磁共振设备和运行磁共振设备的方法.pdf

本发明公开了一种有多个部件的磁共振设备，包括基本磁场产生单元、梯度线圈及高频线圈装置。这些部件可以分别通过至少一个数字组件和至少一个模拟组件按照控制序列来控制，其中模拟组件设置在控制数字组件的控制计算机外。数字组件设置在控制计算机外并与为此而控制的模拟组件对应。为了数字组件相互间和/或与控制计算机的通信数字组件通过以下网络联网：用于同步数字组件的同步第一网络；等时或至少部分等时的第二网络；第三网络，其中数字组件经过串行外围部件接口与控制计算机相连，并且在各个数字组件的外围部件接口和控制计算机的对应的外围部件接口之间的信号传输在光学路径上进行。此外还公开了一种运行这样的磁共振设备的方法。

1.  一种具有多个部件(3，4，5，6，7，8)的磁共振设备(1)，这些部件包括基本磁场产生单元(3)、梯度线圈(4)以及高频线圈装置(5)，这些部件(3，4，5，6，7，8)分别通过至少一个数字组件(30，30_M)和至少一个模拟组件(40)按照控制序列来控制，其中所述模拟组件(40)设置在用于控制所述数字组件(30，30_M)的控制计算机(10)外，
其特征在于，
所述数字组件(30，30_M)设置在控制计算机(10)之外并与为此而控制的一个或多个模拟组件(40)相对应，其中所述数字组件(30，30_M)为了在数字组件(30，30_M)之间的相互通信和/或与控制计算机(10)的通信而通过以下网络联网：
用于同步数字组件(30，30_M)的同步第一网络(SN)；
等时或至少部分等时的第二网络(IN)；
第三网络(MN)，其中所述数字组件(30，30_M)通过串行外围部件接口(18，34)与所述控制计算机(10)相连，并且在此在各个数字组件(30，30_M)的外围部件接口(34)和控制计算机(10)的对应的外围部件接口(18)之间的信号传输在光学路径上进行。

2.  根据权利要求1所述的磁共振设备，其特征在于，所述外围部件接口(18，34)具有PCI-Express接口(18，34)。

3.  根据权利要求1或2所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步第一网络(SN)具有星形拓扑结构。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述等时或部分等时的第二网络(IN)具有环形拓扑结构。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述第三网络(MN)具有星形拓扑结构。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述第二网络(IN)不将所述数字组件(30，30_M)与所述控制计算机(10)相连。

7.  根据权利要求6所述的磁共振设备，其特征在于，所述数字组件(30，30_M)中的一个数字组件被构造为主数字组件(30_M)，从而该主数字组件在运行中经过所述第三网络(MN)从所述控制计算机(10)获得控制命令，并且经过所述第二网络(IN)将相应的控制命令传输给其它数字组件(30)。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述第一网络(SN)包括设置在控制计算机(10)中的同步组件(16)，该同步组件(16)经过所述第一网络(SN)控制设置在所述数字组件(30，30_M)中的同步单元(33)。

9.  根据权利要求8所述的磁共振设备，其特征在于，在运行中经过所述第一网络(SN)传输由所述同步组件(16)产生的系统时钟。

10.  根据权利要求9所述的磁共振设备，其特征在于，所述等时或部分等时的第二网络(IN)的时钟是所述系统时钟的整数倍。

11.  根据权利要求8至10中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，所述同步单元(33)和所述同步组件(16)包括时钟发生器(19，37)，该时钟发生器构造为，使得在运行中所有时钟发生器(19，37)同步并且可以调整到相同的时间。

12.  根据权利要求1至11中任一项所述的磁共振设备，其特征在于，将至少一个数字组件(30)与至少一个为此而控制的模拟组件(40)一起嵌入在外部工作设备(9)、特别是功率放大器或信号前置放大器中。

13.  一种运行磁共振设备(1)的方法，该磁共振设备(1)具有多个部件(3，4，5，6，7，8)，包括基本磁场产生单元(3)、梯度线圈(4)以及高频线圈装置(5)，其中这些部件(3，4，5，6，7，8)借助控制计算机(10)分别通过至少一个数字组件(30，30_M)和至少一个模拟组件(40)按照控制序列来控制，其中所述模拟组件(40)设置在用于控制所述数字组件(30，30_M)的控制计算机(10)外部，
其特征在于，
所述数字组件(30，30_M)设置在控制计算机(10)之外并与一个或多个为此而控制的模拟组件(40)相对应，并且所述数字组件(30，30_M)的控制经过不同的网络(SN，IN，MN)进行，其中：
所述数字组件(30，30_M)的同步借助同步第一网络(SN)进行；
在使用等时或至少部分等时的第二网络(IN)的条件下将控制命令分发到数字组件(30，30_M)；以及
在所述数字组件(30，30_M)和所述控制计算机(10)之间的大量数据传输经过第三网络(MN)进行，其中所述数字组件(30，30_M)为了构建所述第三网络(MN)而经过串行外围部件接口(18，34)与所述控制计算机(10)相连，并且
在此在各个数字组件(30，30_M)的外围部件接口(34)和控制计算机(10)的对应的外围部件接口(18)之间的信号传输在光学路径上进行。

14.  根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述数字组件(30，30_M)为了与所述控制计算机进行数据交换而经过外围部件接口(18，34)分别直接访问所述控制计算机(10)的、分配给该数字组件(30，30_M)的存储器区域。

15.  根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，由控制计算机(10)经过所述第三网络(MN)将控制命令传输到作为主数字组件(30_M)的数字组件(30_M)并由该主数字组件(30_M)经过所述第二网络(IN)将相应的控制命令传输给其它数字组件(30)。

16.  根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，经过所述第一网络(SN)传输由所述控制计算机(10)的同步组件(16)产生的系统时钟。

17.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，经过至少一个网络(SN)传输用于标记参考时刻的时标。

18.  根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述数字组件(30，30_M)包括同步单元(33)并且所述控制计算机(10)包括同步组件(16)，它们各具有一个时钟发生器(19，37)，并且所有的时钟发生器(19，37)同步并调整到相同的时间。

19.  根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述时钟发生器(19，37)经过所述第一网络(SN)同步并且经过所述第二和/或第三网络(IN)调整到相同的时间。

磁共振设备和运行磁共振设备的方法
技术领域
本发明涉及一种具有多个部件的磁共振设备，包括基本磁场产生单元、梯度线圈以及高频线圈装置。在此这些部件可以分别通过至少一个数字组件和至少一个模拟组件按照控制序列来控制，其中所述模拟组件设置在用于控制所述数字组件的控制计算机外。此外本发明还涉及一种用于运行相应的磁共振设备的方法。
背景技术
磁共振断层成像是目前广泛使用的获取身体内部图像的方法。在该方法中待检查的身体暴露于相对高的基本磁场中，例如1.5特斯拉，或者在更新的所谓高磁场设备中甚至是3特斯拉。然后用合适的天线装置发送高频激励信号(所谓的B₁场)，该激励信号导致通过该高频场共振激励的特定原子的核自旋相对于基本磁场的磁力线翻转一个特定的翻转角。然后用合适的天线装置(其也可以与发送天线相同)来接收在核自旋的弛豫时发出的高频信号(所谓的磁共振信号)。这样获取的原始数据在最后被用来再现期望的图像数据。为了进行位置编码，将基本磁场在发送和读出以及接收高频信号期间分别与定义的磁场梯度相重叠。
显然，这样的磁共振设备包括在测量过程范围内在预定的测量序列内在考虑固定的时间关系的条件下必须被控制的多个部件。这些部件例如包括上述的用于产生基本磁场的基本磁场产生单元、用于产生磁场梯度的梯度线圈、以及通常具有多个用于发送和/或接收高频信号的高频线圈的高频线圈装置。所有这些部件通常被模拟地驱动。但是控制是数字地进行。由此在到达这些部件的控制路径上需要至少一个数字组件和至少一个模拟组件。
对于高频线圈装置的示例性情况，必须区别发送组件和接收组件。在发送支路中作为发送模拟组件除了别的之外还需要高频放大器，该高频放大器将事先在发送数字组件中产生的高频信号转换为在天线上待发送的模拟高频信号并在此提供足够的功率。在接收侧在接收模拟组件中首先用合适的电子电路将所接收的信号解调并且通过A/D转换器转换为接收数字信号。该接收数字信号被发送到对该数字信号进一步数字地解调和处理的接收数字组件。目前公知的接收组件能够处理一定数量的接收通道，也就是说，其能够对特定的预定数量的单个天线的信号进行解调和进一步处理。在通过数字调制器产生高频信号的发送侧和数字地解调的接收侧，该信号对于频率产生单元(通常是所谓的NCO(数控振荡器))来说是需要的，该数控振荡器提供合适的中频。
由于对测量方法来说重要的是，必须严格遵守发送各个相互调谐的信号(例如高频信号、梯度脉冲和读出命令)的预定的时间表，并且为此每个部件在精确的特定时间必须进行完全特定的行动，所以迄今为止使用集中控制方案，其中不同的数字组件集成在控制计算机中。然后借助控制计算机的系统时钟和必要时借助时钟或时标可以在各个部件之间建立同步或等时性。在此数字组件通常被构造为可以连接到控制计算机内部总线的模块。在该集中组织的控制系统中在设计时就必须考虑将来的最大扩展，因为集中的控制计算机的容量在空间上和功率上都是有限的。这就是说，例如必须在规划设备时考虑，是否必要时还要添加其它的发送线圈或接收线圈。然而在设计时该最大扩展不是对所有系统功能性都是精确可规划的，因为技术发展进步很快。由此通常发生，当前的控制装置在目前要么被太小地装配要么在最不利的情况下出现瓶颈，因为存在的可扩充性不足。
为了解决该问题已经公开了几个壁龛方案(Nischenloesung)。例如提出，在激励侧实现克隆概念，其中多重地设置控制计算机并且将其中一个控制计算机作为主机而其它的作为客户机。该解决方案在技术上很麻烦并且不经济且仅涉及部件的部分方面，也就是发送侧。对于接收侧也公知这样的个别解决方案，其中不久前提出从控制计算机延伸出的总线扩展。由此也没有提出所述问题的完全的和经济的解决方案。此外，在各个部件相互之间和控制计算机之间不仅必须同步精确的时间流程，而且还要传输高的数据传输率，例如在发送侧关于待发送的脉冲序列的精确信息，特别是针对高频脉冲和/或梯度脉冲的多个精确的包络线，和在接收侧的大量的采集的测量原始数据。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，这样进一步发展本文开始部分所述类型的磁共振设备以及运行相应磁共振设备的方法，使得可以提供磁共振设备的更大的灵活性，特别是低成本的和快速可扩展性。
上述技术问题一方面通过一种磁共振设备另一方面通过一种用于驱动磁共振设备的方法解决。
在按照本发明的磁共振设备中，数字组件同样被设置在控制计算机之外并且与为此而控制的模拟组件对应，其中数字组件为了数字组件互相的通信和/或与控制计算机的通信而通过不同的网络联网。
一方面使用同步第一网络来同步数字组件和控制计算机。经过该网络传输必要的同步信息，例如系统时钟和必要时的时标。该同步第一网络在以下也称为“同步网络”。此外通过等时或至少部分等时的第二网络进行至少数字组件互相的连接。在此部分等时网络理解为这样的网络：对于特定的传输的命令或者数据和/或对于特定的网络部件来说等时性是不需要的。作为等时网络或者部分等时网络的等时部分是如下网络：数据在特定的例如周期出现的时间窗内到达其目的地(此处是其目的数字组件或者控制计算机，当该控制计算机也连接在等时或部分等时网络内时)。这样的时钟例如可以为10微秒或10毫秒。在这样的时间窗内所有存在的数字组件都必须从网络获得其相应的信息。也就是说，通过等时或者部分等时网络保证了在特定的时间段内在不同的网络节点之间能够交换一定的数据，使得当要按照这些信息进行确定的行动时，这些信息可靠地存在于涉及的组件上。由于经过该网络特别传输控制命令或者控制信息，该等时或部分等时的第二网络在以下也称为“控制命令网络”。
此外数字组件与控制计算机还经过第三网络联网。在该第三网络内在数字组件和控制计算机之间借助串行外围部件接口进行数据传输，其中在各个数字组件的外围部件接口和控制计算机的对应的外围部件接口之间的信号传输在光学路径上也就是说通过光导体进行。在此串行外围部件接口理解为适合于将外围部件与主处理器连接的标准高速接口。
外围部件接口优选可以是所谓的“PCI-Express”接口(PCI＝PeripheralComponent Interconnect，外围部件互连标准)。在此是用于将外围设备与计算机内部的主处理器的芯片组连接的扩展标准。为此的标准化的接口能够购买已经有一段时间了。通常在PCI-Express标准中经过所谓的“lane”进行数据传输，然而其中在“正常的”PCI-Express中，每个lane由用于发送的电导线对和用于接收的第二对组成。然而此处按照本发明，代替电导线而使用光导体，也就是，如下改变正常的PCI-Express接口，使得发出的信号首先被转换为光信号并且相反将接收的光信号转换为相应的电信号，在此还按照PCI-Express的预定的协议进行总的数据交换。使用针对海量数据网络(Massendatennetze)的光导体具有如下优点，可以实现在各个数字组件和控制计算机之间的电分离。原则上也可以、并且根据磁共振设备的具体结构甚至可能是优选的，同步网络和/或控制命令网络在技术上也借助光导体来实现。
但是替代这样的PCI-Express接口，也可以使用其它串联的按照类似的方式、例如针对PCI-Express的可能的后继标准(Nachfolgestandard)工作的外围部件接口。经过该第三网络首先交换大量数据(Massendaten)，也就是具有极高带宽要求的复杂数据结构，它们通常以数据阵列形式、例如用于要产生的高频脉冲的包络线或在接收侧采集的原始数据的形式出现。为此该第三网络在以下也被称为“海量数据网络”。但是在此不排除，例如控制数据也经过该海量数据网络传输。
借助同步网络和等时的其它网络，可以理想地遵守所有时间上的条件。通过等时网络可以将所有关键的控制命令基本同时地发送到数字组件。经过特定的海量数据网络附加地还可以在时间关键的情况下快速而可靠地交换更大的数据量。然后最终的同步可以通过同步网络来保证。特别是在这样的系统中还可以在各个数字组件、例如NCO中这样控制不同的频率产生单元，使得高频信号的频率和相位条件，也就是所需的相关性条件能够可靠地得到保持。
利用按照本发明的概念，可以将全部的磁共振相关的功能从控制计算机移到外部的部件上。由此控制计算机在极端情况下可以被降低为一个通信节点，其例如将预定的控制序列解码并且分配到不同的部件或者其所属的数字组件上。
由此提供整个系统的几乎不受限制的且同时非常简单并由此低成本的可扩充性。这样的磁共振系统的大小仅受所使用的外围部件接口的带宽限制。但是优选还可以可扩充地设置整个网络，从而甚至消除该限制。
在按照本发明的运行磁共振设备的方法中，该磁共振设备具有多个部件，包括基本磁场产生单元、梯度线圈以及高频线圈装置，这些部件借助控制计算机分别通过至少一个数字组件和至少一个模拟组件按照控制序列来控制，其中模拟组件设置在控制所述数字组件的控制计算机外部。在此按照本发明还将数字组件也设置在控制计算机外部并且与控制的模拟组件相对应。然后数字组件的控制经过上面描述的不同网络进行，其中数字组件的同步借助时间同步的第一网络进行、在使用等时或部分等时第二网络的条件下将控制命令分发到数字组件，并且在数字组件和控制计算机之间的大量数据传输经过第三网络进行，其中该第三网络如所描述的借助串行外围部件接口构建并且在此在外围部件接口之间的信号传输在光学路径上进行。
如已描述的，外围部件接口优选具有PCI-Express接口或者在最简单的情况下由为光学数据传输而配备的PCI-Express接口。这具有如下优点，可用已经标准化的部件，这些部件仅仅必须被设置为具有用以建立期望的第三网络的相应的电光转换器。为了与控制计算机进行数据交换，经过PCI-Express或类似的标准，不同的数字组件也可以借助所谓的DMA(Direct Memory Access直接存储器存取)分别直接访问控制计算机的、分配给该数字组件的存储器区域。这样就形成针对系统软件、也就是说例如操作系统和驱动程序的、对所有部件都相同的对通过PCI-Express(或类似的标准)定义的各个数字组件的访问模式。在此所有部件可以经过PCI-Express地址空间直接寻址，也就是说，不仅是控制计算机的内部部件，而且还有经过第三网络连接的外部数字组件。由此使在从中央控制计算机的存储器到分散部件的数据传输中的延迟时间最小化，因为取消了到另一协议的转换。此外自动地提供所有通过PCI-Express标准定义的系统管理功能如数值化、即插即用功能、电源管理等等。
原则上可以按照不同的拓扑结构来构建整个网络。
然而为了防止在同步网络中的不同等待时间，该同步网络优选构造为星形拓扑结构。这样的星形拓扑结构例如可以通过一个或多个分离器来实现，信号经过这些分离器可以同时输出到不同的导线上。在此通过这样的分离器的级联电路也可以构建级联的星形拓扑结构。
而等时或部分等时的第二网络优选以环形拓扑结构来构建。一种优选变形在以下还要详细解释。环形拓扑结构具有如下优点，相比其它的拓扑结构，其连接费用极小。
而第三网络、即海量数据网络优选同样按星形拓扑结构来构建。在此每个单个数字组件以对等连接经过PCI-Express接口(或者类似的外围部件接口)并经过光导体与控制计算机相连。必要时该网络还可以按照级联的星形拓扑结构来构建。
优选这样构建控制命令网络，使得其仅将各个数字组件互相连接，而不将数字组件本身与控制计算机相连。然后可以将要从控制计算机传递到数字组件的控制信息或者控制命令这样分布，使得其首先仅仅被传递到一个被构造为主数字组件(例如相应地用合适的软件配置)的数字组件。然后从该主数字组件经过第二网络将各个控制命令传输给其它数字组件。
该主数字组件特别优选地从控制计算机经过第三网络、即海量数据网络获得相应的控制命令。如果该第三网络例如借助PCI-Express接口被构建，则该标准使得数字组件如内部计算机部件一样容易地由控制计算机识别，从而可以进行到涉及的主数字组件的非常快的传输。替代控制命令网络与控制计算机本身的连接而使用主数字组件具有如下优点，可以弃用控制计算机内部的用于控制命令网络的附加接口。
在该概念下原则上还可以，不是总是使用同一个数字组件作为主数字组件来经过控制命令网络进一步分布控制命令，而是必要时取决于时间或根据特定的控制命令来变换该功能。原则上还可以将多个数字组件同时构造为主数字组件。
如上面已经解释的，第二网络即控制命令网络优选按照环形拓扑结构来构造，也就是说，所有的数字组件在一个环中互相连接。然后在该网络中数据分组可以永久地在网络环内穿过，在此数据分组穿过整个环的运行时间可以形成控制命令网络的时钟。然后在该环形拓扑结构中确保，例如由环中的主数字组件发送的特定的控制命令在预定的时钟之内可靠地到达所有其它数字组件。
在此可以分别向各个数字组件或特定的数字组件组发送单独的控制命令，其中，例如使数据分组包含按照精确定义的方式在数据分组中定位和/或编码的不同的数据段，从而使各个数字组件能够识别，哪个控制命令是为其考虑的。同样还可以在广播方法中向所有数字组件发送相同的控制命令，该控制命令然后由所有数字组件使用。此外各个数字组件本身还可以经过控制命令网络发送控制命令，其中，各数字组件按照精确定义的方式，例如在数据分组的特定的段中和/或用精确定义的唯一的编码来存储其数据，该数据例如可以由要响应的其它数字组件和/或控制计算机读出。
优选第一网络包括设置在控制计算机中的同步组件，其经过第一网络控制设置在数字组件中的同步单元。然后控制计算机的同步组件可以预先给出经过同步网络分配到数字组件的相应的同步单元的信号。在此经过同步网络特别优选地可以传输由同步组件产生的系统时钟。这样的系统时钟例如可以是10MHz。就是在已经在现有技术中使用的集中设置中也使用这样的系统时钟。如果控制计算机和数字组件同步为相同的系统时钟，则可以这样进一步使用迄今为止使用的电子电路，就像该电子电路就是设置在控制计算机内部一样。
特别优选地，控制命令网络的时钟可以是系统时钟的整数倍。由此可以容易地抑制通过控制命令网络引起的干扰信号。此外在控制命令网络内在发送的和接收的单元之间不会产生数据滑动(Datenschlupf)。特别是还可以控制命令网络的时钟速率精确地等于系统时钟。这样控制命令例如就可以在一个系统时钟之内被提供到不同的数字组件，这些控制命令在随后的系统时钟期间是有效的。在这种情况下除了系统时钟不需要其它的时间参考，因为系统时钟本身用作时标。
为了实现用来确保控制命令也在正确的时刻执行的时间参考，可以采用不同的方法变形。
在此可以区分两个基本方法。
在第一优选方法中除了系统时钟还传输一个用于标记参考时刻的时标。这样的时标的传输可以按照有规律的周期性的间隔进行。传输的精确方式可以用不同的方式来实现。一方面例如可以将时标调谐到系统时钟。在这种情况下在接收器组件中需要相应的滤波器，用来将时标又从系统时钟解调。同样还可以将时标通过系统时钟的振幅提高来信号化。这具有如下优点，系统时钟的相位保持不变。为了完全避免这样的干扰影响，同步网络还可以具有多条平行的导线，其中一条用于传输系统时钟，第二条用于传输时标。按照另一种扩展，时标还可以经过海量数据网络来发送，只要确保时标同时到达各个数字组件。当控制命令网络同样被构造为星形时，还可以经过控制命令网络同时发送时标。
在另一种基本方法中数字组件或者其同步单元以及控制计算机的同步组件可以分别包括一个时钟发生器(Zeitgeber)，其中所有的时钟发生器都可以被同步并且可以被设置到相同的时间。由此可以这样说在整个系统中确定一个全局的时间并且在控制命令中包含的有效时刻可以根据该时间来定义。在此优选可以经过同步网络进行时钟发生器的同步和经过第二和/或第三网络将时钟发生器调整到相同的时间。例如可以经过一个网络传输用于同步地重新启动所有时钟发生器的复位信号。必要的信号的传输在此可以按照相同的方式例如在传输上面描述的时标中的方式来进行，也就是说，例如通过系统时钟的振幅提高、通过附加的信号导线或者通过使用海量数据网络来实现。
在另一个变形中控制计算机被构造为经过一个使用网络的调整算法来调整时钟发生器。这样的调整算法是收敛的算法，其使得系统中所有的时钟发生器取相同的值。这样按照一个示例算法可以首先在接通磁共振设备或对应的网络时启动学习过程，在该学习过程中控制计算机或者时钟发生器首先将一个当前的时钟发生器状态发送到数字组件。数字组件将其时钟发生器设置到接收到的时间并且将其当前时间发送回控制计算机。控制计算机将接收到的时间与其时间比较并确定差，随后将差的一半加到控制计算机的当前时间上并且将获得的值发送回数字组件。数字组件将其时钟发生器又设置到接收到的时间并且又将更新的时间发送回控制计算机。控制计算机接着加上上面确定的差，并将其与其当前的时间比较。只要还存在差，就将差的一半加到时间上并且将该值发送到数字组件。在几个循环之后所有时钟发生器都被同步并且显示相同的值。
除了本文开头描述的部件，即基本磁场产生单元、梯度线圈以及高频线圈装置外，还可以按照相同的方式来控制磁共振设备的其它部件例如特别是磁共振设备的补偿(Shim)系统和/或监控系统和/或线圈接口和/或患者卧榻控制装置。在磁共振设备的运行范围内被控制或读出的其它附属部件，例如外部测量设备如EKG等等，也可以容易地集成到按照本发明的控制系统中，在此这些系统配备了一起被连接在网络内的相应的数字组件。
在此特别优选的是，将至少一个数字组件与至少一个控制的模拟组件共同嵌入到外部工作设备中。对于在发送侧可以与所属的发送数字组件共同地集成在一个设备中的功率放大器，和在接收侧对于对磁共振信号获取所必须的、可以与所属的接收数字组件共同集成在一个设备中的信号前置放大器来说，特别是这样。组合在一个设备中产生成本节省，因为模拟组件总之是通常设置在足够大的外壳内，必须构建的仅仅是具有所属的数字组件的卡。
附图说明
下面对照附图结合实施例对本发明作进一步说明。其中示出：
图1示出了按照本发明的磁共振设备的一种实施例的示意图，
图2示出了按照图1的具有第一、第二和第三网络的磁共振设备的控制系统的详细示意图，
图3示出了按照图1和2的磁共振设备的第三网络的详细示意图。
具体实施方式
在图1中粗略示意示出了按照本发明的磁共振设备1。
磁共振设备1一方面包括实际的磁共振扫描器2，其中患者P或试样在检查期间位于在检查空间或者患者隧道中的患者卧榻上。在该磁共振扫描器2中有多个部件3、4、5、6、7、8，此处仅示意性标出。这些部件3、4、5、6、7、8一方面包括基本磁场产生单元3，其用于在患者隧道内产生尽可能均匀的基本磁场。此外磁共振扫描器2还包含所谓的梯度线圈4，用该梯度线圈按照定义的方式在患者隧道内叠加一个磁场梯度，以及高频线圈装置5，例如全身天线，经过其可以将高频场发送到患者隧道中。此外部件还包括用于改善基本磁场的均匀性的补偿系统6、用于一般的监控任务的监控系统7，以及线圈接口8，例如其它线圈如可以放置在患者上的局部线圈、头部线圈等可以连接到该线圈接口，以便用这些线圈获取磁共振信号。
在此要指出的是，这样的磁共振扫描器还具有或可以具有多个部分地可以按照相同的方式用控制系统控制的其它部件。
在图1中示出的实施例中所有的部件分别配属于一个工作设备9。
此外还可以是如下情况，其中多个部件对应一个共同的工作设备或多个工作设备对应一个部件。在此工作设备9包含不同单元，例如控制单元、供电单元、测量单元等。特别是在每个工作设备9中分别包含至少一个数字组件30和一个与数字组件30对应的模拟组件40，其按照预定的控制序列控制在磁共振扫描器中的所属的部件3、4、5、6、7、8。在所示的实施例中作为例子仅仅在一个工作设备9中示出了该工作设备还可以具有多个数字组件30和模拟组件40。
工作设备9特别还可以满足其它特殊的功能。例如模拟组件40在用于高频线圈装置5和/或梯度线圈4的工作设备9中可以被构造为合适的功率放大器。模拟组件40在用于线圈接口8的工作设备9中例如也可以被构造为前置放大器，用以采集磁共振信号。在工作设备9内，如图1中所示，特别在高频线圈装置5情况下使用多个数字组件30和模拟组件40，因为其既可以用来发送高频脉冲也可以用来接收MR信号。在这种情况下工作设备9例如可以分别包含用于发送支路的数字组件30和对应的模拟组件40和用于接收支路的数字组件30和模拟组件40。
此外根据图1的磁共振设备具有控制计算机10，其例如包含要由操作单元11或者外部计算机12执行的控制序列。该控制计算机10还可以与网络13相连，要执行的序列经过该网络被传输到控制计算机。同样可以在操作单元11或外部计算机12上显示接收的图像数据。此外这些图像数据还可以经过网络13发送到其它计算机，例如检查结果站(Befundungsstationen)和/或用于存档的大容量存储器。
可能的控制序列的结构以及磁共振设备1的基本工作方式对专业人员是公知的并且在此不需进一步解释。本发明的核心是控制计算机10和各个工作设备9之间的通信，其中主要是，数字组件30被设置在控制计算机10外部并且与由其控制的模拟组件40对应。优选但不是必须的，它们如根据图1的实施例中，与对应的模拟组件集成在共同的工作设备9中。
图2示出了一种用于在控制计算机10和各个数字组件30、30_M之间的可能通信结构的优选实施例。
相应地数字组件30、30_M经过三个不同的网络SN、IN和MN互相或者与控制计算机10相连。第一网络是同步网络SN，其星形地将控制计算机10和各个数字组件30、30_M相连。然后各个数字组件30、30_M经过环形的第二等时网络IN，即控制命令网络IN互相连接。附加地，所有数字组件30、30_M还经过星形的第三网络，即海量数据网络MN与控制计算机10相连。这些网络SN、IN和MN的精确结构和精确的工作方式在以下解释。
在控制计算机10内满足特定的功能性，以便按照正确的方式并且在正确的时刻控制各个数字组件30、30_M。为此必须给各个组件30、30_M提供不同的参数值或大量的复杂的数据或者必须在合适的时刻从各个数字组件30、30_M取相应的参数或数据。所有这些参数值和数据例如监控信号、原始数据、用于高频线圈或梯度线圈的包络线、用于读出高频信号的转换时间(Schaltzeit)、状态数据、患者安全性数据等等在以下称作“对象”14。这些对象14必须由控制计算机10经过网络按时发送到数字组件30、30_M，从而在那里相应的对象31可以存储在其中需要该对象31的合适的数字组件30、30_M上，并且在精确的正确的时刻可以执行与此相关的功能。数字组件30、30_M然后经过在此用简单的箭头表示的合适的接口39控制所属的模拟组件40(参见图1)。
控制计算机10为了与数字组件30、30_M通信具有通信接口15，其除了别的之外还包括同步组件16和时钟发生器18。该同步组件16经过同步网络SN与数字组件30、30_M中的同步单元33相连。由同步组件16经过同步网络SN规定合适的系统时钟。该系统时钟例如为10MHz。由于同步网络SN的星形拓扑结构该系统时钟在相同的时刻到达数字组件30、30_M的同步单元33。在此在数字组件30、30_M中标出了同步单元33。但是如果例如在一个工作设备9中有多个数字组件，相应的工作设备9原则上还可以仅具有唯一的共同同步单元33。同步网络SN的星形拓扑结构在此通过未出的分离器实现。在此还可以级联多个分离器，以构建更大的网络。
此外控制计算机10的通信接口15还包括特殊的PCI接口17，以将各个数字组件30经过海量数据网络MN与控制计算机10相连。经过该海量数据网络MN可以将通常作为数据阵列出现的具有极高的带宽要求的复杂数据结构由控制计算机10发送到数字组件30、30_M以及相反。例如可以将在发送支路中复杂的包络线发送到控制用于发送高频脉冲或梯度脉冲的功率放大器的相应的数字组件，或者可以经过该接口17由负责读出接收的磁共振信号的数字组件接受获取的原始数据。
该网络MN的更详细的结构和工作方式在图3中更详细地示出。在此在右侧分别示出各个数字组件中相应的接口34。在控制计算机10中用于该网络的接口17包括多个所谓的PCI-Express桥18，其分别具有四个输出端。这就是说，在每个PCI-Express桥18上连接了四个相应的PCI-Express接口34以及由此的四个不同的数字组件。
在此PCI-Express接口34在数字组件侧分别具有局部DMA模块35。借助这些DMA模块35接口34和由此各个数字组件30、30_M能够直接经过PCI-Express连接访问控制计算机10内的为此设置的存储区域并且存储或接收数据。在PCI-Express桥18中对每个通道通常有用于跨接(Ueberbrueckung)主存储器延迟(Hauptspeicherverzoegerung)的缓存器23。
与通常的PCI-Express连接不同，在此在各个数字组件中PCI-Express桥18和PCI-Express接口34二者都具有光学的发送接收器(Transceiver)20、36，它们分别经过光导体38互相连接，以便将要发送的电信号转换为光学信号并且经过各个光导体38发送或者将经过光导体38到达的信号转换回电信号。在此以这种方式构建光学的PCI-Express网络。
如已经解释的，由在控制计算机10的相应处理器上实现的测量软件22为了控制磁共振设备产生特定的控制序列。该控制序列包含多个对象O_T1，...，O_TN，O_G1，...，O_GN，O_R1，...，O_RN。这些对象中的一些、如对象O_T1，...，O_TN包括用于发送高频脉冲的基本信息。在此例如是包络线。其它对象O_G1，...，O_GN是用于控制梯度线圈的对象以及另外的其它对象O_R1，...，O_RN用于控制读出单元，也就是说，这些对象必须被发送到控制用于前置放大的模拟的接收单元和接收的磁共振信号的第一处理的数字组件。所有这些对象O_T1，...，O_TN，O_G1，...，O_GN，O_R1，...，O_RN必须被分别按时发送到需要涉及的对象O_T1，...，O_TN，O_G1，...，O_GN，O_R1，...，O_RN的正确的数字组件。
为此接口17还附加地具有驱动软件21，该驱动软件21同样在控制计算机中的合适的处理器上实现并且将对象与各个目标(通常也称为“Targets”)对应。这例如可以如下进行，不同的对象被存储在控制计算机10的存储器的特定的存储区域中，这些存储区域与各个目标，也就是说合适的数字组件对应。信号经过合适的PCI-Express桥18被发送到相应的数字组件的各个PCI-Express接口34的局部DMA 35，由此启动该数字组件从存储器中读出数据。由于经过PCI-Express接口与DMA功能性的连接，各个数字组件就象是在控制计算机中存在的内部部件那样是可控制的。
在图3中示例性示出如下情况：对于发送高频脉冲来说是必要的对象O_TN被发送到接口34，该接口34在此属于控制高频发送脉冲及其模拟组件的数字组件。
附加地，如在图2中所示，不同的数字组件30、30_M经过数字组件30、30_M中相应的接口32也经过等时网络IN互相连接。该等时网络IN是环形网络，在该环形网络中数据分组按照是系统时钟的整数倍的特定的时钟环形地循环。控制命令或者控制信息经过该等时环形网络IN可以在各个数字组件30、30_M之间交换。
在此数字组件30_M中的一个是主数字组件30_M。如果由控制计算机10分发特定的控制命令到所有的数字组件30、30_M，则该控制命令首先经过将主数字组件30_M与控制计算机10相连的PCI-Express接口传输。然后主数字组件30_M将该控制命令按照未改变的形式或者必要时按照转换为其它协议的形式，经过等时网络IN传输到其它数字组件30。经过该等时网络IN各个数字组件还可以无需控制计算机10的作用而互相交换可理解的和必要的信息。
经过等时的环形网络IN可以按时地事先将关于NCO、其参数化和该参数化应该开始的时刻的控制命令分别传递到包含NCO的发送和接收系统。在此要注意的是，经过等时网络IN这样发送控制命令，使得其在任何情况下在其实施或者其有效性时刻之前到达相应的数字组件。这通过数据网络IN的等时性来确保，其中在环形循环中基本上在一个周期性返回的时间间隔之内结束整个数据交换。
等时地、也就是说在特定的传输时间段之内必须可靠地在特定的数字组件之间被交换的典型的控制信息，例如是在梯度场改变的情况下用于跟踪HF频率的信息。也就是在不利的情况下基本磁场通过梯度系统的线圈稍微失真。由此共振频率被轻微偏移。由此需要跟踪高频值，以避免图像伪影。这样的跟踪必须可靠地总是在约10微秒的时钟之内进行。这优选可以在示出的磁共振系统中经过等时网络IN完全在各个数字组件30、30_M之间进行，而不会由此加重控制计算机10的负载。
为了也能在正确的时刻执行各个经过等时的环形网络IN交换控制命令或经过海量数据网络MN传输数据，例如包络线，可以与数据一起分别传输一个时标T。该时标表示参考时刻，借助该参考时刻可以确定，各个数据或者控制命令在何时有效。该时标在示出的实施例中可以附加地经过同步网络SN传输，其中该时标或者可以被调制到系统时钟或者可以通过系统时钟的振幅放大被编码。
在图2示出的实施例中控制计算机10中的同步组件16和数字组件30、30_M中的同步单元33分别包括一个时钟发生器19、37。这样构造整个系统1，使得时钟发生器19、37互相同步并且显示同一个时间。为此例如可以经过同步网络SN传输复位信号和时间信号，其例如又被调制到所述时钟。可替换地还可以经过PCI-Express接口传输相应的数据。如果所有数字组件30、30_M和控制计算机10具有同步的和同时运行的时钟发生器，则在其中特定的控制命令或者其它控制数据如包络线等等为有效的时间也可以根据一个可以借助时钟发生器确定的时间说明来定义。
如上面描述的实施例所示，借助不同的网络SN、IN、MN在最大程度上减轻了控制装置10的负担，因为其最后仅形成一个通信节点，其对预定的控制序列解码并且分发到不同的单元上。通过特别是由特殊的光学PCI-Express接口提供的高性能的海量数据网络，可以用来例如借助DMA访问将激励相关的信息及时地分布到不同的节点上或者将接收信息及时地传输回，而控制计算机的中央处理器根本不必参与。也就是按照本发明的控制结构不仅可以容易地实现整个设备的可扩展性，而且基本上还可以使用比迄今为止使用的控制计算机性能低得多的控制计算机10。在最简单的情况下可以为此使用简单的PC。特别是通过第三网络磁共振设备1的整个“智能”可以分配到多个互相联网的、快速互相交互作用的部件，也就是控制计算机和可连接的不同数字组件上。
最后再次指出的是，前面描述的结构仅仅是实施例并且其原理可以由专业人员在大的范围内改变，而不脱离本发明的范围。为完整性起见，还要指出，不定冠词“一个”不排除涉及的特征也可能存在多个。同样“单元”的概念不排除该单元由必要时也是空间上分布的多个部件组成。