DE3634030A1

DE3634030A1 - Antennenanordnung fuer ein kernspin-resonanzgeraet fuer mindestens zwei betriebsfrequenzen

Info

Publication number: DE3634030A1
Application number: DE19863634030
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Kestler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1986-10-06
Publication date: 1988-04-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Kern spin-Resonanzgerät für mindestens zwei Betriebsfrequenzen, wobei die Antennenanordnung durch Blindwiderstände auf die der jeweiligen Betriebsfrequenz entsprechende Resonanzfrequenz ab geglichen wird.

Eine derartige Antennenanordnung ist beispielsweise bekannt aus M.D. Schnall et al: "New double-tuned probe for concurrent ¹H and ³¹P NMR", Journal of Magnetic Resonance, 65 (1985), Seiten 122 bis 129.

Insbesondere bei Spektroskopie-Experimenten mit magnetischer Resonanz möchte man ein gegebenes Probenvolumen oft nach mehreren Kerntypen (z.B. Phosphor und Protonen) untersuchen. Aber auch bei bildgebenden Verfahren könnte man mehrere Kern typen auswerten. Dazu muß die Antennenanordnung zur Anregung der Kernspins und zum Auslesen des entstehenden Kernresonanz- Signals auf die Resonanzfrequenz des jeweiligen Kerntyps abge stimmt werden. Als Antenne wird in der Spektroskopie meist eine Oberflächenspule mit Abstimm- und Anpaßschaltung verwendet. Die Umstellung auf eine andere Frequenz geschah bisher meist durch Austausch des gesamten Proben-Resonanzkreises, d.h. der Oberflächenspule samt Abstimm- und Anpaßschaltung. Dies bringt jedoch im praktischen Betrieb Nachteile mit sich: einmal ist kein rascher Wechsel möglich, so daß z.B. für einen Patienten im Magneten eine zusätzliche Wartezeit erforderlich ist, zum anderen ist nicht sichergestellt, daß nach dem Wechsel wieder genau dieselbe Stelle des Meßvolumens untersucht wird.

In der oben genannten Literaturstelle wird daher eine Schal tung vorgestellt, bei der durch Hinzufügen von Blindwiderstän den zur Oberflächenspule diese für mehrere Betriebsfrequenzen gleichzeitig verwendet werden kann. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie in der Berechnung sehr aufwendig ist. Außer dem beeinflussen sich alle Abgleichelemente, d.h. Abstimm- und Transformationselemente, gegenseitig. Je Betriebsfrequenz ist mindestens ein Abstimm- und ein Transformationselement notwendig. Bei Variation eines Abgleichelementes ändern sich Betrag und Phase der Eingangsimpedanz bei allen Frequenzen. Es ist daher sehr zeitraubend und erfordert komplizierte Meß techniken, eine solche Anordnung optimal abzustimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß sie auf min destens zwei Betriebsfrequenzen abgeglichen werden kann, wo bei eine Beeinflussung der jeweils anderen Betriebsfrequenz nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:.

a) eine Anschlußklemme für die erste Betriebsfrequenz wird mit einem ersten Anschluß der Antenne verbunden,
b) eine Anschlußklemme für die zweite Betriebsfrequenz wird mit einem zweiten Anschluß der Antenne verbunden,
c) der erste Anschluß der Antenne ist über einen auf die zwei te Betriebsfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis mit einem beiden Betriebsfrequenzen gemeinsam zugeordneten Be zugspunkt verbunden,
d) der zweite Anschluß der Antenne ist über einen auf die erste Betriebsfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis mit dem beiden Betriebsfrequenzen gemeinsam zugeordneten Be zugspunkt verbunden.

Diese Antenne läßt sich für jede Frequenz separat abstimmen, wobei eine Beeinflussung der Parameter untereinander nicht auftritt.

Zur Abstimmung der Antennenanordnung auf Resonanz kann zwi schen jedem Anschluß der Antenne und dem Bezugspotential je weils ein Abstimmkondensator angeordnet sein, mit dem die An tennenanordnung auf die entsprechende Betriebsfrequenz ein stellbar ist. Vorteilhafterweise ist zwischen jede Anschluß klemme und den entsprechenden Anschluß der Antenne ein ab stimmbarer Anpaßkondensator eingefügt, mit dem die Antennen anordnung an die Leitungsimpedanz einer Zuleitung angepaßt werden kann. Auch die Abstimmung dieses Anpaßkondensators zur Transformation der Wellenwiderstände kann für jede Be triebsfrequenz unabhängig voneinander vorgenommen werden.

Durch Zuschaltung weiterer Blindwiderstände zur Antenne kann diese auf mehr als zwei Betriebsfrequenzen abstimmbar sein. Für diese zusätzlichen Betriebsfrequenzen ergibt sich aller dings wieder das Problem der gegenseitigen Beeinflussung bei der Abstimmung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. näher erläutert. Die Fig. zeigt eine Antenne 1 in Form einer Spule, deren beide Anschlüsse über je einen Serienreso nanzkreis 4 bzw. 5 mit Bezugspotential verbunden sind. Jeder Serienresonanzkreis 4, 5 enthält die Reihenschaltung einer Spu le 4 b bzw. 5 b und eines Kondensators 4 a bzw. 5 a. Außerdem ist jeder Anschluß der Spule 1 über je einen einstellbaren Ab stimmkondensator 6 bzw. 7 mit Bezugspotential verbunden. Der erste Anschluß der Spule 1 ist schließlich über einen Anpaß kondensator 8 mit einer Anschlußklemme 2 und der zweite An schluß der Spule 1 über einen Anpaßkondensator 9 mit einer Anschlußklemme 3 verbunden. Der Serienresonanzkreis 4 ist auf die Frequenz f 2, der Serienresonanzkreis 5 auf die Frequenz f 1 abgestimmt.

Für die Betriebsfrequenz f 1 ist die Anschlußklemme 2 vorge sehen. Mit dem Anpaßkondensator 8 wird der Eingangswiderstand der Antennenanordnung an den Wellenwiderstand der Zuleitung angepaßt. Mit dem Abstimmkondensator 6 wird die Antennenan ordnung auf die Resonanzfrequenz f 1 eingestellt. Beim Betrieb mit der Frequenz f 1 stellt der Serienresonanzkreis 5 einen Kurzschluß dar, so daß das untere Ende der Spule 1 auf Bezugspotential gelegt ist. Damit sind der Abstimmkondensator 7 und der Anpaßkondensator 9 kurzgeschlossen und somit für die Frequenz f 1 unwirksam.

Die Anschlußklemme 3 ist für die Betriebsfrequenz f 2 vorge sehen. Dabei wird der Wellenwiderstand der Zuleitung mit dem Anpaßkondensator 9 an den Eingangswiderstand der Antennenanord nung angepaßt und die Spule mit dem Abstimmkondensator 7 auf die Resonanzfrequenz 2 abgestimmt. Der Serienresonanzkreis 4 ist auf die Resonanzfrequenz f 2 eingestellt. Damit wird mit dem Serienresonanzkreis 4 bei der Frequenz f 2 das obere Ende der Spule 1 an Bezugspotential gelegt, so daß in diesem Falle der Abstimmkondensator 6 und der Anpaßkondensator 8 kurzge schlossen sind und dadurch für die Frequenz f 2 wirkungslos werden.

Da bei jeder Betriebsfrequenz die Abstimmelemente für die je weils andere Betriebsfrequenz kurzgeschlossen werden, läßt sich die Spule 1 für jede Frequenz separat abstimmen und an passen, wobei eine Beeinflussung der Parameter untereinander nicht auftritt. Damit wird der Abgleich der Spule 1 wesentlich vereinfacht.

Beim Betrieb mit der Frequenz f 1 liegt parallel zum Abstimm kondensator 6 der auf die Frequenz f 2 abgestimmte Serienreso nanzkreis 4. Falls die Frequenz f 2 größer als f 1 ist, wirkt der Serienresonanzkreis für die Frequenz f 1 kapazitiv. Er kann also einen an dieser Stelle ohnehin erforderlichen Fest kondensator ersetzen, wenn sein L/C-Verhältnis entsprechend gewählt wird.

Bei der Betriebsfrequenz f 2 liegt parallel zum Abstimmkonden sator 7 der Serienresonanzkreis 5. Wenn man wieder davon aus geht, daß f 1 kleiner als f 2 ist, stellt der Serienresonanz kreis 5 eine Induktivität dar, die parallel zur Spule 1 er scheint. Aufgrund der resultierenden verringerten Induktivi tät kann der Abstimmkondensator 7 eine etwas höhere Kapazität aufweisen, was bei hohen Frequenzen erwünscht ist.

Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß beide Frequenzen f 1, f 2 an separaten Anschlußklemmen 2, 3 eingespeist bzw. abgenommen werden können. So lassen sich auf die jewei lige Frequenz f 1, f 2 optimierte Vorverstärker und Duplexer an die Anschlußklemmen 2, 3 direkt anschließen. Frequenzweichen oder zusätzliche Filter sind dabei nicht erforderlich.

Die beschriebene Anordnung läßt sich sowohl für die Spektro skopie als auch für die Bildgebung einsetzen. Sie ist nicht nur für Oberflächenspulen, sondern auch für Kopf- und Ganz körper-Antennen anwendbar.

Eine Erweiterung auf mehr als zwei Betriebsfrequenzen ist dadurch möglich, daß man parallel zu den Serienschwingkreisen 4, 5 weitere Blindwiderstände schaltet. Dann sind allerdings nicht mehr alle Abstimmelemente voneinander entkoppelt.

Claims

1. Antennenanordnung für ein Kernspin-Resonanzgerät für min destens zwei Betriebsfrequenzen (f 1, f 2), wobei die Antennenan ordnung durch Blindwiderstände (6, 7) auf die der jeweiligen Betriebsfrequenz (f 1, f 2) entsprechende Resonanzfrequenz ab geglichen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine Anschlußklemme (2) für die erste Betriebsfrequenz (f 1) wird mit einem ersten Anschluß der Antenne (1) verbunden,
b) eine Anschlußklemme (3) für die zweite Betriebsfrequenz (f 2) wird mit einem zweiten Anschluß der Antenne (1) ver bunden,
c) der erste Anschluß der Antenne (1) ist über einen auf die zweite Betriebsfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis (4) mit einem beiden Betriebsfrequenzen gemeinsam zuge ordneten Bezugspunkt verbunden,
d) der zweite Anschluß der Antenne (1) ist über einen auf die erste Betriebsfrequenz (f 1) abgestimmten Serienschwingkreis (5) mit dem beiden Betriebsfrequenzen gemeinsam zugeordne ten Bezugspunkt verbunden.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Anschluß der Antenne (1) und dem Bezugs potential jeweils ein Abstimmkondensator (6, 7) angeordnet ist, mit dem die Antennenanordnung auf die entsprechende Betriebs frequenz einstellbar ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede Anschlußklemme (2, 3) und den entsprechenden Anschluß der Antenne (1) ein abstimmbarer Anpaßkondensator (8, 9) eingefügt ist, mit dem die Antennenanordnung an die Lei tungsimpedanz einer Zuleitung angepaßt werden kann.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Zuschaltung weiterer Blindwiderstände zur An tenne (1) auf mehr als zwei Betriebsfrequenzen abstimmbar ist.