L’impianto RM e la Gabbia di Faraday

Fondamenti scientifici

Con gabbia di Faraday si intende qualunque sistema costituito da un contenitore in materiale elettricamente conduttore (o conduttore cavo) in grado d’isolare l’ambiente interno da un qualunque campo elettrostatico presente al suo esterno, per quanto intenso questo possa essere. È utilizzato il termine gabbia per sottolineare che il sistema può essere costituito, oltre che da un foglio metallico continuo, anche da una rete o una serie di barre opportunamente distanziate.

Principio di Funzionamento

Il funzionamento della gabbia di Faraday è spiegabile in funzione del teorema di Gauss che permette di descrivere la distribuzione di carica elettrica in un conduttore. Intuitivamente, poiché le cariche di segno uguale si respingono, esse tendono a portarsi alla massima distanza reciproca, che corrisponde alla situazione in cui esse sono concentrate alla periferia del conduttore. Se la superficie è approssimabile a un conduttore ideale (quale una superficie metallica chiusa), su di essa si determina una superficie equipotenziale, ovvero una superficie in cui il potenziale elettrico è identico in ogni punto, e il campo elettrico all’interno è nullo.

Gabbia di Faraday

Qualunque sia il tipo di magnete impiegato, è spesso necessario provvedere ad una adeguata schermatura dello stesso. L’intenso campo magnetico, con estensione tridimensionale, generato dall’apparecchiatura, rappresenta il principale fattore limitante nella scelta del luogo di installazione dell’impianto, specialmente nel caso in cui esso debba essere installato in un edificio preesistente. In qualunque edificio esiste una notevole quantità di materiali ferromagnetici che, se situati in prossimità del tomografo a R.M., possono provocare distorsioni del campo, degradando considerevolmente la qualità dell’immagine ottenibile. Per contro, il campo magnetico generato dal magnete può seriamente interferire con il funzionamento di apparecchiature elettriche, meccaniche ed elettroniche poste nell’ambiente circostante, nonché creare situazioni di potenziale pericolo per quanti si trovino a circolare in prossimità della stanza ove l’apparecchiatura è installata. Ecco perché è bene provvedere alla schermatura del locale che andrà ad ospitare l’impianto. La schermatura viene normalmente eseguita impiegando materiali ferromagnetici ad elevato coefficiente di permeabilità magnetica applicati sulle pareti, sul soffitto e sul pavimento della stanza destinata ad accogliere il magnete. L’entità della schermatura è legata all’intensità del campo magnetico generato ed alle particolari situazioni ambientali. Le interferenze provenienti dall’esterno provocano aumento del rumore di fondo e conseguente scadimento della qualità di immagine. Lo shielding RF (gabbia di Faraday) può essere realizzato applicando fogli alle pareti della stanza; all’interno di questo ambiente ogni struttura che possa funzionare come un’antenna (cavi elettrici, tubature..) deve essere accuratamente schermata. Una più semplice ed economica della precedente può essere ottenuta proteggendo l’antenna ricevente tramite schermi conduttivi disposti intorno al tunnel dove viene inserito il paziente. Con questo sistema però la protezione dalle interferente RF è solo parziale ed inoltre si aumenta l’eventuale sensazione di claustrofobia del paziente.

Schermatura a radio frequenza per apparecchi RM-Imaging

La stanza dove ha luogo la scansione è circondata da uno schermo per radiofrequenze la cui funzione è quella di evitare che gli impulsi RF di alta potenza possano irradiare il resto dell’ospedale e che segnali RF provenienti da stazioni televisive e postazioni radio possano essere captati dall’apparecchio. Solitamente, le stanze di scansione sono circondate anche da uno schermo magnetico che impedisce al campo magnetico di estendersi al di fuori di un certo limite. Nei magneti più recenti questo schermo è parte integrante del magnete stesso (magneti autoschermati). Per ottenere risultati ottimali dall’apparecchio per risonanza magnetica è necessario un ambiente libero da campi di disturbo elettromagnetici. Ecco perché bisogna attrezzare il locale con un sistema idoneo a contenere il campo, andando ad installare una gabbia a RF.

La gabbia a RF presenta le seguenti caratteristiche:

  • schermatura ;
  • collegamento dei moduli parete e soffitto con un sistema di fissaggio particolare che evita il fatto di dover praticare fori nella schermatura in rame con conseguente degradamento dell’integrità della gabbia, eliminando così eventuali punti deboli;
  • finestre a R.F. per offrire una buona visuale della sala diagnostica;
  • porta realizzata mediante un telaio per garantire un’agevole apertura ed una schermatura migliore;
  • insonorizzazione e resistenza al calore.

I componenti interni ed esterni sono realizzati con un materiale con scarsa permeabilità magnetica. Il campo rimane omogeneo e garantisce un ottima qualità diagnostica.

I muri ed il soffitto della gabbia a radiofrequenza sono realizzati andando ad assemblare singoli pannelli prefabbricati collegati elettricamente insieme, in modo tale da garantire una continuità amperometrica, seguendo la forma del locale.

Al termine dell’installazione la gabbia viene isolata da terra e si misura la resistenza d’isolamento . Al termine, verificata la misura, la gabbia viene messa a terra in un punto solo mediante un conduttore.

Il pavimento è una componente molto critica dello schermo a RF. Funge da base per lo schermo di rame, isola elettricamente da terra, sostiene il peso del magnete e fornisce un appoggio per la stesura del rivestimento per il pavimento. Due strati, uno di cartone e uno di catrame, forniscono una barriera all’umidità, un isolamento dal suolo e una superficie resiliente

La porta di un locale di risonanza magnetica è la parte più critica dello schermo a radiofrequenza, e per garantire un’idonea qualità, generalmente questo componente viene realizzato direttamente dai produttori di schermi a RF. La porta deve essere semplice da usare e deve essere di piacevole aspetto, per rassicurare i pazienti. Le porte dunque devono rispettare diverse queste condizioni, e lo fanno grazie alla loro costruzione leggera, le maniglie e il fermo progettati sulla parte interna. In particolare la struttura di alta qualità prevede facilità durante l’apertura e buon contatto elettrico. Una caratteristica particolare sono i contatti finger (berillio), sullo stipite, parte sensibile che necessita spesso di manutenzione.

Servizi entranti Le zone critiche per la gabbia corrispondono ai pannelli che consentono l’ingresso dei servizi. Questi sono di due tipi, il pannello per i servizi medicali (caratterizzato dalla presenza di guide d’onda) e il pannello per i servizi elettrici (caratterizzato da filtri elettrici con separazione elettrica). Per servizi entranti si intendono le tubazioni, le linee tlc, le linee elettriche, le linee per i gas medicali. Quando questi servizi entrano all’interno del locale adibito alla risonanza magnetica, devono essere schermati in maniera opportuna. Vengono utilizzati diversi tipi di filtro, ad esempio ricordiamo quello a nido d’ape, utilizzato per i sistemi di ventilazione e raffreddamento. Tutti i circuiti elettrici sono filtrati mediante dei filtri elettrici. Le guide d’onda usate per le linee d’aria, gas o liquidi, sono tali da impedire che forme d’onda a RF entrino od escano dal locale senza controllo.

Filtri elettrici e pulsante di Quench Le guide d’onda sono caratterizzate da dimensioni di un pollice o ¾. Al loro interno ci passa esattamente un tubo in gomma. I tubi dei gas medicali prima di oltrepassare la superficie dello schermo vengono interrotti e congiunti mediante un tubo in gomma, per evitare che diventino un antenna per la radiofrequenza. Per quanto riguarda le connessioni elettriche, si può osservare come i filtri generalmente vengano disposti in entrambe le fasi e sul neutro. Tutti i circuiti sono dotati di filtri.

Gli stessi sistemi di ventilazione adottano soluzioni particolari. Ad esempio tutti i sistemi di raffreddamento passano attraverso i filtri a nido d’ape realizzati con ottone galvanizzato. Questi sono saldati in un struttura di rame in modo tale da garantire uno schermo continuo e sono attaccati ai pannelli della parete o del soffitto. Le guarnizioni in legno vengono utilizzate per isolare i filtri dai condotti di aria esterni. Dopo aver passato i filtri, l’aria si distribuisce tramite i diffusori nel soffitto sospeso o tramite griglie di alluminio con feritoie registrabili. Tutti i condotti d’aria sono collegati alla parete esterna della gabbia.

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