WO2021223977A1 - Double tuned reception coil for a magnetic resonance tomography system - Google Patents

Abstract

The invention relates to a reception coil for a magnetic resonance tomography and/or spectroscopy system, to a method for tuning a reception coil, to a reception coil arrangement for a magnetic resonance tomography and/or spectroscopy system, to a magnetic tomography and/or spectroscopy system and to a use of a PIN diode. A reception coil (1) for a magnetic resonance tomography and/or spectroscopy system can be tuned to receive two different frequencies (10). The reception coil (1) comprises: a coil body (2) which is intended for detecting nuclear magnetic resonance signals and has a capacitor (3) located in or on the coil body (2); and a tuning circuit (9) which is in operative connection with the coil body (2) and is intended for tuning the reception coil (1). The tuning circuit (9) has a PIN diode (8) and an inductor (7). The PIN diode (8) is connected in series with the inductor (7) and in parallel with the capacitor (3).

Description

Doppelt abgestimmte Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- Double tuned receiving coil for a magnetic resonance tomography

System system

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, eine Empfangsspulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System sowie eine Verwendung einer PIN-Diode. The invention relates to a receiving coil for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, a method for tuning a receiving coil, a receiving coil arrangement for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system and a Use of a PIN diode.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von Körperteilen, mit dem hoch aufgelöste Schnittbilder des Körpers für die medizinische Diagnostik erzeugt werden können. Sie beruht auf der resonanten Anregung bestimmter im Körper enthaltener oder dem Körper zugeführter Atomkerne mittels starker Magnetfelder und magnetischer Wechselfelder im Radiofrequenzbereich (Kernspinresonanz), die die Induktion eines elektrischen Signals in einer Empfangsspule bewirkt. Auf diese Weise können hoch aufgelöste Bilder erzeugt werden. Magnetic resonance tomography (MRT) is a non-invasive imaging method for examining body parts, with which high-resolution sectional images of the body can be generated for medical diagnostics. It is based on the resonant excitation of certain atomic nuclei contained in the body or supplied to the body by means of strong magnetic fields and alternating magnetic fields in the radio frequency range (nuclear magnetic resonance), which induces an electrical signal in a receiving coil. In this way, high-resolution images can be generated.

Zur Durchführung der MRT werden Hochfrequenz-Antennen - in der MRT als Spulen bezeichnet - genutzt, die am zu untersuchenden Körper bzw. um diesen herum angeordnet werden. Eine besonders körpernahe Anordnung ist vorteilhaft für hohe Signal-Rausch-Verhältnisse und damit für hochwertige Bilder. Häufig werden zum Anregen der Atomkerne und zum Empfang der Kernspinresonanzsignale separate Sende- und Empfangsspulen genutzt. Die Publikation „A transmit-only/ receive-only (TORO) RF System for high-field MRI/MRS applications“ von Barberi et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt die Anwendung einer Vogelkäfig-Spule (engl „birdcage“) als Sendespule und einer innerhalb der Vogelkäfig-Spule angeordneten Oberflächenspule als Empfangsspule. To carry out the MRT, high-frequency antennas - referred to as coils in MRI - are used, which are arranged on or around the body to be examined. An arrangement particularly close to the body is advantageous for high signal-to-noise ratios and thus for high-quality images. Often, separate transmitter and receiver coils are used to excite the atomic nuclei and to receive the nuclear magnetic resonance signals. The publication "A transmit-only / receive-only (TORO) RF System for high-field MRI / MRS applications" by Barberi et al., Published in "Magnetic Resonance in Medicine", describes the use of a bird cage coil. birdcage ”) as a transmitter coil and a surface coil arranged inside the birdcage coil as a receiver coil.

Neben Protonen werden auch andere Atomkerne genutzt, um weitergehende Untersuchungen durchzuführen. Dies wurde vor einiger Zeit aufgrund der gestiegenen magnetischen Flussdichte von MRT-Geräten möglich, da mit diesen Systemen trotz eines geringeren Vorkommens dieser Nichtprotonenkerne und deren geringerer Sensitivität ein vergleichsweise hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann. Es existieren MRT-Geräte, die sowohl die Untersuchung von Protonen als auch von Nichtprotonenkernen ermöglichen. Die Publikation „Whole brain ³¹ P MRSI at 7T with a dual-tuned receive array“ von Rowland et al. , veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt eine doppelt abgestimmte Empfangsspulenanordnung für ¹H und ³¹ P, bei der die doppelte Abstimmung durch einen LC-Sperrkreis mit einer Spule und einem Kondensator erreicht wurde, welcher die Resonanz einer angeschlossenen Magnetresonanz-Spule aufteilt. Die Verwendung herkömmlicher, verlustbehafteter LC- Sperrkreise führt hierbei zu einer Verschlechterung der Spulenqualität bei Protonenkernen und Nichtprotonenkernen, was insbesondere bei Nichtprotonenkernen unerwünscht ist. In addition to protons, other atomic nuclei are also used to carry out further investigations. This became possible some time ago due to the increased magnetic flux density of MRT devices, since a comparatively high signal-to-noise ratio can be achieved with these systems despite the lower occurrence of these non-proton nuclei and their lower sensitivity. It MRT machines exist that allow the investigation of protons as well as non-proton nuclei. The publication “Whole brain ³¹ P MRSI at 7T with a dual-tuned receive array” by Rowland et al. , published in "Magnetic Resonance in Medicine", describes a double-tuned receiving coil arrangement for ¹ H and ³¹ P, in which double tuning was achieved by an LC trap circuit with a coil and a capacitor, which splits the resonance of a connected magnetic resonance coil . The use of conventional, lossy LC trap circuits leads to a deterioration in the coil quality in the case of proton nuclei and non-proton nuclei, which is particularly undesirable in the case of non-proton nuclei.

Die Publikation „Three-layered radio frequency coil arrangement for sodium MRI of the human brain at 9.4 tesla“ von Shajan et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt das Senden mittels einer Vier-Kanal-Spulenanordnung zwecks Anregung der Atomkerne und den Empfang von Kernspinresonanzsignalen mit einer 29- Kanal-RF-Empfangsspule für das ²³Na-Signal und einer Vier-Kanal-Dipol-Antenne für das ¹H-Signal. Die Publikation „An 8-channel receive array for improved ³¹ P MRSI of the whole brain at 3T“ von van Uden et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt die Integration einer entwickelten Acht-Kanal-Empfangsspule für ³¹ P in eine kommerziell erhältliche zweifach abgestimmte Sende- und Empfangsspule für ¹H und ³¹ P zur Steigerung der Sensitivität. Die beschriebenen Spulenanordnungen führen allerdings zu einer Beeinträchtigung der ¹H- Performance im Vergleich zu einer Anordnung von einfach abgestimmten Protonen-Mehrkanalempfangsspulen. Auch das Design der erforderlichen, der Empfangsspule zugeordneten Sendespule ist hier kompliziert, da eine große Anzahl an Sperrkreisen notwendig ist, um Kopplung und Interferenz von Nichtprotonenfrequenzen zu vermeiden. The publication "Three-layered radio frequency coil arrangement for sodium MRI of the human brain at 9.4 tesla" by Shajan et al., Published in "Magnetic Resonance in Medicine", describes the transmission using a four-channel coil arrangement for the purpose of exciting the atomic nuclei and the reception of nuclear magnetic resonance signals with a 29-channel RF receiver coil for the ²³ Na signal and a four-channel dipole antenna for the ¹ H signal. The publication “An 8-channel receive array for improved ³¹ P MRSI of the whole brain at 3T” by van Uden et al., Published in “Magnetic Resonance in Medicine”, describes the integration of a developed eight-channel receiving coil for ³¹ P into a commercially available double-tuned transmitter and receiver coil for ¹ H and ³¹ P to increase the sensitivity. However, the coil arrangements described lead to an impairment of the ¹ H performance compared to an arrangement of simply tuned proton multi-channel receiving coils. The design of the required transmitter coil assigned to the receiver coil is also complicated here, since a large number of blocking circuits is necessary in order to avoid coupling and interference from non-proton frequencies.

In einigen Anwendungen werden auch kombinierte Sende- und Empfangsspulen genutzt. Die Publikation „Design and construction of a novel ¹H/¹⁹F double-tuned coil System using PIN-diode switches at 9.4 T“ von Choi et al., veröffentlicht im „Journal of Magnetic Resonance“, beschreibt das Schalten doppelt abgestimmter Sende- und Empfangsspulen zwischen zwei Frequenzen. Die Publikation „32-channel 3 tesla receive-only phased-array head coil with soccer-ball element geometry“ von Wiggins et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt dagegen eine Empfangsspule für die Bildgebung des menschlichen Gehirns. Diese ist als helmförmige Spulenanordnung mit 32 Kanälen ausgestaltet, die sich eng an den Kopf anschmiegt und einzelne fünfeckige und sechseckige Spulen aufweist, die in Form eines Fußballs angeordnet sind. In beiden Arbeiten wurden ähnliche Schaltungen verwendet, aber Choi et al. verwendeten sie zur doppelten Abstimmung der Sende- und Empfangsspule, während Wiggins et al. sie zur Verstimmung der ¹H-Empfangsspulenanordnung verwendeten. In some applications, combined transmit and receive coils are also used. The publication "Design and construction of a novel ¹ H / ¹⁹ F double-tuned coil system using PIN diode switches at 9.4 T" by Choi et al., Published in the "Journal of Magnetic Resonance", describes the switching of double-tuned transmission and receiving coils between two frequencies. The publication “32-channel 3 tesla receive-only phased-array head coil with soccer-ball element geometry” by Wiggins et al., Published in “Magnetic Resonance in Medicine”, describes a receiving coil for imaging the human brain. This is designed as a helmet-shaped coil arrangement with 32 channels, which hugs the head closely and comprises individual pentagonal and hexagonal coils arranged in the shape of a soccer ball. Similar circuits were used in both papers, but Choi et al. used them to double-tune the transmit and receive coils, while Wiggins et al. they used to detune the ¹ H receiving coil arrangement.

Die Patienten sowie die empfindlichen Empfangseinrichtungen inklusive der Empfangsspule selbst werden häufig geschützt, indem die Empfangsspule während des Sendens verstimmt oder entkoppelt wird. Die US 8 013 609 B2 beschreibt ein MRT- System mit einer Sendephase und einer Empfangsphase, das eine Sendespule, eine Empfangsspule und eine Verstimmschaltung zum Verstimmen der Empfangsspule während der Sendephase zum oben genannten Zweck aufweist. Die US 10 120 045 B2 offenbart eine Hochfrequenzspule für ein MRT-System, die für den oben genannten Zweck eine Entkopplungsschaltung mit schnell schaltenden PIN-Dioden zur passiven oder aktiven Entkopplung der Hochfrequenzspule von einer oder mehreren anderen Hochfrequenzspulen umfasst. The patients and the sensitive receiving devices including the receiving coil itself are often protected by detuning or decoupling the receiving coil during transmission. US 8 013 609 B2 describes an MRT system with a transmission phase and a reception phase, which has a transmission coil, a reception coil and a detuning circuit for detuning the reception coil during the transmission phase for the above-mentioned purpose. US 10 120 045 B2 discloses a high-frequency coil for an MRT system which, for the above-mentioned purpose, comprises a decoupling circuit with fast-switching PIN diodes for passive or active decoupling of the high-frequency coil from one or more other high-frequency coils.

US2018/0252783 A1 beschreibt ein Dualfrequenzsystem zum Senden und Empfangen zweier Frequenzen in einem MRT-System. Das Dualfrequenzsystem umfasst eine doppelt abgestimmte Empfängerspule zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen. Auch hier ist eine Entkopplung vorgesehen, und zwar mittels aktiver und passiver Entkopplung. Die Abstimmung auf die jeweilige Frequenz erfolgt mittels einer PIN-Diode und einem Kondensator, die in Serie geschaltet sind, sodass die Resonanzfrequenz auf die Nichtprotonenfrequenz geschoben wird, wenn die PIN-Diode leitet, und die Resonanzfrequenz zurück auf die Protonenfrequenz geschoben wird, wenn die PIN-Diode sperrt. Durch den PIN-Dioden- Widerstand bzw. durch Injektion von Schrotrauschen verschlechtert sich die Qualität der Anordnung beim Leiten der PIN- Dioden, also bei Abstimmung auf die Nichtprotonenfrequenz. US2018 / 0252783 A1 describes a dual frequency system for transmitting and receiving two frequencies in an MRT system. The dual frequency system includes a doubly tuned receiver coil for receiving two different frequencies. Here, too, decoupling is provided, namely by means of active and passive decoupling. The tuning to the respective frequency takes place by means of a PIN diode and a capacitor, which are connected in series, so that the resonance frequency is shifted to the non-proton frequency when the PIN diode conducts, and the resonance frequency is shifted back to the proton frequency when the PIN diode blocks. As a result of the PIN diode resistance or the injection of shot noise, the quality of the arrangement deteriorates when the PIN diodes are conducted, that is, when tuned to the non-proton frequency.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Empfangsspule, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, eine weiterentwickelte Empfangsspulenanordnung, ein weiterentwickeltes Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System sowie eine weiterentwickelte Verwendung einer PIN-Diode zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Empfangsspule gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, die Empfangsspulenanordnung, das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System und die Verwendung einer PIN-Diode gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object of the invention is to provide a further developed receiving coil, a further developed method for tuning a receiving coil, a further developed receiving coil arrangement, a further developed magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system as well as a further developed use of a PIN diode. The object is achieved by the receiving coil according to claim 1 and the method for tuning a receiving coil, the receiving coil arrangement, the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system and the use of a PIN diode according to the independent claims. Refinements are given in the subclaims.

Zur Lösung der Aufgabe dient eine Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, welche zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen abstimmbar ist. Diese umfasst einen Spulenkörper zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen sowie eine mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule. Die Empfangsspule weist eine im oder am Spulenkörper angeordnete Kapazität auf und die Abstimmschaltung weist eine PIN-Diode und eine Induktivität auf. Die PIN-Diode ist in Serie mit der Induktivität und parallel zu der Kapazität geschaltet. A receiver coil for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, which can be tuned to receive two different frequencies, is used to achieve the object. This comprises a coil body for the detection of nuclear magnetic resonance signals as well as a tuning circuit, which is operatively connected to the coil body, for tuning the receiving coil. The receiving coil has a capacitance arranged in or on the coil body and the tuning circuit has a PIN diode and an inductance. The PIN diode is connected in series with the inductance and in parallel with the capacitance.

Dies ermöglicht die Abstimmung auf zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen bzw. Larmorfrequenzen, insbesondere zur Untersuchung unterschiedlicher Atomkerne oder zur Untersuchung bei unterschiedlichen magnetischen Flussdichten des statischen Magnetfeldes. Insbesondere erfolgt die Abstimmung zwecks Untersuchung unterschiedlicher Atomkerne. Die Empfangsspule wird auch als doppelt abgestimmte bzw. doppelt abstimmbare Empfangsspule bezeichnet. Die Erfindung ermöglicht die Beibehaltung der Sensitivität für Nichtprotonenkerne, die demnach so gut wie die einer einzeln abgestimmten Spule ist, bei der Entwicklung von doppelt abgestimmten mehrkanaligen Empfangsspulen und Empfangsspulenanordnungen. This enables coordination to two different resonance frequencies or Larmor frequencies, in particular for examining different atomic nuclei or for examining different magnetic flux densities of the static magnetic field. In particular, the coordination takes place for the purpose of examining different atomic nuclei. The receiving coil is also referred to as a doubly tuned or doubly tunable receiving coil. The invention makes it possible to maintain the sensitivity for non-proton nuclei, which is accordingly as good as that of an individually tuned coil, in the development of doubly tuned multi-channel receiving coils and receiving coil arrangements.

Die Empfangsspule ist eine Empfangseinrichtung für ein Magnetresonanztomographie- System und/oder ein Magnetresonanzspektroskopie-System. Sie dient dem Empfang bzw. der Detektion von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere durch Detektion einer in der Empfangsspule induzierten elektrischen Spannung. Die Empfangsspule ist insbesondere eine Hochfrequenzspule. Eine Hochfrequenzspule ist eine Spule, die mit einer Frequenz im Radiowellenbereich bzw. Radiofrequenzbereich, insbesondere im MHz-Bereich, arbeitet, bzw. für einen solchen Bereich ausgelegt ist. Sie kann also ein Hochfrequenzfeld detektieren. Sie ist insbesondere Teil eines RF-Systems (englisch: radio frequency) und wird auch als Radiofrequenz- bzw. RF-Spule bezeichnet. Der Spulenkörper kann eine Leiterschleife, beispielsweise Drahtschleife, sein. Er wird auch als Hauptspulenblock bezeichnet. Der Spulenkörper kann als Streifenleitung bzw. Mikrostreifenleitung ausgeführt sein. Er kann mittels 3D-Druck hergestellt sein. Auch eine Herstellung durch chemisches Ätzen einer Leiterplatte oder die Verwendung von selbstklebendem Kupfertape ist möglich. Der Spulenkörper kann auch durch ein Siebdruckverfahren hergestellt sein. Er kann flexibel sein, sodass er eingebettet in Textil am Körper getragen werden kann. Ein mehrteiliger Spulenkörper ist ein Spulenkörper, der mehrere Teile aufweist, zwischen denen eine Abstimmeinheit platzierbar ist. Die Teile können Abschnitte einer Leiterbahn bzw. Leiterschleife sein. The receiving coil is a receiving device for a magnetic resonance tomography system and / or a magnetic resonance spectroscopy system. It is used to receive or detect magnetic resonance signals, in particular by detecting an electrical voltage induced in the receiving coil. The receiving coil is, in particular, a high-frequency coil. A high-frequency coil is a coil that operates at a frequency in the radio wave range or radio frequency range, in particular in the MHz range, or is designed for such a range. So you can detect a high frequency field. In particular, it is part of an RF system (radio frequency) and is also referred to as a radio frequency or RF coil. The coil body can be a conductor loop, for example a wire loop. It is also known as the main coil block. The coil body can be designed as a stripline or a microstripline. It can be produced using 3D printing. Production by chemical etching of a circuit board or the use of self-adhesive copper tape is also possible. The coil body can also be produced by a screen printing process. It can be flexible so that it can be worn on the body embedded in textile. A multi-part bobbin is a bobbin that has several parts between which a tuning unit can be placed. The parts can be sections of a conductor track or conductor loop.

Die Resonanzfrequenz eines Resonators wird durch seine Induktivität und Kapazität bestimmt, die beide von der Geometrie und den verwendeten Materialien abhängen. Die Empfangsspule umfasst mindestens eine im oder am Spulenkörper angeordnete Kapazität, wobei jede Kapazität insbesondere wenigstens einen Kondensator umfasst, und ist somit ein Resonator bzw. Schwingkreis. Die Größe des Spulenkörpers beeinflusst die Induktivität und damit auch die Resonanzfrequenz des Resonators. Der Spulenkörper ist zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen eingerichtet. Die Empfangsspule ist zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen zweier unterschiedlicher Frequenzen eingerichtet. Der Spulenkörper kann auch eine oder mehrere Induktivitäten zur Beeinflussung der Empfangsfrequenz bzw. zur Abstimmung aufweisen. Insbesondere ist der Spulenkörper als Schleifenspule ausgestaltet. Selbstverständlich ist die Abstimmung auf mehr als zwei Frequenzen auch möglich. In diesem Fall kann der Spulenkörper mehrere Paare mit einer PIN-Diode und zumindest einer Induktivität und/oder mehrere Abstimmschaltungen aufweisen. The resonance frequency of a resonator is determined by its inductance and capacitance, both of which depend on the geometry and the materials used. The receiving coil comprises at least one capacitance arranged in or on the coil body, each capacitance in particular comprising at least one capacitor, and is thus a resonator or oscillating circuit. The size of the coil body influences the inductance and thus also the resonance frequency of the resonator. The bobbin is set up to receive nuclear magnetic resonance signals. The receiving coil is set up to receive nuclear magnetic resonance signals of two different frequencies. The coil body can also have one or more inductances for influencing the reception frequency or for tuning. In particular, the coil body is designed as a loop coil. It goes without saying that tuning to more than two frequencies is also possible. In this case, the coil former can have several pairs with a PIN diode and at least one inductance and / or several tuning circuits.

Eine Abstimmschaltung ist eine Schaltung, die zur Abstimmung der Empfangsspule auf eine bestimmte gewünschte Frequenz, insbesondere eine von mehreren unterschiedlichen Frequenzen, geeignet ist. Dies wird durch die Wirkverbindung mit der Empfangsspule realisiert. Insbesondere ist die Abstimmschaltung zur selektiven Abstimmung der Empfangsspule eingerichtet. Die Abstimmung auf unterschiedliche Frequenzen meint die Eignung der Empfangsspule, Signale dieser Frequenzen zu empfangen bzw. die Optimierung der Empfangsspule auf diese Frequenzen. Somit kann beispielsweise zwischen zwei unterschiedlichen Larmorfrequenzen umgeschaltet bzw. gewechselt werden. Eine reine Verstimmung, wie sie in herkömmlichen Einrichtungen zum Schutz der für den Empfang ausgelegten Bauteile in einer kombinierten Sende- und Empfangsspule möglich ist, ist keine Abstimmung im Sinne der Erfindung. Die Empfangsspule ist als reine Empfangsspule ausgestaltet, es wird also zur Durchführung einer Magnetresonanztomographie oder -Spektroskopie eine zusätzliche Sendespule benötigt. Eine kombinierte Sende- und Empfangsspule ist keine Empfangsspule im Sinne der Erfindung. A tuning circuit is a circuit that is suitable for tuning the receiving coil to a specific desired frequency, in particular one of several different frequencies. This is realized through the operative connection with the receiving coil. In particular, the tuning circuit is set up for selective tuning of the receiving coil. The tuning to different frequencies means the suitability of the receiving coil to receive signals of these frequencies or the optimization of the receiving coil to these frequencies. It is thus possible, for example, to switch between two different Larmor frequencies. A pure detuning, as is possible in conventional devices for protecting the components designed for reception in a combined transmitting and receiving coil, is not a coordination within the meaning of the invention. The receiver coil is designed as a pure receiver coil, so an additional transmitter coil is required to carry out magnetic resonance tomography or spectroscopy. A combined transmitting and receiving coil is not a receiving coil in the sense of the invention.

Die Empfangsspule weist somit insbesondere keinen Schalter zum Umschalten zwischen Sende- und Empfangsfunktion, keinen Leistungsteiler zur Teilung der Sendeleistung bzw. zur Anpassung der Sendephasen wie beispielsweise einen Wilkinson-Teiler, keine Sendestromquelle bzw. keinen Leistungsverstärker und/oder keinen Phasenschieber zum Schutz des Vorverstärkers auf. Somit ist die erfindungsgemäße Empfangsspule kostengünstiger und einfacher herstellbar als eine kombinierte Sende- und Empfangsspule mit derselben Anzahl an Kanälen. Selbstverständlich ist es nicht ausgeschlossen, dass ein Leistungsteiler zur Kombination des Empfangssignals mehrerer Vorverstärker genutzt wird, insbesondere in einer Empfangsspulenanordnung mit mehreren Empfangsspulen. In particular, the receiving coil has no switch for switching between transmit and receive functions, no power divider to divide the transmit power or to adapt the transmit phases such as a Wilkinson divider, no transmit current source or no power amplifier and / or no phase shifter to protect the preamplifier . The receiving coil according to the invention can thus be produced more cost-effectively and more simply than a combined transmitting and receiving coil with the same number of channels. It is of course not ruled out that a power splitter is used to combine the received signal from several preamplifiers, in particular in a receiver coil arrangement with several receiver coils.

Die Kapazität ist insbesondere zwischen Teilen des Spulenkörpers angeordnet und dient der Beeinflussung einer Resonanzfrequenz des Resonators, also der Beeinflussung der Frequenz bzw. Resonanzfrequenz der Empfangsspule. Die Empfangsspule umfasst somit einen Resonator, der den Spulenkörper und die zwischen den Teilen des Spulenkörpers angeordneten Kapazität umfasst bzw. aus diesen gebildet ist. Die Kapazität ist unabhängig von der Abstimmschaltung vorhanden und beeinflusst somit beide möglichen Frequenzen. Insbesondere umfasst die Kapazität zumindest einen Kondensator. The capacitance is arranged in particular between parts of the coil body and is used to influence a resonance frequency of the resonator, that is to say to influence the frequency or resonance frequency of the receiving coil. The receiving coil thus comprises a resonator which comprises the coil body and the capacitance arranged between the parts of the coil body or is formed from these. The capacitance is independent of the tuning circuit and thus influences both possible frequencies. In particular, the capacitance comprises at least one capacitor.

Die in der Abstimmschaltung angeordnete Induktivität bestimmt das Ausmaß der Frequenzverschiebung beim Abstimmen der Empfangsspule. Mit anderen Worten dient die Induktivität der Frequenzverschiebung. The inductance arranged in the tuning circuit determines the extent of the frequency shift when tuning the receiving coil. In other words, the inductance is used to shift the frequency.

Eine PIN-Diode weist eine zwischen der positiv dotierten Schicht und der negativ dotierten Schicht befindliche, intrinsisch leitende schwach dotierte oder undotierte Schicht auf. Dadurch ist sie in der Lage, abhängig von der positiven oder negativen Vorspannung, auch als Vorwärts- oder Durchlassstrom und Sperrspannung bezeichnet, zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Betrieb geschaltet zu werden. Dies wird auch als Betrieb in Durchlassrichtung oder Sperrrichtung bezeichnet. Zum Betrieb in Sperrrichtung wird eine Sperrvorspannung angelegt, sodass die PIN-Diode ausgeschaltet ist. Beim Betrieb in Durchlassrichtung fließt ein Vorwärtsstrom, sodass die PIN-Diode eingeschaltet ist. Die PIN-Diode dient somit als elektronischer Schalter, um die Abstimmschaltung selektiv zu aktivieren oder zu deaktivieren und auf diese Weise die Abstimmung zu realisieren. So ist ein schnelles Umschalten der Resonanzfrequenz der Spule möglich. A PIN diode has an intrinsically conductive, weakly doped or undoped layer located between the positively doped layer and the negatively doped layer. As a result, it is able to be switched between conductive and non-conductive operation depending on the positive or negative bias voltage, also referred to as forward or forward current and reverse voltage. This is also known as forward or reverse operation. For reverse operation, reverse bias is applied so that the PIN diode is turned off. When operating in the forward direction, a forward current flows so that the PIN diode is switched on. The PIN diode thus serves as an electronic switch to selectively activate or deactivate the voting circuit and in this way to implement the voting. This enables the resonance frequency of the coil to be switched quickly.

Auf diese Weise ist die Empfangsspule in Abhängigkeit des Betriebs der PIN-Diode in Sperrrichtung oder Durchlassrichtung durch Frequenzverschiebung auf unterschiedliche Frequenzen abstimmbar. Im leitenden Zustand der PIN-Diode wird mit anderen Worten ein Parallelschwingkreis erzeugt bzw. geschaltet, der die Resonanzfrequenz der Empfangsspule bzw. des Resonators beeinflusst. In this way, depending on the operation of the PIN diode in the reverse or forward direction, the receiving coil can be tuned to different frequencies by shifting the frequency. In other words, when the PIN diode is on, a parallel resonant circuit is generated or switched, which influences the resonance frequency of the receiving coil or the resonator.

Die Abstimmschaltung weist insbesondere kein Paar PIN-Dioden und/oder nur eine einzige PIN-Diode auf. Aufgrund der Ausgestaltung der Spule als reine Empfangsspule sind die Beschränkungen hinsichtlich der Stromstärke bzw. der Leistung, die in kombinierten Sende- und Empfangsspulen gelten, hier nicht einschlägig. Diese treten bei Sendespulen und kombinierten Sende- und Empfangsspulen auf, da PIN-Dioden bauartbedingt nur mit begrenzten Strömen bzw. Leistungen beaufschlagt werden können, insbesondere im Sperrbetrieb, zum Senden aber hohe Ströme bzw. Leistungen benötigt werden. Beim Empfangen hingegen treten nur die Kernspinresonanzsignale in Höhe weniger mW auf. Aus diesem Grund können die erfindungsgemäßen Empfangsspulen weitaus größer dimensioniert werden als herkömmliche Sende- und Empfangsspulen und auf diese Weise zum Untersuchen des menschlichen Körpers genutzt werden, was bisher mit anderen Konzepten auf der Basis von PIN-Dioden bzw. kombinierten Sende- und Empfangsspulen nicht möglich war. In particular, the tuning circuit has no pair of PIN diodes and / or only a single PIN diode. Due to the design of the coil as a pure receiving coil, the restrictions with regard to the current strength or the power that apply in combined transmitting and receiving coils are not relevant here. These occur with transmitter coils and combined transmitter and receiver coils, since PIN diodes can only be supplied with limited currents or powers due to their design, especially in blocking mode, but high currents or powers are required for sending. When receiving, on the other hand, only the nuclear magnetic resonance signals occur at a level of a few mW. For this reason, the receiving coils according to the invention can be dimensioned much larger than conventional transmitting and receiving coils and used in this way to examine the human body, which was previously not possible with other concepts based on PIN diodes or combined transmitting and receiving coils was.

Insbesondere weist die Abstimmschaltung keine weiteren Einrichtungen auf, die das Signal-Rausch-Verhältnis verringern könnten. Insbesondere ist die PIN-Diode beim Sperren abgeschaltet, sodass die Schaltung bei sperrender PIN-Diode insgesamt einer einfach abgestimmten Spule entspricht. Somit treten keine Verluste auf und es wird eine hohe Qualität der Detektion gewährleistet. Der Widerstand der PIN-Diode tritt beim Betrieb in Sperrrichtung nicht auf. In particular, the tuning circuit has no further devices which could reduce the signal-to-noise ratio. In particular, the PIN diode is switched off when blocking, so that the circuit when the PIN diode is blocking corresponds overall to a simply tuned coil. This means that there are no losses and a high quality of detection is guaranteed. The resistance of the PIN diode does not occur when operating in reverse direction.

In einer Ausgestaltung umfasst die Empfangsspule mehrere mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltungen zur Abstimmung der Empfangsspule. Auf diese Weise ist die Empfangsspule auf mehr als zwei unterschiedliche Frequenzen abstimmbar. Jede der Abstimmschaltungen kann denselben Aufbau aufweisen, wobei selbstverständlich unterschiedliche Induktivitäten bzw. unterschiedliche Paare aus PIN- Dioden und Induktivitäten nutzbar sind, um das Ausmaß der Frequenzverschiebung der jeweiligen Abstimmschaltung und damit die jeweiligen Frequenzen zu definieren, auf die abgestimmt werden soll, beispielsweise ¹H, ¹³C, ³¹ P und/oder weitere. In one embodiment, the receiving coil comprises a plurality of tuning circuits, which are operatively connected to the coil body, for tuning the receiving coil. In this way the receiving coil is on more than two different frequencies tunable. Each of the tuning circuits can have the same structure, with different inductances or different pairs of PIN diodes and inductances being used, of course, in order to define the extent of the frequency shift of the respective tuning circuit and thus the respective frequencies to be tuned to, for example ¹ H , ¹³ C, ³¹ P and / or others.

In einer Ausgestaltung ist die Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule auf eine Protonenfrequenz und auf eine Nichtprotonenfrequenz eingerichtet. In one embodiment, the tuning circuit is set up to tune the receiving coil to a proton frequency and to a non-proton frequency.

Eine Protonenfrequenz ist eine zur Detektion der Kernspinresonanzsignale von Protonen bzw. Wasserstoff-Atomkernen (¹H) geeignete Frequenz, insbesondere eine Frequenz, auf welche die Empfangsspule optimiert ist. Eine Nichtprotonenfrequenz ist eine zur Detektion der Kernspinresonanzsignale von anderen Atomkernen als Protonen geeignete, insbesondere optimierte, Frequenz. Als Nichtprotonen beim MRT nutzbare Atomkerne sind beispielsweise ²H, ³He, ⁷Li, ¹³C, ¹⁷0, ¹⁹F, ²³Na, ³¹P, ³⁵CI, ³⁹K oder ¹²⁹Xe. Diese ermöglichen weitergehende Untersuchungen, die mit einem reinen ¹H-Scan nicht möglich sind, und die beispielsweise zur Ermittlung metabolischer oder zellulärer Informationen dienen. In einer Ausführungsform ist die Empfangsspule auf zumindest zwei nahe beieinanderliegende Frequenzen abstimmbar. Nahe beieinanderliegende Frequenzen können Frequenzen solcher Atomkerne sein, deren gyromagnetische Verhältnisse weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% voneinander abweichen und/oder deren gyromagnetische Verhältnisse weniger als 10 MHz/T, insbesondere weniger als 5 MHz/T voneinander abweichen. Auf diese Frequenzen sind herkömmliche Entkopplungs- und/oder Abstimmverfahren, beispielsweise mit LC-Sperrkreisen, häufig nicht gut anwendbar. Derartige Frequenzen lassen sich außerdem erfindungsgemäß besonders effektiv umschalten. Mit einer doppelt abgestimmten Spule mit PIN-Diode kann die Frequenzumschaltung zwischen eng beieinanderliegenden Frequenzen effektiv erreicht werden, während Spulen mit herkömmlichen LC-Fallen bei vergleichbarer Doppelabstimmung deutliche Nachteile zeigen, da die Peaks in diesem Fall zu nahe beieinander liegen, so dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Eng beieinanderliegende Frequenzen können beispielsweise die Frequenzen von ¹H und ¹⁹F oder von ²H, ¹³C und ²³Na sein. A proton frequency is a frequency suitable for detecting the nuclear magnetic resonance signals of protons or hydrogen atomic nuclei ( ¹ H), in particular a frequency to which the receiving coil is optimized. A non-proton frequency is a frequency that is suitable, in particular optimized, for the detection of nuclear magnetic resonance signals from atomic nuclei other than protons. Atomic nuclei that can be used as non-protons in MRT are, for example, ² H, ³ He, ⁷ Li, ¹³ C, ¹⁷ 0, ¹⁹ F, ²³ Na, ³¹ P, ³⁵ CI, ³⁹ K or ¹²⁹ Xe. These enable further examinations that are ^{not possible with a pure 1} H scan and that are used, for example, to determine metabolic or cellular information. In one embodiment, the receiving coil can be tuned to at least two frequencies that are close to one another. Frequencies that are close to one another can be frequencies of those atomic nuclei whose gyromagnetic ratios differ from one another by less than 20%, in particular less than 10% and / or whose gyromagnetic ratios differ from one another by less than 10 MHz / T, in particular less than 5 MHz / T. Conventional decoupling and / or tuning methods, for example with LC trap circuits, are often not well applicable to these frequencies. Such frequencies can also be switched particularly effectively according to the invention. With a doubly tuned coil with PIN diode, the frequency switching between closely spaced frequencies can be achieved effectively, while coils with conventional LC traps show clear disadvantages with comparable double tuning, since the peaks in this case are too close to each other so that they are mutually exclusive influence. Frequencies that are close together can be, for example, the frequencies of ¹ H and ¹⁹ F or of ² H, ¹³ C and ²³ Na.

In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule auf die Nichtprotonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode sperrt, und auf die Protonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode leitet. Mit anderen Worten werden Kernspinresonanzsignale von Protonen detektiert, wenn die PIN-Diode leitet, und Kernspinresonanzsignale von Atomkernen eines von Wasserstoff abweichenden chemischen Elements detektiert, wenn die PIN-Diode sperrt. Im letzteren Fall entspricht die Empfangsspule durch Wegfall bzw. Nichtbenutzung der Abstimmschaltung einer einfach abgestimmten Empfangsspule. In one embodiment, the receiving coil is tuned to the non-proton frequency when the PIN diode blocks, and tuned to the proton frequency when the PIN diode is conducting. In other words, nuclear magnetic resonance signals from protons are detected when the PIN diode is conducting, and nuclear magnetic resonance signals from atomic nuclei of a chemical element other than hydrogen are detected when the PIN diode is blocked. In the latter case, the reception coil corresponds to a simply tuned reception coil due to the omission or non-use of the tuning circuit.

Aufgrund des geringeren Vorkommens der Nichtprotonen im Vergleich zu Protonen ist für die Nichtprotonen ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis bzw. eine hohe Sensitivität besonders wichtig, um eine gute Qualität der erzeugten Bilder zu erhalten. Dies wird hier auf dem hohen Niveau einer auf die Frequenz der Nichtprotonen einfach abgestimmten Empfangsspule erreicht. Zusätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Empfangsspule die Detektion von Protonensignalen. Insbesondere dient die Abstimmschaltung der Erhöhung der Resonanzfrequenz der Empfangsspule. Due to the lower occurrence of non-protons in comparison to protons, a high signal-to-noise ratio or high sensitivity is particularly important for the non-protons in order to obtain a good quality of the images generated. This is achieved here at the high level of a receiving coil that is simply tuned to the frequency of the non-protons. In addition, the receiving coil according to the invention enables the detection of proton signals. In particular, the tuning circuit is used to increase the resonance frequency of the receiving coil.

In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule auf eine Protonenfrequenz und auf die Nichtprotonenfrequenz von ¹⁹F abstimmbar. In one embodiment, the receiving coil can be tuned to a proton frequency and to the non-proton frequency of ^{19 F.}

Die jeweilige Frequenz ist abhängig von dem genutzten Atomkern. Das gyromagnetische Verhältnis von ¹H beträgt 42,58 MHz/Tesla und das von ¹⁹F beträgt 40,05 MHz/Tesla. Die tatsächlichen Frequenzen ergeben sich in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes, also der magnetischen Flussdichte. The respective frequency depends on the atomic nucleus used. The gyromagnetic ratio of ¹ H is 42.58 MHz / Tesla and that of ¹⁹ F is 40.05 MHz / Tesla. The actual frequencies depend on the strength of the magnetic field, i.e. the magnetic flux density.

Eine auf ¹⁹F basierende MR-Technik ermöglicht als molekulares Bildgebungsinstrument den direkten Nachweis und die Quantifizierung von extrem spezifischen Zellen, die zuvor markiert werden können. Sie ist für eine Reihe verschiedener Anwendungen einsetzbar, z.B. zur Überwachung einer gezielten Wirkstoffabgabe, zur Verfolgung markierter Zellen bzw. Nanopartikel, zur Messung einer Tumoroxymetrie oder zur Visualisierung von Entzündungen. A ¹⁹ F-based MR technology, as a molecular imaging instrument, enables the direct detection and quantification of extremely specific cells that can be marked beforehand. It can be used for a number of different applications, for example for monitoring the targeted release of active substances, for tracking marked cells or nanoparticles, for measuring tumor oximetry or for visualizing inflammation.

In einer Ausgestaltung besteht die PIN-Diode aus nicht-magnetischem Material. Mit anderen Worten umfasst die PIN-Diode keine magnetischen Materialien. Mit nicht magnetisch ist insbesondere gemeint, dass bei Anlegen eines Magnetfelds keine wesentliche Anziehung oder Abstoßung erfolgt. Insbesondere bestehen auch die mit dem Spulenkörper verbundenen Kondensatoren aus nicht-magnetischem Material. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Genauigkeit der Detektion verbessert wird, da keine Wechselwirkungen mit den beim MRT erzeugten Magnetfeldern auftreten. In one embodiment, the PIN diode consists of a non-magnetic material. In other words, the PIN diode does not include magnetic materials. By non-magnetic it is meant in particular that when a magnetic field is applied there is no significant attraction or repulsion. In particular, the capacitors connected to the coil body also consist of non-magnetic material. This configuration has the advantage that the accuracy of the detection is improved since there are no interactions with the magnetic fields generated during the MRT.

In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt. In one embodiment, the receiving coil is designed for examining a human body or body part.

Mit anderen Worten sind die Größe und/oder die Ausgestaltung hinsichtlich der Empfangsleistung derart, dass MRT-Untersuchungen von ganzen menschlichen Körpern oder menschlichen Körperteilen möglich sind. Dies ist im Vergleich zu kleineren Anwendungen für Tiere oder Anwendungen im Labormaßstab mit kombinierten Sende- und Empfangsspulen vergleichbarer Technik nicht möglich, da die nutzbaren Ströme bzw. Leistungen durch den Einsatz von PIN-Dioden limitiert sind. In other words, the size and / or the configuration with regard to the reception power are such that MRT examinations of entire human bodies or human body parts are possible. In comparison to smaller applications for animals or applications on a laboratory scale with combined transmitter and receiver coils of comparable technology, this is not possible, since the usable currents or powers are limited by the use of PIN diodes.

Insbesondere weist der Spulenkörper eine Größe von mindestens 5 cm, typischerweise mindestens 10 cm, insbesondere mindestens 20 cm, bevorzugt mindestens 35 cm und besonders bevorzugt mindestens 50 cm auf. Die Größe kann beispielsweise der größte Abstand zweier gegenüberliegender Bereiche des Spulenkörpers sein. In particular, the coil body has a size of at least 5 cm, typically at least 10 cm, in particular at least 20 cm, preferably at least 35 cm and particularly preferably at least 50 cm. The size can be, for example, the greatest distance between two opposing areas of the coil former.

In einer Ausführungsform ist die Empfangsspule für die Verwendung mit einer Sendespule mit einer Sendeleistung von wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, beispielsweise wenigstens 10 kW und in einer Ausführungsform wenigstens 20 kW eingerichtet. In one embodiment, the reception coil is set up for use with a transmission coil with a transmission power of at least 2 kW, in particular at least 5 kW, for example at least 10 kW and in one embodiment at least 20 kW.

In einer Ausführungsform umfasst die Empfangsspule zumindest einen und gegebenenfalls mehrere Vorverstärker zur Verstärkung mittels der Spule detektierter Kernspinresonanzsignale bzw. elektrischer Spannung, insbesondere rauscharme Vorverstärker. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Empfangsspule eine Vorverstärker-Entkopplungsschaltung. Hierdurch wird ein verlustfreier bzw. verlustarmer und ohne Beschädigung des Vorverstärkers oder der Schaltung erfolgender Empfang des Kernspinresonanzsignals ermöglicht. In one embodiment, the receiving coil comprises at least one and optionally a plurality of preamplifiers for amplifying nuclear magnetic resonance signals or electrical voltage detected by means of the coil, in particular low-noise preamplifiers. In a further embodiment, the receiving coil comprises a preamplifier decoupling circuit. This enables a lossless or low-loss reception of the nuclear magnetic resonance signal without damaging the preamplifier or the circuit.

In einer Ausführungsform weist die Empfangsspule eine Einrichtung zur Impedanzanpassung auf. Diese kann zwischen Teilen des Spulenkörpers angeordnet und/oder mit diesen verbunden sein. In einer Ausführungsform wird beim Anpassen die Kapazität in einer Spule so eingestellt oder beeinflusst, dass eine gewünschte Reaktanz erreicht wird. Die Einrichtung zur Impedanzanpassung weist insbesondere zumindest eine und insbesondere mehrere Kapazitäten auf, beispielsweise Kondensatoren, bzw. besteht aus diesen. Die Einrichtung zur Impedanzanpassung auf jede der unterschiedlichen Frequenzen abstimmbar sein. In one embodiment, the receiving coil has a device for impedance matching. This can be arranged between parts of the coil former and / or connected to them. In one embodiment, during the adaptation, the capacitance in a coil is set or influenced in such a way that a desired reactance is achieved. The device for impedance matching has in particular at least one and in particular several capacitors, for example capacitors, or consists of these. The device for impedance matching can be tuned to each of the different frequencies.

Die hier offenbarten Ausführungsformen und Merkmale können auch auf alle weiteren Aspekte der Erfindung angewendet werden. The embodiments and features disclosed here can also be applied to all further aspects of the invention.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Abstimmung einer erfindungsgemäßen Empfangsspule, bei dem die PIN-Diode vorgespannt wird, sodass die Empfangsspule mittels der Abstimmschaltung auf eine der beiden Frequenzen abgestimmt wird. A second aspect of the invention is a method for tuning a receiving coil according to the invention, in which the PIN diode is biased so that the receiving coil is tuned to one of the two frequencies by means of the tuning circuit.

Das Vorspannen erfolgt insbesondere durch Beaufschlagung der Abstimmschaltung, insbesondere einer darin enthaltenen PIN-Diode, mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung. Somit wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Strom und/oder der elektrischen Spannung die Abstimmschaltung aktiviert oder deaktiviert, sodass die Resonanzfrequenz der Empfangsspule bzw. des Resonators erhöht oder verringert wird. Insbesondere erfolgt die Aktivierung oder Deaktivierung der Abstimmschaltung mittels einer PIN-Diode. Diese kann je nach Betrieb in Durchlassrichtung oder Sperrrichtung die Abstimmschaltung aktivieren oder deaktivieren. Auf diese Weise kann besonders einfach und schnell zwischen den Frequenzen hin und her geschaltet werden. The biasing takes place in particular by applying an electric current and / or an electric voltage to the tuning circuit, in particular a PIN diode contained therein. The tuning circuit is thus activated or deactivated as a function of the electric current and / or the electric voltage, so that the resonance frequency of the receiving coil or of the resonator is increased or decreased. In particular, the tuning circuit is activated or deactivated by means of a PIN diode. This can activate or deactivate the tuning circuit depending on the operation in the forward or reverse direction. In this way it is particularly easy and quick to switch back and forth between the frequencies.

Ein dritter Aspekt der Erfindung ist eine Empfangsspulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, die mehrere erfindungsgemäße Empfangsspulen umfasst. A third aspect of the invention is a receiving coil arrangement for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, which comprises a plurality of receiving coils according to the invention.

Die Empfangsspulenanordnung erlaubt die Anordnung einer dem jeweiligen Fall angepassten Anzahl und ggf. Form und/oder Größe von Empfangsspulen, ist mit anderen Worten also eine personalisierte Empfangsspulenanordnung. Eine Empfangsspulenanordnung wird auch als Mehrkanalspule bezeichnet, wobei ein Kanal einer erfindungsgemäßen Spule entspricht. Die Empfangsspulenanordnung umfasst mehrere doppelt abgestimmte bzw. abstimmbare Empfangsspulen. Für kleine zu untersuchende Körper oder Körperteile können dementsprechend weniger und/oder kleinere Empfangsspulen vorgesehen werden, während für größere zu untersuchende Körper oder Körperteile mehr und/oder größere Empfangsspulen vorgesehen werden können. The receiving coil arrangement allows the arrangement of a number and possibly a shape and / or size of receiving coils adapted to the respective case, in other words it is a personalized receiving coil arrangement. A receiving coil arrangement is also referred to as a multi-channel coil, with one channel corresponding to a coil according to the invention. The receiving coil arrangement comprises a plurality of doubly tuned or tunable receiving coils. For small bodies or body parts to be examined, fewer and / or smaller receiving coils can accordingly be provided, while for larger ones to be examined Body or body parts more and / or larger receiving coils can be provided.

In einer Ausführungsform sind wenigstens zwei Empfangsspulen, insbesondere benachbarte Empfangsspulen, elektromagnetisch entkoppelt. Die Entkopplung dient der Reduktion der wechselseitigen elektromagnetischen Beeinflussung zwischen den einzelnen Empfangsspulen, die sonst das Rauschen verstärken würde. Eine Entkopplung kann beispielsweise durch Überlappen von Empfangsspulen, gemeinsame Leiterbahnen von Empfangsspulen, kapazitives Entkoppeln und/oder induktives Entkoppeln realisiert sein. Es kann alternativ oder zusätzlich durch hochohmige Ausgestaltung der Empfangsspulen, also mittels hoher Impedanzen, und/oder durch Selbst-Entkopplungs-Ansätze realisiert sein. Die Empfangsspulenanordnung kann zumindest eine Entkopplungseinheit zur elektromagnetischen Entkopplung zumindest zweier insbesondere benachbarter Empfangsspulen aufweisen. Insbesondere weist jedes Paar benachbarter Empfangsspulen eine Entkopplungseinheit auf. In one embodiment, at least two receiving coils, in particular adjacent receiving coils, are electromagnetically decoupled. The decoupling serves to reduce the mutual electromagnetic influence between the individual receiving coils, which would otherwise increase the noise. Decoupling can be implemented, for example, by overlapping receiving coils, common conductor tracks of receiving coils, capacitive decoupling and / or inductive decoupling. Alternatively or additionally, it can be implemented by means of a high-resistance configuration of the receiving coils, that is to say by means of high impedances, and / or by means of self-decoupling approaches. The receiving coil arrangement can have at least one decoupling unit for the electromagnetic decoupling of at least two, in particular, adjacent receiving coils. In particular, each pair of adjacent receiving coils has a decoupling unit.

In einer Ausführungsform umfasst die Empfangsspulenanordnung eine Positionierungseinheit zur Positionierung der Empfangsspulen in Bezug zu einander und/oder zu einem zu untersuchenden Körper. Zur Anpassung an die Form und/oder Größe des zu untersuchenden Körpers oder Körperteils kann die Positionierungseinheit an die Form und/oder Größe des zu untersuchenden Körpers oder Körperteils angepasst sein. Die Empfangsspulen können auf diese Weise flexibel mit unterschiedlichen Positionierungseinheiten in unterschiedlichen Anwendungen genutzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Empfangsspulenanordnungen, die für eine bestimmte Größe vorgesehen sind und bei abweichenden Größen unzureichende Resultate erzielen, beispielsweise durch niedrige Signal-Rausch-Verhältnisse und schlechte Performance bei paralleler Bildgebung, können mit der erfindungsgemäßen Empfangsspulenanordnung durch die Anpassung bei jeder Größe gute Ergebnisse erzielt werden. Dies ist insbesondere bei der Nutzung von Nichtprotonenkernen vorteilhaft. In one embodiment, the receiving coil arrangement comprises a positioning unit for positioning the receiving coils in relation to one another and / or to a body to be examined. To adapt to the shape and / or size of the body or body part to be examined, the positioning unit can be adapted to the shape and / or size of the body or body part to be examined. In this way, the receiving coils can be used flexibly with different positioning units in different applications. Compared to conventional receiving coil arrangements, which are intended for a certain size and achieve inadequate results with different sizes, for example due to low signal-to-noise ratios and poor performance with parallel imaging, good results can be achieved with the receiving coil arrangement according to the invention by adapting to any size will. This is particularly advantageous when using non-proton nuclei.

Die Positionierung muss nicht notwendigerweise eine fixe Positionierung sein; beispielsweise kann die Positionierungseinheit als bewegliches bzw. flexibles Teil, beispielswiese Textil, zum Bedecken zumindest eines zu untersuchenden Körperteils ausgestaltet sein. Sie kann beispielsweise als flexibler, am Körper eines Patienten tragbarer Gegenstand wie beispielsweise ein Handschuh oder ein Hemd ausgestattet sein. Die Positionierungseinheit kann als Halteeinrichtung zum Halten der Empfangsspulen ausgestaltet sein. Sie kann zur fixen Positionierung der Empfangsspulen aneinander bzw. in Bezug zu einander ausgestaltet sein. Sie kann ein fester Gegenstand sein, der an einem Körper oder Körperteil angeordnet werden kann bzw. in den ein Teil eines Körpers eingebracht werden kann. Die Positionierungseinheit kann als Befestigungseinheit zur mechanischen Befestigung der Empfangsspulen aneinander ausgestaltet sein. Insbesondere sind die Empfangsspulen nebeneinander angeordnet. The positioning does not necessarily have to be a fixed positioning; for example, the positioning unit can be designed as a movable or flexible part, for example textile, for covering at least one body part to be examined. It can be designed, for example, as a flexible object that can be worn on the body of a patient, such as a glove or a shirt be. The positioning unit can be designed as a holding device for holding the receiving coils. It can be designed for the fixed positioning of the receiving coils on one another or in relation to one another. It can be a solid object which can be arranged on a body or body part or into which a part of a body can be introduced. The positioning unit can be designed as a fastening unit for mechanically fastening the receiving coils to one another. In particular, the receiving coils are arranged next to one another.

Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System. Dieses umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Empfangsspule und/oder zumindest eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung. Insbesondere ist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt. A fourth aspect of the invention is a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system. This comprises at least one receiving coil according to the invention and / or at least one receiving coil arrangement according to the invention. In particular, the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system is designed for examining a human body or body part.

Die Auslegung zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils meint, dass das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System hinsichtlich seiner Größe und/oder Ausgestaltung, insbesondere umfassend die Größe und/oder Ausgestaltung seiner Sende- und Empfangsspulen, für MRT-Untersuchungen von ganzen menschlichen Körpern und menschlichen Körperteilen geeignet ist und insbesondere für diesen Zweck hergestellt ist. The design for examining a human body or body part means that the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system in terms of its size and / or design, in particular including the size and / or design of its transmitting and receiving coils, for MRT examinations of whole human bodies and human body parts is suitable and in particular is manufactured for this purpose.

In einer Ausgestaltung weist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System weiterhin wenigstens eine Sendespule auf, wobei die Sendeleistung der Sendespule oder Sendespulen wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, bevorzugt wenigstens 10 kW und besonders bevorzugt wenigstens 20 kW beträgt. In one embodiment, the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system also has at least one transmission coil, the transmission power of the transmission coil or coils being at least 2 kW, in particular at least 5 kW, preferably at least 10 kW and particularly preferably at least 20 kW.

Mit anderen Worten ist die Sendeleistung an die Untersuchung menschlicher Körper und/oder Körperteile angepasst. Die Sendespule kann als Teil einer Sendespulenanordnung angeordnet sein. Dementsprechend ist auch die Stromversorgung bzw. Verstärkung vorzusehen. In other words, the transmission power is adapted to the examination of human bodies and / or body parts. The transmission coil can be arranged as part of a transmission coil arrangement. The power supply or amplification must also be provided accordingly.

In einer Ausführungsform ist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System und/oder die Empfangsspule für eine magnetische Flussdichte zwischen 0,1 Tesla und 25 Tesla eingerichtet, insbesondere zwischen 1 T und 20 T, bevorzugt zwischen 2 Tesla und 12 Tesla, besonders bevorzugt zwischen 3 Tesla und 9 Tesla beispielsweise zwischen 4 Tesla und 8 Tesla. In one embodiment, the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system and / or the receiving coil is for a magnetic one Flux density between 0.1 Tesla and 25 Tesla, in particular between 1 T and 20 T, preferably between 2 Tesla and 12 Tesla, particularly preferably between 3 Tesla and 9 Tesla, for example between 4 Tesla and 8 Tesla.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist die Verwendung einer PIN-Diode zur Abstimmung einer Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie- System zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen. Dabei umfasst die Empfangsspule einen Spulenkörper zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper angeordneten Kapazität sowie eine mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule. Die Abstimmschaltung weist die PIN-Diode und eine Induktivität auf und die PIN-Diode ist in Serie mit der Induktivität und parallel zu der Kapazität geschaltet. Insbesondere wird die PIN-Diode zur selektiven Aktivierung und Deaktivierung der Abstimmschaltung genutzt. A fifth aspect of the invention is the use of a PIN diode for tuning a receiving coil for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system for receiving two different frequencies. The receiving coil comprises a coil body for the detection of nuclear magnetic resonance signals with a capacitance arranged in or on the coil body as well as a tuning circuit which is operatively connected to the coil body for tuning the receiving coil. The tuning circuit has the PIN diode and an inductance, and the PIN diode is connected in series with the inductance and in parallel with the capacitance. In particular, the PIN diode is used to selectively activate and deactivate the tuning circuit.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung auch anhand von Figuren näher erläutert. In the following, further exemplary embodiments of the invention will also be explained in more detail with reference to figures.

Es zeigen: Show it:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsspule; FIG. 1: a schematic representation of an embodiment of a receiving coil according to the invention;

Figur 2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßenFigure 2: a schematic representation of a further embodiment of an inventive

Empfangsspule; Receiving coil;

Figuren 3A und 3B: zwei Diagramme mit Darstellungen der Leistung einer erfindungsgemäßen Empfangsspule in einem ersten Zustand; FIGS. 3A and 3B: two diagrams with representations of the performance of a receiving coil according to the invention in a first state;

Figuren 4A und 4B: zwei Diagramme mit Darstellungen der Leistung der erfindungsgemäßen Empfangsspule in einem zweiten Zustand; FIGS. 4A and 4B: two diagrams with representations of the performance of the receiving coil according to the invention in a second state;

Figuren 5A und 5B: zwei Diagramme mit überlagerten Darstellungen der Leistungen der erfindungsgemäßen Empfangsspule im ersten und zweiten Zustand; und FIGS. 5A and 5B: two diagrams with superimposed representations of the performance of the receiving coil according to the invention in the first and second state; and

Figur 6: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsspulenanordnung. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung 1. Der Spulenkörper 2 ist im Wesentlichen quadratisch geformt und aus fünf Teilen zusammengesetzt, zwischen denen jeweilige Kapazitäten 3 in Form von Kondensatoren angeordnet sind. Spulenkörper 2 und Kapazitäten 3 bilden gemeinsam einen Resonator. Somit ist die Empfangsspule 1 zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen eingerichtet. Die Kapazitäten 3 stimmen die Empfangsspule 1 auf eine gewünschte Frequenz. FIG. 6: a schematic representation of an embodiment of a receiving coil arrangement according to the invention. FIG. 1 shows a receiving coil arrangement 1 according to the invention. The coil body 2 is essentially square in shape and is composed of five parts, between which respective capacitors 3 are arranged in the form of capacitors. Coil body 2 and capacitance 3 together form a resonator. The receiving coil 1 is thus set up to receive nuclear magnetic resonance signals. The capacitors 3 tune the receiving coil 1 to a desired frequency.

Die Empfangsspule 1 weist eine Abstimmschaltung 9 zur Abstimmung der Empfangsspule 1 auf, die in Wirkverbindung mit dem Spulenkörper 2 steht und mit derer die Empfangsspule 1 auf 2 unterschiedliche Frequenzen abstimmbar ist. Die Abstimmschaltung 9 umfasst eine Induktivität 7 in Form einer Spule sowie eine mit der Induktivität 7 in Reihe geschaltete PIN-Diode 8, welche durch Vorspannen zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Betrieb geschaltet werden kann, wobei im leitenden Betrieb die Induktivität 7 in Parallelschaltung mit einer Kapazität 3 des Spulenkörpers 2 geschaltet wird, wodurch sich die Resonanzfrequenz der Empfangsspule 1 ändert. Die PIN-Diode 8 enthält keinerlei magnetische Materialien, sodass eine Beeinflussung von Magnetfeldern oder durch Magnetfelder beim MRT ausgeschlossen ist. The receiving coil 1 has a tuning circuit 9 for tuning the receiving coil 1, which is in operative connection with the coil body 2 and with which the receiving coil 1 can be tuned to two different frequencies. The tuning circuit 9 comprises an inductance 7 in the form of a coil as well as a PIN diode 8 connected in series with the inductance 7, which can be switched between conductive and non-conductive operation by biasing Capacitance 3 of the bobbin 2 is switched, whereby the resonance frequency of the receiving coil 1 changes. The PIN diode 8 does not contain any magnetic materials, so that any influence of magnetic fields or magnetic fields during the MRT is excluded.

Die Empfangsspule 1 umfasst weiterhin eine Interfaceeinheit 16, die auch als Schnittstelleneinheit bezeichnet wird. Diese dient als Schnittstelle zur Umgebung, insbesondere zwecks Übertragung bzw. Weiterleitung der empfangenen und ggf. vorverstärkten Signale. Die Interfaceeinheit kann einen Vorverstärker zur Verstärkung der empfangenen Signale aufweisen. Dieser kann als Breitband-Vorverstärker ausgestaltet sein, insbesondere bei eng beieinanderliegenden Frequenzen, oder mittels zweier Schmalband-Vorverstärker realisiert sein. Die Interfaceeinheit 16 kann einen Balun, eine doppelt abgestimmte Anpassungsschaltung und/oder eine Vorverstärker- Entkopplungseinheit umfassen. The receiving coil 1 also includes an interface unit 16, which is also referred to as an interface unit. This serves as an interface to the environment, in particular for the purpose of transmitting or forwarding the received and possibly pre-amplified signals. The interface unit can have a preamplifier for amplifying the received signals. This can be designed as a broadband preamplifier, in particular with frequencies that are close together, or it can be implemented by means of two narrowband preamplifiers. The interface unit 16 may comprise a balun, a double-tuned matching circuit and / or a preamplifier decoupling unit.

Die Empfangsspule 1 ist derart eingerichtet, dass je nach Vorspannung der PIN-Diode 8 zwischen einer Protonenfrequenz und der Nichtprotonenfrequenz von ³¹ P hin und her geschaltet werden kann. Dabei ist die Empfangsspule 1 auf die Nichtprotonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode 8 sperrt, und auf die Protonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode 8 leitet. In Figur 2 ist anstelle der Interfaceeinheit 16 eine konkrete Schaltung dargestellt. Die hier gezeigte Empfangsspule 1 umfasst eine Einrichtung zur Impedanzanpassung mit Kondensatoren 4, einen rauscharmen Vorverstärker 6 sowie einen zwischen der Einrichtung zur Impedanzanpassung und dem Vorverstärker 6 angeordneten Balun 5, welcher ebenfalls zur Entkopplung des Vorverstärkers 6 dient. Diese Ausgestaltung mit einem einzigen breitbandigen Vorverstärker 6 ist insbesondere für eng beieinanderliegende Frequenzen geeignet. Im Falle weiter auseinanderliegender Frequenzen können stattdessen für jede der Frequenzen separate schmalbandige Vorverstärker verwendet werden, wobei geringfügige Modifikationen der jeweiligen Schaltungen möglich sind. The receiving coil 1 is set up in such a way that, depending on the bias voltage of the PIN diode 8, it is possible to switch back and forth ^{between a proton frequency and the non-proton frequency of 31 P.} The receiving coil 1 is tuned to the non-proton frequency when the PIN diode 8 blocks, and tuned to the proton frequency when the PIN diode 8 conducts. In Figure 2, instead of the interface unit 16, a specific circuit is shown. The receiving coil 1 shown here comprises a device for impedance matching with capacitors 4, a low-noise preamplifier 6 and a balun 5 arranged between the device for impedance matching and the preamplifier 6, which also serves to decouple the preamplifier 6. This embodiment with a single broadband preamplifier 6 is particularly suitable for frequencies that are close together. In the case of frequencies that are further apart, separate narrow-band preamplifiers can instead be used for each of the frequencies, with slight modifications of the respective circuits being possible.

In Figur 3 sind in zwei nebeneinander angeordneten Diagrammen die Reaktionen einer erfindungsgemäßen Empfangsspule, insbesondere der Empfangsspule aus Figur 1 , dargestellt, wenn die PIN-Diode leitet bzw. eingeschaltet ist. Die gezeigten Daten wurden mittels eines Vektornetzwerkanalysators gemessen. Die sogenannten S21-Messungen wurden mit einer doppelten Aufnahmeschleife durchgeführt. Diese sind ein Maß für das am Anschluss 2 austretende Signal im Verhältnis zum HF-Signalpegel am Anschluss 1. Wie auch in den Figuren 4 und 5 ist in den hier gezeigten Diagrammen auf der x-Achse die Frequenz 10 in MHz dargestellt. Mittig auf der x-Achse befindet sich in allen Diagrammen die Frequenz 10, auf welche abgestimmt werden soll. Die insgesamt dargestellte Frequenzspanne beträgt jeweils 100 MHz und jeder vertikale Teilstrich entspricht 10 MHz. Auf den y-Achsen ist jeweils die Leistung 13 in dB, also als Leistungspegel, dargestellt. Eine Differenz von -3 dB bedeutet somit in etwa eine Halbierung der Leistung. Die horizontalen Teilstriche entsprechen dabei jeweils 10 dB. In FIG. 3, two diagrams arranged next to one another show the reactions of a receiving coil according to the invention, in particular the receiving coil from FIG. 1, when the PIN diode is conducting or switched on. The data shown were measured using a vector network analyzer. The so-called S21 measurements were carried out with a double recording loop. These are a measure of the signal emerging at connection 2 in relation to the RF signal level at connection 1. As in FIGS. 4 and 5, frequency 10 is shown in MHz on the x-axis in the diagrams shown here. In the center of the x-axis in all diagrams is the frequency 10, which is to be tuned to. The total frequency range shown is 100 MHz and each vertical division corresponds to 10 MHz. The power 13 in dB, that is to say as a power level, is shown on the y-axes. A difference of -3 dB thus means roughly halving the power. The horizontal tick marks each correspond to 10 dB.

In der links dargestellten Figur 3A befindet sich mittig auf der x-Achse die Protonenfrequenz 11, die 300 MHz beträgt und der auf ¹H abgestimmten Frequenz bei einer magnetischen Flussdichte von 7 Tesla entspricht. In der rechts dargestellten Figur 3B befindet sich mittig auf der x-Achse die Nichtprotonenfrequenz 12, die 120,5 MHz beträgt und der auf ³¹ P abgestimmten Frequenz bei derselben magnetischen Flussdichte von 7 Tesla entspricht. Dies gilt ebenso für die Figuren 4A und 4B sowie 5A und 5B. In FIG. 3A shown on the left, the proton frequency 11 is located in the center of the x-axis, which is 300 MHz and ^{corresponds to the frequency tuned to 1} H with a magnetic flux density of 7 Tesla. In FIG. 3B shown on the right, the non-proton frequency 12 is located in the center of the x-axis, which is 120.5 MHz and ^{corresponds to the frequency tuned to 31} P at the same magnetic flux density of 7 Tesla. This also applies to FIGS. 4A and 4B as well as 5A and 5B.

In Figur 4 ist somit die Reaktion der Empfangsspule gezeigt, die auf 300 MHz, also auf ¹H, abgestimmt ist. In Figur 3A ist ersichtlich, dass bei der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz ein Maximum auftritt, welches als erste Leistung bei Protonenfrequenz M1A bezeichnet ist. In Figur 3B zeigt sich, dass bei der Nichtprotonenfrequenz 12 von 120,5 MHz dagegen kein Maximum auftritt. Diese Position ist als erste Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M1B bezeichnet. Es wird deutlich, dass die Empfangsspule bei eingeschalteter bzw. leitender PIN-Diode auf die Protonenfrequenz 11 abgestimmt ist, nicht jedoch auf die Nichtprotonenfrequenz 12. FIG. 4 thus shows the response of the receiving coil, which is tuned ^{to 300 MHz, that is to say to 1 H.} In FIG. 3A it can be seen that a maximum occurs at the proton frequency 11 of 300 MHz, which is referred to as the first power at the proton frequency M1A. FIG. 3B shows that at the non-proton frequency 12 of 120.5 MHz, on the other hand, no maximum occurs. This position is designated as the first power at non-proton frequency M1B. It becomes clear that the receiving coil is tuned to the proton frequency 11 when the PIN diode is switched on or conducting, but not to the non-proton frequency 12.

Die Figuren 4A und 4B zeigen entsprechende Darstellungen für den Fall, dass die PIN- Diode ausgeschaltet ist bzw. sperrt. In Figur 4A zeigt sich, dass bei der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz kein Maximum auftritt. Diese Position ist als zweite Leistung bei Protonenfrequenz M2A bezeichnet. Demnach ist die Empfangsspule bei ausgeschalteter PIN-Diode nicht auf die Protonenfrequenz abgestimmt. Demgegenüber wird in Figur 4B deutlich, dass bei der Nichtprotonenfrequenz 12 von 120,5 MHz ein Maximum auftritt, welches als zweite Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M2B bezeichnet ist. Die Empfangsspule ist also in diesem Fall auf die Nichtprotonenfrequenz 12 von ³¹ P abgestimmt. FIGS. 4A and 4B show corresponding representations for the case that the PIN diode is switched off or blocked. FIG. 4A shows that no maximum occurs at the proton frequency 11 of 300 MHz. This position is designated as the second power at proton frequency M2A. Accordingly, when the PIN diode is switched off, the receiving coil is not tuned to the proton frequency. In contrast, it becomes clear in FIG. 4B that a maximum occurs at the non-proton frequency 12 of 120.5 MHz, which is referred to as the second power at the non-proton frequency M2B. In this case, the receiving coil is tuned ^{to the non-proton frequency 12 of 31 P.}

Figur 5A zeigt eine Überlagerung der Diagramme aus den Figuren 3A und 4A, zeigt also das Verhalten der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz im leitenden und nichtleitenden Betrieb der PIN-Diode. Hierbei wird deutlich, dass zwischen den Positionen M1A und M2A eine erste Differenz 14 von mehr als 20 dB erreicht wird, was die effektive selektive Abstimmung auf die Protonenfrequenz 11 von 300 MHz zeigt. Analog dazu ist in Figur 5B eine Überlagerung der Diagramme aus den Figuren 3B und 4B dargestellt, sodass das Verhalten der Nichtprotonenfrequenz 11 von 120,5 MHz im leitenden und nichtleitenden Betrieb der PIN-Diode dargestellt ist. Die sich zwischen den Positionen M1 B und M2B ergebende zweite Differenz 15 beträgt ebenfalls mehr als 20 dB, was auch im Bereich der Nichtprotonenfrequenz 12 die effektive selektive Abstimmung zeigt. Die in den Positionen M2A und M1 B gezeigten „Nicht-Abstimmungen“ werden auch als Verstimmung (engl „detuning“) bezeichnet. Sie sind in reinen Empfangsspulen erforderlich, um diese während der Sendephase vor erhöhtem Stromfluss zu schützen, der ansonsten zur Beschädigung der Vorverstärker führt, was eine Unterbrechung des MRT-Betriebs mit sich bringt. FIG. 5A shows a superimposition of the diagrams from FIGS. 3A and 4A, that is to say shows the behavior of the proton frequency 11 of 300 MHz in the conductive and non-conductive operation of the PIN diode. It becomes clear here that a first difference 14 of more than 20 dB is achieved between the positions M1A and M2A, which shows the effective selective tuning to the proton frequency 11 of 300 MHz. Analogously to this, FIG. 5B shows a superimposition of the diagrams from FIGS. 3B and 4B, so that the behavior of the non-proton frequency 11 of 120.5 MHz in the conductive and non-conductive operation of the PIN diode is shown. The second difference 15 resulting between the positions M1B and M2B is also more than 20 dB, which also shows the effective selective tuning in the range of the non-proton frequency 12. The “non-tuning” shown in positions M2A and M1 B are also referred to as “detuning”. They are required in pure receiving coils in order to protect them from increased current flow during the transmission phase, which otherwise leads to damage to the preamplifier, which results in an interruption of the MRI operation.

Insbesondere muss die erfindungsgemäße Empfangsspule, ausgehend von der Empfangsfrequenz, während des Sendens verstimmt werden. Dies kann erreicht werden, indem die eine Frequenz 10 wie in Figur 5 gezeigt auf die andere umgeschaltet wird und auf diese Weise - beispielhaft - eine Verstimmung von ca. -20 dB erreicht werden kann. Mit anderen Worten wird zum Empfang der Kernspinresonanzsignale von ¹ H die Protonenfrequenz benötigt. Während des ¹ H-Sendens wird die erfindungsgemäße doppelt abgestimmte Empfangsspule durch Ausschalten der PIN-Diode auf die Nichtprotonenfrequenz, also die ³¹P-Frequenz, abgestimmt. Die Empfangsspule wird somit aus der Perspektive der ¹H-Empfangsspule verstimmt. In particular, the receiving coil according to the invention, based on the receiving frequency, must be detuned during transmission. This can be achieved in that one frequency 10 is switched over to the other as shown in FIG. 5 and in this way - for example - a detuning of approximately -20 dB can be achieved. In other words, to receive the nuclear magnetic resonance signals from ¹ H requires the proton frequency. During the ¹ H transmission, the doubly tuned receiving coil according to the invention is tuned to the non-proton ^{frequency, that is to say the 31} P frequency, by switching off the PIN diode. The receiving coil is thus ^{detuned from the perspective of the 1} H receiving coil.

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung 20, die auch als Mehrkanalspule oder englisch „Array“ bezeichnet wird. Diese umfasst sechs gleichartig aufgebaute Empfangsspulen 1, die entsprechend auch als Kanäle bezeichnet werden können. Die Empfangsspulen 1 sind insbesondere so ausgestaltet, wie in Figur 1 dargestellt. Für eine bessere Übersichtlichkeit wurde auf die Bezeichnung der einzelnen Komponenten verzichtet und es wird diesbezüglich auf Figur 1 verwiesen. Die hier gezeigte Empfangsspulenanordnung 20 ist beispielsweise zur flächigen Anordnung auf einem menschlichen Thorax zwecks MRT-Untersuchung desselben geeignet. Die Anzahl von sechs Empfangsspulen ist rein beispielhaft; je nach Anforderungen können ebenso mehr oder weniger Empfangsspulen genutzt werden. FIG. 6 shows a receiving coil arrangement 20 according to the invention, which is also referred to as a multi-channel coil or “array”. This comprises six similarly constructed receiving coils 1, which can accordingly also be referred to as channels. The receiving coils 1 are designed in particular as shown in FIG. For a better clarity, the designation of the individual components has been omitted and reference is made to FIG. 1 in this regard. The receiving coil arrangement 20 shown here is suitable, for example, for an areal arrangement on a human thorax for the purpose of an MRT examination of the same. The number of six receiving coils is purely exemplary; Depending on the requirements, more or fewer receiving coils can also be used.

Die Spulenkörper 2 jeweilig benachbarter Empfangsspulen 1 weisen Überlappungsbereiche auf, die zur elektromagnetischen Entkopplung der jeweiligen Empfangsspulen 1 dienen. The coil formers 2 of respectively adjacent receiving coils 1 have overlapping areas which are used for the electromagnetic decoupling of the respective receiving coils 1.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

Empfangsspule 1 Receiving coil 1

Spulenkörper 2 Bobbin 2

Kapazität 3 Capacity 3

Kondensator 4 Capacitor 4

Balun 5 Balun 5

Vorverstärker 6 Preamplifier 6

Induktivität 7 Inductance 7

PIN-Diode 8 PIN diode 8

Abstimmschaltung 9 Tuning circuit 9

Frequenz 10 Frequency 10

Protonenfrequenz 11Proton frequency 11

Nichtprotonenfrequenz 12 Non-proton frequency 12

Leistung 13 Erste Differenz 14 Performance 13 First difference 14

Zweite Differenz 15 Second difference 15

Interfaceeinheit 16Interface unit 16

Empfangsspulenanordnung 20 Receiving coil arrangement 20

Erste Leistung bei Protonenfrequenz M1A First performance at proton frequency M1A

Erste Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M1B First performance at non-proton frequency M1B

Zweite Leistung bei Protonenfrequenz M2A Second power at proton frequency M2A

Zweite Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M2B Second performance at non-proton frequency M2B

Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung als reine Empfangsspule ist, dass auf diese Weise eine Vorverstärkerentkopplung möglich ist, die mit kombinierten Sende- und Empfangsspulen nicht möglich ist. Diese Technik hilft, Störungen zwischen benachbarten Array-Elementen zu reduzieren und ist beim Design von Arrays von wesentlicher Bedeutung. Another advantage of the configuration as a pure receiving coil is that in this way a preamplifier decoupling is possible, which is not possible with combined transmitting and receiving coils. This technique helps reduce interference between adjacent array elements and is essential when designing arrays.

Claims

Ansprüche Expectations

1. Empfangsspule (1) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, welche zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen (10) abstimmbar ist, umfassend einen Spulenkörper (2) zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper (2) angeordneten Kapazität (3) sowie eine mit dem Spulenkörper (2) in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1), wobei die Abstimmschaltung (9) eine PIN-Diode (8) und eine Induktivität (7) aufweist, wobei die PIN-Diode (8) in Serie mit der Induktivität (7) und parallel zu der Kapazität (3) geschaltet ist. 1. Reception coil (1) for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, which can be tuned to receive two different frequencies (10), comprising a coil body (2) for the detection of nuclear magnetic resonance signals with a coil body (2) arranged in or on the coil body (2) Capacitance (3) and a tuning circuit (9) that is operatively connected to the coil body (2) for tuning the receiving coil (1), the tuning circuit (9) having a PIN diode (8) and an inductance (7), the PIN diode (8) is connected in series with the inductance (7) and in parallel with the capacitance (3).

2. Empfangsspule (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1) auf eine Protonenfrequenz (11) und auf eine Nichtprotonenfrequenz (12) eingerichtet ist. 2. Receiving coil (1) according to the preceding claim, characterized in that the tuning circuit (9) is set up to tune the receiving coil (1) to a proton frequency (11) and to a non-proton frequency (12).

3. Empfangsspule (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) auf die Nichtprotonenfrequenz (12) abgestimmt ist, wenn die PIN-Diode (8) sperrt, und auf die Protonenfrequenz (11) abgestimmt ist, wenn die PIN-Diode (8) leitet. 3. receiving coil (1) according to the preceding claim, characterized in that the receiving coil (1) is tuned to the non-proton frequency (12) when the PIN diode (8) blocks, and is tuned to the proton frequency (11) when the PIN diode (8) conducts.

4. Empfangsspule (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) auf eine Protonenfrequenz (11) und auf die Nichtprotonenfrequenz (12) von ³¹ P abstimmbar ist. 4. receiving coil (1) according to one of the two preceding claims, characterized in that the receiving coil (1) to a proton frequency (11) and to the non-proton frequency (12) of ³¹ P can be tuned.

5. Empfangsspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PIN-Diode (8) aus nicht-magnetischem Material besteht. 5. receiving coil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the PIN diode (8) consists of non-magnetic material.

6. Empfangsspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt ist. 6. receiving coil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving coil (1) is designed for examining a human body or body part.

7. Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die PIN-Diode (8) vorgespannt wird, sodass die Empfangsspule (1) mittels der Abstimmschaltung (9) auf eine der beiden Frequenzen (10) abgestimmt wird. 7. A method for tuning a receiving coil (1) according to any one of claims 1-6, characterized in that the PIN diode (8) is biased so that the receiving coil (1) is tuned to one of the two frequencies (10) by means of the tuning circuit (9).

8. Empfangsspulenanordnung (20) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, umfassend mehrere Empfangsspulen (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6. 8. receiving coil arrangement (20) for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, comprising a plurality of receiving coils (1) according to any one of claims 1-6.

9. Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, umfassend zumindest eine Empfangsspule (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6 und/oder zumindest eine Empfangsspulenanordnung (20) gemäß Anspruch 8, wobei das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System insbesondere zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt ist. 9. Magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system, comprising at least one receiving coil (1) according to one of claims 1-6 and / or at least one receiving coil arrangement (20) according to claim 8, wherein the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system is designed in particular for examining a human body or body part.

10. Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System weiterhin wenigstens eine Sendespule aufweist, wobei die Sendeleistung der Sendespule oder Sendespulen wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, bevorzugt wenigstens 10 kW und besonders bevorzugt wenigstens 20 kW beträgt. 10. Magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system according to the preceding claim, characterized in that the magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system further comprises at least one transmission coil, the transmission power of the transmission coil or transmission coils at least 2 kW, in particular at least 5 kW , preferably at least 10 kW and particularly preferably at least 20 kW.

11. Verwendung einer PIN-Diode (8) zur Abstimmung einer Empfangsspule (1) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen (10), wobei die Empfangsspule einen Spulenkörper (2) zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper (2) angeordneten Kapazität (3) sowie eine mit dem Spulenkörper (2) in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1) umfasst, wobei die Abstimmschaltung (9) die PIN-Diode (8) und eine Induktivität (7) aufweist und wobei die PIN-Diode (8) in Serie mit der Induktivität (7) und parallel zu der Kapazität (3) geschaltet ist. 11. Use of a PIN diode (8) to tune a receiving coil (1) for a magnetic resonance tomography and / or spectroscopy system for receiving two different frequencies (10), the receiving coil having a bobbin (2) for the detection of nuclear magnetic resonance signals a capacitance (3) arranged in or on the bobbin (2) as well as a tuning circuit (9) in operative connection with the bobbin (2) for tuning the receiving coil (1), the tuning circuit (9) comprising the PIN diode (8) and an inductance (7) and wherein the PIN diode (8) is connected in series with the inductance (7) and in parallel with the capacitance (3).