DE3634030A1

DE3634030A1 - Antenna arrangement for a nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus for at least two operating frequencies

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

Abstract

In the case of the arrangement according to the invention, a connecting terminal (2) for the first operating frequency (f1) is connected to a first connection of the antenna (1), and a connecting terminal (3) for the second operating frequency (f2) is connected to a second connection of the antenna (1). The two connections of the antenna (1) are in each case connected, via series tuned circuits which are tuned to the operating frequency (f1 or f2 respectively), to a reference point which is jointly associated with both operating frequencies (f1, f2). The antenna arrangement is tuned by means of reactive elements (6, 7) to the resonant frequency corresponding to the respective operating frequency (f1, f2). In this case, one series resonant circuit in each case represents a short circuit for the tuning elements which are not required, so that the antenna arrangement can be tuned separately for each frequency without the parameters influencing one another. <IMAGE>

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.The invention relates to an antenna arrangement for a core spin resonance device for at least two operating frequencies, wherein the antenna arrangement by reactance to that of corresponding operating frequency from the corresponding resonance frequency is compared.

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.Such an antenna arrangement is known, for example, from MD Schnall et al: "New double-tuned probe for concurrent ¹ H and ³¹ P NMR", Journal of Magnetic Resonance, 65 (1985), pages 122 to 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. Especially in spectroscopy experiments with magnetic Often you want to resonate a given sample volume investigate several core types (e.g. phosphorus and protons). But even with imaging techniques, you could have multiple core evaluate types. To do this, the antenna arrangement must be used for excitation the nuclear spins and to read out the resulting nuclear magnetic resonance Signal abge on the resonance frequency of the respective core type be true. Spectroscopy usually uses an antenna Surface coil with tuning and matching circuit used. The switch to a different frequency has so far mostly been done by exchanging the entire sample resonance circuit, i.e. the Surface coil including tuning and adjustment circuit. This brings however, in practical operation there are disadvantages: once is no quick change possible, so that e.g. for a patient in the magnet an additional waiting time is required to others are not assured that after the switch again exactly the same point of the measuring volume is examined.

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.A scarf is therefore used in the above-mentioned literature reference device introduced by adding reactance to the surface coil this for several operating frequencies can be used simultaneously. This arrangement has the Disadvantage that it is very complex to calculate. Except this affects all adjustment elements, i.e. Voting and transformation elements, each other. Depending on the operating frequency is at least one reconciliation and one transformation element necessary. When a balancing element is varied, changes Amount and phase of the input impedance at all frequencies. It is therefore very time consuming and requires complicated measuring techniques to optimally coordinate such an arrangement.

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.The object of the invention is therefore an antenna arrangement of the type mentioned so that they are min at least two operating frequencies can be compared where if the other operating frequency is influenced does not occur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:.This object is achieved by the following features solved:.

a) a connector for the first operating frequency connected to a first connection of the antenna,
b) a connector for the second operating frequency connected to a second connection of the antenna,
c) the first connection of the antenna is via one to the two operating frequency matched series resonant circuit a Be assigned to both operating frequencies connected point,
d) the second connection of the antenna is via one on the with the first operating frequency Be assigned to the two operating frequencies together tied point.

Diese Antenne läßt sich für jede Frequenz separat abstimmen, wobei eine Beeinflussung der Parameter untereinander nicht auftritt.This antenna can be tuned separately for each frequency, whereby the parameters do not influence each other occurs.

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.To tune the antenna arrangement for resonance can bet each connection of the antenna and the reference potential each because a tuning capacitor can be arranged with which the on antenna arrangement on the corresponding operating frequency is adjustable. It is advantageous between each connection clamp and the corresponding connection of the antenna on tunable matching capacitor inserted with which the antennas arrangement adapted to the line impedance of a supply line can be. Also the tuning of this matching capacitor for transforming the wave resistances for each Be drive frequency can be made independently.

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.By connecting additional reactive resistors to the antenna these can be tuned to more than two operating frequencies. For these additional operating frequencies, all results again the problem of mutual influence the vote.

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.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the FIG . Fig. Shows an antenna 1 in the form of a coil, the two connections via a series resonance circuit 4 and 5 are connected to reference potential. Each series resonant circuit 4, 5 contains the series connection of a coil 4 b or 5 b and a capacitor 4 a or 5 a . In addition, each connection of the coil 1 is connected via an adjustable tuning capacitor 6 or 7 with reference potential. The first connection of the coil 1 is finally connected via a matching capacitor 8 to a connecting terminal 2 and the second connection to the coil 1 via a matching capacitor 9 with a connecting terminal 3 . The series resonance circuit 4 is tuned to the frequency f 2 , the series resonance circuit 5 to the frequency f 1 .

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.For the operating frequency f 1 , the terminal 2 is seen easily. With the matching capacitor 8 , the input resistance of the antenna arrangement is adapted to the characteristic impedance of the feed line. With the tuning capacitor 6 , the antenna arrangement is set to the resonance frequency f 1 . When operating at frequency f 1 , series resonant circuit 5 represents a short circuit, so that the lower end of coil 1 is at reference potential. The tuning capacitor 7 and the matching capacitor 9 are thus short-circuited and thus ineffective for the frequency f 1 .

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.The terminal 3 is seen for the operating frequency f 2 . The wave impedance of the supply line with the matching capacitor 9 is adapted to the input resistance of the antenna arrangement and the coil is tuned to the resonance frequency 2 with the tuning capacitor 7 . The series resonant circuit 4 is set to the resonant frequency f 2 . So that with the series resonant circuit 4 at the frequency f 2, the upper end of the coil 1 is connected to the reference potential, so that in this case the tuning capacitor 6 and the matching capacitor 8 are short-circuited and are therefore ineffective for the frequency f 2 .

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. Since the tuning elements for each operating frequency are short-circuited at each operating frequency, the coil 1 can be tuned and adjusted separately for each frequency, with the parameters not influencing one another. This considerably simplifies the adjustment of the coil 1 .

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.When operating at frequency f 1 is parallel to the tuning capacitor 6, the resonance circuit 4 tuned to frequency f 2 . If the frequency f 2 is greater than f 1 , the series resonance circuit has a capacitive effect for the frequency f 1 . He can replace a fixed capacitor that is required at this point if his L / C ratio is selected accordingly.

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.At the operating frequency f 2 , the series resonant circuit 5 lies parallel to the tuning capacitor 7 . If one again assumes that f 1 is smaller than f 2 , the series resonance circuit 5 represents an inductance that appears parallel to the coil 1 . Due to the resulting reduced inductivity, the tuning capacitor 7 can have a somewhat higher capacitance, which is desirable at high frequencies.

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.Another advantage of this circuit is that both frequencies f 1 , f 2 can be fed in or taken off at separate connection terminals 2 , 3 . So can be connected to the respective frequency f 1 , f 2 optimized preamplifiers and duplexers to the terminals 2 , 3 directly. Crossovers or additional filters are not required.

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.The arrangement described can be used both for the Spektro use copy as well as for imaging. she is not only for surface coils, but also for head and whole body antennas applicable.

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.An expansion to more than two operating frequencies is possible by connecting 4 , 5 further reactors in parallel with the series resonant circuits. Then, however, not all tuning elements are decoupled from each other.

Claims

1. Antenna arrangement for a nuclear magnetic resonance device for at least two operating frequencies ( f 1 , f 2 ), the antenna arrangement being matched by reactances ( 6, 7 ) to the resonance frequency corresponding to the respective operating frequency ( f 1 , f 2 ), characterized by the following features:

a) a connection terminal ( 2 ) for the first operating frequency ( f 1 ) is connected to a first connection of the antenna ( 1 ),
b) a connecting terminal ( 3 ) for the second operating frequency ( f 2 ) is connected to a second connection of the antenna ( 1 ),
c) the first connection of the antenna ( 1 ) is connected via a series resonant circuit ( 4 ) tuned to the second operating frequency with a reference point assigned jointly to both operating frequencies,
d) the second connection of the antenna ( 1 ) is connected via a series resonant circuit ( 5 ) tuned to the first operating frequency (f 1 ) with the two operating frequencies commonly assigned reference point.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that between each connection of the antenna ( 1 ) and the reference potential in each case a tuning capacitor ( 6 , 7 ) is arranged with which the antenna arrangement is adjustable to the corresponding operating frequency.

3. Antenna arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between each connecting terminal ( 2 , 3 ) and the corresponding connection of the antenna ( 1 ) a tunable matching capacitor ( 8, 9 ) is inserted, with which the antenna arrangement to the line impedance one Supply line can be adjusted.

4. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that it can be tuned to more than two operating frequencies by connecting additional reactances to the antenna ( 1 ).