DE10332245B4

DE10332245B4 - Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage mit online-Ermittlung von Nutzsignalen bei gleichzeitiger permanenter Speicherung von den Nutzsignalen zu Grunde liegenden Mess- bzw. Rohsignalen

Info

Publication number: DE10332245B4
Application number: DE10332245A
Authority: DE
Inventors: Michael Peyerl; Peter Stransky
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: CN100359533C; CN1577395A; US20050033882A1; DE10332245A1; US7316234B2

Abstract

Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage, z. B. eine Magnetresonanzanlage, wobei die Anlage mindestens einen Sensor (1) und eine Steuereinrichtung (4) mit einem Arbeits- und einem Massenspeicher (7, 8) aufweist,
– wobei von dem Sensor (1) Messsignale eines Objekts (2) erfasst und der Steuereinrichtung (4) zugeführt werden, welche die Messsignale oder anhand der Messsignale ermittelte Rohsignale online im Arbeitsspeicher (7) zwischenspeichert,
– wobei jedes zwischengespeicherte Signal Anteile von mehreren Orten im Raum enthält und jeder Anteil von einem durch das Objekt (2) bestimmten ortsabhängigen Einflussfaktor abhängig ist,
– wobei die Steuereinrichtung (4) anhand der zwischengespeicherten Signale online Nutzsignale ermittelt, die jeweils einem der Einflussfaktoren entsprechen, so dass die Nutzsignale eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts (2) bilden,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Steuereinrichtung (4) vor dem Ermitteln der Nutzsignale die im Arbeitsspeicher (7) zwischengespeicherten Signale online im Massenspeicher (8) permanent abspeichert,
– dass die Steuereinrichtung...

Description

Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage mit online-Ermittlung von Nutzsignalen bei gleichzeitiger permanenter Speicherung von den Nutzsignalen zu Grunde liegenden Mess- bzw. Rohsignalen Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage, z. B. eine Magnetresonanzanlage, wobei die Anlage mindestens einen Sensor und eine Steuereinrichtung mit einem Arbeits- und einem Massenspeicher aufweist,

– wobei von dem Sensor Messsignale eines Objekts erfasst und der Steuereinrichtung zugeführt werden, welche die Messsignale oder anhand der Messsignale ermittelte Rohsignale online im Arbeitsspeicher zwischenspeichert,
– wobei jedes zwischengespeicherte Signal Anteile von mehreren Orten im Raum enthält und jeder Anteil von einem durch das Objekt bestimmten ortsabhängigen Einflussfaktor abhängig ist,
– wobei die Steuereinrichtung anhand der zwischengespeicherten Signale online Nutzsignale ermittelt, die jeweils einem der Einflussfaktoren entsprechen, so dass die Nutzsignale eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts bilden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Datenträger, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Betriebsverfahrens gespeichert ist. Auch betrifft sie eine entsprechend ausgestaltete (bzw. angepasste) Steuereinrichtung für eine bildgebende medizintechnische Anlage und eine derartige bildgebende medizintechnische Anlage selbst.
Derartige Gegenstände sind allgemein bekannt. Insbesondere bildgebende Magnetresonanzanlagen arbeiten nach diesem Prinzip. Z. B. sind eine derartige Magnetresonanzanlage und ein solches Betriebsverfahren aus der US-A-5,089,777 bekannt.
Bei bildgebenden Magnetresonanzanlagen fallen große Mengen an Messsignalen mit einer hohen Datenrate an. Typisch ist z. B. eine Datenmenge von mehreren Gigabyte, die mit einer Datenrate von bis zu 100 Megabyte pro Sekunde anfallen.
Im Stand der Technik werden die Messsignale oder die Rohsignale zwar online im Arbeitsspeicher zwischengespeichert. Eine permanente Abspeicherung hingegen erfolgt nur bezüglich der rekonstruierten Nutzsignale. Diese Vorgehensweise hat mehrere Nachteile.
Beispielsweise gehen die Daten verloren, wenn es zu einem Spannungseinbruch kommt. Daher ist zur Gewährleistung der Datensicherheit eine unterbrechungsfreie Spannungsversorgung erforderlich.
Auch kann es – insbesondere bei paralleler Messsignalerfassung durch mehrere Sensoren – vorkommen, dass erst bei nachfolgenden Weiterverarbeitungen der Nutzsignale entdeckt wird, dass ein ungünstiges Verfahren zum Ermitteln der Nutzsignale gewählt wurde. In diesem Fall ist eine erneute Messung erforderlich, da die Messsignale selbst und auch die Rohsignale nicht mehr vorhanden sind. Dies ist besonders dann von Nachteil, wenn einem zu untersuchenden Objekt (= einem Menschen) zur Durchführung der Messung ein Kontrastmittel verabreicht werden muss.
Auch ist eine sofortige Ermittlung der Nutzdaten erforderlich.
Schließlich ist der Arbeitsspeicher relativ teuer und anlagentechnisch oftmals nur in begrenzter Größe realisierbar.

In der US-A-5,089,777 ist als dortiger Stand der Technik beschrieben, die Messsignale auf einer Festplatte temporär zu hinterlegen. In der US-A-5,089,777 bleibt dabei offen, ob zuvor ein kurzzeitiges Zwischenspeichern in einem Arbeitsspei cher erfolgt oder nicht. Allem Anschein nach, erfolgt das Abspeichern auf der Festplatte aber nur mit einer relativ geringen Datenrate, da nur ein einziger Sensor vorhanden zu sein scheint.

Aus der WO-A-00/04483 ist ein hierarchisch aufgebautes Speicherverwaltungssystem unter anderem für Bilddaten bekannt. Bei diesem Speicherverwaltungssystem werden die Daten in Permanentspeichern gehalten. Häufiger benötigte Daten werden dabei in Speichern gehalten, bei denen ein schneller Zugriff möglich ist. Die übrigen Daten werden in Speichern gehalten, bei denen nur ein langsamerer Zugriff möglich ist. Diese Daten werden gegebenenfalls in die schnellen Speicher nachgeladen. Wenn dieselben Daten sowohl im schnellen als auch im langsamen Speichermedium vorhanden sind, wird stets auf das Speichermedium mit dem schnelleren Zugriff zugegriffen.

Aus dem Fachaufsatz „Redundancy is good!" von Bernhard Kuhn, erschienen im LINUX Magazine, Heft 10/2000, Seiten 58 bis 61, ist bekannt, dass Festplattenspeichersysteme oftmals einen vorgeordneten Pufferspeicher aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage zu schaffen, bei dem die Mess- bzw. Rohsignale für zeitlich entkoppelte Auswertungen zur Verfügung stehen und dennoch eine effiziente online-Ermittlung der Nutzsignale möglich ist.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Betriebsverfahren dadurch gelöst,

– dass die Steuereinrichtung vor dem Ermitteln der Nutzsignale die im Arbeitsspeicher zwischengespeicherten Signale online im Massenspeicher permanent abspeichert,
– dass die Steuereinrichtung einen Füllgrad des Arbeitsspeichers ermittelt und
– dass die Steuereinrichtung die Nutzsignale anhand der im Arbeitsspeicher zwischengespeicherten Signale ermittelt, wenn der Füllgrad eine Schwelle unterschreitet, und anhand der im Massenspeicher permanent abgespeicherten Signale ermittelt, wenn der Füllgrad die Schwelle übersteigt.

Die Aufgabe wird ferner durch einen Datenträger, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm gespeichert ist, eine entsprechend angepasste Steuereinrichtung für eine bildgebende medizintechnische Anlage und eine solche Anlage selbst gelöst.

Dadurch wird eine Vielzahl von Vorteilen erreicht. Beispielsweise können die einmal erfassten und permanent abgespeicherten Messsignale bzw. Rohsignale mehrfach zur Ermittlung der Nutzsignale herangezogen werden. Auch ist es möglich, Messungen oder Teile von Messungen zeitlich voneinander zu entkoppeln. Ferner ist eine unterbrechungsfreie Spannungsversorgung nicht mehr erforderlich. Schließlich sind die permanent abgespeicherten Signale auch für Servicezwecke oder für andere Messungen, z. B. Kalibrierungen, verfügbar.

Wenn der Massenspeicher mehrere Laufwerkeinheiten und einen den Laufwerkeinheiten vorgeordneten Datenverteiler aufweist, der die permanent abzuspeichernden Signale auf die Laufwerkeinheiten verteilt, ist das Betriebsverfahren besonders einfach zu realisieren. Zur Maximierung des Datendurchsatzes ist der Datenverteiler dabei vorzugsweise als Hardwareverteiler ausgebildet. Bei Verwendung eines schnellen Prozessors und eines durchsatzoptimierten Programms kann der Datenverteiler aber auch als Softwareverteiler ausgebildet sein.

Wenn der Arbeitsspeicher als Umlaufpuffer ausgebildet ist, ist er einfach organisiert und einfach zu verwalten. Auch der Füllgrad ist in diesem Fall sehr einfach zu bestimmen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 schematisch eine bildgebende Magnetresonanzanlage und
2 ein Ablaufdiagramm.
Gemäß 1 ist eine bildgebende medizintechnische Anlage z. B. als Magnetresonanzanlage ausgebildet. Die Magnetresonanzanlage ist dabei in 1 nur schematisch dargestellt. Sie weist insbesondere in Form von Lokalspulen 1 mehrere Sensoren auf. Die Lokalspulen 1 können z. B. Spulen eines Spulenarrays sein. In 1 sind dabei drei solcher Lokalspulen 1 dargestellt. Es können aber auch mehr Lokalspulen 1 vorhanden sein, z. B. 5 bis 20 Lokalspulen 1.
Von den Lokalspulen 1 werden Messsignale eines Objekts 2 erfasst und einer Recheneinheit 3 einer Steuereinrichtung 4 für die Magnetresonanzanlage zugeführt. Die Recheneinheit 3 ist mit einem Computerprogramm 5 programmiert, das der Recheneinheit 3 mittels eines Datenträgers 6 zugeführt wird. Der Datenträger 6 kann z. B. als CD-ROM ausgebildet sein, auf der das Computerprogramm 5 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Auf Grund der Programmierung mit dem Computerprogramm 5 führt die Recheneinheit 3 und mit ihr auch die gesamte Steuereinrichtung 4 ein nachfolgend in Verbindung mit 2 näher beschriebenes Betriebsverfahren für die Magnetresonanzanlage aus.
Gemäß 2 liest die Recheneinheit 3 in einem Schritt S1 von den Lokalspulen 1 mit einer Datenrate, die typisch zwischen 10 und 200 Megabyte pro Sekunde liegt, Messsignale ein und speichert sie in einem Arbeitsspeicher 7 ab. Das Zwischenspeichern erfolgt dabei jeweils zwischen zwei Messvorgängen, also online. Der Arbeitsspeicher 7 ist als üblicher flüchtiger Halbleiterspeicher (RAM) ausgebildet. Die im Arbeitsspei cher 7 hinterlegten Daten gehen daher bei einem Spannungseinbruch verloren.
Der Arbeitsspeicher 7 ist gemäß 1 als Umlaufpuffer organisiert. Er wird also durch einen Lesezeiger RP und einen Schreibzeiger WP verwaltet. Der Wert des Lesezeigers RP gibt an, von welchem Speicherplatz des Arbeitsspeichers 7 Daten gelesen werden. Der Schreibzeiger WP gibt an, in welchen Speicherplatz des Arbeitsspeichers 7 Daten eingeschrieben werden. Beide Zeiger RP, WP werden von der Recheneinheit 3 ständig aktualisiert.
Auf Grund der Ausbildung der bildgebenden medizintechnischen Anlage als Magnetresonanzanlage sind die Messsignale in einer Dimension frequenzcodiert und in einer oder in zwei Dimensionen phasencodiert. Jedes Messsignal enthält also Anteile von mehreren Orten im Raum, nämlich zumindest einer Fläche, eventuell sogar aus dem gesamten dreidimensionalen Raum. Jeder Anteil hängt dabei von einem Einflussfaktor ab, der seinerseits wiederum ortsabhängig ist und durch das Objekt 2 bestimmt ist.
In einem Schritt S2 liest die Recheneinheit 3 die im Arbeitsspeicher 7 zwischengespeicherten Messsignale aus dem Arbeitsspeicher 7 aus und speichert sie in einem Massenspeicher 8 ab. Der Massenspeicher 8 weist hierzu mehrere Laufwerkeinheiten 9 auf, die jeweils als schnelle Festplatten ausgebildet sind. Jede der Laufwerkeinheiten 9 weist eine Kapazität von mindestens 100 Gigabyte auf. Die Messsignale werden im Massenspeicher 8 permanent abgespeichert, so dass sie auch bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung erhalten bleiben. Auch das Abspeichern im Massenspeicher 8 erfolgt während des Messvorgangs, also online.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Massenspeicher 8 außer den Laufwerkeinheiten 9 auch einen Datenverteiler 10 auf, welcher den Laufwerkeinheiten 9 vorgeordnet ist. Der Daten verteiler 10 ist dabei vorzugsweise als Hardwareverteiler 10 ausgebildet. Auch eine Ausbildung als Softwareverteiler ist aber möglich. Der Datenverteiler 10 verteilt die permanent abzuspeichernden Signale auf die Laufwerkeinheiten 9. Der Massenspeicher 8 ist also als sogenanntes RAID-System ausgebildet. Das Verteilen der Daten ist dabei im Schritt 2 dadurch angedeutet, dass dort von einem Speichern in der (jeweils) nächsten Laufwerkeinheit 9 die Rede ist.
In einem Schritt S3 bildet die Recheneinheit 3 die Differenz von Lesezeiger RP und Schreibzeiger WP und ermittelt dadurch einen Füllgrad FG des Arbeitsspeichers 7. In einem Schritt S4 prüft die Recheneinheit 3 sodann, ob der Füllgrad FG eine Schranke S übersteigt. Wenn dies der Fall ist, wird ein Schritt S5 ausgeführt, anderenfalls ein Schritt S6.
Im Schritt S5 liest die Recheneinheit 3 die im Massenspeicher 8 permanent abgespeicherten Messsignale aus dem Massenspeicher 8 aus. Im Schritt S6 liest die Recheneinheit 3 die im Arbeitsspeicher 7 zwischengespeicherten Messsignale aus dem Arbeitsspeicher 7 aus. In beiden Fällen aber ermittelt die Recheneinheit 3 in einem Schritt S7 anhand der ausgelesenen Messsignale Nutzsignale. Jedes der Nutzsignale entspricht jeweils einem der Einflussfaktoren, von denen die Messsignale abhängen. Die Nutzsignale bilden somit in ihrer Gesamtheit eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts 2. Das Ermitteln der Nutzsignale anhand der Messsignale erfolgt dabei durch eine zwei- oder dreidimensionale Fouriertransformation der ausgelesenen Messsignale. Anhand der Nutzsignale kann dann eine Darstellung ermittelt werden, die – siehe 1 – von der Steuereinrichtung 4 über ein Sichtgerät 11, z. B. einen Bildschirm, an einen Bediener 12 ausgegeben wird.
Bei der obenstehend beschriebenen Vorgehensweise mit den Schritten S3 bis S7 ermittelt die Steuereinrichtung 4 also den Füllgrad FG des Arbeitsspeichers 7 und entscheidet anhand des Füllgrades FG dynamisch, ob sie die Nutzsignale anhand der im Arbeitsspeicher 7 zwischengespeicherten Signale oder anhand der im Massenspeicher 8 permanent abgespeicherten Messsignale ermittelt. Die Schranke S kann dabei variabel sein, so dass sich z. B. ein Hystereseverhalten ergibt.
Obenstehend wurde beschrieben, dass im Arbeitsspeicher 7 und im Massenspeicher 8 die Messsignale, also direkt die von den Spulen 1 erfassten Signale, abgespeichert werden. In diesem Fall werden die Nutzsignale durch eine zwei- oder dreidimensionale Fouriertransformation ermittelt. Es ist aber auch möglich, wie in 2 gestrichelt angedeutet, zwischen den Schritten S1 und S2 einen Schritt S8 vorzusehen. In diesem Schritt S8 wird eine mindestens eindimensionale und maximal zweidimensionale Fouriertransformation der Messsignale durchgeführt und so Rohsignale ermittelt. In diesem Fall sind die permanent abgespeicherten Signale die durch diese Vorverarbeitung entstandenen Rohsignale. Zur Ermittlung der Nutzsignale ist in diesem Fall im Schritt S7 nur noch eine mindestens eindimensionale und maximal zweidimensionale Fouriertransformation erforderlich.
Die obenstehend beschriebene Vorgehensweise ist auch nicht auf die Anwendung bei bildgebenden Magnetresonanzanlagen beschränkt. Prinzipiell ist es auch möglich, sie bei anderen bildgebenden medizintechnischen Anlagen einzusetzen, z. B. bei Computertomographen, Ultraschalltomographen oder Angiographieanlagen. Bei allen diesen Anlagen fallen große Datenmengen von teilweise über einem Gigabyte bei hohen Datenraten bis zu 100 Megabyte pro Sekunde an.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist es möglich, die Messsignale mehrfach zu verarbeiten. Wurde beispielsweise festgestellt, dass durch Auswahl eines suboptimalen Auswertungsalgorithmus nur eine suboptimale Bildqualität erreicht wurde, können die gespeicherten Mess- bzw. Rohdaten zur Ermittlung eines optimierten Nutzsignalsatzes herangezogen werden. Dies ist beim Stand der Technik ohne Durchführen einer erneuten Messung nicht möglich.

Claims

Betriebsverfahren für eine bildgebende medizintechnische Anlage, z. B. eine Magnetresonanzanlage, wobei die Anlage mindestens einen Sensor (1) und eine Steuereinrichtung (4) mit einem Arbeits- und einem Massenspeicher (7, 8) aufweist, – wobei von dem Sensor (1) Messsignale eines Objekts (2) erfasst und der Steuereinrichtung (4) zugeführt werden, welche die Messsignale oder anhand der Messsignale ermittelte Rohsignale online im Arbeitsspeicher (7) zwischenspeichert, – wobei jedes zwischengespeicherte Signal Anteile von mehreren Orten im Raum enthält und jeder Anteil von einem durch das Objekt (2) bestimmten ortsabhängigen Einflussfaktor abhängig ist, – wobei die Steuereinrichtung (4) anhand der zwischengespeicherten Signale online Nutzsignale ermittelt, die jeweils einem der Einflussfaktoren entsprechen, so dass die Nutzsignale eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts (2) bilden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Steuereinrichtung (4) vor dem Ermitteln der Nutzsignale die im Arbeitsspeicher (7) zwischengespeicherten Signale online im Massenspeicher (8) permanent abspeichert, – dass die Steuereinrichtung (4) einen Füllgrad (FG) des Arbeitsspeichers (7) ermittelt und – dass die Steuereinrichtung (4) die Nutzsignale anhand der im Arbeitsspeicher (7) zwischengespeicherten Signale ermittelt, wenn der Füllgrad (FG) eine Schwelle (S) unterschreitet, und anhand der im Massenspeicher (8) permanent abgespeicherten Signale ermittelt, wenn der Füllgrad (FG) die Schwelle (S) übersteigt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenspeicher (8) mehrere Laufwerkeinheiten (9) und einen den Laufwerkeinheiten (9) vorgeordneten Datenverteiler (10) aufweist, der die permanent abzuspeichernden Signale auf die Laufwerkeinheiten (9) verteilt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenverteiler (10) als Hardwareverteiler ausgebildet ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenverteiler (10) als Softwareverteiler ausgebildet ist.
Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsspeicher (7) als Umlaufpuffer ausgebildet ist.
Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm (5) zur Durchführung eines Betriebsverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
Steuereinrichtung für eine bildgebende medizintechnische Anlage, mit der ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführbar ist.
Bildgebende medizintechnische Anlage, mit der ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführbar ist.