本发明涉及一种具有控制计算机和数字控制装置的mr系统。此外，本发明涉及一种用于通过mr系统的控制计算机控制数字控制装置的方法。
背景技术：
在也称为磁共振断层成像系统或磁共振设备的磁共振系统中，为了建立磁共振记录，通常借助基本场磁体系统将要检查的身体暴露于相对高的、例如1.5特斯拉、3特斯拉或7特斯拉的基本磁场中。附加地借助梯度系统施加磁场梯度。然后，通过高频发射系统借助适当的天线装置发出高频激励信号(hf信号)，这使得通过该高频场共振地激励的特定原子的核自旋以定义的翻转角度相对于基本磁场的磁场线倾斜。在核自旋弛豫时，辐射高频信号、即所谓的磁共振信号，其由高频接收系统借助适当的接收天线接收，然后进一步进行处理。最后，可以根据这样获得的原始数据重建期望的图像数据。
因此，为了进行特定测量，发出特定脉冲序列，其由一系列高频脉冲、尤其是激励脉冲和重聚焦脉冲以及要与其匹配协调地发出的不同空间方向上的梯度脉冲构成。必须在时间上与此匹配地设置高频接收系统的读出窗口，在读出窗口期间采集感生的磁共振信号。在此，为了进行成像，尤其是序列内部的定时，即什么脉冲以什么时间间距相互跟随，是决定性的。在图1中示出了这种脉冲序列的示例。
mr系统具有至少一个控制计算机，在其上执行所提到的序列。此外，mr系统包括数字控制装置，其从控制计算机接收包括脉冲序列的控制数据，并且相应地施加脉冲、例如梯度脉冲、hf脉冲等，利用这些脉冲执行成像过程。
在图2中示出了具有控制计算机和由控制计算机控制的数字控制装置的mr系统的传统布置。
希望使用标准计算机作为控制计算机和图像重建计算机。由于成本原因在此特别有利的是，采用“现成的(vonderstange)”尽可能没有修改的计算机，并且使得在其上运行mr专用软件(尤其是用于控制测量的软件，即所谓的“序列”)。不仅这、而且mr原始数据的接收使用实时操作系统，因为在任何情况下都必须与mr系统的专用硬件进行通信，并且在那里实现的数据缓冲必须具有有限的大小，并且尤其是用于控制mr系统专用硬件的数据应当以非常短的时间段传输。
mr系统的专用数字控制装置实现序列的这些指令的执行。因为在此不同的子系统或其活动(梯度、ty、rx、外围设备)的时间极其关键并且无抖动的同步很重要，所以该过程不能单独利用软件来实现，而是需要例如借助fpga的时钟准确的实现。
传统上，mr系统的专用硬件的一部分至少安装在控制计算机中的部分中，以便能够以非常短的通信时间向数字控制装置提供根据序列产生的指令。使用计算机本来就有的外部通信接口、例如usb接口或以太网接口更简单并且成本更低。
可惜这些外部ots接口(ots＝offtheshelf(现成的)＝设计为标准产品)不能使用或仅能够非常差地使用，因为数据通常必须通过操作系统的大量软件层和/或不可影响的硬件协议，因此不能准确地实现控制命令的时间关键的施加。因此，在这种情况下，使用通过计算机内部的总线、例如pcie总线系统的连接，针对其可以写入自己的驱动程序，由此可以充分地控制定时。在此，很大的缺点是，由此使用仅能够从内部接近的计算机的接口，也就是说，为了安装这种接口，必须打开计算机并且必须通过附加的硬件进行补充。理想的是，在不需要打开、由此修改计算机的情况下，将mr的专用硬件借助线缆或插头简单地连接到已有的外部标准接口、例如usb或以太网。
上面提到的系统部件或子系统和与其相关的设备类型在需要的精度范围内的同步，对控制提出了高要求，因此也对mr系统的控制计算机在时间上正确地施加脉冲序列并且将其传输至控制装置提出了高要求。
de102006052437a1和de102008017819b3分别示出了mr控制系统的结构，de102007058872a1、us20090137898a1、us20160174928a1分别示出了用于在mr系统中传输数据的设备。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，实现mr系统的数字控制装置和控制计算机之间的更简单、同时足够可靠并且准确的类型的序列数据传输。
上述技术问题一方面通过根据本发明的mr系统，另一方面通过根据本发明的用于通过mr系统的控制计算机控制数字控制装置的方法来解决。
在根据本发明的具有控制计算机和数字控制装置的mr系统中，控制计算机具有外部数字图像数据端口，用于将编码为图像数据的、包括序列数据的控制数据从控制计算机传输至数字控制装置。在这种情况下，用于将图像数据传输至图像显示装置或图像处理装置的外部接口应当理解为外部数字图像数据端口。
根据本发明，数字控制装置包括与控制计算机的外部数字图像数据端口兼容的端口，用于接收由外部数字图像数据端口传送的、编码为图像数据的控制数据，并且数字控制装置被配置为从接收到的、编码为图像数据的控制数据中提取序列数据。为此，可以在数字控制装置中使用与用于传输编码为图像数据的控制数据的协议匹配的软件、例如计算机程序。提取过程也可以借助经过修改的硬件结构元件、例如相应地经过调整的fpga模块进行。有利地，在控制计算机中存在的接口架构可以不变地用于至数字控制装置的实时关键的数据传输。在此，必须在内部不对控制计算机的硬件进行修改。替代地，借助在控制计算机中运行的、经过适当修改的程序、即软件，使控制数据的数据流绕行至标准化地存在的数字图像数据端口。换言之，仅相应地“打包”要向外传输至数字控制装置的控制数据。也就是说，根据数字图像数据端口的协议对其进行转换，并且直接写入帧缓冲器中。在此，对于显卡集成到主板中的情况，可以将序列框架(即用于产生序列数据的软件)直接写入ram存储器中。在这种优选的变形方案中，cpu的ram存储器同时是数字图像数据端口的缓冲存储器。也就是说，在施加序列的时间点(在运行时间)，正好不需要驱动程序或其它操作系统机制(或者仅最初在进行设置(setup)时需要)，这能够实现或简化了脉冲序列的时间关键的传输和施加。
与传统布置不同，不需要在内部附加地安装用于传输控制数据的接口，从而减小了用于在mr系统中连接新的控制计算机的开销。
在根据本发明的用于通过控制计算机控制mr系统的数字控制装置的方法中，通过控制计算机的外部数字图像数据端口例如利用特定数据协议，将包括序列数据的、编码为图像数据的控制数据传送至数字控制装置。这有利地利用经过适当修改的软件进行，利用该软件将序列数据写入图像数据端口的图像存储器中、优选所提到的ram存储器中。在此，必要时将传输控制数据的时间顺序匹配于图像数据端口的图像数据传输的时间顺序。编码为图像数据的控制数据由与控制计算机的外部数字图像数据端口兼容的数字控制装置的端口接收。为此，在数字控制装置中实现外部数字图像数据端口的数据协议。最后，从接收到的控制数据中提取序列数据。根据本发明的方法具有根据本发明的mr系统的优点。
下面的描述包含本发明的特别有利的扩展方案和设计方案，其中，尤其是不同的实施例的特征也可以组合为新的实施例。
在根据本发明的mr系统的一个设计方案中，数字控制装置被配置为实现外部数字图像数据端口的数据协议。有利地，将数字控制装置中的读取处理匹配于所使用的图形接口的经过修改的数据协议，从而可以正确地接收控制数据。
在根据本发明的mr系统的一个特别优选的设计方案中，控制计算机包括具有实时操作系统的计算机。实时操作系统使得能够保证控制计算机在控制数据传输处理的过程中作出反应。在使用硬件缓冲器、例如所提到的帧缓冲器的情况下，需要保证这种反应，除非在非常明显的时间延迟的情况下。
在根据本发明的mr系统的一个变形方案中，使用所谓的双缓冲。这意为，在输出一个图像(对应于图像存储器(帧缓冲器)、例如控制计算机的ram存储器中的一个存储区域)时，软件可以在另一个单独的存储区域中计算一个新的图像。如果第一图像已完全输出，则为了输出接下来的图像，切换至第二存储区域，并且软件又可以“不受干扰地”对第一存储区域重新进行写入。以这种方式，在填充帧缓冲器时，获得一定的时间段。现在，这种工作方式可以用于将控制数据写入帧缓冲器。在这种情况下，也获得时间，以便确定序列数据并且写入帧缓冲器中。
附图说明
下面，参考附图借助实施例再次详细阐述本发明。
图1示出了被划分为事件块的、利用根据本发明的mr系统可以在时间上正确地施加的示例性脉冲序列，
图2示出了根据现有技术的磁共振系统的框图，
图3示出了根据本发明的磁共振系统的实施例的框图，
图4示出了根据本发明的磁共振系统的替换实施例的框图，
图5示出了说明根据本发明的实施例的用于通过mr系统的控制计算机控制数字控制装置的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中以自旋回波序列s为例示出了常见的脉冲图。在该脉冲图中，在不同的时间轴上相叠地示出了必须由磁共振成像系统的不同的系统部件执行的不同的脉冲。为了施加脉冲，首先由控制计算机产生相应的命令序列并且传送至数字控制装置。数字控制装置产生不同类型的控制信号，用于发送和接收在图1中示出的不同类型的脉冲。
在最上面的轴(发送轴tx)上示出了要发送的高频信号。在该自旋回波序列s中，必须依次发送两个高频脉冲hf1、hf2，一方面发送90°激励脉冲hf1，然后以特定间距发送180°重聚焦脉冲hf2。因为这两个高频脉冲hf1、hf2应当在空间上选择性地起作用，所以分别同时接通层选择梯度脉冲gz1、gz3，这在上方的第二个轴、即层选择轴gz上示出。在层选择方向上的这两个层选择梯度脉冲gz1、gz3之间，发送负方向上的另一个层选择梯度脉冲gz2以及频率编码轴gy(上方的第三个轴)上的频率编码梯度脉冲gy2和相位编码方向上、即相位编码轴gx上的相位编码梯度脉冲gx2。用于不同的空间方向的各个梯度脉冲gz1、gz2、gz3、gy2、gx2在此分别概括为梯度事件g1、g2、g3。
然后，在第一高频脉冲hf1的最大值之后在特定回波时间te之后，出现回波信号，其必须为了采集用于图像重建的原始数据而被采集。为此，同时作为事件在接收装置的adc上接通读取窗口r1(参见读取轴rx)。同时施加读取梯度脉冲gy4，其作为梯度事件g4示出。然后，在重复时间tr之后，重复序列s，其中，然后相应地对相位编码梯度脉冲gx2设置另一个幅值，直到读取了期望的层为止。
如在此示出的，通过控制命令引发或者就此而言作为控制命令的各个事件开始，即施加高频脉冲hf1、hf2和梯度事件g1、g2、g3、g4，并且在关于系统时间t(参见图1中的序列图的最下方的轴)非常准确地定义的时间或时间点t1、t2、t3、t4设置读取窗口r1。为了可以同步地执行所提到的时间关键的操作，控制计算机必须在时间上准确地输出产生所描述的脉冲所需的命令序列，并且在规定时间内传输至磁共振成像系统的数字控制装置。
在图2中示出了传统磁共振系统1的简化框图。传统的这种磁共振系统1包括控制计算机2、数字控制装置3和实际的磁共振扫描单元4。
如已经提到的，首先，控制计算机2在时间上准确地输出产生所描述的脉冲所需的命令序列，并且在规定时间内传输至磁共振成像系统的数字控制装置3。然后，由数字控制装置3控制磁共振系统的扫描单元4的各个部件。为此，数字控制装置3产生所需的控制命令gs、rf-tx并且在适当的时间发送至扫描单元4的各个系统部件，从而其在相对于彼此适当的时间点执行命令，因此发生期望的物理事件。
控制计算机2包括中央处理单元5，其用于产生脉冲序列并且基于原始数据重建图像数据。中央处理单元5通过集成的图形芯片与用于控制用于显示图像数据bd的图形屏幕的数字视频接口6连接。此外，中央处理单元5与ram存储器7一起工作，并且与多个通向外围系统的接口8连接。中央处理单元5通过pcie插卡9将用于产生脉冲序列的实时关键的控制数据sd传送至数字控制装置3。数字控制装置3通过pcie卡9将结果数据ed、例如原始数据传送至中央处理单元5。
此外，数字控制装置3还可以具有多个另外的部件、例如用于进一步处理从扫描单元4的高频接收系统接收到的信号rf-rx或原始数据的部件以及可能的重建单元，以便根据原始数据重建图像数据等。
扫描单元4例如包括梯度系统，其具有用于产生x、y和z方向上的磁场梯度gx、gy、gz的三个磁场梯度线圈。可以彼此独立地控制用于不同的空间方向的这些磁场梯度线圈，从而可以通过预先给定的组合在任意的逻辑空间方向上、例如在层选择方向上、在相位编码方向上或在读取方向上施加梯度。在此，这些方向通常与所选择的层朝向有关。但是逻辑空间方向同样也可以与x、y和z方向、例如z方向上的层选择方向、y方向上的相位编码方向和x方向上的读取方向一致。
此外，高频发送系统和高频接收系统属于扫描单元4的这些要时间关键地或与相应的脉冲序列协调地控制的系统部件。高频发送系统通常又包括多个子系统或子部件、例如多个发送线圈(或发送天线)和相关的发送放大器等。相应地，高频接收系统也可以具有几乎任意数量的子接收系统，其分别具有单独的接收线圈(或接收天线)、前置放大器、模数转换器等。在此，多个接收线圈作为子系统或子部件示出。
用于发送高频信号的发送线圈例如可以是常见的全身线圈以及必要时附加的局部线圈。这些发送线圈同样可以用作接收线圈，只要发送线圈可以在接收和发送模式之间切换即可。但是原则上也可以使用单独的接收线圈。
除了所提到的系统部件以外，这种扫描单元4自然还具有多个另外的系统部件或子系统，尤其是基本场磁体系统，以便首先对检查对象或患者(未示出)施加基本磁场。
在扫描单元4的中心布置有患者隧道(孔)，检查对象可以借助可运动的台移入其中和从中移出，或者可以定位在孔中的任意位置。构建基本磁场系统，使得在该孔内的定义的中心区域中存在尽可能均匀的基本磁场。相应地绕制梯度线圈，使得如前面所描述的那样，可以在不同的方向上对孔内的基本磁场叠加磁场梯度，并且相应地布置发送和接收线圈，使得其在该孔内将高频信号发送至特定区域或者从特定区域接收高频信号。但是所有这些系统部件对于本领域技术人员来说是已知的，因此在此不需要进一步详细对其进行说明。在这一点还应当指出，不仅前面提到的具有孔的磁共振系统，而且例如横向开放的u形的磁共振系统或更小类型的单独用于四肢的磁共振系统等，可以以根据本发明的方式来控制。如在此所示出的，数字控制装置3通过用于梯度、hf激励信号和时间不关键的处理的控制命令gs、rf-tx、mr-p来控制扫描单元的各个部件。
在图3中示出了根据本发明的实施例的磁共振系统10的简化框图。与图2所示的传统磁共振系统1相比，以不同的方式构建或以不同的方式控制图3中的控制计算机12和数字控制装置13。控制计算机12同样包括中央处理单元15和单独的显卡。但是中央处理单元15现在附加地用于将编码为图形数据或图像数据的控制数据sd写入图形接口16(即用于图形显示的接口16)的帧缓冲存储器16a(也称为帧缓冲器)中，并且将这些控制数据sd通过接口16(也称为外部数字图像数据端口)传送至数字控制装置13。为此，可以修改适合于此的用于产生和输出脉冲序列或控制命令的软件，使得将控制数据sd转送至图形接口16。数字控制装置13为了接收这些控制数据sd具有与外部数字图像数据端口16兼容的数字端口13a。该附加的数字端口13a被配置为从接收到的控制数据sd中提取序列数据。为此，使该附加端口在物理上匹配于控制计算机12的图形接口16和由控制计算机12的图形接口16使用的协议。此外，数字控制装置13的软件也要匹配于图像输出的定时。
也就是说，必须调整数字控制装置13的软件，以便从外部数字图像数据端口16或与其相关联的帧缓冲存储器16a中读出编码为图像数据的控制数据sd。以这种方式，数字控制装置13的专用软件、即在控制计算机12中用于产生脉冲序列的软件可以直接利用图形接口16与数字控制装置13通信。
在图3所示的情况下，与cpu分离的显卡16被构造为具有单独的帧缓冲存储器16a。
如已经提到的，序列数据或包括序列数据的控制数据sd从控制计算机12传输至数字控制装置13是时间特别关键的。相反，对于控制计算机12中的接收数据ed或时间不关键的通信数据kdnrt的数据传输，可以使用更容易接近的外部接口、例如以太网接口或usb接口，从而控制计算机12与数字控制装置13的时间不关键的双向通信可以通过标准化地已经存在的外部计算机接口来进行。
图4示出了根据本发明的替换实施例的磁共振系统20的简化框图。图4所示的mr系统20与图3所示的实施例的不同之处仅在于，使用不同地构建的控制计算机12a，控制计算机12a使用cpu15a，图形单元17直接集成到cpu15a中(onboardgrafik)。因此，图形接口17可以被供应直接位于中央处理单元15a的主存储器7、例如ram存储器中的数据，从而在此可以特别简单地实现控制数据sd的在时间上准确的定时读取。也就是说，帧缓冲存储器17a在该变形方案中实现为ram存储器或主存储器7的一部分。
图5示出了流程图500，其示出了根据本发明的实施例的用于通过mr系统的控制计算机控制数字控制装置的方法。在步骤5.i中，首先通过控制计算机12的外部数字图像数据端口16将包括序列数据sqd的控制数据sd传输至控制装置13。
在步骤5.ii中，与控制计算机12的外部数字图像数据端口16兼容的数字控制装置13的端口13a接收控制数据sd。最后在步骤5.iii中，在数字控制装置13中从接收的控制数据sd中提取序列数据sqd。
最后还应当再次指出，前面详细描述的方法和结构是实施例，并由本领域技术人员也可以在宽的范围内改变且基本原理，而不脱离本发明的范围，只要其通过权利要求预先给定。为了完整起见，还应当指出，不定冠词“一”或“一个”的使用并不排除相关的特征也可以存在多个。同样，概念“单元”不排除其由必要时也可以分布在空间上的多个部件构成。