磁共振梯度系统及其涡流补偿方法及装置与流程

本发明实施例涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振梯度系统及其涡流补偿方法及装置。

背景技术：

磁共振成像是一种非侵入式的成像技术，能够为临床诊断提供丰富的空间和时间信息。在磁共振成像中，涡流是影响图像质量的一个重要因素，涡流的存在会严重影响梯度磁场的变化，梯度磁场在快速开关时会产生涡流，造成梯度波形发生畸变，这种畸变将造成图像伪影，降低图像质量。因此，需要对涡流进行补偿。

现有技术中可以通过设计自屏蔽梯度线圈、采用抗涡流板、梯度电流预加重补偿等方式来消除或减小涡流。设计自屏蔽梯度线圈的方式需要两组反向线圈代替常规单线圈，所需电流大、空间多，显著增加了系统成本。采用抗涡流板的方式，由于受加工工艺的限制，在板边缘和覆盖不到的地方涡流仍很大，造成无法更好地减小涡流。采用梯度电流预加重补偿的方式，通过调节梯度电流的大小使梯度磁场达到期望的输出效果，但是受实时计算的限制，存在累积误差随着迭代次数的增多而逐渐放大的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种磁共振梯度系统及其涡流补偿方法及装置，以实现更好的涡流补偿效果，提高图像质量。

第一方面，本发明实施例提供了一种涡流补偿方法，该方法包括：

获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据；

通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。

第二方面，本发明实施例还提供了一种涡流补偿装置，该装置包括：

波形数据获取模块，用于获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据；

涡流预加重函数确定模块，用于通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。

第三方面，本发明实施例还提供了一种磁共振梯度系统，所述磁共振梯度系统包括依次相连的梯度发生器、梯度功率放大器以及梯度线圈，还包括分别连接于梯度发生器和梯度功率放大器的梯度预加重模块，所述梯度预加重模块根据第一轴对第一轴的同轴涡流预加重函数、第二轴对第一轴的第一交叉轴涡流预加重函数以及第三轴对第一轴的第二交叉轴涡流预加重函数对磁共振梯度系统进行涡流补偿。

本发明实施例的技术方案通过获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据。然后，通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。本发明实施例的技术方案解决了采用自屏蔽梯度线圈等方法成本较高、无法更好地减小涡流，采用梯度电流预加重补偿的方式存在累积误差随着迭代次数的增多而逐渐放大的问题，实现实时地对梯度电流进行涡流补偿，节约调试时间和成本，涡流补偿的效果很好，提高图像质量。

附图说明

图1a本发明实施例一中提供的一种涡流补偿方法的流程图；

图1b为本发明实施例一中提供的一种涡流数学模型的结构示意图；

图1c为本发明实施例一中提供的一种加入了涡流补偿的涡流补偿数学模型的框图；

图1d为本发明实施例一中提供的一种未进行涡流补偿的效果示意图；

图1e为本发明实施例一中提供的一种通过涡流补偿方法的效果示意图；

图2a本发明实施例二中提供的一种涡流补偿方法的流程图；

图2b本发明实施例二中提供的一种预加重滤波器的计算框图；

图2c为mri系统涡流测量系统的硬件组成示意图；

图3是本发明实施例三中提供的一种涡流补偿装置的流程图；

图4是本发明实施例四中的提供的一种磁共振梯度系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供的涡流补偿方法的流程图，本实施例可适用于涡流补偿的情况，尤其适用于磁共振成像中梯度电流的涡流补偿的情况。该方法可以由涡流补偿装置来执行，该装置可以由硬件和/或软件来实现，该装置可集成于设备(例如计算机)中来执行，具体包括如下步骤：

步骤101、获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据。

其中，目标轴包括x轴、y轴以及z轴。磁共振系统有三组线圈,通入预定大小的电流后产生x、y、z三个方向的梯度场。

测试梯度波形数据是指输入的梯度波形数据，也就是给梯度线圈的梯度电流，实际输出梯度波形数据是指输入的测试梯度波形数据未经过涡流补偿采集到的输出梯度波形数据，也就是采集到的梯度线圈的梯度电流。

步骤102、通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及所述非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。

本发明实施例的方法可以通过预设的涡流数学模型进行表示。其中，涡流数学模型可以表示如下。图1b为涡流数学模型的结构示意图。涡流数学模型的系统函数包括线性函数模型δ(t)与非线性涡流函数heddy(t)，线性函数模型δ(t)与非线性涡流函数heddy(t)进行叠加。gin(t)表示测试梯度波形数据，gout(t)表示实际输出梯度波形数据，t表示时间。以x轴同轴补偿为例，则测试梯度波形数据表示为gxin(t)，实际输出梯度波形数据为gxout(t)；以y轴为例，则测试梯度波形数据表示为gyin(t)，实际输出梯度波形数据为gyout(t)；以z轴为例，则测试梯度波形数据表示为gzin(t)，实际输出梯度波形数据为gzout(t)。

需要说明的是，涡流补偿与梯度预加重表示同一含义，表示对脉冲序列发出的梯度波形进行校正，使得实际输出的梯度波形接近于测试梯度波形数据，该过程称为涡流补偿。

可选地，所述通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，包括：

通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据得到涡流曲线；

通过对所述涡流曲线的非线性拟合的方式确定所述非线性涡流函数的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数。

通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据进行非线性拟合得到涡流曲线，涡流曲线即是非线性涡流函数，确定出所述非线性涡流函数的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数。

可选地，所述通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据得到涡流曲线，通过对所述涡流曲线的非线性拟合的方式确定所述非线性涡流函数的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数，包括：

根据所述测试梯度波形数据、系统函数和所述实际输出梯度波形数据建立第一时域系统方程，其中系统函数包括线性函数模型δ(t)与非线性涡流函数heddy(t)；

对所述第一时域系统方程进行拉普拉斯变换，通过将拉普拉斯变换后的第一时域系统方程变形得到所述系统函数中所述拉斯变换域中的非线性涡流函数的第一系统表达式；

对所述非线性涡流函数的预定义时域函数模型进行拉普拉斯变换得到频域函数模型；

根据所述第一系统表达式以及所述频域函数模型对所述非线性涡流函数进行非线性拟合，求出所述非线性涡流函数在拉斯变换域中的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数，其中，所述参数包括频率常数和幅度常数。以x轴的同轴项涡流补偿为例，此时测试梯度波形数据为gxin(t)，测量得到的实际输出梯度波形数据为gxout(t)。其中，x轴的同轴项涡流补偿是指在x轴发射梯度电流，并在x轴采集对应的实际输出梯度波形数据。

第一时域系统方程表示如下：

其中，heddy(t)表示非线性涡流函数，δ(t)表示线性函数模型，表示卷积运算。

对公式(1)进行拉普拉斯变换得到：

gout(s)＝gin(s)·(1+heddy(s))(2)

其中，·表示乘法运算。

对公式(2)整理变形得到：

公式(3)表示拉斯变换域中的非线性涡流函数的第一系统表达式，该式的数据可以根据测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据计算得出。

gin(s)为测试梯度，gout(s)为采集到的测量梯度。

在mri系统中，heddy(s)包含了涡流的非线性信息。涡流以一种近似多种时间常数的e指数级数进行衰减，可以用如下函数模型进行逼近，公式(4)即为非线性涡流函数的预定义时域函数模型。

其中，阶跃函数时域模型参数αl为幅度常数，τl为时间常数，不需要直接求出。

对上面时域模型公式(4)的导数进行拉普拉斯变换得到公式(5)，公式(5)即为频域函数模型：

其中，n为正整数，l表示拉普拉斯变换，公式(5)表示对heddy(t)求导再进行拉普拉斯变换。求导数的目的是为了表示涡流场。

由于公式(3)与公式(5)相等：

通过gin(s)和gout(s)的数据通过非线性拟合的方式得到涡流曲线，进行参数估计，可以求出拉斯变换域中的幅度常数ηl和频率常数τl，得到heddy(s)函数，即得到拉斯变换域中的非线性涡流函数，即为频域中的非线性涡流函数。涡流曲线也就是拟合得到的拉斯变换域中的非线性涡流函数。

可选地，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，包括：

根据预定义的涡流预加重函数、所述测试梯度波形数据、所述系统函数和所述实际输出梯度波形数据建立第二时域系统方程；

对所述第二时域系统方程进行拉普拉斯变换，当所述实际输出梯度波形数据为所述测试梯度波形数据时，确定出拉斯变换域中的涡流预加重函数的第二系统表达式；

根据所述第二系统表达式以及所述涡流预加重函数的涡流预加重函数模型确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数。

为了求出涡流预加重函数，图1c为加入了涡流补偿的涡流补偿数学模型的框图。其第二时域系统方程为：

hpre(t)表示预定义的涡流预加重函数。

对公式(6)进行拉普拉斯变换：

gout(s)＝gin(s)·(hpre(s))·(1+heddy(s))(7)

期望经过涡流补偿后，所述实际输出梯度波形数据为所述测试梯度波形数据，则有：

gout(s)＝gin(s)

即理想的测试梯度波形数据与所述实际输出梯度波形数据波形一致。

代入公式(7)则有下式：

公式(8)表示涡流预加重函数的拉普拉斯域表达式，即为所述拉斯变换域中的涡流预加重函数的第二系统表达式。

然后，对涡流预加重函数进行数字信号处理实现，需要将拉普拉斯域变换到z域。令hpre(s)的函数模型为：

公式(9)即为涡流预加重函数的涡流预加重函数模型，其中，n为正整数，表示阶数。

根据公式(8)与公式(9)相等，则有：

通过级数非线性拟合逼近，参数估计可以求出多组级数参数αk、ξk，最终确立函数hpre(s)，即为涡流预加重函数。

根据所述涡流预加重函数对梯度电流进行涡流补偿。

可选地，本实施例的方法还包括：根据所述涡流预加重函数生成预加重滤波器；

通过所述预加重滤波器确定补偿参数，基于所述补偿参数对梯度电流进行涡流补偿。

可选地，所述根据所述涡流预加重函数生成预加重滤波器，包括：

将所述涡流预加重函数由拉斯变换域变换到离散时间系统，得到预加重滤波器。

得到涡流预加重函数hpre(s)后，将hpre(s)从s域变换到z域，从s域变换到z域的变换方法是成熟的现有技术，包括冲击响应不变法，阶跃响应不变法、双线性变换法等。

以双线性变换法进行说明，可以通过对涡流预加重函数进行通过双线性变换，将涡流预加重函数从s域变换到z域，将涡流预加重函数转化为预加重滤波器。例如可以将涡流预加重函数转化为可实现的无限冲激响应iir滤波器，通过可实现的iir滤波器系数对梯度电流进行涡流补偿。

在磁共振成像过程中，由于梯度磁场在快速开关时会产生涡流，造成梯度电流波形的畸变如图1d所示，表示未进行涡流补偿的效果示意图。

这种梯度电流波形畸变使图像存在几何形变、伪影等失真现象。同时涡流衰减需要很长时间，即使采用多次叠加的方法，也难以获得好的分辨率、信噪比和好的特征对比度。所以涡流消除是磁共振成像中的关键技术之一。本发明实施例的方法能够对涡流进行补偿，涡流补偿的效果如图1e所示，表明本实施例的涡流补偿方法能够较好的对输入的梯度电流进行补偿。

本发明实施例的技术方案通过获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据。然后，通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。本发明实施例的技术方案解决了采用自屏蔽梯度线圈等方法成本较高、无法更好地减小涡流，采用梯度电流预加重补偿的方式存在累积误差随着迭代次数的增多而逐渐放大的问题，实现实时地对梯度电流进行涡流补偿，节约调试时间和成本，涡流补偿的效果很好，提高图像质量。

实施例二

图2a为本发明实施例二提供的一种涡流补偿方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，可选的是所述获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据，包括：

关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据以及第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第一轴方向上的第一测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第一实际输出梯度波形数据；

关闭第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第二轴方向上的第二测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第二实际输出梯度波形数据；

关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据，获取在第三轴方向上的第三测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第三实际输出梯度波形数据；

相应地，所述通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定涡流预加重函数，包括：

根据所述第一测试梯度波形数据、所述第一实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定同轴涡流预加重函数；

根据所述第二测试梯度波形数据、所述第二实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第一交叉轴涡流预加重函数；

根据所述第三测试梯度波形数据、所述第三实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第二交叉轴涡流预加重函数；

根据所述同轴涡流预加重函数、第一交叉轴涡流预加重函数以及第二交叉轴涡流预加重函数确定所述第一轴方向上的涡流预加重函数。

如图2a表示，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：

步骤201、关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据以及第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第一轴方向上的第一测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第一实际输出梯度波形数据。

该步骤表示第一轴对第一轴的涡流同轴项测量。

步骤202、关闭第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第二轴方向上的第二测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第二实际输出梯度波形数据。

该步骤表示第二轴对第一轴的涡流交叉项测量。

步骤203、关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据，获取在第三轴方向上的第三测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第三实际输出梯度波形数据。

该步骤表示第三轴对第一轴的涡流交叉项测量。

以x轴为例，第一轴可以是x轴，第二轴为y轴，第三轴为z轴。步骤中的第一、第二与第三没有特殊的含义，仅是为了区分。例如，第一轴、第二轴与第三轴表示这三个轴是不同的轴。第一测试梯度波形数据对应x轴的测试梯度波形数据，第一实际输出梯度波形数据对应x轴的实际输出梯度波形数据。第二测试梯度波形数据对应y轴的测试梯度波形数据，第二实际输出梯度波形数据对应y轴的实际输出梯度波形数据。第三测试梯度波形数据对应z轴的测试梯度波形数据，第三实际输出梯度波形数据对应z轴的实际输出梯度波形数据。

以x轴为例，关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据以及第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第一轴方向上的第一测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第一实际输出梯度波形数据，是指同轴项补偿，需要关闭y轴与z轴的梯度，在x轴发射梯度，并在x轴采集实际输出梯度波形数据。关闭第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第二轴方向上的第二测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第二实际输出梯度波形数据，是指第二轴对第一轴的交叉项补偿，是指在y轴发射梯度，采集y轴发射梯度在x轴对应的实际输出梯度波形数据。关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据，获取在第三轴方向上的第三测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第三实际输出梯度波形数据是指第三轴对第一轴的交叉项补偿，是指在z轴发射梯度，采集z轴发射梯度在x轴对应的实际输出梯度波形数据。

同样，y轴与z轴的同轴项补偿与交叉项补偿也可以按照上述过程进行确定。

可以理解的是，可以获得同一个轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据进行同轴项补偿。其中，同一个轴方向是指同轴项补偿，例如x同轴项补偿，需将y、z轴的梯度关掉，测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据均为x轴的数据，拟合得到x轴对x轴的涡流曲线。同理y同轴项补偿为拟合得到y轴对y轴的涡流曲线，z轴项补偿为拟合得到z轴对z轴的涡流曲线。

可以理解的是，可以获得在同一个轴方向上的输入测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据进行同轴项补偿，也可以进行交叉项补偿。测量交叉项补偿时，关闭第三轴的梯度，例如测量y轴对x轴的交叉项补偿时，关闭z轴梯度，需要在y轴发射梯度电流，在x轴采集实际输出梯度波形数据。

可以理解的是，只进行同轴项补偿也可以实现涡流补偿。

为了实现更好地实现涡流补偿效果，需要测量同轴项补偿，也需要交叉项补偿。

以x轴为例，测量时需要得到涡流x轴对x轴的涡流曲线，也需要测得y轴对x轴的涡流曲线和z轴对x轴的涡流曲线。

涡流补偿方法包含了x、y、z同轴之间的补偿，同时可以针对各轴之间的交叉项影响进行补偿，涡流补偿精度更高，图像去伪影效果更明显。

步骤204、根据所述第一测试梯度波形数据、所述第一实际输出梯度波形数据以及频域非线性涡流函数确定同轴涡流预加重函数。

步骤205、根据所述第二测试梯度波形数据、所述第二实际输出梯度波形数据以及频域非线性涡流函数确定第一交叉轴涡流预加重函数。

步骤206、根据所述第三测试梯度波形数据、所述第三实际输出梯度波形数据以及频域非线性涡流函数确定第二交叉轴涡流预加重函数。

步骤204-步骤206中涡流预加重函数的确定方法均可根据公式(1)到公式(13)确定，区别在于测试梯度波形数据与实际输出梯度波形数据的坐标轴不同，分别计算的涡流预加重函数的参数随之不同，拟合的涡流曲线相应的不同，但计算方法是相同的。

步骤207、根据所述同轴涡流预加重函数、第一交叉轴涡流预加重函数以及第二交叉轴涡流预加重函数确定所述第一轴方向上的涡流预加重函数。

本实施例以x轴为例进行同轴项补偿与交叉项补偿的说明，可以理解的是，y轴、z轴方法类似于x轴的方法。

步骤208、根据所述涡流预加重函数生成预加重滤波器。

分别根据同轴涡流预加重函数、第一交叉轴涡流预加重函数及第二交叉轴涡流预加重函数确定出对应的预加重滤波器。

可选地，所述根据所述涡流预加重函数生成无限冲激响应预加重滤波器，包括：

将所述涡流预加重函数通过双线性变换，由拉斯变换域变换到离散时间系统，得到无限冲激响应预加重滤波器。

通过对hpre(s)进行双线性变换，由s域变换到z域，可以得到无限冲激响应预加重滤波器，由于得到无限冲激响应预加重滤波器的技术为现有技术，在此不再赘述。

步骤209、通过所述预加重滤波器确定补偿参数，基于所述补偿参数对梯度电流进行涡流补偿。

输入的测试梯度波形数据通过无限冲激响应预加重滤波器对应输出涡流补偿后的梯度波形数据。

其中，补偿参数即为预加重滤波器的系数。

以无限冲激响应预加重滤波器为例，设hpre(s)阶数n＝12，需要说明的是，阶数n与所需要的模型拟合精度有关，n的取值不做限定，只需要是正整数即可。

12阶的无限冲激响应预加重滤波器表示如下：

为了实现涡流补偿预加重加速计算，需要将预加重函数变成可实现的无限冲激响应预加重滤波器，通过双线性变换，将s域变换到z域。

令其中，ts为采样周期，可以根据实际需求进行设置。

带入hpre(s)方程式(10)：

得到：

其中bl＝αlts，

示例性地，本发明实施例提出的涡流补偿方法可以包含同轴项涡流补偿和交叉项涡流补偿。涡流交叉项的补偿(y轴对x轴，z轴对x轴，x轴对y轴,z轴对y轴，x轴对z轴，y轴对z轴)与同轴项(x轴对x轴，y轴对y轴，z轴对z轴)补偿方法一样，测量两个交叉轴轴间的相互影响时，第三轴需要关掉，测量同轴项影响时，关闭其它两轴。

例如x轴同轴补偿，需将y、z轴的梯度关掉，得到涡流x轴对x轴的涡流曲线。x轴的交叉项补偿包括，y轴对x轴的交叉项补偿和z轴对x轴的交叉项补偿,测得y轴对x轴的涡流曲线和z轴对x轴的涡流曲线。

分别对三个轴进行交叉项补偿，拟合得到相应的涡流预加重函数：hx→y(z)，hx→z(z)，hy→x(z)，hy→z(z)，hz→x(z)，hz→y(z)。

hx→y(z)表示x轴对y轴的涡流预加重函数的z变换结果，hx→z(z)表示x轴对z轴的涡流预加重函数的z变换结果,由于含义类似，不再赘述hy→x(z)，hy→z(z)，hz→x(z)，hz→y(z)的含义。

可以理解的是，hx→y(z)，hx→z(z)，hy→x(z)，hy→z(z)，hz→x(z)，hz→y(z)的计算方法是相同的，均可以通过公式(1)到公式(12)进行推导计算。

得到所述涡流预加重函数的变换的结果后，由拉斯变换域变换到离散时间系统，得到预加重滤波器。

同时考虑同轴项补偿与交叉项补偿，则有：

对于x方向的涡流补偿：x轴向的梯度波形gx(n)进行同轴项预加重hx→x(z)，减去预加重滤波器hy→x(z)对y方向梯度波形gy(n)的预加重输出，再减去预加重滤波器hz→x(z)对z方向梯度波形gz(n)的预加重输出，最终输出的结果为x轴预加重后的梯度波形gprex(n)，n为整数,表示该信号为数字信号。

其它方向的涡流交叉项的补偿，同样采用以上计算方法，如图2b所示为无限冲激响应预加重滤波器的计算框图。

最终得到对x轴的梯度预加重函数方程式：

其中，gx(n)表示在对时域梯度连续信号g(t)的进行离散化采样的结果，通常是a/d芯片完成。

其中，下角标x、y、z表示x轴、y轴、z轴。

gprex(n)为x轴对应的测试梯度波形数据经过预加重滤波器进行涡流补偿后的结果，即x轴预加重后的梯度波形。

hpre(n)x→x表示hx→x(z)进行逆z变换的结果。公式(13)各函数含义相似，区别仅在于坐标轴的不同。

对y轴的梯度预加重，包含同轴预加重、x轴对y轴的预加重和z轴对y轴的预加重：

y轴的梯度预加重函数方程式如以下公式：

gprey(n)为y轴对应的测试梯度波形数据经过预加重滤波器进行涡流补偿后的结果。

对z轴的梯度预加重，包含同轴涡流预加重、x轴对z轴的预加重和y轴对z轴的预加重：

z轴的梯度预加重函数方程式如以下公式：

gprez(n)为z轴对应的测试梯度波形数据经过预加重滤波器进行涡流补偿后的结果。

本发明实施例提出的方法可以在高速处理器fpga、dsp、gpu等可编程器件中实现，可以把本发明实施例的涡流补偿方法综合成逻辑电路，用于加速和实时进行涡流补偿涡流预加重函数的参数在系统装机调试校准时就已经生成，临床扫描开始前需要将预加重滤波器下发到序列时序控制单元。指令解析模块将指令解析，发送给梯度波形生成器，同时将预加重滤波器参数发送到预加重滤波器模块进行计算，最后输出最终的预加重梯度波形。

可以理解的是，涡流补偿方法是在系统安装调试时测量涡流数学模型，生成预加重滤波器系数(补偿参数)作为系统参数存在系统文件中。系统做临床应用扫描时不再需要实时测量涡流，减少系统扫描时间，以达到高速实时补偿的目的。当梯度部件损坏，只需要再做一次系统调试，重新生成预加重滤波器系数。

图2c为mri系统涡流测量系统的硬件组成示意图,涡流测量系统用于实现本发明实施例的涡流补偿方法。涡流测量系统由工控机、梯度时序控制单元、梯度放大器及梯度线圈构成。工控机发射扫描指令序列，解析后经梯度发生器产生梯度波形(即gin(t))，梯度波形进行预加重后传送给梯度放大器最终在梯度线圈产生高速切换的梯度磁场，通过涡流感应器将感应的梯度电流回采到梯度时序控制单元，工控机将回采到的涡流数据(即gout(t))进行参数估计。系统初始化时采集涡流，生成预加重滤波器系数下发到梯度时序控制单元，用于梯度预加重计算，产生涡流补偿后的预加重梯度波形。其中，图中的梯度预加重模块的实现方法即为本发明实施例提供的涡流补偿方法，对应图2b的预加重滤波器。图中的预加重系数即为预加重滤波器系数。

需要说明的是，本实施中，对步骤的编号仅仅是为了方便对各个技术特征进行清楚的解释，并非对执行顺序的严格限定。示例性地，本实施例中，对步骤201、步骤202和步骤203的顺序不做限制，步骤201、步骤202和步骤203可并行执行，也可以串行执行，类似地，步骤204、步骤205、步骤206的顺序不作限制，例如，步骤204、步骤205、步骤206可并行执行，也可以串行执行。

本实施例的技术方案通过所述预加重滤波器确定补偿参数，基于所述补偿参数对梯度电流进行涡流补偿。进而，将所述涡流预加重函数由拉斯变换域变换到离散时间系统，得到预加重滤波器，能够实时地通过预加重滤波器进行补偿，同时可以增加预加重滤波器的阶数，可以更精确地补偿涡流。进而，获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据，包括：关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据以及第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第一轴方向上的第一测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第一实际输出梯度波形数据；关闭第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第二轴方向上的第二测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第二实际输出梯度波形数据；关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据，获取在第三轴方向上的第三测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第三实际输出梯度波形数据；相应地，所述通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定涡流预加重函数，包括：根据所述第一测试梯度波形数据、所述第一实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定同轴涡流预加重函数；根据所述第二测试梯度波形数据、所述第二实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第一交叉轴涡流预加重函数；根据所述第三测试梯度波形数据、所述第三实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第二交叉轴涡流预加重函数；根据所述同轴涡流预加重函数、第一交叉轴涡流预加重函数以及第二交叉轴涡流预加重函数确定所述第一轴方向上的涡流预加重函数，既考虑到同轴项的补偿，也考虑到交叉项的影响，能够更准确地梯度波形进行涡流补偿。

实施例三

图3是本发明实施例三中提供的一种涡流补偿装置的结构示意图。本发明实施例所提供的涡流补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的涡流补偿方法，该装置的具体结构如下：波形数据获取模块31和涡流预加重函数确定模块32。

其中，波形数据获取模块31，用于获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据；

涡流预加重函数确定模块32，用于通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。

本发明实施例的技术方案通过获取在至少一个目标轴方向上的测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据。然后，通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据确定非线性涡流函数，通过所述测试梯度波形数据、所述实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数，以对梯度电流进行涡流补偿。本发明实施例的技术方案解决了采用自屏蔽梯度线圈等方法成本较高、无法更好地减小涡流，采用梯度电流预加重补偿的方式存在累积误差随着迭代次数的增多而逐渐放大的问题，实现实时地对梯度电流进行涡流补偿，节约调试时间和成本，涡流补偿的效果很好，提高图像质量。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例提供的装置还包括：补偿参数确定模块。

补偿参数确定模块，用于：

根据所述涡流预加重函数生成预加重滤波器；

通过所述预加重滤波器确定补偿参数，基于所述补偿参数可对梯度电流进行涡流补偿。

在上述技术方案的基础上，补偿参数确定模块具体可用于：将所述涡流预加重函数由拉斯变换域变换到离散时间系统，得到预加重滤波器。

在上述技术方案的基础上，涡流预加重函数确定模块32，具体可用于：

通过所述测试梯度波形数据和实际输出梯度波形数据得到涡流曲线；

通过对所述涡流曲线的非线性拟合的方式确定所述非线性涡流函数的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数。

在上述技术方案的基础上，涡流预加重函数确定模块32，具体可用于：

根据所述测试梯度波形数据、系统函数和所述实际输出梯度波形数据建立第一时域系统方程；

对所述第一时域系统方程进行拉普拉斯变换，通过将拉普拉斯变换后的第一时域系统方程变形得到所述系统函数中所述拉斯变换域中的非线性涡流函数的第一系统表达式；

对所述非线性涡流函数的预定义时域函数模型进行拉普拉斯变换得到频域函数模型；

根据所述第一系统表达式以及所述频域函数模型对所述非线性涡流函数进行非线性拟合，求出所述非线性涡流函数在拉斯变换域中的参数，得到拉斯变换域中的非线性涡流函数，其中，所述参数包括频率常数和幅度常数。

在上述技术方案的基础上，涡流预加重函数确定模块32，具体可用于：

根据预定义的涡流预加重函数、所述测试梯度波形数据、所述系统函数和所述实际输出梯度波形数据建立第二时域系统方程；

对所述第二时域系统方程进行拉普拉斯变换，当所述实际输出梯度波形数据为所述测试梯度波形数据时，确定出拉斯变换域中的涡流预加重函数的第二系统表达式；

根据所述第二系统表达式以及所述涡流预加重函数的涡流预加重函数模型确定出至少一个所述目标轴方向上的涡流预加重函数。

在上述技术方案的基础上，波形数据获取模块31，具体可用于：

关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据以及第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第一轴方向上的第一测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第一实际输出梯度波形数据；

关闭第三轴方向上的第三测试梯度波形数据，获取在第二轴方向上的第二测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第二实际输出梯度波形数据；

关闭第二轴方向上的第二测试梯度波形数据，获取在第三轴方向上的第三测试梯度波形数据和在第一轴方向上的第三实际输出梯度波形数据；

相应地，涡流预加重函数确定模块32具体可用于：根据所述第一测试梯度波形数据、所述第一实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定同轴涡流预加重函数；

根据所述第二测试梯度波形数据、所述第二实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第一交叉轴涡流预加重函数；

根据所述第三测试梯度波形数据、所述第三实际输出梯度波形数据以及非线性涡流函数确定第二交叉轴涡流预加重函数；

根据所述同轴涡流预加重函数、第一交叉轴涡流预加重函数以及第二交叉轴涡流预加重函数确定所述第一轴方向上的涡流预加重函数。

本发明实施例所提供的涡流补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的涡流补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种磁共振梯度系统的结构示意图。所述磁共振梯度系统包括依次相连的梯度发生器41、梯度功率放大器42以及梯度线圈43。图4显示的磁共振梯度系统仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

所述磁共振梯度系统还包括分别连接于梯度发生器41和梯度功率放大器42的梯度预加重模块44，所述梯度预加重模块44根据第一轴对第一轴的同轴涡流预加重函数、第二轴对第一轴的第一交叉轴涡流预加重函数以及第三轴对第一轴的第二交叉轴涡流预加重函数对磁共振梯度系统进行涡流补偿。

其中，梯度发生器用于产生梯度波形，梯度波形进行梯度预加重模块进行梯度预加重后传送给梯度放大器最终在梯度线圈产生高速切换的梯度磁场。

本发明实施例一与实施例二所提供的涡流补偿方法可应用于本实施例中的的梯度预加重模块。

本实施例的梯度预加重模块可以在fpga、dsp、gpu等芯片内实现。fpga、dsp、gpu等芯片可以把实施例一与实施例二所提供的涡流补偿方法综合成逻辑电路，用于加速和实时计算涡流补偿，直到预加重滤波器参数生成，最后预加重滤波器是在fpga、dsp、gpu等芯片内通过逻辑电路实现。

本发明实施例的技术方案，通过梯度发生器用于产生梯度波形，梯度波形进行梯度预加重模块进行梯度预加重后传送给梯度放大器最终在梯度线圈产生高速切换的梯度磁场，实现了实现实时地对梯度电流进行涡流补偿，节约调试时间和成本，涡流补偿的效果很好，提高图像质量。

值得注意的是，上述涡流补偿装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。