תקציר – סליל הגילוי בתדר רדיו (RF) הוא התקן משנה (Transducer device) המעורר את אות תהודת הגרעין המגנטית (NMR) ולאחר מכן מזהה אותו במדידת ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית (MRS). יחס האות-לרעש, (SNR) הרזולוציה המרחבית והזמנית, האחידות המרחבית, והיעילות שבה נעשה שימוש בעוצמת העירור של ה RF או שהיא אובדת לדגימה – כולם תלויים בביצועי סליל ה – RF. הצלחת מדידת ה MRS נקבעת במידה רבה על-ידי הבחירה והיישום הנכונים של סליל הגילוי. קיימות אפשרויות רבות לתכנון סלילים, ועלינו להתאים את האפשרות הטובה ביותר ליישום הספציפי. בין תכנוני הסלילים קיימים סלילי קווי תמסורת, סלילי חוט (סלילי משטח, סלילי נפח), וסלילי. TEM סוגי סלילי המשטח כוללים סולנואידים בעלי לולאה יחידה, מערכי לולאות מרובות, וסוגי סלילי הנפח הכוללים סולנואידים, זוגות מוצלבים, זוגות אוכף, מערכי מופע (Phased arrays) ,סלילי כלוב, וסליליLitz. סלילי TEM הם קווים קואקסיאליים, קווי רצועה (strip lines) ומיקרו רצועות (Microstrips). ניתן לקצר ולהתאים סלילי TEM באמצעות קיבול; תהודה של קווי תמסורת באורך חצי – גל דומים לתהודן הצינור החרוץ, אך בעלי מספר תכונות מעשיות המתאימות לשימוש מודרני. תכונות טיפוסיות כוללות מצב שבו מוליכי המרכז ("שלבים") של סלילים אלה יוצרים שדה אחיד מאוד, בדומה לשלבי "כלוב הציפור". ניתן לכוון סליל TEM לכפילות תדרים על – ידי כוונון שלבים חלופיים לתדרי לארמור (Larmor) חלופיים של הגרעינים הרצויים. תדר לארמור (Larmor), או תדר הפרצסיה ב MRI מתייחס לקצב הפרצסיה של המומנט המגנטי של הפרוטון סביב השדה המגנטי החיצוני. תדר הפרצסיה בMRI מתייחס לקצב הפרצסיה של המומנט המגנטי של הפרוטון סביב השדה המגנטי החיצוני.
- מבנה ותפקוד של סליל אוכף לולאת גרדיאנט בתהודה מגנטית
סליל הגילוי בתדר רדיו (RF) הוא התקן מתמר שמעורר את אות התהודה המגנטית הגרעינית (NMR) ולאחר מכן קולט אותו במהלך מדידת ספקטרוסקופיה של התהודה המגנטית (MRS). יחס אות לרעש (SNR), הרזולוציה המרחבית והזמנית, האחידות המרחבית, והיעילות שבה נעשה שימוש בהספק העירור של RF ואובדן ההספק לדגימה הנמדדת — כולם תלויים בביצועי סליל ה-RF. הצלחת מדידת ה- MRS נקבעת במידה רבה על-ידי הבחירה והיישום הנכונים של סליל הגילוי ב-RF. קיימות אפשרויות רבות לתכנון סלילים, ויש להתאים את האפשרות הטובה ביותר ליישום הספציפי. בין אפשרויות תכנון הסלילים ניתן למנות סלילי קווי תמסורת, סלילי תיל (סלילי משטח, סלילי נפח), וסלילי TEM. סוגי סלילי המשטח כוללים סלילי לולאה בודדת (סולנואידים), מערכים מרובי לולאות; וסוגי סלילי הנפח כוללים סולנואידים, זוגות מוצלבים, זוגות אוכף (saddle pairs), מערכי מופע, סלילי כלוב (cage coils) וסלילי Litz. מערכת סלילי אוכף יכולה להיבנות על-ידי ריסוק (עיוות) של שני סלילים מלבניים שווים על מעטפת גלילית. כל סליל נושא את אותו זרם, וכיוון הזרימה של הזרם יכול להיקבע בתצורת הלמהולץ (Helmholtz) או אנטי-הלמהולץ (anti-Helmholtz). שטף השדה המגנטי (“השדה המגנטי”) נוצר על-ידי מערכת סלילי האוכף ונבחן בכל המרחב בשני מישורים מרחביים שונים. אחידות השדה המגנטי מנותחת באמצעות טור טיילור, והגאומטריה האופטימלית מתקבלת מהרחבות טיילור מסדר שני. הפרמטרים הגאומטריים של סליל האוכף מותאמים להשגת ביצועים מיטביים. הסטיות של השדה המגנטי המיוצר על-ידי מערכת סלילי אוכף המפוצות אופטימלית נבנות בהתאם לאי אחדויות טיפוסיות של שדות מגנטיים ב- NMR עם מחזור שדה (field-cycling). הרכיבים הבסיסיים של כל מערכת MRI הם: המגנט הראשי, המייצר את שדה B0 הדרוש ליישור הספינים ולהשגת שיווי-משקל, סלילי הגרדיאנט המאפשרים קידוד תמונה בכיווני x, y ו-z (כיווני תדירות, מופע וקידוד פרוסה וכד’). סליל ה-RF הוא החלק במערכת ה-MRI שמעורר את הספינים המיושרים וקולט אות RF חוזר מן הדגימה. כל הרכיבים נשלטים ומקושרים למשתמש באמצעות קונסולה (איור 1).
איור 1: מערכת סריקת ה – MRI (מגנט MRI מרכזי, סלילי הגרדיאנט, סלילי ה – RF, יחידות בקרה ומערכת קונסולה).
במקרה שבו סליל ה- RF הקולט (Rx) הוא סליל אוכף, האות הנקלט באמצעות סליל ה Rx – הוא אות תהודה מגנטית (MR) הנושא מידע על אובייקט ההדמיה בצורה של מגנטיזציה. אנו מנתחים סליל אוכף דו – תדרי עם ניתוק פעיל (actively decoupled). סליל האוכף המנותק באופן פעיל עשוי מחוט נחושת (סליל נפח). קיימים ארבעה קבלים בעלי ערך קבוע 
המפוזרים לאורך הסליל, במטרה לשמור על התפלגות זרם אחידה וקבועה בתוך הסליל. קצה סליל האוכף מחובר לקבל משתנה 
ולקבל משתנה נוסף 
. שני הקבלים יוצרים סוג של מהוד (Resonator). מעגל המיתוג לצורך הניתוק (Decoupling) מיושם באמצעות סליל RF (RFC) ודיודת PIN 
והוא תואם למעגל דו – תדרי. סליל ה – 
,(RFC) RF, ודיודת PIN מחוברים ברגל סליל הדגימה ונשלטים ע"י כבל קואקסיאלי נפרד. מחלקים את סליל הנפח לשני תתי חלקים, חלק A וחלק B וע"י אספקת מתח שליטה DC לסליל ה – ,(RFC) RF,ודיודת PIN מחברים או מנתקים את חלק B בסליל האוכף (איור 2).
איור 2: סכמת סליל אוכף מצומד תדר כפול פעיל.
שני קווי התמסורת (Coax cables) המחוברים לכבלי הכיוונון 
ולחצי סליל האוכף (ענף A) מיוצגים ע"י קווי שיהוי 
, בהתאמה. ההנחה היא ששני קווי התמסורת (Coax cables) מיוצגים ע"י קווי שיהוי והשיהוי הוא בזרם ולא במתח. חצי מסליל האוכף (ענף A), קווי התמסורת, אלמנטים של רשת הכיוונון , ומערכת הרישום (Register system) מיוצגות במעגל התמורה (איור 3).
איור 3: חצי סליל האוכף (ענף A), קווי התמסורת, רשת כיוונון (C2,C1), ומערכת הרישום (Register system) מעגל תמורה.
ההנחה היא שהנגזרות של זרמים 
לא מושפעים מקווי השיהוי . ארבעת משוואות המערכת הדיפרנציאליות הם (בהזנחת השפעת קווי השיהוי ):
- שליטת דיודת PIN במערכת סליל ה – MRI עם הכיוונון הכפול
מגנטו רזוננס (MR) של הגרעין מלבד מימן נחקר רבות. MRI משתמש בתנועת הפרוטונים בתוך השדה המגנטי כדי לייצר את התמונה. בתוך השדה המגנטי הקבוע של סורק ה – MRI , רקמות המכילות גרעיני מימן חופשי (פרוטון) מייצרות אותות משתנים כאשר פולסי אנרגיית תדר רדיו (RF) מסופקת להם. השיטה הנפוצה של שימוש במעגלי מלכודת לפעולה מכוונת כפולה מובילה לעלייה בהפסדי הסליל ובבעיות לקבלת הכיוונון האופטימלי והתאום הנדרש בשני התדרים. השימוש בדיודות PIN מאפשר למתג את סליל האנטנה בין שני תדרי רזוננס. תכנון הסליל עם כיוונון כפול משתמש בדיודות ה – PIN למיתוג בין ערכי קיבול שונים לכוונון שני תדרי הרזוננס של המערכת (איור 4).
איור 4: סליל אנטנת הכיוונון הכפול עם דיודות מיתוג מסוג PIN.
המיתוג בין תדר הרזוננס הנמוך לתדר הרזוננס הגבוהה של סליל האנטנה בכוונון כפול מתבצע ע"י מיתוג דיודת PIN .(D1) מניחים שדיודות PIN (D1, D2) אידאליות. במצב OFF מציגות התנגדות גבוהה מאוד 
ובמצב ON התנגדות נמוכה מאוד 
(איור 5a/b). המעגל שווה הערך לתדר רזוננס נמוך הוא 5a ומעגל שווה הערך לתדר רזוננס גבוהה הוא 5b.
איור 5a/b: מעגלי התמורה לסליל האנטנה עם כיוונון כפול עם דיודת מיתוג מסוג PIN, תדר רזוננס נמוך (מעגל a) ותדר רזוננס גבוהה (מעגל b).
המיתוג של דיודת D1 מבוצע ע"י מתחי בסיס 
. דיודה D1 מקבלת את אותם מתחים ו – באותו זמן. עבור תדר רזוננס נמוך של סליל האנטנה, דיודה D1 במצב ON ועבור תדר רזוננס גבוהה D1 במצב OFF. סלילי הקליטה במבנה הסליל המכוון הכפול שלנו הם מקטעים עם חתך מלבני (8 מקטעים). מבנה סליל האנטנה ודיודות ה – PIN עם מעגל הכיוונון הכולל קבלים ומערכת הרישום (register system) מחוברים ביחד לתפקוד מלא. דיודה D2 מאפשרת פעולה מלאה של המערכת. קווי התמסורת העגולים (Coax lines) מתפקדים כקווי שיהוי עבור מצב שדיודת D1 היא במצב ON . המעגל עבור סליל האנטנה עם הכיוונון הכפול בתדר רזוננס נמוך (D1 – ON, D2 – OFF) מוצג (איור 6).
איור 6: מעגל סליל האנטנה בכוונון כפול עבור תדר רזוננס נמוך (D1 – ON, D2 – OFF).
המשוואות הדיפרנציאליות עם שיהוי המתקבלות הם כדלהלן
ההנחה היא שהנגזרות 
לא מושפעות מהשיהויים בזמן 
Reference
- Aluf, Advanced Microwave RF Antennas and Circuits, Nonlinearity Applications in Engineering, Springer, Edition 2, 2025, In two Volumes, ISBN: 978-3-031-58699-6, EAN: 9783031586996.
https://link.springer.com/book/9783031586996
