NL8603253A - Kernspinresonantie-apparaat met draaiveldopwekking en detektie. - Google Patents

Description

* J' PHN 11.995 1 N.V. Philips Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kernspinresonantie-apparaat met draaiveldopwekking en detektie.

De uitvinding heeft betrekking op een kernspinresonantie-apparaat met een inrichting voor het opwekken en detekteren van hoogfrekwent elektromagnetische velden, welke inrichting een zender/ontvanger met twee spoelen en elektrische verbindingsmiddelen 5 bevat voor het opwekken van r.f.-magneetvelden.

Een dergelijke kernspin resonantie-inrichting is bekend uit de Europese octrooiaanvrage nr. 0.114.405. Daarbij zijn voor het zenden en ontvangen van radiofrekwent signalen twee afzonderlijke spoelingsstelsels toegepast. Om onderlinge beïnvloeding tussen een 10 radiofrekwent zendspoel en een radiofrekwent detektiespoel te vermijden is in een ontkoppelcircuit noodzakelijk waarmede bijvoorbeeld de kring waarvan de zendspoel deel uitmaakt tijdens de aktivering van de zendspoel op een beduidend hogere eigen frekwentie wordt afgesteld.

Anderszijds kan de zendspoel tijdens detektie door de ontvangstspoel 15 door een laag omigkortsluitcircuit worden kortgesloten, waardoor verstoring van de te ontvangen radiofrekwente signalen is vermeden. Uit het boek Nuclear Magnetic Resonance Energying uitgegeven door Saunder's Company te Philadelphia in 1983 is beschreven dat de zendspoel en ontvangstspoel tot een gekombineerde ontvangstzendspoel kan 20 worden samengevoegd. Hierbij treden uiteraard de voorgenoemde problemen niet op. Bij toepassing van twee loodrecht opelkaar staande spoelenstelsels kan een draaiveld worden opgewekt. Daarbij moeten de voedingspunten van deze spoelenstelsels via een 1/4-λ leiding verbonden worden opdat de signalen in de juiste fase aan elke spoel worden 25 toegevoerd. Echter zijn de voedingspunten voor het aansturen en ontvangen van zulke spoelenstelsels niet hetzelfde zodat er twee voedingsaansluitpunten nodig zijn. Als er een punt is aangesloten op de zender moet het andere punt losgekoppeld van de ontvanger zijn. Evenzo geldt dat als de ontvanger is aangesloten op het tweede voedingspunt dan 30 zal de zender van het eerste voedingspunt losgekoppeld zijn. Het voorgaande vereist een snelle omschakeling. Dit is vooral moeilijk in het geval dat het geheel in een kernspinresonantie-apparaat is 8603253

V

PHN 11.995 2 neergezet. Het voorgaande houdt in dat hiervoor geen normale schakelaars toegepast kunnen worden.

Het is het doel van de uitvinding om in een kernspinresonantie-apparaat te voorzien waarbij met een zelfde 5 spoelenstelsel zowel hoogfrekwentdraaivelden worden opgewekt als wel worden gedetekteerd, waarbij geen mechanische schakeIkontakten nodig zijn voor het aan-of loskoppelen van voedingspunten aan de zender of ontvanger.

Een kernspinresonantie-apparaat volgens de uitvinding 10 heeft daartoe het kenmerk, dat voor het opwekken van een hoogfrekwent draaiveld de met de spoelen opgewekte magneetvelden dwars op elkaar staan, een eerste voedingsaansluitpunt van een spoel via een 1/4-λ leiding is verbonden met een tweede voedingsaansluitpunt waarop de andere spoel is aangesloten, waarbij het eerste respektievelijk tweede 15 voedingsaansluitpunt via fasedraaiende verbindingsmiddelen zijn verbonden met een eerste respektievelijk tweede knooppunt, die via verbindingsmiddelen met de zender/ontvanger zijn verbonden, en dat bij zenden van de zender respektievelijk ontvangen door de ontvanger het eerste knooppunt van het tweede knooppunt met elektrische middelen 20 losgekoppeld is.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening figuur 1 een kernspinresonantie-apparaat volgens de uitvinding weergeeft, 25 figuur 2 een zend/ontvangstspoelenstelsel toont, figuur 3 een uitvoeringsvoorbeeld voor een aansluiting van een zend/ontvangstspoelenstelsel weergeeft, en figuur 4 een voorkeursuitvoeringsvorm voor een aansluiting van een zend/ontvangstspoelenstelsel toont.

30 Een kernspinresonantie-apparaat zoals in figuur 1 is weergegeven, bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair, homogeen magneetveld HO, een magneetstelsel 4 voor het opwekken van magnetische gradiëntvelden, voedingsbronnen 6 en 8 respektievelijk voor het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een 35 magneetspoel 10 dient voor het opwekken van een radiofrekwent magnetische wisselveld en is daartoe aangesloten op een radiofrekwentbron 12. Voor detektie van door het radiofrekwente zendveld

Pk & f! Ύ O C W

J* V V* V5 t·.. \i V' PHN 11.995 3 in een te onderzoeken objekt opgewekte kernspinresonantiesignalen is in een detektiespoel 13 voorzien. Voor het uitlezen is de detektiespoel 13 verbonden met een signaalversterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale 5 besturings- en verwerkingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturings- en verwerkingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de radiofrekwente bron 12, de voedingsbron 8 voor de gradiêntspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrekwent oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de meetsignalen 10 verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medische diagnostische metingen ruim genoeg voor het omvatten van patiënten binnen ruim te stellen voorkomende omvangsgrenzen. In de meetruimte 28 zijn aldus een homogeen magneetveld 15 HO; voor positieselektie van af te beelden doorsneden benodigde gradiëntvelden en een ruimtelijk homogeen radiofrekwent wisselveld op te wekken. Binnen de ruimte 28 is de detektiespoel 13 aan te brengen.

In figuur 2 zijn de zendspoel 10 en de detektiespoel 13, meer in perspektief, in een onderlinge positie ten opzichte van elkaar 20 geschetst. De hier geschetste onderlinge oriëntatie zal gemakshalve als loodrechte oriëntatie worden gedefiniëerd, omdat hier, door de windingen van de zendspoel en de detektiespoel bepaalde vlakken, substantieel loodrecht op elkaar staan. De zendspoel 10 bevat twee wikkelingen Z1 en Z2, die op de radiofrekwente bron 12 zijn 25 aangesloten. De detektiespoel 13 bevat twee wikkelingen D1 en D2, die op de signaalversterker 14 zijn aangesloten. Normaliter zijn de verbindingsmiddelen MZ en MD tussen de zender 12 en detektor 14 coaxiale kabels, die permanent voor de zender 12 en zendspoel 10 en voor de detektor 14 en de detektiespoel 13 ter beschikking staan, zodanig dat de 30 zendspoel 10 alleen kan zenden en dat de detektiespoel 13 alleen kan ontvangen. Nu is het ook mogelijk om met de getekende spoelenkonfiguratie R.f.-draaivelden op te wekken en te detekteren.

Indien de voedingsaansluitpunten C en D via een 1/4-λ leiding (coaxiale kabel) worden verbonden en zowel in de leiding MZ als in de leiding MD 35 schakelaars worden opgenomen. Wordt de schakelaar in de leiding MD geopend dan is er met de zender 12 een R.f.-draaiveld op te wekken met behulp van de vier wikkelingen Z1, Z2, D1 en D2. Wordt daarna de 8603253 PHN 11.995 4 schakelaar in de leiding MZ geopend en die in de leiding MD gesloten dan zijn met de vier wikkelingen Z1, Z2, D1 en D2 en met de detektor 14 R.f.-draaivelden te detekteren, die door het R.f.-zendveld opgewekte kernspinresonantiesignalen worden opgewekt. Het omschakelen van de 5 schakelaars in de leidingen MZ en MD wordt als storend ervaren, omdat een en ander snel moet gebeuren (msec!) en ook in aanwezigheid van magneetvelden moet gebeuren (zie figuur 1).

In figuur 3 wordt een uitvoeringsvoorbeeld gegeven, waarin de funkties van de hiervoor beschreven schakelaars ten dele door 10 PIN-diodes zijn vervangen, die door stuurspanningen in een sperrende of geleidende toestand worden gebracht. Verder bevat de schakeling in figuur 3 fasedraaiende verbindingsmiddelen tussen de voedingspuntn C en D enerzijds en de knooppunten E en F anderzijds. Tussen de punten C en E, D en F en E en F zijn 1/4-λ leidingen gelegd, die elk een 15 fasedraaiing van 90° (in een ideale situatie) geven (volledigheidshavle zij vermeld, dat de karakteristieke impedantie van de drie laatstgenoemde 1/4-λ leidingen de helft bedraagt van de karakteristieke impedantie van de 1/4-λ leiding tussen de punten C en D). De afschermende mantels van de 1/4-λ leidingen en van de 20 verbindingsmiddelen MT en MD zijn geaard op de in de figuur met A aangegeven plaatsen.

Indien de zender 12 aktief is dan zullen de op de punten E en D opgewekte spanningen tegengesteld zijn. De spanning op punt F zal dan nul volt bedragen in het ideale geval. Het punt F zou aan massa A 25 gelegd kunnen worden zonder dat de zender 12 of de zend- of ontvangstspoel 10 of 13 hierdoor worden gestoord. Evenzo zal indien de zender 12 niet aktief is de bij ontvangst optredende spanningen (door spoelen 10 en 13 gedetekteerde resonantiesignalen) op de punten C en F tegengestelde spanningen opleveren. Hierdoor zal het punt E geen 30 spanning voeren in het ideale geval. De ideale situatie wordt alleen bereikt indien: a) de leidingen allemaal precies 1/4-λ lang zijn b) de 1/4-λ leidingen verliesvrij zijn c) de spoelen 10 en 13 exakt de karakteristieke impedantie van de 35 leidingen hebben d) de karakteristieke impedantie van de 1/4-λ leidingen exakt zijn.

In de praktijk zal dat niet haalbaar zijn, derhalve wordt 860225¾ i PHN 11.995 5 knooppunt F via diode DF aan massa A gelegd als de zender 12 aktief is.

Daartoe wordt aan de basis van transistor T2 een stuurspanning Θ aangeboden, die de leiding MD via een weerstand R2 met een d.c.-voedingsbron V+ verbindt, zodat de PIN-diode DF geleidend is en het 5 knooppunt F aan massa A legt. De kapaciteiten C12 en CE zijn voorzien om respektievelijk de ontvanger 12 en de diode DE van d.c.-spanning V+ te ontkoppelen. Bij ontvangst zal het stuursignaal op de transistor T2 nul Volt zijn, terwijl de basis van transistor T1 een stuurspanning T ontvangt, zodat dan de leiding MT via een weerstand R1 met de 10 voedingsbron V+ wordt verbonden en de PIN-diode DE het knooppunt E aan massa A legt. Met de kapaciteit C12 wordt de ontvanger 12 van de voedingsbron V+ ontkoppeld.

In figuur 4 is een voorkeursuitvoeringsvorm voor een aansluiting van een zender 12/ontvanger 14 op een spoelenstelsel 10/13 15 (niet weergegeven) getoond, waarbij de zender 12 op de ontvanger 14 via een enkel verbindingsmiddel MTD (bijvoorbeeld een coaxiale kabel, die op dezelfde wijze is afgeschermd als in figuur 3) gebruiken. In de getoonde uitvoeringsvorm van figuur 4 is de 1/4-λ leiding tussen de knooppunten E en F overbodig zoals verderop zal worden toegelicht. De 1/4-λ 20 verbindingen tussen de punten E en C, F en D en C en D alsook de spoelenkonfiguratie 10, 13, die op de voedingsaansluitpunten C en D is aangesloten is ongewijzigd. Wel is het uiteinde van de kabel MTD enerzijds via twee parallelle serieschakelingen van elke twee PIN-dioden met massa A verbonden. De diodes DE1 en DF1 hebben een tegengestelde 25 gelijkrichtzin evenals de diodes DE2 en DF2, waarbij geen van de serieschakelingen DE1, DE2 en DF1, DF2 geleidend zijn.

Wordt nu via een weerstand R de leiding MTD aan een voedingsspanning V- gelegd, dan zullen dioden DE1 en DF2 geleiden, zodat punt F aan massa A wordt gelegd. De zender 12 kan in deze situatie aktief 30 zijn. Wordt aan de weerstand R hierna een voedingsspanning V+ aangelegd, dan zullen de PIN-diodes DF1 en DE2 geleiden. Het knooppunt E is nu aan massa A gelegd en de ontvanger 14 ontvangt via die kabel MTD en de diode DF1 (welke geleidt) de met de spoelen 10 en 13 detekterende resonantie-signalen. Opgemerkt wordt dat de dioden DE1, DE2, DF1 en DF2 alsook de 35 1/4-λ leidingen met de spoelen 10 en 13 tot een eenheid kunnen worden samengebouwd, die op een coaxiale kabel (MTD) aan te sluiten is, waardoor een eenvoudig uitwisselbaar zend/ontvangerspoelenstelsel is verkregen.

8 6 0

Claims (9)

1. Kernspinresonantie-apparaat met een inrichting voor het opwekken en detekteren van hoogfrekwent elektromagnetische velden, welke inrichting een zender/ontvanger met twee spoelen en elektrische verbindingsmiddelen bevat voor het opwekken van r.f.-magneetvelden, met 5 het kenmerk, dat voor het opwekken van een hoogfrekwent veld de met de spoelen opgewekte magneetvelden dwars op elkaar staan, een eerste voedingsaansluitpunt van een spoel via een 1/4-λ leiding is verbonden met een tweede voedingsaansluitpunt waarop de andere spoel is aangesloten, waarbij het eerste respektievelijk tweede 10 voedingsaansluitpunt via fasedraaiende verbindingsmiddelen zijn verbonden met een eerste respektievelijk tweede knooppunt, die via verbindingsmiddelen met de zender/ontvanger zijn verbonden, en dat bij zenden van de zender respektievelijk ontvangen door de ontvanger het eerste knooppunt van het tweede knooppunt met elektrische middelen 15 losgekoppeld is.

2. Apparaat volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de fasedraaiende verbindingsmiddelen 1/4-λ leidingen zijn.

3. Apparaat volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de karakteristieke impedantie van de 1/4-λ leiding tussen het eerste en het 20 tweede voedingsaansluitpunt tweemaal zo hoog is als de karakteristieke impedantie van de 1/4-λ leidingen tussen het eerste respektievelijk tweede knooppunt en het eerste respektievelijk tweede voedingspunt.

4. Apparaat volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de elektrische middelen een 1/4-λ leiding is die het eerste met het tweede 25 knooppunt verbindt waarbij het eerste respektievelijk tweede knooppunt met de zender respektievelijk ontvanger is verbonden.

5. Apparaat volgens conclusie 2, 3 of 4 met het kenmerk dat het eerste en het tweede knooppunt via een in dezelfde geleidingsrichting geschakelde PIN diode naar massa zijn gekoppeld, die 30 via een op een zend- respektievelijk ontvangstleiding van de zender naar het eerste knooppunt respektievelijk van het tweede knooppunt naar de ontvanger te zetten spanning bestuurbaar zijn.

6. Apparaat volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de zend-respektievelijk ontvangstleiding via een eerste respektievelijk tweede 35 halfgeleiderschakelaar met een voedingsspanning is verbonden, waarbij de eerste respektievelijk tweede halfgeleiderschakelaar bij ontvangen respektievelijk zenden geleidend is. 8603253 PHN 11.995 7

7. Apparaat volgens conclusie 1, 2, 3 of 4 met het kenmerk dat het eerste knooppunt via een eerste respektievelijk tweede PIN diode met de zender respektievelijk met massa is verbonden, dat het tweede knooppunt via een derde respektievelijk vierde PIN diode met de 5 ontvanger respektievelijk met massa is verbonden, dat de geleidingsrichting van de eerste en de derde PIN diode tegengesteld is en dat de geleidingsrichtzin van de tweede en vierde PIN diode tegengesteld is, waarbij zowel serieschakeling van de eerste en tweede diode als de serieschakeling van de derde en vierde diode niet geleidend 10 is.

8. Apparaat volgens conclusie 7 met het kenmerk dat het eerste en tweede knooppunt via de eerste en derde diode via een coaxiale leiding met de zender en ontvanger zijn verbonden en via de coaxiale leiding de PIN diodes worden bestuurd. 15

9. Apparaat volgens conclusie 8 met het kenmerk dat de coaxiale leiding van de zender en ontvanger gelijkstroom ontkoppeld is en met bron van positief of negatief coaxiaal verbindbaar is. 8603253