A gate modulated digitally controlled modified class-e amplifier for on-coil application in MRI

Yüksek çıkış gücü kapasitesi ve iyi verimliliği ile tanınan anahtarlamalı RF güç yükselteçleri, MRG donanımındaki bobin uygulamaları için değerli olduğunu kanıtladı. Sınıf-D ve sınıf-E güç yükselteci topolojilerinin, MR donanımında kullanılan ve tarayıcı odasının dışına yerleştirilen geleneksel verimsiz doğrusal RF güç yükselteçlerinin yerine ümit verici adaylar olduğu kanıtlanmıştır. Geleneksel olarak, bu tür anahtar özellikli RF güç amplifikatör uygulamalarında çıkış dalga formunun genlik kiplemesi, ya güç yükseltecinin kanalında bir genlik kipleme bloğu uygulanarak ya da genlik kipleme bilgisinin, taşıyıcı sinyalin fazındaki genlik kipleme bilgisinin yükseltecinin kapısında kodlanmasıyla elde edilir. Her iki yaklaşım da ek donanım gerektirir, böylece sistemin maliyetini ve karmaşıklığını arttırır. Yukarıda bahsedilen önbilgi göz önüne alındığında, güç yükseltecinin kendisi için sürücü devresinden başka herhangi bir ek donanıma ihtiyaç duymadan çıkış dalga formunun hem genliğini hem de frekansını kiplemeye yönelik yeni bir teknik, E sınıfı amplifikatör topolojisi için sunulmakta ve uygulanmaktadır. 64 MHz'de (1.5 T), hem açma-kapama durumları için güç yükseltecinin analitik modelleri ilk olarak yazılımda türetilir ve uygulanır. Güç yükseltecinin kapısındaki dijital taşıyıcı sinyalin periyodu daha sonra k'nin 2'den büyük olduğu k bitlerine bölünür. Daha sonra çıkış dalga formunun genliğinin ve frekansının bu dijital girişin uygun bir şekilde değiştirerek kontrol edilebileceğine dikkat çekilir. Tipik bir 2 ms 1.5 T MRG RF darbesi için, dijital taşıyıcı bit akışı k × 128000 bitten oluşacaktır. Bu, istenen çıktı dalga formunu elde etmek için 2(k × 128000) bit akışlı birleşimlerinin test edilmesini gerektirebilir ve bu da olası hesaplama güçlüğü gerektirir. Bununla birlikte, seçilen devirler için bit akış desenlerinin akıllıca programlanmasıyla ve bu desenlerin seçilen bir süre boyunca tekrarlanmasıyla, çıkış dalga formunun arzu edilen genlik ve frekans kiplemesinin gerçekleştirilebileceği gösterilmiştir. Böyle bir yaklaşım kullanılarak tasarlanmış bir 2 ms sinc darbesi için normalleştirilmiş kök ortalama kare hatası (NRMSE) %11 olarak hesaplanmıştır. Tasarlanan bit akışları, hem tezgâh üstü hem de MRG deneylerinde donanımda da test edilir. Tezgâh üstü deney sonuçları, yazılım tahminleriyle iyi bir ilgileşim göstermektedir. Amplifikatör 50 W giriş gücünde %89'luk bir tepe kaynak verimi gösterir. Sunulan yaklaşımı kullanarak tasarlanmış bir 2 ms sinc darbesi kullanılarak 50 W giriş gücünde elde edilen MR görüntüleri hiçbir artifakt olmadığını göstermektedir. Mevcut araştırmanın nihai amacı, toplam yaklaşık 10 kW çıkış gücü sunabilen, MRG için 32 kanallı bir iletim dizisi bobini tasarlamaktır. Her amplifikatör elemanı bu nedenle yaklaşık 300 W çıkış gücü sunabilmelidir. Bu bağlamda, sunulan modülasyon yaklaşımını kullanarak böyle bir çıktı gücü seviyesine ulaşmak için daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Bununla birlikte, yaklaşım geneldir ve diğer anahtarlamalı RF güç amplifikatörü topolojilerine de uygulanabilir. Sistemin genel maliyetini ve karmaşıklığını aynı anda azaltırken diğer kipleme yaklaşımlarına eşdeğer bir performans sağlamayı vaat ediyor.