專利名稱：磁共振成象的梯度驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別用于磁共振成象(MRI)的一種梯度驅動系統，更具體地說，本發明涉及用于產生和控制在磁共振成象中使用的梯度場線圈所需電流脈沖的一種系統。
現代MRI系統的基礎是一個磁體所產生的磁場在一個成象區域內與為獲得空間分辨率而通常在XYZ坐標系中建立的梯度磁場相重疊。用于產生這些梯度場的線圈由電流脈沖激勵，所說電流脈沖可以包括一個快速的上升沿，然后是一個平坦的頂部區域，之后為快速下降沿，接著反向，此后重復這個周期。電流脈沖的幅值取決于在成象區域所需梯度場的強度以及相關的線圈設計效率。此外，電流脈沖的上升和下降時間取決于梯度線圈的電感和在電流脈沖上升斜面期間驅動電流可以使用的電壓。用于全身成象的現有線圈設計，根據所需的上升時間在300伏特的電壓下通常需要100-300安培(典型地為300安培)的電流。對于非常快速的成象來說，這些電壓和電流顯然較高。現在，大部分MRI系統利用線性功率放大器，例如由Techron公司生產的功率放大器實現這一要求。
這種放大器基本是線性高功率聲頻放大器的一種改進形式，能夠在帶寬為DC-50KHz的+/-150伏特的最大電壓下傳輸150安培的峰值電流。這些放大器可以并聯以增大其電流容量，和串聯連接或橋式連接以增大輸出電壓擺幅，盡管這樣組合放大器會大大增加成本和復雜性。每個放大器還必須由一個三相市電電源供電，并且在以全功率驅動時能夠要求市電電源供給高峰值電流，這對于公共電源來說體現為較低的功率因數。如果這些放大器利用移動式柴油發電機供電，則需要專門設計交流發電機和電壓調整器以解決所需的電流脈沖。按照目前的價格(1997)每個放大器價格為￡4500，因此，為了實現一個軸300A/300V的梯度驅動，需要四個放大器，成本為￡18000。全部三個軸的總成本為￡54000。
在EP-A-0460894和EP-A-0460895中記載了使用高功率放大器如Techron的兩種不同的系統。兩份說明書都記載了用于加速在MRI系統中產生梯度磁場所需的電流脈沖的上升和下降時間的電路；特別是通過借助于一個開關電橋在電流脈沖上升斜面期間開關所說線圈的一個獨立高壓電源來改善電流脈沖的上升時間。這種結構已經作為對于現有放大器系統的改型，以改善它們的性能，特別是高速成象性能。但是，盡管如此，仍然增加了成本和復雜性。
本發明試圖提供能夠滿足高速成象要求，但是不使用上述類型的線性放大器的一種簡單、低成本梯度驅動系統。
所以本發明提供用于梯度線圈的一種梯度驅動系統，包括用于接收所說梯度線圈的一個相對高壓電源的一個輸入端；所說梯度線圈的一個相對低壓電池電源；和與所說輸入端相連用于控制所說高壓電源的裝置。
可取的是，所說電池電源包括至少一個可充電電池。
可取的是，使用一個高壓電源控制裝置根據施加到所說梯度線圈的電流(特別是根據該電流與所需電流之間的差值)控制所說高壓電源。
可取的是，所說梯度驅動系統還包括電流源控制電路，其與所說電池電源和所說高壓電源控制裝置相連，響應表示流過所說梯度線圈的所需電流的控制信號控制向所說梯度線圈施加的電流。
可取的是，所說梯度驅動系統還包括用于產生表示流過所說梯度線圈的所需電流的所說控制信號的控制信號發生裝置。
可取的是，所說高壓電源控制裝置包括用于控制所說高壓電源與所說電流源控制電路的連接的電壓源控制電路，使得當從所說電流源控制電路輸出的電流基本等于所需電流量值時所說高壓電源與所說電流電源控制電路隔離。
本發明還包括提供一種梯度驅動系統，該系統包括一個相對高壓電源；控制信號發生裝置，其用于產生標識流過一個梯度線圈的所需電流的控制信號；電流源控制電路，其與所說控制信號發生裝置相連用于響應所說控制信號控制向所說梯度線圈提供的電流；一個相對低壓電池電源，其與所說電流源控制電路相連；和電壓源控制電路，其與所說高壓電源相連用于控制所說高壓電源與所說電流源控制電路的連接，從而當從所說電流源控制電路輸出的電流基本等于所需電流量時所說高壓電源與所說電流源控制電路(電)隔離。
如在本申請中所使用的含義，術語“相對高壓電源”具有廣泛的含義，它包括任何能夠提供相對高電壓的裝置，即使該裝置需要與一個外部功率源連接以實際上產生電壓。
因此，能夠避免使用市售的線性高功率放大器，因為所說高壓電源僅僅用于使流過梯度線圈的電流度過上升斜面，一旦完成斜面上升之后，就由低壓電池電源維持電流。
在許多國家，為了使功率因數保持盡可能高，對于市電電網上可以承載多少電器負荷是有限制的，這是毫無價值的。當使用電池維持所說電流時，所說對于市電電源來說梯度驅動負載是可以忽略的。
可取的是，所說電流源控制電路為四臂電橋電路結構，其用于跨過所說梯度線圈與一個或多個電流調整器相連，以檢測流過所說梯度線圈的電流和判定所檢測電流是否相應于所需電流。
此外，所說電壓源控制電路可以包括用于判定何時流過一個梯度線圈的電流不是基本等于所需電流的一個誤差檢測器和用于當檢測到一個差值時將所說高壓源與所說電流源控制電路相連的一個開關裝置。所說電壓源控制電路還可以包括用于將所說低壓電池電源與所說電流源控制電路隔離以使所說電壓電池電源不受所說高壓電源影響的裝置。因此，可取的是，所說梯度驅動系統包括用于將所說電池電源與所說高壓電源隔離的裝置。
可取的是，本發明還提供一種梯度驅動系統，該系統包括一個高壓電源；一個梯度線圈；控制信號發生裝置，用于產生表示流過所說梯度線圈的所需電流的控制信號；電流源控制電路，其與所說控制信號發生裝置和所說梯度線圈相連，用于響應所說控制信號控制向所說梯度線圈傳輸的電流；一個低壓電池電源；和電壓源控制電路，其與所說高壓電源和所說低壓電池電源相連，用于控制所說電壓源與所說電流源控制電路的相連，從而當流過所說梯度線圈的電流基本等于所需電流時，只將所說低壓電池電源與所說電流源控制電路相連。
利用本發明，代替功率放大器，使用一個電池組在電流脈沖的平頂期間提供電流，并且提供用于控制所說電池組輸出的裝置。
一般來說，電阻組由相互串聯和/或并聯足以在電流脈沖的平頂期間提供所需電流和電壓的多個可充電電池構成。
還包括用于使每個電流脈沖具有快速上升和下降邊沿的裝置。在一個優選實施例中，使用一個電容放電電路來提供目標高壓，進而使斜面部分具有快速上升時間。
可取的是，所說控制裝置是與所說電池輸出端串聯并利用負反饋調節以跟隨具有所需脈沖形狀的一個輸入基準波形的一個電流調節器。所說梯度場線圈通過一個使電流按照需要周期反向的電流反向裝置與所說電池組相連。可取的是，所說電流反向裝置同樣由所說基準波形控制。
可以使用不同的波形例如梯形波形和正弦波形控制所說梯度驅動系統。
根據本發明的一個更相關的方面，提供一種梯度線圈的梯度驅動系統，該系統包括用于接收所說梯度線圈供電的一個輸入端；和與所說輸入端相連用于使梯度線圈的電流反向的裝置；其中所說電流反向裝置包括與所說梯度線圈跨接的一個四臂橋式電路，所說橋式電路包括兩個開關，和用于調節流過所說梯度線圈的電流的兩個相應的電流調節器。
可取的是，所說開關為半導體器件，并且每個所說電流調節器還包括至少一個半導體裝置。
或者，所說開關可以是IGBT，每個所說電流調節器還可以包括至少一個IGBT。
可取的是，每個電流調節器包括一個電流控制裝置，一個電阻元件和一個誤差放大器，所說誤差放大器用于將流過所說梯度線圈的電流，其作為所說電阻元件上的電壓的一種量度，與梯度線圈的所需電流進行比較，和當判定存在差值時產生一個誤差輸出信號，所說電路控制裝置用于根據所說誤差輸出控制流過所說梯度線圈的電流。
可取的是，每個開關的一個第一端與所說輸入端的一個第一端相連，每個電流調節器的一個第一端與所說輸入端的一個第二端相連，每個開關的一個第二端與其對應的電流調節器的一個第二端相連，并且與所說梯度線圈的一個對應端相連。
可取的是，所說梯度驅動系統還包括用于保存從所說梯度線圈回收的電能的裝置。
所說梯度驅動系統還包括梯度線圈。所說梯度線圈可以與所說電流源控制電路相連。
為了更好地理解本發明，現在僅以舉例方式并參照附圖介紹本發明的兩個實施例，在所說附圖中
圖1為根據本發明構成的一個梯度驅動系統的一個第一實施例的方框示意圖。
圖2為圖1所示精確整流器的電路示意圖。
圖3為圖1所示開關邏輯的電路示意圖。
圖4為圖1所示開關S1和S3的光隔離器和電平偏移電路的電路示意圖。
圖5為圖1所示開關S5的光隔離器和電平偏移電路的電路示意圖。
圖6為根據本發明構成的一個梯度驅動系統的一個第二實施例的方框示意圖。
在圖1中，將一個軸向(X，Y或Z)的梯度線圈表示為電感Lg和電阻Rg。驅動脈沖電流從兩個源輸出從電池組B，其主要提供電流脈沖平頂部分的電流，和從一個高壓電容器放電電源C，其可以從交流市電獲得其能量。通常，高壓電源C的電壓輸出為350伏特。
電流通過一個電流反向裝置傳輸到所說梯度線圈，所說電流反向裝置包括由開關S1和S3以及電流控制裝置S2和S4構成的一個四臂電橋，所有這些器件都可以是用隔離柵極的雙極晶體管(IGBT)或功率MOSFET實現的半導體器件形式。如下所述，該電橋使得能夠從一個單極性電流源向所說線圈提供雙極性電流，還用作線圈中電流的線性調節器。
在電流反向電橋內連接有一個電流調節器，該調節器包括與一個電流檢測電阻Rs1串聯的一個電流控制器件S2。電流控制器件S4和電流檢測電阻Rs2構成電橋另一臂的電流調節器。所說電流控制器件S2通過測量電阻Rs1之上電壓檢測所說線圈電流來控制流過所說梯度線圈的電流。該電壓施加到一個誤差放大器電路A1的一個輸入端，來自一個精確整流器1的一個控制電壓信號Va施加到其另一輸入端。因此所說誤差放大器電路A1的輸出是一個誤差信號，該信號傳送到電流控制器件S2的控制極，以及一個誤差檢測器2，它們又通過一個光隔離器和電平偏移電路3控制連接在所說高壓電源C與所說電流反向電路之間的一個電壓控制器件S5。電壓控制器件S5基本以線性模式操作(與開關模式相反)。電壓控制器件S5同樣可以是一個IGBT。圖1中所示的點I表示器件S5的一個輸入端，該輸入端用于接收所說高壓電源。
在圖5中表示了所說電壓控制器件S5的光隔離器/電平偏移電路。它基本用作由放大器A7、線性光隔離器OP3、放大器A8和電壓控制器件S5構成的一個閉合回路中的一個線性高壓放大器。A1或A2輸出的一個正極性誤差信號經由所說誤差檢測器施加到運算放大器A7的正輸入端以使放大器的輸出變為正極性。這樣增大了經由R17通過OP3的發光二極管的電流，除了由R18施加的電流以外，該電流使所說發光二極管偏置在其特性的線性部分。所形成的光耦合使得通過OP3的晶體管的電流增大，而這又增大了R19兩端的電壓。將這個電壓升值施加到功率運算放大器A8的正輸入端，使得其輸出電壓上升，該升值量利用增益設置電阻R20和R21確定。從A8輸出的電壓導通電壓控制器件S5，這使得節點E(這個電壓源是高壓電容放電電源)的電壓有較大提高(高達幾百伏特)。電阻R15和R16將這個電壓分壓，使得在A7負輸入端的電壓等于在正輸入端上的誤差信號電壓。所以，R15和R16設定了該放大器的整體閉環電壓增益。通常，5V的誤差信號需要60倍增益以獲得300V的輸出。A8和OP3的輸出級的電力由隔離的電源(+Vfloating，-Vfloating)提供，其可以以節點E的電壓為基準。
如果在S5的控制輸入端有小的電流誤差，它們通常不足以導通S5以壓過48V的電池電壓。所以在脈沖周期的平頂區域不可能使用所說高壓電源。
精確整流器1的輸出也通過所說開關邏輯施加到一個光隔離器和電平偏移電路4以控制所說開關S1和S3，如下所述。如從圖2中可以看到的，所說精確整流器1從控制裝置(未示出)中接受雙極性輸入信號Vi形式的一個基準波形。這個信號包括正偏移Va和負偏移Vb。放大器A3是輸入信號的一個非反向緩沖級，并將所說輸入信號傳送至假接地放大器A4。正的輸入使A4(節點D)的輸出變為負值，正向偏置D4和反向偏置D5。然后在節點A的負信號被放大器A5反向給出正輸出Va。與此同時，輸出Vb為零，因為放大器A6的輸入端通過電阻R4保持在A4(節點C)的假接地電位。負的輸入使A4的輸出變為正值，反向偏置D4和正向偏置D5。然后在節點B的正信號通過非反向放大器A6給出正輸出Vb。與此同時，輸出Va為零，因為A5的輸入端通過電阻R3和R5保持在假接地電位。
對于一個正向的輸入信號(Va)，開關邏輯借助于光隔離器和高壓電平偏移電路4使得開關S3變為導通(即閉合)，而使開關S1變為非導通(即斷開)。從圖3和圖4可以看出開關邏輯電路和光隔離器和電平偏移電路的操作。所說開關邏輯電路由兩個電壓比較器C1、C2和四個交叉連接的門電路G1、G2、G3和G4構成。在兩個輸入Va、Vb都為零時，由于在C1、C2的正輸入端有小的電壓偏移(由VR1、VR2設定)，兩個比較器的輸出為高電平。當各個輸出端為高電平時，門電路G2和G4的輸出為高電平，各個光耦合器OP1、OP2的發光二極管斷開。
當輸入Va變為正值(Vb＝0)，C1的輸出隨著輸入信號超過由VR1設定的開關閾值(大約10毫伏)變為低電平。這使得G1的輸出變為高電平，G2的輸出變為低電平，光耦合器OP1的發光二極管導通。C1的輸出端還與G4的一個輸入端相連，確保當C1輸出端為低電平時G4的輸出為高電平，在OP1導通的同時保持OP2的發光二極管斷開。
類似地，當Va＝0和Vb變為正值時，C2的輸出變為低電平，光耦合器OP2的發光二極管導通，而OP1通過G2保持斷開。提供交叉連接的門電路確保了兩個光耦合器不會同時導通。
現在討論與開關S1和S3相連的光隔離器和電平偏移電路，需要兩個相同的電路，每個開關使用一個電路，在圖4中僅僅表示出一個。該電路的供電從交流市電通過隔離變壓器T1獲得，其使整個電路浮動在S1或S3的發射極電位。橋式二極管BR1、儲存電容器C3、C4和電壓調整器REG1、REG2向光耦合極OP1/OP2和最后的驅動極G5/G6提供直流電力。OP1和OP2的發光二極管整體地與一個邏輯門電路耦合，其輸出分別驅動G5/G6的輸入端。當發光二極管斷開時，邏輯門電路的輸出為高電平，G5或G6的輸出為低電平，同時保持開關S1/S3斷開。當OP1或OP2的發光二極管一導通，邏輯門電路的輸出就變為低電平，使得G5或G6的輸出變為高電平，其使開關S1或S3導通。
在輸入信號Va的快速上升沿，其使開關S3導通和S1斷開，電池電壓(30-60伏特)不足以使通過線圈的電流上升與該輸入信號匹配，從而使電流調節器S2、Rs1、A1的環路誤差信號瞬間增大。這個信號以線性方式導通電壓控制器件S5，其向線圈施加電源C的足夠高的電壓。這個電壓縮短了線圈電流的上升時間。一旦當通過S3、D3、S2、Rs1和所說線圈的電流與輸入值匹配時，所說誤差消除，S5變為非導通狀態(即斷開)，留下電池組B通過二極管D1在梯度脈沖的平頂部分期間提供電流。這個二極管在電路中用于在開關S5導通時保護電池組B不受高壓的影響。
在Va的下降邊沿，電流調節器S2、Rs1、A1開始斷開，結果感生存儲在梯度線圈中的能量引起線圈兩端的電壓迅速上升到由線圈電感和輸入信號的上升速率決定的一個值。二極管D2保護開關S1不受這個電壓的影響。當輸入信號Vi為負值時，電路按照相同方式工作，不同之處在于Vb現在是由S4、Rs2、A2構成的電流調節器的控制電壓信號。控制信號Vb現在使開關S1閉合和使開關S3斷開。二極管D3保護開關S3使其不受由Vb下降沿產生的電壓的影響。
因此應當理解，施加到梯度線圈的全部電壓是利用由誤差檢測器2、光隔離器/電平偏移電路3和電壓控制器件5構成的電壓源電路控制的。另一方面，施加到所說梯度線圈的全部電流是利用由一個四臂電橋構成的電流源電路控制的，所說電橋用于進行電流反向和電流調節。電流調節是通過電流控制器件S2和S4與其誤差放大器電路A1和A2和電流檢測電阻Rs1和Rs2相結合而實現的，而電流反向是通過適當地設置開關S1和S3以及器件S2和S4的通斷實現的。因此所說器件S2和S4具有雙重用途。
用于本系統的電池規格必須考慮到在梯度脈沖的平頂部分期間克服線圈(Rg)上的電阻壓降以及在D1、S1、S4(S2S3)、D2(D3)和Rs2(Rs1)上的壓降。在S4上還必須有足夠的電壓將它偏置于其特性的線性部分。如果線圈脈沖電流為100安培，則在本系統使用上述元器件和電阻值為0.1歐姆的線圈及36伏特的電壓(3*12V電池)就滿足這些要求。這是用63A/hr鉛酸汽車蓄電池實現的。
圖6中表示梯度驅動系統的另一個實施例。這個實施例與圖1所示實施例相似。所以，相同的標號表示相同的部分。為了簡單起見，僅僅介紹圖6中所示的與圖1所示實施例不同的那些部分。
在圖6中，驅動脈沖的電流也是由兩個電源(電池電源和高壓電源)提供的；但是，在這個實施例中，這是由電橋的各個橋臂獨立地實現的，流過S1和S4的電流經由二極管D1和開關S5，流過S3和S2的電流經由二極管D1’和開關S6。放大器電路A1和A2各自的輸出被傳送至誤差檢測器2的控制極，該誤差檢測器借助于光隔離器和電平偏移電路3分別控制電壓控制器件S6和S5。圖6中所示的二極管D2’、D2”、D3’、D3”、D6和D6’分別以反向平行方式與器件S1、S2、S4、S3、S5和S6跨接。雖然圖中表示這些二極管獨立地與各個相應器件相連，但是事實上在制造時它們構成這些器件的固有部分；有時將它們稱為“寄生二極管”。在圖1中沒有明確地表示出這些二極管，因為不使用它們。使用圖6所示結構，在脈沖周期中由線圈產生的磁場減小的時段，可以回收梯度線圈的能量，因為二極管D2’、D3”和D6或D2”、D3’和D6’使得電流能夠流回高壓電容器，將能量保存在其中。
兩個實施例都可以改進，使得該系統可以與基本模塊制成提供100安培電流的標準組件。然后可以利用相同電路拓撲簡單地通過與其它的半導體器件并聯構成200或300安培的系統。計算表明一個200安培驅動系統需要48伏特(4×12伏特電池)的電源，一個300安培驅動系統需要60伏特(5×12伏特電池)的電源。在較高電流時，主要需要增大電壓以克服在線圈上的壓降，因為在其它部分的電壓降幾乎不變化。這樣使得該系統在較高功率量值時更加有效。
電池容量的選擇依賴于所使用的脈沖序列的電流大小和占空因數，但是可以設想使用在100-200Ahr的范圍內的電池，因為這樣的電池能夠提供超過300安培的電流。電池的安培小時(Ahr)容量不是一個常數，而是取決于許多因素，其中包括相對于時間的放電特性(電池間歇性或脈沖式放電時，其容量大于連續性放電的情況)在所提出的一個系統中，電池組以一定速率持續24小時放電以補充在通常的工作日中消耗的電荷。可取的是，使用一種限流開關模式充電器，因為它可以高效率地提供單相電源的大充電電流。
快速上升梯度脈沖所需的電壓取決于線圈Lg的實際電感和在[V＝L(di/dt)]時間所需的電流。使用所述的電路，可以通過將交流電源(通過來示出的變壓器抽頭)改變為電容放電電源C可以容易地選擇所說電壓。對于這個電壓的主要限制是半導體器件的電壓額定值。技術實用性上文中已經介紹了一種梯度驅動系統，可以相信該系統相對于常規放大器系統具有下列優點1、通用模塊結構使得能夠構成易于變化的電流/電壓組合以適合不同的負荷和性能要求。2、它能夠僅僅使用一個單脈沖電源提供大電流脈沖，而且對于公共電源不會產生不利的功率因數。3、適合用于便攜式MR設備，其中電池可以裝載在遠離控制電路的位置以使可用空間最大化。而且，因為不會從市電中抽取大電流，所以不需要專門的發電機。4、適合于利用薄銅片制成的非常低電阻梯度線圈，而在這種情況下常規放大器可能會使它們的輸出晶體管過度消耗。5、相對于常規放大器系統來說大大節省了成本。
當然應當理解，在不脫離本發明的構思和范圍的前提下在所說梯度驅動系統中還可以使用與以上所述不同的元器件和電路。
權利要求
1.一種梯度線圈的梯度驅動系統，它包括用于接收所說梯度線圈的相對高壓電源的一個輸入端；所說梯度線圈的一個相對低壓電池電源；和與所說輸入端相連用于控制所說高壓電源的裝置。
2.如權利要求1所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電池電源包括至少一個可充電電池。
3.如權利要求1或2所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說高壓電源控制裝置用于根據施加到所說梯度線圈的電流大小控制所說高壓電源。
4.如權利要求1、2或3所述的一種梯度驅動系統，其特征在于它還包括電流源控制電路，其與所說電池電源和所說高壓電源控制裝置相連，用于響應表示流過所說梯度線圈的所需電流的控制信號控制向所說梯度線圈提供電流。
5.如權利要求4所述的一種梯度驅動系統，其特征在于它還包括控制信號發生裝置，其用于產生表示流過所說梯度線圈的所需電流的所說控制信號。
6.如權利要求4或5所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說高壓電源控制裝置包括電壓源控制電路，其用于控制所說高壓電源與所說電流源控制電路的連接，使得當所說電流源控制電路輸出的電流基本等于所需電流時將所說高壓電源與所說電流源控制電流隔離。
7.一種梯度驅動系統，它包括一個相對高壓電源；控制信號發生裝置，其用于產生表示流過一個梯度線圈的所需電流的控制信號；電流源控制電路，其與所說控制信號發生裝置相連，用于響應所說控制信號控制向所說梯度線圈提供電流；一個相對低壓電池電源，其與所說電流源控制電路相連；和電壓源控制電路，其與所說高壓電源相連，用于控制所說高壓電源與所說電流源控制電路的連接，從而當所說電流源控制電路輸出的電流基本等于所需電流時使所說高壓電源與所說電流源控制電路隔離。
8.如權利要求4至7中任何一項所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電流源控制電路包括至少一個電流調節器，用于檢測流過所說梯度線圈的電流，和判定所檢測的電流是否相應于所需電流。
9.如權利要求8從屬于權利要求5或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說至少一個電流調節器包括一個電流控制器件、一個電阻元件和一個誤差放大器，所說電流控制器件用于通過測量所說電阻元件上的電壓判定流過所說梯度線圈的電流，所說誤差放大器用于將所檢測的電流與所說控制信號發生裝置產生的所說控制信號進行比較，并當判定在所檢測電流與所說控制信號之間存在一個差值時產生一個誤差輸出。
10.如權利要求4至9中任何一項所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電流源控制電路還包括用于將提供給梯度線圈的電流反向的電流反向裝置。
11.如權利要求10所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電流反向裝置由與所說梯度線圈跨接的一個四臂電橋電路構成。
12.如權利要求11所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說四臂電橋電路包括兩個開關和兩個對應的電流調節器，用于檢測流過所說梯度線圈的電流和判定所檢測的電流是否相應于所需電流。
13.如權利要求6或7或權利要求8至12中任意一項從屬于權利要求6或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電流源控制電路包括至少一個電流調節器，其用于檢測流過所說梯度線圈的電流和判定所檢測的電流是否相應于所需電流，所說電壓源控制電路包括用于檢測何時所檢測電流不等于所需電流的一個誤差檢測器和一個電壓控制器件，其與所說誤差檢測器相連，用于當檢測到一個誤差時將所說高壓電源與所說電流源控制電路相連。
14.如權利要求13所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電壓控制器件是一個功率MOSFET。
15.如權利要求13所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電壓控制器件是一個IGBT。
16.如權利要求6或7或權利要求8至15中任意一項從屬于權利要求6或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電壓源控制電路還包括設置在所說電池電源與所說電流源控制電路之間的一個二極管，其用于當連接所說高壓電源時將所說電池電源與所說電流源控制電路隔離。
17.如前面權利要求中任意一項所述的一種梯度驅動系統，其特征在于它還包括用于將所說電池電源與所說高壓電源隔離的裝置。
18.如在權利要求5或在權利要求6從屬于權利要求5或在權利要求7或在權利要求8至17中任意一項從屬于權利要求5或7中所述的一種梯度驅動系統，其特征在于由所說控制信號發生裝置產生的所說控制信號具有基本為梯形的波形。
19.如在權利要求5或在權利要求6從屬于權利要求5或在權利要求7或在權利要求8至17中任意一項從屬于權利要求5或7中所述的一種梯度驅動系統，其特征在于由所說控制信號發生裝置產生的所說控制信號具有基本為正弦波形的波形。
20.如權利要求6或7或權利要求8至19中任意一項從屬于權利要求6或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電壓源控制電路包括一個電壓控制器件，從而當所說提供給所說梯度線圈的電流基本等于所需電流時借助于所說電壓控制器件將所說高壓電源與所說電流源控制電路隔離。
21.如權利要求6或7或權利要求8至20中任意一項從屬于權利要求6或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說電壓源控制電路與所說高壓電源和所說電池電源相連，用于控制所說所說電壓源和所說電流源控制電路的連接，從而當流過所說梯度線圈的電流基本等于所需電流時僅僅將所說電池電源與所說電流源控制電路相連。
22.一種梯度線圈的梯度驅動系統，它包括用于接收所說梯度線圈電源的一個輸入端；和與所說輸入端相連、用于將提供給梯度線圈的電流反向的裝置；其中所說電流反向裝置包括與所說梯度線圈跨接的一個四臂電橋電路，所說電橋電路包括兩個開關、和用于調節流過所說梯度線圈的電流的兩個對應的電流調節器。
23.如權利要求12或22所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說開關為半導體器件，每個所說電流調節器還包括至少一個半導體器件。
24.如權利要求23所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說開關為功率MOSFET，每個所說電流調節器還包括至少一個功率MOSFET。
25.如權利要求23所述的一種梯度驅動系統，其特征在于所說開關為IGBT，每個所說電流調節器還包括至少一個IGBT。
26.如權利要求12或權利要求22至25中任意一項所述的一種梯度驅動系統，其特征在于每個電流調節器包括一個電流控制器件、一個電阻元件和一個誤差放大器，所說誤差放大器用于將通過測量所說電阻元件上的電壓獲得的流過所說梯度線圈的電流與梯度線圈所需電流進行比較，并當判定存在一個差值時產生一個誤差輸出，所說電流控制器件用于根據所說誤差輸出控制流過梯度線圈的電流。
27.如權利要求12或權利要求22至26中任意一項所述的一種梯度驅動系統，其特征在于每個開關的一個第一端與所說輸入端的一個第一端相連，每個電流調節器的一個第一端與所說輸入端的一個第二端相連，每個開關的一個第二端與其對應的電流調節器的一個第二端相連，并且與所說梯度線圈的一個對應端相連。
28.如前面的任意一項權利要求所述一種梯度驅動系統，它還包括用于存儲從所說梯度線圈回收的能量的裝置。
29.如權利要求4至16或18至21或權利要求17或23至28從屬于權利要求4或7所述的一種梯度驅動系統，其特征在于還提供與所說電流源控制電路相連的一個梯度線圈。
30.如前面的任意一項權利要求所述的一種梯度驅動系統，它還包括所說梯度線圈。
31.如在本說明書中參照附圖所述和如附圖所示的一種梯度驅動系統。
全文摘要
梯度驅動系統包括一個梯度線圈Lg·Rg,借助于一個四臂橋式電路(S1、S2、S3、S4)向其提供電流,該橋式電路能夠使從一個單極性電流源輸出的電流以雙極性流過梯度線圈Lg·Rg。利用接收控制電壓信號(Va和Vb)的兩個電流調節器(A1、S2、Rs1和A2、S4、Rs2)控制流過梯度線圈的電流。設置一個高壓電容放電電源C使流過梯度線圈的每個梯度脈沖電流在斜面部分迅速上升,但是設置一個電池組(B)維持在梯度脈沖的平頂部分的電流。這樣無需使用常規的線性功率放大器,就可以實現高速磁共振成象。
文檔編號G01R33/385GK1250525SQ9880342
公開日2000年4月12日 申請日期1998年3月13日 優先權日1997年3月17日
發明者R·L·休斯 申請人:英國技術集團國際有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
