DE102004035851B4 - Resonatorsystem zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetfelds - Google Patents

Resonatorsystem zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetfelds Download PDF

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Abstract

Resonatorsystem zur Erzeugung eines Hochfrequenz (=HF)-Magnetfelds im Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanz (=MR) Anordnung, das eine Anzahl N von Einzelresonatoren (2), die supraleitendes Material enthalten, umfasst, die das Untersuchungsvolumen umgeben und welche jeweils auf ebenen, dielektrischen Substraten (1) aufgebracht und um eine z-Achse angeordnet sind, wobei die Einzelresonatoren (2) Fenster (8) aufweisen, durch die hindurch im Einzelbetrieb der Einzelresonatoren (2) im Untersuchungsvolumen jeweils ein Einzel-HF-Feld und im Zusammenwirken der Einzelresonatoren (2) im Untersuchungsvolumen ein Nutz-HF-Feld (7) und weit außerhalb des Resonatorsystems asymptotisch ein Fern-HF-Feld (6) erzeugt werden, wobei die räumliche Anordnung der Einzelresonatoren (2) sowie die Verteilung des Nutz-HF-Felds (7) zu einer Ebene A, die die z-Achse enthält, und die des asymptotischen Fern-HF-Felds (6) zur selben Ebene A jeweils im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist, und im Untersuchungsvolumen das Nutz-HF-Feld (7) im Wesentlichen parallel zur Ebene A verläuft und wobei die Einzelresonatoren (2) oder Gruppen von Einzelresonatoren (2) in einer genau 2-zähligen Rotationssymmetrie um...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Resonatorsystem zur Erzeugung eines Hochfrequenz (=HF)-Magnetfelds im Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanz (=MR) Anordnung, das eine Anzahl N von Einzelresonatoren, die supraleitendes Material enthalten, umfasst, die das Untersuchungsvolumen umgeben und welche jeweils auf ebenen, dielektrischen Substraten aufgebracht und um eine z-Achse angeordnet sind, wobei die Einzelresonatoren Fenster aufweisen, durch die hindurch im Einzelbetrieb der Einzelresonatoren im Untersuchungsvolumen jeweils ein Einzel-HF-Feld und im Zusammenwirken der Einzelresonatoren im Untersuchungsvolumen ein Nutz-HF-Feld und weit außerhalb des Resonatorsystems asymptotisch ein Fern-HF-Feld erzeugt werden, wobei die räumliche Anordnung der Einzelresonatoren sowie die Verteilung des Nutz-HF-Felds zu einer ersten Ebene A, die die z-Achse enthält, und die des asymptotischen Fern-HF-Felds zur selben Ebene A jeweils im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist, und im Untersuchungsvolumen das Nutz-HF-Feld im Wesentlichen parallel zur Ebene A verläuft, wobei die Einzelresonatoren oder Gruppen von Einzelresonatoren in einer genau 2-zähligen Rotationssymmetrie um die z-Achse angeordnet sind, wobei die Substratebenen der Einzelresonatoren (2) innerhalb eines durch A abgeteilten Halbraums alle verschieden sind.
  • Ein gattungsgemäßes Resonatorsystem ist aus Referenz [9] bekannt.
  • NMR ist eine sehr aussagekräftige und genaue Methode zur Strukturanalyse chemischer Verbindungen. Zur Einstrahlung der HF-Impulse in die Probe oder auch zur Detektion der hochfrequenten elektromagnetischen Felder aus der Probe werden HF-Resonator-Systeme eingesetzt. Ein HF-Resonatorsystem besteht aus einem oder mehreren HF-Resonatoren, die für die NMR-Messung in unmittelbarer Nähe der Probe angeordnet sind. Dank der Verwendung von gekühlten und insbesondere supraleitenden Hochfrequenzresonatoren, ist es möglich, Verluste im Resonator sehr klein zu halten, und damit die Empfindlichkeit wesentlich zu steigern, so dass eine möglichst hohe Empfangs-Empfindlichkeit, d.h. ein möglichst hohes S/N-Verhältnis realisiert werden kann.
  • Als Supraleiter eignen sich gegenwärtig HTS-Materialien am besten. Diese besitzen eine hohe Sprungtemperatur und sind, verglichen mit anderen Supraleitern, sehr unempfindlich gegenüber statischen magnetischen Feldern. Erreicht werden diese guten Eigenschaften, insbesondere die hohen kritischen Stromdichten, aber nur dann, wenn der Supraleiter aus sehr dünnen, epitaktischen Schichten besteht, die auf orientierten einkristallinen Substraten aufgebaut sind, wobei diese Substrate normalerweise nur als ebene Plättchen zur Verfügung stehen. Das hat zur Folge, dass die geometrische Form der Einzelresonatoren nicht beliebig sein darf sondern aus ebenen Plättchen aufgebaut werden muss, was natürlich die möglichen geometrischen Ausführungsformen stark beschränkt.
  • Solche Anordnungen sind z.B. aus Referenzen [1]–[9] bekannt. Die wesentlichen Probleme, die bei der Verwendung supraleitender Empfangsresonatoren auftreten, sind einerseits die vom Supraleiter erzeugte statische Magnetisierung, welche Feldinhomogenitäten erzeugen kann und das Erreichen schmaler Linien in der hochauflösenden NMR sehr stark erschwert, und anderseits der beschränkte kritische Strom im Supraleiter, der den maximalen Spulenstrom des Sendepulses begrenzt und dadurch das Erreichen kurzer Pulsbreiten für einen vorgegebenen NMR-Flipwinkel erschwert oder verhindert.
  • Zur effizienteren Anregung des Spinsystems ist es bekannt, Resonatorsysteme in Quadratur zu betreiben. Dies ist jedoch nur bei Resonatorsystemen mit mehreren Resonatoren möglich. Dazu werden räumliche Drehfelder erzeugt, d.h. der zweite Resonator wird mit Sendepulsen angeregt, dessen Hochfrequenzphase um 90° gegenüber den Sendepulsen des ersten Resonators verschoben ist. Man kann zeigen, dass dadurch ein räumliches Drehfeld entsteht, das sich viel effizienter zur Anregung des Spinsystems eignet als das normale, räumlich stationäre Feld. Zudem gewinnt man durch das Quadratur-Verfahren einen Faktor √2 an S/N-Verhältnis gegenüber dem gewöhnlichen Verfahren mit nur einem Resonator, weil das Rauschen der beiden Resonatoren nicht miteinander korreliert ist. Auch das maximale durch das Resonatorsystem erzeugte B1-Anregungsfeld (Nutz-HF-Feld) erhöht sich um den Faktor √2. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, um verlustbehaftete Messproben, z.B. Salzlösungen, mit einem hohem S/N-Verhältnis zu messen.
  • Unabhängig von dem Modus, in dem das Resonatorsystem betreiben wird, sollte das Resonatorsystem ein möglichst homogenes B1-Feld erzeugen und die Möglichkeit erlauben, einen zweiten Resonator möglichst nahe bei der Messprobe anzubringen.
  • Aus Referenz [10] ist ein Hybrid-Birdcage-Resonator bekannt. Er ist aus massiven oder geschlitzten, optimal um die Messprobe herum angeordneten supraleitenden Leiterbahnen 101 aufgebaut, die parallel zur Achse der Messprobe liegen (siehe 13). Diese Leiterbahnen 101 sind ihrerseits kapazitiv über je ein normal leitendes rohrförmiges Element 102 an beiden Enden der Leiterbahnen 101 miteinander elektrisch verbunden. Da die Leiterbahnen 101 sehr nahe an der Messprobe angeordnet sind, und weil diese zudem praktisch rein induktiv wirken und keine kapazitive Funktion ausüben müssen, können sie den vollen kritischen Strom tragen. Beides zusammen führt dazu, dass das im Untersuchungsvolumen maximal erzeugbare B1-Feld optimal groß und homogen wird. Dieser Resonator-Typ erreicht auch dementsprechend optimal kurze Pulsbreiten für einen gewünschten NMR-Flipwinkel. Die sehr kompakte Bauweise erlaubt insbesondere bei Messproben mit großen Durchmessern, wo der verbleibende Freiraum sehr begrenzt sein kann, optimale Einbaumöglichkeiten. Bei kleinen Durchmessern der Messprobe hingegen, führt der etwas kompliziertere Aufbau zu konstruktiven Grenzen. Derartige Resonatoren eignen sich insbesondere auch zum Betrieb im Quadratur-Modus und weisen eine gute Effizienz auf. Durch die Verwendung von normal leitendem Material für die rohrförmigen Elemente 102 ist die Güte jedoch relativ gering. Darüber hinaus ist der Aufbau von Hybrid-Birdcage-Resonatoren konstruktiv sehr anspruchsvoll.
  • Aus Referenz [11] ist ein quadraturtauglicher Birdcage-Resonator bekannt, der ausschließlich aus supraleitendem Material aufgebaut ist und dessen parallel zur Achse der Messprobe verlaufende Stangen 103 mäanderförmige Leiterstrukturen 104 enthalten (14). Durch die Ausbildung des gesamten Resonators aus supraleitendem Material wird eine hohe Güte erreicht. Zusätzlich werden durch die Mäander-Struktur des Resonators jedoch unerwünschte elektrische Felder erzeugt, die einen negativen Einfluss auf die Verluste in leitfähigen Proben haben. Des Weiteren weist diese Anordnung auch eine sehr schlechte Feldhomogenität in z-Richtung auf, die das S/N-Verhältnis reduziert sowie eine sehr geringe Stromtragfähigkeit, so dass keine kurzen Pulswinkel realisiert werden können. Dies gilt auch für den Fall in dem die Mäanderstangen nicht selbstresonant betrieben werden sondern über den normal leitenden Ring noch kapazitiv verkoppelt werden.
  • Referenz [11] offenbart darüber hinaus ein Resonatorsystem aus einer Vielzahl an Einzelresonatoren, 105 die um eine z-Achse radialsymmetrisch sternförmig angeordnet sind (15a). Die Einzelresonatoren 105 bestehen jeweils aus zwei auf einem Substrat aufgebrachten parallelen HTS-Schichten, die eine Kapazität 106 bilden. Beim Zusammenbau werden die einzelnen Substratplatten so nah aneinander gebracht, dass sich eine weitere Kapazität 107 zwischen den HTS-Schich ten benachbarter Einzelresonatoren 105 bildet. Um die zusätzlichen Kapazitäten 107 vernachlässigen zu können, so dass die Resonanzfrequenz allein durch die zwischen den Elektroden definierten Kapazitäten 106 gegeben wäre, müssten die Abstände im Mikrometerbereich liegen, was technisch nicht realisierbar ist. 15b zeigt ein Ersatzschaltbild eines solchen Resonatorsystems. Der groß gezeichnete Kondensator repräsentiert die Kapazität 107 zwischen benachbarten Einzelresonatoren 105 und ist hierbei durch den Luft/Vakuumspalt 108 gegeben, der kleine Kondensator stellt die Kapazität 106 zwischen den Elektroden eines Substrats dar. Die Punkte in 15b bedeuten, dass noch mehr Stangen mit entsprechenden Kondensatoren an beiden Seiten angebaut sind. Des Weiteren ist die Struktur geschlossen, d.h. der linke Rand ist mit dem rechten Rand kapazitiv verbunden. Wird nun das Resonatorsystem zur Resonanz gebracht, dann kann der Strom durch die Kondensatoren an den Enden der Einzelresonatoren von einem Einzelresonator zum nächsten fließen, in den „Ringen" oben und unten ist der Strom quasi als Verschiebungsstrom in den Kondensatoren 106, 107 definiert. Werden die Kondensatoren 106, 107 zusammengefasst ergibt sich ein Ersatzschaltbild wie in 15c. Dies ist nichts anderes als ein völlig normaler Hochpass-Birdcage Resonator. Die Feldverteilung in der xy-Ebene dieser Anordnung ist in 15d dargestellt.
  • Aus Referenzen [1]–[8] sind Helmholtz-Resonatoren bekannt, die aufgrund der exklusive Verwendung von HTS-Material eine sehr hohe Güte aufweisen. Bei geeigneter geometrischer Anordnung (Positionierung zweier Leiter 109 unter 120°, wie in 16 gezeigt, kann mit dieser Anordnung eine relativ gute Feldhomogenität erreicht werden. Da die Strom tragenden Elemente weit von der Messprobe entfernt sind, ist die Effizienz jedoch gering. Zudem benötigen die bekannten Anordnungen viel Platz, wodurch Resonatoren für weitere Frequenzen deutlich weiter von der Probe entfernt sind, bzw. aus Platzgründen überhaupt nicht montiert werden können. Nachteilig ist auch, dass diese Vorrichtungen nur beschränkt quadraturtauglich sind, nämlich lediglich wenn die Leiter 109 unter weniger als 90° angeordnet werden.
  • Referenz [9] offenbart „Twin-V" Resonatoren, die aus mehreren gleichen auf planaren dielektrischen Substraten 110 aufgebrachten Einzelresonatoren 111 zusammengesetzt sind, wie in 17 gezeigt. Mit dieser Vorrichtung wird bei einem gegebenen Strom durch den Resonanzkreis ein optimal großes B1-Feld im Zentrum des Untersuchungsvolumens 112 erzeugt, wobei die Richtung des B1-Feldes annähernd parallel zur Ebene des Substrats 110 verläuft und die Parallelitätsabweichung maximal 40° betragen soll. Neben der hohen Güte und der guten Feldhomogenität der zuvor beschriebenen Resonatoren wird hier zusätzlich eine relativ gute Effizienz realisiert. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass sie nur für kleine Proben einsetzbar ist und ein hohes Streufeld erzeugt, so dass eine starke Kopplung mit weiteren Resonatoren die Folge ist. In der in 17 gezeigten Ausführungsform kann die Anordnung zudem nur in linear polarisierter Mode betreiben werden.
  • Des Weiteren ist aus Referenz [9] bekannt, dass Anordnungen mit mehreren Einzelresonatoren umfassenden Bauelementen 113 auch zur Erzeugung von räumlichen Drehfeldern benutzt werden können. Eine derartige Anordnung ist in 18a gezeigt. Die Bauelemente 113 sind windradförmig um eine Achse angeordnet. In 18b ist das durch einen Einzelresonator erzeugte Magnetfeld 114 (Einzel-HF-Feld) dargestellt. Daraus wird ersichtlich, dass lediglich ein Teil der Einzel-HF-Felder des Einzelresonators, in diesem Fall das durch den Strom (+) erzeugte Feld 114, zur Erzeugung des Nutz-HF-Feldes im Untersuchungsvolumen 112 genutzt wird, wohingegen das durch den Gegenstrom (–) erzeugte Feld 115 auf der anderen Seite des Einzelresonators möglichst weit von der Probe entfernt angeordnet ist, um nicht das Nutz-HF-Feld auszulöschen oder anderweitig unnötig zu beeinflussen. Die Effizienz der Drehfelderzeugung kann gesteigert werden, indem n Bauelemente 113 benutzt werden, die gemäß 18a aufgebaut und symmetrisch um das Untersuchungsvolumen 112 herum angeordnet sind. Ein Bauelement 113 ist so angeordnet, dass der Leiter 116 senkrecht über dem Zentrum des Untersuchungsvolumens 112 liegt. Angefangen mit einem ersten Bauelement 113 werden n-1 weitere identische Bauelemente 113 hinzugefügt, wobei diese gegenüber dem ersten um 360°/n um die Längsachse des Untersuchungsvolumens 112 gedreht werden. Dabei entsteht ein rosettenartiges, symmetrisches Gebilde, mit dem ein Drehfeld angeregt werden kann. 18c zeigt eine derartige Anordnung mit acht auf Bauelementen 113 angeordneten Einzelresonatoren. Das Fern-HF-Feld solcher Resonatorsysteme mit der Symmetrieebene B ist gegenüber dem Nutz-HF-Feld mit der Symmetrieebene A verdreht und zwar um den Winkel 360°/n, d.h. in dem in 18c gezeigten Beispiel um 45°. Werden mehr Einzelresonatoren verwendet, dann wird der Winkel immer kleiner. Aus geometrischen Gründen ist für hochauflösende NMR-Spulen (wie in Referenz [9] erläutert), n > 8–10 kaum realisierbar, so dass der Winkel des Fernfeldes in jeder realisierbaren Situation mehr als 36° gegenüber dem Nutz-HF-Feld verdreht ist. Diese Verdrehung des Nutz-HF-Feldes gegenüber dem Fern-HF-Feld hat jedoch zur Folge, dass es mit derartigen Resonatorsystemen extrem schwierig ist, weitere Resonatoren für zusätzliche Frequenzen zu montieren und, insbesondere induktiv, so anzukoppeln, dass vernachlässigbare Kopplung zwischen dem Resonatorsystem und den weitern Resonatoren entsteht. Man beachte auch, dass im Inneren des Resonatorsystems ein Feld existiert (Einzel-HF-Feld), das deutlich höher ist als das Nutz-HF-Feld. Diese Ausführungsform benötigt noch mehr Platz als eine Anordnung mit Helmholzpaaren, so dass Resonatoren für weitere Frequenzen deutlich weiter vom Sample entfernt sind, bzw. aus Platzgründen überhaupt nicht montiert werden können.
  • Aus [12] ist eine Oberflächendetektionsspule für Niederfeld-MRI bekannt, bei welcher Einzelresonatoren in einer N-zähligen Symmetrie angeordnet sind. Ziel ist es den der Detektionsbereich zu vergrößern, um auch aus relativ weit entfernten Bereichen der Probe Signal zu empfangen. Dabei sollen alle Einzelresonatoren äquivalent bezüglich ihrer geometrischen Anordnung und der Ankopplung sein. Um die Symmetrie zu waren müsste jedoch jede Spule einzeln angekoppelt werden.
  • Hieraus wird ersichtlich, dass alle Resonatortypen gemäß Stand der Technik einige zum Teil gravierende Nachteile haben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Resonatorsystem aus [9] derart weiterzubilden, dass trotz eines einfachen und kompakten Aufbaus, eine hohe Effizienz, größere Stromdichten, kleinere Pulswinkel und eine gute Feldhomogenität realisiert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs geschriebenes Resonatorsystem gelöst, wobei die Anzahl der Einzelresonatoren N > 4 beträgt und wobei im Betrieb des Resonatorsystems zu mindestens einem Zeitpunkt die Substratebene mindestens eines Einzelresonators einen Winkel größer als 40° mit der Richtung des Nutz-HF-Felds (7) im Untersuchungsvolumen einschließt.
  • Durch die Anordnung der Einzelresonatoren in einer 2-zähligen Rotationssymmetrie um die z-Achse eignet sich das erfindungsgemäße Resonatorsystem besonders gut für den Betrieb des im linear polarisierten Modus. Darüber hinaus wird durch das in den Einzelresonatoren enthaltene supraleitende Material eine hohe Güte erreicht.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelresonatoren bis auf die dielektrischen Substrate und eine gegebenenfalls vorgesehene normal leitende metallische Quenchschutzschicht ausschließlich aus Supraleitermaterial aufgebaut. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hohe Ströme fließen und durch den Aufbau des Resonatorsystems die entstehenden Verluste minimiert werden können. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonatorsystems sind die Einzelresonatoren auf den Flächen eines Polyeders angeordnet. Die Einzelresonatoren können dann derart angeordnet sein, dass sich nach oben und nach unten fließende Ströme partiell auslöschen können, so dass die resultierende Stromverteilung durch die Differenzströme der Einzelresonatoren charakterisiert ist. Diese Anordnung benötigt den geringsten Platz von allen hier vorgestellten Anordnungen und ist technisch am einfachsten realisierbar.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Einzelresonatoren derart angeordnet sind, dass die Flächennormalen der Substrate eine tangentiale Komponente aufweisen. Die Einzelresonatoren können somit einander partiell Überlappen, so dass Leiter mit entgegen gesetzten Strömen hintereinander zu liegen kommen. Dies ist die effektivste Anordnung um Differenzströme auf möglichst geringem Raum zu bilden und führt zu einer besonders hohen Homogenität des Nutz-HF-Feldes.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonatorsystems sind die Einzelresonatoren sternförmig radial nach außen angeordnet, so dass die Flächennormalen der Substrate tangential ausgerichtet sind. Bei dieser Anordnung steht der volle Umfang der zu messenden Probe für Strom führende Leiter zur Verfügung. Dadurch können besonders kurze Pulswinkel erreicht werden. Darüber hinaus eignet sich diese Anordnung zur aktiven Abschirmung der HF-Felder.
  • Als Einzelresonatoren können bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem Spiralresonatoren und/oder Resonatoren mit verteilten Kapazitäten und/oder Resonatoren mit lokalisierten Kapazitäten und/oder doppelseitige Resonatoren vorgesehen sein. Die Wahl der Resonatorform ist dabei abhängig von der jeweiligen Anwendung.
  • Zur aktiven Abschirmung des erzeugten HF-Magnetfelds in z-Richtung ist es vorteilhaft, wenn mehrere Einzelresonatoren entlang der z-Richtung angeordnet sind. Somit kann eine Modellierung der Stromverteilung in z-Richtung vorgenommen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur aktiven Abschirmung des erzeugten HF-Magnetfelds in einer xy-Ebene senkrecht zur z-Richtung mehrere Einzelresonator(en) in radialer Richtung geschachtelt angeordnet sind, was bei einer sternförmigen Anordnung am einfachsten zu realisieren ist.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn mehrere mit einem oder mehreren Einzelresonator(en) versehene Substrate in z-Richtung und/oder in radialer Richtung gestapelt beziehungsweise geschachtelt sind. Auf diese Weise lässt sich mit kleinen Substraten und entsprechend kleinen Einzelresonatoren ein vergleichsweise großes Resonatorsystem konstruieren.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonatorsystems weist mindestens einer der Einzelresonatoren eine andere Resonanzfrequenz auf als die anderen Einzelresonatoren. Dadurch kann das Resonatorsystem so aufgebaut werden, dass es zwei linear polarisierte Moden mit unterschiedlichen Fre quenzen aufweist, die zur Messung von zwei verschiedenen Kernen verwendet werden können.
  • Die Einzelresonatoren sind vorzugsweise induktiv und/oder kapazitiv und/oder galvanisch angekoppelt.
  • Ein vorteilhaftes Resonatorsystem ergibt sich, wenn es aus einer Kombination von zuvor beschriebenen Resonatorsystemen und bekannten normal leitenden und/oder supraleitenden Einzelresonatoren und/oder Resonatorsystemen besteht.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiteraufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als ab schließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
  • 1a–d Schnittdarstellungen in der xy-Ebene von Geometrien für Resonatorsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung mit 2-zähliger Rotationssymmetrie;
  • 1e eine Schnittdarstellung in der xy-Ebene einer Geometrie für ein Resonatorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit 2-zähliger Rotationssymmetrie und unterschiedlich großen Einzelresonatoren;
  • 2 eine Schnittdarstellung in der xy-Ebene von einer Geometrien für ein Resonatorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit geschachtelten Einzelresonatoren;
  • 3a–d Schnittdarstellungen in der xy-Ebene von Geometrien für für nicht beanspruchte Resonatorsysteme mit N-zähliger Rotationssymmetrie;
  • 4a–e Schnittdarstellungen in der xy-Ebene von Geometrien für nicht beanspruchte Resonatorsysteme mit geschachtelten Einzelresonatoren;
  • 5 eine schematische Darstellung der Stromrichtungen und des Magnetfelds in der xy-Ebene für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem mit einer Geometrie gemäß 3d;
  • 6 eine Stromverteilung eines Resonatorsystems in einer Abwicklungsdarstellung;
  • 7 eine schematische Darstellung des Fern-HF-Feldes und des Nutz-HF-Feldes für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem mit einer Geometrie gemäß 3b;
  • 8a eine schematische Darstellung der Stromrichtungen und des Magnetfelds in der xy-Ebene für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem mit versetzten Einzelresonatoren;
  • 8b eine schematische Darstellung des Fern-HF-Feldes und des Nutz-HF-Feldes in der xy-Ebene für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem mit einer Geometrie gemäß 8a;
  • 9a, b Schnittdarstellungen in der xy-Ebene von Geometrien für nicht beanspruchte Resonatorsysteme mit radial nach außen angerichteten Einzelresonatoren;
  • 9c eine schematische Darstellung des Fern-HF-Feldes und des Nutz-HF-Feldes in der xy-Ebene für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem mit radial nach außen gerichteten Einzelresonatoren;
  • 9d Ersatzschaltbild für ein nicht beanspruchtes Resonatorsystem nach 9a–c;
  • 10a einen Ausschnitt eines Resonatorsystems mit mehreren in z-Richtung hintereinander angeordneten Einzelresonatoren mit schematischer Darstellung der Strom- und Magnetfeldrichtungen;
  • 10b einen Ausschnitt eines Resonatorsystems mit mehreren in z-Richtung und in radialer Richtung hintereinander angeordneten Einzelresonatoren mit schematischer Darstellung der Magnetfeldrichtungen;
  • 11 eine Abwicklungsdarstellung eines composit-Resonators bestehend aus mehreren in z-Richtung gestapelter Resonatorsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung mit schematischer Darstellung der Magnetfeldrichtungen;
  • 12a–d Einzelresonatorformen gemäß dem Stand der Technik;
  • 13 eine Hybrid-Birdcage-Spule gemäß dem Stand der Technik;
  • 14 eine Birdcage-Spule mit Mäanderstreifen-Strukturen gemäß dem Stand der Technik;
  • 15a eine rein supraleitende Birdcage-Spule bestehend aus einer Vielzahl an Einzelresonatoren gemäß dem Stand der Technik;
  • 15b, c Ersatzschaltbilder für eine supraleitende Birdcage-Spule gemäß 15a;
  • 15d eine schematische Darstellung des Magnetfelds in der xy-Ebene für eine supraleitende Birdcage-Spule gemäß 15a;
  • 16 einen Helmholtz-Resonator gemäß dem Stand der Technik;
  • 17 einen „Twin-V"-Resonator gemäß dem Stand der Technik;
  • 18a ein Resonatorsystem in einer verschobenen planparallelen Anordnung gemäß dem Stand der Technik;
  • 18b einen des Resonatorsystems gemäß 18a mit schematischer Darstellung des Magnetfeldes und der Stromrichtungen eines Einzelresonators in der xy-Ebene; und
  • 18b eine schematische Darstellung des Fern-HF-Felds und des Nutz-HF-Felds in der xy-Ebene eines Resonatorsystems gemäß 18a.
  • 1a–d zeigen Schnitte verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Resonatorsystems parallel zur xy-Ebene. Idealerweise werden N = 4(i + 1) auf planaren Substraten 1 aufgebrachte Einzelresonatoren 2 (1b, d)) symmetrisch um ein Sample angeordnet. Eine Anzahl von N = 2(i + 2) Einzelresonatoren 2 ist jedoch für linear polarisierte Spulen durchaus auch sinnvoll (1a–d).
  • Die Einzelresonatoren 2 müssen nicht identisch groß sein, wie das Beispiel aus 1e zeigt – allerdings macht es Sinn zumindest eine, besser aber beide Symmetrieebenen des Systems zu respektieren und daher alle Einzelresonatoren 2 in Paaren beziehungsweise Gruppen von vier auftauchen zu lassen.
  • Um die Stromtragfähigkeit des Resonatorsystems zu erhöhen, kann man mehrere Einzelresonatoren 2 stapeln beziehungsweise schachteln, wobei bei linear polarisierten Resonatorsystemen (1a–e) lediglich die „kritischen" verstärkt werden müssen. Dabei können entweder doppelseitig supraleitende Strukturen auf einem Substrat 1 aufgebracht (4a) oder aber einseitig mit Einzelresonatoren 2 bestückte Substrate 1 gestapelt werden (4b). Darüber hinaus ist es auch möglich, doppelseitig mit Einzelresonatoren 2 bestückte Substrate 1 zu schachteln, wie in 2 dargestellt. Bei Verdopplung der Einzelresonatoren 2 sinkt die Eigenfrequenz des Resonatorsystems um ca. √2. Dies kann auch dazu verwendet werden um eine tiefere Resonanzfrequenz zu erreichen als die Resonanzfrequenz, die mit einfachen Resonatorsystemen aufgrund deren geometrischer Begrenzungen möglich ist. Das Stapeln kann auch zum Trimmen der Resonatorsysteme verwendet werden, indem Einzelresonatoren 2 mit leicht unterschiedlicher Resonanzfrequenz gestapelt werden.
  • 3a–d zeigen Resonatorsysteme, bei denen die Einzelresonatoren 2 auf den Flächen eines Polyeders angeordnet sind. Die dargestellten Ausführungsformen weisen eine N-zählige Rotations- und Ebenensymmetrie auf und sind eher für zirkular polarisierte Spulen (Quadraturemission und -detektion) geeignet, wohingegen die in 1a–d gezeigten Ausführungsformen lediglich eine 2-zählige Rotations- und Ebenensymmetrie zeigen und daher nur für linear polarisierte Spulen sinnvoll sind. 4a, c, d, e zeigen Resonatorsysteme mit 8-zähliger Symmetrie und doppelseitig bestückt der Einzelresonatoren. Bei der in 4b gezeigten Ausführungsform wurden einseitig bestückte Substrate verwendet.
  • In 5 sind beispielhaft die Stromrichtungen (+: Strom fließt nach oben, –: Strom fließt nach unten) in den Leiterbahnen der Einzelresonatoren eines Resonatorsystems und einige Feldlinien 3 zu einem Zeitpunkt t0 gezeigt. Ist das Feld des Resonatorystems linear polarisiert, dann wechseln über eine Phase hinweg die (+) Stromrichtungen mit den (–) Stromrichtungen durch die Resonatorschlaufen ab. Die beiden Einzelresonatoren 2, die senkrecht zum Magnetfeld stehen tragen nie Strom. Wird jedoch ein zirkular polarisiertes Feld ausgesandt, dann tragen alle Einzelresonatoren über eine Periode gesehen Strom. Zu den Zeitpunkten ti = t0 + (i π/6)/f kann die in 5 gezeigte Darstellung entsprechend jeweils um 30° gedreht werden. Sowohl der (+) Strom als auch der (–) Strom jedes Einzelresonators verlaufen möglichst nahe an der Probe, so dass beide Stromrichtungen zum Nutz-HF-Feld beitragen, wobei die beiden Resonatoren entgegengesetzte Felder erzeugen, die sich partiell auslöschen. Diese Auslöschung ist umso besser je geringer der Abstand der Strom führenden Leiter ist. Dieser sollte deutlich kleiner sein als der Abstand zur zu messenden Probe um hohe Feldhomogenität zu erreichen.
  • Die räumliche Stromverteilung des erfindungsgemäßen Resonatorsystems ist der Stromverteilung eines konventionellen Birdcage Resonators (BC) sehr ähnlich. Im Gegensatz zu einem konventionellen Birdcage Resonator, bei dem die einzelnen Stangen 103 jeweils einen bestimmten Strom tragen, wird dieser Strom bei den bis jetzt gezeigten erfindungsgemäßen Resonatorsystemen jedoch in zwei Ströme aufgeteilt: einen Strom 4a, der in (+) Richtung nach oben fließt und einen Strom 4b, der in (–) Richtung nach unten fließt. Bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem werden die Knoten und Maschen nach den Kirchhoffschen Regeln so aufgeteilt, dass jede Masche separiert ist und keine Knoten mehr bestehen. 6 zeigt schematisch die Einzelresonatoren 2 und die zugehörigen Ströme 4a, 4b zu einem Zeitpunkt t0. Die z-Achse zeigt nach oben, im Anschluss an den rechten Einzelresonator folgt der linke (In der Darstellung ist der Umfang abgerollt). Insgesamt stellt sich durch die Differenzströme eine weitestgehend sinusoidale Stromverteilung über die Paare von Leiterabschnitten 5a, 5b der Einzelresonatoren 2 ein. Die Stromverteilung ist fast identisch mit der eines konventionellen BCs. Man erkennt sofort, dass im Prinzip viel zu viel Strom im Resonatorsystem fließt, der auf den ersten Blick unnötige Verluste erzeugt. Statt nur die Ströme in der Größenordnung der Differenzströme im Resonatorsystem zu haben, die in der Größenordnung von den Strömen eines konventionellen BCs liegen, fließen die Ströme 4a, 4b nach oben und unten, wobei sie jeweils deutlich höher sein können als der Differenzstrom (maximal ungefähr ein Viertel der Summe der Strömbeträge über alle Stangen eines konventionellen BCs). Dies würde bei normal leitenden Einzelresonatoren zu sehr hohen Verlusten führen. Bei supraleitenden Einzelresonatoren, wie sie hier verwendet werden, sind die intrinsischen Güten jedoch so hoch, dass sowieso Maßnahmen getroffen werden müssen um die Güten auf für eine Magnetresonanzmessung „brauchbare" Werte zu drücken. Die zusätzlichen Verluste durch die sich teilweise kompensierenden Ströme sind daher irrelevant und fallen nicht ins Gewicht.
  • Wenn die Einzelresonatoren alle identisch sind, dann stellt sich durch die induktive Kopplung automatisch die gewünschte (sinusoidale) Stromverteilung ein. Will man, da man beispielsweise durch kritische Ströme limitiert ist, die Stromverteilung ändern, dann muss man lediglich die Resonanzfrequenzen der entsprechenden Einzelresonatoren 2 erhöhen (entweder durch Verringern der Induktivität L – kleinere Schlaufen oder der Kapazität C – weniger Überlappungen) beziehungsweise erniedrigen. Das erfindungsgemäße Resonatorsystem erlaubt daher auf einfache Art und Weise, bei linear polarisierten Spulen jede beliebige Verteilung der Ströme über die Einzelresonatoren einzustellen. Bei zirkularer Polarisation sollten aus Symmetriegründen stets alle Einzelresonatoren 2 identisch sein.
  • Es kann auch eine Spule mit Resonatoren unterschiedlicher Resonanzfrequenz so aufgebaut werden, dass das Resonatorsystem zwei orthogonale, linear polarisierte Moden mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen aufweist. Besonders geeignet sind hierzu Resonanzfrequenzen von Kernen, die möglichst nahe zusammen liegen, damit die Feldhomogenitäten der beiden Moden gut bleiben. Paare solcher Kerne sind z.B. 1H und 3H oder 1H und 19F, 13C und 23Na, 63Cu oder 65Cu etc. Für ein solches Resonatorsystem eignen sich insbesondere die Varianten vom Typ in 3b, 3d etc. aber auch vom Typ 8 oder 9.
  • Der grundlegende Unterschied zu allen aus der Literatur bekannten Birdcage-Resonatoren ist, dass das Resonatorsystem hier aus Einzelresonatoren aufgebaut ist, die einen „Kreisstrom" tragen, und keine rohrförmigen oder ringförmigen Elemente 102 existieren, die den Strom von einer Stange 103 des Resonators zu einer andern trägen, d.h. es gibt bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem keine kapazitive Kopplung zwischen den Einzelresonatoren 2.
  • 7 zeigt die Feldverteilung des Fern-HF-Feldes 6 und des Nutz-HF-Feldes 7 für ein Resonatorsystem mit einer Geometrie gemäß 3b. Die räumliche Verteilung des Nutz-HF-Felds 7 zu einer ersten Ebene A, die die z-Achse enthält, und die des asymptotischen Fern-HF-Felds 6 zu einer zweiten Ebene B, die die z-Achse enthält, ist jeweils im Wesentlichen spiegelsymmetrisch. Das Nutz-HF-Feld 7 verläuft im Untersuchungsvolumen im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene A. Man erkennt, dass die erste Ebene A mit der zweiten Ebene B zusammenfällt und das Nutz-HF-Feld in die Gegenrichtung des Fern-HF-Feldes verläuft. Das Nutz-HF-Feld ist also um 180° gegenüber dem Fern-HF-Feld verdreht. Der Aufbau eines MR-Probenkopfes mit weiteren Resonatoren für zusätzliche Frequenzen wird dadurch deutlich erleichtert. Ein zweites Resonatorsystem kann so angeordnet werden, dass es senkrecht auf dem ersten steht, wobei das innere Resonatorsystem nach wie vor auf einfache Art und Weise z.B. induktiv angekoppelt werden kann ohne nennenswerte Kopplung mit dem äußeren Resonatorsystem zu erzeugen. Dies ist nicht der Fall, wenn die Ebenen A und B gegeneinander verdreht sind Bei den Ausführungsformen der 1, 2, 3, 4, 5 und 7 wurden die Einzelresonatoren 2 auf den Flächen von Polyedern angeordnet. Dies muss nicht zwingend so sein. Prinzipiell sind auch andere Geometrien sinnvoll. 8a beispielsweise zeigt eine Geometrie, bei der die Flächennormalen der Substrate 1 eine kleine tangentiale Komponente aufweisen. Die Substrate 1 sind hier überlappend angeordnet, so dass sich die Ströme 4a, 4b in Leiterabschnitten 5a, 5b, die „hintereinander" stehen, teilweise auslöschen und somit auch hier eine Differenzstrombildung stattfindet. Diese Ausführungsform stellt eine Möglichkeit dar, ein erfindungsgemäßes Resonatorsystem zu konstruieren, bei dem das Nutz-HF-Feld besonders homogen ist, da die Bildung von Differenzströmen auf geringst möglichem Raum stattfindet. 8b zeigt eine schematische Darstellung der zugehörigen Feldverteilung des Fern-HF-Feldes 6 und des Nutz-HF-Feldes 7 unter Vernachlässigung lokaler Feldverzerrungen in der Nähe der „Stangen" des Resonatorsystems. Man erkennt, dass auch hier, wie im Beispiel aus 7, die Ebenen A und B nicht gegeneinander verdreht sind. Das Prinzip bleibt damit dasselbe wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die in 8b gezeigten Feldlinien vernachlässigen die lokale Feldverteilung in der Nähe der lokale Feldverteilung in der Nähe der Strompfade. Die obigen Darstellungen sind solange gültig, wie die Strom führenden Leiter so nah beieinander sind, dass das Feld im Zwischenraum zwischen diesen nicht wesentlich größer ist als das Nutz-HF-Feld. Erst wenn das dieses Feld in derselben Größenordung wie das Nutz-HF-Feld ist beginnt sich das Fern-HF-Feld wesentlich gegenüber dem Nutz-HF-Feld zu verdrehen.
  • Der Unterschied zu dem in 18a–c gezeigten Resonatorsystem ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem die Ströme 4a in (+) Richtung und die Ströme 4b in (–) Richtung nahe beieinander verlaufen, so dass sie sich partiell auslöschen. Man lebt von den Differenzströmen, was bei den Resonatorsystemen aus 18a–c nicht der Fall ist. Während das Prinzip des in 18a abgebildeten Resonatorsystems darin besteht, die „störenden" Ströme, die bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem den Strömen 4b entsprechen, so weit wie möglich von der Probe zu entfernen, wird bei den bisher beschriebenen Resonatorsystemen die Differenzstrombildung ausgenutzt. Dies wird insbesondere bei Betrachtung der Feldverteilungen des Nutz-HF-Feldes 7 und des Fern-HF-Feldes 6 der beiden Resonatorsysteme deutlich. Während die Ebenen A und B bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Resonatorsystems gegeneinander verdreht sind (18c), fallen bei den in 7 und 8b gezeigten Resonatorsystemen die Ebenen A und B zusammen.
  • Eine weitere Möglichkeit, ein vorteilhaftes Resonatorsystem zu konstruieren, ist in 9a–c gezeigt. Bei diesen sternförmigen Anordnungen löschen sich die Ströme 4a, 4b nicht aus. In 9c sind die Leiterabschnitte 5a, in denen die Ströme in (+)-Richtung fließen radial innen angeordnet, während die Leiterabschnitte 5b, in denen die Ströme in (–)-Richtung fließen hier nach außen gezogen sind. Das Feld, das im Zentrum des Resonatorsystems herrscht, wird im Außenbereich massiv durch die Einzelresonatoren 2 gequetscht. Allerdings sind die relevanten Ströme bei derartigen Anordnungen etwas weiter von der Probe entfernt und beanspruchen mehr Platz. Dafür kann die Stromtragfähigkeit dieses „sternförmigen" Resonatorsystems gegenüber einer Anordnung gemäß 18 durch Erhöhen der Anzahl von Einzelresonatoren 2 deutlich erhöht werden.
  • Auch wenn das Resonatorsystem aus 9a, b der aus Referenz [11] bekannten, aus Einzelresonatoren 105 konstruierte Birdcage-Anordnung (15a) auf den ersten Blick ähnelt, sind die Feldverteilungen deutlich verschieden. 9c zeigt die zugehörige Feldverteilung für das Resonatorsystem aus 9a, b mit Fern-HF-Feld 6 und des Nutz-HF-Feld 7. Bei den hier vorgestellten sternförmigen Anordnungen ist das Fern-HF-Feld 6 im Außenraum des Resonatorsystems in dieselbe Richtung gerichtet wie Nutz-HF-Feld 7 im Resonatorzentrum. Dies ist der aus [11] bekannten Birdcage-Anordnung genau umgekehrt (siehe 15d). Diese „Anomalie" kommt dadurch zustande, dass bei dem Resonatorsystem aus 9a, b auf jedem Substrat 1 durch den Einzelresonator 2 ein vollständiger Ringstrom fließt. In 9c sind für einen Einzelresonator 2 die Stromrichtungen durch (+) und (–) markiert. Im Inneren des Resonatorsystems fließt ein Strom 4a nach oben (+), im Außenbereich des Resonatorsystems fließt ein Strom 4b herunter (–). Dadurch wird ein Feld durch die Fenster 8, den Zwischenraum der Einzelresonatoren 2, erzeugt. Im Gegensatz dazu fließen bei dem Resonatorsystem aus 15a keine Ringströme, so dass bei der in 15d gezeigte Feldverteilung, das Fern-HF-Feld entgegen dem Nutz-HF-Feld im Zentrum des Resonatorsystems verläuft.
  • Dies ist ein wesentlicher Unterschied des beschriebenen Resonatorsystems zu den bereits bekannten. Bei dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem ist auf jedem Substrat 1 ein Einzelresonator 2 definiert, der im Betrieb im Wesentlichen dieselbe Stromverteilung aufweist wie beim Betrieb eines Einzelresonators 2 für sich – d.h. einen „Kreisstrom". Dabei bleibt auch die Resonanzfrequenz im Wesentlichen nahe bei der ursprünglichen Resonanzfrequenz. 9d zeigt das Ersatzschaltbild für die in 9a, b gezeigten sternförmigen Resonatorsysteme. Daraus wird ersichtlich, dass, im Gegensatz zu der bekannten Anordnung aus 15a mit den dazugehörigen Ersatzschaltbildern 15b, d, im Idealfall bei dem Resonatorsystem aus 9a, b in Resonanz kein Strom von einem Einzelresonator 2 zum nächsten fließt. In Wirklichkeit gibt es natürlich noch vernachlässigbar kleine Streukapazitäten zwischen den Einzelresonatoren 2, die eventuell zu einem ganz geringen Stromübertrag von einem Einzelresonator 2 zum Nächsten sorgen. Diese sind aber bei allen praktischen Realisierungen allein durch die Unterschiede in den Dielektrizitätskonstanten der Materialien der Einzelresonatoren 2 (Saphir, Magnesiumoxyd oder Lanthanaluminat) zu der des Vakuums mindestens 50-mal kleiner als die Kapazitäten innerhalb der Einzelresonatoren 2.
  • Der Unterschied der Ausführungsform des Resonatorsystems nach 9a, b gegenüber dem bekannten Birdcage-Resonatorsystem wie in 15a gezeigt macht sich auch dadurch bemerkbar, dass die Moden nicht in der Folge eines gewöhnlichen High- oder Low-pass Birdcages bestehen, sondern in einer anderen Reihenfolge sortiert sind. D.h. es ist nicht „linear, quadrupol, oktupol, ..." bzw. „..., oktupol, quadrupol, linear" sondern „quadrupol, linear, oktupol".
  • Jede beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonatorsystems, im Allgemeinen natürlich auch die mit auf Polyederflächen angeordneten Einzelresonatoren 2, können mit jeder beliebigen Zahl N von Einzelresonatoren 2, auch mit N ungerade, angefertigt werden, insbesondere wenn sie im Quadraturmode (mit zirkular statt linear polarisiertem Magnetfeld) betrieben werden.
  • Das Verfahren der Separierung der Kirchhoffschen Regeln gestattet es prinzipiell auch in z-Richtung eine beliebige Feldverteilung zu erzeugen. Durch Aufteilen des Raumes in viele kleine Schlaufen (Kompensationsspulen 9), wie in 10a, kann eine relativ genaue Modellierung der globalen Stromverteilung erreicht werden, die z.B. auch ein sehr steiles Abschneiden des Nutz-HF-Feldes 7 in z-Richtung erlaubt. Dies entspricht einer aktiven Abschirmung der Spule in z-Richtung.
  • Dasselbe Verfahren ist insbesondere bei Verwendung einer Anordnung wie in 9 auch in der xy-Ebene möglich, wenn auch sehr aufwendig zu realisieren. Man würde bei einer Anordnung wie z.B. in 7 oder 8a zusätzlich zum Hauptresonator viele Kompensationsspulen 9 in z-Richtung sowie radial anbringen. Dies ist schematisch in 10b beispielhaft für ein Resonatorsystem gemäß 9a, b gezeigt. Die obere Kante 10 des in 10b gezeigten Ausschnitts ist gegen das Zentrum des Resonatorsystems gerichtet, die untere Kante 11 steht nach außen. Die mit Punkten beziehungsweise Kreuzen gekennzeichneten Symbole zeigen die Richtung des durch das Resonatorsystem erzeugten Magnetfelds an. Prinzipiell kann eine vollständig aus Supraleiter aufgebaute Spule mit verschwindend geringem Streufeld gebaut werden. Dies stellt insbesondere eine sehr wirkungsvolle Methode darum eine Quadraturspule mit weiteren Resonatorsystemen für zusätzliche Kerne zu versehen. Diese zusätzlichen Resonatoren können auch normal leitend sein ohne die Güte des inneren Resonatorsystems zu beeinflussen. Außerdem kann ein Gradientensystem das statische Feldgradienten in x-, y- und z-Richtung erzeugt ohne HF-Abschirmung montiert werden.
  • Dieses Prinzip der Kombination von Einzelresonatoren 2 erlaubt aber auch sehr große Resonatorsysteme als „composit-Resonatoren" unter Verwendung von relativ kleinen Substraten 1 aufzubauen (z.B. für MRI). 11 zeigt eine Abwicklungsdarstellung eines „composit-Resonatorsystems", bestehend aus mehreren in z-Richtung gestapelt Resonatorsystemen 16 mit schematischer Darstellung der Magnetfeldrichtungen. Hierbei wurden in z-Richtung mehrere Resonatorsysteme 16 wie sie in 6 dargestellt sind, gestapelt, wodurch die effektive Größe des „composit-Resonatorsystems" beliebig anwachsen kann. Ist der Abstand zwischen den Leitern mit sich kompensierenden Strömen klein gegenüber dem Abstand zwischen den Leitern und der zu messenden Probe, so sind die resultierenden Feldstörungen vernachlässigbar. Auf diese Weise kann prinzipiell auch ein Birdcage für MRI-Messungen eines ganzen Körpers oder Kopfes vollständig aus HTS auf 2–3 Zoll Wafern aufgebaut werden.
  • Als Einzelresonatoren können alle aus dem Stand der Technik bekannten Resonatoren zum Einsatz kommen. In 12a–d sind beispielhaft die gängigsten Geometrien dargestellt. 12a zeigt einen Spiralresonator, der besonders für tiefere Frequenzen geeignet ist. In 12b ist ein Resonator mit verteilten Kapazitäten dargestellt, der aus einer Vielzahl von Leiterelementen 12 zusammengesetzt ist. Bei einem Resonator mit lokalisierten Kapazitäten, wie in 12c gezeigt, sind U-förmiger Leiterelemente 13 ineinander geschachtelt mit nach außen hin gleichmäßig zunehmendem Überlappbereich. Eine Variante eines Resonators mit verteilten Kapazitäten ist eine Spule auf doppelseitig beschichtetem Substrat. 12d stellt Oberseite 14 und Unterseite 15 eines solchen beidseitig mit HTS-Material beschichteten Substrates dar.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäß Resonatorsystems kommen besonders gut zur Geltung, wenn supraleitende Einzelresonatoren (z.B. aus YBCO) verwendet werden, da sonst die Verluste durch die ungefähr dreimal so hohen effektiven Ströme in den Leitern maßlos steigen würden. Aus supraleitendem Material hergestellte Einzelresonatoren sind für gewöhnlich mit einer normal leitende Quenchschutz-Schicht ausgestattet. Diese Schicht ist in der Regel eine Edelmetallschicht (Ag, Au, ...) die vor der Strukturierung auf den Supraleiter aufgebracht wird. Sie dient zum einen als normal leitender Parallelpfad im Falle eines Quenchs, zum anderen kann durch Einstellen ihrer Leitfähigkeit (Dicke, Material, etc) die Güte des Resonators auf sinnvolle Werte um ca. 20–30000 eingestellt werden. Des Weiteren wird durch den hohen Reflexionskoeffizienten infrarote Strahlung reflektiert statt absorbiert.
  • Der Oberflächenwiderstand von YBCO ist bei den vorzugsweise verwendeten Frequenzen im Bereich 100 MHz–1 GHz so gering, dass reine HTS-Resonatoren eine Güte von ca. ½ Million haben. Dies ist für NMR viel zu hoch. Um vernünftige Anregungs- und Empfangsbreiten zu haben, können Güten über 20–30000 nicht sinnvoll eingesetzt werden. Eine „rein" aus Supraleiter hergestellte Spule wird daher auf diese Güten gedrückt, eine Hybridspule kann sie allerdings kaum erreichen. Ihre Werte liegen zwischen 6000–12000 – hauptsächlich durch die Leitfähigkeit des Normalleiters bestimmt.
  • Das hier vorgestellte Resonatorsystem kann folglich das Signal zu Rauschverhalten im Bezug auf eine Hybrid-BC Spule um ca. einen Faktor 1.5–2 verbessern (hauptsächlich durch Erhöhung der Güte). Dasselbe gilt auch in Bezug auf ein Helmholzpaar von planaren supraleitenden Resonatoren. Hier ist bei gleicher Güte die Effizienz um ca. einen Faktor 2–3 besser, wodurch um einen Faktor 1.5 besseres S/N resultiert.
  • Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch den Aufbau des erfindungsgemäße Resonatorsystems mit auf ebenen Substraten aufgebrachten Einzelresonatoren, deren Einzel-HF-Feld durch ein Fenster des Einzelresonators verläuft, wobei die Symmetrieebenen des Fern-HF-Feldes und des Nutz-HF-Feldes nicht oder nur wenig gegeneinander verdreht sind, mit konstruktiv einfachen Mit teln ein Resonatorsystem mit einer verbesserten Feldhomogenität bei voller Quadraturtauglichkeit, hoher Güte und großer Effizienz realisiert werden kann. Darüber hinaus lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Resonatorsystem eine nahezu beliebige räumliche Feldverteilung erreichen. Damit löst das hier vorgestellte Resonatorsystem alle bekannten Probleme von supraleitenden Magnetresonanzspulen.
  • Literaturliste
  • 1
    Substrat
    2
    Einzelresonator
    3
    Feldlinien
    4a, b
    Ströme in (+) beziehungsweise in (–) Richtung
    5a, b
    Leiterabschnitt
    6
    Fern-HF-Feld
    7
    Nutz-HF-Feld
    8
    Fenster
    9
    Kompensationsspulen
    10
    obere Kante
    11
    untere Kante
    12
    Leiterelemente
    13
    U-förmige Leiterelemente
    14
    Oberseite eines beschichteten Substrats
    15
    Unterseite eines beschichteten Substrats
    101
    Leiterbahn
    102
    rohrförmiges Element
    103
    Stangen
    104
    mäanderförmige Leiterstrukturen
    105
    Einzelresonatoren
    106
    Kapazität zwischen den Elektroden eines Einzelresonators
    107
    Kapazität zwischen zwei benachbarten Einzelresonatoren
    108
    Luft/Vakuumspalt
    109
    Leiter
    110
    Substrat
    111
    Einzelresonatoren
    112
    Untersuchungsvolumen
    113
    Bauelement
    114
    durch den Strom (+) erzeugtes Feld
    115
    durch den Gegenstrom (–) erzeugtes Feld
    116
    Leiter
    117
    Fern-HF-Feld
    118
    Nutz-HF-Feld

Claims (12)

  1. Resonatorsystem zur Erzeugung eines Hochfrequenz (=HF)-Magnetfelds im Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanz (=MR) Anordnung, das eine Anzahl N von Einzelresonatoren (2), die supraleitendes Material enthalten, umfasst, die das Untersuchungsvolumen umgeben und welche jeweils auf ebenen, dielektrischen Substraten (1) aufgebracht und um eine z-Achse angeordnet sind, wobei die Einzelresonatoren (2) Fenster (8) aufweisen, durch die hindurch im Einzelbetrieb der Einzelresonatoren (2) im Untersuchungsvolumen jeweils ein Einzel-HF-Feld und im Zusammenwirken der Einzelresonatoren (2) im Untersuchungsvolumen ein Nutz-HF-Feld (7) und weit außerhalb des Resonatorsystems asymptotisch ein Fern-HF-Feld (6) erzeugt werden, wobei die räumliche Anordnung der Einzelresonatoren (2) sowie die Verteilung des Nutz-HF-Felds (7) zu einer Ebene A, die die z-Achse enthält, und die des asymptotischen Fern-HF-Felds (6) zur selben Ebene A jeweils im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ist, und im Untersuchungsvolumen das Nutz-HF-Feld (7) im Wesentlichen parallel zur Ebene A verläuft und wobei die Einzelresonatoren (2) oder Gruppen von Einzelresonatoren (2) in einer genau 2-zähligen Rotationssymmetrie um die z-Achse angeordnet sind, wobei die Substratebenen der Einzelresonatoren (2) innerhalb eines durch A abgeteilten Halbraums alle verschieden sind, wobei die Anzahl der Einzelresonatoren (2) N > 4 beträgt und wobei im Betrieb des Resonatorsystems zu mindestens einem Zeitpunkt die Substratebene mindestens eines Einzelresonators (2) einen Winkel größer als 40° mit der Richtung des Nutz-HF-Felds (7) im Untersuchungsvolumen einschließt.
  2. Resonatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelresonatoren (2) bis auf die dielektrischen Substrate (1) und eine ggf. vorgesehene normal leitende metallische Quenchschutzschicht ausschließlich aus Supraleitermaterial aufgebaut sind.
  3. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelresonatoren (2) auf den Flächen eines Polyeders angeordnet sind.
  4. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelresonatoren (2) derart angeordnet sind, dass die Flächennormalen der Substrate (1) eine tangentiale Komponente aufweisen.
  5. Resonatorsystem, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelresonatoren (2) sternförmig radial nach außen angeordnet sind, so dass die Flächennormalen der Substrate (1) tangential ausgerichtet sind.
  6. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einzelresonatoren (2) Spiralresonatoren und/oder Resonatoren mit verteilten Kapazitäten und/oder Resonatoren mit lokalisierten Kapazitäten und/oder doppelseitige Resonatoren vorgesehen sind.
  7. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur aktiven Abschirmung des erzeugten HF-Magnetfelds in z-Richtung mehrere Einzelresonatoren (2) entlang der z-Richtung angeordnet sind.
  8. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur aktiven Abschirmung des erzeugten HF-Magnetfelds in einer xy-Ebene senkrecht zur z-Richtung mehrere Einzelresonatoren (2) in radialer Richtung geschachtelt angeordnet sind.
  9. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit einem oder mehreren Einzelresonator(en) (2) versehene Substrate (1) in z-Richtung und/oder in radialer Richtung gestapelt beziehungsweise geschachtelt sind.
  10. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Einzelresonatoren (2) eine andere Resonanzfrequenz aufweist als die anderen Einzelresonatoren, insbesondere dass das Resonatorsystem zwei linear polarisierte Moden mit unterschiedlichen Frequenzen aufweist.
  11. Resonatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelresonatoren (2) induktiv und/oder kapazitiv und/oder galvanisch angekoppelt sind.
  12. Resonatorsystem bestehend aus einer Kombination von Resonatorsystemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche und bekannten normal leitenden und/oder supraleitenden Einzelresonatoren und/oder Resonatorsystemen.
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Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101860089B (zh) * 2005-07-12 2013-02-06 麻省理工学院 无线非辐射能量传递
US7825543B2 (en) 2005-07-12 2010-11-02 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
DE102006011254B4 (de) * 2006-03-10 2009-01-29 Siemens Ag Magnetresonanzanlage mit supraleitender Ganzkörper-Empfangsanordnung
DE102006055136B4 (de) * 2006-11-22 2010-05-06 Siemens Ag Hochfrequenzspulenanordnung und Magnetresonanzgerät
JP4861149B2 (ja) 2006-12-08 2012-01-25 株式会社日立製作所 核磁気共鳴装置
US9421388B2 (en) 2007-06-01 2016-08-23 Witricity Corporation Power generation for implantable devices
US8805530B2 (en) 2007-06-01 2014-08-12 Witricity Corporation Power generation for implantable devices
DE102007049701B4 (de) * 2007-10-17 2010-09-23 Bruker Biospin Ag NMR-Messkopf mit mehreren Resonatorsystemen zur simultanen Vermessung mehrerer Messproben in einem gekoppelten Mode
US9065423B2 (en) 2008-09-27 2015-06-23 Witricity Corporation Wireless energy distribution system
US8629578B2 (en) 2008-09-27 2014-01-14 Witricity Corporation Wireless energy transfer systems
US8400017B2 (en) 2008-09-27 2013-03-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for computer peripheral applications
US8497601B2 (en) 2008-09-27 2013-07-30 Witricity Corporation Wireless energy transfer converters
US9396867B2 (en) 2008-09-27 2016-07-19 Witricity Corporation Integrated resonator-shield structures
US9093853B2 (en) 2008-09-27 2015-07-28 Witricity Corporation Flexible resonator attachment
US8643326B2 (en) 2008-09-27 2014-02-04 Witricity Corporation Tunable wireless energy transfer systems
US9601266B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Multiple connected resonators with a single electronic circuit
US8907531B2 (en) 2008-09-27 2014-12-09 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for medical applications
US9184595B2 (en) 2008-09-27 2015-11-10 Witricity Corporation Wireless energy transfer in lossy environments
US8772973B2 (en) * 2008-09-27 2014-07-08 Witricity Corporation Integrated resonator-shield structures
US8692412B2 (en) * 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Temperature compensation in a wireless transfer system
US9318922B2 (en) 2008-09-27 2016-04-19 Witricity Corporation Mechanically removable wireless power vehicle seat assembly
US9035499B2 (en) 2008-09-27 2015-05-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for photovoltaic panels
US9105959B2 (en) 2008-09-27 2015-08-11 Witricity Corporation Resonator enclosure
US8410636B2 (en) 2008-09-27 2013-04-02 Witricity Corporation Low AC resistance conductor designs
US8723366B2 (en) * 2008-09-27 2014-05-13 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator enclosures
US9601261B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Wireless energy transfer using repeater resonators
US20100259110A1 (en) * 2008-09-27 2010-10-14 Kurs Andre B Resonator optimizations for wireless energy transfer
US8933594B2 (en) 2008-09-27 2015-01-13 Witricity Corporation Wireless energy transfer for vehicles
US9601270B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Low AC resistance conductor designs
US8692410B2 (en) * 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Wireless energy transfer with frequency hopping
US8912687B2 (en) 2008-09-27 2014-12-16 Witricity Corporation Secure wireless energy transfer for vehicle applications
US8937408B2 (en) 2008-09-27 2015-01-20 Witricity Corporation Wireless energy transfer for medical applications
US8669676B2 (en) 2008-09-27 2014-03-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer across variable distances using field shaping with magnetic materials to improve the coupling factor
US8901779B2 (en) 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with resonator arrays for medical applications
US20110043049A1 (en) * 2008-09-27 2011-02-24 Aristeidis Karalis Wireless energy transfer with high-q resonators using field shaping to improve k
US8901778B2 (en) 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for implanted medical devices
US8946938B2 (en) 2008-09-27 2015-02-03 Witricity Corporation Safety systems for wireless energy transfer in vehicle applications
US9744858B2 (en) 2008-09-27 2017-08-29 Witricity Corporation System for wireless energy distribution in a vehicle
US8598743B2 (en) 2008-09-27 2013-12-03 Witricity Corporation Resonator arrays for wireless energy transfer
US8928276B2 (en) 2008-09-27 2015-01-06 Witricity Corporation Integrated repeaters for cell phone applications
US8963488B2 (en) 2008-09-27 2015-02-24 Witricity Corporation Position insensitive wireless charging
US8957549B2 (en) 2008-09-27 2015-02-17 Witricity Corporation Tunable wireless energy transfer for in-vehicle applications
US20100277121A1 (en) * 2008-09-27 2010-11-04 Hall Katherine L Wireless energy transfer between a source and a vehicle
US9160203B2 (en) 2008-09-27 2015-10-13 Witricity Corporation Wireless powered television
US9106203B2 (en) 2008-09-27 2015-08-11 Witricity Corporation Secure wireless energy transfer in medical applications
US9577436B2 (en) 2008-09-27 2017-02-21 Witricity Corporation Wireless energy transfer for implantable devices
US9515494B2 (en) 2008-09-27 2016-12-06 Witricity Corporation Wireless power system including impedance matching network
US8482158B2 (en) 2008-09-27 2013-07-09 Witricity Corporation Wireless energy transfer using variable size resonators and system monitoring
US8922066B2 (en) 2008-09-27 2014-12-30 Witricity Corporation Wireless energy transfer with multi resonator arrays for vehicle applications
US9246336B2 (en) 2008-09-27 2016-01-26 Witricity Corporation Resonator optimizations for wireless energy transfer
US8947186B2 (en) 2008-09-27 2015-02-03 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator thermal management
US9544683B2 (en) 2008-09-27 2017-01-10 Witricity Corporation Wirelessly powered audio devices
US8362651B2 (en) 2008-10-01 2013-01-29 Massachusetts Institute Of Technology Efficient near-field wireless energy transfer using adiabatic system variations
US9602168B2 (en) 2010-08-31 2017-03-21 Witricity Corporation Communication in wireless energy transfer systems
US8564294B2 (en) * 2011-06-28 2013-10-22 Agilent Technologies, Inc. Nuclear magnetic resonance probe comprising slit superconducting coil with normal-metal overlayer
US9948145B2 (en) 2011-07-08 2018-04-17 Witricity Corporation Wireless power transfer for a seat-vest-helmet system
EP2764604B1 (de) 2011-08-04 2018-07-04 WiTricity Corporation Abstimmbare drahtlosleistungsarchitekturen
EP2998153B1 (de) 2011-09-09 2023-11-01 WiTricity Corporation Fremdkörpererkennung in drahtlosen energieübertragungssystemen
US20130062966A1 (en) 2011-09-12 2013-03-14 Witricity Corporation Reconfigurable control architectures and algorithms for electric vehicle wireless energy transfer systems
US9318257B2 (en) 2011-10-18 2016-04-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for packaging
EP2777133A4 (de) 2011-11-04 2015-08-12 Witricity Corp Werkzeug zur modellierung einer drahtlosen energieübertragung
JP6019581B2 (ja) * 2011-12-26 2016-11-02 ソニー株式会社 検知装置、検知システム、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
US20130178366A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 Agilent Technologies, Inc. Nuclear magnetic resonance probe comprising infrared reflection patches
US9151787B2 (en) * 2012-01-13 2015-10-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for the measurement of radio-frequency electric permittivity by a meander-line ring resonator
EP2807720A4 (de) 2012-01-26 2015-12-02 Witricity Corp Drahtlose energieübertragung mit reduzierten feldern
US9343922B2 (en) 2012-06-27 2016-05-17 Witricity Corporation Wireless energy transfer for rechargeable batteries
US9287607B2 (en) 2012-07-31 2016-03-15 Witricity Corporation Resonator fine tuning
US9595378B2 (en) 2012-09-19 2017-03-14 Witricity Corporation Resonator enclosure
EP2909912B1 (de) 2012-10-19 2022-08-10 WiTricity Corporation Fremdkörpererkennung in drahtlosen energieübertragungssystemen
US9842684B2 (en) 2012-11-16 2017-12-12 Witricity Corporation Systems and methods for wireless power system with improved performance and/or ease of use
EP3039770B1 (de) 2013-08-14 2020-01-22 WiTricity Corporation Impedanzabstimmung
US9780573B2 (en) 2014-02-03 2017-10-03 Witricity Corporation Wirelessly charged battery system
US9952266B2 (en) 2014-02-14 2018-04-24 Witricity Corporation Object detection for wireless energy transfer systems
US9842687B2 (en) 2014-04-17 2017-12-12 Witricity Corporation Wireless power transfer systems with shaped magnetic components
US9892849B2 (en) 2014-04-17 2018-02-13 Witricity Corporation Wireless power transfer systems with shield openings
US9837860B2 (en) 2014-05-05 2017-12-05 Witricity Corporation Wireless power transmission systems for elevators
EP3140680B1 (de) 2014-05-07 2021-04-21 WiTricity Corporation Fremdkörpererkennung in systemen zur drahtlosen energieübertragung
WO2015192197A1 (en) 2014-06-17 2015-12-23 Quantum Valley Investment Fund LP Birdcage resonator for magnetic resonance
WO2015196123A2 (en) 2014-06-20 2015-12-23 Witricity Corporation Wireless power transfer systems for surfaces
US9842688B2 (en) 2014-07-08 2017-12-12 Witricity Corporation Resonator balancing in wireless power transfer systems
US10574091B2 (en) 2014-07-08 2020-02-25 Witricity Corporation Enclosures for high power wireless power transfer systems
US9843217B2 (en) 2015-01-05 2017-12-12 Witricity Corporation Wireless energy transfer for wearables
US10248899B2 (en) 2015-10-06 2019-04-02 Witricity Corporation RFID tag and transponder detection in wireless energy transfer systems
JP2018538517A (ja) 2015-10-14 2018-12-27 ワイトリシティ コーポレーションWitricity Corporation 無線エネルギー伝送システムにおける位相及び振幅の検出
WO2017070227A1 (en) 2015-10-19 2017-04-27 Witricity Corporation Foreign object detection in wireless energy transfer systems
WO2017070009A1 (en) 2015-10-22 2017-04-27 Witricity Corporation Dynamic tuning in wireless energy transfer systems
US10075019B2 (en) 2015-11-20 2018-09-11 Witricity Corporation Voltage source isolation in wireless power transfer systems
AU2017214479A1 (en) 2016-02-02 2018-08-09 Witricity Corporation Controlling wireless power transfer systems
CN109075614B (zh) 2016-02-08 2021-11-02 韦特里西提公司 可变电容装置、阻抗匹配系统、传输系统、阻抗匹配网络
WO2019006376A1 (en) 2017-06-29 2019-01-03 Witricity Corporation PROTECTION AND CONTROL OF WIRELESS POWER SYSTEMS

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276398A (en) * 1992-06-01 1994-01-04 Conductus, Inc. Superconducting magnetic resonance probe coil
US5351007A (en) * 1992-06-01 1994-09-27 Conductus, Inc. Superconducting magnetic resonance probe coil
US5565778A (en) * 1992-06-01 1996-10-15 Conductus, Inc. Nuclear magnetic resonance probe coil
US5585723A (en) * 1995-03-23 1996-12-17 Conductus, Inc. Inductively coupled superconducting coil assembly
US5594342A (en) * 1992-06-01 1997-01-14 Conductus, Inc. Nuclear magnetic resonance probe coil with enhanced current-carrying capability
US6121776A (en) * 1997-08-02 2000-09-19 Bruker Ag Superconducting hybrid-resonator for receiving NMR-signals
WO2000070356A1 (en) * 1999-05-19 2000-11-23 Intermagnetics General Corporation Magnetically equivalent rf coil arrays
US6377047B1 (en) * 2000-06-08 2002-04-23 Varian, Inc. Superconducting birdcage coils
DE10118835A1 (de) * 2001-04-17 2002-10-31 Bruker Biospin Ag Faellanden Supraleitende Resonatoren für Anwendungen in der NMR
US6556013B2 (en) * 2001-03-09 2003-04-29 Bruker Biospin Corp. Planar NMR coils with localized field-generating and capacitive elements
US6590394B2 (en) * 2001-09-28 2003-07-08 Varian, Inc. NMR probe with enhanced power handling ability

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8814187D0 (en) 1988-06-15 1988-07-20 Mansfield P Improvements in/relating to surface electrical coil structures
US5576622A (en) * 1991-11-14 1996-11-19 Fonar Corporation Shielded NMR radio frequency coil and method of performing an NMR experiment
US5532595A (en) * 1994-04-18 1996-07-02 Picker International, Inc. Three-dimensional spiral echo volume imaging
AU2003284964A1 (en) 2002-10-24 2004-05-13 The University Of Houston System Superconducting array of surface mri probes
US7859264B2 (en) 2004-01-20 2010-12-28 The University Of Houston Superconducting loop, saddle and birdcage MRI coils capable of simultaneously imaging small nonhuman animals

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276398A (en) * 1992-06-01 1994-01-04 Conductus, Inc. Superconducting magnetic resonance probe coil
US5351007A (en) * 1992-06-01 1994-09-27 Conductus, Inc. Superconducting magnetic resonance probe coil
US5565778A (en) * 1992-06-01 1996-10-15 Conductus, Inc. Nuclear magnetic resonance probe coil
US5594342A (en) * 1992-06-01 1997-01-14 Conductus, Inc. Nuclear magnetic resonance probe coil with enhanced current-carrying capability
US5619140A (en) * 1992-06-01 1997-04-08 Conductus, Inc. Method of making nuclear magnetic resonance probe coil
US5585723A (en) * 1995-03-23 1996-12-17 Conductus, Inc. Inductively coupled superconducting coil assembly
US6121776A (en) * 1997-08-02 2000-09-19 Bruker Ag Superconducting hybrid-resonator for receiving NMR-signals
WO2000070356A1 (en) * 1999-05-19 2000-11-23 Intermagnetics General Corporation Magnetically equivalent rf coil arrays
US6377047B1 (en) * 2000-06-08 2002-04-23 Varian, Inc. Superconducting birdcage coils
US6556013B2 (en) * 2001-03-09 2003-04-29 Bruker Biospin Corp. Planar NMR coils with localized field-generating and capacitive elements
DE10118835A1 (de) * 2001-04-17 2002-10-31 Bruker Biospin Ag Faellanden Supraleitende Resonatoren für Anwendungen in der NMR
US20020190715A1 (en) * 2001-04-17 2002-12-19 Bruker Ag Superconducting resonators for NMR applications
US6590394B2 (en) * 2001-09-28 2003-07-08 Varian, Inc. NMR probe with enhanced power handling ability

Also Published As

Publication number Publication date
US20060017440A1 (en) 2006-01-26
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JP2006038861A (ja) 2006-02-09
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