DE69718929T2

DE69718929T2 - Supraleitende mehrfachresonanzsonde

Info

Publication number: DE69718929T2
Application number: DE69718929T
Authority: DE
Inventors: Qiyuan Ma; Jason R. Miller; In Ki Mun; Kuan Zhang
Original assignee: Columbia University in the City of New York
Current assignee: Columbia University in the City of New York
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: AU5369398A; EP0941491B1; KR20000069263A; HK1024747A1; ATE232305T1; JP2001505463A; CN1245562A; EP0941491A4; EP0941491A1; CA2273150A1; DE69718929D1; WO1998025163A1; US6169399B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde zur Detektion von Mehrfachkernen. Die Sonde lässt sich, beispielsweise, dazu verwenden hochwertige Magnetresonanzbilder zu produzieren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Magnetschleifensonden wurden bisher dazu verwendet Signale in einem einzelnen ausgewählten Frequenzbereich in einer Reihe von Anwendungen wie z. B. "MRI" (Magnetresonanzbildgebung) zu erkennen. Konventionelle, heute typisch zum Einsatz kommende, Empfangsschlingen sind aus Kupferdraht hergestellt.
"MRI" (Magnetresonanzbildgebung) wird auf dem Gebiet der Medizin verwendet, um Bilder verschiedener Körperteile für Untersuchung und Diagnose, durch Messen der Reaktion ausgewählter Kerne im Körper, zu produzieren, wenn diese einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Die "MRI"-Sonde (Magnetresonanzsonde) wird so konfiguriert, dass sie eine Resonanzfrequenz hat, die der Resonanzfrequenz der ausgewählten Kerne entspricht. Ein Beispiel einer ausgeführten "MRI" (Magnetresonanzbildgebung) ist eine Mammographie, die Knoten in einer Frauenbrust erkennt. Eine Sonde wird in Form einer Spule um die zu untersuchende Brust platziert und ein MRI-"Bild" aufgenommen: tas MRI-Bild beruht auf der Detektion eines speziellen Kerns im Gewebe mittels einer Spule mit der gleichen Resonanzfrequenz wie die speziellen abzubildenden Kerne. Ein weiteres Beispiel einer MRI- Anwendung ist die eines menschlichen Kopfes zum Nachweis eines Tumors oder Krebses. Es gibt zwei üblicherweise zum Einsatz kommende MRI-Sonden: eine Körperspule und eine Oberflächenspule. Die Körperspule ist groß genug, um ein Körperteil eines Menschen oder Tiers, wie beispielsweise eine Kopfspule, zu umschließen. Die Oberflächenspule hat die Form einer Fläche oder einer fokalen Oberfläche eines Körperorgans. Die Oberflächenspule wird in unmittelbarer Nähe der Abbildungsfläche platziert, und hat deshalb ein kleines Bildfeld ("FOV"), das ein Bild hoher Auflösung einer lokalen Region von Interesse liefert. Konventionell sind die für ein MRI zum Einsatz kommenden Drahtspulen nicht aus supraleitenden Materialien hergestellt.
Kürzlich wurden supraleitende Sonden in MRI, Mikroskopie (MRM) und Spektroskopie (MRS) verwendet, um Rauschabstand (SNR) der Sonde gegenüber den konventionellen Kupferdrahtsonden zu verbessern. Diese supraleitenden Sonden können wesentliche Rauschabstandsgewinne durch Senken des Rauschbeitrags der Empfangsspule bereitstellen. Dies beruht auf der Tatsache, dass der Widerstand eines Supraleiters bei RF-Frequenz (1-500 MHz) und Tieftemperatur ca. drei Größenordnungen niedriger als jener von Metall ist. Niedrigerer Widerstand eines Supraleiters führt zu einem höheren Qualitätsfaktor (Q) einer aus einem Supraleiter hergestellten Spule, was seinerseits den Rauschabstand der Sonde erhöht, da der Rauschabstand proportional zur Quadratwurzel von Q ist. Vergleichsweise hat eine aus einem Hochtemperatur-Supraleitermaterial ("HTS") hergestellte Dünnfilmspule einen Q-Wert von über 10.000 bei 33,7 MHz und 77 K, während ein ähnliches Dünnfilmspulenbild, unter Verwendung des Metalls Ag, einen Q-Wert von 10 bei derselben Frequenz und Temperatur hat.
Weil der Q-Wert einer dünnen Metallfilmspule in der Praxis so niedrig ist, werden Metalldrähte (hauptsächlich Cu) verwendet, um sowohl konventionelle Körperspulen als auch Oberflächenspulen herzustellen. Im allgemeinen haben die aus Cu-Drähten hergestellten Spulen Q-Werte von 100-500. Die niedrige Widerstandsnatur des Supraleiters erlaubt die Realisierung einer Dünnfilmspule mit einem Q-Wert, der sogar höher als jener der Drahtspule ist.
Magnetschlingensonden wurden entwickelt, um ein MRI-Bild beruhend auf der Anwesenheit von Natrium 23 (²³Na) zu produzieren, einem Kern, der für medizinische Bildgebung sehr nützlich ist. Eine mit supraleitenden Materialien hergestellte Sonde kann einen Rauschabstand ("SNR") erzielen, der um wenigstens einen Faktor von 10 höher als jenen einer Kupferspule ist, die, aufgrund ihres hohen Innenwiderstands, eine große Rauschamplitude erzeugt. Derartige Rauschabstandsgewinne sind für "in vivo" ²³Na MRI (Magnetresonanzbildgebung) von entscheidender Bedeutung, die im allgemeinen, infolge der niedrigen Gesamtempfindlichkeit von ²³Na, unter einem schlechten Rauschabstand leidet. Eine weitere große, praktische Schwierigkeit in Verbindung mit einer ²³Na MRI ist, die Sonde korrekt in Bezug auf die abzubildende Region von Interesse zu platzieren.
Es wäre deshalb vorteilhaft zwei oder mehrere in Resonanz befindliche Kerne gleichzeitig zu erkennen, die verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Es wäre wünschenswert die mehrfachen Resonanzen mit einer Einzelsonde nachzuweisen, um den gewünschten zu scannenden Bereich richtig örtlich festzulegen und sich darauf zu konzentrieren. Wenn jedoch mehrfache Empfangsspulen in nächste Nähe platziert werden, muss die gegenseitige, zwischen den zwei Spule erzeugte, Induktivität in Betracht gezogen werden, damit die Sonde richtig abgestimmt ist.
US 4,636,730 beschreibt NMR-Spektroskopie-Körpersonden mit wenigstens einer Oberflächenspule, die aus nicht supraleitendem Material hergestellt ist. Die Sonde umfasst eine erste und zweite Spule, die auf einem Substrat geformt sind, wobei die erste äußere Spule eine Übertragungsspule bildet, die zweite innerhalb der äußeren Spule positionierte Spule eine Empfangsspule zum Erkennen eines Ansprechsignals ab der Probe bereitstellt. Eine geschichtete Konfiguration ist für die Detektion von mehr als einem Kern vorgesehen, wobei eine erste Detektorspule durch ein isolierendes Substrat von einer zweiten Detektorspule getrennt ist.
J. R. Miller et al (Radiologis Band 201 (Ergänzung S), November 1996, Seite 292, Auszug Nr. XP000984028) beschreibt eine Mehrfachresonanz-Oberflächenspule hoher Empfindlichkeit, die aus supraleitenden Hochtemperaturmaterialien (HTS) hergestellt ist, wobei die Oberflächenspulen aus zwei separaten sich gegenseitig nicht beeinflussenden Resonatoren bestehen. Jeder Resonator besteht aus einem Einzelspuleninduktor mit ineinandergreifenden Kondensatoren. Die Spule schwingt mit den Larmor-Frequenzen von ²³Na und ¹H mit. Jeder Resonator hat ein ähnliches Bildfeld und Magnetfeldmuster.
J. R. Fitzsimmons et al (Magnetic Resonance in Medicine/Magnetresonanz in der Medizin, Band 10, Nr. 3, 01. Juni 1989, Seiten 302-309 Auszug Nr. XP000028777) liefert einen Vergleich von zweikreisigen Oberflächenspulen, der sich auf den Erhalt von Protonenbildern und lokalisierter Spektren anderer Kerne ab einer entsprechenden Region von Interesse bezieht. Insbesondere ist eine an einen Transformator gekoppelte zweikreisige Spule offengelegt, wobei zwei Spulen auf koaxiale Weise eng gewickelt sind, um eine hohe gegenseitige Induktivität zu erzielen. Es wird anerkannt, dass ein hoher Grad von Kopplung zwei Resonanzen produzieren wird, wobei der Frequenzunterschied durch die Größenordnung der gegenseitigen Kopplung und die Werte der primären und sekundären Kondensatoren bestimmt wird.
WO 94105022 offenbart supraleitende Steuerelemente für RF-Antennen zur Verwendung in Resonanzschaltkreisen zum Gebrauch in MRI-Detektoren. In einem Ausführungsbeispiel, ist ein supraleitender Kondensator mit ineinandergreifenden Fingern auf demselben Substrat wie ein Induktor hergestellt. Der Schaltkreis zwischen dem Induktor und Kondensator ist mittels Kontaktkamm aus Gold angeschlossen. Die Kapazitanz des Kondensators lässt sich durch Wegritzen eines Teils des Kondensators abstimmen. Der Kondensator kann aber auch durch Platzieren eines Dielektrikums oder Leiters auf die Oberseite des Kondensators abgestimmt werden. Ein weiterer supraleitender Kondensator kann weiter als ein Abstimmkondensator bereitgestellt werden, der zum Abstimmen des ersten Kondensator benutzt wird.
US 5,565,778 legt eine Resonanzspule für Nuklearmagnetspektroskopie offen. Die Spule ist als ein Dünnfilm supraleitenden Materials aus einem elektrisch nicht leitendem Substrat gebildet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Spule einen Kondensator mit ineinandergreifenden Fingern. Ein, Teil eines Fingers lässt sich entfernen, um die Resonanzfrequenz der Spule durch chemisches Ätzen oder Ionenfräsen zu ändern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde, die, unter anderen, in MRI-, MRM- und MRS-Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Die Mehrfachresonanzsonde besitzt eine Vielheit von Spulen, die aus supraleitendem Dünnfilm geschaffen sind, der auf einem Substrat angeordnet ist. Jede Spule besteht vorzugsweise aus einem Spiralinduktor mit ineinandergreifenden Fingern zwischen den inneren und äußeren Schleifen. Die Spulen im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind konzentrisch um einen gemeinsamen Punkt herum angeordnet, um das Gesamtbildfeld der Sonde für die Vielheit von Empfangssonden zu vergrößern. Die Sonde ist konstruiert die Auswirkung der gegenseitigen Induktivität zwischen den einzelnen Empfangsspulen auf dem Substrat zu berücksichtigen und kann weiter durch Änderung der an einer speziellen Spule angebrachten Zahl von Fingern fein abgestimmt werden. Die Mehrfachresonanzsonde berücksichtigt verbesserte Bilddarstellung eines gewünschten Subjekts, seitens der zusätzlichen von den hinzugefügten Resonanzfrequenzen erhaltenen Daten. Die Mehrfachresonanzsonde lässt sich durch Aufbringung eines supraleitenden Films auf ein Substrat herstellen, was die richtige Spulenkonfiguration schafft, um gegenseitige Induktivität und Feinabstimmung der einzelnen Spulen zu berücksichtigen.
Die Mehrfachresonanzsonde kann außerdem mit separaten Schichten für jede Empfangsspule konstruiert werden, wobei eine Pufferschicht zwischen beliebige zwei benachbarte Spulenschichten platziert wird. Die mehrschichtige Konfiguration berücksichtigt die Verwendung von Spulen mit gleichem Durchmesser, um das gegenseitige Bildfeld für alle Empfangsspulen zu vergrößern.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde nach Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde nach Anspruch 8 vorgesehen.
Gemäß einem ersten speziellen Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Mehrfachresonanzsonde nach Anspruch 12 vorgesehen.
Gemäß einem zweiten speziellen Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Mehrfachresonanzsonde nach Anspruch 13 vorgesehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand folgender ausführlichen Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenkundig werden, die die bevorzugten Ausführungen der Erfindung zeigen, in denen:
Abb. 1 eine Anordnung einer, in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruierten, supraleitenden Mehrfachresonanzsonde ist;
Abb. 2A eine graphische Darstellung der Resonanzfrequenz einer Hochfrequenz- Empfangsspule gegen den Kopplungskoeffizienten zwischen zwei Spulen ist;
Abb. 2B eine graphische Darstellung der Resonanzfrequenz einer Niederfrequenz- Empfangsspule gegen den Kopplungskoeffizienten zwischen zwei Spulen ist;
Abb. 3 ein Stromlaufplan ist, der zwei benachbarte Spulen in einer Mehrfachresonanzsonde modelliert;
Abb. 4 eine graphische Darstellung des Ansprechspektrums der zweikreisigen supraleitenden Sonde der Abb. 1 ist;
Abb. 5 ein Flussdiagramm der Schritte zur Herstellung der Mehrfachresonanzsonde der Abb. 1 ist;
Abb. 6 eine mehrschichtige Konfiguration für die supraleitende Mehrfachresonanzsonde ist;
Abb. 7 ein Flussdiagramm der Schritte zur Herstellung der mehrschichtigen Mehrfachresonanzsonde der Abb. 6 ist;
Abb. 8 eine rechteckige Konfiguration der Empfangsspulen für eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde zeigt; und
Abb. 9 eine alternative Konfiguration einer Empfangsspule in einer supraleitenden Mehrfachresonanzsonde zeigt.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Eine supraleitende Mehrfachresonanzsonde ("Multiresonanzsonde") wird die Qualität der Magnetresonanzbilder erhöhen oder andere Anwendungen verbessern, die Daten vom Lesen von Mehrfachresonanzfrequenzen nutzen können. Die Mehrfachresonanzspulen werden in eine Einzelsonde platziert, so dass dieselbe Region unter gleichzeitiger Verwendung von zwei oder mehreren verschiedenen Kernen untersucht werden kann. Information seitens einem der Kerne lässt sich dazu verwenden die exakte Position der Sonde zu bestimmen, so dass sich Information geringerer Auflösung seitens des anderen Kerns, die vielleicht die Sonde nicht allein orten kann, zur Analyse verwenden lässt.
Das hierin beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel ist für eine Doppelresonanzsonde in einer MRI-Anwendung. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf zwei Empfangsspulen begrenzt, sondern könnte ebenso drei oder mehr Empfangsspulen enthalten, die unter Anwendung derselben nachstehend beschriebenen Grundsätze und Verfahren konfiguriert sind. Zudem ist die Mehrfachresonanzsonde nicht nur, wie hierin beschrieben, auf MRI-Anwendungen begrenzt, sondern lässt sich zum Erkennen von Mehrfachfrequenzen in einem Frequenzspektrum für jeglichen Zweck verwenden.
Die Verwendung einer supraleitenden Mehrfachresonanzsonde für (¹H) und ²³Na zum Produzieren eines MRI (Magnetresonanzbilds), berücksichtigt Korrelation zwischen der hochauflösenden anatomischen Präsentation von ¹H und der ²³Na Verteilung. Und außerdem liefert kombinierte ¹H und ²³Na MRI (Magnetresonanzbildgebung) ergänzende Information, die bessere Charakterisierung des abzubildenden Gewebes zur Folge haben wird.
Das hierin als das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel beschriebene Sondendesign besteht aus zwei separaten koaxialen Spulen, die sich auf demselben Substrat befinden, wobei jede auf die Resonanzfrequenz von ²³Na oder ¹H abgestimmt ist. Eine mit dem Design dieser supraleitenden Doppelresonanzsonde verbundene Herausforderung ist das Berechnen der Kopplung zwischen den Spulen, um die gegenseitige Induktivität zu berücksichtigen. Die gegenseitige Induktivität koppelt Impedanz effektiv in den Resonanzschaltkreisen und verschiebt die Resonanzfrequenzen. Durch Bestimmung des Kopplungskoeffizienten lassen sich die verschobenen Resonanzfrequenzen der Spulen finden. Demzufolge können, bei bekanntem Kopplungskoeffizienten, die richtigen Resonanzfrequenzen der Sonden berechnet werden, um eine korrekt abgestimmte Sonde zu entwerfen. Versäumnis die gekoppelte Impedanz im Design der Spulen zu berücksichtigen, führt dazu, dass die Sonde verstimmt ist.
Abb. 1 zeigt die Anordnung einer, in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruierten, supraleitenden Mehrfachresonanzsonde. Obgleich dieses Beispiel nur zwei Empfangsspulen zeigt, können zusätzliche Spulen zum Empfangen zusätzlicher Resonanzfrequenzen konzentrisch um die gezeigten Spulen herum oder innerhalb dieser platziert werden. Die supraleitende Sonde 100 ist mit zwei Spulen gezeigt, der äußeren Empfangsspule 101 und der inneren Empfangsspule 103, die beide auf einem Substrat 120 positioniert sind. Jede Spule ist aus einem supraleitenden Material wie Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x hergestellt. Die äußere Spule 101 weist eine Spiralspule 105 und "Finger" auf, die verlängerte Teile des supraleitenden Materials sind. Ein Beispiel der Finger in der Abbildung sind Finger 107 und Finger 109. Der Spiralspulenteil sorgt für die Induktivität zur Empfangsspule und die verflochtenen Finger stellen die notwendige Kapazitanz für eine Empfangsspule bereit, damit sie ihre Resonanzfrequenz abstimmen kann. Die Resonanzfrequenz der Spule steht in direkter Beziehung zur Induktivität und Kapazitanz der Konfiguration. Die Kapazitanz der Spule 101 steht in direkter Beziehung zur Anzahl der in der Spule vorhandenen Finger. Die innere Spule 103 besitzt außerdem eine Spiralspule 111 und eine Anzahl von Fingern, wie beispielsweise Finger 113, die an der Spiralspule 111 angebracht sind. Das Substrat 120 kann planar sein oder kann flexibel sein, so dass es sich biegen oder um ein abzubildendes Subjekt wickeln lässt.
Jede Empfangsspule erkennt eine andere Frequenz, die bei der Durchführung von MRI (Magnetresonanzbildgebung) ab den magnetisierten Kernen erzeugt wird. Die Sonde der Abb. 1 ist konfiguriert ¹H für die innere Empfangsspule und ²³Na für die äußere Empfangsspule zu erkennen. Die konzentrische Platzierung der Spulen auf ein Substrat berücksichtigt eine größeres gegenseitiges Bildfeld für beide Empfangsspulen, während die gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen reduziert wird.
Die Empfangsspulen in Abb. 1 können aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (YBCO) supraleitendem. Dünnfilm auf einem Einkristall-LaAlO&sub3;-Substrat hergestellt sein und können entweder mit Hilfe von reaktiver Ionenimplantation oder Trockenätzen bzw. nasschemischem Ätzen gemustert werden. Die Sonde besteht aus zwei separaten, koaxialen Spulen auf demselben Substrat, die auf die Larmor-Frequenz von ²³Na und ¹H in einem 3-T-Magnetfeld abgestimmt sind, die 33,77 MHz bzw. 127,71 MHz entspricht. Wie oben angegeben, besteht jedes Empfangsspulendesign aus einem einschleifigen Induktor mit ineinandergreifenden Kondensatoren zwischen den Windungen des Induktors. Für die äußere Spule in diesem Beispiel sind die Induktorlinienbreiten 275 um und die ineinandergreifenden Finger sind 33 um breit und haben einen Abstand von 22 um. Für die innere Spule in diesem Beispiel sind die Induktorlinienbreiten 139 um und die ineinandergreifenden Finger sind 90 um breit und haben einen Abstand von 60 um. Die Hochfrequenz-Resonanzspule (äußere Spule) hat Fingerpaare in der Größenordnung von 100-200 Paaren und die Niederfrequenz-Resonanzspule (innere Spule) hat Fingerpaare in der Größenordnung von 500-600 Paaren. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen, spezifischen Abmessungen begrenzt, sondern die Abmessungen werden abhängig vom gewünschten Bildfeld (FOV), von der gegenseitigen Induktivität und von der zu erkennenden Resonanzfrequenz geändert.
Die Spulengrößen werden gewählt, um folgende Zielsetzungen abzugleichen: einen signifikanten Rauschabstandsfaktor, ein ausreichend großes Bildfeld und schwache Kopplung zwischen den Resonatoren. Die Durchmesser der äußeren und inneren Spule sind für dieses Beispiel 2,44 cm bzw. 1,39 cm. Die zwei Spulen haben eine gegenseitige Induktivität, welche die Änderung der Resonanzfrequenz jeder Spule bewirkt. Um die gewählte Frequenz eines speziellen der Kerne zu erkennen, muss das Spulendesign die gegenseitige Induktivität in Betracht ziehen.
Abb. 2A und 2B zeigen die graphischen Darstellungen der Resonanzfrequenz der in Abb. 1 beschriebenen supraleitenden Mehrfachresonanzspule als eine Funktion des Kopplungskoeffizienten zwischen den zwei Empfangsspulen. Der Kopplungskoeffizient erhöht sich auf 1 sowie die Spulen näher zusammenkommen. Abb. 2A zeigt, dass sich die Resonanzfrequenz der äußeren Spule 101 dramatisch erhöht sowie die Spulen näher zusammenkommen. Abb. 2B zeigt, dass sich die Resonanzfrequenz der inneren Spule 103 verringert sowie die Spulen näher zusammenkommen. Dieser Resonanzverschiebungseffekt muss im endgültigen Design jeder Spule, die Teil der Sonde ist, berücksichtigt werden.
Der Effekt und die Lösung der Abstimmung auf die gegenseitige Induktivität der zwei Empfangsspulen wird jetzt beschrieben. Die folgende Analyse kann ebenso auf drei oder mehr Empfangsspulen ausgedehnt werden, die sich alle in derselben Sonde befinden. Zwei Resonatoren in nächster Nähe werden ihre entsprechenden Magnetfelder koppeln. Diese Magnetfeldkopplung zwischen den Resonatoren wird durch die gegenseitige Induktivität (M) beschrieben, die gegeben ist durch
M = k (1)
wo k der Kopplungskoeffizient ist, L&sub1;&sub1; die primäre Selbstinduktivität der ersten Empfangsspule ist und L&sub2;&sub2; die sekundäre Selbstinduktivität der zweiten Empfangsspule ist. Die gekoppelten Resonatorspulen können durch zwei einfache Schaltkreise, wie in Abb. 3 gezeigt, modelliert werden. Jeder Schaltkreis in der Abb. 3 enthält einen Kondensator, einen Widerstand und einen Induktor in Reihe, wobei die Induktoren jedes Schaltkreises gekoppelt sind.
Die Abb. 3 zeigt einen ersten Schaltkreis 301, die einen Kondensator C1 303 enthält, der in Reihe an einen Widerstand R1 305 angeschlossen ist, der in Reihe an einen Induktor L1 307 angeschlossen ist. Der zweite Schaltkreis 309, die sich in der Nähe des ersten Schaltkreises 301 befindet, enthält einen Kondensator 311, der in Reihe an einen Widerstand 313 angeschlossen ist, der in Reihe an einen Induktor 315 angeschlossen ist, und der Induktor ist an den Kondensator 311 angeschlossen, um einen kompletten Schaltkreis zu bilden. Es lässt sich zeigen, dass die Anwesenheit des gekoppelten zweiten Schaltkreises 309 dem Primärschaltkreis 301 eine äquivalente Impedanz (ωM)²/Zs hinzufügt, welche die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der gegenseitigen Induktivität verschiebt. Die Resonanzfrequenz des zweiten Schaltkreises 309 wird ebenso durch den Primärschaltkreis 301 beeinflusst. Wenn der Kopplungskoeffizient unerheblich ist, ist die gekoppelte Impedanz entsprechend klein und der Primärschaltkreis fast derselbe ist, als ob der Sekundärschaltkreis nicht gegenwärtig war. Das Frequenzspektrum wird zwei Spitzenwerte bei den beabsichtigten Mittenfrequenzen enthalten. Sowie der Kopplungskoeffizient ansteigt, wird der Niederfrequenzresonator abwärts verschoben und der Hochfrequenzresonator wird aufwärts verschoben. Uni die zweikreisige Resonanzsonde so zu entwerfen, dass sie bei den korrekten Frequenzen in Resonanz ist, muss die gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen berücksichtigt werden. Dies erfordert zwei Schritte: eine Bestimmung des Kopplungskoeffizienten und eine Herleitung eines Ausdrucks für die Resonanzfrequenzen der Sonde als eine Funktion der Kopplung.
Der Kopplungskoeffizient wird durch die Größe und Geometrie der Spulen, und deren relative Position bestimmt. Zur Berechnung der Kopplung werden die Spulen als zwei Drahtschleifen modelliert, deren Radien a und b sind, mit parallelen Achsen eines Abstands c und Ebenen eines Abstands d. Die allgemeine Form für die gegenseitige Induktivität zwischen zwei solchen Schleifen ist gegeben durch
M = uπab J&sub1;(Ka)J&sub1;(Kb)J&sub0;(Kc)e-KddK (2)
wobei p die Durchlässigkeit ist, J&sub1;(Ka), J&sub1;(Kb), J&sub0;(Kc) Bessel-Funktionen der ersten und zweiten Grades sind, und K gegeben ist durch
Beim hier betrachteten Fall, dem der Konfiguration von Abb. 1, c = 0 und d = 0, weil die Schleifen koaxial und koplanar sind. Die Selbstinduktivitäten, L&sub1;&sub1; und L&sub2;&sub2;, der Schleifen können berechnet werden aus
wobei r der Radius des Drahts ist. Nach Substitution der Gleichungen (2) und (4) in die Gleichung (1) kann man den Kopplungskoeffizienten erhalten. Die Kopplung zwischen den Schleifen nimmt zu sowie sich das Verhältnis b/a dem Einselement nähert. Deshalb nimmt die Kopplung zu, sowie die zwei Spulen näher zusammenrücken. Um die Kopplung zu minimieren, sollte das b/a- Verhaltnis so klein wie möglich gehalten und daher die Spulen so weit wie möglich auseinander platziert werden. Das Verhältnis kann aber nur auf einen gewissen Punkt reduziert werden, wonach die Nützlichkeit der Sonde abnimmt, da das Bildfeld (FOV) unpraktisch klein wird.
Die Impedanz im Primärschaltkreis 301 und Sekundärschaltkreis 309 der Abb. 3 besteht sowohl aus Widerstands- als auch Reaktanzelementen, die sich wie folgt schreiben lassen
wo R&sub1; 305 und R&sub2; 313 die Widerstände sind, L&sub1; 307 und L&sub2; 315 die Induktivitäten sind, C&sub1; 303 und C&sub2; 311 die Kapitanzen sind, und X&sub1; und X&sub2; als die Gesamtreaktanz für jeden Schaltkreis definiert sind. Durch Anwendung der Kirchoffschen Gesetze auf den Schaltkreis erhält man den Strom im Sekundärschaltkreis, I&sub2;. Der Ausdruck für die absolute Größenordnung des Sekundärstroms ist gegeben durch
Der Sekundärstrom wird Maximum sein, wenn der Nenner minimal ist. Nach Differenzieren des Nenners in Bezug auf X&sub2;, wird I&sub2; Maximum sei, wenn
Ein ähnlicher Ausdruck lässt sich für den Primärstrom finden. Definieren der folgenden Beziehungen:
und Substituieren der Werte von X&sub1; und X&sub2; in Gleichung (7), ergibt
wo die Wurzeln von f die Resonanzfrequenzen der Sonde sind, welche die gegenseitige Induktivität berücksichtigen und f&sub1; und f&sub2; die Resonanzfrequenzen der Spulen sind, wenn die Kopplung Null ist. Die eine, beim Erhalten der Gleichung (9) gemachte, Annahme ist, dass der Qualitätsfaktor des Primärresonators derartig hoch ist, dass 1/Q1² unerheblich ist, was für einen supraleitenden Resonator nicht unvernünftig ist. Die Wurzeln von f sind der Form ± f&sub1;' und ± f&sub2;' und sind gegeben durch
Gleichung (10) erlaubt die Berechnung der verschobenen Resonanzfrequenzen in Form des Kopplungskoeffizienten und der Werte von f&sub1; und f&sub2;. Wenn die zwei Spulen unerhebliche Koplung haben, dann vereinfacht sich die Gleichung (10) auf f&sub1;' = f&sub1; und f&sub2;' = f&sub2;. Wie klein k sein muss, um unerheblich zu sein, hängt von den relativen Werten von f&sub1; und f&sub2; ab. Abb. 2A und 2B sind graphische Darstellungen von f&sub1;' und f&sub2;' als eine Funktion der Kopplung für f&sub1; = 33,77 MHz und f&sub2; = 127,71 MHz as der Resonanzfrequenz von ²³Na bzw. ¹H entspricht. Die graphischen Darstellungen zeigen, dass der Effekt der Kopplung ist den Niederfrequenzresonator abwärts und den Hochfrequenzresonator aufwärts zu verschieben. Als eine Folge davon werden bei Nullkopplung richtig abgestimmte Spulen für k > 0 verstimmt sein. Es ist nützlich die richtigen Werte von f&sub1; und f&sub2; für einen speziellen Kopplungskoeffizienten zu bestimmen, was dazu führen wird, dass die Sonde richtig abgestimmt ist. Lösen der Gleichung (9) für f&sub1; und f&sub2; ergibt
Durch Einstellen von f&sub1;' und f&sub2;' gleich den richtigen Resonanzfrequenzen der Sonde in der Gleichung (11), können f&sub1; und f&sub2; bestimmt werden.
Für die mit ihren Abmessungen in der Abb. 1 beschriebene Sonde, ist das entsprechende b/a-Verhältnis für die zwei Spulen 0,6 was anhand der Gleichungen. (1) bis (4) bedeutet, dass der Kopplungskoeffizient ca. 0,15 ist. Zum Lösen der Gleichung (11) für k = 0,2 mit f&sub1;' = 33,77 MHz und f&sub2;' = 127,71 MHz, sollten die Spulen so konstruiert sein, dass sie bei f&sub1; = 33,82 MHz und f2 = 129,93 MHz in Resonanz geraten, damit die Sonde in Resonanz ist. Für das in diesem Beispiel gewählte b/a-Verhältnis ist die Frequenzverschiebung nur für den Hochfrequenzresonator signifikant.
Abb. 4 zeigt das Ansprechspektrum einer wie in Abb. 1 beschriebenen zweikreisigen suprasleitenden Sonde. Das Frequenzspektrum enthält zwei Spitzen 401, 403, die den Frequenzen von ²³Na bzw. ¹H, entsprechen. Die Spitzen befinden sich innerhalb weniger hundert Kilohertz ihrer konzipierten Resonanzfrequenz. Der Kopplungskoeffizient wurde experimentell als 0,2 festgestellt was in angemessener Übereinstimmung mit dem berechneten Wert von 0.15 ist. Der unbelastete Q der Spulen wurde als 7,9 · 10³ und 11,7 · 10³ für ²³Na bzw. gemessen.
Messungen der supraleitenden Mehrfachresonanzsonde wurden mit einem Hewlett- Packard 8712B Netzwerkanalysator durchgeführt. Die Sonden wurden in einem kundenspezifischen Durchflusskryostat bei einer Tempereatur von ca. 30 K gemessen. Der Ansprech- und Qualitätsfaktor (Q) der Sonden wurden durch Ausführen von Reflexionsmessungen unter Verwendung eines induktiv gekoppelten koaxialen Kabels bestimmt. Zweidimensionale (2-D) Fourier-Bilddarstellungsexperimente wurden an Phantoms durchgeführt und ²³Na und ¹H Bilder erfasst.
Die supraleitende Mehrfachresonanzsonde bietet mindestens drei signifikante Vorteile gegenüber konventionellen Magnetschleifensonden: einen höheren Rauschabstand, ein wirksames Mittel zum Positionieren der Sonde in Bezug auf den Bereich, an dem Interesse vorliegt und die Fähigkeit ¹H und ²³Na (oder anderer Kern-) Bilder desselben Bereichs von Interesse zu erfassen, die ergänzende Informationen bereitstellen, die zu besserer Gewebecharakterisierung führen können. Außerdem lässt sich das Sondendesign auf andere Kerne wie Kalium, Kohlenstoff, Stickstoff und Fluor ausdehnen.
Abb. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Schritte zur Herstellung einer, wie in Abb. 1 beschriebenen, supraleitenden Mehrfachresonanzfrequenzsonde. Die Schritte lassen sich leicht modifizieren, um eine supraleitende Sonde zur Erkennung von drei oder mehr Resonanzfrequenzen herzustellen.
Schritt 501 wählt ein Substrat aus, auf das ein Dünnfilm von supraleitendem Material aufzubringen ist. Das Substrat sollte so ausgewählt werden, dass es Gitteranpassung aufweist oder einer Krtistallstruktur ähnlich einem HTS-Material ist, so dass man darauf hochwertige HTS- Filme wachsen lassen kann. Das Substrat kann planar sein oder kann flexibel sein, so dass es sich biegen oder um ein abzubildendes Subjekt wickeln lässt. Ein Beispiel eines verwendbaren Substrats ist LaAlO&sub3;. Schritt 503 bringt einen Dünnfilm von supraleitendem Material auf das Substrat auf. Ein Beispiel des verwendbaren Materials ist Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (YBCO).
Schritt 505 erstellt dann die Spulenstrukturen im supraleitenden Dünnfilm. Die Spulenstruktur ist konzipiert sowohl die Induktivität (die Länge des Spiralinduktors) als auch die Kapazitanz (die Anzahl der Finger in der Spule) zu justieren, um eine Resonanzfrequenz zu haben, die etwa jener gleich ist, die es entwurfsgemäß erkennen soll. Das Design beruht auf solchen Betrachtungen wie einem signifikanten Rauschabstands-Verstärkungsfaktor (günstig für eine kleine Spule), einem großen Bildfeld/FOV (günstig für eine große Spule) und schwacher Kopplung zwischen den Spulen. Das Design berücksichtigt jede gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen, indem es das oben beschriebene Modell verwendet.
Der Spulenherstellungsprozess lässt sich, beispielsweise, durch Trockenätzung oder nasschemische Ätzung oder durch Ionenimplantation erreichen. Bei einem nasschemischen Ätzverfahren wird eine Maske über den Teil des supraleitenden Films platziert, der beibehalten werden soll und der Film wird in ein chemisches Bad platziert, welches das supraleitende Material vom Substrat entfernt, wo die Maske nicht vorhanden ist. Bei Verwendung eines Trockenätzverfahrens (z. B., Ionenfräsen), wird wiederum eine Maske über die Teile des supraleitenden Dünnfilms gelegt, der die Empfangsspulen konstituieren wird und Ionen werden auf den Dünnfilm gelenkt, was einen Teil des supraleitenden Materials entfernt und nur den supraleitenden Dünnfilm unter der Maske belässt. Bei einem Ionenimplantationverfahren, werden reaktive Ionen (wie Si, B, Al, etc.) in einen Teil des HTS = Materials durch eine Maske implantiert, wobei die Maske die supraleitende Schicht in Form der gewünschten Spulenkonfiguration abdeckt. Die Ionen werden mit einer Energierate von 20-200 KeV und einer Dosis von. 10¹&sup4;- 10¹&sup7;/cm² injiziert, um den implantierten Teil in einen Isolator zu transferieren und den nicht implantierten Teil supraleitend zu belassen. Die Ergebnisse dieser Verfahren sind eine gewünschte Konfiguration des supraleitenden Dünnfilms, wie die Konfiguration in Abb. 1.
Schritt 507 führt dann, erforderlichenfalls, eine Feinabstimmung der Mehrfachempfangsspulen auf die richtige Resonanzfrequenz durch, um irgendwelche Toleranzen im Herstellungsverfahren oder kleine Ungenauigkeiten im Design zu berücksichtigen. Der Abstimmverfahren wird durch Entfernen einer Anzahl von Fingern aus jeder Empfangsspule vollzogen, um die Spulenkapazitanz zu ändern, was zu einer Änderung der Resonanzfrequenz führt. Nach dem die Spulen feinabgstimmt sind, wird jede von ihnen die richtige Resonanzfrequenz haben, um die Frequenz der Resonzkerne zu erkennen, auf deren Empfang sie ausgerichtet sind.
Abb. 6 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die supraleitende Mehrfachresonanzsonde. In Abb. 6 sind die Empfangsspulen, unter Verwendung von Dünnfilm, separat auf einem Substrat geschichtet. Die geschichtete Konfiguration steht im Gegensatz dazu alle der Empfangsspulen konzentrisch auf derselben Ebene zu positionieren. Abb. 6 zeigt die mehrschichtige supraleitende Mehrfachresonanzsonde 601 mit einer Substratschicht 603, eine erste Spulenschicht 605, eine Pufferschicht 607 und eine zweite Spulenschicht 609. Obgleich in diesem Beispiel nur zwei Empfangsspulen gezeigt sind, schließt die Erfindung den Einsatz von drei oder mehr Empfangsspulen ein, die in Übereinstimmung mit der Erfindung konfiguriert sind. Diese geschichtete Konfiguration gestattet, dass die zwei Spulen physikalisch derselben oder ähnlicher Größe sein können, während sie immer noch zwei verschiedene Frequenzen erkennen. Abb. 6 zeigt, dass die erste Empfangsspulenschicht 605 einen Durchmesser D&sub1; für ihre Spule hat, der dem Durchmesser D&sub2; der zweiten Empfangsspule gleich ist. Die Resonanzfrequenz jeder Spulenschicht lässt sich nach der Herstellung einstellen, indem man eine Anzahl von Fingern mit einem Laserstrahl oder einem anderen Verfahren von der Empfangsspule entfernt, um die Kapazitanz und daher die Resonanzfrequenz zu ändern. Zwei oder mehr Empfangsspulen gleichen Durchmessers, die sich räumlich überlappen, werden außerdem dasselbe Bildfeld haben, was den Erkennungsbereich vergrößert, auf dem die Sonde zur Verwendung kommt.
Substrat 603 wird in der Breite typisch zwischen 0,5 und 1 mm liegen. Eine Spulenschicht 605 wird auf das Substrat aufgebracht und hat eine typische Breite zwischen 0,1 und 0,5 um. Als nächstes wird eine Pufferschicht 607 über die erste Spulenschicht aufgebracht, so dass sich die zwei benachbarten Spulenschichten nicht berühren und einen Kurzschluss bewirken. Zusätzlich reduziert die Pufferschicht die Auswirkungen irgendwelcher gegenseitigen Induktivität. Die Pufferschicht ist typisch 0,2 bis 2 um dick. Abschließend wird eine zweite Spulenschicht 609 auf die Oberseite der Pufferschicht aufgebracht und mit der ersten Spulenschicht 605 gefluchtet. Die zweite Spulenschicht ist typisch 0,1 bis 0,5 um dick. Andere Dicken können ebenso in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden.
Zusätzliche Spulenschichten lassen sich der Mehrschichtkonfiguration leicht hinzufügen, indem man eine zusätzliche Pufferschicht auf die obere Spulenschicht platziert und die zusätzliche Spulenschicht auf die Oberseite der zusätzlichen Pufferschicht platziert. Jede Spulenschicht wird eine verschiedene Resonanzfrequenz erkennen, um die Qualität der Bildgebung zu erhöhen.
Abb. 7 zeigt die Schritte zur Herstellung einer mehrschichtigen, supraleitenden Mehrfachresonanzsonde wie in Abb. 6 dargestellt. Zusätzliche Schritte zur Herstellung der mehrschichtigen Sonde könnten leicht hinzugefügt werden, um eine Sonde mit drei oder mehr Resonanzempfangsspulen zu schaffen.
Schritt 701 wählt ein Substrat aus, auf das ein Dünnfilm von supraleitendem Material aufzubringen ist. Die Substrate können planar sein oder können flexibel sein, so dass es sich biegen oder um ein abzubildendes Subjekt wickeln lässt. Ein Beispiel eines verwendbaren Substrats ist LaAlO&sub3;. Schritt 703 bringt einen Dünnfilm von supraleitendem Material: auf das Substrat auf. Ein Beispiel des supraleitenden, verwendbaren Materials ist Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (YBCO).
Schritt 705 erschafft dann ein einzelnes Empfangsspulenmuster im supraleitenden Dünnfilm. Das Spulenmuster ist konzipiert sowohl die Induktivität (die Länge des Spiralinduktors) als auch die Kapazitanz (die Anzahl der Finger in der Spule) zu justieren, um eine Resonanzfrequenz zu haben, die etwa jener gleich ist, die es entwurfsgemäß erkennen soll. Das Design beruht auf solchen Betrachtungen wie einem signifikanten Rauschabstands- Verstärkungsfaktor (günstig für eine kleine Spule), einem großen Bildfeld/FOV (günstig für eine große Spule) und schwacher Kopplung zwischen den Spulen. Das Design berücksichtigt jede gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen, indem es das oben beschriebene Modell verwendet.
Dieses Herstellungsverfahren lässt sich durch Ionenimplantation vollziehen. Eine Maske wid zum Abdecken des supraleitenden Materials verwendet, das die Empfangsspule bilden wird. Dann wird eine Ionenimplantationstechnik benutzt, die bewirkt, dass das damit berührte supraleitende Material seine Supraleitfähigkeit verliert und isolierend wird. Jedoch bleibt die Höhe des Film sowohl für den Empfangsspulenteil als auch den isolierenden Teil gleich. Dies steht im Gegensatz zum chemischen Ätzen oder Ionenfräsen, wobei die Filmoberfläche, aufgrund des Ätzvorgangs, uneben wird. Bei einer mehrschichtigen Sonde müssen sowohl implantierte als auch nicht implantierte Filmoberflächenteile dieselbe Kristallstruktur haben und planar sein, um den nächsten Schichtfilm epitaktisch aufzubringen.
Schritt 709 bringt dann eine Pufferschicht auf die Oberseite der ersten supraleitenden Schicht auf. Die Pufferschicht trennt die Empfangsspulen, die sich direkt oberhalb und unterhalb der Pufferschicht befinden, elektrisch voneinander. Pufferschichtmaterialien lassen sich aus Oxiden auswählen, die eine ähnliche Kristallstruktur wie HTS haben, wie beispielsweise LaAlO&sub3;, SrTiO&sub3; oder CeO&sub2;. Schritt 711 bringt dann eine zweite supraleitende Filmschicht auf die Oberseite der Pufferschicht auf. Step 713 schafft durch Ionenimplantation wiederum eine Empfangsspule im supraleitenden Dünnfilm was bewirkt, dass der unmaskierte Teil des Films seine Supraleitfähigkeit verliert. Abschließt stimmt Schritt 715 die Empfangsspulen fein ab, in dem die Finger von den Spulen (z. B. mit Laser) entfernt werden, um die Kapazitanz der Spule zu ändern, welches ihre Resonanzfrequenz ändert. Wenn eine auf der unteren Filmschicht befindliche Empfangsspule Abstimmung erfordert, dann muss die Kapazitanz eingestellt werden, bevor die Pufferschicht auf die Oberseite des supraleitenden Films platziert wird. Die gegenseitige Induktivität wird, wie oben dargelegt, vor der eigentlichen Herstellung der Sonde berechnet. Die Empfangsspulen können dann nach der Herstellung fein abgestimmt werden, bevor die nächste Schicht auf die Oberseite der speziellen Spulenschicht aufgebracht wird.
Abb. 8 zeigt eine alternative Konfiguration von Empfangsspulen, die in Übereinstimmung mit dieser Erfindung angeordnet sind. Obgleich in dieser Abbildung nur zwei Spulen gezeigt sind, könnte die Sonde eine beliebige Anzahl von Spulen, abhängig von der Anzahl verschiedener Frequenzen, deren Erkennung erwünscht wird, enthalten. Die rechteckige Form der Spulen schafft ein rechteckiges Bildfeld, was vorteilhaft ist, wenn ein Magnetresonanzbild (MRI) eines langen und schmalen Körperteils, wie beispielsweise eines Rückgrats oder eines Fingers gemacht wird. Die äußere Spule 801 enthält eine Spiralspule 802 und daran befestigte mehrfache Finger. Finger 803 und 805 sind als ein Beispiel gezeigt. Die innere Spule 807 enthält eine Spiralspule 808 und daran befestigte Finger. Finger 809 und 811 sind als ein Beispiel gezeigt. Die gegenseitige Induktivität und entsprechende Berichtigungen für die gegenseitige Induktivität lassen sich mit Hilfe der vorher beschriebenen Gleichungen berechnen. Die Breite und Länge der Sonde können justiert werden, um einen optimalen Füllfaktor (und Bildfeld) für ein spezielles Körperteil zu erzielen. Andere Spulenformen können ebenso zum Maßschneidern auf ein gewünschtes Bildfeld verwendet werden.
Abb. 9 zeigt eine weitere alternative Konfiguration einer Empfangsspule, die sich mit dieser Erfindung verwenden lässt. Die Spule 900 enthält einen Induktivitätsteil 901 und daran befestigte mehrfache Finger. Finger 903 und 905 sind als ein Beispiel gezeigt. Eine weitere Empfangsspule in der Konfiguration von Spule 900 könnte innerhalb des Bereichs platziert werden, der durch den Induktivitätsteil 901 definiert ist, um eine planare Sonde zu haben. Oder aber könnte die Empfangsspule in mehrfachen Spulenschichten in einer Konfiguration, wie für die oben dargelegte mehrschichtige Sonde beschrieben, verwendet werden. Jede in dieser Erfindung verwendete Empfangsspule könnte auf vielerlei Art konfiguriert werden, solange ein angemessener Induktivitätsteil und Kapazitanzteil eingeschlossen ist, um die gewünschte Resonanzfrequenz für die Empfangsspule zu erhalten.
Das Vorgenannte illustriert lediglich die Grundsätze der Erfindung. Man wird daher erkennen, dass Fachmänner in der Lage sein werden zahlreiche Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zu ersinnen, die, obwohl hierin nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben, die Grundsätze der Erfindung verkörpern und deshalb im Umfang der Erfindung, wie durch ihre Ansprüche definiert, liegen.
Die supraleitende Mehrfachresonanzsonde ließe sich, beispielsweise, als Teil einer Einheit zum Empfang von Radio-, Mikrowellen- oder Zellularübertragungen ausgewählter Resonanzfrequenzen verwenden.

Claims

1. Supraleitende Mehrfachresonanzsonde aus:

Substrat (120); und

Pluralität von nicht überlappenden konzentrischen Dünnfilmspulen (101, 103), die am Substrat (120) befestigt sind;

wobei die Spulen (101, 103) jeweils aus supraleitendem Material hergestellt und so geformt sind, dass sie voneinander verschiedene, ausgewählte Resonanzfrequenzen aufweisen, sowohl aufgrund von unterschiedlicher Abstimmung in Abwesenheit von transformatorischer Kopplung als auch aufgrund des Vorhandenseins einer signifikanten gegenseitigen induktiven Kopplung in der fertigen Sonde;

jede der Spulen (101, 103) bestehend aus einer Vielzahl von ineinander greifenden Fingern (107, 109, 112), wobei die jeweiligen Resonanzfrequenzen jeder Spule (101, 103) von der Gesamtzahl der darin befindlichen Finger (107, 109, 113) abhängig ist und die signifikante gegenseitige induktive Kopplung zwischen den Spulen sich in der Gesamtzahl der Finger von mindestens einer der Spulen widerspiegelt;

und die jeweiligen Resonanzfrequenz jeder Spule (101, 103) erforderlichenfalls während der Herstellung der Sonde fein abgestimmt wurde, indem eine Anzahl der Finger (107, 109, 113) davon entfernt wurde.

2. Die Sonde aus Anspruch 1, wobei die Gesamtanzahl der Finger (107, 109, 113) zwischen 100 und 200 beträgt.

3. Die Sonde aus Anspruch 1, wobei die Gesamtanzahl der Finger (107, 109, 113) zwischen 500 und 600 beträgt.

4. Die Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spule (101, 103) in der Form kreisförmig ist.

5. Die Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spule (101, 103) in der Form rechteckig ist.

6. Die Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sonde ein Bildfeld für einen ausgewählten abzubildenden Bereich aufweist und die Spulen (101, 103) in einer maximalen Distanz voneinander angeordnet sind, während sie noch ein akzeptables Bildfeld für die Sonde aufrechterhalten.

7. Die Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat flexibel ist.

8. Supraleitende Mehrfachresonanzsonde bestehend aus:

Substrat (603), das mindestens zwei überlappende Dünnfilmspulen trägt, die übereinander angeordnet sind, und eine Pufferschicht (607), die sich zwischen benachbarten Spulen befindet,

wobei mindestens zwei Dünnfilmspulen jeweils aus supraleitendem Material hergestellt und so geformt sind, dass sie voneinander verschiedene, ausgewählte Resonanzfrequenzen aufweisen, sowohl aufgrund von unterschiedlicher Abstimmung in Abwesenheit von transformatorischer Kopplung als auch aufgrund des Vorhandenseins einer signifikanten gegenseitigen induktiven Kopplung in der fertigen Sonde;

jede der Spulen bestehenden aus einer Vielzahl von ineinander greifenden Fingern (107, 109, 113), wobei die jeweils Resonanzfrequenz jeder Spule (101, 103) von der Gesamtzahl der darin befindlichen Finger (107, 109, 113) abhängig ist und die signifikante gegenseitig induktive Kopplungen zwischen den Spulen sich in der Gesamtzahl der Finger von mindestens einer der Spulen widerspiegelt;

und die jeweiligen Resonanzfrequenz jeder Spule (101, 103) erforderlichenfalls während der Herstellung der Sonde fein abgestimmt wurde, indem eine Anzahl von Fingern (107, 109, 113) davon entfernt wurde.

9. Die Sonde nach Anspruch 8, wobei jede Spule (101, 103) in der Form kreisförmig ist.

10. Die Sonde nach Anspruch 8, wobei jede Spule in der Form rechteckig ist.

11. Die Sonde nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Substrat flexibel ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Mehrfachresonanzsonde, bestehend aus den Schritten:

Auswahl eines Substrats (120);

Aufbringung eines supraleitenden Dünnfilms auf das Substrat (120);

Schaffung einer Vielzahl von nicht überlappenden konzentrischen Spulen (101, 103) aus supraleitendem Material in dem Dünnfilm, jede der Spulen (101, 103) jeweils bestehend aus einer Vielzahl von ineinander greifenden Fingern (107, 109, 113), wobei die jeweilige Resonanzfrequenzen der einzelnen Spulen (101, 103) von der Gesamtanzahl der darin befindlichen Fingern (107, 109, 113) abhängen;

Bildung der Spulen, sodass sie voneinander verschiedene, ausgewählte Resonanzfrequenzen aufweisen, sowohl aufgrund von unterschiedlicher Abstimmung in Abwesenheit von transformatorischer Kopplung als auch aufgrund des Vorhandenseins einer signifikanten gegenseitigen induktiven Kopplung in der fertigen Sonde, wobei die signifikante gegenseitige induktive Kopplung zwischen den Spulen sich in der Gesamtanzahl der Finger von mindestens einer der Spulen widerspiegelt; und

Feinabstimmung, falls erforderlich, der jeweiligen Resonanzfrequenz jeder der Spulen (101, 103) durch Entfernen einer Anzahl der Finger (107, 109, 113) davon.

13. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Merfachresonanzsonde, bestehend aus den Schritten:

Auswahl eines Substrats (603);

Aufbringung eines ersten supraleitendem Dünnfilms (605) auf das Substrat;

Schaffung einer ersten Spule in dem ersten Dünnfilm, wobei der Film ungefähr eben bleibt;

Aufbringung einer Pufferschicht (607) auf den ersten supraleitenden Film;

Aufbringung eines zweiten supraleitenden Dünnfilms (609) auf die Pufferschicht (607),

die Methode weiterhin bestehend aus den Schritten:

Schaffung einer zweiten Spule in dem zweiten Dünnfilm, wobei der zweite Dünnfilm ungefähr eben bleibt, jede der ersten und zweiten Spulen jeweils bestehend aus einer Vielzahl von ineinander greifenden Fingern (107, 109, 113), wobei die jeweilige Resonanzfrequenzen der einzelnen Spulen (101, 103) von der Gesamtanzahl der darin befindlichen Finger (107, 109 113) abhängen;

Bildung der Spulen, sodass sie voneinander verschieden, ausgewählte Resonanzfrequenzen aufweisen, sowohl aufgrund von unterschiedlicher Abstimmung in Abwesenheit von transformatorischer Kopplung als auch aufgrund des Vorhandenseins einer signifikanten gegenseitigen induktiven Kopplung in der fertigen Sonde, wobei die signifikante gegenseitige induktive Kopplung zwischen den Spulen sich in der Gesamtanzahl de Finger von mindestens einer der Spulen widerspiegelt;

Feinabstimmung, falls erforderlich, der jeweiligen Resonanzfrequenz der ersten Spule durch Entfernen einer Anzahl der Finger (107, 109, 113) davon, nachdem die erste Spule gebildet wurde, und

Feinabstimmung, falls erforderlich, der jeweiligen Resonanzfrequenz der zweiten Spule durch Entfernen einer Anzahl der Finger (107, 109, 113) davon.

14. Die Methode nach Anspruch 13, weiterhin bestehend aus den Schritten:

Aufbringung einer zusätzlichen Pufferschicht auf den zweiten supraleitenden Dünnfilm;

Aufbringung eines zusätzlichen supraleitenden Dünnfilms auf die zusätzliche Pufferschicht;

Schaffung einer zusätzlichen Spule in dem zusätzlichen Dünnfilm, wobei der zusätzliche Dünnfilm, ungefähr eben bleibt, die zusätzliche Spule eine jeweilige Vielzahl von ineinander greifenden Fingern aufweist und so gebildet ist, dass sie unter Berücksichtigung der gegenseitigen Kopplungen zwischen den Spulen eine jeweilige Resonanzfrequenz hat; und

Feinabstimmung, falls erforderlich, der jeweiligen Resonanzfrequenz der zusätzlichen Spule durch Entfernen eines oder mehrerer Finger davon.

15. Die Methode nach Anspruch 13 und 14, wobei die Schaffungsschritte durch Ionenimplantation ausgeführt werden.