DE102017005482A1

DE102017005482A1 - Vorrichtung zur Abschirmung elektronischer Bauteile von hochfrequenten elektromagnetischen Feldem

Info

Publication number: DE102017005482A1
Application number: DE102017005482.7A
Authority: DE
Inventors: Arne Berneking
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-13
Also published as: WO2018224065A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschirmung elektronischer Bauteile von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern.Erfindungsgemäß wird eine Abschirmvorrichtung mit Abschirmflächen, zur Verfügung gestellt, die mindestens zwei Abschirmflächen (1, 1a) beinhaltet, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich Kapazitäten zwischen den Abschirmflächen (1, 1a) bilden, die eine hohe Impedanz im kHz-Bereich und eine niedrige Impedanz im MHz-Bereich haben, wobei die Abschirmflächen (1, 1a) jeweils mindestens einen Schlitz (2, 2a, 3, 3a) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschirmung elektronischer Bauteile von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern.
Eine der größten Herausforderungen im Entwerfen von MR-PET Hybridscannern ist es, Interferenzen und gegenseitige Einflüsse von Komponenten beider Bildgebungsmodalitäten zu unterbinden. Auf der einen Seite interagieren PET Komponenten mit den sensitiven Magnetfeldern des MRT, auf der anderen Seite beeinflussen die starken Magnetfelder die PET Elektronik und damit die PET Datenakquisition. Das Beeinflussen des statischen MRT Feldes B₀ kann durch Verwendung von nicht-magnetischen Komponenten unterbunden werden. Um Interaktionen mit den Gradientenfeldern der Gradientenspulen und Hochfrequenzfeldern der Sende- und Empfangsspulen zu unterbinden, benötigt man andere Methoden.
RF Spulen werden auf die Larmorfrequenz abgestimmt und generieren ein magnetisches Feld B₁ im MHz Bereich mit einer Amplitude im µT Bereich senkrecht zur B₀-Oreintierung, um Spins anzuregen. Durch die hohe Frequenz kann die Erzeugung einer elektrischen Feldkomponente nicht verhindert werden. Die Leistung erreicht dabei den kW Bereich und stört die PET Elektronik. Darüber hinaus sind RF Spulen in der Lage sehr kleine Signale von angeregten Spins zu detektieren, wobei ein Empfangssignal im µV Bereich liegen kann. Deswegen sind MRT Spulen sehr rauschsensitiv und können selbst kleinste Signale detektieren, wenn diese im Bereich der Larmorfrequenz des MRT Scanners liegen. Da sich in modernen MR-PET Scannern eine Vielzahl an elektronischen Elementen befinden, unter anderem FPGA, ASIC und verschiedenen Signalleitungen im MHz Bereich, und selbst die Digitalisierung der PET Daten im MRT Scanner stattfinden kann, können abgesendete Signale der PET Elektronik das Empfangssignal der RF Spule stören oder komplett überlagern, so dass eine Detektieren unmöglich ist. Aus gleichem Grund wird ein MRT-Untersuchungsraum mit einem Faraday-Käfig abgeschirmt.
Als Konsequenz werden Abschirmungen der PET Elektronik mit hohem Schirmungsfaktor benötigt. Gleiches gilt, wenn man andere Elektronik als PET Elektronik im geschirmten
Untersuchungsraum installiert. Als Beispiele für eine solche Elektronik können Monitoring-Geräte, Geräte zur Messung der Atem - oder Pulsfrequenz oder Bildschirme für die funktionale Bildgebung genannt werden. Dadurch wird immer eine zusätzliche Abschirmung der Elektronik im Untersuchungsraum innerhalb des Faraday-Käfigs nötig.
Gewöhnlicherweise befindet sich deswegen ein Abschirmungsschild gegen elektromagnetische Felder um die PET Elektronik. Die Abschirmungsstärke hängt hierbei von der elektrischen Leitfähigkeit ab. Je höher die Leitfähigkeit, umso höher der Abschirmfaktor. Deswegen werden in der Regel Metalle als Schirmungsmaterial verwendet. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Schirm nicht mit den Gradientenfeldern interagiert. Schaltet man die Gradientenspulen ein und aus, was während jeder MRT Untersuchung geschieht, werden auf den Schirmflächen Wirbelströme induziert. Die induzierten Wirbelströme generieren selbst ein magnetisches Feld, was die Gradientenfelder superponiert und damit die Phasen- und Frequenzkodierung und somit letztendlich die Ortsauflösung der MRT Bilder stört. Dies ist besonders kritisch für MRT Sequenzen wie EPI, EPIK oder Diffusionsbildgebung wo Gradientenspulen schnellstmöglich und häufig hintereinander mit hoher Gradientenamplitude geschaltet werden.
In der MR-PET Scannerentwicklung wird aus Kostengründen versucht, ein möglichst kompaktes Design zu erreichen. Je kleiner der Scannerröhrendurchmesser ist, umso geringer ist der Magnetpreis. Außerdem ist es von Vorteil, die PET Kassetten so nahe wie möglich ans Untersuchungsobjekt zu bringen, um die PET-Ringsensitivität zu erhöhen und gleichzeitig Detektoren einzusparen. Dadurch befinden sich PET Kassetten mit Elektronik und Schirmung immer näher am Untersuchungsobjekt. Somit wirken sich Gradientenfeldveränderungen auf die Gradientenfelder im Untersuchungsobjekt aus, und es kommt zu Bildstörungen und -Artefakten.
Das Problem von Wirbelströmen an Flächen nahe dem Untersuchungsobjekt ist ein bekanntes Problem. RF Spulen die über einen Schirm verfügen werden deswegen mit geschlitzten oder unterbrochenen RF-Schirmen abgeschirmt. Hierbei bildet der RF Schirm einen Zylinder, wie er in der Schrift EP 1746432 B1 offenbart ist. Für einen Zylinderförmigen PET Ring wurde eine Unterbrechung durch Schlitze von B. Pichler, et al., in „Performance test of an LSO-APD detector in a 7-T MRI scanner for simultaneous PET/MRI", J. Nucl Med, vol. 47, no. 4, pp. 639-647, Apr. 2006 berichtet [1].
Eine aktuelle Arbeit von Berneking und Trinchero zeigt ein Konzept, wo Wirbelströme durch Schlitze unterbrochen werden und Kondensatoren, die eine hohe Impedanz im kHz- Bereich vorweisen, um Wirbelströme von Gradienten am Fließen über die Schlitze zu unterbinden und eine niedrige Impedanz im MHz- Bereich, damit eine hoher Abschirmfaktor im Bereich der Larmorfrequenz garantiert wird [2].
Ein Konzept, veröffentlicht in [3], unterteilt das Schild in mehrere Schichten, damit das Schild dünner ist und gradienteninduzierte Wirbelströme damit verringert werden.
Werden RF-Schirme von Spulen verwendet, wird eine Vielzahl von Unterbrechungsmethoden für induzierte Wirbelströme von Gradientenfeldern verwendet. Die Schirme haben jedoch eine Zylinderform und sind nicht geschlossen, da die Effektivität der Schildstärke nicht so hoch sein muss, wie beim Abschirmen von Elektronik. Beim Abschirmen von PET Kassetten oder Gehäusen für Elektronik müssen zusätzliche Schirmungsflächen angebracht werden. Wirbelströme auf diesen zusätzlichen Flächen haben Einflüsse auf die Bildqualität wie in [2] gezeigt wurde. Deswegen werden ebenfalls Schlitze auf den Flächen benötigt. Dies wurde durch Schlitze mit Kondensatoren als Brücken in [2] gelöst. Allerdings haben Kondensatoren den Nachteil, dass es zur Abschwächung der Gammaquanten kommt.
Grundsätzlich beeinflussen elektromagnetische Felder verschiedene Elektroniken, die in verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt werden. Das hat zur Folge, dass elektronische Bauteile nicht erwartungsgemäß oder genau genug arbeiten.
Es besteht daher der Bedarf, elektronische Bauteile vor dem Einfluss elektromagnetischer Felder, insbesondere hochfrequenter elektromagnetischer Felder, zu schützen. Hochfrequente Felder im Sinne der Erfindung sind Felder ein einem Bereich von 1 MHz bis 10 GHz.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Abschirmvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen eine hohe Abschirmwirkung für elektromagnetische Felder, insbesondere hochfrequente elektromagnetische Felder, insbesondere im Frequenzbereich der Larmorfrequenz eines MRT Scanners, bewirkt werden kann. Interferenzen und gegenseitige Beeinflussungen von elektronischen Bauteilen sollen unterbunden werden.
Für den Fall der Anwendung in der MRT soll dabei keine Beeinflussung der Gradientenfelder des MRT stattfinden. Eine Störung des Empfangssignals der RF-Spule soll verhindert werden. Dabei sollen Wirbelströme auf den Abschirmflächen verhindert werden. Das gilt insbesondere für klein dimensionierte MR-PET-Geräte. Es soll eine Abschirmvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die neben der Anwendung in der MRT auch zum Schutz anderer elektronischen Bauteile eingesetzt werden können. Die Abschwächung von Gammaquanten soll vermindert werden.
Ausgehend vom Oberbegriff es Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Mit der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung ist es nunmehr möglich, eine hohe Abschirmwirkung für elektromagnetische Felder, insbesondere hochfrequente elektromagnetisehe Felder, insbesondere im Frequenzbereich der Larmorfrequenz eines MRT Scanners, zur Verfügung zu stellen.
Für den Fall der Anwendung in der MRT findet dabei keine Beeinflussung der Gradientenfelder des MRT statt. Eine Störung des Empfangssignals der RF-Spule wird verhindert. Wirbelströme auf den Abschirmflächen werden verhindert. Interferenzen und gegenseitige Beeinflussung von elektronischen Bauteilen werden verhindert. Dies gilt insbesondere für MR-PET-Kombinationsgeräte kompakter bzw. kleindimensionierter Bauart. Es wird eine Abschirmvorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, die neben der Anwendung in der MRT auch zum Schutz anderer elektronischer Bauteile eingesetzt werden kann. Gammaquanten werden weniger abgeschwächt als bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung in seiner allgemeinen Form beschrieben, ohne dass dies einschränkend auszulegen ist.
Die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung beinhaltet mindestens zwei Abschirmflächen, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich Kapazitäten zwischen den Abschirmflächen bilden, die eine hohe Impedanz im kHz-Bereich und eine niedrige Impedanz im MHz-Bereich haben, wobei die Abschirmflächen jeweils mindestens einen Schlitz aufweisen und die Schichtdicke der Abschirmflächen jeweils einen Bruchteil der 10-fachen Skintiefe beträgt.
Die Impedanz ist eine Funktion des Abstands a der Abschirmflächen und der überlappenden Felder.
Es gilt der Zusammenhang: $c = (d \times l/a) ε_{0} ε_{r}$
mit:

d = Abstand zwischen zwei Spalten benachbarter Abschirmflächen
I = Länge einer Kassette im Fall eines Beispiels mit einer Kassette
c = Kapazität des Kondensators, der durch zwei Abschirmflächen gebildet wird.
ε₀ = elektrische Feldkonstante
ε_r= relative Permittivität

1 / (ω c) = z_{c}

z = Impedanz
ω = 2π f, wobei
f = Frequenz

Die Abschirmflächen sollen aus einem elektrisch leitenden, vorzugsweise hochleitenden, Material sein. Hierfür kommen Metalle, wie Kupfer, Silber, Carbon oder Aluminium in Frage. Werden Aluminium oder Materialien mit geringer Dichte aber trotzdem hoher Leitfähigkeit verwendet, hat dies den Vorteil, dass weniger Gammastrahlung gedämpft wird.
Es können 2, 3 oder mehrere, beispielsweise 4, 5, 6 ....10......20 Abschirmflächen parallel zueinander angeordnet sein. Parallel bedeutet im Sinne der Erfindung, dass übliche technische, wie beispielsweise baulich bedingte Abweichungen von der Parallelität umfasst sein können, sofern sie sich innerhalb der praktischen Fehlergrenzen bewegen.
Zwischen den einzelnen Abschirmflächen befindet sich ein Dielektrikum. Ein Dielektrikum kann ein Isolator oder ein Stoff geringer elektrischer Leitfähigkeit sein, beispielsweise ein Gas, insbesondere ein Feststoff, wie beispielsweise Kunststoff oder Glas. Die Auswahl des dielektrischen Materials hat Einfluss auf die Kapazität der Abschirmflächen. ε_r kann beliebig sein.
Baulich können die parallelen Abschirmflächen auf verschiedene Art verwirklicht sein. Im Fall von zwei parallelen Abschirmflächen können diese beispielsweise als Innenauskleidung und Außenumkleidung um ein Gehäuse eines Gerätes, beispielsweise einer PET-Kassette, gelegt sein, so dass das Gehäuse, beispielsweise aus Kunststoff, ein Dielektrikum zwischen den einzelnen Abschirmflächen bildet.
Die Abschirmflächen können auch durch Abstandshalter parallel zueinander fixiert werden. Die Abstandhalter sollen aus einem festen dielektrischen Material, wie Kunststoff sein.
Weiter können die Abschirmflächen in einen Rahmen gespannt sein, der sie in paralleler Ausrichtung zueinander fixiert.
In den beiden letzten Fällen, kann dann ein Gas, beispielsweise Luft, das Dielektrikum sein.
Genauso können mehrere Abschirmflächen parallel zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können zwei oder mehrere Abschirmflächen in eine Gehäusewand eingearbeitet sein, so dass sie nicht mit Luft in Berührung kommen. Das hat den Vorteil, dass Korrosion verhindert wird.
Die parallelen Abschirmflächen müssen dabei nicht planar angeordnet sein, sondern können unter Beibehaltung der Parallelität gebogen sein, so dass sie äquidistant verlaufen, je nach praktischen Anforderungen des technischen Umfeldes. Von einer Biegung ist auch die Ecke eines Gehäuses umfasst.
Maßgeblich für die Schichtdicke einer Abschirmung nach dem Stand der Technik ist die Skintiefe. Unter dem Begriff der Skintiefe bezeichnet man die Eindringtiefe eines in eine Fläche eingetragenen elektrischen Wirbelstroms. Bei konventionellen Abschirmungen beträgt die Dicke der Abschirmung ca. das10-fache der Skintiefe.
Erfindungsgemäß beträgt die Dicke einer Abschirmfläche einen Bruchteil der 10-fachen Skintiefe und die Summe der Dicke der Abschirmflächen ergibt dabei die 10-fache Skintiefe.
Die Abschirmflächen können sowohl gleiche oder unterschiedliche Dicke aufweisen.
Die Dicke hängt von der Skintiefe und damit vom Material und der Larmorfrequenz ab.
Der Abstand a zwischen den Abschirmflächen soll zwischen 0,1mm und 5 cm betragen.
Erfindungsgemäß besitzen die Abschirmflächen mindestens einen Schlitz. Eine Abschirmfläche kann mehrere Schlitze aufweisen, beispielsweise bis zu 10.
Die Schlitze sind möglichst schmal und haben eine Breite in einem Bereich von vorzugsweise 0,1 - 1 mm.
Die Länge der Schlitze beträgt beispielsweise 5 cm bis 50 cm.
Die Schlitze können innerhalb einer Abschirmfläche einen Abstand von 3 cm bis 8 cm haben.
Vorzugsweise sind die Schlitze einer Abschirmfläche parallel zueinander angeordnet.
Die Kombination des parallelen Verlaufs der Abschirmflächen und der Schlitze hat zur Folge, dass sich zwischen den Abschirmflächen Kapazitäten ausbilden. Die Kapazitäten bilden sich dabei zwischen den Teilbereichen zweier Abschirmflächen aus, welche durch die Schlitze begrenzt sind. Die Kapazitäten weisen erfindungsgemäß eine hohe Impedanz im kHz-Bereich und eine niedrige Impedanz im MHz-Bereich auf.
Die hohe Impedanz im kHz-Bereich liegt dabei vorzugsweise, zwischen 1 kΩ -100 MΩ im Bereich der Larmorfrequenz.
Die niedrige Impedanz liegt dabei zwischen 10^-3 Ω und 1Ω im Bereich der Larmorfrequenz.
Vorzugsweise sind die Schlitze von parallelen Abschirmflächen dabei versetzt, also sich nicht überdeckend, angeordnet.
Das hat zur Folge, dass hohe Frequenzen nicht einkoppeln können.
Dabei können äquidistante Schlitze einer Abschirmfläche um die Hälfte Ihrer Abstände zueinander verschoben sein, wenn die Abschirmflächen gleiche Abstände für die Schlitze aufweisen.
Die Schlitze können dabei äquidistant angeordnet sein.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung beispielhaft an einer Figur erläutert.
Es zeigt:

1: eine erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung.

Die in 1 dargestellte Abschirmvorrichtung besitzt zwei Abschirmflächen 1, 1a, die in einem Abstand a parallel zueinander angeordnet sind. Die Abschirmflächen 1, 1a besitzen jeweils mehrere Schlitze 2, 2a, 2b ...3, 3a, 3b.... Die Schlitze 2, 2a, 2b ...3, 3a, 3b... sind um eine Distanz d zueinander äquidistant verschoben, so dass sie auf Lücke angeordnet sind.
Beispiel:
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert, ohne dass dies einschränkend auszulegen ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Abschirmvorrichtung mindestens zwei Abschirmflächen, welche zum Beispiel auf Gehäuseinnen- und -außenseite angebracht sind. Dabei wird die normalerweise benötigte Dicke, welche in der Regel zum Beispiel ein 10-faches der Skintiefe der jeweiligen Larmorfrequenz im jeweiligen Material sein kann, auf die Abschirmflächen wie bei [4] aufgeteilt. Zusätzlich werden allerdings Schlitze in alle Flächen integriert. Die Flächen werden dann, z.B. durch geeignete Auswahl der Gehäusedicke (in der Regel Plastik), möglichst nah zueinander gebracht und die Schlitze so gewählt, dass sich Kapazitäten zwischen den Flächen bilden, die eine hohe Impedanz im kHz Bereich haben und eine niedrige Impedanz im MHz Bereich nahe der Larmorfrequenz. Ein Beispiel befindet sich in 1. Hierbei werden Wirbelströme von Gradientenspulen, die im kHz Bereich oder mit niedrigeren Frequenzen geschaltet werden, durch die möglichst schmalen Schlitze (0,1-1mm) unterbrochen. Durch die überlappenden Flächen entstehen Kondensatoren, so dass eine Kopplung von elektromagnetischen Wellen stattfinden kann und somit eine hohe Schirmungsstärke im MHz Bereich entsteht. Die genaue Kapazitätsgröße und damit die gewünschte Impedanz ergeben sich durch Wahl von a und d. Es sollte insbesondere bei Verwendung von zwei Schichten darauf geachtet werden, keine Schlitze an den Ecken zu verwenden. Es können auch mehr als zwei Schichten verwendet werden, um bei gleicher Gesamtdicke aller Schichten, dünnere Schichten zu erhalten. Dabei wird jede angrenzende Schicht entsprechend kapazitiv angekoppelt. Unabhängig von der Geometrie sollten möglichst alle Flächen des Schirms so gestaltet werden. Notwendige Öffnungen für Stecker, Kabel oder Kühlungsrohre sollten in dem Design und Bestimmung der Kondensatorgröße berücksichtigt werden.
Bei der 1 handelt es sich um einen 2D Schnitt. Genauso können Flächen in der Schnittebene abgeschirmt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Flächen parallel zum B₀-Feld des Gehäuses die Schlitzrichtung entlang des B₀-Feldes aufweisen. Zusätzlich sollten die Flächen senkrecht zum B₀-Feld von den Flächen parallel zum B₀-Feld durch Schlitze getrennt werden, aber kapazitiv gekoppelt sein.
Ab einer gewissen Anzahl von Schichten wird die Bestimmung von kapazitiven Flächen nicht mehr entscheidend sein, solange der Abstand der Flächen weit genug voneinander entfernt ist, dass eine kHz Welle nicht ankoppeln kann. Durch die hohe Anzahl an Schichten wird es für MHz Wellen schwieriger einzukoppeln, unabhängig von der kapazitiven Fläche.
Als Material sollten hochleitende Materialien wie Kupfer, Silber oder Aluminium verwendet werden. Werden Aluminium oder Materialien mit geringer Dichte aber trotzdem hoher Leitfähigkeit verwendet, hat dies den Vorteil, dass weniger Gammastrahlung gedämpft wird. Genauso verändert das dielektrische Material zwischen den leitenden Schichten die kapazitive Wirkung und sollte eine möglichst geringe Dichte vorweisen.
Das Konzept hat gegenüber [2] den Vorteil, dass keine Kondensatoren aufgelötet werden müssen, die ggf. Gammastrahlung zusätzlich dämpfen.
Im Gegensatz zu einem RF Schirm für RF Spulen müssen die Schlitze so integriert werden, dass eine hohe Effektivität des Schildes von mindestens 50 dB erreicht wird. Um dieses spezielle Schirmungskonzept auf die passenden Gegebenheiten abstimmen zu können, müssen entweder elektromagnetische Simulationsprogramme zum genauen tunen verwendet oder mit Prototypen gemessen werden. Die Einstellung der Kapazitäten hängt von der gewünschten zu schirmenden Larmorfrequenz, der Geometrie des Gehäuses, Wahl von Steckern, Kabeln und anderen Einführungen in das Gehäuse sowie den verwendeten Materialien ab. Es müssen Resonanzeffekte ausgeschlossen werden.
Da die Herstellung nicht magnetischer Metallschichten mit zwischenliegenden Dielektrikum komplex sein können, empfiehlt es sich in der Regel einen Schirm mit zwei Lagen zu entwickeln, da man diese sehr gut auf Innen- und Außenseite des Gehäuses anbringen kann. Allerdings muss das Gehäuse dafür eine entsprechende von der Frequenz abhängige Dichte haben.
Die Erfindung ist für die gradiententransparente Abschirmung im MHz Bereich der Larmorfrequenz von Elektronik, die mit dem MRT RF Spulen interagieren kann, geeignet. Insbesondere PET Kassetten oder PET Elektronik können mit der Abschirmmethode geschirmt werden.
Zur baulichen Ausgestaltung können beispielhafte Angaben zur Gehäuseform und Schlitzform gemacht werden.
Angabe zur Gehäuseform:
Üblicherweise werden nach dem Stand der Technik sogenannte Kassetten, welche den PET-Ring bilden und die PET-Detektoren und zugehörige Elektronik beinhalten, in Form von Quadern aufgebaut. Dabei ist es üblich, dass diese leicht von der Quaderform abweichen und zur Ringinnenseite eine dem Mittelpunkt des Ringes zugewandte kleinere Fläche haben, als die vom Mittelpunkt abgewandte Seite. So kann die Kassette sich der Zylinderform des PET-Ringes anpassen. Die längste Seite einer Kassette verläuft in der Regel entlang der z-Achse des Zylinders. Dies hängt davon ab, wie viel Elektronik integriert wird.
Eine weitere Möglichkeit ist es, alle PET Detektoren und deren Elektronik in ein einziges Gehäuse zu verbauen. Dabei wird das Gehäuse in Form eines Hohlzylinders aufgebaut. Der Vorteil gegenüber einzelnen Kassetten in Quaderform ist, dass keine induzierten Gradientenströme an den Flächen zwischen den Kassetten auftreten, da diese Abschirmungsflächen in einem Hohlzylinder nicht mehr vorhanden sind. Der Nachteil ist, dass man immer das gesamte Gehäuse bei Wartungen oder Hardwaremodifikationen öffnen, also den gesamten PET-Ring auseinanderbauen bzw. öffnen, muss. Bei der Kassettenbauweise können die einzelnen Kassetten jeweils individuell gewartet, geöffnet und deren Komponenten ausgetauscht oder modifiziert werden. Dies kann auch möglich sein ohne den gesamten, sehr schweren und unhandlichen PET Ring aus dem MRT Scanner zu entfernen.
Bei der Gehäusewahl ist darauf zu achten, dass keine Resonanzkörper entstehen. Die Geometrie der Abschirmung sollte mit elektromagnetischen Simulationstools simuliert werden, um zu testen, bei welchen Frequenzen Resonanzeffekte auftauchen. Eine Software dafür ist beispielsweise CST Microwave Studio und ist dem Fachmann bekannt. Liegt ein Resonanzeffekt in der Nähe der Larmorfrequenz des MRT Scanners, sollte die Geometrie geändert werden. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Resonanzfrequenz nicht nur durch Geometrieänderungen der Quaderform oder Zylinderform geändert werden kann. Bei dieser Erfindung ist es möglich, durch Einbringung zusätzlicher Schlitze oder Veränderungen der Schichtabstände die Resonanzfrequenzen von der Larmorfrequenz wegzutunen.
Angabe zur Schlitzform:
Die Schlitze werden auf allen Flächen, die parallel zum B₀-Feld des MRT orientiert sind, integriert. Die Schlitze verlaufen parallel zum B₀-Feld des MRT. Die Schlitze müssen auf den Flächen ununterbrochen verlaufen, so dass sich ihre Länge aus der Länge des Abschirmungsgehäuses entlang der z-Richtung ergibt.
Die Anzahl der Schlitze sollte möglichst gering gehalten werden, um das Gehäuse so RFdicht wie möglich zu halten. Bei einer Quaderform mit Kassettenaufbau muss sich mindestens ein Schlitz auf jeder Kassettenseite parallel zum B₀-Feld des MRT befinden. Bei einer Hohlzylinderanordnung sollte sich mindestens ein Schlitz auf allen Innen- und Außenseiten bzw. -schichten parallel zum B₀-Feld des MRT befinden. Praktisch sollte die Anzahl der Schlitze der Größe der Abschirmungsflächen angepasst werden. Hierzu sollte das Abschirmungsgehäuse mit entsprechender elektromagnetischer Simulationssoftware simuliert werden - auch um Resonanzphänomene nahe der Larmorfrequenz zu vermeiden. Als Näherung kann aus Erfahrungswerten gesagt werden, dass sich ca. alle 5 cm ein Schlitz auf jeder Abschirmungsseite und -schicht befinden sollte. Die Schlitze sollten eine Höhe von 0,1-1mm haben.
Es sei erwähnt, dass die Flächen der Abschirmungsgehäuse senkrecht zum B₀-Feld des MRT von den anderen Flächen im kHz Bereich elektrisch getrennt werden sollten. Dies ist ebenfalls in Form von überlappenden Schlitzen oder Schlitzen mit überbrückenden Kondensatoren, die der entsprechenden Frequenz angepasst werden, möglich, sodass die Kondensatoren im kHz-Bereich eine hohe Impedanz (>1 kΩ) haben und eine niedrige Impedanz nahe der Larmorfrequenz / MHz-Bereich (<1 Ω).
Literaturquellen:

[1]: B. Pichler, et al., „Performance test of an LSO-APD detector in a 7-T MRI scanner for simultaneous PET/MRI," J. Nucl Med, vol. 47, no. 4, pp. 639-647, Apr. 2006, Veröffentlichung befindet sich in Datei 1.pdf
[2]: A. Berneking, R. Trinchero, Member, IEEE, YongHyun Ha, Felix Finster, Piergiorgio Cerello, Chistoph Lerche, Nadim Jon Shah, „Design and Characterization of a Gradient Transparent RF Copper Shield for PET Detector Modules in Hybrid MR-PET Imaging", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, Vol. 64, NO. 5 MAY 2017
[3]: D. Thun, F. Kiessling, V. Schulz, Medical Physics 38, 3995, (2011)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1746432 B1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

B. Pichler, et al., in „Performance test of an LSO-APD detector in a 7-T MRI scanner for simultaneous PET/MRI“, J. Nucl Med, vol. 47, no. 4, pp. 639-647, Apr. 2006 [0008]
B. Pichler, et al., „Performance test of an LSO-APD detector in a 7-T MRI scanner for simultaneous PET/MRI,“ J. Nucl Med, vol. 47, no. 4, pp. 639-647, Apr. 2006 [0068]
A. Berneking, R. Trinchero, Member, IEEE, YongHyun Ha, Felix Finster, Piergiorgio Cerello, Chistoph Lerche, Nadim Jon Shah, „Design and Characterization of a Gradient Transparent RF Copper Shield for PET Detector Modules in Hybrid MR-PET Imaging“, IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, Vol. 64, NO. 5 MAY 2017 [0068]
D. Thun, F. Kiessling, V. Schulz, Medical Physics 38, 3995, (2011) [0068]

Claims

Abschirmvorrichtung mit Abschirmflächen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Abschirmflächen (1, 1a) beinhaltet, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich Kapazitäten zwischen den Abschirmflächen (1, 1a) bilden, die eine hohe Impedanz im kHz-Bereich und eine niedrige Impedanz im MHz-Bereich haben, wobei die Abschirmflächen (1, 1a) jeweils mindestens einen Schlitz (2, 2a, 3, 3a) aufweisen.
Abschirmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Abschirmflächen(1, 1a) jeweils einen Bruchteil der 10-fachen Skintiefe beträgt.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmflächen (1, 1a) aus einem elektrisch leitendem Material bestehen.
Abschirmvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmflächen (1, 1a) aus Kupfer, Silber, Carbon oder Aluminium bestehen.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 20 Abschirmflächen (1, 1a) parallel zueinander angeordnet sind.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Abschirmflächen (1, 1a) ein Dielektrikum befindet.
Abschirmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum eine Komponente aus der Gruppe bestehend aus Gas, einem Feststoff, Kunststoff oder Glas ist.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmflächen (1, 1a) als Innenauskleidung und/oder Außenumkleidung des Gehäuses eines Geräts ausgebildet sind.
Abschirmvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine PET-Kassette ist.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Abschirmflächen (1, 1a) zwischen 0,1 mm und 5 cm beträgt.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmfläche (1, 1a) bis zu 10 Schlitze (2, 2a, 3, 3a) aufweist.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2, 2a, 3, 3a) eine Breite von 0,1 mm bis 1 mm aufweisen.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Impedanz im kHz-Bereich zwischen 1kΩ und 100 MΩ liegt.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrige Impedanz im Bereich der Larmorfrequenz zwischen 10^-3 Ω und 1 Ω liegt.
Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2, 2a, 3, 3a) zweier Abschirmflächen (1, 1a) zueinander versetzt angeordnet sind, so dass sie nicht überdeckend angeordnet sind.