磁共振制冷系統(tǒng)的維護

歐陽宇

(成都市第三人民醫(yī)院，四川成都 610041)

磁共振制冷系統(tǒng)的維護

歐陽宇

(成都市第三人民醫(yī)院，四川成都 610041)

通過完整的磁共振制冷系統(tǒng)闡述，分析了各環(huán)節(jié)中導致液氦損失的情況，利用各環(huán)節(jié)中觀察到的變化來說明問題，并依照采集的數(shù)字找到正常工作時的參考值，此對冷頭壓縮機復機后的工作有積極的指導價值.

磁共振；制冷系統(tǒng)；冷頭

0 引 言

磁共振設備是醫(yī)院影像檢查的重要設備，雖然成本很高，但因其圖像質(zhì)量好，對人體無傷害而在醫(yī)療機構(gòu)中被廣泛使用.不僅三級醫(yī)院完全普及磁共振，而且許多二級醫(yī)院都有配置.目前，磁共振設備及應用已成為醫(yī)院設備技術(shù)水平和診斷水平的一種衡量指標.由于磁共振設備易發(fā)生的故障是制冷系統(tǒng)故障，所以了解磁共振制冷系統(tǒng)的維護對設備的正常工作和降低使用成本有積極的意義.

1 磁共振設備制冷系統(tǒng)常見故障及維護

1.1 磁共振原理

醫(yī)學磁共振分為常溫永磁性和超導磁共振2種.為了獲得高質(zhì)量的圖像，磁共振必須具有一定高的場強，由于超導磁體具有場強高、磁場穩(wěn)定均勻不受外界溫度影響及在緊急情況下可通過人為失超的辦法將磁場關(guān)閉的優(yōu)點，因此超導磁體在磁共振中占據(jù)了主導地位[1].超導磁共振機裝置(Magnetic Resonance Imaging，MRI)由電子計算機、射頻系統(tǒng)、梯度電源系統(tǒng)、自動控制部分、超導磁體及冷卻系統(tǒng)等組成，是現(xiàn)代醫(yī)學影像領域中最先進、最昂貴的診斷設備之一[2].超導磁體是磁共振的主要構(gòu)成部分，為了使磁體線圈處于恒定的超導狀態(tài)，磁共振多使用低溫超導磁體技術(shù).超導磁共振機使用液氦為制冷劑，因為液氦是已知沸點最低的物質(zhì)，其沸點為4.2 K，接近絕對零度的低溫態(tài)液氦能使金屬線圈維持超導，電阻值接近于零，這樣就可以產(chǎn)生足夠大的電流強度而形成電磁場.

1.2 磁共振制冷系統(tǒng)常見故障

磁共振維持超導和制冷的裝置主要是由冷頭、氦壓縮機、水冷機及相互連接的絕熱軟管線組成，均要求24 h不間斷地工作.冷頭的主要任務是制造冷量，并把冷量傳遞到保溫層，而保溫層內(nèi)部的液氦層則可以利用保溫層和外界環(huán)境隔絕，降低液氦的熱揮發(fā).冷頭一般有2個冷屏，通過兩極缸套端面的銦墊圈將冷量傳輸?shù)竭@2個冷屏上，并提供4 K/42 K兩級低溫，而冷頭在制冷過程中產(chǎn)生的熱能則通過和氦壓縮機相連的連接管傳給氦壓縮機，而壓縮機工作時產(chǎn)生的熱量和冷頭帶回的熱量都靠水冷機來降溫.冷頭由驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)閥、配電盤、活塞和氣缸組成，通過驅(qū)動電機控制旋轉(zhuǎn)閥在配氣盤上旋轉(zhuǎn)來控制活塞壓縮和氣體膨脹，從而形成高壓氣體腔和低壓氣體腔的交替循環(huán).旋轉(zhuǎn)閥在配氣盤上旋轉(zhuǎn)的聲音，也是常說的冷頭聲音.通過聲音的改變也能初步判斷冷頭的工作狀態(tài)，如較正常聲音低，則說明冷頭功率可能降低，需要及時更換冷頭；如正常聲音中夾雜了其他聲音，則有可能冷頭壓力過高，出現(xiàn)溢壓保護；如沒有出現(xiàn)冷頭聲，則表示冷頭停止工作，液氦會迅速損失，則必須馬上查明原因，恢復冷頭工作狀態(tài).雖然磁體采用多層真空絕熱結(jié)構(gòu)，但由于結(jié)構(gòu)支撐和空間分布等原因，不能阻止熱傳遞和熱輻射，液氦會因吸收熱量而蒸發(fā).正常情況下，冷頭和氦壓縮機共同組成二級膨脹機系統(tǒng)來維持磁體的低溫，抑制液氦的熱揮發(fā).

通常，磁共振制冷系統(tǒng)的故障主要出現(xiàn)在冷頭的運轉(zhuǎn)上.在冷頭處氦氣迅速膨脹帶來的低溫是冷量的根本來源.當冷頭停止工作時，磁體的溫度會迅速上升，液氦揮發(fā)量增加，液態(tài)與體態(tài)的體積比為699，因此當磁體空間容量不足時，氦氣就會損失，更嚴重的是發(fā)生失超現(xiàn)象，導致嚴重的經(jīng)濟損失.冷頭停止工作是由于壓縮機停電造成的，此時不能聽見冷頭工作的節(jié)律聲.冷頭的溫度上升，2個冷屏的溫度也分別上升，其上升幅度略超過冷頭.在冷頭停止工作后，液氦隨著受熱蒸發(fā)，壓力增高.當液氦壓力達5.5 PSI時，2個冷屏溫度分別上升141 K和115 K，冷頭的溫度也從正常值4 K上升到103K，此時的輻射漏熱會導致液氦的迅速揮發(fā)，所以需要及時恢復供電以解決這類問題.在正?；謴凸╇姾?，還需密切關(guān)注設備運行情況.剛恢復供電時冷頭壓縮機的壓力常高于正常值0.01 mPa，冷頭和冷屏的溫度都高于正常值，在這種情況下建議暫不進行工作，因為設備運行后，隨著梯度放大線圈的運作，磁體會進一步升溫，液氦蒸發(fā)量會增加，極有可能導致失超.所謂失超就是超導體因某種原因突然失去超導特性而進入正常態(tài)的過程.超導體是在極高的電流密度下工作的，又處于超低溫環(huán)境，因此，同一般系統(tǒng)的穩(wěn)定性和機械應力一樣，失超永遠是超導磁體的一個嚴重問題[3].在冷頭壓縮機重新工作1.5 h后，此時冷頭的溫度降到正常值4 K，冷屏的溫度也降到正常值，冷頭壓縮機的壓力恢復正常，盡管此時液氦的壓力還比較高，但做檢查還是比較安全的.當然，要液氦壓力完全恢復到正常值(3.9～4.0 PSI)，依賴冷頭的工作效率和液氦的蒸發(fā)量，有時可能需要幾天的時間，而在液氦壓力超過5 PSI時，設備中的溢氣閥就會放氣，將導致液氦的損失.

冷頭壓縮機停機主要是醫(yī)院電源故障和水冷機故障造成的.水冷機是頻繁起停的大功率部件，但易受外界的干擾，如打雷或其他大功率設備的使用都易造成水冷機工作異常.由于水冷機負責氦壓縮機制冷，其故障會導致壓縮機因熱保護而停機，并影響冷頭工作，所以日常的設備檢查和記錄是必需的.氦壓縮機的正常運作是保障系統(tǒng)制冷的關(guān)鍵.氦壓縮機通過2根絕熱管和冷頭相連，一根接受冷頭產(chǎn)生的低壓高溫氦氣，一根為冷頭輸入高壓壓縮氦氣，通過不間斷的氦氣循環(huán)，為磁共振磁體冷屏提供冷量，以減少液氦的揮發(fā)[4].氦氣壓縮機的潤滑、密封和冷卻都會使用油.當壓縮機將氦氣由低壓壓縮到高壓時，這樣的氦氣溫度非常高，因此氦氣會被輸往壓縮機，進行熱交換使氦氣溫度降低，同時氦氣壓縮機帶出來的油霧也會隨著溫度降低而變成小油滴，氦氣經(jīng)過熱交換后再連續(xù)通過2個油套，從而更多的油分離出，然后氦氣再通過毛細管道輸回到壓縮機中.經(jīng)過2個油套后的氦氣中仍會含有少量的油氣，當這些雜質(zhì)進入冷頭后就會凝固，導致活塞急劇磨損，所以在油套后安裝了油濾吸附器.吸附器主要成份為活性碳，一般油濾吸附器吸附量比較大，但為了防止油濾吸附量飽和，保證液氦氣的純度，一般2年左右需更換一次油濾，油濾更換后冷頭制冷效率明顯提高了.冷頭由于需要24 h不間斷地工作，活塞和氣缸的長期摩擦會導致氣密性減低，功效減弱，制冷量下降，從而冷頭不能有效地控制液氦的蒸發(fā).若液氦消耗增加，說明在磁體冷卻系統(tǒng)中有氦氣泄漏[5].

管網(wǎng)系統(tǒng)的故障則比較隱蔽.如氦壓縮機和冷頭相連的絕熱管子，分為高壓和低壓管，外面有金屬層包裹，管子內(nèi)預充一定壓力的液氦.管子長期使用后，由于金屬的銹蝕和自身的硬化，可能會出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象.在冷頭壓縮機的壓力表上，可觀察到mPa值低于正常值0.05以上，導致氦壓縮機功率不足，影響冷頭的制冷量，制冷效率降低.而液氦熱揮發(fā)使氣體壓力增大，當液氦壓力超過5 PSI時，氦氣突破磁體的溢出閥保護后釋放到空氣中，避免了磁體因液氦沸騰而失超，但也造成液氦的損失.

1.3 磁共振制冷系統(tǒng)的維護

為了維持磁共振制冷系統(tǒng)的正常運行，需要定期更換冷頭、冷頭壓縮機的油濾這類功能性部件，同時，要密切觀察冷頭的運行狀態(tài)，日常記錄液氦水平及磁體的液氦壓力值.一旦發(fā)現(xiàn)異常必須及時處置，從而減少或避免液氦的損失，降低使用成本，提高設備的維護水平.

2 結(jié) 語

只有磁共振制冷系統(tǒng)正常工作，才能保證梯度線圈處于超導狀態(tài)，所以磁共振制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)決定磁共振機能否正常使用.工作人員需要掌握并了解磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理和工作流程，特別是在制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障時正確的處理方法，才能在制冷系統(tǒng)失效時能迅速有效地解決問題，讓設備恢復正常工作，這不僅能減少因溫度變化造成的液氦損失，而且能保證醫(yī)院設備的開機率，不影響病人的檢查.因此，磁共振制冷系統(tǒng)的維護好壞，與醫(yī)院的經(jīng)濟效益和社會效益密切相關(guān).醫(yī)務人員在工作中要注意其細節(jié)變化，早發(fā)現(xiàn)問題，早處置問題，盡量保證磁共振設備的正常運轉(zhuǎn).

:

[1]萬華軍，黃政權(quán).Siemens Symphony MRI維護及故障排除[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備 ，2008，29(2):116.

[2]李曉強.超導磁共振低溫制冷系統(tǒng)的原理及維護[J].中國醫(yī)學裝備 ，2009，6(4):49-50.

[3]趙喜平，鄭崇勛，趙海濤.超導磁共振成像系統(tǒng)中的低溫技術(shù)[EB/OL].[2012-01-01].http://md.tech-ex.com/html/2012/article 0101/1750b.html.

[4]唐慶順.超導型核磁共振關(guān)鍵設備——冷水機組與BCC氦氣壓縮機的工作原理與維修[J].核電子學與探測技術(shù) ，1994 ，14(6):378-380.

[5]梁力，張鎖旺，孫少杰.MRI氦氣泄漏的檢測[J].醫(yī)療設備信息 ，2001 ，12(1):54.

Maintenance of Magnetic Resonance Cooling System

OUYangyu

(The Third People's Hospital of Chengdu，Chengdu 610041，China)

The complete magnetic resonance cooling system was introduced in this paper and situationwhich caused liquid helium loss in each link was discussed in detail.The change of numbers observed in each link were used to explain the problem and find reference value of normal working，which has positive references for directing cold header compressor to change the status from deviant stopping to normal working.

magnetic resonance ；cooling system ；cool head

TB65

A

1004-5422(2012)04-0385-03

2012-10-15.

歐陽宇(1968—)，男，工程師，從事醫(yī)用設備維護工作.