DE4038106C2

DE4038106C2 - Oberflächenresonator für einen Kernspintomographen

Info

Publication number: DE4038106C2
Application number: DE4038106A
Authority: DE
Inventors: Ralph Oppelt; Wilhelm Duerr; Horst Siebold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: JPH03188828A; US5153517A; DE4038106A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zirkular polarisierenden Oberflächenresonator für einen Kernspintomographen zur dia gnostischen Untersuchung von Teilen eines Messobjektes, ins besondere eines menschlichen Körpers, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems er streckt.

Zum Herstellen von Schnittbildern eines Messobjekts, insbe sondere eines menschlichen Körpers, sowie zur Diagnostik, beispielsweise zur Gelenkdiagnostik, und zur Darstellung von Blutgefäßen können bekanntlich Kernspintomographen verwendet werden. Mit diesen Geräten wird durch rechnerische oder mess technische Analyse integraler Protonenresonanzsignale aus der räumlichen Spindichte - oder auch der Relaxationszeitenver teilung - des zu untersuchenden Körpers ein Bild konstruiert. Der Körper wird in ein homogenes Magnetfeld, das sogenannte Grundfeld, eingebracht, das die Kernspins im Körper ausrich tet. Ferner sind Gradientenspulen vorgesehen, die ein räum lich unterschiedliches Magnetfeld erzeugen. Eine Hochfre quenz-Antenne regt die Kernspins an und überträgt die von den angeregten Kernspins induzierten Messsignale zu einem Empfän ger. Diese Hochfrequenzantenne ist im Allgemeinen über ein Netzwerk mit Anpassungskapazitäten sowie eine Sende- und Emp fangsweiche an einen Sender und an einen Empfänger ange schlossen. Während die maximale Impuls-Sendeleistung durch die Belastungsgrenze der Bauelemente gegeben ist, wird die maximale mittlere Sendeleistung im Wesentlichen durch die Er wärmung des Patienten begrenzt.

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 Sende signal 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 Oberflächen resonatoren verwendet werden, die als Flachspulen mit einer oder mehreren Windungen ausgebildet sind. Sie werden einfach auf das abzubildende Körperteil, beispielsweise einen Rücken wirbel, das Mittelohr oder auch ein Auge, aufgelegt.

Ein bekannter zirkular polarisierender Oberflächenresonator für die Kernspintomographie zur Ausbildung von Teilen eines menschlichen Körpers, dessen Achse sich in der Richtung eines magnetischen Grundfeldes B₀ erstreckt, besteht aus zwei in einander verschachtelten Teilsystemen. Das eine System, ein sogenannter Planar-pair-resonator, enthält zwei ringzylindri sche Spulenwindungen aus bandförmigen Leitern. Diese Spulen windungen sind über ebenfalls bandförmige Leiter miteinander verbunden. Die beiden Spulenwindungen sind in der x-z-Ebene nebeneinander angeordnet. Das zweite System, ein sogenannter CRC-Resonator (counter rotating current), enthält ebenfalls zwei ringzylindrische Spulenwindungen, die koaxial zur Y- Achse und parallel zur x-z-Ebene übereinander angeordnet sind. Der Planar-pair-resonator ist in den Zwischenraum zwi schen den beiden Spulen des CRC-Resonator eingeschoben. Mit diesem Resonator erhält man eine intrinsische Entkopplung von homogenen äußeren Hochfrequenz-Feldern. Diese Ausführungsform mit zwei verschiedenartig aufgebauten und angeordneten Teilsystemen ist jedoch nur geeignet für ein magnetisches Grund feld B₀, das in Richtung der Körperachse verläuft, und sie ist außerdem verhältnismäßig kompliziert (Magnetic Resonance in Medicine 4 (1987), Seiten 179 bis 184).

Aus der US 4,816,765 geht ebenfalls ein Kernspintomograph mit einem magnetischen Grundfeld B₀ hervor, das in Richtung der Achse eines zu untersuchenden Körpers verläuft. Das mag netische Grundfeld des Tomographen wird von einer Solenoid- Anordnung mehrerer Magnete erzeugt. Innerhalb der Anordnung ist zur Anregung der Kernspins mittels Hochfrequenz-Felder eine sich axial erstreckende Sendespule vorgesehen. Zum Emp fang der hochfrequenten Kernspinsignale dient ein besonderer Oberflächenresonator mit zwei Stromschleifen. Diese Strom schleifen schließen ein ihnen zugeordnetes Magnetfeld ein und sind wenigstens annähernd in einer senkrecht zu dem Grundfeld ausgerichteten Ebene angeordnet. Dabei sind die beiden je ein Teilsystem des Resonators bildenden Schleifen unterschiedlich gestaltet, wobei eine der Schleifen eine Schmetterlingsform hat und die andere eine einfache Stromschleife ist, die zwar ebenfalls in der Ebene der Schmetterlingsschleife liegt, de ren Magnetfeld jedoch senkrecht zu dieser Ebene gerichtet ist.

Bei der Gestaltung eines entsprechenden Oberflächenresonators kommt es in erster Linie darauf an, dass die von seinen Teil systemen erzeugten Magnetfelder senkrecht aufeinander stehen. Dies lässt sich gemäß der US 4,857,849 und der EP 0 349 198 A2 dadurch erreichen, dass zwei identische Teil systeme vorgesehen werden. Gemäß der US 4,857,849 liegen deren Teilsysteme auf der Mantelfläche eines gedachten Zylin ders, gemäß der EP 0 349 198 A2 in zwei gegeneinander geneig ten Ebenen. Wegen der verschiedenartig aufgebauten Teilsyste me des Resonators ist auch bei diesem Stand der Technik der konstruktive Aufwand verhältnismäßig hoch.

Neben den bekannten, für stärkere Magnetfelder oberhalb 0,5 T im allgemeinen supraleitenden Grundfeldmagneten, die als So lenoid ausgeführt sind und ein in Richtung der Körperachse des Patienten verlaufendes statisches Grundfeld erzeugen, werden in der Kernspintomographie auch Grundfeldmagneten ver wendet, bei denen sich das Grundfeld B₀ senkrecht zur Körper achse des zu untersuchenden menschlichen Körpers in Richtung der z-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems er streckt. Der Magnet ist mit Polschuhen versehen, die den Ab bildungsbereich bestimmen und zwischen denen das homogene Grundfeld B₀ erzeugt werden soll. Die Polschuhe können auch über das Joch eines Permanentmagneten oder Elektromagneten miteinander verbunden sein und einen sogenannten C-Magneten oder mit zwei Jochen auch einen H-Magneten bilden (EP 0 161 782 A1).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für einen Kernspintomographen mit einem transversalen Grundfeld, einem sogenannten C-Magneten oder H-Magneten, einen Oberflächenre sonator anzugeben, dessen Magnetfeld zur Anregung der Kern spins im Objektbereich im Wesentlichen nur Vektorkomponenten des Hochfrequenzfeldes aufweist, die in Schnittebenen senk recht zum Grundfeld B₀ liegen. Dabei soll der konstruktive Aufwand bzgl. des Oberflächenresonators begrenzt sein und dieser ohne Probleme im Objektbereich anzuordnen sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Dementsprechend sol len gemäß einer ersten Lösung der Aufgabe für den zirkular polarisierenden Oberflächenresonator eines Kernspinto mographen zum Senden und Empfangen von HF-Signalen bei einer diagnostischen Untersuchung von Teilen eines Messobjekts, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystem erstreckt und dessen zu untersuchender Ob jektbereich sich zwischen den Polschuhen eines Magneten für ein magnetisches Grundfeld B₀ befindet, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt, folgende Merkmale vorgesehen sein:

a) Der Oberflächenresonator besteht aus zwei Teilsystemen, deren Magnetfelder senkrecht aufeinanderstehen und deren Strom um 90° in der Phase gegeneinander verschoben sind und die jeweils mit wenigstens einer Resonanzkapazität versehen sind,
b) jedes Teilsystem enthält zwei Stromschleifen, die beide ihr zugeordnetes Magnetfeld einschließen, wobei die beiden Teilsysteme jeweils eine räumliche Parallelanordnung der beiden Stromschleifen enthalten und eine derartige Kombi nation bilden, dass der Resonator aus zwei senkrecht zu einander verlaufenden Leiterstücken besteht, die jeweils mit einer Unterbrechung versehen und nach Art eines Spei chenrades von einer gemeinsamen geschlossenen Windung um geben sind,
c) alle Stromschleifen sind wenigstens annähernd in der Reso natorebene senkrecht zum Grundfeld B₀ angeordnet
d) der nutzbare Teil der Magnetfelder im Objektbereich liegt außerhalb der Resonatorebene.

Mit dieser Ausführungsform erhält man einen zirkular polari sierenden Oberflächenresonator, der vorteilhaft sowohl zum Senden als auch zum Empfang der Hochfrequenzsignale geeignet ist. Zwischen den Toren der beiden Teilsysteme und dem ge meinsamen 90°/3 dB-Richtkoppler ist zur Frequenzabstimmung, Lastanpassung und Symmetrierung im Allgemeinen jeweils noch ein Netzwerk vorgesehen. Das hochfrequente Magnetfeld dieses Oberflächenresonators zur Anregung der Kernspins enthält im Abbildungsbereich im Wesentlichen nur Vektorkomponenten, die in Schnittebenen senkrecht zum Grundfeld des C-Magneten lie gen. Der Oberflächenresonator nimmt verhältnismäßig wenig Raum ein und kann deshalb ohne weiteres in dem Abbildungsbe reich untergebracht werden.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen dieses Oberflächen resonators ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängenden Unteransprüchen.

Gemäß einer weiteren Lösung der genannten Aufgabe sollen für den zirkular polarisierenden Oberflächenresonator eines Kernspintomographen zum Senden und Empfangen von HF-Signalen bei einer diagnostischen Untersuchung von Teilen eines Mess objekts, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines recht winkligen Koordinatensystems erstreckt und dessen zu untersu chender Objektbereich sich zwischen den Polschuhen eines Mag neten für ein magnetisches Grundfeld B₀ befindet, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt, folgende Merkmale vorgesehen sein:

a) Der Oberflächenresonator besteht aus zwei Teilsystemen, deren Magnetfelder senkrecht aufeinander stehen und deren Ströme um 90° in der Phase gegeneinander verschoben sind und die jeweils mit wenigstens einer Resonanzkapazität versehen sind,
b) jedes Teilsystem enthält zwei Stromschleifen, die beide ihr zugeordnetes Magnetfeld einschließen und aus einem gemeinsamen Leiter bestehen, der zwischen den beiden Stromschleifen eine Überkreuzung bildet, derart, dass beide Stromschleifen nach Art einer 8 vom Resonanzstrom durchflossen sind,
c) die beiden Teilsysteme sind derart angeordnet, dass je weils eine der Stromschleifen des einen Teilsystems den beiden Stromschleifen des anderen Teilsystems benachbart ist und die Stromschleifen nach Art eines vierblättrigen Kleeblatts angeordnet sind,
d) alle Stromschleifen sind wenigstens annähernd in der Re sonatorebene senkrecht zum Grundfeld B₀ angeordnet,
e) der nutzbare Teil der Magnetfelder im Objektbereich liegt außerhalb der Resonatorebene.

Auch hier ergeben sich die mit der Ausgestaltung nach der ersten Lösung verbundenen Vorteile.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen dieses Oberflächen resonators ergeben sich aus den von Anspruch 9 abhängenden 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 prinzipiell mögliche, nicht vom Schutzbegehren erfasste Aus führungsform der Teilsysteme des Oberflächenresonators und deren räumliche Anordnung sind in den Fig. 2 und 3 darge stellt. Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Oberflächenre sonator als Kombination der Teilsysteme mit dem Anschluß an einen Sender und einen Empfänger. Jeweils eine besondere Art der Energieeinkopplung ist in den Fig. 5 und 6 darge stellt. Die Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine weitere er findungsgemäße Gestaltungsmöglichkeit eines Oberflächenreso nators mit einer Kleeblattanordnung der Stromschleifen.

In der Ausführungsform eines Kernspintomographen gemäß Fig. 1 ist ein Magnet 2, beispielsweise ein C-Magnet, so gestal tet, dass sein statisches magnetisches Grundfeld B₀ parallel zur z-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems mit den Achsen x, y und z verläuft. Dieser Kernspintomograph kann beispielsweise zur diagnostischen Untersuchung von Teilen eines menschlichen Körpers vorgesehen sein, dessen Körperach se sich in der x-Achse des Koordinatensystems erstreckt und dessen zu untersuchender 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 versehen, die im Allgemeinen aus Kupfer besteht. Der Koordi natenursprung des Koordinatensystems soll in einer strich punktiert angedeuteten Resonatorebene 6, die sich senkrecht zur z-Achse erstreckt, im Mittelpunkt eines zirkular polari sierenden Oberflächenresonators 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 Objektbereich 8 annähernd parallel zur Resona torebene 6.

Gemäß Fig. 2 besteht ein Teilsystem 11 des Oberflächenreso nators 10 aus einer räumlichen Parallelanordnung von zwei Stromschleifen 13 und 14. Diese Stromschleifen enthalten ein gemeinsames Leiterstück 17, zu dem zwei Leiterbogen 19 und 20 spiegelsymmetrisch 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 Resonanz strom I₁₁ ruft ein Magnetfeld B₁₁ hervor, dessen Verlauf in der Figur strichpunktiert angedeutet ist.

Ein in gleicher Weise gestaltetes Teilsystem 12 mit zwei räumlich parallel zueinander angeordneten Stromschleifen 15 und 16 sowie einem für beide Stromschleifen gemeinsamen Lei terstück 18 ist gemäß Fig. 3 derart angeordnet, dass die Richtung des Leiterstückes 18 gegenüber dem Leiterstück 17 gemäß Fig. 2 um 90° verdreht ist. Das Leiterstück 18 ist ebenfalls mit einer Unterbrechung versehen, die durch eine Resonanzkapazität 26 überbrückt ist. Ein Resonanzstrom I₁₂, der das Leiterstück 18 und die Resonanzkapazität 26 durch fließt, teilt sich auf die beiden einander parallelen Leiter bogen 21 und 22 auf und ruft ein Magnetfeld B₁₂ hervor, des sen Verlauf in der Figur strichpunktiert angedeutet ist und das gegenüber dem Magnetfeld B₁₁ des Teilsystems 11 um 90° verdreht ist.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Oberflächenreso nators ergibt sich aus einer Kombination der beiden Teilsys teme 11 und 12 gemäß den Fig. 2 und 3 und ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Kombination des mit 10 bezeichneten Oberflächenresonators entsteht dadurch, dass diese beiden Teilsysteme 11 und 12 in der Anordnung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, derart übereinandergelegt wer den, dass sie praktisch in der gleichen Ebene senkrecht zum Grundfeld B₀ angeordnet sind. Insbesondere kann diese Kombi nation aus den beiden senkrecht zueinander angeordneten Lei terstücken 17 und 18 bestehen, die in der gleichen Ebene an geordnet sind und nach Art eines Speichenrades von einem ge meinsamen geschlossenen Leiter 23 ringförmig umgeben sind. Die Unterbrechungen der Leiterstücke 17 und 18 sind jeweils durch die Resonanzkapazitäten 24 bzw. 26 überbrückt. An die sen Resonanzkapazitäten 24 und 26 kann vorzugsweise die Ener gie in die beiden Teilsysteme ein- oder ausgekoppelt werden. Als Zuleitung kann vorzugsweise eine erdsymmetrische Leitung 32 bzw. 33, beispielsweise jeweils eine Zweidrahtleitung oder auch ein Bandleiter, verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die ser Oberflächenresonator 10 aus einem metallischen Rohrlei ter, vorzugsweise aus Kupfer. Die Ausführungsform als Rohr leiter hat eine verhältnismäßig große Oberfläche und dement sprechend geringe 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 lan ge, nicht näher bezeichnete Leitungen und ein Netzwerk 36 bzw. 37, die zur Frequenzabstimmung, Lastanpassung und Sym metrierung dienen, sowie einen gemeinsamen 90°/3 dB-Richt koppler 44 an einen Sender 46 und einen Empfänger 48 ange schlossen. Die Netzwerke 36 und 37 enthalten jeweils eine Pa rallelkapazität 38 bzw. 39 sowie jeweils zwei Reihenkapazitä ten 40 und 41 bzw. 42 und 43.

Die Energieeinkopplung oder -auskopplung erfolgt bei dem Oberflächenresonator 10 jeweils an den Resonanzkapazitäten 24 bzw. 26. Das vom Resonanzstrom I₁₁ hervorgerufene Magnetfeld B₁₁ steht räumlich senkrecht auf dem vom Resonanzstrom I₁₂ hervorgerufenen Magnetfeld B₁₂. Die beiden Magnetfelder B₁₁ und B₁₂ der beiden Teilsysteme 11 und 12 sind somit voneinan der entkoppelt. 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° gegen einander versetzt 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 in duzierte Magnetfeld B₁₂ Null ist. Mit diesem Oberflächenreso nator 10 kann man somit ein im Wesentlichen zirkular polari siertes Hochfrequenzfeld erzeugen.

In der Ausführungsform eines Oberflächenresonators 10 gemäß Fig. 5 ist eine erdunsymmetrische Energieeinspeisung vorge sehen. Zu diesem Zweck sind die Unterbrechungen der Leiter stücke 17 und 18 jeweils durch eine Reihenschaltung von Reso nanzkapazitäten 24 und 25 bzw. 26 und 27 überbrückt. Ein ge meinsamer Masseknoten 54, der auf Nullpotential liegt, ver bindet die Resonanzkapazitäten 24 und 27 untereinander. In dieser Ausführungsform ist zur Energieein- bzw. -auskopplung die Resonanzkapazität 24 über einen Koaxialleiter 52 als Tor 28 herausgeführt. Der Koaxialleier 52 kann vorzugsweise in nerhalb des rohrförmigen Leiterstückes 17 verlegt werden; sein in der Figur nicht näher bezeichneter Mantel ist eben falls an Masse gelegt. In gleicher Weise ist die Resonanzka pazität 26 über ein Koaxialkabel 53 als Tor 29 herausgeführt. Durch den gemeinsamen Masseknoten 54 ist in dieser Ausfüh rungsform des Oberflächenresonators 10 in einfacher Weise eine Symmetrierung der Teilsysteme möglich. Da in dieser Aus führungsform 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 Resonanzkapazitäten sind in der Figur mit 56 bis 59 bezeich net. Die beide Tore 28 und 29 ergeben sich in dieser Ausfüh rungsform jeweils durch eine verdrillte Zweidrahtleitung 32 bzw. 33, welche an die Unterbrechung des zugeordneten Leiter stückes 17 bzw. 18 angeschlossen ist. In dieser Ausführungs form des Oberflächenresonators 10 mit erdsymmetrischer Ein speisung sind, die Resonanzkapazitäten 56 bis 59 jeweils von den Strömen beider Systeme durchflossen. In dieser Ausfüh rungsform sind die Enden der Leiterstücke jeweils über eine Reihenschaltung von zwei Resonanzkapazitäten miteinander ver bunden, die als Spannungsteiler wirken. Die Unterbrechung des Leiterstückes 17 ist beispielsweise durch die Resonanzkapazi täten 56 und 59 sowie 57 und 58 überbrückt. Da die Resonanz kapazitäten 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 gegenüber liegenden Enden der Leiterstücke 17 bzw. 18; es sind somit auch bei starker Belastung des Oberflächenresonators 10 keine unsymmetrischen Ströme möglich.

Fig. 7 zeigt eine weitere mögliche Gestaltungsmöglichkeit eines Oberflächenresonators 10 nach der Erfindung. Dieser Oberflächenresonator 10 besteht aus zwei Teilsystemen 11 und 12, deren Stromschleifen 13 und 14 bzw. 15 und 16 derart räum lich hintereinander angeordnet sind, dass eine Stromschlei fenanordnung in der Art eines vierblättrigen Kleeblatts ent steht. In dieser Ausführungsform ist jeweils eine Strom schleife, beispielsweise die Stromschleife 13, des Teilsys tems 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 angedeu tet. Die beiden Stromschleifen, beispielsweise 13 und 14, sind außer im Überkreuzungsbereich 66 in der gleichen Ebene angeordnet und dem gleichen Oberflächenbereich des Messobjekts 8 zugeordnet. Die Leiter sind zwischen den Stromschlei fen 13 und 14 derart überkreuzt, dass der Resonanzstrom I₁₁ in den beiden Stromschleifen entgegengesetzten Umlaufsinn hat und ein Magnetfeld B₁₁ entsteht, wie es in der Figur strich punktiert angedeutet ist. In gleicher Weise sind die beiden Stromschleifen 15 und 16 des Teilsystems 12 aufgebaut, 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 Stromschleife 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 B₀ 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, erzwungen. 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 Kop pelschleife vorgesehen sein, die dann mit einer der Strom schleifen 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 Überkreuzung 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 kreisförmige Berandung entsteht.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 bestehen die Teilsysteme jeweils aus einem gemeinsamen Antennenleiter, der vorzugswei se ein rohrförmiger Leiter sein kann. In dieser Ausführungs form sind die Leiterteile an der Überkreuzung 66 elektrisch gegeneinander isoliert; der gemeinsame Kreuzungspunkt der beiden Teilsysteme 11 und 12 kann beispielsweise zur mechani schen Stabilisierung in einen elektrisch nichtleitenden selbsthärtenden 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 Strom schleifen gemeinsame Leitungsverbindung 68 angeschlossen sind. Diese Leitungsverbindung 68 kann vorzugsweise aus einem flächenhaften Leiter bestehen. Auf Grund der Symmetrie der Teilsysteme 11 und 12 hat die Leitungsverbindung 68 das Po tential Null. Sie kann deshalb mit der Systemmasse verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellung und ei ne stabile Ausführungsform des Oberflächenresonators 10. Die Strompfade der Resonanzströme I₁₁ und I₂₁ sowie I₁₂ und I₂₂ er geben sich in dieser Ausführungsform nicht mehr zwangsläufig durch die diskrete Leiterführung, da die Resonanzströme über die Leitungsverbindung 68 verlaufen, so dass mehrere Schwin gungsmoden möglich sind. Die Größe der Resonanzkapazitäten 60 bis 63 wird so gewählt, dass die Frequenz des gewünschten Schwingungsmodus mit den gegenläufig fließenden Resonanzströ men I₁₁ und I₂₁ sowie I₁₂ und I₂₂ mit der Betriebsfrequenz des Kernspintomographen identisch ist.

Claims

1. Zirkular polarisierender Oberflächenresonator eines Kern spintomographen zum Senden und Empfangen von HF-Signalen bei einer diagnostischen Untersuchung von Teilen eines Messob jekts, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines recht winkligen Koordinatensystems erstreckt und dessen zu untersu chender Objektbereich sich zwischen den Polschuhen eines Mag neten für ein magnetisches Grundfeld B₀ befindet, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt, wobei folgende Merkmale vor gesehen sind:

a) Der Oberflächenresonator (10) besteht aus zwei Teilsyste men (11, 12), deren Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) senkrecht auf einander stehen und deren Strome (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, wobei die beiden Teilsysteme (11, 12) jeweils eine räumliche Parallelanordnung der beiden Stromschleifen (13, 14; 15, 16) enthalten und eine derar tige Kombination bilden, dass der Oberflächenresonator (10) aus zwei senkrecht zueinander verlaufenden Leiterstücken (17, 18) besteht, die jeweils mit einer Unterbrechung versehen und nach Art eines Speichenrades von einer gemeinsamen ge schlossenen Windung umgeben sind,
c) alle Stromschleifen (13 bis 16) sind wenigstens annähernd in der Resonatorebene (6) senkrecht zum Grundfeld B₀ ange ordnet,
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 Stromschleifen (13, 14; 15, 16) aus einem Metallrohr bestehen.

3. Oberflächenresonator nach Anspruch 1, 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.

4. Oberflächenresonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Energieankopplung erdsymmetrische Leitungen vorgesehen sind, die jeweils an ei ne der Resonanzkapazitäten (24 bzw. 26) angeschlossen sind.

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

6. Oberflächenresonator nach Anspruch 3, 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 Reihenschaltun gen erfolgt.

7. Oberflächenresonator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieankopplung jeweils über ein Koaxialkabel (52 bzw. 53) erfolgt.

8. Oberflächenresonator nach Anspruch 1, 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.

9. Zirkular polarisierender Oberflächenresonator eines Kern spintomographen zum Senden und Empfangen von HF-Signalen bei einer diagnostischen Untersuchung von Teilen eines Messob jekts, dessen Körperachse sich in der x-Achse eines recht winkligen Koordinatensystems erstreckt und dessen zu untersu chender Objektbereich sich zwischen den Polschuhen eines Mag neten für ein magnetisches Grundfeld B₀ befindet, das sich in Richtung der z-Achse erstreckt, wobei folgende Merkmale vor gesehen sind:

a) Der Oberflächenresonator (10) besteht aus zwei Teilsyste men (11, 12), deren Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) senkrecht auf einander stehen 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 und aus einem gemeinsamen Lei ter bestehen, der zwischen den beiden Stromschleifen eine Überkreuzung (66) bildet, derart, dass beide Stromschlei fen (13 und 14 bzw. 15 und 16) nach Art einer 8 vom Reso nanzstrom (I₁₁, I₁₂) durchflossen sind,
c) die beiden Teilsysteme (11, 12) sind derart angeordnet, dass jeweils eine der Stromschleifen (z. B. 13) des einen Teilsystems (11) den beiden Stromschleifen (z. B. 15, 16) des anderen Teilsystems (12) benachbart ist und die Stromschleifen (13 bis 16) nach Art eines vierblättrigen Kleeblatts angeordnet sind,
d) alle Stromschleifen (13 bis 16) sind wenigstens annähernd in der Resonatorebene (6) senkrecht zum Grundfeld B₀ ange ordnet,
e) der nutzbare Teil der Magnetfelder (B₁₁, B₁₂) im Objektbe reich (8) liegt außerhalb der Resonatorebene (6).

10. Oberflächenresonator nach Anspruch 9, 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.

11. Oberflächenresonator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stromschleife (13 bis 16) mit einer Resonanzkapazität (60 bis 63) versehen ist.

12. Oberflächenresonator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieankopplung an jeweils einer der Resonanzkapazitäten (60 bis 63) erfolgt.

13. Oberflächenresonator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Energieankopplung in der Nähe jeweils einer der Stromschleifen (13, 14; 15, 16) eine Koppelschleife angeordnet ist.

14. Oberflächenresonator nach Anspruch 9, gekenn zeichnet durch eine gemeinsame flächenhafte Lei tungsverbindung (89) zwischen den Stromschleifen (13 bis 16) der beiden Teilsysteme (11, 12).