西門子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)的工作原理及故障維修

青島市中醫(yī)醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備科，山東 青島 266033

引言

磁共振設(shè)備是目前各大醫(yī)院的必需設(shè)備之一，在臨床醫(yī)學(xué)影像診斷中發(fā)揮著非常重要的作用[1]。磁共振利用人體內(nèi)占多數(shù)的氫核在強(qiáng)大磁場中的磁共振特性進(jìn)行成像，與CT、DR等影像設(shè)備相比較，磁共振的成像更加清晰，診斷更加明確，尤其對于軟組織的成像對比度更高，而且可以不用對比劑就能清晰地顯示心臟和血管結(jié)構(gòu)[2]。磁共振設(shè)備在臨床中主要應(yīng)用于臟器、頭頸部、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等病變的檢查[3]，尤其對腫瘤、腦梗塞等病變的診斷有顯著效果[4]。

我院于2011年購進(jìn)一臺西門子1.5T超導(dǎo)型磁共振設(shè)備，該設(shè)備主要由磁體、射頻單元、梯度單元、圖像處理單元、計算機(jī)系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)等組成[5]，每個單元或系統(tǒng)都非常復(fù)雜且精細(xì)，因此其對于周圍環(huán)境的要求很高，日常維護(hù)保養(yǎng)極其重要。該磁共振設(shè)備在我院已使用將近9年，最近兩年來故障頻發(fā)，主要的故障有兩大類，一是線圈故障，表現(xiàn)為掃描圖像有偽影或者不識別線圈?？偨Y(jié)原因有2個：線圈本身使用年限超長，內(nèi)部電路有折損，造成掃描圖像有偽影；線圈插頭或插座的插針歪斜，造成插上線圈時報錯，顯示10 V ERROR，提示插針歪斜導(dǎo)致內(nèi)部電路短路。這類線圈故障只能更換線圈或者找專業(yè)維修工程師維修線圈，在維修期間相關(guān)部位的掃描只能暫停使用。第二類故障是磁共振外圍設(shè)備故障，主要是水冷系統(tǒng)的問題導(dǎo)致磁共振設(shè)備內(nèi)部溫度過高，進(jìn)而停機(jī)。超導(dǎo)型磁共振必須要使磁體線圈在超導(dǎo)環(huán)境下，才能保證磁共振設(shè)備的正常運(yùn)行。我院磁共振設(shè)備只有一臺，該設(shè)備長時間不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，為了減少患者使用過程中出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停機(jī)，醫(yī)療設(shè)備維修工程師必須要了解其工作原理，以便能夠及時準(zhǔn)確地判斷故障進(jìn)行維修。

1 水冷系統(tǒng)的工作原理

在超導(dǎo)型磁共振設(shè)備安裝時，工程師逐漸給超導(dǎo)線圈施加電流，從而建立預(yù)設(shè)的磁場，即充磁，一旦充磁完畢，超導(dǎo)線圈在超導(dǎo)環(huán)境下將不再消耗能量，持續(xù)提供強(qiáng)大且穩(wěn)定均勻的磁場[6]。超導(dǎo)環(huán)境由液氦提供，氦的沸點(diǎn)是4.2 K，是已知物質(zhì)中沸點(diǎn)最低的物質(zhì)，利用液氦（4.2 K，-269 ℃）能夠為超導(dǎo)線圈提供接近絕對零度的超低溫，從而創(chuàng)造超導(dǎo)環(huán)境[7]。如果不能維持液氦的低溫，冷頭將停止工作，液氦會揮發(fā)，嚴(yán)重時會使超導(dǎo)線圈失去超導(dǎo)性，整個磁共振設(shè)備將會發(fā)生失超，帶來不可逆的后果[8]。因此創(chuàng)造液氦的4.2 K的超低溫環(huán)境極其重要。

水冷系統(tǒng)是磁共振設(shè)備的重要組成部分之一，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到磁共振設(shè)備能否正常工作。水冷系統(tǒng)在磁共振設(shè)備中除了對梯度線圈進(jìn)行冷卻，更重要的是對液氦循環(huán)進(jìn)行冷卻，這就對水冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求[9]。

磁共振設(shè)備的水冷系統(tǒng)由一級水冷系統(tǒng)和二級水冷系統(tǒng)組成[10]，其工作原理如圖1所示。一級水冷系統(tǒng)，類似空調(diào)制冷系統(tǒng)，利用環(huán)保制冷劑R410A對水循環(huán)進(jìn)行降溫，與二級水冷系統(tǒng)交換熱量，提供低溫環(huán)境，關(guān)鍵的外圍設(shè)備是室外水冷機(jī)。二級水冷系統(tǒng)，主要為液氦提供超低溫環(huán)境，帶走液氦的熱量，氦壓縮機(jī)將氦由膨脹的氣體變?yōu)榈蜏匾后w，使液氦在密閉容器中繼續(xù)循環(huán)制冷。

圖1 水冷系統(tǒng)工作原理圖

2 故障維修案例與分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

磁共振設(shè)備無法掃描病人，報錯顯示：RF Power Amplifier error. Temperature of the RFPA too high.警告顯示：Primary water temperature out of limits.

2.1.2 故障分析

警告提示一級水溫超出范圍，首先查看一級水冷系統(tǒng)，即室外水冷機(jī)，以下簡稱室外機(jī)。室外機(jī)左上角有一小屏幕，見圖2。每按一次報警鍵，小屏幕上都會顯示一個報錯代碼，查看報錯代碼為A006，繼續(xù)按書本鍵-下翻頁-回車鍵-下翻頁-回車鍵-進(jìn)水溫度EUIN顯示為40℃，高溫報警。首先，長按報警鍵5 s，如果能夠消掉報警，待到水溫降下來后壓縮機(jī)會自動啟動，室外機(jī)開始運(yùn)行。如果不能消掉報警，2個壓縮機(jī)中間位置有一個紅色按鈕，按一下該按鈕復(fù)位，壓縮機(jī)啟動，但是幾秒鐘之后自動斷電，仍然報錯A006，繼續(xù)查找故障產(chǎn)生的原因。按下紅色復(fù)位按鈕，在壓縮機(jī)啟動的瞬間，觀察4個風(fēng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動，測得空氣開關(guān)1QM1和1QM2的輸出電壓正常，繼電器2KM1和2KM2的輸出電壓正常，說明給2個壓縮機(jī)供電沒有問題如圖3所示。清理水冷機(jī)四周的灰塵和雜物，室外機(jī)啟動，水溫逐漸降低，報警鍵不再閃爍。

圖3 室外水冷機(jī)部分電路圖

圖2 室外水冷機(jī)小屏幕

半個月之后，該室外機(jī)又報錯，按照之前查看報錯的步驟，本次報錯代碼為A006和A211，分別為高溫報警和高壓報警。按下報警鍵，2個報錯均無法取消，重啟室外機(jī)，觀察4個風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動情況，其中有3個風(fēng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動，另一個風(fēng)機(jī)后轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速明顯比其他3個風(fēng)機(jī)慢。此時測得調(diào)速板的保險絲F1斷開，更換保險絲，開啟室外機(jī)后保險絲又?jǐn)?，判斷風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致保險絲斷開，需要更換風(fēng)機(jī)。查看風(fēng)機(jī)參數(shù)為電壓230 V，電流1.35 A，轉(zhuǎn)速920 r/min，就近購買同參數(shù)的風(fēng)機(jī)，更換之后開啟室外機(jī)，保險絲沒斷，但會自動關(guān)機(jī)，判斷調(diào)速板壞，需要更換，手頭沒有現(xiàn)成的調(diào)速板，需要從廠家發(fā)貨過來，大概兩天左右，同時不能影響影像科磁共振設(shè)備的正常使用，解決辦法如下：暫時把調(diào)速板從電路中空出來。找到4個風(fēng)機(jī)的電源線，每兩個風(fēng)機(jī)共用一根，因此風(fēng)機(jī)的電源線一共是2根黑線，2根藍(lán)線，把4個風(fēng)機(jī)直接接220V電壓，火線一定要接在空氣開關(guān)下面，這時可以讓風(fēng)機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，不受水溫高低的影響，此時室外機(jī)可以正常運(yùn)行，磁共振設(shè)備也可以正常掃描病人。值得注意的是，這種臨時性的解決辦法如果長期使用，可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)燒壞，因此調(diào)速板一到貨立即更換，恢復(fù)室外機(jī)的正常工作狀態(tài)。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

磁共振設(shè)備無法掃描病人，警告顯示：Primary water temperature out of limits. Total flow too low.

2.2.2 故障分析

警告顯示水流量過低，首先觀察磁共振設(shè)備間的流量計，發(fā)現(xiàn)流量計里的浮子上端在60左右，偏低，正常情況下浮子上端應(yīng)該在80～100之間，使用快速補(bǔ)水法將水冷機(jī)和室內(nèi)圓筒水箱加滿水如圖4所示。圓筒水箱上蓋打開，閥門1號和2號打開，4號關(guān)閉，5號閥門打開[11]，接通自來水進(jìn)水管路，等待水箱內(nèi)空氣被完全排出，有水往上冒的時候，說明水已加滿，立即將5號閥門關(guān)閉，水箱上蓋擰緊。1 min后查看流量計的數(shù)值，依舊在60左右，此時其他閥門不動，僅把3號閥門順時針轉(zhuǎn)動10～20°，流量計的數(shù)值逐漸增加，直到80左右。

圖4 水循環(huán)管路

同時查看一級水冷系統(tǒng)的室外水冷機(jī)的報錯代碼，顯示為A051和A003。A051提示需要保養(yǎng)，該報錯不會造成設(shè)備停機(jī)；A003報錯為水流量低。長按報警復(fù)位按鈕，不能消除該報警，繼續(xù)查找其他原因。觀察4個風(fēng)機(jī)均運(yùn)轉(zhuǎn)正常，清理四周灰塵和雜物，發(fā)現(xiàn)室外機(jī)后面的出水管路斷裂，該出水管路流經(jīng)的是經(jīng)過制冷劑R410A降溫之后的冷水，目的是給二級水冷系統(tǒng)降溫。因為該室外機(jī)設(shè)在院里的一個角落里，沒有完全封閉，可能人為不小心踩斷出水管路，使得二級水冷系統(tǒng)無法降溫。關(guān)閉室外機(jī)，先用自來水循環(huán)降溫[12]，即圖4中的閥門1號和2號關(guān)閉，4號和5號打開，同時更換出水管路。開啟室外機(jī)，仍然報錯為A051和A003，經(jīng)咨詢廠家工程師判斷為主板故障，需要更換主板，廠家發(fā)貨過來需要2天左右，為不影響磁共振設(shè)備正常掃描病人，需要暫時讓室外機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，解決辦法如下：如圖5所示，把室外機(jī)接線器中的P1、P2用一根導(dǎo)線短路，讓主板監(jiān)測到的流量反饋信號為最大流量，從而主板會自動屏蔽A003（水流量低）的報警，這時水冷機(jī)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著水溫的逐漸降低，磁共振設(shè)備也可以正常掃描病人了。同時在這期間，需要每天早晚觀察壓力表指數(shù)，如果指針來回擺動或者指針數(shù)為0，必須立即關(guān)閉室外機(jī)，保護(hù)室外機(jī)的其他部件不受損壞。待到主板到貨后，更換主板，室外機(jī)工作正常，不再報錯，磁共振設(shè)備也可以正常掃描病人。需要注意的是把P1、P2短路的方法需要有經(jīng)驗的工程師操作，其前提就是要確保水冷系統(tǒng)的流量已經(jīng)達(dá)到要求，如果在低流量情況下把P1、P2短路，雖然室外機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)起來，但時間一長，因為監(jiān)測不到任何流量的報錯，可能使得溫度越來越高，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)、調(diào)速板或主板燒壞，以致二級水冷系統(tǒng)也隨之停機(jī)。但是作為醫(yī)療設(shè)備維修工程師，保證磁共振設(shè)備以最大能力運(yùn)行，還是需要積極積累相關(guān)的維修經(jīng)驗。

圖5 室外水冷機(jī)接線器

3 討論與總結(jié)

磁共振設(shè)備是各大醫(yī)院用于重大疾病診斷的重要醫(yī)療設(shè)備，該設(shè)備的好壞直接影響到醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，更重要的是影響到對病人疾病診斷的精確程度。我院僅這一臺磁共振設(shè)備，病人的磁共振項目采取預(yù)約形式，一般預(yù)約在5 d左右，5 d意味著預(yù)約的病人達(dá)200個，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，停機(jī)至少一天，將會影響到這200左右個病人的磁共振項目，護(hù)士需要給每個病人打電話告知該項目暫時無法進(jìn)行，工作量極大，不僅造成病人的流失，也易引起矛盾和糾紛。

水冷系統(tǒng)是磁共振設(shè)備重要的外圍設(shè)備之一，其工作狀態(tài)影響著整個磁共振系統(tǒng)的運(yùn)行[13]，本文主要介紹了水冷系統(tǒng)的工作原理以及在日常維修工作中的2個典型案例。高溫和低流量是水冷系統(tǒng)常見的2個報警，處理這2個報警最基本的維修方法就是通過手動復(fù)位報警或調(diào)節(jié)流量，當(dāng)問題仍得不到解決的時候就要考慮硬件的更換。本文的2個維修案例中，在等待新的調(diào)速板和主板到貨之前，作為醫(yī)療設(shè)備維修工程師，可以利用日常維修經(jīng)驗，找到對應(yīng)的電路點(diǎn)進(jìn)行專業(yè)處理，讓室外機(jī)暫時運(yùn)轉(zhuǎn)起來，使磁共振設(shè)備不再停機(jī)。在查閱到的文獻(xiàn)中[14-15]，這2種維修方法是在本文第一次提到，希望能為醫(yī)工人員在水冷系統(tǒng)方面的維修提供參考。

本文通過對水冷系統(tǒng)的工作原理及2個維修案例的分析，提示要保證磁共振設(shè)備的正常安全平穩(wěn)地運(yùn)行[16-17]，日常就要注重對水冷系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。日常檢查要點(diǎn)如下：要求技師每日操作之前查看并記錄壓力、水流量、液氦量等常規(guī)參數(shù)，關(guān)注冷頭聲音是否正常，確保冷頭時刻處于工作狀態(tài)[18]；設(shè)備科工程師定期對室外水冷機(jī)巡檢，查看兩側(cè)散熱器以及四周環(huán)境和雜物，及時處理；查看室外水冷機(jī)小窗口的狀態(tài)：報警燈、進(jìn)水溫度、出水溫度、高壓和低壓，一旦發(fā)現(xiàn)有報警，立即處理故障；定期查看流量計的數(shù)值，且清理室內(nèi)氦壓縮機(jī)上方的過濾網(wǎng)，保證流量處于正常范圍；定期查看磁共振設(shè)備自身的警告信息，及時作出判斷。