超导磁共振机房的磁干扰及屏蔽分析

伍子英 蔡名金

随着医疗科学技术的快速发展，大型医疗设备装机量逐年上升，为提高医院的诊疗和科研水平，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)系统的装机量也越来越多，而机房磁干扰评估及选址合理性，直接影响到MRI系统安装使用效果，关系到MRI系统的正常使用。为此，本研究就机房工程建设多年的实践经验，结合MRI系统安装中的技术要求，阐述对机房环境的选址及场地位置的选择。

1 核磁共振机房选址

低压大电流的干扰源近场以磁场为主，根据其具体特点选址时应充分考虑磁体发出的磁力线及外来磁干扰影响，需考虑MRI系统所在的等中心点位置在运行中所受外部干扰而影响磁场的均匀性，并保证人员的安全和其他敏感设备的功能不受磁场的影响，充分兼顾到患者和工作人员的安全，同时兼顾运输通道及设备吊装空间[1]。各类磁体重量为4～10 t不等，在招标采购结果及商务合同未最终确定以前，存有不确定性[2]。磁体摆放地面承重可能达到10 t以上，并需同时对磁体地面、楼层整体结构应进行承重分析和风险评估(如图1所示)。

图1 磁力线示意图

2 核磁共振机房外部环境影响

MRI系统对外界磁场的稳定性较敏感，磁体的强磁场与周围环境中的大型移动金属物体可产生相互影响，机房及周边的铁磁物质和外布磁场会影响中心磁场的均匀度。虽然采用技术手段平衡来影响以保持中心磁场的均匀度，而匀场所能平衡的外部影响是有一定限度的，场地附近的变压器、电机等电感设备不定时通过的电流产生磁场会影响图像质量，要预防通过匀场无法消除磁场不均匀性的状况发生。

根据实际情况结合各综合因素进行场地布局设计，整合论证方案进行优化。根据计划摆放拟出草图，尤其注意自磁体中心点发出的5高斯线，尤其对心脏起搏器等可能受到的干扰，装有心脏起搏器、神经激励器、胰岛素泵或其他生物激励器不能进入第5高斯线圈内，要按磁屏蔽及射频屏蔽的要求加以周密考虑[3]；失超管务必对排放峰值、管道走向尺寸认真评估，同时兼顾水冷机、精密空调以及医生办公室、更衣室、候诊和登记区域的布局(如图2所示)。

由于左侧为院内车道，通过2个方案比较，磁体长轴(Z轴)与道路走向平行，予磁屏蔽及射频屏蔽措施后可达使用要求，选择该方案(如图3所示)。

图2 行车道垂直于磁体长轴高斯线分布俯视图

图3 行车道平行于磁体长轴高斯线分布俯视图

3 核磁共振机房内部环境影响

3.1 磁场静态干扰

在磁体下方布局时应考虑，铁梁、钢筋水泥和磁共振检查室的地板中不宜有超过一定限量的铁磁性物质，沿磁体中轴线两侧各3 m的范围内，距磁体中心Z轴1250 mm以内，地板内所含的均匀分布铁磁性物质(如钢筋)不能超过25 kg/m2(如图4所示)。

图4 磁体高斯线分布侧视图

非均匀的铁磁性物质(如钢梁)，如其长轴方向与磁体中心轴相互垂直，必须距离磁体中心1250 mm以外；其他角度的情况下，必须距离磁体中心1600 mm以外。体积和重量较大的铁制结构必须离磁体等中心至少2.5 m以上，以避免无法通过匀场来消除磁场的不均匀。由于铁磁性物质的磁体可感应出很强的感应磁场，因此铁磁性物质不宜用于检查室内。如果铁磁性物质必须被使用，则必须被放置在距离磁体等中心至少2.5 m远的地方，以免对磁场产生影响。室内所有电线穿管都需采用非磁性线管，所有接入检查室的电线和机械连接及管道等，都必须通过射频过滤器或波导管过滤；为了避免引入外来的射频噪声，管道穿过波导管应为不导电段[4]。

3.2 水管水槽及高斯线影响

(1)避免水管及水槽等从检查室的房顶通过，以防止有可能发生水泄漏到射频屏蔽上，并探明扫描室下面，尤其磁体下应避免有管道经过，并且可承重。

(2)若附近有磁共振设备，要确保相邻磁共振设备的第3高斯线无交叉[5]。

4 核磁共振机房外部环境影响

4.1 磁场动态干扰

基于磁场的稳定性，不定时电流流过在磁体附近的动力电线，变压器或电动马达都会产生影响，磁体的强磁场与周围设备会产生相互影响，为不使此类物体对主磁场产生较大影响，在主磁场变化允许的范围内，不同的物体对应于到磁体等中心，为避免可能存在的干扰，物体到磁体等中心的最小距离见表1。

表1 物体到磁体等中心的最小距离(m)

4.2 地铁与车道影响

(1)遇有地铁或地铁规划项目的场地，必须保证与地铁有足够的距离，地铁列车通过密度为平均3 min通过1列，因此磁体长轴(Z轴)必须与地铁行走方向平行，最大限度减少移动金属对静磁场的干扰[5]。

(2)如机房与车道无法达到最小距离，应考虑磁体长轴(Z轴)与道路走向平行，加以射频屏蔽和磁屏蔽措施达到使用要求。

5 核磁共振机房的屏蔽

通过各种屏蔽体吸收或阻隔电磁场骚扰的侵入，限制内部能量泄漏出内部区域(主动屏蔽)防止外来的干扰能量进入某一区域(被动屏蔽)或者屏蔽体可将电磁辐射能量限制在其内部，以防止其干扰其他设备，是对直流或低频磁场的屏蔽，屏蔽效能为10～100 MHz≥100 dB，对地绝缘性为＞3～10 kΩ[1]。

5.1 验收标准与建造方法

(1)按照国家标准GB 12190-90“高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法”验收核磁共振机房。

(2)建造方法不限于单层屏蔽、双层屏蔽、双层电气隔离屏蔽、螺栓紧固、固定式、可拆卸式和焊接式[6]。

5.2 施工工艺

施工工艺分为焊接式、拼装式两种，屏蔽壳体用紫铜板采用铜焊或氩弧焊连接成六面体作为屏蔽层，地面用绝缘板隔离。焊接式按照现场形状焊接而成，优点是质量好，耐久性强，施工灵活。拼装式工艺要求现场尺寸必须准确，事先将板厚0.15 mm左右的铜板安装在一定规格的木骨架上，在现场拼接，接口使用铜网压缝，优点是施工简单且工期短[4]；通过本单位先后2台磁共振机房的工作实例予焊接式、拼装式施工工艺对比，拼装式工期明显快于焊接式施工工艺。

5.3 屏蔽功能

屏蔽分为射频屏蔽和磁屏蔽。射频屏蔽的紫铜板作屏蔽材料屏蔽电磁波的干扰。磁屏蔽通常采用硅钢板做屏蔽，钢板厚度按核磁单位大小确定。①采取磁体自屏蔽措施将磁体产生的边缘杂散磁场缩减到尽可能小的空间区域内；②可以通过增加磁体间的面积和高度，将其自然、被动地包容在磁体间内；③采用磁屏蔽的方法将其完全彻底、主动地屏蔽于磁体间内[7]。

5.4 屏蔽观察窗

产生屏蔽效能的屏蔽观察窗不是玻璃，而是屏蔽材料，需透光率好，屏蔽玻璃金属丝网的十分重要，观察窗为铜、铝、镀锌铁丝、银丝或者镀银的网丝等金属屏蔽材料，也可以选用不锈钢网。其原理为利用电磁感应的作用进行屏蔽，电磁场在屏蔽体上所感应的涡流，达到衰减通过的能量目的，即利用屏蔽材料的导电性和磁性将电磁波反射或吸收，达到屏蔽的目的。

5.5 屏蔽门

(1)青铜指型弹簧片包框密封，单刀或双刀密封屏蔽，无磁锁具组成。

(2)刀插式屏蔽门和平移式屏蔽门：①刀插式屏蔽门为推拉式，现今使用最广泛的屏蔽门，青铜指型弹片复合刀口，单刀或双刀密封屏蔽；②平移式屏蔽门开启过程不占屏蔽室使用空间，以压缩空气使气襄充气，使青铜簧片紧密接触在门扇铜板上。

(3)基于MRI系统失超的可能及消防七氟丙烷气体灭火设施的考虑，应采用推拉刀插式屏蔽门，从里往外推开，有利于紧急时疏散受检者，平移式屏蔽门不宜选用。

6 结语

MRI系统安装时的核磁共振机房规划应充分考虑磁体发出的磁力线及外来磁干扰等因素影响，同时应注意高碳通导率铁磁性屏蔽室的非线性特性[8]除对磁场干扰而采取的屏蔽措施及附属设施等运行环境的要求外，还必须满足病患及医务人员的安全和舒适性的要求，大电感设备通过电流产生磁场会影响图像质量，要预防无法通过匀场来消除磁场不均匀性的状况发生，避免频繁启动的高压、大电流设备的干扰[9-10]。对失超管安装务必对磁体类型、氦气量、失超时排放峰值、磁体失超管尺寸认真评估，失超管的安装出口周围不宜有空调进风口[11]。随着城镇轨道交通的发展，必须考虑遇有地铁时与地铁轨道有足够的距离，磁体长轴(Z轴)必须与地铁行走方向平行，扫描室遇道路较近时磁体长轴(Z轴)也应与道路走向平行，最大限度减少移动金属对静磁场的干扰。超导MRI设备机房是技术涉及面广、多学科的综合性很强的系统工程，因此需对磁干扰及屏蔽作认真分析，使MRI系统安装及使用得以顺利完成。

参考文献

[1]赵海涛，陆军，魏光全，等.超导磁共振成像系统场地设计浅析[J].医疗卫生装备，2008，29(9)：110-111，113.

[2]刘立亚，史大鹏.高场磁共振设备安装的一些经验[J].中国医疗设备，2011，26(1)：80-81.

[3]李珩书.浅谈磁共振成象系统的防干扰[J].建筑电气，1995(1)：34-37.

[4]Michael F.Koskinen，林秩文.磁共振成象(MRI)工作室的设计和经济考虑[J].国外医学(生物医学工程分册)，1987，10(1)：39-42.

[5]曾锋.医疗磁共振设备机房选址与设计分析[J].中国医院建筑与装备，2008(5)22-27.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法：GB 12190-90[J].北京：中国标准出版社，2006.

[7]孙红兵.MRI场地布局和施工准备中那些不可忽视的细节[EB/OL].(2016-08-16)[2017-5-22].http：//health.sohu.com/20160816/n464510792.shtml.

[8]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法：GB 12190-2006[J].北京：中国标准出版社，2006.

[9]曾锦清，李建均，冯罕博.超导型MRI的安装要求[J].中国医疗设备，2013，28(10)120-123.

[10]田维良，许开喜，朱伯光，等.3.0T高场医用磁共振设备安装工程方案探讨[J].中国医学装备，2017，14(4)：149-151.

[11]孙继光，何晓彬，步岩生.3.0T高场强核磁共振设备机房布局及施工准备[J].中国医学装备，2013，10(10)：53-55.