專利名稱：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，該微分單元通過微分處理從放大器的電流額定值信號中形成微分信號。在此，可以是梯度放大器或者是勻場放大器，這兩者下面一般地被稱為梯度放大器。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)生線性磁場梯度。由梯度放大器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)后的電流流過每個線圈。梯度放大器對于每個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。在專利申請文件DE 197 06 756 Al中描述了這樣的梯度放大器。梯度放大器在此(除了相對小的歐姆電阻損耗之外)以純電感負載工作。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，為了避免脈沖形變在專利文件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(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的另一個輸入端上施加電流實際值I_IST。在比較單元22中確定調(diào)節(jié)差信號R1，該調(diào)節(jié)差信號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D。調(diào)節(jié)單元23的輸出信號和微分控制信號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的輸出信號和微分控制信號D組成的調(diào)節(jié)信號R2。在現(xiàn)代磁共振斷層造影設(shè)備中，例如在西門子公司的Connectom中，每個梯度線圈由多個子線圈組成，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，它們在梯度放大器上不保持無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)強耦合。在設(shè)計梯度放大器時必須考慮該耦合。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，但會負面影響到正在發(fā)脈沖的梯度放大器的電流走向上或者脈沖的線圈中。雖然每個子線圈到其余的子線圈(除了 Z到X和Z到Y(jié))的單個影響很小，但所有子線圈到各個發(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)問題是通過按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置和梯度放大器來解決的。
本發(fā)明要求保護一種用于梯度放大器的具有微分單元的調(diào)節(jié)裝置，該微分單元通過微分處理從梯度放大器的電流額定值信號中形成微分信號。至少一個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，該微分單元通過微分處理從梯度放大器的電流額定值信號中形成微分信號。至少一個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)點在于，基于在由多個子線圈組成的梯度線圈中感應(yīng)出的磁場可以強烈減小到梯度放大器的反作用。在一種擴展中，調(diào)節(jié)裝置可以包括至少一個低通濾波器單元和至少一個高通濾波器單元。在另一種實施方式中，調(diào)節(jié)裝置可以包括多個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。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)點借助于示意性的附圖由下面對多個實施例的解釋給出。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。
具體實施例方式圖2用于直觀地示出了耦合問題。圖2示出了具有兩個耦合的子線圈11、12和兩個梯度放大器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)沒有振蕩傾向，則這通常是如下情況衰減的第二電流12的開關(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。但因為第二放大器2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?，F(xiàn)在第二放大器2調(diào)節(jié)回來并且第二電流12再次為零。從第一放大器I的角度來看，其負載的電感變化。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的時間變化也變得更小。因此第一放大器I對于邊緣開始的該電流形狀需要比在邊緣結(jié)束時更小的電壓。從第一放大器I的角度來看，在脈沖邊緣期間負載的電感增加。在已知的梯度放大器中假設(shè)對于梯度放大器可見的電感保持恒定。由此也借助微分分量運行超前控制。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。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中這兩個到來的信號被加權(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D。該微分控制信號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。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中將這兩個到來的信號加權(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D。該微分控制信號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。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低通濾波器單兀26的輸入端相連。一個低通濾波器單兀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中這三個到來的信號被加權(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D。該微分控制信號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。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的信號反轉(zhuǎn)并且傳輸?shù)絻蓚€高通濾波器單元27的輸入端。兩個高通濾波器單元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中將這三個到來的信號加權(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D。該微分控制信號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。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的另一個輸入端相連。在第一加法單元29中這三個到來的信號被加權(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D。該微分控制信號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示出了簡單電路技術(shù)的與第一階的運算放大器電路和低通濾波器單元類似的實施方式。在具有運算放大器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在脈沖邊緣開始時第一電阻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的角度來看電感是最大的。加法的權(quán)重通過第一和第二電阻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。基本上可以通過模擬技術(shù)以及通過數(shù)字技術(shù)實現(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Il 第一電流12 第二電流I_IST電流實際值I_S0LL電流額定值Rl 調(diào)節(jié)差信號R2 調(diào)節(jié)信號
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 )，該微分單元通過微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(I_SOLL)中形成微分信號(D)，其特征在于: -至少一個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 )，該微分單元通過微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(I_SOLL)中形成微分信號(D)，其特征在于: -至少一個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中任一項所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -多個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中任一項所述的調(diào)節(jié)裝置(20)，其特征在于: -多個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(D)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的調(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)或勻場放大器，其具有按照上述權(quán)利要求中任一項所述的調(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)通過微分處理從所述梯度放大器(1，2)的電流額定值信號(I_SOLL)中形成微分信號(D)。至少一個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)勢的是，基于在由多個子線圈組成的梯度線圈中感應(yīng)出的磁場可以強烈減小到梯度放大器的反作用。
文檔編號G05F7/00GK103076581SQ201210413070
公開日2013年5月1日 申請日期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 申請人:西門子公司