DE102013201685B4

DE102013201685B4 - Leiteranordnung mit dielektrischer Mantelwellensperre

Info

Publication number: DE102013201685B4
Application number: DE102013201685.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Martius; Wolfgang Renz
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2033-02-02
Also published as: CN103972627A; US9461350B2; US20140218134A1; KR20140099204A; KR101618056B1; CN103972627B; DE102013201685A1

Abstract

Eine Leiteranordnung weist einen Leiter (3) auf, der sich entlang einer Leiterachse (4) erstreckt. Die Leiteranordnung weist weiterhin eine Mantelwellensperre (9) auf, an die der Leiter (3) zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld (F) angeregten Mantelwellen angekoppelt ist. Die Mantelwellensperre (9) ist als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiteranordnung,

- wobei die Leiteranordnung einen Leiter aufweist, der sich entlang einer Leiterachse erstreckt,
- wobei die Leiteranordnung eine Mantelwellensperre aufweist, an die der Leiter zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld angeregten Mantelwellen angekoppelt ist.

Mantelwellensperren sind in allen Magnetresonanzanlagen unverzichtbare Elemente für einen sicheren und störungsfreien Betrieb von Hochfrequenzspulen und anderen Hochfrequenzelement. In der Regel werden zur Realisierung von Mantelwellensperren teilmetallische mechanisch ausgedehnte Strukturen verwendet, die in den meisten Fällen einen galvanischen Kontakt zu dem Leiter benötigen, auf dem Mantelwellen gedämpft werden sollen. Metallische Strukturen sind in Magnetresonanzanlagen jedoch tendenziell problematisch, dass sich in ihnen gradienteninduzierte Wirbelströme ausbilden können.
Aus der DE 102 11 535 A1 (hiermit korrespondierend: US 6 822 846 B2 ) und der DE 10 2006 009 040 A1 (hiermit korrespondierend: US 7 608 778 B2 ) sind Mantelwellensperren bekannt, bei denen ein galvanischer Kontakt zum Leiter nicht erforderlich ist. Auch diese Mantelwellensperren bestehen jedoch aus metallischen Strukturen.
Aus der DE 20 2008 015 239 U1 ist eine Mantelwellensperre bekannt, bei welcher der Leiter um einen ringförmigen Kern aus Teflon zu einer Spule mit mehreren Windungen gewickelt ist, wobei die Spulenenden mittels eines einstellbaren Kondensators überbrückt sind
Auch aus der DE 10 2011 079 596 A1 und der DE 10 2010 018 856 A1 sind Mantelwellensperren bekannt, die jedoch metallische Komponenten aufweisen.
Aus den Patentschriften DE 864285 und DE 879851 sind weiterhin Holleiter mit außenumfänglichen Sperrtöpfen bekannt, wobei die Sperrtöpfe ringförmige, leitende Hohlkörper aufweisen, die den Hohlleiter umgeben und ein Dielektrikum zwischen Hohlkörper und Hohlleiter aufweisen.
Aus der Mikrowellentechnik sind dielektrische Resonatoren bekannt, die oftmals als Keramikzylinder realisiert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leiteranordnung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass Mantelwellensperren ohne metallische Strukturen realisiert werden können.
Die Aufgabe wird durch eine Leiteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leiteranordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Erfindungsgemäß wird die Leiteranordnung dadurch ausgebildet, dass die Mantelwellensperre als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die dielektrische Resonatoreinrichtung tangential um die Leiterachse herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet. In dieser Ausgestaltung koppelt eine auf dem Leiter induzierte Mantelwelle mit dem sogenannten E010-Mode der dielektrischen Resonatoreinrichtung.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung überdeckt die dielektrische Resonatoreinrichtung tangential um die Leiterachse herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel von maximal 180°. In dieser Ausgestaltung koppelt eine auf dem Leiter induzierte Mantelwelle mit dem sogenannten H011-Mode der dielektrischen Resonatoreinrichtung. Die Ankopplung an den H011-Mode ist besonders gut, wenn der Leiter um die dielektrische Resonatoreinrichtung herum gesehen einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel von mindestens 180° überdeckt, insbesondere mindestens 360°.
Die Abstimmung von Mantelwellensperren ist oftmals problematisch. Um eine einfache Abstimmung der Mantelwellensperre der erfindungsgemäßen Leiteranordnung zu ermöglichen, weist die dielektrische Resonatoreinrichtung vorzugsweise mindestens zwei miteinander koppelnde dielektrische Resonatorelemente auf. In diesem Fall kann zur Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung auf eine Frequenz des HF-Feldes die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander (und damit der Kopplungsgrad) einstellbar sein.
Die Art und Weise, auf welche die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander eingestellt wird, kann nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise ist es möglich, dass eine seitliche Verschiebung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Drehstellung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Abstand der dielektrischen Resonatorelemente voneinander einstellbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eines der dielektrischen Resonatorelemente über ein eine Gewindeachse aufweisendes Gewinde durch Verdrehen um die Gewindeachse axial entlang der Gewindeachse positionierbar. In diesem Fall hängt der Abstand der dielektrischen Resonatorelemente voneinander von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements entlang der Gewindeachse ab. Dadurch kann auf einfache Weise eine sehr genaue Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung erreicht werden.
Der Leiter der Leiteranordnung kann nach Bedarf ausgebildet sein. In der Regel ist der Leiter als Schirm eines mindestens einen Innenleiter aufweisenden Koaxialkabels ausgebildet.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

1 eine Magnetresonanzanlage mit einer Leiteranordnung,
2 eine perspektivische Darstellung einer Leiteranordnung,
3 die Leiteranordnung von 2 im Querschnitt,
4 eine weitere Leiteranordnung in der Seitenansicht,
5 die Leiteranordnung von 4 im Schnitt,
6 eine dielektrische Resonatoreinrichtung und
7 eine weitere dielektrische Resonatoreinrichtung.

Gemäß 1 ist ein Element 1 einer Magnetresonanzanlage (beispielsweise eine Lokalspule) über ein Kabel 2 mit einer anderen, in 1 nicht dargestellten Einrichtung verbunden. Das Kabel 2 weist gemäß den 2 bis 5 einen Leiter 3 auf, der sich entlang einer Leiterachse 4 erstreckt. Gemäß 1 ist das Kabel 2 als Koaxialkabel ausgebildet. Das Koaxialkabel 2 weist einen Innenleiter 5 auf. Der Leiter 3 ist als Schirm des Koaxialkabels 2 ausgebildet. Zwischen dem Innenleiter 5 und dem Leiter 3 ist eine Isolierung 6 angeordnet. Außen um den Schirm 3 herum ist ein Kabelmantel 7 angeordnet. Diese Ausgestaltung, bei welcher das Kabel 2 als Koaxialkabel ausgebildet ist, stellt den Regelfall dar. In Einzelfällen ist es jedoch möglich, dass der Leiter 3 ein „normaler“ Leiter ist, der nur von einem Kabelmantel 7 oder nur von einer Aderisolierung umgeben ist.
Der Leiter 3 ist von außen einem HF-Feld F ausgesetzt, beispielsweise dem Anregungsfeld einer Ganzkörper-Sendeantenne 8 der Magnetresonanzanlage. Das HF-Feld F weist eine Frequenz f auf. Das HF-Feld F würde ohne weitergehende Maßnahmen in dem Leiter 3 eine Mantelwelle anregen. Zur Dämpfung derartiger Mantelwellen ist zusätzlich zum Leiter 3 eine Mantelwellensperre 9 vorhanden. Der Leiter 3 ist an die Mantelwellensperre 9 angekoppelt.
Für die Ausgestaltung der Mantelwellensperre 9 sind prinzipiell verschiedene Gestaltungen möglich. Erfindungsgemäß ist die Mantelwellensperre 9 als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet. Sie kann insbesondere aus einem (an sich bekannten) keramischen Material bestehen. Mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Mantelwellensperre 9 werden nachfolgend in Verbindung mit den weiteren FIG näher erläutert.
Gemäß den 2 und 3 ist die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 tangential um die Leiterachse 4 herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet. Beispielsweise kann die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 als Zylinder oder als andere rotationssymmetrische Struktur ausgebildet sein. Die Resonatoreinrichtung 9 weist eine Mittenausnehmung 10 auf, durch die hindurch das Kabel 2 geführt ist.
Alternativ kann die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 gemäß den 4 und 5 bezüglich der Leiterachse 4 nur einseitig an den Leiter 3 angrenzen. In diesem Fall überdeckt die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 um die Leiterachse 4 herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel a, wobei der leiterbezogene Überdeckungswinkel α maximal 180° beträgt.
Es ist möglich, dass der Leiter 3 und die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 nur entlang einer im wesentlichen geraden Linie aneinander angrenzen. Vorzugsweise jedoch bildet der Leiter 3 im Falle der Ausgestaltung der 4 und 5 einen Teil einer Windung um die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 herum. Es ist auch möglich, dass der Leiter 3 entsprechend der Darstellung in 4 und 5 eine vollständige Windung oder sogar mehr als eine vollständige Windung (beispielsweise eineinhalb Windungen) um die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 herum bildet. In der Regel bildet der Leiter 3 mindestens eine halbe Windung. Dementsprechend überdeckt der Leiter 3 um die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 herum gesehen vorzugsweise einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel β von mindestens 180° überdeckt.
Es ist möglich, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 aus einem einzelnen dielektrisch wirksamen Element besteht. Vorzugsweise weist die dielektrische Resonatoreinrichtung 9 gemäß 6 mindestens zwei dielektrische Resonatorelemente 9a, 9b auf, die miteinander koppeln. Die Anordnung der beiden dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b relativ zueinander ist einstellbar. Dies gilt sowohl für die Ausgestaltung gemäß den 2 und 3 als auch für die Ausgestaltung gemäß den 4 und 5. Wie in 6 schematisch angedeutet, können insbesondere ein Abstand a (siehe Doppelpfeil 11), eine seitliche Verschiebung siehe Doppelpfeil 12) und/oder eine Drehstellung (siehe Doppelpfeil 13) einstellbar sein. Das Einstellen der Drehstellung ist selbstverständlich nur dann sinnvoll, wenn die dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b bezüglich der Drehachse, bezüglich derer die Drehstellung eingestellt wird, nicht rotationssymmetrisch sind. Durch die Einstellung der Anordnung der beiden dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b relativ zueinander ist der Kopplungsgrad einstellbar. Dadurch ist eine Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung 9 auf die Frequenz f des HF-Feldes F möglich.
In manchen Fällen kann es erforderlich sein, insbesondere den Abstand a der Resonatorelemente 9a, 9b voneinander genau einzustellen. In einem derartigen Fall weist gemäß 7 vorzugsweise eines der dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b - beispielsweise das Resonatorelement 9a - ein Gewinde 14 auf. Das Gewinde 14 wirkt mit einem Gegengewinde 15 zusammen. Das Gewinde 14 und das Gegengewinde 15 weisen eine gemeinsame Gewindeachse 16 auf. Durch Verdrehen des dielektrischen Resonatorelements 9a um die Gewindeachse 16 kann das dielektrische Resonatorelement 9a axial entlang der Gewindeachse 16 positioniert werden. Die Gewindeachse 16 ist vorzugsweise derart orientiert, dass sie auf das andere dielektrische Resonatorelement 9b zu gerichtet ist. Der Abstand a der dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b voneinander hängt dadurch von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements 9a entlang der Gewindeachse 16 ab.
Es ist möglich, dass das Einstellen des Abstands a der dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b relativ zueinander durch Verdrehen des einen dielektrischen Resonatorelements 9a um die Gewindeachse 16 die einzige Art und Weise ist, mittels derer der Abstand a der dielektrischen Resonatorelemente 9a, 9b voneinander einstellbar ist. In diesem Fall ist das Gegengewinde 15 in der Regel ein Bestandteil des anderen dielektrischen Resonatorelements 9b. Alternativ ist es möglich, dass das Gegengewinde 15 ein eigenständiges Teil ist, das beispielsweise unter leichter Klemmung an dem anderen dielektrischen Resonatorelements 9b gehalten ist, so dass es durch Aufwendung einer hinreichend großen Kraft auf dem anderen dielektrischen Resonatorelement 9b verschoben werden kann. In diesem Fall kann zunächst eine Grobeinstellung des Abstands a durch Verschieben des Gegengewindes 15 erfolgen und sodann durch Verdrehen des einen dielektrischen Resonatorelements 9a eine Feineinstellung des Abstands a vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist es mittels der erfindungsgemäßen Leiteranordnung möglich, einen Leiter 3 mit einer Mantelwellensperre 9 zu versehen, ohne zusätzliche elektrisch leitende Elemente zu benötigen. Weiterhin ist eine galvanische Verbindung der Mantelwellensperre 9 mit dem Leiter 3 nicht erforderlich. Dadurch ist es möglich, die relative Lage der Mantelwellensperre 9 relativ zum Leiter 3 zu variieren. Beispielsweise kann bei der Ausgestaltung gemäß den 2 und 3 die Mantelwellensperre 9 auf dem Kabel 2 verschiebbar angeordnet sein. Bei der Ausgestaltung gemäß den 4 und 5 kann beispielsweise die Stelle, an welcher das Kabel 2 an der Mantelwellensperre 9 anliegt, variiert werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Element der Magnetresonanzanlage
2: Kabel
3: Leiter
4: Leiterachse
5: Innenleiter
6: Isolierung
7: Kabelmantel
8: Ganzkörper-Sendeantenne
9: Mantelwellensperre/dielektrische Resonatoreinrichtung
9a, 9b: dielektrische Resonatorelemente
10: Mittenausnehmung
11 bis 13: Doppelpfeile
14: Gewinde
15: Gegengewinde
16: Gewindeachse
a: Abstand
f: Frequenz
F: HF-Feld
α: leiterbezogener Überdeckungswinkel
β: einrichtungsbezogener Überdeckungswinkel

Claims

Leiteranordnung, - wobei die Leiteranordnung einen Leiter (3) aufweist, der sich entlang einer Leiterachse (4) erstreckt, - wobei die Leiteranordnung eine Mantelwellensperre (9) aufweist, an die der Leiter (3) zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld (F) angeregten Mantelwellen angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelwellensperre (9) als dielektrische Resonatoreinrichtung ohne zusätzliche elektrisch leitende Elemente ausgebildet ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (9) tangential um die Leiterachse (4) herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (9) tangential um die Leiterachse (4) herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel (α) von maximal 180° überdeckt.
Leiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (3) um die dielektrische Resonatoreinrichtung (9) herum gesehen einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel (β) von mindestens 180° überdeckt.
Leiteranordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (9) mindestens zwei miteinander koppelnde dielektrische Resonatorelemente (9a, 9b) aufweist und dass zur Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung (9) auf eine Frequenz (f) des HF-Feldes (F) die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) relativ zueinander einstellbar ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Verschiebung der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) relativ zueinander einstellbar ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehstellung (c) der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) relativ zueinander einstellbar ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) voneinander einstellbar ist.
Leiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines (9a) der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) über ein eine Gewindeachse (16) aufweisendes Gewinde (14) durch Verdrehen um die Gewindeachse (16) axial entlang der Gewindeachse (16) positionierbar ist und dass der Abstand (a) der dielektrischen Resonatorelemente (9a, 9b) voneinander von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements (9a) entlang der Gewindeachse (16) abhängt.
Leiteranordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (3) als Schirm eines mindestens einen Innenleiter (5) aufweisenden Koaxialkabels (2) ausgebildet ist.