DE102006040574A1

DE102006040574A1 - Trennwand zur Abgrenzung von einer Antennenstruktur eines Magnetresonanztomographen

Info

Publication number: DE102006040574A1
Application number: DE102006040574A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Eberler; Wolfgang Dr. Renz; Günther Zebelein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: CN101133953A; DE102006040574B4; CN101133953B; US20080054901A1; US7501826B2; JP2008055169A; JP5273971B2

Abstract

Es wird eine Trennwand (1) aus zumindest einem ersten Wandmaterial zur Abgrenzung eines Patientenlagerungsbereichs (B) von einer Antennenstruktur (3) eines Magnetresonanztomographen beschrieben. Die Trennwand (1) weist zumindest in einem Bereich, an dem sich auf der von dem Patientenlagerungsbereich (B) wegweisenden Seite der Trennwand (1) eine bestimmte Teilstruktur (5, 6, 7, 8) der Antennenstruktur (3) befindet, partiell ein Wandteil (9) aus einem zweiten Wandmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante auf, welche niedriger als eine Dielektrizitätskonstante des ersten Wandmaterials ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennwand aus zumindest einem ersten Wandmaterial zur Abgrenzung eines Patientenlagerungsbereichs von einer Antennenstruktur eines Magnetresonanztomographen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Magnetresonanztomographen mit einer solchen Trennwand.
Bei der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt, handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur Gewinnung von Bildern vom Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Um mit diesem Verfahren ein Bild zu gewinnen, muss zunächst der Körper bzw. der zu untersuchende Körperteil des Patienten oder Probanden einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten des Magnetresonanzsystems erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnellgeschaltete Gradientenfelder zur Ortskodierung überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Außerdem werden mit Hochfrequenzantennen Hochfrequenzpulse einer definierten Feldstärke in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen so genannten „Anregungsflipwinkel" aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld ausgelenkt werden. Die Kernspins präzedieren dann um die Richtung des Grundmagnetfelds. Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Die Magnetresonanzbilder des Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis der empfangenen Magnetresonanzsignale erstellt.
Ein typischer Magnetresonanztomograph weist hierzu einen Patientenlagerungsbereich auf, im Folgenden auch Patientenraum genannt, in welchem sich eine Patientenliege befindet, auf der der Patient während der Untersuchung positioniert wird. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen sog. „Patiententunnel" in einem durch das Gehäuse des Tomographen verlaufenden Rohr handeln. Darüber hinaus gibt es aber auch MR-Tomographen mit einem seitlich offenen Patientenlagerungsbereich, der U-Förmig vom Gehäuse des MR-Tomographen umschlossen wird. Innerhalb des Gehäuses des Tomographen befinden sich dann meist ober- und unterhalb des Patientenlagerungsbereichs starke Spulen zur Erzeugung des Permanentmagnetfelds. Außerdem befinden sich innerhalb des Gehäuses weitere Magnetspulen zur Erzeugung der magnetischen Gradientenfelder.
Weiterhin weist der Tomograph üblicherweise eine fest im Gehäuse installierte Antennenstruktur auf, mit der die benötigten Hochfrequenzpulse in den Patientenlagerungsbereich ausgesendet und induzierte Magnetresonanzsignale aufgefangen werden können. Diese Hochfrequenzantenne wird auch als „Body-Coil" bezeichnet. Darüber hinaus werden in vielen Magnetresonanztomographen zusätzlich sogenannte „Lokalspulen" eingesetzt, welche direkt auf die Bereiche des Körpers des Patienten aufgelegt bzw. untergelegt werden können, von denen Magnetresonanzaufnahmen erzeugt werden sollen. Diese Lokalspulen können ebenfalls sowohl als Sendeantennen als auch als Empfangsantennen eingesetzt werden. Bei vielen Untersuchungen wird jedoch z. B. mit der im Magnetresonanztomographen integrierten Hochfrequenzantenne gesendet und die induzierten MR-Signale werden mit den Lokalspulen empfangen.
Eine MR-Hochfrequenzantenne wird üblicherweise durch eine resonante Antennenstruktur gebildet, die aus Induktivitäten, z. B. einer Leiterstruktur, und verschiedenen Kapazitäten besteht. An den Kapazitäten, welche beispielsweise durch Kondensatoren gebildet werden, die die einzelnen Teile der Leiterstruktur miteinander verkoppeln, entstehen prinzipbedingt hohe Potentialsprünge. Die oben erwähnte im Magnetresonanztomographen selbst integrierte Hochfrequenzsendeantenne, die Body-Coil, ist üblicherweise direkt auf oder nahe zu der eingangs bezeichneten Trennwand angeordnet, welche den Patien tenraum von der Hochfrequenzsendeantenne abgrenzt. Diese Trennwand bildet in der Regel zugleich die innere zum Patientenraum weisende Wand des Gehäuses des Magnetresonanztomographen. Bei einem Patiententunnel ist diese Trennwand z. B. die Rohrwand, die den Patiententunnel von innen auskleidet. Daher kann es bei Kontakt des Patienten mit der Trennwand zu kapazitiven Einkopplungen der elektrischen Felder (E-Felder) von der Antenne in das Körpergewebe des Patienten kommen, was dort zu hohen lokalen SAR-Belastungen (SAR = Specific Absorption Rate) führen kann. Dabei bildet die Antennenstruktur zusammen mit der Körperoberfläche eine Art Plattenkondensator mit der Trennwand als Dielektrikum dazwischen.
Um die Einkopplung von E-Feldern von der Antenne in das Körpergewebe so weit wie möglich zu reduzieren bzw. zu vermeiden, wird versucht, durch geeignete Lagerungshilfen eine unmittelbare Berührung durch den Patienten zu vermeiden. Alternativ wird in manchen Ausführungen durch einen größeren radialen Abstand der Antennenstruktur von der Trennwand dafür gesorgt, dass die E-Feld-Ankopplung niedriger ist. Dies bedingt jedoch eine größere Bauhöhe, was zu erheblich höheren Kosten des Magnetresonanztomographen führt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trennwand der eingangs genannten Art und einen Magnetresonanztomographen dahingehend zu verbessern, dass auf einfachere, sichere und kostengünstigere Weise eine Einkopplung von E-Feldern in das Körpergewebe bei Berührung der Trennwand durch den Patienten reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Trennwand gemäß Patentanspruch 1 und durch einen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 16 gelöst.
Erfindungsgemäß weist hierzu die Trennwand zumindest in einem Bereich, an dem sich auf der von dem Patientenlagerungsbereich wegweisenden Seite der Trennwand eine bestimmte Teilstruktur der Antennenstruktur befindet, partiell ein Wandteil aus einem zweiten Wandmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante auf, welche niedriger als eine Dielektrizitätskonstante des sonstigen Wandmaterials der Trennwand ist.
Wie bereits oben erläutert, bildet bei einer Berührung der Trennwand durch den Patienten die Antennenstruktur zusammen mit der Körperoberfläche eine Art Plattenkondensator, wobei die Trennwand als Dielektrikum zwischen Antennenstruktur und Körperoberfläche liegt. Die Größe der Kapazität C hängt nach der folgenden bekannten Gleichung C = ε0·ε·A/d (1)linear von der Dielektrizitätskonstante ε des Materials der Trennwand ab. Dabei ist ε₀ = 8,85·10^–12 CV^–1m^–1 die Influenzkonstante, A ist die Fläche des Plattenkondensators und d der Abstand, d. h. hier die Dicke der Trennwand. Wie später noch gezeigt wird, ist die Stärke der Einkopplung der E-Felder in das Gewebe direkt proportional zur Kapazität C.
Da die Trennwand zum Patientenraum häufig auch direkt die HF-Antenne trägt, muss sie als Tragstruktur ausreichend stabil sein. Zudem wird die Trennwand aber auch aus Lärmdämmgründen möglichst stabil ausgeführt. Beispielsweise wird für die Trennwand eines Patiententunnels in einem üblichen Magnetresonanzgerät ein Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff (im Folgenden auch mit der üblichen Abkürzung GFK benannt) verwendet, welches eine Wanddicke von 8 bis 10 mm aufweist. GFK oder andere geeignete Materialen zur Herstellung ausreichend stabiler Trennwände haben jedoch ungünstiger Weise eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante (z. B. gilt für GFK ε ≈ 5,0).
Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Wandteile mit den Wandmaterialien mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante kann jedoch ohne signifikante Stabilitätseinbußen auf einfache Weise dafür gesorgt werden, dass die Kapazität des durch die Trennwand gebildeten Plattenkondensators zwischen Antennenstruktur und Körpergewebe herabgesetzt wird und so automatisch auch die Einkopplung des elektrischen Feldes auf einfache Weise reduziert wird. Eine Vergrößerung des Abstands zwischen Antennenstruktur zur Trennwand ist dann nicht mehr notwendig. Ebenso kann auf spezielle Lagerungshilfen verzichtet werden, um den Patienten in einer Lage zu fixieren, in der er die Trennwand nicht berühren kann.
Die abhängigen Ansprüche und die weitere Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen.
Grundsätzlich kann das Wandteil aus dem zweiten Wandmaterial mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstante derart ausgebildet sein, dass hiervon beispielsweise vom Patientenraum aus gesehen die gesamte Antennenstruktur abgeschirmt wird. In vielen Fällen, insbesondere wenn eine dünnere aber dennoch stabile Trennwand vorgesehen ist und diese Trennwand zudem noch als Tragekonstruktion für die Antennenstruktur dienen soll, sind aber die Wandteile mit der niedrigen Dielektrizitätskonstante bevorzugt nur im Bereich solcher Teilstrukturen der Antennenstruktur in der Trennwand integriert, in denen z. B. besonders hohe elektrische Felder auftreten.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist daher die aus dem ersten Wandmaterial bestehende Trennwand eine bestimmte Anzahl von Ausnehmungen auf, beispielsweise Durchbrüche oder Kavitäten, in denen die Wandteile aus dem zweiten Wandmaterial angeordnet bzw. eingesetzt sind. Besonders bevorzugt werden als Ausnehmungen von einer vom Patientenlagerungsbereich wegweisenden Seite der Wand aus Kavitäten in die Wand eingebracht, so dass auf der Seite des Patientenraums eine durchgehende Trennwandoberfläche verbleibt. Die Einbringung solcher Kavitäten und Auffüllung der Kavitäten mit den Wandteilen aus dem zweiten Wandmaterial sorgt auch dafür, dass die Trennwand eine besonders gute Stabilität behält. Hierzu sind bevorzugt die Wandteile aus dem zweiten Wandmaterial so an die Ausnehmung angepasst, dass sie die Ausnehmungen vollstän dig ausfüllen. Alternativ können aber bei solchen Trennwänden, deren Stabilität durch die Ausnehmung nicht stark beeinträchtigt wird, die Wandteile so eingesetzt werden, dass beispielsweise ein Luftspalt zwischen dem Rand der betreffenden Ausnehmung und dem Wandteil verbleibt, da die Luft in den verbleibenden Freiräumen die niedrigste mögliche Dielektrizitätskonstante von ε = 1 hat.
Die Ausnehmungen können prinzipiell beliebige Formen aufweisen. Besonders bevorzugt hinsichtlich des Herstellungsprozesses sowie hinsichtlich der Stabilität der Trennwand ist aber die Herstellung von kassettenartigen Ausnehmungen, welche beispielsweise rechteckig, insbesondere quadratisch, aber auch wabenartig oder in anderer Form in die Trennwand eingebracht sein können. Mit solchen kassettenartigen Ausnehmungen lässt sich eine relativ große Fläche abdecken, wobei durch die Stege zwischen den einzelnen Ausnehmungen eine ausreichende Stabilität der Trennwand gewährleistet ist.
Wie bereits eingangs erläutert, kann die Trennwand verschiedenste Formen aufweisen. Bei einer bevorzugten Variante ist die Trennwand als Rohr ausgebildet, in welchem sich der Patientenraum in Form eines sogenannten Patiententunnels befindet. Insbesondere in einem solchen Fall bildet bevorzugt zumindest ein Teil der Trennwand eine Tragekonstruktion für die Antennenstruktur selbst.
Wenn es sich bei der Trennwand um ein Rohr zur Abgrenzung eines Patiententunnels handelt, kann die Antennenstruktur als Birdcage-Struktur, insbesondere als Hochpass-Birdcage, ausgebildet sein. Eine solche Birdcage-Struktur ist allgemein bekannt. Sie besteht aus einer Anzahl von parallel zur Rohrachse verlaufenden leitenden „Antennenstäben", welche endseitig, an sogenannten „Endringen", jeweils kapazitiv untereinander gekoppelt sind. Eine solche Struktur wird später noch anhand der Figuren näher erläutert. Bei Verwendung einer solchen Antennenstruktur sind die Wandteile aus dem zweiten Wandmaterial bevorzugt in den Bereichen der Trennwand angeordnet, an denen sich der vom Patientenlagerungsbereich wegweisenden Seite der Trennwand die Endringe der Birdcage-Struktur befinden.
Besonders bevorzugt sind die Wandteile aus dem zweiten Wandmaterial insbesondere in solchen Bereichen der Trennwand angeordnet, an denen sich auf der vom Patientenlagerungsbereich wegweisenden Seite der Trennwand Kapazitäten der Antennenstruktur befinden. Es werden dann durch die betreffenden Wandteile insbesondere diese Kapazitäten vom Patientenraum möglichst großflächig abgeschirmt. Dies ist insoweit vorteilhaft, da in der Regel direkt an den Kapazitäten der Antennenstruktur besonders hohe Feldstärken liegen.
Wie ebenfalls bereits eingangs beschrieben, ist der Patientenlagerungsbereich üblicherweise zur Aufnahme einer Patientenliege eingerichtet. Da der Patient bei der Untersuchung auf der Patientenliege liegt und daher die Bereiche der Trennwand unterhalb der Patientenliege nicht unabsichtlich berühren kann, reicht es aus, wenn die Wandteile aus dem zweiten Wandmaterial nur in den Bereichen angeordnet sind, die oberhalb einer im Patientenlagerungsbereich befindlichen Patientenliege angeordnet sind. Durch den Verzicht auf den Einbau zusätzlicher Wandteile unterhalb der Patientenliege werden daher Kosten eingespart und die Stabilität der Trennwand bleibt in diesem Bereich unverändert. Gegebenenfalls kann sogar darauf verzichtet werden, einen oberen Bereich der Trennwand, beispielsweise in einem Patiententunnel ein der Patientenliege gegenüberliegendes oberes Segment der Rohrwand, mit Wandteilen mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu versehen, da auch hier eine Berührung durch den Patienten nicht sehr wahrscheinlich ist. In der Regel tritt die Berührung der Wand durch den Patienten in einem kurzen Abstand oberhalb der Patientenliege auf, so dass die Wandteile vor allem in diesen Bereichen der Trennwand angebracht sein sollten.
Für die Trennwand selbst sind prinzipiell alle Materialien einsetzbar, die stabil genug, nicht leitend und unmagnetisch sind. Vorzugsweise besteht die Trennwand im Wesentlichen aus GFK. Zur Herstellung einer Trennwand in Form eines Patiententunnels werden z. B. häufig gewickelte GFK-Rohre eingesetzt. Dabei werden die Glasfäden auf ein Rohr gewickelt und mit geeigneten Harzen getränkt. Hierdurch sind relativ dünne und dennoch stabile Rohre herstellbar. Anschließend können dann die Ausnehmungen beispielsweise in das Rohr eingefräst werden, in welche dann die Wandteile mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstante eingesetzt werden. Ebenfalls können solche Rohre bzw. Trennwände auch im Vakuum aus Epoxidharz gegossen werden, die mit Glasfaser verstärkt werden. Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung solcher Trennwände aus Hartpapier, d. h. aus Papier, welches z. B. mit Epoxid- oder Phenolharz o. ä. getränkt wird. Weiterhin können faserverstärkte Betonrohre eingesetzt werden, wobei diese jedoch den Nachteil haben, dass sie relativ schwer sind.
Auch für das zweite Wandmaterial zur Herstellung der Wandteile mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstante können verschiedenste Materialien eingesetzt werden. Vorzugsweise sollte das zweite Wandmaterial eine Dielektrizitätskonstante ε ≤ 2,0 aufweisen. Ganz besonders bevorzugt sollte die Dielektrizitätskonstante ε ≤ 1,5 sein.
Um diese Werte zu erreichen, wird vorzugsweise als zweites Wandmaterial ein Hartschaumstoff eingesetzt. Besonders bevorzugt kann Polyuretan-Hartschaumstoff hierfür verwendet werden. Ebenso besonders bevorzugt kann aber auch ein Polymethacrylimid-Hartschaumstoff (PMI-Hartschaumstoff) verwendet werden, der z. B. auch als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen eingesetzt wird. Er zeichnet sich durch hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften aus und besitzt im Vergleich zu anderen Schaumstoffen ein ausgezeichnetes Verhältnis von Gewicht zu mechanischen Eigenschaften sowie höchste Wärmeformbeständigkeit. Ein geeigneter PMI- Hartschaumstoff ist unter dem Namen ROHACELL^® der Firma Röhm erhältlich.
Vorzugsweise sollte der Hartschaumstoff eine Dichte von maximal 200 kg/m³ bevorzugt von maximal 150 kg/m³ aufweisen.
Alternativ kann als zweites Wandmaterial, sofern die Stabilitätsbedingungen dies zulassen, auch ein Material mit einer Hohlraumstruktur verwendet werden, z. B. ein Wabenmaterial oder Kunststoffteile, welche beispielsweise geschlossene Deckschichten und dazwischen liegende Spanten aufweisen. Durch die großen Luftanteile in solchen Wandmaterialien ist dafür gesorgt, dass die entsprechenden Wandteile eine besonders geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Trennwand kann in beliebigen Magnetresonanztomographen eingesetzt werden, bei denen wie üblich der Patientenlagerungsbereich von der Antennenstruktur abgetrennt wird, unabhängig von der Form, die die betreffende Trennwand aufweist. So kann nicht nur die Trennwand bzw. die Rohrwand in einem Magnetresonanztomographen mit einem Patiententunnel erfindungsgemäß ausgebildet sein, sondern es können auch die Trennwände in Magnetresonanztomographen mit U-förmigen Gehäuseaufbau mit einem seitlich offenen Patientenraum entsprechend ausgestattet werden. Der Einsatz der Erfindung ist immer sinnvoll, sofern Antennenstrukturen sich an Positionen auf der von dem Patientenraum wegweisenden Seite der Trennwand befinden, durch die es bei einer Berührung der Trennwand durch den Patienten zu einer E-Feldeinkopplung in den Körper des Patienten kommen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Patiententunnels nach dem Stand der Technik mit einer darauf angeordneten Birdcage-Antennenstruktur,
2 einen schematischen Querschnitt durch einen (aufgerollten) Abschnitt der Rohrwand des Patiententunnels gemäß 1,
3a eine Prinzipdarstellung eines Patiententunnels mit einer darauf angeordneten Birdcage-Antennenstruktur mit erfindungsgemäßen Wandteilen im Bereich der Endringe der Birdcage-Struktur,
3b eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z aus 3a,
4 einen schematischen Querschnitt durch einen (aufgerollten) Abschnitt der erfindungsgemäßen Trennwand des Patiententunnels gemäß den 3a und 3b.
1 zeigt einen typischen Patiententunnel in einem herkömmlichen Magnetresonanzgerät, bei dem die Trennwand 1 in Form eines Rohres ausgebildet ist. Innerhalb dieses Rohres ist im Patientenraum B eine Patientenliege 2 entlang der Achse des Rohres verschiebbar angeordnet, auf dem ein Patient P zur Untersuchung positioniert wird. Hierzu ist die Patientenliege 2 an der fußseitigen und/oder kopfseitigen Stirnseite des Patiententunnels herausfahrbar. Der Patient wird dann außerhalb des Patiententunnels auf der Patientenliege 2 gelagert und anschließend wird die Patientenliege mit dem Patienten in den Tunnel hineingefahren. Die rohrförmige Trennwand 1 besteht hier beispielsweise aus 8 mm GFK, wobei es sich hierbei um ein gewickeltes GFK-Rohr handelt.
Auf der Außenseite der Rohrwand ist eine Antennenstruktur 3 aufgebracht, beispielsweise in Form von Leiterfolien, Blechen oder dergleichen. Als leitendes Material wird meist Kupfer oder ein anderes Metall eingesetzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Hochpass-Birdcage-Struktur, welche aus insgesamt sechzehn parallel zur Rohrachse verlaufenden Antennenstäben 4 besteht. Die Enden der Antennenstäbe 4 weisen jeweils T-förmige verbreiterte Endabschnitte 5 auf. Die Endabschnitte 5 zweier benachbarter Antennenstäbe 4 sind über Kondensatoren 6 (welche in 1 nur schematisch dargestellt sind) verbunden, so dass die Endabschnitte 5 jeweils Endringe 7, 8 der Birdcage-Antenne bilden.
Über passende Zuleitungen werden in die Antennenstruktur 3 geeignete Hochfrequenzpulse eingespeist, damit sich innerhalb des Patientenraums B das gewünschte Hochfrequenzfeld ausbildet. Diese Zuleitungen sind aber hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Der genaue Aufbau des Patiententunnels, der Patientenliege, der Antennenstruktur sowie die Art und Weise der Ansteuerung der Antennenstruktur und die weiteren hierzu in einem Magnetresonanztomographen notwendigen Komponenten sind dem Fachmann aber hinreichend bekannt und werden daher hier nicht weiter erläutert.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen aufgerollten Abschnitt der Rohrwand 1 zur Verdeutlichung einer Einkopplung der elektrischen Felder in das Gewebe des Patienten P bei einer Berührung der Rohrwand 1 durch den Patienten P. Dargestellt ist hierbei ein Schnitt entlang eines Endrings 8 der Birdcage-Struktur 3. Wie in 2 zu sehen ist, befinden sich auf der Außenseite der Trennwand 1 jeweils die leitenden Endabschnitte 5 der Leiterstäbe 4 der Antennenstruktur 3, welche durch Kondensatoren 6 untereinander verkoppelt sind. In 2 sind SMD-Kondensatoren 6 dargestellt, welche jeweils beidseitig auf die benachbarten Endabschnitte 5 der Antennenstäbe 4 gelötet sind.
Direkt oberhalb dieser Darstellung ist in 2 schematisch die an der Antennenstruktur 3 bei Aussendung eines HF-Pulses über den Umfang S entlang der rohrförmigen Trennwand 1 anlie gende Spannung U dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass unmittelbar rechts und links neben den Kondensatoren 6 besonders hohe Spannungen auftreten, wogegen in der Mitte der Endabschnitte 5 zwischen zwei benachbarten Kondensatoren 6 ein Nulldurchgang vorliegt. D. h. im mittleren Bereich zwischen den Kondensatoren 6 ist die Spannung vernachlässigbar. Berührt nun ein Patient P unmittelbar die Innenseite der Rohrwand 1, so wird das elektrische Feld von der Antennenstruktur 3 in das Gewebe des Patienten P einkoppeln, d. h. es kommt zu Verschiebungsströmen durch die Trennwand 1 in das Gewebe des Patienten, wobei sich die Größe des Verschiebungsstroms aus der Stromdichte und der Fläche ergibt. Die Größe der Stromdichte J(ω) ergibt sich allgemein aus J(ω) = jω·D·A = jω·C·U (2)wobei j die imaginäre Einheit bezeichnet, ω die Kreisfrequenz, D = ε₀ε·E die elektrische Flussdichte und A die zu berücksichtigende Fläche sind. Gemäß Gleichung (2) ist die Stromdichte J(ω) folglich proportional zur Dielektrizitätskonstante ε des Wandmaterials und – da E = U/D gilt – gleichzeitig auch proportional zur Spannung U am betreffenden Ort. Dies führt dazu, dass gerade an den Orten, an denen eine hohe Spannung an der Antennenstruktur anliegt, besonders hohe Verschiebungsströme auftreten. Dies ist in 2 durch die Dicke und Dichte der Pfeile J_V schematisch dargestellt.
Wie dort gezeigt, schließen sich die Verschiebungsströme J_V, die durch die Rohrwand 1 in das Gewebe des Patienten P laufen, im Gewebe und führen dort zu einer Gewebeerwärmung. Die ins Gewebe eingebrachte Leistung ist dabei proportional zum Quadrat des fließenden Stromes. Dabei ist die SAR (Specific Absorption Rate) wie folgt definiert: SAR = (κ/2ρ)·|E|2 (3)wobei κ die elektrische Leitfähigkeit des Gewebes und ρ die Gewebedichte ist.
Das üblicherweise für die herkömmlichen Rohrwände bzw. Trennwände verwendete Material GFK weist ungefähr eine Dielektrizitätskonstante von ε = 5 auf. Wird bei der in den 1 und 2 gezeigten, nach dem Stand der Technik ausgebildeten Trennwand 1 von einer Wandstärke von 8 mm ausgegangen, so ergibt sich für die Kapazität C des dadurch gebildeten Plattenkondensators ein Wert von 0,55 pF/cm².
In den 3a, 3b und 4 ist dargestellt, wie auf die erfindungsgemäße Weise einfach die in das Gewebe des Patienten P eingebrachte Leistung reduziert werden kann. Hierzu sind in die Trennwand 1 im Bereich der Endringe 7, 8 jeweils kassettenartige Ausnehmungen 10 eingebracht, die mit Wandteilen 9 aus einem Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als die Elektrizitätskonstante des übrigen Trennwandmaterials 1 aufgefüllt sind. Diese Ausnehmungen 10 liegen so, dass sie jeweils genau die Grenzbereiche zwischen den Endabschnitten 5 zweier benachbarter Antennenstäbe 4 relativ weiträumig unterlegen, d. h. vom Patientenraum B her abschirmen. Dies ist besonders gut in der Vergrößerung in 3b zu sehen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind dabei in der 3a nur drei Antennenstäbe der insgesamt 16 Antennenstäbe dargestellt. Im Prinzip ist diese Antennenstruktur aber in gleicher Weise ausgebildet, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik gemäß 1.
Wie in 3a gut zu erkennen ist, gibt es also zwei Ringe von nahezu quadratischen, kassettenförmigen Ausnehmungen 10 jeweils unter dem kopfseitigen Endring 7 und dem fußseitigen Endring 8 der Antennenstruktur 3, wobei diese kassettenförmigen Ringe nicht ganz geschlossen sind, sondern sich nur von der rechten Oberkante der Patientenliege 2 bis zur linken Oberkante, d. h. entlang eines oberen Segments der rohrförmigen Trennwand 1, erstrecken. Unterhalb der Patientenliege 2 wird auf diese Ausnehmungen verzichtet, da in diesem Bereich eine Rohrwandberührung ausgeschlossen werden kann. Dadurch bleibt in diesem Bereich die mechanische Stabilität der Trennwand 1 voll erhalten. Die kassettenförmige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass Stege zwischen den einzelnen Ausnehmungen 10 verbleiben und so die Stabilität nur geringfügig vermindert wird.
Die Wirkung dieser mit den Wandteilen 9 gefüllten Ausnehmungen 10 lässt sich anhand von 4 im Vergleich mit 2 besonders gut verdeutlichen.
Wie bereits oben mittels der Gleichung (1) und (2) erläutert, hängt die elektrische Flussdichte und somit die Größe des Verschiebungsstroms von der Kapazität des durch die Trennwand gebildeten Plattenkondensators und somit insbesondere von dessen Dielektrizitätskonstante ε ab.
In den Bereichen, in denen sich keine Wandteile 9 befinden, d. h., in denen das Wandmaterial der Trennwand 1 in voller Stärke vorliegt, bildet die Wand 1 nach wie vor einen Plattenkondensator mit der Kapazität C = 0,55 pF/cm² (mit den bereits oben beschriebenen Werten, d. h. 8 mm Wandstärke und GFK als Wandmaterial).
In den Bereichen jedoch, in denen die Wandteile 9 eingesetzt werden, können die übereinander liegenden Materialschichten als Serienschaltungen von zwei Kapazitäten betrachtet werden. Die Gesamtkapazität kann dann in üblicher Weise nach der Formel 1/C1 = 1/C2 + 1/C3 (4)berechnet werden, wobei C₁ die Gesamtkapazität der Trennwand in diesem Bereich ist und C₂ die Kapazität über das Wandteil 9 sowie C₃ die Kapazität über die verbleibende Wandstärke des Ausgangsmaterials der Trennwand 1, welches zwischen der Ausnehmung 10 und der patientenraumseitigen Oberfläche der Trennwand 1 verbleibt.
Für das nachfolgende Rechenbeispiel wird davon ausgegangen, dass als Wandteil 9 eine 5 mm starke Hartschaumplatte mit einer Dielektrizitätskonstanten ε = 1,1 verwendet wird. Die verbleibende Wandstärke des GFK-Materials ist dann 3 mm. Für die Hartschaumplatte ergibt sich mit diesen Werten nach Gleichung (1) eine Kapazität C₃ von 0,195 pF/cm² und für die verbleibende Restwand der Trennwand 1 eine Kapazität C₂ von 1,4 pF/cm². Die Gesamtkapazität C₁ beträgt dann 0,17 pF/cm².
Mit Hilfe von Gleichung (1) lässt sich daraus eine effektive Dielektrizitätskonstante für die Trennwand 1 im Bereich der mit den Wandteilen 9 gefüllten Ausnehmungen berechnen. Mit den oben genannten Werten ergibt sich diese effektive Dielektrizitätskonstante zu ε = 1,56. Das heißt, die Kapazität bzw. die Dielektrizitätskonstante wurde durch die erfindungsgemäße Maßnahme im Bereiche der Wandteile 9 um einen Faktor 3,2 gesenkt. Da gemäß Gleichung (2) die Größe des Verschiebungsstroms proportional zur Kapazität ist, wird dementsprechend der Verschiebungsstrom um den Faktor 3,2 bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel gesenkt. Da wie ebenfalls oben erläutert, die eingebrachte Leistung bzw. die SAR proportional zum Quadrat des fließenden Stroms ist, bedeutet dies eine SAR-Reduzierung ungefähr um den Faktor 10.
Dabei ist es kein Problem, dass zwischen den Ausnehmungen mit den Wandteilen 9 jeweils Stege verbleiben, da sich diese Stege – wie in der Darstellung der Spannung U über den Umfang S im oberen Bereich der 4 gezeigt – ohnehin im Bereich der Nulldurchgänge der Spannung U befinden und hier nur sehr geringe Spannungen anliegen. In 4 ist die Reduzierung der Verschiebungsströme im Verhältnis zu einer Konstruktion nach dem Stand der Technik auch durch die geringere Breite und Dichte der Pfeile J_V im Vergleich zu 2 dargestellt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird dafür gesorgt, dass in den kritischen Bereichen mit hohen E-Feldern die Trennwand 1 durch ein Material mit kleinerer Dielektrizitätskonstante ersetzt wird, wobei durch die spezielle konstruktive Ausge staltung keinerlei Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität der Trennwand auftreten. Ebenso bleibt die Masse der Trennwand weitgehend gleich groß. Somit bleiben nicht nur die Tragefunktion sondern auch die Lärm dämmenden Eigenschaften erhalten. Dennoch wird durch die Erfindung die Gefahr von unzulässigen hohen lokalen SAR-Werten deutlich verringert. Der gesamte Aufbau ist zudem außerordentlich kostengünstig herstellbar. Es ist lediglich ein weiterer Arbeitschritt erforderlich, in dem in die Trennwand nach der Herstellung zunächst entsprechende Ausnehmungen eingebracht werden und diese mit den geeigneten Wandteilen, beispielsweise aus Hartschaum, ausgefüllt werden. Dabei ist es je nach Herstellungsverfahren auch möglich, die Ausnehmungen gleich bei der Herstellung der Trennwand mit einzuformen. Der weitere Aufbau der Antennenstruktur auf die Trennwand oder an der Trennwand kann in herkömmlicher Weise durchgeführt werden. Ebenso kann auch die Trennwand selbst in üblicher Weise weiter behandelt, z. B. oberflächenbehandelt und montiert, werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Aufbau eines Patiententunnels lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt, welches vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung wurde überwiegend anhand eines Einsatzes in einem medizinisch genutzten Magnetresonanztomographen erläutert. Sie ist jedoch nicht auf derartige Einsätze beschränkt, sondern kann auch in wissenschaftlichen Einsätzen genutzt werden.

Claims

Trennwand (1) aus zumindest einem ersten Wandmaterial zur Abgrenzung eines Patientenlagerungsbereichs (B) von einer Antennenstruktur (3) eines Magnetresonanztomographen, wobei die Trennwand (1) zumindest in einem Bereich, an dem sich auf der von dem Patientenlagerungsbereich (B) wegweisenden Seite der Trennwand (1) eine bestimmte Teilstruktur (5, 6, 7, 8) der Antennenstruktur (3) befindet, partiell ein Wandteil (9) aus einem zweiten Wandmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante aufweist, welche niedriger als eine Dielektrizitätskonstante des ersten Wandmaterials ist.
Trennwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1) aus dem ersten Wandmaterial eine Anzahl von Ausnehmungen (10) aufweist, in denen die Wandteile (9) aus dem zweiten Wandmaterial angeordnet sind.
Trennwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10) Kavitäten umfassen, die von einer vom Patientenlagerungsbereich (B) wegweisenden Seite der Wand (1) aus in die Wand (1) eingebracht sind.
Trennwand nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile (9) aus dem zweiten Wandmaterial so an die Ausnehmungen (10) angepasst sind, dass sie die Ausnehmungen (10) vollständig ausfüllen.
Trennwand nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10) kassettenartig ausgebildet sind.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Trennwand (1) eine Tragekonstruktion für die Antennenstruktur (3) bildet.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1) ein Rohr aufweist, in welchem sich der Patientenlagerungsbereich (B) befindet.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (3) eine Birdcage-Struktur (3) umfasst und die Wandteile (9) aus dem zweiten Wandmaterial in solchen Bereichen der Trennwand (1) angeordnet sind, an denen sich auf der von dem Patientenlagerungsbereich (B) wegweisenden Seite der Trennwand (1) Endringe (7, 8) der Birdcage-Struktur (3) befinden.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile (9) aus dem zweiten Wandmaterial in solchen Bereichen der Trennwand (1) angeordnet sind, an denen sich auf der von dem Patientenlagerungsbereich (B) wegweisenden Seite der Trennwand (1) Kapazitäten (6) der Antennenstruktur (3) befinden.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Patientenlagerungsbereich (B) zur Aufnahme einer Patientenliege (2) eingerichtet ist und dass die Bereiche der Trennwand (1), in denen Wandteile (9) aus dem zweiten Wandmaterial angeordnet sind, nur oberhalb einer im Patientenlagerungsbereich (B) befindlichen Patientenliege (2) angeordnet sind.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wandmaterial eine Dielektrizitätskonstante von ε kleiner oder gleich 2,0 aufweist, bevorzugt ε kleiner oder gleich 1,5, aufweist.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (1) im Wesentlichen aus einem Wandmaterial besteht, das glasfaserverstärkten Kunststoff, harzgetränktes Papiermaterial, faserverstärkten Beton oder eine Kombination dieser Materialien umfasst.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wandmaterial ein Hartschaumstoff, insbesondere ein Polyurethan-Hartschaumstoff oder ein Polymethacrylimid-Hartschaumstoff ist.
Trennwand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartschaumstoff eine Dichte von maximal 200 kg/m³ vorzugsweise von maximal 150 kg/m³ aufweist.
Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wandmaterial ein Material mit einer Hohlraumstruktur ist.
Magnetresonanztomograph mit einem Patientenlagerungsbereich (B), einer Antennenstruktur (3) und einer den Patientenlagerungsbereichs (B) von der Antennenstruktur (3) abgrenzenden Trennwand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.