DE3727056A1 - Oberflaechenspule fuer die untersuchung eines objektes mit hilfe der kernmagnetischen resonanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenspule für die spektroskopische oder bildgebende Untersuchung eines Objektes mit Hilfe der kernmagnetischen Resonanz, wobei die Ober­ flächenspule ein zu einer ersten Windung geformtes Koaxial­ leiterstück aufweist und wobei an einem Ende des Koaxialleiter­ stückes der Innenleiter mit der Mantelabschirmung am Anfang der ersten Windung elektrisch verbunden ist.

Eine derartige Oberflächenspule ist beispielsweise aus der EP-Al-02 22 982 bekannt.

Oberflächenspulen werden in der Kernspin-Tomographie und in der Kernspin-Spektroskopie verwendet, wenn bestimmte Teile des Untersuchungsobjektes mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis ausgewertet werden sollen. Dabei wird das Untersuchungsobjekt in ein homogenes magnetisches Grundfeld einer MR-Anlage ge­ bracht. Die Oberflächenspule wird in der Nähe des zu unter­ suchenden Bereiches positioniert. In dem zu untersuchenden Be­ reich werden mit Hilfe von Hochfrequenzimpulsen die Kernspins des Untersuchungsobjektes angeregt. Diese Anregung kann ent­ weder durch die Oberflächenspule oder eine den gesamten Unter­ suchungsbereich erfassende Antenne erfolgen. Danach wird das von den angeregten Kernspins ausgesandte Kernresonanzsignal von der Oberflächenspule aufgenommen und in einer MR-Anlage abgespeichert. Für die ortsaufgelöste Spektroskopie und für Bildgebung werden dem homogenen magnetischen Grundfeld zu­ sätzlich noch magnetische Gradientenfelder aufgeschaltet.

Eine herkömmliche Oberflächenspule ist zur Erläuterung der Problemstellung in Fig. 1 dargestellt. Die Oberflächenspule be­ steht aus zwei koaxialen Windungen 1 und 2. Mit der zweiten Windung wird gegenüber einer einzigen Windung eine Erhöhung der Gesamt-Induktivität der Oberflächenspule und damit eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht. Die Ober­ flächenspule wird über eine Koaxialleitung 4 an einen Empfänger bzw. an eine kombinierte Sende-Empfangs-Schaltung 5 angeschlossen. Die Koaxialleitung 4 ist gegenüber Erde unsymmetrisch. Um einen erdsymmetrischen Anschluß der Oberflächenspule zu erreichen, ist in einer Abstimmeinheit 3 eine Symmetrierschaltung vorgesehen. Diese besteht aus einem Differentialdrehkondensator mit zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten 3 a und 3 b. Der Differential­ drehkondensator ist an die beiden Anschlüsse der Oberflächen­ spule 1 und 2 angeschlossen. Der Innenleiter der Koaxial­ leitung 4 ist über einen einstellbaren Anpaßkondensator 3 c mit einem Anschluß der Oberflächenspule 1 und die Mantelabschirmung der Koaxialleitung mit dem Verbindungspunkt der beiden Kapazitäten 3 a und 3 b verbunden.

Bei dieser Anordnung ist ein Differentialdrehkondensator, also zwei Kondensatoren mit gemeinsamer Abgleichmöglichkeit, not­ wendig. Die Symmetrierschaltung ist nicht frequenzunabhängig. Die Abstimmeinheit muß in unmittelbarer Nähe der Oberflächenspule 1 angeordnet werden, was in der Praxis nachteilig ist.

Aus der eingangs genannten EP-Al-02 22 982 ist eine Oberflächen­ spule bekannt, die ohne Symmetrierschaltung an eine Koaxial­ leitung angeschlossen werden kann. Die Oberflächenspule ist als Schleife eines Koaxialleiters ausgeführt. Hierbei kann zur Erhöhung der Gesamt-Induktivität der Koaxialleiter auch mehrere Windungen aufweisen. In diesem Falle wird die Oberflächenspule aufgrund des verhältnismäßig großen Durchmessers der Koaxial­ leitung jedoch unhandlich und durch die große Leiteroberfläche steigt auch die kapazitive Verstimmung durch das Untersuchungs­ objekt. Wenn die Windungen planparallel zueinander sein sollen, wird aufgrund des großen Durchmessers der Mantelabschirmung der Übergang zwischen den Windungen in der Herstellung aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Oberflächenspule der eingangs genannten Art so auszuführen, daß ein einfacher kompakter Aufbau möglich ist und die kapazitive Verstimmung durch das Untersuchungsobjekt gering bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung über mindestens eine zweite Windung des Innenleiters ohne Mantelabschirmung erfolgt, wobei der Windungssinn der zweiten Windung gleich dem Windungssinn der ersten Windung ist.

Der Innenleiter ohne Mantelabschirmung weist einen wesentlich geringeren Durchmesser als der vollständige Koaxialleiter auf. Dadurch wird das Bauvolumen verkleinert und die von der Ober­ fläche des Leiters abhängige kapazitive Verkopplung mit dem Untersuchungsobjekt reduziert.

Wenn die Oberflächenspule in einer vorteilhaften Ausführungs­ form über eine Koaxialleitung an eine Anpaßeinheit angeschlossen ist, kann die Anpaßeinheit vorteilhafterweise außerhalb des Untersuchungsbereiches angebracht sein. Dies erleichtert die Hand­ habung der Oberflächenspule.

In einer Ausführungsform der Erfindung können die erste und die weiteren Windungen unterschiedlichen Durchmesser haben. Damit können die weiteren Windungen in eine Ebene mit der ersten Windung gelegt werden, so daß die Bauhöhe der Oberflächenspule reduziert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels nach den Fig. 2 und 3 näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer weiteren Windung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei weiteren Windungen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Oberflächenspule 1 über eine Koaxialleitung 4 und eine Abstimmeinheit 3 an eine Sende-/Empfangseinheit 5 angeschlossen. Die Abstimmeinheit 3 enthält einen in Serie in den Innenleiter der Koaxialleitung 4 geschalteten Anpassungskondensator 3 c und einen zwischen Innen­ leiter und Mantelabschirmung des Koaxialleiters 4 geschalteten Abstimmkondensator 3 d zur Anpassung der Oberflächenspule 1 an die Betriebsfrequenz. Das Leiterstück 4 b des Koaxialleiters zwischen Abstimmeinheit 3 und Oberflächenspule 1 wird zweckmäßiger­ weise so gewählt, daß die Abstimmeinheit 3 außerhalb des Untersuchungsbereiches angeordnet werden kann.

Die Oberflächenspule enthält im dargestellten Ausführungs­ beispiel eine Windung 1 als Fortsetzung der Koaxialleitung 4. Der Innenleiter 1 a der Koaxialleitung 4 wird ohne Mantelabschir­ mung zu einer weiteren Windung 2 geformt, die zur ersten Windung konzentrisch ist. Das Ende des Innenleiters wird mit der Mantelabschirmung 1 b an einem Punkt 6 am Beginn der ersten Windung verbunden. Beide Windungen 1, 2 haben dabei denselben Windungssinn.

Bei dieser Anordnung wirkt die erste Windung 1 des Innenleiters 1 a mit der Mantelabschirmung 1 b als Symmetrierglied. Aufgrund des kapazitiven Nebenschlusses zwischen dem Innenleiter 1 a und der Mantelabschirmung 1 b ergibt sich, daß vom Verbindungspunkt 6 aus betrachtet der Punkt 7 am Austritt des Innenleiters 1 a aus der Mantelabschirmung 1 b ein erdsymmetrisches mittleres Potential aufweist. Der Punkt 6 besitzt daher Erdpotential, ohne direkt geerdet zu sein.

Die unsymmetrische Koaxialleitung 4 als Verbindungsleitung zur Sende-/Empfangseinheit 5 stört die Stromverteilung in der Ober­ flächenspule bzw. die Symmetrie der Anordnung nicht, da der Außenleiter 1 b keine Spannung gegen Erde hat. Dadurch entstehen keine Mantelströme in der Mantelabschirmung 1 b, die über das Meßobjekt als Verluststrom in die Oberflächenspule eingekoppelt werden könnten. Solche Verlustströme würden zu einer Frequenz­ verstimmung der Oberflächenspule, zu einer Verschlechterung der Systemgüte und damit zu einem Rückgang der Empfindlichkeit führen.

Die Leiteroberfläche der zweiten Windung 2 ist bezüglich der Leiteroberfläche der ersten Windung 1 b reduziert. Typischer­ weise weist die zweite Windung 2 den doppelten Durchmesser des Innenleiters 1 a auf, um einerseits die Verluste gering zu halten, andererseits aber auch die Kapazität der Windung 2 nicht zu groß werden zu lassen. Da die Mantelabschirmung 1 b üblicherweise den vierfachen Durchmesser des Innenleiters 1 a hat, weist die Windung 2 nur den halben Durchmesser der Mantel­ abschirmung 1 b auf. Damit bewirkt die zweite Windung 2 auch eine um den Faktor 2 geringere kapazitive Verstimmung durch das Untersuchungsobjekt. Zweckmäßigerweise wird man daher bei dieser Anordnung die zweite Windung 2 dem Meßobjekt zuwenden.

Der Abgleich auf die Resonanzfrequenz erfolgt durch den Kon­ densator 3 d in der Abstimmeinheit 3 und die Anpassung an die Leitungsimpedanz durch den Kondensator 3 c.

Der Durchmesser der beiden Windungen 1, 2 kann unterschiedlich sein. Ebenso kann auch der Abstand zwischen den Windungen variiert werden.

Das Spulensystem kann außer in Kreisform zur besseren An­ passung an ein Untersuchungsobjekt auch rechteckig, quadratisch, oval oder eliptisch ausgeführt werden. Ebenso ist eine Kombination der ersten Windung 1 und der weiteren Windungen in verschieden geometrischer Form möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Planparallelität der Windungen ohne besonderen Aufwand erreicht werden. Der Übergang zwischen erster Windung und weiteren, planparallelen Windungen, bereitet fertigungstechnisch keinerlei Schwierigkeiten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei sind zwei weitere Windungen 2 und 8 ohne Mantelabschirmung vorgesehen. Die weiteren Windungen 2 und 8 sind konzentrisch und planparallel zur ersten Windung 1 an­ geordnet, wobei die erste Windung 1 zwischen den beiden weiteren Windungen 2 und 8 liegt.

Es können auch mehr als zwei zusätzliche Windungen vorgesehen sein, so daß die Induktivität nochmals erhöht werden kann. Eine Grenze für die Windungszahl liegt lediglich darin, daß die Symmetrierwirkung der als Koaxialleitung ausgeführten Windung 1 mit zunehmender Anzahl von zusätzlichen Windungen nachläßt. Wenn man bei der Anordnung in Fig. 3 eine Windung 2 oder 8 weg­ läßt, so erhält man eine Helmholtz-Anordnung.

Claims (5)

1. Oberflächenspule für die spektroskopische oder bildgebende Untersuchung eines Objektes mit Hilfe der kernmagnetischen Resonanz, wobei die Oberflächenspule ein zu einer ersten Win­ dung geformtes Koaxialleiterstück (1) aufweist, wobei an einem Ende des Koaxialleiterstückes (1) der Innenleiter (1 a) mit der Mantelabschirmung (1 b) am Anfang (6) der ersten Windung (1) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung über mindestens eine zweite Windung (2) des Innenleiters ohne Mantelabschirmung erfolgt, wobei der Windungssinn der zweiten Windung (2) gleich dem Windungssinn der ersten Windung (1) ist.

2. Oberflächenspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspule über eine Koaxialleitung (4) an eine Abstimmeinheit (3) angeschlossen ist.

3. Oberflächenspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die weiteren Windungen (2, 8) unterschied­ lichen Durchmesser haben.

4. Oberflächenspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei weitere Windungen (2, 8) vorgesehen sind und daß die erste Windung (1) zwischen den weiteren Windungen (2, 8) angeordnet ist.

5. Oberflächenspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (2, 8) eine Kreisform aufweisen.