(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像デバイスにおいて傾斜コイルを駆動する傾斜増幅器システムであって、
当該傾斜増幅器システムは、前記傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器であり、傾斜フィルタを更に有する前記傾斜増幅器と、該傾斜増幅器へ結合され、前記傾斜コイルにおける前記傾斜電流を制御するコントローラとを有し、
当該傾斜増幅器システムは、有理伝達関数によって記述され、該有理伝達関数の実際の極は、コントローラ構成及び傾斜フィルタ構成に依存し、
当該傾斜増幅器システムは、前記傾斜電流に制限された状態を前記コントローラにフィードバックするフィードバックループを更に有し、
前記コントローラは、前記傾斜フィルタから独立した又は該傾斜フィルタへの依存が最も弱い前記有理伝達関数の所定の極の部分を実現するよう、前記フィードバックされた傾斜電流に制限された状態に基づき前記コントローラの制御係数を決定することによって構成され、前記傾斜フィルタは、前記コントローラの構成後に、前記所定の極に対して最小限にシフトする実際の極を実現するよう、前記傾斜フィルタのフィルタインダクタンス及び／又はフィルタキャパシタンスを決定することによって構成される、
傾斜増幅器システム。
【請求項２】
前記所定の極は、当該傾斜増幅器システムに予め入力される、
請求項１に記載の傾斜増幅器システム。
【請求項３】
前記最小限のシフトは、前記所定の極と、振幅が１よりも大きくない実際の極との間でのみ計算される、
請求項１に記載の傾斜増幅器システム。
【請求項４】
前記コントローラは、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される、
請求項１に記載の傾斜増幅器システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の傾斜増幅器システムを有する磁気共鳴撮像デバイス。
【請求項６】
有理伝達関数によって記述される傾斜増幅器システムを構成する方法であって、前記傾斜増幅器システムは、磁気共鳴撮像デバイスにおいて傾斜コイルを駆動するよう構成され、前記傾斜増幅器システムは、前記傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器と、該傾斜増幅器へ結合され、前記傾斜コイルにおける前記傾斜電流を制御するコントローラとを有し、前記傾斜増幅器は、傾斜フィルタを更に有し、前記有理伝達関数の実際の極は、コントローラ構成及び傾斜フィルタ構成に依存する、前記方法において、
前記傾斜電流に制限された状態を前記コントローラにフィードバックするステップと、
前記傾斜フィルタから独立した又は該傾斜フィルタへの依存が最も弱い前記有理伝達関数の所定の極の部分を実現するよう、前記フィードバックされた傾斜電流に制限された状態に基づき前記コントローラの制御係数を決定することによって前記コントローラを構成するステップと、
前記コントローラを構成した後に、前記所定の極に対して最小限にシフトする実際の極を実現するよう、前記傾斜フィルタのフィルタインダクタンス及び／又はフィルタキャパシタンスを決定することによって前記傾斜フィルタを構成するステップと
を有する方法。
【請求項７】
前記コントローラは、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
フィルタインダクタンス及びフィルタキャパシタンスの異なるグループについて実際の極の異なるグループを求めるステップと、
前記最小限のシフトを得るよう、前記所定の極に対して前記実際の極のグループのシフトを比較するステップと
を更に有する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
フィルタインダクタンス及びフィルタキャパシタンスの異なるグループについて実際の極の異なるグループを求めるステップと、
振幅が１よりも大きい実際の極を用いずに１つ以上の実際の極のグループを決定するステップと、
前記最小限のシフトを得るよう、前記所定の極に対して前記決定された実際の極のグループのシフトを比較するステップと
を更に有する請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ；magnetic  resonance  imaging）、特に、ＭＲＩデバイスにおいて傾斜コイルを駆動する傾斜増幅器システム及びその構成方法に関係がある。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩデバイスにおいて、検査対象（通常、患者）は、一様なメイン磁場（Ｂ０場）にさらされる。それにより、検査対象内の原子核の磁気モーメントは、印加されたＢ０場の軸の周りを回転する傾向がある。次いで、ＲＦ送信アンテナを用いて生成された、Ｂ０場に直交するＲＦ励起パルス（Ｂ１場）を送信することによって、原子核のスピンが励起され、位相状態にされ、Ｂ０場の方向からのそれらの巨視的磁化（net  magnetization）の偏向が得られる。それにより、巨視的磁化の縦成分に対する横成分が生成される。
【０００３】
ＲＦ励起パルスの終了後に、巨視的磁化の縦及び横の成分の緩和プロセスは開始する。横方向の緩和プロセスによって発せられるＭＲ緩和信号は、ＭＲ／ＲＦ受信アンテナを用いて検出される。受信されたＭＲ緩和信号は、次いで、周波数に基づくＭＲスペクトルへとフーリエ変換され、検査対象内の関心のある原子核のＭＲ画像を生成するために処理される。
【０００４】
検査対象内のスライス又はボリュームの空間選択と、関心のあるスライス又はボリュームから生じる受信されたＭＲ緩和信号の空間符号化とを得るために、Ｂ０場と同じ方向を有するが、直交するｘ、ｙ及びｚ方向において傾きを有する傾斜磁場が、Ｂ０場に重畳される。
【０００５】
傾斜磁場を生成するために、傾斜コイルの形で多数の傾斜磁石を有する傾斜磁石システムが設けられる。これは、典型的に、傾斜コイルに供給する電流を発生させる傾斜増幅器システムを用いて作動する。通常、そのような傾斜コイル電流は、傾斜増幅器システムによって非常に正確に生成される必要がある特定の波形を有する。そのような電流パルスは、高品質且つ高い空間分解能及び精度でのＭＲＩ画像の生成を確かにするために、ほんの数ｍＡ以下の偏差しか有さずに正確に制御される必要がある。
【０００６】
国際公開第２０１２／０８５７７７（Ａ１）号（特許文献１）は、傾斜コイルにおける電流を正確に制御する傾斜増幅器システム２１’を開示している。図１から明らかなように、ｘ、ｙ及びｚ方向における傾斜コイル２０３’、２０４’、２０５’の各傾斜コイルについて、傾斜増幅器システム２１’は、それを駆動する傾斜増幅器１１’と、その電流を正確に制御するようデジタル領域で動作する状態空間フィードバックコントローラ１０’とを有する。傾斜増幅器１１’は、フィルタ電圧及びフィルタ電流を備えた傾斜フィルタ１１１’を備える。ｘ、ｙ及びｚ方向における傾斜コイル２０３’、２０４’、２０５’の各傾斜コイルについて、傾斜増幅器システム２１’は、測定されるべき３つの独立した状態、すなわち、その傾斜コイルにおける電流Ｉ’ｇｃ、フィルタ電圧Ｕ’ｃ及びフィルタ電流Ｉ’ｃを有する。図１で見られるように、３つの独立した状態の全ては、状態空間フィードバックコントローラ１０’へフィードバックされる。状態空間フィードバックコントローラ１０’を構成すること、すなわち、状態空間フィードバックコントローラ１０’の適切な制御パラメータを計算することによって、その傾斜コイルにおける電流は正確に制御される。
【０００７】
集中トラッキング制御システム（integrated  tracking  control  system）は、SIQI  LI  ET  AL.，“Digital  controlled  MOSFET  gradient  amplifier  for  magnetic  resonance  imaging”，Electrical  machines  and  systems，２０１１年８月２０日（非特許文献１）において見つけられる。集中トラッキング制御システムは、最適フィードバックループ、フィードフォワードコントローラ及び非線形ＰＩレギュレータから成る。ＰＩレギュレータは、定常状態の間、完全状態フィードバックの代わりに実装される。故に、リファレンス電流と出力傾斜コイル電流との間の誤差信号しか、正確にサンプリングされる必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０８５７７７（Ａ１）号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】SIQI  LI  ET  AL.，“Digital  controlled  MOSFET  gradient  amplifier  for  magnetic  resonance  imaging”，Electrical  machines  and  systems，２０１１年８月２０日
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、傾斜増幅器システムがより少ない要素で、傾斜コイルにおける電流を正確に制御する略同じ効果を達成することができるように、傾斜増幅器システムを簡素化することである。
【００１１】
本発明の態様の実施形態に従って、磁気共鳴撮像デバイスにおいて傾斜コイルを駆動する傾斜増幅器システムが提供される。当該傾斜増幅器システムは、前記傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器であり、傾斜フィルタを更に有する前記傾斜増幅器と、該傾斜増幅器へ結合され、前記傾斜コイルにおける前記傾斜電流を制御するコントローラと、前記傾斜電流のみを前記コントローラにフィードバックするフィードバックループを更に有し、前記コントローラは、前記フィードバックされた傾斜電流にのみ基づき構成され、前記傾斜フィルタのフィルタパラメータは、当該傾斜増幅器システムの所望の性能を表す所定の極と、前記コントローラに関連する有理伝達関数の実際の極との間の最小シフトを実現するよう調整される。
【００１２】
先行技術において、傾斜電流、フィルタ電圧及びフィルタ電流を含む３つ全ての独立した状態は、状態空間フィードバックコントローラへフィードバックされ、一方、本発明は、２つのフィルタ状態、すなわち、フィルタ電圧及びフィルタ電流を無視する。本発明の主旨は、磁気共鳴試験システムにおける傾斜増幅器システムのためのフィードバック制御を提供することである。フィードバックループは、傾斜増幅器システムの１つの状態、すなわち、傾斜コイルに印加されるその出力電流、しかフィードバックしない。出力フィルタパラメータは、フィルタキャパシタンス及びフィルタインダクタンスによって決定される。それらのフィルタキャパシタンス及びインダクタンスは、傾斜制御に関連する有理伝達関数が、出力フィルタによらない極に対して最低限にシフトする極を有するように、設計される。すなわち、フィルタキャパシタンス及びインダクタンスは、（少なくとも支配）極が出力フィルタから独立しているか又はせいぜい極めて弱く依存するように、設定される。然るに、正確な傾斜制御は、フィルタ出力電流及び電圧のフィードバックの必要なしに実現される。すなわち、フィードバックは、出力電流（傾斜コイル電流）に基づき行われ、フィルタ電流及び電圧の影響は、フィルタキャパシタンス及びインダクタンスを設定する際に有効に考慮に入れられる。このように、傾斜増幅器システムは、費用が安価であるようにより少ない要素であると同時に、傾斜コイルにおける電流を正確に制御する略同じ効果を達成する。有利なことに、傾斜増幅器システムは、様々な環境において、例えば、傾斜増幅器システムが工場で製造される場合、又は傾斜増幅器システムが病院若しくは同様の場所で運転される場合に、本発明に従って最適化され得る。
【００１３】
本発明の実施形態に従って、前記コントローラは、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される。
【００１４】
デジタル領域における状態空間フィードバックコントローラは、有限な分解能の抑制及び、特に、システムパラメータがそれらの公称値から外れる場合に制御応答の変化に対する、ロバスト性に関して、ＰＩＤに対して多くの利点を有する。
【００１５】
本発明の実施形態に従って、前記所定の極の部分は、コントローラ構成の結果として実現される。
【００１６】
この実施形態において、前記コントローラは、前記傾斜コイルによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するように前記所定の極の部分を実現するよう構成される。次いで、全ての前記所定の極は、フィルタ電圧及びフィルタ電流の状態を考慮して実現される。このようにして、前記所定の極は段階的に実現される。これは、傾斜コイルにおける電流の制御の正確さを改善する。
【００１７】
本発明の実施形態に従って、前記フィルタは、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのキャパシタを有し、前記フィルタパラメータは、前記少なくとも１つのインダクタのインダクタンス及び前記少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスを有する。
【００１８】
この実施形態に従って、当該傾斜増幅器システム（２１）の実際の極は、前記少なくとも１つのインダクタの取り得るインダクタンス及び前記少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスの異なるグループについて計算される。
【００１９】
当該傾斜増幅器システムの実際の極は、前記少なくとも１つのインダクタの取り得るインダクタンス及び前記少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスの異なるグループについて計算されるので、前記所定の極を、異なるインダクタンス及びキャパシタンスの組み合わせについて計算された異なる実際の極と比較することによって、それは、可能な限り前記所定の極に近づく前記傾斜フィルタのフィルタパラメータを見出すための容易且つ高速な方法を提供する。
【００２０】
本発明の実施形態に従って、前記所定の極は、当該傾斜増幅器システムに予め入力される。
【００２１】
このようにして、オペレータは、磁気共鳴撮像デバイスの実際の必要性及び装置環境に基づき、異なる所定の極を入力してよい。これは、当該傾斜増幅器システムの柔軟性を高める。
【００２２】
本発明の実施形態に従って、前記最小シフトは、前記所定の極と、振幅が１よりも大きくない当該傾斜増幅器システムの実際の極との間でのみ計算される。
【００２３】
１よりも大きい振幅を有する実際の極を除外する有利な効果は、１よりも大きい振幅を有する実際の極が不安定なシステムの原因となりうるので、そのような実際の極を除外することは傾斜コイルにおける電流をより安定したものとすることができる点である。
【００２４】
本発明の他の態様の実施形態に従って、上記の傾斜増幅器システムを有する磁気共鳴撮像デバイスが提供される。
【００２５】
本発明の他の態様の実施形態に従って、傾斜増幅器システムを構成する方法が提供される。前記傾斜増幅器システムは、磁気共鳴撮像デバイスにおいて傾斜コイルを駆動するよう構成される。前記傾斜増幅器システムは、前記傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器と、該傾斜増幅器へ結合され、前記傾斜コイルにおける前記傾斜電流を制御するコントローラとを有し、前記傾斜増幅器は、傾斜フィルタを更に有する。フィードバックループは、前記傾斜コイルの状態のみを前記コントローラにフィードバックするために使用される。当該方法は、前記傾斜コイルの前記フィードバックされた状態にのみ基づき前記コントローラを構成するステップと、前記傾斜増幅器システム（２１）の所望の性能を表す所定の極と、前記コントローラに関連する有理伝達関数の実際の極との間の最小シフトを実現するよう、前記傾斜フィルタのフィルタパラメータを調整するステップとを有する。
【００２６】
本発明の実施形態に従って、前記コントローラは、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される。
【００２７】
本発明の実施形態に従って、前記所定の極の部分は、前記コントローラを構成する結果として実現される。
【００２８】
本発明の実施形態に従って、前記フィルタは、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのキャパシタを有し、前記フィルタパラメータは、前記少なくとも１つのインダクタのインダクタンス及び前記少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスを有する。
【００２９】
本発明のこれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の上記及び他の目的及び特徴は、添付の図面に関連して検討される以下の詳細な説明から更に明らかになるだろう。
【図１】先行技術において、傾斜コイルを駆動する増幅器システムのブロック図を示す。
【図２】本発明の実施形態に従う磁気共鳴撮像デバイスの実質的なコンポーネントを示す。
【図３】本発明の実施形態に従う磁気共鳴撮像デバイスのＭＲＩ磁石部分の概略図を示す。
【図４】本発明の実施形態に従って、傾斜コイルを駆動する増幅器システムのブロック図を示す。
【図５】本発明の実施形態に従う増幅器システムの詳細な構造を示す。
【図６】本発明の実施形態に従って、増幅器システムを構成する方法のフローチャートを示す。
【図７】本発明の実施形態に従って、いくつかの取り得るフィルタパラメータの下での増幅器システムのいくつかの実際の極を示す。
【図８】本発明の実施形態に従う増幅器システムを用いる場合に、リファレンス電流Ｉｒｅｆと傾斜コイルにおける測定電流Ｉｇｃとの間の比較を示す。  同じ参照符号は、全ての図にわたって同様の部分を表すために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の詳細な説明は、添付の図面に関連して以下で与えられる。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態に従って、撮像されるべき対象が置かれる試験ボリュームを含む磁気共鳴撮像デバイス２の実質的なコンポーネントを示す。磁気共鳴撮像デバイス２は、本質的に一様且つ安定したメイン磁場Ｂ０を、撮像されるべき対象における核スピンと整列させるようｚ方向において発生させるメイン磁石システム２０１を有する。ＲＦ／ＭＲ送信／受信アンテナ配置２０２は、核磁気共鳴を励起するようＲＦ交番磁場Ｂ１を発生させるＲＦ信号を送信するために、且つ、撮像される対象の関連する原子核からその後のＭＲ緩和信号を受信するために、設けられている。励起された原子核から生じる受信されたＭＲ緩和信号の空間選択及び空間符号化のために、システムは、複数の傾斜コイル２０３、２０４、２０５を更に有する。それらによって、直交するｘ、ｙ及びｚ方向における傾斜磁場は夫々説明されるように生成される。
【００３３】
更には、磁気共鳴撮像デバイス２は、ＲＦ送信／受信回路２０６を介してＲＦアンテナ配置２０２へ供給されるＲＦ信号を生成するようＲＦ送信器ユニット２０７をＲＦ送信の間制御するデバイスコントローラ８８を有する。受信されたＭＲ緩和信号は、ＲＦ送信／受信回路２０６を介して増幅器及び復調器ユニット２０８へ供給され、検査対象のＭＲ画像を表示ユニット２１０で生成するよう処理ユニット２０９を用いて処理される。更には、ＭＲ信号受信の間、デバイスコントローラ８８は、傾斜増幅器システム２１への制御信号を生成する。傾斜コイル２０３、２０４、２０５の夫々について、傾斜増幅器システム２１は、撮像される検査対象内の所望のスライス又はボリュームを一般的に知られているように表示ユニット２１０上で選択するために、その傾斜磁場コイルを作動させるよう特に出力電流の形で電気出力を生成する傾斜増幅器１１を含む。傾斜増幅器１１は、その傾斜コイルへ供給される電流にフィルタをかける傾斜フィルタ１１１を備える。傾斜コイル２０３、２０４、２０５の夫々について、傾斜増幅器システム２１は、傾斜増幅器１１及び対応するコントローラ１０を含む。すなわち、傾斜増幅器システム２１は、３つの傾斜増幅器１１及び３つの対応するコントローラ１０を備える（図２には図示せず。）。
【００３４】
図３は、ＭＲＩデバイス２の傾斜コイル２０３、２０４、２０５の配置の概略図を更に詳細に示す。ｘ方向においてポジション依存又は傾斜磁場を発生させるために、第１の傾斜コイル２０３は、検査対象２１１の両側に沿って夫々設けられている。ｙ方向においてポジション依存又は傾斜磁場を発生させるために、第２の傾斜磁場コイル２０４は、検査対象２１１の上及び下に夫々設けられている。最後に、第３の傾斜磁場コイル２０５は、ｚ方向においてポジション依存又は傾斜磁場を発生させるために、検査対象を囲みながらｚ方向において動かされるよう設けられている。ＲＦ／ＭＲ送信／受信アンテナ配置２０２も、図３において概略的に示されている。
【００３５】
図４に示されるように、傾斜コイル２０３、２０４、２０５の夫々について、増幅器システム２１は、その傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器１１を有する。傾斜増幅器１１は、フィルタ電圧及びフィルタ電流を持った傾斜フィルタ１１１を更に有する。傾斜増幅器システム２１は、傾斜増幅器へ結合され、対応する傾斜コイルにおける傾斜電流を制御するコントローラ１０と、その傾斜コイルにおける傾斜電流Ｉｇｃをコントローラ１０へフィードバックするフィードバックループとを有する。コントローラ１０は、対応する傾斜コイルにおけるフィードバックされた傾斜電流に基づき、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するよう構成される。増幅器システム２１の実際の極と所定の極との間の最小シフトを実現するよう傾斜フィルタ１１１のフィルタパラメータを調整することによって、構成されたコントローラ１０は、傾斜フィルタ１１１とともに傾斜増幅器を制御するよう適合される。当業者によって理解されるように、制御システムは、有理伝達関数を用いて記述され得る。有理伝達関数は、因数分解されたゼロ極形式（factored  zero-pole  from）において比として記述され得る。有理伝達関数の分母の累乗根は、制御システムの極と呼ばれる。極は、伝達関数の大きさが無限となるｓ平面内の位置である。制御システムの極は、その安定性の特性及び、システムのモードと呼ばれるシステムの当然の又は自発的な挙動を決定する。
【００３６】
傾斜コイル２０３、２０４、２０５の夫々について、傾斜増幅器１１及びその傾斜コイルは３つの独立した状態、すなわち、フィルタ電圧、フィルタ電流、及びその傾斜コイルにおける傾斜電流を有する。完全状態フィードバックを行うために、トランスデューサを含む３つの測定チェーンが必要とされる。増幅器システム２１における要素の数を減らすために、次数削減（order  reduction）が行われる。すなわち、コントローラ１０は、対応する傾斜コイルの状態及び傾斜増幅器１１の状態の両方に代えて、傾斜コイルの状態にのみ基づきその傾斜コイルにおける傾斜電流を制御するよう、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される。その傾斜コイルの状態は、傾斜コイルにおける傾斜電流を有し、傾斜増幅器の状態は、フィルタ電圧及びフィルタ電流を有する。次数削減は、２つの状態、すなわち、フィルタ電圧及びフィルタ電流が考慮されないことを意味する。それにより、フィルタ１１１は全く存在しないように見える。次数削減された傾斜増幅器は、フィルタが考慮されない傾斜増幅器を指す。そのような次数削減は、増幅器システム２１において若干のシステムエラーをもたらしうるが、それらは、以下で論じられるように、傾斜フィルタのフィルタパラメータを調整することによって補正され得る。
【００３７】
状態空間コントローラは、有限な分解能の抑制及び、特に、システムパラメータがそれらの公称値から外れる場合に制御応答の変化に対する、ロバスト性に関して、ＰＩＤに対して多くの利点を有する。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態に従う増幅器システム２１の詳細な構造を示す。
【００３９】
図５において、傾斜コイル２０３、２０４、２０５の夫々について、コントローラ１０は、１クロック周期による計算遅延を示す遅延ブロックｚ−１を有する。更には、コントローラ１０は、コントローラ１０の出力制御信号の、１クロック周期による計算遅延のための制御係数ＫＵ１を有する。コントローラ１０は、対応する傾斜コイルにおける傾斜電流のための制御係数ＫＧＣを有する。コントローラ１０は、Ａ／Ｄコンバータ及び追加のフィルタリングによって引き起こされるその傾斜コイルにおける傾斜電流ＩＧＣの測定値の２０μｓの不変遅延チェーンと直列に伝達関数ＧＧＣを更に有する。
【００４０】
積分ブロックｚ／（ｚ−１）において、リファレンス電流Ｉｒｅｆとその傾斜コイルにおける傾斜電流ＩＧＣとの間の差である制御偏差は、積分される。コントローラ１０は、制御偏差のための制御係数Ｋ１を更に有する。更には、制御係数ＫＧＣを介して供給される、その傾斜コイルにおける傾斜電流は、積分ブロックｚ／（ｚ−１）の出力から減じられる。そして、図５で見られるように、更なるブロック周期ｚ−１が、コントローラ１０の実際の出力の前に適用される。
【００４１】
制御係数ＫＵ１、ＫＧＣなどは全て、コントローラ１０の制御性能に作用し、よって、その傾斜コイルにおける傾斜電流に更には作用する。このように、コントローラ１０を構成することは、コントローラ１０における制御係数ＫＵ１、ＫＧＣなどを設計すること意味する。制御係数ＫＵ１、ＫＧＣなどは、既知の方法、例えば、極配置法又は他、によって設計され得る。
【００４２】
所定の極の部分は、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するよう、コントローラ構成の結果として実現される。特に増幅器システム２１の性能を支配する所定の極の部分は、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するよう、コントローラ構成の結果として実現されるように選択される。すなわち、先の（Ｎ−Ｍ）個の極は、Ｎが所定の極の数であり、Ｍがフィルタ１１１においてエネルギを蓄積する要素の数であるとして、コントローラ構成の結果として実現される。所定の極は、増幅器システム２１の所望の性能を表す所望の極であり、通常は、手動により増幅器システム２１に予め入力される。例えば、所定の極は、極１（０．９）、極２（０．７）、極３（−０．１）、極４（０）、極５（０）である（極が増幅器システム２１の性能を支配する程度によって順序付けられる。）。フィルタ１１１は、インダクタＬｆ及びキャパシタＣｆを有する。故に、先の３つの極、すなわち、極１（０．９）、極２（０．７）、極３（−０．１）は、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するよう、コントローラ構成の結果として実現される。
【００４３】
次いで、コントローラ１０の構成を変更されないままとしながら、傾斜フィルタのフィルタパラメータは、所定の極と増幅器システム２１の実際の極との間の最小シフトを実現するよう調整される。それにより、構成されたコントローラは、傾斜フィルタとともに傾斜増幅器を制御するよう適合される。
【００４４】
増幅器１１２は増幅器ユニットである。傾斜フィルタ１１１は、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのキャパシタを有し、フィルタパラメータは、フィルタインダクタンス及びフィルタキャパシタンスと本願において夫々呼ばれる少なくとも１つのインダクタのインダクタンス及び少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスを有する。図５で見られるようにインダクタＬｆ及びキャパシタＣｆを有するフィルタ１１１の例では、フィルタパラメータは、インダクタＬｆのインダクタンス及びキャパシタＣｆのキャパシタンスである。
【００４５】
増幅器システム２１の実際の極は、少なくとも１つのインダクタの可能なインダクタンス及び少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスの異なるグループについて計算される。インダクタＬｆ及びキャパシタＣｆを有するフィルタ１１１の例では、増幅器システム２１の実際の極は、インダクタＬｆ及びキャパシタＣｆの異なるグループについて計算される。例えば、Ｌｆのインダクタンスは固定であり、６０μＨに設定され、Ｃｆのキャパシタンスは、フィルタ共振周波数を６２ｋＨから１５ｋＨｚの間で変化させるよう１１０ｎＦ、２２０ｎＦ、４４０ｎＦ、８８０ｎＦ及び１７６０ｎＦの間で変化することができる。次の表は、所定（所望）の極が極１（０．９）、極２（０．７）、極３（−０．１）、極４（０）、極５（０）であるとして、シフトされたシステムの極を示す。
【００４６】
【表１】
0006559222.tif 000002
【００４７】
最小シフトは、所定の極と、振幅が１よりも大きくない増幅器システム２１の実際の極との間でのみ計算される。
【００４８】
図７は、ｚ平面における根軌跡を示す。図７から分かるように、支配極Ｐ１（０．９）は、Ｃｆのキャパシタンスが異なる値を取る場合に、ほとんどシフトを有さない。Ｃｆのキャパシタンスが８８０ｎＦである場合に、その極４（図７におけるＰ２）及び極５（図７におけるＰ４）は１よりも大きい振幅を有する。Ｃｆのキャパシタンスが１７６０ｎＦである場合に、その極４（図７におけるＰ３）及び極５（図７におけるＰ５）は１よりも大きい振幅を有する。同様に、Ｃｆのキャパシタンスが１１０ｎＦである場合に、その極４及び極５は１よりも大きい振幅を有する。Ｃｆのキャパシタンスが１１５、１３０、１４５、１６０ｎＦで夫々ある場合に、その極４は１よりも大きい振幅を有する。
【００４９】
振幅条件を満足するフィルタにおけるインダクタンス及びキャパシタンスのグループが例えば２つ未満である場合には、シフトは計算される。例えば、所定（所望）の極が極１（０．９）、極２（０．７）、極３（−０．１）、極４（０）、極５（０）であるならば、Ｌｆのインダクタンスが６０μＨであり、Ｃｆのキャパシタンスが４４０ｎＦである場合に、実際の極は、極１（０．９）、極２（０．８）、極３（０）、極４（０．１）、極５（０．１）である。Ｌｆのインダクタンスが８０μＨであり、Ｃｆのキャパシタンスが６００ｎＦである場合に、実際の極は、極１（０．９）、極２（０．７）、極３（−０．２）、極４（０．２）、極５（０．２）である。よって、Ｌｆのインダクタンスが６０μＨであり、Ｃｆのキャパシタンスが４４０ｎＦである場合に、シフトは、√（０２＋０．１２＋０．１２＋０．１２＋０．１２）＝０．２である。Ｌｆのインダクタンスが８０μＨであり、Ｃｆのキャパシタンスが６００ｎＦである場合に、シフトは、√（０２＋０２＋０．１２＋０．２２＋０．２２）＝０．３である。従って、最小シフトは０．２であり、６０μＨであるＬｆのインダクタンス及び４４０ｎＦであるＣｆのキャパシタンスが、調整されたフィルタパラメータである。
【００５０】
６０μＨであるＬｆのインダクタンス及び４４０ｎＦであるＣｆのキャパシタンスが傾斜フィルタの調整されたパラメータであるという条件下で、図８は、リファレンス電流Ｉｒｅｆと傾斜コイルにおける実際の測定された電流Ｉｇｃとの間の比較を示す。図８から分かるように、傾斜コイルにおける実際の測定された電流Ｉｇｃは、リファレンス電流Ｉｒｅｆに極めて近い。これは、フィルタ電圧及びフィルタ電流もフィードバックされる状況と比較して、増幅器システム２１が傾斜コイルにおける電流を正確に制御する略同じ効果を達成することができることを表す。そして、フィルタ電圧及びフィルタ電流もフィードバックされる状況と比較して、本発明の実施形態に従う増幅器システムは、２つのフィードバック経路がないことにより、より少ない要素で且つ費用効果が高い。
【００５１】
本発明の他の態様の実施形態に従って、上記の増幅器システム２１を有する磁気共鳴撮像デバイス２が提供される。
【００５２】
本発明の他の態様の実施形態に従って、増幅器システム２１を構成する方法が提供される。増幅器システム２１は、磁気共鳴撮像デバイスにおいて傾斜コイル２０３、２０４、２０５を駆動するよう構成される。増幅器システム２１は、傾斜コイルを通る傾斜電流を駆動する傾斜増幅器１１と、傾斜増幅器１１へ結合され、傾斜コイルにおける傾斜電流を制御するコントローラとを有する。傾斜増幅器１１は、フィルタ電圧及びフィルタ電流を持った傾斜フィルタ１１１を有する。フィードバックループは、傾斜コイルにおける傾斜電流をコントローラへフィードバックするために使用される。図６に示されるように、方法は、傾斜コイルにおけるフィードバックされた傾斜電流に基づき、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するようコントローラを構成するステップＳ１と、所定の極と増幅器システム２１の実際の極との間の最小シフトを実現して、構成されたコントローラが傾斜フィルタとともに傾斜増幅器を制御するよう適合されるように傾斜フィルタのフィルタパラメータを調整するステップＳ２とを有する。
【００５３】
実施形態に従って、コントローラは、傾斜コイルの状態及び傾斜増幅器の状態の両方に代えて、傾斜コイルの状態にのみ基づき傾斜コイルにおける傾斜電流を制御するよう、デジタル領域において状態空間フィードバックコントローラの形で実現される。
【００５４】
実施形態に従って、傾斜コイルの状態は、傾斜コイルにおける傾斜電流を有し、傾斜増幅器の状態は、フィルタ電圧及びフィルタ電流を有する。
【００５５】
実施形態に従って、所定の極の部分は、傾斜フィルタによらない次数削減された傾斜増幅器を制御するようコントローラを構成するステップＳ１の結果として実現される。
【００５６】
実施形態に従って、フィルタは、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのキャパシタを有し、フィルタパラメータは、少なくとも１つのインダクタのインダクタンス及び少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスを有する。
【００５７】
上記の実施形態は、本発明を制限するものではなく説明するものであり、当業者であれば、添付の特許請求の範囲の適用範囲から逸脱することなしに、代替の実施形態を設計可能であることが留意されるべきである。実施形態は、限定ではなく実例である。本発明は、例示及び記載されている実施形態に対する全ての変更及び変形を、本発明の主旨及び適用範囲内で含む。特許請求の範囲において、括弧に入れられた如何なる参照符号も、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。語「有する（comprising）」は、請求項において又は明細書において挙げられていない要素又はステップの存在を除外しない。要素の単称（要素の前にある不定冠詞a又はan）は、そのような要素の複数個の存在を除外しない。いくつかのユニットを挙げているデバイス請求項において、それらのユニットのうちのいくつかは、ハードウェア又はソフトウェアの同一のアイテムによって具現され得る。語「第１」、「第２」、「第３」などの使用は、如何なる順序も示さない。それらの語は、名称として解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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