延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。梯度功放包括X、Y、Z轴梯度功放，其分别用于对X、Y、Z轴梯度线圈的电流进行控制。该方法包括：确定制约X、Y、Z轴梯度功放的寿命的关键部件；建立X、Y、Z轴梯度功放的关键部件的模型，模型以对应轴的梯度线圈的电流为输入，模型的输出用于预估关键部件的性能；在预定周期内，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值；预测出在预定周期内输出值在X、Y、Z轴上的数值差异；以及基于输出值在X、Y、Z轴上的数值差异，在预定周期到来时将至少两个轴的梯度功放进行互换。

The method of prolonging the life of gradient power amplifier and the monitor device of gradient power amplifier

【技术实现步骤摘要】
延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置
本专利技术实施例涉及医疗设备
，尤其涉及一种延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。
技术介绍
MRI(MageticResonanceImaging，磁共振成像)系统是利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息，是目前最为先进的医疗成像手段之一。梯度功率放大器即梯度功放是MRI系统的核心部件，用来驱动梯度线圈，负责MRI成像需要的空间位置编码。梯度功放向梯度线圈提供特定波形的电流成像序列，使得梯度线圈在成像空间产生一个线性变化的梯度磁场。IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块为梯度功放的主要构件元件。当电流流过IGBT模块时，IGBT模块会产生损耗。图1示出了IGBT损耗随梯度线圈电流变化的波形图。在图1中显示了梯度线圈电流从10A跳变到400A时IGBT损耗的变化。从图1中可以清晰看到，IGBT损耗随着梯度线圈电流增加而增加。伴随着IGBT模块功耗的产生，IGBT模块将必然会发热。图2示出了IGBT结温随梯度线圈电流变化的波形图。如图2所示，当梯度线圈电流小时，IGBT模块的功耗低，IGBT结温较低；当梯度线圈电流大时，IGBT模块的功耗高，IGBT结温升高。在成像过程中，梯度功放的电流成像序列的电流幅值是随机变化的。MRI系统对人体不同部位成像，需要使用不同成像电流序列。当电流幅值不停在大电流和小电流之间切换时，IGBT模块的功耗就如图1所示，不断在高低间切换，被电流序列幅值调制，从而引起如图2所示的IGBT结温的波动。图3揭示了一种IGBT模块的内部构成图。如图3所示，IGBT模块的结和壳之间是由不同的材料封装组成的，IGBT模块的内部包括依次由上铜层101、用于绝缘及导热的陶瓷层102及下铜层103构成的基片100、基板焊料层104、用于导热的铜基板105、散热膏层106及散热片107等，IGBT108与二极管109分别通过芯片焊料110与基片100的上铜层101连接，并且，IGBT108与二极管109以及上铜层101之间通过键合引线111以键合方式电性连接。IGBT模块的内部是通过键合引线111，通常为铝引线连接的，当IGBT模块结温周期性大幅波动，由于铝引线和硅芯片之间材料的热系数不同，接触面就会产生应力，从而导致金属疲劳，时间久了就会出现引线和硅芯片之间的脱落，从而导致IGBT模块的失效，这会制约整个梯度功放的使用寿命和可靠性。在现有的梯度功放中，主要是在IGBT功率管制造的过程中，通过半导体处理工艺的优化来提升IGBT的开关性能，以及在IGBT功率管封装时对封装材料进行优化，来提高IGBT承受结温波动的能力，进而来提高IGBT的寿命。然而，这对制造工艺有很高的要求，制造成本高及需要高昂的定制费用。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种能够在不增加成本的前提下延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。本专利技术实施例的一个方面提供一种延长梯度功放寿命的方法。所述梯度功放包括X、Y、Z轴梯度功放，所述X、Y、Z轴梯度功放分别用于对MRI系统中的X、Y、Z轴梯度线圈的电流进行控制。所述方法包括：确定制约X、Y、Z轴梯度功放的寿命的关键部件；建立X、Y、Z轴梯度功放的所述关键部件的模型，所述模型以对应轴的梯度线圈的电流为输入，所述模型的输出用于预估所述关键部件的性能；在预定周期内，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于所述模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值；根据所述预定周期内每隔预定时间段计算出的X、Y、Z轴对应的模型的所述输出值，预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异；以及基于在所述预定周期内预测出的所述输出值在X、Y、Z轴上的所述数值差异，在所述预定周期到来时将X、Y、Z轴梯度功放中的至少两个轴的梯度功放进行互换。进一步地，预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异包括：通过数据统计分析预测出在所述预定周期内在X、Y、Z三个轴中所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴。进一步地，通过数据统计分析预测出在所述预定周期内在X、Y、Z三个轴中输出值最大的轴和输出值最小的轴包括：计算每一个轴的所述模型的所述输出值在所述预定周期内的平均值；找出X、Y、Z三个轴中平均值最大的轴和平均值最小的轴；及将所述平均值最大的轴和所述平均值最小的轴分别作为所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴。进一步地，将X、Y、Z轴梯度功放中的至少两个轴的梯度功放进行互换包括：将所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴的梯度功放进行互换。进一步地，所述预定周期为所述梯度功放的定期维护期。进一步地，所述关键部件包括IGBT模块。进一步地，建立所述关键部件的模型包括：建立所述IGBT模块的功耗模型。进一步地，所述IGBT模块的功耗模型包括所述IGBT模块的开关损耗和导通损耗，所述开关损耗和所述导通损耗与所述梯度线圈的电流有关。进一步地，建立所述关键部件的模型还包括：建立所述IGBT模块的热模型，所述热模型与所述IGBT模块的材料有关；及基于所述功耗模型及所述热模型来创建所述IGBT模块的所述模型。进一步地，所述IGBT模块的所述模型包括所述IGBT模块的结温波动模型，所述结温波动模型为所述功耗模型与所述热模型的乘积，所述模型的输出包括所述IGBT模块的结温波动。进一步地，所述X、Y、Z轴梯度功放中的每一个轴的梯度功放均包括串联的三个H桥，每一个H桥包括并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括串联的第一IGBT模块和第二IGBT模块，所述第二桥臂包括串联的第三IGBT模块和第四IGBT模块。进一步地，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于所述模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值包括：每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，以获知每一个轴梯度功放中的任意一个H桥的所述第一桥臂的所述第一IGBT模块流过的电流及开通占空比；及根据所述第一IGBT模块流过的所述电流及所述开通占空比，并基于所述模型计算出每一个轴梯度功放中的任意一个H桥的所述第一IGBT模块的结温波动。进一步地，根据所述预定周期内每隔预定时间段计算出的X、Y、Z轴对应的模型的所述输出值，预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异包括：基于所述预定周期内每隔预定时间段计算出的每一个轴梯度功放中的任意一个H桥的所述第一IGBT模块的所述结温波动，预测出在所述预定周期内在X、Y、Z三个轴中所述结温波动最大的轴和结温波动最小的轴。进一步地，每一个H桥还包括与所述第一桥臂和所述第二桥臂并联的电解电容，所述关键部件还包括所述电解电容。本专利技术实施例的延长梯度功放寿命的方法结合梯度功放的关键部件的模型，可以预测出梯度功放在运行一段时间后在X、Y、Z三个轴中模型的输出值的数值差异，并且根据模型的输出值在X、Y、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种延长梯度功放寿命的方法，所述梯度功放包括X、Y、Z轴梯度功放，所述X、Y、Z轴梯度功放分别用于对MRI系统中的X、Y、Z轴梯度线圈的电流进行控制，其特征在于：所述方法包括：/n确定制约X、Y、Z轴梯度功放的寿命的关键部件；/n建立X、Y、Z轴梯度功放的所述关键部件的模型，所述模型以对应轴的梯度线圈的电流为输入，所述模型的输出用于预估所述关键部件的性能；/n在预定周期内，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于所述模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值；/n根据所述预定周期内每隔预定时间段计算出的X、Y、Z轴对应的模型的所述输出值，预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异；以及/n基于在所述预定周期内预测出的所述输出值在X、Y、Z轴上的所述数值差异，在所述预定周期到来时将X、Y、Z轴梯度功放中的至少两个轴的梯度功放进行互换。/n

【技术特征摘要】
1.一种延长梯度功放寿命的方法，所述梯度功放包括X、Y、Z轴梯度功放，所述X、Y、Z轴梯度功放分别用于对MRI系统中的X、Y、Z轴梯度线圈的电流进行控制，其特征在于：所述方法包括：
确定制约X、Y、Z轴梯度功放的寿命的关键部件；
建立X、Y、Z轴梯度功放的所述关键部件的模型，所述模型以对应轴的梯度线圈的电流为输入，所述模型的输出用于预估所述关键部件的性能；
在预定周期内，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于所述模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值；
根据所述预定周期内每隔预定时间段计算出的X、Y、Z轴对应的模型的所述输出值，预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异；以及
基于在所述预定周期内预测出的所述输出值在X、Y、Z轴上的所述数值差异，在所述预定周期到来时将X、Y、Z轴梯度功放中的至少两个轴的梯度功放进行互换。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：预测出在所述预定周期内所述输出值在X、Y、Z轴上的数值差异包括：
通过数据统计分析预测出在所述预定周期内在X、Y、Z三个轴中所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：通过数据统计分析预测出在所述预定周期内在X、Y、Z三个轴中所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴包括：
计算每一个轴的所述模型的所述输出值在所述预定周期内的平均值；
找出X、Y、Z三个轴中平均值最大的轴和平均值最小的轴；及
将所述平均值最大的轴和所述平均值最小的轴分别作为所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：将X、Y、Z轴梯度功放中的至少两个轴的梯度功放进行互换包括：
将所述输出值最大的轴和所述输出值最小的轴的梯度功放进行互换。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预定周期为所述梯度功放的定期维护期。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述关键部件包括IGBT模块。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：建立所述关键部件的模型包括：
建立所述IGBT模块的功耗模型。


8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述IGBT模块的功耗模型包括所述IGBT模块的开关损耗和导通损耗，所述开关损耗和所述导通损耗与所述梯度线圈的电流有关。


9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：建立所述关键部件的模型还包括：
建立所述IGBT模块的热模型，所述热模型与所述IGBT模块的材料有关；及
基于所述功耗模型及所述热模型来创建所述IGBT模块的所述模型。


10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述IGBT模块的所述模型包括所述IGBT模块的结温波动模型，所述结温波动模型为所述功耗模型与所述热模型的乘积，所述模型的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：林应锋，
申请(专利权)人：上海东软医疗科技有限公司，东软医疗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31