(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高外部磁場内で電力を供給する電源であって、
１つ以上の圧電トランスを用いて、交流（ＡＣ）ライン電力を、絶縁された直流（ＤＣ）電力へと変換するように構成された、圧電コア変換器モジュールと、
前記絶縁されたＤＣ電力を所定の電圧に維持するよう、前記圧電コア変換器モジュールへの前記ＡＣライン電力の流れを調整するように構成された、レギュレータモジュールと、
を有し、
前記レギュレータモジュールは、マイクロコントローラモジュール及びバイアスレギュレータモジュールを含み、前記バイアスレギュレータモジュールは、前記マイクロコントローラモジュールに給電するのに十分な第１のレギュレートされたＤＣ電力と、第２のレギュレートされたＤＣ電力とを提供し、
前記圧電コア変換器モジュールは、前記バイアスレギュレータモジュールから前記第２のレギュレートされたＤＣ電力を受け取って高周波パルス列を生成するＨブリッジモジュールを含み、
或るモジュールが、前記絶縁されたＤＣ電力と、期待される絶縁されたＤＣ電力との差を決定し、前記マイクロコントローラモジュールが、前記高周波パルス列のデューティサイクルを調節するよう前記Ｈブリッジモジュールを制御する、
電源。
【請求項２】
前記圧電コア変換器モジュールは、前記高周波パルス列から前記圧電トランスの機械的共振よりも高い周波数で前記圧電トランスへの正弦波入力を生成するように構成された空芯インダクタを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項３】
前記１つ以上の圧電トランスは、当該電源の電力出力を増大させるように並列に接続された複数の圧電トランスを含む、請求項１又は２に記載の電源。
【請求項４】
前記レギュレータモジュールは更に、
前記圧電トランスの温度を監視し、且つ
前記監視に基づいて、前記圧電トランスをダメージから保護する
ように構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源。
【請求項５】
前記レギュレータモジュールは更に、
前記ＡＣライン電力を監視し、且つ
該監視に基づいて、前記圧電トランスをダメージから保護する
ように構成されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の電源。
【請求項６】
前記高外部磁場は２０００ガウス（Ｇ）よりも高い、請求項１乃至５の何れか一項に記載の電源。
【請求項７】
高外部磁場を発生する主磁石を含んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）スキャナと、
前記主磁石の近傍に位置付けられて外部負荷に電力を供給する請求項１乃至６の何れか一項に記載の電源と、
を有する医療システム。
【請求項８】
高外部磁場内で電力を供給する方法であって、
１つ以上の圧電トランスを用いて、交流（ＡＣ）ライン電力を、絶縁された直流（ＤＣ）電力へと変換することと、
前記絶縁されたＤＣ電力を所定の電圧に維持するよう、前記圧電トランスへの前記ＡＣライン電力の流れを調整することと、
を有し、
前記調整することは、マイクロコントローラモジュールに給電するのに十分な第１のレギュレートされたＤＣ電力と、第２のレギュレートされたＤＣ電力とを提供することを含み、
前記変換することは、前記第２のレギュレートされたＤＣ電力を受け取って高周波パルス列を生成することを含み、
前記絶縁されたＤＣ電力と、期待される絶縁されたＤＣ電力との差が決定され、且つ前記マイクロコントローラモジュールによって使用されて、前記高周波パルス列のデューティサイクルが調節される、
方法。
【請求項９】
前記変換することは、
空芯インダクタにより、前記圧電トランスの機械的共振よりも高い周波数で前記圧電トランスへの正弦波入力を生成する
ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記調整することは、
前記圧電トランスの温度を監視し、且つ
前記監視に基づいて、前記圧電トランスをダメージから保護する
ことを含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記調整することは、
前記ＡＣライン電力を監視し、且つ
該監視に基づいて、前記圧電トランスをダメージから保護する
ことを含む、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記高外部磁場を発生する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの主磁石の近傍に前記圧電トランスを位置付けること
を更に含む請求項８乃至１１の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は概して電源に関する。本出願は、特に、高い外部磁場の中で使用される医療装置用の交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）電力アダプタとともに適用され、特にそれを参照して記載される。しかしながら、理解されるべきことには、本出願はまた、他の使用状況でも適用され、必ずしも上述の用途に限定されない。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣライン電力を、絶縁（以下、“アイソレート”）されたＤＣ電力に変換する伝統的な方法は、鉄の電磁的な変圧器（トランス）及びインダクタの使用を伴う。そのような方法を採用したＡＣ／ＤＣ電力アダプタが、例えば磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）施設などの磁石室内などの高外部磁場内で使用されるとき、その電力アダプタは通常、磁石から安全な距離に位置付けられて機械的に固定されなければならない。電力アダプタを安全な距離に固定しないと、電磁トランス及びインダクタが高い外部磁場によって飽和し得る。これは、電力アダプタが、その電力変換能力を失い、過熱し、あるいは損傷されることを引き起こし得る。また、電磁トランスは相当な磁力を有し、電力アダプタを安全な距離に固定しないと、電力アダプタが発射体となることによって安全上の危険を生み出し得る。
【０００３】
磁石から離して電力アダプタを固定することに伴う難題は、多くの場合に、電力アダプタによって給電される装置が磁石の近傍で使用される必要があることである。典型的に、この難題は、電力アダプタから該装置まで延在する長いケーブルを介して電力を供給することによって対処され、あるいは、単に電力アダプタを該装置にローカルな電池を充電するために用いて、該電池から電力を供給することによって対処されている。しかしながら、長いケーブルを使用することは、可搬性を低下させるとともに、ユーザがケーブルにつまずき得るので、装置及び装置ユーザの双方に対して安全性リスクをもたらし得る。また、電池は、供給されることが可能な電力の量で限られるとともに、装置それ自体よりも遥かに短い耐用年数を有する。
【０００４】
その他の、あまり一般的ではない、ＡＣライン電力をアイソレートされたＤＣ電力に変換する方法は、Ｒｏｓｅｎ等への米国特許第２，８３０，２７４号に記載されているような圧電トランスの使用を伴う。圧電法は、例えばラップトップディスプレイなどのディスプレイで使用される蛍光バックライト管に必要とされる高いＡＣ電圧を生じさせるために使用されるＡＣ／ＤＣ電力アダプタで一般的に使用されている。また、圧電法は、遠隔センサに給電するためのマイクロ環境発電（エネルギーハーベスティング）で一般的に使用されている。より最近になって、圧電法は、小型軽量のため、ノートブックコンピュータ用の低電力ＡＣ／ＤＣアダプタに展開されてきている。圧電法を採用した電力アダプタに伴う難題は、それらのアダプタが医療用途に十分な電力を提供しないことである。さらに、そのような電力アダプタは、医療用途に十分なアイソレートされた低電圧ＤＣ出力を生成せず、また、最も典型的には米国の比較的低いＡＣライン電圧である単一のＡＣライン電圧で利用可能であるのみである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２８３０２７４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本出願は、上述の問題及びその他を解決する新しくて改善されたシステム及び方法を提供する。
【０００７】
一態様によれば、高外部磁場内で電力を供給する電源が提供される。当該電源は、交流（ＡＣ）ライン電力をアイソレートされた電力へと変換する１つ以上の圧電トランスを含む。当該電源は更に、上記ＡＣライン電力にかかわらず一定の出力電圧を維持するよう、上記圧電トランスへの上記ＡＣライン電力の流れを調整すること及び上記圧電トランスからの上記アイソレートされた電力の流れを調整することのうちの少なくとも一方を行う１つ以上のレギュレータモジュールを含む。
【０００８】
他の一態様によれば、高外部磁場内で電力を供給する方法が提供される。当該方法は、１つ以上の圧電トランスを用いて、交流（ＡＣ）ライン電力を、アイソレートされた電力へと変換することを含む。当該方法は更に、上記アイソレートされた電力を所定の電圧に維持するよう、上記圧電トランスへの上記ＡＣライン電力の流れを調整することを含む。
【０００９】
他の一態様によれば、高外部磁場内で電力を供給する電源が提供される。当該電源は、１つ以上の圧電トランスを用いて交流（ＡＣ）ライン電力をアイソレートされた電力へと変換するように構成された圧電コア変換器モジュールを含む。当該電源は更に、上記アイソレートされた電力を所定の電圧に維持するよう上記圧電コア変換器モジュールへの上記ＡＣライン電力の流れを調整するように構成されたレギュレータモジュールを含む。
【００１０】
１つの利点は、磁気耐性問題を排除することにある。
【００１１】
他の１つの利点は、発射リスクを排除することにある。
【００１２】
他の１つの利点は、給電される装置と一体化された交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）電力アダプタにある。
【００１３】
他の１つの利点は、広範囲の世界中のＡＣライン電圧及び周波数をサポートすることにある。
【００１４】
他の１つの利点は、高い外部磁場を発生する磁石のいっそう近くに位置付けられることにある。
【００１５】
他の１つの利点は、可搬性の向上にある。
【００１６】
以下の詳細な説明を読んで理解した当業者には、本発明の更なる利点が理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。図面は、単に好適実施形態を例示するためのものであり、発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】１つ以上の圧電トランスを使用する電力アダプタ、及び該電力アダプタの出力を調整するためのフィードバックループを例示している。
【図２】図１の電力アダプタのいっそう具体的な一実施形態を例示している。
【図３】周波数の関数としての圧電トランスの電圧利得のグラフを例示している。
【図４Ａ】図２の入力フィルタモジュール及び入力プリレギュレータモジュールの回路を例示している。
【図４Ｂ】図２のバイアスプリレギュレータモジュール及びバイアスレギュレータモジュールの回路を例示している。
【図４Ｃ】図２のＨブリッジモジュール及び圧電トランスモジュールの回路を例示している。
【図４Ｄ】図２のマイクロコントローラモジュールの回路を例示している。
【図４Ｅ】図２の出力整流器モジュール、過電圧プロテクタモジュール、及び誤差増幅器モジュールの回路を例示している。
【図４Ｆ】図２の光アイソレータモジュール、及び過電流プロテクタモジュールの回路を例示している。
【図５】電力アダプタの出力を調整するためのフィードバックループを有しない、図１の電力アダプタの一代替実施形態を例示している。
【図６Ａ】図５の入力フィルタモジュールの回路と、図５のプリレギュレーションモジュールの回路の一部とを例示している。
【図６Ｂ】図５のプリレギュレーションモジュールの回路の一部を例示している。
【図６Ｃ】図５の圧電コア変換器モジュールの回路を例示している。
【図６Ｄ】図５の出力プロテクタモジュール及びポストレギュレータモジュールの回路を例示している。
【図７】１つ以上の圧電トランスを使用する電力アダプタを主磁石に近接して位置付けた磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムを例示している。
【図８】圧電トランスを用いて高外部磁場内で電力を供給する方法を例示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本出願は、例えば電磁トランスとインダクタなどの電磁コンポーネントを使用せずに、交流（ＡＣ）ライン電力を、医療装置に給電するのに有用な医療的にアイソレートされた直流（ＤＣ）電力に変換するための、改善されたアプローチを提供する。電力変換に電磁コンポーネントを使用することに代えて、この改善アプローチは、１つ以上の圧電トランスを使用する。電磁コンポーネントを排除することにより、この改善アプローチは、例えば磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの主磁石によって発生される磁場などの高磁場に影響されないアイソレートされた電力変換を達成することができる。
【００１９】
ＭＲＩシステムの主磁石の近傍で必要とされる数多くの医療装置に有用なものなどの、高められた電力及び電圧レベルでのＤＣ出力を提供するために、圧電トランスの数を増加させることができる。さらには、世界中のＡＣライン電圧及び周波数の全範囲に及ぶ電力変換動作を可能にするために、圧電トランスを用いた変換を、例えばマイクロコントローラによって調整することができる。
【００２０】
図１を参照するに、高い外部磁場内で使用されるＡＣ／ＤＣ電力アダプタ１０が提供される。ここで使用されるとき、高外部磁場は、２０００ガウス（Ｇ）より高い磁場である。入力フィルタモジュール１２が、ＡＣ電力ライン上で、例えば送電網又は発電機などの外部ソースからＡＣ電力を受け取り、受け取ったＡＣ電力をフィルタリングする。入力フィルタモジュール１２は、例えば無線周波数干渉などのノイズを除去するために、受け取ったＡＣ電力をフィルタリングする。それに加えて、あるいは代えて、入力フィルタ１２は、電力サージ、ブラウンアウト（電圧低下）、及びＡＣ電力ラインに付随するその他の普通でない状態から電力アダプタ１０を保護するために、受け取ったＡＣ電力をフィルタリングする。このＡＣ電力ラインの電圧及び周波数は、世界中のＡＣライン電圧及び周波数の全範囲に及び得る。例えば、ＡＣ電力ラインの電圧は９０−２５０ボルト（Ｖ）の範囲とすることができ、ＡＣ電力ラインの周波数は５０−６０ヘルツ（Ｈｚ）の範囲とすることができる。
【００２１】
フィルタリングされた電力が、入力フィルタモジュール１２から圧電コア変換器モジュール１４へ、レギュレータモジュール１６を通って渡る。レギュレータモジュール１６は、フィルタリングされた電力の流れを、圧電コア変換器モジュール１４に合わせて調整（レギュレート）する。圧電コア変換器モジュール１４は、１つ以上の圧電トランス１８（図４Ｃ参照）を使用して、レギュレータモジュール１６からのレギュレートされたフィルタリングされた電力を、アイソレートされたＤＣ電力出力へと変換する。圧電トランスは、入力電気エネルギーを機械的エネルギーに変換し、そして、その機械的エネルギーを、入力電気エネルギーから直流的に及びそれ故に安全にアイソレートされた出力電気エネルギーに変換し直す。ＤＣ電力出力の電力及び電圧レベルを高めるために、圧電トランスの数を増やして並列に配置することができる。
【００２２】
レギュレータモジュール１６は、ＤＣ電力出力からのフィードバックを用いて、ＡＣ電力ラインの電圧及び周波数にかかわらずＤＣ電力出力を一定の所定電圧に維持するように、フィルタリングされた電力の流れを、圧電コア変換器モジュール１４に合わせて調整する。レギュレータモジュール１６は更に、圧電トランス１８を、過熱、ＡＣ電力ライン上の電力スパイク及びブラウンアウト、並びに過負荷から保護するように、フィルタリングされた電力の流れを調整することができる。好ましくは、レギュレータモジュール１６のマイクロコントローラ２０（図４Ｄ参照）が、フィルタリングされた電力の調整を管理する。
【００２３】
圧電コア変換器モジュール１４からのＤＣ電力出力は、出力プロテクタモジュール２２を通して外部の負荷に渡される。外部負荷は、例えば、医療装置とすることができる。医療装置の例は、患者モニタ、ディスプレイ、娯楽装置、点滴ポンプ、注射装置、モータ、麻酔ワークステーション、カメラ、電池充電器、及び通信装置を含む。出力プロテクタモジュール２２は、ＤＣ電力出力の電圧及び／又は電流が所定の制限を超えないことを確保する。これは有利なことに、電力アダプタ１０及び外部負荷の双方を保護する。
【００２４】
当業者が理解するように、入力フィルタモジュール１２及び出力プロテクタモジュール２２を、図１との関連で図示及び記述したが、これらのモジュール１２、２２は、電力アダプタ１０の適正動作に必要とされるわけではない。従って、一部の例では、電力アダプタ１０は入力フィルタモジュール１２及び／又は出力プロテクタモジュール２２を有しない。
【００２５】
図２を参照するに、図１に記載した電力アダプタ１０のいっそう具体的な一実施形態が提示されている。図１のモジュール１２、１４、１６、２２との対応が、破線のボックスで示されている。上述のように、入力フィルタモジュール１２が、外部ソースからＡＣ電力を受け取る。フィルタリングされた電力が、入力プリレギュレータモジュール２４に与えられ、該モジュール２４が、フィルタリングされた電力を、調整されたＤＣ電力出力へと変換する。入力プリレギュレータモジュール２４は好ましくは、フィルタリングされた電力を整流することによって、フィルタリングされた電力を、調整されたＤＣ電力出力へと変換する。故に、調整されたＤＣ電力出力の電圧は典型的に、受け取られたＡＣ電力に依存する。米国においては、例えば、調整されたＤＣ電力出力は約１２５ボルト（Ｖ）である。調整されたＤＣ電力出力は、マイクロコントローラモジュール２６及びＨブリッジモジュール２８に与えられる。入力プリレギュレータモジュール２４は更に、フィルタリングされた電力をバイアスプリレギュレータモジュール３０に提供し、該モジュール３０が、フィルタリングされた電力を、バイアスレギュレータモジュール３２による使用のために準備する。
【００２６】
バイアスレギュレータモジュール３２は、バイアスプリレギュレータモジュール３０から、準備されたフィルタリングされた電力を受け取り、該電力を第１の調整されたＤＣ電力出力及び第２の調整されたＤＣ電力出力へと変換する。第１の調整されたＤＣ電力出力は、例えば３．３Ｖなど、マイクロコントローラモジュール２６に給電するのに十分な電圧を有し、第２の調整されたＤＣ電力出力は、例えば１５Ｖなど、Ｈブリッジモジュール２８に給電するのに十分な電圧を有する。一部の例では、Ｈブリッジモジュール２８及びマイクロコントローラモジュール２６の電力要求に応じて、第１及び第２の調整されたＤＣ電力出力は同じであり且つ１つである。
【００２７】
Ｈブリッジモジュール２８は、バイアスレギュレータモジュール３２から、Ｈブリッジモジュール２８に給電するために使用されるものである第２の調整されたＤＣ電力出力を受け取る。さらに、Ｈブリッジモジュール２８は、入力プリレギュレータモジュール２４から、調整されたＤＣ電力出力を受け取り、入力プリレギュレータモジュール２４の調整されたＤＣ電力出力から、高周波パルス列を生成する。この高周波パルス列は、一定の二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧を生成するように、マイクロコントローラモジュール２６からの制御信号に従ってデューティサイクル制御される。これは有利なことに、世界中のＡＣライン電力からの電圧における大きい差異を取り除く。この高周波パルス列が、圧電トランスモジュール３４に与えられる。
【００２８】
圧電トランスモジュール３４は、高周波パルス列を受け取る空芯インダクタ３６（図４Ｃ参照）を含んでいる。空芯インダクタ３６は、圧電トランスモジュール３４の１つ以上の圧電トランス１８（図４Ｃ参照）の入力キャパシタンスとともに共振し、斯くして、圧電トランス１８の機械的共振のすぐ上の周波数で、圧電トランス１８への正弦波入力を生成する。空芯インダクタは有利なことに、高磁場の存在下でのインダクタの飽和を回避する。また、正弦波入力の正弦波は、電力変換に寄与することなく圧電トランス１８内に熱を生み出すその他の高調波を最小化する。さらには、正弦波入力の正弦波はまた、ＭＲＩにおいて画像アーチファクトを生み出し得るものである放射妨害波を有意に抑制する助けとなるとともに、圧電トランス１８上のｄｖ／ｄｔ応力を抑制する助けとなる。
【００２９】
圧電トランス１８は、正弦波入力の電気エネルギーを機械的な振動へと変換し、代わってこの振動が、圧電トランス１８の出力での、アイソレートされた、より低い電圧の正弦波へと変換される。この出力正弦波が、出力整流器モジュール３８によって整流されて、ＡＣ電力ラインから安全にアイソレートされたＤＣ電力出力を形成する。そして、このアイソレートされたＤＣ電力出力は、ＤＣ電力出力の電圧及び電流が所定の制限内にとどまることを確保するために、過電圧プロテクタモジュール４０及び過電流プロテクタモジュール４２を通り抜ける。
【００３０】
マイクロコントローラモジュール２６は、バイアスレギュレータモジュール３２から、マイクロコントローラモジュール２６に給電するために使用されるものである第１の調整されたＤＣ電力出力を受け取る。マイクロコントローラモジュール２６のマイクロコントローラ２０（図４Ｄ参照）が、光アイソレータモジュール４４を介して、アイソレートされたＤＣ電力出力を監視する。これに関連し、誤差増幅器モジュール４６が、アイソレートされたＤＣ電力出力と期待されるＤＣ電力出力との間の差を決定する。そして、この差が、光アイソレータモジュール４４を介してマイクロコントローラ２０に与えられる。この差信号に基づき、マイクロコントローラ２０は、出力負荷変動にかかわらずにＤＣ電力出力の電圧を一定のＤＣ電圧にレギュレートするために、パルス列の周波数を調整する。このパルス周波数調整は、圧電トランス１８の電圧利得特性を利用する。図３は、周波数（キロヘルツ（ｋＨｚ））の関数としての圧電トランスの電圧利得（出力電圧／入力電圧）のグラフを例示している。
【００３１】
マイクロコントローラ２０は更に、圧電トランスモジュール３４から受け取る温度の信号インジケータ、及び／又は入力プリレギュレータモジュール２４から受け取るＡＣ電力ラインの電圧を指し示す信号を用いて、圧電トランス１８の温度を監視することができる。この温度信号及び／又は電力ライン信号に基づき、マイクロコントローラ２０は、例えば外部負荷を無効にすることによって、ＡＣラインのブラウンアウト若しくはサージ、出力過負荷、及び過熱などから圧電トランス１８を保護するための処置を取ることができる。
【００３２】
図４Ａ−４Ｆを参照するに、図２に記載した電力アダプタ１０のいっそう具体的な一実施形態が提示されている。図２のモジュール１２、２４−３４、３８−４６との対応が、破線のボックスで示されている。見て取れるように、モジュール１２、２４−３４、３８−４６の各々が１つの電気回路に対応する。図４Ａは、入力フィルタモジュール１２の回路と、入力プリレギュレータモジュール２４の回路とを例示している。図４Ｂは、バイアスプリレギュレータモジュール３０の回路と、バイアスレギュレータモジュール３２の回路とを例示している。図４Ｃは、Ｈブリッジモジュールの回路と、圧電トランスモジュール３４の回路とを例示している。圧電トランスモジュール３４の回路は、空芯インダクタ３６と圧電トランス１８との相互接続を例示している。図４Ｄは、マイクロコントローラモジュール２６の回路を例示しており、この回路はマイクロコントローラ２０を含んでいる。図４Ｅは、出力整流器モジュール３８の回路と、過電圧プロテクタモジュール４０の回路と、誤差増幅器モジュール４６の回路とを例示している。図４Ｆは、光アイソレータモジュール４４の回路と、過電流プロテクタモジュール４２の回路とを例示している。
【００３３】
図４Ａ−Ｆに記載した電力アダプタ１０の実施形態を、１．５テスラ（Ｔ）及び３．０Ｔの双方のＭＲＩ環境で実験的にテストした。テストにて、電力アダプタ１０が、少なくとも３Ｔの磁場内において５０ワット（Ｗ）を超える出力電力で動作可能なことがわかった。さらには、電力アダプタ１０が、１．５Ｔ  ＭＲＩ又は３Ｔ  ＭＲＩに画像アーチファクトを出現させないことがわかった。また、電力アダプタ１０は、３Ｔ  ＭＲＩ磁石の存在下で、無視できる磁気引き付けを有するのみであった。電力アダプタ１０は、３Ｔ磁石のボア内で自力で座することができた。さらに、如何なる向きでも、磁場による電力アダプタ１０の動作への影響は観測されなかった。電力アダプタ１０は、３Ｔ磁石のボアの中までの至る所で首尾良く動作した。
【００３４】
図５を参照するに、図１に記載したＡＣ／ＤＣ電力アダプタ１０の一代替実施形態が例示されている。入力フィルタモジュール１２及び出力プロテクタモジュール２２は上述の通りである。同様に、圧電コア変換器モジュール１４は、アイソレートされたＡＣ電力出力をそれが出力することを除いて、上述の通りである。しかしながら、図１に関して記載したようなフィードバックのある単一のレギュレータモジュールを有するのとは対照的に、この電力アダプタ１０の実施形態は、プリレギュレータモジュール４８及びポストレギュレータモジュール５０を含んでいる。
【００３５】
プリレギュレータモジュール４８は、ＡＣ電力ラインの電圧及び周波数にかかわらず、圧電コア変換器モジュール１４に提供されるフィルタリングされた電力の周波数及び電圧を所定のレベルに維持するように、フィルタリングされた電力の流れを、圧電コア変換器モジュール１４に合わせて調整する。好ましくは、圧電コア変換器に提供されるフィルタリングされた電力は、圧電トランス１８の機械的共振のすぐ上の周波数を持つ正弦波である。ポストレギュレータモジュール５０は、圧電コア変換器モジュール１４からのアイソレートされたＡＣ電力の流れを調整し、アイソレートされたＡＣ電力を、アイソレートされたＤＣ電力出力へと変換する。これに関連し、ポストレギュレータモジュール５０は、圧電コア変換器モジュール１４によって出力されるアイソレートされたＡＣ電力の電圧にかかわらず、ＤＣ電力出力を一定の所定電圧に維持する。
【００３６】
図６Ａ−６Ｄを参照するに、図５に記載した電力アダプタ１０のいっそう具体的な一実施形態が提示されている。図５のモジュール１２、１４、２２、４８、５０との対応が、破線のボックスで示されている。見て取れるように、モジュール１２、１４、２２、４８、５０の各々が１つの電気回路に対応する。図６Ａは、入力フィルタモジュール１２の回路と、プリレギュレーションモジュール４８の回路の一部とを例示している。図６Ｂは、プリレギュレーションモジュール４８の回路の一部を例示している。図６Ｃは、圧電コア変換器モジュール１４の回路を例示している。この圧電トランスモジュール３４の回路は、空芯インダクタ３６と圧電トランス１８との相互接続を例示している。また、この圧電トランスモジュール３４の回路は、電力アダプタ１０の電力出力を増大させるための複数の圧電トランス１８の並列接続を例示している。図６Ｄは、出力プロテクタモジュール２２の回路と、ポストレギュレータモジュール５０の回路とを例示している。
【００３７】
図７を参照するに、電力アダプタ１０を採用した装置１０１がその中で使用され得るＭＲＩシステム１００が提示されている。装置１０１は好ましくは、例えば図示した患者モニタなどの医療装置である。ＭＲＩシステム１００は、磁気共鳴（ＭＲ）を用いて、患者１０２の標的ボリュームの１つ以上の診断画像を生成する。システム１００は、標的ボリュームを収容するサイズにされる撮像（又はスキャン）ボリューム１０６を定めるスキャナ１０４を含んでいる。患者１０２を支持するため、及び撮像ボリューム１０６のアイソセンタ付近に標的ボリュームを位置付けるために、患者サポート（支持台）が使用され得る。
【００３８】
スキャナ１０４は、撮像ボリューム１０６の全体に延在する強い静Ｂ０磁場を作り出す主磁石１０８を含んでいる。主磁石１０８は典型的に、超伝導コイルを用いて静Ｂ０磁場を作り出す。しかしながら、主磁石１０８はまた、永久磁石又は常伝導磁石を採用することもできる。超伝導コイルが採用される限りにおいて、主磁石１０８は、例えば液体ヘリウム冷却される低温保持装置などの、超伝導コイル用の冷却システムを含む。静Ｂ０磁場の強さは一般に、撮像ボリューム１０６内で０．２３Ｔ、０．５Ｔ、１．５Ｔ、３Ｔ、及び７Ｔなどのうちの１つであるが、その他の強さも企図される。
【００３９】
スキャナ１０４の勾配コントローラ１１０が、スキャナ１０４の複数の磁場勾配（グラディエント）コイル１１２を用いて撮像ボリューム１０６内の静Ｂ０磁場に例えばｘ、ｙ及びｚ勾配などの磁場勾配を重畳するように制御される。磁場勾配は、撮像ボリューム１０６内の磁気スピンを空間エンコードする。典型的に、複数の磁場勾配コイル１１２は、３つの直交する空間方向で空間エンコードを行う３つの別々の磁場勾配コイルを含む。
【００４０】
さらに、例えばトランシーバなどの１つ以上の送信器１１４が、スキャナ１０４の例えば全身コイル１１６及び／又は表面コイル１１８などの１つ以上の送信コイルアレイを用いて撮像ボリューム１０６内にＢ１共鳴励起・操作ラジオ周波数（ＲＦ）パルスを送るように制御される。Ｂ１パルスは、典型的に短時間のものであり、磁場勾配とともに用いられるとき、磁気共鳴の選択された操作を達成する。例えば、Ｂ１パルスが、水素ダイポールを共鳴へと励起し、磁場勾配が、共鳴信号の周波数及び位相の中に空間情報をエンコードする。ＲＦ周波数を調節することにより、例えば骨などの既知の組織に集まる傾向にあるリンなどのその他のダイポールに共鳴を励起することができる。
【００４１】
撮像ボリューム１０６内に空間エンコードされたＭＲ信号を作り出すために、シーケンスコントローラ１２０が、撮像シーケンスに従って勾配コントローラ１１０及び／又は送信器１１４を制御する。撮像シーケンスは、Ｂ１パルス及び／又は磁場勾配のシーケンスを規定する。また、撮像シーケンスは、例えばシーケンスメモリ１２２などの、シーケンスコントローラに対して遠隔又はローカルである装置又はシステムから受け取られ得る。
【００４２】
例えばトランシーバなどの１つ以上の受信器１２４が、撮像ボリューム１０６からの空間エンコードされた磁気共鳴信号を受信し、且つ受信した空間エンコードされた磁気共鳴信号をＭＲデータセットへと復調する。ＭＲデータセットは、例えば、ｋ空間データ軌跡を含む。空間エンコードされた磁気共鳴信号を受信するため、受信器１２４は、スキャナ１０４の例えば全身コイル１１６及び／又は表面コイル１１８などの１つ以上の受信コイルアレイを使用する。受信器１２４は典型的に、ＭＲデータセットをデータメモリ１２６に格納する。
【００４３】
再構成プロセッサ１２８が、ＭＲデータセットを、撮像ボリューム１０６のＭＲ画像又はマップへと再構成する。これは、ＭＲデータセットによってキャプチャされた各ＭＲ信号に関して、磁場勾配による空間エンコードを空間デコードして、例えばピクセル又はボクセルなどの各空間領域からのＭＲ信号の特性を突き止めることを含む。一般に、ＭＲ信号の強さ又は大きさが解明されるが、位相、緩和時間、磁化移動、及びこれらに類するものなどに関係するその他の特性を解明することもできる。ＭＲ画像又はマップは典型的に、画像メモリ１３０に格納される。
【００４４】
標的ボリュームの１つ以上のスキャンを用いて標的ボリュームの１つ以上の診断画像を生成するため、メインコントローラ１３２が、再構成プロセッサ１２８及びシーケンスコントローラ１２０を制御する。各スキャンにおいて、標的ボリュームが撮像ボリューム１０６内に位置付けられる。例えば、患者１０２が患者サポート上に位置付けられる。次いで、例えば表面コイル１１８が患者１０２上に位置付けられ、患者サポートが標的ボリュームを撮像ボリューム１０６の中へと移動させる。撮像ボリューム１０６のサイズはスキャン同士の間で変わり得る。
【００４５】
標的ボリュームが撮像ボリューム１０６内に位置付けられると、メインコントローラ１３２が、例えばスライス数などのスキャンパラメータに従ってシーケンスコントローラ１２０を制御し、シーケンスコントローラ１２０に撮像シーケンスを提供する。撮像シーケンスは、例えば、シーケンスメモリ１２２に格納され得る。上述のように、撮像シーケンスは、撮像ボリューム１０６からの空間エンコードされたＭＲ信号を作り出すＢ１パルス及び／又は磁場勾配のシーケンスを規定する。また、メインコントローラ１３２は、スキャンパラメータに従って受信器１２４を制御することができる。例えば、メインコントローラ１３２は、受信器１２４の利得を調節することができる。
【００４６】
メインコントローラ１３２は、以上の機能を、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれら双方によって実行することができる。メインコントローラ１３２がソフトウェアを使用する場合、メインコントローラ１３２は、ソフトウェアを実行する少なくとも１つのプロセッサを含む。ソフトウェアは好ましくは、メインコントローラ１３２からローカル又は遠隔とし得るプログラムメモリ１３４に格納される。また、メインコントローラ１３２は、ユーザによって、表示装置１３６によってユーザに提示されるグラフィカルユーザインタフェース、及びユーザ入力装置１３８を用いて管理され得る。ユーザは、例えば、撮像を開始すること、画像を表示すること、画像を操作することなどを行うことができる。
【００４７】
再構成プロセッサ１２８及びシーケンスコントローラ１２０は、メインコントローラ１３２の外部にあるように図示されているが、理解されるべきことには、これらのコンポーネントの一方又は双方が、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれら双方の組み合わせとして、メインコントローラ１３２と統合されてもよい。例えば、再構成プロセッサ１２８が、メインコントローラ１３２の少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるソフトウェアモジュールとして、メインコントローラ１３２と統合され得る。
【００４８】
図８を参照するに、以上の説明に従って外部磁場内で電力を供給する方法２００が提示されている。方法２００は、高い外部磁場内で例えばＡＣ／ＤＣ電力アダプタ１０などの電源によって実行される。高外部磁場は典型的に、２０００Ｇよりも高い磁場である。このような磁場は、磁気共鳴撮像ＭＲＩシステム１００の主磁石１０８の近傍（例えば、数フィート以内）で一般的である。
【００４９】
方法２００は、１つ以上の圧電トランス１８を用いて、交流ＡＣライン電力を、アイソレートされた電力に変換２０２することを含んでいる。これは、圧電コア変換器モジュール１４によって実行される。このアイソレートされた電力は、ＤＣ又はＡＣとし得る（図１及び図５対照）。アイソレートされた電力がＤＣ電力であるとき、それは典型的に、更なる変換及び／又は調整（レギュレーション）なしで外部負荷１０１に供給される。そうでない場合、外部負荷１０１に対して追加の変換及び／又は調整が要とされることが多い。変換は典型的に、空芯インダクタ３６により、圧電トランス１８の機械的共振より高い周波数で、圧電トランス１８への正弦波入力を生成することを含む。
【００５０】
アイソレートされた電力を所定の電圧（アイソレートされた電力がＡＣであるとき、ＲＭＳ電圧）に維持するよう、圧電トランス１８へのＡＣライン電力の流れが調整２０４される。これは、調整段階の数に応じて、レギュレータモジュール１６又はプリレギュレータモジュール４８によって実行される。この調整は、アイソレートされた電力の測定値を受け取り、そして、受け取った測定値に基づいて圧電トランス１８へのＡＣライン電力の流れを調整することを含み得る。また、この調整は、ＡＣライン電力をパルス列へと変換し、そして、アイソレートされた電力を所定の電圧に維持するようにパルス列のデューティサイクルを制御することを含み得る。さらには、この調整は、圧電トランス１８の温度を監視すること、及び／又はＡＣライン電力を監視することを含み得る。この監視に基づき、例えば、外部負荷及び／又は電源ライン電力を圧電トランス１８から切り離すことによって、圧電トランス１８をダメージから保護することができる。
【００５１】
一部の例において、図５に記載したように、変換後に、アイソレートされた電力の外部負荷１０１への流れが調整２０６され得る。これは、ポストレギュレータモジュール５０によって実行される。典型的に、ポストレギュレーションは、典型的にはＡＣであるアイソレートされた電力を、外部負荷１０１に給電するのに十分なアイソレートされたＤＣ電力へと変換することを含む。アイソレートされた電力の電圧にかかわらず、アイソレートされたＤＣ電力は一定のままである。従って、ポストレギュレーションを含んだ実施形態においては、プリレギュレーション段階とポストレギュレーション段階という二段階の調整が存在する。
【００５２】
ここで使用されるとき、メモリは、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの、データを格納するあらゆる装置又はシステムを含む。また、ここで使用されるとき、プロセッサは、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡ、及びこれらに類するものなどの、入力データを処理して出力データを生成するあらゆる装置又はシステムを含み、コントローラは、他の装置又はシステムを制御するあらゆる装置又はシステムを含み、ユーザ入力装置は、ユーザ入力装置のユーザが他の装置又はシステムへの入力を提供することを可能にする例えばマウス又はキーボードなどのあらゆる装置を含み、表示装置は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイなどの、データを表示するためのあらゆる装置を含む。
【００５３】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明した。以上の詳細な説明を読んで理解した者は変更及び改変に想到し得るであろう。例えば、以上の説明はＡＣ／ＤＣ電力アダプタに焦点を当てているが、当業者が理解するように、圧電トランスはその他のタイプの電源にも適用されることができる。意図されることには、本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、全てのそのような変更及び改変を含むとして解釈されるものである。
【図１】
0006491674.tif 000002
【図２】
0006491674.tif 000003
【図３】
0006491674.tif 000004
【図４Ａ】
0006491674.tif 000005
【図４Ｂ】
0006491674.tif 000006
【図４Ｃ】
0006491674.tif 000007
【図４Ｄ】
0006491674.tif 000008
【図４Ｅ】
0006491674.tif 000009
【図４Ｆ】
0006491674.tif 000010
【図５】
0006491674.tif 000011
【図６Ａ】
0006491674.tif 000012
【図６Ｂ】
0006491674.tif 000013
【図６Ｃ】
0006491674.tif 000014
【図６Ｄ】
0006491674.tif 000015
【図７】
0006491674.tif 000016
【図８】
0006491674.tif 000017