DE4003138C2 - Kernmagnetresonanz-Abbildungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abbildungseinrichtung, die die Erscheinung der Kernmagnetresonanz ausnutzt und bei der eine Phasenschieber-Detektorsonde als Signaldetektoreinrichtung zum Einsatz kommt, die durch eine Kombination aus einer Zylinderspule und einer Spaltresonatorspule gebildet ist.

Es wurden bereits Röntgenstrahlenscanner bzw. Röntgenstrah­ len-Computertomographiegeräte und Ultraschall-Abbildungs­ einrichtungen entwickelt, um auf zerstörungsfreiem Wege die innere Struktur von z. B. einem menschlichen Kopf oder Un­ terleib zu bestimmen. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren Versuche unternommen, um mit Hilfe der Kernmagnetre­ sonanz (nachfolgend als "NMR" abgekürzt) die innere Struk­ tur von Objekten zu ermitteln, wobei es mit Hilfe der Kern­ magnetresonanz möglich ist, mehr Information über die inne­ re Objektstruktur zu erhalten als mit Hilfe der Röntgen­ strahlen-Computertomographiegeräte oder der Ultraschall-Ab­ bildungseinrichtungen. Bei einer das NMR-Phänomen ausnut­ zenden Abbildungseinrichtung muß ein vom zu untersuchenden Objekt kommendes Signal separiert und diskriminiert werden, und zwar an jeder Position des zu untersuchenden Objekts. Dazu kann beispielsweise an das zu untersuchende Objekt ein Gradientenmagnetfeld angelegt werden, so daß sich für jede Position des Objekts eine verschiedene Magnetfeldintensität ergibt. Demzufolge ergibt sich auch für jede Position eine verschiedene Resonanzfrequenz oder ein unterschiedlicher Phasencodierwert, um Information für die jeweilige Position zu erhalten.

Das Grundprinzip dieses Verfahrens ist in "Journal of Magnetic Resonance", Bd. 18, 1975, Seiten 69 bis 83, oder in "Phy­ sics in Medicine & Biology", Bd. 25, 1980, Seiten 751 bis 756, be­ schrieben.

Bei der oben erwähnten Kernmagnetresonanzabbildung kommt es im wesentlichen auf die Verbesserung des Wirkungsgrads der Sondenspule zum Erzeugen oder Empfangen eines Hochfrequenz­ magnetfelds an, um die Bildqualität zu verbessern und die Bildaufnahmezeit zu verringern. Zu diesem Zweck kann bei­ spielsweise eine Phasenschieber-Detektorsondenspule, abgekürzt als "QD-Son­ de", verwendet werden, wie sie in "Journal of Magnetic Resonance", Bd. 69 (1987), Seiten 236 bis 242, beschrieben ist und von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht.

Gemäß diesem Stand der Technik kommt eine QD-Sonde in einer NMR-Abbildungseinrichtung vom Horizontalmagnetfeld-Typ zum Einsatz (nachfolgend als "Horizontalmagnetfeldtyp-MRI-Ein­ richtung" bezeichnet). Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht dieser herkömmlichen QD-Sonde aus der Vogelperspektive. Die QD- Sonde nach dem Stand der Technik enthält zwei Sätze von Schutzringen 105, 106 sowie Signalelektroden 111, 112, 113, 114, die den Schutzringen 105, 106 gegenüberliegen und von diesen durch einen nicht dargestellten Isolator aus z. B. Polytetrafluorethylen getrennt sind. Ferner sind zwischen den jeweiligen Signalelektroden Kondensatoren 115 bis 118, 119 bis 122 vorhanden. Diese Kondensatoren sind mit den Si­ gnalelektroden verbunden. Es wird somit eine Struktur er­ halten, bei der eine erste Spaltresonatorspule, die durch die Signalelektroden 111, 113 und die beiden Schutzringe gebildet ist, und eine zweite Spaltresonatorspule, die durch die Signalelektroden 112, 114 und die beiden Schutz­ ringe gebildet ist, in senkrechter Richtung miteinander kombiniert sind.

Bei der in Fig. 1 gezeigten QD-Sonde werden Signale von den Speisepunkten A, B addiert, nachdem die Phasendifferenz zwischen ihnen kompensiert worden ist, so daß die QD-Sonde eine Empfindlichkeit in einer Richtung aufweist, die in der xy-Ebene liegt. Bezogen auf die Vorgänge bei der Kernma­ gnetresonanz ist die Richtung des Magnetfelds die z-Rich­ tung in Fig. 1. Auch die Einschubrichtung für den menschli­ chen Körper verläuft in z-Richtung. Da die Zentrumsachse des Zylinders der Sonde und die Einschubrichtung für den menschlichen Körper miteinander koinzidieren, liegt auch eine Koinzidenz zwischen der Form des menschlichen Körpers und der Sondenform vor. Demzufolge ergibt sich ein verbes­ serter Signaldetektor-Wirkungsgrad.

Kommt die Sonde in diesem Zustand in einer NMR-Abbildungs­ einrichtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ zum Einsatz (nach­ folgend als "Vertikalmagnetfeldtyp-MRI-Einrichtung" abge­ kürzt), so muß der menschliche Körper zwischen Teilen der Signalelektrode parallel zur Zylinderachse eingesetzt wer­ den (nachfolgend als "Vertikalelektroden" bezeichnet). Der Signaldetektor-Wirkungsgrad verringert sich somit, so daß die Anwendung der QD-Sonde bedeutungslos wird. Die QD-Son­ de in Fig. 1 kann also nicht in einer Vertikalmagnetfeld- MRI-Abbildungseinrichtung benutzt werden.

Eine weitere Kernmagnetresonanz-Abbildungsvorrichtung ist in DE-A 34 27 666 beschrieben. Die dort verwendete Spulenanordnung enthält zwei verschiedene Spulentypen. Dabei dient eine Sattelspule zur Hochfrequenz-Anregung des Untersuchungsobjektes, während zum Empfang der Kernspinnresonanz-Signale eine Zylinderspule eingesetzt wird. Da jedoch lediglich eine einzige Empfangsspule verwendet wird, ergibt sich mit dieser Detektoranordnung im Vergleich zu einem Quadratur-Detektor eine wesentlich schlechtere Bildqualität. Ein Detektor mit zwei Empfangsspulen verschiedenen Typs zum Empfang unterschiedlicher Frequenzen ist in US-4 641 098 beschrieben. Der Empfang einer bestimmten Frequenz mit zwei Spulen nach der Quadratur-Technik wird auch gemäß dieser Druckschrift mit zwei ähnlichen Resonatoren durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine QD-Sonde zu schaffen, die sich in einer MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ verwenden läßt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die Signaldetektormittel durch eine Phasenschie­ ber-Detektorsonde gebil­ det sind, die durch eine Kombination einer Zylinderspule (Solenoidspule) mit einer Spaltresonatorspule erhalten wird. Die Zylinderspule und die Spalt- Resonatorspule (Schlitz-Resonatorspule) bilden in Kombina­ tion also eine QD-Sonde.

Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird einem Armabschnitt der Spaltresonatorspule eine Induktivität hinzugefügt, um die Spaltresonatorspule bei niedriger Frequenz betreiben zu können.

Zwecks Entkopplung einer Sendespule von einer Empfangsspule in einem Kreuzspulensystem liegt gemäß Ansprüchen 4 bis 6 zusätzlich zu der hinzuge­ fügten Induktivität ein Kondensator bzw. eine Kapazität parallel zu der hinzugefügten Induktivität, so daß Konden­ sator und Induktivität eine Resonanz bei der Resonanzfre­ quenz der Spaltresonatorspule zeigen. Ferner ist ein Schal­ ter so angeordnet, daß sich der Betrieb der Resonanzschal­ tung, die durch die hinzugefügte Induktivität und die Kapa­ zität gebildet wird, im Sendezustand und im Empfangszustand steuern läßt. Der Schalter arbeitet so, daß während des Sendezustands in der Resonanzschaltung eine Resonanz auf­ tritt, jedoch während des Empfangszustands keine Resonanz in der Resonanzschaltung erzeugt wird. Im Ergebnis läßt sich dadurch die Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule während des Sendezustands unterbrechen.

Nach Anspruch 6 wird der Schalter durch ein Diodenpaar gebildet, um die Re­ sonanzschaltung so zu steuern, daß sie während des Sendezu­ stands eine Resonanz zeigt und keine Resonanz aufweist, wenn der Empfangszustand eingenommen wird.

Nach Anspruch 8 ist der Armabschnitt der Spaltresonatorspule ferner als dünner Leiter ausgebildet, beispielsweise als Kupferrohr, Kupferstab oder dergleichen, so daß die Überlappung zwi­ schen Spaltresonatorspule und Zylinderspule so klein wie möglich ausfällt. Die Kopplung zwischen beiden Spulen nimmt daher einen so kleinen Wert an, daß sie in der Praxis nicht zu einem Problem führt.

Auch die Zylinderspule kann im Überlappungsbereich zwischen Spaltresonatorspule und Zylinderspule dünner als sonst aus­ gebildet sein, so daß sich die Kopplung zwischen beiden Spulen noch weiter verringern läßt.

Da die Zylinderspule eine Empfindlichkeit bzw. Ansprechemp­ findlichkeit in Einschubrichtung des menschlichen Körpers und die Spaltresonatorspule eine Empfindlichkeit bzw. An­ sprechempfindlichkeit in Richtung senkrecht zur Einschub­ richtung des menschlichen Körpers aufweisen, läßt sich durch Kombination beider Spulen eine QD-Sonde erhalten.

Bei einer MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikalmagnetfeld- Typ wird eine niedrige Magnetfeldintensität von üblicher­ weise 0,05 bis 0,3 Tesla verwendet. Die Kernmagnetresonanz­ frequenz ist daher ebenfalls niedrig.

Infolge der zum Armabschnitt der Spaltresonatorspule hinzu­ gefügten Induktivität läßt sich die Resonanzfrequenz der Spaltresonatorspule in einfacher Weise verringern, so daß sich die Spule auch in einer MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ einsetzen bzw. verwenden läßt.

Bei einem Kreuzspulensystem, bei dem das Senden und Empfan­ gen mit separaten Spulen erfolgt, wird mit Hilfe eines Schalters eine Parallelresonanzschaltung so gesteuert, daß sie eine Resonanz aufweist oder nicht, wobei die Parallel­ resonanzschaltung durch eine Induktivität und eine Kapazi­ tät gebildet wird, die der Spaltresonatorspule hinzugefügt worden sind. Im Ergebnis wird während des Sendezustands ei­ ne hohe Impedanz über der hinzugefügten Induktivität erhal­ ten, so daß die Kopplung zwischen der Sendespule und der Spaltresonatorspule unterbrochen wird. Werden zwei Dioden bzw. ein Diodenpaar als Schalter verwen­ det, so werden sie während des Sendezustands infolge des Anlegens einer großen Spannung in Durchlaßrichtung betrie­ ben, so daß die Resonanzschaltung den Resonanzzustand ein­ nehmen kann. Während des Empfangsbetriebs liegt nur eine kleine Spannung an, so daß das Diodenpaar geöffnet ist (Sperrzustand). Die Resonanzschaltung kann daher nicht in den Resonanzzustand überführt werden. Der Signalempfang läßt sich also mit Hilfe der Spaltresonatorspule durchfüh­ ren.

Existiert eine Überlappung zwischen Signaldetektorabschnitt der Zylinderspule und der Spaltresonatorspule, so läßt sich eine QD-Sonde praktisch nicht erhalten. Wird jedoch der Armabschnitt der Resonatorspule als schlanker Leiter ausge­ bildet, beispielsweise als Kupferrohr oder dergleichen, so läßt sich die Überlappung beider Spulen verringern. Dies führt dann ebenfalls zu einer geringeren Kopplung zwischen beiden Spulen. Der entsprechende und sich mit der Resona­ torspule überlappende Teil der Zylinderspule kann ebenfalls als dünner Leiter ausgebildet werden, so daß eine noch ge­ ringere Kopplung zwischen beiden Spulen erhalten wird.

Durch die Erfindung wird eine QD-Sonde zur Verfügung ge­ stellt, die für eine gleichmäßigere Empfindlichkeit bei der Signaldetektion sorgt und die in einer MRI-Abbildungsein­ richtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ verwendet werden kann.

Da sich ferner die Eigenresonanzfrequenz der Spaltresona­ torspule vermindern läßt, läßt sich auch die Resonanzfre­ quenz der QD-Sonde herabsetzen, und zwar ohne Verschlechte­ rung ihrer Eigenschaften.

In Übereinstimmung mit der Erfindung läßt sich außerdem die Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule im Kreuzspulensystem verringern bzw. vermeiden, so daß die QD- Sonde sowohl im Einzelspulensystem als auch im Kreuzspulen­ system zum Einsatz kommen kann.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 eine QD-Sonde nach dem Stand der Technik aus der Vogelperspektive,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer vollständigen MRI-Abbil­ dungseinrichtung vom Horizontalmagnetfeld-Typ,

Fig. 3 Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus einer Gradientenspule für die in Fig. 2 gezeigte MRI-Ab­ bildungseinrichtung vom Horizontalmagnetfeld-Typ,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines innerhalb einer MRI-Abbil­ dungseinrichtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ be­ findlichen Elektromagneten sowie weitere, in sei­ ner Nähe befindliche Teile,

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines Ausführungsbeispiels der Er­ findung bildet,

Fig. 6(a) und 6(b) Schaltungsdiagramme eines Beispiels ei­ ner Anpassungsschaltung,

Fig. 7(a) und 7(b) Querschnittsansichten entlang der Linien VII(a)-VII(a) und VII(b)-VII(b) von Fig. 5,

Fig. 8 eine Perspektivansicht einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet,

Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung eines Teils einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung bil­ det,

Fig. 10 und 11 Diagramme zur Erläuterung des Prinzips eines Kreuzspulensystems,

Fig. 12 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung eines Teils einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines noch anderen Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung bildet, und

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Erfindung bildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer MRI-Abbildungsein­ richtung vom Horizontalmagnetfeld-Typ, die als Einspulensy­ stem vorliegt, bei dem das Aussenden und das Empfangen mit Hilfe einer Spule erfolgt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikal­ magnetfeld-Typ beschrieben, bei der die Richtung eines sta­ tischen Magnetfelds nicht horizontal, sondern vertikal liegt. Zunächst wird jedoch die Fig. 2 im einzelnen erläu­ tert, um den Aufbau der MRI-Abbildungseinrichtung insgesamt zu verstehen. Eine Steuerung 5 gibt verschiedene Befehle zu bestimmten Zeitpunkten zu den nachfolgend beschriebenen Einheiten aus. Ein Ausgang eines RF-(Radiofrequenz)-Pulsge­ nerators 6 wird mit Hilfe eines Verstärkers 7 verstärkt und dient zur Ansteuerung einer Spule 8. Von der Spule 8 emp­ fangene Signalkomponenten durchlaufen einen Verstärker 9 und werden mit Hilfe eines Detektors 10 detektiert und an­ schließend mit Hilfe eines Signalprozessors 11 in ein Bild umgewandelt. Gradientenmagnetfelder in z-Richtung und in dazu senkrechten Richtungen werden jeweils mit Hilfe von Spulen 12, 13 und 14 erzeugt, wobei diese Spulen jeweils durch Verstärker 15, 16 und 17 angesteuert werden. Das sta­ tische Magnetfeld wird mit Hilfe einer Spule 18 gebildet, die ihrerseits über eine Energieversorgungseinrichtung 19 angesteuert wird. Die Spule 14 weist denselben Aufbau wie die Spule 13 auf, wobei jedoch die Spule 14 um 90° um die z-Achse gegenüber der Spule 13 gedreht ist, so daß durch diese Spulen 13, 14 Gradientenmagnetfelder erzeugt werden, die senkrecht zueinander stehen. Ein zu untersuchender, menschlicher Körper 20 befindet sich auf einem Bett 21, das auf einem Träger 22 bewegbar ist. Die Fig. 3 zeigt einen beispielsweisen Aufbau derjenigen Spulen, die in Fig. 2 die Gradientenmagnetfelder erzeugen, sowie die Richtung des durch sie hindurchfließenden Stroms. Im vorliegenden Bei­ spiel erzeugt die Spule 12 das Gradientenmagnetfeld in z-Achsenrichtung, während die Spule 13 das Gradientenmagnet­ feld in x-Achsenrichtung erzeugt. Die Spule 14 erzeugt das Gradientenmagnetfeld in y-Richtung.

In der Praxis sind die Spule 12, 13 und 14 auf einen zylin­ drischen Spulenkörper gewickelt.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer MRI-Abbildungsein­ richtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ. Eine Steuerung 5, ein RF-Pulsgenerator 6, ein Detektor 10, ein Signalprozessor 11, Verstärker 15, 16 und 17 sowie eine Energieversorgungs­ einrichtung 19 sind in gleicher Weise geschaltet wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, so daß sie in Fig. 4 nicht nochmals dargestellt sind. In Fig. 4 ist ein Kreuzspulensy­ stem dargestellt, mit dessen Hilfe das Aussenden und das Empfangen durch separate Spulen durchgeführt wird. Beim ge­ nannten Kreuzspulensystem wird der Ausgang des RF-Pulsgene­ rators 6 mit Hilfe eines Verstärkers 7 verstärkt, um eine Sendespule 81 anzuregen. Signalkomponenten, die von einer Empfangsspule 82 empfangen werden, durchlaufen einen Ver­ stärker 9 und werden anschließend mit Hilfe des Detektors 10 detektiert. Der genaue Aufbau der Spulen 12, 13 und 14, die zur Erzeugung der Gradientenmagnetfelder dienen, wird hier nicht im einzelnen beschrieben. In Fig. 4 sind die Spulen 12, 13 und 14, die die Gradientenmagnetfelder erzeu­ gen, der Einfachheit halber nur durch eine Spule darge­ stellt.

Die Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Empfangsspule, die einen Hauptteil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Spaltresonatorspule außen um eine Zylinderspule 102 herumgewickelt (in Fig. 5 ist ein Spulenkörper aus isolierendem Material, der die Zylinderspule 102 trägt, nicht dargestellt). Die Spaltresonatorspule enthält Signal­ elektroden 103, 104, die jeweils um einen oberen und einen unteren Schutzring 105, 106 herumgewickelt sind bzw. diesen umgeben, wobei dazwischen ein in Fig. 5 nicht darge­ stellter Isolator liegt. Die den jeweiligen Schutzringen 105, 106 gegenüberliegenden Teile (Flügel) der Signalelek­ troden 103, 104 sind über Kondensatoren 107, 108, 109, 110 miteinander verbunden. Im Falle der Fig. 5 liegt die Emp­ findlichkeit bzw. Ansprechempfindlichkeit der Zylinderspule in z-Achsenrichtung, während die Empfindlichkeit bzw. An­ sprechempfindlichkeit der Spaltresonatorspule in x-Achsen­ richtung liegt. Das bedeutet, daß bei Vorhandensein eines statischen Magnetfelds in y-Achsenrichtung eine QD-Sonde durch Kombination der Zylinderspule und der Spaltresonator­ spule gebildet werden kann. Auf diese Weise läßt sich eine gleichmäßigere Empfindlichkeit beim Detektieren von Signa­ len erhalten. Eine mit den Speisepunkten C und D in Fig. 5 verbundene Anpassungsschaltung ist nicht dargestellt. Bei­ spielsweise läßt sich die in den Fig. 6(a) oder 6(b) ge­ zeigte Anpassungsschaltung verwenden, die mit Hilfe von Kondensatoren 201, 202 aufgebaut ist.

Sowohl die Zylinderspule (Solenoidspule) als auch die Spaltresonatorspule sind so ausgebildet, daß sie eine Reso­ nanz bei der gewünschten Resonanzfrequenz zeigen.

Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen Querschnittsansichten entlang der Linien VII(a)-VII(a) und VII(b)-VII(b) von Fig. 5. Im einzelnen stellen die Fig. 7(a) und 7(b) jeweils einen Spu­ lenkörper 130 aus isolierendem Material dar, der außen eine um ihn herumgewickelte Zylinderspule 102 trägt, wobei eine Isolationsschicht 131 zwischen einem Schutzring 105 und ei­ nem Flügel liegt. Wie die Fig. 7(a) erkennen läßt, liegen der Schutzring 105 und der Flügelbereich der Signalelektro­ de 103 einander gegenüber, wobei zwischen den Elementen 105 und 103 die Isolationsschicht 131 angeordnet ist. Kondensa­ toren 107, 108 dienen zur Verbindung der Flügel.

Bei der MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikalmagnetfeld- Typ ist im allgemeinen die Kernmagnet-Resonanzfrequenz ge­ ring. Dagegen eignet sich die Spaltresonatorspule zum Be­ trieb bei hoher Frequenz, wenn sie in der MRI-Abbildungs­ einrichtung vom Vertikalmagnetfeld-Typ zum Einsatz kommt. Die Verminderung der Resonanzfrequenz ohne Verschlechterung der Eigenschaften stellt daher ein Problem dar. Die Ein­ stellmaßnahmen werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem einer der Armabschnitte der Spaltresonatorspule der QD-Sonde gemäß Fig. 5 für die MRI-Abbildungseinrichtung vom Vertikalma­ gnetfeld-Typ eine zusätzliche Induktivität 150 aufweist. Nach Addition der Induktivität 150 gemäß Fig. 8 läßt sich die Eigenresonanzfrequenz der Spaltresonatorspule herabset­ zen, so daß insgesamt die Resonanzfrequenz der QD-Sonde herabgesetzt wird, und zwar ohne Verschlechterung der Ei­ genschaften.

Auch im Falle des Kreuzspulensystems nach Fig. 4, bei dem das Senden und Empfangen mit Hilfe separater Spulen durch­ geführt wird, führt die Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule zu einem Problem.

Die Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule im Kreuzspulensystem wird nachfolgend näher beschrieben. Zunächst sei die Positionsrelation für jede Spule betrach­ tet, und zwar unter vereinfachenden Annahmen gemäß Fig. 10. In der Fig. 10 repräsentiert eine Spule 210 die Zylinder­ spule in Fig. 8, während eine Spule 200 die Spaltresonator­ spule in Fig. 8 repräsentiert. Eine Spule 220 stellt eine Sendespule dar. Die Positionsbeziehung der Spulen 200, 210, 220 entspricht in der Praxis der in Fig. 11 oder Fig. 12 gezeigten Beziehung (die Spule 220 liegt entweder parallel zur Spule 200 oder zur Spule 210). (Die Existenz einer in der xz-Ebene liegenden Senderichtung ist grundsätzlich beim NMR-Verfahren möglich, jedoch wird in der Praxis die in Fig. 10 oder Fig. 11 gezeigte Positionsbeziehung gewählt, und zwar infolge der Positionsbeziehung mit der Einschub­ richtung für den menschlichen Körper oder der Empfangsspu­ le.)

Entsprechend der Fig. 10 liegt die Ansprech- bzw. Empfind­ lichkeitsrichtung der Zylinderspule 210 in z-Achsenrich­ tung, während die Empfindlichkeits- bzw. Ansprechrichtung der Spaltresonatorspule 200 in x-Achsenrichtung liegt. Die Senderichtung der Sendespule 220 liegt ebenfalls in x-Ach­ senrichtung. Demzufolge wird ein großes Signal, das von der Sendespule 220 abgestrahlt worden ist, direkt in die Spalt­ resonatorspule 200 eingegeben bzw. eingekoppelt. Ferner tritt ein Kopplungsproblem auch dadurch auf, daß die Spalt­ resonatorspule 200 eine induktive Last für die Sendespule 220 darstellt. Bei der Anordnung nach Fig. 11 tritt ein ähnliches Kopplungsproblem zwischen der Sendespule 220 und der Zylinderspule 210 auf.

Die Fig. 9 zeigt Entkopplungsmittel zur Lösung des Kopplungs­ problems zwischen der Sendespule und der Spaltresonatorspu­ le bei der Anordnung nach Fig. 10. Zu diesem Zweck wird die Signalelektrode 104 der in Fig. 8 gezeigten Spaltresonator­ spule unterteilt, um eine Induktivität 150 zwischen die so erhaltenen Enden der Signalelektrode 104 zu schalten. Par­ allel zur Induktivität 150 liegt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 160 und zwei Dioden 170, die zueinander parallel liegen. Dabei ist die Anode jeweils einer Diode mit der Kathode der jeweils anderen Diode verbunden. Da während des Sendens eine große Spannung über der Induktivi­ tät 150 liegt, nimmt das Diodenpaar 170 den leitenden Zu­ stand ein. In diesem Fall (bei leitfähigen Dioden 170) bil­ den die Induktivität 150 und der Kondensator 160 die Reso­ nanzschaltung, wobei die Impedanz über die Induktivität 150 groß wird. Die Signalelektrode 104 nimmt dann einen Zustand ein, der ersichtlich dem unterbrochenen Zustand äquivalent ist. Ist die Signalelektrode 104 unterteilt, bildet die Spaltresona­ torspule eine offene Schleife, so daß sie keine induktive Last für die Sendespule 220 darstellt. Das Sendesignal wird daher nicht eingegeben bzw. eingekoppelt. Andererseits liegt während des Empfangs nur eine kleine Spannung über der Induktivität 150, so daß die gepaarten Dioden 170 den nichtleitenden Zustand einnehmen. Die Induktivität 150 und der Kondensator 160 bilden somit keine Resonanzschaltung. Demzufolge nimmt die Signalelektrode 104 den nicht unterbrochenen Zustand ein und ar­ beitet als Spaltresonatorspule, wobei sie Signale empfängt.

Die Fig. 12 zeigt die Entkopplungsmittel zur Lösung des Kopp­ lungsproblems zwischen der Zylinderspule 210 und der Sende­ spule 220 im Falle der Anordnung nach Fig. 11. Entsprechend der Fig. 12 ist die Zylinderspule 210 durch Kondensatoren 211 bis 217 unterteilt. Durch Unterteilung der Zylinderspu­ le 210 mit Hilfe der Kondensatoren 211 bis 217 läßt sich der Einfluß während des Einsetzens des menschlichen Körpers reduzieren. Ist die Zylinderspule durch die Kondensatoren in der genannten Weise unterteilt worden, so liegt beispielsweise parallel zum Kondensator 214 eine Reihenschaltung aus einer Induktivität 218 und einem Dio­ denpaar 219, wobei die Dioden des Diodenpaars parallel zu­ einander liegen und jeweils eine Kathode einer Diode mit der Anode der anderen Diode verbunden ist. Auf diese Weise wird die genannte Resonanzschaltung erhalten. Die Kopplung mit der Sendespule kann daher vermieden werden, und zwar in ähnlicher Weise wie bereits zuvor beschrieben.

Werden die Zylinderspule und die Spaltresonatorspule mit­ einander kombiniert, so tritt eine Kopplung zwischen beiden Spulen auf und damit das Problem der Verschlechterung der Arbeitsweise der QD-Spule. Eine Kombination aus Zylinder­ spule und Spaltresonatorspule zeichnet sich dadurch aus, daß die Überlappung im Signaldetektorabschnitt klein ist, so daß auch die gegenseitige Beeinflussung klein ist. Die gegenseitige Beeinflussung kann jedoch weiter reduziert werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Zu diesem Zweck wird entsprechend der Fig. 13 zwischen den Signalelektroden der Spaltresonatorspule durch einen schlanken Leiter, z. B. durch einen Kupferstab oder dergleichen, ein Teil gebildet, der im wesentlichen zum Signalempfang dient (ein Teil par­ allel zur z-Achse, auch als "Arm" bezeichnet) . Da die Brei­ te des Armes die Empfindlichkeitsverteilung während des Empfangs beeinflußt, sind entsprechend der Fig. 13 zwei Armeinheiten durch Kupferstäbe 300, 301 oder 302, 303 ge­ bildet, wobei jede Einheit zwei Arme aufweist. Mit dieser Anordnung läßt sich die Signaldetektion durchführen, ohne daß die Armbreite im wesentlichen geändert werden muß.

Die Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform, bei der Teile der Zylinderspule, die den Armeinheiten gegenüberliegen, schlanker bzw. dünner als sonst ausgebildet sind (die Win­ dungen der Zylinderspule weisen zu diesem Zweck im Bereich der Armeinheiten seitliche Ausnehmungen auf). Hierdurch läßt sich die Kopplung zwischen der Zylinderspule und der Spaltresonatorspule noch weiter reduzieren.

Claims (8)

1. Kernmagnetresonanz-Abbildungsvorrichtung mit
einer Einrichtung (18) zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds innerhalb eines zylindrischen Raumes, dessen Achse eine erste Richtung (z) festlegt, und
einer Spulen-Einrichtung (82) zum Detektieren eines durch Kernmagnetresonanz in dem zylindrischen Raum induzierten hochfrequenten Magnetfelds mit zwei Spulen (103 bis 109, 131; 102, 130), die so geschaltet sind, daß die von ihnen gelieferten Signale nach Kompensation einer Phasendifferenz addiert werden,
wobei eine der beiden genannten Spulen eine Spalt-Resonatorspule (103 bis 109, 131) ist, die zwei zur Achse (z) des zylindrischen Raumes parallele und an ihren Enden kapazitiv miteinander gekoppelte leitfähige Arme (103, 104, 300 bis 303) aufweist, so daß sie auf ein zur ersten Richtung (z) senkrechtes, entlang einer zweiten Richtung (x) verlaufendes Magnetfeld empfindlich ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (18) zur Erzeugung des statischen Magnetfelds dieses in einer zur ersten (z) und zweiten (x) Richtung senkrechten dritten Richtung (y) erzeugt und
daß die Spulen-Einrichtung (82) weiterhin eine Zylinderspule (102, 130) umfaßt, die um den genannten zylindrischen Raum gewunden ist, so daß sie auf ein entlang der ersten Richtung (z) verlaufendes Magnetfeld empfindlich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer (104) der beiden genannten Arme in zwei Teile geteilt ist, die über eine Induktivität (150) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strompfad der Spalt-Resonatorspule (103 bis 109, 131) eine Einrichtung (150, 160, 170) zur Entkopplung der Spalt-Resonatorspule (103 bis 109, 131) von einer Einrichtung (81) zur Erzeugung eines Hochfrequenzmagnetfelds in dem genannten zylindrischen Raum entlang der zweiten Richtung (x) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strompfad der Zylinderspule (102, 130) eine Einrichtung (214, 218, 219) zur Entkopplung der Zylinderspule (102, 130) von einer Einrichtung (81) zur Erzeugung eines Hochfrequenzmagnetfelds in dem genannten zylindrischen Raum entlang der ersten Richtung (z) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung ein Schaltelement (170, 219) sowie einen Kondensator (160, 214) und eine Induktivität (150, 218) aufweist, wobei der Kondensator (160, 214) und die Induktivität (150, 218) über das Schaltelement (170, 219) zu einem Parallelkreis verbunden sind, dessen Resonanzfrequenz der Frequenz der Magnetfelderzeugungseinrichtung (81) entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Paar mit entgegengesetzter Polarität parallel zueinander geschalteter Dioden (170, 219) umfaßt, das unter der von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (81) induzierten Spannung eine niedrige Impedanz zeigt und sich unter der durch die Kernmagnetresonanz induzierten Spannung im nichtleitenden Zustand befindet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Überlappungsbereich eines Arms (103, 104) der Spalt-Resonatorspule (102 bis 109, 131) mit einem Spulenelement (102) der Zylinderspule (102, 130) mindestens dieser Arm (103, 104) und/oder dieses Spulenelement (102) dünner ausgebildet ist als sonst.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Arme mindestens einen schlanken Leiter (300 bis 303) umfaßt.