医院磁共振机房的屏蔽原理和设计原则

李朝伟 贺建林 姚 翔

1 磁共振成像的原理

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是利用无损伤的核磁方法对人体任意断面进行成像的一种先进技术，利用原子的核磁效应来成像的[1]。“核”指氢原子核，MRI依赖水中氢原子，而人体约70%由水组成，将人体置于特殊磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接收器记录，经过计算机处理获得图像。在这个过程中由于氢原子释放出的电信号十分微弱，极易受到外界的干扰，因此对磁共振机房建设提出很高的要求，关键要做好屏蔽[2]。

2 磁共振机房的屏蔽原理

屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。由于辐射源分为近场的电场源、磁场源和远场的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄露控制等方面都有所不同[3]。在设计时要达到所需的屏蔽性能，则须首先确定辐射源，明确频率范围，然后再根据各个频段的典型泄露结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料设计屏蔽壳体。

2.1 屏蔽体的类型

(1)电屏蔽的实质是减小2个设备(或2个电路、组件、元件)间电场感应的影响。电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下，将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体。因此，接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。

(2)磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路，从而对干扰磁场进行分流。因而选择钢、铁和坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素。

(3)电磁屏蔽(又名射频屏蔽)的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场，即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。由于随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。

2.2 屏蔽体的泄漏耦合结构

屏蔽体的泄漏耦合结构与所需抑制的电磁波频率密切相关[4]，三类屏蔽所涉及的频率范围及控制要素见表1。

表1 泄漏耦合结构与控制要素

实际屏蔽体上同时存在多个泄漏耦合结构(n)，设屏蔽体接缝、通风孔、屏蔽体壁板等各泄漏耦合结构的单独屏蔽效能(如只考虑接缝)为Sei(i=1,2,…n)，则屏蔽体总的屏蔽效能为[5]：

由上式可以看出，屏蔽体的屏蔽效能是由各个泄漏耦合结构中产生最大泄漏耦合的结构所决定的，即由屏蔽最薄弱的环节所决定的。因此，进行屏蔽设计时明确不同频段的泄漏耦合结构，确定最大泄漏耦合要素是其首要的设计原则。

在三类屏蔽中，磁屏蔽和电磁屏蔽的难度较大。尤其是电磁屏蔽设计中的孔缝泄漏抑制最为关键，成为屏蔽设计中应重点考虑的首要因素[6]。

3 磁共振机房屏蔽的设计原则

磁共振屏蔽机房的设计要遵从以下原则：

(1)屏蔽机房的设计要有足够的屏蔽效能。

(2)屏蔽机房的空间范围与设置部位须根据磁共振设备的安全应用而定[7]。

(3)屏蔽机房结构的设计要合理，各屏蔽部件的连接部件必须性能良好，严防漏电。

(4)屏蔽机房电源线设计要合理，电源线路之上需加装低通滤波器。

(5)屏蔽机房设有必要的出入口，通风与照明设施妥善处理，最大限度地减少电磁漏泄[8]。

(6)屏蔽机房应具备良好的耐腐蚀性能，并有足够的机械强度，便于安装。

4 磁共振机房选址的注意事项

(1)磁共振机房选址应避免磁场对其他设备的干扰而影响其他设备正常工作。

(2)尽量减少外界对磁场的干扰因素，查找原因和设计电磁屏蔽消除影响和提供补偿[9]。

(3)应考虑对相关特殊人群的安全限制措施。

(4)要考虑有无合适的设备搬运通道，特别是磁体吊装的进路和场地[10]。

5 结语

核磁共振设备结构复杂，磁共振机房的屏蔽设计和选址等因素是关系到以后设备使用寿命及成像质量的重要因素。因此，在机房建设的时候要考虑到每一个细节，不仅能保证设备稳定运行，还能减少不必要的设备故障。

[1]杨博.医院核磁机房建设注意要点[J].医疗装备,2010,23(11):25-26.

[2]殷红玉,马通边.屏蔽材料的屏蔽效能测量方法探讨[J].电子材料与电子技术,2005,32(2):11-13.

[3]古映雪,邱小勇,胡启明,等.电磁屏蔽材料的研究进展[J].材料导报,2005,19(2):53-56.

[4]李雪,刘泰康,姜云.电磁屏蔽技术分析[J].电子工艺技术,2007,28(1):49-51.

[5]梁灿彬,秦光荣,梁竹健.电磁学[M]北京:高等教育出版社,1998.

[6]汝强,胡社军.电磁屏蔽理论及屏蔽材料的制备[J].包装工程,2004,25(5):21-23.

[7]赖祖武.电磁屏蔽的理论基础[M].北京:原子能出版社,1993:21-28.

[8]P o m p o s o J A，R o d r i g u e z J，G r a n d e H.Polypyrrole-based conducting hot melt adhesives for EMI shielding applications[J]. Synthetic Metals,1999(104):107-111.

[9]Kim HK, Kim MS,Song K.EMI shielding intrinsically conducting polymer/PET textile composites[J].Synthetic Metals,2003, 135/136(4):105-106.

[10]Lin Chhiu-Tsu, Swanson B,Kolody M,et al.Nanograin magnetoresistive manganite coatings for EMI shielding against directed energy pulses[J].Progress in Organic Coatings,2003,47:190-197.