李朝偉 賀建林 姚 翔

1 磁共振成像的原理

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是利用無損傷的核磁方法對(duì)人體任意斷面進(jìn)行成像的一種先進(jìn)技術(shù)，利用原子的核磁效應(yīng)來成像的[1]?！昂恕敝笟湓雍耍琈RI依賴水中氫原子，而人體約70%由水組成，將人體置于特殊磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào)，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接收器記錄，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理獲得圖像。在這個(gè)過程中由于氫原子釋放出的電信號(hào)十分微弱，極易受到外界的干擾，因此對(duì)磁共振機(jī)房建設(shè)提出很高的要求，關(guān)鍵要做好屏蔽[2]。

2 磁共振機(jī)房的屏蔽原理

屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽體，將電磁波局限于某一區(qū)域內(nèi)的一種方法。由于輻射源分為近場的電場源、磁場源和遠(yuǎn)場的平面波，因此屏蔽體的屏蔽性能依據(jù)輻射源的不同，在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀和對(duì)孔縫泄露控制等方面都有所不同[3]。在設(shè)計(jì)時(shí)要達(dá)到所需的屏蔽性能，則須首先確定輻射源，明確頻率范圍，然后再根據(jù)各個(gè)頻段的典型泄露結(jié)構(gòu)，確定控制要素，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)钠帘尾牧显O(shè)計(jì)屏蔽殼體。

2.1 屏蔽體的類型

(1)電屏蔽的實(shí)質(zhì)是減小2個(gè)設(shè)備(或2個(gè)電路、組件、元件)間電場感應(yīng)的影響。電屏蔽的原理是在保證良好接地的條件下，將干擾源所產(chǎn)生的干擾終止于由良導(dǎo)體制成的屏蔽體。因此，接地良好及選擇良導(dǎo)體做為屏蔽體是電屏蔽能否起作用的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

(2)磁屏蔽的原理是由屏蔽體對(duì)干擾磁場提供低磁阻的磁通路，從而對(duì)干擾磁場進(jìn)行分流。因而選擇鋼、鐵和坡莫合金等高磁導(dǎo)率的材料和設(shè)計(jì)盒、殼等封閉殼體成為磁屏蔽的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

(3)電磁屏蔽(又名射頻屏蔽)的原理是由金屬屏蔽體通過對(duì)電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的遠(yuǎn)區(qū)場，即同時(shí)屏蔽場源所產(chǎn)生的電場和磁場分量。由于隨著頻率的增高，波長變得與屏蔽體上孔縫的尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致屏蔽體的孔縫泄漏成為電磁屏蔽最關(guān)鍵的控制要素。

2.2 屏蔽體的泄漏耦合結(jié)構(gòu)

屏蔽體的泄漏耦合結(jié)構(gòu)與所需抑制的電磁波頻率密切相關(guān)[4]，三類屏蔽所涉及的頻率范圍及控制要素見表1。

表1 泄漏耦合結(jié)構(gòu)與控制要素

實(shí)際屏蔽體上同時(shí)存在多個(gè)泄漏耦合結(jié)構(gòu)(n)，設(shè)屏蔽體接縫、通風(fēng)孔、屏蔽體壁板等各泄漏耦合結(jié)構(gòu)的單獨(dú)屏蔽效能(如只考慮接縫)為Sei(i=1,2,…n)，則屏蔽體總的屏蔽效能為[5]：

由上式可以看出，屏蔽體的屏蔽效能是由各個(gè)泄漏耦合結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生最大泄漏耦合的結(jié)構(gòu)所決定的，即由屏蔽最薄弱的環(huán)節(jié)所決定的。因此，進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)明確不同頻段的泄漏耦合結(jié)構(gòu)，確定最大泄漏耦合要素是其首要的設(shè)計(jì)原則。

在三類屏蔽中，磁屏蔽和電磁屏蔽的難度較大。尤其是電磁屏蔽設(shè)計(jì)中的孔縫泄漏抑制最為關(guān)鍵，成為屏蔽設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的首要因素[6]。

3 磁共振機(jī)房屏蔽的設(shè)計(jì)原則

磁共振屏蔽機(jī)房的設(shè)計(jì)要遵從以下原則：

(1)屏蔽機(jī)房的設(shè)計(jì)要有足夠的屏蔽效能。

(2)屏蔽機(jī)房的空間范圍與設(shè)置部位須根據(jù)磁共振設(shè)備的安全應(yīng)用而定[7]。

(3)屏蔽機(jī)房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要合理，各屏蔽部件的連接部件必須性能良好，嚴(yán)防漏電。

(4)屏蔽機(jī)房電源線設(shè)計(jì)要合理，電源線路之上需加裝低通濾波器。

(5)屏蔽機(jī)房設(shè)有必要的出入口，通風(fēng)與照明設(shè)施妥善處理，最大限度地減少電磁漏泄[8]。

(6)屏蔽機(jī)房應(yīng)具備良好的耐腐蝕性能，并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，便于安裝。

4 磁共振機(jī)房選址的注意事項(xiàng)

(1)磁共振機(jī)房選址應(yīng)避免磁場對(duì)其他設(shè)備的干擾而影響其他設(shè)備正常工作。

(2)盡量減少外界對(duì)磁場的干擾因素，查找原因和設(shè)計(jì)電磁屏蔽消除影響和提供補(bǔ)償[9]。

(3)應(yīng)考慮對(duì)相關(guān)特殊人群的安全限制措施。

(4)要考慮有無合適的設(shè)備搬運(yùn)通道，特別是磁體吊裝的進(jìn)路和場地[10]。

5 結(jié)語

核磁共振設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磁共振機(jī)房的屏蔽設(shè)計(jì)和選址等因素是關(guān)系到以后設(shè)備使用壽命及成像質(zhì)量的重要因素。因此，在機(jī)房建設(shè)的時(shí)候要考慮到每一個(gè)細(xì)節(jié)，不僅能保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，還能減少不必要的設(shè)備故障。

[1]楊博.醫(yī)院核磁機(jī)房建設(shè)注意要點(diǎn)[J].醫(yī)療裝備,2010,23(11):25-26.

[2]殷紅玉,馬通邊.屏蔽材料的屏蔽效能測量方法探討[J].電子材料與電子技術(shù),2005,32(2):11-13.

[3]古映雪,邱小勇,胡啟明,等.電磁屏蔽材料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2005,19(2):53-56.

[4]李雪,劉泰康,姜云.電磁屏蔽技術(shù)分析[J].電子工藝技術(shù),2007,28(1):49-51.

[5]梁燦彬,秦光榮,梁竹健.電磁學(xué)[M]北京:高等教育出版社,1998.

[6]汝強(qiáng),胡社軍.電磁屏蔽理論及屏蔽材料的制備[J].包裝工程,2004,25(5):21-23.

[7]賴祖武.電磁屏蔽的理論基礎(chǔ)[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.