DE3608473A1

DE3608473A1 - Zweifrequenzoberflaechensonden

Info

Publication number: DE3608473A1
Application number: DE19863608473
Authority: DE
Inventors: Judd Herzlia Petuach Blass; Hanan Kfar Saba Keren
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: GE Medical Systems Israel Ltd
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1986-12-04
Anticipated expiration: 2006-03-15
Also published as: IL78097A; IL78097A0; DE3608473C2; US4691163A

Description

Zweifreguenzoberflachensonden

Die Erfindung betrifft HF-Spulen oder -Sonden und insbes. solche Sonden, wie sie für Datenerfassungssysteme mit magnetischer Resonanz verwendet werden.

Vorliegende Erfindung ist eine Weiterentwicklung des Gegenstandes der deutschen Patentanmeldung P 35 38 582 der gleichen Anmelderin.

Bei Datenerfassungssystemen mit magnetischer Resonanz werden HF-Spulen verwendet, um HF-Signale zu übertragen, die Kerne in Nutation bringen (nutate), welche durch statische magnetische Felder ausgerichtet worden sind. Nachdem die HF-Signale entfernt worden sind, kehren die nutierten Kerne anschließend in ihre früheren ausgerichteten Positionen zurück. Während dieses Rückkehrens werden Induktionsabkling-(free induction decay = E¹ID) Signale erzeugt. Diese Signale werden von den HF-Spulen angezeigt und ergeben Daten, die s.B. zur Erzeugung von Sichtanzeigebildern verwendet werden. Das am häufigsten nutierte Element bei der Magnetresonanzabbildung (MRI) ist Wasserstoff. Es werden auch andere Elemente nutiert, z.B. Natrium. Es ist auch seit langem bekannt, daß Phosphat eine eindeutige Information ergeben kann. So ist Phosphat nutiert worden, um MR (Magnetresonanz)-Spektroskopiedaten zu erhalten. Beispielsweise ist es bekannt, daß eine ungewöhnliche Abundanz von Phosphat in tumorösem Gewebe vorhanden ist. Entsprechend ist es zweckmäßig, während bestimmter MRI-Vorgänge MR-Daten zu erhalten, die auf der Nutation von Phosphar im Patienten basieren.

Oberflächenspulen sind spezielle HF-Sonden, die so ausgelegt sind, daß sie angrenzend an einen Teil des Patienten betrieben werden. Die unmittelbare Nähe verbessert den Einfluß des HF-Signales. Beispielsweise werden Oberflächenspulen verwendet, um Bilder der Brust eines weiblichen Patienten unter Verwendung der Nutation von Wasserstoffkernen zu erzielen. Durch Verwendung einer anderen Frequenz werden die Phosphar-

kerne nutiert, und es werden spektroskopische Daten erzielt, die zeigen, ob eine ungewöhnliche Anhäufung von Phosphor in der Brust vorhanden ist. Wird eine solche Anhäufung festgestellt, ist dies eine zuverlässige Frühanzeige dafür, daß krebsartige Zustände vorhanden sind. Diese Anzeige läßt sich erzielen, lange bevor andere bekannte Krebstests zuverlässige Daten ergeben können. Die Frühanzeige von Krebs ist von ausschlaggebender Bedeutung für einemögliche Heilung. Es ist somit von höchster Wichtigkeit, derartige Informationen sobald wie möglich zu erhalten.

Bisher war es üblich, zunächst die MRI-Daten unter Verwendung einer HF-Oberflächenspule oder -sonde zu erhalten, die auf die Larmorfrequenz von Wasserstoff abgestimmt war, und anschließend phosphorspektrometrische Daten unter Verwendung einer anderen HF-Sonde, die auf die Larmorfrequenz von Phosphor abgestimmt war, zu erzielen. Die unterschiedlichen Spulen wurden verwendet, da unterschiedliche Frequenzen notwendig sind, um die Nutation der unterschiedlichen Kerne zu erreichen. Es war nicht üblich, die gleiche Spule für die unterschiedlichen Frequenzen zu verwenden, und zwar u.a. wegen der Schwierigkeiten bei der Anpassung der Impedanz der gleichen Sonde an die charakteristischen Impedanzen des Generators und des Empfängers bei zwei unterschiedlichen Frequenzen.

Die Verwendung der gleichen Spule ist jedoch für HF-Sonden, die bei unterschiedlichen Frequenzen in kernmagnetischer Resonanz betrieben werden, bereits vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist der US-PS 44 46 431 eine einzige Spule zur Verwendung bei zwei Frequenzen zu entnehmen. Die Abstimmung wird von ferne durch Verwendung einer Übertragungsleitung vorgenommen, in der das Signal hoher Frequenz an einer Stelle und das Signal niedriger Frequenz an einer anderen Stelle an die übertragungsleitung gekoppelt ist.

Die Verbindungsstelle für das Signal niedriger Frequenz in der Einprobenspule nach dem vorgenannten Patent ist außerordentlich kritisch, ebenso die Länge der Übertragungsleitung.

Ein weiterer Nachteil der doppelt abgestimmten Einspulensonde nach diesem Patent besteht darin, daß die Abstimmung für jede zu nutierende Probe getrennt vorgenommen werden muß. Wenn die Sonde zur Erfassung von Daten von leblosen Objekten verwendet wird, stellt dies mehr eine Unzweckmäßigkeit als eine
Schwierigkeit dar. Die Unzweckmäßigkeit ist weitgehend durch
die Vergrößerung der Durchsatzdauer bestimmt. Wenn der
Prüfling bzw. die Probe jedoch ein menschlicher Körper ist,
ist die erneute Abstimmung auf jeden Patienten nicht nur für
die Klinik zeitraubend, was den Durchsatz verringert, sondern ist auch für den Patienten zeitaufwendig und für sein
Wohlbefinden nachteilig.

Zum Stande der Technik ist auch die Verwendung von Breitbandsondenanordnungen für MR-Spektrometer bekannt, z.B. aus den
US-PSen 4 075 552 und 4 129 822. Beide Patente zeigen
abstimmbare Oszillatorschwingkreise, die individuell abgestimmt sind, um die MR-Frequenzen der Prüflinge zu bestimmen. Die Spule und die zugeordnete Schaltung sind so ausgelegt,
daß sie den Impedanzen sowohl von Sender als Empfänger in
einem weiten Frequenzbereich angepaßt sind. US-PS 4 075 552
verwendet einen Autotransformer als Induktivität der Oszillatorschaltung, während US-PS 4 129 822 eine Vielzahl von
direkt verbundenen Spulen in einer Serien-Parallel-Anordnung
mit einer Schaltanordnung zum Einführen und Herausnehmen
einer Spule für unterschiedliche Frequenzbereiche verwendet.

Der vorgenannte Stand der Technik beschreibt somit einzelne
Spulen oder direkt gekoppelte Spulen, bei denen die Resonanzfrequenz durch variable Kondensatoren, Induktoren oder
Kombinationen davon verändert wird. Es ist somit bei derartigen bekannten Anordnungen erforderlich, die Schaltung
jedesmal abzustimmen, wenn die Frequenz von einem hohen auf
einen niedrigen Wert oder umgekehrt verändert wird, und/oder
entweder einzelne oder nicht abgeglichene Spulen in den
HF-Sonden verwendet werden. Bei Sonden, die nicht abgeglichene Spulen haben, ist es erforderlich, die Sonde für jeden

Patienten abzustimmen. Periodische Abstimmvorgänge reichen nicht aus, um die Abstimmung für eine Vielzahl von Prüflingen bzw. Proben (Patienten) einzustellen.

Es besteht somit ein Bedarf an Oberflächensonden zur Verwendung bei MR-Vorgängen, die bei einer Vielzahl von Frequenzen verwendet werden können, ohne daß eine getrennte Abstimmung für jede der Frequenzen erforderlich ist, und bei denen die Abstimmung nicht eine Funktion der Impedanz der zu prüfenden Probe ist. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, HF-abgeglichene Sonden für Magnetresonanzvorgänge zu schaffen, die auf eine Vielzahl von Frequenzen so abgestimmt sind, daß die Sonde zur Erfassung von MR-Daten unterschiedlicher Elemente (z.B. Wasserstoff-, Natrium-und/oder Phosphorkerne) verwendet werden kann, ohne daß es erforderlich ist, die Sonden zwischen den Anwendungen der unterschiedlichen Frequenzen zu entfernen und/oder erneut abzustimmen. Insbesondere sollen die HF-Sonden keine Abstimmung erfordern, wenn sie an unterschiedlichen Patienten angewendet werden.

Eine abgeglichene Sonde wird hierbei als solche definiert, in der die "virtuellen" Kurzschlußebenen durch Erregen von gleichen Amplituden und entgegengesetzten Polaritäten bei einer geraden Anzahl von Zuführstellen, die symmetrisch voneinander versetzt sind, erzeugt werden. Die abgeglichenen Sonden haben gleiches Potential an gegenüberliegenden Stellen der Schaltungen und somit können die gegenüberliegenden Stellen der Schaltung als miteinander verbunden oder kurzgeschlossen angesehen werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Oberflächensonde mit Mehrfach-HF-Spule für Magnetresonanzdatenerfassung gelöst, die gekennzeichnet ist durch
eine Vielzahl von Induktoren,

eine Vorrichtung zum Verbinden dieser Induktoren in einer abgeglichenen Schaltung,

eine erste Verbindungsvorrichtung zum Anlegen eines ersten Prequenzsignales zwischen einem ersten Paar von Anschlüssen, wobei ein Anschluß eines jeden ersten Paares von Anschlüssen an ersten gegenüberliegenden Ecken der abgeglichenen Schaltung angeordnet ist,

eine zweite Verbindungsvorrichtung zum Anlegen eines zweiren Frequenzsignales mit einem zweiten Paar von Anschlüssen, wobei ein Anschluß eines jeden zweiten Paares von Anschlüssen an der zweiten gegenüberliegenden Ecke der ersten abgeglichenen Schaltung angeordnet ist, eine Vorrichtung, um die Induktoren bei der ersten Frequenz in Resonanz zu bringen, und

eine Vorrichtung innerhalb der zweiten Verbindungsvorrichtung, die bewirkt, daß die Induktoren bei der zweiten Frequenz in Resonanz kommen, wobei

die abgeglichene Schaltung mit der ersten und der zweiten Verbindungsvorrichtung eine charakteristische Impedanz sowohl bei der ersten als bei der zweiten Frequenz darstellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden HF-Sonden für Magnetresonanzvorgänge vorgeschlagen, die auf mindestens zwei Frequenzen abgestimmt sind und die im wesentlichen unabhängig von der Impedanz der zu nutierenden Proben sind.

Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die gleiche Vorrichtung zum Verbinden sowohl der ersten als der zweiten Frequenzsignale mit dem gleichen einzigen Paar von Anschlüssen an der abgeglichenen Schaltung vorzusehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Magnetresonanzsystems, das entweder im Empfangs- oder im Sendebetrieb schaltbar ist,

Fig. 2 eine probenabgeglichene Sonde zur Unterstützung bei der Definition der phasenabgeglichenen Sonde,

Fig. 3A eine schematische Darstellung einer durch Mehrfachspule abgeglichenen HF-Sonde, die bei einer Vielzahl von unterschiedlichen HF-Frequenzen in Resonanz kommt,

Fig. 3B eine schematische Darstellung eines Quadranten der abgeglichenen HF-Sonde der Fig. 3A,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiblichen Brust mit ausgewählten Ebenen, die magnetisch aktiviert sind,

Fig. 5 eine Bilddarstellung einer Ausfuhrungsform der Sonde nach Fig. 3,

Fig. 6 eine Bilddarstellung einer weiteren Ausführungsform der Sonde nach der Erfindung, wobei sowohl Signale hoher als auch niedriger Frequenz mit den gleichen Stellen auf der abgeglichenen Schaltung unter Verwendung nur zweier Leiter verbunden sind,

Fig. 7A eine schematische Darstellung der Sonde nach Fig. 6, und

Fig. 7B eine schematische Darstellung eines Quadranten der Sonde nach Fig. 7A.

Fig. 1 zeigt ein MR-System 11, das für die MR-Spektrometrie und/oder für die MRI-Datenerfassung verwendet wird. Der Hauptmagnet 12 dieses Systems erzeugt das statische Magnetfeld, das bewirkt, daß die zu prüfenden Kerne einen ausgerichteten Zustand annehmen. Mit 13 sind Gradientenmagneten bezeichnet, die durch den X-Gradientenverstärker 14, den Y-Gradientenverstärker 16 und den Z-Gradientenverstärker 17 unter Steuerung der Steuereinrichtung 18 angetrieben werden, die beispielsweise über ein Interface-Netzwerk 19 betrieben wird.

Die Gradienten werden in bekannter Weise verwendet, um die abzubildende Ebene auszuwählen. Wenn die Gradienten selektiv erregt werden, wird eine HF-Sonde so gepulst, daß die Kerne des gewünschten Elementes in Nutation versetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß ein HF-Impuls gegebener Frequenz

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entsprechend der Larmor-Beziehung verwendet wird. Um beispielsweise Wasserstoffelemente zu nutieren, wird eine Frequenz von 42,5 MHz in einem Teslafeld verwendet. Ein HF-Generator 21 arbeitet bei der ausgewählten Frequenz. Sein Ausgang wird einem Modulator 22 zugeführt, der ebenfalls durch einen Funktionsgenerator 23 betrieben wird, damit ein geformter HF-Impuls erzeugt wird, der über eine Schaltvorrichtung 25 an eine HF-Sonde 26 übertragen wird.

Die gleiche Sonde kann zur Anzeige des FID-Signales verwendet werden. Die angezeigten Signale werden durch eine Hybridschaltung 24 und über die Schaltvorrichtung 25"auf eine Demodulationsschaltung 27 übertragen. Die Demodulationsschaltung besitzt einen weiteren Eingang aus dem HF-Generator 21. Der Signalausgang des Demodulators ist mit der Steuereinrichtung gekoppelt, wobei das Signal als Datenangabe für Abbildungszwecke oder für Spektrometriezwecke verwendet wird. Die Abbildungsdaten werden verwendet, um ein Bild für Sichtanzeigezwecke auf einer Sichtanzeigeschaltung 29 in Verbindung mit der Speichervorrichtung 31 zu erzielen.

Wenn zusätzliche Daten erwünscht sind, wenn z.B. Natriumkerne oder Phosphatkerne nutiert (nutated) werden sollen, müssen unterschiedliche HF-Frequenzen in Übereinstimmung mit der bekannten Larmor-Beziehung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt abgeglichene Spulen oder Sonden, die verwendet werden, um den Einfluß der Prüflinge oder Proben auf die Resonanzfrequenz und die charakteristische Impedanz zu verringern. Für praktische Zwecke ist es zur Verwendung der gleichen Sonde für zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen wichtig, daß die Sonden bei beiden gewünschten Frequenzen in Resonanz kommen und auch bei beiden Frequenzen angepaßte Impedanzen haben. In Fig. 2 werden jeweils abgestimmte Schaltungen 3 2 und 3 3 an Verbindungsstellen a und al mit entgegengesetzter Polarität erregt. Beispielsweise sind mit b, bl und c, el Kurzschlußebenen gezeigt. Parallel zu diesen Ebenen kann kein elektrisches Feld bestehen. Wenn die abgeglichene Sonde nach Fig. 2 somit in Verbindung mit einem

Prüfling verwendet wird, wird das elektrische Feld, das eine Kopplung zum Prüfling ergibt, reduziert, wodurch die elektrischen Verluste reduziert werden.

In Fig. 3A ist dargestellt, wie eine Vielzahl von Spulen, die in der HF-Sonde verwendet werden, zusammengeschaltet sind, um das Senden und Empfangen der unterschiedlichen Frequenzen zu ermöglichen, die notwendig sind, um Daten sowohl auf z.B. Wasserstoffkernen und Phosphorkernen zu sammenln, oder generell, um das Erfassen von Daten bei unterschiedlichen Frequenzen zu ermöglichen.

Die in den Figuren 3A, 3B und 5 gezeigte Sonde ist eine abgeglichene doppelt gespeiste Sonde, die bei zwei Frequenzen in Resonanz kommt. Da zwei virtuelle Kurzschlußebenen durch die Anordnung erzeugt werden, ist es nur notwendig, einen Quadranten zu zeigen, wie in Fig. 3B, um die Schaltung darzustellen. Es ist auch festzuhalten, daß die Impedanz der vollständigen Vierquadrantensonde gleich der Impedanz eines einzigen Quadranten ist, da zwei Quadranten in Serie und die beiden in Serie geschalteten Quadranten parallel geschaltet sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Sonde, die zur Abbildung einer weiblichen Brust verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Die "Spulen" weisen flache Kupferleiter mit 3,5 mm Breite und 2 mm Dicke auf.

Wie in den Figuren 3A, 3B und 5 gezeigt, besitzt die HF-Sonde 2 6 vier "Spulen" oder Induktoren 41, 42, 4 3 und 44. Die "Spulen" sind über Kondensatoren miteinander verbunden. Beispielsweise sind die "Spulen" 41 und 4 2 über den Kondensator Cl, die "Spulen" 43 und 44 über den Kondensator C2, die "Spulen" 41 und 44 über die Kondensatoren C3 und C4, und die "Spulen" 4 2 und 43 über die Kondensatoren C6 und C7 miteinander verbunden.

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Eine erste Frequenz fl, vorzugsweise die hohe Frequenz, wird den Spulen 41 und 42 von dem abgeschirmten Kabel 48 über Kondensatoren C8 und C9, und von dem abgeschirmten Kabel 49 über Kondensatoren CIl und C12 den Spulen 43 und 44 zugeführt. Eine zweite Frequenz f2, vorzugsweise eine niedrige Frequenz, wird von dem abgeschirmten Kabel 4 6 an die Verbindungsstelle der Kondensatoren C3 und C4, und von dem abgeschirmten Kabel 47 der Verbindungsstelle der Kondensatoren C6 und C7 zugeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wurde ein 3,5 mm abgeschirmtes Kabel verwendet.

Der (Hybrid)-Teiler 2 4 angepaßter Leistung (Fig. 1) ist mit der Empfangsschaltung und der Sendeschaltung, und insbes. mit dem Modulator 22 und dem Demodulator 28 über die Schaltvorrichtung 2 6 verbunden. Die Hybridschaltung ermöglicht den Empfang bei den unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Zeiten, und Frequenzen unter Steuerung des Steuergerätes in an sich bekannter Weise.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridschaltung die Hybridanordnung auf, die in der früheren Anmeldung P 35 38 582.0 dargestellt ist. Im Rahmen vorliegender Erfindung können jedoch auch andere Anordnungen verwendet werden.

Ein herausragendes Merkmal vorliegender Erfindung ist, daß die Spulenanordnungen nicht auf jeden Patienten neu abgestimmt oder getrennt abgestimmt werden müssen, weil die abgeglichene Anordnung der Spulen so ausgelegt ist, daß die Änderungen in der HF-Belastung des Patienten, die mit der Sonde gekoppelt ist, minimal sind. Wenn somit die Sonde einmal so eingestellt ist, daß sie bei ausgewählten Frequenzen in Resonanz ist, geschieht dies sowohl im Sende-als auch im Empfangsbetrieb und mit der gewünschten charakteristischen Anpassungsimpedanz, die im wesentlichen unabhängig von der durch die Patienten eingeführten Impedanz ist.

Fig. 3B zeigt nur einen einzigen Quadranten. In Fig. 3A sind für die hohe Frequenz fl die Spulen 41 und 42 in Serie geschaltet, ebenso die Spulen 43 und 44. Die beiden Serien-

sätze sind mit dem Hybridteiler verbunden. In ähnlicher Weise sind die Induktoren 41 und 4 4 für die niedrige Frequenz f2 ebenso wie die Induktoren 42 und 43 in Serie geschaltet. Diese beiden Serienanordnungen sind parallel mit dem Teiler niedriger Frequenz verbunden. Somit ist die Quadrantendarstellung der Schaltung sowohl auf einer Symmetriebasis als auf der Basis der Impedanzanpassung gültig.

Der in Fig. 3B gezeigte Quadrant ist der Quadrant, der den Induktor 41 mit der hohen Frequenz fl über den Kondensator C9 gekoppelt zeigt. Die hohe Frequenz ist mit der Verbindungsstelle der Kondensatoren C8 und C9 gekoppelt. Der Kondensator C9 ist mit der Verbindungsstelle von Kondensator Cl und r41, dem Widerstand des Induktors 41, gekoppelt. Ein Induktor LB, der die induktive Belastung eines BALUN ist, überbrückt den Kondensator Cl.

Der Generator f2 niedriger Frequenz ist mit der Verbindungsstelle der Kondensatoren C3 und C4 gekoppelt. Der Kondensator C4 ist in Serie mit dem Induktor 41 geschaltet.

Um die Eingangskabel 46 und 47 von der Sonde zu isolieren, was für ein abgeglichenes Zuführsystem erforderlich ist, werden die Kabel durch die BALUN-Vorrichtung geführt. Der Ausdruck BALUN bezieht sich auf eine "abgeglichene Unsymmetrie "-Vorrichtung ("balanced-unbalance" means) bzw. Symmetrievorrichtung für das Einführen eines Koaxialkabels in eine abgeglichene Sonde oder Antenne. In diesem Fall kann die BALUN-Vorrichtung die Kupferrohre 51, 51a, 5 2 und 52a aufweisen (Fig. 5 und 6).

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiblichen Brust 36. Abgebildete erste und zweite Ebenen sind mit 37 und 38 bezeichnet. Die Ebenen sind durch geeignete Erregung der Gradientenspulen in an sich bekannter Weise ausgewählt. Ein Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß dann, wenn die mit 3 7 bezeichnete Ebene gewählt wird, die Abbildungsdaten und die spektroskopischen Daten erfaßt werden können, ohne daß die Sonde verschoben oder neu abgestimmt werden muß;

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dieser Vorteil ermöglicht es dem Arzt, die Abbildungsdaten und die spektrographischen Daten genauer in Beziehung zueinander zu setzen wie auch den Patientendurchsatz zu erhöhen. Beispielsweise werden, wenn die Sonde an die Brust des Patienten angesetzt ist, erste HP-Signale aufgegeben, um die Wasserstoffkerne zu nutieren. Es werden Daten erfaßt und ohne Bewegen oder erneutes Abstimmen der Sonde werden zweite HF-Signale aufgegeben, so daß die Phosphatkerne nutiert werden, während die Gradientenfelder angelegt sind, die für die Abbildung der Ebene 37 benutzt wurden. Die gleiche HF-Oberflächensonde wird, ohne daß sie bewegt oder neu abgestimmt wird, sowohl für die Nutation der Wasserstoff- als der Phosphorkerne verwendet. Somit wird ein Phosphoraufbau unmittelbar angezeigt und exakt lokalisiert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden die abgeschirmten Einführkabel 48 und 49 für die Frequenz fl und die abgeschirmten Kabel 4 6 und 4 7 in unmittelbare Nähe der flachen Kupferabschnitte 41-44 über eine 8 mm Kupferrohranordnung gebracht, die gekrümmt über den flachen Kupferabschnitten angeordnet ist. Die durch die Kupferrohranordnung gebildeten Bögen sind beispielsweise in Fig. 6 dargestellt und weisen die vorerwähnte BALUN-Vorrichtung auf. Wie in Fig. 5 angedeutet, verlaufen abgeschirmte Kabel 48 und 4 9 durch die Rohranordnung 51 und 52. Die abgeschirmten Kabel 46 und 47 sind ferner innerhalb der Rohranordnung, wie mit 51a und 52a bezeichnet, angeordnet. Die Rohranordnung 51 und 51a sowie die Rohranordnung 5 2 und 52astellen jeweils ein bogenförmiges Rohr dar, bei" dem die Kabel am Scheitel eintreten und dann in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Die Abschirmung der Kabel 48 und 49 wird mit Induktoren 41 und 43 über Kurzschlußverbinder 55 und 5 6 kurzgeschlossen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verbindet ein Paar von Zuführkabeln beide Frequenzen fl und f2 mit den Spulen der abgeglichenen HF-Sonden, die auf zwei Frequenzen abgestimmt und impedanzangepaßt sind. Insbesondere zeigt Fig. 6 die flachen Kupferspulen 41 - 44 und die abgeschirmten Kabel 4 6 und 47, die in Fig. 5 gezeigt waren. Die schemati-

sehe Darstellung nach Fig. 6 ist den Figuren 7A und 7B zu entnehmen. Die Verbindungen zwischen den Spulen sind gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 3 etwas geändert, und es sind keine getrennten Zuführkabel für das fl-Signal vorgesehen. Stattdessen sind die fl- und f2-Signale über die Kabel 46 und 47 verbunden. Die Kabel sind so dargestellt, daß sie durch die bogenförmigen Kupferrohre 51 und 52 verlaufen. Für die Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 sind die Kupferrohre bei 5 3 miteinander kurzgeschlossen.

Die symmetrischen Zuführstellen für das eine Paar von Zuführkabeln liegen an den inneren Leiterverbindungen der Kabel 46 und 47. Diese Zuführstellen sind für die hohe Frequenz fl und die niedrige Frequenz f2 die gleichen.

Um bei zwei Frequenzen arbeiten zu können, muß die Sonde die folgenden vier Bedingungen erfüllen:

1. Die Sonde ist bei der Frequenz fl in Serienresonanz, d.h. die induktiven und kapazitiven gespeicherten Energien sind bei der Frequenz fl gleich.

2. Die gespeicherten Energien sind auch bei der Frequenz f2 gleich.

3. Die Impedanz an der Zuführstelle ist widerstandsbehaftet und gleich einer charakteristischen Impedanz von z.B. 50 Ohm bei der Frequenz fl.

4. Die Bedingung von 3. gilt auch bei der Frequenz f2.

Im Falle der Schaltung für das Doppelpaar von Zuführkabeln (Fig. 3) werden die vier Bedingungen durch zwei Sätze von Kondensatoren erfüllt, z.B. C8/C9 (und ihre identischen Gegenstücke Cll/12) und C7/C6 (und ihre identischen Gegenstücke C4/C3). Somit können die vorstehenden vier Bedingungen (1) - (4) als vier mathematische Gleichungen ausgedrückt werden, die von den vier Kondensatoren C6 - C9 erfüllt sind.

Im Falle des einen Paares von Zuführkabeln (Fig. 7) gelten die gleichen vier Gleichungen. Der Induktor 6 2 (und sein identisches Gegenstück 61) erzeugen eine induktive Reaktanz, die sich linear mit der Frequenz ändert, im Gegensatz zu den Kondensatoren C8 und C6, die eine Reaktanz erzeugen, welche sich umgekehrt mit der Frequenz ändert. Durch Verwendung einer induktiven Reaktanz anstelle einer kapazitiven Reaktanz ist es möglich, die vorstehend genannten vier Bedingungen (1) - (4) mit nur drei variablen Parametern zu erfüllen, z.B. Induktor 62, Kondensatoren C14 und C17 (mit ihren entsprechenden identischen Gegenstücken). Die Verwendung dieses Induktors macht es möglich, fl und f2 an gemeinsamen Stellen in die Sonde einzuführen.

Der Grund für die Unabhängigkeit der Sondenabstimmung mit der Belastung der Prüflinge liegt in den Kurzschlußebenen (Oberflächen), die durch die abgeglichenen oder doppeltsymmetrischen Zuführvorrichtungen erzeugt werden. Eine Verstimmung in den Oberflächensonden ist hauptsächlich durch das elektrische Feld bedingt, das eine Kopplung zu dem Prüfling ergibt. Diese Kurzschlußflächen sperren eine solche Kopplung.

Im Betrieb wird die abgeglichene Oberflachensondenanordnung zum Sammeln von Daten für Abbildungszwecke bei unterschiedlichen Frequenzen verwendet, um Kerne unterschiedlicher Elemente zu nutieren. Die Anordnung ist in idealer Weise geeignet, spektroskopische Daten eines ersten Elementes zusätzlich zur Erfassung von Abbildungsdaten eines zweiten Elementes anzusammeln. Die Verwendung der einzelnen Sonde für das Erfassen von Daten bei unterschiedlichen Frequenzen ohne die Notwendigkeit einer Verschiebung oder Neuabstimmung beschleunigt die Magnetresonanz-Datenerfassung und ergibt ein Minimum an Unbequemlichkeit für den Patienten sowie eine Erhöhung des Patientendurchsatzes.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Werte für die Induktoren und Kondensatoren ergibt nachstehende Tabelle:

Induktoren Kondensatoren

41, 42, 43, 44 40 nH Cl = C2 = 60 pF 61, 62 50 nH C4 = C7 = 150 pF

C6 = C3 = 500 pF C8 = CIl = 50 pF C9 = C12 = 20 pF

Der Widerstand rl beträgt 0,05 Ohm.

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Claims

Patentansprüche:

Oberflächen-HF-Sonde zur Verwendung für die Erfassung von Magnetresonanzdaten aus Stichproben für Abbildungs- und/oder spektographische Zwecke, gekennzeichnet durch eine erste Vielzahl von Induktoren zur Übertragung von HF-Signalen auf die oder von den Stichproben, eine erste Verbindungsvorrichtung, die die erste Vielzahl von Induktoren so miteinander verbindet, daß eine erste Zweigschaltung entsteht,

eine zweite Vielzahl von Induktoren zur Übertragung von HF-Signalen auf die oder von den Stichproben, eine zweite Verbindungsvorrichtung, die die zweite Vielzahl von Induktoren so miteinander verbindet, daß eine zweite Zweigschaltung entsteht, eine Vorrichtung die die ersten und zweiten Zweigschaltungen so miteinander koppelt, daß eine abgeglichene Sondenschaltung entsteht, wodurch virtuelle Kurzschlußebenen gebildet werden, um Impedanzen der Stichproben aufzuheben und die Verwendung der Sonde mit unterschiedlichen Stichproben und/oder Abständen zwischen Sonden und Stichproben zu ermöglichen,

wobei die erste Verbindungsvorrichtung eine erste Vorrichtung zur Abstimmung der ersten Vielzahl von Induktoren und die zweite Verbindungsvorrichtung weist zweite Vorrichtung zur Abstimmung der zweiten Vielzahl von Induktoren aufweist, und

eine Vorrichtung zum Verbinden der abgeglichenen symmetrischen Sondenschaltung, die bewirkt, daß die abgeglichene Schaltung bei zwei unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz kommt, ohne daß eine erneute Abstimmung erforderlich ist, um eine Empfänger- oder Sendervorrichtung in die Lage zu versetzen, daß Signale bei der ersten oder der zweiten Frequenz empfangen oder gesendet werden, und um die Impedanz der Empfänger- und Sendervorrichtung anzupassen.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zweige miteinander so verbunden sind, daß sie eine doppelt symmetrische abgeglichene Sondenschaltung bilden.
3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vielzahl von Induktoren ein erstes Paar von
flachen, gekrümmten Leitern aufweist.
4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vielzahl von Induktoren ein erstes Paar von
flachen, gekrümmten Leitern aufweist, und daß das erste und das zweite Paar von gekrümmten Leitern in einem Kreis angeordnet sind.
5. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Induktor und der zweite Induktor jeweils ein Paar von flachen, gekrümmten Kupferleitern aufweisen, deren jeder im wesentlichen ein Viertel eines Kreisumfanges
einnimmt.
6. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsvorrichtung eine Serienimpedanzschaltung aufweist, die mit jedem der beiden flachen, gekrümmten Kupferleiter verbunden ist.
7. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsvorrichtung ein Paar von in Serie
geschalteten Kondensatoren aufweist, die zwischen jeden der Induktoren eines jeden Paares von flachen, gekrümmten Kupferleitern so eingeschaltet sind, daß die flachen,
gekrümmten Kupferleiter miteinander verbunden sind.
8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kopplung der ersten und zweiten Zweigschaltungen zur Ausbildung der abgeglichenen Sondenschaltung eine Serienimpedanzvorrichtung aufweist, die aus
einem Induktor und einem Kondensator besteht.
9. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsvorrichtung einen ersten Kondensator, der das erste Paar von Induktoren miteinander verbindet, und einen zweiten Kondensator, der das zweite Paar von Induktoren miteinander verbindet, aufweist.
10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verbinden der ersten abgeglichenen symmetrischen Sondenschaltung eine abgeschirmte Kabelvorrichtung aufweist.
11. Sonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschirmte Kabelvorrichtung zwei Sätze von abgeschirmten Kabeln aufweist, daß der erste Satz von abgeschirmten Kabeln ein erstes Kabel besitzt, das längs eines der flachen Kupferleiter verläuft, daß ein zweites der abgeschirmten Kabel so angeordnet ist, daß es längs eines zweiten der flachen Kupferleiter verläuft, daß die ersten und zweiten Kupferleiter in gegenüberliegenden Quadranten des Kreises entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, daß das erste abgeschirmte Kabel mit dem Kupferleiter, auf welchem es verläuft, über eine erste Impedanzvorrichtung, und ein benachbarter Kupferleiter über eine zweite ImpedanzVorrichtung verbunden ist, und daß das zweite abgeschirmte Kabel mit dem flachen Kupferleiter, an dem entlang es verläuft, durch eine dritte Impedanzvorrichtung und mit einem benachbarten Kupferleiter über eine vierte Impedanzvorrichtung verbunden ist.
12. Sonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Frequenzen angelegt und aus den ersten und zweiten abgeschirmten Leitern empfangen werden, und daß die erste und die dritte Impedanzvorrichtung eine Induktorvorrichtung sowie die zweite und die vierte Impedanzvorrichtung eine Kondensatorvorrichtung aufweisen.
13. Sonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verbinden mit der abgeglichenen symmetrischen Sondenschaltung zwei Paare von abgeschirmten Kabeln

aufweist, von denen ein erstes Paar zum Anlegen einer ersten Frequenz und ein zweites Paar zum Anlegen einer zweiten Frequenz dient, daß das erste Kabel des ersten Paares von abgeschirmten Kabeln über eine Kondensatorvorrichtung mit benachbarten ebenen Kupferleitern und ein zweites Kabel des ersten Paares von abgeschirmten Kabeln mit einem entgegengesetzten Paar von flachen Kupferleitern über ein Paar von Kondensatoren verbunden ist, daß das zweite Paar von abgeschirmten Leitern längs, das zweite Paar von abgeschirmten Leitern verläuft längs eines Paares von in entgegengesetzter Richtung angeordneten Kupferleitern in dem Kreis von Kupferleitern verlaufend angeordnet ist, daß das zweite Paar von abgeschirmten Kabeln jeweils mit dem Kupferleiter, längs dessen es verläuft, über einen ersten Kondensator und mit einem daran anschließenden Kupferleiter über einen zweiten Kondensator gekoppelt, ist, und daß die ersten und die zweiten Paare von abgeschirmten Leitern durch eine Kupferrohrvorrichtung zu den flachen Kupferleitern geführt sind.
14. Sonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferleitungsvorrichtung ein Paar von gekrümmt geformten Rohren aufweist, die sich über der Mitte des Kreises wölben, und daß die abgeschirmten Kabel in das gekrümmt geformte Kupferrohr am Scheitel des Bogens eingeführt sind.
15. Sonde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferrohr kurzgeschlossen ist und einen Teil einer Symmetrie-Kopplungsschaltung bzw. abgeglichenen Ungleichgewichts-Kopplungsschaltung (balanced-unbalanced coupling circuit) bilden.