DE4108997C2 - HF-Spulenanordnung für ein NMR-Untersuchungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine HF-Spulenanordnung für ein NMR-Untersuchungsgerät mit zwei Spulensystemen, die so angeordnet sind, daß ihre sensitiven Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander und zur Richtung eines statischen Magnetfeldes liegen, und deren Leiterelemente sich in wenigstens einem Bereich in einem bestimmten Abstand überlappen.

Eine derartige HF-Spulenanordnung (Quadratur-Spulenanordnung) ist aus der Druckschrift EP 346 975 A2 bekannt. Ferner wurde kürzlich eine Kombination einer Solenoidspule mit einer Sattelspule als QD-Spule z. B. für ein Vertikalmagnetfeldverfahren vorgeschlagen.

Da es sich bei einer solchen HF-Spulenanordnung um eine Kombination von zwei unterschiedlichen Spulen handelt, kommt es zwischen diesen zu einer Kopplung. Hier bedeutet Kopplung, daß dann, wenn HF-Strom durch die eine der Spulen fließt, HF- Strom in die andere Spule leckt und durch den Leckstrom ein Magnetfeld erzeugt wird. Bei einer derartigen Kopplung wirkt jede der Spulen als Last für die andere, und es entstehen Verlusteffekte für jede Spule und es verringert sich die Empfindlichkeit der HF-Spule insgesamt. Dies führt zu verringertem Rauschabstand des erhaltenen Bildes.

Die Kopplung zwischen vorstehend beschriebenen HF-Spulen ist kapazitiv, d. h. es wird eine parasitäre Kapazität zwischen den Spulen aufgrund der Tatsache erzeugt, daß der Abstand zwischen diesen im Schnittbereich nur einige mm beträgt. Weiterhin tritt eine induktive Kopplung auf, aufgrund der der Magnetfluß durch eine der Spulen ein Ungleichgewicht in bezug auf den Magnetfluß durch die andere Spule erzeugt.

Die induktive Kopplung kann dadurch verringert werden, daß eine Platte aus leitfähigem Material, z. B. Kupfer, nahe den Spulen angeordnet wird. Andererseits kann die kapazitive Kopplung durch Verringern der parasitären Kapazität erniedrigt werden, wenn der Abstand zwischen den Spulen im Überlappungsbereich vergrößert wird. Werden also zwei ebene leitende Platten A₁ und A₂ dicht beieinander parallel (entsprechend dem Überlappungsbereich der zwei Spulenleiter) angeordnet, wie in Fig. 5 dargestellt, und wird der Abstand zwischen den zwei Platten A₁ und A₂ mit d, die Fläche der ebenen leitenden Platten A₁ und A₂ mit S und die Dielektrizitätskonstante im Raum zwischen den Platten ε bezeichnet, so gilt für die elektrische Kapazität zwischen den zwei ebenen leitenden Platten A₁ und A₂:

C = εS/d (1)

Wie aus Gleichung (1) deutlich erkennbar, nimmt die Kapazität C zwischen den beiden ebenen leitenden Platten A₁ und A₂ mit Vergrößern des Abstandes d dazwischen ab.

Somit kann die kapazitive Kopplung durch Verringern der parasitären Kapazität erniedrigt werden, indem der Abstand zwischen diesen im Überlappungsbereich erhöht wird; dies vergrößert jedoch die Gesamtabmessungen der HF-Spulen. Darüberhinaus wird der Abstand mindestens einer der Spulen zu dem zu untersuchenden Körper groß, was die Empfindlichkeit herabsetzt und den Rauschabstand verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die HF-Spulenanordnung in einem NMR-Untersuchungsgerät so auszugestalten, daß die aufgrund einer Überlappung der Spulensysteme entstehende kapazitive Kopplung vermindert wird, ohne die Empfindlichkeit der Spulensysteme zu beeinträchtigen.

Um diese Aufgabe zu lösen, weisen erfindungsgemäße HF- Spulen die folgenden Merkmale einzeln oder in Kombination auf:

Ein erstes Merkmal besteht darin, das Potential der zwei vorstehend beschriebenen Leiterschleifen im Überlappungsbereich auf einen Wert nahe dem Erdpotential einzustellen. Dadurch wird die durch die parasitäre Kapazität gespeicherte elektrische Ladung verringert. Infolgedessen verringert sich die Arbeitsspannung in dem vorstehend beschriebenen Überlappungsbereich. Auf diese Weise läßt sich selbst dann, wenn der Abstand im Überlappungsbereich im wesentlichen unverändert bleibt, die Kopplung durch Erniedrigen der kapazitiven Kopplung verringern.

Ein zweites Merkmal besteht darin, die Fläche zu verringern, in der sich die beiden Leiterschleifen überlappen, indem die Breite der Leiter verringert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die kapazitive Kopplung zwischen den zwei Leiterschleifen zu verringern, ohne ihren gegenseitigen Abstand im Überlappungsbereich zu vergrößern.

Ein drittes Merkmal besteht darin, den Abstand im Überlappungsbereich aufrecht zu erhalten, indem ein Material mit kleiner Dielektrizitätskonstante in den Überlappungsbereich der zwei oben beschriebenen Leiterschleifen eingefügt wird. Wird ein Material mit großer Dielektrizitätskonstante ε zwischengelegt, so ist die zwischen den Leiterschleifen gebildete parasitäre Kapazität C entsprechend Gleichung (1) groß. Damit wird die im oben beschriebenen Überlappungsbereich gebildete parasitäre Kapazität dadurch klein gehalten, daß ein Material mit kleiner Dielektrizitätskonstante in den Überlappungsbereich eingefügt wird, während der Abstand im Überlappungsbereich aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer NMR-Bildaufnahmevorrichtung zeigt, bei der erfindungsgemäße HF-Spulen verwendet werden;

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform erfindungsgemäßer HF-Spulen;

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung, die die Form einer erfindungsgemäßen Spule zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Anschluß erfindungsgemäßer HF-Spulen zeigt;

Fig. 5 ist ein Schema zum Erläutern der elektrischen Kapazität zwischen zwei ebenen Leiterplatten, die parallel dicht beieinander angeordnet sind;

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer HF-Spulen;

Fig. 7A und 7B stellen Arbeitsspannungen dar, wie sie an die HF-Spulen von Fig. 6 gelegt werden;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer HF-Spulen;

Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 8;

Fig. 10 und 11 sind Querschnitte für den Fall, daß ein Teil mit kleiner Dielektrizitätskonstanten im Überlappungsbereich zwischen zwei Spulen angeordnet ist;

Fig. 12 und 13 sind ein Querschnitt durch bzw. eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Falles, daß ein Teil mit kleiner Dielektrizitätskonstante angebracht wird;

Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Spulenkombination unter Anwendung der Erfindung und

Fig. 15 ist ein Diagramm, das den Anschluß von HF-Spulen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer NMR-Bildaufnahmevorrichtung mit erfindungsgemäßen HF-Spulen. Sie verfügt über einen Magneten 2 zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, ein System 3 zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes, ein Sendesystem 4, ein Empfangssystem 5, ein Signalverarbeitungssystem 6, einen Datenzuordner 7 und eine CPU 8.

Der oben erwähnte Magnet 2 zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes erzeugt ein gleichförmiges statisches Magnetfeld in Richtung der Körperachse oder in Richtung rechtwinklig zur Körperachse um den zu untersuchenden Körper 1. Eine Magnetfelderzeugungseinrichtung vom Permanentmagnettyp, vom Widerstandsmagnettyp oder vom Supraleitungsmagnettyp ist in einem Raum mit einer gewissen Ausdehnung um den zu untersuchenden Körper 1 herum angeordnet. Das System 3 zum Erzeugen des Gradientenmagnetfeldes verfügt über Gradientenmagnetfeldspulen 9, die in den drei Richtungen X, Y und Z eines Kartesischen Koordinatensystems gewickelt sind, und über eine Gradientenmagnetfeld-Spannungsversorgung 10, die die verschiedenen Spulen so treibt, daß Gradientenmagnetfelder G_x, G_y und G_z an den zu untersuchenden Körper 1 in den drei Richtungen X, Y und Z dadurch angelegt werden, daß die Gradientenmagnetfeld-Spannungsversorgung 10 für die verschiedenen Spulen gemäß einem Befehl vom Datenzuordner 7 betrieben wird. Es ist möglich, eine willkürliche Scheibenfläche in bezug auf den zu untersuchenden Körper 1 dadurch festzulegen, daß die Art geändert wird, mit der die Gradientenmagnetfelder angelegt werden.

Das Sendesystem 4 bestrahlt den zu untersuchenden Körper 1 mit einem HF-Signal (elektromagnetische Welle), um die Kerne von Atomen, die die Textur des lebenden Körpers bilden, zum Erzeugen von NMR anzuregen. Es verfügt über einen HF-Oszillator 11, einen Modulator 12, einen HF-Verstärker 13 und eine sendeseitige HF-Spule 14a. Es ist so aufgebaut, daß der zu untersuchende Körper 1 mit einer elektromagnetischen Welle dadurch bestrahlt wird, daß HF-Pulse, die vom HF-Oszillator 11 ausgegeben werden, durch einen Modulator 12 entsprechend einem Befehl vom Datenzuordner 7 amplitudenmoduliert werden, und daß diese amplitudenmodulierten HF-Pulse den HF-Spulen 14a nach Verstärkung durch den HF-Verstärker 13 zugeführt werden, die dicht benachbart zum zu untersuchenden Körper 1 angeordnet sind. Das Empfangssystem 5 detektiert die von den Kernen der Textur des zu untersuchenden Körpers 1 emittierten HF-Signale (NMR-Signale). Es verfügt über eine empfangsseitige HF-Spule 14b, einen Verstärker 15, eine Schiebeeinrichtung 29, einen Quadraturdetektor 16 und einen A/D-Wandler 17. Die HF-Signale (NMR-Signale), die in Antwort auf die Bestrahlung des zu untersuchenden Körpers 1 mit den elektromagnetischen Wellen entstehen, wie sie von der sendeseitigen HF-Spule 14a gesendet werden, werden von der HF-Spule 14b detektiert, die dicht am zu untersuchenden Körper 1 angeordnet ist, und sie werden über den Verstärker 15, die Schiebeeinrichtung 19 und den Quadraturdetektor 16 in den A/D-Wandler 17 geliefert, wo sie in digitale Signale umgewandelt werden. Darüber hinaus werden sie in zwei Reihen von Sammeldaten umgewandelt, wie sie vom Quadraturdetektor 16 zeitlich koordiniert entsprechend einem Befehl vom Datenzuordner 7 abgetastet werden, und die so erhaltenen Daten werden in das Signalverarbeitungssystem 6 gegeben.

Dieses Signalverarbeitungssystem 6 verfügt über eine CPU 8, eine Aufzeichnungseinrichtung, wie eine Magnetplatte 18, ein Magnetband 19 usw. und eine Anzeigeeinrichtung 20, wie eine CRT, usw. Die CPU führt Verarbeitungen, wie eine Fouriertransformation, Koeffizientenkorrekturberechnung, Bildrekonstruktion usw. aus. Das System ist so aufgebaut, daß eine Signalintensitätsverteilung über einen willkürlichen Querschnitt, oder eine Verteilung, wie sie durch geeignete Bearbeitung mehrerer Signale erhalten wird, bildmäßig verarbeitet und in Form eines Tomographiebildes auf der Anzeigeeinrichtung 20 dargestellt wird. Der Datenzuordner 7 wird durch die CPU 8 so gesteuert, daß er unterschiedliche Befehle, wie sie zum Sammeln von Daten für ein Tomographiebild des zu untersuchenden Körpers 1 erforderlich sind, an das Sendesystem 4 wie auch das System 3 zum Erzeugen des Gradientenmagnetfeldes und das Empfangssystem 5 übermittelt. Er dient weiterhin dazu, eine Befehlsfolge zum Messen des oben beschriebenen NMR-Signals zu erzeugen. In Fig. 1 sind die sendeseitige HF-Spule 14a, die empfangsseitige HF-Spule 14b und die Gradientenmagnetfeldspulen 9 innerhalb des Magnetfeldraums des Magneten 2 für das statische Magnetfeld innerhalb des Raums um den zu untersuchenden Körper 1 angeordnet.

Es werden nun erfindungsgemäße HF-Spulen beschrieben. Gemäß der Erfindung besteht eine empfangsseitige HF-Spule 14b aus einem Paar von zwei Leiterschleifen, deren sensitive Richtungen rechtwinklig zueinander stehen, und die so ausgerichtet sind, daß die Empfangsrichtung, in der von dem zu untersuchenden Körper 1 ausgestrahlte NMR-Signale detektiert werden, rechtwinklig zum statischen Magnetfeld steht, wie sie vom Magneten 2 zum Erzeugen des statischen Magnetfelds erzeugt wird.

Beim ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 2) wird die Fläche der zwei einander gegenüberstehenden Leiterschleifen dadurch gering gehalten, daß die Breite der Leiter im Überlappungsbereich verringert wird.

Das heißt, daß eine Solenoidspule 22 mit einer sensitiven Richtung P₁ als eine der Leiterschleifen in Umfangsrichtung auf die Außenfläche eines zylindrischen Spulenhalters 21 aus Kunststoff gewickelt wird. Andererseits wird eine Sattelspule 23 mit einer sensitiven Richtung P₂, die als andere Leiterschleife dient, so angeordnet, daß ihre Empfangsrichtung rechtwinklig zur Empfangsrichtung der Solenoidspule 22 steht. Jede der Spulen 22 und 23 wird durch eine Kapazität 24 unterteilt, um die Arbeitsspannung zu erniedrigen. Die Sattelspule 23 erstreckt sich in longitudinaler Richtung des Spulenhalters 21 aus Kunststoff unter Verformung von Spulenteilen 23a und 23b nach außen, die auf einer Seite des Spulenhalters 21 angeordnet sind, um die Empfangsempfindlichkeit desjenigen Teils zu erhöhen, der dem Kopf des zu untersuchenden Körpers 1 entspricht, der in die HF-Spule 14b eingeführt wird. Darüber hinaus ist ein Abstand von etwa 6 mm am Überlappungsbereich 25 der Solenoidspule 22 mit der Sattelspule 23 vorhanden, um die kapazitive Kopplung zwischen den zwei Spulen zu verringern, wie weiter oben beschrieben. Um darüber hinaus die kapazitive Kopplung zwischen den zwei Spulen weiter zu verringern, sind die Leiter im Überlappungsbereich 25 in ihrer Breite verringert, damit die Fläche, mit der sie sich einander gegenüberstehen, klein ist. Da dies bedeutet, daß die Fläche S der ebenen Leiterplatten A₁ und A₂ von Fig. 5 verringert ist, ist auch die elektrische Kapazität C zwischen ihnen verringert, was deutlich aus der oben genannten Gleichung (1) ersichtlich ist. Dementsprechend ist die parasitäre Kapazität zwischen den zwei Spulen 22 und 23 verringert, und es ist möglich, die kapazitive Kopplung zwischen ihnen zu erniedrigen.

Experimentell wurde festgestellt, daß es von Vorteil ist, wenn die Fläche im Überlappungsbereich 25, in dem die beiden Spulen 22 und 23 einander gegenüberstehen, z. B. 100 bis 400 mm² beträgt. Wenn die Fläche kleiner ist als dieser Wert, führt dies zu verringerter Empfindlichkeit (Verringerung des Signal/Rausch-Verhältnisses), während im Gegensatz hierzu, bei vergrößerter Fläche, die kapazitive Kopplung so groß ist, daß eine Nutzung für die Praxis ausscheidet. Jedoch hängt der oben angegebene Wert von der Resonanzfrequenz der verwendeten NMR-Bildaufnahmevorrichtung ab, so daß die Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen numerischen Werte begrenzt ist. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind die Leiter vom einen Überlappungsbereich zum folgenden Überlappungsbereich 25 sowohl für die Solenoidspule 22 wie auch für die Sattelspule 23 in ihrer Breite eingeengt, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern die zwei Spulen 22 und 23 können nur in demjenigen Teil eingeengt sein, in dem sie sich wirklich überlappen. Die Leiter sowohl der Solenoidspule 22 wie auch der Sattelspule 23 müssen im Überlappungsbereich 25 nicht beide eingeengt sein, sondern es reicht aus, wenn der Leiter einer der beiden Spulen in der Breite verringert ist. In diesem Fall ist es erforderlich, die Breite gegenüber dem Fall noch weiter zu verringern, in dem die Breiten der Leiter beider Spulen verringert sind. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Sattelspule 23, die mit der Solenoidspule 22 kombiniert wird, dadurch verformt, daß sie sich mit Spulenteilen 23a und 23b an einer Seite nach außen erstreckt. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, vielmehr kann eine Spule mit üblicher Form, d. h. mit Spulenteilen 23a′ und 23b′ verwendet werden, die in Umfangsrichtung des Spulenhalters 21 an den beiden Enden umgebogen sind (vgl. Fig. 3).

Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Anschlußweise beim ersten Ausführungsbeispiel einer HF-Spule 14b zeigt. Zum Vereinfachen der Erläuterung sind Einstellschaltungen für die Spule usw. in der Figur weggelassen. Die Richtung des statischen Magnetfeldes ist durch einen Pfeil S dargestellt. Ein Magnetisierungsvektor, der in einer Ebene rotiert, induziert jeweils dieselben Signale, mit einer Phasendifferenz von 90° in der Solenoidspule 20 und der Sattelspule 23, die die HF-Spule 14b bilden. Da die Solenoidspule 22 und die Sattelspule 23 so angeordnet sind, daß ihre sensitiven Richtungen rechtwinklig aufeinander stehen, werden HF-Signale (NMR-Signale) detektiert, begleitet von voneinander unabhängigen Störsignalen. Quellen dieser Störsignale können die Widerstände der Spulen 22 und 23 und des zu untersuchenden Körpers 1 sein, die als Widerstand in einem magnetischen Kreis aufgrund magnetischer Kopplung und elektrischer Kopplung mit den Spulen 22 und 23 verstanden werden können. Da der menschliche Körper als Last auf die Spulen wirkt, kann er als Widerstand betrachtet werden.

Signale von der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 werden in die Verschiebeeinrichtung 29 eingespeist, nachdem sie durch eine erste Verstärkungseinrichtung 15a und eine zweite Verstärkungseinrichtung 15b im Verstärker 15 verstärkt wurden. Diese Verschiebeeinrichtung verfügt über einen Phasenschieber 30, ein Dämpfungsglied 31 und ein Addierglied 32. Die Phase des Signals von der Solenoidspule 22 wird vom Phasenschieber 30 um 90° verschoben, damit sie mit der Phase des Signals von der Sattelspule 23 zusammenfällt. Die Sattelspule 23 und die Solenoidspule 22 weisen jedoch unterschiedliche Empfindlichkeiten auf. Wenn die Empfindlichkeit der ersteren z. B. mit "1" angenommen wird, dann ist diejenige der letzteren im allgemeinen "1,4". Demgemäß ist es unmöglich, ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis zu erhalten, solange sich nicht das Additionsverhältnis für die unterschiedlichen Signale durch das Addierglied 32 von 1 unterscheidet. Das geeignetste Additionsverhältnis, mit dem das höchste Signal/Rausch-Verhältnis erhalten werden kann, wurde empirisch zu 1²/1,4²=0,51 ermittelt. Daher ist das Dämpfungsglied 31 in den Signalweg von der Sattelspule 23 eingegliedert, und es ist so eingestellt, daß dann, wenn das Signal von der Solenoidspule 22 mit "1" angenommen wird, das Signal von der Sattelspule 23 "0.51" ist. Die zwei Signale werden durch das Addierglied 32 addiert, nachdem dafür gesorgt wurde, daß die Signalintensitäten von den zwei Spulen 22 und 23 miteinander übereinstimmen; die Summe wird von der Verschiebeeinrichtung 29 an den Quadraturdetektor 16 (Fig. 1) ausgegeben.

Wenn die Phasen der Signale von den zwei Spulen 22 und 23 mit Hilfe des Phasenschiebers 30 zu Übereinstimmung gebracht und mit Hilfe des Addierglieds 32 addiert werden, wie oben erläutert, wobei gilt:

mit N₁ und N₂ gleich Werte der Störkomponenten und S₁ und S₂ gleich Werte der Signalkomponenten, werden bei teilweiser Erhöhung der Störkomponenten die detektierten Signale erheblich erhöht, mit der Folge, daß das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert wird. Im Fall, daß z. B. die Größe und die Form der beiden Spulen miteinander übereinstimmen und die Äquivalentwiderstände des zu untersuchenden Körpers 1 einander gleich sind, werden die detektierten Signale mit 2 und die Störsignale mit multipliziert. Infolgedessen wird das Signal/Rausch-Verhältnis um den Faktor verbessert.

Fig. 6 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer HF-Spulen. Dieses Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, daß die Potentiale der Überlappungsbereiche 25 der zwei Leiterschleifen dicht am Erdpotential der verschiedenen Leiterschleifen liegen. Der Aufbau ist im wesentlichen identisch mit dem von Fig. 2, jedoch ist eine Seite der Empfangsleitungen geerdet.

In Fig. 6 sind Speisepunkte und Kapazitätstrennpunkte der Solenoidspule 22 wie auch Speisepunkte und Kapazitätstrennpunkte der Sattelspule 23 so festgelegt, daß das Potential im Überlappungsbereich zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 nahe am Erdpotential liegt. Dies bedeutet, daß in der Nähe des Überlappungsbereichs 25 von Fig. 6 die Speisepunkte für die Sattelspule 22 bei A-H liegen, die Kapazitätstrennpunkte bei B-C, E-D, F-G, die Speisepunkte für die Sattelspule 23 bei I-P und die Kapazitätstrennpunkte bei J-K, L-M, O-N liegen. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Punkte A und I geerdet. Auf diese Weise wird die in der parasitären Kapazität gespeicherte Ladung verringert, und demgemäß erniedrigt sich die Arbeitsspannung der Spulen 22 und 23. Infolgedessen kann die kapazitive Kopplung im Überlappungsbereich 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 verringert werden.

Das Schaltungsdiagramm, das den Anschluß der so aufgebauten HF-Spule 14b zeigt, ist mit dem von Fig. 4 identisch. Die Fig. 7A und 7B sind Diagramme, die die Arbeitsspannung beim phasenweisen Betrieb der wie vorstehend beschrieben aufgebauten HF-Spule 14b zeigen. Unter ihnen zeigt Fig. 7A die Arbeitsspannung der Solenoidspule 22 und Fig. 7B die Arbeitsspannung der Sattelspule 23. Da der Punkt A der Solenoidspule 22 mit Erde verbunden ist, wie in Fig. 6 dargestellt, liegt er auf Erdpotential. Die Spannung im Bereich zwischen dem Punkt A und dem Punkt B auf der Solenoidspule 22 wird durch die Impedanzkomponente jωL des Spulenteils verringert, wie in der Figur angedeutet. Im Bereich zwischen dem Punkt B und dem Punkt C wird die Spannung durch die Impedanzkomponente -j/ωC repräsentiert, da jeder der Leiter durch einen Kondensator 24 unterbrochen wird, wie in Fig. 6 dargestellt. Da die Phase der Spannung am Kondensator um 180° gegenüber derjenigen der Impedanzkomponente jωL verschoben wird, wird die Spannung erhöht, wie dies in der Figur dargestellt ist, wobei sie wieder Erdpotential erreicht. Im Bereich zwischen dem Punkt C und dem Punkt D wird die Spannung wieder durch die Impedanzkomponente jωL des Spulenteils verringert. Im Bereich zwischen den Punkten D und E wird die Spannung wiederum bis auf Erdpotential erhöht, da jeder der Leiter durch einen Kondensator 24 unterbrochen wird. Am Punkt H ist dann, wenn das Signal nach Wiederholung des oben beschriebenen Ablaufs abgegriffen wird, die Spannung im tiefen Zustand. Da hierbei der Punkt A der Solenoidspule 22 geerdet ist, wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Potential in einem Punkt A′ im Überlappungsbereich 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23, benachbart zum Punkt A, dicht beim Erdpotential der Solenoidspule 22. Entsprechend ist das Potential in Punkten C′, E′ und G′ in anderen Überlappungsbereichen 25 ebenfalls dicht bei Erdpotential, wie in Fig. 7A dargestellt.

In Fig. 7B ist dargestellt, daß sich der, wie in Fig. 6 dargestellt, geerdete Punkt I der Sattelspule 23 auf Erdpotential befindet. Im Bereich zwischen den Punkten I und J dieser Sattelspule 23 wird die Spannung durch die Impedanzkomponente jωL des Spulenteils verringert, wie in der Figur dargestellt. Im Bereich zwischen den Punkten J und K erhöht sich die Spannung wieder, wie in der Figur dargestellt, auf Erdpotential, da jeder der Leiter durch einen Kondensator 24 unterteilt ist, wie in Fig. 6 dargestellt.

Danach wird, wie für den Fall der oben beschriebenen Fig. 7A aufgezeigt, die Spannung wiederholt erhöht und erniedrigt, und im Punkt P, in dem das Signal abgegriffen wird, befindet sich die Spannung im tiefen Zustand. Da der Punkt I der Sattelspule 23 geerdert ist, wie in Fig. 6 dargestellt, liegt das Potential am Punkt I′ im Überlappungsbereich 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23, benachbart zum Punkt I, dicht beim Erdpotential. Entsprechend befinden sich auch die Potentiale in Punkten K′, M′ und O′ an anderen Überlappungsbereichen 25 dicht beim Erdpotential, wie in Fig. 7B dargestellt.

Da das Potential an Punkten in Überlappungsbereichen 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 dicht beim Erdpotential liegt, ist die parasitäre Kapazität zwischen den zwei Spulen 22 und 23 verringert, und demgemäß ist die kapazitive Kopplung erniedrigt.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer HF-Spulen, und Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 8.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Teil mit kleiner Dielektrizitätskonstante in den Überlappungsbereich zwischen den zwei Leiterschleifen eingefügt, wobei der Abstand im Überlappungsbereich erhalten bleibt. Bei diesen HF-Spulen ist die Solenoidspule 22 schraubenförmig in Umfangsrichtung um den Außenumfang eines zylindrischen Spulenhalters 21 aus Kunststoff als eine der Leiterschleifen gewickelt, und die Sattelspule 23 ist als andere Leiterschleife so angeordnet, daß ihre Empfangsrichtung rechtwinklig zu derjenigen der Solenoidspule 22 liegt. Dies heißt, daß die sensitiven Richtungen der verschiedenen Spulen mit P₁ und P₂ übereinstimmen, wie in Fig. 2 dargestellt. Die vorstehend beschriebene Sattelspule 23 erstreckt sich in longitudinaler Richtung des Spulenhalters 21 mit deformierten Spulenteilen 23A und 23B an einer Seite des Spulenhalters 21 nach außen, um die Empfangsempfindlichkeit desjenigen Teils zu erhöhen, der dem Kopf des zu untersuchenden Körpers 1 entspricht, der in die HF-Spule 14b eingeführt ist. Darüber hinaus besteht ein Abstand von etwa 6 mm im Überlappungsbereich 25 der Solenoidspule 22 mit der Sattelspule 23, z. B. durch nach außen Erstrecken der Solenoidspule 22, um die kapazitive Kopplung zwischen den zwei Spulen zu vermindern, wie vorstehend beschrieben. Ein Teil 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstanten ist in den Überlappungsbereich 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 eingefügt (vgl. Fig. 9-11). Dieses Teil 26 weist die Form einer Platte auf, die z. B. aus Teflon oder Polyethylen mit vorgegebener Dicke gebildet ist. Sie ist zwischen die Solenoidspule 22 und die Sattelspule 23 auf der Innenseite des Überlappungsbereichs 25 eingefügt. Ein Kleber 27 ist an der Ober- und Unterseite vorhanden, und das Teil ist innerhalb des Überlappungsbereichs 25 fixiert. In diesem Fall ist es erforderlich, ein Material geringer Dielektrizitätskonstante für den vorstehend genannten Kleber 27 zu verwenden. Das Fixieren des Teils 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstante kann dadurch bewirkt werden, daß der Kleber 27 nur auf die Ober- oder die Unterseite gebracht wird, wobei die Bindung so erfolgt, daß die Schicht des Klebers 27 nicht mit Teilen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 überlappt. Da in diesem Fall das Signal nicht durch die Dielektrizitätskonstante des Klebers 27 beeinflußt werden kann, ist es nicht erforderlich, daß der Kleber 27 eine besonders geringe Dielektrizitätskonstante aufweist.

Die Fig. 12 und 13 sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht für ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung des befestigten Teiles 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstante. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Teil 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstante zwischen der Solenoidspule 26 und der Sattelspule 23 auf der Innenseite des Überlappungsbereichs 25 angeordnet. Eine rechteckige Platte 28 aus einem Harz steht in Kontakt mit der Oberfläche des Überlappungsbereichs 25, und die zwei Spulen 22 und 23 und das Teil 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstante werden durch eine Verschraubung in den vier Kanten der Platte geklemmt und fixiert.

Wenn Teile 26 mit kleiner Dielektrizitätskonstante zwischen die Solenoidspule 22 und die Sattelspule 23 im Überlappungsbereich 25 eingefügt werden, wie vorstehend beschrieben, wird dadurch die Dielektrizitätskonstante ε zwischen den zwei parallelen ebenen Leiterplatten A₁ und A₂ in Fig. 5 verringert, wodurch sich die elektrische Kapazität erniedrigt, was aus Gleichung (1) hervorgeht. Dementsprechend wird die parasitäre Kapazität verringert, wie sie zwischen den zwei Spulen 22 und 23 besteht, und demgemäß ist es möglich, die kapazitive Kopplung zu vermindern.

In Fig. 8 ist ein Überlappungsbereich 25 zwischen der Solenoidspule 22 und der Sattelspule 23 eingezeichnet, in dem der Abstand dadurch erhöht ist, daß sich die Solenoidspule 22 nach außen erstreckt, wie dargestellt. Jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, da der Abstand z. B. dadurch erhöht werden kann, daß die Sattelspule 23 nach außen vorsteht. In Fig. 8 ist weiterhin eingezeichnet, daß die Sattelspule 23, die mit der Solenoidspule 22 kombiniert wird, dadurch verformt ist, daß sie sich mit Spulenteilen 23a und 23b an einer Seite nach außen erstreckt. Jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern es kann eine Solenoidspule mit üblicher Form verwendet werden, wie in Fig. 3 dargestellt.

Das Schaltungsdiagramm, das den Anschluß des dritten Ausführungsbeispiels einer HF-Spule 14b zeigt, ist identisch mit dem von Fig. 4.

Bei der vorliegenden Erfindung sind zum Erniedrigen kapazitiver Kopplung die folgenden Merkmale einzeln oder in Kombination realisiert, die den Überlappungsbereich zwischen zwei Leiterschleifen betreffen:

• (1) die Leiter sind in ihrer Breite verringert;
• (2) das Potential wird nahe beim Erdpotential gehalten und/oder
• (3) ein Teil mit niedriger Dielektrizitätskonstante wird zwischen die Schleifen eingefügt.

Bei der vorstehenden Erläuterung wurde eine Kombination einer Solenoidspule mit einer Sattelspule als QD-Spule vom Vertikalmagnetfeldtyp angegeben. Die Erfindung kann jedoch auch auf eine QD-Spule mit einem Schlitzresonator 40 statt einer Sattelspule angewendet werden, wie in Fig. 14 dargestellt.

Darüber hinaus kann die Erfindung auf zwei Sattelspulen 23 angewendet werden, die miteinander für eine QD-Spule für eine NMR-Bildaufnahmevorrichtung vom Horizontalmagnetfeldtyp kombiniert werden.

Die Anschlußschaltung für die HF-Spulen 14b für den Fall, daß Sattelspulen 23 mit derselben Form kombiniert werden, ist in Fig. 15 dargestellt. Da hierbei die zwei Spulen, die die HF-Spule 14 bilden, eine Kombination von zwei Sattelspulen 23 mit gleicher Empfindlichkeit darstellen, kann das Additionsverhältnis für die Signale im Additionsglied 23 von Fig. 4 1 : 1 sein. Dementsprechend ist nicht erforderlich, ein Dämpfungsglied 31 zum Ändern des Additionsverhältnisses der Signale von diesen zwei Spulen zu verwenden, wie dies in Fig. 4 eingezeichnet ist.

Die obige Erläuterung ging beispielshaft davon aus, daß die Erfindung auf die empfangsseitige HF-Spule 14b von Fig. 1 angewandt wird, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt, sondern sie kann auch auf die sendeseitige HF-Spule 14a angewendet werden.

Weiterhin kann die Erfindung nicht nur auf HF-Spulen gemäß den obigen Ausführungsbeispielen angewendet werden, sondern auf verschiedene Spulenarten.

Claims (11)

1. HF-Spulenanordnung (14b) für ein NMR-Untersuchungsgerät mit zwei Spulensystemen (22, 23; 40), die so angeordnet sind, daß ihre sensitiven Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander und zur Richtung eines statischen Magnetfeldes liegen, und deren Leiterelemente sich in wenigstens einem Bereich (25) in einem bestimmten Abstand überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential auf den Leiterelementen der Spulensysteme (22, 23; 40) im Überlappungsbereich (25) nahe am Erdpotential liegt.

2. HF-Spulenanordnung gemäß Anspruch 1, worin jeweils eine Anschlußklemme (A, I) der Spulensysteme (22, 23) benachbart zu dem Überlappungsbereich (25) angeordnet und geerdet ist.

3. HF-Spulenanordnung (14b) für ein NMR-Untersuchungsgerät mit zwei Spulensystemen (22, 23; 40), die so angeordnet sind, daß ihre sensitiven Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander und zur Richtung eines statischen Magnetfeldes liegen, und deren Leiterelemente sich in wenigstens einem Bereich (25) in einem bestimmten Abstand überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Leiterelemente wenigstens eines Spulensystems (22, 23) im Überlappungsbereich (25) vermindert ist.

4. HF-Spulenanordnung (14b) für ein NMR-Untersuchungsgerät mit zwei Spulensystemen (22, 23; 40), die so angeordnet sind, daß ihre sensitiven Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander und zur Richtung eines statischen Magnetfeldes liegen, und deren Leiterelemente sich in wenigstens einem Bereich (25) in einem bestimmten Abstand überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß im Überlappungsbereich (25) zwischen den Leiterelementen der Spulensysteme (22, 23) eine Schicht (26) mit niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.

5. HF-Spulenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin im Überlappungsbereich zwischen den Leiterelementen der Spulensysteme (22, 23) eine Schicht (26) mit niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist und die Breite der Leiterelemente wenigstens eines Spulensystems (22, 23) vermindert ist.

6. HF-Spulenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin im Überlappungsbereich (25) zwischen den Leiterelementen der Spulensysteme (22, 23) eine Schicht (26) mit niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.

7. HF-Spulenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Breite der Leiterelemente wenigstens eines Spulensystems (22, 23) im Überlappungsbereich (25) vermindert ist.

8. HF-Spulenanordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, worin die Schicht (26) mit niedriger Dielektrizitätskonstante aus Teflon oder Polyethylen besteht.

9. HF-Spulenanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin in jedem Spulensystem (22, 23) die Leiterelemente untereinander durch kapazitive Elemente (24) gekoppelt sind.

10. HF-Spulenanordnung gemäß Anspruch 9, worin die Kapazität der kapazitiven Elemente (24) und die Induktivität der Leiterelemente in den Spulensystemen (22, 23) so abgestimmt sind, daß die Arbeitsspannung innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs abwechselnd ansteigt und abfällt.

11. HF-Spulenanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin ein Spulensystem eine Sattelspule (23) und die andere eine Solenoidspule (22) ist.