WO2010028853A1 - Spulenanordnung für einen magnetresonanztomographen - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement, in particular coil arrangement, for generating a magnetic field, a Magnetetresonanztomo- graphene with such an arrangement and a method for generating a in a main direction at least substantially spatially homogeneous, alternating magnetic field.
  • the present invention is concerned with an arrangement, in particular coil arrangement, for generating in particular very strong and / or high-frequency magnetic fields, as used for example in the examination of a patient, in particular in a magnetic resonance tomograph.
  • the present invention can also be used in the generation of magnetic fields for other purposes.
  • microstrip lines or so-called microstrip lines can be used, which are arranged over a conductive surface or base plate.
  • the strip lines form line resonators, which are fed with high-frequency alternating current.
  • BESTATIGUNGSKOPIE respective line. Instead of line lengths of half a wavelength, longer line lengths are suggested.
  • the present invention is based on the object of specifying a coil arrangement for generating a magnetic field, a magnetic resonance tomograph having such an arrangement, and a method for generating an alternating magnetic field which is at least substantially spatially homogeneous in a main direction, wherein, with a simple construction or low expenditure an improved spatial homogenization of the magnetic field in a main direction or to a line is made possible.
  • two parallel, closely spaced lines are used instead of a single line, which are fed separately, in particular at opposite sides or feed points with alternating current and are each electrically short-circuited at the other end, in particular with an electrically conductive surface or base plate.
  • the length of the lines is preferably about 1 A of the wavelength of the alternating current.
  • the present invention thus provides no extension of the lines, but a line shortening. In particular, by this shortening of the line can be achieved a much better homogenization of the magnetic field along the length of the lines.
  • the AC supply is preferably carried out with 90 ° phase shift, in particular so that the sum of the magnetic fields over the lines along the longitudinal extent (in particular in a main direction parallel to the longitudinal extent of the lines on the surface or base plate side facing away from the lines) at least substantially constant is.
  • This is possible because the sine function and the cosine function of the two current distributions, due to the phase shift, at least in the to add substantially anywhere to about one.
  • a good homogenization of the magnetic field can be achieved.
  • the alternating current feed takes place in a further preferred embodiment with a phase shift deviating from 90 °, in particular with a phase shift of 180 °, in order to produce a deviating field distribution which can supply other information.
  • the AC feed takes place variably, preferably switchable between two phase positions, in particular switchable between 90 ° and 180 ° phase shift.
  • the lines are flat or web-like or formed as a strip conductor. This allows a low characteristic impedance.
  • the flat sides of the lines are preferably in a plane and / or extend at least substantially parallel to the surface or base plate. This allows a flat structure and / or a desired magnetic field distribution.
  • the lines are preferably formed without interruption. This allows for easy production and / or low resistance.
  • the lines are bow-shaped, in particular formed as a continuous metal strap. This allows a simple, inexpensive and especially robust construction.
  • the two parallel lines are short-circuited at opposite ends with the electrically conductive surface or base plate or connected to ground.
  • the AC power supply or the electrical connection of the lines takes place at the other end. So quasi closed coils are formed. Therefore, the arrangement also forms a coil arrangement for generating magnetic fields. According to an independently realizable aspect of the present invention, the AC supply or the connection for supplying high-frequency alternating current can not be at one end of the respective line. - A -
  • the non-shorted end of the line then forms a preferably free end.
  • the arrangement then forms an antenna or antenna arrangement, which is also suitable for magnetic field generation, in particular in the desired sense.
  • the length of the lines hereby preferably again at least substantially about one quarter of the wavelength of the alternating current, but the lines may also have a different length.
  • the arrangement in particular coil arrangement, is preferably a supply device, in particular a 3dB directional coupler, power divider or hybrid, assigned to the two lines to supply the alternating currents with a phase shift of at least substantially 90 ° and / or 180 °.
  • this supply device forms part of the coil arrangement.
  • the phase-shifted AC currents may also be generated, modified, or provided by separate circuits, utilities, or the like.
  • a phase shifting device can be used in particular for additional phase shifting in combination with a 3dB directional coupler, power divider or hybrid in order to achieve the preferred phase shift of, in particular, 180 degrees.
  • a delay line is inserted into one of the two output lines as the phase shifting device.
  • other constructive solutions are possible.
  • Another, independently realizable aspect of the invention is to provide an (additional) resonance device, which is arranged in particular on the back of the electrically conductive surface or base plate or on the side facing away from the lines.
  • the resonance device is in particular a line resonator.
  • the resonant device is preferably connected in front of the 3dB directional coupler, power dividers or hybrids.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a proposed arrangement, in particular coil arrangement, with an associated supply device and interposed Anpnd prepared according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a plan view of the coil assembly
  • FIG. 3 shows a schematic section of the coil arrangement according to FIG. 2 along line III-III;
  • Fig. 4 is a schematic diagram of the current distributions along the
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of the proposed arrangement, in particular coil arrangement, with the supply device and the adjusting devices and a phase-shifting device;
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of the proposed arrangement, in particular coil arrangement, with the supply device and the adjusting devices and a resonance device;
  • FIG. 7 is a plan view of a proposed arrangement, in particular antenna arrangement, according to a second embodiment; and Fig. 8 is a schematic section of the arrangement of FIG. 7 along line VIII - VIII.
  • FIG. 1 shows a schematic, block diagram representation of a preferred embodiment of the proposed arrangement 1 with an associated supply device 2 and associated Ansp motherboardeinrichtun- conditions.
  • the arrangement 1 is designed as a coil arrangement or forms such. Accordingly, only the coil arrangement will be discussed below with regard to the first embodiment.
  • the arrangement 1 according to a second embodiment which will be explained in more detail later, also be formed like an antenna. The following statements and explanations concerning the first embodiment then apply in particular correspondingly or additionally, even if a repeated description has been omitted.
  • FIG. 2 shows a schematic, partially cut-away top view of the coil arrangement 1.
  • FIG. 3 shows a schematic section along line III-III of FIG. 2 of the coil arrangement 1.
  • the coil arrangement 1 has two lines 4 which are at least substantially parallel and closely adjacent to each other, which here extend over an electrically conductive surface or base plate 5 of the coil arrangement 1, ie spaced apart from and in particular parallel to.
  • the lines 4 at opposite ends for supplying high-frequency alternating current are electrically connected or connectable independently, in the illustrated example, in particular via a coaxial connection 6 or any other suitable connection, as shown schematically in FIGS. 2 and 3.
  • the lines 4 are connected by means of plated-through holes through the associated surface or base plate 5.
  • the two lines 4 are electrically short-circuited, in particular electrically and preferably also mechanically fixed to the surface or base plate 5, as indicated in particular for the visible in Fig. 3 line 4.
  • the lines 4 are preferably flat or web-like or formed as a strip conductor.
  • the flat sides of the lines 4 are preferably in a plane and / or to run at least substantially parallel to the surface or base plate. 5
  • the lines 4 are preferably formed without interruption.
  • the lines 4 are bow-shaped, in particular formed as a continuous metal strap.
  • the effective or effective length L of the lines 4 corresponds at least substantially to the longitudinal extension of the lines 4 parallel to the surface or base plate 5 or the line segment which is spaced and parallel to the surface or base plate 5, as indicated in Fig. 3.
  • This length L preferably end angled end portions of the lines 4 to hold the line 4 and / or electrically connect, in particular at one end electrically via the coaxial 6 or the like and at the other end to the surface or base plate. 5
  • the lines 4, the surface or base plate 5, the supply device 2 and / or the adjusting devices 3 preferably form an assembly. However, other constructive solutions are possible.
  • the supply device 2 is preferably connected or connectable to a power supply or a transmitter / receiver 7 and serves in particular to feed the two lines 4 of the coil arrangement 1 with high-frequency alternating current, in particular with a phase shift of substantially 90 °.
  • the supply device 2 is preferably designed as a 3 dB directional coupler, power divider or hybrid.
  • the supply device 2 divides an alternating current received by the transceiver 7 or the like onto the both lines 4 with the desired phase shift and ensures that any reflections are not returned to the transmitter / receiver 7 or the like or not to the input of the supply device 2, but via a further output to an absorber or via an optional resistor. 8 be derived from the mass.
  • the two lines 4 can also be fed by separate power supplies or supply facilities with corresponding, phase-shifted alternating currents.
  • the optional matching devices 3 are used in particular for resistance and / or impedance matching. These can be formed, for example, as matching transformers in microstrip technology, preferably printed conductors on the base plate 5, in particular on the side facing away from the lines 4. However, other design or circuit engineering solutions are possible here.
  • the coil arrangement 1 is preferably provided for magnetic resonance tomographs. These work with magnetic field strengths of several T, some already with 7 T.
  • the frequency of the alternating current and thus of the magnetic field generated by the coil assembly 1 in a magnetic resonance tomograph depends on the magnetic field strength at which to work. In particular, the frequency is about 100 to 500 MHz, in the case of a 7T magnetic resonance tomograph about 300 MHz.
  • the coil assembly 1 is operable according to the present invention, in particular at a frequency from this frequency range.
  • the coil assembly 1 and the length L of the lines 4 is preferably tuned to the desired operating frequency such that the length L is substantially about VA of the wavelength, ie at 300 MHz about 25 cm or less depending on the permittivity of the surrounding medium , in particular between 5 cm and 25 cm.
  • VA the wavelength
  • the preferred phase shift of about 90 ° then a current superposition and thus magnetic field tion can be achieved, as indicated schematically in the diagram of FIG.
  • the diagram shows by way of example at a certain time the course or the envelope of the magnitude of the current I 1 in a line 4 and the curve or the envelope of the magnitude of the current I 2 in the other line 4 over the length L of the two lines 4 Due to the opposite and phase-offset feed, it is achieved that the two currents Ii and I 2 , more precisely the amounts shown or the envelopes of the amounts of the currents, in particular the magnitude of the sum of the currents, become substantially 1 or add to a substantially constant value. Accordingly, a substantial homogenization or homogenization over the entire length L of the total magnetic field generated by the two lines 4 can be achieved.
  • the side of the lines 4 which faces away from the surface or base plate 5 and is spaced from the lines 4, is of particular relevance since this magnetic field is relevant in the examination of patients in a magnetic resonance tomograph.
  • the two lines 4 show due to the close proximity strong electromagnetic coupling, which leads to different impedances of the two coils formed by the lines 4 and thus the currents Ii and I 2 are different levels and can affect the adaptation of the overall circuit massively.
  • This coupling can preferably be compensated by one or more inductors or coils 9 between the two lines 4. More preferably, only one coil 4 is arranged in the middle between the two lines 4, as indicated in particular in Fig. 2.
  • the compensation inductance depends on various factors, such as dimensioning and spacing of the lines 4, operating frequency and the like.
  • the inductance is preferably substantially 30 to 250 nH, in particular about 50 to 100 nH.
  • strip lines 4 having a width of about 20 mm, a height above the conductive base plate 5 of about 15 mm and a Distance (edge to edge) of the strips of about 10 mm at 300 MHz (7 Tes Ia) an inductance of about 75 nH out. If the strip lines 4 set closer, the coupling increases and the compensation inductance must be smaller. At half the frequency (twice the length of the strip lines 4, in order to reach 1/4 of the wavelength) and otherwise the same geometry ratios, the inductance is doubled.
  • the lines 4 and possibly also the surface or base plate 5 need not be substantially rectilinear or flat, but may also be curved.
  • the curvature may extend in the longitudinal direction of the lines 4 and / or transversely thereto.
  • the length L is shortened in proportion to the square root of the dielectric constant. This type of modification of the length L by use of dielectric material can also be realized independently of the proposed coil assembly 1.
  • the invention makes it possible to generate an alternating magnetic field that is largely homogeneous in the longitudinal direction of the conductor by two parallel, closely spaced lines 4, which are fed with high-frequency alternating current at the opposite ends.
  • the alternating currents are preferably at least substantially phase-shifted by 90 degrees.
  • the lines are electrically shorted at their opposite ends of the power supply. This results in a very simple, inexpensive and robust construction.
  • the two lines 4 are each fed with at least substantially sinusoidal alternating currents Ii and I 2 .
  • the intended phase difference is in a preferred embodiment substantially 90 degrees.
  • the sine and cosine or the currents or current distributions along the two lines 4 complement one another. wa 1 or another value that is at least substantially constant.
  • other currents or current distributions can be used or generated.
  • the present invention is also intended to extend to this case.
  • the currents or current distributions along the two lines 4 complement each other at least substantially to a constant value.
  • the proposed coil arrangement 1 can be used additionally or alternatively for generating a magnetic field also for receiving in particular high-frequency signals, in particular in a magnetic resonance tomograph.
  • phase shifter 10 enables an (additional) adaptation or change of the phase position of the alternating currents I 1 and I 2 to one another.
  • the phase shifting device 10 allows a phase shift of 90 ° and / or 180 °.
  • the phase shift device 10 preferably has one, in particular variable delay line 11, a hybrid, a polyphase filter or active phase shift structures.
  • the delay line 11 with a length which corresponds at least substantially to a quarter of the wavelength of the high-frequency alternating current can be used in the phase shifting device 10, in particular to shift the already shifted by 90 ° signal by a further 90 °. As a result, an essentially opposite phase position of the alternating currents I 1 and I 2 is then produced.
  • phase shifting device 10 preferably by the phase shifting device 10, a phase shift of substantially 180 ° between the alternating currents I 1 and I 2 generated. This can lead to a slight increase in the sum of the magnetic fields in the middle of the lines 4.
  • a phase shift of substantially 0 ° between the alternating currents I 1 and I 2 is generated.
  • the positions of the transmitter / receiver 7 are exchanged with the terminating resistor 8, which leads in particular to an inhomogeneous field distribution.
  • Phase deviations deviating from 90 ° are advantageous for determining additional information. Particularly advantageous are these exemplary embodiments, if they can be used in addition to a phase shift of 90 °.
  • phase shifting device 10 is then preferably designed accordingly.
  • phase shifting device 10 may also be designed such that the phase shift is adaptable and / or infinitely or stepwise adjustable or variable.
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a further embodiment variant with a resonance device 12 assigned to the supply device 2, in particular for the purpose of generating a double resonance.
  • This resonant device 12 has, for example, a line 13, a short-circuited line 14 and an open line 15 and, in particular in addition to the lines 4 or the coil arrangement 1, generates an additional resonance.
  • the resonance device 12 is preferably constructed as a line resonator. However, other constructive solutions are possible.
  • the resonance frequency of the resonance device 12 is preferably in the vicinity or adjacent to the resonant frequency of the line arrangement or the lines 4 or the coil arrangement 1.
  • the resulting double resonance of the arrangement 1 increases the bandwidth in which it can be operated.
  • the resonance device 12 can also be realized using other network structures, concentrated components and / or active components.
  • the resonance device 12 is preferably arranged on the side facing away from the lines 4 or the rear side of the surface or base plate 5.
  • the coil arrangement 1 or the supply device 2 can be assigned to both the phase shifting device 10 and the resonance device 12. Furthermore, it is possible for the phase shifting device 10 and / or the resonance device 12 to be switchable, ie to be switched on or off or bypassed as required.
  • the supply device 2, the phase shifting device 10, the resonance device 12, the transmitter / receiver 7, the terminating resistor 8, the matching devices 3 and / or the coil arrangement 1 preferably form an assembly or assembly.
  • the terminating resistor 8 can be replaced by an additional receiver.
  • the supply device 2 also has, if necessary, a coupler, which according to the proposal can also be equipped differently and is not connected to a resistor 8 in each case.
  • the resistor 8 can also be replaced by alternative structures for producing a termination, in particular by a so-called sump, in particular a "radial stub".
  • FIG. 8 shows a schematic section along line VIII-VIII of FIG. 7. In order to improve clarity, only objects in the sectional plane, but not behind them, are shown in FIG. 8.
  • the arrangement 1 according to the second embodiment is designed in particular antenna-like, so preferably forms an antenna arrangement. Only essential differences from the first embodiment will be explained below. The previous statements and explanations to the first embodiment therefore apply in particular corresponding or supplementary, even if a repeated description is omitted.
  • the feed or the electrical connection is not carried out at one end of the lines 4, but at each line between the short-circuited end and the non-shorted end.
  • the feed or the connection, particularly preferably the coaxial connection 6, is arranged in particular in the half of the line 4 with the short-circuited end and / or adjacent to the short-circuited end.
  • the non-short-circuited end of the line 4 preferably ends freely.
  • the electrical connection or the feed takes place closer to the short-circuited end than to the free end of the line 4.
  • the arrangement 1 may in principle also have only one such connected line 4 or any other configurations of connected lines 4.
  • a finger-like structure and / or interdigital structure of lines 4 by alternately contacted, juxtaposed lines 4 is possible.
  • matrix-shaped and / or surface developments are possible.
  • the line or lines 4 preferably have or have a length of substantially one quarter of the wavelength of the applied alternating current.
  • other lengths can be realized.
  • other lengths of the lines 4 can be realized and the phase position of the currents I 1 and I 2 to each other adapted so that a substantially homogeneous magnetic field is generated.
  • the arrangement 1 preferably has a high vibration quality. Accordingly, in the case of the arrangement 1 according to the second embodiment of FIGS. 7 and 8, an advantageous current and / or magnetic field distribution is also formed on the lines 4. In particular, with the shift of the feed point or electrical connection connected to an impedance transformation. This can, with suitable positioning of the electrical connection or the coaxial connection 6, influence the impedance such that, for example, the optional matching devices 3 and / or the coil 9 can or may not be required.

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Abstract

Zur Erzeugung eines in einer Hauptrichtung zumindest im wesentlichen räumlich homogen, magnetischen Wechselfelds wird zwei zumindest im wesentlichen parallel zueinander und zur Hauptrichtung verlaufenden, eng nebeneinander liegenden Leitungen (4), insbesondere an entgegengesetzten Enden hochfrequenter Wechselstrom mit einer Phasenverschiebung von zumindest im wesentlichen 90 oder 180 Grad zugeführt.

Description

Spulenanordnung für einen Magnetresonanztomographen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere Spulenanordnung, zur Erzeugung eines Magnetfelds, einen Magnetresonanztomo- graphen mit einer derartigen Anordnung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines in eine Hauptrichtung zumindest im wesentlichen räumlich homogenen, magnetischen Wechselfelds.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung, insbesondere Spulenanordnung, zur Erzeugung insbesondere sehr starker und/oder hochfrequenter Magnetfelder, wie sie beispielsweise bei der Untersuchung eines Patienten, insbesondere in einem Magnetresonanztomographen, eingesetzt werden. Jedoch kann die vorliegende Erfindung grundsätzlich auch bei der Erzeugung von Magnetfeldern für sonstige Zwecke eingesetzt werden.
Bei Magnetresonanztomographen können Microstreifenleiter bzw. sogenannte Microstrip-Leitungen eingesetzt werden, die über einer leitenden Fläche bzw. Grundplatte angeordnet werden. Die Magnetfelder oberhalb der Streifenleiter, also auf der der Fläche bzw. Grundplatte abgewandten Seite, werden zur Un- tersuchung ausgenutzt. Die Streifenleitungen bilden Leitungsresonatoren, die mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist werden.
Die DE 20 2007 015 620 Ul beschreibt eine Spulenanordnung mit Leitungsresonatoren bzw. Streifenleitungen von etwa einer halben Wellenlänge oder mehr des Wechselstroms. Die Stromverteilung und damit die Stärke des erzeugten Magnetfelds verlaufen dabei nicht konstant entlang der Leitung, sondern etwa sinusförmig in einer halben Periode. Zur Vergleichmäßigung der Stromverteilung und damit Homogenisierung des Magnetfelds räumlich parallel zur Längserstreckung der jeweiligen Leitung ist es bekannt, serielle Kon- densatoren in die Leitung einzubauen, wodurch die Stromverteilung weniger stark gekrümmt verläuft. Es gibt verschiedene Formen der Modifikation der Streifenleitungen durch solche Elemente sowie unterschiedliche Konzepte zur Einspeisung bzw. Anpassung der Speiseleitung an die jeweilige Streifenleitung. Die bekannten Ansätze sind jedoch relativ aufwendig und/oder gestatten keine optimale Homogenesierung des Magnetfelds längs bzw. parallel zu der
BESTATIGUNGSKOPIE jeweiligen Leitung. Anstelle von Leitungslängen von einer halben Wellenlänge werden größere Leitungslängen vorgeschlagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanord- nung zur Erzeugung eines Magnetfelds, einen Magnetresonanztomographen mit einer derartigen Anordnung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines in einer Hauptrichtung zumindest im wesentlichen räumlich homogenen, magnetischen Wechselfelds anzugeben, wobei bei einfachem Aufbau bzw. geringem Aufwand eine verbesserte räumliche Homogenisierung des Magnetfelds in ei- ner Hauptrichtung bzw. zu einer Leitung ermöglicht wird.
Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung, insbesondere Spulenanordnung, gemäß Anspruch 1, durch einen Magnetresonanztomographen gemäß Anspruch 16 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Wei- terbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorschlagsgemäß werden statt einer einzigen Leitung zwei parallel verlaufende, eng nebeneinander liegende Leitungen eingesetzt, die getrennt, insbesondere an entgegengesetzten Seiten oder Speisepunkten mit Wechselstrom ge- speist werden und jeweils am anderen Ende elektrisch kurzgeschlossen sind, insbesondere mit einer elektrisch leitenden Fläche bzw. Grundplatte, über der die Leitungen angeordnet sind. Die Länge der Leitungen beträgt vorzugsweise etwa 1A der Wellenlänge des Wechselstroms. Die vorliegende Erfindung sieht also keine Verlängerung der Leitungen, sondern eine Leitungsverkürzung vor. Insbesondere durch diese Leitungsverkürzung kann eine wesentlich bessere Homogenisierung des Magnetfelds entlang der Längserstreckung der Leitungen erreicht werden.
Die Wechselstromeinspeisung erfolgt vorzugsweise mit 90° Phasenverschie- bung, insbesondere so daß die Summe der Magnetfelder über den Leitungen entlang der Längserstreckung (insbesondere in einer Hauptrichtung parallel zur Längserstreckung der Leitungen auf der der Fläche bzw. Grundplatte abgewandten Seite der Leitungen) zumindest im wesentlich konstant ist. Dies ist dadurch möglich, daß sich die Sinusfunktion und die Kosinusfunktion der beiden Stromverteilungen aufgrund der Phasenverschiebung zumindest im wesentlichen überall zu etwa eins addieren. So ist auf sehr einfache Weise eine gute Homogenisierung des Magnetfelds erreichbar.
Die Wechselstromeinspeisung erfolgt in einer weiteren bevorzugten Ausfüh- rungsform mit einer von 90° abweichenden Phasenverschiebung, insbesondere mit einer Phasenverschiebung von 180°, um eine abweichende Feldverteilung zu erzeugen, die andere Informationen liefern kann.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Wechselstromeinspeisung va- riabel, vorzugsweise umschaltbar zwischen zwei Phasenlagen, insbesondere umschaltbar zwischen 90° und 180° Phasenverschiebung.
Vorzugsweise sind die Leitungen flach oder stegartig bzw. als Streifenleiter ausgebildet. Dies gestattet einen niedrigen Wellenwiderstand.
Die Flachseiten der Leitungen liegen vorzugsweise in einer Ebene und/oder verlaufen zumindest im wesentlichen parallel zu der Fläche bzw. Grundplatte. Dies gestattet einen flachen Aufbau und/oder eine gewünschte Magnetfeldverteilung.
Die Leitungen sind vorzugsweise unterbrechungsfrei ausgebildet. Dies gestattet eine einfache Herstellung und/oder geringe Widerstände.
Besonders bevorzugt sind die Leitungen bügelartig, insbesondere als durchge- hende Metallbügel ausgebildet. Dies gestattet einen einfachen, kostengünstigen und insbesondere auch robusten Aufbau.
Bei der oben beschriebenen Anordnung sind die beiden parallelen Leitungen an entgegengesetzten Enden mit der elektrisch leitenden Fläche bzw. Grund- platte kurzgeschlossen bzw. an Masse angeschlossen. Die Wechselstromeinspeisung bzw. der elektrische Anschluß der Leitungen erfolgt jeweils am anderen Ende. So werden quasi geschlossene Spulen gebildet. Deshalb bildet die Anordnung auch eine Spulenanordnung zur Erzeugung von Magnetfeldern. Gemäß einem auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfin- düng kann die Wechselstromeinspeisung bzw. der Anschluß zur Zuführung von hochfrequentem Wechselstrom nicht an einem Ende der jeweiligen Lei- - A -
tung, sondern zwischen den beiden Enden der jeweiligen Leitung erfolgen, insbesondere im Bereich der Hälfte des kurzgeschlossenen Endes und/oder benachbart zum kurzgeschlossenen Ende. Das nicht kurzgeschlossene Ende der Leitung bildet dann ein vorzugsweise freies Ende. Die Anordnung bildet dann eine Antenne bzw. Antennenanordnung, die aber ebenfalls zur Magnetfelderzeugung insbesondere im gewünschten Sinne geeignet ist.
Hinsichtlich der vorgenannten Antennenanordnung - also nicht endseitigen Wechselstromeinspeisung - ist anzumerken, daß die Länge der Leitungen hierbei vorzugsweise wiederum zumindest im wesentlichen etwa ein Viertel der Wellenlänge des Wechselstroms beträgt, die Leitungen jedoch aber auch eine sonstige Länge aufweisen können.
Der Anordnung, insbesondere Spulenanordnung, ist vorzugsweise eine Ver- sorgungseinrichtung, insbesondere ein 3dB-Richtkoppler, Leistungsteiler oder Hybrid, zugeordnet, um den beiden Leitungen die Wechselströme mit einer Phasenverschiebung von zumindest im wesentlichen 90° und/oder 180° zuzuführen. Insbesondere bildet diese Versorgungseinrichtung einen Teil der Spulenanordnung. Jedoch können die phasenversetzten Wechselströme auch durch separate Schaltungen, Versorgungseinrichtungen oder dergleichen erzeugt, modifiziert bzw. bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt kann eine Phasenschiebeeinrichtung zur insbesondere zusätzlichen Phasenverschiebung in Kombination mit einem 3dB- Richtkoppler, Leistungsteiler oder Hybrid eingesetzt werden, um die bevorzugte Phasenverschiebung von insbesondere 180 Grad zu erreichen. Insbesondere wird als Phasenschiebeeinrichtung eine Verzögerungsleitung in eine der beiden Ausgangsleitungen eingesetzt. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der Erfindung liegt darin, eine (zusätzliche) Resonanzeinrichtung vorzusehen, die insbesondere auf der Rückseite der elektrisch leitenden Fläche bzw. Grundplatte bzw. auf der der Leitungen abgewandten Seite angeordnet ist. Bei der Resonanzeinrichtung handelt es sich insbesondere um einen Leitungsresonator. Durch die zusätzlich zu den Leitungen vorgesehene Resonanzeinrichtung kann eine Verbreiterung des Resonanzspektrums, insbesondere eine Vergrößerung der nutzbaren Bandbreite der Anordnung und/oder die Bildung eines sogenannten Kamelrückens in der Resonanzkurve, erreicht werden. Die Resonanzeinrichtung wird vorzugsweise vor den 3dB-Richtkoppler, Leistungsteiler oder Hybriden geschaltet.
Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer vorschlagsgemäßen Anordnung, insbesondere Spulenanordnung, mit einer zugeordneten Versorgungseinrichtung und dazwischen geschalteten Anpaßeinrichtungen gemäß einer ersten Ausfuhrungsform;
Fig. 2 eine Draufsicht der Spulenanordnung;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt der Spulenanordnung gemäß Fig. 2 entlang Linie III - III;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Stromverteilungen längs der
Leitungen;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild der vorschlagsgemäßen An- Ordnung, insbesondere Spulenanordnung, mit der Versorgungseinrichtung und den Anpaßeinrichtungen und einer Phasenschie- beeinrichtung;
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild der vorschlagsgemäßen An- Ordnung, insbesondere Spulenanordnung, mit der Versorgungseinrichtung und den Anpaßeinrichtungen und einer Resonanzeinrichtung;
Fig. 7 eine Draufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung, insbeson- dere Antennenanordnung, gemäß einer zweiten Ausfiihrungs- form; und Fig. 8 einen schematischen Schnitt der Anordnung gemäß Fig. 7 entlang Linie VIII - VIII.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der vorschlagsgemäßen Anordnung 1 mit einer zugeordneten Versorgungseinrichtung 2 und zugeordneten Anspaßeinrichtun- gen 3.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Anordnung 1 als Spulenanordnung ausgeführt bzw. bildet eine solche. Dementsprechend wird nachfolgend bezüglich der ersten Ausführungsform auch nur von Spulenanordnung gesprochen. Vorzugsweise kann die Anordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die später noch näher erläutert wird, auch antennenartig ausgebil- det sein. Die nachfolgenden Ausführungen und Erläuterungen zu der ersten Ausführungsform gelten dann insbesondere entsprechend oder ergänzend, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen, teilgeschnittenen Draufsicht die Spulen- anordnung 1. Fig. 3 zeigt in einem schematischen Schnitt entlang Linie III -III von Fig. 2 die Spulenanordnung 1.
Die Spulenanordnung 1 weist zwei zumindest im wesentlichen parallel verlaufende, eng nebeneinander liegende Leitungen 4 auf, die hier über - also beab- standet zu und insbesondere parallel zu - einer elektrisch leitenden Fläche oder Grundplatte 5 der Spulenanordnung 1 verlaufen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Leitungen 4 an entgegengesetzten Enden zur Zuführung von hochfrequentem Wechselstrom unabhängig voneinander elektrisch angeschlossen bzw. anschließbar, beim Darstellungsbeispiel insbesondere jeweils über eine Koaxialverbindung 6 oder eine sonstige geeignete Verbindung, wie in Fig. 2 und 3 schematisch angedeutet. Insbesondere sind die Leitungen 4 mittels Durchkontaktierungen durch die zugeordnete Fläche bzw. Grundplatte 5 hindurch angeschlossen. An den der Stromeinspeisung jeweils entgegengesetzten Enden sind die beiden Leitungen 4 elektrisch kurzgeschlossen, insbesondere elektrisch und bevorzugt auch mechanisch fest mit der Fläche bzw. Grundplatte 5 verbunden, wie insbesondere für die in Fig. 3 sichtbare Leitung 4 angedeutet.
Die Leitungen 4 sind vorzugsweise flach oder stegartig bzw. als Streifenleiter ausgebildet. Die Flachseiten der Leitungen 4 liegen vorzugsweise in einer Ebene und/oder zum verlaufen zumindest im wesentlichen parallel zu der Fläche bzw. Grundplatte 5.
Die Leitungen 4 sind vorzugsweise unterbrechungsfrei ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Leitungen 4 bügelartig, insbesondere als durchgehende Metallbügel ausgebildet.
Die wirksame bzw. effektive Länge L der Leitungen 4 entspricht zumindest im wesentlichen der Längserstreckung der Leitungen 4 parallel zur Fläche bzw. Grundplatte 5 bzw. dem Leitungssegment, das beabstandet und parallel zur Fläche bzw. Grundplatte 5 verläuft, wie in Fig. 3 angedeutet. An diese Länge L schließen sich vorzugsweise abgewinkelt Endbereiche der Leitungen 4 an, um die Leitung 4 zu halten und/oder elektrisch anzuschließen, insbesondere jeweils an einem Ende elektrisch über die Koaxialverbindung 6 oder dergleichen und am anderen Ende an die Fläche bzw. Grundplatte 5.
Die Leitungen 4, die Fläche bzw. Grundplatte 5, die Versorgungseinrichtung 2 und/oder die Anpassungseinrichtungen 3 bilden vorzugsweise eine Baugruppe. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Die Versorgungseinrichtung 2 ist vorzugsweise an eine Stromversorgung bzw. einen Sender/Empfanger 7 angeschlossen bzw. anschließbar und dient insbesondere dazu, die beiden Leitungen 4 der Spulenanordnung 1 mit hochfrequentem Wechselstrom zu speisen, und zwar insbesondere mit einer Phasenverschiebung von im wesentlichen 90°. Die Versorgungseinrichtung 2 ist hierzu vorzugsweise als 3-dB-Richtkoppler, Leistungsteiler oder Hybrid ausgebil- det. Besonders bevorzugt teilt die Versorgungseinrichtung 2 einen von dem Sender/Empfänger 7 oder dergleichen empfangenen Wechselstrom auf die beiden Leitungen 4 mit der gewünschten Phasenverschiebung auf und sorgt dafür, daß eventuelle Reflektionen nicht an den Sender/Empfänger 7 oder dergleichen bzw. nicht an den Eingang der Versorgungseinrichtung 2 zurückgeleitet, sondern über einen weiteren Ausgang an einen Absorber bzw. über einen optionalen Widerstand 8 an Masse abgeleitet werden.
Anstelle einer gemeinsamen Stromversorgung bzw. Versorgungseinrichtung 2 können die beiden Leitungen 4 auch von getrennten Stomversorgungen bzw. Versorgungseinrichtungen mit entsprechenden, phasenversetzten Wechsel- strömen gespeist werden.
Die optionalen Anpaßeinrichtungen 3 dienen insbesondere einer Widerstands- und/oder Impedanzanpassung. Diese können beispielsweise als Anpassungstransformatoren in Microstrip-Technik, vorzugsweise Leiterbahnen auf der Grundplatte 5, insbesondere auf der den Leitungen 4 abgewandten Seite, gebildet sein. Jedoch sind hier auch andere konstruktive bzw. schaltungstechnische Lösungen möglich.
Die Spulenanordnung 1 ist bevorzugt für Magnetresonanztomographen vorge- sehen. Diese arbeiten mit Magnetfeldstärken von mehreren T, teilweise bereits mit 7 T. Die Frequenz des Wechselstroms und damit des von der Spulenanordnung 1 erzeugten Magnetfelds hängt bei einem Magnetresonanztomographen von der Magnetfeldstärke ab, bei der gearbeitet wird. Insbesondere beträgt die Frequenz etwa 100 bis 500 MHz, im Falle eines 7T-Magnet- resonanztomographen etwa 300 MHz. Die Spulenanordnung 1 ist gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere bei einer Frequenz aus diesem Frequenzbereich betreibbar.
Die Spulenanordnung 1 bzw. die Länge L der Leitungen 4 ist vorzugsweise derart auf die gewünschte Arbeitsfrequenz derart abgestimmt, daß die Länge L im wesentlichen etwa VA der Wellenlänge beträgt, also bei 300 MHz etwa 25 cm oder abhängig von der Permittivität des umgebenden Mediums auch weniger, insbesondere zwischen 5 cm und 25 cm. Bei einer solchen Längenanpassung und unter Berücksichtigung der bevorzugten Phasenverschiebung von etwa 90° kann dann eine Stromüberlagerung und damit Magnetfeldüberlage- rung erreicht werden, wie schematisch in dem Diagramm gemäß Fig. 4 angedeutet.
Das Diagramm zeigt beispielhaft zu einem bestimmten Zeitpunkt den Verlauf bzw. die Einhüllende des Betrages des Stroms I1 in einer Leitung 4 und den Verlauf bzw. die Einhüllende des Betrages des Stroms I2 in der anderen Leitung 4 über die Länge L der beiden Leitungen 4. Aufgrund der entgegengesetzten und phasenversetzten Einspeisung wird erreicht, daß sich die beiden Ströme Ii und I2, genauer gesagt die dargestellten Beträge bzw. die Einhüllen- den der Beträge der Ströme, insbesondere der Betrag der Summe der Ströme, zu im wesentlichen 1 bzw. zu einem im wesentlichen konstanten Wert addieren. Dementsprechend kann eine wesentliche Homogenisierung bzw. Vergleichmäßigung über die gesamte Länge L des insgesamt von den beiden Leitungen 4 erzeugten Magnetfelds erreicht werden. Wesentlich ist insbesondere das sich auf der der Fläche bzw. Grundplatte 5 abgewandten Seite der Leitungen 4 und beabstandet zu den Leitungen 4 ergebene Magnetfeld, da dieses bei der Untersuchung von Patienten in einem Magnetresonanztomographen relevant ist.
Die beiden Leitungen 4 zeigen aufgrund der engen Nachbarschaft eine starke elektromagnetische Verkoppelung, die zu unterschiedlichen Impedanzen der beiden von den Leitungen 4 gebildeten Spulen führt und damit die Ströme Ii und I2 unterschiedlich stark werden und die Anpassung der Gesamtschaltung massiv beeinträchtigen kann. Diese Verkopplung kann vorzugsweise durch eine oder mehrere Induktivitäten bzw. Spulen 9 zwischen den beiden Leitungen 4 kompensiert werden. Besonders bevorzugt ist nur eine Spule 4 in der Mitte zwischen den beiden Leitungen 4 angeordnet, wie insbesondere in Fig. 2 angedeutet.
Die Kompensationsinduktivität hängt von verschiedenen Faktoren, wie Dimensionierung und Abstand der Leitungen 4, Arbeitsfrequenz und dergleichen, ab. Die Induktivität beträgt vorzugsweise im wesentlichen 30 bis 250 nH, insbesondere etwa 50 bis 100 nH.
Beispielsweise kommt bei Streifenleitungen 4 mit einer Breite von etwa 20 mm, einer Höhe über der leitenden Grundplatte 5 von etwa 15 mm und einem Abstand (Kante zu Kante) der Streifen von etwa 10 mm bei 300 MHz (7 Tes- Ia) eine Induktivität von etwa 75 nH heraus. Werden die Streifenleitungen 4 enger gesetzt, steigt die Verkopplung und die Kompensations-Induktivität muß kleiner werden. Bei halber Frequenz (doppelte Länge der Streifenleitun- gen 4, um wieder 1/4 der Wellenlänge zu erreichen) und sonst gleichen Geometrieverhältnissen wird die Induktivität verdoppelt.
Es ist anzumerken, daß die Leitungen 4 und gegebenenfalls auch die Fläche bzw. Grundplatte 5 nicht im wesentlichen gradlinig bzw. eben ausgebildet sein müssen, sondern auch gekrümmt sein können. Die Krümmung kann in Längsrichtung der Leitungen 4 und/oder quer dazu verlaufen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist vorgesehen, die Leitungen 4 in Luft über der elektrisch leitenden Fläche 5 bzw. Grundplatte 5 zu führen. Es ist jedoch auch möglich, den Zwischenraum teilweise oder vollständig mit einem dielektrischen Material zu füllen, insbesondere die Leitungen 4 in einem dielektrischen Material einzubetten. Dann wird die Länge L proportional zur Quadratwurzel der Dielektrizitätszahl verkürzt. Diese Art der Modifizierung der Länge L durch Einsatz von dielektrischem Material kann auch unabhängig von der vorschlagsgemäßen Spulenanordnung 1 realisiert werden.
Die Erfindung gestattet es insbesondere, ein in Leiterlängserstreckung räumlich weitgehend homogenes magnetisches Wechselfeld durch zwei parallel verlaufende, eng nebeneinander liegende Leitungen 4 zu erzeugen, die an den entgegengesetzten Enden mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist werden. Die Wechselströme sind dabei vorzugsweise zumindest im wesentlichen um 90 Grad phasenverschoben. Die Leitungen sind an ihren der Stromzufuhr entgegengesetzten Enden jeweils elektrisch kurzgeschlossen. So ergibt sich ein sehr einfacher, kostengünstiger und robuster Aufbau.
Grundsätzlich ist bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die beiden Leitungen 4 jeweils mit zumindest im wesentlichen sinusförmigen Wechselströmen Ii und I2 gespeist werden. Insbesondere in diesem Fall beträgt die vorgesehene Phasendifferenz in einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel im wesentlichen 90 Grad. In diesem Fall ergänzen sich der Sinus und Kosinus bzw. die Ströme bzw. Stromverteilungen längs der beiden Leitungen 4 auf et- wa 1 oder einen sonstigen zumindest im wesentlichen konstanten Wert. Jedoch können grundsätzlich auch sonstige Ströme bzw. Stromverteilungen eingesetzt bzw. erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung soll sich vorzugsweise auch auf diesen Fall erstrecken. Insbesondere ist auch bei von der Sinus- form abweichenden Wechselströmen dann vorzugsweise vorgesehen, daß sich die Ströme bzw. Stromverteilungen längs der beiden Leitungen 4 zumindest im wesentlichen auf einen konstanten Wert ergänzen.
Weiter ist anzumerken, daß die vorschlagsgemäße Spulenanordnung 1 zusätz- lieh oder alternativ zur Erzeugung eines Magnetfelds auch zum Empfang insbesondere hochfrequenter Signale, insbesondere in einem Magnetresonanztomographen, einsetzbar ist.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsvariante mit einer (zusätzlichen), der Versorgungseinrichtung 2 zugeordneten Phasen- schiebeeinrichtung 10. Die Phasenschiebeeinrichtung 10 ermöglicht eine (zusätzliche) Anpassung bzw. Änderung der Phasenlage der Wechselströme I1 und I2 zueinander. Insbesondere ermöglicht die Phasenschiebeeinrichtung 10 eine Phasenverschiebung von 90° und/oder 180°. Die Phasenschiebeeinrich- tung 10 weist hierzu vorzugsweise eine, insbesondere variable Verzögerungsleitung 11, einen Hybriden, ein Polyphasenfilter oder aktive Phasenschiebe- strukturen auf. Insbesondere kann die Verzögerungsleitung 11 mit einer Länge, die zumindest im wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge des hochfrequenten Wechselstroms entspricht, in der Phasenschiebeeinrichtung 10 verwendet werden, insbesondere um das bereits um 90° verschobene Signal um weitere 90° zu verschieben. Hierdurch wird dann eine im Wesentlichen gegensätzliche Phasenlage der Wechselströme I1 und I2 hervorgerufen.
In einem Ausführungsbeispiel wird, vorzugsweise durch die Phasenschiebe- einrichtung 10, eine Phasenverschiebung von im wesentlichen 180° zwischen den Wechselströmen I1 und I2 erzeugt. Dies kann zu einer leichten Überhöhung der Summe der Magnetfelder im Bereich der Mitte der Leitungen 4 führen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Phasenverschiebung von im wesentlichen 0° zwischen den Wechselströmen I1 und I2 erzeugt. Hierzu kann insbesondere die Positionen des Sender/Empfängers 7 mit der des Abschlußwiderstands 8 getauscht werden, was insbesondere zu einer inhomogenen Feldverteilung fuhrt.
Von 90° abweichende Phasenverschiebungen, insbesondere Phasenverschiebungen von 180° oder 0°, sind vorteilhaft zur Ermittlung zusätzlicher Informationen. Insbesondere vorteilhaft sind diese Ausfuhrungsbeispiele, wenn diese zusätzlich zu einer Phasenverschiebung mit 90° verwendet werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsvariante kann zwischen einer Phasenverschiebung von im wesentlichen 90 Grad und im wesentlichen 180 Grad und/oder 0 Grad umgeschaltet werden. Die Phasenschiebeeinrichtung 10 ist dann vorzugsweise entsprechend ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Phasenschiebeeinrichtung 10 auch derart ausgebildet sein, daß die Phasenverschiebung adaptierbar und/oder stufenlos oder stufig einstellbar oder veränderbar ist.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsvariante mit einer der Versorgungseinrichtung 2 zugeordneten, insbesondere vorgeschalteten Resonanzeinrichtung 12, insbesondere zur Erzeugung einer Doppelresonanz. Diese Resonanzeinrichtung 12 weist beispielsweise eine Leitung 13, eine kurzgeschlossene Leitung 14 und eine offene Leitung 15 auf und erzeugt insbesondere zusätzlich zu den Leitungen 4 bzw. der Spulenanordnung 1 eine zusätzliche Resonanz. Die Resonanzeinrichtung 12 ist vorzugsweise als Leitungsresonator aufgebaut. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Die Resonanzfrequenz der Resonanzeinrichtung 12 liegt vorzugsweise in der Nähe bzw. benachbart zur Resonanzfrequenz der Leitungsanordnung bzw. der Leitungen 4 bzw. der Spulenanordnung 1. Die hierdurch resultierende Doppelresonanz der Anordnung 1 vergrößert die Bandbreite, in der diese betrieben werden kann. Die Resonanzeinrichtung 12 kann jedoch auch unter Verwen- düng anderer Netzwerkstrukturen, konzentrierter Bauelemente und/oder aktiver Komponenten realisiert werden. Weiterhin ist es möglich, die Resonanz- einrichtung 12 zwischen dem Sender/Empfänger 7 und der Versorgungseinrichtung 2 oder zwischen der Versorgungseinrichtung 2 und den Anpaßeinrichtungen 3 oder zwischen den Anpaßeinrichtungen 3 und der Spulenanordnung 1 anzuordnen.
Die Resonanzeinrichtung 12 ist vorzugsweise auf der den Leitungen 4 abgewandten Seite bzw. der Rückseite der Fläche bzw. Grundplatte 5 angeordnet.
Die vorgenannten Ausführungsvarianten können beliebig miteinander kombi- niert werden. Insbesondere kann der Spulenanordnung 1 bzw. der Versorgungseinrichtung 2 sowohl die Phasenschiebeeinrichtung 10 als auch die Resonanzeinrichtung 12 zugeordnet sein. Weiter ist es möglich, daß die Phasenschiebeeinrichtung 10 und/oder die Resonanzeinrichtung 12 schaltbar sind, also je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet bzw. umgangen werden können.
Die Versorgungseinrichtung 2, die Phasenschiebeeinrichtung 10, die Resonanzeinrichtung 12, der Sender/Empfanger 7, der Abschlußwiderstand 8, die Anpaßeinrichtungen 3 und/oder die Spulenanordnung 1 bilden vorzugsweise eine Baugruppe oder Baueinheit.
Bei allen Ausführungsvarianten kann der Abschlußwiderstand 8 durch einen zusätzlichen Empfänger ersetzt werden. Auch weist die Versorgungseinrichtung 2 bedarfsweise einen Koppler auf, der vorschlagsgemäß ebenfalls unterschiedlich ausgestattet sein kann und nicht in jedem Fall mit einem Wider- stand 8 verbunden wird. Auch kann der Widerstand 8 durch alternative Strukturen zur Erzeugung eines Abschlusses, insbesondere durch einen sogenannten Sumpf, insbesondere einen "radial stub", ersetzt werden.
Eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der vorschlagsgemäßen An- Ordnung 1 ist in Fig. 7 dargestellt. Fig. 8 zeigt einen schematischen Schnitt entlang Linie VIII - VIII von Fig. 7. Um die Übersichtlichkeit zu verbessern, sind in Fig. 8 ausschließlich Objekte in der Schnittebene, nicht jedoch hinter dieser liegende Objekte dargestellt.
Die Anordnung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist insbesondere antennenartig ausgebildet, bildet also vorzugsweise eine Antennenanordnung. Nachfolgend werden lediglich wesentliche Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert. Die bisherigen Ausführungen und Erläuterungen zu der ersten Ausführungsform gelten daher insbesondere entsprechend oder ergänzend, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
Bei der zweiten Ausführungsform erfolgt die Einspeisung bzw. der elektrische Anschluß nicht jeweils an einem Ende der Leitungen 4, sondern bei jeder Leitung jeweils zwischen dem kurzgeschlossenem Ende und dem nicht kurzgeschlossenen Ende. Die Einspeisung bzw. der Anschluß, besonders bevorzugt die Koaxialverbindung 6, ist insbesondere in der Hälfte der Leitung 4 mit dem kurzgeschlossenen Ende und/oder benachbart zum kurzgeschlossenen Ende angeordnet. Das nicht kurzgeschlossene Ende der Leitung 4 endet vorzugsweise frei. Der elektrische Anschluß bzw. die Einspeisung erfolgt insbesondere also näher am kurzgeschlossenen Ende als zum freien Ende der Leitung 4 hin.
Es ist anzumerken, daß die Anordnung 1 grundsätzlich auch nur eine einzige derart angeschlossene Leitung 4 oder jede sonstige Konfigurationen von angeschlossenen Leitungen 4 aufweisen kann. Insbesondere ist vorschlagsgemäß auch eine fingerartige Struktur und/oder Interdigitalstruktur von Leitungen 4 durch alternierend kontaktierte, nebeneinander angeordnete Leitungen 4 möglich. Vorschlagsgemäß sind auch matrixförmige und/oder flächige Weiterbildungen möglich.
Des weiteren ist anzumerken, daß die Leitung bzw. Leitungen 4 vorzugsweise eine Länge von im wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge des beaufschlagten Wechselstroms aufweist bzw. aufweisen. Jedoch können auch andere Längen realisiert werden. Insbesondere können andere Längen der Leitungen 4 realisiert werden und die Phasenlage der Ströme I1 und I2 zueinander derart angepaßt werden, daß ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt wird.
Die Anordnung 1 weist vorzugsweise eine hohe Schwingungsgüte auf. Dementsprechend bildet sich bei der Anordnung 1 gemäß der zweiten Ausfüh- rungsform aus Fig. 7 und Fig. 8 auch eine vorteilhafte Strom- und/oder Magnetfeldverteilung auf den Leitungen 4 aus. Insbesondere ist mit der Ver- schiebung des Einspeisepunktes bzw. elektrischen Anschlusses eine Impedanztransformation verbunden. Diese kann bei geeigneter Positionierung des elektrischen Anschlusses bzw. der Koaxialverbindung 6 die Impedanz derart beeinflussen, daß beispielsweise die optionalen Anpaßeinrichtungen 3 und/oder die Spule 9 entfallen kann bzw. können.

Claims

Patentansprüche:
1. Anordnung (1), insbesondere Spulenanordnung, zur Erzeugung eines Magnetfelds, insbesondere für einen Magnetresonanztomographen, mit zwei zu- mindest im wesentlichen parallel verlaufenden, eng nebeneinander liegenden Leitungen (4) über einer elektrisch leitenden Fläche oder Grundplatte (5), wobei die Leitungen (4) an entgegensetzten Enden zur Zuführung von hochfrequentem Wechselstrom (I1, I2) angeschlossen und am anderen Ende jeweils elektrisch mit der Fläche bzw. Grundplatte (5) kurzgeschlossen sind, wobei die Leitungen (4) jeweils eine Länge (L) aufweisen, die im wesentlichen 1A der Wellenlänge des zuführbaren Wechselstroms (I i, I2) beträgt, oder wobei die Leitungen (4) an entgegengesetzten Enden elektrisch mit der
Fläche bzw. Grundplatte (5) kurzgeschlossen und jeweils zwischen dem kurzgeschlossenen Ende und einem freien Ende zur Zuführung von hochfrequentem Wechselstrom (I1, 12) angeschlossen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (4) flach oder stegartig bzw. als Streifenleitungen ausgebildet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachseiten der Leitungen (4) in einer Ebene liegen und/oder zumindest im wesentli- chen parallel zu der Fläche bzw. Grundplatte (5) verlaufen.
4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (4) unterbrechungsfrei ausgebildet sind.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (4) bügelartig, insbesondere als durchgehende Metallbügel ausgebildet sind.
6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Leitungen (4) jeweils über eine Koaxialverbindung (6) elektrisch angeschlossen oder anschließbar sind.
7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) bzw. Leitungen (4) für eine Wechselstromfrequenz aus dem Bereich von 100 bis 500 MHz ausgelegt bzw. mit Wechselströmen (I1, 12) dieses Frequenzbereichs versorgbar ist bzw. sind.
8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anordnung (1) eine Versorgungseinrichtung (2), insbesondere ein 3dB-Richtkoppler, Leistungsteiler oder Hybrid, zugeordnet ist, um den beiden Leitungen (4) Wechselströme (I i, I2) mit einer Phasenverschiebung von im wesentlichen 90 oder 180 Grad zuzuführen.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Anpassungseinrichtungen (3) zwischen die Versorgungseinrichtung (2) und den Leitungen (4) geschaltet sind.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (4), die Grundplatte (5), die Versorgungseinrichtung (2) und/oder die Anpassungseinrichtungen (3) eine Baugruppe bilden.
11. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) eine Phasenschiebeeinrichtung (10), insbesondere eine Verzögerungsleitung (11), aufweist, um die Wechselströme (I i, I2) vorzugsweise zusätzlich um 90 Grad in der Phase zu verschieben oder um die Wechselströme (Ij, I2) in Gegenphase oder in Gleichphase zu bringen.
12. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) eine Resonanzeinrichtung (12), insbesondere einen Leistungsresonator, insbesondere mit einer gegenüber der Resonanzfrequenz der Leitungen (4) verschobenen Resonanzfrequenz aufweist.
13. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) zur Kompensation der Verkoppelung der beiden Leitungen (4) eine Induktivität bzw. Spule (9) aufweist, die vorzugsweise zwischen die Leitungen (4) geschaltet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (9) in der Mitte zwischen den Leitungen (4) angeordnet und/oder an diese angeschlossen ist.
15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität im wesentlichen 30 bis 250 nH beträgt.
16. Magnetresonanztomograph mit einer Anordnung (1), insbesondere Spulenanordnung, zur Erzeugung eines Magnetfelds, wobei die Anordnung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist und das Magnetfeld auf der der Fläche bzw. Grundplatte (5) der Anordnung (1) abgewandten Seite parallel zur Längserstreckung der Leitungen (4) zumindest im wesentlichen räumlich homogen ist, oder wobei die Anordnung (1) mindestens eine Leitung (4) über einer elektrisch leitenden Fläche oder Grundplatte (5) mit einem elektrischen Anschluß zwischen einem freien Ende und einem mit der Fläche bzw. Grundplatte (5) kurzgeschlossenem Ende aufweist.
17. Verfahren zur Erzeugung eines in einer Hauptrichtung zumindest im wesentlichen räumlich homogenen, magnetischen Wechselfelds, wobei zwei zumindest im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Hauptrichtung verlaufenden, eng nebeneinander liegenden Leitungen (4) - insbesondere an entgegensetzten Enden - hochfrequenter Wechselstrom (I1, I2) mit einer Phasenverschiebung von im wesentlichen 90 oder 180 Grad und/oder derart zugeführt wird, daß sich die Ströme bzw. Stromverteilungen längs der beiden Leitungen (4) zumindest im wesentlichen auf einen konstanten Wert ergänzen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (4) an entgegengesetzten Enden - insbesondere an ihren der Stromzuführung entgegengesetzten oder benachbarten Enden - jeweils elektrisch kurzgeschlossen bzw. an Masse angeschlossen sind.
PCT/EP2009/006636 2008-09-15 2009-09-14 Spulenanordnung für einen magnetresonanztomographen WO2010028853A1 (de)

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