DE60031339T2

DE60031339T2 - Vogelkäfigspulen mit mehrfachresonanzen

Info

Publication number: DE60031339T2
Application number: DE60031339T
Authority: DE
Inventors: Ha Wai San Jose WONG
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: EP1078273A2; EP1078273B1; JP2003516770A; WO2000050913A3; JP2006119146A; DE60031339D1; JP4155988B2; WO2000050913A2; JP3770799B2; US6100694A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Erfindung betrifft magnetische Resonanz, und insbesondere HF-Spulen einer Käfigkonstruktion zur Erregung und Beobachtung der Resonanz in einer NMR-Vorrichtung (Kernspinresonanzvorrichtung).
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Magnetische Resonanz kann zur Analyse von medizinischen und/oder chemischen Proben verwendet werden. Insbesondere können die diversen chemischen Bestandteile der Probe und/oder die speziellen Verteilungen solcher Probenbestandteile durch den Einsatz des magnetischen Resonanzphänomens analysiert werden. Um das magnetische Resonanzphänomen zu implementieren, wird die Probe einer HF-Bestrahlung durch eine Umgebungsstruktur ausgesetzt. Die resultierenden Resonanzsignale werden von derselben oder einer anderen Umgebungsstruktur empfangen, um analysiert zu werden. Als die Probe umgebende Struktur kann ein Spiralspulen-, Sattelspulen-, Resonanzhohlraum- oder Käfigresonator verwendet werden. Die Käfigspule ist besonders gut für großvolumige Proben geeignet, wie es routinemäßig bei Vorrichtungen für medizinische Bildgebung und für analytische „in vivo" Spektroskopie der Fall ist. Käfigspulen wurden von Hayes et al., J. Mag. Res., Band 63, SS. 622–628 (1985) beschrieben.
Eine Käfigspule wird häufig als Serienschaltung bezeichnet, die in sich geschlossen ist, wobei der Stromfluss sinusförmig um die Spule herum verteilt ist. Es wird oft behauptet, dass die Käfigspule im Wesentlichen eine Übertragungsleitung ist. Als HF-Schaltkreis mit Resonanzabstimmung wird sie in Kernspinresonanz-Vorrichtungen (NMR) eingesetzt, wo sie die Funktion der HF-Erregung und/oder der Signalerkennung übernimmt.
Die Käfigspule weist eine andere Struktur als Sattelspulen, Spiralspulen usw. auf, da sie Phasenverschiebungen zur Bereitstellung einer korrekten sinusförmigen Verteilung des Stroms verwendet. Bei der Käfigspule ist es erforderlich, eine diskrete Verteilung der Phasenverschiebung um den Umfang der Spule herum von Null bis 2π zu gewährleisten (oder 2πn, wobei n eine Ganzzahl ist). Die Phasenverschiebung jedes Elements hängt ziemlich von der Frequenz ab, was bedeutet, dass die Käfigspule auf eine ganz bestimmte Frequenz abgestimmt ist, um die gewünschte Eingrenzung der Phasenverschiebung zu erzielen.
Wie oben erwähnt, kann die Käfigstruktur als periodische Struktur betrachtet werden, die in sich abgeschlossen ist. Periodische Elemente der Struktur erzeugen Phasenverschiebungen, die bei Summierung über die geschlossene Schleife ein Mehrfaches von 2π ergeben müssen. Geometrisch betrachtet weist der Resonator eine zylinderförmige Symmetrie auf, und es ist wünschenswert, dass der HF-Strom in axialer Richtung entlang der Peripherie der Struktur proportional zu sinθ ist, wobei θ der Azimutalwinkel um die zylinderförmige Achse ist.
Um die Untersuchung der diversen chemischen Bestandteile der Probe zu ermöglichen, ist es wünschenswert, eine Käfigspule mit Mehrfachresonanz bereitzustellen, um Daten mit mehr als einer Resonanzfrequenz entweder gleichzeitig oder in separaten Messungen zu erhalten. Konventionelle Käfigspulen mit zweifacher Resonanz versuchen, mit zwei NMR-Frequenzen, das heißt für zwei separate Kerne, zu funktionieren. Bei einer spektroskopischen Untersuchung dienen von einem Proton-Kanal erworbene Bilder typisch zur Identifizierung des interessierenden Orts, wobei ein zweiter Kanal zur Abstimmung auf die X-Kerne, wie ³He, ³¹P ¹²⁹Xe ²³Na oder ¹³C, dient, um Lokalisierungsspektroskopie oder eine zweite Kern-Bildgebung vorzunehmen. Normalerweise werden Käfigspulen mit zweifacher Resonanz gegenüber zwei von solchen mit einfacher Resonanz bevorzugt, weil bei Spulen mit zweifacher Resonanz der Patient während des Spulenwechsels nicht in eine andere Lage gebracht werden muss, und weil es bei Spulen mit zweifacher Resonanz möglich ist, Proton-Entkopplungsversuche durchzuführen.
Da Käfigspulen hochsymmetrische Strukturen sind, ist die Konsistenz der Spulenkomponenten äußerst wichtig. Eine kleine Abweichung im Wert oder in der Positionierung einer der Komponenten kann die Gleichförmigkeit des Magnetfeldprofils zerstören und den Abstimmprozess erschwierigen. Da normale im Handel erhältliche Induktoren typisch eine nominale Konsistenz von 5% bis 10% aufweisen, sind für die meisten konventionellen Käfigspulen mit zweifacher Resonanz von Hand hergestellte Elektromagnet-Induktoren mit besserer nominaler Konsistenz notwendig. Die manuelle Herstellung von Elektromagnet-Induktoren ist jedoch schwierig und kostenaufwendig. Außerdem ist es schwierig, von Hand hergestellte Elektromagnet-Induktoren exakt zu reproduzieren. Da die Konsistenz der Komponenten sehr wichtig für Käfigspulen ist, können kleine Abweichungen im Wert oder der Positionierung der handgemachten Elektromagnet-Induktoren die Gleichförmigkeit des Magnetfeldprofils zerstören und den Abstimmprozess komplizieren. Ein weiterer Nachteil des Elektromagnet-Induktors besteht darin, dass er ein starkes lokales Magnetfeld in der Nähe seiner Enden erzeugt. Dieses lokale Feld kann unerwünschte Auswirkungen auf das magnetische Hauptfeld der Käfigspule haben.
Eine konventionelle Käfigspule mit zweifacher Resonanz, die keine Punktinduktanzen oder handgemachten Induktoren verwendet, wurde von Murphy-Boesch et al., J. Mag. Res., Band 103, SS. 103–114 (1994) beschrieben. Murphy-Boesch beschreibt den Einsatz verschiedener Spulenlängen, um zwei Induktanzwerte anstelle von Punktinduktanzen bereitzustellen, und zwar durch den Einsatz von Ringen verschiedener Länge. Ein Problem beim Bereitstellen verschiedener Spulenlängen besteht darin, dass die möglichen Längen des ringförmigen Leiters infolge dimensionaler Beschränkungen begrenzt sind, in anderen Worten, Käfige können eine bestimmte Größe nicht überschreiten. Die dimensionalen Beschränkungen begrenzen den möglichen Bereich der Induktanzwerte. Außerdem, je länger der Leiter der Spule, um so geringer ist die Konzentration des Magnetfelds, was zu einer eingeschränkten Leistung führt. Ferner führen die verschiedenen Längen zu einem weniger homogenen Feld mit verschiedenen Feldprofilen für die niedrigresonanten und hochresonanten Frequenzen.
Ein weiterer Nachteil bei manchen konventionellen Käfigspulen mit zweifacher Resonanz, einschließlich den von Murph-Boesch beschriebenen Spulen, besteht darin, dass es schwierig ist, die Resonanzfrequenzen abzustimmen. Konventionelle Käfigspulen mit zweifacher Resonanz weisen beim Abstimmen Abhängigkeiten auf. Ein Beispiel einer Käfigspule mit zweifacher Resonanz ist in US-Patent Nr. 4 916 418 beschrieben, welches auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Zum Beispiel, wenn die Käfigspule auf die niedrigere Resonanzfrequenz abgestimmt wird und feste Induktanzwerte vorliegen, wirkt sich das Einstellen eines Satzes von Kapazitanzen der Käfigspule nicht nur auf die niedrige Frequenz, sondern auch auf die hohe Frequenz aus. Bei manchen Käfigspulen mit zweifacher Resonanz liegen mindestens zwei verschiedene Sätze von Kapazitanzen im Weg sowohl der Niedrigfrequenz- als auch der Hochfrequenzströme, so dass das Einstellen eines Satzes von Kapazitanzen sich sowohl auf die niedrigresonanten als auch die hochresonanten Frequenzen auswirkt. Infolgedessem werden die konventionellen Käfigspulen mit zweifacher Resonanz abhängig abgestimmt so dass mehr als einen Satz von Kapazitanzen auf der Spule geregelt werden muss um entweder die höhere oder die niedrigere Frequenz abzustimmen.
Normalerweise werden variable Kondensatoren zum Abstimmen der resonanten Frequenzen konventioneller Käfigspulen mit zweifacher Resonanz verwendet, und es kann daher sehr zeitaufwendig sein, wenn die Abstimmprozedur iterativ durchzuführen ist.
Es ist daher wünschenswert, eine Käfigspule mit zweifacher Resonanz zu entwickeln, bei der unabhängige Abstimmung möglich ist, um ein weitgehend gleichförmiges magnetisches Feld bereitzustellen. Ferner ist es wünschenswert eine Käfigspule zu entwickeln, die die mit Elektromagnet-Induktoren verbundenen Probleme auf ein Minimum reduziert. Des Weiteren ist es wünschenswert, eine Käfigspule mit Mehrfachresonanz zu entwickeln, um ein weitgehend gleichförmiges magnetisches Feld bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist eine Käfigspule mit Mehrfachresonanz, wie in Anspruch 1 definiert, vorgesehen, die ein weitgehend gleichförmiges magnetisches Feld in einem Proberaum bereitstellt. Die Käfigspule mit zweifacher Resonanz umfasst eine Mehrzahl von Schenkelleitern und mindestens drei ringförmige Leiter, die einen den Proberaum umgebenden Zylinder definieren. Die Schenkelleiter und ringförmigen Leiter bilden eine Tiefpass- und eine Hochpass-Käfigspule. Die Tiefpass-Käfigspule teilt sich einen Abschnitt jedes der Schenkelleiter mit der Hochpass-Käfigspule derart, dass sowohl Höherfrequenz- als auch Niederfrequenzströme durch den gemeinsam benutzten Abschnitt jedes Schenkelleiters fließen, um im Innenvolumen der Spule ein im Wesentlichen gleichförmiges magnetisches Feld bereitzustellen. Die Hochpass-Käfigspule umfasst einen ersten und einen zweiten Ring von Kapazitanzen, die auf dem gemeinsam benutzten Teil jedes Schenkels durch eine Schenkelinduktanz miteinander verbunden sind. Die Tiefpass-Käfigspule umfasst einen ersten und einen zweiten äußeren Ring von Induktanzen, die durch die Schenkelleiter miteinander verbunden sind und jeweils die Schenkelinduktanz des gemeinsam benutzten Abschnitts und eine Schenkelinduktanz außerhalb des gemeinsam benutzten Abschnitts umfassen. Für die Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz und mit festliegenden Induktanzwerten wird die niedrig-resonante Frequenz durch Einstellen nur der Schenkelkapazitanzen und die hochresonante Frequenz durch Einstellen nur der Ringkapazitanzen abgestimmt.
Anspruch 1 wurde mit Bezug auf Proc. ISMRM, 1997, S. 1495, in der zweiteiligen Form abgegrenzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind beim Durchlesen der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erkenntlich.
1 ist eine schematische Darstellung einer NMR-Vorrichtung, die den Zusammenhang der Erfindung bildet.
2a ist ein schematisches Diagramm eines elektrischen Schaltkreises, der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigspule darstellt.
2b ist eine Perspektive einer Einzellagenstruktur der Käfigspule von 2a.
2c ist eine Perspektive einer Mehrfachlagenstruktur der Käfigspule von 2a.
3a ist ein schematisches Diagramm des elektrischen Schaltkreises, der den Tiefpassteil der Käfigspule von 2a definiert.
3b ist ein schematisches Diagramm des elektrischen Schaltkreises, der den Hochpassteil der Käfigspule von 2a definiert.
4 ist eine Perspektive eines Zick-Zack-Mäanderlinien-Induktors zum Einsatz in der Käfigspule von 2a.
5 ist ein schematisches Diagramm der Druckvorlage für die Käfigspule von 2a.
6a ist eine Proton-Abbildung eines Phantoms, das bei Verwendung der Käfigspule von 2a erhalten wurde.
6b ist eine ¹³C Abbildung des gleichen Phantoms, das für 6a verwendet wurde.
7a ist ein schematisches Diagramm des elektrischen Schaltkreises in einer dreifach-resonanten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigspule.
7b ist ein schematisches Diagramm der Druckvorlage für die Käfigspule von 7a.
Obwohl die Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert und gestaltet werden kann, wurden in den Zeichnungen spezifische Ausführungsformen beispielhaft dargestellt, die im Folgenden im Detail beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass die Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen nicht dem Zweck dient, die Erfindung auf diese bestimmten offenbarten Ausführungsformen zu begrenzen, sondern dass im Gegenteil die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdeckt, die in den Geltungsbereich der Erfindung gemäß den angehängten Ansprüchen fallen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Allgemein gesagt bezieht sich die Erfindung, im physischen Zusammenhang betrachtet, auf eine Käfigspulenvorrichtung für NMR-Untersuchungen (Kernspinresonanz) – oder MRI-Bildgebung (Magnet-Resonanz-Bildgebung). Eine idealisierte Darstellung ist in 1 veranschaulicht.
Ein Magnet 10 mit einer Bohrung 11 stellt ein magnetisches Hauptfeld bereit. Um das magnetische Feld zeitlich und richtungsmäßig präzise steuern zu können, sind (nicht dargestellte) Magnetfeld-Gradientenspulen vorgesehen. Die Gradientenspulen werden jeweils von Gradientenstromversorgungen 16, 18 und 20 getrieben. Zusätzlich können andere (nicht dargestellte) Ausgleichsspulen und (nicht dargestellte) Stromversorgungen erforderlich sein, um unerwünschte räumliche Restinhomogenitäten im grundlegenden magnetischen Feld auszugleichen. Ein Objekt oder eine Flüssigkeit zum analisieren (im Folgenden mit „Probe" bezeichnet) wird im magnetischen Feld in eine Bohrung 11 platziert. Die Probe wird einer HF-Bestrahlung unterzogen, derart, dass das magnetische Feld in einer gewünschten orthogonalen Beziehung auf das magnetische Feld im Inneren der Bohrung 11 ausgerichtet ist. Dies wird mit Hilfe einer Senderspule 12 im Inneren der Bohrung 11 erzielt. Resonanzsignale werden in einer Empfängerspule in der Nähe der Probe innerhalb der Bohrung 11 induziert. Die Sender- und Empfängerspulen können die gleiche Struktur oder separate Strukturen aufweisen.
Wie in 1 dargestellt, wird Energie vom ersten Sender 24a bereitgestellt, durch einen Verstärker 31 verstärkt und dann über den Multiplexer 27 an die HF-Senderspule 12 innerhalb der Bohrung 11 geleitet. Der Sender 24 kann, was Amplitude oder Frequenz oder Phase oder Kombinationen derselben anbelangt, moduliert werden, entweder nach deren Erzeugung oder durch einen Modulator 26. Häufig werden zusätzliche Sender(24b)-/Modulator(26b)-Komponenten verwendet, um unabhängig verschiedene gyromagnetische Resonatoren, wie Protone und C¹³, zu erregen. Diese unabhängigen Erregungen werden zweckmäßigerweise durch eine mehrlagige Resonanzspule unterstützt, wie sie hier beschrieben ist. Sende- und Empfangsfunktionen sind nicht gleichzeitig aktiv. Für beide Funktionen kann falls gewünscht die gleiche Spule eingesetzt werden. Somit ist ein Multiplexer 27 vorgesehen, um den Empfänger vom Sender zu isolieren. Im Falle separater Sender- und Empfängerspulen führt Element 27, obwohl es genau genommen kein Multiplexer ist, eine ähnliche Isolierungsfunktion durch, um den Empfängerbetrieb zu steuern.
Der Modulator 26 wird vom Impulsprogrammierer 29 gesteuert, um in vorgewählten Zeitintervallen HF-Impulse einer gewünschten Amplitude, Dauer und Phase, bezogen auf den HF-Träger, bereitzustellen. Der Impulsprogrammierer kann Hardware- und/oder Softwareattribute aufweisen. Der Impulsprogrammierer steuert ferner die Gradientenstromversorgungen 16, 18 und 20, wenn solche Gradienten benötigt werden. Diese Gradientenstrom-versorgungen sorgen, falls gewünscht, für ausgewählte statische Gradienten in den betreffenden Gradientenspulen.
Die Momentan-Kernresonanz-Wellenform wird vom Empfänger 28 verarbeitet und weiter in Phasenquadratur durch den Phasendetektor 30 aufgelöst. Die phasen-aufgelösten Zeitbereichssignale von Phasendetektor 30 werden dem Fourier-Transformator 32 zur Transformation an den Frequenzbereich entsprechend der spezifischen Verarbeitungserfordernisse zugeführt. Die Umwandlung des analogen Resonanzsignals in eine digitale Form wird auf den phasen-aufgelösten Signalen allgemein durch Analog-zu-Digital-Wandlerstrukturen (ADC) durchgeführt, die zweckmäßigerweise als eine Komponente des Phasendetektors 30 betrachtet werden können.
Es versteht sich, dass in der Praxis der Fourier-Transformator 32 eine (in der Speichereinheit 34) gespeicherte Darstellung der phasen-aufgelösten Daten beaufschlagen kann. Dies reflektiert die allgemein übliche Praktik der Berechnung des Durchschnitts einer Anzahl von phasen-aufgelösten Zeitbereich-Wellenformen, um den Signal-Rauschverhältnis zu verbessern. Danach wird die Transformationsfunktion an die resultierende Durchschnittswellenform angelegt. Das Anzeigegerät 36 zeigt die erfassten Daten an, um sie prüfen zu können. Der Controller 38, der meistens einen oder mehrere Computer umfasst, steuert und korreliert den Betrieb der gesamten Vorrichtung.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in einer speziellen Struktur der HF-Sende- und Empfangsspule 11. Insbesondere besteht die vorliegende Erfindung in einer Käfigspule mit Mehrfachresonanz, die mit mehreren Resonanzfrequenzen gleichzeitig betrieben werden kann, um ein weitgehend einheitliches HF-Feld innerhalb des zylinderförmigen Inneren des Käfigs bereitzustellen. 2a veranschaulicht schematisch das elektrische Schaltkreisäquivalent für eine Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz einer Ausführungsform der Erfindung, und 2b veranschaulicht die physikalische Perspektive der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz von 2a. Die Käfigspule 40 weist vier Ringe oder ringförmige Leiter 42a, 42b, 42c und 42d und zwölf Schenkelleiter 44 auf, die den Zylinder des Käfigs bilden.
Wie in 2b dargestellt, sind die Ringe 42a, 42b, 42c und 42d physikalisch koaxial und mit Abstand an der Spulenachse entlang angeordnet und bilden somit den Zylinder des Käfigs. Außerdem ist die Käfigspule 40 eine einlagige Struktur, wobei die Ringe 42a, 42b, 42c und 42d weitgehend den gleichen Durchmesser aufweisen. Die Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz kann aber auch, wie in 2c dargestellt, eine mehrlagige Struktur sein, wobei die Ringe 42a bzw. 42b auf die Ringe 42c bzw. 42d gestapelt sind. Bei dem mehrlagigen Käfig von 2c weisen die Ringe 42a und 42d einen größeren Durchmesser als die Ringe 42b und 42c auf.
Die vier Ringe 42a, 42b, 42c und 42d können zweckmäßigerweise als erster äußerer Ring 42a, zwei innere Ringe 42b und 42c und als zweiter äußerer Ring 42d beschrieben werden. Der Abstand zwischen den inneren Ringen 42b und 42c ist, in Längsrichtung gesehen, die Länge des Probenbereichs; dieser Raum wird daher typisch so groß wie möglich ausgebildet, um große Proben aufnehmen zu können. Andererseits sollte der Abstand zwischen den Ringen 42a und 42b und der Abstand zwischen den Ringen 42c und 42d typisch signifikant kleiner als der Abstand zwischen den inneren Ringen 42b und 42c sein.
Die Schenkelleiter 44 verlaufend weitgehend parallel zu einander und bilden die Grenze des Zylinders des Käfigs. Die Schenkel 44 sind im ungefähr gleichen Abstand von einander um den Zylinder herum angeordnet, den sie mit den Ringen 42 definieren. Jeder Schenkel 44 umfasst einen Abschnitt zwischen den Ringen 42a und 42b, einen Abschnitt zwischen 42b und 42c und einen Abschnitt zwischen 42c und 42d. Bei einer einlagigen Struktur der Käfigspule 40, wie in 2b veranschaulicht, verlaufen alle Abschnitte der Schenkel 44 weitgehend parallel zur Längsachse der Spule. Bei einer mehrlagigen Struktur der Käfigspule 40, wie in 2c veranschaulicht, verlaufen nur die Abschnitte der Schenkel 44 zwischen 42b und 42c weitgehend parallel zur Längsachse der Spule. Die Ausführungsform der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz, die in 2a dargestellt ist, hat zwölf Schenkel, es kann jedoch jede beliebige Anzahl von Schenkeln benutzt werden. Es ist vorzuziehen, jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Anzahl der Schenkel ein Vielfaches von Vier, wie 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 oder 32 ist, wobei 12 oder 16 bevorzugt wird.
2a veranschaulicht schematisch das elektrische Schaltkreisäquivalent der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz einer Ausführungsform. Die linke Seite 46 des Schaltkreises ist umgefaltet und an die rechte Seite 48 des Schaltkreises angeschlossen, um die zylinderförmige Käfigspule 40 von 2b und 2c zu bilden. Die äußeren Ringe 42a und 42d umfassen eine Reihe von Induktanzen L1, und die inneren Ringe 42b und 42c umfassen eine Reihe von Kapazitanzen C2. Die Induktanzen L2 des gemeinsam benutzten Abschnitts der Schenkel verbinden den inneren Ring 42b mit dem inneren Ring 42c, und die Kapazitanzen C1 verbinden den äußeren Ring 42a mit dem inneren Ring 42b und den äußeren Ring 42d mit dem inneren Ring 42c. Wie in 2a dargestellt, sind die Schenkel 44 an die Ringe zwischen den benachbarten Induktanzen L1 an den Ringen 42a und 42d und zwischen den benachbarten Kapazitanzen C2 an die Ringe 42b und 42c gekoppelt. Die Käfigspule 40 von 2a weist ein ausgewogenes Design auf; Die Spule 40 kann jedoch auch ein unausgewogenes Design aufweisen, indem man die Kombination der beiden Ringe 42c und 42d, die an die Kapazitanzen C1 angeschlossen sind, durch einen Leiterring ersetzt, um einen unausgewogenen Dreiring-Käfig zu bilden.
Die Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz von 2a kann als Kombination eines Tiefpass-Käfigs 50, wie in 3a veranschaulicht, und eines Hochpass-Käfigs 52, wie in 3b veranschaulicht, verstanden werden. Der Tiefpass-Käfig 50 umfasst die beiden äußeren Ringe 42a und 42d, die jeweils die Reiheninduktanzen L1 umfassen, und die Schenkel 44, die jeweils die Reihenkombination von Kapazitanz C1, Induktanz L2 und Kapazitanz C1 umfassen. In der in 2a und 3a dargestellten Ausführungsform weist der Tiefpass-Käfig 50 zwei Kapazitanzen C1 auf, die dazu beitragen den Schaltkreis im Gleichgewicht zu halten und die Spannung an jedem Kondensator zu reduzieren, um die Wahrscheinlichkeit des Überschlags zu mindern. Der Tiefpass-Käfig kann aber auch unausgewogen sein, wobei die Schenkel 44 jeweils die Reihenkombination von Kapazitanz C1 und Induktanz L2 umfassen, wodurch eine der Kapazitanzen C1 zwischen den äußeren und inneren Ringen 42a und 42b oder 42c und 42d eliminiert wird. Der Tiefpass-Käfig ist durch Auswählen des korrekten Werts von C1 auf die untere Resonanzfrequenz abgestimmt. Es kann gezeigt werden, dass die Resonanzfrequenz für den Tiefpass-Käfig von 3a folgende Beziehung erfüllt: ωLow = [LC1]–1/2sin(kπ/N)wobei k eine Ganzzahl für den Allgemeinfall und N = Anzahl der Schenkel ist. L hängt sowohl von L₁ als auch von L₂, der Kopplung zwischen benachbarten Schenkeln und den allgemeinen Spulenabmessungen ab. Für die vorliegende Erfindung muss nur der Modus k = 1 in Betracht gezogen werden. Bei Abstimmen auf die untere Resonanzfrequenz fließen Niederfrequenzströme durch die Induktanz L2 auf den gemeinsam benutzten Abschnitten der Schenkel 44.
Wie in 3b veranschaulicht, umfasst der Hochpass-Käfig 52 zwei innere Ringe 42b und 42c, die jeweils die Reihe von Kapazitanzen C2 beinhalten, und die gemeinsam benutzten Abschnitte der Schenkel 44, die die Induktanz L2 beinhalten. Der Hochpass-Käfig 52 ist durch Auswählen des korrekten Werts von C2 auf die höhere Resonanzfrequenz abgestimmt. Es kann gezeigt werden, dass die Resonanzfrequenz für den Hochpass-Käfig von 3b folgende Beziehung erfüllt: ωHigh = [L'C2]–1/2sin(kπ/N)wobei L' eine Funktion von L₂, den Spulenabmessungen und der Kopplung zwischen den Schenkeln L₂ ist, aber nicht abhängig ist von L₁. Bei Abstimmen auf die höhere Resonanzfrequenz fließen Höherfrequenzströme durch die Induktanz L2 auf den gemeinsam benutzten Abschnitten der Schenkel 44.
Für ausgewählte Werte der Induktanzen L1 und L2 wird der k = 1 Modus des Tiefpass-Käfigs 50, der ein weitgehend homogenes magnetisches Feld im Probenraum hat, ausschließlich durch den Wert der Kapazitanz C1 bestimmt. Außerdem wird für die ausgewählten Werte der Induktanzen L1 und L2 der k1 Modus des Hochpass-Käfigs, der ein weitgehend homogenes magnetisches Feld im Probenraum hat, ausschließlich durch den Wert von Kapazitanz C2 bestimmt. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz eine unabhängige Abstimmung der niedrigen und hohen Resonanzfrequenzen. Das heißt, das Anpassen des C1 Werts wirkt sich nur auf die untere Frequenz aus und hat keinen Einfluss auf die höhere Frequenz. Desgleichen wirkt sich das Anpassen des C2 Werts nur auf die höhere Frequenz aus und hat keinen Einfluss auf die untere Frequenz. Das unabhängige Abstimmen der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz bietet einen signifikanten Vorteil gegenüber den Käfigspulen mit zweifacher Resonanz nach dem Stand der Technik, die typisch abhängige Abstimmung aufweisen. Wenn ein Satz von Kondensatoren der konventionellen Käfigspule mit zweifacher Resonanz angepasst wird, um die untere Frequenz abzustimmen, wirkt sich diese angepasste Kapazitanz auch auf die höhere Frequenz aus. Desgleichen, wenn ein Satz von Kondensatoren der konventionellen Käfigspule mit zweifacher Resonanz angepasst wird, um die höhere Frequenz abzustimmen, wirkt sich die angepasste Kapazitanz auch auf die untere Frequenz aus.
Die erfindungsgemäße unabhängig abstimmbare mehrlagige Käfigspule 40 vereinfacht das Design von Käfigspulen. Durch Variieren nur einer Komponente können die Spulen mit jeweils einer nächsten Resonanzfrequenz konstruiert werden. Um dem Endbenutzer das Abstimmen der Käfigspule zu ermöglichen, können variable Kondensatoren anstelle von Festwert-Kondensatoren in der Käfigspule 40 zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht dem Benutzer das leichte Abstimmen einer der Frequenzen, indem er einen der variablen Kondensatoren C1 oder C2 anpasst. Die unabhängig abstimmbare Käfigspule 40 vereinfacht ferner den Optimierungsprozess für eine Spule zum Auswählen von Induktanzwerten L1 und L2.
Für eine Ausführungsform der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz, wie in 2a dargestellt, ist die Induktanz L1 ein Mäanderlinieninduktor 54, wie in 4 dargestellt. Die Mäanderlinieninduktanz L1 von 4 hat vorzugsweise ein Zick-Zack-Muster; es können aber auch andere Muster verwendet werden, um einen Leiter mit größerer Länge für eine kürzere physikalisch begrenzende Abmessung bereitzustellen. Wie einem Fachmann bekannt sein wird, ist der Induktanzwert des Zick-Zack-Mäanderlinieninduktors eine Funktion der Anzahl von Windungen für eine gegebene Länge und der Breite der Mäanderlinie. Typisch ist die Dicke der Mäanderlinie bezogen auf ihre Breite und Länge vernachlässigbar; zum Beispiel wäre eine typische Dicke ungefähr zehnmal kleiner als die Breite der Mäanderlinie. Die Mäanderlinie umfasst einen elektrischen Leiter wie Kupfer, Gold, Silber oder irgendein anderes geeignetes leitendes Material.
Ein Vorteil des Mäanderlinieninduktors 54 besteht darin, dass die Zick-Zack-Mäanderlinienmuster ohne Weiteres durch spanabhebende oder ätzende Bearbeitung unter Einsatz normaler Schaltungsherstelltechniken präzise herstellbar sind. Der Zick-Zack-Mäanderlinieninduktor stellt eine konsistente Induktanzgruppe bereit, gewöhnlich mit einer Nennkonsistenz von über 1%. Demgegenüber ist es schwierig, die in konventionellen Käfigen verwendeten handgemachten Elektromagnetinduktoren präzise herzustellen. Da die Käfigspule eine hochsymmetrische Struktur erfordert, ist die Konsistenz der Komponenten äußerst wichtig; eine kleine Abweichung im Wert oder in der Positionierung der Komponenten kann die Gleichförmigkeit des Magnetfeldprofils zunichte machen und den Abstimmprozess erschwierigen. Da es schwierig ist, handgemachte Elektromagneten konsistent zu reproduzieren, wird das Magnetfeldprofil in Mitleidenschaft gezogen, was den Abstimmprozess von konventionellen Käfigspulen kompliziert und iterativ macht.
Ein weiterer Vorteil des Mäanderlinieninduktors 54 ist seine Design-Flexibilität. Der Induktanzwert des Mäanderlinieninduktors 54 kann variiert werden einfach dadurch, dass die Zick-Zack-Breite und -Anzahl für eine gegebene Länge variiert, was für Einsätze mit begrenztem Platz wie für ein Spulendesign äußerst wertvoll ist. Außerdem breitet der Mäanderlinieninduktor 54 seinen induktor-verwandten Widerstand entlang seiner gesamten Länge aus, wodurch örtliches Erwärmen während der HF-Impulse reduziert wird.
Das Zick-Zack-Muster des Mäanderlinieninduktors 54 bietet ferner einen Vorteil gegenüber konventionellen Elektromagnetinduktoren, da er die Auswirkungen des durch Elektromagnetinduktoren erzeugten unerwünschten lokalen Magnetfeldes annulliert. Ein Elektromagnetinduktor erzeugt ein intensives lokales Magnetfeld nahe seiner Enden. Dieses lokale Feld kann ein unerwünschtes Magnetfeld erzeugen. Obwohl Elektromagneten orthogonal zum Hauptfeld der Käfigspule angeordnet werden können, ist diese Anordnung schwierig zu implementieren, und wegen des Endeffekts ist eine lokale Feldkomponente parallel zum Hauptfeld der Käfigspule vorhanden. Demgegenüber zwingt der Mäanderlinieninduktor 54 mit dem Zick-Zack-Muster den Strom, in die entgegengesetzte Richtung zu seinen benachbarten Pfaden zu fließen. Dieses Arrangement hebt das unerwünschte lokale Feld erster Ordnung auf. Der Mäanderlinieninduktor 54 fungiert außerdem als verteilter Induktor dadurch, dass er sein lokales Magnetfeld über seine gesamte Länge ausbreitet, so dass das lokale Magnetfeld einheitlich entlang seiner gesamten Länge ist. Die Kombination dieser beiden Effekte führt dazu, dass in einer Käfigspulenkonstruktion die Mäanderlinieninduktoren 54 gegenüber Elektromagnetinduktoren vorzuziehen sind. In einer anderen Ausführungsform kann die Induktanz L1 durch Punktinduktoren wie handgemachte Elektromagneten oder Leitungsinduktoren, die einen leitenden Draht umfassen, bereitgestellt werden.
Für eine Ausführungsform der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz in 2a ist die Induktanz L2 eine Leitungsinduktanz mit einer viereckigen Form, wie in 5 dargestellt, die die Mäanderlinieninduktanz von 4 beinhaltet. 5 veranschaulicht einen Abschnitt der Druckvorlage der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz. Die Käfigspule 40 ist leicht unter Einsatz von normalen Schaltungstechniken durch Ätzen herzustellen. Der Induktanzwert für die Induktanz L2 wird durch die Länge und Breite des Vierecks bestimmt. Für einen Fachmann ist erkennbar, dass der Induktanzwert für den viereckig geformten Leiter eine Funktion der Länge und Breite des Vierecks ist. Wie bei dem Mäanderlinieninduktor L1 ist die Dicke der Induktanz L2 relativ zur Breite und Länge der Induktanz L2 vernachlässigbar. Die Induktanz L2 umfasst einen elektrischen Leiter, der aus Kupfer, Gold, Silber oder einem entsprechenden leitenden Material bestehen kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Induktanz L2 auch durch eine Mäanderlinieninduktanz oder durch Punktinduktoren wie handgemachte Elektromagneten bereitgestellt werden.
Der Stromfluss in der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz fließt durch Induktanz L2 des gemeinsam benutzten Abschnitts der Schenkel 44 und erstellt ein weitgehend einheitliches Magnetfeld im Probenbereich 56. Da sowohl Hochfrequenz- als auch Niederfrequenzströme durch L2 werden fließen, wird ein weitgehend identisches Magnetfeldprofil sowohl für hohe als auch für niedrige Frequenzen erzeugt. Für die in 5 dargestellte Druckvorlage sollten alle Ecken gerundet werden, um eine mögliche Stromzusammendrängung und Überschläge zu vermeiden.
Es wurde eine beispielhafte Käfigspule mit zweifacher Resonanz gemäß der obigen Beschreibung nach 2a und 2b hergestellt. Der Wert der Kapazitanz für C1 war ungefähr 68 pf und der für C2 ungefähr 9,1 pf. Für diesen Zweck wurden Keramikchipkondensatoren mit einer Genauigkeit von ungefähr 1% verwendet. Für die Induktanzen L2 wurde jeweils ein ca. 4,5 Inch Stück viereckig geformten Kupferdrahtes mit einer Breite von ungefähr 0,5 Inch verwendet. Für die Induktanzen L1 wurde jeweils ein Zick-Zack-Mäanderlinieninduktor aus Kupfer mit vier Windungen, einer Länge von ungefähr 1/8 Inch pro Zick-Zack oder ungefähr 0,5 Inch Gesamtlänge und einer Breite von ungefähr 1/32 Inch verwendet. Insgesamt hatte die Käfigspule eine Länge von ungefähr 11,5 cm und einen Durchmesser von ungefähr 10 cm.
Bei diesem Beispiel einer Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz tritt die fundamentale Höherfrequenzresonanz bei ca. 200 MHz und die fundamentale Niederfrequenzresonanz bei ca. 50,3 MHz auf. Diese Frequenzen wurden für Proton- und Kohleresonanzen, die für ein 4,7 Tesla-Magnetfeld angebracht sind, ausgewählt. Es wurde ein Phantom eines Kohlebeispiels konstruiert, welches innerhalb des Probenbereichs der Käfigspule 40 platziert wurde. Die resultierenden Bilder bei 200 MHz und 50,3 MHz sind jeweils in den 6a und 6b dargestellt. Es wurden Schnitte durch die beiden Parameterdaten an den von den Pfeilen angezeigten Werten auf jeder Achse jeder fundamentalen Frequenz gemacht. Diese wurden auf den entsprechenden Achsen angezeigt und beweisen, dass das Feld innerhalb der Käfigspule weitgehend gleichförmig ist.
7a und 7b veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7a zeigt ein schematisches Diagramm des elektrischen Schaltkreisäquivalents für eine Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz, und 7b zeigt einen Abschnitt der Druckvorlage für die Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz von 7a. Die Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz lässt sich leicht herstellen, indem zwei weitere äußere Ringe oder ringförmige Leiter 62a und 62b zu der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz hinzugefügt werden. Die zusätzlichen äußeren Ringe 62a und 62b umfassen eine Reihe von Induktanzen L3, und die Kapazitanzen C3 verbinden die zusätzlichen äußeren Ringe 62a und 62b mit den äußeren Ringen 42a bzw. 42d der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz. Wie oben für die Käfigspule mit zweifacher Resonanz beschrieben, tragen die Kapazitanzen C3, die die Ringe 62a an 42a und die Ringe 62b an 42d anschließen, dazu bei, den Schaltkreis im Gleichgewicht zu halten, sowie die an jedem Kondensator anliegende Spannung zu reduzieren, um die Wahrscheinlichkeit von Überschlägen zu reduzieren. Der Käfig kann aber auch unausgewogen sein, wobei eine der Kapazitanzen C3 eliminiert würde, so dass nur einer der zusätzlichen äußeren Ringe 62a oder 62b weiterhin über die Kapazitanz C3 an die äußeren Ringe 42a oder 42d angeschlossen bleibt, und der andere Ring durch einen (nicht dargestellten) Leiter angeschlossen bleibt.
Die Käfigspule mit dreifacher Resonanz von 7a kann als zusätzliche Tiefpass-Käfigspule, kombiniert mit der Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz, betrachtet werden. Die zusätzliche Tiefpass-Käfigspule umfasst die zusätzlichen äußeren Ringe 62a und 62b, die jeweils die Reiheninduktanzen L3 umfassen, und die Schenkel 44, die jeweils die Reihenkombination von Kapazitanzen C3 und C1, die Induktanz L2 und die Kapazitanzen C3 und C1 umfassen. Die Frequenz des dritten k1 Modus hängt von der Induktanz des äußeren Rings L3, dem Kondensator C3 zwischen den zusätzlichen äußeren Ringen 62a und 62b und den äußeren Ringen 42a und 42d, dem Kondensator C1 und der Induktanz L2 ab. Da der Strom der dritten Frequenz auch durch die Induktanz L2 der gemeinsam benutzten Abschnitte der Schenkel 44 fließt, weist die Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz ein ähnliches Magnetfeldprofil in der Probenregion 56 für alle drei Resonanzfrequenzen auf.
In einer Ausführungsform der Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz, wie durch die Druckvorlage in 7b dargestellt, ist die Induktanz L3 ein Mäanderlinieninduktor 64 mit einem Zick-Zack-Muster, wie oben besprochen. Da die Mäanderlinieninduktanz eine kompakte Struktur aufweist und einen großen Bereich von Induktanzwerten bereitstellen kann, kann der Mäanderlinieninduktor 64 leicht zu der oben beschriebenen Käfigspule 40 mit zweifacher Resonanz hinzugefügt werden. Aufgrund der Flexibilität des Mäanderlinien-induktors können durch Variieren der Breite und/oder der Anzahl von Zick-Zack-Windungen größere Induktanzwerte für die äußeren Ringe 62a und 62b bereitgestellt werden.
Eine Käfigspule mit mehrfacher Resonanz kann konstruiert werden, indem man das grundlegende Konzept des Hinzufügens zusätzlicher äußere Induktanzringe zur Käfigspule 40 verwendet, wie am Beispiel der Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz demonstriert wurde. Eine ausgewogene Käfigspule erfordert 2N Endringe. Die Kondensatoren C_N würden die äußeren zusätzlichen Ringe an benachbarte äußere Ringe anschließen. Da die Ströme der N Frequenzen sämtlich durch die Induktanz L2 der gemeinsam benutzten Abschnitte der Schenkel 44 fließen, weist die Käfigspule mit N-fachen-Frequenz ein ähnliches Magnetfeldprofil im Probenbereich für alle N-fachen-Resonanzfrequenzen auf. Außerdem behält jede Frequenz ihre Quadratur-Eigenschaft bei.
Obwohl die Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz als Einlagenstruktur in 7a und 7b dargestellt ist, können die Käfigspule 60 mit dreifacher Resonanz und andere Käfigspulen mit mehrfacher Resonanz aufeinander gestapelt werden, um eine Mehrlagenstruktur zu bilden. Die Einlagenstruktur ermöglicht eine leichtere Herstellung durch Ätzen mit einfacherer Druckvorlage.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen und Einsätze der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die präzise Konstruktion und die hier offenbarten Kompositionen beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Variationen aus den obigen Beschreibungen abgeleitet werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie in den angehängten Ansprüchen definiert.

Claims

Käfigspule mit Mehrfachresonanz zur Bereitstellung eines im Wesentlichen gleichförmigen HF-Feldes in einem zylinderförmigen Probebereich der Spule (40) und mit mindestens zwei fundamentalen Resonanzfrequenzen, umfassend: eine Mehrzahl von mit Abstand von einer Achse angeordneten Schenkelleitern (44); und mindestens drei um die Achse herum angeordnete und an die Schenkelleiter (44) gekoppelte ringförmige Leiter (42), die den zylinderförmigen Probebereich definieren, wobei die Schenkelleiter (44), zwei der ringförmigen Leiter (42) und die Schenkelleiter (44) eine Tiefpass-Käfigspule und zwei der ringförmigen Leiter und die Schenkelleiter (44) eine Hochpass-Käfigspule definieren, wobei sich die Tiefpass-Käfigspule einen Abschnitt jedes der Schenkelleiter (44) mit der Hochpass-Käfigspule teilt, so dass ein mit der Hochpass-Käfigspule verknüpfter Höherfrequenzstrom und ein mit der Tiefpass-Käfigspule verknüpfter Niederfrequenzstrom durch den gemein benutzten Abschnitt jedes der Schenkelleiter (44) fließen, um das im Wesentlichen gleichförmige HF-Feld im zylinderförmigen Probebereich bereitzustellen, wobei die Käfigspule dadurch gekennzeichnet ist, dass der gemeinsam benutzte Abschnitt jedes Schenkelleiters (44) keine Abstimmkapazitanz enthält.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei der gemein benutzte Abschnitt des Schenkelleiters (44) eine Induktanz (L2) enthält.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei die höhere Resonanzfrequenz und die niedrigere Resonanzfrequenz unabhängig voneinander abgestimmt werden.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei die Hochpass-Käfigspule einen ersten und einen zweiten inneren ringförmigen Leiter (42b, 42c), die jeweils eine Reihe von ringförmigen Kapazitanzen (C2) aufweisen, umfasst, wobei die inneren ringförmigen Leiter (42b, 42c) durch den gemeinsam benutzten Abschnitt der Schenkelleiter (44) miteinander verbunden sind, die Tiefpass-Käfigspule erste und zweite äußere ringförmige Leiter (42a, 42d), die jeweils eine Reihe ringförmiger Induktanzen (L1) aufweisen, umfasst, wobei die äußeren ringförmigen Leiter (42a, 42d) durch die Schenkelleiter (44) miteinander verbunden sind, wobei die Schenkelleiter (44) den gemeinsam benutzten Abschnitt der Schenkelleiter (44) und eine Schenkelkapazitanz (C1) beinhalten, wobei der gemeinsam benutzte Abschnitt des Schenkelleiters eine Schenkelinduktanz (L2) beinhaltet.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 4, wobei die ringförmigen Induktanzen (L1) Mäanderlinieninduktoren sind.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 5, wobei die Mäanderlinieninduktoren (L 1) ein Zick-Zack-Muster aufweisen.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 4, ferner umfassend einen dritten und einen vierten äußeren ringförmigen Leiter (62a, 62b) mit einer Reihe von Induktanzen (L3), wobei der dritte äußere ringförmige Leiter (62a) über eine an den Schenkelleitern (44) anliegende zweite Schenkelkapazitanz (C3) mit dem ersten äußeren ringförmigen Leiter (62b) verbunden ist, und der vierte äußere ringförmige Leiter (62b) mit dem zweiten äußeren ringförmigen Leiter (42d) verbunden ist.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei die Käfigspule (40) eine Einzellagenstruktur und die ringförmigen Leiter (42) im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei der Käfig eine Mehrlagenstruktur aufweist.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 1, wobei die Hochpass-Käfigspule einen ersten inneren ringförmigen Leiter mit einer Reihe von ringförmigen Kapazitanzen und einen zweiten ringförmigen Leiter aufweist, die miteinander über den gemeinsam benutzten Abschnitt der Schenkelleiter (44) verbunden sind, und die Tiefpass-Käfigspule einen ersten äußeren ringförmigen Leiter mit einer Reihe von ringförmigen Induktanzen und den zweiten inneren ringförmigen Leiter aufweist, wobei der erste äußere ringförmigen Leiter mit dem zweiten inneren ringförmigen Leiter über die Schenkelleiter (44) verbunden ist, wobei die Schenkelleiter (44) den gemeinsam benutzten Abschnitt der Schenkelleiter (44) und eine Schenkelkapazitanz beinhalten, und der gemeinsam benutzte Abschnitt des Schenkelleiters eine Schenkelinduktanz beinhaltet.
Käfigspule mit Mehrfachresonanz nach Anspruch 10, ferner umfassend einen zweiten äußeren ringförmigen Leiter mit einer Reihe von Induktanzen, wobei der zweite äußere ringförmige Leiter mit dem ersten äußeren ringförmigen Leiter über eine an den Schenkelleitern (44) anliegende zweite Schenkelkapazitanz verbunden ist.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 3, umfassend: einen ersten und einen zweiten axial inneren ringförmigen Leiter (42b, 42c) und einen ersten und einen zweiten axial äußeren ringförmigen Leiter (42a, 42d), die auf der besagten Achse angeordnet und an die Schenkelleiter (44) gekoppelt sind, um den zylinderförmigen Probebereich mit den Schenkelleitern (44) zu definieren; wobei jeder erste und zweite innere ringförmige Leiter (42b, 42c) eine Reihe von ringförmigen Kapazitanzen (C2) aufweist, und die inneren ringförmigen Leiter (42b, 42c) miteinander über eine Schenkelinduktanz (L2) in dem gemeinsam benutzten Abschnitt jedes der Schenkelleiter (44) verbunden sind, wobei jeder erste und zweite äußere ringförmige Leiter (42a, 42d) eine Reihe von ringförmigen Induktanzen (L1) aufweist, und der erste äußere ringförmige Leiter (42a) mit dem ersten inneren ringförmigen Leiter (42b) über eine an jedem der Schenkelleiter (44) anliegende erste Schenkelkapazitanz (C1) verbunden ist, und der zweite innere ringförmige Leiter (42c) mit dem zweiten äußeren ringförmigen Leiter (42d) über eine an jedem der Schenkelleiter (44) anliegende zweite Schenkelkapazitanz (C1) verbunden ist.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 12, wobei die niedrigere Resonanzfrequenz durch Einstellen der Schenkelkapazitanzen (C1) und die höhere Resonanzfrequenz durch Einstellen der ringförmigen Kapazitanzen (C2) abgestimmt wird.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 12, wobei die ringförmige Induktanz (L1) einen Mäanderlinien-Induktor umfasst.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 14, wobei der Mäanderlinien-Induktor (L1) ein Zick-Zack-Muster aufweist.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 12, ferner umfassend einen dritten und einen vierten äußeren ringförmigen Leiter (62a, 62b) mit einer Reihe von zweiten ringförmigen Induktanzen (L3), wobei der dritte äußere ringförmige Leiter (62a) mit dem ersten äußeren ringförmigen Leiter (42a) über eine an jedem der Schenkelleiter (44) anliegende zweite Schenkelkapazitanz (C3) verbunden ist, und der vierte äußere ringförmige Leiter (62b) mit dem zweiten äußeren ringförmigen Leiter (42d) über eine an jedem der Schenkelleiter (44) anliegende dritte Schenkelkapazitanz (C3) verbunden ist, wobei eine dritte fundamentale Resonanzfrequenz offengelegt wird.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 12, wobei der Käfig (40) eine Einzellagenstruktur aufweist, und die ringförmigen Leiter (42) im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Käfigspule mit unabhängig abgestimmter zweifacher Resonanz nach Anspruch 12, wobei der Käfig (40) eine Mehrlagenstruktur aufweist.