-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Verbinden von
wenigstens zwei Signalquellen mit wenigstens einem Signalausgang,
wobei die Signalquellen mit einer Steuereinheit verbunden sind,
die derart ausgebildet ist, dass sie die Signalquellen durch Aussenden
von Steuersignalen an- oder ausschaltet.
-
Bei
der Übermittlung
von elektrischen Signalen von Signalquellen an einen Signalausgang,
der beispielsweise mit einer Signalauswerteeinheit verbunden ist,
ist es häufig
erforderlich, eine Vielzahl von Signalquellen mit nur einer Signalauswerteeinheit
selektiv zu verbinden. Dies ist insbesondere bei Magnetresonanzgeräten der
Fall, wo es notwendig ist, eine große Anzahl von Oberflächenspulen
mit einer geringeren Anzahl an Vorverstärkern zu verbinden. Zusätzlich ist
es erforderlich, dass gleichzeitig lediglich wenige bzw. nur eine
einzige Oberflächenspule
aktiv ist, um ein Übersprechen
durch die anderen Oberflächenspulen
zu verhindern. Die große
Anzahl von Oberflächenspulen
ist beispielsweise vorteilhaft, wenn ein größerer Bereich eines Patienten ohne
Eingriff in den Untersuchungsraum untersuchen werden soll. Die Verwendung
größerer Spulen ist
nachteilig, da in diesem Fall das Signal/Rausch-Verhältnis im
Vergleich zu kleineren Spulen deutlich kleiner ist. Bei gängigen Magnetresonanzgeräten ist
die Anzahl der Vorverstärker,
die mit den Oberflächenspulen
verbunden sind, die begrenzende Größe für die Anzahl der verwendbaren
Oberflächenspulen.
Soll dennoch eine große
Anzahl kleiner Spulen verwendet werden, müssen diese selektiv mit den
Verstärkereingängen verbunden
werden.
-
Aus
der
US 616774755
B2 ist eine Schaltung bekannt, mittels der sich eine Anzahl
von Spulen mit Vorverstärkern
eines Mag- Magnetresonanzgeräts verbinden
lässt.
Dazu wird durch eine Schaltersteuerung über eine Steuerleitung eine
Schaltmatrix von Hochfrequenzschaltern gesteuert, wodurch die Spulen
selektiv mit den Vorverstärkern
verbunden werden können.
Mittels einer Spulensteuereinheit können die Spulen an- oder abgeschaltet
werden. Nachteilig an der beschriebenen Schaltung ist der hohe Schaltungsaufwand.
-
Aus
der
DE 199 28 428
A1 ist eine Schaltmatrix bekannt, durch die Magnetresonanz-Antennen selektiv
mit Verstärkern
verbunden werden können. Dazu
wird ein Kreuzschienenverteiler mit steuerbaren Schaltern eingesetzt,
bei dem die Schalter durch eine Steuereinheit bedienbar sind. Mittels
der Steuereinheit lassen sich die Antennen auf beliebige der Ausgänge schalten.
-
In
der
DE 103 56 273
A1 ist ein Antennenumschalter offenbart, bei dem zwei Antennen
auf einen Ausgang schaltbar sind. Die Umschaltung erfolgt gleichzeitig
mit der Stimmung einer der Antennen für den Empfang mittels des gleichen
Signals.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Schaltung
zum Verbinden von wenigstens zwei Signalquellen mit wenigstens einem
Signalausgang anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Durch die Sperreinheiten ist es möglich, die jeweilige Verbindung
zwischen der Signalquelle und dem Signalausgang zu sperren oder
freizugeben. Durch die Steuersignale der Steuereinheit, die zum
An- und Ausschalten der Signalquellen dienen, wird gleichzeitig
auch die entsprechende Verbindung der Signalquelle zum Signalausgang
freigegeben. Somit wird keine separate Schaltersteuerung benötigt, was
einen geringen Schaltungsaufwand zur Folge hat. Vorteilhaft ist
wenigstens ein Sperrglied in der Hauptleitung zwischen einem Verbindungspunkt
der Hauptleitung mit der Stichleitung zur ersten Signalquelle und
einem Verbindungspunkt der Hauptleitung mit der Stichleitung zur
zweiten Signalquelle angeord net. Damit lassen sich auch Teile der
Hauptleitung teilweise vom Signalweg trennen. Ist beispielsweise
die, im Hinblick auf den Signalweg näher am Signalausgang liegende
Signalquelle angeschaltet, so lässt
sich mit dem Sperrglied der unbenutzte Teil der Hauptleitung zum Verbindungspunkt
der Hauptleitung mit der Stichleitung zur ausgeschalteten Signalquelle
abtrennen. Insbesondere bei hochfrequenten elektrischen Signalen
ist es notwendig, keine ungenutzte Stichleitung zu haben, da hier
beispielsweise Reflexionen auftreten können, die zu unerwünschten
Signalveränderungen
führen.
-
In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung umfasst die Schaltung wenigstens eine Hauptleitung,
die mit dem Signalausgang verbunden ist und mit der jede Signalquelle über eine
Stichleitung verbunden ist. Dieser Aufbau ist besonders einfach auszuführen, da
hier eine Vielzahl von Signalquellen unter geringem Schaltungsaufwand
mit dem Signalausgang verbunden werden können.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Sperreinheit wenigstens
ein Sperrglied. Dies kann beispielsweise ein steuerbarer Schalter
sein. Durch den Schalter lässt
sich die jeweilige Leitung zwischen Signalquelle und Signalausgang
auf einfache Weise sperren oder freigeben.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Sperrglied
in der Stichleitung zwischen der Signalquelle und der Hauptleitung
angeordnet. Mittels dieses Sperrglieds lässt sich bei ausgeschalteter
Signalquelle die Stichleitung von der Hauptleitung abtrennen, so
dass hier keine Signale fließen können.
-
Besonders
vorteilhaft ist die Ausführung
der Sperrglieder als PIN-Dioden. Mittels dieser lassen sich durch
die Steuersignale auf einfache Weise hohe Widerstände in den
Leitungen erreichen, die die Leitungen abtrennen.
-
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand des
nachfolgend im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Systems zum Empfang von Magnetresonanzsignalen
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
-
2 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Schaltung.
-
Das
in 1 schematisch dargestellte System umfasst eine
Anzahl von m Spulengruppen 102, von denen drei dargestellt
sind. Jede Spulengruppe 102 enthält eine Anzahl von n Oberflächenspulen 104 zum
Empfang von Magnetresonanzsignalen. Es sind wiederum nur drei Oberflächenspulen 104 dargestellt.
Die Oberflächenspulen 104 der
Spulengruppen 102 sind mittels einer Multiplexschaltung 106 mit n
Signalausgängen 108 verbunden,
von denen ebenfalls drei dargestellt sind. Die Multiplexschaltung 106 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung und wird weiter unten anhand von 2 detailliert
erläutert.
Die Signalausgänge 108 sind
mit n Vorverstärkern
eines Magnetresonanzgeräts 110 verbunden,
wobei die Vorverstärker
und das Magnetresonanzgerät 110 zur
besseren Übersicht
lediglich als Rechteck dargestellt sind. Da die Anzahl von Oberflächenspulen 104 einer
Spulengruppe 102 gleich der Anzahl der Vorverstärker ist,
können
jeweils mit einer vollständigen
Spulengruppe 102 Magnetresonanzsignale gemessen werden.
Dazu werden die jeweiligen Oberflächenspulen 104 auf
die entsprechenden Frequenzen der Magnetresonanzsignale abgestimmt. Während der
Messung mit einer Spulengruppe 102 sind die Oberflächenspulen 104 aller
anderen Spulengruppen 102 verstimmt, so dass sie keine
Magnetresonanzsignale empfangen. Das Abstimmen und Verstimmen der
Spulengruppen 102 geschieht mittels m Steuerleitungen 112,
die vom Magnetresonanzgerät 110 zu
den Spulengruppen 102 verlaufen. Mittels definierter Spannungssignale
auf den Steuerleitungen 112 lassen sich die Spulengruppen 102 abstimmen
bzw. verstimmen. Zur Übermittlung
der gemessenen Magnetresonanzsignale ist jede Spulengruppe 102 über Koaxialkabel 114 mit
der Multiplexschaltung 106 verbunden, die während der
Messung die jeweiligen Oberflächenspulen 104 der
abgestimmten Spulengruppe 102 mit den Signalausgängen 108 verbindet.
Gleichzeitig werden alle nicht abgestimmten Spulengruppen 102 von
den Signalausgängen 108 getrennt,
so dass von ihnen keine störenden
Signale ausgehen können.
Zum Verbinden und Abtrennen der Spulengruppen 102 werden
die Spannungssignale der Steuerleitungen 112 verwen det,
weshalb die Multiplexschaltung 106 mit den Steuerleitungen 112 verbunden
ist.
-
In 2 ist
der Aufbau der Multiplexschaltung schematisch dargestellt. Alle
Leitungen sind als Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 Ω ausgeführt. Von
dem n Signalausgängen 2 sind
zur besseren Übersicht
nur drei gezeigt. Die Signalausgänge 2 sind
mit jeweils einer Hauptleitung 4 verbunden. Von jeder Hauptleitung 4 zweigen
m Stichleitungen 6 ab, von denen wiederum nur drei dargestellt sind.
Die Enden der Stichleitungen 6 sind mit den Oberflächenspulen
der Spulengruppen verbunden. Dabei ist mit jeder Hauptleitung jeweils
eine Oberflächenspule
jeder Spulengruppe verbunden. Folglich bilden alle in der Figur
auf derselben Höhe
angeordneten Stichleitungen 6 die Verbindungen zu einer Spulengruppe.
Zwischen den Stichleitungen 6 sind in den Hauptleitungen 4 Mantelwellensperren 7 angeordnet,
die das Ausbreiten störender
Mantelwellen verhindern.
-
Im
Folgenden wird der Aufbau einer Hauptleitung 4 mit den
entsprechenden Stichleitungen 6 beschrieben, alle weiteren
Hauptleitungen 4 sind analog aufgebaut. Zwischen den Verbindungspunkten 8 der
Stichleitungen 6 mit der jeweiligen Hauptleitung 4 befindet
sich jeweils eine PIN-Diode 10 vom Typ BA592 mit einem
parallel geschaltetem Widerstand 12 von 20 kΩ. In jeder
Stichleitung 6 befinden sich zwei in Reihe geschaltete
PIN-Dioden 10 mit jeweils einem parallel geschalteten Widerstand 12. Über eine
Zusatzverbindung 14 werden die Spannungssignale der Steuerleitungen
in die Schaltung eingekoppelt. Zwischen der Stichleitung 6 und
der Verbindung zur Steuereinheit befindet sich ein Vorwiderstand 16 von
5 kΩ. Die
PIN-Dioden 10 in den Stichleitungen 6 sind jeweils
derart angeordnet, dass sie bei Anlegen einer positiven Spannung
an die Zusatzleitung 14 in den Sperrzustand gehen, wohingegen
sie bei Anlegen einer negativen Spannung auf Durchlass schalten.
Die auf gleicher Höhe
liegenden Stichleitungen 6 werden jeweils mit dem gleichen Steuersignal
angesteuert. In der Stichleitung 6 befindet sich zusätzlich ein
Kondensator 18 von 1 nF, die Steuersignale auf ein definiertes
Massepotenzial bringt. Ebenfalls befindet sich in jeder Hauptleitung 4 ein
Kondensator 18, der Hochfrequenzsignal und Steuersignal
trennt. Abzweigend von der Hauptleitung 4 ist eine Verbindung
zu einem Bezugspotential 20 über eine Induktivität 22 von
5 μH gegeben.
Wird nun eine Gruppe von Oberflächenspulen
von der Steuereinheit durch Anlegen einer negativen Spannung angeschaltet,
so werden gleichzeitig die in der jeweiligen Stichleitung 6 befindlichen
PIN-Dioden 10 durch das gleiche Steuersignal auf Durchlass
geschaltet, so dass die gemessenen Signale der Oberflächenspulen
von der Stichleitung 6 zur Hauptleitung 4 gelangen.
Durch das gleiche Spannungssignal werden die in der Hauptleitung 4 befindlichen
PIN-Dioden 10 zwischen dem jeweiligen Verbindungspunkt 8 und
dem Signalausgang 2 durchlässig geschaltet. Die PIN-Dioden 10 sind
entsprechend orientiert. Gleichzeitig mit dem Anschaltesignal für die Oberflächenspule
werden alle weiteren Spulengruppen durch ein entsprechendes Steuersignal
ausgeschaltet. Dadurch werden in den jeweiligen Stichleitungen 6 zu
den Spulen die PIN-Dioden 10 in den hochohmigen Zustand
geschaltet, so dass die Oberflächenspulen
von der Hauptleitung 4 abgetrennt sind. Gleichzeitig werden
auch alle PIN-Dioden 10 in der Hauptleitung 4,
die sich vom Signalausgang 2 gesehen hinter dem Verbindungspunkt 8 zur
angeschalteten Spule befinden, in den hochohmigen Zustand geschaltet,
so dass die nachfolgenden Teile der Hauptleitung 4 vom
Signalweg getrennt sind. Dies unterbindet Reflexionen im Signal
und verringert so die Möglichkeit
von Messfehlern.
-
Mit
der angegebenen Schaltung lässt
sich mit geringem Schaltungsaufwand eine Verbindung vieler Oberflächenspulen
mit einem Signalausgang realisieren. Die Steuersignale dienen einerseits
dazu, die jeweilige Oberflächenspule
auf die Frequenz der zu empfangenden Magnetresonanzsignale abzustimmen.
Gleichzeitig werden sie dazu verwendet, den entsprechenden Signalweg
frei zu schalten. Die Oberflächenspulen,
mit denen nicht empfangen werden soll, werden durch entsprechende
Steuersignale verstimmt, so dass bei der jeweiligen Frequenz kein Empfang
stattfindet. Durch die Steuersignale werden gleichzeitig die Signalwege
zu den Oberflächenspulen
gesperrt. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Schaltungen
werden folglich keine Zusatzsignale zur Steuerung der Schalter benötigt.