CN109324301A - 用于在无高压电压源的情况下在电感负载中产生可变的矩形电流的输出级 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁共振设备，具有主场磁体、梯度装置以及电路，梯度装置包括至少一个梯度线圈(G)，电路包括与第一电阻串联的第一开关元件和第二开关元件，其中，电路包括至少一个低压的电压源(V)，其中，第一辅助线圈与梯度线圈串联地设置在电压源和梯度线圈之间，在电路中存在第一电路部分和第二电路部分，第一电路部分包括在电压源和第一辅助线圈之间的第三开关元件，第二电路部分具有第四开关元件、第二辅助线圈、与第三电阻串联的第五开关元件和与第四电阻串联的第六开关元件，其能实现在梯度线圈中产生与第一电路部分相反的电流方向。本发明还涉及一种用于运行用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流的电路的方法。

Description

用于在无高压电压源的情况下在电感负载中产生可变的矩形 电流的输出级

技术领域

本发明涉及一种磁共振设备，所述磁共振设备具有用于在测量体积中产生均匀的磁场的主场磁体、用于在测量体积中产生磁场梯度的梯度装置以及电路，所述梯度装置包括至少一个具有内阻的梯度线圈，所述电路用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流，所述电路包括与第一电阻串联的第一开关元件，利用所述第一开关元件可以接通或者断开仅穿过第一辅助线圈的电流，并且所述电路包括第二开关元件，利用所述第二开关元件可以切换穿过梯度线圈和所述第一辅助线圈的串行电流通量。

背景技术

这样的磁装置由DE 33 36 286 A1(＝参考文献[1])已知。

本发明大体涉及具有适当的磁系统的磁共振(MR)的领域，这些磁系统指定用于针对MR测量产生均匀的磁场。然而，本发明的适用性不局限于该领域。

不仅在核磁共振(NMR)的领域内而且在磁共振成像(MRI)时，在要限定的样品体积中需要非常均匀的并且在时间上恒定的磁场，该磁场可以利用纯电阻的或者超导的线圈或者适当的永磁体装置产生。磁共振成像(＝MRI)方法经常被用于获得结构的图像信息。在此可能的是，也获得结构内部的图像信息，而不损坏结构。例如在临床应用中借助于MRI方法将人和动物的躯体部分的内视图成像。在目前使用的MRI方法中，核自旋的旋进运动的特征在于，在空间编码、通常被称为位置编码中针对所有三个空间方向在时间上变化地叠加附加的与位置有关的磁场。所述附加磁场通常在研究对象内部具有沿空间方向x、y和z中的z分量的基本上恒定的梯度，并且由被称为梯度系统的线圈装置产生，所述线圈装置对于所述空间方向分别由所谓的梯度通道控制。

梯度的产生通过如下方式实现，即，通过梯度线圈发出脉冲波形的电流，该梯度线圈使在研究对象处的静态磁场变化。比如像在US 2006/0152222 A1(＝参考文献[2])中描述的那样，经常将至几百V的提高的电压施加到梯度线圈上，由此使电流更快速地升高，以便当达到期望的电流强度时转换到较低的电压上，以便减少在梯度放大器中的功率损耗。但是，针对第一种情况，也仅对于短时间需要高的电压，该高的电压总是维持在梯度放大器的电路中。

定义

在电路原理和电工技术的电网分析中将激活的二端电路称为电流源，该二端电路在其连接点处提供电流。作为显著的特性，所述电流与在电流源的连接点处的电压仅较小地相关、或者在电路分析的范围内在理想的电流源的模型中甚至与其无关。

在电子技术的电路原理中将激活的二端电路称为电压源，该二端电路在其连接点处提供电压。作为显著的特性，所述电压与由电源获得的电流仅较小地相关、或者在网路分析的范围内在理想的电压源的模型中甚至与其无关。

上文引用的US 2006/0152222 A1公开了具有传统的功能方式的放大器电路的梯度电路，其中，梯度放大器包括多个开关电流调节器，这些开关电流调节器电学地串联。双极的电路从连接的串联电路功率调节器接收功率并且将选择的极性的功率提供到梯度线圈上。

来自开始时引用的DE 33 36 286 A1的电路提供了一种关于按照US 2006/0152222 A1的装置的备选地方案。不过在那里使用的电流源(该电流源按照电流源的定义具有高的初始电阻并且提供恒定的电流)作为供应装置不适用于在梯度线圈中产生尽可能矩形成形的电流升高。在描述的电路中，辅助线圈首先被来自电流源的电流流经，由此，在那里构建磁场。在梯度电流应开始的瞬间，接通所述梯度电流并且切断穿过辅助线圈的电流。短时间内在辅助线圈上产生高电压。但是，通过将电流源用作电流提供装置，可以使在辅助线圈中存储的能量不流动到梯度线圈中，因为电流源的初始电阻是高的。在US 2006/0152222 A1中没有描述借助于辅助电感给梯度线圈充电。

按照US-A 4961054(＝参考文献[3])的电路提供了另一种备选的方案。在这里，期望的梯度电流来自放大器。因为所述电流明显保持恒定，所以需要具有比梯度线圈高出5倍至20倍的电感的辅助线圈。所述高的电感持续非常长的时间，直至达到正确的电流通量，或者供给电路的放大器需要非常高的最大的初始电压。因此，在测量系统中，要么需要用于放大器的非常高的供应电压，要么在两个梯度脉冲之间的等待时间必须相对长。因此，在存在上述条件时也不可能在梯度线圈中产生优化的脉冲波形的电流升高。对此，辅助线圈必须具有无限高的电感，这导致无限的等待时间，或者放大器必须具有无限高的最大的初始电压。这两点在实际中是不可能的。

此外，US-A 5270657(＝参考文献[4])描述了一种梯度放大系统，在该梯度放大系统中将DC电流供应装置与传统的线性的梯度放大器串联，以便提升用于梯度线圈的有效的梯度能量。在这里也没有描述借助于辅助电感给梯度线圈充电。

US-A 2941125(＝参考文献[5])公开了一种电路，用于在电感中产生具有尽可能矩形轮廓的电流，以便切换微波装置。

最后，由US-A 5311136(＝参考文献[6])已知一种磁共振设备，所述磁共振设备具有用于在测量体积中产生均匀的磁场的主场磁体、用于在测量体积中产生磁场梯度的梯度装置以及全电桥或者H电桥形式的电路，所述梯度装置包括至少一个具有内阻的梯度线圈，所述电路用于产生穿过梯度装置的可变的电流，所述电路包括至少一个电压源，利用所述电压源可设定在梯度线圈的内阻上的限定的电压降，其中，辅助线圈在电路中与梯度线圈串联地设置在电压源和梯度线圈之间，从而在电路中存在第一电路部分和第二电路部分，其中，所述第二电路部分能实现在梯度线圈中产生与第一电路部分相反的电流方向。

发明内容

与此相比，本发明的任务在于，利用简单的技术手段提供一种用于MR设备的开始定义的类型的磁共振设备，在该磁共振设备中，用于产生可变的、脉冲波形的梯度电流的电路可以在核磁共振时在研究对象中产生尽可能精确限定的磁场梯度，其中，梯度线圈应尽可能快速地达到目标电流强度，但是不需要高的供应电压。因此，应在辅助电感充电时间短的同时产生尽可能精确的矩形电流脉冲。

该任务通过本发明以同样意外简单且有效的方式通过如下方式解决，即

所述电路包括至少一个用于产生电压U≤100V的低压的电压源，利用所述低压的电压源可以设定在梯度线圈的内阻上的限定的电压降，其中，所述第一辅助线圈在电路中与梯度线圈串联地设置在电压源和梯度线圈之间，

在电路中存在第一电路部分，所述第一电路部分包括在电压源和第一辅助线圈之间的第三开关元件，

并且存在第二电路部分，所述第二电路部分具有第四开关元件、第二辅助线圈、与第三电阻串联的第五开关元件和与第四电阻串联的第六开关元件，所述第二电路部分能实现在梯度线圈中产生与第一电路部分相反的电流方向。

因此，按照本发明提出一种改进的磁共振设备，在该磁共振设备中，改型的电路能实现使穿过电感、优选梯度线圈的电流尽可能快速地到达目标电流强度，而不必由提供梯度电流的电路持续提供高压。为此，提供一种辅助电感，该辅助电感可以与梯度线圈经由开关串联。在该电路中，电流首先对辅助电感充电并且在断开开关或晶体管时在辅助电感上瞬时产生非常高的电压，该电压引起在梯度线圈中的电流的非常快速的升高。

本发明的解决方案基本上针对用于梯度电流的改进的控制电路：

在这里设想的电路中将低压的电压源用作电流供应装置。按照针对电压源的定义，该电压源具有非常小的初始电阻。因此，该电压源与获得的电流无关地提供几乎恒定的电压。因此，在这里可能达到用于辅助线圈的和用于梯度线圈的另外的电流强度，而不明显改变电压源的电压。所述不同的电流强度在这里通过将电阻加入到电流路径中一方面仅针对辅助线圈而引起并且另一方面针对辅助线圈和梯度线圈而引起。如果可以这样设定穿过辅助线圈的电流，使得该电流大于期望的梯度电流，则可以将辅助线圈的电感选择为小的。对于相同的电感值来说，穿过辅助线圈的电流必须是梯度电流的两倍，以便获得穿过梯度线圈的优化脉冲波形的电流升高。

如果在这里描述的电路中切断穿过辅助线圈的电流通量，则在该辅助线圈上产生高的电压。因此，在梯度线圈上得出供应电压和在辅助线圈上的高的电压的总和，这导致梯度电流的快速升高。

为了控制电流，可以使用控制电路，该控制电路根据电流强度再调节供应电压。以这种方式识别和修正梯度电流由于例如在电流回路中的热效应而产生的变化。为此，导通穿过电阻的要测量的电流，于是在该电阻上产生电压。将该电压经由差分放大器与可调节的额定值比较并且相应地再调节电压源。因为对于辅助线圈和梯度线圈需要时间上依次不同的电流强度，但是应避免由此得出再调节电压源，所以根据所需的电流比分配电流测量电阻。在电流仅流动穿过辅助线圈的时间内，仅流经一部分电流测量电阻，而在电流通量穿过梯度线圈期间流经两个电流测量电阻。由此，在这里设定的电路中实现，在两种情况下在差分放大器的输入端处产生相同的电压并且因此不进行调节过程。因此，防止在电压源上的电压改变，由此避免梯度电流的瞬态振荡。

特别优选的是按照本发明的磁共振设备的一种实施方式，在该实施方式中，这样构造电压源，使得该电压源可以产生在5V至30V之间的最大电压U，优选U≤25V、特别是U≈15V。对接触保护的需求也随着较高的电压值总是变得更高。

其它有利的实施方式的突出之处在于，至少一部分所述开关元件构造成晶体管。因此，可以简单地快速切换。

另一种有利的实施方式规定，所述第一辅助线圈和第二辅助线圈与梯度线圈串联地设置并且根据电流方向在相互备选电路中相对地设置。辅助线圈短时间内提供对于快速的电流升高所需的电压。

一种优选的实施方式的突出之处在于，辅助线圈的电感处于10μH至10mH之间的范围内、优选为大约100μH。由于穿过辅助线圈的提高的电流通量的可能性，该辅助线圈的电感值可以是相对小的。

一种实施方式也是有利的，在该实施方式中存在控制电路，该控制电路能实现调节穿过梯度线圈和/或辅助线圈的期望的电流通量。因此，可以补偿变化、例如由于热效应而引起的变化。

一种按照本发明的磁共振设备的特别优选的实施方式的突出之处在于，在电路中存在电流测量电阻以及差分放大器，并且低压的电压源是可控制的，从而可以在控制回路中控制穿过梯度线圈的流动电流的量。

这种实施方式的有利的进一步扩展方案的突出之处在于，可以借助于控制回路将电流强度保持在期望的值上、特别是保持恒定。以这种方式在每个时间点处确保存在正确的电流强度。

备选地或者补充地，在其它有利的进一步扩展方案中，在电路中电阻这样优化，使得在梯度电流的接通瞬间在低压的电压源上仅出现最小的电压变化。由此引起，仅存在电压的最小的瞬态振荡并且因此可以产生几乎完美的脉冲电流。

按照本发明的磁共振设备的另一种有利的实施方式的突出之处在于，在电路中在第一开关元件上游存在一个第一电阻以及在其它开关元件上游分别存在一个电阻，并且基于选择电阻比R1_a/R2_a和R1_b/R2_b影响穿过梯度线圈的电流升高的时间变化曲线。以这种方式可能的是，也设定与矩形脉冲波形不同的电流升高。

在本发明的范围内也涉及一种用于在按照上面描述的按照本发明的实施方式或者其扩展方案的磁共振设备中运行用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流的电路的方法，该方法的突出之处在于，

首先在开始期望的梯度电流通量之前将第三开关元件和第一开关元件切换为导通的，

在达到穿过第一辅助线圈的期望的电流强度和穿过梯度线圈的期望的电流通量之后，将第二开关元件切换为导通的并且将第一开关元件切换为非导通的，

为了反向的电流方向，将第四开关元件和第五开关元件切换为导通的，

并且在达到穿过第二辅助线圈的期望的电流强度和穿过梯度线圈的期望的电流通量之后将第六开关元件切换为导通的并且将第五开关元件切换为非导通的。

本发明的其它优点由说明书和附图得出。按照本发明，先前提到的并且还要进一步解释的特征同样可以分别单独地或者以多种任意的组合使用。所示出和描述的实施方式不应理解为封闭的列举，而是更确切地说具有用于叙述本发明的示例性的特征。

附图说明

本发明在附图的图片和曲线图中示出并且借助于实施例更详细地进行阐述。

在附图中：

图1示出按照本发明的较简单的第一实施方式的电路的示意图；

图2示出按照具有差分放大器的第二实施方式的电路的示意图；

图3示出一般的电流通量3A的、穿过辅助线圈的电流通量3B的和穿过梯度线圈的电流通量3C的控制脉冲的时间序列的示意曲线图；以及

图4示出在按照本发明的磁共振设备中运行用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流的电路时的方法步骤的进程图以及针对不同的电流比的所产生的穿过辅助线圈和梯度线圈的电流。

具体实施方式

本发明以一种磁共振设备为出发点，所述磁共振设备具有用于在测量体积中产生均匀的磁场的主场磁体、用于在测量体积中产生磁场梯度的梯度装置以及电路，所述梯度装置包括至少一个具有内阻Rg的梯度线圈G，所述电路用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流，所述电路包括与第一电阻R1_a串联的第一开关元件Sx1_a，利用所述第一开关元件可以接通或者断开仅穿过第一辅助线圈Ls_a的电流，并且所述电路包括第二开关元件S2_a，利用所述第二开关元件可以切换穿过梯度线圈G和第一辅助线圈Ls_a的串行电流通向。

按照本发明的，所述电路的突出之处在于，所述电路包括至少一个用于产生电压U≤100V的低压的电压源V，利用所述低压的电压源可以设定在梯度线圈G的内阻Rg上的限定的电压降，其中，所述第一辅助线圈Ls_a在电路中与梯度线圈G串联地设置在电压源V和梯度线圈G之间，从而在电路中存在第一电路部分，所述第一电路部分包括在电压源V和所述第一辅助线圈Ls_a之间的第三开关元件S1_a，并且存在第二电路部分，所述第二电路部分具有第四开关元件S1_b、第二辅助线圈Ls_b、与第三电阻R1_b串联的第五开关元件Sx1_b和与第四电阻R2_b串联的第六开关元件S2_b，所述第二电路部分能实现在梯度线圈G中产生与第一电路部分相反的电流方向。

在图1的电路中实现本发明的较简单的形式。由低欧的电压源V产生的电压持续地施加在电路上。所述电压源V的电压U决定最终流动的梯度电流Ig＝U/R。

在这里，根据所期望的梯度电流的极性，R＝Rg+R2_a或者R＝Rg+R2_b。

因此，可以利用可控制的电压源控制梯度电流的大小。在需要电流脉冲穿过梯度线圈G之前不久，将开关元件S1_a、Sx1_a切换为导通的或者备选地根据所期望的梯度电流脉冲的电流方向将开关元件S1_b、Sx1_b切换为导通的。这在图3中针对S1_a或者备选地S1_b以3A示出并且针对开关元件Sx1_a或者备选地Sx1_b以3B示出。

在另外由辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b的电感确定的时间之后不久，调节穿过辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b的恒定的电流通量，所述电流通量还由电阻R1_a或者备选地R1_b和电压源V的初始电压决定。这在图4中以曲线4C、4E和4G示出。

如果在梯度线圈G中需要电流脉冲，则将开关元件S2_a或者备选地S2_b切换为导通的并且同时将Sx1_a或者备选地Sx1_b切换为非导通的。这在图3中以3B和3C通过控制电压的改变的电平示出。

在图4，区段4A示出针对Sx1_a或者备选地Sx1_b的所述切换过程的时间曲线并且在区段4B中示出针对开关元件S2_a或者备选地S2_b的所述切换过程的时间曲线。通过切换到“不导通”，在辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b上并且进而也在梯度线圈G上生成瞬时电压峰值，所述电压峰值确保极度快速地提升穿过梯度线圈G的电流。如果有利地选择辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b的电感Ls与梯度线圈G的电感Lg的比例，例如Ls＝Lg，则可以通过选择电阻R1_a或者备选地R1_b在梯度电流脉冲之前的时间中这样调节穿过辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b的电流，使得所述电流在该实例中等于梯度电流脉冲的值的双倍。利用所述组合获得尽可能近似于梯度电流的矩形脉冲波形。一般适用于所述梯度电流脉冲波形的是：

Is/Ig＝(Ls+Lg)/Ls

在此，Is是穿过具有电感Ls的辅助线圈的电流并且Ig是期望的梯度电流。

利用与等式偏差的值，在脉冲电流的按照图4的曲线图示出的形式是可能的。在图4中，区段4C、4E和4G针对电流Is_a或备选地Is_b的不同的设置示出穿过辅助线圈的电流曲线。在此，与用于产生矩形电流脉冲所需的相比，图4的区段4C示出较大的电流，图4的区段4E示出最优的电流并且图4的区段4G示出较小的电流。图4的曲线、区段4D、4F和4H示出梯度电流的由此产生的曲线。

当梯度线圈的内阻这样小，使得电压源V的电压在期望的梯度电流的情况下非常小时，需要电阻R2_a和R2_b。所述电压应尽可能＞5V，以便确保电路的良好的功能。

在图2的电路中实现本发明的一种形式，在该形式中根据实际流动的梯度电流调节电压源V。

在这里通过差分放大器O调节电压源。所述差分放大器将可以设定梯度电流的大小的电压Ui与在电流测量电阻Rm1和Rm2上的电压比较并且尝试这样设定电压源V，使得在各所述电压之间产生相等值。

当在该电路中断开所有开关元件、即无电流流动时，通过差分放大器O将电压源V的电压设定到最大电压。但是，一旦电流在梯度电流脉冲之前不久流动穿过辅助线圈Ls_a或备选地Ls_b和开关元件S1_a、Sx1_a或备选地S1_b、Sx1_b，电流控制回路就被激活并且这样设定电压源V的初始电压，使得在电阻Rm1上生成与通过Ui预定的电压相等的电压。

电流的调节的过程需要一些时间，但是这些时间可以处于辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b的充电时间内。构建电流通量的类型不是完全关键的，因为仅须确保在切换瞬间所需的充电电流流过其中一个所述辅助线圈Ls_a或备选地Ls_b。

梯度电流的接通如在电路1中描述的那样进行。在切换之后，梯度电流流动穿过Rm1和Rm2，由此在其上生成电压，该电压供应给差分放大器O。所述差分放大器这样调节电压源V，使得与Ui存在相等值并且因此所期望的梯度电流流动。为了防止在切换瞬间再次调节控制回路，应这样选择电流测量电阻Rm1和Rm2，使得在差分放大器O的输入端处不出现电压改变。因此，避免了需要用于重新调节电流的时间并且避免在该时间内改变梯度电流Ig。当电阻值Rm1和Rm2相同时，在本实例中是上述情况。但是，此外根据Is_a、Is_b、梯度电流Ig、Ls_a、Ls_b和梯度线圈G的电感Lg，其它电阻比也是可能的。

在考虑在用于Is_a、Is_b和Ig的电流路径中的所有内阻、例如此外包括开关元件、辅助线圈、梯度线圈G和电压源V和电阻Rm1和Rm2的情况下，可以这样选择电阻R1_a、R2_a、R1_b和R2_b，使得尽管在切换瞬间电压源V的电压变化可能是小的，仍不对比例Is_a/Ig或备选地Is_b/Ig产生影响。这也确保改进梯度电流Ig的脉冲波形。

因此，按照本发明的电路原则上可以包括由低压的电压源、辅助电感和主电感组成的串联电路和控制电路，利用所述串联电路和控制电路可以调节通过电感的所期望的电流。在该电路中，电流首先对辅助电感充电并且在打开控制电路(晶体管)时将非常高的电压瞬时施加到辅助电感上，该电压导致在主电感中的电流的非常快速的升高。

在按照现有技术的多种电路中显著的缺点在于使用高的电压。在按照现有技术的其它电路中，将电流源用作梯度电流的电流供应装置，这总是导致在梯度电流开始时的电流调节过程。利用所描述的按照本发明的电路，借助例如5V的小的运行电压也已经可以产生快速并且陡的梯度电流脉冲。

在辅助电感中存储能量，该能量需要在期望的时间点用于在主电感中的电流的非常快速的升高，而对此不需要高压电压源。脉冲的电流强度的变化利用仅一个电流控制回路实现。

用于在MR系统中作为梯度线圈使用的主电感的典型的值可以处于几十μH至几mH的范围之间。电路优选可以在电压处于5V至30V之间时使用并且针对几mA至例如100A的电流强度使用，其中，仅所使用的构件的技术数据形成限制。

在图3中示例性地示出用于开关元件的控制脉冲的时间图，在该时间图中执行上面描述的按照本发明的方法。

3A:电流导通：S1_a或者备选地S1_b用于决定通过梯度线圈的电流方向。

3B:辅助线圈充电：Sx1_a或者备选地Sx1_b能在导通的状态下实现，充电电流流过辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b。

3c:梯度电流导通：S2_a或者备选地S2_b能在导通的状态下实现，电流流过梯度线圈。

最后，图4示出在按照本发明的磁共振设备中运行用于产生穿过梯度装置的可变的、脉冲波形的电流的电路时的方法步骤的进程图：

4A Sx1_a或者备选地Sx1_b的控制电压；

4B S2_a或者备选地S2_b的控制电压；

4C当电流大于对于矩形梯度电流升高所需的电流时，在辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b中的电流曲线；

4D当充电电流大于对于矩形梯度电流升高所需的电流时，在梯度线圈中的电流曲线；

4E当电流与对于矩形梯度电流升高所需的电流一样大时，在辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b中的电流曲线；

4F当充电电流与对于矩形梯度电流升高所需的电流一样大时，在梯度线圈中的电流曲线；

4G当电流小于对于矩形梯度电流升高所需的电流时，在辅助线圈Ls_a或者备选地Ls_b中的电流曲线；

4H当充电电流小于对于矩形梯度电流升高所需的电流时，在梯度线圈中的电流曲线。

按照本发明的方法用于在相应的改型的磁共振设备中运行按照本发明的用于通过梯度装置产生可变的、脉冲波形的电流的电路并且突出之处在于，

首先在开始期望的梯度电流通量之前将第三开关元件S1_a和第一开关元件Sx1_a切换为导通的，

在达到通过第一辅助线圈Ls_a的期望的电流强度Is_a和通过梯度线圈G的期望的电流通量之后，将第二开关元件S2_a切换为导通的并且将第一开关元件Sx1_a切换为非导通的，

为了反向的电流方向，将第四开关元件S1_b和第五开关元件Sx1_b切换为导通的，

并且在达到通过第二辅助线圈Ls_b的期望的电流强度和通过梯度线圈G的期望的电流通量之后将第六开关元件S2_b切换为导通的并且将第五开关元件Sx1_b切换为非导通的。

附图标记列表

V 低压的电压源

Ui 电压

G 梯度线圈

Ig_a 第一梯度电流

Ig_b 第二梯度电流

Is_a 穿过第一辅助线圈的电流

Is_b 穿过第二辅助线圈的电流

Rg 内阻

Sx1_a 第一开关元件

S2_a 第二开关元件

S1_a 第三开关元件

S1_b 第四开关元件

Sx1_b 第五开关元件

S2_b 第六开关元件

R1_a 第一电阻

R2_a 第二电阻

R1_b 第三电阻

R2_b 第四电阻

Rm1 第一电流测量电阻

Rm2 第二电流测量电阻

Ls_a 第一辅助线圈

Ls_b 第二辅助线圈

O 差分放大器

Claims (11)

1.磁共振设备，所述磁共振设备具有用于在测量体积中产生均匀的磁场的主场磁体、用于在测量体积中产生磁场梯度的梯度装置以及电路，所述梯度装置包括至少一个具有内阻(Rg)的梯度线圈(G)，所述电路用于产生穿过梯度装置的可变的脉冲波形的电流，所述电路包括与第一电阻(R1_a)串联的第一开关元件(Sx1_a)，利用所述第一开关元件能够接通或者断开仅穿过第一辅助线圈(Ls_a)的电流，并且所述电路包括第二开关元件(S2_a)，利用所述第二开关元件能够对穿过梯度线圈(G)和第一辅助线圈(Ls_a)的串行电流通量进行切换，

其特征在于，

所述电路包括至少一个用于产生电压U≤100V的低压的电压源(V)，利用所述电压源能够设定在梯度线圈(G)的内阻(Rg)上的限定的电压降，其中，所述第一辅助线圈(Ls_a)在电路中与梯度线圈(G)串联地设置在电压源(V)和梯度线圈(G)之间，

在电路中存在第一电路部分，所述第一电路部分包括在电压源(V)和第一辅助线圈(Ls_a)之间的第三开关元件(S1_a)，

并且在电路中存在第二电路部分，所述第二电路部分具有第四开关元件(S1_b)、第二辅助线圈(Ls_b)、与第三电阻(R1_b)串联的第五开关元件(Sx1_b)以及与第四电阻(R2_b)串联的第六开关元件(S2_b)，所述第二电路部分能实现在梯度线圈(G)中产生与第一电路部分相反的电流方向。

2.根据权利要求1所述的磁共振设备，其特征在于，所述电压源(V)构造成，使得该电压源能够产生在5V至30V之间的最大电压U，优选U≤25V、特别是U≈15V。

3.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，至少一部分所述开关元件构造成晶体管。

4.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，所述第一辅助线圈(Ls_a)和第二辅助线圈(Ls_b)与梯度线圈(G)串联地设置并且根据电流方向在相互备选电路中相对地设置。

5.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，所述辅助线圈(Ls_a、Ls_b)的电感处于10μH至10mH之间的范围内、优选为大约100μH。

6.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，存在控制电路，该控制电路能实现调节穿过梯度线圈(G)和/或辅助线圈(Ls_a、Ls_b)的期望的电流通量。

7.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，在电路中存在电流测量电阻(Rm1、Rm2)以及差分放大器(O)，并且低压的电压源(V)是可控制的，从而能够在控制回路中控制穿过梯度线圈(G)的流动电流的量。

8.根据权利要求7所述的磁共振设备，其特征在于，能够借助于控制回路将电流强度保持在期望的值上、特别是保持恒定。

9.根据权利要求7或8所述的磁共振设备，其特征在于，在电路中电阻(R1_a、R2_a、R1_b、R2_b、Rm1、Rm2)优化成，使得在梯度电流的接通瞬间在低压的电压源(V)上仅出现最小的电压变化。

10.根据上述权利要求之一所述的磁共振设备，其特征在于，在电路中在第一开关元件(Sx1_a)上游存在第一电阻(R1_a)以及在其它开关元件(Sx1_b；S2_a；S2_b)上游分别存在一个电阻(R1_b；R2_a；R2_b)，并且基于选择电阻比R1_a/R2_a和R1_b/R2_b来影响穿过梯度线圈(G)的电流升高的时间变化曲线。

11.用于在按照上述权利要求之一所述的磁共振设备中运行用于产生穿过梯度装置的可变的脉冲波形的电流的电路的方法，其特征在于，

首先在开始期望的梯度电流通量之前将第三开关元件(S1_a)和第一开关元件(Sx1_a)切换为导通的，

在达到穿过第一辅助线圈(Ls_a)的期望的电流强度(Is_a)和穿过梯度线圈(G)的期望的电流通量之后，将第二开关元件(S2_a)切换为导通的并且将第一开关元件(Sx1_a)切换为非导通的，

为了反向的电流方向，将第四开关元件(S1_b)和第五开关元件(Sx1_b)切换为导通的，

并且在达到穿过第二辅助线圈(Ls_b)的期望的电流强度(Is_b)和穿过梯度线圈(G)的期望的电流通量之后将第六开关元件(S2_b)切换为导通的并且将第五开关元件(Sx1_b)切换为非导通的。