CN105425180A - 用于运行磁共振装置的方法和磁共振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行磁共振装置的方法，磁共振装置包括梯度功率放大器，以产生供给给连接在梯度功率放大器下游的梯度线圈的电压；和借助预设了待产生电压的控制信号控制梯度功率放大器的梯度功率放大器控制装置，其中磁共振装置具有为梯度线圈的至少一个运行特性和梯度功率放大器的至少一个运行特性建模的模拟装置，该方法包括以下步骤：借助电流测量装置检测通过梯度功率放大器输入到梯度线圈中的电流的实际电流值；通过获得控制信号作为输入参量的模拟装置求出通过梯度功率放大器输入到梯度线圈中的电流的额定电流值；以及根据实际电流值与额定电流值的所求出偏差产生故障信号。

Description

用于运行磁共振装置的方法和磁共振装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行磁共振装置的方法。此外，本发明涉及一种磁共振装置。
背景技术
为了产生对于磁共振成像来说必需的磁场梯度，梯度功率放大器必须产生直到1200A量级的电流，该电流然后穿流过梯度线圈。梯度功率放大器为此提供被调节的输出电压。为了保证磁共振装置按照规定地并且首先安全地运行，为此典型地除了温度传感器、过流保护和振荡探测之外还设置有对由梯度功率放大器产生的电流进行检测的电流测量装置。因为，穿流了梯度线圈、对于成像来说必需的电流必须以特别高的精度来调节和设定。此外，电流测量装置自身必须被监控，因为其可能回馈了有误差的电流值。
对电流测量装置的监控通常通过除了电流测量装置之外所设置的电流传感器实现，该传感器多数情况下以较低精度测量并且连接在从梯度线圈至梯度功率放大器的反向电流路径中。如果通过电流测量装置和电流传感器所测量的电流值彼此明显偏离，那么能够推断出电流测量装置有故障并且输出故障信号。由此，通过电流传感器的测量结果验证了精度明显更高的电流测量装置的测量结果，该测量结果用于控制梯度功率放大器的输出电压。
在此不利的是，设置用于监控电流测量装置的电流传感器引起了附加的配线和材料耗费。此外，以这种方式不能探测到电流路径中的一些故障，例如像在梯度线圈的绕组之间的短路或者在梯度线圈的导体内部随着形成电弧的断裂，这些故障对在正向电流路径和反向电流路径中流动的电流没有影响。
由DE102012202416B3公知了一种用于运行线圈的方法，交流电流穿流过该线圈，其中线圈的机械的共振表现被检测并且通过电振荡回路模型来模拟。检验待通过线圈发送的交流电流在电振荡回路模型中是否引起共振表现，据此当共振表现超出预定的极限值时，闭锁通过该线圈的电流通量。
此外，US2011/0133832A1公开了一种利用受控的输出信号来供给负载的数字放大器，其包括电源和用于从数字输入信号产生模拟的基准功率的基准功率发生器。在此，设置有用于对基准功率发生器进行数字控制的正反馈控制设备，其对电源的输出功率特性进行仿真。
发明内容
因此，本发明基于以下目的，提出一种开头所述类型的方法，其实现了对梯度功率放大器的和/或梯度线圈的故障状态的改进探测。
根据本发明，该目的通过一种用于运行磁共振装置的方法实现，该磁共振装置包括：梯度功率放大器，以用于产生供给给连接在梯度功率放大器下游的梯度线圈的电压；以及借助预设了待产生的电压的控制信号来控制梯度功率放大器的梯度功率放大器控制装置，其中，磁共振装置具有对梯度线圈的至少一个运行特性和梯度功率放大器的至少一个运行特性进行建模的模拟装置，该方法包括以下步骤：借助电流测量装置检测通过梯度功率放大器输入到梯度线圈中的电流的实际电流值；通过获得控制信号来作为输入参量的模拟装置求出通过梯度功率放大器输入到梯度线圈中的电流的额定电流值；以及根据实际电流值与额定电流值的所求出的偏差产生故障信号。
本发明基于以下考虑，在考虑到梯度功率放大器的至少一个已知的运行特性和梯度线圈的至少一个运行特性的情况下，通过根据作为输入参量的控制信号的模拟来求出额定电流值并且将其与测量出的实际电流值进行比较。为此，通过梯度功率放大器控制装置为梯度功率放大器预定模拟的或者数字的控制信号，该控制信号预定了待输出到梯度线圈处的电压。施加到梯度线圈处的电压产生了穿流梯度线圈的电流，该电流能通过电流测量装置来求出，以便特别地为通过梯度功率放大器控制装置调节电压而评估该电流。
根据本发明首先提出，测量由梯度功率放大器产生的电流。测量结果在此代表了实际电流值。为了确保梯度功率放大器和/或梯度线圈的符合规定的功能，该测量值必须是高度精确的，因此在运行磁共振装置期间持续地对其进行监控。
在另外的步骤中，根据本发明通过模拟装置求出额定电流值。为此，在模拟装置的内部分别对梯度功率放大器的和梯度线圈的至少一个运行特性进行建模。因为梯度功率放大器的至少一个运行特性、即特别是描述了与收到的控制信号相关的输出电压的运行特性，基本上是已知的并且在正确的功能时是恒定的，所以梯度功率放大器的至少一个运行特性优选地静态地存放在模拟装置中。只要不存在故障，梯度线圈的运行特性也在其制造之后在确定的范围上是恒定的。梯度线圈的至少一个运行特性在此优选地作为由电阻和/或电感和/或电容构成的网络来建模。因此特别地，通过解开描述了该网络的差分方程，能够模拟或者计算在将由控制信号产生的电压施加到梯度线圈处时所产生的电流。
随后根据本发明，将检测到的实际电流值与求出的额定电流值进行比较并且求出偏差。然后，因为如此能够推导出通过电流测量装置检测出的实际电流值有误差或者梯度功率放大器或梯度线圈有故障，所以根据该偏差产生故障信号。特别地，当偏差达到预定的阈值时能够产生该故障信号。
通过根据本发明的方法，以有利的方式不仅仅取消了用于验证利用电流测量装置测定的实际电流值的电流传感器的必要性，而且也能够识别出在电流路径中存在的故障，例如像在梯度线圈的绕组内部的短路，其中在正向电流路径和反向电流路径中没有产生不同的电流。特别是能够探测到通过改变梯度线圈的至少一个运行特性而导致的故障。此外，能够特别有利地识别出梯度功率放大器存在有故障的运行状态，该运行状态例如由单个的放大器级的失效而导致，因为在这种情况中，实际输出的电压与通过控制信号预设的电压产生偏差并且由此也在额定电流值和实际电流值之间产生偏差。
能够被识别出其存在的故障例如：
电流测量装置的故障；
在梯度线圈和另外的梯度线圈之间的短路；
在梯度线圈的线圈绕组内部的短路；
梯度线圈的接口或者馈电线的损坏；以及
在梯度线圈中的或者梯度线圈的馈电线中随着形成电弧的断裂。
在此应该注意到的是，通过开头所述类型的常规方法仅仅能识别出所列举的最上面两个故障，因为仅仅在这些故障中在利用电流测量装置检测的第一测量值和利用电流传感器检测的第二测量值之间形成偏差。根据本发明的解决方案能够实现的对所有这些干扰的探测导致了提高了系统稳定性。
在根据本发明的方法中能够有利地提出，使用对梯度线圈进行描述的网络作为梯度线圈的运行特性，该网络包括梯度线圈的电阻和电感的串联电路。对梯度线圈的这种建模能够特别简单地执行并且费用贫乏地通过模拟装置来计算出。在此，由电阻和电感构成的串联电路代表了在许多实际的应用情况中对于梯度线圈的真实运行特性的充分近似。
为了有利地提高建模的精度此外能够提出，网络附加地包括了梯度线圈的和/或梯度线圈到梯度功率放大器的连接导线的至少一个寄生电容和/或至少一个寄生电感。这种寄生影响特别地通过梯度线圈的绕组与另外的电导体在空间上的接近而产生。因此，通过已建模的网络来考虑由此产生的影响实现了求出更加精确的额定电流值。
此外，在根据本发明的方法中特别适宜的是，使用在利用数字的或者模拟的控制信号进行控制时梯度功率放大器的输出电压特性曲线作为梯度功率放大器的运行特性。因此，这种输出电压特性曲线模拟了梯度功率放大器对所获得的控制信号的反应。为此在数字控制信号时，二进制的预设电压值能够例如由控制信号评估出或者例如通过查询表求出。在模拟控制信号时，特别地能够将非线性的传输特性曲线作为输出电压特性曲线存放在模拟装置中。
在根据本发明的方法中特别优选的是，在梯度线圈和/或梯度功率放大器启动之前求出梯度线圈的至少一个运行特性中的至少一个。因为梯度线圈的和/或梯度功率放大器的制造典型地在确定的、因此良好地定义的条件下实现，因此运行特性能够在制造之后单独地或者对于一个生产批次的所有模型特别直接地求出。
此外，在根据本发明的方法中还能够有利地提出，在梯度线圈的运行期间通过对梯度线圈的网络分析来求出梯度线圈的至少一个运行特性中的至少一个运行特性。为此，磁共振装置具有用于对梯度线圈进行网络分析的适当的部件，从而在运行期间、即在启动之后但是不一定在成像过程中，也能够实现对运行特性的求出。为此，例如能够将一系列的陡的电流和/或电压脉冲施加到梯度线圈处，以便实验性地求出其动态表现。当然也能够设想，通过这种工作方法仅仅检验和/或优化梯度线圈的已建模的、存放在模拟装置中的运行参数。
最后，在根据本发明的方法中特别优选的是，在存在故障信号时，梯度功率放大器转换到安全状态中，特别是去激活。因此，如果识别出存在偏差，那么就不再能够认定磁共振装置的运行符合规定。通常，修理是必要的。也能够提出，在存在故障信号时输出相应的报警信号。
此外，本发明涉及一种磁共振装置，包括：梯度功率放大器，用于产生供给给连接在梯度功率放大器下游的梯度线圈的电压；借助预设了待产生的电压的控制信号来控制梯度功率放大器的梯度功率放大器控制装置；对梯度线圈的至少一个运行特性和梯度功率放大器的至少一个运行特性进行建模的模拟装置，以及电流测量装置，其中，设置有包括了梯度功率放大器控制装置和模拟装置的控制装置，该控制装置设计用于执行根据本发明的方法。
在根据本发明的磁共振装置中特别优选的是，控制装置实现为唯一的控制单元，特别是FPGA或者微控制器。这因此达到了特别灵活的执行，特别是考虑到梯度线圈的运行特性和/或梯度功率放大器的运行特性发生改变。替代地，也能够设想将模拟装置实施成模拟电路。
此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序能直接加载到磁共振设备的可编程的控制装置的存储单元中，该计算机程序具有程序组件，以便当计算机程序在磁共振装置的控制装置中实施时，实施根据本发明的方法的所有步骤。当计算机程序在磁共振装置的控制系统或者控制装置中运行时，利用该计算机程序能够实施根据本发明的方法中所有的或者不同于之前描述的实施方式。在此，计算机程序可能需要程序组件，例如库和辅助功能，以便实现方法的相应的实施方式。换句话说，软件应当随着指向计算机程序的权利要求而提出受到保护，根据本发明的方法的上述实施方式的其中一个能够利用该软件得以实施或者该软件实施该实施方式。在此，软件能够是源代码，其还需要编译以及组合或者仅仅需要译码，或者是可执行的软件代码，其为了实施而仅仅还加载到相应的计算单元中。
此外，本发明还涉及一种计算机可读取的存储介质，具有存储在其上的电子可读取的控制信息，控制信息如下地设计，使得在磁共振装置的控制装置中使用存储介质时，控制信息执行了根据本发明的方法。该存储介质可以例如是DVD，磁带或者USB存储器，在其上存储有电子可读取的控制信息，特别是软件。当该控制信息由存储介质读取并存储到磁共振设备的控制或者计算单元中时，能够执行之前描述的方法的所有根据本发明的实施方式。
根据本发明的磁共振装置的、根据本发明的计算机程序以及根据本发明的电子可读取的存储介质的优点基本上与根据本发明的方法的之前详细描述的优点相符。在此，提及的特征、优点或者替代实施方式同样也传递到另外的要求保护的主题上并且反之亦然。换句话说，例如定向到磁共振设备的具体权利要求也能够利用结合方法描述或者要求保护的特征进行改进。
附图说明
本发明的其他优点和细节由下面示出的实施例以及根据附图给出。
其示出：
图1是根据现有技术对梯度功率放大器和梯度线圈的监控，以及
图2是根据本发明的磁共振装置。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术对梯度功率放大器101和梯度线圈102的监控。
对于实际的成像而言，穿流过梯度线圈102的电流必须以特别高的精度被调节和设定。为此，必须监控所安装的电流测量装置103，因为其可能反馈有误差的电流值。
对该电流测量装置103的监控通常通过电流传感器104实现，该电流传感器多数情况以精度较低的方式和方法测量并且连接在反向电流路径106中。如果由这两个传感器测量到的两个电流值彼此明显偏离，那么能够输出故障信号。
然而，以这种方式不能探测到在正向电流路径105和反向电流路径106中的电流之间不制造偏差的、在电流路径中的故障，例如像在梯度线圈102的绕组内部的短路。
图2示出了根据本发明的磁共振装置，其包括梯度功率放大器201、梯度线圈202、电流测量装置203和控制装置214。
代替附加于电流测量装置203设置的电流传感器104，在此使用了配属于控制装置214的模拟装置207。控制装置214此外具有梯度功率放大器控制装置208，其控制梯度功率放大器201，并且还具有比较器209。为了调节梯度功率放大器201，在梯度功率放大器控制装置208和电流测量装置203之间设置有反馈支路。控制装置214设计成唯一的控制单元204并且实现为现场可编程门阵列(FPGA)。替代地，也能够设想将控制单元204实现为可编程的微控制器。
梯度功率放大器201为梯度线圈202提供电压，其引起了在正向电流路径205中流到梯度线圈202中的电流，其中在梯度功率放大器201和梯度线圈202之间的电流回路通过反向电流路径206封闭。由梯度功率放大器201提供的电压借助于数字控制信号212通过梯度功率放大器控制装置208预设。
该控制信号212同时是模拟装置207的输入参量，其通过由电阻和电感组成的串联电路所构成的网络对梯度线圈202的运行特性进行建模。此外，作为梯度功率放大器201的运行特性，其输出电压特性曲线在以控制信号212进行控制时作为查询表来建模并且存放在模拟装置207中。此外，模拟装置207也能够对由电阻、电感和电容构成的明显更复杂的网络进行建模，该网络也由此映射了梯度线圈201的寄生组件。
在此，梯度功率放大器201的所建模的运行特性和梯度线圈202的所建模的运行特性在磁共振装置启动之前并在制造结束之后求出。因为制造在良好定义的环境中进行，因此该运行特性在梯度功率放大器201的和梯度线圈202的寿命上以足够程度稳定，从而其静态地存放在模拟装置207中。
控制装置214设计用于执行根据本发明的方法。在此，首先由电流测量装置203测量通过借助梯度功率放大器201提供的电压而在正向电流路径205中流动的电流并且作为实际电流值210对其进行检测。
在另外的步骤中，模拟装置207求出额定电流值211。为此，其获得控制信号212并且由此计算出由梯度功率放大器基于其输出电压特性曲线为梯度线圈202提供的电压。接下来，基于对梯度线圈202的运行特性的模拟，模拟装置模拟了在以之前求出的电压激励时通过梯度线圈202流动的电流。为此，其解算描述了所建模的由电阻和电感的串联电路构成的网络的差分方程并且给出额定电流值211。
不管额定电流值211还是实际电流值210之后都输送给比较器209。其将额定电流值211与实际电流值210进行比较并且求出实际电流值210与额定电流值211的差值的绝对值形式的偏差。如果该偏差到达预设的阈值，那么比较器209就输出故障信号213。
一旦在磁共振装置内部存在故障信号213，那么将前述解释为故障并且使梯度功率放大器201去激活，由此将梯度功率放大器和梯度线圈202转换到安全状态中。
因此，其存在能够被识别的故障是：
电流测量装置203的故障，该电流测量装置由此输出与额定电流值211偏离的有误差的实际电流值210；
在梯度线圈202和另外的未示出的梯度线圈之间的短路，由此由于电流未经由反向电流路径206流出而产生了实际电流值210的变化；
在梯度线圈202的线圈绕组内部的短路，由此其电阻和/或其电感发生改变；
梯度线圈202的接口或者馈电线的损坏，由此电阻增高；
梯度功率放大器201的故障，特别是放大器级的失效，由此所提供的电压发生改变，以及
在梯度线圈202中的或者梯度线圈202的馈电线中随着形成电弧而断裂，由此其电阻例如从100毫欧提高到300毫欧。
此外，梯度线圈202的所建模的运行特性也能够在磁共振装置启动之后改变。为此，梯度功率放大器控制装置208控制梯度功率放大器201，以产生一系列的陡的电流和/或电压脉冲。电流测量装置203检测在此流动的实际电流210，为了求出梯度线圈202的运行特性，该电流由网络分析的未示出的部件检验。然后，梯度线圈202的在此求出的运行特性能够替换或者优化存放在模拟装置207中的运行特性。
尽管本发明在细节上通过优选的实施例详细地进行了描述和说明，但是本发明并不局限于公开的实例并且本领域技术人员能够由此推导出其他的变体，而不脱离本发明的保护范畴。

Claims (11)

1.一种用于运行磁共振装置的方法，所述磁共振装置包括：梯度功率放大器(201)，用于产生供给给连接在所述梯度功率放大器(201)下游的梯度线圈(202)的电压；以及借助预设了待产生的该电压的控制信号(212)控制所述梯度功率放大器(201)的梯度功率放大器控制装置(208)，其中，所述磁共振装置具有对所述梯度线圈(202)的至少一个运行特性和所述梯度功率放大器(201)的至少一个运行特性进行建模的模拟装置(207)，该方法包括以下步骤：
借助电流测量装置(203)检测通过所述梯度功率放大器(201)输入到所述梯度线圈(202)中的电流的实际电流值(210)；
通过获得了所述控制信号(212)作为输入参量的所述模拟装置(207)求出通过所述梯度功率放大器(201)输入到所述梯度线圈(202)中的电流的额定电流值(211)；以及
根据所求出的所述实际电流值(210)与所述额定电流值(211)的偏差产生故障信号(213)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用对所述梯度线圈进行描述的网络作为所述梯度线圈(202)的运行特性，所述网络包括所述梯度线圈(202)的电阻和电感的串联电路。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络附加地包括所述梯度线圈(202)的和/或所述梯度线圈到所述梯度功率放大器(201)的连接导线的至少一个寄生电容和/或至少一个寄生电感。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述梯度功率放大器(201)的运行特性，使用在利用数字的或者模拟的控制信号(212)进行控制时的所述梯度功率放大器的输出电压特性曲线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述梯度线圈(202)和/或所述梯度功率放大器(201)启动之前，求出所述梯度线圈(202)的至少一个运行特性中的至少一个运行特性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述梯度线圈运行期间，通过对所述梯度线圈(202)进行网络分析来求出所述梯度线圈(202)的至少一个运行特性中的至少一个运行特性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在存在所述故障信号(213)时，所述梯度功率放大器(201)转换到安全状态中，特别是去激活。
8.一种磁共振装置，包括：梯度功率放大器(201)，用于产生供给给连接在所述梯度功率放大器(201)下游的梯度线圈(202)的电压；借助预设了待产生的该电压的控制信号(212)控制所述梯度功率放大器(201)的梯度功率放大器控制装置(208)；对所述梯度线圈(202)的至少一个运行特性和所述梯度功率放大器(201)的至少一个运行特性进行建模的模拟装置(207)；以及电流测量装置(203)，其中，设置有包括了所述梯度功率放大器控制装置(208)和所述模拟装置(207)的控制装置(214)，该控制装置设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的磁共振装置，其特征在于，所述控制装置(214)实现为唯一的控制单元(204)、特别是FPGA或者微控制器。
10.一种计算机程序，所述计算机程序能直接加载到磁共振设备的可编程的控制装置(214)的存储单元中，所述计算机程序具有程序组件，以便当所述计算机程序在磁共振装置的控制装置(214)中实施时，实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。
11.一种计算机可读取的存储介质，具有存储在所述存储介质上的电子能读取的控制信息，所述控制信息设计为在磁共振装置的控制装置(214)中使用存储介质时执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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