DE19653112B4

DE19653112B4 - Schalt-Gradienten-Verstärkereinrichtung mit anpaßbarer Gleichspannungs-Bus-Spannung

Info

Publication number: DE19653112B4
Application number: DE19653112A
Authority: DE
Inventors: William Frederick Sullivan Wirth; John Norton Park
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: US5663647A; JP3721236B2; JPH09276251A; DE19653112A1

Abstract

In einem Magnet-Resonanz(MR-)System mit einer Gradientenspule (12) umfasst eine Gradientenverstärkereinrichtung zur Ansteuerung der Spule (12) während erster und zweiter Zeiträume
einen anpassbaren Spannungsbus (16) zur Bereitstellung von zumindest ersten und zweiten Spannungspegeln,
eine Invertereinrichtung (22; 36) zum Aufnehmen einer Eingangsspannung zur Bereitstellung einer pulsbreitenmodulierten Signalverlaufsspannung mit einer durch die Amplitude der aufgenommen Eingangsspannung bestimmten Amplitude,
eine Schalteinrichtung (30; 38, 40) zum Anlegen der ersten und zweiten Spannungspegel als Eingangsspannungen an die Invertereinrichtung (22, 36) jeweils während der ersten und zweiten Zeiträume, und
eine Einrichtung (24; 42) zur Filterung der pulsbreitenmodulierten Signalverlaufsspannung zur Bereitstellung einer Gleichspannung zur Ansteuerung der Gradientenspule (12), wobei die Gleichspannungsspulen-Ansteuerspannungen erste und zweite Ansteuerspannungen jeweils während der ersten und zweiten Zeiträume umfassen, und die Invertereinrichtung und die Filtereinrichtung gemeinsam eine Verstärkereinrichtung (14) umfassen.

Description

Die offenbarte und beanspruchte Erfindung bezieht sich allgemein auf eine verbesserte Verstärkereinrichtung zur Ansteuerung einer Gradientenspule in einem Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-System. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine einzelne Schalt-Verstärkereinrichtung, die zur Ansteuerung der Gradientenspule zur Erzeugung sich sowohl schnell verändernder als auch im wesentlichen konstanter Gradientenfelder geeignet ist, wie für eine bestimmte Abbildungsfolge erforderlich.
Die Magnetfeld-Kennlinie einer Magnet-Resonanz(MR)-Gradienten-Spule im Hinblick auf die Zeit besitzt im allgemeinen eine Trapezform mit sehr steil ansteigenden Seiten. Demzufolge muß der durch eine Gradienten-Verstärkereinrichtung zur Ansteuerung der Spule ausgebildete Strom außerdem eine Trapez-förmige Kennlinie besitzen. Während des flachen oberen Teil des Trapezes, d. h. wenn der Ansteuer-Strom auf einem Maximalwert im wesentlichen konstant ist, wird zuerst die für die Gradientenspule erforderliche Spannung (I*R) durch den Widerstand R der Kupferwicklungen der Spule (I* ist der komplexe Strom) bestimmt. Jedoch ist während der ansteigenden oder abgeschrägten Teile der Trapez-Strom-Kennlinie, wenn sich der Strom schnell zwischen Pegeln von konstantem Strom verändert, eine zusätzliche Spannung proportional zur Rate der Stromveränderung (Ldi/dt) durch die große Induktivität L der Spule erforderlich. Die Ldi/dt Spannung beträgt typischerweise zehn bis zwanzig Mal die I*R Spannung. Dies erfordert im allgemeinen Kompromisse beim Entwurf von Gradienten-Strom-Verstärkereinrichtungen.
Bei einer herkömmlichen Näherung wird eine lineare Verstärkereinrichtung verwendet. Eine derartige Verstärkereinrichtung ist für die maximale Ldi/dt Spannung dimensioniert, die auftreten kann, was zu einer sehr großen Leistungs-Zerstreuung bei niedrigen I*R Spannungen führt, die während des flachen oberen Teils des Verstärkereinrichtungs-Betriebs auftreten.
Bei einer anderen Näherung wird eine Schalt-Verstärkereinrichtung, auch bekannt als eine Schalt-Betriebsart- oder Pulsbreiten-modulierte (PWM) Verstärkereinrichtung, zur Ansteuerung der Magnet-Resonanz(MR)-Gradienten-Spule verwendet. Eine Schalt-Verstärkereinrichtung umfaßt im allgemeinen eine Invertereinrichtung und einer Hochfrequenz-Filtereinrichtung. Die Invertereinrichtung erzeugt eine Folge von Rechteck-Spannungs-Impulsen, die an die Filtereinrichtung angelegt werden, die in Reihe mit der Gradienten-Spule ist. Die Filtereinrichtung entfernt Hochfrequenz-Komponenten der an die Spule angelegten Ausgangsspannung, so daß die Hauptkomponente einer derartigen Ausgangsspannung eine Gleichspannung ist. Bei einer Magnet-Resonanz(MR)-Gradienten-Anwendung muß die Filtereinrichtung vergleichsweise klein sein, um schnelle Strom- Anstiegsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, d. h. einen schnellen Übergang beim Strom zwischen konstanten Strom-Pegeln. Jedoch wird eine Filtereinrichtung, die genügend klein ist, um eine schnelle Stromveränderung zu erlauben, zu klein sein, um Welligkeit aus der Ansteuerspannung während des flachen oberen oder konstanten Strom-Betriebs zu entfernen. Die Welligkeit ist eine Komponente der Rechteckwelle oder Schaltfrequenz, die durch die Invertereinrichtung erzeugt wird. Die Welligkeits-Störung ist während flachen oberen Zeiträumen des Gradienten-Betriebs unerwünscht, da Magnet-Resonanz(MR)-Daten im allgemeinen während dieser Zeiträume erfaßt werden. Zusätzlich ergibt die für die Ldi/dt Spannung erforderliche BUS-Spannung große Schaltverluste während der flachen Kuppe bzw. Oberseite, auch wenn die Verstärkereinrichtung mit niedrigen Arbeitszyklen arbeitet.
Eine weitere Näherung zur Verbesserung der Gradienten-Verstärkereinrichtungs-Leistung bestand in der Verwendung eines Systems mit zwei separaten Verstärkereinrichtungen, eine optimiert für I*R Spannungen und die andere für Ldi/dt Spannungen. Beispielsweise kann eine lineare Verstärkereinrichtung mit einer guten hohen Güte bzw. High-Fidelity für die flachen oberen Zeiträume des Gradienten-Betriebs verwendet werden und eine Schalt-Verstärkereinrichtung kann für Anstiege oder Strom-Übergangs-Zeiträume verwendet werden. Jedoch erfordert diese Annäherung zusätzliche Teile und Komponenten und erhöht daher die Kosten und neigt dazu, die Zuverlässigkeit zu verringern.
Die DE 43 26 054 A1 offenbart eine MRI-Gradientenansteuerstromsteuerung unter Verwendung einer vollständig digitalen Steuereinheit. Eine vollständig digital gesteuerte Stromansteuereinheit wird für Gradientenspulen in einem MRI-System verwendet. Die vollständig digitale Stromsteuereinheit kann in geschlossenen oder offenen Gradientenspulenregelungsschaltungen verwendet werden. Die Beseitigung analoger Komponenten verringert die Kosten, erhöht die Betriebsleistung und verbessert Betriebseigenschaften des MRI-Systems.
Des Weiteren offenbart die DE 36 86 670 T2 ein Verfahren und eine Einrichtung unter Verwendung von Magnetresonanz-Techniken zum Verbessern eines Bildes, das aus MR-Daten eines strömenden Strömungsmittels erzeugt wird. Die Kontrolle über das MR-System wird durch Steuerungs- und Gradientenverstärkersysteme ausgeübt. Ein Computer kommuniziert mit einer Systemsteuerung über ein herkömmliches digitales Kommunikationsnetz. Die Systemsteuerung enthält mehrere Subsysteme, wie ein Pulssteuerungsmodul. Die Stromkurven aus dem Pulssteuerungsmodul werden an ein Gradientenverstärkersystem angelegt. Jeder Verstärker wird verwendet, um eine entsprechende Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung anzuregen. Kurvenformen und Steuersignale, die von dem Pulssteuerungsmodul geliefert werden, werden durch einen Transceiver zur HF-Trägermodulation unter Steuerung des Betriebsmodus verwendet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Ansteuerung einer Gradienten-Spule in einem Magnet-Resonanz(MR)-System ausgebildet, wobei die Gradienten-Spule ein sich schnell veränderndes Gradienten-Magnetfeld während einem ersten Zeitraum und ein im wesentlichen konstantes Feld während eines nachfolgenden zweiten Zeitraums erzeugen muß. Die Vorrichtung enthält eine Verstärkereinrichtung zur Erzeugung einer Spulen-Ansteuerspannung, die an die Spule angelegt wird, und erste und zweite Spannungsquellen zur Ausbildung jeweiliger erster und zweiter Spannungen mit ausgewählt verschiedenen Amplituden. Eine Schalteinrichtung ist zwischen den Spannungsquellen und der Verstärkereinrichtung verbunden, um die erste Spannung während des ersten Zeitraums an die Verstärkereinrichtung anzulegen und die zweite Spannung während des zweiten Zeitraums an die Verstärkereinrichtung anzulegen. Die Verstärkereinrichtung erzeugt ausgewählt ansprechend auf die erste Spannung eine verschiedene Spulen-Ansteuer-Spannung als ansprechend auf die zweite Spannung.
Erfindungsgemäße umfaßt die Verstärkereinrichtung eine Invertereinrichtung zur Erzeugung einer Pulsbreiten-modulierten Spannung und eine LC Filtereinrichtung zur Umwandlung des Pulsbreiten-modulierten Signalverlaufs in eine vorwiegende Gleichspannung.
Bevorzugterweise ist die erste Spannung wesentlich größer als die zweite Spannung, beispielsweise in der Größenordnung von zehnmal größer. Die Frequenz des Betriebs kann während des zweiten Zeitraums in der Größenordnung von vier oder fünf Mal größer als während des ersten Zeitraums sein. Alternativ kann die Frequenz während beiden Zeiträumen dieselbe sein.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einzelne Schalt-Verstärkereinrichtung zur Verwendung bei der Ansteuerung einer Magnet-Resonanz(MR)-Gradienten-Spule während verschiedener Phasen des Spulen-Betriebs auszubilden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verstärkereinrichtung der vorstehend erwähnten Art auszubilden, die optimalere Ergebnisse während Übergangs-Zeiträumen, wenn sich der Strom schnell verändert und wenn der Strom konstant gehalten wird, wie beispielsweise auf einem maximalen Pegel, auszubilden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Verstärkereinrichtung der vorstehend erwähnten Art auszubilden, die ihre Ergebnisse durch Anpassen der an den Eingang der Invertereinrichtung angelegten Gleichspannungs-Bus-Spannung erreicht, so daß eine derartige Spannung auf den für die Gradienten-Spulen-Last erforderlichen minimalen Pegel eingestellt wird, so wie sich die Last während des Gradienten-Spulen-Betriebs verändert.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in vereinfachter Form,
2 die Spannungs- und Strom-Signalverläufe beim Ausführungsbeispiel gemäß 1,
3 ein Diagramm, das eine Invertereinrichtung zur Verblendung im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt, und
4 ein Blockschaltbild einer Modifizierung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
In 1 ist eine Verstärkereinrichtungs-Anordnung 10 gezeigt, zur Ansteuerung einer Magnet-Resonanz(MR)-Gradienten-Spule 12 mit einer Induktivität L_c und einem Widerstand R_c für ein (nicht gezeigtes) Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-System. Die Verstärkereinrichtungs-Anordnung 10 umfaßt im allgemeinen eine Schalt-Verstärkereinrichtung bzw. Verstärkereinrichtung 14 und einen anpaßbaren Spannungsbus bzw. Bus 16, wie beispielsweise einen Zwei-Pegel- Bus, der mit zwei Gleichspannungs-Spannungsquellen 18 und 20 versehen ist. Zweckmäßigerweise erzeugt die Quelle 18 eine Spannung von 1000 Volt und die Quelle 20 eine Spannung von 100 Volt. Die Schalt-Verstärkereinrichtung 14 umfaßt eine Invertereinrichtung 22 und eine LC Filtereinrichtung 24, die eine oder mehrere Induktoren bzw. Induktivitätsspulen 26, die eine kollektive Induktivität L_f erzeugen, und eine oder mehrere Kondensatoren 28 enthält, die eine kollektive Kapazität C_f erzeugen. 1 zeigt weiter eine Schalt-Einrichtung bzw. einen Schalter 30, der in dem Bus 16 angeordnet ist. Der Schalter 30 dient zum ausgewählten Verbinden entweder der 1000 Volt Quelle 18 oder der 100 Volt Quelle 20 mit Eingangsanschlüssen 22a der Invertereinrichtung 22.
Wie vorstehend festgestellt, umfaßt die Invertereinrichtung 22 eine Pulsbreiten-Modulations-Einrichtung, die eine Eingangsspannung empfängt und eine Rechtecksignalverlauf-Ausgangsspannung ansprechend darauf erzeugt, wobei die Breiten der jeweiligen Impulse veränderlich sind, wie erforderlich. Weiterhin ist die Amplitude des Rechtecksignalverlaufs direkt proportional zur Amplitude der Eingangsspannung. Somit wird für einen gegebenen Verstärkungsfaktor der Invertereinrichtung 22 die bei Anlegen der Quelle 18 ausgegebene Amplitude der Invertereinrichtung zehnmal größer sein aus die Ausgangssignal-Amplitude, wenn die Quelle 20 angelegt wird. Zur Vereinfachung besitzt die Invertereinrichtung 22 einen Einhefts-Verstärkungsfaktor bzw. einen Verstärkungsfaktor von 1, so daß die jeweiligen Ausgangssignale 1000 Volt oder 100 Volt betragen, wenn die Quelle 18 oder die Quelle 20 durch ausgewählte Betätigung bzw. ausgewählten Betrieb des Schalters 30 mit der Invertereinrichtung verbunden wird. Der Schalter 30 kann durch ein damit verbundenes Schalt-Steuersignal S₁ von einer Magnet-Resonanz(MR)-System-Steuerung (nicht gezeigt) angesteuert werden.
Wie es bekannt ist, gibt es in einer nachstehend in Verbindung mit 3 beschriebenen Art von ”H”-Brücken-Invertereinrichtung zwei Zweige, die Schalter enthalten, die von einem Signal S_PWM einer Oszillatoreinrichtung oder dergleichen Invertereinrichtungs-Steuereinrichtung 32 angesteuert werden. Durch ausgewähltes Anpassen der Phasenlage zwischen jeweiligen durch die zwei Zweige ausgebildeten Impulsen, wird die Polarität der gefilterten, durch die LC Filtereinrichtung 26 ausgebildeten Ausgangsspannung negativ oder positiv, wie erforderlich. Auch kann die Frequenz des Rechtecksignalverlauf-Invertereinrichtungs-Ausgangssignals durch Anpassen der Frequenz des Taktsignals der Steuereinrichtung 32 verändert werden.
Die LC Filtereinrichtung 24 empfängt die Rechtecksignalverlauf-Invertereinrichtungs-Ausgangsspannung und verarbeitet sie, um eine Gleichspannung V über die Gradienten-Spule 12 anzulegen, um die Spule mit einem Strom I_c anzusteuern. Die Filtereinrichtung 24 ist nützlich entworfen, um ein Ausgangssignal mit einer Amplitude gleich der Rechtecksignalverlauf-Amplitude auszubilden, so daß V_c 1000 Volt oder 100 Volt beträgt, wie durch die Betätigung bzw. den Betrieb des Schalters 30 bestimmt.
In 2 ist ein Strom I_c gezeigt, der zur Ansteuerung der Gradienten-Spule zur Erzeugung eines Gradienten-Magnetfelds erforderlich ist. I_c ist vor einem Zeitpunkt T₀ Null. Zu einem derartigen Zeitpunkt muß I_c schnell (z. B. innerhalb von Hunderten von Mikrosekunden) von Null auf 200 Ampere, zu einem Zeitpunkt T₁, zunehmen. I_c bleibt dann konstant bei 200 Ampere, bis zum Zeitpunkt T₂, wenn er schnell abnimmt (z. B: innerhalb von Hunderten von Mikrosekunden) auf –200 Ampere zu einem Zeitpunkt T₃. Der Strom I_c bleibt dann konstant auf einem Pegel von –200 Ampere bis zu einem Zeitpunkt T₄, wenn er auf Null zu einem Zeitpunkt T₅ zunimmt.
2 zeigt weiter die zum Erreichen der dort gezeigten Strom-Kennlinie I_c erforderliche Spannung V_c. Somit wird zu einem Zeitpunkt T₀ durch die Betätigung bzw. den Betrieb des Schalters 30 die Spannung V_c als +1000 Volt gewählt. Eine derartige Spannung erfüllt das durch den Term Ldi/dt auferlegte hohe Spannungserfordernis für einen schnell zunehmenden Strom. Dann wird V_c zwischen T₁ und T₂ auf +100 Volt eingestellt, wiederum durch die Betätigung bzw. den Betrieb des Schalters 30. Eine derartige niedrigere Spannung erfüllt das vorstehend erwähnte Erfordernis der verringerten Spulen-Spannung für den konstanten Spulen-Strom. Zwischen T₂ und T₃ wird, wie vorstehend beschrieben, der Phasenabgleich zwischen den zwei Zweigen der Invertereinrichtung verändert. Demgemäß wird eine große negative Spannung von –1000 Volt an die Spule angelegt, um eine schnelle Verringerung des Stroms I_c zu erreichen. Zwischen T₃ und T₄ wird I_c auf –100 Volt und zwischen T₄ und T₅ auf 1000 Volt eingestellt.
Während der 100 Volt-Betriebsart der Betätigung bzw. des Betriebs der Schalt-Verstärkereinrichtung 14 funktioniert die Filtereinrichtung 24 bei einem Verlustpegel, der wesentlich niedriger als während des 1000 Volt-Zeitraums der Betätigung bzw. des Betriebs ist. Es wurde herausgefunden, daß, wenn die Invertereinrichtung 22 betätigt wird, um einen Rechtecksignalverlauf in der Größenordnung von 10 kHz bei 1000 Volt und einen Rechtecksignalverlauf in der Größenordnung von 50 kHz bei 100 Volt zu erzeugen, die Verluste für den Betrieb mit niedrigerer Spannung immer noch weniger sein werden als für den höheren 1000 Volt-Pegel des Betriebs. Zum selben Zeitpunkt wird die Filtereinrichtung 24 für eine gegebene Größe von Filterkomponenten so wie die Frequenz zunimmt zunehmend bei der Verringerung der Welligkeit seines Gleichspannungs-Ausgangssignals wirksam. Dies wird in 2 veranschaulicht, die Welligkeits-Komponenten R_t und R_a des Stroms I_c zeigt. R_t ist die Komponente während eines Übergangs zwischen T₀ und T₁, wenn V_c das gefilterte Ausgangssignal eines 1000Volt-10kHz- Rechtecksignalverlaufs ist, und R_a ist die Komponente während einem konstanten Strom oder einem flachen oberen Zeitraum zwischen T₁ und T₂, wenn V_c das gefilterte Ausgangssignal eines 100Volt-50kHz-Rechtecksignalverlaufs ist. 2 zeigt, daß die Welligkeits-Komponente R_a wesentlich weniger als die Komponente R_t ist. Somit ist durch Betrieb bzw. Betätigung der Invertereinrichtung 22 mit den vorstehend beschriebenen Zwei-Spannungs-Zwei-Frequenz-Betriebsarten die Spannung V_c ungenügend, um das Hochspannungs-Erfordernis für gegenwärtige L_c Übergänge zu erfüllen, während die Stromwelligkeit während konstanter Stromzeiträume, wenn Daten erfaßt werden, minimiert wird.
In 3 ist eine Vollbrücken-Einzel-Phasen-Invertereinrichtung (”H'-Brücke”) 36 gezeigt, die als Invertereinrichtung 22 nützlich ist. Die Brücken-Invertereinrichtung 36 umfaßt Schalter 38, 40, wie beispielsweise Isolierschicht-Bipolartransistor-(insulated gate bipolar transistor; IGBT)Schalter oder andere Halbleitereinrichtungen, wie beispielsweise die jeweils im Stand der Technik als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Darlington-Einrichtungen bzw. -Schaltungen, MCTs, Abschaltthyristoren (GTOs) und Bipolartransistoren bekannten. Die Schalter 38 und 40 werden mit einer Rate angesteuert, die durch das Taktsignal (nicht gezeigt) der Invertereinrichtungs-Steuereinrichtung 32 bestimmt ist, um die vorstehend erwähnten Zwei-Frequenz-Spannungen zu erzeugen, d. h. 10 kHz für eine Rechtecksignalverlauf- Ausgangsspannung von 1000 Volt und 50 kHz für eine Ausgangsspannung von 100 Volt. Das Ausgangssignal der H-Brükken-zweige 38, 40 steuert die Gradienten-Spule 12 über eine LC Filtereinrichtung mit Induktoren bzw. Induktivitätsspulen 44, 46, beide in der Größenordnung 23 von Mikro-Henry, und einem Kondensator 48 in der Größenordnung von einem Mikro-Farad, an, wobei die Kondensatoren und Induktoren bzw. Induktivitätsspulen miteinander und mit der Brücken-Invertereinrichtung 36 verbunden sind, wie in 3 gezeigt.
In 4 ist eine Modifizierung der Erfindung gezeigt, wobei zwei Verstärkereinrichtungen 50, 52 mit einer einzelnen Gradienten-Spule 12 verbunden sind, um jeweils die für ihren Betrieb erforderlichen positiven und negativen Spannungen zu erzeugen. Beide Verstärkereinrichtungen 50, 52 sind identisch oder ähnlich zur vorstehend in Verbindung mit 1 beschriebenen Verstärkereinrichtungs-Anordnung 10. Die jeweilige Invertereinrichtung für die Verstärkereinrichtungen 50, 52, die nicht gezeigt sind, aber ähnlich oder identisch zur Invertereinrichtung 22 sein können, sind verbunden, so daß sich ihre jeweiligen Ausgangsspannungen zueinander addieren. Beide Verstärkereinrichtungen werden durch das Signal S_PWM gesteuert, das derart gewählt ist, daß die an die Gradienten-Spule 12 angelegte Spannung V_c positiv bzw. negativ ist, wie erforderlich. Die Verwendung von zwei Spulen-Ansteuerungs-Verstärkereinrichtungen 50, 52 hält kapazitiv verbundene Betriebsströme in der Gradienten-Spule 12 im Gleichgewicht.
Bei einer weiteren Modifizierung der Erfindung kann ein anpaßbarer Spannungs-Bus 16 kontinuierlich an irgendeine Spannung in einem Spannungsbereich angepaßt werden, wobei eine kontinuierliche Anpassung in Echtzeit erfolgt. Dies wird durch einen ausgewählten Betrieb bzw. eine ausgewählte Betätigung des Schalters 30 ansprechend auf das Steuersignal S_PWM durch die Anpassung einer oder mehrerer Spannungsquellen 18, 20 erreicht. Somit kann die Spannung V_c die Gradienten-Spule 12 entsprechend Kennlinien oder Signalverläufen außer Trapez-förmigen Signalverläufen ansteuern.
Offensichtlich sind viele andere Modifizierungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der vorstehenden Lehre möglich. Daher ist offensichtlich, daß das offenbarte erfinderische Konzept innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche anders als genau offenbart ausgeführt werden kann.
Es ist eine Verstärkungseinrichtung ausgebildet, zur Ansteuerung einer Gradienten-Spule in einem Magnet-Resonanz(MR)-System, in dem die Gradienten-Spule ein sich schnell veränderndes Gradienten-Magnetfeld während eines ersten Zeitraums und ein im wesentlichen konstantes Feld während eines sofort folgenden zweiten Zeitraums erzeugen muß. Die Einrichtung enthält einen anpaßbaren Bus zur Ausbildung erster und zweiter Spannungspegel und eine Schalt- oder Pulsbreiten-Modulations-Verstärkereinrichtung. Ein Schalter ist zwischen dem Bus und der Schalt-Verstärkereinrichtung verbunden, um die erste Spannung während des ersten Zeitraums an die Verstärkereinrichtung und die zweite Spannung während des zweiten Zeitraums an die Verstärkereinrichtung anzulegen. Die Schalt-Verstärkereinrichtung umfaßt eine Invertereinrichtung zur Erzeugung einer Pulsbreiten-modulierten Spannung ansprechend auf ihr Eingangssignal und eine LC Filtereinrichtung zur Umwandlung des Pulsbreiten-modulierten Signalverlaufs in eine Gleichspannung. Die Schalt-Verstärkereinrichtung erzeugt während des ersten Zeitraums ansprechend auf den ersten Spannungspegel eine wesentlich höhere Spulen-Ansteuer-Spannung als während des zweiten Zeitraums, ansprechend auf den zweiten Spannungspegel. Die Schalt-Verstärkereinrichtung kann während der zweiten Zeitraums eine wesentlich höhere Betriebs-Frequenz besitzen als während des ersten Zeitraums, so daß die LC Filtereinrichtung während eines derartigen zweiten Zeitraums wesentlich wirkungsvoller bei der Entfernung einer störenden Welligkeits-Komponente ist, wenn die Gradienten-Spule zur Erfassung von Magnet-Resonanz(MR)-Daten verwendet wird.

Claims

In einem Magnet-Resonanz(MR-)System mit einer Gradientenspule (12) umfasst eine Gradientenverstärkereinrichtung zur Ansteuerung der Spule (12) während erster und zweiter Zeiträume einen anpassbaren Spannungsbus (16) zur Bereitstellung von zumindest ersten und zweiten Spannungspegeln, eine Invertereinrichtung (22; 36) zum Aufnehmen einer Eingangsspannung zur Bereitstellung einer pulsbreitenmodulierten Signalverlaufsspannung mit einer durch die Amplitude der aufgenommen Eingangsspannung bestimmten Amplitude, eine Schalteinrichtung (30; 38, 40) zum Anlegen der ersten und zweiten Spannungspegel als Eingangsspannungen an die Invertereinrichtung (22, 36) jeweils während der ersten und zweiten Zeiträume, und eine Einrichtung (24; 42) zur Filterung der pulsbreitenmodulierten Signalverlaufsspannung zur Bereitstellung einer Gleichspannung zur Ansteuerung der Gradientenspule (12), wobei die Gleichspannungsspulen-Ansteuerspannungen erste und zweite Ansteuerspannungen jeweils während der ersten und zweiten Zeiträume umfassen, und die Invertereinrichtung und die Filtereinrichtung gemeinsam eine Verstärkereinrichtung (14) umfassen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkereinrichtung (14) eine anpassbare Betriebsfrequenz besitzt, und die Verstärkereinrichtung (14) auf ein Signal zur Anpassung der Betriebsfrequenz anspricht, so dass die Frequenz während des zweiten Zeitraums höher als während des ersten Zeitraums ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines pulsbreitenmodulierenden Signals an die Invertereinrichtung (22; 36) zur ausgewählten Veränderung der Pulsbreite enthält und um dadurch die Polarität und Größe der Gleichspannungsspulen-Ansteuerspannung auszuwählen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Spannungspegel in der Größenordnung von zehnmal dem zweiten Spannungspegel ist und die Frequenz während des zweiten Zeitraums in der Größenordnung von fünfmal der Frequenz während des ersten Zeitraums ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung eine der Verstärkereinrichtungen (14), einen der Spannungsbusse (16) und eine der Schalteinrichtungen (30; 38, 40), mit jeder Seite der Spule (12) verbunden, umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsbus (16) kontinuierlich an irgendeine Spannung in einem Bereich von Spannungen anpassbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der Spannungsbus (16) in Echtzeit anpassbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkereinrichtung (14) eine Betriebsfrequenz besitzt, die während der ersten und zweiten Zeiträume im Wesentlichen konstant ist.