DE102010027295A1

DE102010027295A1 - Trommel-MWS

Info

Publication number: DE102010027295A1
Application number: DE102010027295A
Authority: DE
Inventors: Daniel Driemel; Helmut Greim; Martin Hemmerlein; Thomas Kundner; Steffen Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: DE102010027295B4; CN102338863A; US20120182015A1; US8766637B2; CN102338863B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mantelwellensperre (MWS) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), die eine spiralförmig aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst, welche Lokalspulenanschlussleitung (KX) mindestens eine flexible Leiterplatte (4, 5) enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mantelwellensperre für ein MRT-System.
Magnetresonanztomographiegeräte zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie (MRT, MRI) sind beispielsweise aus DE 10314215 B4 bekannt.
In der Kernspintomographie werden HF-Spulen (Lokalspulen) für den Empfang magnetischer Wechselfelder eingesetzt. Um immer ein gutes Signal-Rauschverhältnis zu erhalten sind HF-Spulen z. B. für unterschiedliche Körperbereiche eines Patienten in Geometrie und Empfangsprofil optimiert. Für ein möglichst hohes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis werden Lokalspulen generell möglichst nah am Körper eines Patienten positioniert.
Lokalspulen sind z. B. als reine Empfangsspulen ausgeführt, d. h. die Anregung der Spins erfolgt mit einem sog. Ganzkörper-Resonator (body coil) eines MRT. Die Signalübertragung von Lokalspulen zum Empfangssystem einer MRT-Anlage erfolgt z. B. über ein HF-Kabel als Lokalspulenzuleitung. In der Sendephase werden durch die E- und B-Felder in einem MRT HF-Ströme auf den Leitungs-Schirm einer Lokalspulenzuleitung induziert. Induzierte HF-Ströme auf z. B. Lokalspulenzuleitungen werden als Mantelwellen bezeichnet. Mantelwellen sind unerwünscht und können zu Bildstörungen bis hin zu einer Gefährdung des Patienten führen.
In Lokalspulenzuleitung der Lokalspulen werden Mantellwellensperren (MWS) zur Unterdrückung hochfrequenter Ströme (Mantelwellen) auf dem Außenleiter von Lokalspulenzuleitungen eingefügt. Eine Mantelwellensperre stellt für die HF Welle eine hochohmige Impedanz dar und unterdrückt somit den HF-Strom auf der Lokalspulenzuleitung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanztomographie-Mantelwellensperre für ein MRT-System weiter zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung kann effizient den Bau einer kompakten und/oder leichten und/oder spannungsfesten und/oder abstimmbaren und/oder mit hoher Sperrwirkung ausgestatteten Mantelwellensperre ermöglichen.
Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 eine MRT-Mantelwellensperre,
2 den inneren Aufbau flexibler Leiterplatten die eine Lokalspulenzuleitung bilden,
3 vereinfacht als Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im Querschnitt,
4 vereinfacht eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre,
5 vereinfacht eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre, 6 eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im aufgewickelten Zustand im Querschnitt,
7 eine erfindungsgemäße Mantelwellensperre im aufgewickelten Zustand in seitlicher Ansicht,
8 schematisch und vereinfacht ein MRT-System.
Hintergrund:
8 zeigt ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspule 102 mit einem hier röhrenförmigen Raum 103 in welchen eine Patientenliege 104 mit einem Körper z. B. eines Untersuchungsobjektes (z. B. eines Patienten) 105 (mit oder ohne Lokalspulenanordnung 106) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspulenanordnung 106 aufgelegt, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch field of view genannt) Aufnahmen generiert werden können. Signale der Lokalspulenanordnung 106 können von einer z. B. wie hier über eine Lokalspulenanschlussleitung (wie z. B. ein (Koaxial-)Kabel) KX (oder alternativ per Funk (167, 168)) an die Lokalspulenanordnung 106 anschließbaren Auswerteeinrichtung (115, 117, 119, 120, 121 usw.) des MRT 101 ausgewertet (z. B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden.
Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (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 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet 107) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 103, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B₀, das z. B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 105 wird auf einer Patientenliege 104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view”) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse B1(x, y, z, t) die über eine hier als (z. B. mehrteilige = 108a, 108b, 108c) Körperspule 108 sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z. B. von einer Pulserzeugungseinheit 109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie zur Hochfrequenzantenne 108 geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108a, b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät 101 eingesetzt.
Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 112x, 112y, 112z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale werden von der Körperspule 108 und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung 106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 116 verstärkt und von einer Empfangseinheit 117 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.
Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 108 oder eine Lokalspule, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 118 geregelt.
Eine Bildverarbeitungseinheit 119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
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 (1.5 T und mehr). Wenn an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z. B. 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.
Als Lokalspulenanordnung 106 wird z. B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, 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 Lokalspulenanordnung 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 168 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule 106 z. B. per Funk empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 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 und/oder Speicherung zur Verfügung stellt.
Nachfolgend werden mögliche Details von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer MRT-Mantelwellensperren anhand 1–7 näher beschrieben.
1 zeigt vereinfachend eine Mantelwellensperre MWS in einer geschirmten Lokalspulenanschlussleitung KX, welche Lokalspulenanschlussleitung KX auf einer Seite an eine MRT-Lokalspule 106 angeschlossen ist, und welche Lokalspulenanschlussleitung KX auf einer anderen Seite an eine Auswerteeinrichtung 117 eines MRT-Systems 101 angeschlossen ist.
2–6 zeigen schematisch erfindungsgemäße MRT-Mantelwellensperren, (wobei 3 eine Prinzipskizze, 4 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre und 5 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Mantelwellensperre zeigt).
2 zeigt im Querschnitt eine Lokalspulenanschlussleitung KX, in der übereinander (eine oder hier mehrere) flexible Leiterplatten 1 (oder mehrere Lagen einer mehrlagigen Leiterplatte) angeordnet sind, die jeweils einen Kunststoffträger 23 aufweisen, in oder auf dem (23) jeweils mehrere Leiter (z. B. Kupferleiter) 21 verlaufen (die (21) jeweils an der Lokalspule und an einer Auswerteeinrichtung des MRT über Stecker anschließbar sind). Die Lokalspulenanschlussleitung KX umgibt ganz oder teilweise (z. B. nur auf einem Teil des Umfangs und/oder nur auf einigen Seiten etc) ein äußerer Schirm 24 (z. B. aus Kupfer) zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen, welchen wiederum ein äußerer Isolator 25 umgibt. Ein seitlicher Schirm kann z. B. mit Durchkontaktierungen realisiert sein.
Die eine (/mehrere) flexible Leiterblatte(n) ist hier in 2 mit einer leitfähigen Schicht 25 umfangsseitig vollkommen umschlossen. Dadurch ist die als Flachbandleitung (mit einer/mehreren flexible(n) Leiterplatte(n) darin) ausgestaltete Lokalspulenanschlussleitung KX geschirmt und der gemeinsame Schirm (24) kann zur Realisierung einer Mantelwellensperre MWS (gemäß 3 ff) genutzt werden.
Die flexiblen Leiterplatten 1 der Lokalspulenanschlussleitung KX sind flexibel, also z. B. biegbar und sie sind z. B. spiralförmig aufwickelbar wie 3 als Prinzipskizze einer MWS im Querschnitt zeigt. In 3 sind außerdem Steckerelemente 6, 7 (= Stecker oder Buchsen) vereinfachend dargestellt, über welche die Lokalspulenanschlussleitung KX an einer Seite (6) an eine Lokalspule anschließbar ist und an einer anderen Seite (7) an eine MRT-Auswerteeinrichtung (über Verstärker usw.) eines MRT-Systems 101 anschließbar ist. Ferner zeigt 3 einen Kondensator 20, der an zwei Punkten des Schirms 24 mit dem Schirm verbunden ist, um eine Mantelwellensperre auf (dem Schirm der) der Lokalspulenanschlussleitung KX zu bilden.
Wie 6 zeigt wird zur Herstellung einer Mantelwellensperre z. B. die (mindestens eine oder mindestens einlagige) flexible Leiterblatte 1 der Lokalspulenanschlussleitung KX spiralförmig auf einen Kunststoffträger 2 aufgewickelt. Da das eine Ende der Lokalspulenanschlussleitung KX dabei innerhalb der Spirale endet wird es beidseitig seitlich herausgeführt. Der mittlere Teil besteht hier aus einem starren Teil 3 (oder Bereich) auf dem ein Kondensator 20 zur Realisierung einer elektrischen Resonanz sitzt. Die Rückführung des Kondensators 3 auf den Anfang der Spirale (die die Lokalspulenanschlussleitung KX in 6 bildet), kann z. B. über ein Kupferband oder über einen seitlichen Ast (21) der flexiblen Flachbandleitung geschehen. Für die Mantelwelle MWS stellt die Spirale eine Induktivität mit einem parallelen Kondensator (20) dar. Die Induktivität wird bei der Arbeitsfrequenz (z. B. 120 MHz) der Mantelwellensperre (also z. B. bei der von ihr zu blockierenden Frequenz), mit dem passenden Wert des (z. B. einstellbaren) Kondensators auf Parallelresonanz gebracht.
Vom mittleren starren Teil 3, geht dann wieder ein flexibler Bereich weiter und endet an einem Steckmodul oder einem Stecker/einer Buchse 7.
Der mittlere, starre Teil 3 kann beidseitig oder (gemäß 5) auch einseitig aus der Spirale ausgeführt werden. Mit Hilfe eines metallisierten Kunststoffzylinders (9 in 6) in der Mitte der Spirale kann die MWS in einem gewissen Bereich (auf eine Sperrfrequenz) abgestimmt werden. Der Kunststoffzylinder 9 ist hier mit einem Außengewinde versehen und kann so in die Spirale hineingedreht werden.
Bezugszeichenliste

1, 8, 4, 5: (Flexible) Leiterplatten
2: Kunststoffträger,
3: Starrer Bereich einer Leiterplatte
6, 7: Anschluss (Stecker)
9: Metallisierter Zylinder aus Kunststoff
10: Montagehilfe
11: Kupferband
20: Kondensator
21: Kupferleiter (einer der Leiter in einer flexiblen Leiterplatte)
23: Innerer Kunststoffträger (Kunststoffträger einer flexiblen Leiterplatte)
24: Schirmung, äußerer (Cu-)Schirm
25: Äußerer Isolator
K: Lokalspulenanschlussleitung, Kabel, Koaxialkabel
MWS: Mantelwellensperre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10314215 B4 [0002]

Claims

Mantelwellensperre (MWS) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst, welche Lokalspulenanschlussleitung (KX) mindestens eine flexible Leiterplatte (4, 5) enthält.
Mantelwellensperre (MWS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (4, 5) mehrere Leiter (21) umfasst.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine spiralförmig aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) spiralförmig auf einen elektrischen Isolator, insbesondere auf einen Kunststoffträger (2), aufgewickelt ist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) mehrere flexible Leiterplatten (4, 5) oder eine mehrlagige flexible Leiterplatte (1) aufweist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweise leitfähiger Zylinder (9) in der Mantelwellensperre (MWS) vorgesehen ist, der ein Gewinde aufweist, um sein (9) Eindrehen in die spiralförmige Mantelwellensperre (MWS) zur Abstimmung der Sperrfrequenz der Mantelwellensperre (MWS) zu ermöglichen.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildete Spirale ein oberflächlich metallisierter Kunststoffzylinder (9) zur Abstimmung der Sperrfrequenz der Mantelwellensperre (MWS) eindrehbar ist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterplatten oder Lagen einer Leiterplatte jeweils einen Kunststoffträger (23) aufweisen, der (23) jeweils mehrere Leiter (21) aufweist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) ein Schirm (24) zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen ganz oder teilweise umgibt.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspulenanschlussleitung (KX) ein Schirm (24) umgibt, den wiederum ein Isolator (25) umgibt.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (20) an zwei Punkten des Schirms (24) der Lokalspulenanschlussleitung (KX) mit dem Schirm (24) verbunden ist, um eine Mantelwellensperre auf dem Schirm der Lokalspulenanschlussleitung (KX) zu bilden.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Lokalspulenanschlussleitung (KX) aus der von ihr gebildeten Spirale einseitig oder beidseitig der Spirale seitlich herausgeführt.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lokalspulenanschlussleitung der Lokalspule eine Lokalspulenanschlussleitung (KX) zum Anschluss (6, 7) der Lokalspule (106) an eine Auswerteeinrichtung (101, 168, 117) eines MRT-Systems (101) ist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lokalspulenanschlussleitung (KX) zum Anschluss an eine MRT-Lokalspule (106) und an eine Auswerteeinrichtung (101, 168, 117) eines MRT-Systems (101) jeweils Stecker (6, 7) und/oder Buchsen aufweist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein starrer mittlerer Teil-Bereich der Lokalspulenanschlussleitung (KX) vorgesehen ist, auf dem vorzugsweise ein Kondensator (20) zur Realisierung elektrischer Resonanz angeordnet ist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss des Kondensators (3) in einem Bereich der von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildeten Spirale über ein Kupferband oder über einen seitlichen Ast (21) der Lokalspulenanschlussleitung (KX) vorgesehen ist.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lokalspulenanschlussleitung (KX) gebildete Spirale eine Induktivität ist, die mit einem parallelen Kondensator (20) eine Mantelwellensperre bildet.
Mantelwellensperre (MWS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nur auf einem Teil ihrer Länge aufgewickelte Lokalspulenanschlussleitung (KX) umfasst.