DE102014202862B4 - Adaptive Pindiodenansteuerung mit minimierter Verlustleistung - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung mit mindestens einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet (J1, J2) ist, die Versorgungsspannung (UV) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung einer von der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) mit Strom und/oder Spannung (UL) versorgten Last (PIN-a, PIN-b, PIN-c, PIN-d, 106a, 106b) auszuwählen,dadurch gekennzeichnet,dass das Magnetresonanztomographiesystem (101) dazu ausgebildet ist, mit einer insbesondere von jeweils einer Lokalspule an eine Steuerung des Magnetresonanztomographiesystems (101) übermittelten Information, welche Lokalspule aktuell an welchem Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossen ist und mit einer Zuordnungstabelle die insbesondere maximale Lastspannung für jede an einen Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossene Lokalspule und/oder Pin-Diode(n) in der Lokalspule zu bestimmen,und an einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) eine Versorgungsspannung (Uv; Uv = UL + Us) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung (UL) der Last in der Lokalspule und/oder einem Spannungsabfall (US) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) anzulegen,wobei mehr als zwei wählbare Versorgungsspannungen (Uv; Uv = UL + Us) einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Pindiodenansteuerung.
  • Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus der DE 103 14 215 B4 bekannt. PIN-Dioden-Ansteuerungen für MRT-Lokalspulen sind z.B. beschrieben in DE 10 2013 213 377 B3 .
  • Aus der Druckschrift DE 10 2007 026 912 A1 ist eine Vorrichtung zur Stromversorgung einer Gradientenspulen bekannt, die von einer variablen steuerbaren Spannungsquelle gespeist wird.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 082 256 B3 beschreibt eine Verstimmeinrichtung für eine mehrere Spulenelemente umfassende Empfangsspule für eine Magnetresonanzeinrichtung. In einer Ausführungsform weist die Lokalspule eine Strom-Spannungsquelle auf, die von einer Steuerung zwischen einer hohen negativen und einer kleinen positiven Versorgungsspannung umschaltbar ist.
  • Die Druckschrift DE 100 16 168 A1 betrifft eine Anordnung zum Regeln der Versorgungsspannung einer Last. Die Verstärkung eines Differenzverstärkers des Regelkreises ist umschaltbar, wenn die Versorgungsspannung außerhalb eines Nennbereichs liegt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein MRT zu optimieren, insbesondere dessen Pindiodenansteuerung. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
    • 1 eine erfindungsgemäße adaptive Pindiodenansteuerung mit minimierter Verlustleistung,
    • 2 Strom- und Spannungsverläufe beim Umschalten einer adaptiven Pindiodenansteuerung mit minimierter Verlustleistung gemäß 1,
    • 3 eine weitere erfindungsgemäße adaptive Pindiodenansteuerung mit minimierter Verlustleistung,
    • 4 schematisch ein MRT-System,
    • 5 schematisch angesteuerte PIN-Dioden für Antennen von Lokalspulen für ein MRT-System gemäß DE 10 2013 213 377 B3 ,
    • 6 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
  • 4 zeigt (u.a. insbesondere auch zum technischen Hintergrund) ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einem Hohlzylinder 102 mit einem hier röhrenförmigen Raum 103 in welchen eine Patientenliege 104 mit einem Körper z.B. eines Untersuchungsobjektes (z.B. eines Patienten) 105 (mit oder ohne Lokalspule 106a, 106b) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspule 106 angeordnet, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch Field of View oder FOV genannt) des MRT Aufnahmen von einem Teilbereich des Körpers 105 im FOV generiert werden können. Signale einer Lokalspule 106a, 106b (wie hier von der Knie-Lokalspule 106a oder von der Brustbereichs-Lokalspule 106b) können von einer z.B. über Koaxialkabel oder per Funk (167) etc. an eine Lokalspule 106a, 106b anschließbaren Auswerteeinrichtung (168, 115, 117, 119, 120, 121 usw.) des MRT 101 ausgewertet (z.B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden.
  • Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet 107) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 103, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B0 , das z.B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 105 wird auf einer Patientenliege 104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV (auch „Field Of View“ oder „Field of View“ genannt) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse B1(x, y, z, t) die über eine hier als (z.B. mehrteilige = 108a, 108b, 108c) Körperspule 108 sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspule) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse TX werden z.B. von einer Pulserzeugungseinheit 109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie (TX) zu einer Hochfrequenzantenne 108a,b,c und/oder 106a und/oder 106b geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Möglicherweise werden auch mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108a, b, c (und ggf. in Lokalspulen 106a, 106b) in einem Magnet-Resonanz-Gerät 101 eingesetzt.
  • Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 112x, 112 y, 112 z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder BG(x, y, z, t) zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 (und ggf. über Verstärker Vx, Vy, Vz) gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
  • Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale RX werden von der Körperspule 108 und/oder mindestens einer Lokalspule 106a, 106b empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 116 verstärkt und von einer Empfangseinheit 117 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen FourierTransformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
  • Für eine Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z.B. die Körperspule 108 oder eine Lokalspule 106a, 106b, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 118 geregelt.
  • Eine Bildverarbeitungseinheit 119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
  • In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder an oder in dem Körper 105 angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z.B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T-12T oder mehr). Wenn an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z.B. eine Schaltmatrix (teilweise auch RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
  • Als Lokalspule 106a, 106b wird z.B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, das z.B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z.B. als Loopantennen (Loops), Butterfly, Flexspulen oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Lokalspule 106a, 106b umfasst z.B. Spulenelemente (wie hier vereinfacht angedeutete Antennen Ata, At-b), einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc.), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel oder z.B. ein Kabelbündel mit einem Stecker St-a, St-b, durch den sie an (Anschlüsse/Buchsen Bua, Bu-b an z.B. der Patientenliege 104 für) die MRT-Anlage 101 angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 168 filtert und digitalisiert von einer Lokalspule 106a, 106b z.B. per Funk etc. empfangenes Signale RX und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z.B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/oder Speicherung zur Verfügung stellt.
  • 1-6 zeigen einige Details erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele von adaptiven Pindiodenansteuerungen für hier eine oder mehrere Lokalspulen 106a, 106b mit minimierter Verlustleistung.
  • Bei MR-Messungen sollen bei zumindest intern bekannten Ausführungen verschiedene Antennenelemente schnell (z.B. kleiner ca. 50 Mikrosekunden µsec) sequenzsynchron zwischen tune (also z.B. abgestimmt und/oder sendend und/oder empfangend) und detune (also z.B. nicht abgestimmt und/oder nicht-sendend und/oder nicht-empfangend) umgeschaltet werden können. Hierfür werden bei zumindest intern bekannten Ausführungen PIN Dioden PIN-a, PIN-b, PIN-c, PIN-d (wie z.B. PIN-a, PIN-b in der Lokalspule oder hier z.B. PIN-c, PIN-d in einer Steuerung oder Schaltung im MRT 101 oder in der Patientenliege 104) als HF-Schalter verwendet. Die Umschaltung soll das MR-System nicht beeinträchtigen, insbesondere sollen keine HF-Störungen entstehen, und die Schaltelektronik soll im Streufeld des MR-Magneten uneingeschränkt funktionieren.
  • Generell sind solche PIN-Dioden-Ansteuerungen für MRT-Lokalspulen (wie 106a, 106b) z.B. beschrieben in DE 10 2013 213 377 (die hiermit durch Bezugnahme Teil der Anmeldung ist, also incorporated by reference), aus der die anliegende 5 zur Veranschaulichung des Hintergrunds entnommen ist, in welcher 5 eine Antenne einer Lokalspule 106a, 106b dargestellt ist, in der wahlweise von Quellen Q1; Q2; V34, V204 jeweils eine oder mehrere der PIN-Dioden 3, 3b, 11 bestromt werden können, um die Antenne im Bereich der PIN-Dioden für Hochfrequenz durchlässig zu schalten, oder von Quellen jeweils eine der PIN-Dioden 3a, 3b, 11 mit einer Sperrspannung belegt werden können, um die Antenne im Bereich der PIN-Dioden für Hochfrequenz gesperrt zu schalten. Bisher werden bei zumindest intern bekannten Ausführungen umschaltbare analoge Strom- und Spannungs-Quellen verwendet.
  • Wie in 1 bestromt (mit Strom einer Strom- und SpannungsQuelle Q1; Q2; V34, V204 beaufschlagt) ist eine PIN-Diode (wie z.B. die auch in 4 angedeuteten PIN-Dioden PIN-a, PIN-b, PIN-c, PIN-d) bezogen auf HF (also z.B. anliegende HF-Spannung) niederohmig, bei angelegter Sperrspannung hochohmig.
  • Es können verschiedene Lokalspulen 106a, 106b usw. (an ein Magnetresonanztomographiegerät, z.B. über Steckverbindungen St-a, St-b, Bu-a, Bu-b an einer Patientenliege 104, und darüber) an einen PIN-Diodenkanal (mit jeweils mindestens einer PIN-Diode PIN-a, PIN-b, PIN-c, PIN-d) angeschlossen werden. Der Spannungsabfall jedes PIN-Diodenkanals im Strommode kann je nach angeschlossener Last (z.B. in (Form) der daran angeschlossenen Lokalspule 106a, 106b) sehr unterschiedlich sein, außerdem im laufenden Betrieb z.B. durch Temperaturabhängigkeiten schwanken.
  • Quellen Q1; Q2; V34, V204 in Form von z.B. Kostantstromquellen sollen also vorzugsweise so ausgelegt sein, dass sie vom Kurzschluss bis zur maximal benötigten Verbraucherspannung einen konstanten Strom liefern.
  • Je nach Beschaltung benötigt eine Quelle Q1; Q2; V34, V204 in Form hier einer Konstantstromquelle einen eigenen Spannungsabfall US. Deshalb soll deren (z.B. an der Quelle Q1; Q2; V34, V204 zur Versorgung der Quelle Q1; Q2; V34, V204 anliegende) Versorgungsspannung UV (aus einer Versorgung V der Quelle Q) um US größer als die bei fest eingeprägtem Strom maximal auftretende Lastspannung UL (aufgrund der Last) sein.
  • Derzeit werden zumindest intern bekannte Ausführungen von Konstantstromquellen z.B. mit +15V versorgt und sollen Lastspannungen von 0V bis 13V abdecken. Nachdem der Ausgangsstrom konstant ist, hängt die variable, erzeugte Verlustleistung nur von der Differenz aus Versorgungsspannung UV und Lastspannung UL ab. Der feste Anteil ergibt sich aus dem Konstantstrom mal dem benötigten Spannungsabfall US der Konstantstromquelle. In den meisten Betriebsfällen dominiert der lastabhängige, variable Verlustleistungsanteil. Die Verlustleistung abzuführen kann gerade unter den Bedingungen in einer MR-Anlage (Magnetfeld, Gradientenfeld, HF-Schirmung, Platzmangel) einen erheblichen Aufwand erzeugen.
  • Erfindungsgemäß kann eine Versorgungsspannung UV für (eine oder mehrere) Stromquellen für ein MRT in Abhängigkeit von der Lastspannung UL des angeschlossenen Verbrauchers ausgewählt werden.
  • Dazu gibt es verschiedene erfindungsgemäße Möglichkeiten, wie z.B. die nachfolgenden:
    1. 1. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung steht im MR-System (z.B. in einer Steuerung 110 und/oder einem Speicher des MRT 101) die Information zur Verfügung, welche Lokalspule 106a, 106b gerade an welchem Steckplatz (z.B. an der Patientenliege) angeschlossen ist. Somit könnte aus einer (z.B. in 110) gespeicherten Zuordnungstabelle die maximale Lastspannung UL für jede der z.B. pro Steckplatz angeschlossenen Konstantstromquellen entnommen werden. Jede Konstantstromquelle wird nur mit der minimal erforderlichen Versorgungsspannung UV= UL+Us erzeugt bzw. versorgt. Somit kann die Verlustleistung auf ein Minimum reduziert werden. Eine derartige Zuordnungstabelle könnte eine Erweiterung des heutigen zumindest intern bekannten sogenannten Coil Files (z.B. eine zentral 110 im MRT 101 gespeicherte Datei betreffend Eigenschaften am MRT 101 verwendbarer und von ihm wenn angeschlossen erkennbarer Lokalspulen) sein. Als variable Versorgungsspannungen UV für (Konstantstrom-)Quellen Q1; Q2; V34, V204 könnten z.B. 15V, 12V, 9V und 6V zur Verfügung gestellt werden.
    2. 2. Nach weiteren einer Ausgestaltung der Erfindung ermitteln nach dem Stecken einer Lokalspule die ggf. mehreren Konstantstromquellen selbst, welche Versorgungsspannung sie brauchen, um den (für die Last z.B. in einer eingesteckten und erkannten Lokalspule geeigneten) Konstantstrom IL liefern zu können. Dieser Wert wird gespeichert und z.B. erst beim nächsten Spulenwechsel einer Lokalspule gegen eine andere Lokalspule neu ermittelt.
    3. 3. Nach noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ermitteln die (Konstant-Strom-)Quellen Q1; Q2; V34, V204 während einer laufenden MR-Sequenz (=z.B. während das MRT 101 eine HF-Sequenz sendet) selbst kontinuierlich, welche Versorgungsspannung UV sie brauchen, um (hier unter Berücksichtigung ihres eigenen Spannungsabfalls US) den (geeigneten/erforderlichen) Konstantstrom und/oder Spannung UL zur Aufrechterhaltung dieses Konstantstroms liefern zu können und schalten die passende Versorgungsspannung UV (der Quelle)zu.
  • Mögliche Vorteile erfindungsgemäßer Ausgestaltungen können sein, dass durch die variable Versorgungsspannung UV die Verlustleistung in den (Konstant-Strom-)Quellen Q1; Q2; V34, V204 minimiert werden kann, dass der zur Kühlung erforderliche Aufwand deutlich reduziert werden kann, und dass sich die Freiheitsgrade zur mechanischen Unterbringung der Konstantstromquellen erhöhen können.
  • Im Ausführungsbeispiel in 1 (und teilweise entsprechend im Ausführungsbeispiel in 2) erhält die mit V34 und V204 gebildete Stromquelle am Emitter von V34 ihre Versorgungsspannung UV von 6,8V, 10,5V oder 15V. Eine Versorgungsspannung UV 6,8 V liegt immer (während des Betriebs der Lokalspule) an, Versorgungsspannungen UV von 10,5V oder 15V werden jeweils dann (stattdessen) an eine Quelle Q1; Q2; V34, V204 zugeschaltet, wenn die Ausgangsspannung der Stromquelle an die Grenze kommt, bis zu der eine (für die Last erforderliche) Stromregelung noch möglich ist. Mit dem Komparator J1 werden über V6 10,5V zugeschaltet, wenn 6,8V nicht mehr ausreichen, mit dem Komparator J2 werden über V12 10,5V (oder 15V) zugeschaltet, wenn auch 10,5V nicht mehr ausreichen. Die aktuelle Ausgangsspannung wird über R7 dem Spannungsteiler R9 / R10 zugeführt. Dieser und die Beschaltung der Komparatoren sind so ausgelegt, dass der Stromquelle immer mindestens 2,5V zum Ausregeln verbleiben. Die maximal an der Stromquelle abfallende Spannung ist mit 6,8V im Kurzschlussfall am Ausgang gegeben. In allen anderen Betriebsfällen liegt die an der Stromquelle abfallende Spannung zwischen 2,5V und 6,8V. Ohne die adaptive Versorgungsspannungsauswahl wäre die maximal an der Stromquelle abfallende Spannung US 15V im Kurzschlussfall am Ausgang. Im Regelbetrieb wäre diese 15V minus am Verbraucher abfallende Spannung UL. Die an der Stromquelle erzeugte Verlustleistung ist z.B. in einem ungünstigsten Fall auf 6,8: 15 = 45,3% reduziert, in einem Standardbetrieb mit unterschiedlichen Lasten auf etwa 20%. Je feiner die Auswahl von Versorgungsspannungen ist, desto größer ist die Reduktion der Verlustleistung.
  • Über R8 bzw. R17 ist hier eine Schalthysterese realisiert, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
  • 2 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf von Signalen.
  • In 2 sind folgende Signale dargestellt:
    • Kanal 1 (gelb) ist ein Umschaltsignal, low ist ein Spannungsmode, high ist ein Strommode einer Quelle.
    • Kanal 2 (rot) entspricht dem Strom (als Spannungsabfall an 1 Ohm gemessen) am Ausgang einer Konstantstromquelle.
    • Kanal 3 (blau) ist die geschaltete Versorgungsspannungsspannung UV für eine Konstantstromquelle.
  • In 2 sind die Signalverläufe zu erkennen, wenn die Last (in einer Lokalspule) gerade eine Versorgungsspannung von 15V erfordert. Zunächst wird hier bei ca. 11 Mikrosekunden (µs) 10,5V zugeschaltet, dann wird bei ca. 19 Mikrosekunden 15V zugeschaltet. Diese Versorgungsspannung UV wird hier bei ca. 27 Mikrosekunden (µs) stabil erreicht. Der Ausgangsstrom der Quelle Q1; Q2; V34, V204 ist hier nach ca. 30 Mikrosekunden µs stabil. Die in diesem Beispiel aufgebaute Stromquelle liefert einen Nominalstrom von 108mA.
  • Das Prinzip einer adaptiven Versorgungsspannungsumschaltung kann grundsätzlich für alle Quellen Q1; Q2; V34, V204 eingesetzt werden, die eine variable Ausgangsspannung haben, z.B. geregelte Spannungsquellen mit sogenannter Sense Leitung oder einstellbare Spannungs- und Stromquellen. Es kann verglichen mit einem fest versorgten Regler eine deutliche Reduktion der Verlustleistung ermöglichen. Dies kann überall von Vorteil sein, wo eine geringe Verlustleistung zweckmäßig ist, ein getakteter Regler aber nicht oder eher erschwert einsetzbar ist. Die hier beschriebene konkrete Anwendung ist die Pindiodenansteuerung von (Pin-Dioden in) Lokalspulen einer MR-Anlage.
  • 3 verdeutlicht ein Beispiel einer adaptiven Versorgungsspannungsumschaltung mit einer Speicherung (wie oben unter 2. zu einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben).
  • Die hier in 3 dargestellte Schaltung funktioniert ähnlich wie die oben (zu 2) beschriebene. Eine einmal ermittelte (für eine Last bzw. deren aktuellen Betrieb bzw. deren aktuell gesendete HF-Sequenz etc.) notwendige Versorgungsspannung UL wird hier aber gespeichert (mittels z.B. 74LVC74 bzw. J2-2 und über R27 ausgegeben), bis eine höhere Versorgungsspannung UL erforderlich wird. Dies ermöglicht hier einen schnelleren Anstieg des Stromes, weil gleich auf die passende Versorgungsspannung zugegriffen wird. Bei jedem festgestellten Spulenwechsel (durch eine andere an einem Steckplatz am MRT 101 eingesteckte Lokalspule) erfolgt hier automatisch ein Reset und die notwendige Versorgungsspannung wird erneut ermittelt.
  • In 6 handelt es sich bei der Quelle Q um eine Spannungsquelle, die mit Hilfe einer Sense- Leitung die Lastspannung UL konstant hält. Bei steigender Belastung werden die Spannungsabfälle ΔU1 und ΔU2 auf den Leitungen und in den Filterschaltungen so groß, dass US für die Quelle nicht mehr ausreicht. Die minimal nötige Spannung US entspricht der Dropout-Spannung des eingesetzten Reglers. Um zu verhindern, dass nicht mehr ausgeregelt wird, wird die Quellenausgangsspannung gemessen und bei Überschreiten einer Schwelle über den Komparator die nächsthöhere Spannung als Eingangsspannung UV an die Quelle geschaltet. Eine weitere Möglichkeit bestände darin, den Ausgangsstrom zu messen und in Abhängigkeit davon die Eingangsspannung umzuschalten.
  • Durch die Umschaltung wird die Verlustleistung in der Quelle minimiert.

Claims (13)

  1. Vorrichtung mit mindestens einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet (J1, J2) ist, die Versorgungsspannung (UV) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung einer von der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) mit Strom und/oder Spannung (UL) versorgten Last (PIN-a, PIN-b, PIN-c, PIN-d, 106a, 106b) auszuwählen, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetresonanztomographiesystem (101) dazu ausgebildet ist, mit einer insbesondere von jeweils einer Lokalspule an eine Steuerung des Magnetresonanztomographiesystems (101) übermittelten Information, welche Lokalspule aktuell an welchem Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossen ist und mit einer Zuordnungstabelle die insbesondere maximale Lastspannung für jede an einen Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossene Lokalspule und/oder Pin-Diode(n) in der Lokalspule zu bestimmen, und an einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) eine Versorgungsspannung (Uv; Uv = UL + Us) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung (UL) der Last in der Lokalspule und/oder einem Spannungsabfall (US) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) anzulegen, wobei mehr als zwei wählbare Versorgungsspannungen (Uv; Uv = UL + Us) einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Versorgungsspannung (Uv) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung eines von der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) mit Strom und/oder Spannung versorgten, an die Quelle (Q1; Q2; V34, V204) angeschlossenen oder anschließbaren, eine PIN-Diode aufweisenden HF-Schalters eines Magnetresonanztomographiesystems (101) auszuwählen.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Quelle (Q1; Q2; V34, V204) eine Strom- und/oder Spannung-Quelle ist, insbesondere eine Konstantstromquelle oder Konstantspannungsquelle und/oder einstellbare Spannungs- und Stromquelle.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen (Q1; Q2; V34, V204) in Form von Konstantstromquellen dazu ausgebildet sind, dass sie nach dem Stecken einer Lokalspule selbst ermitteln, welche Versorgungsspannung sie brauchen, um den für diese Lokalspule und/oder deren PIN-Diode(n) erforderlichen Konstantstrom liefern zu können, wobei vorzugsweise dieser Wert gespeichert wird und erst beim nächsten Lokalspulen-Wechsel neu ermittelt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen (Q1; Q2; V34, V204) in Form von Konstantstromquellen dazu ausgebildet sind, während einer laufenden MR-Sequenz-Aussendung des Magnetresonanztomographiesystems (101)selbst kontinuierlich zu ermitteln, welche Versorgungsspannung sie benötigen, um den erforderlichen Konstantstrom für die daran angeschlossene Lokalspule und/oder deren PIN-Diode(n) erforderlichen Konstantstrom liefern zu können, und die passende Versorgungsspannung zu schalten.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Emitter (von V34) einer Stromquelle (V34, V204) eine Versorgungsspannung (6,8 V) anliegt, und eine weitere Versorgungsspannung (10,5V oder 15V) jeweils dann zugeschaltet ist, wenn die Ausgangsspannung der Stromquelle an die Grenze kommt, bis zu der die erforderliche Stromregelung für die Last noch möglich ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einem Komparator (J1) eine weitere Versorgungsspannung (10,5V) zugeschaltet (V6) ist, wenn eine erste Versorgungsspannung (6,8V) nicht mehr ausreicht, und mit einem weiteren Komparator (J2) noch eine weitere Versorgungsspannung (15V) zugeschaltet (V12) ist, wenn auch die weitere Versorgungsspannung (10,5V) nicht mehr ausreicht.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell von der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) erzeugte Versorgungsspannung (6,8 V oder 10,5V oder 15V) über einen Widerstand (R7) an einem Spannungsteiler (R9, R10) anliegt, wobei dieser (R7; R9, R10; R7, R9, R10) und die Beschaltung von Komparatoren (J1, J2) so ausgelegt sind, dass der Stromquelle immer mindestens 2,5V zum Ausregeln verbleiben.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal an der Stromquelle abfallende Spannung 6,8V im Kurzschlussfall am Ausgang ist, und in allen anderen Betriebsfällen die an der Stromquelle abfallende Spannung zwischen 2,5V und 6,8V liegt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalthysterese (R8 bzw. R17) vorgesehen ist, insbesondere um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ermittelte notwendige Versorgungsspannung gespeichert wird, bis eine höhere erforderlich wird.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, dass bei einem Austausch einer Lokalspule durch eine andere Lokalspule ein Reset (N_RESET_LATCH) erfolgt und die notwendige Versorgungsspannung erneut ermittelt wird.
  13. Verfahren zum Betrieb einer Strom- und/oder Spannungs- Quelle, mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (Uv) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) (V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung eines von der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) mit Strom und/oderSpannung versorgten Last ausgewählt wird, und dass das Magnetresonanztomographiesystem (101) mit einer insbesondere von jeweils einer Lokalspule an eine Steuerung des Magnetresonanztomographiesystems (101) übermittelten Information, welche Lokalspule aktuell an welchem Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossen ist und mit einer Zuordnungstabelle die insbesondere maximale Lastspannung für jede an einen Steckplatz des Magnetresonanztomographiesystems (101) angeschlossene Lokalspule und/oder Pin-Diode(n) in der Lokalspule zu bestimmt, und an einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) eine Versorgungsspannung (Uv; Uv = UL + Us) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) in Abhängigkeit von der Lastspannung (UL) der Last in der Lokalspule und/oder einem Spannungsabfall (US) der Quelle (Q1; Q2; V34, V204) gelegt wird, wobei mehr als zwei wählbare Versorgungsspannungen (Uv; Uv =UL + Us) einer Quelle (Q1; Q2; V34, V204) vorgesehen sind.
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