用于磁共振成像设备的环境磁场安全探测系统的制作方法

本实用新型涉及医学影像领域，尤其涉及一种用于磁共振成像设备的环境磁场安全探测系统。

背景技术：

众所周知，受检者接受磁共振成像(MRI)扫描时不能携带各种金属饰物，否则磁共振图像会变差，特别不能携带心脏起博器、金属植入物等，否则会导致安全问题。

许多人(包括医护人员和保安)不知道的是，一些在医院里常见的铁磁性物体也要远离磁共振设备的磁体。尽管护士医生反复提醒，门口也贴有警告牌，有些医院还配备了安检探测线圈、安检门，对要进行扫描的病人进行全身仔细的检查，但是，一方面在新闻里还是可以看到有可移动病床、轮椅、吸尘器、氧气瓶、铁棍被吸进MRI磁体里的报道，其实工程师的工具、病人口袋里的手机、硬币等被吸进磁体是经常发生的，只不过没有被报道而已；另一方面，许多医院的人不知道，除了发卡和避孕环等小的铁磁物件外，在磁体的一定范围内是不允许有大的铁磁物体(例如汽车、电梯、空调室外机等)出现的，否则，MRI图像会发生变形或质量下降。

对第一种情况，能意识到铁磁物质对磁体危害的人毕竟不多，由于磁场是不可见的，它只对具有铁磁性质的物质发力，问题是它的力量对于普通人难于体验到；通常发生铁磁体吸入磁体事件的原因是携带者忽视了或不知道磁场力量的存在；目前的办法仅限于各种安全教育，难于保障设备的安全。

对于第二种情况，由于不可能在磁体室外建立围墙，许多医院的警告牌也难于奏效，医院的保安甚至工程师也难于发现或意识到铁磁物体接近磁体可能会带来的安全问题及其对MRI图像质量的影响。例如一些负责设备维护的工程师在第二种情况发生时，会根据新的环境对磁体进行匀场，它的缺陷是一旦环境又变了，例如磁体室外空地上的大型车辆开走了，这样还需要再次的匀场，这无疑会增加医院的设备维护费用。

技术实现要素：

有鉴于此，需要为磁共振成像设备提供一种安全防护体系，避免上述情况的发生。

准静态磁传感器技术可以用来防止上述两种情况的发生，可以利用准静态磁传感器在磁共振室的屏蔽门和磁体室外围过道、空地布置磁传感器网络，及时感知和发现环境磁场的异常变化，警告从而避免上述两种情况的发生。

准静态磁传感器可以采用经济的带有无线传输功能的非晶丝磁传感器或灵敏度较高的其他磁传感器，例如巨磁阻传感器等，网络方面可以利用现有的无线网卡、物联网网关等现成的技术，与医院的安保信息系统融合为一体。

本实用新型提供一种用于磁共振成像设备的环境磁场安全探测系统，所述磁共振成像设备布置在磁共振成像室内，所述环境磁场安全探测系统包括：探测单元，其包括布置在所述磁共振成像室周围的多个磁传感器，用于探测由于铁磁物体靠近所述磁共振成像室而造成的磁场异常变化；数据采集存储单元，其与所述探测单元相连，用于采集并存储所述多个磁传感器的传感器数据；警报单元；控制单元，当所述探测单元探测到所述磁共振成像室周围出现了磁场异常变化时，所述控制单元控制所述数据采集存储单元采集和存储此时的传感器数据，并控制所述警报单元发出警报。

在本实用新型提供的环境磁场安全探测系统中，通过在磁体室周围布置准静态磁传感器，一旦探测到异常磁场变化，就确定有铁磁物质靠近，随之会触发警报，提醒医院监控室的保安和医护人员制止铁磁物质向磁共振成像设备的靠近，并且该系统会纪录异常磁场变化的时间、地点，以便于事后对责任人进行安全教育。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施方式的环境磁场安全探测系统的示意图。

图2是本实用新型的环境磁场安全探测系统中的探测单元的分解图。

图3是本实用新型的环境磁场安全探测系统中的探测单元的电路框图。

图4是本实用新型的环境磁场安全探测系统中的数据采集存储单元的电路框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型提供的环境磁场安全探测系统进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本实用新型的环境磁场安全探测系统的最佳实施方式，本实用新型并不仅限于下述结构。

【环境磁场安全探测系统】

图1是本实用新型的一个实施方式的环境磁场安全探测系统的示意图。

如图1所示，包括主磁体100的磁共振成像设备布置在磁共振成像室(矩形框所示)内，环境磁场安全探测系统包括：探测单元，其包括布置在磁共振成像室周围的多个磁传感器200(图中五角星所示)，用于探测由于铁磁物体靠近磁共振成像室而造成的磁场异常变化；数据采集存储单元300，其与探测单元相连，用于采集并存储多个磁传感器200的传感器数据；警报单元(未示出)；控制单元(未示出)，当探测单元探测到磁共振成像室周围出现了磁场异常变化时，控制单元控制数据采集存储单元300采集和存储此时的传感器数据，并控制警报单元发出警报。

此外，如图1中所示，磁传感器200布置在磁体室外距磁体6米以内的空地(或楼上、楼下房间)和磁体室外距磁体10米远的空地(或楼上、楼下)。例如，探测单元与数据采集存储单元300之间可以是无线连接，也可以是有线连接。

通常，磁共振设备的生产厂家会向医院提供其MRI主磁体磁场影响区域的图纸，对各个区域的分类会根据主磁体影响区域的磁场大小来划分。例如其中的5高斯线分布图是要求携带心脏起博器的病人不得进入的；同时，对于各区域内若存在铁磁物质(例如第二种情况)会对磁场产生不利影响也有详细的规定和说明，这些影响至少会导致图像质量下降。

在本实用新型的环境磁场安全探测系统中，根据各个厂家的说明，结合医院的具体情况，在磁体室的周围设置无人值守围墙，防止意外的铁磁物质对磁体的靠近，从而保障磁体的安全和图像质量。一旦发现磁场异常，传感器将通过有线或无线信号通知医院的保安和医护人员采取行动，进而阻止有害铁磁物体向磁体的靠近。

例如，传感器可以采用如下的方案布置，在通往磁体室的必经通道处安装传感器；在靠近磁体室的楼外空地上安装传感器；在磁体室的楼上安装或磁体室的楼下安装传感器，形成立体的无围墙保护屏障。这些传感器可以通过无线网络彼此连接，和医院的安保管理系统融合为一体。

因此，本实用新型的环境磁场安全探测系统还包括医院安保系统接口，环境磁场安全探测系统经由医院安保系统接口与医院安全管理控制系统400相连。当探测单元探测到磁共振成像室周围出现了磁场异常变化时，控制单元可以通过医院安保系统接口通知医院安全管理控制系统400。

例如，控制单元可以控制医院安全管理控制系统400的显示器显示存储在数据存储单元300中的传感器数据。

下面，对本实用新型的环境磁场安全探测系统中的探测单元200、数据采集存储单元300进行详细说明。

【探测单元】

如上所述，本实用新型的环境磁场安全探测系统中的探测单元200可以采用准静态磁传感器。下面以非晶丝磁传感器为例对探测单元200进行详细说明。

图2是本实用新型的环境磁场安全探测系统中的探测单元200的分解图。

参照图2，探测单元的外部形状呈“图钉”状。探测单元内部结构包括垫片2、防水垫圈3、透光板4、太阳能电池板6、底盘7、防水圈8、防水封装盒9、电池10、磁控开关11、电池盒盖12、铁垫片13和磁铁14。

垫片2、防水垫圈3、透光板4、太阳能电池板6通过沉头螺钉1和5被固定在底盘7上。

当探测单元被布置在地面下时，底盘7与地面平齐或略高于地面。透光板可以由有机玻璃等材料制成，可以承受一定的压力。防水垫圈3的存在使得探测单元可以应对雨雪天气。

铝合金或不锈钢构成的保护垫片2和金属保护底盘7可防止脚踩和车辆的碾压。太阳能电池板6可以为电池10充电，因而本实用新型的探测单元可以长时间工作而无需单独供电。

磁控开关11作为电源开关安装在封装盒9的底部，与电源控制器串联，当封装盒底部有磁铁时，干簧管处于长开状态，当磁铁移开后，干簧管处于长闭状态。

图3是本实用新型的探测单元的电路框图。如图3所示，封装盒9(虚线所示)内安装有电源分配控制器51、充电电池52、传感器电路板53、智能接口处理板54和陶瓷天线55。

电源分配控制器51用于将太阳能电池板33转换得到的电力分配给电池10。传感器电路板53包括振荡器531、非晶丝微磁探头532和放大器533。智能接口处理板54包括A/D转换器541、单片机542和RFID 543。陶瓷天线55和RFID 543紧贴在图2的底盘7的下面，电池封装盒9的顶端。

智能处理接口板54的单片机542程序中有一动态门坎电压，当环境磁场发生缓慢改变时，单片机542会计算出与背景磁场对应的动态门坎电压，用来滤除非晶丝微磁探头532周围环境对传感器的不良影响或误报。

非晶丝微磁探头532的参数优选如下：

工作电压DC 9V±1V；车速测量范围：5～300Km/h；检测半径：0～2M；单个探头功耗：≤120毫瓦；工作温度：-25～85℃；防护等级：高于IP67；主体外形：信号采集部分Φ90×112毫米。

除了能够探测到是否有铁磁物体靠近以外，非晶丝微磁探头532还能够感知铁磁物体的移动速度，原理解释如下。

如果在扰动物体运动的方向上设置两个非晶丝微磁探头，并且两个非晶丝微磁探头的距离为S，则有如下关系：

V＝S/t

其中，t为铁磁物体经过两个传感器所花费的时间。

在S已知的情况下，只要测量出t就可以求出物体移动的速度V。进而，可以根据这个速度V，粗略判断该铁磁物体的性质。

在本实用新型中，非晶丝微磁探头532采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、体积小(5毫米长，30微米-100微米粗、耐腐蚀、抗冲击能力强。

总之，非晶丝微磁探头532的优点很多，包括但不限于：体积小、安装简便、经济耐用；可检测各种铁磁物体(病床、吸尘器、大中小车辆、电动车自行车等)；测速精度高(多级可调)、无漏报误报等；在恶劣环境下性能出色，可全天候工作；可以探测铁磁物体的出现、移动速度及数量。

再次参照图3，非晶丝微磁探头532检测铁磁物体通过时其扰动地磁场的变化。振荡器531用来激励非晶丝，加快其响应速度。放大器533用于放大非晶丝微磁探头532的信号并送入A/D转换器541变为数字信号进入单片机542。单片机542对采集的传感器数据进行处理，通过RFID 543和陶瓷天线55，单片机542将传感器数据发送到数据采集存储单元。

【数据采集存储单元】

图4是本实用新型的环境磁场安全探测系统中的数据采集存储单元的电路框图。

参照图4，数据采集存储单元300包括太阳能电池板49、电源分配器50、充电电池41、天线42、封装盒43、无线通信模块44、天线45。

封装盒43中包括RFID 131、单片机132、继电器控制器接口133、RS232接口134、USB接口135和485接口136。

电源分配控制器10用于将太阳能电池板49转换得到的电力分配给电池41。

天线12接收非晶丝微磁探头532的单片机542发送的传感器数据。

优选地，封装盒43的安装高度距地面5-10米，安装在探测单元所在道路的斜侧路旁的立柱或墙面上。天线42的位置与探测单元和其前方道路构成的方向成45度角。相比探测单元的太阳能电池板6，数据采集存储单元的太阳能电池板49要大得多。

另外，数据采集存储单元中的单片机132可通过无线通信模块44输入设置系统初始参数数据，也可以通过天线45发送数据信息给医院的无线网络，进入医院安保管理系统400。

所发送的数据中包含铁磁物体的存在及速度信息，因此，在医院安保管理系统的显示器上可以显示是否有铁磁物体靠近以及其移动速度的信息，工作人员可以据此进行判断，确定下一步的措施。

优选地，探测单元和数据采集存储单元以脉冲形式供电。以降低单片机542和132、模拟变换电路541和无线发送与接收电路的功耗，由于模拟变换电路541与无线发送接受电路的工作时间不到整个工作时间的1/5，所以在空闲的时候利用电源控制器关掉这部分的电源可以大大降低整个系统的功耗。

在本实用新型提供的环境磁场安全探测系统中，通过在磁体室周围布置准静态磁传感器，一旦探测到异常磁场变化，就确定有铁磁物质靠近，随之会触发警报，提醒医院监控室的保安和医护人员制止铁磁物质向磁共振成像设备的靠近。

由于采用了带有无线传输功能且经济性高的非晶丝微磁探头，可以在方便快捷地检测到铁磁物体的同时，以较低成本实现对磁体室的保护，无需增加较多的人力和增设过多的硬件设施。

以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。