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Die Erfindung betrifft eine Lokalspule für Magnetresonanzbildgebung, umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung und eine Koaxialleitung mit einem Innenleiter und einem den Innenleiter umgebenden Außenleiter.
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Um bei Untersuchungen mittels Magnetresonanzbildgebung eine möglichst gute Bildqualität zu erreichen, können Lokalspulen möglichst nah an einem zu untersuchenden Körperteil eines Patienten angeordnet werden. Neben Lokalspulen, die in einem starren Gehäuse angeordnet sind und zur Bildgebung an einem vorgegebenen Körperteil, beispielsweise einem Kopf oder einem Knie, ausgebildet sind, gibt es auch flexible Lokalspulen, die an das jeweils zu untersuchende Körperteil angeformt werden können. Um eine möglichst gute Anformbarkeit zu erreichen, ist es erforderlich, dass die elektronischen Komponenten in der Spule mechanisch flexibel sind und/oder dass starre Komponenten möglichst klein ausgeführt sind, so dass sich insgesamt eine möglichst flexible Lokalspule ergibt.
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Dazu ist es bekannt, dass die Antenne der Lokalspule als flexible Leiterplatte ausgeführt wird. Die zum Empfang der Signale während der Bildgebung verwendete Antenne der Lokalspule kann dabei aus Kupferbahnen bestehen, welche auf einem dünnen und flexiblen Substrat von beispielsweise weniger als 100 µm Dicke aufgebracht werden, um die Lokalspule zu bilden. Zusätzlich können weitere Komponenten auf dem Substrat angeordnet werden, welche beispielsweise dazu verwendet werden, die Antenne bei der Frequenz der Magnetresonanzbildgebung auf Resonanz zu bringen. Dazu werden in der Regel starre Bauelemente wie SMD-Kondensatoren verwendet, welche die Flexibilität des Substrats einschränken.
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Die Verwendung eines flexiblen Substrats weist jedoch den Nachteil auf, dass sich die Antenne nur entlang einer Achse des Substrates gleichmäßig biegen lässt, wodurch eine dreidimensionale Anformung der Lokalspule an ein entlang mehrerer Achsen gebogenes Körperteil, wie einen Spitzbauch oder Ähnliches, nur eingeschränkt möglich ist. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die die Antenne bildenden Kupferleiterbahnen bei sehr kleinen Biegeradien oder bei einer großen Anzahl an verschiedenen Achsen, um die das flexible Substrat gebogen wird, vom Substrat abgelöst werden oder brechen. Auch starre elektronische Bauteile wie die SMD-Kondensatoren, welche in die Lokalspule integriert sind, können bei einem Biegevorgang beschädigt werden. Weiterhin ist es wünschenswert, dass sich die Lokalspule während einer Magnetresonanzbildgebung durch die von weiteren Spulen der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung abgegebene Sendeleistung möglichst wenig erwärmt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lokalspule anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Lokalspule der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden Enden der Koaxialleitung mit der elektrischen Schaltungsanordnung verbunden sind und der Innenleiter und der Außenleiter gemeinsam eine Antennenschleife bilden, wobei der Innenleiter und/oder der Außenleiter wenigstens eine Unterbrechung aufweisen und die wenigstens eine Unterbrechung den Innenleiter und/oder den Außenleiter in jeweils wenigstens zwei separate Segmente teilt.
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Das Verwenden einer Koaxialleitung als Antenne bzw. Koaxialantenne der Lokalspule hat den Vorteil, dass die Koaxialleitung bei Ausbildung einer Antennenschleife sehr flexibel ist und in allen Raumrichtungen gebogen werden kann. Insbesondere sind dabei auch Biegungen um mehrere Achsen sowie Biegungen mit kleinen Biegeradien möglich, ohne dass Beschädigungen der Koaxialleitung bzw. der Antennenschleife zu befürchten sind. Die Antennenschleife, welche die Kernkomponente der Lokalspule bildet, kann somit in einfacher Weise an den Körper des Patienten angeformt werden.
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Vorteilhaft ist nur ein starrer Abschnitt pro Antennenelement in der Lokalspule erforderlich, in dem die elektrische Schaltungsanordnung angeordnet ist. Die elektrische Schaltungsanordnung kann auf einem starren Trägerelement angeordnet sein und/oder ein Gehäuse aufweisen. Die elektrische Schaltungsanordnung kann z. B. zwei Anschlüsse der Antenne umfassen. Es ist auch möglich, dass die elektrische Schaltungsanordnung einen Vorverstärker und/oder weitere elektrische Komponenten, wie nachfolgend noch erläutert wird, umfasst.
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Die elektrische Schaltungsanordnung ist mit den beiden Enden der Koaxialleitung verbunden, so dass die Koaxialleitung elektrisch eine Antennenschleife bildet. Die Verbindung der elektrischen Schaltungsanordnung mit den beiden Enden der Koaxialleitung kann dabei derart erfolgen, dass die Koaxialleitung auch räumlich im Wesentlichen eine kreisringförmige Schleife bildet. Alternativ sind auch andere Formen der Antennenschleife denkbar.
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Der Innenleiter und der Außenleiter der Koaxialleitung sind durch einen Isolator bzw. ein Dielektrikum, welches zwischen dem Innenleiter und dem den Innenleiter umgebenden Außenleiter angeordnet ist, elektrisch voneinander getrennt. Durch das Vorsehen der wenigstens einen Unterbrechung in dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter wird in der Antennenschleife eine Kapazität bzw. ein integrierter Kondensator erzeugt, da eine elektrische Verbindung der dann separaten Segmente des Innenleiters und/oder des Außenleiters nur über das Dielektrikum und den jeweils anderen Leiter erfolgen kann.
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Beispielsweise ergibt sich bei einer Unterbrechung in dem Innenleiter, welche den Innenleiter in zwei separate Segmente teilt, somit eine erste Kapazität als ein erster integrierter Kondensator zwischen dem ersten Innenleitersegment und dem beide Segmente des Innenleiters umgebenden Außenleiter und eine zweite Kapazität als ein zweiter integrierter Kondensator zwischen dem Außenleiter und dem zweiten Segment des Innenleiters. Entsprechend ergibt sich bei einer Unterbrechung des Außenleiters eine erste Kapazität zwischen dem ersten Segment des Außenleiters und dem von beiden Segmenten des Außenleiters umgebenen Innenleiter sowie eine zweite Kapazität zwischen dem Innenleiter und dem zweiten Segment des Außenleiters.
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Durch das Vorsehen mehrerer Unterbrechungen können auch mehr als zwei Kapazitäten bzw. integrierte Kondensatoren erzeugt werden, wobei der Innenleiter und/oder der Außenleiter jeweils auch in mehr als zwei separate Segmente geteilt werden können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass wenigstens ein Segment des Außenleiters zwei Segmente des Innenleiters jeweils zumindest teilweise umgibt und/oder dass wenigstens ein Segment des Innenleiters zumindest teilweise von zwei Segmenten des Außenleiters umgeben wird.
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Durch das Vorsehen der wenigstens einen Unterbrechung in dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter der Koaxialleitung können so zwei oder mehr Kapazitäten der Antennenschleife ausgebildet werden, welche elektrisch eine Länge der Antennenschleife verkürzen. Auf diese Weise wird es vorteilhaft ermöglicht, dass die durch die Koaxialleitung gebildete Antennenschleife an die Frequenz der Magnetresonanzbildgebung angepasst werden kann, so dass die Antennenschleife bei der Frequenz der Magnetresonanzbildung auch resonant ist und zum Empfang der auszuwertenden Signale in der Lokalspule eingesetzt werden kann. Durch die Anzahl der Unterbrechungen und/oder durch die Lage der Unterbrechungen entlang der Koaxialleitung kann jeweils der Wert der gebildeten Kapazitäten beeinflusst werden, so dass eine Anpassung an eine vorgegebene Frequenz bzw. an eine vorgegebene, bei der Bildgebung verwendete magnetische Feldstärke möglich ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter und der Außenleiter jeweils eine oder mehrere Unterbrechungen aufweisen, wobei die Anzahl der Unterbrechungen des Innenleiters und die Anzahl der Unterbrechungen des Außenleiters gleich ist oder sich um eins unterscheidet. Die Unterbrechungen sind dabei insbesondere abwechselnd entlang der Länge der Koaxialleitung angeordnet.
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Das Verwenden einer gleichen Anzahl von Unterbrechungen in dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter bzw. das Verwenden einer Anzahl von Unterbrechungen in dem Innenleiter und dem Außenleiter, welche um eins verschieden ist, ermöglicht es, sämtliche durch die Unterbrechungen gebildeten Kapazitäten in der Antennenschleife auszunutzen, da zur Ausbildung des Wechselstromkreises der Antennenschleife jeweils die Übergänge zwischen den einzelnen Segmenten des Innenleiters und des Außenleiters eingesetzt werden können.
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Der elektrische Wechselstromkreis kann durch die Schaltungsanordnung durch eine Verbindung des Innenleiters oder des Außenleiters an dem ersten Ende der Koaxialleitung mit dem Innenleiter oder dem Außenleiter an dem zweiten Ende der Koaxialleitung geschlossen werden. Bei einer ungeraden Anzahl an Unterbrechungen kann dabei von der elektrischen Schaltungsanordnung an beiden Enden der Innenleiter oder an beiden Enden der Außenleiter verbunden werden und bei einer geraden Anzahl an Unterbrechungen kann an einem Ende der Innenleiter und an dem anderen Ende der Außenleiter über die elektrischen Schaltungsanordnung verbunden werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Außenleiter und der Innenleiter insgesamt zwischen 1 und 10, insbesondere zwischen 3 und 5, Unterbrechungen aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leitungsabschnitte der Koaxialleitung zwischen der elektrischen Schaltungsanordnung sowie der wenigstens einen benachbarten Unterbrechung und/oder der Leitungsabschnitt oder die Leitungsabschnitte der Koaxialleitung zwischen zwei benachbarten Unterbrechungen zumindest im Wesentlichen gleich lang sind. Dies bewirkt vorteilhaft, dass die Antennenschleife bei einem Empfang von für die Bildgebung auszuwertenden Signalen symmetrisch belastet wird, so dass durch insbesondere gleichverteilte elektrische Felder eine symmetrische Stromverteilung beim Empfang entsteht. Die von der Koaxialleitung ausgebildete Antennenschleife kann nicht nur die zur Bildgebung auszuwertenden Signale, sondern auch während der Bildgebung erzeugte Anregungssignale empfangen. Die Anregungssignale können beispielsweise durch das Feld einer Körperspule in einer Sendephase (TX-Phase) erzeugt werden. Bei einer Lokalspule mit einer einzelnen Unterbrechung wird durch die beiden zumindest im Wesentlichen gleich langen Leitungsabschnitte erreicht, dass die Unterbrechung gegenüberliegend zu der elektrischen Schaltungsanordnung angeordnet ist und somit der Bereich der Unterbrechung nur einen geringen Einfluss auf die Flexibilität der Koaxialleitung hat.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer Unterbrechung des Außenleiters ein Mantel der Koaxialleitung unterbrochen ist, wobei in dem Bereich der Unterbrechung des Mantels die Endabschnitte der durch die Unterbrechung des Außenleiters erzeugten Segmente des Außenleiters von einem Isolationsmaterial umgeben sind. Durch das Unterbrechen des Mantels, welcher den Innenleiter und den Außenleiter umgibt und das Äußere der Koaxialleitung bildet, ist der Außenleiter der Koaxialleitungen freilegbar. Daher kann in dem Bereich der Unterbrechung des Außenleiters bei einer Herstellung der Lokalspule eine Trennung des Außenleiters erfolgen, so dass in dem Bereich der Unterbrechung des Mantels die Endabschnitte der nunmehr benachbarten Segmente des Außenleiters freiliegen. Der Bereich der Unterbrechung kann dann von einem Isolationsmaterial, beispielsweise einem Schrumpfschlauch, umgeben werden, so dass auch die freiliegenden Endabschnitte der Segmente des Außenleiters isoliert sind. Dies ermöglicht es, dass eine Unterbrechung des Außenleiters in einfacher Weise bei einer Herstellung der Lokalspule erzeugt werden kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer Unterbrechung des Innenleiters die benachbarten Endabschnitte der durch die Unterbrechung des Innenleiters erzeugten Segmente des Innenleiters zumindest abschnittsweise parallel verlaufen, wobei die diese Segmente umgebenden Abschnitte des Außenleiters elektrisch verbunden sind. Da der Innenleiter der Koaxialleitung von dem Außenleiter umgeben wird, kann eine Unterbrechung des Innenleiters bei gleichzeitigem Intakthalten des Außenleiters nicht in einfacher Weise erzeugt werden. Das Ausbilden der Lokalspule derart, dass die benachbarten Endabschnitte der durch die Unterbrechung des Innenleiters erzeugten Segmente parallel verlaufen, ermöglicht es, dass bei einer Herstellung der Lokalspule an der Position der Unterbrechung des Innenleiters die gesamte Koaxialleitung, also der Innenleiter, das Dielektrikum, der Außenleiter und der Mantel, getrennt werden, wobei sich die dadurch ergebenden Endbereiche der Koaxialleitung aneinander angelegt werden, so dass die Endabschnitte der Innenleitersegmente parallel verlaufen. In diesem Bereich sind die Segmente des den Innenleiter umgebenden Außenleiters bzw. der die Segmente des Innenleiters umgebenden Außenleitersegmente elektrisch verbunden, um die herstellungsbedingte Unterbrechung des Außenleiters wieder aufzuheben.
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Die elektrische Verbindung zwischen den die Segmente des Innenleiters umgebenden Abschnitten des Außenleiters kann z. B. durch Verlöten erfolgen. Der gesamte Bereich um die Unterbrechung kann anschließend von einem Isolationsmaterial, beispielsweise einem Schrumpfschlauch, umgeben werden, um eine elektrische Isolierung insbesondere des Außenleiters und der Endabschnitte der durch die Unterbrechung des Innenleiters erzeugten Segmente des Innenleiters zu bewirken. Die Endabschnitte des Innenleiters können bei dieser Anordnung vorteilhaft weit genug von dem Außenleiter entfernt angeordnet werden, so dass keine Kurzschlussgefahr besteht. Vorteilhaft kann durch diese Ausbildung des Innenleiters auch erreicht werden, dass die Flexibilität der Koaxialleitung in dem Bereich der Unterbrechung des Innenleiters nur geringfügig beeinträchtigt wird, so dass die Anpassbarkeit bzw. die Flexibilität der Koaxialleitung bzw. Lokalspule beibehalten werden kann.
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In einer weniger bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass nach einem Durchtrennen der Koaxialleitung die beiden Endabschnitte der Koaxialleitung an einem Trägerelement, beispielsweise einer Leiterplatte, befestigt werden und die Außenleiter mithilfe der Leiterplatte wieder elektrisch verbunden werden. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass sie durch das zusätzliche Trägerelement mechanisch in dem Bereich der Unterbrechung des Innenleiters weniger flexibel ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die elektrische Schaltungsanordnung wenigstens eine an den Enden der Koaxialleitung mit dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter verbundene Verstimmschaltung aufweist. Die Verstimmschaltung ermöglicht es dabei, dass die Antennenschleife beispielsweise während des Sendens einer Körperspule einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung verstimmt wird, so dass die Antennenschleife auf die Anregung durch die Körperspule keinen oder zumindest nur einen geringen störenden Einfluss hat. Weiterhin ermöglicht es der Einsatz der Verstimmschaltung, dass der Anteil der Sendeleistung der Körperspule, welcher in die Antennenschleife einkoppelt, verringert wird, da sich die Resonanzfrequenz der Antennenschleife bei dem Empfang des Anregungssignals aufgrund der Verstimmschaltung signifikant ändert.
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Die Anordnung der Verstimmschaltung zwischen den Enden der Koaxialleitung derart, dass die Verstimmschaltung mit dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter verbunden ist, ermöglicht eine effiziente Anordnung der Verstimmschaltung in der Lokalspule. Messungen haben ergeben, dass bei dieser Anordnung während einer Sendephase einer Körperspule vergleichsweise wenig Wärme in der Verstimmschaltung durch einen in der Antennenschleife induzierten, hochfrequenten Wechselstrom anfällt, so dass vorteilhaft die Komponenten der Verstimmschaltung kleiner ausgeführt werden können.
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Vorteilhaft kann durch die Anordnung der Verstimmschaltung erreicht werden, dass bei einer Verstimmung der Antennenschleife durch die Verstimmschaltung ein in der Antennenschleife induzierter Strom auch durch den Innenleiter und den Außenleiter der Koaxialleitung geführt wird, so dass eine auf diesen Strom zurückgehende Erwärmung über die gesamte Lokalspule verteilt werden kann. Bei einer Anordnung der Verstimmschaltung parallel zu einer Kapazität würde der induzierte Strom hauptsächlich durch die beispielsweise einen Parallelschwingkreis bildende Parallelschaltung aus Kapazität und Verstimmschaltung fließen, so dass sich insbesondere die Verstimmschaltung stärker erwärmen würde. Durch die Anordnung der Verstimmschaltung zwischen den Enden der Koaxialleitung kann somit erreicht werden, dass sich die elektrische Schaltungsanordnung bzw. ein die elektrische Schaltungsanordnung umgebendes Gehäuse, insbesondere während einer Sendephase einer Körperspule der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung, weniger erwärmt.
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Die Anordnung der Verstimmschaltung zwischen den Enden der Koaxialleitung hat den weiteren Vorteil, dass aufgrund der reduzierten Erwärmung der Verstimmschaltung auch die elektrische Schaltungsanordnung kleiner ausgeführt werden kann und somit der Bereich der elektrischen Schaltungsanordnung, beispielsweise ein die elektrisches Schaltungsanordnung halterndes starres Trägerelement und/oder ein die elektrische Schaltungsanordnung umgebendes starres Gehäuse, ebenfalls kleiner ausgeführt werden können, wodurch die Flexibilität der Lokalspule weiter verbessert werden kann. Ferner beeinflussen die Komponenten der Verstimmschaltung aufgrund ihrer Anordnung als Teil der elektrischen Schaltungsanordnung nicht die Flexibilität der Antennenschleife.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verstimmschaltung wenigstens ein Schaltelement oder wenigstens eine Reihenschaltung aus wenigstens einem Schaltelement und wenigstens einer Induktivität aufweist. Das Schaltelement kann dabei zum Beispiel als Pin-Diode, als Transistor, zum Beispiel als ein Feldeffekttransistor, oder als ein mikroelektromechanischer Schalter (MEMS-Schalter) ausgeführt sein. Bei einem Empfang über die Lokalspule ist das Schaltelement geöffnet, so dass die Antennenschleife bei ihrer vorgesehenen Resonanzfrequenz betrieben werden kann. Bei einem Senden einer Körperspule kann das Schaltelement geschlossen werden, so dass sich die Resonanzfrequenz der Antennenschleife verändert, so dass weniger Leistung an die Antennenschleife bzw. die Körperspule übertragen wird. Zur Änderung der Resonanzfrequenz kann dabei zum Beispiel eine in Reihe zu dem Schaltelement geschaltete Induktivität verwendet werden, welche bei geschlossenem Schaltelement in die Antennenschleife geschaltet wird. Es ist auch möglich, dass nur ein Schaltelement eingesetzt wird, wenn die Antennenschleife bzw. die Koaxialleitung derart dimensioniert ist, dass sich aufgrund der Einkopplung des Innenleiters und des Außenleiters bzw. einzelner Segmente des Innenleiters und der Außenleiters bei geschlossenem Schaltelement bereits eine ausreichende Verstimmung der Antennenschleife ergibt.
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Ein als Pin-Diode, Transistor oder als MEMS-Schalter ausgeführtes Schaltelement kann insbesondere über wenigstens einen Steueranschluss aktiv bestromt bzw. geschaltet werden, so dass es während des Sendens einer Körperspule geschlossen und während eines Empfangs über die Lokalspule geöffnet ist. Das Schalten des Schaltelements kann zum Beispiel über eine mit der Lokalspule verbundene Magnetresonanzbildgebungseinrichtung erfolgen.
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Es ist möglich, dass eine weitere, passive Verstimmschaltung parallel zu der Verstimmschaltung geschaltet ist. Die passive Verstimmschaltung kann dabei ein als Pin-Diode ausgeführtes, passives Schaltelement umfassen. Bei einem Senden einer Körperspule wird in der Antenne eine vergleichsweise hohe Spannung induziert, so dass die Pin-Diode leitfähig wird und die Induktivität somit in die Antennenschleife schaltet. Dadurch ändert sich die Resonanzfrequenz der Antennenschleife, so dass weniger Leistung an die Antenne bzw. die Lokalspule übertragen wird. Im Empfangsfall werden nur kleinere Spannungen in der Lokalspule erzeugt, so dass die Pin-Diode nicht leitfähig ist und die Antenne bei ihrer vorgesehenen Resonanzfrequenz betrieben werden kann.
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Durch die Anordnung der Verstimmschaltung in der elektrischen Schaltungsanordnung kann insbesondere die Induktivität kleinbauend ausgeführt werden, da bei Empfang eines Anregungssignals weniger Wärme in der Verstimmschaltung erzeugt wird. Dadurch kann insbesondere auf den Einsatz von großen, hochgütigen Luftspulen in der Verstimmschaltung verzichtet werden. Der Wert der Induktivität der Verstimmschaltung kann insbesondere derart gewählt werden, dass bei einem Senden der Körperspule ein möglichst kleiner Strom in der Antennenschleife induziert wird.
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Zur Anpassung der Resonanzfrequenz kann erfindungsgemäß vorgesehenen sein, dass die elektrische Schaltungsanordnung wenigstens ein an den Enden der Koaxialleitung mit dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter verbundenes Anpassungselement zur Anpassung einer Resonanzfrequenz der Antennenschleife aufweist. Das Anpassungselement kann beispielsweise als Kondensator oder als Induktivität ausgeführt sein, und die Resonanzfrequenz der Antenne, welche durch die Koaxialleitung sowie insbesondere durch die Unterbrechungen des Innenleiters und/oder des Außenleiters bestimmt wird, verändern, so dass eine Feinanpassung der Resonanzfrequenz an die Frequenz der Magnetresonanzbildgebung möglich ist. Durch die Anordnung des Anpassungselements als Teil der elektrischen Schaltung wird die Flexibilität der Antennenschleife weiterhin vorteilhaft nicht beeinträchtigt. Verglichen mit den durch die Unterbrechungen gebildeten integrierten Kondensatoren stellt ein als Kondensator ausgebildetes Anpassungselement einen konzentrierten, zum Beispiel als SMD-Bauteil ausgeführten, Kondensator dar.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstimmschaltung und/oder das wenigstens eine Anpassungselement an einem Ende der Koaxialleitung mit dem Außenleiter und an dem anderen Ende mit dem Innenleiter verbunden ist, wenn die Anzahl der Unterbrechungen gerade ist, und dass die Verstimmschaltung und/oder das wenigstens eine Anpassungselement an beiden Enden der Koaxialleitung mit dem Außenleiter oder dem Innenleiter verbunden ist, wenn die Anzahl der Unterbrechungen ungerade ist.
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Auf diese Weise wird jeweils ein zum Empfang von Wechselstromsignalen geschlossener Stromkreis der Antennenleiterschleife erreicht, welcher jeweils die durch die Unterbrechungen erzeugten Kapazitäten beinhaltet. Bei einer geraden Anzahl von Unterbrechungen kann beispielsweise die Verstimmschaltung mit einem Innenleiter an einem ersten Ende der Koaxialleitung und mit dem Außenleiter an einem zweiten Ende der Koaxialleitung verbunden sein. Ein eventuell zusätzlich vorhandenes Anpassungselement kann entsprechend an dem ersten Ende mit dem Außenleiter und an dem zweiten Ende mit dem Innenleiter verbunden sein, so dass ein einfacher und kompakter Aufbau der elektrischen Schaltungsanordnung erzielt werden kann.
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Bei einer ungeraden Anzahl von Unterbrechungen kann entsprechend die Verstimmschaltung an beiden Enden der Koaxialleitung mit dem Innenleiter verbunden sein und ein gegebenenfalls vorhandenes Anpassungselement kann an beiden Enden mit dem Außenleiter der Koaxialleitung verbunden sein. Umgekehrt kann auch die Verstimmschaltung an beiden Enden mit dem Außenleiter verbunden sein und ein gegebenenfalls vorhandenes Anpassungselement an beiden Enden der Koaxialleitung mit dem Innenleiter verbunden sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Koaxialleitung einen Durchmesser zwischen 1 mm und 3 mm aufweist und/oder dass die Koaxialleitung eine Impedanz zwischen 50 Ohm und 120 Ohm aufweist und/oder dass die Antennenschleife einen Durchmesser zwischen 3 cm und 30 cm aufweist. Durch das Ausführen der Koaxialleitungen mit einem Durchmesser bzw. einer Dicke zwischen einschließlich 0.5 mm und einschließlich 3 mm wird eine hinreichende Flexibilität der Koaxialleitung erreicht, so dass die gesamte Lokalspule an verschiedene Körperteile eines Patienten angeformt werden kann. Die Impedanz der Koaxialleitung beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 50 Ohm und einschließlich 120 Ohm, z. B. 75 Ohm. Der Durchmesser der Schleife kann zwischen einschließlich 3 cm und 30 cm, bevorzugt zwischen einschließlich 8 cm und einschließlich 25 cm, betragen. Verschieden große Durchmesser können dabei bevorzugt eingesetzt werden, um den Einfluss der Lokalspule auf eine parallel durchgeführte Bildgebung zu beeinflussen und insbesondere zu begrenzen. Für unterschiedlich große, zu untersuchende Körperteile können dabei eine an die jeweilige Größe des Körperteils angepasste Lokalspule oder mehrere, kleinere Lokalspulen verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Koaxialleitung auf einem flexiblen Trägerelement befestigt ist. Auf diese Weise kann auch bei einer Anpassung der Lokalspule an ein Körperteil eines Patienten vermieden werden, dass die Form der Antenne stärker als notwendig von der im unverformten Zustand im Wesentlichen kreisförmigen Ausbildung abweicht. Das flexible Trägerelement kann beispielsweise ein Vlies oder ein Stoff sein, auf dem die Koaxialleitung z. B. mittels Sticken befestigt wird. Auch die elektrische Schaltungsanordnung bzw. ein die elektrisches Schaltungsanordnung halterndes Trägerelement kann mit dem flexiblen Trägerelement verbunden bzw. an diesem befestigt sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule,
- 2 einen Querschnitt einer Koaxialleitung der erfindungsgemäßen Lokalspule,
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule,
- 4 eine erste Detailansicht einer erfindungsgemäßen Lokalspule,
- 5 eine zweite Detailansicht einer erfindungsgemäßen Lokalspule,
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule, und
- 7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 1 dargestellt. Die Lokalspule 1 umfasst eine elektrische Schaltungsanordnung 2 sowie eine Koaxialleitung 3 mit einem Innenleiter 4 und einem Außenleiter 5, welcher den Innenleiter 4 umgibt. Die Koaxialleitung 3 ist kreisringförmig angeordnet, wobei ein erstes Ende 6 der Koaxialleitung und ein zweites Ende 7 der Koaxialleitung mit der elektrischen Schaltungsanordnung 2 verbunden sind.
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Die elektrische Schaltungsanordnung 2 ist auf einem starren Trägerelement 8 angeordnet, wobei die Enden 6, 7 der Koaxialleitung 3 an dem Trägerelement 8 befestigt sind. Gegenüberliegend zu der elektrischen Schaltungsanordnung 2 weist der Außenleiter 5 der Koaxialleitung 3 eine Unterbrechung 9 auf, so dass die Leitungsabschnitte zwischen dem ersten Ende 6 bzw. dem zweiten Ende 7 der Koaxialleitung 3 an der elektrischen Schaltungsanordnung 2 und der Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 jeweils zumindest im Wesentlichen gleich lang sind. Der Außenleiter 5, welcher beispielsweise als ein leitfähiges Schirmgeflecht ausgeführt ist, ist dabei kreisringförmig entlang des Umfangs der Koaxialleitung unterbrochen, so dass der Außenleiter 5 in ein erstes Segment 10 und ein zweites Segment 11 aufgeteilt ist und im Bereich der Unterbrechung 9 keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen den Segmenten 10, 11 des Außenleiters 5 besteht.
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Die Koaxialleitung 3 bildet eine Antennenschleife der Lokalspule 1, wobei die Antennenschleife gemeinsam durch den Innenleiter 4 und den Außenleiter 5 gebildet wird. Ausgehend von der elektrischen Schaltungsanordnung 2 erstreckt sich die Antennenschleife über das erste Segment 10 des Außenleiters 5, den Innenleiter 4 sowie das zweite Segment 11 des Außenleiters 5. Dabei wird zwischen dem ersten Segment 10 des Außenleiters 5 und dem Innenleiter 4 sowie zwischen dem Innenleiter 4 und dem zweiten Segment 11 des Außenleiters 5 jeweils eine Kapazität bzw. ein integrierter Kondensator der Antennenschleife ausgebildet. Eine Kontaktierung der Antennenschleife bzw. ein Verbinden der Lokalspule 1 an weitere Geräte kann über Anschlüsse (nicht dargestellt) der elektrischen Schaltungsanordnung 2 erfolgen.
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In 2 ist ein Querschnitt der Koaxialleitung 3 dargestellt. Ersichtlich umfasst die Koaxialleitung 3 neben dem Innenleiter 4 und dem Außenleiter 5 auch ein Dielektrikum 12, welches zwischen dem Innenleiter 4 und dem Außenleiter 5 angeordnet ist. Der Außenleiter 5 ist nach außen hin durch einen Mantel 13 der Koaxialleitung 3 bedeckt.
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Durch die in 1 dargestellte Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 werden zwei Kapazitäten gebildet, welche sich jeweils als ein integrierter Kondensator der Koaxialleitung 3 zwischen den Segmenten 10, 11 des Außenleiters 5 und dem Innenleiter 4 über das Dielektrikum 12 erstrecken. Mittels der Kapazitäten kann die Resonanzfrequenz der durch die Koaxialleitung 3 gebildeten Antennenschleife angepasst werden. Eine Anpassung erfolgt dabei insbesondere auf die Frequenz einer Magnetresonanzbildgebung, bei der die Lokalspule 1 eingesetzt werden soll.
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Um eine Feinanpassung der Resonanzfrequenz der Antennenschleife der Lokalspule 1 zu ermöglichen, umfasst die elektrische Schaltungsanordnung 2 weiterhin ein Anpassungselement 14, welches vorliegend als ein Kondensator, zum Beispiel als ein SMD-Kondensator, ausgeführt ist. Durch die Kapazität des als Kondensator ausgebildeten Anpassungselements 14 kann die Resonanzfrequenz der Antennenschleife der Lokalspule 1 präzise an die benötigte Frequenz der Magnetresonanzbildgebung angepasst werden. Das Anpassungselement 14 ist an dem ersten Ende 6 und dem zweiten Ende 7 jeweils mit dem Außenleiter 5, bzw. den Segmenten 10 bzw. 11 des Außenleiters 5 verbunden.
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Um das Einkoppeln von zu großen Leistungen in die Lokalspule 1 beim Senden einer Spule einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung zu vermeiden, umfasst die elektrische Schaltungsanordnung 2 weiterhin eine Verstimmschaltung 26, welche aus einer Reihenschaltung eines als Pin-Diode ausgeführten Schaltelements 27 und einer Induktivität 28 gebildet ist. Die Verstimmschaltung 26 ist an dem ersten Ende 6 und dem zweiten Ende 7 der Koaxialleitung 3 jeweils mit dem Innenleiter 4 verbunden. Beim Empfang starker Anregungssignale, beispielsweise von einer in einer TX-Phase sendenden Körperspule einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung, wird das Schaltelement 27 leitfähig geschaltet, so dass durch die in die Antennenschleife geschaltete Induktivität die Resonanzfrequenz der Körperspule 1 verändert wird. Dies reduziert die während des Sendens der Körperspule an die Lokalspule 1 abgegebene Sendeleistung und reduziert dadurch neben einer Erwärmung der Lokalspule 1 auch den Einfluss der Lokalspule 1 auf den Sendevorgang der Körperspule. Im Empfangsfall, also wenn mittels der Lokalspule 1 Messsignale empfangen werden, wird das Schaltelement 27 sperrend geschaltet, so dass die Lokalspule 1 bzw. die Antennenschleife bei ihrer vorgegebenen Resonanzfrequenz betrieben werden kann.
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Das als Pin-Diode ausgebildete Schaltelement 27 kann über das Anlegen einer Spannung an die Pin-Diode leitfähig oder sperrend geschaltet sein. Das Schaltelement 27 kann alternativ auch als ein Transistor, zum Beispiel als ein Feldeffekttransistor, oder als ein MEMS-Schalter ausgeführt sein. Das Schaltelement kann wenigstens einen Steueranschluss (hier nicht dargestellt) aufweisen, über welchen das Schaltelement 27 geschaltet werden kann. Das Schaltelement 27 kann dazu über den Steueranschluss zum Beispiel mit einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung verbunden sein.
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Die Anordnung der Verstimmschaltung 26 als Teil der elektrischen Schaltung 2 ermöglicht es, dass die Induktivität 28 vergleichsweise klein ausgeführt werden kann. Messungen haben gezeigt, dass beim Senden einer Körperspule der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung nur eine geringe Verlustleistung in der als Teil der elektrischen Schaltungsanordnung 2 angeordneten Verstimmschaltung 26 erzeugt wird. Dadurch reduziert sich die Erwärmung der Verstimmschaltung 26, so dass die Induktivität 28 vorteilhaft auch kleinbauend ausgeführt werden kann. Dies trägt dazu bei, dass das Trägerelement 8 der elektrischen Schaltungsanordnung 2 ebenfalls klein ausgeführt werden kann. Gleiches gilt für ein die elektrischen Schaltungsanordnung 2 umgebendes Gehäuse (hier nicht dargestellt). Der Wert der Induktivität wird insbesondere derart gewählt, dass sich ein geringer Stromfluss in der Antennenschleife während der Sendephase der Körperspule ergibt. Vorteilhaft wird die Induktivität derart gewählt, dass eine, insbesondere aufgrund einer Erwärmung der Verstimmschaltung 26 und der Koaxialleitung 3 entstehende, Oberflächentemperatur der Lokalspule 1 unter 40 °C beibehalten wird, insbesondere an einem die elektrische Schaltungsanordnung 2 umgebenden Gehäuse.
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Die Lokalspule 1 umfasst weiterhin ein flexibles Trägerelement 29, an dem die Koaxialleitung 3 befestigt ist. Das flexible Trägerelement 29 kann beispielsweise als ein Vlies oder ein Stoff ausgeführt sein, wobei die Befestigung der Koaxialleitung 3 und/oder der elektrischen Schaltungsanordnung 2 an dem Vlies mittels Sticken erfolgen kann.
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Um die Lokalspule 1 für hohe magnetische Flussdichten, z.B. von 3 T oder mehr, anzupassen und dabei und besonders kleine Kapazitätswerte für ein als Kondensator ausgebildetes Anpassungselement 14 zu vermeiden, können neben der Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 weitere Unterbrechungen 9 des Außenleiters 5 und/oder eine oder weitere Unterbrechungen des Innenleiters 4 vorgesehen werden.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Außenleiter 5 wie vorangehend beschrieben eine Unterbrechung 9. Weiterhin umfasst auch der Innenleiter 4 eine Unterbrechung 15. Die Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 und die Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 sind entlang der Koaxialleitung 3 derart angeordnet, dass die Leitungsabschnitte zwischen der elektrischen Schaltungsanordnung 2 und der Unterbrechung 15 des Innenleiters 4, zwischen der elektrischen Schaltungsanordnung 2 und der Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 sowie zwischen der Unterbrechung 9 und der Unterbrechung 15 jeweils zumindest im Wesentlichen gleich lang sind. Die Positionen der Unterbrechungen 9, 15 teilen also die Koaxialleitung 3 in drei im Wesentlichen gleich lange Leitungsabschnitte. Es ist auch möglich, dass für die Leitungsabschnitte unterschiedliche Längen gewählt werden, um über die Position der Unterbrechungen 9, 15 weiteren Einfluss auf die Resonanzfrequenz der Lokalspule 1 zu nehmen.
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Das Verwenden von zumindest im Wesentlichen gleich langen Leitungsabschnitten weist jedoch den Vorteil auf, dass bei einem Empfang über die Lokalspule 1 die durch die Koaxialleitung 3 gebildete Antenne symmetrisch belastet wird, so dass insbesondere eine symmetrische Spannung bzw. ein symmetrischer Strom in der Antennenschleife induziert wird.
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Durch die Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 wird der Innenleiter 4 in ein erstes Segment 16 sowie ein zweites Segment 17 geteilt. Die Antennenschleife erstreckt sich somit ausgehend von dem ersten Ende 6 der Koaxialleitung 3 an der elektrischen Schaltungsanordnung 2 über das erste Segment 16 des Innenleiters 4, die zwischen dem ersten Segment 16 des Innenleiters 4 und dem ersten Segment 10 des Außenleiters 5 gebildete Kapazität sowie über das erste Segment 10 des Außenleiters 5. Von diesem verläuft die Antennenschleife über die Kapazität zwischen dem ersten Segment 10 des Außenleiters 5 und dem zweiten Segment 17 des Innenleiters 4 zu dem zweiten Segment 17 des Innenleiters 4 sowie über die Kapazität zwischen dem zweiten Segment 17 des Innenleiters 4 und dem zweiten Segment 11 des Außenleiters 5 zu dem zweiten Segment 11 des Außenleiter 5, von dem aus die Antennenschleife über das Anpassungselement 14 geschlossen wird.
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Da in diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der Unterbrechungen 9, 15 gerade ist, ist das Anpassungselement 14 an dem ersten Ende 6 der Koaxialleitung 3 mit dem Innenleiter 4 und an dem zweiten Ende 7 der Koaxialleitung 3 mit dem Außenleiter 5 verbunden, so dass sich insgesamt eine Antennenschleife mit drei in Reihe geschalteten Kapazitäten ergibt. Die Verstimmschaltung 26 ist am ersten Ende 6 der Koaxialleitung 3 mit dem Außenleiter 5 und am zweiten Ende 7 der Koaxialleitung 3 mit dem Innenleiter 4 verbunden.
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In 4 ist eine Detailansicht einer Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 einer Lokalspule 1 dargestellt. Die Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 kann dadurch erfolgen, dass der Mantel 13 der Koaxialleitung 3 unterbrochen ist, wobei in dem Bereich der Unterbrechung des Mantels 13 die Endabschnitte 18, 19 des Außenleiters 5 von einem hier transparent dargestellten Isolationsmaterial 20 umgeben sind. Das Isolationsmaterial 20 kann beispielsweise als ein Schrumpfschlauch ausgeführt werden. Das Dielektrikum 12 im Inneren des Außenleiters 5 sowie der Innenleiter 4 sind im Bereich der Unterbrechung 9 des Außenleiters 5 nicht unterbrochen. Auf diese Weise kann bei der Herstellung der Lokalspule 1 mit wenig Aufwand eine Unterbrechung des Außenleiters 5 erzeugt werden. Ferner wird durch die dargestellte Ausführung der Unterbrechung 5 die Flexibilität der Koaxialleitung 3 und somit die anpassbare Anordenbarkeit der Lokalspule 1 nicht nennenswert beeinflusst.
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In 5 ist eine Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 in einer Detailansicht einer Lokalspule 1 dargestellt. Im Bereich der Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 verlaufen die durch die Unterbrechung 15 erzeugten Endabschnitte 21, 22 des Innenleiters 4 abschnittsweise parallel. Die die Segmente 16, 17 des Innenleiters 4 umgebenden Abschnitte 23, 24 des Außenleiters 5 sind in dem Bereich der Unterbrechung 15 elektrisch miteinander verbunden. Dazu kann beispielsweise zwischen den Abschnitten 23, 24 des Außenleiters 5 eine Lötverbindung 25 erzeugt werden, so dass eine direkte elektrische Verbindung der Abschnitte 23, 24 des Außenleiters 5 entsteht. Im Bereich der Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 liegt folglich keine Unterbrechung des Außenleiters 5 vor. Auch die Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 kann von dem hier transparent dargestellten Isolationsmaterial 20, welches beispielsweise als ein Schrumpfschlauch ausgeführt ist, umgeben sein.
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Eine auf diese Weise ausgebildete Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 beeinflusst die Flexibilität der Koaxialleitung nicht nennenswert. Dies ermöglicht es insbesondere, auch bei einer größeren Anzahl von Unterbrechungen 15 des Innenleiters 4 bzw. einer größeren Anzahl von Unterbrechungen 9 des Außenleiters 5 eine hohe Flexibilität der Koaxialleitung 3 und somit der Antenne der Lokalspule 1 beizubehalten.
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In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lokalspule 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Koaxialleitung 3 vier integrierte Kondensatoren, wozu eine Unterbrechung 15 des Innenleiters 4 sowie zwei Unterbrechungen 9 des Außenleiters 5 vorgesehen sind. Zum Schließen der Antennenschleife in der elektrischen Schaltungsanordnung 2 ist das Anpassungselement 14 am ersten Ende 6 und am zweiten Ende 7 der Koaxialleitung jeweils mit dem Außenleiter 5 verbunden. Die Verstimmschaltung 26 ist am ersten Ende 6 und am zweiten Ende 7 jeweils mit dem Innenleiter 4, bzw. den Segmenten 16, 17 des Innenleiters 4, verbunden. Alternativ kann die Verstimmschaltung 26 auch an beiden Enden 6, 7 mit dem Außenleiter 5 und das Anpassungselement 14 an beiden Enden 6, 7 mit dem Innenleiter 4 verbunden werden.
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In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 1 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen darin, dass die durch die Koaxialleitung 3 gebildete Antennenschleife insgesamt fünf integrierte Kondensatoren aufweist, wozu der Innenleiter 4 und der Außenleiter 5 jeweils zwei Unterbrechungen 9 bzw. 15 aufweisen. Aufgrund der geraden Anzahl an Unterbrechungen 9, 15 in der Koaxialleitung 3 ist das Anpassungselement 14 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Lokalspule 1 angeordnet. Auch die Verstimmschaltung 26 ist derart angeordnet, dass sie an dem ersten Ende 6 der Koaxialleitung 3 mit dem Außenleiter 5 und an dem zweiten Ende 7 der Koaxialleitung 3 mit einem dritten Segment 31 des Innenleiters 4 verbunden ist.
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In allen Ausführungsbeispielen kann die Koaxialleitung einen Durchmesser zwischen 0.5 mm und 3 mm aufweisen. Dadurch wird eine gute Flexibilität der Koaxialleitung erreicht. Weiterhin kann die Koaxialleitung in allen Ausführungsbeispielen eine Impedanz zwischen einschließlich 50 Ohm und einschließlich 120 Ohm, beispielsweise von 75 Ohm, aufweisen. Es ist in allen Ausführungsbeispielen möglich, dass die elektrische Schaltungsanordnung 2 weitere Komponenten, zum Beispiel einen Vorverstärker, aufweist.
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Der Durchmesser der von der Koaxialleitung 3 gebildeten Antennenschleife kann in allen Ausführungsbeispielen zwischen einschließlich 3 cm und einschließlich 30 cm, insbesondere zwischen einschließlich 8 cm und einschließlich 25 cm, aufweisen. Entsprechend den vorangehenden Darstellungen ist es möglich, dass der Innenleiter 4 und/oder der Außenleiter 5 auch mehr als jeweils zwei Unterbrechungen aufweisen. Insbesondere können zwischen 1 und 10, bevorzugt zwischen 3 und 5, Unterbrechungen 9, 15 des Innenleiters 4 und/oder des Außenleiters 5 vorgesehen sein. Die Unterbrechungen 9, 15 sind dabei insbesondere derart angeordnet, dass die Leitungsabschnitte der Koaxialleitung 3 zwischen der elektrischen Schaltungsanordnung 2 und einer benachbarten Unterbrechung 9, 15 zumindest im Wesentlichen genauso lang sind wie die Leitungsabschnitte zwischen zwei benachbarten Unterbrechungen 9, 15.
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In allen Ausführungsbeispielen kann parallel zu der Verstimmschaltung 26 eine weitere, passive Verstimmschaltung geschaltet werden. Die weitere Verstimmschaltung kann dabei als passives Schaltelement zum Beispiel eine Pin-Diode aufweisen, welche durch eine in der Antennenschleife induzierte Spannung beim Senden einer Körperspule leitfähig geschaltet wird und dadurch eine Verstimmung der Antennenschleife, insbesondere über eine in Reihe zu der Pin-Diode geschaltete Induktivität, bewirkt. Im Empfangsfall ist die Pin-Diode dann aufgrund der geringeren, induzierten Spannungen sperrend, so dass die Antennenschleife bei der vorgesehenen Impedanz betrieben werden kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
