Gabbie di Faraday Versione chiusa

Il sistema di gabbia di Faraday proposto da INES, si basa su un modello di facilissima e velocissima installazione, con garanzia di attenuazione della radiofrequenza di 100 – 130 dB su un intervallo da 1 a 300 MHz, costituita da pannelli ciechi in alluminio.

Tale sistema è, inoltre, dotato di un impianto di ventilazione non climatizzata, in modo da assicurare i volumi d’aria richiesti dalla normativa.

Nel dettaglio, la gabbia di Faraday realizzata dalla INES è costituita da pannelli autoportanti in alluminio di spessore idoneo e dimensioni utili variabili a seconda dell’ambiente, opportunamente presso-piegati a freddo e forati in corrispondenza delle coste perimetrali per consentire l’alloggiamento della bulloneria di assemblaggio e fissaggio.

I pannelli autoportanti sono uniti tra loro mediante l’utilizzo di viti in acciaio inox M6 su tutto il perimetro, con interposta garza conduttiva ad alte prestazioni.

La gabbia è posata in opera su di un tappeto isolante in gomma di spessore 2mm, adeguatamente installato al di sotto della schermatura RF, per garantire l’isolamento elettrico della stessa. Il tappeto posa, inoltre, su un massetto realizzato in pannelli di fibra MDF, dello spessore complessivo di 48 mm.

La porta di accesso alla sala esami, di dimensioni utili pari a 1200 (L) x 2100 (H) mm, è realizzata interamente in acciaio inox e alluminio ed è fissata alla struttura portante a mezzo di cerniere, anch’esse costituite in acciaio inox.

La continuità elettrica tra schermatura RF e la porta è garantita dalla presenza di contatti finger in rame-berillio, che ne garantiscono la perfetta tenuta quando la porta è chiusa.

La finestra visiva per l’osservazione all’interno della sala esami ha dimensioni utili pari 1200 (L) x 800 (H) mm ed è realizzata con triplo cristallo temperato, con interposta doppia rete metallica schermante sottovuoto. Su richiesta la stessa può essere portata a dimensioni superiori.

Il controsoffitto, ispezionabile, è realizzato con pannelli di gesso rivestito o forex, ignifugo delle dimensioni 600×600 mm appoggiati su orditura metallica amagnetica costituita da profili perimetrali angolari (sezione a L) e profili intermedi (sezione a T) smaltati di colore bianco.

Il rivestimento interno della gabbia è costituito da pannelli di truciolato in laminato/nobilitato classe 1 di colore bianco, posati su sostegni in legno di abete ancorati a mezzo di viti auto – perforanti. L’insonorizzazione, è realizzata con pannelli in lana minerale da interporsi tra il rivestimento interno della gabbia e il pannello autoportante.

Il pavimento monolitico e lavabile è eseguito con pannelli modulari di polivinile antistatico conduttivo, in piastrelle mm 600 x 600, di colore a scelta termosaldate, antigraffio e battiscopa perimetrale.

La linea per la distribuzione elettrica è realizzata con conduttori non propaganti l’incendio N07V-K, il filtro rete per l’impianto di illuminazione, servizi sala RM (220V – AC 10A/16A fino a 100Mhz) è contenuto in apposito involucro isolato in acciaio realizzato ai sensi della norma CEI 64-8.

I corpi illuminanti sono di tipo fisso con lampada a Led da 25W, gli interruttori e le prese modulari sono di tipo ad incasso e rispettivamente da 10A e da 10A/16A, tutte dotate di supporti e placche in PVC.

Il quadro prese medicali è realizzato con magnetotermici di protezione e collegati a filtro elettrico indipendente da collegare a trasformatore di isolamento.

Le guide d’onda per passaggio gas medicali e/o fibre ottiche, sono alloggiate su una piastra fissata sulla parete schermante mediante bulloneria e garza conduttiva.

Il tutto viene cablato e collegato secondo le vigenti norme, comprese le certificazioni.

 La distribuzione dell’aria è garantita, a norma di legge, dalla fornitura e posa in opera di  filtri honeycomb, con dimensioni utili di 600 (L) X 200 (H) mm, sia per la mandata di aria esterna con sistema a ventilazione meccanica, sia er la ripresa, canali e diffusori in materiale amagnetico, opportunamente dimensionati.

Infine, l’intera struttura della gabbia così realizzata è autoportante e scarica tutto il proprio peso sul solaio di terra.

La progettazione e la successiva installazione della gabbia di Faraday terminano con il collaudo della stessa, effettuato in seguito alla verifica della bontà dell’attenuazione dei segnali alla radiofrequenza: tali misure forniscono una indicazione dell’efficacia della schermatura RF, e vengono svolte seguendo i riferimenti procedurali internazionali in materia (MIL-STD-285 e/o IEEE STD 299-1997).

In generale, per radiofrequenza si intende un segnale elettromagnetico ad una frequenza che è compresa in un intervallo che va da pochi kHz a circa 300 GHz. Uno dei componenti organici più presenti nel corpo umano è l’acqua, cioè l’idrogeno, per cui vale la relazione

γ/2π = 42,58 [MHz/T],  dove γ è il rapporto giromagnetico.

La relazione che lega la frequenza di risonanza f₀al campo di induzione magnetica (statico) B0 è

f₀ = (γB₀) / 2π; 

ad un campo magnetico di intensità pari a 1,5 Tesla, corrisponde, quindi, una frequenza di risonanza dell’idrogeno di circa 63 MHz, che ricade nell’intervallo delle radiofrequenze.

Ciò rappresenta il fondamento fisico e teorico per cui, in un sistema RM vi è un modulo dedicato alla radiofrequenza, il quale genera un segnale opportunamente modulato alla frequenza di risonanza f0 (che dipende dall’intensità del campo magnetico statico) e lo trasmette al volume di interesse, rappresentato dal corpo del paziente (o da una sua parte): in questo modo, si eccitano gli atomi di idrogeno contenuti nei tessuti dell’organismo, e si ottiene un segnale di eco.

Successivamente, occorre ricevere l’eco trasmesso dal paziente, de-modularlo e ricavare il segnale che consente la ricostruzione delle immagini per fini diagnostico-clinici.

Stante questa premessa fondamentale, occorre specificare che il modulo dedicato alla radiofrequenza in un sistema RM capta dei segnali debolissimi: pertanto, se non ci fosse una opportuna schermatura intorno alla sala del magnete principale, potrebbero entrare dei disturbi dall’esterno, così come il segnale trasmesso dalle antenne del sistema, di potenza elevata, potrebbe uscire fino a notevoli distanze.

La sala in cui sarà collocato il sistema RM deve essere, quindi, rivestita impiegando dei pannelli autoportanti di acciaio, o alluminio, imbullonati tra loro, oppure realizzando uno scheletro di legno con delle lastre di rame che poi sono saldate sopra, creando la gabbia di Faraday.

La gabbia di Faraday è, pertanto, un sistema completamente e perfettamente chiuso, costituito da un contenitore in materiale elettricamente conduttore, che isola l’ambiente interno, limitando sia la fuoriuscita dei segnali verso l’esterno, che l’entrata di disturbi provenienti dall’esterno.

Il principio di questo effetto di schermaggio elettrico si basa sul teorema della divergenza, secondo cui il flusso entrante è uguale al flusso uscente; per cui se la gabbia è una superficie perfettamente conduttiva, allora non entrerà né uscirà nessun disturbo.

Ovviamente non è possibile realizzare un sistema completamente chiuso, perché sarebbe inaccessibile, mentre è necessario entrare, osservare il paziente all’interno e realizzare degli impianti (elettrico, illuminazione, aerazione).

La porta di accesso è dotata di finger, cioè di lamelle che garantiscono la perfetta tenuta quando la porta è chiusa: in questo caso, infatti, le lamelle si toccano e c’è una conduttività perfetta tutto intorno al montante della porta.

La finestra di osservazione, o visiva, è costituita da una sovrapposizione di reticelle sottili di rame e di vetri di protezione: ciò consente di guardare all’interno della sala esami, ma al contempo viene bloccato il segnale alla radiofrequenza.

Per realizzare l’impianto di aerazione, si utilizzano dei pannelli a nido d’ape (filtri honeycomb) che sono utilizzati per ottenere l’efficacia della schermatura elettromagnetica, ma garantendo allo stesso tempo un ottimo passaggio di aria.

In sala esami devono naturalmente entrare tutti i segnali elettrici necessari al funzionamento del sistema RM, e questi devono tutti passare attraverso dei filtri LC passa-basso, i quali consentono ad esempio il passaggio della corrente di rete alla frequenza di 50 Hz, ma bloccano i segnali alla radiofrequenza.

Un’altra possibilità per consentire ai segnali di entrare dentro la sala esami è attraverso le fibre ottiche, poiché la fibra ottica è costituita da plastica, pertanto non c’è conducibilità elettrica.

In alcuni punti della gabbia possono esserci delle guide d’onda, cioè ci sono dei tubi di opportuna lunghezza che, fino ad una certa frequenza di lavoro, si comportano come una guida d’onda: pertanto eventuali tubi di gomma, come quelli per il trasporto di gas medicinali (ossigeno e protossido di azoto), devono passare qui.

La gabbia di Faraday deve essere poi collegata all’impianto di terra e poggiata su un tappeto di materiale isolante, per poter svolgere al meglio la funzione di schermatura: durante la posa in opera della stessa, si deve monitorare continuamente la resistenza tra la gabbia e la terra, affinché permanga al di sotto di valori accettabili.

Decreto Ministeriale del 14/01/2021

“Determinazione degli standard di sicurezza e impiego per le apparecchiature a risonanza magnetica e individuazione di altre tipologie di apparecchiature a risonanza magnetica settoriali non soggette ad autorizzazione”.

GU Serie Generale n.65 del 16-03-2021

Decreto del Presidente della Repubblica n. 542 del 08/08/1994

“Regolamento recante norme di semplificazione del procedimento di autorizzazione all’uso diagnostico di apparecchiature a risonanza magnetica nucleare sul territorio nazionale”.

Linee guida INAIL del 2015

Procedure autorizzative e gestionali relative all’installazione ed uso di apparecchiature diagnostiche a risonanza magnetica.

• MIL-STD-285

“Military Standard Attenuation Measurements for Enclosures, Electromagnetic Shielding, for Electronic Test Purposes”.

• IEEE STD 299-2006

“Revision of IEEE Std 299-2006: IEEE Standard Method for Measuring the Effectiveness of Electromagnetic Shielding Enclosures”.

D.M. 37/08 – NORME IN MATERIA DI INSTALLAZIONE DI IMPIANTI NEGLI EDIFICI

 Decreto Ministeriale 19 maggio 2010 Modifica degli allegati al decreto 22 gennaio 2008, n. 37, concernente il regolamento in materia di attività di installazione degli impianti all’interno degli edifici.

97/23/CE PED – DIRETTIVA 97/23/CE DEL PARLAMENTO EUROPEA E DEL CONSIGLIO

del 29 maggio 1997 per il ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri in materia di attrezzature a pressione

Con la pubblicazione delle nuove Linee Guida 2015 dell’INAIL circa “Indicazioni operative dell’Inail per la gestione della sicurezza e della qualità in Risonanza Magnetica”, si rende obbligatorio la verifica semestrale della cella ambientale per l’ossigeno e la misure dell’aerazione all’interno della gabbia con cadenza semestrale, mentre sono obbligatorie le verifiche di attenuazione della stessa gabbia e dell’impianto di evacuazione dei gas criogeni (Tubazione di Quench) con cadenza annuale.
La nostra azienda è forse l’unica in Italia a poter eseguire tutte le verifiche di legge sulla gabbia.VERIFICA TENUTA DELLA GABBIA DI FARADAY ED EVENTUALE SOSTITUZIONE DEI FINGER STRIPL’obiettivo da raggiungere con l’uso della gabbia di Faraday è quello di creare un sistema protettivo per l’attenuazione dell’energia elettromagnetica, in modo da ridurre il livello al di sotto della soglia di interferenza dei componenti più sensibili delle parti elettroniche.
La progettazione di una barriera protettiva che riduca l’effetto del campo e.m. deve necessariamente tener conto del grado di attenuazione da raggiungere, che è intimamente connesso al valore delle soglie di sensibilità delle apparecchiature e quindi strettamente dipendente da quanto previsto dalla casa costruttrice della Risonanza Magnetica.
Gli elementi primari di protezione contro i campi elettromagnetici sono:
lo shielding metallico, che garantisce la continuità elettrica su tutta la superficie interna della struttura;
un adeguato impianto di messa a terra, a basso valore di impedenza, che costituisce una via preferenziale per i flussi di energia che investono direttamente la struttura protettiva, o che tentano di penetrarla accoppiati a cavi elettrici e tubazioni, che necessariamente devono collegare le apparecchiature RM o servizi interni all’ambiente schermato.Le zone più delicate in una schermatura per la RF sono:

• la porta di accesso al locale;
• la finestra visiva schermata e chiusa opportunamente (realizzata in genere in doppio vetro con intelaiatura in rame e rete schermante all’interno dei vetri);
• le bocche d’accesso delle tubazioni per l’immissione o l’espulsione dell’aria, che devono rimanere sempre aperte, elettromagneticamente schermate mediante reti meccaniche a forma di favo d’alveare;
• l’armadio per l’ingresso dei cavi di alimentazione elettrica (alimentazione magnete, luci di servizio, luci di riserva, prese di servizio, etc.).
• È estremamente importante fare in modo che venga assicurata la continuità elettrica con il perimetro dello shielding su cui fanno battuta la porta e le pareti.

Per la certificazione della tenuta della gabbia di Faraday vengono seguite le norme MIL-STD-285 (Military Standard Attenuation Measurements for Enclosures, elettromagnetic shielding for electronic test).

Il programma di misura prevede il controllo di:

• Guarnizioni e contatti della/e porta/e (finger – contact strip);
• Sistema di chiusura della porta di accesso alla sala magnete;
• Continuità elettrica dei pannelli della struttura della gabbia;
• Filtri a RF tipo a nido d’ape (honeycomb waveguide) per la visiva e per condutture dell’aria;
• Filtri meccanici (guide d’onda e CDZ);
• Filtri elettrici;
• Pannello di penetrazione cavi all’interno della sala RMN: certificazione corretta tenuta;
• Pannello dei gas medicali.

Le misurazioni, eseguite da ingegneri specializzati nel settore delle RF, si svolgeranno con trasmettitore esterno allo shielding ed analizzatore di spettro interno, secondo le norme MIL-STD 285 e relative all’attenuazione della gabbia per:

Campo Elettrico (E): con polarizzazione orizzontale e/o verticale (in dipendenza del tipo di magnete e quindi della frequenza di risonanza).

VERIFICA DELLO STATO DI CONSERVAZIONE DEI FINGER STRIP ED EVENTUALE LORO SOSTITUZIONE

Preliminarmente alle misure di verifica della tenuta delle gabbie di Faraday, verrà eseguita un’accurata pulizia dei battenti (prodotto impiegato CRC 343-4024) in modo da:

• Asportare patine untuose, condense invisibili
• Ripristinare le caratteristiche operative dei battenti delle porte
• Non lasciare alcun residuo evaporando rapidamente
• Impedire l’ossidazione del battente

Relativamente alle porte di accesso delle sale RM vengono previsti finger di protezione che consentono di cerare la continuità elettrica della gabbia stessa. Nel tempo tali finger possono deteriorarsi, rompersi o staccarsi.

In merito a quanto riscontrato in fase di sopralluogo, verranno proposti finger strip con caratteristiche analoghe a quanto già installato sulle porte di accesso della RM. Il materiale e le dimensioni dei finger strip, infatti, risultano funzione del tipo di magnete e della ditta installatrice la gabbia di Faraday.

VERIFICA DELLA FUNZIONALITÀ DEL SISTEMA O2 ED EVENTUALE SOSTITUZIONE 

Preliminarmente al lavoro si effettuerà la verifica dello stato di conservazione della sonda di O2. In caso di esaurimento della pasticca elettrochimica presente nel rilevatore o in caso sia scaduta la validità della stessa si provvederà alla sua sostituzione con una analoga a norma di legge.
Al fine di valutare il corretto funzionamento del sistema di rivelazione dell’ossigeno presente nella sala magnete, si effettueranno le seguenti prove:
simulazione di un quench attraverso opportuna nostra attrezzatura portatile, a mezzo di bombolette calibrate contenente il 18 e 19% di O2 attorno alla sonda stessa;
verifica della prima soglia di intervento (allarme);
verifica della seconda soglia di intervento (estrazione forzata).

VERIFICHE SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO SIA IN CONDIZIONI NORMALI CHE IN EMERGENZA

Al fine di valutare il corretto funzionamento del sistema di condizionamento, si provvederà a verificare la corretta mandata ed emergenza del sistema presente in sala esami mediante opportuno nostro strumento di misura, verificando le portate dell’aria ed il rispetto sia in termini di portata che di depressioni.
Si ricorda, infatti, che relativamente al sistema di condizionamento è obbligatorio, per una maggiore sicurezza, in condizione di emergenza, garantire un’estrazione pari ad almeno 20 ric/h. Occorre, inoltre, garantire, in condizioni normali (i ricambi d’aria devono essere pari a 6-8 ric/h), una sovrapressione della sala esame, rispetto ai locali limitrofi, per impedire l’ingresso di polveri, mentre, in caso di emergenza, la sala esami deve risultare in depressione per facilitare l’ingresso del personale di soccorso.
Si effettueranno, pertanto, le seguenti verifiche:
in condizioni normali, i valori dei ricambi dell’aria debbono rispettare la condizione di sovrapressione M > R, (valori tra 6-10 ric/h richiesti dalla normativa).
In condizioni di emergenza, il ricambio dell’aria deve rispettare la condizione di depressione M < R (almeno 20 ric/h richiesti dalla normativa).

VERIFICHE DEL SISTEMA DI QUENCH
Le sale esami ospitanti apparecchiature a Risonanza Magnetica del tipo superconduttivo presentano dall’interno della sala fino all’esterno della struttura il tubo del quench.
Il mantenimento dell’integrità di tale tubo risulta di primaria importanza al fine di garantire la corretta evacuazione dell’elio gassoso in caso di quench (spontaneo, manuale o altro).
I magneti superconduttori, infatti, hanno la particolarità di montare sulla torretta della macchina sia le valvole di boil-off sia la tubazione di evacuazione dell’elio per l’eventuale fuoriuscita di gas criogenico che si sprigioni, a seguito di un malfunzionamento che ingeneri un quench, all’esterno della sala magnete e, ancor più, dell’edificio.
Durante un quench l’elio si espande passando dallo stato liquido a quello gassoso passando rapidamente da circa -270°C a temperatura ambiente:
se la fuoriuscita del gas avviene in sala magnete o in altri ambienti chiusi alla saturazione si aggiunge un rischio da congelamento;
per questo motivo il DM 02/08/91 prevede la realizzazione di una tubazione di convogliamento del gas prodotto all’esterno con il terminale posizionato in luogo non accessibile al pubblico.
In un magnete superconduttore sono contenuti mediamente da 600 a oltre 2000 litri di elio liquido. In un intervallo di appena 3.29°C nello spazio – testa del “recipiente a pressione” presente nel corpo del magnete si gioca l’equilibrio di fase: elio liquido – elio gassoso.
Durante il funzionamento normale i magneti superconduttori possono sviluppare sino a qualche centinaia di litri di gas criogenico/ora (BOIL-OFF).
La flangia di raccordo della tubazione di quench con la macchina RM, il fissaggio delle viti, l’assenza di fori lungo il tratto della tubazione, il corretto fissaggio delle staffe, l’assenza di otturazione della parte terminale del tubo rappresentano i principali punti critici connessi ad un’eventuale fuoriuscita di gas criogenico. Essi rappresentano pertanto “punti sensibili” che richiedono un particolare e maggiore livello di attenzione per gli aspetti di sicurezza e prevenzione.

Al fine di garantire una sempre efficienza del tubo del quench così come previsto in fase di progettazione e realizzazione, le procedure di primo livello da noi garantite consistono nel:

• Controllo dei sistemi di raccordo del tubo;
• Controllo del serraggio viti della flangia;
• Controllo foro di drenaggio;
• Controllo foro di drenaggio condensa;
• Controllo fissaggio staffe di sostegno;
• Controllo parte terminale del tubo di quench;
• Controllo di assenza di forature lungo il tubo (parti accessibili).