DE10160608A1 - Gekühlte Detektoreinrichtung, insbesondere für Kernspinresonanzmessungen - Google Patents

Gekühlte Detektoreinrichtung, insbesondere für Kernspinresonanzmessungen

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Abstract

Es wird eine Detektoreinrichtung mit mindestens einer Hochfrequenzspule insbesondere zur Hochfrequenzdetektion bei einer Kernspinresonanzmessung beschrieben, wobei die mindestens eine Hochfrequenzspule in einem thermisch isolierten Kühlbehälter zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels angeordnet ist und der Kühlbehälter aus einem Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Detektoreinrichtung mit mindestens einer Hochfrequenzspule zur Detektion eines Hochfrequenzfeldes bei einer Kernspinresonanzmessung und mit einem Kühlmittel zur Kühlung der Hochfrequenzspule, wobei die Hochfrequenzspule und das Kühlmittel in einem thermisch isolierenden Behälter angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Detektoreinrichtung, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung des thermisch isolierenden Behälters für die Detektoreinrichtung.
  • Es ist allgemein bekannt, zur Verbesserung des Signal-Rausch- Verhältnisses (SNR) einen Detektor zur kühlen. Mit zunehmendem SNR wird die Empfindlichkeit eines Messvorganges mit dem Detektor erhöht. Die Detektorkühlung ist besonders wirkungsvoll, wenn das Rauschen im Detektor das Rauschen der gesamten Messanordnung dominiert. Ein generelles Problem der Detektorkühlung besteht darin, dass durch die Kühlung das Messobjekt ggf. nachteilig beeinflusst wird. In diesem Fall muss insbesondere zwischen dem Detektor und dem Messobjekt eine thermische Isolation vorgesehen sein.
  • Bei Kernspinresonanzmessungen wird ein Messobjekt einem starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt, in dem bestimmte Spinausrichtungen gebildet werden. Durch Einstrahlung von Photonen mit charakteristischen Frequenzen im Hochfrequenzbereich werden Übergänge zwischen den verschiedenen Spinzuständen induziert. Bei Relaxation der Übergänge werden wiederum Hochfrequenzfelder emittiert, die mit einem Detektor erfassbar sind. Der Detektor wird durch eine Hochfrequenzspule gebildet, die ein Beispiel für einen das Rauschen der Messanordnung dominierenden Detektor ist. Es gibt daher Bestrebungen, die Hochfrequenzspule für Kernspinresonanzmessungen (NMR-Messungen) zu kühlen. Insbesondere bei NMR- Messungen an lebenden Organismen (Menschen, Tiere, Pflanzen) muss zwischen der Hochfrequenzspule und dem Organismus die thermische Isolation vorgesehen sein.
  • Es sind speziell für abbildende NMR-Messungen verschiedene Formen von Hochfrequenzspulen entwickelt worden. Für die Hochfrequenzeinstrahlung und -detektion kann eine gemeinsame Spule vorgesehen sein. Alternativ können getrennte Spulen mit einer Primärspule zur Einstrahlung und einer Detektorsspule zur Detektion verwendet werden.
  • Hochfrequenzspulen mit einem besonders einfachen Aufbau werden durch sog. Oberflächenspulen bereitgestellt, die im Wesentlichen aus einer oder mehreren Drahtschleifen bestehen. Aus der Publikation von A. C. Wright et al. in "Magnetic resonance in medicine", Bd. 43, 2000, Seite 163-169, sind abbildende NMR-Messungen mit Stickstoff-gekühlten Oberflächenspulen bekannt. Der dabei verwendete Detektoraufbau ist schematisch in Fig. 5 illustriert. Die herkömmliche Detektoreinrichtung 10' umfasst zwei Hochfrequenzspulen 11', 12', die in einem Behälter 20' mit einem Kühlmittel 21' angeordnet sind. Es ist eine Isolationseinrichtung 30' zur thermischen Isolation des Behälters 20' vorgesehen. Die Isolationseinrichtung 30' umfasst insbesondere einen um den Behälter 20' gebildeten evakuierten Raum 31' und Pumpeinrichtungen 32' zur Evakuierung des Raumes 31'. Der Behälter 20' ist nach Art eines Dewar-Gefäßes thermisch isoliert. Auf der Außenseite des Dewar-Gefäßes ist zusätzlich eine Kunststoffschicht aufgebracht, damit auf der Oberfläche der Detektoreinrichtung 10' etwa Raumtemperatur gegeben ist. Das Messobjekt 40', z. B. in Form eines menschlichen Fingers, ist am Boden des Behälters 20' nahe der Hochfrequenzspule 12' angeordnet und von dieser durch den evakuierten Raum 31' getrennt.
  • Der Aufbau der herkömmlichen Detektoreinrichtung 10' ermöglicht zwar eine Messung mit Stickstoff-gekühlten Spulen, ohne dass das Messobjekt nachteilig beeinflusst wird. Es ergeben sich aber auch eine Reihe von Nachteilen, die insbesondere mit der thermischen Isolation des Behälters 20' zusammenhängen. Erstens ist der Aufbau als Dewar-Gefäß nachteilig, da er sich durch ein großes Volumen und eine hohe Störanfälligkeit auszeichnet. Der Raum 31' muss entweder laufend abgepumpt werden oder während des Einsatzes zuverlässig abgedichtet sein. Eine Verschlechterung des Vakuums vermindert die thermische Isolation, so dass es zu Unterkühlungen am Messobjekt kommen kann. Der komplexe Aufbau des Behälters 20' mit dem evakuierten Außenraum erschwert den Zugriff zu den Hochfrequenzspulen 11', 12'. Durch die genannten Nachteile wird die Verwendbarkeit der herkömmlichen Detektoreinrichtung unter praktischen Messbedingungen beschränkt, wie sie bspw. bei medizinischen Untersuchungen auftreten.
  • Weitere bekannte Formen von Detektorspulen sind bspw. durch die Käfigspule (siehe z. B. A. Weisser et al. in "Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med." Bd. 9, 2001, Seite 1128) und die Toroidspule (s. M. Blaimer et al. in "Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med.", Bd. 9, 2001, Seite 1107) gegeben. Die Toroidspule ist an sich für eine Stickstoff-Kühlung geeignet. Eine praktikable Kühleinrichtung wurde bislang jedoch nicht beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Detektoreinrichtung, insbesondere für Kernspinresonanzmessungen, anzugeben, die einerseits eine wirksame Detektorkühlung und andererseits einen thermischen Schutz des Messobjekts ermöglicht. Die Detektoreinrichtung soll insbesondere einen vereinfachten Aufbau mit geringem Gewicht besitzen, der zuverlässig unter routinemäßigen Messbedingungen in der Praxis verwendbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Detektoreinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlbehälters mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Grundidee der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Detektoreinrichtung für Kernspinresonanzmessungen, bei der mindestens eine Hochfrequenzspule in einem Kühlbehälter zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels angeordnet ist, dahingehend weiterzubilden, dass der Kühlbehälter aus einem Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis gebildet ist. Im Unterschied zur herkömmlich vorgesehenen thermischen Isolation mit einem Dewar-Gefäß wird bei der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung die Wand des Behälters zur Aufnahme der mindestens einen Hochfrequenzspule und des Kühlmittels durch das Hartschaumstoffmaterial gebildet. Das Kühlmittel im Kühlbehälter wird durch das Hartschaumstoffmaterial vom Außenraum getrennt. Durch diese Maßnahme werden mehrere für die Brauchbarkeit der Detektoreinrichtung in der Praxis wesentliche Vorteile erzielt. Die Wand des ausschließlich aus Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis bestehenden Behälters kann insbesondere an der Position der Hochfrequenzspule im Behälterinneren so dünn gebildet werden, dass das Messobjekt zur Erzielung eines starken Hochfrequenzsignals dicht bei der Spule angeordnet werden kann. Der Erfinder hat festgestellt, dass überraschenderweise mit einer Wandstärke im mm-Bereich sowohl die mechanische Stabilität der Detektoreinrichtung als auch der thermische Schutz des Messobjekts voll gewährleistet sind. Die erfindungsgemäße Detektoreinrichtung zeichnet sich durch ein erheblich verringertes Gewicht aus. Auf Maßnahmen zur Vakuumerzeugung oder -erhaltung wie etwa bei der herkömmlichen Detektoreinrichtung kann verzichtet werden. Die Gestaltung des Kühlbehälters ermöglicht bspw. eine Behälterwand zumindest teilweise als abnehmbaren Deckel zu gestalten, wodurch der Zugriff zur Hochfrequenzspule erheblich vereinfacht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kühlbehälter zur Aufnahme der mindestens einen Hochfrequenzspule und des Kühlmittels aus Polystyrol-Hartschaumstoff. Polystyrol besitzt Eigenschaften, die bei der erfindungsgemäßen Verwendung als Wandmaterial des Kühlmittelbehälters besonders vorteilhaft zusammenwirken. Einerseits ist eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit gegeben, so dass bspw. zur thermischen Isolation flüssigen Stickstoffs von der umgebenden Raumtemperatur eine Dicke der Behälterwand im Bereich von 1 bis 2 mm ausreichend ist. Andererseits besitzt Polystyrol eine hohe Festigkeit, so dass keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden müssen.
  • Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass in der Behälterwand aus Hartschaumstoffmaterial eine Ausnehmung zur Aufnahme mindestens einer Hochfrequenzspule gebildet ist, so dass die Hochfrequenzspule von der Umgebung durch einen Abstand getrennt ist, der kleiner als die Wandstärke des übrigen Kühlbehälters ist. Diese Gestaltung besitzt den Vorteil, dass die Signalaufnahme unter den im Wesentlichen gleichen geometrischen Bedingungen wie bei der herkömmlichen Signalaufnahme mit nichtgekühlten Spulen erfolgen kann.
  • Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Kühlbehälter der Detektoreinrichtung aus mehreren Formteilen aufgebaut sein kann, die an ihren aneinandergrenzenden Rändern oder Kanten miteinander verklebt oder verschweißt sind oder aufeinanderliegen (z. B. Deckel). Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Aufbau aus Formteilen eine sichere Aufnahme des Kühlmittels ermöglicht. Ein Kühlmittelaustritt ist selbst bei geringen Wandstärken ausgeschlossen. Die Formteile bestehen bspw. aus geraden Platten oder Zylinderteilen, die in ihrer Form und Größe je nach den Anforderungen der konkreten Anwendung gebildet sind.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der Außenseite des Kühlmittelbehälters ein Gaskissen vorgesehen, das zumindest in dem Bereich des Behälters angeordnet ist, auf dessen Innenseite die mindestens eine Hochfrequenzspule angeordnet ist und auf dessen Außenseite sich während der Messung das Messobjekt befindet. Durch diese Maßnahme wird die Temperierung des Messobjekts weiter verbessert. Das Gaskissen wird vorzugsweise mit einem Gas gefüllt, das eine relativ zur Umgebung erhöhte Temperatur besitzt. Vorteilhafterweise wird damit eine definierte Wärmezufuhr zum Messobjekt erzielt.
  • Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Detektoreinrichtung zur Hochfrequenzdetektion mit den verschiedensten Spulenformen, insbesondere mit Oberflächenspulen oder Käfigspulen, ausgebildet sein. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Detektoreinrichtung Spektroskopiemessungen durchgeführt werden können. Das Material des Kühlmittelbehälters besitzt keine Resonanzen im Messbereich, die Messung wird nicht gestört.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Detektoreinrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung des Kühlbehälters zur Aufnahme der mindestens einen Hochfrequenzspule und des Kühlmittels. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die Bereitstellung von Formteilen auf Styrolpolymerisatbasis und ein Zusammenfügen der Formteile zur Bildung eines kühlmitteldichten Behälters aus, der ggf. mit einem Deckel ausgestattet ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine NMR-Apparatur, die mit der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung ausgestattet ist. Die NMR-Apparatur ist vorzugsweise als Kernspintomograph oder -mikroskop gebildet.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung mit geöffnetem Deckel des Kühlbehälters,
  • Fig. 2 eine Schnittansicht der Detektoreinrichtung gemäß Fig. 1,
  • Fig. 3 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung in teilweise auseinandergebautem Zustand,
  • Fig. 4 eine Schnittansicht der Detektoreinrichtung gemäß Fig. 3, und
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Detektoreinrichtung (Stand der Technik).
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezug auf die Verwendung mit Oberflächen- und Käfigspulen beschrieben. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf diese Spulenformen beschränkt ist. Vielmehr kann durch die vorteilhafte Herstellung des Kühlbehälters aus Hartschaumstoff-Formteilen eine Anpassung auch an andere Spulenformen vorgenommen werden. Allgemein ist die Erfindung bei der Hochfrequenzdetektion in NMR- Messungen anwendbar. Eine bevorzugte Umsetzung ist bei der bildgebenden Kernspinresonanzmessung gegeben. Einzelheiten von NMR- Messungen sind an sich bekannt, so dass im Folgenden auf Eigenschaften der NMR-Apparaturen, der Hochfrequenzeinstrahlung der Signalaufnahme und Signalauswertung nicht eingegangen wird.
  • Die Perspektivansicht gemäß Fig. 1 illustriert eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung 10. Weitere Einzelheiten sind in der schematischen Schnittansicht gemäß Fig. 2 illustriert. Die Detektoreinrichtung 10 umfasst zwei Hochfrequenzspulen 11, 12, die in einem Kühlbehälter 20 zur Aufnahme eines Kühlmittels 30 (z. B. flüssiger Stickstoff) angeordnet sind. Die Hochfrequenzspulen 11, 12 umfassen eine Primärspule 11 in Form einer einzelnen Drahtwindung, die über eine Verbindungsleitung (nicht dargestellt) mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, und eine Pickup-Spule 12, die ebenfalls durch eine einzelne Drahtwindung gebildet wird und über eine Verbindungsleitung 13 mit einer Auswertungseinrichtung verbunden ist. Die Primär-Spule 11 ist in einer ringförmigen Ausnehmung in der Innenseite eines Bodenteils 21 des Kühlbehälters 20 angeordnet. Die Position der Primär-Spule in der ringförmigen Ausnehmung ist für Abstimmungszwecke (Tunen) mit einem Kunststoffstab 14 (siehe Fig. 1) verstellbar, der bspw. aus Fiberglasmaterial besteht. Die Pickup-Spule 12 ist über die Verbindungsleitung 13 und eine Abstimmeinrichtung 15 an einem Deckelteil 22 des Kühlbehälters 20 angebracht. Die Abstimmeinrichtung 15 dient der elektrischen Anpassung und Positionierung der Pickup-Spule 12 relativ zur Primär-Spule 11 und besteht aus Kunststoff, z. B. PMMA. Beide Spulen sind zumindest einseitig zum Innern des Behälters 20 freiliegend positioniert, so dass sie im befüllten Zustand des Kühlbehälters 20 direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt stehen.
  • Der Behälter 20 besitzt die Form eines langgestreckten Quaders, dessen Wände durch die genannten Boden- und Deckelteile 21, 22 und Seitenteile 23 gebildet werden. Das Bodenteil 21 und die Seitenteile 23 bilden einen im Wesentlichen ebenfalls quaderförmigen Innenraum, in den ein am Deckelteil 22 gebildeter Vorsprung 24 formschlüssig hineinragt. Die Dicke des Vorsprungs 24 ist für einen festen und dichten Sitz des Deckelteils 22 auf den Seitenteilen 23 gewählt.
  • In den Wänden des Kühlbehälters 20 sind Durchführungen und Durchbrüche vorgesehen, die insbesondere der Betätigung des Kunststoffstabes 14 und der Abstimmeinrichtung 15, der Zufuhr von flüssigem Kühlmittel, der Abfuhr von verdampftem Kühlmittel und der Beobachtung des Behälterinneren dienen. Es kann ein Beobachtungsfenster 25 bspw. im Deckelteil 22 vorgesehen sein (siehe Fig. 1), durch das die Spulen 11, 12 beobachtet werden können.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Kühlbehälter 20 aus einem Material besteht, dass die thermische Isolation der Umgebung und insbesondere des Messobjekts 40 gegenüber dem Behälterinneren bereitstellt. Der Kühlbehälter 20 besteht aus einem Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis. Hartschaumstoffe sind Schaumstoffe, die einer Verformung unter Druckbelastung einen Verformungswiderstand entgegensetzen. Dieser liegt entsprechend üblichen Normdefinitionen (z. B. gemäß DIN) im Aufbau einer Druckspannung bei 10% Stauchung von mehr als 80 kPa. Es ist zwar aus der Bau-, Kühlgeräte- und Transporttechnik an sich bekannt, Hartschaumstoffe als Isoliermaterial zu verwenden. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch nicht nur die thermische Isolationsfähigkeit von Hartschaumstoff auf Styrolpolymerisatbasis, sondern auch seine durch den Erfinder erstmalig erkannte Eignung als Behältermaterial zur Aufnahme eines Kühlmediums für Hochfrequenzspulen in der NMR- Technik ausgenutzt. Der Kühlbehälter 20 besteht vorzugsweise aus Polystyrol. Besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Polystyrol mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0.04 W/(m.K) erwiesen. Es wird vorzugsweise Polystyrol verwendet, das unter dem Namen Styrodur (registrierte Marke) verfügbar ist. Der Kühlbehälter 20 besteht bspw. aus dem von der BASF AG, Deutschland hergestellten Material Styrodur 3035 CS. Bei diesem Material ist zur thermischen Isolation eine Wandstärke von nur 1 bis 2 mm erforderlich.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung von Polystyrol als Behältermaterial besitzt die folgenden zusätzlichen Vorteile. Es ist eine hohe NMR-Verträglichkeit gegeben. Sowohl in der Bildgebung als auch in der Spektroskopie hat Polystyrol, insbesondere das genannte Material Styrodur, keinen Einfluss auf die Messergebnisse. Polystyrol lässt sich mit geringem Aufwand mechanisch bearbeiten. Spanabhebend oder mit einer Thermosäge lassen sich planare oder gekrümmte Formteile herstellen, die zum Kühlbehälter 20 zusammengesetzt werden. Polystyrol lässt sich auch dreidimensional bearbeiten. So können bspw. beim Aufbau gemäß Fig. 2 die Boden- und Seitenteile 21, 23 einstückig hergestellt sein. Die Bildung dreidimensionaler Formteile erfolgt bspw. mit einer Thermosäge (z. B. erhitzter Draht), einer Schnittform oder einer Drehbank.
  • In Fig. 2 ist ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung 10 illustriert, das von besonderem Vorteil bei der Messung an lebenden Messobjekten ist. Auf der Außenseite des Bodenteils 21 ist eine Temperierungseinrichtung 50 vorgesehen, die mindestens ein Gaskissen 51 umfasst. Das Gaskissen 51 bildet eine Schicht, deren Form an die äußere Gestalt der Behälterwand angepasst ist und deren Fläche die wirksame Abstrahlungs- oder Empfangsfläche der mindestens einen Hochfrequenzspule des Kühlbehälters abdeckt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bildet das Gaskissen 51 entsprechend eine ebene Schicht mit einer Fläche, die größer als die Projektion der Spulen 11, 12 auf das Bodenteil 21 ist.
  • Das Gaskissen 51 wird bspw. durch eine luftdurchströmte Hülle aus einer Kunststoffmembran gebildet. Es besitzt eine Dicke von rd. 1 mm. Als Kunststoffmembran wird bspw. Polypropylenfolie mit einer Dicke von 10 . . . 100 µm verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Temperierungseinrichtung 50 ist das Gaskissen 51 mit einem Gaskreislauf 52 und einer Heizeinrichtung 53 verbunden. Die Temperierungseinrichtung 50 wird bspw. mit Luft betrieben. In der Heizeinrichtung 53 wird die Temperatur des im Gaskreislauf 52 und im Gaskissen 51 umlaufenden Luftstromes eingestellt. Die Heizeinrichtung enthält vorzugsweise eine elektrische Heizung, z. B. ein Keramikheizelement, und eine Membranpumpe. Die Betriebsparameter der Heizeinrichtung werden je nach der Aufgabenstellung, dem Wärmebedarf und der Gestalt der Detektoreinrichtung gewählt. Bei der Messung an lebenden Proben, z. B. Körperteilen von menschlichen oder tierischen Organismen, wird der Luftstrom vorzugsweise auf eine Temperatur von bis zu 40°C eingestellt, um das Messobjekt entsprechend seiner Körpertemperatur zu temperieren.
  • Das Gaskissen 51 und ggf. Leitungsteile des Gaskreislaufes 52 sind in das Bodenteil 21 des Kühlbehälters 20 eingelassen. Die Primär-Spule 11 in der ringförmigen Ausnehmung ist vom Messobjekt 40 lediglich durch einen verjüngten Bereich 26 der Behälterwand und das Gaskissen 51 getrennt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Hartschaumstoffmaterial auch bei einer Dicke von rd. 1 mm eine genügende Stabilität und Festigkeit besitzt, um das Kühlmittel sicher im Kühlbehälter 20 zu halten. Mit einer Dicke des Gaskissens 51 von ebenfalls 1 mm ergibt sich ein senkrechter Abstand des Messobjekts 40 von Primär-Spule 11 von rd. 2 mm. Dieser extrem geringe Abstand, der mit herkömmlichen Detektoreinrichtungen nicht erzielbar ist, gewährleistet ein hohes Messsignal. Die SNR-Steigerung durch Spulenkühlung wird damit noch weiter verbessert.
  • Ein besonderer Vorteil der Temperierungseinrichtung ist durch die Tolerierung von langen Messzeiten gegeben. Trotz des geringen Abstandes zwischen dem Messobjekt und der tiefgekühlten Spule können Messungen mit den üblichen Messzeiten durchgeführt werden, ohne dass das Messobjekt geschädigt wird. Es werden insbesondere Messungen an lebenden Messobjekten begünstigt.
  • Die Detektoreinrichtung 10 gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt bspw. die folgenden Maße: Außenmaße des Kühlbehälters 20: 80 mm. 90 mm.600 mm, Innenmaße des Kühlbehälters 20: 40 mm.60 mm. 560 mm, Dicke des Vorsprungs 25: 15 mm. Die ringförmigen Spulen bestehen bspw. aus Silber (reines Sterling-Silber) und besitzen einen Durchmesser von 20 mm. Das Beobachtungsfenster 25 besteht bspw. aus PMMA.
  • In den Fig. 3 und 4 ist die Erfindung am Beispiel einer Detektoreinrichtung 10 mit einer Käfigspule 16 illustriert. Die Käfigspule 16 umschließt einen Messraum in Form eines geraden Kreiszylinders, in dem das Messobjekt 40 (siehe Fig. 4) angeordnet wird. Zur Kühlung der Käfigspule 16 mit einem Kühlmittel 30 (z. B. flüssiger Stickstoff) und gleichzeitig zur thermischen Isolation des Objekts 40 ist die Käfigspule 16 von einem Kühlbehälter 20 eingeschlossen, der die Form eines Hohlzylinders mit geschlossenen Stirnflächen besitzt. Der Kühlbehälter 20 (in Fig. 3 aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise dargestellt) umfasst insbesondere ein inneres Mantelteil 27, ein äußeres Mantelteil 28 (siehe Fig. 5) und zwei Seitenteile 29. Das innere Mantelteil 27 besitzt die Form eines Kreiszylinders. An seinen Enden ist das innere Mantelteil 27 an den Seitenteilen 29 in Form ebener Kreisringflächen befestigt (z. B. angeklebt oder angeschweißt). Am äußeren Umfang der Seitenteile 29 ist entsprechend das äußere Mantelteil 28 befestigt, das an einer Seite (z. B. der Oberseite) einen Durchbruch für die Abstimmeinrichtung 15 für die Käfigspule 16 besitzt. Die Abstimmeinrichtung ist aus Kunststoff (z. B. PMMA) hergestellt und bildet bei dieser Ausführungsform einen abnehmbaren Deckel des Kühlbehälters. Sie bildet auch eine Durchführung für Verbindungsleitungen 17, 18 zur Käfigspule. Zur Abstimmeinrichtung 15 gehört ferner ein Metallring 19, der bspw. aus Kupfer besteht.
  • Der Kühlbehälter 20 besteht, wie oben beschrieben, aus Hartschaumstoff auf Styrolpolymerisatbasis. Typische Maße des Kühlbehälters 20 sind: axiale Länge: 20 cm, Innendurchmesser des inneren Mantelteils 27: 54 mm, Außendurchmesser des äußeren Mantelteils 28: 19 cm, Wandstärke des inneren Mantelteils 27: 2 mm bis 4 mm, Wandstärke des äußeren Mantelteils 28: 15 mm, Wandstärke der Seitenteile 29: 20 mm.
  • Auch die in den Fig. 3 und 4 illustrierte Ausführungsform der Erfindung kann mit einer Temperierungseinrichtung ausgestattet sein. Es ist ein schlauchförmiges Gaskissen 51 vorgesehen, das auf der zum Messobjekt 40 gerichteten Seite des inneren Mantelteils 27 angebracht ist. Das Gaskissen 51 ist vorzugsweise mit einem Gaskreislauf (nicht dargestellt) verbunden.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (10)

1. Detektoreinrichtung (10) mit mindestens einer Hochfrequenzspule (11, 12, 16), insbesondere zur Hochfrequenzdetektion bei einer Kernspinresonanzmessung, wobei die mindestens eine Hochfrequenzspule (11, 12, 16) in einem thermisch isolierten Kühlbehälter (20) zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbehälter (20) aus einem Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis besteht.
2. Detektoreinrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Kühlbehälter (20) aus Polystyrol besteht.
3. Detektoreinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Kühlbehälter (20) aus mehreren Formteilen besteht, die miteinander verklebt oder verschweißt sind.
4. Detektoreinrichtung gemäß Anspruch 3, bei dem ein Formteil ein Deckelteil (22) bildet, das vom Kühlbehälter (20) abnehmbar ist.
5. Detektoreinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kühlbehälter (20) mit einer Temperierungseinrichtung (50) ausgestattet ist.
6. Detektoreinrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Temperierungseinrichtung (50) ein schichtförmiges Gaskissen (51) aufweist, das auf der Außenseite des Kühlbehälters (20) entsprechend der Position der mindestens einen Hochfrequenzspule angeordnet ist.
7. Detektoreinrichtung gemäß Anspruch 6, bei der das Gaskissen (51) mit einem Gaskreislauf (52) und einer Temperierungseinrichtung (53) verbunden ist.
8. Detektoreinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kühlbehälter (20) zur Aufnahme einer Oberflächenspule (11, 12) oder einer Käfigspule (16) eingerichtet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Kühlbehälters (20) einer Detektoreinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbehälter durch mechanisches Formen von Formteilen aus Hartschaumstoffmaterial auf Styrolpolymerisatbasis und Verbinden der Formteile zur Bildung eines geschlossenen Behälters zur Aufnahme eines flüssigem Kühlmediums hergestellt wird.
10. Verwendung von Polystyrol zur Herstellung eines Kühlbehälters zur Aufnahme von Hochfrequenzspulen für NMR-Messungen.
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