Hintergrund der Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung sind
Doppelfrequenz-Spulenpaare zum Empfang von Magnetresonanzsignalen, wobei jede
einzelne Spule auf eine unterschiedliche Resonanzfrequenz
abgestimmt ist.
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Wenn die Magnetfeldbedingungen für Magnetresonanz,
die in der Technik bekannt sind, erfüllt sind, tritt das
Magnetresonanz-Phänomen bei einer besonderen
charakteristischen Frequenz auf, die als die Larmor-Frequenz bezeichnet
wird und die von dem speziellen Kern von Interesse abhängig
ist. Der zu untersuchende spezifische Kern hängt von dem
jeweiligen Anwendungsfall ab. Beispielsweise sind die zwei
üblichsten Typen von Magnetresonanz-Untersuchungen
Bildgebung und Spektroskopie. MR Bildgebung wird verwendet, um
ein zusammengesetztes räumliches Bild zu gewinnen, indem
auf entsprechende Weise das MR Phänomen auf kleine
Bildelemente (Pixel) innerhalb eines Bereiches oder einer Fläche
von Interesse lokalisiert wird. Eine andere getrennte
Anwendung des Magnetresonanz-Phänomens ist die von MR
Spektroskopie. Das Gebiet der MR Spektroskopie ist in der
Technik bekannt und handelt von der Ausführung einer
detaillierten Analyse des MR Signals in dem Frequenzbereich,
wiederum für einen bestimmten Bereich von Interesse.
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Ein Problem entsteht bei der Durchführung von MR
Spektroskopie dahingehend, daß es notwendig ist, zunächst
das MR Phänomen auf die interessierende Fläche zu
lokalisieren, in der die Spektroskopie ausgeführt werden soll. In
der Praxis wird diese Lokalisierung dadurch ausgeführt, daß
zunächst die MR Einrichtung in einem Bildgebungmodus
verwendet wird, um ein Bild zum Verifizieren der räumlichen
Koordinaten in dem Bereich zu gewinnen, der für die
nachfolgende Spektroskopie verwendet werden soll. Nachdem die
richtigen räumlichen Koordinaten durch MR Bildgebung
ermittelt worden sind, wird die MR Einrichtung geändert, um in
einem Spektroskopie-Modus zu arbeiten, und das gewünschte
Spektrum wird gewonnen. Das Problem entsteht dadurch, daß
die MR Bildgebung üblicherweise unter Verwendung von
Protonen (¹H) als interessierender Kern verwendet wird, während
die Spektroskopie normalerweise mit einem anderen Kern
ausgeführt wird, der eine wesentlich unterschiedliche Larmor-
Frequenz hat, beispielsweise Phosphor-, Natrium-,
Fluor- oder Kohlenstoffkerne.
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Im Stand der Technik sind zwei unterschiedliche
Lösungen praktiziert worden, um das Zweischrittverfahren
auszuführen, wobei zunächst die MR Bildgebung verwendet wird,
um einen speziellen Bereich von Interesse zu lokalisieren,
woran sich eine MR Spektroskopie für den gewählten Bereich
anschließt. Die erste Lösung ist die Verwendung eines
Zweibzw. Doppelfrequenz-Spulenpaares. In einem Doppelfrequenz-
Spulenpaar ist eine erste Spule auf die Larmor-Frequenz der
Kerne abgestimmt, die zur Bildgebung verwendet werden,
während die zweite Spule auf die Larmor-Frequenz der Kerne
abgestimmt ist, die zur Spektroskopie verwendet werden.
Bekannte Doppelfrequenz-Spulenpaare sind stark behindert
worden durch wechselseitige Verluste, die zwischen den
einzelnen Spulen in dem Spulenpaar eingeführt wurden. Das Problem
ist, daß jede einzelne Spule in dem Spulenpaar eine
Verschlechterung des Qualitäts- bzw. Gütefaktors Q der Spule
erfährt aufgrund einer Belastung, die elektromagnetische
Kopplung mit der anderen Spule in dem Doppelspulenpaar
hervorgerufen ist, obwohl die andere Spule auf eine andere
Frequenz abgestimmt ist. Trotzdem sind derartige
Doppelfrequenz-Spulenpaare bekannt gewesen und sind verwendet worden
für eine kombinierte Bildgebung und Spektroskopie,
vorausgesetzt, daß die Verschlechterung der Ergebnisse einfach
toleriert werden. Es sind andere Typen von Doppelfrequenz-
Spulenpaaren bekannt, in denen die einzelnen Spulen in den
Paaren derart angeordnet sind, daß die wechselseitige
Kopplung dazwischen durch ihre geometrische Relation zueinander
minimiert wird. In diesem Fall kann die wechselseitige
Spulenverschlechterung Q verkleinert werden, aber ein anderer
Nachteil wird dadurch eingeführt, daß jede Spule in dem
Doppelfrequenz-Spulenpaar dann ein unterschiedliches
Sichtfeld hat. Der Unterschied in dem Sichtfeld kann ungefähr
kompensiert werden, weil man die geometrische Relation in
den einzelnen Spulen in dem Doppelfrequenz-Spulenpaar
kennt, jedoch ist eine derartige Kompensation im besten
Fall eine Schätzung und führt zu einer Verschlechterung der
erzielbaren Ergebnisse.
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Aufgrund der vorgenannten Probleme mit bekannten
Doppelfrequenz-Spulenpaaren sind derartige bekannte
Doppelfrequenz-Spulenpaare in der Praxis nicht verwendbar.
Stattdessen besteht die alternative vorherrschende Praxis in der
Technik darin, eine erste Spule mit einer einzigen Frequenz
zu verwenden, um die Bildgebung auszuführen, um den Bereich
von Interesse zu lokalisieren. Dann, nachdem die Bildgebung
den Bereich von Interesse lokalisiert hat, muß ein Operator
die Position der Bildgebungsspule sorgfältig markieren, die
Bildgebungsspule entfernen und sie gegen eine zweite, eine
einzige Frequenz aufweisende Spule ersetzen, die auf die
Frequenz abgestimmt ist, die für die Spektroskopie
verwendet werden soll. Dieses Verfahren ist offensichtlich
zeitraubend und mühselig und fehleranfällig bei der
Anordnung
der zweiten Spektroskopiespule. Deshalb besteht ein
Bedarf für ein Doppelfrequenz-Spulenpaar, in dem jede
einzelne Spule in dem Doppelfrequenz-Spulenpaar etwa das
gleiche Sichtfeld hat und trotzdem nicht durch die andere Spule
in dem Spulenpaar belastet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Zei- bzw. Doppelfrequenz-MR-Spulenpaar enthält
erste und zweite Spulen, die jeweils auf eine
unterschiedliche Resonanzfrequenz abgestimmt sind. Die erste Spule
enthält eine erste leitende Schleife, die einen ersten
Umfang definiert, wobei die erste Fläche von einer inneren
Fläche und einer ersten Anzahl von Keulen gebildet ist, die
sich von der inneren Fläche nach außen erstrecken. In
ähnlicher Weise enthält die zweite Spule eine zweite leitende
Schleife, die einen zweiten Umfang definiert, wobei der
zweite Umfang eine zweite Fläche umschließt, die von einer
zweiten inneren Fläche und einer zweiten Anzahl von Keulen
gebildet ist, die sich von der inneren Fläche nach außen
erstrecken. Die ersten und zweiten Spulen sind benachbart
und in großer Nähe zueinander angeordnet, so daß die ersten
und zweiten inneren Flächen im wesentlichen zusammenfallen
in bezug auf einen Magnetfluß, der die ersten und zweiten
inneren Flächen koppelt. Weiterhin ist die erste Anzahl von
Keulen in bezug auf die zweite Anzahl von Keulen so
verschachtelt, daß die entsprechenden Flächen, die der ersten
und zweiten Anzahl von Keulen entsprechen, im wesentlichen
nicht zusammenfallen in bezug auf eine Magnetflußkopplung,
und die Keulen der ersten und zweiten Anzahl weisen eine
ähnliche Form auf.
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Ein Vorteil des Doppelfrequenz-Spulenpaares gemäß
der Erfindung besteht darin, daß beide einzelnen Spulen in
dem Paar unter dem gleichen Sichtfeld "sehen", aber
trotzdem sind sie wechselseitig nicht wesentlich "belastet"
aufgrund der Verschachtelung ihrer entsprechenden Keulen. Als
eine Folge behalten beide einzelnen Spulen einen hohen
Gütefaktor oder "Q" bei, der seinerseits ein hohes
Signal/Rausch-Verhältnis in der nachfolgenden MR
Signalverarbeitung zur Folge hat.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, das höchst
überlegene Ergebnisse erzielbar sind, wenn MR Bildgebung
und Spektroskopie mit einem einzigen
Doppelfrequenz-Spulenpaar gemäß der Erfindung abwechselnd ausgeführt werden. Das
Doppelspulenpaar gemäß der Erfindung eliminiert deshalb das
Erfordernis für eine Verwendung einer ersten Spule mit
einer einzigen Frequenz zur Bildgebung und zum anschließenden
physikalischen Auswechseln der Bildgebungsspule gegen eine
andere Spule, die zur Spektroskopie verwendet wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein
Doppelspulenpaar zu schaffen, wie es oben beschrieben ist, das
weiterhin flexibel ist, um eine Anpassung an eine bestimmte zu
untersuchende Probe zu gestatten, beispielsweise eine
Extremität von einem menschlischen Patienten, da die
vorteilhafte Entkopplung, die durch die Verschachtelung der Keulen
auf die einzelnen Spulen erreicht wird, nicht
kompromißbehaftet ist, wenn das Spulenpaar gebogen wird. Ein flexibles
Doppelspulenpaar gemäß der Erfindung kann ein erstes
Substrat enthalten, um einen ersten Abschnitt von den ersten
und zweiten leitenden Schleifen zu tragen. In ähnlicher
Weise kann ein zweites Substrat vorgesehen sein, um einen
zweiten Abschnitt von den ersten und zweiten leitenden
Schleifen zu tragen. Die ersten und zweiten Abschnitte der
ersten leitfähigen Schleife können durch einen ersten Satz
von flexiblen metallischen Leitern verbunden sein, und die
ersten und zweiten Abschnitte von der zweiten leitenden
Schleife können durch einen zweiten Satz von flexiblen
metallischen Leitern verbunden sein, um dadurch ein Biegen
der ersten und zweiten Substrate in Bezug zueinander zu
gestatten.
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Die vorgenannten und andere Aufgaben und Vorteile
der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
deutlich. In der Beschreibung wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in
denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel stellt jedoch
nicht den vollen Schutzumfang der Erfindung dar, und
deshalb wird für eine Interpretation des Schutzumfanges der
Erfindung auf die Ansprüche verwiesen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine bildhafte Darstellung von einem
konzeptionellen Modell für ein Doppelfrequenz-Spulenpaar
gemäß der Erfindung;
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Figur 2 ist eine Ansicht von oben auf ein erstes
Ausführungsbeispiel des Doppelfrequenz-Spulenpaars gemäß
dem Modell von Figur 1;
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Figur 3 ist ein Schnittbild entlang der Linie 3-3
in Figur 2; und
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Figur 4 ist eine Draufsicht auf ein zweites
Ausführungsbeispiel des Doppelfrequenz-Spulenpaars gemäß dem
Modell nach Figur 1.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Ein Doppelfrequenz-Spulenpaar 10 gemäß der
Erfindung enthält erste und zweite einzelne Spulen 11 und 12,
die übereinanderliegen und in großer Nähe zueinander
angeordnet sind. Jede Spule 11 und 12 ist in Figur 1 in der
Weise dargestellt, daß sie leitende Schleifen 13 und 14
aufweisen, wobei Spalte 15 und 16 jede Schleife 13 bzw. 14
unterbrechen. Bekanntlich arbeiten die leitenden Schleifen
13 und 14 als induktive Elemente, und diskrete
Kondensatoren, die bei 17 und 18 dargestellt sind, können parallel zu
den Spalten 15 und 16 hinzugefügt werden, die als
kapazitive Elemente wirken, um einen LC Schwingkreis zu bilden
für eine Bestimmung der Resonanzfrequenz von jeder Spule 11
bzw. 12. Wie weiterhin in der Technik bekannt ist, können
zahlreiche Spalte und parallele Kondensatoren um die
Leiterschleifen herum verteilt sein, obwohl das Modell gemäß
Figur 1 auf einem einzigen Spalt/Kondensator für eine
Einfachheit der Darstellung basiert. Der Fall von zahlreichen
Spalten/Kondensatoren ist in den nachfolgend erläuterten
detaillierten Ausführungsbeispielen gezeigt. Über die
Spalte 15 und 17 sind Ausgangsleiter 19 und 20 verbunden,
um den Spulenausgang zu einem Empfänger zu leiten für eine
Verarbeitung in der normalen Weise.
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Für die Kondensatoren 15 und 16 werden
unterschiedliche resultierende Werte verwendet, damit die Spulen 11
und 12 bei zwei unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz
schwingen. Beispielsweise kann die Spule 11 bei etwa 26 MHz
in Resonanz schwingen für eine Ausführung einer MR
Spektroskopie für Phosphorkerne (³¹P), während die Spule 12 bei
etwa 64 MHz in Resonanz schwingen kann für eine Abbildung
von Protonen (¹H Kerne), wobei ein polarisierendes
Magnetfeld (B&sub0;) von 1,5 Tesla angenommen sei. Alternativ können
die Spulen 11 und 12 für irgendwelche speziellen Kerne von
Interesse für entweder Bildgebung oder Spektroskopie
abgestimmt sein. Der Wunsch nach einer derartigen
Doppelfrequenzspule ist oben im Hintergrund der Erfindung erläutert
worden. Jedoch ist das Doppelfrequenz-Spulenpaar gemäß der
Erfindung in der Lage, den gewünschten
Doppelfrequenzbetrieb ohne die Verschlechterung der Güte Q und des
Signal/Rausch-Verhältnisses der Spule zu erhalten, die bei
bekannten Frequenz-Spulenpaaren auftraten. Das verwendete
Prinzip gemäß der Erfindung, um dieses Ergebnis zu
erzielen, das nachfolgend im Detail beschrieben wird, ist eine
spezifische Struktur und Anordnung für die Spulen 11 und
12, um eine wechselseitige Belastung zwischen ihnen zu
minimieren, obwohl sie im wesentlichen koplanar mit einem
nahezu identischen Sichtfeld sind.
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Die leitenden Schleifen 13 und 14 folgen jeweils
einem Serpentinen-Pfad, der zwischen äußeren Umfangsleitern
13a und 14a und inneren Umfangsleitern 13b und 14b
wechselt, wobei Überkreuzungsleiter 13c und 14c die äußeren
Umfangsleiter 13a und 14a mit den inneren Umfangsleitern 13b
bzw. 14b verbinden. Als eine Folge bildet der Umfang von
jeder leitenden Schleife 13 und 14 eine Fläche, die so
betrachtet werden kann, daß sie innere Flächen 13d und 14d
und äußere Flächen oder "Keulen" 13e bzw. 14e aufweist.
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Da die ersten und zweiten Spulen 11 und 12
übereinanderliegend und in großer Nähe zueinander angeordnet sind,
sind die leitenden Schleifen 13 und 14 durch höchstens eine
kleine Verschiebung getrennt, um so dazwischen eine
elektrische Isolation beizubehalten. Als eine Folge weisen
beide Spulen 11 und 12 nahezu exakt das gleiche Sichtfeld
auf. Weiterhin sind die leitenden Schleifen 13 und 14 so
geformt, daß sie innere Flächen 13d bzw. 14d zur Folge
haben,
die im wesentlichen die gleiche Form haben und
übereinander liegen. Infolgedessen wird Magnetfluß, der mit
einer der Flächen 13d oder 14d gekoppelt ist, auch nahezu
vollständig mit der anderen Fläche 14d oder 13d gekoppelt
sein. Obwohl die leitenden Schleifen 13 und 14 voneinander
um einen kleinen Betrag verschoben sein können, wenn die
Flächen 13d und 14d übereinander angeordnet sind, wie es
gezeigt ist, so ist die Differenz in der Flußverkettung
zwischen ihnen vernachlässigbar.
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Ein wichtiges Prinzip der Erfindung ist, daß die
Spulen 11 und 12 so angeordnet sind, daß die Keulen 13e und
14e verschachtelt sind, so daß es eine minimale Überlappung
zwischen den Keulen 13e und 14e gibt. Auf diese Weise wird
ein Resonanzstrom, der in einer der Spulen 11 oder 12
zirkuliert, ein Magnetfeld erzeugen, das keine signifikante
Belastung durch die andere Spule 12 oder 11 erzeugt. Eine
detaillierte Erläuterung von diesem "Entlastungs"-Phänomen
ist nachfolgend in der Beschreibung von Figur 2 dargelegt.
Vorzugsweise wird die erforderliche Verschachtelung dadurch
erzielt, daß beide leitenden Schleifen 13 und 14 mit einer
identischen Form ausgebildet und dann die Schleifen 13 und
14 in Bezug zueinander gedreht werden. In den hier
beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist jede
Spule 11 und 12 mit vier Keulen 13e bzw. 14e versehen, so
daß eine relative 45 Drehung zwischen den Spulen 11 und 12
die gewünschte Verschachtelung zur Folge hat, wie sie in
Figur 1 gezeigt ist.
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Gemäß Figur 2 ist die Wirkung der Verschachtelung
der Keulen 13e und 14e wie folgt. Ströme in den leitenden
Schleifen 13 und 14 erzeugen Magnetfelder in jeder
entsprechenden Strombahn, die gemäß der Rechte-Hand-Regel jede
entsprechende Strombahn umschließen. Zu Darstellungszwecken
ist ein Probestrom in Spule 11 durch einen Pfeil 30
dargestellt, wobei die resultierenden kreisförmigen Magnetfelder
auf entsprechende Weise durch Verteilungen 33 - 35
dargestellt sind. Die Magnetfeldverteilungen 33 - 35 sind als
"X" für Feldlinien, die in die Zeichnung gehen, und
gepunktete Kreise für Feldlinien gezeigt, die aus der Zeichnung
kommen. Es sei darauf hingewiesen, daß, da der Strom 30 an
allen Punkten in der Spule 12 die gleiche Größe hat, die
daraus entstehenden Verteilungen 33 - 35 ebenfalls etwa die
gleiche Größe haben, aber mit den unterschiedlichen
Orientierungen, wie sie gezeigt sind. Es sei weiterhin darauf
hingewiesen, daß die tatsächlichen Ströme Hochfrequenz(HF)-
Wechselströme (AC) sind, so daß die hier verwendeten
statischen Darstellungen als Phasenzeiger-Darstellungen der
tatsächlichen HF Wechselströme betrachtet werden können,
und daß die Felddichte aufgrund der Ströme in jedem Leiter
nahe dem Leiter am größten ist und mit Querabstand von dem
Leiter weg abnimmt, wie es durch den Abstand zwischen den
einzelnen X-Darstellungen und den gepunkteten Kreisen
angegeben ist.
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Die Feldverteilungen 33 - 35 induzieren
lokalisierte Ströme in der anderen Spule 12 in der Weise, daß der
resultierende Effekt ein zusammengesetzter Strom in der
Spule 12 ist, der sehr nahe oder gleich Null ist. Speziell
haben die Flüsse 33 und 34 die Tendenz, einen lokalisierten
Strom 31 in der Spule 12 in einer "Uhrzeiger"-Richtung um
die Spule 12 herum zu induzieren, während zur gleichen Zeit
die Feldverteilung, die bei 34 und 35 dargestellt ist, die
Tendenz hat, einen lokalisierten Strom 32 in der Spule 12
in der entgegengesetzten oder Gegenuhrzeigerrichtung zu
induzieren. Entgegengesetzte Strompaare ähnlich denjenigen,
die bei 31 und 32 dargestellt sind, treten überall um die
Spule 12 herum auf, mit dem Effekt, daß die
entgegengesetzten
Ströme die Tendenz haben, "entgegengesetzt zu arbeiten"
oder sich gegenseitig aufzuheben. Es ist ferner möglich,
die Größe der lokalisierten Ströme einzustellen,
insbesondere den äußeren Strom 32, durch entsprechende
Modifikationen der Abmessungen für die Keulen 13e und 14e. Indem die
lokalisierten Ströme 31 und 32 so ausgebildet werden, daß
sie in der Größe im wesentlichen gleich sind, werden die
Ströme 31 und 32 gezwungen, lokalisiert zu bleiben, mit
einem vernachlässigbaren resultierenden oder
zusammengesetzten Strom. Aufgrund der symmetrischen Auslegung der Spulen
11 und 12 ist die obige Analyse in der gleichen Weise
anwendbar auf den entgegengesetzten Fall der Betrachtung der
Stromkopplung in den Strömen in der Spule 12 zur Spule 11.
Als eine Folge kann jede Spule mit ihrer eigenen getrennten
Resonanzfrequenz arbeiten mit einer vernachlässigbaren
Belastung oder einen Verlust durch die andere Spule. Im
Endeffekt scheint die andere Spule von einem Gesichtspunkt der
elektromagnetischen Kopplung "unsichtbar" zu sein.
Beschreibung des bevorzugte Ausführungsbeispiels
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Es wird weiterhin auf Figur 2 Bezug genommen; in
iner besonderen Geometrie für das gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsbeispiel, das sich in der Praxis für besonders
effektiv erwiesen hat, enthält für jede Spule 11 und 12
vier etwa rechteckige Keulen, die in 90º Intervallen
angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den äußeren Rändern
von gegenüberliegenden Keulen (bei 40 in Figur 2
dargestellt) etwa fünf Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) beträgt, die
Breite von jeder Keule (bei 41 dargestellt) etwa 1,5 Zoll
beträgt und die Länge von jedem Überkreuzungsleiter, der
die Länge von jeder Keule definiert (bei 42 dargestellt),
etwa ein Zoll beträgt.
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Die leitenden Schleifen 13 und 14 in dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind als Kupferbahnen mit einer
Breite von etwa 1/4 Zoll ausgebildet, die auf
gegenüberliegenden Seiten von einer doppelseitigen gedruckten
Schaltkarte 50 geätzt sind. Mehrere Spalte 15 und 16 mit mehreren
parallelen Kondensatoren 18 bzw. 19 werden mit jeder Spule
11 und 12 verwendet. Die Verwendung von mehreren
Reihenkondensatoren ist in der Technik bekannt als ein Mittel, um
die Wirkungen von Streukapazität zu verkleinern, da jeder
einzelne Reihenkondensator einen größeren Wert in bezug auf
Streukapazitäten hat als eine einzelne punktförmig
verteilte Kapazität von gleichem Wert haben würde.
Beispielsweise ist die Spule 11 in diesem Ausführungsbeispiel (auf
der oberen Fläche der gedruckten Schaltkarte 50) auf eine
Frequenz von etwa 64 MHz für bildgebende Protonen (¹H)
abgestimmt, während die untere Spule 12 auf eine Frequenz von
etwa 26 MHz abgestimmt ist, um eine Spektroskopie für
Phosphorkerne (³¹p) auszuführen. Aufgrund der höheren
Resonanzfrequenz der Protonen-Spule 11 ist ein kleinerer Wert der
Nettokapazität erforderlich. Infolgedessen enthält die
Spule 11 eine größere Ahzahl von Spalten 14 und
Kondensatoren 18, so daß die resultierende Kapazität verkleinert
werden kann, während trotzdem Kondensatoren 18 mit relativ
großen einzelnen Werten verwendet werden. Relativ weniger
Spalte 15 und Kondensatoren 19 sind für die eine kleinere
Frequenz aufweisende Phosphor-Spule 12 erforderlich. Die
Spalte 15 und 16 sind als ein Teil des Ätzverfahrens für
die leitenden Schleifen 13 und 14 ausgebildet. Die
Kondensatoren 18 und 19 sind keramische Chip-Kondensatoren mit
ebenen leitenden Streifenenden, die z.B. bei 15 gezeigt
sind. Die Kondensatorenden 51 sind über die Spalte 15 und
16 gelötet, um so die Kondensatoren 18 und 19 elektrisch
parallel mit den Spalten 15 bzw. 16 zu verbinden.
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In den Figuren 2 und 3 wird einer der Spalte 15a
und 16a in jeder Spule 11 bzw. 12 verwendet, ein
Ausgangssignal abzunehmen für eine Verbindung mit einer geeigneten
Empfängerschaltung (nicht gezeigt). Eine Extrakupferbahn 53
und 54 ist von jeder Schleife 13 und 14 verlängert und
Kupferkissen 55 und 56 sind vorgesehen, um eine Verbindung von
externen Komponenten 60 - 65 mit den Schleifen 13 bzw. 14
zu erleichtern. In dem Fall der Schleife 14, die auf der
gegenüberliegenden Seite der Schaltkarte 50 ausgebildet
ist, wird ein durchplattiertes bzw. durchkontaktiertes Loch
57 verwendet, um die Bahnverlängerung 54 mit der Schleife
14 zu verbinden, und ein zweites Kissen 58 ist durch ein
weiteres durchplattiertes Loch 59 mit der Schleife 14
verbunden, wodurch die externen Komponenten 60 - 65 alle auf
der gleichen Seite der Schaltkarte 50 angebracht werden
können. Insbesondere enthalten die externen Komponenten
Koaxialkabelverbinder 60 und 61, diskrete Reihenlastdrosseln
62 und 63 und PIN-Dioden 64 und 65. Die
Koaxialkabelverbinder 60 und 61 haben eine Verbindung, die mit
Bahnverlängerungen 53 und 54 verlötet sind, während die andere
Verbindung mit Kissen 55 bzw. 56 durch Löten verbunden ist. Die
Reihenlastdrosseln 62 und 63 sind von den Kissen 55 und 56
mit einem Punkt auf den leitenden Schleifen 13 und 14 auf
der gegenüberliegenden Seite der Spalte 15a und 16a von den
Bahnverlängerungen 53 bzw. 54 verbunden. Die
Reihenlastdrosseln 62 und 63 werden dazu verwendet, die
Spulenausgänge, die über den Spalten 15a und 16a erhalten werden,
mit den entsprechenden Kabelverbindern 60 und 61 zu
verbinden, während sie zur gleichen Zeit die Impedanz der
entsprechenden Spulen 11 und 12 an die Impedanz anpassen, die
an den Empfängerkabeln (nicht gezeigt) gesehen wird. PIN-
Dioden 64 und 65 werden von den Bahnverlängerungen 53 und
54 mit den Kissen 55 bzw. 56 verbunden und werden dazu
verwendet, die Spulenausgänge festzuklemmen, wenn ein
Sendefeld
durch eine externe Sendespule (nicht gezeigt) angelegt
wird. Wenn sie durch das Anlegen von einem externen
Gleichstrom durchgeschaltet sind, stellen die PIN-Dioden 64 und
65 in Verbindung mit den Kondensatoren 15a und 16a und den
Spulen 62 und 64 eine erhöhte Impedanz in den Spulen 11 und
12 dar, um so die Erzeugung von äußeren Magnetfeldern durch
die Spulen 11 und 12 zu begrenzen, um dadurch wiederum eine
Belastung und Verzerrung des Sendefeldes zu verhindern.
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Eine weitere wichtige Lehre dieser Erfindung ist
die, daß das oben beschriebene Vermögen der Spulen 11 und
12, unabhängig zu arbeiten, beibehalten wird, selbst wenn
das Spulenpaar gekrümmt, d.h. anders als in einer flachen
Ebene, ist. Die oben beschriebenen Effekte, die eine wech
selseitige Belastung zwischen den Spulen 11 und 12
weitgehend verhindern, werden trotzdem beibehalten, wenn die
Spulen 11 und 12 aus einer flachen Ebene gekrümmt sind.
Flexible Spulen sind vorteilhaft, da sie an eine Fläche von
Interesse angepaßt werden können, beispielsweise wenn eine MR
Untersuchung an einem Körperglied von einem menschlichen
Patienten ausgeführt wird. Es wird deshalb erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß die gedruckte Schaltkarte 50 ein
flexibler Typ von gedrucktem Schaltkartenmaterial oder ein
anderes flexibles Substrat sein kann, um die Spulen 11 und 12
zu tragen.
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In Figur 4 ist ein zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das speziell angepaßt ist,
um ein Biegen der Spulen 11 und 12 zu gestatten. In diesem
Fall sind die Spulen 11 und 12 zwischen zwei getrennten,
tragenden Strukturen oder Substraten 70 und 71 geteilt. In
der bevorzugten Form sind die Substrate 70 und 71 jeweils
aus einem Stück aus einem festen Fiberglas-Epoxydmaterial
einer doppelseitig gedruckten Schaltkarte. Obwohl die
bevorzugten Substrate 70 und 71 fest bzw. starr sind, so wird
für den Fachmann deutlich, daß auch flexible Substrate
verwendet werden könnten.
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Jede der gedruckten Schaltkarten 70 und 71 ist mit
einem Teil von jeder leitenden Schleife 13 und 14 versehen,
und die Schaltkarten 70 und 71 sind im Abstand zueinander
angeordnet in bezug auf eine Achse, die durch eine
gestrichelte Linie 73 in Figur 4 gezeigt ist. Ein Satz flexibler,
metallischer Phosphor-Bronze-Jumperstreifen 75 - 78 wird
dazu verwendet, die getrennten leitenden
Schleifenabschnitte über die Trennung zwischen den gedruckten
Schaltkarten 70 und 71 zu verbinden. Als eine Folge sind die
Schaltkarten 70 und 71 zwar einzeln stabil bzw. starr, aber
sie können in Bezug zueinander gebogen werden, wobei die
flexiblen Verbindungs- bzw. Jumperstreifen 75 - 78 in der
Wirkung als ein Gelenk arbeiten.
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Die Jumper 75 - 78 sind vorzugsweise alle auf der
gleichen Seite der Schaltkarten 70 und 71 befestigt und
sind unter Verwendung von Nieten 80 durch durchkontaktierte
Löcher befestigt, die in den gedruckten Schaltkarten
ausgebildet sind. Die Jumper 76 und 77 bilden zwei der inneren
Umfangsleiter für die Schleife 13 auf der oberen Seite der
gedruckten Schaltkarten 70 und 71. Die Kupferbahnen, die
die Schleife 13 auf den Schaltkarten 70 und 71 bilden, sind
unter den Jumpern 76 und 77 auf der gesamten Strecke zu dem
Rand der entsprechenden Karten 70 und 71 fortgesetzt, um
einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Bahnen und
den Jumpern 76 und 77 sicherzustellen.
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Die Jumper 75 und 78 sind dazu verwendet, die
andere leitende Schleife 14 für die Spule 12 zu
vervollständigen. Die Kupferbahnen für die Schleife 14 sind jedoch auf
der anderen Seite der Karten 70 und 71. Um den elektrischen
Kontakt zwischen den Bahnen für die Schleife 14 und die
Jumper 75 und 78 zu unterstützen, sind Kupferkissen (nicht
sichtbar in Figur 4) auf der Oberseite der Schaltkarten 70
und 71 unter der Fläche ausgebildet, die von den Jumper 75
und 78 auf der Schaltkarte 70 und 71 überdeckt ist. Die
darunterliegenden Kissen sind elektrisch mit den Bahnen auf
der gegenüberliegenden Seite der Karten 70 und 71 durch die
durchplattierten bzw. durchkontaktierten Löcher für die
Nieten 80 verbunden. Es kann auch eine Lötverbindung der
Jumper 75 - 78 mit ihren entsprechenden Bahnen hergestellt
werden, um den elektrischen Kontakt dazwischen zu
verbessern.
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Zusätzlich zu dem Vorteil der Flexibilität haben
die geteilten Schaltkarten 70 und 71 in dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 auch den Vorteil, daß eine Öffnung, die
durch eine gestrichelte Linie 82 umrissen ist, in das
Innere des Spulenpaares 10 eingeführt wird. Das Spulenpaar 10
kann in einem Schutzgehäuse enthalten sein, das seinerseits
angelenkt oder auf andere Weise flexibel sein kann, und das
Schutzgehäuse kann ebenfalls eine Öffnung aufweisen, die
mit der Öffnung 83 zusammenfällt. Da sich die Öffnung 83 an
der geometrischen Mitte des Spulenpaares 10 befindet,
gestattet sie eine direkte visuelle Betrachtung der Fläche in
dem primären Sichtfeld des Spulenpaares 10. Dies ist ein
großer Vorteil bei der Positionierung des Spulenpaares 10
an einer präzisen Fläche von Interesse auf einem
menschlichen Patienten oder einer anderen Probe.
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Es wird weiterhin auf Figur 4 Bezug genommen; da
die Jumper 75 - 78 massive metallische Streifen sind, würde
es nicht praktisch sein, in diesen Spalte auszubilden.
Stattdessen können die Spalte, die anderenfalls über den
Jumper 75 - 78 auftreten würden, in andere Abschnitte der
Schleifen 13 und 14 mit einer entsprechenden Einstellung
der Kapazitätswerte verlagert werden. In allen anderen
Hinsichten ist das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ähnlich
der Arbeitsweise des oben beschriebenen
Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 2 und 3.
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Für den Fachmann gibt es zahlreiche Abänderungen an
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen innerhalb des
Schutzumfanges der Erfindung. Beispielsweise können
Trimmkomponenten in der Form von festen oder variablen Drosseln
oder Kondensatoren an entsprechenden Punkten in einer oder
beiden Spulen in dem Spulenpaar hinzugefügt werden, um für
eine Feinabstimmung der exakten Resonanzfrequenz zu sorgen.
Zusätzlich wird deutlich, daß die Spulen in dem Spulenpaar
so nahe zusammen angeordnet werden können, in bezug auf
ihre Überdeckung, daß die einzelnen Spulen im wesentlichen
als koplanar betrachtet werden können. In der Tat ist es
gemäß der Erfindung möglich, die einzelnen Spulen
tatsächlich koplanar zu machen, wobei nur Jumper über den Punkten
vorgesehen sind, wo die einzelnen Spulen einander
überkreuzen. Eine andere mögliche Abwandlung besteht darin, die
Fläche, die jeder Keule entspricht, aus zahlreichen
Windungen der leitenden Spule auszubilden, obwohl diese Lösung
mehr Verluste und im allgemeinen eine schlechtere
Leistungsfähigkeit gegenüber den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen mit einer eine einzige Windung aufweisenden
Keule bringt. Schließlich wird deutlich, daß die Keulen
selbst in einer Vielfalt von Formen zusätzlich zu den oben
beschriebenen rechteckigen Keulen ausgebildet werden können
und daß jede Anzahl von Keulen verwendet werden kann.
Beispielsweise können fünf oder sechs mit Keulen versehene
Spulen praktikabel sein, aber es kann schwierig sein, eine
vollständige Aufhebung mit zu vielen oder zu wenigen Keulen
zu erreichen. Ferner können die einzelnen Keulenformen
vielseitig oder sogar abgerundet sein, vorausgesetzt, daß
die Keulen zwischen den einzelnen Spulen in Bezug
zueinander verschachtelt sind und eine ausreichende Fläche
umschließen, um die gewünschte Aufhebung zu erreichen.