一种便捷式的磁共振机房射频屏蔽泄漏点检测与评估方法

一种便捷式的磁共振机房射频屏蔽泄漏点检测与评估方法

郑奋闯

深圳市贝斯达医疗股份有限公司 深圳市 518100

摘要：磁共振成像系统在安装之前需要做机房的屏蔽，机房的电磁屏蔽目的是为了消除外界电磁信号对磁共振成像系统信号的干扰，同时也避免自身的电磁信号对外界用电设备的干扰。因此在机房屏蔽施工完后，根据行业标准射频屏蔽效能10-100MHz大于100dB隔离度，才进行后续的安装和系统调试工作。鉴于标准检测方案设计的屏蔽机房,使用磁共振系的射频发射系统作为信号检测源，检测接收装置手持网络分析仪及信号放大器。在固定的序列和射频发射功率条件下检测到的射频隔离度作为本检测的参考值。结论：对屏蔽机房容易泄露射频信号的屏蔽门、观察窗、传导板、滤波板、通风口、失超管、波导管及不连续区域的金属焊接处等间接对蔽机房的屏蔽效能量化评估，及快速的对射频泄露点查找和整改。本检测方法降低检测成本和缩短实验周期。

[关键词] 射频泄露、电磁干扰、机房屏蔽

A convenient method for detecting and evaluating leakage points of radio frequency shielding in magnetic resonance room

Abstract: The magnetic resonance imaging system needs to be shielded in the computer room before installation. The purpose of the electromagnetic shielding in the computer room is to eliminate the interference of the external electromagnetic signal to the magnetic resonance imaging system signal, and also to avoid the interference of its own electromagnetic signal to the external electrical equipment. Therefore, after the shielding construction of the equipment room is completed, the follow-up installation and system debugging work should be carried out according to the industry standard RF shielding efficiency of 10-100MHz greater than 100dB isolation. In view of the shielded computer room designed by the standard detection scheme, the radio frequency transmission system of the magnetic resonance system is used as the signal detection source, and the detection receiving device is a handheld network analyzer and signal amplifier. The RF isolation degree detected under the condition of fixed sequence and RF transmission power is used as the reference value for this detection. Conclusion: Quantitative evaluation of the shielding effectiveness of indirect shielded equipment rooms, such as shielded doors, observation windows, conductive plates, filter plates, vents, quench tubes, waveguides and metal welding points in discontinuous areas, which are prone to leaking RF signals in shielded equipment rooms. And quickly find and rectify the RF leakage point. The detection method reduces the detection cost and shortens the experimental period.

[Key words] RF leakage, electromagnetic interference, computer room shielding

0 引言

磁共振成像系统主要由梯度功放、梯度线圈、射频系统、谱仪、电脑主控机、冷却系统等构成，射频系统由射频脉冲发射和射频信号接收线圈组成[1]。射频系统发射功率高达几千瓦，工作时产生的射频脉冲波处于电磁波的米波段，极易对周边的无线电设备产生干扰，而射频信号接收线圈的磁共振信号功率为纳瓦量级，很容易受到干扰而淹没。为了防止外界环境与磁共振设备共振信号的相互干扰[2][3]，扫描室需要有效地射频屏蔽。外界无线电设备对磁共振成像系统产生干扰导致临床图像伪影会影响医生的正确诊断。因此，磁共振成像系统在正常工作尽量减少外界干扰需要保证机房屏蔽屏蔽效能达到行业检测的标准[4][5]。

1 磁共振成像系统安装时的屏蔽效能检测流程示意图：

如图1的流程图

如图1的流程图所示，首先考察场地是否满足扫描室等空间大小、磁干扰及屏蔽[6]要求，后设计机房的安装图纸，根据设计方案的图纸对医院土建施工、医院接地线施工、医院配电施工、医院设备间装修、医院操作室装修、医院发电机安装，屏蔽机房安装，检查屏蔽条件达到行业标准后[3]，进磁体，氦压机，监控，失超管安装，励磁匀场，现在总装调试，屏蔽房安装完后对射频屏蔽性能检测，脉冲序列调试、系统调整完后做临床扫描，医院方确认合格后交付使用。

2 机房的布局图：

图2 机房布局

如图2所示，磁共振成像系统的空间布置示意图，由扫描室、设备间、操作室组成。扫描室的空间有具体尺寸的要求，例如1.5T磁共振一般要求 。

3 屏蔽机房的屏蔽信号测试原理

低频段（50Hz-20MHz）的屏蔽效能，用电场的表示屏蔽效能表达式表示为[4]：

（1）

式中：

谐振频段（20MHz-300MHz）的屏蔽效能，用功率的形式来表示屏蔽效能表示为[3]：

（2）

电磁波在自由空间损耗的表达公式：

（3）

（4）

在自由空间中场的衰减计算公式为了简化而定义。在实际的测试链路计算公式：

（5）

在式中 射频系统发射功率， 信号放大器增益， 接收天线增益， 自由空间损耗。在扫描室内磁共振磁体射频系统产生射频信号在观察窗、屏蔽门、传导板、波导管附近处测试纪录射频信号的强度。

4 相对隔离度的计算定义

在网络分析仪设置相同条件下，测试得扫描室内最大信号强度表示为 和扫描室外的最大信号强度表示为 ，则相对隔离度定义为：

（6）

5 具体的测试方案设计

（1）网络分析仪和天线选择

磁共振成像系统发射功率经过网络分析仪的接收天线端检测的信号比较弱,为减小测量误差，因此需要适当的增加一个信号放大器（本检测装置选用30dB），天线（低频波段50Hz-10MHz：小环天线，谐振频段10MHz-100MHz：偶极子天线），手持网络分析仪KC 901 V。

（2）测试射频脉冲序列设置

网络分析仪测试射频功率的射频脉冲序列用GRE2D序列，该序列可以提供稳定的射频信号源，把磁共振成像系统射频产生的信号当成测试信号发射源。GRE2D序列的测试时重复时间设置为适当的数值，使得在测试过程中作为相对稳定的连续发射的信号源，减小在接收端测试时带来的误差。射频脉冲的发射功率固定（对于1.5T磁共振成像系统而言 ，射频脉冲的发射功率设定范围为5kW-12kW）。

（3）测试环境条件

测试环境下温度： ，湿度： 湿度。

网络分析仪校准：测试前对网络分析仪的电缆、转接件、校准时的温度，校准时的分析带宽，校准时的扫描速度等，避免因测试环境的变化而导致测试的数据不能反映实际情况。

（4）测试过程

（a）测试射频点信号的位置点：

磁共振成像系统的屏蔽机房容易泄露射频信号测试点：屏蔽门、观察窗、传导板、滤波器、通风口、失超管、波导管及不连续区域的金属板接缝焊接部位的射频信号。

屏蔽机房的结构示意图如图（3）所示，为了方便对比说明只测试扫描内门附近、B观察窗、A屏蔽门外、E传导板、D进风口处点作为屏蔽性能的评估检测参考。

图3 屏蔽机房的结构示意图

（b）序列设置参数

检测试机型：1.5T的机型，中心频率：63.87MHz（超导1.5T机型）。

测试序列：GRE2D

矩阵：128*128，TR=20，TE：8，平均：100，带宽：100，翻转角：90，层数：1，层厚：5，层间距：1，FOV：250，角度和偏置置零，测试时射频发射功率固定。

扫描部位：头线圈。

水模：球水模（170mm）硫酸铜溶液水模。

网络分析仪中心频率：63.87MHz，扫描带宽0.001MHz。

（c）接收天线距离测试点30cm ，网络分析仪检测纪录保存最大的五个数值点；

（d）测试数据统计说明

取值方法：

网络分析测试数据取5组最大数值点作为评估参考点进行统计；

分别在扫描室内屏蔽门附近、观察窗、传导板、滤波器、通风口、失超管、波导管及不连续区域的金属焊接部处等的测试点的数据，（网络分析仪）设置相同条件下分别测试上述测试点数值（每个点的数值取最大值）取5个数值最为被参考点。

（e）测试数据表格：

表1 网络分析仪测试扫描室内门附近、扫描室门外、屏蔽窗、通风口、传导板处的射频信号：

将上表格中射频屏蔽测试数据绘制成如下图（4）所示：

图4 屏蔽机房射频信号测试

6 测试总结

扫描室门内附近，观察窗、传导板、通风口、屏蔽门选择的点选择信号最大的点。检测点是观察窗边缘择测试信号最大的五个点的数据。

1. 观察窗和屏蔽门的最大的波动7dBm。

2. 根据（6）式定义，扫描室内的射频信号强度参考点相对于测试点信号强度的隔离度最差点是44.2dBm。

3. 在扫描室内固定参考点测试数据相对比较稳定,波动误差在1%以内。

7 总结：

鉴于标准检测方案设计的屏蔽机房测试的射频信号的隔离度作为参考值。利用磁共振成像系统自身的射频信号源，使用接收装备网络分析仪、天线和信号放大器对屏蔽机房容易泄露的诸多空间位置进行实地检测，能够测量出屏蔽房空间分布的任何位置的屏蔽结果， 及快速的对射频泄露点查找和整改。本检测方法降低检测成本和缩短实验周期。

参考文件：

[1] 杨正汉, 冯逢, 王霄英. 磁共振成像技术指南:检查规范、临床策略及新技术应用[M]. 人民军医出版社, 2010.

[2]ClaytonR.Paul. 电磁兼容导论[M]. 机械工业出版社, 2006.

[3]佛雷德里卡·M·特奇, 米歇尔·V·艾诺茨, 托比杰恩·卡尔松. EMC分析方法与计算模型[M]. 北京邮电大学出版社, 2009.

[4]GB/T 12190-2021,电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法[S].

[5]李焕然, 闻映红. 屏蔽效能的测量方法[J]. 安全与电磁兼容, 2006(6):

[6]伍子英, 蔡名金. 超导磁共振机房的磁干扰及屏蔽分析[J]. 中国医学装备, 2018, 15(5):4.