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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Arrayantenne für Magnetresonanzanwendungen,
- – wobei
die Arrayantenne zumindest eine erste und eine zweite Leiterschleife
aufweist, in denen im Betrieb der Arrayantenne in jeweiligen Stromflussrichtungen
Hochfrequenzströme
oszillieren,
- – wobei
die erste Leiterschleife in ihrer Stromflussrichtung in erste Schleifenabschnitte
aufgeteilt ist und die zweite Leiterschleife in ihrer Stromflussrichtung
in zweite Schleifenabschnitte aufgeteilt ist,
- – wobei
die ersten Schleifenabschnitte mittels erster Kondensatoren und
die zweiten Schleifenabschnitte mittels zweiter Kondensatoren kapazitiv miteinander
gekoppelt sind,
- – wobei
die ersten und die zweiten Schleifenabschnitte als Leiterbahnen
einer Leiterplatte ausgebildet sind, welche zumindest eine erste
und eine zweite elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist,
- – wobei
die erste und die zweite Leiterschleife sich in Kreuzungsbereichen
kreuzen.
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Derartige
Arrayantennen sind beispielsweise aus der
DE 102 44 172 A1 bekannt.
Die Kondensatoren sind bei ihnen in der Regel als diskrete Bauelemente
ausgebildet, die – beispielsweise
durch Löten – mit den
Schleifenabschnitten verbunden sind. Sie können insbesondere auf sogenannten
Kondensatorboards (C-Boards) angeordnet sein.
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Aus
der
GB 2 151 791 A ist
eine Antenne für Magnetresonanzanwendungen
bekannt, die eine erste und eine zweite Leiterschleife aufweist.
Im Betrieb der Antenne oszillieren in den Leiterschleifen in jeweiligen
Stromflussrichtungen Hochfrequenzströme. Die Leiterschleifen sind
als Leiterbahnen einer Leiterplatte ausgebildet. Durch Endbereiche
der Leiterbahnen wird ein Kondensator gebildet. Zu diesem Zweck überlappen sich
die Endbereich, wobei zwischen den sich überlappenden Endbereichen eine elektrisch
isolierende Trägerschicht
angeordnet ist.
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Die
Leiterschleifen müssen
eine hohe Spannungsfestigkeit gegeneinander aufweisen. Um diese Spannungsfestigkeit
zu erreichen und einen Durchschlag zu vermeiden, müssen die
Leiterschleifen in den Kreuzungsabschnitten einen hinreichend großen Abstand
voneinander aufweisen. Dies wird im Stand der Technik in der Regel
durch Metallbügel
(beispielsweise aus Aluminium) erreicht, die in einem zusätzlichen
Schritt manuell auf die Antenne aufgelötet werden.
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Die
Vorgehensweise des Standes der Technik ist umständlich, auf Grund der erforderlichen
manuellen Tätigkeiten
zeitintensiv und fehlerträchtig.
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Arrayantenne
für Magnetresonanzanwendungen
zu schaffen, die einfacher herstellbar ist.
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In
den Kreuzungsbereichen besteht auf Grund der sich kreuzenden Schleifenabschnitte
der Leiterschleifen eine parasitäre
kapazitive Kopplung zwischen den sich kreuzenden Schleifenabschnitten. Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese – prinzipiell
unvermeidbare – parasitäre Kopplung
zu minimieren.
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Die
Aufgaben werden durch eine Arrayantenne für Magnetresonanzanwendungen
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine
Arrayantenne der obenstehend beschriebenen Art wie folgt ausgestaltet:
- – Die
erste und die zweite Trägerschicht
grenzen mit Ausnahme von zwischen der ersten und der zweiten Trägerschicht
angeordneten Leiterbahnen aneinander an.
- – Die
ersten Kondensatoren sind durch Endbereiche von in ihrer Stromflussrichtung
gesehen aneinander angrenzenden ersten Schleifenabschnitten gebildet,
die zweiten Kondensatorren durch Endbereiche von in ihrer Stromflussrichtung
gesehen aneinander angrenzenden zweiten Schleifenabschnitten.
- – Die
Endbereiche überlappen
sich in der jeweiligen Stromflussrichtung gesehen.
- – Zwischen
den sich überlappenden
Endbereichen der Schleifenabschnitte ist genau eine der Trägerschichten
angeordnet.
- – In
den Kreuzungsbereichen sind weder der jeweilige Schleifenabschnitt
der ersten Leiterschleife noch der jeweilige Schleifenabschnitt
der zweiten Leiterschleife zwischen der ersten und der zweiten Trägerschicht
angeordnet.
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Es
ist möglich,
dass bezüglich
mindestens eines der Kondensatoren zwischen den sich überlappenden
Endbereichen der Schleifenabschnitte die erste Trägerschicht
angeordnet ist und bezüglich mindestens
eines anderen der Kondensatoren zwischen den sich überlappenden
Endbereichen der Schleifenabschnitte die zweite Trägerschicht
angeordnet ist. In diesem Fall weisen die erste Trägerschicht
und die zweite Trägerschicht
vorzugsweise gleiche Dicken und gleiche Dielektrizitätszahlen
auf. In der Regel ist jedoch zwischen den sich überlappenden Endbereichen der
Schleifenabschnitte stets die erste Trägerschicht angeordnet.
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Die
erste Trägerschicht
weist eine erste Dicke und eine erste Dielektrizitätszahl auf.
Die zweite Trägerschicht
weist eine zweite Dicke und eine zweite Dielektrizitätszahl auf.
In dem Fall, dass zwischen den sich überlappenden Endbereichen der
Schleifenabschnitte stets die erste Trägerschicht angeordnet ist,
ist es ohne weiteres möglich,
dass die zweite Dicke größer als
die erste Dicke ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass
die zweite Dielektrizitätszahl
kleiner als die erste Dielektrizitätszahl ist. Durch diese Maßnahmen
kann die unvermeidbare parasitäre
Kopplung der ersten und der zweiten Leiterschleife in den Kreuzungsbereichen
noch weiter reduziert werden.
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Die
parasitäre
Kopplung der Leiterschleifen miteinander kann dadurch noch weiter
reduziert werden, dass
- – die Leiterplatte zusätzlich zur
ersten und zur zweiten Trägerschicht
eine dritte elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist,
- – die
erste und die dritte Trägerschicht
mit Ausnahme von zwischen der ersten und der dritten Trägerschicht
angeordneten Leiterbahnen aneinander angrenzen und
- – in
den Kreuzungsbereichen weder der jeweilige Schleifenabschnitt der
ersten Leiterschleife noch der jeweilige Schleifenabschnitt der
zweiten Leiterschleife zwischen der ersten und der dritten Trägerschicht
angeordnet sind.
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Analog
zur ersten und zur zweiten Trägerschicht
weist die dritte Trägerschicht
eine dritte Dicke und eine dritte Dielektrizitätszahl auf. Analog zur zweiten
Trägerschicht
kann auch die dritte Dicke größer als
die erste Dicke sein. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Dielektrizitätszahl kleiner
als die erste Dielektrizitätszahl
sein.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 schematisch
eine Arrayantenne und
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2 bis 7 verschiedenen
Ausgestaltungen einer Leiterplatte.
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Gemäß 1 weist
eine Arrayantenne für Magnetresonanzanwendungen
eine erste Leiterschleife 1 und eine zweite Leiterschleife 1' auf. Die Arrayantenne
kann zusätzlich
weitere Leiterschleifen aufweisen. Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
ist eine Erläuterung
des Sachverhalts mit den Leiterschleifen 1, 1' jedoch vollauf
ausreichend.
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In
den Leiterschleifen 1, 1' oszillieren im Betrieb der Arrayantenne
in jeweiligen Stromflussrichtungen x, x' Hochfrequenzströme I, I'.
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Die
erste Leiterschleife 1 ist in ihrer Stromflussrichtung
x in erste Schleifenabschnitte 2 aufgeteilt. Die ersten
Schleifenabschnitte 2 sind mittels erster Kondensatoren 3 kapazitiv
miteinander gekoppelt. In analoger Weise ist auch die zweite Leiterschleife 1' in ihrer Stromflussrichtung
x' in zweite Schleifenabschnitte 2' aufgeteilt.
Auch die zweiten Schleifenabschnitte 2' sind mittels zweiter Kondensatoren 3' kapazitiv miteinander
gekoppelt.
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Die
Leiterschleifen 1, 1' kreuzen sich in Kreuzungsbereichen 4.
Sie weisen somit einen Überlappungsbereich 5 auf.
Auf Grund des Überlappungsbereichs 5 können die
Leiterschleifen 1, 1' induktiv voneinander entkoppelt
sein.
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2 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung eines Abschnitts der Arrayantenne von 1.
Gemäß 2 sind
die Schleifenabschnitte 2, 2' als Leiterbahnen einer Leiterplatte 6 ausgebildet.
Die Leiterplatte 6 weist zumindest eine erste Trägerschicht 7 und
eine zweite Trägerschicht 7' auf. Beide
Trägerschichten 7, 7' sind elektrisch
isolierend ausgebildet. Sie grenzen – mit Ausnahme von zwischen
den Trägerschichten 7, 7' angeordneten
Leiterbahnen – aneinander
an. Die Leiterbahnen können
hierbei die Leiterbahnen sein, welche die Schleifenabschnitte 2, 2' bilden. Es
kann sich jedoch alternativ oder zusätzlich auch um andere Leiterbahnen
handeln.
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Ersichtlich
sind die Kondensatoren 3, 3' jeweils durch Endbereiche 8, 8' von Schleifenabschnitten 2, 2' gebildet, die
in der jeweiligen Stromflussrichtung x, x' gesehen aneinander angrenzen. Die Endbereiche 8, 8' überlappen
sich in der jeweiligen Stromflussrichtung x, x' gesehen. Zwischen den sich überlappenden
Endbereichen 8, 8' der
Schleifenabschnitte 2, 2' ist genau eine der Trägerschichten 7, 7' angeordnet.
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In
den Kreuzungsbereichen 4 hingegen sind zwischen dem jeweiligen
Schleifenabschnitt 2 der ersten Leiterschleife 1 und
dem jeweiligen Schleifenabschnitt 2' der zweiten Leiterschleife 1' sowohl die erste
Trägerschicht 7 als
auch die zweite Trägerschicht 7' angeordnet.
Weder der jeweilige Schleifenabschnitt 2 der ersten Leiterschleife 1 noch
der jeweilige Schleifenabschnitt 2' der zweiten Leiterschleife 1' sind in den
Kreuzungsbereichen 4 zwischen der ersten und der zweiten
Trägerschicht 7, 7' angeordnet.
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Trotz
des erhöhten
Abstands der Schleifenabschnitte 2, 2' voneinander
in den Kreuzungsbereichen 4 besteht in den Kreu zungsbereichen 4 eine (wenn
auch nur geringfügige)
parasitäre
kapazitive Kopplung der Schleifenabschnitte 2, 2' miteinander. Um
diese – unvermeidbare – parasitäre kapazitive Kopp lung
soweit wie möglich
zu reduzieren, sollten sich die Schleifenabschnitte 2, 2' – vergleiche 1 – möglichst
orthogonal kreuzen.
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Gemäß 2 ist
bezüglich
mindestens eines der Kondensatoren 3, 3' zwischen den
sich überlappenden
Endbereichen 8, 8' der
Schleifenabschnitte 2, 2' die erste Trägerschicht 7 angeordnet.
Bezüglich
mindestens eines anderen der Kondensatoren 3, 3' ist gemäß 2 zwischen
den sich überlappenden Endbereichen 8, 8' der Schleifenabschnitte 2, 2' die zweite
Trägerschicht 7' angeordnet.
Diese Ausgestaltung ist in der Regel dann sinnvoll, wenn die zweite
Trägerschicht 7' eine zweite
Dicke d' und eine zweite
Dielektrizitätszahl ε' aufweist, die gleich
der Dicke d und der Dielektrizitätszahl ε der ersten
Trägerschicht 7 sind.
Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da die Kapazitätswerte
der Kondensatoren 3, 3' durch die Größen der Endabschnitte 8, 8' einstellbar
sind.
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Die
Ausgestaltungen der 3 bis 5 entsprechen
im Grundsatz der Ausgestaltung von 2. Auch
bei den Ausgestaltungen gemäß den 3 bis 5 sind
die ersten und die zweiten Schleifenabschnitte 2, 2' als Leiterbahnen
der Leiterplatte 6 ausgebildet. Auch weist weiterhin die
Leiterplatte 6 zumindest die erste und die zweite Trägerschicht 7, 7' auf. Ebenso
grenzen weiterhin – mit
Ausnahme der zwischen den Trägerschichten 7, 7' angeordneten
Leiterbahnen – die
Trägerschichten 7, 7' aneinander
an. Ebenso können
weiterhin die Leiterbahnen die Schleifenabschnitte 2, 2' und gegebenenfalls
andere Leiterbahnen sein.
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Weiterhin
sind auch bei den Ausgestaltungen der 3 bis 5 die
Kondensatoren 3, 3' jeweils
durch Endbereiche 8, 8' von in der jeweiligen Stromflussrichtung
x, x' gesehen aneinander
angrenzenden ersten bzw. zweiten Schleifenabschnitten 2, 2' gebildet. Die
Endbereiche 8, 8' überlappen
sich weiterhin in der jeweiligen Stromflussrichtung x, x' gesehen.
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Ebenso
wie bei der Ausgestaltung gemäß 2 ist
bei den Ausgestaltungen gemäß den 3 bis 5 zwischen
den sich überlappenden
Endbereichen 8, 8' der
Schleifenabschnitte 2, 2' genau eine der Trägerschichten 7, 7' angeordnet.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung von 2 ist bei
den Ausgestaltungen der 3 bis 5 jedoch
zwischen den sich überlappenden
Endbereichen 8, 8' der
Schleifenabschnitte 2, 2' stets die erste Trägerschicht 7 angeordnet.
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Die
Ausgestaltungen der 3 bis 5 sind insbesondere
dann sinnvoll, wenn die Dicke d' der
zweiten Trägerschicht 7' größer als
die Dicke d der ersten Trägerschicht 7 ist
(siehe 3 und 5). Beispielsweise kann die
erste Dicke d im Bereich zwischen 20 und 100 μm liegen, die zweite Dicke d' im Bereich zwischen
500 und 1000 μm.
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt die
erste Dicke d 50 μm,
die zweite Dicke d' 800 μm.
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Alternativ
(siehe 4) oder zusätzlich
(siehe 5) zur Ausgestaltung von 3 ist es
möglich,
dass die Dielektrizitätszahl ε' der zweiten Trägerschicht 7' kleiner als
die Dielektrizitätszahl ε der ersten
Trägerschicht 7 ist.
Beispielsweise kann die erste Dielektrizitätszahl ε im Bereich zwischen 8 und 12
liegen, die zweite Dielektrizitätszahl ε' im Bereich zwischen
1,5 und 3. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt
die erste Dielektrizitätszahl ε 10, die
zweite Dielektrizitätszahl ε' 2.
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In
den Kreuzungsbereichen 4 ist weiterhin weder der jeweilige
Schleifenabschnitt 2 der ersten Leiterschleife 1 noch
der jeweilige Schleifenabschnitt 2' der zweiten Leiterschleife 1' zwischen der
ersten und der zweiten Trägerschicht 7, 7' angeordnet.
Beide Trägerschichten 7, 7' sind also in
den Kreuzungsbereichen 4 zwischen den jeweiligen Schleifenabschnitten 2, 2' angeordnet.
Auch bei den Ausgestaltungen gemäß den 3 bis 5 kreuzen
sich die Schleifenabschnitte 2, 2' in den Kreuzungsbereichen 4 möglichst
orthogonal.
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Die 6 bis 8 zeigen
Weiterentwicklungen der Ausgestaltungen der 3 bis 5. 6 zeigt
hierbei eine Ausgestaltung der 3, 7 eine
Ausgestaltung von 4 und 8 eine Ausgestaltung
von 5.
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Gemäß den 6 bis 8 weist
die Leiterplatte 6 zusätzlich
zur ersten und zur zweiten Trägerschicht 7, 7' eine dritte
Trägerschicht 7'' auf. Auch die dritte Trägerschicht 7'' ist elektrisch isolierend. Analog
zur Anordnung von erster und zweiter Trägerschicht 7, 7' relativ zueinander
grenzt weiterhin die dritte Trägerschicht 7'' – mit Ausnahme von zwischen der
ersten und der dritten Trägerschicht 7, 7'' angeordneten Leiterbahnen – an die
erste Trägerschicht 7 an.
Die Leiterbahnen, die zwischen der ersten und der dritten Trägerschicht 7, 7' gegebenenfalls
verlaufen, können
die Leiterbahnen 2, 2' sein, welche die Schleifenabschnitte 2, 2' bilden. Es
kann sich alternativ oder zusätzlich
jedoch auch um andere Leiterbahnen handeln.
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Bei
den Ausgestaltungen der 6 bis 8 können gegenüber den
Ausgestaltungen der 3 bis 5 die parasitären Koppelkapazitäten, welche
die sich kreuzenden Schleifenabschnitte 2, 2' in den Kreuzungsbereichen 4 miteinander
bilden, noch weiter verringert werden. Dies wird dadurch erreicht,
dass in den. Kreuzungsbereichen 4 weder der jeweilige Schleifenabschnitt 2 der
ersten Leiterschleife 1 noch der jeweilige Schleifenabschnitt 2' der zweiten
Leiterschleife 1' zwischen
der ersten und der dritten Trägerschicht 7'' angeordnet sind. Bei den Ausgestaltungen
der 6 bis 8 ist es also so,
- – dass
zur Bildung der Kondensatoren 3, 3' die jeweiligen Endabschnitte 8, 8' zwischen der
ersten und der zweiten Trägerschicht 7, 7' sowie zwischen
der ersten und der dritten Trägerschicht 7, 7'' angeordnet sind, so dass zwischen
den Endabschnitten 8, 8' nur die erste Trägerschicht 7 angeordnet
ist, und
- – in
den Kreuzungsbereichen 4 die Schleifenabschnitte 2, 2' auf den Außenseiten
der zweiten und der dritten Träger schicht 7', 7'' angeordnet sind, so dass in den
Kreuzungsbereichen 4 zwischen den Schleifenabschnitten 2, 2' alle drei Trägerschichten 7, 7', 7'' angeordnet sind.
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Das
Vorsehen der dritten Trägerschicht 7'' ist bereits dann sinnvoll, wenn
die erste, die zweite und die dritte Trägerschicht 7, 7', 7'' gleiche Dicken d, d', d'' und gleiche Dielektrizitätszahlen ε, ε', ε'' aufweisen. Vorzugsweise jedoch weist
gemäß den 6 und 8 die
dritte Trägerschicht 7'' eine dritte Dicke d'' auf, die größer als die erste Dicke d ist.
Insbesondere kann die dritte Dicke d'' mit
der zweiten Dicke d' übereinstimmen.
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Alternativ
(siehe 7) oder zusätzlich
(siehe 8) zum Vorsehen einer größeren Dicke d'' kann die dritte Trägerschicht 7'' eine dritte Dielektrizitätszahl ε'' aufweisen, die kleiner als die Dielektrizitätszahl ε der ersten
Trägerschicht 7 ist.
Insbesondere kann die Dielektrizitätszahl ε'' der
dritten Trägerschicht 7'' mit der Dielektrizitätszahl ε' der zweiten Trägerschicht 7' übereinstimmen.
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Die
erfindungsgemäßen Ausgestaltungen weisen
viele Vorteile auf.
- – So ist es beispielsweise
nicht mehr erforderlich, diskrete Kondensatoren zu verwenden. Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
ist daher zum einen kostengünstiger
herstellbar. Zum anderen ist kein manuelles Bestücken mehr erforderlich. Die
erfindungsgemäße Arrayantenne
arbeitet daher zuverlässiger.
Auch ist ihre Herstellung automatisierbar.
- – Unvermeidliche
parasitäre
Koppelkapazitäten
in den Kreuzungsbereichen 4 können auf ein Minimum reduziert
werden. Hiermit korrespondierend ist auch ein Übersprechen (cross talk) zwischen den
Leiterschleifen 1, 1' minimiert.
- – Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
weist eine hohe Spannungsfestigkeit auf. Die Gefahr von Durchschlägen ist
nicht mehr gegeben.
- – Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
ist insbesondere vorteilhaft für
Anwendungen in Kombination mit PET (Positronen-Emissions-Tomographie).
- – Die
Leiterplatte 6 kann nicht nur als starre, sondern alternativ
auch als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Alternativ oder
zusätzlich
zur Ausgestaltung als flexible Leiterplatte kann die Leiterplatte 6 in
zwei voneinander verschiedenen Richtungen gekrümmt sein.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.