KR20140082786A

KR20140082786A - 2-채널 자기 공명 단층촬영 시스템

Info

Publication number: KR20140082786A
Application number: KR1020147012306A
Authority: KR
Inventors: 치-청 첸; 클라우스 후베르; 요하네스 라인슈케; 클라우스 자이센베르거; 마르쿠스 베스터; 크리스티안 뷘쉬
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-07-02
Also published as: CN103959083B; KR101921997B1; DE102011084072B4; DE102011084072A1; JP2014528296A; US9784811B2; US20150028870A1; CN103959083A; JP6104253B2; WO2013050223A1

Abstract

본 발명에 따르면, 2-채널 자기 공명 단층촬영 시스템에는 플렉시블하고 효율적인 방식으로 MRT 시스템의 상이한 부하 상황들을 고려할 수 있기 위해 증폭 시스템에 대한 조정 회로가 제공된다. 따라서, MRT 시스템이 유휴 상태 측정에 의해 사전에 각각의 부하 상황에 대해 설정되는 경우에 MRT 측정들을 크게 개선시킬 수 있다. 적응이 MRT 측정 동안 또한 선택적으로 수행될 수 있다. 따라서, 다수의 완전히 상이한 부하 상황들은 조정 회로에 의해 최적화된 방식으로 고려될 수 있다.

Description

2-채널 자기 공명 단층촬영 시스템{TWO-CHANNEL MAGNETIC RESONANCE TOMOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은 2-채널 자기 공명 이미징 시스템에 대한 증폭 시스템을 설정하는 방법 및 2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치에 관한 것이다.

자기 공명 이미징(MRI)은 신체의 조직들 및 기관들의 구조 및 기능을 나타내는 의료 진단에서 주로 사용되는 이미징 방법이다. 이는 핵 스핀 공명의 원리들에 물리적으로 기초하고, 따라서, 핵 스핀 단층촬영으로서 또한 지칭된다. 일반적인 상세사항들이 예를 들어, http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetresonanztomographie에서 발견될 수 있다.

MRI는 기관들 및 다수의 병리학적 기관 변화들의 평가를 허용하는 인간(또는 동물) 신체의 슬라이스 이미지들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 자기 공명 이미징은 신체내에서 특정한 원자핵들(일반적으로, 수소 핵들/양성자들)을 공명하여 여기시키는 무선 주파수 범위에서 강한 자기장들 및 교호 전자기장들에 기초한다. 부담이 되는 X-선 방사선 또는 다른 이온화 방사선이 디바이스에서 생성되거나 사용되지 않는다. 조직의 상이한 타입들의 상이한 이완 횟수가 이미지 콘트라스트에 대한 본질적인 기초이다. 또한, 상이한 조직들(근육, 뼈)에서 수소 원자들의 상이한 함유량이 이미지 콘트라스트(contrast)에 또한 기여한다.

본원에서 제안된 접근방식은 특히, MRI에서 사용되는 것과 같은 무선 주파수 전력 증폭기 시스템(RFPA 시스템으로서 또한 지칭됨)에 대한 전압 제어 또는 전압 제어용 디바이스에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 MRI 기술을 향상시키고, 이 MRI 기술을 특히, 상이한 부하 상황들(환자들, 기관들, 위치들)에 대해 플렉시블하게(flexibly) 최적화하는 것이다.

이러한 목적은 독립항의 특징들에 따라 달성된다. 바람직한 실시예들은 특히, 종속항들로부터 추측될 수 있다.

이 목적을 달성하기 위해, 2-채널 자기 공명 이미징 시스템에 대한 증폭 시스템을 설정하는 방법이 특정되고,

― 이 증폭 시스템은 부하 상황에 의존하여 제어 회로에 의해 적응된다.

그 결과, RF 여기 신호가 안정화될 수 있고 상이한 부하 상황들에 대한 플렉시블 최적화가 달성될 수 있다.

바람직하게는, 증폭 시스템은 자기 공명 이미징 시스템의 각 채널에 대한 전용 증폭기를 포함한다.

본원에 제안된 접근방식은 2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 각각의 부하 상황에 대해 구체적으로 교정하는 것을 가능하게 하여, 부하 상황에 알맞은 세팅을 사용하게 하는 것이다. 이것은 측정 결과들에서 상당한 개선을 초래하고, 또한 사용될 수 있는 가능한 바디 코일들에 관하여 2-채널 자기 공명 이미징 시스템의 플렉시빌리티(flexibility)를 증가시킨다.

따라서, 전체적으로 상이한 부하 상황들에 관해서도, 특정한 미리 정의된 조건들(미리 정의된 최대의 정확하거나 적합한 증폭을 따르면서 고속 안정 시간)을 충족시키는 것이 또한 가능하다.

일 개발에서, 제어 회로는 특히, 증폭 시스템의 입력에 대한 증폭 시스템의 출력 신호의 피드백(feedback)을 갖는다.

피드백은 제어 회로의 피드포워드 브랜치(feedforward branch)에서 제어기들(제어 엘리먼트들)을 설정하는데 사용될 수 있다.

다른 개발에서, 출력 신호의 지연이 피드백 동안 수행된다.

특히, 지연 엘리먼트가 이러한 목적을 위해 제공될 수 있다.

특히, 일 개발에서, 증폭 시스템의 도움으로, 부하 상황이 결정되고, 2-채널 자기 공명 이미징 시스템의 적어도 하나의 제어기가 그 부하 상황에 의존하여 설정된다.

특히, 부하 상황의 타입 또는 부하 상황의 적어도 하나의 파라미터는 측정, 예를 들어, 개방 루프 측정(폐쇄 루프 제어가 없는 측정)의 도움으로 결정(예를 들어 추정)될 수 있다.

더욱이, 일 개발에서, 적어도 하나의 제어기는 증폭 시스템의 적합한(특히, 최대의 또는 정확한) 증폭을 설정하는 부하-의존 피드포워드 제어기를 포함한다.

증폭 시스템의 증폭은 부하-의존 피드포워드 제어기에 의해 설정되거나 제어될 수 있다. 이것은 특히, 미리 정의된 최대의 증폭이 초과되지 않는다는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다.

또한, 일 개발에서, 적어도 하나의 제어기는 4개의 SISO PI 제어기들을 갖는 다른 부하-의존 제어기를 포함한다.

특히, 2개의 부하-의존 제어기들은 서로 병렬로 접속된다. 4개의 SISO PI 제어기들(2-채널 자기 공명 이미징 시스템의 각 채널에 대한 2개의 제어기들)의 도움으로 달성될 수 있는 것은, 안정 시간이 가속되어서 MRI 기록의 지연이 개선된다는 것이다.

추가의 개발의 맥락에서, 신호들은 증폭 시스템의 업스트림(upstream)에서 디커플링(decouple)된다.

특히, 디커플링 컴포넌트가 증폭 시스템의 업스트림에 접속될 수 있다. 예로서, 디커플링 컴포넌트의 도움으로, 신호의 정적 부분이 감소되거나 억제되고 그리고/또는 값들이 미리 정의된 범위로 스케일링(scale) 된다는 것이 보장된다.

다음의 개발에서, 부하 상황은 하기의 파라미터들 중 적어도 하나에 기초하여 결정된다:

― 환자의 사이즈;

― 환자의 체중;

― 검사될 영역 또는 기관;

― 검사 테이블의 위치;

― MRI 측정을 수행하는 바디 코일의 위치; 및

― 검사 테이블에 관한 환자의 위치.

일 구성에서, 증폭 시스템의 설정은 개방 루프 측정 동안 수행된다.

개방 루프 측정(개방 루프 동작으로 또한 지칭됨)은 바람직하게는, 증폭 시스템 또는 제어 회로를 설정하는 역할을 하는 측정에 관한 것이다. 이것은 예를 들어, 환자가 MRI 시스템에서 미리 정의된 위치를 점유하고 있고 측정들이 긴급 측정을 위해 최적화된 방식으로 MRI 시스템을 설정하기 위해 실제 MRI 검사들 이전에 수행되는 방식으로 부하 상황에 의존하여 실시될 수 있다.

대안의 실시예에서, 환자의 MRI 측정은 개방 루프 측정 이후에 수행된다.

다음의 구성에서, 제어 회로는 MRI 측정 동안 적응된다.

MRI 측정들 동안에도, 제어 회로는 적응될 수 있어서, 획득된 측정들의 품질이 개선될 수 있다.

더욱이, 일 구성에서, 부하 상황은 개방 루프 측정에 의해 결정된다.

부하 상황은 개방 루프 측정 동안 결정되는 파라미터들에 의존하여 (부수적으로) 또한 결정될 수 있다. 다시 말해, 개방 루프 측정 동안 결정되는 파라미터들이, 부하 상황을 결정하여, 그 부하 상황에 의존하여, 제어 회로 또는 제어 회로를 통해 증폭 시스템을 적응시키기 위해 또한 사용될 수 있다.

상기 언급한 목적은 2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치에 의해 또한 달성되고, 이 장치는,

― 증폭 시스템을 포함하고,

― 이 증폭 시스템은 제어 회로에 의해 부하 상황에 의존하여 적응된다.

이러한 목적을 위해, 제어 회로는 프로세서 유닛 및/또는 예를 들어, 본원에 설명한 바와 같은 방법이 수행되는 방식으로 설계된 적어도 부분적으로 하드와이어드(hardwired) 또는 논리 회로 어레인지먼트(arrangement)로서 구현될 수 있다. 이러한 경우에서, 대응하는 필요한 주변기기들(메모리, 입/출력 인터페이스들, 입-출력 디바이스들 등)과 임의의 타입의 프로세서 또는 컴퓨터를 사용하는 것이 가능하다.

방법에 관한 상기 설명들이 장치에 대응하게 적용된다. 장치는 하나의 컴포넌트 또는 복수의 컴포넌트들에서 분산 방식으로 구현될 수 있다.

일 개발에서, 제어 회로는 특히, 증폭 시스템의 입력에 대한 증폭 시스템의 출력 신호의 피드백을 갖는다.

더욱이, 일 개발에서, 적어도 하나의 제어기가 제어 회로의 피드포워드 브랜치에 제공되고, 적어도 하나의 제어기의 도움으로, 증폭 시스템의 증폭이 설정가능하고, 적어도 하나의 제어기의 도움으로, 증폭 시스템의 설정 시간이 설정가능하다.

상기 언급한 목적은 본원에 설명한 장치들 중 하나를 포함하는 2-채널 자기 공명 이미징 시스템에 의해 또한 달성된다.

또한, 본원에 제공된 솔루션은 본원에 설명한 방법들의 단계들을 수행하는데 적합한 프로그램 코드 부분들을 포함하는, 디지털 컴퓨터의 메모리에 직접 로딩가능한 컴퓨터 프로그램 물건을 포함한다.

또한, 상기 언급한 문제점은 컴퓨터에 의해 실행가능하고 컴퓨터가 본원에 설명한 방법의 단계들을 수행하는 효과에 적합한 (예를 들어, 프로그램 코드 형태의) 명령들을 포함하는 예를 들어, 임의의 메모리의 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 의해 해결된다.

본 발명의 상술한 특성들, 특징들 및 이점들, 및 이들이 달성되는 방식은 도면들과 관련하여 더욱 상세히 설명되는 예시적인 실시예들의 아래의 개략적인 설명과 관련하여 더 명백해질 것이고 더욱 명백하게 이해될 것이다. 이러한 경우에, 명확화를 위해, 동일하거나 동일하게 작동하는 엘리먼트들에는 동일한 참조 부호들이 제공될 수도 있다.
도 1은 2-채널 MRI 시스템에서 사용하기 위한 폐쇄 루프 제어를 갖는 RFPA 시스템에 대한 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 2-채널 MRI 시스템의 대안의 개략적인 블록도를 도시한다.

다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템은 복수의 입력들 및 복수의 출력들을 갖거나 복수의 입력 변수들 및 복수의 출력 변수들을 갖는 시스템을 나타낸다. 독일어 어법에서는, 용어 멀티-변수 시스템이 또한 때때로 사용된다. 정확하게 하나의 입력 변수 및 하나의 출력 변수를 갖는 시스템들은 단일 입력 단일 출력(SISO) 시스템으로 지칭된다.

RFPA 시스템은 무선 주파수 범위, 예를 들어, 고주파수 범위에서의 전력 증폭기를 포함한다. 하나의 무선 주파수 신호(RF 신호로서 또한 지칭됨)가 채널 마다 증폭되고, 여기서, RF 신호는 특정한 진폭 및 위상을 갖는다.

2-채널 RFPA 시스템이 아래에 제안된다. 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 관점으로부터, 2-채널 RFPA 시스템은 설정가능한 RF 신호의 진폭 및 위상에 대해 각각 2개의 채널들을 포함하는 4×4 MIMO 시스템에 대응한다.

도 1은 2-채널 MRI 시스템에서 사용하기 위한 폐쇄 루프 제어를 갖는 RFPA 시스템에 대한 개략적인 블록도를 도시한다.

원하는 또는 기준값들(s_i)(여기서, i=-1...4)이 부하-의존 피드포워드 제어기(102)에 적용된다. 또한, 지연된 출력값들(d_i)(i=1…4)이 원하는 값들로부터 감산되고 그 결과가 값들의 형태로 각 채널(i)에 대해 하나인, 4개의 SISO PI 제어기들을 갖는 부하-의존 제어기(101)에 공급된다.

여기서, i = 1...4

비례-적분 제어기라 또한 지칭하는 PI 제어기는 비례 엘리먼트와 적분-액션 엘리먼트의 부분들로 이루어진다.

제어기(102)의 출력값들(f_i)은 값들(k_i), 즉,

여기서, i = 1...4

을 형성하기 위해 제어기(101)의 출력값들(w_i)과 조합되어, 디커플링 컴포넌트(103)에 공급된다. 예로서, 디커플링 컴포넌트(103)의 도움으로, 신호(k_i)의 정적 부분이 감소되거나 억제되고 그리고/또는 값들(k_i)이 미리 정의된 범위로 스케일링된다는 것이 보장된다.

디커플링 컴포넌트(103)는 RFPA 시스템(104)에 관하여 디커플링된다. 다시 말해, RFPA 시스템의 업스트림에서 디커플링 컴포넌트를 사용한 결과로서, 이것은 서로 디커플링된 4개의 SISO 시스템들에 기능적으로 대응한다.

디커플링 시스템의 출력에서, 값들(p_i)은 RFPA 시스템(104)에 대응하게 제공된다.

디커플링 컴포넌트(103)는 RFPA 시스템의 입력들과 출력들을 디커플링하고, 즉, 4개의 입력 신호들 각각은 RFPA 시스템의 4개의 출력 신호들 중 하나에 대응하고, 따라서, 입력 신호와 출력 신호 사이에 원래 존재하는 커플링들이 감소되거나 (상당히) 제거된다. 따라서, 4×4 RFPA 시스템은 4개의 1×1 서브시스템들로 서브분할된다. 스케일링은 예를 들어, 4개의 1×1 서브시스템들 각각이 동일한 DC 전압 증폭을 갖는 방식으로 실시된다.

디커플링 컴포넌트(103)는 부하 상황에 의존하여 결정된다. 이것은 폐쇄 루프 제어의 일시적인 스위칭-오프시에 스텝(step)을 연속적으로 원하는 전압 신호들(s₁, s₂, s₃ 및 s₄)에 도입하고 출력 전압들(u₁, u₂, u₃ 및 u₄)을 결정함으로써 실시된다. RFPA 시스템의 DC 전압 증폭 (4×4 매트릭스)은 이들 스텝 응답들로부터 결정될 수 있다. 가장 단순한 경우에서, 디커플링 컴포넌트(103)는 DC 전압 증폭 매트릭스의 인버스(inverse)이다. 대안으로는, DC 전압 증폭 매트릭스의 인버스는 4개의 입력 스케일링 팩터들에 의해 또한 승산될 수 있다.

부하 상황 또는 RFPA 시스템(104)의 실험적으로 결정된 DC 전압 증폭 매트릭스의 도움으로, 대응하는 정보(106)가 룩업 테이블(105)로 통신되고, 이 룩업 테이블(105)의 도움으로 정보(106)는 제어기들(101 및 102)에 대한 연관된 설정으로 변환된다. 이것은 바람직하게는, 개방 루프 측정과 관련하여 그리고/또는 검사가 수행되는 동안 발생한다.

RFPA 시스템(104)은 지연 엘리먼트(107)에 의해 지연된 출력값들(di)로 또한 변환되는 (예를 들어, 출력 전압들의 형태의) 출력값들(ui)을 제공한다.

그 결과, RFPA 시스템(104)이 효율적으로 구동되고, (피드백) 정보(106)에 의해, RFPA 시스템이 각각의 부하 상황에 최적화된 방식으로 동작된다는 것이 보장된다.

제어기(101)는 이러한 경우에 안정된 상태에서 제어 에러들을 감소시키거나 제거하기 위해 사용된다.

제어기(102)는 안정 시간을 가속화하여 MRI 기록 동안 지연을 향상시키기 위해 사용된다.

디커플링 엘리먼트(103)는 예를 들어, 4개의 채널들 사이의 혼선을 감소시키거나 (적어도 비례하여) 회피하도록 기능하는 정적 디커플링 및 스케일링 매트릭스를 포함한다.

상이한 부하 상황들에 대한 효율적인 MRI 측정들을 가능하게 하여 MRI 시스템의 성능 및 효율을 향상시키기 위해, 제어기(102)에서의 상이한 피드포워드 제어 증폭 매트릭스들, 및 적합하면, 정보(106)에 의존하여 선택되어, 차례로 각각의 부하 상황들에 의존하여 결정되는 제어기(101)에 대한 대응하는 설정들(PI 제어기들의 파라미터화들)을 제공하는 것이 가능하다. 이와 관련하여, 정보(106)는 제어기들(101 및 102)의 대응하는 설정을 포함하는 룩업 테이블(105)에서의 엔트리(entry)를 어드레싱하도록 기능할 수 있다. 따라서, 이러한 설정들이 제어기들(101, 102)에 대해 채용된다.

RFPA 시스템(104)의 부하에 의존하여, 룩업 테이블(105)에 의해 적합한 증폭을 선택하는 것이 따라서 가능하다. 따라서, 각각의 특정한 부하 상황에 의존하여 요구되는 고속 안정 시간을 달성하는 동시에 기록들의 양호한 품질을 보장하는 것이 가능하다.

특히, RFPA 시스템은 예를 들어, 아래의 미리 정의된 조건들이 충족되도록 설정될 수 있다:

(1) 스텝 응답에 대해, (예를 들어, 목표값의 대략 5%에 이르는 허용 범위(tolerance band)에 도달하기 위한) 안정 시간은 (정상 상태 에러 부분없이) 10 마이크로초 미만이다.

(2) 증폭기의 출력에서의 미리 정의된 최대 전압이 초과되지 않는다.

(3) 미리 정의된 조건들 (1) 및 (2)가 상이한 부하 상황들에 따른다. 이러한 경우에, 부하 상황들은 예들 들어, 상이한 환자들, 검사될 환자들의 기관들, 및 MRI 검사 동안 상이한 위치들에 대응한다.

부하 상황은 상이한 팩터들에 의존할 수 있다. 예로서, 환자의 사이즈는 검사될 영역에 관련하여 추정될 수 있다. 이러한 추정은 아래의 파라미터들 중 적어도 하나를 고려할 수 있다.

― 환자의 체중;

― 검사 테이블의 위치 및/또는 (예를 들어, 등/배를 대고 눕고, 우측/좌측으로 누운) 검사 테이블상의 환자의 위치에 의존한 검사될 영역; 및

― 개방 루프 측정.

개방 루프 측정 동안, 실제 부하-의존 시스템 동작이 측정될 수 있고, 제어 루프의 파라미터들은 최적화된 동적 시스템 응답이 달성되는 방식으로 조정될 수 있다.

환자의 실제 검사(MRI 측정)는 상기 개방 루프 측정 이후에 실시된다.

도 2는 2-채널 MRI 시스템의 개략도를 도시한다.

원하는 값(sw₁)이 전파 시간 컴포넌트(201) 및 가산기 엘리먼트(203)에 적용되고, 전파 시간 컴포넌트(201)의 결과가 가산기 엘리먼트(207)로 패스(pass)된다. 가산기 엘리먼트(207)의 결과가 스위치(218)를 통해 루프 필터(205) 그 다음 가산기 엘리먼트(203)로 패스된다. 가산기 엘리먼트(203)의 출력, 즉, 루프 필터(205)의 출력값에 대한 원하는 값(sw₁)의 가산이 디커플링 컴포넌트(209)에 공급된다.

원하는 값(sw₂)이 전파 시간 컴포넌트(202) 및 가산기 엘리먼트(204)에 적용되고, 전파 시간 컴포넌트(202)의 결과가 가산기 엘리먼트(208)로 패스된다. 가산기 엘리먼트(208)의 결과가 스위치(219)를 통해 루프 필터(205) 그 다음 가산기 엘리먼트(204)로 패스된다. 가산기 엘리먼트(204)의 출력, 즉, 루프 필터(206)의 출력값에 대한 원하는 값(sw₂)의 가산이 디커플링 컴포넌트(209)에 또한 공급된다.

그 결과, 디커플링 컴포넌트(209)에 의해, 변경(원하는) 값(sw₁')이 원하는 값(sw₁)으로부터 발생하고, 변경(원하는) 값(sw₂')이 원하는 값(sw₂)으로부터 대응하게 발생한다.

값(sw₁')은 디지털-아날로그 변환기(210) 및 증폭기(212)를 통해 프로세싱 유닛(214)에 공급된다. 값(sw₂')은 디지털 투 아날로그 변환기(211) 및 증폭기(213)를 통해 프로세싱 유닛(214)에 대응하게 공급된다.

프로세싱 유닛(214)은 들어오는 파들(a₁ 및 a₂)을 길이(l_BC)의 케이블을 통해 바디 코일(217)에 통신한다.

바디 코일(217)은 들어오는 파들(b₁ 및 b₂) 또는 전압값(U_BC1 및 U_BC2)을 프로세싱 유닛(214)에 공급한다.

전압(U_BC1)은 실제 디지털 측정값으로서 프로세싱 유닛(214)에 의해 아날로그투 디지털 변환기(215)를 통해 가산기 엘리먼트(207)에 공급되고, 전파 시간 컴포넌트(201)의 출력값으로부터 감산된다. 전압(U_BC2)은 실제 디지털 측정값으로서 프로세싱 유닛(214)에 의해 아날로그 투 디지털 변환기(216)를 통해 가산기 엘리먼트(208)에 대응하게 공급되고, 전파 시간 컴포넌트(202)의 출력값으로부터 감산된다.

도 2에서의 원하는 값들은 실수부 및 허수부를 포함하는 복소수 신호들이다.

변경된 원하는 값들(sw₁' 및 sw₂')이 하기와 같이 도 1에 나타낸 값들로부터 발생한다.

결정된 출력 전압들(U_BC1 및 U_BC2)(바디 코일(217) 양단의 전압들)이 하기와 같이 도 1에 예시한 값들로부터 발생한다.

입력과 출력 변수들 사이의 관계는 하기와 같은 복소 2×2 매트릭스

(커플링 매트릭스)에 의해 설명될 수 있다.

매트릭스(

)는 바디 코일(217)의 부하 상황 및 전력 증폭기의 출력 반사 계수들(r_Q1 및 r_Q2)에 의존하고, 실제 검사(기록) 이전에 개방 루프 측정(적응)과 관련하여 결정될 수 있다.

개방 루프 측정은 하기에 의해 실시될 수 있다.

― 사용된 바디 코일의 스캐터링 매트릭스를 결정하고 전력 증폭기의 추정된 출력 반사 계수들의 도움으로 매트릭스(

)를 결정함으로써 실시될 수 있다. 이러한 접근방식은 특히, 스캐터링 매트릭스가 또한 요구되어서 SAR 모니터링(SAR: 전자파 인체 흡수율)에 대해 사전결정되기 때문에 적합하고; 따라서, 계산 및 통신에 관하여 작은 추가 비용만이 요구된다.

― 매트릭스(

)를 직접 결정함으로써 실시될 수 있다. 이러한 경우에, 전력 증폭기의 실제 특성들이 바람직하게는 고려된다. 정적 디커플링 및 스케일링에 대한 매트릭스(

)의 인버스가 MRI 시스템의 최적화된 동적 측정들을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다(또한, 도 1의 디커플링 컴포넌트(103)와 비교).

아래의 설명들이 또한 바디 코일 양단의 전압들(u_BC)에 기초하여 폐쇄 루프 제어에 특히 적용된다. 이것은 예시적인 제어된 변수에 대응한다. 대안으로 또는 추가로, 예를 들어, 들어오는 파들은 제어된 변수로서 또한 사용될 수 있다.

프로세싱 유닛(214) 자체에서 추가의 커플링이 발생하지 않고, 프로세싱 유닛 자체가 (실제로는) 무 고유 반사(free of inherent reflection)라는 것을 가정하면, 들어오는 파들은 하기와 같이 발생한다.

여기서,

이다.

여기서,

는 교정 평면에 대한 바디 코일(217)의 스캐터링 매트릭스 및 (교정 평면으로 또한 변환된) 전력 증폭기들의 (비선형) 반사 팩터들(r_Qi)의 원하는 변수들(sw_i')과 교정 평면

사이의 각각의 경로 송신을 나타낸다.

그 결과, 나가는 파들이 바디 코일(217)의 스캐터링 매트릭스를 통해 들어오는 파들로부터 발생한다:

송신 위상

으로,

이것은

을 발생시키고, 따라서,

를 발생시킨다.

바람직하게는, 이제, 디커플링 매트릭스(

)가, 개방 루프 측정 동안(즉, 개방 루프 동작 동안), 하기의 관계:

이 유효하다는 것을 보장하도록 의도된다.

이것은 조건으로서

을 산출한다.

이러한 방식으로 디커플링된 시스템들의 제어 루프들이 폐쇄되면, 제어 루프들은 서로 독립적으로 동작한다. 이것은 특히, 비선형 출력 반사 팩터들이 디커플링이 기초하는 작은 신호값과 다르게 진폭들이 충분히 높아질 때까지 유효하다.

특정한 경계 조건들하에서, 매트릭스(

)가 반전불가능하게 되거나, 반전이 적어도 수치적으로 불안정하게 되는 것이 발생할 수 있다. 이것은 그 값이 제로이거나 제로 값에 적어도 매우 근접한 매트릭스(

)의 행렬식에서 나타난다.

물리적 관점에서, 이러한 경우에서의 전압(u_BC2)은 2개의 여기 신호들의 조합과 독립적으로 단일 복소 팩터에서만 전압(u_BC1)과 다르다. 이러한 경우는, 그렇지 않으면, 동작 동안 스캐터링 매트릭스에서의 작은 변화시에 또는 강한 변조의 결과로서 출력 반사 팩터에서의 변화시에 시스템이 불안정해지기 때문에, 바람직하게는 실제로 방지된다.

하기의 디커플링 매트릭스의 폐쇄 표현의 도움으로,

여기서,

및

공통 분모 항이 제로가 되어서는 안 되고, 이러한 조건은 출력 반사 팩터들과 독립적이며, 바디 코일의 스캐터링 매트릭스 및 바디 코일의 전압 평면에 관한 전기적 길이(l_BC)에만 의존한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 아래의 파라미터들이 디커플링 매트릭스(

)를 결정하기 위해 바람직하게 알려진다:

― 교정 평면에 대한 바디 코일의 스캐터링 매트릭스(이것은 각 부하 상황에 대해 측정될 수 있다).

― 교정 평면으로 변환된 전력 증폭기들의 작은 신호 출력 반사 팩터(이것은 예를 들어, 1회 측정될 수 있다).

― 바디 코일의 전압들의 기준 평면과 교정 평면 사이의 길이(l_BC)(이것은 예를 들어, 대응하게 채용될 수 있는 미리 정의된 구조적 사양을 수반한다).

개방 루프 측정의 효율은,

― 주파수,

― 파형, 및/또는

― 적어도 하나의 차후 펄스(또는 신호)의 크기를 고려하여 적응되거나 추정되는 파라미터들에 의해 추가로 증가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 환자의 실제 검사(MRI 측정)는 바람직하게는 개방 루프 측정 이후에 실시된다. 이러한 경우에서, MRI 측정은 선행 교정(개방 루프 측정) 동안 아마도 고려되거나 보상되지 않았을 수도 있는 시간적 변동을 또한 겪을 수 있다. 그러나, 시스템 파라미터들에서의 변경들은, 상기 시스템 파라미터들이 개방 루프 측정에서 RFPA 시스템의 입력 및 출력 변수들과 비교됨으로써 MRI 측정 동안 또한 검출되는 것이 가능하다. MRI 측정 자체 동안 이러한 추가의 정보에 기초하여, 파라미터들을 적응적으로 추적(설정)하는 것이 가능하다. 예로서, 접속된 안테나를 통해 증폭기 채널에 대해 발생하는 위상 시프트는 피드백 루프 및 피드포워드 제어기에 의해 보상될 수 있다. 이러한 (예를 들어, 연속) 적응에 의해, MRI 측정 동안에도, 제어 루프의 동적 동작이 지속적으로 개선될 수 있다.

그 결과, 본원에 제공된 접근방식은 RFPA 시스템의 (예를 들어, 증폭의) 플렉시블 및 동적 설정 및 추적이 실제 부하 상황에 정확하게 의존하도록 할 수 있다. 이러한 경우에, 부하 상황은 특히, 환자의 체중, 검사 테이블의 위치, 검사 테이블상의 환자의 위치, 검사될 기관, 이전의 측정 데이터, 및 MRI 측정(들) 과정 동안 획득된 다른 파라미터들에 의존할 수 있다.

본 발명이 도시된 적어도 하나의 예시적인 실시예에 의해 더욱 구체적으로 예시되고 상세히 설명되었지만, 그럼에도 불구하고 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 변형들이 이로부터 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 유도될 수 있다.

101 (4개의 SISO PI 제어기들을 포함하는) 부하-의존 제어기
102 부하-의존 피드포워드 제어기
103 디커플링 컴포넌트
104 RFPA 시스템
105 룩업 테이블
106 (부하 상황 의존) 정보
107 지연 엘리먼트
201 전파 시간 컴포넌트
202 전파 시간 컴포넌트
203 가산기 엘리먼트
204 가산기 엘리먼트
205 루프 필터
206 루프 필터
207 가산기 엘리먼트
208 가산기 엘리먼트
209 디커플링 컴포넌트
210 디지털 투 아날로그 변환기
211 디지털 투 아날로그 변환기
212 증폭기
213 증폭기
214 프로세싱 유닛
215 아날로그 투 디지털 변환기
216 아날로그 투 디지털 변환기
217 바디 코일
218 스위치
219 스위치

Claims

2-채널 자기 공명 이미징 시스템에 대한 증폭 시스템을 설정하는 방법으로서,
― 상기 증폭 시스템은 부하 상황에 의존하는 제어 회로에 의해 적응되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는 특히, 상기 증폭 시스템의 입력에 대한 상기 증폭 시스템의 출력 신호의 피드백을 갖는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 출력 신호의 지연이 상기 피드백 동안 수행되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭 시스템의 도움으로, 상기 부하 상황이 결정되고, 상기 2-채널 자기 공명 이미징 시스템의 적어도 하나의 제어기가 상기 부하 상황에 의존하여 설정되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제어기는 상기 증폭 시스템의 적합한 증폭을 설정하는 부하-의존 피드포워드 제어기를 포함하는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제어기는 4개의 SISO PI 제어기들을 갖는 다른 부하-의존 제어기를 포함하는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호들은 상기 증폭 시스템의 업스트림(upstream)에서 디커플링(decouple)되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하 상황은 다음 파라미터들:
― 환자의 사이즈;
― 환자의 체중;
― 검사될 영역 또는 기관;
― 검사 테이블의 위치;
― MRI 측정을 수행하는 바디 코일의 위치; 및
― 상기 검사 테이블에 관한 상기 환자의 위치
중 적어도 하나에 기초하여 결정되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭 시스템의 상기 설정은 개방 루프 측정 동안 수행되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 환자의 MRI 측정은 상기 개방 루프 측정 이후에 수행되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 MRI 측정 동안 적응되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하 상황은 상기 개방 루프 측정에 의해 결정되는,
증폭 시스템을 설정하는 방법.
2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치로서,
― 증폭 시스템을 포함하고,
― 상기 증폭 시스템은 부하 상황에 의존하여 제어 회로에 의해 적응되는,
2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어 회로는 특히, 상기 증폭 시스템의 입력에 대한 상기 증폭 시스템의 출력 신호의 피드백을 갖는,
2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
적어도 하나의 제어기가 상기 제어 회로의 피드포워드 브랜치에 제공되고, 상기 적어도 하나의 제어기의 도움으로, 상기 증폭 시스템의 증폭이 설정가능하고, 상기 적어도 하나의 제어기의 도움으로, 상기 증폭 시스템의 안정 시간이 설정가능한,
2-채널 자기 공명 이미징 시스템을 구동하는 장치.
제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는,
2-채널 자기 공명 이미징 시스템.