KR20180019518A - 자기 코일 전력 공급 방법 및 장치 - Google Patents

자기 코일 전력 공급 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180019518A
KR20180019518A KR1020177032637A KR20177032637A KR20180019518A KR 20180019518 A KR20180019518 A KR 20180019518A KR 1020177032637 A KR1020177032637 A KR 1020177032637A KR 20177032637 A KR20177032637 A KR 20177032637A KR 20180019518 A KR20180019518 A KR 20180019518A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
linear amplifier
voltage
gradient coil
power supply
Prior art date
Application number
KR1020177032637A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리엄 제이 밀레스키
그레고리 엘 차르밧
조나단 엠 로스버그
제레미 크리스토퍼 조단
Original Assignee
하이퍼파인 리서치, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 하이퍼파인 리서치, 인크. filed Critical 하이퍼파인 리서치, 인크.
Publication of KR20180019518A publication Critical patent/KR20180019518A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • 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
    • G01R33/3854—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils means for active and/or passive vibration damping or acoustical noise suppression in gradient magnet coil systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/46—NMR spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/461—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using an operational amplifier as final control device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45528—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more passive resistors and being coupled between the LC and the IC

Abstract

자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위한 전력을 공급하는 장치에 관한 것이다. 몇몇 양상에 따르면, 장치는 제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들, 및 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 출력을 제공하도록 구성된 선형 증폭기를 포함하고, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되며, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 출력에 기초하여 선택된다.

Description

자기 코일 전력 공급 방법 및 장치
본 개시는 일반적으로 자기 코일을 위한 전력 컴포넌트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자기 공명 영상 시스템에서 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하기 위한 전력 컴포넌트에 관한 것이다.
자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI)은 수많은 응용 분야에 중요한 영상화 기법(imaging modality)을 제공하며, 임상 및 연구 환경에서 인체 내부의 영상(image)을 생성하기 위하여 널리 사용된다. 일반적으로 MRI는 인가된 전자기장으로부터 초래되는 상태 변화에 응답하여 원자에 의해 방출되는 전자기파인 자기 공명(magnetic resonance, MR) 신호를 검출하는 데 기반을 둔다. 예를 들어, 핵 자기 공명(nuclear magnetic resonance, NMR) 기술은 영상화되는 피사체에서 원자(예를 들어, 인체 조직의 원자)의 핵 스핀의 재정렬 또는 이완시에 여기 원자(excited atoms)의 핵으로부터 방출된 MR 신호를 검출하는 것을 포함한다. 검출된 MR 신호가 처리되어, 의학적 응용 분야의 맥락에서 진단, 치료 및/또는 연구 목적으로 체내의 내부 구조 및/또는 생물학적 프로세스를 조사할 수 있게 하는 영상을 생성할 수 있다.
MRI는 다른 방식의 안전성에 대한 우려 없이(예를 들어, 피사체를 이온화 방사선, 예를 들어 X-ray에 노출하거나, 몸에 방사성 물질을 주입할 필요가 없이) 비교적 높은 해상도와 콘트라스트를 가진 비-침습적(non-invasive) 영상을 생성하는 능력 때문에 생물학적 영상화를 위한 매력적인 영상화 기법을 제공한다. 또한, MRI는 연조직 콘트라스트를 제공하는 데 특히 적합한데, 이는 다른 영상화 기법이 만족스럽게 영상화할 수 없는 피사체를 영상화하는데 이용될 수 있다. 더욱이, MR 기술은 다른 기법이 획득할 수 없는 구조 및/또는 생물학적 프로세스에 대한 정보를 캡처할 수 있다. 그러나, 일정한 영상화 응용 분야의 경우, 비교적 높은 장비 비용, 제한된 이용 가능성, 임상 MRI 스캐너에 대한 액세스를 얻는데 있어서의 어려움 및/또는 영상 획득 프로세스의 길이를 수반할 수 있는 많은 문제점이 MRI에 존재한다.
임상 MRI의 추세는 스캔 시간, 영상 해상도 및 영상 콘트라스트 중 하나 이상을 개선하기 위하여 MRI 스캐너의 전계 강도를 높이는 것이었고, 이는 결과적으로 계속해서 비용을 상승시켰다. 설치된 대부분의 MRI 스캐너는 1.5 또는 3 테슬라(T)에서 작동하는데, 이는 주 자기장 BO의 전계 강도를 일컫는다. 임상 MRI 스캐너에 대한 대략적인 비용 견적은 테슬라 당 100만 달러 정도이며, 이는 그러한 MRI 스캐너를 작동시키는 것과 관련된 실질적인 운영, 서비스 및 유지 보수 비용을 고려하지 않은 것이다.
또한, 종래의 고-자장(high-field) MRI 시스템은 일반적으로 피사체(예를 들어, 환자)가 영상화되는 강한 균일 정적 자기장(B0)을 생성하기 위하여 대형 초전도 자석 및 관련 전자 장치를 필요로 한다. 일반적인 MRI 설치가 자석, 전자 장치, 열 관리 시스템 및 제어 콘솔 영역을 위한 다수의 방을 포함하므로 그러한 시스템의 크기는 상당하다. MRI 시스템의 크기와 비용은 일반적으로 병원이나 학술 연구 센터와 같이 시설을 구입하고 유지할 수 있는 충분한 공간과 자원이 있는 시설로 사용을 제한시킨다. 고-자장 MRI 시스템의 높은 비용과 상당한 공간 요구로 인해 MRI 스캐너의 사용 가능성이 제한적이다. 이와 같이, MRI 스캔이 유익할 수 있는 임상 상황이 빈번하게 있지만, 위에서 논의된 제한들 중 하나 이상 때문에, 하기에 더 상세히 논의되는 바와 같이 실용적이지 않거나 불가능하다.
일부 실시 예는 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위한 전력을 공급하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제1 극성의 상이한 전압을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들를 포함한다. 상기 장치는 또한 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 하나 이상의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 포함한다. 선형 증폭기는 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성된다. 선형 증폭기에 전력을 공급하는 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 상이한 선형 증폭기 출력 전압을 생성하도록 변경될 수 있다.
일부 실시 예는 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위한 전력을 공급하는 장치, 및 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하기 위한 적어도 하나의 출력을 제공하도록 구성된 선형 증폭기를 포함하고, 상기 장치는 제1 극성의 상이한 전압을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들을 포함하고, 상기 선형 증폭기는 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되며, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 출력에 기초하여 선택된다.
일부 실시 예는 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 사용하여 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는 방법을 포함하며, 상기 선형 증폭기는 제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되며, 상기 방법은, 상기 선형 증폭기에 의해 생성되는 출력 전압의 크기가 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 위한 임계 값 아래일 때, 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제1 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 단계, 및 상기 선형 증폭기에 의해 생성되는 출력 전압의 크기가 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 위한 임계 값보다 높을 때 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제2 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
일부 실시 예는 B0 자기장을 생성하도록 구성된 B0 자석, 적어도 하나의 그레디언트 코일, 및 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키는 전력을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전력 컴포넌트를 포함하는 자기 공명 영상 시스템을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는 제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들, 및 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 포함하며, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되고, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 상이한 선형 증폭기 출력 전압들을 생성하도록 변경될 수 있다.
일부 실시 예는 B0 자기장을 생성하도록 구성된 B0 자석, 적어도 하나의 그레디언트 코일, 및 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키는 전력을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전력 컴포넌트를 포함하는 자기 공명 영상 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는 제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들, 및 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 하나 이상의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 포함하며, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되고, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 출력에 기초하여 선택된다.
일부 실시 예는 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키는 전력을 공급하기 위한 장치를 포함하며, 상기 장치는 펄스 시퀀스에 따라 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 구성된 선형 증폭기, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 전원 전압(variable power supply voltage)을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전력 변환기, 및 상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 상기 가변 전원 전압을 변경하도록 상기 적어도 하나의 전력 변환기를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함한다.
일부 실시 예는 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 사용하여 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는 방법을 포함하고, 상기 방법은, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 고정 전원(fixed power supply)을 적어도 하나의 가변 전원 전압으로 변환하는 단계, 상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 가변 전원 전압을 변경하는 단계, 상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 상기 선형 증폭기를 제어하는 단계를 포함한다.
일부 실시 예는 B0 자기장을 생성하도록 구성된 B0 자석, 적어도 하나의 그레디언트 코일, 및 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키는 전력을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전력 컴포넌트를 포함하는 자기 공명 영상 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 구성된 선형 증폭기, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 전원 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전력 변환기, 및 상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 상기 가변 전원 전압을 변경하도록 상기 적어도 하나의 전력 변환기를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함한다.
일부 실시 예는 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하기 위한 장치를 포함하며, 상기 장치는 자기 공명 영상 시스템의 B0 전계 강도와 관련된 라모르(Larmor) 주파수보다 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하도록 구성된 스위칭 전력 변환기, 및 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하도록 상기 스위칭 전력 변환기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
일부 실시 예는 본 명세서에 설명된 기술에 따라 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하기 위한 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
일부 실시 예는 프로세서에 의해 실행될 때 그러한 방법을 수행하는 명령어들이 저장된 적어도 하나의 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.
전술한 요약은 설명을 위하여 제공되며 제한하려는 것은 아니다.
개시된 기술의 다양한 양상들 및 실시 예들이 다음의 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아님을 이해해야 한다. 복수의 도면에서 나타나는 항목들은 그들이 나타나는 모든 도면에서 동일한 참조 번호에 의해 표시된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예에 따른 저-자장 MRI 시스템의 예시적인 컴포넌트들의 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예에 따라 자기장을 생성하기 위하여 코일을 통해 전류를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한다.
도 3A는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예들에 따른, 그레디언트 코일 전류 파형의 예를 도시한다.
도 3B는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예에 따라, 도 3A에 도시된 그레디언트 코일 전류 파형의 상승 천이(rising transition) 이전, 도중 및 이후의 전류 명령(current command), 그레디언트 코일 전류 및 그레디언트 코일 전압에 대한 파형을 도시한다.
도 4A는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예들에 따른, 전류 피드백 루프 및 전압 피드백 루프를 갖는 전력 컴포넌트의 예를 도시한다.
도 4B는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예에 따른 전압 증폭기의 예를 도시한다.
도 5A 및 도 5B는 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예들에 따라, 출력 전압에 따라 상이한 공급 단자들에 의해 전력이 공급될 수 있는 출력단(output stage)의 예를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 기재된 기술의 일부 실시 예에 따라 고전압 및 저전압 공급 단자에 접속된 복수의 트랜지스터 회로들을 구동하기 위한 복수의 구동 회로들을 갖는 출력단의 예를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 기재된 기술의 일부 실시 예에 따른, 바이어스 회로 및 타이머 회로를 포함하는 구동 회로를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 기재된 기술의 일부 실시 예에 따라 도 7의 구동 회로의 예시적인 구현을 도시한다.
도 9는 일부 실시 예에 따라, 타이밍 회로를 구현하기 위한 기술의 다른 예를 도시한다.
도 10은 일부 실시 예에 따라, RC 회로 및 트랜지스터에 의해 실현되는 타이밍 회로의 예를 도시한다.
도 11은 일부 실시 예에 따라, 싱글-엔드(single-ended) 선형 증폭기를 포함하는 출력단의 예를 도시한다.
도 12는 일부 실시 예에 따라, 전력 컴포넌트의 예가 스위칭 전력 변환기를 포함할 수 있음을 도시한다.
도 13은 일부 실시 예에 따라, 가변 전압 포지티브 공급 단자(variable voltage positive supply terminal) 및 가변 전압 네거티브 공급 단자(variable voltage negative supply terminal)에 의해 전력이 공급될 수 있는 출력단의 실시 예를 도시한다.
도 14A는 가변 저전압 공급 단자를 가진, 도 5A의 실시 예와 유사한 실시 예를 도시한다.
도 14B는 고전압 공급 단자가 전력 변환기에 전력을 공급하는 전원 단자와 동일한 실시 예를 도시한다.
도 15A 내지 도 15D는 일부 실시 예에 따라, 그레디언트 코일 전류 파형, 그레디언트 코일 전압 파형 및 전원 단자 전압 파형을 도시한다.
도 16A는 가변 저전압 공급 단자를 가진 도 11의 실시 예와 유사한 실시 예를 도시한다.
도 16B는 고전압 공급 단자가 전력 변환기에 전력을 공급하는 전원 단자와 동일한 실시 예를 도시한다.
MRI 스캐너 시장은 고-자장 시스템, 및 특히 의료 또는 임상 MRI 응용 분야에 압도적으로 우위를 점하고 있다. 위에서 논의한 것처럼 의료용 영상화(imaging)의 일반적인 추세는 1.5T 또는 3T에서 작동하는 대다수의 임상 MRI 스캐너를 사용하여 연구 환경에서 사용되는 7T 및 9T의 더 높은 전계 강도로 점점 더 큰 전계 강도를 가진 MRI 스캐너를 생산하는 것이었다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "고-자장(high-field)"은 일반적으로 임상 환경에서 현재 사용중인 MRI 시스템을 지칭하며, 더 구체적으로 1.5T 또는 그 이상의 주 자기장(즉, B0 자기장)으로 동작하는 MRI 시스템을 일컫는데, .5T 및 1.5T 사이에서 작동하는 임상 시스템도 또한 종종 "고-자장(high-field)"으로서 간주된다. 대조적으로, "저-자장"은 일반적으로 약 0.2T 이하의 B0 자장으로 동작하는 MRI 시스템을 일컫는데, .2T 및 약 .3T 사이의 B0 자장을 가진 시스템은 종종 저-자장으로서 간주되어 왔다.
저-자장 MRI는 고-자장 MRI에 비해 비교적 저가의 고 가용성을 제공하는 매력적인 영상화 솔루션을 제공한다. 특히, 저-자장 MRI 시스템은 고-자장 MRI 시스템이 비용, 크기 및/또는 특수 설비의 필요성으로 인해 불가능한 매우 다양한 임상 환경에 배치할 수 있는 자체 내장형(self-contained) 시스템으로서 구현될 수 있다. 그러나, 더 낮은 전계 강도로 인해, 저-자장 MRI 시스템은 일반적으로 비교적 낮은 신호 대 잡음비를 갖는다. 이와 같이 저잡음(low noise) 컴포넌트의 설계는 저-자장 MRI 시스템의 개발에 중요한 역할을 할 수 있다.
본 명세서에 설명된 기술 개발의 측면은 MRI 시스템, 특히 동력원(power source)의 잡음이 특히 문제될 수 있는 저-자장 MRI 시스템(이에 한정되지는 않음)의 하나 이상의 자기 코일에 비교적 저잡음 및 효율적인 전력을 공급할 필요성을 본 발명자들이 인식한 것으로부터 유도된다. 이와 관련하여, 본 발명자들은 비교적 저잡음 동작에 적합한 자기 코일(들)을 구동하기 위한 전력 컴포넌트들을 개발하였다. 또한, 본 발명자들은 종래의 동력원이 해당 컴포넌트를 동작시키는데 그러한 전압이 필요하지 않은 간격 동안 단일의 비교적 고전압인 전력 단자에 의해 종종 전력이 공급되고, 이러한 점에서 그러한 솔루션은 비교적 비효율적이라는 것을 인식하였다. 본 발명자들은 일부 실시 예에 따라, 원하는 조합으로 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 스위칭될 수 있는 복수의 전력 단자들 - 각각이 증폭기에 전력을 공급하기 위한 상이한 전압 레벨을 제공하도록 구성됨 - 을 공급함으로써 일반적으로 개선된 효율을 갖는 전력 컴포넌트를 개발하였다. 이러한 방식으로, 증폭기가 필요한 것보다 실질적으로 더 많은 전력을 뽑아내는 간격이 감소될 수 있다.
간단히 말하면, MRI는 정적인 균질 자기장 B0에 영상화될 피사체(예를 들어, 환자의 전부 또는 일부)를 배치하여, 피사체의 원자 순자화(atomic net magnetization)(종종 순자화 벡터(net magnetization vector)로 표현됨)를 B0 자장의 방향으로 정렬시키는 것을 수반한다. 그 다음, 하나 이상의 송신 코일(transmit coil)이 사용되어, 자기장 B0 내의 원자들의 원자 스핀의 전진 속도(rate of precession)와 관련된 주파수를 갖는 펄스 형 자기장 B1을 생성하여, 원자의 순자화가 B0 자장의 방향을 가로지르는(transverse) 방향으로 컴포넌트가 움직이게(develop) 한다. B1 자장이 턴 오프된 후에, 순자화 벡터의 가로지르는 컴포넌트가 전진하고(precess), 순자화가 B0 자장의 방향과 재정렬할 때까지 시간에 따라 크기가 감쇠한다. 이러한 프로세스는, 예를 들어, MRI 시스템의 하나 이상의 수신 코일에서 유도된 전압에 의해 검출될 수 있는 MR 신호를 생성한다.
또한, MRI는 주 자기장 B0의 그레디언트를 유도하기 위하여 그레디언트 코일을 사용하여, 피사체 내의 특정 공간 위치로부터 나오는 MR 신호가 식별될 수 있게 하는 것을 수반한다(즉, 그레디언트 코일은 검출된 MR 신호를 공간적으로 인코딩하는데 사용된다). MR 영상은 "펄스 시퀀스"라 불리는 특정 시퀀스로 송신 코일(들) 및/또는 그레디언트 코일을 펄싱(pulse)하고, 수신 코일(들)을 사용하여 펄스 시퀀스에 의해 유도된 MR 신호를 감지함으로써 부분적으로 형성된다. 그 다음, 검출된 MR 신호가 처리(예를 들어, "재구성")되어 영상을 형성할 수 있다. 펄스 시퀀스는 일반적으로 송신/수신 코일 및 그레디언트 코일이 피사체의 자화를 준비하고 그 결과 얻은 MR 데이터를 획득하기 위하여 작동하는 순서 및 타이밍을 설명한다. 예를 들어, 펄스 시퀀스는 수신 코일이 MR 데이터를 획득하는 송신 펄스, 그레디언트 펄스 및 획득 시간의 순서를 나타낼 수 있다.
MRI를 위한 펄스 시퀀스를 생성하기 위하여, 일반적으로 미리 규정된 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하도록 자기 컴포넌트를 구동하기 위하여 전력 컴포넌트가 공급된다. 기존의 고-자장 전력 솔루션을 바람직하지 못하게 하고/하거나 저-자장 MRI에 적합하지 않게 만드는 여러 가지 고려 사항이 저-자장 환경에 있다. 예를 들어, 고-저장 MRI 설비의 전체 비용과 비교하여 상대적인 하찮음을 고려하면 종래의 고-자장 전력 컴포넌트의 비용은 수용 가능할 수 있지만, 이 비용은 저렴한 비용의 대안으로서 설계된 저-자장 MRI 시스템의 상황에서 용납할 수 없을 만큼 높을 수 있다. 따라서, 고-자장 MRI에 통상적으로 사용되는 전력 컴포넌트의 비용은 불균형적으로 커질 수 있고, 따라서 일부 더 낮은 비용의 저-자장 MRI 시스템에 대하여 만족스럽지 않을 수 있다.
또한, 저-자장 MRI에서의 도전은 비교적 낮은 신호 대 잡음비이다. 특히, MR 신호의 신호 대 잡음비는 주 자기장 B0의 강도와 관련이 있으며, 고-자장 영역에서 작동하는 임상 시스템을 구동하는 요인들 중 하나이다. 따라서, MR 신호 강도는 낮은 전계 강도로 인하여 저-자장 환경에서 비교적 약해서, 시스템의 임의의 추가 잡음이 영상 품질에 비교적 상당한 영향을 줄 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명자들은 고-자장 MRI 시스템의 코일을 구동하기 위한 종래의 전력 컴포넌트가 충분히 저잡음으로 코일을 구동하도록 설계되지 않았기 때문에 저-자장 MRI 시스템에 부적합할 수 있다는 것을 인식하였다. 그러한 전력 컴포넌트들에 의해 주입된 잡음이 고-자장 MRI 시스템의 높은 SNR 영역에서 수용 가능할지라도, 그러한 컴포넌트들은 일반적으로 저-자장 MRI 시스템에서 허용 가능한 영상 품질을 제공하기에 충분히 낮은 레벨의 잡음을 제공하지 않는다. 예를 들어, 종래의 전력 컴포넌트는 저-자장 MRI 시스템의 그레디언트 코일 시스템에 비교적 중요한 잡음을 주입하여 저-자장 환경에서 사용하기 위한 출력의 만족스럽지 못한 변화(예를 들어, 리플(ripple))를 나타낼 수 있다.
본 발명자들은 저-자장 MRI 시스템의 하나 이상의 자기 컴포넌트(예를 들어, 코일)을 구동하기에 적합한 저잡음 전력 컴포넌트(들)를 개발하였고, 일부 실시 예에 따르면, 비교적 고효율의 선형 증폭기 설계를 사용하여 구현되는 비교적 저잡음의 전력 컴포넌트(들)를 개발하였고, 그 일부 예가 이하에서 더 상세히 설명된다. 본 명세서에 설명된 저잡음 전력 컴포넌트는 저-자장 MRI에 적합하지만, 저-자장 MRI 시스템과 함께 사용하는 것으로 제한되지 않으며 임의의 적합한 MRI 시스템과 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시 예는 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 구현의 예는 단지 예시적인 목적으로 아래에 제공된다. 본 명세서에 설명된 기술들의 측면들이 이 점에서 제한되지 않으므로, 제공된 실시 예들 및 특징/성능들은 개별적으로, 함께 또는 둘 이상의 임의의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 MRI 시스템(100)(예를 들어, 저-자장 MRI 시스템)의 예시적인 컴포넌트들의 블록도이다. 도 1의 도시된 예에서, MRI 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스(104), 제어기(106), 펄스 시퀀스 저장 장치(108), 전력 관리 시스템(110) 및 자기 컴포넌트(120)를 포함한다. 시스템(100)은 예시적이며, MRI 시스템은 도 1에 도시된 컴포넌트들에 추가하여 또는 그 대신에 임의의 적절한 유형의 하나 이상의 다른 컴포넌트를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자기 컴포넌트(120)는 B0 자석(122), 심 코일(shim coil)(124), RF 송신 및 수신 코일(126), 그레디언트 코일(128)을 포함한다. 자석(122)이 사용되어 주 자기장 B0를 생성할 수 있다. 자석(122)은 원하는 주 자기장 B0를 생성할 수 있는 임의의 적절한 유형 또는 자기 컴포넌트의 조합(예를 들어, 전자석(들), 인쇄 자석, 영구 자석(들) 등 중 임의의 하나 또는 조합)일 수 있다. 따라서, B0 자석은 B0 자장을 생성하도록 구성된 임의의 유형의 자기 컴포넌트들 중 임의의 하나 또는 조합을 일컫는다. 일부 실시 예에 따르면, B0 자석(122)은 약 20mT 이상 약 50mT 이하, 약 50mT 이상 약 .1T 이하, 약 .1T 이상 약 .2T 이하, 약 .2T 이상 약 .3T 이하, 약 .3T 이상 약 .5T 이하 등의 B0 자장을 생성하거나 기여할 수 있다. 심 코일(124)은 자석(122)에 의해 발생된 B0 자장의 균질성을 향상시키기 위하여 자기장(들)에 기여하는데 사용될 수 있다.
그레디언트 코일(128)은 그레디언트 자장을 제공하도록 배열될 수 있으며, 예를 들어 3개의 실질적으로 직교하는 방향 (X, Y, Z)에서 B0 자장의 그레디언트를 생성하도록 배열될 수 있다. 그레디언트 코일(128)은 주파수 또는 위상의 함수로서 수신된 MR 신호의 공간적 위치를 인코딩하기 위하여 B0 자장(자석(122) 및/또는 심 코일(124)에 의해 생성된 B0 자장)을 체계적으로 변화시킴으로써, 방출된 MR 신호를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 비선형 그레디언트 코일을 사용함으로써 더 복잡한 공간 인코딩 프로파일이 제공될 수 있지만, 그레디언트 코일(128)은 특정 방향을 따라 공간 위치의 선형 함수로서 주파수 또는 위상을 변화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그레디언트 코일은 제1(X) 방향으로 B0 자장을 선택적으로 변화시켜 그 방향으로 주파수 인코딩을 수행하도록 구성될 수 있고, 제2 그레디언트 코일은 제1 방향과 실질적으로 직교인 제2(Y) 방향에서 BO 자장을 선택적으로 변화시켜 위상 인코딩을 수행하도록 구성될 수 있고, 제3 그레디언트 코일은 상기 제1 및 제2 방향과 실질적으로 직교하는 제3(Z) 방향으로 BO 자장을 선택적으로 변화시켜 체적 영상(volumetric imaging) 응용 분야를 위한 슬라이스 선택을 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, MRI는 각각 송신 및 수신 코일(흔히 무선 주파수(RF) 코일이라고 함)을 사용하여, 방출된 MR 신호를 여기(excite) 및 검출함으로써 수행된다. 송신/수신 코일은 송신 및 수신을 위한 개별 코일, 송신 및/또는 수신을 위한 다중 코일, 송신 및 수신을 위한 동일한 코일을 포함할 수 있다. 송신/수신 코일은 또한 종종 MRI 시스템의 송신 및 수신 자기 컴포넌트에 대한 다양한 구성을 나타 내기 위하여 Tx/Rx 또는 Tx/Rx 코일이라고도 불린다. 이 용어들은 여기서 상호 교환적으로 사용된다. 도 1에서, RF 송신 및 수신 코일(126)은 발진 자기장 B1을 유도하기 위하여 RF 펄스를 생성하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 송신 코일을 포함한다. 송신 코일(들)은 임의의 적합한 유형의 RF 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 송신 코일(들)은 2015년 11월 11일에 출원된 "Pulse Sequences for Low Field Magnetic Resonance(저-자장 자기 공명을 위한 펄스 시퀀스)"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제14/938,430호('430 출원)에 기재된 임의의 펄스 시퀀스를 생성하도록 구성될 수 있다.
자기 컴포넌트들(120) 각각은 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 자기 컴포넌트들(120) 중 하나 이상(예를 들어, 모두)이 2015년 9월 4일에 출원된 "Low-field Magnetic Resonance Imaging Methods and Apparatus(저-자장 자기 공명 영상 방법 및 장치)"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제14/845,652호('652 출원)에 기재된 기술을 사용하여 제작(fabricate), 구성, 또는 제조(manufacture)될 수 있다. 그러나, 자기 컴포넌트들(120)을 제공하기 위하여 임의의 적절한 기술이 사용될 수 있으므로 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
전력 관리 시스템(110)은 저-자장 MRI 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트에 동작 전력을 제공하는 전자 장치를 포함한다. 예를 들어, 아래에 더 자세히 논의되는 바와 같이, 전력 관리 시스템(110)은 하나 이상의 전원, 그레디언트 전력 컴포넌트, 송신 코일 컴포넌트, 및/또는 저-자장 MRI 시스템(100)의 컴포넌트에 에너지를 제공하고 동작시키기 위해 적절한 동작 전력을 제공하는데 필요한 임의의 다른 적절한 전력 전자 장치를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 관리 시스템(110)은 전원(112), 전력 컴포넌트(들)(114), 송신/수신 스위치(116) 및 열 관리(thermal management) 컴포넌트(118)를 포함한다. 전원(112)은 MRI 시스템(100)의 자기 컴포넌트(120)에 동작 전력을 공급하는 전자 장치를 포함한다. 예를 들어, 전원(112)은 저-자장 MRI 시스템을 위한 주 자기장을 생성하기 위하여 하나 이상의 B0 코일(예를 들어, B0 자석(122))에 동작 전력을 공급하는 전자 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전원(112)은 단극의(unipolar) 연속파(continuous wave, CW) 전원이지만, 임의의 적절한 전원이 사용될 수 있다. 송신/수신 스위치(116)는 RF 송신 코일 또는 RF 수신 코일이 동작 중인지 여부를 선택하는데 사용될 수 있다.
전력 컴포넌트(들)(114)는 하나 이상의 RF 수신 코일(예를 들어, 코일(126))에 의해 검출된 MR 신호를 증폭하는 하나 이상의 RF 수신(Rx) 전치 증폭기(pre-amplifier), 하나 이상의 RF 송신 코일(예를 들어, 코일(126))에 전력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 RF 송신(Tx) 전력 컴포넌트, 하나 이상의 그레디언트 코일(예를 들어, 그레디언트 코일(128))에 전력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 그레디언트 전력 컴포넌트, 및 하나 이상의 심 코일(예를 들어, 심 코일(124))에 전력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 심 전력 컴포넌트를 포함할 수 있다.
열 관리 컴포넌트들(118)은 저-자장 MRI 시스템(100)의 컴포넌트에 대한 냉각을 제공하고, 저-자장 MRI 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 생성된 열 에너지를 이들 컴포넌트로부터 멀리 이동시키는 것을 용이하게 함으로써 냉각을 수행하도록 구성될 수 있다. 열 관리 컴포넌트들(118)은 B0 코일, 그레디언트 코일, 심 코일 및/또는 송/수신 코일을 포함하는(이에 한정되지는 않음), 열을 발생시키는 MRI 컴포넌트들에 통합되거나 근접하여 배열될 수 있는 물(water)-기반 또는 공기(air)-기반 냉각을 수행하기 위한 컴포넌트들을 제한 없이 포함할 수 있다. 열 관리 컴포넌트들(118)은 저-자장 MRI 시스템(100)의 컴포넌트로부터 멀리 열을 전달하기 위하여 공기 및 액체 냉각제(예를 들어, 물)를 포함하는 임의의 적합한 열 전달 매체를 포함할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, MRI 시스템(100)은 전력 관리 시스템(110)에 명령어들을 송신하고 전력 관리 시스템(110)으로부터 정보를 수신하기 위한 제어 전자 장치를 갖는 제어기(106)(또한 콘솔이라고도 함)를 포함한다. 제어기(106)는 하나 이상의 펄스 시퀀스를 구현하도록 구성될 수 있으며, 이는 원하는 시퀀스로 자기 컴포넌트(120)를 동작시키기 위하여 전력 관리 시스템(110)에 보내진 명령어들을 결정하는데 사용된다. 예를 들어, MRI 시스템(100)이 저-자장에서 동작하는 실시 예에 있어서, 제어기(106)는 ZTE(zero echo time) 펄스 시퀀스, LF-bSSFP(balanced steady-state free precession pulse sequence), 그레디언트 에코(gradient echo) 펄스 시퀀스, 스핀 에코(spin echo) 펄스 시퀀스, 반전 복구(inversion recovery) 펄스 시퀀스, 동맥 스핀 라벨링(arterial spin labeling), DWI(diffusion weighted imaging) 및/또는 저-자장 환경에서의 동작을 위하여 지정된 임의의 다른 펄스 시퀀스에 따라, 자기 컴포넌트들(120)을 동작시키도록 전력 관리 시스템(110)을 제어하도록 구성될 수 있다. 저-자장 MRI를 위한 펄스 시퀀스는 T1-가중(weighted) 및 T2-가중 영상화, 확산-가중 영상화, 동맥 스핀 라벨링(관류 영상(perfusion imaging)), 오버하우저 영상화(Overhauser imaging) 등과 같은 상이한 콘트라스트 유형에 대하여 적용될 수 있다. 그러나 임의의 펄스 시퀀스가 사용될 수 있는데, 양상들이 이 점에 있어서 제한되지 않기 때문이다. 제어기(106)는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 적합한 조합으로서 구현될 수 있으며, 본 명세서에 공급된 본 개시의 양상은 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
일부 실시 예에서, 제어기(106)는 하나 이상의 펄스 시퀀스 각각에 대한 정보를 저장하는 펄스 시퀀스 저장소(pulse sequences repository)(108)로부터 펄스 시퀀스에 관한 정보를 획득함으로써 펄스 시퀀스를 구현하도록 구성될 수 있다. 특정 펄스 시퀀스에 대하여 펄스 시퀀스 저장소(108)에 의해 저장된 정보는 제어기(106)가 특정 펄스 시퀀스를 구현하게 하는 임의의 적절한 정보일 수 있다. 예를 들어, 펄스 시퀀스에 대하여 펄스 시퀀스 저장소(108)에 저장된 정보는 펄스 시퀀스에 따라 자기 컴포넌트들(120)을 동작시키기 위한 하나 이상의 파라미터(예를 들어, RF 송신 및 수신 코일(126)을 동작시키기 위한 파라미터들, 그레디언트 코일(128)을 동작시키기 위한 파라미터들 등), 펄스 시퀀스에 따라 전력 관리 시스템(110)을 동작시키기 위한 하나 이상의 파라미터, 제어기(106)에 의해 실행될 때 제어기(106)로 하여금 시스템(100)이 펄스 시퀀스에 따라 동작하도록 제어하게 하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램 및/또는 임의의 다른 적절한 정보를 포함할 수 있다. 펄스 시퀀스 저장소(108)에 저장된 정보는 하나 이상의 비-일시적 저장 매체에 저장될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제어기(106)는 또한 수신된 MR 데이터를 처리하도록 프로그래밍된 컴퓨팅 디바이스(104)와 상호 작용한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(104)는 수신된 MR 데이터를 처리하여, 임의의 적합한 영상 재구성 프로세스(들)를 사용하여 하나 이상의 MR 영상을 생성할 수 있다. 제어기(106)는 컴퓨팅 디바이스에 의한 데이터의 처리를 위하여 컴퓨팅 디바이스(104)에 하나 이상의 펄스 시퀀스에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어기(106)는 하나 이상의 펄스 시퀀스에 관한 정보를 컴퓨팅 디바이스(104)에 제공할 수 있고 컴퓨팅 디바이스는 제공된 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 영상 재구성 프로세스를 수행할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(104)는 획득된 MR 데이터를 처리하고 영상화되는 피사체의 하나 이상의 영상을 생성할 수 있는 임의의 전자 장치일 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨팅 디바이스(104)는 데스크톱 컴퓨터, 서버, 랙-장착(rack-mounted) 컴퓨터, 워크 스테이션, 또는 MR 데이터를 처리하고 영상화되는 피사체의 하나 이상의 영상을 생성하도록 구성될 수 있는 임의의 다른 적절한 고정 전자 장치와 같은 고정 전자 장치일 수 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 디바이스(104)는 스마트폰, PDA(personal digital assistant), 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 또는 MR 데이터를 처리하고 영상화되는 피사체의 하나 이상의 영상을 생성하도록 구성될 수 있는 임의의 다른 휴대용 디바이스와 같은 휴대용 디바이스일 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨팅 디바이스(104)는 임의의 적합한 유형의 다수의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있는데, 본 명세서에 제공된 본 개시의 양상은 이 점에 있어서 제한되지 않는다. 사용자(102)는 컴퓨팅 디바이스(104)와 상호 작용하여, 저-자장 MR 시스템(100)의 양상들을 제어하고/제어하거나(예를 들어, 특정 펄스 시퀀스에 따라 동작하도록 시스템(100)을 프로그래밍하고, 시스템(100)의 하나 이상의 파라미터들을 조정함 등) 저-자장 MR 시스템(100)에 의해 얻어진 영상들을 볼 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명자들은 고-자장 MRI 시스템의 코일을 구동하기 위한 종래의 전력 컴포넌트가 저잡음으로 코일을 구동하도록 설계되지 않았기 때문에 일반적으로 저-자장 MRI 시스템에 부적합하다는 것을 인식하였다. 이러한 전력 컴포넌트에 의해 주입된 잡음은 높은 SNR을 갖는 고-자장 MRI 시스템에서 수용 가능할 수 있지만, 이러한 전력 컴포넌트는 저-자장 MRI 시스템에서 수용 가능한 영상 품질을 제공하기에 충분히 낮은 레벨의 잡음을 제공하지 않는다. 저-자장 MRI의 낮은 SNR은 저-자장 MRI 시스템의 하나 이상의 코일을 구동하기 위한 저잡음 전력 컴포넌트의 필요성을 증가시킨다. 저잡음 전력 컴포넌트(들)의 설계는 저-자장 MRI 시스템의 SNR을 향상시킬 수 있다.
일부 고-자장 MRI 시스템은 코일을 통해 전류를 구동하기 위하여 스위칭 전력 변환기를 갖는 전력 컴포넌트를 사용한다. 스위칭 전력 변환기가 고효율을 제공할 수 있지만, 본 발명자들은 종래의 스위칭 변환기가 펄스 시퀀스의 송신 및 펄스 시퀀스에 응답하여 방출된 MR 신호의 검출에 영향을 미칠 수 있는 범위의 주파수(예를 들어, 수십 내지 수백 kHz 범위의 주파수)에서 스위칭하기 때문에 상당한 양의 스위칭 잡음을 시스템에 도입할 수 있음을 인식하고 이해했다. 예를 들어, 종래의 스위칭 전력 변환기의 스위칭 주파수 및/또는 그들의 고조파는 송신 및/또는 수신 코일이 공진하도록 튜닝된 주파수와 중첩될 수 있고, 따라서 저-자장 MRI의 송신/수신 채널에 잡음을 더할 수 있다. 이러한 전력 변환기에 의해 주입된 잡음은 고-자장 MRI 시스템에서 중요하지 않을 수 있지만, 주입된 잡음의 레벨은 저-자장 MRI 시스템에서 수용 가능하지 않을 수 있고, 영상화 품질을 저하시킬 수도 있다. 또한, 고-자장 MRI에서의 송신/수신 주파수의 차이는 전형적으로 스위칭 잡음이 더 쉽게 필터 아웃(filter out) 되도록 허용하는데, 그 이유는 스위칭 잡음이 일반적으로 송신/수신 주파수에 대하여 대역 외가 될 것이기 때문이다(스위칭 주파수 및/또는 고조파는 B1 주파수(송신 주파수)보다 훨씬 낮으므로 필터 아웃이 훨씬 쉽다).
스위칭 전력 변환기를 사용하는 것의 대안은 선형 증폭기를 사용하는 것이다. 완전 온(fully-on) 상태와 완전 오프(fully-off) 상태 사이에서 트랜지스터를 스위칭하는 스위칭 전력 변환기와 반대로, 선형 증폭기는 증폭된 출력을 생성하기 위하여 연속적인 범위에 걸쳐 그 트랜지스터들을 동작시킨다. 선형 증폭기에서, 제어 신호는 하나 이상의 트랜지스터의 제어 단자(예를 들어, 게이트 또는 베이스)에 제공될 수 있고, 트랜지스터(들)를 통해 흐르는 전류는 제어 신호의 크기에 기초하여 제어된다. 선형 증폭기는 스위칭 주파수에서 트랜지스터를 스위치 온 및 스위치 오프하는 것과는 반대로, 연속 범위에 걸쳐 트랜지스터의 전류를 변화시킴으로써 출력을 생성하기 때문에 스위칭 잡음의 주입을 피할 수 있다.
그러나, 발명자들은 예를 들어, 그레디언트 코일과 같은 MRI 시스템의 코일에 광범위한 출력 전류 및/또는 전압을 공급할 필요가 있을 수 있으므로, 단일 포지티브 전압 단자를 사용하여 포지티브 출력 전압을 공급하고, 단일 네거티브 전압 단자를 사용하여 네거티브 출력 전압을 공급하는 것은, 비효율적인 전력 컴포넌트를 초래한다. 특히, 선형 증폭기는 비교적 낮은 크기의 출력 전압을 생성할 때 상당한 전력을 낭비(dissipate)할 수 있다. 예를 들어, 선형 증폭기의 출력에서 비교적 낮은 전압 및 높은 전류를 공급하는 것은 공급 전압 단자와 증폭기의 출력 단자 사이에서 증폭기의 트랜지스터(들)에 걸친 큰 전압 강하를 요구할 수 있다. 따라서, 그러한 선형 증폭기는 낮은 출력 전압을 생성하도록 동작될 때 비효율적일 수 있고, 결과적으로 상당한 전력을 소모하여 상당한 방열(heat dissipation)을 일으킬 수 있다. 냉각 시스템이 시스템을 냉각시키는데 사용될 수 있지만, 증폭기 회로를 위한 상당한 냉각 성능을 제공하는 것은 일부 MRI 시스템, 예를 들어 비교적 작은 크기, 낮은 중량 및/또는 저렴한 비용으로 설계된 저-자장 MRI 시스템의 경우 수용 가능하지 않을 수 있다.
본 발명자들은 선형 증폭기를 이용하는 전력 컴포넌트의 효율이 증폭기에 의해 생성된 출력 전압에 기초하여 상이한 공급 전압(예를 들어, 상이한 고정 전압에서의 다중 공급 레일(supply rail))으로부터 증폭기에 전력을 공급함으로써 향상될 수 있다는 것을 인식하였다. 증폭기를 상이한 공급 전압에 연결할 수 있는 기능을 제공함으로써 증폭기의 출력 전압에 더 가까운 적절한 공급 전압을 선택하여, 증폭기의 트랜지스터(들)에 걸친 전압 강하를 줄일 수 있다. 따라서, 증폭기의 효율은 증가될 수 있고, 증폭기를 냉각시키기 위한 요건은 상당히 감소되거나 제거될 수 있다. 이러한 증폭기는 저-자장 MRI 시스템에서 특히 유리할 수 있는데, 전술한 바와 같이, 효율적인 저잡음 전력 컴포넌트로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 2는 일부 실시 예에 따라, 원하는 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 MRI 시스템의 코일(202)을 통해 전류를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한다. 전력 컴포넌트(114)는 제어기(106)로부터의 제어 신호에 기초하여 코일(202)을 통해 전류를 구동한다. 제어기(106)는 전술한 바와 같이, 제어기(106)에 의해 구현된 (또는 하나 이상의 다른 제어기에 의해 제공된) 펄스 시퀀스에 기초하여 전력 컴포넌트(114)를 구동하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 코일(202)은 그레디언트 코일(128)일 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않고, 코일(202)은 자석(122)의 코일, 심 코일(124), 또는 RF 송신 및/또는 수신 코일(126)일 수 있다.
그레디언트 코일에 전력을 공급하도록 구성된 전력 컴포넌트는 일반적으로 비교적 높은 전력을 공급하며, 일반적으로 그레디언트 코일에 공급되는 전류를 정밀하게 제어하여 원하는 펄스 시퀀스를 충실히 전달할 수 있어야 할 필요가 있다. 그레디언트 코일에 명령된 전류(commanded current)를 전달할 때 부정확하면, 전달되는 그레디언트 펄스 시퀀스와 의도된(및 예상되는) 펄스 시퀀스 간의 차이로 인해 신호 대 잡음비가 감소한다. 그레디언트 코일을 구동하도록 구성된 전력 컴포넌트는 또한 원하는 펄스 시퀀스에 의해 요구되는 전류 파형을 충실하게 생성하기 위하여 명령된 전류 레벨들 간의 신속한 천이(transition)를 포함하여 그레디언트 코일에 명령된 전류를 전달하는데 있어서 즉각 반응해야 한다. 따라서, 본 발명자들은 원하는 펄스 시퀀스를 충실하게 재생하기 위하여 하나 이상의 그레디언트 코일에 비교적 저잡음 및 비교적 높은 효율로 전류를 정확하고 정밀하게 공급하도록 제어될 수 있는 전력 컴포넌트를 개발하였으며, 그 일부 실시 예는 아래에서 더 상세히 논의된다.
일부 실시 예에서, 전력 컴포넌트(114)는 코일(202)을 통해 원하는 전류를 구동하는 "전류 모드" 전력 컴포넌트일 수 있다. 원하는 전류는 제어기(106)로부터의 전류 명령(current command)에 응답하여 전력 컴포넌트(114)에 의해 생성될 수 있다. 이 점에 있어서, 전력 컴포넌트(114)는 (코일(202)에 공급될 전류를 나타내는 전압 레벨로서 제어기에 의해 공급될 수 있는) 전류 명령에 의해 제어되는 전류원으로서 동작할 수 있다. 제어기(106)는 전력 컴포넌트(114)가 선택된 펄스 시퀀스에 따라 변화하는 전류 값을 생성하도록 전류 명령을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어기(106)는 복수의 그레디언트 펄스를 포함하는 펄스 시퀀스에 따라 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하도록 전력 컴포넌트에게 명령할 수 있다. 각각의 그레디언트 펄스에 대하여, 전력 컴포넌트는 그레디언트 펄스의 상승 에지에서 대응 그레디언트 코일에 공급되는 전류를 증가(ramp up)시키고, 그레디언트 펄스의 하강 에지에서 그레디언트 코일에 공급되는 전류를 감소(ramp down)시킬 필요가 있을 수 있다. 다수의 그러한 그레디언트 펄스를 공급하기 위하여 그레디언트 코일을 구동하도록 구성된 전력 컴포넌트의 예시적인 동작은 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 3A는 몇몇 실시 예에 따른, 그레디언트 코일 전류 파형의 예를 도시한다. 이 예에서, 그레디언트 코일 전류는 0.2ms의 시간 간격 내에서 OA에서 +20A까지의 그레디언트 펄스의 상승 에지에서 빠르게 증가하고, 일정 시간 동안 +20A를 유지한 다음, 그레디언트 펄스의 하강 에지에서 -20A까지 급격하게 감소하고, 일정 시간 동안 -20A로 유지한다. 그레디언트 펄스를 생성하기 위한 예시적인 전류는 설명을 위하여 제공되고 상이한 펄스 시퀀스는 상이한 전류 및/또는 전압 요구사항을 갖는 그레디언트 펄스를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제어기(106) 및 전력 컴포넌트(114)는 임의의 적합한 펄스 시퀀스에 따라 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하도록 구성될 수 있다.
도 3B는 도 3A에 도시된 그레디언트 코일 전류의 상승 에지 이전, 도중, 이후의 전류 명령, 그레디언트 코일 전류 및 그레디언트 코일 전압에 대한 파형을 도시한다. 그레디언트 코일 전류는 그레디언트 코일을 통과하는 전류이다. 그레디언트 코일 전압은 그레디언트 코일에 걸친 전압이다. 전류 명령은 전력 컴포넌트(114)에 의해 그레디언트 코일을 통해 구동될 전류의 양을 나타내는 신호이다. 0ms의 시간에서의 전류 명령에 응답하여, 그레디언트 코일을 통하는 전류는 +20A의 명령된 전류를 향하여 상승하기 시작한다. 그레디언트 코일은 유도성 부하(inductive load)이기 때문에, 그레디언트 코일을 통과하는 전류를 급격히 증가시키기 위하여 그레디언트 코일에 비교적 큰 전압을 공급할 필요가 있다. 그레디언트 코일을 통하여 전류의 급격한 증가를 공급하는 것은 MRI 응용 분야에서 바람직한데, 이는 그레디언트 코일 전류 값들 사이의 빠른 천이를 제공하는 것이 획득 시간을 감소시킬 수 있고 특정 펄스 시퀀스를 구현하는 데 필요할 수 있기 때문이다. 도 3A 및 도 3B에 도시된 예시적인 전압 및 전류로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 전력 컴포넌트(114)는 비교적 높은 전력으로 그레디언트 코일을 구동할 수 있는 능력을 가질 수 있다.
일례로서, 그레디언트 코일은 200μH의 인덕턴스 및 100mΩ의 저항을 가질 수 있다. 그레디언트 코일을 통과하는 전류의 변화율은 인덕턴스에 비례하기 때문에, 그레디언트 코일에 100V의 전압을 공급하여 전류를 10A/ms의 속도로 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 일단 그레디언트 코일 전류가 20A에서 떨어지면, 전압 요구량은 상당히 떨어진다. 이 시점에서 전류는 더 이상 변하지 않으므로 필요한 전압은 그레디언트 코일의 저항에 따라 달라진다. 그레디언트 코일의 저항이 100mΩ이므로 20A에서 전류를 고정되게 유지하기 위하여 그레디언트 코일에 제공될 필요가 있는 전압은 2V이며, 이는 전류 값들 사이의 천이 동안에 필요한 전압(100V)보다 현저히 낮다. 그러나, 전류, 전압, 인덕턴스 및 저항의 이들 값은 단지 예로서 제공된 것이며, 인덕턴스 및/또는 저항의 상이한 값들을 가질 수 있는 임의의 적절한 그레디언트 코일 설계가 사용될 수 있다. 또한, 전류, 전압, 천이 타이밍 등의 다른 적절한 값들 등이 일정한 펄스 시퀀스를 구현하는데 사용될 수 있고/있거나 필요할 수 있다.
그레디언트 코일의 저항이 비교적 낮을 수 있기 때문에(예를 들어, 500mΩ 미만), 일부 실시 예에서, 전력 컴포넌트(114)는 명령된 전류를 효율적으로 공급하기 위하여 비교적 낮은 출력 임피던스를 갖는다. 예를 들어, 일부 실시 예에 따르면, 전력 컴포넌트(114)는 (예를 들어, 원하는 펄스 시퀀스에 따라 하나 이상의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 위하여) 하나 이상의 그레디언트 코일에 전력을 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 포함한다. 낮은 출력 임피던스를 갖는 선형 증폭기를 구현하기 위하여, 낮은 등가 직렬 저항을 갖는 적당한 크기의 트랜지스터들이 사용될 수 있고/있거나 다수의 트랜지스터들이 병렬로 접속되어 집합적으로 낮은 저항을 생성할 수 있다. 인터커넥트(interconnect)는 비교적 낮은 저항을 갖도록 설계될 수 있다. 선형 증폭기의 출력 임피던스는, 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 그레디언트 코일의 임피던스의 2 배보다 작을 수 있다. 일부 실시 예에서, 선형 증폭기의 트랜지스터에 걸리는 전압 강하는 5V 미만, 2V 미만 또는 IV 미만(및 0V 초과)과 같이 동작 시에 비교적 낮을 수 있다. 비교적 낮은 출력 임피던스를 갖는 증폭기를 사용하는 것은 상당한 DC 전류를 가질 수 있는 그레디언트 코일을 통해 전류를 구동하는 데 특히 유용할 수 있다. 낮은 출력 임피던스는 증폭기의 효율을 향상시키고 증폭기의 열(heating)을 제한할 수 있다. 예시적인 선형 증폭기 구현의 세부 사항은 이하에서 더 상세히 논의된다.
도 4A는 일부 실시 예에 따라, 전류 피드백 루프 및 전압 피드백 루프를 갖는 전력 컴포넌트(114)의 예를 도시한다. 전력 컴포넌트(114)는 원하는 펄스 시퀀스에 따라 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하는데 필요한 전류를 공급하도록 구성된다. 이와 같이, 전력 컴포넌트(114)는 원하는 그레디언트 자기장을 충실하게 생성하기 위하여 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하는데 필요한 명령된 전류 파형을 공급하도록 정밀하게 제어될 수 있는 저잡음 전류원이 되도록 설계된다. 전력 컴포넌트(114)는 그의 비-반전(non-inverting) 입력 단자에서 제어기(106)로부터의 전류 명령 및 그의 반전 입력 단자에서 전류 센서(401)로부터의 전류 피드백 신호 FB를 수신하는 비교기(301)를 포함한다. 전류 명령은 명령된 전류를 나타내는 전압 값일 수 있다. 전류 피드백 신호 FB는 측정된 전류를 나타내는 전압 값일 수 있다. 일부 실시 예에서, 고품질 전류 센서는 그레디언트 코일 전류 펄스들의 정확도를 향상시킬 수 있는 정확한 피드백 신호 FB를 제공하는데 사용될 수 있다.
비교기(301)는 전류 명령과 전류 피드백 신호 FB 사이의 차이를 나타내는 에러 신호 E(예를 들어, 전압)를 생성한다. 증폭기 회로(302)는 에러 신호를 증폭하여 출력단(output stage)(303)에 제공되는 증폭된 에러 신호를 생성한다. 출력단(303)은 증폭된 에러 신호에 기초하여 코일(202)을 구동한다. 코일(202)을 통한 전류는 전류 센서(401)에 의해 측정되고, 피드백 신호 FB는 전술한 바와 같이 비교기(301)로 피드백된다. 따라서 전류 피드백 루프는 코일(202)을 통과하는 전류가 제어기(106)에 의해 명령된 전류와 동일하게 되도록 한다. 이 점에 있어서, 전력 컴포넌트(114)는 전압-제어(voltage-controlled) 전류원으로서 동작할 수 있다. 일부 실시 예에 따르면, 높은 정확도의 고정밀 전류 센서(401)가 그레디언트 코일에 공급된 전류 출력이 제어기(106)에 의해 명령된 전류를 정확하게 추적하도록 보장하기 위하여 사용된다. 결과적으로, 그레디언트 코일에 전력을 공급하기 위하여 제공되는 전류는 명령된 전류에 가능한 한 가깝게 유지될 수 있다. 전력 컴포넌트(114)는 또한 전압 증폭기 회로(302)의 입력에 출력단(303)의 출력 전압을 공급하는 전압 피드백 루프를 갖는다.
도 4B에 도시된 바와 같이, 전압 증폭기 회로(302)는 그 비-반전 입력에서 에러 신호 E 및 반전 입력에서 전압 피드백 신호 V_FB를 수신하는 연산 증폭기(operational amplifier) OA를 포함할 수 있다. 전압 피드백 신호가 (예를 들어, 저항기(R1) 및 저항기(R2)를 포함하는) 저항성 분압기(voltage divider)를 통해 연산 증폭기의 반전 입력에 제공될 수 있는데, 이는 연산 증폭기가 분압기에서 저항 값들의 비에 기초하여 입력 전압을 증폭하도록 한다. 전압 증폭기에 대하여 임의의 적절한 전압 이득, 예를 들어 5-15의 이득을 사용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 출력단의 전압 이득은 1(unity)일 수 있다.
도 4A에 도시된 바와 같이, 일부 실시 예에서 제어기(106)는 출력단(303)에 명령을 제공할 수 있다. 제어기(106)는 펄스 시퀀스의 대응 부분을 수행하는 데 필요한 전류를 공급하기에 적합한 전원 전압을 생성하도록 출력단(303)에 명령할 수 있다. 일례로서, 명령(command)은 출력단의 전력 변환기가 그레디언트 코일 전류 펄스에 앞서 전원 전압의 크기를 증가시키기 시작하게 할 수 있다. 이러한 명령은 도 15D를 참조하여 이하에서 더 상세히 논의된다.
일부 실시 예에서, 출력단(303)은 상이한 전압에서 복수의 전원 단자들에 의해 선택적으로 전력이 공급되도록 구성된다. 출력단(303)에 전력을 공급하도록 선택된 전원 단자는 전압 증폭기에 의해 생성된 출력 전압에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 전력 컴포넌트가 비교적 높은(포지티브) 출력 전압을 생성하도록 명령받는 경우, 전력 컴포넌트는 비교적 높은(포지티브) 전압 공급 단자로부터 전력을 공급받을 수 있고, 전력 컴포넌트가 비교적 낮은(포지티브) 출력 전압을 생성하도록 명령받는 경우, 전력 컴포넌트는 비교적 낮은(포지티브) 전압 공급 단자로부터 전력이 공급된다. 따라서, 비교적 낮은 출력 전압이 생성될 때 트랜지스터(들) 양단의 전압 강하를 감소시킴으로써 전력 컴포넌트의 효율이 향상될 수 있다. 양상이 이 점에 있어서 제한되지 않기 때문에, 임의의 수의 공급 단자 및 전압 레벨이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 높은, 중간, 및 낮은 전압 공급 단자(포지티브 및 네거티브 모두)가 사용될 수 있으며, 특정 설계 및/또는 구현에 적합한 훨씬 더 많은 수를 사용할 수 있다.
도 5A는 자기 공명 영상 시스템의 하나 이상의 그레디언트 코일에 전력을 공급하기에 적합한 출력 Vout, Iout을 갖는 출력단(303A)의 예를 도시한다. 하나 이상의 그레디언트 코일에 전력을 공급할 때의 전력 효율을 향상시키기 위하여, 출력단(303A)은 출력 전압 Vout에 따라 상이한 공급 단자들에 의해 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, 출력단(303A)은 제1 극성의 복수의 공급 단자들(예를 들어, 복수의 상이한 포지티브 전압들) 및/또는 제2 극성의 복수의 공급 단자들(예를 들어, 복수의 상이한 네거티브전압들)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 몇몇 실시 예에 따르면, 저잡음 동작을 용이하게 하기 위하여, 출력단(303A)은 선형 증폭기(304)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에 따르면, 상이한 공급 단자들 각각은 상이한 고정된 공급 전압을 제공한다. 일부 실시 예에 따르면, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 상이한 공급 단자가 가변 공급 전압을 생성한다.
동작시에 만일 포지티브 출력 전압이 Vout에서 생성되면, 스위칭 회로(S1)는 선형 증폭기(304)의 하이 사이드(high side) 전력 입력을 고전압 단자 +Vhigh 또는 저전압 단자 + Vlow 중 어느 하나에 접속한다. 만일 비교적 높은 출력 전압이 생성되어야 한다면(예를 들어, 생성될 출력 전압이 특정 임계 값을 초과하는 경우), 스위칭 회로(S1)는 선형 증폭기(304)의 하이 사이드 전력 입력을 고전압 단자 +Vhigh에 접속한다. 비교적 낮은 출력 전압이 생성되어야 한다면(예를 들어, 생성될 출력 전압이 특정 임계 값 아래로 유지되는 경우), 스위칭 회로(S1)는 선형 증폭기(304)의 하이 사이드 전력 입력을 저전압 단자 +Vlow에 접속한다. 유사하게, 만일 네거티브 출력 전압이 생성되면, 스위칭 회로(S2)는 전술한 바와 같이, 선형 증폭기(304)의 로우 사이드(low side) 전력 입력을 출력 전압의 크기에 따라 고전압 단자 -Vhigh 또는 저전압 단자 -Vlow 중 어느 하나에 접속한다. 임의의 적절한 스위칭 회로(S1 및 S2)가 사용될 수 있다. 그러한 스위칭 회로는 수동적으로 스위칭되는 다이오드 및/또는 능동적으로 스위칭되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 또는 저전압 단자는 매개 스위치(intervening switch)(S1 또는 S2) 없이 선형 증폭기(304)에 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 5B에 도시된 예시적인 출력단(303A')에 의해 도시된 바와 같이, 고전압 단자 +Vhigh 및 -Vhigh는 선형 증폭기(304)에 직접 접속될 수 있고, 저전압 단자 +Vlow 및 -Vlow는 각각의 스위치(S1 및 S2)를 통해 선형 증폭기(304)에 접속될 수 있다. 선형 증폭기(304)는 전압이 출력 전류를 공급하기에 충분하지 않는다면 저전압 공급 단자에 의해 전력이 공급되도록 설계될 수 있으며, 이 경우 선형 증폭기(304)는 고전압 공급 단자에 의해 전력이 공급된다. +-Vhigh 및 +-Vlow의 사용은 단지 예시적인 것이고 원하는 전압 레벨을 공급하기 위하여 임의의 수의 전압 레벨이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, +-Vhigh와 +-Vlow 사이의 하나 이상의 매개 전압 레벨이 원하는 전압 레벨을 생성하는데 각각 사용될 수 있다.
도 6은 복수의 구동회로(601 내지 604)를 갖는 출력단(303A)의 예를 도시한다. 구동 회로(601-604)는 각각 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 복수의 트랜지스터 회로들(605-608)을 포함하는 선형 증폭기(304)를 구동한다. 선형 증폭기(304)는 생성될 출력 전압에 따라 고전압 또는 저전압 공급 단자에 접속될 수 있다.
낮은 포지티브 출력 전압이 생성되어야 할 때, 트랜지스터(들)(606)는 스위치 회로(S3)를 통해 저전압 단자 +Vlow에 접속된다. 트랜지스터(들)(605)는 구동 회로(601)에 의해 턴 오프되어, 트랜지스터(606)를 고전압 단자 +Vhigh로부터 절연시킨다. 구동 회로(602)는 입력에 기초하여 선형 증폭 소자로서 트랜지스터(들)(606)를 구동하여, 저전압 단자 +Vlow를 전류원으로서 사용하여 증폭된 출력을 생성한다.
높은 포지티브 출력 전압을 공급하기 위하여, 구동 회로(601)는 트랜지스터(605)(들)를 턴 온하여, 고전압 단자 +Vhigh를 트랜지스터(606)에 접속시킨다. 스위치 회로(S3)는 턴 오프되어, 트랜지스터(들)(606)를 저전압 단자 +Vlow로부터 고립시킨다. 구동 회로(602)는 트랜지스터(들)(605)가 출력단(303A)의 출력에 접속되도록 트랜지스터(606)를 완전히 온(fully on)으로 구동할 수 있다. 구동 회로(601)는 고전압 단자 +Vhigh를 사용하여 증폭된 출력을 생성하기 위하여, 입력에 기초하여 선형 증폭 소자로서 트랜지스터(들)(605)를 구동한다.
따라서, 저전압 단자 +Vlow는 낮은 출력 전압을 제공하는데 사용될 수 있고 고전압 단자 +Vhigh는 높은 출력 전압을 제공하는 데 사용될 수 있다. 구동 회로(603 및 604), 트랜지스터(들)(607 및 608) 및 스위치 회로(S4)에 의해 네거티브 출력 전압이 유사하게 공급될 수 있다. 포지티브 출력 전압이 생성될 때, 구동 회로(601 및 602)는 트랜지스터(들)(605 및 606)를 턴 오프할 수 있다. 마찬가지로, 포지티브 출력 전압이 생성될 때, 구동 회로(603 및 604)는 트랜지스터(들)(607 및 608)를 턴 오프할 수 있다.
트랜지스터(들)(606)는 저출력 전압을 위한 선형 증폭기(304)의 선형 증폭 소자로서 동작할 수 있고 트랜지스터(들)(605)는 높은 출력 전압을 위한 선형 증폭 소자로서 동작할 수 있다. 일부 실시 예에서, 트랜지스터(들)(606 및 605)는 낮은 포지티브 출력 전압과 높은 포지티브 출력 전압 사이의 천이 영역의 경우 트랜지스터(들)(605 및 606)가 선형 증폭기(304)의 선형 증폭 소자로서 모두 작동하도록, 즉, 그들이 완전히 온(fully-on)도 아니고 완전히 오프(fully-off)도 아니도록 바이어스될 수 있다. 그러한 천이 동안 선형 소자로서 트랜지스터(605 및 606) 모두를 동작시키는 것은 평활하고 연속적인 전달 함수를 갖는 선형 증폭기(304)를 용이하게 할 수 있다. 트랜지스터(607 및 608)는 네거티브 출력 전압의 범위를 생성하기 위하여 트랜지스터(605 및 606)와 유사하게 동작할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 회로(S3 및 S4)는 고전압 단자가 이용되고 있는지 여부에 따라 자동으로 온 오프로 스위칭되는 다이오드에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어, 스위치 회로(S3)가 다이오드를 포함하는 경우, 전류가 단자 +Vlow로부터 출력단(303A)으로만 흐를 수 있도록 음극이 단자 +Vlow에 접속될 수 있고, 양극이 트랜지스터(들)(606)에 접속될 수 있다. 그러나, 스위치 회로(S3 및 S4)가 트랜지스터와 같은 제어된 스위치 또는 임의의 다른 적절한 스위칭 회로를 사용하여 실현될 수 있기 때문에, 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
일부 실시 예들에서, 도 6의 회로가 도 3에 도시된 바와 같은 펄스 시퀀스를 사용하여 그레디언트 코일을 구동하는데 사용될 수 있다. 출력 전류가 일정할 때, 출력 전압(예를 들어, 2V)은 저전압 단자 +Vlow로부터 전류를 제공(source)함으로써 생성될 수 있다. 전류가 급격하게 변하고 있는 천이 중에, 고전압 단자 +Vhigh로부터 전류를 제공함으로써 높은 출력 전압(예를 들어, 100V)이 생성될 수 있다. 따라서, 고전압 단자는 높은 출력 전압을 공급하기 위하여 출력 전류의 천이 중에 사용될 수 있고, 저전압 단자는 높은 효율을 위하여 낮은 출력 전압을 공급하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에 따르면, 예를 들어, 일부 펄스 시퀀스에 따라, 고전압 단자(들)는 비교적 짧은 시간 동안만 사용될 필요가 있을 수 있으므로, 트랜지스터(들)(605(및 608))는 비교적 작은 듀티 사이클 동안에만 전도(conduct)되어 있을 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 트랜지스터(들)(605 및 608)는 크기가 감소될 수 있고/있거나 병렬로 접속된 트랜지스터들의 수가 감소될 수 있고, 트랜지스터(606(또는 607))에 대하여 트랜지스터(들)(605(및 608))는 그레디언트 코일 전류의 천이 사이에 열을 방산하는 시간을 가질 것이다.
일부 실시 예에서, 구동 회로(601 및 604)는 시간-제한된 출력 신호를 공급하도록 설계될 수 있다. 시간-제한된 출력 신호를 공급함으로써, 트랜지스터(들)(605 및/또는 608)가 일시적으로만 턴 온되고 정상 상태(steady state) 전류를 구동하기 위하여 턴온되지 않도록 보장할 수 있다. 트랜지스터(들)(605 또는 608)가 트랜지스터(들)(605 또는 608)에 의한 과도한 전력 소산을 방지할 수 있기 때문에, 트랜지스터(605 또는 608)가 비교적 단시간 동안만 전도되도록 설계되는 경우에, 그러한 기술이 유리할 수 있다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 구동 회로(601 및 602)의 블록도를 도시한다. 구동 회로(601)는 트랜지스터(들)(605)를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(703A)를 포함한다. 구동 회로(602)는 트랜지스터(들)(606)를 구동하기 위한 구동 트랜지스터(703B)를 포함한다.
구동 회로(601 및 602)는 구동 트랜지스터(703A 및 703B)에 제공된 입력 전압에 DC 바이어스를 생성하기 위하여 하나 이상의 바이어스 회로(701)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 바이어스 회로(들)(701)는 구동 트랜지스터들(703A 및/또는 703B)을 그들의 턴-온 전압들보다 약간 아래로 바이어스할 수 있다. 본 발명자들은 구동 트랜지스터를 그들의 턴-온 전압보다 약간 낮게 바이어스하는 것이 열 폭주(thermal runaway)를 감소시키거나 제거할 수 있음을 인식하고 이해하였다. 바람직하게는, 이러한 바이어싱 기술은 출력단(303A)의 선형성(linearity)을 감소시키지 않을 수 있다. 만일 전압 증폭기 회로(302)의 연산 증폭기(OA)가 충분히 높은 속도를 갖는다면, 구동 트랜지스터를 그들의 턴-온 전압보다 약간 낮게 바이어싱함에도 불구하고 출력단의 출력 전압을 정확하게 제어할 만큼 충분히 빠르게 응답할 수 있다.
일부 실시 예에서, 구동 회로(601)는 구동 회로(601)가 시간-제한된 출력을 생성하게 하는 타이밍 회로를 포함할 수 있다. 임의의 적절한 타이밍 회로가 사용될 수 있다. 도 7의 예에서는, 타이밍 회로(702)는 바이어스 회로(701)를 통해 출력단(303A)의 입력에 접속되고, 입력이 구동 트랜지스터(703A)에 공급될 수 있는 시간 량을 제한한다.
일부 실시 예에서, 타이밍 회로(702)는 시간에 따라 감쇠하는 출력 전압을 갖는 RC 회로일 수 있고 타이밍 회로(702)의 출력이 구동 트랜지스터(703A)의 턴-온 전압 아래로 떨어질 때 구동 트랜지스터(703A)를 턴 오프한다. 트랜지스터(들)(605)가 턴 온되는 시간은 RC 회로의 RC 시간 상수에 기초하여 제한된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 기술들은 임의의 적절한 타이밍 회로가 사용될 수 있기 때문에, 아날로그 회로 및/또는 디지털 회로를 포함하는 RC 회로를 사용하여 타이밍 회로를 구현하는 것으로 제한되지 않는다. 일부 실시 예에서, 구동 회로(603 및 604)는 네거티브 입력 및 출력 전압에 대하여 각각 구동 회로(602 및 601)와 유사하게 구현될 수 있다.
도 8은 본 명세서에 설명된 기술의 일부 실시 예에 따라, 도 7의 구동 회로의 예시적인 구현을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일부 실시 예에서, 바이어스 회로(701)는 고전압 단자 +Vhigh와 + Vhigh의 전압 아래의 더 낮은 전압 DC 단자(예를 들어, -Vhigh) 사이에 접속된 저항기(R2)와 직렬인 제너(Zener) 다이오드에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 회로(701)는 고전압 단자 +Vhigh와 더 낮은 전압 DC 단자 사이에 부가 회로를 포함하여, 이들 사이에서 전류가 흐르도록 하는 DC 경로를 제공하여 적절한 바이어스 전압을 설정할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 회로(701)는 로우 사이드(low side) 구동 회로(603 및 604)에 바이어스 전압(들)을 공급하기 위하여 도 8에 도시된 제너 다이오드 및 저항기와 직렬인 다른 제너 다이오드 및 저항을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예에 불과하며, 임의의 적절한 바이어스 회로가 사용될 수 있다. 도 8은 또한 커패시터(CI) 및 저항기(R1)를 갖는 RC 회로로서 실현되는 타이밍 회로(702)의 예를 도시한다. 다시 말하면, 타이밍 회로의 다른 구성이 사용될 수 있기 때문에 이것은 타이밍 회로의 한 예일 뿐이다. 구동 트랜지스터(703A 및 703B)는 바이폴라 접합 트랜지스터에 의해 구현되는 것으로 도시된다. 그러나, 구동 트랜지스터가 임의의 유형의 트랜지스터에 의해 실현될 수 있기 때문에, 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않는다. 트랜지스터 회로(605 및 606)는 이 예에서 MOSFET으로서 도시된다. 그러나, 트랜지스터 회로(605 및 606)는 임의의 유형의 트랜지스터에 의해 실현될 수 있다. 일부 실시 예에서 트랜지스터 회로(605 및/또는 606)는 병렬로 접속된 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 스위치 회로(S3)는 도 8에 도시된 바와 같이 다이오드로서 구현될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 일부 실시 예에서 스위치 회로(S3)가 트랜지스터에 의해 실현될 수 있기 때문에, 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
도 9는 타이밍 회로를 구현하는 기술의 다른 예를 도시한다. 본 발명자들은 스위치(S3)가 다이오드에 의해 실현된다면, 다이오드 양단의 전압이 트랜지스터(들)(605)가 턴 온되는 시간 량을 제한하기 위한 타이밍 회로에 대한 트리거로서 사용될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 선형 증폭기(304)에 의해 낮은 출력 전압이 생성될 때, 다이오드는 순방향으로 바이어스되고 전도된다. 선형 증폭기(304)가 높은 출력 전압을 생성할 때, 트랜지스터(들)(605)가 턴 온되고 다이오드는 순방향 바이어스로부터 역방향 바이어스로 스위칭한다. 역방향 바이어스 전압은 트랜지스터(들)(605)가 턴 온되어 있다는 표시로서 타이밍 회로(902)에 의해 감지될 수 있다. 도 9의 예에서는, 다이오드 양단의 전압은 타이밍 회로(902)에 대한 입력으로서 제공되고, 이는 일정 시간 후에 구동 회로(601)의 동작을 억제(inhibit)하는 억제 신호를 생성하며, 이에 의해 트랜지스터(들)(605)가 턴 온되어 있는 시간 량을 제한한다. 타이밍 회로(904)는 트랜지스터(들)(608)가 일정 기간 동안 전도되어 온 후에 구동 회로(604)의 동작을 억제하기 위하여 유사하게 동작할 수 있다.
도 10은 RC 회로 및 바이폴라 트랜지스터에 의해 실현되는 타이밍 회로(902 및 904)의 예를 도시한다. 타이밍 회로(902)에서, 예를 들어, 일단 다이오드가 일정 기간 후에 역 바이어스되면, RC 회로의 출력은 바이폴라 트랜지스터가 턴 온되는 레벨로 상승한다. 바이폴라 트랜지스터가 턴 온될 때, 구동 회로(601)의 입력은 +Vlow로 풀 다운(pull down)되며, 이는 구동 회로(601) 및 트랜지스터(들)(605)를 턴 오프한다.
도 6, 도 9 및 도 10은 포지티브 출력 전압 또는 네거티브 출력 전압을 생성할 수 있는 "더블-엔드(double-ended)" 선형 증폭기(304)를 도시하지만, 일부 실시 예에서 싱글-엔드 선형 증폭기가 사용될 수 있기 때문에, 본 명세서에 기재된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않는다. 도 11은 포지티브 출력 전압만을 생성하는 싱글-엔드 선형 증폭기(305)를 포함하는 출력단(303B)의 예를 도시한다. 도 11은 생성될 출력 전압에 따라 싱글-엔드 선형 증폭기(305)가 스위치(S1)에 의해 높은 포지티브 전압 단자 +Vhigh 또는 낮은 포지티브 전압 단자 +Vlow에 접속될 수 있다는 것을 개략적으로 도시한다. 일부 실시 예에서, 출력단(303B)은 전술한 구동 회로(601, 602), 트랜지스터(들)(605 및 606) 및 관련 스위치 회로(S3)를 사용하여 구현될 수 있다.
출력단(303B)은 극성-스위칭 회로(1104)를 사용하여 포지티브 출력 전압 또는 네거티브 출력 전압을 부하에 공급할 수 있다. 도 11의 예에서, 극성-스위칭 회로(1104)는 스위치(S5-S8)를 포함하는 H-브리지를 사용하여 실현된다. 스위치(S5 및 S8)를 턴 온하고 스위치(S6 및 S7)를 턴 오프함으로써 포지티브 전압이 부하에 의해 제공될 수 있다. 스위치(S6 및 S7)를 턴 온하고 스위치(S5 및 S8)를 턴 오프함으로써 부하에 의해 네거티브 전압이 제공될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제어 회로(도시되지 않음)는 스위치(S5-S8)를 제어하여 적절한 극성의 출력 전압을 생성할 수 있다. 극성은 전류 명령, 에러 신호 E 또는 임의의 다른 적절한 신호의 극성을 검사함으로써 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 스위칭 변환기는 수십에서 수백 kHz 범위의 주파수로 스위칭하기 때문에 상당한 양의 스위칭 잡음을 시스템에 도입할 수 있다. 이러한 스위칭 잡음은 검출되기를 원하는 MR 신호와 동일한 주파수 범위에 있기 때문에 영상화를 간섭할 수 있다. 본 발명자들은 관심 있는 라모르 주파수(Larmor frequency of interest)보다 높은 스위칭 주파수를 갖는 전력 변환기가 상당한 정도로 영상화를 간섭하지 않는다는 것을 인식했다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 전력 컴포넌트(114)는 도 12에 도시된 바와 같이, 관심 있는 라모르 주파수보다 높은 비교적 높은 스위칭 주파수로 스위칭되도록 설계된, 스위칭 전력 변환기(1202)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 스위칭 주파수는 1MHz보다 높거나, 10MHz보다 높거나, 30MHz보다 높거나 300MHz보다 높을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명자들은 가변 전압 공급 단자를 제공함으로써 자기 공명 영상 시스템(예를 들어, 저-자장 MRI 시스템)의 하나 이상의 그레디언트 코일의 효율적인 전력 공급을 용이하게 한다는 것을 인식하게 되었다. 일부 실시 예에서, 출력단은 원하는 출력 전압에 가까운 공급 전압을 생성하도록 제어되는 하나 이상의 가변 전압 공급 단자에 의해 전력이 공급될 수 있다. 이러한 가변 전압 공급 단자를 제공하면 선형 증폭기 양단의 전압 강하를 제한함으로써 출력단의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 13은 가변 전압 포지티브 공급 단자 및 가변 전압 네거티브 공급 단자에 의해 전력이 공급될 수 있는 출력단(303C)의 실시 예를 도시한다. 공급 단자의 전압은 선형 증폭기(306)의 트랜지스터(들)에 걸리는 전압 강하를 감소시키기 위하여 출력 전압에 따라 변화될 수 있으므로, 원하는 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 그레디언트 코일(들)의 효율적인 전력 공급을 용이하게 한다. 일부 실시 예에서, 포지티브 전압 단자 및/또는 네거티브 전압 단자의 전압은 각각 전력 변환기(1304 및/또는 1306)에 의해 공급될 수 있다. 전력 변환기(1304 및/또는 1306)의 가변 출력 전압들은 출력단(303C)의 원하는 출력 전압에 기초하여 제어기(1308)에 의해 제어되어, 포지티브 전압 단자 및/또는 네거티브 전압 단자의 전압을 출력단의 출력 전압 약간 위(또는 아래에 각각)로 유지함으로써 선형 증폭기의 트랜지스터(들)에 걸리는 전압 강하를 감소시킨다.
몇몇 실시 예에 따르면, 제어기(1308)는 선형 증폭기(306)의 출력 전압에 기초하여 전력 변환기(1304 및/또는 1306)의 가변 출력 전압을 제어한다. 그러나, 가변 출력 전압은 다른 방식으로 및/또는 출력단(303C)의 원하는 출력 전압에 상이한 관계로 제어될 수 있다. 예를 들어, 가변 출력 전압은 선형 증폭기(306)에 제공된 명령(예를 들어, 전류 명령)에 기초하여 제어될 수 있다. 앞에서 논의된 바와 같이, 제어기는 원하는 펄스 시퀀스에 따라 자기 공명 영상 시스템의 하나 이상의 그레디언트 코일을 구동하기에 충분한 출력을 생성하게끔 선형 증폭기에게 명령하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제어기(1308)는 선형 증폭기에 제공되는 출력 전압이 너무 과도하여 비효율적이 되는 일 없이 충분하여 선형 증폭기가 원하는 펄스 시퀀스에 따라 하나 이상의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는 출력을 생성할 수 있도록 전력 증폭기(1304 및/또는 1306)의 가변 출력 전압을 제어하도록 구성될 수 있다. 전력 변환기(1304 및 1306)의 제어는 그들의 듀티 비, 그들의 주파수, 또는 전력 변환기들의 출력 전압을 제어할 수 있는 임의의 다른 제어 파라미터를 제어함으로써와 같은 임의의 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 일부 실시 예에서, 도 13의 전력 변환기(1304 및 1306)는 전술한 바와 같이 관심 있는 라모르 주파수보다 높은, 비교적 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하도록 설계된 스위칭 전력 변환기일 수 있다. 그러나, 양상이 이 점에 있어서 제한되지 않기 때문에, 임의의 적합한 전력 변환기가 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 및 저전압 공급 단자들(예를 들어, +Vhigh 및 +Vlow)은 도 5, 도 6, 및 도 11에 도시된 바와 같이 선형 증폭기에 전력을 공급할 수 있고, 저전압 공급 단자, 고전압 공급 단자, 둘다, 또는 제공된 임의의 공급 단자의 전압은 가변적일 수 있다. 도 14A는 가변 저전압 공급 단자를 가진 도 5A와 유사한 출력단(303D)의 실시 예를 도시한다. 고정 전압에서의 저전압 단자 +Vlow 및 -Vlow를 갖기보다는, 도 14A는 +Vlow 및 -Vlow가 가변 전압을 가질 수 있음을 도시한다. 일부 실시 예에서, +Vlow 및 -Vlow의 가변 전압은 각각 전력 변환기(1403 및 1404)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전력 변환기(1403 및 1404)는 전술한 바와 같이 관심 있는 라모르 주파수보다 높은, 비교적 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하도록 설계된 스위칭 전력 변환기일 수 있다. (예를 들어, 정상 상태(steady state)에서) 비교적 낮은 출력 전압이 생성되어야 할 때, 전류는 저전압 공급 단자 +Vlow 또는 -Vlow로부터 제공된다. 전력 변환기(1403 또는 1404)의 출력 전압 +Vlow 또는 -Vlow는 선형 증폭기(304)의 원하는 출력 전압 Vout에 기초하여 제어기(1308)에 의해 제어되어, 저전압 공급 단자 +Vlow 또는 -Vlow의 전압을 출력단의 출력 전압 약간 위로(또는 아래로, 각각) 유지함으로써, 정상 상태에서 선형 증폭기의 트랜지스터(들)에 걸리는 전압 강하를 감소시키고 전력 손실을 감소시킬 수 있다. 비교적 높은 출력 전압이 생성되어야 할 때, 고정 전압을 가질 수 있는 고전압 단자 +Vhigh 또는 +Vlow로부터 전류가 제공될 수 있다.
+Vhigh는 도 14A에 도시된 바와 같이, 전력 변환기(1403)에 전력을 공급하는 전원 단자 Vhigh_Supply와 별개의 단자일 수 있거나, 도 14B에 도시된 바와 같이, Vhigh_Supply와 동일한 단자일 수 있다. 도 14B에서, 전원 단자 Vhigh_Supply로부터 +Vhigh가 제공되고, 전력 변환기(1404)에 전력을 공급하는 전원 단자 Vlow_Supply로부터 -Vhigh가 제공되는 출력단(303E)의 예가 도시된다. 기존의 전원 단자로부터 +Vhigh 및/또는 -Vhigh를 제공하는 것은 추가적인 전원 전압을 생성할 필요를 피할 수 있고, 이는 출력단의 설계 및 구현을 단순화할 수 있다.
도 15A는 몇몇 실시 예에 따른, 그레디언트 코일 전류 파형의 예를 도시한다. 그레디언트 코일 전류는 처음에는 0이며, 0.1ms에서 10A까지 빠르게 증가(ramp up)한다. 전류는 일정 기간 동안 10A로 유지된 다음 다시 OA로 떨어진다. 전류는 0.2ms에서 20A까지 급격히 증가하기 전에 일정 기간 동안 OA 상태를 유지한다. 전류는 일정 기간 동안 20A로 유지된 다음 다시 OA로 떨어진다. 증폭기 값 및 시간 간격은 설명의 목적으로 단지 예시적인 것이며 임의의 적절한 값이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 15B는 OA로부터 10A로의 그레디언트 코일 전류의 상승 천이, 그레디언트 코일을 구동하는데 필요한 전압(1502), 고전압 공급 단자 +Vhigh 및 저전압 공급 단자 +Vlow의 전압을 도시한다. 천이 동안, 그레디언트 코일에 높은 전압을 공급하여 전류를 신속하게 증가시키기 위하여, 전류는 고전압 공급 단자 +Vhigh로부터 제공된다. 천이가 발생함에 따라, 전력 변환기(1403)는 저전압 공급 단자 +Vlow의 전압을 ~ 0V로부터 10A의 정상 상태 전류로 그레디언트 코일을 구동하는데 필요한 출력 전압보다 약간 더 높은 전압까지 증가시키기 시작한다. 10A의 정상 상태 전류에 도달하면, 정상 상태에서 고효율을 제공하기 위하여 전류는 저전압 공급 단자 +Vlow로부터 제공된다.
도 15C는 OA로부터 20A까지의 그레디언트 코일 전류의 상승 천이, 그레디언트 코일 전압 및 고전압 공급 단자의 전압 +Vhigh 및 저전압 공급 단자 +Vlow의 전압을 도시한다. 20A로 천이하는 동안 10A로의 천이와 마찬가지로, 그레디언트 코일에 높은 전압을 공급하여 전류를 신속하게 증가시키기 위하여, 고전압 공급 단자 +Vhigh로부터 전류가 제공된다. 천이가 발생함에 따라, 전력 변환기(1403)는 저전압 공급 단자 +Vlow의 전압을 ~ 0V로부터 20A의 정상 상태 전류로 그레디언트 코일을 구동하는데 필요한 출력 전압보다 약간 더 높은 전압까지 증가시키기 시작한다. 일단 20A의 정상 상태 전류에 도달하면, 전류는 저전압 공급 단자 +Vlow로부터 제공된다.
저전압 공급 단자 +Vlow의 전압은 가변될 수 있기 때문에, 상이한 정상 상태 전류 레벨에 필요한 출력 전압보다 약간 높게 설정될 수 있다. 이는 고정 전압을 가진 저전압 공급 단자 +Vlow를 사용하는 경우보다 효율을 향상시킬 수 있는데, 그 이유는 고정 전압이 최대 정상 상태 전류를 처리하도록 설계되어야 할 필요가 있을 것이고, 이는 더 낮은 정상 상태 전류를 구동하는데 필요한 것보다 더 높은 전압일 수 있어 효율을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다. 예를 들어 +Vlow가 20A의 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급하기에 충분할 정도로 높게 설정되어 있다면, 그러한 전압은 10A 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급하는 데 필요한 것보다 더 높고, 이는 10A 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급할 때 선형 증폭기 트랜지스터(들)에 걸쳐 전압 강하를 증가시키고, 필요한 것보다 더 높은 전력 손실이 발생한다. 가변 전압은 명령된 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급하는 데 필요한 최소 전압 또는 그 근처에서 설정될 수 있어 효율이 향상된다.
도 15D는 전류 명령, 그레디언트 코일 전류, 전류를 공급하는데 필요한 그레디언트 코일의 전압(1502) 및 전압 +Vlow의 몇 가지 상이한 천이 파형을 도시한다. 천이 파형(1504)은 +Vlow의 전압이 그레디언트 코일 전류 명령의 상승 에지에 응답하여 증가하기 시작하고, 정상 상태 그레디언트 코일 전류(및 전압 값)에 도달함과 동시에 +Vlow의 정상 상태 값에 도달하는 이상적인 천이를 도시한다. 그러나, 본 발명자들은 단자 +Vlow가 정상 상태 전류를 공급하기 위하여 전압 +Vlow가 시간 내에 충분한 전압 레벨에 도달하는 것을 방지하는 요소들이 있을 수 있음을 인식하고 이해하였다. 천이 파형(1506)은 그레디언트 코일 전류 명령에 응답하는 데 있어서 레이턴시(지연) 기간을 갖는 +Vlow의 보다 현실적인 천이를 나타낸다. 도 15D에 도시된 바와 같이, 천이 파형(1506)은 전류 명령의 상승 에지 이후의 시간 주기 후에만 증가하기 시작한다. 전력 변환기(1403)가 +Vlow의 전압을 변화시킬 수 있는 속도를 제한하는 출력 필터(예를 들어, 커패시터)를 가질 수 있기 때문에, 천이 파형(1506)의 경사는 제한될 수 있다. 결과적으로, 천이 파형(1506)은 정상 상태 그레디언트 코일 전류 및 전압에 도달할 때까지 충분한 전압 레벨에 도달하지 않을 수 있으며, 이로 인해 저전압 공급 단자 +Vlow가 적어도 일시적으로 정상 상태 전류를 공급할 수 없게 될 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 일부 실시 예에서, 전력 변환기(1403)(또는 1404)는 그레디언트 코일 전류 명령의 상승 에지 이전에 +Vlow(또는 -Vlow) 전압의 크기를 증가시키기 시작할 수 있다. 도 15D는 그레디언트 코일 전류 명령의 상승 에지 이전에 증가하기 시작하는 +Vlow에 대한 천이 파형(1508)을 도시한다. 그레디언트 코일 전류 명령의 상승 에지 이전에 천이를 시작하기 위하여, 제어기(1308)는 다가 오는 그레디언트 코일 전류 펄스에 관한 정보를 제어기(106)로부터 수신하고, 현재 펄스를 기대하여 +Vlow(또는 -Vlow) 전압의 크기를 증가시키기 시작할 수 있다. 이러한 정보는 임의의 적절한 방식으로 제어기(106)로부터 제어기(1308)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어기(106)는 현재 선택된 그레디언트 코일 펄스 시퀀스를 분석하고, 다음 전류 펄스에 대한 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급하기에 적합한 전원 전압 레벨을 결정하고, 예상된 전류 명령에 앞서 제어기(1308)로 전압 명령을 송신할 수 있다. 그 후, 전력 변환기(1403)(또는 1404)는 수신된 전압 명령에 응답하여 명령된 전압 값으로 +Vlow(또는 -Vlow)를 증가시키기 시작할 수 있다. 정보를 제어기(1308)에 제공하는 다른 예로서, 제어기(106)는 현재 선택된 펄스 시퀀스 또는 펄스 시퀀스의 일부를 제어기(1308)에 전송할 수 있다. 그 후 제어기(1308)는 펄스 시퀀스를 분석하고 명령을 전력 변환기(1403)(또는 1404)로 송신하여 그레디언트 코일 전류 펄스에 앞서 전압 +Vlow(또는 -Vlow)를 증가시키기 시작할 수 있다. 도 15D의 예에서, 전력 변환기(1403)는 전류 명령의 상승 에지에 앞서 제어기(106)에 의해 제어기(1308)로 제공되는 전압 명령에 응답하여 +Vlow의 전압을 증가시키기 시작한다. 그 결과, 천이 파형(1508)은 정상 상태 전류 레벨에 도달할 때까지 정상 상태 전류를 공급하기에 충분한 +Vlow의 레벨에 도달한다.
도 16A는 가변 저전압 공급 단자 +Vlow를 갖고, 도 11의 것과 유사한 싱글-엔드 선형 증폭기를 갖는 출력단(303F)의 실시 예를 도시한다. 도 14A의 실시 예에서와 같이, 전력 변환기(1403)는 명령된 정상 상태 그레디언트 코일 전류를 공급하는데 필요한 전압보다 약간 높게 설정된 저전압 공급 단자 +Vlow에 가변 전압을 공급한다.
도 14A 및 도 14B와 관련하여 논의된 바와 같이, 고전압 공급 단자 +Vhigh는 도 16A에 도시된 바와 같이 전원 단자(Vhigh_Supply)와 별개의 단자일 수 있거나, 도 16B에 도시된 바와 같이 Vhigh_Supply와 동일한 단자일 수 있다. 도 16B에서, +Vhigh가 전원 단자 Vhigh_Supply로부터 공급되는 출력단(303G)의 예가 도시되어 있다. 기존 전원 단자 Vhigh_Supply로부터 전압 +Vhigh를 공급하면 추가 전원 전압을 생성할 필요성을 회피하므로, 이는 출력단의 설계 및 구현을 단순화할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저전압 공급 단자(들) 및 고전압 공급 단자(들)는 가변 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 14 또는 도 11의 실시 예들은 고전압 공급 단자 +Vhigh 및/또는 -high가 전력 변환기에 의해 생성된 가변 전압이 되도록 변형될 수 있다. 이러한 전력 변환기들은 전력 변환기(1403 및 1404)와 유사할 수 있고, 또한 제어기(1308)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시 예는 임의의 적합한 유형의 영상화에 사용될 수 있고, 예를 들어, 비교적 큰 전류(예를 들어, 40A, 50A, 70A, 90A 이상 또는 그 사이의 임의의 값)가 필요할 수 있는 확산 가중 영상화(diffusion weighted imaging)에 특히 유용할 수 있다.
일부 실시 예에서, 하나 이상의 부가적인 전원 단자가 선형 증폭기에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 고전압 공급 단자 +Vhigh보다 높은 전압(예를 들어, 적어도 5배 더 높게 또는 적어도 10배 더 높게, 및 심지어 20배 또는 30배 이상만큼 높게 또는 그러한 값들 사이의 임의의 범위)을 갖는 제3 전원 단자가 제공될 수 있다. 제3 공급 단자를 추가하면 광범위한 전압이 생산될 필요가 있는 경우 효율을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다. 본 명세서에 설명된 기술은 이 점에 있어서 제한되지 않기 때문에, 임의의 수의 전원 단자가 제공될 수 있다.
따라서, 본 개시에 설명된 기술의 몇몇 양태 및 실시 예를 설명하였지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에게 용이하게 일어날 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 명세서에서 기재된 기술의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 예를 들어, 당업자는 기능을 수행하고/하거나 결과 및/또는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 장점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 예상할 것이며, 그러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 명세서에 설명된 실시 예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 당업자는 일상적인 실험만을 사용하여 본 명세서에 기재된 특정 실시 예에 대한 많은 균등물을 인식할 수 있거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시 예는 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구 범위 및 그에 균등한 범위 내에서, 본 발명의 실시 예는 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 2개 이상의 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합은 그러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 불일치하지 않는 경우, 본 개시의 범위 내에 포함된다.
전술한 실시 예는 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 프로세스 또는 방법의 수행을 수반하는 본 개시의 하나 이상의 양태 및 실시 예는 프로세스 또는 방법을 수행하거나 수행을 제어하기 위하여 디바이스(예를 들어, 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 디바이스)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 이용할 수 있다. 이 점에 있어서, 다양한 발명 개념이 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크, 광학 디스크, 자기 테이프, 플래시 메모리, FPGA(Field Programmable Gate Arrays)의 회로 구성 또는 다른 반도체 디바이스 또는 다른 유형의(tangible) 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있으며, 상기 하나 이상의 프로그램은 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상에서 실행될 때 전술한 다양한 실시 예들 중 하나 이상을 구현하는 방법을 수행한다. 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 매체들에 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상에 로딩되어 전술한 양상들 중 다양한 것들을 구현할 수 있도록 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 매체들은 이동 가능할 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 비-일시적 매체일 수 있다.
"프로그램" 또는 "소프트웨어"라는 용어는 본 명세서에서 일반적인 의미로 사용되는 것으로, 컴퓨터 또는 다른 프로세서가 전술한 다양한 양상을 구현하도록 프로그래밍하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드 또는 컴퓨터 실행 가능 명령어 세트를 지칭한다. 또한, 일 양상에 따르면, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 실행될 때 본 개시의 방법을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 단일 컴퓨터 또는 프로세서 상에 상주할 필요는 없고, 본 개시의 다양한 양상을 구현하기 위하여 다수의 상이한 컴퓨터들 또는 프로세서들 사이에 모듈 방식으로 분산될 수 있다.
컴퓨터 실행 가능 명령어들은 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 많은 형태일 수 있다. 일반적으로 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 통상적으로, 프로그램 모듈의 기능은 다양한 실시 예에서 요구되는 바와 같이 결합되거나 분산될 수 있다.
또한, 데이터 구조는 임의의 적합한 형태로 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 예시의 단순화를 위하여, 데이터 구조는 데이터 구조 내의 위치를 통해 관련된 필드를 갖는 것으로 도시될 수 있다. 이러한 관계는 필드들 간의 관계를 전달하는 컴퓨터 판독 가능 매체 내의 위치들을 가진 필드에 대하여 저장 장치를 할당함으로써 유사하게 달성될 수 있다. 그러나 포인터, 태그 또는 데이터 요소들 간의 관계를 설정하는 기타 메커니즘의 사용을 통하는 것을 포함하여 데이터 구조의 필드 내 정보 간의 관계를 설정하기 위하여 임의의 적합한 메커니즘을 사용할 수 있다.
소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 코드가 단일 컴퓨터에서 제공되던지 다수의 컴퓨터들에 분산되어 있던지 간에, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 집합에서 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터는 비 제한적인 예로서, 랙-장착(rack-mounted) 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 다수의 형태 중 임의의 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 컴퓨터는 PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰 또는 임의의 다른 적절한 휴대용 또는 고정 전자 디바이스를 포함하여, 일반적으로 컴퓨터로 간주되지 않지만 적절한 처리 기능을 갖춘 디바이스 내에 내장될 수 있다.
또한, 컴퓨터는 하나 이상의 입력 및 출력 디바이스를 가질 수 있다. 이러한 디바이스는 무엇보다도 사용자 인터페이스를 제공하는 데 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스를 제공하기 위하여 사용될 수 있는 출력 디바이스의 예는 출력을 시각적으로 표현하기 위한 프린터 또는 디스플레이 화면 또는 출력을 청각적으로 표현하기 위한 스피커 또는 다른 소리 발생 디바이스를 포함한다. 사용자 인터페이스에 사용할 수 있는 입력 디바이스의 예는 키보드 및 마우스, 터치 패드 및 디지털화 태블릿과 같은 포인팅 디바이스를 포함한다. 다른 예로서, 컴퓨터는 음성 인식을 통해 또는 다른 가청 포맷들을 통해 입력 정보를 수신할 수 있다.
그러한 컴퓨터는 기업 네트워크 및 지능형 네트워크(IN) 또는 인터넷과 같은 근거리 통신망 또는 광역 네트워크를 포함하는 임의의 적합한 형태로 하나 이상의 네트워크에 의해 상호접속될 수 있다. 그러한 네트워크는 임의의 적합한 기술에 기초할 수 있으며, 임의의 적합한 프로토콜에 따라 동작할 수 있고, 무선 네트워크, 유선 네트워크 또는 광섬유 네트워크를 포함할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 일부 양상들은 하나 이상의 방법들로서 구현될 수 있다. 방법의 일부로서 수행된 동작(act)은 임의의 적절한 방법으로 순서가 정해질 수 있다. 따라서, 예시된 실시 예에서는 순차적인 동작으로 도시되어 있지만, 몇몇 동작을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 설명된 것과 상이한 순서로 동작이 수행되는 실시 예가 구성될 수 있다.
본 명세서에서 정의되고 사용된 모든 정의는 사전적 정의, 참조로 포함된 문헌의 정의 및/또는 정의된 용어의 통상적인 의미를 제어(control over)하는 것으로 이해되어야 한다.
부정관사 "a" 및 "an"은 본 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, 반대로 명백하게 표시되어 있지 않는 한, "적어도 하나(at least one)"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는 이와 같이 결합된(conjoined) 요소들의 "어느 하나 또는 둘 모두", 즉 어떤 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 나열된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 결합된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소들 외에 다른 요소들이 구체적으로 식별된 요소들과 관련이 있든 없든 간에 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비-제한적인 예로서, "포함하는(comprising)"과 같은 개방형(open-ended) 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은일 실시 예에서 (B가 아닌 요소들을 선택적으로 포함하는) A만; 다른 실시 예에서 (A가 아닌 요소들을 선택적으로 포함하는) B만; 또 다른 실시 예에서 (다른 요소들을 선택적으로 포함하는) A와 B 둘다 등을 일컬을 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 리스트를 언급할 때 "적어도 하나"라는 문구는 요소 리스트 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 요소 리스트 내에 구체적으로 나열된 각 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함할 필요는 없으며, 요소 리스트 내의 요소들의 임의의 조합을 배제하지 않는다. 이 정의는 또한 "적어도 하나"라는 문구가 가리키는 요소 리스트 내에서 구체적으로 식별된 요소들 이외의 요소들이 구체적으로 식별된 요소들과 관련이 있든 없든 간에 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비-제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시 예에서 B가 존재하지 않는 (그리고 B가 아닌 요소들을 선택적으로 포함하는) 하나보다 많은 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나의 A를 가리키거나; 다른 실시 예에서 A가 존재하지 않는 (그리고 A가 아닌 요소들을 선택적으로 포함하는) 하나보다 많은 B를 선택적으로 포함하는 적어도 하나의 B를 가리키거나; 또 다른 실시 예에서, 하나보다 많은 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나의 A 및 하나보다 많은 B를 선택적으로 포함하는 적어도 하나의 B(그리고 다른 요소들을 선택적으로 포함함) 등을 가라킨다.
또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에서 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(containing)", "포함하는(involving)" 및 그 변형은 추가 항목뿐 아니라, 그 이후에 열거된 항목 및 그 등가물을 포함하는 것을 의미한다.
청구범위에서, 상기 명세서에서와 마찬가지로, "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "담고 있는(carrying)", "갖는(having)", "포함하는(containing)", "포함하는(involving)", "보유하는(holding)", "포함하는(composed of)" 등과 같은 모든 연결구(transitional phrase)는 개방형으로 즉, 포함하지만 이에 제한되지 않는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "~로 구성되는(consisting of)", "본질적으로 ~로 구성되는(consisting essentially of)"라는 연결구는 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결구여야 한다.

Claims (65)

  1. 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI) 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일(gradient coil)을 동작시키기 위한 전력을 공급하는 장치에 있어서,
    제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들; 및
    펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 출력을 제공하도록 구성된 선형 증폭기
    를 포함하고,
    상기 선형 증폭기는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되고,
    상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 상기 하나 이상은 상기 적어도 하나의 출력에 적어도 부분적으로 기초하여 선택되는 것인 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 선형 증폭기가 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하게 하는 명령(commands)을 상기 선형 증폭기에 제공하는 제어기를 더 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 선형 증폭기가 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하게 하는 전류 명령(current commands)을 제공하는 것인 전력 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 선형 증폭기에 연결된 전류 피드백 루프를 더 포함하고,
    상기 전류 피드백 루프는, 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 통과하는 전류를 상기 전류 명령과 비교함으로써 상기 선형 증폭기가 적어도 부분적으로 상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하게 하도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상은 상기 선형 증폭기 출력 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 동적으로 변경되는 것인 전력 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 출력 전압의 크기가 임계 값 아래에 있을 때 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제1 전력 단자에 의해 전력이 공급되도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 상기 출력 전압의 크기가 상기 임계 값보다 높을 때 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제2 전력 단자에 의해 전력이 공급되도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전력 단자는 제1 전압을 가지며, 상기 제2 전력 단자는 상기 제1 전압보다 크기가 더 큰 제2 전압을 갖는 것인 전력 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 상기 제1 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 것과 상기 제2 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 것 사이의 천이 동안에 상기 제1 전력 단자 및 제2 전력 단자 모두에 의해 전력이 공급되도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스는 복수의 그레디언트 펄스들을 포함하고, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 사이에서 상기 제1 전력 단자에 의해 전력이 공급되고, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각에 전류를 공급하기 위하여 상기 제2 전력 단자에 의해 전력이 공급되도록 천이되는 것인 전력 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 전압은 가변적인 것인 전력 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 전압은 상기 선형 증폭기의 명령된(commanded) 출력 전압에 기초하여 제어되는 것인 전력 공급 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전압을 생성하는 전력 변환기; 및
    상기 제1 전압을 변경하기 위하여 상기 전력 변환기를 제어하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각은 상기 각각의 그레디언트 펄스의 시작과 관련된 상승 에지(rising edge)를 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 선형 증폭기가 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각의 상기 상승 에지에 대응하는 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 전에, 상기 전력 변환기에 상기 제1 전압의 크기를 증가시키도록 명령하도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 전력 변환기는 상기 제2 전력 단자에 의해 전력이 공급되는 것인 전력 공급 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 상기 선형 증폭기의 출력 단자와 상기 복수의 전력 단자들 중 제1 전력 단자 사이에 접속되도록 구성된 하나 이상의 제1 트랜지스터를 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 출력 전압의 크기가 임계 값 아래에 있을 때, 선형 동작 범위에서 상기 하나 이상의 제1 트랜지스터를 구동하는 제1 구동회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 상기 하나 이상의 제1 트랜지스터와 상기 복수의 전력 단자들 중 제2 전력 단자 사이에 접속되도록 구성된 하나 이상의 제2 트랜지스터를 더 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 출력 전압의 크기가 상기 임계 값보다 높을 때 선형 동작 범위에서 상기 하나 이상의 제2 트랜지스터를 구동하는 제2 구동회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  21. 제20항에 있어서, 일정 기간 후에 상기 제2 구동 회로를 턴 오프하는 타이밍 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 타이밍 회로는 상기 일정 기간의 지속 기간을 결정하는 저항 값 및 커패시턴스 값을 각각 갖는 저항기 및 커패시터를 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 싱글-엔드(single-ended)인 것인 전력 공급 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 선형 증폭기의 출력을 수신하고 상기 선형 증폭기의 출력 또는 상기 선형 증폭기의 출력의 극성-반전된(polarity-reversed) 버전을 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전달하는 극성-스위칭(polarity-switching) 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 극성-스위칭 회로는 H-브리지를 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전력 단자들은 접지에 대하여 포지티브 전압을 갖는 것인 전력 공급 장치.
  27. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 더블-엔드(double-ended)인 것인 전력 공급 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 선형 증폭기는 제2 극성의 상이한 전압들을 갖는 제2 복수의 전력 단자들 중 하나 이상의 제2 전력 단자에 의해 전력이 공급되도록 구성되고, 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 하나 이상의 제2 전력 단자는 상기 제2 극성의 상이한 선형 증폭기 출력 전압들을 생성하도록 변경되는 것인 전력 공급 장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 선형 증폭기의 입력에 접속된 출력을 갖는 전압 증폭기를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 선형 증폭기의 출력 전압을 수신하고 상기 전압 증폭기의 입력에 상기 출력 전압을 공급하는 전압 피드백 루프를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  31. 제1항에 있어서, 상기 자기 공명 영상 시스템은 저-자장(low-field) 자기 공명 영상 시스템인 것인 전력 공급 장치.
  32. 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하도록 구성된 선형 증폭기 - 상기 선형 증폭기는 제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성됨 - 를 사용하여 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 위하여 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 출력 전압의 크기가 임계 값 아래일 때 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제1 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하기 위하여 상기 선형 증폭기에 의해 생성된 상기 출력 전압의 크기가 상기 임계 값보다 클 때 상기 복수의 전력 단자들 중 적어도 제2 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 단계
    를 포함하는 전력 공급 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1 전력 단자는 제1 전압을 가지며, 상기 제2 전력 단자는 상기 제1 전압보다 크기가 더 큰 제2 전압을 갖는 것인 전력 공급 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 것과 상기 제2 전력 단자에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 것 사이의 천이 동안에, 상기 제1 전력 단자 및 제2 전력 단자 모두에 의해 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 전력 공급 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스는 복수의 그레디언트 펄스들을 포함하고, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 사이에서 상기 제1 전력 단자에 의해 전력이 공급되고, 상기 선형 증폭기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각에 전류를 공급하기 위하여 상기 제2 전력 단자에 의해 전력이 공급되도록 천이되는 것인 전력 공급 방법.
  36. 자기 공명 영상 시스템에 있어서,
    BO 자기장을 생성하도록 구성된 BO 자석;
    적어도 하나의 그레디언트 코일; 및
    상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위한 전력을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전력 컴포넌트
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는,
    제1 극성의 상이한 전압들을 공급하도록 구성된 복수의 전력 단자들; 및
    펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기
    를 포함하고,
    상기 선형 증폭기는 상기 복수의 전력 단자들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되도록 구성되고,
    상기 선형 증폭기에 전력을 공급하는 상기 복수의 전력 단자들 중 상기 하나 이상은 상기 적어도 하나의 출력에 적어도 부분적으로 기초하여 선택되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 BO 자석은 동작시, 약 .2T 이하이고 약 .1T 이상의 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 상기 BO 자석은 동작시, 약 .1T 이하이고 약 50mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 BO 자석은 동작시, 약 50mT 이하이고 약 20mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 상기 BO 자석은, 동작시, 약 20mT 이하이고 약 10mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  41. 제36항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일은 3차원에서 인코딩을 제공하기 위하여 적어도 하나의 제1 그레디언트 코일, 적어도 하나의 제2 그레디언트 코일 및 적어도 하나의 제3 그레디언트 코일을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 제1 그레디언트 코일, 상기 적어도 하나의 제2 그레디언트 코일 및 상기 적어도 하나의 제3 그레디언트 코일에 전력을 공급하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  42. 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위하여 전력을 공급하는 장치에 있어서,
    펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 구성된 선형 증폭기;
    상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 전원 전압(variable power supply voltage)을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전력 변환기; 및
    상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 상기 가변 전원 전압을 변경하도록 상기 적어도 하나의 전력 변환기를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스는 복수의 그레디언트 펄스들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는데 필요한 전력 요구(power demands)를 변경하는데 대응하여 상기 가변 전원 전압을 변경하도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  44. 제43항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각의 상승 에지에 대응하여 상기 가변 전원 전압을 증가시키도록 구성되는 것인 전력 공급 공급 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각의 하강 에지에 대응하여 상기 가변 공급 전압을 감소시키도록 구성되는 것인 전력 공급 공급 장치.
  46. 제42항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전력 변환기는 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 포지티브 전원 전압을 생성하도록 구성된 제1 전력 변환기, 및 상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 네거티브 전원 전압을 생성하도록 구성된 제2 전력 변환기를 포함하는 것인 전력 공급 공급 장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 선형 증폭기의 출력 전압에 기초하여 상기 가변 네거티브 전원 전압을 변경하도록 상기 제2 전력 변환기를 제어하도록 구성되는 것인 전력 공급 공급 장치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스는 복수의 그레디언트 펄스들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는데 필요한 전력 요구를 변경하는데 대응하여 상기 가변 포지티브 전원 전압 및 상기 가변 네거티브 전원 전압을 변경하도록 구성되는 것인 전력 공급 장치.
  49. 제42항에 있어서, 상기 전력 변환기는 상기 자기 공명 영상 시스템의 B0 전계 강도와 관련된 라모르(Larmor) 주파수보다 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하도록 구성된 스위칭 전력 변환기를 포함하는 것인 전력 공급 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 자기 공명 영상 시스템은 저-자장(low-field) 자기 공명 영상 시스템인 것인 전력 공급 장치.
  51. 펄스 시퀀스에 따라 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전류를 공급하도록 구성된 선형 증폭기를 사용하여 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는 방법에 있어서,
    상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여, 적어도 하나의 고정 전원(fixed power supply)을 적어도 하나의 가변 전원 전압으로 변환하는 단계;
    상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 상기 가변 전원 전압을 변경하는 단계; 및
    상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 상기 선형 증폭기를 제어하는 단계
    를 포함하는 전력 공급 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 펄스 시퀀스는 복수의 그레디언트 펄스들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 가변 전원 전압을 변경하는 단계는, 상기 펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일에 전력을 공급하는데 필요한 전력 요구를 변경하는데 대응하여 상기 적어도 하나의 가변 전원 전압을 변경하는 단계를 포함하는 것인 전력 공급 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 전원 전압을 변경하는 단계는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각의 상승 에지에 대응하여 상기 적어도 하나의 가변 전원 전압을 증가시키는 단계를 포함하는 것인 전력 공급 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 전원 전압을 변경하는 단계는 상기 복수의 그레디언트 펄스들 각각의 하강 에지에 대응하여 상기 적어도 하나의 가변 공급 전압을 감소시키는 단계를 포함하는 것인 전력 공급 방법.
  55. 자기 공명 영상 시스템에 있어서,
    BO 자기장을 생성하도록 구성된 BO 자석;
    적어도 하나의 그레디언트 코일; 및
    상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 동작시키기 위한 전력을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전력 컴포넌트
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는,
    펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 출력을 생성하도록 구성된 선형 증폭기;
    상기 선형 증폭기에 전력을 공급하기 위하여 가변 전원 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전력 변환기; 및
    상기 선형 증폭기의 출력에 기초하여 상기 가변 전원 전압을 변경하도록 상기 적어도 하나의 전력 변환기를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기
    를 포함하는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  56. 제55항에 있어서, 상기 BO 자석은, 동작시, 약 .2T 이하이고 약 .1T 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  57. 제55항에 있어서, 상기 BO 자석은, 동작시, 약 .1T 이하이고 약 50mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  58. 제55항에 있어서, 상기 BO 자석은, 동작시, 약 50mT 이하이고 약 20mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  59. 제55항에 있어서, 상기 BO 자석은, 동작시, 약 20mT 이하이고 약 10mT 이상인 전계 강도를 갖는 BO 자기장을 생성하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  60. 제55항에 있어서, 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일은 3차원에서 인코딩을 제공하기 위하여 적어도 하나의 제1 그레디언트 코일, 적어도 하나의 제2 그레디언트 코일 및 적어도 하나의 제3 그레디언트 코일을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전력 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 제1 그레디언트 코일, 상기 적어도 하나의 제2 그레디언트 코일 및 상기 적어도 하나의 제3 그레디언트 코일에 전력을 공급하도록 구성되는 것인 자기 공명 영상 시스템.
  61. 자기 공명 영상 시스템의 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하는 장치에 있어서,
    상기 자기 공명 영상 시스템의 B0 전계 강도와 관련된 라모르(Larmor) 주파수보다 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하도록 구성된 스위칭 전력 변환기; 및
    펄스 시퀀스에 따라 상기 적어도 하나의 그레디언트 코일을 구동하도록 상기 스위칭 전력 변환기를 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하는 그레디언트 코일 구동 장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 B0 전계 강도는 약 .2T 이하이고 약 .1T 이상인 것인 그레디언트 코일 구동 장치.
  63. 제61항에 있어서, 상기 B0 전계 강도는 약 .1T 이하이고 약 50mT 이상인 것인 그레디언트 코일 구동 장치.
  64. 제61항에 있어서, 상기 B0 전계 강도는 약 50mT 이하이고 약 20mT 이상인 것인 그레디언트 코일 구동 장치.
  65. 제61항에 있어서, 상기 B0 전계 강도는 약 20mT 이하이고 약 10mT 이상인 것인 그레디언트 코일 구동 장치.
KR1020177032637A 2015-04-13 2016-04-13 자기 코일 전력 공급 방법 및 장치 KR20180019518A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562146609P 2015-04-13 2015-04-13
US62/146,609 2015-04-13
PCT/US2016/027215 WO2016168249A1 (en) 2015-04-13 2016-04-13 Magnetic coil power methods and apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180019518A true KR20180019518A (ko) 2018-02-26

Family

ID=57111600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177032637A KR20180019518A (ko) 2015-04-13 2016-04-13 자기 코일 전력 공급 방법 및 장치

Country Status (13)

Country Link
US (5) US10281540B2 (ko)
EP (1) EP3283895A4 (ko)
JP (1) JP6800164B2 (ko)
KR (1) KR20180019518A (ko)
CN (1) CN107533118B (ko)
AU (1) AU2016250077B2 (ko)
BR (1) BR112017021999A2 (ko)
CA (1) CA2982449A1 (ko)
HK (2) HK1248821A1 (ko)
IL (1) IL254956A0 (ko)
MX (1) MX2017013190A (ko)
TW (1) TWI710782B (ko)
WO (1) WO2016168249A1 (ko)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2017002939A (es) 2014-09-05 2017-12-07 Hyperfine Res Inc Configuracion automatica de un sistema de formacion de imagenes por resonancia magnetica de campo bajo.
CA3115673A1 (en) 2014-11-11 2016-05-19 Hyperfine Research, Inc. Pulse sequences for low field magnetic resonance
US10813564B2 (en) 2014-11-11 2020-10-27 Hyperfine Research, Inc. Low field magnetic resonance methods and apparatus
WO2016168249A1 (en) 2015-04-13 2016-10-20 Hyperfine Research, Inc. Magnetic coil power methods and apparatus
KR20180018542A (ko) 2015-05-12 2018-02-21 하이퍼파인 리서치, 인크. 고주파 코일 방법 및 장치
CA3123141A1 (en) 2016-03-22 2017-09-28 Hyperfine Research, Inc. Methods and apparatus for magnetic field shimming
TWI685668B (zh) 2016-09-29 2020-02-21 美商超精細研究股份有限公司 磁共振成像系統，以及搭配該磁共振成像系統使用之調諧系統
EP3309811B1 (de) * 2016-10-11 2018-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Schütz mit einer elektronischen spulenansteuerung
KR20190087455A (ko) 2016-11-22 2019-07-24 하이퍼파인 리서치, 인크. 자기 공명 이미지들에서의 자동화된 검출을 위한 시스템들 및 방법들
US10627464B2 (en) 2016-11-22 2020-04-21 Hyperfine Research, Inc. Low-field magnetic resonance imaging methods and apparatus
US10585153B2 (en) 2016-11-22 2020-03-10 Hyperfine Research, Inc. Rotatable magnet methods and apparatus for a magnetic resonance imaging system
US10539637B2 (en) 2016-11-22 2020-01-21 Hyperfine Research, Inc. Portable magnetic resonance imaging methods and apparatus
JP7154957B2 (ja) * 2017-11-08 2022-10-18 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 磁気共鳴イメージング装置および電力供給方法
AU2019256553A1 (en) 2018-04-20 2020-10-22 Hyperfine Operations, Inc. Deployable guard for portable magnetic resonance imaging devices
EP3797307A4 (en) 2018-05-21 2022-02-16 Hyperfine, Inc. B0 MAGNETIC METHOD AND APPARATUS FOR A MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM
AU2019272580A1 (en) 2018-05-21 2020-11-12 Hyperfine Operations, Inc. Radio-frequency coil signal chain for a low-field MRI system
TW202015621A (zh) 2018-07-19 2020-05-01 美商超精細研究股份有限公司 在磁共振成像中患者定位之方法及設備
US11300645B2 (en) 2018-07-30 2022-04-12 Hyperfine Operations, Inc. Deep learning techniques for magnetic resonance image reconstruction
TW202012951A (zh) 2018-07-31 2020-04-01 美商超精細研究股份有限公司 低場漫射加權成像
CN113557526A (zh) 2018-08-15 2021-10-26 海珀菲纳股份有限公司 用于抑制磁共振图像中的伪影的深度学习技术
CA3122087A1 (en) 2018-12-19 2020-06-25 Hyperfine Research, Inc. System and methods for grounding patients during magnetic resonance imaging
EP3903117A2 (en) 2018-12-28 2021-11-03 Hyperfine, Inc. Correcting for hysteresis in magnetic resonance imaging
KR102258269B1 (ko) * 2019-03-07 2021-05-31 주식회사 지에스인스텍 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치
AU2020237054A1 (en) 2019-03-12 2021-09-23 Hyperfine Operations, Inc. Systems and methods for magnetic resonance imaging of infants
US11344219B2 (en) 2019-03-14 2022-05-31 Hyperfine Operations, Inc. Deep learning techniques for alignment of magnetic resonance images
JP2022530622A (ja) 2019-04-26 2022-06-30 ハイパーファイン，インコーポレイテッド 磁気共鳴画像法システムの動的制御のための技術
US20200352473A1 (en) 2019-05-07 2020-11-12 Hyperfine Research, Inc. Systems, devices, and methods for magnetic resonance imaging of infants
EP4014057A1 (en) 2019-08-15 2022-06-22 Hyperfine Operations, Inc. Eddy current mitigation systems and methods
EP4049052A2 (en) 2019-10-25 2022-08-31 Hyperfine Operations, Inc. Artefact reduction in magnetic resonance imaging
US11510588B2 (en) 2019-11-27 2022-11-29 Hyperfine Operations, Inc. Techniques for noise suppression in an environment of a magnetic resonance imaging system
US11415651B2 (en) * 2019-12-10 2022-08-16 Hyperfine Operations, Inc. Low noise gradient amplification components for MR systems
USD932014S1 (en) 2019-12-10 2021-09-28 Hyperfine, Inc. Frame for magnets in magnetic resonance imaging
USD912822S1 (en) 2019-12-10 2021-03-09 Hyperfine Research, Inc. Frame for magnets in magnetic resonance imaging
WO2021119079A1 (en) 2019-12-10 2021-06-17 Hyperfine Research, Inc. Permanent magnet assembly for magnetic resonance imaging with non-ferromagnetic frame
EP4073531A1 (en) 2019-12-10 2022-10-19 Hyperfine Operations, Inc. Ferromagnetic frame for magnetic resonance imaging
CN112671226B (zh) * 2021-03-22 2021-06-29 宜宾听点科技有限公司 一种功放电源电压控制方法及系统
CN113114136B (zh) * 2021-04-19 2022-11-25 重庆大学 一种基于自适应预测控制的梯度功率放大器及其设计方法

Family Cites Families (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437053A (en) * 1982-05-10 1984-03-13 Diasonics (Nmr) Inc. Gradient power supply
US4678995A (en) * 1984-12-12 1987-07-07 Yale University Apparatus and method for determining the presence of substances in a sample by NMR and producing an NMR image thereof
US4859128A (en) 1985-04-26 1989-08-22 Microdot Inc. Sheathed composite blind rivet
US4737716A (en) 1986-02-06 1988-04-12 General Electric Company Self-shielded gradient coils for nuclear magnetic resonance imaging
JPH069607Y2 (ja) * 1988-02-22 1994-03-16 横河メディカルシステム株式会社 勾配磁場用電源装置
US5017871A (en) 1989-09-14 1991-05-21 General Electric Company Gradient current speed-up circuit for high-speed NMR imaging system
US5105153A (en) * 1990-06-04 1992-04-14 General Electric Company Gradient speed-up circuit for nmr system
JP2928595B2 (ja) 1990-06-27 1999-08-03 株式会社東芝 傾斜磁場発生装置
JPH05253206A (ja) * 1992-03-12 1993-10-05 Yokogawa Medical Syst Ltd Ｍｒｉ装置
US5270657A (en) * 1992-03-23 1993-12-14 General Electric Company Split gradient amplifier for an MRI system
GB9705459D0 (en) 1997-03-17 1997-05-07 British Tech Group A gradient drive system for magnetic resonance imaging
US6031746A (en) * 1998-09-04 2000-02-29 General Electric Company Switching amplifier for generating continuous arbitrary waveforms for magnetic resonance imaging coils
US6452391B1 (en) 1999-06-11 2002-09-17 General Electric Company Quiet mode magnetic resonance imaging system and method
US6845262B2 (en) 2000-03-29 2005-01-18 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Low-field MRI
US7254435B2 (en) * 2003-01-31 2007-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Method and magnetic resonance apparatus for calibrating coil sensitivities
US7508212B2 (en) 2007-03-22 2009-03-24 Wisconsin Alumni Research Foundation RF coil assembly and method for practicing magnetization transfer on magnetic resonance imaging and spectroscopy systems
EP2252901A4 (en) * 2008-03-11 2012-01-25 Univ Western Ontario SYSTEM AND METHOD FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING
US8222899B2 (en) * 2009-04-21 2012-07-17 Herng-Er Horng Squid detected nuclear magnetic resonance and imaging at ultra-weak fields
TWI429935B (zh) * 2010-08-09 2014-03-11 Shieh Yueh Yang 低磁場核磁共振系統
KR101206727B1 (ko) * 2011-01-03 2012-11-30 한국표준과학연구원 저자기장 핵자기공명 장치 및 저자기장 핵자기공명 방법
WO2012160971A1 (ja) * 2011-05-20 2012-11-29 株式会社 日立メディコ 磁気共鳴イメージング装置、及び再構成画像取得方法
WO2012173095A1 (ja) 2011-06-13 2012-12-20 株式会社東芝 磁気共鳴イメージング装置及びその制御装置
US9389193B1 (en) * 2011-08-12 2016-07-12 University Of New Brunswick Spatially resolved magnetic resonance spin-spin relaxation distribution measurement methods
CN103076580B (zh) 2011-10-25 2016-02-03 通用电气公司 梯度放大器、逆变器控制器、磁共振成像系统及控制方法
CN103176150B (zh) * 2011-12-21 2015-08-26 通用电气公司 梯度放大器系统及其控制方法
US10024938B2 (en) 2012-03-08 2018-07-17 Schlumberger Technology Corporation System and method for processing magnetic resonance signals
EP2856193B8 (en) 2012-05-30 2020-04-22 Koninklijke Philips N.V. Switching-frequency-controlled switch-mode power supply unit for powering magnetic resonance system gradient coils
US9389288B2 (en) 2012-09-14 2016-07-12 General Electric Company System and method for maintaining soft switching condition in a gradient coil driver circuit
MX2017002939A (es) 2014-09-05 2017-12-07 Hyperfine Res Inc Configuracion automatica de un sistema de formacion de imagenes por resonancia magnetica de campo bajo.
US10813564B2 (en) 2014-11-11 2020-10-27 Hyperfine Research, Inc. Low field magnetic resonance methods and apparatus
CA3115673A1 (en) 2014-11-11 2016-05-19 Hyperfine Research, Inc. Pulse sequences for low field magnetic resonance
JP2016158884A (ja) 2015-03-02 2016-09-05 東芝メディカルシステムズ株式会社 磁気共鳴イメージングの局所コイル装置、及び、磁気共鳴イメージング装置
WO2016168249A1 (en) 2015-04-13 2016-10-20 Hyperfine Research, Inc. Magnetic coil power methods and apparatus
KR20180018542A (ko) 2015-05-12 2018-02-21 하이퍼파인 리서치, 인크. 고주파 코일 방법 및 장치
JP6611589B2 (ja) * 2015-12-17 2019-11-27 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 磁気共鳴イメージング装置
CA3123141A1 (en) 2016-03-22 2017-09-28 Hyperfine Research, Inc. Methods and apparatus for magnetic field shimming
TWI685668B (zh) 2016-09-29 2020-02-21 美商超精細研究股份有限公司 磁共振成像系統，以及搭配該磁共振成像系統使用之調諧系統
KR20190087455A (ko) 2016-11-22 2019-07-24 하이퍼파인 리서치, 인크. 자기 공명 이미지들에서의 자동화된 검출을 위한 시스템들 및 방법들
US10539637B2 (en) 2016-11-22 2020-01-21 Hyperfine Research, Inc. Portable magnetic resonance imaging methods and apparatus
US10585153B2 (en) 2016-11-22 2020-03-10 Hyperfine Research, Inc. Rotatable magnet methods and apparatus for a magnetic resonance imaging system
US10627464B2 (en) 2016-11-22 2020-04-21 Hyperfine Research, Inc. Low-field magnetic resonance imaging methods and apparatus
AU2019256553A1 (en) 2018-04-20 2020-10-22 Hyperfine Operations, Inc. Deployable guard for portable magnetic resonance imaging devices
AU2019272580A1 (en) 2018-05-21 2020-11-12 Hyperfine Operations, Inc. Radio-frequency coil signal chain for a low-field MRI system
EP3797307A4 (en) 2018-05-21 2022-02-16 Hyperfine, Inc. B0 MAGNETIC METHOD AND APPARATUS FOR A MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM
TW202015621A (zh) 2018-07-19 2020-05-01 美商超精細研究股份有限公司 在磁共振成像中患者定位之方法及設備
US11300645B2 (en) 2018-07-30 2022-04-12 Hyperfine Operations, Inc. Deep learning techniques for magnetic resonance image reconstruction
TW202012951A (zh) 2018-07-31 2020-04-01 美商超精細研究股份有限公司 低場漫射加權成像
CA3106683A1 (en) 2018-07-31 2020-02-06 Hyperfine Research, Inc. Medical imaging device messaging service
CN113557526A (zh) 2018-08-15 2021-10-26 海珀菲纳股份有限公司 用于抑制磁共振图像中的伪影的深度学习技术
CA3122087A1 (en) 2018-12-19 2020-06-25 Hyperfine Research, Inc. System and methods for grounding patients during magnetic resonance imaging
EP3903117A2 (en) 2018-12-28 2021-11-03 Hyperfine, Inc. Correcting for hysteresis in magnetic resonance imaging
AU2020237054A1 (en) 2019-03-12 2021-09-23 Hyperfine Operations, Inc. Systems and methods for magnetic resonance imaging of infants
US11344219B2 (en) 2019-03-14 2022-05-31 Hyperfine Operations, Inc. Deep learning techniques for alignment of magnetic resonance images
JP2022530622A (ja) 2019-04-26 2022-06-30 ハイパーファイン，インコーポレイテッド 磁気共鳴画像法システムの動的制御のための技術
US20200352473A1 (en) 2019-05-07 2020-11-12 Hyperfine Research, Inc. Systems, devices, and methods for magnetic resonance imaging of infants
EP4014057A1 (en) 2019-08-15 2022-06-22 Hyperfine Operations, Inc. Eddy current mitigation systems and methods

Also Published As

Publication number Publication date
US20190018094A1 (en) 2019-01-17
BR112017021999A2 (pt) 2018-07-10
EP3283895A4 (en) 2019-05-01
MX2017013190A (es) 2018-05-22
CA2982449A1 (en) 2016-10-20
JP6800164B2 (ja) 2020-12-16
WO2016168249A1 (en) 2016-10-20
US10295628B2 (en) 2019-05-21
US11041922B2 (en) 2021-06-22
CN107533118B (zh) 2021-05-14
TWI710782B (zh) 2020-11-21
US20160299203A1 (en) 2016-10-13
JP2018511420A (ja) 2018-04-26
HK1248821A1 (zh) 2018-10-19
AU2016250077B2 (en) 2021-04-15
US20190227136A1 (en) 2019-07-25
TW201640135A (zh) 2016-11-16
HK1251301A1 (zh) 2019-01-25
WO2016168249A8 (en) 2016-11-17
US10281540B2 (en) 2019-05-07
US10222435B2 (en) 2019-03-05
IL254956A0 (en) 2017-12-31
EP3283895A1 (en) 2018-02-21
US20190018095A1 (en) 2019-01-17
US20190227137A1 (en) 2019-07-25
CN107533118A (zh) 2018-01-02
AU2016250077A1 (en) 2017-11-02
US10989776B2 (en) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10989776B2 (en) Magnetic coil power methods and apparatus
EP3830594B1 (en) Low-field diffusion-weighted magnetic resonance imaging
JP6674958B2 (ja) 低磁場磁気共鳴のためのパルス・シーケンス
US9389288B2 (en) System and method for maintaining soft switching condition in a gradient coil driver circuit
JP6018392B2 (ja) 傾斜増幅器システム
US20230160988A1 (en) Systems and methods for low-field fast spin echo imaging
US11422216B2 (en) Gradient waveform design for low-field magnetic resonance imaging systems
US20220187395A1 (en) Opto-isolator circuitry for magnetic resonance imaging applications
CN211698153U (zh) 射频线圈的切换控制装置以及磁共振成像系统
US11415651B2 (en) Low noise gradient amplification components for MR systems
US10962614B2 (en) State space controller and gradient power amplifier
WO2023049506A1 (en) Counter rotating current coil for magnetic resonance imaging

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal