DE102009036936A1

DE102009036936A1 - Synchronisation von Uhren in autonomen Komponenten einer MR Anlage und zeitsynchrone Ausführung von Befehlen in diesen Komponenten

Info

Publication number: DE102009036936A1
Application number: DE102009036936A
Authority: DE
Inventors: Rudi Baumgartl; Nikolaus Demharter; Georg Pirkl; Roland Werner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: US8402300B2; DE102009036936B4; US20110040997A1

Abstract

Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausführung von Befehlen (B1, B2) in Komponenten (K1 bis K7) eines Bildgebungssystems, insbesondere eines Magnetresonanztomographiesystems,
wobei lokale Uhren (LU1 bis LU7) in den Komponenten (K1 bis K7) zeitlich synchronisiert werden,
wobei Befehle (B1, B2) einschließlich jeweils einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe, welche jeweils angibt zu welchem Zeitpunkt ein Befehl (B1, B2) ausgeführt werden soll, an die Komponenten (K1 bis K7) gesendet werden, wobei die Befehle (B1, B2) von den Komponenten (K1 bis K7) empfangen werden,
wobei von Komponenten (K1 bis K7) empfangene Befehle (B1, B2) und Befehlsausführungszeitpunktvorgaben (t1, t2) in diesen Komponenten (K1 bis K7) gespeichert werden,
wobei ein gespeicherter Befehl (B1, B2) jeweils ausgeführt werden, wenn eine von der lokalen Uhr (LU1 bis LU7) angezeigte Zeit mit der gespeicherten Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) zu dem Befehl (B1, B2) übereinstimmt.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung von Befehlen in Komponenten eines Bildgebungssystems und ein Bildgebungssystem, insbesondere Magnetresonanztomographiegerät.
Magnetresonanztomographiegeräte sind beispielsweise aus DE 10 2005 052 564 bekannt.
Moderne Magnetresonanzanlagen arbeiten mit Spulen zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und zum Empfang induzierter Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt eine Magnetresonanzanlage einen Permanentmagneten oder eine supraleitende Spule zur Erzeugung eines in einem Untersuchungsbereich möglichst homogenen sogenannten Grundmagnetfelds (H0), eine große in der Regel fest im MR-Gerät eingebaute sogenannte Ganzkörperspule (auch Bodycoil oder BC genannt), sowie mehrere kleine Lokalspulen (auch Oberflächenspulen oder LC genannt). Zum Auslesen von Informationen, aus denen Bilder eines Patienten generiert werden können, werden mit unabhängig ansteuerbaren, magnetisch orthogonalen Gradientenspulen für drei Achsen (z. B. X, Y etwa radial zum Patienten, Z in Längsrichtung des Patienten) ausgewählte Bereiche des zu untersuchenden Objektes bzw. Patienten ausgelesen.
Gemäß internem Stand der Technik wurden bisher räumlich getrennte Komponenten eines Magnettomographiesystems z. B. durch eine Vielzahl dedizierter Steuersignale (z. B. „RF ON”) über Lichtwellenleiterverbindungen verbunden. Diese Steuersignale wurden basierend auf einem zentralen Anlagentakt einer zentralen Steuerung definiert (z. B. 10 MHz). Wurden diese Steuersignale in Taktdomänen erzeugt oder dekodiert, die schneller als dieser Anlagentakt waren, so wurde eine starre Beziehung zum Anlagentakt durch Synchronisation hergestellt. Durch eine räumliche Trennung und eine vereinfachte Skalierbarkeit der Komponenten ist es aufwändig, die Vielzahl der für den Maximalausbau erforderlichen Steuersignale bei einem Grundsystem vorzuhalten. Es wurde ferner intern eine neue Struktur einer MR mit einem optischen PCI-Express Bus angedacht. Dadurch ergibt sich jedoch das Problem, dass die nun die Daten und Befehle zu den über den PCI Express Bus angesteuerten Komponenten zu unterschiedlichen
und variablen Zeiten ankommen. Befehle sollen mit extremer Genauigkeit ausgespielt werden. So beträgt der Umlauf eines Spins (360°) bei einem 3T System (1/123 MHz =) 8 ns. Die erforderliche Phasenstarrheit der Befehle muss aber erheblich besser sein, damit reproduzierbar die gleichen Phasenbedingungen (zwischen Sende- und Empfangssystem) erreicht werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Komponenten eines bildgebenden Systems zueinander und zu einer zentralen Steuerung zu synchronisieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung umfasst ein Bildgebungssystem mit mehreren Komponenten,
welche Komponenten folgendes aufweisen:

– jeweils eine lokale Uhr,
– einen Eingang für Befehle einschließlich jeweils einer Befehlsausführungszeitvorgabe,
– einen Speicher für über den Eingang empfangene Befehle,
– einen Eingang für ein Zeitsynchronisierungssignal,
– eine Steuerung zum Ausführen der Befehle bei Übereinstimmung einer

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Ausführung von Befehlen in Komponenten eines Bildgebungssystems, insbesondere eines Magnetresonanztomographiesystems, wobei lokale Uhren in den Komponenten zeitlich (zueinander und zu einer zentralen Steuerung) synchronisiert werden,
wobei Befehle einschließlich jeweils einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe, welche jeweils angibt zu welchem Zeitpunkt ein Befehl ausgeführt werden soll, an die Komponenten gesendet werden,
wobei die Befehle von den Komponenten empfangen werden,
wobei von Komponenten empfangene Befehle und Befehlsausführungszeitpunktvorgaben in diesen Komponenten gespeichert werden,
wobei ein gespeicherter Befehl jeweils ausgeführt wird, wenn eine von der lokalen Uhr angezeigte Zeit mit der gespeicherten Befehlsausführungszeitpunktvorgabe zu dem Befehl übereinstimmt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt (sternförmig) die Übertragung von Befehlen von einer zentralen Steuerung zu jeder Komponente ohne einen Umweg über andere Komponenten, insbesondere über gleich lange Leitungen zu jeder Komponente (auch wenn die räumliche Entfernung der Komponenten von der zentralen Steuerung unterschiedlich ist).
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Befehle durch eine ringförmige Struktur (insbesondere eine Struktur bei der jeweils eine Komponente mit zwei weiteren Komponenten verbunden) von einer zentralen Steuerung zu den Komponenten übertragen, insbesondere, indem mindestens zwei Synchronisationssignale von einem Synchronisationsmaster aus zueinander gegenläufig in die ringförmige Struktur einspeist werden.
Ein Speicher (im Folgenden auch Zwischenspeicher genannt) kann insbesondere so gestaltet sein,

– dass Befehle an die autonomen Komponenten in der Reihenfolge gesendet werden, in der sie ausgeführt werden sollen (im Folgenden auch „FIFO” genannt), oder
– dass Befehle an die autonomen Komponenten unabhängig von der Reihenfolge in der sie sie ausgeführt werden sollen, gesendet werden, wobei die Befehle in der Reihenfolge ihrer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe in einen Speicher geschrieben werden, oder
– dass Befehle in einem Speicher abgelegt werden,

Die zeitgesteuerte Ausführung von gespeicherten Befehlen kann insbesondere so erfolgen,

– dass die Zeitinformation des ersten im FIFO gespeicherten Befehls mit der aktuellen Uhrzeit einer lokalen Uhr verglichen wird und in dem Moment, in dem beide Informationen übereinstimmen, der Befehl ausgeführt wird. (im Folgenden auch „getriggerte Befehlsausführung” genannt), oder
– dass die Befehle nach ihrer Ausführungszeit in einem Befehlsspeicher sortiert abgelegt werden, wobei die Leseaddressen sequenziell an den Befehlsspeicher angelegt werden, wobei jeweils ein Befehl mit einer zu einer angelegten Leseaddresse korrespondierenden Zeitmarke (oder Befehlsausführungszeitpunktvorgabe) ausgeführt wird, oder
– dass mit der aktuelle Zeitinformation einer lokalen Uhr ein CAM mit Zeitinformationen versorgt wird, wobei wenn das CAM eine Übereinstimmung der Zeitinformation mit einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe meldet, der zur Befehlsausführungszeitpunktvorgabe korrespondierende Befehl ausgeführt wird.

Die zeitliche Synchronisierung der lokalen Uhren erfolgt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung insbesondere gemäß folgenden (kombinierbaren) Ausführungsformen, die auch unabhängig von den Hauptansprüchen einsetzbar sein können:
Befehle werden gemäß einer Ausführung der Erfindung durch eine ringförmige Struktur von einer zentralen Steuerung zu den Komponenten übertragen, insbesondere, indem mindestens zwei Synchronisationssignale von der zentralen Steuerung in Richtung unterschiedlicher Komponenten in die ringförmige Struktur gesendet werden.
Ein Zeitpunkt, der für alle Uhren identisch ist, wird gemäß einer Ausführung der Erfindung als zeitlicher Mittelpunkt zwischen dem Empfang von zwei Synchronisationssignalen in den Komponenten vorzugsweise folgendermaßen bestimmt:

– mit dem Empfang oder Dekodieren des ersten Synchronisationssignals werden die lokalen Uhren auf einen Anfangszeitpunkt zurückgestellt,
– jeweils mit dem Empfang oder Dekodieren des zweiten Synchronisationspulses in einer Komponente wird in der Komponente jeweils die lokale Uhrzeit in deren Uhr halbiert,
– wenn die beiden Synchronisationspulse durch eine Ringstruktur zur zentralen Steuerung propagiert sind, stellt auch die zentrale Steuerung ihre Uhr ein auf die Mitte zwischen Senden und Empfang der zwei Synchronisationspulse durch sie.

Die Erfindung ist insbesondere in einem Bildgebungssystem implementierbar, das ein Magnetresonanztomographiesystem oder Computertomographiesystem oder AX-System ist.
Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 schematisch eine MRT-Ganzkörperspule,
2 schematisch ein Bildgebungssystem mit mehreren Komponenten die synchronisiert werden,
3 schematisch zeitliche Verläufe bei einer zeitlichen Synchronisierung lokaler Uhren,
4 schematisch eine zeitliche Synchronisierung von lokalen Uhren und Befehlsausführung mit einer FIFO Anordnung,
5 schematisch eine zeitliche Synchronisierung von lokalen Uhren und Befehlsausführung mit einer weiteren Anordnung,
6 schematisch eine zeitliche Synchronisierung von lokalen Uhren und Befehlsausführung mit einer weiteren Anordnung.
1 zeigt ein Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörperspule 2 mit einem Rohr-förmigen Raum 3 in welchen eine Patientenliege 4 mit z. B. einem Patienten 5 und einer Lokalspulenanordnung 6 in Richtung eines Pfeils z gefahren werden kann, um dann Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier ein Lokalspulenarray 6 aufgelegt, mit welchem in einem lokalen Bereich Aufnahmen ermöglicht werden, und deren Signale von einer an sich bekannten, über Koaxialkabel etc anschließbaren Auswerteeinrichtung ausgewertet (in Bilder umgesetzt usw.) werden können. Beispielhaft sind als weitere Komponenten Gradientenspulen 7, 8 vorgesehen, die Gradientenfelder erzeugen. In lokalen Komponenten wie (6, 7, 8) Sendern oder Empfängern für HF-Pulse und/oder für Gradientenpulse und/oder andere HF-Signale des MRT 1 werden Befehle, die von einer zentralen Steuerung ZS über Verbindungen R1, R18, R2, R17 usw. an Komponenten 6, 7, 8 übertragen werden, mit Hilfe von synchronisierten lokalen Uhren in den Komponenten zum vorgegebenen Zeitpunkt (t1, t2) ausgeführt. Die Komponenten K1, K2 in 1 steuern hier jeweils mindestens ein Element (wie hier die Spulen 7, 8) gemäß Befehlen die sie (K1, K2) von einer zentralen Steuerung ZS erhalten an.
2 zeigt schematisch mehrere Komponenten K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7 (wie z. B. Sender oder Empfänger oder Steuerungen etc) eines Bildgebungssystems 1, wobei jeweils eine lokale Uhr LU1, LU2, LU3, LU4, LU5, LU6, LU7 einer Komponente K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7 jeweils die Ausführung von an die Komponente gesendeten Befehlen B1, B2 zum jeweiligen durch eine (z. B. mit dem Befehl übersandte) Befehlsausführungszeitpunktvorgabe t1, t2 definierten Zeitpunkt veranlassen soll. Ein zentraler Taktgeber TG („Clock generator”) sendet über Taktleitungen T1 bis T8 Taktsignale an die Komponenten K1 bis K7 und die zentrale Steuerung ZS (die den Komponenten Befehle sendet), die es z. B. ermöglichen können, dass die lokalen Uhren gleich schnell laufen (oder alternativ sind die lokalen Uhren genau genug um ohne zentralen Takt gleich schnell zu laufen). Die Steuerung ZS sendet über einen Ring (umfassend die Ringabschnitte R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, von denen auch z. B. jeweils zwei (R1, R18) zusammen eine physikalisch Leitung sein können) an Komponenten K1 bis K8 Befehle B1, B2 und mit/zu den Befehlen B1, B2 Ausführungszeitpunkte t1, t2 zu denen die Befehle B1, B2 durch die vom Befehl angesprochene Einheit K1, K2 auszuführen sind.
Dafür werden die lokalen Uhren LU1 bis LU7 in den Komponenten K1 bis K7 zueinander (und auch zur Uhr LU8 der zentralen Steuerung ZS) synchronisiert, so dass sie also zu einem Zeitpunkt die gleiche Zeit („Zeit”) anzeigen (aufweisen oder als „Zeit” ausgeben) und ggf. gleich schnell laufen.
Hierfür bekommen die lokalen Uhren LU1 bis LU8 Informationen (Sync1 und Sync2) von der zentralen Steuerung ZS, die ihnen helfen, ihre aktuelle Uhrzeit synchron zueinander und zur Steuerung ZS auf einen gleichen Zeitpunkt einzustellen – (bzw. in 2 eigentlich ihre Uhrzeit zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschiedene Zeiten zustellen, wobei sie aber trotzdem danach gleichzeitig die gleiche Uhrzeit anzeigen).
Im Ausführungsbeispiel in 2 wird dies dadurch ausgeführt, dass die Zentrale Steuerung ZS des Rings (”Ring Master”) in zwei Richtungen Signale (Sync1 und Sync2) über den Ring sendet: In 2 sendet die zentrale Steuerung im Uhrzeigersinn über die Ringelemente R1 bis R8 das Synchronisationssignal Sync1, und entgegen dem Uhrzeigersinn über die Ringelemente R11 bis R18 das Synchronisationssignal Sync2. Also sendet ZS das Synchronisationssignal Sync1 über das Ringelement R1 an die Komponente K1, die Komponente K1 sendet das Synchronisationssignal Sync1 über den Ring an die Komponente K2, die Komponente K2 sendet das Synchronisationssignal Sync1 über den Ring an die Komponente K3, usw. bis zur Komponente K7 oder bis zur Steuerung ZS. Ausserdem sendet ZS das Synchronisationssignal Sync2 über den Ring R11 an die Komponente K7, die Komponente K7 sendet das Synchronisationssignal Sync2 über den Ring an die Komponente K6, die Komponente K6 sendet das Synchronisationssignal Sync2 über den Ring an die Komponente K5, usw. bis zur Komponente K1 oder bis zur Steuerung ZS.
In allen lokalen Uhren Lu1 bis LU8 wird ein Zeitpunkt, der für alle Uhren identisch ist, als zeitlicher Mittelpunkt zwischen zwei Synchronisationssignalen (Sync1 und Sync2) hier folgendermaßen bestimmt wird:

– mit dem Dekodieren des ersten Synchronisationssignals (sync1) werden die lokalen Uhren L1 bis L8 auf einen Anfangszeitpunkt (z. B. 0:00:00,000000000 Uhr) zurückgestellt,
– jeweils (für jede Komponente) mit dem Dekodieren des zweiten Synchronisationspulses (sync2) in einer Komponente K7 wird die (bei seinem Dekodieren aktuelle) lokale Uhrzeit (z. B. 0:00:00,000000014 Uhr in K7) in der lokalen Uhr LU7 dieser Komponente halbiert (z. B. auf 0:00:00,000000007 Uhr) und die lokalen Uhr LU7 dieser Komponente auf diesen halbierten Zeitpunkt gestellt (z. B. auf 0:00:00,000000007 Uhr in LU7 von K7 beim Empfang von synch2 in K7),
– und wenn die beiden Synchronisationspulse komplett durch eine Ringstruktur zu allen Komponenten propagiert sind, stellt auch der Synchronisationsmaster ZS seine Uhr LU8 ein auf die Mitte (z. B. 0:00:00,000000008 Uhr) zwischen Senden (z. B. 0:00:00,000000000 Uhr) und Empfang (z. B. 0:00:00,000000016 Uhr) der zwei Synchronisationspulse (Sync1 und Sync2) durch ihn (ZS).

Dann sind die lokalen Uhren LU1 bis LU7 zueinander und zur lokalen Uhr LU8 einer Befehle gebenden zentralen Steuerung ZS synchronisiert, also auf den gleichen Zeitpunkt gesetzt. Die Uhren können dann entweder selber zeitlich gleich schnell weiterlaufen oder mit Taktimpulsen von TG.
Befehle B1, B2 und Daten, die von den autonomen Komponenten K1 bis K7 empfangen werden, werden bis zu ihrem eigentlichen Aktivieren in einem Zwischenspeicher gepuffert.
Bei der erläuterten ringförmigen Synchronisierung, bei der die Synchronisationssignale von einem Master aus gegenläufig in den Ring eingespeist und in jeder Komponente mit (auf die Komponente bezogen) konstanter Verzögerung weitergeleitet werden, kompensieren sich die Laufzeiten auf den Leitungen und Vielzahl elektrischer Bauelemente.
Alternativ zur erläuterten ringförmigen Synchronisierung ist eine sternförmige Synchronisation möglich: Es werden zu jeder Komponente gleich lange Leitungen verwendet (z. B. Leitungen die wie die Leitungen T1..T8 in 2 angeordnet sind). Die Länge richtet sich nach der längsten Leitung. Dazu sind die elektrischen Leitungen auf den Flachbaugruppen ebenfalls zu berücksichtigen, ebenso wie die Durchlaufzeit elektrischer und optischer Bauelemente. Dies führt zu einer Struktur, die einzeln abgeglichen werden muss und nur bedingt über einen vorher festgelegten Maximalausbau hinaus erweiterbar ist. (Ein zusätzlich eingefügter Splitter etwa muss für alle parallel laufende Äste wieder kompensiert werden).
3 verdeutlicht einige zeitlichen Abläufe mit einem Oszilloskop-Bild für gleich lange Kabel (R1 bis R8 und R11 bis R18) zwischen einer zentralen Steuerung ZS und den Komponenten K1 bis K7:
ZS sendet sync1 und setzt seine Uhr auf 0.
K1 erhält sync1 und setzt seine Uhr auf 0.
K3 erhält sync1 und setzt seine Uhr auf 0.
K4 erhält sync2 und setzt seine Uhr LU4 auf die Hälfte der aktuellen Zeit in seiner Uhr LU4.
K3 erhält sync2 und setzt seine Uhr LU3 auf die Hälfte der aktuellen Zeit in seiner Uhr LU3.
K1 erhält sync2 und setzt seine Uhr LU1 auf die Hälfte der aktuellen Zeit in seiner Uhr LU1.
ZS erhält sync2 und setzt seine Uhr LU8 auf die Hälfte der aktuellen Zeit in seiner Uhr LU8.
(Entsprechendes erfolgt für die weiteren Komponenten und Signale.)
Dann sind alle Uhren synchron, zeigen also die gleiche Zeit an.
Entsprechend funktioniert dies auch bei unterschiedlich langen Kabeln (R1 bis R8 und R11 bis R18) zwischen einer zentralen Steuerung ZS und den Komponenten K1 bis K7.
Zeitgesteuerte Ausführung der Befehle:

– Die Implementierung der Zeitgesteuerten Ausführung der Befehle ist abhängig von der Art des Zwischenspeichers (s. o.).
– Bei einer Anordnung gemäß 4 wird z. B. die Zeitinformation des ersten Befehls im FIFO mit der aktuellen Uhrzeit verglichen. In dem Moment, in dem beide Informationen übereinstimmen, wird der Befehl ausgeführt (getriggerte Befehlsausführung).
– Sind bei einer Anordnung gemäß 5 z. B. die Befehle nach Ausführungszeit in einem Befehlsspeicher sortiert abgelegt, werden die Leseadressen sequenziell an den Befehlsspeicher angelegt. Der zu einer Leseadresse (= korrespondierende Zeitmarke) gehörende Befehl wird ausgeführt.

6

4 erläutert die Synchronisation lokaler Uhren LU2 bis LU7 von Komponenten K1 bis K7 anhand von je einem FIFO-Speicher zur Dekodierung der Zeitinformation t1 des ersten Befehls B1
in jeder der Komponenten K1 bis K7:
Hierbei führt das System ZS, das die Befehle B1, B2 erzeugt und zur Komponente K1 sendet, dies in einer zeitlich monotonen Reihenfolge durch. Hier wird die Zeitinformation am Ende des Puffers (beim Auslesen) dekodiert. Dabei kann aber immer nur ein Befehl auf passende Ausführungszeit überprüft werden. Außerdem kann es zu einem „Deadlock” kommen, wenn die zur Ausführung geplante Zeit des ersten Befehls schon vergangen ist.
Wenn in einer Synchronisationslogik SY (z. B. Empfangsschnittstelle) einer Komponente das Signal Synch1 eingeht, wird die Uhr LU1 über den Eingang „clear” (= löschen) auf null gesetzt, wenn das Signal Synch2 eingeht, wird die Uhr LU1 auf die von der lokalen Uhr LU1 ausgegebene aktuelle Uhrzeit „Zeit” in einem Halbierer „1/2” halbiert und als aktuelle Uhrzeit in die lokale Uhr LU1 eingegeben, so dass die lokale Uhr LU1 nun diese (halbierte) aktuelle Zeit führt. Die Auflösung der Uhr ist durch die geforderte zeitliche Auflösung der auszuführenden Befehle bestimmt und kann z. B. 25 ns (1/40 MHz) betragen.
5 zeigt einen Befehlsspeicher mit wahlfreier Schreibadresse und zeitsynchronisierter Leseadresse:
Dabei werden die Befehle B1, B2 abhängig von ihrem Ausführungszeitpunkt t1, t2 in einen Speicher SP geschrieben, bei dem jeder (Speicher-)Adresse ein Zeitpunkt zugeordnet ist. Die Zeitinformation wird also beim Schreiben des Puffers dekodiert. Hier ist es nicht erforderlich, dass die Befehle und Daten in einer zeitlich monotonen Reihenfolge empfangen werden. Nicht benutzte Speicherstellen (Zeitmarken) müssen gelöscht sein. Ein Deadlock (Stehenbleiben/Sperrung) wie in 4 kann hier nicht auftreten. Etwas nachteilig ist eine suboptimale Ausnutzung des Befehlsspeichers, sowie die Notwendigkeit den gesamten Befehlsspeicher zu löschen.
6 zeigt einen Befehlsspeicher mit assoziierter Leseadresse (Cache-Prinzip). Befehle und Leseadresse werden in zwei Speichern abgelegt; Befehle werden in einem herkömmlichen Speicher SP1 abgelegt, die Zeitinformation werden in einem „content addressable memory” CAM (SP2) an derselben Adresse abgelegt.
Stimmt nun die Uhrzeit („Zeit”) der lokalen Uhr LU1 mit einer beliebigen im CAM abgelegten Ausführungszeit t1 überein, so wird die zur abgelegten Ausführungszeit t1 korrespondierende Adresse vom CAM ausgegeben und an den Leseport des Befehlsspeichers SP1 angelegt. Dieser adressiert den damit zur Ausführung ausgewählten Befehl B1. Vorteil hier ist die hervorragende Ausnutzung des Speichers und dass die Befehle nicht in einer zeitlich monotonen Reihenfolge erhalten werden müssen. Ein Deadlock (Stehenbleiben) wie theoretisch in 4 kann auch hier nicht auftreten.
Die Uhren aller Komponenten werden also durch eine geeignete Synchronisation derart synchronisiert, dass alle Uhren mit reproduzierbarer Phase zueinander laufen (relative Genauigkeit) und dieselbe Uhrzeit lokal anzeigen (absolute Genauigkeit).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005052564 [0002]

Claims

Verfahren zur Ausführung von Befehlen (B1, B2) in Komponenten (K1 bis K7) eines Bildgebungssystems (1), insbesondere eines Magnetresonanztomographiesystems, wobei lokale Uhren (LU1 bis LU7) in den Komponenten (K1 bis K7) zeitlich synchronisiert (2, sync1, sync2, „1/2”) werden, wobei Befehle (B1, B2) einschließlich jeweils einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2), welche jeweils angibt, zu welchem Zeitpunkt ein Befehl (B1, B2) ausgeführt werden soll, an die Komponenten (K1 bis K7) gesendet werden, wobei die Befehle (B1, B2) von den Komponenten (K1 bis K7) empfangen werden, wobei von Komponenten (K1 bis K7) empfangene Befehle (B1, B2) und Befehlsausführungszeitpunktvorgaben (t1, t2) in diesen Komponenten (K1 bis K7) gespeichert (SP, SP1, SP2) werden, wobei ein gespeicherter (SP, SP1) Befehl (B1, B2) jeweils ausgeführt (BA) wird, wenn eine von der lokalen Uhr (LU1 bis LU7) angezeigte Zeit („Zeit”) mit der gespeicherten (SP2) Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) zu dem Befehl (B1, B2) übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Komponente (K1 bis K7) ein Sender oder Empfänger eines Bildgebungssystems ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Komponenten (K1 bis K7) eine Uhr (LU1 bis LU7) mit einer durch die geforderte zeitliche Auflösung der auszuführenden Befehle (B1, B2) bestimmten zeitlichen Auflösung, insbesondere mindestens 25 ns oder 1/40 MHz aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Uhren (LU1 bis LU7) der Komponenten (K1 bis K7) derart zueinander und/oder zu einer Uhr (LU8) einer Steuerung (ZS) synchronisiert werden, dass die Uhren (LU1 bis LU8) mit reproduzierbarer Phase zueinander laufen und dieselbe Uhrzeit („Zeit”) anzeigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von den verteilten Uhren (LU1 bis LU7) nur gemeinsamer Anlagentakt (TG) benutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Empfangsseite (E) der Sendetakt aus einem Datenstrom (sync1, sync2) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signallaufzeit durch Zuleitungen von einem Synchronisationsmaster (ZS), der jeweils einen Befehl (B1, B2) und eine Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) an eine Komponente (K1 bis K7) sendet, bis zu der Komponente (K1 bis K7) bei der Einstellung der aktuellen Zeit in der Uhr (LU1 bis LU7) in der Komponente (K1 bis K7) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragung von Befehlen (B1, B2) von einer zentralen Steuerung (ZS) zu jeder Komponente (K1 bis K7) ohne einen Umweg über andere Komponenten (K1 bis K7) erfolgt, insbesondere über gleich lange Leitungen von der zentralen Steuerung (ZS) zu jeder Komponente.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Bestimmung des Weges von einer zentralen Steuerung zu den Komponenten (K1 bis K7) die Länge elektrischer Leitungen in elektrischen und/oder optischen Bauelementen und/oder Flachbaugruppen, durch die die Befehle (B1, B2) übertragen werden, bei der Festsetzung einer aktuellen Zeit („Zeit”) in einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befehle (B1, B2) durch eine ringförmige Struktur (R1..R8, R11..R18) von einer zentralen Steuerung (ZS) zu den Komponenten (K1 bis K7) übertragen werden, insbesondere, indem mindestens zwei Synchronisationssignale (sync1, sync2) von einem Synchronisationsmaster (ZS) in Richtung unterschiedlicher Komponenten (sync1:K1, sync2:K7) in die ringförmige Struktur einspeist (R1, R11) werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zeitpunkt („Zeit”), der für alle Uhren (LU1 bis LU7) identisch ist, als zeitlicher Mittelpunkt zwischen dem Empfang von zwei Synchronisationssignalen (Sync1 und Sync2) in den Komponenten folgendermaßen bestimmt wird: – mit dem Empfang oder Dekodieren des ersten Synchronisationssignals (sync1) werden die lokalen Uhren (LU1 bis LU7) auf einen Anfangszeitpunkt (0 Uhr) zurückgestellt, – jeweils mit dem Empfang oder Dekodieren des zweiten Synchronisationspulses (sync2) in einer Komponente wird in der Komponente jeweils die lokale Uhrzeit („Zeit”) in deren Uhr (LU1 bis LU7) halbiert („1/2”), – wenn die beiden Synchronisationspulse (sync1, sync2) durch eine Ringstruktur zur zentralen Steuerung (ZS) propagiert sind, stellt auch die zentrale Steuerung (ZS) ihre Uhr (LU8) ein auf die Mitte („1/2”) zwischen Senden und Empfang der zwei Synchronisationspulse (Sync1 und Sync2) durch sie (ZS).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Befehle (B1, B2) an die autonomen Komponenten (K1 bis K7) in der Reihenfolge gesendet werden, in der sie ausgeführt werden sollen. (4)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Befehle (B1, B2) an die autonomen Komponenten (K1 bis K7) unabhängig von der Reihenfolge in der sie sie ausgeführt werden sollen, gesendet werden können, und wobei die Befehle (B1, B2) in der Reihenfolge ihrer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) in einen Speicher geschrieben werden. (5)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Befehle (B1, B2) in einem ersten Speicher (SP1) abgelegt werden, wobei Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) zu Befehlen (B1, B2) in einem weiteren Speicher (SP2, CAM) mit der selben Adresse wie ihre Befehle (B1, B2) abgelegt werden, wobei wenn die Uhrzeit („Zeit”) an einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) mit einer beliebigen im weiteren Speicher (SP2) abgelegten Ausführungszeit (t1, t2) übereinstimmt, die Adresse eines Befehls vom weiteren Speicher (SP2) ausgegeben und an den Leseport des Befehlsspeichers (Sp1) angelegt wird, der den zur Ausführung ausgewählten Befehl ausliest und ausgibt (BA). (6)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitinformation (t1) des ersten im FIFO gespeicherten Befehls (B1) mit der aktuellen Uhrzeit („Zeit”) einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) verglichen wird und wobei in dem Moment, in dem beide übereinstimmen, der Befehl (B1) ausgeführt wird (BA).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befehle (B1, B2) nach ihrer Ausführungszeit (t1, t2) in einem Befehlsspeicher (SP, SP1) sortiert abgelegt werden, und wobei Leseaddressen sequenziell an den Befehlsspeicher angelegt werden, und wobei jeweils zu einer Leseaddresse korrespondierender Befehl (B1, B2) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der aktuelle Zeitinformation („Zeit”) einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) ein Speicher (SP2, CAM) mit Zeitinformationen versorgt wird und wobei wenn der Speicher (SP2, CAM) eine Übereinstimmung der Zeitinformation („Zeit”) mit einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) meldet, der zur Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) korrespondierende Befehl (B1, B2) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bildgebungssystem (1) ein Magnetresonanztomographiesystem oder Computertomographiesystem oder AX-System ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Komponente (K1 bis K7) eine räumlich von einer anderen Komponente (K1 bis K7) des Bildgebungssystems getrennte Komponente (K1 bis K7) ist.
Bildgebungssystem mit mehreren Komponenten (K1 bis K7), welche Komponenten (K1 bis K7) folgendes aufweisen: – jeweils eine lokale Uhr (LU1 bis LU8), – einen Eingang (E) für Befehle (B1, B2) und eine Befehlsausführungszeitvorgabe (t1, t2), – einen Speicher (SP, SP1) für über den Eingang empfangene Befehle (B1, B2), – einen Eingang (E) für Zeitsynchronisierungssignale (synch1, synch2), – eine Steuerung (SY, SP, SP1, SP2) zum Ausführen (BA) der Befehle (B1, B2) bei Übereinstimmung („=”, SP, SP1, SP2) einer von der lokalen Uhr (LU1 bis LU7) angezeigten Zeit („Zeit”) mit der Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2).
Bildgebungssystem nach Anspruch 20, wobei eine Komponente (K1 bis K7) ein Sender oder Empfänger einer Magnetresonanztomographieanlage ist.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–21, wobei die Komponenten (K1 bis K7) eine Uhr (LU1 bis LU7) mit einer durch die geforderte zeitliche Auflösung der auszuführenden Befehle (B1, B2) bestimmten zeitlichen Auflösung, insbesondere mindestens 25 ns oder 1/40 MHz aufweisen.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–22, wobei die Uhren (LU1 bis LU7) der Komponenten (K1 bis K7) derart synchronisierbar sind, dass die Uhren (LU1 bis LU7) mit reproduzierbarer Phase zueinander laufen und dieselbe Uhrzeit lokal anzeigen.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–23, wobei bei der Synchronisation der verteilten Uhren (LU1 bis LU7) nur eine Taktdomäne vorgesehen ist, die in jeder Komponente (K1 bis K7) benutzt wird und auf einem gemeinsamen Anlagentakt basiert.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–24, wobei auf der Empfangsseite (E) der Sendetakt aus einem Datenstrom (sync1, sync2) zurückgewonnen wird.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–25, wobei bei der Ausführung von Befehlen zur Bestimmung des Zeitpunkts, an dem sie ausgeführt werden, die Signallaufzeit von Daten (sync1, sync2) durch Zuleitungen von einem Synchronisationsmaster, der jeweils einen Befehl (B1, B2) einschließlich jeweils einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) an eine Komponente (K1 bis K7) sendet, bis zu der Komponente (K1 bis K7) bei der Einstellung der aktuellen Zeit in der Uhr (LU1 bis LU7) in der Komponente (K1 bis K7) berücksichtigt wird.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–26, wobei für die Übertragung von Befehlen (B1, B2) von einer zentralen Steuerung (ZS) zu jeder Komponente (K1 bis K7) gleich lange Leitungen verwendet werden, auch wenn die Entfernung der Komponenten (K1 bis K7) von der zentralen Steuerung unterschiedlich ist.
Bildgebungssystem nach Anspruch 27, wobei für die Bestimmung des Weges von einer zentralen Steuerung zu den Komponenten (K1 bis K7) die Länge elektrischer Leitungen in elektrischer und/oder optischen Bauelementen und/oder Flachbaugruppen durch die die Befehle (B1, B2) übertragen werden ebenfalls bei der Festsetzung eines Zeitpunkts zur Ausführung der Befehle in einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) berücksichtigt werden.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–28, wobei die Befehle (B1, B2) durch eine ringförmige Struktur (R1 bis R18) übertragen werden, die Synchronisationssignale (sync1, sync2) von einem Synchronisationsmaster (ZS) in zwei unterschiedliche Richtungen (R1 und R11) und/oder an zwei unterschiedliche Komponenten (sync1 → K1, sync2 → K7) in die ringförmige Struktur einspeist werden.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–29, wobei ein Zeitpunkt, der für alle Uhren (LU1 bis LU7) identisch ist, als zeitlicher Mittelpunkt zwischen zwei Synchronisationssignalen (Sync1 und Sync2) folgendermaßen bestimmbar ist: – mit dem Dekodieren des ersten Synchronisationssignals (sync1) werden die lokalen Uhren (LU1 bis LU7) auf einen Anfangszeitpunkt (0 Uhr) zurückgestellt, – mit dem Dekodieren des zweiten Synchronisationspulses (sync2) wird die lokale Uhrzeit in den Uhren (LU1 bis LU7) halbiert, – und wenn die beiden Synchronisationspulse (sync1, sync2) durch eine Ringstruktur zur zentralen Steuerung (ZS) propagiert sind, stellt auch die zentrale Steuerung (ZS) ihre Uhr (LU1 bis LU7) ein auf die Mitte zwischen Senden und Empfang der zwei Synchronisationspulse (Sync1 und Sync2) durch sie.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–30, wobei Befehle (B1, B2) die an die Komponenten (K1 bis K7) in der Reihenfolge gesendet werden, in der sie ausgeführt werden sollen. (FIFO)
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–31, wobei Befehle (B1, B2) die an die Komponenten (K1 bis K7) unabhängig von der Reihenfolge in der sie sie ausgeführt werden sollen, gesendet werden, und wobei die Befehle (B1, B2) in der Reihenfolge ihrer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) in einen Speicher geschrieben werden.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–32, wobei Befehle (B1, B2) in einem Speicher (SP1) abgelegt werden, wobei Befehlsausführungszeitpunktvorgaben (t1, t2) zu Befehlen (B1, B2) in einem weiteren Speicher (SP2) (CAM, „content addressable memory”, CAM) mit der selben Speicher-Adresse abgelegt werden, wobei wenn die Uhrzeit (Zeit) einer lokalen Uhr mit einer beliebigen im CAM abgelegten Ausführungszeit übereinstimmt, die korrespondierende Adresse vom CAM ausgegeben und an den Leseport des Befehlsspeichers angelegt wird, der den zur Ausführung ausgewählten Befehl (B1, B2) adressiert. (cache)
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–33, wobei die Zeitinformation des ersten im FIFO gespeicherten Befehls mit der aktuellen Uhrzeit einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) verglichen wird und wobei in dem Moment, in dem beide Informationen übereinstimmen, der Befehl (B1, B2) ausgeführt wird.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–34, wobei die Befehle (B1, B2) nach ihrer Ausführungszeit in einem Befehlsspeicher (SP, SP1) sortiert abgelegt werden, und wobei die Leseaddressen sequenziell an den Befehlsspeicher angelegt werden, und wobei jeweils ein Befehl (B1, B2) mit einer zu einer Leseaddresse korrespondierenden Zeitmarke ausgeführt wird.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–35, wobei mit der aktuelle Zeitinformation einer lokalen Uhr (LU1 bis LU7) das der CAM-Speicher (SP-2) mit Zeitinformationen versorgt wird und wobei wenn der der CAM-Speicher (SP-2) eine Übereinstimmung der Zeitinformation mit einer Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) meldet, der zur Befehlsausführungszeitpunktvorgabe (t1, t2) korrespondierende Befehl (B1, B2) ausgeführt wird.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–36, wobei das bildgebenden System (1) ein Magnetresonanztomographiesystem oder Computertomographiesystem oder AX-System ist.
Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 20–37, wobei eine Komponente (K1 bis K7) eine räumlich von einer anderen Komponente (K1 bis K7) des Bildgebungssystems getrennte Komponente (K1 bis K7) ist.