DE69320094T2

DE69320094T2 - Kernspinresonanzapparat

Info

Publication number: DE69320094T2
Application number: DE69320094T
Authority: DE
Inventors: Gerardus Wilhelmus Nl-5656 Aa Eindhoven Boeijen; Peter Hanzen Nl-5656 Aa Eindhoven Wardenier
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1993-05-03
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2013-05-04
Also published as: JP3459439B2; US5450011A; JPH0622924A; DE69320094D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernspinresonanzapparat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Beispiel eines derartigen Apparats ist aus EP-A-0 083 728 bekannt. In diesem Dokument wird beschrieben, dass es wichtig ist, die Bandbreite, in der eine Hf- Empfangsspule von einem zu untersuchenden Objekt erzeugte Kernspinresonanzsignale empfangen kann, breiter als die normale Spulenbandbreite zu machen. Zu diesem Zweck enthält der bekannte Apparat eine Hf-Empfangsspule, die ein Teil eines Breitbandanpassungsnetzes ist. Dieses Netz enthält zwei gekoppelte Resonanzkreise, wobei die Hf-Empfangsspule selbst ein Teil eines dieser Resonanzkreise und daher des Netzes selbst ist. Zu diesem Zweck muss die Hf-Empfangsspule den vom Netz gestellten vorgegebenen Anforderungen entsprechen, sodass der Konstrukteur keine freie Wahl hat hinsichtlich des Aufbaus der Hf Spule hat. Optimales Anpassen der Hf-Spule an das Objekt der durchzuführenden Messungen mit Hilfe dieser Spule wird daher nicht immer möglich sein. Außerdem ist aus dem genannten Dokument nicht direkt klar, ob die Hf- Spule auch als Sendespule verwendbar ist und wenn so, welche Schritte in diesem Fall genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernspinresonanzapparat eingangs erwähnter Art zu schaffen, in dem der Verbindungskreis eine größere Bandbreite der f-Spule bietet, ohne dem Konstrukteur wesentliche Beschränkungen hinsichtlich des Hf-Spulenaufbaus aufzuerlegen, und in dem die Hf-Empfangsspule sich im Prinzip sowohl zum Aussenden als auch zum Empfangen von Hf-Signalen eignet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Apparat entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäße Verbindungskreis eignet sich sowohl für Sendespulen als auch für Empfangsspulen und bildet ein Breitbandanpassungsnetz zwischen der Hf-Empfangsspule und der Sende- und/oder Empfangsanordnung. Die Sende- und/oder Empfangsspule, die selbst keinen Teil des Anpassungesnetzes bildet, kann aus einer Anordnung einer beliebigen Anzahl von Leitern und Kondensatoren und auch bekannter aktiver und/oder passiver Mitteln zum gegenseitigen Entkoppeln der Sende- und/oder Empfangsspulen, beispielsweise PIN-Dioden, bestehen.
In der US-Patentschrift 4 739 271 ist ein Kernspinresonanzapparat beschrieben, in dem eine Hf-Spule als eine mit einem Sender über einen Verbindungskreis angeschlossene Sendespule verwendet wird. Dieser Kreis enthält eine Übertragungsleitung mit einer elektrischen Länge einer halben Wellenlänge auf der Frequenz, auf die die Spule abgestimmt ist oder auf ein ganzahliges Vielfaches, sowie ein zwischen der Übertragungsleitung und dem Sender angeschlossenes Anpassungsnetz. Das Anpassungsnetz setzt die Impedanz der Übertragungsleitung in einen höheren Wert um. Jedoch sind in diesem Dokument keine Maßnahmen zum Verbreitern der Bandbreite der Spule zu einem höheren Wert als auf ihrer natürlichen Bandbreite beschrieben.
Ein Artikel in der "JOURNAL OF PHYSICS E.-SCIENTIFIC IN- STRUMENTS", Vol. 14, Nr. 6, mit dem Titel "Simple RF Matching for NMR Coils in ENDOR Spectrometers" gibt eine Beschreibung der derartigen Entwicklung einer Anpassungsschaltung, dass ein frequenzunabhängiger Widerstandscharakter der Spule erhalten wird. In diesem Dokument wurden keine Maßnahmen zum Verbreitern der Bandbreite einer Kernspinresonanzspule auf einen höheren Wert als ihre natürliche Bandbreite vorgefunden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Apparats ist entsprechend dem Anspruch 2 gekennzeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Koaxleitung zum Überbrücken des Abstands zwischen der Hf-Spule und der Sende- und/ oder Empfangsanordnung verwendet werden. Dies ist auch der Fall in einem anderen Ausführungsbeispiel, das im Anspruch 3 gekennzeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Apparats ist im Anspruch 4 gekennzeichnet. Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich mit einer nur beschränkten Anzahl von Bauteilen verwirklichen.
Das weitere Anpassungsnetz kann einen ganz einfachen Aufbau in einem Ausführungsbeispiel nach dem Kennzeichen im Anspruch 5 haben.
Bekannte Kernspinresonanzapparate enthalten oft zwei kombinierte Hf- Spulen zur Bildung eines Quadraturspulensystems, und von denen jede über einen jeweiligen Verbindungskreis mit einer Sende- und/oder Empfangsanordnung verbunden ist. Ein derartiger Apparat lässt sich mit den Schritten nach der Erfindung verbessern. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen Apparats ist im Kennzeichen des Anspruchs 6 gekennzeichnet. Ein Symmetrierglied ist ein Transformator zum Herstellen der Verbindung zwischen einem symmetrischen und einem asymmetrischen System. Ein asymmetrisches System enthält eine Erdleitung und eine Signalleitung, und ein symmetrisches System enthält zwei nichtgeerdete Signalleitungen. Da das Quadraturspulensystem in diesem Ausführungsbeispiel über das als Symmetrierglied aufgebaute erste Anpassungsnetz an das Verbindungsnetz angeschlossen ist, wird das Auftreten einer Erdschleife dadurch verhindert, dass beide Erdleitungen der zwei Verbindungsnetze an verschiedenen Stellen mit dem Quadraturspulensystem verbunden sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Apparats ist in Anspruch 7 gekennzeichnet. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass nach Bedarf die Bandbreite beispielsweise beim Senden groß und beim Empfangen klein gewählt werden kann. Nach Bedarf kann eine Anzahl der Bauteile, die den Verbindungskreis bilden, einstellbar gemacht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kernspinresonanzapparats,
Fig. 2 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbindungsnetzes zur Verwendung im Apparat nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Betriebs des in Fig. 2 dargestellten Kreises,
Fig. 4 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbindungsnetzes zur Verwendung im Apparat nach Fig. 1,
Fig. 5 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels,
Fig. 6 schematisch ein Quadraturspulensystem,
Fig. 7 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungsnetzes, das sich insbesondere zur Verwendung in Zusammenarbeit mit einem Quadraturspulensystem eignet, und
Fig. 8 und 9 Schaltpläne zweier Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Verbindungskreisen zum Senden und Empfangen.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Kernspinresonanzapparat enthält ein erstes Magnetsystem 1 zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds H, ein zweites Magnetsystem 3 zum Erzeugen magnetischer Gradientenfelder, und erste und zweite Stromversorgungsquellen 5 und 7 für das erste Magnetsystem 1 bzw. das zweite Magnetsystem 3. Eine Hf-Spule 9 dient zum Erzeugen eines magnetischen Gf-Wechselfeldes; zu diesem Zweck ist sie mit einer Hf-Quelle verbunden. Zum Detektieren vom übertragenen Hf-Feld in einem (nicht dargestellten) zu untersuchenden Objekt erzeugter Kernspin-Resonanzsignalen kann ebenfalls eine Hf-Spule 9 verwendet werden; zu diesem Zweck ist diese Spule an einen Signalverstärker 13 angeschlossen. Die Verbindung zwischen der Hf-Quelle oder dem Signalverstärker 13 einerseits und der Hf- Spule 9 andererseits wird über einen Verbindungskreis 14 verwirklicht, der nachstehend näher erläutert wird. Der Ausgang des Signalverstärkers 13 ist an einen Detektorkreis 15 angeschlossen, der mit einer Zentralsteueranordnung 17 verbunden ist. Die Zentralsteueranordnung 17 steuert auch einen Modulator 19 für die Hf-Quelle 11, die zweite Stromversorgungsquelle 7 und einen Monitor 21 für die Bildwiedergabe. Ein Hf Oszillator 23 steuert sowohl den Modulator 19 als auch den Detektor 15, der die Mess- Signale bearbeitet. Zum möglichen Kühlen der Magnetspulen des ersten Magnetsystems 1 ist eine Kühleinrichtung 25 mit Kühlkanälen 27 vorgesehen. Eine Kühleinrichtung dieser Art kann als Wasserkühlsystem für Widerstandsspulen oder, wie für die in diesem Fall erforderlichen hohen Feldstärken, als Flüssighelium-Kühlsystem für supraleitende Magnetspulen aufgebaut werden. Die in den Magnetsystemen 1 und 3 angeordnete Hf-Spule 9 schließt einen Messraum 29 ein, der groß genug ist zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Patienten oder eines Teils eines zu untersuchenden Patienten, beispielsweise des Kopfes und des Halses in einen Apparat für medizinische Diagnostikmessungen. Also können im Messraum 29 ein statisches Magnetfeld H, Gradientenfelder zum Wählen von Objektscheiben und ein räumlich einheitliches Hf- Wechselfeld erzeugt werden. Die Hf-Spule 9 kann die Aufgaben der Senderspule und der Mess-Spule kombinieren, und ist in diesem Fall vom Zentralsteueranordnung 17 abwechselnd mit der Hf-Quelle 11 und mit dem Signalverstärker 13 verbunden. Auf andere Weise können verschiedene Spulen für die zwei Aufgaben verwendet werden, beispielsweise als Mess-Spulen arbeitende Oberflächenspulen. In diesem Fall wird ein Verbindungskreis 14 sowohl für die Hf-Senderspule als auch für die Hf-Mess-Spule vorgesehen. Im Weiteren wird die Hf-Spule 9 allgemein nur mit Mess-Spule bezeichnet. Zur Verwendung der Spule als Senderspule gelten dieselben Erwägungen in Überein stimmung mit dem Theorem der Reziprozität. Nach Bedarf kann die Spule 9 von einem Faraday-Käfig 31 zum Abschirmen der Hf-Felder umschlossen werden.
In Fig. 2 ist ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des Verbindungskreises 14 nach Fig. 1 dargestellt. Der Verbindungskreis 14 ist einerseits mit der Hf-Spule 9 verbunden, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, und enthält andererseits erste und zweite Verbindungsklemmen 33 und 35, die mit der Hf-Quelle 11 und/oder mit dem Signalverstärker 13 verbunden werden können. Der Verbindungskreis 14 bsteht aus einer Anzahl von Bauteilen, die der Deutlichkeit in Fig. 2 halber mit strichpunktierten Blöcken angegeben sind. Von der Hf-Spule aus gesehen, sind diese Bauteile aufeinanderfolgend: ein erstes Anpassungsnetz 37, eine Schaltung 39 mit den Eigneschaften einer Übertragungsleitung, und ein zweites Anpassungsnetz 41. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das erste Anpassungsnetz 37 aus einer Spule 43 und einem Kondensator 45. Die Spule 43 ist in eine Signalleitung 47 aufgenommen, die die Hf- Spule 9 mit der ersten Verbindungsklemme 33 verbindet. Der Kondensator 45 verbindet die Signalleitung 47 mit einer Erdleitung 49, die die Hf-Spule mit der zweiten Verbindungsklemme 35 verbindet. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Schaltung 39 aus einer Koaxleitung, die in die Signalleitung 47 aufgenommen ist und einen Innenleiter 53 (mit einer gestrichelten Linie angegeben) sowie eine Hülle 55 enthält, die über die Erdleitung 49 geerdet ist. Das zweite Anpassungsnetz 41 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht aus einem zwischen der Signalleitung 47 und der Erdleitung 49 angeschlossenen Kondensator 57 und eine Spule 59, die in die Signalleitung 47 aufgenommen ist.
Die Hf-Spule 9 ist auf eine vorgegebene Frequenz f&sub0; auf eine übliche Weise gemäß der Beschreibung in EP-A-0 083 728 abgestimmt. Bei dieser Frequenz hat die Hf-Spule 9 eine (Echt-)Impedanz R1. Das erste Anpassungsnetz 37 ist von einem Typ, der an sich bekannt ist und wie so üblich zum Umsetzen der Impedanz einer Hf- Spule 9 in Verbindung mit seinem Ausgang in eine vorgegebene Echtbezugsimpedanz 1% verwendet wird, die gleich der Impedanz der Hf-Quelle 11 oder des mit dem Eingang des Anpassungsnetzes verbundenen Signalverstärkers 13 ist. Wenn die Anpassung ausschließlich mit einem derartigen Netz verwirklicht wird, kann die Hf Spule nur in einem sehr schmalen Frequenzband benutzt werden. Außerhalb dieses schmalen Frequenzbandes ist die Impedanzanpassung sehr mangelhaft, woraus ein hoher Leistungsverlust entsteht. Dies lässt sich anhand der Fig. 3 erläutern, in der eine Smith-Karte 61 dargestellt ist (siehe zum Beispiel Electronics, Januar 1944, S. 130...1- 33 und 318...325). Eine Kurve 63 auf der Smith-Karte 61 stellt die Impedanzänderung am Eingang eines derartigen Schmalbandanpassungsnetzes in Frequenzabhängigkeit bei Änderung dieser Frequenz zwischen f&sub0; - Δf und f&sub0; + Δf dar, worin f = 21,3 MHZ und Δf = 0,1 Mhz betragen. Die Bezugsimpedanz R0 wird gleich 50 Sl gewählt, sodass sämtliche aus der Smith-Karte gelesene Impedanzwerte mit 50 multipliziert werden müssen. Die Mitte der Smith-Karte entspricht der Bezugsimpedanz 1% (den in Fig. 3 mit der Bezugsziffer 65 bezeichneten Punkt). Die Mitte der Smith-Karte entspricht der Bezugsimpedanz R0 (dem mit der Bezugsziffer 65 bezeichneten Punkt in Fig. 3). Die Eingangsimpedanz Zm in Sl beträgt dabei 50 bei f = 21,3 MHz (den Punkt 65 auf der Kurve 63), 12 + j24 bei 21,2 MHz und 10 - j17 bei f = 21,4 MHz. Auf der Smith- Karte verbinden Kreise mit der Mitte 65 der Karte als ihrer Mitte Punkte mit demselben Stehwellenverhältnis (VSWR). Fur die Bezugsimpedanz (Punkt 65) ist das VSWR gleich 1, sodass kein Leistungsverlust auftritt. Die Punkte 67 und 69 liegen auf dem Kreis 71 entsprechend einem VSWR von etwa 5,7. Dies führt zu einem Leistungsverlust zum Betrage von etwa 3 dB. Dies zeigt, dass eine verhältnismäßig geringe Abweichung von der Frequenz bereits zu einem bedeutenden Leistungsverlust führt, wenn Anpassung ausschließlich mit Hilfe eines Schmalband-Anpassungsnetzes verwirklicht wird.
Der Verbindungskreis 14 ist jedoch derart entwickelt, dass ein geringer im Wesentlichen konstanter Leistungsverlust auf das ganze gewünschte Frequenzband auftritt. Zu diesem Zweck ist das erste Anpassungsnetz 37 zum Umsetzen einer an seinen Ausgang angeschlossenen Impedanz in einen wesentlich niedrigeren Wert betreibbar. Im vorliegenden Beispiel setzt das erste Anpassungsnetz 37 die Impedanz an seinen Ausgang in einen Wert um, der um das Zehnfache kleiner ist. Die Impedanzen auf den Frequenzen 21,3 MHz, 21,2 MHz und 21,4 MHz kommen dabei auf 5,0 Ω, 1,2 + j2,4 Ω bzw. 1,2 - j1,7 Ω. Dies ergibt die Kurve 73 mit den Punkten 75, 77 bzw. 79 in Fig. 3.
Die Schaltung 39 hat die Eigenschaften einer Übertragungsleitung, deren wirksame Länge auf der Frequenz f&sub0; im Wesentlichen gleich einer halben Wellenlänge ist, und deren Kennimpedanz auf f&sub0; im Wesentlichen gleich der Ausgangsimpedanz des ersten Anpassungsnetzes 37 auf f&sub0; ist. Eine Übertragungsleitung dieser Art hat u. a. die Eigenschaft, dass sie (auf der Frequenz f&sub0;) eine Impedanzübertragung bewirkt, die einer Drehung von genau 360º auf der Smith-Karte entspricht. Auf einer niedrigeren Frequenz f&sub0; - Δf ist die Wellenlänge größer und daher ist die Länge der Übertragungsleitung kürzer als eine halbe Wellenlänge. Das bedeutet, dass der Punkt 77 über wenig minder als 360º gedreht wird. Im Gegensatz dazu ist die Drehung auf einer höheren Frequenz f&sub0; + Δf wenig mehr als 360º. Hierdurch fallen nach der Umsetzung im Kreis 39 die Impedanzen für die Frequenzen 21,2 und 21,4 MHz auf einem Wert von 1,2 Ω zusammen, d. h. im Punkt 81. Die Gesamtimpedanzänderung zwischen 21,2 und 21,4 MHz wird mit der Kurve 83 dargestellt.
Das zweite Anpassungsnetz 41 ist zum Umsetzen einer an seinen Ausgang angeschlossenen Impedanz in einen wesentlich höheren Wert betreibbar. Wenn die Impedanz des Kondensators 57 gleich Zc ist auf der Frequenz f&sub0; und die Impedanz der Spule ist gleich 21, wird eine an den Eingang des zweiten Anpassungsnetzes 41 gelegte Impedanz R1 in einen Wert Ru umgesetzt, worin Ru.Ri = ZC.ZL beträgt.
Wenn die Werte des Kondensators 57 und der Spule 59 derart gewählt werden, dass bei f = f&sub0; die Impedanzen Zc und ZL gleich Ru = = Zc²/Ri.
Zum Beispiel wenn Zc = 10,5 Ω beträgt, wird die Impedanzänderung der Kurve 83 in eine Kurve 85 umgewandelt. Bei 21,2 und 21,4 MHz beträgt dann die Impedanz 93 Ω (Punkt 87) und 22 Ω bei 21,3 MHz (Punkt 89). Die Kurve 85 fällt dabei ungefähr mit einem Kreis 91 entsprechend einem VSWR von etwa 2,1 zusammen. Im ganzen Frequenzband ist der Leistungsverlust dabei etwa gleich 1 dB. Nach Bedarf können der Kondensator 57 und die Spule 59 unter Beibehaltung der Bedingung ZL = Zc einstellbar gemacht werden. Also kann die als Endergebnis der Umsetzung erhaltene Kurve auf der Achse jX = 0 (der vertikalen Achse in Fig. 3) verschoben werden. Beispielsweise werden die Impedanzen auf 21,2 und 21,4 bzw. 21,2 MHz dabei gleich 208 Ω bzw. 50 Ω bei Zc = 15,8 Ω, und bei bei Zc = 7,75 Ω gleich 50 Ω bzw. 12 Ω. Die Bandbreite des aus dem Verbindungskreis 14 bestehenden Anpassungsnetzes wird so einstellbar gemacht.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Verbindungskreises 14 dargestellt, wo möglich mit denselben Bezugsziffern wie für die Bauteile nach Fig. 2. Im vorliegenden Beispiel besteht das erste Anpassungsnetz 37 aus einem Kondensator 93, der in die Signalleitung 47 aufgenommen ist, und aus einer Spule 95, die zwischen der Signalleitung und Erde angeschlossen ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Kreis 39 wiederum aus einer Koaxleitung 53, 55, die wie im ersten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Das zweite Anpassungsnetz 41 besteht aus einer Koaxleitung mit einem Innenleiter 97, der in die Signalleitung 47 aufgenommen ist, und aus einer geerdeten Hülle 99. Die Koaxialleitungen 53,55 und 97,99 eignen sich besonders zum Überbrücken des Abstandes zwischen der Hf-Spule 9 und der Hf-Quelle 11 und/oder dem an die Verbindungsklemmen 33 und 35 angeschlossenen Signalverstärker 13.
In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verbindungskreises 14 dargestellt, in dem sowohl der Kreis 39 als auch das zweite Anpassungsnetz 41 aus einem LC-Netz bestehen. Das erste Anpassungsnetz 37 ist wie in Fig. 2 aus einer Spule 43 und einem Kondensator 45 aufgebaut. Eine Übertragungsleitung mit einer Länge einer halben Wellenlänge und einer Kennimpedanz Zk auf einer Frequenz f&sub0; kann gegen eine Reihenschaltung aus einer Spule mit einer Induktivität Lk und einem Kondensator mit einer Kapazität Ck ausgetauscht werden, wobei dazu eine Erdleitung parallelgeschaltet ist. Die Werte dieser Bauteile sind derart zu wählen, dass 2πf&sub0;Lk = 1/2πf&sub0;Ck = Zk beträgt. Im dritten Ausführungsbeispiel wird die Koaxleitung 53,55 gegen einen derartigen Kreis mit einer Spule 101 und einem Kondensator 103 ausgetauscht, die in der Signalleitung in Reihe geschaltet sind, die sich parallel zur Erdleitung 49 erstreckt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht das zweite Anpassungsnetz 41 aus einem Kondensator 57 und einer Spule 59. Wie aus Fig. 5 klar ersichtlich ist, sind die zwei Spulen S9 und 101 in der Signalleitung 47 in Reihe geschaltet. Dabei ist es daher auch möglich, die Anzahl der Bauteile um eins herabzusetzen, indem diese zwei Spulen zu einer einzigen, in der Kombination der Spule 105, reduziert werden, die mit der gestrichelten Linie in Fig. 5 angegeben ist. Zum Minimisieren der Verluste im Verbindungskreis 14 ist es wichtig, zu gewährleisten, dass der Gütefaktor der Kombinationsspule 105 wenigstens etwa 500 beträgt. Die Bandbreite des Anpassungsnetzes kann nach Bedarf wiederum durch den änderbaren Aufbau der Kondensatoren 57 und 103 einstellbar gemacht werden.
In Fig. 6 ist eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer sog. Vogelkäfigspule 107 dargestellt. Eine genauere Beschreibung dieser Art von Spule ist beispielsweise in der US-Patentschrift US-A-4 694 255 gegeben. Nach dieser Patentschrift ist eine derartige Spule als zwei kombinierte Hf-Spule zur Bildung eines Quadraturspulensystems verwendbar. Zu diesem Zweck kann die Vogelkäfigspule 107 an zwei Punkten 109 und 111, die an ihrem Umfang über 90º versetzt sind, über eine bekannte 90º-Hybridschaltung 113 erregt oder gemessen werden. Jeder dieser Punkte ist über einen jeweiligen Verbindungskreis 115 bzw. 117 an die Hybridschaltung 113 und über diesen Kreis an eine Übertragungsanordnung (zum Beispiel die Hf-Quelle 11) und/oder eine Empfangsanordnung (beispielsweise den Signalverstärker 13) angeschlossen. In der Kernspinresonanztechnik sind jedoch ebenfalls viele andere Ausführungsbeispiele von Quadraturspulensystemen bekannt, für die die folgende Beschreibung auch gilt.
Im Prinzip ist es möglich, jeden dieser Verbindungskreise 115, 117 genau so wie die Schaltung 14 in einem der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele aufzubauen. In diesem Fall ist jedoch eine Erdleitung 49 mit einem der Punkte 109 und 111 verbunden. Die Erdleitungen kommen schließlich in der Hybridschaltung 113 zusammen und bilden so eine Erdschleife, die Störungen verursachen kann. Zur Verhinderung dieser Möglichkeit sind die Verbindungskreise 115, 117 vorzugsweise derart aufgebaut, dass keine Erdleitungen mit den Punkten 109 und 111 verbunden werden.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verbindungskreises 115, 117 zum Erfüllen dieser Bedingung dargestellt. Das zweite Anpassungsnetz 41 und die Schaltung 39 sind entsprechend der Beschreibung anhand der Fig. 5 aufgebaut, und erfordern daher keine nähere Erläuterung. Das erste Anpassungsnetz 119 dieses Ausführungsbeispiels ist als Symmetrierglied aufgebaut. Ein Symmetrierglied oder eine 180º- Hybridschaltung ist ein Transformator zum Ermöglichen eines Übergangs von einem asymmetrischen System (wie z. B. der Schaltung 39 mit ihrer Signalleitung 47 und der Erdleitung 49) nach einem symmetrischen System, das ein System mit nichtgeerdeten symmetrischen Verbindungen 121 und 123 ist. Symmetrierglieder werden häufig verwendet, beispielsweise zum Verbinden einer Koaxleitung (asymmetrisch) mit einer Dipolantenne (symmetrisch). Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Symmetrierglied aus zwei gleichen Spulen 125 und zwei gleichen Kondensatoren 127, wobei eine der Spulen 125 in jede Verbindung zwischen einer der Klemmen 121 bzw. 123 eines entsprechenden Eingangs der Schaltung 39 aufgenommen wird, und einer der Kondensatoren 127 zwischen jeder der Klemmen 121 und 123 und dem anderen Eingang 131 bzw. 129 angeschlossen wird. Die Klemmen 121 führen dabei die gleichen und entgegengesetzten Spannung gegen Erde.
Eine Anzahl von Ausführungsbeispielen der Verbindungskreise ist im Obigen beschrieben. Es wird klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele ebenfalls anfertigbar sind. Beispielsweise können verschiedene Verbindungskreise zum Senden und Empfangen verwendet werden. Beispiele sind in dieser Hinsicht in Form von Blockschaltbildern in Fig. 8 und 9 dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist die Hf-Quelle 11 mit einem ersten Zwischenkreis 133 und der Signalverstärker 13 mit einem zweiten Zwischenskreis verbunden. Die ersten und zweiten Zwischenkreise 133 und 135 werden über einen Sende/Empfangsschalter 137 an das erste Anpassungsnetz 37 angeschlossen, das beispielsweise gemäß der Darstellung in Fig. 2, 4 und 5 aufgebaut sein kann. Den Sende/Empfangsschalter 137 steuert die Zentralsteueranordnung 17. Der erste Zwischenkreis 133 besteht zum Beispiel aus den Netzwerken 39 und 41, siehe Fig. 2, 4 und 5. Der zweite Zwischenkreis 135 kann genau so aufgebaut werden, sei es, dass die Bauteile im allgemeinen Werte haben, die von den Werten der Bauteile im ersten Zwischenkreis abweichen. Jedoch kann der zweite Zwischenkreis einen einfacheren Aufbau haben; beispielsweise kann er als einen einfachen Verbindungsleiter hergestellt werden. In Zusammenarbeit mit dem ersten Anpassungsnetz 37 bilden die ersten und zweiten Zwischenkreise 133 und 135 zwei Verbindungskreise.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist die Hf-Quelle 11 über den Sende/- Empfangsschalter 137 und einen Verbindungskreis 14, beispielsweise vom Typ nach der Beschreibung anhand der Fig. 2, 4 und 5, mit der Hf-Spule 9 verbunden. Der Signalverstärker 13 ist über einen dritten Zwischenkreis 139 mit dem Sende/Empfangsschalter 137 verbunden. Der dritte Zwischenkreis 139 enthält beispielsweise ein Anpassungsnetz vom gleichen Typ wie das Netz 37, das zum Umsetzen der Ausgangsimpedanz des Verbindungskreises 14 in einen Wert betreibbar ist, der sich dazu eignet, ein optimales Geräuschverhalten des Signalverstärkers 13 zu erhalten, zum Beispiel 1 kΩ. Der Verbindungskreis 14 und der dritte Zwischenkreis 139 bilden zusammen einen neuen Verbindungskreis.

Claims

1. Kernspinresonanzapparat mit einem Magnetsystem (1) zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds, einem Spulensystem (3) zum Erzeugen von Gradientenfeldern und wenigstens einer Hf-Spule (9), die auf eine vorgegebene Frequenz abgestimmt und über einen Verbindungskreis (14) an eine Sende- und/oder Empfangsanordnung (11, 13) für Hf-Signale angeschlossen ist; wobei der Verbindungskreis (14) eine Schaltung (39) enthält, die die Eigenschaften einer Übertragungsleitung hat, und ebenfalls ein Anpassungsnetz (41) in Verbindung zwischen der Schaltung (39) enthält, die die Eigenschaften einer Übertragungsleitung hat, und der Sende- und/oder Empfangsleitung (11, 13) enthält, wobei das Anpassungsnetz (41) zum Umsetzen der Impedanz der Schaltung (39) betreibbar ist, die die Eigenschaften einer Übertragungsleitung, in einen wesentlich höheren Wert betreibbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Verbindungskreis (14) ein weiteres Anpassungsnetz (37) in Verbindung zwischen der Hf-Spule (9) und der Schaltung (39) enthält, die die Eigenschaften einer Übertragungsleitung hat, die zum Umsetzen einer Impedanz in Verbindung mit ihrem Ausgang nach einem wesentlich niedrigeren Wert betreibbar ist;

- die Schaltung (39) mit den Eigenschaften einer Übertragungsleitung eine wirksame Länge hat, die im Wesentlichen gleich einer Ganzzahl mal einer halben Wellenlänge ist, auf die die Hf-Spule (9) abgestimmt ist, und die Schaltung eine Kennimpedanz hat, die im Wesentlichen gleich der Eingangsimpedanz des weiteren Anpassungsnetzes (37) ist.

2. Kernspinresonanzapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (39) mit den Eigenschaften einer Übertragungsleitung besteht aus einer Koaxleitung mit einem Innenleiter (53) und einer geerdeten Hülle (55).

3. Kernspinresonanzapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Schaltung (39) mit den Eigenschaften einer Übertragungsleitung und der Sende- und/oder Empfangsanordnung (11, 13) angeschlossene Anpassungsnetz eine Koaxleitung mit einem Innenleiter (97) und einer geerdeten Hülle (99) enthält.

4. Kernspinresonanzapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsnetz (41) in der Verbindung zwischen der Schaltung (39) mit den Eigenschaften einer Übertragungsleitung und der Sende- und/oder Empfangsanordnung (11, 13) einen Kondensator (57) enthält, der zwischen einer Signalleitung (47) und einer Erdleitung (49) angeschlossen ist, und ebenfalls eine Spule (59) enthält, die in die Signalleitung aufgenommen ist, dass die Schaltung (39) mit den Eigenschaften einer Übertragungsleitung eine Reihenschaltung einer Spule (101) und eines in die Signalleitung aufgenommenen Kondensators (103) enthält, und dass beide Spulen als eine einfache Kombinationsspule (105) aufgebaut ist.

5. Kernspinresonanzapparat nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Anpassungsnetz (37) einen Kondensator (45, 93) und eine Spule (43, 95) enthält, wobei einer dieser Bauteile in eine Signalleitung (47) aufgenommen wird, während der andere Bauteil die Signalleitung mit einer Erdleitung (49) verbindet.

6. Kernspinresonanzapparat nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, mit zwei Hf-Spulen, die zur Bildung eines Quadraturspulensystems (107) kombiniert sind, und die je über einen jeweiligen Verbindungskreis (115, 117) mit einer Sende- und/oder Empfangsanordnung (11, 13) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Anpassungsnetz (119) jedes der Verbindungskreise (115, 117) als Symmetrierglied aufgebaut ist.

7. Kernspinresonanzapparat nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des vom Verbindungskreis (14) gebildeten Anpassungsnetzes einstellbar ist.