3.0T 磁共振機房的磁干擾和屏蔽設(shè)計

陳雄

廣東省農(nóng)墾中心醫(yī)院 （廣東湛江 524002）

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是指將人體置于強大的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體組織細胞內(nèi)的氫原子核發(fā)生共振，磁共振接收器通過記錄共振的軌跡，再通過計算機數(shù)據(jù)重建形成圖像。在磁共振成像過程中氫原子釋放的電磁信號十分微弱，易受外界電磁干擾[1]，從而影響成像質(zhì)量。MRI 系統(tǒng)也是一個強電磁信號發(fā)射源，特別是3.0T MRI 系統(tǒng)磁場強度較高，對周圍環(huán)境和設(shè)備等干擾非常大，因此對磁共振機房屏蔽能力提出較高的要求。加之磁共振機房磁干擾評估和屏蔽設(shè)計與磁共振設(shè)備安裝能否成功具有直接關(guān)系，且最終決定設(shè)備能否正常使用[2]。本研究對3.0T 磁共振機房的磁干擾進行分析，并對屏蔽設(shè)計進行探討，現(xiàn)報道如下。

1 3.0T 磁共振機房受外部環(huán)境的干擾

3.0T 磁共振設(shè)備對機房和周邊電磁和鐵磁環(huán)境很敏感，會影響磁共振設(shè)備磁場的均勻性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雖然可以通過對磁場進行針對性的勻場矯正補償一部分影響，但是也僅限于局部糾正磁干擾,因此磁共振設(shè)備機房在設(shè)計和施工過程中一定要以遠離磁干擾為原則，機房周圍盡可能不要安裝、存放大量鐵磁類材料或大型設(shè)備。當(dāng)確定好磁共振機房位置后，以機房為中心的周圍布置盡量不改變，防止引起周圍電磁環(huán)境的改變[3]。

1.1 磁場靜態(tài)干擾

3.0T 磁共振機房及周邊管道、建筑物的鋼梁、鋼筋水泥，特別是磁體下方鐵磁物體具有較強的感應(yīng)磁場，可產(chǎn)生磁場靜態(tài)干擾，且這些固定金屬物體離設(shè)備磁體中心越近，質(zhì)量越大，產(chǎn)生的磁干擾越大。雖然工程師可以通過對磁場進行針對性的勻場矯正補償一部分影響，但此勻場矯正補償有一定范圍，并不是無限的。磁共振對機房及周邊的固定鐵磁性金屬物體的距離和質(zhì)量均有一定的要求，因此磁共振機房磁體中心1.25 m 范圍內(nèi)的建筑鋼筋用量一般不超過100 kg/m2、1.4 m 范圍內(nèi)建筑鋼筋用量一般不超過100 kg/m2。

1.2 磁場動態(tài)干擾

3.0T 磁共振機房周邊大型移動的鐵磁物品和震動源，如垂直升降電梯、火車、地鐵等也可以產(chǎn)生磁場動態(tài)干擾。因為移動金屬物體對磁場的影響是突發(fā)的、變化的、不可控的，一旦出現(xiàn)將不可避免地對設(shè)備成像產(chǎn)生干擾。金屬物體的質(zhì)量越大，核磁設(shè)備受其影響的范圍就越大。在磁場變化允許的范圍內(nèi)，移動物體至磁體等中心距離的限制見表1，其中最小間距取決于移動方向和磁場方向。

表1 鐵磁物質(zhì)與磁體等中心的最小間距要求

1.3 交流電干擾

3.0T 磁共振機房及周邊電纜、變壓器、電動機等電感設(shè)備不定時通過電流產(chǎn)生磁場，以及醫(yī)院附近射頻電磁波源如電視發(fā)射塔、通信發(fā)射基站等均會影響磁共振圖像質(zhì)量，必須預(yù)防通過勻場也無法消除磁場不均勻性情況的發(fā)生[4]。所有進入機房的交流電線須通過濾波器或波導(dǎo)管過濾。為避免交流電的干擾，必須滿足最小間距要求，見表1。

2 3.0T 磁共振機房對外部環(huán)境的干擾

3.0T 超導(dǎo)磁共振設(shè)備的強磁場是由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生，當(dāng)磁共振設(shè)備勵磁成功后，該強磁場則持續(xù)存在，因此磁共振機房在設(shè)計和施工過程中須充分考慮磁力線對外部環(huán)境的影響，保證特殊人群的安全和其他敏感設(shè)備的功能不受磁場的影響。

某些設(shè)備和系統(tǒng)會受到磁場的影響，當(dāng)3.0T磁共振機房周邊存在強磁場時，會吸引設(shè)備導(dǎo)致發(fā)生碰撞危險，還會使對磁場敏感的設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障，無法正常工作，因此敏感設(shè)備對磁通密度限制嚴(yán)格。3.0T 磁共振機房在設(shè)計和安裝時須全面了解磁共振機房周邊各個方向是否存在對磁場敏感的設(shè)備和系統(tǒng)。如果存在，需將其轉(zhuǎn)移至安全范圍，無法轉(zhuǎn)移的設(shè)備須采取屏蔽措施進行保護，即對磁共振機房進行磁屏蔽，對磁通線進行扭曲匯聚，壓縮磁力線分布。磁場與周圍設(shè)備磁通密度限制要求見表2。

表2 磁場與周圍設(shè)備磁通密度限制要求

同時，0.5 mT 磁力線（1 T=10 000 G）對特殊人群有影響，必須對磁場敏感區(qū)域進行安全管理，機房建設(shè)時要求磁共振磁場0.5 mT 磁力線不能超出機房范圍，以免危及外界特殊人群。但是實際操作過程中，各種因素限制不可能全部滿足將0.5 mT 磁場限制在機房內(nèi)的需求，需要設(shè)置相關(guān)警告標(biāo)志并設(shè)置限制進入措施（佩戴或植入金屬醫(yī)療器械的患者，如人工心臟金屬瓣膜、眼球內(nèi)金屬異物、神經(jīng)刺激器、胰島素輸注泵、金屬血管夾等，及妊娠3 個月內(nèi)的孕婦禁止進入0.5 mT 磁力線區(qū)域）[5-6]。

3 3.0T 磁共振機房的屏蔽設(shè)計

3.1 屏蔽設(shè)計原理

電磁屏蔽是對電場、磁場及電磁場進行有效的干擾，即通過由特定材料（高電導(dǎo)率或高磁導(dǎo)率）建成1 個封閉的屏蔽體，將電磁場限制在特定區(qū)域內(nèi)。由于存在近場的電場源、磁場源和遠場的電磁場3 種輻射源，因此屏蔽體的屏蔽性能根據(jù)輻射源種類的不同，在結(jié)構(gòu)形狀、材料選擇和設(shè)計施工等方面均有所不同[7]。

電磁屏蔽按其原理可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽3 種[8]。（1）電場屏蔽就是將設(shè)備間電場感應(yīng)的影響降至最低，因此要求屏蔽體具有高導(dǎo)電率和良好的接地，消除回路間分布電容耦合產(chǎn)生的干擾。（2）磁場屏蔽是通過高導(dǎo)磁率的屏蔽體將磁力線限制在其內(nèi)部，從而阻擋內(nèi)部磁場向外擴散或外界磁場干擾向內(nèi)進入，為屏蔽體內(nèi)外的磁場提供低磁阻的磁通路分流[9]。屏蔽體的高導(dǎo)磁率材料可以選擇硅鋼板，且屏蔽體的各部位盡可能結(jié)合緊密，使磁路暢通。（3）電磁場屏蔽也稱射頻屏蔽，主要用于防止高頻（15～128 MHz）下的電磁感應(yīng)，利用電磁波在金屬屏蔽體上的反射和衰減屏蔽干擾源的遠區(qū)場，同時屏蔽場源產(chǎn)生的電場和磁場分量[10]，因而屏蔽體材料可以選擇鍍鋅鋼板，但不允許使用碳素鋼板。

3.2 屏蔽設(shè)計方案

3.0T 磁共振機房的屏蔽按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB12190-90《高性能屏蔽室屏蔽效能的測量方法》[11]要求進行設(shè)計施工。

3.2.1 屏蔽體

殼體用2 mm 厚鍍鋅鋼板拼裝式六面體作為屏蔽板，采用拼裝式要求現(xiàn)場尺寸準(zhǔn)確，但操作簡單，省時、省力、工期短。屏蔽板的接口應(yīng)緊密，表面應(yīng)平整，不得有污染、折裂等缺陷。安裝時不能將重物和尖銳物品放在屏蔽板上，嚴(yán)禁屏蔽板與酸、堿、鹽類物質(zhì)接觸。屏蔽體上不能有導(dǎo)體穿越，因此各種控制線路、動力線路進入屏蔽體內(nèi)部也需通過專門的濾波器連接，如氧氣管道、回風(fēng)管、控制線路、液氦失超管、照明電線等。地面鋪設(shè)3 mm PVC 絕緣板隔離，屏蔽體獨立接地電阻要求≤2 Ω，共用接地電阻應(yīng)＜1 Ω，而室內(nèi)其他設(shè)備的接地只能通過屏蔽體連接，否則會破壞屏蔽效果[12]。

3.2.2 屏蔽門

屏蔽門是臨床科室工作人員、患者和設(shè)備系統(tǒng)進出的主要通道，同時也是導(dǎo)致屏蔽機房性能下降的重要因素，所以屏蔽門的屏蔽效能、壽命和可靠性須與屏蔽機房相匹配[13]。屏蔽門門框采用不銹鋼不易變形，采用鈹青銅屏蔽簧片包框的密封、隔音效果和屏蔽性好?；善瑸榭刹鹦妒?，局部損壞易改換，門縫隙應(yīng)均勻，簧片沒有折損，開關(guān)松緊適度。屏蔽門采用平開式且開向朝外，可防止磁共振設(shè)備失超時，有利于緊急疏散人員。為了磁體間的安全管理，減少屏蔽門經(jīng)常開關(guān)造成電磁干擾，及節(jié)約醫(yī)院成本，建議只安裝1 道屏蔽門。

3.2.3 屏蔽窗

屏蔽窗尺寸可以設(shè)計為1.23 m×2.1 m。屏蔽窗材料使用無反射條紋雙層不銹鋼屏蔽網(wǎng)，其特點是清晰度高、無干擾紋、透光率較好、隔音降噪效果好。屏蔽窗2 層網(wǎng)須與窗框具有可靠的電氣接觸，利用金屬材料的導(dǎo)電性和磁性將電磁波放射或衰減，起到屏蔽作用。

3.2.4 電力電纜

醫(yī)院為3.0T 磁共振單獨鋪設(shè)1 條電纜供電，嚴(yán)禁3.0T 磁共振與大功率感性負載共用電纜，防止因電壓變化大對磁共振設(shè)備產(chǎn)生干擾。電力電纜在布置和鋪設(shè)時避免圍繞磁體間，如果必須近距離經(jīng)過，需要將電纜穿在鋼管內(nèi)，使鋼管良好接地，從而避免電纜對電磁波的影響。

3.2.5 照明和插座

磁體中心四周1.5 m 范圍內(nèi)，以及磁體正上方不能有電源插座。屏蔽間禁止使用調(diào)光器，磁共振磁體間須使用直流照明，防止因使用交流電產(chǎn)生的交變磁場導(dǎo)致磁共振設(shè)備成像質(zhì)量降低，且所有照明及插座用電須通過電源濾波器接入磁共振機房。

3.2.6 失超管

磁共振設(shè)備失超時液氦氣化積壓會造成爆炸，因此磁共振設(shè)備上端必須安裝1 根泄壓失超管。為防止失超管和磁體、建筑物三者間形成的電流回路產(chǎn)生的電磁干擾，失超管由非鐵磁性金屬制作，連接至建筑物外[14]。

3.3 屏蔽設(shè)計的測量和驗收

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB12190-90《高性能屏蔽室屏蔽效能的測量方法》[11]對3.0T 磁共振機房的屏蔽指標(biāo)屏蔽效能和絕緣電阻等進行測量和驗收，測試位置可選在屏蔽門、屏蔽窗、波導(dǎo)器、失超管等部位。屏蔽效能的頻率范圍為10 ～100 MHz，衰減值≥100 dB。各種控制線路、動力線路進入屏蔽體內(nèi)部也需通過專門的濾波器連接，如氧氣管道、回風(fēng)管、控制線路、液氦失超管、照明電線等須通過各種濾波器才能進入。設(shè)備專用保護接地線，接地電阻＜2 Ω，屏蔽體絕緣電阻＞1 KΩ。

4 結(jié)語

近年來，我國醫(yī)院3.0T 磁共振裝機量迅猛增長，同時由于3.0T 磁共振的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和特殊性，醫(yī)院應(yīng)注重對該設(shè)備的安裝要求[15]。磁共振在安裝之前須考慮到機房會受外部鐵磁環(huán)境磁干擾，以及機房磁體發(fā)出的磁力線對外部環(huán)境磁干擾，即對機房的磁干擾進行分析評估，且采用相應(yīng)屏蔽設(shè)計，根據(jù)電磁屏蔽的相關(guān)原理，對屏蔽體、屏蔽門、屏蔽窗、電力電纜、照明插座、失超管等進行設(shè)計施工，最后根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對機房的屏蔽效能和絕緣電阻進行檢測驗收，確保3.0T 磁共振機房的屏蔽設(shè)計達標(biāo)。既要保證磁共振設(shè)備運行時不會受外部鐵磁環(huán)境干擾導(dǎo)致磁場均勻性和系統(tǒng)穩(wěn)定性受影響，也要防止磁共振磁場對機房周圍敏感人群和設(shè)備的影響，同時讓醫(yī)務(wù)人員安全、舒適地工作，從而成功安裝并正常使用設(shè)備。