DE69312775T2 - Quadraturspulensystem zum Gebrauch in einem Kernresonanzgerät - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Quadraturspulensystem zur Verwendung in einem Kernresonanzgerät, mit:
• ersten und zweiten elektrischen Hauptleitern, die auf Abstand voneinander in einer ersten Ebene bzw. einer zweiten Ebene liegen und von denen jeder als Schleife mit einer Öffnung gebildet ist, wobei diese Hauptleiter im wesenffichen die gleiche Orientierung haben;
• ersten und zweiten Verbindungsleitern, von denen jeder eine elektrische Verbindung zwischen an entsprechenden Seiten der Öffnung liegenden freien Enden der ersten und zweiten Hauptleiter bildet;
• elektrischen Verbindungsmitteln, die so mit den genannten Leitern verbunden sind, daß erste und zweite Sätze von Windungen gebildet werden, die geeignet sind, erste bzw. zweite Magnetfelder zu generieren und/oder zu empfangen, die zueinander orthogonal gerichtet sind.
• Ein Beispiel für ein solches Quadraturspulensystem ist aus US-A- 5.057.777 bekannt, das ein Quadraturspulensystem beschreibt, das besonders zur Untersuchung beispielsweise des Handgelenks eines Patienten mittels MRI Magnetic Resonance Imaging: Kernresonanzbildgebung) geeignet ist. Der vom Weg jedes der Hauptleiter repräsentierte offene Ring ist dort als U geformt. In dem bekannten Quadraturspulensystem sind die Leiter mit den Verbindungsmitteln an einander gegenüberliegenden Enden des Spulensystems verbunden. Die bei Erregung an einer Seite des Spulensystems erzeugten elektrischen Ströme generieren dann ein horizontal gerichtetes HF- Magnetfeld, und die bei Erregung an der anderen Seite erzeugten Ströme erzeugen ein vertikal gerichtetes HF-Magnetfeld. Es ist ein Nachteil des bekannten Spulensystems, daß es an zwei voneinander entfernten Punkten mit Sender- oder Empfangermitteln verbunden werden muß. Daher fließen Ausgleichströme zwischen den zwei Verbindungspunkten, weil diese Verbindungspunkte über Durchverbindungen außerhalb des Spulensystems über die Sender- oder Empfängermittel miteinander verbunden sind. Diese Ausgleichströme bewirken unerwünschte Störfelder, wodurch die Bildhomogenität und der Rauschabstand beeinflußt werden könnten, und bewirken auch unerwünschte Verluste im Ausgleichspfad, die ebenfalls nachteilig für den Rauschabstand sein können. Ein bekanntes Verfahren zur Verminderung dieses Nachteils, das kurz in dem genannten Dokument angedeutet wird, ist das Einfügen sogenannter Bandsperren ("HF-Traps") in den Verbindungen, wodurch HF-Oberflächenströme gesperrt werden. Es ist jedoch ein Nachteil, daß diese Bandsperren verhältnismäßig groß sein müssen, um wirksam zu sein. Außerdem ist es notwendig, diese Sperren abzuschirmen, um eine Kopplung mit der Umgebung zu verhindern, was wiederum zu Störungen führen könnte. Diese Abschirmungen selbst können auch unerwünschte Wirbeiströme verursachen, die sowohl das HF-Feld als auch das Gradientenfeld stören können und so das Bild nachteilig beeinflussen können. Zudem erfordern diese Bandsperren eine zeitraubende Einstellung.
• Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Quadraturspulensystem der dargelegten Art zu verschaffen, in dem alle Verbindungsmittel auf dem Spulensystem in unmittelbarer Nähe zueinander angebracht werden können. Hierzu ist das erfindungsgemäße Spulensystem dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein dritter Verbindungsleiter vorhanden ist, der eine elektrische Verbindung zwischen einem zwischen den beiden freien Enden liegenden Punkt auf dem ersten Hauptleiter und einem entsprechenden Punkt auf dem zweiten Hauptleiter herstellt, wobei jeder der ersten und zweiten Verbindungsleiter aus nahezu gleichen ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitten besteht, wobei die ersten Verbindungsleiterabschnitte mit den freien Enden des ersten Hauptleiters und die zweiten Verbindungsleiterabschnitte mit den freien Enden des zweiten Hauptleiters verbunden sind,
• die vier freien Enden der ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitte über ein elektrisches Verbindungsnetz miteinander und mit den elektrischen Verbindungsmitteln elektrisch verbunden sind, wobei das Verbindungsnetz zueinander gleiche, erste kapazitive Elemente umfaßt, die die freien Enden der ersten Verbindungsleiterabschnitte bzw. die freien Enden der zweiten Verbindungsleiterabschnitte verbinden, und auch zueinander gleiche, zweite kapazitive Elemente umfaßt, die die freien Enden von zu dem gleichen Verbindungsleiter gehörenden Verbindungsleiterabschnitten miteinander verbinden, wobei die Verbindungspunkte des oder der dritten Verbindungsleiter(s) mit den ersten und zweiten Hauptleitern relativ zu den Öffnungen symmetrisch liegen. Alle elektrischen Verbindungsmittel sind somit mit den Leitern über das Verbindungsnetz verbunden, das an einer Seite des Spulensystems liegt. Wenn das Spulensystem so angeordnet ist, daß die erste und die zweite Ebene horizontal verlaufen, bilden die zwei Hauptleiter zwei horizontale Windungen, die ein vertikal gerichtetes Magnetfeld generieren oder empfangen können. Zusammen mit den Verbindungsleitern bilden Abschnitte der Hauptleiter dann vertikale Windungen, die ein horizontal gerichtetes Magnetfeld generieren oder empfangen können. Die Werte der Bestandteile des Verbindungsnetzes können so gewählt werden, daß die Resonanzfrequenz der Windungen auf einen zuvor bestimmten Wert abgestimmt wird. Wegen des Vorhandenseins des (der) dritten Verbindungsleiter(s), gibt es zwischen den zwei horizontalen Windungen eine oder mehrere Verbindungen. Um zu verhindern, daß diese Verbindungen einen Strom führen und so das von den horizontalen Windungen generierte Magnetfeld beeinflussen, ist es wichtig, daß die Verbindungspunkte zwischen diesem (diesen) dritten Verbindungsleiter(n) und den zwei Hauptleitern auf gleichem Potential liegen. Dies wird in sehr einfacher und eleganter Weise mit Hilfe eines Verbindungsnetzes erreicht, das dafür sorgt, daß die Ströme in den beiden horizontalen Windungen gleich sind, so daß die Punkte der ersten und zweiten Hauptleiter, die mit den gleichen dritten Verbindungsleitern verbunden sind, auf gleichem Potential liegen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die vertikalen Windungen auch den gleichen Strom führen. Daher führen die ersten kapazitiven Elemente keinen Strom für die horizontalen Windungen und die zweiten kapazitiven Elemente keinen Strom für die vertikalen Windungen. Die horizontale und die vertikale Mode des Spulensystems können somit unabhängig voneinander resonant sein und bei einer einzigen Position des Spulensystems erregt oder ausgelesen werden. Die Anzahl dritter Verbindungsleiter kann ungerade (beispielsweise eins oder drei) sein, so daß es einen zentralen dritten Verbindungsleiter gibt, der mit den Hauptleitern bei mitten auf den Hauptleitern liegenden Punkten verbunden ist.
• Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemaßen Quadraturspulensystems ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten kapazitiven Elemente zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete erste Kondensatoren umfaßt, wobei die Verbindungspunkte der in Reihe geschalteten ersten Kondensatoren über zumindest einen zweiten Kondensator miteinander verbunden sind, wobei jedes zweite kapazitive Element eine Reihenschaltung aus zwei zu verschiedenen ersten kapazitiven Elementen gehörenden ersten Kondensatoren und (dem) den zweiten Kondensator(en) umfaßt. Die horizontale Mode kann dann über einen der ersten Kondensatoren erregt oder ausgelesen werden und die vertikale Mode über den (die) zweiten Kondensator(en).
• Um die Einstellung der Resonanzfrequenz der vertikalen Windungen zu erleichtern, ohne Ieeeinflussung der der horizontalen Windungen, ist eine weitere Version der letztgenannten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die mit Abschnitten des gleichen Verbindungsleiters verbundenen Enden jedes der ersten kapazitiven Elemente über zueinander gleiche dritte kapazitive Elemente miteinander verbunden sind.
• Eine weitere Version der letztgenannten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete zweite Kondensatoren vorhanden sind, wobei jedes der dritten kapazitiven Elemente zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete dritte Kondensatoren umfaßt, wobei die Verbindungspunkte der in Reihe geschalteten dritten Kondensatoren über zueinander gleiche vierte Kondensatoren mit dem Verbindungspünkt der zweiten Kondensatoren verbunden sind.
• Für eine weitere Vereinfachung der Einstellung der Resonanzfrequenz der vertikalen Windungen, unabhängig von der der horizontalen Windungen, ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale dritte Verbindungsleiter aus zwei Abschnitten besteht, die jeweils in der Verlängerung des anderen liegen, wobei deren freie Enden über eine Schaltung, die einen variablen fünften Kondensator enthält, miteinander verbunden sind.
• Die Empfindlichkeit (Rauschabstand) der vertikalen Windungen ist zusätzlich erhöht in einer Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindungspunkte des zentralen dritten Verbindungsleiters mit den ersten und zweiten Hauptleitern über erste bzw. zweite zusätzliche Leiter, die in der ersten bzw. der zweiten Ebene liegen, mit dem Verbindungsnetz verbunden sind. Zusammen mit dem zentralen dritten Verbindungsleiter bilden die zusätzlichen Leiters eine zusätzliche vertikale Windung. Die Verbindung dieser zusätzlichen Leiter mit dem Verbindungsnetz kann in einfacher Weise in einer Version dieser Ausführungsform realisiert werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verbindungsnetz die folgenden Elemente umfaßt: für jeden der ersten und zweiten Verbindungsleiter eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen sechsten Kondensatoren, die die freien Enden der zu dem betreffenden Verbindungsleiter gehörenden ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitte miteinander verbindet;
• eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen siebten Kondensatoren, die die freien Enden der ersten und zweiten zusätzlichen Leiter miteinander verbindet; zwei zueinander gleiche achte Kondensatoren, von denen jeder den Verbindungspunkt eines der Paare von sechsten Kondensatoren mit dem Verbindungspunkt der siebten Kondensatoren verbindet.
• Wenn diese Version nur als Empfängerspule verwendet wird, sollte es möglich sein, diese Spule beim Senden von den Sendermitteln zu entkoppeln. Hierzu ist eine weitere Version dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus einer Spule und einem Schalter parallel zu jedem sechsten und siebten Kondensator geschaltet ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Kernresonanzgeräts,
• Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Teils des in Fig. 1 gezeigten Geräts,
• Fig. 3 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemaßen Quadraturspulensystems, das in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gerät verwendet werden kann,
• Fig. 4 eine schematische Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Spulensystems mit einer ersten Ausführungsform eines Verbindungsnetzes und einem Teil einer damit verbundenen Schaltung,
• Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Verbindungsnetzes,
• Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform eines Verbindungsnetzes,
• Fig. 7 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen Quadraturspulensystems mit einer vierten Ausführungsform eines Verbindungsnetzes,
• Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform eines Verbindungsnetzes, und
• Fig. 9 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemaßen Quadraturspulensystems.
• Das Kernresonanzgerät, das in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist, umfaßt ein System 1 von Körperspulen, die zum Generieren eines statischen, homogenen Magnetfeldes und von Gradientenfeldern eingerichtet sind. Innerhalb des Systems ist ein auf einem Tisch 5 angeordneter zylindrischer Hohlraum 3 zum Aufnehmen eines Patienten 7 gebildet. Es gibt auch eine Stromversorgungs- und Steuerungseinheit 9, die das Gerät so steuert, daß selektierte Teile des Patienten 7 abgebildet werden. Hierzu wird in dem Hohlraum 3 in bekannter Weise ein Magnetfeld generiert, woraufhin HF- Impulse an bestimmte Spulen in dem Gerät angelegt werden und somit generierte HF- Magnetfelder detektiert werden, um Abbildungen der selektierten Teile zu erhalten. Ein Gerät dieser Art wird im Detail beispielsweise in US-A-4.816.765 (PHN 11.934) beschrieben.
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Geräts entlang der Linie II-II in Fig. 1. Der Patient 7 liegt auf dem Tisch 5, so daß die Längsrichtung des Patienten paallel zu einer Achse 11 des Systems verläuft. Die Achse 11 verläuft parallel zur Hauptrichtung des von dem Spulensystem 1 generierten homogenen Magnetfeldes. Diese Richtung, die im dargestellten Beispiel eine horizontale Richtung ist, wird in dem in Fig. 2 angedeuteten orthogonalen Koordinatensystem 12 als Z-Richtung bezeichnet. Die Y-Richtung verläuft dann vertikal. Um das Handgelenk des Patienten 7 abzubilden, ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Quadraturspulensystem 13 auf dem Tisch 5 am Ort des auf der Achse 11 gelegenen Isozentrums des von dem Körperspulensystem 1 generierten Magnetfeldes befestigt. Fig. 2 zeigt, daß der Unterarm 15 des Patienten 7 entlang einer Achse 17 verläuft, die mit der Achse 11 einen Winkel von ungefähr 45º bildet. Der Patient liegt dabei auf dem Bauch in einer bequemen Lage, so daß der Patient das Handgelenk während der Untersuchung stillhalten kann. Das Handgelenk kann auf den Rändern des Quadraturspulensystems 13 abgestützt werden, wie auch in dem genannten Dokument US-A-5 057 777 beschrieben wird. Die Längsrichtung des Handgelenks bildet somit einen Winkel von ungefähr 45º mit der XY-Ebene des Koordinatensystems 12, in der die X- und Y-Komponenten Bx bzw .By eines von dem Quadraturspulensystem 13 generierten oder empfangenen HF-Magnetfeldes liegen.
• Fig. 3 ist eine perspektivische, schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quadraturspulensystems. Das dargestellte Quadraturspulensystem umfaßt eine Anzahl elektrisch leitender Abschnitte, die beispielsweise aus Kupferröhren, -stäben oder -streifen bestehen können. Diese Abschnitte können auf Halterungen aus geeignetem Kunststoff vorgesehen sein, wie in US-A-5 057 777 beschrieben, oder freitragend ausgeführt sein, wie hier gezeigt. Diese Abschnitte umfassen erste und zweite Hauptleiter 19, erste und zweite Verbindungsleiter 21 und einen dritten Verbindungsleiter 23. Jeder Hauptleiter 19 ist als Schleife mit einer Öffnung 24 gebildet. Die ersten und zweiten Hauptleiter 19 sind auf Abstand voneinander in einer ersten Ebene bzw. einer zweiten Ebene angeordnet. Diese Ebenen verlaufen in Fig. 3 horizontal, wobei sich die erste Ebene über der zweiten Ebene befindet. Die ersten und zweiten Hauptleiter haben die gleiche Orientierung, d.h. die Öffnungen 24 liegen an der gleichen Seite, in Fig. 3 an der Vorderseite. Die ersten und zweiten Hauptleiter 19 sind mit Hilfe des dritten Verbindungsleiters 23, der nahezu senkrecht zur ersten und zweiten Ebene verläuft, elektrisch miteinander verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der dritte Verbindungsleiter 23 als gerader Streifen gebildet, der die Mitten der ersten und zweiten Hauptleiter 19 miteinander verbindet.
• Die freien Enden der ersten und zweiten Hauptleiter 19, die an entsprechenden Seiten der Öffnungen 24 liegen, sind jeweils über einen ersten bzw. einen zweiten Verbindungsleiter 21 elektrisch miteinander verbunden, wobei die links von den Öffnungen liegenden freien Enden durch den ersten Verbindungsleiter miteinander verbunden sind. Jeder der ersten und zweiten Verbindungsleiter 21 besteht aus nahezu gleichen ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitten 21a, 21b, die jeweils in der Verlängerung des anderen liegen und deren freie Enden über ein elektrisches Verbindungsnetz 25 miteinander verbunden sind. Die ersten Verbindungsleiterabschnitte 21a sind mit den freien Enden des ersten Hauptleiters 19 verbunden, und die zweiten Verbindungsleiterabschnitte 21b sind mit den freien Enden des zweiten Hauptleiters verbunden. Das Verbindungsnetz 25 umfaßt eine Printplatte 27, auf der Komponenten 29 vorgesehen sind. Elektrische Verbindungsmittel 31, beispielsweise in Form von Verbindungsdrähten, die zu einem Kabel gebündelt sind, sind auch mit dem Verbindungsnetz 25 verbunden. Das Verbindungsnetz 25 verbindet somit die freien Enden der Verbindungsleiterabschnitte 21a, 21b miteinander und mit den Verbindungsmitteln 31.
• Fig. 4 zeigt schematisch das Quadraturspulensystem von Fig. 3 mit einer ersten Ausführungsform des Verbindungsnetzes 25 sowie ein Schaltbild einer damit verbundenen Schaltung. In der vorliegenden Ausführungsform umfaßt das Verbindungsnetz 25 zwei zueinander gleiche erste kapazitive Elemente 33 und zwei zueinander gleiche zweite kapazitive Elemente 35 Jedes dieser kapazitiven Elemente kann aus einem einzigen Kondensator bestehen. Eines der ersten kapazitiven Elemente 33 verbindet die freien Enden der ersten Verbindungsleiterabschnitte 21a miteinander, und das andere kapazitive Element verbindet die freien Enden der zweiten Verbindungsleiterabschnitte 21b miteinander. Jedes zweite kapazitive Element 35 verbindet die freien Enden der Verbindungsleiterabschnitte 21a bzw. 21b miteinander, die zu dem gleichen zweiten Verbindungsleiter 21 gehören.
• In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Verbindungsmittel 31 drei Leiter 31a, 31b und 31c. Die Leiter 31a und 31b verbinden eines der ersten kapazitiven Elemente 33 mit einem ersten Anpassungsnetz 37, und die Leiter 31b und 31c verbinden eines der zweiten kapazitiven Elemente 35 mit einem zweiten Anpassungsnetz 39. Die Anpassungsnetze 37, 39 sind mit einem Hybridnetz 41 verbunden, das über eine Verbindung 43 mit Sender- und/oder Empfängermitteln (nicht abgebildet) verbunden ist. Die Anpassungsnetze 37, 39 und das Hybridnetz bilden ein bekanntes Verbindungssystem für Quadraturspulensysteme. Uber das erste Anpassungsnetz 37 kann dem Quadraturspulensystem ein erster HF-Strom zugeführt werden, wobei der erste Strom hauptsächlich in dem ersten Hauptleiter 19 einem Pfad folgt, der in Fig. 1 durch die Punkte A, B, C, D, E, F, G, H, 1 angedeutet wird. Weil zwischen den ersten und zweiten Hauptleitern 19 eine starke induktive Kopplung herrscht, fließt ein gleichartiger HF-Strom hauptsächlich durch den zweiten Hauptleiter entlang dem Pfad J, K, L, M, N, O, P, Q, R. Die zwei genannten Pfade bilden ein erstes HF-Spulensystem, das aus zwei hauptsächlich horizontalen Windungen besteht. Die durch diese Windungen fließenden Ströme generieren ein vertikal gerichtetes Magnetfeld By. Über das zweite Anpassungsnetz 39 kann dem Quadraturspulensystem ein zweiter HF-Strom zugeführt werden, der wegen des Vorhandenseins des Hybridnetzes 41 relativ zu dem ersten HF- Strom eine Phasendifferenz von 90º aufweist, aber ansonsten diesem gleich ist. Der zweite HF-Strom fließt im rechten Teil des Quadraturspulensystems entlang dem Pfad 1, H, G, F, E, N, 0, P, Q, R und induziert einen HF-Strom, der entlang dem Pfad A, B, C, D, E, N, M, L, K, J im linken Teil fließt (der stark induktiv mit dem rechten Teil gekoppelt ist). Die letztgenannten zwei Pfade bilden ein zweites HF-Spulensystem, das aus zwei im wesentlichen vertikalen Windungen besteht. Die durch diese Windungen ffießenden Ströme generieren ein horizontal gerichtetes Magnetfeld Bx. Umgekehrt erzeugen die HF-Magnetfelder Bx und By in den beiden gebildeten Spulensystemen den angedeuteten Pfaden entsprechende Ströme, die über die Anpassungsnetze 37 und 39 und das Hybridnetz 41 einer Empfängereinrichtung zugeführt werden können. Die Werte der kapazitiven Elemente 33 und 35 sind so gewählt, daß die genannten horizontalen und vertkalen Windungen auf die Frequenz der zugeführten HF-Ströme abgestimmt sind. Der dritte Verbindungsleiter 23 ist ein gemeinsamer Leiter der beiden vertikalen Windungen. Dieser Leiter verbindet an den Punkten E und N, die relativ zu den Öffnungen 24 symmetrisch liegen, auch die horizontalen Windungen miteinander. Das bedeutet, daß die entlang dem betreffenden Hauptleiter 19 gemessenen Abstände zwischen den Punkten E bzw. N einerseits und den freien Enden des Hauptleiters (den Punkten B und H, bzw. K und Q) andererseits gleich sind. Infolge des symmetrischen Aufbaus des beschriebenen Quadraturspulensystems und der Gleichheit der kapazitiven Elemente 33 liegen für die horizontalen Windungen die Punkte E und N auf gleichem Potential. Daher führt der dritte Verbindungsleiter 23 keinen Strom aus den horizontalen Windungen. Aus den gleichen Gründen führen kapazitive Elemente 35 keinen Strom aus den horizontalen Windungen. Da die kapazitiven Elemente 35 auch gleich sind, führen die kapazitiven Elemente 33 keinen Strom aus den vertikalen Windungen. Die horizontalen und vertikalen Windungen können somit unabhängig voneinander arbeiten, auch wenn sie einen großen Teil ihrer Leiter gemeinsam haben. Die horizontalen und vertikalen Moden können somit unabhängig voneinander resonant sein und bei einer einzigen Position des Quadraturspulensystems erregt oder ausgelesen werden. Ein anderer Vorteil der dargestellten Leiterpositionen liegt darin, daß die Zugänglichkeit des Spulensystems in der horizontalen Richtung maximal ist, weil nur zwei Verbindungen in der Mitte des Spulensystems die horizontale Ebene schneiden.
• Fig. 5 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Verbindungsnetzes 25, wobei jedes der ersten kapazitiven Elemente, die die Punkte A und I bzw. J und R miteinander verbinden, von zwei zueinander gleichen, in Reihe geschalteten ersten Kondensatoren 45 gebildet werden. Die Verbindungspunkte S und T der in Reihe geschalteten ersten Kondensatoren 45 sind über einen zweiten Kondensator 47 miteinander verbunden. Jedes der zweiten kapazitiven Elemente, die die Punkte A und 3 bzw. 1 und R miteinander verbinden, umfaßt dann eine Reihenschaltung aus zwei zu verschiedenen ersten kapazitiven Elemente gehörenden ersten Kondensatoren 45 und dem zweiten Kondensator 47. Der Verbindungspunkt U eines der Paare von in Reihe geschalteten ersten Kondensatoren 45 (beispielsweise der Punkt T) bildet einen gemeinsamen Massepunkt für die horizontalen und vertikalen Moden. Die horizontale Mode kann beispielsweise zwischen den Punkten 3 und T erregt oder ausgelesen werden und die vertkale Mode zwischen den Punkten S und T. Der Wert der ersten Kondensatoren wird so gewählt, daß die horizontalen Windungen auf die selektierte Frequenz abgestimmt werden, und der Wert des zweiten Kondensators 47 wird so gewählt, daß die vertikalen Windungen auf die selektierte Frequenz abgestimmt werden. Falls erwünscht können zum Abstimmen der vertikalen Windungen zwei zueinander gleiche dritte kapazitive Elemente 49 (durch gestrichelte Linien angedeutet) den zweiten kapazitiven Elementen hinzugefügt werden, wobei die genannten dritten kapazitiven Elemente die die mit Verbindungsleiterabschnitten des ersten bzw. zweiten Verbindungsleiters 21 verbundenen Enden jedes der ersten kapazitiven Elemente (die Punkte A und J bzw. die Punkte I und R) miteinander verbinden.
• Fig. 6 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform des Verbindungsnetzes 25. In dieser Ausführungsform umfaßt das Verbindungsnetz 25 erste Kondensatoren 45, die miteinander und mit den Punkten A, 1, 3 und R in gleicher Weise verbunden sind wie in der zweiten Ausführungsform, und umfaßt auch eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen zweiten Kondensatoren 47, die den Platz des einzelnen zweiten Kondensators 47 von Fig. 5 einnimmt. Der Verbindungspunkt der beiden zweiten Kondensatoren 47 wird mit dem Buchstaben U bezeichnet. Jedes dritte kapazitive Element 49 in dieser Ausführungsform umfaßt zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete dritte Kondensatoren 51, und die Verbindungspunkte V und W der in Reihe geschalteten dritten Kondensatoren sind über zueinander gleiche vierte Kondensatoren 53 mit dem Verbindungspunkt U der zweiten Kondensatoren 47 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform können die horizontalen Windungen über einen der vierten Kondensatoren 53 erregt oder ausgelesen werden und die vertikalen Windungen über einen der zweiten Kondensatoren 47. Die elektrischen Verbindungsmittel 31 können somit beispielsweise mit den Punkten S, U und W verbunden werden.
• Fig. 7 ist eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform des Aufbaus des erfindungsgemäßen Quadraturspulensystems, das eine vierte Ausführungsform des Verbindungsnetees 25 enthält. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der dritte Verbindungsleiter 23 aus zwei Abschnitten 23a, die jeweils in der Verlängerung des anderen liegen und deren freie Enden über eine Schaltung verbunden sind, die einen variablen fünften Kondensator 55 enthält. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die genannte Schaltung aus einem einzigen Kondensator 55, aber falls erwünscht kann sie auch als Netz ausgeführt werden, das auch andere Komponenten enthält. Der variable Kondensator 55 kann verwendet werden, um die Resonanzfrequenz der vertikalen Windungen einzustellen, ohne die horizontalen Windungen zu beeinflussen und ohne die Anpassung über die Anpassungsnetze 37 und 39 (siehe Fig. 4) wesentlich zu ändern.
• Eine weitere Abwandlung der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß die Verbindungspunkte E und N des dritten Verbindungsleiters mit den ersten und zweiten Hauptleitem 19 über erste und zweite zusätzliche Leiter 57 mit dem Verbindungsnetz 25 verbunden sind. Der erste dieser zusätzlichen Leiter liegt in der ersten Ebene und der zweite in der zweiten Ebene. Zusammen mit dem dritten Verbindungsleiter 23 bilden die zusätzlichen Leiter 57 eine zusätzliche vertikale Windung, wodurch die Empfindlichkeit (Rauschabstand) der horizontalen Mode verbessert wird.
• Die Verbindung der zusätzlichen Leiter mit dem Verbindungsnetz 25 kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Die vierte Ausführungsform des in Fig. 7 gezeigten Verbindungsnetzes 25 ist der Ausführungsform von Fig. 4 sehr ähnlich. In diesem Fall besteht jedoch jedes erste kapazitive Element 33 aus einer Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen Kondensatoren 33a, deren Verbindungspunkt 33b über einen weiteren Kondensator 59 mit dem freien Ende eines der zusätzlichen Leiter 57 verbunden ist. Die weiteren Kondensatoren 59 sind gleich. Die vertikalen Windungen können beispielsweise über eines der zweiten kapazitiven Elemente 35 erregt oder ausgelesen werden, und die horizontalen Windungen können über eines der ersten kapazitiven Elemente 33 erregt oder ausgelesen werden.
• Fig. 8 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform des Verbindungsnetzes 25. In der vorliegenden Ausführungsform umfaßt das Verbindungsnetz für jeden der ersten und zweiten Verbindungsleiter 21 eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen sechsten Kondensatoren 61, die die freien Enden der zu den betreffenden Verbindungsleitern gehörenden Verbindungsleiterabschnitte 21a und 21b miteinander verbinden. Der Verbindungspunkt jedes Paares in Reihe geschalteter sechster Kondensatoren 61 wird mit dem Bezugszeichen 63 bezeichnet. Die freien Enden der ersten und zweiten zusätzlichen Leiter 57 sind über eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen siebten Kondensatoren 65 miteinander verbunden, deren Verbindungspunkt mit dem Bezugszeichen 67 bezeichnet wird. Der Verbindungspunkt 63 eines der Paare von sechsten Kondensatoren 61 ist mit dem jeweiligen Verbindungspunkt 67 der siebten Kondensatoren 65 über einen achten Kondensator 69 verbunden. Die achten Kondensatoren 69 sind zueinander gleich. Die horizontalen und vertikalen Windungen in dieser Ausführungsform können über einen der achten Kondensatoren 69 bzw. einen der siebten Kondensatoren 65 unabhängig voneinander erregt oder ausgelesen werden.
• Wenn das Quadraturspulensystem ausschließlich als HF-Empfängerspule verwendet wird, ist es wünschenswert, das Spulensystem beim Senden vom Sender zu entkoppeln. Hierzu kann, wie auch in Fig. 8 gezeigt wird, eine Reihenschaltung aus einer Spule 71 und einem Schalter 73 parallel zu jedem sechsten und siebten Kondensator 61, 65 vorgesehen sein. Beim Senden werden die Schalter 73 (vorzugsweise PIN- Dioden) geschlossen, so daß die Spulen 71 zusammen mit den betreffenden Kondensatoren 61, 65 Sperrfilter für die Sendefrequenz bilden.
• In der anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Hauptleiter 19 als rechteckige Schleife geformt. Diese Form ist besonders zur Untersuchung des Handgelenks geeignet, wie in Fig. 2 gezeigt. Zur Untersuchung anderer Teile des Körpers sind andere Formen häufig geeigneter. Für die Mammographie ist beispielsweise ein von oben zugängliches, mehr oder weniger kreisförmiges Quadraturspulensystem sehr geeignet. Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Quadraturspulensystems mit einer solchen Form ist in Fig. 9 schematisch dargestellt, wobei entsprechende Komponenten gleiche Bezugszeichen haben wie in den vorhergehenden Figuren. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Hauptleiter 19 ungefähr als kreisförmige Schleife mit einer Öffnung 24 geformt. Für die Mammographie können zwei solcher Spulensysteme in vorteilhafter Weise nebeneinander angeordnet verwendet werden. Das Verbindungsnetz 25 kann von einer beispielsweise anhand der Fig. 4 bis 8 beschriebenen Art sein. Eine weitere Abwandlung, die auch in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden könnte, besteht in der Hinzufügung zweier zusätzlicher dritter Verbindungsleiter, die mit dem Bezugszeichen 23' bezeichnet werden. Diese zusätzlichen dritten Verbindungsleiter können zur Beeinflussung der Stromverteilung und damit der Form des Magnetfeldes in der horizontalen Mode verwendet werden, was mehr Möglichkeiten beim Entwurf des Quadraturspulensystems bietet. Die Anzahl zusätzlicher dritter Verbindungsleiter kann natürlich auch größer als zwei sein, aber sie ist vorzugsweise gerade, so daß die Gesamtzahl, einschließlich des zentralen dritten Verbindungsleiters 23, ungerade ist. Die Verbindungspunkte E, N, 77 der dritten Verbindungsleiter 23, 23' mit den ersten und zweiten Hauptleitern 19 liegen vorzugsweise relativ zu den Öffnungen 24 symmetrisch. Das bedeutet, daß der zentrale dritte Verbindungsleiter 23 mit den Hauptleitern 19 an Punkten E und N verbunden ist, die auf der Mitte dieser Hauptleiter liegen, wobei die übrigen dritten Verbindungsleiter 23' bei Punkten 77, die relativ zu den Punkten E und N paarweise symmetrisch liegen, mit den Hauptleitern verbunden sind. Natürlich können zusätzliche dritte Verbindungsleiter 23' auch in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
• Offensichtlich sind für die beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Alternativen möglich. Beispielsweise kann der variable fünfte Kondensator 55, der in dem dritten Verbindungsleiter 23 enthalten ist, auch in den anhand der Fig. 3 bis 6 und 9 beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Das Gleiche gilt für die zusätzlichen Leiter 57. Zusätzlich zu Kondensatoren kann das Verbindungsnetz 25 auch andere Komponenten umfassen, beispielsweise Spulen. Das erfindungsgemaße Quadraturspulensystem kann erfolgreich in verschiedenen Kernresonanzgeräten verwendet werden, die an sich bekannt sind.

Claims (10)

1. Quadraturspulensystem zur Verwendung in einem Kernresonanzgerät, mit: ersten und zweiten elektrischen Hauptleitern (19), die auf Abstand voneinander in einer ersten Ebene bzw. einer zweiten Ebene liegen und von denen jeder als Schleife mit einer Öffnung (24) gebildet ist, wobei diese Hauptleiter im wesentlichen die gleiche Orientierung haben;

ersten und zweiten Verbindungsleitern (21), von denen jeder eine elektrische Verbindung zwischen an entsprechenden Seiten der Öffnung liegenden freien Enden der ersten und zweiten Hauptleiter bildet;

elektrischen Verbindungsmitteln (31), die so mit den genannten Leitern verbunden sind, daß erste und zweite Sätze von Windungen gebildet werden, die geeignet sind, erste bzw. zweite Magnetfelder zu generieren und/oder zu empfangen, die zueinander orthogonal gerichtet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

zumindest ein dritter Verbindungsleiter (23) vorhanden ist, der eine elektrische Verbindung zwischen einem zwischen den beiden freien Enden liegenden Punkt (N) auf dem ersten Hauptleiter (19) und einem entsprechenden Punkt (N) auf dem zweiten Hauptleiter (19) herstellt, wobei jeder der ersten und zweiten Verbindungsleiter (21) aus nahezu gleichen ersten (21a) und zweiten Verbindungsleiterabschnitten (21b) besteht, wobei die ersten Verbindungsleiterabschnitte (21a) mit den freien Enden des ersten Hauptleiters (19) und die zweiten Verbindungsleiterabschnitte (21b) mit den freien Enden des zweiten Hauptleiters (19) verbunden sind,

die vier freien Enden der ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitte über ein elektrisches Verbindungsnetz (25) miteinander und mit den elektrischen Verbindungsmitteln (31) elektrisch verbunden sind, wobei das Verbindungsnetz (25) zueinander gleiche, erste kapazitive Elemente (33) umfaßt, die die freien Enden der ersten Verbindungsleiterabschnitte (21a) bzw. die freien Enden der zweiten Verbindungsleiterabschnitte (21b) verbinden, und auch zueinander gleiche, zweite kapazitive Elemente (35) umfaßt, die die freien Enden von zu dem gleichen Verbindungsleiter (21) gehörenden Verbindungsleiterabschnitten (21a, 21b) miteinander verbinden, wobei die Verbindungspunkte (E, N, 77) des oder der dritten Verbindungsleiter(s) (23, 23') mit den ersten und zweiten Hauptleitern (19) relativ zu den Öffnungen (24) symmetrisch liegen.

2. Quadraturspulensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzhl dritter Verbindungsleiter (23, 23') ungerade ist, wobei ein zentraler dritter Verbindungsleiter (23) mit den Hauptleitern (19) auf mitten auf den Hauptleitern liegenden Punkten (E, N) verbunden ist.

3. Quadraturspulensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten kapazitiven Elemente (33) zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete erste Kondensatoren (45) umfaßt, wobei die Verbindungspunkte (S, T) der in Reihe geschalteten ersten Kondensatoren über zumindest einen zweiten Kondensator (47) miteinander verbunden sind, wobei jedes zweite kapazitive Element (35) eine Reihenschaltung aus zwei zu verschiedenen ersten kapazitiven Elementen gehörenden ersten Kondensatoren und (dem) den zweiten Kondensator(en) umfaßt.

4. Quadraturspulensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Abschnitten (21a, 21b) des gleichen Verbindungsleiters (21) verbundenen Enden jedes der ersten kapazitiven Elemente (33) über zueinander gleiche dritte kapazitive Elemente (49) miteinander verbunden sind.

5. Quadraturspulensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete zweite Kondensatoren (47) vorhanden sind, wobei jedes der dritten kapazitiven Elemente (49) zwei zueinander gleiche, in Reihe geschaltete dritte Kondensatoren (51) umfaßt, wobei die Verbindungspunkte (V, W) der in Reihe geschalteten dritten Kondensatoren über zueinander gleiche vierte Kondensatoren (53) mit dem Verbindungspunkt (U) der zweiten Kondensatoren (47) verbunden sind.

6. Quadraturspulensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurchgekennzeichnet, daß der dritte Verbindungsleiter (23) aus zwei Abschnitten (23a) besteht, die jeweils in der Verlängerung des anderen liegen, wobei deren freie Enden über eine Schaltung, die einen variablen fünften Kondensator (55) enthält, miteinander verbunden sind.

7. Quadraturspulensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte (E, N) des zentralen dritten Verbindungsleiters (23) mit den ersten und zweiten Hauptleitern (19) über erste bzw. zweite zusätzliche Leiter (57), die in der ersten bzw. der zweiten Ebene liegen, mit dem Verbindungsnetz (25) verbunden sind.

8. Quadraturspulensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsnetz (25) die folgenden Elemente umfaßt:

für jeden der ersten und zweiten Verbindungsleiter (21) eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen sechsten Kondensatoren (61), die die freien Enden der zu dem betreffenden Verbindungsleiter gehörenden ersten und zweiten Verbindungsleiterabschnitte (21a, 21b) miteinander verbindet;

eine Reihenschaltung aus zwei zueinander gleichen siebten Kondensatoren (65), die die freien Enden der ersten und zweiten zusätzlichen Leiter (57) miteinander verbindet; zwei zueinander gleiche achte Kondensatoren (69), von denen jeder den Verbindungspunkt (63) eines der Paare von sechsten Kondensatoren (61) mit dem Verbindungspunkt (67) der siebten Kondensatoren (65) verbindet.

9. Quadraturspulensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus einer Spule (71) und einem Schalter (73) parallel zu jedem sechsten (61) und siebten Kondensator (65) geschaltet ist.

10. Kernresonanzgerät mit einem Quadraturspulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.