DE102010037609A1

DE102010037609A1 - System und Verfahren zum Betreiben einer Magnetresonanzspule

Info

Publication number: DE102010037609A1
Application number: DE102010037609A
Authority: DE
Inventors: Joseph Alfred Iannotti; Maxine M. Gibeau; William Edward Burdick Jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2030-09-18
Also published as: JP5658517B2; JP2011067629A; US8198895B2; US20110068792A1; NL2005375C2; DE102010037609B4

Abstract

Eine Vorrichtung (72) enthält mehrere Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente (74, 76, 78, 80, 82) und mehrere spannungsbetätigte Schalter (88, 90, 92, 94, 96), die mit den mehreren MR-Spulenelementen (74, 76, 78, 80, 82) verbunden sind, wobei jeder spannungsbetätigte Schalter (88, 90, 92, 94, 96) dafür konfiguriert ist, selektiv ein entsprechendes MR-Spulenelement (74, 76, 78, 80, 82) zu aktivieren. Die Vorrichtung (72) enthält auch eine Spannungsquelle (86), die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter (88, 90, 92, 94, 96) zu liefern, eine Steuereinheit (84), die mit der Spannungsquelle (86) verbunden ist, und mehrere Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106), die mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern (88, 90, 92, 94, 96) und mit der Steuereinheit (84) verbunden und dafür konfiguriert sind, ein Betätigungssignal aus der Spannungsquelle (86) an die mehreren spannungsbetätigten Schalter (88, 90, 92, 94, 96) zu liefern. Die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) sind frei von diskreten widerstandsbehafteten Elementen und haben einen im Wesentlichen gleichmäßigen spezifischen Widerstand dergestalt, dass eine Wechselwirkung zwischen den mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) und den mehreren MR-Spulenelementen (74, 76, 78, 80, 82) minimiert wird und die Wärmeabfuhr über eine Länge von jeder der mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) verteilt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung betreffen im Wesentlichen ein System und Verfahren zum Betreiben von Magnetresonanz-(MR)-Spulenelementen, und insbesondere ein System und ein Verfahren zum selektiven Aktivieren und Deaktivieren von MR-Spulenelementen.
Wenn eine Substanz, wie z. B. menschliches Gewebe, einem gleichmäßigen magnetischen Feld (Polarisierungsfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen sich die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe zu diesem polarisierenden Feld auszurichten, präzessieren aber in einer zufälligen Ordnung mit ihr charakteristischen Larmor-Frequenz darum. Wenn die Substanz, oder das Gewebe, einem magnetischen Feld (Anregungsfeld B₁) ausgesetzt wird, welches in der x-y Ebene liegt und sich in der Nähe der Larmor-Frequenz befindet, kann das Nettoausrichtungsmoment oder die ”Longitudinalmagnetisierung” M_z in die x-y Ebene gedreht oder ”gekippt” werden, um ein magnetisches Nettotransversalmoment M_t zu erzeugen. Ein Signal wird von den angeregten Spins emittiert, nachdem das Anregungssignal B₁ beendet ist, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.
Eine MR-Bildgebungsvorrichtung enthält typischerweise eine Anzahl von Sendespulen und eine Anzahl von Empfangsspulen zum Erzeugen und Empfangen der emittierten Signale. Im Wesentlichen sendet die Hochfrequenzsendespule bei der Lamor-Frequenz, was zu einem Echosignal führt, das durch eine Empfangsspule empfangen und digitalisiert und verarbeitet wird, um das Bild unter Anwendung von einer von vielen bekannten Rekonstruktionstechniken zu rekonstruieren. Die Empfangsspule ist auf die Lamor-Frequenz abgestimmt, was es der Empfangsspule ermöglicht, das Echosignal zu empfangen. Da die Empfangsspule auf die Lamor-Frequenz abgestimmt ist, muss die Empfangsspule während der Sendephase verstimmt werden, um die Induktion eines unerwünschten Stroms aus dem gesendeten Magnetfeld in der Empfangsspule zu verhindern.
Eine Verstimmungsschaltung, die typischerweise eine PIN-Diode enthält, deaktiviert (d. h. verstimmt) die Empfangsspule während des Betriebs der Sendespule. Die PIN-Diode wird durch ein Stromsignal ausgelöst, das über eine Leiterbahn mit hoher Leitfähigkeit (typischerweise Silber oder Kupfer) von einer Treibereinheit an die PIN-Diode gesendet wird. Widerstandsbehaftete Elemente, wie z. B. diskrete Induktoren und/oder Widerstands- und Kondensatornetzwerke, sind typischerweise entlang dem Verlauf der Leiterbahn angeordnet, um die in der Leiterbahn aufgrund der in der MR-Umgebung vorhandenen großen magnetischen Felder erzeugten Wärme abzuführen. Jedoch erhöhen widerstandsbehaftete Elemente die Kosten und die Designkomplexität der Verstimmungsschaltungen. Ferner können heiße Stellen an den Stellen entstehen, an denen die diskreten widerstandsbehafteten Elemente auf den Leiterbahnen angeordnet sind, die zu einem vorzeitigen Geräteausfall oder Unbehagen von Patienten führen können.
Es ist daher wünschenswert, ein System und ein Verfahren zum Aktivieren und Deaktivieren eines MR-Empfängerspulenelementes bereitzustellen, das die durch die diskreten Energievernichtungsverfahren bewirkten ”heißen Stellen” minimiert und die Kosten und die Designkomplexität einer MR-Empfängerspulenvorrichtung vermindert.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Vorrichtung mehrere Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente und mehrere mit den mehreren MR-Spulenelementen verbundene spannungsbetätigte Schalter, wobei jeder spannungsbetätigte Schalter dafür konfiguriert ist, selektiv ein entsprechendes MR-Spulenelement zu aktivieren. Die Vorrichtung enthält auch eine Spannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern, eine mit der Spannungsquelle verbundene Steuereinheit und mehrere mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern und mit der Steuereinheit verbundene und dafür konfigurierte Übertragungsleitungen, ein Betätigungssignal aus der Spannungsquelle an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern. Die mehreren Übertragungsleitungen sind fei von diskreten widerstandsbehafteten Elementen und haben im Wesentlichen einen gleichmäßigen spezifischen Widerstand dergestalt, dass eine Wechselwirkung zwischen den mehreren Übertragungsleitungen und den mehreren MR-Spulenelementen minimiert und die Wärmeableitung über eine Länge von jeder der mehreren Übertragungsleitungen verteilt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Magnetresonanz-(MR)-System eine Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Vorrichtung mit mehreren um einen Kern eines Magneten angeordneten Gradientenspulen, um ein polarisierendes Magnetfeld einzuprägen und ein HF-Sender/Empfängersystem und einen von einem Pulsmodul gesteuerten HF-Schalter, um HF-Signale an eine MR-Spulenanordnung zum Erfassen von MR-Bildern zu senden. Die MR-Spulenanordnung enthält mehrere MR-Empfängerspulen, mehrere mit den mehreren MR-Empfängerspulen verbundene spannungsbetätigte Schalter und eine Spannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern. Die MR-Spulenanordnung enthält auch einen Treiber, der dafür konfiguriert ist, selektiv die mehreren spannungsbetätigten Schalter über ein Spannungssignal auszuwählen, und mehrere Leiterbahnen mit geringer Leitfähigkeit ohne diskrete Widerstände. Die mehreren Leiterbahnen mit geringer Leitfähigkeit sind mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern und mit dem Treiber verbunden. Die mehreren Leiterbahnen mit geringer Leitfähigkeit sind dafür konfiguriert, das Spannungssignal aus dem Treiber an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu übertragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung die Bereitstellung mehrerer Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente, die Verbindung mehrerer elektrostatischer Schalter mit den mehreren MR-Spulenelementen, eine Konfiguration der mehreren elektrischen Schalter zum selektiven Betätigen der mehreren MR-Spulenelemente, wenn ein Spannungspotential daran angelegt wird, und die Bereitstellung einer Steuereinheit, um die mehreren elektrostatischen Schalter zu betreiben. Das Herstellungsverfahren beinhaltet auch das Verbinden einer Spannungsversorgung mit der Steuereinheit, das Einfügen mehrerer Übertragungsleitungen zwischen der Steuereinheit und den mehreren elektrostatischen Schaltern, und die Konfiguration der mehreren Übertragungsleitungen so, dass sie im Wesentlichen gleichmäßig Energie zwischen der Spannungsquelle und den mehreren elektrostatischen Schaltern ohne diskrete Widerstände abführen, und dass sie die Wärmeabfuhr über eine Länge der jeweiligen mehreren Übertragungsleitungen verteilen.
Verschiedene weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen, die derzeit für die Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Blockdarstellung eines MR-Bildgebungssystems, das die Erfindung enthält.
2 eine schematische Darstellung einer MR-Spulenelementvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 sind die eine Ausführungsformen der Erfindung verkörpernden Hauptkomponenten eines bevorzugten Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Systems 10 dargestellt. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12 aus gesteuert, welche eine Tastatur oder andere Eingabevorrichtung 13, ein Steuerfeld 14 und einen Anzeigebildschirm 16 enthält. Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung 18 mit einem getrennten Computersystem 20, das es einem Bediener ermöglicht, die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf dem Anzeigebildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, welche miteinander über eine Rückseitenplatine 20a kommunizieren. Diese enthalten ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein im Fachgebiet als Frame-Puffer zum Speichern von Bilddatenarrays bekanntes Speichermodul 26. Das Computersystem 20 kommuniziert über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34 mit einer getrennten Systemsteuerung 32. Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Track Ball, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, eine Lichtwand, eine Sprachsteuerung oder irgendeine ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung umfassen und kann für eine interaktive Geometrievorschrift genutzt werden.
Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von über eine Rückseitenplatine 32a miteinander verbundenen Modulen. Diese Module enthalten ein CPU-Modul 36 und ein oder mehrere Pulsgeneratormodule 38, welche mit der Bedienerkonsole 12 über eine serielle Verbindung 40 verbunden ist. Über diese Verbindung 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle von dem Bediener, welche die auszuführende Scansequenz anzeigen. Das Pulsgeneratormodul 38 betreibt die Systemkomponenten so, dass sie die gewünschte Scansequenz ausführen und erzeugt Daten, die den Zeitpunkt, die Stärke und die Form der erzeugten Hochfrequenz-(HF)-Pulse und den Zeitpunkt und die Länge des Datenerfassungsfensters angeben. Das Pulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um den Zeitpunkt und die Form der Gradientenimpulse anzuzeigen, die während des Scans zu erzeugt werden. Das Pulsgeneratormodul 38 empfängt auch Patientendaten aus einer Physiologie-Erfassungssteuerung 44, die Signale von einer Anzahl unterschiedlicher an dem Patienten angebrachten Sensoren, wie z. B. Elektrokardiogramm-(EKG)-Signale aus Elektroden empfängt. Schließlich ist das Pulsgeneratormodul 38 mit einer Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, welche Signale von verschiedenen Sensoren in Verbindung mit dem Zustand des Patienten und dem MR-Magnetsystem empfängt. Über die Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 empfängt ein Patientenpositionierungssystem 48 auch Befehle, um den Patienten in die gewünschte Position für den Scan zu bringen.
Die von dem Pulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenwellenformen werden an das G_x-, G_y- und G_z-Verstärker enthaltende Gradientenverstärkersystem 42 angelegt. Jeder Gradientenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer insgesamt mit 50 bezeichneten Gradientenspulenanordnung, um die für die räumliche Codierung verwendeten magnetischen Feldgradienten zu erzeugen. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, welche einen Polarisierungsmagneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56 umfasst. Ein Sender/Empfänger-Modul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Pulse, die von einem oder mehreren HF-Verstärkern 60 verstärkt und an die HF-Spule 56 über einen Sende/Empfangs-Schalter 62 angelegt werden. Die von den angeregten Kernen in dem Patienten ausgestrahlten resultierenden Signale können von derselben HF-Spule 56 erfasst und über den Sende/Empfangs-Schalter 62 an einen Vorverstärker 64 geliefert werden. Die verstärkten NMR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt des Senders/Empfängers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende/Empfangs-Schalter 62 wird durch ein Signal aus dem Pulsgeneratormodul 38 gesteuert, dass er den HF-Verstärker 60 mit der Spule 56 während des Sendemodus und mit dem Vorverstärker 64 während des Empfangsmodus verbindet. Der Sende/Empfangs-Schalter 62 kann auch eine getrennte HF-Spule 56 (z. B. eine Oberflächenspule) zur Verwendung entweder im Sende- oder Empfangsmodus aktivieren.
Die von der HF-Spule 56 erfassten MR-Signale werden von dem Sender/Empfänger-Modul 58 digitalisiert und an ein Speichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scan ist vollständig, wenn ein Array von k-Raum-Rohdaten in dem Speichermodul 66 erfasst worden ist. Diese k-Raum-Rohdaten werden neu in getrennten k-Raum-Datenarrays für jedes zu rekonstruierende Bild angeordnet und jedes von diesen wird in einen Array-Prozessor 68 eingegeben, welcher so arbeitet, dass er eine Fourier-Transformation der Daten in ein Array von Bilddaten ausführt. Diese Bilddaten werden durch die serielle Verbindung 34 zu dem Computersystem 20 transportiert, wo sie in dem Plattenspeicher 111 gespeichert werden. Als Antwort auf von der Bedienerkonsole 12 empfangene Befehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden oder können durch den Bildprozessor 22 weiterverarbeitet und an die Bedienerkonsole 12 transportiert und auf dem Anzeigebildschirm 16 dargestellt werden.
In 2 ist eine schematische Darstellung einer MR-Spulenanordnung 72 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die MR-Spulenanordnung 72 enthält eine Anzahl von MR-Empfangsspulenelementen 74, 76, 78, 80, 82. Jedes Empfängerelement weist typischerweise mehrere aktive Blockierungsnetzwerke, ein passives Blockierungsnetzwerk, und einen an einem rauscharmen Verstärker angeschlossenen HF-Ausgang auf. Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die MR-Spulenanordnung 72 eine Steuereinheit 84 mit einem Totem-Pol-Feldeffekttransistor-(FET)-Array. Eine Hochspannungsversorgung oder Energiequelle 86, wie z. B. ein 10 V–100 V piezoelektrischer Leistungstransformator, ist mit der Steuereinheit 84 verbunden und dafür konfiguriert, eine Steuerleistung daran zu liefern.
Die MR-Spulenanordnung 72 enthält auch einen mit jeder MR-Empfangsspule 74–82 verbundenen elektrostatischen oder spannungsbetätigten Schalter 88, 90, 92, 94, 96. Gemäß einer Ausführungsform können die Schalter 88–96 beispielsweise Galliumnitridschalter, FET-Elemente oder mikroelektromechanische System-(MEMS)-Elemente sein, die auf der Basis eines Spannungspotentials mit wenig oder keinem daran angelegten Strom ein- und ausschalten. Eine Steuereinheit 84 ist dafür konfiguriert, selektiv die Schalter 88–96 zu betreiben.
In Betrieb verwendet die Steuereinheit 84 Transistor-Transistor-Logik-(TTL)-Steuersignale, um die einzelnen MR-Spulenelemente 74–82 über elektrostatische Betätigung der Schalter 88–96 ein- und auszuschalten. Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen 98, 100, 102, 104, 106 verbinden die Steuereinheit 84 mit entsprechenden MR-Empfangsspulenelementen 74–82 und übertragen ein Hochspannungssignal dazwischen. Die Leiterbahnen 98–106 sind aus einem widerstandsbehafteten Material, wie z. B. einer Leitdruckfarbe mit geringer Leitfähigkeit oder einer Widerstandsdruckfarbe mit einem spezifischen Widerstand von angenähert 1–10 kOhm/inch ausgebildet. Alternativ können die widerstandsbehafteten Leiterbahnen 98–106 aus einem Elastomer- oder Polymermaterial aufgebaut sein, das darin suspendierte leitfähige Partikel enthält. Die Leiterbahnen 98–106 können beispielsweise durch Schablonendruck, Siebdruck oder Tintenstrahldruck strukturiert werden. Die Leiterbahnen 98–106 können auch auf einer (nicht dargestellten) Leiterplatte strukturiert werden, was die Notwendigkeit einer Festverdrahtung zwischen der Steuereinheit und den Schaltern erübrigt. Alternativ können beispielsweise die Leiterbahnen 98–106 auf einem flexiblen Substrat zur Verwendung in anziehbaren Spulen strukturiert werden. Die Leiterbahnen 98–106 können auch aus einem textilen Material (z. B. einer mit leitendem Polymer beschichteten Faser, einer Kohlenstofffaser oder einem widerstandsbehafteten Gewebe) mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 50–100 Ohm/sq/mil aufgebaut sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Leiterbahnen 98–106 Leiter mit einem ähnlichen Widerstandswert pro Längeneinheit aufweisen, die mit Textilien, Geweben, Polymer, Kunststoff und dergleichen verwebt sind, um flexible konforme Schaltungen oder flexible Empfängerspulen auszubilden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Leiterbahnen mit hoher Leitfähigkeit (z. B. aus Kupfer oder Silber ausgebildeten Leiterbahnen), welche typischerweise heiße Stellen zeigen, wo diskrete Widerstände auf den Leiterbahnen angeordnet sind, haben die Leiterbahnen 98–106 im Wesentlichen gleichmäßige Widerstandseigenschaften über die gesamte Länge. Daher wird die Wärme im Wesentlichen gleichmäßig über der gesamten Länge der Leiterbahnen 98–106 zwischen der Steuereinheit 84 und den MR-Empfangsspulenelementen 74–82 abgeführt. Ferner können die Leiterbahnen 98–108 mit jedem gewünschten Pfadverlauf, Länge und/oder Breite strukturiert werden. Beispielsweise kann die Breite der Leiterbahnen 98–106 manipuliert werden, um die Oberfläche der Leiterbahn basierend auf den gewünschten Kühlungs- oder Leistungsbelastungseigenschaften zu vergrößern oder zu verkleinern. Gemäß einer Ausführungsform können die Leiterbahnen 98–106 eine Breite von angenähert 2,54 mm (100 mils) und/oder eine Dicke von angenähert 0,13 mm (5 mils) haben.
Die Eigenschaften der geringen Leitfähigkeiten Leiterbahnen 98–106 minimieren die Wechselwirkung zwischen den Leiterbahnen 98–106 und den Spulenelementen 74–82 an Überschneidungspunkten (z. B. dem Überschneidungspunkt 108). Daher können die Leiterbahnen 98–106 zu den Spulenelementen 74–82 in beliebiger Weise geführt werden, ohne eine mögliche unerwünschte Wechselwirkung (z. B. induzierten Strom) zwischen den Leiterbahnen 98–106 und den MR-Spulenelementen 74–82 zu bewirken. Somit können die Leiterbahnen 98–106 so konfiguriert werden, dass sie die Spulenelemente 74–82 gemäß Darstellung in 2 überlappen. Zusätzlich minimieren die Eigenschaften der geringen Leitfähigkeit der Leiterbahnen 98–106 die Möglichkeit, dass externe magnetische Felder Strom in den Leiterbahnen 98–106 induzieren.
Demzufolge stellen Ausführungsformen der Erfindung eine vergrößerte Fläche zur Wärmeabfuhr bereit, da die Wärmeenergie gleichmäßig über die gesamte Länge jeder Leiterbahn 98–106 verteilt wird. Somit minimieren oder eliminieren die Leiterbahnen 98–106 im Wesentlichen Bereiche mit stark konzentrierter Wärmeableitung oder ”heiße Stellen” auf den MR-Spulenelementen 74–82, welche sich typischerweise aus entlang dem Verlauf einer Leiterbahn angeordneten diskreten Widerständen ergeben. Ferner ermöglichen, da die Leiterbahnen 98–106 auf einer einlagigen gedruckten Leiterplatte (PCB) aufgebaut werden können, Ausführungsformen der Erfindung die Konstruktion von Leiterbahnen 98–106, die dünnere flexiblere Oberflächenspulen ermöglichen, was sehr erwünscht ist.
Daher enthält gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung mehrere Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente und mehrere mit den mehreren MR-Spulenelementen verbundene spannungsbetätigte Schalter, wobei jeder spannungsbetätigte Schalter dafür konfiguriert ist, selektiv ein entsprechendes MR-Spulenelement zu aktivieren. Die Vorrichtung enthält auch eine Spannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern, eine mit der Spannungsquelle verbundene Steuereinheit und mehrere mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern und mit der Steuereinheit verbundene und dafür konfigurierte Übertragungsleitungen, ein Betätigungssignal aus der Spannungsquelle an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern. Die mehreren Übertragungsleitungen sind fei von diskreten wider standsbehafteten Elementen und haben im Wesentlichen einen gleichmäßigen spezifischen Widerstand dergestalt, dass eine Wechselwirkung zwischen den mehreren Übertragungsleitungen und den mehreren MR-Spulenelementen minimiert und die Wärmeableitung über eine Länge von jeder der mehreren Übertragungsleitungen verteilt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält ein Magnetresonanz-(MR)-System eine Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Vorrichtung mit mehreren um einen Kern eines Magneten angeordneten Gradientenspulen, um ein polarisierendes Magnetfeld einzuprägen und ein HF-Sender/Empfängersystem und einen von einem Pulsmodul gesteuerten HF-Schalter, um HF-Signale an eine MR-Spulenanordnung zum Erfassen von MR-Bildern zu senden. Die MR-Spulenanordnung enthält mehrere MR-Empfängerspulen, mehrere mit den mehreren MR-Empfängerspulen verbundene spannungsbetätigte Schalter und eine Spannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu liefern. Die MR-Spulenanordnung enthält auch einen Treiber, der dafür konfiguriert ist, selektiv die mehreren spannungsbetätigten Schalter über ein Spannungssignal auszuwählen, und mehrere Leiterbahnen geringer Leitfähigkeit ohne diskrete Widerstände. Die mehreren Leiterbahnen geringer Leitfähigkeit sind mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern und mit dem Treiber verbunden. Die mehreren Leiterbahnen geringer Leitfähigkeit sind dafür konfiguriert, das Spannungssignal aus dem Treiber an die mehreren spannungsbetätigten Schalter zu übertragen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung die Bereitstellung mehrerer Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente, die Verbindung mehrerer elektrostatischer Schalter mit den mehreren MR-Spulenelementen, eine Konfiguration der mehreren elektrischen Schalter zum selektiven Betätigen der mehreren MR-Spulenelemente, wenn ein Spannungspotential daran angelegt wird, und die Bereitstellung einer Steuereinheit, um die mehreren elektrostatischen Schalter zu betreiben. Das Herstellungsverfahren beinhaltet auch das Verbinden einer Spannungsversorgung mit der Steuereinheit, das Einfügen mehrerer Übertragungsleitungen zwischen der Steuereinheit und den mehreren elektrostatischen Schaltern, und die Konfiguration der mehreren Übertragungsleitungen so, dass sie im Wesentlichen gleichmäßig Energie zwischen der Spannungsquelle und den mehreren elektrostatischen Schaltern ohne diskrete Widerstände abführen, und dass sie die Wärmeabfuhr über eine Länge der jeweiligen mehreren Übertragungsleitungen verteilen.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind.
Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Eine Vorrichtung 72 enthält mehrere Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente 74, 76, 78, 80, 82 und mehrere spannungsbetätigte Schalter 88, 90, 92, 94, 96, die mit den mehreren MR-Spulenelementen 74, 76, 78, 80, 82 verbunden sind, wobei jeder spannungsbetätigte Schalter 88, 90, 92, 94, 96 dafür konfiguriert ist, selektiv ein entsprechendes MR-Spulenelement 74, 76, 78, 80, 82 zu aktivieren. Die Vorrichtung 72 enthält auch eine Spannungsquelle 86, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter 88, 90, 92, 94, 96 zu liefern, eine Steuereinheit 84, die mit der Spannungsquelle 86 verbunden ist, und mehrere Übertragungsleitungen 98, 100, 102, 104, 106, die mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern 88, 90, 92, 94, 96 und mit der Steuereinheit 84 verbunden und dafür konfiguriert sind, ein Betätigungssignal aus der Spannungsquelle 86 an die mehreren spannungsbetätigten Schalter 88, 90, 92, 94, 96 zu liefern. Die mehreren Übertragungsleitungen 98, 100, 102, 104, 106 sind frei von diskreten widerstandsbehafteten Elementen und haben einen im Wesentlichen gleichmäßigen spezifischen Widerstand dergestalt, dass eine Wechselwirkung zwischen den mehreren Übertragungsleitungen 98, 100, 102, 104, 106 und den mehreren MR-Spulenelementen 74, 76, 78, 80, 82 minimiert wird und die Wärmeabfuhr über eine Länge von jeder der mehreren Übertragungsleitungen 98, 100, 102, 104, 106 verteilt wird.
Bezugszeichenliste

10: Bevorzugtes Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-System
12: Bedienerkonsole
14: Steuerfeld
16: Anzeigebildschirm
18: Verbindung
20: getrenntes Computersystem
22: Bildprozessormodul
24: CPU-Modul
26: Speichermodul
32: getrennte Systemsteuerung
34: schnelle serielle Verbindung
36: CPU-Modul
38: Pulsgeneratormodul
40: serielle Verbindung
42: Satz von Gradientenverstärkern
44: physiologische Erfassungssteuerung
46: Scanraum-Schnittstellenschaltung
48: Patientenpositionierungssystem
50: Gradientenspulenanordnung
52: Magnetanordnung
54: Polarisierungsmagnet
56: Ganzkörper-HF-Spule
58: Sender/Empfänger-Modul
60: HF-Verstärker
62: Sende/Empfangs-Schalter
64: Vorverstärker
66: Speichermodul
68: Array-Prozessor
70: Oberflächenspule
72: MR-Spulenanordnung
74: Nummer von MR-Empfangsspulenelementen
76: Nummer von MR-Empfangsspulenelementen
78: Nummer von MR-Empfangsspulenelementen
80: Nummer von MR-Empfangsspulenelementen
82: Nummer von MR-Empfangsspulenelementen
84: Steuereinheit
86: Hochspannungsenergieversorgung oder Energiequelle
88: elektrostatischer oder spannungsbetätigter Schalter
90: elektrostatischer oder spannungsbetätigter Schalter
92: elektrostatischer oder spannungsbetätigter Schalter
94: elektrostatischer oder spannungsbetätigter Schalter
96: elektrostatischer oder spannungsbetätigter Schalter
98: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
98: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
100: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
102: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
104: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
106: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
108: Übertragungsleitungen oder widerstandsbehaftete Leiterbahnen
108: Überschneidungspunkt

Claims

Vorrichtung (72), aufweisend: mehrere Magnetresonanz-(MR)-Spulenelemente (74, 76, 78, 80, 82); mehrere spannungsbetätigten Schalter (88, 90, 92, 94, 96), die mit den mehreren MR-Spulenelementen (74, 76, 78, 80, 82) verbunden sind, wobei jeder spannungsbetätigte Schalter (88, 90, 92, 94, 96) dafür konfiguriert ist, selektiv ein entsprechendes MR-Spulenelement (74, 76, 78, 80, 82) zu aktivieren; eine Spannungsquelle (86), die dafür konfiguriert ist, eine Spannung an die mehreren spannungsbetätigten Schalter (88, 90, 92, 94, 96) zu liefern; eine Steuereinheit (84), die mit der Spannungsquelle (86) verbunden ist; und mehrere Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106), die mit den mehreren spannungsbetätigten Schaltern (88, 90, 92, 94, 96) und mit der Steuereinheit (84) verbunden und dafür konfiguriert sind, ein Betätigungssignal aus der Spannungsquelle (86) an die mehreren spannungsbetätigten Schalter (88, 90, 92, 94, 96) zu liefern, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) frei von diskreten widerstandsbehafteten Elementen sind und einen im Wesentlichen gleichmäßigen spezifischen Widerstand dergestalt haben, dass eine Wechselwirkung zwischen den mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) und den mehreren MR-Spulenelementen (74, 76, 78, 80, 82) minimiert wird und die Wärmeabfuhr über eine Länge von jeder der mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) verteilt wird.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) dafür konfiguriert sind, die mehreren MR-Spulenelemente (74, 76, 78, 80, 82) zu überlappen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) frei von diskreten Widerständen oder Induktoren sind.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) ferner eine Widerstandsdruckfarbe aufweisen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) ferner ein Polymermaterial mit darin suspendierten leitenden Partikeln aufweisen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) ferner ein Material mit einem spezifischen Widerstand zwischen angenähert 1 kOhm/in und angenähert 10 kOhm/in aufweisen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei der spannungsbetätigte Schalter (88, 90, 92, 94, 96) ein mikroelektromechanisches Systemelement (MEMS) oder einen Feldeffekt-(FET)-Schalter aufweist.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 7, welche ferner ein Totem-Pol-FET-Array aufweist, das zwischen der Spannungsquelle (86) und den mehreren spannungsbetätigten Schaltern (88, 90, 92, 94, 96) angeordnet und dafür konfiguriert ist, selektiv das MEMS-Element auszuwählen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) ferner einen widerstandsbehafteten Draht, eine Kohlefaser oder einen widerstandsbehafteten Faden aufweisen.
Vorrichtung (72) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Übertragungsleitungen (98, 100, 102, 104, 106) jeweils eine Breite von angenähert 2,54 mm (100 mils) haben.