專利名稱：用于穩(wěn)定放大器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于穩(wěn)定放大器的方法和系統(tǒng)，尤其涉及使用開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的組合來穩(wěn)定放大器的方法和系統(tǒng)。
背景信息
通常，磁共振成像(MRI)系統(tǒng)釆用射頻(RF)放大器來驅(qū)動位于MRI系統(tǒng)的主要磁性結(jié)構(gòu)中的RF線圈。RF放大器接受由外部RF源生成的一串脈沖作為輸入并生成一串具有增強功率的脈沖作為輸出。RF放大器的輸出被用于驅(qū)動RF線圈。
由于需要改進的圖像質(zhì)量，因此需要更高的泰斯拉(Tesla)磁力，由此使得更高的RF放大器輸出功率成為必需。然而提供更高的輸出功率會將RF放大器的非線性增益和非線性相位引入到系統(tǒng)中，并且結(jié)果會導(dǎo)致MRI圖像的失真。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了用于穩(wěn)定放大器的方法和系統(tǒng)。通常，方法和系統(tǒng)穩(wěn)定在MRI系統(tǒng)中使用的脈沖式RF放大器。然而，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)也可用于穩(wěn)定在其他系統(tǒng)中使用的放大器。例如，它們可用于穩(wěn)定脈沖式RF雷達放大器。
在本發(fā)明一實施例中，本發(fā)明的穩(wěn)定模塊組合用于穩(wěn)定放大器的硬件和軟件。穩(wěn)定模塊包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩者。
在脈沖開始處使用閉環(huán)控制系統(tǒng)趨向于導(dǎo)致不穩(wěn)定(例如閉環(huán)控制系統(tǒng)的增益和相位參數(shù)趨向于變成它們的最大或最小值)。由此，本發(fā)明的各實施例在脈沖開始處使用開環(huán)控制系統(tǒng)以穩(wěn)定放大器。開環(huán)控制系統(tǒng)通過例如使用由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的輸入功率來穩(wěn)定放大器。 一旦放大器穩(wěn)定下來，閉環(huán)控制系統(tǒng)就被用于進一步穩(wěn)定放大器。
在某些實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用用于改進開環(huán)控制系統(tǒng)的性能的校準例程。在某些實施例中，校準例程基于先前由閉環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出來產(chǎn)生供開環(huán)控制系統(tǒng)使用的輸出。校準例程由此允許開環(huán)控制系統(tǒng)從閉環(huán)控制系統(tǒng)學習。結(jié)果，開環(huán)控制系統(tǒng)的性能隨著時間的推移而改進。
一方面，本發(fā)明一般涉及用于穩(wěn)定放大器的方法。該方法包括四個步驟。一個步驟是提供與放大器電通信并且包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定模塊。另一個步驟是使用開環(huán)控制系統(tǒng)來修改穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的至少一個特征并將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)。另一步驟是使用閉環(huán)控制系統(tǒng)來修改輸入信號的至少一個特征。最后的步驟是將經(jīng)修改的輸入信號提供給放大器。
在本發(fā)明的該方面的各個實施例中，輸入信號的至少一個特征是輸入信號的振幅和輸入信號的相位。在一個實施例中，當輸入信號的輸入功率高于閾值電平時，使用開環(huán)控制系統(tǒng)。在另一實施例中，在輸入信號的輸入功率高于閨值電平期間的預(yù)定時間段使用開環(huán)控制系統(tǒng)之后使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 一個實施例的閉環(huán)控制系統(tǒng)中的濾波器是基于開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出由開環(huán)控制系統(tǒng)初始化的。
在某些實施例中，測量輸入信號的輸入功率。在某些這種實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)被用于基于輸入功率修改輸入信號的至少一個特征。在一個這種實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)基于査找表中對應(yīng)于輸入功率的值來修改輸入信號的至少一個特征。査找表可以基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出來更新。在某些這種實施例中，也測量輸入信號和表示放大器的輸出信號的反饋信號之間的第一誤差和輸入信號和反饋信號之間的第二誤差。在一個這樣的實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于基于輸入功率、第一誤差和第二誤差來修改輸入信號的至少一個特征。在另一這樣的實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整第一誤差和第二誤差兩者。
在某些實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)解決了由穩(wěn)定模塊引入的至少一個非線性。在其他實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)解決了由穩(wěn)定模塊引入的至少一個非線性。在某些實施例中，放大器是磁共振成像系統(tǒng)中的脈沖射頻放大器。
在另一方面，本發(fā)明一般涉及用于在穩(wěn)定模塊中穩(wěn)定放大器的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括第一控制模塊和第二控制模塊。第一控制模塊用于執(zhí)行三個功能(a)接收表示由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的第一信號，(b)生成能夠用于使用開環(huán)控制例程來修改輸入信號的第一特征的第二信號，以及(C)發(fā)送能夠用于將控制傳遞給第二控制模塊的第三信號。第二控制模塊用于生成能夠使用閉環(huán)控制例程修
改輸入信號的第一特征的第四信號。
在本發(fā)明的該方面的某些實施例中，第一控制模塊能夠確定輸入信號的輸入功率是否高于閾值電平，并且當輸入功率高于閾值電平時，能夠生成能夠用于使用開環(huán)控制例程修改輸入信號的第一特征的第二信號。在某些實施例中，第一控制模塊能夠確定第一控制模塊是否已在輸入信號的輸入功率高于閾值電平期間的預(yù)定時間段使用開環(huán)控制例程。在某些這樣的實施例中，當滿足上述標準時，第一控制模塊發(fā)送第三信號。在其中第二控制模塊包括濾波器的實施例中，系統(tǒng)還可以包括用于生成供初始化濾波器之用的條目的校準模塊。在一個這樣的實施例中，第一控制模塊能夠使用條目來初始化第二控制模塊中的濾波器。
在某些實施例中，第一控制模塊能夠生成能夠用于使用開環(huán)控制例程修改輸入信號的第二特征的第五信號，而第二控制模塊能夠生成能夠用于使用閉環(huán)控制例程修改輸入信號的第二特征的第六信號。在某些相關(guān)的實施例中，系統(tǒng)包括用于生成表示修改輸入信號的第一特征的量的第一值、和表示修改輸入信號的第二特征的量的第二值的校準模塊。第一值和第二值可以由第一控制模塊使用。在一個實施例中，第一控制模塊能夠使用第一值來生成第二信號，并且能夠使用第二值來生成第五信號。在相關(guān)的實施例中，校準模塊能夠基于第二控制模塊的輸出來更新第一值和第二值。在又一實施例中，校準模塊能夠生成第一值和第二值以解決由穩(wěn)定模塊引入的至少一個非線性。
在某些實施例中，輸入信號的第一特征是輸入信號的振幅，而輸入信號的第二特征是輸入信號的相位。在還有一些實施例中，第二控制模塊能夠生成用于解決穩(wěn)定模塊引入的非線性的第四信號，并且第二控制模塊能夠接收第一誤差信號和第二誤差信號且能夠調(diào)整第一誤差信號和第二誤差信號以補償?shù)谝徽`差信號和第二誤差信號中存在的非線性。在另外一些實施例中，第一控制模塊解決在生成第二信號時由穩(wěn)定模塊引入的非線性。
在又一實施例中，本發(fā)明一般將制品表征為供穩(wěn)定模塊用于穩(wěn)定放大器。制品包括用于接收表示由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的第一信號、用于生成能夠用于使用開環(huán)控制例程修改輸入信號的特征的第二信號以及用于發(fā)送能夠用于將控制傳遞給第二控制模塊的第三信號的裝置。制品也包括用于生成能夠用于使用閉環(huán)控制例程來修改輸入信號的特征的第四信號的裝置。
在還有一方面，本發(fā)明涉及用于穩(wěn)定放大器的方法。方法包括三個步驟。一個步驟是使用包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定模塊接收輸入信號。另一步驟是使用開環(huán)控制系統(tǒng)來修改輸入信號的相位并最小 放大器的相位非線性，以及將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)。另一步驟是從使用開環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到使用閉環(huán)控制系統(tǒng)以修改輸入信號的相位和最小化放大器的相位非線性。
在本發(fā)明的該方面的一個實施例中，該方法包括在輸入信號的輸入功率高于閾值電平期間的預(yù)定時間段使用開環(huán)控制系統(tǒng)之后轉(zhuǎn)換。在另一實施例中，方法還包括基于開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出使用開環(huán)控制系統(tǒng)來初始化閉環(huán)控制系統(tǒng)中的濾波器。
在本發(fā)明的又一方面中，本發(fā)明一般涉及用于穩(wěn)定放大器的穩(wěn)定模塊。穩(wěn)定模塊包括第一控制模塊和第二控制模塊。第一控制模塊用于執(zhí)行三個功能(a)接收表示由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的第一信號，(b)生成能夠用于通過使用開環(huán)控制例程修改輸入信號的相位來最小化放大器的相位非線性的第二信號，以及(C)發(fā)送能夠用于將控制傳遞給第二控制模塊的第三信號。第二控制模塊用于生成能夠用于通過使用閉環(huán)控制例程修改輸入信號的相位來最小化放大器的相位非線性的第四信號。
附圖簡述
當結(jié)合附圖參考以下描述時，本發(fā)明的上述和其他目的、方面、特征和優(yōu)點
將變得更加顯而易見且可以得到更好的理解，其中
圖1是依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器的方法的流程圖2也是依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器的方法的流程圖3是依照本發(fā)明的說明性實施例的在用于穩(wěn)定放大器的穩(wěn)定模塊中使用的
系統(tǒng)的框圖4是依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器的穩(wěn)定模塊的電路圖；圖5是依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器的方法的流程圖，該方法包括開環(huán)控制例程和閉環(huán)控制例程；
圖6是在本發(fā)明的一個實施例中使用的校準例程的流程圖；圖7A是閉環(huán)、快速反饋磁共振成像(MRI)發(fā)送穩(wěn)定模塊的電路/框以及
圖7B是閉環(huán)、緩慢反饋MRI發(fā)送穩(wěn)定模塊的電路/框圖。
詳細描述
圖1描述了依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器的方法100。方法100可以由與放大器電通信并且包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定模塊實現(xiàn)。在圖1的說明性方法中，測量輸入信號的屬性(步驟104)，開環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的至少一個特征(步驟108)， 當滿足一個或多個控制參數(shù)時(步驟112)將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)，并且
閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改輸入信號的至少一個特征(步驟120)。在使用開環(huán) 控制系統(tǒng)(108)期間和使用閉環(huán)控制系統(tǒng)(120)期間將經(jīng)修改的輸入信號提 供給放大器。方法100從由穩(wěn)定模塊接收脈沖輸入信號開始，并且可以對脈沖 的每個單獨實例重復(fù)。例如，可以實現(xiàn)用以穩(wěn)定MRI系統(tǒng)的放大器的方法。
步驟104是測量輸入信號的屬性。在一個實施例中，屬性是輸入信號的輸 入功率。在另一實施例中，屬性是輸入信號的電壓電平。在又一實施例中，屬 性是輸入信號的電流。在一個實施例中，由穩(wěn)定模塊中的元件來測量屬性。
在步驟108，使用開環(huán)控制系統(tǒng)來修改輸入信號的至少一個特征。例如， 在圖1的方法的一個實施例中，在步驟108開環(huán)控制系統(tǒng)修改輸入信號的振幅。 在另一實施例中，在步驟108開環(huán)控制系統(tǒng)修改輸入信號的相位。在還有一實 施例中，在步驟108開環(huán)控制系統(tǒng)修改輸入信號的振幅和相位兩者。
開環(huán)控制系統(tǒng)被用于基于測得的輸入信號的屬性來修改輸入信號的至少 一個特征。在一個實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)使用按照測得的屬性索引的査找表 來修改至少一個特征。例如，在一個實施例中，測得的屬性是輸入信號的輸入 功率，至少一個特征是振幅，而表格標識了對于每個輸入功率電平要改變振幅 的量。如以下更詳細描述的，經(jīng)修改的輸入信號接著由開環(huán)控制系統(tǒng)提供給放 大器來穩(wěn)定放大器。
在步驟112，檢查一個或多個控制參數(shù)以確定是否是開環(huán)控制系統(tǒng)將控制 傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)的適當時間。在步驟116，當滿足一個或多個控制參數(shù)時， 開環(huán)控制系統(tǒng)將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)。另一方面，當不滿足控制參數(shù)時， 使用開環(huán)控制系統(tǒng)(步驟108)。在一個實施例中，控制參數(shù)是計數(shù)器值。在 另一實施例中，控制參數(shù)是已度過的時間段。在還有一實施例中，控制參數(shù)是 輸入信號的振幅。在一個特定的實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)檢査控制參數(shù)?？蛇x 地，閉環(huán)控制系統(tǒng)或另一元件可以檢查控制參數(shù)。
在步驟116，開環(huán)控制系統(tǒng)可以將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)。在一個實施 例中，如以下更詳細描述的，開環(huán)控制系統(tǒng)初始化閉環(huán)控制系統(tǒng)以供使用。
在控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)之后，閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改輸入信號的至 少一個特征(步驟120)。閉環(huán)控制系統(tǒng)接收表示放大器的輸出信號的反饋信 號。在各個實施例中，所修改的至少一個特征是輸入信號的振幅和/或相位。在某些實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)測量輸入信號和反饋信號之間的第一誤差。在某 些這種實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)還測量輸入信號和反饋信號之間的第二誤差。 在這些實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于基于輸入功率、第一誤差和第二誤差來 修改輸入信號的至少一個特征。接著在步驟120由閉環(huán)控制系統(tǒng)將經(jīng)修改的輸 入信號提供給放大器來穩(wěn)定放大器。
在各個實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)包括用于確定如何修改輸入信號的至少一 個特征的一個或多個濾波器。在一個實施例中，濾波器被用于確定用于修改輸 入信號的振幅的適當輸出。在另一實施例中，濾波器被用于確定用于修改輸入
信號的相位的適當輸出。在一個實施例中，如由A丄Viterbi編制的二階濾波器 被用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中。在替換性實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)使用任何其他類型 的濾波器，包括但不限于比例積分濾波器和比例積分微分濾波器。在一個實施 例中，濾波器包括一個或多個積分器。再次參考步驟116，在某些實施例中， 閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制系統(tǒng)通過基于開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出初始化濾波器、或 者更具體地初始化積分器來初始化。
圖2是依照本發(fā)明的用于穩(wěn)定放大器的方法200的流程圖。與圖1中所描 述的方法100相比，圖2中所描述的方法200包括三個附加步驟。具體地，圖 2的說明性方法確定是否滿足使用開環(huán)控制系統(tǒng)的標準(步驟106)、確定是 否滿足繼續(xù)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)的標準(步驟124)、以及更新開環(huán)控制參數(shù)(步 驟128)。 一般而言，圖2的步驟104、 108、 112、 116和120類似于圖1中具 有相同編號的步驟，并且是以相似的方式實現(xiàn)的。
圖2的方法在穩(wěn)定模塊接收到輸入信號時開始。例如，輸入信號可以來自 外部脈沖RF源。在步驟104，測量輸入信號的屬性。
在步驟106，確定是否滿足使用開環(huán)控制系統(tǒng)的一個或多個標準。在一個 實施例中，步驟106由開環(huán)控制系統(tǒng)自身執(zhí)行。在其他實施例中，穩(wěn)定模塊中 的另一元件執(zhí)行步驟106。在某些實施例中， 一個標準對應(yīng)于測得的輸入信號 的屬性。例如，在一個這樣的實施例中，當輸入信號的輸入功率高于閾值電平 時，就在步驟108使用開環(huán)控制系統(tǒng)。另一方面，如果輸入信號的輸入功率低 于該實施例中的閾值電平，那么就不使用開環(huán)控制系統(tǒng)并且再次在步驟104測 量輸入信號的輸入功率。步驟104可以被重復(fù)直至輸入信號的輸入功率上升到 超過閾值電平。在各實施例中，用于確定是否使用開環(huán)控制系統(tǒng)的一個標準是 放大器是否是活動的。在確定是否使用開環(huán)控制系統(tǒng)時可以考慮一個以上標準。
在步驟108,開環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改輸入信號的特征以及最小化與該特
征相關(guān)聯(lián)的放大器非線性。由此，在一個特定的實施例中，在步驟108最初可 以使用開環(huán)控制系統(tǒng)來修改輸入信號的相位并且最小化放大器的相位非線性。 該步驟可以用類似于圖1中的步驟108的描述的方式來實現(xiàn)。
在步驟112，確定是否從使用開環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。例 如，在一個實施例中，在輸入信號的輸入功率高于閾值電平期間的預(yù)定時間段 使用開環(huán)控制系統(tǒng)之后進行轉(zhuǎn)換。如果在步驟112滿足標準，那么就在步驟116 將控制傳遞給閉環(huán)控制系統(tǒng)。在一個實施例中，開環(huán)控制系統(tǒng)初始化閉環(huán)控制 系統(tǒng)以供使用。可以認為初始化是從使用開環(huán)控制系統(tǒng)到使用閉環(huán)控制系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)換的一部分。
在步驟120，閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改輸入信號的特征以及最小化與該特 征相關(guān)聯(lián)的放大器非線性。例如，在一個實施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)修改輸入信 號的相位并且最小化放大器的相位非線性。
在步驟124，確定是否滿足繼續(xù)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)的標準。在某些實施例 中，通過考慮輸入信號的測得屬性來做出確定。例如，在一個實施例中，當輸 入信號的輸入功率高于閾值電平時，將在步驟120繼續(xù)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。另 一方面，如果輸入信號的輸入功率低于該實施例中的閥值，那么就不使用閉環(huán) 控制系統(tǒng)并且將執(zhí)行步驟106。在其他實施例中，另選地或另外地，穩(wěn)定模塊 可以使用其他標準來確定是否應(yīng)該繼續(xù)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。例如，在一個特定 的實施例中，如下文中進一步描述的，在確定是否使用閉環(huán)控制系統(tǒng)時，除了 考慮輸入信號的輸入功率之外還考慮放大器是否是活動的。
在圖2所示的本發(fā)明的實施例中，在步驟128更新開環(huán)控制參數(shù)。在各實 施例中，以下參考圖6更詳細地描述運行校準例程以便更新由開環(huán)控制系統(tǒng)使 用的查找表。在一個這樣的實施例中，校準例程基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出來更 新査找表。
圖3描述了依照本發(fā)明的說明性實施例的在用于穩(wěn)定放大器的穩(wěn)定模塊中 使用的系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括第一控制模塊304和第二控制模塊308。在一 個實施例中，第一控制模塊304和第二控制模塊308各自被實現(xiàn)為軟件程序。 可選地，在另一實施例中，第一控制模塊304和/或第二控制模塊308被實現(xiàn)為 一個或多個硬件設(shè)備。在一個實施例中，第一控制模塊304使用開環(huán)控制例程，而第二控制模塊使用閉環(huán)控制例程。在一個實施例中，硬件設(shè)備是專用集成電
路(ASIC)。在另一實施例中，硬件設(shè)備是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。在 其他實施例中，使用另一類型的硬件設(shè)備。
系統(tǒng)300的第一控制模塊308用于執(zhí)行三個功能(a)接收表示由穩(wěn)定模塊 接收到的輸入信號的第一信號312， (b)生成能夠用于使用開環(huán)控制例程來修改 輸入信號的第一特征的第二信號316，以及(c)發(fā)送能夠用于將控制傳遞給第二 控制模塊308的第三信號320。系統(tǒng)300的第二控制模塊308用于生成能夠使 用閉環(huán)控制例程修改輸入信號的第一特征的第四信號324。
在某些實施例中，第一控制模塊能夠生成用于解決由穩(wěn)定模塊引入的非線 性的第二信號316，如以下進一步描述的。在某些實施例中，第二控制模塊308 能夠生成用于解決由穩(wěn)定模塊硬件引入的非線性的第四信號，如以下進一步描 述的。
在某些實施例中，第一控制模塊304能夠生成能夠用于使用開環(huán)控制例程 修改輸入信號的第二特征的第五信號336。在相關(guān)的實施例中，第二控制模塊 308能夠生成能夠用于使用閉環(huán)控制例程修改輸入信號的第二特征的第六信號 340。
在一個實施例中，第一控制器376被用于修改輸入信號的第一特征。在另 一實施例中，第二控制器380被用于修改輸入信號的第二特征。
在某些實施例中，輸入信號的第一特征是輸入信號的振幅，而輸入信號的 第二特征是輸入信號的相位。在替換性實施例中，輸入信號的第一特征是輸入 信號的相位，而輸入信號的第二特征是輸入信號的振幅。
在某些實施例中，第一控制模塊304包括轉(zhuǎn)換邏輯模塊332。在某些這樣 的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332檢查一個或多個標準，并確定是否將使用開環(huán) 控制例程。在一個這樣的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332能夠確定放大器是否是 活動的。在另一這樣的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332能夠確定輸入信號的輸入 功率328是否高于閾值電平。如果是，那么第一控制模塊304將使用開環(huán)控制 例程生成能夠用于修改輸入信號的第一特征的第二信號316。在某些這種實施 例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332檢査一個或多個標準，并確定控制是否會被傳遞給第 二控制模塊308。在一個這樣的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332能夠確定第一控 制模塊304是否已在輸入信號的輸入功率328高于閾值電平期間的預(yù)定時間段 使用開環(huán)控制例程。如果是，那么第一控制模塊304會將第三信號320發(fā)送給
12第二控制模塊308。
在還有一實施例中，第二控制模塊308能夠接收表示由穩(wěn)定模塊接收的輸 入信號的信號346以及一個或多個誤差信號344和348。在一個這樣的實施例 中，誤差信號可以表示由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號和表示放大器的輸出信號 的反饋信號之間的振幅誤差。在另一這樣的實施例中，誤差信號可以表示輸入 信號和反饋信號之間的相位誤差。在一個實施例中，第二控制模塊308調(diào)整一 個或多個誤差信號344和348，如下文中進一步描述的，以補償在第一誤差信 號和/或第二誤差信號中存在的非線性。
在某些實施例中，第二控制模塊308包括轉(zhuǎn)換邏輯模塊356。在某些這樣 的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊356檢查一個或多個標準并確定是否將使用閉環(huán)控 制例程、或者是否會經(jīng)由連接352將控制傳遞給第一控制模塊304。在一個這 樣的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊356能夠確定放大器是否是活動的。在另一這樣 的實施例中，轉(zhuǎn)換邏輯模塊332能夠確定輸入信號的輸入功率328是否高于閾 值電平。如果為否，那么第二控制模塊308會經(jīng)由連接352將控制傳遞給第一 控制模塊304。
在另一實施例中，系統(tǒng)300包括校準模塊360。校準模塊360可以被實現(xiàn) 為軟件程序并且可以使用校準例程。另選地，在另一實施例中，校準模塊360 被實現(xiàn)為硬件設(shè)備。在一個實現(xiàn)中，硬件設(shè)備是ASIC。在另一實施例中，硬 件模塊是FPGA。在其他實施例中，使用另一類型的硬件設(shè)備。
在一個實施例中，校準模塊360能夠生成用于初始化由第二校準模塊308 使用的一個或多個濾波器的條目。第一控制模塊304接著可以經(jīng)由連接364從 校準模塊360取回條目、并通過使用轉(zhuǎn)換邏輯模塊332來將條目用于初始化第 二控制模塊308中的一個或多個濾波器。
在另一實施例中，校準模塊360能夠生成表示修改輸入信號的第一特征的 量的第一值和表示修改輸入信號的第二特征的量的第二值的校準模塊360。第 一控制模塊304能夠經(jīng)由連接364從校準模塊360取回第一值和第二值。第一 控制模塊304能夠使用第一值生成第二信號316，并且能夠使用第二值生成第 五信號336。
在另一實施例中，校準模塊360能夠基于接收到的輸出經(jīng)由連接368從第 二控制模塊308接收第一值和第二值。在還有一實施例中，校準模塊360使用 算法來生成解決由校準模塊硬件引入的至少一個非線性的第一值和第二值，如以下進一步描述的。在又一些實施例中，校準模塊360可以經(jīng)由連接372從第 一控制模塊304接收數(shù)據(jù)。
圖4描述了依照本發(fā)明的說明性實施例的用于穩(wěn)定放大器404的穩(wěn)定模塊 400。在所示的說明性實施例中，與放大器404電通信的穩(wěn)定模塊400包括硬 件和軟件的組合。軟件在處理器408上運行。
穩(wěn)定模塊400在前置放大器416處從外部源(例如電源)接收輸入信號412。 在一個實施例中，輸入信號412是脈沖RF輸入信號。定向耦合器418接著對 經(jīng)前置放大的輸入信號412采樣。第一采樣信號420是對誤差放大器424的輸 入，而第二采樣信號428是對第一控制器432和對第二控制器436的輸入。在 一個實施例中，第一控制器是用于修改輸入信號412的振幅的增益控制器。在 另一實施例中，第二控制器436是用于修改輸入信號412的相位的移相器。如 下所述，經(jīng)修改的輸入信號440由第一控制器432和第二控制器436輸出，并 輸入到放大器404。
在一個實施例中，放大器404是脈沖RF放大器。在另一實施例中，放大 器404被用于MRI系統(tǒng)中。表示放大器404的輸出信號448的反饋信號444 也被輸入到誤差放大器424中。在一個實施例中，誤差放大器包括用于放大第 一采樣信號420和反饋信號444的對數(shù)中頻(LOG IF)放大器426。誤差放大 器424生成第一誤差信號452和第二誤差信號456。在一個實施例中，第一誤 差信號452/第二誤差信號456表示輸入信號412和反饋信號444之間的振幅誤 差。在另一實施例中，第一誤差信號452/第二誤差信號456表示輸入信號412 和反饋信號444之間的相位誤差。
在一個實施例中，穩(wěn)定模塊400包括三個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器460。 A/D 轉(zhuǎn)換器將表示輸入信號412的第一信號464、第一誤差信號452和第二誤差信 號456的數(shù)字化表示輸入到處理器408中。處理器408執(zhí)行信號處理，以生成 輸出到數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器468的控制信號。在一個實施例中，處理器408包 括第一控制模塊304、第二控制模塊308和校準模塊360。在一個實施例中， 處理器執(zhí)行第一控制模塊304以實現(xiàn)開環(huán)控制例程。在另一實施例中，處理器 執(zhí)行第二控制模塊308以實現(xiàn)閉環(huán)控制例程。在又一實施例中，包括A/D轉(zhuǎn)換 器460、處理器408和D/A轉(zhuǎn)換器468的數(shù)字控制系統(tǒng)整個被模擬控制系統(tǒng)替 換。另選地，數(shù)字控制系統(tǒng)僅部分地被模擬控制系統(tǒng)替換。
在一個實施例中，當處理器408實現(xiàn)開環(huán)控制例程時，第一控制模塊304生成能夠用于修改輸入信號412的第一特征的第一信號472、和能夠用于修改 輸入信號412的第二特征的第二信號476。在另一實施例中，當處理器實現(xiàn)閉 環(huán)控制例程時，第二控制模塊308生成能夠用于修改輸入信號412的第一特征 的第一信號472、和能夠用于修改輸入信號412的第二特征的第二信號476。 在一個實施例中，輸入信號412的第一特征是輸入信號412的振幅，而輸入信 號412的第二特征是輸入信號412的相位。
在一個實施例中，D/A轉(zhuǎn)換器468分別將信號472和476的模擬表示輸入 到控制器432和436中。在一個實施例中，第一控制器432使用第一信號472 的模擬表示來修改輸入信號的振幅，并由此最小化放大器404的振幅非線性。 在另一實施例中，第二控制器436使用第二信號476的模擬表示來修改輸入信 號的相位，并由此最小化放大器404的相位非線性。如上所述，經(jīng)修改的輸入 信號440接著被提供給放大器404。
圖5描述了包括開環(huán)控制例程600和閉環(huán)控制例程700的軟件例程500的 一個實施例。在一個實施例中，開環(huán)控制例程600由第一控制模塊304執(zhí)行。 在另一實施例中，閉環(huán)控制例程由第二控制模塊308執(zhí)行。在一個實施例中， 當輸入信號首先由穩(wěn)定模塊接收時(例如當諸如例如電源的外部源被首次打開 時)，軟件例程500默認為使用開環(huán)控制例程600。
在步驟407，開環(huán)控制例程600提取由穩(wěn)定模塊接收到的輸入信號的輸入 功率。在步驟608，開環(huán)例程600接著通過確定放大器是否活動(即啟用)以 及輸入信號的輸入功率是否高于第一閥值來確定是否滿足有關(guān)使用開環(huán)控制 例程600的標準。如果放大器被啟用并且輸入信號的輸入功率高于第一閥值， 那么在步驟612開環(huán)控制例程600遞增開環(huán)計數(shù)器。
在步驟616，開環(huán)控制例程600輸出能夠用于修改輸入信號的至少一個特 征的至少一個信號。在一個實施例中，開環(huán)控制例程600輸出兩個信號， 一個 能夠用于修改輸入信號的振幅，而一個能夠用于修改輸入信號的相位。在另一 實施例中，開環(huán)控制例程600僅輸出上述兩個信號之一。在一個實施例中，開 環(huán)控制例程600使用由校準例程創(chuàng)建的査找表，例如如以下參考圖6所討論的， 來生成至少一個要輸出的信號。在一個這樣的實施例中，查找表可以由輸入信 號的輸入功率來索引?；谠诓襟E604提取的輸入信號的輸入功率，開環(huán)控制 例程600查找對應(yīng)的表值。值可以例如指示開環(huán)控制例程600要在步驟616輸 出的信號的電流或電壓。開環(huán)控制例程600在步驟616輸出這樣的信號。在另一實施例中，開環(huán)控制例程600使用由校準例程創(chuàng)建的查找陣列，例如如以下 參考圖6討論的，來生成至少一個要輸出的信號。在一個這樣的實施例中，査
找陣列可以按照輸入信號的輸入功率來索引?；谠诓襟E604提取的輸入信號 的輸入功率，開環(huán)控制例程600査找對應(yīng)的表格條目。表格條目可以例如指示 要修改輸入信號的振幅或相位的量。在一個這樣的實施例中，開環(huán)控制例程600 運行在步驟720由閉環(huán)控制例程700運行的同一算法，如下所述，以調(diào)整解決 由穩(wěn)定模塊的硬件引入的非線性的條目。開環(huán)控制例程600接著使用經(jīng)調(diào)整的 條目來生成在步驟616輸出的至少一個信號。
在依照圖6的各實施例中，在620，開環(huán)控制例程600通過將數(shù)據(jù)寫入校 準陣列中來將數(shù)據(jù)輸出到校準例程。至少，在這種實施例中，開環(huán)控制例程600 將開環(huán)模式標記輸出到校準例程。在一個實施例中，開環(huán)控制例程600還將輸 入信號的輸入功率輸出到校準例程。在另一實施例中，開環(huán)計數(shù)器的值由開環(huán) 控制例程600輸出到校準例程。
在步驟624，開環(huán)控制例程600確定開環(huán)計數(shù)器的值是否大于第二閥值。 如果為是，那么開環(huán)控制例程600前進到步驟628。否則，開環(huán)控制例程600 前進到步驟632，其中開環(huán)例程600的執(zhí)行在開環(huán)控制例程600再次在步驟604 提取輸入信號的輸入功率之前被暫時延遲。
步驟624的第二閾值和步驟632中存在的延遲確保在步驟628將控制傳遞 給閉環(huán)控制例程700之前在最小的時間段內(nèi)執(zhí)行開環(huán)控制例程600。結(jié)果，在 軟件例程500從開環(huán)例程600轉(zhuǎn)換到閉環(huán)例程700之前給予放大器一段時間來 穩(wěn)定。在一個實施例中，步驟624的第二閾值是可調(diào)的。在另一實施例中，在 步驟632出現(xiàn)的延遲是可調(diào)的。
再次參考步驟608，如果放大器是不活動的或者輸入信號的功率電平低于 第一閾值，那么開環(huán)控制例程600前進到步驟636。在步驟636，開環(huán)控制例 程600確定開環(huán)計數(shù)器的值是否大于0。如果為否，那么開環(huán)控制例程600前 進到步驟632。如果為是，那么開環(huán)控制例程600前進到步驟640。在步驟640， 開環(huán)控制例程輸出能夠用于修改輸入信號的至少一個特征的至少一個信號。在 一個實施例中，這是通過使用査找表完成的，如以上有關(guān)步驟616所討論的。
在較低的輸入功率電平，大多數(shù)放大器表現(xiàn)為線性。在一個實施例中，在 該事實的視圖中選擇步驟608的第一閾值電平，即選擇第一閾值電平，以使得 放大器在低于所選第一閾值電平的輸入功率電平處表現(xiàn)為線性。以這種方式，輸入信號的實際輸入功率(只要它低于第一閾值)就不會與在步驟640輸出至 少一個信號相關(guān)。因此，同樣的至少一個信號在輸入信號的輸入功率低于第一
閾值時(不管其實際值如何)會在步驟640輸出。結(jié)果，步驟640僅需執(zhí)行一 次。為了確保是這種情況，在步驟644將開環(huán)計數(shù)器清零。
再次參考步驟628，在開環(huán)控制例程600確定它在輸入信號的輸入功率高 于第一閾值電平期間的預(yù)定時間段內(nèi)執(zhí)行(即在預(yù)定的時間段繼續(xù)執(zhí)行步驟 604、 608、 612、 616、 620、 624和632，因為開環(huán)控制例程600總是從步驟608 前進到步驟612)之后，開環(huán)控制例程600將控制傳遞給閉環(huán)控制例程700。 在一個實施例中，在步驟628，開環(huán)控制例程600初始化濾波器以供在步驟716 由閉環(huán)控制例程700以由校準例程生成的條目(例如如以下參考圖6所描述的) 使用。條目可以對應(yīng)于在步驟616由開環(huán)例程最近輸出的一個或多個信號。以 這種方式，閉環(huán)控制例程開始以開環(huán)控制例程停止使用的相同設(shè)置開始執(zhí)行。 在一個實施例中，條目表示增加或減少輸入信號的振幅的量。在另一實施例中， 條目表示要移動輸入信號的相位的量。在一個實施例中，條目由校準例程存儲 在例如一個或多個查找陣列中。這些陣列可以按照輸入信號的輸入功率來索 引。由此，基于在步驟604提取的輸入信號的輸入功率，開環(huán)控制例程600可 以査找并使用由校準例程生成的對應(yīng)的條目來初始化閉環(huán)控制例程700的濾波 器。
在開環(huán)控制例程600已將控制傳遞給閉環(huán)控制例程700之后，在步驟732 有延遲。在一個實施例中，步驟732中的延遲持續(xù)時間是可調(diào)的。在步驟732 的延遲之后，閉環(huán)控制例程700可以在步驟704提取多個信號。在一個實施例 中，這些信號包括輸入信號的輸入功率、輸入信號和表示放大器的輸出信號的 反饋信號之間的第一誤差以及輸入信號和反饋信號之間的第二誤差。在一個這 樣的實施例中，第一誤差是輸入信號和反饋信號之間的振幅誤差，而第二誤差 是輸入信號和反饋信號之間的相位誤差。
在步驟708，閉環(huán)例程700確定是否滿足使用閉環(huán)控制例程700的一個或 多個標準。在一個實施例中，閉環(huán)控制例程700確定放大器是否是活動的(即 啟用的或開啟的)以及輸入信號的輸入功率是否高于閾值。如果滿足標準，那 么閉環(huán)控制例程700前進到步驟712。如果為否，那么軟件例程500返回到開 環(huán)控制例程600，并在步驟604提取輸入信號的輸入功率。在 個實施例中， 在閉環(huán)控制例程700中使用的閾值低于在開環(huán)控制例程600中使用的第一閾值，以便允許一定程度的滯后并且防止軟件例程500在開環(huán)控制例程600和閉 環(huán)控制例程700之間反復(fù)。如果第一閾值和在閉環(huán)控制例程700中使用的閾值 相等，并且輸入信號的輸入功率圍繞這些閾值有略微的變化，那么軟件例程500 可以在開環(huán)控制例程600和閉環(huán)控制例程700之間反復(fù)切換。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的，由穩(wěn)定模塊用于生成表示第一誤差和/ 或第二誤差的信號的硬件是不完美的。因此，硬件會過調(diào)或失調(diào)第一誤差和/ 或第二誤差的真實值。實際上，對于輸入信號的每個輸入功率電平，硬件會從 第一誤差和/或第二誤差的真實值引入可預(yù)測的偏差。相應(yīng)地，在一個實施例中， 在步驟712，閉環(huán)控制例程調(diào)整在步驟704由穩(wěn)定模塊硬件提供的第一誤差和 第二誤差測量值。在一個實施例中，在步驟712，閉環(huán)控制例程700使用按照 輸入信號的輸入功率電平索引的査找表。對于每個輸入功率電平，查找表列出 第一誤差和/或第二誤差的真實值的預(yù)期過調(diào)量或失調(diào)量。通過將預(yù)期過調(diào)量或 失調(diào)量添加到由硬件提供的第一誤差和/或第二誤差測量值，閉環(huán)控制例程700 由此得出第一誤差和/或第二誤差的真實值。
一旦在步驟712閉環(huán)控制例程700適當?shù)卣{(diào)整了第一誤差和/或第二誤差， 那么在步驟716閉環(huán)控制例程確定用于修改輸入信號的至少一個特征的至少一 個量。例如，在一個實施例中，閉環(huán)控制例程700確定兩個量 一個用于修改 輸入信號的振幅，而一個用于修改輸入信號的相位。在另一實施例中，閉環(huán)控 制例程700僅確定上述兩個量之一。在一個實施例中，如上所述，閉環(huán)控制例 程700使用由A丄Viterbi編制的二階濾波器來確定至少一個量。另選地，在步 驟716，諸如例如比例積分濾波器和/或比例積分微分濾波器的任何類型的濾波 器可以由閉環(huán)控制例程700用于確定該至少一個量。
在步驟724之前，某些實施例的閉環(huán)控制例程700在步驟720解決由穩(wěn)定 模塊的硬件所引入的非線性。在一個這樣的實施例中，閉環(huán)控制例程700運行 用于調(diào)整在步驟716確定的所需量的算法。經(jīng)調(diào)整的量接著用于生成在步驟724 輸出的至少一個信號。算法被實現(xiàn)成選擇經(jīng)調(diào)整的量，以使得在由硬件非線性 帶來的任何失真之后在步驟724輸出的至少一個信號實際上表示在步驟716確 定的所需量。以這種方式，算法補償穩(wěn)定模塊硬件的非線性。
在步驟724輸出至少一個信號之后，在閉環(huán)控制例程返回到步驟704之前 閉環(huán)控制例程的執(zhí)行再次被延遲。
在步驟728，閉環(huán)控制例程700通過將數(shù)據(jù)寫入校準陣列將數(shù)據(jù)輸出到校準例程。例如，閉環(huán)控制例程700將輸入信號的輸入功率、第一誤差、第二誤 差和在步驟716確定的至少一個量以及閉環(huán)模式標記輸出到校準例程。
圖6描述了依照本發(fā)明的說明性實施例的校準例程800的一個實施例。在 一個實施例中，校準例程800是由校準模塊360執(zhí)行的軟件例程。在一個實施 例中，當開環(huán)控制例程600和閉環(huán)控制例程700兩者都空閑時執(zhí)行校準例程 800。例如，在由步驟632和/或732引入的延遲期間執(zhí)行校準例程800。如以 下詳細描述的，校準例程800使開環(huán)控制例程600能從閉環(huán)控制例程700學習， 以使得開環(huán)控制例程600的性能隨著時間的推移而改進。
在步驟804，校準例程800取回先前由開環(huán)控制例程600在步驟620和閉 環(huán)控制例程700在步驟728寫入到校準陣列中的數(shù)據(jù)。校準例程800接著在步 驟808確定閉環(huán)控制例程700是否正在運行。例如，在一個實施例中，校準例 程800檢査以了解是否存在閉環(huán)模式標記。如果為否(即存在開環(huán)模式標記)， 那么校準例程800在步驟812將校準計數(shù)器清零，并且前進到在步驟804從校 準陣列取回進一步的數(shù)據(jù)。如果閉環(huán)控制例程700正在運行，那么校準例程800 就在步驟816遞增校準計數(shù)器，并且前進以處理數(shù)據(jù)。這樣，校準例程800僅 處理由閉環(huán)控制歷程700寫入到校準陣列中的數(shù)據(jù)。
在步驟820，校準例程800確定校準計數(shù)器的值是否在較低的閾值和較高 的閾值之間。如果為否，那么校準例程800返回到步驟804，以便從校準陣列 取回進一步的數(shù)據(jù)。如果為是，那么校準例程800在步驟824從校準陣列提取 輸入信號的輸入功率以及第一誤差和/或第二誤差。通過在前進到步驟824之前 確保校準計數(shù)器的值大于較低的閾值，校準例程800確保它不處理由閉環(huán)控制 例程700首先寫入到校準陣列中的數(shù)據(jù)。相反，在閉環(huán)控制例程700運行了一 段時間之后(即當放大器更加穩(wěn)定時)，校準例程800必定會處理由閉環(huán)控制 歷程700寫入到校準陣列中的數(shù)據(jù)。相似地，通過在前進到步驟824之前確保 校準計數(shù)器低于較高的閾值，校準例程800確保它處理在閉環(huán)控制例程800開 始附近(例如脈沖開始附近)由閉環(huán)控制例程700寫入到校準陣列中的數(shù)據(jù)。
在步驟828，校準例程800確定第一誤差和/或第二誤差是否低于固定量。 如果為是，那么放大器已經(jīng)穩(wěn)定，且校準例程前進到步驟832。否則，校準例 程800前進到在步驟804從校準陣列取回進一步的數(shù)據(jù)。在步驟832，校準例 程800從校準陣列提取由閉環(huán)控制例程700寫入到其中的量。
校準例程800在步驟836生成能夠由閉環(huán)控制例程在步驟628使用的條目，以便初始化閉環(huán)控制例程700中的濾波器。條目可以按照輸入信號的輸入功率
來索引并且被存儲在査找陣列中。在一個實施例中，校準例程800使用加權(quán)的 濾波器來生成條目。例如，校準例程800通過將所提取量的加權(quán)值加到在該輸 入功率電平處出現(xiàn)在査找陣列中的先前條目的加權(quán)值來生成有關(guān)特定輸入信 號的特定功率的當前條目。
在步驟804，校準例程800使用在步驟836生成的條目來確定在步驟616 供開環(huán)控制例程600使用的值。這樣，校準例程800解決了由穩(wěn)定模塊的硬件 引入的非線性。例如，校準例程800運行由閉環(huán)控制例程700在步驟720運行 的同一算法。由校準例程800生成的值被存儲在査找表中。
在步驟844，校準例程800將校準計數(shù)器設(shè)置為高于步驟820的較高閾值。 以這種方式，確保校準例程800每個脈沖僅生成一次條目和值。
可以提供本發(fā)明作為包含在一個或多個制品上或其中的一個或多個計算 機可讀程序。制品可以是軟盤、硬盤、CDROM、閃存卡、PROM、 RAM、 ROM 或磁帶。 一般而言，計算機可讀程序可以用任何編程語言實現(xiàn)?？梢允褂玫恼Z 言的某些示例包括C、 C+十或JAVA。軟件程序可以作為對象代碼被存儲在一個 或多個制品上或其中。
圖7A描述了用于穩(wěn)定MRI功率傳遞系統(tǒng)(RF發(fā)送鏈/路徑)910的穩(wěn)定 模塊900。 一般而言，穩(wěn)定模塊900將來自放大器404 (圖4)的RF輸出耦合 器(前向端口 )的反饋回路移到來自MRI系統(tǒng)磁芯920的RF信號的采樣。MRI 功率傳遞系統(tǒng)910包括但不限于放大器404、各種長度的RF電纜912、發(fā)送/ 接收(T/R)交換器914、監(jiān)控耦合器916以及MRI系統(tǒng)磁芯920。磁芯920 包括多個主要或主體RF線圈922。在一個實施例中，穩(wěn)定模塊900包括但不限 于處理器408、耦合器418、誤差放大器424、第一和第二控制器432、 436、 A/D轉(zhuǎn)換器460、 D/A轉(zhuǎn)換器468、電平和相位調(diào)節(jié)裝置以及通過拾波線圈或天 線932感測磁芯920中的電磁場強度的RF合路器930。應(yīng)當理解可以有一個到 多個拾波線圈或天線932位于磁芯920中或靠近磁芯920。將RF合路器930、 其到448的連接以及相關(guān)聯(lián)的拾波線圈932放置在磁芯920中允許系統(tǒng)900實 時地校正RF發(fā)送路徑910的所有組件中的增益和相位誤差。這些誤差可以由 溫度、電壓駐波比(VSWR)、病人的大小、機械移動和電非線性造成，但不 限于此，所有這些隨著時間的推移可改變RF路徑。
在所示的說明性實施例中，與MRI功率傳遞系統(tǒng)910電通信的穩(wěn)定模塊900包括硬件和軟件的組合。軟件在處理器408上運行。
與圖4的穩(wěn)定模塊400相似，穩(wěn)定模塊900在前置放大器416處從外部源 (例如信號生成器)接收輸入信號412。在一個實施例中，輸入信號412是脈 沖RF輸入信號。定向耦合器418接著對經(jīng)前置放大的輸入信號412采樣。第 一采樣信號420是對誤差放大器424的輸入，而第二采樣信號428是對第一控 制器432和對第二控制器436的輸入。在一個實施例中，第一控制器是用于修 改輸入信號412的振幅的增益控制器。在另一實施例中，第二控制器436是用 于修改輸入信號412的相位的移相器。如下所述，經(jīng)修改的輸入信號440由第 一控制器432和第二控制器436輸出，并輸入到放大器404。
在一個實施例中，放大器404被用于MRI功率傳遞系統(tǒng)910中。表示RF 合路器930的輸出信號448的反饋信號444也被輸入到誤差放大器424中。在 一個實施例中，誤差放大器424包括用于放大第一采樣信號420和反饋信號444 的對數(shù)中頻(LOG IF)放大器426。誤差放大器424生成第一誤差信號452和 第二誤差信號456。在一個實施例中，第一誤差信號452/第二誤差信號456表 示輸入信號412和反饋信號444之間的振幅誤差。在另一實施例中，第一誤差 信號452/第二誤差信號456表示輸入信號412和反饋信號444之間的相位誤差。
在一個實施例中，穩(wěn)定模塊900包括三個A/D轉(zhuǎn)換器460。 A/D轉(zhuǎn)換器460 將表示輸入信號412的第一信號464、第一誤差信號452和第二誤差信號456 的數(shù)字化表示輸入到處理器408中。處理器408執(zhí)行信號處理，以生成輸出到 數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器468的控制信號。在一個實施例中，如圖3中所示，處理 器408使用第二控制模塊308和校準模塊360。在一個實施例中，處理器408 執(zhí)行第二控制模塊308以實現(xiàn)閉環(huán)控制例程。在另一實施例中，包括A/D轉(zhuǎn)換 器460、處理器408和D/A轉(zhuǎn)換器468的數(shù)字控制系統(tǒng)整個地被模擬控制系統(tǒng) 替換。另選地，數(shù)字控制系統(tǒng)僅部分地被模擬控制系統(tǒng)替換。
在一個實施例中，當處理器408實現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)控制例程時，第二控制模 塊308生成能夠用于修改輸入信號412的第一特征的第一信號472、和能夠用 于修改輸入信號412的第二特征的第二信號476。在一個實施例中，輸入信號 412的第一特征是輸入信號412的振幅，而輸入信號412的第二特征是輸入信 號412的相位。
圖7B描述了用于穩(wěn)定MRI功率傳遞系統(tǒng)(RF發(fā)送鏈/路徑)910的穩(wěn)定 模塊900，的另一實施例。 一般而言，穩(wěn)定模塊900，添加附加或第二反饋回路，其被合計到一次回路的誤差放大器424 (圖4)，造成一次回路中用于補償MRI 功率傳遞系統(tǒng)的RF路徑(RF發(fā)送鏈/路徑)910中的損失/偏移的"偏差"。 MRI功率傳遞系統(tǒng)910包括但不限于放大器404、各種長度的RF電纜912、發(fā) 送/接收(T/R)交換器914、監(jiān)控耦合器916以及MRI系統(tǒng)磁芯920。磁芯920 包括多個主(或主體)RF線圈922。在一個實施例中，穩(wěn)定模塊900包括但不 限于處理器408、耦合器418、第一和第二誤差放大器424、 424'、第一和第二 控制器432、 436、 A/D轉(zhuǎn)換器460、 D/A轉(zhuǎn)換器468、電平和相位調(diào)節(jié)裝置、 以及通過拾波線圈或天線932感測磁芯920中的電磁場強度的RF合路器930。 應(yīng)當理解可以有一個到多個拾波線圈或天線932位于磁芯之中或其附近。將RF 合路器930以及相關(guān)聯(lián)的拾波線圈932放置在磁芯920中允許系統(tǒng)卯0，實時地 校正RF發(fā)送路徑910中的所有組件中的增益和相位誤差。這些誤差可以由溫 度、電壓駐波比(VSWR)、病人的大小、機械移動和電非線性造成，但不限 于此，所有這些隨著時間的推移可以改變RF路徑。
在所示的說明性實施例中，與MRI功率傳遞系統(tǒng)910電通信的穩(wěn)定模塊 900，包括硬件和軟件的組合。軟件在處理器408上運行。
與圖4的穩(wěn)定模塊400相似，穩(wěn)定模塊900'在前置放大器416處從外部源 (例如信號生成器)接收輸入信號412。在一個實施例中，輸入信號412是脈 沖RF輸入信號。定向耦合器418接著對經(jīng)前置放大的輸入信號412釆樣。第 一采樣信號420是對誤差放大器424的輸入，而第二采樣信號428是對第一控 制器432和對第二控制器436的輸入。在一個實施例中，第一控制器是用于修 改輸入信號412的振幅的增益控制器。在另一實施例中，第二控制器436是用 于修改輸入信號412的相位的移相器。如下所述，經(jīng)修改的輸入信號440由第 一控制器432和第二控制器436輸出，并輸入到放大器404。
在一個實施例中，放大器404被用于MRI功率傳遞系統(tǒng)910中。表示放大 器404的輸出信號448的反饋信號444也被輸入到誤差放大器424中。輸入信 號420以及936和表示RF合路器930的輸出信號934被輸入到第二誤差放大 器424'中。輸出信號452'和456'被合計到處理器408內(nèi)的一次回路的誤差放大 器424 (圖4)。在一個實施例中，誤差放大器(424,424')包括用于放大第一 采樣信號420和相應(yīng)反饋信號(444、 934 )的對數(shù)中頻(LOG IF)放大器426。 誤差放大器424生成第一誤差信號452和第二誤差信號456。在一個實施例中， 第一誤差信號452/第二誤差信號456表示輸入信號412和合計的反饋信號之間的振幅誤差。在另一實施例中，第一誤差信號452/第二誤差信號456表示輸入 信號412和合計的反饋信號之間的相位誤差。
在一個實施例中，穩(wěn)定模塊900，包括三個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器460。 A/D 轉(zhuǎn)換器460將表示輸入信號412的第一信號464、第一誤差信號452和第二誤 差信號456的數(shù)字化表示輸入到處理器408中。處理器408執(zhí)行信號處理，以 生成輸出到數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器468的控制信號。在一個實施例中，如圖3中 所示，處理器408使用第二控制模塊308和校準模塊360。在一個實施例中， 處理器408執(zhí)行第二控制模塊308以實現(xiàn)閉環(huán)控制例程。在另一實施例中，包 括A/D轉(zhuǎn)換器460、處理器408和D/A轉(zhuǎn)換器468的數(shù)字控制系統(tǒng)整個地被模 擬控制系統(tǒng)替換。另選地，數(shù)字控制系統(tǒng)僅部分地被模擬控制系統(tǒng)替換。
在一個實施例中，當處理器408實現(xiàn)閉環(huán)控制例程時，第二控制模塊308 生成能夠用于修改輸入信號412的第一特征的第一信號472、和能夠用于修改 輸入信號412的第二特征的第二信號476。在一個實施例中，輸入信號412的 第一特征是輸入信號412的振幅，而輸入信號412的第二特征是輸入信號412 的相位。
以上描述的是本發(fā)明的某些實施例。然而，應(yīng)該明確地注意本發(fā)明不限于 這些實施例，而是相反，意圖是對本文中明確地描述的添加和修改也包括在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以理解本發(fā)明描述的各個實施例的特征弁非是互相排 斥的，并且可以存在各種組合和排列而不背離本發(fā)明的精神和范圍，即使此處 沒有明確這種組合或排列。實際上，此處所描述的內(nèi)容的變體、修改和其他實 現(xiàn)會使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會想到的，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。這樣， 本發(fā)明不僅僅是有由上述說明性描述來定義。
2權(quán)利要求
1.一種用于穩(wěn)定MRI功率傳遞系統(tǒng)的方法，所述方法包括(a)提供包括用于分析所述MRI功率傳遞系統(tǒng)的至少一個反饋信號的閉環(huán)控制例程的穩(wěn)定模塊；(b)使用所述閉環(huán)控制例程修改輸入信號的至少一個特征；以及(c)將經(jīng)修改的輸入信號提供給所述功率傳遞系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MRI功率傳遞系統(tǒng)至少包 括放大器、長RF電纜、發(fā)送/接收(T/R)交換機、監(jiān)控耦合器以及MRI系統(tǒng)磁芯。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述MRI系統(tǒng)磁芯包括至少一 個RF線圈。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述放大器包括脈沖射頻放大器。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括修改所述標準以使用所述 控制環(huán)例程。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述標準是至少部分地基于提供 給所述MRI系統(tǒng)磁芯的經(jīng)修改信號來修改的。
7. 如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述閉環(huán)控制例程的一部分是由 軟件實現(xiàn)的。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述閉環(huán)控制例程包括兩個反饋信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述放大器處生成一個反饋信 號，且在所述MRI系統(tǒng)磁芯處生成一個反饋信號。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征包括至少由溫度、電 壓駐波比(VSWR)、病人的大小、機械移動和電非線性造成的誤差。
11. 一種用于穩(wěn)定MRI功率傳遞系統(tǒng)的穩(wěn)定模塊，包括 包括用于分析所述MRI功率傳遞系統(tǒng)的至少一個反饋信號的閉環(huán)控制例程的穩(wěn)定模塊；其中所述穩(wěn)定模塊使用所述閉環(huán)控制例程修改輸入信號的至少一個特征，并 且將經(jīng)修改的輸入信號提供給所述MRI功率傳遞系統(tǒng)。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述MRI功率傳遞系統(tǒng)至少包括放大器、長RF電纜、發(fā)送/接收(T/R)交換機、監(jiān)控耦合器以及MRI系統(tǒng)磁 心。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述MRI系統(tǒng)磁芯包括至少 一個RF線圈。
14. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述放大器包括脈沖射頻放大器。
15. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括修改所述標準以使用所 述控制環(huán)例程。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述標準是至少部分地基于提 供給所述MRI系統(tǒng)磁芯的經(jīng)修改信號來修改的。
17. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閉環(huán)控制例程的一部分是 由軟件實現(xiàn)的。
18. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閉環(huán)控制例程包括兩個反 饋信號。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述放大器處生成一個反饋 信號，且在所述MRI系統(tǒng)磁芯處生成一個反饋信號。
20. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述特征包括至少由溫度、電 壓駐波比(VSWR)、病人的大小、機械移動和電非線性造成的錯誤。
21. —種有形地體現(xiàn)在信息載體中的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品 包括可用于使得數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行如下步驟的指令使用包括用于分析至少一個反饋信號的閉環(huán)控制例程的穩(wěn)定模塊來接收輸入 信號；使用所述閉環(huán)控制例程來修改所述輸入信號的所述特征；以及 將經(jīng)修改的輸入信號提供給MRI功率傳遞系統(tǒng)。
22. —種用于MRI設(shè)備的功率傳遞系統(tǒng)，包括 MRI功率傳遞系統(tǒng)；以及包括用于分析所述MRI功率傳遞系統(tǒng)的至少一個反饋信號的閉環(huán)控制例程的 穩(wěn)定模塊，其中所述穩(wěn)定模塊使用所述閉環(huán)控制例程修改輸入信號的至少一個特征 并且將經(jīng)修改的輸入信號提供給所述MRI功率傳遞系統(tǒng)。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述MRI功率傳遞系統(tǒng)至少 包括放大器、長RF電纜、發(fā)送/接收(T/R)交換機、監(jiān)控耦合器以及MRI系統(tǒng)磁芯。
24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定模塊包括至少一個處 理器、耦合器、至少一個誤差放大器、多個控制器、多個A/D轉(zhuǎn)換器、多個D/A 轉(zhuǎn)換器、電平調(diào)節(jié)裝置、相位調(diào)節(jié)裝置和RF合路器。
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述RF合路器通過拾波線圈 或天線來感測所述磁芯內(nèi)的電磁場強度。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及穩(wěn)定MRI功率傳遞系統(tǒng)。一方面，提供了與該MRI功率傳遞系統(tǒng)電通信的穩(wěn)定模塊。該穩(wěn)定模塊包括閉環(huán)控制系統(tǒng)。該閉環(huán)控制系統(tǒng)被用于修改該輸入信號的至少一個特征。將經(jīng)修改的輸入信號提供給該MRI功率傳遞系統(tǒng)。在一個實施例中，該穩(wěn)定模塊包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩者。
文檔編號G01R33/36GK101688907SQ200880021869
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者D·J·特瑞格, J·O·迪姆, J·R·卡彭特 申請人:Mks儀器股份有限公司