DE102014200127A1

DE102014200127A1 - Verfahren zum paketorientierten Übermitteln von Daten in einem medizintechnischen System und eine elektronische Schaltungsanordnung für ein medizintechnisches System

Info

Publication number: DE102014200127A1
Application number: DE102014200127.7A
Authority: DE
Inventors: Alex Gleich; Alexander Graf; Erhard Schlund; Matthias Schmidt; Andreas Westerkowsky
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-09

Abstract

Es wird ein Verfahren zum paketorientierten Übermitteln von Daten in medizintechnischen System (100) mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen (DSC, DSM), bereitgestellt, wobei in dem medizintechnischen System Daten mit einer generischen Datenstruktur (301, 302, 303, 304) paketorientiert übermittelt werden. Weiterhin wird eine elektronische Schaltungsanordnung (400) geschaffen, mit der die einzelnen den elektronischen Bauelementen zugeordneten Ports (404, 405) eines medizintechnischen Systems (100) gemäß der durch Daten mit einer Datenstruktur (301, 302, 303, 304) zur paketorientierten Datenübermittlung übermittelten Information miteinander verschaltbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum paketorientierten Übermitteln von Daten in einem medizintechnischen, vorzugsweise bildgebenden System mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen sowie eine elektronische Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens zum paketorientierten Übermitteln von Daten.
Üblicherweise ist in einem herkömmlichen medizintechnischen bildgebenden System, zum Beispiel in einem Computertomographiesystem (siehe 1, 2 und 3) die Kodierung der in dem System übermittelten Daten nach den physikalischen Eigenschaften der Übertragungsschnittstelle ausgerichtet. In die eigentlichen Daten werden Status- und Steuerinformationen eingefügt und durch die gesamte Datenverarbeitungskette bzw. Kommunikationskette übertragen. Informationen aus verschiedenen Datenquellen (Bilddaten, Steuerinformation und Statusinformation) werden in einer Datenstruktur zusammengefasst und am Stück übertragen. Dieses Übertragen am Stück kann als Übertragen eines Datenstroms (siehe zum Beispiel Datenstrom 9, Signaldaten 4 in 2) veranschaulicht werden. Die für die Inbetriebnahme, Diagnose und Fehlersuche benötigten Informationen werden aus dem gesamten Datenstrom extrahiert. Bei der Erweiterung bzw. Veränderung der bestehenden Datenstruktur wird das gesamte System an die neue Datenstruktur angepasst. Zwischen den einzelnen Datenblöcken besteht eine starre Verbindung. Es stehen somit nur die während der Systementwicklung implementierten Verbindungen zur Verfügung.
In DE 60309956 T2 wird ein Computertomographiesystem (CT-System) gemäß dem Stand der Technik beschrieben. Eine typische Eigenschaft eines herkömmlichen CT-Systems besteht darin, dass die unterschiedlichen Daten, die Steuerdaten, die Bilddaten und die Statusdaten über getrennte Schnittstellen (siehe Datenleitungen in 2) übermittelt werden. Ein CT-Detektor kann zum Beispiel aus 46 Modulelektroniken (ME) bestehen. Alle Modulelektroniken müssen konfiguriert und gesteuert werden. Deren Bilddaten und Statusinformationen müssen gesammelt, sortiert, vorverarbeitet und über einen Gleitring an den Host-PC übertragen werden. Es wird herkömmlich jeweils eine Schnittstelle zur Übertragung von Bild-, Status- und Steuerdaten zwischen den verschiedenen Funktionsblöcken im System benötigt. Dabei muss die vorgegebene Geometrie, die Anzahl der einzelnen Detektoren, die Detektordatenrate und die Anforderungen an die Funktionalität berücksichtigt werden.
Wie bereits erwähnt, sind im herkömmlichen System die Übertragung von Steuerdaten und Bilddaten und Statusinformation zu großen Teilen voneinander getrennt (siehe 2). Es sind viele verschiedene voneinander getrennte Datenverbindungen vorhanden (siehe Datenleitungen für verschiedene Daten 3, 4, 9 in 2), die stets nur einen Aufgabenzweck haben und durch die gesamte Systemhierarchie geführt sind. In der bestehenden Architektur sind nur eingeschränkte Funktionen zur Beobachtbarkeit des Gesamtsystems integriert. Zwischen den einzelnen Funktionsblöcken sind nur starre Verbindungen vorhanden. Benötigte Verbindungen zwischen den Funktionsblöcken werden in der Architektur festgelegt. Jede Kommunikationsschnittstelle ist durchgängig in der gesamten Hierarchie vorhanden, einzelne Funktionen sind im System verteilt. Dies bedeutet einen hohen Aufwand für den Anschluss bzw. die Verteilung der Schnittstellen.
Es ergibt sich zudem ein starres zeitliches Verhalten bei der Abstimmung der Informationen aus den verschiedenen Schnittstellen (komplexe Synchronisation der Schnittstellen). Dadurch ist das zeitliche Verhalten beim Auftreten von Fehlern schlecht reproduzierbar oder beeinflussbar.
Insbesondere sind bei einem herkömmlichen CT-System eingeschränkte Möglichkeiten zur Diagnose und Fehlererkennung bei Inbetriebnahme gegeben. Diese eingeschränkten Möglichkeiten zur Diagnose und Fehlererkennung sind auch bei der Produktion gegeben. Weiterhin sind auch sehr eingeschränkte Möglichkeiten zur Diagnose und Fehlererkennung bei der Anwendung gegeben. Die Fehlersuche und Inbetriebnahme erfordert zudem einen aufwändigen Messaufbau.
Ferner bewirkt der starre Aufbau des Systems, dass Funktionserweiterungen oder Funktionsänderungen stets die Funktion der anderen Funktionsblöcke beeinflussen. Aus diesem Grund erfordern Funktionserweiterungen oder Funktionsänderungen viele Anpassungen weiterer Funktionsblöcke.
Darüber hinaus ist es sehr wünschenswert, dass das Gesamtsystem beobachtbar ist, um eine effiziente Inbetriebnahme und Fehlerdiagnose zu gewährleisten. Dabei ist es wichtig, die Funktion einzelner Funktionsblöcke als auch das Zusammenspiel mehrerer Funktionsblöcke steuern und überprüfen zu können.
Ein weiteres Problem beim Aufbau des Systems besteht darin, dass die Erweiterbarkeit des Systems um weitere Funktionen, wie z.B. die Datenvorverarbeitung, nur mit großem Aufwand möglich ist. Auch die Erweiterbarkeit des Systems um weitere oder andere Detektorelektroniken ist in einer Anordnung gemäß DE 60309956 T2 bzw. der Anordnung in 2 nur mit großem Aufwand möglich.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein medizintechnisches System derart zu entwickeln, dass eine flexible Anpassung des Systems ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren zum paketorientierten Übermitteln von Daten gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Erfindungsgemäß werden in dem medizintechnischen System Daten mit einer generischen Datenstruktur paketorientiert übermittelt.
Eine generische Datenstruktur ist nicht auf eine Art von Signalen oder Daten spezifiziert, sondern erlaubt es, verschiedene Daten oder Signale zwischen verschiedenen Funktionsblöcken zu übermitteln. Vorteilhaft kann aufgrund der generischen Datenstruktur direkt auf die Art und die Zuordnung der Daten geschlossen werden.
Im Vergleich zum Datenstrom erfolgt die Identifizierung der Daten also nicht mehr anhand ihrer Position im Datenstrom. Dies ermöglicht eine starke Flexibilisierung bei der Modifikation des Systems. Denn die Software muss an eine Veränderung der Hardware nicht mehr mühsam einzeln angepasst werden, da die Daten nun über eine abstrakte Datenstruktur identifizierbar sind und nicht mehr über eine konkrete Position im Datenstrom, die einer bestimmten festgelegten Hardwareanordnung entspricht und sich bei jeder Modifikation der Hardware ständig ändert.
Erfindungsgemäß ist die elektronische Schaltungsanordnung derart eingerichtet, dass mit ihr die einzelnen den elektronischen Bauelementen zugeordneten Ports des medizintechnischen Systems gemäß der durch Daten mit der beanspruchten Datenstruktur übermittelten Information miteinander verschaltbar sind.
Auf der Hardwareebene kann mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die durch die generische Datenstruktur gewonnene Flexibilität umgesetzt werden, wobei mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Beispiel unterschiedliche Bauelemente je nach Anwendung oder aktueller Priorität miteinander verschaltet werden können.
Erfindungsgemäß wird eine Datenstruktur zur paketorientierten Datenübermittlung in einem medizintechnischen System mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen geschaffen, wobei die Datenstruktur eine generische Datenstruktur ist.
Ferner wird auch ein medizintechnisches System, vorzugsweise ein CT-System mit einer Steuerungsschaltung, die eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 12 umfasst, bereitgestellt.
Schließlich ist auch eine Steuerungsschaltung für ein medizintechnisches System, vorzugsweise ein CT-System geschaffen, welches eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 12 aufweist.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine Datenstruktur verwendet, die Datenobjekte für Daten, Status und Steuerinformationen aufweist.
Die Daten werden nach deren Bedeutung kodiert. Daten, Status und Steuerinformation werden jeweils als eigenes Datenobjekt übertragen. Durch das Verwenden von eigenen Datenobjekten für Daten, Status und Steuerinformationen als eigenes Datenobjekt muss bei Änderungen nicht mehr das gesamte System angepasst werden, sondern nur noch die betroffenen Funktionsblöcke.
Die für die Inbetriebnahme, Diagnose und Fehlersuche benötigten Informationen können dem jeweiligen Datenobjekt entnommen werden und müssen nicht mehr aus dem gesamten Datenstrom extrahiert werden.
Die Datenstruktur kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft einen Header aufweisen.
In dem Header werden alle nicht zu den eigentlichen Nutzdaten gehörenden Informationen gespeichert. Dies können beispielsweise Adressen der anzusteuernden Bauelemente oder Befehle sein.
Vorteilhaft kann die Datenstruktur, insbesondere der Header eine Empfängeradresse aufweisen.
Weiterhin kann die Datenstruktur, insbesondere der Header eine Rücksendeadresse aufweisen.
Ein Adressierungssystem bietet die Möglichkeit des dynamischen Routings, um Daten durch eine Kette von Funktionsblöcken zu senden.
Insbesondere kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Datenstruktur als Paketstruktur aufgebaut sein. Die Paketstruktur ist zum Beispiel auf der Schicht 3 des OSI-Modells, der Paketebene bzw. Vermittlungsschicht realisiert.
Besonders einfach implementierbar ist die Datenstruktur, wenn die Datenstruktur einem Netzwerk-Protokoll entspricht.
Nach einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Datenstruktur einen Schreibbefehl mit einer Empfängeradresse im Header und einen Anhang mit den zu schreibenden Daten auf. Dies ist sinnvoll, wenn Daten an ein Funktionselement versendet werden sollen.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Datenstruktur einen Lesebefehl mit einer Empfänger-Adresse (request address) sowie einer Rücksende-Adresse (completion address) insbesondere im Header aufweisen. Dies ist sinnvoll, wenn Daten, die in einem anderen Funktionselement gespeichert sind, ausgelesen werden sollen.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Datenstruktur auch nur eine Empfängeradresse insbesondere im Header und überhaupt keine Nutzdaten insbesondere im Anhang aufweisen.
Besonders einfach implementierbar ist die Datenstruktur, wenn die Datenstruktur einem Protokoll entspricht, das eine Laufzettelverarbeitung ermöglicht. Das heißt, bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Datenstruktur insbesondere in ihrem Header Adressen anzusteuernder Funktionselemente, mit denen eine Laufzettelverarbeitung realisierbar ist, auf.
Unter einer Laufzettelverarbeitung wird verstanden, dass man mehrere Zieladressen im Header des einzelnen Datenpakets angeben kann, die nacheinander und in der genannten Reihenfolge angesprungen werden, wobei hinsichtlich der an den Header angehängten Daten (Nutzdaten, Payload) prozessiert wird.
Beispielsweise werden die Daten an eine erste Adresse geschickt. Das Modul mit der ersten zum Beispiel im Header des Datenpakets verzeichneten Adresse erkennt, dass weitere Adressen im Header stehen. Das Modul, das die Daten empfangen und verarbeitet hat, entfernt die eigene Adresse (die erste Adresse) aus dem Header. Damit entsteht ein neues Header bei dem die erste Adresse der nächsten Zieladresse entspricht. Die Crossbar leitet die Pakete immer in Richtung der ersten Adresse aus dem Header. Anschließend verarbeitet das Modul die Daten und sendet die Daten an das Modul mit der zweiten in dem Header des Datenpakets bzw. der Datenstruktur aufgeführten Adresse. Das Modul mit der zweiten Adresse erkennt, dass weitere Adressen im Header stehen. Das Modul verarbeitet die Daten und sendet das Datenpaket an das Modul mit der dritten in dem Header des genannten Datenpakets aufgeführten Adresse... Das N-te bzw. letzte Modul erkennt, dass keine weiteren Adressen im Header des zu verarbeitenden Datenpakets stehen. Das N-te Modul verarbeitet bzw. speichert die Daten.
Hiermit ist das Laufzettelverarbeiten (Command Processing) abgeschlossen.
Die elektronische Schaltungsanordnung kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung eine Crossbar oder ein Crossbar-Switch oder ein Switch sein. Eine Crossbar ist ein bidirektionaler N auf N Switch. Beispielsweise ist die Crossbar-Switch eine einfache Implementierung innerhalb des FPGAs. In einer einfachen Ausgestaltung beinhaltet der Switch keinerlei Fehlerbehandlung, eine konsistente Datenintegrität innerhalb eines FPGA wird vorausgesetzt. Beispielsweise weist die Schaltungsanordnung Eingänge, Ausgänge und mindestens einen Multiplexer, mit dessen Hilfe die Eingänge auf die Ausgänge geschaltet werden können, auf.
Weiterhin kann die Schaltungsanordnung eine Arbitrationsvorrichtung (Arbiter) aufweisen, die den einzelnen Eingängen Prioritäten zuweist, nach denen die Eingänge auf die Ausgänge geschaltet werden und die Daten übermittelt werden. Die Verschaltung der Eingänge und Ausgänge miteinander geschieht also prioritätsorientiert.
Es wird, anschaulich gesagt, eine Abstraktionsschicht eingezogen, d.h. es wird prinzipiell nur mit Daten kommuniziert, wobei es sich bei den Daten um Daten mit den Inhalten Bilder, Status, Kontrolle usw. handeln kann. Die Daten werden mittels der Schaltungsanordnung dynamisch durch das System geleitet. Somit stehen auch Datenpfade zur Verfügung, die während der Architekturfestlegung nicht berücksichtigt wurden. Die zusätzlichen und zur Laufzeit dynamisch verfügbaren Datenpfade erhöhen die Beobachtbarkeit und Erweiterbarkeit des Systems. Erst an der Schaltungsanordnung werden sämtliche Funktionseinheiten angeschlossen.
In der Steuerungsschaltung in den Modulen, d.h. insbesondere in den Funktionsblöcken bzw. auf den Flachbaugruppen in den FPGAs wird somit zum Beispiel eine Crossbar bzw. ein Switch realisiert, der das oben genannte Merkmal der dynamischen Übermittlung abstrakter Daten umsetzt. Erst an dieser Schaltungsanordnung, zum Beispiel einer Crossbar, werden sämtliche Funktionseinheiten angeschlossen. Diese Schaltungsanordnung, zum Beispiel eine Crossbar, ist ein zentrales Element, welches sowohl bei der Entwicklung, zur Integration, in der Fertigung, in der klinischen Anwendung als auch zur Diagnose verwendet wird.
Alle Funktionsblöcke in dem System können zum Beispiel die gleiche Kommunikationsschnittstelle besitzen, was das Hinzufügen neuer Funktionen erleichtert und ein Baukastensystem ermöglicht. Somit kann jeder Funktionsblock mit jedem anderen Funktionsblock kommunizieren. Dies ermöglicht das Auflösen der Komplexitäten durch Aufteilen der Funktionen in einzelne Funktionsblöcke und durch das Einführen eines Bussystems.
Weiterhin erlaubt das Verwenden der Schaltungsanordnung kontrollierbare zeitliche Abhängigkeiten im System (blocking, Daten können sich im System nicht überholen)
Zudem können aufgrund der Modularität des Systems einfache Schnittstellen mit geringer Fehleranfälligkeit zwischen den einzelnen Baugruppen geschaffen werden.
Vorteilhaft werden durch die Schaltungsanordnung die Informationen und Daten aus den Kommunikationsschnittstellen in einem gemeinsamen Bussystem gebündelt. Somit können die physikalischen Schnittstellen von der logischen Funktion entkoppelt werden. Weiterhin kann jeder Funktionsblock von jedem anderen Funktionsblock angesprochen werden. Von einem Zugang zu dem Bussystem ist es möglich, jeden einzelnen Funktionsblock zu steuern und gegebenenfalls zu beobachten. Dadurch wird eine Möglichkeit zur Beobachtung der Informationen, der Signale, der Daten und der Statusinformationen im System geschaffen.
Durch die Anordnung der Schaltungsanordnung, zum Beispiel eine Crossbar, in den einzelnen Funktionsblöcken und als Schnittstelle zwischen diesen liegt jeweils die gleiche Kommunikationsschnittstelle zwischen Funktionsblöcken im System vor. Eine gleiche Kommunikationsschnittstelle für die Funktionsblöcke ermöglicht ein Baukastenprinzip. Durch dieses modulare Prinzip können wiederverwendbare Funktionsblöcke erstellt und genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektronische Schaltungsanordnung an eine standardisierte Schnittstelle anschließbar ist. Es kann zusätzlich zur Verbesserung der Beobachtbarkeit ein Funktionsblock integriert werden, mit dessen Hilfe das Bussystem an eine Standard-PC-Schnittstelle angeschlossen wird. Zusätzlich kann eine standardisierte PC-Schnittstelle zur Beobachtung des Systems vorgesehen sein. Die standardisierte PC-Schnittstelle (Ethernet) zur Beobachtung des Systems ermöglicht eine umfangreiche Diagnose und Fehlererkennung bei Inbetriebnahme, Produktion und Wartung bei der Anwendung.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Computertomographiesystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Blockschaltbild, welches die Datenströme im Betrieb eines Computertomographiesystems nach dem Stand der Technik veranschaulicht,
3 eine generische Datenstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Datenübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 ein detailliertes Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Datenübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 das Aktualisieren einer Datenstrommasterschaltung DSM anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 7 entspricht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 das Aktualisieren von Datenstromkollektoren DSC anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 7 entspricht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 das Konfigurieren von Modulelektroniken ME anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 7 entspricht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
10 das Triggern und Auslesen der Modulelektroniken ME anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 7 entspricht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
11 Datenraten bzw. Bandbreiten zwischen den einzelnen Bauelementen einer Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
12 Datenstrukturen bzw. Adressdaten verschiedener an der Schaltungsanordnung angeschlossener Bauelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein Computertomographie-Bildgebungssystem 100, das einen Gantryrahmen 12 aufweist, wie er für CT-Scanner der dritten Generation typisch ist. Die Gantry 12 erhält eine Röntgenstrahlenquelle 14, die ein Bündel von Röntgenstrahlen in Richtung einer auf der entgegengesetzten Seite der Gantry 12 angeordneten Detektormatrix 16 projiziert. Die Detektormatrix 16 wird durch eine Anzahl Detektormodule gebildet, die gemeinsam die projizierten Röntgenstrahlen, die ein Objekt 18 (zum Beispiel ein Patient) durchqueren, erfassen. Jedes Detektormodul erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und folglich die Schwächung des Strahls kennzeichnet, die dieser bei der Durchquerung des Objekts 18 erfährt. Während eines Scanvorgangs zum Akquirieren von Röntgenprojektionsdaten drehen sich der Gantryrahmen 12 und die daran angebrachten Komponenten um eine Rotationsachse. Ein motorgetriebener Tisch 20 positioniert das Objekt 18 während eines Scan-Durchlaufs in Abschnitten durch eine Gantryöffnung 22. Eine Steuerungseinheit 101 zum Ansteuern der Gantry, welche ein sogenanntes Datenstromsystem DSS mit einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweisen kann, ist ebenfalls eingezeichnet.
2 zeigt ein Blockschaltbild der Datenübertragungsschaltungen bzw. Strukturen eines herkömmlichen CT-Systems 10 mit einer Vielzahl von separaten Datenleitungen und Schnittstellen. Wie in 2 veranschaulicht, enthält das System 10 einen Host-Computer 24, der zur Darstellung von Bildern und Meldungen für einen Anwender mit einem Monitor (einer Benutzerschnittstelle) 26 verbunden ist. Der Rechner 24 ist außerdem mit einer Tastatur 28 und einem Eingabegerät 30, beispielsweise einer Maus 30 verbunden, um dem Bediener die Eingabe von Daten und Steuerbefehlen in den Computer 24 zu ermöglichen. Der Rechner 24 ist mit einer Scan- und Rekonstruktionssteuereinheit SRU (SRU = scan and reconstruction control unit) 32 verbunden. Die SRU 32 enthält ferner Bilderzeugungsbedienelemente. Zum Beispiel enthält die SRU 32 eine SGI-PCI-basierte Zentraleinheit, die auf einem IRIX-Betriebssystem arbeitet. Die SRU 32 enthält ferner einen Schnittstellenprozessor zur Schnittstellenrealisierung mit einem Datenakquisitionssystem und eine Digitalsignalverarbeitungsplatine zur Korrektur von Scandaten, um eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorverarbeitung auszuführen. Weiter enthält die SRU 32 einen Bildgenerator für gefilterte Rückprojektions- und Nachverarbeitungsschritte. Mit der SRU 32 ist ein stationärer Computer 34 verbunden und der Controller 34 ist an einen Tischcontroller 36 angeschlossen. Der stationäre Controller 34 ist außerdem über einen Gleitring 38 mit einem eingebauten Controller 40 und einem skalierbaren Datenakquisitionssystem SDAS (SDAS = scalable data acquisition system) 42 verbunden. Der Gleitring 38 gestattet eine berührungsfreie Übertragung von Signalen über die Gleitringbegrenzung hinweg und unterstützt die Bandbreite, die für die Übertragung von Daten und Steuerbefehlen über die Begrenzung hinweg erforderlich ist. Das SDAS tastet von dem Detektor 16 ausgegebene Daten ab, akquiriert diese und wandelt die abgetasteten analogen Signale in digitale Signale um. Das SDAS enthält beispielsweise 46 austauschbare Konverterkarten, Beispielsweise sind in einer Konverterkarte 64 Eingangskanäle vorhanden und es wird eine Abtastung mit 1408 Hz durchgeführt.
Der auf der Leiterplatte angeordnete Kontroller 40 steuert den Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 14 und des SDAS 42. In 2 ist ein Datenstrom durch fettgedruckte Linien veranschaulicht, der Steuerdatenstrom ist durch normale Linien veranschaulicht und der Echtzeitsteuerdatenstrom ist durch gestrichelte Linien veranschaulicht. Die den Datenströmen zugeordneten numerischen Bezeichner sind wie folgt: 1 Scan- und Rekonstruktionsvorgabe des Anwenders (Steuerdaten), 2 Scan-Vorgabe an den Master-Controller (Steuerdaten), 3 verteilte Scan-Parameter (Steuerdaten), 3a Tischposition (Steuerdaten), 3b Rotationsposition (Steuerdaten), 3c kV- und mA-Optionen (Steuerdaten), 3d Röntgenstrahlkollimations- und Filteroptionen (Steuerdaten), 3e Detektorschichtdicken und SDAS-Verstärkungsgradoptionen (Steuerdaten), Echtzeitsteuersignale während des Scannens 4, Hochspannung 5, nicht kollimierter Röntgenstrahl 6, kollimierter Röntgenstrahl 7, analoge Scan-Daten 8, digitale Scan-Daten 9, Patientenbilder 10.
Die Rotation des Gantryrahmens 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 14 werden von einem Controller 34 gesteuert. Der auf der Leiterplatte befindliche Controller 40 gibt unter der Kontrolle des Controllers 34 Leistungs- und Zeittaktsignale an die Röntgenstrahlenquelle 14 aus. Das DAS (data acquisition system) 42 tastet von dem Detektor 16 ausgegebene analoge Daten ab und wandelt die Daten in digitale Signale um, um diese anschließend zu verarbeiten. Die SRU 32 nimmt die abgetasteten und digitalisierten Röntgenstrahldaten von dem DAS 42 entgegen und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird an einem Eingang des Computers 24 übergeben, der das Bild in einem Massenspeichergerät speichert.
Der Rechner 24 nimmt außerdem über die Tastatur 28 und die Maus 30 Steuerbefehle und Scan-Parameter entgegen. Ein Monitor 26 ermöglicht dem Anwender, das rekonstruierte Bild und sonstige Daten zu beobachten. Die von der Bedienperson eingegebenen Steuerbefehle und Parameter werden von dem Computer 24 verwendet, um Steuersignale und Daten auszugeben. Darüber hinaus steuert der Controller 36 den motorgetriebenen Tisch 20, um das Objekt 18 zu positionieren. Ein Problem der Anordnung gemäß 2 besteht darin, dass für verschiedene Datenarten getrennte Datenleitungen benötigt werden und zudem starre Verbindungen zwischen den einzelnen Funktionselementen montiert sind. Dies verringert die Flexibilität der Anordnung, erhöht die Komplexität und erschwert die Fehlerbeseitigung sowie eine mögliche Erweiterung des Systems um weitere elektronische Baugruppen.
In 3 sind Beispiele für die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete paketorientierte Datenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zunächst ist ein Schreibbefehl 301 gezeigt. An ein bestimmtes Bauelement, zum Beispiel ein FPGA, eine Datenstromkollektorschaltung DSC, eine Modulelektronik ME, oder eine Datenstrommasterschaltung DSM, dessen Adresse im Header der Datenstruktur als Empfängeradresse (REQ-Address) aufgeführt ist, werden Daten übermittelt, die in dem genannten FPGA gespeichert werden sollen. Ferner wird ein Lesebefehl 302 gezeigt. Es wird in diesem Fall im Header der Datenstruktur sowohl die Adresse (Request-Address, REQ-Address) des Bauelements, das ausgelesen werden soll, als auch die Rücksendeadresse (Completion-Address, CPL-Address) angegeben, d.h. die Adresse, an die die ausgelesenen Daten geschickt werden sollen. Weiterhin ist auch die Länge der zu lesenden Daten als Nutzdaten (Payload = Length) angegeben. Im nächsten Beispiel in 3 ist ein Beispiel eines Befehls 303 ohne Nutzdaten dargestellt. Es wird lediglich eine Empfängeradresse angegeben, ohne dass Nutzdaten übermittelt werden. Im letzten Beispiel in 3 ist eine Datenübertragung mittels Laufzettelabarbeitung (oder Laufzettelverarbeitung) illustriert. Die dafür verwendete Datenstruktur 304 enthält im Header die Empfängeradressen der für die Datenübertragung ausgewählten Bauelemente (z.B. Flachbaugruppen, FPGAs, Modulelektroniken ME, DSCs, DSM) sowie im Anhang die Nutzdaten (Payload), welche übertragen werden sollen. Die Daten werden zunächst an das erste Bauelement mit der im Header ganz oben stehenden ersten Empfängeradresse übermittelt. Dort werden die Daten verarbeitet und die Daten werden anschließend an das Bauelement mit der zweiten in dem Header der Datenstruktur aufgeführten Adresse weitergesandt. Das Modul, das die Daten empfangen und verarbeitet hat, entfernt die eigene Adresse (die erste Adresse) aus dem Header. Dort werden die Daten wieder verarbeitet usw., bis sie bei dem sechsten Bauelement angekommen sind, welches die Daten ebenfalls verarbeitet aber die Daten nicht mehr an ein weiteres Bauelement weiterschickt, sondern die Daten beispielsweise speichert.
Alle diese unterschiedlichen Datenarten, wie zum Beispiel Nutzdaten, Signaldaten, Statusdaten, Steuerdaten usw. können vorteilhaft über ein und dieselbe Datenübertragungsleitung an dieselben Ports verschickt werden, da beim Empfang der Daten die unterschiedlichen Datenarten beispielsweise anhand der unterschiedlichen Köpfe (Header) bzw. Kopfdaten der Datenstrukturen erkannt werden und so den unterschiedlichen Funktionen zugewiesen werden können.
In 4 ist eine Schaltungsanordnung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schaltungsanordnung 400 umfasst in dieser Ausführungsform eine Crossbar 401, sowie ein dazu vorgeschaltetes Submodul 402. Das Submodul 402 umfasst Eingänge 404 und Ausgänge 405, an denen gemäß diesem speziellen Ausführungsbeispiel sich stauende Daten in einer Warteschlange zwischengespeichert werden, bis sie von der Schaltungsanordnung an die entsprechenden Ausgänge weitervermittelt werden können. Die dafür eingesetzten Module sind beispielsweise als sogenannte FIFO-Speicher (FIFO = first in first out) ausgebildet. Die zuerst eingetroffenen Daten werden also auch zuerst weitergesandt. Die eigentliche Schaltungsanordnung 400 bzw. die Crossbar 401 umfasst Multiplexereinheiten 406, die die Ein- und Ausgänge 404, 405 nach bestimmten Prioritätsregeln verschalten. Dabei kann im Falle des konkreten Ausführungsbeispiels jeder Eingang 404 auf jeden Ausgang 405 geschaltet werden und umgekehrt. Die Entscheidung, welcher Eingang auf welchen Ausgang nach welcher Priorität geschaltet wird, trifft der Arbiter 403, eine sogenannte Arbitrationsschaltung. Diese kann zum Beispiel die Multiplexschaltungen bzw. Multiplexereinheiten 406 nach starr festgelegten Prioritäten steuern. Sie kann jedoch auch dynamisch wechselnde Prioritäten für die Eingänge und Ausgänge vergeben. Die Verschaltungen können auf Basis der in den Datenstrukturen, insbesondere den Headern der übertragenen Datenpakete enthaltenen Informationen gesteuert werden.
Die Schaltung 400 ermöglicht die Verwendung einer Art Bussystem, mit dem die Informationen und Daten aus den Kommunikationsschnittstellen in einem gemeinsamen Bussystem gebündelt werden können. Es gelingt dadurch, die physikalischen Schnittstellen von der logischen Funktion zu entkoppeln.
In den Flachbaugruppen in den FPGAs, im Nachfolgenden auch DSC (Datenstromkollektor, Datenstromkollektorschaltung) genannt, sowie in einer mit den genannten Bauelementen verbundenen Masterschaltung DSM (Datenstrommasterschaltung, Datenstrommaster) wird eine Schaltungsanordnung, zum Beispiel eine Crossbar bzw. ein Switch, realisiert, die das oben genannte Merkmal umsetzen. Erst an dieser Schaltungsanordnung werden sämtliche Funktionseinheiten der Flachbaugruppen angeschlossen. Diese Schaltungsanordnung ist ein zentrales Element, welches sowohl bei der Entwicklung, zur Integration, in der Fertigung, in der klinischen Anwendung als auch zur Diagnose verwendet wird.
Alle Funktionsblöcke in dem System besitzen beispielsweise vorteilhaft die gleiche Kommunikationsschnittstelle, was das Hinzufügen neuer Funktionen erleichtert und ein Baukastensystem ermöglicht. Somit kann jeder Funktionsblock mit jedem anderen Funktionsblock kommunizieren.
Zur Verbesserung der Beobachtbarkeit des Systems kann weiterhin ein Funktionsblock integriert werden, mit dessen Hilfe das Bussystem zum Beispiel an eine Standard PC-Schnittstelle (Ethernet) angeschlossen werden. Dadurch wird ein Auflösen der Komplexitäten durch Aufteilen der Funktionen in einzelne Funktionsblöcke und durch das Einführen eines Bussystems erreicht.
Wie bereits erwähnt, ergeben sich kontrollierbare zeitliche Abhängigkeiten im System (blocking, Daten können sich im System nicht überholen). Damit sind einfache Schnittstellen mit geringer Fehleranfälligkeit zwischen den einzelnen Baugruppen geschaffen. Ein Blocking ist notwendig, da sämtliche Funktionsblöcke oder Übertragungsstrecken mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten. Es gewährleistet die notwendige Flexibilität bei der Datenübertragung. Innerhalb der Crossbar ist an jeden Ein- und Ausgang eines Ports eine FIFO implementiert. Mit diesen asynchronen FIFOs ist nicht nur ein Clock-Domain-Crossing möglich. Ebenso kann damit auch das Blocking realisiert werden. Der „Source“ kann durch Auswertung des „FIFO almost Full = nicht Ready“ signalisiert werden, dass die „Destination“ bald voll laufen könnte. Es bleibt also noch eine gewisse Zeit bis die „Source“ ihre Datenübermittlung einstellen muss, sobald das Ready gesetzt ist (also nicht mehr almost full) darf wieder mit voller Geschwindigkeit geschrieben werden.
Von einem Zugang zu dem Bussystem ist es möglich, jeden einzelnen Funktionsblock zu steuern und gegebenenfalls zu beobachten. Dadurch wird eine Möglichkeit zur Beobachtung der Informationen bzw. der Bilddaten, Statusdaten usw. im System geschaffen.
5 zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform des gesamten Datenübertragungssystems 500 für die Detektordaten sowie Steuerdaten oder Statusdaten. Das System weist einen digitalen Datenstrommaster DSM 502 (im Nachfolgenden wird auch der Begriff DSM-PCBA = elektronische Datenstrommasterbaugruppe verwendet) und eine Mehrzahl von Datenstromkollektoren DSC 501 (im Nachfolgenden wird auch der Begriff DSC-PCBA = elektronische Datenstromkollektorbaugruppe verwendet) auf. An die DSM ist ein PC 503 angeschlossen, der über eine optische Schnittstelle 510, eine Ethernet-Schnittstelle 511 sowie über eine SiDaNet-Schnittstelle 508 (SiDaNet-PC-Card 508, SiDaNet Device Modul 509, SiDaNet Switch 505, SERIAL LINK 1 506, SERIAL LINK 2 507) mit der DSM kommuniziert. Die SiDaNet-PC-Card 508 ist über einen SiDaNet-Switch 505 mit der DSM verbunden. Die SidaNet-Schnittstelle ist an ein Konfigurationsmodul angeschlossen und dient der Steuer- und Status-Datenkommunikation. Die elektronische DSM-Baugruppe DSM-PCBA 502 weist zudem mehrere serielle Schnittstellen SERIAL DATA 504 für die Übertragung von seriellen Daten auf. Die Daten von der DSM-PCBA 502 werden von den DSC-PCBAs 501 über serielle Datenschnittstellen 504 entgegengenommen und an die einzelnen Detektorelemente bzw. Modulelektroniken ME 0 bis ME 47 weitergesandt. Umgekehrt werden auch Daten von den Detektorelementen ME bzw. den DSCs 501 über die seriellen Schnittstellen 504 an die DSM 502 versandt und von dort entweder an weitere DSCs 501 versandt oder an den PC 503 zurückgeschickt.
6 zeigt beispielhaft den detaillierten Aufbau eines Datenübertragungssystems bzw. Datenstromsystems DSS 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Sowohl in den DSCs als auch in der DSM sind jeweils erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen 500, in diesem speziellen Ausführungsbeispiel Crossbar-Einheiten 401 (kurz Crossbar genannt) angeordnet, von denen der Datenverkehr, der den jeweiligen DSC betrifft, an die jeweilige im Header der erfindungsgemäßen Datenstruktur angegebene Adresse des DSCs weitergeleitet wird. In den DSCs ist auch eine Konfigurationsschnittstelle CONFIG 602 zur Konfiguration der Detektorelemente bzw. Modulelektroniken ME an die dem jeweiligen DSC zugeordnete Crossbar 401 angeschlossen. Jede der DSCs verfügt beispielsweise über einen Flashspeicher FLASH 604, der von einem FLASH-Controller 605 gesteuert wird und ebenfalls an die erfindungsgemäßen Crossbars 401 angeschlossen ist. In dem FLASH 604 werden FPGA-Konfigurationsdaten „DSC-Firmware“ und „ME-Firmware“ gespeichert). Weiterhin sind die Datenausgänge der Detektorelemente bzw. Modulelektroniken ME über sogenannte LVDS-Schnittstellen 601 (LVDS = low voltage different signalling) und eine Datenbrücke 603 (DATA-Bridge) an die Crossbar 401 angeschlossen. Die LVDS-Schnittstellen 601 entsprechen einem Schnittstellenstandard für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Wichtige Merkmale der LVDS-Schnittstellen 601 sind: differenzielle Spannungspegel, relativ geringe Spannungspegel, die Signale werden mit einer Konstantstromquelle erzeugt. Die DSCs sind über sogenannte HSSL-Datenschnittstellen 607 mit der DSM verbunden. Die HSSL-Datenschnittstellen 607 entsprechen dem HSSL-Kommunikationsprotokoll (HSSL = high speed serial link). Da damit Datenraten bis 10 Gbit/s erreicht werden können, wird HSSL vor allem für die Kommunikation zwischen sogenannten Backplanes (Busplatinen, Rückplatten, Flachbaugruppen, FPGAs) verwendet. Beispielsweise wird der Standard von Produkten der Firma Xilinx unterstützt. Es kann auch ein an diesen Standard angelehnter Standard verwendet werden. Die DSCs sind mit einer DSC-Firmware 606 DSC-FW- ausgestattet. In dem konkreten Ausführungsbeispiel beträgt die Datenübertragungsrate jedes DSCs 500 MB/s.
Selbstverständlich können für die genannten Schnittstellen und Schaltungen auch anderen Protokollen entsprechende aber ähnliche Anforderungen hinsichtlich Leistung und Struktur erfüllende Bauelemente verwendet werden.
Auch in der DSM (Datenstrommasterschaltung) ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, in diesem konkreten Ausführungsbeispiel eine Crossbar 401 oder alternativ auch ein Switch, das zentrale Element. Daran angeschlossen ist eine Datenbrücke 603 (DATA-bridge), die an eine Mehrzahl von HSSL-Datenschnittstellen 607 angeschlossen ist, die mit den HSSL-Datenschnittstellen 607 der DSCs verbunden sind. Ferner ist an die Crossbar 401 der DSM auch ein Gleitring 615 (SLIP RING) angeschlossen, der die durch die Crossbar geleiteten Daten an den PC über einen Lichtwellenleiter LWL weiter transferiert. Ebenso wie die DSCs verfügt auch die DSM über einen Flashspeicher 604 und einen entsprechenden Flashspeicherkontroller 605. Des Weiteren weist des DSM auch einen Framer 609 auf. Von jedem ME werden kleine Bilder (Frame-Abschnitte z.B. 64 × 16 Pixel) zum Framer versendet. Im Framer wird aus den Frame-Abschnitten 1 bis 46 (bei 46 MEs) ein komplettes Frame (64 × 736 Pixel) aufgebaut und als ein ganzes Frame weitergeleitet. Die DSM weist weiterhin einen Speicher 610, eine Datenverarbeitungseinheit DATA Processing 611, eine Einheit zur Konfiguration bzw. der Statusermittlung CONFIG/STATUS 612 und eine Speicherkontrolleinheit MCU 613 auf. Insbesondere ist die DSM über ein sogenanntes SiDaNet 614 an einen PC angeschlossen. In der 6 werden unterschiedliche Leseoperationen vom PC aus durchgeführt. Bei der Operation read_stat werden zum Beispiel vom PC aus Statusdaten aus dem Speicher CONFIG/STATUS 612 der DSM-PCBA gelesen, bei der Operation read_mem werden zum Beispiel Daten aus dem Speicher (Memory) 610 der DSM-PCBA gelesen. Bei der Operation read_fl_m werden zum Beispiel Daten aus dem Controller 605 des Flash-Speichers FLASH 604 der DSM-PCBA ausgelesen und bei der Operation read_fl_c werden zum Beispiel Daten aus den Flash-Speichern FLASH der DSCs ausgelesen.
In 7 wird das Aktualisieren der Datenstrommasterschaltung DSM anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 6 entspricht, veranschaulicht. Bei der Operation write_fl_m werden Aktualisierungsdaten in den Flash-Speicher des DSMs geschrieben. Bei der Operation read_fl_m werden im Flash-Speicher des DSMs gespeicherte Daten ausgelesen. Im Rahmen der Operation comp_fl_m werden die ausgelesenen Daten verifiziert, d.h. mit Referenzdaten verglichen. Schließlich wird die DSM mit der Operation reboot_m neu gebootet.
In 8 wird das Aktualisieren von Datenstromkollektoren DSC anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 6 entspricht, beschrieben. Bei der Operation write_fl_c werden Aktualisierungsdaten in den Flash-Speicher des jeweiligen DSCs geschrieben. Bei der Operation read_fl_c werden im Flash-Speicher des jeweiligen DSCs gespeicherte Daten ausgelesen. Im Rahmen der Operation comp_fl_c werden die ausgelesenen Daten verifiziert, z.B. mit Referenzdaten verglichen. Schließlich wird der jeweilige DSC mit der Operation reboot_c neu gebootet.
In 9 wird das Konfigurieren von Detektorbauelementen bzw. Modulelektroniken ME anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 6 entspricht, veranschaulicht. Mit der Operation Config_ME werden die Modulelektroniken ME konfiguriert. Da sie keine nichtflüchtigen Speicher haben, müssen sie bei jedem Neustart des medizintechnischen Systems neu konfiguriert werden. Die Firmware der Modulelektroniken kann auch von den Flashspeichern der DSCs geladen werden, die diese dauerhaft speichern können, sie kann aber auch von der DSM oder einem PC geladen werden. Die Konfiguration der Modulelektroniken ME kann simultan mit einem sogenannten Broadcast (Rundfunk) ausgeführt werden, d.h. die Konfigurationsdaten werden an alle Modulelektroniken gleichzeitig versandt.
In 10 wird eine konkrete Anwendung zum Beispiel bei der Aufnahme eines Bildes von einem Patienten gezeigt. Es werden die Detektionsoperation der Detektorbauelemente ME sowie das Auslesen der bei der Detektion aufgenommenen Daten anhand eines detaillierten Blockschaltbilds, das der Anordnung der 6 entspricht, gezeigt. Die Detektorelemente ME müssen gezielt ausgelöst (getriggert) werden, um ein Bild von einem Patienten aufnehmen zu können. Das Triggern geschieht ebenfalls simultan, d.h. es wird ein entsprechendes Signal gleichzeitig an alle Modulelektroniken ME gesandt. Anschließend werden die von den Modulelektroniken ME aufgenommenen Daten nacheinander über die DSCs und die DSM übermittelt. In der DSM werden die aufgenommenen Daten gesammelt und vom Framer 609 (Datensortierer) sortiert, so dass ein kompletter Bilddatensatz entsteht. Anschließend werden die Daten vom Datenverarbeitungsblock DATA Processing 611 mittels geeigneter Algorithmen prozessiert, bevor sie das Datenstromsystem DSS verlassen. Das Überholen der Daten wird durch das Blocking verhindert, so dass die richtige Reihenfolge der Daten gewährleistet werden kann.
In 11 sind die Datenübertragungsraten zwischen den jeweiligen Bauelementen der DSCs sowie der DSM und zwischen den DSCs und der DSM eines Datenstromsystems DSS 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben. Abweichend von den vorausgehenden Figuren ist in der 11 ein Speicher 1101 zur Speicherung von Statusdaten in der DSC-PCBA gezeigt. Weiterhin weist die DSM-PCB in der 11 auch einen Zeilensortierer 1102 auf, der dem Framer 609 in den vorhergehenden Figuren entspricht. Zudem sind auch SDRAM-Speicher 1104 und entsprechende Speicherkontroller 1103 eingezeichnet, die mit der Crossbar 401 der DSM-PCBA verbunden sind. Die angegebenen Datenraten sind selbstverständlich nur beispielhaft und können je nach Auslegung der Schaltungen bzw. der Schaltungsanordnung sowie in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung variiert werden. Die in 11 angegebenen Datenraten wurden für die Analyse der benötigten und möglichen Bandbreiten erstellt. In der Abbildung sind die benötigten Datenraten jeweils an der oberen Stelle angegeben und die möglichen Datenraten sind unten darunter abgebildet. So sind an der ME-Schnittstelle 12MB/s notwendig und 40MB/s möglich. Die notwendige Datenrate innerhalb der DSCs sowohl zwischen r den Schnittstellen 601 und der Crossbar 401 als auch zwischen der Crossbar 401 und der zwischen der seriellen Schnittstelle SERIAL-DATA 607 beträgt 144 MB/s. Die mögliche Datenrate beträgt jedoch jeweils 500 MB/s. Zwischen den seriellen Schnittstellen der DSCs und den seriellen Schnittstellen 607 der DSM können die Daten zum Beispiel über eine SATA-Leitung in Download-Richtung-Richtung mit insgesamt 2,5 Gb/s übertragen werden, es sind aber nur 1,15 Gb/s notwendig. Von den seriellen Schnittstellen SERIAL-DATA 607 der DSM können die Daten intern insgesamt mit 2 GB/s an die Crossbar 401 übertragen werden und umgekehrt, es ist jedoch nur ein Datenrate von 576 MB/s notwendig. Von der Crossbar 401 in der DSM können die Daten an den Gleitring 615 mit einer Rate von 2GB/s übertragen werden und umgekehrt, jedoch ist nur eine Datenrate von 250 MB/s notwendig. Vom Gleitring 615 können die Daten in Download-Richtung zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter LWL an eine Peripherieeinheit, zum Beispiel einen Computer, mit einer Rate von 4,5 Gb/s übertragen werden und umgekehrt. Es ist jedoch nur eine Datenrate von 2 Gb/s notwendig. Weiterhin können die Daten von der Crossbar 401 der DSM-PCBA zu der Datenverarbeitungseinheit DATA Processing 611 mit einer Datenrate von 250 MB/s übertragen werden und umgekehrt. Es ist jedoch nur eine Datenrate von 2 GB/s notwendig. Die Datenrate zwischen der Crossbar 401 und dem Zeilensortierer 1102 (LINES SORTER) kann 2 GB/s betragen. Es ist jedoch nur eine Datenrate von 576 MB/s notwendig. Alle Schnittstellen in dieser Abbildung bieten gleiche Bandbreite in Up- und Down-Richtung.
12 zeigt unterschiedliche Adressen 1200 von unterschiedlichen Bauelementen in der DSM. Es wird zwischen Adressen, die über die Crossbar geroutet werden müssen (External, DAS = digital acquisition system, DACO A, DACO all), und internen Adressen unterschieden. Die erstgenannten Adressen (HI-Adressen, Bit 62 bis 32) werden zur Vermittlung der Daten über die Crossbar-Schaltungen (routen) verwendet. Die internen Adressen (LO-Adressen, Bit 31 bis 0) werden zur internen Adressierung in den einzelnen Bauelementen verwendet.
Zum Beispiel gibt es externe HI-Adressen für den Gleitring 615 sowie die GTA. Ferner sind in 12 unter der Rubrik DAS (DAS = data acquisiton system) HI-Adressen für die einzelnen Funktionselemente (MCU 613, Status 612, Data processing 611, Line Sorter 1102, Flash 605, SDRAM 1104) der DSM-PCBA verzeichnet.
Ferner sind den DSC-PCBAs unter der Rubrik DACO HI-Adressen für die Modulelektroniken ME (Modul Electronic Serial) und LO-Adressen für Speicherbereiche zum Auslesen (Memory für reading), für Befehle (Memory for command), für Sendebefehle (Send Command) bzw. Triggersignale (Trigger) und einen reservierten Bereich (reserved) zugeordnet. Zudem sind HI-Adressen (Modul Configuration) für die Konfigurationsmodule 602 sowie LO-Adressen für den jeweiligen Statusspeicher 1101 (Status) und den Flash-Speicher 605 (Flash) in den Datenstromkollektoranordnungen DSC vorgesehen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mittels der erfindungsmäßigen Struktur das gesamte System mit all ihren Bauelementen (Sub-Komponenten) in einem einheitlichen logischlinearen (gemeinsamen) Adressraum abgebildet ist.
DAS ist die frühere Bezeichnung von DSM. DACO ist die frühere Bezeichnung von DSC. Die reservierten Adressen sind für die zukünftige Funktionalitäten reserviert (reserviert ist hier bedeutet auch frei bzw. noch nicht in Verwendung).
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Datenstrukturen und elektronischen Schaltungselementen oder Schaltungsanordnungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriff „Einheit“ und „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Scan- und Rekonstruktionsvorgabe des Anwenders
2: Scanvorgabe an den „Master“-Controller
3: verteilte Scanparameter
3a: Tischposition
3b: Rotationsparameter
3c: kV- und mA-Optionen
3d: Röntgenstrahlkollimations- und Filteroptionen
3e: Detektorschichtdicken- und SDAS-Verstärkungsgrad-Optionen
4: Echtzeitsteuersignale während des Scannens
5: Hochspannung
6: nicht kollimierter Röntgenstrahl
7: kollimierter Röntgenstrahl
8: analoge Scandaten
9: digitale Scandaten
10: Computertomographie-Bildgebungssystem, Patientenbilder
12: Gantry
14: Röntgenstrahlenquelle
16: Detektormatrix, Detektor
18: Objekt, Patient
20: Tisch
22: Gantryöffnung
24: Host-Computer
26: Monitor (Benutzerschnittstelle)
28: Tastatur
30: Maus
32: SRU (scan and reconstruction controlunit)
34: stationärer Controller
36: Tisch-Controller
38: Gleitring, Schleifring
40: eingebauter Controller
42: SDAS (scalable data acquisition system)
44: Hochspannungsgenerator
46: Röntgenröhre
48: Nockenkollimator
301: Schreibbefehl
302: Lesebefehl
303: Befehl ohne Nutzdaten
304: Schreibbefehl mit Laufzettelverarbeitung
400: Schaltungsanordnung
401: Crossbar
402: Submodul In/Out
403: Arbiter, Arbitrationseinrichtung
404, 405: FIFO, FIFO-Speicher, First-in-first-out-Speicher
406: MUX, Multiplexer
500: Schaltungsanordnung
501: DSC-PCBA Datenstromkontroll-PCBA (PCBA = elektronische Baugruppe)
502: DSM-PCBA Datenstrommasterschaltung (DSM-PCBA)
503: PC
504: SERIAL DATA, Schnittstelle für serielle Daten
505: SiDaNet Switch
506: SERIAL LINK 1, serielle Schnittstelle 1
507: SERIAL LINK 2, serielle Schnittstelle 2
508: SiDaNet PC Card, SiDaNet-PC-Karte
509: SiDaNet Device-Modul, SiDaNet-Modul
510: Optical Interface, optische Schnittstelle
511: Ethernet-Schnittstelle
512: XDE/IPX PCBA
600: Schaltungsanordnung
601: LVDS, LVDS-Datenschnittstelle
602: CONFIG, Konfigurationsschnittstelle
603: DATA-Bridge, Datenbrücke
604: FLASH CTRL, Flashspeicher-Steuerung
605: FlASH, Flashspeicher
606: DSC-FW, Datenstromkollektor-Firmware
607: HSSL-DATA, HSSL-Datenschnittstelle
608: DSM-FW, Datenstrommaster-Firmware
609: FRAMER, Datensortierer
610: Memory, Speicher
611: DATA Processing, Datenverarbeitung
612: CONFIG/STATUS, Konfiguration/Status
613: MCU, Masterkontrolleinheit
614: SiDaNet, Signaldatennetzwerk
615: SLIP RING, Gleitring
1100: Schaltungsanordnung
1101: STATUS & MEMORY, Status & Speicher
1102: Zeilensortierer
1103: SDRAM CTRL, SDRAM-Kontroller
1104: SDRAM
1200: Adressen, Datenstrukturen
BW: Banddwith, Bandbreite
comp_fl_c: Vergleichen der Daten des Flash-Speichers der jeweiligen Datenstromkollektorschaltungen
comp_fl_m: Vergleichen der Daten des Flash-Speichers der Datenstrommasterschaltung
Config_ME: Konfigurieren der Modulelektroniken ME
CR: Crossbar
CTRL: Steuerung
DD: Detector Data, Detektordaten
DST: Ziel-Kanal, Empfänger-Kanal
GTA: Graphical Test Application, Graphische Test-Anwendung
ME: Detektorbauelement, Modulelektronik
read_stat: Status lesen
read_mem: Speicher lesen
read_fl_m: Lesen des Flash-Speichers der Datenstrommasterschaltung
read_fl_c: Lesen des Flash-Speichers der Datenstromkollektoren
reboot_c: neu booten der Datenstromkollektorschaltungen
reboot_m: neu booten der Datenstrommasterschaltung
SC: SATA cable, SATA-Datenleitung
SCl: System Clock, Systemtakt
SRC: Source-Kanal
Trigger: Triggern des Auslesens der Bilddaten aus den Modulelektroniken?
write_fl_m: Senden von Daten an den Flash-Speicher der Datenstrommasterschaltung
write_fl_c: Senden von Daten an die Flash-Speicher der jeweiligen Datenstromkollektorschaltungen

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 60309956 T2 [0003, 0009]

Claims

Verfahren zum paketorientierten Übermitteln von Daten in einem medizintechnischen System mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen (DSC, DSM), wobei in dem medizintechnischen System Daten mit einer generischen Datenstruktur (301, 302, 303, 304) paketorientiert übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die generische Datenstruktur (301, 302, 303, 304) Datenobjekte für Daten, Status und Steuerinformationen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) einen Header aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) eine Empfängeradresse (REQ-ADDRESS) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) eine Rücksende-Adresse (CPL-ADDRESS) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) als Paketstruktur aufgebaut ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) einen Schreibbefehl (Regular write request) mit einer Empfängeradresse (REQ-ADDRESS) im Header und zu schreibende Daten (Payload) im Anhang (Payload) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Datenstruktur (301, 302, 303, 304) einen Lesebefehl (Regular read request) mit einer Empfängeradresse (REQ-ADDRESS) und einer Rücksendeadresse (CPL-ADDRESS) im Header sowie die Information (Payload) über die Länge des zu lesenden Datensatzes im Anhang aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Datenstruktur eine Empfängeradresse (REQ-ADDRESS) im Header und keine Nutzdaten im Anhang aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Datenstruktur Adressen anzusteuernder Funktionselemente, mit denen eine Laufzettelverarbeitung realisierbar ist, in ihrem Header aufweist.
Datenstruktur (301, 302, 303, 304) zur paketorientierten Datenübermittlung in einem medizintechnischen System mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen (DSC, DSM), dadurch gekennzeichnet, dass die Datenstruktur eine generische Datenstruktur ist.
Elektronische Schaltungsanordnung (400), mit der die einzelnen den elektronischen Bauelementen zugeordneten Ports (404, 405) eines medizintechnischen Systems (100) gemäß der durch Daten mit einer Datenstruktur (301, 302, 303, 304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 übermittelten Information miteinander verschaltbar sind.
Elektronische Schaltungsanordnung (400) nach Anspruch 12, wobei die elektronische Schaltungsanordnung eine Crossbar (401) und/oder einen Switch umfasst.
Elektronische Schaltungsanordnung (400) nach Anspruch 12 oder 13, aufweisend eine Arbitrationseinrichtung (403), mit der prioritätsorientiert festgelegt wird, welche Ports (404, 405) miteinander verschaltet werden.
Elektronische Schaltungsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass die elektronische Schaltungsanordnung (400) mit einer standardisierten Schnittstelle verbunden ist.
Medizintechnisches System (100), vorzugsweise CT-System, mit einer Steuerungsschaltung (101, DSS) umfassend eine elektronische Schaltungsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 12 bis 15.
Steuerungsschaltung (101) für ein medizintechnisches System (100), umfassend eine elektronische Schaltungsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 12 bis 15.