CN103220971B - 数字网络上的低延时信号发送 - Google Patents

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Abstract

一种诊断成像***，包括第一控制器，所述第一控制器检测诊断扫描器中的任何不安全或危险状况，并且生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据。通信单元使用数字协议从所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号，并且在本地数字网络上传送所述安全/紧急。

Description

数字网络上的低延时信号发送
技术领域
本申请涉及诊断成像领域。其具体应用于安全和紧急信息在磁共振成像（MRI）***中的数字网络上的通信，并且具体参考所述磁共振成像***进行描述。然而，应该理解，其还应用于其他成像设备，并且并非必须被限制到前面提及的应用。
背景技术
当前，磁共振成像***使用背板总线以传送安全和紧急信息。所述背板总线包括专用信号线阵列来传送安全和紧急信息到MRI***的各种安全和互锁机构。安全和紧急信息在（例如）控制RF发射/接受切换器的状态中是至关重要的，但也可应用于各种其他***状态以及控制所述MRI***中相应的设备，包括梯度放大器、冷却***，等等。
例如，在磁共振（MR）成像序列期间，在激活RF发射器以尝试和发射RF脉冲之前，人们必须确定RF接收器处于关闭或断开状态。当RF放大器被配置为接收相对弱的共振信号时，发射RF脉冲（其为相对高功率的脉冲）会损坏所述RF接收器。由于施加脉冲的速度和在所述接收MR成像序列中回波的速度，必须以非常低的延时并且不依赖于正常软件设备控制功能传送该信息，以确保所述RF放大器和所述RF接收器不同时处于开启或接通状态。
专用信号线通过提供安全和紧急信息到所述各种安全和互锁机构的独立的低延时传送，来确保所述MRI***的安全运行。尽管所述专用信号线提供满足这些安全要求的解决方案，但是MRI***日益增加的复杂性增加了成本和实现背板总线和/或信号线以传送安全和紧急信息的物理复杂性。
发明内容
本申请提供新的改进的***和方法，用于传送安全和紧急信息，所述***和方法克服了上文提到的问题以及其他问题。
根据一个方面，提供一种诊断成像***。第一控制器检测诊断扫描器中的任何不安全或危险状况，并且生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据。通信单元使用数字协议从所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号，并且在本地数字网络上传送所述安全/紧急。
提供传送一种诊断成像***中的安全/紧急数据的方法。在所述诊断成像***中检测不安全或危险状况。生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据。使用数字协议从所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号。在本地数字网络上传输所述安全/紧急信号。
一个优点在于安全和紧急信息的低延时传输。
另一优点在于安全和紧急信息的独立传送。
另一优点在于降低了传送安全和紧急信息的成本和复杂性。
本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述时，将认识到本发明的其他优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解读为限制本发明。
图1是根据本申请的成像***的示意性图示。
图2是根据本申请的安全/紧急信号的示意性图示。
图3是根据本申请的针对安全/紧急信号的无错传输的逻辑操作的示意性图示。
图4是根据本申请的用于传送安全/紧急信号的方法的示意性图示。
具体实施方式
参考图1，磁共振成像（MRI）***10包括主磁体12，所述主磁体12生成通过检查区域14的空间和时间均匀的B0场。所述主磁体12可以是环型或膛型磁体、C型开放式磁体、其他设计的开放式磁体等。
邻近所述主磁体12设置的梯度磁场线圈16用于生成沿相对于所述B0磁场选定的轴的磁场梯度，用于对磁共振信号进行空间编码，以产生磁化破坏场梯度等。所述梯度磁场线圈16可以包括被配置为在三个正交的方向中产生磁场梯度的线圈段，所述三个正交的方向通常为纵向或z方向、横向或x方向、以及垂直向或y方向。受梯度控制器20控制的梯度放大器单元18包括多个放大器，以在所述三个正交的方向生成所述磁场梯度。每个梯度放大器激励相应的梯度磁场线圈16，以产生所述磁场梯度。受冷却单元控制器24控制的冷却单元22通过一系列冷却管道、制冷机、水冷式制冷凝汽器、液体冷却回路等，冷却所述梯度放大器和梯度磁场线圈16。
所述***10包括设置在所述检查区域14中或邻近所述检查区域14的射频（RF）线圈组件26。尽管图示为围绕患者，但也预期安装在所述患者上方以及侧表面上，围绕躯干或四肢卷绕的头部线圈、柔性和刚性表面线圈以及其他线圈等。尽管为了图示的简明性而仅图示了全身RF线圈组件26，但预期全身发射线圈以及多个RF接收线圈组件。所述线圈组件26包括多个线圈元件，所述线圈元件在工作过程中，单独地或共同地生成射频场以激励一个或多个原子核种类的磁共振，所述原子核种类例如1H、13C、31P、23Na、19F等。所述射频线圈组件26（单独地或共同地）或者所述一个或多个接收线圈（未示出）用于检测从所述成像区域发出的磁共振信号。
为采集受试者28的磁共振数据，通过患者支撑体将所述受试者定位在所述检查区域14内部，感兴趣的区域优选位于或接近所述主磁场的等中心处。扫描控制器30经由数字网络33控制所述梯度控制器20，以从所述梯度放大器18生成选定的磁场梯度脉冲，并且通过所述梯度磁场线圈16，将选定的磁场梯度脉冲施加到所述成像区域，这对于选定的磁共振成像或光谱序列可能是适当的。所述扫描控制器32还经由所述数字网络33，控制所述冷却单元控制器24，以冷却所述梯度放大器和梯度磁场线圈16。所述扫描控制器32还经由所述数字网络33，通过RF控制器34，控制一个或多个RF发射器32，以生成独特的射频信号从而生成磁共振激励和操纵B1脉冲。
所述扫描控制器30还经由所述数字网络33，通过所述RF控制器34，控制RF接收器38，以从所述受试者接收所感生的磁共振信号。在同一线圈发射并接收的实施例中，发射/接受切换器36用于使导体在信号从所述RF发射器32的发射与信号在所述RF接收器38的接收之间切换。在具有单独的接收线圈的实施例中，所述扫描控制器30经由所述数字网络33，控制所述发射/接收切换器36，以切换所述接收线圈和/或所述接收器38从而在接收模式和失谐模式之间切换。从所述FR接收器38接收到的数据在所述数字网络33上被传送，并且被暂时存储在图像存储器40中，并且被磁共振图像、光谱或其他图像处理器42处理。所述磁共振数据处理器可以执行本领域已知的各种功能，包括图像重建（MRI）、磁共振光谱（MRS）、导管或介入仪器定位等。经重建的磁共振图像、光谱读出、介入仪器定位信息，以及其他经处理的MR数据被存储在存储器中，例如医学机构的患者存档。图形用户界面或显示设备44包括用户输入设备，临床医生可以使用所述输入设备用于经由所述数字网络33控制所述扫描控制器30，以选择扫描序列和协议、显示MR数据或重建的MR图像等。
所述扫描控制器30还包括安全/紧急单元46，所述安全/紧急单元46响应于在所述MRI***10中或在所述MR成像序列过程中检测到不安全或危险状况，生成安全/紧急数据。所述安全/紧急单元46观察并评估所述MRI***10的运行，以确定是否存在任何不安全或危险状况。在一个实施例中，所述扫描控制器30通过运行所述RF控制器34、所述梯度控制器20、所述冷却单元控制器24以及其它***部件，或者经由所述数字网络33从所述RF控制器34、所述梯度控制器20、所述冷却单元控制器24以及其它***部件接收到的安全/紧急数据，观察所述MRI***10的所述运行。所述扫描控制器30包括通信单元48，以经由所述数字网络33接收所述安全/紧急数据。所述不安全或危险状况可以包括所述RF发射器32和所述RF接收器38同时处于开启或接通状态，所述冷却单元22发生故障，所述梯度磁场线圈16过热，等等。响应于检测到不安全或危险状况，所述扫描控制器30的所述安全/紧急单元46生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据，并且将所述安全/紧急数据传送到所述扫描控制器30中的所述通信单元48。所述通信单元48从所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号，并在所述数字网络33上，将所述安全/紧急信号传送到所述RF控制器34、所述梯度控制器20、所述冷却单元控制器24，以及其他***部件中的通信单元52、54、56，所述数字网络33例如一个或多个光纤网络、以太网、IEEE802.11以及其他互网络协议（IP）中心接入网络（RapidIO，通用分组无线业务（GPRS）、CDMA2000、无线LAN、移动WIMAX）等等。
所述扫描控制器30中的所述通信单元48，以及所述通信单元利用工业标准数字协议，例如RapidIO串行协议，来在本地数字网络33上传输所述安全/紧急信号。优选地，所述标准数字协议是基于包的数字网络协议的扩展，其具有可供用于符号的带外传送的代码。通常，这样的数字网络协议具有三级数据传递，包括字符级、符号级和包级。所述通信单元48、50、52、54、65使用所述标准数字协议生成所述安全/紧急信号，以在所述符号级的未使用部分中***新定义的符号或定制符号，所述新定义的符号或定制符号指示所述安全/紧急数据。所述安全/紧急信号包括所述新定义的符号，从而响应于接收所述安全/紧急信号，所述扫描控制器30、所述RF控制器34、所述T/R切换器36、所述梯度控制器20、所述冷却单元控制器24以及其他部件控制所述MRI***10的相应设备，以恰当地对所述不安全或危险状况响应。例如，如果所述安全/紧急信号指示所述RF发射器和RF接收器同时处于开启或接通状态；所述RF控制器或所述T/R切换器自己主动地或是在所述扫描控制器30的控制下断开所述RF发射器或RF接收器中的任一个。响应于接收到指示发生故障的冷却单元或过热的梯度放大器的安全/紧急信号，所述梯度控制器禁用所述梯度放大器。
在另一实施例中，所述扫描控制器30控制安全/紧急单元58，以响应于从所述通信单元50-56接收到部件状态信号而生成安全/紧急数据，所述部件状态信号指示在所述MRI***10中或所述MR成像序列过程中检测到的不安全或危险状况。所述安全/紧急单元58观察并评估所述MRI***10的运行，以确定是否检测到任何不安全或危险状况。响应于确定不安全或危险状况，所述安全/紧急单元58生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据。所述安全/紧急单元58将所述安全/紧急数据传送到所述安全/紧急单元58中的通信单元60。所述通信单元60从接收到的安全/紧急数据生成安全/紧急信号，并且在本地数字网络33上传送所述安全/紧急信号。
所述梯度控制器20、所述冷却单元控制器24、所述扫描控制器30、所述RF控制器34、所述图像处理器42，以及所述紧急安全单元58还包括处理器62、64、66，例如微处理器或其他软件控制的设备，所述微处理器或其他软件控制的设备被配置为执行用于进行下文中进一步详述的操作的MRI控制软件。通常，所述MRI控制软件使用有形存储器40、68、70或者计算机可读介质来承载，用于由所述处理器执行。计算机可读介质的类型包括诸如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM等的存储器。也预期所述处理器的其他实现方式。显示控制器、专用集成电路（ASIC）、FPGA，以及微控制器是可以被实现为提供所述处理器的功能的其他类型部件的说明性范例。实施例可以使用用于由处理器执行的软件、硬件或它们的组合来实现。
如前所述，所述***利用工业标准数字协议，优选为RapidIO，来在所述本地数字网络33上传输包含定制控制符号的信号。优选地，所述标准数字协议使用串行光学连接介质，并且在每个方向的使用单向差分信号的设备之间包括全双工串行物理层接口。所述标准定义用于串行设备之间的包发送的协议，包括包传输和控制符号传输、流控制、错误管理确认，以及其他设备到设备功能。所述串行设备包括所述物理传输层实现中的逻辑操作，以生成并且解释所述标准数字协议。所述标准数字协议被设计为满足低延时和独立运行的安全需要，同时与所述本地数字网络33上的其他协议共存，并且由此实现专用布线方案的消除。如上文所提及，所述协议是对基于包的数字网络协议的扩展，其具有可供用于符号的带外传送的代码。所述标准数字协议通常包括三级数据传递：字符、符号和包。一种这样的协议是工业标准RapidIO协议。所述字符级通常包含8-10位编码，并且包括在所述本地数字网络33上被传输的“1”和“0”。所述符号级通常包括32位或40位，并且被用于承载协议维护信息、链接效用函数、包确认，以及包定界。所述包级承载常规数字信息的包。
参考图2，图示了经由定制标准数字协议符号实现的安全/紧急信号。所述标准数字协议具有大量预定义的符号代码。所述安全/紧急信号98使用不同于所述标准数字协议的标准符号代码的未使用符号代码100，以传递有限数量（例如16）的二进制信号值102。这种符号的传递延时受所述符号的大小（针对RapidIO为32或40位）和所述网络的位速率限制。针对最小延时，所述符号先占任何进行中的包传递。这确保所述延时不依赖于其他网络使用。所述未使用的符号代码100被定义为用于指示在所述MRI***中或所述MR成像序列期间检测到的不安全或危险状况。逻辑操作被***在所述MRI***中的所述各种通信单元48-56和设备的所述物理传输层实现中，以生成并解释所述新定义的或定制符号代码100。
所述安全/紧急信号中的所述信号值102是以极低的延时（微秒量级）被传输的一系列单个位的数字信息。所述信号值102包括指示所述不安全或危险状况的所述安全/紧急数据。所述信号值102被定义为使得每个不安全或危险状况被赋予可被所述通信单元解释的独特的值。逻辑操作被***所述MRI***中的所述各种通信单元48-56和设备的所述物理传输层实现中，以生成并解释所述新定义的或定制信号值102。例如，当通信单元接收指示所述MRI***中或所述MR成像序列期间的不安全或危险状况的所述新定义符号代码时，所述通信单元解释所述信号值，以确定存在哪种不安全或危险状况，并然后将所述不安全或危险状况传送到对应的控制器。下面给出通常被分配信号的列表。
信号（102） 描述
RESET 重置设备
START 启动启用的伸展引擎
ERROR 发生匿名错误
ATTENTION 网络上的设备需要注意
DETUNE_1H 失谐选定的1H线圈元件
INTER_REQ_1H 请求1H接收器互锁状态
INTER_ACK_1H 确认1H接收器互锁状态
DETUNE_MN 失谐选定的多原子核线圈元件
INTER_REQ_MN 请求多原子核接收器互锁状态
INTER_ACK_MN 确认多原子核接收器互锁状态
所述本地数字网络通常能够在每个各自的链路上在一个方向上传输来自所述通信单元48、60的16个信号，以及在另一方向上传输来自所述通信单元50-56的16个信号。所定义的16个信号值102由单个符号代码100同时传递。常用的符号代码可以用于识别紧急通信，或者多个符号代码可以用于识别不同类型的紧急通信。通过每个链路，我们能够同时发送这些信号值中的16个。信号传输是使用所述新定义的符号代码100实现的。由于所述符号可以是能被异步传输的32位或40位的值，因此所述信号传输可以在所述网络上以非常低的延时被传播。所述紧急信号传输可以被***在其他通信之间或另一通信中间，以实现安全/紧急信息的低延时可靠传输。当信号值改变时，在所述链路上发送信号请求符号16，传递所有16个信号值102的状态。在接收到信号请求符号时，返回信号确认符号106。只要信号未被确认，就（再次）传输信号请求。伴随所述确认分量的纠错（CRC）分量104保证可靠的无错传输。
所述安全/紧急信号的传输还先占正常包发送并且可以在任何特定时间***进，只要被同步到所述物理链路上的递送帧。在任何40位帧，可以发送先占传输的包的所述40位编码符号。这种情况下，唯一存在的延时将是实际链路上的所述40位帧。如果在所述40位帧期间，所述安全/紧急信号的传输先占包的传输，所述包在所述代码符号已被成功传送之后继续传输。所述协议也可以实现于固件中（例如在FPGA上的VHDL中或在ASIC中），所述固件能够独立于正常（通常为基于软件的）设备控制功能运行和生效。这样的实现方式消除了对（正确地）运行软件的依赖，确保所要求的信号发送在没有软件存在或存在软件失效时的运行。
图3图示了用于所述安全/紧急信号98的无错可靠传输的逻辑操作。每个通信单元中的请求寄存器200保存安全/紧急信号的所述符号代码和信号值。所述接收通信单元中的接收寄存器202保存无错接收的所述安全/紧急信号。所述发送通信单元中的确认寄存器204保存已被所述接收寄存器202确认无错的所述安全/紧急信号的所述符号代码和信号值。计时器被用于避免信号请求在所述链路上饱和。只要所述计时器尚未过期，则不传输新的信号请求。如果所请求的安全/紧急信号不等于所述经确认的安全/紧急信号，则在所述安全/紧急信号的所述传输中已有错误发生。如果所述计时器已过期，则所述通信单元再次传输所述安全/紧急信号，并且重启所述计时器。如果安全/紧急信号被无错地接收，则所述安全/紧急信号被存储在所述确认寄存器204中，并且所述计时器被停止。如果被存储在所述确认寄存器204中的安全/紧急信号被接收为有CRC错误，则忽略所述错误。
如果所述计时器过期，并且所请求的安全/紧急信号仍尚未得到确认，则将发送再次传输请求。如果所述被再次传输的安全/紧急信号在所述接收寄存器202被无错地接收，则存储所述信号，并且所述经确认的安全/紧急信号被发送到所述确认寄存器204。如果所述确认寄存器204中接收到的所述确认信号被接收为有CRC错误，则忽略所述错误。如果所请求的安全/紧急信号快速改变，则有可能这些改变在所述接收寄存器202处得不到反映，因为可以被传输的安全/紧急信号存在限制。这情况在所述安全/紧急信号比它们能够被确认更快地改变时发生。
图4图示了传送安全/紧急信号的方法。在步骤300中，在MRI扫描器中检测到不安全或危险状况。在步骤302中生成指示所述不安全或危险状况的安全/紧急数据。在步骤304，使用标准数字协议从所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号，但是所述标准数字协议带有所述安全/紧急符号100。所述安全/紧急信号在本地数字网络33上被传输到其他通信单元。在步骤308，适当的通信单元发送确认。在步骤310，所述发送通信单元接收确认，或者在步骤312，所述发送通信单元响应于未能接收无错通信的接收的确认，再次发送所述安全/紧急信号98。
已参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前文的详细描述时可以设想多种修改和变型。本发明旨在被解读为包括所有这样的修改和变型，只要它们落入所述权利要求书或其等同的范围内。

Claims (9)

1.一种诊断成像***，包括：
第一控制器(20、24、30、34)，其检测诊断扫描器(10)中的任何不安全状况，并且生成指示所述不安全状况的安全/紧急数据(102)；
通信单元(48、50-56、60)，其使用数字协议根据所述安全/紧急数据生成安全/紧急信号(98)，并且在本地数字网络(33)上传送所述安全/紧急信号；
其中，生成所述安全/紧急信号(98)的所述通信单元先占所述本地数字网络(33)上的正常包递送并且将所述安全/紧急信号***到所述本地数字网络(33)上，其中，所述数字协议定义用于串行设备之间的包递送的协议，该协议包括三级数据传递：字符级、符号级和包级，所述通信单元(48、50-56、60)使用所述数字协议生成所述安全/紧急信号(98)，以使用否则将不使用的符号代码***指示所述安全/紧急数据的定制符号(100)，并且所述定制符号(100)先占任何进行中的包传递。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述通信单元(48、50-56、60)包括固件，并且独立于所述诊断成像***的功能而运行，以生成所述安全/紧急信号(98)。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述诊断成像***包括具有RF发射器(32)和RF接收器(38)的磁共振***，并且其中，所述不安全状况包括：所述RF发射器(32)和RF接收器(38)同时处于开启或接通状态。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述本地数字网络(33)包括光纤网络，所述安全/紧急信号在所述光纤网络上光学地传输。
5.根据权利要求1所述的***，其中，所述安全/紧急信号(98)的所述传送包括CRC错误检测分量(104)。
6.一种传送诊断成像***(10)中的安全/紧急数据的方法，所述方法包括：
检测所述诊断成像***(10)中的不安全状况；
生成指示所述不安全状况的安全/紧急数据；
使用数字协议根据所述安全/紧急数据(102)生成安全/紧急信号(98)；以及
在本地数字网络(33)上传输所述安全/紧急信号，其中，所述安全/紧急信号的所述传输先占所述本地数字网络(33)上的正常包递送，其中，所述数字协议定义用于串行设备之间的包递送的协议，该协议包括三级数据传递：字符级、符号级和包级，所述数字协议是标准网络协议，其具有不同于所述标准网络协议的符号的定制符号来标识所述安全/紧急信号(98)，并且所述定制符号(100)先占任何进行中的包传递。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述安全/紧急信号(98)包括：定制符号分量(100)、确认/请求分量(106)、安全/紧急数据(102)和错误校验分量(104)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述诊断成像***包括具有RF发射器(32)和RF接收器(38)的磁共振***，并且其中，所述不安全状况包括：所述RF发射器(32)和RF接收器(38)同时处于开启或接通状态。
9.一种磁共振成像(MRI)***(10)，包括：
主磁体(12)，其被配置为限定成像膛；
支撑体，其被配置为支撑受试者进入所述膛中并且沿着所述膛；
梯度线圈(16)，其被配置为在所述成像膛中创建磁场梯度；
RF发射器线圈(32)，其被配置为发射RF脉冲到所述成像膛中；
RF接收器线圈(38)，其被配置为接收感生的RF脉冲；以及
一个或多个处理器，其执行根据权利要求6至8中任一项所述的方法。
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