DE3512682C2 - Hochfrequenzspule für ein magnetisches Kernresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die magnetische Kernresonanz hat sich entsprechend dem schnellen Fortschritt der Elektronik in den letzten Jahrzehnten gleichermaßen rasch entwickelt und Anwendung gefunden auf den verschiedensten Forschungsgebieten, insbesondere in der Atom-, Molekül-Flüssigkeits- und Festkörper-Forschung. Besonders auf dem Gebiet der Festkörperphysik und -chemie ist die magnetische Kernresonanz eine mit anderen Techniken nicht zu vergleichende Untersuchungstechnik, mit der die Materialien vom mikroskopischen Standpunkt aus verstanden werden können. Das Prinzip der magnetischen Kernresonanz beruht vor allem auf der Hochfrequenz-Spektroskopie, die schwach in Wechselwirkung steht mit einem Meßsystem unter Verwendung eines gleichförmigen statischen Magnetfeldes und einem schwachen Hochfrequenz-Magnetfeld.

Kürzlich wurde die Forschung auf klinische Anwendungen der magnetischen Kernresonanz ausgedehnt, das heißt auf die Tomographie, unter Anwendung der magnetischen Kernresonanz- Technologie und Bilderkennungs-Technologie, wie sie in der Röntgen-Computer-Tomographie bekannt ist (magnetische Kernresonanz- Computer-Tomographie: NMR-CT). für die Zwecke der magnetischen Kernresonanz-Darstellung wird nach Fig. 1 ein hohes gleichförmiges statisches Magnetfeld H₀ (maximal 0,15 Tesla) durch vier Solenoid- bzw. Hauptspulen MC1 bis MC4 erzeugt, die konzentrisch nach Art eines Zylinders angeordnet sind. Im Inneren der Luftkernspulen ist eine Golay- Spule GC für ein Gradientenfeld angeordnet, das lineare Gradientenfelder längs der x-, y- und z-Achsen erzeugt unter der Annahme, daß die Richtung des statischen Feldes H₀ sich mit derjenigen der z-Achse deckt. Ferner ist innerhalb der Golay-Spule GC eine sattelförmige bzw. Sattel- Hochfrequenzspule SC angeordnet zur Erzeugung eines Hochfrequenz- Magnetfeldes H₁, das in einem weiten Bereich gleichförmig und senkrecht zum statischen Magnetfeld H₀ gerichtet ist und mit dem ein magnetisches Kernresonanzsignal erkannt bzw. dargestellt werden kann.

Eine Hochfrequenzspule für die oben erwähnte magnetische Kernresonanz-Computer-Tomographie ist in Fig. 2 dargestellt. Durch die Bezugsziffer 1 wird ein Kupferröhrchen gekennzeichnet, das die Hochfrequenzspule darstellt; die Bezugsziffer 2 betrifft Elektroden, die einstückig mit dem Kupferröhrchen 1 ausgebildet ist und als Anschluß für einen Hochfrequenzstrom dienen; Bezugsziffer 3 gibt ein Hochfrequenz- Magnetfeld an, das vom Hochfrequenzstrom stammt, der durch die Hochfrequenzspule fließt.

Da die herkömmliche Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz wie oben beschrieben konstruiert ist, ist es erforderlich, ein Kupferröhrchen entsprechend den vorgegebenen Abmessungen zu biegen, wobei es nicht gerade einfach ist, das Kupferröhrchen mit einer vorgegebenen bzw. vorbestimmten Genauigkeit herzustellen.

Eine besondere Form der eingangs erläuterten Sattelspule wird in der EP 01 07 238 A1 erläutert und umfaßt mehrere, parallel geschaltete und nebeneinander angeordnete Sattelspulen. Auch diese sind jedoch nicht einfach herzustellen.

Aus der DE 31 33 432 A1 ist eine Hochfrequenzfeld-Einrichtung für eine Kernspinresonanz-Apparatur bekannt, bei welcher geradlinige Leiterabschnitte mit einem sie umgebenden Mantel ein elektrisches Resonanzsystem bilden, und zwar aufgrund der zwischen den Leitern und dem Mantel gebildeten Kapazität und der von den Leitern selbst gebildeten Induktivität. Die Abstimmung bzw. die exakte Konstruktion des Systems ist jedoch sehr schwierig.

Aus der WO 84/00 214 A1 ist eine Sattelspule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Bei dieser Sattelspule wird anstelle des massiven Leiters, der anhand von Fig. 2 beschrieben wurde, eine Sandwich-Struktur verwendet, die aus zwei übereinanderliegenden Leiterbahnabschnitten besteht, welche durch einen Isolierkörper voneinander getrennt sind. Diese Struktur ist noch schwieriger herzustellen als die eingangs beschriebene Sattelspule.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sattelspule der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Herstellung vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte konstruktive Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spule sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Spule anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Grundanordnung eines magnetischen Kernresonanz- Computer-Tomographen,

Fig. 2 eine herkömmliche Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 eine der Ausführungsform nach Fig. 3 äquivalente elektrische Schaltung, und

Fig. 5 eine der elektrischen Schaltung nach Fig. 4 entsprechende äquivalente Schaltanordnung.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hochfrequenzspule anhand der Darstellung in Fig. 3 näher beschrieben. Mit der Bezugsziffer 4 sind Metallstreifen zum Beispiel aus Kupfer gekennzeichnet. Elektrische Isolierelemente besitzen die Bezugsziffer 5. Diese sind jeweils zwischen benachbarten Metallstreifen 4 angeordnet. Mit der Bezugsziffer 2 sind Elektroden entsprechend denen in Fig. 2 gekennzeichnet. Die Bezugsziffer 3 gibt ein Hochfrequenz-Magnetfeld an. Nun soll die Funktion der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform beschrieben werden:

Ein Hochfrequenzstrom, der über die Elektroden 2 der Hochfrequenzspule angeschlossen wird, fließt durch eine Vielzahl von Metallstreifen 4 und die elektrischen Isolierelemente 5, die zwischen den Metallstreifen angeordnet sind mit dem Ergebnis, daß ein Hochfrequenz-Magnetfeld 3 erzeugt wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 kann bildlich durch eine äquivalente elektrische Schaltung gemäß Fig. 4 dargestellt werden. Die Symbole C₁ bis C₅ betreffen Kapazitäten bzw. Kondensatoren, die durch die elektrischen Isolierelemente bzw. -körper 5 und zwei Metallstreifen 4 zu beiden Seiten des Isolierkörpers 5 gebildet werden. Die Symbole L₁ bis L₅ bedeuten Induktivitäten, die durch die entsprechenden Metallstreifen 4 bestimmt sind.

Ferner kann die elektrische Schaltung nach Fig. 4 bildlich als äquivalentes Schaltbild entsprechend Fig. 5 dargestellt werden. Die Impedanz Z des äquivalenten Schaltkreises nach Fig. 5 ist Z = j (ωL- ). Deshalb kann bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in entsprechender Weise die Induktivität der Hochfrequenzspule reduziert werden im Vergleich zu einer Impedanz Z′ = jωL einer herkömmlichen Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz gemäß Fig. 2.

Für den Fall, daß ein Hochfrequenz-Felderzeugungsdetektor für magnetische Kernresonanz in einem vergleichsweise hohen Magnetfeld unter Verwendung der beschriebenen Hochfrequenzspule eingesetzt werden soll, wird die Anordnung einer Impedanz-Anpassungseinheit zwischen der Hochfrequenzspule und einem damit verbundenen Hochfrequenz- Sender/Empfänger ermöglicht.

Da außerdem die Durchschlagspannung eines variablen Kondensators zur Verwendung in einer solchen Impedanz-Anpassungseinheit im wesentlichen proportional ist der Induktivität der Hochfrequenzspule, kann diese konsequenterweise auf eine niedrigere Größe eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den variablen Kondensator selbst sowie die Impedanz-Anpassungseinheit, die den variablen Kondensator enthält, zu minimieren.

Auf diese Weise werden nach der beschriebenen Ausführungsform die elektrischen Isolierkörper 5 zwischen der Vielzahl von Metallstreifen angeordnete unter Ausbildung einer Sattelspule, durch die ein Hochfrequenzstrom fließt.

Verglichen mit dem Stand der Technik ermöglicht die Erfindung eine Impedanzanpassung der Hochfrequenzspule und vereinfacht die Herstellung eines magnetischen Kernresonanzgerätes.

Als elektrische Isolierkörper 5 können Festkörper oder Gase verwendet werden. Bei Verwendung von Kondensatoren, zum Beispiel Chip-Kondensatoren, wie sie auf dem Markt erhältlich sind, als Festkörper-Isolatoren 5, werden die Kondensatoren und die entsprechenden Metallstreifen 4 durch Löten elektrisch miteinander verbunden; bei Verwendung von Acryl- oder dergleichen -Kunststoffkörpern werden diese mit den entsprechenden Metallstreifen 4 durch einen Epoxykleber verbunden. Weiterhin können als Feststoffkleber Silikonkleber oder dergleichen verwendet werden. Bei Verwendung von Luft als Gas-Isolatoren 5 wird die Sattelspule mit entsprechenden Luftspalten zwischen den benachbarten Metallstreifen 4 versehen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform bestehen die Metallstreifen aus Kupfer. Es kann jedoch auch anderes Metall verwendet werden. Ferner wurde oben beschrieben, daß die Metallstreifen und die Festkörper-Isolatoren miteinander verklebt sein können. Es braucht jedoch nicht näher dargelegt zu werden, daß bei Verwendung eines Spulenkörpers (nicht dargestellt) für die Spule auch eine Verklebung zwischen dem Spulenkörper und den Metallstreifen erforderlich ist. Auch wenn die Sattelspule mit zehn Metallstreifen 4 und 10 elektrischen Isolierkörpern 5 ausgeführt ist, ist diese Zahl der genannten Elemente nicht darauf beschränkt, wobei die Aufteilung der Sattelspule eine Frage der Gestaltung derselben ist. Auch ist die Form der Verbindung bzw. des Verbindungsabschnittes zwischen Metallstreifen 4 und elektrischem Isolierkörper 5 nicht auf diejenige nach Fig. 3 beschränkt.

Claims (10)

1. Hochfrequenzspule für magnetische Kernresonanz in Form einer Sattelspule, die Metallstreifen (4) und Kapazitäten bildende elektrische Isolierkörper (5) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung(en) der Spule aus Abschnitten der Metallstreifen (4) gebildet sind, die über die Isolierkörper (5) unter Bildung einer Reihenschaltung aus Induktivitäten (Leiterbahnabschnitten) und Kapazitäten (Isolierkörper) gekoppelt sind.

2. Hochfrequenzspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (4) aus Kupfer bestehen.

3. Hochfrequenzspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Isolierkörper (5) Festkörper sind.

4. Hochfrequenzspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (5) Kondensatoren sind.

5. Hochfrequenzspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren durch Löten an den Metallstreifen (4) fixiert sind.

6. Hochfrequenzspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Isolierkörper (5) Acryl- oder dergleichen -Kunststoffkörper sind.

7. Hochfrequenzspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylkörper mittels eines Epoxyklebers mit den Metallstreifen (4) verbunden sind.

8. Hocchfrequenzspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Metallstreifen durch ein Gas gebildet ist.

9. Hochfrequenzspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Metallstreifen durch Luft gebildet ist.

10. Hochfrequenzspule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Metallstreifen (4) durch Luftspalte gebildet ist.