspekt der Erfindung wird die Schnittstelle 110₁-110_n des Computers 100 so ausgelegt, dass sie die Datenrate DR_i, die die darüber verbundene Komponente 200₁-200_n erzeugt, übertragen kann. Durch Anpassung der Schnittstelle 110₁-110_n an die Datenrate DR_i wird eine Überdimensionierung vermieden und werden die Kosten des Computers 100 erheblich reduziert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, wobei der Computer 100 übergreifende Aufgaben, beispielsweise Steuerung und Überwachung der Informationen, zentral ausführt.
Durch diesen Aspekt der Erfindung werden neue Funktionalitäten, beispielsweise zur Steuerung und Überwachung, realisierbar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, weiterhin umfassend eine Verbindungs-Komponente 500₁ mit Kommunikations-Schnittstellen 510₁, 540₁, 550₁, 560₁, die logisch zwischen dem Computer 100 und einer Gruppe von Komponenten 200₂-200₄ angeordnet ist; wobei die Kommunikations-Schnittstellen 210₂-210₄ der Komponenten 200₂-200₄ der Gruppe jeweils über die Verbindungen 300₂-300₄ mit einer der Schnittstellen 540₁, 550₁ und 560₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ verbunden sind; und die Kommunikations-Schnittstelle 510₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ über die Verbindung 300_n+1 mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden.
Durch diesen Aspekt der Erfindung wird die Anpassbarkeit der Steuerung 20 an den Einzelfall erhöht. Durch die Verbindungs-Komponente 500₁ kann die Übertragung von Informationen zwischen den daran angeschlossenen Komponenten 200₂-200₄ unter gleichzeitiger Entlastung des Computers 100 verbessert werden.
Dieser Aspekt ist unter Verwendung von mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, Verbindungs-Komponenten an verschiedene Topologien, beispielsweise Hierarchien wie rekursive Hierarchien, Netze, und Schichten anpassbar. Beispielsweise kann eine Steuervorrichtung weiterhin eine weitere Verbindungs-Komponente mit Kommunikations-Schnittstellen umfassen, die logisch zwischen dem Computer 100 und der Verbindungs-Komponente 500₁ angeordnet ist; wobei die Kommunikations-Schnittstelle 510₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ über eine Verbindung mit einer Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente verbunden ist; und eine weitere Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente über die Verbindung 300_n+1 mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden. Alternativ kann eine Steuervorrichtung weiterhin eine weitere Verbindungs-Komponente mit Kommunikations-Schnittstellen umfassen, die logisch neben der Verbindungs-Komponente 500₁ angeordnet ist; wobei die Kommunikations-Schnittstellen der Komponenten einer weiteren Gruppe jeweils über die Verbindungen mit einer der Schnittstellen der weiteren Verbindungs-Komponente verbunden sind; und die Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente über eine weitere Verbindung mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung 20, 30, wobei die Verbindungen 300₁-300_n drahtgebunden, drahtlos oder optisch, beispielsweise mittels Lichtwellenleitern LWL, ausgeführt sind.
Durch diesen Aspekt der Erfindung werden die möglichen Übertragungsgeschwindigkeiten erhöht sowie die Kosten und die Störanfälligkeit erheblich reduziert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuersystem 20, 30 eines bildgebenden Systems, umfassend einen Computer 100 mit Kommunikations-Schnittstellen 110₁-110_n zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems; und Komponenten 200₁-200_n jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems; wobei die Kommunikations-Schnittstellen 210₁-210_n der Komponenten 200₁-200_n jeweils über eine Verbindung 300₁-300_n mit einer Schnittstelle 110₁-110_n des Computers 100 verbunden sind; und eine sendende Komponente 200₁-200_n Daten über den Computer 100 an eine empfangende Komponente 200₁-200_n zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten 200₁-200_n überträgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines bildgebenden Systems umfassend einen Computer 100 mit Kommunikations-Schnittstellen 110₁-110_n zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems und Komponenten 200₁-200_n jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems, die Kommunikations-Schnittstellen 210₁-210_n der Komponenten 200₁-200_n jeweils über eine Verbindung 300₁-300_n mit einer Schnittstelle 110₁-110_n des Computers 100 verbunden sind, umfassend Übertragen von Daten von einer sendenden Komponente 200₁-200_n über den Computer 100 an eine empfangende Komponente 200₁-200_n zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten 200₁-200_n.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein Computerprogramm umfasst, das auf einem Datenträger oder auf einem Speicher 130 eines Computers 100 gespeichert ist und das von dem Computer 130 lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach dem vorstehenden Verfahrensanspruch bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer 100 ausgeführt werden.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, die Verfahrensschritte nicht zwangsläufig in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge auszuführen. Statt die von der sendenden Komponente kommenden Informationen direkt an die empfangende Komponente weiterzuleiten, ist es alternativ beispielsweise auch möglich, zunächst den Empfang der Informationen von der sendenden Komponente abzuschließen und die Informationen erst dann an die empfangende Komponente zu senden. In einer weiteren Ausführungsform können die Verfahrensschritte auch ineinander verschachtelt sein (interleaving).
Darüber hinaus ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des vorstehend beschriebenen Verfahrens als einzelne verkaufsfähige Einheiten und restliche Abschnitte des Verfahrens als andere verkaufsfähige Einheiten ausgebildet werden können. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren als verteiltes System auf unterschiedlichen computer-basierten Instanzen (z. B. Client-Server-Instanzen) zur Ausführung kommen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Modul seinerseits unterschiedliche Sub-Module umfasst, die beispielsweise teilweise auf dem Messsystem, teilweise auf dem Rekonstruktionssystem und/oder teilweise auf anderen computer-basierten Instanzen implementiert sind.
Eine weitere Lösung der vorstehenden Aufgabe bezieht sich auf ein Computerprogrammprodukt gemäß dem beiliegenden Anspruch. Eine weitere Aufgabenlösung sieht ein Computerprogramm vor, das Computerinstruktionen umfasst. Die Computerinstruktionen sind auf einem Speicher eines Computers gespeichert und umfassen von dem Computer lesbare Befehle, die zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden. Das Computerprogramm kann auch auf einem Speichermedium gespeichert sein oder es kann über ein entsprechendes Netzwerk von einem Server heruntergeladen werden.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:

1 Eine schematische Darstellung einer bekannten Steuerung.
2 Eine schematische Darstellung einer Steuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
3 Eine schematische Darstellung einer Steuerung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerung 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Steuerung 20 eines bildverarbeitenden Systems oder bildgebenden Scanners umfasst einen Computer 100, beispielsweise einen Mess- und Steuercomputer (measurement and reconstruction computer) bzw. ein Mess- und Steuersystem (measurement and reconstruction system, MARS), und n verteilte Komponenten 200₁-200_n und wird als verteilte Steuerung bezeichnet. Die Komponenten 200₁-200_n, beispielsweise für allgemeine Kommunikationsaufgaben, zur Ansteuerung von Gradienten einer Gradientenanordnung (gradient array), zur Ansteuerung einer Sendeeinheit (transmitter unit, TX unit) und zur Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen in der Sendeeinheit oder zur Ansteuerung einer Empfangseinheit (receiver unit, RX unit) und zur Digitalisierung von Hochfrequenz-(HF-)Empfangssignalen in der Empfangseinheit, können somit möglichst nahe an der jeweiligen Einheit des bildverarbeitenden Systems angeordnet werden, beispielsweise im Kontrollraum, Untersuchungsraum oder Ausrüstungsraum. Einerseits können einer Einheit mehrere Komponenten 200₁-200_n zugeordnet sein. Anderseits kann eine Komponenten 200₁-200_n mehreren Einheiten zugeordnet sein.
Der Computer 100 umfasst n Kommunikations-Schnittstellen (ports) 110₁-110_n, einen Prozessor 120 und Speicher 130. Weiterhin kann der Computer 100 eine Vermittlungseinrichtung 170 umfassen. Die Vermittlungseinrichtung 170 kann in Hardware, beispielsweise als Prozessor, DSP oder FPGA, oder in Software, beispielsweise als Programmmodul, das von dem Prozessor 120 ausgeführt wird, ausgeführt sein.
Die n Komponenten 200₁-200_n umfassen jeweils eine Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n, die zur Übertragung von Instruktionen, Informationen und Ergebnisdaten über eine Computer-Verbindung 300₁-300_n mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden ist. Die Computer-Verbindungen 300₁-300_n können drahtgebunden, drahtlos oder optisch, beispielsweise mittels Lichtwellenleitern (LWL), ausgeführt sein.
Der Computer 100 erzeugt mittels des Prozessors 120 und eines in dem Speicher 130 abgelegten Programms für eine Messung durch eine sogenannte Sequenz Instruktionen, die an die verschiedenen Komponenten 200₁-200_n übertragen werden, und verarbeitet Ergebnisdaten, die von den Komponenten 200₁-200_n erzeugt und an den Computer 100 übertragen worden sind.
Zum Austausch von Informationen zwischen Komponenten 200₁-200_n überträgt eine sendende Komponente 200₁-200_n die Informationen an den Computer 100; und der Computer 100 überträgt die Informationen an eine empfangende Komponente 200₁-200_n. Für die Übertragung kann der Computer 100, beispielsweise mittels der Vermittlungseinrichtung 170, eine direkte Verbindung zwischen der sendenden Komponente 200₁-200_n und der empfangende Komponente 200₁-200_n herstellen oder die zu übertragenden Informationen zunächst von der sendenden Komponente 200₁-200_n empfangen, ggf. verarbeiten, beispielsweise speichern wie zwischenspeichern, zuordnen, analysieren, aufteilen und/oder zusammenführen, und dann an die empfangende Komponente 200₁-200_n senden. Die Informationen können von einer sendenden Komponente 200₁-200_n an mehrere, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, empfangende Komponenten 200₁-200_n übertragen werden. Weiterhin kann eine empfangende Komponente 200₁-200_n Informationen von mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, sendenden Komponenten 200₁-200_n erhalten. Die Informationen können als Daten, beispielsweise in Datenpaketen (data pakets) oder -strömen (data streams), übertragen werden.
Somit können alle Informationen des bildgebenden Systems in dem Computer 100 potentiell verfügbar sein. Eine Komponente 200₁-200_n, die Informationen von einer anderen Komponente 200₁-200_n benötigt, kann die Informationen bei dem Computer 100 anfordern, der die Anforderung registriert und die Informationen nach Übertragung von der anderen Komponente 200₁-200_n an ihn an die anfordernde Komponente 200₁-200_n überträgt. Da der Computer 100 die Informationen vermittelt, genügt es wenn die anfordernde Komponente 200₁-200_n die Informationen spezifiziert; die anfordernde Komponente 200₁-200_n braucht die andere Komponente 200₁-200_n weder zu kennen noch zu spezifizieren.
Weiterhin kann der Computer 100 übergreifende Aufgaben, beispielsweise Steuerung und Überwachung des Systems und der Informationen, zentral ausführen. Die Verfügbarkeit bestimmter Informationen kann, beispielsweise durch ein Rechte-System, geregelt, insbesondere beschränkt, werden.
Eine (maximale) Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle 210₁-210_n der Komponenten 200₁-200_n kann jeweils an eine erforderliche Datenrate DR_i jeder Komponenten 200_i angepasst werden. Weiterhin kann die (maximale) Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 jeweils auf die Übertragungsgeschwindigkeit der korrespondierend verbundenen Kommunikations-Schnittstellen 210₁-210_n der Komponenten 200₁-200_n abgestimmt werden.
Gemäß einer Modifikation der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können eine oder mehrere Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 physisch in einer Schnittstellen-Einheit des Computers 100 angeordnet sein, die räumlich von dem Computer 170 abgesetzt sein kann. Die Schnittstellen-Einheit kann über eine computer-interne Verbindung, beispielsweise eine Peripheral Component Interconnect Express-(PCIe- oder PCI-E-) Verbindung oder -Verlängerung, mit dem Computer 100 verbunden sein. Die Schnittstellen-Einheit kann weiterhin die Vermittlungseinrichtung 170 umfassen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerung 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Steuerung 30 umfasst weiterhin eine Verbindungs-Komponente 500₁. Die Verbindungs-Komponente 500₁ umfasst Kommunikations-Schnittstellen 510₁, 540₁, 550₁ und 560₁ und ist (logisch) zwischen dem Computer 100 und einer Gruppe von Komponenten 200₂-200₄ angeordnet. Die Komponenten 200₂-200₄ der Gruppe sind beispielsweise einer Einheit wie einer TX-Einheit zugeordnet.
Die Komponenten 200₂-200₄ der Gruppe sind jeweils über ihre Kommunikations-Schnittstellen 210₂-210₄ und die Computer-Verbindungen 300₂-300₄ mit einer der Schnittstellen 540₁, 550₁ und 560₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ verbunden. Die Verbindungs-Komponente 500₁ ist wiederum über ihre Kommunikations-Schnittstelle 510₁ und die Computer-Verbindung 300_n+1 mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden. Somit ist beispielsweise nur die Verbindungs-Komponente 500₁ direkt mit dem Computer 100 verbunden. Dies kann einerseits zu einer Entlastung des Computers 100 sowie einer Reduzierung der Latenz bei Übertragungen innerhalb der Gruppe von Komponenten 200₂-200₄ und anderseits zu einer Erhöhung der Latenz bei Übertragungen zwischen einer Komponente 200₂-200₄ der Gruppe und einer Komponente 200₁, 200_n außerhalb der Gruppe führen sowie einem Wegfall der Verfügbarkeit aller Informationen in dem Computer 100 führen.
Durch die Verwendung von mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, Verbindungs-Komponenten lassen sich verschiedene Topologien, beispielsweise Hierarchien wie rekursive Hierarchien, Netze, und Schichten realisieren. Beispielsweise kann eine Steuervorrichtung weiterhin eine weitere Verbindungs-Komponente mit Kommunikations-Schnittstellen umfassen, die logisch zwischen dem Computer 100 und der Verbindungs-Komponente 500₁ angeordnet ist; wobei die Kommunikations-Schnittstelle 510₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ über eine Verbindung mit einer Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente verbunden ist; und eine weitere Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente über die Verbindung 300_n+1 mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden. Alternativ kann eine Steuervorrichtung weiterhin eine weitere Verbindungs-Komponente mit Kommunikations-Schnittstellen umfassen, die logisch neben der Verbindungs-Komponente 500₁ angeordnet ist; wobei die Kommunikations-Schnittstellen der Komponenten einer weiteren Gruppe jeweils über die Verbindungen mit einer der Schnittstellen der weiteren Verbindungs-Komponente verbunden sind; und die Kommunikations-Schnittstelle der weiteren Verbindungs-Komponente über eine weitere Verbindung mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden.

Claims

Steuervorrichtung (20, 30) eines bildgebenden Systems, umfassend: - einen Computer (100) mit Kommunikations-Schnittstellen (110₁-110_n) zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems; und - Komponenten (200₁-200_n) jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle (210₁-210_n) zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems; - wobei die Kommunikations-Schnittstellen (210₁-210_n) der Komponenten (200₁-200_n) jeweils über eine Verbindung (300₁-300_n) mit einer Schnittstelle (110₁-110_n) des Computers (100) verbunden sind; und - eine sendende Komponente (200₁-200_n) Daten über den Computer (100) an eine empfangende Komponente (200₁-200_n) zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten (200₁-200_n) überträgt und - wobei die empfangende Komponente (200₁-200_n) die Informationen bei dem Computer (100) anfordert und der Computer (100) die Anforderung registriert und wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle (210_i) einer Komponente (200_i) der Komponenten (200₁-200_n) an eine Datenrate DR_i der Komponente (200_i) angepasst ist.
Steuervorrichtung (20, 30) nach Anspruch 1, wobei: - eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle (110_i) des Computers (100), die mit der Kommunikations-Schnittstelle (210_i) der Komponente (200_i) verbunden ist, an die Datenrate DR_i der Komponente (200_i) angepasst ist.
Steuervorrichtung (20, 30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei: - der Computer (100) übergreifende Aufgaben, beispielsweise Steuerung und Überwachung der Informationen, zentral ausführt.
Steuervorrichtung (20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: - eine Verbindungs-Komponente (500₁) mit Kommunikations-Schnittstellen (510₁, 540₁, 550₁, 560₁), die (logisch) zwischen dem Computer (100) und einer Gruppe von Komponenten (200₂-200₄) angeordnet ist; - wobei - die Kommunikations-Schnittstellen (210₂-210₄) der Komponenten (200₂-200₄) der Gruppe jeweils über die Verbindungen 300₂-300₄ mit einer der Schnittstellen 540₁, 550₁ und 560₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ verbunden sind; und - die Kommunikations-Schnittstelle 510₁ der Verbindungs-Komponente 500₁ über die Verbindung 300_n+1 mit einer der Schnittstellen 110₁-110_n des Computers 100 verbunden.
Steuervorrichtung (20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: - die Verbindungen 300₁-300_n drahtgebunden, drahtlos oder optisch, beispielsweise mittels Lichtwellenleitern (LWL), ausgeführt sind.
Computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines bildgebenden Systems umfassend einen Computer (100) mit Kommunikations-Schnittstellen (110₁-110_n) zum zentralen Steuern des bildgebenden Systems und Komponenten (200₁-200_n) jeweils mit einer Kommunikations-Schnittstelle (210₁-210_n) zum lokalen Steuern von Einheiten des bildgebenden Systems, die Kommunikations-Schnittstellen (210₁-210_n) der Komponenten (200₁-200_n) jeweils über eine Verbindung (300₁-300_n) mit einer Schnittstelle (110₁-110_n) des Computers (100) verbunden sind, umfassend: - Übertragen von Daten von einer sendenden Komponente (200₁-200_n) über den Computer (100) an eine empfangende Komponente (200₁-200_n) zum Austausch von Informationen zwischen den Komponenten (200₁-200_n), wobei die empfangende Komponente (200₁-200_n) die Informationen bei dem Computer (100) anfordert und der Computer (100) die Anforderung registriert und wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit der Kommunikations-Schnittstelle (210_i) einer Komponente (200_i) der Komponenten (200₁-200_n) an eine Datenrate DR_i der Komponente (200_i) angepasst ist.
Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein Computerprogramm umfasst, das auf einem Datenträger oder auf einem Speicher (130) eines Computers (100) gespeichert ist und das von dem Computer (130) lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach dem vorstehenden Verfahrensanspruch bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer (100) ausgeführt werden.