一種核磁共振機房監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

臺州骨傷醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 溫嶺 317500

引言

核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）檢查具有對軟組織分辨力高，對人體無電離輻射等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于臨床疾病的診斷[1]。由于MRI檢查的需求量很大，故障停機會嚴(yán)重影響到醫(yī)院工作[2]，同時MRI又是非常昂貴的設(shè)備，必須重視其使用與管理。目前在設(shè)備管理上主要以廠家設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)監(jiān)測磁體運行，以及工作人員巡視記錄機房溫濕度，水冷溫度等狀態(tài)的方式進(jìn)行[3]。但此管理方式明顯存在不足之處：① 人工定期巡視有很多不確定性，并且在巡視的間隔期無法發(fā)現(xiàn)并處理故障；② 當(dāng)磁體溫度壓力過高時設(shè)備不能運行，除了已產(chǎn)生的液氦損失，還需要較長的冷卻時間；③ 在機房斷電時無法發(fā)送故障信息；④ 部分醫(yī)院未向原廠購買保修，無法遠(yuǎn)程報送故障信息；⑤ 雖然精密空調(diào)、水冷機等外圍設(shè)備故障率較高，但大多數(shù)設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)不對其進(jìn)行監(jiān)測[4-10]。

因此，為保障核磁共振能可靠運行，提升設(shè)備管理的有效性和及時性，降低故障率，本文基于RS-XZJ-100-Y-G監(jiān)控探測器（以下簡稱監(jiān)控探測器）設(shè)計一套自動監(jiān)測系統(tǒng)。依托此監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)備管理人員可通過網(wǎng)頁登錄或手機APP查詢機房當(dāng)前狀態(tài)，監(jiān)測系統(tǒng)也能在故障時以短信和APP方式及時推送報警信息，并同步現(xiàn)場聲光報警。

1 機房監(jiān)測系統(tǒng)的原理及設(shè)計

系統(tǒng)主要包括：監(jiān)控探測器主機、斷電監(jiān)測部分、機房溫濕度監(jiān)測部分、水冷機溫度監(jiān)測部分、漏水監(jiān)測部分、氦壓縮機停機監(jiān)測部分、現(xiàn)場警示器、云平臺及手機APP監(jiān)測部分。系統(tǒng)原理如圖1所示，各機房狀態(tài)信號經(jīng)監(jiān)控探測器處理后現(xiàn)場顯示，同時通過手機GPRS方式向云平臺傳送數(shù)據(jù)，設(shè)備管理人員可網(wǎng)頁登錄或APP登錄云平臺在線查詢當(dāng)前機房狀態(tài)。正常時監(jiān)控探測器僅傳輸機房狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)機房狀態(tài)超出設(shè)定值時，設(shè)備管理人員的手機能收到報警短信，APP接收云平臺推送的報警信息，同時現(xiàn)場警示器報警，采用多方式報警能提醒設(shè)備管理人員及時處理故障。

圖1 機房監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

1.1 斷電監(jiān)測

核磁共振的機房供電分主設(shè)備回路（磁體、梯度、譜儀等）和輔助設(shè)備回路（精密空調(diào)、水冷機等），在輔助設(shè)備回路引一AC 220 V電源，串接主設(shè)備回路電壓繼電器KA的觸點，再接至監(jiān)控探測器的電源監(jiān)測端子ACL和ACN，當(dāng)任一回路斷電時均能使ACL和CAN間失壓而觸發(fā)報警。

1.2 溫濕度監(jiān)測

核磁共振機房安裝精密空調(diào)以保持恒溫恒濕，將一RS485接口溫濕度傳感器安裝在精密空調(diào)回風(fēng)口上，再將此傳感器接至監(jiān)控探測器的CN-M接口。由于精密空調(diào)回風(fēng)口的風(fēng)速高、對流量大，傳感器安在此處能及時反映磁體室和機房內(nèi)溫濕度的變化。

1.3 水冷機監(jiān)測

核磁共振工作時能監(jiān)測到水冷機故障引起的水溫過高，但夜間關(guān)機后無法監(jiān)測，這或?qū)?dǎo)致冷頭因水溫過高而停機。因此可用485溫度傳感器固定在水冷機到氦壓縮機的出水管金屬表面，在此選用接觸面較大的傳感器和涂導(dǎo)熱硅脂，有利于靈敏地監(jiān)測到水冷機出水溫度的變化。

1.4 氦壓縮機監(jiān)測

在核磁共振的制冷系統(tǒng)中，氦壓縮機是冷頭與水冷機熱量交換的中介。氦壓縮機正常工作電流穩(wěn)定，故障停機時電流下降到近零水平，因此監(jiān)測氦壓縮機工作電流能判斷其工作狀態(tài)[11]。如圖1所示，將電流互感器的初級串在氦壓縮機的主回路上，次級取得的電流信號接至欠電流繼電器GRI8-02電流端，欠電流繼電器的常開接點接到監(jiān)控探測器的開關(guān)量輸入點YX1和COM上。以F50氦壓縮機為例，正常工作時電流實測為10 A，互感器二次電流值約為2.5 A，將繼電器動作電流值整定為2 A，氦壓縮機停機時欠電流繼電器將檢測到電流過低，進(jìn)一步輸出觸點信號到監(jiān)控探測器。

1.5 漏水監(jiān)測

磁共振機房漏水一般因冷卻水管損壞和空調(diào)冷凝水管路堵塞引起?？捎媚z帶將漏水繩平整固定到所需檢測點，多處漏水檢測點可并聯(lián)接入監(jiān)控探測器的漏水檢測點S1、S2。漏水繩是由兩條輕質(zhì)的高密度聚乙烯導(dǎo)線圍繞螺旋絕緣中軸絞制而成，具有較強的抗干擾能力，當(dāng)漏水繩的兩根導(dǎo)線接觸水時，兩根感應(yīng)線上的電阻將發(fā)生明顯變化，監(jiān)控探測器可檢測到此電阻變化而判斷機房存在漏水現(xiàn)象。

1.6 輸出及報警

監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測到機房狀態(tài)異常時，能以四種方式向相關(guān)人員發(fā)出警報：① 現(xiàn)場報警，監(jiān)控探測器采樣的通道數(shù)據(jù)超限時繼電器動作，現(xiàn)場報警器發(fā)光發(fā)聲；② 監(jiān)控探測器將監(jiān)控通道數(shù)據(jù)傳到云平臺上，網(wǎng)頁登錄云平臺可以實時看到運行數(shù)據(jù)和報警信息，也可以由云平臺向用戶報警和向預(yù)設(shè)手機發(fā)送短信；③ 設(shè)備管理人員登錄手機APP可以看到實時運行數(shù)據(jù)，云平臺也會及時推送報警信息；④ 監(jiān)控探測器內(nèi)置短信模塊，能直接向預(yù)設(shè)的多個手機發(fā)送報警短信。采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和多方式報警，能有效向用戶傳送機房狀態(tài)信息和故障報警[12]。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件參數(shù)設(shè)置

完成監(jiān)控探測器和外圍模塊的硬件安裝后，可進(jìn)一步設(shè)置監(jiān)控探測器的參數(shù)，此處以通道1參數(shù)配置頁為例，設(shè)置界面如圖2所示。通道1是機房溫濕度監(jiān)測。機房精密空調(diào)工作溫度設(shè)置為21℃，因此將監(jiān)控探測器的溫度上限設(shè)為24℃，下限設(shè)為18℃，溫度上下限都關(guān)聯(lián)繼電器2，當(dāng)溫度超限時觸發(fā)現(xiàn)場報警輸出。精密空調(diào)的工作濕度設(shè)置為60%，但浙江省常年濕度較高，如病人進(jìn)出磁體室時間過長濕度會明顯上升，因此將監(jiān)控探測器的濕度上限設(shè)為73%。

通道2為水冷機溫度監(jiān)測，需注意不同廠家的設(shè)備水冷要求溫度相差很大，不同采樣點的溫度也相差很大，安科水冷機的出水溫度設(shè)置為22℃，因此可在監(jiān)控探測器上將水冷機溫度上限設(shè)23℃，下限設(shè)19℃。通道3是機房斷電監(jiān)測，通道4是機房漏水監(jiān)測，通道5是氦壓縮機工作監(jiān)測，接在YX1點位上，當(dāng)YX1與COM閉合時，會觸發(fā)報警。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)置

完成系統(tǒng)硬件參數(shù)設(shè)置后可在監(jiān)控探測器上查看實時數(shù)據(jù)，監(jiān)控探測器通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)向云端發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)支持網(wǎng)頁和手機APP兩種模式瀏覽云平臺的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，云平臺配置的在線監(jiān)控界面如圖3所示，當(dāng)異常情況發(fā)生時，監(jiān)控界面的監(jiān)控項以紅色醒目警示，同時APP向設(shè)備管理人員推送報警信息，以便及時發(fā)現(xiàn)處理。云平臺上除瀏覽實時數(shù)據(jù)，還能查看任意通道的歷史曲線和報警記錄。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

設(shè)置好監(jiān)控探測器和云平臺參數(shù)后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，測試數(shù)據(jù)是否正確顯示并同步更新，報警是否可靠觸發(fā)和結(jié)束，報警信息是否及時推送。注意溫濕度數(shù)據(jù)與精密空調(diào)顯示值是否相符，否則調(diào)整探頭最佳安放位置。

圖2 通道參數(shù)配置

圖3 在線監(jiān)控界面

漏水調(diào)試時可以在漏水繩上適量倒水至浸濕一小段，觀察報警器是否立即報警，手機APP是否顯示機房浸水。再用紙巾吸干地面上的水，觀察報警是否及時停止[13]。

調(diào)試氦壓縮機監(jiān)測部分時可關(guān)掉氦壓縮機的電源開關(guān)，觀察欠電流繼電器是否動作，報警器是否鳴響，不然需檢查線路接線是否正確，電流值和延時值是否正確。在此調(diào)試過程中注意到氦壓縮機關(guān)閉3 min以上，磁體壓力便快速上升，15 min后從2000 Pa左右上升到5500 Pa。

斷電報警調(diào)試時關(guān)掉主輔電源回路開關(guān)，觀察報警器是否鳴響，APP是否報警推送。由于機房斷電后監(jiān)控探測器也會無法工作，在此需配UPS給監(jiān)控探測器和欠電流繼電器供電。

3 監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用效果

3.1 解決了巡視空檔期問題

本監(jiān)測系統(tǒng)安裝在安科核磁共振機房，此機房遠(yuǎn)離影像科主樓，晚上和節(jié)假日一般不安排病人檢查，操作人員每日班前記錄機房狀態(tài)，這樣有至少24 h的巡視間隔期，存在無人巡視和無法及時掌握機房故障的風(fēng)險。安裝監(jiān)測系統(tǒng)后通過手機實時查詢和接收報警方式有效掌握機房狀態(tài)，較好地解決了巡視空檔問題。安裝數(shù)月以來機房出現(xiàn)了數(shù)次報警，經(jīng)實際查看并分析所有報警均準(zhǔn)確，沒有誤報，統(tǒng)計分析如表1所示。

表1 報警分析表

3.2 特殊情況下在線巡視

監(jiān)測系統(tǒng)安裝后遭遇過超強臺風(fēng)，在臺風(fēng)登陸期間醫(yī)院出現(xiàn)過數(shù)次停電，但由于臺風(fēng)太強，工作人員無法實地巡視此機房，完全憑在線巡視及時掌握機房狀態(tài)。本監(jiān)測系統(tǒng)在此特殊時期發(fā)揮了很大作用，受到了使用科室的一致好評。

3.3 促進(jìn)管理改進(jìn)

監(jiān)測系統(tǒng)安裝初期在出現(xiàn)過2次機房濕度超限到76%并報警，經(jīng)值班人員檢查發(fā)現(xiàn)原因為工作人員下班后未關(guān)好磁體室的門，夜間門自動打開而造成機房濕度過高。科室為此加強了班后管理，之后數(shù)月未再出現(xiàn)此問題。可見本監(jiān)測系統(tǒng)的使用能對科室管理有明顯促進(jìn)，不但減少了空調(diào)的額外消耗，同時也降低了設(shè)備故障的可能性。

4 總結(jié)與展望

本文所設(shè)計的核磁共振機房監(jiān)測系統(tǒng)具有斷電監(jiān)測、機房溫濕度監(jiān)測、水冷機溫度監(jiān)測、漏水檢測、氦壓縮機停機監(jiān)測、現(xiàn)場警示、云平臺及手機終端APP監(jiān)測的功能，不但能即時查詢機房運行狀態(tài)和查詢歷史狀態(tài)信息，還能在機房設(shè)備異常時以多種方式快速向工作人員報警，為科室的管理帶來了幫助和促進(jìn)作用，達(dá)到并超出了設(shè)計預(yù)期的目標(biāo)[14-15]，受到醫(yī)院各方的好評。

本監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)計時依托了目前業(yè)已成熟的器件與技術(shù)，整體原理清晰、構(gòu)造簡單、調(diào)試方便、界面友好、成本相對較低，具有較高的實用價值和推廣價值，在我國核磁共振保有量快速增加的背景下應(yīng)用前景廣泛。我們后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)容災(zāi)能力,克服因外部環(huán)境引起網(wǎng)絡(luò)中斷等導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)無法正常工作的情況[16]，為核磁共振的管理提供更有效的保障。