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Die
Erfindung betrifft eine Mantelwellensperre zum Unterdrücken von
Mantelwellen auf einem Kabel, welche Mantelwellensperre eine Öffnung aufweist,
die zum Aufnehmen des Kabels ausgebildet ist. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung
mit einer Sendeantenne und einer Anzahl von solchen innerhalb der
Sendeantenne angeordneten Mantelwellensperren, sowie eine Verwendung
einer solchen Mantelwellensperre in einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung.
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Bei
der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt,
handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur
Akquisition von Bildern vom Körperinneren
eines lebenden Untersuchungsobjekts. Um mit diesem Verfahren ein Bild
zu gewinnen, d. h. eine Magnetresonanzaufnahme eines Untersuchungsobjekts
zu erzeugen, muss zunächst
der Körper
bzw. der zu untersuchende Körperteil
des Patienten einem möglichst
homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B0-Feld
bezeichnet) ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten
der Magnetresonanztomographie-Einrichtung erzeugt wird. Der Grundfeldmagnet ist
im Wesentlichen zylindrisch geformt und relative lang, um in seinem
Inneren einen möglichst
langen Bereich zu schaffen, in dem das homogene statische Grundmagnetfeld
existiert, wobei in der zylindrischen Struktur üblicherweise so viel Platz
ist, dass ein Patient vollständig
darin aufgenommen werden kann.
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Diesem
Grundmagnetfeld werden während der
Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnell geschaltete Gradientenfelder
zur Ortskodierung überlagert,
die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Außerdem werden mit einer Hochfrequenzantenne HF-Pulse
einer definierten Feldstärke
in das Untersuchungsvolumen eingestrahlt, in dem sich das Untersuchungsobjekt
befindet. Diese im Gerät
fest eingebaute Hochfrequenzantenne wird oftmals als ”Sendeantenne” bezeichnet,
wobei weitere gängige
Bezeichnungen beispielsweise Bodyresonator, Bodycoil oder Ganzkörperantenne
sind. Die Antenne ist häufig als
sogenannte Bird-Cage-Antenne, deren Aufbau später noch genauer erläutert wird,
oder als Sattelspule aufgebaut. Die Sendeantenne ist innerhalb des Grundfeldmagneten
lokalisiert und weist üblicherweise
eine Länge
wischen 30 cm und 60 cm auf.
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Mittels
der HE-Pulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt
derart angeregt, dass sie um einen sogenannten ”Anregungsflipwinkel” aus ihrer
Gleichgewichtslage, welche parallel zum Grundmagnetfeld B0 verläuft,
ausgelenkt werden. Die Kernspins präzedieren dann um die Richtung
des Grundmagnetfelds B0. Die dadurch erzeugten
Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen.
Bei den Empfangsantennen kann es sich entweder um die gleichen Antennen,
mit denen auch die Hochfrequenzpulse ausgestrahlt werden, oder um
separate Empfangsantennen handeln. Die Magnetresonanzbilder des
Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis der empfangenen
Magnetresonanzsignale erstellt. Jeder Bildpunkt im Magnetresonanzbild
ist dabei einem kleinen Körpervolumen,
einem sogenannten ”Voxel”, zugeordnet
und jeder Helligkeits- oder Intensitätswert der Bildpunkte ist mit
der aus diesem Voxel empfangenen Signalamplitude des Magnetresonanzsignals
verknüpft.
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Um
ein möglichst
gutes Signal zu Rauschverhältnis
zu erhalten sind die Empfangsantennen als von den Sendeantennen
separat ausgeführte
Lokalspulen realisiert. Diese Lokalspulen sind für die unterschiedlichen Körperbereiche
hinsichtlich ihrer Geometrie und ihres Empfangsprofils optimiert
und werden möglichst
nahe am Körper
des Probanten bzw. Patienten positioniert. Für die Weiterleitung des Magnetresonanzsignals
von der Lokalspule hin zu einem Signalverarbeitungssystem werden üblicherweise
abgeschirmte Koaxialkabel eingesetzt.
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Bei
herkömmlichen
Magnetresonanztomographie-Einrichtungen ist die Lokalspule mit einem ersten
Koaxialkabel verbunden, das an einem Patiententisch angesteckt wird.
Verbunden mit dem Stecker des Patiententisches ist ein weiteres
Koaxialkabel, welches das Magnetresonanzsignal aus dem Patiententisch
ausleitet und an das Signalverarbeitungssystem weiterleitet. Bedingt
durch die elektrischen und magnetischen Felder, welche während der
Sendephase der Hochfrequenzpulse entstehen, werden Hochfrequenzströme auf dem
Leitungsschirm (Außenleiter)
der Koaxialkabel induziert. Diese Ströme werden als Mantelwellen
auf einem Kabel bezeichnet und können
ohne geeignete unterdrückende
Maßnahmen
zu Bildstörungen
und schlimmstenfalls sogar zu einer Gefährdung des Patienten führen.
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Zwecks
Vollständigkeit
sei an dieser Stelle noch erwähnt,
dass in speziellen Situationen auch die Lokalspule selbst als Sendeantenne
eingesetzt werden kann. Auch in diesem Fall können Mantelwellen entstehen,
die dann mit einer Mantelwellensperre unterdrückt werden müssen. Eine
solche Situation ist beispielsweise bei Kopfspulen gegeben, die
als Sendespulen benutzt werden. Bei einer solchen Kopfspule läuft das
Kabel jedoch nicht wie bei der fix installierten Sendespule innerhalb
der Sendespule sondern außerhalb
der Kopfspule an der Kopfspule vorbei, wobei ebenfalls Mantelwellen
im Außenleiter des
Kabels erzeugt werden.
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Zur
Unterdrückung
der Mantelwellen werden in die Patientenliege integrierte Mantelwellensperren eingesetzt,
welche eine hochohmige Impedanz Zo für die Hochfrequenzströme darstellen.
Die Impedanz Zo kann beispielsweise durch einen Parallelresonator
realisiert sein. Dabei wird das Koaxialkabel zu einer Spule aufgewickelt
und an den Enden der so erzeugten Wicklung der Leitungsschirm mit
einem parallel zu der Wicklung geschalteten Kondensator verbunden.
Solche Mantelwellen sperren sind in allen Leitungen nötig, die
durch die Sendeantenne führen. In
der 5 ist eine solche Mantelwellensperre 1 abgebildet.
Ein Koaxialkabel 2 mit einem Leitungsschirm 4,
der nach außen
hin offen liegt und der eine Vielzahl Innenleiter 3 umgibt,
ist zu einer Spule 26 gewickelt. Die Spule 26 ist
an ihren beiden Enden mit Anschlüssen
eines ersten Kondensators 14 verbunden, mit dessen Hilfe
die Resonanz des so gebildeten Parallelschwingkreises einstellbar
ist. Die Innenleiter 3 sind auf herkömmliche Weise von dem Leitungsschirm 4 isoliert
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Die
Impedanz Zo kann auch durch einen λ/4-Sperrtopf (vgl. 6)
realisiert werden. Bei einer solchen Lösung ist ein Kupferrohr 27 mit
einer Länge L über den
Außenleiter 4 des
Kabels 2 geschoben. Ein Ende – an der einen Öffnung – des Kupferrohrs 27 wird
direkt mit dem Außenleiter
verlötet
(siehe erste Lötstelle 28)
und das andere Ende – an
der anderen Öffnung – des Kupferrohrs 27 wird über sogenannte
Verkürzungskondensatoren
(siehe erster Kondensator 14), die einerseits mit dem Außenleiter 4 und
andererseits mit dem Kupferrohr 27 verlötet sind (siehe zweite Lötstellen 29),
mit dem Außenleiter 4 elektrisch
verbunden. In vielen Fällen
werden auch mehrere signalführende
Innenleiter 3 zusammengefasst und mit einem einzigen Außenleiter 4 umgeben. Der
Ausdruck Verkürzungskondensator
stammt eigentlich aus der Funktechnik und bezeichnet dort einen
Kondensator, der zur elektrischen Verkürzung von Antennen dient. Er
wird dort mit der Antenne in Reihe geschaltet und soll möglichst
von hoher Güte sein.
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In
den 5 und 6 ist auch der in dem Außenleiter 4 fließende hochfrequente
Strom (HF-Strom) I visualisiert, der die zu unterdrückende Mantelwelle
bildet. Beide zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Mantelwellensperre
gemäß dem Stand
der Technik zeichnet aus, dass im Betrieb der Magnetresonanztomographie-Einrichtung
die an oder in der Patientenliege montierten Mantelwellensperren
zusammen mit dem Pa tienten und den Lokalspulen durch die Sendeantenne
bewegt werden.
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Bei
der bekannten Lösung
zur Unterdrückung
der Mantelwellen ist folglich eine erhebliche Anzahl von Mantelwellensperren
in relativ kurzen Abständen
zueinander nötig,
um entlang der gesamten innerhalb der Sendeantenne nutzbaren Länge der Patientenliege
die gewünschte
Unterdrückung
der Mantelwellen sicherzustellen. Diese Lösung kann relativ aufwändig und
daher auch teuer sein. Weiters ist der möglichst flexible Einsatz der
Patientenliege nicht gewährleistet,
weil die integrierten Mantelwellensperren nur auf eine Resonanzfrequenz
abgestimmt sein können.
Daher kann eine Patientenliege, die auf eine mit 1,5 Tesla (Magnetresonanzfrequenz
für H+-Kerne = 62,66 MHz) betriebene Magnetresonanztomographie-Einrichtung
abgestimmt ist, nicht bei einer mit z. B. 3 Tesla (Magnetresonanzfrequenz
für H+-Kerne = 125,32 MHz) betriebenen Magnetresonanztomographie-Einrichtung
eingesetzt werden, was jedoch wünschenswert
wäre. Ein
weiterer Nachteil besteht in der Tatsache, dass der Außenleiter 4 ein
fixer und genau lokalisierter Bestandteil der Mantelwellensperre
ist.
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An
dieser Stelle sei noch erwähnt,
dass in anderen Fachgebieten der Technik verschiedene Realisierungen
für Mantelwellensperren
bekannt sind. So sind beispielweise Trenntransformatoren, kapazitive
Koppler oder auch Ferritkerndrosseln bekannt, wobei jede Lösung ihre
inhärenten
Vor- und Nachteile mit sich bringt. So sind beispielsweise ferritkernbasierte
Lösungen,
bei denen ein Kabel durch eine Öffnung
in dem Ferritkern hindurchgeführt
wird, sodass der Ferritkern das Kabel vollständig umschließt, in der
Magnetresonanztomographie nicht einsetzbar, weil bedingt durch das
relativ hohe Magnetfeld die Ferritkerne in die Sättigung getrieben würden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mantelwellensperre
der eingangs genannten Art sowie eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung
mit einer Anzahl solcher Mantelwellensperren bzw. eine Verwendung
einer Mantelwellensperre bei einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung
derart weiterzuentwickeln, sodass die vorstehend genannten Probleme
beseitigt sind.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch eine Mantelwellensperre zum Unterdrücken von
Mantelwellen auf einem Kabel gemäß Patentanspruch
1 und zum anderen durch eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung
gemäß Patentanspruch
9 sowie durch eine Verwendung der Mantelwellensperre gemäß Patentanspruch
14 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
die Mantelwellensperre einen Körper
und eine Öffnung
in dem Körper auf,
die zum Aufnehmen des Kabels ausgebildet ist, wobei die Öffnung entlang
einer Längsrichtung
der Mantelwellensperre eine nach außen offene Nut realisiert und
derart beschaffen ist, dass das Kabel entlang der Mantelwellensperre
durch die Nut heraus- bzw. hineingleiten kann.
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Die
Mantelwellensperre wird erfindungsgemäßen bei einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung
verwendet und bildet einen Bestandteil einer erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographie-Einrichtung,
die eine Sendeantenne und eine Anzahl der erfindungsgemäßen Mantelwellensperren aufweist.
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Bei
der Anzahl von Mantelwellensperren kann es sich um eine einzige
Mantelwellensperre oder um mehrere Mantelwellensperren handeln.
Hinsichtlich der Anzahl ist lediglich gefordert, dass die Wirkung
der Manetlewellensperre entlang der wirksamen – in vielen Fällen die
geometrische – Länge der
Sendeantenne zur Geltung kommt. Somit ergibt sich in Abhängigkeit
von der Länge
einer Mantelwellensperre die zu wählende Anzahl der Mantelwellensperren
in Abhängigkeit
von einer gegebenen Länge der
z. B. fest installierten Sendeantenne. Jede Mantelwellensperre für sich verursacht
eine Schwankung einer Stromverteilung in dem Leitungsschirm des
Kabels mit dem Ziel die Amplitude des HF-Stromes auf ein gewisses
Maß zu
reduzieren bzw. zu begrenzen. So wird beispielsweise bei einer einzigen
relativ langen Mantelwellensperre ein relativ hohes Maximum und
ein Minimum in der Stromverteilung auftreten. Bei Verwendung von
zwei oder mehr Mantelwellensperren wird eine entsprechende Anzahl
von Mimima und Maxima erhalten, sodass bei steigender Anzahl die
Maximalamplitude entsprechend reduziert wird.
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Da
jedoch auch eine nicht fix montierte flexibel positionierbare Lokalspule
als Sendespule fungieren kann, kann die erfindungsgemäße Mantelwellensperre
auch zum Unterdrücken
der durch die Lokalspule verursachten Mantelwelle eingesetzt werden.
Da Lokalspulen normalerweise relativ kurz im Verhältnis zu
einer stationären
Sendespule sind, wird oftmals bereits eine einzige Mantelwellensperre
oder eventuell bereits zwei solcher Mantelwellensperren ausreichen,
um die nötige
Unterdrückung
zu erreichen.
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Die
erfindungsgemäße Mantelwellensperre wirkt
hinsichtlich der Unterdrückung
von Mantelwellen wie ein λ/4-Sperrtopf,
jedoch mit dem konstruktiven Unterschied, dass keine galvanische
Verbindung zwischen dem Außenleiter
und der Mantelwellensperre nötig
ist und das Kabel nicht vollständig
umschlossen ist. Die Mantelwellensperre koppelt im Betrieb induktiv
an den Außenleiter
des Kabels an und erlaubt eine mit dem λ/4-Sperrtopf ähnlich gute
Schirmung der Mantelwellensperre, sodass praktisch keine negative
Beeinflussung von Messergebnissen oder der Performance der Magnetresonanztomographie-Einrichtung zu erwarten
ist. Die erfindungsgemäße Mantelwellensperre
erlaubt erstmals eine vollständige
mechanische Entkopplung der Mantelwellensperre von dem durch die
Mantelwellensperre zu beeinflussenden Kabel. Zudem ist die Sperrwirkung der
Mantelwellensperre nicht mehr von dem Schirm des Kabels abhängig. Daher
kann das Kabel nun losgelöst
von der Mantelwellensperre bewegt werden und beispielsweise aus
der Nut heraus gleiten oder in sie hinein gleiten. Daher sind auch
vollständig
mit Kunststoff überzogene
Kabel einsetzbar. Es können jedoch
auch mit Kunststoff überzogene
dem Kabel zugewandte Flächen
vorgesehen sein, wenn Kabel mit einem freiliegenden Metallgeflecht
als Außenleiter
eingesetzt werden. Bei einer entsprechenden Dimensionierung der
Nut kann auch eine Mehrzahl an Kabel in ihr aufgenommen werden.
Da das Kabel nicht mehr ein Bestandteil der Mantelwellensperre ist kann
es nun losgelöst
davon geprüft
und auf die jeweilige Magnetresonanzfrequenz abgestimmt werden.
Gleichzeitig kann die Patientenliege unabhängig von der Mantelwellensperre
bewegt werden.
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Durch
die flexiblere Verwendbarkeit der Patientenliege und durch die konstruktive
Ausgestaltung der Mantelwellensperre und die Abkopplung der Mantelwellensperre
von der Patientenliege ergibt sich in wirtschaftlicher Hinsicht
eine erhebliche Kostenersparnis, und zwar nicht nur bei der Herstellung von
sowohl der Mantelwellensperre also auch der Magnetresonanztomographie-Einrichtung,
sondern auch beim Betrieb der Magnet resonanztomographie-Einrichtung.
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Weitere,
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer
Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer
anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
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Betreffend
den Querschnitt bzw. die Querschnittsform der Nut kann eine im Wesentlichen
kantig oder mit abgerundeten Kanten ausgeführte U-Form vorgesehen sein.
Ebenso ist eine V-förmige Ausgestaltung
des Querschnitts der Nut möglich.
Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der
Querschnitt der Nut eine Kreissegmentform aufweist, wie beispielsweise
die eines Halbkreises. Dadurch ist eine höhere Güte des Sperrtopfs erhalten,
weil bei dieser Form relativ geringe magnetische Verluste im magnetischen
Kreislauf auf treten. Es sind jedoch auch ovale oder andere Formen
anwendbar.
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In
funktionaler Analogie zum Stand der Technik, gemäß dem der Außenleiter
des Kabels einen Rückfluss
des Stroms bei bekannten Mantelwellensperren realisiert, ist bei
der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre
auf vorteilhafte Weise vorgesehen, dass die Nut an oder unter ihrer
dem aufgenommenen Kabel zugewandten Oberfläche eine erste metallisierte
Schicht aufweist, welche die Stromzirkulation an Stelle des Außenleiters
des Kabels übernimmt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist der Körper der Mantelwellensperre
an oder unter seinen außerhalb
der Nut liegenden Oberflächen
eine zweite metallisierte Schicht auf. Diese zweite metallisierte
Schicht ermöglicht
einerseits einen Stromfluss und andererseits einen Abschirmeffekt,
mit dem erreicht wird, dass praktisch kein Streufeld aus der Mantelwellensperre über diese
Oberflächen
entweichen kann und somit Störungen
der Magnetresonanztomographie-Einrichtung durch solche Streufelder
praktisch vermieden sind.
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Um
einen Austritt des im Betrieb im Körper der Mantelwellensperre
existierenden magnetischen Feldes und ein Umschließen des
in der Mantelwellensperre aufgenommenen Leiters durch dieses Magnetfeld
zu ermöglichen,
weist die Mantelwellensperre benachbart zu der Nut auf der einen
Seite der Nut einen entlang der Nut verlaufenden ersten Spalt und ebenfalls
benachbart zu der Nut auf der anderen Seite der Nut einen entlang
der Nut verlaufenden zweiten Spalt auf. Die beiden Spalte unterbrechen
die metallisierte zweite Schicht an ihren Positionen auf der Oberfläche des
Körpers
der Mantelwellensperre. Durch diese Spalte hindurch kann das Magnetfeld
je nach Orientierung austreten bzw. eintreten und so eine geschlossene
Feldlinie um das Kabel bilden.
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Um
die Resonanzfrequenz der Mantelwellensperre zu tunen bzw. an einen
erwünschten
Wert anzupassen, ist die erfindungsgemäßen Mantelwellensperre derart
ausgebildet, dass die zweite metallisierte Schicht durch zumindest
einen dritten Spalt unterbrochen ist, der quer zu der Längsrichtung
der Mantelwellensperre in Umfangsrichtung des Körpers mit Ausnahme der Nut
verläuft.
Der so geschaffene dritte Spalt wird durch zumindest einen ersten
Kondensator überbrückt. Es
sind also die an den dritten Spalt angrenzenden metallisierten Schichten
mit jeweils einem Anschluss des Kondensators kontaktiert. Gemäß dieser
Ausbildung sind mit Hilfe der metallisierten Oberflächen des
Körpers
induktive Elemente geschaffen, die zusammen mit dem Kondensator
einen Parallelresonator bilden, der auf die gewünschte Resonanzfrequenz abgestimmt
ist. Es sei an dieser Stelle jedoch erwähnt, dass auch eine Realisierung ohne
Kondensator denkbar ist, wenn die durch den dritten Spalt erhaltene
Kapazität
ausreicht, um die gewünschte
Magnetresonanzfrequenz zu erhalten.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die Mantelwellensperre derart ausgebildet sein,
dass die metallisierte erste Schicht auf der einen Seite der Nut
durch einen entlang der Nut verlaufenden ersten Spalt und auf der
anderen Seite der Nut durch einen entlang der Nut verlaufenden zweiten
Spalt unterbrochen ist. Es sind somit die beiden Spalte, welche
ein Aus- bzw. Eintreten des ein aufgenommenes Kabel umschließenden Magnetfeldes
ermöglichen,
nicht mehr an den äußeren Stirnflächen des
Körpers
der Mantelwellensperre angeordnet, sondern bereits innerhalb der
Nut – beispielsweise
in ihrem äußeren Randbereich – lokalisiert.
Dieser Aspekt der Erfindung wirkt sich positiv auf das Abschirmverhalten
des die Mantelwelle kompensierenden Magnetfeldes aus, da der zu überbrückende Luftspalt
kürzer
ist, als dies bei einer Anordnung der beiden Spalte an einer außerhalb
der Nut gelegenen Position der Oberfläche des Körpers ist. Um den abschirmenden
Effekt zu verstärken
kann die Tiefe der Nut erhöht
werden, wobei man beispielsweise die zu der Nut korrespondieren
Seitenwände
des Körpers verlängern kann.
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Die
Mantelwellensperre kann beispielsweise durch den Körper bildende
metallisierte bzw. metallische Schichten realisiert sein, so dass
der Körper
an sich einen Hohlraum aufweist, der durch die metallisierten Schichten
räumlich
begrenzt wird. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn
der Körper
zumindest teilweise aus einem Kunststoff gefertigt ist, der jedoch
entsprechende Eigenschaften aufweisen sollte, um ihn bei Hochfrequenzanwendungen
einsetzbar zu machen. Ein solcher Kunststoffkörper wirkt dann als mechanischer
Träger
für die
auf ihm oder in ihm vorgesehenen metallisierten Schichten bzw. Oberflächen und
erhöht
die mechanische Festigkeit der Mantelwellensperre und folglich auch
ihre mechanische Belastbarkeit. Bei einem solchen auf Kunststoff
basierenden Körper
können
metallisierte Schichten an seiner Oberfläche oder unter seinen Oberfläche, also
beispielsweise eingegossen sein. Wenn die äußeren Oberflächen, unter
denen die metallisierten Schichten lokalisiert sind, durch Kunststoff realisiert
sind, kommt neben der mechanisch stabilisierenden Wirkung auch die
isolierende Wirkung und die schützende
Wirkung des Kunststoffs positiv zum Tragen.
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Die
erfindungsgemäßen Mantelwellensperren
können
bei einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung beispielsweise ganz
oder teilweise an oder in einer Patientenliege befestigt sein. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Anzahl der Mantelwellensperren jedoch innerhalb
der fix installierten Sendespule, insbesondere ebenfalls fix installiert,
wobei die Mantelwellensperren bevorzugt stationär mit einem Träger der Sendeantenne
verbunden sind. Dadurch kann die Anzahl der Mantelwellensperren
derart gewählt
bzw. begrenzt werden, dass die aufsummierte Länge der Anzahl der Mantelwellensperren
genau der geometrischen bzw. effektiven Länge der Sendeantenne entspricht,
die im Normalfall wesentlich kürzer
als die Länge
der Patientenliege sein wird. Da durch ist ein erheblicher Einsparungseffekt
erhalten. Zugleich ist ermöglicht,
dass die Patientenliege für
verschiedene Magnetresonanztomographie-Einrichtungen verwendet werden
kann, weil sie keine auf eine bestimmte Einrichtung abgestimmten
frequenzabhängigen
Bauteile mehr aufweist. Auch das Verhalten des Gesamtsystems wird
auf vorteilhafte Weise beeinflusst, weil der Einfluss auf die Sendeantenne
nun unabhängig von
der Position der Patientenliege ist, die ja keine frequenzabhängigen Bauteile
mehr aufweist.
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Betreffend
einen Einsatz bzw. eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre bei
einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung kann vorgesehen sein,
dass die aufsummierte Länge der
Anzahl der Mantelwellensperren zumindest so lang wie die geometrische
Länge der
Sendeantenne ist. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn die aufsummierte Länge
der Anzahl der Mantelwellensperren zumindest so lang wie die effektive
Länge der
Sendeantenne ist, die im Normalfall größer als die geometrische Länge der
Sendeantenne sein wird. Damit ist sichergestellt, dass in Bereichen
eines Kabels, in dem verursacht durch das Feld der Sendeantenne
Mantelwellen entstehen können, die
geforderte Unterdrückung
der Mantelwellen durch die Mantelwellensperren bzw. eine Kette solcher
Mantelwellensperren sichergestellt ist.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform der
Erfindung ist bei einer erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographie-Einrichtung
eine Kette von Mantelwellensperren installiert. Dies kann so erfolgen,
dass einzelne Mantelwellensperren mit Abstand zueinander positioniert
sind. Bevorzugt können
die Mantelwellensperren auch direkt – ohne Abstand zueinander – aneinander
gereiht werden, sodass ihre einander zugewandten Stirnflächen einander
elektrisch leitend berühren.
Es können
somit benachbart lokalisierte zweite metallisierte Schichten vorliegen, wobei
bevorzugt eine davon weggelassen werden kann, sodass eine einzige
zweite metallisierte Schicht eine gemeinsame Stirn- oder präziser innere Trennflächen von
zwei benachbar ten Mantelwellensperren bildet. Dadurch entsteht eine
entlang der Anzahl der Mantelwellensperren verlaufende erste metallisierte
Schicht innerhalb der durchgehenden Nut, welche die einzelnen Mantelwellensperren
miteinander elektrisch leitend verbindet. Diese die gemeinsame Nut
auskleidende oder bildende erste metallisierte Schicht kann jedoch
auch separat gefertigt werden und mit den zweiten metallisierten
Schichten kontaktiert werden, um eine identisch wirkenden Struktur
zu erhalten. Durch diese Ausführungsform
ist sichergestellt, dass sich die Sperrwirkung selbst bei einem aus
der Nut abschnittsweise herausgleitenden oder hineingleitenden Kabel
praktisch nicht verändert
und zugleich die mechanische Stabilität der Kette der Mantelwellensperren
entsprechend positiv beeinflusst wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit
identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 eine
Mantelwellensperre gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 auf
stark schematisierte Weise eine Sendeantenne einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung
mit einer Anzahl von Mantelwellensperren gemäß 1,
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3 auf
analoge Weise wie die 2 eine Patientenliege einer
Magnetresonanztomographie-Einrichtung mit einer Anzahl der Mantelwellensperren
gemäß 1,
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4 stark
schematisiert das Wirkungsprinzip der Mantelwellensperre gemäß 1,
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5 auf
schematische Weise eine erste Ausführungsform einer Mantelwellensperre
gemäß dem Stand
der Technik,
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6 auf
analoge Weise wie die 5 eine zweite Ausführungsform
einer Mantelwellensperre gemäß dem Stand
der Technik,
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7 eine
Mantelwellensperre gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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8 eine
Mantelwellensperre gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einer kreissegmentförmigen Nut.
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre 1 dargestellt,
in die ein Kabel 2 eingelegt ist.
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Das
Kabel 2 weist einen Innenleiter 3 auf, der im
Betrieb üblicherweise
Signale führt,
und einen Außenleiter 4 auf,
der eine abschirmende Wirkung für den
Innenleiter 3 hat. Die abschirmende Wirkung wird durch
ein Drahtgeflecht realisiert, welches den Innenleiter 3 umgibt.
Der Innenleiter 3 ist gegenüber dem Außenleiter 4 isoliert.
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Die
Mantelwellensperre 1 weist einen Körper 5 auf, der im
vorliegenden Fall durch einen HF-tauglichen Kunststoff realisiert
ist. Der Körper 5 weist
eine Öffnung 6 auf,
die zum Aufnehmen des Kabels 2 ausgebildet ist. Die Öffnung 6 weist
eine entlang einer Längsrichtung 7 der
Mantelwellensperre 1 verlaufende und nach außen offene
Nut 8 auf, die derart beschaffen ist, dass das Kabel 2 entlang
der Mantelwellensperre 1 durch die Nut 8 heraus-
bzw. hineingleiten kann. Die Nut 8 weist an ihrer dem aufgenommenen
Kabel 2 zugewandten Oberfläche eine erste metallisierte
Schicht 9 auf.
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Die
anderen Oberflächen
bzw. Seiten des Körpers 5,
die außerhalb
der Nut 8 liegen, weisen eine zweite metallisierte Schicht 10 auf.
Die zweite metallisierte Schicht 10 verläuft an der
oberen Stirnfläche
des Körpers 5 benachbart
zu der Nut 8, an der an die obere Stirnfläche angrenzenden
linken (nicht sichtbaren) und rechten Seitenflächen das Köpers 5, an der vorderen
und hinteren (nicht sichtbaren) Stirnflächen des Körpers 5, sowie an
der unteren (nicht sichtbaren) Seite des Körpers 5. An der in
Bezug auf die Zeichenfläche
nach oben ragenden Stirnfläche des
Körpers 5 sind
ein erster Spalt 11 und ein zweiter Spalt 12 vorgesehen,
wobei die beiden Spalte 11 und 12 die zweite metallisierte
Schicht 10 unterbrechen. Die beiden Spalte 11 und 12 verlaufen
parallel zu der Nut 8 entlang der linken und der rechten
Seite der Nut 8. Die zweite metallisierte Schicht 10 ist
weiters durch einen dritten Spalt 13 unterbrochen, der
quer zu der Längsrichtung 7 der
Mantelwellensperre 1 in Umfangsrichtung des Körpers 5 mit
Ausnahme der Nut 8 verläuft.
Der dritte Spalt 13 erstreckt sich demnach kreuzend die
beiden Spalte 11 und 12 an der oberen Stirnfläche des
Körpers 5,
an der an die obere Stirnfläche
angrenzenden linken und rechten Seitenfläche des Körpers 5 und an der
unteren Seite des Körpers 5.
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Dieser
dritte Spalt 13 ist durch zumindest einen Kondensator,
im vorliegenden Fall jedoch konkret zwei erste Kondensatoren 14 überbrückt. Dabei ist
es grundsätzlich
eine Frage der Designrahmenbedingungen an welcher Stelle der erste
Kondensator 14 den dritten Spalt 13 überbrückt. Es
kann prinzipiell ein einziger erster Kondensator 14 vorgesehen
sein. Hinsichtlich der Unterdrückungswirkung
auf die Mantelwellen kann es jedoch von Vorteil sein, wenn mehr als
ein erster Kondensator 14 vorgesehen ist. Die Mehrzahl
dieser ersten Kondensatoren 14 kann vorteilhafterweise
gleichmäßig entlang
des dritten Spaltes 13 verteilt sein.
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Die
erfindungsgemäße Mantelwellensperre 1 wirkt
wie ein λ/4-Sperrtopf, jedoch
ohne galvanische Verbindung mit dem Außenleiter 4 des Kabels 2 und
ohne das Kabel 2 vollständig
zu umschließen.
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Die
prinzipielle Funktionsweise der Mantelwellensperre 1 ist
in der 4 stark schematisiert dargestellt. Wie in der 4 ersichtlich
ist, bilden die metallisierten Schichten 9 und 10 in
der Zeichenebene der 4 durchgehende elektrische Leitungen, deren
Ende an den außen
liegenden Oberflächen des
Körpers 5 mit
Hilfe der ersten Kondensatoren 14 über den dritten Spalt 13 hinweg
verbunden sind. Gleiches gilt für
die untere Seite des Körpers 5,
welche in der Zeichenebene unterhalb des Kabels 2 lokalisiert
ist. Somit ist ein Parallelresonator realisiert, der eine induktive
Komponente und eine kapazitive Komponente aufweist, wobei mit Hilfe
der ersten Kondensatoren 14 die gewünschte Resonanzfrequenz eingestellt
wird. Die metallisierten Schichten 9 und 10, welche
die durchgehende Kupferleitung realisieren, erlauben nun in dem
Parallelresonator eine Stromzirkulation, die ihrerseits ein Magnetfeld
B treibt, welches das Kabel 2 vollständig umschließt und seinerseits
derart auf den Außenleiter 4 wirkt, dass
die Mantelwellen unterdrückt
werden. Wie in der 4 schematisch dargestellt, tritt
das Magnetfeld B aus dem zweiten Spalt 12 aus dem Körper 5 aus
und durch den ersten Spalt 11 in den Körper 5 ein. Die zwischen
den Spalten 11 und 12 gebildete Luftstrecke ist
im Wesentlichen der einzige Bereich, in dem das Magnetfeld B den
Körper 5 verlässt, da
die metallisierten Schichten 9 und 10 ein Austreten
des Magnetfelds B aus dem Körper 5 an
anderen Stellen des Köpers 5 verhindern.
Im Gegensatz zu einem konventionellen λ/4-Sperrtopf ist jedoch im vorliegenden Fall
die erste metallisierte Schicht 9 innerhalb der Nut 8 für den Stromtransport
zuständig,
der bei einem konventionellen λ/4-Sperrtopf über den
Außenleiter 4 des
Kabels 2 erfolgen würde
(vgl. 6). Mit der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre 1 lassen
sich genauso hohe Sperrwirkungen – also im Bereich > 25 dB – erreichen,
wie mit konventionellen Mantelwellensperren.
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Hinsichtlich
der Abmessungen des Körpers 5 sei
beispielhaft erwähnt,
dass bei einem Durchmesser des Kabels 2 von ca. 0,8 cm
eine Höhe
von 5 cm, eine Breite von 3 cm und eine Länge von 20 cm möglich ist.
Die innere Breite der Nut 8 kann mit 1 cm und die Tiefe
der Nut 8 mit 4 cm gegeben sein. Diese Werte beschreiben
jedoch nur die Dimension der Mantelwellensperre 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
und sind nicht einschränkend
oder limitierend auszulegen.
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In
der 2 ist stark schematisiert eine Sendeantenne 16 gemäß einer
möglichen
Ausführungsform,
nämlich
eine sogenannte Bird-Cage-Sendeantenne einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung 15 dargestellt.
Die Sendeantenne 16 weist acht leitende Stäbe 17a auf,
die an zwei Ringen 17b befestigt sind, welche einen Rückleiter
für den
Strom in den Stäben 17a bilden.
Eine solche Bird-Cage-Sendeantenne kann, muss jedoch nicht von einem
zusätzlichen
Kupferschirm umgeben sein und kommt im Wesentlichen ohne zusätzliche
Kondensatoren aus.
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An
der Innenseite der Sendeantenne 16 befindet sich eine Anzahl
von fünf
Mantelwellensperren 1, welche eine Mantelwellensperr-Kette 24 realisieren.
Um den mantelwellenverursachenden Effekt der Sendeantenne 16 einer
solchen Magnetresonanztomographie-Einrichtung 15 zu unterdrücken, ist
es vorteilhaft, wenn die aufsummierte Länge der Anzahl der Mantelwellensperren 1 zumindest
so lange wie die effektive Länge
der Sendeantenne 16 ist. Üblicherweise wird diese Länge größer als
die geometrische bzw. physikalische Länge der Sendeantenne 16 sein.
Dies ist im vorliegenden Fall durch fünf Mantelwellensperren 1,
welche hinsichtlich ihrer aufsummierten Länge über die Länge der Sendeantenne 16 hinausragen,
visualisiert. Wenn also die Sendeantenne 16 ca. 30 cm lang
ist, kann die aufsummierte Länge
der Anzahl der Mantelwellensperren 1 beispielsweise ca.
40 cm betragen, um die Mantelwellen effektiv zu unterdrücken.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik ist die Kette 24 der
erfindungsgemäßen Mantelwellensperren 1 stationär und fix
innerhalb der fix lokalisierten Sendeantenne 16 positioniert.
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Dies
ist in 2 angedacht, jedoch nicht explizit visualisiert,
und in der 3 explizit visualisiert. In
der 3 sind drei Mantelwellensperren 1 dargestellt.
Gemäß der 3 ist
die Mantelwellensperr-Kette 24 losgelöst von einem Liegenbrett 18 fix und
stationär
mit einer Trägereinrichtung 21 der
Sendeantenne 16 der Magnetresonanztomographie-Einrichtung 15 über eine
Befestigungseinrichtung 22 verbunden.
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In
der 3 ist weiterst ein auf dem Liegenbrett 18 positionierter
Patient 19 dargestellt. Der Kopf des Patienten 19 ist
mit einer Lokalspule 20 abgedeckt, mit deren Hilfe Kernspinsignale,
welche mit Hilfe der stationären
Sendeantenne 16 im Kopf des Patienten 19 angeregt
werden, empfangen werden und über
das an die Lokalspule 20 angeschlossene Kabel 2 an
ein aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht
dargestelltes Signalverarbeitungssystem weitergeleitet werden. Die
hintereinander bzw. in Serie angeordneten drei Mantelwellensperren 1 bilden
die Mantelwellensperr-Kette 24. Die vorteilhafte Ausgestaltung
der einzelnen Mantelwellensperren 1 ermöglicht nun ein Vorwärts- und
Rückwärtsbewegen
der Patientenliege 18, was durch die Pfeile V (wie vorwärts) bzw.
R (wie rückwärts) angedeutet
ist. Bei diesen Bewegungen wird das Kabel 2 je nach Positionsveränderung
des Liegenbretts 18 aus der Nut 8 herausgehoben
bzw. in die Nut 8 eingeführt. Durch die freie Beweglichkeit
des Kabels 2 ist eine vollständige mechanische als auch
galvanische Entkopplung zwischen der Mantelwellensperre 1 und
dem Außenleiter 4 des
Kabels 2 erhalten. Lediglich die induktive Kopplung zwischen
der Mantelwellensperre 1 und dem Außenleiter 4 des Kabels 2 bewirkt
die gewünschte
Unterdrückung
der Mantelwellen.
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Zwecks
Vollständigkeit
der Erläuterung
der 3 sei hier noch erwähnt, dass in der 3 der leitende
Stab 17a der Sendeantenne 16 dargestellt, wobei
es sich im vorliegenden Fall um einen anderen Typ der Sendeantenne 16 als
den in der 2 dargestellten handelt, was
jedoch die gegenständliche Erfindung
nicht weiter betrifft. Im vorliegenden Fall sind die Enden des leitenden
Stabs 17a mit einer Massefläche 25 über zweite
Kondensatoren 23 verbunden, sodass eine frequenzmäßige Anpassung hinsichtlich
der Sendeantenne 16 erhalten ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das in 7 visualisiert ist, sind der erste
und der zweite Spalt 11 und 12 nicht an den äußeren Stirnflächen bzw.
Oberflächen
des Körpers 5, die
nun durchgehend mit der zweiten metallisierten Schicht 10 überzogen
sind, sondern innerhalb der Nut 8 lokalisiert. Diese die
Position des Austritts bzw. des Eintritts des Magnetfeldes B determinierenden Spalte 11 und 12 können jedoch
auch in Übergangsbereichen
zwischen der äußeren Stirnfläche des
Körpers 5 und
der Nut 8 lokalisiert sein. Ihre Position beeinflusst die
Feldverteilung des außerhalb
des Körpers
existierenden Magnetfelds B. Auch die quer zur Längsrichtung 7 gemessene
Breite der Spalte 11 und 12 kann zur Beeinflussung
der Feldverteilung genutzt werden, sodass Streufelder vermieden
bzw. verringert werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl der Mantelwellensperren 1 eine
die Mantelwellensperren 1 verbindende Nut 8 aufweist.
Diese verbindende Nut 8 kann beispielsweise mit Hilfe der
nunmehr durchgehenden – also
einzelne Mantelwellensperren 1 überspannenden – ersten
metallisierten Schicht 9, die faktisch eine leitende Schiene
oder Fläche
aus Metall bildet, realisiert sein, was eine kompakte Ausführung und
eine höhere
Stabilität
der Mantelwellensperr-Kette 24 bewirkt. Eine derart erhaltene Mantelwellensperr-Kette 24 kann
auch in einem Block aus HF-tauglichem
Kunststoff eingegossen sein.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das quer zur Längsrichtung 7 verlaufende
Profil der Nut 8 kreissegmentförmig gestaltet, sodass magnetische
Verluste möglichst
gering gehalten werden. Die Mantelwellensperre 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist in der 8 in einer Frontalansicht auf
die vordere Stirnfläche
des Körpers 5 dargestellt.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist auch das Ein- bzw.
Ausführen
des Kabels 2 erheblich erleichtert.
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Hinsichtlich
der in Längsrichtung 7 gemessenen
Breite des dritten Spaltes 13 sei erwähnt, dass diese Breite vorzugsweise
derart gewählt
werden muss, dass eine geforderte elektrische Durchschlagsfestigkeit
gewährleistet
wird.
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Die
metallisierten Schichten 9 und 10 sind bevorzugt
aus Kupfer realisiert, wobei an dieser Stelle jedoch erwähnt sei,
dass jedes andere Metall, jede Metall-Legierung oder ganz allgemein
jedes leitfähige
Material zum Einsatz kommen kann, vorausgesetzt dass die für den Parallelresonator
benötigte
induktive Wirkung dieser Schichten 9 und 10 erhalten ist.
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Hinsichtlich
der Form des Körpers 5 sei
erwähnt,
dass der Körper 5 immer
scharfkantig visualisiert wurde, jedoch ebenso Körperformen mit abgerundeten
Kanten angedacht sind. Ebenso kann die äußere Form des Körpers 5 in
Bezug auf seine Längsrichtung 7 von
der ebenen Fläche
abweichen, was in Analogie dazu auch für die Form der Nut 8 gilt. Die
Nut 8 kann weiters durch eine Kunststoffschicht überzogen
sein, sodass ein Scheuern des Kabels 2 oder der Kabel 2 und
die damit einhergehende Gefahr der Beschädigung der ersten metallisierten Schicht 9 oder
des Kabels 2 reduziert oder gänzlich vermieden ist.
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Hinsichtlich
der Befestigung der Mantelwellensperren 1 sei an dieser
Stelle noch festgehalten, dass dies an anderen als den hier offenbarten
Gegenständen
der Magnetresonanztomographie-Einrichtung
erfolgen kann, die selbst fix lokalisiert sind, sodass auch die
Mantelwellensperren 1 fix lokalisiert in Bezug auf die
Sendeantenne 16 sind.
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Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorhergehend
detailliert beschriebenen Mantelwellensperre 1 lediglich um
spezielle Ausführungsbeispiele
handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden
können,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zudem sei erwähnt, dass,
obwohl die erfindungsgemäße Mantelwellensperre 1 immer
im Zusammenhang mit einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung 15 erörtert wurde,
durchaus auch andere Einrichtungen oder Verwendungen der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre 1 angedacht sind,
die sich dem Fachmann durch das Studium dieser Beschreibung eröffnen. Insbesondere
können dies
neben Anwendungen im medizintechnischen auch Anwendungen im nicht
medizintechnischen Bereich der Technik sein, in denen Mantelwellensperren 1 eine
Rolle spielen und ein Kabel 2 in eine Mantelwellensperre 1 hinein
bzw. aus ihr herausbewegt werden muss. Die Erfindung kann daher
auch in wissenschaftlichen und/oder industriellen Einsätzen genutzt
werden.
-
Es
wird der Vollständigkeit
halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten
Artikel „ein” bzw. „eine” nicht
ausschließt, dass
die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso
schließen
die Begriffe „Einheit”, „Modul” oder „Einrichtung”, etc.
nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten bestehen, die gegebenenfalls
auch räumlich
verteilt sein können.
-
- 1
- Mantelwellensperre
- 2
- Kabel
- 3
- Innenleiter
- 4
- Außenleiter
- 5
- Körper
- 6
- Öffnung
- 7
- Längsrichtung
- 8
- Nut
- 9
- erste
metallisierte Schicht
- 10
- zweite
metallisierte Schicht
- 11
- erster
Spalt
- 12
- zweiter
Spalt
- 13
- dritter
Spalt
- 14
- erster
Kondensator
- 15
- Kernspintomographie-Einrichtung
- 16
- Sendeantenne
- 17a
- Leitender
Stab
- 17b
- Ring
- 18
- Liegenbrett
- 19
- Patient
- 20
- Lokalspule
- 21
- Trägereinrichtung
- 22
- Befestigungseinrichtung
- 23
- zweiter
Kondensator
- 24
- Mantelwellensperr-Kette
- 25
- Massefläche
- 26
- Spule
- 27
- Kupferrohr
- 28
- erste
Lötstelle
- 29
- zweite
Lötstelle
- R
- Rückwärtsrichtung
- V
- Vorwärtsrichtung
- B
- Magnetfeld
- L
- Länge
- I
- HF-Strom
- Zo
- Impedanz