CN103443642A - 降低磁共振成像系统中峰值电功耗 - Google Patents

Abstract

一种具有磁场梯度线圈（516）和梯度线圈电源（320、424、518）的磁共振成像系统（402、500）。所述磁共振成像系统还包括处理器（540）和用于向所述梯度线圈提供冷却剂的冷却器（308、526）。所述磁共振成像系统还包括用于存储机器可执行指令（580、582、584、586、588、590、592）的存储器（546）。所述指令使所述处理器接收（100、200）脉冲序列（550），以使用所述脉冲序列以及所述梯度线圈和冷却剂储存器的冷却器热模型（582）生成（102、202）冷却器控制信号，并所述向冷却器发送（104、206）所述冷却器控制信号。所述冷却器控制信号令所述冷却器在所述梯度线圈电源向所述磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分上暂停冷却。

Description

降低磁共振成像系统中峰值电功耗

技术领域

本发明涉及磁共振成像，具体而言涉及磁共振成像系统中的功率管理。

背景技术

在磁共振成像（MRI）中，通常使用梯度放大器及其关联的磁场梯度线圈提供位于磁场中的原子自旋的3维空间编码。

这些梯度放大器通常特征在于所生成的电流波形的高峰值功率（对于当前的样品而言为几百kVA直到2MVA）和高精确度。包括使用脉宽调制（PWM）的串联半桥或全桥的电路已经被用于构造梯度放大器。

日本专利申请JP-08322815提到了改善梯度线圈冷却效率并避免不必要的功耗的问题。该日本专利申请公开了一种磁共振系统，其具备冷却梯度线圈的器件。其具有预测温度的器件以及当梯度线圈达到预定温度时开始冷却的器件。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了一种磁共振成像系统、一种计算机程序产品和一种方法。在从属权利要求中给出了实施例。

当前，对于新兴市场而言，有一种商业驱动力要将MR扫描器的额定功率保持很低而不降低性能。这是因为很多不发达国家缺乏电气基础设施以提供足够的峰值电功率来安装磁共振成像系统。降低磁共振成像系统的峰值电功耗有两个问题：

1）备用、平均和峰值功耗之间的大差异；

2）大励磁涌流。

本发明的实施例可以使用对磁共振成像系统操作的若干修改来解决第一个问题。磁共振成像系统通常使用冷却器以在工作期间冷却梯度线圈。在本发明的一些实施例中，通过关闭冷却器的压缩机来执行峰值电功耗。当有缓冲槽或冷却剂储存器存在时，能够关闭冷却器的压缩机。假设最低温度为6度，最高温度为15度，缓冲槽为100升（这或多或少是标准的），能够将压缩机关闭2.5分钟。然而这容易增大缓冲尺寸。关闭时间随缓冲体积线性增大。

本发明的一些实施例还可以通过控制低温冷却器来解决第一个问题。用于磁共振成像的超导磁体使用低温冷却器或低温压缩机冷却超导线圈。也能够将低温压缩机关闭几分钟，因为低温保持器具有大的热容量。

当扫描结束时，系统必须再次冷却下来。能够通过设计选择成本-性能点。如果需要大的占空比，能够安装冷却能力高的压缩机。这不会影响总的系统额定功率，因为它仍然受到放大器的支配。

在一些实施例中，通过将来自两个放大器的电源合并到具有功率因数校正的公共电源中并组合它们的大电容器组来解决第二个问题。之后经由这个电源为完整的系统供电。电容器组不仅输送放大器的峰值功率，而且补偿压缩机的励磁涌流。用于运行泵和压缩机所需的反相器和额外存储电容器以及控制方法将随着时间变得更便宜，因为它们的价格将由可再生能源市场驱动。

这里使用的“计算机可读存储介质”涵盖任何有形的存储介质，其可以存储可由计算设备的处理器执行的指令。可以将计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介质。也可以将计算机可读存储介质称为有形的计算机可读介质。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范例包括，但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘（CD）和数字多用盘（DVD），例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还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，可以通过调制调解器、通过因特网或通过局域网检索数据。将对计算机可读存储介质的参考应解读为能够是多个计算机可读存储介质。可以在不同位置存储一个或多个程序的各个可执行部分。计算机可读存储介质例如可以是同一计算机系统之内的多个计算机可读存储介质。计算机可读存储介质也可以是分布于多个计算机系统或计算设备之间的计算机可读存储介质。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器可以直接访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括，但不限于：RAM存储器、寄存器和寄存器文件。对“计算机存储器”或“存储器”的参考应解读为能够是多个存储器。存储器例如可以是同一计算机系统之内的多个存储器。存储器也可以是分布于多个计算机系统或计算设备间的多个存储器。

“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机存储设备的范例包括，但不限于：硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、CD-ROM和固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。对“计算机存储设备”或“存储设备”的参考应解读为能够是多个存储设备。存储设备例如可以是同一计算机系统或计算设备之内的多个存储装置。存储设备也可以是分布于多个计算机系统或计算设备间的多个存储设备。

这里使用的“计算设备”涵盖包括处理器的任何设备。这里使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。对“处理器”的参考应解读为能够包含超过一个处理器或处理内核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统之内的或分布于多个计算机系统间的处理器集合。也应将术语计算设备解读为能够指计算设备的集合或网络，每个计算设备都包括一个或多个处理器。很多程序的指令是由多个处理器执行的，所述多个处理器可以在同一计算设备之内或者甚至可以分布在多个计算设备之间。

这里使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”也可以称为“人类接口装置”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使来自操作者的输入能够被计算机接收，并可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，该接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上显示数据或信息是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏板、网络摄像头、头盔、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、舞蹈板、遥控器和加速度计接收数据都是实现从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。

这里使用的“硬件接口”涵盖了使计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互，和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括，但不限于：通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。

这里将磁共振（MR）数据定义为磁共振成像扫描期间由磁共振设备的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。这里将磁共振成像（MRI）图像定义为磁共振成像数据之内包含的解剖数据的重建的二维或三维可视化。能够使用计算机执行这种可视化。

在一个方面中，本发明提供了一种包括一组磁场梯度线圈的磁共振成像系统。通常，磁场梯度线圈包含三个独立的线圈组，以在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源或梯度放大器向磁场梯度线圈供应电流。供应给磁场线圈的电流根据时间被控制，且其可以是倾斜的或脉冲的。

所述磁共振成像系统还包括用于为所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源。所述磁共振成像系统还包括用于冷却冷却剂储存器中的冷却剂的冷却器。所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供所述冷却剂。换言之，可以调整或构造所述冷却器，从而使其能够提供所述冷却剂，以冷却所述一组磁场梯度线圈。所述冷却剂可以间接冷却所述梯度线圈。例如，可以使用所述冷却剂来冷却工作于更高温度下的次级电路，以防止所述梯度线圈上或附近发生冷凝。出于同样的原因，当使用所述冷却剂冷却诸如梯度线圈电源和射频发射器的其他部件时，通常使用次级电路。所述冷却剂储存器是包含一定量冷却剂的储存器。所述磁共振成像系统还包括用于控制所述磁共振成像系统的处理器。所述处理器可以包括专用硬件以及软件模块。应注意，所述处理器控制所述冷却器。所述处理器能够具有各种控制功能，以控制磁共振检查系统的各方面。例如，所述处理器可以包括独立的硬件或软件模块，以控制所述冷却器。所述冷却器适于接收来自所述处理器的冷却器控制信号。所述冷却器控制信号可以包含允许所述处理器控制所述冷却器的操作和功能的命令。例如，所述冷却器可以包含压缩机系统，所述压缩机系统令所述冷却器冷却所述冷却剂储存器中的所述冷却剂。之后从所述冷却剂储存器向所述磁场梯度线圈传送冷却的冷却剂。之后将来自梯度线圈（例如来自电阻线圈导体）的热直接或间接传递到所述冷却剂。所述冷却器控制信号例如可以包括令所述冷却器的压缩机独立于磁场梯度线圈温度打开或关闭的命令。通过这种方式，需要较少的冷却功率，当与从日本专利申请JP-08322815获知的磁共振系统中所需的冷却能力相比时也如此。本发明的发现是，冷却剂充当缓冲，以继续冷却磁场梯度线圈，即使当在向磁场梯度线圈施加电流时未有效冷却冷却剂。或者，所述冷却器控制信号也可以设置将冷却剂冷却到的温度。所述磁共振成像系统还包括用于存储机器可执行指令的存储器。

所述指令的执行令所述处理器接收脉冲序列。这里使用的脉冲序列涵盖指令的计划或集合，其详述了磁共振成像的操作，从而使磁共振成像采集磁共振数据。在一些实施例中，脉冲序列可以是图表形式，其可以被呈现给人类操作者并能够由人类解读。在其他情况下，脉冲序列可以是机器可读指令的形式。在两种情况下，脉冲序列都可以由处理器解读并用于生成命令，以控制磁共振成像系统的操作，从而使磁共振成像系统采集磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器使用脉冲序列以及梯度线圈和冷却剂储存器的冷却器热模型生成冷却器控制信号。在这一实施例中，为所述处理器提供分析模块，所述分析模块从脉冲序列导出哪些梯度脉冲包括在脉冲序列中，并采用所述热模型估计所述脉冲序列操作期间所述磁场梯度线圈的温度。所述分析模块基于估计的温度，之后导出冷却器控制信号，以便在施加脉冲序列之前降低磁场梯度线圈的温度。所述冷却器控制信号令所述冷却器在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分上暂停冷却所述冷却剂。因为预先冷却了所述磁场梯度线圈，所以避免了所述磁场梯度线圈的温度超过预设的安全阈值。

所述机器可执行指令的执行还令所述处理器向所述冷却器发送所述冷却器控制信号。向所述冷却器发送所述冷却器控制信号可以令所述冷却器执行所述冷却器控制信号。应注意，所述冷却器控制信号在向磁场梯度线圈供电的（一部分）时段期间抑制或关闭所述冷却器的操作。使用脉冲序列和冷却器热模型生成所述冷却器控制信号，从而能够当所述磁场梯度线圈由所述梯度线圈电源供应电流时暂停冷却所述冷却剂。这是有益的，因为所述冷却器和所述梯度线圈电源都使用大量的电功率。通过在梯度线圈电源工作的时间的至少一段上关闭所述冷却器，可以有如下益处：降低磁共振成像系统消耗的峰值电功率。与当前的磁共振成像系统相比，通过使用脉冲序列，预先规划关闭所述冷却器的时间。这提供了一种具有降低的峰值电功耗的磁共振成像系统。

在一些实施例中，在冷却剂储存器中，磁场梯度线圈之内可以有温度传感器，和/或有测量进入和/或退出所述一组磁场梯度线圈的冷却剂的温度的温度传感器。这种数据可以由所述处理器接收并用作脉冲序列中的输入。

在一些实施例中，所述冷却器也可以向额外系统，并非仅向所述一组磁场梯度线圈提供冷却剂。在一些实施例中，所述冷却器包括所述冷却剂储存器。

在另一实施例中，所述冷却器控制信号适于降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗。如上所述，可以结合冷却器热模型使用脉冲序列以规划所述冷却器何时暂停冷却所述冷却剂。所述冷却剂储存器实质上提供热储存器，所述热储存器可以用于当暂停冷却所述冷却剂时，冷却所述一组磁场梯度线圈。

在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括热储存器温度监测器。所述热储存器温度监测器例如可以是温度传感器。所述指令的执行还令所述处理器使用所述储存器温度监测器监测储存器温度。所述指令的执行还令所述处理器在储存器温度高于预定阈值时，修改所述冷却器控制信号。所述指令的执行还令所述处理器向所述冷却器发送经修改的冷却器控制信号。尽管使用脉冲序列规划何时执行冷却所述冷却剂的暂停，可能有一些情况冷却剂比热模型预测的更快地变热。例如，在磁共振成像系统的系统之一中可能有故障，例如，所述一组磁场梯度线圈可能受损，或者环境温度可能高于预期。监测储存器温度在操作系统时提供了额外的安全度。本实施例可以具有如下优点：提供了降低峰值电功耗的更鲁棒方法。

在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括低温冷却的磁体。所述磁共振成像系统还包括用于冷却所述低温冷却的磁体的低温冷却器。所述低温冷却器包括低温压缩机。所述低温冷却器适于接收来自所述处理器的低温冷却器控制信号。所述指令的执行还令所述处理器使用脉冲序列和用于对低温冷却器和低温冷却的磁体进行热建模的低温系统热模型生成所述低温冷却器控制信号。所述低温冷却器控制信号令所述低温压缩机在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分上暂停。所述指令的执行还令所述处理器向所述低温冷却器发送所述低温冷却器控制信号。

本发明的本实施例还可以具有如下益处：降低了磁共振成像系统的峰值电功耗。所述梯度线圈电源在短时间内使用大量的电功耗。在这段时间的至少一部分期间关闭低温冷却器可以具有降低峰值电功耗的益处。如前面的实施例，使用脉冲序列和低温系统热模型以规划的方式关闭所述低温冷却器。没有预先规划，可能在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的同时，打开所述低温冷却器。此外，可以防止由于同时打开低温冷却器和冷却器导致的大励磁涌流。

本实施例还可以具有使用脉冲序列及其相应热模型同时生成低温冷却器控制信号和冷却器控制信号的益处。这可以极其有益，因为能够在为所述一组梯度线圈功能的整个持续时间内关闭冷却器或低温冷却器。然而，通过关闭低温冷却器和/或冷却器来降低峰值功耗可以容易得多。例如，可以在关闭低温冷却器的同时运行冷却器，可以在关闭冷却器时在一些情况下打开低温冷却器。这样实现了降低磁共振成像系统的峰值电功耗的更灵活手段。

在另一实施例中，所述低温冷却器控制信号适于降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗。本实施例可以具有降低峰值电功耗的益处。

在另一实施例中，低温冷却器包括冷头，所述冷头用于提供低温冷却的磁体和低温冷却器之间的热传递。这里使用的冷头涵盖暴露于低温系统的低温冷却器表面，其提供热传递并允许低温冷却器冷却低温系统。冷头还可以包括充当热储存器的体块。所述磁共振成像系统还包括冷头温度监测器。例如，冷头温度监测器可以是温度传感器。所述指令的执行令所述处理器使用所述冷头温度监测器监测冷头温度。这可以包括从所述冷头温度监测器接收温度数据。所述指令的执行还令所述处理器在冷头温度高于预定阈值时，修改低温冷却器控制信号。执行指令还令处理器向低温冷却器发送修改的低温冷却器控制信号。本实施例可以是有益的，因为所述低温冷却器控制信号是使用脉冲序列和低温系统热模型以预先规划的方式生成的。监测冷头温度可以实现磁共振成像系统更有效率的工作，并可以提供这样的手段：该手段防止生成低温冷却器控制信号时的误差导致的故障和/或低温冷却的磁体的一部分中的故障。

在另一实施例中，根据彼此生成低温冷却器控制信号和冷却器控制信号，以便降低磁共振成像系统的峰值电功耗。所述低温冷却器和所述冷却器都可以被操作，从而在短时段内，它们具有降低的功耗。

在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括射频发射器。所述射频发射器适于由直流电功率供电。这本身可以是有益的，因为很多射频发射器将交流电功率转换成直流电功率。所述磁共振成像系统还包括电容器组，所述电容器组用于向所述射频发射器和所述梯度线圈电源两者提供直流电功率。本实施例极其有益，因为通常使用电容器组向梯度线圈电源提供功率。在这种情况下，所述射频发射器和所述梯度线圈电源都由同一电容器组供电。可以在降低磁共振成像系统的电功耗期间对所述电容器组充电。本实施例允许操作所述射频发射器和所述梯度线圈电源两者，以这样的方式可以降低磁共振成像系统的峰值电功耗。

在另一实施例中，所述电容器组包括用于存储电功率的电功率存储元件。例如，所述电功率存储元件可以包括超级电容器和/或电池。本实施例可以具有如下优点：使得磁共振成像系统对于总输电线供电切断更加鲁棒。

在另一实施例中，所述射频发射器适于由可变电压直流电源供电。所述电容器组适于向梯度线圈电源和射频发射器两者提供可变电压直流电功率。这可以是有益的，因为所述电容器组可以用于帮助控制向所述一组梯度线圈供应的电压。例如，电容器可以通过串联的方式连接以提高电压。具有能够采取多种电压作为电源的射频发射器简化了对电容器组的要求。

在另一实施例中，所述电容器组包括至少第一电容器组和第二电容器组。实质上，已经将电容器组分成了至少两个部分。所述电容器组适于使用第一电容器组和第二电容器组之一向所述射频发射器供应直流电功率。通过仅使用子电容器组之一，为射频发射器供应特定子电容器组的电压。所述电容器组适于使用第一电容器组和第二电容器组两者向梯度线圈电源供应直流电功率。如果有额外的电容器组，所述电容器组可以适于利用那些额外的电容器组供应直流电流。例如，连接到所述射频发射器的电容器组会以特定电压供应DC电流，之后能够使用第一电容器组和第二电容器组向不同电压的梯度线圈电源供应电压。例如，第一和第二电容器组能够串联连接。本实施例是有利的，因为其允许向梯度线圈电源供应可变电压，同时向射频发射器提供接近稳定的DC电压。

在另一实施例中，所述电容器组适于接收来自所述处理器的充电命令。所述指令的执行令所述处理器生成充电命令。所述充电命令适于降低磁共振成像系统的峰值电功耗。所述指令的执行还令所述处理器向所述电容器组发送所述充电命令。这是有益的，因为可以使用脉冲序列预先规划充电命令。这可以用于在降低磁共振成像系统的电功耗时为电容器充电。在一些实施例中，可以在生成冷却器控制信号和/或低温冷却器控制信号的同时生成和规划充电命令。这可以提供电功耗大幅度降低的磁共振成像系统。

在另一实施例中，所述冷却器适于至少向所述射频发射器提供冷却剂。所述冷却器热模型适于对所述射频发射器进行热建模。在该实施例中，所述冷却器还向所述射频发射器提供冷却剂。所述冷却器热模型还适于对所述射频发射器进行热建模。这是有利的，因为也能够对由所述射频发射器造成的冷却器的热负荷进行建模和预测。这允许更准确地确定何时应该打开和关闭冷却器。这可以提供更有效率的手段以降低磁共振成像系统的峰值电功耗。

在另一实施例中，所述冷却器适于至少向所述梯度线圈电源提供冷却剂。所述冷却器热模型适于对所述梯度线圈电源进行热建模。在该实施例中，所述冷却器还用于冷却所述梯度线圈电源。已经进一步调整所述冷却器热模型，从而使其能够对梯度线圈电源导致的热负荷进行热建模。这是极其有利的，因为能够更准确地预测冷却器上的热负荷，并且这可以用于更好地选择何时使用冷却器控制信号打开和关闭冷却器。这可以提供更可靠的手段以降低磁共振成像系统的峰值电功耗。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还令所述处理器接收磁共振成像程序的列表，每个程序都包括程序脉冲序列。脉冲序列是程序脉冲序列。所述指令的执行还令所述处理器规划执行磁共振成像程序的顺序以降低磁共振成像系统的峰值电功耗。本实施例可以特别有利，因为不同的脉冲序列可以给冷却器和/或低温冷却器施加不同的热负荷。因此可以使用执行磁共振成像系统的顺序来降低峰值电功耗。这也可以是有益的，因为通常还在磁共振成像使用之间对电容器组充电。实质上，脉冲序列的队列允许更有效率地形成功率管理。

在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，包括由处理器执行的机器可执行指令。例如，所述计算机程序产品可以存储于计算机可读存储介质上。所述处理器适于控制包括一组磁场梯度线圈的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统还包括用于为所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源。所述磁共振成像系统还包括用于冷却冷却剂储存器中的冷却剂的冷却器。所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供冷却剂。所述冷却器适于接收来自所述处理器的冷却器控制信号。所述指令的执行令所述处理器接收脉冲序列。所述指令的执行还令所述处理器使用脉冲序列以及梯度线圈和冷却剂储存器的热模型生成所述冷却器控制信号。所述冷却器控制信号令所述冷却器在梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分上暂停冷却所述冷却剂。所述指令的执行还令所述处理器向所述冷却器发送所述冷却器控制信号。前面已经论述了本实施例的优点。

在另一方面中，本发明提供了一种控制磁共振成像系统的方法。类似地，本发明还提供了一种控制磁共振成像系统的计算机实施的方法。所述磁共振成像系统包括一组磁场梯度线圈。所述磁共振成像系统还包括为所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源。所述磁共振成像系统包括用于控制所述磁共振成像系统的处理器。所述磁共振成像系统包括用于冷却冷却剂储存器中的冷却剂的冷却器。所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供冷却剂。所述冷却器适于接收来自所述处理器的冷却器控制信号。所述方法包括接收脉冲序列的步骤。所述方法还包括使用脉冲序列以及梯度线圈和冷却剂储存器的热模型生成所述冷却器控制信号的步骤。所述冷却器控制信号令所述冷却器在梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分上暂停冷却所述冷却剂。所述方法还包括向所述冷却器发送所述冷却器控制信号的步骤。前面已经论述了本实施例的优点。

在另一实施例中，所述冷却器和/或所述低温冷却器为适于控制其自身功耗的智能系统。所述冷却器和/或所述低温冷却器内的处理器生成控制信号。例如，所述冷却器热模型能够存储于作为所述冷却器一部分的存储器中，并且作为所述冷却器一部分的处理器能够生成所述冷却器控制信号。类似地，所述低温系统热模型能够存储于作为所述低温冷却器一部分的存储器中，并且作为低温冷却器一部分的处理器能够生成所述低温冷却器控制信号。如果所述磁共振成像系统包含于所谓的智能电网中，该实施例可以是有益的，所述智能电网自我管理电功耗。

附图说明

在下文中将仅通过举例，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了流程图，其图示了根据本发明的实施例的方法；

图2示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法；

图3图示了磁共振成像系统的各个电气部件及其电功耗；

图4图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统的电气系统；并且

图5图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统。

附图标记列表

300无规划的功耗

302有规划的功耗

304冷却器系统

306磁共振成像系统

308冷却器

310泵

312液体缓冲器

314压缩机

316低温压缩机

318低温保持器

320梯度放大器

322电源

324电缓冲器

326反相器

328射频放大器

330电源

332电缓冲器

334放大器

400电气系统

402磁共振成像系统

404备份电源

406通往电网的连接

408断路器

410功率调节器

412功率因数校正器AC/DC

414大缓冲器

416断路器

418不间断电源

420能量存储器

422过电流保护器

424梯度放大器

426DC梯度电源

427通往一组梯度线圈的连接

428过电流保护器

430射频放大器

432DC到DC转换器

434DC到射频转换器

435通往射频线圈的连接

436控制系统

438通往冷却器的连接

500磁共振成像系统

502磁体

504磁体的膛

506成像区

508低温保持器

510超导线圈

512低温冷却器

514冷头

515温度传感器

516磁场梯度线圈

518梯度线圈电源

520射频线圈

521射频收发器

522受检者

523受检者支撑物

524电容器组

526冷却器

528压缩机

530冷却剂储存器

531温度传感器

532泵

534冷却剂管

536计算机系统

538硬件接口

540处理器

542用户接口

544存储设备

546存储器

550脉冲序列

552冷却器控制信号

554储存器温度测量结果

556经修改的冷却器控制信号

558低温冷却器控制信号

560冷头温度测量结果

562经修改的低温冷却器控制信号

564充电命令

566磁共振程序列表

568一组程序脉冲序列

570磁共振数据

572磁共振图像

580控制模块

582冷却器热模型

584冷却器控制信号发生模块

586低温系统热模型

588低温冷却器控制信号发生模块

590图像重建模块

592程序规划模块

具体实施方式

编号类似的元件在这些附图中是等要元件或执行相同功能。如果功能是等要的，先前论述过的元件未必会在后面的图中加以论述。

图1示出了流程图，其图示了根据本发明的实施例的方法。首先，在步骤100中，接收脉冲序列。接下来，在步骤102中，使用脉冲序列和冷却器热模型生成冷却器控制信号。例如，能够对脉冲序列进行解析，并且使用热模型，计划能够用于决定何时应当打开或关闭冷却器的压缩机。最后，在步骤104中，将冷却器控制信号发送到冷却器。

图2示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法。在步骤200中，接收脉冲序列。接下来，在步骤202中，使用脉冲序列和冷却器热模型生成冷却器控制信号。在步骤204中，使用脉冲序列和低温系统热模型生成低温冷却器控制信号。可以按照任何顺序，或者也可以同时执行步骤202和204。同时生成冷却器控制信号和低温冷却器控制信号可以是有益的。同时进行的优点是能够规划冷却器何时工作，以及低温冷却器何时工作，从降低磁共振成像系统的峰值电功耗。接下来，在步骤206中，将冷却器控制信号发送到冷却器。最后，在步骤208中，将低温冷却器控制信号发送到低温冷却器。可以按照任何顺序，或者也可以同时执行步骤206和208。

图3示出了磁共振成像系统的各个电气部件及其电功耗。示出了两个独立的方框。组300示出了无规划的磁共振成像系统的功耗。方框302图示了当使用脉冲序列规划了何时关闭冷却器和/或低温压缩机的规划时的功耗。这图示了根据本发明的方法的益处。两个方框都包含冷却器系统304和磁共振成像系统306。首先检查冷却器系统304，冷却器系统304包括冷却器308。冷却器在峰值时使用预定量的电功率。冷却器308包括泵310、液体缓冲器312和压缩机314。液体缓冲器312等要于冷却剂储存器。泵310允许冷却剂被泵送到其他部件，以冷却它们。压缩机314使得冷却器308能够冷却液体缓冲器312之内的冷却剂。

更详细地检查磁共振系统，磁共振成像系统306包括与磁体的低温保持器318热接触的低温压缩机316。低温压缩机在峰值时也使用预定量的电功率。低温压缩机等要于低温冷却器。磁共振成像系统306还包括梯度放大器320。梯度放大器320等要于梯度线圈电源。梯度放大器320包括电源322、电缓冲器324和反相器326。磁共振成像系统306还包括射频放大器328。射频放大器328等要于射频发射器。射频放大器328包括电源330、电缓冲器332和放大器334。对于无规划300的功耗，峰值电功率是所有部件308、316、320、328的电功耗之和。

检查针对有规划的功耗的方框302，有额外部件；有控制器336，其适于打开和关闭冷却器308、低温压缩机316、梯度放大器320和射频放大器328。在本范例中，压缩机314和低温压缩机316被关闭。这样降低了峰值电功率。尤其是在发展中国家，这种降低可能是重要的，这使得更容易将磁共振成像系统306和制冷系统304连接到电网。在方框302中，梯度放大器320的电缓冲器324和射频放大器328的电缓冲器332可以是相同的。这样可以进一步降低峰值电功耗。

图4图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统的电气系统400。在这幅图中将电气系统400分成两个方框。有属于磁共振成像系统402的电气部件，以及属于备份电源系统404的第二组部件。有通往电网406的连接。电连接406连接到断路器408。断路器408之后连接到功率调节器410。功率调节器410具有若干部件。功率调节器410包括用于AC到DC的功率因数校正器412。这实质上是AC到DC变换器。功率调节器410还包括大功率缓冲器414。大缓冲器414等要于电容器组。功率因数校正器412连接到大缓冲器414。功率因数校正器412还连接到断路器416。

断路器416连接到备份电源系统404。断路器416连接到不间断电源418，不间断电源418包括能量存储设备420。备份电源系统404是任选的实施例。功率因数校正器412还连接到过电流保护器422。功率因数校正器412向过电流保护器422供应DC电流。过电流保护器422连接到梯度放大器424。过电流保护器422连接到梯度放大器424的DC梯度电源426。DC梯度电源426连接到用于一组梯度线圈的连接427。功率因数校正器412还向过电流保护器428供应DC电流。过电流保护器428连接到RF放大器430。过电流保护器428连接到射频放大器430的DC到DC转换器432。DC到DC放大器432连接到DC到射频转换器434。DC到射频转换器434连接到通往射频线圈的连接435。控制系统436被示为连接到功率调节器410、梯度放大器424和射频放大器430。控制器436还被示为具有连接438，以控制冷却器。控制器436被调整，以使其能够执行本发明中的实施例并管理磁共振成像系统的峰值电功率要求。

图5示出了根据本发明的实施例的磁共振成像系统500。磁共振成像系统500包括磁体502。磁体502具有膛504。图示的磁体502是圆柱型的超导磁体。磁体具有液氦冷却的低温保持器508，其中具有超导线圈510。使用不同类型的磁体也是可能的，例如也能够使用分裂圆柱磁体和所谓的开放磁体。分裂圆柱磁体类似于标准的圆柱磁体，除了低温保持器已经分裂成两部分，以允许接近磁体的等平面，从而可以将磁体例如结合带电粒子束治疗使用。开放的磁体具有两个磁体部分，一个在另一个上方，之间具有足够大的空间，以接收受检者：两部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放磁体是受欢迎的，因为受检者受限制较小。在圆柱磁体502的膛内是成像区506，其中的磁场足够强且均匀，以执行磁共振成像。

低温冷却器512具有与低温保持器508接触的冷头514。低温冷却器512用于冷却低温保持器508。在冷头514上是温度传感器515。温度传感器515适于测量冷头514的温度。

磁体502的膛内还有一组磁场梯度线圈516。磁场梯度线圈516连接到梯度线圈电源518。在磁体502的膛504内，还有一组磁场梯度线圈516，磁场梯度线圈516在采集磁共振数据期间用于对磁体502的成像区506之内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈516连接到梯度线圈电源518。一组磁场梯度线圈516旨在是有代表性的。如上所述，磁场梯度线圈通常包含三个独立的线圈组，以在三个正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源518向磁场梯度线圈516供应电流。供应给磁场线圈的电流根据时间被控制，且其可以是倾斜的或脉冲的。

与成像区506相邻的是射频线圈520，射频线圈520用于操纵成像区506之内的磁自旋的取向，并用于从也在成像区506之内的自旋接收无线电发射。射频线圈520连接到射频收发器521。射频线圈可以包含多个线圈元件。射频线圈520也可以称为通道或天线。射频线圈520连接到射频收发器521。射频线圈520和射频收发器521可以被独立的发射和接收线圈以及独立的射频发射器和射频接收器替代。应理解，射频线圈520和射频收发器521是有代表性的。射频线圈520旨在也表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器521也可以表示独立的射频发射器和射频接收器。

受检者522位于磁体502的膛中，并被视为躺在受检者支撑物523上。受检者522的一部分在成像区506之内。电容器组524连接到射频收发器521和梯度线圈电源518。电容器组524适于向射频收发器521和梯度线圈电源518两者供应DC电流。在这幅图中，未示出通往电网的连接和功率分布。图4中示出了功率分布的图示。

磁共振成像系统500被示为还包括冷却器526。冷却器526包括用于冷却冷却剂储存器530中的冷却剂的压缩机528。冷却剂储存器530被示为包含温度传感器531，温度传感器531适于测量冷却剂储存器530内的冷却剂的温度。冷却器526还包括泵532，泵532适于泵送冷却剂储存器530内的冷却剂以冷却外部设备。泵532连接到若干冷却剂管534。冷却剂管534适于向磁场梯度线圈516、梯度线圈电源518和射频收发器512输送并返回冷却剂。冷却器526可以不向所有实施例中的所有这些部件供应冷却剂。如上所述，冷却剂可以间接地冷却梯度线圈。例如，可以使用冷却剂来冷却工作于更高温度下的次级电路，以防止梯度线圈上或附近发生冷凝。这幅图中未示出该细节。

低温冷却器512、梯度线圈电源518、射频收发器521、电容器组524和冷却器526全部被示为连接到计算机系统536的硬件接口538。硬件接口538还连接到计算机系统536的处理器540。硬件接口538允许处理器540发送和接收用于控制磁共振成像系统500的操作和功能的控制信号。处理器540被示为还连接到用户接口542、计算机存储设备544和计算机存储器546。

计算机存储设备544被示为包含脉冲序列550。计算机存储设备544还被示为包含冷却器控制信号和储存器温度测量结果544。储存器温度测量结果544是使用温度传感器531采集的。计算机存储设备544还被示为包含经修改的冷却器控制信号556。所述计算机存储设备还被示为包含低温冷却器控制信号558。计算机存储设备544还被示为包含使用温度传感器515采集的冷头温度测量结果560。计算机存储设备544还被示为包含经修改的低温冷却器控制信号562。计算机存储设备544还被示为包含充电命令564。充电命令564是用于控制电容器组524充电的命令。计算机存储设备544还被示为包含磁共振程序列表。计算机存储设备544还被示为包含一组程序脉冲序列。一组程序脉冲序列568是这样的脉冲序列：该脉冲序列对应于磁共振程序列表566中磁共振程序中的每个。计算机存储设备544还被示为包含使用磁共振成像系统500采集的磁共振数据570。计算机存储设备544还被示为包含磁共振图像572，磁共振图像572是从磁共振数据570重建的。

计算机存储器546被示为包含控制模块580。所述控制模块包含用于控制磁共振成像系统500的操作和功能的计算机可执行代码。例如，所述控制模块可以包含帮助处理器解析脉冲序列550并生成用于控制磁共振成像系统500的命令的计算机可执行代码。计算机存储器546还被示为包含冷却器热模型582。冷却器热模型582包含允许对冷却器526和冷却器冷却的任何部件进行热建模的计算机可执行代码。冷却器热模型582可以是诸如复杂有限元或有限差分模型的某种模型，或者其可以是简单的集总元件热模型。

计算机存储器546还被示为包含冷却器控制信号发生模块584。冷却器控制信号发生模块584包含用于生成冷却器控制信号552和经修改的冷却器控制信号556的计算机可执行代码。冷却器控制信号发生模块584可以使用冷却器热模型582、脉冲序列550和/或储存器温度测量结果554生成冷却器控制信号552和经修改的冷却器控制信号556。计算机存储器546还被示为包含低温系统热模型586。低温系统热模型586包含允许对包括低温保持器508、低温冷却器512和冷头514的低温系统进行热建模的计算机可执行代码。计算机存储器546还被示为包含低温冷却器控制信号发生模块588。低温冷却器控制信号发生模块588包含用于生成低温冷却器控制信号558和经修改的低温冷却器控制信号562的计算机可执行代码。低温冷却器控制信号发生模块588可以使用序列550、低温系统热模型586和/或冷头温度测量结果560，生成低温冷却器控制信号558和经修改的低温冷却器控制信号562。

计算机存储器564还被示为包含图像重建模块590。图像重建模块590包含用于从磁共振数据570重建磁共振图像572的计算机可执行代码。计算机存储器564还被示为包含程序规划模块592。程序规划模块592包含允许磁共振成像系统500选择执行磁共振程序列表566中所列磁共振程序的顺序的计算机可执行代码。程序规划模块592可以使用一组程序脉冲序列568、冷却器控制信号发生模块584和低温冷却器控制信号发生模块588，生成执行磁共振程序中的哪个的选择。

尽管已经在附图和前面的描述中说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实施请求保护的发明时能够理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且定语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线的远程通信系统。权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种磁共振成像系统（402、500），包括：

-一组磁场梯度线圈（516）；

-用于为所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源（320、424、518）；

-冷却器（308、526），其具有冷却冷却剂储存器（312、530）中的冷却剂的功能；

-处理器（540），其具有控制所述冷却器的功能；

其中，所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供所述冷却剂，其中，所述冷却器适于接收来自所述处理器的冷却器控制信号（552），且所述冷却器通过所述冷却器控制信号进行控制；

-用于存储机器可执行指令（580、582、584、586、588、590、592）的存储器（546），其中，所述指令的执行令所述处理器：

-接收（100、200）脉冲序列（550）；

-使用所述脉冲序列以及所述梯度线圈和所述冷却剂储存器的冷却器热模型（582）生成（102、202）所述冷却器控制信号，其中，所述冷却器控制信号令所述冷却器，独立于所述梯度线圈的温度并在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分内，暂停冷却所述冷却剂；并且

-向所述冷却器发送（104、206）所述冷却器控制信号。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述冷却器控制信号适于降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗。

3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括热储存器温度监测器（531），其中，另外指令的执行令所述处理器：

-使用所述储存器温度监测器监测储存器温度，

-如果所述储存器温度高于预定阈值，则修改所述冷却器控制信号，并且

-向所述冷却器发送经修改的冷却器控制信号（556）。

4.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括低温冷却的磁体（502），其中，所述磁共振成像系统还包括用于冷却所述低温冷却的磁体的低温冷却器（316、512），其中，所述低温冷却器包括低温压缩机，其中，所述低温冷却器适于接收来自所述处理器的低温冷却器控制信号（558），其中，所述指令的执行还令所述处理器：

-使用所述脉冲序列以及用于对所述低温冷却器和所述低温冷却的磁体进行热建模的低温系统热模型生成（204）所述低温冷却器控制信号，其中，所述低温冷却器控制信号令所述低温压缩机在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分内暂停；并且

-向所述低温冷却器发送（208）所述低温冷却器控制信号。

5.根据权利要求5所述的磁共振成像系统，其中，所述低温控制信号适于降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗。

6.根据权利要求5或6所述的磁共振成像系统，其中，所述低温冷却器包括冷头（514），所述冷头用于提供所述低温冷却的磁体和所述低温冷却器之间的热传递，其中，所述磁共振成像系统还包括冷头温度监测器（515），其中，所述指令的执行令所述处理器：

-使用所述冷头温度监测器监测所述冷头的温度，

-如果所述冷头的温度高于预定阈值，则修改所述低温冷却器控制信号，并且

-向所述低温冷却器发送经修改的低温冷却器控制信号（562）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括射频发射器（521），其中，所述射频发射器适于由直流电功率供电，其中，所述磁共振成像系统还包括电容器组（524），所述电容器组用于向所述射频发射器和所述梯度线圈电源两者提供直流电功率。

8.根据权利要求7所述的磁共振成像系统，其中，所述射频发射器适于由可变电压直流电源供电，其中，所述电容器组适于向所述梯度线圈电源和所述射频发射器两者提供可变电压直流电功率。

9.根据权利要求7所述的磁共振成像系统，其中，所述电容器组包括至少第一电容器组和第二电容器组，其中，所述电容器组适于使用所述第一电容器组和所述第二电容器组之一向所述射频发射器供应直流电功率，其中，所述电容器组适于使用所述第一电容器组和所述第二电容器组两者向所述梯度线圈电源供应直流电功率。

10.根据前述权利要求7到9中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述电容器组适于接收来自所述处理器的充电命令，其中，所述指令的执行令所述处理器：

-使用所述脉冲序列生成充电命令（564），其中，所述充电命令适于降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗，

-向所述电容器组发送所述充电命令。

11.根据前述权利要求5到10中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述冷却器适于至少向所述射频发射器提供所述冷却剂，并且其中，所述冷却器热模型适于对所述射频发射器进行热建模。

12.根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述冷却器适于至少向所述梯度线圈电源提供所述冷却剂，并且其中，所述冷却器热模型适于对所述梯度线圈电源进行热建模。

13.根据前述权利要求中任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述指令的执行还令所述处理器：

-接收磁共振成像程序的列表（566），每个磁共振成像程序包括程序脉冲序列（568），其中，所述脉冲序列是程序脉冲序列；并且

-规划执行所述磁共振成像程序的顺序以降低所述磁共振成像系统的峰值电功耗。

14.一种包括由处理器（540）执行的机器可执行指令（580、582、584、586、588、590、592）的计算机程序产品，其中，所述处理器适于控制包括一组磁场梯度线圈（516）的磁共振成像系统（402、500），其中，所述磁共振成像系统还包括用于向所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源（320、424、518），其中，所述磁共振成像系统还包括用于冷却冷却剂储存器（312、530）中的冷却剂的冷却器（308、526），其中，所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供所述冷却剂，其中，所述冷却器适于接收来自所述处理器的冷却器控制信号（552），其中，所述指令的执行令所述处理器：

-接收（100、200）脉冲序列（550）；

-使用所述脉冲序列以及所述梯度线圈和所述冷却剂储存器的冷却器热模型（582）生成（102、202）所述冷却器控制信号，其中，所述冷却器控制信号令所述冷却器，独立于所述梯度线圈的温度并在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分内暂停冷却所述冷却剂；并且

-向所述冷却器发送（104、206）所述冷却器控制信号。

15.一种控制磁共振成像系统（402、500）的方法，其中，所述磁共振成像系统包括一组磁场梯度线圈（516），其中，所述磁共振成像系统还包括用于向所述一组磁场梯度线圈供应电流的梯度线圈电源（320、424、518），其中，所述磁共振成像系统还包括用于冷却冷却剂储存器（312、530）中的冷却剂的冷却器（308、526），其中，所述冷却器适于至少向所述一组磁场梯度线圈提供所述冷却剂，其中，所述冷却器适于接收冷却器控制信号（552），其中，所述方法包括如下步骤：

-接收（100、200）脉冲序列（550）；

-使用所述脉冲序列以及所述梯度线圈和所述冷却剂储存器的冷却器热模型（582）生成（102、202）所述冷却器控制信号，其中，所述冷却器控制信号令所述冷却器，独立于所述梯度线圈的温度并在所述梯度线圈电源向所述一组磁场梯度线圈供应电流的时间的至少一部分内暂停冷却所述冷却剂；并且

-向所述冷却器发送（104、206）所述冷却器控制信号。

Images