梯度线圈电源和磁共振成像系统技术方案

用于磁共振成像系统（800）的梯度线圈电源（100、812）包括：至少两个H桥电路（104、106、108、200、202、204、206）；其中H桥电路串联连接；其中H桥电路中的每个当处于第一切换状态（200）中时供应第一极性的电压；其中当H桥处于第二切换状态（202）中时，每个H桥电路供应第二极性的电压；其中每个H桥电路当处于第三切换状态（204）中时不供应电压；其中每个H桥电路当处于第四切换状态（206）中时不供应电压；以及用于控制H桥电路的切换的控制器（814），其中控制器被配置为：接收（600、700）梯度脉冲序列（818），创建（602、702）用于控制H桥电路中的每个的切换的切换计划，其中切换计划包括通过在第一切换状态和第二切换状态之间交替来控制梯度线圈电源的电压输出，其中切换计划还包括在第三切换状态或第四切换状态中操作（710）从H桥电路选择的至少一个H桥电路以作为切换计划的部分来冷却H桥电路，执行（604、704）切换计划。

【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，特别是涉及用于磁共振成像系统的磁场梯度线圈的电源。
技术介绍
在磁共振成像(MRI)中，梯度放大器一般用于为三个磁场梯度线圈提供电流以提供对位于磁场中的原子自旋的3维空间编码。这些梯度放大器一般以高峰值功率(对于现今的样品来说为几个IOOkW直到2MW)和所产生的电流波形的高精度为特征。由使用脉冲宽度调制(PWM)的串联连接的全桥组成的电路被用于构建梯度放大器。这一电路拓扑被已知有几个名称，例如“堆叠H桥”、“级联H桥”或“级联多单元转换器”。现有技术的梯度放大器是由具有固态开关的一系列H桥组成的切换模式放大器。电力电子中的基本电路是典型的开关单元(canonical switching cell)。一般使用理想的开关来讨论规范开关单元。然而，更实际的实施方式是使用具有反向并联二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为开关。规范开关单元用于控制功率流，并由此控制两个系统之间的能量的交换。操作两个开关，使得负载被连接到电压源的正端子或负端子。以一定方式操作开关，使得在任何时间闭合这些开关中的恰好一个。闭合两个开关被禁止，因为这将在电压源两端产生短路，并由此可能引起不受限制的电流流动；断开两个开关将阻止来自电流源的电流正确流动，可能引起不受限制的电压升高。两个触发信号控制这两个开关的状态，使得当触发信号是I时，开关闭合，而当触发信号等于O时，则开关断开。由于上面所讨论的约束，这两个触发信号是彼此的逻辑反转。注意，这是非常通常的和概念上的电路根据电压V和电流I的极性，功率流可以处于任一方向。两个IGBT开关的组合被定义为相支路(phase leg);这个名称的起源是三个这些电路对构造三相电压源逆变器来说是必要的，三相电压源逆变器目前是驱动中等功率(大约100W到I丽)感应电动机的优选的电路。单个相桥臂被使用的最常见的方式是通过使用脉冲宽度调制(PWM)来控制两个所连接的系统之间的功率流。PWM的最简单的示例是，其中两个门信号显示在时间上重复的模式。第一门信号在间隔S Tk期间被接通并传导，而第二门信号在互补间隔(I-S)Tk期间被接通，其中Tk表示重复间隔。时间间隔STk也可被表示为在PWM周期的一个时间段门被打开的时间的百分比。对于磁共振成像系统，在第一切换状态和第二切换状态之间以例如20kHz的固定频率切换H桥。在这两个切换状态的每个中花费的时间确定了时间平均输出电压。IGBT部分地开关损耗(例如50%)且部分地是传导损耗(也是50%)。IGBT被连续地切换。需要切换频率的最小值来实现某个带宽。在J. Sabatze 等人的“High-Power High-Fidelity Switching AmplifierDriving Gradient Coils for MRI Systems，， (35th Annual IEEE Power ElectronicsSpecialists Conference, 2004,第261-266页)中公开了一种控制梯度线圈电源中的H桥以减少开关损耗的方法。在该论文中，被供应了 800V的两个高电压桥未被脉冲调制，而且只在超过400V被需要时提供电压。当不在使用中时，它们保持在空转模型(freewheelingmodel)中，而不输出电压。专利技术概述本专利技术在独立权利要求中提供了一种梯度线圈电源、一种操作梯度线圈电源的方法、一种计算机程序产品和一种磁共振成像系统。在从属权利要求中给出了实施例。对H桥电路作为梯度线圈功率供应的部分能够提供多少功率或多少RMS电流的限制是由它能够耗散的热量来确定的。以固定速率对H桥进行切换导致在H桥电路中的固定开关损耗。即使H桥电路仅供应低的时间平均电压，开关损耗也将与当H桥供应接近于其最大值的时间平均电压时的情况相同。技术问题因此是增加由H桥或梯度线圈电源提供的·RMS电流。本专利技术的实施例可以实现在梯度放大器中的开关损耗的减小和/或交换开关损耗用于传导性耗散。在一些实施例中，这可通过改变H桥的切换的方法来实现。在一些实施例中，通常通过在第一切换模式和第二切换模式之间切换来操作H桥电路。这对应于操作H桥电路的正常脉冲宽度调制方法。然而，也可以将H桥切换到可替代的操作模式，在该操作模式中，H桥的电压源只传导电流而不提供电压。可以使H桥电路保持在该状态中以冷却。如果这是利用梯度线圈电源中的各个H桥电路来完成的，则能够降低H桥电路的总操作温度。这允许了由梯度线圈电源供应增加的RMS电流。磁共振图像(MRI)数据在本文被定义为在磁共振成像扫描期间通过磁共振装置的天线所记录的由原子自旋发射的射频信号的度量。磁共振成像(MRI)图像在本文被定义为对磁共振数据内包含的解剖学数据的重建的二维或三维可视化。如本文使用的计算机可读存储介质是可以存储由计算设备的处理器可执行的指令的任何存储介质。计算机可读存储介质可以是计算机可读的非暂态存储介质。计算机可读存储介质也可以是有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的示例包括但不限于软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘、和处理器的寄存器文件。光盘的示例包括紧致盘(⑶)和数字通用盘(DVD )，例如 CD-ROM 盘、CD-RW 盘、CD-R 盘、DVD-ROM 盘、DVD-Rff 盘或 DVD-R 盘。术语“计算机可读存储介质”也指能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可通过调制解调器、通过互联网、或通过局域网来检索数据。计算机存储器是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是处理器可直接访问的任何存储器。计算机存储器的示例包括但不限于RAM存储器、寄存器和寄存器文件。计算机存储装置是计算机可读存储介质的示例。计算机存储装置是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机存储装置的示例包括但不限于硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、⑶-ROM和固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机存储装置也可以是计算机存储器，或反之亦然。如本文使用的“处理器”包括能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。对“处理器”的提及应被解释为可能包含多于一个处理器。术语“处理器”也应被解释为可能指计算设备的集合或网络，每个计算设备包括处理器。很多程序使它们的指令由多个处理器执行，该多个处理器可以在同一计算设备内或可以甚至分布在多个计算设备中。如本文使用的“H桥”包括具有电压源和四个开关元件的电路，该四个开关元件用于连接电压源与H桥电路的输出。该开关元件允许H桥电路所输出的电压的极性被切换。在一个方面，本专利技术提供了用于磁共振成像系统的梯度线圈电源。梯度线圈电源是被配置为向磁共振成像梯度线圈的线圈提供电压的电源。在提到磁共振成像梯度线圈的线圈时，应当理解的是，线圈实际上包括多个线圈。典型地，三组线圈用于在三个方向上产生磁场梯度。这些方向常常彼此正交。梯度线圈电源包括至少两个H桥电路。H桥电路串联连接。当在第一切换状态中时，每个H桥电路供应第一极性的电压。当H桥在第二切换状态中时，每个H桥电路供应第二极性的电压。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.17 EP 10166266.61.一种用于磁共振成像系统(800)的梯度线圈电源(100、812)，包括 -至少两个H桥电路(104、106、108、200、202、204、206 );其中，所述H桥电路串联连接；其中，当每一个所述H桥电路处于第一切换状态(200)中时,每一个所述H桥电路供应第一极性的电压；其中，当H桥处于第二切换状态(202)中时，每一个所述H桥电路供应第二极性的电压；其中，当每一个H桥电路处于第三切换状态(204)中时，所述每一个H桥电路不供应电压；其中，当每一个H桥电路处于第四切换状态(206 )中时，所述每一个H桥电路不供应电压；以及 -控制器(814)，其用于控制对所述H桥电路的切换，其中，所述控制器被配置为 -接收(600、700)梯度脉冲序列(818)， -创建(602、702)切换计划，所述切换计划用于控制对每一个所述H桥电路的切换，其中，所述切换计划包括通过在所述第一切换状态和所述第二切换状态之间交替来控制所述梯度线圈电源的电压输出，其中，所述切换计划还包括在所述第三切换状态或所述第四切换状态中操作(710)从所述H桥电路中选择的至少一个H桥电路以作为所述切换计划中用于冷却所述H桥电路的部分， -执行(604、704)所述切换计划。2.如权利要求I所述的梯度线圈电源，其中，所述切换计划还包括在所述第一切换状态和所述第二切换状态之间以改变的频率对所述H桥电路进行切换(718)。3.如权利要求2所述的梯度线圈电源，其中，所述控制器还被配置为改变所述频率以最小化所述H桥电路中的开关损耗并且增大能够由所述H桥电路传导的最大均方根电流。4.如权利要求2或3所述的梯度线圈电源，其中，所述控制器还被配置为确定(712)所述脉冲序列的最小带宽，并且其中，所述切换计划还包括调整(714)高于最小阈值的所述改变的频率，其中，所述最小阈值是获得所述最小带宽的最小频率。5.如权利要求2、3或4中的任一项所述的梯度线圈电源，其中，所述脉冲序列指定了具有梯形形状的时间相关电流，其中，所述梯形形状指定了恒定电流被指定的时间段，并且其中，所述切换计划还包括减小(708)在所述时间段期间的所述改变的频率。6.如前述权利要求中的任一项所述的梯度线圈电源，其中，所述切换计划还包括将所述H桥电路固定(716)在所述第一切换状态或所述第二切换状态中一时间段。7.如前述权利要求中的任一项所述的梯度线圈电源，其中，所述切换计划还包括将所述H桥电路中的至少一个H桥电路设置(716)在所述第一切换状态或所述第二切换状态中一固定的时间段，其中，所述切换计划还包括在所述第一切换状态和所述第二切换状态之间以改变的频率对其余的H桥电路进行切换(718)，并且其中，所述固定的时间段比所述改变的频率的时间段长。8.如前述权利要求中的任一项所述的梯度线圈电源，其中每一个H桥包括电压源(122)、第一开关单元(124)、第二开关单元(126)、第三开关单元(128)和第四开关单元(130);其中，在所述第一切换状态(200)中，所述第一开关单元和所述第四开关单元闭合，而所述第二开关单元和所述第三开关单元断开；其中，当所述第二开关单元和所述第三开关单元闭合而第二开关单元和所述第三开关单元断开时，所述H桥电路处于所述第二切换状态(202)中；其中，当所述第三开关单元和所述第四开关单元断开而所述第一开关单元和所述第二开关单元闭合时，所述H桥电路处于所述第三切换状态(204)中；其中，当所述第三开关单元和所述第四开关单元闭合而所述第一开关和所述第二开关单元断开时，所述H桥电路位于所述第四切换状态(206)中。9.如前述权利要求中的任一项所述的梯度线圈电源，其中，所述第一开关单元、所述第二开关单元、所述第三开关单元和所述第四开关单元是IGBT开关单元。10.如权利要求9所述的梯度线圈电源，其中，每一个所述H桥电路具有第一输出端(110、114、118)和第二输出端(112、116、120);其中，每一个开关单元具有第一连接端(132、136、140、144)和第二连接端(134、138、14...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·L·G·哈姆，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：