Система электронного управления магнитно-резонансного томографа

Из векторных диаграмм, приведенных на рис.16, видно, что векторы напряжений u1 и u2 ортогональны.

Чтобы не утомлять читателя, блоки программатора ур

овней и программатора импульсов рассмотрим кратко.

Программатор уровней поставляет постоянные напряжения и относительно длинные импульсы в различные блоки, большинство из которых уже встречались. Напомним еще раз, какие это сигналы: прежде всего, градиентные импульсы Gx, Gy, Gz; напряжение UF, управляющее частотой смещения; уровень напряжения, определяющий амплитуду огибающей РЧ импульса; напряжение, управляющее коэффициентом усиления МР сигнала и некоторые другие. Уровни и полярность этих сигналов устанавливаются с помощью ЦАП, управляемых цифровыми данными, поступающими из ОЗУ. Данные в ОЗУ засылаются из ЭВМ по мере выполнения программы.

Программатор импульсов отвечает за выполнение команд ЭВМ, передаваемых через контроллер крейта. Как правило, после загрузки команд и данных работа этого блока протекает автономно. Для этого он снабжен собственным генератором тактовых импульсов. В блоке имеются ОЗУ длительностей и счетчик интервалов, ОЗУ команд, счетчик циклов последовательностей, устройство изменения масштаба времени интервалов (мс/мкс), делители частоты.

При разработке этих блоков обычно используют известные решения и стандартные, хорошо зарекомендовавшие себя, микросхемы. Однако на их слишком глубокое внедрение рассчитывать не приходится, так как МР томографы – очень «аналоговые» системы, и кроме того, они не настолько унифицированы, как УЗ сканеры.

Энергетическая установка и система охлаждения играют важную роль в работе МР томографа с резистивным магнитом. В особенно сложных условиях работает источник питания основного магнита. Он должен вырабатывать ток в сотни ампер при очень высокой стабильности (10-6) и малых пульсациях. Поэтому здесь применяется двухконтурное регулирование – в цепи постоянного и переменного тока. Первичным источником, разумеется, является трехфазная сеть. Структурная схема источника питания главного магнита (одна фаза) показана на рис.17.

В качестве датчика тока служит шунтовое сопротивление Rш, включенное в цепь тока главного магнита. Падение напряжения на нем является сигналом обратной связи. Это напряжение поступает на электронный регулятор и на усилитель, где сравнивается с напряжениями эталонных источников. При отклонении тока от заданной величины электронный стабилизатор стремится восстановить его прежнее значение. Кроме того, на выходе усилителя появляется сигнал рассогласования, который воздействует на дроссель насыщения и изменяет его сопротивление переменному току, что тоже способствует стабилизации тока магнита. Подобный способ регулирования нам уже знаком по рентгеновским аппаратам.

Точность стабилизации во многом зависит от шунта. Для исключения влияния помех падение напряжения на нем должно быть достаточно большим – около вольта. Но это означает, что при токе магнита 200 А на шунте будет выделяться мощность около 200 Вт. Сопротивление шунта при этом должно равняться примерно 0,005 Ом. Понятно, что такая большая мощность приведет к выделению значительного тепла, которое нужно отводить. Универсальным средством для охлаждения силовых узлов в МР томографе с резистивным магнитом является вода. Она охлаждает не только обмотку магнита, но попутно и радиаторы силовых полупроводниковых приборов электронного стабилизатора и выпрямителя, а также шунт. Для этого шунт делают в виде коробки, через которую протекает проточная вода (см. рис.17). Благодаря интенсивному охлаждению удается поддерживать постоянство сопротивления шунта.

Кстати, водой охлаждают также шунт, от которого питают корректирующие катушки магнита.

Выпрямительное устройство основного магнита строят по схемам, аналогичным выпрямителям для мощных рентгеновских аппаратов. Отличие состоит в том, что здесь они относительно низковольтные и более нагруженные, так как работают в непрерывном режиме. Поэтому здесь применяют другие типы вентилей, а трансформатор имеет большие габариты.

Для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя включают конденсаторы. Емкость конденсаторов обычно подбирают из расчета 1000 мкФ на 1 ампер. Поэтому при токе магнита 200 А требуется сглаживающая емкость в 200000 мкФ. Эту емкость составляют в виде батареи конденсаторов по 5 – 10 тыс. мкФ. Так как напряжение на входе выпрямителя составляет 210 – 220 В, то габариты конденсаторов и батареи получаются значительными.

Электронный стабилизатор тока обычно строят на транзисторах. Хотя тиристорные стабилизаторы обладают большим КПД, они сильно искажают форму напряжения, которое труднее сглаживать. Но на регулирующих элементах транзисторного стабилизатора выделяются большие потери мощности. Действительно, если принять падение напряжения на регуляторе равным всего 5 В, то при токе магнита 200 А потери мощности будут равны 1000 Вт. Если для надежной работы транзистора принять рассеиваемую на нем мощность равной 30 Вт, то в регуляторе тока придется включить параллельно более 30 транзисторов. Их объединяют в группы по 6 – 8 транзисторов, причем каждая группа размещается на отдельном радиаторе, охлаждаемом проточной водой. Для управления группой используется отдельный буферный усилитель. Структурная схема электронного регулятора тока изображена на рис.18.

Рисунок 18. Электронный регулятор тока главного магнита.

Силовые транзисторы стабилизатора объединяются в группы по 5 – 6 транзисторов, которые размещаются на общем радиаторе, охлаждаемом водой. В эмиттеры транзисторов включены резисторы сопротивлением 0,2 – 0,5 Ом для выравнивания протекающих через них токов. Буферные усилители тока представляют собой составное включение транзисторов.

Несмотря на большое энергопотребление МРТ с резистивными магнитами имеют и определенные достоинства. Благодаря стабилизации тока главного магнита и пропорциональности ему тока компенсирующих катушек можно поддерживать высокую степень однородности основного поля. Кроме того, уставку величины тока главного магнита можно задавать по желанию исследователя и тем самым менять условия для снятия томограмм.

 Скачать реферат