用于磁共振设备的控制设备的模块化的组合部件系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于构建用于磁共振设备的具有作为硬件实现的实时单元的控制设备的模块化的组合部件系统。

背景技术：

磁共振设备的控制设备的实现在产品加工中是一个复杂的任务状况。这种控制器的架构可以以各种不同的方式来构建。在此，目前通常的是，磁共振设备的数字控制器根据磁共振设备或者其磁共振设备具有类似的构造特征的产品系列的要求专门特定于其来实现。控制设备的具体的不同的实现通常在其架构方面非常不同，由此对于多个不同的控制设备产生很小的可重复利用性以及对应的较高的开发开销。例如，在对于廉价的产品开发的控制设备的情况下，经常对接收通道的数量设置限制等。

特别地，用于磁共振设备的控制设备能够根据实时要求在功能上逐项再现，例如如DE 10 2012 215 722A1所公开的。其中例如如下进行分配：设置不需要满足实时要求的MR测量控制台以及必须以毫秒数量级满足弱实时要求的MR测量控制计算设备(“软实时(soft real time)”)，其中，还设置还可以称为实时单元的MR控制器，其最终执行由MR测量控制计算设备输出的指令，以利用梯度线圈装置产生梯度场，控制高频发射装置输出高频脉冲，并且控制接收单元接收磁共振信号，其中，此外还可以以精确定时的方式控制外围部件、例如匀场装置。因此，MR控制器或者实时单元必须满足微秒或者甚至纳秒数量级的实时要求(硬实时特性，“硬实时(hard real time)”)。MR控制器立即向要控制的磁共振设备的独立的部件输出信号，其范围也可以称为“即时”。

单纯从功能上来说，也可以拟定，对于规划测量或者重建磁共振图像的功能，不需要实时要求，同时在弱实时范围内，例如在“驱动测量(drive measurement)”的功能中，可以动态地在技术细节上定义磁共振测量的准确流程，并且在接收测量数据的功能中，可以对应地按照时间顺序接收测量数据。通常通过作为硬件部件的实时单元实现的硬实时范围在功能上可以描述为“执行和控制”(“execute and control”)。

通过“执行和控制”功能，转换在弱实时部件侧定义的特定指示，并且实现连接在后面的独立的单元的相对时间间隔的准确遵守。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种基于模块化的组合部件系统构建磁共振设备的控制设备的可能性，其可用于通过不同的构造特征描述的多个不同的磁共振设备，并且提供单个模块的高可重复利用性。

为了解决上述技术问题，根据本实用新型，提供一种模块化的组合部件系统，用于构建用于一组具有可能的不同的构造特征的磁共振设备中的一个磁共振设备的、具有作为硬件实现的实时单元的控制设备，所述组合部件系统具有：

-通用模块，用于实现对于该组磁共振设备中的所有磁共振设备相同的功能，其具有与控制设备的其它模块的预定接口，以及

-缩放模块，用于实现对于该组磁共振设备中的所有磁共振设备，以由构造特征确定的不同的度量需要的、通过多个缩放模块在控制设备中以所需的度量能提供的功能，其具有与控制设备的其它模块的预定接口，

其中，通用模块和缩放模块分别作为硬件构成单元来实现，并且通用模块和与所需的度量有关的数量的缩放模块，能够与至少一个对于构造特征专用的、作为硬件构成单元实现的可变模块组合为实时单元。

在此，适宜的是，可变模块还具有与控制设备的其它模块的预定接口，并且自己可以形成模块化的组合部件系统的一部分。实时单元的模块当然也可以具有已经标准化的与磁共振设备的受控部件的接口。

根据本实用新型的系统基于用于磁共振设备的数字控制器的抽象架构的确定，其追求一种全新的、面向最大的可重复利用性以及尽可能广泛的适用性的方案。因此，特别是，这种抽象架构应当能够实现所有能够想到的、规划的并且由磁共振设备组描述的功能范围，同时通过移除，仅还刚好包含最小的情况下所需的那些部分。超出将抽象的功能单元分类到所需的不同的时间要求中的基本思想，现在，本实用新型关注能够实现硬实时要求并且通常仅通过硬件、例如FPGA来实现的部分。在这种情境下，现在识别对于所有考虑的该组的磁共振设备、也就是说能够想到的构造特征的组合相同的功能(通用性)。此外，识别在该组内必须是可缩放的函数，例如接收通道的数量(可缩放性)。最后，剩余在该磁共振设备组内变化、因此必须根据特殊的构造特征安排的部分。根据如此获得的该信息，现在能够实现对数字控制器的模块、这里为对数字控制器的硬实时单元的模块的功能的分配，其能够实现具成本效益、同时可调整的控制器。

根据本实用新型的构造的特别之处在于，准确地将具有高可变性的部分/功能集中到一个或者几个模块、即可变模块中，仅这些模块可以在各个不同的变化中进行开发。此外，准确地将具有所需的高可缩放性的部分/功能隔离，并且通过重复利用全部相同地构造的缩放模块来确保其可缩放性。具有非常高的通用性的部分在架构上是相同的，从而这里在开发期间得到最高的可重复利用性，从而还因此仅得到通用模块的技术上的一个变化。

由此，第一次得到合适的模块化的、可调整的控制器架构，其不仅能够以低成本实现用于低端磁共振设备的控制设备，同时支持直至高端和研究领域的高阶的磁共振设备。对于具有特定构造特征的磁共振设备，仅必须准确地以准确地对此起作用的、新的可变模块的形式实现这些部分。因此，得到已经存在极高的可重复利用性的模块，其中，此外，新的可变模块的开发明显简化，因为已经得到了存在并且支持的系统架构。通过整体上唯一的接口定义，通过更高的、满足更小的实时要求的控制层、不管是软件层、还是硬件层，得到简单得多的控制器，从而特别是能够在不同的产品线上，以与相同的通用模块和缩放模块完全相同的方式使用相同的更高的层。

即使在基于不同地大量的缩放模块的多次实现的情况下在结构上的同一性显著提高了控制设备的可维护性，因为数字磁共振控制器的外部接口内部的工作方式原则上是相同的，但是也因为所提及的外部接口是相同的，并且这些接口能够在外部对相同的部件进行控制。

已经发现，根据通用性、可缩放性和可变性进行抽象，恰好在磁共振设备的范围内产生极其适宜的分布，这保证高的可重复利用性。由此已经发现，由于磁共振设备原则上利用测量序列(磁共振序列)工作，因此不仅特别是因此作为上一级模块的指示接受并且转换序列命令的中心协调，而且高频发射过程以及对梯度线圈的控制，原则上对于所有磁共振设备可以被视为是公用的并且可以实现。因此，本实用新型的一种适宜的具体构造设置为，在集成实现中，通用模块具有：

-中心协调部件，其被构造用于接收描述测量序列的序列命令，

-高频发射部件，用于根据序列命令控制高频发射装置，以及

-梯度线圈控制部件，用于根据序列命令控制梯度线圈装置。在此，集成实现意为再一次确认通用模块是硬件构成单元、例如插拔卡等，其中，各个部件例如可以作为FPGA等来实现。

已经被证明是适宜的是，在集成实现中，通用模块还具有定时部件，用于根据序列命令在时间上协调控制过程。原则上，磁共振设备需要进行时间协调，其在硬实时和“即时”时间域之间的过渡中，确保之后完全独立的信号路径的准确的相对定时(Timing)。虽然迄今为止通常常见的是，作为例如在专用的通信网络上实现的独立或者分布的单元来实现这些功能，但是时间协调、因此定时原则上对于所有磁共振设备是公用的，从而可以有利的是，其作为通用模块的构成部件来实现，以便因此还能够在该组中特别地覆盖廉价的低端磁共振设备。

此外，本实用新型的一个具体构造设置为，缩放模块或者至少一种类型的缩放模块被构造为用于在测量序列期间接收磁共振信号的接收模块。

磁共振设备以不同的构造存在，其中必须覆盖大跨度的可能的数量的接收通道。作为缩放模块设置接收模块的构造考虑到了这种发现。要具体地配备的磁共振设备上的已有的接收通道的数量越大，要使用的接收模块的数量可能越大。

当考虑具有不同的构造特征的组的磁共振设备时，剩余外围部件，作为最大的可变因素。外围一般可以理解为磁共振设备任意方面、通常更确切地说各个方面，例如患者卧榻的执行器、匀场设备、用于患者的通信设备、EKG测量设备等。这些外围部件可能具有不同的时间域要求并且以不同的方式实现，这产生了许多构造特征。如果清楚地定义了磁共振设备组，则因此可以设置为，所述组合部件系统附加地具有用于该组磁共振设备的所有成员的可变模块，其被构造用于控制磁共振设备中的外围设备。如已经描述的那样，可变模块因此是必须专门针对特定构造特征开发的实时单元(特别是也是整个控制设备)的单个部分。作为硬件构成单元的可变模块例如可以作为所谓的COM-Box来实现，其特别地是与计算设备分离的部件。这种分离特别地在一定程度上是有用的，因为在不同的磁共振设备或者磁共振平台之间预期高度的可变性，从而能够以分离的方式最简单地调整硬件形式以及固件形式的可变模块，而这些调整不会影响其它模块。可以设置为，提供分离的、但是在单个控制设备中可使用的可变模块，例如其可以分别与机房和高频舱相关联，并且也可以对应地布置在其中。

优选可以经由与实时单元的对应的外部接口、例如由在那里使用的模块的预定接口得到的接口连结的合适的软件模块完成用于具体的磁共振设备的控制设备。因此，一个优选实施方式设置为，所述组合部件系统还包括能经由接口的一部分耦合到实时单元的、对于该组磁共振设备中的所有磁共振设备相同的软件模块。特别地，由于将可变性和缩放性映射到对应的模块，因此能够对该组的所有磁共振设备提供共同的软件环境，其当然同样可以对应地毫无问题地针对构造特征进行配置。有利的是，软件模块可以被构造用于根据测量任务确定测量序列和测量序列命令，并且用于分析接收到的由实时单元提供的测量信号。换句话说，还可以说，软件模块可以具有用于规划和/或委派磁共振测量的规划部件以及用于定义磁共振测量的流程、因此用于确定测量序列和序列命令的执行部件，其中，当然还可以分别对于这些功能和其它功能创建单独的交互的软件模块。

在此，规划部件最终映射磁共振设备的数字控制器的没有实时性要求的部分，其中，由此使得能够像最后的磁共振图像的重建和再现/进一步处理一样，规划和/或委派磁共振测量。借助于用于定义磁共振测量的流程的执行部件，能够动态地针对技术细节利用相关联的测量命令作为测量序列定义测量的准确流程。磁共振序列例如包括、但是不是排他地包括至少一个高频脉冲和/或至少一个梯度脉冲的准确的时间流程，其中，这里当然还包括测量阶段、因此包括对应的接收部件的读出时间。执行部件可以对来自图像重建部件的反馈作出反应，但是也可以对其它的、特别是测量的生理信号作出反应。因此，其具有毫秒量级要求的实时要求(“软实时”)。因此，特别优选在这种构造中能够得到执行部件通过软件的实现。在这种情境下，如在开头已经说明的那样，作为中心控制部件的实时单元应当理解为实施执行部件的指示。

当通用模块和缩放模块被构造为计算设备的插拔卡时，作为硬件构成单元得到通用模块和缩放模块的特别有利的实现。于是，特别是，当将软件模块安装在计算设备上时，能够制造用于磁共振设备的极其集中的控制设备。关于可变模块，原则上当然也可以想到，其至少部分地作为计算设备的插拔卡来实现，从而于是最终能够通过在计算设备上安装软件模块并且通过插入对应的插拔卡来实现实时单元，利用单个计算设备实现整个控制设备的紧凑的构造。然而，至少对于可变模块的一部分，只要必须在高频舱本地控制这些部件，则如已经描述的那样，仍然经常存在例如经由COM-Box的外部实现。应当注意，特别是用于低端磁共振设备的计算设备可以由市场上常见的PC来形成。

通过与至少一个覆盖非实时范围和软实施范围的模块、特别是与已经讨论的软件模块的组合，于是形成随时可使用的控制设备。

因此，特别地使用如下通用模块：仅需要其唯一的技术变化，并且其优选除了中心协调之外，还包含总是需要的用于梯度场和高频场的部件。根据要针对其制造控制设备的磁共振设备应当能够使用多少个接收通道，选择对应的数量的、又仅以具体的构造存在的缩放模块，其特别地作为接收模块。然后，这些构造特征的可变性主要反映在可变模块中，可变模块根据要针对其制造控制设备的磁共振设备的具体构造特征来附加地选择，以通过装配通用模块、至少一个缩放模块和至少一个可变模块来获得实时单元。对于清楚地定义的磁共振设备组，对应地开发的覆盖这种构造特征多样性的可变模块也可以是模块化的组合部件系统的一部分。同样适宜的是，覆盖规划阶段和具体的转换阶段的软件模块已经是模块化的组合部件系统的一部分，从而通过与至少一个特别是也对于该组的所有磁共振设备相同的软件模块组合，来实现控制设备。例如，可以将软件模块安装在计算设备上，可以将通用模块和至少一个缩放模块作为插拔卡插入计算设备中。此外，还可以在外部构造中经由对应的通信连接将至少一个可变模块连接到计算设备，

附图说明

从下面描述的实施例中以及根据附图，将得到本实用新型的其它优点和特征。在此，

图1示出了可根据本实用新型构建的控制设备的基本架构，

图2示出了根据本实用新型的模块化的组合部件系统的原理图，

图3示出了用于第一磁共振设备的控制设备的第一具体构造，以及

图4示出了用于第二磁共振设备的控制设备的第二具体构造。

具体实施方式

图1更准确地说在说明根据本实用新型的过程的背景的抽象平面上示出了磁共振设备的可根据本实用新型构建的控制设备1的系统架构。总的来说，在磁共振设备的数字控制器中区分不同的时间域，即没有实时要求的范围2、具有弱实时要求的范围3以及具有微秒范围、特别是纳秒范围的硬实时要求的范围4。在此，可经由独立的信号路径控制的硬件5位于所谓的“即时”时间域中。在此，示出的隔离线应当视为仅仅是示意性的，因为所示出的时间域之间的界限也绝对可能处于部件内部，从而这里仅说明控制设备1的各个部件的主要关联。

在没有实时要求的范围2中，这里作为示例性部件，通过方框6示出了测量的规划，并且通过方框7示出了磁共振图像的重建。在弱实时范围3中，方框8表示将测量任务转换为具体的序列命令的功能，而方框9表示对测量数据的接收。现在，通过方框6至9示出的功能以及这里未进一步示出的其它可能的功能，通过共同的软件模块10来实现。

在此，方框6的功能用于磁共振测量的规划和委托，并且丝毫没有实时要求。方框8的功能(“驱动测量”)在技术细节上动态地定义磁共振测量的准确流程，因此涉及在具体的指示、即序列命令中反映出来的测量序列的选择和构造。该功能对例如图像重建中的反馈或者对生理信号进行反应，因此具有毫秒数量级的弱实时要求。

为了能够转换所提及的序列命令，作为中心控制部件提供由硬实时范围4覆盖的实时单元11。其在尽可能最大的可重复利用性的意义上划分为模块，即通用模块12、一个或更多个缩放模块13和可变模块14。在此，通用模块12包含所有磁共振设备同时需要的所有功能，从而在模块化的组合部件系统中，由通用模块12构建控制设备1，仅需要通用模块12的单个具体的技术构造。通用模块12作为硬件构成单元、特别是计算设备的插拔卡来实现。其首先实现中心协调部件15，其接管不能或者无法分散在各个信号路径中的中心功能(例如B0校正)，但是此外还以中心的方式接收序列命令，并且在需要时进行预处理。此外，通用模块12以集成的构造方式包括梯度线圈控制部件16，在市场上常见的磁共振设备中总是可以经由其操作存在的3个梯度通道X/Y/Z。此外，通用模块12还包括也可以称为TX单元的高频发射部件17。其一般操作高频发射通道。

在所示出的实施例中，通用模块12还实现定时部件18，因为在这里示出的架构中时间协调的实现非常重要。在硬实时和“即时”之间的过渡中，定时部件18确保之后完全独立的信号路径的准确的相对定时。

接收操作通过作为接收模块实现的至少一个缩放模块13来控制，因此其形成RX单元。因此，至少一个缩放模块13接收通常多个接收通道的数字化的数据流，并且使其准备好能够以较小的实时要求、因此特别是以软件对其进行进一步处理。

最后，实时单元11还包含至少一个可变模块14，其现在作为用于控制磁共振设备中的外围设备的外围单元构造。可变模块14主管磁共振设备的每一个其它(通常更确切地说各个)方面，例如患者卧榻的执行器、匀场设备、与患者的通信设备、EKG测量设备等。在此，应当指出，即使示出了通过定时部件18到在硬件5中示出的外围设备19的控制箭头，也可以通过可变模块14控制处于不同的时间域要求中的外围设备19。

在硬件5的范围内还指示性地示出了三通道的梯度线圈装置20、高频发射装置21和接收装置22。

总而言之，也可以说，其功能可以称为“执行和控制”的实时单元11执行由软件模块10接收的序列命令，并且确保独立的信号路径/部件的相对定时彼此准确的遵守。

基于这种架构，图2示出了用于构建磁共振设备的控制设备1的模块化的组合部件系统23的原理图。利用组合部件系统23，对于具有不同的构造特征的一组不同的磁共振设备，可以以尽可能高的重复利用率构建控制设备1。为此，组合部件系统23首先包括通用模块12的集合24，其全部相同地构造并且适合于实现该组的磁共振设备中的每一个中的对应的功能。因此，通用模块12全部相同。

组合部件系统23还包括同样全部相同地构造的缩放模块13的集合25，其中的多个现在可以根据接收通道的数量在控制设备1中使用。

专门设计用于磁共振设备的特定构造特征的可变模块14a、14b、…位于集合26中。在此，可变模块14a、14b、…覆盖该组磁共振设备的可能的构造。

最后，组合部件系统23还在组27中包含可任意配置并且可复制的软件模块10，其可以基于模块12、13和14a、14b、…的预定接口、因此还可以基于预定外部接口，用于模块12、13、14a、14b、…的所有组合。

这具体地示出了，为了构建控制设备1，首先正好提供一个通用模块12。然后，依据磁共振设备的接收通道、即构造特征提供多个缩放模块13，使得能够处理磁共振设备的多个接收通道。最后，依据具体的磁共振设备的构造特征，选择至少一个可变模块14a、14b、…。因此，所选择/提供的模块12、13、14a、14b、…形成实时单元11。如果现在将其与在需要时可对应地进行配置的软件模块10组合，则形成控制设备1。例如，可以将软件模块10安装在计算设备上，作为插拔卡将通用模块12以及至少一个缩放模块13插入计算设备中，并且经由至少一个通信连接将至少一个可变模块14a、14b、…与计算设备连接。

图3示出了对于低端磁共振设备如何借助组合部件系统23实现控制设备1a。在此，控制设备1a包括计算设备28，这里是常见的PC，在其上安装有软件模块10，软件模块10覆盖没有实时要求的范围2和弱实时要求的范围3。作为插拔卡实现的通用模块12直接使用计算设备28的基础设施(电力、壳体和通信)。因为接收通道的数量非常少，因此现在仅设置一个作为接收模块实现的缩放模块13，其同样作为插拔卡来实现。

经由通信连接29与计算设备28连接的可变模块14这里作为单个COM-Box 30来实现。

图4示出了对于更昂贵的设置有附加的构造特征的磁共振设备可以如何构建控制设备1b。在此使用的计算设备31提供更高的计算性能；其上又安装有软件模块10。通用模块12相对于控制设备1a不变，然而增加了另一个缩放模块13，因此要对更大数量的接收通道进行处理。现在，还存在2个可变模块14，通过COM-Box 30a和30b来实现，其中，COM-Box 30a就像计算设备31那样布置在机房32中，然而COM-Box 30b布置在使用磁共振设备的磁共振系统的高频舱33内。

还应当指出，软件部件10当然也可以作为分布式的软件包在多个计算设备上、例如在控制台计算机和控制计算机上实现。

虽然通过优选实施例进一步详细说明并描述了本实用新型，但是本实用新型不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以由此得到其它变形，而不脱离本实用新型的保护范围。