DE10125327C2

DE10125327C2 - Device and method for protecting against magnetic fields

Info

Publication number: DE10125327C2
Application number: DE2001125327
Authority: DE
Inventors: Iii Jimmie B Allred; Frederic H Metildi; William Chieffo
Original assignee: Draeger Medical Inc
Current assignee: Draeger Medical Inc
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: DE10125327A1

Description

Field of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Schützen einer Schaltung in einem Magnetfeld hoher Stärke.The invention relates to an arrangement and a method to protect a circuit in a high strength magnetic field.

Background of the Invention

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 vorüber gehend miteinander aus und emittieren ein HF-Signal, das schwä cher ist als das von der Antenne gesendete HF-Signal. Diese Rücksignale werden mit Hilfe eines Computers, der mit dem Scan ner 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 to send an RF signal into the body. If the RF signal is the at the correct frequency, protons move past the body going out with each other and emitting an RF signal that is weak is more than the RF signal sent by the antenna. This Feedback signals are generated using a computer that runs the scan ner connected, translated into pictures.

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 wer den 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 äu ßerer 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 Gerätschaften in einer MRI- Räumlichkeit so modifiziert werden, dass sie keine HF-Signale abstrahlen, die das vom Körper emittierte Signal beeinträchti gen.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 who installed the MRI scanner in an "MRI suite", d. H. in a specially prepared space, and are provided with a High frequency or Faraday shielding to protect them from outside to protect against HF interference. Most electronic However, devices to some extent emit RF signals in the considered frequency range. Especially emit computers an RF signal that is stronger than that coming from the body Signal. Therefore, the equipment in an MRI Spatial properties are modified so that they do not have RF signals radiate, which affects the signal emitted by the body gene.

Beim Vorhandensein eines von außen angelegten Magnetfeldes richten sich Protonen im Körper mit dem Magnetfeld aus und prä zedieren mit einer speziellen Frequenz. Um das magnetische Mi lieu zu schaffen, in welchem die Atomkerne ein genügend starkes Signal zum Auslesen emittieren, ist ein statisches Magnetfeld mit hoher Stärke erforderlich. Die so genannte Magnetresonanz entsteht, wenn die besagten Protonen durch HF-Wellen angeregt werden, welche dieselbe Frequenz haben, mit der die Protonen präzedieren. Bei medizinischer Bildgebung betragen die verwen deten 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 Bodenpolierer und Putzeimer in den Innenraum (d. h. in die "Bohrung") des Magneten zieht, Krankentragen quer durch den Raum zieht und stählerne Sauer stoffflaschen in fliegende Geschosse verwandelt. Solche Effekte haben schon zu Verletzungen mit Todesfolge geführt. Bekannt ge worden ist auch, dass kleinere Objekte (z. B. Funkrufempfänger, Haarklemmen und Schreibstifte) in der magnetischen Räumlichkeit fort von den sie tragenden Personen gezogen werden. Die Anzie hungskraft 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 align protons in the body with the magnetic field and pre cedar with a special frequency. To the magnetic Mi to create in which the atomic nuclei are sufficiently strong To emit a signal for reading is a static magnetic field with high strength required. The so-called magnetic resonance arises when said protons are excited by RF waves which have the same frequency as the protons precess. In medical imaging these are used field strengths typically 1.5 Tesla (T), which is about Is 30,000 times the strength of the earth's magnetic field. Such one Field is so strong that there are heavy floor polishers and cleaning buckets pulls into the interior (i.e., into the "hole") of the magnet, Stretcher pulls across the room and steel Sauer bottles of cloth turned into flying bullets. Such effects have already resulted in fatal injuries. Known ge it has also been noted that smaller objects (e.g. pagers, Hair clips and pens) in the magnetic space be pulled away from the people carrying them. The dress Magnetic force on ferromagnetic objects is the most noticeable danger from the high static magnetic field an MRI scanner.

MRI-Räumlichkeiten müssen gründlich überwacht werden, da alles umgebende Eisen paramagnetisch ist und somit der Wirkung von Magnetfluss ausgesetzt ist. Manchmal ist es notwendig, Rohrlei tungen und elektrische Verkabelung neu zu verlegen und alle stationären umgebenden Eisenteile (z. B. Baustahl, Fußbodenbe lag, Betonarmierungsstäbe) aus der Räumlichkeit zu entfernen.MRI premises need to be carefully monitored as everything surrounding iron is paramagnetic and thus the effect of Magnetic flux is exposed. Sometimes it is necessary to Rohrlei cables and electrical wiring and all stationary surrounding iron parts (e.g. structural steel, flooring to remove concrete reinforcement bars) from the room.

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 Magnet feldes richtig funktionieren, und 3) dass die Hilfsgeräte ihrerseits keine Eigenwirkungen auf die Qualität des erzeugten 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 inside the magnet field work properly, and 3) that the auxiliary devices in turn no intrinsic effects on the quality of the produced Exercise 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 allge meinen sendet die äußere Spule die HF-Strahlung, während die innere Spule die vom Patienten emittierte HF-Strahlung emp fängt. Wie oben erwähnt, muss die MRI-Räumlichkeit abgeschirmt werden vor äußerer HF-Störstrahlung, die den HF-Empfang beein trächtigen kann. Die HF-Abschirmung der MRI-Räumlichkeit kann erfolgen durch Auskleidung der Wände und Fenster mit durchge henden Blechen oder Drahtnetzen, typischerweise aus Kupfer. Mo nitore 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 Kupfer drahtgewebe 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 are presented by the two large RF coils that surround the patient. Generally mean the outer coil sends the RF radiation while the inner coil emp emits the RF radiation emitted by the patient catches. As mentioned above, the MRI room must be shielded against external RF interference, which affect RF reception can be pregnant. The RF shielding of the MRI room can done by lining the walls and windows with sheet or wire mesh, typically made of copper. Mo nitors and cables must be shielded to prevent that these devices bring HF into the room. Cables can for example with a thin aluminum foil or with copper wire mesh are wrapped, and to enclose electrical Small copper boxes can be used.

Die Wirkung des Magnetfeldes in der MRI-Räumlichkeit auf Gerät schaften hängt ab von der Stärke des Magneten, von der Nähe der Gerätschaften zum Magneten sowie von der Menge des vorhandenen ferromagnetischen Materials und von den Einzelheiten der in den Geräten verwendeten Schaltung. Das Magnetfeld wird schwächer, wenn ein Objekt von der Bohrung des Magneten fortbewegt wird. Typischerweise wird empfohlen, ferromagnetische Materialien mehrere Fuß jenseits des Punktes zu halten, an dem das Magnet feld unter den Wert von 50 Gauß fällt.The effect of the magnetic field in the MRI room on the device depends on the strength of the magnet, the proximity of the Equipment for magnets as well as the amount of available ferromagnetic material and from the details of those in the Devices used circuit. The magnetic field is getting weaker when an object is moved away from the bore of the magnet. Typically, ferromagnetic materials are recommended keep several feet beyond the point at which the magnet field falls below the value of 50 Gauss.

Im allgemeinen können elektronische Gerätschaften innerhalb der MRI-Räumlichkeit platziert werden, wenn man ihre paramagneti schen Bestandteile durch nicht-magnetischen Edelstahl, Messing, Aluminium oder Kunststoff ersetzt. Jedoch bleibt auch mit der reduzierten Eisenbelastung noch viel von der kleineren empfind licheren Instrumentierung in den Geräten ferromagnetisch und empfänglich für das Magnetfeld. Somit kann es vorkommen, dass das Funktionsvermögen und die Genauigkeit von Gerätschaften in nerhalb der Räumlichkeit immer noch beeinträchtigt ist. Bei spielsweise kann jeder Geräteteil, der Transformatoren oder Drosselspulen benutzt, in einem Magnetfeld hoher Stärke Fehl funktionen oder Schaden erleiden.In general, electronic equipment can be found within the MRI space can be placed when looking at their paramagneti components by non-magnetic stainless steel, brass, Replaces aluminum or plastic. However, remains with the reduced iron exposure still much of the smaller sens instrumentation in the devices ferromagnetic and susceptible to the magnetic field. So it can happen that the functionality and accuracy of equipment in is still affected within the premises. at for example, any part of the device, the transformers or Choke coils used, fail in a high strength magnetic field function or damage.

MRI-Magnetfelder können bewirken, dass die Kerne von Transfor matoren oder Drosselspulen gesättigt werden. Die Sättigung von Transformator- oder Drosselspulen-Kernen reduziert deren Perme abilität (Induktivität) und erlaubt Überströme, die den Trans formator oder die Drosselspule durchbrennen lassen können. Dem entsprechend werden, wenn möglich, Patienten-Überwachungsgeräte im allgemeinen außerhalb der MRI-Räumlichkeit gehalten, und es wird eine externe Stromversorgungsquelle verwendet.MRI magnetic fields can cause the cores of Transfor mators or choke coils. The saturation of Transformer or choke coil cores reduce their permeance Ability (inductance) and allows overcurrents that the Trans formator or the inductor can burn out. the accordingly, if possible, patient monitoring devices generally kept outside the MRI space, and it an external power source is used.

Neuerdings gibt es MRI-Einrichtungen mit offenem Magneten, so dass komplizierte neurochirurgische Verfahren innerhalb einer MRI-Räumlichkeit durchgeführt werden können, wobei sich der Pa tient und der Chirurg innerhalb des Magneten befinden. Schon die Natur dieser Verfahren verstärkt die Notwendigkeit zur prä zisen und genauen Patientenüberwachung (z. B. Invasiv-, Herz schlag- 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 room can be carried out, the Pa tient and the surgeon are inside the magnet. Nice the nature of these procedures increases the need for pre accurate and precise patient monitoring (e.g. invasive, cardiac impact and breathing monitoring devices) in close proximity to the Drilling the magnet where the strongest magnetic field exists.

Für den Einsatz in der MRI-Räumlichkeit gibt es speziell kon struierte Anästhesiegeräte. In derartigen Geräten sind die meisten ferromagnetischen Teile durch Messing, Aluminium, nicht-magnetischem Edelstahl und Kunststoff ersetzt, um Anzie hungskräfte zu minimieren. Insbesondere sind der Rahmen, das Chassis und die Einschübe aus Aluminium hergestellt. Außerdem sind viele Kleinteile, einschließlich Verbindungselemente 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 attract to minimize human resources. In particular, the framework is that Chassis and inserts made of aluminum. Moreover are many small parts, including fasteners and Springs, either aluminum or non-magnetic Stainless steel.

In der MRI-Räumlichkeit können zur Ventilation sowohl Umlauf- als auch Neubeatmungs-Anästhesiesysteme verwendet werden. Kri tisch bei solchen Anästhesiesystemen sind Strömungssensoren zum Messen des Atemdurchsatzes. Ultraschall-Strömungssensoren sind fest zu den bevorzugten Durchflussmessern bei Strömungen gewor den, wo Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit wichtig sind. Ultraschall-Strömungssensoren, die mit Flugzeitmessung (Laufzeitmessung) arbeiten, messen die Laufzeitdifferenz zwischen Impulsen, die mit der Strömung gesendet werden, und Im pulsen, die gegen die Strömung gesendet werden. Die Messung ba siert auf dem Prinzip, dass sich der Ultraschall stromaufwärts langsamer ausbreitet als stromabwärts.In the MRI room, both circulation and as well as rebreather anesthesia systems are used. Kri Flow sensors are used for such anesthesia systems Measure breath throughput. Ultrasonic flow sensors are firmly become the preferred flow meter for currents where accuracy, reliability and durability are important are. Ultrasonic flow sensors with time of flight measurement (Transit time measurement) work, measure the transit time difference between Impulses sent with the flow and Im pulses that are sent against the current. The measurement ba is based on the principle that the ultrasound is upstream spreads more slowly than downstream.

Wenn immer eine Strömung vorhanden ist, gibt es eine Laufzeit differenz zwischen stromaufwärts gesendeten Ultraschallimpulsen und stromabwärts gesendeten Ultraschallimpulsen im Atemstrom weg. Diese Differenz wird benutzt, um die Strömungsgeschwindig keit zu berechnen, die dann mit der Querschnittsfläche des Strömungsweges multipliziert wird, um das Strömungsvolumen zu erhalten. Vorzugsweise sind die beiden Wandler piezokeramisch und im Weg einer Gasströmung angeordnet, um abwechselnd Schall wellen zueinander hin zu senden.If there is always a current, there is a runtime difference between upstream ultrasound pulses and downstream ultrasound pulses in the respiratory flow path. This difference is used to keep the flow rate speed to calculate, which then with the cross-sectional area of the Flow path is multiplied by the flow volume receive. The two transducers are preferably piezoceramic and arranged in the path of a gas flow to alternate sound to send waves towards each other.

Die piezoelektrischen Wandler sind typischerweise über zwei einander angepasste Standardtransformatoren, die Eisenkern und Drahtwicklung aufweisen, mit Sende- und Empfangsschaltungen ge koppelt. Transformatoren sind empfänglich für Sättigung aus dem Magnetfeld der MRI-Einrichtung. D. h., das Magnetfeld der MRI- Einrichtung kann bewirken, dass der Kern des Transformators in die Sättigung gelangt.The piezoelectric transducers are typically over two matched standard transformers, the iron core and Have wire winding, with transmission and reception circuits ge coupled. Transformers are susceptible to saturation from the Magnetic field of the MRI device. That is, the magnetic field of the MRI Device can cause the core of the transformer in the saturation comes.

Wenn sich die Permeabilität des Kerns vermindert, sinkt der Wirkungsgrad der Energieübertragung im Transformator, und die Impedanzen der Transformatorwicklungen nehmen ab. Beide dieser Änderungen treffen den Betrieb der Transformatoren, die Energie an die piezoelektrischen Wandler geben und/oder von ihnen empfangen, und beeinträchtigen daher den Betrieb des Ultra schall-Strömungssensors. Die Sättigung des Transformatorkerns 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 these Changes affect the operation of the transformers, the energy give to and / or from the piezoelectric transducers received, and therefore affect the operation of the Ultra sound-flow sensor. The saturation of the transformer core prevents the generation of inductive voltage and overcurrents can blow a power transformer.

Die Funktion eines Magnetkerns verschlechtert sich im allgemei nen graduell bis zum Erreichen des Sättigungsflusswertes des Kerns. Wenn dieser Wert erreicht ist, geht der Kern in die Sät tigung, und die Permeabilität des Kerns nähert sich der Permea bilität der Luft. Für Eisenkernstrukturen kann dies eine be trächtliche Änderung der Kernpermeabilität bedeuten. Diese große Änderung in der Kernpermeabilität bewirkt, dass der Gasströ mungswandler bei einer kleinen Zunahme des externen Magnetfel des vom genauen in einen sehr ungenauen Betrieb übergeht. Zu sammenfassend gesagt verhindert eine Sättigung des Transforma tors 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 gradually until the saturation flow value of the Core. When this value is reached, the kernel sows The permeability of the core approaches the permea air quality. For iron core structures, this can be a meaningful change in core permeability. This size Change in core permeability causes the gas flow with a small increase in the external magnetic field which changes from exact to very inaccurate operation. to in summary, the transforma is not saturated tors the generation of inductive voltage, and overcurrents can blow the power transformer and the operation of the sensor.

Um sicherzustellen, dass die Gasströmungswandler nicht in einer Situation verwendet werden, in der das externe Magnetfeld die oben erwähnten Probleme hervorrufen könnte, wäre es vorteil haft, 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 Transforma toren zu messen, um das Vorhandensein eines kritischen externen Magnetfeldes anzuzeigen.To ensure that the gas flow transducers are not in one Situation where the external magnetic field is used could cause problems mentioned above, it would be beneficial detention, a shield and a method of shielding the To provide transformers. It would also be convenient to find a way find the magnetic field strength around the transforma gates to measure the presence of a critical external Display magnetic field.

Aus DE 196 11 174 C1 ist ein Messwertaufnehmer mit einem Ein gangstransformator und einem Ausgangstransformator bekannt, wo bei die Transformatoren zur Abschirmung gegenüber kapazitiver und induktiver Kopplung teilweise von einem geerdeten Abschirm blech umgeben sind.DE 196 11 174 C1 describes a sensor with an on gang transformer and an output transformer known where for the transformers for shielding against capacitive and inductive coupling partially from a grounded shield sheet are surrounded.

Weiterhin ist aus DE 44 05 408 C1 ein Metallgehäuse für den Einbau elektronischer Bauteile bekannt, das die darin befindli chen elektronischen Bauteile gegen elektrische und magnetische Störfelder abschirmt.Furthermore, from DE 44 05 408 C1 is a metal housing for the Installation of electronic components known that the thereinli Chen electronic components against electrical and magnetic Shields interference fields.

Ein ähnliches Abschirmgehäuse ist auch aus DE-OS 25 14 583 be kannt.A similar shield housing is also from DE-OS 25 14 583 be known.

Schließlich ist aus DE 195 45 559 A1 zu entnehmen, dass es be kannt ist, sowohl Kabel als auch Gerätegehäuse elektromagne tisch abzuschirmen.Finally, it can be seen from DE 195 45 559 A1 that it be is known, both cables and device housings electromagnetic shield the table.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbes serte Anordnung bzw. ein entsprechendes Verfahren zum Schützen einer Mehrzahl von Transformatoren in einer magnetischen Räum lichkeit anzugeben. The invention is therefore based on the object, a verbes Serte arrangement or a corresponding method for protection a plurality of transformers in a magnetic room ability to specify.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. - hinsichtlich des Verfahrens - durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.The task is characterized by the features of claim 1 and - regarding the procedure - by the features of the claim 16 solved.

Kurz gesagt, sorgen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung für das Abschirmen einer Schaltung in einem Mag netfeld, 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 the invention for shielding a circuit in a mag netfeld, they protect two or more transformers from the Reaching a saturation state in a magnetic field, and they provide an indication of a condition in which one 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 Verarbei tungsschaltung übertragen, eine magnetische Abschirmung, welche die Transformatoren derart umschließt, dass sie Störeinflüsse von Umgebungsmagnetfluss auf den Transformator verhindert.According to a preferred embodiment of the invention contains an exemplary arrangement for protecting transformato which are in a magnetic space and electrical energy from an energy source to a processor transmission circuit, a magnetic shield, which encloses the transformers in such a way that they cause interference prevented from ambient magnetic flux on the transformer.

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 Energie von einer Energiequelle an eine Verarbeitungsschaltung. Gemäß dem Verfah ren werden die beiden Transformatoren in einer magnetischen Ab schirmung eingeschlossen, die störende Einwirkungen eines Umge bungsmagnetflusses auf die Transformatoren verhindert, und die Transformatoren werden in einem Hochfrequenz (HF) abschirmenden Gehäuse eingeschlossen, welches verhindert, dass HF-Signale in das Gehäuse eindringen und aus dem Gehäuse austreten können. Das Verfahren kann außerdem beinhalten, innerhalb der magneti schen Abschirmung, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Transformator, einen Magnetsensor anzuordnen, der den Betrag des Magnetflusses innerhalb der magnetischen Abschirmung misst. Der Magnetsensor kann mit einer Warnschaltung gekoppelt werden, um anzuzeigen, wann der Betrag des Magnetflusses inner halb der magnetischen Abschirmung eine vorbestimmte Schwelle übersteigt. Außerdem kann das Verfahren beinhalten, die magne tische Abschirmung an einem Anästhesiegerät zu befestigen, das ausgelegt ist für einen Betrieb in einer MRI-Räumlichkeit nahe an einem MRI-Scanner.As a further preferred embodiment of the invention an exemplary method of protecting two or more Transformers described in a magnetic space. The transformers transfer electrical energy from one Power source to a processing circuit. According to the procedure ren the two transformers in a magnetic Ab shielding included, the disruptive effects of a reverse Prevents magnetic flux on the transformers, and the Transformers are shielded in a radio frequency (HF) Enclosure included, which prevents RF signals from entering can penetrate the housing and emerge from the housing. The method can also include, within the magneti shielding, preferably between the first and the second transformer to arrange a magnetic sensor that the Amount of magnetic flux within the magnetic shield measures. The magnetic sensor can be coupled with a warning circuit to indicate when the amount of magnetic flux is internal half of the magnetic shield a predetermined threshold exceeds. The method may also include the magne table shield to attach to an anesthesia machine is designed for operation in an MRI facility on an MRI scanner.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schützt ein Gehäuse zwei oder mehr Transformatoren, die elek trische Energie von einer Energiequelle an eine Verarbeitungs schaltung übertragen, vor einer Sättigung durch Umgebungsmag netfluss. Das Gehäuse enthält die Transformatoren und ein ers tes und ein zweites Abschirmteil. Das erste Abschirmteil um schließt die Transformatoren teilweise und enthält eine erste abschirmende Schicht bzw. Lage aus einem Material (z. B. Ei sen), das permeabel für den Umgebungsmagnetfluss ist. Das zwei te Abschirmteil umschließt den Transformator ebenfalls teilwei se und enthält eine zweite abschirmende Lage aus einem Material (z. B. Eisen) das permeabel für den Umgebungsmagnetfluss ist. Das erste und das zweite Abschirmteil sind so ausgelegt, dass sie aneinander passen, um den Transformator zumindest im we sentlichen vollständig zu umschließen und einen um den Trans formator herumgehenden Nebenschluss für den Magnetfluss bilden. Diese Ausführungsform der Erfindung enthält auch einen Sensor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um den auf den Transformator einwirkenden Magnetfluss zu messen, sowie eine Warnschaltung zum Bestimmen des Magnetflusses und zum Anzeigen, wann der Magnetfluss eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Vorzugsweise enthält die Verarbeitungsschaltung einen Strö mungssensor, der den Atemdurchsatz einer Person in einer MRI- Räumlichkeit mißt.According to a further preferred embodiment of the invention one housing protects two or more transformers, the elec energy from an energy source to a processing plant circuit, before saturation by ambient mag netfluss. The housing contains the transformers and a first tes and a second shielding part. The first shielding part around partially closes the transformers and contains a first one shielding layer or layer made of one material (e.g. egg sen), which is permeable to the ambient magnetic flux. The two The shielding part also partially surrounds the transformer se and contains a second shielding layer made of one material (e.g. iron) that is permeable to the ambient magnetic flux. The first and the second shielding part are designed such that they fit together to the transformer at least in the we to completely enclose and one around the trans Form the bypass shunt for the magnetic flux. This embodiment of the invention also includes a sensor which is arranged within the housing to the on Transformer magnetic flux to measure, as well as a Warning circuit for determining the magnetic flux and for displaying, when the magnetic flux exceeds a predetermined threshold. The processing circuit preferably contains a current sensor that measures a person's breathing throughput in an MRI Spatial measures.

Brief description of the drawings

Die Erfindung wird in Verbindung mit den nachstehend aufgeführ ten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Elemente mit je weils gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.The invention is set forth in connection with those below Described drawings, in which the same elements with each because the same reference numbers are designated.

Fig. 1 zeigt in auseinandergezogener perspektivischer Dar stellung eine Magnetfluss-Abschirmvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows an exploded perspective Dar position a magnetic flux shielding device according to a preferred embodiment of the present 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 shielding device taken along line 5-5 of Fig. 3;

Fig. 6 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines bei spielgebenden Elektronikgehäuses, das mit der Ab schirmvorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird; Fig. 6 is an exploded view of a play in electronics housing, which is used with the shield device from Fig. 1;

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung eines Strö mungssensorgehäuses und eines Elektronikgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung, und Fig. 7 is a perspective view of a Strö mung sensor housing and an electronic package-making according to a preferred embodiment of the OF INVENTION and

Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines beispielgebenden Anäs thesiegerätes, das ausgelegt ist zur Verwendung in einem Magnetfeld hoher Stärke, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 8 is an example imaging Anaes thesiegerätes a side view, which is designed for use in a high strength magnetic field, according to another preferred embodiment of the invention.

Detailed description of the preferred embodiments

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 "Mag netabschirmung" bezeichnet). Die Magnetabschirmung 10 enthält ein oberes Teil 12 und ein unteres Teil 14, die eine Transfor matorschaltung umschließen, welche einen ersten und einen zwei ten Transformator 16 und 18 aufweist. Die Magnetabschirmung 10 ist vorzugsweise so orientiert, dass ihre lange Achse (z. B. Länge) ausgerichtet ist mit einer Achse maximaler magnetischer Empfindlichkeit des ersten und des zweiten Transformators 16, 18. Die Transformatoren sind von allgemein bekannter, dem Fach mann geläufiger Art und enthalten vorzugsweise zwei Drahtspu len, die von einander isoliert sind und auf einen gemeinsamen laminierten Kern gewickelt sind, der aus einem Material be steht, das für Magnetfluss permeabel ist (z. B. Eisen). Let us now go into the various figures in more detail. In Fig. 1, an exemplary magnetic flux shielding device 10 is shown (hereinafter referred to as "magnetic shielding"). The magnetic shield 10 includes an upper part 12 and a lower part 14 which enclose a transformer circuit having a first and a second transformer 16 and 18 . The magnetic shield 10 is preferably oriented such that its long axis (e.g. length) is aligned with an axis of maximum magnetic sensitivity of the first and second transformers 16 , 18 . The transformers are of a well-known type known to those skilled in the art and preferably contain two wire coils which are insulated from each other and wound on a common laminated core made of a material which is permeable to magnetic flux (e.g. Iron).

In bevorzugten Ausführungsformen sind die Transformatoren 16, 18 hochtransformierende Transformatoren, in denen sich Energie von einer Niederspannungswicklung auf eine Hochspannungswick lung überträgt. Die Signalübertragung zu und von den Transfor matoren 16, 18 erfolgt vorzugsweise über Anschlussstifte (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 Transforma toren ab. Während die Magnetabschirmung 10 im dargestellten Fall zwei Transformatoren umschließt, versteht es sich jedoch, dass die Anzahl der Transformatoren abhängig ist von den jewei ligen Verwendungsarten und Erfordernissen der Transformatoren und der mit ihnen verbundenen Schaltungen.In preferred embodiments, the transformers 16 , 18 are step-up 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 is preferably via pins ( Fig. 4) which protrude from the transformers 16 , 18 , as will be 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 case shown, 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 ei nen um die Transformatoren 16, 18 herumgehenden Nebenschluss für den Umgebungsmagnetfluss außerhalb der Magnetabschirmung 10. Genauer gesagt leitet die Magnetabschirmung 10 den Magnet fluss um die Transformatorkerne herum. Die Magnetabschirmung 10 ist vorzugsweise so konstruiert, dass mit einer 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 designed 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 Befestigen der Magnetabschirmung 10 an einem anderen Objekt, wie z. B. einem Elektronikgehäuse oder einem Anästhesiegerät, wie unten aus führlicher beschrieben. Jede Lasche 32, 34, 36, 38 kann ein Durchgangsloch 31 enthalten, als Hilfe zum Befestigen der La sche am Oberteil 12 oder an einem Elektronikgehäuse, wie weiter unten beschrieben.The lower part 14 of the shield 10 has an essentially flat base plate 20 and walls 22 which define a recess 24 for receiving the transformers 16 , 18 . The walls 22 project upward from the base plate 20 and have an upper lip 26 which delimits the circumference of the depression 24 . The transformers 16 , 18 are preferably connected to a power source and processing circuitry via holes 28 ( FIG. 3) in the base 20 of the 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 attach the magnetic shield 10 to another object, such as. 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 securing the tabs to the top 12 or to an electronics housing as described below.

Das Oberteil 12 hat ein Dach 40 und Wände 42, die eine Vertie fung zur Aufnahme der Transformatoren 16, 18 definieren. Die Wände 42 stehen vom Dach 40 nach unten und enthalten eine unte re Lippe 44, die vorzugsweise mit der oberen Lippe 26 des Un terteils 14 ausgerichtet ist. An zwei Seiten des Oberteils 12 stehen Laschen 48, 50 ab. Die Laschen 48, 50 haben vorzugsweise ähnliche Größe und Gestalt wie die Laschen 32 und 34 des Unter teils 14. Wie in Fig. 1 gezeigt, fluchten die Laschen 32, 34 des Unterteils vorzugsweise mit den Laschen 48, 50 des Ober teils 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 are from the roof 40 down 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 similar size and shape as the tabs 32 and 34 of the lower part 14th 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 12th

Die Fig. 2 zeigt die Unterseite des in Fig. 1 dargestellten De ckels bzw. Oberteils 12. Wie gezeigt, enthält der Deckel eine Öffnung 54, durch die sich Drähte 56 erstrecken, wie unten aus führlicher beschrieben wird. Innerhalb der Abschirmung 10 und vorzugsweise an der Unterseite des Oberteils 12 ist ein Magnet sensor 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 Trans formators 16, 18 liegt, wenn die Magnetabschirmung 10 geschlos sen ist. Fig. 2 shows the underside of De shown in Fig. 1 ckels or top 12. As shown, the lid includes an opening 54 through which wires 56 extend, as described in more detail below. Within the shield 10 and preferably on the underside of the upper part 12 , a magnetic sensor 58 is attached. 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 Dräh ten 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 ge messenen 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 Trans formatoren 16, 18 zu beeinträchtigen. Wie oben erwähnt, nimmt bei einer Erhöhung des Magnetflusses in den Kernen der Trans formatoren 16, 18 die Permeabilität des Kernmaterials ab, wo durch der Übertragungswirkungsgrad der Transformatoren 16, 18 und auch die Impedanzen der Transformatorwicklungen reduziert werden. Diese Reduzierungen wirken sich auf den Betrieb der Schaltungsanordnung aus, die Energie in die Transformatoren 16, 18 treiben und/oder von ihnen empfangen. In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt ein mit Ultraschall arbeitender Strö mungssensor Energie von den Transformatoren 16, 18. Der Strö mungssensor enthält zwei Wandler, die Ultraschallimpulse mit der Strömung und gegen die Strömung eines von einem Patienten kommenden Atemgases senden und empfangen. Die Wandler des Ul traschall-Strömungssensors 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 eben falls weiter unten 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) when the magnetic flux is strong enough to operate the Trans formers 16 , 18 affect. As mentioned above, with an increase in the magnetic flux in the cores of the transformers 16 , 18, the permeability of the core material decreases, where the transmission efficiency of the transformers 16 , 18 and also the impedances of the transformer windings are reduced. These reductions affect the operation of the circuitry which drives and / or receives energy in the transformers 16 , 18 . In a preferred embodiment, an ultrasonic flow sensor receives energy from the transformers 16 , 18 . The flow sensor includes two transducers that send and receive ultrasonic pulses with and against the flow of a respiratory gas coming from a patient. The transducers of the ultrasonic flow sensor receive voltage bursts from the transformers 16 , 18 . If the energy transfer from the transformers 16 , 18 is reduced as a result of excessive magnetic flux, the operation of the converters is impaired, as will 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 ausgerichtet ist. In dieser Position kann der Sensor 58 den Betrag des Mag netflusses entlang derjenigen Richtung feststellen, die für die Transformatoren 16, 18 am kritischsten ist. Im Betrieb empfängt die externe Schaltung 60 eine Ausgangsspannung vom Magnetsensor 58. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors 58 in der einen oder anderen Richtung um ein vorbestimmtes Maß von einem die Feld stärke Null anzeigenden Nominalwert abweicht, signalisiert die externe Schaltung 60 einen Störzustand, was anzeigt, dass der kritische Betrag der Magnetfeldstärke innerhalb der Magnetab schirmung 10 überschritten ist. Diese Störanzeige bedeutet, dass der Wandlerausgang wegen der Stärke des die Transformato ren 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, sensor 58 can determine the amount of magnetic flux along the direction that is most critical for transformers 16 , 18 . In operation, external circuit 60 receives an output voltage from magnetic sensor 58 . If the output voltage of the sensor 58 in one direction or another deviates by a predetermined amount from a nominal value indicating 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 has been exceeded , 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 ei ner Ansicht von unten. Wie gezeigt, enthält das Unterteil 14 die im wesentlichen ebene Grundplatte 20 mit den abstehenden Laschen 36, 38. Das in Fig. 3 gezeigte Unterteil 14 hat außer dem Laschen 32 und 34, die von seinen Seiten abstehen. Die La schen des Unterteils 14 und des Oberteils 12 sind nicht ent scheidend für die bevorzugten Ausführungsformen und veranschau lichen lediglich ein Beispiel für Mittel zum Befestigen des Oberteils 12 am Unterteil 14 und zum Befestigen des Unterteils an einem anderen Objekt (z. B. an einer PC-Platine, einem HF- Abschirmgehäuse, einem Anästhesiegerät), wie unten ausführli cher beschrieben wird. Fig. 3 shows the lower part 14 of the magnetic shield in a ner 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 has in addition to the tabs 32 and 34 which protrude from its sides. The loops of the lower part 14 and the upper part 12 are not decisive for the preferred embodiments and only illustrate an example of means for fastening the upper part 12 to the lower part 14 and for fastening the lower part to another object (e.g. on a PC board, an RF shield housing, an anesthesia machine), as described in detail below.

Wie oben erwähnt, enthält die Grundplatte 20 des Unterteils 14 auch Öffnungen 28. Die Öffnungen 28 sind vorzugsweise mit An schlussstiften 62 ausgerichtet, die von den Transformatoren 16 und 18 abstehen. Die Stifte 62 werden gewöhnlich verwendet, um Eingangs- und Ausgangssignale zu und von den Transformatoren 16, 18 zu übertragen, wie es sich für einen Fachmann leicht versteht. Es genügt zu erwähnen, dass die Stifte 62 verwendet werden für die Übertragung von Signalen zwischen den Transfor matoren 16, 18 und einer Energiequelle oder einer Verarbei tungsschaltung (z. B. Ultraschall-Strömungssensoren, piezo elektrischen Wandlern). Zwischen den Stiften 62 und den Innen wandungen der Öffnungen 28 ist jeweils eine isolierende Hülse oder Schicht (z. B. aus Kunststoff) angeordnet, um für eine zu sätzliche Isolation der Stifte 62 zu sorgen. Die Isolatoren können mittels irgendwelcher bekannter Anheftmethoden (z. B. Klebstoff, Heißsiegelung) an den Öffnungen 28 oder an den Stif ten 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 for the transmission of signals between transformers 16 , 18 and a power source or processing circuit (e.g., ultrasonic flow sensors, piezoelectric transducers). Between the pins 62 and the inner walls of the openings 28 , an insulating sleeve or layer (z. B. made of plastic) is arranged to provide additional insulation of 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 aneinan der, so dass die Wände 22, 42 und die Laschen fluchten. In die ser Position ist die Magnetabschirmung 10 geschlossen und um schließt die darin befindlichen Transformatoren 16, 18, um ei nen um die Transformatoren herumführenden Nebenschluss für Mag netfluss 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 of each other, so that the walls 22 , 42 and the tabs are aligned. In this position, the magnetic shield 10 is closed and closes the transformers 16 , 18 located therein to form a shunt for magnetic flux around the transformers.

Wie in Fig. 5 gezeigt und oben beschrieben, hat das Oberteil 12 eine Öffnung 54, durch welche Drähte 56 vom Magnetfeldsensor 58 zur externen Schaltung 60 laufen können, die den vom Sensor 58 gemessenen Magnetfluss ausliest und anzeigt, wann der Magnet fluss eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wenn der auf die Transformatoren 16, 18 einwirkende Magnetfluss die vorbe stimmte Schwelle übersteigt, was eine eventuelle 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 ge zeigte Magnetabschirmung 10 und Transformatoren 16, 18 um ein kleines Stück (z. B. um wenige Zoll) vom MRI-Magneten wegbe wegt.As shown in Fig. 5 and described above, the upper part has an opening 54, can through which the wires 56 pass by the magnetic field sensor 58 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 can 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 amount (e.g., by a few inches).

Wie ein Fachmann leicht einsehen kann, geht eine beträchtliche Bedrohung für Überwachungsmaßnahmen in der MRI-Räumlichkeit von den beiden großen HF-Spulen aus, die den Patienten umgeben. Ty pischerweise sendet eine äußere Spule das HF-Signal, während eine innere Spule das vom Patienten emittierte HF-Signal emp fängt. 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 abge schirmt 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 er zeugt, ebenfalls hochfrequenzmäßig abgeschirmt sein. Monitore und Kabel müssen abgeschirmt 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 readily see, the two large RF coils surrounding the patient pose a significant threat to surveillance measures in the MRI room. 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. around 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 from high frequencies. 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, welches die Mag netabschirmung 10 umschließt. Das beispielgebende Elektronikge häuse 64 hat einen Gehäusedeckel 66, der einen Gehäusekasten 68 zur Umschließung der Magnetabschirmung 10 zudeckt, ein Filter 70, eine PC-Platine 72 und Verbinderelemente 74. Das Filter 70 trennt hochfrequente HF-Signale, die in der Wandlerschaltung erzeugt werden, von den am Ausgang der Wandlerschaltung gelie ferten niedrigfrequenten Datensignalen. Das Filter 70 verhin dert, 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 Anschlussstiften 62 der Transformatoren 16, 18. Die PC-Platine 72 ist die Signalverarbeitungsschaltung für den Strömungssensor. Sie liefert die passenden Signale an die Transformatoren, interpretiert die Ergebnisse und sendet die resultierenden Strömungsdaten über ein Kabel an das Anästhesie gerät. Die Verbinderelemente 74 enthalten ein erstes Verbinder element 76 für den Masseanschluss, ein zweites Verbinderelement 78 zum Anschließen des Strömungssensors und weitere Verbinder elemente, die benötigt werden zum Betreiben der Elektronik schaltungen, 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 has an electronics housing 64 which encloses the magnetic shield 10 . 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 supplied at the output of the converter circuit. The filter 70 prevents the HF from leaving the housing 64 via the cables which connect the converter circuit to the anesthesia machine. The PC board 72 is attached to the magnetic shield 10 , specifically to the connection pins 62 of the transformers 16 , 18 . 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 device via a cable. The connector elements 74 contain 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 re flektiert oder absorbiert, z. B. aus Kupfer oder Aluminium. Im gezeigten Fall hat das Elektronikgehäuse 64 eine HF-Abschir mung, welche neben den Transformatoren 16, 18 und der Magnetab schirmung auch elektronische Einrichtungen und Schaltungen um schließt (z. B. Filter 70, PC-Platine 72); es versteht sich je doch, dass die HF-Abschirmung eine beliebige Form haben kann, welche die Magnetabschirmung und die Strömungssensor-Schaltung vor HF-Störstrahlung schützt. So könnte die HF-Abschirmung bei spielsweise eine dünne Lage aus Aluminiumfolie oder Kupfer sein, welche nur die Magnetabschirmung 10 und die Transformato ren 16, 18 umgibt, oder die HF-Abschirmung könnte in Form eines größeren Gehäuses vorgesehen sein, das mehrere elektronische Einrichtungen umschließt. Wie gezeigt, ist die Magnetabschir mung 10 mittels Schrauben an der PC-Platine 72 und am Gehäuse kasten 68 befestigt. Außerdem sind das Filter 72 und der Gehäu sedeckel 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 Befesti gungsmittel umfassen mag, welche die Einrichtungen und Schal tungen fest zusammenhalten 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 HF shielding, which in addition to the transformers 16 , 18 and the magnetic shield also includes electronic devices and circuits (e.g. filter 70 , PC board 72 ); however, it goes without saying 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, which only surrounds the magnetic shield 10 and the transformers 16 , 18 , or the RF shield could be provided in the form of a larger housing that encloses several electronic devices , As shown, the Magnetschschung tion 10 is attached by screws to the PC board 72 and the housing box 68 . In addition, the filter 72 and the Gehäu's lid are connected by screws 66 to the housing box 68th It is understood that the devices and circuits mentioned can also be attached by other means, e.g. B. by pins, brackets or adhesive, and that the attachment is not limited to screws, but may include any fastening means that can hold the devices and scarf lines together.

Die Magnetabschirmung 10 schützt vorzugsweise die Transformato ren 16, 18, die mit Verarbeitungsschaltungen in einem Milieu hoher magnetischer Feldstärke (z. B. bei oder oberhalb 1,0 T) verwendet werden. Ein Beispiel für eine Verarbeitungsschaltung ist ein Ultraschall-Strömungssensor. Die Fig. 7 zeigt in per spektivischer Ansicht, wie das Elektronikgehäuse nach Fig. 6 elektrisch mit einem Ultraschall-Strömungssensor 80 verbunden ist. Wie gezeigt, umschließt das Elektronikgehäuse 64 die Mag netabschirmung 10, die den ersten und den zweiten Transformator 16 und 18 enthält. Das Elektronikgehäuse 64 steht über ein Ka bel 82 mit dem Strömungssensor 80 in Verbindung. Das Kabel 82 enthält erforderliche Verbinderelemente und Schaltungsmittel zum Verbinden der Transformatoren 16, 18 mit dem Strömungssen sor 80.Magnetic shield 10 preferably protects transformers 16 , 18 used with processing circuits in a high magnetic field (e.g., at or above 1.0 T) environment. An example of a processing circuit is an ultrasonic flow sensor. FIG. 7 shows in a perspective view 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 be nötigt zum Verstärken und zum Senden und Empfangen von Signa len. Bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die Transformatoren 16, 18 getrennt von den Wandlern des Ultraschall-Strömungssensors 80 angeordnet, in Anbetracht der unterschiedlichen Magnetflussstärke an verschiedenen Orten re lativ zum Magneten in einem MRI-Scanner. Wie der Fachmann weiß, ist der Magnetfluss am stärksten in dichtester Nähe zum Magne ten. D. h., je größer der Abstand vom Magneten ist, desto schwä cher ist der Magnetfluss. Deswegen arbeiten elektronische Gerä te, die empfindlich für Magnetfluss sind, im allgemeinen bes ser, wenn sie weiter weg vom Magneten positioniert sind. Die mit dem Ultraschall-Strömungssensor 80 verwendeten Transforma toren 16, 18 funktionieren besser, wenn sie nahe am Boden einer MRI-Räumlichkeit angeordnet sind, weil am Boden der Magnetfluss schwächer ist als in der vertikalen Höhe der Bohrung des Magne ten. 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 transducers of the ultrasound flow sensor 80 , in view of 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 work better if they are placed close to the bottom of an MRI room because the magnetic flux is weaker at the bottom than at 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 gemes sen, 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 wei ter weg vom Patienten wäre. Damit also sowohl die Transformato ren 16, 18 als auch der Strömungssensor 80 optimal arbeiten, sind der Strömungssensor 80 und die Transformatoren 16, 18 von einander getrennt, so dass der Strömungssensor 80 in dichter Nähe zum Patienten positioniert werden kann und die Transforma toren 16, 18 weiter weg vom Magneten angeordnet werden können. Wie oben beschrieben, ist die elektrische Verbindung zwischen den Transformatoren 16, 18 und dem Strömungssensor 80 herge stellt über ein Kabel 82, das vorzugsweise vor HF-Einstrahlung abgeschirmt ist und das die Spannung von den Transformatoren 16, 18 an den Strömungssensor 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 gemes sen when 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 white ter away from the patient to the ground or. So that both the transformers 16 , 18 and the flow sensor 80 work optimally, the flow sensor 80 and the transformers 16 , 18 are separated from one another, so that the flow sensor 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 which transmits the voltage from the transformers 16 , 18 to the flow sensor 80 and 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 Anästhesiegerät 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 vor zugsweise im wesentlichen aus nicht-ferromagnetischen Materia lien wie Edelstahl, Messing, Aluminium 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.Which locations the flow sensor 80 and the transformers 16 , 18 could preferably occupy can be illustrated using an example in connection with an anesthesia machine 84 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 case 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 Mag netabschirmung 10 nicht im Elektronikgehäuse 84 untergebracht sein müssen. Jedoch sind die Transformatoren 16, 18 und die Magnetabschirmung 10 vorzugsweise unter HF-Abschirmung an einer vom Magneten entfernten Stelle im Anästhesiegerät 84 angeordnet. Da sich der Magnet eines MRI-Gerätes im allgemeinen wenige Fuß über dem Boden befindet, damit der Patient leichter hinein und herausgebracht und vom Gesundheitspersonal betreut werden kann, dürfte die dem Magneten fernstliegende Stelle des Anäs thesiegerätes im allgemeinen ein Ort nächst dem Boden sein, z. B. ein Ort innerhalb des Batteriekastens 86. Der Strömungs sensor 80 ist vorzugsweise nahe dem Patienten auf etwa der ver längerten Höhe des Patienten angeordnet, 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 je weils gewünschten Weise angeordnet sein können, entsprechend der Vorliebe des Gesundheitspersonals und des Patienten und entsprechend den Gegebenheiten der MRI-Einrichtung.It goes without saying that the transformers 16 , 18 and the magnetic shield 10 do not have to be accommodated in the electronics housing 84 . However, the transformers 16 , 18 and the magnetic shield 10 are preferably placed under RF shielding at a location in the anesthetic machine 84 that is remote from the magnet. 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 point of the anesthetic device that is the most distant 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 arranged close to the patient at about the length of the patient ver, 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 circumstances of the MRI device.

Claims

1. arrangement for protecting a plurality of transformers in a magnetic field,
with a first and a second transformer ( 16 , 18 ) which transmit electrical energy from a power 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,
characterized by a magnetic field sensor ( 58 ) which is arranged within the shield ( 10 ) between the first and the second transformer ( 16 , 18 ) in order to measure the magnetic flux acting on the transformers.

2. Arrangement according to claim 1, wherein each transformer ( 16 , 18 ) includes a coil wound around a core, so that the operation of the first and the second transformer depends on the magnetic properties of the core.

3. Arrangement according to claim 3, wherein the core of a mate rial, which contains iron.

4. The arrangement of claim 1, wherein the magnetic shield ( 10 ) is formed of a material that is permeable to the ambient magnetic flux to bypass this flux around the transformers ( 16 , 18 ).

5. Arrangement according to claim 4, wherein the material of the magnetic shield ( 10 ) contains hot-rolled steel.

6. The arrangement according to claim 1, wherein the processing circuit is part of the arrangement and has a flow sensor ( 80 ) which contains a sensor element connected to the processing circuit and is designed for measuring a flow of a fluid from a patient.

7. Arrangement according to claim 1, wherein the processing circuit is part of the arrangement and includes an ultrasonic flow sensor ( 80 ) which measures the throughput of a respiratory flow, in which it registers the transit time of first and second ultrasonic pulses that along a wave expansion path who sends and against the breath current.

8. The arrangement of claim 1, further comprising a housing enclosing the first and second transformers ( 16 , 18 ) ( 64 ), which has an RF shield that blocks the entry and exit of RF signals on the housing.

9. The arrangement of claim 1, further comprising an RF shield housing ( 64 ) which surrounds the transformers ( 16 , 18 ) and the magnetic shield ( 10 ) and blocks the entry and exit of RF signals on the housing.

10. The arrangement according to claim 1, wherein the transformers ( 16 , 18 ) are highly transforming.

11. The arrangement of claim 1, further comprising a warning circuit ( 60 ) connected to the magnetic field sensor ( 58 ) for indicating when the magnetic flux exceeds a predetermined threshold value.

12. The arrangement of claim 1, wherein the transformers ( 16 , 18 ) are not saturated in a magnetic field that is weaker than 600 gauss.

13. Use of an arrangement according to claim 1, in connection with an anesthesia device ( 84 ) in an MRI room, which contains a magnetic resonance imaging device with a magnet.

14. Use according to claim 13, wherein the magnetic shield ( 10 ) is fastened to a lower part of the anesthetic device ( 84 ), which is distal to a proximal part of this device, which is approximately at the vertical height of the magnet.

15. The arrangement of claim 1, further comprising a cable ( 82 ) electrically connecting the transformers ( 16 , 18 ) and the processing circuit ( 80 ) and a sheathing that encloses and is configured for the cable along its length between the transformers and the processing circuit Formation of an RF shield between the cable and the surrounding environment.

16. A method for protecting two or more transformers in a magnetic field, the transformers transmitting electrical energy from an energy source circuit to a processing circuit, characterized in that
that the two or more transformers are enclosed in a magnetic shield that prevents the influence of ambient magnetic flux on the transformers,
and that the two or more transformers are enclosed in an HF shielding housing, which prevents the entry and exit of HF signals on the housing,
wherein a magnetic field sensor is arranged between the transformers in the magnetic shield, which measures the amount of magnetic flux within the magnetic shield.

17. The method according to claim 16, characterized in that the HF shielding housing is attached to an anesthesia machine, that is designed for operation in an MRI room near a magnetic resonance imaging device.

18. The method according to claim 16, characterized in that the magnetic sensor is connected to a warning circuit to show when the amount of magnetic flux within the mag net screening exceeds a predetermined threshold.