UMRAM’dan yeni bir makale: ”Nonlinear droop compensation for current waveforms in MRI gradient systems”

Reza Babaloo tarafından “Nonlinear droop compensation for current waveforms in MRI gradient systems” başlıklı makale Magnetic Resonance in Medicine’da yayımlandı.
Bu yazıda, gradyan bobin akımını kontrol etmek ve gradyan güç amplifikatörlerinden kaynaklanan doğrusal olmayan durumları telafi etmek için doğrusal olmayan ileri beslemeli kontrolör tanıtılmıştır.

Değiştirilmiş durum uzayı ortalama yöntemi, doğrusal olmayan denklemleri göz önünde bulundurarak hem sabit durum hem de geçici davranış olan anahtarlama GPA’larını karakterize etmek için kullanıldı. Elde edilen modelin dijital inversiyonu daha sonra çıkış gradyan akımlarını kontrol etmek için gerekli voltajı sağlamak için ileri beslemeli açık döngü konfigürasyonunda kullanılır. Doğrusal olmayan bir denetleyicinin kullanılması, yamuk gradyan dalga biçimlerinin plato bölgesindeki akım düşüşünü telafi eder ve geçici olaylarda hafif düzeltmeler sağlar. Düşük maliyetli gradyan güç amplifikatörleri, 80 ps’den daha az çözünürlüğe sahip yüksek anahtarlamalı (1 MHz) darbe genişliği modülasyon sinyalleri kullanılarak çalıştırıldı.

 

Makaleye ulaşmak için tıklayınız. https://doi.org/10.1002/mrm.29246 

Özet:

Purpose

Providing accurate gradient currents is challenging due to the gradient chain nonlinearities, arising from gradient power amplifiers and power supply stages. This work introduces a new characterization approach that takes the amplifier and power supply into account, resulting in a nonlinear model that compensates for the current droop.

Methods

The gradient power amplifier and power supply stage were characterized by a modified state-space averaging technique. The resulting nonlinear model was inverted and used in feedforward to control the gradient coil current. A custom-built two-channel z-gradient coil was driven by high-switching (1 MHz), low-cost amplifiers (<$200) using linear and nonlinear controllers. High-resolution (<80 ps) pulse-width-modulation signals were used to drive the amplifiers. MRI experiments were performed to validate the nonlinear controller’s effectiveness.

Results

The simulation results validated the functionality of the state-space averaging method in characterizing the gradient system. The performance of linear and nonlinear controllers in generating a trapezoidal current waveform was compared in simulations and experiments. The integral errors between the desired waveform and waveforms generated by linear and nonlinear controllers were 1.9% and 0.13%, respectively, confirming the capability of the nonlinear controller to compensate for the current droop. Phantom images validated the nonlinear controller’s ability to correct droop-induced distortions.

Conclusion

Benchtop measurements and MRI experiments demonstrated that the proposed nonlinear characterization and digitally implemented feedforward controller could drive gradient coils with droop-free current waveforms (without a feedback loop). In experiments, the nonlinear controller outperformed the linear controller by a 14-fold reduction in the integral error of a test waveform.