相關申請案的交叉引用

本申請案主張2014年10月9日申請的第5098/che/2014號印度專利申請案的優先權，該申請案的公開內容以引用方式并入本說明書中。

本發明公開的實施例一般涉及門驅動器(gatedriver)，并且具體涉及用于高壓系統、中壓系統或低壓系統的門驅動器中的非接觸功率傳輸(contactlesspowertransfer)的系統和方法。更具體地，本發明公開涉及磁共振成像(mri)系統。

背景技術：

通常，mri系統包括幾個子系統，諸如梯度放大器、射頻(rf)放大器、rf接收器、患者處理系統、氧氣監測器和低溫冷卻器。而且，來自mri系統的設備通常分散在醫院的多個房間中，諸如設備室、掃描室和放射/控制室。按照慣例，mri子系統的大多數設置在設備室中。在最近一段時間，一直嘗試將許多的這些mri子系統從設備室移到掃描室，以便減少設備室的占用面積。

通常，這些子系統包括涉及鐵氧體/磁組件的使用的電路。在一個示例中，電路包括梯度放大器內使用的門驅動器的功率傳輸系統。門驅動器的功率傳輸系統具有帶鐵氧體磁芯(ferritecore)的幾個變壓器。用于門驅動器的功率傳輸系統中的這些變壓器幫助提供必需的隔離和高dv/dt抗敏性。然而，由于掃描室使用磁場通常在1.5特斯拉到3特斯拉范圍的高功率磁鐵，為了避免磁飽和的風險，要被設置在掃描室中的子系統應當沒有鐵氧體/磁組件。

而且，梯度放大器向掃描室的移動限制了不同子系統中半導體器件(包括用于梯度放大器門驅動器的功率傳輸系統)的操作頻率，原因是梯度放大器門驅動器的操作頻率可能干擾mri系統的拉莫爾(larmor)或進動頻率(precessionalfrequency)，從而損害mri系統的成像質量。

技術實現要素：

根據本發明公開的各方面，提出了一種門驅動器單元。所述門驅動器單元包括可操作耦連至電源的第一功率交換線圈。而且，所述門驅動器單元包括第二功率交換線圈，所述第二功率交換線圈被配置成經由磁場從所述第一功率交換線圈接收功率。此外，所述門驅動器單元包括場聚焦元件(fieldfocusingelement)，所述場聚焦元件設置于所述第一功率交換線圈和所述第二功率交換線圈之間，并被配置成將所述磁場聚焦到所述第二功率交換線圈上。所述門驅動器單元還包括耦連至所述第二功率交換線圈的第一電路。而且，所述門驅動器單元包括門驅動子單元，所述門驅動子單元可操作耦連至所述第一電路，并被配置成向與第二電路的可控開關對應的控制端子提供輸出信號。

根據本發明公開的另一方面，提出了一種磁共振成像系統。所述磁共振成像系統包括梯度放大器，所述梯度放大器被設置成鄰近所述磁共振成像系統的磁鐵組件，并包括多個可控開關。而且，所述磁共振成像系統包括門驅動器單元，所述門驅動器單元可操作耦連至所述梯度放大器。所述門驅動器單元包括第一功率交換線圈，所述第一功率交換線圈可操作耦連至電源。而且，所述門驅動器單元包括第二功率交換線圈，所述第二功率交換線圈被配置成經由磁場從所述第一功率交換線圈接收功率。所述門驅動器單元還包括場聚焦元件，所述場聚焦元件設置于所述第一功率交換線圈和所述第二功率交換線圈之間，并被配置成將所述磁場聚焦到所述第二功率交換線圈上，并增強所述第一功率交換線圈和所述第二功率交換線圈之間的耦連。而且，所述門驅動器單元包括第一電路，所述第一電路耦連至所述第二功率交換線圈。此外，所述門驅動器單元包括門驅動子單元，所述門驅動子單元可操作耦連至所述第一電路，并被配置成向與所述多個可控開關對應的控制端子提供輸出信號。

根據本發明公開的又一方面，提出了一種在磁共振成像系統中的非接觸功率傳輸的方法。所述方法包括從電源經由第一功率交換線圈、場聚焦元件和第二功率交換線圈中的至少一個向門驅動子單元傳輸功率。而且，所述方法包括基于從所述門驅動子單元向可控開關的控制端子提供的輸出信號，切換梯度放大器的所述可控開關。此外，所述方法包括從所述梯度放大器向控制子單元經由所述門驅動子單元、所述第二功率交換線圈、所述場聚焦元件和所述第一功率交換線圈中的至少一個傳輸數據。

附圖說明

在參照附圖閱讀下面的詳細描述時，本發明公開的這些和其它特征、方面和優點會變得更好理解，附圖中相同的字符代表所有圖中的相同部件，其中：

圖1是根據本發明的實施例的示例性門驅動器單元的圖解表示；

圖2是根據本發明的實施例的用在磁共振成像系統中的門驅動器單元的示例性實施例的圖解表示；

圖3是根據本發明的實施例的用在磁共振成像系統中的門驅動器單元的示例性實施例的另一圖解表示；

圖4是根據本發明的實施例的用作圖1的示例性系統的場聚焦元件的不同諧振器的圖解表示；

圖5是根據本發明的實施例的排列成陣列并用作圖1的示例性系統的場聚集元件的多個諧振器的圖解表示；以及

圖6是表示根據本發明的實施例的磁共振成像系統中的非接觸功率傳輸的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

除非另外定義，否則本說明書說明書中使用的技術和科學術語具有與本說明書所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。如本說明書中使用的術語“第一”、“第二”等等不表示任何順序、數量或重要性，而是用來區分元件。同樣，詞語“一個(a和an)”不表示數量的限制，而是表示至少一個所引用項目的存在。術語“或”的意思是包括性的，表示一個、一些或所有所列項目。在本說明書中“包括…”、“包含…”或“具有…”和其變形的使用表示包括其之后所列的項目和其等同物以及附加項目。術語“連接”和“耦連”不局限于物理或機械連接或耦連，可以包括無論是直接的還是間接的電連接或耦連。而且，術語“電路”和“電路系統”以及“控制器”可以包括單個組件或多個組件，他們是有源的和/或無源的，并且連接或以其它方式耦連在一起，以提供描述的功能。同樣，如本說明書中使用的術語“可操作耦連(operativelycoupled)”包括有線耦連、無線耦連、電耦連、磁耦連、無線電通信、基于軟件的通信或其組合。

如本說明書后面將要詳細描述的，提出了門驅動器單元的示例性實施例。特別地，還提出了如用在磁共振成像(mri)系統中的門驅動器單元和如用在mri系統中的門驅動器單元的非接觸功率傳輸的方法的示例性實施例。根據本發明公開的各方面，門驅動器單元沒有鐵氧體，這促進將門驅動器單元定位成鄰近mri系統的磁組件。因此，使用門驅動器單元的mri系統的梯度放大器可以被定位在掃描室中，鄰近mri系統的磁組件。這又有助于減少mri系統的設備室的占用面積。

參照圖1，描繪了根據本發明的實施例的示例性門驅動器單元100的圖解表示。門驅動器單元100包括非接觸功率傳輸子單元102和門驅動子單元104。在一個示例中，門驅動器單元100設置于印制電路板上。具體地，門驅動器單元100可以在印制電路板上制造。非接觸功率傳輸子單元102包括第一功率交換線圈108、第二功率交換線圈110、場聚焦元件114和補償線圈118。在一個實施例中，門驅動子單元104生成用于控制可控開關的切換的信號。在一個示例中，門驅動子單元104由邏輯門的組合構成。

而且，門驅動器單元100包括電源106。電源106可操作地經由線圈電容器107耦連至第一功率交換線圈108。在一個示例中，電源106可以提供交流(ac)量。非接觸功率傳輸子單元102幫助將功率從電源106向門驅動子單元104傳輸。在圖1的示例中，功率經由非接觸功率傳輸子單元102提供至門驅動子單元104的端子124和126。具體地，第二功率交換線圈110的端子111耦連至端子124，第二功率交換線圈110的端子113經由任意關聯電子器件耦連至端子126。在一個示例中，關聯的電子器件包括整流器和電容器。整流器可以包括有源整流器或二極管整流器。在一個非限制性示例中，相對于隔離的接地端子132，在端子124處提供+15伏，在端子126處提供-5伏。圖1的示例代表單個門驅動子單元104。不過，預期使用多個門驅動子單元。參照圖3，更加詳細地解釋門驅動器單元100。

而且，第一功率交換線圈108可操作地耦連至第二功率交換線圈110。具體地，第一功率交換線圈108無線耦連至第二功率交換線圈110。在一個示例中，第一功率交換線圈108磁耦連至第二功率交換線圈110。在一個非限制性示例中，第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110由絕緣子、氣隙或其組合隔開。

此外，場聚焦元件114可以設置于第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間。場聚焦元件114包括諧振器。在一個示例中，諧振器是諧振線圈。而且，在圖1的示例中，場聚焦元件114的末端端子耦連至場聚焦電容器116。第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110經由場聚焦元件114的耦連可以被稱作諧振耦連(resonancecoupling)。如本說明書中使用的術語“諧振耦連”可以用來指兩個功率交換線圈之間的耦連，使得功率交換線圈能夠在以期望的諧振頻率被激勵時交換功率。根據本發明公開的各方面，場聚焦元件114以至少一個諧振頻率操作。功率以及數據和控制信號以場聚焦元件114的至少一個諧振頻率傳輸。在一個示例中，功率、數據和控制信號以場聚焦元件114的三個不同的諧振頻率同時傳輸。而且，在另一示例中，功率、數據和控制信號或其組合以場聚焦元件114的至少一個諧振頻率交替傳輸。第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110被配置成處理功率、數據和控制信號在第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間的雙向流動。如本說明書中使用的術語“雙向流動(bidirectionalflow)”可以用來指往返(to-and-from)傳輸。

例如，在一個實施例中，第一功率交換線圈108可以被配置成作為發射器線圈操作，第二功率交換線圈110可以被配置成作為接收器線圈操作。然而，在另一實施例中，根據操作要求，第一功率交換線圈108可以被配置成作為接收器線圈操作，第二功率交換線圈110可以被配置成作為發射器線圈操作。

在第一功率交換線圈108表現為發射器線圈、第二功率交換線圈110表現為接收器線圈的實施例中，第一功率交換線圈108從電源106接收功率，并把接收的功率變換成磁場112。第一功率交換線圈108向場聚焦元件114發射磁場112。而且，場聚焦元件114把磁場聚焦到第二功率交換線圈110上。具體地，場聚焦元件114一旦被激勵，放大從第一功率交換線圈108接收的磁場112，并向第二功率交換線圈110發射放大的磁場。相應地，功率經由磁場傳輸到第二功率交換線圈110。將參照圖4和5更詳細地解釋場聚焦元件114的不同實施例。

在圖1的示例中，補償線圈118可操作地耦連至第二功率交換線圈110。具體地，補償線圈118和第二功率交換線圈110是無線耦連的。而且，補償線圈118可操作地耦連至補償線圈電容器122。第二功率交換線圈110、場聚焦元件114和補償線圈118相互無線耦連于相對固定的位置處，并一起形成功率傳輸元件120。補償線圈118將第一功率交換線圈108與功率傳輸元件120的阻抗匹配。在一個示例中，補償線圈118被配置成將第一功率交換線圈108與第二功率交換線圈110的阻抗匹配。

同樣，補償線圈118幫助補償由于第一功率交換線圈108和功率傳輸元件120之間的任何不匹配造成的相角的任何變化。在一個非限制性示例中，補償線圈118幫助補償由于第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間的任何不匹配造成的相角的任何變化。本說明書中使用的術語“不匹配(misalignment)”可以用來指第一功率交換線圈(諸如第一功率交換線圈108)和功率傳輸元件(諸如功率傳輸元件120)之間的任何角度偏差。由于第二功率交換線圈110、場聚焦元件114和補償線圈118相互耦連于相對固定的位置處，任何的不匹配將很可能在第一功率交換線圈108和功率傳輸元件120之間。同樣，這種不匹配不應當解釋為功率傳輸元件120的各個零件之間的不匹配。此外，補償線圈118幫助增強第一功率交換線圈108和功率傳輸元件120之間的耦連。

在一個實施例中，補償線圈118和場聚焦元件114分別相對于彼此操作于不同的諧振頻率。在一個實施例中，補償線圈118的諧振頻率比場聚焦元件114的諧振頻率高。在一個非限制性示例中，補償線圈118以場聚焦元件114的諧振頻率的兩倍操作。相應地，由于相比場聚焦元件114的諧振頻率有相對較高的諧振頻率，補償線圈118表現為電容器，因此，功率傳輸元件120可以具有容性電抗。這幫助補償非接觸功率傳輸子單元102的滯后的功率因數。

此容性電抗提高了非接觸功率傳輸子單元102的輸入功率因數。非接觸功率傳輸子單元102的效率取決于非接觸功率傳輸子單元102的輸入功率因數。因此，借助提高的輸入功率因數，非接觸功率傳輸子單元102的效率大大提高。由于提高的效率，非接觸功率傳輸子單元102的功率傳輸能力大大提高。相應地，第一功率交換線圈108和功率傳輸元件120相互之間可以具有增強的耦連。

在另一實施例中，補償線圈118的諧振頻率比場聚焦元件114的諧振頻率低。這向功率傳輸元件120提供感抗，并補償非接觸功率傳輸子單元102的超前的功率因數。

如本說明書上面指出的，數據和控制信號可以在第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間傳輸。數據可以包括暫時分開的第一數據和第二數據。第一數據例如可以包括從控制子單元(未顯示)經由非接觸功率傳輸子單元102向電路(諸如但不限于放大器、整流器、逆變器和變換器)提供的輪詢信號(pollingsignal)。在一個非限制性示例中，電路可以是電子組件。在mri系統中，第一數據可以包括向電路(諸如梯度放大器、梯度線圈、梯度控制單元等等)提供的輪詢信號。第二數據可以包括與電路對應的健康監測數據。此第二數據可以從電路經由第二功率交換線圈110、場聚焦元件114和第一功率交換線圈108向控制子單元傳輸。而且，在一個具體的示例中，第一數據可以包括向電路請求傳送形式為與電路對應的健康監測數據的第二數據的請求。

同樣，在第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間傳輸的控制信號可以包括第一控制信號和第二控制信號。第一控制信號可以包括要提供給門驅動子單元104的輸入信號。具體地，第一控制信號可以在門驅動子單元104的端子128處提供。在一個示例中，范圍從0到5伏的第一控制信號可以從控制子單元經由第一功率交換線圈108、第二功率交換線圈110和場聚焦元件114向門驅動子單元104提供。在另一示例中，第一控制信號可以從控制子單元經由隔離光纖光纜、光耦合器或其組合向門驅動子單元104提供。第二控制信號可以包括反饋信號。數據和控制信號的傳輸以及數據和控制信號的功能將參照圖3更加詳細地解釋。

而且，門驅動子單元104的輸出信號可以在端子130處獲得。在一個實施例中，門驅動子單元104的輸出信號可以基于在門驅動子單元104的端子128處提供的第一控制信號確定。在另一實施例中，門驅動子單元104的輸出信號可以基于在門驅動子單元104的端子128處提供的第一控制信號以及與電路相應的健康監測數據確定。而且，門驅動子單元104的輸出信號可以向電路(諸如梯度放大器)的一個或多個可控開關的控制端子提供。輸出信號可以確定電路的可控開關是激活的還是去激活(deactivate)的。在一個非限制性示例中，可控開關可以包括絕緣柵雙極性晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管、場效應晶體管、門可關斷晶閘管、絕緣門換流晶閘管、注入增強柵極晶體管、碳化硅型開關、氮化鎵型開關、砷化鎵型開關、微機電系統型開關或其組合。此外，可控開關的控制端子可以包括門端子。

根據本發明公開的各方面，門驅動器單元100沒有鐵氧體。同樣，由于第一功率交換線圈108和第二功率交換線圈110之間的間隔，所以實現獲得高dv/dt抗敏性效果(ahighdv/dtimmunityisachieved)。相應地，降低了門驅動器單元100的泄露電流。根據本發明公開的各方面，門驅動器單元100幫助將功率從電源106向外部電路組件(諸如可控開關)高效地傳輸。將參照圖2-3更加詳細地解釋如mri系統中使用的門驅動器單元100。同樣，將參照圖6更加詳細地解釋如mri系統中使用的門驅動器單元100的非接觸功率傳輸的方法。

現在轉到圖2，呈現了如用在磁共振成像系統200中的門驅動器單元(諸如圖1的門驅動器單元100)的示例性實施例的圖解表示。mri系統200可以包括多個組件，這些組件可以分布在第一位置202、第二位置204和第三位置208處。作為示例，第一位置202可以是設備室，第二位置204可以是掃描室，第三位置208可以是放射室。放射室可以包括用戶界面裝置，以顯示從mri掃描獲得的圖像以便放射科醫師或系統操作員查看。位置204被磁屏蔽，以避免任何外部磁場使mri掃描圖像失真。而且，第一位置202和第二位置204可以由穿透壁206隔開。功率和控制電纜在第一位置204和第二位置206之間通過穿透墻206穿行(run)。

mri系統200可以包括功率分配單元(pdu)210、mri掃描器212和患者臺214。pdu210可以位于第一位置202處，mri掃描器212和患者臺214可以位于第二位置204處。

mri掃描器212包括磁鐵組件，其中，磁鐵組件包括多個線圈。在一個示例中，線圈可以包括rf線圈和梯度線圈。盡管沒有明確示出，mri掃描器212還可以包括rf發射和接收鏈以及用于驅動rf線圈的附加放大電路。梯度線圈可以包括x-軸線圈、y-軸線圈和z-軸線圈。mri掃描器212還可以包括梯度放大器216，其包括x-軸放大器、y-軸放大器和z-軸放大器，他們又各自依次耦連至x-軸線圈、y-軸線圈和z-軸線圈。此外，這些放大器可以包括多個可控開關。放大器的可控開關可以按特定模式開關，以適當放大提供給放大器的輸入信號，并向x-軸或y-軸或z-軸線圈傳輸期望的電流波形。mri系統200還可以包括多個輔助單元，諸如低溫冷卻器、體共振磁鐵(brm)冷卻器等等。

根據本發明公開的各方面，不是遠程地位于與mri掃描器隔離的位置202處，梯度放大器216鄰近在第二位置204處的mri掃描器212。具體地，梯度放大器216可以設置成鄰近磁組件，磁組件包括磁場通常在1.5特斯拉到3特斯拉范圍的高功率磁鐵。這有助于避免需要在兩個位置202和204之間穿行過多的電纜，并且還可以減少位置202的占用面積。然而，由于根據本發明公開的各方面，梯度放大器216位于具有高功率磁鐵的位置204處，結合梯度放大器216使用的所有組件必須不包括鐵氧體(ferrites)，以便避免位置204的飽和。同樣，與梯度放大器216一起使用的組件的操作頻率必須不干擾拉莫爾(larmor)頻率。

根據本發明公開的各方面，在位置204處的mri系統200還包括新的門驅動器單元218，其包括沒有鐵氧體并能夠以非拉莫爾頻率鄰近磁組件操作的非接觸功率傳輸子單元220。門驅動器單元218可以被配置成控制與梯度放大器對應的x-軸放大器、y-軸放大器和z-軸放大器的可控開關的切換。在一個示例中，門驅動器單元218與梯度放大器216可操作耦連。在另一示例中，門驅動器單元218可以是梯度放大器216的組成部分。

根據本發明公開的各方面，門驅動器單元218包括形式上與圖1的非接觸功率傳輸子單元102類似的非接觸功率傳輸子單元220和形式上與圖1的門驅動子單元104類似的門驅動子單元222。非接觸功率傳輸子單元220可以包括第一功率交換線圈224和第二功率交換線圈228。場聚焦元件226設置于第一功率交換線圈224和第二功率交換線圈228之間。而且，門驅動器單元218包括補償線圈230。根據本發明公開的各方面，第一功率交換線圈224和第二功率交換線圈228由絕緣子(insulator)、氣隙或其組合隔開。因此，在第一功率交換線圈224和第二功率交換線圈228之間沒有設置任何鐵氧體。而且，場聚焦元件226和補償線圈230可以設計成使得與場聚焦元件226和補償線圈230對應的諧振頻率不干擾mri系統200的拉莫爾頻率。

pdu210可以包括高頻功率變壓器或線性(line)頻率變壓器和相關電子器件。此外，pdu210可以生成一個或多個dc電壓作為輸出。此輸出提供至mri系統200的不同組件，諸如但不限于梯度放大器、rf發射鏈和rf接收鏈。而且，非接觸功率傳輸子單元220的第一功率交換線圈224從pdu210接收功率。具體地，至少一個dc電壓作為輸入從pdu210提供至第一功率交換線圈224。更具體地，dc電壓被變換成高頻ac，然后作為輸入提供至第一功率交換線圈224。第一功率交換線圈224把來自pdu210的電壓變換成磁場，諸如圖1的磁場112。場聚焦元件226將由第一功率交換線圈224發射的磁場聚焦到第二功率交換線圈228上。因此，功率經由磁場發射到第二功率交換線圈228。場聚焦元件226包括諧振器。第一功率交換線圈、場聚焦元件、第二功率交換線圈和補償線圈的功能作用類似于參照圖1描述的。

圖3是根據本發明的實施例的磁共振成像系統300內的門驅動器單元的更加詳細的表示。與mri系統200一樣，mri系統300可以包括分布在多個位置的多個組件。更具體地，mri系統300可以包括功率分配單元(pdu)、mri掃描器、患者臺和一個或多個子系統，諸如梯度放大器、梯度控制單元、射頻(rf)發射鏈、rf接收鏈、控制元件和患者處理單元。

mri掃描器包括磁鐵組件和多個線圈，這些線圈包括梯度線圈和rf線圈。rf發射和接收鏈可以包括用于驅動rf線圈的附加的放大電路，而梯度線圈可以包括x-軸線圈、y-軸線圈和z-軸線圈。在一個示例中，梯度放大器可以包括x-軸放大器、y-軸放大器和z-軸放大器，它們又各自依次耦連至x-軸線圈、y-軸線圈和z-軸線圈。在圖3圖示的實施例中，x-軸放大器、y-軸放大器和z-軸放大器包括多個可控開關308。多個可控開關308可以包括絕緣柵雙極性晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管、場效應晶體管、門可關斷晶閘管、絕緣門換流晶閘管、注入增強柵極晶體管、碳化硅型開關、氮化鎵型開關、砷化鎵型開關、微機電系統型開關等或其組合。而且，可控開關308可以包括控制端子，諸如控制端子310?？煽亻_關308的控制端子310還可以包括門端子。

mri系統300還包括門驅動器單元312，其用于控制多個可控開關308的切換。門驅動器單元312類似于圖2的門驅動器單元218，并包括非接觸功率傳輸子單元314和門驅動子單元316。而且，門驅動單元312可以包括關聯電子器件，諸如但不限于有源整流器328、第一電路330、電容器332、控制組件340、342和發射接收元件336、338。非接觸功率傳輸子單元314包括第一功率交換線圈318、場聚焦元件320、補償線圈322和第二功率交換線圈324。門驅動器單元312從pdu接收至少一個dc電壓，其可以在有源整流器328的端子326兩端提供。在一個示例中，功率在端子326的兩端提供，并且此功率可以向有源整流器328提供。

例如，有源整流器328可以是h-橋電路。隨后，功率提供至第一功率交換線圈318。第一功率交換線圈318將功率變換成磁場319。場聚焦元件320將由第一功率交換線圈318發射的磁場319聚焦到第二功率交換線圈324上。因此，功率經由磁場傳輸到第二功率交換線圈324。在圖3的圖示實施例中，第二功率交換線圈324由兩個分開的線圈表示。功率從第二功率交換線圈324提供至第一電路330。在圖3的示例中，第一電路330由兩個分開的電路塊表示。在圖示的實施例中，第一電路330是二極管整流器。在另一示例中，第一電路330可以是具有有源開關的有源整流器。在又一示例中，第一電路330可以是h-橋電路。而且，第一電路330可以經由電容器332可操作耦連至門驅動子單元316。

在圖3的實施例中，補償線圈322設置在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間。補償線圈322將第一功率交換線圈318與第二功率交換線圈324的阻抗匹配。而且，補償線圈322補償由于第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324的不匹配造成的相角的任何變化。在諸如圖3描繪的實施例中，兩個第二功率交換線圈324由單個第一功率交換線圈318提供功率，存在由于第一功率交換線圈318和兩個第二功率交換線圈324之間的不匹配造成的相角的變化。這種不匹配可以通過補償線圈322的使用來補償。第二功率交換線圈324、場聚焦元件320和補償線圈322可以相互耦連于相對固定的位置處，以形成功率傳輸元件325。功率傳輸元件325在形式上類似于圖1的功率傳輸元件120。

場聚焦元件320可以被配置成以至少一個諧振頻率操作。第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324被配置成處理功率以及數據和控制信號在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間以場聚焦元件320的一個或多個諧振頻率的雙向流動。在一個實施例中，數據和控制信號可以在第二功率交換線圈324到第一功率交換線圈318之間以場聚焦元件320的一個或多個諧振頻率傳輸。場聚焦元件320的一個或多個諧振頻率可以設計成使得這些諧振頻率不干擾mri系統300的拉莫爾頻率。

在一個示例中，數據和控制信號可以以與功率從第一功率交換線圈318到第二功率交換線圈324的傳輸的諧振頻率相同的諧振頻率傳輸。具體地，功率、數據和控制信號可以以順序方式以相同的諧振頻率通過例如控制開關交替傳輸。在此情景中，當功率正被傳輸時，其它量，諸如數據和控制信號可以不被傳輸。

在另一實施例中，數據、功率和控制信號可以在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間以三個不同的諧振頻率同時傳輸。在又一實施例中，當數據不在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間傳輸時，通過使用兩個不同的諧振頻率，控制信號可以與功率的傳輸同時傳輸。功率、數據和控制信號可以采用各種形式，并執行不同功能。根據一個或多個通信協議，數據可以與ac或dc信號一樣簡單，或者與打包的信息一樣復雜。

在一個實施例中，數據在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間傳輸。數據可以包括形式為輪詢信號并向梯度放大器發送的第一數據和基于第一數據從梯度放大器發送的代表健康監測數據的第二數據。健康監測數據對應于梯度放大器的健康狀況。健康監測數據可以包括與梯度放大器對應的溫度、電壓或電流水平。在一個替代性示例中，健康監測數據可以包括與梯度放大器對應的故障信號。

而且，控制信號在第一功率交換線圈318和第二功率交換線圈324之間傳輸。這些控制信號包括幫助確定可控開關308的切換的形式為門控制信號的第一控制信號和基于第一電路330的輸出量確定的形式為反饋信號的第二控制信號。

mri系統300還包括第一發射接收元件336、第一控制組件340、第二發射接收元件338和第二控制組件342。在一個示例中，發射接收元件336、338可以被配置成發射和/或接收以及調制和/或解調制信號。在一個非限制性示例中，第一和第二發射接收元件336、338可以包括天線。第一控制組件340可以被配置成確定有源整流器328的切換模式，第二控制組件342可以被配置成確定第一電路330的切換模式。而且，在一個非限制性示例中，第一控制組件340和第二控制組件342包括h-橋控制電路。

在圖3的示例中，第一發射接收元件336可操作耦連至第一功率交換線圈318和第一控制組件340。第一控制組件340然后可操作耦連至有源整流器328。在一個示例中，第一發射接收元件336經由通信信道346(諸如wi-fi信道)可操作耦連至第二發射接收元件338。而且，第二功率交換線圈324可操作耦連至第二發射接收元件338，第二發射接收元件338又耦連至第二控制組件342。而且，第二控制組件342可以可操作耦連至第一電路330。第二發射接收元件338也可操作耦連至門驅動子單元316以及第一電路330的輸出。

mri系統300還包括控制子單元334。在一個非限制性示例中，控制子單元334可以包括處理和分析單元?？刂谱訂卧?34可以經由第一發射接收元件336、第一控制組件340、有源整流器328、第一功率交換線圈318、場聚焦元件320、第二功率交換線圈324和第二發射接收元件338向梯度放大器傳輸輪詢信號。在發射輪詢信號時，第一發射接收元件336幫助在輪詢信號發送到梯度放大器之前對其調制。而且，經調制的輪詢信號提供至第一控制組件340。第一控制組件340基于經調制的輪詢信號確定切換有源整流器328的切換模式?；谟性凑髌?28的切換，經調制的輪詢信號可以從有源整流器328經由第一功率交換線圈318、場聚焦元件320和第二功率交換線圈324傳輸至第二發射接收元件338。而且，第二發射接收元件338可以被配置成接收并解調制經調制的輪詢信號。

基于輪詢信號，可以確定健康監測數據是否需要從梯度放大器向控制子單元334傳輸。在一個示例中，如果輪詢信號具有一個值(例如，邏輯高電平(logichigh))，則健康監測數據可以從梯度放大器向控制子單元334傳輸。然而，如果輪詢信號具有第二值(例如，邏輯低電平(logiclow))，則可能指示健康監測數據不需要向控制子單元334傳輸。

健康監測數據可以從梯度放大器經由第二發射接收元件338和第一發射接收元件336向控制子單元334傳輸。具體地，當第一電路330是有源整流器時，健康監測數據可以從梯度放大器經由門驅動子單元316、第二發射接收元件338、第二控制組件342、第一電路330、第二功率交換線圈324、場聚焦元件320、第一功率交換線圈318和第一發射接收元件336向控制子單元334傳輸?？梢灾赋?，有源整流器是雙向整流器。

在此情景中，當傳輸健康監測數據時，第二發射接收元件338可以被配置成調制健康監測數據。而且，經調制的健康監測數據向第二控制組件342提供。第二控制組件342可以基于經調制的健康監測數據確定第一電路330的切換模式?；诘谝浑娐?30的切換，經調制的健康監測數據可以經由第二功率交換線圈324、場聚焦元件320、第一功率交換線圈318向第一發射接收元件336傳輸。第一發射接收元件336可以被配置成解調制經調制的健康監測數據。在第一電路330是二極管橋的實施例中，健康監測數據可以從梯度放大器經由第二發射接收元件338、通信信道346和第一發射接收元件336向控制子單元334傳輸。

在控制子單元334，健康監測數據可以被分析以識別梯度放大器的狀況。例如，梯度放大器的狀況可以包括故障狀況和健康狀況。梯度放大器的故障狀況可以指示梯度放大器的有故障的可控開關。在一個實施例中，健康監測數據可以傳輸到門驅動子單元316中的邏輯元件344。在一個示例中，健康監測數據可以被邏輯元件344使用，以確定梯度放大器的可控開關的切換。邏輯元件344可以是邏輯門的組合。邏輯元件344可以包括模擬比較器和邏輯電路(諸如但不限于與(and)門、或(or)門和類似d觸發器的鎖存電路)的組合。在另一實施例中，mri系統的任何其它組件(諸如但不限于梯度線圈和梯度控制單元)的健康監測數據可以向控制子單元334發送。

在一個示例中，控制子單元334經由第一發射接收元件336、第一控制組件340、有源整流器328、第一功率交換線圈318、場聚焦元件320、第二功率交換線圈324和第二發射接收元件338向門驅動子單元316發送門控制信號。在門控制信號的傳輸過程中，第一發射接收元件336可以被配置成調制門控制信號。而且，經調制的門控制信號向第一控制組件340提供。第一控制組件340基于經調制的門控制信號確定有源整流器328的切換?；谟性凑髌?28的切換，經調制的門控制信號經由第一功率交換線圈318、場聚焦元件320和第二功率交換線圈324向第二發射接收元件338傳輸。在第二發射接收元件338處，經調制的門控制信號可以被接收和解調制。而且，門控制信號可以向門驅動子單元316提供。在另一示例中，通過使用光耦合器、光纖光纜或其組合，門控制信號可以從控制子單元334向門驅動子單元316提供。

繼續參照圖3，第一電路330生成輸出量，諸如第一電路330的輸出電壓或輸出電流。第一電路330兩端的輸出電壓的值維持在期望值。在一個示例中，第一電路330兩端的輸出電壓的值維持在20伏。不過，如果第一電路330兩端的輸出電壓的值與20伏不同，則有源整流器328的開關的切換可以被調節?；谟性凑髌?28的開關的切換的調節，第一電路330兩端的輸出電壓的值維持在20伏。

在第一電路330是有源整流器時，反饋信號經由第二發射接收元件338、第二控制組件342、第二功率交換線圈324、場聚焦元件320、第一功率交換線圈318、第一發射接收元件336和第一控制組件340向有源整流器328傳輸。具體地，通過使用第二發射接收元件338調制反饋信號。而且，經調制的反饋信號向第二控制組件342傳輸?；诮浾{制的反饋信號，第二控制組件342可以確定第一電路330的開關的切換模式。

基于第一電路330的切換，經調制的反饋信號經由第二功率交換線圈324、場聚焦元件320、第一功率交換線圈318向第一發射接收元件336發送。在第一發射接收元件336處，經調制的反饋信號被解調制。而且，反饋信號向第一控制組件340提供。此外，第一控制組件340可以確定有源整流器328的開關的切換模式。有源整流器328的開關的這種切換又可以幫助調節第一電路330的輸出量。

當第一電路330是二極管整流器時，通過使用第二發射接收元件338調制反饋信號。而且，經調制的反饋信號經由通信信道346向第一發射接收元件336傳輸。在第一發射接收元件336處，經調制的反饋信號被解調制，并且還向第一控制組件340提供。隨后，第一控制組件340可以確定有源整流器328的開關的切換模式。基于有源整流器328的開關的切換模式的變化，第一電路330的輸出量又可以被調節。

而且，在一個實施例中，門驅動子單元316可以基于門控制信號向可控開關308的控制端子310提供輸出信號。在一個示例中，當門控制信號是高電平(high)時，+15伏的電壓向可控開關308的控制端子310提供，從而激活可控開關308。然而，如果門控制信號是低電平(low)，則-5伏的電壓向可控開關308的控制端子310提供，從而去激活可控開關308。

在替代性實施例中，基于在門驅動子單元316中的邏輯元件344處獲得的健康監測數據和向門驅動子單元316提供的門控制信號，門驅動子單元316可以生成期望的輸出信號。此輸出信號提供至可控開關308的控制端子310?；陂T驅動子單元316的輸出信號，可控開關308被激活或被去激活。在一個示例中，如果梯度放大器處于健康狀況，則健康監測數據可以是高電平，如果梯度放大器是不健康的，則健康監測數據可以是低電平。如果健康監測數據和門控制信號都是高電平，則可控開關308可以被激活。而且，如果健康監測數據和門控制信號之一是低電平，則可控開關308可以被去激活(deactivated)。因此，如果梯度放大器是健康的，則只有這種情況下可控開關308被激活。

現在轉到圖4，呈現了根據本發明的實施例被用作場聚焦元件的不同諧振器的圖解表示400。在一個實施例中，場聚焦元件(諸如場聚焦元件114、226和320)包括單個環形線圈402。在另一實施例中，場聚焦元件包括多匝，諸如開口環形結構404、螺旋結構406、卷繞式(swiss-roll)結構408或螺旋線圈結構410。針對具體應用的場聚焦元件的結構的選擇由場聚焦元件的大小和諧振頻率確定。

圖5是根據本發明的實施例被用作場聚焦元件的多個諧振器的圖解表示500。具體地，場聚焦元件500包括排列成陣列的多個諧振器502。多個諧振器502被配置成作為單個單元操作，并生成合成磁場。合成磁場由陣列中多個諧振器502中每一個的相應磁場生成，各磁場在期望方向上構造性地(constructively)/附加地干涉。但是，陣列中多個諧振器502的每個的相應磁場在除了期望方向之外的方向上相消地(destructively)干涉。合成磁場朝第二功率交換線圈聚焦。

在第二功率交換線圈處，合成磁場變換成功率，還經由門驅動子單元(諸如門驅動子單元316)向可控開關(諸如圖3的可控開關308)提供。在一個實施例中，多個諧振器502的每個可以在結構上不同。而且，多個諧振器502可以被配置成以不同的諧振頻率同時操作，以實現功率、數據或控制信號在第一功率交換線圈(諸如圖1的第一功率交換線圈108)和第二功率交換線圈110之間同時的雙向傳輸。盡管，圖5的示例描繪了諧振器陣列的一種排列，但諧振器陣列的其它排列也被考慮。

現在轉到圖6，呈現了流程圖600，其表示在磁共振成像系統的門驅動器單元中的非接觸功率傳輸的示例性方法。將參照圖1的元件解釋圖6的方法。方法開始于塊602，在此，功率、數據或控制信號經由第一功率交換線圈、場聚焦元件和第二功率交換線圈傳輸。具體地，來自電源106的功率可以經由第一功率交換線圈108、場聚焦元件114和第二功率交換線圈110向門驅動子單元104傳輸。在一個非限制性示例中，電源可以是pdu。由電源向第一功率交換線圈108提供的功率可以經由磁場112向第二功率交換線圈110傳輸。

控制信號包括門控制信號和反饋信號。在一個實施例中，門控制信號可以經由光纖光纜、光耦合器或其組合提供。在另一實施例中，門控制信號可以經由第一功率交換線圈108、場聚焦元件114、第二功率交換線圈110或其組合提供。而且，反饋信號可以基于第一電路(諸如圖3的第一電路330)的輸出向有源整流器(諸如圖3的有源整流器328)提供，以便將第一電路330的輸出維持在期望值。

而且，數據可以經由第二功率交換線圈110、場聚焦元件114和第一功率交換線圈108在梯度放大器和控制子單元(如圖3的控制子單元334)之間傳輸。數據可以包括輪詢信號和與梯度放大器對應的可以基于輪詢信號傳輸的健康監測數據。在一個示例中，與梯度放大器對應的健康監測數據可以向門驅動子單元104中的邏輯元件(諸如圖3的邏輯元件344)提供。數據和控制信號的傳輸類似于對參照圖3描述的數據和控制信號的傳輸的解釋。

在塊604，梯度放大器的可控開關(諸如圖3的可控開關308)基于從門驅動子單元104向可控開關的控制端子(諸如圖3的控制端子310)提供的輸出信號被激活或被去激活。在一個示例中，控制端子可以包括門端子。在一個示例中，輸出信號可以由從控制子單元向門驅動子單元104提供的門控制信號確定。

在另一示例中，輸出信號可以基于門控制信號和在門驅動子單元316中的邏輯元件處獲得的健康監測數據的組合確定。在一個示例中，當輸出信號是+15伏時，可控開關被激活，當輸出信號是-5伏時，可控開關被去激活。

而且，前面的示例、示范和過程步驟(諸如可以由系統執行的那些)可以由基于處理器的系統(諸如通用或專用計算機)上的適當代碼實現。還應當注意，本發明公開的不同實現方式可以以不同順序或基本上同時(即并行地)執行本說明書中描述的一些或所有步驟。而且，功能可以以各種編程語言(包括但不限于c++或java)實現。這些代碼可以存儲或適于存儲在一個或多個有形機器可讀介質上，諸如在數據儲存庫芯片、本地或遠程硬盤、光盤(即cd或dvd)、存儲器或可以由基于處理器的系統訪問以執行存儲的代碼的其它介質上。注意，有形介質可以包括在其上打印指令的紙或另一適當介質。例如，指令可以通過對紙或其它介質的光學掃描以電子方式捕獲，然后被編譯、解釋或根據需要另外以適當方式處理，然后存儲于數據儲存庫或存儲器中。

如mri系統中使用的門驅動器單元和本說明書上面描述的mri系統的門驅動器單元中的非接觸功率傳輸的方法的各個實施例有助于向可控開關提供高效的功率傳輸。而且，在mri系統的門驅動器單元中的非接觸功率傳輸的方法有助于將mri系統的許多子系統設置在掃描室中，從而減少設備室的占用面積。具體地，mri系統的梯度放大器可以設置在掃描室中。而且，根據本發明公開的各方面，如mri系統中使用的門驅動器單元提供高dv/dt抗敏性(highdv/dtimmunity)和期望的隔離效果。

此外，本說明書中描述的并用在mri系統中的新的門驅動器單元避免使用鐵氧體，相應解決了最小化掃描室中的飽和問題。而且，如mri系統中使用的門驅動器單元允許功率、控制信號和數據以不干擾mri系統的拉莫爾或進動頻率的諧振頻率傳輸。因此，不影響mri系統的成像質量。而且，門驅動器單元和非接觸功率傳輸的方法的各個實施例可以在高壓功率變換器、斷路器和其它住宅和商業功率分配應用中應用。同樣，非接觸功率傳輸的方法可以用在其它醫療系統中。

盡管已經參照示例性實施例描述了本發明，但本領域技術人員會理解，在不偏離本發明的范圍的情況下，可以進行各種修改，其元件可以被替換等同物。此外，在不偏離其實質范圍的情況下，可以進行許多改進以使具體情況或材料適應本發明的教導。