DE4325368A1 - Hochfrequenz-Masseunterbrechungseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenz- bzw. Hf-Entstördrosseln, die dazu ausgelegt sind, das Fließen von Hf-Störströmen entlang der Außenseite des Außenleiters eines Koaxialkabels zu behindern. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem verbesserten, als "magnetic resonance imaging"- bzw. MRI-System bekannten System zur Darstellung magnetischer Resonanzen, in welchem die Koaxialkabel-Hf-Entstördrosseleinheit in Verbindung mit mindestens einer Hf-Koaxialkabel-Übertragungsleitung verwendet wird, die zum Verbinden von MRI-Prozessorschaltungen mit einer entfernt liegenden Hf-Spuleneinheit benutzt wird (z. B. in einem Kernresonanz- Polarisiermagneten, Magnetfeld-Gradientenspulen und dergleichen).

Das Problem von an der Außenseite von MRI-Koaxialkabel- Übertragungsleitungen fließenden Hf-Störströmen wurde früher bekannt und in der diesbezüglichen US-PS 4 682 125 angesprochen, in der als Erfinder Harrison u. a. genannt sind und die den Titel "RF Coil Coupling for MRI with Tuned RF Rejection Circuit Using Coax Shield Choke" hat (siehe Fig. 2 und 3A). Es ist ferner anzunehmen, daß das Problem früheren kommerziellen Vorrichtungen zugrunde gelegen hat (z. B. der zumindest in Japan über mehr als 1 Jahr vertriebenen Quadraturmessungs- bzw. QD-Kopfspule von Toshiba), in welchen anstelle eines bewegbaren Leiterkerns ein werksjustierter Abstimmkondensator für ein Einkanal-Hf- Unterbrechungsschaltungskästchen verwendet wurde, das an einer MRI-Hf-Spule angebracht wird. Aus dem verfügbaren Text geht hervor, daß die Schaltung mit dem Massepotential einer gedruckten Leiterplatte verbunden ist und in ein leitendes Gehäuse mit den ungefähren Abmessungen 5,1 × 3,2 × 3,8 cm (2 × 1,25 × 1,5 Zoll) hermetisch eingeschlossen ist. Ein solcher Unterbrecher wird gesondert für einen jeden QD-Spulenkanal verwendet, wobei die Unterbrecher voneinander um ungefähr 20 cm beabstandet sind. An dem hermetisch dichten leitenden Kästchen sind Koaxialanschlüsse angebracht (siehe Fig. 3B).

Nach dem Stand der Technik gemäß Harrison u. a. wird eine MRI-Hf-Drossel dadurch hergestellt, daß aus einem Abschnitt einer flexiblen Koaxialkabel-Übertragungsleitung eine Spule gebildet wird, wobei zu der Spule eine an die Koaxialkabelumflechtung angeschlossene konzentrierte feste Kapazität parallel geschaltet wird. In die Mitte des aufgespulten Koaxialkabelabschnitts wird ein leitender Abstimmstab zum Abstimmen der Parallelresonanzfrequenz auf einen gewünschten Wert eingeführt. Das von Harrison u. a. beschriebene Ausführungsbeispiel ergibt eine Einkanal-Hf- Drosseleinheit mit ungefähr 15,2 cm (6 Zoll) Länge und ungefähr 3,8 cm (1,5 Zoll) Außendurchmesser. Eine solche sperrige Hf-Entstöreinheit ist schlecht für das direkte Anbringen in oder an einer MRI-Hf-Spule geeignet. Hf-Verbindungskabel sind bestenfalls sperrig und leicht durch falsche Handhabung während der Verwendung oder bei einem Auswechseln von Hf-Spuleneinheiten zu beschädigen (was z. B. typischerweise das Abschrauben einer daran hängenden sperrigen Einheit erforderlich macht).

Selbst wenn die mechanischen Abmessungen des Hf-Masseunterbrechers nach dem Stand der Technik so weit wie möglich verringert werden, ist er immer noch zu groß für einen optimalen zweckdienlichen Einsatz und es bestehen auch noch andere Probleme. Beispielsweise wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Harrison u. a. durch Bewegen eines leitenden Stabes in der Induktivität abgestimmt, was manchmal für die Verwendung mit bestimmten Spulen schwierig ist. Ferner müssen für eine akzeptable Handhabung und/oder Wartung die von den MRI-Hf-Spulen wegführenden Koaxialkabel häufig zusammengebündelt werden. Da die relativ großen Hf-Masseunterbrecher in der Ausführung nach Harrison u. a. typischerweise zumindest in einem kurzen Abstand von der Hf-Spule weg zusammen mit den Übertragungsleitungen zu den Hf-Spulen in dem Bildraum angeordnet werden, führt dieses Bündeln der Kabel häufig zu einer Verschlechterung des Gütefaktors Q der auf parallele Resonanz abgestimmten Kreise der Hf-Masseunterbrecher. Damit wird die erwünschte Isolierfunktion durch "Hf-Massetrennung" beeinträchtigt.

Obgleich über andere im Handel erhältliche kapazitiv abgestimmte MRI-Hf-Masseunterbrecher nicht allzuviel bekannt ist, hat die Betrachtung der Einkanal-QD-Kopfspulen- Unterbrecher von Toshiba gezeigt, daß sie in der Hf-Spuleneinrichtung voneinander weit beabstandet sind und ferner durch die eigenen hermetisch abgedichteten leitenden Abschirmgehäuse isoliert sind.

Diese Probleme haben erfindungsgemäß zu einer neuen, kompakteren und wirkungsvolleren Hf-Masseunterbrecher- Konstruktion für MRI-Anwendungen geführt. Beispielsweise wird erfindungsgemäß ein einstellbarer Kondensator vorgesehen, um einfacher und zuverlässig den Masseunterbrecher-Parallelresonanzkreis auf den gewünschten Frequenzbereich abzustimmen. Darüberhinaus treten dadurch, daß die Masseunterbrechungseinheit klein genug ist, tatsächlich direkt an oder in der Hf-Spule eingesetzt zu werden (z. B. innerhalb einer QD- bzw. Quadraturmessungs- Kopfspule), gebündelte Hf-Übertragungsleitungen nur stromab der Hf-Entstördrosseleinheit auf, wodurch das Problem der Verminderung des Gütefaktors Q vermieden ist.

Da vielerlei MRI-Hf-Spulenanordnungen mehrere Spulen enthalten (z. B. bei einer typischen Kopfspule zwei Quadraturmeßspulen), bildet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen doppelten Masseunterbrecher, der auf einem einzigen Druckschaltungssubstrat ausgebildet ist. Die unerwünschte Kopplung zwischen den nahe aneinander liegenden Masseunterbrechungseinheiten wird durch eine geeignete kapazitive Kopplung zwischen den Kanälen neutralisiert oder ausgeschaltet. Es besteht keine Erfordernis, eine hermetische Abschirmung oder dergleichen zu entwickeln.

Gleich ob Hf-Masseunterbrecher für einen einzigen Kanal, für zwei Kanäle oder mehr Kanäle eingesetzt werden, werden sie vorzugsweise auf einer einzigen gedruckten Leiterplatte ausgebildet. Außerdem ist die gedruckte Leiterplatte vorzugsweise doppelseitig, so daß einige der Masseunterbrechungs-Schaltungskomponenten an beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte angeordnet werden können. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden (in Ausnehmungen der Leiterplatte) Norm-Verbinder für Hf-Koaxialkabel mit den Druckschaltungsleiterbahnen auf beiden Seiten der Leiterplatte verbunden (was zur Verbindung zwischen den beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte dient, während sich zugleich eine kompakte und robuste mechanische Befestigung für einen Hf-Anschlußstecker ergibt).

Es werden erfindungsgemäß einige Ausführungsbeispiele für Einkanal-Masseunterbrecher angegeben. Bei einer ersten "gerade"-Einkanal-Ausführung sind die Hf-Koaxialstecker an den einander gegenüberliegenden Seiten oder Rändern der gedruckten Leiterplatte angeordnet. Bei einer zweiten "gebogenen" Einkanal-Ausführung ragen die Hf-Anschlußstecker von der gleichen Seite der gedruckten Leiterplatte weg. Meistenteils ist zu beobachten, daß der "gebogene" Einkanal- Masseunterbrecher tatsächlich bessere Leistungen zeigt. Es wurde entdeckt, daß bei der Verwendung dieser neuen erfindungsgemäßen Masseunterbrecher der Gütefaktor Q einer MRI-Hf-Spule besser ist als dann, wenn Masseunterbrecher nach dem Stand der Technik verwendet werden. Darüberhinaus zeigen die erfindungsgemäßen neuen Masseunterbrecher einen weitaus geringeren Einfügungsverlust als die Masseunterbrecher nach dem Stand der Technik. Beispielsweise haben die erfindungsgemäßen Masseunterbrecher Einfügungsverluste in der Größenordnung von ungefähr 0,070 dB gezeigt, während die Masseunterbrecher nach dem Stand der Technik Einfügungsverluste in der Größenordnung von 0,110 dB bis 0,141 dB gezeigt haben.

Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß für MRI-Anwendungszwecke ein Kondensator mit verhältnismäßig hoher Nennspannung eingesetzt werden sollte. Beispielsweise ist abzuschätzen, daß für eine 2 kW-Hf-MRI-Schaltung die verwendeten Kondensatoren mindestens 600 V aushalten sollten. Diesen Spannungsanforderungen kann natürlich entweder dadurch genügt werden, daß ein einziger Kondensator mit hoher Nennspannung benutzt wird, oder dadurch, daß mehrere in Reihe geschaltete Kondensatoren mit niedrigerer Nennspannung eingesetzt werden. Wenn in Reihe geschaltete verstellbare Kondensatoren mit ungefähr gleichen Nennspannungen benutzt werden, sollten sie auf ungefähr gleiche Größen eingestellt werden, um die Teilspannungen über den Kondensatoren möglichst gleich zu halten.

Zum Verringern der Interferenz zwischen zwei Kanälen eines "doppelten" (oder mehrkanaligen) Masseunterbrechers wird ein Neutralisationskondensator (oder werden Neutralisations­ kondensatoren) zwischen die Masseunterbrecher geschaltet.

Die erfindungsgemäßen MRI-Hf-Störungs-Masseunterbrecher sind so klein und kompakt, daß sie an oder in einer MRI-Hf-Spule angeordnet werden können. Sie können auf einfache Weise hergestellt, abgestimmt und gehandhabt werden. In einem sehr kleinen Raum können zwei oder mehr Masseunterbrecher angeordnet werden. Sie sind auch sehr stabil hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und können unter Verwendung gedruckter Schaltungsplatten gemeinsam mit der MRI-Hf-Spule selbst hergestellt werden, ohne daß eine komplizierte hermetische Abschirmung erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines verbesserten MRI-Systems zur Abbildung mechanischer Resonanzen unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Hf-Entstördrossel, die mit einer Hf-Spuleneinheit zusammengebaut ist.

Fig. 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines MRI-Systems nach dem Stand der Technik, bei dem eine MRI-Hf-Entstördrossel nach dem Stand der Technik verwendet ist.

Fig. 3A ist eine ausführlichere Darstellung des Aufbaus der in Fig. 2 gezeigten MRI-Hf-Entstördrossel nach dem Stand der Technik.

Fig. 3B zeigt eine andere MRI-Hf-Entstördrossel nach dem Stand der Technik, bei der ein veränderbarer Abstimmkondensator verwendet wird.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einkanal-Hf-Entstördrossel.

Fig. 5A bis 5D sind eine Draufsicht und eine Unteransicht eines "geradeaus"-Einkanal-Masseunterbrechers und der Leiterbahnen der gedruckten Leiterplatte desselben gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6A bis 6D sind eine Draufsicht und eine Unteransicht eines "Bogen"-Einkanal-Masseunterbrechers und der Leiterbahnen der gedruckten Schaltungsplatte desselben gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Zweikanal-Hf-Masseunterbrechers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 8A bis 8D sind eine Draufsicht und eine Unteransicht eines doppelten Masseunterbrechers und der Leiterbahnen der gedruckten Schaltungsplatte desselben gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt ein System nach dem Stand der Technik gemäß der US-PS 4 682 125 von Harrison u. a. Gemäß der vereinfachten schematischen Darstellung enthält ein MRI-System zur Abbildung magnetischer Resonanzen einen sehr großen Kernresonanz- bzw. NMR-Polarisiermagneten (z. B. einen Permanentmagneten, Elektromagneten oder irgendeine Kombination hiervon) mit Gradientenspulen 10. Die Magnetfeld-Gradientenspulen werden typischerweise impulsförmig betrieben, um zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei dem Abbildungsprozeß voneinander verschiedene Gradientenfelder zu erzeugen, wogegen ein großer, nominell statischer Magnet ein Hintergrund-Polarisierfeld für die Kerne für die magnetische Resonanz erzeugt. In dieser ziemlich voluminösen Baugruppe 10 ist mindestens eine Hf-Spuleneinheit 12 angeordnet, die über eine Übertragungsleitung 14 mit externen Hf-Sende/Empfangs- Schaltungen 16 in Verbindung steht. Eine geeignete Steuereinheit 18 steuert die Magnetfeld-Gradientenspulen und die Hf-Sende/Empfangsschaltungen 16 sowie einen MRI-Bildprozessor 20 und eventuell auch eine Ausgabeanzeige 22. Wie es für den Fachmann ersichtlich ist, werden die Subsysteme 16, 18, 20 und 22 typischerweise außerhalb eines abgeschirmten Brücken- bzw. Portalraumes angeordnet, der den Magneten und die Magnetfeld-Gradientenspulen 10 aufnimmt. Infolgedessen ist die Übertragungsleitung 14 typischerweise einige Meter lang.

Die erwünschten MRI-Hf-Signale werden innerhalb der Koaxialkabel-Übertragungsleitung 14 übertragen. Gemäß den vorangehenden Ausführungen können jedoch Hf-Störfelder mit einer vorbestimmten Frequenz (z. B. innerhalb von ungefähr 500 kHz um eine Mittelfrequenz von 15 MHz bei einer Haupt- Magnetflußdichte Bo von 0,35 T) zur Außenseite des Koaxialkabels 14 ausgekoppelt werden und auf diese Weise den MRI-Prozeß verfälschen. Es wurde daher seriell in das Koaxialkabel 14 eine Hf-Entstördrossel 24 eingefügt, um das Fließen solcher Störsignale weitgehend zu behindern.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 wurde jedoch die Hf-Entstördrossel 24 gemäß dem Stand der Technik nach Harrison u. a. typischerweise über eine beträchtlich lange Übertragungsleitung 26 an die Hf-Spuleneinheit 12 angeschlossen. Beispielsweise könnte die Hf-Entstördrossel 24 ständig nahe am Rand der Hauptmagnet-Gerüstbrücke angebracht werden, während das Verbindungskabel bzw. die Übertragungsleitung 26 mit einigen Fuß Länge eine Beweglichkeit der Hf-Spuleneinheit 12 ergibt. Wenn in der Hf-Spuleneinheit 12 mehrere Spulen eingesetzt werden, z. B. für eine Kopfabbildung typischerweise zwei Quadraturmeßspulen bzw. QD-Spulen, verlaufen als Übertragungsleitung 26 zwei Kabel in engem Abstand voneinander (und werden auf unterschiedliche Weise "gebündelt", sobald die Hf-Spuleneinheit 12 und/oder die Hf-Entstördrossel 24 in bezug auf die andere bewegt wird), so daß Verschlechterungen des Gütefaktors Q festgestellt wurden (gar nicht zu reden von der verhältnismäßig schwierigen Abstimmung der in Fig. 3A dargestellten Hf-Entstördrossel nach dem Stand der Technik, gemäß dem ein Parallelresonanzkreis aus einer konzentrierten Kapazität 62 und einer Koaxialkabel-Induktivität 60 durch Bewegen eines leitenden Stabes 64 abgestimmt wird).

Während bei dem in Fig. 3B gezeigten Einkanal- Masseunterbrecher nach dem Stand der Technik von Toshiba offensichtlich einige dieser Probleme berücksichtigt sind, nämlich beispielsweise der Unterbrecher an oder in der QD-Spuleneinheit angebracht wird, ergibt der Masseunterbrecher immer noch nicht eine in jeder Hinsicht wirklich optimale Lösung.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ergibt nun die Erfindung ein verbessertes MRI-System dadurch, daß eine erfindungsgemäße Hf-Entstördrossel 100 direkt mit der Hf-Spuleneinheit 12 zusammengebaut wird, wodurch sich irgendwelche Übertragungsleitungen 26 von nennenswerter Länge erübrigen, die ansonsten "gebündelt" wären oder anderweitig beträchtliche Kopplungen zwischen den Kanälen ergeben würden. Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 4 enthält jeder Kanal der Hf-Entstördrossel bzw. des Hf-Masseunterbrechers 100 einen Parallelresonanzkreis aus dem zu einer Spule gewickelten bzw. gewendelten Außenleiter eines Koaxialkabels 102, zu dem ein Festkondensator 106 und ein veränderbarer Abstimmkondensator 104 parallel geschaltet sind. Auf diese Weise kann das Abstimmen eines jeden Hf-Masseunterbrecherkanals leichter bewerkstelligt werden. Da ferner keine hermetische Abschirmung erforderlich ist, kann der Abstimmkondensator über die ganze Einsatzdauer des MRI-Systems hinweg jederzeit einschließlich durch Einstellungen an Ort und Stelle optimal eingestellt werden.

Die Fig. 5A und 5B sind eine Draufsicht und eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Einkanal-Hf- Masseunterbrechers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Es ist ersichtlich, daß dieser Masseunterbrecher als LC-Parallelresonanzkreis gemäß Fig. 4 angesehen werden kann, der auf einer gedruckten Schaltungsplatte 200 aufgebaut ist. Zum Erleichtern der Verbindungen mit der Hf-Spule und der Übertragungsleitung 14 können herkömmliche Hf-Koaxialkabel- Stecker bzw. Hf-Koaxialstecker 202 und 204 verwendet werden. An den einander gegenüberliegenden Enden der gedruckten Schaltungsplatte 200 können für die Hf-Koaxialstecker Ausnehmungen 206 und 208 eingeschnitten werden, wobei die Ausnehmungen z. B. für einen üblichen BNC-Stecker ungefähr 0,95 × 0,95 cm (ungefähr 3/8 Zoll im Quadrat) groß sein können. In den Fig. 5C und 5D sind die obere und die untere Fläche der gedruckten Schaltungsplatte 200 ohne daran angebrachte Komponenten dargestellt, so daß gedruckte Leiterbahnen 250 und 252 an der Oberseite und Leiterbahnen 254 und 256 an der Unterseite der gedruckten Schaltungsplatte 200 leichter zu sehen sind.

Sobald die beiden Seiten der gedruckten Schaltungsplatte 200 geätzt worden sind, können jeweils die entsprechende obere und untere Leiterbahn 250 und 254 an einem Ende der gedruckten Schaltungsplatte 200 miteinander durch das Anlöten dünner Kupferstreifen entlang den Rändern der Schaltungsplatte oder durch Bilden einer ausreichenden Anzahl von Durchverbindungen und/oder durch Anlöten des Außenleiters des Koaxialsteckers 202 an diese beiden Leiterbahnen verbunden werden, um eine gute Hf-Verbindung zwischen der entsprechenden oberen und unteren Leiterbahn sicherzustellen. Die obere und die untere Leiterbahn 252 und 256 an dem anderen Ende der gedruckten Schaltungsplatte 200 werden auf gleiche Weise miteinander verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel werden auch an den Steckern 202 und 204 zusätzliche, vorzugsweise dickere Kupferstreifen 260 und 262 an der Rückseite der gedruckten Schaltungsplatte 200 angelötet, um das Festlegen der Stecker 202 und 204 zu unterstützen. Ebenso wird die mit einem Gewinde versehene Außenseite des Steckers an die Kupfer-Leiterbahnen auf beiden Seiten der gedruckten Schaltungsplatte angelötet.

Die Induktivität 102 besteht aus dem Außenleiter des zu einer Spule gewickelten bzw. gewendelten Koaxialkabels. Bei konkreten Ausführungsbeispielen der Einkanal- Masseunterbrecher wurden elf vollständige Windungen eines halbsteifen Kabels mit 0,216 cm (0,085 Zoll) Durchmesser verwendet (Soft-Form BP 50085). Das Kabel kann zuerst zu elf vollständigen Windungen um einen Zylinder mit einem Durchmesser von 1,37 cm (0,5 Zoll) gelegt werden, wobei eine Windung die nächste berührt. An jeder Seite kann das Kabel in einer Länge von ungefähr 2,54 cm (1 Zoll) zum Bilden von axial gerichteten Anschlußenden 270 und 272 belassen werden. Die Enden des Außenleiters des Kabels werden an die Leiterbahnen 250 und 252 angelötet, während der herausstehende Innenleiter an jedem Ende freigelegt und gemäß Fig. 5A an den jeweils entsprechenden Innenleiter des Koaxialsteckers 202 bzw. 204 angelötet wird. Zum Erhalten der richtigen Abstände zwischen den Windungen nach dem anfänglichen Formen der Spule um den Zylinder herum mit den sich berührenden Windungen kann zum Trennen der Windungen von den nächsten ein Messer oder ein Schraubendreher mit dünner Klinge verwendet werden. Zum Unterstützen der gleichförmigen Beabstandung kann die Spule bzw. der Wendel wieder über den Formungszylinder gesetzt werden und so weit wie möglich zusammengedrückt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte die fertiggestellte Induktivität einen Durchmesser von ungefähr 1,6 cm (5/8 Zoll) haben und die elf Windungen sollten bei der Fertigstellung des Ausführungsbeispiels ungefähr 3,8 cm (1,5 Zoll) lang sein.

Es wäre zwar möglich, für die Abstimmung einen einzigen veränderbaren Kondensator zu verwenden, jedoch werden bei dem Ausführungsbeispiel der Festkondensator 106, z. B. ein 150 pF-Kondensator UFP1 151J von Murata Erie zusammen mit dem parallel geschalteten veränderbaren Kondensator 104, z. B. einem Kondensator DV11 PS 60Q mit 15 bis 60 pF von Murata Erie verwendet.

Das fertiggestellte Ausführungsbeispiel ist zum Zusammenwirken mit einem MRI-System mit einer Haupt- Polarisier-Magnetflußdichte von ungefähr 0,35 T zum Erzeugen von Protonen-Kernresonanz-Hochfrequenzen in der Größenordnung von 15 MHz dimensioniert.

In den Fig. 6A bis 6D ist ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Einkanal-Hf-Masseunterbrecher dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist zu demjenigen nach Fig. 5A bis 5D direkt analog und es wurden zum Bezeichnen gleicher Teile gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei ein Apostroph hinzugefügt wurde, um vorzunehmende Änderungen anzuzeigen wie das Umlegen der Stecker 202 und 204 auf eine einzige Seite einer gedruckten Schaltungsplatte 200′.

In der Fig. 7 ist schematisch ein doppelter bzw. Zweikanal-Hf-Masseunterbrecher als Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei enthält jeder Kanal ein gewendeltes Koaxialkabel 700, dessen Außenleiter eine Induktivität bildet, und parallele Abstimmkapazitäten 702, 704 und 706. Gemäß der Darstellung sind die Kapazitäten 704 und 706 veränderbar und in Reihe geschaltet, um die über jeder Kapazität anliegende maximale Spannung besser zu verteilen. Gemäß den vorangehenden Anmerkungen können diese Kondensatoren 704 und 706 etwa gleichzeitig und im gleichen Ausmaß eingestellt werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Spannung auf diese beiden veränderbaren Kondensatoren beizubehalten.

Da zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Masseunterbrecherkanälen durch eine Kopplung zwischen den Kanälen unerwünschte Effekte auftreten können, wird zweckdienlich zwischen die beiden Kanäle eine Neutralisationskapazität 750 geschaltet. Durch sorgfältiges Wählen von Anschlußpunkten und des Kapazitätswertes verbindet ein solcher Neutralisationskondensator gegenphasige Hf-Signale in richtiger Amplitude, so daß die ansonsten zwischen diesen beiden Kanälen auftretende unvermeidbare Kopplung im wesentlichen aufgehoben wird.

In den Fig. 8A und 8B ist jeweils die obere bzw. untere Seite einer gedruckten Schaltungsplatte 800 des doppelten Masseunterbrechers gezeigt. Wie vorstehend angeführt enthält jeder Kanal Hf-Koaxialstecker 802 und 804, die in Ausnehmungen 806 und 808 der Schaltungsplatte angeordnet sind. Die Induktivitäten 700 bestehen aus 17 Windungen eines halbsteifen Kabels mit 0,216 cm (0,085 Zoll) Durchmesser (Soft-Form BP 50085). Hierbei wird das Kabel zuerst um einen Formungszylinder mit einem Durchmesser von 0,85 cm (0,375 Zoll) gewickelt, wobei jede Windung die nächste berührt. Nach dem Legen der 17 vollen Windungen werden die Windungen voneinander mittels eines Messers oder eines Schraubendrehers mit dünner Klinge beabstandet. Darauffolgend kann zum Erhalten gleichmäßigerer Abstände die Wicklung wieder über den Formungszylinder gesetzt und zusammengedrückt werden. Die fertiggestellte Induktivität sollte einen Durchmesser von ungefähr 1,43 cm (0,5625 Zoll) haben und ungefähr 5,08 cm (2 Zoll) lang sein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die in Reihe geschalteten Abstimmkondensatoren 704 und 706 auf der Oberseite der gedruckten Schaltungsplatte 800 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel können die veränderbaren Kondensatoren jeweils ein veränderbarer Kondensator von Murata Erie (Teil-Nr. DV11 PS 60Q) mit 15 bis 60 pF sein. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Neutralisationskonden­ sator 750 ein Festkondensator mit 12 pF (z. B. UFP1 120J von Murata Erie).

Gemäß der Darstellung in Fig. 8B ist der Festkondensator 702 auf der Rückseite der gedruckten Schaltungsplatte 800 angeschlossen. Gemäß der Darstellung ist er durch zwei parallele Kondensatoren gebildet (z. B. aus einem Kondensator UFP1 121J von Murata Erie mit 120 pF und einem Kondensator UFP1 430J von Murata Erie mit 43 pF). Bei einer Herstellungsausführungsform könnte jedoch auch ein einziger 160 pF-Kondensator verwendet werden (z. B. UFP1 161J von Murata Erie).

In den Fig. 8C und 8D sind jeweils die Leiterbahnen an der vorderen bzw. oberen und der hinteren bzw. unteren Seite der gedruckten Schaltungsplatte 800 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß Leiterbahnen 850 und 852 an der oberen Seite und Leiterbahnen 854 und 856 an der unteren Seite jeweils den Leiterbahnen 250 und 252 bzw. 254 und 256 bei den Einkanal-Ausführungsbeispielen entsprechen. Wie bei den Einkanal-Ausführungsbeispielen werden die Leiterbahnen 850 und 854 an der oberen und der unteren Seite jeweils für jeden Kanal getrennt verbunden, während gleichermaßen die entsprechenden Leiterbahnen 852 und 856 miteinander verbunden werden, z. B. durch angelötete hinzugefügte Leiter am Rand und/oder durch Verbinden der Koaxialstecker mit beiden Seiten der gedruckten Schaltungsplatte. Wie aus der Fig. 8C ersichtlich ist, sind zusätzliche Leiterbahnen 880 für die Reihenschaltung der veränderbaren Abstimmkondensatoren 704 und 706 hinzugefügt. Außerdem sind Leiterbahnen 890 und 892 für das Einfügen des Neutralisationskondensators 750 zwischen die einander entgegengesetzten Enden der Induktivitäten 700 für die beiden Kanäle des doppelten Hf-Masseunterbrechers hinzugefügt.

Im Einsatz kann ein einzelner Masseunterbrecher unter Verwendung eines Vektor-Impedanzmeßgeräts dadurch grob abgestimmt werden, daß die veränderbaren Abstimmkondensatoren eingestellt werden, bis bei maximaler Impedanz bei der erwünschten Sperrfrequenz (von z. B. ungefähr 15 MHz bei den Ausführungsbeispielen) der gemessene Phasenwinkel ungefähr 0° beträgt. Es ist jedoch vorteilhaft, den Masseunterbrecher für die Verwendung mit einer bestimmten MRI-Hf-Spule mittels eines Netzwerk-Analysators und der betreffenden bestimmten Hf-Spule feiner abzustimmen.

Hierbei kann bei dem Messen von S11 eine Smith-Diagramm- Betriebsart des Netzwerk-Analysators genutzt werden (z. B. mit einer Mittelfrequenz von 15 MHz und einem Frequenzband von ungefähr 0,8 MHz bei dem Ausführungsbeispiel). Nach dem Eichen des Netzwerk-Analysators mit einer angeschlossenen Übertragungsleitung wird dann das freie Ende der Übertragungsleitung mit dem Masseunterbrecher verbunden, der seinerseits schon in die betreffende bestimmte Hf-Spuleneinheit eingebaut ist. Danach wird die MRI-Hf-Spule selbst auf eine Anpassungsimpedanz (von beispielsweise 50 Ohm) abgestimmt, wonach die veränderbaren Kondensatoren des Masseunterbrechers fein eingestellt werden, um die Größe des Frequenzgangkreises für die Parallelresonanz des Masseunterbrechers zu maximieren. Hierbei ist auch der Gütefaktor Q der MRI-Hf-Spule zu maximieren, zu dem die Größe des gemessenen Smith-Diagramm-Kreises proportional ist. Falls gemäß den vorangehenden Ausführungen die in Reihe geschalteten gleich dimensionierten veränderbaren Kondensatoren benutzt werden, werden sie vorzugsweise etwa gleichzeitig und in gleichen Ausmaßen verändert, um ungefähr gleiche Kapazitäten und daher eine gleichmäßige Verteilung der Spannung an diesen Kondensatoren zu erhalten. Die erfindungsgemäßen Hf-Masseunterbrecher sind ausreichend kompakt und robust, so daß sie direkt an der Hf-Spuleneinheit eines MRI-Systems angebracht werden können und dadurch ein Teil dieser Einheit werden, der gleichzeitig mit einer Bewegung der Hf-Spuleneinheit bewegt wird. Dadurch werden die Probleme einer Verschlechterung des Gütefaktors Q vermieden, die durch das Bündeln von Verbindungskabeln zwischen der Hf-Spuleneinheit und den Masseunterbrechern gemäß dem Stand der Technik nach Harrison u. a. anzutreffen sind.

Für die Verwendung in einem MRI-System zur Abbildung magnetischer Resonanzen wird ein sehr kleiner und außerordentlich wirksamer Hf-Masseunterbrecher angegeben, der auf einer gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet ist. Ein veränderbarer Kondensator wird dazu verwendet, den Masseunterbrecher derart abzustimmen, daß das Fließen von erwünschten Hochfrequenzsignalen entlang dem Außenleiter eines Koaxialkabels verhindert wird. Die gedruckte Schaltungsplatte ist vorzugsweise doppelseitig, wobei die Masseunterbrecherkomponenten an beiden Seiten angebracht sind und Hf-Stecker in Ausnehmungen eingesetzt sind und dazu dienen, die Leiterbahnen auf einer Seite der Schaltungsplatte mit denjenigen auf der anderen Seite zu verbinden. Bei einer Ausführungsform als doppelter Masseunterbrecher wird eine unerwünschte Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Hf-Masseunterbrecher-Komponenten, die gesonderten Kanälen zugeordnet sind, auf zweckdienliche Weise durch das Einfügen einer Kapazität zwischen diesen ausgeschaltet, die dazu ausgelegt ist, die unerwünschten Auswirkungen der Kopplung zwischen den Kanälen im wesentlichen gegenseitig aufzuheben.

Claims (23)

1. Anordnung von mehreren Koaxialkabel-Hochfrequenz- Entstördrosseln, die an einer Hf-Spuleneinheit für die Abbildung magnetischer Resonanzen angebracht ist, gekennzeichnet durch
eine gedruckte Schaltungsplatte (800),
mehrere Koaxialkabel-Hf-Entstördrosseln (700), die an der gedruckten Schaltungsplatte angebracht sind und
mindestens eine zwischen den einzelnen Entstördrosseln angeordnete Neutralisations-Hf-Kopplung (750) zum Verringern der effektiven Hf-Kopplung zwischen diesen.

2. Koaxialkabel-Hochfrequenzstörung-Drosselanordnung zum Verringern der Übertragung von Hf-Störsignalen mit einer vorbestimmten Frequenz über den Außenleiter des Koaxialkabels, gekennzeichnet durch
eine gedruckte Schaltungsplatte (800),
eine an der gedruckten Schaltungsplatte angebrachte erste Koaxialkabel-Hf-Entstördrossel mit einem zu einer Spule gewickelten Koaxialkabel (700), an dessen Außenleiter über Leiter der gedruckten Schaltung parallel ein erster veränderbarer Abstimmkondensator (704, 706) angeschlossen ist,
eine an der gedruckten Schaltungsplatte angebrachte zweite Koaxialkabel-Hf-Entstördrossel mit einem zu einer Spule gewickelten Koaxialkabel (700), an dessen Außenleiter über die Leiter der gedruckten Schaltung parallel ein zweiter veränderbarer Abstimmkondensator (704, 706) angeschlossen ist, und
mindestens einen zwischen die zu Spulen gewickelten Koaxialkabel geschalteten Neutralisationskondensator (750) zum Verringern der Hf-Kopplung zwischen diesen.

3. Drosselanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der gedruckten Schaltungsplatte (800) mindestens eine Komponente einer jeden Hf-Entstördrossel (700 bis 706) angeordnet ist.

4. Drosselanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Spulen gewickelte Koaxialkabel (700) jeweils ein halbsteifes Koaxialkabel sind.

5. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende eines jeden zu einer Spule gewickelten Koaxialkabels (700) ein Koaxialstecker (802, 804) mit einem Außenleiter angeordnet ist, der in eine Ausnehmung (806, 808) der gedruckten Schaltungsplatte (800) eingesetzt ist und mit Leiterbahnen auf beiden Seiten der Schaltungsplatte verbunden ist.

6. Koaxialkabel-Hochfrequenzstörung-Drosselanordnung zum Verringern des Übertragens von Hf-Signalen mit einem vorbestimmten Frequenzbereich über den Außenleiter des Koaxialkabels, die insbesondere für das Verbinden von Hf-Spulen mit Hf-Signalprozessoren eines MRI-Systems zur Abbildung magnetischer Resonanzen zweckdienlich ist, gekennzeichnet durch
eine gedruckte Schaltungsplatte (200) mit Leiterbahnen auf beiden Seiten eines isolierenden Substrats,
ein zu einer Spule gewickeltes Koaxialkabel (102), dessen Außenleiter an jedem Ende jeweils an einer ersten bzw. zweiten Leiterbahn (250, 252) auf einer ersten Seite der Schaltungsplatte befestigt ist,
eine weitere erste und eine weitere zweite Leiterbahn (254, 256) auf der zweiten Seite der Schaltungsplatte, die jeweils mit der ersten bzw. zweiten Leiterbahn auf der ersten Seite der Schaltungsplatte verbunden sind, und
mindestens einen Kondensator (104, 106), der zwischen die erste und die zweite Leiterbahn auf der zweiten Seite der Schaltungsplatte eingefügt und geschaltet ist.

7. Drosselanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahn (254, 256) auf der zweiten Seite der gedruckten Schaltungsplatte (200) ein Festkondensator angebracht ist und zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahn (250, 252) auf der ersten Seite der Schaltungsplatte ein veränderbarer Kondensator angebracht ist.

8. Drosselanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste und die zweite Leiterbahn (254, 256) auf der zweiten Seite der gedruckten Schaltungsplatte (200) ein Festkondensator (106) und ein veränderbarer Kondensator (104) parallel geschaltet sind.

9. Drosselanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste und die zweite Leiterbahn (250, 252; 254, 256) auf mindestens einer Seite der gedruckten Schaltungsplatte (200) mindestens zwei veränderbare Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.

10. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in eine erste Ausnehmung (206) der Schaltungsplatte (200) ein erster Koaxialstecker (202) eingesetzt ist, der an ein Ende des zu einer Spule gewickelten Koaxialkabels (102) angeschlossen ist und dessen Außenleiter mit den ersten Leiterbahnen (250, 254) auf der ersten und der zweiten Seite der Schaltungsplatte verbunden ist, und in eine zweite Ausnehmung (208) der Schaltungsplatte ein zweiter Koaxialstecker (204) eingesetzt ist, der an das andere Ende des zu einer Spule gewickelten Koaxialkabels angeschlossen ist und dessen Außenleiter mit den zweiten Leiterbahnen (252, 256) auf der ersten und der zweiten Seite der Schaltungsplatte verbunden ist.

11. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch
ein weiteres, zu einer Spule gewickeltes Koaxialkabel (700), dessen Außenleiter an jedem Ende jeweils an einer dritten und einer vierten Leiterbahn (850, 852) auf einer Seite der gedruckten Schaltungsplatte (800) befestigt ist,
eine weitere dritte und eine weitere vierte Leiterbahn (854, 856), die auf der anderen Seite der Schaltungsplatte angeordnet sind und die jeweils mit der dritten bzw. vierten Leiterbahn auf der einen Seite der Schaltungsplatte verbunden sind, und
mindestens einen weiteren Kondensator (702, 704, 706), der zwischen die dritte und die vierte Leiterbahn auf der anderen Seite der Schaltungsplatte eingefügt und geschaltet ist.

12. Drosselanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten und der vierten Leiterbahn (854, 856) auf der anderen Seite der gedruckten Schaltungsplatte (800) ein Festkondensator (702) angebracht ist und zwischen der dritten und der vierten Leiterbahn (850, 852) auf der einen Seite der Schaltungsplatte ein veränderbarer Kondensator (704, 706) angebracht ist.

13. Drosselanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten und der vierten Leiterbahn (854, 856) auf der anderen Seite der gedruckten Schaltungsplatte (800) parallel ein Festkondensator (702) und ein veränderbarer Kondensator (704, 706) angebracht sind.

14. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten und der vierten Leiterbahn (850, 852) der gedruckten Schaltungsplatte (800) zwei veränderbare Kondensatoren (104, 106) in Reihe geschaltet sind.

15. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der vier Enden der zwei zu Spulen gewickelten Koaxialkabel (700) ein Koaxialstecker (802, 804) angebracht ist, der in eine Ausnehmung (806, 808) der gedruckten Schaltungsplatte eingesetzt ist, mit dem daran anliegenden Ende des Koaxialkabels verbunden ist und an dem Außenleiter mit Leiterbahnen auf beiden Seiten der Schaltungsplatte verbunden ist.

16. Drosselanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die zu Spulen gewickelte Koaxialkabel (700) mindestens ein Entkopplungskondensator (750) geschaltet ist.

17. MRI-System zur Abbildung magnetischer Resonanzen mit einem Hauptmagnet, der in einem Abbildungsraum ein Hintergrund-Magnetfeld zum Polarisieren der kernmagnetischen Resonanz bildet, mit impulsförmig betriebenen Magnetfeld- Gradientenspulen, die in dem Magneten angeordnet sind, und mit einer Hf-Spuleneinheit, die gleichfalls in dem Magneten und in den Gradientenspulen angeordnet ist, gekennzeichnet durch
eine Koaxialkabel-Hochfrequenzstörung-Drossel­ anordnung (100; 700), die auf und unmittelbar an der Hf-Spuleneinheit (12) angebracht ist und die mindestens eine zu einer Spule gewickelte koaxiale Hf-Übertragungsleitung enthält, welche jeweils über den Innenleiter MRI-Hf-Signale leitet, während der Ummantelungs-Außenleiter an den einander entgegengesetzten Enden der Wicklung an einem Leiter einer gedruckten Schaltung befestigt ist, über die mindestens ein veränderbarer Kondensator parallel angeschlossen ist.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselanordnung (100) in die Hf-Spuleneinheit (12) eingebaut ist.

19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige koaxiale Hf-Übertragungsleitung (102; 700) ein halbsteifes Koaxialkabel ist.

20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung auf einer Schaltungsplatte (200; 800) ausgebildet ist, an der im wesentlichen nur die Komponenten der Drosselanordnung (100; 700) angebracht sind.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselanordnung an jedem Ende der mindestens einen koaxialen Hf-Übertragungsleitung (102; 700) einen daran angeschlossenen Koaxialstecker (202, 204; 802, 804) enthält, die an den einander gegenüberliegenden Rändern der gedruckten Schaltungsplatte (200; 800) angebracht sind.

22. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselanordnung (100) an jedem Ende der mindestens einen koaxialen Hf-Übertragungsleitung (102) einen daran angeschlossenen Koaxialstecker (202, 204) enthält, die an dem gleichen Rand der gedruckten Schaltungsplatte (200′) angebracht sind.

23. System nach einem der Ansprüche 17 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens einen über Leiter der gedruckten Schaltung zwischen jeweils zwei zu Spulen gewickelte koaxiale Hf-Übertragungsleitungen (700) geschalteten Kondensator (750) zum gegenseitigen Aufheben von Einwirkungen durch eine Kupplung zwischen den Wicklungen.