-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschallbildgebungssysteme
zu Diagnosezwecken und im Besonderen auf tragbare Ultraschallsysteme
mit Batterie als Sicherung.
-
In
den heutigen effizient geführten
Krankenhäusern
ermöglicht
es die Tragbarkeit eines Ultraschallsystems, dieses in mehr als
einem Labor oder mehr als einer Abteilung zu nutzen. Ein Ultraschallsystem
kann die meiste Zeit in der Radiologie eingesetzt werden und in
die Abteilung für
Geburtshilfe oder den Kreißsaal
gerollt werden, wenn es beispielsweise für eine Untersuchung bei der
Entbindung benötigt
wird. Die Tragbarkeit ermöglicht
es auch, das Ultraschallsystem am Bett des Patienten einzusetzen,
so dass das Ultraschallsystem zum Patienten gebracht wird, anstatt
den Patienten zum Ultraschalllabor zu fahren, was bei der Diagnose
vieler schwerkranker Patienten von Bedeutung ist. In der internationalen
Patentanmeldung Nr. WO 00/31563 wird ein Ultraschallbildgebungssystem
für Diagnosezwecke
mit kabellosen Schallköpfen
beschrieben. Die kabellosen Schallköpfe werden mit wieder aufladbaren
Batterien betrieben, die von dem Ultraschalldiagnosesystem aufgeladen
werden, wenn sich die Schallköpfe
nicht im Einsatz befinden. In der internationalen Patentanmeldung
WO 96/32888 wird eine batteriebetriebene Hand-Doppler-Ultraschallvorrichtung
für Diagnosezwecke zum
Einsatz in der Geburtshilfe beschrieben. Eine derartige Ultraschalldiagnosevorrichtung
umfasst einen kabellosen Schallkopf, eine Basiseinheit und eine
elektrische Ladestation. Sowohl der Schallkopf als auch die Basiseinheit
sind batteriebetrieben. Die Batterien der Basiseinheit werden wieder
aufgeladen, wenn die Basiseinheit in die Ladestation gestellt wird.
Die Batterien des Schallkopfes werden wieder aufgeladen, wenn der Schallkopf
in die Basiseinheit gesteckt und die Basiseinheit in die Ladestation
gestellt wird.
-
Es
kommt häufig
vor, dass das Ultraschallsystem bei medizinischen Notfällen schnell
transportiert und die Untersuchung an dem neuen Standort sofort
beginnen muss. Ein Hindernis für
den schnellen Transport und den schnell Einsatzbeginn stellt die
Notwendigkeit dar, das herkömmliche
Ultraschallsystem mit einer zeitaufwändigen Abschaltsequenz auszuschalten,
bevor es vom Netz getrennt und transportiert werden kann. Diese
Verzögerung
wiederholt sich an dem neuen Standort, wo es erforderlich ist, das
Ultraschallsystem mit einem komplizierten und zeitaufwändigen Startvorgang
einzuschalten. Dementsprechend wäre
es wünschenswert, diese
zeitaufwändigen
Schritte zu umgehen, so dass das Ultraschallsystem sofort transportiert
werden und betriebsbereit sein kann, um am neuen Standort umgehend
eingesetzt zu werden.
-
Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschallbildgebungssystem
für Diagnosezwecke
beschrieben, das schnell ausgeschaltet und erneut gestartet werden
kann und in wenigen Sekunden für
die Abtastung bereit ist. Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein Prozessor bzw.
ein Speicher im System aktiv bleibt, auch wenn das System „ausgeschaltet" wird. Wird das System
ausgeschaltet, wird der Zustand des Systems in einem flüchtigen
oder nicht flüchtigen
Speicher minimal erhalten, so dass das System neu gestartet werden
kann, ohne dass es eine vollständige
Startsequenz durchlaufen muss. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Prozessor mit einer Batterie als Sicherung versehen, so
dass er aktiv bleiben kann, auch wenn das Ultraschallsystem vom
Netz getrennt und transportiert wird. Erreicht das Ultraschallsystem
seinen Zielstandort, kann die Diagnose sofort beginnen.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild eines gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ausgelegten Ultraschallbildgebungssystems
für Diagnosezwecke;
-
1a ein
Verfahren zum Initialisieren des Ultraschallsystems aus 1;
-
2a–2d verschiedene
Verfahren zum wirksamen Ausschalten eines Ultraschallsystems, so dass
es schnell erneut gestartet werden kann;
-
3a–3d verschiedene
Verfahren zum schnellen Neustarten eines Ultraschallsystems;
-
4 ein
Verfahren, mit dem ein inaktives Ultraschallsystem auf eine Fernabfrage
reagieren kann;
-
5 ein
Verfahren, mit dem sich ein inaktives Ultraschallsystem automatisch
auf die Abtastung zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt vorbereitet;
und
-
6 ein
Verfahren, mit dem ein Ultraschallsystem während Ruhezeiten in einen Zustand
mit niedrigerem Energieverbrauch geht.
-
Bezug
nehmend zuerst auf 1 zeigt diese ein Blockschaltbild
eines gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ausgelegten Ultraschallbildgebungssystems 10.
Die Komponenten eines typischen Ultraschalls Spannung wird einer
Signalpfad-Energieversorgung 18 zugeführt, die den Schallkopf 12 und
den Ultraschallsignalpfad 14 mit Energie versorgt. Der
Wechselspannungsaufbereiter führt
zwei weitere Funktionen aus, nämlich
verschiedene Wechselspannungsquellen zu erkennen und auf sie zu
reagieren, und eine Leistungsfaktorkorrektur vorzunehmen, bei der
Strom- und Spannungsphasen aufeinander abgestimmt werden, um kurzzeitige
Stromspitzen während
der Zyklen der Wechselspannung zu verhindern. Der Wechselspannungsaufbereiter
erkennt, ob der Stecker 40 beispielsweise mit 110 Volt,
60 Hz oder mit 220 Volt, 50 Hz verbunden ist, und reagiert, indem
er den Aufbereiter so konfiguriert, dass er die erforderliche 48-V-Gleichspannung
von jeder Wechselspannungsquelle erzeugt. Durch die Leistungsfaktorkorrektur
wird bewirkt, dass das Ultraschallsystem die Leistung effizienter
nutzen kann, indem es dem Wechselspannungssystem eher als ohmsche
Last denn als Blindlast erscheint. Die Energieversorgung 18 ist
ein Gleichstromrichter, der eine Anzahl von Gleichspannungen für verschiedene
Bauteile und Module des Ultraschallsystems liefert. So werden beispielsweise
eine hohe Spannung als Steuerspannung für den Ultraschallwandler und
niedrigere Spannungen für
die digitale Verarbeitungsschaltung des Systems geliefert. Die Signalpfad-Energieversorgung 18 kann im
Allgemeinen einem fahrbaren Ultraschallsystem 1000 Watt oder mehr
Leistung zuführen.
-
Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ist eine CPU-Platine (Zentraleinheitplatine) 30 mit dem
Ultraschallsignalpfad 14 verbunden, die das Ein- und Ausschalten
des Ultraschallsignalpfades steuert. Die Funktionen der weiter unten
erläuterten
CPU-Platine können
in einem speziellen Ausführungsbeispiel
in den Systemcontroller des Ultraschallsignalpfades integriert und
dort ausgeführt
werden. In 1 ist zur Vereinfachung der
Darstellung und zum besseren Verständnis eine separate CPU-Platine
dargestellt. Die CPU-Platine 30 kann eine Standardhauptplatine,
beispielsweise eine ATX-Formfaktor-Hauptplatine mit einem System-Hauptchipsatz
und Basis-Ein-/Ausgabesystemsoftware (engl. BIOS) umfassen. BIOS
ist ein Code, der von einer Art eines nicht-flüchtigen Speichers wie einem
PROM oder einem Flash-Speicher aus ausgeführt wird und auf der CPU-Platine
resident bleibt. Die BIOS-Software fährt die CPU von einem Kaltstart
hoch und startet das Betriebssystem. Die BIOS-Software führt Funktionen
durch wie das Überprüfen der
Funktionstüchtigkeit
der Basishardware und der verfügbaren
Hardwareressourcen. BIOS-Software wird unter anderem von Phoenix,
Award und American Megatrends vertrieben. Die CPU-Platine umfasst
einen (hier manchmal als CPU bezeichneten) Zentralprozessor 31,
der ein Mikroprozessor, wie beispielsweise die von Intel, Advanced Micro
Devices oder Motorola erhältlichen
Mikroprozessoren, oder ein Prozessor mit begrenzteren Fähigkeiten, wie
ein Prozessor mit reduziertem Befehlsvorrat (engl. reduced instruction
set processor, RISC), sein kann. Die CPU-Platine umfasst einen RAM
(Direktzugriffsspeicher) 33, der es der CPU ermöglicht,
ein Betriebssystem-Softwareprogramm
(engl. operating system, OS) laufen zu lassen, das in einem nichtflüchtigen
Plattenspeicher 34 resident ist. Das Betriebssystem funktioniert
so, dass es, wie weiter unten beschrieben wird, verschiedene Betriebsaspekte
des Ultraschallsignalpfades 14, der Anzeige 16 und
der Peripheriegeräte
steuert, die mit dem Ultraschallsystem verbunden sind, wie beispielsweise
Drucker und Aufzeichnungsvorrichtungen. Das Betriebssystem bezieht
sich auf die Plattformsoftware, die Verwaltungsfunktionen übernimmt
und eine Schnittstelle zum Starten von Anwendungssoftware bietet.
Zur Betriebssystemsoftware gehören
DOS, Windows95 – 2000,
Windows CE und NT, Solaris und OS2. Jede Software, die kein Betriebssystem
ist und eine gegebene Aufgabe ausführt, wird als Anwendungssoftware
bezeichnet. Beispiele für
Anwendungssoftware sind Textverarbeitungssoftware, Tabellenkalkulationssoftware,
Kommunikations- oder Analysesoftware und kundenspezifische Software,
mit der eine Ultraschallvorrichtung betrieben wird. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die CPU-Platine mit dem Ultraschallsignalpfad 14 über eine
Steuerungsschnittstelle verbunden, die als Steuermodul 15 des
Ultraschallsignalpfades 14 dargestellt ist. Sind die Funktionen
der CPU-Platine in den Ultraschallsignalpfad integriert, kann diese
Schnittstelle teilweise oder vollständig weggelassen werden.
-
Die
CPU-Platine kann von der Signalpfad-Energieversorgung 18 versorgt
werden, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die CPU-Platine 30 jedoch
von ihrer eigenen Energieversorgung 32 versorgt. Die Energieversorgung
der CPU hat eine geringere Leistung als die Energieversorgung 18 und
kann beispielsweise 250 Watt liefern. Die Energieversorgung 32 der
CPU ist ebenso wie die Energieversorgung 18 ein Gleichstromrichter,
der den von dem Wechselspannungsaufbereiter zugeführten Spannungspegel
in die Gleichspannungen umwandelt, die die CPU-Platine 30 und
vorzugsweise auch der Plattenspeicher 34 benötigen. Die
Energieversorgung der CPU ist mit dem Wechselspannungsaufbereiter
verbunden und wird auf die gleiche Weise wie die Energieversorgung 18 versorgt.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Ultraschallsystem
als Option eine Batterie 50, die eine Reserveenergiequelle
für die
Signalpfad-Energieversorgung 18 und die Energieversorgung 32 der
CPU bietet. Die Batterie wird durch eine Batterieladeeinheit 52 geladen,
die mit dem Wechselspannungsaufbereiter 42 so verbunden
ist, dass die Batterie immer dann vollständig geladen werden kann, wenn
der Stecker 40 mit einer Netzwechselspannungsquelle verbunden
ist. Die Batterie 50 ist auch mit den Antriebsmotoren der
Gelenkeinheiten, falls vorhanden, verbunden, mit denen bewegliche
Teile des Ultraschallsystems, wie die Anzeige 16 und das
Bedienfeld 20, zur Erleichterung der Bedienung angehoben,
abgesenkt und gekippt werden können.
Dadurch können
die beweglichen Komponenten des Ultraschallsystems bewegt und eingestellt
werden, auch wenn das System nicht an eine Wandsteckdose angeschlossen
ist.
-
Das
Ultraschallsystem verfügt über Anschlüsse für ein Netzwerk
und/oder ein Modem, mit dem die beim Einsatz des Ultraschallsystems
erhaltenen Diagnoseinformationen an einem anderen Ort gespeichert oder
mit anderen Personen gemeinsam genutzt werden können. Die Netzwerk- und Modemverbindungen
ermöglichen
es ferner, dem Ultraschallsystem Informationen von externen Quellen,
wie E-Mails und Referenzbildarchive, wie in den US-amerikanischen
Patentschriften 5.897.498 und 5.938.607 beschrieben, zur Verfügung zu
stellen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
werden diese Verbindungen von der CPU-Platine 30 aus hergestellt,
in einem speziellen Ausführungsbeispiel
können
sie jedoch auch von dem Ultraschallsignalpfad 14 aus hergestellt
werden.
-
Wird
ein herkömmliches
Ultraschallsystem eingeschaltet, muss es seine gesamten Funktionen
von einem Kaltstart aus initialisieren, was viele Minuten in Anspruch
nehmen kann. Genauso durchläuft
das Ultraschallsystem beim Ausschalten einen sehr langen Prozess,
um seine verschiedenen Module und Teilsysteme ordnungsgemäß aber zeitaufwändig abzuschalten.
In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die CPU-Platine selten, wenn überhaupt,
vollständig
abgeschaltet. Die CPU-Platine steuert die anderen Komponenten und
Teilsysteme des Ultraschallsystems so, dass sie sich in verschiedenen
Bereitschaftszuständen
befinden oder vollständig
abgeschaltet sind, und kann sogar selbst in einen Bereitschaftszustand
oder einen Zustand mit niedriger Leistung gehen, kann jedoch selektiv
wiederhergestellt werden und den Rest des Ultraschallsystems innerhalb
kurzer Zeit oder fast sofort wieder zur vollständigen Funktionstüchtigkeit
bringen.
-
Im
Prinzip fungieren die CPU-Platine 30 und ihr Betriebssystem
(OS) und die zugehörige
Software als Zentralprozessor mit den anderen Komponenten des Ultraschallsystems
einschließlich
des Ultraschallsignalpfades 14, die im Wesentlichen als
Peripheriegeräte
dieses Zentralprozessors angesehen werden. Das Betriebssystem der
CPU-Platine und,
falls gewünscht,
die Anwendungssoftware steuern die Betriebszustände dieser Peripheriegeräte innerhalb
der vom Benutzer vorgegebenen Grenzen, so dass das gesamte System
effizient und effektiv arbeitet. Dies kann beinhalten, dass andere
Komponenten des Ultraschallsystems so gesteuert werden, dass sie
sich in einem hohen Zustand der Betriebsbereitschaft oder in verschiedenen
Bereitschaftszuständen
mit unterschiedlichen Zeitspannen bis zur Rückkehr zum vollen Betrieb und
verschiedenen Niveaus der Leistungsaufnahme befinden oder teilweise
oder vollständig
abgeschaltet sind. Das Betriebssystem der CPU-Platine steuert nicht
nur die anderen Komponenten des Systems auf diese Weise; in einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann es die gleichen Steuerfunktionen auf sich selbst anwenden,
selbst bis zu einem Zustand, bei dem sich das gesamte System in
einem Bereitschaftszustand befindet, in dem es nur 5–10 Watt
oder weniger Leistung verbraucht, und somit eine beträchtliche
Zeit lang mit Hilfe von Batterieleistung aufrechterhalten werden
kann.
-
Einige
Beispiele veranschaulichen die möglichen
Steuerungsgrade. Erkennt das Betriebssystem eine sehr lange Zeit
der Inaktivität
des Ultraschallsystems, kann es schrittweise den Betrieb bestimmter
Systemkomponenten abschalten oder unterbrechen. Die Anzeige kann
beispielsweise zuerst in den Standby-Betrieb gesetzt und später vollständig abgeschaltet
werden. Genauso kann mit den Peripheriegeräten, wie Druckern und Aufzeichnungsvorrichtungen,
verfahren werden. Die Dauer der Inaktivität, nach der diese Maßnahmen
automatisch durchgeführt
werden, kann vom Systembediener eingestellt werden. Ausgewählte Komponenten und
sogar große
Teile des Ultraschallsystems, die nur wenig oder praktisch keine
Zeit benötigen,
um wieder aktiviert zu werden, können
sogar für
kurze Zeit wie ein paar Sekunden abgeschaltet werden. Wenn der Bediener
beispielsweise ein Bild auf dem Anzeigebildschirm einfriert, können große Teile
des Ultraschallsignalpfades in einen Bereitschaftszustand mit niedriger
Leistung versetzt werden, bis die Echtzeitabtastung fortgesetzt
wird. Dieser Bereitschaftszustand kann vom Bediener unbemerkt bleiben,
für den
das System immer vollständig
aktiv zu sein scheint. Ein derartiger Bereitschaftszustand kann
nur Sekunden dauern, die Anhäufung derartiger
Zeitspannen über
die Zeit kann jedoch eine erhebliche Reduzierung des Energieverbrauchs
und der Wärmeentwicklung
und -abstrahlung der Bauteile bewirken. Andere Komponenten des Systems
können
immer auf einem hohen Niveau der Betriebsbereitschaft gehalten werden,
wie beispielsweise eine Netzwerkverbindung oder ein Modem, die somit
zu jedem Zeitpunkt tagsüber
oder nachts auf Abfragen reagieren.
-
Der
Ultraschallsignalpfad kann auf verschiedene Zustände der Inaktivität eingestellt
werden, aus denen er innerhalb eines vom Systembediener gewünschten
Zeitfensters zum vollen Betrieb zurückkehren kann. Die Prozessoren
im Ultraschallsignalpfad können
beispielsweise in einen Ruhezustand versetzt werden, in dem die
von den Prozessoren gesteuerten und für sie zugänglichen Peripheriegeräte, einschließlich der nicht-flüchtigen
Plattenspeicher, die die Prozessoren versorgen, abgeschaltet werden.
Die Prozessoren und ihr flüchtiger
Speicher (RAM) funktionieren weiter normal, so dass sie fast sofort
wieder vollständig
den Betrieb aufnehmen können.
In einem niedrigeren inaktiven Zustand wird zusätzlich zum Abschalten der Peripheriegeräte die Taktfrequenz
der Prozessoren während
inaktiver Zeiten reduziert. Die Prozessoren werden ebenso wie der
von den Prozessoren genutzte flüchtige
Speicher weiterhin mit Energie versorgt, so dass sie im Bruchteil
von Sekunden ihre volle Funktionstüchtigkeit wiedererlangen können. In
einem noch niedrigeren inaktiven Zustand werden die Prozessoren
selbst abgeschaltet, und der Kontext oder variable Daten der Prozessoren, wie
Registerwerte, Stapel- und Indexwerte der Prozessoren, werden im
RAM gespeichert, der weiterhin mit Energie versorgt wird. Werden
die Prozessoren wieder mit Energie versorgt, stellt ein Zeiger den
Kontext des Prozessors wieder in dem Zustand wie vor dem Abschalten
her, und die volle Funktionstüchtigkeit
ist ziemlich schnell wieder hergestellt. In einem noch niedrigeren
inaktiven Zustand wird der Kontext des Prozessors im RAM gespeichert,
und die RAM-Daten werden in einem nicht-flüchtigen (Platten- oder Halbleiter-,
beispielsweise Flash-) Speicher gespeichert. Der nicht-flüchtige Speicher,
der RAM und der Prozessor werden dann ausgeschaltet. Wird der Betrieb
fortgesetzt, werden die RAM-Daten aus dem nicht-flüchtigen
Speicher abgerufen, der Kontext des Prozessors wiederhergestellt
und der Betrieb dort fortgesetzt, wo er unterbrochen wurde. In einem
System mit der Komplexität
eines Ultraschallsystems können
verschiedene Prozessoren unterschiedliche Zustandsebenen der Inaktivität aufweisen,
die als eine Funktion der von den verschiedenen Prozessoren ausgeführten Aufgaben
und der Geschwindigkeit gewählt
werden, die der Bediener für
die Rückkehr des
Systems zur vollen Funktionstüchtigkeit
vorgibt. Falls der Bediener wünscht,
dass das System beispielsweise im Bruchteil einer Sekunde zur vollen
Funktionstüchtigkeit
zurückkehrt,
kann das Betriebsystem der CPU-Platine
für die
Hauptprozessoren den niedrigsten inaktiven Zustand so einstellen,
dass die Taktfrequenz des Prozessors reduziert wird, die Prozessoren
und ihr flüchtiger
Speicher jedoch weiterhin mit Energie versorgt werden. Ist eine
längere
Zeitspanne bis zur Wiederaufnahme des Betriebs akzeptabel, würde ein
niedrigerer inaktiver Zustand verwendet. Auch die Größe der von
dem System verwendeten Datenblöcke
muss berücksichtigt
werden. Wenn große
Datenblöcke
erforderlich sind, um den Strahlenbündler für die Funktion des Schallkopfes
zu konfigurieren, und die erforderliche Zeit zum Wiederherstellen
der Strahlenbündlerdaten
von der Festplatte nicht akzeptabel ist, kann das Betriebssystem
veranlassen, dass der RAM des Strahlenbündlers, in dem die Daten gespeichert
sind, ständig
mit Energie versorgt wird, wodurch vermieden wird, dass die Daten
von der Festplatte wiederhergestellt werden müssen.
-
Die
folgenden Zeichnungen zeigen Ablaufdiagramme für den Betrieb eines Ultraschallsystems
gemäß einiger
der oben genannten Betrachtungen und Optionen. Diese Beispiele beschreiben
zur Vereinfachung der Darstellung Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung durch ein Betriebssystem; es ist jedoch anzumerken, dass
die Erfindung in einem konstruierten Ausführungsbeispiel als Ganzes oder
teilweise durch das Betriebssystem, die Anwendungssoftware, die
BIOS-Software oder eine Kombination hiervon implementiert werden
kann. Die vorliegende Erfindung kann auch in Hardware implementiert
werden, beispielsweise durch eine FPGA-Steuerung (engl. field programmable
gate array) anstelle der Steuerung durch das Betriebssystem. In diesem
Dokument beziehat sich der Ausdruck Betriebssystem auf jeden dieser
Ansätze. 1a zeigt
das Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Initialisierung eines Standardbetriebszustandes
für das
Ultraschallsystem. Der Standardbetriebszustand ist typischerweise
derjenige, den ein Bediener am häufigsten
verwendet. Ist der Bediener des Ultraschallsystems beispielsweise
ein Geburtshelfer, kann der Standardbetriebszustand eine Untersuchung
bei der Entbindung mit einem speziellen Konvexwandler-Schallkopf
sein. Ist der Bediener des Ultraschallsystems ein Kardiologe, kann
der Standardbetriebszustand eine Echountersuchung des Herzens mit
einem speziellen Schallkopf mit elektronisch gesteuertem Wandler
sein. Der Standardbetriebszustand wird typischerweise bei der ersten Benutzung
des Ultraschallsystems durch den Bediener initialisiert, er kann
jedoch auch zu einem späteren
Zeitpunkt eingestellt oder geändert
werden. In dem in 1a dargestellten Prozess wird
das Ultraschallsystem eingeschaltet (101), und die CPU-Platine
und ihr Betriebssystem werden gestartet (102). Das Betriebssystem
wiederum veranlasst das Starten des Ultraschallsignalpfades (103).
Ist der Ultraschallsignalpfad voll funktionstüchtig, werden seine Funktionen
geprüft
(104), um sicherzustellen, dass das System voll funktionstüchtig ist,
wobei der Bediener diesen Schritt durch entsprechende Auswahl umgehen
kann. Der Bediener verwendet dann die Benutzerschnittstelle, um
die Standarduntersuchungsart auszuwählen (105). Ist der
Bediener beispielsweise ein Geburtshelfer, kann eine Untersuchung
bei der Entbindung ausgewählt
werden. Der Bediener wählt
auch den für
die bevorzugte Untersuchung zu verwendenden Schallkopf aus (106).
Wenn der Bediener alle notwendigen Parameter des Standardbetriebszustandes
ausgewählt hat,
erzeugt das Ultraschallsystem, vorzugsweise das Betriebssystem,
eine Datei, die den Standardbetriebszustand festlegt, hier als Datei „DQuickStart" bezeichnet (107).
Das Betriebssystem speichert dann die Datei DQuickStart an einem
Speicherplatz, von dem sie bei Bedarf abgerufen werden kann, vorzugsweise
in einem nicht-flüchtigen
Speichermedium wie dem Plattenspeicher 34. Wird das Ultraschallsystem
unter mehreren der unten erläuterten
Bedingungen erneut gestartet, ruft das Betriebssystem die Datei
DQuickStart ab und initialisiert das Ultraschallsystem für den Betrieb
in dem vorher festgelegten Standardbetriebszustand.
-
Wird
ein herkömmliches
Ultraschallsystem ausgeschaltet, durchläuft es einen sehr langen Prozess des
Beendens von Operationen und des Abschaltens von Modulen und Prozessoren.
Ist der Abschaltvorgang beendet, ist im Allgemeinen der einzige
aktive Schaltkreis der batteriegestützte Chip, der die Uhr und
den Kalender der Systems weiter laufen lässt. Die gesamten restlichen
Schaltungen sind vollständig
ausgeschaltet. 2a zeigt einen abgeschalteten
Zustand der vorliegenden Erfindung, von dem aus die volle Funktionstüchtigkeit
des Ultraschallsystems ziemlich schnell wiederhergestellt werden
kann. Im Gegensatz zur herkömmlichen
Abschaltsequenz werden wichtige Systemschaltkreise weiterhin mit
Energie versorgt. In 2a wird der AUS-Schalter betätigt (201),
und das Ultraschallsystem fragt den Bediener, ob die aktuelle Ultraschalluntersuchung
fortgesetzt werden soll, wenn das System erneut gestartet wird (202).
In diesem Beispiel antwortet der Bediener, dass die aktuelle Untersuchung
fortgesetzt werden soll. Die Anwendungsdaten für die aktuelle Untersuchung
werden im RAM gespeichert (203), und das Betriebssystem
schaltet den Ultraschallsignalpfad ab (204). Das Betriebssystem
schaltet auch die Peripheriegeräte
des Ultraschallsystems ab oder versetzt sie einschließlich des
Festplattenspeichers (engl. hard drive, HD) 34 in einen
Bereitschaftszustand (205). Die Register- und Stapelwerte
(der Kontext) der CPU werden im RAM gespeichert (206),
und es wird ein Merker gesetzt, der die CPU anweist, beim Neustart
die gespeicherten Werte zu verwenden (207). Die CPU wird
dann mit einer niedrigen Taktfrequenz getaktet (208), um
Energie zu sparen.
-
Das
Ultraschallsystem kann aus diesem Zustand mit dem in 3a dargestellten
Prozess erneut gestartet werden. Wird der EIN-Schalter des Ultraschallsystems
betätigt
(301), wird die CPU mit ihrer normalen Taktfrequenz getaktet
(302). Die Peripheriegeräte einschließlich der
Festplatte werden eingeschaltet (303), und der Ultraschallsignalpfad
wird wieder mit Energie versorgt (304). Das Betriebssystem überprüft den Merker
für den
Neustart (305) und stellt fest, dass er auf Neustart vom
RAM eingestellt ist. Die Register- und Stapelwerte der Zentraleinheit
werden vom RAM wiederhergestellt (306) und auf beschädigte Daten überprüft (307).
Da das Ultraschallsystem eine erhebliche Zeit in seinem Zustand
der Inaktivität
gewesen sein kann, wie beispielsweise über Nacht oder während mehrerer
Tage oder länger,
ist es sicherer, es auf beschädigte
Daten zu prüfen,
da das Ultraschallsystem zuverlässige
Diagnoseinformationen über
den Patienten liefern soll. Werden beschädigte Daten gefunden, wird
ein vollständiger
Startvorgang zur Wiederherstellung durchgeführt (308). Werden
keine beschädigten
Daten gefunden, werden die vorher für die Untersuchung gespeicherten Daten,
die Anwendungsdaten und die Schallkopfdaten dem Ultraschallsignalpfad
wieder zugeführt
(315). Das System ist nun bereit, mit der gleichen Untersuchung
fortzufahren, die beim Ausschalten im Gange war.
-
Bei
diesem und den anderen weiter unten beschriebenen Schnellstartsequenzen
ist zu sehen, dass der Schritt (104) des Prüfens der
vollen Funktionstüchtigkeit
des Ultraschallsignalpfades während
der schnellen Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft des Systems
nicht ausgeführt
wird. Dies liegt daran, dass ein derartiger Selbsttest sehr zeitaufwändig sein
kann und den gewünschten
schnellen Neustart des Systems beeinträchtigt. Eine derartige Funktionsprüfung sollte
jedoch durchgeführt
werden, um kontinuierlich die ordnungsgemäße Funktionstüchtigkeit
des Systems sicherzustellen. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird eine derartige Funktionsprüfung im Betrieb entweder als
Teil von Modusübergängen im Hintergrund
oder während
periodischer Ruhe- oder teilweise inaktiver Zustände durchgeführt, beispielsweise, wenn
ein Bild auf dem Bildschirm eingefroren ist. Eine ununterbrochene
Prüfung
der vollen Funktionstüchtigkeit
des Ultraschallsignalpfades wird automatisch bei einem erneuten
Kaltstart-Hochfahren durchgeführt.
Zu anderen Zeitpunkten wird eine derartige Funktionsprüfung mit
Unterbrechungen durch das Betriebssystem durchgeführt, wenn
eine derartige Ablaufsteuerung ohne Unterbrechung der vom Bediener
befohlenen Operationen durchgeführt
werden kann, beispielsweise in der Nacht, wenn das System nicht
im Einsatz ist. Somit werden Gefahren für die Sicherheit periodisch
aber kontinuierlich verringert.
-
Variationen
dieser Prozesse sind möglich.
Anstelle des Abschaltens des gesamten Ultraschallsignalpfades (204)
kann das Betriebssystem einige oder alle Prozessoren des Ultraschallsignalpfades
in einem oder mehreren Ruhezuständen
belassen oder mit niedrigen Taktfrequenzen laufen lassen oder einige
der Bauteile und Module der Ultraschallsignalpfad-Prozessoren ausschalten,
während
andere weiterhin mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann
der die Daten für
den Strahlenbündler
speichernde flüchtige
Speicher weiterhin mit Energie versorgt werden. Das Betriebssystem
kann dies erreichen, indem es die Energieversorgung 18 des
Signalpfades über
das Steuermodul 15 und die Befehlsleitung 17 auffordert,
alle Komponenten des Ultraschallsignalpfades mit Ausnahme des RAM
für den
Strahlenbündler
abzuschalten. Eine weitere Alternative besteht darin, dass das Betriebssystem,
anstelle die CPU in eine niedrige Taktfrequenz umzuschalten, einen Befehl
an die Energieversorgung 32 der CPU über die Befehlsleitung 36 ausgibt,
die Energieversorgung für alle
CPU-Platinenkomponenten mit Ausnahme des RAM der Platine auszuschalten.
Diese Aktion würde
zwar die Zeit verlängern,
die das System benötigt,
um zur vollen Betriebsbereitschaft zurückzukehren, sie würde es jedoch
der Energieversorgung der CPU ermöglichen, mit einem Ausgangspegel
von ungefähr
5 Watt oder weniger zu funktionieren, der für eine nennenswerte Zeitspanne
durch Batterieleistung aufrechterhalten werden kann.
-
2b zeigt
eine Vorgehensweise, mit der das Ultraschallsystem in einen niedrigeren
Betriebsbereitschaftszustand „abgeschaltet" wird, bei dem mehr
Zeit für
die Wiederherstellung zur vollen Funktionstüchtigkeit benötigt aber
weniger Energie verbraucht wird, wenn es „ausgeschaltet" wird. Nachdem der
Bediener den AUS-Schalter betätigt
(201) und auswählt,
dass er die aktuelle Untersuchung fortsetzen möchte, wenn das System erneut
gestartet wird (202), werden die Anwendungsdaten für die aktuelle Untersuchung
im RAM gespeichert (203), wird der Ultraschallsignalpfad
abgeschaltet (204), werden die Peripheriegeräte abgeschaltet (211)
und die Register- und Stapelwerte der CPU im RAM gespeichert (206).
Die im RAM gespeicherten Daten werden in einem nicht-flüchtigen
Platten- oder Halbleiterspeicher gespeichert (209), und
es wird ein Merker gesetzt, der der CPU anzeigt, dass von den Daten
im nicht-flüchtigen
Speicher ausgehend gestartet werden soll, wenn der Betrieb wieder
aufgenommen wird. Die Festplatte und der RAM werden abgeschaltet,
und die CPU wird auf eine niedrige Taktfrequenz umgeschaltet. Als
Alternative kann die CPU auch abgeschaltet werden, da die für den Neustart
benötigten
Daten in dem nicht-flüchtigen
Speicher gespeichert sind. Dadurch ist es erforderlich, die CPU
beim Neustart wieder hochzufahren, es ist jedoch nicht erforderlich,
die Energieversorgung für
die CPU aufrecht zu erhalten, wenn das System ausgeschaltet ist.
-
Das
Ultraschallsystem kann aus diesem ausgeschalteten Zustand erneut
gestartet werden, indem die in 3b dargestellte
Sequenz durchlaufen wird. Wird der EIN-Schalter betätigt (301),
entspricht der Prozess demjenigen aus 3a bis
zu dem Punkt, bei dem der Marke für den Neustart geprüft wird
(305). Hier erkennt das Betriebssystem, dass der Merker „Start
From Disk" gesetzt
wurde, und infolgedessen werden die auf der Festplatte gespeicherten
Daten wieder in den RAM geladen (316). Die Register- und
Stapelwerte der CPU werden wiederhergestellt (306), und
es wird eine Überprüfung auf
beschädigte
Daten durchgeführt
(307). Werden keine beschädigten Daten gefunden, werden
die Anwendungsdaten der Untersuchung und die Daten des Schallkopfes
wieder hergestellt (315), und das System ist wieder bereit,
die vorherige Untersuchung fortzusetzen. Auch hier sind Variationen
möglich,
wie beispielsweise die Energieversorgung für Teile des Ultraschallsignalpfades
aufrecht zu erhalten bzw. sie in ausgewählten Ruhezuständen zu
betreiben, die einen schnelleren Neustart ermöglichen.
-
In
den vorherigen Szenarien hat der Bediener ausgewählt, dass das System die aktuelle
Ultraschalluntersuchung fortsetzen soll, wenn das Ultraschallsystem
erneut gestartet wird. 2c zeigt ein mögliches Szenario,
bei dem der Bediener ausgewählt
hat, dass dieselbe Untersuchung beim Neustart nicht fortgesetzt werden
soll. Wenn der Bediener diese Auswahl trifft (202), fragt
das System ab, ob die gleiche Art der Untersuchung wie die letzte
beim Neustart verwendet werden soll (212). Verwendet der
Bediener das Ultraschallsystem routinemäßig für eine spezielle Art der Herzuntersuchung,
kann beispielsweise die Auswahl getroffen werden, dass das System
für die
gleiche Art der Herzuntersuchung wie diejenige erneut gestartet
wird, die gerade beendet wurde. Möchte der Bediener jedoch beim
nächsten
Mal, wenn er das System verwendet, eine andere Untersuchung durchführen, oder
ist er nicht sicher, welche Art der Untersuchung beim nächsten Mal von
dem System durchgeführt
werden soll, antwortet der Bediener mit „Nein", wie es in der Zeichnung dargestellt
ist. Das Betriebssystem reagiert, indem es einen Merker für die Datei
DQuickStart setzt (213), den Ultraschallsignalpfad abschaltet
(204), die Peripheriegeräte einschließlich der
Festplatte abschaltet (205) und die CPU auf eine niedrige
Taktfrequenz umschaltet (208). Wird das System erneut gestartet,
folgt das Ultraschallsystem der in 3c dargestellten
Sequenz. Wird der EIN-Schalter betätigt (301), kehrt
die CPU zu ihrer normalen Taktfrequenz zurück (302), und die
Festplatte und die Peripheriegeräte
werden eingeschaltet (303). Der Ultraschallsignalpfad wird
eingeschaltet (304) und das Betriebssystem überprüft den Merker
für den
Neustart (305). Stellt es fest, dass der Merker DQuickStart
gesetzt ist, wird die Datei DQuickStart von dem nicht-flüchtigen
Speicher ausgewählt
(309) und es werden die vorher eingestellten Standardbetriebsparameter
implementiert. Der Ultraschallsignalpfad wird so vorbereitet, dass
er die Standarduntersuchungsanwendung startet (310), und
der Strahlenbündler
wird so eingestellt, dass er den Standardschallkopf steuert (311),
oder falls dieser nicht zur Verfügung
steht, einen Schallkopf steuert, der aktuell mit dem Ultraschallsystem
verbunden ist. Das Ultraschallsystem ist nun bereit für die Durchführung der
Standarduntersuchung.
-
Wie
in den vorhergehenden Beispielen können Variationen dieses Szenarios
verwendet werden. Statt die CPU auf eine niedrige Taktfrequenz umzuschalten,
kann die CPU-Platine abgeschaltet werden, da die Datei DQuickStart
in dem nicht-flüchtigen
Speicher gespeichert ist; es muss nur der Merker für den Neustart
erhalten bleiben. In diesem Fall würde der Neustart länger dauern,
da die CPU-Platine wieder gestartet werden müsste. Als eine weitere Alternative,
die einen noch schnelleren Neustart ermöglicht, können anstelle des Setzens des
Merkers DQuickStart während
der Abschaltsequenz die Parameter der Datei DQuickStart in den RAM
geladen und die Energieversorgung des RAM aufrecht erhalten werden,
so dass das Betriebssystem die Anwendung DQuickStart sofort ausführen kann,
ohne die Datei DQuickStart beim Neustart vom Speicher abrufen zu
müssen.
-
In 2d ist
eine Sequenz von Ereignissen dargestellt, die auftreten, wenn der
Bediener auswählt, dass
er, wenn das Ultraschallsystem erneut gestartet wird, mit der gleichen
Art der Untersuchung beginnen möchte,
die gerade beendet wurde. Wenn der Bediener diese Auswahl trifft
(212), erstellt das Betriebssystem eine Datei mit dem Namen CQuickStart,
die Parameter der Art der gerade beendeten Untersuchung einschließlich des
verwendeten Schallkopfes enthält
(214). Die Datei CQuickStart wird auf der Festplatte (oder bei
einer der oben beschriebenen Alternativen im RAM) gespeichert, und
es wird ein Merker für
die Datei CQuickStart gesetzt (215). Der Ultraschallsignalpfad
wird abgeschaltet (204), die Peripheriegeräte und die Festplatte
werden abgeschaltet (205), und die CPU wird auf eine niedrige
Taktfrequenz eingestellt (208). Wenn das Ultraschallsystem
eingeschaltet wird (301), wie es in 3d dargestellt
ist, wird die normale Taktfrequenz der CPU wiederhergestellt (302),
die Festplatte und die Peripheriegeräte werden eingeschaltet (303)
und der Ultraschallsignalpfad wird eingeschaltet (304).
Das Betriebssystem überprüft den Merker
für den
Neustart und stellt fest, dass der Marke CQuickStart gesetzt ist
(305). Das Betriebssystem ruft die Datei CQuickStart von der
Festplatte ab (oder implementiert sie sofort, wenn sie im RAM gespeichert
wurde) (312) und startet die in der Datei CQuickStart festgelegte
Untersuchungsanwendung (313) einschließlich der Einstellung des Strahlenbündlers für den in
der Datei festgelegten Schallkopf (314). Die für das vorherige
Szenario der 2c und 3c möglichen
Alternativen können
hier ebenfalls angewendet werden.
-
Wie
bereits erwähnt
versetzt das Betriebssystem, wenn es die verschiedenen Komponenten
des Ultraschallsystems abschaltet, diese Komponenten in einen Ruhezustand,
der es ihnen ermöglicht,
innerhalb des vom Benutzer geforderten Zeitfensters wieder zur vollen
Funktionstüchtigkeit
zurückzukehren.
Die verschiedenen Komponenten des Ultraschallsystems können in
unterschiedliche Ruhezustände
gebracht werden, und diese Zustände
können
für verschiedene
Benutzer variieren, da verschiedene Benutzer unterschiedliche Anforderungen
an die Dauer stellen können,
die das Ultraschallsystem für
einen Neustart benötigt.
Das Betriebssystem schaltet außerdem
verschiedene Komponenten des Systems unter Berücksichtigung der Funktionen
ab, die sie ausüben,
wie es oben in dem Beispiel der Aufrechterhaltung der Energieversorgung
für den
Speicher des Strahlenbündlers
erläutert
wurde. 4 zeigt ein weiteres Beispiel hierfür. Ein Ultraschallsystem,
auf das von außen über ein
Netzwerk oder ein Modem zugegriffen werden kann, muss möglicherweise jederzeit
für eine
Fernabfrage zur Verfügung
stehen. Es kann beispielsweise nachts eine Ferndiagnose durchgeführt werden,
wenn sich das Ultraschallsystem nicht im Einsatz befindet, wie es
beispielsweise in der US-amerikanischen
Patentschrift mit der Anmeldungsseriennummer 09/543.143, eingereicht
am 23.3.00, beschrieben wird. Als weiteres Beispiel möchte der
diagnostizierende Arzt eventuell zu Hause, nachdem das Ultraschalllabor
geschlossen wurde, Bilder erneut einsehen, die im Ultraschallsystem
gespeichert sind. Ein derartiges Szenario ist in der US-amerikanischen Patentschrift
5.851.186 beschrieben. In diesen Fällen ist das Ultraschallsystem
im Wesentlichen 24 Stunden am Tag „ansprechbar". In dieser Betriebsart
kann sich die Netzwerkschnittstelle oder das Modem in einem Bereitschaftszustand
oder einem abgeschalteten Zustand befinden, wenn das Ultraschallsystem
am Ende des Tages abgeschaltet wird, und dennoch Netzwerk- oder
Telefonaktivitäten
erkennen, so dass es vollständig
aktiv ist, wenn Informationen von ihm abgerufen werden. Die CPU
kann in einen Zustand mit niedriger Leistung versetzt oder sogar
ausgeschaltet werden, solange sie weiterhin auf einen Interrupt
vom Netzwerk oder Modem reagiert und externe Abfragen verarbeitet.
Die CPU selbst kann auf einen derartigen Interrupt in einem Ruhezustand
(beispielsweise mit niedriger Taktfrequenz) reagieren, oder der
Chipsatz auf der CPU-Platine
kann auf einen derartigen Interrupt reagieren und die CPU entsprechend
erneut starten. In manchen Fällen
kann die BIOS-Software auf der CPU-Platine so programmiert werden,
dass sie diese Interrupts verarbeitet.
-
Ein
Arzt möchte
beispielsweise seinen Computer zu Hause nutzen, um sich ein Bild
anzusehen, das am vergangenen Praxistag von dem Ultraschallsystem
erfasst wurde. Der Arzt stellt entweder eine Verbindung mit dem
Ultraschallsystem über
die Netzwerkverbindung oder das Modem her, wie es in 4 dargestellt
ist, die einen Interrupt an die CPU-Platine sendet (401).
In dem Fall, dass die CPU auf eine niedrige Taktfrequenz heruntergefahren
wurde, reagiert die CPU auf den Interrupt, indem sie ihre normale
Taktfrequenz wieder herstellt (402). In dem Fall, dass
die CPU ausgeschaltet wurde, reagiert der Chipsatz auf der CPU-Platine
auf den Interrupt, indem er die CPU erneut startet. Die Festplatte
und die anderen Peripheriegeräte
können
eingeschaltet werden (403), wenn sie auf di Anfrage reagieren
sollen, wie sie auch Web-Anwendungen laufen lassen müssen, um
auf einen Internet-Browser zu reagieren. Das Betriebssystem schaltet
den Speicher ein, in dem die Ultraschallbilder gespeichert sind
(404). In dem Beispiel aus 1 sind die
Ultraschallbilder in einem Bildspeicher 22 gespeichert,
der mit dem Ultraschallsignalpfad und der CPU-Platine verbunden
ist. Das Betriebssystem führt
dann die Kommunikationssoftware aus, die erforderlich ist, um auf
die Anfrage zu reagieren, beispielsweise die Web-Anwendungssoftware
(405). Wie in dem oben erwähnten Patent beschrieben kann
ein Webserver dem Arzt ein Bilddateiverzeichnis senden, aus dem
er das gewünschte
Bild auswählt.
Das gewünschte
Bild wird dann vom Bildspeicher oder der Festplatte abgerufen und über das
Netzwerk, das Modem oder das Internet zum Arzt gesendet, der es
sich dann auf dem Bildschirm seines Computers ansehen kann. Nachdem
die Kommunikation beendet wurde, können die Festplatte, der Bildspeicher,
die Peripheriegeräte und
die CPU wieder abgeschaltet werden, um die nächste Anfrage in einem Zustand
mit niedriger Leistung zu erwarten.
-
Besitzt
das Ultraschallsystem die Fähigkeit,
sich selektiv ein- und abzuschalten, kann eine Vorgehensweise wie
in 5 gezeigt verwendet werden, um das Ultraschallsystem
automatisch zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt erneut zu starten.
Dadurch kann das Ultraschallsystem ausgeschaltet werden, wenn es nachts
nicht verwendet wird, kann jedoch bereit für die Abtastung sein, wenn
das Ultraschalllabor am nächsten Tag öffnet. Beim
Ausschalten des Ultraschallsystems gibt der Bediener einen Befehl
ein, der besagt, dass das Ultraschallsystem zu einem angegebenen
Zeitpunkt und Datum erneut gestartet werden soll. Öffnet das
Ultraschalllabor am nächsten
Tag um 8 Uhr, kann es wünschenswert
sein, dass das Ultraschallsystem um 7.45 Uhr eingeschaltet wird
und zu dem Zeitpunkt eine Selbstdiagnose durchführt, so dass das System um
8 Uhr vollständig
bereit zum Abtasten ist. Schaltet der Bediener das Ultraschallsystem
aus, trifft er die Auswahl, dass das System für die Standarduntersuchung
oder eine spezielle Untersuchung (einschließlich der als letztes durchgeführten Untersuchung,
wie oben erläutert
wurde) gestartet wird, und setzt den Merker für die geeignete QuickStart-Datei.
Das System wird dann in den gewünschten
Ruhezustand ausgeschaltet; in diesem Beispiel wird die CPU auf eine
niedrige Taktfrequenz umgeschaltet. Ein Zeitgeber im Ultraschallsystem,
der auf der CPU-Platine implementiert sein kann, verfolgt die Zeit
und sendet einen Interrupt an die CPU-Platine, wenn der genannte
Startzeitpunkt eintritt (501). Als Reaktion auf den Interrupt
kehrt die CPU zur normalen Taktfrequenz zurück (502), und das
Betriebssystem schaltet die Festplatte und die Peripheriegeräte ein (503).
Das Betriebssystem überprüft dann,
ob ein Merker für
die Standarduntersuchung oder eine spezielle Untersuchung gesetzt
wurde (504). Wurde ein Merker für die Standarduntersuchung
gesetzt, wird der Ultraschallsignalpfad eingeschaltet (505)
und die Datei DQuickStart abgerufen. Der Strahlenbündler wird
für den
in der Standarduntersuchung verwendeten Schallkopf programmiert
(508), und die Standarduntersuchungsanwendung wird im Ultraschallsystem
eingestellt (510). Es kann eine vollständige Selbstprüfung der
Systemfunktionen durchgeführt
werden. Das Ultraschallsystem ist dann vollständig bereit für die Abtastung,
wenn der Bediener eintrifft, um mit dem System zu arbeiten.
-
Stellt
das Betriebssystem fest, das der Merker für eine spezielle Untersuchung
gesetzt wurde, wird der Ultraschallsignalpfad eingeschaltet (505)
und die Datei CQuickStart abgerufen (507), die die Parameter
der Untersuchung enthält,
die der Bediener als erstes durchführen möchte. Der Strahlenbündler wird
für den Schallkopf
der speziellen Untersuchung programmiert (509), und es
wird die spezielle Untersuchungsanwendung im Ultraschallsystem eingestellt
(511). Es kann eine vollständige Selbstprüfung der
Systemfunktionen durchgeführt
werden. Das Ultraschallsystem ist somit sofort betriebsbereit, wenn
das Ultraschalllabor am Morgen öffnet,
ohne dass es über
Nacht komplett eingeschaltet bleiben muss.
-
Wie
oben dargelegt kann ein Hochleistungs-Ultraschallsystem, sogar wenn
es nicht genutzt wird, ungefähr
1000 Watt Leistung verbrauchen. Dieser Energieverbrauch erzeugt
Wärme,
die durch die Klimaanlage des Labors oder des Krankenhauses mit
Kosten verbunden abgeleitet werden muss. Außerdem kann die Erwärmung die
Lebensdauer der Komponenten im System reduzieren, wodurch die Zuverlässigkeit
des Systems beeinträchtigt
wird. 6 zeigt einen Ansatz zur Reduzierung dieser Kosten
und der unnötigen
Ableitung von Wärme
von den Komponenten, indem die Module und Teilsysteme des Ultraschallsystems
schrittweise ausgeschaltet werden, wenn das System eine Zeit lang
nicht genutzt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhält der Benutzer
die Möglichkeit,
eine derartige schrittweise Abschaltung zu aktivieren oder zu deaktivieren,
die Zeit auszuwählen,
die vergeht, bevor die schrittweise Abschaltung beginnt, und die
Zeit auszuwählen,
die zwischen den aufeinander folgenden Schritten der Abschaltung
vergeht. Die Reihenfolge der Abschaltung der verschiedenen Komponenten
des Systems kann ebenfalls verändert
werden. In dem in 6 gezeigten progressiven Ablauf
ist die erste Komponente, die abgeschaltet wird, die Anzeigevorrichtung,
die als erstes in den Standby-Betrieb geschaltet (601)
und nach dem Verstreichen einer weiteren Zeitspanne vollständig abgeschaltet
werden kann. Nach dem Ablauf einer weiteren Zeitspanne schaltet
das Betriebssystem die Peripheriegeräte des Ultraschallsystems,
wie Drucker und Aufzeichnungsvorrichtungen ab (602). Nach
einer weiteren Zeitspanne werden jegliche noch nicht gespeicherten
Untersuchungsdaten und die Register- und Stapelwerte der CPU (Kontext)
im RAM gespeichert (603) und die RAM-Daten auf der Festplatte
gespeichert (604). Der Ultraschallsignalpfad wird abgeschaltet
(605), und die Peripheriegeräte der CPU-Platine und die Festplatte
werden abgeschaltet (606). Zum Schluss wird die CPU in
einen Ruhezustand versetzt, was in diesem Beispiel eine niedrige Taktfrequenz
beinhaltet (607). Das Ultraschallsystem verbraucht nun
lediglich eine geringe Menge Energie, vielleicht 5 Watt oder weniger,
die CPU, die nach wie vor mit Energie versorgt wird, kann das Ultraschallsystem
jedoch innerhalb relativ kurzer Zeit erneut starten.
-
Bei
einer Abwandlung der Sequenz aus 6 überwacht
das Betriebssystem ständig
die Verwendung des Ultraschallsystems und schaltet, wenn es die
Situation erlaubt, Module und Komponenten aus und ein, um einen
geringeren Gesamtenergieverbrauch und eine geringere Erwärmung der
Komponenten zu bewirken. Die Module und Teilsysteme können, wo
dies möglich
ist, für
Sekunden und sogar Sekundenbruchteile in Zustände mit niedrigem Energieverbrauch
versetzt werden. Der Bediener kann beispielsweise die Echtzeit-Bildgebung unterbrechen,
um ein Bild auf dem Anzeigebildschirm einzufrieren. Wenn das Betriebssystem
diesen Zustand erkennt, kann es die Energieversorgung der Anzeige 16,
des Bildspeichers 22, in dem das eingefrorene Bild gespeichert
ist, und des Teils des Ultraschallsignalpfades aufrecht erhalten,
der der Anzeige Bildanzeigesignale zuführt, beispielsweise des Videotreibers
des Systems. Die Sende- und Empfangsstrahlenbündler können wie auch die Signal- und
Bildverarbeitungsteile des Ultraschallsignalpfades 14 so
eingestellt werden, dass sie zu diesem Zeitpunkt inaktiv sind und
sich in einem Zustand mit niedriger Leistung befinden, da die Echtzeit-Bildgebung
unterbrochen wurde. Für
den Bediener ist dieser Bereitschaftszustand unsichtbar, da das
eingefrorene Bild auf der Anzeige bestehen bleibt, wie es der Bediener
eingegeben hat. Dadurch werden der Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung
der Teilsysteme des Ultraschallsignalpfades 14, die in
den Zustand mit niedriger Leistung versetzt wurden, reduziert. Der
Verbrauch von 1200 Watt eines Ultraschallsignalpfades kann vorübergehend
beispielsweise auf 200 Watt reduziert werden. Friert der Bediener
das Bild wieder aus, um die Echtzeit-Bildgebung fortzusetzen, wird
die volle Funktionstüchtigkeit
der Teilsysteme, die sich in dem Zustand mit niedriger Leistung
befanden, sofort wiederhergestellt, ohne dass der Bediener eine
Unterbrechung im Betrieb des Systems bemerkt. Über die Zeit können derartige
zeitweilige Reduzierungen des Energieverbrauchs die Erwärmung vermindern
und somit die Lebensdauer von Komponenten des Ultraschallsignalpfades
verlängern
sowie den durch das Ultraschallsystem erforderlich gemachten Aufwand
der Klimatisierung verringern.
-
Derartige
zeitweilige Reduzierungen des Energieverbrauchs des Systems reduzieren
zwar die Wärmeabstrahlung
durch das Ultraschallsystem, diese Fähigkeit kann jedoch auch genutzt
werden, um die Lärmbelastung
zu reduzieren. Das von einem in Betrieb befindlichen Ultraschallsystem
ausgehende Geräusch
ist das Summen von Lüftern,
die dazu verwendet werden, die elektronischen Komponenten und die
Energieversorgung zu kühlen.
Werden der Gesamtenergieverbrauch des Ultraschallsystems und die
Erwärmung
der Komponenten reduziert, reduziert sich auch der Bedarf an Lüfterkühlung. Werden
einzelne Komponenten, Module oder Teilsysteme ab- oder sogar für kurze
Zeit ausgeschaltet, können
die Lüfter,
die zu ihrer Kühlung
verwendet werden, mit geringerer Geschwindigkeit betrieben werden
oder sogar zeitweilig abgeschaltet werden. Somit kann die Erwärmung im
Ultraschallsystem von dem Betriebssystem der CPU-Platine überwacht
und die Geschwindigkeit der Lüfter
wenn möglich
angepasst werden. Es ist anzumerken, dass der Bediener während einer
30-minütigen
Ultraschalluntersuchung die Hälfte
der Zeit damit verbringen kann, die Betriebszustände zu wechseln, Messungen
an eingefrorenen Bildern durchzuführen, mit dem Patienten zu
sprechen und andere Abtastvorgänge
vorzunehmen, die nicht in Echtzeit erfolgen. Das Betriebssystem
kann diese Umstände
nutzen, um das Ultraschallsystem so zu steuern, dass es nur dann
voll funktionstüchtig
ist, wenn dies erforderlich ist. Dadurch können die Wärmeentwicklung und die Lärmbelastung
um gleiche Mengen verringert werden.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
in 1 ist eine Batterie als Sicherung enthalten, die
als Übergangsenergiequelle
die hauptsächlichen
Elemente des Ultraschallsystems in Zeiten unterstützen kann,
wenn keine Wechselspannung zur Verfügung steht. Diese Fähigkeit,
die Hauptelemente, wie die CPU und den RAM, zu versorgen, auch wenn
das System nicht an die Wechselspannungsquelle angeschlossen ist,
macht es möglich,
dass das Ultraschallsystem transportiert und sehr schnell erneut
gestartet werden kann und somit den Anforderungen eines modernen
Krankenhauses genügt.
Wie am Anfang dieses Patents erläutert,
ist es oft erforderlich, ein Ultraschallsystem schnell von einem
Bereich eines Krankenhauses zu einem anderen zu transportieren,
um so schnell wie möglich
eine Diagnose in einer anderen Abteilung des Krankenhauses durchzuführen. Dies
ist jedoch nicht möglich,
wenn ein Ultraschallsystem eine sehr lange Abschaltsequenz durchlaufen muss,
bevor es abgeschaltet und von der Stromversorgung getrennt werden
kann, und eine sehr lange Startsequenz durchlaufen muss, wenn es
an dem neuen Standort erneut gestartet wird. Das in 1 dargestellte Ultraschallsystem
kann durch die Verwendung der in den vorhergehenden Ablaufdiagrammen
gezeigten Prozessoren ohne diese Verzögerungen schnell transportiert
werden. Es sei beispielsweise angenommen, dass das Ultraschallsystem
für eine
sofortige Abtastung vom Ultraschallabor zum Kreißsaal in der Abteilung für Geburtshilfe
transportiert werden soll. Der Bediener kann den AUS-Schalter betätigen, den
Stecker 40 des Ultraschallsystems aus der Steckdose ziehen
und damit beginnen, das Ultraschallsystem zur Abteilung für Geburtshilfe
zu transportieren, ohne auf die Abschaltsequenz zu warten. Wird
der Stecker herausgezogen, schaltet das Ultraschallsystem auf seine
Batterie als Reserveenergiequelle um und schaltet sich während des
Transports mit Hilfe einer der oben beschriebenen Sequenzen ab.
Das Ultraschallsystem kann sich für einen Neustart mit einer
Standarduntersuchung (die in diesem Beispiel eine Untersuchung bei
der Entbindung sein kann) oder beispielsweise mit der als letztes
eingesetzten Untersuchung abschalten. Unter diesen Bedingungen wird das
Ultraschallsystem vorzugsweise die CPU nicht vollständig ausschalten,
sondern die CPU und ihren RAM weiterhin mit Energie versorgen, so
dass das System schnell wieder gestartet werden kann, wenn es für die Notfalluntersuchung
in der Abteilung für
Geburtshilfe angekommen ist. Wenn gewünscht, kann das Betriebssystem
so programmiert werden, dass es auf einen Wechselspannungsverlust
während
der Abschaltsequenz reagiert, indem es in einen hohen Zustand der
Betriebsbereitschaft abschaltet, von dem aus es fast sofort zur vollen
Funktionstüchtigkeit
zurückkehren
kann. Beispielsweise erhält
das Betriebssystem, wenn es einen Wechselspannungsverlust oder ein
Umschalten auf Batterieleistung erkennt oder wenn es erkennt, dass
der Bediener auf die während
der Abschaltsequenz gestellten Fragen (z.B. dieselbe Untersuchung
beim Neustart durchführen?)
nicht antwortet, die Energieversorgung aller Prozessoren und flüchtigen
Speicher (RAM) im Ultraschallsystem so lange aufrecht, wie eine
ausreichende Batterieleistung hierfür zur Verfügung steht. Als ein weiteres
Beispiel kann bei dem Ultraschallsystem ein unerwarteter Wechselspannungsverlust
auftreten, wenn beispielsweise das Netzkabel versehentlich aus der
Wand gezogen wird oder der Schutzschalter für die das System versorgende
Wechselspannungsleitung betätigt
wird. In derartigen Fällen
schaltet das Betriebssystem automatisch ab, so dass die laufende
Untersuchung beim Neustart fortgeführt wird (2a und 3a).
Als Alternative kann das Ultraschallsystem bei ausreichender Batteriekapazität durch
die Batterie im vollständig aktiven
Zustand gehalten werden, bis sich die Batterie beträchtlich
entladen hat und dann automatisch eine Abschaltung erfolgt. Geräte, die
ziemlich viel Energie verbrauchen und keine kritischen Daten im
flüchtigen Speicher
halten, wie die Anzeige und die Treiber der Wandler des Schallkopfes,
können
abgeschaltet werden, um Batterieleistung zu sparen, und gleichzeitig
einen fast sofortigen Neustart ermöglichen. Wenn das Ultraschallsystem
in dem ersten Beispiel in der Abteilung für Geburtshilfe ankommt, angeschlossen
wird und der EIN-Schalter betätigt
wird, ist es praktisch sofort bereit für die Abtastung.
-
In
einem Ausführungsbeispiel,
in dem das Ultraschallsystem nicht über eine Batterie als Sicherung verfügt, können dennoch
einige der oben erwähnten
Verzögerungen
vermieden werden. Beispielsweise können ausreichend dimensionierte
Kondensatoren in der Energieversorgung eine ausreichende Energiemenge speichern,
um eine Abschaltsequenz des Betriebssystems auch ohne eine Batterie
als Sicherung durchzuführen.
Derartige durch Kondensatoren gespeicherte Energie könnte die
CPU-Platine für
die Dauer versorgen, die erforderlich wäre, um eine ordnungsgemäße Abschaltung
zu vollenden. Der Bediener könnte
somit den AUS-Schalter betätigen,
den Stecker aus der Wand ziehen und damit beginnen, das Ultraschallsystem
zu transportieren. Die kapazitive Quelle würde während dieser Zeit die Energie
für die
Abschaltsequenz liefern. Wenn die CPU-Platine erkennt, dass die
Wechselspannung ausgefallen ist, bevor eine normale Abschaltsequenz
beendet wurde, kann das Betriebssystem die Energieversorgung von
nicht wesentlichen Komponenten oder Komponenten mit einem hohen
Energieverbrauch, wie der Anzeige, den Treibern der Wandler, den
Druckern und Aufzeichnungsvorrichtungen, trennen. Die in den Kondensatoren
gespeicherte Energie würde
dann zur Verfügung
stehen, um Datenkomponenten und Prozessoren schnell aber ordnungsgemäß abzuschalten. Diese
Abschaltsequenz würde
mit dem vollständigen
Ausschalten aller Komponenten des Ultraschallsystems, einschließlich der
CPU und dem RAM auf der CPU-Platine enden. Text
in der Zeichnung Fig.
1
| Signal
Path Power Supply | Signalpfad-Energieversorgung |
| Ultrasound
Signal Path | Ultraschallsignalpfad |
| Ctr.
Mod. | Steuermodul |
| Display | Anzeige |
| Image
Store | Bildspeicher |
| CPU
Power Supply | CPU-Energieversorgung |
| RAM | RAM |
| CPU
Board | CPU-Platine |
| Network | Netzwerk |
| Modem | Modem |
| Disk
Storage | Plattenspeicher |
| a.c.
Line Conditioner | Wechselspannungsaufbereiter |
| Battery
Charger | Batterieladeeinheit |
| Battery | Batterie |
| To
Articulation Devices | Zu
den Gelenkeinheiten |
Fig.
1a
| Power
ON | Einschalten |
| Boot
Up CPU Board | CPU-Platine
starten |
| Boot
Up Ultrasound Signal Path | Ultraschallsignalpfad
starten |
| Test
USP Functionality | Funktionen
des USP prüfen |
| Select
Default Exam Type | Standarduntersuchungsart
auswählen |
| Select
Default Scanhead | Standardschallkopf
auswählen |
| Create
DQuickStart File | Datei
DQuickStart erzeugen |
| CPU
Board Stores CQuickStart File | CPU-Platine
speichert Datei DQuickStart |
Fig.
2a
| OFF
Button Actuated AUS-Schalter betätigt | Continue
Current Exam on Restart? Aktuelle Untersuchung bei Neustart fortsetzen? |
| Yes | Ja |
| No | Nein |
| Application
Data Saved to RAM | Anwendungsdaten
im RAM gespeichert |
| USP
Powered Down | USP
abgeschaltet |
| Peripherals,
HD Powered Down | Peripheriegeräte, Festplatte
abgeschaltet |
| Register & Stack Values
Saved to RAM | Register-
und Stapelwerte im RAM gespeichert |
| Start
From RAM Flag Set | Merker
für Start
vom RAM gesetzt |
| CPU
to Low Clock Speed | CPU
auf niedrige Taktfrequenz umgeschaltet |
Fig.
2b
| OFF
Button Actuated | AUS-Schalter
betätigt |
| Continue
Current Exam on Restart? | Aktuelle
Untersuchung bei Neustart fortsetzen? |
| Yes | Ja |
| No | Nein |
| Application
Data Saved to RAM | Anwendungsdaten
im RAM gespeichert |
| USP
Powered Down | USP
abgeschaltet |
| Peripherals
Powered Down | Peripheriegeräte abgeschaltet |
| Register & Stack Values
Saved to RAM | Register-
und Stapelwerte im RAM gespeichert |
| RAM
Saved To Disk | RAM
auf Festplatte gespeichert |
| Start
From Disk Flag Set | Merker
für Start
von Festplatte gesetzt |
| CPU
to Low Clock Speed | CPU
auf niedrige Taktfrequenz umgeschaltet |
Fig.
2e
| OFF
Button Actuated | AUS-Schalter
betätigt |
| Continue
Current Exam on Restart? | Aktuelle
Untersuchung bei Neustart fortsetzen? |
| Yes | Ja |
| No | Nein |
| Same
Exam Type on Restart? | Gleiche
Art der Untersuchung bei Neustart? |
| DQuickStart
File Flag Set | Merker
für Datei
DQuickStart gesetzt |
| USP
Powered Down | USP
abgeschaltet |
| Peripherals,
HD Powered Down | Peripheriegeräte, Festplatte
abgeschaltet |
| CPU
to Low Clock Speed | CPU
auf niedrige Taktfrequenz umgeschaltet |
Fig.
2d
| OFF
Button Actuated | AUS-Schalter
betätigt |
| Continue
Current Exam on Restart? | Aktuelle
Untersuchung bei Neustart fortsetzen? |
| Yes | Ja |
| No | Nein |
| Same
Exam Type on Restart? | Gleiche
Art der Untersuchung bei Neustart? |
| CQuickStart
File Set For Current Exam Type, Current Scanhead | Datei
CQuickStart für
aktuelle Untersuchungs-art
und aktuellen Schallkopf eingestellt |
| CQuickStart
File Flag Set | Merker
für Datei
CQuickStart gesetzt |
| USP
Powered Down | USP
abgeschaltet |
| Peripherals,
HD Powered Down | Peripheriegeräte, Festplatte
abgeschaltet |
| CPU
to Low Clock Speed | CPU
auf niedrige Taktfrequenz umgeschaltet |
Fig.
3a
| ON
Button Actuated | EIN-Schalter
betätigt |
| CPU
to Normal Clock Speed | CPU
auf normale Taktfrequenz umgeschaltet |
| HD
On Peripherals On | Festplatte
ein, Peripheriegeräte
ein |
| USP
On | USP
ein |
| Check
Restart Flag | Merker
für Neustart
prüfen |
| Start
From RAM Flag | Merker
Start vom RAM |
| Register & Stack Values
Restored | Register-
und Stapelwerte wiederhergestellt |
| Data
Corrupted? | Daten
beschädigt? |
| Reboot | Erneutes
Starten |
| Exam
Application & Scanhead
Data | Daten
der Untersuchungsanwendung und des |
| Restored | Schallkopfes
wiederhergestellt |
Fig.
3b
| ON
Button Actuated | EIN-Schalter
betätigt |
| CPU
to Normal Clock Speed | CPU
auf normale Taktfrequenz umgeschaltet |
| HD
On Peripherals On | Festplatte
ein, Peripheriegeräte
ein |
| USP
On | USP
ein |
| Check
Restart Flag | Merker
für Neustart
prüfen |
| Start
From Disk Flag | Merker
Start von Festplatte |
| RAM
Restored From HD | RAM
von Festplatte wieder geladen |
| Register & Stack Values
Restored | Register-
und Stapelwerte wiederhergestellt |
| Data
Corrupted? | Daten
beschädigt? |
| Reboot | Erneutes
Starten |
| Exam
Application & Scanhead
Data | Daten
der Untersuchungsanwendung und des |
| Restored | Schallkopfes
wiederhergestellt |
Fig.
3e
| ON
Button Actuated | EIN-Schalter
betätigt |
| CPU
to Normal Clock Speed | CPU
auf normale Taktfrequenz umgeschaltet |
| HD
On Peripherals On | Festplatte
ein, Peripheriegeräte
ein |
| USP
On | USP
ein |
| Check
Restart Flag | Merker
für Neustart
prüfen |
| DQuickStart
Flag | Merker
DQuickStart |
| DQuickStart
File Selected | Datei
DQuickStart ausgewählt |
| Default
Exam Application Started | Standarduntersuchungsanwendung
gestartet |
| Default
Scanhead Selected | Standardschallkopf
ausgewählt |
Fig.
3d
| ON
Button Actuated | EIN-Schalter
betätigt |
| CPU
to Normal Clock Speed | CPU
auf normale Taktfrequenz umgeschaltet |
| HD
On Peripherals On | Festplatte
ein, Peripheriegeräte
ein |
| USP
On | USP
ein |
| Check
Restart Flag | Merker
für Neustart
prüfen |
| CQuickStart
Flag | Merker
CQuickStart |
| CQuickStart
File Selected | Datei
CQuickStart ausgewählt |
| CQS
File Exam Application Started | Untersuchungsanwendung
wie in Datei CQS gestartet |
| CQS
File Scanhead Selected | Schallkopf
wie in Datei CQS ausgewählt |
Figur
4
| Network
or Modem Interrupt | Interrupt
vom Netzwerk oder Modem |
| Image
Memory On | Bildspeicher
ein |
| Run
Web Applications (server, CGI, etc.) | Web-Anwendungen
(Server, CGI usw.) ausführen |
Fig.
5
| Timer
Interrupt | Interrupt
vom Zeitgeber |
| CPU
to Normal Clock Speed | CPU
auf normale Taktfrequenz umgeschaltet |
| HD
On Peripherals On | Festplatte
ein, Peripheriegeräte
ein |
| Check
Flag | Merker
prüfen |
| Default
Exam | Standarduntersuchung |
| Custom
Exam | Spezielle
Untersuchung |
| USP
On | USP
ein |
| DQuickStart
File | DQuickstart
Datei |
| CQuickStart
File | CQuickStart
Datei |
| Select
Default Scanhead | Standardschallkopf
auswählen |
| Start
Default Exam Application | Standarduntersuchungsanwendung
starten |
| Select
Specified Scanhead | Speziellen
Schallkopf auswählen |
| Start
Selected Exam Application | Ausgewählte Untersuchungsanwendung
starten |
Fig.
6
| Monitor
On Standby | Anzeigevorrichtung
im Standby-Betrieb |
| Ult.
Peripherals Powered Down | Peripheriegeräte des Ultraschallsystems
abgeschaltet |
| Exam
Data, Register & Stack
Values Stored to RAM | Untersuchungsdaten,
Register- und Stapel-werte
im RAM gespeichert |
| RAM
Saved To Disk | RAM
auf Festplatte gespeichert |
| USP
Powered Down | USP
abgeschaltet |
| CPU
Peripherals, HD Powered Down | CPU
Peripheriegerät,
Festplatte abgeschaltet |
| CPU
to Low Clock Speed | CPU
auf niedrige Taktfrequenz umgeschaltet |