DE4030878A1 - Doppel-oberflaechenspule fuer ein kernspinresonanzgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppel-Oberflächenspule mit zwei Einzelspulen, die jeweils aus zwei parallel geschalteten Teil­ spulen bestehen. Derartige Doppel-Oberflächenspulen werden in der Kernspintomographie beispielsweise für die Mammographie verwendet.

Die Anwendung von Oberflächenspulen ist dann zweckmäßig, wenn bestimmte Teile des Untersuchungsobjektes mit verbessertem Si­ gnal-Rausch-Verhältnis ausgewertet warden sollen. Dabei wird im allgemeinen mit einer Ganzkörperantenne gesendet und mit der Oberflächenspule empfangen. Beim Senden mit der Ganzkörperan­ tenne muß die Oberflächenspule entkoppelt werden, damit sie nicht im resonanten Zustand zu örtlichen Feldüberhöhungen und damit zu einer lokalen Erhitzung des Untersuchungsobjektes führt. Bei Oberflächenspulen, die aus mehreren Einzelspulen zu­ sammengesetzt sind, muß ferner die jeweils nicht aktive Einzel­ spule auch während des Empfangsbetriebes entkoppelt werden, da­ mit das Signal-Rausch-Verhältnis nicht verschlechtert wird. In einer aus der EP-Al-02 80 908 bekannten Anordnung sind hierfür Schalter vorgesehen, die beispielsweise als PIN-Dioden-Schalter ausgeführt werden können und die die nicht benötigten Teilspu­ len freischalten.

Aus der EP-Al-02 62 495 ist es ferner bekannt, zur Entkopplung einer Ganzkörperantenne ein λ/4-Kabel vorzusehen, das an die Oberflächenspule angeschlossen ist. Das Ende des λ/4-Kabels wird beim Aussenden von HF-Impulsen mit der Ganzkörperantenne kurzgeschlossen und beim Empfang von Kernresonanzsignalen mit der Oberflächenspule geöffnet. Damit wird die Ganzkörperantenne entkoppelt, während die Oberflächenspule empfängt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Doppel-Oberflächenspule mit zwei Einzelspulen, die jeweils aus zwei parallel geschalteten Teilspulen bestehen, mit einem möglichst geringem Steuerungs­ aufwand zu entkoppeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jede Teilspule ein Reihenschaltung mit einem Kondensator und einer Drossel eingefügt ist, wobei zu jeder Drossel die Reihenschal­ tung eines Kondensators und eines steuerbaren Schalters paral­ lel geschaltet ist.

Vorteilhafterweise ist jeder steuerbare Schalter als PIN-Diode ausgeführt, wobei alle Teilspulen einen gemeinsamen Verbindungs­ punkt aufweisen, wobei in jeder Einzelspule zwischen dem Ver­ bindungspunkt der PIN-Diode mit dem in Reihe geschalteten Kon­ densator in der jeweils ersten Teilspule und dem Verbindungs­ punkt der PIN-Diode mit dem in Reihe geschalteten Kondensator in der jeweils zweiten Teilspule eine Verbindungsdrossel einge­ fügt ist, wobei zwischen den beiden Teilspulen jeder Einzel­ spule ein Steuersignal angelegt wird, und wobei die PIN-Dioden derart gepolt sind, daß ein von der Steuerspannung getriebener Steuerstrom über einen Windungsteil der ersten Teilspule, über die Drossel der ersten Teilspule, über die PIN-Diode der ersten Teilspule, über die Verbindungsdrossel, über die PIN-Diode der zweiten Teilspule, über die Drossel der zweitan Teilspule und über einen Windungsteil der zweiten Teilspule möglich ist. Da­ mit ist es mit geringerem Steuerungsaufwand möglich, die beiden Einzelspulen getrennt oder auch zusammen zu betreiben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kernspin-Resonanzge­ rätes,

Fig. 2 zeigt eine Schaltung zur Unterbrechung einer Spule mit Hilfe eines Resonanzkreises,

Fig. 3 zeigt eine Doppel-Oberflächenspule, als Ausführungsbei­ spiel für die Erfindung,

Fig. 4 zeigt ein dynamisches Steuersignal,

Fig. 5 zeigt ein statisches Steuersignal.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten prinzipiellen Aufbau eines Kern­ spin-Resonanzgerätes zur Ermittlung von Bildern oder Spektren eines Untersuchungsobjektes sind mit 1 und 2 sowie 3 und 4 Spu­ len bezeichnet, die ein magnetisches Grundfeld B_o erzeugen, in welchem sich bei medizinischer Anwendung der zu untersuchende Körper 5 eines Patienten befindet. Diesem sind außerdem Gradien­ tenspulen zugeordnet, die zur Erzeugung unabhängiger, zueinan­ der senkrechter Magnetfeldgradienten der Richtungen x, y und z gemäß dem Koordinatenkreuz 6 vorgesehen sind. In Fig. 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur die Gradientenspulen 7 und 8 ge­ zeichnet, die zusammen mit einem Paar gegenüberliegender, gleichartiger Gradientenspulen zur Erzeugung aines Gradienten in x-Richtung dienen. Die gleichartigen, nicht gezeichneten Gradientenspulen zur Erzeugung eines Gradienten in y-Richtung liegen parallel zum Körper 5 und oberhalb sowie unterhalb von ihm, die Gradientenspulen für das Gradientenfeld in z-Richtung liegen quer zu seiner Längsachse am Fuß- und am Kopfende. Die Anordnung enthält außerdem noch einen zur Erzeugung der Kern­ resonanzsignale dienenden Körper-Resonator 9 als Antenne. Zur Aufnahme der Kernresonanzsignale ist eine Oberflächenspule 19 vorgesehen, die alternativ zum Körper-Resonator 9 auch zur Er­ zeugung der Kernresonanzsignale dienen kann.

Das eigentliche Untersuchungsinstrument besteht aus den von ei­ ner strichpunktierten Linie 10 umgrenzten Spulen 1, 2, 3, 4, 7 und 8 sowie dem Körper-Resonator 9 und der Oberflächenspule 19.

Zum Betrieb der Spulen 1 bis 4 ist ein Netzgerät 11 vorgesehen. An einer Gradientenstromversorgung 12 liegen die Gradienten­ spulen 7 und 8 sowie weitere, nicht dargestellte Gradientenspu­ len an. Ein von einem Prozeßrechner 17 gesteuerter Hochfrequenz­ sender 14 ist mit dem Körper-Resonator 9 verbunden. Die Ober­ flächenspule 19 ist über einen Signalverstärker 15 ebenfalls an den Prozeßrechner 17 gekoppelt, an dem zur Ausgabe eines Bildes ein Bildschirmgerät 18 angeschlossen ist. Die Komponenten 14 und 15 bilden eine Sende-Empfangseinheit 16 zur Signalerzeugung und -aufnahme.

Anhand von Fig. 2 wird zunächst das Prinzip der Entkopplung bzw. Unterbrechung einer Hochfrequenzspule mit Hilfe eines Resonanz­ kreises erläutert. In einer Spule L1 mit den Anschlüssen A1 und A2 ist ein Serienresonanzkreis mit einer Drossel L und einem ersten Kondensator C eingefügt, der somit die Spule S in zwei Teilspulen Sa und Sb teilt. Der Drossel ist die Reihenschaltung eines Schalters SCH und eines zweiten Kondensators C′ parallel geschaltet. Die Drossel L und die Kondensatoren C, C′ sind so dimensioniert, daß bei der Betriebsfrequenz der Spule S die Drossel L zusammen mit dem ersten Kondensator C einen Serien­ resonanzkreis und die Drossel L zusammen mit dem Kondensator C′ einen Parallelresonanzkreis ergibt.

Wenn bei dieser Anordnung der Schalter SCH geöffnet ist, liegt somit ein Serienresonanzkreis in Reihe zur Spule S. Der Serien­ resonanzkreis hat im Resonanzfall eine geringe Impedanz, so daß ein in der Spule S induziertes Signal nahezu ungeschwächt an den Ausgängen A1, A2 ansteht. Wenn dagegen der Schalter SCH ge­ schlossen ist, so liegt in Reihe mit der Spule S ein Parallel­ resonanzkreis, der im Resonanzfall eine hohe Impedanz bildet. Damit ist die Spule S hochohmig bzw. aufgetrennt.

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Doppel- Oberflächenspule, bei der die anhand von Fig. 2 erläuterte Schal­ tung zur Entkopplung angewandt wird. Die Doppel-Oberflächenspule besteht aus zwei Einzelspulen mit jeweils zwei parallel ge­ schalteten Teilspulen S1, S2 bzw. S3, S4. Bei den Teilspulen S1 bis S4 kann es sich z. B. jeweils um einzelne Windungen handeln, so daß jede Einzelspule aus zwei parallel geschalteten Windun­ gen besteht. Alle Teilspulen S1 bis S4 sind mit einem Verbin­ dungssteg St verbunden. Der Verbindungssteg St sowie die vom Verbindungssteg St abgewandten Enden der Teilspulen S1 bis S4 sind mit einem Anpaßnetzwerk A verbunden, das eine Symmetrie­ rung der Doppel-Oberflächenspule sowie eine Impedanzanpassung bewirkt. Vom Anpaßnetzwerk A wird das von der Doppel-Oberflä­ chenspule aufgenommene Kernresonanzsignal wird über den in Fig. 1 dargestellten Signalverstärker 15 der Sende-Empfangsein­ heit 16 zugeführt.

In jeder Teilspule S1 bis S4 ist die in Fig. 2 dargestellte Schal­ tung eingefügt. Dabei ist der Schalter Sch nach Fig. 2 jeweils als PIN-Diode D1 bis D4 ausgeführt. Der Verbindungspunkt von PIN-Diode D1 und Kondensator C2 in der Teilspule S1 ist über ei­ ne Drossel L3 mit dem Verbindungspunkt von Kondensator C3 und PIN-Diode D2 in der Teilspule S2 verbunden. Ebenso ist der Ver­ bindungspunkt der Diode D3 mit dem Kondensator C8 in der Teil­ spule S3 über eine Drossel L6 mit dem Verbindungspunkt der PlN- Diode D4 mit dem Kondensator C9 in der Teilspule S4 verbunden. Über einen Eingang E1 und eine Drossel L5 wird ein erstes Steu­ ersignal an die Teilspule S1 angeschlossen. Der Bezugspunkt des ersten Steuersignals wird über eine Drossel L4 an die Teilspule S2 angeschlossen. Ein zweites Steuersignal wird in gleicher Weise über eine Drossel L9 an die Teilspule S3 angeschlossen. Hierbei liegt der Bezugspunkt des Steuersignals über eine Dros­ sel L10 an der Teilspule S3. Der Anschluß der Steuersignale er­ folgt zweckmäßigerweise im Bereich des Anpaßnetzwerkes A, da dort bereits Anschlüsse vorliegen.

Für die Ansteuerung der vier Teilspulen werden zwei Steuersi­ gnale Sia und Sib benötigt. Die beiden Steuersignale Sia und Sib sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Das Steuersignal Sia nach Fig. 4 ist dynamisch. Es alterniert im Takt der Anregesequenz für die Kernresonanz zwischen einem Strom +I in Leitrichtung, der die damit beaufschlagten PIN-Dio­ den in den leitenden Zustand schaltet und einer Spannung -U in Sperrichtung, die die beaufschlagten PIN-DIoden in den Sperrzu­ stand schaltet.

Das Steuersignal Sib nach Fig. 5 ist statisch und stellt einen konstanten Strom in Leitrichtung der PIN-Dioden dar, der die damit beaufschlagten PIN-Dioden in den "Ein"-Zustand schaltet.

Wenn beispielsweise die linke Einzelspule S1, S2 betrieben wer­ den soll, wird das dynamische Steuersignal Sia an den Steuer­ signaleingang E1 angelegt und das statische Steuersignal Sib an den Steuersignaleingang E2.

Das Steuersignal S1b bewirkt einen Stromfluß über die Drossel L9, einen Windungsteil der Teilspule S3, die Drossel L7, die PIN-Diode D3, die Drossel L6, die PIN-Diode D4, die Drossel L8, einen Windungsteil der Teilspule S4 und die Drossel L10 nach Masse. In beiden Teilspulen S3 und S4 werden daher Parallelre­ sonanzkreise aktiviert, die eine hohe Impedanz aufweisen und daher die Teilspulen S3 und S4 unterbrechen.

An die linke Einzelspule wird das Steuersignal S1a angelegt. Damit werden die Resonanzkreise in den Teilspulen S1 und S2 al­ ternierend als Serien- oder Parallelresonanzkreise geschaltet, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde. Die Teil­ spulen S1 und S2 werden also alternierend aktiviert und unter­ brochen. Dies erfolgt synchron zur Anregung der Kernresonanz­ signale, und zwar in der Weise, daß die Teilspulen S1 und S2 während der Sendephase der Ganzkörperantenne unterbrochen und damit entkoppelt sind und während der Empfangsphase aktiviert sind.

Durch Vertauschung der Ansteuersignale Sia, Sib ist es selbst­ verständlich auch möglich, in analoger Weise die rechte Teil­ spule S3, S4 anzusteuern.

Wenn alle Teilspulen S1 bis S4 angesteuert werden sollen, wird das dynamische Signal Sib an beide Eingänge E1 und E2 gelegt. Damit werden alle Teilspulen S1 bis S4 während der Empfangspha­ se aktiviert und während der Sendephase der Ganzkörperantenne entkoppelt.

Mit der dargestellten Anordnung können somit beide Einzelspulen oder nur eine ausgewählte Einzelspule aktiviert werden, während die jeweils andere Einzelspule entkoppelt ist. Es kann auch dy­ namisch zwischen den beiden Einzelspulen hin- und hergeschaltet werden, so daß alternierend Schichten aus dem linken und rech­ ten Bereich der Doppel-Oberflächenspule aufgenommen werden.

Damit werden für alle gewünschten Betriebsarten nur zwei Steu­ ersignal Sia und Sib benötigt, von denen mindestens eines dyna­ misch sein muß.

Die dargestellte Doppel-Oberflächenspule eignet sich insbeson­ dere für die Mammographie.

Claims (2)

1. Doppel-Oberflächenspule mit zwei Einzelspulen, die jeweils aus zwei parallel geschalteten Teilspulen (S1 bis S4) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Teilspule (S1 bis S4) eine Reihenschaltung mit einem Kondensa­ tor (C4 bis C7) und einer Drossel (L1, L2, L7, L8) eingefügt ist, wobei zu jeder Drossel (L1, L2, L7, L8) die Reihenschal­ tung eines Kondensators (C2, C3, C8, C9) und eines steuerbaren Schalters (D1 bis D4) parallel geschaltet ist.

2. Doppel-Oberflächenspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder steuerbare Schalter als PIN-Diode (D1 bis D4) ausgeführt ist, daß alle Teilspulen (S1 bis S4) einen gemeinsamen Verbindungspunkt (St) aufweisen, daß in jeder Einzelspule (S1, S2; S3, S4) zwischen dem Verbin­ dungspunkt der PIN-Diode (D1, D3) mit dem in Reihe geschalteten Kondensator (C2, C8) in der jeweils ersten Teilspule (S1, S3) und dem Verbindungspunkt der PIN-Diode (D2, D4) mit dem in Rei­ he geschalteten Kondensator (C3, C9) in der jeweils zweiten Teilspule (S2, S4) eine Verbindungs-Drossel (L3, L6) eingefügt ist, daß zwischen den beiden Teilspulen (S1, S2; S3, S4) ein Steuersignal (DC1, DC2) angelegt wird, wobei die PIN-Dioden (D1 bis D4) derart gepolt sind, daß ein von der Steuerspannung (DC) getriebener Steuerstrom über einen Windungsteil der ersten Teil­ spule (S1, S3), über die Drossel (L1, L7) der ersten Teilspule (S1, S3), über die PIN-Diode (D1, D3) der ersten Teilspule (S1, S3), über die Verbindungsdrossel (L3, L6), über die PIN-Diode (D2, D4) der zweiten Teilspule (S2, S4), über die Drossel (L2, L8) der zweiten Teilspule (S2, S4) und über einen Windungsteil der zweiten Teilspule (S2, S4) möglich ist.