DE4430646A1 - HF-Sonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz(HF)-Sonde für ein Kernspinresonanzgerät zum Erfassen von Kernspinresonanz- Signalen (nachfolgend als KSR-Signale bezeichnet) von Was­ serstoff, Phosphor und dergleichen in einem Objekt und zum Sichtbarmachen der Dichteverteilung von Kernen, der Relaxa­ tionszeit-Verteilung oder dergleichen.

Ein Kernspintomograph (KT) ist ein Gerät, bei dem ein hoch­ frequentes Magnetfeld an eine in ein magnetostatisches Feld gelegte Person angelegt wird, KSR-Signale als eine Art hoch­ frequentes Magnetfeld, die dauernd von der Person erzeugt werden, durch HF-Sonden erfaßt werden und die erfaßten Si­ gnale Verarbeitungen wie Fourier-Transformation, Bildrekon­ struktion und dergleichen unterzogen werden, um dadurch ein sichtbares Bild zu erhalten. Als HF-Sonden werden verschie­ dene Arten von Spulen für den Kopfbereich, Spulen für den Bauchbereich, Spulen für begrenzte Oberflächenbereiche oder dergleichen verwendet, die den interessierenden Bereich des Objekts (hier einer Person) umgeben.

Bei diesen HF-Sonden ist die Empfindlichkeit einer Oberflä­ chenspule zwar größer als diejenige einer Spule für den Kopfbereich oder für den Bauchbereich, jedoch ist das Ge­ sichtsfeld beschränkt. Daher wurde ein Verfahren vorgeschla­ gen, bei dem mehrere Oberflächenspulen geeignet leicht über­ lappend so angeordnet werden, daß benachbarte Oberflächen­ spulen nicht magnetisch miteinander gekoppelt sind, und es werden die von den Oberflächenspulen empfangenen KSR-Signale zusammengesetzt, um dadurch das Gesichtsfeld wesentlich zu erweitern; es handelt sich also um eine Mehrfachspule (auch als Feld phasengekoppelter Spulen bezeichnet). Das Prinzip des vorstehend genannten Verfahrens ist z. B. in den Doku­ menten JP-A-2-500175, JP-A-2-13432 oder Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 16, S. 192 bis 225 (1990) offenbart. Ein Beispiel, bei dem ein Feld phasengekoppelter Spulen auf den Bauchbereich angewandt wird, ist in Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 18, S. 309 bis 319 (1991) offenbart.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Mehrfachspule für den Bauchbereich. Die Mehrfachspule umfaßt vier Spuleneinheiten 10a bis 10d. Genauer gesagt, besteht die Mehrfachspule aus oberen Spulen 10a und 10b als Zwil­ lingsspule und untere Spulen 10c und 10d als Zwillingsspule. Ein menschlicher Körper wird zwischen den oberen Spulen und den unteren Spulen so angeordnet, daß die Wirbelsäule in z-Richtung liegt. Jede Spule ist so konzipiert, daß sie mit der Frequenz des zu erfassenden KSR-Signals in Resonanz steht. Die Signale von den Spuleneinheiten werden durch Ver­ stärker 20 verstärkt, und sie erfahren eine jeweilige Si­ gnalverarbeitung. Danach werden sie zusammengesetzt, um ein Bildsignal zu erzeugen. Da das Signal von jeder Spule ein hohes Signal/Rauschsignal(S/R)-Verhältnis aufweist, hat auch das durch das Zusammensetzen gebildete Bild hohe Bildquali­ tät. Jedoch ist der Abstand zwischen den oberen Spulen und den unteren Spulen festgelegt, wenn er geändert wird, ver­ schlechtert sich das S/R-Verhältnis deutlich.

Das heißt, daß bei einer herkömmlichen Mehrfachspule die Eigenschaften so optimiert sind, daß sie nur für eine Anord­ nung feststehender, spezieller Spulen gelten.

Andererseits besteht im Fall von Sonden für den Bauchbereich oder dergleichen starke Nachfrage nach HF-Sonden mit verän­ derbarem Abstand zwischen den oberen und unteren Spulen, damit dieser Abstand an verschiedene Körperformen angepaßt werden kann und die Sonden immer dicht in optimalem Zustand am Bauchbereich angeordnet werden können.

Wenn z. B. bei der Mehrfachspule von Fig. 3 der Aufbau so erfolgt, daß diese vertikal als solche verstellt werden kann, ist die elektromagnetische Kopplung bei hoher Frequenz zwischen den einander gegenüberstehenden Spulen bei großem Spulenabstand relativ schwach. Wenn der Spulenabstand klein ist, ist dagegen die elektromagnetische Kopplung bei hoher Frequenz stark. Daher besteht dann, wenn die Sonde unter Beibehaltung ihrer Form vertikal verstellbar gemacht wird und der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Spulen klein gemacht wird, eine starke Änderung der Reso­ nanzfrequenz wegen einer Zunahme der Hochfrequenzkopplung zwischen den Spulen. Selbst wenn die Resonanzfrequenz einge­ stellt wird, verschlechtert sich das S/R-Verhältnis deut­ lich. Die Hochfrequenzkopplung wird hauptsächlich durch magnetische Kopplung bewirkt.

Bei der herkömmlichen, vorstehend angegebenen Mehrfachspule besteht, wenn der Abstand zwischen den Spulen veränderlich gemacht wird, die Schwierigkeit, daß sich die magnetische Kopplung zwischen den Spulen bei einer Abstandsänderung än­ dert und sich die Bildqualität verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HF-Sonde zu schaffen, bei der der Abstand zwischen den Spulen verändert werden kann, die aber dennoch hohe Empfindlichkeit aufweist.

Die erfindungsgemäße Sonde ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben.

Eine besonders vorteilhafte HF-Sonde zum Erfassen eines KSR-Signals eines Objekts im Raum eines magnetostatischen Felds weist folgendes auf: eine Einrichtung mit mindestens einer im Raum des magnetostatischen Felds angeordneten ersten Spu­ le und einer dieser mit veränderbarem Abstand gegenüber­ stehenden zweiten Spule, und eine Einrichtung, die der zwei­ ten Spule abhängig von der Änderung des Abstands zwischen den beiden Spulen einen Strom zuführt, dessen Stärke beinahe gleich ist wie die Stärke des Stroms, der aufgrund der Hoch­ frequenzkopplung von der ersten Spule in die zweite Spule induziert wird, aber dessen Richtung entgegengesetzt ist, wobei sich die Hochfrequenzkopplung abhängig von der Ände­ rung des Abstands zwischen den beiden Spulen ändert, um da­ durch die Hochfrequenzkopplung zwischen den beiden Spulen teilweise oder ganz zu kompensieren.

Ein spezieller Aufbau zum Verringern der Hochfrequenzkopp­ lung weist zwei Hilfsspulen auf, die in Reihe zur ersten bzw. zweiten Spule geschaltet sind, wobei sich das Ausmaß der magnetischen Kopplung der zwei Hilfsspulen abhängig vom Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule ändert.

Bei einem anderen speziellen Aufbau ist eine einzelne Hilfs­ spule vorhanden, die magnetisch sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Spule gekoppelt ist, wobei sich das Ausmaß der magnetischen Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule sowie der Hilfsspule abhängig vom Abstand zwi­ schen der ersten und der zweiten Spule ändert.

Ein noch anderer spezieller Aufbau weist eine Schaltung mit einem kapazitiven Element auf, die parallel zwischen Leitun­ gen geschaltet ist, die mit der ersten bzw. zweiten Spule verbunden sind, wobei sich die Kapazität des kapazitiven Elements abhängig vom Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule ändert. Bei diesem Aufbau fließt ein Strom zum Aufheben eines induzierten Stroms durch das kapazitive Ele­ ment zur zweiten Spule.

Der Abstand zwischen der ersten und zweiten Spule wird kon­ tinuierlich oder Schritt für Schritt eingestellt. Wenn er Schritt für Schritt eingestellt wird, ändert sich der Ar­ beitspunkt der Vorrichtung zum Verringern der Hochfrequenz­ kopplung Schritt für Schritt abhängig vom Schritt für Schritt gewählten Abstand.

Die erste und die zweite Spule können kreisförmige oder rechteckige Spulen oder eine Mehrfachspule sein. Die Aus­ gangssignale der ersten und der zweiten Spule werden gleich­ zeitig erfaßt. Gemäß der Erfindung ist in einer HF-Sonde aus mehreren Spulen in einem Kernspintomographen eine Einrich­ tung zum Ändern des geometrischen Abstands zwischen einer ersten und einer zweiten Spule vorhanden, und es ist eine Einrichtung zum Verringern der Hochfrequenzkopplung zwischen den Spulen abhängig von der Änderung des Abstands vorhanden. Daher kann der Abstand zwischen den Spulen so verändert wer­ den, daß er an ein Objekt angepaßt ist und Hochfrequenzkopp­ lung, die dabei auftritt, durch die zur Hauptspule gehörende Verringerungseinrichtung verringert werden kann, so daß eine Verschlechterung des S/R-Verhältnisses der Spulensignale wirkungsvoll unterdrückt werden kann und ein gutes Bild er­ zeugt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen detailliert be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen HF-Sonde;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Kernspintomographen, der eine erfindungsgemäße HF-Sonde verwendet;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine herkömmliche Mehrfachspule zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Überlappungsbereich einer Hilfsspule zum Verringern magneti­ scher Kopplung und des Abstandes zwischen den Spulen zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, mit dessen Hilfe die Form der Hilfsspule festgelegt werden kann;

Fig. 6A und 6B sind Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel für die Hilfsspule zeigen;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel einer Hilfsspule zeigt;

Fig. 8 ist eine Außenansicht einer Einrichtung zum Verändern des Abstands zwischen den Hauptspulen;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel für den Verbindungsabschnitt für zwei obere und untere Hauptspulen zeigt;

Fig. 10A und 10B sowie 11 bis 14 sind Diagramme, die andere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer HF-Sonden zeigen.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Gesamtaufbau eines Bei­ spiels eines Kernspintomographen zeigt, bei dem eine erfin­ dungsgemäße Sonde verwendet wird. Der Kernspintomograph er­ stellt unter Verwendung des KSR-Effekts ein Tomogramm eines Objekts 41, wozu es folgendes aufweist: einen Magnet 30 zum Erzeugen eines magnetostatischen Felds im Raum, in dem das Objekt 41 anzuordnen ist; einen Gradientenmagnetfeld-Erzeu­ gungsabschnitt 35 und eine Gradientenmagnetfeld-Spule 36 zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfelds im Raum; einen Hochfre­ quenz-Sendeabschnitt 32 und eine Sendespule 34 zum Erzeugen eines hochfrequenten Magnetfelds im Raum; eine als HF-Sonde dienende Empfangsspule 37 und einen Hochfrequenz-Empfangs­ abschnitt 33 zum Erfassen von vom Objekt 41 erzeugten KSR-Signalen; einen Signalverarbeitungsabschnitt 38 zum Verar­ beiten des vom Hochfrequenz-Empfangsabschnitt 33 empfangenen Signals und zum Erstellen eines Bilds; einen Anzeigeab­ schnitt 40 zum Darstellen des Bilds und einen Steuerab­ schnitt 31 zum Steuern der vorstehend genannten Komponenten.

Der Magnet 30 zum Erzeugen eines magnetostatischen Felds er­ zeugt in horizontaler oder vertikaler Richtung um das Objekt 41 herum ein starkes und gleichmäßiges magnetostatisches Feld. Typischerweise wird ein Magnetfeld mit einer Stärke im Bereich von 0,1 T bis 4,7 T erzeugt. Als Magnet wird ein supraleitender Magnet oder ein Permanentmagnet verwendet. Die Sendespule 34 erzeugt aufgrund des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Sendeabschnitts 32 ein hochfrequentes Magnet­ feld mit Frequenzen im Bereich von 4 MHz bis 200 MHz. Die Gradientenmagnetfeld-Spule 36 erzeugt durch das Ausgangs­ signal des Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsabschnitts 35 Gra­ dientenmagnetfelder Gx, Gy und Gz in den drei Richtungen X, Y und Z. Die Tomogrammfläche am Objekt 41 kann abhängig von der Art des Anlegens der Gradientenmagnetfelder festgelegt werden. Der Hochfrequenz-Empfangsabschnitt 33 empfängt das Signal der Empfangsspule 37. Das Ausgangssignal des Hochfre­ quenz-Empfangsabschnitts 33 wird Verarbeitungen wie einer Fourier-Transformation, einer Bildrekonstruktion oder der­ gleichen unterzogen. Danach wird das sich ergebende Signal vom Anzeigeabschnitt 40 als Bild dargestellt.

Die Erfindung ist auf die HF-Sonde, d. h. die Empfangsspule 37 des Kernspintomographen anwendbar. In Fig. 2 ist zwar die Empfangsspule 37 im Raum um das Objekt 41 herum angeordnet, jedoch besteht für diese Empfangsspule 37 keine Beschränkung auf eine Ganzkörpersonde, sondern es kann eine Spule für örtliche Messung sein, wie eine Oberflächenspule, eine Feld­ spule oder dergleichen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungs­ gemäße Empfangsspule 37. Beim Ausführungsbeispiel weist die Empfangsspule 37 folgendes auf: jeweils eine obere und unte­ re Hauptspule 1 bzw. 2 sowie Hilfsspulen 3 und 4, die je­ weils in Reihe zu diesen Hauptspulen 1 bzw. 2 geschaltet sind.

Die Hauptspulen 1 und 2 werden dazu verwendet, die KSR-Si­ gnale zu empfangen, jedoch sollen die Hilfsspulen 3 und 4 dies nicht tun.

Obwohl zum Einstellen der Resonanzbedingung im allgemeinen mehrere Kondensatoren an die Hauptspulen 1 und 2 angeschlos­ sen sind, sind solche Kondensatoren im Diagramm weggelassen, und die Spulen sind der Einfachheit halber als rechteckige Spulen mit einer Windung dargestellt. Die Ausgangssignale der Spulen 1 und 2 werden durch Verstärker 51 bzw. 52 ver­ stärkt.

Es sei nun angenommen, daß die Wirbelsäule eines Menschen in z-Richtung liegt und die Hauptspulen 1 und 2 unter einem Abstand h parallel so in der x-z-Ebene angeordnet sind, daß sie eine obere Spule und eine untere Spule bilden. Der menschliche Körper ist zwischen den Spulen 1 und 2 angeord­ net. Jede Spule ist so konzipiert, daß sie bei der Frequenz des zu empfangenden KSR-Signals in Resonanz steht. Solche Frequenzen liegen bei Klinikgeräten für die praktische Ver­ wendung im Bereich von ungefähr 8 MHz bis 100 MHz. Die Hauptspulen 1 und 2 weisen Einrichtungen zum Ändern des Ab­ stands h auf, was später erläutert wird.

Wenn angenommen wird, daß die Flächen, in denen die Haupt­ spulen 1 und 2 angeordnet sind, in der (x-z)-Ebene liegen, sind die Hilfsspulen 3 und 4 in der Richtung ausgebildet, die im wesentlichen rechtwinklig zur (x-z)-Ebene steht. Die Hilfsspulen 3 und 4 arbeiten als Einrichtung zum Verringern der Hochfrequenzkopplung zwischen den beiden Spulen, die sich abhängig von der Änderung des Abstands h zwischen den Spulen 1 und 2 ändert. Beim vorstehend genannten Gerät wird der Spule 2 abhängig vom Abstand zwischen den Spulen ein Strom zugeführt, der beinahe gleich groß ist wie der Strom, der von der Spule 1 in die Spule 2 induziert wird, jedoch mit entgegengesetzter Richtung, um dadurch die Hochfrequenz­ kopplung zwischen den beiden Spulen zu kompensieren. Auf­ grund dieser Tatsache wird bei Spulenausgangssignalen, die in die Eingangsanschlüsse der Verstärker 51 und 52 eingege­ ben werden, ein Zustand erreicht, bei dem keine wesentliche magnetische Kopplung zwischen der oberen Spule 1 und der un­ teren Spule 2 besteht. Die Kopplungsstärke zwischen den Hilfsspulen ist beinahe proportional zur Fläche "S" eines Abschnitts 6, in dem sich die Hilfsspulen 3 und 4 überlap­ pen. Wenn angenommen wird, daß der Abstand zwischen den Hauptspulen 1 und 2 auf h eingestellt ist, ergibt sich aus dem Diagramm, daß die Spulenfläche "S" mit einer Verringe­ rung von h größer wird und damit die magnetische Kopplung der Hilfsspulen ansteigt. Daher kann das Zunehmen der Kopp­ lung zwischen der oberen und unteren Hauptspule 1 bzw. 2 beim Verringern von h durch die Verstärkung der Kopplung zwischen den Hilfsspulen 3 und 4 kompensiert werden.

Es werden nun wünschenswerte Eigenschaften der Hilfsspulen beschrieben, durch die sich die Bedingung erfüllen läßt, daß eine solche Überlappungsfläche erzielt wird, daß die Ände­ rung der magnetischen Kopplung bei einer Änderung des Ab­ stands h kompensiert wird.

Wenn angenommen wird, daß sich die Hauptspulen 1 und 2 in y-Richtung überlappen und die Spulenfläche konstant ist, kann der Kopplungskoeffizient der Hauptspulen 1 und 2 durch eine Funktion k(h) des Abstands h zwischen den beiden Spulen ausgedrückt werden. Der Kopplungskoeffizient k(h) ist eine für h abnehmende Funktion und kann für eine spezielle Spu­ lenform durch tatsächliche Messung oder durch Computersimu­ lation ermittelt werden. Die Gegeninduktivität M zwischen den Spulen ist wie folgt gegeben:

M² = k(h)²L₁L₂,

in der die Induktivitäten L₁ und L₂ der oberen bzw. unteren Hauptspule 1 bzw. 2 enthalten sind. Um die magnetische Kopp­ lung zwischen den Spulen 1 und 2 zu kompensieren, wird die Gegeninduktivität M′ zwischen den Hilfsspulen 3 und 4 so eingestellt, daß sie auch den Wert M hat (M′ = M), und die Kopplung zwischen den Hauptspulen 1 und 2 wird somit durch die Kopplung zwischen den Hilfsspulen 3 und 4 kompensiert.

Die Gegeninduktivität M′ zwischen den Hilfsspulen 3 und 4 ist wie folgt gegeben:

M′² = k′²L₁′L₂′,

wobei die Induktivitäten L₁′ und L₂′ der oberen bzw. unteren Hilfsspule 3 bzw. 4 und der Kopplungskoeffizient k′ zwischen diesen verwendet sind. L₁′ und L₂′ sind Konstanten. Der Kopplungskoeffizient k′ hängt vom Überlappungsbereich "S" zwischen den Hilfsspulen 3 und 4 ab. Wenn der Abstand in x-Richtung zwischen den Hilfsspulen konstant ist, kann k′ als Funktion k′ (S) von "S" ausgedrückt werden.

Daher reicht es aus, die folgende Beziehung zu erfüllen, um die Kopplung bei verschiedenen Abständen h zwischen den Hauptspulen immer zu kompensieren:

Nun sei angenommen, daß die Spulen 3 und 4 dicht beieinander angebracht sind und daß k′ (S) unter Verwendung einer Kon­ stanten k₀′ mit k₀′·S angenähert ist. Dann gilt:

S ist eine Funktion von h und ein Beispiel hierfür (tatsäch­ liche Meßwerte) ist durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 dargestellt.

Es wird nun die optimale Form der Hilfsspule untersucht. Zu­ nächst sei angenommen, daß die Form der Hilfsspule 3 recht­ eckig ist und die Hilfsspule 4 beliebig geformt ist, wie in Fig. 5 dargestellt.

Die Spule 4 überlappt mit der Spule 3 ausgehend von der Po­ sition x = 0 im Bereich bis x = x₀. Wenn angenommen wird, daß die Breite der Spule 4 den Wert w(x) hat, gilt für die Fläche "S":

Es wird nun w(x) für den Fall betrachtet, daß die Überlap­ pungslänge x₀ dem Wert h folgt. Es sei angenommen, daß die Spulen den in Fig. 6A dargestellten Aufbau aufweisen. Aus den Gleichungen (2) und (3) wird die Beziehung zwischen x₀ und h wie folgt erzielt:

Da die folgende Beziehung:

x₀ = b₀ + (h₊-h) (5)

gilt, wird folgendes erhalten:

Durch Differenzieren von (4′) unter Berücksichtigung von dx = dh wird folgendes erhalten:

Die Anfangsbedingung für die Spulenform ist unter der Annah­ me von h = h₀ in (4′) die folgende:

Die Form, die den Gleichungen (6) und (7) genügt, ist die optimale Form der Spule 4. Es reicht aus, daß die Spule 3 eine Rechteckform hat, die geringfügig größer als die der Spule 4 ist.

Als spezielle Form der in Fig. 6A dargestellten Spule 4 wird nun eine Form betrachtet, bei der zwei Rechtecke so kombi­ niert sind, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Fig. 6B ist eine Draufsicht, gesehen in der Richtung des Pfeils A in Fig. 6A. Die folgende Gleichung wird aus den im Diagramm dargestellten und in der Gleichung (7) enthaltenen Variablen erhalten:

Bei der vorstehend genannten Form wird Annäherung dadurch erhalten, daß w(x) als Konstante gewählt wird, d. h.:

In diesem Fall ergibt sich aus den Gleichungen (3) und (5):

Dies entspricht dem Fall, daß die Kurve für "S" in Fig. 4 durch die gerade Linie angenähert ist, wie sie durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist. Wenn der Bereich von h nur 20 cm bis 30 cm ist, kann die Spulenform, wie vorste­ hend angegeben, vereinfacht werden.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine spezielle HF-Sonde für einen Kernspintomographen, die so konzipiert ist, daß sie Signale von Protonen erfaßt. Bei einer solchen Sonde besteht das Drahtmaterial jeder der Spulen 1 und 2 aus einem Kupfer­ band mit z. B. einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,5 mm. Die Größe einer typischen Hauptspule beträgt 25 cm×15 cm. Der Abstand h zwischen den Spulen 1 und 2 ist auf un­ gefähr 15 cm bis 25 cm eingestellt. Vier Kondensatoren 81 für Resonanzzwecke sind seriell in die Spule 1 eingefügt. Vier Kondensatoren 82 für Resonanzzwecke sind ebenfalls seriell in die Spule 2 eingefügt. Meßanschlüsse 71 und 72, die mit den Eingangsanschlüssen der Verstärker verbunden sind, sind zur Impedanzanpassung an die beiden Enden von Kondensatoren 91 bzw. 92 angeschlossen. Die Sonde ist so konzipiert, daß sie Protonensignale mit Hilfe eines KSR-Geräts bei einer Magnetfeldstärke von z. B. 1,5 T erfaßt. In diesem Fall entspricht die Resonanzfrequenz der Sonde 63,8 MHz, und die Impedanz beträgt z. B. 50 Ω. Die Formen der Hauptspulen 1 und 2 können bei Bedarf auch kreisförmig oder elliptisch sein.

Die Hilfsspulen 3 und 4 sind seriell mit den Hauptspulen 1 bzw. 2 verbunden. Jede der Hilfsspulen besteht z. B. aus einem Kupferdraht mit einer Breite von 5 mm und einer Dicke von 2 mm. Die Form ist die eines Rechtecks mit z. B. im Be­ reich von 7 cm×7 cm bis 15 cm×15 cm, jedoch kann es auch eine Kreisform, eine elliptische Form oder dergleichen sein. Ferner kann es, falls erwünscht, eine Form sein, die den Be­ dingungen der oben genannten Gleichungen (6) und (7) genügt.

Wenn der Abstand zwischen den Spulen 1 und 2 verkleinert wird, wächst der Überlappungsbereich "S" der Hilfsspulen 3 und 4 an, und der Zuwachs der magnetischen Kopplung zwischen den Hauptspulen wird durch die magnetische Kopplung zwischen den Hilfsspulen kompensiert.

Es wird nun eine Einrichtung zum Ändern des Abstandes zwi­ schen den Hauptspulen 1 und 2 beschrieben.

Wie in Fig. 8 dargestellt, sind die Hauptspule 1 und die Hilfsspule 3 einerseits sowie die Hauptspule 2 und die Hilfsspule 4 andererseits jeweils durch wasserdichte, fle­ xible Abdeckungen 101 und 102 aus Kunstfasern oder derglei­ chen abgedeckt, und sie sind mit Halteteilen 111 und 112 fest verbunden. Die Halteteile 111 und 112 sind durch einen Verbindungsabschnitt 12 miteinander verbunden. Der gesamte Verbindungsabschnitt 12 ist durch einen harten Deckel 121 aus Acrylmaterial oder dergleichen abgedeckt, wie in Fig. 8 dargestellt.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbindungsabschnitt 12 so aufgebaut, daß der Verbindungs­ zustand zwischen den Halteteilen 111 und 112 schrittweise veränderbar ist. Das heißt, daß an der Kante des Halteteils 112 drei Keile 151, 152 und 153 ausgebildet sind und ein Keil 154 an der Kante des anderen Halteteils 111 ausgebildet ist. Die Halteteile 111 und 112 werden dadurch miteinander verbunden, daß die Keile an den beiden Halteteilen in Ein­ griff gebracht werden. Obwohl das Diagramm den Fall zeigt, daß der Keil 154 mit dem Keil 151 verbunden ist, kann der Keil 154 durch Erhöhen einer Kraft zum Herunterdrücken des Halteteils 111 auch mit den Keilen 152 oder 153 verbunden werden. Auf das Halteteil 111 wird von einer Andrückplatte 123, auf die eine Feder 122 mit starker Kraft drückt, ein starker Druck ausgeübt, und es wird dadurch festgehalten.

Selbst wenn der Keil 154 des Halteteils 111 mit einem der Keile 151 bis 153 verbunden ist, kann die Verbindung stabil aufrechterhalten werden. Wenn die Bedienperson die Sonde am Objekt angebracht hat, wird das Halteteil 111 abhängig von der Größe des Objekts von Hand heruntergedrückt. Durch Aus­ wählen des Verbindungszustands der Halteteile 111 und 112 abhängig vom Objekt, wie vorstehend genannt, kann der Ab­ stand (h) zwischen den Hauptspulen verändert werden. Obwohl die Positionen der Hauptspulen im wesentlichen durch die Halteteile 111 und 112 festgelegt werden, sind die Randbe­ reiche flexibel an die Form des Objekts anpaßbar, und sie sind mit den wasserdichten, flexiblen Abdeckungen 101 und 102 abgedeckt, wie in Fig. 8 dargestellt. Daher können die Spulen dicht an einer Person angebracht werden, ohne daß diese Schmerz erleidet.

Es ist eine Aufgabe des Verbindungsabschnitts der Haltetei­ le, die geometrischen Bedingungen für die Spulen Schritt für Schritt aufrechtzuerhalten. Es wird keine elektrische Kopp­ lung erzielt. In Zuordnung zur schrittweisen Kopplung zwi­ schen den Hauptspulen wird auch die Überlappung der Hilfs­ spulen in Fig. 1 Schritt für Schritt fixiert, und so wird die Kopplung zwischen den Hauptspulen in jedem Fall kompen­ siert.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 9 wird zwar der Abstand zwischen den Spulen schrittweise verstellt, jedoch ist auch eine kontinuierliche Einstellung der Positionen der Spulen möglich. Wenn für diesen Fall die Anzahl von Keilen 151 bis 153 in Fig. 9 von 3 auf ungefähr 20 erhöht wird und die Schrittweite verringert wird, kann die Position im wesent­ lichen kontinuierlich verändert werden. Wenn die maximale Einstellbreite 20 cm entspricht, entspricht das Einzelinter­ vall 20 cm/20 = 1 cm. Wenn die Anzahl von Keilen weiter auf z. B. 40 erhöht wird, beträgt die Schritt 0,5 cm, und der Kontinuitätsgrad kann erhöht werden. Als Verfahren zum kon­ tinuierlichen Ändern der Position ist es auch möglich, ein anderes wohlbekanntes Verstellverfahren zu verwenden, wie einen Gleitmechanismus oder eine Anpreßschraube oder der­ gleichen.

Es wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung gemäß der Erfindung zum Kompensieren der magnetischen Kopplung zwischen den Hauptspulen beschrieben.

Bei dem in Fig. 10A dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Hauptspulen 1 und 2 auf ähnliche Weise wie die Hauptspu­ len in den Fig. 1 und 7 parallel zur x-z-Ebene angeordnet, und Teile derselben sind so umgebogen, daß sie die x-z-Ebene rechtwinklig schneiden. Fig. 10B ist eine Draufsicht gesehen in Richtung des Pfeils B in Fig. 10A. Eine Hilfsspule 65 als Mechanismus zum Kompensieren der magnetischen Kopplung zwi­ schen den Hauptspulen ist 8-förmig. Ein Teil der 8-Form (d. h. der obere Halbteil) der Hilfsspule 65 weist einen umgebogenen Teilbereich 63 der Hauptspule 1 und einen Kopp­ lungsbereich 61 auf, und er bildet eine magnetische Kopp­ lung. Der andere Teilbereich (d. h. der untere Teilbereich) verfügt über einen umgebogenen Teilbereich 64 der Hauptspule 2 und einen Kopplungsbereich 62, und er bildet eine magneti­ sche Kopplung. Die Stärke der magnetischen Kopplung ändert sich abhängig vom Wert des Abstands zwischen den Hauptspu­ len. Da die Hilfsspule 65 8-förmig ist, hat sie die Funk­ tion, daß der von der Spule 1 in der Hilfsspule 65 herbei­ geführte (nicht dargestellte) Strom der Spule 2 als indu­ zierter Strom zugefügt wird, dessen Richtung zur Richtung des in der Spule 2 durch die Spule 1 induzierten Stroms ent­ gegengesetzt ist, wobei die magnetische Kopplung zwischen den Hauptspulen kompensiert wird. Da dann, wenn die Hilfs­ spule 65 mit den Spulen 1 und 2 gekoppelt ist, die Stärke durch die Kopplungsflächen 61 und 62 bestimmt ist, wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß diese Kopplungs­ bereiche abhängig vom Stand zwischen den Hauptspulen auf ähnliche Weise wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ge­ ändert werden.

Wie in Fig. 11 dargestellt, ist es auch möglich, die umgebo­ genen Teilbereiche 63 und 64 der Hauptspulen 1 und 2 wegzu­ lassen. In diesem Fall ändert sich die Größe des magneti­ schen Kopplungsbereichs zwischen den Hauptspulen 1 und 2 und der Hilfsspule 65 abhängig vom Abstand zwischen den Spulen 1 und 2, und die magnetische Kopplung zwischen den Spulen 1 und 2 kann auf ähnliche Weise wie im Fall von Fig. 10A kom­ pensiert werden.

Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Hauptspule 1 ein Paar Mehrfachspulen 11a und 11b auf, und die Hauptspule 2 weist ein Paar Mehrfachspulen 11c und 11d auf. In diesem Fall überlappt jedes Paar von Spulen, das als obere Spule 1 oder untere Spule 2 wirkt, in geeigneter Weise mit solcher Anordnung, daß keine wechselseitige magne­ tische Kopplung besteht. Die Ausgangssignale der Spulen 11a bis 11d werden durch Verstärker 5 gleichzeitig erfaßt und zu einem KSR-Signal zusammengesetzt.

Hilfsspulen 3a, 3b, 4a und 4b sind in Reihe zu den Spulen 11a, 11b, 11c und 11d geschaltet, wobei sie die Ebenen (x-z-Ebene) rechtwinklig schneiden, in denen die Spulen ausgebil­ det sind. Die Hilfsspulen 3a und 4a überlappen und die Hilfsspulen 3b und 4b überlappen, was zu einer solchen ma­ gnetischen Kopplung führt, die die (magnetische) Hochfre­ quenzkopplung kompensiert, die zwischen der oberen Spule 1 und der unteren Spule 2 auftritt und die sich abhängig vom Abstand zwischen den Spulen ändert.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel ist der Strom zwischen den Spulen wirkungsvoll kompensiert, da magnetische Kopplung als Maßnahme zum Verringern der Hochfrequenzkopplung einge­ setzt wurde, und es besteht kein Signalverlust aufgrund eines überflüssigen, hochfrequenten Stroms, und das S/R-Verhältnis des Signals ist hoch. Da kein überflüssiger Strom fließt, besteht andererseits der Vorteil, daß die Vorrich­ tung durch die Umgebung um die Spulen nicht beeinflußt wird. Beim vorigen Ausführungsbeispiel sind eine zusätzliche elek­ tronische Schaltung und Steuerungsteile wie ein Sensor, Mo­ tor und dergleichen überflüssig, da es nicht erforderlich ist, die Position zu erfassen, und da der Kompensationsvor­ gang automatisch ausgeführt werden kann.

Fig. 13 zeigt noch ein weiters Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Vorrichtung zum Kompensieren der Kopplung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zum Kompensieren der Kopplung folgendes auf: einen Positions­ sensor 701 zum Messen des Abstands zwischen den Hauptspulen 1 und 2; einen A/D-Umsetzer 703; drei Kopplungskompensa­ tionsschaltungen 711, 712 und 713, die mehreren (hier drei) Relativpositionen zwischen den Hauptspulen 1 und 2 entspre­ chen; und Schalter 704 und 705 zum Umschalten zwischen die­ sen Kopplungskompensationsschaltungen. Es ist angenommen, daß der Abstand h zwischen den Hauptspulen 1 und 2 schritt­ weise eingestellt werden kann, z. B. unter Verwenden der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtung.

Der Positionssensor 701 erfaßt den Abstand zwischen den Hauptspulen 1 und 2 und erzeugt ein entsprechendes elektri­ sches Signal. Das Ausgangssignal des Positionssensors 701 wird durch einen Verstärker 702 verstärkt und durch den A/D-Umsetzer in ein digitales Signal umgesetzt. Das digitale Signal wird dazu verwendet, die Schalter 704 und 705 zu steuern. Der Schalter 704 verbindet die Ausgänge der Spulen 1 und 2 mit der optimalen der Kopplungskompensationsschal­ tungen 711, 712 und 713, was auf Grundlage des Werts des digitalen Signals erfolgt. Diese Kopplungskompensations­ schaltungen sind typische, wohlbekannte Schaltungen mit je­ weils fünf Kondensatoren. Die Kapazitäten der jede Schaltung aufbauenden Kondensatoren sind im Fall der Schaltung 711 für die erste Relativposition der Hauptspulen 1 und 2 optimiert, im Fall der Schaltung 712 für die zweite Relativposition der Hauptspulen 1 und 2 optimiert und im Fall der Schaltung 713 für die dritte Relativposition der Hauptspulen 1 und 2 opti­ miert. Der Schalter 705 ist mit dem Schalter 704 gekoppelt, und er verbindet die durch die optimale Schaltung hindurch­ geführten Signale mit den Verstärkern 51 bzw. 52. Die ver­ stärkten Signale werden an den Hochfrequenz-Empfangsab­ schnitt (33 in Fig. 2) gegeben.

Wenn die Schaltung 711 ausgewählt ist und angenommen wird, daß in der Spule 2 ein Strom I₂ aufgrund eines Stroms I₁ in der Spule 1 induziert wird, fließt durch die Kondensatoren der Schaltung 711 ein Strom I₃ zum Kompensieren des Stroms I₂.

Bei dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau dergestalt, daß die Schaltungen 711 bis 713 mit ver­ schiedenen Konstanten parallel vorliegen und zwischen ihnen ein Umschalten durch die Schalter erfolgt. Jedoch ist es auch möglich, wie in Fig. 14 dargestellt, den Aufbau so vor­ zunehmen, daß nur eine Kopplungskompensationsschaltung 707 verwendet wird und als Kondensatoren, die diese Schaltung 707 aufbauen, einstellbare Kondensatoren C₁ bis C₅ verwendet werden, wobei die Kapazitäten der einstellbaren Kondensato­ ren durch eine Steuerung 706 auf Grundlage des Ausgangssi­ gnals des A/D-Umsetzers 703 eingestellt werden. In diesem Fall besteht die Eigenschaft, daß die optimale Schaltungs­ konstante bei kontinuierlicher Positionsänderung einer Hauptspule kontinuierlich ausgewählt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind viele Ände­ rungen und Modifizierungen innerhalb des Erfindungsgedankens möglich.

Claims (12)

1. HF-Sonde mit:

• - einer ersten Spule (1) und einer zweiten Spule (2), die im Raum eines Magnetfelds einander gegenüber stehend angeordnet sind und von einem Objekt emittierte Kernspinresonanz-Signa­ le messen;

gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (111, 112, 12) zum Ändern des Abstands zwischen der ersten und der zweite Spule; und
• - eine Einrichtung (3, 4, 65, 3a, 3b, 4a, 4b, 701, 702, 703, 711, 712, 713, 704, 705, 706, 707) zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule abhängig vom Abstand zwischen den bei­ den Spulen.

2. HF-Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung eine Einrichtung aufweist, die in der zweiten Spule einen Strom erzeugt, dessen Stärke sich abhän­ gig vom Abstand zwischen den beiden Spulen so ändert, daß sie der Stärke des Stroms entspricht, der von der ersten Spule in der zweiten Spule induziert wird, wobei die Rich­ tungen dieser beiden Ströme einander entgegengesetzt sind.

3. HF-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verringern zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung eine in Reihe mit der ersten Spule geschaltete erste Hilfsspule (3) und eine in Reihe mit der zweiten Spule geschaltete zweite Hilfsspule (4) aufweist, wobei die Hilfsspulen so angeordnet sind, daß sich die magnetische Kopplung zwischen ihnen abhängig vom Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule ändert.

4. HF-Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Hilfsspule so angeordnet sind, daß sie rechtwinklig zur ersten bzw. zweiten Spule stehen.

5. HF-Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Hilfsspule einen Überlappungsbereich (6) aufweisen, dessen Fläche sich abhängig vom Abstand zwi­ schen der ersten und der zweiten Spule ändert, wodurch sich das Ausmaß der magnetischen Kopplung ändert.

6. HF-Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fläche des Überlappungsbereichs der Hilfsspulen automatisch ändert, wenn sich der Abstand zwischen der er­ sten und der zweiten Spule ändert.

7. HF-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung eine 8-förmige, einzelne Hilfsspule (65) aufweist, die mit der ersten und der zweiten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist, wobei sich die Stärke der magnetischen Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule und Hilfsspule abhängig vom Abstand zwischen der er­ sten und der zweiten Spule ändert.

8. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Spule kreisförmig oder rechteckig sind.

9. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Spule mehrere Teilspulen enthalten.

10. HF-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum zumindest teilweise Kompensieren der Hochfrequenzkopplung folgendes aufweist:

• - eine Einrichtung (701) zum Erfassen des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Spule;
• - mehrere Schaltungen (711, 712, 713) mit kapazitiven Ele­ menten, welche Schaltungen parallel zwischen Kabeln liegen, die an die erste bzw. zweite Spule angeschlossen sind; und
• - eine Umschalteinrichtung (704, 705) zum Auswählen einer der Schaltungen mit kapazitiven Elementen auf Grundlage des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung, um die ausgewähl­ te Schaltung parallel zwischen die Kabel zu legen.

11. HF-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung folgendes aufweist:

• - eine Einrichtung (701) zum Erfassen des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Spule;
• - eine Schaltung (707) mit einem kapazitiven Element, die parallel zwischen Kabel geschaltet ist, die an die erste bzw. zweite Spule angeschlossen sind; und
• - eine Steuereinrichtung (706) zum Ändern der Kapazität eines Kondensators in der Schaltung mit kapazitivem Element auf Grundlage des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung.