JPH09276251A - 勾配増幅器装置 - Google Patents
勾配増幅器装置Info
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- JPH09276251A JPH09276251A JP8349189A JP34918996A JPH09276251A JP H09276251 A JPH09276251 A JP H09276251A JP 8349189 A JP8349189 A JP 8349189A JP 34918996 A JP34918996 A JP 34918996A JP H09276251 A JPH09276251 A JP H09276251A
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
- G01R33/3852—Gradient amplifiers; means for controlling the application of a gradient magnetic field to the sample, e.g. a gradient signal synthesizer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 敏速に変化する勾配磁界及び一定な勾配磁界
を発生するよう勾配コイルを駆動することのできる勾配
増幅器装置を提供する。 【解決手段】 勾配増幅器装置１０は、第１及び第２の
電圧レベルを供給する調節自在な母線１６と、切り換え
増幅器１４とを含んでいる。母線１６と増幅器１４との
間に結合されているスイッチ３０が、第１の期間に第１
の電圧を増幅器１４に印加し、第２の期間に第２の電圧
を増幅器１４に印加する。増幅器１４は、入力に応答し
てＰＷＭ電圧を発生するインバータ２２と、ＰＷＭ波を
直流電圧に変換するＬＣフィルタ２４とを含んでいる。
増幅器１４は第１の電圧レベルに応答して第１の期間
に、第２の電圧レベルに応答して第２の期間に発生する
よりも高いコイル駆動電圧を発生する。増幅器１４は第
２の期間に、第１の期間よりも実質的に高い動作周波数
を有することが可能であり、フィルタ２４は、勾配コイ
ル１２がＭＲデータを収集するのに使用されている第２
の期間に、リップル成分を除去できる。
を発生するよう勾配コイルを駆動することのできる勾配
増幅器装置を提供する。 【解決手段】 勾配増幅器装置１０は、第１及び第２の
電圧レベルを供給する調節自在な母線１６と、切り換え
増幅器１４とを含んでいる。母線１６と増幅器１４との
間に結合されているスイッチ３０が、第１の期間に第１
の電圧を増幅器１４に印加し、第２の期間に第２の電圧
を増幅器１４に印加する。増幅器１４は、入力に応答し
てＰＷＭ電圧を発生するインバータ２２と、ＰＷＭ波を
直流電圧に変換するＬＣフィルタ２４とを含んでいる。
増幅器１４は第１の電圧レベルに応答して第１の期間
に、第２の電圧レベルに応答して第２の期間に発生する
よりも高いコイル駆動電圧を発生する。増幅器１４は第
２の期間に、第１の期間よりも実質的に高い動作周波数
を有することが可能であり、フィルタ２４は、勾配コイ
ル１２がＭＲデータを収集するのに使用されている第２
の期間に、リップル成分を除去できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】ここに開示すると共に特許を要求
する発明は、全般的には磁気共鳴（ＭＲ）作像システム
の勾配コイルを駆動する改良された増幅器に関する。更
に具体的に言えば、本発明は、特定の作像シーケンスに
要求されるように、敏速に変化する勾配磁界及び実質的
に一定の勾配磁界の両方を発生するよう勾配コイルを駆
動するように構成されている単一の切り換え増幅器に関
する。
する発明は、全般的には磁気共鳴（ＭＲ）作像システム
の勾配コイルを駆動する改良された増幅器に関する。更
に具体的に言えば、本発明は、特定の作像シーケンスに
要求されるように、敏速に変化する勾配磁界及び実質的
に一定の勾配磁界の両方を発生するよう勾配コイルを駆
動するように構成されている単一の切り換え増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】時間に対するＭＲ勾配コイルの磁界特性
は一般的に、非常に急な勾配の側面を有している台形形
状を成している。従って、コイルを駆動するために勾配
増幅器から供給される電流も、同じように台形形状の特
性を有していなければならない。台形の平坦な頂部の間
に、即ち、駆動電流が最大値で実質的に一定であるとき
に、勾配コイルが必要とする電圧（Ｉ* Ｒ）は、コイル
の銅巻線の抵抗値Ｒによって主に決定されている（Ｉ*
は、複素数電流である。）。しかしながら、台形の電流
特性のうちの傾斜部分又は勾配を有する部分の間に、電
流が定電流のレベルの間を急速に変化しているときに、
コイルの大きなインダクタンスＬによって、電流変化率
に比例する他の電圧（Ｌｄｉ／ｄｔ）が必要になる。Ｌ
ｄｉ／ｄｔ電圧は典型的には、Ｉ* Ｒ電圧の１０〜２０
倍である。このため、一般的には、勾配電流増幅器の設
計において妥協が必要になる。
は一般的に、非常に急な勾配の側面を有している台形形
状を成している。従って、コイルを駆動するために勾配
増幅器から供給される電流も、同じように台形形状の特
性を有していなければならない。台形の平坦な頂部の間
に、即ち、駆動電流が最大値で実質的に一定であるとき
に、勾配コイルが必要とする電圧（Ｉ* Ｒ）は、コイル
の銅巻線の抵抗値Ｒによって主に決定されている（Ｉ*
は、複素数電流である。）。しかしながら、台形の電流
特性のうちの傾斜部分又は勾配を有する部分の間に、電
流が定電流のレベルの間を急速に変化しているときに、
コイルの大きなインダクタンスＬによって、電流変化率
に比例する他の電圧（Ｌｄｉ／ｄｔ）が必要になる。Ｌ
ｄｉ／ｄｔ電圧は典型的には、Ｉ* Ｒ電圧の１０〜２０
倍である。このため、一般的には、勾配電流増幅器の設
計において妥協が必要になる。
【０００３】従来の１つの方式では、線形増幅器が使用
されている。このような増幅器は、遭遇する可能性のあ
る最大のＬｄｉ／ｄｔに対して寸法決めされており、そ
の結果、増幅器動作の平坦な頂部の間に起こる低いＩ*
Ｒ電圧のときでも、消費電力が非常に大きくなる。他の
方式では、スイッチ・モード又はパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）増幅器の名前でも知られている切り換え増幅器を用
いて、ＭＲ勾配コイルを駆動する。切り換え増幅器は一
般的に、インバータと、高周波フィルタとを含んでい
る。インバータは矩形電圧パルス列（トレイン）を発生
し、このパルス列は、勾配コイルと直列であるフィルタ
に印加される。フィルタは、コイルに印加される出力電
圧の高周波成分を除去し、このため、この出力電圧の主
な成分は直流である。ＭＲ勾配の用途では、速い電流変
化率、即ち、定電流レベルの間の電流の敏速な変化がで
きるようにするために、フィルタは比較的小さくなけれ
ばならない。しかしながら、速い電流変化を許容するの
に十分に小さなフィルタは、小さ過ぎて、平坦な頂部又
は定電流動作の間に、駆動電流からリップルを除去する
ことができなくなる傾向がある。リップルは、インバー
タによって発生された矩形波又はスイッチング周波数の
成分である。ＭＲデータは一般的に、勾配動作の平坦な
頂部の期間の間に収集されるので、リップルの擾乱は、
このような勾配動作の平坦な頂部の期間の間に望ましく
ない。更に、Ｌｄｉ／ｄｔ電圧に必要な母線電圧によっ
て、増幅器は小さいデューティ・サイクルで動作してい
るのに、平坦な頂部の間に大きなスイッチング損失が生
ずる。
されている。このような増幅器は、遭遇する可能性のあ
る最大のＬｄｉ／ｄｔに対して寸法決めされており、そ
の結果、増幅器動作の平坦な頂部の間に起こる低いＩ*
Ｒ電圧のときでも、消費電力が非常に大きくなる。他の
方式では、スイッチ・モード又はパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）増幅器の名前でも知られている切り換え増幅器を用
いて、ＭＲ勾配コイルを駆動する。切り換え増幅器は一
般的に、インバータと、高周波フィルタとを含んでい
る。インバータは矩形電圧パルス列（トレイン）を発生
し、このパルス列は、勾配コイルと直列であるフィルタ
に印加される。フィルタは、コイルに印加される出力電
圧の高周波成分を除去し、このため、この出力電圧の主
な成分は直流である。ＭＲ勾配の用途では、速い電流変
化率、即ち、定電流レベルの間の電流の敏速な変化がで
きるようにするために、フィルタは比較的小さくなけれ
ばならない。しかしながら、速い電流変化を許容するの
に十分に小さなフィルタは、小さ過ぎて、平坦な頂部又
は定電流動作の間に、駆動電流からリップルを除去する
ことができなくなる傾向がある。リップルは、インバー
タによって発生された矩形波又はスイッチング周波数の
成分である。ＭＲデータは一般的に、勾配動作の平坦な
頂部の期間の間に収集されるので、リップルの擾乱は、
このような勾配動作の平坦な頂部の期間の間に望ましく
ない。更に、Ｌｄｉ／ｄｔ電圧に必要な母線電圧によっ
て、増幅器は小さいデューティ・サイクルで動作してい
るのに、平坦な頂部の間に大きなスイッチング損失が生
ずる。
【０００４】勾配増幅器の性能を改善する他の方式は、
２つの別々の増幅器、即ち、１つはＩ* Ｒ電圧に対して
最適化された増幅器と、もう１つはＬｄｉ／ｄｔ電圧に
対する増幅器とを有しているシステムを用いることであ
る。例えば、良好な高忠実度を有する線形増幅器を勾配
動作の平坦な頂部の期間の間に使用し、電流変化期間又
は傾斜部に対して切り換え増幅器を使用することができ
る。しかしながら、この方式は余分な部品を必要とし、
そのために、コストが高くなると共に、信頼性が低下す
る傾向がある。
２つの別々の増幅器、即ち、１つはＩ* Ｒ電圧に対して
最適化された増幅器と、もう１つはＬｄｉ／ｄｔ電圧に
対する増幅器とを有しているシステムを用いることであ
る。例えば、良好な高忠実度を有する線形増幅器を勾配
動作の平坦な頂部の期間の間に使用し、電流変化期間又
は傾斜部に対して切り換え増幅器を使用することができ
る。しかしながら、この方式は余分な部品を必要とし、
そのために、コストが高くなると共に、信頼性が低下す
る傾向がある。
【０００５】
【発明の要約】ＭＲシステムの勾配コイルを駆動する装
置を提供する。勾配コイルは、第１の期間の間に、急速
に変化する勾配磁界を発生すると共に、その後の第２の
期間の間には、実質的に一定の磁界を発生することが要
求される。この装置は、コイルに印加されるコイル駆動
電圧を発生する増幅器手段と、選択的に異なる振幅を有
する第１及び第２の電圧をそれぞれ発生する第１及び第
２の電圧源とを含んでいる。電圧源と増幅器手段との間
にスイッチが結合されており、スイッチは、第１の期間
の間には第１の電圧を増幅器手段に印加し、第２の期間
の間には第２の電圧を増幅器手段に印加する。増幅器手
段は、第１の電圧に応答をして、第２の電圧に応答する
ときとは選択的に異なるコイル駆動電圧を発生する。
置を提供する。勾配コイルは、第１の期間の間に、急速
に変化する勾配磁界を発生すると共に、その後の第２の
期間の間には、実質的に一定の磁界を発生することが要
求される。この装置は、コイルに印加されるコイル駆動
電圧を発生する増幅器手段と、選択的に異なる振幅を有
する第１及び第２の電圧をそれぞれ発生する第１及び第
２の電圧源とを含んでいる。電圧源と増幅器手段との間
にスイッチが結合されており、スイッチは、第１の期間
の間には第１の電圧を増幅器手段に印加し、第２の期間
の間には第２の電圧を増幅器手段に印加する。増幅器手
段は、第１の電圧に応答をして、第２の電圧に応答する
ときとは選択的に異なるコイル駆動電圧を発生する。
【０００６】好ましい実施例では、増幅器手段は、ＰＷ
Ｍ電圧を発生するインバータと、ＰＷＭ波を支配的に直
流の電圧に変換するＬＣフィルタとを含んでいる。第１
の電圧は、１０倍程度高いというように、第２の電圧よ
りも実質的に高いことが好ましい。動作周波数は第２の
期間の間に、第１の期間の間よりも、４〜５倍程度高く
することができる。この代わりに、両方の期間の間に、
周波数が同じであってもよい。
Ｍ電圧を発生するインバータと、ＰＷＭ波を支配的に直
流の電圧に変換するＬＣフィルタとを含んでいる。第１
の電圧は、１０倍程度高いというように、第２の電圧よ
りも実質的に高いことが好ましい。動作周波数は第２の
期間の間に、第１の期間の間よりも、４〜５倍程度高く
することができる。この代わりに、両方の期間の間に、
周波数が同じであってもよい。
【０００７】
【発明の目的】本発明の目的は、コイルの異なる動作段
階の間に、ＭＲ勾配コイルを駆動する際に使用する単一
の切り換え増幅器を提供することにある。他の目的は、
上に述べた形式の増幅器であって、電流が急速に変化す
るとき、及び電流が最大レベルのように一定に保たれて
いるときの両方の変化期間の間に、一層最適な結果が得
られるようにする増幅器を提供することにある。
階の間に、ＭＲ勾配コイルを駆動する際に使用する単一
の切り換え増幅器を提供することにある。他の目的は、
上に述べた形式の増幅器であって、電流が急速に変化す
るとき、及び電流が最大レベルのように一定に保たれて
いるときの両方の変化期間の間に、一層最適な結果が得
られるようにする増幅器を提供することにある。
【０００８】他の目的は、上に述べた形式の増幅器であ
って、インバータに対する入力として印加される直流母
線電圧を調節して、この電圧が、勾配コイル動作の間に
負荷が変化するときに、勾配コイル負荷によって要求さ
れる最小レベルに設定されるようにすることにより、こ
のような結果を達成する増幅器を提供することにある。
って、インバータに対する入力として印加される直流母
線電圧を調節して、この電圧が、勾配コイル動作の間に
負荷が変化するときに、勾配コイル負荷によって要求さ
れる最小レベルに設定されるようにすることにより、こ
のような結果を達成する増幅器を提供することにある。
【０００９】本発明の上述した及びその他の目的は、以
下図面について詳しく説明するところから更によく明ら
かになろう。
下図面について詳しく説明するところから更によく明ら
かになろう。
【００１０】
【実施例】図１には、ＭＲ作像システム（図面に示して
いない）に対し、インダクタンスＬc と、抵抗Ｒc とを
有しているＭＲ勾配コイル１２を駆動する増幅器装置１
０が示されている。増幅器装置１０は全般的に、切り換
え増幅器１４と、２つの直流電圧源１８及び２０を有し
ている２レベル母線のような調節自在な母線１６とを含
んでいる。電圧源１８は１０００ボルトの電圧を発生
し、電圧源２０は１００ボルトの電圧を発生することが
有用である。切り換え増幅器１４は、インバータ２２
と、ＬＣフィルタ２４とを含んでおり、このフィルタ
は、包括的なインダクタンスＬf を有している１つ又は
更に多くの誘導子２６と、包括的な静電容量Ｃf を有し
ている１つ又は更に多くのキャパシタ２８とを含んでい
る。更に図１には、母線１６内に配置されているスイッ
チ３０が示されている。スイッチ３０は、１０００ボル
トの電圧源１８又は１００ボルトの電圧源２０のいずれ
かをインバータ２２の入力端子２２ａに選択的に結合す
るように作用し得る。
いない）に対し、インダクタンスＬc と、抵抗Ｒc とを
有しているＭＲ勾配コイル１２を駆動する増幅器装置１
０が示されている。増幅器装置１０は全般的に、切り換
え増幅器１４と、２つの直流電圧源１８及び２０を有し
ている２レベル母線のような調節自在な母線１６とを含
んでいる。電圧源１８は１０００ボルトの電圧を発生
し、電圧源２０は１００ボルトの電圧を発生することが
有用である。切り換え増幅器１４は、インバータ２２
と、ＬＣフィルタ２４とを含んでおり、このフィルタ
は、包括的なインダクタンスＬf を有している１つ又は
更に多くの誘導子２６と、包括的な静電容量Ｃf を有し
ている１つ又は更に多くのキャパシタ２８とを含んでい
る。更に図１には、母線１６内に配置されているスイッ
チ３０が示されている。スイッチ３０は、１０００ボル
トの電圧源１８又は１００ボルトの電圧源２０のいずれ
かをインバータ２２の入力端子２２ａに選択的に結合す
るように作用し得る。
【００１１】前に述べたように、インバータ２２はＰＷ
Ｍ装置を含んでおり、ＰＷＭ装置は、入力電圧を受け取
って、入力電圧に応答して矩形波出力電圧を発生する。
それぞれのパルスの幅は必要に応じて可変である。更
に、矩形波の振幅は入力電圧の振幅に正比例する。従っ
て、インバータ２２の所与の増幅率に対し、電圧源１８
がそれに印加されたときのインバータの出力の振幅は、
電圧源２０が印加されたときの出力の振幅よりも１０倍
大きくなる。簡単のため、インバータ２２は１の増幅率
を有しているものとし、このため、スイッチ３０の選択
的な作動によって、電圧源１８又は電圧源２０がインバ
ータに結合されたときのそれぞれの出力は、１０００ボ
ルト又は１００ボルトである。スイッチ３０は、ＭＲシ
ステムの制御装置（図面に示していない）からそれに対
して結合されたスイッチ制御信号Ｓ 1 によって駆動され
得る。
Ｍ装置を含んでおり、ＰＷＭ装置は、入力電圧を受け取
って、入力電圧に応答して矩形波出力電圧を発生する。
それぞれのパルスの幅は必要に応じて可変である。更
に、矩形波の振幅は入力電圧の振幅に正比例する。従っ
て、インバータ２２の所与の増幅率に対し、電圧源１８
がそれに印加されたときのインバータの出力の振幅は、
電圧源２０が印加されたときの出力の振幅よりも１０倍
大きくなる。簡単のため、インバータ２２は１の増幅率
を有しているものとし、このため、スイッチ３０の選択
的な作動によって、電圧源１８又は電圧源２０がインバ
ータに結合されたときのそれぞれの出力は、１０００ボ
ルト又は１００ボルトである。スイッチ３０は、ＭＲシ
ステムの制御装置（図面に示していない）からそれに対
して結合されたスイッチ制御信号Ｓ 1 によって駆動され
得る。
【００１２】公知のように、後で図３に関連して説明す
る形式のＨ字型ブリッジ・インバータでは、発振器又は
同様なインバータ制御装置３２からの信号Ｓpwm によっ
て駆動されるスイッチを含んでいる２つの枝路がある。
２つの枝路から供給されるそれぞれのパルスの間の位相
関係を選択的に調節することにより、ＬＣフィルタ２６
から供給されるフィルタにかけた後の出力電圧の極性
は、必要に応じて正又は負になる。更に、矩形波インバ
ータの周波数は、制御装置３２のクロック信号の周波数
を調節することにより、変化させることができる。
る形式のＨ字型ブリッジ・インバータでは、発振器又は
同様なインバータ制御装置３２からの信号Ｓpwm によっ
て駆動されるスイッチを含んでいる２つの枝路がある。
２つの枝路から供給されるそれぞれのパルスの間の位相
関係を選択的に調節することにより、ＬＣフィルタ２６
から供給されるフィルタにかけた後の出力電圧の極性
は、必要に応じて正又は負になる。更に、矩形波インバ
ータの周波数は、制御装置３２のクロック信号の周波数
を調節することにより、変化させることができる。
【００１３】ＬＣフィルタ２４は矩形波インバータ出力
電圧を受け取り、それを処理して、勾配コイル１２の両
端に直流電圧Ｖを印加し、コイルを電流Ｉc で駆動す
る。フィルタ２４は、矩形波の振幅に等しい振幅を有す
る出力を発生するように設計されていることが有用であ
り、このため、電圧Ｖc は、スイッチ３０の動作によっ
て決定される通りに、１０００ボルト又は１００ボルト
である。
電圧を受け取り、それを処理して、勾配コイル１２の両
端に直流電圧Ｖを印加し、コイルを電流Ｉc で駆動す
る。フィルタ２４は、矩形波の振幅に等しい振幅を有す
る出力を発生するように設計されていることが有用であ
り、このため、電圧Ｖc は、スイッチ３０の動作によっ
て決定される通りに、１０００ボルト又は１００ボルト
である。
【００１４】図２には、勾配磁界を発生するように駆動
コイルを駆動するのに必要な電流Ｉ c が示されている。
時刻Ｔ0 より前にはＩc はゼロである。このとき、Ｉc
はゼロから時刻Ｔ1 の２００アンペアまで急速に（例え
ば、数１００マイクロ秒以内に）増加しなければならな
い。その後、Ｉc は時刻Ｔ2 まで２００アンペアに一定
に止まり、時刻Ｔ2 に、急速に時刻Ｔ3 における−２０
０アンペアまで（例えば、数１００マイクロ秒以内に）
減少する。その後、電流Ｉc は−２００アンペアのレベ
ルに時刻Ｔ4 まで一定に止まり、時刻Ｔ4 に時刻Ｔ5 の
ゼロまで増加する。
コイルを駆動するのに必要な電流Ｉ c が示されている。
時刻Ｔ0 より前にはＩc はゼロである。このとき、Ｉc
はゼロから時刻Ｔ1 の２００アンペアまで急速に（例え
ば、数１００マイクロ秒以内に）増加しなければならな
い。その後、Ｉc は時刻Ｔ2 まで２００アンペアに一定
に止まり、時刻Ｔ2 に、急速に時刻Ｔ3 における−２０
０アンペアまで（例えば、数１００マイクロ秒以内に）
減少する。その後、電流Ｉc は−２００アンペアのレベ
ルに時刻Ｔ4 まで一定に止まり、時刻Ｔ4 に時刻Ｔ5 の
ゼロまで増加する。
【００１５】図２は更に、この図面に示した電流特性Ｉ
c を達成するのに必要な電圧Ｖc を示している。即ち、
時刻Ｔ0 に、スイッチ３０の作動により、電圧Ｖc が＋
１０００ボルトになるように選択される。この電圧は、
急速に増加する電流に対するＬｄｉ／ｄｔ項によって定
められる高電圧条件を満たす。その後、Ｔ1 とＴ2 との
間に、やはりスイッチ３０の作動により、Ｖc は＋１０
０ボルトに設定される。この低い電圧は、一定のコイル
電流に対する前に述べた減少したコイル電圧の条件を満
たす。Ｔ2 とＴ3 との間に、前に述べたように、インバ
ータの２つの枝路の間の位相関係が変化する。そのた
め、電流Ｉc の急速な減少を達成するために、−１００
０ボルトの大きな負の電圧がコイルに印加される。Ｔ3
とＴ4 との間に、Ｖc は−１００ボルトに設定され、Ｔ
4 とＴ5 との間に、１０００ボルトに設定される。
c を達成するのに必要な電圧Ｖc を示している。即ち、
時刻Ｔ0 に、スイッチ３０の作動により、電圧Ｖc が＋
１０００ボルトになるように選択される。この電圧は、
急速に増加する電流に対するＬｄｉ／ｄｔ項によって定
められる高電圧条件を満たす。その後、Ｔ1 とＴ2 との
間に、やはりスイッチ３０の作動により、Ｖc は＋１０
０ボルトに設定される。この低い電圧は、一定のコイル
電流に対する前に述べた減少したコイル電圧の条件を満
たす。Ｔ2 とＴ3 との間に、前に述べたように、インバ
ータの２つの枝路の間の位相関係が変化する。そのた
め、電流Ｉc の急速な減少を達成するために、−１００
０ボルトの大きな負の電圧がコイルに印加される。Ｔ3
とＴ4 との間に、Ｖc は−１００ボルトに設定され、Ｔ
4 とＴ5 との間に、１０００ボルトに設定される。
【００１６】切り換え増幅器１４の１００ボルトの動作
モードの間に、フィルタ２４は、１０００ボルトの動作
期間の間よりもずっと低い損失レベルで動作する。イン
バータ２２を１０００ボルトで１０ｋＨｚ程度の矩形波
を発生するように作動させ、１００ボルトで５０ｋＨｚ
程度の矩形波を発生するように作動させる場合、一層低
い電圧で動作するときの損失は、一層高い１０００ボル
トの動作レベルの場合よりも依然として小さいことがわ
かった。同時に、所与の寸法のフィルタ部品に対して、
直流出力からリップルを減少させる点で、フィルタ２４
は、周波数が高くなるにつれて、次第に効果的になる。
このことが、電流Ｉc のリップル成分Ｒ t 及びＲa を示
す図２に示されている。Ｒt は、Ｖc が１０００ボル
ト、１０ｋＨｚ矩形波のフィルタ出力であるときのＴ0
とＴ1 との間の変化中の成分であり、Ｒa は、Ｖc が１
００ボルト、５０ｋＨｚ矩形波のフィルタ出力であると
きの、Ｔ1 とＴ2 との間の定電流期間又は平坦な頂部の
期間の間の成分である。図２は、リップル成分Ｒa が成
分Ｒt よりも実質的に小さいことを示している。このた
め、前に述べた２種電圧−２種周波数モードでインバー
タ２２を作動させることにより、データを収集する定電
流期間の間の電流リップルを最小限に押さえながら、電
圧Ｖc は電流のＬc 変化に対する高電圧条件を満たすの
に十分である。
モードの間に、フィルタ２４は、１０００ボルトの動作
期間の間よりもずっと低い損失レベルで動作する。イン
バータ２２を１０００ボルトで１０ｋＨｚ程度の矩形波
を発生するように作動させ、１００ボルトで５０ｋＨｚ
程度の矩形波を発生するように作動させる場合、一層低
い電圧で動作するときの損失は、一層高い１０００ボル
トの動作レベルの場合よりも依然として小さいことがわ
かった。同時に、所与の寸法のフィルタ部品に対して、
直流出力からリップルを減少させる点で、フィルタ２４
は、周波数が高くなるにつれて、次第に効果的になる。
このことが、電流Ｉc のリップル成分Ｒ t 及びＲa を示
す図２に示されている。Ｒt は、Ｖc が１０００ボル
ト、１０ｋＨｚ矩形波のフィルタ出力であるときのＴ0
とＴ1 との間の変化中の成分であり、Ｒa は、Ｖc が１
００ボルト、５０ｋＨｚ矩形波のフィルタ出力であると
きの、Ｔ1 とＴ2 との間の定電流期間又は平坦な頂部の
期間の間の成分である。図２は、リップル成分Ｒa が成
分Ｒt よりも実質的に小さいことを示している。このた
め、前に述べた２種電圧−２種周波数モードでインバー
タ２２を作動させることにより、データを収集する定電
流期間の間の電流リップルを最小限に押さえながら、電
圧Ｖc は電流のＬc 変化に対する高電圧条件を満たすの
に十分である。
【００１７】図３には、インバータ２２として有用な完
全ブリッジ単相インバータ（Ｈ字型ブリッジ）３６が示
されている。ブリッジ・インバータ３６は、絶縁ゲート
・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）・スイッチ、
又はこの分野でＭＯＳＦＥＴとして知られているその他
の半導体素子、ダーリントンＭＣＴ、ＧＴＯ及びバイポ
ーラ・トランジスタのようなスイッチ３８及び４０を含
んでいる。スイッチ３８及び４０は、インバータ制御装
置３２のクロック（図面に示していない）によって決定
された速度で駆動されて、前に述べた２種の周波数電
圧、即ち、１０００ボルトの矩形波出力電圧に対する１
０ｋＨｚ及び１００ボルトの出力電圧に対する５０ｋＨ
ｚを発生する。Ｈ字型ブリッジの枝路３８及び４０の出
力は、２３マイクロヘンリ程度の誘導子４４及び４６
と、１マイクロファラド程度のキャパシタ４８とを含ん
でいるＬＣフィルタを介して、勾配コイル１２を駆動す
る。キャパシタと、誘導子とは、図３に示すように、相
互に及びブリッジ型インバータ３６に接続されている。
全ブリッジ単相インバータ（Ｈ字型ブリッジ）３６が示
されている。ブリッジ・インバータ３６は、絶縁ゲート
・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）・スイッチ、
又はこの分野でＭＯＳＦＥＴとして知られているその他
の半導体素子、ダーリントンＭＣＴ、ＧＴＯ及びバイポ
ーラ・トランジスタのようなスイッチ３８及び４０を含
んでいる。スイッチ３８及び４０は、インバータ制御装
置３２のクロック（図面に示していない）によって決定
された速度で駆動されて、前に述べた２種の周波数電
圧、即ち、１０００ボルトの矩形波出力電圧に対する１
０ｋＨｚ及び１００ボルトの出力電圧に対する５０ｋＨ
ｚを発生する。Ｈ字型ブリッジの枝路３８及び４０の出
力は、２３マイクロヘンリ程度の誘導子４４及び４６
と、１マイクロファラド程度のキャパシタ４８とを含ん
でいるＬＣフィルタを介して、勾配コイル１２を駆動す
る。キャパシタと、誘導子とは、図３に示すように、相
互に及びブリッジ型インバータ３６に接続されている。
【００１８】図４には、本発明の変形が示されている。
２つの増幅器５０及び５２が１つの勾配コイル１２に接
続されており、その動作に必要な正及び負の電圧をそれ
ぞれ供給する。両方の増幅器５０及び５２は、前に図１
について説明した増幅器装置１０と同一又は同様であ
る。増幅器５０及び５２に対するそれぞれのインバータ
は、図面に示していないが、インバータ２２と同様又は
同一であってもよく、それぞれの出力電圧が相加わるよ
うに結合されている。両方の増幅器は、信号Ｓpw m によ
って制御される。この信号は、勾配コイル１２に印加さ
れる電圧Ｖc が、必要に応じて、それぞれ正又は負にな
るように選択されている。２つのコイル駆動増幅器５０
及び５２を使用すると、勾配コイル１２の容量結合され
た大地電流が釣り合う。
２つの増幅器５０及び５２が１つの勾配コイル１２に接
続されており、その動作に必要な正及び負の電圧をそれ
ぞれ供給する。両方の増幅器５０及び５２は、前に図１
について説明した増幅器装置１０と同一又は同様であ
る。増幅器５０及び５２に対するそれぞれのインバータ
は、図面に示していないが、インバータ２２と同様又は
同一であってもよく、それぞれの出力電圧が相加わるよ
うに結合されている。両方の増幅器は、信号Ｓpw m によ
って制御される。この信号は、勾配コイル１２に印加さ
れる電圧Ｖc が、必要に応じて、それぞれ正又は負にな
るように選択されている。２つのコイル駆動増幅器５０
及び５２を使用すると、勾配コイル１２の容量結合され
た大地電流が釣り合う。
【００１９】本発明の他の変形では、調節自在な電圧母
線１６は、ある電圧範囲内の任意の電圧に連続的に調節
することができ、この連続的な調節は実時間で行われ
る。この調節は、制御信号Ｓpwm に応答してスイッチ３
０を選択的に作動させることにより、又は１つ若しくは
更に多くの電圧源１８及び２０の調節を通じて行われ
る。このため、電圧Ｖc は、台形波形以外の特性又は波
形に従って勾配コイル１２を駆動することができる。
線１６は、ある電圧範囲内の任意の電圧に連続的に調節
することができ、この連続的な調節は実時間で行われ
る。この調節は、制御信号Ｓpwm に応答してスイッチ３
０を選択的に作動させることにより、又は１つ若しくは
更に多くの電圧源１８及び２０の調節を通じて行われ
る。このため、電圧Ｖc は、台形波形以外の特性又は波
形に従って勾配コイル１２を駆動することができる。
【００２０】以上の説明から、本発明のこの他の多くの
改変及び変更が考えられることは言うまでもない。従っ
て、ここに説明した発明の範囲内で、本発明は、ここに
具体的に説明した以外の形で実施し得ることを承知され
たい。
改変及び変更が考えられることは言うまでもない。従っ
て、ここに説明した発明の範囲内で、本発明は、ここに
具体的に説明した以外の形で実施し得ることを承知され
たい。
【図１】本発明の一実施例を簡略な形で示すブロック図
である。
である。
【図２】図１の実施例の電圧波形及び電流波形を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図３】図１の実施例に使用されているインバータの回
路図である。
路図である。
【図４】図１に示す実施例の変形を示すブロック図であ
る。
る。
【符号の説明】 １０ 増幅器装置 １２ 勾配コイル １４ 切り換え増幅器 １６ 調節自在な母線 １８、２０ 直流電圧源 ２２ インバータ ２４ ＬＣフィルタ ２６ 誘導子 ２８ キャパシタ ３０ スイッチ ３２ インバータ制御装置
Claims (9)
- 【請求項１】 勾配コイルを有しているＭＲシステムに
おいて、第１及び第２の期間の間に前記コイルを駆動す
る勾配増幅器装置であって、 入力電圧を受け取り、該入力電圧に対応する出力電圧を
発生する増幅器手段であって、前記出力電圧は、前記コ
イルに対して駆動電圧として結合されている、増幅器手
段と、 少なくとも第１及び第２の電圧レベルを発生する調節自
在な電圧母線と、 前記第１及び第２の期間の間に前記第１及び第２の電圧
レベルを前記増幅器手段に対する前記入力電圧としてそ
れぞれ印加するスイッチ手段であって、前記増幅器手段
は、これに応答して、前記第１の期間の間に、前記第２
の期間の間とは選択的に異なる出力電圧を発生してい
る、スイッチ手段とを備えた勾配増幅器装置。 - 【請求項２】 前記増幅器手段は、 前記入力電圧の振幅により決定される振幅を有している
ＰＷＭ波電圧を発生するインバータと、 前記ＰＷＭ波電圧をフィルタ作用にかけて、前記コイル
を駆動する直流電圧を発生する手段とを含んでいる請求
項１に記載の勾配増幅器装置。 - 【請求項３】 前記増幅器手段は、調節自在な動作周波
数を有しており、 前記増幅器手段は、前記動作周波数が前記第１の期間の
間よりも前記第２の期間の間に選択的に一層高くなるよ
うに該動作周波数を調節する信号に応答している請求項
２に記載の勾配増幅器装置。 - 【請求項４】 前記装置は、前記インバータにパルス幅
変調信号を印加して、前記パルス幅を選択的に変化させ
ると共に、こうして直流コイルを駆動する電圧の極性及
び大きさを選択する手段を含んでいる請求項２に記載の
勾配増幅器装置。 - 【請求項５】 前記第１の電圧レベルは、前記第２の電
圧レベルの１０倍程度であり、前記第２の期間の間の前
記周波数は、前記第１の期間の間の前記周波数の５倍程
度である請求項２に記載の勾配増幅器装置。 - 【請求項６】 前記装置は、前記コイルの各々の側に結
合されている前記増幅器手段のうちの１つの増幅器手段
と、前記電圧母線のうちの１つの電圧母線と、前記スイ
ッチ手段のうちの１つのスイッチ手段とを含んでいる請
求項１に記載の勾配増幅器装置。 - 【請求項７】 前記電圧母線は、ある電圧範囲内の任意
の電圧に連続的に調節自在である請求項１に記載の勾配
増幅器装置。 - 【請求項８】 前記電圧母線は、実時間で調節自在であ
る請求項７に記載の勾配増幅器装置。 - 【請求項９】 前記増幅器手段は、前記第１及び第２の
期間の間に実質的に一定である動作周波数を有している
請求項２に記載の勾配増幅器手段。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/581,282 US5663647A (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Switching gradient amplifier with adjustable DC bus voltage |
| US08/581282 | 1995-12-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09276251A true JPH09276251A (ja) | 1997-10-28 |
| JP3721236B2 JP3721236B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=24324572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34918996A Expired - Fee Related JP3721236B2 (ja) | 1995-12-29 | 1996-12-27 | 勾配増幅器装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5663647A (ja) |
| JP (1) | JP3721236B2 (ja) |
| DE (1) | DE19653112B4 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012507329A (ja) * | 2008-11-05 | 2012-03-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 直流電力を供給するように適応された電源ユニットを有する磁気共鳴撮像システム |
| JP2012213618A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | General Electric Co <Ge> | 傾斜増幅器システム |
| JP2015517864A (ja) * | 2012-05-30 | 2015-06-25 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 磁気共鳴勾配コイルに電力を供給する周波数の切り換えにより制御されるスイッチング電源ユニット |
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| CN103078510B (zh) | 2011-10-25 | 2015-11-25 | 通用电气公司 | 谐振电源、磁共振成像系统及控制方法 |
| CN103078515A (zh) | 2011-10-25 | 2013-05-01 | 通用电气公司 | 谐振电源、变换器控制器、磁共振成像系统及控制方法 |
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- 1996-12-27 JP JP34918996A patent/JP3721236B2/ja not_active Expired - Fee Related
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