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