DE19843905A1 - Hochfrequenzschirm für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät - Google Patents

Abstract

Ein Hochfrequenzschirm für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät umfaßt einen hohlzylindrischen Träger (54) aus einem Dielektrikum, eine auf einer Innenseite des Trägers (54) angeordnete erste, elektrisch leitfähige und mit axial ausgerichteten Trennschlitzen (14, 18) versehene erste Beschichtung (2) und eine auf einer Außenseite des Trägers (54) angeordnete zweite, elektrisch leitfähige und mit axial ausgerichteten Trennschlitzen (36) versehene zweite Beschichtung (56). Die Trennschlitze (14, 18, 36) in der ersten und zweiten Beschichtung (2, 56) sind zueinander in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Die erste Beschichtung (2) weist an den Enden (26, 28) des Trägers (54) geschlitzte Endbereiche (4, 6) und zwischen den Endbereichen (4, 6) mindestens einen geschlitzten Mittelbereich (8) auf. Die in den Endbereichen (46) eingebrachten Trennschlitze (14) enden jeweils in einen Querschlitz (30).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschirm für ein dia­ gnostisches Magnetresonanzgerät mit einem hohlzylindrischen Träger aus einem Dielektrikum, mit einer auf einer Innenseite des Trägers angeordneten ersten, elektrisch leitfähigen und mit axial ausgerichteten Trennschlitzen versehenen Beschich­ tung und mit einer auf einer Außenseite des Trägers angeord­ neten zweiten, elektrisch leitfähigen und mit axial ausge­ richteten Trennschlitzen versehenen Beschichtung, wobei die Trennschlitze in der ersten und der zweiten Beschichtung zu­ einander in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind und wobei die erste Beschichtung an den Enden des Tragkörpers geschlitzte Endbereiche und zwischen den Endbereichen minde­ stens einen geschlitzten Mittelbereich aufweist.

Ein Hochfrequenzschirm der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 5,574,372 bekannt. Der Hochfrequenzschirm wird zwischen einem Gradientenspulensystem und einer Ganzkörper-Hochfre­ quenzantenne angeordnet. Er hat die Aufgabe, das Hochfre­ quenzfeld der Ganzkörper-Hochfrequenzantenne nach außen hin abzuschirmen und Störungen, die von außen kommen, aus dem Ab­ bildungsbereich des Magnetresonanzgeräts fernzuhalten. Eine vollkommen geschlossene leitfähige Umhüllung wäre zwar für die Hochfrequenzabschirmwirkung optimal, verbietet sich je­ doch, weil der Hochfrequenzschirm für die niederfrequenten Gradientenfelder in der Größenordnung bis zu 20 kHz durchläs­ sig sein muß. Damit die niederfrequenten Gradientenfelder möglichst unverzerrt im Abbildungsvolumen aufgebaut werden können, ist es erforderlich, von den Feldern induzierte Wir­ belströme im Hochfrequenzschirm möglichst zu unterdrücken. Dazu wird die als Hochfrequenzschirm wirkende leitfähige Schicht in Längsrichtung, also einer in Hauptrichtung der von der Antenne im Hochfrequenzschirm erzeugten Spiegelströme, geschlitzt. Die sich durch die Schlitze ergebenden Leckstel­ len im Hochfrequenzschirm werden durch eine zweite leitfähige Schicht abgeschirmt, bei der die Trennschlitze in Umfangs­ richtung versetzt angeordnet sind. Die beiden Schichten sind auf gegenüberliegenden Seiten eines rohrförmigen Trägers aus einem dielektrischen Material aufgebracht. Hochfrequenzströme können wegen der kapazitiven Kopplung über die Schlitze flie­ ßen. Da sich die Gradientenspulen in axialer Richtung über die äußeren Abmessungen der Ganzkörperantenne hinaus erstrecken, sind auch die Längsabmessungen des Hochfrequenzschirms im wesentlichen denen der Gradientenspulen angepaßt. Das De­ sign der Trennschlitze ist im wesentlichen davon unabhängig, ob eine linear oder eine zirkular polarisierende Ganzkörpe­ rantenne abgeschirmt werden soll. Nachteilig ist jedoch, daß im Hochfrequenzschirm insbesondere bei schneller Bildgebung oder bei hohen Gradientenfeldstärken lokale Erwärmungen auf­ treten können.

Eine andere Möglichkeit, wie das Design des Hochfrequenz­ schirms ausgeführt werden kann, ist in der US-PS 5,680,046 gezeigt. Dort sind O-förmige Strukturen doppelseitig auf ei­ nem Träger aufgebracht, um die hochfrequenten Spiegelstrompf­ ade möglichst genau nachzubilden. Damit ergibt sich eine gute Hochfrequenzabschirmung bei einer gleichzeitigen guten Unter­ drückung der Wirbelströme. Allerdings ist nachteilig, daß die Abschirmwirkung nur für eine bestimmte Hochfrequenzantenne wirksam ist. So muß das Schirmdesign anders ausgeführt wer­ den, wenn anstatt einer linear eine zirkular polarisierende Antenne abgeschirmt werden soll.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Hochfre­ quenzschirm für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät anzu­ geben, wobei die Abschirmwirkung weitgehend unabhängig davon ist, ob eine linear oder zirkular polarisierende Ganzkörpe­ rantenne abgeschirmt werden soll, und wobei lokale Erwärmun­ gen aufgrund von erhöhten Wirbelstromdichten im Hochfrequenz­ schirm weitgehend reduziert sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in den Endbereichen eingebrachten Trennschlitze jeweils in einem Querschlitz en­ den. Die sich im wesentlichen nur in axialer Richtung er­ streckenden Trennschlitze und die kapazitive Kopplung der durch die Trennschlitze separierten Streifenleiter zueinander bewirken, daß die Abschirmwirkung unabhängig von der Art der eingesetzten Hochfrequenzantenne gleichbleibend gut ist. Durch die Querschlitze können in Umfangsrichtung fließende Wirbelströme nicht mehr so weit in die randseitigen Streifen­ leiter eindringen. Das Strömungsfeld wird gleichmäßiger. Lo­ kale Erhöhungen der Wirbelstromdichte am Ende der äußeren Längsschlitze und damit lokale Erwärmungen werden stark redu­ ziert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die innere Be­ schichtung in der Mitte einen in Umfangsrichtung verlaufenden durchgehenden Trennschlitz auf, der mit einem Widerstand überbrückt ist. Durch die Unterbrechung in der Schirmmitte können keine Wirbelströme fließen, die von einem in axialer Richtung ansteigenden Gradienten (z-Gradient) induziert wer­ den. Die Unterbrechung stellt für die Hochfrequenzströme kei­ nen Widerstand dar, da die beiden Schirmhälften über eine ka­ pazitive Kopplung mit der Schirmstruktur auf der Außenseite verbunden sind. Statische Aufladungen der beiden Schirmhälf­ ten, die zu Teilentladungen (Spikes) führen könnten, werden durch den Widerstand abgebaut.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist in den Endbereichen ein Abstand der Trennschlitze in Umfangs­ richtung zueinander geringer als ein entsprechender Abstand der Trennschlitze im Mittelbereich. Damit werden - allerdings auf Kosten der kapazitiven Kopplung zwischen benachbarten Streifenleitern - die von den Gradientenfeldern induzierten Wirbelströme in diesem Bereich reduziert. Da in den Endberei­ chen des Hochfrequenzschirms jedoch die von der Hochfrequenz­ antenne induzierten Spiegelströme wegen des größeren Abstands zur Antenne wesentlich niedriger sind als im Mittelbereich, kann die kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Streifen­ leitern auch verringert werden, um in diesem Bereich die Wir­ belströme weiter zu reduzieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand von 4 Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Draufsicht eine Abwicklung der Innenseite eines Hochfrequenzschirms für ein diagnostisches Ma­ gnetresonanzgerät,

Fig. 2 in einer Draufsicht eine Abwicklung eines Aus­ schnitts eines geschlitzten Endbereichs ohne Quer­ schlitze,

Fig. 3 in einer Draufsicht eine Abwicklung eines Endbe­ reichs mit Querschlitzen und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Anordnung einer Hoch­ frequenzantenne, eines Hochfrequenzschirms und einer Gradientenspule für ein diagnostischen Magnetreso­ nanzgerät.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer ersten strukturierten leitfähigen Beschichtung 2, die auf einer Innenseite eines hohlzylindrischen, dielektrischen Trägers angeordnet ist. Die axiale Richtung des Trägers ist durch eine Koordinate z und eine Umfangsrichtung durch eine Koordinate ϕ gekennzeichnet. Die Beschichtung 2 ist bezüglich einer Ebene, die senkrecht zur z-Achse und durch ihren Nullpunkt verläuft, symmetrisch ausgebildet. In Umfangsrichtung ϕ wiederholt sich die Struk­ tur.

Die erste Beschichtung 2 ist im wesentlichen nur in axialer Richtung geschlitzt, wobei drei Bereiche gebildet sind: Ge­ schlitzte Endbereiche 4 und 6 sowie ein geschlitzter Mittel­ bereich 8. Die Endbereiche 4 und 6 sind vom Mittelbereich 8 durch einen in Umfangsrichtung ϕ verlaufenden ringförmigen Streifenleiter 10 und 12 getrennt. Die Streifenleiter 10, 12 weisen zur Vermeidung von ringförmigen Wirbelströmen eine ka­ pazitiv überbrückte Unterbrechung auf (hier nicht darge­ stellt)
In den Endbereichen 4, 6 sind axial, d. h. parallel zur z-Achse, ausgerichtete Trennschlitze 14 eingearbeitet, so daß im Bereich der Trennschlitze 14 voneinander isolierte Strei­ fenleiter 16 gebildet sind.

In den Mittelbereich 8 sind ebenfalls axial ausgerichtete Trennschlitze 18 eingebracht, so daß im Bereich der Trenn­ schlitze 18 isolierte Streifenleiter 20 gebildet sind. Der Abstand der Trennschlitze 14 in Umfangsrichtung ist halb so groß wie der entsprechende Abstand der Trennschlitze 18.

In der Symmetrieebene ist auf der Beschichtung 2 in Umfangs­ richtung ein durchgehender Querschlitz 22 eingebracht. Der Querschlitz 22 ist an einer Stelle durch einen hochohmigen Widerstand 24 im Bereich von 100 kΩ überbrückt, um statische Aufladungen zu verhindern.

Die Streifenleiter 16 erstrecken sich von den Enden 26, 28 des Trägers zur Mitte hin und enden jeweils in kurzen Quer­ schlitzen 30, die jeweils entlang einer Umfangslinie 32 und 34 ausgerichtet sind. Die Querschlitze 30 sind untereinander nicht verbunden.

Die axiale Ausdehnung der Trennschlitze 18 einschließlich der ringförmigen Streifenleiter 10 und 12 ist durch die axialen Außenabmessungen der Hochfrequenzantenne bestimmt. In den ge­ schlitzten Endbereichen 4 und 6 befinden sich keine Leiter­ strukturen der Hochfrequenzantenne, sondern nur noch Leiter der Gradientenspulen.

Gestrichelt ist in Fig. 1 noch eine Struktur einer auf der Außenseite des Trägers angeordneten zweiten elektrisch leit­ fähigen Beschichtung 35 dargestellt. Die Beschichtung 35 weist nur axial ausgerichtete Trennschlitze 36 auf, die in der Symmetrieebene unterbrochen sind, so daß die im Bereich der Trennschlitze 36 isolierten Streifenleiter 38 dort unter­ einander galvanisch verbunden sind. Damit werden Aufladungen der Streifenleiter 38 untereinander vermieden.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll die Wirkung der kurzen Quer­ schlitze 30 auf die Wirbelstrompfade erläutert werden. In Fig. 2 ist ein Wirbelstrompfad 40 dargestellt, der sich ein­ stellen würde, wenn die kurzen Querschlitze 30 fehlten. Der Wirbelstrompfad 40 dehnt sich beträchtlich in axialer Rich­ tung in die Streifenleiter 16 hinein aus. Damit entstehen an den Enden der Trennschlitze 14 wegen der Einschnürungen hohe Stromdichten, die zu einer entsprechenden Erwärmung führen. Bei einem größeren Abstand der Trennschlitze 14 in Umfangs­ richtung dringen die Wirbelströme noch weiter in die Strei­ fenleiter 16 ein.

Fig. 3 zeigt mit einem eingezeichneten Wirbelstrompfad 42, wie durch die kurzen Querschlitze 30 an den Enden der Trenn­ schlitze 14 die Wirbelströme gehindert werden, in axialer Richtung in die Streifenleiter 16 einzudringen. Damit werden auch lokale Stromdichteerhöhungen und damit lokale Erhitzun­ gen in den Endbereichen der Trennschlitze 14 verhindert. Die homogenisierende Wirkung auf den Wirbelstromverlauf wird noch durch den geringeren Abstand der Trennschlitze 14 in Umfangs­ richtung ϕ verstärkt.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt Funktionseinheiten eines diagno­ stischen Magnetresonanzgeräts, die die Struktur des Hochfre­ quenzschirms bestimmen. Das Magnetresonanzgerät ist hier als Ganzkörpergerät mit einem ringförmigen Kryostaten ausgestal­ tet, worin sich supraleitende Spulen zur Erzeugung eines ho­ mogenen Grundmagnetfelds befinden. Die einzelnen Funktions­ einheiten sind wie Schalen einer Zwiebel im Innenraum des Kryostaten angeordnet, wobei also äußere Schale ein Gradien­ tenspulensystem 50 angeordnet ist, das als hohlzylindrische Baueinheit in das hier nicht dargestelltes Grundfeld-Magnet­ system eingebaut wird. Innerhalb des Gradientenspulensystems 50 ist der schon anhand von Fig. 1 bis 3 erläuterte Hoch­ frequenzschirm 52 angeordnet, der zur Wärmeabfuhr an der In­ nenseite des Gradientenspulensystems 50 miteinlaminiert ist. Damit ist eine gute leitfähige Verbindung des Hochfrequenz­ schirms 52 mit dem schon gekühlten Gradientenspulensystem 50 geschaffen. Der Hochfrequenzschirm 52 besteht aus einem kreisförmigen hohlzylindrischen Träger 54, worauf auf der In­ nenseite die Beschichtung 2 und auf der Außenseite die Be­ schichtung 35 angeordnet ist. Als Träger 54 wird ein standmä­ ßiges Dielektrikum verwendet, wie es z. B. unter der Typenbe­ zeichnung FR4 erhältlich ist. Die Dicke des Dielektrikums be­ trägt z. B. 75 µm.

Die Beschichtungen 2, 35 sind als Kupferschicht mit einer Dicke, die ungefähr der dreifachen Eindringtiefe des Hochfre­ quenzstroms entspricht, auf dem Träger 54 aufgebracht. Die Trennschlitze können mittels eines aus der Leiterplattenfer­ tigung bekannten Ätzverfahrens in die Beschichtungen 2, 35 eingebracht werden.

Schließlich ist als innerste Schale eine Hochfrequenzanten­ nenanordnung 58 vorhanden, die als hohlzylindrische Bauein­ heit mit einem Abstand 60 von dem Hochfrequenzschirm 52 ange­ ordnet ist. Alle Baueinheiten 50, 52, 58 sind koaxial bezüg­ lich einer Symmetrieachse 62 im Grundfeld-Magnetsystem ange­ ordnet. Die Symmetrieachse 62 definiert auch die Lage der z-Koordinate. Die Umfangskoordinate ϕ ist ebenfalls eingezeich­ net.

Claims (4)

1. Hochfrequenzschirm (52) für ein diagnostisches Magnetreso­ nanzgerät mit einem hohlzylindrischen Träger (54) aus einem Dielektrikum, mit einer auf einer Innenseite des Trägers (54) angeordneten ersten, elektrisch leitfähigen und mit axial ausgerichteten Trennschlitzen (14, 18) versehenen ersten Be­ schichtung (2) und mit einer auf einer Außenseite des Trägers (54) angeordneten zweiten, elektrisch leitfähigen und mit axial ausgerichteten Trennschlitzen (36) versehenen zweiten Beschichtung (35), wobei die Trennschlitze (14, 18, 36) in der ersten und zweiten Beschichtung (2, 35) zueinander in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind und wobei die erste Beschichtung (2) an den Enden (26, 28) des Trägers (54) ge­ schlitzte Endbereiche (4, 6) und zwischen den Endbereichen (4, 6) mindestens einen geschlitzten Mittelbereich (8) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Endbereichen (46) angeordneten Trennschlitze (14) jeweils in einen Querschlitz (30) enden.

2. Hochfrequenzschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (54) einen kreisringförmigen Querschnitt besitzt.

3. Hochfrequenzschirm nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die innere Beschichtung (2) in der Mitte einen in Umfangsrichtung ver­ laufenden, durchgehenden Querschlitz (22) aufweist, der mit einem Widerstand (24) überbrückt ist.

4. Hochfrequenzschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereichen (4, 6) ein Abstand der Trennschlitze (14) in Um­ fangsrichtung zueinander geringer ist als ein entsprechender Abstand der Trennschlitze (18) im Mittelbereich (8).