MRI Instrumentation. Topics

Transkriptio

1 MRI Instrumentation Raimo Sepponen Site planning Site survey Shielding Safety Acoustics Topics 1

2 MRI Instrumentation Site planning MRI suite arch4rad 2

3 Mobile MRI Length : 12m Height : 3,75m Width : 3,75m System : Siemens Harmony 1,0T Maestro Class Software : Syngo InMed Installation of 3 T MRI 3

4 MRI Installation GE 3 T MRI Unit at AMI Center 4

5 Open MRI Hitachi Artoscan 5

6 Esaote ONI 6

7 Veterinary MRI MRI suite Warday Premise 7

8 MRI suite Sentara Williamsburg Regional Medical Center MRI Instrumentation Site survey 8

9 MRI main blocks Kenttävoimakkuuksia asuinympäristössä Taajuusalue dbv/m V/m MHz TC77 IEC, 63 July

10 Radiotoiminta (USA) ja magneettivuon voimakkuuksia K.K. Kaiser: EMC Handbook CRC Press 10

11 11

12 Magneettikentän voimakkuuksia Kestomagneetti 130 mt (dc) pinnalla Slit Sylinteri, i2 cm hlk1 halk. cm pitkä Kestomagneetti 20 mt 1 cm etäisyys Kestomagneetti 10 mt3 cm etäisyys Kestomagneetti 350 mt (dc) pinnalla Sylinteri, 2 cm halk. 1 cm pitkä, samarium coboltti Kestomagneetti 60 mt 1 cm etäisyys Kestomagneetti 20 mt3 cm etäisyys Maan magneettikenttä: T 765 kv linja, 1kA/vaihe: 15 T (alla) 1 10 T, m etäisyydellä Huoneiston sähköjohto: 5 3 cm, 5 1 m Hitsauskaari: 0,1 5,8 0 1 m 12

13 Amerikkalainen huoneisto: 0,07 T rms Ruotsalainen huoneisto: 0,04 T rms Norjalainen huoneisto: 0,013 T rms (Kodinkoneet yms kaukana tai pois päältä) Parranajokone: cm 0,01 0,035 1m Pölynimuri: 0,2 0,8 1cm 0,15 1m Lentokentän metallinpaljastin 100 T (1 MHz) Loistelamppu: T 1 cm FCC rajat altistukselle asuinympäristössä: 2,05 T 0,3 1,34 MHz 6,15/f(MHz) T T 1, MHz 0,0917 T MHz 13

14 An electric train is just of example of a DC EMI source. Electric trains draw large amounts of current, which create a DC magnetic field, which can be a source of electromagnetic interference (EMI). Electric motors are one example of a potential vibration source 14

15 Example of vibration data from a site survey conducted for a potential MRI site MRI Instrumentation Shielding 15

16 Suojan kaksi toimintoa Staattinen suoja Ulkoinen sähkökenttä Sähkökenttä ~ 0 16

17 Magnetostaattinen suojaus Paksuus Sisäsäde a Ulkosäde b I O G S Gi G i I i Ferromagneettinen suoja magneettikentässä Fringe fields 17

18 Siemens 7 T Magnetom TECHNICAL INFO Field Strength/ 1 H Frequency: 7 Tesla (T)/298 MHz Clear bore/working bore: 90 cm/60 cm Gradient Strength/Slew Rate: 45 mt/m/ 200 T/(m*s) Receiver channels: 32 Length/Mass: 3.7m/30 tons (490 tons with iron shield) ILMA METALLI TULEVA AALTO HEIJASTUVA AALTO Impedanssi = c Aallonpituus 0 f Kuparille LÄPÄISEVÄ A ALTO b g f Impedanssi = 1 + j j 1 johtavuus c 2 f Aallonpituus = f 9 Cu 0 10 f Vaimennus A = 0,13 l rf r db l: Matka mm r: Suhteellinen permeabiliteetti : Suhteellinen johtavuus kupariin verrattuna r 18

19 Suojaus (SE) Suojaus = Heijastusvaimennus + Absorptiovaimennus + Sisäinen heijastusvaimennus SE = R + A + B SE (kuna>15 db): B on merkityksetön, jos A > 15 db Jos A<15 db B voi olla positiivinen tai negatiivinen. Esimerkiksi ohuiden metallikalvojen l SE voi eräissä ä tapauksissa olla lähes 0! SE = R +A - Vuodot - Seisovat aallot (~6dB, max) Saumat Ruuvit Hitsaukset Ovet Ikkunat Tuuletusaukot Jäähdytysaukot Ilmastointiaukot Liittimet Suodattimet Kuituoptiikan tiik kanavat Vesijohdot Kaapelivaipat Joidenkin materiaalien johtavuudet ja suhteelliset permeabiliteetit Materiaali Johtavuus (MS/m) r Hopea 62 1 Kupari 58 1 Kulta 41 1 Alumiini 38 1 Kromi 38 1 Pronssi (66% Cu, 34% Zn) 17 1 Nikkeli 14 < 600 Koboltti 10 < 250 Rauta (tavallinen) 10 < 8000 (tyypillinen 5000) Lyijy 5 1 Mu-metalli (~75% Ni, 5% Ni, 1 % Cu) <4 < , B(max) 0,72 T Supermalloy (~79% Ni, 5% Mo) 1,7 < , B(max) 0,8 T Ruostumaton teräs ( 0,1% C, 18% Cr, 8% Ni) 1,1 1 F.M. Tesche et al: EMC analysis and models, Wiley 19 19

20 Mikä on tunkeutumissyvyys alumiinille? Sähkömagneettisen säteilyn taajuus on 100 MHz. Johtavassamateriaal issa edetessään sähk ömagneetti nen säteily vaimenee: az Ez ()= Ee o Kun säteily on edennyt tunkeutumsissyvyyden verran on säteilyn voimakkuuspudonnut 1/ e osaansa. = 1 1 f 6 Al m Al 1 r 0 7 H 4 10 m ( 100MHz) 814, m Al Faraday shield copper foil 20

21 Ohuen ferromagneettisen suojan suojaustekijä Rauta r = cm 1 mm 21

22 22

23 23

24 24

25 Permeabiliteetti vs. taajuus Mardiguian EMC Control methodology 25

26 Permeabiliteetti vs Hz Mardiguian EMC Control methodology Raitiotielinjojen syöttöjohdossa kulkee jopa I 200 A virta. Magneettikuvauslaite on D = n. 50 m päässä johdosta. Virran aiheuttaman kentän kompensointia yritetään virtasilmukalla, jonka halkaisija on 2r = 2 m. Arvioi tarvittavan silmukkavirran suuruus. D 2r I Lasketaan mielenkiinnon vuoksi syntyvän häiriökentän suuruus: 7 0I B T 08, T 2D 250 0I 0I s ri I s 2 D 2 r D max 200A I s 13, A 50 26

27 Mikäli virtalinja olisi koostunut sekä meno ja paluu johdosta, joiden välinen etäisyys olisi ollut d niin tarvittava kompensointivirta olisi: I s 0 I 1 1 0I 2D 2 D d 2r b Ir 1 1 D D d g s Huom! Jos d on 1 m niin virta Ion vain 25 ma. s Yleisesti ottaen, jos d<<d niin johtoparin hajakenttä on ~d/d 2 Faraday Shield Aluminium 27

28 Suojahuoneen seinärakenne R Sepponen 08 Euroshield Suojahuoneen ovi R Sepponen 08 Euroshield 28

29 Euroshield suojahuoneen ovi R Sepponen 08 Euroshield Suojahuoneen oven suojaustekijä R Sepponen 08 Euroshield 29

30 30

31 Esimerkki SE:n arvioinnista Arvioi kotelon SE taajuusalueella MHz. Kysymyksessä on kaukokenttä. Koska kotelon pelti on 2 mm ja materiaali on hyvin johtavaa alumiinia, voidaan Materiaalin suojausominaisuuksia pitää niin hyvinä, että pääasiallinen SE voidaan arvioida saumojen ja aukkojen SE:n avulla Näytön aukko: koko 60 x 20 mm Kun koko on alle 2: SE loglmm 20log f MHz SE 0, kun l 2 SE log 60 20log f SE 70dB 20log f MHz MHz l d 20 log(1 2.3log ) 30 h l Esim :100 MHz taajuudella 30 db 20log 1 2.3log Tuulettimen aukko (100 mm x 100 mm) : SE log100 20log f SE 60dB 20log f MHz MHz, esim.100 MHz taajuudella 20dB Kotelon rako saumassa (300 mm korkeus 0,3 mm) : SE log300 20log f SE 50dB 20log f MHz MHz log f 20 log(1 2,3log 300 0,3 MHz, Esim. MHz Jäähdytysaukot 100 mm, leveys3 mm, metallin leveys rakojen välissä 3 mm : SE log100-20log f SE 60dB 20log f MHz MHz log f 20log 1 2,3log MHz, MHz 31

32 d D AUKKO SUOJASSA Vapaa muoto, aukon suurin mitta D > d SE 2D F H G I K J 20log db Ympyrän muotoinen aukko hlkiij halkaisija D > d SE D F H G I K J 20log db AUKKO SUOJASSA Aaltoputkella varustettu aukko L D SE f L 31 D db c 2D 32

33 Honeycomb Filter for Air Conditioning, etc RADIO FREQUENCY SHIELDED WINDOWS European EMC Products Ltd 33

34 Medical Gas Filters 34

35 Open Wave Guide Warday Premise Electrical Filters Warday Premise 35

36 Kolikot muovipussissa magneettinen kenttä D.C.Smith: EOS/ESD Symposium Työtuolin synnttämät staattiset purkaukset D.C.Smith: EOS/ESD Symposium

37 Työtuolin synnyttämät staattiset purkaukset D.C.Smith: EOS/ESD Symposium MRI Safety 37

38 MRI suite safety FerroGuard Freestanding System 38

39 Acoustic noise MRI unit is quite noisy! Remember acoustics! Median SPL db(a) for 1.5 T MRI Systems Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med 9 (2001) p

40 40