用于驱动梯度线圈的梯度放大器系统及配置方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于驱动梯度线圈的梯度放大器系统及其配置方法。所述梯度放大器系统包括：用于驱动通过所述梯度线圈的梯度电流的梯度放大器，其中，所述梯度放大器还包括梯度滤波器；控制器，其耦合到所述梯度放大器以用于控制所述梯度线圈中的所述梯度电流；反馈回路，其用于仅将所述梯度线圈中的所述梯度电流反馈到所述控制器，其中，仅基于所述梯度线圈中的所述梯度电流来配置所述控制器，并且其中，所述梯度滤波器的滤波器参数被调节，以实现表示所述梯度放大器系统(21)的期望性能的预定极点与同所述控制器相关联的有理传递函数的实际极点之间的最小偏移。

Gradient amplifier system and method for driving a gradient coil

The invention relates to a gradient amplifier system for driving a gradient coil and a configuration method thereof. Including the gradient amplifier system is used to drive the gradient amplifier, the gradient current of the gradient coil wherein the gradient amplifier also includes a gradient filter; the controller, which is coupled to the gradient amplifier for the gradient current control of the gradient coil; feedback loop, which is used for only the the gradient of the gradient coil current feedback to the controller, in which only the current gradient of the gradient coil based on the configuration of the controller, and the filter parameters of the gradient filter is adjusted to achieve that the gradient amplifier system (21) the minimum offset between the desired performance the predetermined pole related with the controller with a rational transfer function the actual pole.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁共振成像(MRI)，并且具体而言，涉及用于驱动MRI设备中的梯度线圈的梯度放大器系统及其配置方法。
技术介绍
在MRI设备中，检查对象(通常为患者)被暴露于一致的主磁场(B0场)，使得检查对象内的原子核的磁矩趋向于围绕施加的B0场的轴旋转。然后，通过发射借助于RF发射天线生成的正交于B0场的RF激励脉冲(B1场)，原子核的自旋被激励并且带到同相中，并且获得从B0场的方向的其净磁化的偏转，使得生成相对于净磁化的纵向分量的横向分量。在RF激励脉冲的终止之后，净磁化的纵向分量和横向分量的弛豫过程开始。借助于MR/RF接收天线检测由横向弛豫过程发出的MR弛豫信号。所接收的MR弛豫信号然后被傅里叶变换到基于频率的MR谱信号并且被处理用于生成检查对象内的感兴趣原子核的MR图像。为了获得检查对象内的切片或体积的空间选择和从感兴趣的切片或体积产生的所接收的MR弛豫信号的空间编码，梯度磁场被叠加在B0场上，具有与B0场相同的方向但是具有在正交x、y和z方向上的梯度。为了生成梯度磁场，提供了包括采取梯度线圈的形式的多个梯度磁体的梯度磁体系统，其通常借助于用于生成用于对梯度线圈供电的电流的梯度放大器系统来操作。通常，这样的梯度线圈电流具有必须由梯度放大器系统非常精确地产生的特定波形。这些电流脉冲必须利用仅若干mA或更少的偏离准确地控制，以便确保高质量和高空间分辨率和精度处的MRI图像的生成。WO2012/085777A1公开了用于准确地控制梯度线圈中的电流的梯度放大器系统21'。如可以在图1中看到，对于x、y和z方向上的梯度线圈203'、204'、205'中的每个梯度线圈，梯度放大器系统21'包括用于驱动所述梯度线圈的梯度放大器11'和用于准确地控制所述梯度线圈中的电流的操作在数字域中的状态空间反馈控制器10。梯度放大器11'具有梯度滤波器111'，所述梯度滤波器具有滤波器电压和滤波器电流。对于x、y和z方向上的梯度线圈203'、204'、205'中的每个梯度线圈，梯度放大器系统21'具有要测量的三个独立状态，即，该梯度线圈中的电流I'gc、滤波器电压U'c和滤波器电流I'c。如图1中，所有三个独立状态被反馈到状态空间反馈控制器10'。通过配置状态空间反馈控制器10'，即，计算状态空间反馈控制器10'的适当控制参数，该梯度线圈中的电流被准确地控制。在SIQILIETAL.的“DigitalcontrolledMOSFETgradientamplifierformagneticresonanceimaging”，Electricalmachinesnadsystems(2011年8月20日)中找到集成跟踪控制系统。集成跟踪控制系统包括最优反馈回路、前馈控制器和非线性PI调节器。代替于稳态期间的全态反馈，实施PI调节器，因此仅参考电流与输出梯度线圈电流之间的误差信号需要被精确地采样。
技术实现思路
本专利技术的目的是简化所述梯度放大器系统，使得所述梯度放大器系统具有较少的元件并且可以实现准确地控制梯度线圈中的电流的几乎相同效应。根据本专利技术的方面的实施例，提供了一种用于驱动磁共振成像设备中的梯度线圈的梯度放大器系统。所述梯度放大器系统包括：梯度放大器，所述梯度放大器用于驱动通过所述梯度线圈的梯度电流，其中，所述梯度放大器还包括梯度滤波器；控制器，所述控制器耦合到所述梯度放大器以用于控制所述梯度线圈中的所述梯度电流；反馈回路，其用于仅将所述梯度电流反馈到所述控制器，其中，基于仅梯度电流来配置所述控制器，并且其中，所述梯度滤波器的滤波器参数被调节以实现表示所述梯度放大器系统的期望性能的预定极点与同所述控制器相关联的有理传递函数的实际极点之间的最小偏移。在现有技术中，所有三个独立状态(包括所述梯度电流、所述滤波器电压和所述滤波器电流)被反馈到所述状态空间反馈控制器，而本专利技术忽略两个滤波器状态(即，所述滤波器电压和所述滤波器电流)。本专利技术的主旨是提供一种用于磁共振检查系统中的梯度放大器系统的反馈控制。所述反馈回路仅反馈所述梯度放大器系统的一个状态，即，施加到所述梯度线圈的其输出电流。通过滤波器电容和滤波器电感确定输出滤波器参数。对这些滤波器电容和电感进行设计，使得与所述梯度控制相关联的有理传递函数具有在没有所述输出滤波器的情况下相对于所述极点最小偏移的其极点。即，设置所述滤波器电容和电感，使得(至少主导)极点是独立于或至多非常弱地依赖于所述输出滤波器的。因此，在不需要滤波器输出电流和电压的反馈的情况下，实现准确的梯度控制。即，基于输出电流(梯度线圈电流)和在设置滤波器电容和电时有效地考虑滤波器电流和电压的影响，完成所述反馈。因此，所述梯度放大器系统具有较少的元件，使得成本是低的并且同时实现准确地控制所述梯度线圈中的所述电流的几乎相同的效应。有利地，在各种情况下(诸如当在工厂中制造所述梯度放大器系统时或当所述梯度放大器系统服务于医院中时等)，可以根据本专利技术优化所述梯度放大器系统。根据本专利技术的实施例，以数字域中的状态空间反馈控制器的形式实现所述控制器。如果系统参数与其标称值偏离，则所述数字域中的状态空间反馈控制器具有关于对有限分辨率的抑制和特别地关于所述控制响应的改变的鲁棒性的优于PID控制器的许多优点。根据本专利技术的实施例，所述预定极点的部分被实现为控制器配置的结果。在该实施例中，所述控制器被配置为实现所述预定极点的部分以在没有所述梯度滤波器的情况下控制所述降阶的梯度放大器，然后在考虑所述滤波器电压和滤波器电流的所述状态的情况下实现所有预定极点。以这种方式，逐步实现所述预定极点，其改进所述梯度线圈中的电流的控制准确度。根据本专利技术的实施例，所述滤波器包括至少一个电感器和至少一个电容器，并且所述滤波器参数包括所述至少一个电感器的电感和所述至少一个电容器的电容。根据本专利技术的实施例，针对所述至少一个电感器的可能电感和所述至少一个电容器的电容的不同组计算所述放大器系统(21)的实际极点。由于针对所述至少一个电感器的可能电感和所述至少一个电容器的电容的不同组计算所述放大器系统的实际极点，通过将所述预定极点与针对不同的电感和电容组合计算的所述不同的实际极点进行比较，其提供了找到所述梯度滤波器的所述滤波器参数以尽可能接近所述预定极点的容易并且快速的方式。根据本专利技术的实施例，所述预定极点被预输入到所述放大器系统。以这种方式，操作者可以基于实际需要和所述磁共振成像设备的器具环境输入不同的预定极点，这增加所述放大器系统的灵活性。根据本专利技术的实施例，仅在预定极点与其幅度不大于1的所述放大器系统的实际极点之间计算所述最小偏移。移除具有大于1的幅度的所述实际极点的所述有利效应在于，具有大于1的幅度的实际极点可以导致不稳定的系统，因此移除这样的实际极点可以更稳定地呈递所述梯度线圈中的所述电流。根据本专利技术的另一方面的实施例，提供了一种包括如上述所述的放大器系统的磁共振成像设备。根据本专利技术的另一方面的实施例，提供了一种用于配置梯度放大器系统的方法。所述梯度放大器系统被配置为驱动磁共振成像设备中的梯度线圈，并且包括用于驱动通过所述梯度线圈的梯度电流的梯度放大器和控制器，所述控制器耦合到所述梯度放大器以用于控制所述梯度电流，其中，所述梯度放大器包括梯度滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动磁共振成像设备(2)中的梯度线圈(203、204、205)的梯度放大器系统(21)，所述梯度放大器系统(21)包括：梯度放大器(11)，其用于驱动通过所述梯度线圈的梯度电流，其中，所述梯度放大器还包括梯度滤波器(111)；控制器(10)，其被耦合到所述梯度放大器以用于控制所述梯度线圈中的所述梯度电流；所述梯度放大器系统(21)还包括：‑反馈回路，其用于仅将所述梯度电流反馈到所述控制器，其中，基于仅所反馈的梯度电流来配置所述控制器，并且其中，所述梯度滤波器的滤波器参数被调节，以实现表示所述梯度放大器系统(21)的期望性能的预定极点与同所述控制器相关联的有理传递函数的实际极点之间的最小偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.05 EP 14191912.6;2014.07.30 CN PCT/CN2014/1.一种用于驱动磁共振成像设备(2)中的梯度线圈(203、204、205)的梯度放大器系统(21)，所述梯度放大器系统(21)包括：梯度放大器(11)，其用于驱动通过所述梯度线圈的梯度电流，其中，所述梯度放大器还包括梯度滤波器(111)；控制器(10)，其被耦合到所述梯度放大器以用于控制所述梯度线圈中的所述梯度电流；所述梯度放大器系统(21)还包括：-反馈回路，其用于仅将所述梯度电流反馈到所述控制器，其中，基于仅所反馈的梯度电流来配置所述控制器，并且其中，所述梯度滤波器的滤波器参数被调节，以实现表示所述梯度放大器系统(21)的期望性能的预定极点与同所述控制器相关联的有理传递函数的实际极点之间的最小偏移。2.根据权利要求1所述的梯度放大器系统，其中，基于仅所反馈的梯度电流来配置所述控制器(10)，以实现独立于或最弱地依赖于输出滤波器的所述预定极点的部分。3.根据权利要求1所述的梯度放大器系统，其中，所述滤波器参数包括滤波器电感和滤波器电容。4.根据权利要求1所述的梯度放大器系统，其中，所述预定极点被预输入到所述梯度放大器系统。5.根据权利要求1所述的梯度放大器系统，其中，所述最小偏移仅在所述预定极点与其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑛，G·程，曾克秋，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL