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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Resonator für Magnetresonanzanwendungen,
der ein Leiterelement aufweist, das sich von einem ersten zu einem
zweiten Leiterende erstreckt.
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Derartige
Resonatoren sind allgemein bekannt.
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Resonatoren
für Magnetresonanzanwendungen
weisen – wie
viele andere Resonatoren auch – ein
Leiterelement auf, das sich von einem ersten zu einem zweiten Leiterende
erstreckt. Bei Betrieb des Leiterelements mit einer Resonanzfrequenz
oszilliert in dem Leiterelement – wie bei anderen Resonatoren auch – ein Resonanzstrom
vom ersten Leiterende zum zweiten Leiterende und zurück. Der
Resonanzstrom ist dabei besonders hoch, wenn das Leiterelement auf
die Resonanzfrequenz abgestimmt ist.
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Bei
Magnetresonanzanwendungen hängt
die Larmorfrequenz, mit der die korrespondierende Magnetresonanzanlage
betrieben wird, zum Einen von der Stärke des Grundmagnetfeldes der
Magnetresonanzanlage und zum Anderen von dem Element ab, dessen
angeregter Spin detektiert werden soll. Für Wasserstoff (das ist der
häufigste
Anwendungsfall) beträgt
das gyromagnetische Verhältnis
beispielsweise ca. 42,4 MHz/T.
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Magnetresonanzanlagen
werden üblicherweise
mit Grundmagnetfeldern betrieben, die zwischen 0,2 und 1,5 T liegen.
In jüngerer
Zeit sind auch Magnetresonanzanlagen bekannt geworden, die stärkere Grundmagnetfelder
aufweisen, insbesondere Grundmagnetfelder von 3 T, in manchen Fällen sogar
bis zu 5 T und darüber.
Dementsprechend liegt die Larmorfrequenz von Magnetresonanzanlagen üblicherweise
zwischen ca. 8,5 MHz und ca. 63,5 MHz, in ein Einzelfällen aber
auch darüber.
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Die
Larmorfrequenz ist die Frequenz, auf die bei Magnetresonanzanwendungen
die Resonatoren abgestimmt werden müssen. Sie entspricht also im Idealfall
der Resonanzfrequenz des Resonators.
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Wie
allgemein bekannt ist, ist ein Leiterelement ohne weitere Maßnahmen
bei einer Resonanzfrequenz resonant, wenn seine Länge die
Hälfte
der Wellenlänge
der Resonanzfrequenz beträgt.
Wie sich durch einfaches Nachrechnen ergibt, beträgt somit die
Länge eines λ/2-Stabes
bei einer Magnetresonanzanlage mit einem Grundmagnetfeld von 1,5
T ca. 2,5 m. Derartige Längen
sind bei Resonatoren für Magnetresonanzanwendungen
völlig
unrealistisch. Die Stäbe
von Ganzkörperantennen
weisen beispielsweise Längen
auf, die in der Regel bei ca. 40 cm liegen, 60 cm aber in der Praxis
nicht überschreiten.
Lokalspulen sind oftmals sogar noch viel kleiner. Aus diesem Grund
ist es bei Resonatoren für
Magnetresonanzanwendungen ohne weitere Maßnahmen nicht möglich, die
Abstimmung auf die Larmorfrequenz durch entsprechende Dimensionierung
des Leiterelements zu erreichen. Vielmehr ist es allgemein üblich, die
Leiterenden über
eine entsprechende Beschaltung miteinander zu koppeln, wobei die Beschaltung
die Abstimmung des Leiterelements auf die Resonanzfrequenz bewirkt.
Von derart ausgebildeten Resonatoren geht die vorliegende Erfindung aus.
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Auch
wenn die Leiterelemente bei Resonatoren für Magnetresonanzanlagen erheblich
kürzer
als die halbe Wellenlänge
des im Leiterelement oszillierenden Resonanzstroms sind, ist der
Resonanzstrom dennoch hochfrequent. Bei hochfrequenten Strömen tritt
jedoch der so genannte Skineffekt auf: Der Resonanzstrom fließt nicht
mehr im gesamten Querschnitt des Leiterelements, sondern nur noch
in einem Randbereich. Der Randbereich weist dabei eine Skintiefe
auf, die durch die Resonanzfrequenz und das Material, aus dem das
Leiterelement besteht, bestimmt ist. Auf Grund des Skineffekts fließt also
der Resonanzstrom nur noch in einem Bruchteil des Querschnitts des
Leiterelements, wodurch der effektive Widerstand des Leiter elements
ansteigt. Messungen ergeben dabei einen Anstieg, der proportional
zum Quadrat der Resonanzfrequenz ist.
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Es
ist zwar denkbar, den wirksamen Widerstand des Leiterelements durch
Kühlen
oder durch Verwenden eines supraleitenden Materials zu verringern.
Diese Vorgehensweisen implizieren jedoch einen erheblichen technischen
Aufwand und stellen darüber
hinaus ein Sicherheitsrisiko für
einen Patienten dar, der in der Magnetresonanzanlage untersucht wird.
Sie werden daher bei Magnetresonanzanlagen in der Praxis in aller
Regel nicht eingesetzt.
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Auch
die Verwendung einer Hochfrequenzlitze scheidet praktisch aus. Denn
Litzenleiter verringern den Widerstand nur bis zu Frequenzen von
wenigen Megahertz, typischerweise 2 bis 4 MHz.
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Es
sind schon Leiterelemente bekannt, die als Vielschichtleiter mit
einer Vielzahl von Schichten ausgebildet sind. Beispielhaft wird
diesbezüglich
auf die US-A-2,769,148 und die US-A-6,148,221 verwiesen. Wenn in
einem derartigen Fall die einzelnen Schichten Schichtdicken aufweisen,
die kleiner als die Skintiefe sind, lässt sich mit solchen Leiterelementen
der effektive Widerstand bei der Resonanzfrequenz erheblich verringern.
Die Schichten können dabei
entweder konzentrisch zueinander sein (so genannter Clogston-Leiter,
siehe US-A-2,769,148)
oder planar sein (siehe z. B. die US-A-6,148,221). Könnten derartige
Leiterelemente bei Resonatoren für
Magnetresonanzanwendungen verwendet werden, wäre dies von Vorteil. Der Einsatz
von Vielschichtleitern als Leiterelementen führt aber nicht ohne weiteres
zu der erwarteten Reduzierung des effektiven Widerstands.
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Genauere
Untersuchungen haben ergeben, dass das Problem darin besteht, dass
die optimale Aufteilung des Resonanzstroms auf die einzelnen Schichten
des Vielschichtleiters nach einem Übergang von einem Massivleiter
bzw. einer externen Beschal tung auf den Vielschichtleiter erst nach
einer Länge
erfolgt, die größer als
die mit der Resonanzfrequenz korrespondierende Wellenlänge ist.
Da Resonatoren für
Magnetresonanzanwendungen aber, wie obenstehend ausgeführt, Längen aufweisen,
die deutlich kleiner als die Wellenlänge der Resonanzfrequenz sind,
kann sich diese Stromverteilung somit nicht einstellen. Darüber hinaus
führen
bereits geringfügige
Inhomogenitäten
des Vielschichtleiters zu einer erheblichen Reduzierung der erreichbaren
Widerstandsverringerung. Der Einsatz von Vielschichtleitern bei
Resonatoren für
Magnetresonanzanwendungen wurde daher in der Praxis für nicht
sinnvoll erachtet.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Resonator
für Magnetresonanzanwendungen
zu schaffen, bei dem der effektive Widerstand deutlich kleiner ist
als bei einem Massivleiter.
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Die
Aufgabe wird bei einem Resonator der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
- – dass
das Leiterelement als Vielschichtleiter mit einer Vielzahl von Schichten
ausgebildet ist, die an den Leiterenden Schichtenden aufweisen,
und
- – dass
die Beschaltung derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb des Leiterelements
mit der Resonanzfrequenz in den Schichten Schichtströme fließen, die
untereinander gleich groß sind.
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Denn
auf Grund der Ausbildung des Leiterelements als Vielschichtleiter
besteht überhaupt
erst die Möglichkeit,
den effektiven Widerstand des Leiterelements gegenüber einem
Massivleiter deutlich zu verringern. Auf Grund der Ausbildung der
Beschaltung, welche die gleichmäßige Stromverteilung in
den einzelnen Schichten bewirkt, wird diese Möglichkeit dann auch tatsächlich genutzt.
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Es
ist möglich,
dass die Beschaltung die beiden Leiterenden direkt miteinander koppelt.
Diese Vorgehensweise wird in der Regel bei ringförmig ausgebildeten Resonatoren
ergriffen werden, also insbesondere bei Lokalspulen. Es ist aber
auch möglich, dass
die Beschaltung die beiden Leiterenden über eine Massenfläche miteinander
koppelt. Diese Vorgehensweise wird in der Regel bei stabförmig ausgebildeten
Resonatoren ergriffen werden, also insbesondere bei Ganzkörperantennen.
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Bezüglich der
Ausgestaltung der Beschaltung als solcher sind verschiedene Vorgehensweisen möglich.
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So
ist es beispielsweise möglich,
dass die Beschaltung die Schichtenden derart miteinander verschaltet,
dass die Schichten miteinander in Serie geschaltet sind.
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Auf
Grund des Umstands, dass hierdurch die effektive Länge des
Leiterelements vergrößert wird, kann
es vorkommen, dass die effektive Länge des Leiterelements in Verbindung
mit der intrinsischen, unvermeidbaren parasitären kapazitiven Kopplung der
in Stromflussrichtung des Resonanzstroms gesehen ersten der in Serie
geschalteten Schichten und der in Stromflussrichtung des Resonanzstroms
gesehen letzten der in Serie geschalteten Schichten gerade die erforderliche
Abstimmung auf die Betriebsfrequenz ergibt. In diesem Spezialfall
sind diese beiden Schichten nicht mittels eines elektrischen Bauelements
unmittelbar miteinander verbunden.
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In
der Regel ergibt die einfache Hintereinanderschaltung der einzelnen
Schichten jedoch noch nicht die erforderliche Abstimmung auf die
Resonanzfrequenz. In der Regel sind daher die in Stromflussrichtung
des Resonanzstroms gesehen erste der in Serie geschalteten Schichten
und die in Stromflussrichtung des Resonanzstroms gesehen letzte der
in Serie geschalteten Schichten mittels eines ersten Kondensators
unmittelbar miteinander verbunden.
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Es
ist möglich,
die Abstimmung des Leiterelements auf die Resonanzfrequenz ausschließlich mittels
des ersten Kondensators vorzunehmen. Es ist aber auch möglich, diese
Abstimmung mittels mehrerer Kondensatoren zu erreichen. In diesem
Fall weist die Beschaltung mindestens einen zweiten Kondensator
auf, der mit dem ersten Kondensator in Serie geschaltet ist. In
Stromflussrichtung des Resonanzstroms gesehen ist dabei zwischen
dem ersten und dem zweiten Kondensator mindestens eine der Schichten
angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, zwischen
je zwei in Stromflussrichtung gesehen aneinander angrenzenden Schichten
jeweils einen Kondensator anzuordnen.
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Alternativ
zur Serienschaltung der Schichten ist es auch möglich, dass die Beschaltung
die Schichtenden derart miteinander verschaltet, dass die Schichten
zueinander parallel geschaltet sind. In diesem Fall weist die Beschaltung
für jede
Schicht eine der jeweiligen Schicht proprietär zugeordnete Impedanzanpassungsschaltung
auf, die mit einem der Schichtenden der ihr proprietär zugeordneten Schicht
unmittelbar verbunden ist. Die Impedanzanpassungsschaltungen weisen
dabei vorzugsweise jeweils einen Kondensator und/oder eine Spule
auf.
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Bei
Parallelschaltung der Schichten ist es möglich, dass jede Impedanzanpassungsschaltung auch
mit dem anderen der Schichtenden der ihr proprietär zugeordneten
Schicht unmittelbar verbunden ist. In diesem Fall sind die Schichten
also unabhängig voneinander
auf die Resonanzfrequenz abgestimmt.
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Es
ist aber auch möglich,
dass jede Impedanzanpassungsschaltung mit dem anderen der Schichtenden
der ihr proprietär
zugeordneten Schicht über
einen den Impedanzanpassungsschaltungen gemeinsamen Verbindungsbereich
verbunden ist. In diesem Fall kann insbesondere im gemeinsamen Verbindungsbereich
eine Restbeschaltung angeordnet sein. Die Restbeschaltung weist
dabei – analog
zu den Impedanzanpassungsschaltungen – vorzugsweise einen Kondensator
und/oder eine Spule auf.
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Es
ist möglich,
dass die Schichten im Querschnitt gesehen durchgehend ausgebildet
sind. Es ist aber auch möglich,
dass die Schichten jeweils mehrere Streifen aufweisen. In diesem
letztgenannten Fall ist die Beschaltung vorzugsweise derart ausgebildet,
dass bei Betrieb des Leiterelements mit der Resonanzfrequenz in
den Streifen Streifenströme fließen, die
pro Schicht untereinander gleich groß sind. Denn dadurch kann die
Widerstandsreduzierung optimiert werden. Zur Realisierung der gleich großen Streifenströme sind
dabei die analogen Maßnahmen
möglich,
die obenstehend zur Realisierung gleich großer Schichtströme erläutert wurden.
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Die
Aufteilung der einzelnen Schichten in mehrere Streifen ist an sich
bei Vielschichtleitern bereits bekannt. Im Gegensatz zur bekannten
Vorgehensweise ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber
möglich,
dass die Streifen Streifenbreiten aufweisen, die größer als
die Skintiefe des Materials, aus dem die Streifen bestehen, bei
der Betriebsfrequenz sind.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 einen
Prinzipaufbau eines Resonators für
Magnetresonanzanwendungen,
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2 und 3 mögliche Querschnitte
des Resonators von 1,
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4 einen
Prinzipaufbau eines weiteren Resonators für Magnetresonanzanwendungen,
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5 und 6 mögliche Querschnitte
des Resonators von 4,
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7 bis 12 mögliche Beschaltungen für die Resonatoren
der 1 bis 6,
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13 einen
weiteren möglichen
Querschnitt des Resonators von 1 und
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14 einen
weiteren möglichen
Querschnitt der Resonatoren von 1 bzw. 4.
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Gemäß 1 weist
ein Resonator für
Magnetresonanzanwendungen ein Leiterelement 1 auf, das
sich von einem ersten Leiterende 2 zu einem zweiten Leiterende 3 erstreckt.
Bei Betrieb des Leiterelements 1 mit einer Resonanzfrequenz
f oszilliert in dem Leiterelement 1 vom ersten Leiterende 2 zum zweiten
Leiterende 3 und zurück
ein Resonanzstrom I.
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Die
Resonanzfrequenz f korrespondiert bei Magnetresonanzanwendungen
mit der Larmorfrequenz fL einer Magnetresonanzanlage. Das Leiterelement 1 erstreckt
sich daher über
eine Länge
l, die erheblich kleiner als die Hälfte der mit der Resonanzfrequenz
f korrespondierenden Wellenlänge
ist. Die Leiterenden 2, 3 sind über eine
Beschaltung 4 miteinander gekoppelt, wobei das Leiterelement 1 mittels der
Beschaltung 4 auf die Resonanzfrequenz f abgestimmt ist.
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Das
Leiterelement 1 von 1 erstreckt
sich im Wesentlichen ringförmig.
Es ist daher möglich, dass
die Beschaltung 4 die beiden Leiterenden 2, 3 direkt
miteinander koppelt. Eine derartige Ausgestaltung wird in der Regel
bei Lokalspulen gegeben sein.
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Gemäß den 2 und 3 ist
das Leiterelement 1 als Vielschichtleiter ausgebildet.
Es weist also eine Vielzahl von Schichten 5 auf, die an
den Leiterenden 2, 3 Schichtenden 6, 7 aufweisen.
Die einzelnen Schichten 5 weisen dabei Schichtdicken d auf,
die kleiner als die Skintiefe des Materials, aus dem die Schichten 5 bestehen,
bei der Resonanzfrequenz f sind.
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Gemäß 2 sind
die einzelnen Schichten 5 konzentrisch zueinander angeordnet.
Gemäß 3 verlaufen
die einzelnen Schichten 5 parallel zu einer Massenfläche 8.
Beide Ausgestaltungen sind – soweit
es die erfindungsgemäße Vorgehensweise
betrifft – gleichwertig.
Welche Ausgestaltung tatsächlich vorzuziehen
ist, richtet sich daher nach Umständen, die außerhalb
des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen, insbesondere der
konkreten Anwendung.
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Auch 4 zeigt
einen Resonator für
Magnetresonanzanwendungen, der ein Leiterelement 1 aufweist,
das sich von einem ersten zu einem zweiten Leiterende 2, 3 erstreckt.
Auch hier oszilliert bei Betrieb des Leiterelements 1 mit
der Resonanzfrequenz f in dem Leiterelement 1 der Resonanzstrom
I vom ersten zum zweiten Leiterende 2, 3 und zurück. Weiterhin
ist auch hier eine Beschaltung 4 vorhanden, über welche
die Leiterenden 2, 3 miteinander gekoppelt sind.
Die Beschaltung 4 stimmt das Leiterelement 1 wieder
auf die Resonanzfrequenz f ab. Da sich bei der Ausgestaltung von 4 das
Leiterelement 1 aber stabförmig erstreckt, ist eine Massenfläche 8 erforderlich.
Denn nur mittels der Massenfläche 8 ist
es möglich,
dass die Beschaltung 4 die Leiterenden 2, 3 miteinander
koppelt.
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Wie
aus den 5 und 6 ersichtlich
ist, ist auch das Leiterelement 1 der 4 als
Vielschichtleiter ausgebildet. Es weist also ebenfalls eine Vielzahl
von Schichten 5 auf, die an den Leiterenden 2, 3 Schichtenden 6, 7 aufweisen.
Der Unterschied zwischen den 5 und 6 besteht
dabei darin, dass bei der Ausgestaltung gemäß 5 die Massenfläche 8 ebenfalls
als Vielschichtleiter ausgebildet ist, während bei der Ausgestaltung
von 6 die Massenfläche 8 einschichtig
bzw. massiv ausgebildet ist. Auch hier ist die Schichtdicke d wieder
kleiner als die Skintiefe.
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In
den 2, 3, 5 und 6 sind jeweils
Leiterelemente 1 dargestellt, welche drei Schichten 5 aufweisen.
Diese Anzahl von Schichten wird bei der nachfolgenden Schilderung
der vorliegenden Erfindung, die in Verbindung mit den 7 bis 12 erfolgt,
beibehalten. Die Anzahl von drei Schichten 5 ist aber rein
beispielhaft und dient lediglich der Erläuterung. Es könnten ohne
weiteres auch andere Anzahlen von Schichten 5 verwendet
werden, insbesondere erheblich größere Anzahlen. Es wird weiterhin
darauf hingewiesen, dass die in den 7 bis 12 dargestellten
Leiterelemente 1 sowohl die Leiterelemente 1 der 1 bis 3 als auch
die Leiterelemente 1 der 4 bis 6 sein können. Gegebenenfalls
erfolgen die in den 7 bis 12 dargestellten
Verbindungen der Schichtenden 6, 7 über die
Massenfläche 8 der 4 bis 6.
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Wenn
es lediglich erforderlich wäre,
das Leiterelement 1 auf die Resonanzfrequenz f abzustimmen,
würde es
genügen,
die Beschaltung 4 entsprechend 7 auszubilden.
Gemäß 7 weist
die Beschaltung 4 lediglich eine einzige Impedanzanpassungsschaltung 9 auf,
die mit allen Schichten 5 direkt verbunden ist. Die Impedanzanpassungsschaltung 9 müsste in
diesem Fall lediglich einen Kondensator 10 und/oder eine
Spule 11 aufweisen. In der Regel würde es sogar ausreichen, wenn
nur eines der beiden Elemente 10, 11, also entweder
der Kondensator 10 oder die Spule 11, vorhanden
ist. In den Schichten 5 würden dann Schichtströme I1, I2,
I3 fließen,
die sich zum Resonanzstrom I summieren. Die in den Schichten 5 fließenden Schichtströme I1, I2,
I3 wären
aber in aller Regel nicht gleich groß. Die Ursache hierfür sind fertigungsbedingte
Streuungen der Schichten 5 untereinander, die in aller
Regel unvermeidbar sind. Gemäß der vorliegenden
Erfindung soll die Beschaltung 4 aber derart ausgebildet
sein, dass bei Betrieb des Leiterelements 1 mit der Resonanzfrequenz
f die Schichtströme
I1, I2, I3 untereinander gleich groß sind. Wie dies bei den Resonatoren
der 1 bis 6 erreicht werden kann, wird
nachfolgend in Verbindung mit den 8 bis 12 näher erläutert.
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Gemäß den 8, 9 und 10 verschaltet
die Beschaltung 4 die Schichtenden 6, 7 derart
miteinander, dass die Schichten 5 miteinander in Serie
geschaltet sind. Diese Ausgestaltung ist in Verbindung mit den 1 bis 5 realisierbar,
nicht aber mit der Ausgestaltung gemäß 6.
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Gemäß 8 sind
die in Stromflussrichtung des Resonanzstroms I gesehen erste der
in Serie geschalteten Schichten 5 und die Stromflussrichtung des
Resonanzstroms I gesehen letzte der in Serie geschalteten Schichten 5 nicht
mittels eines elektrischen Bauelements der Beschaltung 4 miteinander verbunden.
In diesem Fall besteht eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden
nicht miteinander verbundenen Schichten 5 nur über eine
(oder mehrere) unvermeidbare parasitäre Kapazitäten.
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Die
Beschaltung gemäß 8 kann
im Einzelfall sinnvoll sein, wenn auf Grund der Dicke der Schichten 5,
des Abstands der Schichten 5 voneinander und der Dielektrizitätszahl eines
zwischen den Schichten 5 angeordneten Isolationsmaterials 12 (siehe 2, 3, 5 und 6)
die Abstimmung auf die Resonanzfrequenz f gegeben ist. Im Regelfall
wird es aber erforderlich sein, entsprechend den 9 und 10 weitere
Maßnahmen
vorzusehen.
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So
ist es gemäß 9 beispielsweise
möglich,
die in Stromflussrichtung des Resonanzstroms I gesehen erste der
in Serie geschalteten Schichten 5 und die in Stromflussrichtung
des Resonanzstroms I gesehen letzte der in Serie geschalteten Schichten 5 mittels
eines Kondensators 13 der Beschaltung 4 miteinander
zu verbinden. Der Kondensator 13 wird dabei nachfolgend
erster Kondensator 13 genannt.
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Bei
den Ausgestaltungen der 8 und 9 können sich
zwischen den einzelnen Schichten 5 relativ große Potentialunterschiede
ergeben. In der Regel ist es daher vorzuziehen, wenn entsprechend 10 die
Beschaltung 4 weitere Kondensatoren 14 aufweist,
nachfolgend zweite Kondensatoren 14 genannt. Die zweiten
Kondensatoren 14 sind mit dem ersten Kondensator 13 in
Serie geschaltet. In Stromflussrichtung des Resonanzstroms I gesehen
ist dabei zwischen dem ersten Kondensator 13 und den zweiten
Kondensatoren 14 stets mindestens eine der Schichten 5 angeordnet.
Auch zwischen den zweiten Kondensatoren 14 untereinander
ist jeweils mindestens eine der Schichten 5 angeordnet.
Dadurch können
anderenfalls auftretende Verluste vermieden bzw. zumindest verringert
werden.
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Gemäß 10 weist
die Beschaltung 4 ebenso viele Kondensatoren 13, 14 auf
wie Schichten 5 vorhanden sind. Diese Ausgestaltung ist
besonders optimal.
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Im
Gegensatz zu den 8 bis 10 verschaltet
die Beschaltung 4 bei den 11 und 12 die
Schichtenden 6, 7 derart miteinander, dass die
Schichten 5 zueinander parallel geschaltet sind. In diesem
Fall weist die Beschaltung 4 für jede Schicht 5 eine
Impedanzanpassungsschaltung 15 auf, die der jeweiligen
Schicht 5 proprietär
zugeordnet ist. Jede Impedanzanpassungsschaltung 15 weist
dabei vorzugsweise einen Kondensator 16 und/oder eine Spule 17 auf.
Die Impedanzanpassungsschaltungen 15 sind mit einem der
Schichtenden 6, 7 der ihr proprietär zugeordneten
Schicht 5 unmittelbar verbunden.
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Gemäß den 11 und 12 weisen
die Impedanzanpassungsschaltungen 15 den Kondensator 16 und
die Spule 17 auf. In der Regel wird es aber ausreichen,
wenn nur eines dieser beiden Elemente 16, 17 vorhanden
ist, also nur entweder der Kondensator 16 oder die Spule 17.
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Gemäß 11 ist
jede Impedanzanpassungsschaltung 15 auch mit dem anderen
der Schichtenden 6, 7 der ihr proprietär zugeordneten Schicht 5 unmittelbar
verbunden. In diesem Fall ist also jede Schicht 5 mittels
ihrer jeweiligen Impedanzanpassungsschaltung 15 unabhängig von
den anderen Schichten 5 auf die Resonanzfrequenz f abgestimmt.
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Die
Ausgestaltung gemäß 11 ist
bei jeder der Ausgestaltungen der 1 bis 5 realisierbar,
nicht aber bei der Ausgestaltung gemäß 6.
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Im
Gegensatz hierzu ist bei der Ausgestaltung gemäß 12 jede
Impedanzanpassungsschaltung 15 mit dem anderen der Schichtenden 6, 7 der
ihr proprietär
zugeordneten Schicht 5 über
einen Verbindungsbereich 18 verbunden, der den Impedanzanpassungsschaltungen 15 gemeinsam
ist.
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Es
ist möglich,
dass der Verbindungsbereich 18 eine einfache Verbindung
ist. In diesem Fall erfolgt – ebenso
wie bei 11 – die Abstimmung der Schichten 5 auf
die Resonanzfrequenz f ausschließlich über die Impedanzanpassungsschaltungen 15. Es
ist aber auch möglich,
wie in 12 dargestellt, dass im Verbindungsbereich 18 eine
Restbeschaltung 19 angeordnet ist. Auch die Restbeschaltung 19 kann
dabei einen Kondensator 20 und/oder eine Spule 21 aufweisen.
In der Regel wird dabei nur eines dieser beiden Elemente 20, 21 vorhanden
sein, also entweder nur der Kondensator 20 oder nur die
Spule 21. Es können
aber auch beide Elemente 20, 21 vorhanden sein.
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Bei
den obenstehend beschriebenen Ausgestaltungen wurde stets vorausgesetzt,
dass innerhalb jeder Schicht 5 quer zur Stromflussrichtung
gesehen eine homogene Stromverteilung vorliegt. Diese Voraussetzung
trifft aber nicht stets zu. Um auch innerhalb jeder Schicht 5 eine
gleichmäßige Stromverteilung
zu erreichen, ist es entsprechend den 13 und 14 möglich, die
Schichten 5 in mehrere Streifen 22 zu unterteilen.
Die Streifen 22 können
dabei Streifenbreiten b aufweisen, die größer als die Skintiefe des Materials,
aus dem die Streifen 22 bzw. die Schichten 5 bestehen,
bei der Resonanzfrequenz f sind.
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Durch
eine entsprechende Ausgestaltung der Beschaltung 4 kann
dann erreicht werden, dass bei Betrieb des Leiterelements 1 mit
der Resonanzfrequenz f in den Streifen 22 Streifenströme I1a bis I1e,
I2a bis I2e, I3a bis I3e fließen,
die pro Schicht 5 untereinander gleich groß sind.
Die möglichen
Ausgestaltungen der Beschaltung 4 sind dabei völlig analog
zu den Ausgestaltungen der Beschaltung 4, die obenstehend
in Verbindung mit den 8 bis 12 erläutert wurde.
Es ist lediglich zu berücksichtigen, dass
die Beschaltungen 4 der 8 bis 12 in diesem
Fall nicht die Schichten 5, sondern die Streifen 22 miteinander
verschalten müssen.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass es möglich ist,
verschiedenartige Maßnahmen
bezüglich
der Verschal tung der Streifen 22 und der Verschaltung der
Schichten 5 miteinander zu kombinieren. Beispielsweise
ist es möglich,
die Schichten 5 miteinander in Serie zu schalten (entsprechend
den 8, 9 und 10), innerhalb jeder
Schicht 5 aber deren Streifen 22 analog zu den 11 und 12 zueinander
parallel zu schalten. Es kann aber selbstverständlich auch die gleiche Art der
Verschaltung angewendet werden, beispielsweise eine völlige Parallelschaltung
aller Streifen 22 aller Schichten 5 miteinander.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
sind somit Vielschichtleiter nicht nur prinzipiell bei Resonatoren
für Magnetresonanzanwendungen einsetzbar,
sondern es ist vielmehr auch der erwünschte Vorteil von Vielschichtleitern
erreichbar, nämlich
eine deutliche Widerstandsreduzierung bei der Resonanzfrequenz.