DE3926204A1

DE3926204A1 - Mains supply section for superconductive magnet of NMR tomograph - has gradient amplifier regulated to deliver desired current

Info

Publication number: DE3926204A1
Application number: DE19893926204
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Hofler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-02-14

Abstract

The supply section has at least one gradient amplifier (GX-GZ) which is provided to supply the gradient coils of the n,m,r, tomograph. The amplifier output is fed to a transformer (TX-TZ) and a smoothing filter (L,C). The amplifier is regulated so that it delivers an a.c. voltage. The latter is pref. markedly higher in frequency than that of the mains. Pref., three amplifiers are used and regulated to supply a three-phase current system. The output voltages of the separate amplifiers are combined via a three-phase bridge rectifier (B). ADVANTAGE - Simplified construction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzteil zum Auferregen eines supra leitenden Magneten eines Kernspin-Tomographen.The invention relates to a power supply for exciting a supra Conductive magnet of a nuclear spin tomograph.

Bei Kernspin-Tomographen ist zum Auferregen bzw. zur Änderung der Erregung stets ein gesondertes Magnetnetzteil vorhanden, das einen regelbaren Strom liefern muß. Typischerweise werden Stromstärken von 100 A oder mehr und Ausgangsspannungen im Bereich bis 30 V gefordert. Unabhängig von diesem Magnetnetz teil beinhaltet jeder Kernspin-Tomograph drei Gradientenver stärker zur Ansteuerung der Gradientenspulen für drei senk recht aufeinander stehende Richtungen. Auch diese Gradienten verstärker sind bezüglich des Ausgangsstroms regelbar und können ebenfalls Ströme in der Größenordnung von 100 A liefern. Der prinzipielle Aufbau eines derartigen Kernspin-Tomographen ist beispielsweise beschrieben in dem Artikel "Bildgebende Kernresonanz" in Funkschau 3/82, Seiten 43-48.With MRI tomographs is to excite or to change a separate magnetic power supply is always available for excitation, that has to deliver an adjustable current. Typically Amperages of 100 A or more and output voltages in the Range up to 30 V required. Regardless of this magnetic network Each nuclear spin tomograph contains three gradient vers stronger for controlling the gradient coils for three lower directions that are very close to each other These gradients too amplifiers are adjustable with regard to the output current and can also deliver currents in the order of 100 A. The basic structure of such a nuclear spin tomograph is described for example in the article "Imaging Nuclear resonance "in Funkschau 3/82, pages 43-48.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau eines Kernspin-Tomo graphen zu vereinfachen.The object of the invention is to build a nuclear spin tomo to simplify graphs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Stromquelle für das Auferregen mindestens ein für die Strom versorgung von Gradientenspulen des Kernspin-Tomographen vor gesehener Gradientenverstärker verwendet wird, wobei der Gradientenverstärker so geregelt wird, daß sich im supraleitenden Magneten der gewünschte Stromverlauf ergibt. Damit kann das aufwendige Magnet-Netzteil entfallen. Die Doppelnutzung der Gradientenverstärker für die Erzeugung von Magnetfeldgradienten und für das Auferregen des supraleitenden Magneten ist problem los möglich, da beim Auferregen die Gradientenspulen ohnehin nicht in Betrieb sind. Durch den Wegfall des Magnet-Netzteils wird auch der Platzbedarf der Anlage reduziert.This object is achieved in that as Power source for exciting at least one for power supply of gradient coils of the nuclear spin tomograph seen gradient amplifier is used, the Gradient amplifier is regulated so that in the superconducting Magnet the desired current flow results. So that can Elaborate magnetic power supply is no longer necessary. The double use of the Gradient amplifier for the generation of magnetic field gradients and the excitation of the superconducting magnet is a problem possible because the gradient coils anyway when excited are not in operation. By eliminating the magnetic power supply the space requirement of the system is also reduced.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dem Gradientenver stärker ein Übertrager und ein Glättungsfilter nachgeschaltet, wobei der Gradientenverstärker so angesteuert wird, daß er eine Wechselspannung liefert. Gradientenverstärker können im all gemeinen eine höhere Spannung liefern als für die Auferregung des supraleitenden Magneten erforderlich ist. Durch den Über trager wird die Ausgangsspannung des Gradientenverstärkers an die am supraleitenden Magneten zulässige Spannung angepaßt, wobei dann der zur Verfügung stehende Strom erhöht werden kann.In an advantageous embodiment, the gradient ver more downstream a transformer and a smoothing filter, wherein the gradient amplifier is controlled so that it has a AC voltage supplies. Gradient amplifiers can be used in space generally deliver a higher voltage than for excitation of the superconducting magnet is required. Through the over the output voltage of the gradient amplifier becomes slower adapted the voltage allowed on the superconducting magnet, the available current can then be increased.

Zweckmäßigerweise wird dabei jeder Gradientenverstärker so an gesteuert, daß er ausgangsseitig eine Wechselspannung mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz liefert. Aufgrund der höheren Frequenz kann der Übertrager und das Glättungsfilter bei gleicher Übertragungsleistung verkleinert werden.Each gradient amplifier is expediently switched on in this way controlled that he an AC voltage with a delivers frequency substantially above the mains frequency. Due to the higher frequency, the transformer and Smoothing filter reduced for the same transmission power will.

Vorteilhafterweise können drei Gradientenverstärker ver wendet werden, wobei die Gradientenverstärker so angesteuert werden, daß sie ausgangsseitig ein Drehstromsystem liefern und wobei die Ausgangsspannungen der einzelnen Gradientenverstär ker über einen Drehstrom-Brückengleichrichter zusammengeführt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Aus gangsleistung eines Gradientenverstärkers allein nicht für die Auferregung ausreicht.Advantageously, three gradient amplifiers can be used are used, the gradient amplifiers being controlled in this way be that they supply a three-phase system on the output side and where the output voltages of the individual gradient amplifiers ker merged via a three-phase bridge rectifier will. This is particularly advantageous when the off power output of a gradient amplifier not only for the Excitement is enough.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 näher erläutert. An embodiment of the invention is explained below with reference to FIG. 1.

Dabei sind drei Gradientenverstärker GX, GY und GZ vorgesehen. Jedem der Gradientenverstärker ist je ein Übertrager TX-TZ nach geschaltet. Ferner ist ein Drehstrom-Brückengleichrichter B mit den Einzel-Gleichrichtern B1-B6 vorgesehen. Jeweils die ersten Anschlüsse der Sekundärwicklungen der Übertrager TX-TZ sind mit je einem Eingang des Drehstrom-Brückengleichrichters B verbunden. Die zweiten Anschlüsse der Sekundärwicklungen sind untereinander verbunden, so daß eine Sternschaltung entsteht. Auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Brückengleichrichters B ist ein Glättungsglied mit einer Drossel L im Längszweig und einem Kondensator C im Querzweig angeordnet. Das Glättungsfil ter ist über einen Schalter S mit den Anschlußklemmen A1, A2 für den supraleitenden Magneten M verbunden. Mit den Anschluß klemmen A1, A2 ist ferner eine Aberregungsschaltung A ver bunden, mit der das Magnetfeld dosiert abgebaut werden kann. Im einfachsten Fall besteht die Aberregungsschaltung aus einem regelbaren Widerstand. Da diese Aberregungsschaltung nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird hierauf nicht näher eingegangen.Three gradient amplifiers GX, GY and GZ are provided. Each of the gradient amplifiers is followed by a transformer TX-TZ. Furthermore, a three-phase bridge rectifier B with the individual rectifiers B 1- B 6 is provided. The first connections of the secondary windings of the transmitters TX-TZ are each connected to an input of the three-phase bridge rectifier B. The second connections of the secondary windings are interconnected so that a star connection is created. On the DC output side of the bridge rectifier B there is a smoothing element with a choke L in the longitudinal branch and a capacitor C in the transverse branch. The Glättungsfil ter is connected via a switch S to the terminals A 1 , A 2 for the superconducting magnet M. With the connection terminals A 1 , A 2 is also a de-excitation circuit A connected with which the magnetic field can be reduced in a metered manner. In the simplest case, the de-excitation circuit consists of an adjustable resistor. Since this de-excitation circuit is not the subject of the present invention, it will not be discussed in more detail.

Im Stromzweig des Magneten ist ferner ein Stromfühler F vorge sehen, der den Ist-Strom I_Ist erfaßt, der durch den Magneten fließt. Außerdem wird der an den Klemmen A1, A2 anstehende Spannungs-Istwert U_Ist erfaßt. Der Strom-Istwert I_Ist und der Spannungs-Istwert U_Ist werden einer Regelschaltung R zuge führt, die ferner von einem Sollwertgeber SO einen Strom-Soll wert I_Soll und einen Spannungs-Sollwert U_Soll erhält. In der Regelschaltung R wird in Abhängigkeit der Abweichung der je weiligen Istwerte von den Sollwerten eine Steuerschaltung St für die Gradientenverstärker GX, GY und GZ angesteuert.In the current branch of the magnet, a current sensor F is also provided, which detects the actual current I _actual that flows through the magnet. In addition, the actual voltage value U _Ist present at terminals A 1 , A 2 _{is recorded} . The current actual value I _actual and the voltage actual value U _actual are supplied to a control circuit R, which also receives a current target value I _target and a voltage target value U _target from a target value transmitter SO. In the control circuit R, a control circuit St for the gradient amplifiers GX, GY and GZ is controlled as a function of the deviation of the respective actual values from the target values.

Gradientenverstärker sind im allgemeinen im Hinblick auf die Anforderungen für Gradienten-Magnetfelder mit einer schnell wirkenden Regelung ausgestattet. Es ist daher problemlos mög lich, diese so anzusteuern, daß sie ausgangsseitig eine Wechsel spannung mit hoher Frequenz abgeben. Die Wechselspannungen der Gradientenverstärker GX, GY und GZ sind um 120° versetzt, so daß sich ausgangsseitig ein Drehstromsystem ergibt. Die Über trager TX, TY und TZ können aufgrund der hohen Frequenz trotz hoher Übertragungsleistung klein gehalten werden. Die Über trager TX-TZ bewirken zum einen eine Anpassung der Ausgangs spannung der Gradientenverstärker GX-GZ an die für die Aufer regung des Magneten erforderliche Spannung, die im allgemeinen unter der maximalen Ausgangsspannung der Gradientenverstärker liegt. Außerdem stehen die Spannungen an den Sekundärwicklungen der Übertrager TX-TZ potentialfrei zur Verfügung, so daß sie problemlos zusammengeschaltet werden können. Auch das Glättungs glied LC kann aufgrund der hohen Frequenz und des Drehstrom systems klein gehalten werden. Der Schalter S dient lediglich dazu, die Anordnung je nach Bedarf an den supraleitenden Magneten anzuschließen. Aufgrund der guten Regelbarkeit der Gradientenverstärker ist eine Regelung der Anordnung im Hin blick auf Strom und Spannung an dem supraleitenden Magneten problemlos möglich.Gradient amplifiers are general in terms of Requirements for gradient magnetic fields with a fast acting regulation equipped. It is therefore easily possible Lich to control them so that they make a change on the output side Deliver voltage at high frequency. The AC voltages of the Gradient amplifiers GX, GY and GZ are offset by 120 °, see above that there is a three-phase system on the output side. The About sluggish TX, TY and TZ can despite the high frequency high transmission power can be kept small. The About Trager TX-TZ on the one hand adjust the output voltage of the gradient amplifier GX-GZ to that for the Aufer excitation of the magnet required voltage, which in general below the maximum output voltage of the gradient amplifier lies. The voltages on the secondary windings are also present the transformer TX-TZ is available floating, so that it can be easily interconnected. Even the smoothing link LC can due to the high frequency and three-phase current systems can be kept small. The switch S only serves to do so, the arrangement as needed on the superconducting Connect magnets. Because of the good controllability of the Gradient amplifier is a regulation of the arrangement in the rear look at current and voltage on the superconducting magnet possible without any problems.

Die Verwendung der Gradientenverstärker GX, GY und GZ für die Auferregung des supraleitenden Magneten bedingt lediglich einen geringen Zusatzaufwand in Form von drei verhältnismäßig kleinen Übertragern, einer einfachen Brückenschaltung, eines einfachen Glättungsglieds und einer unproblematischen Regelschaltung. Diesem Aufwand steht der Wegfall des kompletten Magnet-Netz teils gegenüber, das eine teuere und aufwendige Leistungskom ponente mit hohem Platzbedarf darstellt. Insgesamt ist daher die Verwendung der Gradientenverstärker für die Auferregung wesentlich günstiger.The use of the gradient amplifiers GX, GY and GZ for the Excitation of the superconducting magnet only requires one little additional effort in the form of three relatively small Transformers, a simple bridge circuit, a simple one Smoothing element and an unproblematic control circuit. The entire magnet network is no longer necessary partly opposite, that an expensive and complex performance comm component with high space requirements. So overall the use of gradient amplifiers for excitation much cheaper.

Claims

1. Netzteil zum Auferregen eines supraleitenden Magneten eines Kernspin-Tomographen, dadurch gekenn zeichnet, daß als Stromquelle für das Auferregen mindestens ein für die Stromversorgung von Gradientenspulen des Kernspin-Tomographen vorgesehener Gradientenverstärker (GX- GZ) verwendet wird, wobei der Gradientenverstärker (GX-GZ) so geregelt wird, daß sich im supraleitenden Magneten (M) der ge wünschte Stromverlauf ergibt.1. Power supply for exciting a superconducting magnet of a magnetic resonance tomograph, characterized in that at least one gradient amplifier (GX-GZ) provided for the power supply of gradient coils of the magnetic resonance tomograph is used as the current source for the exciting, the gradient amplifier (GX- GZ) is controlled so that the desired current profile results in the superconducting magnet (M).

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Gradientenverstärker (GX-GZ) ein Übertrager (TX-TZ) und ein Glättungsfilter (L, C) nachgeschal tet ist und daß der Gradientenverstärker (GX-GZ) so angesteuert wird, daß er eine Wechselspannung liefert.2. Power supply according to claim 1, characterized indicates that the gradient amplifier (GX-GZ) Transformer (TX-TZ) and a smoothing filter (L, C) downstream tet and that the gradient amplifier (GX-GZ) is controlled in this way is that it supplies an AC voltage.

3. Netzteil nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Gradientenverstärker (GX-GZ) so angesteuert wird, daß er ausgangsseitig eine Wechselspannung mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz liefert.3. Power supply according to claim 2, characterized records that each gradient amplifier (GX-GZ) is controlled so that it has an AC voltage on the output side with a frequency significantly above the mains frequency delivers.

4. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gradientenverstärker (GX-GZ) verwendet werden, wobei die Gradientenverstärker (GX-GZ) so angesteuert werden, daß sie ausgangsseitig ein Drehstromsystem liefern und daß die Ausgangsspannungen der ein zelnen Gradientenverstärker (GX-GZ) über einen Drehstrom- Brückengleichrichter (B) zusammengeführt werden.4. Power supply according to one of claims 1 to 3, characterized characterized that three gradient amplifiers (GX-GZ) are used, the gradient amplifier (GX-GZ) are controlled so that they are on the output side Three-phase system supply and that the output voltages of the one individual gradient amplifier (GX-GZ) via a three-phase Bridge rectifiers (B) are brought together.