-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Einheit einer technischen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung in mehreren Betriebsfällen betrieben werden kann, in denen die Einheit mit einem zum jeweiligen Betriebfall gehörenden Steuerbefehl angesteuert wird.
-
Die Ansteuerung einer Einheit einer technischen Vorrichtung erfolgt üblicherweise über ein Steuerungsprogramm, das mithilfe einer Steuereinheit ausgeführt wird. Kann die technische Vorrichtung in unterschiedlichen Betriebsfällen betrieben werden, so kann dies Einfluss auf die Art und Weise der Ansteuerung der Einheit, z. B. auf ihren Betriebsmodus, haben. Ist die Ansteuerung der Einheit mit wenigen Optionen beschreibbar, ist es üblich, diese fest in das Steuerungsprogramm aufzunehmen. Dies hat den Nachteil, dass die Verwendung der Einheit durch den vom Steuerungsprogramm vorgegebenen Optionsraum stark eingeschränkt ist. Wird die Einheit ausgetauscht oder in ihrer Leistungsfähigkeit verändert, muss das Steuerungsprogramm neue oder veränderte Eigenschaften der Einheit bzw. des Betriebsfalls berücksichtigt, da es sonst zu Komplikationen kommen kann. Meist muss das Steuerungsprogramm aufwändig angepasst werden.
-
Ein weiterer Nachteil ist, dass das Steuerungsprogramm von vornherein die gesamte Komplexität in der Ansteuerung der Einheiten berücksichtigen muss. Je komplexer die Betriebsfälle und die anzusteuernden Einheiten werden, desto unpraktikabler ist diese Vorgehensweise. Des Weiteren ist es schwer vorherzusagen, welche zukünftigen Entwicklungen im Steuerungsprogramm berücksichtigt werden müssen.
-
Eine derartige Problematik ergibt sich z. B. beim Betreiben eines Magnetresonanzgeräts (MR-Geräts) mit mehreren ansteckbaren Spuleneinheiten. Je nach Art der MR-Messung (Betriebsfall) werden bestimmte Spuleneinheiten als Sende- und/oder Empfangsantennen verwendet. Dazu werden die Spuleneinheiten über einen Stecker und eine Buchse, die z. B. in eine Patientenliege integriert ist, mit einer Steuereinheit des MR-Geräts verbunden. Die Verbindung erfolgt über mehrere Kanäle, z. B. mehrere Empfangs- und Sendekanäle, mehrere Kanäle zur Identifikation der Spuleneinheit und mehrere Kanäle zur Ansteuerung der Spuleneinheit. Die Spuleneinheiten können in verschiedenen Betriebsmodi angesteuert werden, in denen beispielsweise einer der Steuerkanäle mit einer Spannung oder mit einem Stromfluss belegt ist. In einer dritten Möglichkeit ist der Betriebsmodus der Spuleneinheit unabhängig von der Art der Belegung des Steuerkanals. Einer der Steuerungskanäle kann beispielsweise zum Stimmen oder Verstimmen der Antenne, d. h. der Frequenz beim Senden oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen, benutzt werden.
-
Bei Spuleneinheiten, die zum Senden oder Empfangen von HF-Signalen eines einzelnen Kerns, beispielsweise Wasserstoff, geeignet sind, kann ein Betriebsfall durch wenige Optionen beschrieben werden. Diese Beschreibung ist leicht in ein Steuerungsprogramm des MR-Geräts aufzunehmen. Wird eine Spuleneinheit mit dem MR-Gerät verbunden, so wird ihre Spulendatei eingelesen, indem die verschiedenen Betriebsmodi der Steuerkanäle beschrieben sind. Je nach Betriebsfall erfolgt die entsprechende Ansteuerung der Spuleneinheit.
-
Diese Art der Ansteuerung der Steuerungskanäle von Spuleneinheiten hat den Nachteil, dass beispielsweise bei der Verwendung von Multikernspulen die Berücksichtigung aller verschiedenen Betriebsfälle im Steuerungsprogramm des MR-Geräts zu sehr komplexen Programmstrukturen führen würde. Zusätzlich kann eine Spuleneinheit, die eine neue noch nicht in der Steuerungssoftware berücksichtige Eigenschaft eines der Betriebsfälle zur Einstellung ihres Betriebsmodus benötigt, erst nach einer Erweiterung des Steuerungsprogramms verwendet werden.
-
Aus
DE 197 07 241 C2 ist ein Sicherheitsschaltgerät mit einem Meldegerät bekannt, das zwei Schaltzustände aufweist. Nach erkanntem Anschluss eines Meldegeräts wird überprüft, ob der „richtige” Schaltzustand vorliegt. Ist dies der Fall, wird das Sicherheitsschaltgerät freigegeben.
-
Aus
DE 44 30 646 A1 ist eine HF-Sonde für ein Magnetresonanzgerät bekannt, welche zwei Spulen mit veränderlichem Abstand aufweist. In Abhängigkeit vom Abstand wird eine optimierte Kompensationsschaltung verwendet.
-
Ein Steuerungssystem zur Ansteuerung von Einrichtungen im Haushaltsbereich wird durch
DE 195 05 675 A1 offenbart. Eine Mehrzahl von (unabhängigen) Haushaltsgeräten wird durch eine zentrale Steuereinheit angesteuert, beispielsweise Geschirrspülautomaten, Waschmaschinen und Elektroherde. Es wird vorgeschlagen, dass unterschiedliche Anforderungsprofile mit jeweils eingeschränkter, individueller Programmvielfalt zusammenstellbar und abrufbar organisierbar sind, wobei ungewünschte Informationen gar nicht erst angeboten werden sollen.
-
Ein weiteres Steuerungssystem zur Ansteuerung von Einrichtungen im Haushaltsbereich ist aus
EP 0 727 861 A1 bekannt. Dabei sollen eine Vielzahl von Haushaltsgeräte-Konfigurationen mit unterschiedlichen Ausstattungs- und Leistungsmerkmalen unter maximaler Nutzung dieser Eigenschaft genutzt werden, wozu den anzusteuernden Einheiten ein Speichermedium mit den jeweiligen Einheiten entsprechend spezifischen Inhalten zugeordnet ist, und wobei von der zentralen Steuereinheit der Inhalt des Speichermediums der anzusteuernden Einheit abfragbar und deren Inhalt übernehmbar und für die jeweiligen Aktivitäten in Verbindung mit der anzusteuernden Einheit nutzbar ist.
-
EP 0 620 631 A1 offenbart ein weiteres zentrales System zur Ansteuerung von Haushaltsgeräten, in dem eine Energieoptimierung erreicht werden soll. Hierbei soll automatisch die Leistungszufuhr zu einer Mehrzahl von haushaltsbezogenen elektrischen Verbrauchern organisiert werden, wozu die zentrale Steuerungseinheit Anschaltsignale an die verschiedenen Haushaltsgeräte schicken kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine komplexe, frei parametrisierbare und vom Steuerungsprogramm unabhängige Ansteuerung einer Einheit einer technischen Vorrichtung zu ermöglichen.
-
Die Aufgabe, bezogen auf das eingangs erwähnte Verfahren zum Ansteuern einer Einheit, wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Im Verfahren wird ein Betriebsfall mittels Abfragen eines logischen Ausdrucks identifiziert, welcher einen der Betriebsfälle definiert und zusammen mit einem dem Betriebszustand zugeordneten Steuerbefehl in einer Datei abgelegt ist. Anschließend wird mit diesem Steuerbefehl die Einheit angesteuert, d. h. der zugehörige Betriebsmodus aktiviert.
-
Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, dass die Definition der Betriebsfälle über einen logischen Ausdruck erfolgt, der losgelöst von einem Steuerungsprogramm erstellt werden kann. Er kann z. B. zusammen mit dem dazugehörigen Steuerbefehl in einer Datei abgespeichert und der Einheit zugeordnet werden. Somit ist die Beschreibung des Betriebsfalls nicht mehr Teil des Steuerungsprogramms.
-
Vielmehr definiert das Steuerungsprogramm einen Rahmen (Framework), in dem Information zur Beschreibung der Betriebsfälle bereitgestellt werden kann. Das Framework umfasst grundlegende Logikbausteine, die elementare Hardware- und Softwarebedingungen modellieren. Das Informationsangebot zur Erzeugung der logischen Ausdrücke ist fundamental ausgelegt und kann leicht an neue Bedingungen angepasst werden. Logische Ausdrücke können innerhalb des Rahmens beliebig zusammengestellt und z. B. die Logikbausteine nach Belieben kombiniert werden.
-
Innerhalb eines logischen Ausdrucks wird beispielsweise Information über Einstellungen oder Merkmale der technischen Vorrichtung, insbesondere der Einheit, abgefragt. Beim Betrieb des technischen Geräts werden logische Ausdrücke solange abgefragt und ausgewertet, bis der Betriebsfall eindeutig definiert ist, d. h. einer der logischen Ausdrücke wahr ist. Anschließend wird der Steuerbefehl ausgegeben, der dem logischen Ausdruck zur z. B. softwaremäßige Ansteuerung der Einheit zugeordnet ist.
-
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass die bisher hart in das Steuerungsprogramm aufgenommene Komplexität ausgelagert wird, beispielsweise in die jeweiligen Dateien der einzelnen Einheiten. Entsprechend vorteilhaft enthält das Steuerungsprogramm nur noch z. B. die elementaren Logikbausteine in Form von Basisfunktionen, welche die Abfragen durchführen. Dadurch kann auch eine neuartige komplexe Einheit ohne Änderungen am Steuerungsprogramm nachträglich integriert werden, solange ihr dazugehöriger Betriebsfall mithilfe des Frameworks definiert werden kann.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsfällen verschiedene Möglichkeiten zur Interaktion mit der technischen Vorrichtung zur Verfügung stehen. Beispielsweise können einzelne Programme gestartet werden, um beispielsweise in der Benutzeroberfläche ein Fenster zu öffnen, oder es können weitere Einheiten an- oder abgewählt oder spezielle Parameter in den Betrieb der technischen Vorrichtung aufgenommen werden.
-
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens wird der logische Ausdruck aus einer die Einheit beschreibenden Datei in eine Steuereinheit der technischen Vorrichtung gelesen. Die Entwicklung der Einheit ist somit getrennt von der Ansteuerung der technischen Vorrichtung, d. h. vom Steuerungsprogramm. Dadurch können schon in der (Weiter-)Entwicklungsphase der Einheit bekannte Voraussetzungen für den Betrieb verwendet werden, um die zugehörigen logischen Ausdrücke zu erstellen.
-
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden bei der Abfrage des logischen Ausdrucks mehrere Logikbausteine abgefragt, die mit einem oder mehreren Logikoperatoren miteinander verknüpft sind. Die Logikoperatoren können allgemein durch Parameter, die das Verwendungsumfeld, das System beschreiben, oder durch Funktionen, die diese Parameter abfragen, gebildet werden.
-
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Spuleneinheit eines Magnetresonanzgeräts angesteuert. Die Ansteuerung der Spuleneinheit erfolgt dabei über einen Steuerkanal, der die Spuleneinheit mit einer Steuereinheit des Magnetresonanzgeräts verbindet und in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
-
Es folgt die Erläuterung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 1 bis 3. Es zeigen:
-
1 eine Skizze einer technischen Vorrichtung, auf der das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt werden kann,
-
2 eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts zur Verdeutlichung des Verfahrens und
-
3 eine Anforderungstabelle einer Mehrkernspuleneinheit eines MR-Geräts.
-
1 zeigt eine technische Vorrichtung 1, die mehrere Einheiten 3, ... 9 aufweist. Die Einheiten 3, ... 9 können beispielsweise fest mit der technischen Vorrichtung verbunden sein oder an diese als Modul angeschlossen werden. Beispielsweise würde die technische Vorrichtung 1 einem Magnetresonanzgerät entsprechen und die Einheiten 3, ... 9 wären beispielsweise eine Spuleneinheit, ein Grundfeldmagnet, ein Gradientenmagnet, oder eine Anzeigeeinheit mit einer Bedienoberfläche. Die Ansteuerung der Einheiten 3, ... 9 erfolgt über eine Steuereinheit 11. In der Steuereinheit 11 sind Dateien 13, ... 19 abgelegt, die bei der Verwendung einer der Einheiten 3, ... 9 zur Einstellung der Betriebsmodi der Einheiten 3, ... 9 verwendet werden.
-
Die Erläuterung des Verfahrens soll zunächst in Bezug zur Einheit 3 erfolgen. Diese kann in drei Betriebsmodi 3α, 3β, 3γ betrieben werden. Die Einstellung des Betriebsmodus erfolgt mithilfe einer Logikeinheit 13L, die mehrere logische Ausdrücke umfasst, denen jeweils ein Betriebsfall A, ... D zugeordnet ist. Wird nun beispielsweise die Einheit 3 mit der technischen Vorrichtung 1 verbunden, liest die Steuerungseinheit 11 die Datei 13, die diese Information enthält, und führt eine Abfrage der logischen Ausdrücke durch. Die Abfrage kann beispielsweise Parameter der Einheit 3 oder der anderen Einheiten 5, ... 9 betreffen oder sie kann Parameter betreffen, die durch die Steuereinheit 11 eingestellt wurden oder sie kann weitere Parameter, Eigenschaften, Kriterien etc. der technischen Vorrichtung 1 abfragen, die den Betriebsfall in Hinblick auf die Verwendung der Einheit 3 definieren. Die Abfragen sind schematisch durch die Pfeile in 1 angedeutet, die um die Logikeinheit 13L angeordnet sind.
-
Ist das Ergebnis der Abfrage eines logischen Ausdrucks ”wahr”, bedeutet dies, dass der zugehörige Betriebsfall vorliegt. In 1 liegt beispielsweise der Betriebsfall A (durchgezogener Pfeil) vor. Ein entsprechender Steuerbefehl 3A bewirkt, dass die Einheit 3 im Betriebsmodus 3α betrieben wird. Analog könnten die Betriebsfälle B oder C vorliegen, die die Steuerbefehle 3B bzw. 3C auslösen und entsprechend die Betriebsmoden 3β bzw. 3γ einstellen. Dem Betriebsfall D ist in 1 wiederum der Steuerbefehl 3D zugeordnet, der den Betriebsmodus 3α der Einheit 3 bewirkt.
-
Auf ähnliche Weise können die Betriebsfälle A', ... E' für die Ansteuerung der Einheit 5 oder die Betriebsfälle A'', ... E'' für die Ansteuerung der Einheit 7 mithilfe von logischen Ausdrücken der entsprechenden Logikeinheiten 15L bzw. 17L eingestellt werden. Das gleiche gilt für die Einheit 9, die beispielsweise als Userinterface zur Steuerung der Steuereinheit 11 verwendet wird. Werden beispielsweise die drei Einheiten 3, 5 und 7 mit der technischen Vorrichtung 1 verwendet, kann mithilfe der Logikeinheit 19L der dazugehörige Betriebsfall 19α identifiziert werden, woraufhin ein Steuerbefehl ausgegeben wird, der z. B. für jede Einheit ein Kontrollfenster auf einer Anzeige der Einheit 9 öffnet.
-
2 verdeutlicht das Verfahren anhand eines MR-Geräts 31. Für eine MR-Messung wird eine Spuleneinheit 33 mit einer Multikernspule 35 verwendet. Die Spuleneinheit 33 kann eine Sende- und/oder Empfangsspule, eine Lokalspule (z. B. eine Körper- oder Wirbelsäulenspule) oder eine fest eingebaute Spule (z. B. eine Ganzkörperspule) sein. Dazu wird der Stecker 37 der Spuleneinheit 33 in eine Buchse 39 der Patientenliege 41 gesteckt. Dadurch sind Empfangskanäle 43, Identifikationskanäle 45, Ansteuerkanäle 47 sowie ein Sendekanal 49 zwischen einer Steuereinheit 50 des MR-Geräts 31 und der Spuleneinheit 33 hergestellt.
-
Jeder Steuerkanal 47 kann in einem von zwei Betriebsmodi verwendet werden oder er wird nicht benötigt. Die Betriebsmodi hängen von der jeweils durchzuführenden MR-Messung ab. Beispielsweise kann an einem der Ansteuerungskanäle eine Spannung anliegen (Betriebsmodus U) oder es kann ein Strom durch ihn fließen (Betriebsmodus I). Falls der Steuerungskanal bei der MR-Messung nicht benötigt wird, kann er im Betriebsmodus U oder I betrieben werden. Dies wird im Folgenden als Betriebsmodus frei bezeichnet. Meist wird der Betriebsmodus frei durch den Betriebsmodus U ersetzt.
-
3 zeigt eine Anforderungstabelle für eine Multikernspuleneinheit mit derartigen Betriebsmoden. Die Mehrkernspule kann im Wasserstoff-Modus (1H) und im Phosphor-Modus (31P) senden und/oder empfangen. Die Betriebsfälle können allgemein durch Parameter bestimmt werden, die das Verwendungsumfeld, das System und/oder die MR-Messung beschreiben. Im Fall der Multikernspule bilden z. B. die möglichen Kombinationen vom Senden und Empfangen mit gleichen oder verschiedenen Kernen die Betriebsfälle. Je nach Betriebsfall ist jedem der Ansteuerungskanäle ein entsprechender Betriebsmodus zugeordnet.
-
Im Folgenden wird unter anderem der Aspekt der Beschreibung von Betriebsfällen mit Logikausdrücken näher erläutert. Vorzugsweise werden Hardwareeigenschaften der Spuleneinheiten in Spulendateien modelliert. Mittels derartiger Modelle können die Spuleneinheiten flexibel von einem Steuerungsprogramm des MR-Geräts angesteuert werden. Bei derartigen Spulendateien handelt es sich vorzugsweise um ASCII-basierte Textdateien, die vom Steuerungsprogramm eingelesen werden und z. B. mittels einer Checksumme geschützt sind.
-
Die Regeln zur Ansteuerung der Steuersignale der Spulenstecker (”PIN-Diodenansteuerung”) wird im Verfahren nach der Erfindung durch logische Ausdrücke in der Spulendatei beschrieben. Sie sind z. B. als logische Einheit in der Spulendatei zusammengefasst. Zu jedem logischen Ausdruck wird der zugehörige Betriebsmodus angegeben (U, I oder frei). Ist für eine Spuleneinheit, genauer für einen Kanal (PIN) der Spuleneinheit, einer der logischen Ausdrücke wahr, so wird der angegebene Betriebsmodus gewählt. Durch die Möglichkeit für jedes anzusteuernde Steuersignal einen oder mehrere logische Ausdrücke zu definieren, gewinnt die PIN-Diodenansteuerung an Flexibilität und ist leicht erweiter- und wartbar.
-
Der syntaktische Aufbau der logischen Ausdrücke basiert auf Konstanten (z. B. ”WAHR”, ”FALSCH”), Funktionen (z. B. Abfrage, ob gerade gesendet wird) und logischen Operatoren (UND, ODER, NICHT). Jeder logische Ausdruck kann einen der beiden Werte ”WAHR” oder ”FALSCH” annehmen. Die Werte zusammengesetzter logischer Ausdrücke ergeben sich entsprechend der Semantik aus der Aussagenlogik, z. B. gemäß einer Standard-Wahrheitstabelle.
-
Drei mögliche Arten von Funktionen liegen bei der Verwendung von Spuleneinheiten mit einem MR-Gerät zugrunde.
- A) Funktionen zum Erkennen, ob eine Spuleneinheit gesteckt ist.
- B) Funktionen zum Erkennen, ob eine Spuleneinheit selektiert ist.
- C) Funktionen, die sich auf das Senden und Empfangen mit Kernen beziehen.
-
Die Auswertung der PIN-Diodenansteuerung geschieht Kanal für Kanal, d. h. für jeden Kanal, der die Spuleneinheit mit einer Steuereinheit verbindet, werden die entsprechenden logischen Ausdrücke aus der Spulendateien nacheinander ausgewertet. Sobald ein Ausdruck erfüllt ist, d. h. ”WAHR” zurück gibt, wird der entsprechende Betriebsmodus selektiert. Diese Auswertung wird für jeden Kanal für die Sende- und Empfangsphase durchgeführt. Vorteilhaft ist es, um eine korrekte Funktionsweise der PIN-Diodenansteuerung zu gewährleisten, für jede Spuleneinheit (mindestens) einen logischen Ausdruck abzulegen, der ”WAHR” ergibt. Beispielsweise wird als letzter logischer Ausdruck die Konstante ”WAHR” als solche verwenden und ihr ein entsprechender Modus zugeordnet.
-
Im Folgenden wird ein Beispiel für zwei logische Ausdrücke einer Logikeinheit gegeben.
| Ausdruck_0 | = ”Körperspule ist selektiert.” ODER ”Es wird gesendet.” |
| Betriebsmodus_0 | = ”I” |
| Ausdruck_1 | = ”WAHR” |
| Betriebsmodus_1 | = ”U” |
-
Im ersten logischen Ausdruck werden als Logikbausteine die Funktionen ”Körperspule_selektiert” und ”wird gesendet” verwendet, die über ”ODER” miteinander verknüpft sind. Ist mindestens eines von beiden der Fall, so wird der Betriebsmodus ”I” eingestellt. Ist weder das eine noch das andere der Fall, so trifft Ausdruck_0 nicht zu (”FALSCH”) und Ausdruck_1 wird abgefragt. Da die Konstante ”WAHR” ”WAHR” ist, wird der Betriebsmodus ”U” des Kanals mit einem Steuerbefehl eingestellt.
