专利名称：磁耦合线圈系统中用于放大器的具有微分控制的调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于受电流调节的向磁共振断层造影仪的场线圈供电的放大器的具有微分单元的调节装置，该微分单元通过微分处理从放大器的电流额定值信号中形成微分信号。在此，可以是梯度放大器或者是匀场放大器，这两者下面一般地被称为梯度放大器。本发明还涉及具有这样的调节装置的一种梯度放大器和一种匀场放大器。
背景技术：
公知的磁共振断层造影设备通常具有三个梯度线圈，以便在X方向、y方向和z方向上产生线性磁场梯度。由梯度放大器产生的调节后的电流流过每个线圈。梯度放大器对于每个梯度线圈包括电流调节器。调节器的性能必须与所连接的梯度线圈相匹配。在专利申请文件DE 197 06 756 Al中描述了这样的梯度放大器。梯度放大器在此(除了相对小的欧姆电阻损耗之外)以纯电感负载工作。放大器的电流调节器在脉冲边缘(Pulsflanke)期间已经将调节偏差调节到零，但其中出现不期望的脉冲形变。因此，为了避免脉冲形变在专利文件DE 198 56 800 Cl中建议，为调节器输出端加上使调节器去负荷的、与梯度线圈电流的脉冲边缘的坡度成比例的电压。在此，将直接由电流额定值控制的附加的微分单元的输出端经由校准电阻施加到最终加法级(End-Summierstufe)的输入端。图1示出了按照DE 198 56 800 Cl的梯度放大器的调节装置的框图。在此，将电流额定值I_S0LL输入到延迟单元21。延迟单元21的输出端与比较单元22的输入端相连。在比较单元22的另一个输入端上施加电流实际值I_IST。在比较单元22中确定调节差信号R1，该调节差信号Rl被传输到调节单元23。电流额定值1_SOLL也被传输到微分单元24，该微分单元24提供微分控制信号D。调节单元23的输出信号和微分控制信号D被传输到第二加法单元25的输入端。在第二加法单元的输出端上提供由调节单元23的输出信号和微分控制信号D组成的调节信号R2。在现代磁共振断层造影设备中，例如在西门子公司的Connectom中，每个梯度线圈由多个子线圈组成，分别由梯度放大器向这些子线圈供电。在此，出现子线圈的磁耦合，它们在梯度放大器上不保持无反作用并且影响梯度脉冲形状。特别地，在Z子线圈和X子线圈以及Y子线圈之间出现强耦合。在设计梯度放大器时必须考虑该耦合。此外，Z子线圈、X子线圈以及Y子线圈也彼此耦合，这虽然相当小，但会负面影响到正在发脉冲的梯度放大器的电流走向上或者脉冲的线圈中。虽然每个子线圈到其余的子线圈(除了 Z到X和Z到Y)的单个影响很小，但所有子线圈到各个发脉冲的子线圈的反作用的和不能忽略。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供用于由子线圈组成的梯度线圈的一种调节装置和一种梯度放大器，其中避免由于子线圈的磁耦合引起的到梯度放大器的反作用。按照本发明，上述技术问题是通过按照本发明的调节装置和梯度放大器来解决的。
本发明要求保护一种用于梯度放大器的具有微分单元的调节装置，该微分单元通过微分处理从梯度放大器的电流额定值信号中形成微分信号。至少一个电的低通滤波器单元与微分单元串联连接。本发明还要求保护一种用于梯度放大器的具有微分单元的调节装置，该微分单元通过微分处理从梯度放大器的电流额定值信号中形成微分信号。至少一个电的高通滤波器单元与微分单元并联连接。本发明的优点在于，基于在由多个子线圈组成的梯度线圈中感应出的磁场可以强烈减小到梯度放大器的反作用。在一种扩展中，调节装置可以包括至少一个低通滤波器单元和至少一个高通滤波器单元。在另一种实施方式中，调节装置可以包括多个电的低通滤波器单元，其彼此并联和/或串联连接。优选地，调节装置包括第一加法单元，其输入端与微分单元的输出端和低通滤波器单元的输出端相连。此外，调节装置还包括多个电的高通滤波器单元，其彼此并联和/或串联连接。在一种扩展中，调节装置包括第一加法单元，其输入端与微分单元的输出端和高通滤波器单元的输出端相连。在另一种实施方式中，调节装置包括乘法单元，该乘法单元与加法单元的输出端相连并且提供微分信号。此外，调节装置包括乘法单元，该乘法单元被设置在微分单元之前。本发明还要求保护一种用于磁共振断层造影设备的具有按照本发明的调节装置的梯度放大器。
本发明的其它特征和优点借助于示意性的附图由下面对多个实施例的解释给出。附图中图1示出了具有微分单元的调节装置的框图，图2示出了具有耦合的子线圈的两个梯度放大器的框图，图3示出了具有微分单元和低通滤波器单元的调节装置的框图，图4示出了具有微分单元和高通滤波器单元的调节装置的框图，图5示出了具有微分单元和多个低通滤波器单元的调节装置的框图，图6示出了具有微分单元和多个高通滤波器单元的调节装置的框图，图7示出了具有微分单元、低通滤波器单元和高通滤波器单元的调节装置的框图，和图8示出了具有低通滤波器单元的微分单元的电路图。
具体实施例方式图2用于直观地示出了耦合问题。图2示出了具有两个耦合的子线圈11、12和两个梯度放大器1、2的框图。第一放大器I引导按照电流脉冲形状的第一电流II，该电流恰好从零出发上升。与第一电流Il成比例地，第一子线圈11产生第一磁通密度BI。第一磁通密度BI的一部分也流经第二子线圈12，在第二子线圈12中感应出电压以及由此的第二电流12。在第二子线圈12中的第二电流12产生抵消所驱使的第一磁通密度BI的第二磁通密度B2。受调节的第二放大器2限制了具有其调节P放大的第二电流12，并且其调节器的I分量又调节回第二电流12。如果第二放大器2的调节器调节没有振荡倾向，则这通常是如下情况衰减的第二电流12的开关与e函数相似。如果第二电流12近似为零，则第二放大器2在其输出端产生电压，该电压抵消了通过第一电流Il的脉冲边缘感应出的电压。现在如果第一电流Il达到其电流顶峰，即其不再改变，则在第二子线圈12中也不再感应出电压。但因为第二放大器2总是产生反向电压，现在产生具有相反方向的第二电流12。现在第二放大器2调节回来并且第二电流12再次为零。从第一放大器I的角度来看，其负载的电感变化。在第一电流Il的脉冲边缘期间，第一放大器I必须相应于第一和第二磁通密度B1、B2的差的时间变化产生电压。如图2所示的那样，在第二电流12的边缘期间，第二放大器2可以调节为零，第二电流12的电流变化总是变得更小并且由此第二磁通密度B2的时间变化也变得更小。因此第一放大器I对于边缘开始的该电流形状需要比在边缘结束时更小的电压。从第一放大器I的角度来看，在脉冲边缘期间负载的电感增加。在已知的梯度放大器中假设对于梯度放大器可见的电感保持恒定。由此也借助微分分量运行超前控制。根据所有子线圈的反作用有多大并且由此从第一线圈I的角度来看电感的变化有多大，在图2所示的情况下微分超前控制提供了变形了的梯度脉冲。因此按照本发明，通过滤波器单元电路技术地调节梯度放大器的调节装置。 图3示出了具有微分单元24和电的低通滤波器单元26的调节装置20的部分的框图。在微分单元24的输入端施加具有电流额定值I_S0LL的信号。微分单元24的输出端一方面与第一加法单兀29的输入端相连而另一方面与低通滤波器单兀26的输入端相连。低通滤波器单元26的输出端同样与第一加法单元29的输入端相连。在第一加法单元29中这两个到来的信号被加权地相加。第一加法单元29的输出端与乘法单元28的输入端相连。在乘法单元28的输出端处呈现期望的微分控制信号D。该微分控制信号D然后可以相应于图1被用于调节。借助乘法单元28可以调节微分控制信号D的大小。替换地，乘法单元28也可以设置在微分单元24的输入端处。图4示出了具有微分单元24和电的高通滤波器单元27的调节装置20的部分的框图。在微分单元24的输入端施加具有电流额定值I_S0LL的信号。微分单元24的输出端与第一加法单元29的输入端相连。将具有电流额定值I_S0LL的输入反转并且与高通滤波器单元27的输入端相连。高通滤波器单元27的输出端同样被传输到第一加法单元29的输入端。在第一加法单元29中将这两个到来的信号加权地相加。第一加法单元29的输出端与乘法单元28的输入端相连。在乘法单元28的输出端处呈现期望的微分控制信号D。该微分控制信号D然后可以相应于图1被用于调节。借助乘法单元28可以调节微分控制信号D的大小。替换地，乘法单元28也可以设置在微分单元24的输入端处。图5示出了具有微分单元24和多个电的低通滤波器单元26的调节装置20的部分的框图。在微分单元24的输入端施加具有电流额定值I_S0LL的信号。微分单元24的输出端一方面与第一加法单兀29的输入端相连而另一方面与两个低通滤波器单兀26的输入端相连。一个低通滤波器单兀26的输出端同样与第一加法单兀29的输入端相连。另一个低通滤波器单元26的输出端被传输到其它低通滤波器单元26的输入端。该低通滤波器单元26的输出端被传输到第一加法单元29的第三输入端。在第一加法单元29中这三个到来的信号被加权地相加。第一加法单元29的输出端与乘法单元28的输入端相连。在乘法单元28的输出端处呈现期望的微分控制信号D。该微分控制信号D然后可以相应于图1被用于调节。借助乘法单元28可以调节微分控制信号D的大小。替换地，乘法单元28也可以设置在微分单元24的输入端处。图6示出了具有微分单元24和两个电的高通滤波器单元27的调节装置20的部分的框图。在微分单元24的输入端施加具有电流额定值I_S0LL的信号。微分单元24的输出端与第一加法单兀29的输入端相连。将具有电流额定值I_S0LL的信号反转并且传输到两个高通滤波器单元27的输入端。两个高通滤波器单元27的输出端同样与第一加法单元29的输入端相连。在第一加法单元29中将这三个到来的信号加权地相加。第一加法单元29的输出端与乘法单元28的输入端相连。在乘法单元28的输出端处呈现期望的微分控制信号D。该微分控制信号D然后可以相应于图1被用于调节。借助乘法单元28可以调节微分控制信号D的大小。替换地，乘法单元28也可以设置在微分单元24的输入端处。图7示出了具有微分单元24、电的低通滤波器单元26和电的高通滤波器单元27的调节装置20的部分的框图。在微分单元24的输入端施加具有电流额定值I_S0LL的信号。微分单元24的输出端与第一加法单元29的输入端相连。将具有电流额定值I_S0LL的信号反转并且传输到高通滤波器单元27的输入端。高通滤波器单元27的输出端同样与第一加法单兀29的输入端相连。微分单兀24的输出端与低通滤波器单兀26的输入端相连。低通滤波器单元26的输出端与第一加法单元29的另一个输入端相连。在第一加法单元29中这三个到来的信号被加权地相加。第一加法单元29的输出端与乘法单元28的输入端相连。在乘法单元28的输出端处呈现期望的微分控制信号D。该微分控制信号D然后可以相应于图1被用于调节。借助乘法单元28可以调节微分控制信号D的大小。替换地，乘法单元28也可以设置在微分单元24的输入端处。图8示出了简单电路技术的与第一阶的运算放大器电路和低通滤波器单元类似的实施方式。在具有运算放大器30的电路中第一电容器31和第一电阻33构成微分单兀24。第二电阻34和与之并联连接的第二电容器32构成低通滤波器单元26。同样，根据图2在脉冲边缘开始时第一电阻33相应于第一梯度放大器I的输出电压,第一和第二电阻33、34的和相应于如下输出电压第二电流12被调节为零之后并且由此从第一梯度放大器I的角度来看电感是最大的。加法的权重通过第一和第二电阻33、34的电阻比例给出。在该观察中忽略梯度线圈的欧姆电阻的小的影响。第二电容器32与第二电阻34的乘积给出由图2的衰减的第二电流12的指数函数的时间常数。为了调节，在电路之后或者可选地在电路之前连接具有可调节的放大器的乘法单元28。基本上可以通过模拟技术以及通过数字技术实现所有示出的功能。附图标记列表I 第一梯度放大器2 第二梯度放大器11 第一子线圈
12第二子线圈20调节装置21延迟单元22比较单元23 调节单兀24 微分单元25 第二加法单元26 低通滤波器单元27 高通滤波器单元28 乘法单元 29 第一加法单元30 运算放大器31 第一电容器32 第二电容器33 第一电阻34 第二电阻BI 第一磁通密度B2 第二磁通密度D 微分控制信号Il 第一电流12 第二电流I_IST电流实际值I_S0LL电流额定值Rl 调节差信号R2 调节信号
权利要求
1.一种用于梯度放大器(1，2 )的具有微分单元(24 )的调节装置(20 )，该微分单元通过微分处理从所述梯度放大器(1，2)的电流额定值信号(I_SOLL)中形成微分信号(D)，其特征在于: -至少一个电的低通滤波器单元(26 )，其与所述微分单元(24 )串联连接。
2.—种用于梯度放大器(1，2 )的具有微分单元(24 )的调节装置(20 )，该微分单元通过微分处理从所述梯度放大器(1，2)的电流额定值信号(I_SOLL)中形成微分信号(D)，其特征在于: -至少一个电的高通滤波器单元(27 )，其与所述微分单元(24 )并联连接。
3.根据权利要求1和2所述的调节装置(20)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -多个电的低通滤波器单元(26)，其彼此并联和/或串联连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -第一加法单元(29)，其输入端与所述微分单元(24)的输出端和所述低通滤波器单元(26)的输出端相连。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -多个电的高通滤波器单元(27)，其彼此并联和/或串联连接。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -第一加法单元(29)，其输入端与所述微分单元(24)的输出端和所述高通滤波器单元(27)的输出端相连。
8.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -乘法单元(28)，所述乘法单元与所述第一加法单元(29)的输出端相连并且输出微分信号(D)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置(20)，其特征在于: -乘法单元(28 )，所述乘法单元设置在所述微分单元之前。
10.一种用于磁共振断层造影设备的梯度放大器(1，2)或匀场放大器，其具有按照上述权利要求中任一项所述的调节装置(20)。
全文摘要
本发明涉及一种用于梯度放大器(1，2)的具有微分单元(24)的调节装置(20)。该微分单元(24)通过微分处理从所述梯度放大器(1，2)的电流额定值信号(I_SOLL)中形成微分信号(D)。至少一个电的低通滤波器单元(26)与所述微分单元(24)串联连接和/或至少一个电的高通滤波器单元与所述微分单元(24)并联连接。具有优势的是，基于在由多个子线圈组成的梯度线圈中感应出的磁场可以强烈减小到梯度放大器的反作用。
文档编号G05F7/00GK103076581SQ201210413070
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者H.伦兹 申请人:西门子公司