DE4038106A1 - Oberflaechenresonator fuer einen kernspintomographen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oberflächenresonator für einen Kernspintomographen zur diagnostischen Untersuchung von Teilen eines Meßobjekts, insbesondere eines menschlichen Kör­ pers, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines rechtwinkli­ gen Koordinatensystems erstreckt. Der zu untersuchende Körper­ bereich befindet sich zwischen den Polschuhen eines Magneten für ein magnetisches Grundfeld, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt. Zum Senden und Empfang der Meßsignale ist der Oberflächenresonator vorgesehen, der aus zwei Teilsystemen be­ steht, die jeweils über ein Netzwerk, das zur Frequenzabstim­ mung, Lastanpassung und Symmetrierung dient, und über einen gemeinsamen 90°/3 dB-Richtkoppler an einen Sender und einen Empfänger angeschlossen sind.

Zum Herstellen von Schnittbildern eines Meßobjekts, insbesonde­ re eines menschlichen Körpers, sowie zur Diagnostik, beispiels­ weise zur Gelenkdiagnostik, und zur Darstellung von Blutgefäßen können bekanntlich Kernspintomographen verwendet werden. Mit diesen Geräten wird durch rechnerische oder meßtechnische Ana­ lyse integraler Protonenresonanzsignale aus der räumlichen Spindichte - oder auch der Relaxationszeitenverteilung - des zu untersuchenden Körpers ein Bild konstruiert. Der Körper wird in ein homogenes Magnetfeld, das sogenannte Grundfeld, eingebracht, das die Kernspins im Körper ausrichtet. Ferner sind Gradientenspulen vorgesehen, die ein räumlich unter­ schiedliches Magnetfeld erzeugen. Eine Hochfrequenz-Antenne regt die Kernspins an und überträgt die von den angeregten Kernspins induzierten Meßsignale zu einem Empfänger. Diese Hochfrequenzantenne ist im allgemeinen über ein Netzwerk mit Anpassungskapazitäten sowie eine Sende- und Empfangsweiche an einen Sender und an einen Empfänger angeschlossen. Während die maximale Impuls-Sendeleistung durch die Belastungsgrenze der Bauelemente gegeben ist, wird die maximale mittlere Sende­ leistung im wesentlichen durch die Erwärmung des Patienten be­ grenzt.

Eine geringe Sendeleistung benötigen bekanntlich zirkular po­ larisierende Antennen. Diese haben den Vorteil, daß sie im wesentlichen nur die für die Kernspinresonanz wirksame, bei­ spielsweise die linksdrehende Feldkomponente erzeugen. Eine solche Antenne kann beispielsweise aus zwei orthogonal zuein­ ander angeordneten linear polarisierenden Antennensystemen bestehen, die über einen 90°-Richtkoppler an einen Sender und einen Empfänger angeschlossen sind. Das eingespeiste Sendesi­ gnal teilt sich mit 90° Phasenverschiebung auf die beiden Systeme auf und erzeugt das für die Kernspintomographie wirk­ same Drehfeld. Im Empfangsfall stellt die Antenne zwei um 90° phasenverschobene Nutzsignalquellen sowie zwei unkorrelierte Rauschquellen dar. Der 90°-Richtkoppler liefert dem Empfänger die phasenrichtige Summe der Nutzsignale (Journal of Magnetic Resonance 54 (1983), Seiten 324 bis 327).

Zur Abbildung gewisser Körperbereiche mit verhältnismäßig ge­ ringer Ausdehnung können bekanntlich sogenannte Oberflächenre­ sonatoren verwendet werden, die als Flachspulen mit einer oder mehreren Windungen ausgebildet sind. Sie werden einfach auf das abzubildende Körperteil, beispielsweise einen Rückenwirbel, das Mittelohr oder auch ein Auge, aufgelegt.

Ein bekannter zirkular polarisierender Oberflächenresonator für die Kernspintomographie zur Abbildung von Teilen eines mensch­ lichen Körpers, dessen Achse sich in der Richtung eines magne­ tischen Grundfeldes B_o erstreckt, besteht aus zwei ineinander verschachtelten Teilsystemen. Das eine System, ein sogenannter Planar-pair-resonator, enthält zwei ringzylindrische Spulenwin­ dungen aus bandförmigen Leitern. Diese Spulenwindungen sind über ebenfalls bandförmige Leiter miteinander verbunden. Die beiden Spulenwindungen sind in der x-z-Ebene nebeneinander an­ geordnet. Das zweite System, ein sogenannter CRC-Resonator (counter rotating current), enthält ebenfalls zwei ringzylin­ drische Spulenwindungen, die koaxial zur Y-Achse und parallel zur x-z-Ebene übereinander angeordnet sind. Der Planar-pair­ resonator ist in den Zwischenraum zwischen den beiden Spulen des CRC-Resonator eingeschoben. Mit diesem Resonator erhält man eine intrinsische Entkopplung von homogenen äußeren Hochfre­ quenz-Feldern. Diese Ausführungsform mit zwei verschiedenartig aufgebauten und angeordneten Teilsystemen ist jedoch nur geeig­ net für ein magnetisches Grundfeld B_o, das in Richtung der Körperachse verläuft, und sie ist außerdem verhältnismäßig kompliziert (Magnetic Resonance in Medicine 4 (1987), Seiten 179 bis 184).

Neben den bekannten, für stärkere Magnetfelder oberhalb 0,5 T im allgemeinen supraleitenden Grundfeldmagneten, die als Sole­ noid ausgeführt sind und ein in Richtung der Körperachse des Patienten verlaufendes statisches Grundfeld erzeugen, werden in der Kernspintomographie auch Grundfeldmagneten verwendet, bei denen sich das Grundfeld B_o senkrecht zur Körperachse des zu untersuchenden menschlichen Körpers in Richtung der z-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems erstreckt. Der Magnet ist mit Polschuhen versehen, die den Abbildungsbereich bestim­ men und zwischen denen das homogene Grundfeld B_o erzeugt werden soll. Die Polschuhe können auch über das Joch eines Permanent­ magneten oder Elektromagneten miteinander verbunden sein und einen sogenannten C-Magneten oder mit zwei Jochen auch einen H-Magneten bilden (E-A 01 61 782).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für einen Kern­ spintomographen mit einem transversalen Grundfeld, einem soge­ nannten C-Magneten oder H-Magneten, einen Oberflächenresonator anzugeben, dessen Magnetfeld zur Anregung der Kernspins im Objektbereich im wesentlichen nur Vektorkomponenten des Hoch­ frequenzfeldes aufweist, die in Schnittebenen senkrecht zum Grundfeld B_o liegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dieser Ausführungsform erhält man einen zirkular polarisierenden Oberflächenresonator, der sowohl zum Senden als auch zum Empfang der Hochfrequenz­ signale geeignet ist. Zwischen den Toren der beiden Teilsysteme und dem gemeinsamen 90°/3 dB-Richtkoppler ist zur Frequenzab­ stimmung, Lastanpassung und Symmetrierung im allgemeinen je­ weils noch ein Netzwerk vorgesehen. Das hochfrequente Magnet­ feld dieses Oberflächenresonators zur Anregung der Kernspins enthält im Abbildungsbereich im wesentlichen nur Vektorkompo­ nenten, die in Schnittebenen senkrecht zum Grundfeld des C-Magneten liegen.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen dieses Oberflächenre­ sonators ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 die Anordnung eines Oberflä­ chenresonators zwischen den Polen eines Grundfeldmagneten und der Feldverlauf schematisch angedeutet sind. Jeweils eine Aus­ führungsform der Teilsysteme des Oberflächenresonators und deren räumliche Anordnung sind in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt. Fig. 4 zeigt einen Oberflächenresonator als Kombina­ tion der Teilsysteme mit dem Anschluß an einen Sender und einen Empfänger. Jeweils eine besondere Art der Energieeinkopplung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine Ausführungsform mit einer Kleeblattanord­ nung der Stromschleifen. Eine Ausführungsform des Oberflächen­ resonators mit einander überlappenden Stromschleifen ist in Fig. 9 dargestellt. Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 10. In Fig. 11 ist eine Ausführungsform des Oberflächenreso­ nators mit geneigten Stromschleifen und der Feldverlauf im Abbildungsbereich schematisch veranschaulicht.

In der Ausführungsform eines Kernspintomographens gemäß Fig. 1 ist ein Magnet 2, beispielsweise ein C-Magnet, so gestaltet, daß sein statisches magnetisches Grundfeld B_o parallel zur z-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems mit den Achsen x, y und z verläuft. Dieser Kernspintomograph kann beispiels­ weise zur diagnostischen Untersuchung von Teilen eines mensch­ lichen Körpers vorgesehen sein, dessen Körperachse sich in der x-Achse des Koordinatensystems erstreckt und dessen zu unter­ suchender Objektbereich 8 sich zwischen den Polschuhen 3 und 4 des Magneten 2 befindet.

In dieser Ausführungsform des Magneten 2 sind im allgemeinen wenigstens die einander zugewandten Polflächen der Pole 3 und 4 sowie das Joch 5 mit einer nicht dargestellten Abschirmung aus elektrisch leitendem Material für das Hochfrequenzfeld verse­ hen, die im allgemeinen aus Kupfer besteht. Der Koordinatenur­ sprung des Koordinatensystems soll in einer strichpunktiert angedeuteten Resonatorebene 6, die sich senkrecht zur z-Achse erstreckt, im Mittelpunkt eines zirkular polarisierenden Ober­ flächenresonators 10 zwischen den Polschuhen 3 und 4 liegen. Das Achsenkreuz ist lediglich zur besseren Übersicht neben dem Magneten 2 angedeutet. Das Magnetfeld B₁₁ verläuft im Objekt­ bereich 8 annähernd parallel zur Resonatorebene 6.

Gemäß Fig. 2 besteht ein Teilsystem 11 des Oberflächenresona­ tors 10 aus einer räumlichen Parallelanordnung von zwei Strom­ schleifen 13 und 14. Diese Stromschleifen enthalten ein gemein­ sames Leiterstück 17, zu dem zwei Leiterbogen 19 und 20 spie­ gelsymmetrisch angeordnet sind. Eine in der Figur nicht näher bezeichnete Unterbrechung des Leiterstückes 17 ist durch eine Resonanzkapazität 24 überbrückt. Das Leiterstück 17 ist von einem Resonanzstrom I₁₁ durchflossen, der sich auf die beiden Leiterbogen 19 und 20 aufteilt, die jeweils einen Rückschluß für diesen Resonanzstrom bilden. Der Resonanzstrom I₁₁ ruft ein Magnetfeld B₁₁ hervor, dessen Verlauf in der Figur strichpunk­ tiert angedeutet ist.

Ein in gleicher Weise gestaltetes Teilsystem 12 mit zwei räum­ lich parallel zueinander angeordneten Stromschleifen 15 und 16 sowie einem für beide Stromschleifen gemeinsamen Leiterstück 18 ist gemäß Fig. 3 derart angeordnet, daß die Richtung des Lei­ terstückes 18 gegenüber dem Leiterstück 17 gemäß Fig. 2 um 90° verdreht ist. Das Leiterstück 18 ist ebenfalls mit einer Unter­ brechung versehen, die durch eine Resonanzkapazität 26 über­ brückt ist. Ein Resonanzstrom I₁₂, der das Leiterstück 18 und die Resonanzkapazität 26 durchfließt, teilt sich auf die beiden einander parallelen Leiterbogen 21 und 22 auf und ruft ein Ma­ gnetfeld B₁₂ hervor, dessen Verlauf in der Figur strichpunk­ tiert angedeutet ist und das gegenüber dem Magnetfeld B₁₁ des Teilsystems 11 um 90° verdreht ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Oberflächenre­ sonators 10 besteht gemäß Fig. 4 aus einer Kombination der beiden Teilsysteme 11 und 12 gemäß den Fig. 2 und 3, die dadurch entsteht, daß diese beiden Teilsysteme 11 und 12 in der Anordnung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, der­ art übereinandergelegt werden, daß sie praktisch in der glei­ chen Ebene senkrecht zum Grundfeld B_o angeordnet sind. Insbe­ sondere kann diese Kombination aus den beiden senkrecht zuein­ ander angeordneten Leiterstücken 17 und 18 bestehen, die in der gleichen Ebene angeordnet sind und nach Art eines Speichenrades von einem gemeinsamen geschlossenen Leiter 23 ringförmig umge­ ben sind. Die Unterbrechungen der Leiterstücke 17 und 18 sind jeweils durch die Resonanzkapazitäten 24 bzw. 26 überbrückt. An diesen Resonanzkapazitäten 24 und 26 kann vorzugsweise die Energie in die beiden Teilsysteme ein- oder ausgekoppelt wer­ den. Als Zuleitung kann vorzugsweise eine erdsymmetrische Lei­ tung 32 bzw. 33, beispielsweise jeweils eine Zweidrahtleitung oder auch ein Bandleiter, verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht dieser Oberflächenresonator 10 aus einem metallischen Rohrleiter, vor­ zugsweise aus Kupfer. Die Ausführungsform als Rohrleiter hat eine verhältnismäßig große Oberfläche und dementsprechend ge­ ringe Leiterverluste. In dieser Ausführungsform können die Zweidrahtleitungen 32 und 33 jeweils in das Innere eines Teils der Leiterstücke 17 bzw. 18 verlegt werden.

Tore 28 und 29, deren Spannung U₁ bzw. U₂ jeweils durch einen Richtungspfeil angedeutet ist, sind jeweils über gleich lange, nicht näher bezeichnete Leitungen und ein Netzwerk 36 bzw. 37, die zur Frequenzabstimmung, Lastanpassung und Symmetrierung dienen, sowie einen gemeinsamen 90°/3 dB-Richtkoppler 44 an ei­ nen Sender 46 und einen Empfänger 48 angeschlossen. Die Netz­ werke 36 und 37 enthalten jeweils eine Parallelkapazität 38 bzw. 39 sowie jeweils zwei Reihenkapazitäten 40 und 41 bzw. 42 und 43.

Die Energieeinkopplung oder -auskopplung erfolgt bei dem Ober­ flächenresonator 10 jeweils an den Resonanzkapazitäten 24 bzw. 26. Das vom Resonanzstrom I₁₁ hervorgerufene Magnetfeld B₁₁ steht räumlich senkrecht auf dem vom Resonanzstrom I₁₂ hervor­ gerufenen Magnetfeld B₁₂. Die beiden Magnetfelder B₁₁ und B₁₂ der beiden Teilsysteme 11 und 12 sind somit voneinander ent­ koppelt. Die Energieeinkopplung über die Tore 28 und 29 an den Resonanzkapazitäten 24 und 26 erfolgt derart, daß die beiden Resonanzströme I₁₁ und I₁₂ zeitlich um 90° gegeneinander ver­ setzt sind. Das vom Resonanzstrom, beispielsweise I₁₁, in einem der Teilsysteme, beispielsweise 11, induzierte Magnetfeld B₁₁ hat jeweils sein Maximum, wenn das vom anderen Resonanzstrom, beispielsweise I₁₂, im anderen Teilsystem induzierte Magnetfeld B₁₂ Null ist. Mit diesem Oberflächenresonator 10 kann man somit ein im wesentlichen zirkular polarisiertes Hochfrequenzfeld er­ zeugen.

In der Ausführungsform eines Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 5 ist eine erdunsymmetrische Energieeinspeisung vorgese­ hen. Zu diesem Zweck sind die Unterbrechungen der Leiterstücke 17 und 18 jeweils durch eine Reihenschaltung von Resonanzkapa­ zitäten 24 und 25 bzw. 26 und 27 überbrückt. Ein gemeinsamer Masseknoten 54, der auf Nullpotential liegt, verbindet die Re­ sonanzkapazitäten 24 und 27 untereinander. In dieser Ausfüh­ rungsform ist zur Energieein- bzw. -auskopplung die Resonanzka­ pazität 24 über einen Koaxialleiter 52 als Tor 28 herausge­ führt. Der Koaxialleiter 52 kann vorzugsweise innerhalb des rohrförmigen Leiterstückes 17 verlegt werden; sein in der Figur nicht näher bezeichneter Mantel ist ebenfalls an Masse gelegt. In gleicher Weise ist die Resonanzkapazität 26 über ein Koaxialkabel 53 als Tor 29 herausgeführt. Durch den gemein­ samen Masseknoten 54 ist in dieser Ausführungsform des Ober­ flächenresonators 10 in einfacher Weise eine Symmetrierung der Teilsysteme möglich. Da in dieser Ausführungsform stets zwei Kapazitäten 24 und 25 sowie 26 und 27 in Reihe geschaltet sind, hat dieser Oberflächenresonator 10 eine entsprechend höhere Spannungsfestigkeit.

In der Ausführungsform eines Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 6 sind die offenen Enden der Leiterstücke 17 und 18 je­ weils über eine Resonanzkapazität mit den beiden offenen Enden der Leiterstücke des anderen Teilsystems verbunden. Diese Re­ sonanzkapazitäten sind in der Figur mit 56 bis 59 bezeichnet. Die beiden Tore 28 und 29 ergeben sich in dieser Ausführungs­ form jeweils durch eine verdrillte Zweidrahtleitung 32 bzw. 33, welche an die Unterbrechung des zugeordneten Leiterstückes 17 bzw. 18 angeschlossen ist. In dieser Ausführungsform des Ober­ flächenresonators 10 mit erdsymmetrischer Einspeisung sind die Resonanzkapazitäten 56 bis 59 jeweils von den Strömen beider Systeme durchflossen. In dieser Ausführungsform sind die Enden der Leiterstücke jeweils über eine Reihenschaltung von zwei Resonanzkapazitäten miteinander verbunden, die als Spannungs­ teiler wirken. Die Unterbrechung des Leiterstückes 17 ist bei­ spielsweise durch die Resonanzkapazitäten 56 und 59 sowie 57 und 58 überbrückt. Da die Resonanzkapazitäten 56 bis 59 in dieser Ausführungsform nur jeweils die halbe Spannung erhalten, hat dieser Oberflächenresonator 10 somit eine entsprechend erhöhte Spannungsfestigkeit. Die Energieeinkopplung erfolgt an den beiden einander gegenüberliegenden Enden der Leiterstücke 17 bzw. 18; es sind somit auch bei starker Belastung des Ober­ flächenresonators 10 keine unsymmetrischen Ströme möglich.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 besteht ein Oberflächen­ resonator 10 aus zwei Teilsystemen 11 und 12, deren Strom­ schleifen 13 und 14 bzw. 15 und 16 derart räumlich hinterein­ ander angeordnet sind, daß eine Stromschleifenanordnung in der Art eines vierblättrigen Kleeblatts entsteht. In dieser Aus­ führungsform ist jeweils eine Stromschleife, beispielsweise die Stromschleife 13, des Teilsystems 11 den beiden Stromschleifen, beispielsweise 15 und 16, des Teilsystems 12 benachbart. Die zu den Toren 28 und 29 der Teilsysteme 11 und 12 gehörenden Spannungen U₁ und U₂ sind in der Figur jeweils durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet. Die beiden Stromschleifen, beispielsweise 13 und 14, sind außer im Überkreuzungsbereich 66 in der gleichen Ebene angeordnet und dem gleichen Oberflächen­ bereich des Meßobjekts 8 zugeordnet. Die Leiter sind zwischen den Stromschleifen 13 und 14 derart überkreuzt, daß der Reso­ nanzstrom I₁₁ in den beiden Stromschleifen entgegengesetzten Umlaufsinn hat und ein Magnetfeld B₁₁ entsteht, wie es in der Figur strichpunktiert angedeutet ist. In gleicher Weise sind die beiden Stromschleifen 15 und 16 des Teilsystems 12 aufge­ baut, so daß durch den Resonanzstrom I₁₂ ein Magnetfeld B₁₂ entsteht, das in der Figur ebenfalls strichpunktiert angedeutet ist und senkrecht zum Magnetfeld B₁₁ verläuft. Jede Strom­ schleife enthält eine Resonanzkapazität, die in der Figur mit 60 bis 63 bezeichnet sind. Die Energieeinkopplung an den Toren 28 und 29 erfolgt mit 90° Phasenverschiebung.

Dieser Oberflächenresonator 10 erzeugt im Objektbereich 8 im wesentlichen nur Feldkomponenten des Hochfrequenzfeldes B₁₁ die senkrecht zum Grundfeld B_o verlaufen. Fließt z. B. im Teilsystem 11 ein Resonanzstrom I₁₁, so erzeugt dieser die angedeutete HF-Feldverteilung B₁₁. Diese Schwingungsmode wird durch die Verschaltung der beiden Teilspulen, nämlich der Überkreuzung 66 des Spulenleiters zwischen den Stromschleifen 13 und 14, er­ zwungen. Im Teilsystem 12 ist zugleich wegen des symmetrischen Aufbaus der vom Magnetfeld B₁₁ induzierte Strom Null. Beide Teilsysteme sind also voneinander entkoppelt. Werden diese HF-Felder mit 90° Phasendifferenz betrieben, so läßt sich ein im Objektbereich 8 im wesentlichen zirkular polarisiertes HF- Feld erzeugen.

In einer abweichenden Ausführungsform kann zur Energieankopp­ lung auch jeweils eine in der Figur nicht dargestellte Koppel­ schleife vorgesehen sein, die dann mit einer der Stromschleifen der beiden Teilsysteme induktiv gekoppelt ist.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind etwa quadratische Stromschleifen 13 bis 16 vorgesehen. Es können jedoch auch Windungen mit abweichender Form vorgesehen sein. Die der Über­ kreuzung gegenüberliegenden Ecken der Windungen, in denen in der dargestellten Ausführungsform die Resonanzkapazitäten 60 bis 63 angeordnet sind, können beispielsweise auch derart abgerundet sein, daß eine etwa kreisförmige Berandung entsteht.

ln der Ausführungsform gemäß Fig. 7 bestehen die Teilsysteme jeweils aus einem gemeinsamen Antennenleiter, der vorzugsweise ein rohrförmiger Leiter sein kann. In dieser Ausführungsform sind die Leiterteile an der Überkreuzung 66 elektrisch gegen­ einander isoliert; der gemeinsame Kreuzungspunkt der beiden Teilsysteme 11 und 12 kann beispielsweise zur mechanischen Stabilisierung in einen elektrisch nichtleitenden selbsthär­ tenden Kunststoff eingegossen sein.

Unter Umständen kann es jedoch zweckmäßig sein, die Überkreu­ zung 66 durch eine in Fig. 7 nicht dargestellte Leitungsver­ bindung zu einem elektrischen Knotenpunkt zu vereinigen.

In der Ausführungsform des Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 8 bestehen die Stromschleifen 13 und 14 sowie 15 und 16 jeweils aus getrennten Leitern, die an eine für alle Stromschleifen gemeinsame Leitungsverbindung 68 angeschlossen sind. Diese Leitungsverbindung 68 kann vorzugsweise aus einem flächenhaften Leiter bestehen. Aufgrund der Symmetrie der Teilsysteme 11 und 12 hat die Leitungsverbindung 68 das Potential Null. Sie kann deshalb mit der Systemmasse verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellung und eine stabile Ausführungsform des Oberflächenresonators 10. Die Strompfade der Resonanzströme I₁₁ und I₂₁ sowie I₁₂ und I₂₂ ergeben sich in dieser Ausfüh­ rungsform nicht mehr zwangsläufig durch die diskrete Leiter­ führung, da die Resonanzströme über die Leitungsverbindung 68 verlaufen, so daß mehrere Schwingungsmoden möglich sind. Die Größe der Resonanzkapazitäten 60 bis 63 wird so gewählt, daß die Frequenz des gewünschten Schwingungsmodes mit den gegen­ läufig fließenden Resonanzströmen I₁₁ und I₂₁ sowie I₁₂ und I₂₂ mit der Betriebsfrequenz des Kernspintomographen identisch ist.

In der Ausführungsform des Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 9 sind Teilsysteme 11 und 12 mit rechteckförmigen Stromschlei­ fen 13 bis 16 vorgesehen, deren Größe derart gewählt ist, daß sie sich teilweise überlappen. Diesen Stromschleifen 13 bis 16 ist ebenfalls eine gemeinsame Leitungsverbindung 68 zugeordnet und die Resonanzkapazitäten 60 bis 63 sind jeweils in den äußeren Leiterteilen angeordnet, die der gemeinsamen Leitungs­ verbindung 68 gegenüberliegen. In dieser symmetrischen Anord­ nung kompensieren sich die Teilflüsse der benachbarten ortho­ gonalen Teilsysteme 11 und 12; diese Systeme sind somit ent­ koppelt. In dieser Ausführungsform wird der nutzbare Objekt­ bereich vergrößert.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die in Fig. 9 darge­ stellten äußeren Leiterteile der Stromschleifen 13 bis 16 je­ weils derart abzurunden, daß etwa nierenförmige Schleifenformen entstehen.

Die Überlappungsbereiche und die gemeinsame Leitungsverbindung 68 können in ihrer Form und Größe derart verändert werden, daß eine gewünschte Feldcharakteristik erzeugt wird.

In der Ausführungsform des Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 10 bilden die Leiterteile, in denen die Resonanzkapazitäten 60 bis 63 angeordnet sind, gemeinsam etwa ein Quadrat, das von den Stromschleifen 13 bis 16 umgeben ist. In dieser Ausführungsform haben die Resonanzkapazitäten 60 bis 63 von den benachbarten Knotenpunkten der Teilsysteme 11 und 12 jeweils den gleichen Abstand und die Verbindungsleiter an den Knotenpunkten bilden jeweils einen rechten Winkel. Durch diese Knotenpunkte entste­ hen jeweils mehrere Strompfade, so daß in dieser Ausführungs­ form ebenfalls mehrere Schwingungsmoden möglich sind. Die Größe der Resonanzkapazitäten 60 bis 63 wird so gewählt, daß der ge­ wünschte Schwingungsmode gleich der Betriebsfrequenz des Kern­ spintomographen ist.

In den Ausführungsformen des Oberflächenresonators 10 gemäß den Fig. 8 bis 10 können gemäß Fig. 11 die in der Figur nicht näher bezeichneten Stromschleifen der beiden Teilsysteme 11 und 12 zum Objektbereich 8 hin geneigt sein. Mit dieser Ausfüh­ rungsform wird die Homogenität des Magnetfeldes im Objektbe­ reich 8 verbessert.

Claims (18)

1. Oberflächenresonator für einen Kernspintomographen zur dia­ gnostischen Untersuchung von Teilen eines Meßobjekts, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines rechtwinkligen Koordina­ tensystems erstreckt und dessen zu untersuchender Objektbereich sich zwischen den Polschuhen eines Magneten für ein magneti­ sches Grundfeld B_o befindet, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt, gekennzeichnet durch folgende Merk­ male:

• a) Der Oberflächenresonator (10) besteht aus zwei Teilsystemen (11, 12), deren Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) senkrecht aufeinan­ derstehen und deren Ströme (I₁₁, I₁₂) um 90° in der Phase gegeneinander verschoben sind und die jeweils mit wenigstens einer Resonanzkapazität versehen sind,
• b) jedes Teilsystem (11, 12) enthält zwei Stromschleifen (13, 14; 15, 16), die beide ihr zugeordnetes Magnetfeld (B₁₁, bzw. B₁₂) einschließen,
• c) alle Stromschleifen (13 bis 16) sind wenigstens annähernd in der Resonatorebene (6) senkrecht zum Grundfeld B_o angeord­ net,
• d) der nutzbare Teil der Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) im Objektbe­ reich (8) liegt außerhalb der Resonatorebene (6).

2. Oberflächenresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilsysteme (11, 12) jeweils eine räumliche Parallelanordnung der beiden Strom­ schleifen (13, 14; 15, 16) enthalten und eine derartige Kombi­ nation bilden, daß der Resonator (10) aus zwei senkrecht zuein­ ander verlaufenden Leiterstücken (17, 18) besteht, die jeweils mit einer Unterbrechung versehen und nach Art eines Speichen­ rades von einer gemeinsamen geschlossenen Windung umgeben sind (Fig. 4 bis 6).

3. Oberflächenresonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschleifen (13, 14; 15, 16) aus einem Metallrohr bestehen.

4. Oberflächenresonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstücke (17, 18) jeweils mit einer Unterbrechung versehen sind und daß diese Unterbrechungen jeweils durch eine Resonanzkapazität (24 bzw. 26) überbrückt sind (Fig. 4).

5. Oberflächenresonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieankopplung erd­ symmetrische Leitungen vorgesehen sind, die jeweils an eine der Resonanzkapazitäten (24 bzw. 26) angeschlossen sind (Fig. 4).

6. Oberflächenresonator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (32, 33) jeweils im Inneren der Leiterstücke (17 bzw. 18) angeordnet sind (Fig. 4).

7. Oberflächenresonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung von jeweils zwei Resonanzkapazitäten (24, 25; 26, 27) vorgesehen ist, die alle über einen gemeinsamen Masseknoten (54) mitein­ ander verbunden sind, und daß die Energieankopplung jeweils an eine der Resonanzkapazitäten (24, 26) der Reihenschaltungen er­ folgt (Fig. 5).

8. Oberflächenresonator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieankopplung jeweils über ein Koaxialkabel (52 bzw. 53) erfolgt.

9. Oberflächenresonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterbrechung der Leiterstücke (17, 18) einander benachbarten offenen Enden jeweils über eine Resonanzkapazität (56 bis 59) miteinander verbunden sind und daß die Energieankopplung an den einander gegenüberliegenden Enden der Leiterstücke (17, 18) erfolgt (Fig. 6).

10. Oberflächenresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromschleifen (13, 14; 15, 16) aus einem gemeinsamen Leiter bestehen, der zwischen den beiden Stromschleifen eine Überkreuzung (66) bil­ det, derart, daß beide Stromschleifen (13 und 14 bzw. 15 und 16) nach Art einer 8 vom Resonanzstrom (I_11,, I₁₂) durchflossen sind; die beiden Teilsysteme (11, 12) sind derart angeordnet, daß jeweils eine der Stromschleifen (z. B. 13) des einen Teil­ systems (11) den beiden Stromschleifen (z.B. 15, 16) des ande­ ren Teilsystems (12) benachbart ist und die Stromschleifen (13 bis 16) nach Art eines vierblättrigen Kleeblatts angeordnet sind (Fig. 7).

11. Oberflächenresonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkapazitäten (60 bis 63) jeweils in einem Teil der Stromschleife (13 bis 16) angeordnet sind, welcher der Überkreuzung (66) der Leiter etwa diagonal gegenüberliegt (Fig. 7).

12. Oberflächenresonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stromschleife (13 bis 16) mit einer Resonanzkapazität (60 bis 63) versehen ist (Fig. 7).

13. Oberflächenresonator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieankopplung an jeweils einer der Resonanzkapazitäten (60 bis 63) erfolgt.

14. Oberflächenresonator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieankopplung in der Nähe jeweils einer der Stromschleifen (13, 14; 15, 16) eine Koppelschleife angeordnet ist.

15. Oberflächenresonator nach Anspruch 10, gekenn­ zeichnet durch eine gemeinsame flächenhafte Leitungs­ verbindung (68) zwischen den Stromschleifen (13 bis 16) der beiden Teilsysteme (11, 12) (Fig. 8 und 9).

16. Oberflächenresonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einander benach­ barten Stromschleifen (13 bis 16) teilweise überlappen (Fig. 9).

17. Oberflächenresonator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile, in denen die Resonanzkapazitäten (60 bis 63) angeordnet sind, gemeinsam etwa ein Quadrat bilden, das von Leiterschleifen umgeben ist, die mit der zugeordneten Resonanzkapazität jeweils eine ge­ schlossene Windung bilden (Fig. 10).

18. Oberflächenresonator nach Anspruch 1 und 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ober­ flächenresonator (10) aus zwei Teilsystemen (11, 12) besteht, deren Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) senkrecht aufeinanderstehen, und deren Ströme (I₁₁, I₁₂) in der Phase um 90° gegeneinander ver­ schoben sind und daß jedes Teilsystem (11, 12) zwei Strom­ schleifen (13, 14; 15, 16) enthält, die beide ihr zugeordnetes Magnetfeld (B₁ bzw. B₁₂) einschließen, und daß die Strom­ schleifen (13 bis 16) zum Objektbereich (8) hin geneigt sind (Fig. 11).