DE102010027295B4 - Trommel-Mantelwellensperre - Google Patents
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Abstract
Mantelwellensperre (MWS) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst, welche Lokalspulenanschlussleitung (KX) als flexible Leiterplatte (1, 4, 5, 8) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Mantelwellensperre für ein MRT-System.
- Magnetresonanztomographiegeräte zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie (MRT, MRI) sind beispielsweise aus
DE 103 14 215 B4 bekannt. DieUS 2008/0 136 415 A1 - Lokalspulen sind z. B. als reine Empfangsspulen ausgeführt, d. h. die Anregung der Spins erfolgt mit einem sog. Ganzkörper-Resonator (body coil) eines MRT. Die Signalübertragung von Lokalspulen zum Empfangssystem einer MRT-Anlage erfolgt z. B. über ein HF-Kabel als Lokalspulenzuleitung. In der Sendephase werden durch die E- und B-Felder in einem MRT HF-Ströme auf den Leitungs-Schirm einer Lokalspulenzuleitung induziert. Induzierte HF-Ströme auf z. B. Lokalspulenzuleitungen werden als Mantelwellen bezeichnet. Mantelwellen sind unerwünscht und können zu Bildstörungen bis hin zu einer Gefährdung des Patienten führen.
- In Lokalspulenzuleitung der Lokalspulen werden Mantellwellensperren (MWS) zur Unterdrückung hochfrequenter Ströme (Mantelwellen) auf dem Außenleiter von Lokalspulenzuleitungen eingefügt. Eine Mantelwellensperre stellt für die HF Welle eine hochohmige Impedanz dar und unterdrückt somit den HF-Strom auf der Lokalspulenzuleitung.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanztomographie-Mantelwellensperre für ein MRT-System weiter zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung kann effizient den Bau einer kompakten und/oder leichten und/oder spannungsfesten und/oder abstimmbaren und/oder mit hoher Sperrwirkung ausgestatteten Mantelwellensperre ermöglichen.
- Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
-
1 eine MRT-Mantelwellensperre, -
2 den inneren Aufbau flexibler Leiterplatten die eine Lokalspulenzuleitung bilden, -
3 vereinfacht als Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im Querschnitt, -
4 vereinfacht eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre, -
5 vereinfacht eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre, -
6 eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im aufgewickelten Zustand im Querschnitt, -
7 eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im aufgewickelten Zustand in seitlicher Ansicht, -
8 schematisch und vereinfacht ein MRT-System. - Hintergrund:
-
8 zeigt ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT101 mit einer Ganzkörperspule102 mit einem hier röhrenförmigen Raum103 in welchen eine Patientenliege104 mit einem Körper z. B. eines Untersuchungsobjektes (z. B. eines Patienten)105 (mit oder ohne Lokalspulenanordnung106 ) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspulenanordnung106 aufgelegt, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch field of view genannt) Aufnahmen generiert werden können. Signale der Lokalspulenanordnung106 können von einer z. B. wie hier über eine Lokalspulenanschlussleitung (wie z. B. ein (Koaxial-)Kabel) KX (oder alternativ per Funk (167 ,168 )) an die Lokalspulenanordnung106 anschließbaren Auswerteeinrichtung (115 ,117 ,119 ,120 ,121 usw.) des MRT101 ausgewertet (z. B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden. - Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT
101 einen Körper105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet107 ) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung103 , erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B0, das z. B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper105 wird auf einer Patientenliege104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view”) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse B1(x, y, z, t) die über eine hier als (z. B. mehrteilige =108a ,108b ,108c ) Körperspule108a , b, c sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z.B. von einer Pulserzeugungseinheit109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker111 werden sie zur Hochfrequenzantenne108a , b, c geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit109 , mehr als ein Hochfrequenzverstärker111 und mehrere Hochfrequenzantennen108a , b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät101 eingesetzt. - Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät
101 über Gradientenspulen112x ,112y ,112z , mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen112x ,112y ,112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit114 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit110 in Verbindung steht. - Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale werden von der Körperspule
108a , b, c und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker116 verstärkt und von einer Empfangseinheit117 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar. - Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule
108a , b, c oder eine Lokalspule, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche118 geregelt. - Eine Bildverarbeitungseinheit
119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten. - In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulenanordnungen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder in dem Körper angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z. B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5 T und mehr). Wenn an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z. B. eine Schaltmatrix (hier RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV (Field of View) bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
- Als Lokalspulenanordnung
106 wird z. B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, das z. B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z. B. als Loopantennen (Loops), Butterfly oder Sattelspulen ausgeführt. - Eine Lokalspulenanordnung umfasst z. B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger
168 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule106 z. B. per Funk empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z. B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/oder Speicherung zur Verfügung stellt. - Nachfolgend werden mögliche Details von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer MRT-Mantelwellensperren anhand
1 –7 näher beschrieben. -
1 zeigt vereinfachend eine Mantelwellensperre MWS in einer geschirmten Lokalspulenanschlussleitung KX, welche Lokalspulenanschlussleitung KX auf einer Seite an eine MRT-Lokalspule106 angeschlossen ist, und welche Lokalspulenanschlussleitung KX auf einer anderen Seite an eine Auswerteeinrichtung117 eines MRT-Systems101 angeschlossen ist. -
2 –6 zeigen schematisch erfindungsgemäße MRT-Mantelwellensperren, (wobei3 eine Prinzipskizze,4 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre und5 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre zeigt). -
2 zeigt im Querschnitt eine Lokalspulenanschlussleitung KX, in der übereinander (eine oder hier mehrere) flexible Leiterplatten1 (oder mehrere Lagen einer mehrlagigen Leiterplatte) angeordnet sind, die jeweils einen Kunststoffträger23 aufweisen, in oder auf dem jeweils mehrere Leiter21 (z. B. Kupferleiter) verlaufen (die jeweils an der Lokalspule und an einer Auswerteeinrichtung des MRT über Stecker anschließbar sind). Die Lokalspulenanschlussleitung KX umgibt ganz oder teilweise (z. B. nur auf einem Teil des Umfangs und/oder nur auf einigen Seiten etc) ein äußerer Schirm24 (z. B. aus Kupfer) zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen, welchen wiederum ein äußerer Isolator25 umgibt. Ein seitlicher Schirm kann z. B. mit Durchkontaktierungen realisiert sein. - Die eine (/mehrere) flexible Leiterblatte(n) ist hier in
2 mit einer leitfähigen Schicht umfangsseitig vollkommen umschlossen. Dadurch ist die als Flachbandleitung (mit einer/mehreren flexible(n) Leiterplatte(n) darin) ausgestaltete Lokalspulenanschlussleitung KX geschirmt und der gemeinsame Schirm24 kann zur Realisierung einer Mantelwellensperre MWS (gemäß3 ff) genutzt werden. - Die flexiblen Leiterplatten
1 der Lokalspulenanschlussleitung KX sind flexibel, also z. B. biegbar und sie sind z. B. spiralförmig aufwickelbar wie3 als Prinzipskizze einer MWS im Querschnitt zeigt. In3 sind außerdem Steckerelemente6 ,7 (= Stecker oder Buchsen) vereinfachend dargestellt, über welche die Lokalspulenanschlussleitung KX an einer Seite an eine Lokalspule anschließbar ist und an einer anderen Seite an eine MRT-Auswerteeinrichtung (über Verstärker usw.) eines MRT-Systems101 anschließbar ist. Ferner zeigt3 einen Kondensator20 , der an zwei Punkten des Schirms24 mit dem Schirm verbunden ist, um eine Mantelwellensperre auf (dem Schirm der) der Lokalspulenanschlussleitung KX zu bilden. - Wie
6 zeigt wird zur Herstellung einer Mantelwellensperre z. B. die (mindestens eine oder mindestens einlagige) flexible Leiterblatte1 der Lokalspulenanschlussleitung KX spiralförmig auf einen Kunststoffträger2 aufgewickelt. Da das eine Ende der Lokalspulenanschlussleitung KX dabei innerhalb der Spirale endet wird es beidseitig seitlich herausgeführt. Der mittlere Teil besteht hier aus einem starren Teil3 (oder Bereich) auf dem ein Kondensator20 zur Realisierung einer elektrischen Resonanz sitzt. Die Rückführung des Kondensators3 auf den Anfang der Spirale (die die Lokalspulenanschlussleitung KX in6 bildet), kann z. B. über ein Kupferband oder über einen seitlichen Ast der flexiblen Flachbandleitung geschehen. Für die Mantelwelle stellt die Spirale eine Induktivität mit einem parallelen Kondensator20 dar. Die Induktivität wird bei der Arbeitsfrequenz (z. B. 120 MHz) der Mantelwellensperre (also z. B. bei der von ihr zu blockierenden Frequenz), mit dem passenden Wert des (z. B. einstellbaren) Kondensators auf Parallelresonanz gebracht. - Vom mittleren starren Teil
3 geht dann wieder ein flexibler Bereich weiter und endet an einem Steckmodul oder einem Stecker6 /einer Buchse7 . - Der mittlere, starre Teil
3 kann beidseitig oder (gemäß5 ) auch einseitig aus der Spirale ausgeführt werden. Mit Hilfe eines metallisierten Kunststoffzylinders (9 in6 ) in der Mitte der Spirale kann die MWS in einem gewissen Bereich (auf eine Sperrfrequenz) abgestimmt werden. Der Kunststoffzylinder9 ist hier mit einem Außengewinde versehen und kann so in die Spirale hineingedreht werden.
Claims (18)
- Mantelwellensperre (MWS) für ein Magnetresonanztomographiesystem (
101 ), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst, welche Lokalspulenanschlussleitung (KX) als flexible Leiterplatte (1 ,4 ,5 ,8 ) ausgebildet ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (
1 ,4 ,5 ,8 ) mehrere Leiter (21 ) umfasst. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine spiralförmig aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst.
- Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) spiralförmig auf einen elektrischen Isolator, insbesondere auf einen Kunststoffträger (
2 ), aufgewickelt ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) mehrere flexible Leiterplatten (
4 ,5 ,8 ) oder eine mehrlagige flexible Leiterplatte (1 ) aufweist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweise leitfähiger Zylinder (
9 ) in der Mantelwellensperre (MWS) vorgesehen ist, der ein Gewinde aufweist, um sein Eindrehen in die spiralförmige Mantelwellensperre (MWS) zur Abstimmung der Sperrfrequenz der Mantelwellensperre (MWS) zu ermöglichen. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass in die von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildete Spirale ein oberflächlich metallisierter Kunststoffzylinder, (
9 ) zur Abstimmung der Sperrfrequenz der Mantelwellensperre (MWS) eindrehbar ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterplatten oder Lagen einer Leiterplatte jeweils einen Kunststoffträger (
23 ) aufweisen, der jeweils mehrere Leiter (21 ) aufweist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) ein Schirm (
24 ) zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen ganz oder teilweise umgibt. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) ein Schirm (
24 ) umgibt, den wiederum ein Isolator (25 ) umgibt. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9–10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (
20 ) an zwei Punkten des Schirms (24 ) der Lokalspulenanschlussleitung (KX) mit dem Schirm (24 ) verbunden ist, um eine Mantelwellensperre auf dem Schirm der Lokalspulenanschlussleitung (KX) zu bilden. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Lokalspulenanschlussleitung (KX) aus der von ihr gebildeten Spirale einseitig oder beidseitig der Spirale seitlich herausgeführt.
- Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lokalspulenanschlussleitung der Lokalspule eine Lokalspulenanschlussleitung (KX) zum Anschluss der Lokalspule (
106 ) an eine Auswerteeinrichtung eines MRT-Systems (101 ) ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lokalspulenanschlussleitung (KX) zum Anschluss an eine MRT-Lokalspule (
106 ) und an eine Auswerteeinrichtung eines MRT-Systems (101 ) jeweils Stecker (6 ) und/oder Buchsen (7 ) aufweist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein starrer mittlerer Teil-Bereich der Lokalspulenanschlussleitung (KX) vorgesehen ist, auf dem vorzugsweise ein Kondensator (
20 ) zur Realisierung elektrischer Resonanz angeordnet ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss des Kondensators (
20 ) in einem Bereich der von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildeten Spirale über ein Kupferband oder über einen seitlichen Ast der Lokalspulenanschlussleitung (KX) vorgesehen ist. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3–16, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildete Spirale eine Induktivität ist, die mit einem parallelen Kondensator (
20 ) eine Mantelwellensperre bildet. - Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nur auf einem Teil ihrer Länge aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst.
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