相關申請的交叉引用

本申請要求2014年12月31日提交的美國專利申請14/587443的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其整體結(jié)合到本文中。

背景技術：

本發(fā)明的實施例一般涉及功率電子器件。具體實施例涉及用于對于從梯度功率放大器(其用于磁共振成像(mri)系統(tǒng)中)所輸出的電壓進行濾波的設備和方法。

一般來說，由mri系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量將受到其電子組件的可重復性和保真度的影響。具體來說，梯度子系統(tǒng)功率放大器強烈地影響采用其體素化（voxellated）(在相等大小和共同取向的體積段中掃描)掃描體積的保真度。功率放大器紋波或振蕩能夠使體素大小和取向的預期均勻性降級。

相應地，mri系統(tǒng)提供有用于響應于電子組件、例如梯度子系統(tǒng)功率放大器的性能的偏差而校正圖像的設備。一種這樣的設備是紋波消除濾波器，其被提供以降低通過脈寬調(diào)制梯度功率供應所引起的在梯度線圈處所產(chǎn)生的切換噪聲。通常，紋波消除濾波器設計成消除單個基頻附近的噪聲，其通過其中安裝了濾波器的mri系統(tǒng)的脈寬調(diào)制(pwm)切換頻率來驅(qū)動。在mri系統(tǒng)可工作在多個pwm切換頻率的任何的情況下，則安裝多個紋波消除濾波器。

鑒于以上所述，期望提供用于有效實現(xiàn)多陷波紋波消除濾波器(其在能夠工作在多個pwm切換頻率的mri系統(tǒng)中是可使用的)的設備和方法。這類設備和方法一般還可有利于pwm功率供應的輸出進行濾波。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種設備，其包含：自耦變壓器；帶阻濾波器；以及儲能電路，其與帶阻濾波器串聯(lián)連接在自耦變壓器的第一與第二繞組之間。儲能電路的電感器充當自耦變壓器的異相第三繞組。相應地，該設備可提供跨自耦變壓器的雙陷波紋波消除濾波器。

其他實施例提供一種設備，其包含：自耦變壓器，其具有第一、第二和第三繞組，其可在操作上串聯(lián)連接在更高與更低電位輸入端子之間，其中第二繞組異相連接到第一和第三繞組；帶阻濾波器，其串聯(lián)連接在自耦變壓器的第二與第三繞組之間；第一調(diào)諧電容器，其跨自耦變壓器的第二繞組并聯(lián)連接；以及輸出端子，其在操作上連接在第一與第二繞組之間以及在第二與第三繞組之間。

其他實施例實現(xiàn)一種方法，其包含：將自耦變壓器的第一、第二和第三繞組跨脈寬調(diào)制功率供應的端子串聯(lián)連接，其中繞組中的一個與其他繞組異相；將第一調(diào)諧電容器跨自耦變壓器的異相繞組連接；將帶阻濾波器串聯(lián)連接在自耦變壓器的異相繞組與其他繞組中的一個之間；以及將負載跨帶阻濾波器和第一調(diào)諧電容器連接，使得帶阻濾波器、第一調(diào)諧電容器和異相繞組提供脈寬調(diào)制功率供應與負載之間的雙陷波紋波消除濾波器。

附圖說明

從閱讀以下參照附圖的非限制性實施例的描述，將會更好地理解本發(fā)明，附圖包括：

圖1示意示出其中實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的示范磁共振成像(mri)系統(tǒng)。

圖2示意示出圖1的示范mri系統(tǒng)中使用的梯度功率放大器和紋波消除濾波器。

圖3以圖形方式示出按照本發(fā)明的實施例的由雙陷波紋波消除濾波器所提供的雙陷波頻率抑制圖像。

圖4示意示出按照本發(fā)明的實施例的雙陷波紋波消除濾波器。

具體實施方式

下面將詳細參照本發(fā)明的示范實施例，在附圖中圖示其示例。在可能的情況下，附圖中通篇使用的相同參考字符表示相同或相似部件而無需重復描述。雖然針對mri系統(tǒng)中使用的梯度放大器和梯度線圈來描述本發(fā)明的示范實施例，但是本發(fā)明的實施例一般也可適用于與脈寬調(diào)制(pwm)功率供應一起使用。

如本文所使用的，術語“基本上”、“一般”和“大約”指示相對于適合于實現(xiàn)組件或組合件的功能目的的理想預期條件的可合理實現(xiàn)的制造和組裝容差之內(nèi)的條件。

圖1示出配置供與本發(fā)明的實施例一起使用的示范磁共振成像(mri)系統(tǒng)10的主要組件。該系統(tǒng)的操作從操作員控制臺12來控制，操作員控制臺12包含鍵盤或其他輸入裝置13、控制面板14和顯示屏幕16。輸入裝置13能夠包含鼠標、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸激活屏幕、光棒、語音控制或者任何類似或等效輸入裝置，并且可用于交互式幾何規(guī)定?？刂婆_12經(jīng)過鏈路18與單獨計算機系統(tǒng)20進行通信，其使操作員能夠控制顯示屏幕16上的圖像的產(chǎn)生和顯示。計算機系統(tǒng)20包含多個模塊，其經(jīng)過底板20a彼此通信。計算機系統(tǒng)20的模塊包含圖像處理器模塊22、cpu模塊24和存儲器模塊26，其可包含用于存儲圖像數(shù)據(jù)陣列的幀緩沖器。計算機系統(tǒng)20鏈接到存檔媒體裝置、永久或備份存儲器存儲裝置或網(wǎng)絡以供圖像數(shù)據(jù)和程序的存儲，并且經(jīng)過高速信號鏈路34與單獨mri系統(tǒng)控制32進行通信。計算機系統(tǒng)20和mri系統(tǒng)控制32共同形成“mri控制器”33。按照本發(fā)明的實施例和方面，mri控制器33配置成實現(xiàn)用于例如通過實現(xiàn)示范算法(其在以下進一步論述)對水、脂肪和硅膠單獨成像的方法。

mri系統(tǒng)控制32包含通過底板32a連接在一起的模塊集合。這些包含cpu模塊36以及脈沖發(fā)生器模塊38。cpu模塊36經(jīng)過串行鏈路40來連接到操作員控制臺12。正是經(jīng)過鏈路40，mri系統(tǒng)控制32從操作員接收指示將要執(zhí)行的掃描序列的命令。cpu模塊36操作系統(tǒng)組件以執(zhí)行預期掃描序列，并且產(chǎn)生指示所產(chǎn)生rf脈沖的定時、強度和形狀以及數(shù)據(jù)獲取窗口的定時和長度的數(shù)據(jù)。cpu模塊36連接到若干組件，其由mri控制器33來操作，包含脈沖發(fā)生器模塊38(其控制梯度放大器42，下面進一步論述)、生理獲取控制器(“pac”)44和掃描室接口電路46。

cpu模塊36從生理獲取控制器44接收患者數(shù)據(jù)，生理獲取控制器44接收來自連接到患者的多個不同傳感器的信號，例如來自附連到患者的電極的ecg信號。并且最后，cpu模塊36從掃描室接口電路46接收來自各種傳感器的與磁體系統(tǒng)和患者的條件關聯(lián)的信號。也正是經(jīng)過掃描室接口電路46，mri控制器33命令患者定位系統(tǒng)48將患者或客戶c移動到預期位置以供掃描。

脈沖發(fā)生器模塊38操作梯度放大器42，以實現(xiàn)掃描期間所產(chǎn)生的梯度脈沖的預期定時和形狀。由脈沖發(fā)生器模塊38所產(chǎn)生的梯度波形施加到具有gx、gy和gz放大器的梯度放大器系統(tǒng)42。每個梯度放大器激發(fā)梯度線圈組合件(一般表示為50)中的對應物理梯度線圈x、y或z，以產(chǎn)生用于對所獲取信號進行空間編碼的磁場梯度。梯度線圈組合件50形成磁體組合件52的組成部分，磁體組合件52還包含偏振磁體54(其在操作中提供均質(zhì)縱向磁場b0)和全身rf線圈56(其在操作中提供與b0一般垂直的橫向磁場b1)。在本發(fā)明的實施例中，rf線圈56是多通道線圈。mri系統(tǒng)控制32中的收發(fā)器模塊58產(chǎn)生脈沖，其由rf放大器60來放大，并且由發(fā)射/接收開關62來耦合到rf線圈56。由患者中的所激發(fā)核子所發(fā)射的所得到的信號可由相同rf線圈56來感測，并且經(jīng)過發(fā)射/接收開關62來耦合到前置放大器64。所放大的mr信號在收發(fā)器58的接收器部分中解調(diào)、濾波和數(shù)字化。發(fā)射/接收開關62通過來自脈沖發(fā)生器模塊32的信號來控制，以便在發(fā)射模式期間將rf放大器60電連接到線圈56，并且在接收模式期間將前置放大器64連接到線圈56。發(fā)射/接收開關62還能夠使單獨rf線圈(例如表面線圈)能夠用于發(fā)射模式或者接收模式中。

在多通道rf線圈56拾?。╬ickup）從目標的激發(fā)所產(chǎn)生的rf信號之后，收發(fā)器模塊58數(shù)字化這些信號。mri控制器33然后通過傅立葉變換來處理數(shù)字化信號，以產(chǎn)生k空間數(shù)據(jù)，其然后經(jīng)由mri系統(tǒng)控制32來傳遞給存儲器模塊66或者其他計算機可讀媒體?！坝嬎銠C可讀媒體”可包含例如被配置使得電、光或磁狀態(tài)可按照由常規(guī)計算機可感知和可再現(xiàn)的方式來固定的結(jié)構(gòu)：例如，打印到紙張或者在屏幕上顯示的文本或圖像、光盤或者其他光存儲媒體；“閃速”存儲器、eeprom、sdram或其他電存儲媒體；軟盤或其他磁盤、磁帶或其他磁存儲媒體。

在計算機可讀媒體66中獲取了原始k空間數(shù)據(jù)陣列時，掃描是完成的。這個原始k空間數(shù)據(jù)重新排列為待重構(gòu)的每個圖像的單獨k空間數(shù)據(jù)陣列，以及這些的每個輸入到陣列處理器68，其進行操作以便將數(shù)據(jù)傅立葉變換為圖像數(shù)據(jù)陣列。這個圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過串行鏈路34傳送給計算機系統(tǒng)20，其中將它存儲在存儲器中。響應于從操作員控制臺12所接收的命令，這個圖像數(shù)據(jù)可以以長期存儲被存檔，或者它可由圖像處理器22進一步處理，以及傳送給操作員控制臺12并且在顯示器16上呈現(xiàn)。

如上所述，在mri系統(tǒng)10用于mri掃描的操作期間，脈沖發(fā)生器模塊38經(jīng)由梯度放大器系統(tǒng)42將梯度波形施加到梯度線圈組合件50。梯度波形驅(qū)動對應梯度線圈，以便局部調(diào)整由磁體組合件52所包封的掃描體積的磁化。具體來說，梯度波形提供磁化的頻率編碼、相位編碼和層面（slice）選擇梯度，以便定義磁體組合件52內(nèi)的mri實驗的特定感興趣區(qū)域。

梯度放大器系統(tǒng)42包含三個梯度放大器，每個梯度軸(x,y,z)一個。圖2示意示出作為多個h橋電路202.1、202.2、…202.n的堆疊的拓撲所形成的梯度放大器200。堆疊的h橋202由igbt204來組成，igbt204由pwm控制器205按照脈寬調(diào)制算法(其折衷igbt和橋交織方案的切換和傳導損耗)來驅(qū)動。一般來說，脈寬調(diào)制(pwm)是按照編程計劃表來接通和關斷所選igbt、以便產(chǎn)生從dc功率供應到負載的時間平均電壓的過程。對于其裝置接通的pwm計劃表的一小部分定義為那個裝置的占空比。裝置接通和關斷所在的頻率定義為控制器的pwm切換頻率fsw。雖然在一些計劃表中(例如當pwm用來模擬ac時)，接通和關斷脈沖時間的時長可跨計劃表改變，igbt切換所在的切換頻率保持為恒定，即，igbt能夠僅在fsw的整數(shù)倍改變狀態(tài)。堆疊h橋202以實現(xiàn)所要求的最大輸出電壓，以及在某些實施例中，交織其pwm計劃表以使輸出濾波要求為最小。

如所述，mri系統(tǒng)10的成像性能能夠受到梯度子系統(tǒng)功率放大器200的可重復性和保真度的影響。因此，除了交織pwm計劃表之外，在實施例中，紋波消除濾波器206還跨堆疊的h橋202的輸出端子連接，以便減輕梯度放大器200對成像性能的任何影響。梯度放大器200經(jīng)由紋波消除濾波器206來驅(qū)動其梯度線圈x、y或z(50x.y.z)。紋波消除濾波器206配置成監(jiān)測脈寬調(diào)制(pwm)控制器205的輸出頻率，并且消除在pwm頻率的諧頻從堆疊的h橋202所產(chǎn)生的切換噪聲。

圖3以圖形方式示出按照本發(fā)明的實施例的由紋波消除濾波器206所提供的雙陷波頻率抑制圖像300。在所描繪的實施例中，頻率抑制圖像300包含第一和第二陷波302、304，其指示經(jīng)過濾波器的信號的特別強的衰減。紋波消除濾波器206的輸出(供應給梯度線圈50的電流)一般等于對紋波消除濾波器206的輸入(橋電流)乘以頻率抑制圖像300。通過將陷波302、304疊加到pwm切換噪聲的基頻上，紋波消除濾波器206能夠按照如由mri控制系統(tǒng)32的操作所選的頻率編碼、相位編碼和層面選擇梯度波形向梯度線圈50提供清潔功率供應。

圖4示意示出按照本發(fā)明的實施例的雙陷波紋波消除濾波器206的組件。紋波消除濾波器206包含更高和更低電位輸入端子402、403以及更高和更低電位輸出端子404、405，更高和更低電位濾波器腿406、408能夠通過其在操作上連接在梯度功率放大器200與梯度線圈50之間。紋波消除濾波器206還包含自耦扼流圈變壓器410和梯形濾波器412，其跨濾波器腿406、408與負載梯形（ladder）414并聯(lián)連接。

在所描繪的實施例中，扼流圈變壓器410包含第一繞組416，其使其高端連接到更高電位輸入端子402，并且使其低端連接成為更高電位濾波器腿406進行饋送。變壓器410還包含第二或濾波器繞組418，其使其低端連接到更高電位濾波器腿406，并且使其高端連接成分接（tap）梯形濾波器412。變壓器410還包含第三繞組420，其使其低端連接到更低電位輸入端子403，并且使其高端連接到更低電位濾波器腿408。

梯形濾波器412與負載梯形414并聯(lián)連接在更高與更低電位濾波器腿406、408之間。梯形濾波器412包含第一調(diào)諧電容器422、調(diào)諧電感器424和第二調(diào)諧電容器426。梯形濾波器組件的值被選擇，使得梯形濾波器412將影響如圖3所示的頻率抑制圖像300的雙陷波302、304。例如，第一調(diào)諧電容器422和調(diào)諧電感器424的值能夠選擇成定義帶阻濾波器頻率，以及濾波器繞組418和第二調(diào)諧電容器426的值能夠相對于第一和第二繞組416、420、第一調(diào)諧電容器422和調(diào)諧電感器424來選擇，以定義帶通濾波器頻率，其匹配并且部分消除帶阻濾波器頻率，由此將雙陷波302、304定義為帶通濾波器的邊帶。

有利地，雙陷波紋波消除濾波器206能夠配置成通過將帶通和帶阻階躍（step）添加到梯形濾波器412上來提供頻率抑制圖像300中的附加陷波。

本發(fā)明的一個方面在于，濾波器繞組418與第一和第三繞組416、420的耦合變更儲能電路的頻率響應，其將會以別的方式通過與第二調(diào)諧電容器426并聯(lián)的濾波器繞組418來形成。

在實施例中，負載梯形414包含電阻器428和電容器430，其并聯(lián)布置，并且使其值選擇成在更高和更低電位輸出端子404、405以及中心輸出端子431(其能夠接地，以平衡梯度線圈50)之間來分配電壓。

本發(fā)明的實施例提供一種設備，其包含：自耦變壓器；第一帶阻濾波器；以及儲能電路，其與帶阻濾波器串聯(lián)連接在自耦變壓器的第一與第二繞組之間。儲能電路的電感器充當自耦變壓器的異相第三繞組。相應地，該設備可提供跨自耦變壓器的雙陷波紋波消除濾波器。該設備還可包含跨異相第三繞組和帶阻濾波器并聯(lián)連接的電阻器和電容器的負載梯形，以及負載梯形可分接以用于高、低和中心輸出。負載梯形的電容可小于帶阻濾波器和儲能電路的電容。自耦變壓器繞組可具有比帶阻濾波器的電感要小的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比其他繞組要大的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比其他繞組要小的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比帶阻濾波器的電感要大的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比帶阻濾波器的電感要小的電感。自耦變壓器繞組可具有比帶阻濾波器的電感要大的電感。該設備還可包含至少一個附加帶阻濾波器，其與第一帶阻濾波器并聯(lián)連接。

其他實施例提供一種設備，其包含：自耦變壓器，其具有第一、第二和第三繞組，其可在操作上串聯(lián)連接在更高與更低電位輸入端子之間，其中第二繞組異相連接到第一和第三繞組；第一帶阻濾波器，其串聯(lián)連接在自耦變壓器的第二與第三繞組之間；第一調(diào)諧電容器，其跨自耦變壓器的第二繞組并聯(lián)連接；以及輸出端子，其在操作上連接在第一與第二繞組之間以及在第二與第三繞組之間。該設備還可包含跨輸出端子連接的電阻器和電容器的負載梯形；其中負載梯形可分接以用于高、低和中心輸出。負載梯形的電容可小于帶阻濾波器和第一調(diào)諧電容器的電容。自耦變壓器繞組可具有比帶阻濾波器的電感要小的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比其他繞組要大的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比其他繞組要小的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比帶阻濾波器的電感要大的電感。自耦變壓器的異相繞組可具有比帶阻濾波器的電感要小的電感。自耦變壓器繞組可具有比帶阻濾波器的電感要大的電感。該設備還可包含至少一個附加帶阻濾波器，其并聯(lián)連接到第一帶阻濾波器。

其他實施例實現(xiàn)一種方法，其包含：將自耦變壓器的第一、第二和第三繞組跨脈寬調(diào)制功率供應的端子串聯(lián)連接，其中繞組中的一個與其他繞組異相；將第一調(diào)諧電容器跨自耦變壓器的異相繞組連接；將第一帶阻濾波器串聯(lián)連接在自耦變壓器的異相繞組與其他繞組中的一個之間；以及將負載跨帶阻濾波器和第一調(diào)諧電容器連接，使得帶阻濾波器、第一調(diào)諧電容器和異相繞組提供脈寬調(diào)制功率供應與負載之間的雙陷波紋波消除濾波器。該方法還可包含將至少一個附加帶阻濾波器并聯(lián)連接到第一帶阻濾波器，其中至少一個附加帶阻濾波器為紋波消除提供至少一個附加陷波。

將理解，上面描述意圖為說明性的，而不是限制性的。例如，可以將上述的實施例（和/或其方面）彼此組合使用。另外，可以作出許多修改，以使特別的情形或材料適應于本發(fā)明的教導，而不背離其范圍。雖然本文中所描述的材料的尺寸和類型意圖定義本發(fā)明的參數(shù)，但它們決不是限制性的，而是示范性的實施例。在審查上面描述時，許多其他實施例對于本領域的那些技術人員將是顯而易見的。因此，應參考所附權(quán)利要求連同這類權(quán)利要求所被賦予的等同物的全部范圍來確定本發(fā)明的范圍。在所附權(quán)權(quán)利要求中，術語“包含”和“其中”用作相應術語“包括”和“其中”的易懂英語等同物。此外，在下面權(quán)利要求中，諸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“頂部”等術語只用作標記，而不是意圖對其對象強加數(shù)字或位置要求。此外，下面的權(quán)利要求的限制沒有以方法加功能格式來書寫并且不意圖基于35u.s.c.§112第六段來解釋，除非并且直到這類權(quán)利要求限制確切地使用后面是缺乏進一步結(jié)構(gòu)的功能陳述的短語“用于…的部件”。

本書面描述使用包含最佳模式的示例來公開本發(fā)明的若干實施例，并且還使本領域的技術人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的實施例，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定并且可包含本領域的技術人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有沒有不同于權(quán)利要求的文字語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包含具有與權(quán)利要求的文字語言的無實質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則它們意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。

如本文所使用的，以單數(shù)陳述或以單詞“一”或“一個”進行的元素或步驟應理解為不排除多個元素或步驟，除非另有明確規(guī)定這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的提及不意圖解釋為排除也包含所述特性的附加實施例的存在。此外，除非明確相反地規(guī)定，否則，“包括”、“包含”或“具有”具有特定屬性的元素或多個元素的實施例可包含不具有那個屬性的附加的這類元素。

由于可在上述設備或方法中進行某些變化而不脫離本文中涉及的本發(fā)明的精神和范圍，因此，意圖的是，在附圖中示出的或上面描述的所有主題應只理解為圖示本文中的本發(fā)明概念的示例，并且不應視為限制本發(fā)明。