專利名稱：對磁共振圖像的測量數據采集和圖像再現的改善的制作方法
技術領域：
本發明屬于圖像處理的領域，尤其屬于圖像再現的領域。
背景技術：
本發明的主要應用領域是用于由磁共振斷層造影儀(簡稱MRT，也稱為核自旋斷層造影儀)采集的醫療圖像數據的系統。磁共振斷層造影是一種現代的層圖像方法，其一方面利用了核磁共振，另一方面除了強磁場外還使用了高頻輻射。其幾乎可以對每個身體部位從任意的角度和在任意的方向上產生斷層照片。這樣采集的數據按照數字形式出現，并且可以通過使用計算機系統而處理為有說服力的圖像。在此，對于輻射入的高頻脈沖，測量在患者有關組織中所產生的信號并用于產生圖像。平均的檢查時間介于大約20至60分鐘之間。基于測量數據(例如隨后必須被處理為三維表示的層圖像)的物理采集原理，需要處理眾多的數字數據。這點對處理部件提出了尤其是針對其性能的高要求。
然而，不僅在診斷領域中采用了成像方法，而且還有在使用成像方法的條件下所謂在線應用的、現代的操作方法。在此，必須既能保證采集系統對測量數據、又能保證計算過程對測量數據的盡可能優化的性能，以便可以將對患者的危險保持為盡可能最小。這種MR控制的干預的例子出現在介入性放射醫學的領域，例如有活體檢查，在肝臟腫瘤、骨損傷或經由皮膚的脊椎體(Wirbelkoerper)活體檢查中的干預。尤其是在介入性放射醫學中必需的前提條件是，可以實時地保證得到優化的圖像處理以及成像，以便能夠規劃干預的精確性以及最大地保證患者的安全。
在現有技術中已經公開了用于改善干預的方法。例如，Pakar，V.等人的文章“Efficient visualization of large medical image Datasets on standard PChardware”，Proceedings of the symposium on Data visualisation，ACMInternational Conference Proceeding Series；Vol.40 135-140頁，2003年公開了一種基于硬件的措施，用于更有效地表示醫療圖像數據。在此提出了一種算法，其應用于已經采集的醫療圖像數據并且實現了，通過修改存儲器的超高速緩沖(caching)策略使得可以更有效地顯示圖像數據。在該公開的算法中，將數據組這樣分解，使得其與超高速緩沖存儲器(cache)的大小匹配。這點也可以通過一種并行處理措施而實現。不過，該文章沒有公開用于組合的采集和計算過程的、適當的相互倚賴的交織策略(Verschachtelungs-Strategie)，在該過程中將在后的處理過程這樣分解，使得可以就數據采集的順序而言實現最佳的結果。
此外，US 2004/0223003A1公開了一種圖像處理方法以及所屬的圖像發生器，其中，將總圖像分解為分別在并行運行的線程(Thread)以及這些線程中設置的著色機制和合并機制中被處理的圖像部分。然而，雖然可以利用在該文獻中提出的措施提高顯示圖像數據組的處理速度，但是該文獻沒有給予組合的采集和計算過程任何啟示，其中，這樣構造計算過程，使得其對于采集過程、特別是對于所采集的圖像數據的順序最佳地配置。
在此，一個有重要意義的中心因素在于，對圖像數據的采集和處理受到計算機的支持。因此，先決的前提是可以保證不能因為成像而造成干擾和限制。此外，重要的是這樣來控制(在上面例子中通過磁共振斷層造影的模態的)圖像數據采集、尤其是掃描控制，使得可以時間優化地進行在此基礎上的圖像再現以及圖像求值。
因此，本發明的主要應用領域涉及到，尤其是用于對圖像數據、特別是MRT圖像數據的組合的采集和計算過程進行優化的一種方法和一種裝置。尤其是，針對性能、穩定性和/或靈活性來改善該組合的過程。
磁共振斷層造影設備通常包括一個產生時間上恒定的磁場的基本磁鐵，以便使得在待檢查的身體或者身體部位中的原子核極化。此外，有高頻脈沖的發射器以及用于信號接收的對應接收器。設備計算機一方面用來對測量數據采集進行最佳控制，另一方面用來對測量數據進行管理、對數據進行進一步處理以及從測量數據中再現出圖像。因為對于圖像數據的進一步計算以及對于圖像的再現是基于對有關測量數據的采集的，因此必須在一個時間上在前的階段中對測量數據的特定范圍進行采集，以便稍后能為再現進行處理。不過，如果必須首先完全地執行測量過程，之后才可以開始隨后的再現，則作為缺點會導致不能承受的延遲。一個對于這種系統的品質起決定作用的中心問題在于，采集過程一方與隨后的計算過程一方之間在時間上的相互交織。
現有技術中公開了對測量數據的組合的采集和計算。不過，這種在現有技術中公知的解決方案是基于對輸入數據的管路(pipeline)類型的串行處理。按照特定的方式并且以特定的順序(即，按照特定的測量順序)采集圖像數據。通常，可以通過按照特定方式來控制MR掃描器的硬件來配置這種測量順序、即采集測量數據的順序。不過，缺點是不能靈活地適應計算過程。特別是，迄今為止不能改變對計算過程的配置。也就是說，迄今為止的系統依賴于再現過程與采集過程之間的明示的和額外的同步，和/或依賴于預定的時間上的測量順序。因此，作為缺點，整個系統的無故障和由此的品質取決于一個額外的任務，即，該明示的同步和/或對必需的測量順序的保持。如果該任務只能不完全地執行，則圖像再現的結果同樣是不完全的或者甚至(就質量和/或時間而言)是不能使用的。
此外，存在許多可以在該關聯下使用的計算過程、特別是再現過程。被證明為缺點的是對于這種計算過程不存在統一的和/或完整的描述。
因此，迄今為止不能將計算過程與采集過程的要求進行匹配。與之相反，必需在特定情形中將采集過程、特別是測量數據采集的順序與再現過程的要求進行匹配。但是，這點只能極為有限地實現，因為尤其是在MR圖像數據采集中存在多種必需保證從而限制了配置自由度的物理前提。因此，在公知的系統中兩個過程的影響可能性以及相互交織是次佳的。
發明內容
因此，本發明的技術問題是，揭示一種可以用來改善組合的采集和計算過程的性能、穩定性和/或靈活性的途徑，并且該途徑允許將盡可能多的對于數據采集所必需的時間用于計算或者計算過程。此外，應該可以對所有原理上可能和可用的計算過程、其邏輯依賴性以及并行性進行簡單且標準化的描述。
上述技術問題尤其是通過一種用于對組合的采集和計算過程進行優化的方法解決的，其中，采集過程用來采集測量數據，而計算過程用來對所采集的測量數據進行并行的進一步計算，其中，通過適當的接口在采集過程和計算過程之間進行數據交換，該方法具有如下方法步驟-至少將計算過程分解為計算分組；
-通過確定這些計算分組之間存在何種邏輯依賴性，尤其是確定，實施有關計算分組必須滿足哪些前提和/或必須采集哪些以及多少測量數據，來為每個計算分組規定規則組或規則；-在各計算分組及其規則的基礎上，將計算過程重構為一種流程結構；-通過自動地在盡可能早的時間點上執行有關計算分組，來根據該流程結構控制計算過程。
在本發明的優選實施方式中，測量數據是通過再現過程處理為圖像的磁共振斷層造影測量數據。也就是說，在此計算過程是再現或者產生圖像的過程。不過，也可以將本發明同樣用于其它測量數據和/或包括對測量數據的進一步處理的其它過程，其中要與測量數據的采集盡可能并行和同步地進行該進一步處理。與此相關地例如可以提及加工過程數據的采集以及隨后的過程控制，實驗或實驗室數據的采集以及隨后對該數據的分析，或者系統參數的采集以及隨后將該數據用于配置或診斷。
此外，采集過程不必一定構造用于采集測量數據。同樣，可以考慮數據的其它獲取模態，例如從存儲器或數據庫中讀入數據。一般地，測量數據的概念被理解為任何類型的輸入數據。
迄今為止，在組合的MR測量數據采集和圖像計算領域中公知的系統僅僅表明實現用于對結果進行計算的、盡可能迅速的算法(即用于計算過程的算法)。不過，這種措施就性能而言具有自然的限制，因為在兩個過程的組合中存在瓶頸。再現過程要求，已經采集了特定的測量數據并且由此可以作為進一步計算的基礎。被證明有意義的是，著眼于(aufsetzen)差不多一樣長的采集和計算時間。
因此，本發明的一個基本的優點在于下面的措施這樣使得MR數據采集和MR圖像計算并行和同步，即，在測量數據采集中就已經可以執行再現過程的盡可能多的任務了。
按照本發明，通過將兩個過程-測量數據采集過程和圖像計算過程(或上面例子中的再現過程)-分解為較小的子過程、即所謂的計算分組，就可以實現這點。此外，確定為了能夠執行有關的計算分組必需滿足何種前提。這點通常是通過參數化的規則來確定的，其中包括了所有的邏輯依賴性。在此，沒有采集時間上的依賴性。其優點是該方法是靈活的并且獨立于數據的時間采集順序。
規則完全地描述了計算過程，也就是說，包括所有的計算分組及其邏輯依賴性。由此，計算過程的穩定性完全與測量數據采集的時間順序無關。
也就是說，在按照本發明的方法中，測量數據采集的順序是任意的。如果測量數據采集的順序被改變了，則在時間上改變了對單個計算分組的處理。就這點而言，可以獨立于采集對計算進行控制。
按照本發明，方法本身自己組織。可以有利地保證，該方法盡可能迅速地結束。根據自適應產生的流程結構可以執行在該時間點(或者對于迄今為止所采集的數據)可能的所有計算。在此，計算過程不依賴于時間上的采集順序。
對于執行計算分組必須滿足的前提來說，可以提及下列例子-必須采集測量數據的特定組；-另一個計算分組必須已經被執行；-必須提供其它情形的結果，和/或-必須具備用于執行有關計算分組的技術資源。
由于在此所建議的技術方案、即將組合的采集和計算過程分解為較小的單元并且為計算過程產生一個已經實現兩個過程間同步的流程結構，可以有利地利用現代的計算機結構以及例如64比特多處理器平臺，使得可以實現最大的并行化程度。由此，通過可以按照多處理器系統的并行線程處理多個子任務，可以有效地利用現代計算機結構的優點。因此，在優選的實施方式中本發明的方法用于多處理器系統。將每個計算過程或者一組計算過程分配到多個同時運行的線程上。由此，通過所產生的流程結構可以與可供使用的CPU的數目相匹配，而有效地利用現代計算機結構。備選的技術方案基于單處理器的機器。不過，本發明的基本思想同樣可以在此使用。特別是，在單處理器的機器中也可以，將盡可能多的計算任務提前到測量中。由此，可以使得本發明的方法靈活地與有關的計算機結構相匹配。
在MR再現的領域中存在眾多可能的和可用的算法。本發明的技術方案不局限于任何特定的算法，而是可以應用在任何的計算過程中，其中通過提供一種計算過程分別被重構成的數據結構。由此，可以在圖像采集期間為對圖像計算的描述提供專門和最佳構造的注釋。
通常，本發明的方法被分成兩個時間上的片段1.準備階段，在該階段將計算過程分解為計算分組，其中，為每個計算分組規定，對于其實施必須滿足哪些前提，或者有關計算分組具有哪些邏輯依賴性；并且其中，將計算過程變換為一種新的結構、即流程結構，該結構是基于所定義的計算分組以及所定義的依賴性和/或前提的。
2.執行階段該執行階段用來根據所產生的流程結構執行采集和計算，并且用來交換有關的數據。在采集過程、特別是在MRT設備的掃描期間并行地執行盡可能多的計算分組。
在準備階段中可以定義應該允許顯示中間結果的、特定的結果。例如，如果要對患者的多個身體部位執行MRT方法，則可以設置成分別在對一個身體部位的測量數據的采集結束之后和/或在對一個身體部位的圖像的再現之后顯示一個中間結果。
通常，準備階段在時間上處于執行階段之前。不過，這點不是強制性的，因為也可以將兩個階段融合。特別是，也可以在較后的時間點上補充規則。這點顯著地提高了本發明技術方案的靈活性。
準備階段可以包括一個固定的和一個動態的部分。在該動態部分中可以定義(補充的)規則。在此可以配置其它的設置。
此外還可以定義優先權。所有產生例如特定結果或者結果對象的計算分組可以被確定為最高的優先權，而其它的分組則具有低級的優先權。在此，選擇性地額外根據其優先權對計算分組進行分組和處理。
通過在時間上將準備階段提前，可以為CPU解除附加的任務，其中，所有的定義和規定任務可以已經預先完成。在優選的實施方式中，在計算過程的開發過程(Entwicklungsprozess)的范圍內為計算過程產生參數化的規則組。通常，由再現過程的開發者(Entwickler)針對測量數據采集來定義規則組。不過，與現有技術不同，本發明的方法就測量數據的次最佳構造的采集來說是魯棒的(robust)。
換言之，按照本發明將被分解為計算分組的計算過程變換為流程結構。在該流程結構中隱含地規定了與再現過程同步的預先給定(Vorgabe)。通常，為每個計算分組定義至少兩個同步點。在一個同步點中定義了有關計算分組的所有邏輯依賴性，即，尤其是該有關計算分組依賴于哪些其它事件或分組，以及哪些其它事件或分組依賴于該計算分組。
當滿足所有的邏輯前提，即出現了特定的事件，原則上才可以執行一個計算分組。在此，一個計算分組的成功執行可以是這樣一種對于其它計算過程的事件。對于上面提到的事件的其它例子例如有測量數據的采集，對所采集的測量數據的預處理，或者對“相鄰的”測量數據的處理。對于執行有關計算分組必須滿足的前提可以由一個這樣的事件構成，不過，其也可以由這些事件的任意組合來組成。
按照本發明設置了這樣一種機制，其一直阻斷計算分組的執行，直到滿足了所有的前提，并且該機制采集計算分組的執行，以及可以允許其它計算分組的執行或者可以解除對其它計算分組的阻斷。該機制在優選的實施方式中是通過同步點來構成的。
在該實施方式中基本上存在下列兩類同步點1.阻斷器(Blocker)，其監視是否所有被定義為針對有關計算分組的前提的必需的事件已經發生。只要不是所有的前提得到滿足，則阻斷該分組被處理。
2.收集器，該同步點記錄有關計算分組的實施和/或從有關計算分組的角度對實施進行記錄。
典型地，特定的同步點同時對于特定的計算分組來說是收集器，而對特定的其它計算分組來說是阻斷器。
有三個極好的同步點，即，代表著與測量數據之間直接依賴性的數據采集點，一個允許定義工作分組的、獨立的、此前沒有被阻斷的阻斷器，以及每個所希望的計算結果的給出是否正確地計算出了結果的恰好一個收集器。
在優選的實施方式中，通過參數化的規則規定了單個計算分組之間的相互依賴性。在這些規則中定義了單個的計算分組以及其邏輯依賴性。每條規則可以多次被使用；在此，重復的數量分別是規則的組成部分。多次重復必須被解開。這點是通過重復下標實現的。
在本發明優選的實施方式中，可以通過相應的接口連接例如用于表示和顯示流程結構的外部程序。然后，按照圖像表示、例如按照定向的圖形或者表格的形式來描繪一個包括參數化規則的輸入文件。
在所產生的數據結構中表示出了連同同步點在內的單個計算分組之間的依賴性。該圖形可以由多個根節點組成，并且原則上只有一個葉、即結果。邊是待處理的過程(計算任務)，而節點是同步點。
可以將該圖形表示輸出，以便對計算過程重構為流程結構的正確性進行驗證。例如，如果圖形具有多個葉，則該過程沒有被正確地重構，因為只能分別存在一個結果。
因此，本發明技術問題的一個解決方案在于一種按照本發明的數據結構。該表示法是完全的并且包括了所有的計算分組和所有的依賴性。
此外，解決方案還在于一種用于按照上面提到特征的方法中的計算過程的數據結構，該數據結構包括-多個計算分組，計算過程被分解為這些計算分組；-針對每個計算分組的兩個同步點，通過這些同步點分別定義該計算分組具有哪些前提或者哪些邏輯依賴性；-每一個計算分組和該兩個同步點之間的對應關系。
如果存在一種對應才會建立一種對應關系。在起始的測量數據采集中以及在計算過程的最后活動結束時，特別是在存儲了再現的圖像之后，這種對應只是部分地需要或者不再必需了。利用這種數據結構可以立刻、自動并且對于每個計算分組單獨地采集出對于其處理必須滿足哪些前提。
利用按照本發明的數據結構，可以按照標準化的方式統一地描述處于不同復雜性中的不同的再現算法，并且將該描述用于與采集過程的并行和同步。
按照本發明的技術方案的特殊的優點在于，可以動態地配置該方法并且可以自適應地與有關上下文條件進行匹配，其中可以在工作流程中針對測量數據的采集和/或計算采集可能的變更。尤其是，可以改變測量順序、即采集測量數據的順序。通常這通過對應的用戶界面實現。此外，還可以選擇其它算法作為計算過程的基礎和/或改變組合的采集和計算過程的其它參數和設置。由此，按照本發明的技術方案基本上獨立于計算分組的當前組織，獨立于采集過程和/或當前選擇的工作流程。
按照本發明，可以獨立于測量數據采集(順序、速度和/或其它參數)來控制計算過程。流程結構包括多個并行運行的線程，它們分別處理單個的數據分組。在此，這樣構造該流程結構，使得其前提得到滿足、特別是其測量數據被采集了的計算分組被自動地執行。由此，按照優選的方式保證了，計算過程的各個子任務在時間上的實施被自動地優化了，從而可以在采集測量數據期間就實現了計算任務的很大部分。
計算過程的重構包括在測量數據采集與測量數據計算或者僅僅局限于數據分組的標識的測量數據結構之間的同步。由此構成了重要的優點本發明的方法不需要用于外部時間同步的其它模塊，從而是穩定并且較不容易出現故障的。此外，該方法是自組織的。這點同樣也有助于明顯降低故障的可能性，因為該方法可以自動運行，并且不會出現例如由于錯誤的用戶交互作用而形成的故障。
優選地，本發明的技術方案包括一個緩沖存儲器，其中存放了測量數據采集的原始數據。此外，可以存放再現過程的中間結果。只要采集了一組測量數據，就可以將其臨時存儲在緩沖存儲器中。如果有關的計算分組要求該測量數據，則將其從該臨時存儲器中讀出。此外，設置了一種存儲器監視機制，其用來保證如果緩沖存儲器已滿，則采集過程不再在存儲器中注入(pumpt)其它的原始數據，因為計算過程在忙并且此時不能讀出和進一步處理其它的測量數據。
在本發明的一個復雜的擴展中，可以不再將采集過程保持恒定，而是改變測量數據采集的順序。優選地，這樣控制采集過程，使得首先采集必須在再現過程中首先被處理的測量數據。在這種情況下，對連同同步點在內的流程結構進行分析，從而計算分組分別根據需要來要求其所必需的測量數據，并且觸發相應的測量過程。其優點在于，僅僅需要在緩沖存儲器中臨時存儲較少的原始數據。此外，這點還有利于進一步改善性能。
通常，根據按照本發明所產生的流程結構自動地控制計算過程。這點也包括從緩沖存儲器自動地讀出所要求的測量數據組。也就是說，保證了自動地執行所有在有關時間點上(特別是針對測量數據采集)可以實施的計算分組(即計算子任務)。在本發明的優選的擴展中，自動地執行上面描述的方法的所有或被選擇出的方法步驟。
本發明技術問題的另一個解決方案在于一種按照本發明的裝置。上面隨著本發明的方法所提及的優點、特征、備選的實施方式，都可以對應地應用在按照本發明的裝置中。
上面描述的方法的按照本發明的實施方式，也可以作為計算機產品構成，其中，計算機用于實施上面描述的、按照本發明的方法，并且其程序代碼由處理器來執行。
另一種技術問題的解決方案在于一種存儲介質，其用于存儲上面描述的、計算機實現的方法，并且可以由計算機讀取。
此外，還可以將上面描述方法的個別組成部分在一個可以出售的單元中實施，而將其余的組成部分在另一個可以出售的單元中實施，即所謂的分布式系統。
因此，按照本發明的對技術問題的另一個解決方案在于一種用于對采集和計算單元、特別是圖像數據采集和計算單元進行優化的產品，其中，采集單元采集測量數據而計算單元是基于所采集的測量數據的，在并行地執行計算單元的同時可以由采集單元采集其它的測量數據，其中，設置了使兩個單元互相通信的接口，該產品包括-多個計算模塊，其可以用來實施該計算單元的、被分解為計算分組的任務，并且可以分成不同的線程；-至少一個同步單元，其用來根據規則為每個計算分組確定存在哪些與其它計算分組的邏輯依賴性；-一種數據結構，其基于同步單元而針對計算單元的計算分組的流程；-至少一個控制單元，其用來根據所產生的數據結構控制該計算單元的實施，其中只要計算分組的同步單元允許就自動地在盡可能早的時間點上執行該計算分組，其中，該產品包括用來根據上面描述的至少一個方面(這些方面也可以在本發明的方法中提及)實施所述設備的、由該產品影響的單元的裝置，其中，設置了至少另一種用于實施設備的其余單元的產品，使得通過兩種產品的共同作用來實施設備的所有任務。
在下面對附圖的詳細描述中，根據附圖利用特征和其它優點非限制地說明要理解的實施方式。圖中圖1表示根據本發明的一個優選實施方式的測量數據采集過程和圖像再現過程的示意圖，圖2表示根據本發明的一個優選實施方式的數據流，圖3表示本發明的方法在讀出傅立葉變換表示中的示例性應用，圖4表示本發明的方法在實施相位編碼傅立葉變換表示中的示例性應用，圖5表示本發明的方法在事先進行的計算的組合中的示例性應用，
圖6表示本發明的方法在所計算圖像的存儲器中的示例性應用，圖7表示按照依賴關系樹形式的、按照本發明的數據結構的示例圖，圖8表示按照本發明的一個優選實施方式的流程的概略圖，圖9表示按照本發明的一個優選實施方式的基本單元的概略圖。
具體實施例方式
本發明的主要應用領域涉及核自旋設備的測量數據采集，即所謂的MRT數據以及圖像再現過程。不過，本質上來講，該測量數據采集過程并不局限于核自旋設備的數據，而是同樣可以包括其它模態-例如計算機斷層造影-的數據、PET數據，等等。同樣，計算過程也不局限于圖像再現過程，而是可以在于對所采集的測量數據MD的所有后處理類型。
如圖1概略地示出的那樣，在優選的實施方式中涉及的是組合的測量數據采集和圖像再現過程。在此，通常有兩條并行運行的線程。按照本發明，將圖像再現過程分解成多個計算分組12-1，12-2，...，12-n。根據在該時間點上哪些測量數據已經被采集，執行其前提被滿足的計算分組12-i。尤其是，必須采集所有需要由有關計算分組12-i處理的測量數據MD。這點是通過按照本發明的同步單元14來保證的。控制單元16負責兩個過程之間的同步和并行，以及必要的其它控制任務。有關的單元通過對應的接口通信，尤其是采集單元10和計算單元12通過接口11互動(interagieren)。
一般地來說，利用在此介紹的方法保證了，能夠執行所有在該時間點上可以執行的計算任務，即，特別是其測量數據到該時間點已被采集的計算任務。由此可以保證，組合的測量數據采集和圖像再現過程能夠盡可能迅速地產生一幅再現的圖像。
如圖2中所示，通常由核自旋設備在一個測量過程中采集測量數據MD，并且寫入接收緩沖器中。用于數據獲取的線程將該數據從接收緩沖器中讀出，并且將這樣采集的數據寫入到原始數據存儲器中。用于圖像再現的線程從原始數據存儲器中讀出該數據，并且將其處理成部分結果，后者可以再次被臨時存儲到原始數據存儲器中。一旦所有測量數據MD被采集并且出現，以及隨后執行了所有的計算或者再現過程，則可以將圖像存儲在存儲器中或者在顯示設備上顯示。
按照本發明的數據流結構允許，在測量數據采集期間就可以進行計算過程、特別是圖像再現。
優選地，本發明的方法用于獨立于對有關圖像再現過程的選擇而對組合的采集和圖像再現過程的性能、穩定性以及靈活性進行優化。即，在此可以采用任意的再現算法。
下面，對基本的流程進行說明將再現過程分解為單個的計算分組12-i。然后，為每個計算分組12-i定義，對于該計算分組12-i的實施必須滿足哪些前提、特別是必須采集哪些測量數據MD。然后，將計算過程變換成新的數據結構。該流程數據結構基于這些計算分組12-i及其規則，并且包括針對每個計算分組12-i的兩個同步點。這些方法步驟可以在執行實際的測量和再現過程之前的準備階段執行。
緊接著是對計算過程的并行和同步的控制。根據所產生的流程結構，與測量數據采集的順序無關地對計算過程進行控制，其中自動地在盡可能早的時間點上執行達到了其同步點的有關計算分組。也就是說，自動地執行其測量數據MD已出現的一個或多個計算分組12-i。
下面，要結合圖3至6舉例表示對MR再現過程的按照本發明的并行和同步。該例子涉及產生通過多個接收通道接收的二維圖像。層圖像(斷層)的數目用“#slc”縮寫。對應地在該例子中行、列和通道用“lin”、“col”和“cha”來縮寫。
逐行地通過所有通道、按照不同的順序同時采集數據，這涉及到行以及斷層。
如在圖3中所示，對每行進行傅立葉變換。該過程被稱為“Read-Out-Forier-Transform(讀出傅立葉變換)”，并被縮寫為“RoFT”。由此，對于每層的每個通道的每一行都必需一個RoFT操作。
同樣，對列進行傅立葉變換。該過程在圖4中被稱為“Phase-encode-Fourier-Transform(相位編碼傅立葉變換)”，并被縮寫為“PeFT”。對于每層的每個通道的每一列都必需一個PeFT操作。
為了得到一個斷層的最終圖像，將通道的圖像進行組合。該過程被稱為“Combine(組合)”。分別將一列與另一列進行組合。對于每層的每一列必需一個“組合”過程。在圖5中示例性地示出了組合以及綜合的過程。
緊接著將層進行存儲。在圖6中示例性地作為(對于存儲器的)“保存”示出了該過程。對于每層必需一個存儲器操作。
在上面示出的例子中，計算過程是為了表示二維圖像而對傅立葉變換后的行和列進行處理。實際的算法或者實際的計算過程被分解為小的計算分組12-i。在上面例子中計算分組12-i可以是對一行的傅立葉變換表示的讀出(RoFT)、相位編碼傅立葉變換(PeFT)、組合和/或存儲過程。
這些計算分組12-i可以被分配到CPU的多個處理器上。按照本發明，單個計算分組12-i的執行的順序自動與測量數據采集的順序同步。
為了更詳細地描述作為基礎的計算過程，有必要定義規則。在優選的實施方式中，規則被參數化，并且可以針對上述例子如下地表示-當測量數據MD被掃描了之后，才可以執行一行的RoFT過程；-在同一通道以及同一層的的所有行的所有RoFT操作完成之后，才可以執行一個列的PeFT過程；-對該層的所有通道的特定列的所有PeFT過程完成之后，才可以執行該特定列的組合；-在所有的列被組合之后，才可以存儲該層圖像。
可以按照下列表格的形式表示這些規則
通過這些參數化的規則可以定義，為了能夠執行特定的計算分組l2-i必須滿足哪些事件。例如，一個計算分組12-i的成功執行分別是對于另一個計算分組12-i的事件。此外，對于應該在該計算分組12-i中被處理的測量數據MD的采集，是這種事件的一個例子。
按照本發明，為此提供了一種機制，其可以使得在沒有滿足所有的前提之前特定的計算分組12-i一直被阻斷從而被排除在執行之外。此外，有必要對計算分組12-i的執行進行采集并且取消對計算分組12-i的阻斷。該機制是通過同步點來構成的。
在優選的實施方式中為每個計算分組12-i定義兩個同步點。
基本上存在下列兩類同步點-已提到的阻斷器，以及-已提到的收集器。
如果同步點用來當沒有滿足所有前提時阻斷(或者排除)計算分組12-i的執行，則該同步點是阻斷器。如果同步點對有關的計算分組12-i進行采集或者記錄，則其是收集器。
在將計算過程分解為計算分組12-i以及在為每個計算分組12-i規定了規則之后，可以建立數據結構。優選為按照表格形式的數據結構，該數據結構包括有關的計算分組12-i、同步點以及規則、包括該規則的重復數目。由此，將計算過程描述成了參數化的規則組。這些規則標示出了計算分組12-i以及其邏輯依賴性或者其相互依賴性。
根據本發明，將計算過程重構為流程結構。該流程結構基于單個的計算分組及其邏輯上的前提或者同步點。
可以按照樹狀的數據結構來表示流該程結構。圖7示例性地示出了這種“依賴關系樹”。該樹的邊表示計算分組12-i。節點表示有關的依賴關系以及同步點。
特定的同步點是純收集器點，僅僅用來采集被執行的各計算分組12-i。如果該同步點被解除阻斷，則標志著計算已被完成并且存儲了有關的層。這在圖7中利用最下方的元素“Saved.0”來表示。
此外，存在作為純粹的阻斷器的、特定的同步點。其涉及的是這樣的同步點，即，該同步點依賴于數據的采集，而不依賴于其它計算分組12-i的成功執行。可以將其預先設置為狀態“不阻斷”，使得其執行可以立刻開始。這些數據分組的執行直接地依賴于所采集的數據，并且在進行了數據采集之后由數據采集線程啟動。這些節點在圖7中的示例性表示中利用概念“數據獲取”來表示。
在圖8中示例性地示出了在序列或測量數據序列與計算單元之間的、按照本發明的同步。在一個準備階段或流程階段之中，該序列可以決定其是否希望產生一個特定的結果對象。在準備階段期間為該結果對象規定一組參數化的規則，以便描述再現算法。在對于該結果對象的準備階段結束之后，該序列可以要求測量數據MD。
因為該序列單獨地觸發針對結果對象的特定掃描的讀入，其必須具備關于該結果對象的信息。為此，產生對于有關結果對象的獲取請求。這種請求可以包含下列的數據-待采集數據的規模，例如，掃描的大小和通道的數目，-每個通道的數據的目標地址，-用于所測量數據的唯一的標識符。
該獲取請求被用來構造一個發送給與MR設備的掃描器的接口的請求。特別是用于“RX-to-RAM-Daten-Transfer-Thread，RX至RAM數據轉換線程”，以便為該掃描器產生讀出命令。
在由掃描器采集了數據并且通過接口傳送之后，轉換線程告知計算單元12該數據已經被采集的事實。該轉換線程將其從結果對象得到的、用于該數據的唯一的標識符傳遞給計算單元12。對于結果對象來說，通過掃描器實施數據采集不是必需的前提。還可以執行任何其它通過規則引入的計算過程。計算單元12負責有關計算分組12-i的組織和執行。如果計算單元12決定執行一個特定的計算，則其調用針對該結果對象的相應方法。實際的計算對于有關的用戶來說是完全封閉的。計算單元12讀出有關的規則。
通過本發明的方法，也可以考慮這樣的計算過程，即，其基于來自于不同的來源的測量數據MD。因為MR測量典型地為不同的輸出結果采集輸入數據，即，用于帶有不同數據和不同順序的計算過程。對于計算的組織或管理以及實施是計算單元12份內的事。兩個過程的并行、算法的實現以及對存儲器的管理屬于結果對象的責任范圍。按照本發明，通過參數化的規則來描述重構的和并行的計算過程。
按照依賴關系樹的形式應用本發明的數據結構的一個優點是，允許利用通常的檢驗方法對并行過程進行檢驗(特別是，對于樹中葉的收斂進行檢驗，即檢驗重構的流程結構是否恰好提供一個結果)，這點基本上獨立于所應用的各算法或者計算過程。此外，如果出現一個錯誤、例如由于掃描的缺少的或有誤的采集造成的錯誤，則可以采取適當的措施。利用本發明的技術方案可以輸出一個提示，其給出對于哪個數據組缺少哪個掃描。
通過按照標準化的形式對計算過程的、按照本發明的重構，可以將該方法應用于任意的圖像再現過程，并且不必針對數據采集的順序提出任何前提。這點可以有利地提高計算過程的靈活性和穩定性。由于將計算過程重構為本發明的、包含著有關過程的邏輯依賴性或相互依賴性的流程結構，不再需要外部的同步。
在一個備選的實施方式中，計算過程不涉及MR圖像再現，而是涉及用戶對于測量結果進行后處理的請求。該后處理可以根據同樣的方法實施，從而使得還在從本地存儲器或數據庫中調用數據期間，就進行了后處理。
本發明的一個優選擴展涉及對數據采集的控制。由于在采集和計算過程之間的、按照本發明的同步，已經可以為計算過程規定，必須由采集過程采集哪些數據。由此，可以直接與計算過程的要求相匹配的來控制采集過程。這種擴展尤其對于這樣的采集方法是有意義的，即，測量數據采集的時間順序對于圖像質量沒有影響，例如在計算機斷層造影中。
在本發明的另一個擴展中，可以為每個計算分組12-i標記優先權，使得有關的計算分組12-i針對其優先權被優先處理，或者首先在時間上延遲或甚至不被處理。
最后要指出，本發明的描述以及實施方式不應該被理解為局限于對本發明的特定物理實現。對于所屬領域的技術人員來說特別顯然的是，可以將本發明部分地或者完全地分布實現在軟件和/或硬件和/或多個物理產品上，特別是計算機產品。
權利要求
1.一種用于對組合的采集和計算過程、特別是圖像數據采集和計算過程進行優化的方法，其中，采集過程采集測量數據(MD)而計算過程基于所采集的測量數據(MD)，在并行地實施計算過程的同時可以采集其它的測量數據(MD)，其中，兩個過程通過接口(11)進行通信，所述方法具有如下方法步驟-將所述計算過程分解為計算分組(12-1，12-2，...，12-n)；-通過確定這些計算分組(12-1，12-2，...，12-n)之間的所有邏輯依賴性，尤其是確定實施有關計算分組(12-i)必須滿足哪些前提和/或必須采集哪些以及多少測量數據(MD)，來為每個計算分組(12-i)定義規則；-在各計算分組(12-i)及其規則的基礎上，將計算過程重構為一種流程結構；-通過自動地在盡可能早的時間點上執行該有關計算分組(12-i)，來根據該流程結構控制該計算過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，為每一個計算分組(12-i)定義至少兩個同步點、特別是定義恰好兩個同步點-阻斷器，其考慮所有實施該計算分組(12-i)的前提，所有對其它情況、特別是對采集過程的計算分組(12-i)的邏輯依賴性，以及-收集器，其對有關計算分組(12-i)的實施進行采集，從而只要該阻斷器不再阻斷該計算分組(12-i)，則自動地在盡可能早的時間點上執行該有關計算分組(12-i)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，與測量數據采集的順序以及速度無關地控制所述計算過程。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述計算過程可以基于任意的計算算法。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述計算過程是再現過程，并且產生圖像數據，特別是產生磁共振圖像數據、超聲波圖像數據和/或計算機斷層造影數據。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述規則是對作為計算過程的基礎的問題的完全描述。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述計算分組和/或過程在測量數據采集中分成多個并行進行的線程。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法是自組織的，并且不要求在采集和計算過程之間的外部同步。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法額外地控制該采集過程，其中，根據所述規則對計算過程的流程結構進行分析，從而該計算過程(12-i)在需要的情況下要求其必需的測量數據(MD)并且觸發對應的測量過程。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用于所述方法的計算機結構是單或多處理器系統，和/或所述方法可以最佳地與有關計算機結構相匹配。
11.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，自動地執行至少一個方法步驟，并且優選地自動執行所有方法步驟。
12.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，顯示所述方法的結果，必要時顯示中間結果和/或所產生的流程結構，例如按照定向的圖形、特別是依賴關系樹或者表格的形式顯示。
13.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法將采集過程和/或再現過程的中間結果和/或結果存儲在緩沖存儲器中，和/或應用到對采集過程的實時控制中。
14.一種針對計算過程、特別是針對MR圖像的再現過程的數據結構，其被用于根據權利要求1至13中任一項所述方法中，所述數據結構包括-多個計算分組(12-i)，其執行所述計算過程的被分解為子任務的任務；-針對每個計算分組(12-i)的至少兩個同步點、特別是恰好兩個同步點，在這些同步點中定義了各計算分組(12-i)之間的所有邏輯依賴性，并且在其中記錄了有關計算分組(12-i)的執行；-每一個計算分組(12-i)和該兩個同步點之間的對應關系。
15.一種用于對組合的采集和計算單元(10，12)、特別是圖像數據采集和計算單元進行優化的裝置，其中，采集單元(10)采集測量數據(MD)而計算單元(12)基于所采集的測量數據(MD)，在并行地執行計算單元(12)的同時可以由采集單元(10)采集其它的測量數據(MD)，其中，設置了使兩個單元(10，12)相互通信的接口(11)，所述裝置包括-多個計算模塊，其可以用來實施該計算單元(12)的、被分解為計算分組(12-i)的任務，并且分成不同的線程；-至少一個同步單元(14)，其用來為每個計算分組確定存在哪些與其它計算分組(12-i)的邏輯依賴性；-基于同步單元(14)的、針對所述計算單元(12)的計算分組(12-i)的流程的數據結構；-至少一個控制單元(16)，其用來根據所述數據結構控制該計算單元(12)，其中只要有關計算分組(12-i)的同步單元(14)允許則自動地在盡可能早的時間點上執行該計算分組(12-i)。
16.一種用于實施具有根據權利要求1至13中任一項特征的方法的裝置。
全文摘要
本發明涉及用于對采集磁共振斷層造影測量數據(MD)和圖像再現過程的組合系統進行優化的一種方法和一種裝置。在此，通過將計算過程分解為計算分組(12－i)，并且通過定義確定實施有關計算分組(12－i)必須滿足哪些前提的規則，使得在采集測量數據(MD)期間就已經開始了圖像再現過程。據此，在計算分組(12－i)及規則的基礎上，將計算過程按照一種流程結構重新組織。然后，根據該流程結構與采集過程同步地控制計算過程。所述規則完全地描述了計算過程，也就是說，包括所有的計算分組及其邏輯依賴性。由此，計算過程的穩定性完全與測量數據采集的時間順序無關。
文檔編號G06F19/00GK1877591SQ20061009179
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月12日 優先權日2005年6月10日
發明者烏爾里克·哈根, 奧利弗·海德, 托馬斯·克盧格, 馬庫斯·維斯特 申請人:西門子公司