NL8600730A

NL8600730A - Magnetisch resonantie apparaat met storingsvrije rf spoel.

Info

Publication number: NL8600730A
Application number: NL8600730A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-03-21
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1987-10-16
Also published as: DE3764127D1; JPS62235553A; EP0239147B1; US4910461A; EP0239147A1

Description

* . 4 ♦ PHN 11.696 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Magnetisch resonantie apparaat met storingsvrije rf spoel.

De uitvinding heeft betrekking op een magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld in een meetruimte en met een in de meetruimte op te stellen rf spoel en op een rf spoel voor een dergelijk apparaat.

5 Een dergelijk apparaat is bekend uit EP 105 550. Vooral voor hogere resonantie frequenties, bijvoorbeeld boven 100 MHz treden als gevolg van de relatief kleine golflengte van het rf veld storende looptijdeffecten in gebruikelijke rf spoelen op, waardoor de veldhomogeniteit nadelig wordt beïnvloed. Door dielectrische · 10 verliezen in meetobjecten treedt verder vaak een reductie in de kwaliteitsfactor van de spoel op met als gevolg verlies aan signaal kwaliteit. De resonantie frequentie van de rf spoel is verder sterk afhankelijk van het meetobject en wordt beperkt door paracitaire capaciteiten van de spoel. Ook ontstaan vaak relatief hoge electrische 15 potentialen over de rf spoel en over een daaraan aan te sluiten afstem element waardoor storende electrische ontladingen op kunnen treden.

Verder wordt de storende invloed van in spoelelementen optredende Eddy currents vooral ook bij hogere meetfrequenties, steeds sterker waardoor weer de homogeniteit van het meetveld wordt aangetast.

20 De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een magnetisch resonantie apparaat van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat de rf spoel is uitgerust met coaxiaal kabels waarvan de mantelgeleider ter plaatse van een knooppunt in het electrische veld, over een de spoelomvang bepalende 25 afstand, locaal is verwijd tot een de kerngeleiders ter plaatse omsluitende electrische afscherm manchet.

Doordat in een rf spoel volgens de uitvinding ter plaatse van de locale afscherm manchet een spanningsknoop optreedt en de kerngeleiders aldaar zijn afgeschermd is het electrische veld in 30 het effectieve spoelgedeelte klein waardoor dielectrische verliezen zijn gereduceerd. Doordat geen gesloten geleiders optreden worden ook Eddy currents gereduceerd.

ν' ^

£ W

PHN 11.696 2

In een voorkeursuitvoering bevat de rf spoel ten minste vier substantieel parallel met een cylinderas over een cylindermantel verlopende, onderling parallel geschakelde coaxiaal kabels, waarvan in de asrichting gemeten, ter plaatse van een knooppunt in het electrische 5 veld de mantelgeleiders locaal een buiten de cylindermantel gelegen electrische afscherm manchet vormen. Binnen een aldus gevormde spoel kan een uiterst homogeen exitatiemeetveld worden gerealiseerd waar, doordat het electrische veld aldaar gering is de spoelkwaliteit verstorende dielectrische verliezen niet op zullen treden. Met een totale lengte 10 van elk van de coaxiaal kabels van n/4 λ met n een oneven geheel getal en 'open kabeluiteinden na de locale verwijding wordt de verwijding aangebracht op ongeveer 1/4 λ van de open uiteinden en strekt deze zich over een afstand van bijvoorbeeld ongeveer 0,1 λ uit. Met kortgesloten kabeluiteinden is de locatie van de verwijding en de lengte daarvan 15 gemeten in de kabelrichting gelijk maar is de totale kabellengte n/2 λ met n een geheel getal. Een gunstige spoeldiameter wordt bijvoorbeeld zodanig bepaald, dat een 0,1 λ manchet lengte ongeveer overeenkomt met twee maal die diameter.

Voor afstemming van een aldus gevormde rf spoel worden de 20 coaxiaal kabels aan een uiteinde aangesloten aan een afstem condensator eenheid die gezien de gewenste kabellengte zo ver voor de manchet van de eigenlijke spoel kan zijn gelegen dat het optreden van stoorvelden binnen het meetveld daarvan zijn uitgesloten. Door een gunstige keuze van de kabellengte tussen de afstem eenheid en de manchet kan gezorgd 25 worden voor een minimalisering van de over de afsteminrichting optredende potentiaal.

In een verdere voorkeursuitvoering bevat de rf spoel meerdere, althans twee, stelsels coaxiaal kabels waardoor met een 1 aangepaste onderlinge oriëntatie van de stelsels een spoelsysteem voor 30 twee verschillende frequentie gebieden kan worden gerealiseerd of waarbij een eerste stelsel als exitatie spoel en een tweede stelsel als meetspoel kan fungeren. Hierdoor wordt onderlinge beïnvloeding in de aan de spoel aan te sluiten electronica voor exitatie en detectie vermeden. In praktische gevallen zullen twee kabelstelsels, veelal 35 onderling over 90° geroteerd zijn opgesteld.

Aan de hand van de tekening zullen in het onderstaande enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden ‘53 0-3 7 3 0 PHN 11.696 3 beschreven. In de tekening toont :

Fig. 1 een magnetisch resonantie apparaat volgens de uitvinding, en

Fig. 2 een rf spoel daarvoor.

5 Een magnetisch resonantie apparaat zoals weergegeven in figuur 1 bevat magneetspoelen 2 voor het opwekken van een homogeen stationair magneetveld en magneetspoelen 4 voor het opwekken van een gradientveld in een meetruimte 5 binnen de spoelen, een voedingsbron 6 voor de magneetspoelen 2 en een voedingsbron 8 voor de magneetspoelen 10 4. Een rf spoel 10 opgesteld in de meetruimte 5 dient hier zowel voor het opwekken van een radiofrequent electromagnetisch veld en is daartoe verbonden met een radiofrequentbron 12, als voor het detecteren van door het radiofrequente veld in een te meten object opgewekte kernspinresonantie signalen. Voor het detecteren is de spoel 10 15 verbonden met een signaalversterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 bestuurt verder, een modulator 20 voor de radiofrequentbron 12, de voedingsbron 8 voor het gradientveld en een monitor 22 voor 20 beeldweergave. Een hoogfrequentoscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 voor de radiofrequentbron 12 aan de meetsignalen verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. Voor koeling van de magneetspoelen voor het hoofdveld dient hier een de magneetspoelen omhullende helium dewar 26. De uitvinding is in het bijzonder maar niet uitsluitend, 25 toepasbaar voor supergeleidende magneten omdat daar met relatief sterke magneetvelden en derhalve met relatief hoge kernspinresonantie frequenties wordt gewerkt. Een Faraday kooi 28 omsluit hier de meetruimte 5 in het apparaat en omvat de zend-meetspoel 10 maar ligt binnen de spoelen 2 en 4 voor het hoofdmagneetveld.

30 Van de rf spoel 10 bevindt een effectief spoelgedeelte 30 zich in de meetruimte 5 terwijl toevoer kabelgedeelten 32 daar buiten reiken. De toevoer kabels 32 zijn aangesloten aan een zich buiten de meetruimte bevindende afstemeenheid 34 waaraan een selector 36 is aangesloten. Via de selector 36 kan de spoel worden verbonden met de 35 radiofrequent bron 12 voor exitatie van een zich in het meetveld van de spoel bevindend object of met de signaalversterker 14 voor het detecteren van in het object opgewekte relaxatie signalen.

» . \ ; — ' y . f j i \ψ * 5* "t PHN 11.696 4

In Fig. 2 is de spoel 10 met een effectief spoelgedeelte 30 toevoer kabels 32, een afstemeenheid 34 een een selector 36 meer gedetaileerd. weergegeven.

Vanuit een aansluitvlak 31 van de afstemeenheid 34 lopen 5 in de geschetste uitvoeringsvorm vier coaxiaal kabels 35 gebundeld naar het spoelgedeelte 30. Over een ingangsvlak 38 van een denkbeeldige cylinder 40 met een as 42 verdelen de kabels zich hier paarsgewijs onder 60° en verlopen naar omtrekspunten 44 van de cylinder 40. Vanuit de omtrekspunten 44 lopen kerngeleiders 46 van de kabels over een 10 manteloppervlak 48 van de cylinder naar omtrekspunten 50 in een tegenovergesteld eindvlak 52 van de cylinder. Mantelgedeelten 56 van de coaxiaal kabels vormen vanaf het ingangsvlak 38 een gezamenlijke afscherm manchet 57, hier in de vorm van een cylindermantel 58 om de cylindermantel 48, hier doorlopend tot aan het eindvlak 52 van de 15 cylinder. In het eindvlak 52 wordt de manchet 57 weer teruggevoerd naar mantelgedeelten 56 van uitloopgedeelten 65 van de coaxiaal kabels. De uitloopgedeelten zijn hier buiten de manchet 57 teruggevoerd en eindigen in open uiteinden 62.

Gemeten vanaf het aansluitvlak 31 tot aan de uiteinden 62 20 zijn de kabels indien de uiteinden 62 open zijn, dus aldaar geen verbinding tussen de kern en de mantel is gemaakt, n/4 λ lang waarbij λ de voor de resonantie frequentie geldende golflengte is. Alle kabels zijn dus even lang en dat is met het hier geschetste verloop van de vooral de aanvoer kabels tot uitdrukking gebracht. De aanvoer kabel 25 mogen evenwel, onder behoud van een gelijke totale lengte, ook anders verlopen bijvoorbeeld gedeeltelijk langs een cylinderomtrek van de cylinder 48. Verhoudingsgewijs zijn de aanvoer kabels tussen het vlak 31 en het vlak 38 voor vele praktische uitvoeringen relatief te kort getekend, immers voor bijvoorbeeld een totale kabellengte van 3/4 λ dus 30 n = 3 en een gewenste lengte van 1/4 λ voor de uitloopgedeelten 65 zijn de aanvoergedeelten ongeveer 1/2 λ vergeleken met ongeveer 0,1 λ voor de spoellengte.

Met kortgesloten uiteinden 62 van de kabels is de totale kabellengte n/2 λ, met voor n de reeks voor gehele getallen, is weer 35 het uitloopgedeelten 65 1/4 λ en resteert dus voor de aanvoer kabels 35 plus de manchetlengte voor n = 1 ook 1/4 λ. Met weer 0,1 λ voor de manchetlengte komen we dan op 0,15 λ voor de aanvoerlengte, voor welke tKij "w λ .· ·: v ·; / ) ij PHN 11.696 5 oplossing de verhoudingen in de figuur redelijk zijn.

Door een tweede stelsel kabels toe te voegen en die ten aanzien van het cylindergedeelte over 90° geroteerd ten opzichte van het eerste stelsel op te stellen, kan voor bepaalde toepassingen met 5 gelijke aansturing en detectie een verhoogde veldhomogeniteit worden bereikt, kan bij verschillende afstemmingen, dus aansluiting op verschillende afstemcondensator eenheden, voor twee onderling verschillende frequenties worden gemeten of kan een eerste stelsel als exitatie spoel en een tweede stelsel als detectie spoel worden 10 gebruikt. Op overeenkomstige wijze kan ook met meer dan twee stelsels worden gewerkt met alle gewenste mogelijke combinaties van functies voor de verschillende stelsels. Als de uitloopgedeelten 65 ongemak zouden veroorzaken, of bij relatief lage frequenties onhandelbaar lang zouden worden, kunnen de kabels ook afgesloten met een lumped schakeling dus 15 een L-C circuit waarmede het open dan wel kortgesloten 1/4 λ uitloopgedeelte electrisch wordt gesimuleerd.

Met twee kabels die in het vlak 38 naar diametraal gelegen punten verlopen, kan een oppervlakte spoel worden gerealiseerd. Daarbij kunnen de kerngedeelten 46 ook cirkelvormig verlopen en aan 20 beide zijden tot nabij elkaar doorlopen. De manchet 57 omsluit dan deze cirkel en daarmede een daardoor bepaald vlak en kan in een richting dwars op dat vlak gezien naar wens worden uitgebreid. Voor rechthoekige oppervlaktespoelen kunnen de twee keerpunten 50 tot nagenoeg een gezamenlijk punt nabij de as 42 worden samengevoegd. De 25 uitloopgedeelten van de coaxiaal kabels lopen daarbij weer buiten de afscherm manchet terug, worden in elk geval optimaal van het meetveld afschermd. Op overeenkomstige wijze als hierboven beschreven kan dan ook met meerdere, bijvoorbeeld onderling orthogonaal geörienteerde, in meerdere of mindere mate onderling gekoppelde oppervlakte spoelen 30 vormende kabelparen worden gewerkt. Een voorbeeld daarvoor is bijvoorbeeld de als vlinderspoel bekend staande oppervlakte spoel (PHN 11500, NL 8502612).

Hoewel in het voorgaande steeds is uitgegaan van 2, 4 of meerdere stelsels kabels is de uitvinding daartoe in gene dele beperkt.

35 Het is veeleer een extra voordeel van de uitvinding, dat hier, bijvoorbeeld zoals voor bird-cage achtige spoelen met een in feite willekeurig aantal kabels kan worden gewerkt, zonder dat binnen de PHN 11.696 6 afscherm manchet enig electrisch schakelelement behoeft te worden toegevoegd.

f» Λ :r' ^ ^ \ t\ ' ί : - ' y ' · * 'V V 3 ‘J *

Claims

1. Magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel (2) voor het opwekken van een stationair magneetveld in een meetruimte (5) en met een in de meetruimte op te stellen rf spoel (10) met het kenmerk, dat de rf spoel is uitgerust met coaxiaal kabels (35) waarvan 5 de mantelgeleider (56) ter plaatse van een knooppunt in het electrische veld, over een de spoelomvang bepalende afstand, locaal is verwijd tot een de kerngeleiders (46) ter plaatse omsluitende electrische afscherm manchet (57).

2. Magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel 10 (2) voor het opwekken vein een stationair magneetveld in een meetruimte (5) en met een in de meetruimte op te stellen rf spoel (10) met het kenmerk, dat de rf spoel is uitgerust met ten minste vier substantieel parallel met een cylinderas (42) over een cylindermantel (48) verlopende, parallel geschakelde coaxiaal kabels (46) waarvan in de 15 asrichting gemeten, ter plaatse van een knooppunt in het electrische veld, over een de spoelomvang bepalende afstand, een mantelgeleider (56) van de coaxiaal kabels locaal is verwijd tot een buiten de cylindermantel gelegen electrische afscherm manchet (57).

3. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1 of 2, 20 met het kenmerk, dat de coaxiaal kabels ongeveer n/4 λ, met n een oneven geheel getal, lang zijn aan een uiteinde (62) open eindigen en de locale verwijding zich op ongeveer 1/4 λ afstand van de open kabel uiteinden bevindt.

4. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1 of 2, 25 met het kenmerk, dat de kabels aan een einde (62) zijn kortgesloten, ongeveer n/2 λ (n geheel getal) lang zijn en de locale verwijding zich op ongeveer 1/4 λ afstand van de kabel uiteinden bevindt.

5. Magnetisch resonantie apparaat volgens een der conclusies 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de locale verwijding zich uitstrekt over 30 een lengte van maximaal ongeveer 0,1 λ en minimaal ongeveer twee maal de kabel cylinder diameter.

6. Magnetisch resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de parallel geschakelde uiteinden van de coaxiaal kabels een afstem condensator eenheid (34) is opgenomen.

7. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 6, met met kenmerk, dat voor een gewenste eigen frequentie de kabellengte is aangepast aan een gemininaliseerde electrische spanningsval over de .·? V PHN 11.696 8 * afstem condensator eenheid.

8. Magnetisch resonantie apparaat volgens een der conclusies 2 tot 7, met het kenmerk, dat de rf spoel voor een resonantie frequentie van ongeveer 250 MHz een spoeldiameter van ongeveer 6 cm en 5 een spoellengte van ongeveer 10 cm heeft.

9. Magnetisch resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rf spoel is uitgerust met meerdere stelsels coaxiaal kabels.

10. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 8, met 10 het kenmerk, dat de rf spoel twee stelsels coaxiaal kabels bevat die ten opzichte van elkaar over 90° over de cylinder geroteerd zijn gerangschikt en per stelsel met een afstem eenheid zijn verbonden.

11. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rf spoel twee coaxiaal kabels bevat die ter plaatse 15 van de locale verwijding van de mantelgeleiders daarvan een vlak omsluiten en zich verder buiten een door de verzorgde mantelgedeelten gevormde afscherm manchet uitstrekken.

12. RF spoel kennelijk bedoeld voor een magnetisch resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclusies. :"S '**-* "· V j V / · ·'