DE3743105A1 - Sende/empfangssystem fuer magnetresonanz-abbildungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sende/Empfangssystem für ein Magnetresonanz-Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 6 und insbesondere ein Sende/Empfangs­ system zum Senden eines Hochfrequenzfeldes für die An­ regung einer Magnetresonanz-(MR)-Erscheinung und zum Empfangen und Erfassen eines durch die MR-Erscheinung in einem Magnetresonanz-Abbildungssystem (MRI-System) er­ zeugten MR-Signales, um die MR-Erscheinung in einem Un­ tersuchungsobjekt anzuregen und eine MR-Information in dem Untersuchungsobjekt zu gewinnen.

In einem MRI-System liegt ein gleichmäßiges statisches Feld an einem gewünschten Teil eines Untersuchungsobjektes, und es wird eine Sende-HF-Spule zum Liefern eines Hoch­ frequenzfeldes, d. h., eines Hochfrequenzfeldes in einer Richtung senkrecht zum statischen Feld, verwendet. Somit wird eine MR-Erscheinung in einer spezifischen Scheibe hervorgerufen, von der ein tomographisches Bild gewonnen werden soll. Dann werden MR-Signale, die von den Atom­ kernen erzeugt sind, nach Entfernen des HF-Feldes mittels einer Empfangs-HF-Spule erfaßt. Nach Anregung der MR-Er­ scheinung und Gewinnung der MR-Signale, um eine spezi­ fische Scheibe auszuwählen und/oder eine Lageinformation für die MR-Signale zu erhalten, wird bei Bedarf ein Gra­ dientenfeld an der Untersuchungsobjekt gelegt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines herkömmlichen Sende/ Empfangssystems in dem MRI-System.

Ein Sendesystem umfaßt eine Sende/Empfangsspule 1, einen veränderlichen Kondensator 2, einen HF-Impuls-Oszillator 3 und einen Kreuzdiodenschalter 4. Ein Empfangssystem besteht aus Kondensatoren 8 und 15, Vorverstärkern 9 und 16 und ersten sowie zweiten Empfängern 18 und 19.

Der Kreuzdiodenschalter 4 hat eine Grundanordnung, bei der zwei Dioden kreuzgekoppelt sind. Der Kreuzdioden­ schalter 4 dient als ein Hochfrequenzschalter zum Über­ tragen eines Signales mit einer Amplitude, die größer ist als ein vorbestimmter Wert, und zum Abschneiden bzw. Ab­ schalten eines Signales mit einer kleineren Amplitude. HF-Impulse vom Oszillator 3 liegen an der Sende/Empfangs­ spule 1 über den Kreuzdiodenschalter 4, und die HF-Impulse werden von der Sende/Empfangsspule 1 zu einem Unter­ suchungsobjekt übertragen.

MR-Signale von dem Untersuchungsobjekt werden über den ersten oder zweiten Empfänger 18 bzw. 19 empfangen.

Der erste Empfänger 18 hat die Sende/Empfangsspule 1, veränderliche Kondensatoren 2 und 7, einen Duplexer 5 und einen Kreuzdiodenschalter 6. Der veränderliche Kondensa­ tor 7 dient zur Abstimmung und wird für eine Einstellung verwendet, um den ersten Empfänger 18 mit den MR-Signalen von dem Untersuchungsobjekt abzustimmen. Die Sende/Empfangs­ spule 1 wird für Senden und Empfangen eingesetzt und um­ faßt gewöhnlich eine Sattelspule. Der Duplexer 5 ist bei Bedarf vorgesehen und wird zum Schalten der Sende- und Empfangs-Betriebsarten zusammen mit den Kreuzdiodenschal­ tern 4 und 6 verwendet. Der Duplexer 5 besteht beispiels­ weise aus einem λ/4-Kabel oder aus einer Spule. Der erste Empfänger 18 dient zum Empfangen von MR-Signalen in einer Ganzkörper-(WB)-Abbildungsbetriebsart.

Ein zweiter Empfänger 19 besteht aus einer Empfangsspule 12, einem Kreuzdiodenschalter 13 und einem veränderlichen Kondensator 14, die parallel zueinander liegen. Der ver­ änderliche Kondensator 14 dient zur Einstellung für die Abstimmung des zweiten Empfängers 18 mit den MR-Signalen von dem Untersuchungsobjekt. Für die Empfangsspule 18 wird eine kleine Spule mit einem guten Füllfaktor für die Erzielung eines höheren Rauschabstandes als derjenige der Sende/Empfangsspule 1 angewandt. Der zweite Empfänger 18 wird oft verwendet, um MR-Signale in einer Kopfteil- Abbildungsbetriebsart zu empfangen. Eine Oberflächenspule, die zum Empfangen von MR-Signalen in einer lokalen Abbil­ dungsbetriebsart für lokales Abbilden eines Teiles nahe einer Körperoberfläche verwendet wird, gehört zur Empfangs­ spule 12.

In der obigen Anordnung werden in der Ganzkörper-Abbil­ dungsbetriebsart HF-Impulse durch die Sende/Empfangsspule 1 übertragen bzw. ausgesandt, um so die MR-Erscheinung in einem Untersuchungsobjekt hervorzurufen. Durch die MR-Er­ scheinung erzeugte MR-Signale werden durch den Vorver­ stärker 9 verstärkt und dann durch einen Datenprozessor 11 verarbeitet. Ein Verfahren, bei dem Anregung der MR-Er­ scheinung und Empfang der MR-Signale mittels lediglich einer Sende/Empfangsspule 1 erfolgen, wird als "Einzel­ spulenverfahren" bezeichnet.

In der Kopfteil-(Gehirn-)Abbildungsbetriebsart werden HF- Impulse durch die Sende/Empfangsspule 1 übertragen, um die MR-Erscheinung in der gleichen Weise wie bei dem Ein­ zelspulenverfahren anzuregen. In diesem Fall werden MR- Signale durch den zweiten Empfänger 19 empfangen, und die empfangenen Signale werden durch den Vorverstärker 16 ver­ stärkt. Danach werden die Signale durch den Datenprozessor 11 verarbeitet. Auf diese Weise wird ein Verfahren, bei dem Senden des Hochfrequenzfeldes und Empfangen der MR- Signale jeweils durch die Sendespule 1 bzw. die Empfangs­ spule 12 erfolgen, als Kreuzspulenverfahren bezeichnet.

Jedoch sind der erste und der zweite Empfänger 18 bzw. 19 so ausgelegt und eingestellt, daß sie in Resonanz, d. h. mit den MR-Signalen abgestimmt sind, um wirksam die MR- Signale von dem Untersuchungsobjekt zu empfangen. Wenn MR-Signale durch den ersten Empfänger 18 empfangen wer­ den, ist die Empfangsspule 19 unnötig, und der zweite Empfänger 19 einschließlich der Spule 12 ist abgeschal­ tet. Wenn MR-Signale durch den zweiten Empfänger 19 empfangen werden, ist die Sende/Empfangsspule 1 für das Senden eines Hochfrequenzfeldes erforderlich und kann nicht abgeschaltet werden. Da in diesem Fall auch der erste Empfänger 18 so eingestellt ist, daß er abgestimmt und bei der Frequenz der MR-Signale in Resonanz ist, wird eine in die einzige Empfangsspule 12 zu induzierende in­ duktive elektromotorische Kraft auch teilweise in die Sende/Empfangsspule 1 induziert. Als Ergebnis nimmt ein Empfangspegel der MR-Signale des zweiten Verstärkers 19 ab. Eine Abnahme im Empfangspegel der MR-Signale ruft eine Verschlechterung in der Bildqualität eines zu lie­ fernden MR-Bildes hervor.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sende/ Empfangssystem zu schaffen, das einen Empfangspegel von MR-Signalen eines Empfängers einschließlich einer Empfangs­ spule in einem MRI-System erhöhen kann, welches selektiv ein Einzelspulenverfahren und ein Kreuzspulenverfahren zu verwenden vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem Sende/Empfangssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 6 erfindungs­ gemäß durch die in den jeweiligen kennzeichnenden Teilen hiervon enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Das Sende/Empfangssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat also einen ersten Hochfrequenzspulenabschnitt, der für Senden und Empfangen verwendet wird, einen Sender zum Liefern eines Hochfrequenzfeldes für die Anregung einer MR-Erscheinung zu einem Untersuchungsobjekt über den ersten Hochfrequenzspulenabschnitt, einen ersten Empfänger, der einen ersten Resonator, der mit dem MR-Signal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zusammen mit dem ersten Hochfrequenzspulenabschnitt bildet, um das MR-Signal über den ersten Hochfrequenzspulenabschnitt zu empfangen, einen zweiten Hochfrequenzspulenabschnitt, der lediglich für Empfangen verwendet wird, und einen zweiten Empfänger, der einen zweiten Resonator, der mit dem MR-Signal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zusammen mit dem zweiten Hochfrequenzspulenabschnitt bildet, um das MR-Signal über den zweiten Hochfrequenz­ spulenabschnitt zu empfangen. Das Sende/Empfangssystem hat weiterhin ein Resonanz-Steuerglied, um, wenn der zweite Empfänger gültig bzw. eingeschaltet ist, einen Re­ sonanzzustand des ersten Resonators zu ändern, wodurch die Resonanz des ersten Resonators bezüglich des MR-Signales von dem Untersuchungsobjekt unterdrückt wird.

Bei dem Sende/Empfangssystem der vorliegenden Erfindung ist der erste Empfänger von einem Resonanzpunkt bezüglich einer MR-Signalfrequenz durch das Resonanz-Steuerglied so versetzt, daß er nicht mit dem MR-Signal in Resonanz ist. Daher wird verhindert, daß eine induktive elektro­ motorische Kraft teilweise in die Sende/Empfangsspule durch das MR-Signal induziert wird. Somit ist das MR-Signal lediglich mit dem zweiten Empfänger in Resonanz, und der Empfangspegel des zweiten Empfängers kann erhöht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer schematischen Anordnung eines herkömmlichen Sende/Empfangssystems in einem MRI-System,

Fig. 2 ein Schaltbild einer schematischen Anordnung eines Sende/Empfangssystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 und 4 jeweils Kurven mit den Kennlinien einer veränderlichen Kapazitätsdiode und Resonanzkenn­ linien eines ersten Empfängers zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels von Fig. 2,

Fig. 5 ein Schaltbild mit einer schematischen Anordnung eines Sende/Empfangssystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ein Schaltbild mit einer schematischen Anordnung eines Sende/Empfangssystems nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 7 ein Schaltbild mit einer schematischen Anordnung eines Sende/Empfangssystems nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung eines Sende/ Empfangssystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 2 dargestellte System verwendet eine veränderliche Kapazitätsdiode 17 als einen Abstimmkondensator in einem ersten Empfänger 18 A. Der Kapazitätswert der veränderlichen Kapazitätsdiode 17 wird durch das Steuerglied 10 verändert und eingestellt. Die veränderliche Kapazitätsdiode 17 und das Steuerglied 10 bilden ein Resonanz-Steuerglied 21.

Die Kapazität der veränderlichen Kapazitätsdiode 17 ändert sich gemäß einer an der Diode 17 liegenden Steuergleich­ spannung, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Nach einer Ände­ rung im Kapazitätswert der Kapazitätsdiode 17 wird die Resonanzfrequenz des ersten Empfängers 18 A verändert, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn eine Steuerausgangs­ spannung vom Steuerglied 10 verändert wird, so kann die Resonanzfrequenz des ersten Empfängers 18 A geändert wer­ den.

Wenn MR-Signale durch den ersten Empfänger 18 A wie in einer Ganzkörper-Abbildungsbetriebsart eines Untersuchungs­ objektes empfangen werden, wird die Kapazität der Diode 17 auf einen vorbestimmten Wert, gesteuert durch das Steuerglied 10, eingestellt, und der erste Empfänger 18 kann in einen Resonanzzustand bezüglich der MR-Signale gebracht werden.

Wenn MR-Signale durch den zweiten Empfänger 19 ähnlich wie in einer Gehirn-Abbildungsbetriebsart eines Unter­ suchungsobjektes empfangen werden, so wird die Kapazität der Diode 17 in geeigneter Weise von dem vorbestimmten Wert unter der Steuerung des Steuergliedes 10 verschoben, und der erste Empfänger 18 wird in einen Nichtresonanz- Zustand bezüglich der MR-Signale gesetzt. Somit können die MR-Signale nicht länger durch den ersten Empfänger 18 A empfangen werden. Das heißt, es wird durch die MR-Signale in der Sende/Empfangsspule 1 keine elektromotorische Kraft erzeugt. Daher wird eine in der Empfangsspule 12 indu­ zierte elektromotorische Kraft entsprechend verstärkt bzw. erhöht, und somit kann ein MR-Signalempfangspegel des zweiten Empfängers 19 vergrößert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß Senden bzw. Übertragen der HF-Impulse und Verarbeiten nach Empfangen der MR-Signale gleich sind wie die entsprechenden Schritte bei dem her­ kömmlichen System.

Oben wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses obige Ausführungsbeispiel beschränkt.

Beispielsweise liegt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, eine Reihen­ schaltung aus einem Kondensator 20 und einem Schalter 24 parallel zu einem Abstimmkondensator, um einen ersten Empfänger 18 B zu bilden. Der Schalter 24 wird durch ein Steuerglied 10 A ein/aus-gesteuert. Wenn MR-Signale durch den ersten Empfänger 18 B empfangen werden, so wird der Schalter 24 durch das Steuerglied 10 A ausgeschaltet. Wenn MR-Signale durch den zweiten Empfänger 19 empfangen wer­ den, ist der Schalter 24 eingeschaltet. Nach Einschalten des Schalters 24 liegt der Konensator 20 parallel zum Abstimmkondensator 7, und die Resonanzfrequenz des ersten Empfängers 18 B ist stark von der MR-Signalfrequenz ver­ setzt. Mit dieser Anordnung kann die gleiche Wirkung wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden. In die­ sem Fall besteht ein Resonanz-Steuerglied 21 A aus einem Kondensator 20, einem Schalter 24 und einem Steuerglied 10 A. Der Schalter 24 braucht nicht automatisch durch das Steuerglied 10 A gesteuert werden, sondern kann von Hand betrieben sein. In diesem Fall besteht ein Resonanz-Steuer­ glied aus einem Handschalter 24 und einem Kondensator 20.

In einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, wie dieses in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Schal­ ter 22 mit dem Ausgangsanschluß des Duplexers 5 verbunden und kann ausgeschaltet werden, wenn ein zweiter Empfänger 19 MR-Signale empfängt. Wenn der Schalter 22 ausgeschaltet ist, wird im ersten Empfänger 18 C kein Resonator gebil­ det, und der erste Empfänger 18 C ist in einen Nichtre­ sonanz-Zustand bezüglich der MR-Signale gesetzt. Daher kann mit dieser Anordnung die gleiche Wirkung wie in den obigen Ausführungsbeispielen erreicht werden. In diesem Fall bildet der Schalter 22 ein Resonanz-Steuerglied.

In einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, wie dieses in Fig. 7 gezeigt ist, liegt ein Schalter 23 in Reihe mit dem Abstimmkondensator 7 und kann nur ausgeschaltet werden, wenn MR-Signale durch den zweiten Empfänger 19 empfangen werden. Wenn der Schalter 23 ausgeschaltet ist, wird im ersten Empfänger 18 D kein Resonator gebildet, und der erste Empfänger 18 D ist in einen Nichtresonanz-Zustand bezüglich der MR-Signale ge­ setzt. In diesem Fall bildet der Schalter 23 ein Resonanz- Steuerglied.

Es sei darauf hingewiesen, daß als Schalter 22 und 23 sol­ che mit sehr kleinem EIN-Widerstand vorgesehen sind, um eine Abnahme im Q-(Güte-)Faktor eines Resonators zu ver­ hindern. Die Schalter können mechanische Schalter oder Halbleiterschalter umfassen.

Claims (2)

1. Sende/Empfangssystem für Magnetresonanz-Abbildungs­ system, gekennzeichnet durch:

• - eine erste Hochfrequenzspuleneinrichtung (1), die für Senden und Empfangen verwendet wird,
• - eine Sendeeinrichtung (3, 4, 2) zum Liefern eines Hochfrequenzfeldes zum Anregen einer Magnetresonanz­ erscheinung zu einem Untersuchungsobjekt über die erste Hochfrequenzspuleneinrichtung (1),
• - eine erste Empfangseinrichtung (18 A; 18 B; 18 C; 18 D), die einen ersten Resonator, der mit einem Magnetre­ sonanzsignal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zusammen mit der ersten Hochfrequenz­ spuleneinrichtung (1) bildet, um das Magnetresonanz­ signal über die erste Hochfrequenzspuleneinrichtung (1) zu empfangen,
• - eine zweite Hochfrequenzspuleneinrichtung (12), die lediglich für Empfangen verwendet wird,
• - eine zweite Empfangseinrichtung (19), die einen zwei­ ten Resonator, der mit dem Magnetresonanzsignal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zu­ sammen mit der zweiten Hochfrequenzspuleneinrichtung (12) bildet, um das Magnetresonanzsignal über die zweite Hochfrequenzspuleneinrichtung (12) zu empfangen,
• - eine Auswahleinrichtung zum selektiven Freigeben bzw. Einschalten der ersten bzw. zweiten Empfangsein­ richtung (18 A, 19; 18 B, 19; 18 C, 19; 18 D, 19) und
• - eine Resonanzsteuereinrichtung (21; 21 A; 22; 23), die gemäß der Auswahl der Auswahleinrichtung be­ trieben ist, um, wenn die zweite Empfangseinrichtung (19) freigegeben ist, einen Resonanzzustand des ersten Resonators so zu verändern, daß eine Resonanz des ersten Resonators bezüglich des Magnetresonanzsignales von dem Untersuchungsobjekt unterdrückt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzsteuereinrichtung eine veränderliche Kapa­ zitätseinrichtung (17; 20, 24; 7, 23), die für den ersten Resonator vorgesehen ist, und eine Kapazitäts­ steuereinrichtung (10; 10 A; 22; 23) zum Steuern der Kapazität der veränderlichen Kapazitätseinrichtung (17; 20, 24; 7, 23) aufweist. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Kapazitätseinrichtung eine veränder­ liche Kapazitätsdiode (17) umfaßt. 4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Kapazitätseinrichtung eine für den ersten Resonator vorgesehene Kapazitätseinrichtung (20; 7) und eine Schaltereinrichtung zum Abschalten wenigstens eines Teiles der Kapazitätseinrichtung (20; 7) vom ersten Resonator aufweist.5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzsteuereinrichtung eine Schaltereinrichtung (22) zum Abtrennen eines Teiles des ersten Resonators aufweist.6. Sende/Empfangssystem für Magnetresonanz-Abbildungs­ system, mit einer ersten Hochfrequenzspuleneinrich­ tung (1), die für Senden und Empfangen verwendbar ist, einer Sendeeinrichtung (3, 4, 2) zum Liefern eines Hochfrequenzfeldes zum Anregen einer Magnetresonanz­ erscheinung zu einem Untersuchungsobjekt über die erste Hochfrequenzspuleneinrichtung (1), gekennzeichnet durch eine erste Empfangseinrichtung (18A, 18 B, 18 C, 18 D), die einen ersten Resonator, welcher mit einem Magnetresonanzsignal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zusammen mit der ersten Hochfrequenzspuleneinrichtung (1) bildet, um das Magnetresonanzsignal über die Hochfrequenzspulenein­ richtung (1) zu empfangen, eine zweite Hochfrequenzspu­ leneinrichtung (12), die lediglich für Empfangen verwendet wird, eine zweite Empfangseinrichtung, die einen zweiten Resonator, welcher mit dem Magnetresonanzsignal von dem Untersuchungsobjekt in Resonanz sein kann, zu­ sammen mit der zweiten Hochfrequenzspuleneinrichtung (12) bildet, um das Magnetresonanzsignal über die zweite Hochfrequenzspuleneinrichtung (12) zu empfangen, eine Auswahlein­ richtung zum selektiven Freigeben bzw. Einschalten der ersten oder der zweiten Empfangseinrichtung (18 A, 19; 18 B, 19; 18 C, 19; 18 D, 19),
eine Resonanzsteuereinrichtung (21; 21 A; 22; 23), die gemäß einer Auswahl der Auswahleinrichtung betrieben ist, um, wenn die zweite Empfangseinrichtung (19) frei­ gegeben bzw. eingeschaltet ist, einen Resonanzzustand des ersten Resonators so zu verändern, daß Resonanz des ersten Resonators bezüglich des Magnetresonanz­ signals von dem Untersuchungsobjekt unterdrückt ist.