DE4111508A1 - Vorrichtung zum anregen und/oder messen magnetischer resonanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anregen und/oder Messen magnetischer Resonanz in Proben, insbesondere zur Ganzkörper-Tomographie, mit einem Probenkopf, der ein Hochfre­ quenz-System zum Senden und/oder Empfangen eines hochfrequenten Magnetfeldes einer vorgegebenen Meßfrequenz sowie ein Spulen- System zum Erzeugen eines nach einem vorbestimmten zeitlichen Programm variierten Magnetfeldes von vorbestimmter Inhomogenität in einem Innenraum des Probenkopfes umfaßt, wobei Elemente des Hochfrequenz-Systems jeweils mit Elementen des Spulen- Systems zu gemeinsamen Baueinheiten vereinigt sind, und mit einer Signalverarbeitungseinheit für gemessene Resonanzsignale.

Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der EP-OS 3 07 981 bekannt.

Beim Anregen und Messen magnetischer Resonanz wird die zu untersuchende Probe einem konstanten Magnetfeld vorbestimmter Stärke sowie einem dazu orthogonal gerichteten Hochfrequenz- Wechselfeld vorbestimmter Frequenz ausgesetzt. Wenn der Quotient aus dieser Frequenz und der Stärke des konstanten, homogenen Magnetfeldes gerade dem sogenannten gyromagnetischen Verhältnis entspricht, geraten Dipole in der Probe, also beispielsweise bestimmte Kernarten oder Elektronen, in Resonanz. Diesen Vorgang bezeichnet man als kernmagnetische Resonanz (NMR) oder Elek­ tronenspinresonanz (ESR).

Darüberhinaus ist es bekannt, dem konstanten, homogenen Magnet­ feld weiterhin sogenannte Gradientenfelder zu überlagern. Hierunter versteht man zeitlich konstante oder vorübergehend konstante Magnetfelder, die eine vorbestimmte räumliche In­ homogenität haben. Beispielsweise kann ein solches Gradienten­ magnetfeld entlang der Achse des konstanten homogenen Magnet­ feldes oder in einer anderen Richtung eine lineare Zu- oder Abnahme der Magnetfeldstärke bewirken. Weiterhin ist es bekannt, diese Gradientenfelder nach einem vorbestimmten Programm zeitlich zu tasten.

Durch Anlegen einer Mehrzahl derartiger Gradientenfelder ist es möglich, Raumbereiche innerhalb der Probe hinsichtlich des dort jeweils herrschenden Betrages der magnetischen Feldstärke des Konstantmagnetfeldes zu codieren. Damit ist es möglich, isolierte Raumbereiche der Probe einzeln auszumessen, beispiels­ weise um an einem bestimmten Probenort ein Spektrum aufzunehmen oder um aufeinanderfolgend durch eine Vielzahl von Messungen ein Bild, beispielsweise eine Querschnittsdarstellung des menschlichen Körpers, zu erzeugen. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe des sogenannten Projektions-Rekonstruktions-Verfahrens oder des 2dFT-Verfahrens, die an sich bekannt sind.

Bei den bildgebenden Verfahren ist es erforderlich, die genannte Codierung durch Umschalten der diversen Gradientenfelder in rascher Folge vorzunehmen, damit die Erzeugung einer Bild­ darstellung in vertretbarer Meßzeit möglich ist. In der Praxis werden daher die verschiedenen Gradientenfelder nacheinander ein- und ausgeschaltet, so daß in schneller zeitlicher Folge nacheinander unterschiedlich codierte Signale zum Erzeugen eines Bildes ausgemessen werden können. Aus diesen Signalen wird dann mittels eines Computers ein Bild rekonstruiert.

Bei herkömmlichen NMR-Tomographen wird das konstante, homogene Magnet-Grundfeld mittels einer Solenoidspule, beispielsweise mittels eines supraleitenden Magnetsystems, erzeugt. Im Innen­ raum dieser Spule befindet sich ein Probenkopf. Die Gestaltung dieses Probenkopfes richtet sich vor allem nach der verwendeten Meßfrequenz. Bei relativ niedrigen Frequenzen in der Größen­ ordnung um 10 MHz werden bevorzugt Spulen zum Senden und/oder Empfangen des magnetischen Hochfrequenzfeldes verwendet, während bei wesentlich höheren Frequenzen bevorzugt der sogenannte Käfig-Resonator zur Anwendung kommt. Dieser Käfig-Resonator besteht aus auf einem Zylindermantel in Achsrichtung angeordneten, elektrisch leitenden Stäben oder Bändern, die mit Hilfe von Kondensatoren einzeln auf Resonanz mit der verwendeten Meßfrequenz abgestimmt sind, aber durch ihre Streufelder und/oder andere Mittel miteinander gekoppelt sind, so daß sie gemeinsam in einer gewünschten Schwingungsform angeregt werden können.

Ferner müssen um den oder im Probenkopf auch sogenannte Gradien­ tenspulen enthalten sein, um die erläuterten Gradientenfelder zu erzeugen. Da aus den erwähnten Gründen eine Vielzahl der­ artiger Gradientenfelder erzeugt werden muß, ist auch eine entsprechende Anzahl bzw. ein entsprechendes Vielfaches dieser Anzahl von Einzelgradientenspulen erforderlich. Die diversen Gradientenspulen sind ihrerseits an Gradienten-Netzgeräte angeschlossen, damit sie in kurzzeitiger Folge mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt werden können. Dies geschieht durch zeitliche Tastung mit einer möglichst kurzen Tastzeit, um innerhalb einer bestimmten Meßzeit eine möglichst große Anzahl von Meßpunkten aufnehmen zu können oder, umgekehrt ausgedrückt, bei einer vorbestimmten Anzahl von Meßpunkten eine möglichst kurze Meßzeit für das Gesamtbild zu erreichen. Dies ist deswegen erwünscht, weil bei größeren Querschnitts­ darstellungen Verfälschungen auftreten, wenn der Patient, dessen Körper ausgemessen wird, sich während der Meßzeit bewegt. Um derartige Bewegungsartefakte auszuscheiden, ist man bestrebt, die Meßzeit so gering wie möglich zu halten, d. h. auch die Tastzeit für die Gradientenspulen entsprechend zu verkürzen. Die Gradientenfelder werden daher im folgenden als "zeitvariant" bezeichnet, obwohl sie im Augenblick der Messung kurzzeitig konstant sind.

Andererseits ist zu beachten, daß bei derartigen Apparaturen ein Hauptkostenfaktor durch das zur Erzeugung des konstanten und homogenen Magnetfeldes verwendete Magnetsystem dargestellt wird. Der Preis eines für Tomographiemessungen geeigneten Magnetsystems hängt u. a. wesentlich von dessen nutzbarem Innendurchmesser ab. In diesem Innendurchmesser, in dem sich der genannte Probenkopf befindet, müssen zunächst die Gradien­ tenspulen untergebracht werden, wobei zur Vermeidung zu starker Wirbelstromeffekte ein gewisser Abstand vom Innenrohr des Magnetsystems eingehalten werden muß, beispielsweise von der Innenwand eines Dewars, in dem sich ein supraleitendes Magnet­ system befindet.

Die Gradientenspulen, auf die während des Betriebes erhebliche elektrodynamische Kräfte wirken, werden meist an einem mecha­ nisch stabilen Zylinderrohr aus elektrisch nicht-leitendem Material angebracht. Innerhalb dieses Rohres muß nun das System zur Erzeugung des hochfrequenten Anregungsfeldes untergebracht werden, das wiederum von den genannten Gradientenspulen einen gewissen Abstand haben muß, um unerwünschte Kopplungen und Verluste zu vermindern. So wird z. B. der oben bereits genannte Käfig-Resonator daher meist mit einer zylindrischen metallischen Abschirmung versehen, die von den elektrisch leitenden Stäben oder Bändern einen Abstand haben muß, um die Ausbildung des hochfrequenten Magnetfeldes nicht zu behindern. Der kost­ spielige Innenraum des Magneten wird demnach zweimal durch Abstände eingeschränkt, die dem eigentlichen Untersuchungs­ volumen verlorengehen.

Aus der eingangs genannten EP-OS 3 07 981 ist nun eine Vorrich­ tung zum Anregen und/oder Messen magnetischer Resonanz bekannt, bei der ein üblicher hohlzylindrischer Probenkopf verwendet wird, der außen von einem zylindrischen Rohr begrenzt ist.

Innerhalb des Rohres befindet sich sowohl ein Satz Gradienten­ spulen wie auch ein Spulensystem zum Erzeugen des Hochfrequenz- Wechselfeldes. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Gradientenspulen radial mehrlagig ausgeführt sind und im wesentlichen an der Innenoberfläche des zylindrischen Rohres in Umfangsrichtung verlaufen, während die Spulen zum Erzeugen des Hochfrequenz-Wechselfeldes zwischen den Lagen der Gradien­ tenspulen hindurchgeführt sind und sich im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken. Die Spule zum Erzeugen des Hoch­ frequenz-Wechselfeldes ist dabei radial mehrfach gestuft, um durch die jeweils vorhandenen radialen Zwischenräume der Gradientenspulen hindurchgeführt werden zu können.

Die bekannte Anordnung ist damit äußerst aufwendig in der Herstellung und es ist kaum vorstellbar, daß einzelne Spulen, z. B. zu Reparaturzwecken, ausgebaut werden können. Außerdem setzt diese bekannte Vorrichtung systematisch voraus, daß radiale Zwischenräume zwischen den Gradientenspulen vorhanden sind, durch die hindurch die Spulen zum Erzeugen des Hochfre­ quenz-Wechselfeldes geführt werden können. Außerdem sind in dieser Anordnung unerwünschte Verkopplungen zwischen den verschiedenen Spulensystemen zu erwarten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß eine simple, leicht zu montierende und vor allem raumsparende gemeinsame Baueinheit für die Gradientenspulen und das System zum Erzeugen des Hochfrequenz-Wechselfeldes entsteht, die unerwünschte Verkopplungen vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Baueinheiten als Hohlkörper ausgebildet sind, daß sich Spulen des Spulen-Systems innerhalb der Hohlkörper befinden, und daß leitfähige, äußere Wandungen der Hohlkörper das Hochfrequenz- System bilden, wobei die Wandungen eine Dicke aufweisen, die so bemessen ist, daß sie größer als die Eindringtiefe der Meßfrequenz, aber klein genug ist, um die von dem zeitvarianten, inhomogenen Magnetfeld verursachten Wirbelströme in der Wandung so weit zu dämpfen, daß das zeitvariante, inhomogene Magnetfeld im wesentlichen durch die Wandung hindurchtreten kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Bei der Erfindung macht man sich nämlich in vorteilhafter Weise die Eigenschaft zunutze, daß die Frequenz des Hochfre­ quenzfeldes einerseits und die wesentlichen Komponenten im Frequenzspektrum des zeitvarianten, inhomogenen Magnetfeldes andererseits um einige Zehnerpotenzen auseinanderliegen. Aufgrund dieses Frequenzabstandes unterscheiden sich die Eindringtiefen beider Frequenzen, so daß es möglich ist, einerseits die hochfrequenten Wechselströme über eine dünne, elektrisch leitfähige Wand oder Beschichtung eines zur Aufnahme der Gradientenspulen bestimmten Hohlkörpers verlustarm zu leiten, während andererseits die sehr viel niedrigeren Fre­ quenzkomponenten des zeitvarianten, inhomogenen Magnetfeldes ohne allzu starke Verluste oder Verzerrung durch Wirbelströme die Wandung bzw. Beschichtung durchdringen können.

Eine schädliche Beeinflussung des Hochfrequenz-Systems durch die Gradientenspulen kann nicht eintreten, solange diese Spulen sich ganz innerhalb der metallischen Wandung bzw. Beschichtung der Hohlkörper befinden. Diese Forderung führt erstens dazu, daß zur Hochfrequenzabstimmung dienende Kondensatoren oder anderweitige Kapazitäten nur an einem Ende der Hohlkörper angeordnet werden können. Zweitens können aus diesem Grunde die Gradientenspulen zur Erzeugung des zeitvarianten, inhomo­ genen Magnetfeldes in Richtung der Achse des Magnetsystems und des Probenkopfes nicht innerhalb dieser Hohlräume unter­ gebracht werden, sondern nur diejenigen, die zur Erzeugung von Inhomogenitäten in radialer Richtung dienen. Drittens sollten die Hohlkörper zur Unterbringung der im wesentlichen flächenhaften Gradientenspulen möglichst breit sein.

Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß mit den Hohlkörpern leicht handhabbare Bauelemente entstehen, die einzeln vormon­ tiert werden können und nur noch in den Probenkopf eingesetzt werden müssen.

Die Tatsache, daß die Gradientenspulen für das in Achsrichtung definiert inhomogene Magnetfeld nicht in den Hohlkörpern untergebracht werden können, ist kein Nachteil. Diese Spulen können nämlich auch in Achsrichtung vor oder hinter dem Käfig- Resonator, also ohne Platzverbrauch in der wichtigen radialen Richtung, angeordnet werden.

All dies unterscheidet die erfindungsgemäße Vorrichtung deutlich von der bekannten Vorrichtung der eingangs genannten EP-OS 3 07 981. Bei dieser verlaufen nämlich einerseits die Spulen zum Erzeugen des Hochfrequenz-Wechselfeldes radial außerhalb von Gradientenspulen. Dies hat die Folge, daß die weiter innenliegenden Gradientenspulen das Hochfrequenz-Wechsel­ feld schwächen. Andererseits hat dies die weitere Folge, daß eine komplizierte Struktur entsteht, die nur gesamthaft in den Probenkopf eingesetzt werden kann. Für einen Austausch einzelner Elemente ist die Struktur daher nicht mehr zugänglich.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Probenkopf eine im wesentlichen hohlzylindrische Gestalt und die Hohlkörper erstrecken sich im Innenraum in axialer Richtung.

Eine besonders gute Wirkung wird in diesem Falle dadurch erzielt, daß mehrere, vorzugsweise vier Hohlkörper gleichmäßig über einen Umfang des Innenraumes verteilt angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sie einen guten Kompromiß zwischen der an sich erwünschten großen Anzahl axialer Leiter und einem mechanisch einfach herstellbaren Aufbau darstellt. Auch führt die Forderung, daß die Hohlkörper breit sein sollen, um flächenhaft ausgedehnte Gradientenspulen aufnehmen zu können, dazu, die Anzahl der Stäbe oder Bänder, verglichen mit bekannten Ausführungen von Käfig-Resonatoren, vorzugsweise auf nur vier Hohlkörper zu reduzieren.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wandung des Hohlkörpers an einer Stirnseite des Proben­ kopfes kapazitiv angekoppelt. Insbesondere kann dies dadurch geschehen, daß der Hohlkörper oder ein axialer Fortsatz des Hohlkörpers in eine entsprechend geformte Tasche in der Stirn­ seite des Probenkopfes hineinragt. Besonders bevorzugt ist in diesem Fall, wenn ein Zwischenraum zwischen Hohlkörper bzw. Fortsatz und Tasche mit einem Dielektrikum ausgefüllt ist. In diesen Fällen kann in vorteilhafter Weise eine radiale Stirn­ fläche der Wandung über eine kondensatorartige Anordnung angekoppelt sein. Insbesondere kann die kondensatorartige Anordnung als Feinabstimmung der Ankopplung dimensioniert sein.

Die breiten Hohlkörper besitzen im Vergleich zu den dünneren Stäben oder Bändern von herkömmlichen Käfig-Resonatoren eine wesentlich geringere Induktivität. Dies ist an sich kein Nachteil, solange sich keine relativ dünnen Leitungen im Hochfrequenz-Stromkreis befinden. Daher ist es vorteilhaft, zur Abstimmung keine handelsüblichen Kondensatoren mit draht- oder bandförmigen Zuleitungen zu verwenden, sondern eine extrem induktionsarme Ausführung, bei der der gesamte Umfang der Hohlkörper als Zuleitung dient. Dies kann in der genannten Weise erreicht werden, indem die Hohlkörper über die Abschluß­ ebene des Resonators hinaus verlängert werden und in Taschen in dieser Ebene hineinragen. Durch die isolierenden Zwischen­ lagen zwischen den Hohlkörpern und den Taschen kann eine stabile radiale und tangentiale Halterung der freien Enden der Hohl­ körper erreicht werden. Es ist auch möglich, in der beschrie­ benen Weise innerhalb dieser Taschen Mittel zur kapazitiven Ankopplung des Systems an einen Generator oder einen Verstärker, bzw. Mittel zur nachträglichen Feinabstimmung der einzelnen Resonatoren, vorzusehen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Hohlkörper derart mit einem Hochfrequenzstrom gespeist, daß im Innenraum ein zirkular polarisiertes Hoch­ frequenz-Wechselfeld entsteht.

Alternativ dazu kann selbstverständlich aber auch ein linear polarisiertes Magnetfeld entstehen.

Diese Maßnahmen haben den an sich bekannten Vorteil, daß Kernresonanz-Messungen mit unterschiedlicher Polarisierung (linear oder zirkular) des Hochfrequenz-Wechselfeldes vorge­ nommen werden können, wie dies an sich bekannt ist.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Spulen als Drahtspulen ausgebildet.

Besonders bevorzugt ist, wenn die Spulen im Hohlkörper vergossen sind. Insbesondere können die Spulen im Hohlkörper mittels einer schalldämpfenden Vergußmasse vergossen sein.

Dies hat den Vorteil, daß die vorzugsweise als Drahtspulen ausgebildeten Gradientenspulen so vorgefertigt werden können, daß sie in einfacher Weise in die Hohlkörper einführbar sind. Wenn die Gradientenspulen im Hohlkörper in der beschriebenen Weise vergossen werden, so wird nicht nur eine gute mechanische Fixierung der Spulen im Hohlkörper erreicht. Diese Maßnahme trägt ferner auch zur Verminderung der sehr starken und sehr störenden Geräusche bei, die bei der Tastung der Spulenströme innerhalb des starken homogenen Magnetfeldes entstehen.

Die letztgenannte Wirkung kann in der beschriebenen Weise dadurch verstärkt werden, daß eine schalldämpfende Vergußmasse verwendet wird. Dies ist auch deswegen vorteilhaft, weil die wesentlichen Komponenten des Frequenzspektrums des die Gradien­ tenspulen speisenden Stromes im Hörbereich liegen. Empfindsame Patienten, die zum Teil ohnehin in einem Tomographen durch Klaustrophobie nervlich angespannt sind, werden daher bei herkömmlichen Vorrichtungen mitunter durch die lauten und meist auch sehr unharmonischen Geräusche stark beunruhigt. Wenn jedoch diese Geräusche durch schalldämpfende Vergußmassen verringert werden, so wird eine derartige Belästigung empfind­ samer Patienten stark reduziert.

Bei der Erfindung ist ferner bevorzugt, wenn der Hohlkörper im Innenraum mittels eines Halteringes abgestützt ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auch außerhalb von evtl. vorgesehenen axialen Fortsätzen eine stabile Halterung im Innenraum des Probenkopfes erreicht wird.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß die Wandung der Hohlkörper geschlitzt ist.

Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die für die Aus­ breitung des zeitvarianten, inhomogenen Magnetfeldes schädlichen Einfluß der Wirbelströme zusätzlich zu vermindern. Bei sich axial im Probenkopf erstreckenden Hohlkörpern ist die Wandung bzw. Beschichtung im axialen Bereich vorzugsweise axial und in den radialen Stirnflächen vorzugsweise radial geschlitzt.

Schließlich ist noch eine Ausführungsform der Erfindung be­ sonders bevorzugt, bei der die Signalverarbeitungseinheit eine Kompensationsstufe zum Kompensieren von durch die Ausbil­ dung der Spulen verursachten Nichtlinearitäten der Gradienten­ felder, insbesondere bei bildgebenden Verfahren, umfaßt.

Mitunter reicht nämlich die mögliche Breite der Gradienten­ spulen bei Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlkörper nicht aus, um eine Linearität der Inhomogenität des Magnetfeldes zu erreichen, die mit derjenigen vergleichbar wäre, die bei der anfangs geschilderten bekannten Ausführung mit auf einem Zylindermantel angeordneten Gradientenspulen erreicht werden kann. Dies führt zu geometrischen Verzerrungen des Bildes, das durch Verarbeitung der Meßresultate mit einer Datenverar­ beitungsanlage entsteht. Es ist jedoch möglich, diese Ver­ zerrungen durch eine den verwendeten Gradientenspulen angepaßte Software im Rahmen der Kompensationsstufe zu kompensieren.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines Probenkopfes für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, teilweise aufgebrochen;

Fig. 2 einen Radialschnitt durch den Probenkopf der Fig. 1;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch den Probenkopf gemäß Fig. 1.

In den Figuren bezeichnet 10 als Ganzes einen Probenkopf, wie er bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anregen und Messen magnetischer Resonanz in Proben verwendet werden kann. Als Beispiel wird im folgenden die Erfindung anhand eines Ganzkörper-NMR-Tomographen beschrieben, ohne daß die Erfindung jedoch auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist.

Der Probenkopf 10 weist ein zylindrisches Gehäuse 11 mit sich in radialer Richtung erstreckenden Stirnseiten 12 auf. Das zylindrische Gehäuse 11 mit den Stirnseiten 12 schließt einen Innenraum 13 ein, der somit symmetrisch um eine Hochachse 14 herum verteilt ist. Im Probenkopf 10 kann eine Innenwand 15 vorgesehen sein, die zylindrisch, elliptisch oder sonst wie geformt sein kann und dazu dient, eine Probe 17 von den umgeben­ den Spulensystemen zu trennen. Die Probe 17 steht bei der vorliegenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für einen menschlichen Körper, der sich in Richtung der Achse 14 im Probenkopf 10 ganz oder abschnittsweise befindet.

Der Durchmesser des Gehäuses 11 kann so gewählt werden, daß das Gehäuse ohne weiteren Zwischenraum in ein Magnetsystem eingefügt werden kann.

Im Innenraum 13 erkennt man vier Hohlkörper 20a, 20b, 20c und 20d, die gleichmäßig über einen Innenumfang des Probenkopfes 10 verteilt sind und sich in axialer Richtung, d. h. parallel zur Achse 14 erstrecken.

Die Hohlkörper 20 weisen eine elektrisch leitende Wandung 21 oder eine sonstige Wandung mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung auf, beispielsweise eine Wandung aus glasfaser­ verstärktem Kunststoff, auf die eine Kupferkaschierung oder dgl. aufgebracht ist. Die Dicke der elektrisch leitfähigen Wandung oder Beschichtung ist in Fig. 3 mit d angedeutet. Für die Bemessung der Dicke d gilt folgendes:

Unter Berücksichtigung der verwendeten Meßfrequenz von z. B. 100 bis 300 MHz und der elektrischen Leitfähigkeit der Wandung 21 bzw. Beschichtung läßt sich eine Eindringtiefe aus an sich bekannten Tabellen entnehmen. Die Dicke d muß nun zunächst größer als diese Eindringtiefe der Meßfrequenz sein. Damit ist eine untere Grenze für die Dicke d vorgegeben. Andererseits muß die Dicke d aber auch relativ klein sein, um die Wirbel­ ströme in der Wandung 21 bzw. Beschichtung zu dämpfen, die durch die geschalteten, d. h. zeitvarianten inhomogenen Magnet­ felder entstehen. Je nachdem, auf welchen Frequenzen die wesentlichen Komponenten des Frequenzspektrums der von den Gradientenfeldern induzierten Wirbelströme liegen, kann daher eine obere Grenze für die Dicke d ermittelt werden.

Wie man in Fig. 1 in einem stark vergrößerten Ausschnitt 22 der Wandung 21 erkennt, ist die Wandung 21 mit Schlitzen 23 versehen, die sich auf der umlaufenden Wand der Hohlkörper 20 in axialer Richtung erstrecken, während sie auf den noch zu erläuternden radialen Stirnflächen in radialer Richtung ver­ laufen.

Die Hohlkörper 20a bis 20d sind vorzugsweise mit ihrem vollen Querschnitt über die obere Stirnseite 12a des Probenkopfes hinaus verlängert und erstrecken sich mit geringem Abstand in entsprechend geformte Taschen 27, die an der oberen Stirnseite 12a des Probenkopfes c angeformt sind. In den Taschen 27 sind im axialen Abstand von den Stirnflächen 26 Platten 28 angeord­ net, die in axialer Richtung einstellbar sind, wie in Fig. 3 mit einem Doppelpfeil angedeutet. Die Platten 28 sind an eine Hochfrequenz-Stromversorgung angeschlossen, wie weiter unten noch erläutert wird.

Ein Zwischenraum 29 zwischen den Hohlkörpern 20a bis 20d und den Taschen 27 stellt einen induktionsarmen Kondensator dar, mit dem die Hohlkörper 20a bis 20d auf Resonanz abgestimmt sind. Dieser Zwischenraum 29 ist vorzugsweise mit einem span­ nungsfesten Dielektrikum 30 ausgefüllt, wodurch die Durch­ schlagsfestigkeit erhöht und die Kapazität bei vorgegebenem Zwischenraum 29 ebenfalls erhöht wird. Außerdem wird eine mechanische Fixierung des oberen Endes der Hohlkörper 20a bis 20d erreicht.

An der Unterseite des Probenkopfes 10 ist die elektrisch leitfähige Wandung 21 der Hohlkörper 20a bis 20d bzw. deren Beschichtung oder Metallisierung mit einer unteren Stirnseite 12b am ganzen Umfang leitend verbunden. Außerdem können hier Fortsätze 31 in beliebiger Form vorgesehen sein, die zur Einführung von Zuleitungen für Gradientenspulen 33a, 33b, 33c und 33d dienen.

Die Gradientenspulen 33a bis 33d sind innerhalb der Hohlkörper 20a bis 20d angeordnet. Die Gradientenspulen 33a bis 33d sind jeweils paarweise in jedem der Hohlkörper 20a bis 20d ausge­ bildet, wie in Fig. 3 mit 33d und 33d′ angedeutet.

Zum Fixieren der Gradientenspulen 33a bis 33d dient eine Vergußmasse 35, mittels derer die Gradientenspulen 33a bis 33d in den Hohlkörpern 20a bis 20d eingegossen sind. Die Vergußmasse 35 ist vorzugsweise schalldämpfend, so daß Schall­ schwingungen absorbiert werden, die von den Gradientenspulen 33a bis 33d beim Umschalten der Gradientenfelder erzeugt werden.

Ein Ring 40, oder mehrere derartige Ringe, ist in einer Radial­ ebene dem Probenkopfes 10 angeordnet, um die Hohlkörper 20a bis 20d radial zu fixieren.

Zum Betreiben des Probenkopfes 10 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung u. a. einen Hochfrequenz-Sender/Empfänger 50 auf. Der Hochfrequenz-Sender/Empfänger 50 erzeugt einen Hochfrequenz- Strom i_HF, der über ein Hochfrequenz-Kabel 52 den Platten 28 zugeführt wird.

Andererseits umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch ein oder mehrere Gradienten-Netzgeräte 51, von denen in Fig. 3 nur eines dargestellt ist. Das Gradienten-Netzgerät 51 erzeugt einen Gradientenstrom I_GR, der ein Gleichstrom ist. Jeder Gradientenstrom wird jedoch jeweils mit vorbestimmtem Verlauf der Stromstärke nur für eine kurze Tastzeit eingeschaltet, um alsdann einen anderen Strom, möglicherweise auch in anderen Gradientenspulen, einstellen zu können.

Die Gradientenspulen 33a bis 33d oder eine Vielzahl derartiger Gradientenspulen werden vom Gradienten-Netzgerät 51 über das Stromkabel 53 versorgt, so daß dem Innenraum 13 Gradienten­ felder vorgegebener Inhomogenität aufgeprägt bzw. dem wirkenden Grundfeld überlagert werden.

Wenn der Probenkopf 10 betrieben wird, wird der Hochfrequenz­ sender/Empfänger 50 eingeschaltet und liefert einen Hochfre­ quenzstrom i_HF über das Hochfrequenz-Kabel 52 an die Platte 28. Diese wird axial so weit verstellt, daß eine optimale Kopplung über den Plattenkondensator 28/26 zu den Hohlkörpern 20a bis 20d erreicht wird. Diese wirken als axiale Leiter und bilden insgesamt eine Hochfrequenz-Spule. Diese Hochfrequenz- Spule erzeugt ein Hochfrequenz-Wechselfeld im Innenraum 13, das im wesentlichen rechtwinkelig zur Achse 14 verläuft. Das Hochfrequenz-Wechselfeld kann durch geeignete Einstellung der Phase an den mehreren Hohlkörpern 20a bis 20d entweder linear oder zirkular polarisiert sein.

Es versteht sich dabei, daß der Hochfrequenzstrom i_HF üblicher­ weise kein konstanter Hochfrequenz-Strom ist, sondern vielmehr seinerseits getastet wird, um gepulste Kernresonanz-Messungen vornehmen zu können. Dies ist jedoch an sich bekannt und soll daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nochmals erläutert werden. Das gleiche gilt für den Empfang der Kern­ resonanzsignale, die sowohl mit selben Hochfrequenzsystem wie auch mit einem getrennten Hochfrequenzsystem empfangen und nachgewiesen werden können.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen z. B. die einander diametral gegenüberliegenden Gradientenspulenpaare 33a bzw. 33a′ und 33c bzw. 33c′ als X-Gradient, während die beiden anderen einander diametral gegenüberliegenden Gradientenspulen­ paare 33b und 33d den Y-Gradienten bilden. Für den Z-Gradienten können die Gradientenspulen im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht innerhalb der Hohlkörper 20a bis 20d vorgesehen werden, sie sind daher an den Stirnseiten angebracht und in Fig. 3 mit 60a, 60b bezeichnet.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Anregen und/oder Messen magnetischer Resonanz in Proben, insbesondere zur Ganzkörper-Tomo­ graphie, mit einem Probenkopf (10), der ein Hochfrequenz- System zum Senden und/oder Empfangen eines hochfrequenten Magnetfeldes einer vorgegebenen Meßfrequenz sowie ein Spulen-System zum Erzeugen eines nach einem vorbestimmten zeitlichen Programm variierten Magnetfeldes von vorbe­ stimmter Inhomogenität in einem Innenraum (13) des Probenkopfes (10) umfaßt, wobei Elemente des Hochfre­ quenz-Systems jeweils mit Elementen des Spulen-Systems zu gemeinsamen Baueinheiten vereinigt sind, und mit einer Signalverarbeitungseinheit für gemessene Resonanz­ signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheiten als Hohlkörper (20) ausgebildet sind, daß sich Spulen (33) des Spulen-Systems innerhalb der Hohlkörper (20) befinden, und daß leitfähige, äußere Wandungen (21) der Hohlkörper (20) das Hochfrequenz-System bilden, wobei die Wandungen (21) eine Dicke (d) aufweisen, die so bemessen ist, daß sie größer als die Eindringtiefe der Meßfrequenz, aber klein genug ist, um die von dem zeitvarianten, inhomogenen Magnetfeld verursachten Wirbelströme in der Wandung (21) so weit zu dämpfen, daß das zeitvariante, inhomogene Magnetfeld im wesent­ lichen durch die Wandung (21) durchtreten kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenkopf (10) eine im wesentlichen hohlzylin­ drische Gestalt hat, und daß die Hohlkörper (20) sich im Innenraum (13) in axialer Richtung erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise vier Hohlkörper (20a bis 20d) gleichmäßig über einen Umfang des Innenraums (13) verteilt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wandung (21) des Hohlkörpers (20) an einer Stirnseite (12a) des Probenkopfes (10) kapazitiv angekop­ pelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (20) oder ein axialer Fortsatz des Hohlkörpers (20) in eine entsprechend geformte Tasche (27) in der Stirnseite (12) des Probenkopfes (10) hineinragt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum (29) zwischen Hohlkörper (20) bzw. Fortsatz und Tasche (27) mit einem Dielektrikum (30) ausgefüllt ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Stirn­ fläche (26) der Wandung (21) über eine kondensatorartige Anordnung (26, 28) angekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kondensatorartige Anordnung (26, 28) als Fein­ abstimmung der Abkopplung dimensioniert ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (20a bis 20d) derart mit einem Hochfrequenzstrom (i_HF) gespeist werden, daß im Innenraum (13) ein zirkular polarisiertes Hochfrequenz-Wechselfeld entsteht.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (33) als Drahtspulen ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (33) im Hohlkörper (20) vergossen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (33) im Hohlkörper (20) mittels einer schalldämpfenden Vergußmasse (35) vergossen sind.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (20) im Innenraum (13) mittels eines Halteringes (40) abgestützt sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (21) des Hohlkörpers (20) geschlitzt (23) ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (21) durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf einem Trägermaterial gebildet wird.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverar­ beitungseinheit eine Kompensationsstufe zum Kompensieren von durch die Ausbildung der Spulen (33) verursachten Linearitäten der Gradientenfelder, insbesondere bei bildgebenden Verfahren, umfaßt.