DE10130615C2 - Verbindungsvorrichtung für einen Sensor oder Aktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrich­ tung für einen Sensor oder Aktor, insbesondere für Oberflä­ chenantennen in Magnetresonanzanlagen, bestehend aus zwei lösbar miteinander verbindbaren Anschlusselementen, von denen ein erstes Anschlusselement einen ersten elektrischen Leiter aufweist, der mit dem Sensor oder Aktor verbunden ist, und ein zweites Anschlusselement einen zweiten elektrischen Lei­ ter aufweist, der mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter in den An­ schlusselementen Spulensysteme sind, die bei einer Verbin­ dung der beiden Anschlusselemente eine Signalübertragung durch induktive Kopplung ermöglichen.

Die Erfassung und Weiterleitung von Sensorsignalen in einer Hochfrequenzanlage, wie beispielsweise einer Magnetresonanz­ anlage, stellt hohe Anforderungen an die Störsicherheit und Zuverlässigkeit der Signalübertragung. Die Magnetresonanzto­ mographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Mag­ netresonanztomographiegeräte umfassen einen Grundfeldmagneten zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes für die Polarisie­ rung der Atomkerne im zu untersuchenden Körper, mehrere Gra­ dientenspulen für die Ortskodierung der Magnetresonanzsignale sowie ein oder mehrere Hochfrequenzsendeantennen, die Hoch­ frequenzimpulse zur Auslösung der Magnetresonanzsignale in den zu untersuchenden Körper einstrahlen. Die erzeugten Mag­ netresonanzsignale werden über einen Sensor erfasst und einer Auswerteeinheit zur Berechnung der Magnetresonanzbilder zuge­ führt. Als Sensoren werden entweder die für die Anregung der Magnetresonanzsignale eingesetzte Hochfrequenzsendeantenne, die so genannte Ganzkörperantenne, oder eine oder mehrere nicht fest mit dem Magnetresonanztomographiegerät verbundene Hochfrequenzempfangsantennen, so genannte Oberflächenanten­ nen, eingesetzt. Mit einer Oberflächenantenne lassen sich Magnetresonanzbilder mit einem besseren Signal/Rausch- Verhältnis aufnehmen. Sie wird nahe an den zu untersuchenden Körperbereich herangebracht und über ein Verbindungskabel mit der Auswerteeinheit des Magnetresonanztomographiegerätes ver­ bunden.

Die Verbindung zwischen der Oberflächenantenne und der Aus­ werteeinheit ist zurzeit als galvanische Steckverbindung aus­ gestaltet, bei der eines der beiden lösbar miteinander ver­ bindbaren Anschlusselemente mit der Oberflächenantenne und das andere mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Diese Steckverbinder haben den Vorteil einer flexiblen Handhabung, da die Oberflächenantennen auf einfache Weise abgenommen und durch andere Oberflächenantennen ersetzt und über die Steck­ verbindung mit der Auswerteeinheit verbunden werden können.

Ein Nachteil der bekannten Steckverbinder besteht jedoch dar­ in, dass sie sich aufgrund der frei zugänglichen elektrischen Kontakte nur unzureichend desinfizieren lassen. Gerade auf dem hier vorliegenden medizinischen Sektor ist jedoch eine regelmäßige Desinfektion der eingesetzten Untersuchungsappa­ raturen wichtig. Weiterhin tritt bei den bekannten Steckver­ bindungen das Problem auf, dass sich unerwünschte Mantelwel­ len auf den Zuleitungen ausbreiten, die zu einer für den Pa­ tienten unangenehmen Erwärmung von angrenzendem Körpergewebe führen können.

Aus der DE 36 16 389 C2 ist auf einem anderen technischen Ge­ biet ein berührungslos wirkender Näherungsschalter bekannt, der sich aus einem signalverarbeitenden Hauptteil und einem an den Hauptteil ansteckbaren signalerfassenden Sensorteil zusammen setzt. Die Signal- und Energieübertragung zwischen Sensorteil und Hauptteil erfolgt bei diesem Näherungsschalter über induktive Kopplung durch integrierte Kernspulen, die sich bei einer Steckverbindung der beiden Teile unmittelbar gegenüber liegen.

Das gleiche Prinzip der Signalübertragung durch induktive Kopplung wird auch bei dem Biomagnetometer der DE 690 29 375 T2 eingesetzt. Mit diesem Biomagnetomerter werden kleinste Mag­ netfelder gemessen, die beispielsweise vom Gehirn eines Pati­ enten erzeugt werden. Das Biomagnetometer enthält eine supra­ leitende magnetische Aufnahmespule, die mit einem hochemp­ findlichen Magnetsignaldetektor, einem SQUID, verbunden ist. Zur Herstellung der für die Supraleitung erforderlichen Tem­ peraturen ist das gesamte System in Dewar-Gefäßen unterge­ bracht. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, Aufnahmespule und Magnetsignaldetektor in zwei unterschiedlichen Dewargefä­ ßen anzuordnen, die lösbar miteinander verbunden sind. Für die Signalübertragung befinden sich in jedem Dewargefäß Über­ tragungsspulen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie bei einer Verbindung der beiden Dewargefäße koaxial ineinander geschoben werden.

Das in den beiden Druckschfriften eingesetzte Prinzip der Signalübertragung durch induktive Kopplung scheint jedoch für den Betrieb in einer Magnetresonanzanlage nicht geeignet, da die Übertragungsspulen dort großen Hochfrequenzfeldern ausge­ setzt sind, die die Signalübertragung stören und auch von dieser beeinflusst werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung für einen Sensor oder Aktor, insbesondere für eine Oberflä­ chenantenne in einer Magnetresonanzanlage, anzugeben, die die obigen Nachteile vermeidet und sich problemlos desinfizieren lässt.

Die Aufgabe wird mit der Verbindungsvorrichtung gemäß Patent­ anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verbin­ dungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Verbindungsvorrichtung besteht aus zwei lös­ bar miteinander verbindbaren Anschlusselementen, von denen ein erstes Anschlusselement einen ersten elektrischen Leiter aufweist, der mit dem Sensor oder Aktor verbunden ist, und ein zweites Anschlusselement einen zweiten elektrischen Lei­ ter aufweist, der mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter in den An­ schlusselementen Spulensysteme sind, die bei einer Verbindung der beiden Anschlusselemente eine Signalübertragung durch in­ duktive Kopplung ermöglichen. Die Verbindungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Spulensystem aus zwei koaxial angeordneten und in Reihe geschalteten Spulen be­ steht, die gegensinnige Wicklungen aufweisen.

Durch diese Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung werden die vom Sensor empfangenen oder an den Aktor gesendeten Sig­ nale nicht mehr galvanisch, sondern durch induktive Kopplung zwischen den beiden Anschlusselementen der Verbindungsvor­ richtung, beispielsweise eines Steckverbinders, übertragen. Diese Ausgestaltung ermöglicht die vollständige hermetische Versiegelung des Sensors oder Aktors mit dem ersten An­ schlusselement, so dass kein elektrischer Leiter freiliegt. Dies ist besonders vorteilhaft für Oberflächenantennen, die gegebenenfalls Körperflüssigkeiten ausgesetzt werden, wie beispielsweise die Prostataspule. Mit der vorliegenden Ver­ bindungsvorrichtung lassen sich vollständig desinfizierbare und sterilisierbare Oberflächenantennen realisieren. In glei­ cher Weise kann das gegebenenfalls mit dem Patienten in Be­ rührung kommende zweite Anschlusselement der Verbindungsvor­ richtung vollständig hermetisch versiegelt werden. Durch eine vollständige Versiegelung lassen sich sämtliche Desinfizie­ rungsmaßnahmen problemlos durchführen, so dass sich die vor­ liegende Verbindungsvorrichtung für den Einsatz im medizini­ schen Bereich in hervorragender Weise eignet.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Verbindungsvorrichtung besteht darin, dass bei der Verbindung einer oder mehrerer Oberflächenspulen über die Verbindungsvorrichtung mit der Auswerteeinheit deutlich verminderte Ableitströme über die Verbindungsleitung auftreten. Durch Unterdrückung des Gleich­ taktmodes der Übertragung werden zudem auch die Mantelwellen unterdrückt, so dass keine für den Patienten unangenehme Er­ wärmung bei einer Berührung des Verbindungskabels auftritt. Im Gegensatz zu den herkömmlichen galvanischen Steckverbin­ dern tritt bei der vorliegenden Verbindungsvorrichtung kei­ nerlei Verschleiß elektrischer Kontakte auf.

Bei der vorliegenden Verbindungsvorrichtung wird die Vermin­ derung der Abstrahlung der Koppelverbindung durch eine beson­ dere Ausgestaltung der beiden Spulensysteme in den Anschluss­ elementen erreicht. Jedes Spulensystem besteht aus zwei ko­ axial angeordneten und in Reihe geschalteten Spulen, die ent­ gegengesetzte bzw. gegensinnige Wicklungen aufweisen. Durch diese Ausgestaltung heben sich die von den gegensinnigen Spu­ len des jeweiligen Spulensystems erzeugten Felder im Außen­ raum nahezu vollständig auf. Lediglich in der näheren Umge­ bung, in der die induktive Kopplung zum jeweils anderen Spu­ lensystem erfolgt, sind die Spulenfelder ausreichend stark. Für eine optimale Wirkung dieser Kompensation im Außenraum bzw. in der Umgebung der Verbindung sollten die gegensinnig gewickelten Spulen jedes Spulenpaars die gleichen Dimensio­ nen, d. h. den gleichen Windungsdurchmesser und die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine Anwendung erläutert, bei der die Verbindungsvorrichtung eine Verbindung zwischen einer als Spule ausgebildeten Oberflä­ chenantenne und der Auswerteeinheit einer Magnetresonanzanla­ ge herstellt. Selbstverständlich lassen sich mit der vorlie­ genden Verbindungsvorrichtung jedoch auch andere Arten von Sensoren oder Aktoren mit einer Auswerteeinheit verbinden. Beispiele sind Sensoren zur Messung des Blutdruckes, der Tem­ peratur oder eines EKG oder Aktoren zur Schallerzeugung oder elektrischen Stimulation. Der Aufbau der Verbindungsvorrich­ tung erfolgt dabei in gleicher Weise wie bei der Anwendung mit der Oberflächenantenne.

Die Verbindungsvorrichtung besteht aus zwei lösbar miteinan­ der verbindbaren Anschlusselementen, die vorzugsweise als Steckverbinder ausgestaltet sind. Jedes der Anschlusselemente weist ein Spulensystem als Induktivität auf. Die Induktivität eines der Anschlusselemente ist mit der Oberflächenspule di­ rekt oder über Zwischenelemente, beispielsweise eine Modula­ tionsschaltung, elektrisch verbunden. Die Induktivität des anderen Anschlusselementes ist über ein Verbindungskabel mit der Auswerteeinheit verbunden oder zumindest verbindbar. Auf dem nicht mit der Induktivität verbundenen Ende des Verbin­ dungskabels kann beispielsweise ein herkömmlicher galvani­ scher Steckverbinder für die Verbindung mit der Auswerteein­ heit vorgesehen sein. Das Verbindungskabel kann jedoch auch direkt, d. h. nicht lösbar, mit der Auswerteeinheit verbunden sein.

Die Anschlusselemente selbst bestehen aus einem elektrisch nicht leitenden Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff. Als Materialien können die gleichen Materialien verwendet werden, wie sie bereits bei bekannten galvanischen Steckverb­ indern auf dem vorliegenden Gebiet eingesetzt werden.

Die beiden Anschlusselemente müssen derart ausgebildet sein, dass sie eine lösbare Verbindung ermöglichen. Dies kann durch unterschiedliche mechanische Mechanismen erfolgen, die dem Fachmann aus dem Bereich lösbarer mechanischer Verbindungen bekannt sind.

Vorzugsweise sind die beiden Anschlusselemente als Steckverb­ inder ausgestaltet, wobei beispielsweise ein Anschlusselement eine Buchse, das andere den zugehörigen Stecker darstellen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Verbin­ dungsvorrichtung sind die Spulensysteme derart dimensioniert und in den Anschlusselementen angeordnet, dass sie durch Her­ stellung der lösbaren Verbindung zwischen den Anschlussele­ menten koaxial ineinander geschoben werden. Dies bedeutet, dass die Spulen des einen Anschlusselementes bei der Verbin­ dung die Spulen des anderen Anschlusselementes umschließen. Auf diese Weise wird eine optimale induktive Kopplung zwi­ schen den beiden Spulensystemen erreicht. Die Anschlussele­ mente müssen hierbei selbstverständlich durch entsprechende Ausformung derart ausgebildet sein, dass sie diese gegensei­ tige Lage der Spulen durch die Verbindung ermöglichen.

Beim Einsatz der vorliegenden Verbindungsvorrichtung in einer Hochfrequenz-Umgebung muss auf eine besonders geringe Ab­ strahlung nach außen bzw. auf eine geringe Empfindlichkeit gegenüber äußeren HF-Feldern geachtet werden. Dies wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindungsvorrichtung zusätzlich dadurch unterstützt, dass das bei der Verbindung außen liegende Spulensystem zusätzlich von einer Schirmwin­ dung umgeben ist. Diese Schirmwindung ist in dem entsprechen­ den Anschlusselement um den Außenumfang des Spulensystems herum ausgebildet. Da die Kopplung zum anderen (inneren) Spu­ lensystem des anderen Anschlusselementes innerhalb dieser Schirmwindung erfolgt, wird die Signalübertragung nicht be­ einträchtigt und beide Spulensysteme sind gegenüber der Umge­ bung abgeschirmt.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Verbindungsvorrich­ tung ist zusätzlich ein verlustloses Anpassungsnetzwerk zur Kompensation von Einfügungsverlusten bei der induktiven Kopp­ lung vorgesehen, das mit beiden Induktivitäten in den An­ schlusselementen verbunden ist.

Neben der Signalübertragung von der Oberflächenspule zur Aus­ werteeinheit lassen sich die Oberflächenspule oder mit dieser verbundene elektrische Komponenten über die Verbindungsvor­ richtung auch mit Steuersignalen beaufschlagen oder mit Ener­ gie versorgen. Hierzu werden auf der Seite des zweiten An­ schlusselementes eine oder mehrere Modulationsschaltungen zu­ sammen mit einem oder mehreren Frequenzgeneratoren angeord­ net, die zusätzliche Steuersignale und/oder Signale zur Er­ zeugung einer Versorgungsspannung auf ein oder mehrere Trä­ gerfrequenzen aufmodulieren und an die Oberflächenspulenan­ ordnung übertragen. Auf Seite der Oberflächenspulenanordnung bzw. des ersten Anschlusselementes ist zumindest eine Demodu­ lationsschaltung vorgesehen, die die entsprechenden Steuersi­ gnale bzw. Signale für die Spannungsversorgung aus dem Trä­ gerfrequenzsignal extrahiert und den elektrischen Komponenten zur Verfügung stellt.

Die vorliegende Verbindungsvorrichtung wird nachfolgend an­ hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeich­ nungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Beispiel für die Ausgestaltung der Anschlusselemente der Verbindungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel für die prinzipielle Ausgestaltung der Induktivitäten der Verbindungsvorrichtung;

Fig. 3 ein weiteres Beispiel für die prinzipielle Ausge­ staltung der Induktivitäten der Verbindungsvorrich­ tung;

Fig. 4 ein Beispiel für eine Anpassschaltung zur Kompensa­ tion der reaktiven Einfügungsdämpfung bei der vor­ liegenden Verbindungsvorrichtung;

Fig. 5 ein Beispiel für den elektrischen Aufbau einer Oberflächenspule einer Magnetresonanzanlage mit der vorliegenden Verbindungsvorrichtung; und

Fig. 6 ein weiteres Beispiel für den elektrischen Aufbau einer Oberflächenspule einer Magnetresonanzanlage mit der vorliegenden Verbindungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Anschlusselemente 1, 2 der vorliegenden Verbindungsvor­ richtung. Das erste Anschlusselement 1 ist hierbei als zylin­ derförmiges Steckerelement ausgebildet, dass in eine entspre­ chende buchsenförmige Öffnung des als Gegenstück ausgebilde­ ten zweiten Anschlusselementes 2 eingeführt werden kann. In dieser in der Figur gezeigten eingeführten Stellung lassen sich beide Anschlusselemente, beispielsweise durch einen Schnappmechanismus, mechanisch fixieren. Die Induktivitäten 3, 4 in den jeweiligen Anschlusselementen 1, 2 sind in dieser Figur jeweils nur schematisch angedeutet. Das erste Anschlus­ selement 1 ist entweder über ein Kabel mit dem Gehäuse der Oberflächenspule verbunden oder direkt in dieses Gehäuse in­ tegriert. Das zweite Anschlusselement 2 ist mit einem Kabel 7 verbunden, das mit dem System der Magnetresonanzanlage, ins­ besondere der Auswerteeinheit, verbunden ist oder dort ange­ steckt werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung der Indukti­ vitäten in den Anschlusselementen 1, 2, wie sie beispielswei­ se in der Fig. 1 dargestellt sind. Die Figur zeigt schema­ tisch die Induktivität 3 des ersten Anschlusselementes 1 und die Induktivität 4 des zweiten Anschlusselementes 2 in einem Zustand, in dem die beiden Anschlusselemente 1, 2 miteinander verbunden sind. In diesem Zustand ist die Spulenanordnung 3 des ersten Anschlusselementes 1 koaxial in die Spulenanord­ nung 4 des zweiten Anschlusselementes 2 eingeschoben. Die elektrischen Verbindungen der Spulenanordnungen 3, 4 zur Oberflächenspule 5 bzw. zum System, d. h. zur Auswerteeinheit 6, sind ebenfalls schematisch angedeutet.

Das vorliegende Beispiel zeigt eine Ausgestaltung der Induk­ tivitäten der Verbindungsvorrichtung, bei der Störungen durch externe Signale, beispielsweise das HF-Anregungsfeld der Ganzkörperantenne, sowie unerwünschte Abstrahlung und Rück­ kopplung des übertragenen Signals vermindert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Koppelinduktivitäten 3, 4 je­ des Anschlusselementes 1, 2 nicht aus einer, sondern aus zwei gleich großen Spulen 3a, 3b bzw. 4a, 4b mit entgegengesetzten Windungen gebildet werden. Die Wicklungsrichtung ist in der Fig. 2 durch die Pfeile angedeutet. Die Spulenanordnung 3 des ersten Anschlusselementes 1 besteht aus einer unteren Spule 3a und einer oberen Spule 3b, deren Wicklungsrichtung entge­ gengesetzt verläuft. Beide Spulen 3a, 3b sind in Reihe mit­ einander verschaltet. In gleicher Weise sind die beiden Spu­ len 4a und 4b des zweiten Anschlusselementes 2 ausgebildet. Die unterschiedliche Wicklungsrichtung der Spulen bewirkt ei­ ne starke Reduzierung des von den Spulen erzeugten Feldes mit zunehmender Entfernung von den Spulen. In gleicher Weise sind die Spulen auch gegen äußere elektromagnetische Felder unemp­ findlich. Der Abstand der beiden Spulen 3a, 3b bzw. 4a, 4b jedes Spulenpaares sollte hierbei im Bereich des Helmholtz- Abstandes liegen. Bei diesem Abstand wird eine deutliche Re­ duzierung des erzeugten Feldes in der Umgebung erreicht, ohne die induktive Kopplung zwischen dem Spulenpaar 3 des ersten Anschlusselementes 1 und dem Spulenpaar 4 des zweiten An­ schlusselementes 2 nachteilig zu beeinflussen, die bei einer Verbindung der beiden Anschlusselemente 1, 2 nahe beieinander liegen.

Aus der Fig. 2 ist ebenfalls die unterschiedliche Dimensio­ nierung der Spulenanordnungen 3, 4 der beiden Anschlussele­ mente zu erkennen. Das Spulenpaar 3a, 3b des Steckers 1 hat einen Durchmesser, der geringer ist als der Durchmesser des Spulenpaares 4a, 4b der Buchse 2. Dadurch können sie problem­ los ineinander geschoben werden. In der verbundenen Position wird aufgrund des geringen Abstandes der Spulen eine optimale Kopplung zwischen den Spulenpaaren 3 und 4 erreicht.

Ein weiteres Beispiel für einen Aufbau der Induktivitäten der Anschlusselemente 1 und 2 der vorliegenden Verbindungsvor­ richtung ist in der Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist für jedes Spulensystem aus Gründen der vereinfachten Darstel­ lung nur eine Spule skizziert, die das jeweilige Spulensystem repräsentiert. Bei dieser Ausführungsform weisen die beiden Spulensysteme 3, 4 der beiden Anschlusselemente 1, 2 wiederum einen unterschiedlichen Durchmesser auf, so dass sie bei Her­ stellung der Verbindung ineinander geschoben werden. Zur Ver­ meidung einer unerwünschten Abstrahlung in den Außenraum ist im vorliegenden Beispiel die Spule 4 des zweiten Anschluss­ elementes 2 mit einer HF-Abschirmung 8 umgeben. Diese Ab­ schirmung schirmt bei eingeschobener Spule 3 des ersten An­ schlusselementes 1 beide Spulen 3, 4 gegen den Außenraum ab, ohne die Kopplung zwischen den Spulen 3, 4 zu beeinflussen. Die Abschirmung, die vorzugsweise die Form eines einseitig offenen Bechers aufweist, ist hierbei im Anschlusselement 2 der größeren Spule 4 ausgebildet.

Selbst wenn in den vorliegenden Beispielen die einzelnen Spu­ len 3, 4, 3a, 3b, 4a, 4b immer mit zwei Spulenwindungen dar­ gestellt wurden, versteht sich von selbst, dass die Spulen auch nur mit einer oder einer Vielzahl von Windungen ausge­ bildet sein können.

Zur Verringerung der Einfügungsverluste, die bei einer induk­ tiven Koppelstrecke wie der der vorliegenden Verbindungsvor­ richtung auftreten, kann eine Anpassungsschaltung an den bei­ den Anschlusselementen 1, 2 vorgesehen sein. Eine derartige Anpassungsschaltung ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt, die ein Ersatzschaltbild für die induktive Kopplung mit den beiden Induktivitäten L1 (3) und L2 (4) zeigt. Die mit der Ersatz-Induktivität M (9) angedeuteten Kopplungsverluste wer­ den durch entsprechend ausgewählte Kapazitäten der Größen -jω(L1-M), -jω(L2-M) und -jω2M kompensiert. Derartige Anpas­ sungsschaltungen sind dem Fachmann bekannt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für den elektrischen Aufbau einer einfachen Magnetresonanzoberflächenantenne mit passiver Ver­ stimmschaltung und der vorliegenden Verbindungsvorrichtung. Die Oberflächenspulen in einer Magnetresonanzanlage müssen mit einer Verstimmschaltung bzw. einem Verstimmkreis verbun­ den sein, um bei einer Anregung des Untersuchungsobjektes durch die Hochfrequenzimpulse der Ganzkörperantenne zur Ver­ meidung von Störungen aus der Resonanz gebracht zu werden. Hierbei lassen sich sowohl passive wie auch aktive Verstimm­ schaltungen einsetzen. Im vorliegenden Beispiel ist die Ober­ flächenspule 5 mit einer passiven Verstimmschaltung 10 ver­ bunden, die aus einer Spule und einem Kondensator sowie einer Diodenschaltung besteht. Die Dioden sprechen ab einer be­ stimmten an der Spule induzierten Spannung an und erzeugen dadurch eine Verstimmung der Oberflächenantenne 5 zu. Die An­ tenne 5 ist über ein Anpassungsnetzwerk 11 mit der Induktivi­ tät 3 des ersten Anschlusselementes verbunden. Dieses steht in induktiver Kopplung mit der Induktivität 4 des zweiten An­ schlusselementes, das wiederum mit dem System 6 elektrisch verbunden ist. Die in der Figur mit den beiden Induktivitäten 3 und 4 angedeutete induktive Kopplung kann mit einer Verbin­ dungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 erfolgen.

Eine derartige Ausgestaltung lässt sich sehr vorteilhaft in einer Magnetresonanzanlage einsetzen. Da die empfangenen Ma­ gnetresonanzsignale bereits auf einer Trägerfrequenz aufmodu­ liert sind, ist keine weitere Modulationsschaltung zwischen der Oberflächenspule 5 und der Induktivität 3 der Verbin­ dungsvorrichtung erforderlich.

Fig. 6 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ ner Magnetresonanzoberflächenantenne 5 mit der vorliegenden Verbindungsvorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Antenne 5 mit einer aktiven Verstimmschaltung versehen. Die aktive Verstimmschaltung wird durch ein von der Magnetre­ sonanzanlage übertragenes Verstimmsignal gesteuert, das von einem Detektor 21 empfangen wird. Die Verstimmschaltung 10 besteht wiederum aus einem Kondensator und einer Spule. Die Oberflächenspule 5 ist in diesem Beispiel mit einem Verstär­ ker 17 verbunden, der das empfangene Magnetresonanzsignal zu­ sätzlich verstärkt. Das Signal wird auch bei diesem Beispiel über die Verbindungsvorrichtung mit zwei Induktivitäten 3, 4 zum System übertragen.

Auf der Seite des zweiten Anschlusselementes mit der Indukti­ vität 4 sind in diesem Beispiel mehrere Frequenzmodulatoren mit zugehörigen Frequenzgeneratoren vorgesehen. Ein Modulator 12 dient hierbei der Modulation des Verstimmsignals für den Verstimmkreis 10 der Oberflächenspule 5 auf eine Trägerfre­ quenz. Ein weiterer Modulator 13 dient der Modulation von Si­ gnalen zur Erzeugung einer Versorgungsspannung über eine wei­ tere Trägerfrequenz. Schließlich ist noch ein Demodulator 22 zur Extrahierung des Magnetresonanzsignals von einer Träger­ frequenz vorgesehen. Die Trägerfrequenzen mit den aufmodu­ lierten Signalen werden über entsprechende Übertragungsein­ richtungen (Mischer 14 bzw. 15) über die Induktivitäten 3, 4 der Verbindungsvorrichtung übertragen. Auf der Seite der Oberflächenspule 5 müssen dementsprechend Demodulationsein­ heiten 18 für die Extrahierung der Versorgungsspannung von der übertragenen Trägerfrequenz und 20 für die Extrahierung des Verstimmsignals vorgesehen sein. Weiterhin ist in der Fi­ gur ein Gleichrichter 19 zur Umsetzung der empfangenen Wech­ selspannung in eine Gleichspannung zu erkennen. Zur Übertra­ gung des Magnetresonanzsignals kann ebenfalls ein Modulator 16 auf der Seite der Oberflächenspule 5 angeordnet sein.

Bei dieser Ausgestaltung können nicht nur die empfangenen Ma­ gnetresonanzsignale zum System übertragen, sondern auch Steu­ ersignale und eine Spannungsversorgung durch Modulation auf eine HF-Frequenz vom System zur Oberflächenspule übertragen werden. Die Trägerfrequenzen für die Steuersignale und Span­ nungsversorgungen werden derart gewählt, dass deren Oberwel­ len außerhalb der auftretenden Magnetresonanz-Spektren sowie der im Signalpfad enthaltenen Zwischenfrequenzprodukte lie­ gen. Derartige Zwischenfrequenzen treten beispielsweise bei 2,5 MHz auf. Die Übertragung selbst kann entweder über eine gemeinsame Koppelstrecke im Frequenzmultiplexverfahren erfol­ gen, falls die Signale verschiedene Frequenzbänder belegen, oder auch über getrennte Koppelstrecken durch Ausbildung ge­ trennter Verbindungsvorrichtungen oder Verbindungsvorrichtun­ gen mit mehreren voneinander unabhängigen Koppelinduktivitä­ ten.

Claims (9)

1. Verbindungsvorrichtung für einen Sensor oder Aktor (5), insbesondere für Oberflächenantennen in Magnetresonanzanla­ gen, bestehend aus zwei lösbar miteinander verbindbaren An­ schlusselementen (1, 2), von denen ein erstes Anschlussele­ ment (1) einen ersten elektrischen Leiter (3) aufweist, der mit dem Sensor oder Aktor (5) verbunden ist, und ein zweites Anschlusselement (2) einen zweiten elektrischen Leiter (4) aufweist, der mit einer Auswerteeinheit (6) verbindbar ist, wobei der erste (3) und der zweite elektrische Leiter (4) in den Anschlusselementen (1, 2) Spulensysteme (3, 4) sind, die bei einer Verbindung der beiden Anschlusselemente (1, 2) eine Signalübertragung durch induktive Kopplung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spulensystem (3, 4) aus zwei koaxial angeordneten und in Reihe geschalteten Spulen (3a, 3b, 4a, 4b) besteht, die gegensinnige Wicklungen aufweisen.

2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulensysteme (3, 4) derart dimensioniert und in den Anschlusselementen (1, 2) angeordnet sind, dass sie durch die Verbindung der beiden Anschlusselemente (1, 2) koaxial inein­ ander geschoben werden.

3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (3), das bei der Verbindung der beiden Anschlusselemente (1, 2) über das andere Spulensystem (4) ge­ schoben wird, von einer HF-Abschirmung (8) umgeben ist.

4. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten Spulen (3a, 3b, 4a, 4b) jedes Spulensystems (3, 4) eine identische Dimensionierung aufwei­ sen.

5. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein verlustloses Anpassungsnetzwerk (11) zur Kompensati­ on von Einfügungsverlusten bei der induktiven Kopplung mit den Spulensystemen (3, 4) verbunden ist.

6. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modulationsschaltung (12, 13) mit einem Frequenzge­ nerator zur Übertragung von Steuersignalen und/oder Signalen zur Erzeugung einer Versorgungsspannung durch Modulation auf eine Trägerfrequenz zwischen der Auswerteeinheit (6) und dem Spulensystem (4) des zweiten Anschlusselementes (2) und eine Demodulationsschaltung (18, 20) zur Extrahierung der empfan­ genen Steuersignale bzw. der Signale für die Spannungsversor­ gung zwischen dem Sensor (5) und dem Spulensystem (3) des ersten Anschlusselementes (1) vorgesehen sind.

7. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (1, 2) als Steckverbinder ausges­ taltet sind.

8. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (1, 2) als Stecker bzw. Buchse ausgebildet sind.

9. Verwendung einer Verbindungsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zum Betrieb eines Sensors (5), insbesondere von Oberflächenantennen, in einer Magnetreso­ nanzanlage, wobei der Sensor (5) über die Verbindungsvorrich­ tung mit einer Auswerteeinheit (6) der Magnetresonanzanlage verbunden wird.