JP6317741B2 - 異なるスルーレートで動作可能なｍｒｉ傾斜増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴撮像に関し、詳細には磁気共鳴撮像システムの傾斜磁場コイルのための電源に関する。

磁気共鳴撮像（MRI）では、磁場中に位置される原子スピンの空間的エンコードを提供する傾斜磁場コイルのための電流を提供するために、典型的には傾斜増幅器が使用される。これらの傾斜増幅器は典型的には、生成される電流波形の高いピーク電力および高い精度によって特徴付けられる。

MRIスキャンのかなりの部分は、MRIシステムによって最初に提供されるスルーレートより低い生成電流波形のスルーレートを必要とするのみであることがある。それらのスキャンについては、初期のスルーレートが下げられる。

特許文献１は、電圧制御発振器および位相遅延が変化する負荷需要に応答するようスイッチング（IGBTゲーティング）を制御する直列共鳴変換器を開示している。

米国特許第5646835号

傾斜コイルに電流を供給する方法、磁気共鳴撮像システム、傾斜増幅器およびコンピュータ・プログラム・プロダクトを提供することが本発明の実施形態の目的である。

上記の目的は、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載される。

当業者によって理解されるように、本発明の諸側面は、装置、方法またはコンピュータ・プログラム・プロダクトとして具現されてもよい。よって、本発明の諸側面は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）または本稿でみな一般に「回路」「モジュール」または「システム」として言及されうるソフトウェアおよびハードウェア側面を組み合わせた実施形態の形を取ることができる。さらに、本願の諸側面は、コンピュータ実行可能なコードが具現されている一つまたは複数のコンピュータ可読媒体において具現されるコンピュータ・プログラム・プロダクトの形を取ることができる。

本発明の諸側面は、本発明の実施形態に基づく方法、装置（システム）およびコンピュータ・プログラム・プロダクトのフローチャート図および／またはブロック図を参照して記述される。フローチャート、図および／またはブロック図の各ブロックまたはブロックの一部が、適用可能な場合にはコンピュータ実行可能コードの形のコンピュータ・プログラム命令によって実装されることができることは理解されるであろう。さらに、背反でない場合には、異なるフローチャート、図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わされてもよいことが理解される。これらのコンピュータ・プログラム命令は、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに与えられて、該コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行されるときに該命令が前記フローチャートおよび／またはブロック図の単数または複数のブロックにおいて特定されている機能／工程を実装する手段を作り出すよう、機械を生成してもよい。

一つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体はコンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体でありうる。本稿で使われるところの「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピューティング装置のプロセッサによって実行可能な命令を記憶しうる任意の有体の記憶媒体を包含する。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読な非一時的な記憶媒体と称されることもある。コンピュータ可読記憶媒体は、有体なコンピュータ可読媒体と称されることもある。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティング装置のプロセッサによってアクセスされることができるデータを記憶できてもよい。コンピュータ可読記憶媒体の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、固体ハードディスク、フラッシュメモリ、USBサムドライブ、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、光ディスク、光磁気ディスクおよびプロセッサのレジスタ・ファイルを含むがこれに限られない。光ディスクの例は、コンパクトディスク（CD）およびデジタル多用途ディスク（DVD）、たとえばCD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RWまたはDVD-Rディスクを含む。コンピュータ可読記憶媒体の用語は、ネットワークまたは通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセスされることのできるさまざまな型の記録媒体をも指す。たとえば、データはモデムを通じて、インターネットを通じてまたはローカル・エリア・ネットワークを通じて取得されてもよい。コンピュータ可読媒体上に具現されるコンピュータ実行可能コードは、無線、有線、光ファイバーケーブル、RFなどを含むがそれに限られない任意の適切な媒体または上記の任意の好適な組み合わせを使って伝送されうる。

コンピュータ可読信号媒体は、たとえばベースバンドにおいてまたは搬送波の一部としてコンピュータ実行可能コードが具現されている伝搬されるデータ信号を含みうる。そのような伝搬される信号は、電磁、光またはその任意の好適な組み合わせを含むがそれに限られない多様な形の任意のものを取りうる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置またはデバイスによってまたは命令実行システム、装置またはデバイスとの関連で使用されるためのプログラムを通信する、伝搬させるまたは転送することができる任意のコンピュータ可読媒体でありうる。

「コンピュータ・メモリ」または「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の例である。コンピュータ・メモリは、プロセッサにとって直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータ記憶」または「記憶」はコンピュータ可読記憶媒体のさらなる例である。コンピュータ記憶は、任意の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体である。いくつかの実施形態では、コンピュータ記憶はコンピュータ・メモリであってもよいし、逆にコンピュータ・メモリがコンピュータ記憶であってもよい。

本稿で用いるところの「ユーザー・インターフェース」は、ユーザーまたは操作者がコンピュータまたはコンピュータ・システムと対話することを許容するインターフェースである。「ユーザー・インターフェース」はまた、「ヒューマン・インターフェース装置」と称されてもよい。ユーザー・インターフェースは情報またはデータを操作者に提供し、および／または情報またはデータを操作者から受け取ってもよい。ユーザー・インターフェースは操作者からの入力がコンピュータによって受け取れるようにしてもよく、コンピュータからユーザーに出力を提供してもよい。換言すれば、ユーザー・インターフェースは操作者がコンピュータを制御もしくは操作することを許容してもよく、該インターフェースはコンピュータが操作者の制御または操作の効果を示すことを許容してもよい。データまたは情報のディスプレイまたはグラフィカル・ユーザー・インターフェース上への表示は、情報を操作者に提供することの例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティング・スティック、グラフィック・タブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカメラ、ヘッドセット、ギア・スティック、ハンドル、ペダル、ワイヤードグローブ、ダンス・パッド、リモコンおよび加速度計を通じたデータの受領はみな、操作者からの情報またはデータの受領を可能にするユーザー・インターフェース・コンポーネントの例である。

本稿で用いるところの「ハードウェア・インターフェース」は、コンピュータ・システムのプロセッサが外部のコンピューティング装置および／または装置と対話するおよび／またはこれを制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェア・インターフェースは、プロセッサが、制御信号または命令を外部のコンピューティング装置および／または装置に送ることを許容してもよい。ハードウェア・インターフェースは、プロセッサが、外部のコンピューティング装置および／または装置とデータを交換することを可能にしてもよい。ハードウェア・インターフェースの例は、これに限られないが、ユニバーサル・シリアル・バス、IEEE1394ポート、パラレル・ポート、IEEE1284ポート、シリアル・ポート、RS-232ポート、IEEE-488ポート、ブルートゥース接続、無線ローカル・エリア・ネットワーク接続、TCP/IP接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インターフェース、MIDIインターフェース、アナログ入力インターフェースおよびデジタル入力インターフェースを含む。

本稿で用いるところの「プロセッサ」は、プログラムまたは機械実行可能な命令を実行できる電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を有するコンピューティング装置への言及は、二つ以上のプロセッサまたは処理コアを含む可能性があると解釈されるべきである。プロセッサはたとえば、マルチコア・プロセッサであってもよい。プロセッサはまた、単一コンピュータ・システム内のまたは複数のコンピュータ・システムの間に分散されたプロセッサの集まりを指すこともある。コンピューティング装置という用語は、それぞれが単数または複数のプロセッサを有するコンピューティング装置の集合またはネットワークを指す可能性もあると解釈されるべきである。多くのプログラムはその命令を、同じコンピューティング装置内であってもよく、あるいは複数のコンピューティング装置を横断して分散されていてもよい複数のプロセッサに実行させる。

磁気共鳴画像データは、本稿では、磁気共鳴撮像スキャンの間に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより放出された高周波信号の記録された測定として定義される。磁気共鳴撮像（MRI: Magnetic Resonance Imaging）画像は本稿では、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学上のデータの再構成された二次元もしくは三次元の視覚化として定義される。この視覚化はコンピュータを使って実行できる。

本稿で用いるところの「ブリッジ」は、電圧源と、該電圧源を当該ブリッジ回路の出力と接続するために使われる四つのスイッチング要素をもつ電気回路を包含する。スイッチング要素はブリッジ回路によって出力される電圧の極性が切り換えられるようにする。

ある側面では、本発明は、傾斜コイルを有する磁気共鳴撮像システムに関する。磁気共鳴撮像システムはさらに、傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器を有する。傾斜増幅器出力は傾斜コイルに接続されている。傾斜増幅器は、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する電源を有する。スルーレートは第一の値に設定される。

傾斜増幅器はさらに、パワー電子スタック（power electronic stack）を有していてもよい。パワー電子スタックは、ブリッジ・スイッチング・パワー段（bridge switching power stage）と並列に接続されているコンデンサを有する。ブリッジ・スイッチング・パワー段は、前記電圧を傾斜増幅器出力と接続するために使われる四つのスイッチング要素を包含してもよい。スイッチング要素は、前記電圧の極性が切り換えられるようにする。ブリッジはたとえば、金属‐酸化物‐半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）または絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（IGBT）ブリッジであってもよい。

磁気共鳴撮像システムはさらに、電源に結合されたコントローラを有する。コントローラはスルーレートを第二の値に設定し直すよう適応される。

傾斜コイルの磁場は一般に、台形に従う時間依存形状をもつ。よって、傾斜コイルを駆動するために傾斜増幅器によって与えられる電流も台形形状をもつ必要がある。台形の平坦な頂部、すなわち一定電流振幅の間、傾斜増幅器は、傾斜コイルにおけるオーム性損失を相殺する必要がある。それらの損失は傾斜増幅器から比較的低い電圧を要求する。台形の傾斜した部分の間に、電流は最大電流振幅で振れる。傾斜コイルのインダクタンスは、電流変化のレートに比例する追加的な電圧（すなわち、前記第一のレベルの電圧）を要求する。本稿で用いるところのスルーレートは、最大振幅に到達するための電流振幅の変化レートをいう。

スルーレートの変化は、多様な理由によりトリガーされうる。たとえば、高い値のスルーレートは傾斜コイルにおいておよび高周波（RF: Radio Frequency）システムのボディコイルにおいて高い損失を誘起しうる。これは追加的な音響雑音および振動につながる。より高い振動レベルは、信頼性の低下およびスパイクの確率の上昇につながりうる。

コントローラはさらに、前記第二の値を前記第一の値と比較し、前記第二の値が前記第一の値と異なる場合には前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている。

前記の諸実施形態は、所望されるスルーレートを生成するための必要とされるパワーを提供するだけなので、有利でありうる。電圧が低減される（すなわち、スルーレートの第二の値がスルーレートの第一の値より低い）場合には、これらの実施形態は、ブリッジ回路における切り換え散逸損失を低減し、よって最大許容RMS電流を増加させるので、有利でありうる。すなわち、もともとはブリッジにおける最大散逸によって制限されていたスキャン、たとえば拡散スキャン（diffusion scan）が、今や、より高いRMSの電流を使うことができる。たとえば、電源からの電圧が最大値の半分に設定されるとき、切り換え損失はもとの損失値の半分である。その場合、ブリッジにおける全散逸は約25%低減される（切り換え損失および伝導損失が全散逸に等しく寄与するとして）。また、より低い散逸はより低い電気消費につながり、傾斜増幅器は全エネルギー消費の主要な寄与元なので、エネルギー・コストの節約は有意である。もう一つの利点は、前記の諸実施形態は、たとえば低レーティングのIGBTブリッジを必要とする低コスト設計を利用しうるということである。実際、IGBTブリッジのシリコンの量が低減されうる。上記の数値によれば、シリコンの量は25%低減できる。

ある実施形態によれば、前記設定し直すことは、磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の前に生起する。これは、普通ならスキャンの間に必要とされる、データを収集するための電力を節約するので、有利でありうる。

ある実施形態によれば、前記設定し直すことは、磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の間に生起する。これは、データ収集中に起こりうる問題を解決でき、収集自身を中断する必要がないので、有利でありうる。

ある実施形態によれば、前記設定し直すことは：傾斜磁場を現在生成している前記傾斜コイルによって散逸される電力を決定し；散逸される電力が所定の最大許容散逸値を超える場合に、一つまたは複数のあらかじめ決定されたスルーレート値からスルーレートの前記第二の値を選択することを含む。

前記より高い散逸は、MRIシステムによって収集される一秒当たりのスライス数を制限する。スルーレートを下げることによって、患者快適さを改善でき、ある時間期間に収集できるスライス数を増やすことができる。

散逸される電力は、傾斜コイル内の電流の二乗に傾斜コイルの巻き線の抵抗を乗算することによって計算されてもよい。

ある実施形態によれば、前記設定し直すことは、磁気共鳴撮像システムによって撮像されている被験体から信号を受信することを含む。信号は被験体の生理学的パラメータを示す。信号は、傾斜磁場に対する被験体の遠心応答（efferent response）を示す。一つまたは複数のあらかじめ決定されたスルーレート値からスルーレートの前記第二の値を選択する。

これは、高いスルーレートによってトリガーされうるいかなる末梢神経刺激をも打ち消すので、患者の快適さを改善するという利点をももちうる。

ある実施形態によれば、前記設定し直すことは、磁気共鳴撮像システムのユーザーから、スルーレートの前記第一の値を下げる要求を受領することを含む。前記要求が前記第二の値を示す。

通例、ホスト・コンピュータのところにいるユーザーがスキャンを定義する。さまざまなスキャン型および解像度について、MRIシステムについて許容される最大のスルーレートを使うことがあらかじめ規定されている。たとえば、EPIスキャンである。しかしながら、ユーザーはこれを変更することができ、上述したことを含めさまざまな理由によりスルーレート値を変えることができる。

ある実施形態によれば、前記第一の値は、MRIシステムに許容される最大スルーレート値である。最大許容スルーレート（たとえば200T/m/s）は、傾斜増幅器出力が動くことができる時間に対する最速変化レートに対応する。

ある実施形態によれば、第二のレベルV2における電圧が第一のレベルV1における電圧から、式
V2＝S×V1 ここで、S＝max(SR/SRmax,0.5)
を使って決定される。ここで、SRはスルーレートの前記第二の値、SRmaxは当該MRIシステムにとって許容される最大スルーレート値である。

もう一つの側面では、本発明は、磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器に関する。傾斜増幅器は、傾斜コイルに接続されるよう機能できる出力をもつ。傾斜増幅器は、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する電源を有する。スルーレートは第一の値に設定される。傾斜増幅器はさらに、電源に結合されたコントローラを有していてもよい。コントローラは、スルーレートを第二の値に設定し直し、前記第二の値を前記第一の値と比較し、前記第二の値が前記第一の値より低い場合には前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている。

ある実施形態によれば、前記第二の値は前記第一の値より低く、第二のレベルの前記電圧は第一のレベルの前記電圧より小さい。

ある実施形態によれば、前記第一の値は当該MRIシステムについて許容される最大スルーレートである。

ある実施形態によれば、第二のレベルV2における電圧は第一のレベルV1における電圧から、式
V2＝S×V1 ここで、S＝max(SR/SRmax,0.5)
を使って決定される。ここで、SRはスルーレートの前記第二の値、SRmaxは当該MRIシステムについて許容される最大スルーレート値である。

いくつかの実施形態によれば、前記コントローラは、前記電源および／または前記傾斜増幅器へのアドオン・モジュールである。

もう一つの側面では、本発明は、傾斜増幅器によって磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する方法に関する。本方法は：
・電源によって、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する段階であって、前記スルーレートは第一の値に設定されている、段階と、
・前記スルーレートを第二の値に設定し直す段階と、
・前記第二の値を前記第一の値と比較する段階と、
・前記第二の値が前記第一の値と異なる場合には前記電圧を第二のレベルに調整する段階とを含む。

もう一つの側面では、本発明は、コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトに関する。ここで、命令の実行は、上記の実施形態において記述されたコントローラの方法段階の実行を実現する。

本発明の上述した実施形態の一つまたは複数が組み合わされうることが理解される。ただし、組み合わされる実施形態が背反である場合にはこの限りではない。

下記では、本発明の好ましい実施形態について、あくまでも例として図面を参照しつつ、より詳細に述べる。
磁気共鳴撮像システムを示す図である。 傾斜増幅器についての概略図である。 傾斜コイルを流れる典型的な台形状電流を示す図である。 傾斜増幅器によって磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する方法のフローチャートである。

下記では、図面における同様の番号を付された要素は類似の要素であるまたは等価な機能を実行する。前に論じた要素は、機能が等価であれば後の図では必ずしも論じられない。

図１は、患者１０１の画像を生成する例示的な磁気共鳴撮像（MRI）システム１００を示している。MRIシステム１００は、患者１０１に加えられる磁場を生成する磁気アセンブリー１０３を有する。磁気アセンブリー１０３は、磁気共鳴撮像を実行するために必要とされる静磁場を生成するよう適応された磁石コイル１０５と、傾斜コイル１０７とを有する。傾斜コイル１０７はX軸傾斜コイル、Y軸傾斜コイルおよびZ軸傾斜コイルから構成される。これは、患者１０１の種々の領域を撮像することを可能にする。

MRIシステム１００はさらに、傾斜増幅器ユニット１０９と、コントロール・モジュール１１１とを有する。傾斜増幅器ユニット１０９はX軸傾斜増幅器Gx、Y軸傾斜増幅器GyおよびZ軸傾斜増幅器Gzを含む。傾斜コイル１０７は傾斜増幅器１０９に接続されている。傾斜コイル１０７のX軸傾斜コイル、Y軸傾斜コイルおよびZ軸傾斜コイルはそれぞれ傾斜増幅器１０９のGx増幅器、Gy増幅器およびGz増幅器と接続されている。

X軸方向の傾斜磁場、Y軸方向の傾斜磁場およびZ軸方向の傾斜磁場はそれぞれ、傾斜増幅器のGx増幅器、Gy増幅器およびGz増幅器からX軸傾斜コイル、Y軸傾斜コイルおよびZ軸傾斜コイルに供給される電流によって形成される。制御モジュール１１１が傾斜増幅器１０９と接続されている。

制御モジュール１１１は、傾斜増幅器を制御する制御信号を生成する。特に、制御モジュール１１１は、傾斜コイル１０７にエネルギーを与えるよう傾斜増幅器ユニット１０９を誘導する制御信号を生成しうる。

コントローラ１１１は、電源１１５を制御する。電源１１５は、傾斜磁場を生成するよう傾斜コイル１０７中に傾斜電流を生成するよう、傾斜増幅器１０９のための電圧を供給する。

コントローラ１１１は、コンピュータ・システム１５２のハードウェア・インターフェース１５４に接続されるものとして示されている。コンピュータ・システム１５２は、磁気共鳴撮像システム１００を制御するためにプロセッサ１５６を使う。

図１に示されるコンピュータ・システム１５２は例示的である。複数のプロセッサおよびコンピュータ・システムが、この単一のコンピュータ・システム１５２によって例示される機能を表わすために使われてもよい。コンピュータ・システム１５２は、プロセッサ１５６がMRIシステム１００の諸コンポーネントとの間でメッセージを送受信できるようにするハードウェア・インターフェース１５４を有する。プロセッサ１５６はまた、ユーザー・インターフェース１５８、コンピュータ記憶１６０およびコンピュータ・メモリ１６２にも接続される。

コンピュータ記憶１６０は、MRIスキャン・パラメータ１６８を含むものとして示されている。スキャン・パラメータの一つはスルーレートである。スルーレート値はコントローラ１１３によって記憶されていてもよい。

コンピュータ記憶１６０は、パルス・シーケンス１７０を含むものとしてさらに示されている。

パルス・シーケンス１７０は、命令を含んでいる、あるいは磁気共鳴撮像システム１００が磁気共鳴データ１７２を収集できるようにする命令を構築するためにスキャン・パラメータに従って使用されうるタイムラインを含んでいる。

コンピュータ記憶１６０は、磁気共鳴撮像システム１００によって収集された磁気共鳴データ１７２を記憶するものとして示されている。

コンピュータ・メモリ１６２はモジュール１７４を含むものとして示されている。モジュール１７４は、プロセッサ１５６がMRIシステム１００の動作および機能を制御できるようにするコンピュータ実行可能コードを含む。たとえば、モジュール１７４は、磁気共鳴データ１７２を収集するためにパルス・シーケンス１７０を使ってもよい。

図２は、傾斜増幅器２２２および傾斜コイル２０７を有する電子システム２００の簡略化された構成を示している。傾斜増幅器２２２は任意的な制御モジュール２０１およびパワー・チェーン２０３を有する。制御モジュール２０１は、データ収集システム・コントローラのような図示しない源からデジタル的に受領される設定点がパワー・チェーン２０３の出力において正確に再現されるような仕方でパワー・チェーン２０３のための制御信号を生成する。パワー・チェーン２０３は主パワー（main power）を、傾斜コイル２０７を駆動する高電圧および高電流に変換する。

制御モジュール２０１は、コントローラ２４３および変調器２１１を有している。コントローラ２４３は、変調器２１１に対して、要求される変調設定点を連続的に指示する。要求される変調設定点は、該設定点に基づく出力電圧、実際および過去の測定された出力電流および電圧、出力フィルタのダンピングなどのような境界条件を用いて指示される。

変調器２１１は、デジタル・コントローラ２０９からの変調設定点を、パワー・チェーン２０３の個々のゲート・ドライバ・ユニット全部のための好適なパルス幅変調（PWM）信号に変換する。これらのPWM信号は、前記第一の電圧が定義された限界内であるという条件のもとに、高電圧帯域幅および高リプル周波数のために最適化される。コントローラ２４３は、電源２４１に結合される。コントローラ２４３は、傾斜コイルを通じる傾斜電流のあらかじめ決定されたスルーレートに従って追加的な電圧V₁を調整するよう、電源２４１を制御してもよい。たとえば、コントローラ２４３は、前記あらかじめ決定されたスルーレートがV₁に対応するスルーレートより低い場合に、電圧V₁を下げるよう電源２４１を制御してもよい。コントローラ２４３は、第一のスルーレートが変更される必要があるという第二のユニット２４７による決定に応答して、スルーレートを第二の値に設定し直す第一のユニット２４５と、前記第二のスルーレートをあらかじめ決定された閾値と比較する第三のユニット２４９と、前記第二の値が前記第一の値より低い場合に前記電圧を第二のレベルに調整するよう電源２４１を制御する第四のユニット２５１とを有する。

最大振幅／スルーレートから裨益しないMRIスキャンは、スキャン制御コンピュータ上での波形生成の間、振幅／スルーレートの最大レベルにおいて制限される。それらのスキャンは事前に、たとえばスキャン技法、エコー時間、エコー間隔、分解能などに基づいて特徴付けされることができる。それらのスキャンについては、コントローラ２４３はシステムの最大としてより低い値を選択する。最大振幅および／またはスルーレートを使わないためのシステム関係の理由もある。これはたとえば、高周波数での傾斜コイルにおける散逸に関係していてもよい。高振幅／スルーレートの使用は、末梢神経刺激（PNS: peripheral nerve stimulation）を誘起する確率を高めることもありうる。コントローラ２４３は、PNSを予測するユニット（図示せず）を有し、あるPNS限界内に留まるよう最大振幅／スルーレートを制限することができる。ユーザーも、スキャンを制限するために、ホスト・コンピュータ上で「レシピ」を修正することができる。これは、たとえばより低い最大スルーレートを使って（SofTone）システムをより低いノイズ・レベルに制限することによって間接的に、またはこのレシピにおける最大スルーレートを直接設定することによってであることができる。換言すれば、最大スルーレートを避ける複数の機会がある。最大スルーレートはあまり頻繁には使われない。

パワー・チェーン２０３は、主パワーを傾斜コイル２０７を駆動する好適な高電圧および高電流に変換するいくつかのブロックからなる。パワー・チェーン２０３は、パワー・スタック２１３を有する。パワー・スタック２１３は、主パワーを提供する電源２４１を有する。図３は、傾斜コイル２０７を通じる典型的な台形電流３００を示している。台形の平坦な頂部３０１の間、傾斜増幅器は、コイル電流を維持するために傾斜コイル中のオーム性損失と均衡する必要がある。それらの損失は、電源からの比較的低い電圧V₀を要求する。台形の傾斜した部分３０３の間、傾斜コイル２０７を通じる高速の電流勾配を生成するためにその端子の間の高電圧が必要とされる。すなわち、傾斜コイル２０７のインダクタンスは、電流変化のレートに比例する追加的な電圧V₁、すなわち前記第一のレベルの電圧を要求する。スルーレートは、i_c ３０５とΔt ３０７との比として定義されてもよい。

主パワーはさらにフィルタリングされ、整流され、安定化されて公称電圧にされる。パワー・チェーン２０３は、パワー電子スタック２１３と、フィルタ２１５と、電流センサー２１７とを有する。パワー電子スタック２１３は、ブリッジ２２１・スイッチング・パワー段と並列に接続されているコンデンサ２１９を有する。ブリッジ２２１はたとえば金属‐酸化物‐半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）または絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（IGBT）ブリッジであってもよい。スイッチ２２３および２２５は第一の半ブリッジをなし、２２７および２２９は第二の半ブリッジをなす。これらの半ブリッジは、制御モジュール２０１のパルス幅変調器によって別個に駆動される。

制御モジュール２０１は、四つのそれぞれの線２３１を介して四つのスイッチ２２３、２２５、２２７および２２９と接続される。パワー・スタック２１３は、パルス幅変調によって、主電圧から、精密で制御された出力段電圧２３３を生成する。残留リプルはフィルタ２１５によってフィルタ除去され、フィルタリングされた電圧２３５は出力電圧として傾斜コイル２０７の両端にかかる。

センサー２１７は、傾斜コイルについて生成された傾斜磁場を示す、デジタル・コントローラ２０９へのフィードバック信号を生成してもよい。

磁気共鳴撮像システムについて、典型的には、三つの異なる直交方向のそれぞれについて、図２に記載したもののような一つの傾斜電源がある。

図４は、傾斜増幅器によって磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する方法のフローチャートである。

段階４０１では、電源が、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルの電圧を供給する。前記スルーレートは第一の値に設定される。

段階４０３では、コントローラ２４３は、前記第一のスルーレートが変更される必要があるという決定に応答して、前記スルーレートを第二の値に設定し直す。この再設定は、磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の前または収集中に生起する。スルーレート値の変更は、引き起こされる傾斜コイルおよび／またはパワー・スタックにおける散逸によって駆動されてもよい。前記第一のスルーレートが変更される必要があるという前記決定は、傾斜磁場を現在生成している傾斜コイルによって散逸される電力を判別し、散逸される電力があらかじめ決定された最大許容散逸値を超える場合、一つまたは複数のあらかじめ決定されたスルーレートから前記第二のスルーレートを選択することを含む。

もう一つの例では、前記第一のスルーレートが変更される必要があるという前記決定は、磁気共鳴撮像システムのユーザーから前記第一のスルーレートを下げる要求を受領することを含む。前記要求が前記第二のスルーレートを示す。

段階４０５では、前記第二の値が前記第一の値と比較される。前記値は最大許容可能なスルーレートである。第二のレベルV₂での電圧は、第一のレベルV₁における電圧から、式
V₂＝S×V₁ ここで、S＝max(SR/SRmax,0.5)
を使って決定される。ここで、SRはスルーレートの前記第二の値、SRmaxは最大許容可能スルーレートである。

段階４０９では、前記第二の値が前記第一の値と異なる場合、前記電圧が第二のレベルに調整される。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
・傾斜コイルと、
・前記傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器（２２２）とを有する磁気共鳴撮像システムであって、傾斜増幅器出力は前記傾斜コイルに接続されており、前記傾斜増幅器は、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう前記傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する電源（２４１）を有し、前記スルーレートは第一の値に設定されており、前記傾斜増幅器はさらに、前記電源に結合されたコントローラ（２４３）を有し、前記コントローラは、
・前記スルーレートを第二の値に設定し直し、
・前記第二の値を前記第一の値と比較し、
・前記第二の値が前記第一の値と異なっていれば前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている、
磁気共鳴撮像システム。
〔態様２〕
前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の前に生起する、態様１記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様３〕
前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の間に生起する、態様１記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様４〕
前記設定し直すことは：
・傾斜磁場を現在生成している前記傾斜コイルによって散逸される電力を決定し；
・散逸される電力が所定の最大許容散逸値を超える場合に、一つまたは複数のあらかじめ決定されたスルーレート値からスルーレートの前記第二の値を選択することを含む、
態様１ないし３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様５〕
前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムのユーザーから、スルーレートの前記第一の値を下げる要求を受領することを含み、前記要求が前記第二の値を示す、態様１ないし３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様６〕
前記第一の値が、当該MRIシステムに許容される最大スルーレート値である、態様１ないし５のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様７〕
第二のレベルV ₂ における電圧が第一のレベルV ₁ における電圧から、式
V ₂ ＝S×V ₁ ここで、S＝max(SR/SR _max ,0.5)
を使って決定され、ここで、SRはスルーレートの前記第二の値であり、SR _max は当該MRIシステムにとって許容される最大スルーレート値である、態様１ないし６のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
〔態様８〕
磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器であって、当該傾斜増幅器は、前記傾斜コイルに接続されるよう機能できる出力をもち、当該傾斜増幅器は：
・あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する電源であって、前記スルーレートは第一の値に設定されている、電源と；
・前記電源に結合されたコントローラを有しており、前記コントローラは、
・スルーレートを第二の値に設定し直し、
・前記第二の値を前記第一の値と比較し、
・前記第二の値が前記第一の値と異なっていたら前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている、
傾斜増幅器。
〔態様９〕
前記第二の値が前記第一の値より低く、第二のレベルの前記電圧が第一のレベルの前記電圧より小さい、態様８記載の傾斜増幅器。
〔態様１０〕
前記第一の値は前記MRIシステムについて許容される最大スルーレートである、態様８または９記載の傾斜増幅器。
〔態様１１〕
第二のレベルV ₂ における電圧は第一のレベルV ₁ における電圧から、式
V ₂ ＝S×V ₁ ここで、S＝max(SR/SR _max ,0.5)
を使って決定され、ここで、SRはスルーレートの前記第二の値であり、SR _max は前記MRIシステムについて許容される最大スルーレート値である、
態様８ないし１０のうちいずれか一項記載の傾斜増幅器。
〔態様１２〕
傾斜増幅器によって磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する方法であって：
・電源によって、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで電圧を供給する段階であって、前記スルーレートは第一の値に設定されている、段階と、
・前記スルーレートを第二の値に設定し直す段階と、
・前記第二の値を前記第一の値と比較する段階と、
・前記第二の値が前記第一の値と異なる場合には前記電圧を第二のレベルに調整する段階とを含む、
方法。
〔態様１３〕
コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ・プログラムであって、命令の実行は、態様１ないし７のうちいずれか一項記載のコントローラの方法段階の実行を実現する、コンピュータ・プログラム。

１００ MRIシステム
１０１ 患者
１０３ 磁気アセンブリー
１０５ 磁石コイル
１０７ 傾斜コイル
１０９ 傾斜増幅器
１１１ 制御モジュール
１１３ コントローラ
１１５ 電源
１５２ コンピュータ・システム
１５４ ハードウェア・インターフェース
１５６ プロセッサ
１５８ ユーザー・インターフェース
１６０ コンピュータ記憶
１６２ コンピュータ・メモリ
１６８ スキャン・パラメータ
１７０ パルス・シーケンス
１７２ 磁気共鳴データ
１７４ モジュール
２００ 電子システム
２２２ 傾斜増幅器
２０１ 制御モジュール
２０３ パワー・チェーン
２０７ 傾斜コイル
２０９ デジタル・コントローラ
２１１ 変調器
２１３ パワー・スタック
２１５ フィルタ
２１７ センサー
２１９ コンデンサ
２２３〜２２９ スイッチ
２３１ 線
２３３ 出力電圧
２３５ フィルタリングされた電圧
２４１ 電源
２４３ コントローラ

Claims (13)

1. ・傾斜コイルと、
   ・前記傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器とを有する磁気共鳴撮像システムであって、傾斜増幅器出力は前記傾斜コイルに接続されており、前記傾斜増幅器は、
   ・デジタル・コントローラおよびパルス幅変調（PWM）信号を与える変調器をもつ制御モジュール、
   ・パワー電子スタックおよび前記傾斜コイルの両端にフィルタリングされた電圧を供給するフィルタをもつパワー・チェーンを有し、
   前記パワー電子スタックは、ブリッジ・スイッチング・パワー段と並列に配置された電源およびコンデンサを備え、
   前記電源は、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう前記傾斜コイルの両端に前記フィルタリングされた出力電圧を加えるよう、前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じて第一のレベルで電圧を前記傾斜増幅器出力に供給するよう構成されており、前記スルーレートは第一の値に設定されており、前記傾斜増幅器はさらに、前記電源に結合されたコントローラを有し、前記デジタル・コントローラは、
   ・前記スルーレートを第二の値に設定し直し、
   ・前記第二の値を前記第一の値と比較し、
   ・前記第二の値が前記第一の値と異なっていれば前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じた前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている、
   磁気共鳴撮像システム。
2. 前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の前に生起する、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
3. 前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムによるデータ収集の間に生起する、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
4. 前記設定し直すことは：
   ・傾斜磁場を現在生成している前記傾斜コイルによって散逸される電力を決定し；
   ・散逸される電力が所定の最大許容散逸値を超える場合に、一つまたは複数のあらかじめ決定されたスルーレート値からスルーレートの前記第二の値を選択することを含む、
   請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
5. 前記設定し直すことは、当該磁気共鳴撮像システムのユーザーから、スルーレートの前記第一の値を下げる要求を受領することを含み、前記要求が前記第二の値を示す、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
6. 前記第一の値が、当該MRIシステムに許容される最大スルーレート値である、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
7. 第二のレベルV₂における電圧が第一のレベルV₁における電圧から、式
   V₂＝S×V₁ ここで、S＝max(SR/SR_max,0.5)
   を使って決定され、ここで、SRはスルーレートの前記第二の値であり、SR_maxは当該MRIシステムにとって許容される最大スルーレート値である、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
8. 磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する傾斜増幅器であって、当該傾斜増幅器は、前記傾斜コイルに接続されるよう機能できる出力をもち、当該傾斜増幅器は：
   ・デジタル・コントローラおよびパルス幅変調（PWM）信号を与える変調器をもつ制御モジュール、
   ・パワー電子スタックおよび前記傾斜コイルの両端にフィルタリングされた電圧を供給するフィルタをもつパワー・チェーンを有し、
   前記パワー電子スタックは、ブリッジ・スイッチング・パワー段と並列に配置された電源およびコンデンサを備え、
   前記電源は、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう前記傾斜コイルの両端に前記フィルタリングされた出力電圧を加えるよう、前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じて第一のレベルで電圧を傾斜増幅器出力に供給するよう構成されており、前記スルーレートは第一の値に設定されており、当該傾斜増幅器は、
   ・前記電源に結合されたコントローラを有しており、前記コントローラは、
   ・スルーレートを第二の値に設定し直し、
   ・前記第二の値を前記第一の値と比較し、
   ・前記第二の値が前記第一の値と異なっていたら前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じた前記電圧を第二のレベルに調整するよう前記電源を制御するよう適応されている、
   傾斜増幅器。
9. 前記第二の値が前記第一の値より低く、第二のレベルの前記電圧が第一のレベルの前記電圧より小さい、請求項８記載の傾斜増幅器。
10. 前記第一の値は前記MRIシステムについて許容される最大スルーレートである、請求項８または９記載の傾斜増幅器。
11. 第二のレベルV₂における電圧は第一のレベルV₁における電圧から、式
    V₂＝S×V₁ ここで、S＝max(SR/SR_max,0.5)
    を使って決定され、ここで、SRはスルーレートの前記第二の値であり、SR_maxは前記MRIシステムについて許容される最大スルーレート値である、
    請求項８ないし１０のうちいずれか一項記載の傾斜増幅器。
12. ブリッジ・スイッチング・パワー段を有する傾斜増幅器によって磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに電流を供給する方法であって：
    ・電源によって、あるスルーレートで傾斜磁場を生成するよう前記傾斜コイル中に傾斜電流を生成するよう傾斜増幅器出力に第一のレベルで前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じた電圧を供給する段階であって、前記スルーレートは第一の値に設定されている、段階と、
    ・前記スルーレートを第二の値に設定し直す段階と、
    ・前記第二の値を前記第一の値と比較する段階と、
    ・前記第二の値が前記第一の値と異なる場合には前記ブリッジ・スイッチング・パワー段を通じた前記電圧を第二のレベルに調整する段階とを含む、
    方法。
13. コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ・プログラムであって、命令の実行は、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の制御モジュールの方法段階の実行を実現する、コンピュータ・プログラム。

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