DE102008063312B4 - Vorabgleichbare SMD-Spulen für hohe Ströme - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Montage einer Spule (8) in einer Schaltung (10) für einen Sendepfad eines Magnetresonanzgerätes (1), wobei nur die Spule (8) auf einem als SMD-Bauteil ausgebildeten Träger (5) montiert wird, wobei die Spule (8) auf dem Träger (5) durch Löten befestigt wird, worauf der Induktivitätswert der auf dem Träger (5) montierten Spule (8) auf einen. gewünschten Wert eingestellt (9) wird, worauf der Träger (5) in der Schaltung (10) montiert wird, und die Schaltung (10) in eine Magnetresonanz-Anlage eingebaut wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Spule in einer Schaltung.
  • Magnetresonanzanlagen zur Untersuchung insbesondere von Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus der DE 10314215 B4 bekannt.
  • Die WO 2005/069028 A1 zeigt ein RF-Symmetrierglied 60' für ein Magnetresonanzgerät mit zwei Spulenkörpern 62', auf die ein Koaxialkabel 64 aufgewickelt wird. Die Spulenkörper 62' sind auf einer Leiterplatte 78 befestigt und weisen Bohrungen 92 auf, in die Abstimmstifte 90 zur Einstellung der Induktivität eingeführt werden. Der Abgleich erfolgt beispielsweise durch Messung der Resonanz mittels einer geeigneten RF-Messsonde, die an die Enden 80 des Koaxialkabels 64 angeschlossen wird.
  • Die US 2004/0263307 A1 zeigt eine abstimmbare Spule für ein Magnetresonanzgerät, bei der ein Draht 3 auf einen Spulenkörper 10A gewickelt wird. Der Spulenkörper 10A weist Gewindegänge auf, in die der Draht gewickelt wird und ist drehbar reibschlüssig in einem Rahmen 1 gelagert. Mittels des Einstelladapters 9 kann durch Drehen des Spulenkörpers 10A die Induktivität der Spule eingestellt werden.
  • Die Frontendelektronik des Sendepfads einer Magnetresonanzanlage (MR-Anlage) besteht gemäß internem Stand der Technik in der Regel aus einer Hintereinanderschaltung verschiedener Funktionseinheiten wie z. B. Sendepfadumschalter, 90°-Hybrid-Schaltung, Phasenschieber und SE-Weichen. In nahezu jeder dieser Einheiten werden hochstromfeste Luftspulen aus versilbertem Kupferdraht eingesetzt. Um eine korrekte Funktion des Frontends gewährleisten zu können, soll jede dieser Spulen innerhalb enger Toleranzen einen ihr vorgegebenen Sollinduktivitätswert aufweisen. Durch unvermeidbare Verluste erhitzen sich die Bauteile zum Teil auf Temperaturen von über 100°C. Die Ausführung der Spulen als Durchsteckbauteile verhindert in diesem Zusammenhang eine durchgängige Masse auf der Rückseite der Platine und erschwert damit die Kühlung der Baugruppe.
  • Als interner Stand der Technik werden gegenwärtig die Luftspulen als geometrisch vordefinierte Durchsteckbauteile in die Baugruppe eingelötet und anschließend durch Verdrücken (manuelles Zurechtbiegen der Spulen) abgeglichen, bis das gesamte Frontend seine Spezifikationen erfüllt. Dies ist wegen der hohen Integration von Funktionseinheiten im Sendepfad-Frontend schwierig, da nicht ohne weiteres Mess-Schnittstellen zwischen den Untereinheiten zur Verfügung gestellt werden können. Zum Einen stören Schnittstellen aus Platzgründen zum Anderen aber auch wegen der mit ihnen verbundenen Dämpfung bzw. zusätzlicher reaktiver Parasitärelemente. Ohne Schnittstellen besteht jedoch eine mehrdimensionale Optimierungsaufgabe, bei der mit n Spulen m Messparameter abgeglichen werden müssen, wobei jede Spule mehrere Parameter beeinflusst. Insgesamt stellt der komplizierte Abgleich einen erheblichen Kostenfaktor bei derartigen Baugruppen dar.
  • Eine Vereinfachung des Abgleichs oder sogar ein kompletter Verzicht auf Abgleich kann durch die Verwendung engtolerierter Bauteile an den kritischen Positionen erreicht werden. Was z. B. Kondensatoren betrifft, so bieten verschiedene Hersteller ihre Bauteile mit Toleranzen von +–2% oder sogar +–1% an.
  • Bei den Spulen aus Silberdraht sind derartig engtolerierte Bauteile nicht verfügbar. Selbst bei einem entsprechenden Vorabgleich der Spulen durch den Hersteller besteht bei Durchsteckbauteilen das Problem, dass bei der Montage in der Baugruppe durch unterschiedliche Einstecktiefe oder mechanische Toleranzen des Lochabstands der ursprünglich spezifizierte Induktivitätswert verfälscht werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine effiziente und kostengünstige Montage von Spulen in einer Schaltung eines Magnetresonanzgerätes zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß kann der Abgleich von Spulen (insbesondere einer MR-Frontend-Baugruppe) erheblich vereinfacht werden, eventuell kann auf einen nachträglichen Abgleich sogar ganz verzichtet werden.
  • Bei einer vorteilhaften Durchsteckmontage der Spule auf dem Träger ergibt sich eine ausreichende Stabilität des SMD-Bauteils, sodass dieses auch bei Drahtdurchmessern größer als 1 mm durch Verdrücken (Zurechtbiegen) der Spule abgeglichen werden kann. Auch wird durch eine Durchsteckmontage ein Abriss von SMD-Pads durch beim Abgleich auftretende Kräfte vermieden.
  • Erfindungsgemäß ist der Träger als SMD-Bauteil ausgeführt und ermöglicht eine durchgehende Massefläche und damit eine effiziente Kühlung der Baugruppe.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
  • 1 Beispiele von Ausführungen von vorabgleichbaren SMD-Spulen auf Trägern,
  • 2 eine Montage eines Trägers einer SMD-Spule (gemäß der Ausführung in 1 links) in einer Testfassung,
  • 3 eine Montage eines Trägers einer SMD-Spule in einer Schaltung eines MR Gerätes,
  • 4 eine bekannte Magnetresonanztomografieanlage,
  • 5 schematisch eine Anordnung eines Frontends und Sendepfads in einem MR-Gerät als Blockschaltbild.
  • 4 zeigt ein Magnetresonanzgerät 1 mit einer verschiebbare Patientenliege 2, durch welches ein Patient 3 untersucht wird. Dabei wird der Patient 3 auf der Patientenliege 2 in Z-Richtung, d. h. in axialer Richtung, durch den Bildgebungsbereich 4 des Magnetresonanzgeräts 1 gefahren.
  • 1 zeigt Beispiele von Ausführungen von vorabgleichbaren SMD-Spulen für Schaltungen im Sendepfad eines Magnetresonanzgerätes 1. In 1 sind auf einem Träger 5 aus verlustarmem Material (z. B. RO4350) die beiden durch den Träger 5 gesteckten Enden 8a, 8b einer Spule 8 durch Löten kontaktiert. Eine Verbindung kann z. B. gemäß dem Beispiel in 1 links mit an sich bekannten SMD-Pads 6, 7 erfolgen. Eine Verbindung kann auch z. B. gemäß dem Beispiel in 1 rechts ohne SMD-Pads mit (eventuell zusätzlich verlötbaren) umgebogenen Enden der Spule erfolgen.
  • Die Spule 8 kann vor der Montage auf SMD-Träger 5 mechanisch vordefiniert werden (z. B. indem für die Ausnehmungen im Träger die Spulenenden 8a, 8b zurechtgebogen werden) und thermisch entspannt werden.
  • Die auf dem Träger 5 montierte Spule 8 kann in einer Testschaltung 9 z. B. gemäß 2 auf den gewünschten Induktivitätswert abgeglichen werden. Der Träger 5, auf dem die Spule 8 bereits montiert ist, wird hier z. B. manuell (mit der Kraft F) in Klemmkontakte der auf einer Test-Platine befindlichen Testschaltung gesteckt und die Spule 8 wird dann, z. B. durch Verdrücken, in an sich bekannter Weise abgestimmt, also Ihre Induktivität auf einen gewünschten Wert eingestellt. Bei Verwendung einer geeigneten Testschaltung (z. B. einem Resonanzkreis) konnten in Versuchen Toleranzen von unter 1% erreicht werden. Die Spule wird dabei beispielsweise mit einem Resonanzkreis so abgeglichen, dass am Eingang des Resonanzkreises ein Leerlauf (Phasenwinkel des Eingangsreflexionsfaktors 0°) auftritt.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt einer Platine einer Schaltung 10, die (nach dem Abgleich der Spule 8 in der Anordnung gemäß 2) mit dem Träger 5 der Spule 8 bestückt werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Lötverbindung 11 zwischen dem hier als SMD-Bauteil ausgebildeten Träger 5 der Spule 8 und der Schaltung 10 erfolgen. Eventuell können in der Platine 10 Ausnehmungen in Form von Sacklöchern 15, 16 vorgesehen sein, die einen sicheren Abstand zwischen den Enden 8a, 8b der Spule 8 (insb. Bei Ausführung gemäß 1 rechts) und der Platine 10 bewirken. Eine Grundmetallisierung 12 auf der Unterseite der Schaltung 10 bildet eine durchgängige Masse, die gut gekühlt werden kann.
  • Durch den Einsatz mechanisch zuverlässiger, engtolerierter Spulen kann der Abgleich der Frontend-Baugruppe erheblich vereinfacht werden, idealerweise kann auf einen nachträglichen Abgleich sogar ganz verzichtet werden. Die Erfindung wurde für den Bereich einer Spule für den Sendepfad einer MR-Anlage realisiert.
  • 5 zeigt schematisch eine Anordnung einer Frontendelektronik 58 eines MR-Gerätes 1 und eine Sendelokalspule 56 als Blockschaltbild. Zwischen einer Steuerung mit einer Auswertungseinrichtung 51 und der Frontendelektronik 54 werden z. B. Testsignale 53 und Empfangssignale des Ganzkörperresonators und/oder der Sendelokalspule 56 des MR-Gerätes übertragen. Die Frontendelektronik 58 ist mit dem Ganzkörperresonator 1 über die Verbindungen 55, 59 verbunden zum Senden und Empfangen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Montage einer Spule (8) in einer Schaltung (10) für einen Sendepfad eines Magnetresonanzgerätes (1), wobei nur die Spule (8) auf einem als SMD-Bauteil ausgebildeten Träger (5) montiert wird, wobei die Spule (8) auf dem Träger (5) durch Löten befestigt wird, worauf der Induktivitätswert der auf dem Träger (5) montierten Spule (8) auf einen. gewünschten Wert eingestellt (9) wird, worauf der Träger (5) in der Schaltung (10) montiert wird, und die Schaltung (10) in eine Magnetresonanz-Anlage eingebaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Induktivitätswert der auf dem Träger (5) montierten Spule (8) in einer Fassung einer Testplatine (9) eingestellt. wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spule (8) auf dem Träger (5) durch eine Durchsteckmontage ihrer Kontakte (8a, 8b) aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spule (8) eine hochstromfeste Luftspule (8) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Spule (8) aus versilbertem Kupferdraht besteht.
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