用于向梯度放大器供电的系统和方法技术方案

提供了一种用于向梯度放大器供应电力的方法，所述梯度放大器驱动用于磁共振成像系统的梯度线圈。所述方法包括至少部分地基于梯度线圈模型来预测驱动梯度线圈进行扫描所需的梯度电压。所述方法进一步包括至少部分地基于所预测的梯度电压来计算电源的电压设定点。所述方法进一步包括至少部分地基于所计算的电压设定点经由电源向梯度放大器提供电力。梯度线圈模型至少部分地基于在扫描之前采集的历史数据。

System and Method for Power Supply to Gradient Amplifier

A method for supplying power to gradient amplifiers driving gradient coils for magnetic resonance imaging systems is provided. The method includes predicting the gradient voltage required to drive the gradient coil for scanning at least partially based on the gradient coil model. The method further includes calculating the voltage setting point of the power supply at least partially based on the predicted gradient voltage. The method further includes supplying power to the gradient amplifier via a power supply based at least in part on the calculated voltage setting point. The gradient coil model is based at least in part on historical data collected before scanning.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于向梯度放大器供电的系统和方法相关申请案的交叉引用本申请主张于2016年5月24日递交的美国专利申请15/163193的优先权，该专利以引用方式全文并入本文中。
技术介绍
本专利技术的实施例总体上涉及超导磁体，并且更具体来说，涉及一种用于向梯度放大器供电的系统和方法。磁共振成像(“MRI”)是一种被广泛接受和可商购获得的技术，用于获得表示具有对核磁共振(“NMR”)敏感的大量原子核群体的物体的内部结构的数字化视觉图像。“、许多MRI系统使用超导磁体来在待成像物体中的原子核上施加强主磁场。在特征NMR(拉莫尔)频率下，原子核被射频(“RF”)信号激发。通过在空间上干扰物体周围的局部磁场和在受激质子放松回其较低能量正常状态时分析来自原子核的所得RF回应，产生和显示这些原子核回应的映射或图像作为其空间位置的函数。原子核回应的图像提供了物体内部结构的非侵入性视图。许多MRI利用梯度放大器来驱动梯度线圈，所述梯度线圈产生磁场梯度，以用于对嵌入在RF回应内的采集信号进行空间编码。在这种MRI中，梯度放大器通常通过切换电子拓扑来调制功率输入电压而产生梯度信号/波形。碰巧的是，许多梯度放大器在它们的拓扑中利用开关装置，在此也称为“开关”，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)和/或绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)。然而，这种开关常常经历两种类型的功率损耗，即传导损耗和开关损耗。当开关处于闭合状态时发生传导损耗，所述闭合状态为例如电流流过开关的物理状态，与断开状态相反，所述断开状态为例如电流无法流过开关的物理状态。开关损耗在开关改变物理状态，例如从闭合到断开和/或从断开到闭合，所花费的时间量期间发生。在许多梯度放大器中，梯度放大器在给定时间段内损耗的总电功率量可以通过对梯度放大器所利用的开关的传导损耗和开关损耗求和来估算。因此，为了适当地驱动梯度线圈，许多梯度放大器需要的功率供应大于在没有传导和开关损耗的情况下所需的功率供应。然而，增加的供应功率大小增加了MRI的操作成本，并且增加了梯度放大器产生的热量。因此，需要一种改进的用于向梯度放大器供应电力的系统和方法，从而减小所供应功率的大小。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种用于向梯度放大器供应电力的方法，所述梯度放大器驱动用于磁共振成像系统的梯度线圈。所述方法包括至少部分地基于梯度线圈模型来预测驱动梯度线圈进行扫描所需的梯度电压。所述方法进一步包括至少部分地基于所预测的梯度电压来计算电源的电压设定点。所述方法进一步包括至少部分地基于所计算的电压设定点经由电源向梯度放大器提供电力。梯度线圈模型至少部分地基于在扫描之前采集的历史数据。在另一个实施例中，提供了一种用于磁共振成像系统的梯度驱动器。所述梯度驱动器包括梯度放大器和控制器。梯度放大器被配置为驱动磁共振成像系统中的梯度线圈。控制器被配置为与至少部分地基于电压设定点向梯度放大器提供电力的电源进行电子通信，并且至少部分地基于驱动梯度线圈进行扫描所需的梯度电压来计算电压设定点。控制器进一步被配置为至少部分地基于从历史数据导出的梯度线圈模型来预测梯度电压。在又一个实施例中，提供了一种磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括磁体组件、梯度放大器、电源和MRI控制器。磁体组件包括梯度线圈。梯度放大器被配置为驱动梯度线圈。电源被配置为至少部分地基于电压设定点向梯度放大器提供电力。MRI控制器被配置为与电源进行电子通信，并且至少部分地基于驱动梯度线圈进行扫描所需的梯度电压来计算电压设定点。MRI控制器进一步被配置为至少部分地基于从历史数据导出的梯度线圈模型来预测梯度电压。附图说明参考附图阅读以下对非限定性实施例的描述可以更好地理解本专利技术，其中：图1是根据本专利技术实施例的包括一个或多个梯度放大器的示例性MRI系统的方块图；图2是图1的MRI系统的磁体组件的示意性横截面视图；图3是根据本专利技术实施例的梯度驱动器的方块图，所述梯度驱动器包括代表图1的一个或多个梯度放大器的梯度放大器；图4是描绘图1的一个或多个梯度放大器中的开关和传导功率损耗的曲线图；和图5是描绘根据本专利技术实施例的利用图3的梯度驱动器向图1的一个或多个梯度放大器供应电力的方法的流程图。具体实施方式下文将参考本专利技术的示例性实施例来详述，这些示例性实施例的示例将参考附图进行说明。在可能的情况下，附图中所用的相同参考字符是指相同或类似的部分，而不重复描述。本说明书中所用的术语“基本上”、“大体上”和“大约”是指相对于适用于实现部件或组件功能的理想所需条件，在可合理实现的制造和组装公差内的条件。本说明书中所用的“电耦合”、“电连接”和“电通信”意味着所提及的元件直接或间接连接，使得电流可以从一个流到另一个。连接可包括直接导电连接，即，没有介入的电容、电感或有源元件，电感连接，电容连接和/或任何其他适宜的电连接。可存在介入部件。此外，虽然关于MRI系统描述了本文公开的实施例，但是应理解，本专利技术的实施例可适用于其他成像系统，和/或利用电放大器来调制电信号的其他装置。此外，如将理解的，本专利技术关于成像系统的实施例可用于分析动物组织和通常来说组织运动，并且不限于人体组织和血流。参考图1，示出了并入本专利技术的一个实施例的MRI系统10的主要部件。系统10的操作由操作员控制台12控制，所述操作员控制台包括键盘或其他输入装置14、控制面板16和显示屏18。控制台12通过链路20与单独计算机系统22通信，从而使操作员能够控制显示屏18上的图像的产生和显示。计算机系统22包括多个模块，所述模块通过背板24彼此通信。这些模块包括图像处理器模块26、CPU模块28和存储器模块30，所述存储器模块可包括用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。计算机系统22通过高速串行链路34与单独的系统控件或控制单元32通信。输入装置14可包括鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触控屏幕、光棒、语音控件或任何类似或等效的输入装置，并且可用于交互式几何指示。计算机系统22和MRI系统控件32共同形成“MRI控制器”36。MRI系统控件32包括通过背板38连接在一起的一组模块。这些模块包括CPU模块40和脉冲发生器模块42，所述脉冲发生器模块通过串行链路44连接到操作员控制台12上。系统控件32通过链路44从操作员接收指令，以指示出待执行的扫描顺序。脉冲发生器模块42运行系统部件以执行所需的扫描序列并产生数据，所述数据指示出所产生的RF脉冲的定时、强度和形状以及数据采集窗口的定时和长度。脉冲发生器模块42连接到一组梯度放大器46以指示出在扫描期间产生的梯度脉冲的定时和形状。脉冲发生器模块42也可从生理采集控制器48接收患者数据，所述生理采集控制器从连接到患者的多个不同传感器接收信号，诸如来自附接到患者的电极的ECG信号。并且最终，脉冲发生器模块42连接到扫描室接口电路50上，所述扫描室接口电路从与患者的状态相关联的各传感器以及磁体系统接收信号。患者定位系统52还通过扫描室接口电路50接收命令以将患者移动到所需位置进行扫描。脉冲发生器模块42操作梯度放大器46以实现在扫描期间产生的梯度脉冲的期望定时和形状。脉冲发生器模块42产生的梯度波形施加到具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系统46。每个梯度放大器促使通常标记为54的梯度线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向梯度放大器供应电力的方法，所述梯度放大器驱动用于磁共振成像系统的梯度线圈，所述方法包括：至少部分地基于梯度线圈模型来预测驱动所述梯度线圈进行扫描所需的梯度电压；至少部分地基于所预测的所述梯度电压来计算电源的电压设定点；至少部分地基于所计算的所述电压设定点经由所述电源向所述梯度放大器提供电力；和其中所述梯度线圈模型至少部分地基于在所述扫描之前采集的历史数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.24 US 15/163,1931.一种用于向梯度放大器供应电力的方法，所述梯度放大器驱动用于磁共振成像系统的梯度线圈，所述方法包括：至少部分地基于梯度线圈模型来预测驱动所述梯度线圈进行扫描所需的梯度电压；至少部分地基于所预测的所述梯度电压来计算电源的电压设定点；至少部分地基于所计算的所述电压设定点经由所述电源向所述梯度放大器提供电力；和其中所述梯度线圈模型至少部分地基于在所述扫描之前采集的历史数据。2.根据权利要求1所述的方法，其中至少部分地基于梯度模型来预测驱动所述梯度线圈进行扫描所需的梯度电压包括：至少部分地基于代表性线圈电流波形和所述梯度线圈模型来计算电压波形。3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：改变所述代表性线圈电流波形；和预测驱动所述梯度线圈进行后续扫描所需的后续梯度电压。4.根据权利要求2所述的方法，其中至少部分地基于梯度线圈模型来预测驱动所述梯度线圈进行扫描所需的梯度电压包括：至少部分地基于所计算的所述电压波形来计算最大电压。5.根据权利要求4所述的方法，其中至少部分地基于所预测的所述梯度电压来计算电源的电压设定点包括：至少部分地基于补偿电压来调整所计算的所述最大电压。6.根据权利要求1所述的方法，其中至少部分地基于所计算的所述电压设定点经由所述电源向所述梯度放大器提供电力发生在所述扫描开始之前。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述梯度线圈模型至少部分地基于梯度线圈阻抗因数。8.一种用于磁共振成像系统的梯度驱动器，所述梯度驱动器包括：梯度放大器，所述梯度放大器被配置为驱动所述磁共振成像系统中的梯度线圈；控制器，所述控制器被配置为与至少部分地基于电压设定点向所述梯度放大器提供电力的电源进行电子通信，并且至少部分地基于驱动所述梯度线圈进行扫描所需的梯度电压来计算所述电压设定点；和其中所述控制器进一步被配置为至少部分地基于从历史数据导出的梯度线圈模型来预测所述梯度电压。9.根据权利要求8所述的梯度驱动器，其中所预测的所述梯度电压至少部分地基于由所述控制器至少部分地基于代表性线圈电流波形和所述梯...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·韦扎，M·J·弗里曼，S·S·A·阿里，D·J·林克，M·T·罗斯，T·S·西维尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US