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Die Erfindung betrifft Mantelwellensperren und ein MRT.
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Magnetresonanzgeräte zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie (=MR) sind beispielsweise aus
DE 103 14 215 B4 bekannt.
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Bei Leitungsführungen in der Nähe von Sendeantennen eines MR kommt es zur Anregung von sogenannten Mantelwellen, die sich auf dem Außenleiter auch von Koaxialkabeln ausbreiten können. Eine intern bekannte Methode zur Unterdrückung von Mantelwellensperren ist die Verwendung von Drosseln auf Ferritkernen. Diese Methode findet z.B. bei Schaltnetzteilen eine häufige Verwendung, da die Störquellen sich über ein breites Frequenzspektrum erstrecken.
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In der Nähe von Antennen und insbesondere bei Sendeantennen in MR-Systemen sind Ferritkerne problematisch.
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Werden die Mantelwellen nicht unterdrückt, können insbesondere folgende Probleme auftreten:
- • eine Einkopplung von Störungen oder die Zerstörung von angeschlossenen Elektronik-Komponenten,
- • ein erhöhter Leistungsbedarf bei der Sendeantenne, da ein Teil der Sendeleistung als Mantelwelle abfließt,
- • eine Mantelwelle kann potentiell zu lokalen Feldüberhöhungen führen.
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Mantelwellensperren sollen möglichst nahe an der „Störquelle“ angebracht werden. Sind Mantelwellensperren für MR-Sendeantennen erforderlich, so gibt es aufgrund der Einschränkungen (statisches Magnetfeld, geringer Platzbedarf, Spannungsfestigkeit) bisher folgende intern bekannten Lösungen:
- 1. Ein „Sperrtopf' gemäß 2: Es wird ein zylinderförmiges (oder auch quaderförmiges oder 6-eckiges) leitfähiges Gebilde über das Kabel geschoben und an einem Ende mit dem Außenleiter des Kabels verbunden. Bei einer Länge L des Sperrtopfes wirkt diese Anordnung als Mantelwellensperre bei der Frequenz F =c / (4*L) mit c =Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium zwischen Kabel und Sperrtopf. Soll die Sperrwirkung bei einer anderen Frequenz erzielt werden, so kann dies durch Hinzufügen von Kondensatoren erreicht werden.
- 2. „Gewickelte Mantelwellensperre“ gemäß 3: Das Kabel wird zu einer Spule aufgewickelt und parallel dazu ein Kondensator angeordnet. Damit bildet man einen Parallelschwingkreis, der bei seiner Resonanzfrequenz hochohmig ist und somit die Ausbreitung von Mantelwellen unterdrückt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 063 458 A1 ist eine Mantelwellensperre in Form eines Körpers mit Nut zur Aufnahme des Kabels bekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 013 424 A1 beschreibt eine Mantelwellensperre, die aus zwei Halbschalen gebildet wird, die um ein Kabel gelegt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 001 091 A1 gibt schließlich eine Mehrkanal-Mantelwellensperre an, bei der mehrere Mantelwellenleiter zu einer gemeinsamen Spule gewickelt sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, effizient bildgebende MRT-Anlagen weiter zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre kann folgende Vorteile haben:
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Eine flache Ausführung ist möglich, es entsteht also kein zusätzlicher Raumbedarf.
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Eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre kann z.B. in einer Massefläche einer Leiterplatte integriert werden, so dass insoweit kein zusätzliches Bauteil nötig ist.
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Eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre kann doppeltresonant oder auch mehrfach-resonant (also für zwei oder mehr Frequenzen sperrend) aufgebaut werden, z.B. in Form einer gemeinsamen Lösung für Geräte mit 1.5T und 3T und/ oder zur Abdeckung auch von Spektroskopiefrequenzen etc.
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Eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre kann auch in Abwesenheit eines Anschluss- Kabels abgestimmt werden (insbesondere auf mindestens eine zu sperrende Frequenz), also z.B. vor einem Einbau.
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Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
- 1 als Hintergrund schematisch ein an sich zumindest intern bekanntes MRT-System,
- 2-3 intern bekannte Mantelwellensperren,
- 4-7 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Mantelwellensperren.
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Hintergrund:
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1 zeigt zur Erläuterung des thematischen Hintergrunds ein bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörperspule 2 mit einem hier röhrenförmigen Raum 3, in welchen eine Patientenliege 4 mit einem Körper z.B. eines Patienten 5 (mit üblicherweise einer Lokalspulenpositionierungsanordnung 6) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren. Auf dem Patienten 5 ist hier eine Lokalspulenpositionierungsanordnung 6 (in 1 im Detail dargestellt) aufgelegt, mit welcher wenn der Patient 5 in 2 in Richtung z bis in das FoV (field of view) geschoben wird von einem lokalen Bereich (z.B. des Kopfes K) Aufnahmen erfolgen können. Signale der Lokalspulenpositionierungsanordnung 6 können von einer z.B. über Koaxialkabel oder per Funk an die Lokalspulenpositionierungsanordnung 6 anschließbaren Auswerteeinrichtung (67, 66, 15, 17 usw.) des MRT 1 ausgewertet (z.B. in Bilder umgesetzt und gespeichert oder angezeigt) werden.
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Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 1 einen Körper 5 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz- Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 5 eingestrahlt. Ein starker Magnet, oft ein Kryomagnet 7 in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 3, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B0, das z.B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 5 wird auf einer Patientenliege 4 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view“) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 5 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Körperspule 8 sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z.B. von einer Pulserzeugungseinheit 9 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie zur Hochfrequenzantenne 8 a, b, c geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 9, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 8 a, b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt.
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Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradientenspulen 12x, 12 y, 12 z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 12x, 12 y, 12 z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 14 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 9 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
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Die von den angeregten Kernspins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 8a, 8b, 8c und/oder mindestens einer Lokalspulenpositionierungsanordnung 6 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 16 verstärkt und von einer Empfangseinheit 17 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier- Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
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Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z.B. die Körperspule 8a, b, c, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 18 geregelt.
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Eine Bildverarbeitungseinheit 19 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 20 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 21 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 22 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
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In der MR- Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulenanordnungen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder in dem Körper angebracht werden. Bei einer MR- Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z.B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T und mehr). Da an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger eine Schaltmatrix (hier RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV (Field of View) bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
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Als Lokalspulenpositionierungsanordnung 6 wird hier allgemein ein Antennensystem verwendet, das z.B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z.B. als Loopantennen (Loops), Butterfly oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Lokalspulenpositionierungsanordnung umfasst z.B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 68 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule 6 z.B. per Funk empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z.B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn oder Speicherung zur Verfügung stellt.
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Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Mantelwellensperren zeigen 4-7.
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Gemäß 4 kann eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre MWS z.B. aus einem z.B. „U-förmigen“, flachen Leiter (N, F1, F2) und mindestens einem Kondensator C gebildet werden. Die Mantelwellensperre MWS in 4 umfasst hier eine planare Kupferfläche (N, F1, F2).
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Mindestens eine Kapazität (Kondensator C) dient zur Frequenzabstimmung, wobei eine Feinabstimmung der Frequenz (die eine Mantelwellensperre sperrt) alternativ oder zusätzlich über ein Verschieben der Einbauposition des Kondensators oder der Mantelwellensperre erfolgen kann. Eine Frequenzabstimmung kann durch z.B. durch Verschieben der Einbauposition eines Kondensators C zwischen Teilflächen F1, F2 der Mantelwellensperre MWS in Richtung des Doppel- Pfeils P erfolgen.
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In einer Mantelwellensperre gemäß 4 und 6 weist der Leiterbereich einen Aufbau auf, der einen Quer-Abschnitt N umfasst, der sich senkrecht zu einer zwischen mindestens zwei Anschlüssen A1, A2 an der Mantelwellensperre MWS definierten Strom-Leitungsrichtung R des Leiterbereichs erstreckt, und der zwei Längs-Abschnitte F1, F2 umfasst, die sich jeweils parallel zu einer zwischen mindestens zwei Anschlüssen an der Mantelwellensperre definierten Strom-Leitungsrichtung R des Leiterbereichs erstrecken, wobei sich zwischen zwei Längsabschnitten F1, F2 ein Kondensator C (oder mehrere Kondensatoren) befindet.
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Gemäß 5 kann eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre MWS z.B. einen in Draufsicht „E-förmigen“, flachen Leiter und mindestens zwei Kondensatoren C1, C2 umfassen. Eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre MWS kann planar sein. Sie kann einen symmetrischen Aufbau haben.
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Für eine doppelt- resonante Ausbildung (die also auf zwei Frequenzen sperrt) sind zweckmäßig die beiden Kapazitäten C1, C2 unterschiedlich.
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Für eine mehrfach resonante Ausbildung die auf mehr als zwei Frequenzen sperrt wären zweckmäßig die mehr als zwei Kapazitäten C1, C2, C3 usw. unterschiedlich. Es können auch mehrere Kapazitäten C2, C3 zwischen den gleichen Teilen F2, F3 einer Mantelwellensperre angeordnet sein.
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In einer Mantelwellensperre gemäß 4 und 5 weist der Leiterbereich einen Querschnitt auf, der einen Quer-Abschnitt N umfasst, der sich (zumindest auch) senkrecht zu einer zwischen mindestens zwei Anschlüssen an (Seitenrändern) der Mantelwellensperre definierten Strom-Leitungsrichtung R des Leiterbereichs erstreckt, und der mindestens drei Längs-Abschnitte F1, F2, F3 umfasst, die sich jeweils parallel zu einer zwischen mindestens zwei Anschlüssen an der Mantelwellensperre definierten Strom-Leitungsrichtung R des Leiterbereichs erstrecken,
wobei sich einer (C1) von mindestens zwei Kondensatoren zwischen zwei Längsabschnitten F1, F2 befindet und ein weiterer sich (C2) zwischen zwei Längsabschnitten F2, F3 befindet.
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Ein Leiterbereich N+F1+F2; N+F1+F2+F3 einer Mantelwellensperre MWS erstreckt sich hier in zwei zueinander orthogonalen Richtungen einer Ebene, die in einem Schnitt durch ihn alle Teile N+F1+F2; N+F1+F2+F3 von ihm durchschneidet.
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6 zeigt einen Anschluss von zwei Kabelabschnitten K1, K2 eines durch mindestens eine Mantelwellensperre MWS zu bedämpfenden Kabels K1 an eine Mantelwellensperre MWS an zwei Punkten A1, A2.
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Ein zu bedämpfendes Kabel K1 ist in 6 ein durchgehendes Kabel, an dem eine Mantelwellensperre an mindestens zwei Punkten A1, A2 befestigt ist.
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Die Mantelwellensperre MWS kann für sich alleine abgeglichen werden. Ein Kabel K1 wird z.B. erst nach einem Abgleich der Mantelwellensperre an die Mantelwellensperre MWS angefügt. Ein Kabel K1, K2 ist hier (außen) an mindestens zwei Punkten A1, A2 mit der Mantelwellensperre MWS verlötet wie 6 zeigt.
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Wie 7 zeigt kann die Leiterstruktur einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre MWS Teil einer üblichen Leiterplatte sein.
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Wie 7 zeigt kann ein Kabel K1, K2 z.B. auch an drei oder mehr Punkten A1, A2, A3 mit einer Mantelwellensperre MWS verlötet sein.
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In 7 ist eine Mantelwellensperre in eine Massefläche einer Leiterplatte integriert; die Massefläche einer Leiterplatte bildet hier Flächen F1, F2, F3 der MWS.
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7 zeigt ferner, dass auf einem flächigen (planaren) Teilabschnitt F2 einer Mantelwellensperre MWS eine Schaltung S angeordnet sein kann, die in 7 schematisch als Fläche S angedeutet ist.
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Z.B. können die Kontakte A1, A2, A3 für Kabel K1, K2, K3 an einer Seite (Unterseite oder Massefläche) einer Mantelwellensperre MWS angeordnet sein; eine Schaltung kann z.B. auf einer letzterer Seite gegenüberliegenden Seite (Oberseite) einer Mantelwellensperre angeordnet sein.
