-
Die
Erfindung betrifft ein Gerät
der magnetischen Resonanz mit einer grundsätzlich zylindrischen RF-Spule
mit einer Mittelachse, die sich in ihrer Längsrichtung erstreckt und die
eine Anzahl axialer Leiterelemente enthält, die sich parallel zur Mittelachse über eine
grundsätzlich
zylindrische Fläche
erstrecken, und die auch End-Leiterelemente
enthält, die
sich um die Mittelachse nahe der Enden der axialen Leiterelemente
erstrecken, wobei die axialen Leiterelemente eine Vielzahl von Leiterelementen-Paaren
bilden, die in Bezug auf die Mittelachse diametral angeordnet sind,
um eine substanzielle Stromverteilung unter Berücksichtigung der Position der
Leiterelemente auf dem Umfang des Zylinders zu erzeugen, um es zu
ermöglichen,
dass ein substanziell gleichförmiges
RF-Magnetfeld, welches rechtwinklig zur Mittelachse ausgerichtet
ist, erzeugt und/oder erhalten werden kann.
-
Ein
Beispiel solch eines Geräts
der magnetischen Resonanz ist aus EP-B-O 141 383 bekannt. In den
axialen Leiterelementen des bekannten Geräts sind kapazitive Elemente
enthalten. Die RF-Spule kann wie ein Leiternetzwerk dargestellt
werden, welches aus einer Anzahl identischer Elemente besteht, die
jeweils eine Kombination aus Selbstinduktanzen und Kapazitanzen
aufweisen. Die Werte der Kapazitanzen werden grundsätzlich von
den Werten der Kapazitanzen bestimmt, die in den axialen Leiterelementen
enthalten sind, wobei die Werte der Selbstinduktanzen grundsätzlich von
den Selbstinduktanzen der Leiter, welche die RF-Spule bilden, und
von den gegenseitigen Induktanzen zwischen diesen Leitern bestimmt
werden. Die Resonanzfrequenz des Leiternetzwerks, welche die Frequenz
bestimmt, mit der die RF-Spule verwendet werden kann, kann vom Konstrukteur
durch eine geeignete Wahl der Werte der Kapazitanzen und der Selbstinduktanzen
in den besagten Elementen des Netzwerks festgelegt werden. Wie man
weiß ist
die Resonanzfrequenz umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des
Produktes aus den Selbstinduktanzen und den Kapazitanzen. In dem
bekannten Gerät
ist der Wertebereich, aus denen die Resonanzfrequenz ausgewählt werden
kann, begrenzt, da der Wert der Kapazitanzen nicht beliebig hoch
sein kann, und bei bestimmten Abmessungen der RF-Spule ist der Wert
der Selbstinduktanzen substanziell nicht veränderbar. Aus diesem Grund ist das
bekannte Gerät
nicht für
so genanntes Niederfeld-MRI geeignet, bei dem die RF-Spule auf eine vergleichsweise
niedere Frequenz abgestimmt werden muss. Untersuchungen unter Verwendung
des so genannten Overhauser-Effekts verwenden ebenfalls eine niedrige
Frequenz; siehe hierfür
EP-A-O 409 292 als Beispiel. Für
solche Messungen kann die gewünschte
Resonanzfrequenz der RF-Spule eine Größenordnung von einigen hundert
kHz haben.
-
Ein
Ziel der Erfindung ist es, ein Gerät der dargelegten Art bereitzustellen,
bei dem die Resonanzfrequenz der RF-Spule vergleichsweise unabhängig von
den Abmessungen dieser Spule gewählt werden
kann, damit auch vergleichsweise niedrige Resonanzfrequenzen ermöglicht werden.
Um dieses zu erreichen ist das der Erfindung entsprechende Gerät dadurch
gekennzeichnet, dass jedes der End-Leiterelemente aus einer Anzahl
von Schleifenleitersegmenten besteht, die der Anzahl axialer Leiterelementenpaare
entsprechen, wobei sich jedes Schleifenleitersegment über einen
Bogen von 180° um
die Mittelachse erstreckt und elektrisch mit den entsprechenden
Enden eines axialen Leiterelementenpaars zusammengeschaltet ist,
das in Bezug auf die Mittelachse diametral gelegen ist, und wobei
jedes axiale Leiterelementenpaar in Verbindung mit den an seine
Enden angeschlossenen Schleifenleitersegmenten ein Spulenelement
bildet, welches aus einer Anzahl von Wicklungen eines elektrisch
leitenden Drahts gebildet wird. Mit diesen Schritten wird erzielt,
dass die Selbstinduktanz der Spulenelemente vergleichsweise beliebig
gewählt
werden können,
indem man die Anzahl von Drehungen des Leiters verändert. Der
Leiter kann z. B. eine Leitungsbahn auf einem elektrisch isolierenden
Substrat sein, damit die Spulenelemente nach einem bekannten Verfahren
z. B. für
Schaltungsleiterplatten hergestellt werden können. Eine noch größere Flexibilität in Bezug
auf die Anzahl an Wicklungen, und folglich des Werts der Selbstinduktanz
wird in einer vorgezogenen Ausführungsform
erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes der Spulenelemente
als selbsttragende, substanziell sattelförmige Spule gebaut ist, die
aus einem gewickelten elektrischen Leitungsdraht gebildet wird,
der von einer elektrisch isolierenden Hülle umgeben wird.
-
Um
die RF-Spule auf eine bestimmte Resonanzfrequenz abzustimmen und
die gewünschte
kosinusförmige
Stromverteilung zu erhalten sind nicht nur die Selbstinduktanzen
der Spulenelemente erforderlich, sondern auch kapazitive Elemente.
Deshalb ist eine weitere vorgezogene Ausführungsform des der Erfindung
entsprechenden Geräts
dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenelemente elektrisch in Serie
angeschlossen sind, dass jeder Verbindungspunkt zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Spulenelementen im Serienanschluss sowie der Anfangspunkt als auch
der Endpunkt des Serienanschlusses über ein kapazitives Element
an eine gemeinsame Masse eingeschlossen ist, der Anfangspunkt und
die angeschlossene Masse jeweils einen ersten und zweiten Spulenanschluss
bilden und elektrisch an jeweilige Anschlüsse eines RF-Sende- und/oder
Empfangsgeräts
angeschlossen sind, welches Teil eines Gerätes der magnetischen Resonanz
ist. Für
eine bestimmte Selbstinduktanz der Spulenelemente kann die Resonanzfrequenz
durch eine geeignete Wahl auf die Werte der Impedanzen angepasst
werden. Eine sehr einfache Version dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass jedes der kapazitiven Elemente aus einem Kondensator gebildet wird,
wobei die Kapazitanzen der an den Verbindungspunkt angeschlossenen
Kondensatoren identisch und doppelt so hoch wie die Kapazitanzen
der an den Anfangspunkt und den Endpunkt angeschlossenen Kondensatoren
sind. Eine andere sehr einfache Version ist dadurch gekennzeichnet,
dass jedes der kapazitiven Elemente aus einem Kondensator gebildet
wird, wobei die Kapazitanzen der Kondensatoren identisch sind.
-
Wie
bereits vermerkt wurde dient die RF-Spule der Erzeugung und/oder
dem Erhalt eines substanziell gleichförmigen Magnetfelds, welches rechtwinklig
zur Zylinderachse ausgerichtet ist. Für diesen Zweck ist der Strom
in den axialen Leiterelementen proportional zum Kosinus eines Winkels
a zur Angabe der Position jedes axialen Leiterelements auf dem Umfang
des Zylinders. Der Strom durch die End-Leiterelemente jedoch erzeugt ein Magnetfeld, welches
annähernd
parallel zur Achse des Zylinders ausgerichtet ist. Um dieses störende Magnetfeld
zu minimieren ist eine weitere vorgezogene Ausführungsform des der Erfindung
entsprechenden Geräts dadurch
gekennzeichnet, dass die Spulenelemente derart um die Zylinderachse
angeordnet sind, dass Schleifenleitersegmente, die zu verschiedenen
Spulenelementen gehören,
am selben Ende des Zylinders liegen und an die axialen Leiterelemente
angeschlossen sind, die unter Berücksichtigung der kosinusförmigen Stromverteilung
angeordnet sind, um die selben oder substanziell selben Ströme zu leiten und
unter Betriebsbedingungen Ströme
in entgegengesetzte Richtungen zu leiten. Als Resultat der kosinusförmigen Stromverteilung
liegen die axialen Leiterelemente, die unter Betriebsbedingungen
dieselben oder substanziell dieselben Ströme leiten, auf dem Zylinderumfang
nahe aneinander. Die Schleifenleitersegmente, die an diese axialen
Leiterelemente angeschlossen sind, überlappen sich über einen
Teil des Zylinderumfangs, und natürlich sind die Stromintensitäten in diesen
Schleifenleitersegmenten ebenfalls gleich oder substanziell gleich.
Da diese Stromintensitäten
in entgegensetzte Richtungen geleitet werden gleichen sich die axial
geleiteten Magnetfelder gegenseitig aus, womit das zuletzt verbleibende
axial geleitete störende
Magnetfeld minimiert wird.
-
Im
Idealfall sollte der Strom in axialer Richtung kontinuierlich sinusförmig über den
Zylinderumfang verteilt werden. Allerdings würde dies bedeuten, dass der
Zylinder rundherum eine substanziell geschlossene elektrische Leitfläche haben
sollte. Es ist schwierig, eine solche Fläche herzustellen, und außerdem ist
eine geschlossene RF-Spule
für den
zu untersuchenden Patienten unangenehmen. Für diesen Zweck wird die kosinusförmige Stromverteilung in
der Praxis mit einer begrenzten Anzahl axialer Leiterelemente angenähert. Eine
geeignete Annäherung
wird erreicht, wenn die RF-Spule mindestens vier Spulenelemente
aufweist, die gleichförmig über den
Umfang des Zylinders verteilt sind. Die Anzahl der axialen Leiterelemente
entspricht dann acht.
-
In
vielen Fällen
ist eine Rotation des gesendeten und/oder empfangenen RF-Magnetfelds wünschenswert.
In solchen Fällen
wird oft ein so genanntes Quadratur-Spulensystem verwendet, wobei dieses
System zwei RF-Spulen enthält,
die gegenseitig rechtwinklig geleitete RF-Magnetfelder erzeugen oder
erhalten, die mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90° erregt oder
ausgegeben werden. Eine Ausführungsform
des der Erfindung entsprechenden Geräts, welches sich für diesen
Zweck eignet, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine erste
und eine zweite RF-Spule enthält,
wobei die erste und zweite RF-Spule grundsätzlich selber Bauweise und derart
konzentrisch angeordnet sind, dass in Bezug auf den ersten Spulenanschluss
der ersten RF-Spule der erste Spulenanschluss der zweiten RF-Spule
um einen Winkel von 90° um
die Zylinderachse gedreht wurde, und dass die ersten Spulenanschlüsse der ersten
und der zweiten RF-Spule jeweils an Anschlüsse des RF-Sende- und/oder
Empfangsgerät angeschlossen
und letztere angeordnet sind, um RF-Signale mit einer gegenseitigen
Phasendifferenz von 90° zu
senden und/oder zu empfangen, um die Erzeugung und/oder den Empfang
von gegenseitig rechtwinklig ausgerichteten RF-Magnetfeldern mit
einer Phasendifferenz von 90° zu
ermöglichen.
Eine weitere geeignet Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Spule aus 2n elektrisch
in Serie geschalteten Spulenelementen besteht, wobei n eine gerade
positive Zahl ist, dass der Anfangspunkt des Serienanschlusses elektrisch
an den Endpunkt angeschlossen ist, dass jeder Verbindungspunkt zwischen
zwei Spulenelementen über
ein grundsätzlich
kapazitives Element an eine gemeinsame Masse angeschlossen ist, dass
immer dann, wenn zwei Spulenelemente die Sequenzzahlen i und n +
i im Serienanschluss haben, sie übereinander
gewunden werden, wobei 1 ≤ i ≤ n, dass die
RF-Spule erste,
zweite und dritte Spulenanschlüsse
aufweist, die vom Anfangspunkt gebildet werden, der Verbindungspunkt
zwischen den Spulenelementen die Sequenzzahlen n/2 und n/2 + 1 und
den jeweiligen Masseanschluss hat und dass die ersten und zweiten Spulenanschlüsse jeweils
an Anschlüsse
des RF-Sende- und/oder Empfangsgeräts angeschlossen sind, die
angeordnet sind, um RF-Signale mit einer gegenseitigen Phasendifferenz
von 90° zu
senden und/oder zu empfangen, um die Erzeugung und/oder den Empfang
von gegenseitig rechtwinklig ausgerichteten RF-Magnetfeldern mit
einer Phasendifferenz von 90° zu
ermöglichen.
-
Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden hiernach im Detail in Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt
in Diagrammform eine Ausführungsform
eines Geräts
der magnetischen Resonanz entsprechend der Erfindung,
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer RF-Spule für das auf 1 gezeigte
Gerät,
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht mit einem größeren Maßstab eines Spulenelements
der auf 2 gezeigten RF-Spule,
-
4 ist
eine axiale Ansicht in Diagrammform einer RF-Spule des auf 2 gezeigten
Typs,
-
5 zeigt
ein Beispiel eines Schaltungsdiagramms der auf 2 gezeigten
RF-Spule,
-
6 ist
eine axiale Ansicht in Diagrammform einer ersten Ausführungsform
eines für
das auf 1 gezeigten Geräts geeignetes
Quadratur-Spulensystems,
-
7 zeigt
ein Schaltungsdiagramm für
das auf 6 gezeigte Quadratur-Spulensystem,
-
8 zeigt
ein Schaltungsdiagramm für
eine zweite Ausführungsform
eines für
das auf 1 gezeigten Geräts geeigneten
Quadratur-Spulensystem, und
-
9 ist
eine vereinfachte Darstellung der auf 8 gezeigten
Schaltung.
-
Das
Gerät der
magnetischen Resonanz, welches auf 1 in Diagrammform
gezeigt wird, enthält
ein erstes Magnetsystem 1 für die Erzeugung eines stabilen
Magnetfelds H, ein zweites Magnetsystem 3 für die Erzeugung
eines magnetischen Gradientenfelds und erste und zweite Stromzufuhrquellen 5 und 7 für jeweils
das erste Magnetsystem I und das zweite Magnetsystem 3.
Eine Radiofrequenzspule (RF) 9 dient der Erzeugung eines
RF-magnetischen Wechselfelds; für
diesen Zweck wird sie an eine RF-Quelle 1 angeschlossen.
Die RF-Spule 9 kann auch für die Detektion von Spinresonanzsignalen verwendet
werden, die vom RF-Übertragungsfeld
in einem zu untersuchenden Objekt (nicht dargestellt) erzeugt wurden;
für diesen
Zweck wird sie an einen Signalverstärker 13 angeschlossen.
Der Ausgang des Signalverstärkers 13 ist
an eine Detektorschaltung 15 angeschlossen, die an ein
zentrales Steuergerät 17 angeschlossen
ist. Das zentrale Steuergerät 17 steuert
auch einen Modulator 19 für die RF-Quelle 11,
die zweite Stromzufuhrquelle 7 und einen Monitor 21 zur
Anzeige. Ein RF-Oszillator 23 steuert den Modulator 19 sowie
den Detektor 15 zur Verarbeitung der Messsignale. Für die Kühlung der
Magnetspulen des ersten Magnetsystems 1 ist gegebenenfalls
ein Kühlgerät 25 mit
Kühlleitungen 27 vorgesehen.
Die in dem Magnetsystem 1 und 3 angeordnete RF-Spule 9 beinhaltet
einen Messraum 29, der groß genug ist, um einen zu untersuchenden
Patienten oder einen Teil des zu untersuchenden Patienten, z. B.
den Kopf und den Hals, in einem Gerät für medizinische Diagnostikmessungen
aufzunehmen. Somit können
ein stabiles Magnetfeld H, Gradientenfelder wählende Objektscheiben und ein
einheitliches RF-Wechselfeld innerhalb des Messraums 29 erzeugt
werden. Die RF-Spule 9 kann die Funktionen der Sendespule und
der Messspule verbinden. Oder es können verschiedene Spulen für die beiden
Funktionen verwendet werden, z. B. für Messspulen in der Form von Oberflächenspulen.
Hiernach wird allgemein die RF-Spule 9 lediglich als Sendespule
bezeichnet. Für die
Verwendung der Spule als Messspule gelten dieselben Erwägungen wie
in Bezug auf das Reziprozitätsgesetz.
Falls gewünscht
kann die Spule 9 in einem das RF-Feld abschirmenden faradayschen Käfig 31 integriert
werden.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht der Bauweise einer Ausführungsform
der RF-Spule 9. Die RF-Spule 9 ist grundsätzlich wie
ein geradliniger kreisförmiger
Zylinder mit einer Mittelachse 33 geformt, die sich im
Betriebszustand parallel in Richtung des stabilen Magnetfelds H
(siehe 1) erstreckt. Die RF-Spule 9 enthält eine
Anzahl axialer Leiterelemente 35, die sich parallel zur
Achse 33 erstrecken und die regelmäßig derart über die Zylinderfläche verteilt
sind, dass sich diametral entgegengesetzt zu jedem axialen Leiterelement
ein anderes Leiterelement erstreckt. Zwei axiale Leiterelemente 35 erstrecken
sich diametral in Bezug auf die Achse 33 und bilden zusammen
ein paar. Nahe der Enden der axialen Leiterelemente 35 liegen
die End-Leiterelemente 37, die sich um die Mittelachse 33 erstrecken und
sich aus Schleifenleitersegmenten 39 zusammensetzen. Jedes der
Schleifenleitersegmente 39 erstreckt sich durch einen Bogen
von 180° um
die Achse 33 und verbindet entsprechende Enden eines axialen
Leiterelementenpaars 35 miteinander, welche diametral in
Bezug auf die Achse gelegen sind. In Verbindung mit den beiden Schleifenleitersegmenten
zur Verbindung ihrer Enden bildet jedes axiale Leiterelementenpaar 35 ein
Spulenelement 41, welches ich hiernach in Bezug auf 3 im
Detail beschrieben wird.
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Spulenelements 41 in
einen zu dem der 2 größeren Maßstab. Diese Ausführungsform
des Spulenelements 41 wird aus einer selbsttragenden, substanziell
sattelförmigen
Spule aus einem elektrisch leitenden Draht gebildet. Der Draht kann
eines gewöhnlich für das Wickeln
von Spulen verwendeten Typs, z. B. einfacher Kupferdraht oder Litzendraht
sein, der mit einer elektrisch isolierenden Lack- oder Emailschicht versehen
wurde. Nach dem Wickeln wird die Form des Spulenelements stabilisiert,
z. B. durch Imprägnierung
oder Erhitzung der Lackschicht. Die freien Enden des Drahts werden
als Anschlussleiter 43 herausgeführt. Das Spulenelement 41 kann
auch als Flächendraht
auf einem elektrisch isolierenden Substrat auf eine herkömmliche
oder zu bauenden Spule gewickelt werden. Die Stromrichtungen in
den axialen Leiterelementen 35 jedes Spulenelements 41 verlaufen
wie von den Pfeilen 44 gezeigt entgegengesetzt. Außerdem ist
die RF-Spule 9 so angeordnet, dass die Stromverteilung
als Funktion der Position der axialen Leiterelemente 35 auf
dem Umfang des Zylinders substanziell kosinusförmig ist.
-
Die
Anschlussleiter 43 der verschiedenen Spulenelemente 41,
welche die RF-Spule 9 bilden, sind über die kapazitiven Elementen 45 an
ein Metallringsegment 49 (siehe 2) angeschlossen,
welches bei 47 mit der Masse verbunden ist und einen gemeinsamen
Masseanschluss bildet. 2 zeigt nur drei kapazitive
Elemente 45, um die Figur einfach zu halten. In Wirklichkeit
wird die Anzahl kapazitiver Elemente größer sein, wie in Bezug auf
das auf in 5 gezeigte Schaltungsdiagramm
beschrieben. Einer der Anschlussleiter 43 ist über ein
Anschlusskabel 51 an die RF-Quelle 11 und/oder
den Signalverstärker 13 angeschlossen.
-
4 ist
eine Endansicht in axialer Richtung einer RF-Spule 9 des
in Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen
Typs. Die RF-Spule 9 enthält vier Spulenelemente 41,
deren an einem Ende befindlichen Schleifenleitersegmente 39 auf 4 dargestellt
sind. Auf dieser Figur sind die verbundenen axialen Leiterelemente 35 dargestellt,
wobei die Stromrichtung jedes axialen Leiterelements auf herkömmliche
Weise angezeigt wird: Ein Punkt bedeutet, dass der Strom in einem
bestimmten Zeitpunkt zum Betrachter geleitet wird, und ein Kreuz
bedeutet, dass der Strom in diesem Zeitpunkt von Betrachter weggeleitet
wird. Wie bereits vermerkt verläuft
die Stromverteilung kosinusförmig.
Dies bedeutet, dass die Stromintensität in einem beliebigen axialen
Leiterelement 35 in jedem Zeitpunkt proportional zu cos A
ist, wobei A der Winkel ist, welcher die Position des relevanten
axialen Leiterelements auf dem Umfang des Zylinders in Bezug auf
eine mit einem Pfeil 53 bezeichnete Nullposition angibt.
Bei dem gezeigten Beispiel liegt das erste axiale Leiterelement 35 auf
einer Position, für
die 9 = 22,5°;
ein nächstes
Leiterelement ist alle 45° gelegen.
Der absolute Wert der Stromintensität in den axialen Leiterelementen 35,
für die
cos 6 den selben absoluten Wert hat, ist derselbe. Die verbundenen
Stromrichtungen in den Schleifenleitersegmenten 39 sind
mit Pfeilen 55 bezeichnet. Die Schleifenleitersegmente 39,
die mit den verschiedenen Spulenelementen 41 verbunden
und an die axialen Leiterelemente 35 angeschlossen sind,
für die cos
9 denselben Wert hat, führen
dieselbe Stromintensität.
Die Spulenelemente 41 sind derart um die Zylinderachse 33 angeordnet,
dass wenn sie am selben Ende des Zylinders liegen, diese Schleifenleitersegmente
den Strom in entgegengesetzte Richtungen führen. Folglich gleichen die
von diesen Strömen erzeugten
und parallel zur Zylinderachse 33 verlaufenden Magnetfelder
sich über
einen Teil des Umfangs des End-Leiterelements 37 aus, welches
von den Schleifenleitersegmenten 39 (siehe 2)
gebildet wird. Die Bereiche, in denen dieser Ausgleich stattfindet,
sind auf 4 mit gepunkteten Bögen 57 und 59 dargestellt.
Außerhalb
dieser Bereiche erzeugen die Ströme
in den Schleifenleitersegmenten 39 jedoch ein axiales Magnetfeld.
Allerdings ist ohne weiteres verständlich, dass diese Felder für Teile
der Schleifenleitersegmente 39, welche diametral in Bezug
auf die Achse 33 liegen, entgegengesetzt geleitet werden.
Dies führt
dazu, dass sie sich zumindest in der Nähe der Achse 33 substanziell
auslöschen.
-
5 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer RF-Spule des auf 2 gezeigten
Typs. Die vier Spulenelemente 41 sind elektrisch in Serie
verbunden, und jeder Verbindungspunkt 61 zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Spulenelementen im Serienanschluss ist über eines der in 2 gezeigten
kapazitiven Elemente, welches im vorliegenden Fall ein Kondensator 63 ist,
an einen gemeinsamen Masseanschluss 65 angeschlossen, der
vorzugsweise aus dem in 2 gezeigten Ringsegment 49 gebildet wird.
Der Anfangspunkt 67 und der Endpunkt 69 des Serienanschlusses
sind über
einen jeweiligen Kondensator 71 ebenfalls an den Masseanschluss 65 angeschlossen.
Die Kapazitanzen der besagten Kondensatoren 63 sind gleich
und belaufen sich auf das Doppelte der Kapazitanzen der Kondensatoren 71. Der
Anfangspunkt 67 und der Masseanschluss 65 bilden
jeweils erste und zweite Spulenanschlüsse. Jeder dieser Punkte ist
an einen der Anschlüsse
des RF-Sendegeräts 11 und/oder
des RF-Empfangsgeräts 13 angeschlossen,
die in dem Diagramm 73 als Stromquelle dargestellt sind.
das so gebildete Netzwerk verhält
sich als Tiefpassfilter. Es ist im Grunde eine „Pauschalelement-Übertragungsleitung" mit einer Länge einer
halben Wellenlänge,
d. h. zwischen dem Anfangspunkt 67 und dem Endpunkt 69 variiert die
Amplitude des Stroms durch die axialen Leiterelemente 35 entsprechend
dem Kosinus eines zur Distanz vom Anfangspunkt proportionalen Winkels.
Am Anfangspunkt 67 hat dieser Winkel den Wert Null, und
am Endpunkt 69 gleicht er 180° entsprechend einer halben Wellenlänge. Da
jedes der axialen Leiterelemente 35 über die verbundenen Schleifenleitersegmente 39 an
ein Leiterelement angeschlossen ist, welches in Bezug auf die Mittelachse 33 diametral liegt,
wird die gewünschte
kosinusförmige
Stromverteilung somit über
den gesamten Umfang der RF-Spule 9 erreicht.
Folglich eignet sich eine als Übertragungsleitung
einer halben Wellenlänge
gebaute RF-Spule für
die Erzeugung eines linear polarisierten RF-Magnetfelds. Es muss beachtet werden, dass
ein linear polarisiertes RF-Magnetfeld auch von einer als Übertragungsleitung
einer vollen Wellenlänge
gebauten RF-Spule erzeugt werden kann. Das Schaltungsdiagramm solch
einer Spule weicht von dem auf 5 gezeigten
Diagramm hauptsächlich davon
ab, dass die Anzahl an Spulenelementen (für eine gleich präzise Annäherung an
das gewünschte RF-Magnetfeld)
doppelt so groß ist
und dass die Kondensatoren 63 denselben Wert wie die Kondensatoren 71 haben.
-
6 ist
eine diagrammatische Endansicht in axialer Richtung einer Kombination
aus einer ersten und einer zweiten RF-Spule zur Verwendung in dem
auf 1 gezeigten Gerät. Die erste RF-Spule 109 wird
konzentrisch von der zweiten RF-Spule 209 eingeschlossen,
damit die beiden RF-Spulen dieselbe Mittelachse 33 haben.
Die erste und zweite RF-Spule 109 und 209 haben
im Grunde dieselbe Bauweise wie die zuvor beschriebene RF-Spule 9. Die
zweite RF-Spule 209 hat jedoch einen Durchmesser, der um
den der ersten RF-Spule 109 weiter ist, damit die zwei
Spulen genau ineinander angeordnet werden können. Die RF-Spulen 109 und 209 sind derart
ausgerichtet, damit die axialen Leiterelemente 135 der
ersten RF-Spule in den selben Winkelpositionen auf der Zylinderfläche wie
die axialen Leiterelemente 235 der zweiten RF-Spule liegen,
sei es, dass der erste Spulenanschluss 267 der zweiten
RF-Spule um einen Winkel von 90° um
die Zylinderachse 33 in Bezug auf den ersten Spulenanschluss 167 der
ersten RF-Spule gedreht wurde. Eine äquivalente Kombination der
ersten und zweiten RF-Spule 109 und 209 kann durch
gleichzeitiges Wickeln entsprechend liegender Spulenelemente der
beiden RF-Spulen mittels zweier separater Leiter erhalten werden.
In diesem Fall haben die erste und zweite RF-Spule 109 und 209 substanziell
denselben Durchmesser.
-
7 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Kombination der ersten und zweiten
RF-Spule 109 und 209 wie auf 6 gezeigt.
Das Diagramm der ersten RF-Spule 109 entspricht exakt dem
auf 5 gezeigten Diagram, wobei entsprechende Elemente mit
entsprechenden, um 100 erhöhten Referenzzahlen bezeichnet
wurden. Das Diagramm der zweiten RF-Spule 209 ist derartig
zusammengesetzt, dass die Spulenelemente 241 der zweiten
RF-Spule und die Spulenelemente 141 der ersten RF-Spule 109, welche
dieselben Positionen auf der Zylinderfläche einnehmen, auf der Figur
direkt übereinander
liegend dargestellt sind. Deshalb liegt der erste Spulenanschluss 267 der
zweiten RF-Spule 209, wie in Bezug auf den ersten Spulenanschluss 167 der
ersten RF-Spule 109 beschrieben um 90° gedreht, ungefähr auf halbem
Weg des Schaltungsdiagramms. Für
den Rest ist das Diagramm der zweiten RF-Spule 209 ebenfalls
gleich dem auf 5 gezeigten Diagramm. Entsprechende
Elemente sind mit entsprechenden, um 200 erhöhten Referenzzahlen bezeichnet.
-
Der
erste Spulenanschluss 167 der ersten RF-Spule 109 ist
an eine erste Stromquelle 173 angeschlossen, und der erste
Spulenanschluss 267 der zweiten RF-Spule 209 ist
an eine zweite Stromquelle 273 angeschlossen. Die erste
und zweite Stromquelle 173 und 273 weist erste
und zweite Anschlüsse
eines RF Sende- und/oder Empfangsgerät auf, die angeordnet sind,
um RF-Signale mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90° auszugeben
und/oder zu empfangen. Die Sende- und Empfangsgeräte können eines
mit dem auf 1 identischen Typs sein, bei
dem der Ausgang der RF-Quelle 11 oder der Eingang des Signalverstärkers 13 an
ein Hybridnetzwerk (nicht gezeigt) angeschlossen ist, das per se bekannt
ist. Die erste und zweite RF-Spule 109 und 209,
welche so an ein RF-Sende
und/oder Empfangsgerät
angeschlossen sind, bilden zusammen ein Quadratur-Spulensystem, welches
für die
Erzeugung und/oder den Erhalt gegenseitig rechtwinklig orientierte
r RF-Magnetfelder mit einer Phasendifferenz von 90° in der Lage
ist. Somit kann ein geradlinig polarisiertes RF-Magnetfeld erzeugt
werden.
-
8 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Quadratur-Spulensystems,
welches sich für
die Verwendung in dem auf 1 gezeigten Gerät eignet,
und 9 zeigt eine vereinfachte Version desselben Schaltungsdiagramms.
Das Quadratur-Spulensystem dieser Ausführungsform enthält eine
RF-Spule 309, die als einfache, konsekutiv gewickelte Spule
gebaut ist. Die Bauweise der RF-Spule 309 entspricht im
Prinzip der Bauweise der auf 2 gezeigten
RF-Spule 9. Allerdings setzt sich die RF-Spule 309 aus
acht elektrisch in Serie angeschlossen Spulenelementen 341a,
... 341h zusammen. Jedes Mal, wenn zwei Spulenelemente
aufeinander gewickelt werden, differieren die Sequenzzahlen der
besagten beiden Spulenelemente am Serienanschluss jedes Mal um vier,
wie z. B. die Spulenelemente 341a und 341e. Die
aufeinander gewickelten Spulenelemente werden auf 8 übereinander
dargestellt. Da die Verbindungen deshalb auf 8 undeutlicher
sind zeigt 9 aus Gründen der Veranschaulichung
ein vereinfachtes Diagramm, auf dem die Spulenelemente konsekutiv
auf herkömmliche
Art gezeigt werden. Der Anfangspunkt 367 des Serienanschlusses
ist über
eine Anschlussklemme 381 an den Endpunkt 369 angeschlossen. Jeder
Verbindungspunkt 361 zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Spulenelementen 341a ... 341h, einschließlich der
Verbindungspunkt der mit der Anschlussklemme zwischen dem ersten
Spulenelement 341a und dem letzten Spulenelement 341h gelegten Verbindungspunkt,
ist über
einen Kondensator 363 an einen gemeinsamen Masseanschluss 365 angeschlossen.
Die Werte aller Kondensatoren 363 sind dieselben. Der Anfangspunkt 367 bildet
einen ersten Spulenanschluss der RF-Spule, und der Verbindungspunkt
zwischen den Spulenelementen 341b und 341c, mit
der Referenz 383 bezeichnet, bildet einen zweiten Spulenanschluss.
Der Masseanschluss 365 bildet einen dritten Spulenanschluss.
Der erste und zweite Spulenanschluss 367 und 383 sind
an jeweilige Stromquellen 173 und 273 angeschlossen, die
auf dieselbe Weise wie auf 7 erste
und zweite Anschlüsse
eines RF-Sende- und/oder
Empfangsgeräts
darstellen, das angeordnet ist, um RF-Signale mit einer gegenseitigen
Phasendifferenz von 90° auszugeben
und/oder zu empfangen. Die RF-Spule 309 funktioniert dann
wie eine Kombination aus zwei unabhängigen Spulen, die zusammen
ein drehendes RF-Magnetfeld erzeugen.
-
Die
RF-Spule 309 der auf 8 und 9 gezeigten
Ausführungsform
enthält
acht Spulenelemente 341a ... 341h. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
ein Quadratur-Spulensystem
mit einer RF-Spule zu bauen, welche dieselbe Bauweise aufweist,
aber eine unterschiedliche Anzahl an Spulenelementen aufweist, unter
der Voraussetzung, dass diese Anzahl gleich 2n ist, wobei n eine
beliebige positive gerade Zahl ist. In diesem Fall werden die zwei Spulenelemente
jedes Mal dann über
einander gewickelt, wenn sie die Sequenzzahlen i und n + i im Serienanschluss
haben, wobei 1 ≤ i ≤ n. Der zweite
Spulenanschluss 383 wird dann aus dem Verbindungspunkt
zwischen den Spulenelementen mit den Sequenzzahlen n/2 und n/2 +
1 gebildet.