[發明專利]梯度系統及梯度磁場控制方法、核磁共振成像系統

有效

• 申請號: 201410522213.0
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104237818B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 欒朝彤;薛明雨;曹彬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;上海聯影醫療科技有限公司
• 主分類號: G01R33/385
• 分類號: G01R33/385
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及核磁共振成像技術領域，主要涉及基于電流磁通雙閉環控制的梯度系統，具體地說是一種梯度系統及梯度磁場控制方法、核磁共振成像系統。

背景技術

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是利用生物體磁性核在磁場中的共振特性進行成像的影像技術。它具有無電離輻射、無損傷、高分辨率、高對比度、多參數成像以及任意方位截面成像等特點，在醫療成像領域得到了廣泛應用。

MRI系統主要由磁體系統、梯度系統、射頻系統以及信號采集和圖形重建系統等組成。其中，磁體系統用于為MRI系統提供均勻穩定的主磁場；而梯度系統用于為MRI系統提供線性度滿足要求的、可快速開關的梯度磁場，疊加在主磁場上，以便動態地修改主磁場，實現成像體素的空間定位。

梯度系統主要由梯度控制器、梯度放大器以及梯度線圈等構成。其中，梯度放大器是梯度系統的重要組成部分，它負責放大前級梯度控制器發出的參考信號，驅動后級的梯度線圈，在成像空間中產生線性變化的梯度磁場，用于實現片選、頻率編碼和相位編碼等功能，其典型輸出波形為梯形波。

目前大多數梯度放大器采用的都是單閉環控制方式，閉環控制量一般為梯度線圈上的實際梯度電流，這是由于梯度磁場是由快速變化的梯度電流所產生的，因此對梯度磁場的控制就是對梯度電流的控制。梯度放大器主要由調節器、調制器和輸出級構成，其控制原理如圖1所示，從梯度線圈上反饋的實際梯度電流與參考電流比較后，依次經過調節器、調制器后由輸出級放大輸出，以驅動梯度線圈產生不同的梯度電流，從而控制梯度磁場。然而這種控制策略只關注了梯度放大器本身的控制效果，而并未對實際梯度電流在梯度線圈中產生的梯度磁場做出評估。當梯度電流變化時，會在磁體內部產生渦流，實際產生的梯度磁場會因此發生畸變，如圖2所示，實線為梯度電流，虛線為梯度磁場。

現有技術通過譜儀產生具有補償作用的參考電流指令信號，實現對梯度磁場曲線的開環調節，如圖3所示，實線為梯度電流，虛線為梯度磁場，可以明顯的看到，譜儀產生的參考電流指令信號使得梯度電流在某些時刻產生突變，從而抵消梯度磁場的畸變，補償渦流帶來的損耗。然而這種方法雖然能有效地對損耗進行補償，但補償參數只能通過離線方法獲取，然后通過對補償參數進行一系列的測量和計算后確定譜儀產生的參考電流指令信號；由于這樣得到的信號無法驗證補償效果，對于梯度磁場的控制精度可能較低，因此不能在所有梯度波形下都達到準確的補償效果。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種梯度系統及梯度磁場控制方法、核磁共振成像系統，用于解決現有技術中僅通過梯度放大器離線補償梯度電流，對于梯度磁場的控制精度低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于電流磁通雙閉環控制的梯度系統，用于提供疊加在主磁場上的梯度磁場，其中，所述基于電流磁通雙閉環控制的梯度系統至少包括：

檢測模塊，用于根據所述梯度磁場的磁通量變化，檢測并反饋相應的感應電動勢；

第一比較器，連接于參考電動勢、所述檢測模塊，用于將所述參考電動勢和所述檢測模塊反饋的感應電動勢進行比較，以輸出控制電動勢；

第一調節器，連接于所述第一比較器，用于根據所述第一比較器輸出的控制電動勢進行電流調節，以輸出電流調節量；

第二比較器，連接于參考電流、所述第一調節器，用于將所述參考電流和所述第一調節器輸出的電流調節量進行比較，以輸出控制電流；

梯度線圈，用于在被驅動后產生梯度電流，從而產生梯度磁場；

傳感器，連接于所述梯度線圈，用于檢測并反饋所述梯度電流；

梯度放大器，連接于所述第二比較器、所述梯度線圈和所述傳感器，用于將所述第二比較器輸出的控制電流和所述傳感器反饋的梯度電流比較后得到的電流誤差量進行放大，以驅動所述梯度線圈產生相應的梯度電流，從而控制所述梯度磁場。

優選地，所述梯度放大器至少包括：

第三比較器，連接于所述第二比較器、所述傳感器，用于將所述第二比較器輸出的控制電流和所述傳感器反饋的梯度電流進行比較，以輸出電流誤差量；

第二調節器，連接于所述第三比較器，用于根據所述第三比較器輸出的電流誤差量進行電壓調節，以輸出電壓調節量；

驅動器，連接于所述第二調節器，用于根據所述第二調節器輸出的電壓調節量產生驅動電流；

變換器，連接于所述驅動器，用于將所述驅動器產生的驅動電流進行放大輸出，以驅動所述梯度線圈產生相應的梯度電流。