NL8603250A

NL8603250A - Magnetisch resonantie-apparaat met pin-diode ontkoppelde detektiespoel.

Info

Publication number: NL8603250A
Application number: NL8603250A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1988-07-18
Also published as: JP2530674B2; JPS63175403A; IL84883A0; DE3777620D1; EP0276508A1; EP0276508B1; US4810968A

Description

\ *> « PHN 11.991 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Magnetisch resonantie-apparaat met PIN-diode ontkoppelde detektiespoel.

De uitvinding betreft een kernspinresonantie-apparaat uitgerust met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair homogeen hoofdmagneetveld en van gradiëntmagneetvelden, een zendspoel voor het opwekken van een lokaal homogeen radiofrekwent magnetisch 5 wisselveld in een onderzoekruimte, een detektiespoel voor detektie van in een te onderzoeken objekt opgewekte kernspinresonantiesignalen en een verwerkingsinrichting voor het verwerken van de gedetekteerde resonantiesignalen.

Een dergelijk kernspinresonantie-apparaat is bekend uit 10 de Nederlandse octrooiaanvrage 8401671. In de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage is verder beschreven dat de zendspoel tijdens detektie van de kernspinresonantiesignalen ontkoppeld is van de ontvangspoel en vice versa. Alhoewel de in de aanvrage beschreven ontkoppelingen met behulp van halfgeleiderdiodes in principe korrekt zijn, zijn de gegeven 15 ontkoppelcircuits imperfekt en voor verbetering vatbaar.

Het is het doel van de uitvinding om in een kernspinresonantie-apparaat te voorzien, dat van een elektronisch ontkoppelcircuit is voorzien voor de detektiespoel waarin de ontkoppeling is geperfektioneerd. Een kernspinresonantie-apparaat 20 volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat het ontkoppelcircuit PIN diodes bevat waarvan tenminste één in serie is geschakeld met de resonantiekring, die de detektiespoel omvat en waarvan tenminste een tweede in serie is geschakeld met een verbindingsleiding die het door de detektiespoel gedetekteerde signaal 25 naar de verwerkingsinrichting voert. Bij een kernspinresonantie-apparaat uitgerust met een dergelijk elektronisch ontkoppelcircuit wordt bereikt dat zowel de resonantiekring is onderbroken, zodat deze niet meer op de frekwentie is afgestemd waarmee de zendmagneetspoel werkt, alsook de verbindingsleiding is onderbroken, welke de detektiespoel met de 30 verwerkingsinrichting verbindt, zodat daar ook geen r.f.-stroom kan vloeien.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in 8Γ- 0 ”> 7 £ Γ-

U ν' V

* PHN 11.991 2 figuren weergegeven voorbeelden, waarin figuur 1 een kernspinresonantie-apparaat volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een elektronisch ontkoppelcircuit met een 5 detektiespoel voor de inrichting volgens de uitvinding weergeeft; en figuur 3 een voorkeursuitvoeringsvorm van een elektronisch ontkoppelcircuit geeft.

Een kernspinresonantie-apparaat zoals weergegeven in figuur 1 bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair 10 magneetveld HO, een magneetstelsel 4 voor het opwekken van magnetische gradiëntmagneetvelden en voedingsbronnen 6 en 8 respektievelijk voor het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een radiofrekwentmagneetspoel 10 dient voor het opwekken van een radiofrekwent magnetisch wisselveld en is daartoe aangesloten op de 15 radiofrekwentbron 12. Voor detektie van het door het radiofrekwent zendveld opgewekte resonantiesignaal in een te onderzoeken objekt wordt gebruik gemaakt van een radiofrekwente spoel 13 waartoe deze is verbonden met een signaalversterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16, die met een centrale 20 verwerkingseenheid 18 is verbonden. De centrale verwerkingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de radiofrekwente bron 12, de voedingsbron 8 voor de gradiëntmagneetspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrekwentoscillator 24 stuurt zowel de modulator als de meetsignaalverwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. De binnen 25 de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 12 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medisch diagnostische metingen ruim genoeg is voor het bevatten van een te onderzoeken patiënt, In de meetruimte 28 zijn dus een stationair magneetveld HO, objektdoorsnedeselekterende gradiëntmagneetvelden en een ruimtelijk homogeen radiofrekwent 30 wisselveld op te wekken. De radiofrekwentspoel 10 zal na het opwekken van een radiofrekwent magneetveld snel uitgeschakeld moeten worden omdat daarna het opgewekte resonantiesignaal met bijvoorbeeld de detektiespoel 13 gedetekteerd dient te worden. De radiofrekwentspoel 12 dient uitgeschakeld te worden om de detektie van de resonantiesignalen met de 35 oppervlaktespoel 13 niet te verstoren. Evenzo is het ongewenst dat bij inschakelen van de radiofrekwente zendspoel 10 de oppervlaktespoel 13 nog ingeschakeld is. Daartoe zijn elektronische middelen voorzien die de O Γ: Λ 7 Λ £ ,Λ ft [\ ;: ,· X k , f PHN 11.991 3 oppervlaktespoel 13 op non-aktief zetten. Zoals in de voornoemde Nederlandse octrooiaanvrage is beschreven, is dit gerealiseerd door in de resonantiekring waarin de detektiespoel 13 is opgenomen een halfgeleiderdiodeschakelaar op te nemen. Deze schakelaar onderbreekt de 5 resonantiekring indien de zendspoel 10 aktief zal worden. Het is gebleken dat alleen het in de seriekring opnemen van zo een halfgeleiderschakelaar onvoldoende is om een verstoring van een op te wekken radiofrekwent veld door de zendspoel 10 voldoende te onderdrukken.

10 In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van een elektronisch ontkoppelschakeling 2Q0 weergegeven, waarin het hiervoor genoemde bezwaar is ondervangen. Het in figuur 2 weergegeven elektronische ontkoppelcircuit 200 omvat een detektiespoel L die in een resonantiekring is opgenomen welke verder drie kondensator C1, C2 en C3 15 omvat, waarbij de kondensator C2 parallel is geschakeld met een afstemkondensator DCT om de resonantiekring op de gewenste resonantiefrekwentie af te stemmen. In de kring is verder een PIN-diode P2 opgenomen welke wordt gebruikt om de om de kring te onderbreken indien de zendspoel 10 (figuur 1} aktief dient te zijn. De anode van de 20 PIN-diode P2 is via een PIN-diode P1 met massa verbonden terwijl de kathode van PIN-diode P2 via een derde PIN-diode P3 met een voedingsbron E+ of E- is verbonden. De voedingsbronnen E- of E+ leveren respektievelijk een negatieve spanning en een positieve spanning. In het eerste geval zijn de diodes P1, P2 en P3 in geleiding en kunnen in de 25 resonantiekring de detektiespoel L, de kapaciteiten C1, C2 en C3 aktief zijn. Indien een positieve spanning (E+) aan de diode P3 wordt toegevoerd dan zijn de diodes P1 tot en met P3 gesperd en is de resonantiekring onderbroken. Verder is een PIN-diode P4 voorzien via welke een afstemspanning over een weerstand RT aan de kathode van de 30 afstemkapaciteit DCT, wordt toegevoerd. De afstemkapaciteit DCT is een varikap-diode. De PIN-diode P4 is daarom opgenomen om de voedingsbron ET, welke de varikap DCT bestuurt, van het r.f.-gedeelte te isoleren indien het detektiecircuit wordt afgeschakeld door het aanleggen van een positieve spanning E+ op de PIN-diode P3. Om het resonantiecircuit (L, 35 Cl, C2, C3, DCT) aan te passen aan de impedantie van de detektor 14 (figuur 1), welke op het resonantiecircuit wordt aangesloten is in een aanpassingskapaciteit (varikap) DCM voorzien welke in serie is 8 f ” ' ':0.

* PHN 11.991 4 geschakeld met een kapaciteit C4. Door het afstemmen van de kapaciteitswaarde via het aanleggen van een stuurspanning EM via een PIN-diode P5 en weerstand RM aan de kathode van de varikap DCM wordt de gewenste aanpassing bereikt. De PIN-diode P5 is voorzien om ook de 5 voedingsbron EM voor het aanpassen van de impedantie van de resonantiekring af te schermen van r.f.-signalen zodra de detektiespoel op inaktief wordt geschakeld. Evenzo is in de leiding welke het resonantiecircuit met de detektor 14 (figuur 1) verbindt een PIN-diode P6 opgenomen. De weerstand R1, die de kathode van diode P1 met de 10 kathode van de PIN-diode P6 en met de kapaciteit C4 verbindt zorgt ervoor dat tijdens het aktief zijn van de resonantiekring, waarin PIN-diode P1 geleidend is, een stroom loopt door de PIN-diode P6 zodat deze diode P6 geen obstakel vormt voor de door de detektiespoel L ontvangen signalen. De weerstand R2 dient om een referentiespanning te leveren 15 voor de anode van de varikap DCM. Duidelijk is dat in het detektiecircuit dat in figuur 2 is weergegeven, de PIN-diode P6 in de toevoerleiding van het resonantiecircuit ervoor zorgt dat indien het resonantiecircuit wordt uitgeschakeld er geen stroom meer kan lopen in de toevoerleiding naar de detektor 14. Verder is er in de diodes P4 en 20 P5 voorzien, die ervoor zorgen dat er ook geen r.f.-stroom kan lopen in de toevoerleidingen voor de afstemkapaciteit DCT en de aanpaskapaciteit DCM.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een detektiecircuit volgens de uitvinding is in figuuur 3 weergegeven. De komponenten in 25 figuur 3 welke overeenkomen met de komponenten in figuur 2 zijn van dezelfde referentiecijfers voorzien. De varikap-diode DCT en DCM zijn elk parallel geschakeld met twee parallel geschakelde diodes D1, D2, D3 en D4 die weer in serie geschakeld zijn met een kapaciteit C5 respektievelijk C6. De diodes D1 en D2 of D3 en D4 respektievelijk in 30 serie geschakeld met de kapaciteiten C5 of C6 vormen voor de relatief hoge radiofrekwentstromen, die welke worden opgewekt tijdens het aktief zijn van de zendspoel, een kortsluiting, zodat de varikap DCT en DCM in feite kortgesloten zijn. Tijdens aktief zijn van de detektiespoel zullen deze dioden D1 en D2, D3 en D4 en kapaciteiten C5, C6 geen kortsluiting 35 vormen gezien de door de detektiespoel L gedekteerde kleine signalen. De diodes zijn met een kapaciteit C5, C6 in serie geschakeld om de op de aanpassingsdiode DCM en de afstemdiode DCT aan te leggen A a ίι s 9 ^ 0 %3? tv v Ao- « t PHN 11.991 5 gelijkstroomspanningen te blokkeren. Met de in figuur 3 gegeven schakeling is verder bereikt dat tijdens het aktief zijn van de zendspoel opgewekte r.f.-pulsen zelf een sperspanning voor de PIN-diodes P1-P6 opwekken. In eerste instantie wordt door de op PIN-diode P7 5 aangelegde stuurspanning van +300 Volt de resonantiekring op non-aktief gezet. Nu zijn de PIN-diodes P1 en P3 respektievelijk overbrugd met een weerstand R4 en R5. De weerstanden R4 en R5 zorgen ervoor dat de PIN-diode P2 altijd een sperspanning krijgt aangeboden, waardoor de PIN-diode blijft sperren. In het geval dat de in de detektiespoel L 10 opgewekte spanningen hoger zijn dan de aangelegde stuurspanning op de anode van PIN-diode P7 door het aktief zijn van de zendspoel 12 zullen in de detektiespoel L opgewekte radiofrekwente spanningen, de kapaciteit C3 opladen, waardoor de PIN-diode P2 toch blijft sperren. De PIN-diode P7 is ervoor om de eventueel met de radiofrekwente pulsen 15 opgewekte spanning, die tot op de kathode van PIN-diode P3 wordt opgedrukt, behouden blijft. Indien het detektiecircuit in figuur 3 weer aktief dient te worden gemaakt, wordt het verbindingspunt tussen de kathodes van de PIN-dioden P7 en P3 via een transistor 30, die op diens stuurelektrode een stuurspanning V ontvangt, aan een negatieve spanning 20 E- gelegd, zodat de PIN-diodes P1 tot en met P3 gaan geleiden en de kring bevattende spoel L en de kapaciteiten C1 tot en met C3 een resonantiekring kunnen vormen. Via de weerstand R1 zal ook de PIN-diode P6 in geleiding zijn zodat de kleine spanningen die bij ontvangst van radiofrekwente signalen door de detektiespoel L worden opgewekt naar de 25 detektor 14, die via een leiding die op de anode van PIN-diode P4 is aangesloten, kunnen worden gevoerd.

860 3?. SO

Claims

1. Kernspinresonantie-apparaat uitgerust met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair homogeen hoofdmagneetveld en van gradiëntmagneetvelden, een zendspoel voor het opwekken van een lokaal homogeen radiofrekwent magnetisch wisselveld in 5 een onderzoekruimte, een detektiespoel voor detektie van een in een te onderzoeken objekt opgewekte kernspinresonantiesignalen en een verwerkingsinrichting voor het verwerken van de gedetekteerde resonantiesignalen, met het kenmerk, dat het ontkoppelcircuit PIN-diodes bevat, waarvan ten minste een in serie is geschakeld met de 10 resonantiekring, die de detektiespoel omvat en waarvan ten minste een tweede in serie is geschakeld met een verbindingsleiding, die het door de detektiespoel gedetekteerde kernspinresonantiesignaal naar de verwerkingsinrichting voert.

2. Kernspinresonantie-apparaat volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat PIN-diodes in serie zijn geschakeld met elke voedingsleiding, waarlangs een stuurspanning aan varikap-diodes voor frekwentie-afstemming en/of impedantie-aanpassing wordt toegevoerd.

3. Kernspinresonantie-apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de PIN-diodes alle in een zelfde gelijkrichtzin zijn 20 geschakeld gezien vanuit een stuurspanningsbron voor het sturen van die PIN-diodes. fj, v”. Λ " ["· t» ïi L· .< * n ’!·