АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ADAPTIVE CONTROL OF DATA TRANSMISSION RATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в общем, касается устройства, системы, способа и программного обеспечения для адаптивного управления скоростью передачи данных на основе доступного качества сервиса линии связи, в частности для использования с беспроводными катушками магнитно-резонансной визуализации (MRI).
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ряд производителей MRI-систем в настоящее время пытаются разработать полностью беспроводные катушки для MRI. Предпосылкой для создания таких беспроводных MRI-катушек является то, что аналоговый магнитно-резонансный (MR) сигнал (в случае «аналоговой» катушки) или собранные MR-данные (в случае «цифровой» катушки) могут передаваться в систему магнитно-резонансного исследования посредством высокоскоростной беспроводной линии связи.
Беспроводная линия связи имеет определенное качество сервиса (QoS) в отношении характеристик времени задержки и ширины полосы пропускания такой линии. В реальной жизни выполнение беспроводной передачи данных в значительной степени зависит от фактического отклика передачи беспроводного канала, используемого для выполнения передачи данных. Фактический отклик передачи может значительно изменяться в течение относительно малого времени в силу, например, перемещения антенн, вызванного, к примеру, перемещением пациента. Перемещение антенны может приводить к отражению или поглощению в диапазоне радиочастот (FR), что может оказать воздействие на мгновенное значение отношения сигнал-шум (SNR) беспроводного канала. Это может снизить характеристики линии связи, по меньшей мере, временно. Кроме того, шумы от иного (не собственного) оборудования могут также временно снизить характеристики линии связи.
Если число элементов/каналов MRI-катушки увеличивается, требуемая скорость передачи данных MR также увеличивается. Предварительным условием для эффективного использования беспроводных MRI-систем является возможность достижения требуемой скорости передачи данных MR, а также требуемой мощности рассеяния при беспроводной передаче. С учетом доступных в настоящее время беспроводных технологий можно ожидать, что, по меньшей мере, в течение следующих 5-10 лет данные технологии окажутся блокирующим фактором для ряда каналов, которые могли бы быть рационально использованы или связаны с MRI-катушками.
Когда реально существующая технология передачи является блокирующим фактором, предпочтительно, по меньшей мере, извлечь максимум из доступной (изменяющейся) ширины полосы пропускания и времени задержки. Это можно осуществить путем сжатия без потерь с поддержкой MR-сигнала, а также путем сжатия с ограниченными потерями. Однако это все же может оказаться недостаточным для достижения бесперебойной работы беспроводной MRI-системы. Собранные MR-данные должны быть отправлены из MRI-катушки как можно быстрее после их сбора, поскольку хранение MR-данных потребует огромного объема памяти, приводящей к рассеиванию энергии и потреблению объема на MRI-катушке. Дополнительно, при ныне доступных беспроводных технологиях эксплуатационные характеристики линии связи могут упасть ниже определенного минимального порога в некоторые моменты времени, после чего собранные MR-данные будут просто потеряны. Это неприемлемо в плане перспектив MRI. Это даже может потребовать аварийного прерывания MRI-сканирования.
При использовании беспроводной MRI-катушки еще одна проблема, требующая решения, заключается в обеспечении надежного беспроводного управления MR-приемником на MRI-катушке в отношении его настроек во времени. А именно требуется решить проблему обеспечения надежной передачи информации управления на MR-приемник.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении адаптивного управления скоростью передачи данных, позволяющего повысить эксплуатационные характеристики доступной линии связи.
Данная задача может быть решена устройством по п.1 и способом по п.13 формулы изобретения.
Соответственно в первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство. Устройство содержит блок сбора данных, сконфигурированный с возможностью сбора данных обследования, блок связи, сконфигурированный с возможностью передачи данных обследования посредством линии связи и приема информации управления посредством линии связи, а также блок адаптации, сконфигурированный с возможностью адаптации скорости передачи данных обследования на основе доступного качества сервиса линии связи, при этом блок сбора данных и/или блок адаптации сконфигурированы с возможностью управления на основе информации управления. Таким образом, может быть достигнута максимально возможная скорость передачи данных для заданных условий связи. Следовательно, для доступной линии связи можно добиться повышения эксплуатационных характеристик. А именно, можно оптимизировать передачу данных для реально существующего доступного качества сервиса. Дополнительно, нет необходимости в прерывании процедуры сбора данных при неблагоприятных условиях связи. Кроме того, становится возможным дистанционное управление устройством и его блоком сбора данных и/или блоком адаптации с использованием некоторой сети, например с использованием центрального блока управления, передающего информацию управления посредством беспроводной передающей среды.
Во втором аспекте настоящего изобретения блок сбора данных сконфигурирован с возможностью выполнения сжатия данных обследования, а блок адаптации сконфигурирован с возможностью адаптации степени сжатия. Таким образом, для более низкого качества сервиса можно выбрать более высокую степень сжатия и наоборот. Таким образом, при определенном качестве сервиса может быть передан максимально возможный объем информации. Второй аспект можно объединить с первым аспектом.
В третьем аспекте настоящего изобретения блок адаптации сконфигурирован с возможностью выдачи команды блоку сбора данных на невыполнение сжатия или сжатие без потерь данных обследования, если доступное качество сервиса превышает определенный предел, и выдачи команды блоку сбора данных на выполнение сжатия без потерь с более высоким коэффициентом сжатия, чем в случае, когда доступное качество сервиса превышает определенный предел, или сжатия с потерями данных обследования, если доступное качество сервиса равно некоторому пределу или ниже него. Таким образом, сжатия с потерями можно избежать, если доступна соответствующая ширина полосы пропускания. С другой стороны, передача данных может быть не нарушена, если ширина полосы пропускания становится меньше. Третий аспект можно объединить с первым или вторым аспектами.
В четвертом аспекте настоящего изобретения блок адаптации сконфигурирован с возможностью адаптации скорости сбора данных блоком сбора данных. В случае уменьшения доступной ширины полосы пропускания, пропускная способность передачи данных может быть снижена путем уменьшения скорости сбора данных. Таким образом, можно обеспечить непрерывную передачу данных. Четвертый аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В пятом аспекте настоящего изобретения блок адаптации сконфигурирован с возможностью выдачи команды блоку сбора данных на сужение, по меньшей мере, одного окна для сбора данных обследования. Путем сужения окна для сбора данных обследования, в определенный временной интервал будет собран меньший объем данных обследования. Таким образом, пропускная способность передачи данных может быть снижена, что позволяет обеспечить непрерывную передачу данных, несмотря на пониженную ширину полосы пропускания. Пятый аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В шестом аспекте настоящего изобретения блок адаптации сконфигурирован с возможностью адаптации коэффициента сжатия данных обследования, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него, и адаптации скорости сбора данных блоком сбора данных, если доступное качество сервиса равно второму пределу или ниже него. Таким образом, существует возможность использования локальной обратной связи для снижения скорости передачи данных обследования путем увеличения коэффициента сжатия, если такая мера позволяет достичь соответствующего доступного качества сервиса. В случае если доступное качество сервиса является недостаточным даже при максимальном коэффициенте сжатия, можно использовать глобальную обратную связь для замедления сбора данных обследования и/или повторного использования окон для сбора данных с целью снижения скорости передачи данных. Шестой аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В седьмом аспекте настоящего изобретения устройство дополнительно содержит блок буферизации данных, сконфигурированный с возможностью буферизации данных обследования и выдачи скорости заполнения и уровня заполнения, при этом блок передачи данных сконфигурирован с возможностью передачи буферизованных данных, а блок адаптации сконфигурирован с возможностью определения доступного качества сервиса на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выданных блоком буферизации данных. Буферизация данных обследования позволяет получить некоторую гибкость при передаче данных. А именно, данные можно передавать с повышенной скоростью передачи, если мгновенное значение доступной ширины полосы пропускания становится выше, и с меньшей скоростью передачи, если мгновенное значение доступной ширины полосы пропускания становится ниже, вне зависимости от данных по скорости сбора данных в соответствующее время. Седьмой аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В восьмом аспекте настоящего изобретения устройство дополнительно содержит управляющий блок буферизации, сконфигурированный с возможностью буферизации принятой информации управления и обеспечения скорости заполнения и уровня заполнения, а также резервный блок управления, сконфигурированный с возможностью определения доступного качества сервиса на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выданных управляющим блоком буферизации, установления, находится ли доступное качество сервиса ниже некоторого предела резервирования, и управления блоком сбора данных, если установление дало положительный результат, при этом блок сбора данных сконфигурирован с возможностью управления на основе буферизованной информации управления. Это дает возможность управлять одним или несколькими блоками сбора данных или приемниками, когда качество сервиса становится столь низким, что информация управления от дистанционного блока управления в некоторый момент времени теряется. Восьмой аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В девятом аспекте настоящего изобретения устройство представляет собой беспроводную катушку для магнитно-резонансной визуализации. Таким образом, устройство может быть легко встроено в существующую беспроводную систему магнитно-резонансной визуализации. Девятый аспект можно объединить с любым из предшествующих аспектов.
В десятом аспекте настоящего изобретения представлена система. Система содержит, по меньшей мере, одно устройство по любому из предшествующих аспектов, а также устройство управления, сконфигурированное с возможностью передачи информации управления, по меньшей мере, на одно устройство и приема данных обследования, по меньшей мере, от одного устройства. Система обеспечивает улучшенный обмен данными обследования и информацией управления, по меньшей мере, между одним устройством и устройством управления. С другой стороны, можно гарантировать непрерывную передачу данных обследования на устройство управления при сложных условиях связи. В то же время становится возможным надежное (беспроводное) дистанционное управление, по меньшей мере, одним устройством.
В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения устройство управления сконфигурировано с возможностью снижения пропускной способности линии связи, если доступное качество сервиса равно первому порогу или ниже него, а блок адаптации сконфигурирован с возможностью выполнения локального снижения скорости передачи данных, если доступное качество сервиса равно второму порогу или ниже него. Таким образом, в случае, когда качество сервиса удовлетворяет некоторым минимальным условиям, качество изображения может сохраняться, хотя и при меньшей пропускной способности при передаче изображения, а в случае экстремального ухудшения состояния линии связи все же может быть выполнено локальное или автономное снижение скорости передачи данных со снижением качества изображения. Таким образом, нет необходимости в прерывании процедуры сбора данных. Одиннадцатый аспект можно объединить с десятым аспектом.
В двенадцатом аспекте настоящего изобретения система представляет собой систему магнитно-резонансной визуализации, а устройство управления сконфигурировано с возможностью управления скоростью сбора данных, по меньшей мере, одного устройства путем, по меньшей мере, одного из изменения последующих циклов сбора и передачи данных обследования, и изменения тока, подаваемого на катушки градиентного магнитного поля системы магнитно-резонансной визуализации. Это предоставляет иные возможности по снижению последующих требований к ширине полосы пропускания путем снижения скорости сбора данных, что обеспечивает возможность непрерывной передачи данных, несмотря на снижение качества сервиса. Двенадцатый аспект можно объединить с десятым и одиннадцатым аспектами.
В тринадцатом аспекте настоящего изобретения представлен способ. Способ содержит этапы, на которых обеспечивают сбор данных обследования, передают данные обследования посредством линии связи, а также адаптируют скорость передачи данных обследования на основе доступного качества сервиса линии связи. Таким образом, может быть достигнута максимально возможная скорость передачи данных для заданных условий связи. Следовательно, для доступной линии связи можно добиться повышения ее эксплуатационных характеристик. А именно, можно оптимизировать передачу данных при реальном доступном качестве сервиса. Дополнительно, нет необходимости в прерывании процедуры сбора данных при неблагоприятных условиях связи.
В четырнадцатом аспекте настоящего изобретения представлено программное обеспечение. Программное обеспечение содержит средство программного кодирования, обеспечивающее выполнение вычислительным устройством этапов способа по тринадцатому аспекту, когда программное обеспечение реализуется на вычислительном устройстве. Таким образом, могут быть достигнуты те же преимущества, что и при использовании способа по тринадцатому аспекту.
Дополнительные предпочтительные модификации определяются зависимыми пунктами формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает принципиальную схему, иллюстрирующую упрощенную компоновку примерной системы согласно варианту осуществления;
Фиг.2 изображает принципиальную схему, иллюстрирующую пример устройства согласно варианту осуществления;
Фиг.3 изображает принципиальную схему, иллюстрирующую основное расположение примерного контура обратной связи согласно варианту осуществления;
Фиг.4 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую основные этапы примерного способа согласно варианту осуществления;
Фиг.5 изображает пример реализации варианта осуществления на основе программного обеспечения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОДНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 изображает принципиальную схему, иллюстрирующую упрощенную компоновку примерной системы 100 согласно варианту осуществления. Система магнитно-резонансной визуализации (MRI) показана на Фиг.1. Однако последующее описание следует рассматривать как иллюстративное или представляющее собой пример, а не как ограничивающее. Возможны другие области применения, такие как альтернативные виды систем для обследования и визуализации, например рентгеновские системы.
MRI-сканер 110 может включать в себя корпус 112, определяющий в общем цилиндрический туннель 114 сканера, внутри которого может размещаться объект 116 визуализации, такой как тело человека или животного. Катушки 120 для создания основного магнитного поля могут располагаться внутри корпуса 112. Катушки 120 для создания основного магнитного поля могут представлять собой сверхпроводящие катушки, расположенные в кожухе 122 криогенного резервуара. Могут также использоваться резистивные главные магниты. Корпус 112 может также заключать в себе или поддерживать катушки 130 градиента магнитного поля, предназначенные для выборочного создания градиентного магнитного поля в туннеле 114 сканера. Корпус 112 может дополнительно заключать в себе или поддерживать радиочастотную (RF) катушку 132, например, такую как катушка для тела, катушка для головы, поверхностная катушка или иная локальная катушка для выборочного возбуждения магнитного резонанса. Корпус 112 может включать в себя косметическую внутреннюю оболочку 134, определяющую туннель 114 сканера.
Катушки 120 для создания основного магнитного поля могут генерировать основное магнитное поле Bo, силовые линии которого направлены, в общем, параллельно оси цилиндра туннеля 114 сканера. Устройство 140 управления, например, такое как центральное устройство управления, устройство управления MR-исследованием или контроллер MRI, может управлять контроллерами 142 градиентного магнитного поля в целях избирательного возбуждения катушек 130 градиента магнитного поля, а также управлять RF-передатчиком 144, связанным с RF-катушкой 132, для избирательной подачи RF-импульсов возбуждения на объект 116 визуализации. Путем избирательного управления катушками 130 для создания градиентного магнитного поля и RF-катушкой 132, магнитный резонанс может быть сгенерирован и пространственно закодирован, по меньшей мере, на некотором участке интересуемой области объекта 116 визуализации. Путем приложения выбранных градиентов магнитного поля посредством градиентных катушек 130 могут просматриваться выбранные траектории в k-пространстве, например траектория в декартовой системе координат, множество радиальных траекторий, спиральная траектория и т.д.
В процессе сбора данных изображения устройство 140 управления может управлять устройством 150. Устройство 150 может представлять собой радиочастотную приемную катушку, например, такую как беспроводная MRI-катушка или набор подобных локальных катушек. Устройство 150 может располагаться внутри туннеля 114 сканера поблизости от объекта 116 визуализации или в контакте с ним. Оно может питаться от батарей или содержать перезаряжаемый аккумулятор. В то время как на Фиг.1 показана единственная поверхностная катушка, в некоторых случаях практического применения может использоваться множество поверхностных катушек в виде фазированного набора или иной конфигурации. Кроме того, устройство 150 может быть реализовано с помощью других локальных катушек помимо поверхностной катушки. Например, устройство 150 может представлять собой катушку для головы, охватывающую голову, или катушку для коленного сустава и т.д.
Устройство 150 может содержать общую подложку или опору 152, на которой или в которой расположена радиочастотная приемная антенна 154. Хотя и не показано на Фиг.1, устройство 150 может также включать в себя антенну для беспроводной связи с устройством 140 управления. По альтернативному варианту для такой связи может быть использована антенна 154. Антенна 154 может быть настроена на частоту магнитного резонанса, генерируемого сочетанием RF-возбуждения и приложенного магнитного поля Bo, и иметь ширину полосы пропускания, охватывающую, по меньшей мере, полосу пропускания с кодированием частоты магнитного резонанса (MR). Таким образом, антенна 154 может детектировать сгенерированные MR-сигналы. На общей подложке или опоре 152 или в них самих могут располагаться электронные схемы 156. Электронные схемы 156 могут обладать способностью динамического сжатия детектируемых MR-сигналов и иной обработки сигналов, например, такой как аналого-цифровое преобразование, переход на беспроводную или проводную передачу, например, радиочастотную передачу или передачу инфракрасным сигналом, и т.д. В действительности, по меньшей мере, беспроводная передача является передачей с потерями. Дополнительно, электронные схемы 156 способны генерировать MR-данные и выполняют другие функции, которые подробнее описаны ниже. Например, сжатый сигнал может быть оцифрован на устройстве 150 и передан на устройство 140 управления в формате с плавающей точкой или ином цифровом формате, который по существу включает в себя сжатие. Сжатый сигнал может также быть передан на устройство 140 управления совместно с информацией о сжатии, при этом сжатый сигнал может быть восстановлен на устройстве 140 управления с использованием переданной информации о сжатии.
Электронные схемы 156 могут размещаться в блоке электроники. Хотя и не показано на Фиг.1, устройство 150 может размещаться в защитном корпусе или кожухе, заключенном в водостойкий слой, и может включать в себя мягкую прокладку, страховочные ремни и т.д., или может быть сконфигурировано с учетом требований по внешнему виду, безопасности, удобству для пациента и иных соображений.
В поверхностной катушке, представленной в качестве примера устройства 150 на Фиг.1, общая опора 152 представляет собой, в общем, плоскую подложку, а антенна 154 может представлять собой, например, дорожки из меди или иные электропроводящие дорожки, образованные на подложке 152. Электронные схемы 156 могут располагаться на одном или в одном из проводников антенны 154. В компоновках, где антенна 154 определяется кольцами, ступенями или другими неплоскими компонентами, как в случае, например, катушки для головы, катушки для коленного сустава и т.п., электронные схемы 156 могут соответствующим образом располагаться непосредственно на одной или нескольких компонентах антенны, или могут крепиться к ней в качестве отдельной структуры посредством соответствующей дополнительной опорной конструкции.
Устройство 150 может выдавать аналоговый или цифровой электрический или оптический сигнал. Этот сигнал может передаваться на устройство 140 управления посредством беспроводной или проводной линии связи. Например, может использоваться радиочастотная связь или инфракрасная связь. На Фиг.1 в качестве примера представлена беспроводная линия связи. Сигнал, переданный устройством 150, может быть принят антенной, инфракрасным детектором или иным принимающим элементом (не показанным на Фиг.1) устройства 140 управления.
Переданный сигнал может быть принят устройством 140 управления и динамически восстановлен (если он был передан в сжатом формате) для восстановления MR-сигнала, MR-выборок или MR-данных. Устройство 140 управления может демодулировать сигнал и при необходимости выполнить дополнительную обработку для получения MR-данных. MR-данные могут храниться в накопителе 160 MR-данных. MR-данные могут быть реконструированы процессором 162 реконструкции в форму изображения с использованием алгоритма реконструкции на основе преобразования Фурье, алгоритма реконструкции на основе обратной проекции с фильтрацией или иного пригодного алгоритма реконструкции изображения. Реконструированное изображение или изображения, сгенерированные процессором 162 реконструкции, могут храниться в накопителе 164 изображений и могут выводиться на интерфейс 166 пользователя, храниться в постоянной памяти, передаваться через локальную интрасеть или Интернет, просматриваться, накапливаться, подвергаться манипуляциям и т.д. Интерфейс 166 пользователя может обеспечить возможность врачу-радиологу, техническому специалисту или иному оператору MRI-сканера 110 осуществлять связь с устройством 140 управления для выбора, изменения или исполнения последовательных действий MRI-исследования.
Описанная MRI-система 100 является лишь иллюстративным примером. Возможны различные модификации. Например, MRI-сканер 110, как показано на Фиг.1, представляет собой сканер с горизонтальным туннелем. Однако могут быть использованы сканеры по существу любого типа, в том числе, но не только, сканеры с вертикальным туннелем, сканеры с открытым магнитом и т.д. На Фиг.2 показана структурная схема, иллюстрирующая примерное устройство 200 согласно данному варианту осуществления. Устройство 200 соответствует устройству 150, показанному на Фиг.1. Оно может содержать первую антенну 205, соответствующую антенне 154 на Фиг.1, блок 210 сбора данных, например, такой как MR-приемник, блок 215 адаптации и блок 220 передачи данных. Дополнительно, устройство 200 может включать в себя блок 225 буферизации данных, например, такой как память обратного магазинного типа (FIFO), управляющий блок 230 буферизации, например, такой как FIFO-память, а также резервный блок 235 управления. Помимо этого может быть предусмотрена вторая антенна 240. Компоненты 210-235 соответствуют электронным схемам 156, показанным на Фиг.1.
Первая антенна 205 способна детектировать MR-сигналы. Блок 210 сбора данных может обрабатывать MR-сигналы и осуществлять сбор данных обследования, таких как MR-данные, на основе детектированных MR-сигналов. То есть он может служить источником собранных MR-данных. Обработка, выполняемая блоком 210 сбора данных, может включать в себя оцифровывание или дискретизацию MR-сигналов, сжатие полученных MR-выборок и т.д. Собранные данные обследования могут передаваться блоком 220 передачи данных посредством линии связи и приниматься устройством управления, которое не показано на Фиг.2 и соответствует устройству 140 управления, представленному на Фиг.1. Вторая антенна 240 может использоваться для передачи данных обследования. По альтернативному варианту данные обследования могут передаваться посредством первой антенны 205, например, с использованием процедуры мультиплексирования некоторого типа, например, такой как процедура множественного доступа с разделением по частоте (FDMA) или процедура множественного доступа с разделением по времени (TDMA).
Собранные данные могут быть буферизованы в блоке 225 буферизации данных, прежде чем они будут переданы посредством блока 220 передачи данных. Блок 225 буферизации данных может выдавать информацию о скорости заполнения и уровне заполнения. А именно, он может выдавать скорость заполнения и уровень заполнения, указывающие, насколько быстро блок 225 буферизации данных заполняется данными обследования и на сколько процентов он уже заполнен.
Обработка и сбор данных, выполняемые блоком 210 сбора данных, могут регулироваться или адаптироваться блоком 215 адаптации. В частности, скорость передачи данных обследования может адаптироваться на основе доступного качества сервиса (QoS) линии связи, используемой для передачи данных обследования. Например, скорость передачи данных может адаптироваться в зависимости от мгновенного значения доступной ширины полосы пропускания и/или времени задержки линии связи. Блок 215 адаптации может определять доступное качество сервиса на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выданных блоком 225 буферизации данных. Например, высокий уровень заполнения может указывать на низкое доступное качество сервиса, поскольку блок 225 буферизации данных может быть заполнен выше нормы, если ширина полосы пропускания линии связи недостаточна или ее время задержки увеличилось, а потому данные задерживаются в блоке 225 буферизации данных сверх нормы. Кроме того, высокая скорость заполнения может указывать на низкое доступное качество сервиса, поскольку блок 225 буферизации данных может заполняться быстрее, если данные не могут передаваться блоком 220 передачи данных настолько быстро, как обычно, в силу недостаточной ширины полосы пропускания или большого времени задержки линии связи. Даже если это не показано на Фиг.2, блок 215 адаптации также может определять доступное качество сервиса на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выданных управляющим блоком 230 буферизации, как описывается ниже.
Если доступное качество сервиса линии связи является достаточным, специальные меры могут не потребоваться. В этом случае к данным обследования сжатие может не совсем применяться, либо может применяться сжатие без потерь, т.е. может осуществляться нормальный режим работы. Различные подходы для снижения скорости передачи данных обследования могут применяться в том случае, когда доступное качество сервиса является слишком низким, т.е. недостаточным. Эти подходы могут использоваться одновременно, а также могут применяться по отдельности.
Первый подход может заключаться в адаптации коэффициента сжатия или степени сжатия с использованием локального контура обратной связи. Например, коэффициент сжатия может быть увеличен, когда доступное качество сервиса снижается. Если доступное качество сервиса превышает определенный порог или предел, блок 215 адаптации может выдать команду на блок 210 сбора данных не выполнять сжатие или выполнять сжатие без потерь. Если доступное качество сервиса равно определенному пределу или ниже него, блок 215 адаптации может выдать команду блоку 210 сбора данных на выполнение сжатия, пригодного для снижения скорости передачи данных обследования, т.е. сжатия без потерь с более высокой степенью сжатия, или даже сжатия с потерями, что может снизить скорость передачи данных.
Например, блок 210 сбора данных может совсем не выполнять сжатие, если доступное качество сервиса превышает первый предел, и выполнять сжатие без потерь или сжатие с потерями, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него. По альтернативному варианту, блок 210 сбора данных может выполнять сжатие без потерь с определенным коэффициентом сжатия, если доступное качество сервиса превышает первый предел, и выполнять сжатие с потерями или сжатие без потерь с коэффициентом сжатия выше определенного коэффициента сжатия, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него. Дополнительно, блок 210 сбора данных может не выполнять сжатие, если доступное качество сервиса превышает первый предел, выполнять сжатие без потерь с определенным коэффициентом сжатия, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него, но выше второго предела, а также выполнять сжатие без потерь с коэффициентом сжатия, превышающим определенный коэффициент сжатия, или сжатие с потерями, если доступное качество сервиса равно второму пределу или ниже него. По альтернативному варианту, блок 210 сбора данных может выполнять сжатие без потерь с определенным коэффициентом сжатия, если доступное качество сервиса превышает первый предел, выполнять сжатие без потерь с коэффициентом сжатия, превышающим определенный коэффициент сжатия, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него, но выше второго предела, а также выполнять сжатие с потерями, если доступное качество сервиса равно второму пределу или ниже него. Кроме того, блок 210 сбора данных может не выполнять сжатие, если доступное качество сервиса превышает первый предел, выполнять сжатие без потерь с определенным коэффициентом сжатия, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него, но выше второго предела, выполнять сжатие без потерь с коэффициентом сжатия, превышающим определенный коэффициент сжатия, если доступное качество сервиса равно второму пределу или ниже него, но выше некоторого третьего предела, а также выполнять сжатие с потерями, если доступное качество сервиса равно третьему пределу или ниже него.
Как описано выше, может существовать множество рабочих режимов, зависящих от доступного качества сервиса, с соответствующими границами между смежными рабочими режимами. Выше описаны четыре возможных рабочих режима и три возможных предела. Однако данное описание является лишь примером. Более совершенные технологии могут определять большее число рабочих режимов и соответствующих пределов качества сервиса. Например, может существовать множество рабочих режимов, в которых выполняются сжатия без потерь с различными коэффициентами сжатия, и/или множество рабочих режимов, в которых выполняются сжатия с потерями с различными коэффициентами сжатия, с соответствующими границами между смежными рабочими режимами. Путем определения таких дополнительных рабочих режимов и пределов, рабочий режим сжатия без потерь и/или рабочий режим сжатия с потерями, описанные выше, могут разделяться на подрежимы.
Первый подход потенциально может быть автономным, т.е. локально примененным к устройству 200 без необходимости подачи каких-либо команд с дистанционного устройства, такого как устройство 140 управления. Он может обеспечить по существу мгновенное снижение скорости передачи данных. Сжатие может применяться к данным обследования перед подачей их из блока 210 сбора данных в блок 225 буферизации данных. Сжатие с потерями может выполняться, например, путем удаления младших битов из данных обследования, снижения частоты дискретизации с усреднением и т.д. В устройство 140 управления может поступать информация о действительном коэффициенте сжатия, что может быть выполнено позднее и может быть достигнуто, например, путем передачи информации о сжатии совместно со сжатыми данными обследования. Таким образом, может иметь место скорректированный повторный сбор данных обследования. Такой повторный сбор может задаваться командой с устройства 140 управления и выполняться блоком 210 сбора данных. Дополнительно, пользователь может быть проинформирован или уведомлен, если порог качества изображения не обеспечен. Например, может выдаваться некоторое предупреждающее сообщение или некоторый звуковой сигнал посредством интерфейса 166 пользователя.
Второй подход к снижению скорости передачи данных обследования может заключаться в изменении последующих циклов сбора и передачи данных обследования, если доступное качество сервиса линии связи является слишком низким, т.е. линия связи не способна передавать собранные данные обследования своевременно. В этом случае объем данных обследования, собранных в определенный период времени, т.е. скорость сбора данных, можно уменьшить с целью обеспечения возможности передачи собранных данных обследования при доступном качестве сервиса. Второй подход может быть использован, например, если доступное качество сервиса является недостаточным даже при максимальном коэффициенте сжатия. Например, в каждой из вышерассмотренных компоновок, имеющих множество рабочих режимов и пределов качества сервиса, может быть предусмотрен дополнительный предел в области нижнего предела самого низкого режима работы, при этом второй подход может использоваться, если доступное качество сервиса равно этому дополнительному пределу или ниже него. Если присутствует только первый предел, дополнительный второй предел в области нижнего предела режима работы может быть определен ниже первого предела. Если существуют первый и второй пределы, может быть установлен дополнительный третий предел в области нижнего предела режима работы ниже второго предела. Если имеются пределы с первого по третий, может быть определен дополнительный четвертый предел в области нижнего предела режима работы ниже третьего предела. Если имеется более трех рабочих режимов, то может быть установлен дополнительный предел в области нижнего предела режима работы ниже соответствующего последнего предела.
Согласно первому альтернативному варианту, скорость сбора данных обследования может быть снижена, например, путем закрытия окна для сбора данных обследования и, позднее, при необходимости повторного сбора потерянных данных обследования. А именно, блок 215 адаптации может выдать команду блоку 210 сбора данных на закрытие окна для сбора данных обследования. Это может быть выполнено в ответ на решение, принятое локально (например, блоком 215 адаптации), или по соответствующей команде от устройства 140 управления. Таким образом, скорость последующей передачи данных может быть снижена путем сбора меньшего объема данных обследования. В этой связи следует принять меры к поддержанию управления спиновым состоянием, что требуется для MR-визуализации. А именно, следует обеспечить продолжение последовательности MR-импульсов. Если окно для сбора данных обследования было закрыто, оно не обязательно должно быть повторно задействовано или использовано снова. Обязательность повторного использования закрытого окна для сбора данных обследования может зависеть от текущей ситуации. Например, если выполняется детальное обследование человеческого органа, например, такого как печень или почки, может быть необходимо повторно использовать закрытое окно для сбора данных обследования. В других случаях такой необходимости может не существовать. Решение о необходимости повторного использования закрытого окна для сбора данных обследования может приниматься устройством 140 управления, т.е. с использованием глобального контура обратной связи.
Второй альтернативный вариант для снижения скорости сбора данных может заключаться в регулировании градиентов магнитного поля и/или времени сбора данных. Одна из возможностей состоит в ослаблении или понижении тока, подаваемого на катушки 130 для создания градиентного магнитного поля, при сохранении управления спиновым состоянием. Это можно достичь соответственно путем управления контроллерами 142 градиентом магнитного поля. А именно устройство 140 управления может выдать команду на контроллеры 142 градиента магнитного поля по снижению подачи тока на катушки 130 градиентного магнитного поля. Это может привести к более медленному возбуждению ядер в объекте 116 визуализации, а значит более продолжительному циклу сбора данных. Таким образом, для сбора серии данных обследования может потребоваться больше времени. Следовательно, сбор данных может быть замедлен, а скорость сбора данных или скорость передачи данных может быть снижена.
С использованием одного или обоих вышеописанных альтернативных вариантов, т.е. ослабления или снижения тока и/или последующих потоков данных, необходимая ширина полосы пропускания для линии связи может быть уменьшена путем увеличения времени на сканирование без каких-либо иных побочных эффектов. В более сложной ситуации второй подход может позволить осуществлять непрерывное сканирование с постепенным снижением качества изображения. Таким образом, может быть обеспечен непрерывный поток операций, исключая необходимость в прерывании работы системы 100 или MRI-сканера 110. Пользователь может быть проинформирован о снижении качества изображения, например, путем передачи действительного коэффициента сжатия также на уровень пользователя, и указания об этом, например, на интерфейсе 166 пользователя. Качество изображения может снова повыситься, когда доступное качество сервиса линии связи позволит это сделать.
Глобальный контур обратной связи может использоваться для снижения пропускной способности линии связи, так чтобы качество изображения могло поддерживаться, хотя и при пониженной пропускной способности по передаче изображения. Локальный контур обратной связи в этом случае может быть использован только в случае экстремального снижения качества линии связи. Другими словами, устройство 140 управления может уменьшить пропускную способность линии связи, когда доступное качество сервиса меньше или равно первому пределу или порогу, но выше второго предела или порога. Это достигается путем снижения скорости передачи данных, например, согласно вышеописанной второй опции, т.е. путем регулирования градиентов магнитного поля и/или синхронизации сбора данных. С другой стороны, блок 215 адаптации может выполнять локальное или автономное снижение скорости передачи данных, если доступное качество сервиса равно второму порогу или ниже него. Это достигается путем снижения скорости передачи данных, например, согласно вышеописанному первому альтернативному варианту, т.е. путем закрытия окна для сбора данных обследования.
Когда применяется как первый, так и второй подход, первый подход может использоваться, если доступное качество сервиса меньше или равно определенному порогу или пределу, а второй подход может использоваться, если доступное качество сервиса меньше или равно дополнительному порогу или пределу. Определенный предел может представлять собой, например, первый предел, выше которого выполняется нормальный режим работы. Дополнительный предел может быть ниже, чем определенный предел, и соответствовать, например, вышеописанному дополнительному пределу, используемому для запуска второго подхода. То есть блок 215 адаптации может адаптировать коэффициент сжатия или степень сжатия данных обследования, если доступное качество сервиса равно определенному пределу или ниже него, а также адаптировать скорость сбора данных блока 210 сбора данных, если доступное качество сервиса равно дополнительному пределу или ниже него.
Например, дополнительный предел может быть ниже, чем определенный предел. Если доступное качество сервиса выше определенного предела, оно может являться достаточным. В этом случае специальные меры могут не потребоваться. Таким образом, сжатие данных обследования может не выполняться вовсе, или может выполняться сжатие без потерь. Если доступное качество сервиса равно определенному пределу или ниже него, но выше дополнительного предела, оно может оказаться недостаточным. Однако сжатие без потерь с более высоким коэффициентом сжатия или даже сжатие с потерями в отношении данных обследования может быть приемлемым. Следовательно, может выполняться сжатие с потерями или сжатие без потерь с более высоким коэффициентом сжатия, чем в случае достаточного доступного качества сервиса. А именно, может применяться первый подход. Если доступное качество сервиса равно дополнительному пределу или ниже него, оно может оказаться недостаточным даже при максимальном коэффициенте сжатия. Таким образом, может использоваться второй подход для замедления сбора данных и/или повторного использования окон для сбора данных. Например, блок 210 сбора данных может не выполнять сжатие, если доступное качество сервиса превышает первый предел, выполнять сжатие без потерь, если доступное качество сервиса равно первому пределу или ниже него, но выше второго предела, выполнять сжатие с потерями, если доступное качество сервиса равно второму пределу или ниже него, но выше третьего предела, а также закрывать окна для сбора данных обследования, если доступное качество сервиса равно третьему пределу или ниже него. По альтернативному варианту, скорость сбора данных может быть снижена путем регулирования градиентов магнитного поля и/или синхронизации сбора данных, если доступное качество сервиса равно третьему пределу или ниже него. Кроме того, можно представить и другие схемы. Например, дополнительный предел может быть выше, чем определенный предел.
Следовательно, существует возможность использования локальной обратной связи при первом подходе для снижения скорости передачи данных исследования путем увеличения коэффициента сжатия, если подобная мера может позволить достичь достаточного доступного качества сервиса. В том случае, когда доступное качество сервиса является недостаточным даже при максимальном коэффициенте сжатия, глобальная обратная связь согласно второму подходу может использоваться для замедления сбора данных обследования и/или повторного использования окон для сбора данных с целью снижения скорости передачи данных.
Блок 220 передачи данных может не только передавать данные обследования, но также принимать данные управления посредством второй антенны 240 или первой антенны 205. Данные управления могут применяться для управления, например, блоком 210 сбора данных или блоком 215 адаптации. Они могут передаваться устройством управления, таким как устройство 140 управления, и могут быть буферизованы в управляющем блоке 230 буферизации перед их применением в целях управления. Управляющий блок 230 буферизации может выдавать скорость заполнения и уровень заполнения. То есть он может выдавать скорость заполнения и уровень заполнения, указывающие, насколько быстро управляющий блок 230 буферизации заполняется данными управления и на какой процент он уже заполнен.
Резервный блок 235 управления может обеспечить продолжение работы блока 210 сбора данных или множества блоков сбора данных в том же цикле сбора данных, в котором они пребывали до потери связи. А именно, резервный блок 235 управления может принять на себя управление, если качество сервиса линии связи становится столь низким, что по линии связи данные управления приниматься не могут. Таким образом, в этом случае может гарантироваться непрерывное сканирование. Управление, выполняемое резервным блоком 235 управления, может определяться данными управления в управляющем блоке 230 буферизации, которые были получены до потери связи, подобно способу «повторения сценария». Например, может быть повторена предшествующая последовательность MR-импульсов. Таким образом, можно достичь непрерывного сканирования. За счет того, что управляющий блок 230 буферизации уже загружен последующими данными управления, можно справиться, по меньшей мере, с короткими прерываниями связи. Для оповещения системы MR-обследования о потенциальном автономном управлении, выполняемом с помощью резервного блока 235 управления, эти данные управления могут передаваться по каналу обратной связи на систему MR-обследования, например, устройство 140 управления, по тому же пути, который используется для передачи данных обследования.
Резервный блок 235 управления может определять доступное качество сервиса или ширину полосы пропускания линии связи на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выдаваемых управляющим блоком 230 буферизации. Даже если не показано на Фиг.2, это также может быть выполнено на основе скорости заполнения и уровня заполнения, выдаваемых блоком 225 буферизации данных. Дополнительно, резервный блок 235 управления может определять или устанавливать на основе скорости заполнения и уровня заполнения, находится ли доступное качество сервиса линии связи на уровне ниже порога или предела резервирования, и управлять блоком 210 сбора данных и/или блоком 215 адаптации, если результат установления является утвердительным или положительным. То есть в случае достаточного качества сервиса, данные управления из центрального блока управления, такого как блок 140 управления, могут использоваться для определения установочных параметров блока 210 сбора данных и/или блока 215 адаптации, а в случае недостаточного качества сервиса, для определения этих установочных параметров могут использоваться данные управления, обеспеченные резервным блоком 235 управления. Предел резервирования может соответствовать вышеописанному дополнительному пределу, используемому для включения второго подхода, или может отличаться от него.
Резервный блок 235 управления может сообщаться с блоком 215 адаптации с целью выбора между 1) полным закрытием окон для сбора данных обследования (в случае экстремального ухудшения качества линии связи), 2) выполнением сжатия без потерь/с потерями (в случае умеренного ухудшения качества линии связи), а также 3) нормальным режимом работы (в случае отсутствия ухудшения качества линии связи). В случае использования резервного блока 235 управления, он может возобновить использование (прежнего) окна для сбора данных обследования, если линия связи не способна своевременно передать собранные данные обследования и/или данные управления для следующего окна сбора данных обследования. Это может позволить снизить скорость передачи данных без урегулирования градиентов магнитного поля и/или синхронизации сбора данных, каждое из которых может изменить содержание изображения, в частности контрастность изображения, и повлиять на диагностическую ценность, иную, чем качество изображения (SNR и разрешение).
Фиг.3 изображает структурную схему, представляющую основное расположение 300 примерных контуров обратной связи согласно варианту осуществления. Компоненты 310, 325, 330 и 335 соответствуют компонентам 210, 225, 230 и 235, показанным на Фиг.2. А именно, ссылочная позиция 310 обозначает блок сбора данных или приемник, ссылочные позиции 325 и 330 обозначают блоки буферизации данных и управляющий блок буферизации, служащие «резиновой полосой», а ссылочная позиция 335 обозначает резервный блок управления или способ управления одним или несколькими блоками сбора данных или приемниками, когда качество сервиса становится столь низким, что в некоторый момент данные управления из центрального блока управления теряются. Ссылочная позиция 345 обозначает действительную (беспроводную) связь с потерями или среду передачи, т.е. линию связи. Ссылочная позиция 350 обозначает управление экспериментом, т.е. систему сбора данных, которая может управлять экспериментом, таким как MR-эксперимент, и способна при необходимости его замедлить для снижения последующих требований к ширине полосы пропускания передачи данных с потерями средой связи. Это управление экспериментом соответствует устройству 140 управления на Фиг.1.
Ссылочная позиция 335 обозначает локальный контур обратной связи, а ссылочная позиция 360 обозначает глобальный контур обратной связи. Как ясно из Фиг.3, локальный контур 355 обратной связи может продолжаться от блока 325 буферизации данных до блока 310 сбора данных. В локальном контуре 355 обратной связи способ сжатия и/или коэффициент сжатия могут определяться на основе уровня заполнения и скорости заполнения, выдаваемых блоком 325 буферизации данных, а также данных обратной связи, поступающих на блок 310 сбора данных. Как следует из Фиг.3, глобальный контур 360 обратной связи может продолжаться от блока 325 буферизации данных до блока 350 управления экспериментом. Он частично перекрывает локальный контур 355 обратной связи на Фиг.3, поскольку оба этих контура обратной связи могут использоваться одновременно. В глобальном контуре 360 обратной связи меры, по меньшей мере, для мгновенного снижения скорости сбора данных могут определяться на основе уровня заполнения и скорости заполнения, выдаваемых блоком 325 буферизации данных, а также данных обратной связи, поступающих на блок 350 управления экспериментом с целью снижения последующих требований к ширине полосы пропускания.
На Фиг.4 показана блок-схема алгоритма, представляющая основные этапы примерного способа согласно варианту осуществления. Способ содержит этап S410, на котором осуществляют сбор данных обследования, этап S420, на котором передают данные обследования посредством линии связи, а также этап S430, на котором адаптируют скорость передачи данных обследования на основе доступного качества сервиса линии связи.
На Фиг.5 показан пример реализации варианта осуществления на основе программного обеспечения. Здесь устройство 500 содержит блок (510) обработки данных (PU), который может быть выполнен на одном кристалле или модуле чипа и может представлять собой процессорное или вычислительное устройство с блоком управления, который осуществляет управление на основе системных программ программы управления, хранящейся в накопителе 520 (MEM). Команды программного кода вызываются из MEM 520 и загружаются в блок управления PU 510 для выполнения этапов обработки, таких как описаны в связи с Фиг.4. Этапы обработки, реализуемые блоками S410-S430, могут выполняться на основе входных данных DI и могут генерировать выходные данные DO, при этом входные данные DI могут соответствовать, например, некоторому сигналу, такому как MR-сигнал, а выходные данные DO могут соответствовать, например, параметрам настройки блока сбора данных.
Таким образом, настоящее изобретение касается контура обратной связи, управляющего скоростью передачи данных, который способен оценить действительное мгновенное значение доступного качества сервиса линии связи для передачи данных и управлять скоростью передачи данных на основе результатов оценки. Управление с обратной связью может быть как локальным в отношении устройства для сбора данных обследования, например, такого как катушка для магнитно-резонансной визуализации, так и по линии связи, путем снижения скорости передачи данных, по меньшей мере, мгновенного, для соответствия рабочим характеристикам линии связи во времени, обеспечивая возможность постепенного снижения качества изображения при пониженных скоростях передачи данных.
В то время как настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие объяснения и описание следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не накладывающие ограничения. Изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления. Например, рассмотренное решение по адаптации скорости передачи данных было описано конкретно в отношении MRI-систем, в которых используются беспроводные MRI-катушки. Однако следует понимать, что изобретение может применяться в отношении других типов систем, в которых используется беспроводная связь, например, альтернативных типов систем для проведения обследования или визуализации, например, таких как рентгеновские системы. Оно может найти применение даже в других областях техники и в проводной связи.
При практическом использовании заявленного изобретения специалисты в данной области техники смогут увидеть и реализовать возможные изменения раскрытого варианта осуществления на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает наличия множества. Единственный процессор или иной блок может выполнять функции нескольких блоков, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что определенные единицы перечислены в отличающихся между собой зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что объединение этих единиц не может быть использовано с преимуществом.
Программное обеспечение, способное управлять процессором для реализации заявленных признаков, может храниться/распространяться в соответствующей среде, такой как оптическая среда хранения данных или твердотельная среда, поставляемой совместно с другим аппаратным обеспечением или как его часть, но может также распространяться и в других формах, например, через Интернет или иные беспроводные или проводные телекоммуникационные системы. Оно может использоваться совместно с новой системой, например, такой как MRI-система, или другой системой визуализации, но может также применяться при доработке или совершенствовании существующих систем с целью обеспечения возможности реализации ими заявленных признаков.
Программный продукт для вычислительного устройства может содержать участки кода программного обеспечения для выполнения, например, этапов обработки данных, таких как описаны в связи с Фиг.4, когда компьютерный программный продукт работает с вычислительным устройством. Компьютерный программный продукт может дополнительно содержать машиночитаемую среду, в которой хранятся участки кода программного обеспечения, например, такую как оптическая среда хранения данных или твердотельная среда.
Любой из ссылочных знаков в формуле изобретения не должен рассматриваться как ограничивающий объем ее притязаний.