DE3538952A1 - Hochfrequenz-spulenanordnung fuer kernspinresonanzgeraet - Google Patents
Hochfrequenz-spulenanordnung fuer kernspinresonanzgeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Spulenanordnung
für ein Kernspinresonanzgerät mit einer Leiteranordnung.
Derartige Hochfrequenz-Spulenanordnungen sind u. a. aus den
europäischen Patentanmeldungen 8 21 07 332 und 8 42 01 869
bekannt. Sie dienen dazu, ein Hochfrequenz-Magnetfeld in
einem Körper zu erzeugen und/oder ein in einem Körper
erzeugtes Hochfrequenz-Magnetfeld zu empfangen. Die
Hochfrequenz-Spulenanordnung muß dabei auf die sogenannte
Larmorfrequenz abgestimmt sein, die der Stärke eines in
dem Kernspinresonanzgerät erzeugten homogenen stationären
Magnetfeldes proportional ist und die darüber hinaus von
der Art der Kerne abhängt, deren Kernspinresonanz beobachtet
werden soll. Bei einem Kernspinresonanzgerät mit
einem stationären Magnetfeld von 2T liegt diese Frequenz
für die am häufigsten untersuchten Wasserstoffprotonen bei
rund 85 MHz.
Zur Abstimmung werden bei den bekannten Hochfrequenz-
Spulenanordnungen Stellglieder mit einstellbarer Kapazität
verwendet - z. B. Drehkondensatoren oder kurzgeschlossene
oder offene Leitungsstücke -, die der Hochfrequenz-
Spulenanordnung oder Teilen davon parallelgeschaltet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Hochfrequenzspule zu schaffen, bei der das Nachstimmglied
bereits in die Leiteranordnung integriert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Leiteranordnung einen ein Dielektrikum umschliessenden
Außenleiter mit hohlzylindrischem Querschnitt und mit zwei
Koppelöffnungen umfaßt, daß innerhalb des Dielektrikums
zwei wenigstens teilweise verschiebbare Innenleiter
vorgesehen sind, die lediglich im Bereich der Koppelöffnung
zumindest hochfrequenzmäßig miteinander verbunden sind und
daß die Hochfrequenzsignale zwischen dem Außenleiter und
einem der Innenleiter so zugeführt bzw. entnommen werden,
daß über den Außenleiter und von diesem über zumindest
eine der durch einen Innenleiter und den Außenleiter
gebildeten Kapazitäten zu dem Innenleiter ein
Hochfrequenzstrom fließt.
Die Abstimmung der Hochfrequenz-Spulenanordnung erfolgt
dadurch, daß wenigstens einer der verschiebbaren Innenleiter
in geeigneter Weise verschoben wird, wobei sich die
Kapazitäten zwischen Innen- und Außenleiter und damit die
Resonanzfrequenz der Leiteranordnung ändert. Die Kapazität
hängt aber nicht nur von der Stellung der Innenleiter ab,
sondern auch von deren Dicke, von dem Innendurchmesser des
Außenleiters und von der relativen Dielektrizitätskonstante
des Dielektrikums. Durch geeignete Wahl dieser
Parameter kann der Abstimmbereich den jeweiligen Erfordernissen
angepaßt werden, ohne daß die äußeren Abmessungen
der Leitungsanordnung geändert werden müßten.
Eine Hochfrequenzspule kann aus mehreren derartiger
Leiteranordnungen aufgebaut sein. Auch dabei wird aber die
Resonanzfrequenz der Hochfrequenz-Spulenanordnung durch
die Resonanzfrequenz der einzelnen Leiteranordnungen
bestimmt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die beiden Innenleiter
zumindest hochfrequenzmäßig miteinander zu verbinden. Eine
Möglichkeit besteht darin, daß die beiden Innenleiter aus
den die Koppelöffnungen bildenden Enden des Außenleiters
herausragen und über einen elektrisch leitenden Schirm
miteinander verbunden sind. Der elektrisch leitende Schirm
kann dabei aber auch die Innenleiter mehrerer Leiteranordnungen
jeweils miteinander verbinden, die in gleicher
Richtung vom Hochfrequenzstrom durchflossen werden. Der
räumliche Verlauf des Hochfrequenz-Magnetfeldes kann durch
die Form des elektrisch leitenden Schirmes, den Abstand
der Leiteranordnung(en) vom Schirm und den Abstand der
Leiteranordnung(en) voneinander in großem Maße den
verschiedensten Anforderungen angepaßt werden.
Es lassen sich auf diese Weise Hochfrequenz-
Spulenanordnungen mit sehr hohen Resonanzgüten (typische Werte
zwischen 1000 und 1500 bei Verwendung von Kupferrohren für
die Außenleiter bzw. Kupferfolien für den Schirm)
erreichen. Bei typischen Abständen von etwa 5 cm bis 10 cm
zwischen dem Außenleiter bzw. den Außenleitern und dem
Schirm ergibt eine derartige Spulenanordnung relativ
kleine Induktivitäten und relativ große Kapazitäten.
Aus diesem Grund ergeben sich relativ kleine elektrische
Feldstärken und damit relativ geringe dielektrische
Verluste, wenn der Patient sich im Wirkungsbereich der
Spule befindet.
Bei der zuvor erwähnten Ausführungsform erfolgte die
hochfrequenzmäßige (und galvanische) Verbindung der
Innenleiter über den elektrisch leitenden Schirm. Die
Koppelöffnungen der Außenleiter werden dabei in der Regel
durch die beiden Enden des Außenleiters gebildet, aus
denen die Innenleiter herausragen.
Es ist aber auch möglich, mit einer oder mehreren
Leiteranordnungen eine hochfrequenzmäßig geschlossene
Stromschleife zu bilden. Eine erste Möglichkeit dazu besteht
darin, daß die Leiteranordnung einen vorzugsweise
rechteckigen Rahmen bildet, wobei sich die Koppelöffnungen in
unmittelbarer Nähe befinden und daß die aus der Koppelöffnung
herausragenden Enden der Innenleiter galvanisch
miteinander verbunden sind. Hierbei wird also nur eine
einzige gebogene oder geknickte Leiteranordnung verwendet.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die
Innenleiter einer ersten Leiteranordnung über die Innenleiter
einer zweiten Leiteranordnung miteinander verbunden
sind. In diesem Falle besteht zwischen den Enden des
Innenleiters einer Leiteranordnung nur eine hochfrequenzmäßige
Verbindung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Leiteranordnung mit einem Schirm in seitlicher
Darstellung,
Fig. 2 die gleiche Anordnung in einem Querschnitt
senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der
Leiteranordnung,
Fig. 3 deren Ersatzschaltbild,
Fig. 4a bis 4c eine Oberflächenspule in drei zueinander
senkrechten Ansichten,
Fig. 4d eine für höhere Frequenzen geeignete Abwandlung
dieses Prinzips in der Draufsicht,
Fig. 5 eine Körperspule mit zwei elektrisch leitenden
Schirmen,
Fig. 6 eine solche mit vier elektrisch leitenden Schirmen,
Fig. 7 bis 11 verschiedene Spulenanordnungen, die aus
einer oder mehreren Leiteranordnungen bestehen.
In Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein elektrisch leitendes Rohr
mit der Länge 2l L , dem Außendurchmesser D L und dem
Innendurchmesser D c bezeichnet. Das Rohr 1 bildet den
Außenleiter der Leiteranordnung. Typische Werte für D L
und D c sind 12 bzw. 10 mm. Im Innern des Rohres befindet
sich ein Dielektrikum. Für höhere Resonanzfrequenzen wird
ein Dielektrikum mit einer niedrigeren relativen
Dielektrizitätskonstante gewählt, z. B. Teflon, und für
niedrigere Resonanzfrequenzen wird ein Dielektrikum mit
einer höheren Dielektrizitätskonstante gewählt, z. B.
Aluminium-Oxyd-Keramik. Das Dielektrikum 2 besitzt in
seinem Inneren eine zum Außenleiter 1 konzentrische
Bohrung, in der zwei Innenleiter 3 a und 3 b verschiebbar
angeordnet sind, die aus den die Koppelöffnungen
darstellenden Enden des Außenleiters 1 herausragen und
vorzugsweise gleich tief in den Außenleiter 1 eintauchen,
wobei die Eintauchtiefe mit l c bezeichnet ist. Zusammen
mit einer noch zu beschreibenden hochfrequenzmäßigen oder
galvanischen Verbindung der herausragenden Enden der
Innenleiter 3 a und 3 b ergibt sich eine Leiteranordnung,
aus der - einzeln oder mit mehreren derartiger
Leiteranordnungen - eine Hochfrequenz-Spulenanordnung gebildet
werden kann.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 wird durch einen
elektrisch leitenden Schirm 6 eine galvanische Verbindung
zwischen den aus dem Außenleiter 1 herausragenden Enden
der Innenleiter 3 a und 3 b gebildet. Der Schirm 6 erstreckt
sich parallel zum Außenleiter 1 im Abstand H vom Zentrum
der Leiteranordnung und besitzt zwei Stirnflächen 7 a
und 7 b, die senkrecht zu der Leiteranordnung verlaufen und
die über einen nicht näher dargestellten Gleitkontakt
elektrisch leitend mit den Enden der Innenleiter 3 a und 3 b
verbunden sind.
In Fig. 3 ist das Ersatzschaltbild der Leiteranordnung
dargestellt. Die Anschlußpunkte 4 a und 4 b werden dabei
durch die Verbindungsstelle zwischen den Stirnflächen 7 a
und 7 b des Schirms 6 und der Innenleiter 3 a und 3 b
gebildet, während die Anschlußpunkte 5 a und 5 b die Enden
des Außenleiters bezeichnen (vgl. Fig. 1). Die Kondensatoren
C a bzw. C b stellen die Kapazitäten zwischen den
Innenleitern 3 a bzw. 3 b und dem Außenleiter 1 dar. Die
strichpunktierte Linie 8 in den Fig. 1 und 3 stellt eine
geometrische und elektrische Symmetrieebene dar und
entspricht einer Kurzschlußebene (Maximum des
Hochfrequenzstromes). Die Induktivitäten L a und L b ergeben
sich zwischen dem Außenleiter und dem Schirm beiderseits
der Symmetrieebene.
Die Resonanzfrequenz der Leiteranordnung ergibt sich gemäß
f res = 47,75* [ln(D c /d)/(ln(4H/D L )*l L *-l c *ε r )]1/2 (1)
in MHz, wenn l L und l c in Metern angegeben werden, und ε r
die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 2
ist.
Bei den für Ganzkörperuntersuchungen bei Kernspintomographen
typischen Längen der Spulen
(0,25 m 2l L 0,6 m) ergeben sich mit den innerhalb
gewisser Grenzen frei wählbaren Abmessungen D L , D c , d, H
und l c sowie für dielektrische Materialien mit relativen
Dielektizitätskonstanten zwischen 1,5 und 9 Werte der
Resonzfrequenz zwischen 20 MHz und 200 MHz (was den
Larmorfrequenzen von Wasserstoffprotonen von 0,5 T bis 5 T
entspricht). Resonanzfrequenzen zwischen 200 MHz und
600 MHz können mit Hochfrequenz-Spulenanordnungen erreicht
werden, bei denen die Länge der Leiteranordnungen zwischen
10 und 20 cm liegt. Die Länge 2l L des Außenleiters
sollte dabei stets kleiner sein als eine 1/4 Wellenllänge
bei der jeweiligen Resonanzfrequenz (in Luft). Wenn der
Hochfrequenzschirm 6 durch eine Kupferfolie gebildet wird
und der Außenleiter 6 durch ein Kupferrohr, liegen
typische Werte für die Resonanzgüte zwischen 1000 und
1500.
Resonanzfrequenzen unterhalb von 20 MHz für Niedrigfeldsysteme
bzw. andere Kerne als Protonen können mit Hilfe
von Bariumtitanaten als Dielektrikum verwirklicht werden,
deren relative Dielektrizitätskonstante zwischen 20 und 90
liegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, an den
Anschlußpunkten 4 a, 5 a und 4 b, 5 b verlustarme
konzentrierte Kondensatoren parallelzuschalten.
In den Fig. 4a, b und c ist eine nach dem vorstehend
geschilderten Prinzip aufgebaute Oberflächenspule
dargestellt, und zwar in der Seitenansicht, in einer
Frontansicht und in einer Draufsicht. Die Oberflächenspule
besteht aus einem elektrischen Schirm 6 und zwei
Leiteranordnungen. Die beiden Leiteranordnungen 9 verlaufen in
z-Richtung eines kartesischen xyz-Koordinatensystems. Der
Schirm, dessen Hauptfläche nicht eben ist, wie bei Fig. 1
und 2, sondern um eine zur z-Achse parallele Achse
gekrümmt, verbindet über seine Stirnflächen 7 a und 7 b die
Enden der Innenleiter jeder der beiden Leiteranordnungen.
Eine Brücke 10 verbindet die der Stirnfläche 7 b
zugewandten Enden der beiden Außenleiter und dient gleichzeitig
als Anschluß 5 b, z. B. über einen nicht dargestellten
in Serie geschalteten Anpassungskondensator, an
einen Hochfrequenzgenerator bzw. an einen Hochfrequenz-
Empfangsverstärker - im allgemeinen über ein Koaxialkabel
-, dessen anderer Anschluß (Masse) mit dem Schirm bzw. dem
Punkt 4 b verbunden ist. Die sich dabei ergebenden Ströme
sind in den Fig. 4a und 4c durch Pfeile angedeutet, wobei
der über den Hochfrequenzschirm fliessende Strom ein
Flächenstrom ist. Fig. 4b zeigt den resultierenden Verlauf
der magnetischen Feldlinien 11.
Durch die Anzahl der parallel geschalteten Leiteranordnungen,
durch ihre Anordnung innerhalb des Schirms und
durch die Form des Schirms läßt sich das Profil des
Hochfrequenz-Magnetfeldes den jeweiligen Bedürfnissen
entsprechend gestalten. Dabei kann der aus 6 und 7 a, 7 b
gebildete HF-Schirm auch auf Teilbereiche oberhalb der
Leiteranordnung 9 ausgedehnt werden, so daß eine zur
Symmetrieachse 8 und zur z-Achse vorzugsweise symmetrische
Spulenöffnung entsteht, die kleiner als die Projektionsfläche
des Schirmes 6 ist. Die Zahl der räumlich und
elektrisch parallel geschalteten Leiteranordnungen kann
dabei zwischen 1 und 6 liegen. Mit einer Oberflächenspule
der in Fig. 4a bis 4c dargestellten Art können bei einem
Kernspintomographiegerät große Abbildungsflächen bis
40 × 50 cm2 in der yz-Ebene erfaßt werden. In der xz- sowie
in der xy-Ebene können mit einer derartigen Spule wegen
des relativ schwachen Abfalls des (in y-Richtung
verlaufenden) Hochfrequenz-Magnetfeldes in x-Richtung
Abbildungen bis zu 12 cm Tiefe erreicht werden, wobei das
Signal-Rauschverhältnis noch höher liegt als bei einer
Ganzkörperspule.
Die in Fig. 4d dargestellte Ausführungsform unterscheidet
sich von der Ausführungsform nach Fig. 4a bis 4c dadurch,
daß jede der beiden Leiteranordnungen 9 durch zwei elektrisch
in Serie geschaltete Leiteranordnungen 9′ ersetzt
ist, wobei die einander zugewandten Innenleiter durch
einen einzigen Innenleiter ersetzt sind, der in die Außenleiter
beider Leiteranordnungen eintaucht. Die Abstimmung
erfolgt dabei durch die aus den Außenleitern herausragenden
Enden der jeweils verbleibenden Innenleiter, die mit
den Stirnflächen 7 a bzw. 7 b elektrisch leitend verbunden
sind. Die Leiteranordnungen sind dabei also nur halb so
lang wie die bei Fig. 4c, so daß sich auch die Induktivitäten
halbieren und die bei gleichem Hochfrequenzstrom in
der Leiteranordnung auftretenden Hochfrequenzspannungen
bzw. elektrischen Feldstärken. Bei körpernahem Betrieb
dieser Oberflächenspule sind die dielektrischen Verluste
im Betrieb wesentlich geringer.
Durch Verwendung mehrerer der in Fig. 4a bis 4c bzw. 4d
dargestellten Spulen kann eine den Kopf oder den Körper
ganz umschließende Spule gebaut werden, die in einem
relativ großen Bereich ein homogenes Hochfrequenz-Magnetfeld
erzeugt. Ein erstes Ausführungsbeispiel hierfür zeigt
Fig. 5.
Gemäß Fig. 5 sind zwei identisch aufgebaute Teilspulen 12 a
bzw. 12 b gemäß Fig. 4 symmetrisch zur yz-Ebene angeordnet,
so daß die Leiteranordnungen 9 in den beiden Teilspulen
symmetrisch zur z-Achse angeordnet sind. Die beiden
Oberflächenspulen 12 a und 12 b sind also um die z-Achse um 180°
gegeneinander versetzt angeordnet. Dementsprechend werden
auch die Leiteranordnungen 9 in den Teilspulen 12 a und 12 b
um 180° gegeneinander versetzt angesteuert, so daß der
Strom in der Spule 12 a jeweils die entgegengesetzte
Richtung hat wie der Strom in der Spule 12 b. Diese elektrische
Phasenverschiebung kann dadurch erreicht werden, -
daß die Spannung eines Hochfrequenzgenerators den
Klemmen 4 b und 5 b der Teilspule 12 b direkt und den
entsprechenden Klemmen der Teilspule 12 a über eine Leitung
zugeführt werden, deren Länge einer halben Wellenlänge bei
der betreffenden Frequenz entspricht.
Durch Verwendung von zusätzlichen Hochfrequenzschirmen 15,
die die Schirme der beiden Teilspulen 12 a und 12 b
elektrisch miteinander verbinden, kann die Homogenität des
damit erzeugten Hochfrequenzfeldes verbessert und können
äußere Störungen besser unterdrückt werden. Wenn die
Schirme 15 flexibel sind, kann der Abstand X zwischen den
Teilspulen mit Hilfe einer nicht näher dargestellten
variablen mechanischen Halterungsvorrichtung der Dicke des
jeweiligen Patienten angepaßt werden. Da die Empfindlichkeit
der Spule mit kleinerem Abstand X zunimmt, ergibt
sich also für den jeweils untersuchten Körperbereich das
größtmögliche Signal-Rauschverhältnis.
Die in Fig. 5 dargestellte Hochfrequenz-Spulenanordnung
erzeugt ein in y-Richtung verlaufendes magnetisches Feld.
Wenn diese Spulenanordnung bezüglich der Tischplatte 14 so
- wie in der Zeichnung dargestellt - ausgerichtet ist, daß
der Patient mit im allgemeinen ellipsenförmigen
Körperquerschnitt lateral von dem in y-Richtung verlaufenden
Magnetfeld durchsetzt wird, ergeben sich niedrigere
Hochfrequenzverluste und somit höhere Werte der Resonanzgüte
als bei einer Ausrichtung des Hochfrequenzfeldes
anterior-posterior (d. h. in x-Richtung).
Wie schon in Verbindung mit Fig. 4a bis 4d erläutert, kann
die Zahl der Leiteranordnungen 9 in den Teilspulen 12 a,
12 b größer oder kleiner als 2 sein. Ist die Zahl größer,
ergibt sich insbesondere in y-Richtung ein breiterer
Homogenitätsbereich des Hochfrequenz-Magnetfeldes.
Die in Fig. 6 dargestellte Hochfrequenz-Spulenanordnung
besteht aus vier Teilspulen 16 a, 16 b, 17 a und 17 b, die
jeweils um 90° bezüglich der z-Achse gegeneinander
versetzt sind und deren Leiteranordnungen parallel zur
z-Achse verlaufen. Jede dieser Teilspulen hat den in
Fig. 4a bzw. 4b dargestellten Aufbau.
Die einander gegenüberliegenden Spulen, z. B. 16 a und 16 b
oder 17 a und 17 b, werden wie schon in Verbindung mit
Fig. 5 erläutert mit um 180° gegeneinander versetzten
Spannungen gespeist. Jedoch sind die Spannungen zweier
benachbarter Teilspulen, z. B. 16 b und 17 b, um 90° in der
Phase gegeneinander versetzt. Deshalb erzeugt die in
Fig. 6 dargestellte Hochfrequenz-Spulenanordnung ein
zirkular polarisiertes, d. h. ein um die z-Achse rotierendes,
senkrecht zur z-Achse verlaufendes Hochfrequenz-
Magnetfeld.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verlaufen die Symmetrieebenen
16 c der Teilspulen 16 a und 16 b und 17 c der
Teilspulen 17 a und 17 b unter einem Winkel von 45° zur
Tischplatte 14. Wenn sich der Patient 13 darauf in Bauch-
oder Rückenlage befindet, werden die beiden Teilspulensysteme
16 a und 16 b bzw. 17 a und 17 b gleichmäßig belastet,
so daß die zirkulare Polarisation erhalten bleibt. Wenn
die zusätzlichen Hochfrequenzschirme 15, die die Schirme
der Teilspulen 16 a . . . 17 b miteinander verbinden, flexibel
sind, kann eine gleichmäßige Belastung auch durch geringes
Verkippen oder Verschieben der Teilspulen erreicht werden.
Vorstehend wurde die Erzeugung hochfrequenter Magnetfelder
beschrieben, doch können mit derartigen Spulenanordnungen
auch hochfrequente Magnetfelder in elektrische Signale
umgesetzt werden. Die von den einzelnen Teilspulen
erzeugten Signale müssen einander dann mit der angegebenen
Phasendrehung überlagert werden.
Bei den bisher beschriebenen Hochfrequenz-Spulenanordnungen
erfolgte die elektrische Verbindung zwischen
den Enden der Innenleiter einer Leiteranordnung durch
einen gesonderten Schirm. Diese Verbindung kann aber auch
dadurch erreicht werden, daß die Leiteranordnung zu einer
runden oder - wie in Fig. 7 dargestellt - rechteckigen
Schleife gebogen wird, so daß die Enden des Außenleiters,
die die Koppelöffnungen bilden, einander unmittelbar
benachbart sind. Die aus diesen Enden herausragenden Enden
der Innenleiter sind direkt miteinander verbunden und der
Verbindungspunkt 4′ sowie das eine Ende 5′ des Außenleiters
1 bilden die Anschlußpunkte für den Hochfrequenzgenerator
bzw. - bei Verwendung als Empfangsspule -
für einen Empfänger, der die in der Spule induzierten
Kernspin-Resonanzsignale verarbeitet. Die Innenleiter
bestehen in diesem Fall aus einem innerhalb des Außenleiters
nicht verschiebbaren Abschnitt 3 c und einem innerhalb
des Außenleiters 1 bzw. des Dielektrikums verschiebbaren
Abschnitt 3 d, wobei die beiden Abschnitte über einen
Gleitkontakt miteinander verbunden sind. Die Abschnitte 3 c
befinden sich in den dem Anschlußpunkt 4′ benachbarten
Schenkeln des Außenleiters, während die verschiebbaren
Abschnitte 3 d in den beiden verbleibenden Schenkeln des
Rahmens angeordnet sind. Diese Schenkel sind im Bereich
der Gleitkontakte der beiden Innenleiter mit Öffnungen 18
versehen, durch die hindurch die Abschnitte 3 d zum Zwecke
der Abstimmung verschoben werden können.
Ist die Leiteranordnung auf Resonanz abgestimmt, dann
bildet die Diagonale 8′ des Rahmens eine elektrische und
geometrische Symmetrieebene, die einer Kurzschlußebene
entspricht und daher mit Masse verbunden werden kann.
In Fig. 8 ist eine Rahmenspule dargestellt, die aus zwei
gleichartigen U-förmig geknickten Leiteranordnungen
besteht, deren aus den freien Enden herausragende Innenleiter
miteinander verbunden sind. Einer der Verbindungspunkte
4′ bildet zusammen mit dem benachbarten Ende einer
der
beiden Leiteranordnungen 5′ den Anschluß für einen
Hochfrequenzgenerator bzw. Empfänger. Die Innenleiter jeder
der beiden Leiteranordnungen bestehen wiederum aus einem
festen und einem verschiebbaren Abschnitt, die über einen
Gleitkontakt miteinander verbunden sind, und die den
verschiebbaren Abschnitt tragenden Schenkel sind im
Bereich der Gleitkontakte wiederum mit Öffnungen 18
versehen, durch die hindurch diese Abschnitte in Pfeilrichtung,
d. h. in Richtung der Schenkel, verschoben werden
können.
Der Vorteil eines derart zusammengesetzten Rahmens gegenüber
dem in Fig. 7 dargestellten Rahmen besteht in
verringerten dielektrischen Verlusten bei Betrieb als
Oberflächenspule.
Fig. 9a, b zeigt wiederum eine durch eine einzige
Leiteranordnung gebildete Spule, die jedoch durch einen
Mittelschenkel 19 in zwei gleich große Hälften unterteilt
ist, so daß sich ein Doppelrahmen ergibt. Die Koppelöffnungen
20 befinden sich hierbei in der Mitte des Mittelschenkels
19, wobei der Verbindungspunkt der aus den
Koppelöffnungen herausragenden Innenleiterenden den einen
Anschluß und das eine Ende des Außenleiters des Mittelschenkels
19 den anderen Anschluß 5′ für einen
Hochfrequenzgenerator bilden. Dadurch werden in den beiden
Rahmenhälften Ströme mit entgegengesetztem Umlaufsinn
erzeugt bzw. Magnetfelder, die auf der Ebene des Doppelrahmens
senkrecht stehen und einander entgegengerichtet
sind. Die Innenleiter bestehen wiederum aus einem innerhalb
des Außenleiters nicht verschiebbaren Abschnitt und
einem damit über einen Gleitkontakt verbundenen beweglichen
Abschnitt, der durch Öffnungen 18 im Bereich des
beweglichen Abschnittes verschoben werden kann. Die von
den beiden Spulenhälften erzeugten einander entgegengerichteten
Magnetfelder kompensieren sich in größerem
Abstand von der Spulenebene. Das resultierende Magnetfeld
ist daher räumlich auf einen engen Bereich um die Spule
begrenzt. Daraus ergibt sich eine geringere Bedämpfung der
Spulenresonanz durch Hochfrequenzverluste im Körpergewebe
und ein besseres Signal-Rauschverhältnis bei Verwendung
des Rahmens als Oberflächenspule zum Empfang von
Kernspinresonanzsignalen.
Ein weiterer Vorteil dieser Spule zeigt sich, wenn sie
dazu benutzt wird, Kernspinresonanzsignale aufzunehmen,
die durch das homogene hochfrequente Magnetfeld einer
Sendespule angeregt werden. Dann erweist sich als Vorteil,
daß sich die dadurch in den beiden Hälften der Empfangsspule
induzierten Signale kompensieren, so daß die
Empfangsspule stets von der Sendespule entkoppelt ist.
Die in Fig. 10 dargestellte Hochfrequenzspule bildet
ebenfalls einen Doppelrahmen, jedoch besteht sie aus zwei
Leiteranordnungen. Die eine Leiteranordnung 91 bildet den
Mittelschenkel, während die andere rechteckig abgewinkelte
Leiteranordnung 92 den Rahmen bildet, der im Bereich der
Enden des Mittelschenkels mit Koppelöffnungen 20 versehen
ist. Dort sind die Innenleiter der den Mittelschenkel
bildenden Leiteranordnung 91 mit den Innenleitern der den
Rahmen bildenden Leiteranordnung 92 verbunden. Einer der
beiden Verbindungspunkte 4′ und das benachbarte Ende 5′
des Außenleiters der Leiteranordnung 91 dienen der
Zuführung bzw. zur Entnahme der Hochfrequenzsignale. Bei
Abstimmung auf Resonanz ergeben sich in der Mitte des
mittleren Schenkels 91 und in der Mitte der Schenkel der
Leiteranordnung 92 Strommaxima, so daß diese Punkte
geerdet werden können.
Das in Fig. 11 in Frontansicht und Draufsicht
dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, daß aus den
Leiteranordnungen auch eine Sattelspule nachgebildet
werden kann. Die Sattelspule besteht aus zwei identisch
aufgebauten und zu einer Ebene 21 symmetrisch angeordneten
Hälften. Jede Hälfte setzt sich aus vier Leiteranordnungen
zusammen. Die beiden Leiteranordnungen 95, 96 sind geradlinig,
gleich lang und parallel zueinander und zur Symmetrieebene
21 angeordnet. Die Leiteranordnungen 93 und 94
sind ebenfalls miteinander identisch, sind jedoch in der
Mitte geknickt. Die aus ihnen herausragenden Innenleiterenden
sind mit den Innenleiterenden der Schenkel 95 und 96
verbunden, so daß die daraus gebildete Spulenhälfte den
Konturen eines Satteldaches ähnelt. Die Zuführung bzw.
Entnahme von Hochfrequenzsignalen erfolgt wiederum
zwischen einem der Verbindungspunkte 4′ der Innenleiter
und dem benachbarten Ende des Außenleiters 5′. Die
Speisung der unteren Spulenhälfte erfolgt an der gleichen
Stelle, so daß der Hochfrequenzstrom durch die Schenkel 95
und 96 der oberen Spulenhälfte und durch die ihnen symmetrisch
zur Ebene 21 zugeordneten Schenkel der unteren
Spulenhälfte jeweils in der gleichen Richtung fließt.
Wenn jede der Leiteranordnungen auf die gleiche Resonanzfrequenz
abgestimmt ist, ergeben sich Strommaxima jeweils
in der Mitte der Außenleiter sowie an allen Verbindungspunkten
(entsprechend 4′) der aus den Außenleitern
herausragenden Innenleiter. Diese Punkte können daher geerdet
werden. Aufgrund der vielen Massepunkte einer derart
aufgebauten Sattelspule ergeben sich im Innenbereich der
Spule relativ geringe elektrische Feldstärken und damit
relativ geringe dielektrische Verluste.
Um eine Spulenanordnung, die aus mehreren Leiteranordnungen
aufgebaut ist, wie beispielsweise die nach Fig. 5,
6 oder 11, betreiben zu können, müssen alle Leiteranordnungen
auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sein.
Wenn damit eine Kernspinresonanzuntersuchung vorgenommen
werden soll und ein Patient sich in der Nähe der
Spulenanordnung befindet, ergibt sich eine geringere Verstimmung.
Diese Verstimmung kann jedoch durch Nachstimmen nur einer
der Leiteranordnungen beseitigt werden.
Claims (12)
1. Hochfrequenz-Spulenanordnung für Kernspinresonanzgerät
mit einer Leiteranordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung einen ein
Dielektrikum (2) umschliessenden Außenleiter (1) mit
hohlzylindrischem Querschnitt und mit zwei Koppelöffnungen
umfaßt, daß innerhalb des Dielektrikums (3 a, 3 b) zwei
wenigstens teilweise verschiebbare Innenleiter vorgesehen
sind, die lediglich im Bereich der Koppelöffnung zumindest
hochfrequenzmäßig miteinander verbunden sind und daß die
Hochfrequenzsignale zwischen dem Außenleiter und einem der
Innenleiter so zugeführt bzw. entnommen werden, daß über
den Außenleiter (1) und von diesem über zumindest eine der
durch einen Innenleiter und den Außenleiter gebildeten
Kapazitäten zu dem Innenleiter ein Hochfrequenzstrom
fließt.
2. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Innenleiter aus den
die Koppelöffnungen bildenden Enden des Außenleiters
herausragen und über einen elektrisch leitenden Schirm (6)
miteinander verbunden sind.
3. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leiteranordnungen über
ihre Innenleiter elektrisch in Serie geschaltet sind und
daß die beiden äußeren Leiteranordnungen über die aus
ihren abgewandten herausragenden Innenleiter über einen
elektrisch leitenden Schirm miteinander verbunden sind.
4. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leiteranordnungen
über den gleichen Hochfrequenzschirm elektrisch
parallelgeschaltet sind (Fig. 4).
5. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach einem der
Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung(en) (9)
geradlinig und parallel zu einer Seitenfläche des
Schirms (6) verlaufen und daß die Enden der Innenleiter
mit senkrecht dazu verlaufenden Stirnflächen (7 a, 7 b) des
Schirms elektrisch leitend verbunden sind.
6. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von
Schirmen mit den zugehörigen Leiteranordnungen zumindest
paarweise symmetrisch zu einer parallel zur Richtung der
Leiteranordnungen verlaufenden Achse angeordnet
sind (Fig. 5, 6).
7. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung (1) einen
vorzugsweise rechteckigen Rahmen bildet, wobei sich die
Koppelöffnungen in unmittelbarer Nähe befinden und daß die
aus der Koppelöffnung herausragenden Enden der Innenleiter
(3 c) galvanisch miteinander verbunden
sind (Fig. 7).
8. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter einer ersten
Leiteranordnung über die Innenleiter einer zweiten
Leiteranordnung miteinander verbunden sind (Fig. 8, 10, 12).
9. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiteranordnungen
einen vorzugsweise rechteckigen Rahmen bilden (Fig. 8).
10. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine oder zwei Leiteranordnungen
so gestaltet sind, daß ein symmetrischer Doppelrahmen
gebildet wird, wobei die Ströme in den Außenleitern
der Teilrahmen entgegengesetzten Umlaufsinn
aufweisen (Fig. 9, 10).
11. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnungen geknickt
sind.
12. Hochfrequenz-Spulenanordnung nach Anspruch 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter aus zwei
Abschnitten (3 c, 3 d) bestehen, von denen der eine (3 c)
fest im Dielektrikum angeordnet ist und der andere damit
leitend verbundene Abschnitt (3 d) innerhalb des
Dielektrikums verschiebbar ist.
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