DE1566148A1

DE1566148A1 - Diagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE1566148A1
Application number: DE19671566148
Authority: DE
Inventors: Ganssen Dr Rer Nat Alexander
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-03-10
Filing date: 1967-03-10
Publication date: 1970-04-02
Also published as: DE1566148B2; DE1566148C3

Description

Diagnos tikeinrichtung Die vorliegend beschriebene Erfindung umfasst eine Diagnostikeinrichtung zur Bestimmung der stationären oder kinetischen Verteilung von in einem Körper enthaltenen Stoffen, die unter der Einwirkung eines Magnet feldes und eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes bei bestimmten Frequenzen Resonanz zeigen, umfassend eine Kombination von in einem Magnetfeld angeordneten Mitteln zur Erzeugung- eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, die an einem Hochfrequenzgenerator liegen mit mindestens einem Detektor, der an ein Gerät angeschlossen ist, welches die bei Resonanz im Untersuchungskörper auftretenden änderungen des Verhaltens der betreffenden Stoffe anzeigt, in welcher Kombination die Mittel zur Erzeugung des hochfrequenten Feldes und/oder der Detektor bzw. diese gemeinsam wenigstens eine Spule darstellen, die an ihrer Mantel fläche und an einer ihrer beiden Deckflächen magnetisch abgeschirmt ist.
Mit einer derartigen Spule ist ein hochfrequentes Magnetfeld erzielbar, das nur nach einer Seite in den Raum austritt. Alle übrigen Seiten der Spule sind abgeschirmt. Unter Verwendung bekannter Geräte, etwa eines Verstärkers und eines Elektronenstrahl-Oszillographen, kann mit einer derartigen Spule in einem Hochfrequenzfeld festgestellt werden, bei welcher Frequenz zusätzliche Energie von dem Ubertragungselement auf die im Feld der Spule liegende Substanz übertragen wird, Dadurch ist eine Anzeige des Resonanzverhaltens der Substanz möglich.
In eine derartige Spule braucht die zu untersuchende Substanz nichteingefLihrt zu werden, es genügt vielmehr, die offene Deckfläche der Spule an die zu untersuchende Stelle zu bringen, um ein gezieltes hochfrequentes elektromagnetishes Feld zu übertragen. Da die vorliegend benutzten elektromagnetischen Wirkungen umkehrbar sind, ist mit der abgeschirmten Spule auch ein gezielter Nachweis von elektromagnetischen Ereignissen an bestimmten Stellen möglich.
Die Richtwirkung der Spule wird verbessert, wenn an ihrer von Abschirmteilen freien Deckfläche eine wenigstens die rreie Fläche der Spulenwicklung abdeckende elektrisch leitfähige Schicht angeordnet ist, die zwischen ihren äusseren Rändern und den Abschirmteilen einen Spalt frei lässt, in der Mitte ein mit der inneren oeffnung der Spule koaxiales Loch besitzt und einen oder mehrere radial verlaufende elektrisch isolierende Spalte aufweist. Die leitfähige Schicht kann an der freien Fläche der Spule an einer verlustarmen elektrisch isolierenden Platte angebracht sein, mit der die Öffnung des aus den Abschirmungen gebildeten Gehäuses vershlossen ist. Die an der Aussenseite mit der leitfähigen Abdeckung versehene Platte kann an der Innenseite ausserdem die Spule tragen. Als verlustarmes Material, das auch noch elektrisch isolierend ist, können insbesondere Kunststoffe verwendet werden, wie etwa Teflon, Polyamide, Vinyl- und Styrol-Polymerisate etc. Die leitfähige Schicht sollte selbst bei Berührung ein definiertes Potential beibehalten, damit Störungen des Hoehfrequenzkreises vermieden sind. Dies wird z.B. durch Erdung erreicht.
Die leitfähige Schicht kann z.B. eine 0,2 mm starke Metallfolie sein und insbesondere aus Gold, Silber oder Kupfer bestehen. Die optimale Stärke der leitfähigen Schicht ist gegeben durch die sog. äquivalente Leitschichtdicke s des"Skin Effekts" für das jeweilige Leitermaterial und für den verwendeten Frequenzbereich f = Frequenz, 6S~= Leitfähigkeit,/u = Permeabilität).
Die Wirkungsweise des die Magnetflussdichte verstärkenden leitfähigen Belags ist durchfblgendes erklärbar: Im Belag bilden sich WirbelsbUme aus, die den magnetischen Wechselfluss der Hochfrequenzspule kompensieren. Ohne den einen oder die mehreren radialen Schlitze würde der Metallbelag als Hochfrequenz-Abschirmung wirken, ebenso wie die übrigen Abschirmteile. Durch den radialen Schlitz (bzw. die Schlitze) können sich jedoch keine Ringströme ausbilden, welche die Austrittsöffnung vollkommen umfliessen. Die Wirbelströme in der leitfähigen Oberfläche summieren sich zu einem: resultierenden Randstrom, der am Aussenrand den bestehenden Magnetfluss zu schwächen sucht, während der magnetische Wechselfluss in der Mittelöffnung durch den Randstrom verstärkt wird. Es findet also eine Wechselflusskonzentration in und hinter der mittleren oeffnung des Belages statt.
In bevorzugter Ausführung erhält die Spule flaches, sdheibenförmiges Format. Dadurch Icann bereits ausreichende Windungszahl erhalten werden, die entsprechend der benutzten Hochfrequenz gewählt wird. Im vorliegenden Fall kommen z.B. für die Verwendung von etwa 1 bis 100 MHz bei der Bestimmung der Kernresonanz oder Elektronenspinresonanz etwa 1 bis 1000 Windungen in Betracht bei einem Durchmesser von ca. 1 - 5 cm. Diese Grossen sind allerdings an das jeweils zu bewältigende Problem anpassbar und daher unkritisch.
Bei einer Anordnung nach der "Zwei-Soulenmenthode", nämlich der Verwendung einer Spule zur tTbertragunC entweder eines kontinuierlichen Hochfrequenzfeldes oder von Hochfrequenzimpulsen und einer gesonderten Spule als Detektor zum Nachweis der magnetischen Resonanz, etwa zur Blutflussmessung, wird in vorteilhafter Weise sowohl zur Übertagung eines hochfrequenten Feldes als auch zur Erzeugung der Messsignale je eine Spule verwandt, die entsprechend den obigen Ausführungen abgeschirmt ist. Dabei ist es nämlich möglich, ebenso wie bei der Ein-Spulenrrietode" auch die Hochfrequenzübertragung ausgerichtet durchführen zu können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten beispielsweisen Ausführungsformen erläutert.
In der Fig. 1 ist teilweise schematisch eine erfindungsgemäss gestaltete, nach der Ein-Spulenmethode" arbeitende Diägnostikeinrichtung dargestellt.
In der Fig. 2 die dabei benutjzte abgeschirmte Spule in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Ansicht und in der Fig. 3 eine viereckig ausgebildete Spule, deren Abschirmgehäuse und verlustarme Abdeckung ebenfalls teilweise aufgebrochen sind.
In der Fig. 1 enthält der mit 1 bezeichnete Schrank einen Schwingungserzeuger 2, der zugleich Elemente zur Anzeige der übertragenen Energie enthält, einen Verstärker 3 sowie das eigentliche Anzeige-und Registriergerät 4. An der Vorderseite des Schrankes 1 befindet sich der Haltearm 5, der eine Schwenkachse 6 trägt, um welche das erste Glied 7 der noch das weitere Glied 8 umfassenden Halterung schwenkbar ist. Die Glieder 7 und 8 sind dabei ebenfalls schwenkbar miteinander verbunden. Die Schwenkungen um die Achsen 6 und 9 sind arretierbar, ebenso wie die mit der Schraube 10 einstellbare Höhenlage der Stange 11, an welcher die beiden Helmholtzspulen 12 und 13 längsverschiebbar und mittels der Schrauben 14, 15 einstellbar sind. Der SChrank 1 enthält auch noch das Stromversorgungsgerät 16, welches über die Leitung 17 und den Stecker 18 mit dem Stromnetz verbunden werden kann. In der Anordnung werden die Helmholtzspulen 12, 13 mit einem Strom gespeist, der von 10 - 100 A veränderbar ist, und haben bei einem lichten Durchmesser von 100 cm Je 1000 Windungen. Der Detektor 24 ist über die Halterung 22 an dem an der Achse 19 an der Gehäuseoberseite gelagerten, aus den zwei Teilen 20 und 21 bestehenden Schwenkarm mittels der Schraube 23 höhenverstellbar gehaltert. Im Detektor 24 befindet sich die Spule 2S. Sie besitzt bei einem Durchmesser von 2 cm 500 Windungen und ist an den Generator 2 angeschlossen, mit welchem Hochfrequenzschwingungen von 1 bis 100 MHz herstellbar und in dem gegebenen Rahmen beliebig einstellbar bzw. veränderbar sind.
In der Fig. 2 ist mit 25 das Abschirmgehäuse bezeichnet, in welchem die Spule 26 untergebracht ist, die im Detektor 24 sowohl als tfbertragungsmittel für die hochfrequenten Schwingungen als auch zur Aufnahme der Messwerte benutzt ist. Das Gehäuse 25 besteht aus einem gut leitenden Material, nämlich Kupfer, welches das Magnet-Gleichfeld nicht beeinflusst, jedoch elektromagnetische Wechselfelder abschirmt, und besitzt die Form einës Topfes, dessen o-ffene Seite durch eine Platte te 27 verschlossen ist. Diese Platte 27 aus Teflon ist itie öffnung der Abschirmung 25 eingesetzt und trägt an ihrer dem Inneren des Topfes zugewandten Fläche die flache Spule 26, deren Windungen von einem Spulenkörper 28 aus einem elektromagnetisch verlustarmen Material zusammengehalten werden. An der Aussenseite der Platte 27 befindet sich eine Ausnehmung, in welche die ringscheibenförmige elektrisch leitfähige Schicht 29 aus Gold eingesetzt ist. Die leitfähige Schicht ist 0,2 mm stark und hat einen äusseren Durchmesser, der kleiner ist als der innere Durchmesser der Abschirmung 25, so dass der Wechselfluss vom Loch 30 ungehindert zur Spule 26 zurückfliessen kann. Das im Zentrum der Schicht 29 liegende Loch 30 ist mit dem Loch der Spule 26 konzentrisch. In der Draufsicht stellt sich die Form der Schicht 29 als eine ringförmige Platte dar, die eine radiale Unterbrechung 31 aufweist, die mit dem verlustarmen, elektrisch isolierenden Material der Platte 27 gefüllt ist. Die Spule 26 ist über die Koaxialleitung 32 mit dem Oszillator 2 verbunden. Mechanisch wird sie durch die Halterung 22 getragen.
Bei Ausrüstung des Oszillators 2 mit einer transistorisierten Schalt tung in Miniaturbauweise kann dieser in der Halterung 22 des Detektors 24 untergebracht werden. Dadurch ist es möglich, lange Hochfrequenzleitungen und die in diesen Leitungen auftretenden Instabilitäten der Frequenz zu vermeiden. Die Zuleitung und Ableitung braucht nur niederfrequente Ströme zu übertragen, nämlich den Betriebsstrom für den Oszillator 2 und die Anzeigesignale.
Das in der Fig. 3 dargestellte, als Detektorsonde (24, Fig. 1) benutzbare Element 33 besitzt in der Draufsicht rechteckige Form. Seine Ausführung stimmt im wesentlichen mit dem Element 24 überein. Es besitzt also ein kbschirmgehäuse 34, welches an seiner offenen Seite mit einer verluatarmen Platte 35 abgedeckt ist., Diese Platte trägt an ihrer Aussenseite einen leitfähigen Belag, ; der aus den zwei Teilen 36 und 37 besteht. Die beiden Teile sind parallel zur Längsachse des Rechtecks durch einen isolierende Spalt 38 getrennt, Xm Zentrun der- - verlustarmen Platte ist der Spalt 38 vergrössert und stellt einen länglichen Ausschnitt 39- Dar, dessen Längsachse mit dem Qsolierende Spalt zusammenfällt. An der Innenseite der Platte 35 befindet sich die rechteckig gewickelte Spule 40, deren Anschluss in einer Koaxialleitung 41 geführt ist. Die mechanische Halterung wird an dem Ansatz 42 angebracht.
Die beiden elektrisch leitfähigen Belegungen 36 und 7 bilden eine Abdeckung der Windungen der Spule 40 und reichen seitlich fast bis an die Abschirmung 34 heran. An den Schmalseiten des Rechtecks ist hingegen ein etwa drei- bis viermal so grosser Abstand eingehalten.
Dadurch werden die elektromagnetischen Feldlinien hauptsächli an den schmalen Endflächen des Rechtecks zur Spule 40 zurffckkehren, die mit der Ausnehmung 39 koaxial liegt. So ergibt sich ein flaches elektromagnetisches Feld, welches insbesondere brauchbar ist zur Messung an langgestreckten Objekten, etwa an Blutgefässen. Bei der Blutflussmessung istes nämlich wünschenswert, dass der Blutstrom von den Kraftlinien des magnetischen Hochfrequenzfeldes in Flussrichtung nur in sehr kleiner Ausdehnung geschnitten wird. Man kann diese Bedingung gut erreichen, wenn man den Spalt 38 des Elements 33 quer zu dem Blutgefäss ausrichtet.

Claims

Patentansprache-1. Diagnostikeinrichtung zur Bestimmung der stationären oder kinetsichen Verteilung von in einem Körper enthaltenen Stoffen, die unter der Einwirkung eines Magnetfeldes und eines hochfrequenten elektromagentischen Feldes bei bestimmten Frequenzen Resonanz zeigen, um fassend eine Kombination von in einem Magnetfeld angeordneten Mitteln zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, die an einem Hochfrequenzgenerator liegen mit mindestens einem Detektor, der an ein Gerät angeschlossen ist, welches die bei Resonanz im Untersuchungskörper auftretenden Änderungen des Verhaltens der betreffenden Stoffe anzeigt, in welcher Kombination die Mittel zur Erzeugung des hochfrequenten Feldes und/öder der Detektor bzw. diese gemeinsam wenigstens eine Spule darstellen, dadurch gekelmzeicnrlet, dass die Spule (26, 40) an ihrer Mantelfläche und an einer ihrer beiden Deckflächen magnetisch abgeschirmt (25, 34) ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freien Deckfläche der Spule (26, 40) eine weiiigstens die freie Fläche der Spulenwicklung abdeckende, elektrisch leitfähige Schicht (29, 36, 37) mit einer mittleren fUffnung zugeordnet ist, die von den Abschirmteilen (25, 34) getrennt ist und von ihrem inneren zu ihrem äusseren Rand einen oder mehrere elektrisch isolierende Spalte (31, 36) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke s der elektrischleitfähigen Schicht (29, 36, 37) dem Ausdruck entspricht, wobei f-Frequenz, # = Leitfähigkeit und u = Permeabilität.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung, die an der freien deckfläche der Spule (26, 40) eines aus den Absclitrmungen gebildeten Gehäuses (25, 34) verbleibt, mit einer verlustarmen Platte (27, 35) verschlossen ist, an deren Aussenseite die elektrisch leitfähige Schicht (29, 36, 37) angebracht ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (29, 36, 37) eine an der verlustarme Platte (27, 35) angebrachte Metall-, insbesondere Gold-I-olie ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichrlet, dass die Spule (40) rechteckig gewickelt ist und in einem Abschirmgehäuse (34) chthalten ist, wobei die Mitelöffnung (39) in ihrer Form und Lage deiii Rechteck der Wicklung (40) angepasst ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertrangung des hochfrequenten Feldes und als Detektor (24) eine einzige abgeschirmte Spule (26) benutzt ist.

. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzgenerator in der Halterung (22) der Spule (2G) bzw. in dem Abschirmgehäuse (25, 34) untergebracht ist, der in transistorisiertei Minniaturbauweise ausgelegt ist.