Beschreibung

Zirkulator und Magnet-Resonanz-Gerät

Die Erfindung betrifft einen Zirkulator, insbesondere zum Einsatz bei Hochfrequenzsystemen eines Magnet-Resonanz- Gerätes, sowie ein Magnet-Resonanz-Gerät mit einem derartigen Zirkulator .

Die Magnet-Resonanz- (MR) -Bildgebung ist ein bekanntes und fest etabliertes Verfahren, das insbesondere bei der medizi ^¬ nischen Bildgebung eingesetzt wird. Hierbei wird ein zu un ^¬ tersuchender Körper in ein starkes homogenes statisches Mag ^¬ netfeld, das sogenannte Hauptmagnetfeld, eingebracht, das in dem Körper eine Ausrichtung der Kernspins von Atomkernen, insbesondere von an Wasser gebundenen Wasserstoffatomkernen (Protonen), bewirkt. Mittels hochfrequenter Anregungspulse werden diese Kerne zu einer Präzessionsbewegung um das Hauptmagnetfeld angeregt. Nach dem Ende eines entsprechenden Hoch- frequenz- (HF-) Anregungspulses präzedieren die Kernspins mit der sogenannten Larmorfrequenz, die von der Stärke des Hauptmagnetfeldes abhängt. Aufgrund verschiedener Wechselwirkungs ^¬ arten richten sich die Kernspins mit einem charakteristischen zeitlichen Verlauf wieder entlang der durch das Hauptmagnet- feld vorgegebenen Vorzugsrichtung aus. Der zeitliche Verlauf ist unter anderem gewebeabhängig und kann anhand von sogenannten Relaxationszeiten beschrieben werden. Durch rechnerische und/oder messtechnische Analyse der integralen, hochfre ^¬ quenten Kernsignale kann aus der räumlichen Verteilung der Kernspindichte in Verbindung mit den jeweiligen Relaxations ^¬ zeiten ein Bild generiert werden. Die Zuordnung des infolge der Präzessionsbewegung nachweisbaren Kernresonanzsignals zum Ort seiner Entstehung erfolgt durch Anwendung von magnetischen Feldgradienten. Dazu werden entsprechende Gradienten- felder dem Hauptmagnetfeld überlagert und so gesteuert, dass nur in einer abzubildenden Schicht eine Anregung der Kerne erfolgt. Auf diesen physikalischen Effekten basierende Abbildungssysteme sind auch bekannt unter den Bezeichnungen Kerns-

pin-Tomographie, Nuclear-Magnetic-Resonance (NMR) -Tomo gra- phie oder Magnetic Resonance Imaging (MRI) .

Sowohl zur HF-Anregung der Kernspins als auch zur Detektion der Kernspinsignale ist ein Hochfrequenzsystem mit einer Hochfrequenzantenne erforderlich .

Sendeseitig umfasst das Hochfrequenzsystem mindestens einen Hochfrequenzverstärker (RFPA - „radio frequency power ampli- fier") , der ein Steuersignal verstärkt, das daraufhin zu ei ^¬ ner Hochfrequenzantenne geleitet wird und über einen bzw. mehrere Eingangsports in die Hochfrequenzantenne eingespeist wird. Bei einer nicht optimalen Anpassung der Eingangsports der Hochfrequenzantenne kommt es zu teilweise erheblichen rücklaufenden Spannungen bzw. Leistungen. Eine optimale Anpassung des Eingangsport der Hochfrequenzantenne ist in der Praxis jedoch selten gegeben, da die Anpassung unter anderem auch von der Belastung der Hochfrequenzantenne, die mit dem zu untersuchenden Körper variiert, abhängt. Daher wird das in die Hochfrequenzantenne eingespeiste Signal in der Regel zu ^¬ mindest teilweise reflektiert. Die vor dem Eingangsport der Hochfrequenzantenne vorgeschalteten Bauteile, insbesondere Hochfrequenzverstärker, müssen diese reflektierte Leistung ohne Schaden tolerieren.

Oftmals werden bei Magnet-Resonanz-Geräten Mehrport-Antennen eingesetzt, die über mindestens 2, typischerweise über 8, 16 oder 32 untereinander verkoppelte Eingangsporte verfügen. Die Steuersignale für die Eingangsporte werden dabei üblicherwei- se von mehreren Hochfrequenzverstärkern erzeugt. Idealerweise wird jeder Eingangsport von einem eigenen Hochfrequenzverstärker gespeist. Dadurch, dass die Eingangsporte untereinan ^¬ der verkoppelt sind, können an den Eingangsporten übergekoppelte Spannungen auftreten. Diese Spannungen addieren sich zu den an den Eingangsporten reflektierten und rücklaufenden

Spannungen, sodass die Hochfrequenzverstärker, die einen Eingangsport einer Mehrport-Antenne ansteuern, besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Das Problem der reflektierten und übergekoppelten Spannung kann durch eine überdimensionierung des Hochfrequenzverstärkers gelöst werden. Dabei wird die Spitzenspannung des Hoch- frequenzverstärkers deutlich über der im Betrieb notwendigen Vorwärtsspannung gewählt, sodass die Spitzenspannung in jedem Fall größer ist als die Summe der Vorwärtsspannung und der Spannung des rücklaufenden Signals. Hierdurch erhöhen sich jedoch die Kosten des Hochfrequenzverstärkers.

Eine andere Möglichkeit ist es, am Ausgangsport des Hochfre ^¬ quenzverstärkers oder im Hochfrequenzverstärker selbst einen Zirkulator oder eine Einwegleitung (engl.: „Isolator") anzuordnen, sodass die rücklaufende Leistung nicht in den Hoch- frequenzverstärker gelangt und diesen zusätzlich belastet.

Ein Zirkulator ist ein passives Bauelement mit mindestens drei Toren, bei denen eine an einem Tor eingespeiste Leistung um eine geringe Durchgangsdämpfung geschwächt an einem ande- ren Tor angeboten wird, während alle übrigen Tore weitgehend entkoppelt sind, an ihnen also nur die um eine hohe Sperr ^¬ dämpfung verminderte Leistung angeboten wird. Die Ports des Zirkulators sind dabei durch eine zyklische Reihenfolge ge ^¬ kennzeichnet, d.h. eine an einem der Tore angebotene Leistung wird an das jeweils nächste Tor weitergereicht. Eine Einweg ^¬ leitung ist ebenso ein passives Bauelement mit zwei Anschlüs ^¬ sen (Ports) , das eine elektromagnetische Leistung idealerwei ^¬ se nur in einer Richtung durchlässt.

Dieses nichtreziproke Verhalten wird bei Zirkulatoren bzw. Einwegleitern üblicherweise dadurch erzeugt, dass sich ein Ferrit in einem statischen Magnetfeld befindet, das von einem den Ferriten umgebenden Permanentmagneten erzeugt wird. Durch das Magnetfeld des Permanentmagneten nimmt der Ferrit ein gyrotropes Verhalten an. Hochfrequenzsignale, die an einem Tor eingespeist werden, werden lediglich an das nächste Tor weitergeleitet. Das gewünschte nichtreziproke Verhalten funk ^¬ tioniert innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches, der

sich durch geeignete Dimensionierung des Ferriten und der Größe des statischen Magnetfeldes festlegen lässt.

Während des Betriebes eines Zirkulators erwärmen Hochfre- quenzverluste den Zirkulator, insbesondere dessen Ferriten und dessen Permanentmagneten. Dies führt zu einer änderung der Signalübertragung hinsichtlich Amplitude und Phase des übertragenen Signals. Gerade im Hinblick auf die notwenige Genauigkeit der übertragung der Hochfrequenzsignale bei einem Magnet-Resonanz-Gerät ergeben sich dadurch Probleme.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Zirkulator bereitzustellen, der einen einfachen Aufbau besitzt, kostengünstig herzustellen ist und mit dem eine genaue und konstante Sig- nalübertragung ermöglicht wird. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Magnet-Resonanz-Gerät mit einem verbesserten Hochfrequenzsystem bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Zirkula- tor gemäß Anspruch 1 und durch ein Magnet-Resonanz-Gerät nach Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Zirkulator umfasst einen Ferriten, wobei der Zirkulator in der Nähe eines Gerätes, das in seiner Umge ^¬ bung ein statisches Magnetfeld erzeugt, derart anordenbar ist, dass der Zirkulator seine nichtreziproke Eigenschaft durch eine Wechselwirkung des Ferriten mit dem statischen Magnetfeld des Gerätes aufweist. Der Zirkulator erhält dabei seine nichtreziproke Eigenschaft, solange der Ferrit in dem statischen Magnetfeld angeordnet ist und hierdurch eine Wech ^¬ selwirkung des statischen Magnetfeldes mit dem Zirkulator stattfindet. Dies bedeutet, dass durch eine dauerhafte Anord ^¬ nung des Zirkulators bzw. dessen Ferriten im statischen Mag- netfeld des Gerätes der Zirkulator bzw. dessen Ferrit dessen funktionstypische nichtreziproke Eigenschaft gewährleistet werden kann.

Bevorzugterweise erhält der Zirkulator seine nichtreziproke Eigenschaft durch die Wechselwirkung des Ferriten lediglich mit dem statischen Magnetfeld des Gerätes. Dies bedeutet, dass kein zusätzliches statisches Magnetfeld, sondern ledig- lieh das statische Magnetfeld, das von dem Gerät erzeugt wird, dem Zirkulator die für einen Zirkulator typische nichtreziproke Funktionsweise verleiht.

Bei herkömmlichen Zirkulatoren wird das Magnetfeld, das dem Ferriten eine anisotrope Permeabilität und dem Zirkulator so seine nichtreziproke Funktionsweise verleiht, durch einen zu dem Zirkulator gehörigen Magneten - üblicherweise durch einen Permanentmagneten - erzeugt. Demgegenüber erhält der Ferrit des erfindungsgemäßen Zirkulators seine anisotrope Permeabi- lität durch das statische Magnetfeld des Gerätes, das als externes Gerät kein eigentlicher Bestandteil des Zirkulators ist. Hierdurch kann das Bauteil des Zirkulators, das bei her ^¬ kömmlichen Zirkulatoren das Magnetfeld erzeugt, wesentlich einfacher ausgebildet oder bevorzugterweise ganz weggelassen werden, sodass sich der erfindungsgemäße Zirkulator im Vergleich zu herkömmlichen Zirkulatoren kostengünstiger herstellen lässt.

Da sich dieses Bauteil bei herkömmlichen Zirkulatoren im Lau- fe des Betriebes durch Hochfrequenzverluste erwärmt, und da diese Erwärmung - wie eingangs beschrieben - die Genauigkeit und Konstanz der Signalübertragung beeinträchtigt, erlaubt der erfindungsgemäße Zirkulator eine besonders genaue und konstante Signalübertragung.

Bevorzugterweise umfasst der Zirkulator Mittel zum Kühlen des Zirkulators. Dadurch, dass der Ferrit des erfindungsgemäßen Zirkulators nun besser zugänglich ist, können die Mittel zum Kühlen vergleichsweise einfach ausgestaltet werden und effi- zienter in der Nähe des Ferriten oder am Ferriten selbst angeordnet werden. Beispielsweise lässt sich eine Kühlung durch Anbringung eines Kühlkörpers oder eines Heat-Pipe-Systems be ^¬ werkstelligen. Hierdurch wird auf einfache Weise die Tempera-

tur des Zirkulators während des Betriebes weitgehend konstant gehalten, sodass die Signalübertragung hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Konstanz verbessert wird.

In einer Ausführungsform ist der Zirkulator als Dreitor- Zirkulator ausgebildet.

In einer anderen Ausführungsform ist der Zirkulator als Einwegleitung ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch er- reicht werden, dass ein dritter Port eines Zirkulators mit einer in den Zirkulator eingebauten Last abgeschlossen ist, sodass ein derart modifizierter Zirkulator lediglich zwei Tore aufweist, die eine eingespeiste Leistung lediglich in ei ^¬ ner Richtung weiterleiten.

Bevorzugterweise ist das Gerät, das in seiner Umgebung ein statisches Magnetfeld erzeugt, ein Magnet-Resonanz-Gerät. Ein Magnet-Resonanz-Gerät verfügt über ein starkes statisches Magnetfeld, sodass dieses Magnetfeld, das üblicherweise zur Magnet-Resonanz-Bildgebung eingesetzt wird, auch dahingehend mit Vorteil verwendet wird, dass der Zirkulator seine nicht ^¬ reziproke Eigenschaft durch die Wechselwirkung des Ferriten mit dem statischen Magnetfeld erhält.

Mit Vorteil umfasst der Frequenzbereich des Zirkulators eine Larmorfrequenz des Magnet-Resonanz-Gerätes. Auf diese Weise kann der Zirkulator in einem Hochfrequenzsystem des Magnet- Resonanz-Gerätes eingesetzt werden. Die Abstimmung der Fre ^¬ quenz des Zirkulators lässt sich unter anderem durch den Ein- bauort, der die Stärke des externen Magnetfeldes bestimmt, durch die Wahl des Materials des Ferriten und durch die Dimensionierung der Anpassschaltung des Zirkulators erreichen.

Das erfindungsgemäße MRT-Gerät umfasst ein Hochfrequenzsys- tem, das seinerseits einen Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst. Das Hochfrequenzsystem des Magnet- Resonanz-Gerätes, das mit dem Zirkulator ausgestattet ist,

erlaubt - wie oben beschrieben - eine besonders genaue und konstante Signalübertragung.

Bevorzugterweise ist der Zirkulator zwischen einem Hochfre- quenzverstärker und einer Hochfrequenzantenne angeordnet, wo ^¬ bei ein erstes Tor des Zirkulators mit dem Hochfrequenzver ^¬ stärker und ein zweites Tor des Zirkulators mit einer Hoch ^¬ frequenzantenne in Verbindung stehen. Die Durchlassrichtung des Zirkulators verläuft dabei von dem ersten zu dem zweiten Tor.

Wie eingangs geschildert, sind Bestandteile des Hochfrequenz ^¬ systems, insbesondere der Hochfrequenzverstärker, durch eine nicht optimale Anpassung der Eingangsports der Hochfrequenz- antenne besonderen Belastungen ausgesetzt. Der Einsatz des

Zirkulators im Hochfrequenzsystem zwischen dem Hochfrequenzverstärker und der Hochfrequenzantenne sperrt Wellen, die an der Hochfrequenzantenne reflektiert worden sind oder leitet diese in einen anderen Kanal, sodass die Bestandteile des Hochfrequenzsystems, insbesondere der Hochfrequenzverstärker, geschützt werden. Hierdurch ist es möglich, die Bestandteile, die durch den Zirkulator vor reflektierten Wellen geschützt werden, insgesamt geringer zu dimensionieren, da sie die zusätzliche Belastung, die durch reflektierte Wellen entstünde, nicht mehr tolerieren müssen. Hierdurch kann das Hochfrequenzsystem kostengünstiger hergestellt werden. Zudem ergeben sich durch den Einsatz des Zirkulators im Hochfrequenzsystem des Magnet-Resonanz-Gerätes Vorteile hinsichtlich einer ge ^¬ nauen und konstanten Signalübertragung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zirkulator an einem Eingangsport der Hochfrequenzantenne angeordnet. Auf diese Weise wird eine von der Hochfrequenzantenne reflektier ^¬ te Welle unmittelbar am Eingangsport abgeleitet, sodass alle weiteren Bestandteile des Hochfrequenzsystems geschützt wer ^¬ den .

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein drittes Tor des Zirkulators durch eine Last abgeschlossen. In diesem Fall wirkt der Zirkulator als Einwegleitung, die Signale lediglich in einer Richtung - von dem Hochfrequenzverstärker zur Hoch- frequenzantenne - passieren lässt. Die Last kann dabei am Zirkulator angebaut oder im Zirkulator eingebaut sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein drittes Tor des Zirkulators mit einer Empfangseinheit verbunden. Auf diese Weise kann eine sonst übliche Sende-Empfangs-Weiche durch den Zirkulator ersetzt werden. Im Sendefall werden Signale von dem Hochfrequenzverstärker über das erste Tor zum zweiten Tor und zur Hochfrequenzantenne geleitet. Im Emp ^¬ fangsfall werden Messsignale von der Hochfrequenzantenne vom zweiten Tor über das dritte Tor des Zirkulators zur Empfangs ^¬ einheit weitergeleitet. Die Empfangseinheit ist dabei derart ausgebildet, dass sie zumindest im Sendebetrieb eine Last darstellt, d.h. einen leistungsfesten Abschluss darstellt, der die von der Antenne kommende Leistung aufnimmt („ab- sumpft") .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ge ^¬ mäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau durch ein Magnet-Resonanz- Gerät, das ein Hochfrequenzsystem umfasst, in dem der erfindungsgemäße Zirkulator Anwendung findet,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht durch den erfindungsgemä ^¬ ßen Zirkulator, und

Fig. 3 bis Fig. 5 verschiedene schematische Aufbauten eines Hochfrequenzsystems eines Magnet-Resonanz-Gerätes, das jeweils den erfindungsgemäßen Zirkulator umfasst.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Magnet-Resonanz- Gerätes 1. Die Komponenten des Magnet-Resonanz-Gerätes 1, mit denen die eigentliche Messung durchgeführt wird, befinden sich in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper eingestrahlt.

Ein starker Magnet, üblicherweise ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen öffnung, erzeugt ein statisches starkes Haupt ^¬ magnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis 3 Tesla und mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper - hier nicht dargestellt - wird auf einer Patientenliege 9 gelagert und in dem Hauptmagnetfeld 7 positioniert.

Die Anregung der Kernspins des Körpers erfolgt über magneti ^¬ sche Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Kör ^¬ perspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheiten 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert wird. Nach einer Ver ^¬ stärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenz- System ist lediglich schematisch angedeutet. üblicherweise werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 19 und mehrere Hochfrequenzantennen in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt.

Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradien ^¬ tenspulen 21, mit denen bei einer Messung Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteu- ert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in Verbindung steht.

Die von den angeregten Kernspins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 13 und/oder von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitali- siert.

Eine Bildverarbeitungseinheit 31 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 33 einem Anwender dar ^¬ gestellt oder in einer Speichereinheit 35 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 37 steuert die einzelnen Anla ^¬ genkomponenten .

Die Hochfrequenzantenne, mit der die Anregungspulse einge ^¬ strahlt werden - in diesem Fall die Körperspule 13 -, muss möglichst genau an das vorgeschaltete Hochfrequenzsystem an- gepasst sein, damit möglichst wenig Energie am Eingangsport der Hochfrequenzantenne reflektiert wird. Wie eingangs be ^¬ schrieben, ist eine optimale Anpassung der Hochfrequenzantenne jedoch nicht immer möglich.

Wenn die Hochfrequenzantenne, wie bei Magnet-Resonanz-Geräten oftmals üblich, zudem mehrere untereinander verkoppelte Eingangsporte aufweist, können störende Verkopplungen zwischen den einzelnen Antennenports auftreten, sodass zu einer am Eingangsport reflektierten Spannung die an den Eingangsports übergekoppelten Spannungen hinzu kommen.

Um zu verhindern, dass ein am Eingangport der Hochfrequenzantenne zurücklaufendes Signal in das Hochfrequenzsystem zu- rückläuft und dieses belasten würde, ist der Eingangsport der Hochfrequenzantenne und der Ausgangsport des Hochfrequenzsys ^¬ tem mit einem Zirkulator 39 verbunden, und zwar derart, dass ein von dem Hochfrequenzverstärker 19 zur Hochfrequenzantenne gesendetes Signal vom Zirkulator 39 weitgehend ungedämpft durchgereicht wird, während ein Signal in umgekehrter Rich ^¬ tung weitgehend gesperrt wird.

In dem hier gezeigten Beispiel ist der Zirkulator 39 gleichzeitig derart mit der Empfangseinheit 29 verbunden, dass der Zirkulator 39 die Funktion einer sonst notwendigen Sende- Empfangs-Weiche erfüllt. Dies ist jedoch lediglich eine spe- zielle Anordnung des Zirkulators 39 im Hochfrequenzsystem des Magnet-Resonanz-Gerätes 1. In Fig. 3 bis Fig. 5 werden ver ^¬ schiedene Anordnungsvarianten später genauer erläutert.

Der Zirkulator 39 ist in der Nähe des Kryomagneten 5 angeord- net, und zwar derart, dass der Zirkulator 39 die für ihn ty ^¬ pische nicht-reziproke Eigenschaft durch die Wechselwirkung des statischen Hauptmagnetfeldes 7 mit seinem Ferriten auf ^¬ weist. Der Zirkulator erhält somit seine nicht-reziproke Ei ^¬ genschaft solange, solange eine Wechselwirkung seines Ferri- ten mit dem statischen Hauptmagnetfeld 7 stattfindet. Der Ort der Anbringung des Zirkulators 39 ist dabei so gewählt, dass die dort vorherrschende Magnetfeldstärke derart mit dem Zir ^¬ kulator 39, insbesondere mit seinem Ferriten, wechselwirkt, dass der Zirkulator 39 auf die Larmorfrequenz des Magnet- Resonanz-Gerätes 1 abgestimmt ist.

Diejenigen Orte, an denen das statische Hauptmagnetfeld 7 die für den Betrieb des Zirkulators 39 geeignete Magnetfeldstärke aufweist, bilden eine Fläche, die üblicherweise rotationssym- metrisch um die Längsachse des Kryomagneten 5 ist. Der Zirku ^¬ lator 39 kann an mehreren Stellen dieser Fläche angeordnet werden, vorzugsweise an der Stelle, an der die zu- bzw. ab ^¬ führenden Kabel möglichst kurz und daher Kosten sparend aus ^¬ gebildet werden können.

Falls mehrere Zirkulatoren 39 eingesetzt werden - beispiels ^¬ weise verschiedenen Eingangsporten einer Mehrport-Antenne zu schützen - können diese ebenfalls rotationssymmetrisch um die Längsachse des Kryomagneten 5 angeordnet werden, da an diesen Orten die Stärke des Hauptmagnetfeldes 7 gleich bleibt.

In Fig. 2 wird nun der Aufbau und die Wechselwirkung des Ferriten mit dem Magnetfeld nun näher erläutert.

Der in Fig. 2 gezeigte Zirkulator 39 umfasst eine elektrische Leiterplatte 41, die drei um jeweils 120° versetzte Tore 43 aufweist. Die hier dargestellte elektrische Leiterplatte 41 ist Y-förmig ausgebildet. Sie kann auch andere flächenhafte Formen mit einer Rotationssymmetrie von 120° aufweisen, wie sie bei herkömmlichen Zirkulatoren verwendet werden. Die e- lektrische Leiterplatte 41 liegt zwischen zwei scheibenförmig ausgebildeten Ferriten 45. Die Ferrite 45 ihrerseits liegen zwischen zwei auf gleichem Potential liegenden Grundplatten, von denen der übersichtlichkeit halber lediglich die hintere Grundplatte 47 gezeigt ist.

Der Zirkulator 39 ist in der Nähe des Kryomagneten 5 derart angeordnet, dass das durch den Kryomagneten 5 erzeugte stati ^¬ sche Hauptmagnetfeld 7 eine Komponente besitzt, die senkrecht auf die Ferrite 45 trifft. Auf diese Weise weisen die Ferri ^¬ ten 45 die typische, gyrotrope Eigenschaft auf, die dem Zir ^¬ kulator 39 die für ihn typische nicht-reziproke Funktionswei- se verleiht. Eine an einem Tor angebotene Leistung wird an dem nächsten Tor nahezu ungedämpft weitergereicht, während das folgende Tor weitgehend entkoppelt ist.

Da der Zirkulator 39 keinen Permanentmagneten mehr für seine Funktion benötigt, ist der Zirkulator 39 insgesamt kostengünstiger herzustellen. Darüber hinaus kann der Zirkulator 39 besser und effizienter gekühlt werden, da er weniger Komponenten als ein herkömmlicher Zirkulator aufweist, die darüber hinaus besser zugänglich sind. Bei dem hier dargestellten Zirkulator 39 ist an der hinteren Grundplatte 47 ein zentral angeordneter Kühlkörper 49 schematisch angedeutet, der die im Zirkulator 39 entstehende Wärme von dem Zirkulator 39 in die Umgebung ableitet. Da die Kühlung des Zirkulators 39 einfa ^¬ cher und effizienter ausgestaltet werden kann, unterliegt die Betriebstemperatur des Zirkulators 39 im Vergleich zu herkömmlichen Zirkulatoren geringeren Schwankungen, sodass mit dem Zirkulator 39 eine genauere und konstantere Signalüber ^¬ tragung erreicht wird.

Weitere Komponenten des Zirkulators 39, wie beispielsweise Anschlussbuchsen zum Anschluss von Leitungen an die drei Tore des Zirkulators oder dielektrische Trennschichten, die die Ferrite 45 umgeben und zur elektrischen Trennung der Leiterplatte 41 von den Grundplatten 47 beitragen, sind der übersichtlichkeit halber nicht gezeigt, unterscheiden sich aber nicht von bekannten Zirkulatoren .

In Fig. 3 bis Fig. 5 werden nun verschiedene Anordnungsvarianten des Zirkulators 39 in einem Hochfrequenzsystem eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1 genauer erläutert. Dabei wird in Fig. 3 bis Fig. 5 vornehmlich das Prinzip möglicher zweckmäßiger Anordnungen des Zirkulators 39 im Hochfrequenzsystem erläutert. Das Hochfrequenzsystem selbst ist dabei nicht auf die in Fig. 3 bis Fig. 5 dargestellten Formen beschränkt.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Hochfrequenzsystem eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1, bei dem der erfindungsgemäße Zirkulator 39 jeweils an einem Eingangsport einer Hochfrequenzantenne 51 angeordnet ist. Das Hochfre ^¬ quenzsystem ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass mit dem Hochfrequenzsystem zwei verschiedene Hochfrequenzantennen 51, beispielsweise eine Körperspule und eine Kopfmatrixspule, über eine Spulenweiche 53 wahlweise an ^¬ gesteuert werden können. An den Eingangsporten der Hochfrequenzantennen 51 ist jeweils ein Zirkulator 39 angeordnet. Das dritte Tor eines jeden Zirkulators 39 ist dabei mit einer Last 55 abgeschlossen.

Die von dem Hochfrequenzverstärker 19 kommenden Signale werden durch die Zirkulatoren 39 an die Hochfrequenzantennen 51 weitergereicht, während die Energie einer Welle, die an den Hochfrequenzantennen 51 reflektiert wurde, in die Last abge- leitet 55 wird. Auf diese Weise schützt der Zirkulator 39 die ihm vorgeschalteten Komponenten wie beispielsweise den Hochfrequenzverstärker 19, die Spulenweiche 53 oder die zuführenden Koaxialkabel 57, die aufgrund dessen kostengünstiger aus-

geführt werden können, da sie geringere Belastungen tolerie ^¬ ren müssen. Die Koaxialkabel 57 sind dabei der übersichtlichkeit halber lediglich in einem Abschnitt des Hochfrequenzsys ^¬ tems angedeutet dargestellt.

Zwischen der Hochfrequenzantennen 51 und den Zirkulatoren 39 befindet sich jeweils eine Sende-Empfangs-Weiche 59, sodass die beiden Hochfrequenzantennen 51 auch als Empfangsantennen verwendet werden können. Ein von den Hochfrequenzantennen empfangenes Signal wird in diesem Fall zu einer Empfangsein ^¬ heit 29 weitergeleitet.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer anderen Ausführungsvariante des Hochfrequenzsystems. Hier ist der Zirkulator 39 am Ausgangsport des Hochfrequenzverstärkers 19 angeordnet. Im Vergleich zur Variante in Fig. 3 hat diese Va ^¬ riante den Vorteil, dass lediglich ein Zirkulator 39 notwendig ist, um den Hochfrequenzverstärker 19 zu schützen. Dafür müssen die nachfolgenden Bauteile wie die zu den Hochfre- quenzantennen 51 führenden Koaxialkabel 59, die Spulenweiche 53 oder die Sende-Empfangs-Weichen 59 so bemessen werden, dass sie der Belastung durch eine an den Hochfrequenzantennen 51 reflektierte Welle standhalten.

Bei den in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Varianten ist das dritte Tor des Zirkulator 39 jeweils mit einer 55 Last abge ^¬ schlossen; der Zirkulator 39 wird so als Einwegleitung (engl.: „Isolator") verwendet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, in der die Zirkulato ^¬ ren 39 ebenfalls an den Eingangsporten der Hochfrequenzantennen 51 angeordnet sind, aber gleichzeitig als Sende-Empfangs- Weiche Verwendung finden. In dieser Ausführungsform ist das dritte Tor des Zirkulators 39 mit einer Empfangseinheit 29 verbunden, sodass - falls die Hochfrequenzantennen 51 für den Empfang von Kernspinsignalen verwendet werden - das Empfangssignal durch den Zirkulator 39 zu der Empfangseinheit 29 des Hochfrequenzsystems weitergeleitet wird.

Die zwischen den Zirkulatoren 39 und der Empfangseinheit 29 geschalteten Sende-Empfangs-Weichen 59 dienen in diesem Fall dazu, im Sendebetrieb eine von den Zirkulatoren 39 abgeleite- te Leistung in eine Last abzuleiten. Im Empfangsfall sich die Sende-Empfangs-Weichen 59 derart geschaltet, dass das vom Zirkulator kommende Signal zur Empfangseinheit 29 weiterge ^¬ leitet wird. Dadurch, dass die Sende-Empfangs-Weichen 59 lediglich eine Belastung durch eine rücklaufende Leistung tole- rieren müssen, können sie insgesamt geringer dimensioniert werden, verglichen mit den Sende-Empfangs-Weichen 59 aus Fig. 3 oder 4, die zusätzlich zur rücklaufenden auch die von dem Hochfrequenzverstärker 19 bereitgestellte Leistung tolerieren müssen .