DE4430646C2

DE4430646C2 - HF-Sonde und Kernspintomograph mit einer solchen HF-Sonde

Info

Publication number: DE4430646C2
Application number: DE4430646A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiko Takahashi; Hiroyuki Takeuchi; Yoshikuni Matsunaga
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: DE4430646A1; JPH0759751A; US5552707A; JP3411631B2

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 sin 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 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 2-500175 A, JP 2-13432 A 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.

Aus der US 5 196 796 A ist ein Kernspintomograph mit einer HF-Sonde bekannt, bei der mit Hilfe zweier gekrümmter Spulen die von einem Objekt emittierten Kernspinresonanzsignale ge messen werden, wobei die beiden gekrümmten Spulen einen Über lappungsbereich aufweisen, um die Hochfrequenzkopplung zwi schen den beiden Spulen zumindest teilweise zu kompensieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Position der beiden Spulen an die Form des Objektes anzupassen, ohne daß jedoch eine automatische Anpassung des Überlappungsbereich erfolgt.

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 HF-Sonde ist durch die Lehre von Anspruch 1 und der erfindungsgemäße Kernspintomograph ist durch die Lehre von Anspruch 9 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 in Raum des magnetostatischen Feldes 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 erfindungsgemäßer 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.

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; und

Fig. 10 ist ein Diagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel, der erfindungsgemäßen HF-Sonde zeigt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Gesamtaufbau 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 horziontaler 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 eine solche Überlappungsfläche erzielen läßt, daß die Änderung der magnetischen Kopplung bei einer Änderung des Abstands 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 = K²(h)L₁L₂,

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):

S = w₀b₀ + w₁(h₀ - h) = (w₀b₀ + w₁h₀) - w₁h . . . (8)

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 Endern 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 einer Fläche 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.

Bei dem in Fig. 10 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.

Claims

1. HF-Sonde mit
einer ersten Spule (1; 11a, 11b) und einer zweiten Spule (2; 11c, 11d), die in einem magnetischen Feld mit einer ge meinsamen Mittelachse angeordnet sind, um von einem zwischen den beiden Spulen angeordneten Objekt emittierte Kernspinre sonanz-Signale zu messen,
einer Einrichtung (111, 112, 12; 121, 122, 123, 151, 152, 153) zum Ändern des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Spule, und
einer Einrichtung (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d), die eine in Reihe mit der er sten Spule (1; 11a, 11b) geschaltete erste Hilfsspule (3; 3a, 3b) und eine in Reihe mit der zweiten Spule (2; 11c, 11d) ge schaltete zweite Hilfsspule (4; 4a, 4b) aufweist, wobei die Hilfsspulen (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) so zueinander und in bezug auf die erste bzw. die zweite Spule (1, 2; 11a-d) angeordnet sind, daß sich die magnetische Kopp lung zwischen den Hilfsspulen (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) entsprechend dem von der Ein richtung (111, 112, 12; 121, 122, 123, 151, 152, 153) zum Än dern des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) eingestellten Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) so ändert, daß unabhängig vom jeweiligen Abstand der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) in der ersten Spule (1; 11a, 11b) ein Strom erzeugt wird, der der Stärke des von der ersten (1; 11a, 11b) in der zwei ten Spule (2; 11c, 11d) induzierten Stroms entspricht, jedoch diesem entge gen gerichtet ist.

2. HF-Sonde nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Hilfsspule (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) so angeordnet sind, daß sie im wesentlichen rechtwinklig zur ersten bzw. zur zweiten Spule (1, 2; 11a-d) stehen.

3. HF-Sonde nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Hilfsspule (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) einen Überlappungs bereich (6) aufweisen, dessen Fläche die magnetische Kopplung zwischen den Hilfsspulen bestimmt.

4. HF-Sonde nach Anspruch 3, wobei sich die Fläche (6) des Überlappungsbereichs der Hilfsspulen (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) automatisch ändert, wenn sich der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) ändert.

5. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fläche S des Überlappungsbereichs der Hilfsspulen (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) folgender Gleichung entspricht
mit
wobei x₀ die Länge des Überlappungsbereichs ist,
L₁ und L₂ die Induktivitäten der ersten bzw. der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) und
L₁' und L₂' die Induktivitäten der ersten bzw. der zweiten Hilfsspule (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) sind,
k₀' die Konstante für die magnetische Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Hilfsspule (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) und
dk(h)/dh die Änderung der Konstante für die magnetische Kopp lung zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2; 11a-d) mit dem Spu lenabstand h ist.

6. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Hilfsspule (3, 4; 3a, 3b, 4a, 4b) kreisförmig oder rechteckig sind.

7. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei daß die erste und die zweite Spule (1, 2) jeweils mehrere Teilspulen enthalten.

8. HF-Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Ändern des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Spule (1, 2) ein erstes Halteteil (111), das mit der ersten Spule (1) und der dazugehörigen ersten Hilfsspule (3) verbunden ist, ein zweites Halteteil (112), das mit der zwei ten Spule (2) und der dazugehörigen zweiten Hilfsspule (4) verbunden ist und einen diese Halteteile verbindenden Ab schnitt (12) aufweist, wobei die Position der Halteteile zu einander mittels des Abschnittes (12) verändert werden kann, ohne daß die die magnetische Kopplung zwischen den Spulen be stimmenden Bedingungen verändert werden.

9. Kernspintomograph mit einem Magneten (30) zum Erzeugen des Magnetfeldes im Raum einem Gradientenmagnetfeld-Erzeu gungsabschnitt (35) und einer Gradientenmagnetfeld-Spule (36) zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes im Raum einem Hochfrequenz-Sendeabschnitt (32) und einer Sendespule (34) zum Erzeugen eines hochfrequenten Magnetfeldes im Raum mit ei nem Hochfrequenz-Empfangsabschnitt (33) und einer Empfangs spule (37) zum Erfassen der vom Objekt emittierten Kernspin resonanz-Signale, wobei die Empfangsspule (37) eine HF-Sonde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ist.