磁共振断层扫描系统和运行磁共振断层扫描系统的方法

背景技术

成像诊断方法在现代医学中具有重要意义。这种成像诊断方法例如是磁共振断层扫描或核自旋断层扫描(MRT，英文：Magnetic Resonance Imaging，MRI)。在此可以产生人的或动物的身体的切片图像，这例如可以实现器官的判断以及必要时可以实现病态的器官变化的诊断。

磁共振断层扫描系统具有非常高的复杂性。因此，例如对于磁场的产生和评估需要磁场单元(英文：Field Generation Unit，FGU)。所述磁场单元一方面是非常昂贵的并且由于其尺寸需要相对大的空间需求。因此，具有这种磁场单元的磁共振断层扫描系统不以任意大的件数使用。

除了用于鉴定真实患者的检查之外，磁共振断层扫描系统也为了培训目的例如用于运行人员的培养和改进，或用于其他应用情况。由于磁共振断层扫描系统的高成本和空间需求，因此在许多情况下，同一磁共振断层扫描系统必须用于鉴定真实患者并且用于培训目的或其他应用。

因此，期望的是，为了培训目的或用于大量其他应用，实现一种可以成本有利地、灵活地和以尽可能低的空间需求实现的磁共振断层扫描系统。尤其期望的是，可以提供一种在无昂贵和复杂的硬件磁场单元的情况下可以提供真实的磁共振断层扫描系统的功能性或必要时甚至提供扩展的功能性的磁共振断层扫描系统。

发明内容

本发明实现具有实施例的特征的磁共振断层扫描系统和用于运行磁共振断层扫描系统的方法。其他有利的实施方式是如下描述的实施例的主题。

根据第一方面，提出一种磁共振断层扫描系统。磁共振断层扫描系统包括至少一个控制装置、处理装置和评估装置。至少一个控制装置设计用于生成用于控制磁共振断层扫描系统的磁场单元的信号。此外，至少一个控制装置还设计用于提供所生成的用于控制磁场单元的信号。处理装置设计用于从至少一个控制装置接收用于操控磁场单元的信号。处理装置尤其设计用于利用接收到的信号来计算磁场单元的输出信号并且提供所计算的输出信号。评估装置设计用于从由处理装置提供的输出信号中生成图像数据。

根据另一方面，提出一种用于运行磁共振断层扫描系统的方法。所述方法包括用于生成用于操控磁共振断层扫描系统的磁场单元的信号的步骤。所述方法还包括用于通过处理装置接收所提供的用于操控磁场单元的信号的步骤和用于通过处理装置计算磁场单元的输出信号以及用于输出所计算的输出信号的步骤。此外，所述方法还包括用于利用通过处理装置输出的输出信号生成图像数据的步骤。

本发明所基于的认知在于：磁共振断层扫描系统的磁场单元(英文：FieldGeneration Unit，FGU)由于其复杂性及其大的尺寸通常迄今为止是这种磁共振断层扫描系统的最昂贵的部件。此外，本发明所基于的认知在于：除了运行磁共振断层扫描系统以用于鉴定真实患者之外，在许多情况下，标准化的测量场景可以是有利的。

在所述背景下，本发明的构思是，替代磁共振断层扫描系统的硬件磁场单元，使用数字副本。以所述方式可以实现如下磁共振断层扫描系统：所述磁共振断层扫描系统在用户侧可以实现与具有硬件磁场单元的系统的相对应的输入和输出相同的输入和输出。因此，为了练习目的和培训目的，用户可以以相同的方式操作这种系统并且获得与具有真实磁场单元的磁共振断层扫描系统的情况相同的输出。

设置用于产生磁场和/或接收以及处理磁场的部件的总体可以视为磁场单元(英文：Field Generation Unit，FGU)。磁场单元例如可以包括主磁体线圈、例如呈超导线圈的形式的主磁体线圈，以用于产生主磁场。对应地，必要时用于冷却所述超导线圈的部件同样也可以是磁场单元的一部分。通过所述线圈可以沿着管轴线在管本身中感生主磁场。

此外，磁场单元还可以包括三个在X方向、Y方向或Z方向上的彼此无关的梯度线圈。所述梯度线圈尤其对于位置编码是重要的。此外，磁场单元还可以包括发送线圈，所述发送线圈用作为用于对于成像所需的射频波的射频发送器。在磁场单元中还可以设有接收线圈，所述接收线圈例如用作为灵敏的射频接收器。

此外，除了所提及的线圈之外，磁场单元也可以包括例如可以用于操控线圈和/或评估由线圈提供的信号的其他部件。这例如可以包括用于向线圈提供电流以用于产生磁场的驱动器级。此外，在磁场单元中也可以设有控制部件，如所述控制部件与磁场的产生以及评估有关地会是必需的那样。然而应理解，除了在此明确提及的部件之外，磁场单元原则上也可以包括与磁场的产生和/或接收信号的接收和处理相关联的任意其他部件。

在磁共振断层扫描系统的传统的部件例如用于规划和控制以及用于显示和输出图像数据的操作位置与数字模拟的磁场单元之间的接口在此可以与具有真实的硬件磁场单元的相对应的接口相同地构成。换言之，将磁场单元模拟为虚拟磁场单元的处理装置具有与真实的硬件磁场单元相同的接口。以所述方式，虚拟的磁场单元可以以简单的方式结合到磁共振断层扫描系统中。在此，为用户提供完全相同的工作环境。

通过这种设置，例如也可以在操作位置处保持剩余的真实硬件部件的功能，包括操控磁场单元，但是也可以保持磁场单元的输出接口的功能，包括输出得出的图像数据。对应地，通过这种设置，也可以在测试环境中检查和分析剩余的参与的硬件部件，而为此无需真实的硬件磁场单元。因此，例如也为磁共振断层扫描系统的开发和测试得出如下工作环境：在所述工作环境中可以使用、运行和测试多个硬件部件，而不必采用昂贵的真实的硬件磁场单元。

此外，根据本发明的虚拟磁场单元提供如下优点：虚拟磁场单元的待检查的对象也可以作为虚拟数据来提供。对应地，一方面，待检查的对象的这种虚拟数据可以以标准化的和可重现的形式被提供用于新型磁共振断层扫描系统的开发，而为此无需真实的样本。如在下文中还更详细地阐述的那样，例如以测量技术检测的序列为此可以被提供给处理装置。此外，虚拟的、仿真的或建模的检查对象也是可行的。这种模拟的或建模的数据一方面可以用于优化新型系统。此外，这种数据也可以用于训练目的或培训目的，而不必为此提供真实的检查对象。因此，尤其在医学领域中可以模拟检查，而为此无需真实的生物、如人或动物。

根据一个实施方式，处理装置设计用于利用布洛赫仿真(Bloch-Simulation)计算磁场单元的输出信号。在这种布洛赫仿真中，可以基于所谓的布洛赫方程(Bloch-Gleichung)计算磁场单元的磁场。所述布洛赫方程描述磁场中的自旋系统的时间发展。以所述方式可以非常好地模拟磁场单元中的磁场。

根据一个实施方式，磁共振断层扫描系统包括建模装置。所述建模装置设计用于为磁共振断层扫描系统提供虚拟样本的建模数据。处理装置在此可以设计用于利用由建模装置提供的建模数据来生成磁场单元的输出信号。通过用于虚拟样本的这种建模数据，可以在磁共振断层扫描系统中对样本进行仿真，而不必通过硬件磁场单元扫描实际中的所述样本。由此一方面可以可复现地多次馈入相同的样本数据。此外，通过这种用于虚拟样本的方案也可行的是，生成和提供在实际中不可用的或仅非常少地可用的样本数据。

根据一个实施方式，建模装置包括存储装置。建模装置的所述存储装置设计用于存储先前测量的或计算的建模数据。建模装置在此可以设计用于读取存储在存储装置中的建模数据并且将其提供给处理装置。以所述方式，例如可以提供先前真实扫描或先前通过对应的仿真或建模生成的样本的建模数据。存储在建模装置的存储装置中的数据在此持久地可用，使得所述建模数据在需要时可以可复现地馈入到系统中。

根据一个实施方式，建模装置包括计算装置。建模装置的所述计算装置设计用于，利用用户输入和/或先前存储的规定来计算建模数据。所述方式在需要时可以通过建模装置自动化地产生和提供期望的建模数据。

根据一个实施方式，建模数据包括人的或动物的身体或器官的参数或特征性的特性。所述特性例如可以包括结合磁共振断层扫描系统中的检查相关的组织特性。除了静态特性之外，也可以规定动态特性，例如在检查期间的液体的流动等。

根据一个实施方式，处理装置设计用于实时地计算和提供磁场单元的输出信号。所述方式可以通过处理装置来模拟硬件磁场单元，其在运转的运行中表现得如相对应的相应的硬件磁场单元一样。由此，这种磁共振断层扫描系统的运行性能对应于具有真实的硬件磁场单元的对应的系统。

根据一个实施方式，至少一个控制装置设计用于在输出接口处提供用于操控磁场单元的信号，所述输出接口对应于至磁共振断层扫描系统的真实磁场单元的接口。处理装置在此可以包括相对应的输入接口。所述输入接口设计用于从至少一个控制装置的输出接口接收用于操控磁场单元的信号。以所述方式，处理装置的接口对应于硬件磁场单元的相对应的接口。因此，通过处理装置模拟的虚拟磁场单元可以以简单的方式结合到在其他方面传统的磁共振断层扫描系统中。

根据一个实施方式，处理装置包括输出接口。所述输出接口设计用于以真实磁场单元的输出信号的形式提供由处理装置计算的输出信号。由此，与上述的在磁场单元的输入侧上的接口类似，磁场单元也可以在输出侧上以简单的方式结合到传统的系统上。

根据一个实施方式，处理装置设计用于，接收作为数字数据的用于操控磁场单元的信号和/或输出作为数字数据的处理装置的输出信号。通过处理装置借助于以数字的形式接收或输出对应的数据的接口的这种耦联，处理装置的特别简单的结合是可行的，而无需耗费的信号变换。

根据一个实施方式，处理装置设计用于，接收呈电信号和/或光学信号的形式的用于操控磁场单元的信号，和/或输出呈电信号和/或光学信号的形式的处理装置的输出信号。电信号在此可以通过对应的接口接收或输出。尤其可以设有例如模数转换器或数模转换器，以便接收或输出模拟输入信号或模拟输出信号。

只要有意义，上述设计方案和改进方案能够任意地彼此组合。本发明的其他设计方案、改进方案和实现方案也包括在上文或在下文中关于实施例所描述的本发明的特征的未明确提及的组合。尤其地，本领域技术人员也可添加单个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

下面根据附图阐述本发明的其他特征和优点。在此示出：

图1示出用于图解说明根据一个实施方式的磁共振断层扫描系统的方框图的示意图；

图2示出用于图解说明根据另一实施方式的磁共振断层扫描系统的方框图的示意图；以及

图3示出用于运行根据一个实施方式的磁共振断层扫描系统的方法所基于的流程图。

具体实施方式

图1示出根据一个实施方式的磁共振断层扫描系统1的方框图的示意图。磁共振断层扫描系统1例如可以包括一个或多个操作位置10。在所述操作位置10处例如可以进行输入，以用于规划和执行借助磁共振断层扫描系统1的检查。为此，在操作位置10处例如可以设有一个或多个单独的输入部段11。此外，在操作位置10处也可以输出借助磁共振断层扫描系统1的检查的结果。为此，在操作位置10处可以设有一个或多个输出部段12。因为所述操作位置10的基本构造与传统的磁共振断层扫描系统1的构造没有区别，所以在此省去进一步的阐述。

基于如例如在操作位置10处进行的输入，随后可以在传统的磁共振断层扫描系统中操控磁场单元。随后，所述磁场单元提供输出信号，从所述输出信号中可以创建待检查的对象的图像数据，并且可以在操作位置10处、尤其在输出部段12处输出或显示所述图像数据。

以相同的方式，在图1中示出的磁共振断层扫描系统1中，也可以首先基于用户输入通过一个或多个控制单元20生成用于磁场单元的操控信号。为此，例如可以从控制装置20接收所规划的检查的数据。随后，基于所述数据可以产生和输出用于操控磁场单元的模拟信号和/或数字信号。

在此，根据图1的磁共振断层扫描系统1与传统的磁共振断层扫描系统的不同之处在于，替代真实的硬件磁场单元，设有用于数字模拟这种磁场单元的处理装置30。用于数字模拟磁场单元的所述处理装置30可以具有与真实的硬件磁场单元的输入和输出接口相对应的输入和输出接口。因此，处理装置30可以以简单的方式替代硬件磁场单元结合到在其他方面传统的磁共振断层扫描系统中。

控制装置20与处理装置30之间的连接例如可以经由数字数据连接来实现。替选地也可行的是，在控制装置20与处理装置30之间交换电信号或必要时光学信号。在所述情况下，在处理装置30中可以设有对应的部件，以便接收由控制装置20提供的信号并且将其转换成数字数据，以用于进一步处理。为此，对于模拟电信号例如可以设有模数转换器等。

以相同的方式，处理装置30可以将输出信号或输出数据提供给评估装置50。在此，在处理装置30与评估装置50之间例如也可以交换数字数据。附加地或替选地，处理装置30和评估装置50可以彼此交换光学信号和/或电信号。如果要在评估装置50处例如提供模拟电信号，则为此在处理装置30中也可以设有对应的部件、例如数模转换器等。

由评估装置50接收的数据和/或信号随后可以由评估装置50处理，以便从中生成图像数据。所述图像数据随后可以在操作位置10处输出或显示。

以所述方式提供磁共振断层扫描系统1，所述磁共振断层扫描系统1为用户提供真实的磁共振断层扫描系统的功能性。然而，在此通过使用用于模拟磁场单元的处理装置30，可以省去真实的硬件磁场单元。

替代真实的硬件磁场单元设有呈处理装置30的形式的虚拟磁场单元的这种系统例如适合于模拟磁共振断层扫描系统以及在此测试和/或检查这种磁共振断层扫描系统的部件，而在此不必采用复杂的和更昂贵的磁场单元。因此，所述部件可以以简单的和成本有利的方式测试和检查，从操作位置起经由用于操控磁场单元和用于评估磁场单元的输出信号的组件直至输出。

此外，具有呈处理装置30的形式的虚拟磁场单元的这种系统也可以用于成本有利的训练系统和培训系统等，因为在此可以省去到目前为止最昂贵的部件、即磁场单元，其中可以为用户提供完全相同的和从而真实的环境。

通过处理装置30模拟的磁场单元的运行和系统性能例如可以利用所谓的布洛赫仿真来计算。这种布洛赫仿真所基于的布洛赫方程描述磁场中的自旋系统的时间发展。因为所述所基于的布洛赫方程在其基本形式上从文献中是已知的，所以为此在这一点上省去更详细的详述。

必要时，先前存储的以测量技术检测的数据、测量序列等也可以用于求取处理装置30的输出信号。附加地或替选地，先前求取的建模或仿真结果也可以存储在处理装置30的存储器中，以及所述所存储的数据可以用于产生处理装置30的输出信号。

此外，处理装置30也可以利用用于虚拟样本的数据生成输出信号。为此，虚拟样本的这种数据可以由建模装置40提供给处理装置30。

例如，先前以测量技术分析的样本的数据可以存储在建模装置40的存储器41中。附加地或替选地也可行的是，先前建模的或仿真的样本的数据存储在建模装置40的这种存储器41中，并且在需要时以适合的形式提供给处理装置30。

此外，在建模装置40中还可以设有计算装置42，所述计算装置42在需要时基于规定、例如用户输入等来计算建模数据。由此，以简单的方式可行的是，基于虚拟样本执行检查。以所述方式尤其也可以创建虚拟样本，而为此不必采用对真实的对象或生物的测量。

以所述方式可行的是，借助于处理装置30和在此提供的虚拟样本对相同的虚拟样本执行多次扫描。在此，由用户预设的参数化例如可以改变。因此，用户可以以简单的方式学习其选择的参数化对相同的虚拟检查对象的影响。

此外也可行的是，通过建模装置40生成以所述方式在实际中不存在或仅存在很少的虚拟样本。通过创建其数据通过建模装置40提供给处理装置30的虚拟样本，借此也可以执行和学习对这种数据的检查。以所述方式模拟纯理论的样本也是可行的。

用于通过建模装置40提供的虚拟样本的数据除了纯静态的样本之外也可以涉及具有动态性能的虚拟样本。例如，在虚拟样本中也可以模拟运动，例如流体、例如血液等的流动。

此外，除了提供本地存储的出自真实的或建模的样本的建模数据以及本地计算建模数据之外也可行的是，从远程服务器、例如云等接收建模数据并且将所述建模数据提供给处理装置30。为此，例如在建模装置40中可以设有对应的通信接口，以用于与远程服务器进行数据交换。

通过处理装置30接收操控信号以及计算和输出输出信号优选地实时地进行。换言之，处理装置30以与通过真实的硬件磁场单元的情况相同的时序特征来提供虚拟磁场单元的输出信号。因此，以所述方式可以相同地模拟真实系统的不仅信号性能而且时序特征。因此，这种系统以与具有实施为硬件的磁场单元的真实系统相同的方式示出给用户。

图2示出根据另一实施方式的磁共振断层扫描系统1的方框图的示意图。根据所述实施方式的磁共振断层扫描系统1与先前描述的实施例的不同之处尤其在于，在此不仅设有硬件磁场单元31而且设有用于模拟虚拟磁场单元的处理装置30。在其他方面相同的系统构造的情况下，可以根据应用情况对应地在硬件磁场单元31与处理装置30之间进行切换。因此，这种系统例如可以用于利用硬件磁场单元31检查真实样本。

替选地，替代硬件磁场单元31，可以切换到处理装置30上。由此例如可以通过建模装置40馈入虚拟样本。

因此，用户例如可以在其习惯的工作位置处通过使用处理装置30以及利用虚拟样本来学习或训练系统性能，或必要时也基于虚拟样本规划未来的检查。在此，在检查真实对象、尤其生物之前，例如可以首先基于虚拟样本测试不同的测量序列。

此外，用于将处理装置30用作虚拟磁场单元的任意其他应用当然也是可行的。虚拟样本同样也可以用于任意应用情况。

对于通过建模装置40创建虚拟样本，原则上任意适合的方案是可行的。如已经详述的那样，先前以测量技术检测的数据例如可以用作基础。例如来自先前执行的用于虚拟模型的仿真或建模的数据同样是可行的。此外，包含先前求取的真实的测量值和所计算的建模构成的任意适合的组合也是可行的。

尤其地，例如也可以为样本规定由用户预设的特性。随后，建模装置40可以基于所述规定创建虚拟样本的对应的建模并且将与此相对应的数据提供给处理装置30。

此外也可行的是，用户先前手动地、自动化地或部分自动化地为待分析的样本创建模型并且将所述模型数据提供给建模装置40。因此，用户特定的和个体化的特别虚拟样本也可以通过磁共振断层扫描系统1来处理。

图3示出用于运行根据一个实施方式的磁共振断层扫描系统1的方法所基于的流程图。原则上，所述方法可以包括如实现上述磁共振断层扫描系统1所需的任意方法步骤。类似地，上述磁共振断层扫描系统1也可以具有如对于实现下面描述的方法所需的任意部件。

在提供步骤S1中，由一个或多个控制装置20生成用于操控磁共振断层扫描系统的磁场单元的信号，并且随后提供所生成的信号。

在处理步骤S2中，由处理装置30接收所述信号。随后在另一步骤S3中，利用接收到的信号计算磁场单元的输出信号。所计算的输出信号可以提供给评估装置50。

最后，在评估步骤S4中，处理由处理装置提供的输出信号并且从中生成图像数据。图像数据可以为用户显示或以任意其他方式输出。

为了在处理装置30中处理操控信号，还可以将虚拟样本的模型数据提供给处理装置30。所述模型数据例如可以基于先前以测量技术检测的真实数据。附加地或替选地，也可以将用于对虚拟样本进行建模的建模或仿真结果提供给处理装置30。

总之，本发明涉及磁共振断层扫描系统，其中磁场单元(英文：Field GenerationUnit，FGU)可以通过数字模拟替代。可以将传统系统的操控信号提供给所述数字模拟。磁场单元的数字模拟输出与硬件磁场单元的输出信号相对应的输出信号。