CN109521382B - 磁共振成像梯度驱动器系统和方法 - Google Patents

磁共振成像梯度驱动器系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种用在MRI系统的梯度放大器，所述梯度放大器可以位于扫描室中。所述梯度放大器包括连接到梯度电源的一对电源总线。所述梯度放大器还包括开关的H桥，所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关。所述梯度放大器进一步包括第一高压侧驱动器电路、第一低压侧驱动器电路、第二高压侧驱动器电路和第二低压侧驱动器电路，其中的每一驱动器电路配置成驱动所述H桥中的对应开关。公共电源向所有驱动器电路供电，其中电力通过自举电路供应到所述高压侧驱动器电路。

Description

磁共振成像梯度驱动器系统和方法
技术领域
本公开涉及用在磁共振成像(MRI)系统中的梯度驱动器系统。
背景技术
通常，MRI系统包括生成相对均匀磁场的超导磁体、生成磁梯度(例如，线性梯度)以与相对均匀磁场相互作用的一个或多个梯度线圈，以及传输射频(RF)激发信号并且接收所得磁共振(MR)信号的射频(RF)线圈。所述梯度使得能够对磁共振信号进行空间编码，并且对于各种广泛应用例如MR血管造影、弥散成像和灌注成像而言是关键的。梯度驱动器用在MRI系统中，以将脉冲序列传送到梯度线圈。目前，所述梯度驱动器位于与扫描室相邻并且与扫描室隔离的设备室中，其中一个或多个梯度线圈以及MRI系统的其余部分位于所述扫描室中。使用长电缆将所述设备室中的梯度驱动器以电气方式连接到位于扫描室中的梯度线圈。另外，使用两组水冷却系统，一组设置在设备室中以用于冷却梯度驱动器，另一组设置在扫描室中以用于冷却一个或多个梯度线圈和其他MRI系统部件。
发明内容
在一个实施例中，本公开提供一种用在磁共振成像系统中的梯度驱动器系统。所述梯度驱动器系统包括梯度电源；至少一个梯度放大器，每个梯度放大器转换来自所述梯度电源的电力以激发对应的梯度线圈；以及梯度放大器控制器，所述梯度放大器控制器控制所述至少一个梯度放大器的操作。所述至少一个梯度放大器中的每一者包括连接到所述梯度电源的一对电源总线、开关的H桥、栅极驱动器电路和栅极驱动器电源。所述H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关。所述栅极驱动器电路包括：第一高压侧驱动器电路，所述第一高压侧驱动器电路驱动所述第一高压侧开关；第一低压侧驱动器电路，所述第一低压侧驱动器电路驱动所述第一低压侧开关；第二高压侧驱动器电路，所述第二高压侧驱动器电路驱动所述第二高压侧开关；以及第二低压侧驱动器电路，所述第二低压侧驱动器电路驱动所述第二低压侧开关。所述栅极驱动器电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述第二低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路。
在另一个实施例中，本发明提供一种用在MRI系统中的梯度放大器，所述梯度放大器包括一对电源总线，所述一对电源总线承载梯度电源的电压；开关的H桥；栅极驱动器电路；以及栅极驱动器电源。所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关。所述栅极驱动器电路包括：第一高压侧驱动器电路，所述第一高压侧驱动器电路驱动所述第一高压侧开关；第一低压侧驱动器电路，所述第一低压侧驱动器电路驱动所述第一低压侧开关；第二高压侧驱动器电路，所述第二高压侧驱动器电路驱动所述第二高压侧开关；以及第二低压侧驱动器电路，所述第二低压侧驱动器电路驱动所述第二低压侧开关。所述栅极驱动器电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述第二低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路。
在又一个实施例中，本公开提供一种产生用在MRI系统中的磁场梯度的方法，所述方法包括提供梯度放大器。所述梯度放大器包括：一对电源总线，所述一对电源总线承载梯度电源的电压；开关的H桥，所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关；以及栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路包括连接到所述第一高压侧开关的第一高压侧驱动器电路、连接到所述第一低压侧开关的第一低压侧驱动器电路、连接到所述第二高压侧开关的第二高压侧驱动器电路，以及连接到所述第二低压侧开关的第二低压侧驱动器电路。所述方法还包括使用公共电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路。所述方法进一步包括通过使用所述第一高压侧驱动器电路来驱动所述第一高压侧开关；通过使用所述第一低压侧驱动器电路来驱动所述第一低压侧开关；通过使用所述第二高压侧驱动器电路来驱动所述第二高压侧开关，以及通过使用所述第二低压侧驱动器电路来驱动所述第二低压侧开关；以及通过所述开关的H桥转换来自所述梯度电源的电力，以激发对应的梯度线圈。
附图说明
阅读以下详细描述并且参考附图可以更好地理解本公开的各个方面，其中：
图1是根据示例性实施例的MRI系统的示意图；
图2是根据示例性实施例的可以用于图1所示的MRI系统中的梯度驱动器系统的示意图；
图3A是根据示例性实施例的可以用于图2所示的梯度驱动器中的梯度放大器组件的示意图；
图3B是根据示例性实施例的屏蔽电缆的示意图；
图4是根据示例性实施例的可以用于图3A所示的梯度放大器组件中的栅极驱动器电路的示意图；以及
图5是根据示例性实施例的产生用在图1所示的MRI系统中的磁场梯度的方法的流程图。
所述附图示出用在MRI系统中的梯度驱动器的所描述部件、系统和方法的特定方面。与以下描述一起，附图示出并且解释本说明书中所描述的结构、方法和原理的原理。在附图中，为清楚起见，可以夸大或以其他方式修改部件的厚度和尺寸。公知的结构、材料或操作未详细示出或描述，以避免模糊所描述部件、系统和方法的方面。
具体实施方式
下文将描述本公开的一个或多个具体实施例，以提供透彻理解。这些所描述的实施例仅是用于梯度驱动器的系统和方法的示例。所属领域中的技术人员将理解，实施例中描述的具体细节可以在投入实践中时修改而不偏离本公开的精神。
在介绍本公开的各种实施例中的元件时，冠词“一个”、“一种”和“所述”旨在表示有一个或多个所述元件。术语“第一”、“第二”以及相似术语并不表示任何次序、数量或重要性，而是用于区别一个元件与另一个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在于包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。由于本说明书中使用术语“连接到”、“耦接到”等，因此一个对象(例如，材料、元件、结构、构件等)可以连接到或耦接到另一个对象，而无论一个对象是否直接连接或耦接到另一个对象，或是一个对象与另一个对象之间是否存在一个或多个中间对象。此外应理解，对本公开“一个实施例”或“实施例”的引用并不旨在解释成排除存在同样包括所列举特征的额外实施例。
总体上参见附图，本公开是将梯度放大器定位在扫描室中，以使所述梯度放大器可以尽可能靠近梯度线圈，并且使得将所述梯度放大器连接到梯度线圈的电缆能够尽可能短。此外，可以使用一个水冷却系统而不是常规MRI系统中的两个水冷却系统来冷却所述梯度放大器和梯度线圈。确切地说，使用一个或多个梯度放大器转换来自梯度电源的电力，以激发对应的梯度线圈。每个梯度放大器包括开关元件(例如，半导体开关)的H桥，其中所述开关元件的导通/切断状态通过脉冲宽度调制(PWM)来控制。由设置在扫描室中的PWM梯度放大器产生的开关噪声(例如，电磁干扰(EMI))可能影响MRI功能。在本公开中，采取各种措施来隔离开关噪声并且防止MRI功能频率干扰。例如，在驱动H桥中的开关的栅极驱动器电路中，使用光耦合器来隔离PWM信号。所有栅极驱动器共享公共电源，其中电力通过自举电路供应到高压侧驱动器。因此得以消除梯度放大器和栅极驱动器电路中含有铁磁材料的部件。
此外，使用金属容器来围封梯度放大器，以便可以将EMI与扫描室中的其他MRI系统部件隔离。使用屏蔽电缆将位于扫描室内的梯度放大器连接到位于设备室内的梯度电源。在一些实施例中，使用输出滤波器对从梯度放大器送到梯度线圈的输出进行滤波，以便减少梯度放大器输出电流中的纹波电流(ripple current)和EMI。所述输出滤波器使用空心电感器来消除铁磁材料的使用。
参见图1，其中示出根据实施例的示例性MRI系统100的示意图。MRI系统100的操作从操作员工作站110控制，所述操作员工作站包括输入装置114、控制面板116和显示器118。输入装置114可以是操纵杆、键盘、鼠标、跟踪球、触摸激活屏幕、语音控制或者任何类似或同等输入装置。控制面板116可以包括键盘、触摸激活屏幕、语音控制、按钮、滑块或者任何类似或同等控制装置。所述操作员工作站110连接到计算机系统120并且与其通信，所述计算机系统使操作员能够控制显示器118上的图像的生成和查看。所述计算机系统120包括通过电气和/或数据连接122彼此通信的多个部件。所述计算机系统连接122可以是直接有线连接、光纤连接、无线通信链路等。计算机系统120的部件包括中央处理单元(CPU)124；存储器126，所述存储器可以包括用于存储图像数据的帧缓冲器；以及图像处理器128。在替代实施例中，所述图像处理器128可以替换成实施于CPU 124中的图像处理功能。所述计算机系统120可以连接到存档媒体装置、永久或备用存储器或网络。所述计算机系统120连接到单独的MRI系统控制器130并且与其通信。
所述MRI系统控制器130包括通过电气和/或数据连接132彼此通信的一组部件。所述MRI系统控制器连接132可以是直接有线连接、光纤连接、无线通信链路等。所述MRI系统控制器130的部件包括：CPU 131；脉冲发生器133，所述脉冲发生器连接到操作员工作站110并且与其通信；收发器135；存储器137和阵列处理器139。在替代实施例中，所述脉冲发生器133可以集成到MRI系统100的共振组件140中。MRI系统控制器130连接到操作员工作站110并且从所述操作员工作站接收命令，以指示要在MRI扫描期间执行的MRI扫描序列。所述MRI系统控制器130还连接到梯度驱动器系统150并且与其通信，所述梯度驱动器系统连接到梯度线圈组件142以在MRI扫描期间产生磁场梯度。
所述脉冲发生器133还可以从生理采集控制器155接收数据，所述生理采集控制器接收来自连接到经历MRI扫描的对象或患者170的多个不同传感器的信号，例如来自附接到患者的电极的心电图(ECG)信号。最后，脉冲发生器133连接到扫描室接口系统145并且与其通信，所述扫描室接口系统接收来自各种传感器的与共振组件140的状况相关联的信号。所述扫描室接口系统145还连接到患者定位系统147并且与其通信，所述患者定位系统发送并且接收信号以控制患者检查台移动到用于MRI扫描的预期位置。
所述MRI系统控制器130向梯度驱动器系统150提供梯度波形，所述梯度驱动器系统包括GX、GY和GZ放大器等。每个GX、GY和GZ梯度放大器激发梯度线圈组件142中的对应梯度线圈，以在MRI扫描期间产生用于对MR信号进行空间编码的磁场梯度。梯度线圈组件142包括在共振组件140内，所述共振组件还包括具有超导线圈144的超导磁体，所述超导线圈在操作中在被共振组件140围封的开口圆柱形成像体积146的各处提供均匀纵向磁场B0。共振组件140还包括RF主体线圈148，所述RF主体线圈在操作中提供横向磁场B1，所述横向磁场大体上垂直于贯穿所述开口圆柱形成像体积146的B0。共振组件140还可以包括RF表面线圈149，所述RF表面线圈用于对经历MRI扫描的患者的不同组织进行成像。RF主体线圈148和RF表面线圈149可以配置成以发送和接收模式、发送模式或接收模式操作。
经历MRI扫描的对象或患者170可以定位在共振组件140的开口圆柱形成像体积146内。MRI系统控制器130中的收发器135产生RF激发脉冲，所述RF激发脉冲被RF放大器162放大并且通过发送/接收开关(T/R开关)164提供给RF主体线圈148和RF表面线圈149。
如上所述，RF主体线圈148和RF表面线圈149可以用于发射RF激发脉冲并且/或者接收来自经历MRI扫描的患者的所得MR信号。由经历MRI扫描的患者体内的被激发的原子核发出的所得MR信号可以被RF主体线圈148或RF表面线圈149感测和接收，并且通过T/R开关164发送回前置放大器166。被放大的MR信号在收发器135的接收器部分中解调、滤波和数字化。所述T/R开关164通过来自脉冲发生器133的信号控制，以在发送模式期间将RF放大器162以电气方式连接到RF主体线圈148，并且在接收模式期间将前置放大器166连接到RF主体线圈148。所述T/R开关164还可以使RF表面线圈149能够用于发送模式或接收模式中。
被RF主体线圈148感测和接收的所得MR信号由收发器135数字化并且传送到MRI系统控制器130中的存储器137。
当已经采集到与接收到的MR信号相对应的原始k空间数据阵列并且将其临时存储在存储器137中，以便后期对所述数据进行变换以创建图像时，MR扫描完成。所述原始k空间数据重新排列成用于要重建的每个图像的单独k空间数据阵列，并且这些单独k空间数据阵列中的每一者输入到阵列处理器139中，所述阵列处理器操作地将所述数据傅立叶变换成图像数据阵列。
所述阵列处理器139使用已知的变换方法，最常见的是傅里叶变换，以从接收到的MR信号创建图像。这些图像传送到计算机系统120，其中在所述计算机系统中，所述图像存储在存储器126中。响应于从操作员工作站110接收的命令，所述图像数据可以存档在长期存储器中，或者可以由图像处理器128进一步处理并且传送到操作员工作站110以呈现在显示器118上。
在各种实施例中，计算机系统120和MRI系统控制器130的部件可以实施于同一计算机系统或多个计算机系统上。
参见图2，其中示出根据示例性实施例的梯度驱动器系统200的示意图。梯度驱动器系统200可以用作图1所示MRI系统100中的梯度驱动器系统150。如图2中所示，在一些实施例中，梯度驱动器系统200包括控制电源210、梯度电源220、梯度放大器控制器230和梯度放大器组件240。梯度放大器组件240配置成在梯度放大器控制器230的控制下通过使用来自梯度电源220的电力来激发梯度线圈组件250(对应于图1所示的梯度线圈组件142)。所述控制电源210向梯度放大器控制器230供电。在一些实施例中，所述梯度放大器组件240包括三个梯度放大器X、Y和Z，每个梯度放大器连接到梯度线圈组件250中的对应梯度线圈并且配置成激发对应的梯度线圈。
控制电源210和梯度电源220位于设备室内，而梯度放大器控制器230和梯度放大器组件240位于扫描室内。MRI系统的部件位于单独的房间内以避免干扰。所述扫描室包括超导磁体、梯度线圈、RF线圈和用于固持待扫描对象的检查台。
所述设备室紧邻所述扫描室，并且包括计算机、RF放大器、电源以及控制MRI扫描仪的其他设备。所述扫描室的墙壁为多层构造并且执行若干功能，包括磁屏蔽、声屏蔽和RF屏蔽。在一些实施例中，所述梯度放大器组件240和梯度放大器控制器230位于超导磁体(例如，图1所示的超导线圈144)附近。
不同的冷却系统对所述扫描室和设备室进行冷却。在梯度放大器组件位于设备室中的常规配置中，一个水冷却系统设置在所述扫描室中以用于冷却梯度放大器，并且另一个水冷却系统设置在所述扫描室中以用于冷却所述梯度线圈。相反，在本说明书中所公开的MRI系统中，仅使用一个水冷却系统来冷却梯度放大器和梯度线圈。
在一些实施例中，所述梯度电源220包括串联共振转换器，所述串联共振转换器操作性地将输入电力(例如，来自电力网的三相交流电力)转换成三个直流(DC)电力输出，即直流电力X、直流电力Y和直流电力Z。所述直流电力输出X、Y和Z中的每一者分别与梯度放大器组件240的对应梯度放大器X、Y或Z链接。
梯度放大器组件240使用来自梯度电源220的电力来激发梯度线圈组件250，所述梯度线圈组件又产生磁场梯度。如图2中所示，在一些实施例中，所述梯度放大器组件240包括三个梯度放大器X、Y和Z，每个梯度放大器将可控电力提供给梯度线圈组件250的对应梯度线圈。所述梯度线圈围绕对象例如患者，并且沿X、Y和Z方向生成时变磁场梯度。在一些实施例中，梯度放大器X、Y和Z中的每一者包括开关元件阵列。下文将参见图3详细讨论梯度放大器的结构。
梯度放大器控制器230通过控制例如每个梯度放大器的开关元件的接通/切断状态来控制梯度放大器X、Y和Z的操作。所述梯度放大器控制器230连接到MRI系统控制器(例如，图1所示的MRI系统控制器130)并且从其接收梯度波形(例如，梯度脉冲序列)。所述梯度波形可以驱动时变磁场梯度。基于所述梯度波形，所述梯度放大器控制器230生成放大器控制信号，并且将所述放大器控制信号发送到梯度放大器组件240。
所述控制电源210向梯度放大器控制器230供电以便其操作。在一些实施例中，所述控制电源210操作性地将输入电力(例如，来自电力网的三相交流电力)转换成直流电力输出。
参见图3A，其中示出根据示例性实施例的梯度放大器300的示意图。所述梯度放大器300可以用作图2中所示的梯度放大器组件240中的梯度放大器X、Y和Z中的每一者。如图3中所示，在一些实施例中，梯度放大器包括容纳开关元件S1、S2、S3和S4以及其他部件的法拉第屏蔽件320。如上所述，所述梯度放大器位于扫描室内。由开关元件S1、S2、S3和S4产生的开关噪声需要与磁体隔离，以避免MRI功能频率干扰。在一些实施例中，所述法拉第屏蔽件320包括金属容器，以屏蔽来自扫描室中的其他MRI系统部件的EMI。
在一些实施例中，所述梯度放大器300通过屏蔽电缆310连接到梯度电源(例如，图2所示的梯度电源220)。所述屏蔽电缆310将设备室中的梯度电源连接到扫描室中的梯度放大器300。由于当电流流动通过导电材料时会产生磁场，因此扫描室中的电缆可能产生额外磁场，此磁场可能潜在地干扰由MRI系统的超导磁体产生的磁场。
图3B示出根据示例性实施例的屏蔽电缆310的示意图。在一些实施例中，如图3B中所示，屏蔽电缆310具有至少两层金属屏蔽件312和314，以消除共模电流和EMI。电缆310具有：第一层金属屏蔽件314(即内层)以及第二层金属屏蔽件312(即，外层)，其中所述第一层金属屏蔽件连接到梯度放大器输出滤波器350的地面以消除共模电流，并且所述第二层金属屏蔽件连接到扫描室中的接地连接，以消除来自电缆的EMI。在一些实施例中，如果需要，屏蔽电缆310可以包括两层以上的金属屏蔽件。
重新参见图3A，来自梯度电源220的直流电压施加在一对电源总线302(Vbus+)和304(Vbus-)上。所述直流电压储存在电容器C0中，通过单个H桥逆变器340转换，然后通过输出滤波器350输出到对应的梯度线圈。在一些实施例中，使用脉冲宽度调制(PWM)来转换直流电压。确切地说，栅极驱动器电路330接收来自栅极放大器控制器230的PWM信号，并且根据所述PWM信号来控制开关S1、S2、S3和S4。
开关元件S1、S2、S3和S4形成单个H桥340，所述单个H桥与线性元件相比可以减少电力损耗并且有助于消除EMI。S1和S2以串联方式连接在一对电源总线302和304之间，从而形成H桥340的第一支路。S3和S4以串联方式连接在所述一对电源总线302和304之间，从而形成H桥340的第二支路。由于S1和S3连接到直流电压的高压侧(即Vbus+)，因此S1称为第一高压侧开关，并且S3称为第二高压侧开关。由于S2和S4连接到直流电压的低压侧(即Vbus-)，因此S2称为第一低压侧开关，并且S4称为第二低压侧开关。S1与S2之间的节点A以及S3与S4之间的节点B通过输出滤波器350连接到梯度线圈，以向梯度线圈提供电力。
开关元件S1到S4可以是硅(Si)晶体管或碳化硅(SiC)晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在一些实施例中，使用新的宽带隙SiCMOSFET来使得能够更快切换并且减少开关损耗。应理解，尽管当前讨论中将开关元件视作MOSFET，但是相关描述旨在包括材料或配置的所有变型，包括但不限于MOSFET和IGBT。栅极驱动器电路330配置成通过使用从梯度放大器控制器(例如，图2所示的梯度放大器控制器230)接收的PWM信号来控制S1到S4的接通/切断状态。下文将参见图4详细讨论栅极驱动器电路330的结构。
如图3A所示，在一些实施例中，使用输出滤波器350来减小开关元件S1到S4引起的纹波电流和EMI。在一些实施例中，输出滤波器350包括两级滤波器，即用于减小纹波电流的差模滤波器以及用于减小EMI的共模滤波器。在一些实施例中，输出滤波器350仅采用不包括铁磁材料的储能部件(例如，电容器和电感器)。常规滤波器中采用的电感器通常由高磁导率铁磁材料(例如铁氧体)构成。超导磁体附近的大型直流磁场可以使铁磁材料饱和。相反，在本公开中，具有非磁芯(例如，空心)的电感器用在输出滤波器350中，所述输出滤波器不受饱和影响，因此可以位于扫描室中的MR主磁场内。
参见图4，其中示出根据示例性实施例的栅极驱动器电路400的示意图。栅极驱动器电路400可以用作图3A中所示的栅极驱动器电路330。如图4中所示，在一些实施例中，栅极驱动器电路400包括用于隔离从梯度放大器控制器(例如，图2所示的梯度放大器控制器230)接收的PWM信号的光耦合器412、414、416和418，以及分别用于驱动开关元件S1、S2、S3和S4的驱动器电路(例如，集成电路(IC))432、434、436和438。栅极驱动器电源420向驱动器IC 432、434、436和438提供直流电力。当驱动器IC 432到438共享公共直流电源时，可以去除栅极驱动器电路400中的铁磁材料。
在操作中，第一高压侧光耦合器412隔离从梯度放大器控制器接收的第一高压侧PWM信号。被隔离的第一高压侧PWM信号通过第一高压侧驱动器IC 432控制第一高压侧开关S1的导通/切断状态。确切地说，第一高压侧驱动器IC 432相应地将第一高压侧PWM信号转换成高电压/低电压，以便切换第一高压侧开关S1的栅极。第一低压侧光耦合器414隔离从梯度放大器控制器接收的第一低压侧PWM信号。被隔离的第一电压侧PWM信号通过第一低压侧驱动器IC 434控制第一低压侧开关S2的导通/切断状态。确切地说，第一低压侧驱动器IC434相应地将第一低压侧PWM信号转换成高电压/低电压，以便切换第一低压侧开关S2的栅极。第二高压侧部件(第二高压侧光耦合器418、第二高压侧驱动器IC 438、第二高压侧开关S3)和第二低压侧部件(第二低压侧光耦合器416、第二低压侧驱动器IC 436、第二低压侧开关S4)以与第一高压侧和第一低压侧上的对应部分类似的方式操作。
在一些实施例中，所述栅极驱动器电源420直接向低压侧驱动器IC 434和436提供直流电力，而栅极驱动器电源420分别通过自举电路422和424向高压侧驱动器IC 432和438供电。所述第一自举电路422包括二极管D1以及用于储能的电容器C1。在操作中，在切换第一低压侧开关S2期间，电容器C1由栅极驱动器电源420充电。储存在电容器C1中的能量向第一高压侧驱动器IC 434提供直流电力，以驱动第一高压侧开关S1。所述第二自举电路424包括二极管D2以及用于储能的电容器C2。在操作中，在切换第二低压侧开关S4期间，电容器C2由栅极驱动器电源420充电。储存在电容器C2中的能量向第二高压侧驱动器IC 438提供直流电力，以驱动第二高压侧开关S3。
参见图5，其中示出根据示例性实施例的产生用在MRI系统中的磁场梯度的方法的流程图500。在操作502中，将梯度放大器提供在MRI系统的扫描室中。梯度放大器可以具有与图3中所示的梯度放大器300相同的结构。在一些实施例中，所述梯度放大器包括：一对电源总线，所述一对电源总线配置成承载梯度电源的电压；开关的H桥；以及栅极驱动器电路。所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关。所述栅极驱动器电路包括连接到第一高压侧开关的第一高压侧驱动器电路；连接到所述第一低压侧开关的第一低压侧驱动器电路；连接到所述第二高压侧开关的第二高压侧驱动器电路；以及连接到所述第二低压侧开关的第二低压侧驱动器电路。
在操作504中，使用公共电源向第一高压侧驱动器电路、第一低压侧驱动器电路、第二高压侧驱动器电路和第二低压侧驱动器电路供电。电力通过第一自举电路供应到第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到第二高压侧驱动器电路。所述第一自举电路和第二自举电路可以具有与图4中所示的自举电路422和424相同的结构。
在操作506中，H桥中的开关由栅极驱动器电路驱动。确切地说，所述第一高压侧开关通过使用所述第一高压侧驱动器电路驱动；所述第一低压侧开关通过使用所述第一低压侧驱动器电路驱动；所述第二高压侧开关通过使用所述第二高压侧驱动器电路驱动；并且所述第二低压侧开关通过使用所述第二低压侧驱动器电路驱动。
在操作508中，通过开关的H桥转换来自梯度电源的电力以激发对应的梯度线圈。
除了任何先前指出的修改之外，所属领域中的技术人员可以在不脱离本说明书的精神和范围的情况下设计出许多其他变型和替代布置，并且随附权利要求书旨在包括这些修改和布置。因此，尽管上文已经结合目前视作最实用和优选方面的特定性和细节来描述信息，但是所属领域中的普通技术人员可以显而易见地了解，可以在不脱离本说明书中所阐述的原理和概念的情况下进行众多修改，包括但不限于形式、功能、操作和使用方式。此外，本说明书中所用的示例和实施例在所有方面中旨在仅为说明性的，并且不应解释成以任何方式进行限制。

Claims (16)

1.一种用在磁共振成像系统中的梯度驱动器系统，所述梯度驱动器系统包括：
梯度电源；
至少一个梯度放大器，每个梯度放大器转换来自所述梯度电源的电力以激发对应的梯度线圈，所述至少一个梯度放大器中的每一者包括：
连接到所述梯度电源的一对电源总线；
开关的H桥，所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关；
栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路包括第一高压侧驱动器电路，所述第一高压侧驱动器电路驱动所述第一高压侧开关；第一低压侧驱动器电路，所述第一低压侧驱动器电路驱动所述第一低压侧开关；第二高压侧驱动器电路，所述第二高压侧驱动器电路驱动所述第二高压侧开关；以及第二低压侧驱动器电路，所述第二低压侧驱动器电路驱动所述第二低压侧开关；以及
栅极驱动器电源，所述栅极驱动器电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述第二低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路；
梯度放大器控制器，所述梯度放大器控制器控制所述至少一个梯度放大器的操作；
第一高压侧光耦合器，所述第一高压侧光耦合器连接到所述第一高压侧驱动器电路，并且隔离所述第一高压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第一低压侧光耦合器，所述第一低压侧光耦合器连接到所述第一低压侧驱动器电路，并且隔离所述第一低压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第二高压侧光耦合器，所述第二高压侧光耦合器连接到所述第二高压侧驱动器电路，并且隔离所述第二高压侧开关的脉冲宽度调制信号；以及，
第二低压侧光耦合器，所述第二低压侧光耦合器连接到所述第二低压侧驱动器电路，并且隔离所述第二低压侧开关的脉冲宽度调制信号；
其中所述至少一个梯度放大器位于扫描室中。
2.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述至少一个梯度放大器定位在位于所述扫描室中的超导磁体附近。
3.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述至少一个梯度放大器围封在金属屏蔽件内。
4.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述一对电源总线通过屏蔽电缆连接到所述梯度电源，其中所述屏蔽电缆包括至少两层金属屏蔽件。
5.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述至少一个梯度放大器中的每一者进一步包括输出滤波器，所述输出滤波器对送到对应梯度线圈的输出进行滤波，并且所述输出滤波器至少包括空心电感器。
6.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述至少一个梯度放大器不包括铁磁材料。
7.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述第一高压侧开关、所述第一低压侧开关、所述第二高压侧开关和所述第二低压侧开关是碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.根据权利要求1所述的梯度驱动器系统，其中所述第一自举电路包括第一二极管和第一电容器，所述第一电容器在所述第一低压侧开关的切换期间充电；并且所述第二自举电路包括第二二极管和第二电容器，并且所述第二电容器在所述第二低压侧开关的切换期间充电。
9.一种用在MRI系统中的梯度放大器，所述梯度放大器位于扫描室中，所述梯度放大器包括：
一对电源总线，所述一对电源总线承载梯度电源的电压；
开关的H桥，所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关；
栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路包括第一高压侧驱动器电路，所述第一高压侧驱动器电路驱动所述第一高压侧开关；第一低压侧驱动器电路，所述第一低压侧驱动器电路驱动所述第一低压侧开关；第二高压侧驱动器电路，所述第二高压侧驱动器电路驱动所述第二高压侧开关；以及第二低压侧驱动器电路，所述第二低压侧驱动器电路驱动所述第二低压侧开关；以及
栅极驱动器电源，所述栅极驱动器电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述第二低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路；
第一高压侧光耦合器，所述第一高压侧光耦合器连接到所述第一高压侧驱动器电路，并且隔离所述第一高压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第一低压侧光耦合器，所述第一低压侧光耦合器连接到所述第一低压侧驱动器电路，并且隔离所述第一低压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第二高压侧光耦合器，所述第二高压侧光耦合器连接到所述第二高压侧驱动器电路，并且隔离所述第二高压侧开关的脉冲宽度调制信号；以及
第二低压侧光耦合器，所述第二低压侧光耦合器连接到所述第二低压侧驱动器电路，并且隔离所述第二低压侧开关的脉冲宽度调制信号。
10.根据权利要求9所述的梯度放大器，进一步包括金属屏蔽件，所述金属屏蔽件围封所述开关的H桥、所述栅极驱动器电路和所述栅极驱动器电源。
11.根据权利要求9所述的梯度放大器，进一步包括输出滤波器，所述输出滤波器对送到对应梯度线圈的输出进行滤波，并且所述输出滤波器至少包括空心电感器。
12.根据权利要求9所述的梯度放大器，其中所述第一自举电路包括第一二极管和第一电容器，所述第一电容器在所述第一低压侧开关的切换期间充电；并且所述第二自举电路包括第二二极管和第二电容器，并且所述第二电容器在所述第二低压侧开关的切换期间充电。
13.一种用于产生用在MRI系统中的磁场梯度的方法，所述方法包括：
提供梯度放大器，所述梯度放大器包括：
一对电源总线，所述一对电源总线承载梯度电源的电压；
开关的H桥，所述开关的H桥包括以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第一高压侧开关和第一低压侧开关，以及以串联方式连接在所述一对电源总线之间的第二高压侧开关和第二低压侧开关；
栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路包括连接到所述第一高压侧开关的第一高压侧驱动器电路；连接到所述第一低压侧开关的第一低压侧驱动器电路；连接到所述第二高压侧开关的第二高压侧驱动器电路；以及连接到所述第二低压侧开关的第二低压侧驱动器电路；
第一高压侧光耦合器，所述第一高压侧光耦合器连接到所述第一高压侧驱动器电路，并且隔离所述第一高压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第一低压侧光耦合器，所述第一低压侧光耦合器连接到所述第一低压侧驱动器电路，并且隔离所述第一低压侧开关的脉冲宽度调制信号；
第二高压侧光耦合器，所述第二高压侧光耦合器连接到所述第二高压侧驱动器电路，并且隔离所述第二高压侧开关的脉冲宽度调制信号；以及，
第二低压侧光耦合器，所述第二低压侧光耦合器连接到所述第二低压侧驱动器电路，并且隔离所述第二低压侧开关的脉冲宽度调制信号；
将所述梯度放大器定位在扫描室中；
使用公共电源向所述第一高压侧驱动器电路、所述第一低压侧驱动器电路、所述第二高压侧驱动器电路和所述第二低压侧驱动器电路供电，其中电力通过第一自举电路供应到所述第一高压侧驱动器电路，并且通过第二自举电路供应到所述第二高压侧驱动器电路；
通过使用所述第一高压侧驱动器电路来驱动所述第一高压侧开关；通过使用所述第一低压侧驱动器电路来驱动所述第一低压侧开关；通过使用所述第二高压侧驱动器电路来驱动所述第二高压侧开关；并且通过使用所述第二低压侧驱动器电路来驱动所述第二低压侧开关；以及
通过所述开关的H桥转换来自所述梯度电源的电力以激发对应的梯度线圈。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括将所述梯度放大器围封在金属屏蔽件中。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过屏蔽电缆将一对电源总线连接到梯度电源，其中所述屏蔽电缆包括至少两层金属屏蔽件。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过输出滤波器对送到对应梯度线圈的输出进行滤波，并且其中所述输出滤波器至少包括空心电感器。
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