DE3903719A1

DE3903719A1 - Automatischer impedanzeinsteller

Info

Publication number: DE3903719A1
Application number: DE3903719A
Authority: DE
Inventors: Motoji Haragashira
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1989-08-17
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: US4890062A; DE3903719C2; JPH0578340B2; JPH01201244A

Description

Die Erfindung betrifft einen automatischen Impedanzeinsteller zum Einstellen der Impedanz eines Prüfkopfes zum Aussenden/ Empfangen eines hochfrequenten (normalerweise radiofrequenten) Signals (im folgenden RF-Signal genannt) derart, daß diese Impedanz der Eigenimpedanz einer Speiseleitung in einem Magnetresonanz-Bildsystem (im folgenden MRI-System genannt) gleich ist.

Der Prüfkopf eines MRI-Systems dient als Antenne zum Aussenden eines RF-Signals zur Anregung der Magnetresonanzerscheinung und zum Empfangen eines RF-Signals, d. h. eines Magnetresonanzsignals (MR-Signals), das durch die Magnetresonanzerscheinung verursacht worden ist. Der Prüfkopf umfaßt einen Typ, der allgemein sowohl für das Aussenden als auch für das Empfangen des RF-Signals benutzt wird, sowie einen anderen Typ der nur zum Empfangen eines RF-Signals benutzt wird. Der Prüfkopf besitzt eine RF-Spule.

Fig. 1 zeigt die Ersatzschaltung eines Prüfkopfes. Der Prüfkopf ist an ein Kabel mit der Eigenimpedanz Zc angeschlossen, wobei in vielen Fällen Zc=50 Ω. Ein Prüfkopf des Typs der sowohl zum Aussenden als auch zum Empfangen benutzt wird, wird üblicherweise an einer bestimmten Stelle fixiert. Je nach Diagnoseart wird ein Prüfkopf des Empfangstyps jedoch an einer Vielzahl von Positionen angeordnet. Die Ersatzschaltung des Prüfkopfes wird durch variable Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B gebildet, die mit einer RF-Spule verbunden sind (die Kapazität des variablen Kondensators C₁_V ist C₁ und die der variablen Kondensatoren C₂_A und C₂_B ist jeweils C₂), ferner ist die Ersatzschaltung gebildet durch die Ersatzinduktivität L der RF-Spule und den Ersatzparallelwiderstand R der RF-Spule. Es ist festzuhalten, daß das Bezugssymbol Zi die Eingangsimpedanz des Prüfkopfes bezeichnet.

Wenn dieser Prüfkopf benutzt wird, muß die Eingangsimpedanz Zi auf einen Wert eingestellt werden, der gleich der Eigenimpedanz Zc eines Kabels ist.

Dies ist aus den folgenden Gründen erforderlich.

(1) Falls Zi≠Zc, dann tritt in der Speiseleitung ein Übertragungsverlust des MR-Signals auf und die Signal-Rausch-Charakteristik, d. h. der Störabstand wird verschlechtert.
(2) Ein in einem MRI-System benutzter rauscharmer Verstärker ist normalerweise so ausgebildet, daß dessen Eingangsimpedanz Zc der des üblicherweise benutzten Kabels entspricht. Falls deshalb Zi≠Zc, d. h. falls der Verstärker an eine Signalquelle angeschlossen wird, die eine von Zc abweichende Signalquellenimpedanz aufweist, dann kann keine rauscharme Komponente gewährleistet werden, da die Störfaktoranpassung beeinträchtigt ist.

Falls in der Ersatzschaltung von Fig. 1 sowohl der Widerstand R als auch die Impedanz Zi reale Zahlen darstellen, läßt sich die Beziehung zwischen den Kapazitäten C₁ und C₂ und der Impedanz Zi wie folgt darstellen:

( ω=2π f; f [Hz] ist die Resonanzfrequenz eines Magnetresonanzsignals).

Wie aus den Gleichungen (1) und (2) ersichtlich ist, wird, falls die Impedanz Zi (die auf einen reinen Widerstandswert eingestellt ist) erhöht wird, die Kapazität C₂ herabgesetzt und die Kapazität C₁ erhöht. Falls der Widerstand R und die Induktivität L konstant sind, kann die Kapazität C₂ erniedrigt werden (die Kapazität C₁ wird demgemäß leicht erhöht), so daß die Impedanz Zi als reiner Widerstandswert erhöht werden kann.

Aus den Gleichungen (1) und (2) läßt sich die Impedanz Z _x des in Fig. 1 durch eine unterbrochene Linie umgebenen Schaltkreisabschnittes wie folgt berechnen:

Daraus folgt,

In Gleichung (3) repräsentiert der erste Term, d. h. Zi eine reine Widerstandskomponente und der zweite Term, d. h. eine induktive Reaktanz.

Die Impedanz Z _y eines Schaltkreisteils, der durch die zwei Kondensatoren C₂_A und C₂_B gebildet wird, kann wie folgt dargestellt werden:

Gleichung (4) stellt eine kapazitive Reaktanz dar.

Wie aus den Gleichungen (3) und (4) ersichtlich ist, wird die Impedanz Zi gebildet durch die aus der Kapazität C₁, dem Widerstand R und der Induktivität L aufgebauten Impedanz Z _x und die aus den beiden Kapazitäten C₂ aufgebaute Impedanz Z _y. Um die Impedanz Z _i als reinen Widerstandswert zu erhalten, kann der imaginäre Teil (die induktive Reaktanzkomponente) in Gleichung (3) zu Null gemacht werden durch den imaginären Teil (kapazitive Reaktanzkomponente) von Gleichung (4).

Um der Bedingung Z _i=Zc, falls Zi < Zc zu genügen, wird die Einstellung wie folgt durchgeführt. Die Kapazität C₂ wird erniedrigt und die Kapazität C₁ erhöht, um den imaginären Teil zu beseitigen, der erzeugt wird, wenn die Kapazität C₂ erniedrigt wird, so daß die Impedanz Zi verringert wird.

Falls Zi < Zc, wird die Einstellung wie folgt durchgeführt. Die Kapazität C₂ wird vergrößert und die Kapazität C₁ verkleinert, so daß die Impedanz Zi zunimmt.

Der Prüfkopf selbst muß einen hohen Gütefaktor Q aufweisen. Da der zu untersuchende Gegenstand (ein menschlicher Körper) während der Bildaufnahme, d. h. während der MR-Datenerfassung, dem Prüfkopf näher kommt, stellt sich die Ersatzschaltung des Prüfkopfes in erster Näherung während der tatsächlichen MR-Datenerfassung wie in Fig. 2 gezeigt dar. Die Kapazitäten C _s und C _s′ sind Streukapazitäten zwischen dem Gegenstand und der Spule und der Widerstand Rp ist der Ersatzwiderstand des Gegenstandes. Da diese Kapazitäten C _s und C _s′ sowie der Widerstand Rp addiert werden, ist die Impedanz nicht Zi, sondern Zi′. Die Anordnung von Fig. 2 kann in die in Fig. 3 dargestellte äquivalente Anordnung umgewandelt werden und die Anordnung gemäß Fig. 3 kann wie in Fig. 4 dargestellt weiter vereinfacht werden. Die Kapazität C _s″ und der Widerstand Rp′ von Fig. 3 sind jeweils eine Ersatzkapazität und ein Ersatzwiderstand, wenn die aus den Kapazitäten C _s und C _s′ sowie dem Widerstand Rp bestehende Schaltung parallel-transformiert wird. In Fig. 4 bedeuten

R′≅Rp′R/(Rp′ + R)

C₁′=C _s″ + C₁

In der Ersatzschaltung nach Fig. 4 stellen sich die Beziehungen zwischen den Kapazitäten C₂ der variablen Kondensatoren C₂_A und C₂_B, der Kapazität C₁′ des variablen Kondensators C₁_V und der Impedanz Zc durch die folgenden Gleichungen dar auf der Grundlage der Bedingung Zi′=Zc, und zwar im wesentlichen in der gleichen Weise wie in den Gleichungen (1) und (2):

Wenn deshalb die Kapazitäten C₁′ und C₂ in der gleichen Weise wie nach Fig. 1 eingestellt werden, kann die Bedingung Zi=Zc erfüllt werden.

Bei einem bekannten Gerät wird diese Einstellung wie folgt durchgeführt.

Es wird ein Oszillator vorgesehen, der die Ausgangsimpedanz Zc (reiner Widerstand) besitzt. Ein Richtungskoppler ist zwischen den Oszillator und den Prüfkopf eingefügt. Das Reflexionsvermögen des Oszillatorausgangs wird durch den Prüfkopf abgeleitet und durch den Richtungskoppler überwacht und die Kapazitäten C₁′ und C₂ werden variiert, so daß die Bedingung erzieltes Reflexionsvermögen=0 nach einem Versuch- und Fehlerverfahren (Iterationsverfahren) erfaßt wird.

Auf diese Weise müssen beim bekannten Einstellverfahren zwei variable Kondensatoren C₁′ und C₂ gleichzeitig manuell eingestellt werden und dies führt zu einem mühsamen Einstellvorgang. In diesem Fall hängt die Einstellung oft von der Geschicklichkeit und der Erfahrung ab und führt oft zu einer unbefriedigenden Arbeitsleistung.

Anstelle einer manuellen Einstellung ist auch bereits ein automatisches Einstellverfahren unter Verwendung von Mikroprozessoren und dergleichen vorgeschlagen worden. Hier hängt die Einstellung im wesentlichen von der Entscheidungsfunktion des Mikroprozessors ab und dies führt ebenfalls zu einer ungenügenden Einstell-Leistung.

Ausgehend hiervon soll durch die Erfindung ein automatischer Impedanzeinsteller für ein MRI-System verfügbar gemacht werden, der eine effektive automatische Einstellung der Impedanz eines Prüfkopfes mit einfacher Hardware ermöglicht.

Der erfindungsgemäße automatische Impedanzeinsteller ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Demgemäß enthält der automatische Impedanzeinsteller für ein MRI-System gemäß dieser Erfindung einen Detektor zum gesonderten Feststellen des Realteils und des Imaginärteils der Impedanz eines Prüfkopfes und eine Steuereinrichtung, die dem Prüfkopf ein Steuersignal zuführt zum optimalen Einstellen der Signale abhängig von den durch den Detektor erhaltenen Realteil- und Imaginärteil-Signalen. Die Steuereinrichtung führt eine Anfangsroutine und eine Anpaßroutine durch. Die Anfangsroutine wird ausgeführt, um die Anfangsbedingungen einzustellen, unter denen das Imaginärteil- Signal auf Null eingestellt wird, auf der Grundlage der durch den Detektor erfaßten Realteil- und Imaginärteil- Signale. Die Anpaßroutine wird ausgeführt, um jedes Signal so einzustellen, daß es Null wird auf der Grundlage der durch den Detektor erfaßten Realteil- und Imaginärteil-Signale unter Verwendung der Anfangsbedingungen, die durch die Anfangsroutine als Startpunkt eingestellt worden sind.

Entsprechend dem automatischen Impedanzeinsteller für das MRI-System gemäß dieser Erfindung werden der Realteil und der Imaginärteil der Impedanz des Prüfkopfes getrennt erfaßt und die Steuerung so ausgebildet, daß sie die erfaßten Signale zuverlässig und schnell zu Null macht, so daß die Impedanz des Prüfkopfes auf den gleichen Wert wie die Eigenimpedanz eingestellt wird. Demzufolge kann die Einstellung automatisch und effizient durchgeführt werden, ohne daß eine manuelle Betätigung erforderlich ist.

Die Erfindung wird anhand von 27 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ersatzschaltung eines Prüfkopfes;

Fig. 2 eine Ersatzschaltung eines Prüfkopfes unter Berücksichtigung eines zu untersuchenden Gegenstandes;

Fig. 3 eine Ersatzschaltung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung;

Fig. 4 eine Ersatzschaltung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung;

Fig. 5 ein Blockdiagramm, das die prinzipielle Anordnung eines Impedanzdetektors darstellt, der in einem automatischen Impedanzeinsteller für ein MRI-System gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung eingesetzt ist;

Fig. 6 bis 10 Schaltungsdiagramme zur Erläuterung des Prinzips des in Fig. 5 dargestellten Impedanzdetektors;

Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung der Gründe warum die Impedanz des Prüfkopfes direkt gemessen werden kann, selbst wenn ein Kabel mit einer Länge, die einem ganzzahligen Vielfachen von λ/2 oder eine Ersatzschaltung zwischen den Detektor und den Prüfkopf eingefügt ist;

Fig. 12 ein Blockdiagramm, das eine Anordnung des automatischen Impedanzeinstellers für das MRI-System gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung darstellt,

Fig. 13 ein Blockdiagramm, das im Detail die Anordnung der Steuereinrichtung des in Fig. 12 dargestellten Einstellers zeigt;

Fig. 14 und 16 Flußdiagramme, die die verschiedenen Operationen bei der Anfangs- und der Anpaßroutine, die durch die Steuereinrichtung nach Fig. 13 durchzuführen sind, zeigen;

Fig. 15 ein Diagramm, das die Kennlinien des Prüfkopfes darstellt, der mit dem Algorithmus des Flußdiagramms nach Fig. 16 beaufschlagt worden ist;

Fig. 17 ein Diagramm, das die Beziehung C₂/2=f(C₁) darstellt;

Fig. 18 ein Diagramm, das die Kennlinien des Prüfkopfes darstellt, der mit dem Algorithmus des Flußdiagramms nach Fig. 14 beaufschlagt worden ist;

Fig. 19 bis 21 Diagramme, jeweils zur Erläuterung der drei Fälle, die dem Flußdiagramm nach Fig. 14 zugeordnet sind;

Fig. 22 und 23 Diagramme, jeweils zum Erläutern der Fälle, die dem Flußdiagramm nach Fig. 16 zugeordnet sind;

Fig. 24 bis 26 Diagramme, jeweils zum Erläutern der drei Fälle, die dem Flußdiagramm nach Fig. 16 zugeordnet sind; und

Fig. 27 ein Schaltungsdiagramm, das im Detail die Ausbildung eines Prüfkopfes darstellt.

Es wird nun das Prinzip dieser Erfindung erläutert.

In der Veröffentlichung "A Complex Impedance Meter (Carl G. Lodstroem, Dow-Key Microwave Corporation) in RF expo east (10-12 Nov. 1986, Boston Massachusetts) ist eine Serienschaltung aus vier λ/8 Kabeln 71, 72, 73 und 74 zwischen den Oszillator 1 mit der Ausgangsimpedanz Zc und der Last 2 mit der Impedanz Z _L geschaltet, so daß die Real- und Imaginärteile der Impedanz der Last 2 leicht und getrennt in Form von Spannungen erfaßt werden können, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Im einzelnen ist zwischen den Oszillator 1 und einem ersten λ/8 Kabel 71 ein Dämpfungsglied 5 zum genauen Einstellen der Impedanz auf Zc (=50 Ω) geschaltet. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist zwischen den Knotenpunkt von Dämpfungsglied 5 und erstem λ/8 Kabel 71 und den Knotenpunkt von zweitem und drittem λ/8 Kabel 72 und 73 eine Reihenschaltung aus einer Diode D₄, einem veränderbaren Widerstand R₁ und einer Diode D₂ geschaltet. Ferner ist zwischen den Knotenpunkt von erstem und zweitem λ/8 Kabel 71 und 72 und den Knotenpunkt zwischen drittem und viertem λ/8 Kabel 73 und 74 eine Serienschaltung aus einer Diode D₁, einem veränderbaren Widerstand R₂ und einer Diode D₃ geschaltet, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Ein Gleichspannungsmesser 3 (mit hoher Eingangsimpedanz) entsprechend dem Realteil ist an einen Gleitkontakt des veränderbaren Widerstandes R₁ angeschlossen. Ein Gleichspannungsmesser 4 (mit hoher Eingangsimpedanz) entsprechend einem Imaginärteil ist an den Gleitkontakt des veränderbaren Widerstandes R₂ angeschlossen. Die veränderbaren Widerstände R₁ und R₂ sind als sogenannte Trimm-Potentiometer ausgebildet. Jedes der Kabel 71 bis 74 weist eine Kabellänge auf, die exakt mit der Wellenlänge λ/8 des vom Oszillator gelieferten Ausgangssignals übereinstimmt.

Es sei bei der Anordnung nach Fig. 5 angenommen, daß eine Last 2 von Z _L=Zc angeschlossen ist und die veränderbaren Widerstände R₁ und R₂ vorab so eingestellt sind, daß die Spannungsmesser 3 und 4 jeweils Null [V] anzeigen, um hierdurch einen Anfangszustand einzustellen. Falls in diesem Zustand der Realteil der Lastimpedanz Z _L kleiner als die Impedanz Zc ist, zeigt der Realteil-Spannungsmesser 3 eine negative Spannung an; ansonsten wird eine positive Spannung angezeigt. Ist der Imaginärteil der Lastimpedanz Z _L induktiv, dann zeigt der Imaginärteil-Spannungsmesser 4 eine negative Spannung an und ist er kapazitiv, dann zeigt er eine positive Spannung an. Damit kann durch Beobachtung der Anzeigen der Realteil- und Imaginärteil-Spannungsmesser 3 und 4 eine Fehlanpassung des Wertes der Lastimpedanz Z _L gegenüber der Eigenimpedanz Zc festgestellt werden.

Es wird nun der Detektor mehr im Detail beschrieben. Betrachtet man die Schaltung nach Fig. 6, dann stellt sich die Spannung V₀ (d) am Punkt P wie folgt dar:

V₀ (d)=V _L cos b (l-d) + jZcI _L sin β (l-d)

wobei, da β=2π/λ und Z _L=V _L/I _L, V₀ (d) sich durch die folgende Gleichung darstellen läßt:

V₀ (d)=V _L [cos{2π (l-d)/λ} + j(Zc/Z _L)sin{2π (l-d)/λ}] -(5)

Das Prinzipdiagramm des Detektors, d. h. ein komplexer Scheinwiderstandsmesser durch λ/8 Kabel ist wie in Fig. 7 dargestellt, ausgebildet.

Die Spannungen an den Punkten P₁, P₂, P₃ und P₄ von Fig. 7 sind V₁, V₂, V₃ bzw. V₄. Es wird angenommen, daß die Impedanz der Signalquelle mit der Eigenimpedanz Zc eines λ/8 Kabels übereinstimmt.

Da die Positionen der Punkte P₁, P₂, P₃ und P₄ jeweils einem ganzzahligen Vielfachen von λ/8 entsprechen, gilt l-d=λ/8, 2λ/8, 3λ/8, 4λ/8 und β=2π/g, so daß β (l-d)=(π/4), (π/2), (3π/4), und π. Falls diese Ergebnisse in Gleichung (5) eingesetzt werden, stellen sich V₁, V₂, V₃ und V₄ jeweils wie folgt dar:

V₁=V _L {cos(f/4) + j(Z _L/Zc)sin(π/4)}=(V _L/Zc- (Zc + jZ _L)

V₂=V _L {cos(π/2) + j(Z _L/Zc)sin(π/2)}=(V _L/Zc) (jZ _L)

V₃=(V _L/Zc (-Zc + jZ _L)

V₄=V _L

Falls die Punkte P₁ und P₃ (bzw. P₂ und P₄) in Fig. 7 durch i und j dargestellt werden, kann Fig. 7 wie in Fig. 8 gezeigt, dargestellt werden. Fig. 8 kann durch Ersatzschaltungen gemäß den Fig. 9 und 10 ausgedrückt werden.

R₁ I₁ + R₂ (I₁-I₂)=E₁-E₂
R₂ (I₂-I₁) + R₀ I₂=E₂ (6)

R₁ I₁ + R₀ I₂=E₁ (7)

Aus Gleichung (6) folgt:

(R₁ + R₂)I₁-R₂I₂=E₁-E₂ (6′)

Die Gleichungen (7) und (6′) werden für den Strom I₂ wie folgt gelöst:

I₂=(R₂ E₁ + R₁ E₂)/(R₁ R₂ + R₀ R₁ + R₂ R₀)

E₀=R₀ I₂=R₀ (R₂ E₁ + R₁ E₂)/{R₁ R₂ + R₀ (R₁ + R₂)}

Theoretisch kann R₁=R₂ gemacht werden, so daß die Spannung E₀ gegeben ist durch:

E₀={(E₁ + E₂)R₀}/(R₁ + 2R₀)

Unter der Annahme, daß R₁ (=R₂) « R₀, stellt sich die Spannung E₀ wie folgt dar:

E₀=(E₁ + E₂)/2=(|Vi | - | Vj |)/2

Da die Spannungen Vi und Vj durch die Dioden Di und Dj gleichgerichtet und dann durch die Kapazitäten Ci und Cj geglättet werden, nehmen sie Maximalwerte ein, d. h. Amplitudenspannungen E₁ und E₂.

Stellt sich eine unbekannte Impedanz als Z _L=R _X + jN _X dar, dann ist

(i) die dem Imaginärteil entsprechende Spannung Vim=(| V₁ | - | V₃ |)/2 Durch Substitution erhält man
Auf diese Weise kann eine Spannung, die einen negativen oder positiven Pegel von N _X reflektiert, erzeugt werden.
(ii) Eine dem Realteil entsprechende Spannung Vre stellt sich dar als:
Unter der Annahme Z _L=R _X (N _X = 0) folgt Vre=(| V _L |/2Zc) (R _X-Z _c) (9)

Wie beschrieben, kann die den Imaginärteil N _x einer unbekannten Lastimpedanz Z _L=R _x + jN _X reflektierende Spannung Vim erhalten werden.

Die Lastimpedanz Z _L wird so eingestellt, daß die Spannung Vim=0 wird. Falls N _X=0, kann die Spannung Vre, die die Differenz zwischen dem Realteil R _X und der Eigenimpedanz Zc reflektiert erhalten werden.

Selbst wenn ein Kabel einer Länge, die einem ganzzahligen Vielfachen von λ/2 entspricht zwischen den Detektor und die Last (Prüfkopf) geschaltet wird, können die Spannungen Vre und Vim ohne Schwierigkeiten erfaßt werden und zwar aus den folgenden Gründen.

Gemäß Fig. 11 soll angenommen werden, daß die Impedanz des Prüfkopfes Z _L ist, die Länge der Übertragungsleitung l (die Eigenimpedanz ist Zc) und die vom Detektor aus gesehene Impedanz Z (0). Falls in diesem Fall die Übertragungsleitung eine verlustfreie Leitung ist, gilt die folgende Gleichung:

Z (0)=Zc(Z _L + jZc tan β l)/(Zc + jZ _L tan β l) . . . (10)

wobei β (=2π/λ) eine Phasenkonstante und λ eine Wellenlänge der Übertragungsleitung darstellt. Unter der Voraussetzung einer konstanten Frequenz (β=konstant) werden die Bedingungen, die der Gleichung Z(0) = Z _L genügen, gefordert für die Übertragungsleitung zwischen dem Detektor und dem Prüfkopf. Dies deshalb, weil die Impedanz des Prüfkopfes von einer Distanz aus beobachtet werden kann, falls die Impedanz Z _L, die erhalten wird durch unmittelbares Betrachten der Impedanz des Prüfkopfes der Impedanz Z(0) gleich ist derjenigen, die erhalten wird durch Betrachten über die Übertragungsleitung mit der Länge l.

Z (0)≡Z _L (11)

Aus den Gleichungen (10) und (11) folgt

Z _L≡Zc(Z _L + jZc tan β l)/(Zc + jZ _L tan β l)

so daß

(Z _L-Zc) (Z _L + Zc) tan β l≡0

In diesem Fall ist Z _L ein willkürlicher Wert. Wenn deshalb tan β l=0, kann die obige Bedingung tautologisch gebildet werden. Dann ist β l=n π (n ist eine ganze Zahl) da β=2π/λ, (2π/λ) · l=n π, somit l=n · (λ/2)

Demgemäß ist verständlich, daß, wenn die Frequenz konstant ist und falls die Übertragungsleitung zwischen dem Prüfkopf und dem Detektor eine Länge l aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht, sich die direkt gemessene Impedanz und eine über die Übertragungsleitung gemessene Impedanz als identische Werte darstellen.

Es wird nun anhand der Zeichnungen ein automatischer Impedanzeinsteller für ein MRI-System gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung basierend auf dem beschriebenen Prinzip erläutert.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das einen automatischen Impedanzeinsteller für ein MRI-System gemäß dieser Erfindung darstellt. Zwischen einen Oszillator 1 mit der Ausgangsimpedanz Zc und einen Prüfkopf 6 ist ein Detektor 7 geschaltet und zwischen den Detektor 7 und den Prüfkopf 6 eine Steuereinrichtung 8. Der Detektor 7 wird durch λ/8 Kabel in der gleichen Weise wie nach Fig. 5 gebildet, so daß die Realteil- und Imaginärteil-Spannungen, die die Impedanz Zi des Prüfkopfes 6 repräsentieren, getrennt erfaßt werden. Die Steuereinrichtung 8 ist, wie in Fig. 13 dargestellt und später beschrieben werden wird, ausgebildet. Entsprechend den Realteil- und Imaginärteil-Spannungen Vre und Vim, die durch den Detektor 7 erfaßt werden, liefert die Steuereinrichtung 8 Steuersignale zum Einstellen der Spannungen auf Null an die veränderbaren Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B des Prüfkopfes 6 oder an ein Stellglied für deren Steuerung.

Wie in Fig. 13 dargestellt, werden in der Steuereinrichtung 8 die Realteil- und Imaginärteil-Spannungen Vre und Vim jeweils durch Abtastwert-Halteschaltungen 8 a 1 und 8 a 2, A/D (Analog/Digital) Umsetzer 8 b 1 und 8 b 2 sowie Verriegelungsglieder 8 c 1 und 8 c 2 in Digitalwerte umgewandelt. Diese Digitaldaten werden dann einem durch einen Mikroprozessor gebildeten digitalen Steuerabschnitt 8 d zugeführt. Im digitalen Steuerabschnitt 8 d werden die Anfangs- und Anpaßroutinen, die später beschrieben werden, ausgeführt, so daß die Kondensatortreiber 8 f 1 und 8 f 2 jeweils durch die D/A-Umsetzer 8 e 1 und 8 e 2 gesteuert werden und durch Kondensatortreiber 8 f 1 und 8 f 2 gebildete C₁- und C₂-Steuersignale jeweils zur Steuerung der Kondensatoren C₁ und C₂ ausgegeben werden.

In diesem Fall ist die Anfangsroutine, die durch den digitalen Steuerabschnitt 8 d ausgeführt wird, eine Routine, um Anfangswerte (Anfangsbedingungen) der Kombination von Kondensatoren C₁ und C₂ zu erhalten, um die Imaginärteil-Spannung Vim auf Null zu setzen. Die Anpaßroutine ist eine Routine, in der die durch die Anfangsroutine erhaltenen Anfangswerte und die Realteil- und Imaginärteil-Spannungen Vre und Vim benutzt werden, um die Kapazitäten C₁ und C₂ so festzulegen, daß beide Spannungen Null werden, d. h. daß die Bedingung Zi = Zc erfüllt wird.

Um das Verständnis zu erleichtern, wird im folgenden vor der Beschreibung der Anfangsroutine die Anpaßroutine zur Durchführung der Anpassung der Kapazitätswerte in einem Zustand beschrieben, in dem geeignete Anfangswerte eingestellt sind. In der Anpaßroutine werden die Kapazitäten C₁ und C₂ optisch in Übereinstimmung mit vier Fällen eingestellt, d. h. Fällen, in denen die Realteil-Spannung Vre positiv oder negativ ist und die Imaginärteil-Spannung Vim positiv oder negativ ist.

Es wird nun die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 8 im Detail beschrieben.

Falls durch den Detektor 7 eine positive Realteil-Spannung Vre erfaßt wird, kann aus dem Prinzip dieser Erfindung und aus Gleichung (9) die Beziehung Zi < Zc erkannt werden. Deshalb wird den veränderbaren Kondensatoren C₂_A und C₂_B auf der Grundlage von Gleichung (1) ein Steuersignal zum Herabsetzen der Kapazität C₂ des Prüfkopfes 6 zugeführt. Damit wird die Impedanz Zi verringert. Wenn die Impedanz Zi herabgesetzt wird und die Realteil-Spannung Vre zu Null [V] wird, wird die Zufuhr des Steuersignals zu den veränderbaren Kondensatoren C₂_A und C₂_B unterbrochen.

Falls durch den Detektor 7 eine negative Realteil-Spannung Vre erfaßt wird, kann im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Fall festgestellt werden, daß Zi < Zc. Deshalb wird den veränderbaren Kondensatoren C₂_A und C₂_B ein Steuersignal zur Vergrößerung der Kapazität C₂ zugeführt. Damit wird die Impedanz Zi erhöht. Mit diesem Steuervorgang kann die Realteil-Spannung Vre zu Null [V] gemacht werden.

Falls durch den Detektor 7 eine positive Imaginärteil-Spannung Vim erfaßt wird, kann auf der Grundlage des oben erläuterten Prinzips geschlossen werden, daß die Impedanz kapazitiv ist. Deshalb wird dem veränderbaren Kondensator C₁_V ein Steuersignal zum Vermindern der Kapazität C₁ zugeführt. Da somit der Imaginärteil in die induktive Richtung verschoben wird, kann er zu Null gemacht werden. Wenn die Imaginärteil- Spannung Vim zu Null [V] wird, dann wird die Zufuhr des Steuersignals zum veränderbaren Kondensator C₁_V gestoppt.

Falls durch den Detektor 7 eine negative Imaginärteil-Spannung Vim erfaßt wird, kann im Gegensatz zu dem oben erläuterten Fall festgestellt werden, daß der Imaginärteil induktiv ist. Deshalb wird dem veränderbaren Kondensator C₁_V ein Steuersignal zum Erhöhen der Kapazität C₁ zugeführt. Auf diese Weise wird der Imaginärteil in die kapazitive Richtung verschoben, so daß die Imaginärteil-Spannung Vim auf Null [V] eingestellt werden kann.

Wie beschrieben führt in der Anpaßroutine die Steuereinrichtung 8 Steuersignale, d. h. negative Rückkopplungssignale (NFB-Signale) zum Einstellen der Spannungen auf Null, den veränderbaren Kondensatoren C₂_A, C₂_B und C₁_V des Prüfkopfes 6 in Übereinstimmung mit den durch den Detektor 7 erfaßten Realteil- und Imaginärteil-Spannungen Vre und Vim zu. Deshalb kann die Impedanz so eingestellt werden, daß sie schließlich der Bedingung Zi = Zc genügt.

Wenn jedoch die negativen Rückkopplungssignale identischen Ansprechverhaltens für die Kapazitäten C₂ und C₁ erzeugt werden, kann die Impedanz Zi oszillieren ohne auf Zc zu konvergieren. Aus diesem Grund ist vorzugsweise die Ansprechzeit der NFB-Steuerung (Steuerung der negativen Rückkopplungssignale) für die Einstellung der Imaginärteil- Spannung Vim auf Null ausreichend kürzer als die der NFB- Steuerung zur Einstellung der Realteil-Spannung Ver auf Null.

In der beschriebenen Anpaßroutine kann es jedoch sein, daß die Impedanz Zi nicht zu Zc konvergiert, da abhängig von den Anfangswerten eine Oszillation oder dergleichen auftreten kann. Ändert sich beispielsweise die Impedanz Zi wesentlich, wenn sich ein Merkmal z. B. die Größe eines zu untersuchenden Gegenstandes wesentlich ändert, dann kann es sein, daß eine Konvergenz der Impedanz Zi nicht erreicht wird bei Verwendung der auf der Grundlage von Untersuchungen benutzten Anfangswerte der Kondensatoren C₂ und C₁.

Die Anfangsroutine wird benutzt, um die Anfangswerte der Kapazitäten C₂ und C₁ so einzustellen, daß die erwähnte Nichtkonvergenz der Impedanz Zi verhindert wird.

Als eine Vorbedingung wird bei der Anfangsroutine gefordert zu bestätigen, daß die Impedanzanpassung innerhalb der veränderbaren Bereiche der Kapazitäten C₁ und C₂ erreicht werden kann bei Erfüllen der Bedingung Z _L=Zc. Die Anfangsroutine kann grob klassifiziert werden in eine Verarbeitung für die folgenden beiden Fälle unter dieser Vorbedingung.

Fall 1

Dieser Fall liegt vor, wenn die Kapazitäten C₁ und C₂ so verändert werden, daß konstant eine Imaginärteil-Spannung Vim=0 [V] aufrechterhalten wird, die veränderbaren Kapazitäten C₁_V, C₂_A und C₂_B des Prüfkopfes die Kapazität C₁ vergrößern (nahe eines Kombinationswertes der Kapazitäten C₁ und C₂, der eine Impedanzanpassung erlaubt), während die Kapazität C₂ zu einer Abnahme tendiert.

Fig. 14 stellt ein Flußdiagramm von Fall 1 dar.

Wenn die Verarbeitung gestartet wird, werden beide Kapazitäten C₁ und C₂ im Schritt 3 S 1 auf Minimalwerte gesetzt. Im Schritt 3 S 2 wird die Kapazität C₂ vom Minimalwert zu einem Maximalwert vergrößert. Hierbei wird C₁ auf dem Minimalwert festgehalten. Im Schritt 3 S 3 wird geprüft, ob die Imaginärteil- Spannung Vim im Laufe der Zunahme der Kapazität C₂ vom Minimalwert zum Maximalwert zu Null [V] wird. Wird im Schritt 3 S 3 JA erhalten, dann wird die Anfangsroutine beendet und die Initialisierung der Kapazitäten C₁ und C₂ abgeschlossen. In diesem Fall ist deshalb der Anfangswert der Kapazität C₁ der Minimalwert während der Anfangswert der Kapazität C₂ ein Wert ist, bei dem Vim=0 [V] festgestellt worden ist. Wird im Schritt 3 S 3 NEIN erhalten, dann wird im Schritt 3 S 4 die Kapazität C₂ auf dem Maximalwert festgehalten und die Kapazität C₁ vom Minimalwert zum Maximalwert vergrößert. Im Schritt 3 S 5 wird geprüft, ob die Imaginärteil- Spannung Vim im Laufe der Zunahme der Kapazität C₁ vom Minimalwert zum Maximalwert zu Null [V] wird. Wird im Schritt 3 S 5 JA erhalten, dann wird die Anfangsroutine beendet und die Initialisierung der Kapazitäten C₁ und C₂ ist abgeschlossen. In diesem Fall ist der Anfangswert der Kapazität C₂ der Maximalwert während die Kapazität C₁ den Wert aufweist, bei dem Vim=0 [V] festgestellt worden ist.

Es ist festzuhalten, daß, falls im Schritt 3 S 5 NEIN erhalten wird, festgestellt wird, daß ein Fehler auftritt, z. B. im Prüfkopf, so daß die Verarbeitung unterbrochen wird. In diesem Fall wird vorzugsweise eine geeignete Fehleranzeige durchgeführt, es ertönt beispielsweise ein Summer oder es wird auf einem Bildschirm eine Fehlernachricht angezeigt.

Ist die Initialisierung, d. h. die Anfangseinstellung der Kapazitäten C₁ und C₂ in der erwähnten Weise abgeschlossen, dann wird in Schritt 3 S 6 die Anpaßroutine ausgeführt. Im Schritt 3 S 7 wird geprüft, ob die Bedingungen Vim=0 [V] und Vre=0 [V] erfüllt sind. Abhängig von diesem Feststellungsergebnis wird in den Schritten 3 S 6 und 3 S 7 die negative Rückkopplungssteuerung (NFB-Steuerung) ausgeführt. Die Kapazitäten C₁ und C₂ sind, wenn die Bedingungen in Schritt 3 S 7 erfüllt sind, so eingestellt, daß sie der Bedingung Zi=Zc genügen. In Übereinstimmung mit der beschriebenen Routine werden die veränderbaren Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B (siehe Fig. 1) durch die C₁- und C₂-Steuersignale für die Kapazitäten (siehe Fig. 13) gesteuert und die Kapazitäten C₁ und C₂ werden so eingestellt, daß eine geeignete Impedanzanpassung durchgeführt wird.

Fall 2

Dieser Fall liegt vor, wenn die Kapazitäten C₁ und C₂ so geändert werden, daß sie konstant die Imaginärteil-Spannung Vim=0 [V] aufrechterhalten, die veränderbaren Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B des Prüfkopfes die Kapazität C₁ vergrößern (nahe eines Kombinationswertes der Kapazitäten C₁ und C₂, der eine Impedanzanpassung ermöglicht), während die Kapazität C₂ tendiert vergrößert zu werden (Δ C₂/C₁ 0).

Eine Kurve, die eine Kombination der Kapazitäten C₁ und C₂ darstellt, für die stets die Imaginärteil-Spannung Vim auf 0 [V] gehalten wird, kann wie in Fig. 15 gezeigt, dargestellt werden. In Fig. 15 stellt der Punkt A den Minimalwert der Funktion f(C₁) dar und dessen Koordinaten sind gegeben durch

((1/ω²L)-(1/ω R), 2/ω R)

wobei (1/ω²L)-(1/ω R) die Koordinate der Kapazität C₁ und (2/ω R) die Koordinate von (C₂/2) ist.

Der Punkt P ist ein Punkt bei dem die Impedanzanpassung erreicht wird und die Bedingung Z _L=Zc erfüllt wird.

Es sei angenommen, daß der minimale Anfangswert der Kapazität C₁ experimentell zwischen die Punkte A und P eingestellt und durch C₁ (0)min repräsentiert wird. Die Ausführung des Flußdiagramms nach Fig. 16 basiert auf dieser Annahme.

Wenn die Verarbeitung gestartet wird, wird im Schritt 5 S 1 C₁=C₁ (0)min eingestellt und die Kapazität C₂ auf den maximalen Wert gesetzt. Im Schritt 5 S 2 wird die Kapazität C₂ vom maximalen Wert zum minimalen Wert hin verringert. In diesem Fall wird die Kapazität C₁ auf den minimalen Wert C₁ (0)min festgehalten. Im Schritt 5 S 3 wird geprüft, ob im Laufe der Verminderung der Kapazität C₂ vom Maximalwert zum Minimalwert die Imaginärteil-Spannung Vim zu 0 [V] wird.

Wird im Schritt 5 S 3 JA erhalten, dann wird die Anfangsroutine gestoppt und die Initialisierung der Kapazitäten C₁ und C₂ ist abgeschlossen. In diesem Fall ist der Anfangswert der Kapazität C₁ der Minimalwert C₁ (0) min während die Kapazität C₂ den Wert aufweist, der bei Vim=0 [V] festgestellt worden ist.

Falls im Schritt 5 S 3 NEIN erhalten wird, schreitet das Ablaufdiagramm zu Schritt 5 S 4 weiter. Im Gegensatz zum obigen Fall wird im Schritt 5 S 4 die Kapazität C₂ auf dem Minimalwert festgehalten, während die Kapazität C₁ vom Minimalwert C₁ (0)min in Richtung des Maximalwertes vergrößert wird. Im Schritt 5 S 5 wird geprüft, ob im Laufe der Vergrößerung der Kapazität C₁ vom Minimalwert C₁ (0)min zum Maximalwert die Imaginärteil-Spannung Vim zu 0 [V] wird. Wird im Schritt 5 S 5 JA erhalten, dann wird die Anfangsroutine beendet und die Initialisierung der Kapazitäten C₁ und C₂ ist abgeschlossen. In diesem Fall ist deshalb der Anfangswert der Kapazität C₂ der Minimalwert während der der Kapazität C₁ ein Wert ist, bei dem Vim=0 [V] festgestellt worden ist.

Zu bemerken ist, daß, falls in Schritt 5 S 5 NEIN erhalten wird, festgestellt wird, daß ein Fehler auftritt, z. B. im Prüfkopf, und deshalb die weitere Verarbeitung gestoppt wird. In diesem Fall wird vorzugsweise durch einen Summer oder durch eine Sichtanzeige eine Fehlernachricht vermittelt.

In der beschriebenen Weise wird die Initialisierung der Kapazitäten C₁ und C₂ abgeschlossen. Es wird dann in den Schritten 5 S 6 und 5 S 7 die zu Fall 1 beschriebene Anpaßroutine in der gleichen Weise durchgeführt, so daß Steuersignale für die Kapazitäten C₁ und C₂ erzeugt werden, um die Bedingung Zi=Zc zu erfüllen. Die in Fig. 1 dargestellten veränderbaren Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B werden durch die Steuersignale gesteuert und die Kapazitäten C₁ und C₂ so eingestellt, daß eine geeignete Impedanzanpassung erzielt wird.

Die Anfangs- und Anpassungsroutinen in den Fällen 1 und 2 können wie folgt zusammengefaßt werden.

Die Anfangsroutine ist erforderlich, um geeignete Kapazitäten C₁ und C₂ einzustellen, selbst wenn der zu untersuchende Gegenstand durch einen neuen ersetzt wird, der ein Merkmal aufweist, das wesentlich von dem des vorhergehenden Gegenstandes abweicht. Falls der Unterschied in dem Merkmal zwischen den Gegenständen bei dieser Ersetzung klein ist, kann die Verarbeitung unmittelbar problemlos aus der Anpaßroutine gestartet werden. Ist der Unterschied jedoch groß, müssen in der Anfangsroutine vor Ausführung der Anpaßroutine geeignete Anfangswerte der Kapazitäten C₁ und C₂ eingestellt werden. Durch diese Anfangsroutine wird eine normale Arbeitsweise der Anpaßroutine gewährleistet. Gemäß der Anfangsroutine kann eine Kombination der Kapazitäten C₁ und C₂ erhalten werden, die es erlaubt, die Imaginärteil- Spannung Vim auf 0 [V] zu setzen (die Reaktanzkomponente X _L der Impedanz Z _L (des Prüfkopfes) = R _L + jX _L zu Null zu machen). Falls die Anpaßroutine nach dieser Anfangsroutine durchgeführt wird, kann eine Kombination der Kapazitäten C₁ und C₂ erhalten werden, die es erlaubt, die Realteil-Spannung Vre auf 0 [V] zu setzen (Widerstandskomponente R _L der Impedanz Z _L (des Prüfkopfes)=R _L + jX _L mit der Eigenimpedanz Zc zur Übereinstimmung zu bringen), während die Imaginärteil- Spannung Vim stets auf 0 [V] gehalten wird. Die Impedanzanpassung wird erreicht durch Ausführung der Anpaßroutine nach Ausführung der Anfangsroutine in der beschriebenen Weise.

Es werden nun im einzelnen die Arbeitsprinzipien der erwähnten Anfangsroutine (die Verarbeitung variiert bei den Fällen 1 und 2) und der Anpaßroutine beschrieben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ersatzschaltung des Prüfkopfes können unter der Voraussetzung Z _L=Zc die Kapazitäten C₁ und C₂ wie folgt ausgedrückt werden

Die Impedanz Z _L kann ausgedrückt werden durch:

Z _L = [l/{(l/j ω L) + (1/R) + j ω C₁}] + [l/{j ω (C₂/2)}]

Die Gleichungen können wie folgt umgeschrieben werden:

Z _L = [ω²L²R/{R²(1-l²LC₁)² + ω²L²}] + j [{(1-ω²LC₁) ω LR²/R² (1-l²LC₁)² + ω²L²} - (2/ω C₂)]

Aus der Bedingung für die Imaginärteil-Spannung Vim=0 [V] folgt:

[{(1-ω²LC₁)ω LR²/R² (1-ω²LC₁)² + ω²L²} - (2/ω C₂)] ≡ 0

Damit ist

(C₂/2)=-C₁ + (1/ω²L)-1/[ω²R²{C₁-(1/ω²L)}] = f(C₁) (14)

Fig. 17 zeigt die Kurve, die (C₂/2) = f(C₁) darstellt.

In Fig. 17 repräsentiert der Punkt A den Minimalwert von f(C₁) und die Koordinaten von C₁ und C₂/2 sind gegeben durch:

((1/ω²L)-(1/ω R), (2/ω R)

Es sei angenommen, daß der Punkt P den zu erhaltenden Impedanzanpassungspunkt (Z _L=Zc) repräsentiert. Der Punkt P liegt stets auf der Kurve (C₂/2)=f(C₁).

Dies deshalb, weil die Substitution der Gleichung (12) in die Gleichung (14) ergibt:

und diese stimmt mit Gleichung (13) überein.

Es sei angenommen, daß ein Punkt vorhanden ist, bei dem die Impedanzanpassung durch Einstellung der Kapazitäten C₁ und C₂ ohne Fehler erreicht werden kann. Das heißt, die Bedingung Z _L=Zc ist stets innerhalb der veränderbaren Bereiche der Kapazitäten C₁ und C₂ erfüllt. Unter einer derartigen Annahme kann die Anfangsroutine klassifiziert werden entsprechend einer Beziehung der C₁ Koordinate zwischen den Punkten A und P und den Eigenschaften bzw. Merkmalen des Prüfkopfes die der Beziehung zwischen den Kapazitäten C₁ und C₂ zugeordnet sind. Das heißt, die Anfangsroutine wird wie folgt in die Verarbeitung für die Fälle 1 und 2 klassifiziert.

Fall 1

Bei Fall 1 befindet sich im Koordinatenbereich der Punkt P auf der linken Seite des Punktes A wie dies in Fig. 18 dargestellt ist. Deshalb gilt

das heißt

R(=l LQ) 2Zc

Dieser Fall kann bestimmt werden auf der Grundlage der Tatsache, daß in der Nähe des Punktes P eine negative Neigung (Δ C₂/Δ C₁ < 0) vorhanden ist. Dies zeigt, daß, wenn die Kapazität C₁ erhöht wird, während die Imaginärteilspannung Vim=0 [V] gehalten wird, die Kapazität C₂ entsprechend verringert werden muß. In diesem Fall kann die Beziehung zwischen den veränderbaren Bereichen der Kapazitäten C₁ und C₂ und dem Punkt P, wie in den Fig. 19 bis 21 dargestellt, aufgezeichnet werden. In diesen Zeichnungen repräsentiert jeder schraffierte Abschnitt die veränderbaren Bereiche der Kapazitäten C₁ und C₂.

Die obige Beschreibung ist dem Flußdiagramm nach Fig. 14 zugeordnet.

Fall 2

Im Fall 2 liegt der Punkt P im Koordinatenbereich rechts vom Punkt A, wie dies in Fig. 22 dargestellt ist. Deshalb gilt

das heißt,

2Zc < R Zc

Dieser Fall kann bestimmt werden aufgrund der Tatsache, daß in der Nähe des Punktes P eine positive Neigung (Δ C₂/Δ C₁ 0) vorhanden ist. Dies führt zu Eigenschaften daß, wenn die Kapazität C₁ erhöht wird, während die Imaginärteil-Spannung Vim=0 [V] gehalten wird, die Kapazität C₂ entsprechend erhöht werden muß. In diesem Fall, d. h., wenn die Eigenschaften von Fall 2 in Erscheinung treten, wird der Wert C₁ (0)min experimentell auf einen minimalen Anfangswert der Kapazität C₁ eingestellt, um die Anfangsroutine zu erleichtern. In diesem Fall ist die C₁ Koordinate des Wertes C₁ (0)min ein willkürlicher Wert der zwischen den Punkten A und P liegt.

Das heißt,

In diesem Fall kann die Beziehung zwischen den veränderbaren Bereichen der Kapazitäten C₁ und C₂ und dem Punkt P, wie in den Fig. 24 bis 26 dargestellt, aufgezeichnet werden. In diesen Zeichnungen repräsentiert ebenfalls jeder schraffierte Abschnitt die veränderbaren Bereiche der Kapazitäten C₁ und C₂.

Die letzte Beschreibung ist dem Flußdiagramm nach Fig. 16 zugeordnet.

Wie beschrieben, kann gemäß der obigen Ausführungsform die Impedanz Zi des Prüfkopfes automatisch so eingestellt werden, daß sie gleich der Eigenimpedanz Zc ist, so daß ohne die Notwendigkeit einer manuellen Arbeitsweise eine effiziente Einstellung durchgeführt werden kann.

Als veränderbare Kondensatoren C₁_V, C₂_A und C₂_B im Prüfkopf 6 können veränderbare Kondensatoren wie Vakuum-Kondensatoren verwendet werden, deren Kapazitätswert durch eine mechanische Operation veränderbar ist und die Kapazitäten C₁ und C₂ können durch ein Stellglied gesteuert werden unter Verwendung der in Fig. 13 dargestellten Steuersignale.

Fig. 27 zeigt einen Fall, bei dem die veränderbaren Kapazitäten C₁ und C₂ des Prüfkopfes durch veränderbare Kapazitätsdioden verwirklicht sind. Die in Fig. 13 dargestellten Steuersignal-Spannungen werden jeweils den veränderbaren Kapazitätsdioden der Kapazitäten C₁ und C₂ zugeführt. Zusätzlich zu den Kapazitäten C₁ und C₂ zeigt Fig. 2 Kapazitäten C _DC, C _BAL und C _B.

Claims

1. Automatischer Impedanzeinsteller zum Einstellen der Impedanz eines Prüfkopfes (6) in einem Magnetresonanz- Bildsystem (MRI-System) derart, daß sie einer vorgegebenen Eigenimpedanz gleich ist, gekennzeichnet durch:
ein am Prüfkopf (6) vorhandenes Impedanzeinstellelement (C₁_V, C₂_A, C₂_B) das eine veränderbare Einstellung der Real- und Imaginärteile der Impedanz des Prüfkopfes (6) erlaubt;
eine Oszillatoreinrichtung (1) mit einer vorgegebenen Ausgangsimpedanz um dem Prüfkopf (6) ein Signal zuzuführen;
eine Detektoreinrichtung (7), die zwischen den Prüfkopf (6) und die Oszillatorschaltung (1) geschaltet ist, um Detektorsignale auszugeben, die jeweils den Real- und Imaginärteilen der Impedanz des Prüfkopfes (6) auf der Grundlage der von der Oszillatoreinrichtung (1) an den Prüfkopf (6) gelieferten Ausgangsgröße entsprechen;
eine Steuereinrichtung (8), die auf die von der Detektoreinrichtung (7) erhaltenen, den Real- und Imaginärteilen entsprechenden Signale anspricht, um an das Impedanzeinstellelement C₁_V, C₂_A, C₂_B) des Prüfkopfes (6) ein Steuersignal zum Einstellen der Real- und Imaginärteile der Impedanz des Prüfkopfes (6) zu liefern, derart, daß es mit der vorgegebenen Impedanz übereinstimmt, wobei die Steuereinrichtung (8) umfaßt
eine Einrichtung (8) zur Ausführung einer Anfangsroutine zum Einstellen der Impedanz des Prüfkopfes (6) in der Weise, daß das dem Imaginärteil entsprechende Signal auf Null eingestellt wird; und
eine Einrichtung (8) zur Ausführung einer Anpaßroutine zum Steuern der Impedanz des Prüfkopfes (6) unter Verwendung des in der Anfangsroutine als Anfangswert eingestellten Wertes und Einstellung der Impedanz in der Weise, daß beide, den Real- und Imaginärteilen entsprechenden Signale zu Null werden.

2. Impedanzeinsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzeinstellelement einen ersten veränderbaren Kondensator (C₁_V), der im wesentlichen parallel zur Induktivität (L) einer Spule des Prüfkopfes (6) angeordnet ist und ein Paar zweiter veränderbarer Kondensatoren (C₂_A, C₂_B) enthält, die im wesentlichen in Reihe zu den beiden Enden der Induktivität angeordnet sind.

3. Impedanzeinsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anfangsroutine, die durchgeführt wird, um die Kapazitätswerte (C₁, C₂) der ersten und zweiten veränderbaren Kondensatoren (C₁_V, C₂_A, C₂_B) zu suchen für die Einstellung des dem Imaginärteil entsprechenden Signals auf Null, die Kapazität (C₂) des zweiten veränderbaren Kondensators (C₂_A, C₂_B) von einem vorgegebenen Minimalwert zu einem vorgegebenen Maximalwert sequenziell erhöht wird, während die Kapazität (C₁) des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) auf einem vorgegebenen minimalen Wert gehalten wird und die Kapazität (C₁) des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) von dem Minimalwert zum vorgegebenen Maximalwert erhöht wird, während die Kapazität (C₂) des zweiten veränderbaren Kondensators (C₂_A, C₂_B) auf dem Maximalwert gehalten wird (Fig. 14).

4. Impedanzeinsteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) eine Einrichtung (8) zur Ausführung der Anpaßroutine in der Weise enthält, daß ein Steuersignal entsprechend dem Signal, das dem Realteil des zweiten veränderbaren Kondensators (C₂_A, C₂_B) entspricht, negativ zurückgekoppelt wird und ein Steuersignal gemäß dem Signal, das dem Imaginärteil des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) entspricht, negativ zurückgekoppelt wird.

5. Impedanzeinsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsroutine, die ausgeführt wird, um die Kapazitätswerte (C₁, C₂) des ersten und des zweiten Kondensators (C₁_V, C₂_A, C₂_B) für die Einstellung des Signals, das einem Imaginärteil von Null entspricht, zu suchen, die Kapazität (C₂) des zweiten veränderbaren Kondensators (C₂_A, C₂_B) sequentiell von einem vorgegebenen maximalen Wert zu einem vorgegebenen minimalen Wert verringert wird, während die Kapazität (C₁) des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) auf einem vorgegebenen minimalen Wert gehalten wird und die Kapazität (C₁) des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) sequentiell von dem minimalen Wert zu dem maximalen Wert erhöht wird, während die Kapazität (C₂) des zweiten Kondensators (C₂_A, C₂_B) auf dem minimalen Wert gehalten wird (Fig. 16).

6. Impedanzeinsteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) eine Einrichtung (8) zur Ausführung der Anpassungsroutine in der Weise enthält, daß ein Steuersignal entsprechend dem Signal, das dem Realteil des zweiten veränderbaren Kondensators (C₂_A, C₂_B) entspricht, negativ zurückgekoppelt wird und ein Steuersignal gemäß dem Signal, das dem Imaginärteil des ersten veränderbaren Kondensators (C₁_V) entspricht, negativ zurückgekoppelt wird.

7. Impedanzeinsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite veränderbare Kondensator (C₁_V, C₂_A, C₂_B) veränderbare Kapazitätsdioden enthalten.

8. Impedanzeinsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kondensator (C₁_V, C₂_A, C₂_B) mechanische veränderbare Kondensatoren enthalten.

9. Impedanzeinsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (7) eine Serienschaltung aus einem ersten bis einem vierten λ/8 Kabel (71 bis 74) enthält, die zwischen die Oszillatoreinrichtung (1) und den Prüfkopf (6) geschaltet ist, einen ersten veränderbaren Widerstand (Ri), der an die beiden Enden der Serienschaltung aus dem ersten und dem zweiten λ/8 Kabel (71, 72) jeweils über Dioden (D₄, D₂) von vorgegebenen Polaritäten geschaltet ist und einen zweiten veränderbaren Widerstand (R₂), der zwischen die beiden Enden der Serienschaltung aus dem zweiten und dem dritten λ/8 Kabel (72, 73) jeweils über Dioden (D₁, D₃) von vorgegebenen Polaritäten geschaltet ist und von den Gleitkontakten des ersten bzw. zweiten veränderbaren Widerstandes (R₁, R₂) Spannungen ausgegeben werden, die den Real- und Imaginärteilen der Impedanz entsprechen.