[发明专利]延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置

说明书

本发明实施例提供一种延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。梯度功放包括X、Y、Z轴梯度功放，其分别用于对X、Y、Z轴梯度线圈的电流进行控制。该方法包括：确定制约X、Y、Z轴梯度功放的寿命的关键部件；建立X、Y、Z轴梯度功放的关键部件的模型，模型以对应轴的梯度线圈的电流为输入，模型的输出用于预估关键部件的性能；在预定周期内，每隔预定时间段获取梯度功放工作时X、Y、Z轴梯度线圈的电流，并基于模型，分别计算出X、Y、Z轴对应的模型的输出值；预测出在预定周期内输出值在X、Y、Z轴上的数值差异；以及基于输出值在X、Y、Z轴上的数值差异，在预定周期到来时将至少两个轴的梯度功放进行互换。

技术领域

本发明实施例涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。

背景技术

MRI(Magetic Resonance Imaging，磁共振成像)系统是利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息，是目前最为先进的医疗成像手段之一。

梯度功率放大器即梯度功放是MRI系统的核心部件，用来驱动梯度线圈，负责MRI成像需要的空间位置编码。梯度功放向梯度线圈提供特定波形的电流成像序列，使得梯度线圈在成像空间产生一个线性变化的梯度磁场。IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块为梯度功放的主要构件元件。当电流流过IGBT模块时，IGBT模块会产生损耗。图1示出了IGBT损耗随梯度线圈电流变化的波形图。在图1中显示了梯度线圈电流从10A跳变到400A时IGBT损耗的变化。从图1中可以清晰看到，IGBT损耗随着梯度线圈电流增加而增加。伴随着IGBT模块功耗的产生，IGBT模块将必然会发热。图2示出了IGBT结温随梯度线圈电流变化的波形图。如图2所示，当梯度线圈电流小时，IGBT模块的功耗低，IGBT结温较低；当梯度线圈电流大时，IGBT模块的功耗高，IGBT结温升高。在成像过程中，梯度功放的电流成像序列的电流幅值是随机变化的。MRI系统对人体不同部位成像，需要使用不同成像电流序列。当电流幅值不停在大电流和小电流之间切换时，IGBT模块的功耗就如图1所示，不断在高低间切换，被电流序列幅值调制，从而引起如图2所示的IGBT结温的波动。

图3揭示了一种IGBT模块的内部构成图。如图3所示，IGBT模块的结和壳之间是由不同的材料封装组成的，IGBT模块的内部包括依次由上铜层101、用于绝缘及导热的陶瓷层102及下铜层103构成的基片100、基板焊料层104、用于导热的铜基板105、散热膏层106及散热片107等，IGBT 108与二极管109分别通过芯片焊料110与基片100的上铜层101连接，并且，IGBT 108与二极管109以及上铜层101之间通过键合引线111以键合方式电性连接。IGBT模块的内部是通过键合引线111，通常为铝引线连接的，当IGBT模块结温周期性大幅波动，由于铝引线和硅芯片之间材料的热系数不同，接触面就会产生应力，从而导致金属疲劳，时间久了就会出现引线和硅芯片之间的脱落，从而导致IGBT模块的失效，这会制约整个梯度功放的使用寿命和可靠性。

在现有的梯度功放中，主要是在IGBT功率管制造的过程中，通过半导体处理工艺的优化来提升IGBT的开关性能，以及在IGBT功率管封装时对封装材料进行优化，来提高IGBT承受结温波动的能力，进而来提高IGBT的寿命。然而，这对制造工艺有很高的要求，制造成本高及需要高昂的定制费用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种能够在不增加成本的前提下延长梯度功放寿命的方法及梯度功放的监控装置。