DE10105984C1 - Koaxialkabel und Magnetresonanzanlage mit einem solchen Koaxialkabel - Google Patents

Abstract

Mittels Magnetsystem (1-5) sind ein Grundmagnetfeld, Gradientenmagnetfelder und ein Hochfrequenzmagnetfeld generierbar. Ein Anfangselement (6) ist über ein Koaxialkabel (10, 11) mit einem Endelement (4, 5) verbunden. Das Koaxialkabel (10, 11) ist in mindestens zwei Kabelabschnitte (12, 13) unterteilt, die über einen Übertrager (18) mit Übertragerspulen (19, 20) miteinander gekoppelt sind. Die Übertragerspulen (19, 20) sind mit Innenleitern (14, 15) des Koaxialkabels (10, 11) direkt und mit Außenleitern (16, 17) des Koaxialkabels (10, 11) über Abstimmkondensatoren (21, 22) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter zum Verbinden eines An­ fangselements einer Magnetresonanzanlage mit einem Endelement der Magnetresonanzanlage.

Ein derartiges Koaxialkabel ist beispielsweise aus der EP 0 337 204 A1 bekannt.

Bei den Koaxialkabeln kann es geschehen, dass durch die ver­ änderlichen Hochfrequenzmagnetfelder in den Außenleitern eine Mantelwelle induziert wird. Derartige Mantelwellen werden mit sogenannten Mantelwellensperren unterdrückt.

Die aus der genannten Schrift bekannte Mantelwellensperre be­ steht darin, dass das Koaxialkabel als Toroid gewickelt wird und ihm eine Kapazität parallel geschaltet wird. Mittels der Kapazität wird das Toroid, das so eine Drossel bildet, auf die Grundfrequenz der Magnetresonanzanlage abgestimmt. Da­ durch ist der Hochfrequenzstrom auf dem Außenleiter des Ko­ axialkabels unterbrochen.

Die bekannte Mantelwellensperre ist relativ schmalbandig. Sie muss daher sehr genau eingestellt werden. Die genaue Einstel­ lung ist insbesondere wegen der intrinsischen Kapazität des Koaxialkabels oft sehr schwierig. Ferner muss sichergestellt sein, dass die eingestellte Frequenz nicht mit der Zeit drif­ tet.

Aus der US 5,742,165 A ist ein Koaxialkabel bekannt, bei dem die Mantelwellensperre als zusätzliche Schirmung des Koaxial­ kabels ausgebildet ist, die mit einem Ende direkt und mit dem anderen Ende über einen Kondensator mit dem Außenleiter des Koaxialkabels verbunden ist.

Aus der DE 44 18 202 C1 ist ein Koaxialkabel bekannt, bei dem die Mantelwellensperre eine aus dem Koaxialkabel bestehende, spiralförmige Wicklung aufweist, wobei beidseitig in einem axialen Abstand zur Wicklung jeweils eine Schicht angeordnet ist, die aus elektrisch leitfähigem Material besteht und die Wicklung in axialer Richtung abdeckt.

Aus der DE 43 22 352 A1 ist eine Lokalspulenanordnung be­ kannt, bei der ein von einer Lokalspule empfangenes Magnetre­ sonanzsignal kabellos induktiv zu einer Empfangsantenne über­ tragen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Anordnung zu schaffen, welche bei einer Magnetresonanzanlage eine breitbandige Mantelwellensperre bildet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Koaxialkabel min­ destens zwei Kabelabschnitte aufweist, dass die Kabelab­ schnitte über einen Übertrager mit Übertragerspulen miteinan­ der gekoppelt sind und dass die Übertragerspulen mit den In­ nenleitern direkt und mit den Außenleitern über Abstimmkon­ densatoren verbunden sind.

Wenn die Übertragerspulen und die Abstimmkondensatoren auf eine Grundfrequenz abgestimmte Frequenzfilter bilden, ist die Mantelwellensperre besonders wirksam.

Wenn die Innenleiter und die Außenleiter untereinander über Hochfrequenzdrosseln galvanisch miteinander verbunden sind, ist über das Koaxialkabel zusätzlich niederfrequent, d. h. heißt mit einer Frequenz, die erheblich kleiner als die Grundfrequenz ist, eine Signalübertragung möglich. Als poten­ ziell über die Signalleitung übertragbare niederfrequente Signale kommen insbesondere Steuersignale in Frage, die zwi­ schen dem Anfangselement und dem Endelement über das Koaxial­ kabel übermittelbar sind.

Wenn die die Innenleiter galvanisch miteinander verbindende Hochfrequenzdrossel einen Mittelbereich und zwei Außenberei­ che aufweist und die Außenbereiche über Zusatzkondensatoren mit den Außenleitern verbunden sind, beinhaltet auch die gal­ vanische Verbindung von Außenleiter und Innenleiter eine ei­ gene Mantelwellensperre.

Wenn die Außenbereiche und die Zusatzkondensatoren Tiefpaß­ filter mit einer Grenzfrequenz bilden, die kleiner als die Grundfrequenz ist, ist auch diese zusätzliche Mantelwellen­ sperre besonders wirksam.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird bevorzugt insbesondere dann eingesetzt, wenn das Anfangselement als Steuer- und Aus­ werteeinheit für die Magnetresonanzanlage und das Endelement als Lokalspule ausgebildet sind, weil in diesem Fall das Ko­ axialkabel zwangsweise dem Hochfrequenzfeld ausgesetzt sein muss.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Magnetresonanzanlage,

Fig. 2 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Mantelwel­ lensperre und

Fig. 3 eine Abwandlung der Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist eine Magnetresonanzanlage mehrere Magnet­ systeme 1-5 auf. Es handelt sich hierbei zum einen um einen Schirmmagneten 1 und einen Grundmagneten 2, zum zweiten um einen Gradientenmagneten 3 und zum dritten um Hochfrequenz­ spulen 4 und Lokalspulen 5.

Mittels des Schirmmagneten 1 wird das Innere der Magnetreso­ nanzanlage weitestgehend von äußeren Magnetfeldern abge­ schirmt. Mittels des Grundmagneten 2 ist ein Grundmagnetfeld generierbar. Mittels des Gradientenmagneten 3 sind Gradien­ tenmagnetfelder generierbar. Die Hochfrequenzspulen 4 dienen der Generierung eines Hochfrequenzmagnetfeldes. Ferner werden über sie und die Lokalspulen 5 Magnetresonanzsignale detek­ tiert. Das generierte Hochfrequenzmagnetfeld und die Magnet­ resonanzsignale weisen eine Grundfrequenz auf, die durch die Stärke des Grundmagnetfeldes das gyromagnetische Verhältnis bestimmt ist. Das gyromagnetische Verhältnis von Wasserstoff­ kernen (das ist der häufigste Anwendungsfall) beträgt bei­ spielsweise ca. 42 MHz/T.

Die Magnetsysteme 1-5 sind mit einer Steuer- und Auswerte­ einheit 6 über Kabel 7-11 verbunden. Mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 6 wird die Magnetresonanzanlage gesteu­ ert. Die Kabel 7-9, die mit dem Schirmmagneten 1, dem Grundmagneten 2 und dem Gradientenmagneten 3 verbunden sind, sind dabei übliche geschirmte Kabel. Die Kabel 10, 11, die mit den Hochfrequenzspulen 4 und den Lokalspulen 5 verbunden sind, sind als Koaxialkabel ausgebildet. Die Steuer- und Aus­ werteeinheit 6 entspricht somit dem Anfangselement 6 der vor­ liegenden Erfindung, die Hochfrequenzspulen 4 und die Lo­ kalspulen 5 stellen Endelemente 4, 5 im Sinne der vorliegen­ den Erfindung dar.

Gemäß Fig. 2 weisen die Koaxialkabel 10, 11 zwei Kabelab­ schnitte 12, 13 auf. Die Kabelabschnitte 12, 13 weisen je ei­ nen Innenleiter 14, 15 - in Fig. 2 gestrichelt angedeutet - und je einen Außenleiter 16, 17 auf. Die Kabelabschnitte 12, 13 sind über einen allgemein mit 18 bezeichneten Übertrager miteinander gekoppelt. Der Übertrager 18 weist Übertragerspu­ len 19, 20 auf, die mit den Innenleitern 14, 15 direkt und mit den Außenleitern 16, 17 über Abstimmkondensatoren 21, 22 verbunden sind.

Die Induktivitäten der Übertragerspulen 19, 20 betragen ca. 1,2 µH, die Kapazitäten der Abstimmkondensatoren 21, 22 ca. 15 pF. Aufgrund dieser Dimensionierung bilden die beiden Ü­ bertragerhälften, die aus je einer Übertragerspule 19, 20 und je einem Abstimmkondensator 21, 22 bestehen, jeweils ein Sperrfilter, das in etwa auf die Grundfrequenz des Hochfre­ quenzmagnetfeldes abgestimmt ist. Dabei wurde angenommen, dass Magnetresonanzen von Wasserstoffatomen detektiert werden sollen und das Grundmagnetfeld eine Feldstärke von etwa 1 T aufweist.

Gemäß der Abwandlung von Fig. 3 sind die Innenleiter 14, 15 und die Außenleiter 16, 17 untereinander über Hochfrequenz­ drosseln 23, 24 galvanisch miteinander verbunden. Es ist somit möglich, mittels dieser galvanischen Verbindung über das Koaxialkabel 10, 11 Steuersignale von der Steuer- und Auswer­ teeinheit 6 zu den Hochfrequenzspulen 4 bzw. den Lokalspulen 5 und zurück zu übermitteln. Vorausgesetzt ist dabei, dass eine Steuersignalfrequenz, mit der die Steuersignale übermit­ telt werden, erheblich kleiner als die Grundfrequenz ist.

Die Hochfrequenzdrossel 24, über die die Außenleiter 16, 17 galvanisch miteinander verbunden sind, weist eine Induktivi­ tät von ca. 4,7 µH auf. Die die Innenleiter 14, 15 galvanisch miteinander verbindende Hochfrequenzdrossel 23 weist einen Mittelbereich 25 und zwei Außenbereiche 26, 27 auf. Die Au­ ßenbereiche 26, 27 sind über Zusatzkondensatoren 28, 29 mit den Außenleitern 16, 17 verbunden. Der Mittelbereich 25 weist eine Induktivität von ca. 4,7 µH auf, die Außenbereiche 26, 27 eine Induktivität von ca. 10 µH. Die Zusatzkondensatoren 28, 29 weisen eine Kapazität von ca. 1 nF auf. Somit bilden auch die Außenbereiche 26, 27 und die Zusatzkondensatoren 28, 29 Tiefpassfilter, deren Grenzfrequenz weit unterhalb der Grundfrequenz liegt.

Die erfindungsgemäße Mantelwellensperre ist breitbandig. Es ist daher weder ein genaues Einhalten der angegebenen Werte noch ein Nachstellen erforderlich. Sie ist somit wartungs­ frei.

Claims (7)

1. Koaxialkabel mit einem Innenleiter (14, 15) und einem Au­ ßenleiter (16, 17) zum Verbinden eines Anfangselements (6) einer Magnetresonanzanlage mit einem Endelement (4, 5) der Magnetresonanzanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaxialkabel (10, 11) mindestens zwei Kabelabschnit­ te (12, 13) aufweist, dass die Kabelabschnitte (12, 13) über einen Übertrager (18) mit Übertragerspulen (19, 20) miteinan­ der gekoppelt sind und dass die Übertragerspulen (19, 20) mit den Innenleitern (14, 15) direkt und mit den Außenleitern (16, 17) über Abstimmkondensatoren (21, 22) verbunden sind.

2. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragerspulen (19, 20) und die Abstimmkondensato­ ren (21, 22) auf eine Grundfrequenz abgestimmte Frequenzfil­ ter bilden.

3. Koaxialkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (14, 15) und die Außenleiter (16, 17) untereinander über Hochfrequenzdrosseln (23, 24) galvanisch miteinander verbunden sind.

4. Koaxialkabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Innenleiter (14, 15) galvanisch miteinander ver­ bindende Hochfrequenzdrossel (23) einen Mittelbereich (25) und zwei Außenbereiche (26, 27) aufweist und dass die Außen­ bereiche (26, 27) über Zusatzkondensatoren (28, 29) mit den Außenleitern (16, 17) verbunden sind.

5. Koaxialkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbereiche (26, 27) und die Zusatzkondensatoren (28, 29) Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz bilden, die kleiner als die Grundfrequenz ist.

6. Magnetresonanzanlage, bei der ein Anfangselement (6) und ein Endelement (4, 5) über ein Koaxialkabel (10, 11) nach ei­ nem der obigen Ansprüche miteinander verbunden sind.

7. Magnetresonanzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfangselement (6) als Steuer- und Auswerteeinheit (6) für die Magnetresonanzanlage und das Endelement (5) als Lokalspule (5) ausgebildet sind.