DE102015221405A1

DE102015221405A1 - Verwaltete Bildrekonstruktion für Bildgebungsverfahren in der Medizintechnik

Info

Publication number: DE102015221405A1
Application number: DE102015221405.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Forman; Rainer Kirsch; Christian Muehlhaeusser; Edgar Müller; Peter Speier
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-04
Also published as: US10275907B2; US20170124730A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten, welches über Zugriff auf freie Kapazitäten von mindestens zwei Rechnern verfügt und deren Verwendung für die Rekonstruktion verwaltet. Um ein besonders zuverlässiges Vorgehen zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten auch basierend auf Algorithmen, die einen überdurchschnittlich großen Arbeitsspeicher beanspruchen, anzugeben, wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein System, das zu einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist und ein Computerprogrammprodukt.
Die Erzeugung medizinischer Bilddaten auf Grundlage von Rohdaten, die mittels eines medizinischen Bildgebungsgerätes, wie beispielsweise eines Magnetresonanzgerätes, akquiriert werden, ist rechenintensiv und stellt hohe Anforderungen an die Rechner, die solche Berechnungen ausführen. Neue Akquisitions- und Rekonstruktionsstrategien, wie zum Beispiel iterative Rekonstruktion, verfolgen das Ziel, geringere Mengen an Rohdaten als herkömmlich zu akquirieren und anhand neuer Rekonstruktionsalgorithmen eine gleichbleibende oder bessere Qualität der Bilddaten zu erzielen. Alternativ kann dadurch auch die Qualität der Bilddaten erhöht werden, während die Menge der akquirierten Rohdaten gleich bleibt. Die Vorteile der Akquisition einer geringeren Datenmenge differieren für unterschiedliche Bildgebungsmodalitäten. In der Computertomographie kann die applizierte Energiedosis mit der Datenmenge korrelieren, in der Magnetresonanztomographie die Akquisitionszeit. In beiden Fällen ist eine Reduktion der Datenmenge vorteilhaft. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Rekonstruktionsalgorithmen sind diese neuen um Größenordnungen rechenintensiver und stellen erheblich höhere Anforderungen an die Arbeitsspeicher der Rechner, die diese Algorithmen ausführen. Es ist erstrebenswert, die Rekonstruktion der Bilddaten innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer abzuschließen und einem Bildbetrachtungsmodul bereitzustellen, um einen reibungslosen klinischen Ablauf zu ermöglichen. Dies erfordert Rechner, die den hohen Ansprüchen der neuen Algorithmen gerecht werden.
Kommerzielle medizinische Bildgebungsgeräte sind unter anderem mit einem Rechner ausgestattet, der die akquirierten medizinischen Rohdaten genau dieses medizinischen Bildgebungsgerätes verarbeitet und diesem in der Regel auch räumlich zugeordnet ist. Die Leistung dieses Rechners ist so ausgelegt, dass dieser an allen erfassten Rohdaten die vom medizinischen Bildgebungsgerät erforderlichen Algorithmen ausführen kann. Entsprechend ist die für die Ausführung des Algorithmus benötigte Zeitdauer genau bestimmt. Da sowohl die Datenmenge als auch der Anspruch der Algorithmen an die Leistung des Rechners stark variiert, ist die Kapazität des Rechners häufig nur gering oder sogar gar nicht ausgelastet, wenn das medizinische Bildgebungsgerät beispielsweise nicht in Betrieb ist.
Es ist bekannt, dass besonders rechenintensive Algorithmen nicht an Rechnern durchgeführt werden, die dem medizinischen Bildgebungsgerät direkt zugeordnet sind, sondern externe Rechner verwenden.
Yarra (http://ktblock.de/yarra) und Meng et al. (Ultrafast and scalable cone-beam CT reconstruction using MapReduce in a cloud computing environment, in Med. Phys. 2011, 38: 6603–6609) sehen als eine Ausgestaltung der Methode vor, dass verschiedene medizinische Bildgebungsgeräte über einen oder mehrere gemeinsame Rechner mit hoher Rechenkapazität verfügen und bei Bedarf darauf zugreifen können.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anmietung von Rechenkapazitäten bei kommerziellen Anbietern (Cloud-Computing, http://de.wikipedia.org/wiki/Cloud_Computing).
Weiterhin kann die Steuerung der Verwendung freier Kapazitäten von mehreren Computern durch das Framework BOINC (http://boinc.berkeley.edu/) erfolgen. Beispielsweise wird BOINC vom Projekt SETI@home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten anzugeben, welches über Zugriff auf freie Kapazitäten von mindestens zwei Rechnern verfügt und deren Verwendung für die Rekonstruktion effizient verwaltet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein System, ein Computerprogrammprodukt und einen computerlesbaren Datenträger, die zur Ausführung des Verfahrens ausgebildet sind, anzugeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

– Erfassung medizinischer Rohdaten eines Untersuchungsobjektes mittels eines ersten medizinischen Bildgebungsgerätes,
– welches über eine Schnittstelle mit einer mindestens zwei Rechner umfassenden Rechnergruppe verbunden ist,
– Bereitstellen eines Rechenverwaltungsmoduls, welches
– mit der Rechnergruppe und dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät verbunden ist,
– die Einhaltung einer garantierten minimalen Leistung für die Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten sicherstellt,
– die freien Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe prüft, bevor es die medizinischen Rohdaten der Rechnergruppe für eine Verarbeitung unter Einhaltung der garantierten minimalen Leistung zuweist, und
– die Zusammenführung der verarbeiteten medizinischen Rohdaten und die Bereitstellung der medizinischen Bilddaten verwaltet.

Das Untersuchungsobjekt kann ein Patient, eine Trainingsperson oder ein Phantom sein. Ein medizinisches Bildgebungsgerät verfügt über einen Steuerrechner, der die Erfassung der medizinischen Rohdaten des Untersuchungsobjektes verwaltet. Des Weiteren verfügt das medizinische Bildgebungsgerät über eine Schnittstelle mit einer Rechnergruppe, welche mindestens zwei Rechner umfasst, die miteinander verbunden sind. Dadurch ist das medizinische Gerät mit den Rechnern der Rechnergruppe verbunden. Der Arbeitsspeicher jedes Rechners ist durch die gegebene Hardware bestimmt und kann für die Erfüllung von Aufgaben, wie beispielsweise Berechnungen vorgegebener Algorithmen, verwendet werden. Ein Teil des Arbeitsspeichers kann auch für interne Aufgaben des Rechners, die seine Funktionalität gewährleisten, verwendet werden. Im Allgemeinen sind Aufgaben temporär und die Verwendung des Arbeitsspeichers unterliegt einer zeitlichen Änderung. Der Teil des Arbeitsspeichers, der nicht für die Ausführung von Aufgaben verwendet wird, ist ungenutzt und trägt zur freien Kapazität des Rechners bei.
Die Rechner der Rechnergruppe haben gemein, dass sie freie Kapazitäten aufweisen können, wenn das Rechenverwaltungsmodul nicht darauf zugreift. Sie unterscheiden sich typischerweise durch die Gründe für deren Anschaffung und die damit verbundenen primären Aufgaben, die durch diese Rechner erbracht werden: Rechner der Rechnergruppe können

– primär für die Visualisierung von medizinischen Bilddaten oder für Verwaltungsaufgaben durch medizinisches Personal verwendet werden,
– als Bestandteil eines medizinischen Bildgebungsgerätes angeschafft worden sein, vorzugsweise um die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten dieses medizinischen Bildgebungsgerätes vorzunehmen,
– oder für die Ausführung von Aufgaben angeschafft worden sein, die ihnen durch das Rechenverwaltungsmodul zugewiesen werden.

Medizinische Bilddaten können Bilder sein, die eine Anatomie eines Untersuchungsobjektes darstellen. Darüber hinaus können medizinische Bilddaten auch quantitative Informationen der Anatomie eines Untersuchungsobjektes enthalten, die in Form von zwei- oder dreidimensionalen Karten zur Visualisierung bereitgestellt werden können. Ebenso können medizinische Bilddaten die Anatomie beispielsweise segmentiert darstellen, also Informationen über Begrenzungen von Funktionseinheiten innerhalb des Patienten enthalten.
Die Verarbeitung medizinischer Rohdaten bezeichnet einen Schritt der Erzeugung medizinischer Bilddaten aus medizinischen Rohdaten. Abhängig vom Umfang der medizinischen Bilddaten kann die Verarbeitung dabei einen Schritt der Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten beschreiben oder weitere Schritte, die beispielsweise die Generierung quantitativer Karten umfassen. Bei der Verarbeitung medizinischer Rohdaten können auch zusätzliche Aufgaben, wie eine Bewegungskorrektur, berücksichtigt werden. Zur Verarbeitung medizinischer Rohdaten können auch sich an die Rekonstruktion anschließende Nachverarbeitungsschritte gehören, wie beispielsweise eine Segmentierung von Funktionseinheiten innerhalb eines Patienten. Weitere Nachverarbeitungsschritte, die die rekonstruierten medizinischen Bilddaten auswerten oder mit weiteren bereitgestellten Informationen kombinieren, sind möglich. Üblicherweise wird für die Verarbeitung medizinischer Rohdaten mehr Arbeitsspeicher benötigt als für die reine Visualisierung der bereits rekonstruierten medizinischen Bilddaten.
Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt ein Rechenverwaltungsmodul, das dazu ausgebildet ist, die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten und die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten zu steuern. Das Rechenverwaltungsmodul ist im Regelfall in Form einer Software ausgestaltet und kann als Algorithmus auf mindestens einem der folgenden Rechner implementiert sein: einem Rechner der Rechnergruppe und dem Steuerrechner des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes. Das Rechenverwaltungsmodul ist mit der Rechnergruppe und dem medizinischen Bildgebungsgerät verbunden. Das Rechenverwaltungsmodul garantiert die Einhaltung einer minimalen Leistung bei der Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten. Die Leistung wird dabei durch einen Parameter beschrieben, der die Fähigkeit, die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten durchzuführen, quantifiziert. Die Quantifizierung kann anhand verschiedener Faktoren vorgenommen werden. Beispielsweise können genannt werden:

– die Dauer, die für die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten benötigt wird,
– die minimale Kapazität der Rechnergruppe, die zur Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten verwendet werden kann.

Ein medizinisches Bildgebungsgerät verfügt in der Regel über mehrere Techniken zur Erfassung medizinischer Rohdaten, die sich, je nach Bildgebungsmodalität, unterschiedlich stark voneinander unterscheiden können. Es können unterschiedlichen Techniken zur Erfassung der Daten auch unterschiedliche Techniken zur Verarbeitung der medizinischen Rohdaten, insbesondere unterschiedliche Rekonstruktionsaufgaben, zugewiesen sein. Die Anforderungen an den Arbeitsspeicher des Rechners kann durch die Art der Rekonstruktionsaufgabe, sowie auch die Menge der zu verarbeitenden medizinischen Rohdaten, bestimmt sein. Die garantierte minimale Leistung kann für jede Rekonstruktionsaufgabe des medizinischen Bildgebungsgerätes identisch sein oder abhängig von der Menge der medizinischen Rohdaten und/oder der Rekonstruktionsaufgabe sein. Die garantierte minimale Leistung kann vom Anwender einmalig oder für jede Rekonstruktionsaufgabe neu definiert werden und dem Rechenverwaltungsmodul übermittelt werden. Alternativ kann auch das Rechenverwaltungsmodul die garantierte minimale Leistung abhängig von der Menge der medizinischen Rohdaten und/oder der Rekonstruktionsaufgabe bestimmen.
Das Rechenverwaltungsmodul überprüft die freien Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe. Dabei soll ermittelt werden, an welchem Rechner oder an welchen Rechnern ausreichend freie Kapazität vorhanden ist, um die medizinischen Rohdaten zu verarbeiten unter Sicherstellung der garantierten minimalen Leistung. Hierfür kennt das Rechenverwaltungsmodul die Anforderungen der Rekonstruktionsaufgabe an den Arbeitsspeicher oder bestimmt diese. Das Rechenverwaltungsmodul entscheidet über die Verwendung der freien Kapazitäten der Rechner und nimmt die Zuweisung der medizinischen Rohdaten entsprechend der Entscheidung vor. Gegebenenfalls werden die medizinischen Rohdaten nicht in der ursprünglich erfassten Form dem Rechner oder den Rechnern der Rechnergruppe zugewiesen, sondern vor Zuweisung durch das Rechenverwaltungsmodul oder das medizinische Gerät verändert oder verarbeitet. Dies kann insbesondere dann zutreffen, wenn verschiedene Verarbeitungsschritte an verschiedenen Rechnern der Rechnergruppe erfolgen. Das Rechenverwaltungsmodul verwaltet die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten zu medizinischen Bilddaten.
Wenn die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten an einem einzigen Rechner der Rechnergruppe erfolgt, kann die Verarbeitung vollständig dort durchgeführt werden, d.h. es kann die Rekonstruktion der Bilddaten in einem Schritt erfolgen, deren Bereitstellung das Rechenverwaltungsmodul verwaltet. Die Zusammenführung der verarbeiteten Bilddaten ist in diesem Fall redundant.
Alternativ kann die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten auch so erfolgen, dass neben der eigentlichen Verarbeitung weitere Schritte zur Generierung von medizinischen Bilddaten notwendig sind. Diese weiteren Schritte können beispielsweise die Zuordnung der medizinischen Rohdaten an mehrere Rechner der Rechnergruppe umfassen und werden durch das Rechenverwaltungsmodul verwaltet. Dieses Vorgehen trifft vorzugsweise dann zu, wenn die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten an verschiedenen Rechnern der Rechnergruppe erfolgt.
Unabhängig von der Verarbeitung verwaltet das Rechenverwaltungsmodul die Bereitstellung der medizinischen Bilddaten. Die Bereitstellung der medizinischen Bilddaten kann darin bestehen, dass die medizinischen Bilddaten in einer Speichereinheit eines Rechners gespeichert werden und/oder auf einem Anzeigemodul angezeigt werden. Die Verwaltung der Bereitstellung der medizinischen Bilddaten durch das Rechenverwaltungsmodul, kann die Ausführung der Bereitstellung der medizinischen Bilddaten durch das Rechenverwaltungsmodul oder eine Veranlassung der Ausführung der Bereitstellung der medizinischen Bilddaten umfassen.
Durch die Garantie einer minimalen Leistung kann die maximale Zeitdauer, die für die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten benötigt wird, vorhergesagt werden. Falls die minimale Leistung nicht direkt über die maximale Dauer, die für die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten benötigt wird, definiert ist, kann das Rechenverwaltungsmodul die Dauer aufgrund der Kenntnisse über die minimale Leistung, die entsprechenden Spezifikationen der Rechnergruppe und die Anforderungen der Rekonstruktionsaufgabe an den Arbeitsspeicher, bestimmen.
Dies hat für den Anwender den Vorteil, dass die maximale Untersuchungsdauer eines Untersuchungsobjektes vorhergesagt werden kann und somit ein zuverlässiger Zeitplan für die medizinische Einrichtung erstellt werden kann. Gegebenenfalls kann auch der zeitliche Ablauf der Patientenuntersuchungen an die Anforderungen an die Rechnergruppe angepasst werden und die Reihenfolge der Erfassung der medizinischen Rohdaten oder die Patientenreihenfolge angepasst werden.
Es sei zu erwähnen, dass die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, dass die Rechnergruppe mit nur einem ersten medizinischen Bildgebungsgerät verbunden ist und dessen medizinische Rohdaten zu Bilddaten verarbeitet. Vielmehr kann auch ein zweites medizinisches Bildgebungsgerät vorhanden sein und zusätzlich zur Erfassung medizinischer Rohdaten eines Untersuchungsobjektes eingesetzt werden. Dieses zweite medizinische Bildgebungsgerät ist über eine zweite Schnittstelle mit der Rechnergruppe verbunden und das Rechenverwaltungsmodul ist mit dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät verbunden. Das Rechenverwaltungsmodul weist die medizinischen Rohdaten, die mit dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät erfasst werden, der Rechnergruppe für die Verarbeitung unter Einhaltung der garantierten minimalen Leistung zu. Die garantierte minimale Leistung kann dabei eine für alle medizinischen Rohdaten und Bildgebungsgeräte gültige Konstante sein oder ein Parameter, der von weiteren Faktoren wie beispielsweise dem medizinischen Bildgebungsgerät, der Rekonstruktionsaufgabe oder der Menge der medizinischen Rohdaten abhängen kann und vom Anwender manuell oder durch das Rechenverwaltungsmodul automatisch bestimmt werden kann.
Die medizinischen Rohdaten umfassen alle die mit dem ersten und dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät erfassten Daten, die noch nicht vollständig zu Bilddaten rekonstruiert wurden.
Der Umfang der zu rekonstruierenden Bilddaten kann dabei vom Anwender oder von einem Algorithmus festgelegt werden und so kann es vorkommen, dass ein Untersuchungsobjekt zunächst mittels dem ersten und dann mittels dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät untersucht wird und die medizinischen Rohdaten beider medizinischer Bildgebungsgeräte zur Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten erforderlich sind.
Ebenso können medizinische Rohdaten, die mit dem ersten und dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät erfasst werden, von verschiedenen Untersuchungsobjekten stammen. Entsprechend ist der Teil der medizinischen Rohdaten, der mittels dem ersten medizinischen Gerät aufgenommen wird unabhängig von dem Teil, der mit dem zweiten medizinischen Gerät aufgenommen wird, und das Rechenverwaltungsmodul kann dies bei der Zuweisung der medizinischen Rohdaten an die Rechnergruppe berücksichtigen.
Zusätzlich zum zweiten medizinischen Bildgebungsgerät können weitere medizinische Bildgebungsgeräte mit der Rechnergruppe und dem Rechenveraltungsmodul verbunden sein. Auch diese weiteren medizinischen Bildgebungsgeräte sind zur Erfassung medizinischer Rohdaten ausgebildet. Typischerweise ist ein Großteil oder die Gesamtzahl der medizinischen Bildgebungsgeräte des Klinikbetriebes mit der Rechnergruppe verbunden. Je nach Größe des Klinikbetriebes kann dies bedeuten, dass wenige einzelne oder bis zu hundert medizinische Bildgebungsgeräte mit der Rechnergruppe und dem Rechenverwaltungsmodul verbunden sind. Je mehr medizinische Bildgebungsgeräte zusammengeschlossen sind, desto mehr Rekonstruktionsaufgaben können durch das Rechenverwaltungsmodul mittels der Rechnergruppe bearbeitet werden.
Viele medizinische Rohdaten werden zeitlich unabhängig voneinander aufgenommen und stellen unterschiedlich hohe Anforderungen an den benötigten Arbeitsspeicher. Vorzugsweise ist dieser bei einer höheren Anzahl medizinischer Geräte größer ausgestattet als bei einer geringeren. Es kann vorkommen, dass alle an die Rechnergruppe angeschlossenen medizinischen Bildgebungsgeräte gleichzeitig die Erfassung medizinischer Rohdaten abschließen, deren Rekonstruktion zu medizinischen Bilddaten überdurchschnittlich rechenintensiv ist und damit überdurchschnittlich hohe Anforderungen an den Arbeitsspeicher stellt. Das Rechenverwaltungsmodul weist die Rekonstruktionsaufgaben unter Sicherstellung der garantierten minimalen Leistung an die Rechner der Rechnergruppe zu. Es ist anzunehmen, dass es häufiger als letztgenannt vorkommt, dass nicht alle medizinischen Bildgebungsgeräte gleichzeitig die Erfassung medizinischer Rohdaten abschließen, deren Rekonstruktion zu medizinischen Bilddaten überdurchschnittlich rechenintensiv ist. In diesem Fall stehen durch das Vorhandensein der Rechnergruppe mehr freie Kapazitäten zur Verfügung, als zur Sicherstellung der minimalen garantierten Leistung erforderlich ist, und es können Rekonstruktionsaufgaben schneller abgeschlossen werden, als durch die garantierte minimale Leistung sichergestellt ist.
Dieser Vorteil der gemeinsam genutzten Kapazität der Rechnergruppe wächst, je mehr medizinische Bildgebungsgeräte mit der Rechnergruppe verbunden sind. Da die Bereitstellung von Rechnern mit großem Arbeitsspeicher kostenintensiv ist, ist die durch das Rechenverwaltungsmodul erzielte verbesserte und effizientere Nutzung von Arbeitsspeicher vorteilhaft. Es ist weiterhin denkbar, dass die bereitgestellte Rechenkapazität schwächer als linear mit der Anzahl der medizinischen Geräte oder schwächer als linear mit den Anforderungen der Rekonstruktionsaufgaben an die Kapazität der Rechner steigt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können bei Vorhandensein von mindestens zwei medizinischen Bildgebungsgeräten diese unterschiedlichen Bildgebungsmodalitäten angehören. Beispiele für solche Bildgebungsmodalitäten sind Computertomographen, Magnetresonanzgeräte, Angiographiesysteme, Ultraschall, Positronen-Emissions-Tomographen oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomographen (SPECT).
Da innerhalb eines Klinikbetriebes häufig medizinische Bildgebungsgeräte unterschiedlicher Modalitäten vorhanden sind, können durch die Option der Zusammenfassung verschiedener medizinischer Bildgebungsgeräte eine höhere Anzahl an medizinischen Bildgebungsgeräten mit der Rechnergruppe verbundenen werden. Dadurch kann der Anwender stärker von der durch das Rechenverwaltungsmodul verbesserten Nutzung der bereitgestellten Rechenkapazität profitieren, was kürzere Rekonstruktionszeiten und/oder eine geringere bereitzustellende Kapazität der Rechnergruppe und damit geringere Kosten bewirkt. Ebenso denkbar ist eine Hybrid-Untersuchung eines Untersuchungsobjektes, d.h. die Erfassung medizinischer Rohdaten mittels eines ersten und eines zweiten medizinischen Bildgebungsgerätes, wobei die beiden medizinischen Bildgebungsgeräte unterschiedlichen Modalitäten angehören, beispielsweise der Magnetresonanztomographie und der Positronen-Emissions-Tomographie. Die gemeinsame Verarbeitung der so erfassten medizinischen Rohdaten ermöglicht Hybrid-Aufnahmen, obwohl kein kombinierter Magnetresonanz-Positronen-Emissions-Tomograph vorhanden ist.
Das Rechenverwaltungsmodul ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die medizinischen Rohdaten in mehrere Datenpakete zu teilen, sodass die Datenpakete jeweils Teilmengen der medizinischen Rohdaten enthalten. Das Rechenverwaltungsmodul kann die Datenpakete als eigenständige Einheiten an verschiedene Rechner der Rechnergruppe zuweisen und Teilrekonstruktionen der Datenpakete an den einzelnen Rechnern verwalten, wobei mindestens einer der folgenden Aspekte berücksichtigt wird:

– Anpassung der Datenpakete entsprechend ihrer Verarbeitungsanforderung an die Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe
– einer der Rekonstruktion medizinischer Bilddaten zugewiesenen Priorität,
– Anzahl der Untersuchungsobjekte, von denen medizinische Rohdaten vorliegen,
– Anzahl der medizinischen Bildgebungsgeräte, mit denen die medizinischen Rohdaten aufgenommen werden,
– Akquisitionsverfahren mittels dem die medizinischen Rohdaten erfasst werden,
– Anzahl der Rechner der Rechnergruppe.

Die medizinischen Rohdaten können dem Rechenverwaltungsmodul in verschiedenartiger Form vorliegen, unter anderem abhängig von der Anzahl der medizinischen Bildgebungsgeräte, mit denen sie aufgenommen werden. Das Rechenverwaltungsmodul kann die medizinischen Rohdaten teilen und in Datenpakete, die Teilmengen der medizinischen Rohdaten enthalten, fassen, sodass diese Datenpakete über die Schnittstelle des medizinischen Bildgebungsgerätes oder die Schnittstellen der medizinischen Bildgebungsgeräte an die Rechnergruppe übertragen werden können, um von dieser verarbeitet zu werden. Die Datenpakete können neben der Teilmenge der medizinischen Rohdaten Informationen zu erforderlichen Verarbeitungsschritten dieser Teilmenge und zu den entsprechenden Algorithmen enthalten. Folglich ist jedes Datenpaket eine eigenständige Einheit, die alle Informationen für die Rekonstruktionsaufgabe beinhaltet und an einem Rechner der Rechnergruppe verarbeitet werden kann. Dieser Verarbeitungsschritt trägt zur Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten bei und wird als Teilrekonstruktion bezeichnet. Die Zusammenführung der teilrekonstruierten medizinischen Rohdaten und die Bereitstellung der medizinischen Bilddaten wird durch das Rechenverwaltungsmodul verwaltet.
Das Rechenverwaltungsmodul kann die Teilung der medizinischen Rohdaten unter verschiedenen Aspekten vornehmen, die durch den Anwender gewichtet werden können oder vorgegeben sein können. Die Verarbeitungsanforderung eines Datenpaketes an die Kapazitäten der Rechner kann durch die Menge der Daten und/oder den zugehörigen Algorithmus zur Verarbeitung der Daten bestimmt sein. Das Rechenverwaltungsmodul kann eine den freien Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe angepasste Teilung entsprechend dieser Verarbeitungsanforderung vornehmen. Ein weiterer Aspekt, der die Teilung der Daten beeinflussen kann, ist die der Rekonstruktion bestimmter medizinischer Bilddaten zugewiesene Priorität. Die Priorität kann beispielsweise durch den Anwender bestimmt sein, durch das Rechenverwaltungsmodul, durch die Bildgebungsmodalität, mit der die medizinischen Rohdaten erfasst wurden, oder den Zeitpunkt der Erfassung. Die Priorität kann die Reihenfolge der Rekonstruktionsaufgaben beeinflussen, bzw. fest vorgeben, abhängig von weiteren Aspekten, die das Rechenverwaltungsmodul berücksichtigt.
Nicht nur die Menge der medizinischen Rohdaten, sondern auch die Anzahl der Untersuchungsobjekte oder die Anzahl der medizinischen Bildgebungsgeräte, mit denen die medizinischen Rohdaten akquiriert werden, können die Teilung der medizinischen Rohdaten in Datenpakete bestimmen. Ein weiterer Aspekt ist das Akquisitionsverfahren, mit dem die medizinischen Rohdaten aufgenommen werden. Dies kann sich einerseits auf die Bildgebungsmodalität beziehen, andererseits auch auf eine Technik, die mit einer Bildgebungsmodalität ausgeführt werden kann. Als Beispiel für letzteres können die verschiedenen Sequenzen in der Magnetresonanztomographie erwähnt werden. Die Teilung in Datenpakete kann sich auch nach der Anzahl der Rechner der Rechnergruppe richten. Das Rechenverwaltungsmodul kann jedem Rechner ein Datenpaket oder mehrere zuweisen.
Eine besonders effiziente Teilung in Datenpakete kann dadurch gekennzeichnet sein, dass beispielsweise die Dauer für sämtliche Rekonstruktionsaufgaben minimiert wird. Alternativ kann das Rechenverwaltungsmodul bei Sicherstellung der minimal garantierten Leistung die Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe gleichmäßig auslasten oder zusätzlich garantieren, dass Rekonstruktionsaufgaben, die überdurchschnittlich rechenintensiv sind und eine überdurchschnittlich große freie Kapazität benötigen, jederzeit durchgeführt werden können. Dies kann je nach Wahl oben genannter Aspekte durch das Rechenverwaltungsmodul gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Rechenverwaltungsmodul dazu ausgebildet, die medizinischen Rohdaten, die für die Rekonstruktion einer einzigen medizinischen Abbildung benötigt werden, einem einzigen Rechner der Rechnergruppe zuzuweisen, welcher die medizinischen Rohdaten verarbeitet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die medizinischen Rohdaten von einem Untersuchungsobjekt stammen und mit einem medizinischen Bildgebungsgerät erfasst werden. Die Größe der Rekonstruktionsaufgabe ist bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung durch die maximale freie Kapazität begrenzt, die ein Rechner der Rechnergruppe aufweist. In diesem Fall kann das Rechenverwaltungsmodul die medizinischen Rohdaten und den Algorithmus für die Verarbeitung als ein Datenpaket dem Rechner zuweisen. Verfahrensschritte für die Zusammenführung der verarbeiteten Daten entfallen und die medizinischen Bilddaten können direkt von dem Rechner, der die Rekonstruktion durchführt, bereitgestellt werden oder das Rechenverwaltungsmodul übernimmt die Bereitstellung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rechenverwaltungsmodul nach Prüfung der Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe eine Entscheidung vornimmt, ob die medizinischen Rohdaten geteilt und in mindestens zwei Datenpaketen zusammengefasst an mehr als einen Rechner der Rechnergruppe zugewiesen werden oder ob die medizinischen Rohdaten einem Rechner zugeteilt werden, der die Verarbeitung vollständig vornimmt. Dieser aktive Entscheidungsschritt kann sicherstellen, dass alle Optionen für die Rekonstruktion der Bilddaten berücksichtigt werden und die gewünschte Optimierung (z.B. Rekonstruktionsdauer oder maximale Auslastung der Kapazität der Rechnergruppe) bestmöglich erfüllt wird. Insbesondere können Rekonstruktionsaufgaben, die eine hohe Kapazität beanspruchen, bevorzugt durch das Rechenverwaltungsmodul mehreren Rechnern zugewiesen werden, während Rekonstruktionsaufgaben, die eine durchschnittliche oder geringere als durchschnittliche Kapazität beanspruchen, an einem Rechner verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass im Vergleich zu einem zweiten Rechner der Rechnergruppe ein erster Rechner der Rechnergruppe dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät direkter zugewiesen ist und der erste Rechner dazu ausgebildet ist, ohne Einschaltung des Rechenverwaltungsmoduls die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten, die mittels dem ersten medizinischen Gerät aufgenommen werden, vorzunehmen. Beispielsweise ist dies zutreffend, wenn das erste medizinische Bildgebungsgerät über einen Rekonstruktionsrechner verfügt, der auch in Abwesenheit der Rechnergruppe die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten vornehmen kann. Der erste Rechner ist mit dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät über eine erste Schnittstelle verbunden. Dieser erste Rechner ist typischerweise Teil der Ausstattung des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes und wurde gemeinsam mit diesem zur Rekonstruktion dessen medizinischer Bilddaten erworben.
Durch die Einbindung des ersten Rechners in die Rechnergruppe kann das Rechenverwaltungsmodul Rekonstruktionsaufgaben eines zweiten medizinischen Bildgebungsgerätes dem ersten Rechner zuweisen und somit dessen Kapazitätsauslastung erhöhen.
Eine mögliche Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das Rechenverwaltungsmodul die Verarbeitung medizinischer Rohdaten, die mit dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät aufgenommen werden, vorzugsweise dem ersten Rechner zuweist. Dies ist möglich, sofern der erste Rechner ausreichend freie Kapazität aufweist, um die Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten des ersten medizinischen Gerätes auszuführen. Das Verfahren ist vorteilhaft, da die Teilung der medizinischen Rohdaten in Datenpakete entfällt und diese direkt über die erste Schnittstelle dem ersten Rechner zugewiesen werden.
Eine weitere Idee der Erfindung ist, dass das Rechenverwaltungsmodul dem ersten Rechner keine medizinischen Rohdaten zuweist, solange der erste Rechner medizinische Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes verarbeitet. Für Rekonstruktionsaufgaben medizinischer Rohdaten anderer medizinischer Bildgebungsgeräte kann dann der mindestens eine andere Rechner der Rechnergruppe unter Einhaltung der garantierten minimalen Leistung verwendet werden. Die vor Beginn der Verarbeitung der medizinischen Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes berechnete Dauer für diese Aufgabe wird durch das Auftreten einer weiteren Rekonstruktionsaufgabe nicht verändert, auch wenn die für die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes benötigte Leistung über der minimal garantierten Leistung liegt. Der Rekonstruktionsaufgabe des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes wird dadurch Vorrang gewährt. Somit ergibt sich für den Anwender des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes eine verbesserte Planbarkeit.
Eine weitere Idee der Erfindung ist es, dass das Rechenverwaltungsmodul die Verarbeitung der dem ersten Rechner zur Verarbeitung zugewiesenen medizinischen Rohdaten unterbricht, sofern dessen Kapazität zur Verarbeitung medizinischer Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes benötigt wird. Das Rechenverwaltungsmodul kann die unterbrochene Verarbeitung an einem anderen Rechner der Rechnergruppe fortsetzen oder an dem ersten Rechner, nachdem dieser die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes abgeschlossen hat. Dieses Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn medizinische Rohdaten, die mit dem zweiten oder mit mehreren medizinischen Bildgebungsgeräten erfasst werden, an dem ersten Rechner verarbeitet werden und dessen Kapazität teilweise oder vollständig verwenden. Das Rechenverwaltungsmodul beachtet bei Unterbrechung der Verarbeitung der dem ersten Rechner zugewiesenen medizinischen Rohdaten, dass die minimale garantierte Leistung eingehalten wird und wählt das Vorgehen für die weitere Verarbeitung.
Ein Beispiel für das Verfahren ist, dass die Verarbeitung medizinischer Rohdaten am ersten Rechner mit einer höheren als der minimal garantierten Leistung erfolgen kann, die Rechnergruppe hingegen über weitere freie Kapazitäten verfügt, die die Verarbeitung unter Einhaltung der minimal garantierten Leistung ermöglicht. Auf diese Kapazitäten kann in dem Fall zugegriffen werden, wenn der erste Rechner für Rekonstruktionsaufgaben des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes benötigt wird. Der Vorrang der medizinischen Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes gewährt dem Anwender des ersten medizinischen Gerätes bessere Planbarkeit.
Eine mögliche Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das Rechenverwaltungsmodul ein Planungsmodul aufweist, das vor Beginn der Erfassung der medizinischen Rohdaten die freien Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe prüft und die spätere, nach erfolgter Erfassung der medizinischen Rohdaten, Zuweisung an die Rechner der Rechnergruppe festlegt. Das Planungsmodul ist in Form einer Software ausgestaltet und kann als Algorithmus in das Rechenverwaltungsmodul integriert sein und/oder es kann auf mindestens einem der folgenden Rechner implementiert sein: einem Steuerrechner eines medizinischen Bildgebungsgerätes oder einem Rechner der Rechnergruppe. Das so ausgestaltet Rechenverwaltungsmodul ist dazu ausgebildet, frühzeitig Kenntnis über die Erfassung der Rohdaten zu erhalten und die entsprechende Rekonstruktionsaufgabe oder die entsprechenden Rekonstruktionsaufgaben unter Berücksichtigung der freien Kapazitäten bereits vor Erfassung der medizinischen Rohdaten zu koordinieren. Bei mehr als einer Rekonstruktionsaufgabe kann die Teilung in Datenpakete vorzugsweise unter Berücksichtigung der noch zu erfassenden und noch zu verarbeitenden medizinischen Rohdaten vorgenommen werden. Folglich kann eine bessere Auslastung der Kapazität der Rechnergruppe erzielt werden.
Des Weiteren kann das Planungsmodul dazu ausgebildet sein, den Zeitpunkt zu berücksichtigen, zu dem die Erfassung der medizinischen Rohdaten voraussichtlich abgeschlossen sein wird. Abhängig von der Modalität des medizinischen Bildgebungsgerätes, beispielsweise in der Magnetresonanztomographie, kann die Zeitdauer zur Erfassung der medizinischen Rohdaten die Dauer für die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten um ein Vielfaches übersteigen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Planungsmodul den zeitlichen Verlauf berücksichtigen und die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten vorausschauend koordinieren kann. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass vor Beginn oder während der Erfassung der medizinischen Rohdaten das Planungsmodul die daraus resultierende erste Rekonstruktionsaufgabe sowie den Zeitpunkt des Abschlusses der Erfassung berücksichtigt. Dieser Zeitpunkt und die maximale Rekonstruktionsdauer, die durch die garantierte minimale Leistung sichergestellt ist, definieren einen Zeitraum, für den das Planungsmodul die Zuweisung der ersten Rekonstruktionsaufgabe an die Rechnergruppe unter Berücksichtigung weiterer möglicher, in dem Zeitraum noch abzuschließenden Rekonstruktionsaufgaben von weiteren medizinischen Bildgebungsgeräten, plant. Die weiteren Rekonstruktionsaufgaben können bis zum Beginn des Zeitraumes Änderungen unterliegen, die vom Planungsmodul berücksichtigt werden können.
Darüber hinaus kann das Planungsmodul die zeitliche Reihenfolge der Zeitpunkte des Beginns und/oder des Abschlusses der Erfassung der zu verarbeitenden medizinischen Rohdaten mittels dem ersten und dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät berücksichtigen. Die Kenntnis dieser Zeitpunkte bei der Verarbeitung medizinischer Rohdaten, die mit mehr als einem medizinischen Bildgebungsgerät aufgenommen werden, kann beispielsweise für die Priorisierung der Aufgaben oder für eine bessere Auslastung der Kapazitäten der Rechnergruppe verwendet werden.
Das Rechenverwaltungsmodul kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass die Sicherstellung der garantierten minimalen Leistung für die Verarbeitung medizinischer Rohdaten abhängig von der benötigten Kapazität zur Verarbeitung der medizinischen Rohdaten und/oder abhängig von technischen Eigenschaften der miteinander verbundenen Rechnern erfolgt. Die garantierte minimale Leistung kann damit durch einen Parameter beschrieben werden, der variabel festgelegt werden kann. Insbesondere die Abhängigkeit von technischen Eigenschaften der Rechnergruppe ist vorteilhaft, da so für eine Rechnergruppe mit einer höheren freien Kapazität eine größere minimale Leistung garantiert werden kann als für eine Rechnergruppe mit einer niedrigeren freien Kapazität. Alternativ kann bei Vorhandensein eines ersten Rechners der Rechnergruppe, der dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät zugeordnet ist, für das erste medizinische Bildgebungsgerät eine minimale Leistung garantiert werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass deren Einhaltung durch die Verwendung des ersten Rechners sichergestellt ist unter der Bedingung, dass an diesem ersten Rechner keine medizinischen Rohdaten verarbeitet werden, die mit einem weiteren medizinischen Bildgebungsgerät erfasst werden.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass sich die Rechnergruppe, das Rechenverwaltungsmodul und das medizinische Bildgebungsgerät innerhalb eines Klinikbetriebes befinden. Der Klinikbetrieb kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es sich um ein Gebäude oder einen Gebäudekomplex handelt, in dem Personen nach Erkrankungen untersucht oder Patienten behandelt werden und hierfür radiologische Untersuchungen durchgeführt werden. Für die radiologischen Untersuchungen werden medizinische Bildgebungsgeräte verwendet und die Geräte und die dazugehörigen Rechner, sowie die vorhandene Software werden durch medizinisches Personal bedient. Beispiele hierfür sind Krankenhäuser oder radiologische Praxen. Der Vorteil des Klinikbetriebes liegt darin, dass ausschließlich medizinisches Personal Zugriff auf die medizinischen Rohdaten und Bilddaten hat, was die Gewährleistung des Datenschutzes sicherstellt.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem System umfassend ein Rechenverwaltungsmodul und mindestens ein medizinisches Bildgebungsgerät, das über eine Schnittstelle zu einer Rechnergruppe, welche aus mindestens zwei miteinander verbundenen Rechnern besteht, verfügt. Dabei sind das mindestens eine medizinische Bildgebungsgerät, die Rechnergruppe und das Rechenverwaltungsmodul zum Ausführen eines Verfahrens zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Systems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches vorab im Detail ausgeführt ist. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einem Speicher einer programmierbaren Recheneinheit des erfindungsgemäßen Systems ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit des Systems ausgeführt wird. Dabei benötigt das Computerprogramm eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Das Computerprogramm kann dabei eine Software mit einem Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in eine entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem computerlesbarer Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Ausführung eines Verfahrens zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten vorgesehen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste schematische Darstellung einer Ausführungsform, umfassend ein medizinisches Bildgebungsgerät und eine erfindungsgemäße Rechnergruppe,
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 ein Ablaufdiagramm einer vierten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 eine zweite schematische Darstellung einer Ausführungsform, umfassend ein medizinisches Bildgebungsgerät und eine erfindungsgemäße Rechnergruppe,
7 eine dritte schematische Darstellung einer Ausführungsform, umfassend zwei medizinische Bildgebungsgeräte und eine erfindungsgemäße Rechnergruppe.
1 stellt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar, umfassend ein medizinisches Bildgebungsgerät 10 und eine Rechnergruppe 20, bestehend aus einem Rechner 21 und einem weiteren Rechner 22, welche miteinander über eine Schnittstelle 19 verbunden sind. Die Rechnergruppe kann weitere Rechner umfassen. Das medizinische Bildgebungsgerät 10 ist über eine Schnittstelle 15 mit der Rechnergruppe 20 verbunden.
Das medizinische Bildgebungsgerät 10 ist dazu ausgebildet, von einem Untersuchungsobjekt oder einem Teil dessen eine Aufnahme zu erzeugen und diese Aufnahme als Bilder bereitzustellen. Die Bilder können auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden und geben beispielsweise Schnittbilder aus gewünschten Organen wieder und können zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken verwendet werden. Medizinisches Personal, insbesondere Radiologen, können auf Grundlage der Bilder Diagnosen erstellen und Therapieverfahren einleiten. Beispiele für medizinische Bildgebungsgeräte sind Magnetresonanzgeräte oder Röntgengeräte. Ein Rechner 21 und ein Rechner 22, wie sie in einer Rechnergruppe 20 zusammengefasst sind, sind Geräte, die jeweils über einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher und eine Festplatte verfügen und in einer typischen Ausgestaltungsform Computer sind.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens V1 zur Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten. In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfasst das medizinische Bildgebungsgerät 10 medizinische Rohdaten eines Untersuchungsobjektes. In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird ein Rechenverwaltungsmodul 30 bereitgestellt, das die Einhaltung einer garantierten minimalen Leistung sicherstellt und in Verfahrensschritt S3 die freien Kapazitäten der Rechnergruppe 20 prüft. In Verfahrensschritt S4 nimmt das Rechenverwaltungsmodul 30 die Zuweisung der medizinischen Rohdaten an die Rechnergruppe 20 vor, welche die medizinischen Rohdaten in Verfahrensschritt S5 verarbeitet. Anschließend wird die Zusammenführung der verarbeiteten medizinischen Rohdaten zu rekonstruierten medizinischen Bilddaten in Verfahrensschritt S6 verwaltet bevor die Bereitstellung der rekonstruierten medizinischen Bilddaten durch das Rechenverwaltungsmodul 30 in Verfahrensschritt S7 erfolgt.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens V2, wobei sich das zweite erfindungsgemäße Verfahren V2 vom ersten erfindungsgemäßen Verfahren V1 derart unterscheidet, dass das Rechenverwaltungsmodul 30 bei der Zuweisung der medizinischen Rohdaten an die Rechnergruppe in Verfahrensschritt S4‘ dem folgenden Verlauf folgt: Die medizinischen Rohdaten werden in Verfahrensschritt S4a‘ in mindestens ein erstes und ein zweites Datenpaket geteilt, die jeweils Teilmengen der medizinischen Rohdaten enthalten. Jedes Datenpaket enthält vorzugsweise auch die Informationen, die zu dessen Verarbeitung benötigt werden, und die Vereinigungsmenge der beiden Datenpakete enthält die zur Rekonstruktion der medizinischen Bilddaten erforderlichen medizinischen Rohdaten, was typischerweise alle erfassten medizinischen Rohdaten sind. Jedes Datenpaket wird in Verfahrensschritt S4b‘ als geschlossene Einheit an einen Rechner der Rechnergruppe 20 zur Verarbeitung zugewiesen. Vorzugsweise nimmt das Rechenverwaltungsmodul 30 die Aufteilung in Datenpakete so vor, dass jedes Datenpaket an einen anderen Rechner der Rechnergruppe 20 zugewiesen werden kann, also das Rechenverwaltungsmodul 30 beispielsweise das erste Datenpaket an den Rechner 21 und das zweite Datenpaket an den Rechner 22 zuweist. Je geringer die Anzahl der Datenpakete ist, desto weniger Einzelschritte zur Aufteilung der medizinischen Rohdaten und zur Zusammenführung der verarbeiteten medizinischen Rohdaten sind erforderlich. Eine geringere Anzahl der Datenpakete während der Verarbeitung unter Einhaltung gegebener Randbedingungen wie der garantierten minimalen Leistung ist dementsprechend bevorzugt gegenüber einer höheren Anzahl. Das Rechenverwaltungsmodul 30 berücksichtigt bei der Aufteilung in Datenpakete die freien Kapazitäten der Rechner 21 und 22 der Rechnergruppe 20 und nimmt die Aufteilung entsprechend vor. Die Teilung kann auch in mehr als zwei Datenpakete erfolgen und/oder die Rechnergruppe 20 kann mehr als zwei Rechner umfassen. Im Allgemeinen muss nicht jedem Rechner der Rechnergruppe ein Datenpaket zugewiesen werden.
Des Weiteren unterscheidet sich Verfahren V2 von Verfahren V1 in Verfahrensschritt S5‘ durch die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten 5. Die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten wird weiterhin von der Rechnergruppe 20 vorgenommen, jedoch sind die einzelnen Rechner 21 und 22 der Rechnergruppe 20 dazu ausgebildet, die beiden Datenpakete zu verarbeiten.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens V3, wobei sich das dritte erfindungsgemäße Verfahren V3 vom ersten erfindungsgemäßen Verfahren V1 in der Zuweisung der medizinischen Rohdaten an die Rechnergruppe unterscheidet. Im Verfahren V3 ist dieser Verfahrensschritt S4‘‘ dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenverwaltungsmodul 30 dazu ausgebildet ist, die medizinischen Rohdaten, die für die Rekonstruktion einer einzigen medizinischen Abbildung benötigt werden, genau einem Rechner 21 der Rechnergruppe 20 zuzuweisen. Eine einzige medizinische Abbildung bezieht sich typischerweise auf die medizinischen Bilddaten, die von den medizinischen Rohdaten, die von genau einem Untersuchungsobjekt erfasst werden, rekonstruiert werden. Alternativ kann sich eine einzige medizinische Abbildung auch auf eine Teilmenge der medizinischen Bilddaten beziehen, die von den medizinischen Rohdaten genau eines Untersuchungsobjektes rekonstruiert werden. Die Teilmenge der medizinischen Bilddaten verfügt vorzugsweise über ein gemeinsames Merkmal, wie zum Beispiel die Schichtorientierung oder den Bildkontrast in der Magnetresonanztomographie. Das Rechenverwaltungsmodul 30 weist die medizinischen Rohdaten dem Rechner 21 zu, der über ausreichend freie Kapazität verfügt, und dazu ausgebildet ist, die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten in Verfahrensschritt S5 vorzunehmen. Das Verfahren V3 unterscheidet sich von Verfahren V2 insbesondere dadurch, dass die Teilung der medizinischen Rohdaten in mindestens zwei Datenpakete entfällt (Verfahrensschritt S4a‘).
5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer vierten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens V4, wobei sich das vierte erfindungsgemäße Verfahren V4 vom ersten erfindungsgemäßen Verfahren V1 in den Verfahrensschritten S3 bis S5 unterscheidet. In Verfahrensschritt S3‘ prüft das Rechenverwaltungsmodul 30 neben den freien Kapazitäten der Rechnergruppe 20 auch, wie die Zuweisung der medizinischen Rohdaten erfolgen kann. Die erste Option ist die Zuweisung der medizinischen Rohdaten an den Rechner 21 der Rechnergruppe 20 gemäß dem Verfahrensschritt S4‘‘ und die zweite Option ist die Teilung der medizinischen Rohdaten in zwei Datenpakete gemäß Verfahrensschritt S4a‘ und die Zuweisung der Datenpakete an verschiedene Rechner 21 und 22 der Rechnergruppe 20 gemäß Verfahrensschritt S4b‘. Das Rechenverwaltungsmodul 30 kann die Entscheidung zwischen beiden Optionen in Verfahrensschritt S3‘ vornehmen und die medizinischen Rohdaten entsprechend zuweisen. Entsprechend der Entscheidung erfolgt bei der ersten Option die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten an einem Rechner 21 der Rechnergruppe 20 gemäß Verfahrensschritt S5 oder bei der zweiten Option an mehreren Rechnern der Rechnergruppe 20 gemäß Verfahrensschritt S5‘.
6 stellt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar, umfassend in einer ersten Variante (6a) das medizinische Bildgebungsgerät 10 und die Rechnergruppe 20, bestehend aus einem ersten Rechner 23 und einem weiteren Rechner 24, welche miteinander über die Schnittstelle 18 verbunden sind. Das medizinische Bildgebungsgerät 10 ist über eine Schnittstelle 17 mit dem ersten Rechner 23 verbunden, wobei der erste Rechner 23 über die Schnittstelle 18 mit dem Rechner 24 der Rechnergruppe 20 verbunden ist. Somit besteht eine direkte Verbindung zwischen dem medizinischen Bildgebungsgerät 10 und dem ersten Rechner 23. Diese Ausführungsform ist typischerweise dann gegeben, wenn es sich bei dem ersten Rechner 23 um einen Rekonstruktionsrechner des medizinischen Bildgebungsgerätes 10 handelt, der dessen Rekonstruktionsaufgaben übernimmt, wenn die Rechnergruppe 20 und/oder das Rechenverwaltungsmodul 30 nicht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verfügbar sind. Das medizinische Bildgebungsgerät 10 kann zusätzlich über eine weitere Schnittstelle 15 mit der Rechnergruppe 20 verbunden sein. Die Rechnergruppe kann weitere Rechner umfassen. Diese Rechner können alle über Schnittstelle 18 miteinander verbunden sein und/oder über mehrere Schnittstellen direkt oder indirekt miteinander verbunden sein. Eine indirekte Verbindung besteht beispielsweise dann zwischen dem Rechner 23 und einem Rechner 25 (6b), wenn die Rechner 23, 24 und 25 Teil der Rechnergruppe 20 sind und der Rechner 23 über die Schnittstelle 18 mit dem Rechner 24 verbunden ist, Rechner 24 über eine weitere Schnittstelle mit Rechner 25 verbunden ist, jedoch keine Schnittstelle zwischen Rechner 23 und 25 besteht.
7 stellt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar, umfassend zwei medizinische Bildgebungsgeräte 10 und 11 und eine Rechnergruppe 20, bestehend aus dem Rechner 21 und dem weiteren Rechner 22, welche miteinander über die Schnittstelle 19 verbunden sind. Das medizinische Bildgebungsgerät 10 ist über die Schnittstelle 15 und das medizinische Bildgebungsgerät 11 über eine Schnittstelle 16 mit der Rechnergruppe 20 verbunden. Es können weitere medizinische Bildgebungsgeräte mit der Rechnergruppe 20 verbunden sein, wobei das Rechenverwaltungsmodul 30 die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten, die mittels aller medizinischen Bildgebungsgeräte erfasst werden, verwalten kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten, welches über Zugriff auf freie Kapazitäten von mindestens zwei Rechnern verfügt und deren Verwendung für die Rekonstruktion verwaltet. Um ein besonders zuverlässiges Vorgehen zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten auch basierend auf Algorithmen, die einen überdurchschnittlich großen Arbeitsspeicher beanspruchen, anzugeben, wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Yarra (http://ktblock.de/yarra) [0005]
Meng et al. (Ultrafast and scalable cone-beam CT reconstruction using MapReduce in a cloud computing environment, in Med. Phys. 2011, 38: 6603–6609) [0005]
http://de.wikipedia.org/wiki/Cloud_Computing [0006]
http://boinc.berkeley.edu/ [0007]
http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ [0007]

Claims

Verfahren zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Erfassung medizinischer Rohdaten eines Untersuchungsobjektes mittels eines ersten medizinischen Bildgebungsgerätes (10), – welches über eine Schnittstelle (15) mit einer mindestens zwei Rechner (21, 22) umfassenden Rechnergruppe (20) verbunden ist, – Bereitstellen eines Rechenverwaltungsmoduls (30), welches – mit der Rechnergruppe (20) und dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät (10) verbunden ist, – die Einhaltung einer garantierten minimalen Leistung für die Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten sicherstellt, – die freien Kapazitäten der Rechner (21, 22) der Rechnergruppe (20) prüft, bevor es die medizinischen Rohdaten der Rechnergruppe (20) für eine Verarbeitung unter Einhaltung der garantierten minimalen Leistung zuweist, und – die Zusammenführung der verarbeiteten medizinischen Rohdaten und die Bereitstellung der medizinischen Bilddaten verwaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) dazu ausgebildet ist, – die medizinischen Rohdaten in mehrere Datenpakete zu teilen, sodass die Datenpakete jeweils Teilmengen der medizinischen Rohdaten enthalten, – die Datenpakete als eigenständige Einheiten an verschiedene Rechner (21, 22) der Rechnergruppe (20) zuzuweisen und – Teilrekonstruktionen der Datenpakete an den einzelnen Rechnern zu verwalten, – unter Berücksichtigung von mindestens einem der folgenden Aspekte: – Anpassung der Datenpakete entsprechend ihrer Verarbeitungsanforderung an die Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe (20) – einer der Rekonstruktion medizinischer Bilddaten zugewiesenen Priorität, – Anzahl der Untersuchungsobjekte, von denen medizinische Rohdaten vorliegen, – Anzahl der medizinischen Bildgebungsgeräte, mit denen die medizinischen Rohdaten aufgenommen werden, – Akquisitionsverfahren mittels dem die medizinischen Rohdaten erfasst werden, – Anzahl der Rechner der Rechnergruppe.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) dazu ausgebildet ist, die medizinischen Rohdaten, die für die Rekonstruktion einer einzigen medizinischen Abbildung benötigt werden, einem einzigen Rechner der Rechnergruppe (20) zuzuweisen, welcher die medizinischen Rohdaten verarbeitet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) nach Prüfung der Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe (20) eine Entscheidung vornimmt, ob die medizinischen Rohdaten nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Vergleich zu einem zweiten Rechner (24) der Rechnergruppe (20) ein erster Rechner (23) der Rechnergruppe (20) dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät (10) direkter zugewiesen ist und der erste Rechner dazu ausgebildet ist, ohne Einschaltung des Rechenverwaltungsmoduls (30) die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten, die mittels dem ersten medizinischen Gerät (10) aufgenommen werden, vorzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) die Verarbeitung medizinischer Rohdaten, die mit dem ersten medizinischen Bildgebungsgerät (10) aufgenommen werden, vorzugsweise dem ersten Rechner (23) zuweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) dem ersten Rechner (23) keine medizinischen Rohdaten zuweist, solange der erste Rechner (23) medizinische Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes (10) verarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) die Verarbeitung der dem ersten Rechner (23) zur Verarbeitung zugewiesenen medizinischen Rohdaten unterbricht, sofern dessen Kapazität zur Verarbeitung medizinischer Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes (10) benötigt wird, und das Rechenverwaltungsmodul (30) die unterbrochene Verarbeitung an einem anderen Rechner (24) der Rechnergruppe (20) fortsetzt oder an dem ersten Rechner (23), nachdem dieser die Verarbeitung der medizinischen Rohdaten des ersten medizinischen Bildgebungsgerätes (10) abgeschlossen hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rechenverwaltungsmodul (30) ein Planungsmodul aufweist, das vor Beginn der Erfassung der medizinischen Rohdaten (5) – die freien Kapazitäten der Rechner der Rechnergruppe (20) prüft und – die spätere, nach erfolgter Erfassung der medizinischen Rohdaten, Zuweisung an die Rechner der Rechnergruppe (20) festlegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Planungsmodul dazu ausgebildet ist, den Zeitpunkt zu berücksichtigen, zu dem die Erfassung der medizinischen Rohdaten voraussichtlich abgeschlossen sein wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein zweites medizinisches Bildgebungsgerät (11) vorhanden ist, das für die Erfassung der medizinischen Rohdaten eines Untersuchungsobjektes zusätzlich eingesetzt wird und – das zweite medizinische Bildgebungsgerät (11) über eine zweite Schnittstelle (16) mit der Rechnergruppe (20) verbunden ist, – das Rechenverwaltungsmodul (30) mit dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät (11) verbunden ist und – das Rechenverwaltungsmodul (30) die medizinischen Rohdaten, die mit dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät (11) erfasst werden, der Rechnergruppe (20) für die Verarbeitung unter Einhaltung der garantierten minimalen Leistung zuweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten (10) und dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät (11) um Bildgebungsgeräte unterschiedlicher Modalität handelt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 und Anspruch 11 oder 12, wobei das Planungsmodul die zeitliche Reihenfolge der Zeitpunkte des Beginns und/oder des Abschlusses der Erfassung der zu verarbeitenden medizinischen Rohdaten mittels dem ersten (10) und dem zweiten medizinischen Bildgebungsgerät (11) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sicherstellung der garantierten minimalen Leistung für die Verarbeitung medizinischer Rohdaten abhängig von der benötigten Kapazität zur Verarbeitung der medizinischen Rohdaten und/oder abhängig von technischen Eigenschaften der miteinander verbundenen Rechnern erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rechnergruppe (20), das Rechenverwaltungsmodul (30) und das erste medizinische Bildgebungsgerät (10) innerhalb eines Klinikbetriebes befinden.
System umfassend ein Rechenverwaltungsmodul (30) und mindestens ein medizinisches Bildgebungsgerät (10), das über eine Schnittstelle (15) zu einer Rechnergruppe (20), welche aus mindestens zwei miteinander verbundenen Rechnern (21, 22) besteht, verfügt, wobei das mindestens eine medizinische Bildgebungsgerät (10), die Rechnergruppe (20) und das Rechenverwaltungsmodul (30) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einem Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Systems nach Anspruch 16 ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit des Systems ausgeführt wird.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Ausführung eines Verfahrens zur Rekonstruktion medizinischer Bilddaten nach einem der Ansprüche 1 bis 15 vorgesehen ist.