專(zhuān)利名稱(chēng)：磁耦合線圈系統(tǒng)中用于放大器的具有微分控制的調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于受電流調(diào)節(jié)的向磁共振斷層造影儀的場(chǎng)線圈供電的放大器的具有微分單元的調(diào)節(jié)裝置，該微分單元通過(guò)微分處理從放大器的電流額定值信號(hào)中形成微分信號(hào)。在此，可以是梯度放大器或者是勻場(chǎng)放大器，這兩者下面一般地被稱(chēng)為梯度放大器。本發(fā)明還涉及具有這樣的調(diào)節(jié)裝置的一種梯度放大器和一種勻場(chǎng)放大器。
背景技術(shù)：
公知的磁共振斷層造影設(shè)備通常具有三個(gè)梯度線圈，以便在X方向、y方向和z方向上產(chǎn)生線性磁場(chǎng)梯度。由梯度放大器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)后的電流流過(guò)每個(gè)線圈。梯度放大器對(duì)于每個(gè)梯度線圈包括電流調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的性能必須與所連接的梯度線圈相匹配。在專(zhuān)利申請(qǐng)文件DE 197 06 756 Al中描述了這樣的梯度放大器。梯度放大器在此(除了相對(duì)小的歐姆電阻損耗之外)以純電感負(fù)載工作。放大器的電流調(diào)節(jié)器在脈沖邊緣(Pulsflanke)期間已經(jīng)將調(diào)節(jié)偏差調(diào)節(jié)到零，但其中出現(xiàn)不期望的脈沖形變。因此，為了避免脈沖形變?cè)趯?zhuān)利文件DE 198 56 800 Cl中建議，為調(diào)節(jié)器輸出端加上使調(diào)節(jié)器去負(fù)荷的、與梯度線圈電流的脈沖邊緣的坡度成比例的電壓。在此，將直接由電流額定值控制的附加的微分單元的輸出端經(jīng)由校準(zhǔn)電阻施加到最終加法級(jí)(End-Summierstufe)的輸入端。圖1示出了按照DE 198 56 800 Cl的梯度放大器的調(diào)節(jié)裝置的框圖。在此，將電流額定值I_S0LL輸入到延遲單元21。延遲單元21的輸出端與比較單元22的輸入端相連。在比較單元22的另一個(gè)輸入端上施加電流實(shí)際值I_IST。在比較單元22中確定調(diào)節(jié)差信號(hào)R1，該調(diào)節(jié)差信號(hào)Rl被傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)單元23。電流額定值1_SOLL也被傳輸?shù)轿⒎謫卧?4，該微分單元24提供微分控制信號(hào)D。調(diào)節(jié)單元23的輸出信號(hào)和微分控制信號(hào)D被傳輸?shù)降诙臃▎卧?5的輸入端。在第二加法單元的輸出端上提供由調(diào)節(jié)單元23的輸出信號(hào)和微分控制信號(hào)D組成的調(diào)節(jié)信號(hào)R2。在現(xiàn)代磁共振斷層造影設(shè)備中，例如在西門(mén)子公司的Connectom中，每個(gè)梯度線圈由多個(gè)子線圈組成，分別由梯度放大器向這些子線圈供電。在此，出現(xiàn)子線圈的磁耦合，它們?cè)谔荻确糯笃魃喜槐３譄o(wú)反作用并且影響梯度脈沖形狀。特別地，在Z子線圈和X子線圈以及Y子線圈之間出現(xiàn)強(qiáng)耦合。在設(shè)計(jì)梯度放大器時(shí)必須考慮該耦合。此外，Z子線圈、X子線圈以及Y子線圈也彼此耦合，這雖然相當(dāng)小，但會(huì)負(fù)面影響到正在發(fā)脈沖的梯度放大器的電流走向上或者脈沖的線圈中。雖然每個(gè)子線圈到其余的子線圈(除了 Z到X和Z到Y(jié))的單個(gè)影響很小，但所有子線圈到各個(gè)發(fā)脈沖的子線圈的反作用的和不能忽略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供用于由子線圈組成的梯度線圈的一種調(diào)節(jié)裝置和一種梯度放大器，其中避免由于子線圈的磁耦合引起的到梯度放大器的反作用。按照本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置和梯度放大器來(lái)解決的。
本發(fā)明要求保護(hù)一種用于梯度放大器的具有微分單元的調(diào)節(jié)裝置，該微分單元通過(guò)微分處理從梯度放大器的電流額定值信號(hào)中形成微分信號(hào)。至少一個(gè)電的低通濾波器單元與微分單元串聯(lián)連接。本發(fā)明還要求保護(hù)一種用于梯度放大器的具有微分單元的調(diào)節(jié)裝置，該微分單元通過(guò)微分處理從梯度放大器的電流額定值信號(hào)中形成微分信號(hào)。至少一個(gè)電的高通濾波器單元與微分單元并聯(lián)連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，基于在由多個(gè)子線圈組成的梯度線圈中感應(yīng)出的磁場(chǎng)可以強(qiáng)烈減小到梯度放大器的反作用。在一種擴(kuò)展中，調(diào)節(jié)裝置可以包括至少一個(gè)低通濾波器單元和至少一個(gè)高通濾波器單元。在另一種實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)裝置可以包括多個(gè)電的低通濾波器單元，其彼此并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)裝置包括第一加法單元，其輸入端與微分單元的輸出端和低通濾波器單元的輸出端相連。此外，調(diào)節(jié)裝置還包括多個(gè)電的高通濾波器單元，其彼此并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。在一種擴(kuò)展中，調(diào)節(jié)裝置包括第一加法單元，其輸入端與微分單元的輸出端和高通濾波器單元的輸出端相連。在另一種實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)裝置包括乘法單元，該乘法單元與加法單元的輸出端相連并且提供微分信號(hào)。此外，調(diào)節(jié)裝置包括乘法單元，該乘法單元被設(shè)置在微分單元之前。本發(fā)明還要求保護(hù)一種用于磁共振斷層造影設(shè)備的具有按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置的梯度放大器。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)借助于示意性的附圖由下面對(duì)多個(gè)實(shí)施例的解釋給出。附圖中圖1示出了具有微分單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，圖2示出了具有耦合的子線圈的兩個(gè)梯度放大器的框圖，圖3示出了具有微分單元和低通濾波器單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，圖4示出了具有微分單元和高通濾波器單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，圖5示出了具有微分單元和多個(gè)低通濾波器單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，圖6示出了具有微分單元和多個(gè)高通濾波器單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，圖7示出了具有微分單元、低通濾波器單元和高通濾波器單元的調(diào)節(jié)裝置的框圖，和圖8示出了具有低通濾波器單元的微分單元的電路圖。
具體實(shí)施例方式圖2用于直觀地示出了耦合問(wèn)題。圖2示出了具有兩個(gè)耦合的子線圈11、12和兩個(gè)梯度放大器1、2的框圖。第一放大器I引導(dǎo)按照電流脈沖形狀的第一電流II，該電流恰好從零出發(fā)上升。與第一電流Il成比例地，第一子線圈11產(chǎn)生第一磁通密度BI。第一磁通密度BI的一部分也流經(jīng)第二子線圈12，在第二子線圈12中感應(yīng)出電壓以及由此的第二電流12。在第二子線圈12中的第二電流12產(chǎn)生抵消所驅(qū)使的第一磁通密度BI的第二磁通密度B2。受調(diào)節(jié)的第二放大器2限制了具有其調(diào)節(jié)P放大的第二電流12，并且其調(diào)節(jié)器的I分量又調(diào)節(jié)回第二電流12。如果第二放大器2的調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)沒(méi)有振蕩傾向，則這通常是如下情況衰減的第二電流12的開(kāi)關(guān)與e函數(shù)相似。如果第二電流12近似為零，則第二放大器2在其輸出端產(chǎn)生電壓，該電壓抵消了通過(guò)第一電流Il的脈沖邊緣感應(yīng)出的電壓。現(xiàn)在如果第一電流Il達(dá)到其電流頂峰，即其不再改變，則在第二子線圈12中也不再感應(yīng)出電壓。但因?yàn)榈诙糯笃?總是產(chǎn)生反向電壓，現(xiàn)在產(chǎn)生具有相反方向的第二電流12。現(xiàn)在第二放大器2調(diào)節(jié)回來(lái)并且第二電流12再次為零。從第一放大器I的角度來(lái)看，其負(fù)載的電感變化。在第一電流Il的脈沖邊緣期間，第一放大器I必須相應(yīng)于第一和第二磁通密度B1、B2的差的時(shí)間變化產(chǎn)生電壓。如圖2所示的那樣，在第二電流12的邊緣期間，第二放大器2可以調(diào)節(jié)為零，第二電流12的電流變化總是變得更小并且由此第二磁通密度B2的時(shí)間變化也變得更小。因此第一放大器I對(duì)于邊緣開(kāi)始的該電流形狀需要比在邊緣結(jié)束時(shí)更小的電壓。從第一放大器I的角度來(lái)看，在脈沖邊緣期間負(fù)載的電感增加。在已知的梯度放大器中假設(shè)對(duì)于梯度放大器可見(jiàn)的電感保持恒定。由此也借助微分分量運(yùn)行超前控制。根據(jù)所有子線圈的反作用有多大并且由此從第一線圈I的角度來(lái)看電感的變化有多大，在圖2所示的情況下微分超前控制提供了變形了的梯度脈沖。因此按照本發(fā)明，通過(guò)濾波器單元電路技術(shù)地調(diào)節(jié)梯度放大器的調(diào)節(jié)裝置。 圖3示出了具有微分單元24和電的低通濾波器單元26的調(diào)節(jié)裝置20的部分的框圖。在微分單元24的輸入端施加具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)。微分單元24的輸出端一方面與第一加法單兀29的輸入端相連而另一方面與低通濾波器單兀26的輸入端相連。低通濾波器單元26的輸出端同樣與第一加法單元29的輸入端相連。在第一加法單元29中這兩個(gè)到來(lái)的信號(hào)被加權(quán)地相加。第一加法單元29的輸出端與乘法單元28的輸入端相連。在乘法單元28的輸出端處呈現(xiàn)期望的微分控制信號(hào)D。該微分控制信號(hào)D然后可以相應(yīng)于圖1被用于調(diào)節(jié)。借助乘法單元28可以調(diào)節(jié)微分控制信號(hào)D的大小。替換地，乘法單元28也可以設(shè)置在微分單元24的輸入端處。圖4示出了具有微分單元24和電的高通濾波器單元27的調(diào)節(jié)裝置20的部分的框圖。在微分單元24的輸入端施加具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)。微分單元24的輸出端與第一加法單元29的輸入端相連。將具有電流額定值I_S0LL的輸入反轉(zhuǎn)并且與高通濾波器單元27的輸入端相連。高通濾波器單元27的輸出端同樣被傳輸?shù)降谝患臃▎卧?9的輸入端。在第一加法單元29中將這兩個(gè)到來(lái)的信號(hào)加權(quán)地相加。第一加法單元29的輸出端與乘法單元28的輸入端相連。在乘法單元28的輸出端處呈現(xiàn)期望的微分控制信號(hào)D。該微分控制信號(hào)D然后可以相應(yīng)于圖1被用于調(diào)節(jié)。借助乘法單元28可以調(diào)節(jié)微分控制信號(hào)D的大小。替換地，乘法單元28也可以設(shè)置在微分單元24的輸入端處。圖5示出了具有微分單元24和多個(gè)電的低通濾波器單元26的調(diào)節(jié)裝置20的部分的框圖。在微分單元24的輸入端施加具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)。微分單元24的輸出端一方面與第一加法單兀29的輸入端相連而另一方面與兩個(gè)低通濾波器單兀26的輸入端相連。一個(gè)低通濾波器單兀26的輸出端同樣與第一加法單兀29的輸入端相連。另一個(gè)低通濾波器單元26的輸出端被傳輸?shù)狡渌屯V波器單元26的輸入端。該低通濾波器單元26的輸出端被傳輸?shù)降谝患臃▎卧?9的第三輸入端。在第一加法單元29中這三個(gè)到來(lái)的信號(hào)被加權(quán)地相加。第一加法單元29的輸出端與乘法單元28的輸入端相連。在乘法單元28的輸出端處呈現(xiàn)期望的微分控制信號(hào)D。該微分控制信號(hào)D然后可以相應(yīng)于圖1被用于調(diào)節(jié)。借助乘法單元28可以調(diào)節(jié)微分控制信號(hào)D的大小。替換地，乘法單元28也可以設(shè)置在微分單元24的輸入端處。圖6示出了具有微分單元24和兩個(gè)電的高通濾波器單元27的調(diào)節(jié)裝置20的部分的框圖。在微分單元24的輸入端施加具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)。微分單元24的輸出端與第一加法單兀29的輸入端相連。將具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)反轉(zhuǎn)并且傳輸?shù)絻蓚€(gè)高通濾波器單元27的輸入端。兩個(gè)高通濾波器單元27的輸出端同樣與第一加法單元29的輸入端相連。在第一加法單元29中將這三個(gè)到來(lái)的信號(hào)加權(quán)地相加。第一加法單元29的輸出端與乘法單元28的輸入端相連。在乘法單元28的輸出端處呈現(xiàn)期望的微分控制信號(hào)D。該微分控制信號(hào)D然后可以相應(yīng)于圖1被用于調(diào)節(jié)。借助乘法單元28可以調(diào)節(jié)微分控制信號(hào)D的大小。替換地，乘法單元28也可以設(shè)置在微分單元24的輸入端處。圖7示出了具有微分單元24、電的低通濾波器單元26和電的高通濾波器單元27的調(diào)節(jié)裝置20的部分的框圖。在微分單元24的輸入端施加具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)。微分單元24的輸出端與第一加法單元29的輸入端相連。將具有電流額定值I_S0LL的信號(hào)反轉(zhuǎn)并且傳輸?shù)礁咄V波器單元27的輸入端。高通濾波器單元27的輸出端同樣與第一加法單兀29的輸入端相連。微分單兀24的輸出端與低通濾波器單兀26的輸入端相連。低通濾波器單元26的輸出端與第一加法單元29的另一個(gè)輸入端相連。在第一加法單元29中這三個(gè)到來(lái)的信號(hào)被加權(quán)地相加。第一加法單元29的輸出端與乘法單元28的輸入端相連。在乘法單元28的輸出端處呈現(xiàn)期望的微分控制信號(hào)D。該微分控制信號(hào)D然后可以相應(yīng)于圖1被用于調(diào)節(jié)。借助乘法單元28可以調(diào)節(jié)微分控制信號(hào)D的大小。替換地，乘法單元28也可以設(shè)置在微分單元24的輸入端處。圖8示出了簡(jiǎn)單電路技術(shù)的與第一階的運(yùn)算放大器電路和低通濾波器單元類(lèi)似的實(shí)施方式。在具有運(yùn)算放大器30的電路中第一電容器31和第一電阻33構(gòu)成微分單兀24。第二電阻34和與之并聯(lián)連接的第二電容器32構(gòu)成低通濾波器單元26。同樣，根據(jù)圖2在脈沖邊緣開(kāi)始時(shí)第一電阻33相應(yīng)于第一梯度放大器I的輸出電壓,第一和第二電阻33、34的和相應(yīng)于如下輸出電壓第二電流12被調(diào)節(jié)為零之后并且由此從第一梯度放大器I的角度來(lái)看電感是最大的。加法的權(quán)重通過(guò)第一和第二電阻33、34的電阻比例給出。在該觀察中忽略梯度線圈的歐姆電阻的小的影響。第二電容器32與第二電阻34的乘積給出由圖2的衰減的第二電流12的指數(shù)函數(shù)的時(shí)間常數(shù)。為了調(diào)節(jié)，在電路之后或者可選地在電路之前連接具有可調(diào)節(jié)的放大器的乘法單元28?；旧峡梢酝ㄟ^(guò)模擬技術(shù)以及通過(guò)數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)所有示出的功能。附圖標(biāo)記列表I 第一梯度放大器2 第二梯度放大器11 第一子線圈
12第二子線圈20調(diào)節(jié)裝置21延遲單元22比較單元23 調(diào)節(jié)單兀24 微分單元25 第二加法單元26 低通濾波器單元27 高通濾波器單元28 乘法單元 29 第一加法單元30 運(yùn)算放大器31 第一電容器32 第二電容器33 第一電阻34 第二電阻BI 第一磁通密度B2 第二磁通密度D 微分控制信號(hào)Il 第一電流12 第二電流I_IST電流實(shí)際值I_S0LL電流額定值Rl 調(diào)節(jié)差信號(hào)R2 調(diào)節(jié)信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種用于梯度放大器(1，2 )的具有微分單元(24 )的調(diào)節(jié)裝置(20 )，該微分單元通過(guò)微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(hào)(I_SOLL)中形成微分信號(hào)(D)，其特征在于: -至少一個(gè)電的低通濾波器單元(26 )，其與所述微分單元(24 )串聯(lián)連接。
2.—種用于梯度放大器(1，2 )的具有微分單元(24 )的調(diào)節(jié)裝置(20 )，該微分單元通過(guò)微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(hào)(I_SOLL)中形成微分信號(hào)(D)，其特征在于: -至少一個(gè)電的高通濾波器單元(27 )，其與所述微分單元(24 )并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的調(diào)節(jié)裝置(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -多個(gè)電的低通濾波器單元(26)，其彼此并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -第一加法單元(29)，其輸入端與所述微分單元(24)的輸出端和所述低通濾波器單元(26)的輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -多個(gè)電的高通濾波器單元(27)，其彼此并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -第一加法單元(29)，其輸入端與所述微分單元(24)的輸出端和所述高通濾波器單元(27)的輸出端相連。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -乘法單元(28)，所述乘法單元與所述第一加法單元(29)的輸出端相連并且輸出微分信號(hào)(D)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -乘法單元(28 )，所述乘法單元設(shè)置在所述微分單元之前。
10.一種用于磁共振斷層造影設(shè)備的梯度放大器(1，2)或勻場(chǎng)放大器，其具有按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)裝置(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于梯度放大器(1，2)的具有微分單元(24)的調(diào)節(jié)裝置(20)。該微分單元(24)通過(guò)微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(hào)(I_SOLL)中形成微分信號(hào)(D)。至少一個(gè)電的低通濾波器單元(26)與所述微分單元(24)串聯(lián)連接和/或至少一個(gè)電的高通濾波器單元與所述微分單元(24)并聯(lián)連接。具有優(yōu)勢(shì)的是，基于在由多個(gè)子線圈組成的梯度線圈中感應(yīng)出的磁場(chǎng)可以強(qiáng)烈減小到梯度放大器的反作用。
文檔編號(hào)G05F7/00GK103076581SQ201210413070
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者H.倫茲 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司