DE3608473C2

DE3608473C2 - HF-Oberflächensonde für Magnetresonanzsysteme mit zwei Betriebsfrequenzen

Info

Publication number: DE3608473C2
Application number: DE3608473A
Authority: DE
Inventors: Hanan Keren; Judd Blass
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: GE Medical Systems Israel Ltd
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2006-03-15
Also published as: IL78097A; IL78097A0; US4691163A; DE3608473A1

Description

Die Erfindung betrifft HF-Oberflächensonden, wie sie für Datenerfassungssysteme mit magnetischer Resonanz verwendet werden.

Eine derartige Sonde ist beispielsweise aus der US 44 46 431 bekannt.

Bei Datenerfassungssystemen mit magnetischer Resonanz werden HF-Oberflächen sonden verwendet, um HF-Signale auf das Untersuchungsobjekt zu übertragen und um HF-Signale aus dem Untersuchungsobjekt zu empfangen.

Oberflächenspulen sind spezielle HF-Sonden, die so ausgelegt sind, daß sie angrenzend an einen Teil des Patienten betrieben werden. Beispielsweise werden Oberflächen spulen verwendet, um Protonen-Bilder der Brust eines weiblichen Patienten zu gewinnen. Durch Verwendung einer anderen Frequenzen können spektroskopische Daten erzielt werden, 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 eine mögliche Heilung. Es ist somit von höchster Wichtigkeit, derartige Informationen sobald wie möglich zu erhalten.

Bisher war es üblich, zunächst die NMR-Daten unter Verwendung einer HF- Oberflächensonde zu erhalten, die auf die Larmorfrequenz von Wasserstoff abgestimmt war; anschließend wurden NMR-Daten unter Verwendung einer anderen HF-Sonde, die auf die Larmorfrequenz von Phosphor abgestimmt war, gewonnen. Die unterschied lichen Spulen wurden verwendet, da unterschiedliche Frequenzen notwendig sind, um die unterschiedlichen Kerne anregen zu können. Es war nicht üblich, die gleiche Spule für unterschiedliche 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 betrieben werden, bereits vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist der eingangs genannten US 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 HF-Sonde nach dem vorgenannten Patent ist außerordentlich kritisch, ebenso die Länge der Übertragungs leitung.

Ein weiterer Nachteil der Sonde nach diesem Patent besteht darin, daß die Abstimmung für jede Probe getrennt voneinander 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.

Im Stand der Technik ist auch die Verwendung von Beitbandsondenanordnungen für MR-Spektrometer bekannt, z. B. aus der US 40 75 552 und der US 41 29 822. 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 auch Empfänger in einem weiten Frequenzbereich angepaßt sind. Die US 40 75 552 verwendet einen Autotransformator als Induktivität der Oszillatorschaltung, während die US 41 29 822 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 HF-Oberflächensonden für Magnetresonanzsysteme, 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, 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 Posphorkerne) 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; somit können die gegenüberliegenden Stellen der Schaltung als kurzgeschlossen angesehen werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer HF-Oberflächensonde mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 7 werden HF-Sonden vorgeschlagen, die auf mindestens zwei Frequenzen abgestimmt und die im wesentlichen unabhängig von der Impedanz der Proben sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

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

Fig. 2 eine Veranschaulichung der Wirkungsweise einer phasenabgeglichenen Sonde,

Fig. 3A eine schematische Darstellung einer 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 durch HF-Signale angeregt werden,

Fig. 5 eine Ausführungsform der Sonde nach Fig. 3,

Fig. 6 eine weitere 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 NMR-System 11, das für die NMR-Spektrometrie und/oder für die NMR- Bildgebung verwendet wird. Der Hauptmagnet 12 dieses Systems erzeugt das statische Magnetfeld, das bewirkt, daß die Spins der zu prüfenden Kerne einen ausgerichteten Zustand annehmen. Mit 13 sind Gradientenspulen bezeichnet, die durch den X- Gradientenverstärker 14, den Y-Gradientenverstärker 16 und den Z-Gradienten verstärker 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 Kernspins des gewünschten Elementes in Nutation versetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß ein HF-Impuls gegebener Frequenz entsprechend der Larmor-Beziehung verwendet wird. Um beispielsweise Wasserstoffkerne anregen zu können, wird eine Frequenz von 42,5 MHz bei einer Grundfeldstärke von 1T benötigt. 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 zum Empfang des FID-Signales verwendet werden. Die empfangenen 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 auf einer Sichtanzeige schaltung 29 in Verbindung mit der Speichervorrichtung 31 zu erzielen.

Wenn zusätzliche Daten erwünscht sind, wenn z. B. Natriumkerne oder Phosphorkerne angeregt werden sollen, müssen unterschiedliche HF-Frequenzen in Übereinstimmung mit der bekannten Larmor-Beziehung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt abgeglichene HF-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 32 und 33 an Verbindungsstellen a und a1 mit entgegengesetzter Polarität erregt. Beispielsweise sind mit b, b1 und c, c1 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 unter schiedlichen Frequenzen zu ermöglichen, die notwendig sind, um Daten sowohl z. B. von Wasserstoffkernen als auch von Phosphorkernen zu sammeln, oder generell, um das Erfassen von Daten bei unterschiedlichen Frequenzen zu ermöglichen.

Die in den Fig. 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 Fig. 3A, 3B und 5 gezeigt, besitzt die HF-Sonde 26 vier "Spulen" oder Induktoren 41, 42, 43 und 44. Die "Spulen" sind über Kondensatoren miteinander verbunden. Beispielsweise sind die "Spulen" 41 und 42 über den Kondensator C1, die "Spulen" 43 und 44 über den Kondensator C2, die "Spulen" 41 und 44 über die Kondensatoren C3 und C4, und die "Spulen" 42 und 43 über die Kondensatoren C6 und C7 miteinander verbunden.

Eine Frequenz f2, 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 C11 und C12 den Spulen 43 und 44 zugeführt. Eine Frequenz f1, vorzugsweise eine niedrige Frequenz, wird von dem abgeschirmten Kabel 46 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 24 angepaßter Leistung (Fig. 1) ist mit der Empfangsschaltung und der Sendeschaltung, und insbes. mit dem Modulator 22 und dem Demodulator 28 über die Schaltvorrichtung 26 verbunden. Die Hybridschaltung ermöglicht den Empfang bei den unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Zeiten unter Steuerung des Steuergerätes in an sich bekannter Weise.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridschaltung die Hybrid anordnung auf, die in der DE 35 38 582 C1 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 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.

In Fig. 3A sind für die hohe Frequenz f1 die Spulen 41 und 42 in Serie geschaltet, ebenso die Spulen 43 und 44. Die beiden Seriensätze sind mit dem Hybridteiler verbunden. In ähnlicher Weise sind die Induktoren 41 und 44 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 f1 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 C1 und r41, dem Widerstand des Induktors 41, gekoppelt. Ein Induktor LB, der die induktive Belastung eines BALUN ist, überbrückt den Kondensator C1.

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-unbalanced") bzw. Symmetrie-Vorrichtung für das Einführen eines Koaxialkabels in eine abgeglichene Sonde oder Antenne. In diesem Fall kann die BALUN-Vorrichtung die Kupferrohre 51, 51a, 52 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 37 bezeichnete Ebene gewählt wird, die Abbildungsdaten und die spektroskopischen Daten erfaßt werden können, ohne daß die Sonde verschoben oder neu abgestimmt werden muß; 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 HF-Sgnale gesendet, um die Wasserstoffkerne anzuregen. Es werden Daten erfaßt und ohne Bewegen oder erneutes Abstimmen der Sonde werden zweite HF- Signale gesendet, so daß die Phosphorkerne angeregt 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 Wasserstoff- als auch für die Phosphorkerne verwendet. Somit wird eine Phosphoranreicherung unmittelbar angezeigt und exakt lokalisiert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden die abgeschirmten Einführkabel 48 und 49 für die Frequenz f1 und die abgeschirmten Kabel 46 und 47 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 49 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 52 und 52a stellen 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 Kurzschluß verbinder 55 und 56 kurzgeschlossen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verbindet ein Paar von Zuführkabeln beide Frequenzen f1 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 und 44 und die abgeschirmten Kabel 46 und 47, die in Fig. 5 gezeigt waren. Die schematische Darstellung nach Fig. 6 ist den Fig. 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 f1-Signal vorgesehen. Stattdessen sind die f1- 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 Fig. 6 und 7 sind die Kupferrohre bei 53 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 f1 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 f1 in Serienresonanz, d. h. die induktiven und kapazitiven gespeicherten Energien sind bei der Frequenz f1 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 f1.
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 C11/C12) 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 62 (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, f1 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, 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. Die Kurzschlußebenen verhindern eine solche Kopplung.

Im Betrieb wird die abgeglichene Oberflächensondenanordnung zum Sammeln von Daten für NMR-Abbildungszwecke bei unterschiedlichen Frequenzen verwendet. 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.

Bevorzugte Werte für die Induktoren und Kondensatoren ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:

Der Widerstand r1 beträgt 0,05 Ohm.

Claims

1. HF- Oberflächensonde für Magnetresonanzsysteme mit einer Sendevorrichtung zum Senden von HF-Impulsen und mit einer Empfängervorrichtung zum Empfangen der HF-Signale, wobei Sende- und Empfängervorrichtung jeweils eine charakteristische Impedanz haben, und die Sonde mindestens bei einer ersten und einer zweiten Frequenz in Resonanz kommt und eine Vielzahl von Induktivitäten zum Senden der HF-Impulse an die Untersuchungsobjekte und zum Empfangen der HF-Signale aus den Untersuchungsobjekten aufweist, welche HF-Daten für Abbildungs- und/oder spektographische Zwecke ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Kapazitäten (C₁-C₄) vorgesehen sind, die die Vielzahl von Induktivitäten miteinander verbinden, um eine abgeglichene und symmetrische Sonde (26) mit virtuellen Kurzschlußebenen zu bilden, die die elektrostatische Kopplung zwischen der Sonde (26) und einem gegebenen Untersuchungsobjekt minimieren und die ermöglichen, daß die Sonde (26) mit unterschiedlichen Untersuchungsobjekten und/oder unterschiedlichem Abstand zwischen den gegebenen Untersuchungsobjekten und der Sonde verwendet werden kann, ohne daß eine erneute Abstimmung zur Aufrechterhaltung der Resonanz bei der ersten Frequenz (f₁) und bei der mindestens zweiten Frequenz (f₂) erforderlich ist,
b) erste Verbindungsleiter (46, 47) die abgeglichene Sonde (26) mit der Sende- und der Empfängervorrichtung verbinden, damit die Vielzahl von Induktivitäten und Kapazitäten bei der ersten Frequenz in Resonanz gebracht und die charakteristische Impedanz angepaßt wird,
c) zweite Verbindungsleiter (48, 49) die abgeglichene Sonde (26) mit der Sende- und Empfängervorrichtung verbinden, damit die Vielzahl von Induktivitäten und Kapazitäten bei der mindestens zweiten Frequenz in Resonanz gebracht und die charakteristische Impedanz angepaßt wird,
d) die Vielzahl von Induktivitäten vier Drosseln (41-44) aufweist;
e) die vier Drosseln erste und zweite Drosseln (41, 42) umfassen, die miteinander durch ein Paar von in Reihe geschalteten ersten und zweiten Kondensatoren (C₈, C₉) verbunden sind, welche von einem dritten Kondensator (C₁) überbrückt werden,
f) die dritten und vierten Drosseln (43, 44) der vier Drosseln (41-44) miteinander durch ein zweites Paar von in Serie geschalteten vierten und fünften Konden satoren (C₁₁, C₁₂) verbunden sind, welche von einem sechsten Kondensator (C₂) überbrückt werden,
g) die ersten und vierten Drosseln (41, 44) der vier Drosseln (41-44) miteinander durch ein drittes Paar von in Serie geschalteten siebten und achten Konden satoren (C₃, C₄) verbunden sind,
h) die zweiten und dritten Drosseln (42, 43) miteinander durch ein viertes Paar von neunten und zehnten Kondensatoren (C₆, C₇) verbunden sind,
i) die zweiten Verbindungsleiter einen ersten Leiter (48), der mit der Verbindungs stelle der ersten und zweiten Kondensatoren (C₈, C₉) verbunden ist, und einen zweiten Leiter (49), der mit der Verbindungsstelle der vierten und fünften Kon densatoren (C₁₁, C₁₂) verbunden ist, aufweist,
j) die ersten Verbindungsleiter einen dritten Leiter (46), der mit der Verbin dungsstelle der siebten und achten Kondensatoren (C₃, C₄) verbunden ist, und einen vierten Leiter (47), der mit der Verbindungsstelle der neunten und zehnten Kondensatoren (C₆, C₇) verbunden ist, aufweisen, und
k) die Signale der ersten Frequenz über die ersten Verbindungsleiter und die Signale der mindestens zweiten Verbindungsleiter über die zweiten Verbindungsleiter übertragen werden.

2. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Drosseln (41-44) einen im wesentlichen 90° überspannenden Leiter aufweist.

3. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Leiter (46-49) so angeordnet sind, daß sie eine Schleife bilden.

4. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Verbindungsleiter (46, 47; 48, 49) zum Verbinden der Sonde mit der Sende- und Empfängervorrichtung abgeschirmte Kabel aufweisen.

5. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschirmte Kabelanordnung aufweist:

a) einen ersten und einen zweiten Satz von abgeschirmten Kabeln (46, 47; 48, 49),
b) der erste Satz von abgeschirmten Kabeln (46, 47) die ersten und zweiten Leiter und der zweite Satz von abgeschirmten Kabeln (48, 49) die dritten und vierten Leiter darstellt,
c) die ersten und dritten Drosseln (41, 43) erste und dritte Stromleiter sind, die um 180° versetzt zueinander in gegenüberliegenden Quadranten einer Schleife ange ordnet sind,
d) die zweiten und vierten Drosseln (42, 44) zweite und vierte Stromleiter sind, die um 180° versetzt zueinander in gegenüberliegenden Quadranten der Schleife angeordnet und zwischen den dritten und ersten Stromleitern angeordnet sind, die die Schleife bilden.

6. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter flache Kupferleiter sind.

7. HF-Oberflächensonde für Magnetresonanzsysteme mit einer Sendevorrichtung zum Senden von HF-Impulsen und mit einer Empfängervorrichtung zum Empfangen der HF-Signale, wobei Sende- und Empfängervorrichtung jeweils eine charakteristische Impedanz haben, und die Sonde mindestens bei einer ersten und einer zweiten Frequenz in Resonanz kommt, gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Schenkel,
eine Serienschaltung von Kapazitäten und Induktivitäten in den ersten und zweiten Schenkeln, wobei die Werte der Kapazitäten und Induktivitäten im ersten Schenkel so ausgelegt sind, daß der erste Schenkel bei einer ersten Frequenz in Resonanz kommt und die Werte der Kapazitäten und Induktivitäten im zweiten Schenkel so ausgelegt sind, daß der zweite Schenkel bei einer zweiten Frequenz in Resonanz kommt,
eine Vorrichtung zum Verbinden der beiden Schenkel miteinander an zwei Stellen, die beide das gleiche Potential bei jeder der beiden Resonanzfrequenzen haben, Verbindungsleiter, die mit jeder der beiden Stellen zum Verbinden der beiden Schenkel mit der Empfänger- und der Sendevorrichtung in Verbindung stehen, wobei die beiden Schenkel parallel geschaltet sind, so daß dann, wenn der erste Schenkel bei der ersten Resonanzfrequenz in Resonanz kommt, der erste Schenkel nur die charakteristische Impedanz für die Sende- und Empfängervorrichtung darstellt und dann, wenn der zweite Schenkel bei der zweiten Resonanzfrequenz in Resonanz kommt, dieser zweite Schenkel nur die charakteristische Impedanz der Sende- und der Empfängervorrichtung darstellt, und
jeder Schenkel eine hohe Impedanz für den Durchfluß von Signalen darstellt, wenn sie nicht in Resonanz sind.

8. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel eine Serienverbindung eines ersten Kondensators (C₁₆), einer ersten Drossel (41), eines zweiten Kondensators (C₁₃), einer zweiten Drossel (42), und einer dritten Drossel (62) darstellt, die alle zwischen den Stellen in der Schaltung mit gleichem Potential angeschlossen sind, und daß der zweite Schenkel eine Serienverbindung einer vierten Drossel (61), einer fünften Drossel (44), eines dritten Kondensators (C₁₄), einer sechsten Drossel (43) und eines vierten Kondensators (C₁₇) darstellt, die alle zwischen den Stellen in der Schaltung mit gleichem Potential angeschlossen sind.

9. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln jeweils gekrümmte Leiter sind, die zu einer Schleife geformt sind, welche im wesentlichen einen Kreis auf einer Ebene darstellt, und daß die Verbindungsleiter zwei Sätze von abgeschirmten Kabeln sind.

10. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Kupferrohrvorrichtung (51, 52), durch die zwei Sätze von abgeschirmten Kabeln (46, 47; 48, 49) geführt sind, bevor die Verbindung mit den beiden Stellen gleichen Potentials hergestellt wird.

11. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferrohrvorrichtung (51, 52) zwei gekrümmt geformte Rohre aufweist, die sich über die Mitte des Kreises wölben, wobei die abgeschirmten Kabel in die gekrümmt geformte Kupferrohrvorrichtung am Scheitel des Bogens über der Kreismitte der Ebene eingeführt werden.

12. HF-Oberflächensonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferrohre miteinander so verbunden sind, daß sie einen Teil einer Symmetrie- Kopplungsschaltung bilden.