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1、医用磁共振设备机房的设计布局及屏蔽能效检测 鲨:旦璺: 鱼皇卫皇堕旦皇皇坐堡医用磁共振设备机房的设计布局及屏蔽效能检测何洪林,赵育新,昊昌爽,李凯扬.广州军区武汉总医院,武汉;.武汉大学物理科学与技术学院,武汉【摘要】目的:通过科学设计医用磁共振设备机房并合理布局设备,以保证设备生成图像的质量,同时保障机房其他设备的正常运行及工作人员、患者和公众人员的身体健康。方法:结合某医院实际工作情况,遵照核磁屏蔽的原则和标准.对磁共振仪周围环境、空调新风系统、水电系统进行合理设计和布局。结果:根据核磁屏蔽效能检测的原理和方法达到仪器的检测要求。结论:该设计能够确保设备生成优质图像.并能进行有效的屏蔽防护
2、。【关键词】核磁屏蔽;机房设计布局;屏蔽效能【中国图书资料分类号】.;【文献标识码】【文章编号, ?, . , ,; ,. , , . .甜山,.缸 .嘲南,:? .【】;应和辐射。从广义上来说,系统的磁屏蔽可分为有源和引言无源种。核磁共振是一种价格昂贵、分辨率和灵敏度高的.有源屏蔽大型精密医学影像诊断设备。设备生成图像的质量与屏有源屏蔽是指由一个线圈或线圈系统组成的磁屏蔽。主蔽效能有很大关系.这对机房的环境及电磁屏蔽提出了许多要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。其工特殊的要求。因此对于机房的核磁屏蔽及屏蔽效能检作原理是:在这种磁体的工作线圈称为内线圈中通以正向测尤为重要。电流,
3、以产生所需的工作磁场,屏蔽线圈称为外线圈则通以核磁共振的基本原理是当人体处于某个特定的磁场时,反向电流.以产生反向的磁场.其作用是抵消工作线圈产生的采用连续变化的射频脉冲信号,当与人体内氢原子核的个工作磁场的外散磁场,以达到屏蔽的目的。如果将线圈进行合相邻的能级差相同时.氢原子核的个相邻的能级形成共振理排列或对线圈中的电流进行精确控制.那么就有可能使屏并吸收射频电磁波的能量,氢原子核从低能级跃迁到高能级。蔽线圈所产生的磁场抵消这种外散磁场,从而把磁场完全屏一般情况下,高能态不稳定会快速从高能级跃迁到低能级并蔽在屏蔽体内,阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入.将吸收的能量以特定频率电磁波的形式
4、释放出来,这样核磁为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。共振信号通过能级跃迁释放出电磁波,并通过探测器接收,再有源屏蔽的屏蔽效率较高,一般在%的范围内。通过计算机转换成数字信号并经处理后获得数字图像,再用有源屏蔽的设计是根据仪器内部设计完成的,故此文就作医学诊断。因其对比度和分辨率高、信息量大、尤其对软组不加分析。织的细节有优良的表现.因此从开始投入临床应用起就受到.无源屏蔽 医学影像操作者和临床医生的欢迎。现已在医院广泛使用,成通常铁磁性材料可作为屏蔽体用于无源屏蔽.如上述的为一些疾病诊断必不可少的检查手段。软磁性罩壳材料。由于该方法不使用电流源.因此称为无源屏核磁屏蔽的原理和目的蔽
5、。根据屏蔽范围的不同,无源磁屏蔽又可分为下述种:.核磁屏蔽原理房屋屏蔽。在磁体室的四周墙壁、地基和天花板等六电磁屏蔽就是在个空间区域之间采用屏蔽体进行隔面均镶人? 厚的钢板构成封闭的磁屏蔽间。这种屏蔽离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感体的用材常达数十吨甚至上百吨.因而价格昂贵。定向屏蔽。如果杂散磁场的分布仅在某个方向超出了作者简介.何洪林一.男.高级工程师.主要从事放射工程方面的研。规定的限度如 。则可只在对应方向的墙究工作:?医疗卫生装备?年月第卷第期万方数据.?.?箜 蕉鱼皇皇堕旦皇皇型 :昼旦:壁中安装屏蔽物形成杂散磁场的定向屏蔽。这种方法特别适用于室和室共用同一建筑
6、物的情形。自屏蔽。它是指仅在磁体周围安装铁磁材料屏蔽体的屏蔽方法。用这种方法可以得到非常理想的屏蔽效果,如果再在屋顶加装定向屏蔽,则它有可能使主磁场的线完全限制在一般建筑物的楼层高度之内。.核磁屏蔽的目的核磁共振成像设备使用一个强磁场.一个射频信号和一套复杂的计算机系统来产生人体的图像川。由于该设备在成像过程应用了射频信号.它就非常容易受到外界电磁的干扰,如广播电视站、对讲机以及手机等。外部的这些干扰会导致图形的变形或扭曲。为了消除外界干扰.设备必须放置在一个电磁波屏蔽的空间里。这个空间阻止了所有不图 系统分成个区域需要的射频信号的进入.确保设备生成最好的图像。核磁屏蔽在机房设计布局方面的要求
7、 区: 区域,该区域内一些显示类的设备一般都不. 周围环境方面的要求 能正常工作。该区域内可以放置以下的铁磁性物体,一旦设备主磁场调试完成以后.一般不得再搬动该铁磁性物体。核磁共振设备所产生的强磁场一般会与其周围环境中移动的大型金属物产生相互作用。因此,核磁共振室在选址时必 区:? 区域,该区域不得有质量超过以上须考虑与大型金属物体相隔一定的距离。 的移动铁磁物体.如车辆和电梯等。大多数电子设备在此区域另外,铁磁性物体在距核磁共振设备一定的范围内也会对 内能正常工作。其产生的磁场的均匀性造成影响。因此.距离核磁共振设备的 区: 区域,此区域内不允许有以上的移磁体中心点几米范围内的所有铁磁性物体
8、都必须做好屏蔽。 动铁磁物体。在此区域内只有对弱磁场非常敏感的极少数电再者,震动也会影响核磁共振的图像质量,如瞬态震动和子设备会受到影响,绝大多数电子设备能正常工作。稳态震动。瞬态震动一般是指行人、开门或关门和交通工具等 . 机房的总体设计要求引起的震动:稳态震动一般是指各种电动机和泵体等产生的 按照无源屏蔽的要求及系统分成个区域分布,每机械运动。因此,在核磁共振设备机房选址时要尽可能远离这 个仪器设备应该安装在不同的区域.相应地,每个设备室扫些瞬态震动源或稳态震动源的地方。而且还要注意到一些大 描室、控制室、计算机室的分布也应合理地设计在不同区域。型变电设施和电动机设备.如果在核磁共振设备附
9、近也会对 为了保证扫描机下方 以上区域没有铁磁物体存核磁共振设备的图像质量产生影响。 在,扫描室应保证全部放置在图所示的区。如果机房设在电源设计方面要满足下列要求:一楼,则必须通过换土的方式保证不能有铁磁材料进入区。核磁共振设备的电源要符合国家规范; 区内还应该安装制冷用的空调和取暖用的暖气装置,并且供电系统要有绝缘良好的地线,地线不得与中线共接; 暖气管、暖气片等都要采用铜管等非铁磁材料。供电系统要设立独立供电,如果有条件还应该安装独 控制室应该安置于图所示的区。操作台等铁磁性部立变压器。 件应在磁体调试前安装固定,观察窗应采用铜网进行屏蔽。.机房布局方面的要求 计算机室应该置于图所示的区。
10、计算机室的温度为.相对温度为%.空气清洁度:对核磁共振成像设备产生的磁场为强磁场,并且磁 .大体形状和大小与磁体产生的磁场强度及其分布密切相关。工 小的灰尘滤过率为%。该区域除计算机外,还安放有图像作时会与周围的铁磁材料相互作用而改变磁场的分布.进而 处理机、梯度场、射频接收器、热交换器、磁体电源等。磁带或可能导致图像质量变差。另外,设备产生的强磁场也可能会导 磁盘应避免接近 的区域内,避免磁体对信息的破坏。屏蔽室的必要配置有:手动锁紧屏蔽门、观察窗、通风波致周围的电器设备出现故障。综合考虑这些因素。在进行机房设计和布局时,一般可根据磁漏大小把核磁共振成像设备的 导窗、电源滤波器、通风系统、同
11、轴连接器、气体液体波导系周围环境分成个区域。如图所示。 统;照明滤波器、设备电源滤波器、信号滤波器、信号转接板、区: 以上区域,该区域必须采用非铁磁材料建筑。 室内电气;配电箱、无磁简灯、无磁壁灯、插座【。可采用奥氏体不锈钢或铜铝合金等材料来制作对机械强度要 .机房墙壁设计要求求比较高的部件。此区域内磁场强度大,大多数电子设备都不 磁体室必须采用有效的无源屏蔽方式。这是由于线圈接能正常工作.在此区域内的磁性材料在强磁场的作用下也会 收的核磁共振信号功率为纳瓦级,极容易受到外界电磁信号退磁。特别是手术器械或其他金属物可能会因此飞起或吸上 的干扰,另外,射频发射器也很容易干扰附近的无线电设备。磁体
12、,从而对患者造成伤害,应特别引起注意,带有心脏起搏 通常的做法是在磁体室的每个面及门内镶嵌铜板或铜网器和铁磁植人物的人严禁人内。 等制成的无源屏蔽体.在接缝处采用氩弧焊和无磁螺钉链接;核磁共振成像设备一般不能采用离子型的火灾探测器. 另外,地板内的屏蔽还需进行防潮、防腐和绝缘处理;观察窗的因为它在磁场的作用下一般会失去作用。使用手提式灭火器 玻璃问用铜丝网屏蔽:所有的信号线和电源线均须经滤板进出或电气灭火器时.应特别小心“火箭作用”。 磁体室的回风管、送风管和氦气回收管等相应的波导管【川。?医疗卫生装备?年月第卷第期.?.万方数据鲨鱼皇璺皇璺旦皇皇鲨堡:鱼:,最好为多股铜芯线.铜的屏蔽属于电屏
13、蔽方式.原理是当磁通进入铜板后,在 配置专用保护接地线,接地电阻应其中将产生涡流.由于涡流的反作用使进入的磁通减少。 另外.照明及空调必须与设备系统用电分开。电磁屏蔽技术是抑制电磁辐射干扰最有效的手段。屏蔽 应采用直流照明。避免交流电产生交变磁场而降低图像体是用导电导磁材料制成的壳、板、套、筒等形状的物体,它将 质量。电磁能限制在一定空间范围内,医院的核磁共振设备的机房 .冷水系统的设计要求冷水系统是设备正常工作的最重要保障,因此必须主要有以下种屏蔽方式:精心设计。网格状:成本较低,承受的质量较低,加工的工艺难度磁体冷却系统是由液氦冷屏、冷凝头、冷凝机系统组成。较小.而且不阻挡视线.一般观察窗
14、应采用网格状材料,而电设备可在超低温环境下正常工作,工作时超导线圈浸泡在液磁屏蔽相对而言要求比较低。一般情况下.金属网眼越小、网氦中以获得需要的超低温环境.同时采用磁体冷却系统来减线越粗,屏蔽效果越好。和 个冷屏,用于减铜板状:屏蔽效果最好,但是成本高昂,承受的质量 少液氦的蒸发。磁体内通常有少直接辐射传热。高,加工的工艺难度大。在磁体液氦容器的挥发口处有一个冷凝头,温度一般需铜皮状:屏蔽效能在铜网和铜板之间。其与铜板状相比.铜皮状自重分量轻、安装快:与铜网相比.其电磁密封性更 要维持在绝对温度 以下。系统工作时,挥发的氦气遇到冷凝头重新液化成液体回到容器中以有效防止液氦的挥发。冷可靠。凝机以
15、液氦作为热力学循环物质,工作原理采用制冷机的工屏蔽工程在完工以后还需请有关专业机构接国家标准进作方式,冷凝机需要不间断地工作,以对氦压机进行冷却。冷行检测和验收。凝机通过水循环将冷头上的热量带走,冷凝机起到个方面.机房空间设计要求核磁共振设备机房各个部分的面积要求:因设备重,不宜 的作用:一是冷却氦压机内的液氦循环介质,二是冷却梯度线移动.在设计时应充分考虑这一因素,要预留一定的空间便于 圈及输出级。冷凝机必须安装在室外并通过管道连接进入室内,工作维修。应使安装、操作、患者就诊等非常方便。为了便于患者和时为氦压机及梯度冷却提供冷水并把热交换后的热水循环回工作人员甚至担架、推车等进出,候诊室门的
16、宽度应在. 去,再冷却成冷水进一步循环,循环介质采用蒸馏水。为了保以上.诊断和治疗室的门宽应在. 以上,控制室的障冷却系统不间断地工作,当冷凝机出故障时,必须用自来水门宽应在. 以上.防护门和转弯处的净宽应分别在.和. 以上。为了满足今后发展的需要,在设计时一般应考 管使自来水自动转换进入系统,替代冷凝机提供的冷水。虑建立预留室。以备添加新设备。核磁屏蔽效能的检测考虑到超导型扫描机磁体庞大,且磁漏大小在. 核磁屏蔽效能的检测原理以上的净空高度。线的范围,机房高度一般要求是在 屏蔽体的效率一般由屏蔽因数.确定,设所有屏蔽体材. 仪器的安装摆放要求料的厚度相同,磁导率肛均匀而恒定闭。即屏蔽体由磁导
17、率设备应安置在机房中央略远离观察窗一端的位置, 处处相同的板材构成.将这种屏蔽体置于均匀的静磁场中.则设备产生高能磁场的方向不能正对着观察窗。所有的设的定义为:备电线、网线都必须用金属外壳包在里面,且通过地沟传导电:墨日线、网线。故设备安装预先留下电线,网线的地沟端。空调切式中,风和分别为屏蔽区内给定点在屏蔽前、后的场强,屏记不能安装在设备的正上方,这样正对设备制冷会损坏高端精密的设备。 蔽后已知点场强下降越多,屏蔽效率越高,越大。.空调系统的设计要求 显然式所表示的屏蔽效率是采用理想屏蔽体的情况,核磁共振设备一般对环境温度和湿度的要求很高,特别是静态屏蔽的效率主要取决于屏蔽材料的磁导率。但是
18、,实际上计算机房的温度一般需维持在,湿度需控制在%一 磁导率的值受许多因素影响,如它所在的磁场场强环境温度%。 和屏蔽体的厚度等。当内部磁感应强度增加时.磁导率随之增屏蔽室的通风一般可采用金属双层屏蔽网进行屏蔽, 加并达最大值;而当饱和出现时,它又迅速衰减。双层之间可选用窗户屏蔽网的间距。双层网均应固焊在屏蔽 因此,为了保证屏蔽的有效性,必须保证屏蔽体不被饱上.不宜采用螺钉拧固的办法固定。另外,超导设备还要配备和;另一方面,即使屏蔽体是均匀的.磁力线的密度却并不均有氦泄漏紧急排风系统。 匀。由此可以推知:屏蔽体磁导率的大小与它的几何形状以及通风要求:一是设备问必须安装下送风和上回风系统,磁体
19、在磁场中的位置有关,也就是说。屏蔽体的磁导率既不均匀.之间不得安装空调设备.整个系统必须选择双压缩机。二是应安 也不可能保持恒定。实践中弘的最好确定办法就是通过实验装紧急排风系统,排风量应满足设计要求,并要安装湿超管。 来测定。屏蔽体制造厂家通常要提供内部磁感强度.和.电源系统的设计要求弘之间的关系式。因此.还可通过估计屏蔽体内某点的磁感占核磁共振设备的电源要符合国家相关规范的要求和来计算出仙。.?医用电气设备安全通用要求的规定。相间电.的估计可按下述思路进行.首先将磁体线圈约化为双压间的最大偏差不得超过最小相电压的%,频率为 ,最极磁体.并将其置于一个半径为.厚度为.由高度磁化材大偏差不得超过 。 料制作的柱形屏蔽体中,如果该屏蔽体效率足够高,它将收集核磁共振设备要求安装独立变压器,采用专线独立供电。 磁体的所有空间磁力线。由于场强与距离的立方成反比,则进?医疗卫生装备?年月第卷第期?.?.万方数据
