在高外部磁場中應(yīng)用壓電技術(shù)以將交流(ac)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離直流(dc)電力的制作方法
【專利摘要】一種在高外部磁場中供應(yīng)電力的系統(tǒng)(10)和方法(200)。使用一個或多個壓電變壓器(18)將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換(202)為隔離電力。調(diào)整(204)AC線路電力到所述壓電變壓器(18)的流以將所述隔離電力維持在預(yù)定電壓處。
【專利說明】
在高外部磁場中應(yīng)用壓電技術(shù)以將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離直流(DC)電力
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請總體上涉及電源。本申請尤其與針對被使用在高外部磁場中的醫(yī)學(xué)設(shè)備的交流(AC)/直流(DC)電力適配器結(jié)合應(yīng)用，并將具體參考其加以描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本申請也適用于其他使用情景，并且不必限于前述應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]將AC線路電力轉(zhuǎn)換為隔離DC電力的常規(guī)方法涉及使用含鐵的、電磁變壓器和電感器。當(dāng)采用這樣的方法的AC/DC電力適配器被使用在高外部磁場中時，例如被使用在磁共振成像(MRI)設(shè)施的磁體室中時，電力適配器通常必須被定位和機械緊固在距磁體的安全距離處。在沒有將電力適配器緊固在安全距離處的情況下，電磁變壓器和電感器能夠從高外部磁場飽和。這能夠引起電力適配器喪失轉(zhuǎn)換電力的能力、過熱或者被損壞。另外，電磁變壓器具有顯著的磁吸引力，并且在沒有將電力適配器緊固在安全距離處的情況下，所述電力適配器能夠通過變成拋射體而產(chǎn)生安全危險。
[0003]將電力適配器遠離磁體進行緊固的挑戰(zhàn)在于，由電力適配器供電的設(shè)備常常需要靠近磁體進行使用。通常，這種挑戰(zhàn)是通過經(jīng)由從電力適配器延伸到設(shè)備的長的線纜提供電力來解決的，或者是通過從設(shè)備本地的電池提供電力并且僅僅使用電力適配器對電池進行充電來解決的。然而，采用長的線纜降低了便攜性并且能夠引起對設(shè)備和設(shè)備的用戶兩者的安全風(fēng)險，這是因為用戶可能在線纜上被姅?shù)埂Ａ硗?，電池能夠提供的電量是有限的，并且電池的使用壽命遠遠短于設(shè)備自身。
[0004]將AC線路電力轉(zhuǎn)換為隔離DC電力的其他較不常用的方法涉及使用壓電變壓器，如在授予Rosen等人的美國專利N0.2830274中所描述的。該壓電方法常常被使用在這樣的AC/DC電力適配器中:所述AC/DC電力適配器被用于發(fā)展針對被使用在顯示器(例如，便攜式電腦顯示器)的熒光背光管所要求的高AC電壓。另外，壓電方法通常被使用在微電力能量收集中以向遠程傳感器供電。最近，壓電方法已經(jīng)由于尺寸和重量減小而被部署在用于筆記本電腦的低電力AC/DC適配器中。利用采用壓電方法的電力適配器的挑戰(zhàn)在于，這些適配器不能提供針對醫(yī)學(xué)應(yīng)用的足夠的電力。另外，這樣的電力適配器不能生成足以用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的隔離低電壓DC輸出，并且僅僅針對單AC線路電壓可用，最為典型地，針對美國的相對低的AC線路電壓可用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請?zhí)峁┝丝朔@些問題和其他問題的新的經(jīng)改進的系統(tǒng)和方法。
[0006]根據(jù)一個方面，提供了一種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的電源。所述電源包括將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離電力的一個或多個壓電變壓器。所述電源還包括執(zhí)行如下操作中的至少一項以維持恒定的輸出電壓而不管AC線路電力如何的一個或多個調(diào)整器模塊:調(diào)整AC線路電力到所述壓電變壓器的流，以及調(diào)整來自所述壓電變壓器的隔離電力的流。
[0007]根據(jù)另一方面，提供了一種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的方法。所述方法包括使用一個或多個壓電變壓器將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離電力。所述方法還包括調(diào)整AC線路電力到所述壓電變壓器的流，以將所述隔離電力維持在預(yù)定電壓處。
[0008]根據(jù)另一方面，提供了一種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的電源。所述電源包括壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊，所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊被配置用于使用一個或多個壓電變壓器將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離電力。所述電源還包括調(diào)整器模塊，所述調(diào)整器模塊被配置用于調(diào)整AC線路電力到所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊的流，以將所述隔離電力維持在預(yù)定電壓處。
[0009]一個優(yōu)點在于消除了免受磁性影響的問題。
[0010]另一優(yōu)點在于消除了拋射體風(fēng)險。
[0011]另一優(yōu)點在于交流(AC)/直流(DC)電力適配器與被供電的設(shè)備集成。
[0012 ]另一優(yōu)點在于對全世界AC線路電壓和頻率的寬范圍的支持。
[0013]另一優(yōu)點在于相對于產(chǎn)生高外部磁場的磁體的較近的定位。
[0014]另一優(yōu)點在于經(jīng)改進的便攜性。
[0015]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀并理解下文的詳細描述之后，將認識到本發(fā)明的更進一步的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置，以及各種步驟和步驟的安排的形式。附圖僅僅是出于對優(yōu)選實施例進行圖示說明的目的，而不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的限制。
[0017]圖1圖示了采用一個或多個壓電變壓器的電力適配器以及用于調(diào)整所述電力適配器的輸出的反饋回路。
[0018]圖2圖示了圖1的電力適配器的更為具體的實施例。
[0019]圖3圖示了作為頻率的函數(shù)的壓電變壓器的電壓增益的曲線圖。
[0020]圖4A圖示了針對圖2的輸入濾波器和輸入前置調(diào)整器模塊的電路。
[0021]圖4B圖示了針對圖2的偏置前置調(diào)整器和偏置調(diào)整器模塊的電路。
[0022]圖4C圖示了針對圖2的H橋和壓電變壓器模塊的電路。
[0023]圖4D圖示了針對圖2的微控制器模塊的電路。
[0024]圖4E圖示了針對圖2的輸出整流器、過壓保護器和誤差放大器模塊的電路。
[0025]圖4F圖示了針對圖2的光隔離器和過流保護器的電路。
[0026]圖5圖示了沒有用于調(diào)整電力適配器的輸出的反饋回路的圖1的電力適配器的備選實施例。
[0027]圖6A圖示了圖5的針對輸入濾波器模塊的電路和針對前置調(diào)整模塊的電路的部分。
[0028]圖6B圖示了圖5的針對前置調(diào)整模塊的電路的部分。
[0029]圖6C圖示了針對圖5的壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊的電路。
[0030]圖6D圖示了針對圖5的輸出保護器和后置調(diào)整器模塊的電路。
[0031]圖7圖示了具有采用被定位在主磁體附近的一個或多個壓電變壓器的電力適配器的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)。
[0032]圖8圖示了用于使用壓電變壓器在高外部磁場中供應(yīng)電力的方法。
【具體實施方式】
[0033]本申請?zhí)峁┝擞糜谠诓皇褂弥T如電磁變壓器和電感器的電磁部件的情況下將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為對醫(yī)學(xué)設(shè)備供電有用的醫(yī)學(xué)隔離的直流(DC)電力的經(jīng)改進的方法。替代使用用于電力轉(zhuǎn)換的電磁部件，經(jīng)改進的方法采用一個或多個壓電變壓器。通過消除電磁部件，所述經(jīng)改進的方法能夠?qū)崿F(xiàn)隔離的電力轉(zhuǎn)換，其不受高磁場影響，例如，其不受由磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的主磁體所生成的那些高磁場影響。
[0034]為了以增加的電力和電壓水平提供DC輸出，例如對需要靠近MRI系統(tǒng)的主磁體的許多醫(yī)學(xué)設(shè)備有用的那些DC輸出，能夠增加壓電變壓器的數(shù)量。更進一步地，為了允許在全世界AC線路電壓和頻率的全部范圍上的電力轉(zhuǎn)換操作，使用壓電變壓器的轉(zhuǎn)換能夠通過例如微控制器來調(diào)整。
[0035]參考圖1，提供了用于在高外部磁場中使用的AC/DC電力適配器10。如在本文中所使用的，高外部磁場是高于2000高斯(G)的磁場。輸入濾波器模塊12在AC電力線路上接收來自諸如電網(wǎng)或發(fā)電機的外部源的AC電力并且對所接收的AC電力進行濾波。輸入濾波器模塊12對所接收的AC電力進行濾波以去除諸如射頻干擾的噪聲。額外地或備選地，輸入濾波器12對所接收的AC電力進行濾波以保護電力適配器10免于電力浪涌、掉電以及與AC電力線路相關(guān)聯(lián)的其他非典型狀況。AC電力線路的電壓和頻率能夠跨全世界AC線路電壓和頻率的全部范圍。例如，AC電力線路的電壓的范圍能夠從90到250伏特(V)，并且AC電力線路的頻率的范圍能夠從50到60赫茲(Hz)。
[0036]經(jīng)濾波的電力從輸入濾波器模塊12通過調(diào)整器模塊16傳遞到壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14，所述調(diào)整器模塊16調(diào)整經(jīng)濾波的電力到壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的流。壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14采用一個或多個壓電變壓器18(參見圖4C)以將來自調(diào)整器模塊16的經(jīng)調(diào)整、濾波的電力轉(zhuǎn)換為隔離的DC電力輸出。壓電變壓器將輸入電能轉(zhuǎn)換為機械能，并且然后將所述機械能轉(zhuǎn)換回輸出電能，所述輸出電能是流電的且因此與輸入電能安全地隔離的。為了增加DC電力輸出的電力和電壓水平，能夠增加壓電變壓器的數(shù)量并將其并行地布置。
[0037]調(diào)整器模塊16使用來自DC電力輸出的反饋來調(diào)整經(jīng)濾波的電力到壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的流，以將DC電力輸出維持在恒定、預(yù)定電壓處，而不管AC電力線路的電壓和頻率如何。調(diào)整器模塊16還能夠調(diào)整所述經(jīng)濾波的電力的流以保護壓電變壓器18免于過熱、電力浪涌和在AC電力線路上的掉電以及過載。適合地，調(diào)整器模塊16的微控制器20(參見圖4D)管理對經(jīng)濾波的電力的調(diào)整。
[0038]從壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的DC電力輸出通過輸出保護器模塊22被傳遞到外部負載。所述外部負載例如能夠是醫(yī)學(xué)設(shè)備。醫(yī)學(xué)設(shè)備的范例包括患者監(jiān)測器、顯示器、娛樂設(shè)備、注入栗、注射器、電動機、麻醉工作站、相機、電池充電器以及通信設(shè)備。輸出保護器模塊22確保了 DC電力輸出的電壓和/或電流不超出預(yù)定義的限值。這有利地保護了電力適配器10和外部負載兩者。
[0039]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，即使結(jié)合圖1圖示和描述了輸入濾波器模塊12和輸出保護器模塊22，這些模塊12、22對于電力適配器10的恰當(dāng)操作來說也是不需要的。因此，在一些實例中，電力適配器10沒有輸入濾波器模塊12和/或輸出保護器模塊22。
[0040]參考圖2，提供了在圖1中描述的電力適配器10的更為具體的實施例。以虛線框示出了與圖1的模塊12、14、16、22的對應(yīng)關(guān)系。如上所述，輸入濾波器模塊12接收來自外部源的AC電力。經(jīng)濾波的電力被提供到輸入前置調(diào)整器模塊24，所述輸入前置調(diào)整器模塊24將經(jīng)濾波的電力轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出。輸入前置調(diào)整器模塊24通過對經(jīng)濾波的電力進行整流以適合地將經(jīng)濾波的電力轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出。因此，經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出的電壓通常取決于所接收的AC電力。例如，在美利堅合眾國，經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出是大約125伏特(V)。經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出被提供到微控制器模塊26和H橋模塊28。輸入前置調(diào)整器模塊24還向偏置前置調(diào)整器模塊30提供經(jīng)濾波的電力，所述偏置前置調(diào)整器模塊30制備用于由偏置調(diào)整器模塊32使用的經(jīng)濾波的電力。
[0041]偏置調(diào)整器模塊32接收來自偏置前置調(diào)整器模塊30的經(jīng)制備、濾波的電力，并將所述電力轉(zhuǎn)換為第一經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出和第二經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出。所述第一經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出具有足以對微控制器模塊26進行供電的電壓，例如，3.3V，并且第二經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出具有足以對H橋模塊28進行供電的電壓，例如，15V。在一些實例中，第一經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出和第二經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出能夠是取決于H橋模塊28和微控制器模塊26的電力要求的同一個經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出。
[0042]H橋模塊28接收來自偏置調(diào)整器模塊32的第二經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出，其被用于對H橋模塊28進行供電。另外，H橋模塊28接收來自輸入前置調(diào)整器模塊24的經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出并根據(jù)輸入前置調(diào)整器模塊24的經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出來生成高頻脈沖串。所述高頻脈沖串是根據(jù)來自微控制器模塊26的控制信號進行控制以生成恒定均方根(RMS)電壓的占空比。這有利地去除了來自全世界AC線路電力的電壓的大的變化。高頻脈沖串被提供到壓電變壓器模塊34。
[0043]壓電變壓器模塊34包括接收高頻脈沖串的空氣核心電感器36(參見圖4C)?？諝夂诵碾姼衅?6與壓電變壓器模塊34的一個或多個壓電變壓器18 (參見圖4C)的輸入電容一起共振，由此以恰好高于壓電變壓器18的機械共振的頻率來生成到壓電變壓器18的正弦曲線輸入。空氣核心電感器有利地避免了在存在高磁場的情況下的電感器的飽和。另外，正弦曲線輸入的正弦波使在壓電變壓器18中產(chǎn)生熱而不對電力轉(zhuǎn)換做出貢獻的其他諧波最小化。更進一步地，所述正弦曲線輸入的正弦波也有助于顯著降低輻射發(fā)射，所述輻射發(fā)射能夠在MRI中產(chǎn)生圖像偽影，并且有助于降低在壓電變壓器18上的dv/dt應(yīng)力。
[0044]壓電變壓器18將正弦曲線輸入的電能轉(zhuǎn)換為機械振動，所述機械振動繼而被轉(zhuǎn)換為在壓電變壓器18的輸出處的隔離低壓正弦曲線形式的電能。輸出正弦曲線由輸出整流器模塊38進行整流，以形成與AC電力線路安全隔離的DC電力輸出。然后，經(jīng)隔離的DC電力輸出通過過壓保護器模塊40和過流保護器模塊42，以確保DC電力輸出的電壓和電流停留在預(yù)定義的限值內(nèi)。
[0045]微控制器模塊26接收來自偏置調(diào)整器模塊32的第一經(jīng)調(diào)整的DC電力輸出，其被用于對微控制器模塊26進行供電。微控制器模塊26的微控制器20(參見圖4D)監(jiān)測經(jīng)由光隔離器模塊44隔離的DC電力輸出。在這一點上，誤差放大器模塊46確定隔離的DC電力輸出與預(yù)期的DC電力輸出之間的差異。然后，該差異通過光隔離器模塊44被提供到微控制器20?；谠摬町愋盘枺⒖刂破?0調(diào)節(jié)脈沖串的頻率，以便將DC電力輸出的電壓調(diào)整到恒定的DC電壓，而不管輸出負載變化如何。這種脈沖頻率調(diào)整利用壓電變壓器18的電壓增益屬性。圖3圖示了作為頻率(千赫茲(kHz))的函數(shù)的壓電變壓器的電壓增益(輸出電壓/輸入電壓)的曲線圖。
[0046]微控制器20還能夠使用對從壓電變壓器模塊34接收的溫度的信號指示物和/或指示從輸入前置調(diào)整器模塊24接收的AC電力線路的電壓的信號來監(jiān)測壓電變壓器18的溫度?；谠摐囟刃盘柡碗娏€路信號，微控制器20能夠通過例如禁用外部負載來采取動作以保護壓電變壓器18免于AC線路掉電或浪涌、輸出過載、過熱等。
[0047]參考圖4A-4F，提供了在圖2中描述的電力適配器10的更為具體的實施例。以虛線框示出了與圖2的模塊12、24-34、38-46的對應(yīng)關(guān)系。如所看到的，所述模塊12、24-34、38-46中的每個模塊對應(yīng)于電路。圖4A圖示了針對輸入濾波器模塊12的電路以及針對輸入前置調(diào)整器模塊24的電路。圖4B圖示了針對偏置前置調(diào)整器模塊30的電路以及針對偏置調(diào)整器模塊32的電路。圖4C圖示了針對H橋模塊28的電路以及針對壓電變壓器模塊34的電路。針對壓電變壓器模塊34的電路圖示了空氣電感器36與壓電變壓器18的相互連接。圖4D圖示了針對微控制器模塊26的電路，所述電路包括微控制器20。圖4E圖示了針對輸出整流器模塊38的電路、針對過壓保護器模塊40的電路以及針對誤差放大器模塊的電路。圖4F圖示了針對光隔離器模塊44的電路以及針對過流保護器模塊42的電路。
[0048]在圖4A-F中描述的電力適配器10的實施例是在1.5特斯拉(T)和3.0T MRI環(huán)境兩者中通過實驗測試的。在測試期間，發(fā)現(xiàn)電力適配器10能夠在至少3T的磁場中并且以超過50瓦特(W)的輸出功率進行操作。更進一步地，發(fā)現(xiàn)電力適配器10在1.5T MRI或3T MRI上不引起任何圖像偽影出現(xiàn)。此外，電力適配器10在存在3T MRI磁體時具有可以忽略的磁牽引力。電力適配器10能夠無輔助地位于3T磁體的膛中。另外，在任意取向中觀察到磁場對電力適配器的操作沒有影響。電力適配器10始終成功地操作到3T磁體的膛中。
[0049]參考圖5，圖示了在圖1中描述的AC/DC電力適配器10的備選實施例。輸入濾波器模塊12和輸出保護器模塊22仍然是如以上所描述的。類似地，壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14仍然是如以上所描述的，除了其輸出隔離的AC電力輸出。然而，與具有反饋的單調(diào)整器模塊30不同的是，如結(jié)合圖1所描述的，電力適配器10的該實施例包括前置調(diào)整器模塊48和后置調(diào)整器模塊50。
[0050 ]前置調(diào)整器模塊48調(diào)整經(jīng)濾波的電力到壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的流，以將被提供到壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的經(jīng)濾波的電力的頻率和電壓維持在預(yù)定水平，而不管AC電力線路的電壓和頻率如何。適合地，被提供到壓電核心轉(zhuǎn)換器的經(jīng)濾波的電力是具有恰好高于壓電變壓器18的機械共振的頻率的正弦曲線。后置調(diào)整器模塊50對來自壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的隔離的AC電力的流進行調(diào)整并將經(jīng)隔離的AC電力轉(zhuǎn)換為隔離的DC電力輸出。在這一點上，后置調(diào)整器模塊50將DC電力輸出維持在恒定、預(yù)定電壓，而不管由壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14得到的隔離AC電力輸出的電壓如何。
[0051]參考圖6A-4D，提供了在圖5中描述的電力適配器10的更為具體的實施例。以虛線框示出了圖5的模塊12、14、22、48、50的對應(yīng)關(guān)系。如所看到的，所述模塊12、14、22、48、50中的每個模塊對應(yīng)于電路。圖6A圖示了針對輸入濾波器模塊12的電路和針對前置調(diào)整模塊48的電路的部分。圖6B圖示了針對前置調(diào)整48模塊的電路的部分。圖6C圖示了針對壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的電路。所述針對壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的電路圖示了空氣電感器36與壓電變壓器18的相互連接。另外，所述針對壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14的電路圖示了多個壓電變壓器18的并行連接以增加電力適配器10的電力輸出。圖6D圖示了針對輸出保護器模塊22的電路以及針對后置調(diào)整器模塊50的電路。
[0052]參考圖7，提供了MRI系統(tǒng)100，在所述MRI系統(tǒng)內(nèi)能夠使用采用電力適配器10的設(shè)備101。設(shè)備101適合是醫(yī)學(xué)設(shè)備，例如，所圖示的患者監(jiān)測器。MRI系統(tǒng)100使用磁共振(MR)來生成患者102的靶體積的一幅或多幅診斷圖像。系統(tǒng)100包括定義成像(或掃描)體積的掃描器104，所述成像(或掃描)體積被尺寸設(shè)計為容納靶體積。能夠采用患者支撐體來支撐患者102并將靶體積定位在成像體積106的等中心附近。
[0053]掃描器104包括主磁體108，所述主磁體108產(chǎn)生延伸通過成像體積106的強的、靜態(tài)Bo磁場。主磁體108通常采用超導(dǎo)線圈以產(chǎn)生靜態(tài)Bo磁場。然而，主磁體108也能夠采用永磁體或電阻性磁體。只要采用超導(dǎo)線圈，主磁體108就包括用于超導(dǎo)線圈的冷卻系統(tǒng)，例如，液氦冷卻的低溫恒溫器。靜態(tài)Bo磁場的強度在成像體積106中通常是0.23T、0.5T、1.5T、3T、7Τ等中的一個，但其他強度也是預(yù)期的。
[0054]掃描器104的梯度控制器110被控制以使用掃描器104的多個磁場梯度線圈112將諸如x、y和ζ梯度的磁場梯度疊加在成像體積106中的靜態(tài)Bo磁場上。磁場梯度對成像體積106內(nèi)的磁自旋進行空間編碼。通常，多個磁場梯度線圈112包括在三個正交空間方向上進行空間編碼的三個單獨的磁場梯度線圈。
[0055]另外，諸如收發(fā)器的一個或多個發(fā)射器114被控制以利用掃描器104的一個或多個發(fā)射線圈陣列(例如，全身線圈116和/或表面線圈118)將&共振激勵和操縱射頻(RF)脈沖發(fā)射到成像體積106中。B1脈沖通常是短持續(xù)時間的，并且當(dāng)磁場梯度一起進行時，實現(xiàn)對磁共振的選定操縱。例如,B1脈沖激勵氫偶極子以進行共振并且磁場梯度對共振信號的頻率和相位中的空間信息進行編碼。通過調(diào)節(jié)RF頻率，能夠在趨向于在已知的組織(例如，骨骼)中富集的諸如磷的其他偶極子中激勵共振。
[0056]序列控制器120根據(jù)成像序列來控制梯度控制器110和/或發(fā)射器114，以產(chǎn)生在成像體積106內(nèi)的空間編碼的MR信號。成像序列定義了 B1脈沖和/或磁場梯度的序列。另外，能夠從對于序列控制器(例如，序列存儲器122)遠程或本地的設(shè)備或系統(tǒng)中接收成像序列。
[0057]諸如收發(fā)器的一個或多個接收器124接收來自成像體積106的經(jīng)空間編碼的磁共振信號，并且將所接收的經(jīng)空間編碼的磁共振信號解調(diào)為MR數(shù)據(jù)集。所述MR數(shù)據(jù)集包括例如k空間數(shù)據(jù)軌跡。為了接收經(jīng)空間編碼的磁共振信號，接收器124使用掃描器104的一個或多個接收線圈陣列，例如，全身線圈116和/或表面線圈118。接收器124通常將MR數(shù)據(jù)集存儲在數(shù)據(jù)存儲器126中。
[0058]重建處理器128將MR數(shù)據(jù)重建成成像體積106的MR圖像或地圖。這包括，針對由MR數(shù)據(jù)集捕獲的每個MR信號，對由磁場梯度進行的空間編碼進行空間解碼以確認來自每個空間區(qū)域(例如，像素或體素)的MR信號的屬性。MR信號的強度或幅度通常被確認，但是與相位、弛豫時間、磁化轉(zhuǎn)移等有關(guān)的其他屬性也能夠被確認。MR圖像或地圖通常被存儲在圖像存儲器130中。
[0059]主控制器132控制重建處理器128和序列控制器120以使用對靶體積的一次或多次掃描來生成靶體積的一幅或多幅診斷圖像。針對每次掃描，靶血管被定位在成像體積106內(nèi)。例如，患者102被定位在患者支撐體上。然后，表面線圈118被定位在患者102上并且所述患者支撐體將靶體積移動到成像體積106中。成像體積106的尺寸能夠在掃描之間改變。
[0060]一旦靶體積被定位在成像體積106內(nèi)，則主控制器132根據(jù)諸如切片的數(shù)量的掃描參數(shù)來控制序列控制器120，并為序列控制器120提供成像序列。所述成像序列能夠例如被存儲在序列存儲器122中。如上文所提到的，成像序列定義仏脈沖和/或磁場梯度的序列，其產(chǎn)生來自成像體積106的經(jīng)空間編碼的MR信號。另外，主控制器132能夠根據(jù)掃描參數(shù)來控制接收器124。例如，主控制器132能夠調(diào)節(jié)接收器124的增益。
[0061]主控制器132能夠通過軟件、硬件或者這兩者來執(zhí)行前述功能。在主控制器132采用軟件的情況下，主控制器132包括運行所述軟件的至少一個處理器。所述軟件被適當(dāng)?shù)卮鎯υ诔绦虼鎯ζ?34上，所述程序存儲器134能夠?qū)τ谥骺刂破?2是本地的或遠程的。另外，主控制器132能夠由用戶使用借助于顯示設(shè)備136被呈現(xiàn)給用戶的圖形用戶接口和用戶輸入設(shè)備138來進行管理。例如，用戶能夠啟動成像、顯示圖像、操縱圖像等。
[0062]盡管重建處理器128和序列控制器120被圖示為在主控制器132的外部，但是，應(yīng)當(dāng)認識到，這些部件中的一個或兩者能夠作為軟件、硬件或者其組合與主控制器132集成。例如，重建處理器128能夠作為在主控制器132的至少一個處理器上運行的軟件模塊與主控制器132集成。
[0063]參考圖8，提供了用于根據(jù)以上論述在外部磁場中供應(yīng)電力的方法200。所述方法200由在高外部磁場中的諸如AC/DC電力適配器10的電源來執(zhí)行。高外部磁場通常是高于2000G的磁場。這樣的磁場是對磁共振成像MRI系統(tǒng)100的主磁體108的常見近似(例如，在數(shù)英尺內(nèi))。
[0064]所述方法200包括使用一個或多個壓電變壓器18將交流AC線路電力轉(zhuǎn)換202為隔離電力。這是通過壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊14來執(zhí)行的。所述隔離電力能夠是DC或AC(將圖1與圖5進行比較)。當(dāng)隔離電力是DC電力時，其通常被提供到外部負載101，而無需進一步的轉(zhuǎn)換和/或調(diào)整。否則，針對外部負載101常常需要額外的轉(zhuǎn)換和/或調(diào)整。所述轉(zhuǎn)換通常包括通過空氣核心電感器36以高于壓電變壓器18的機械共振的頻率生成到壓電變壓器18的正弦曲線輸入。
[0065]調(diào)整204AC線路電力到壓電變壓器18的流以將隔離電力維持在預(yù)定電壓(當(dāng)隔離電力為AC時為RMS電壓)處。這是根據(jù)調(diào)整階段的數(shù)量由調(diào)整器模塊16或前置調(diào)整器模塊48來執(zhí)行的。所述調(diào)整能夠包括接收隔離電力的測量結(jié)果并且基于所接收的測量結(jié)果來調(diào)整AC線路電力到壓電變壓器18的流。另外，所述調(diào)整能夠包括將AC線路電力轉(zhuǎn)換為脈沖串并控制所述脈沖串的占空比以將隔離電力維持在預(yù)定電壓處。更進一步地，所述調(diào)整能夠包括監(jiān)測壓電變壓器18的溫度和/或監(jiān)測所述AC線路電力?；谒霰O(jiān)測，壓電變壓器18能夠被保護以免于因例如外部負載和/或電力線電力從壓電變壓器18斷開而造成損壞。
[0066]在一些實例中，如在圖5中所描述的，隔離電力到外部負載101的流能夠在轉(zhuǎn)換之后被調(diào)整206。這是通過后置調(diào)整器模塊50來執(zhí)行的。通常，后置調(diào)整包括將通常為AC的隔離電力轉(zhuǎn)換為足以對外部負載101進行供電的隔離的DC電力。不管隔離電力的電壓如何，隔離的DC電力保持恒定。因此，在包括后置調(diào)整的實施例中，存在調(diào)整的兩個階段:前置調(diào)整階段和后置調(diào)整階段。
[0067]如在本文中所使用的，存儲器包括存儲數(shù)據(jù)的設(shè)備或系統(tǒng)，例如，隨機存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)。另外，如在本文中所使用的，處理器包括處理輸入設(shè)備以產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的任意設(shè)備或系統(tǒng)，例如，微處理器、微控制器、圖形處理單元(GPU)、專用集成電路(ASIC)、FPGA等;控制器包括控制另一設(shè)備或系統(tǒng)的任意設(shè)備或系統(tǒng);用戶輸入設(shè)備包括任意設(shè)備，例如，鼠標(biāo)或鍵盤，允許用戶輸入設(shè)備的用戶向另一設(shè)備或系統(tǒng)提供輸入;并且顯示設(shè)備包括用于顯示數(shù)據(jù)的任意設(shè)備，例如，液晶顯示器(LCD)或發(fā)光二極管(LED)顯示器。
[0068]已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解前面的具體描述的情況下可以想到修改和替代。例如，盡管前述論述聚焦于AC/DC電力適配器，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，壓電變壓器能夠被應(yīng)用到其他類型的電源。本文旨在將本發(fā)明解釋為包括所有這樣的修改和替代，只要它們落入權(quán)利要求書及其等價方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的電源(10)，所述電源(10)包括: 壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊(14)，其被配置用于使用一個或多個壓電變壓器(18)將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離電力；以及 調(diào)整器模塊(16、48)，其被配置用于調(diào)整AC線路電力到所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊(14)的流，以將所述隔離電力維持在預(yù)定電壓處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源(10)，其中，所述隔離電力是隔離的直流(DC)電力，所述隔離的DC電力被提供到外部負載(101)。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項所述的電源(10)，其中，所述調(diào)整器模塊(16、48)還被配置用于: 接收所述隔離電力的測量結(jié)果;并且 基于所接收的測量結(jié)果來調(diào)整AC線路電力到所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊(14)的所述流。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的電源(10)，其中，所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊(14)包括空氣核心電感器(36)，所述空氣核心電感器被配置用于以高于所述壓電變壓器(18)的機械共振的頻率來生成到所述壓電變壓器(18)的正弦曲線輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的電源(10)，其中，所述一個或多個壓電變壓器(18)包括并行連接的多個壓電變壓器以增加所述電源(10)的電力輸出。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的電源(10)，其中，所述調(diào)整器模塊(16、18)還被配置用于: 將所述AC線路電力轉(zhuǎn)換為脈沖串；并且 控制所述脈沖串的占空比以將所述隔離電力維持在所述預(yù)定電壓處。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的電源(10)，其中，所述調(diào)整器模塊(16、48)包括微控制器(20)，所述微控制器調(diào)整AC線路電力到所述壓電核心轉(zhuǎn)換器模塊(14)的所述流。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的電源(10)，其中，所述調(diào)整器模塊(16、48)還被配置用于: 監(jiān)測所述壓電變壓器(18)的溫度和/或監(jiān)測所述AC線路電力;并且 基于所述監(jiān)測來保護所述壓電變壓器(18)免于損壞。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的電源(10)，其中，所述調(diào)整器模塊(16、48)是前置調(diào)整器模塊(48)，并且其中，所述電源(10)還包括: 后置調(diào)整器模塊(50)，其被配置用于: 調(diào)整所述隔離電力到外部負載(101)的流;并且 將所述隔離電力轉(zhuǎn)換為隔離的DC電力。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項所述的電源(10)，其中，所述高磁場大于2000高斯(G)011.一種醫(yī)學(xué)系統(tǒng)(100)，包括: 磁共振成像(MRI)掃描器(104)，其包括主磁體(108)，所述主磁體生成高外部磁場；以及 根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項所述的電源(10)，其被定位為靠近所述主磁體(108)并且向外部負載(101)提供電力。12.—種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的方法(200)，所述方法(200)包括: 使用一個或多個壓電變壓器(18)將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換(202)為隔離電力;并且 調(diào)整(204)AC線路電力到所述壓電變壓器(18)的流以將所述隔離電力維持在預(yù)定電壓處。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法(200)，其中，所述隔離電力是隔離的直流(DC)電力，所述隔離的DC電力被提供到外部負載(101)。14.根據(jù)權(quán)利要求12和13中的任一項所述的方法(200)，其中，所述調(diào)整(204)包括: 接收所述隔離電力的測量結(jié)果;并且 基于所接收的測量結(jié)果來調(diào)整AC線路電力到壓電變壓器(18)的所述流。15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任一項所述的方法(200)，其中，所述轉(zhuǎn)換(202)包括: 由空氣核心電感器(36)以高于所述壓電變壓器(18)的機械共振的頻率來生成到所述壓電變壓器(18)的正弦曲線輸入。16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中的任一項所述的方法(200)，其中，所述調(diào)整(204)包括: 將所述AC線路電力轉(zhuǎn)換為脈沖串；并且 控制所述脈沖串的占空比以將所述隔離電力維持在所述預(yù)定電壓處。17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中的任一項所述的方法(200)，其中，所述調(diào)整(204)包括: 監(jiān)測所述壓電變壓器(18)的溫度和/或監(jiān)測所述AC線路電力;并且 基于所述監(jiān)測來保護所述壓電變壓器(18)免于損壞。18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中的任一項所述的方法(200)，還包括: 調(diào)整(206)所述隔離電力到外部負載(101)的流，所述調(diào)整(206)包括將所述隔離電力轉(zhuǎn)換為隔離的DC電力。19.根據(jù)權(quán)利要求12-18中的任一項所述的方法(200)，還包括: 將所述壓電變壓器(18)定位為靠近磁共振成像(MRI)系統(tǒng)(100)的主磁體(108)，所述主磁體(108)生成所述高外部磁場。20.—種用于在高外部磁場中供應(yīng)電力的電源(10)，所述電源(10)包括: 一個或多個壓電變壓器(18)，其將交流(AC)線路電力轉(zhuǎn)換為隔離電力； 一個或多個調(diào)整器模塊(16、48、50)，其執(zhí)行如下操作中的至少一項以維持恒定的輸出電壓而不管所述AC線路電力如何:調(diào)整AC線路電力到所述壓電變壓器(18)的流；以及調(diào)整來自所述壓電變壓器(18)的隔離電力的流。
【文檔編號】H02M7/04GK106063100SQ201580011863
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年1月6日 公開號201580011863.1, CN 106063100 A, CN 106063100A, CN 201580011863, CN-A-106063100, CN106063100 A, CN106063100A, CN201580011863, CN201580011863.1, PCT/2015/50085, PCT/IB/15/050085, PCT/IB/15/50085, PCT/IB/2015/050085, PCT/IB/2015/50085, PCT/IB15/050085, PCT/IB15/50085, PCT/IB15050085, PCT/IB1550085, PCT/IB2015/050085, PCT/IB2015/50085, PCT/IB2015050085, PCT/IB201550085
【發(fā)明人】P·W·貝利
【申請人】皇家飛利浦有限公司