磁共振成象的梯度驱动系统技术方案

梯度驱动系统包括一个梯度线圈Ｌｇ.Ｒｇ，借助于一个四臂桥式电路（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）向其提供电流，该桥式电路能够使从一个单极性电流源输出的电流以双极性流过梯度线圈Ｌｇ.Ｒｇ。利用接收控制电压信号（Ｖａ和Ｖｂ）的两个电流调节器（Ａ１、Ｓ２、Ｒｓ１和Ａ２、Ｓ４、Ｒｓ２）控制流过梯度线圈的电流。设置一个高压电容放电电源Ｃ使流过梯度线圈的每个梯度脉冲电流在斜面部分迅速上升，但是设置一个电池组（Ｂ）维持在梯度脉冲的平顶部分的电流。这样无需使用常规的线性功率放大器，就可以实现高速磁共振成象。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特别用于磁共振成象(MRI)的一种梯度驱动系统，更具体地说，本专利技术涉及用于产生和控制在磁共振成象中使用的梯度场线圈所需电流脉冲的一种系统。现代MRI系统的基础是一个磁体所产生的磁场在一个成象区域内与为获得空间分辨率而通常在XYZ坐标系中建立的梯度磁场相重叠。用于产生这些梯度场的线圈由电流脉冲激励，所说电流脉冲可以包括一个快速的上升沿，然后是一个平坦的顶部区域，之后为快速下降沿，接着反向，此后重复这个周期。电流脉冲的幅值取决于在成象区域所需梯度场的强度以及相关的线圈设计效率。此外，电流脉冲的上升和下降时间取决于梯度线圈的电感和在电流脉冲上升斜面期间驱动电流可以使用的电压。用于全身成象的现有线圈设计，根据所需的上升时间在300伏特的电压下通常需要100-300安培(典型地为300安培)的电流。对于非常快速的成象来说，这些电压和电流显然较高。现在，大部分MRI系统利用线性功率放大器，例如由Techron公司生产的功率放大器实现这一要求。这种放大器基本是线性高功率声频放大器的一种改进形式，能够在带宽为DC-50KHz的+/-150伏特的最大电压下传输150安培的峰值电流。这些放大器可以并联以增大其电流容量，和串联连接或桥式连接以增大输出电压摆幅，尽管这样组合放大器会大大增加成本和复杂性。每个放大器还必须由一个三相市电电源供电，并且在以全功率驱动时能够要求市电电源供给高峰值电流，这对于公共电源来说体现为较低的功率因数。如果这些放大器利用移动式柴油发电机供电，则需要专门设计交流发电机和电压调整器以解决所需的电流脉冲。按照目前的价格(1997)每个放大器价格为￡4500，因此，为了实现一个轴300A/300V的梯度驱动，需要四个放大器，成本为￡18000。全部三个轴的总成本为￡54000。在EP-A-0460894和EP-A-0460895中记载了使用高功率放大器如Techron的两种不同的系统。两份说明书都记载了用于加速在MRI系统中产生梯度磁场所需的电流脉冲的上升和下降时间的电路；特别是通过借助于一个开关电桥在电流脉冲上升斜面期间开关所说线圈的一个独立高压电源来改善电流脉冲的上升时间。这种结构已经作为对于现有放大器系统的改型，以改善它们的性能，特别是高速成象性能。但是，尽管如此，仍然增加了成本和复杂性。本专利技术试图提供能够满足高速成象要求，但是不使用上述类型的线性放大器的一种简单、低成本梯度驱动系统。所以本专利技术提供用于梯度线圈的一种梯度驱动系统，包括用于接收所说梯度线圈的一个相对高压电源的一个输入端；所说梯度线圈的一个相对低压电池电源；和与所说输入端相连用于控制所说高压电源的装置。可取的是，所说电池电源包括至少一个可充电电池。可取的是，使用一个高压电源控制装置根据施加到所说梯度线圈的电流(特别是根据该电流与所需电流之间的差值)控制所说高压电源。可取的是，所说梯度驱动系统还包括电流源控制电路，其与所说电池电源和所说高压电源控制装置相连，响应表示流过所说梯度线圈的所需电流的控制信号控制向所说梯度线圈施加的电流。可取的是，所说梯度驱动系统还包括用于产生表示流过所说梯度线圈的所需电流的所说控制信号的控制信号发生装置。可取的是，所说高压电源控制装置包括用于控制所说高压电源与所说电流源控制电路的连接的电压源控制电路，使得当从所说电流源控制电路输出的电流基本等于所需电流量值时所说高压电源与所说电流电源控制电路隔离。本专利技术还包括提供一种梯度驱动系统，该系统包括一个相对高压电源；控制信号发生装置，其用于产生标识流过一个梯度线圈的所需电流的控制信号；电流源控制电路，其与所说控制信号发生装置相连用于响应所说控制信号控制向所说梯度线圈提供的电流；一个相对低压电池电源，其与所说电流源控制电路相连；和电压源控制电路，其与所说高压电源相连用于控制所说高压电源与所说电流源控制电路的连接，从而当从所说电流源控制电路输出的电流基本等于所需电流量时所说高压电源与所说电流源控制电路(电)隔离。如在本申请中所使用的含义，术语“相对高压电源”具有广泛的含义，它包括任何能够提供相对高电压的装置，即使该装置需要与一个外部功率源连接以实际上产生电压。因此，能够避免使用市售的线性高功率放大器，因为所说高压电源仅仅用于使流过梯度线圈的电流度过上升斜面，一旦完成斜面上升之后，就由低压电池电源维持电流。在许多国家，为了使功率因数保持尽可能高，对于市电电网上可以承载多少电器负荷是有限制的，这是毫无价值的。当使用电池维持所说电流时，所说对于市电电源来说梯度驱动负载是可以忽略的。可取的是，所说电流源控制电路为四臂电桥电路结构，其用于跨过所说梯度线圈与一个或多个电流调整器相连，以检测流过所说梯度线圈的电流和判定所检测电流是否相应于所需电流。此外，所说电压源控制电路可以包括用于判定何时流过一个梯度线圈的电流不是基本等于所需电流的一个误差检测器和用于当检测到一个差值时将所说高压源与所说电流源控制电路相连的一个开关装置。所说电压源控制电路还可以包括用于将所说低压电池电源与所说电流源控制电路隔离以使所说电压电池电源不受所说高压电源影响的装置。因此，可取的是，所说梯度驱动系统包括用于将所说电池电源与所说高压电源隔离的装置。可取的是，本专利技术还提供一种梯度驱动系统，该系统包括一个高压电源；一个梯度线圈；控制信号发生装置，用于产生表示流过所说梯度线圈的所需电流的控制信号；电流源控制电路，其与所说控制信号发生装置和所说梯度线圈相连，用于响应所说控制信号控制向所说梯度线圈传输的电流；一个低压电池电源；和电压源控制电路，其与所说高压电源和所说低压电池电源相连，用于控制所说电压源与所说电流源控制电路的相连，从而当流过所说梯度线圈的电流基本等于所需电流时，只将所说低压电池电源与所说电流源控制电路相连。利用本专利技术，代替功率放大器，使用一个电池组在电流脉冲的平顶期间提供电流，并且提供用于控制所说电池组输出的装置。一般来说，电阻组由相互串联和/或并联足以在电流脉冲的平顶期间提供所需电流和电压的多个可充电电池构成。还包括用于使每个电流脉冲具有快速上升和下降边沿的装置。在一个优选实施例中，使用一个电容放电电路来提供目标高压，进而使斜面部分具有快速上升时间。可取的是，所说控制装置是与所说电池输出端串联并利用负反馈调节以跟随具有所需脉冲形状的一个输入基准波形的一个电流调节器。所说梯度场线圈通过一个使电流按照需要周期反向的电流反向装置与所说电池组相连。可取的是，所说电流反向装置同样由所说基准波形控制。可以使用不同的波形例如梯形波形和正弦波形控制所说梯度驱动系统。根据本专利技术的一个更相关的方面，提供一种梯度线圈的梯度驱动系统，该系统包括用于接收所说梯度线圈供电的一个输入端；和与所说输入端相连用于使梯度线圈的电流反向的装置；其中所说电流反向装置包括与所说梯度线圈跨接的一个四臂桥式电路，所说桥式电路包括两个开关，和用于调节流过所说梯度线圈的电流的两个相应的电流调节器。可取的是，所说开关为半导体器件，并且每个所说电流调节器还包括至少一个半导体装置。或者，所说开关可以是IGBT，每个所说电流调节器还可以包括至少一个IGBT。可取的是，每个电流调节器包括一个电流控制装置，一个电阻元件和一个误差放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度线圈的梯度驱动系统，它包括：用于接收所说梯度线圈的相对高压电源的一个输入端；所说梯度线圈的一个相对低压电池电源；和与所说输入端相连用于控制所说高压电源的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RL休斯，
申请(专利权)人：英国技术集团国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]