DE19610083A1

DE19610083A1 - Elektronische Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für Gradientenspule

Info

Publication number: DE19610083A1
Application number: DE1996110083
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Mori; Shigehide Kuhara
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: DE19610083B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung, die einer Gradientenspule einen Strom zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfelds zuführt.

Bei schnellen Bildgebungsverfahren, beispielsweise der echoplanaren Bildgebung (echo planar imaging, EPI), ist die zum Rekonstruieren eines Magnetresonanzbilds erforderliche Datenerfassung innerhalb einer zehn Millisekunden abgeschlossen. Für die Realisierung einer sehr schnellen Bildgebung ist es erforderlich, daß ein Gradientenmagnetfeld schnell ansteigt. Eine allgemeine Gradientenspule weist eine Induktivität von mehreren Millihenry auf und einen Widerstand in der Größenordnung von einem Ohm bis einigen hundert Milliohm. Bei dem bekannten Bildgebungsverfahren wird ein Strom von 100 bis 200 A zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfelds von ungefähr 1 G/cm benützt. Zum Bereitstellen eines Stroms von 150 A bei einer Spulendinduktivität von einigen Millihenry innerhalb einer Millisekunde ist eine Versorgungsspannung von 150 V erforderlich, wenn man annimmt, daß kein Widerstandsanteil vorliegt. Bei dem sehr schnellen Bildgebungsverfahren ist es erforderlich, einen ungefähr dreimal größeren Strom zu erzeugen, d. h. ein Gradientenmagnetfeld hoher Intensität, und zwar innerhalb einer fünf- bis zehnmal kürzeren Zeit. Beispielsweise muß zum Erzeugen eines Stroms von 450 A innerhalb 200 Mikrosekunden eine Spannung von 2250 V angelegt werden. Stromversorgungen für Gradientenmagnetfelder, die allgemein in Magnetresonanz-Bildgebungsgeräten eingesetzt werden, sind in der Lage, eine Ausgangsspannung von höchstens 200 V bereitzustellen, was die obigen Bedingungen nicht erfüllt. Demnach wurden bisher zahlreiche Maßnahmen ergriffen, um den schnellen Anstieg eines Gradientenfelds bei Einsatz einer allgemeinen Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung, wie er für die sehr schnelle Bildgebung erforderlich ist, zu erreichen.

Eine erste Maßnahme besteht in der Anwendung von Resonanz zum Anheben eines einer Gradientenspule zugeführten Stroms. Zwischen einer Stromversorgung und einer Gradientenspule wird eine Kapazität angeschlossen, die zusammen mit der Spule eine Resonanzschaltung bildet. Aufgrund der Resonanz steigt der Strom schnell an. Erreicht der Strom einen festgelegten Pegel, so wird die Kapazität entfernt, so daß die Spule direkt mit der Stromversorgung verbunden ist. Die Stromversorgung führt dann der Spule einen Strom konstanter Amplitude zu.

Es ist zu erwähnen, da die Stromversorgung einen gegengekoppelten Verstärker aufweist, dessen Rückkopplungskreis aus einem Widerstand und einer Phasenentzerrungskapazität besteht.

Wird - wie oben beschrieben - ein Resonanzphänomen zum Anheben eines Stroms eingesetzt, so ist die Lastimpedanz der Stromversorgung zeitvariant. In dem Intervall, in dem der Strom ansteigt, ist die Lastimpedanz durch den Kapazitätswert C der Kapazität und dem Induktivitätswert L und dem Widerstandswert R der Gradientenspule bestimmt. Ist der Strom konstant, so ist die Lastimpedanz durch den Induktivitätswert L und dem Widerstandswert R der Gradientenspule bestimmt.

Bei zeitvarianten Veränderungen der Lastimpedanz läßt sich mit dem Rückkopplungskreis keine genaue Phasenentzerrung erreichen. Demnach ermöglicht der Einsatz der Resonanz einerseits den schnellen Anstieg des Stroms und andererseits verringert sich hierdurch die Stabilität der Stromversorgung.

Zudem hängt bei Einsatz der Resonanz zum Auslösen eines schnellen Stromanstiegs die Stromanstiegszeit von der Zeitkonstante der Resonanzschaltung ab. Demnach ist es unmöglich, die Anstiegszeit zu regulieren.

Eine zweite Maßnahme besteht in der Ergänzung der Hauptstromversorgung für das Gradientenfeld durch eine Hilfsstromversorgung für eine Hochspannung dann, wenn der Strom der Gradientenspule ansteigt.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung einer derartigen Stromversorgung für ein Gradientenmagnetfeld, bei der eine Hilfsstromversorgung eingesetzt wird. Die Schalter SW1 bis SW4 sind in einer Brückenanordnung verbunden. Eine Serienschaltung der Hauptstromversorgung und einer Gradientenspule ist zwischen zwei Punkten jeweils an einem der beiden Zweige der Brücke angeschlossen. Eine Hilfsstromversorgung ist in Serie zu einem Schalter SW5 zwischen den beiden anderen Punkten der Brückenschaltung angeschlossen. Ein Paar Schalter SW1 und SW3 in entgegengesetzten Armen der Brücke wird gleichzeitig an- oder abgeschaltet. Entsprechend wird das andere Paar der Schalter SW2 und SW4 gleichzeitig an- oder abgeschaltet. Das wahlweise Anschalten eines der Paare der Schalter ermöglicht das beliebige Verändern der Polarität des Stroms, der der Gradientenspule durch die Hilfsstromversorgung zugeführt wird. Der Schalter SW5 wird während des Intervalls angeschaltet, in dem der Strom ansteigt oder abfällt. Die Hilfsstromversorgung unterstützt die Hauptstromversorgung derart, daß ein schneller Anstieg des der Gradientenspule zugeführten Stroms ermöglicht wird.

Bei der echoplanaren Bildgebung ist ein wechselndes Gradientenmagnetfeld erforderlich, dessen Polarität sich schnell ändert. Die Signalform eines Gradientenmagnetfelds wird gemäß einer sinusförmigen Signalform usw. ausgebildet. Zum aufeinanderfolgenden Verändern der Strompolarität ist das schnelle Schalten der Schalter SW1 bis SW4 erforderlich.

Jedoch bewirkt das schnelle Schalten das Auftreten von Umschaltrauschen, wodurch sich der Signal/Rausch-Abstand bei den Magnetresonanz-Bilddaten verschlechtert.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung, die eine optimale Phasenentzerrung bei Vorliegen einer zeitvarianten Lastimpedanz ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung vom Resonanztyp, die eine Regulierung der Anstiegszeit des einer Gradientenspule zugeführten Stroms ermöglicht.

Eine zusätzliche, weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung vom Typ, der auf einer Hilfsstromversorgung basiert, die eine Reduzierung des Schaltrauschens ermöglicht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule geschaffen, enthaltend eine Verstärkervorrichtung zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule, eine Rückführkreis-Vorrichtung zum Zuführen eines Teils eines Ausgangsstroms der Verstärkervorrichtung zurück an den Eingang des Verstärkers, eine Phasenentzerrungsvorrichtung zum Entzerren der Phase eines Rückführungsstroms in der Rückführkreis-Vorrichtung zu der Verstärkervorrichtung, wobei die Phasenentzerrungsvorrichtung einen variablen Frequenzgang aufweist, und eine Veränderungsvorrichtung zum Verändern des Frequenzgangs der Phasenentzerrungsvorrichtung gemäß einer Veränderung einer Lastimpedanz der Verstärkervorrichtung.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule geschaffen, enthaltend eine Verstärkervorrichtung zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule, eine Kapazität, und eine Stromanstiegsvorrichtung, durch die der Strom durch Schalten zwischen einem ersten und zweiten Zustand anhebbar ist, wobei der erste Zustand derart ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung eingefügt ist und die Gradientenspule und die Kapazität eine Serienresonanzschaltung bilden, und der zweite Zustand so ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung entfernt ist und die Gradientenspule und die Verstärkervorrichtung direkt miteinander verbunden sind.

Gemäß einem zusätzlichen, weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule geschaffen, enthaltend eine Hauptstromversorgung zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule, eine Hilfsstromversorgung zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule, eine Umschaltvorrichtung zum Wechseln der Polarität der Hilfsstromversorgung im Hinblick auf die Gradientenspule, um hierdurch die Richtung eines durch die Gradientenspule erzeugten Gradientenmagnetfelds zu verändern, und Tiefpaßfilter, die mit beiden Enden der Gradientenspule verbunden sind.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind durch die Beschreibung nahegelegt oder lassen sich durch die praktische Umsetzung der Erfindung erkennen. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung lassen sich anhand der Instrumentarien und Kombinationen realisieren und erhalten, die insbesondere in den angefügten Patentansprüchen dargestellt sind.

Die beiliegende Zeichnung, die in der Beschreibung enthalten ist und von dieser einen Teil bildet, zeigt momentan bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, und sie dient zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erläuterung der Prinzipien dieser Erfindung; es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung einer bekannten Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung, bei der eine Hilfsstromversorgung für die Ergänzung einer Hauptstromversorgung eingesetzt ist;

Fig. 2 eine allgemeine Ansicht eines Magnetresonanz- Bildgebungsgerätes;

Fig. 3 eine Anordnung einer Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Anordnung des in Fig. 3 gezeigten Rückkopplungskreises;

Fig. 5 Stromsignalformen;

Fig. 6 die Zustände der in Fig. 2 gezeigten Schalter und Dioden in jedem der in Fig. 5 gezeigten Intervalle;

Fig. 7A, 7B und 7C jeweils den Zustand der Stromversorgung in einem der in Fig. 5 gezeigten zugeordneten Intervalle A, B und C;

Fig. 8A, 8B und 8C jeweils für den Zustand der Stromversorgung in einem der in Fig. 5 gezeigten zugeordneten Intervalle D, E und F;

Fig. 9 die Lastimpedanz der Stromversorgung in jedem der in Fig. 5 gezeigten Intervalle;

Fig. 10A ein Diagramm zur Erläuterung der Lastimpedanz Z1;

Fig. 10B ein Diagramm für die Erläuterung der Lastimpedanz Z2;

Fig. 11 von der Stromversorgung ausgegebene Stromsignalformen und zeitabhängige Veränderungen der Lastimpedanz bei der Stromversorgung;

Fig. 12 Schaltzustände und ausgewählte Kapazitäten in jedem der in Fig. 5 gezeigten Intervalle;

Fig. 13 eine Anordnung einer Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14A die Stromversorgung bei Resonanz;

Fig. 14B die Stromversorgung ohne Resonanz;

Fig. 15 ein Diagramm zum Erläutern des Prinzips der Regulierung der Anstiegszeit für den Strom;

Fig. 16A, 16B und 16C Veränderungen der Stromsignalform aufgrund von Veränderungen des Verhältnisses der Zeitdauern des Zustands mit Resonanz und des Zustands ohne Resonanz;

Fig. 17 Veränderungen der Stromanstiegszeit, jeweils entsprechend einer der in Fig. 16A, 16B und 16C gezeigten Stromsignalformen;

Fig. 18 Stromsignalformen auf der Grundlage einer Steuerung mit konstanter Anstiegszeit;

Fig. 19 eine Anordnung einer Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 20 Stromsignalformen mit linearem Anstieg;

Fig. 21 den Zustand der Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung in dem Intervall, in dem der Strom gemäß Fig. 20 ansteigt;

Fig. 22A und 22B Stromsignalformen zum Approximieren einer Sinuswelle;

Fig. 23 einen ersten Zustand der Gradientenmagnetfeld stromversorgung und

Fig. 24 einen zweiten Zustand der Gradientenmagnetfeld stromversorgung.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Magnetresonanz-Bildgebungsgeräts, das eine Spulenanordnung als Hauptkomponente enthält. Die Spulenanordnung enthält einen zylinderförmigen Raum, in dem ein Teil eines menschlichen Körpers während der Untersuchung aufgenommen ist. Der menschliche Körper wird durch eine Liege 6 gestützt und in das Innere des Raums bewegt.

Ein Magnet 1 für ein statisches Magnetfeld wird mit einem Strom aus einer Stromversorgung 2 für ein statisches Magnetfeld zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds in dem Raum bei Erregung des supraleitenden Magnets versorgt. Hier ist zu erwähnen, daß die Richtung des statischen Magnetfelds als die Z-Richtung des gebräuchlichen X-Y-Z- Koordinatensystems definiert ist, eine rechtwinklig zu der Z- Achsenrichtung verlaufende Richtung als X-Richtung definiert ist und eine rechtwinklig zu der X-Z-Ebene verlaufende Richtung als die Y-Richtung definiert ist.

Einer Gradientenspulenanordnung 3 wird ein Strom durch eine Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung 4 zum Erzeugen von Gradientenfeldern Gx, Gy und Gz zugeführt. Die Stärke des Gradientenfelds Gx variiert linear entlang der X-Richtung, die Stärke von Gy variiert linear entlang der Y-Richtung und die Stärke von Gz variiert linear entlang der Z-Richtung.

Einem Sendemeßfühler 7, der auch als HF-Spule bezeichnet wird, wird ein Hochfrequenzstrom durch einen Sender 8 zugeführt, damit ein hochfrequentes Magnetfeld (ein HF- Impuls) gebildet wird, der beispielsweise die magnetischen Spins von Protonen innerhalb des menschlichen Körpers 5 erregt. Die erregten Magnetspins erzeugen ein Magnetresonanzsignal, das von einem Empfangsmeßfühler 9 empfangen und anschließend an einen Empfänger 10 weitergeleitet wird. Es kann ein einziger Meßfühler als Sendemeßfühler 7 und Empfangsmeßfühler 9 eingesetzt werden.

Der Empfänger 10 verstärkt und erfaßt das Magnetresonanzsignal, das selbst wiederum durch eine Datensammelvorrichtung 12 in digitale Form umgesetzt wird.

Ein Computer 13 rekonstruiert Magnetresonanz-Bilddaten aus den digitalen Signalen, die von der Datensammelvorrichtung 12 ausgegeben werden. Ein typisches Beispiel für die Vorgehensweise bei der Rekonstruktion besteht in der zweidimensionalen Fourier-Transformation. Eine Bildanzeige 15 zeigt visuell ein durch den Computer 13 rekonstruiertes Magnetresonanzbild an. Eine Konsole 14 ist mit dem Computer 13 verbunden.

Ein Systemkontroller 11 steuert sequentiell die Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung 4, den Sender 8, den Empfänger 10 und die Datensammelvorrichtung 12 zum Generieren einer Impulsfolge, beispielsweise einer Spinecho-Impulsfolge.

Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung, die aus einem Verstärker 401 besteht, sowie einen Signalformer 402, eine Umschaltschaltung 403, einen Rückkopplungskreis 413 und einen Kontroller 414. Der Verstärker ist mit der Spule 3 über die Umschaltschaltung 403 verbunden.

Die Umschaltschaltung 5 enthält vier Dioden 404 bis 407 und vier Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschalter 408 bis 411, beispielsweise IGBT-Schalter (Insolated Gate Bipolar Transistor-Schalter). Die vier Dioden 404 bis 407 und die vier Halbleiterschalter 408 bis 411 sind derart verbunden, daß ein Schalten zwischen einem ersten Zustand (Resonanzzustand) und einem zweiten Zustand (Zustand ohne Resonanz) in Abhängigkeit von den Kombinationen der Anschalt/Abschalt-Zustände der vier Halbleiterschalter möglich ist. Ferner sind die Dioden 404 bis 407 und die Halbleiterschalter 408 bis 411 derart verbunden, daß die Kombinationen der Anschalt/Abschalt-Zustände der vier Halbleiterschalter das Umschalten der Stromrichtung ermöglichen.

Der Zustand mit Resonanz betrifft einen Zustand, in dem eine Kapazität 412 zwischen dem Verstärker 401 und der Gradientenspule 3 eingefügt ist, wobei in diesem Fall die Kapazität und die Gradientenspule eine Resonanzschaltung bilden. Der Zustand ohne Resonanz betrifft einen Zustand, in dem der Verstärker und die Gradientenspule direkt miteinander verbunden sind, ohne zwischengefügte Kapazität.

Der Kontroller 414 führt eine Anschalt/Abschaltsteuerung der Halbleiter 408 bis 411 derart durch, daß der Resonanzzustand in dem Intervall auftritt, in dem der Strom ansteigt, sowie in dem Intervall, in dem der Strom abfällt. Weiterhin steuert der Kontroller die Halbleiterschalter 408 bis 411 zum Umschalten von dem Zustand mit Resonanz in den Zustand ohne Resonanz, wenn der Strom auf einen festgelegten Pegel angestiegen ist, um anschließend einen kontinuierlichen Strom zu erhalten. Demnach ist die Gradienten-Stromversorgung 4 eine Stromversorgung vom Resonanztyp, die die Geschwindigkeit erhöht, mit der der Strom während des Einsatzes der Resonanz ansteigt und abfällt.

Mit diesem Typ von Stromversorgung variiert die Lastimpedanz des Verstärkers 10 zwischen dem Zustand mit der Resonanz und dem Zustand ohne Resonanz. Die Lastimpedanz (erste Lastimpedanz) Z1 in dem Zustand mit Resonanz wird durch den Kapazitätswert C der Kapazität 412 und den Induktivitätswert L und dem Widerstandswert R der Gradientenspule 3 bestimmt. Die Lastimpedanz (zweite Lastimpedanz) Z2 in dem Zustand ohne Resonanz wird lediglich durch den Induktivitätswert L und den Widerstandswert R der Gradientenspule 3 bestimmt.

Der Signalformer 402 gibt eine Signalform an den Verstärker derart ab, daß sich die Amplitude von dessen Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Signalform verändert.

Der Verstärker 401 ist vom Typ mit Gegenkopplung, was einen stabilen Typ gewährleistet. Ein Rückkopplungskreis 413 führt einen Teil des Ausgangsstroms des Verstärkers 401 an dessen Eingang in der Form einer Gegenkopplung zurück. Der Rückkopplungskreis 413 enthält auch eine eingebaute Phasenentzerrungsschaltung zum Gewährleisten eines stabilen Betriebs.

Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Phasenentzerrungsschaltung des Rückkopplungskreises 413. Die Phasenentzerrungsschaltung enthält einen ersten Teil 421 und einen zweiten Teil 422. Die erste und zweite Phasenentzerrungsschaltung 421 und 422 sind jeweils parallel mit dem Verstärker 401 verbunden. Ein Hochgeschwindigkeits- Halbleiterschalter 427 ist in Serie mit der ersten Phasenentzerrungsschaltung 412 verbunden, während ein Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschalter 427 in Serie mit der zweiten Phasenentzerrungsschaltung 422 verbunden ist.

Die Halbleiterschalter 427 und 428 werden mit entgegengesetzten Phasen unter Steuerung des Kontrollers 414 betrieben. Demnach ist dann, wenn der Schalter 427 geschlossen ist, der Schalter 428 geöffnet, und umgekehrt. Ist der Schalter 427 geschlossen und der Schalter 428 geöffnet, so wird die erste Phasenentzerrungsschaltung 421 mit dem Verstärker 401 verbunden, und die zweite Phasenentzerrungsschaltung 422 wird von dem Verstärker abgetrennt. Ist andererseits der Schalter 427 geöffnet und der Schalter 428 geschlossen, so ist die erste Entzerrungsschaltung 421 von dem Verstärker abgetrennt, und die zweite Entzerrungsschaltung 422 ist mit dem Verstärker verbunden.

Die erste Phasenentzerrungsschaltung 421 enthält eine erste feste Kapazität 423 und einen ersten festen Widerstand 424. Die zweite Phasenentzerrungsschaltung 422 enthält eine zweite feste Kapazität 425 und einen zweiten festen Widerstand 426. Der Frequenzgang (erster Frequenzgang) FC1 der ersten Entzerrungsschaltung 421 wird durch den Kapazitätswert C1 der ersten festen Kapazität 423 und dem Widerstandswert R des ersten festen Widerstands 424 bestimmt. Der Frequenzgang (zweite Frequenzgang) FC2 der zweiten Phasenentzerrungsschaltung 422 hängt von dem Kapazitätswert C2 der zweiten festen Kapazität 425 und dem Widerstandswert R2 des zweiten festen Widerstands 426 ab. Der erste und zweite Frequenzgang FC1 und FC2 unterscheiden sich voneinander.

Der Frequenzgang FC1 der ersten Phasenentzerrungsschaltung 421 wird so festgelegt, daß eine optimale Phasenentzerrung für die erste Lastimpedanz Z1 bei Resonanz durchgeführt wird. Der Frequenzgang FC2 der zweiten Phasenentzerrungsschaltung 422 wird so festgelegt, daß eine optimale Phasenentzerrung bei der zweiten Lastimpedanz Z2 ohne Resonanz durchgeführt wird.

Die erste Lastimpedanz Z1 wird durch die Impedanz der Serienresonanzschaltung bestimmt, die aus der Gradientenspule 3 und der Kapazität 412 besteht, während die zweite Lastimpedanz Z2 durch die Impedanz der Schaltung bestimmt ist, wenn die Kapazität 412 aus der Serienresonanzschaltung entfernt ist.

Nun wird der Betrieb der Umschalt-Schaltung 403 beschrieben.

Die Fig. 5 zeigt eine allgemeine Signalform eines Ausgangsstroms der Gradienten-Stromversorgung 4. In der Fig. 5 entsprechen die Intervalle A und D Intervallen mit einem Anstieg, die Intervalle B und E Intervallen mit einem konstanten Zustand, und die Intervalle C und F Intervallen mit einem Abfall. Die Fig. 6 zeigt die Anschalt/Abschalt- Zustände der Schalter 408 bis 411 und die leitenden Zustände der Dioden 404 bis 407 in jedem der in Fig. 5 gezeigten Intervalle. Jede der Leerstellen in Fig. 6 steht für den "abgeschalteten" oder "nichtleitenden" Zustand einer entsprechenden Komponente.

Während dem Intervall A sind die Schalter 409 und 410 angeschaltet, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Demnach sind die Kapazität 412 und die Gradientenspule 3 in Serie verbunden, unser Bildung einer Serienresonanzschaltung. Im Betrieb wird die in der Kapazität 412 gespeicherte elektrische Ladung der Gradientenspule 3 in Form einer Hochspannung zugeführt. Der Strom fließt in Vorwärtsrichtung und nimmt in der Amplitude allmählich zu. Erreicht der Strom eine festgelegte Amplitude (+Ip), so folgt ein Übergang von dem Intervall A zu dem Intervall B.

In dem Intervall B ist, wie in Fig. 7B gezeigt ist, der Schalter 410 weiterhin abgeschaltet, und der Schalter 409 wird vom angeschalteten in den abgeschalteten Zustand bewegt. Demnach ist die Gradientenspule 3 mit dem Verstärker 401 über die Diode 404 verbunden, was zu dem Zustand ohne Resonanz führt. Während dieses Intervalls B wird die in der Kapazität 412 gespeicherte elektrische Ladung in der Gradientenspule als induktive Energie gespeichert. Ein Strom fließt in Vorwärtsrichtung und seine Amplitude wird zu Ip aufrecht erhalten. Ist im Intervall B eine festgelegte Zeit verstrichen, so erfolgt ein Übergang von dem Intervall B zu dem Intervall C.

In dem abfallenden Intervall C wird der Schalter 410 von dem angeschalteten Zustand in den abgeschalteten Zustand geschaltet. Die Kapazität 412 und die Gradientenspule 3 sind demnach in Serie verbunden, was zu einem Zustand mit Resonanz führt. Während diesem Intervall C wird die in der Gradientenspule 3 gespeicherte induktive Energie wiederum in der Kapazität 412 in der Form elektrischer Ladung gespeichert. Ein Strom fließt in Vorwärtsrichtung und nimmt allmählich in der Amplitude ab.

Während dem nächsten Intervall D mit Anstieg werden die Schalter 408 und 411 angeschaltet, wie in Fig. 8A gezeigt ist. Hierdurch sind die Kapazität 412 und die Gradientenspule 3 in Serie verbunden, was zu einem Zustand mit Resonanz führt. Während dieses Intervalls D wird die elektrische Ladung der Kapazität 412 der Gradientenspule 3 zugeführt. Ein Strom fließt in Vorwärtsrichtung und nimmt allmählich in der Amplitude zu. Erreicht der Strom eine festgelegte Amplitude (-Ip), so erfolgt ein Übergang von dem Intervall D zu dem Intervall E.

Während des Intervalls E bleibt der Schalter 408 angeschaltet, und der Schalter 411 wird vom angeschalteten in den abgeschalteten Zustand umgeschaltet, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Die Gradientenspule 3 wird mit dem Verstärker 401 über die Diode 406 verbunden, was zu einem Zustand ohne Resonanz führt. Während dieses Intervalls E wird die elektrische Ladung der Kapazität 412 in der Gradientenspule als induktive Energie gespeichert. Ein Strom fließt in umgekehrter Richtung mit einer zu Ip aufrecht erhaltenen Amplitude.

Während des fallenden Intervalls F geht, wie in Fig. 8C gezeigt ist, der Schalter 408 von dem angeschalteten in den abgeschalteten Zustand über. Hierdurch sind die Kapazität 412 und die Gradientenspule 3 bei Bildung einer Serienresonanzschaltung in Serie verbunden. Während dieses Intervalls C wird die in der Gradientenspule gespeicherte induktive Energie wiederum in der Kapazität 412 in der Form elektrischer Ladung gespeichert. Ein Strom fließt in umgekehrter Richtung, und seine Amplitude nimmt allmählich ab.

Die Fig. 9 und 11 zeigen die Lastimpedanzen während der in Fig. 5 gezeigten Intervalle. Während der Intervalle A, C, D und F ist bei Auftreten von Resonanz die erste Lastimpedanz Z1 durch den Kapazitätswert C der Kapazität 412 und den Induktivitätswert L und den Widerstandswert R der Gradientenspule 3 bestimmt, wie in Fig. 10A gezeigt ist. Während der Intervalle B und E ohne Resonanz ist die zweite Impedanz Z2 durch den Induktivitätswert L und den Widerstandswert R der Gradientenspule 3 bestimmt, wie in Fig. 10B gezeigt ist.

Demnach durchläuft die Lastimpedanz einer Stromversorgung vom Resonanztyp einen Zyklus von Z1-Z2-Z1.

Nun wird eine Auswahl zwischen der ersten und zweiten Phasenentzerrungsschaltung beschrieben. Der Frequenzgang FC1 der ersten Phasenentzerrungsschaltung 421 ist so festgelegt, daß eine optimale Phasenentzerrung für die erste Lastimpedanz Z1 bei Resonanz durchgeführt wird. Der Frequenzgang FC2 der zweiten Phasenentzerrungsschaltung 422 ist so festgelegt, daß eine optimale Phasenentzerrung für die zweite Lastimpedanz Z2 ohne Vorliegen einer Resonanz erfolgt.

Der Kontroller 414 wählt zwischen der ersten und zweiten Phasenentzerrungsschaltung 421 und 422.

Die Fig. 12 zeigt die Anschalt/Abschalt-Zustände der Schalter 427 und 428 und die entsprechende Phasenentzerrungsschaltung für jedes der in Fig. 5 gezeigten Intervalle. Während der Intervalle A, C, D und F, in denen Resonanz erzeugt wird, ist der Schalter 427 angeschaltet und der Schalter 428 abgeschaltet, was zu einem Auswählen der ersten Phasenentzerrungsschaltung 421 führt. Anschließend wird die optimale Phasenentzerrung für die Lastimpedanz Z1 durchgeführt. Während der Intervalle B und E, in denen keine Resonanz erzeugt wird, ist andererseits der Schalter 427 abgeschaltet und der Schalter 428 angeschaltet, was zu einer Auswahl der zweiten Phasenentzerrungsschaltung 422 führt. Die optimale Phasenentzerrung wird für die Lastimpedanz Z2 realisiert.

Bei einer Stromversorgung vom Resonanztyp verändert sich die Lastimpedanz zeitabhängig. Indem der Frequenzgang der Phasenentzerrungsschaltung den Variationen der Lastimpedanz folgt, läßt sich eine optimale Phasenentzerrung fortlaufend durchführen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Frequenzgang verändert, indem eine Auswahl zwischen mehreren Phasenentzerrungsschaltungen mit unterschiedlichen Frequenzgängen - in diesem Beispiel zwei - durchgeführt wird. Der Frequenzgang jeder Phasenentzerrungsschaltung ist festgelegt. Demnach läßt sich der Frequenzgang schneller verändern, als bei einer einzigen Phasenentzerrungsschaltung, die eine variable Kapazität oder einen variablen Widerstand aufweist und deren Frequenzgang sich durch deren Abstimmung verändert. Zusätzlich tritt kein Fehler bei dem Frequenzgang aufgrund einer Fehlfunktion der variablen Komponenten auf.

Ferner ist ein Schalter für jede der Phasenentzerrungsschaltungen vorgesehen, und es erfolgt eine Auswahl zwischen den Phasenentzerrungsschaltungen durch selektives Anschalten der entsprechenden Schalter. Dies ermöglicht eine schnelle zuverlässige Auswahl zwischen den Phasenentzerrungsschaltungen.

Die Fig. 3 (13) zeigt eine Anordnung einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur werden gleiche Bezugszeichen für die Kennzeichnung derjenigen Teile benützt, die den in Fig. 3 gezeigten entsprechen, und sie werden hier nicht beschrieben. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die zweite Ausführungsform auf eine Stromversorgung vom Resonanztyp gerichtet, bei der eine Resonanz für den Stromanstieg benützt wird. Ein Problem bei dieser Art von Stromversorgung besteht darin, daß die Anstiegszeit des Stroms fest durch die Resonanzfrequenz festgelegt und somit nicht variabel ist. Die zweite Ausführungsform dient der Schaffung einer Stromversorgung vom Resonanztyp, die eine variable Stromanstiegszeit ermöglicht.

Die Fig. 14A zeigt die Stromversorgung im Resonanzzustand, in dem die Kapazität 412 zwischen dem Verstärker 401 und der Gradientenspule 3 eingefügt ist, während die Fig. 14B die Stromversorgung im Zustand ohne Resonanz zeigt, in dem die Gradientenspule 3 direkt mit dem Verstärker 401 verbunden ist. Die Anordnung der Umschalt-Schaltung 403 und die Umschaltsteuerung zwischen dem Zustand mit Resonanz und dem Zustand ohne Resonanz bleiben im Vergleich zur ersten Ausführungsform unverändert.

Der Kontroller 431 ermöglicht das Schalten der Umschalt- Schaltung 403 zwischen dem in Fig. 14A gezeigten Zustand und dem in Fig. 14B gezeigten Zustand während des Stromanstiegsintervalls. Demnach wechseln während des Stromanstiegsintervalls der Zustand mit Resonanz und der Zustand ohne Resonanz.

Die Fig. 15 zeigt eine Kurve zum Darstellen des Anstiegs eines sinusförmigen Stroms, wenn lediglich der Zustand mit Resonanz eingesetzt wird, sowie eine Kurve zum Darstellen des Anstiegs eines Stroms, wenn der Zustand mit Resonanz und der Zustand ohne Resonanz wechseln. In dieser Figur steht PA für die Dauer des Zustands mit Resonanz, und PB steht für die Dauer des Zustands ohne Resonanz.

Im Zustand mit Resonanz sind die Kapazität 412 und die Gradientenspule 3 in Serie verbunden. Die in der Kapazität gespeicherte elektrische Ladung wird der Gradientenspule als Hochspannung zugeführt. Ein Strom fließt in Vorwärtsrichtung (oder in umgekehrter Richtung), und seine Amplitude nimmt allmählich zu.

In dem Zustand ohne Resonanz ist andererseits die Gradientenspule 3 direkt mit dem Verstärker 401 verbunden. In diesem Zustand wird die in der Kapazität gespeicherte elektrische Ladung in der Gradientenspule in Form induktiver Energie gespeichert. Ein Strom fließt in Vorwärtsrichtung (oder in umgekehrter Richtung), und seine Amplitude wird zu Ip aufrecht erhalten.

Demnach wird die Anstiegszeit des Stroms dann, wenn während des Stromanstiegsintervalls der Zustand mit Resonanz und der Zustand ohne Resonanz wechseln, länger als derjenige, wenn der Zustand mit Resonanz während des Stromanstiegsintervalls aufrechterhalten wird.

Nun wird die Regulierung des Stromanstiegsintervalls beschrieben.

Der Kontroller 431 wiederholt einen Zyklus, der aus den Intervallen PA und PB besteht. Eine Veränderung der Stromanstiegszeit erfolgt durch Veränderung eines Verhältnisses im Zusammenhang mit der Länge ΔTA des Intervalls PA und der Länge ΔTB des Intervalls PB in dem Zyklus. Hier sei angenommen, daß das Verhältnis durch

ΔTA/(ΔTA + ΔTB)

gegeben ist. Insbesondere ist das Verhältnis als das Verhältnis der Dauer des Zustands mit Resonanz zu der Zeitdauer des Zyklus definiert. Das heißt, je näher das Verhältnis bei 1,0 liegt, desto kürzer ist die Stromanstiegszeit und umgekehrt.

Aus der Sicht der Steuerung besteht der unmittelbare Weg zum Regulieren der Stromanstiegszeit darin, die Länge ΔTA des Intervalls TA festzulegen, und die Länge ΔTB des Intervalls TB zu variieren. Je länger die Länge ΔTB ist, umso länger wird die Stromanstiegszeit und umgekehrt. Gilt ΔTB = 0, so steigt der Strom ausschließlich mit Resonanz an, und seine Anstiegszeit wird am kürzesten.

Es ist vorzuziehen, daß die Länge ΔTB des Intervalls TB in einem Zyklus als ganzzahliges Vielfaches einer Einheitszeiteinheit ΔTunit (= n × ΔTunit) festgelegt wird. Je kürzer die Einheitszeit gewählt ist, umso feiner läßt sich die Stromanstiegszeit variieren. Sowohl die Länge ΔTA des Intervalls TA und die Einheitszeit ΔTunit werden vorzugsweise als die kürzeste Schaltzeit Δt im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Schalter 408 bis 411 gewählt. In diesem Fall wird "n" als ein Parameter zum Festlegen der Stromanstiegszeit behandelt.

Der Kontroller 431 enthält einen eingebauten ROM-Speicher 433, in dem eine Entsprechung zwischen den Anstiegszeiten und den Parameterwerten abgelegt ist. Bei Empfang eines Steuersignals zum Darstellen einer erforderlichen Anstiegszeit von dem Ablaufkontroller 11 liest der Kontroller 413 den Wert für den Parameter n entsprechend der Anstiegszeit aus dem ROM-Speicher 433 aus.

Der Kontroller 431 führt kontinuierlich ein erstes Steuersignal der Umschalt-Schaltung 403 gemäß der Zeit ΔTA zu, und anschließend führt er fortlaufend ein zweites Steuersignal der Umschalt-Schaltung für die Zeit (n × ΔTunit) zu, entsprechend dem aus dem ROM-Speicher 433 ausgelesenen Parameterwert. Der Kontroller 431 wiederholt diesen Zyklus.

Das erste Steuersignal betrifft eine Kombination von Anschalt/Abschalt-Signalen für die Schalter 408 bis 411 zum Erzeugen von Resonanz und besteht, wie in Fig. 14A gezeigt ist, aus Anschalt-Signalen der Schalter 409 und 410 und Abschalt-Signalen der Schalter 408 und 411. Das zweite Steuersignal betrifft eine Kombination von Anschalt/Abschalt- Signalen für die Schalter 408 bis 411 zum Erzeugen eines Zustands ohne Resonanz und besteht, wie in Fig. 14B gezeigt ist, aus einem Anschalt-Signal des Schalters 410 und Abschalt-Signalen der Schalter 408, 409 und 411.

In einem Zyklus wird der Zustand mit Resonanz über die Zeitdauer ΔTA aufrecht erhalten, und anschließend folgt der Zustand ohne Resonanz während n × ΔTunit. Ferner wird dieser Zyklus wiederholt. Demnach wird die Stromanstiegszeit auf den gewünschten Wert eingestellt.

Die Fig. 16A, 16B und 16C zeigen jeweils die Stromanstiegssignalformen für n = 1, n = 2, und n = 3. Die Fig. 17 zeigt die Stromanstiegeigenschaften jeweils entsprechend n = 1, n = 2 und n = 3. Gilt n = 1, so steigt der Strom auf den Vorgabewert in ungefähr 180 Mikrosekunden an. Gilt n = 2, so steigt der Strom auf denselben Zielwert innerhalb ungefähr 380 Mikrosekunden an. Gilt n = 3, so steigt der Strom auf denselben Zielwert innerhalb ungefähr 600 Mikrosekunden an.

Nun folgt eine Beschreibung einer spezifischen Art zur Berechnung der Dauer PB des Zustands ohne Resonanz zum Erzielen einer gewünschten Anstiegszeit für den Strom. Es sei die kürzeste Anstiegszeit in dem Fall, in dem der Strom lediglich in dem Zustand ohne Resonanz ansteigt, durch t dargestellt. Ferner sei der maximale Strom des Verstärkers 401 durch Ip dargestellt, und der Vorgabewert für den Stromwert sei durch Ix dargestellt. Ferner sei angenommen, daß T ein Viertel der Zeitdauer der Resonanzfrequenz darstellt.

Dann gilt für Ix:

Ix = Ip × sin((π/2T) × t) (1).

Die Resonanzfrequenz f berechnet sich aus dem Induktivitätswert L der Gradientenspule 3 und dem Kapazitätswert C der Kapazität 412 zu

f = 1/(2 × π × (L × C)^1/2) (2).

Da T einem Viertel der Zeitdauer der Resonanzfrequenz entspricht, ergibt sich aus Gleichung (2)

1/(2 × π × (L × C)^1/2) = 1/(4 × T) (3).

Die Gleichung (3) wird folgendermaßen umgeschrieben:

T = (π × (L × C)^1/2)/2 (4).

Als Gleichung (1) ergibt sich die kürzeste Anstiegszeit t zu

t = ((2 × T)/π) × sin^-1(Ix/Ip) (5).

Hier sei angenommen, daß der Strom vollständig konstant während des Intervalls PB ohne Resonanz verläuft. Die minimale Schaltzeit der Schalter 408 bis 411 sei Δt. Ferner sei die Länge ΔTA des Intervalls PA und die Einheitszeit ΔTunit des Intervalls PB gleich der minimalen Schaltzeit Δt. Zudem sei die Zahl der zum Erreichen des vorgegebenen Stromwerts Ix erforderlichen Zyklen N.

Dann ist die Stromanstiegszeit tr gegeben durch:

tr = (ΔTA + (n × ΔTunit)) × N
= N × Δt + n × N × Δt (6).

Für die kürzeste Anstiegszeit t gilt:

T = N × Δt (7).

Aus Gleichung (7) erhält man

N = t/Δt (8).

Aus den Gleichungen (8) und (5) erhält man

N = ((2 × T)/(π × Δt)) × sin^-1(Ix/Ip) (9).

Da die Stromanstiegszeit gemäß n verlängert wird, erhält man

n × N × Δt = (tr - t) (10).

Demnach muß zum Erhalten der gewünschten Anstiegszeit tr lediglich die Dauer ΔTB des Intervalls mit dem Zustand ohne Resonanz folgendermaßen berechnet werden:

ΔTB = {Δt × (π-2 × sin^-1(Ix/Ip))}/{2 × sin^-1(Ix/Ip)} (11).

Durch Festlegen der Dauer ΔTB des Intervalls PB ohne Resonanz gemäß der Gleichung (4) läßt sich die gewünschte Stromanstiegszeit tr erhalten. Der Wert bestimmt sich aus ΔTB, berechnet anhand der Gleichung (11), und der Einheitszeit Δt zu

n = ΔTB/Δt = π(2 × sin^-1(Ix/Ip))-1 (12).

Natürlich ermöglicht die Angleichung von n die konstante Steuerung der Anstiegszeit, wie in Fig. 18 gezeigt ist.

Zusätzlich kann eine Stromsignalform wie gewünscht ausgebildet werden, indem das Verhältnis ΔTA/(ΔTA + ΔTB) durch den Kontroller 431 verändert wird.

Es ist möglich, die tatsächliche Stromsignalform so auszubilden, daß sie genauer einer Zielsignalform entspricht, die durch eine von dem Signalformer 402 vorgegebenen Signalformsignal bestimmt wird. Der Kontroller 431 enthält ein Signalformsignal von dem Signalformer 402. Durch den Kontroller erfolgt ein Vergleich zwischen einem tatsächlichen Stromwert, der durch die Induktivität 432 erfaßt wird, und einem vorgegebenen Stromwert, der in regulären Intervallen durch das Signalformsignal dargestellt ist. Liegt die Differenz zwischen dem tatsächlichen Stromwert und dem vorgegebenen Stromwert nicht innerhalb einer festgelegten Toleranzbreite, so erhöht oder verringert der Kontroller 431 den Parameter n, um hierdurch die Dauer ΔTB des Zustands ohne Resonanz zu erhöhen oder zu verkürzen. Ist diese Differenz größer als die obere Grenze der Toleranz, so wird n zu n + 1 erhöht, damit die Dauer ΔTB des Zustands ohne Resonanz verlängert wird. Andererseits wird dann, wenn die Differenz geringer als die untere Grenze der Toleranz ist, n zu n - 1 verringert, um hierdurch die Dauer ΔTB zu verringern. Eine derartige Gegensteuerung ermöglicht, daß die tatsächliche Stromsignalform sehr nahe an der vorgegebenen Signalform liegt, die durch das Signalformsignal dargestellt ist.

Es ist zu erwähnen, daß sich die durch das Umschalten zwischen dem Zustand mit Resonanz und dem Zustand ohne Resonanz bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugten hochfrequenten Anteile durch einen Tiefpaßfilter reduzieren lassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist - wie oben beschrieben - selbst bei einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung vom Resonanztyp ein Verändern der Stromanstiegszeit möglich.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung, bei der eine Hilfsstromversorgung für einen schnelleren Stromanstieg eingesetzt wird.

Die Fig. 19 zeigt eine Anordnung einer Gradientenmagnetfeld- Stromversorgung gemäß der dritten Ausführungsform, die eine Hauptstromversorgung 20 und eine Hilfsstromversorgung 22 zum Bereitstellen einer Hochspannung enthält. Vier Schalter 31 bis 34 sind in einer Brückenanordnung verbunden. Die Hauptstromversorgung 20 und eine Gradientenspule 21 sind in Serie zwischen zwei Punkten der Parallelzweige der Brücke angeschlossen. Die Hilfsstromversorgung 22 ist parallel zu den Parallelzweigen der Brücke über einen Schalter 35 angeschlossen. Ein Kontroller 27 schaltet die Schalter 31 bis 35 an und ab. Ist der Schalter 35 angeschaltet, so führen die Hauptstromversorgung 20 und die Hilfsstromversorgung 22 gemeinsam Strom der Gradientenspule 21 zu. Ist der Schalter 35 abgeschaltet, so führt lediglich die Hauptstromversorgung 20 Strom der Gradientenspule zu.

Auf jeder Seite der Gradientenspule 21 sind Tiefpaßfilter 23 und 24 zum Eliminieren des Umschaltrauschens vorgesehen, das dann auftritt, wenn die Schalter 31 bis 34 mit hoher Geschwindigkeit betätigt werden. Die Schalter 25 und 26 sind jeweils parallel zu den Tiefpaßfiltern 23 und 26 angeschlossen, und dann, wann sie angeschaltet sind, bilden sie einen Bypass zum Ausblenden der Filter aus der Stromversorgungsschleife für die Gradientenspule. Sind sie abgeschaltet, so ermöglichen die Schalter 25 und 26 das Einfügen der Tiefpaßfilter 23 und 24 in die Stromversorgungsschleife der Gradientenspule.

Die Fig. 20 zeigt eine Stromsignalform, wenn die Hilfsstromversorgung 22 zum Erzielen eines linearen Stromanstiegs eingesetzt wird. Die Fig. 21 zeigt den Zustand der Stromversorgung, wenn die Hilfsstromversorgung 22 zum Auslösen eines Stromanstiegs mit nach vorne gerichteter Stromrichtung eingesetzt wird. Damit der Strom linear ansteigt, wird der Schalter 35 fortlaufend für den Einsatz der Hilfsstromversorgung 22 angeschaltet. Damit der Strom in die vorwärts gerichtete Stromrichtung ansteigt, werden die Schalter 31 und 33 der entgegengesetzten Arme der Brücke angeschaltet, und die Schalter 32 und 34 der anderen entgegengesetzten Arme werden abgeschaltet. Damit der Strom in die entgegengesetzte Stromrichtung ansteigt, werden die Schalter 32 und 34 angeschaltet, und die Schalter 31 und 33 werden abgeschaltet. Erreicht der Strom eine Vorgabeamplitude, so wird der Schalter 35 abgeschaltet. SW31 wird angeschaltet, SW32 wird abgeschaltet, SW33 wird abgeschaltet und SW34 wird angeschaltet (SW31 wird abgeschaltet, SW32 wird angeschaltet, SW33 wird angeschaltet und SW34 wird abgeschaltet), wodurch ein Umschalten in eine unabhängige Versorgung durch die Hauptstromversorgung 20 erfolgt. In diesem Fall ist ein Schalter mit hoher Geschwindigkeit nicht erforderlich. Demnach werden die Schalter 25 und 26 angeschaltet, so daß die Tiefpaßfilter 23 und 24 ausgeblendet werden, und die direkte Verbindung zwischen der Hauptstromversorgung 20 und der Gradientenspule 21 wird erhalten.

Die Fig. 22A zeigt Stromsignalformen, die gemäß einer Sinuswelle ausgebildet sind. Die Fig. 23 zeigt Stromsignalformen, die gemäß einer Sinuswelle ausgebildet sind und deren Amplitude mit der Zeit zunimmt. Die Fig. 23 zeigt den Zustand (ersten Zustand) der Stromversorgung, wenn Strom aus der Hilfsstromversorgung 22 der Gradientenspule 21 in positiver Richtung zugeführt wird. Die Fig. 24 zeigt den Zustand (zweiten Zustand) der Stromversorgung, wenn Strom aus der Hilfsstromversorgung 22 der Gradientenspule 21 in negativer Richtung zugeführt wird. Der in Fig. 23 gezeigte erste Zustand wird durch Anschalten der Schalter 31, 33 und 35 erreicht, sowie durch Abschalten der Schalter 32 und 34. Der in Fig. 24 gezeigte zweite Zustand wird durch Anschalten der Schalter 32, 34 und 35 erreicht, sowie durch Abschalten der Schalter 31 und 33.

Zum Verändern eines Stroms, beispielsweise mit einer Sinussignalform, ist es erforderlich, den Strom mit hoher Geschwindigkeit zu verändern und seine Signalform auszubilden. Zum Verändern des Stroms mit hoher Geschwindigkeit ist es erforderlich, die Polarität des durch die Hilfsstromversorgung 22 der Gradientenspule 21 zugeführten Stroms mit hoher Geschwindigkeit durch Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Zustand mit hoher Geschwindigkeit zu invertieren. Zur Ausbildung der Stromsignalform gemäß einer Sinussignalform ist es erforderlich, eine Pulsbreitenmodulation (PWM) durchzuführen. Genauer müssen die Schalter 31, 32, 33 und 34 wechselweise so an- und abgeschaltet werden, daß während einer Zeitdauer ΔT1 die Schalter 31 und 33 angeschaltet und die Schalter 32 und 34 abgeschaltet sind, und umgekehrt, während der nächsten Zeitdauer ΔT2. Beispielsweise wird 1/(ΔT1 + ΔT2) auf den zehnfachen Wert der Ausgangsfrequenz oder einen größeren Wert festgelegt, und ΔT1/ΔT2 wird verändert.

Zum Verändern eines Stroms, beispielsweise mit Sinussignalform, auf diese Art und Weise, ist ein schnelles Umschalten der Schalter 31 bis 34 erforderlich. Ein derartiges schnelles Umschalten erzeugt ein Umschaltrauschen.

Während des Intervalls, in dem die Schalter 31 bis 34 mit hoher Geschwindigkeit zum Erhalten eines Stroms zum Approximieren einer Sinussignalform umgeschaltet werden, sind die Schalter 25 und 26 fortlaufend abgeschaltet, wie in Fig. 23 und 24 gezeigt ist. Hierdurch sind die Tiefpaßfilter 23 und 24 betriebsgemäß mit der Gradientenspule 21 gekoppelt. Im Ergebnis wird ein Umschaltrauschen eliminiert. Ferner lassen sich hochfrequente Anteile, die sich aus dem zwischenzeitigen An- und Abschalten des Schalters 35 ergeben, durch die Tiefpaßfilter 23 und 24 reduzieren.

Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und offenbart wurden, ist zu erkennen, daß andere Ausführungsformen und Modifikationen möglich sind.

Weitere Vorteile und Modifikationen ergeben sich direkt dem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann. Demnach ist die Erfindung in ihrer breitesten Sichtweise nicht durch die spezifischen Details und die hier repräsentativ dargestellten Geräte begrenzt. Demnach sind zahlreiche Modifikationen ohne ein Abweichen vom Sinngehalt oder Schutzbereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie es durch die angefügten Patentansprüche und deren Äquivalente definiert ist, möglich.

Claims

1. Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule (3), gekennzeichnet durch
eine Verstärkervorrichtung (401) zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule;
eine Rückführkreis-Vorrichtung (413) zum Zuführen eines Teils eines Ausgangsstroms der Verstärkervorrichtung zurück an den Eingang des Verstärkers;
eine Phasenentzerrungsvorrichtung (421, 422) zum Entzerren der Phase eines Rückführungsstroms in der Rückführkreis-Vorrichtung zu der Verstärkervorrichtung, wobei die Phasenentzerrungsvorrichtung einen variablen Frequenzgang aufweist; und
eine Veränderungsvorrichtung (414, 427, 428) zum Verändern des Frequenzgangs der Phasenentzerrungsvorrichtung gemäß einer Veränderung einer Lastimpedanz der Verstärkervorrichtung.

2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenentzerrungsvorrichtung eine erste Phasenentzerrungsschaltung (421) mit einem ersten Frequenzgang und eine zweite Phasenentzerrungsschaltung (422) mit einem zweiten Frequenzgang enthält, und die Veränderungsvorrichtung Umschaltvorrichtungen (427, 428) zum Durchführen einer Auswahl zwischen der ersten und zweiten Phasenentzerrungsschaltung enthält.

3. Stromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Phasenentzerrungsschaltung parallel mit der Verstärkervorrichtung verbunden sind, und die Veränderungsvorrichtung einen ersten Schalter (427) enthält, der in Serie mit der ersten Phasenentzerrungsschaltung verbunden ist, sowie einen zweiten Schalter (428), der in Serie mit der zweiten Phasenentzerrungsschaltung verbunden ist, sowie eine Vorrichtung (414) zum selektiven Anschalten entweder des ersten oder zweiten Schalters.

4. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Kapazität (412) enthält, und eine Vorrichtung (403, 414) zum Durchführen einer Auswahl zwischen einem ersten und zweiten Zustand, wobei der erste Zustand so ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung eingefügt ist und die Gradientenspule und die Kapazität eine Serienresonanzschaltung bilden, und der zweite Zustand so ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung entfernt ist und die Gradientenspule und der Verstärker direkt miteinander verbunden sind.

5. Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenentzerrungsvorrichtung eine erste Phasenentzerrungsschaltung mit einem ersten Frequenzgang und eine zweite Phasenentzerrungsschaltung mit einem zweiten Frequenzgang aufweist, wobei der erste Frequenzgang gemäß einer Lastimpedanz der Verstärkervorrichtung in dem ersten Zustand festgelegt ist, und der zweite Frequenzgang gemäß einer Lastimpedanz der Verstärkervorrichtung in dem zweiten Zustand festgelegt ist.

6. Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule (3), gekennzeichnet durch
eine Verstärkervorrichtung (401) zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule;
eine Kapazität (412) und
eine Stromanstiegsvorrichtung (403, 414), durch die der Strom durch Schalten zwischen einem ersten und zweiten Zustand anhebbar ist, wobei der erste Zustand derart ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung eingefügt ist und die Gradientenspule und die Kapazität eine Serienresonanzschaltung bilden, und der zweite Zustand so ausgebildet ist, daß die Kapazität zwischen der Gradientenspule und der Verstärkervorrichtung entfernt ist und die Gradientenspule und die Verstärkervorrichtung direkt miteinander verbunden sind.

7. Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsvorrichtung die Dauer zumindest des ersten oder des zweiten Zustands verändert, um hierdurch die Anstiegszeit des Stroms zu regulieren.

8. Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsvorrichtung die Dauer von entweder dem ersten oder dem zweiten Zustand festlegt und die Dauer des verbleibenden Zustands des ersten und zweiten Zustands verändert, um hierdurch die Anstiegszeit des Stroms zu regulieren.

9. Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsvorrichtung die Dauer entweder des ersten oder des zweiten Zustands auf eine Einheitszeit festlegt und die Dauer des anderen Zustands von dem ersten und zweiten Zustand auf ein ganzzahliges (n) Vielfaches der Einheitszeit festlegt, um hierdurch die Anstiegszeit des Stroms zu regulieren.

10. Stromversorgung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer ΔTB des anderen von dem ersten und dem zweiten Zustand gegeben ist durch ΔTB = {ΔT × (π - 2 × sin^-1(Ix/Ip))}/{2 × sin^-1(Ix/Ip)}wobei ΔT die Einheitszeit ist, Ix den maximalen Strom der Verstärkervorrichtung darstellt und Ip eine vorgegebene Amplitude des Stroms ist.

11. Stromversorgung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsvorrichtung eine Vorrichtung (433) zum Speichern einer Entsprechung zwischen Stromanstiegszeiten und Werten der Parameter n enthält.

12. Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanstiegsvorrichtung einen durch die Gradientenspule fließenden Strom erfaßt, einen Vergleich zwischen dem Wert eines erfaßten Stroms und eines vorgegebenen Stromwerts durchführt, und die Dauer von mindestens einem von dem ersten und zweiten Zustand verändert, wenn eine Differenz zwischen dem erfaßten Stromwert und dem vorgegebenen Stromwert nicht innerhalb einer festgelegten Toleranz liegt.

13. Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Tiefpaßfilter zum Reduzieren des hochfrequenten Umschaltrauschens enthält, das auftritt, wenn ein Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Zustand erfolgt.

14. Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule (21), gekennzeichnet durch:
eine Hauptstromversorgung (20) zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule;
eine Hilfsstromversorgung (22) zum Zuführen eines Stroms zu der Gradientenspule;
eine Umschaltvorrichtung (31 bis 34) zum Wechseln der Polarität der Hilfsstromversorgung im Hinblick auf die Gradientenspule, um hierdurch die Richtung eines durch die Gradientenspule erzeugten Gradientenmagnetfelds zu verändern; und
Tiefpaßfilter (23, 24), die mit beiden Enden der Gradientenspule verbunden sind.

15. Stromversorgung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Verbindungen zum Umgehen der Tiefpaßfilter vorgesehen sind, sowie Schalter (25, 26), die in den Verbindungen eingefügt sind.