DE102004038849B4 - Empfangseinheit für einen Magnetresonanztomographen - Google Patents

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Abstract

Empfangseinheit für einen Magnetresonanztomographen mit einem mit seinem Signaleingang (22) an eine Lokalspule (8) angeschlossenen HF-Vorverstärker (10), wobei zum Signaleingang (22) eine PIN-Diode (12) parallel geschaltet ist, und wobei ein Versorgungsspannungsanschluss (34) des HF-Vorverstärkers (10) an eine Gleichspannungsquelle (44) anschließbar ist, gekennzeichnet durch einen Versorgungsknoten (28), der mit dem Versorgungsspannungsanschluss (34), der PIN-Diode (12) und einem Umschalter (38) zum wechselweisen Anschluss des Versorgungsknotens (28) an die Gleichspannungsquelle (44) oder eine Gleichstromquelle (42) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Empfangseinheit für einen Magnetresonanztomographen.
  • In Magnetresonanztomographen werden während einer Sendephase zu untersuchende Objekte, z. B. Körpergewebe eines Patienten, durch eine Erregereinheit auf atomarer Ebene resonant angeregt. Hierzu werden elektromagnetische Felder extrem hoher Feldstärken benutzt. In einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase strahlen die angeregten Bereiche des zu untersuchenden Objekts elektromagnetische Resonanzsignale aus, die um viele Größenordnungen kleinere Feldstärken als die Erregersignale besitzen. Die Resonanzsignale werden von einer Empfangseinheit des Magnetresonanztomographen aufgenommen und in Bildinformationen umgerechnet.
  • Zur Aufnahme der äußerst schwachen Signale während der Empfangsphase sind in den Empfangseinheiten des Magnetresonanztomographen verschiedene Lokalspulen vorhanden, deren Signale über HF-Vorverstärker verstärkt und zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Entsprechende HF-Vorverstärker sind für die äußerst geringen, von der Lokalspule kommenden Spannungen ausgelegt.
  • Während der Sendephase empfängt eine Lokalspule statt des Resonanzfeldes das um viele Größenordnungen größere erregende elektromagnetische Feld, weshalb an ihrem Ausgang um Größenordnungen höhere Spannungen auftreten. Um den empfindlichen HF-Vorverstärker vor diesen Spannungen zu schützen, sind seinem Eingang Schutzdioden, zumeist so genannte PIN-Dioden parallel geschaltet. Während der Sendephase wird die PIN-Diode bestromt und wirkt als HF-technischer Kurzschluss, um den Vorverstärker vor Zerstörung zu schützen und gleichzeitig zu verhindern, dass sich in der Lokalspule ein unzulässig hoher Resonanzstrom aufbaut. Ein derartiger Resonanzstrom könnte beim Patienten zu schweren Verbrennungen führen oder im Magnetresonanztomographen für unerwünschte Resonanzaufspaltungen, d. h. Verstimmung der Einzelresonanzen der Erreger- und Lokalspulen führen.
  • Während der Empfangsphase wird die PIN-Diode mit einer Sperrspannung versehen, so dass sie bezüglich der zu empfangenden HF-Signale möglichst unwirksam bleibt.
  • Diodenstrom und Diodensperrspannung werden bisher über eine separate Leitung bzw. ein separates Koaxialkabel vom Außenbereich bzw. feldfreien Bereich in den Innenbereich, also zum Ort der Lokalspule bzw. PIN-Diode im Starkfeldbereich des Magnetresonanztomographen geführt. Hierbei besteht das Problem, dass sich entlang sämtlicher Leitungen, die vom Inneren des Magnetresonanztomographen nach Außen führen, gefährliche Mantelwellen längs dieser Leitungen ausbreiten können. Mantelwellen gefährden ebenfalls den Patienten durch Hautverbrennungen oder machen durch unkontrollierte Rückkopplungen über die Lokalspule den Vorverstärker funktionsunfähig. Entlang sämtlicher aus dem Inneren des Magnetresonanztomographen führender Leitungen sind deshalb aufwendige Mantelwellensperren angeordnet, die Ausbreitung von Mantelwellen verhindern.
  • Aus der JP 2001-070 277 A ist z. B. eine Empfangseinheit eines Magnetresonanztomographen bekannt, bei der die Ansteuerung einer PIN-Diode über eine separate Leitung vom Außen- zum Starkfeldbereich erfolgt. An dieser Leitung müssen aufwendige und teure Mantelwellensperren vorgesehen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Magnetresonanztomographen zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Empfangseinheit für einen Magnetresonanztomographen mit einem, mit seinem Signaleingang an eine Lokalspule angeschlossenen HF-Vorverstärker, wobei zum Signaleingang eine PIN-Diode parallel geschaltet ist, und wobei ein Versorgungsspannungsanschluss des HF-Vorverstärkers an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist. Die Empfangseinheit enthält einen Versorgungsknoten, der mit dem Versorgungsspannungsanschluss, der PIN-Diode und einem Umschalter zum wechselweisen Anschluss des Versorgungsknotens an die Gleichspannungsquelle oder eine Gleichstromquelle verbunden ist.
  • Während der Empfangsphase muss der HF-Vorverstärker mit Gleichspannung versorgt werden und während dieser Zeit ist die PIN-Diode mit einer Sperrspannung zu beaufschlagen.
  • Der Umschalter befindet sich deshalb während der Empfangsphase in einer Position, in der die Spannungsquelle mit dem Versorgungsknoten und somit mit dem Versorgungsspannungsanschluss verbunden ist, so dass der HF-Vorverstärker arbeitet. Der Signaleingang dient zur Aufnahme eines z. B. von einem Anschluss der Lokalspule kommenden zu verstärkenden elektrischen HF-Signals. An ihrem anderen Ende ist die Lokalspule dann geerdet. Die PIN-Diode ist dann mit einem Diodenanschluss ebenfalls geerdet und der andere mit dem signalführenden Anschluss der Lokalspule und so mit dem Signaleingang des HF-Vorverstärkers verbunden.
  • Da die PIN-Diode ebenfalls mit dem Versorgungsknoten verbunden ist, ist diese ebenfalls mit Gleichspannung versorgt. Die Polung der PIN-Diode und die Gleichspannung sind so gewählt, dass die Gleichspannung in Sperrrichtung an der PIN-Diode anliegt.
  • In der Empfangsphase erfüllt auch die PIN-Diode somit in bekannter Weise ihren Zweck, in dem sie nämlich durch Versorgung mit einer Sperrspannung HF-technisch möglichst unwirksam bleibt und die Signalqualität der von der Lokalspule empfangenen schwachen elektrischen Signale so wenig wie möglich beeinflusst.
  • Eine Anpassung von Diodensperrspannung und Betriebsspannung des HF-Vorverstärkers kann z. B. durch die Wahl eines geeigneten Verstärkers oder einen einfachen Vorwiderstand bzw. Spannungsregler am Verstärker erfolgen.
  • Da zur Versorgung des HF-Vorverstärkers mit Gleichspannung bereits ein entsprechender Pfad im Magnetresonanztomographen bzw. der Empfangseinheit bestehen muss, wird dieser nun ebenfalls zur Versorgung der PIN-Diode mitbenutzt. Die separate Zuführungsleitung zur Versorgung der PIN-Diode mit Gleichspannung entfällt und hierdurch die aufwendigen Maßnahmen zur Unterdrückung von Mantelwellen etc. Die Versorgungseinheit und damit der gesamte Magnetresonanztomograph wird einfacher und kostengünstiger und durch die eingesparte Zuführungsleitung die gesamte Signalqualität verbessert.
  • Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, dass während der Sendephase, in der die PIN-Diode zu bestromen ist, der HF-Vorverstärker nicht benötigt wird. Deshalb muss dieser auch nicht mit Versorgungsspannung versorgt sein, weshalb die Umschaltung des Versorgungsknotens von der Spannungsquelle auf eine Stromquelle erfolgt.
  • Am Versorgungsknoten wird also während der Sendephase ein Gleichstrom eingespeist, der die PIN-Diode in Durchflussrichtung bestromt.
  • Durch die bestromte PIN-Diode werden in bekannter Weise der Signaleingang des HF-Vorverstärker geschützt und unzulässig hohe Resonanzströme in der Lokalspule vermieden.
  • Die ohnehin bereits von der Spannungsquelle zum Versorgungsknoten führende vorhandene Zuführungsleitung für die Versorgungsspannung wird also auch im Zeitmultiplex zur Zuführung eines Sperrstromes für die PIN-Diode verwendet. So benötigt die PIN-Diode auch in der Sendephase keine separate Zuführungsleitung, was auch dann zu den oben genannten Vorteilen führt.
  • Für eine handelsübliche PIN-Diode, die in Durchflussrichtung bestromt ist, entsteht so am Versorgungsspannungsanschluss des HF-Vorverstärkers ein negatives Potential. Der Verstärker arbeitet also nicht. Es kann entweder ein Verstärker gewählt werden, der auch negative Eingangsspannungen toleriert oder alternativ z. B. eine einfache Verpolschutzdiode an dessen Spannungsversorgungsanschluss vorgesehen werden.
  • Zwischen Versorgungsknoten, Signaleingang und PIN-Diode kann eine Frequenzweiche und zwischen PIN-Diode und Lokalspule eine Gleichstromsperre geschaltet sein.
  • Die von der Lokalspule bzw. der PIN-Diode zum Signaleingang führende Signalleitung ist also aufgetrennt und eine Frequenzweiche zwischengeschaltet, wobei deren Hochfrequenzanschluss mit dem Signaleingang verbunden ist, und deren Breitbandanschluss zur PIN-Diode und Lokalspule führt. Der Niederfrequenzanschluss der Frequenzweiche führt zum Versorgungsspannungsanschluss des Vorverstärkers.
  • Die Weiterführung der von Spannungsquelle oder Stromquelle erzeugten Gleichgrößen vom Versorgungsknoten zur PIN-Diode erfolgt dann über die Frequenzweiche.
  • Die Gleichstromsperre zwischen PIN-Diode und Lokalspule verhindert, dass Gleichspannung oder Gleichstrom zur Lokalspule weitergeführt werden. Gleichzeitig schützt die Frequenzweiche den HF-Vorverstärker vor den Gleichgrößen.
  • Durch die Frequenzweiche und die Gleichstromsperre ist also bewerkstelligt, Gleichstrom bzw. -spannurig vom Versorgungsknoten zur PIN-Diode zu führen, ohne dabei den kreuzenden HF-Signalweg von der Lokalspule zum Signaleingang zu stören.
  • Der Versorgungsspannungsanschluss kann über eine Schutzdiode mit dem Versorgungsknoten verbunden sein. Durch die Schutzdiode ist sichergestellt, dass im Empfangsfall, wenn Gleichspannung am Versorgungsspannungsanschluss anliegt, die Diode leitet und so der HF-Vorverstärker mit Gleichspannung versorgt ist.
  • Im Sendebetrieb, wenn also über den Umschalter Gleichstrom zum Versorgungsknoten geführt wird, stellt sich dort je nach Dimensionierung der gesamten Schaltung, eine zur Versorgungsspannung gegenpolige Spannung ein. Diese wird durch die Schutzdiode vom Versorgungsspannungsanschluss des HF-Verstärkers ferngehalten, um diesen vor einer möglichen Zerstörung durch Verpolung zu schützen.
  • Zur Übermittlung des vom HF-Vorverstärker vorverstärkten Empfangssignal an der Lokalspule während der Empfangsphase ist ein Signalausgang des HF-Vorverstärkers an das eine Ende einer Signalausgangsleitung angeschlossen, welche aus dem Feldbereich des Magnetresonanztomographen heraus zu einem HF-Ausgang von dort zu einer Auswerteelektronik führt. Zwischen dem einen Ende der Signalausgangsleitung und dem Signalausgang des HF-Vorverstärkers kann nun eine zweite Frequenzweiche geschaltet sein, welche mit ihrem Niederfrequenzanschluss an den Versorgungsknoten geschaltet ist und deren Breitbandanschluss zur Signalausgangsleitung führt. Am anderen Ende der Signalausgangsleitung ist eine der zweiten Frequenzweiche entsprechende dritte Frequenzweiche mit ihrem Breitbandanschluss angeschlossen, wobei der Hochfrequenzanschluss zu einem HF-Ausgang führt und der Niederfrequenzausgang zum Umschalter. Umschalter und somit Gleichspannungs- und Gleichstromquelle sind somit außerhalb des Feldbereichs des Magnetresonanztomographen angeordnet, wobei deren Versorgungsspannung bzw. Versorgungsstrom über die Signalausgangsleitung in der Empfangsphase sogar gemeinsam mit dem verstärkten HF-Signal des HF-Vorverstärkers übertragen werden.
  • Somit ist auch für die Zuführung von Gleichspannung bzw. Gleichstrom zum HF-Vorverstärker und der PIN-Diode keine separate Leitung notwendig, was die Anzahl der aus dem Starkfeldbereich des Magnetresonanztomographen herausführenden Leitungen mit den oben genannten Vorteilen weiter reduziert. Die zweite und dritte Frequenzweiche sorgen hierbei für eine Ein- bzw. Auskopplung der Gleichanteile in die Signalausgangsleitung.
  • Zwischen Versorgungsknoten und erster Frequenzweiche kann ein Tiefpassfilter angeordnet sein.
  • Durch den Signalpfad vom Signalausgang über die zweite Frequenzweiche, den Versorgungsknoten und dessen Verbindung zur ersten Frequenzweiche und zum Signaleingang ist eine Rückkopplungsschleife gebildet. Um in diesem Signalpfad unerwünschte HF-Rückkopplungen am HF-Vorverstärker zu vermeiden, dient der Tiefpass, der jedoch die Versorgungsspannung bzw. den Versorgungsstrom zur PIN-Diode ungehindert durchlässt.
  • Zwischen Versorgungsknoten und erster Frequenzweiche kann eine Anordnung zur Spannungserhöhung und Energiespeicherung geschaltet sein.
  • Eine derartige Anordnung ist in der Empfangsphase vorteilhaft, wenn die an der PIN-Diode notwendige Sperrspannung deutlich höher ist als die Versorgungsspannung des HF-Vorverstärkers. Die Versorgungsspannung wird durch die Anordnung bis auf die notwendige Sperrspannung der PIN-Diode erhöht, wobei die hierzu notwendige Energie in der Anordnung gespeichert ist. Die Energie wird der Anordnung während der jeder Empfangsphase vorhergehenden Sendephase zugeführt in welcher die PIN-Diode bestromt ist. Der Spannungsabfall, welcher durch den, durch die Speicheranordnung fließenden Strom verursacht wird, wird hierbei in einem Kondensator als elektrische Energie gespeichert. Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass nicht eine höhere als für den Betrieb des HF-Vorverstärkers notwendige Spannung in die Anordnung geleitet werden muss, um diese anschließend für den HF-Vorverstärker herunterzuregeln, was zu zusätzlicher Verlustleistung in der Empfangseinheit und damit innerhalb des Magnetresonanztomographen führen würde.
  • Besonders einfach und kostengünstig kann die Anordnung zur Spannungserhöhung und Energiespeicherung ausgeführt werden, wenn sie die Parallelschaltung einer Zener-Diode und eines Kondensators ist. Während der Sendephase wird der Kondensator über den durch die PIN-Diode fließenden Strom auf die Höhe der Zenerspannung aufgeladen. Ist die für die Empfangsphase notwendige Spannung, also die Differenz zwischen Sperrspannung der PIN-Diode und Betriebsspannung des HF-Vorverstärkers am Kondensator erreicht, wird der weiterhin fließende Ladestrom durch die Zener-Diode geleitet, ohne die Spannung am Kondensator weiter zu erhöhen. Diese Spannung ist also die Durchbruchspannung der Zener-Diode. Die Kapazität des Kondensators muss nur so groß sein, um während der Empfangsphase genügend lange den durch die PIN-Diode abfließenden Sperrstrom liefern zu können ohne dass die Kondensatorspannung unter den nötigen Minimalwert der notwendigen PIN-Dioden-Sperr-Spannung sinkt.
  • Zwischen Versorgungsknoten und Versorgungsspannungsanschluss kann eine Anordnung zur Energiespeicherung angeschlossen sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass der HF-Vorverstärker auch während der Sendephase mit Betriebspannung versorgt ist. Die Betriebstemperatur des HF-Vorverstärkers, insbesondere seiner aktiven Halbleiter, bleibt so dauerhaft konstant, so dass keine Schwankungen der Verstärkungsparameter etc. aufgrund von Temperaturdrift auftreten. Die Zuführungsleitung ist trotzdem für die Stromzufuhr zur PIN-Diode frei.
  • Besonders einfach kann die Anordnung zur Energiespeicherung durch einen mit einem Spannungsregler versehenen Kondensator ausgeführt werden. Der Kondensator wird während der Empfangsphase über die angeschlossene Versorgungsspannung ausreichend mit Energie aufgeladen, und zwar auf eine Spannung, die die Betriebsspannung des Vorverstärkers geringfügig übersteigt. Der Spannungsregler bzw. Spannungsstabilisator sorgt für die Abriegelung der Kondensatorspannung auf die Betriebsspannung des HF-Vorverstärkers. Während der Sendephase ent lädt sich der Speicherkondensator, wobei die Betriebsspannung des Vorverstärkers über die Spannungsregelung weiterhin konstant bleibt. Die Speicherkapazität des Kondensators ist hierbei so ausgelegt, dass die Betriebsspannung am HF-Vorverstarker auch während einer längstmöglichen Sendephase konstant bleibt.
  • Ist die in der Empfangseinheit verwendete Frequenzweiche ein Bias-T-Netzwerk, so ergeben sich schaltungstechnische Vorteile für die Gesamtanordnung. Ein Bias-T-Netzwerk besteht aus T-förmig verschalteten Drosseln und Kondensatoren, welche z. B. auch zusätzliche Tiefpassfunktionalität, also eine Doppelfunktion im Rückkopplungszweig des Verstärkers erfüllen können. Frequenzweiche und Tiefpassfilter sind so kombiniert mit weniger Bauteilen realisierbar und daher einfacher und kostengünstiger auszuführen.
  • Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer Prinzipskizze, Schaltpläne:
  • 1 einer Empfangseinheit eines Magnetresonanztomographen mit gemeinsamer Versorgung für HF-Vorverstärker und PIN-Diode,
  • 2 schaltungstechnische Realisierungen für a) eine Frequenzweiche und b) ein Tiefpassfilter aus 1,
  • 3 eine alternative Ausführungsform des Schaltplans nach 1 mit einer Anordnung zur Energiespeicherung und Spannungserhöhung für die PIN-Diode,
  • 4 eine alternative Ausführungsform des Schaltplans nach 1 mit einer Anordnung zur Energiespeicherung für den HF-Vorverstärker,
  • 5 eine schaltungstechnische Realisierung der Anordnung zur Energiespeicherung aus 4.
  • 1 zeigt eine Empfangseinheit 2 eines nicht dargestellten Magnetresonanztomographen, deren aktiver Teil über eine Sig nalausgangsleitung 4 mit einem HF-Ausgang 6 verbunden ist. Der HF-Ausgang 6 liegt hierbei außerhalb des Feldbereichs (Starkfeld) des Magnetresonanztomographen, wobei die restliche Empfangseinheit 2 innerhalb desselben liegt. Die aus dem Feldbereich führende Signalausgangsleitung 4 ist deshalb mit nicht dargestellten Mantelwellensperren versehen.
  • Die Empfangseinheit 2 umfasst eine Lokalspule 8 und einen HF-Vorverstärker 10. Der Lokalspule 8 ist eine PIN-Diode 12 parallel geschaltet, wobei beide Bauteile einseitig geerdet und an ihren beiden anderen Anschlüssen über einen Koppelkondensator 14 als Gleichstromsperre verbunden sind. Die PIN-Diode 12 ist hierbei anodenseitig geerdet. Der von der Lokalspule 8 abgewandte Anschluss des Koppelkondensators 14 ist auf den Breitbandanschluss 16a einer Frequenzweiche 18a geführt. Der Hochfrequenzanschluss 20a der Frequenzweiche 18a führt zum Signaleingang 22 des HF-Vorverstärkers 10.
  • Der Signalausgang 24 des HF-Vorverstärkers 10 führt zum Hochfrequenzanschluss 20b einer zweiten Frequenzweiche 18b, deren Breitbandanschluss 16b wiederum zum im Feldbereich des Magnetresonanztomographen liegenden Ende der Signalausgangsleitung 4 führt. Die Niederfrequenzanschlüsse 26a, b der Frequenzweichen 18a, b sind mit einem Versorgungsknoten 28 verbunden. Der Versorgungsknoten 28 ist über eine Schutzdiode 30 und einen Vorwiderstand 32 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 34 des HF-Vorverstärkers 10 verbunden. An seinem Masseanschluss 36 ist der HF-Vorverstärker 10 geerdet.
  • Das andere, außerhalb des Feldbereichs liegende Ende der Signalausgangsleitung 4 führt zum Breitbandanschluss 16c einer dritten Frequenzweiche 18c, deren Hochfrequenzanschluss 20c wiederum zum HF-Ausgang 6 führt. Der Niederfrequenzanschluss 26c der Frequenzweiche 18c führt zu einem Umschalter 38, der den Niederfrequenzanschluss 26c in der gezeigten Schaltstellung 40a mit einer geerdeten Stromquelle 42 verbindet. Der Umschalter 38 ist in eine Schaltstellung 40b umschaltbar, so dass der Niederfrequenzanschluss 26c mit einer Spannungsquelle 44 verbunden ist.
  • Die Schaltstellung 40a wird in einer Sendephase des Magnetresonanztomographen gewählt. In einer derartigen Sendephase werden im Inneren bzw. Starkfeldbereich des Magnetresonanztomographen extrem hohe HF-Feldstärken erzeugt, um zu untersuchende Objekte auf atomarer Ebene anzuregen. Eine Messung mit Hilfe der Empfangseinheit 2 findet während dieser Sendephase nicht statt, weshalb die Lokalspule 8, der HF-Vorverstärker 10 und der HF-Ausgang 6 nicht benötigt bzw. betrieben werden. Obschon die Lokalspule 8 zum Empfang extrem kleiner elektromagnetischer Signale ausgelegt ist, und sich während der Sendephase am Empfangsort befindet, empfängt diese auch das um viele Größenordnungen stärkere Sendefeld. Um in diesem Fall den Verstärkereingang, also den Signaleingang 22, zum Schutz vor Zerstörung hochfrequenzmäßig kurzzuschließen, wird die PIN-Diode 12 in Durchflussrichtung 46 bestromt, mit einem von der Gleichstromquelle 42 erzeugten Gleichstrom 48 z. B. der Stärke 100 mA. Der Gleichstrom 48 wählt hierbei nach Passieren der PIN-Diode 12 folgenden Weg: Er durchströmt die Frequenzweiche 18a über die Breitband- und Niederfrequenzanschlüsse 16a und 26a, passiert den Versorgungsknoten 28, über die Anschlüsse 26b und 16b die Frequenzweiche 18b, die Signalausgangsleitung 4 und wird über die Anschlüsse 16c und 26c der Frequenzweiche 18c über die Schaltstellung 40a zur Stromquelle 42 geführt.
  • Da es sich beim Stromfluss 48 um einen Gleichstrom handelt, wird dieser sowohl durch den Koppelkondensator 14 von der Lokalspule 8, sowie durch die Hochfrequenzanschlüsse 20a, b, c vom HF-Vorverstärker 10 und HF-Ausgang 6 ferngehalten. Auf Grund der Durchflussspannung der PIN-Diode 12 stellt sich am Versorgungsknoten 28 ein elektrisches Potential von etwa –0,7 V ein weshalb die Schutzdiode 30 sperrt und somit den Stromfluss 48 auch vom Versorgungsspannungsanschluss 34 des HF-Vorverstärkers 10 fernhält. Die Schutzdiode 30 wirkt somit als Verpolschutz für den HF-Vorverstärker 10, der im Beispiel nur für positive Betriebsspannung ausgelegt ist. Bei den meisten HF-Vorverstärkern ist eine verpolte Betriebsspannung von nur 0,7 V nicht schädlich. Die Schutzdiode kann dann entfallen.
  • Die bestromte PIN-Diode 12 wirkt HF-mäßig als Kurzschluss für die von der Lokalspule 8 aufgefangenen bzw. induzierten hohen Ströme und Spannungen, so dass diese von der restlichen Empfangseinheit 2 ferngehalten werden und diese nicht zerstören können. Ebenso sind Rückkopplungen der Lokalspule 8 auf das erregende Feld hierdurch vermieden, da sie deren Resonanz verstimmt.
  • Ist die Sendephase beendet, tritt der Magnetresonanztomograph in die Empfangsphase über. Die starken Erregerfelder werden abgeschaltet und die zu untersuchenden Objekte strahlen auf Grund der Anregung in der Sendephase schwache elektromagnetische Signale ab. Diese werden durch die Empfangseinheit 2 detektiert und zur weiteren Verarbeitung an den HF-Ausgang 6, verstärkt durch den HF-Vorverstärker 10 weitergeleitet.
  • In der Empfangsphase ist der Umschalter 38 in die Schaltstellung 40b gebracht. Die von der Spannungsquelle 44 erzeugte Gleichspannung liegt dann über die Anschlüsse 26c und 16c der Frequenzweiche 18c, die Signalausgangsleitung 4, die Anschlüsse 16b und 26b der Frequenzweiche 18b am Versorgungsknoten 28 an. Die gleiche Spannung liegt weiterhin über die Anschlüsse 26a und 16a der Frequenzweiche 18a als Sperrspannung an der PIN-Diode 12 an. Durch die an der PIN-Diode 12 anliegende Sperrspannung von z. B. +30 V wird diese HF-technisch unwirksam, so dass sie die von der Lokalspule 8 empfangenen und zum Breitbandanschluss 16a übertragenen, sehr schwachen elektrischen Signale nicht beeinflusst.
  • Durch die am Versorgungsknoten 28 anliegende positive Gleichspannung ist der HF-Vorverstärker 10 mit Betriebspannung ver sorgt. Die Schutzdiode 30 leitet und der Vorwiderstand 32 dient zur Anpassung der Knotenspannung am Versorgungsknoten 28 an die erforderliche Betriebsspannung am Versorgungsspannungsanschluss 34 des HF-Vorverstärkers 10, von z. B. 12 V. Ist der HF-Vorverstärker 10 bzw. die PIN-Diode 12 derart ausgelegt, dass die Verstärkerbetriebsspannung und die Diodensperrspannung ungefähr gleich sind, kann die Spannungsanpassung durch den Vorwiderstand 32 auch entfallen.
  • Durch den Koppelkondensator 14 und die jeweiligen Hochfrequenzanschlüsse 20a, b, c der Frequenzweichen 18a, b, c wird die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 44 bzw. der Gleichstrom 48 von Lokalspule 8, HF-Vorverstärker 10 und HF-Ausgang 6 ferngehalten.
  • Die hochfrequenten, von der Lokalspule 8 aufgefangenen Messsignale wiederum passieren den Koppelkondensator 14, die Anschlüsse 16a und 20a der Frequenzweiche 18a und gelangen zum Signaleingang 22 des HF-Vorverstärkers 10. Dieselben, am Signalausgang 24 verstärkten Signale gelangen weiterhin über die Anschlüsse 20b und c, 16b und c der Frequenzweichen 18b und c und die Signalausgangsleitung 4 zum HF-Ausgang 6, wo sie zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen. Sowohl von der Spannungsquelle 44 wie auch vom Versorgungsknoten 28 werden die Hochfrequenzsignale durch die Niederfrequenzanschlüsse 26a, b, c der entsprechenden Frequenzweichen ferngehalten. Insbesondere über den, den Versorgungsknoten 28 enthaltenden Signalpfad findet so keine Rückkopplung vom Signalausgang 24 auf den Signaleingang 22 statt.
  • Sollte die durch die Frequenzweichen 18a und b zur Verfügung gestellte Hochfrequenzdämpfung nicht ausreichen, um eine eben genannte Rückkopplung zu unterdrücken, kann optional, wie in 1 gestrichelt dargestellt, zwischen Versorgungsknoten 28 und Niederfrequenzanschluss 26a der Frequenzweiche 18a ein Tiefpassfilter 50 geschaltet sein.
  • Die 2a und 2b zeigen respektive Ausführungsformen für die Frequenzweichen 18a, b, c und das Tiefpassfilter 50, jeweils aufgebaut aus Drosseln 52 und Blockkondensatoren 54. Beim Aufbau der Schaltung nach 1 kann so z. B. durch günstige Wahl der Bauteildimensionierung und -platzierung erreicht werden, dass die Drosseln 52 oder Blockkondensatoren 54 eine Doppelfunktion im Sinne eines Tiefpassfilters 50 und einer Frequenzweiche 18a, b, c erfüllen, beide Anordnungen also sozusagen verschmelzen. Der Bauteilaufwand wird hierdurch reduziert.
  • 3 zeigt eine alternative Ausführungsform von 1, bei der die von der Spannungsquelle 44 erzeugte Spannung 60 der Versorgungsspannung des HF-Vorverstärkers 10 entspricht. Deshalb ist auch kein in Reihe zur Schutzdiode 30 geschalteter Vorwiderstand 32 notwendig, an welchem somit in der Empfangsphase keine Spannung abfällt und somit keine Verlustleistung entsteht. Die gesamte Verlustleistung der Empfangseinheit 2 im Empfangsfall ist somit reduziert. Außerdem muss gegenüber 1 nur eine niedrigere Spannung 60 von beispielsweise 12 V statt 30 V über die Signalausgangsleitung 4 zum HF-Vorverstärker 10 übertragen werden. Im dargestellten Beispiel ist jedoch die am Versorgungsknoten 28 nun anliegende Spannung von 12 V als Sperrspannung für die PIN-Diode 12 nicht ausreichend. Deshalb ist zwischen Versorgungsknoten 28 und Frequenzweiche 18a eine Anordnung 62, nämlich die Parallelschaltung eines Speicherkondensators 64 und einer Zener-Diode 66 geschaltet.
  • Während der, jeder Empfangsphase immer vorhergehenden Sendephase, welche der Schalterstellung 40a entspricht, durchströmt, wie in 1 der Stromfluss 48 so lange den Speicherkondensator 64 und baut an diesem eine Spannung auf, bis die Durchbruchspannung 68 der Zener-Diode 66 erreicht ist worauf danach der Stromfluss 48 über die Zener-Diode 66 verläuft. Während der anschließenden Empfangsphase addiert sich die der Durchbruchsspannung 68 entsprechende Spannung am Kondensator 64 zur Versorgungsspannung 60 als Sperrspannung an der PIN-Diode 12, wobei die Durchbruchspannung 68 nahezu konstant bleibt, da der Entladestrom des Speicherkondensators 64 lediglich der die PIN-Diode 12 durchfließende Sperrstrom ist.
  • 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Anordnung aus 1, bei der der Vorwiderstand 32 durch eine Anordnung 70 zu Energiespeicherung ersetzt ist. Die Anordnung 70 wird in der Empfangsphase, entsprechend der Schalterstellung 40a, wenn am Versorgungsknoten 28 die Spannung 60 anliegt, mit Energie versorgt und aufgeladen. In einer anschließenden Sendephase, entsprechend Schalterstellung 40b, sinkt, wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, die Spannung am Versorgungsknoten 28 auf einen negativen Wert ab und steht somit nicht mehr als Versorgungsspannung für den HF-Vorverstärker 10 zur Verfügung. Die Schutzdiode 30 sperrt. Der HF-Vorverstärker 10 wird jedoch weiterhin aus der Anordnung 70 während der gesamten Sendephase mit Energie versorgt. Die Verlustleistung im HF-Vorverstärker 10 bleibt somit konstant und somit auch die Temperatur seiner aktiven Halbleiter, weshalb hierdurch Temperaturdriftprobleme im HF-Vorverstärker in den Umschaltzeitpunkten zwischen Sende- und Empfangsphasen vermieden sind.
  • 5 zeigt eine mögliche Ausführung der Anordnung 70 als Parallelschaltung eines geerdeten Speicherkondensators 72 mit einem geerdeten Spannungsregler 74. Die Kapazität des Speicherkondensators 72 ist so bemessen, dass auch während der längstmöglichen Sendephase der Betriebsstrom 76 des HF-Vorverstärkers 10 entnommen werden kann, ohne dass die Betriebsspannung des HF-Vorverstärkers absinkt. Der Spannungsregler 74 hält hierbei die am Versorgungsspannungsanschluss 34 des HF-Vorverstärkers 10 anliegende Spannung konstant. Die von der Spannungsquelle 44 erzeugte Spannung 60 ist wie in 1 die Sperrspannung der PIN-Diode 12 und wegen des Spannungsabfalls im Spannungsregler geringfügig höher als die Versorgungsspannung des HF-Vorverstärkers 10.
  • 2
    Empfangseinheit
    4
    Signalausgangsleitung
    6
    HF-Ausgang
    8
    Lokalspule
    10
    HF-Vorverstärker
    12
    PIN-Diode
    14
    Koppelkondensator
    16a, b, c
    Breitbandanschluss
    18a, b, c
    Frequenzweiche
    20a, b, c
    Hochfrequenzanschluss
    22
    Signaleingang
    24
    Signalausgang
    26a, b, c
    Niederfrequenzanschluss
    28
    Versorgungsknoten
    30
    Schutzdiode
    32
    Vorwiderstand
    34
    Versorgungsspannungsanschluss
    36
    Masseanschluss
    38
    Umschalter
    40a, b
    Schaltstellung
    42
    Stromquelle
    44
    Spannungsquelle
    46
    Durchflussrichtung
    48
    Stromfluss
    50
    Tiefpassfilter
    52
    Drossel
    54
    Blockkondensator
    60
    Spannung
    62
    Anordnung
    64
    Speicherkondensator
    66
    Zenerdiode
    68
    Durchbruchspannung
    70
    Anordnung
    72
    Speicherkondensator
    74
    Spannungsregler
    76
    Betriebsstrom

Claims (10)

  1. Empfangseinheit für einen Magnetresonanztomographen mit einem mit seinem Signaleingang (22) an eine Lokalspule (8) angeschlossenen HF-Vorverstärker (10), wobei zum Signaleingang (22) eine PIN-Diode (12) parallel geschaltet ist, und wobei ein Versorgungsspannungsanschluss (34) des HF-Vorverstärkers (10) an eine Gleichspannungsquelle (44) anschließbar ist, gekennzeichnet durch einen Versorgungsknoten (28), der mit dem Versorgungsspannungsanschluss (34), der PIN-Diode (12) und einem Umschalter (38) zum wechselweisen Anschluss des Versorgungsknotens (28) an die Gleichspannungsquelle (44) oder eine Gleichstromquelle (42) verbunden ist.
  2. Empfangseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen Versorgungsknoten (28), Signaleingang (22) und PIN-Diode (12) geschaltete erste Frequenzweiche (18a) und eine zwischen PIN-Diode (12) und Lokalspule (8) geschaltete Gleichstromsperre (14).
  3. Empfangseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsknoten (28) über eine Schutzdiode (30) mit dem Versorgungsspannungsanschluss (34) verbunden ist.
  4. Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen einen Signalausgang (24) des HF-Vorverstärkers (10), einem Ende einer Signalausgangsleitung (4) und dem Versorgungsknoten (28) geschaltete zweite Frequenzweiche (18b) und eine zwischen das andere Ende der Signalausgangsleitung (4), den Umschalter (38) und einen HF-Ausgang (6) geschaltete dritte Frequenzweiche (18c).
  5. Empfangseinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein zwischen Versorgungsknoten (28) und erster Frequenzweiche (18a) angeordnetes Tiefpassfilter (50)
  6. Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine zwischen Versorgungsknoten (28) und erster Frequenzweiche (18a) geschaltete Anordnung (62) zur Spannungserhöhung und Energiespeicherung.
  7. Empfangseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (62) zur Spannungserhöhung und Energiespeicherung die Parallelschaltung einer Zener-Diode (66) und eines Kondensators (64) ist.
  8. Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen Versorgungsknoten (28) und Versorgungsspannungsanschluss (34) geschaltete Anordnung (70) zur Energiespeicherung.
  9. Empfangseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (70) zur Energiespeicherung ein mit einem Spannungsregler (74) versehener Kondensator (72) ist.
  10. Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der ersten bis dritten Frequenzweichen (18a, b, c) ein Bias-T-Netzwerk ist.
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