DE10125327A1 - Transformer protection assembly for use in magnetic resonance sensing system, has magnetic shield which encloses pair of step-up transformers to prevent ambient magnetic flux interference with transformers - Google Patents
Transformer protection assembly for use in magnetic resonance sensing system, has magnetic shield which encloses pair of step-up transformers to prevent ambient magnetic flux interference with transformersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Reduzieren und/oder Detektieren von Magnetfeldeinwirkun gen und betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren zum Schützen einer Schaltung in einem Magnetfeld hoher Stär ke.The invention relates to a system and a method for reducing and / or detecting magnetic field effects conditions and relates in particular to a system and a method to protect a circuit in a magnetic field of high strength ke.
Zur Feinstdiagnose verschiedener Teile eines Körpers (z. B. weichen Gewebes) ohne die Verwendung von Röntgenstrahlen wird Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) eingesetzt. Ein MRI-Scanner entwickelt ein großes und sehr starkes Magnetfeld, in welchem der Patient angeordnet wird. Eine HF-Antenne wird verwendet, um ein HF-Signal in den Körper zu senden. Wenn das HF-Signal die korrekte Frequenz hat, richten sich Protonen im Körper vorübergehend miteinander aus und emittieren ein HF-Signal, das schwächer ist als das von der Antenne gesendete HF- Signal. Diese Rücksignale werden mit Hilfe eines Computers, der mit dem Scanner verbunden ist, in Bilder umgesetzt.For the fine diagnosis of different parts of a body (e.g. soft tissue) without the use of X-rays Magnetic resonance imaging (MRI) used. An MRI scanner develops a large and very strong magnetic field in which the patient is ordered. An RF antenna is used to send an RF signal into the body. If the RF signal has the correct frequency, protons align themselves in the body temporarily out together and emit an RF signal, which is weaker than the RF transmitted by the antenna Signal. These return signals are processed using a computer, which is connected to the scanner, converted into images.
Das vom Körper abgegebene HF-Signal ist so schwach, dass ein aus der Umwelt kommendes HF-Signal der selben Frequenz (z. B. das Signal einer kleinen Radiostation) in einem ungeschützten Milieu die besagten Rücksignale verwaschen würde. Deswegen werden MRI-Scanner in einer "MRI-Suite" installiert, d. h. in einer eigens dafür hergerichteten Räumlichkeit, und werden mit einer Hochfrequenz- oder Faraday-Abschirmung umgeben, um sie vor äußerer HF-Störstrahlung zu schützen. Die meisten elektronischen Einrichtungen emittieren jedoch in gewissem Grade HF-Signale im betrachteten Frequenzbereich. Insbesondere Computer emittieren ein HF-Signal, welches stärker ist als das vom Körper kommende Signal. Deswegen müssen die Gerät schaften in einer MRI-Räumlichkeit so modifiziert werden, dass sie keine HF-Signale abstrahlen, die das vom Körper emittierte Signal beeinträchtigen.The RF signal emitted by the body is so weak that a HF signal of the same frequency coming from the environment (e.g. the signal from a small radio station) in an unprotected one Milieu would wash away the said return signals. therefore MRI scanners are installed in an "MRI suite", i. H. in a specially prepared room, and will with a high frequency or Faraday shield to protect them from external RF interference. Most electronic devices, however, emit to some extent Grade RF signals in the frequency range under consideration. In particular Computers emit an RF signal that is stronger than the signal coming from the body. That is why the device be modified in an MRI room in such a way that they don't emit RF signals that are from the body emitted signal affect.
Beim Vorhandensein eines von außen angelegten Magnetfeldes richten sich Protonen im Körper mit dem Magnetfeld aus und präzedieren mit einer speziellen Frequenz. Um das magnetische Milieu zu schaffen, in welchem die Atomkerne ein genügend starkes Signal zum Auslesen emittieren, ist ein statisches Magnetfeld mit hoher Stärke erforderlich. Die so genannte Ma gnetresonanz entsteht, wenn die besagten Protonen durch HF- Wellen angeregt werden, welche dieselbe Frequenz haben, mit der die Protonen präzedieren. Bei medizinischer Bildgebung betragen die verwendeten Feldstärken typischerweise 1,5 Tesla (T), was etwa das 30.000-fache der Stärke des Erdmagnetfeldes ist. Ein solches Feld ist so stark, dass es schwere Bodenpo lierer und Putzeimer in den Innenraum (d. h. in die "Bohrung") des Magneten zieht, Krankentragen quer durch den Raum zieht und stählerne Sauerstoffflaschen in fliegende Geschosse ver wandelt. Solche Effekte haben schon zu Verletzungen mit To desfolge geführt. Bekannt geworden ist auch, dass kleinere Objekte (z. B. Funkrufempfänger, Haarklemmen und Schreibstif te) in der magnetischen Räumlichkeit fort von den sie tragen den Personen gezogen werden. Die Anziehungskraft des Magneten auf ferromagnetische Objekte ist die augenfälligste Gefahr, die von dem hohen statischen Magnetfeld eines MRI-Scanners ausgeht.In the presence of an external magnetic field protons in the body align with the magnetic field and precess with a special frequency. To the magnetic To create milieu in which the atomic nuclei are sufficient emitting a strong signal for reading is a static one High strength magnetic field required. The so-called Ma Genetic resonance occurs when the protons are Waves that have the same frequency are excited with that precess the protons. In medical imaging The field strengths used are typically 1.5 Tesla (T), which is about 30,000 times the strength of the earth's magnetic field is. Such a field is so strong that there is heavy ground po sprayers and cleaning buckets into the interior (i.e. into the "hole") the magnet pulls, stretcher pulls across the room and steel oxygen cylinders in flying floors converts. Such effects already lead to injuries with To as a result. It has also become known that smaller ones Objects (e.g. pager, hair clips and pen te) away from the magnetic space they carry be pulled to the people. The attraction of the magnet on ferromagnetic objects is the most obvious danger from the high static magnetic field of an MRI scanner emanates.
MRI-Räumlichkeiten müssen gründlich überwacht werden, da al les umgebende Eisen paramagnetisch ist und somit der Wirkung von Magnetfluss ausgesetzt ist. Manchmal ist es notwendig, Rohrleitungen und elektrische Verkabelung neu zu verlegen und alle stationären umgebenden Eisenteile (z. B. Haustahl, Fuß bodenbelag, Betonarmierungsstäbe) aus der Räumlichkeit zu entfernen. MRI premises must be monitored closely, as al The surrounding iron is paramagnetic and therefore the effect is exposed to magnetic flux. Sometimes it is necessary Relocate piping and electrical wiring and all stationary surrounding iron parts (e.g. steel, foot flooring, concrete reinforcement bars) from the room remove.
Für Hilfsgeräte, die in einer MRI-Räumlichkeit betrieben wer den, gibt es drei Auflagen. Diese Auflagen sind: 1) dass die anziehende Wirkung der Magnetfelder auf die Hilfsgeräte keine Gefahr darstellt; 2) dass die Hilfsgeräte innerhalb des Ma gnetfeldes richtig funktionieren, und 3) dass die Hilfsgeräte ihrerseits keine Eigenwirkungen auf die Qualität des erzeug ten Bildes ausüben.For auxiliary devices that are operated in an MRI room there are three editions. These requirements are: 1) that the attractive effect of the magnetic fields on the auxiliary devices none Represents danger; 2) that the auxiliary devices within the Ma gnetfeldes work properly, and 3) that the auxiliary devices in turn, no intrinsic effects on the quality of the produce exercise the picture.
Einige der wichtigeren Herausforderungen bei der Überwachung von Patienten in einer MRI-Räumlichkeit stellen sich durch die beiden großen HF-Spulen, die den Patienten umgeben. Im allgemeinen sendet die äußere Spule die HF-Strahlung, während die innere Spule die vom Patienten emittierte HF-Strahlung empfängt. Wie oben erwähnt, muss die MRI-Räumlichkeit abge schirmt werden vor äußerer HF-Störstrahlung, die den HF- Empfang beeinträchtigen kann. Die HF-Abschirmung der MRI- Räumlichkeit kann erfolgen durch Auskleidung der Wände und Fenster mit durchgehenden Blechen oder Drahtnetzen, typi scherweise aus Kupfer. Monitore und Kabel müssen abgeschirmt werden, um zu verhindern, dass diese Einrichtungen HF in den Raum bringen. Kabel können beispielsweise mit einer dünnen Aluminiumfolie oder mit Kupferdrahtgewebe umwickelt werden, und zur Umschließung elektrischer Einrichtungen können kleine Kupferkästen verwendet werden.Some of the more important monitoring challenges of patients in an MRI room assert themselves the two large RF coils that surround the patient. in the generally the outer coil sends the RF radiation while the inner coil contains the RF radiation emitted by the patient receives. As mentioned above, the MRI space must be removed are shielded from external HF interference radiation, which Can affect reception. The RF shielding of the MRI Spaciousness can be done by lining the walls and Windows with continuous sheets or wire mesh, typi usually made of copper. Monitors and cables must be shielded to prevent these devices from entering HF Bring space. For example, cables can be thin Aluminum foil or wrapped with copper wire mesh, and to enclose electrical devices can be small Copper boxes are used.
Die Wirkung des Magnetfeldes in der MRI-Räumlichkeit auf Ge rätschaften hängt ab von der Stärke des Magneten, von der Nä he der Gerätschaften zum Magneten sowie von der Menge des vorhandenen ferromagnetischen Materials und von den Einzel heiten der in den Geräten verwendeten Schaltung. Das Magnet feld wird schwächer, wenn ein Objekt von der Bohrung des Ma gneten fortbewegt wird. Typischerweise wird empfohlen, ferro magnetische Materialien mehrere Fuß jenseits des Punktes zu halten, an dem das Magnetfeld unter den Wert von 50 Gauß fällt.The effect of the magnetic field in the MRI room on Ge rä Depending depends on the strength of the magnet, on the sewing of the equipment for the magnet and the amount of existing ferromagnetic material and from the individual units of the circuit used in the devices. The magnet field becomes weaker when an object is drilled from the hole in be moved. Typically, ferro is recommended magnetic materials several feet beyond the point too hold the magnetic field below the value of 50 gauss falls.
Im allgemeinen können elektronische Gerätschaften innerhalb der MRI-Räumlichkeit platziert werden, wenn man ihre paramagnetischen Bestandteile durch nicht-magnetischen Edelstahl, Messing, Aluminium oder Kunststoff ersetzt. Jedoch bleibt auch mit der reduzierten Eisenbelastung noch viel von der kleineren empfindlicheren Instrumentierung in den Geräten ferromagnetisch und empfänglich für das Magnetfeld. Somit kann es vorkommen, dass das Funktionsvermögen und die Genau igkeit von Gerätschaften innerhalb der Räumlichkeit immer noch beeinträchtigt ist. Beispielsweise kann jeder Geräte teil, der Transformatoren oder Drosselspulen benutzt, in ei nem Magnetfeld hoher Stärke Fehlfunktionen oder Schaden er leiden.Generally, electronic equipment can be found within the MRI space can be placed if you have their paramagnetic Components by non-magnetic stainless steel, Replaced brass, aluminum or plastic. However remains even with the reduced iron load much of that smaller sensitive instrumentation in the devices ferromagnetic and sensitive to the magnetic field. Consequently it can happen that the functionality and the accuracy equipment always within the premises is still impaired. For example, any device part that uses transformers or choke coils in egg malfunction or damage Suffer.
MRI-Magnetfelder können bewirken, dass die Kerne von Trans formatoren oder Drosselspulen gesättigt werden. Die Sättigung von Transformator- oder Drosselspulen-Kernen reduziert deren Permeabilität (Induktivität) und erlaubt Überströme, die den Transformator oder die Drosselspule durchbrennen lassen kön nen. Dementsprechend werden, wenn möglich, Patienten-Überwa chungsgeräte im allgemeinen außerhalb der MRI-Räumlichkeit gehalten, und es wird eine externe Stromversorgungsquelle verwendet.MRI magnetic fields can cause the cores of Trans formers or inductors are saturated. The saturation of transformer or choke coil cores reduces their Permeability (inductance) and allows overcurrents that the Can blow the transformer or the choke coil NEN. Accordingly, if possible, patient monitoring devices generally outside the MRI area held, and it becomes an external power source used.
Neuerdings gibt es MRI-Einrichtungen mit offenem Magneten, so dass komplizierte neurochirurgische Verfahren innerhalb einer MRI-Räumlichkeit durchgeführt werden können, wobei sich der Patient und der Chirurg innerhalb des Magneten befinden. Schon die Natur dieser Verfahren verstärkt die Notwendigkeit zur präzisen und genauen Patientenüberwachung (z. B. Inva siv-, Herzschlag- und Atmungs-Überwachungsgeräte) in dichter Nähe zur Bohrung des Magneten, wo das stärkste Magnetfeld existiert.MRI devices with open magnets have recently appeared, so that complicated neurosurgical procedures within one MRI space can be performed, with the Patient and surgeon are inside the magnet. The very nature of these processes increases the need for precise and precise patient monitoring (e.g. Inva siv, heartbeat and breathing monitors) in dense Proximity to the bore of the magnet, where the strongest magnetic field exist.
Für den Einsatz in der MRI-Räumlichkeit gibt es speziell kon struierte Anästhesiegeräte. In derartigen Geräten sind die meisten ferromagnetischen Teile durch Messing, Aluminium, nichtmagnetischem Edelstahl und Kunststoff ersetzt, um An ziehungskräfte zu minimieren. Insbesondere sind der Rahmen, das Chassis und die Einschübe aus Aluminium hergestellt. Außerdem sind viele Kleinteile, einschließlich Verbindungsele mente und Federn, entweder aus Aluminium oder aus nicht magnetischem Edelstahl gebildet.There are specifically con structured anesthesia machines. In such devices most ferromagnetic parts by brass, aluminum, non-magnetic stainless steel and plastic replaced to An to minimize drawing forces. In particular, the framework the chassis and slots are made of aluminum. Moreover are many small parts, including connecting elements elements and springs, either of aluminum or not magnetic stainless steel.
In der MRI-Räumlichkeit können zur Ventilation sowohl Umlauf- als auch Neubeatmungs-Anästhesiesysteme verwendet werden. Kritisch bei solchen Anästhesiesystemen sind Strömungssenso ren zum Messen des Atemdurchsatzes. Ultraschall-Strömungs sensoren sind fest zu den bevorzugten Durchflussmessern bei Strömungen geworden, wo Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit wichtig sind. Ultraschall-Strömungssensoren, die mit Flugzeitmessung (Laufzeitmessung) arbeiten, messen die Laufzeitdifferenz zwischen Impulsen, die mit der Strömung ge sendet werden, und Impulsen, die gegen die Strömung gesendet werden. Die Messung basiert auf dem Prinzip, dass sich der Ultraschall stromaufwärts langsamer ausbreitet als stromab wärts.In the MRI room, both circulation and as well as rebreather anesthesia systems are used. Flow sensors are critical in such anesthesia systems for measuring breath flow. Ultrasonic flow sensors are firmly attached to the preferred flow meters Currents become where accuracy, reliability and Durability is important. Ultrasonic flow sensors that work with flight time measurement (transit time measurement), measure the Transit time difference between pulses that ge with the flow are sent, and pulses sent against the flow become. The measurement is based on the principle that the Ultrasound propagates more slowly upstream than downstream steep place.
Wenn immer eine Strömung vorhanden ist, gibt es eine Lauf zeitdifferenz zwischen stromaufwärts gesendeten Ultraschal limpulsen und stromabwärts gesendeten Ultraschallimpulsen im Atemstromweg. Diese Differenz wird benutzt, um die Strömungs geschwindigkeit zu berechnen, die dann mit der Querschnitts fläche des Strömungsweges multipliziert wird, um das Strö mungsvolumen zu erhalten. Vorzugsweise sind die beiden Wand ler piezokeramisch und im Weg einer Gasströmung angeordnet, um abwechselnd Schallwellen zueinander hin zu senden.Whenever there is a current, there is a run time difference between upstream ultrasound limpulses and ultrasound pulses sent downstream Atemstromweg. This difference is used to measure the flow to calculate speed, then with the cross section area of the flow path is multiplied by the flow volume. Preferably the two walls piezoceramic and arranged in the path of a gas flow, to alternately send sound waves towards each other.
Die piezoelektrischen Wandler sind typischerweise über zwei einander angepasste Standardtransformatoren, die Eisenkern und Drahtwicklung aufweisen, mit Sende- und Empfangsschaltun gen gekoppelt. Transformatoren sind empfänglich für Sättigung aus dem Magnetfeld der MRI-Einrichtung. D. h., das Magnetfeld der MRI-Einrichtung kann bewirken, dass der Kern des Trans formators in die Sättigung gelangt.The piezoelectric transducers are typically over two mutually adapted standard transformers, the iron core and have wire winding, with transmit and receive circuit gen coupled. Transformers are susceptible to saturation from the magnetic field of the MRI device. That is, the magnetic field the MRI facility can cause the core of the Trans formators saturates.
Wenn sich die Permeabilität des Kerns vermindert, sinkt der Wirkungsgrad der Energieübertragung im Transformator, und die Impedanzen der Transformatorwicklungen nehmen ab. Beide die ser Änderungen treffen den Betrieb der Transformatoren, die Energie an die piezoelektrischen Wandler geben und/oder von ihnen empfangen, und beeinträchtigen daher den Betrieb des Ultraschall-Strömungssensors. Die Sättigung des Transforma torkerns verhindert die Erzeugung induktiver Spannung, und Überströme können einen Leistungstransformator durchbrennen lassen.As the permeability of the core decreases, the core decreases Efficiency of energy transfer in the transformer, and the Impedances of the transformer windings decrease. Both of them These changes affect the operation of the transformers Give energy to the piezoelectric transducers and / or from receive them and therefore impair the operation of the Ultrasonic flow sensor. The saturation of the transforma core prevents the generation of inductive voltage, and Overcurrents can burn out a power transformer to let.
Die Funktion eines Magnetkerns verschlechtert sich im allge meinen graduell bis zum Erreichen des Sättigungsflusswertes des Kerns. Wenn dieser Wert erreicht ist, geht der Kern in die Sättigung, und die Permeabilität des Kerns nähert sich der Permeabilität der Luft. Für Eisenkernstrukturen kann dies eine beträchtliche Änderung der Kernpermeabilität bedeuten. Diese große Änderung in der Kernpermeabilität bewirkt, dass der Gasströmungswandler bei einer kleinen Zunahme des exter nen Magnetfeldes vom genauen in einen sehr ungenauen Betrieb übergeht. Zusammenfassend gesagt verhindert eine Sättigung des Transformators die Erzeugung induktiver Spannung, und Überströme können den Leistungstransformator durchbrennen lassen und den Betrieb des Sensors beeinträchtigen.The function of a magnetic core generally deteriorates mine gradually until the saturation flow value is reached of the core. When this value is reached, the core goes in saturation, and the permeability of the core is approaching the permeability of the air. For iron core structures, this can a significant change in core permeability. This big change in core permeability causes that the gas flow transducer with a small increase in the exter magnetic field from precise to very inaccurate operation transforms. In summary, saturation prevents of the transformer the generation of inductive voltage, and Overcurrents can burn out the power transformer and affect the operation of the sensor.
Um sicherzustellen, dass die Gasströmungswandler nicht in ei ner Situation verwendet werden, in der das externe Magnetfeld die oben erwähnten Probleme hervorrufen könnte, wäre es vor teilhaft, eine Abschirmung und ein Verfahren zum Abschirmen der Transformatoren vorzusehen. Es wäre auch günstig, einen Weg zu finden, um die magnetische Feldstärke im Umfeld der Transformatoren zu messen, um das Vorhandensein eines kriti schen externen Magnetfeldes anzuzeigen.To ensure that the gas flow transducers are not in a ner situation in which the external magnetic field could cause the problems mentioned above, it would be partial, a shield and a method of shielding of the transformers. It would also be convenient to have one Finding the magnetic field strength around the area Transformers measure to the presence of a kriti external magnetic field.
Kurz gesagt, sorgen bevorzugte Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung für das Abschirmen einer Schaltung in einem Magnetfeld, sie schützen zwei oder mehr Transformatoren vor dem Erreichen eines Sättigungszustandes in einem Magnetfeld, und sie sorgen für eine Anzeige eines Zustandes, in welchem eine Schaltung einem Magnetfeld ausgesetzt wird, das die Schaltung ungenau machen würde.In short, preferred embodiments of the present provide Invention for shielding a circuit in one Magnetic field, they protect two or more transformers reaching a state of saturation in a magnetic field, and they provide an indication of a condition in which a circuit is exposed to a magnetic field that the Circuit would make inaccurate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält eine beispielgebende Anordnung zum Schützen von Transformato ren, die sich in einer magnetischen Räumlichkeit befinden und elektrische Energie von einer Energiequelle an eine Verar beitungsschaltung übertragen, eine magnetische Abschirmung, welche die Transformatoren derart umschließt, dass sie Stö reinflüsse von Umgebungsmagnetfluss auf den Transformator verhindert.According to a preferred embodiment of the invention contains an exemplary arrangement for protecting transformato that are in a magnetic space and electrical energy from an energy source to a verar processing circuit, a magnetic shield, which surrounds the transformers in such a way that they Influence of ambient magnetic flux on the transformer prevented.
Als eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird ein beispielgebendes Verfahren zum Schutz zweier oder mehrerer Transformatoren in einer magnetischen Räumlichkeit beschrieben. Die Transformatoren übertragen elektrische Ener gie von einer Energiequelle an eine Verarbeitungsschaltung. Gemäß dem Verfahren werden die beiden Transformatoren in ei ner magnetischen Abschirmung eingeschlossen, die störende Einwirkungen eines Umgebungsmagnetflusses auf die Transforma toren verhindert, und die Transformatoren werden in einem . Hochfrequenz (HF) abschirmenden Gehäuse eingeschlossen, wel ches verhindert, dass HF-Signale in das Gehäuse eindringen und aus dem Gehäuse austreten können. Das Verfahren kann au ßerdem beinhalten, innerhalb der magnetischen Abschirmung, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Transforma tor, einen Magnetsensor anzuordnen, der den Betrag des Ma gnetflusses innerhalb der magnetischen Abschirmung misst. Der Magnetsensor kann mit einer Warnschaltung gekoppelt werden, um anzuzeigen, wann der Betrag des Magnetflusses innerhalb der magnetischen Abschirmung eine vorbestimmte Schwelle über steigt. Außerdem kann das Verfahren beinhalten, die magneti sche Abschirmung an einem Anästhesiegerät zu befestigen, das ausgelegt ist für einen Betrieb in einer MRI-Räumlichkeit na he an einem MRI-Scanner. As a further preferred embodiment of the invention is an exemplary method for protecting two or several transformers in one magnetic space described. The transformers transmit electrical energy gie from a power source to a processing circuit. According to the method, the two transformers are in egg Magnetic shielding included, the annoying Effects of an ambient magnetic flux on the transforma gates prevented, and the transformers are in one. High frequency (RF) shielding housing included, wel This prevents RF signals from entering the housing and can exit from the housing. The method can also also include, within the magnetic shield, preferably between the first and the second transforma tor to arrange a magnetic sensor that the amount of Ma magnetic flux inside the magnetic shield. The Magnetic sensor can be coupled with a warning circuit to indicate when the amount of magnetic flux is within the magnetic shield over a predetermined threshold increases. The method may also include magneti to attach the shield to an anesthesia machine that is designed for operation in an MRI room na hey on an MRI scanner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung schützt ein Gehäuse zwei oder mehr Transformatoren, die elektrische Energie von einer Energiequelle an eine Verarbei tungsschaltung übertragen, vor einer Sättigung durch Umge bungsmagnetfluss. Das Gehäuse enthält die Transformatoren und ein erstes und ein zweites Abschirmteil. Das erste Abschirm teil umschließt die Transformatoren teilweise und enthält ei ne erste abschirmende Schicht bzw. Lage aus einem Material (z. B. Eisen), das permeabel für den Umgebungsmagnetfluss ist. Das zweite Abschirmteil umschließt den Transformator ebenfalls teilweise und enthält eine zweite abschirmende Lage aus einem Material (z. B. Eisen) das permeabel für den Umge bungsmagnetfluss ist. Das erste und das zweite Abschirmteil sind so ausgelegt, dass sie aneinander passen, um den Trans formator zumindest im wesentlichen vollständig zu umschließen und einen um den Transformator herumgehenden Nebenschluss für den Magnetfluss bilden. Diese Ausführungsform der Erfindung kann auch einen Sensor enthalten, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um den auf den Transformator einwirkenden Ma gnetfluss zu messen, sowie eine Warnschaltung zum Bestimmen des Magnetflusses und zum Anzeigen, wann der Magnetfluss eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Vorzugsweise enthält die Verarbeitungsschaltung einen Strömungssensor, der den Atem durchsatz einer Person in einer MRI-Räumlichkeit mißt.According to a further preferred embodiment of the invention a housing protects two or more transformers that electrical energy from an energy source to a processor transmission circuit, before saturation by reverse advertising magnetic flux. The housing contains the transformers and a first and a second shielding part. The first shield some encloses the transformers and contains egg ne first shielding layer or layer made of one material (e.g. iron), the permeable to the ambient magnetic flux is. The second shielding part encloses the transformer also partially and contains a second shielding layer made of a material (e.g. iron) that is permeable to the reverse is magnetic flux. The first and the second shielding part are designed to fit together to make the Trans formator to enclose at least substantially completely and a shunt around the transformer for form the magnetic flux. This embodiment of the invention can also contain a sensor inside the housing is arranged to the Ma acting on the transformer gnet flow to measure, and a warning circuit to determine of the magnetic flux and to indicate when the magnetic flux is a exceeds a predetermined threshold. Preferably, the Processing circuit a flow sensor that breathes throughput of a person in an MRI room.
Die Erfindung wird in Verbindung mit den nachstehend aufge führten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Elemente mit jeweils gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.The invention is set forth in connection with those below led drawings described in which like elements are designated with the same reference numbers in each case.
Fig. 1 zeigt in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung eine Magnetfluss-Abschirmvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung; Fig. 1 shows an exploded perspective view of a magnetic flux shielding device according to a preferred embodiment of the prior invention;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Deckels der Magnetfluss-Abschirmvorrichtung nach Fig. 1; Fig. 2 is a perspective view of the lid of the magnetic flux shielding device of Fig. 1;
Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Abschirmvorrich tung von unten; Fig. 3 shows the shielding device shown in Fig. 1 from below;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Abschirmvorrichtung entlang der Linie 4-4 in Fig. 3; Fig. 4 is a sectional view of the shield device taken along line 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Abschirmvorrichtung entlang der Linie 5-5 der Fig. 3; Fig. 5 is a sectional view of the shield device taken along line 5-5 of Fig. 3;
Fig. 6 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines beispielgebenden Elektronikgehäuses, das mit der Abschirmvorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird; Fig. 6 is an exploded view of an imaging electronics housing, which is used with the screening arrangement of Fig. 1;
Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung eines Strö mungssensorgehäuses und eines Elektronikgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung, und Fig. 7 is a perspective view of a Strö mung sensor housing and an electronics housing in accordance with a preferred embodiment of he invention, and
Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines beispielgebenden An ästhesiegerätes, das ausgelegt ist zur Verwendung in einem Magnetfeld hoher Stärke, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung. Fig. 8 is a side view of an imaging At ästhesiegerätes adapted dung for use in a high strength magnetic field, according to another preferred embodiment of the OF INVENTION.
Es sei nun ausführlicher auf die verschiedenen Figuren einge gangen. In der Fig. 1 ist eine beispielgebende Magnetfluss- Abschirmvorrichtung 10 dargestellt (im folgenden kurz als "Magnetabschirmung" bezeichnet). Die Magnetabschirmung 10 enthält ein oberes Teil 12 und ein unteres Teil 14, die eine Transformatorschaltung umschließen, welche einen ersten und einen zweiten Transformator 16 und 18 aufweist. Die Magnetab schirmung 10 ist vorzugsweise so orientiert, dass ihre lange Achse (z. B. Länge) ausgerichtet ist mit einer Achse maxima ler magnetischer Empfindlichkeit des ersten und des zweiten Transformators 16, 18. Die Transformatoren sind von allgemein bekannter, dem Fachmann geläufiger Art und enthalten vorzugs weise zwei Drahtspulen, die von einander isoliert sind und auf einen gemeinsamen laminierten Kern gewickelt sind, der aus einem Material besteht, das für Magnetfluss permeabel ist (z. B. Eisen). Let us now go into the various figures in more detail. An exemplary magnetic flux shielding device 10 is shown in FIG. 1 (hereinafter referred to briefly as "magnetic shielding"). The magnetic shield 10 includes an upper part 12 and a lower part 14 which enclose a transformer circuit which has a first and a second transformer 16 and 18 . The Magnetab shield 10 is preferably oriented so that its long axis (z. B. length) is aligned with an axis of maximum magnetic sensitivity of the first and second transformers 16 , 18th The transformers are of a generally known type known to the person skilled in the art and preferably contain two wire coils which are insulated from one another and are wound on a common laminated core which is made of a material which is permeable to magnetic flux (for example iron). ,
In bevorzugten Ausführungsformen sind die Transformatoren 16, 18 hochtransformierende Transformatoren, in denen sich Ener gie von einer Niederspannungswicklung auf eine Hochspannungs wicklung überträgt. Die Signalübertragung zu und von den Transformatoren 16, 18 erfolgt vorzugsweise über Anschluss stifte (Fig. 4), die von den Transformatoren 16, 18 abstehen, wie es unten ausführlicher beschrieben wird. Der Typ der Transformatoren und ihrer Anschlusselemente hängt jedoch vom Zweck der Transformatoren ab. Während die Magnetabschirmung 10 im dargestellten Fall zwei Transformatoren umschließt, versteht es sich jedoch, dass die Anzahl der Transformatoren abhängig ist von den jeweiligen Verwendungsarten und Erfor dernissen der Transformatoren und der mit ihnen verbundenen Schaltungen.In preferred embodiments, the transformers 16 , 18 are high-transforming transformers in which energy is transferred from a low-voltage winding to a high-voltage winding. The signal transmission to and from the transformers 16 , 18 preferably takes place via connecting pins ( FIG. 4) which protrude from the transformers 16 , 18 , as is described in more detail below. However, the type of transformers and their connection elements depends on the purpose of the transformers. While the magnetic shield 10 encloses two transformers in the illustrated case, it is understood, however, that the number of transformers depends on the respective types of use and requirements of the transformers and the circuits connected to them.
Die Magnetabschirmung 10 ist vorzugsweise aus einem warm ge walzten niedriggekohlten Stahl hergestellt, der eine relativ geringe Permeabilität hat. Die Magnetabschirmung 10 bildet einen um die Transformatoren 16, 18 herumgehenden Neben schluss für den Umgebungsmagnetfluss außerhalb der Magnetab schirmung 10. Genauer gesagt leitet die Magnetabschirmung 10 den Magnetfluss um die Transformatorkerne herum. Die Magne tabschirmung 10 ist vorzugsweise so konstruiert, dass mit ei ner minimalen Menge an Stahl der Magnetfluss innerhalb der Abschirmung 10 reduziert wird.The magnetic shield 10 is preferably made from a hot rolled low carbon steel which has a relatively low permeability. The magnetic shield 10 forms a shunt around the transformers 16 , 18 for the ambient magnetic flux outside the magnetic shield 10 . More specifically, the magnetic shield 10 directs the magnetic flux around the transformer cores. The magnetic shield 10 is preferably constructed so that the magnetic flux within the shield 10 is reduced with a minimal amount of steel.
Das Unterteil 14 der Abschirmung 10 hat eine im wesentlichen ebene Grundplatte 20 und Wände 22, die eine Vertiefung 24 zur Aufnahme der Transformatoren 16, 18 definieren. Die Wände 22 stehen von der Grundplatte 20 nach oben und haben eine obere Lippe 26, die den Umfang der Vertiefung 24 eingrenzt. Die Transformatoren 16, 18 stehen vorzugsweise über Löcher 28 (Fig. 3) in der Grundplatte 20 des Unterteils 14 mit einer Energiequelle und einer Verarbeitungsschaltung in Verbindung, wie unten ausführlicher beschrieben. Das Unterteil 14 weist ferner abstehende Laschen 32, 34, 36, 38 auf, die an anderen Objekten befestigt werden können. Die Laschen 32 und 34 bei spielsweise stehen von den Enden der oberen Lippe 26 ab, um an ähnlichen Laschen befestigt zu werden, die am Oberteil 12 abstehen, wie unten ausführlicher beschrieben. Die Laschen 36, 38 stehen von der Grundplatte 20 ab und dienen zum Befe stigen der Magnetabschirmung 10 an einem anderen Objekt, wie z. B. einem Elektronikgehäuse oder einem Anästhesiegerät, wie unten ausführlicher beschrieben. Jede Lasche 32, 34, 36, 38 kann ein Durchgangsloch 31 enthalten, als Hilfe zum Befesti gen der Lasche am Oberteil 12 oder an einem Elektronikgehäu se, wie weiter unten beschrieben.The lower part 14 of the shield 10 has a substantially flat base plate 20 and walls 22 which define a recess 24 for receiving the transformers 16 , 18 . The walls 22 stand up from the base plate 20 and have an upper lip 26 which delimits the circumference of the recess 24 . Transformers 16 , 18 are preferably connected to a power source and processing circuitry via holes 28 ( FIG. 3) in base 20 of base 14 , as described in more detail below. The lower part 14 also has projecting tabs 32 , 34 , 36 , 38 , which can be attached to other objects. The tabs 32 and 34, for example, protrude from the ends of the upper lip 26 to be attached to similar tabs that protrude from the top 12 , as described in more detail below. The tabs 36 , 38 protrude from the base plate 20 and serve to fasten the magnetic shield 10 to another object, such as, for. B. an electronics housing or an anesthesia machine, as described in more detail below. Each tab 32 , 34 , 36 , 38 may include a through hole 31 as an aid to attaching the tab to the top 12 or to an electronics housing as described below.
Das Oberteil 12 hat ein Dach 40 und Wände 42, die eine Ver tiefung zur Aufnahme der Transformatoren 16, 18 definieren. Die Wände 42 stehen vom Dach 40 nach unten und enthalten eine untere Lippe 44, die vorzugsweise mit der oberen Lippe 26 des Unterteils 14 ausgerichtet ist. An zwei Seiten des Oberteils 12 stehen Laschen 48, 50 ab. Die Laschen 48, 50 haben vor zugsweise ähnliche Größe und Gestalt wie die Laschen 32 und 34 des Unterteils 14. Wie in Fig. 1 gezeigt, fluchten die La schen 32, 34 des Unterteils vorzugsweise mit den Laschen 48, 50 des Oberteils 12.The upper part 12 has a roof 40 and walls 42 which define a recess for receiving the transformers 16 , 18 . The walls 42 project downward from the roof 40 and contain a lower lip 44 which is preferably aligned with the upper lip 26 of the lower part 14 . Tabs 48 , 50 protrude from two sides of the upper part 12 . The tabs 48 , 50 preferably have a size and shape similar to that of the tabs 32 and 34 of the lower part 14 . As shown in FIG. 1, the tabs 32 , 34 of the lower part are preferably aligned with the tabs 48 , 50 of the upper part 12 .
Die Fig. 2 zeigt die Unterseite des in Fig. 1 dargestellten Deckels bzw. Oberteils 12. Wie gezeigt, enthält der Deckel eine Öffnung 54, durch die sich Drähte 56 erstrecken, wie un ten ausführlicher beschrieben wird. Innerhalb der Abschirmung 10 und vorzugsweise an der Unterseite des Oberteils 12 ist ein Magnetsensor 58 befestigt. Der Magnetsensor 58 misst den an seinem Ort bestehenden Magnetfluss und ist vorzugsweise so angeordnet, dass er zwischen den Kernen des ersten und des zweiten Transformators 16, 18 liegt, wenn die Magnetabschir mung 10 geschlossen ist. FIG. 2 shows the underside of the cover or upper part 12 shown in FIG. 1. As shown, the lid includes an opening 54 through which wires 56 extend, as will be described in more detail below. A magnetic sensor 58 is fastened within the shield 10 and preferably on the underside of the upper part 12 . The magnetic sensor 58 measures the magnetic flux existing at its location and is preferably arranged such that it lies between the cores of the first and the second transformer 16 , 18 when the magnetic shield 10 is closed.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist der Sensor 58 mit Drähten 56 verbunden, die sich vom Sensor 58 durch die im Deckel (Oberteil 12) befindliche Öffnung 54 erstrecken. Die Drähte 56 gehen zu einer externen Schaltung 60, die den vom Sensor 58 gemessenen Magnetfluss ausliest und eine Anzeige liefert (z. B. mittels LED-Anzeigern, Schallzeichen oder anderen Zeichen), wenn der Magnetfluss stark genug ist, um den Betrieb der Transformatoren 16, 18 zu beeinträchtigen. Wie oben erwähnt, nimmt bei einer Erhöhung des Magnetflusses in den Kernen der Transformatoren 16, 18 die Permeabilität des Kernmaterials ab, wodurch der Übertragungswirkungsgrad der Transformatoren 16, 18 und auch die Impedanzen der Transfor matorwicklungen reduziert werden. Diese Reduzierungen wirken sich auf den Betrieb der Schaltungsanordnung aus, die Energie in die Transformatoren 16, 18 treiben und/oder von ihnen emp fangen. In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt ein mit Ultraschall arbeitender Strömungssensor Energie von den Transformatoren 16, 18. Der Strömungssensor enthält zwei Wandler, die Ultraschallimpulse mit der Strömung und gegen die Strömung eines von einem Patienten kommenden Atemgases senden und empfangen. Die Wandler des Ultraschall-Strömungs sensors empfangen Spannungsbursts von den Transformatoren 16, 18. Vermindert sich infolge übermäßigen Magnetflusses die Energieübertragung von den Transformatoren 16, 18, wird der Betrieb der Wandler beeinträchtigt, wie ebenfalls weiter un ten beschrieben wird.As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor 58 is connected to wires 56 which extend from the sensor 58 through the opening 54 in the cover (upper part 12 ). The wires 56 go to an external circuit 60 which reads the magnetic flux measured by the sensor 58 and provides an indication (e.g. by means of LED indicators, sound signals or other signs) if the magnetic flux is strong enough to operate the transformers 16 , 18 affect. As mentioned above, when the magnetic flux in the cores of the transformers 16 , 18 increases, the permeability of the core material decreases, which reduces the transmission efficiency of the transformers 16 , 18 and also the impedances of the transformer windings. These reductions affect the operation of the circuit arrangement, which drive energy into and / or receive from the transformers 16 , 18 . In a preferred embodiment, an ultrasonic flow sensor receives energy from the transformers 16 , 18 . The flow sensor contains two transducers that send and receive ultrasonic pulses with the flow and against the flow of a breathing gas coming from a patient. The transducers of the ultrasonic flow sensor receive voltage bursts from the transformers 16 , 18 . Decreases due to excessive magnetic flux, the energy transfer from the transformers 16 , 18 , the operation of the converter is impaired, as will also be described below.
Der Magnetsensor 58 ist innerhalb und nicht außerhalb der Ab schirmung angeordnet, so dass er das die Transformatoren 16, 18 umgebende Magnetfeld genauer messen kann. Wie gezeigt, ist der Sensor 58 vorzugsweise so positioniert, dass er mit der Achse größter Empfindlichkeit der Transformatoren 16, 18 aus gerichtet ist. In dieser Position kann der Sensor 58 den Be trag des Magnetflusses entlang derjenigen Richtung feststel len, die für die Transformatoren 16, 18 am kritischsten ist. Im Betrieb empfängt die externe Schaltung 60 eine Ausgangs spannung vom Magnetsensor 58. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors 58 in der einen oder anderen Richtung um ein vorbe stimmtes Maß von einem die Feldstärke Null anzeigenden Nomi nalwert abweicht, signalisiert die externe Schaltung 60 einen Störzustand, was anzeigt, dass der kritische Betrag der Ma gnetfeldstärke innerhalb der Magnetabschirmung 10 überschrit ten ist. Diese Störanzeige bedeutet, dass der Wandlerausgang wegen der Stärke des die Transformatoren 16, 18 umgebenden Magnetfeldes wahrscheinlich instabil ist.The magnetic sensor 58 is arranged inside and not outside the shielding, so that it can measure the magnetic field surrounding the transformers 16 , 18 more precisely. As shown, the sensor 58 is preferably positioned so that it is aligned with the axis of greatest sensitivity of the transformers 16 , 18 . In this position, the sensor 58 can determine the amount of magnetic flux along the direction that is most critical for the transformers 16 , 18 . In operation, the external circuit 60 receives an output voltage from the magnetic sensor 58 . If the output voltage of the sensor 58 in one direction or the other deviates by a predetermined amount from a nominal value which indicates the field strength zero, the external circuit 60 signals a fault condition, which indicates that the critical amount of the magnetic field strength within the magnetic shield 10 exceeds is. This fault display means that the converter output is probably unstable due to the strength of the magnetic field surrounding the transformers 16 , 18 .
Die Fig. 3 zeigt das Unterteil 14 der Magnetabschirmung in einer Ansicht von unten. Wie gezeigt, enthält das Unterteil 14 die im wesentlichen ebene Grundplatte 20 mit den abstehen den Laschen 36, 38. Das in Fig. 3 gezeigte Unterteil 14 hat außerdem Laschen 32 und 34, die von seinen Seiten abstehen. Die Laschen des Unterteils 14 und des Oberteils 12 sind nicht entscheidend für die bevorzugten Ausführungsformen und veran schaulichen lediglich ein Beispiel für Mittel zum Befestigen des Oberteils 12 am Unterteil 14 und zum Befestigen des Un terteils an einem anderen Objekt (z. B. an einer PC-Platine, einem HF-Abschirmgehäuse, einem Anästhesiegerät), wie unten ausführlicher beschrieben wird. Fig. 3 shows the lower part 14 of the magnetic shield in a view from below. As shown, the lower part 14 contains the substantially flat base plate 20 with the protruding tabs 36 , 38 . The lower part 14 shown in Fig. 3 also has tabs 32 and 34 which protrude from its sides. The tabs of the base 14 and top 12 are not critical to the preferred embodiments and are merely illustrative of an example of means for attaching the top 12 to the base 14 and attaching the bottom to another object (e.g., a PC Circuit board, an RF shielding case, an anesthesia machine) as described in more detail below.
Wie oben erwähnt, enthält die Grundplatte 20 des Unterteils 14 auch Öffnungen 28. Die Öffnungen 28 sind vorzugsweise mit Anschlussstiften 62 ausgerichtet, die von den Transformatoren 16 und 18 abstehen. Die Stifte 62 werden gewöhnlich verwen det, um Eingangs- und Ausgangssignale zu und von den Trans formatoren 16, 18 zu übertragen, wie es sich für einen Fach mann leicht versteht. Es genügt zu erwähnen, dass die Stifte 62 verwendet werden für die Übertragung von Signalen zwischen den Transformatoren 16, 18 und einer Energiequelle oder einer Verarbeitungsschaltung (z. B. Ultraschall-Strömungssensoren, piezoelektrischen Wandlern). Zwischen den Stiften 62 und den Innenwandungen der Öffnungen 28 ist jeweils eine isolierende Hülse oder Schicht (z. B. aus Kunststoff) angeordnet, um für eine zusätzliche Isolation der Stifte 62 zu sorgen. Die Iso latoren können mittels irgendwelcher bekannter Anheftmethoden (z. B. Klebstoff, Heißsiegelung) an den Öffnungen 28 oder an den Stiften 62 befestigt werden.As mentioned above, the base plate 20 of the lower part 14 also contains openings 28 . The openings 28 are preferably aligned with pins 62 which protrude from the transformers 16 and 18 . Pins 62 are commonly used to transmit input and output signals to and from transformers 16 , 18 , as will be readily understood by those skilled in the art. Suffice it to say that pins 62 are used to transmit signals between transformers 16 , 18 and a power source or processing circuit (e.g., ultrasonic flow sensors, piezoelectric transducers). An insulating sleeve or layer (eg made of plastic) is arranged between the pins 62 and the inner walls of the openings 28 in order to provide additional insulation for the pins 62 . The insulators can be attached to the openings 28 or to the pins 62 by any known attachment method (e.g., adhesive, heat seal).
Die Fig. 4 und 5 zeigen Schnittansichten der Abschirmung 10 und der Transformatoren 16, 18 gemäß den Schnittlinien 4-4 bzw. 5-5 der Fig. 3. Wie gezeigt, stoßen die untere Lippe 44 des Oberteils 12 und die obere Lippe 26 des Unterteils 14 aneinander, so dass die Wände 22, 42 und die Laschen fluchten. In dieser Position ist die Magnetabschirmung 10 geschlossen und umschließt die darin befindlichen Transformatoren 16, 18, um einen um die Transformatoren herumführenden Nebenschluss für Magnetfluss zu bilden. FIGS. 4 and 5 show sectional views of the shield 10 and the transformers 16, 18 according to the section lines 4-4 and 5-5 of the 3. As Fig., The lower lip 44 abut the upper part 12 and the upper lip 26 of the Bottom part 14 together so that the walls 22 , 42 and the tabs are aligned. In this position, the magnetic shield 10 is closed and encloses the transformers 16 , 18 located therein to form a magnetic circuit shunt around the transformers.
Wie in Fig. 5 gezeigt und oben beschrieben, hat das Oberteil 12 eine Öffnung 54, durch welche Drähte 56 vom Magnetfeldsen sor 58 zur externen Schaltung 60 laufen können, die den vom Sensor 58 gemessenen Magnetfluss ausliest und anzeigt, wann der Magnetfluss eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wenn der auf die Transformatoren 16, 18 einwirkende Magnet fluss die vorbestimmte Schwelle übersteigt, was eine eventu elle Sättigung der Transformatoren anzeigen kann, sollten die Magnetschirmung 10 und die Transformatoren 16, 18 in einen Bereich verlegt werden, wo der Magnetfluss geringer ist. In einer MRI-Räumlichkeit kann dies einfach dadurch geschehen, dass man die als Beispiel gezeigte Magnetabschirmung 10 und Transformatoren 16, 18 um ein kleines Stück (z. B. um wenige Zoll) vom MRI-Magneten wegbewegt.As shown in Fig. 5 and described above, the upper part has an opening 54 through which wires 56 sor from Magnetfeldsen 58 may run to the external circuit 60 12, which reads the value measured by sensor 58, magnetic flux, and indicating when the magnetic flux a predetermined threshold exceeds. If the magnetic flux acting on the transformers 16 , 18 exceeds the predetermined threshold, which may indicate a possible saturation of the transformers, the magnetic shield 10 and the transformers 16 , 18 should be moved to an area where the magnetic flux is lower. In an MRI room, this can be done simply by moving the magnetic shield 10 and transformers 16 , 18 shown as an example away from the MRI magnet by a small distance (for example by a few inches).
Wie ein Fachmann leicht einsehen kann, geht eine beträchtli che Bedrohung für Überwachungsmaßnahmen in der MRI-Räumlich keit von den beiden großen HF-Spulen aus, die den Patienten umgeben. Typischerweise sendet eine äußere Spule das HF- Signal, während eine innere Spule das vom Patienten emittier te HF-Signal empfängt. Weil das vom Patienten emittierte HF- Signal so schwach ist (z. B. etwa 1 × 10-8 Watt), kann HF- Störstrahlung im Umfeld (z. B. in der MRI-Räumlichkeit) das vom Patienten emittierte HF-Signal verwaschen. Deswegen muss eine MRI-Räumlichkeit abgeschirmt werden vor äußerer HF- Einstrahlung, wie sie z. B. von Wechselsprech-Funkanlagen, Radiostationen, Fernsehsendern, Piepsern usw. kommen kann und welche den HF-Empfang bei der MRI beeinträchtigen kann. In ähnlicher Weise muss jede in der MRI-Räumlichkeit verwendete Gerätschaft, die HF-Störstrahlung erzeugt, ebenfalls hochfre quenzmäßig abgeschirmt sein. Monitore und Kabel müssen abge schirmt werden, weil HF-Impulse auch in der Lage sind, elektrische Ströme zu induzieren und Störungen innerhalb der elektrischen Gerätschaften zu verursachen.As one skilled in the art can easily see, the two large RF coils surrounding the patient pose a significant threat to surveillance measures in the MRI space. Typically, an outer coil sends the RF signal, while an inner coil receives the RF signal emitted by the patient. Because the RF signal emitted by the patient is so weak (e.g. approximately 1 × 10 -8 watts), RF interference in the environment (e.g. in the MRI room) can wash out the RF signal emitted by the patient , Therefore, an MRI room must be shielded from external RF radiation, as z. B. can come from two-way radio systems, radio stations, television stations, beeps, etc. and which can affect the RF reception in the MRI. Similarly, any equipment used in the MRI room that generates RF interference radiation must also be shielded in terms of radio frequency. Monitors and cables must be shielded because RF pulses are also able to induce electrical currents and cause interference within the electrical equipment.
Ein bevorzugter Weg zum Abschirmen der Magnetabschirmung 10 vor HF-Einflüssen ist in Fig. 6 gezeigt. Wie dargestellt, weist die HF-Abschirmung ein Elektronikgehäuse 64 auf, wel ches die Magnetabschirmung 10 umschließt. Das beispielgebende Elektronikgehäuse 64 hat einen Gehäusedeckel 66, der einen Gehäusekasten 68 zur Umschließung der Magnetabschirmung 10 zudeckt, ein Filter 70, eine PC-Platine 72 und Verbinderele mente 74. Das Filter 70 trennt hochfrequente HF-Signale, die in der Wandlerschaltung erzeugt werden, von den am Ausgang der Wandlerschaltung gelieferten niedrigfrequenten Datensi gnalen. Das Filter 70 verhindert, dass die HF das Gehäuse 64 über die Kabel verlassen kann, welche die Wandlerschaltung mit dem Anästhesiegerät verbinden. Die PC-Platine 72 ist an der Magnetabschirmung 10 befestigt, und zwar an den An schlussstiften 62 der Transformatoren 16, 18. Die PC-Platine 72 ist die Signalverarbeitungsschaltung für den Strömungssen sor. Sie liefert die passenden Signale an die Transformato ren, interpretiert die Ergebnisse und sendet die resultieren den Strömungsdaten über ein Kabel an das Anästhesiegerät. Die Verbinderelemente 74 enthalten ein erstes Verbinderelement 76 für den Masseanschluss, ein zweites Verbinderelement 78 zum Anschließen des Strömungssensors und weitere Verbinderelemen te, die benötigt werden zum Betreiben der Elektronikschaltun gen, z. B. Transformatoren, Filter, Magnetflusssensor, usw.A preferred way of shielding the magnetic shield 10 from RF influences is shown in FIG. 6. As shown, the RF shield on an electronics housing 64, wel ches the magnetic shield surrounds the 10th The exemplary electronics housing 64 has a housing cover 66 , which covers a housing box 68 for enclosing the magnetic shield 10 , a filter 70 , a PC board 72 and connector elements 74 . The filter 70 separates high-frequency RF signals generated in the converter circuit from the low-frequency data signals provided at the output of the converter circuit. The filter 70 prevents the HF from leaving the housing 64 via the cables that connect the converter circuit to the anesthesia machine. The PC board 72 is attached to the magnetic shield 10, to the pins 62 of the transformers 16 , 18th The PC board 72 is the signal processing circuit for the flow sensor. It delivers the appropriate signals to the transformers, interprets the results and sends the resulting flow data to the anesthesia machine via a cable. The connector elements 74 include a first connector element 76 for the ground connection, a second connector element 78 for connecting the flow sensor, and other connector elements that are required to operate the electronic circuits, for. B. transformers, filters, magnetic flux sensors, etc.
Um eine HF-Abschirmung zu bewirken, ist das Elektronikgehäuse 64 aus einer Lage eines Materials gebildet, das HF-Signale reflektiert oder absorbiert, z. B. aus Kupfer oder Aluminium. Im gezeigten Fall hat das Elektronikgehäuse 64 eine HF- Abschirmung, welche neben den Transformatoren 16, 18 und der Magnetabschirmung auch elektronische Einrichtungen und Schal tungen umschließt (z. B. Filter 70, PC-Platine 72); es ver steht sich jedoch, dass die HF-Abschirmung eine beliebige Form haben kann, welche die Magnetabschirmung und die Strö mungssensor-Schaltung vor HF-Störstrahlung schützt. So könnte die HF-Abschirmung beispielsweise eine dünne Lage aus Alumi niumfolie oder Kupfer sein, welche nur die Magnetabschirmung 10 und die Transformatoren 16, 18 umgibt, oder die HF- Abschirmung könnte in Form eines größeren Gehäuses vorgesehen sein, das mehrere elektronische Einrichtungen umschließt. Wie gezeigt, ist die Magnetabschirmung 10 mittels Schrauben an der PC-Platine 72 und am Gehäusekasten 68 befestigt. Außerdem sind das Filter 72 und der Gehäusedeckel 66 durch Schrauben mit den Gehäusekasten 68 verbunden. Es versteht sich, dass die genannten Einrichtungen und Schaltungen auch durch andere Mittel befestigt sein können, z. B. durch Stifte, Klammern oder Klebstoff, und dass die Befestigung nicht auf Schrauben beschränkt ist, sondern beliebige Befestigungsmittel umfassen mag, welche die Einrichtungen und Schaltungen fest zusammen halten können.To provide RF shielding, electronics housing 64 is formed from a sheet of material that reflects or absorbs RF signals, e.g. B. made of copper or aluminum. In the case shown, the electronics housing 64 has an RF shield, which in addition to the transformers 16 , 18 and the magnetic shield also encompasses electronic devices and circuits (e.g. filter 70 , PC board 72 ); however, it is understood that the RF shield can have any shape that protects the magnetic shield and the flow sensor circuit from RF interference. For example, the RF shield could be a thin layer of aluminum foil or copper that only surrounds the magnetic shield 10 and the transformers 16 , 18 , or the RF shield could be in the form of a larger housing that encloses multiple electronic devices. As shown, the magnetic shield 10 is attached to the PC board 72 and the case 68 by screws. In addition, the filter 72 and the housing cover 66 are connected to the housing box 68 by screws. It is understood that the devices and circuits mentioned can also be attached by other means, e.g. B. by pins, clips or adhesive, and that the attachment is not limited to screws, but may include any fasteners that can hold the devices and circuits together.
Die Magnetabschirmung 10 schützt vorzugsweise die Transforma toren 16, 18, die mit Verarbeitungsschaltungen in einem Mi lieu hoher magnetischer Feldstärke (z. B. bei oder oberhalb 1,0 T) verwendet werden. Ein Beispiel für eine Verarbeitungs schaltung ist ein Ultraschall-Strömungssensor. Die Fig. 7 zeigt in perspektivischer Ansicht, wie das Elektronikgehäuse nach Fig. 6 elektrisch mit einem Ultraschall-Strömungssensor 80 verbunden ist. Wie gezeigt, umschließt das Elektronikge häuse 64 die Magnetabschirmung 10, die den ersten und den zweiten Transformator 16 und 18 enthält. Das Elektronikgehäu se 64 steht über ein Kabel 82 mit dem Strömungssensor 80 in Verbindung. Das Kabel 82 enthält erforderliche Verbinderele mente und Schaltungsmittel zum Verbinden der Transformatoren 16, 18 mit dem Strömungssensor 80.The magnetic shield 10 preferably protects the transformers 16 , 18 which are used with processing circuits in a mi lieu high magnetic field strength (e.g. at or above 1.0 T). An example of a processing circuit is an ultrasonic flow sensor. FIG. 7 shows a perspective view of how the electronics housing according to FIG. 6 is electrically connected to an ultrasonic flow sensor 80 . As shown, the electronics housing 64 encloses the magnetic shield 10 , which includes the first and second transformers 16 and 18 . The electronics housing 64 is connected to the flow sensor 80 via a cable 82 . The cable 82 contains necessary connector elements and circuit means for connecting the transformers 16 , 18 to the flow sensor 80 .
In einem Ultraschall-Strömungssensor werden Transformatoren benötigt zum Verstärken und zum Senden und Empfangen von Si gnalen. Bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungs form sind die Transformatoren 16, 18 getrennt von den Wand lern des Ultraschall-Strömungssensors 80 angeordnet, in Anbe tracht der unterschiedlichen Magnetflussstärke an verschiede nen Orten relativ zum Magneten in einem MRI-Scanner. Wie der Fachmann weiß, ist der Magnetfluss am stärksten in dichtester Nähe zum Magneten. D. h., je größer der Abstand vom Magneten ist, desto schwächer ist der Magnetfluss. Deswegen arbeiten elektronische Geräte, die empfindlich für Magnetfluss sind, im allgemeinen besser, wenn sie weiter weg vom Magneten posi tioniert sind. Die mit dem Ultraschall-Strömungssensor 80 verwendeten Transformatoren 16, 18 funktionieren besser, wenn sie nahe am Boden einer MRI-Räumlichkeit angeordnet sind, weil am Boden der Magnetfluss schwächer ist als in der verti kalen Höhe der Bohrung des Magneten.In an ultrasonic flow sensor, transformers are required to amplify and to send and receive signals. In the preferred embodiment described here, the transformers 16 , 18 are arranged separately from the wall learners of the ultrasonic flow sensor 80 , taking into account the different magnetic flux strength at different locations relative to the magnet in an MRI scanner. As the expert knows, the magnetic flux is strongest in the closest proximity to the magnet. That is, the larger the distance from the magnet, the weaker the magnetic flux. Therefore, electronic devices that are sensitive to magnetic flux generally work better if they are positioned further away from the magnet. The transformers 16 , 18 used with the ultrasonic flow sensor 80 function better if they are arranged close to the bottom of an MRI room because the magnetic flux on the bottom is weaker than in the vertical height of the bore of the magnet.
Der Ultraschall-Strömungssensor 80 jedoch sollte sich nahe am Patienten befinden, um den Atemstrom des Patienten genauer zu messen. Der Atemstrom des Patienten wird nämlich genauer ge messen, wenn der Strömungssensor 80 nahe am Patienten ist, weil dann im Wege vom Patienten zum Sensor 80 weniger Rohr- oder Schlauchleitung liegt als wenn der Sensor 80 am Boden oder weiter weg vom Patienten wäre. Damit also sowohl die Transformatoren 16, 18 als auch der Strömungssensor 80 opti mal arbeiten, sind der Strömungssensor 80 und die Transforma toren 16, 18 von einander getrennt, so dass der Strömungssen sor 80 in dichter Nähe zum Patienten positioniert werden kann und die Transformatoren 16, 18 weiter weg vom Magneten ange ordnet werden können. Wie oben beschrieben, ist die elektri sche Verbindung zwischen den Transformatoren 16, 18 und dem Strömungssensor 80 hergestellt über ein Kabel 82, das vor zugsweise vor HF-Einstrahlung abgeschirmt ist und das die Spannung von den Transformatoren 16, 18 an den Strömungssen sor 80 und zurück überträgt.However, the ultrasound flow sensor 80 should be close to the patient to more accurately measure the patient's breath flow. The patient's respiratory flow is in fact accurate ge measure if the flow sensor is close to the patient 80 because then through the patient to the sensor 80 less pipe or hose is as if the sensor 80 would be on the ground or further away from the patient. So therefore both the transformers 16, 18 and the flow sensor 80 opti working times are, the flow sensor 80 and the Transformative motors 16, 18 separated from each other so that the Strömungssen sor 80 can be positioned in close proximity to the patient and the transformers 16 , 18 can be arranged further away from the magnet. As described above, the electrical connection between the transformers 16 , 18 and the flow sensor 80 is made via a cable 82 which is preferably shielded from RF radiation and the voltage from the transformers 16 , 18 to the flow sensor 80 and transmits back.
Welche Orte der Strömungssensor 80 und die Transformatoren 16, 18 vorzugsweise einnehmen könnten, lässt sich an einem Beispiel in Verbindung mit einem Anästhesiegerät 84 anhand der Fig. 8 veranschaulichen. Wie gezeigt, ist das Anästhesie gerät 84 mit einem Minimum an ferromagnetischen Bauteilen konstruiert, um Anziehungskräfte zwischen dem Anästhesiegerät 84 und dem MRI-Scanner zu reduzieren, und auch zur Sicherheit von Personen in der MRI-Räumlichkeit. Somit besteht das Anästhesiegerät 84 vorzugsweise im wesentlichen aus nicht ferromagnetischen Materialien wie Edelstahl, Messing, Alumi nium und Kunststoff. Das Anästhesiegerät 84 hat nahe seinem Boden einen Batteriekasten 86, der vorzugsweise das in Fig. 6 gezeigte Elektronikgehäuse 64 enthält. Der Batteriekasten 68 ist vorzugsweise ebenfalls vor HF-Einstrahlung abgeschirmt, um die darin enthaltenen elektronischen Einrichtungen zu schützen.An example in connection with an anesthesia machine 84 can be used to illustrate which locations the flow sensor 80 and the transformers 16 , 18 could preferably occupy with reference to FIG. 8. As shown, the anesthesia machine 84 is constructed with a minimum of ferromagnetic components to reduce attractive forces between the anesthesia machine 84 and the MRI scanner, and also for the safety of people in the MRI room. Thus, the anesthesia machine 84 preferably consists essentially of non-ferromagnetic materials such as stainless steel, brass, aluminum and plastic. The anesthesia machine 84 has a battery box 86 near its bottom, which preferably contains the electronics housing 64 shown in FIG. 6. The battery box 68 is preferably also shielded from RF radiation in order to protect the electronic devices contained therein.
Es versteht sich, dass die Transformatoren 16, 18 und die Ma gnetabschirmung 10 nicht im Elektronikgehäuse 84 unterge bracht sein müssen. Jedoch sind die Transformatoren 16, 18 und die Magnetabschirmung 10 vorzugsweise unter HF-Abschir mung an einer vom Magneten entfernten Stelle im Anästhesiege rät 84 angeordnet. Da sich der Magnet eines MRI-Gerätes im allgemeinen wenige Fuß über dem Boden befindet, damit der Pa tient leichter hinein und herausgebracht und vom Gesundheits personal betreut werden kann, dürfte die dem Magneten fernst liegende Stelle des Anästhesiegerätes im allgemeinen ein Ort nächst dem Boden sein, z. B. ein Ort innerhalb des Batterie kastens 86. Der Strömungssensor 80 ist vorzugsweise nahe dem Patienten auf etwa der verlängerten Höhe des Patienten ange ordnet, wie es z. B. die Fig. 8 mit der dort dargestellten Position des Strömungssensors 80 zeigt. Es versteht sich, dass die Transformatoren 16, 18 in der Magnetabschirmung 10 und der Strömungssensor 80 in der jeweils gewünschten Weise angeordnet sein können, entsprechend der Vorliebe des Gesund heitspersonals und des Patienten und entsprechend den Gege benheiten der MRI-Einrichtung.It goes without saying that the transformers 16 , 18 and the magnetic shield 10 need not be accommodated in the electronics housing 84 . However, the transformers 16 , 18 and the magnetic shield 10 are preferably arranged under RF shielding at a location remote from the magnet in the anesthetic advises 84 . Since the magnet of an MRI device is generally a few feet above the floor, so that the patient can be brought in and out more easily and cared for by health personnel, the location of the anesthesia device that is furthest away from the magnet should generally be a location near the floor , e.g. B. a location within the battery box 86 . The flow sensor 80 is preferably near the patient at about the extended height of the patient, as z. B. Fig. 8 shows the position of the flow sensor 80 shown there. It goes without saying that the transformers 16 , 18 in the magnetic shield 10 and the flow sensor 80 can be arranged in the manner desired in each case, in accordance with the preference of the health personnel and the patient and in accordance with the conditions of the MRI device.
Aus der vorstehenden Beschreibung und den angefügten Zeich nungen dürfte ersichtlich sein, dass das Konzept der vorlie genden Erfindung leicht an einer Vielfalt bevorzugter Ausfüh rungsformen einschließlich der hier beschriebenen realisiert werden kann. Ohne weitere Ausführlichkeiten dürfte aus der vorstehenden Beschreibung das Wesen der Erfindung genügend deutlich hervorgehen, so dass ein Fachmann unter Einsatz gegenwärtiger oder zukünftiger Kenntnisse die Erfindung leicht an verschiedene Einsatzbedingungen anpassen kann.From the above description and the attached drawing It should be clear that the concept of the present present invention easily in a variety of preferred embodiments Realization forms including those described here realized can be. Without further details, the above description the essence of the invention sufficient emerge clearly, so that a professional using current or future knowledge of the invention easily can adapt to different operating conditions.
Claims (26)
mit einem ersten und einem zweiten Transformator (16, 18), die elektrische Energie aus einer Energiequelle an eine Verarbeitungsschaltung übertragen,
und mit einer Magnetabschirmung (10), welche den ersten und zweiten Transformator (16, 18) umschließt und verhindert, dass Umgebungsmagnetfluss auf die Transformatoren einwirken kann.1. arrangement for protecting a plurality of transformers in a magnetic space,
with a first and a second transformer ( 16 , 18 ) which transmit electrical energy from an energy source to a processing circuit,
and with a magnetic shield ( 10 ) which encloses the first and second transformers ( 16 , 18 ) and prevents ambient magnetic flux from being able to act on the transformers.
dass die zwei oder mehr Transformatoren in einer Magne tabschirmung eingeschlossen werden, die das Einwirken von Um gebngsmagnetfluss auf die Transformatoren verhindert,
und dass die zwei oder mehr Transformatoren in einem HF- Abschirmgehäuse eingeschlossen werden, welches das Ein- und Austreten von HF-Signalen am Gehäuse verhindert.17. A method for protecting two or more transformers in a magnetic space, the transformers transmitting electrical energy from an energy source circuit into a processing circuit, characterized in that
that the two or more transformers are encased in a magnetic shield that prevents ambient magnetic flux from affecting the transformers,
and that the two or more transformers are enclosed in an RF shielding housing, which prevents the entry and exit of RF signals on the housing.
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| CN107703929B (en) * | 2017-12-06 | 2024-03-29 | 黄河科技学院 | DC brushless motor controller testing device |
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