MRI系统中的梯度放大器系统以及用于使用该系统供应电流的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于磁共振成像系统的梯度放大器(300)，包括：功率放大器(310)，其被配置为向梯度线圈(330)供应梯度线圈电流；无源滤波器(320)，其被耦合到所述功率放大器，并且被配置为对所述梯度线圈电流的谐波分量进行阻尼，其中，由所述无源滤波器(320)的振荡所引起的振荡电流存在于所述梯度线圈电流中；以及有源功率滤波器，其被耦合在所述无源滤波器与所述梯度线圈之间，并且被配置为生成补偿电流以补偿所述振荡电流。通过并入有源功率滤波器来补偿由所述无源滤波器的所述振荡所引起的所述振荡电流，用于衰减所述振荡电流的功耗可以被显著降低，针对所述振荡电流的补偿结果可以基本上不受梯度线圈参数的变化的影响，并且所述梯度放大器的可靠性得到改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MRI系统中的梯度放大器系统以及用于使用该系统供应电流的方法
本专利技术涉及磁共振成像(MRI)系统，并且具体涉及MRI系统中的梯度放大器系统以及用于将电流供应到该MRI系统的梯度线圈的方法。
技术介绍
磁共振成像使用磁场梯度进行空间编码以用于成像。梯度线圈由梯度放大器驱动以提供保真度达到满足磁共振成像要求的命令值的准确电流。然而，由于梯度放大器的高频切换特性，在梯度线圈电流中生成导致差的成像质量的共模谐波电流和差模谐波电流。谐波是描述电压波形或电流波形的畸变的数学方式。呈现到梯度放大器上的谐波电流涉及在整数倍数的基频处发生的梯度线圈电流的谐波分量。如所公知的，功率系统谐波引起大量的注意并且已经实施了各种技术来减小呈现到公用电力系统上的谐波电流，例如，无源滤波、有源滤波和电流波整形系统。然而，电力系统谐波是由非线性负载引起的，并且是诸如50Hz或60Hz的稳定基频的整数倍。然而，由高频切换和基频引起的梯度放大器谐波随着成像采集序列的频率而变化。由于不同的原因和不同的谐波特性，这些技术并不适用于减小呈现到MRI梯度放大器系统上的谐波电流。MRI系统的主要制造商，诸如西门子、通用电气(GE)、安络杰、日立等，在梯度放大器系统中全部采用无源电磁干扰(EMI)滤波器。如在图1中所示的，EMI滤波器120被耦合在梯度放大器110与梯度线圈130之间。EMI滤波器120通常包括RLC元件，诸如电感器L1、L2；阻尼电阻器R1、R2；以及电容器C1、C2、C3。包括L1C1和L2C2的LC滤波器被用于对谐波电流进行滤波，然而，LC滤波器可能在对谐波电流进行滤波的同时将LC振荡电流引入到线圈电流中。这是为什么阻尼电阻器R1和R2被用在EMI滤波器中的原因。如在图2A中所示的，如果阻尼电阻器R1和R2并不被包括在EMI滤波器中，则LC振荡电流会出现在梯度线圈电流Igc中。如在图2B中所示的，阻尼电阻器R1和R2可以通过引入振荡电流DC对被叠加在梯度线圈电流Igc上的LC振荡电流进行衰减。
技术实现思路
然而，本申请的专利技术人认识到，阻尼电阻器R1和R2的大的电阻值会导致差的能量效率。例如，在如在图1中所示的EMI滤波器中，对于R1和R2两者仅1Ω就生成额外的72W的功率损耗。专利技术人还认识到了可能由梯度线圈参数的变化引起的无源EMI滤波器的另一问题。通常，梯度线圈参数，其等价于电感和电阻，具有至少±10％的变化。在大的变化的情况下，在常规无源EMI滤波器中的阻尼电阻器R1和R2可能不能够有效地衰减振荡电流。如在图2C中所示的，在梯度线圈电流Igc上出现的振荡电流并不会被阻尼电流DC有效地衰减。并且，LC振荡导致高得多的电流流动通过阻尼电阻器，并且在该范例中导致每个阻尼电阻器的超过1.2KW的功率损耗。鉴于以上提及的问题，本专利技术提供了一种解决方案，所述解决方案可以通过并入有源功率滤波器来改善能量效率并且可以改善鲁棒性。备选地，通过使用有源功率滤波器以及LC滤波器，避免了对阻尼电阻器的需要，并且从而能够避免源自于阻尼电阻器的功率损耗。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于磁共振成像系统的梯度放大器，所述梯度放大器包括：功率放大器，其被配置为向梯度线圈供应梯度线圈电流；无源滤波器，其被耦合到所述功率放大器，并且被配置为对所述梯度线圈电流的谐波分量进行阻尼，其中，由所述无源滤波器的振荡所引起的振荡电流存在于所述梯度线圈电流中；以及有源功率滤波器，其被耦合在所述无源滤波器与所述梯度线圈之间，并且被配置为生成补偿电流以补偿所述振荡电流。通过并入有源功率滤波器以补偿由无源滤波器的振荡所引起的振荡电流，可以显著地降低用于衰减振荡电流的功耗，并且针对振荡电流的补偿结果可以基本上不受梯度线圈参数的变化影响。更具体地，通过使用有源功率滤波器以及LC滤波器而不使用阻尼电阻器，能够避免源自于阻尼电阻器的功率损耗。根据本专利技术的一个方面，所述有源功率滤波器包括：逆变器，其被配置为基于在所述梯度线圈电流与预定参考电流之间的差来输出第一电压；变压器，其被配置为将所述第一电压提升到第二电压；以及电感器电路，其由所述第二电压驱动以生成所述补偿电流。通过跟踪在梯度线圈电流与预定参考电流之间的差，可以基于所述跟踪来生成适当的补偿电流，以补偿所述振荡电流。因为所述补偿是基于跟踪所述梯度线圈电流而被执行的，因此所述补偿的结果可以使鲁棒的，即使存在梯度线圈参数的大的变化。根据本专利技术的一个方面，所述电感器电路包括第一电感器和第二电感器，并且所述变压器包括第一次级绕组和第二次级绕组，并且其中，所述第一次级绕组、所述第一电感器、所述梯度线圈、所述第二电感器和所述次级绕组被顺序地串联耦合，所述第一次级绕组和所述次级绕组的接合节点被耦合到地，并且所述梯度线圈的中心被耦合到地。在所述变压器、所述电感器电路和所述梯度线圈的优选结构中，可以实施各种跟踪算法并且可以有效地实施对振荡电流的补偿。根据本专利技术的一个方面，所述梯度放大器可以包括控制器，所述控制器被配置为生成针对所述逆变器的驱动信号，并且其中，所述驱动信号的占空比是通过在所述梯度线圈电流与所述预定参考电流之间的差来确定的。所述控制器可以是被用于基于对所述梯度线圈电流的跟踪来生成所述驱动信号的数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、通用处理器等中的一个。在所生成的驱动信号的驱动下，可以由所述逆变器生成适当的补偿电流，补偿结果可以是鲁棒的，并且功耗可以是高效的。根据本专利技术的一个方面，所述逆变器包括H桥逆变器，所述H桥逆变器包括具有被串联耦合的高压侧晶体管和低压侧晶体管的第一半桥以及具有被串联耦合的高压侧晶体管和低压侧晶体管的第二半桥，并且其中，所述第一半桥和所述第二半桥中的每个中的所述高压侧晶体管和所述低压侧晶体管被交替地开启，并且针对所述第一半桥中的所述高压侧晶体管和所述第二半桥中的所述低压侧晶体管的驱动信号具有相同的占空比以及彼此180°的相移。通过使用具有上文所提到的关系的所述逆变器与所述驱动信号的优选结构，所述逆变器可以高效地产生适当的补偿波形。根据本专利技术的一个方面，所述H桥逆变器中的所述晶体管中的每个晶体管与集成的二极管并联耦合。在此，所集成的二极管对于能量效率而言是重要的。利用该结构，可以实现同步驱动技术以减小功率损耗。根据本专利技术的一个方面，所述补偿电流和所述振荡电流具有相同的幅值，并且其中，所述补偿电流和所述振荡电流彼此是异相的。以此方式，可以从所述梯度线圈电流有效地补偿或消除所述振荡电流。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于向磁共振成像系统的梯度放大器中的梯度线圈供应电流的方法。所述方法包括：由功率放大器向梯度线圈供应梯度线圈电流；由被耦合到所述梯度放大器的无源滤波器对所述梯度线圈电流的谐波分量进行阻尼，其中，由所述无源滤波器的振荡所引起的振荡电流存在于所述梯度线圈电流中；并且由被耦合在所述无源滤波器与所述梯度线圈之间的有源功率滤波器生成补偿电流，以补偿所述振荡电流。通过并入有源功率滤波器以补偿由所述无源滤波器的振荡所引起的所述振荡电流，可以显著地降低用于衰减所述振荡电流的功耗，并且针对所述振荡电流的补偿结果可以基本上不受所述梯度线圈参数的变化的影响。更具体地，通过使用所述有源功率滤波器以及LC滤波器而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁共振成像系统的梯度放大器(300)，包括：功率放大器(310)，其被配置为向梯度线圈(330)供应梯度线圈电流；无源滤波器(320)，其被耦合到所述功率放大器(310)，并且被配置为对所述梯度线圈电流的谐波分量进行阻尼，其中，由所述无源滤波器(320)的振荡所引起的振荡电流存在于所述梯度线圈电流中；以及有源功率滤波器(340)，其被耦合在所述无源滤波器(320)与所述梯度线圈(330)之间，并且被配置为生成补偿电流以补偿所述振荡电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 EP 15160448.5;2014.11.11 CN PCT/CN2014/1.一种用于磁共振成像系统的梯度放大器(300)，包括：功率放大器(310)，其被配置为向梯度线圈(330)供应梯度线圈电流；无源滤波器(320)，其被耦合到所述功率放大器(310)，并且被配置为对所述梯度线圈电流的谐波分量进行阻尼，其中，由所述无源滤波器(320)的振荡所引起的振荡电流存在于所述梯度线圈电流中；以及有源功率滤波器(340)，其被耦合在所述无源滤波器(320)与所述梯度线圈(330)之间，并且被配置为生成补偿电流以补偿所述振荡电流。2.根据权利要求1所述的梯度放大器(300)，其中，所述无源滤波器(320)包括LC滤波器而不使用阻尼电阻器。3.根据权利要求1所述的梯度放大器(300)，其中，所述有源功率滤波器(340)还包括：逆变器(410)，其被配置为基于所述梯度线圈电流与预定参考电流之间的差来输出第一电压；变压器(420)，其被配置为将所述第一电压提升到第二电压；以及电感器电路(430)，其由所述第二电压驱动以生成所述补偿电流。4.根据权利要求3所述的梯度放大器(300)，其中，所述电感器电路(400)还包括第一电感器和第二电感器，并且所述变压器(420)包括第一次级绕组和第二次级绕组，并且其中，所述第一次级绕组、所述第一电感器、所述梯度线圈、所述第二电感器和所述次级绕组被顺序地串联耦合，所述第一次级绕组和所述次级绕组的接合节点被耦合到地，并且所述梯度线圈的中心被耦合到地。5.根据权利要求3所述的梯度放大器(300)，还包括被配置为生成针对所述逆变器的驱动信号的控制器，并且其中，所述驱动信号的占空比由所述梯度线圈电流与所述预定参考电流之间的差来确定。6.根据权利要求3所述的梯度放大器(300)，其中，所述逆变器(410)包括H桥逆变器，所述H桥逆变器包括具有被串联耦合的高压侧晶体管和低压侧晶体管的第一半桥以及具有被串联耦合的高压侧晶体管和低压侧晶体管的第二半桥，并且其中，在所述第一半桥和所述第二半桥中的每个中的所述高压侧晶体管和所述低压侧晶体管被交替地开启，并且针对所述第一半桥中的所述高压侧晶体管的驱动信号和针对所述第二半桥中的所述低压侧晶体管的驱动信号具有相同的占空比和彼此180°的相移。7.根据权利要求6所述的梯度放大器(300)，其中，所述H桥逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：林应锋，
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