GE HDi 1.5T MR 冷頭系統(tǒng)的工作原理及故障維修

王輝林，范恒全，酒曉林

（聯勤保障部隊第980 醫(yī)院放射診斷科，石家莊 050082）

0 引言

MR 檢查具有無輻射、信息豐富等多種優(yōu)勢，尤其是在神經系統(tǒng)、肌肉、軟組織、腫瘤等方面成像優(yōu)勢明顯，在臨床診療工作中發(fā)揮著十分重要的作用[1]。臨床常用的MR 檢查設備均為超導MR 設備，主磁場線圈需要在超導狀態(tài)下通電產生并維持主磁場。目前無論低溫超導材料還是所謂高溫超導材料仍需要在零下269 ℃才能達到超導臨界點，因此主磁場線圈需要冷卻系統(tǒng)保持低溫以維持線圈的超導狀態(tài)。冷頭系統(tǒng)作為超導MR 設備重要的組成部分，是維持主磁場線圈超導狀態(tài)的關鍵部件，其通過控制氦氣的氣-液轉換保證主磁場線圈的低溫環(huán)境，維持超導狀態(tài)，進而保障MR 設備正常運行[2]。

我院于2017 年12 月引進GE HDi 1.5T MR 設備，目前處于滿負荷工作狀態(tài)，其故障以長時間連續(xù)運行的冷頭系統(tǒng)為主。本文詳細介紹MR 設備冷頭系統(tǒng)的組成及工作原理，并選取GE HDi 1.5T MR 在運行過程中遇到的4 例冷頭系統(tǒng)故障，分析故障原因，給出具體排除過程，以供同業(yè)人員參考。

1 MR 冷頭系統(tǒng)的組成及工作原理

超導MR 設備的冷頭系統(tǒng)包括冷頭、液氦壓縮機、水冷機及其連接管路4 個部分，工作原理及實物圖如圖1 所示。冷頭系統(tǒng)的核心部件為冷頭，標準名稱為低溫制冷機，其制冷溫度普遍可達120 K 以下。在超導MR 設備中主要使用以液氦為冷媒的低溫制冷機。常用低溫制冷機主要包括斯特林制冷機、GM制冷機、脈管制冷機等類型，其中GM 制冷機技術成熟，成為國際上唯一大批量生產的低溫制冷機。1995 年，日本住友公司首次將商業(yè)4K 冷頭投放市場，推動超導MR 設備進入液氦零揮發(fā)（zero-boiloff）時代。目前，住友4K 冷頭是全世界所有主流超導MR 設備廠家的標配，例如GE 的MR 設備采用408A/412A 制冷機，西門子和部分佳能的MR 設備采用408L/412L 制冷機，聯影、日立的MR 設備采用408D/412D 制冷機。我院GE HDi 1.5T MR 冷頭系統(tǒng)采用的是RDK-408A3 制冷機。

圖1 冷頭系統(tǒng)工作原理及實物圖

冷頭既是二級膨脹機又是制冷部件，高壓氦氣在此吸熱、膨脹帶走熱量，低溫氦氣則通過兩級缸套端面的鋼墊圈將冷量傳導至超導磁體的兩級冷屏上，從而維持液氦中超導線圈的環(huán)境溫度。液氦壓縮機主要通過軟管與冷頭相連，回收從冷頭返回的高溫氦氣并為冷頭提供低溫氦氣，同時將冷頭制冷過程中吸收的熱量通過氦氣壓縮傳導至水冷機，水冷機則冷卻高溫氦氣，最終將熱量經過水循環(huán)發(fā)散至室外。冷頭系統(tǒng)通過水冷機組、液氦壓縮機和冷頭協同工作維持主磁體的超導狀態(tài)，有效減少了液氦的揮發(fā)[3]。

2 維修案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后發(fā)現是阿爾西水冷機（型號：10.0 P6 R407C）故障，故障信息為“compressor alarm?。?！”。

2.1.2 故障分析及排除

根據故障現象和故障代碼的提示，初步判斷為阿爾西水冷機的壓縮機相關電路故障。具體操作如下：

（1）重啟水冷機。因故障發(fā)生在夏季，室外溫度過高，壓縮機可能因長時間工作觸發(fā)過熱保護[4]。因此將壓縮機徹底斷電停機10 min 后重新開機，約5 min后故障再次出現。

（2）檢查壓縮機。壓縮機重啟后無異響。測量壓縮機繞組三相電壓、電流分別為401 V/6.7 A、398 V/6.8 A 和390 V/7.2 A，電壓、電流示數均正常，可暫時排除壓縮機自身故障[5-6]。

（3）從壓縮機電源端依次排查過流保護器、相序保護器[6]、熱繼電器、交流接觸器等電路元件。通過外觀檢查及插拔測試排除明顯故障元器件后，采用逐個更換元器件的方式定位故障元件。具體操作步驟：先更換過流保護器，重啟測試發(fā)現故障依舊；隨后更換相序保護器并再次重啟測試，故障未排除；最后更換與原件同規(guī)格的施耐德品牌的熱繼電器和交流接觸器（兩者為一體化元件，如圖2 所示），重啟開機，故障排除，機組恢復正常運行。

圖2 熱繼電器和交流接觸器更換前后對比圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

磁體監(jiān)測器示數為1.25 psi（1 psi=6.895 kPa），壓力值偏高（正常壓力范圍為0.9～1.1 psi）。

2.2.2 故障分析及排除

磁體壓力偏高通常由冷頭系統(tǒng)故障導致，因此對冷頭系統(tǒng)部件逐個進行排查：

（1）冷頭。工作狀態(tài)下冷頭無異常雜音[7]，且由于該冷頭為保修期內更換的原廠配件，使用時間較短，出現故障的概率較低。

（2）冷頭水冷機。水冷機操作面板溫度顯示為“InletTemp.22.7℃/OutletTemp.19.2℃”，溫度在正常范圍內，水冷機工作正常。

（3）液氦壓縮機。經觀察，發(fā)現液氦壓縮機工作指示燈顯示正常，但SUPPLY PRESSURE（供氣壓力）偏低（示數為1.95 MPa，正常值范圍為2.2～2.3 MPa），RETURN PRESSURE（回氣壓力）正常（示數為0.5～0.6 MPa）[8]?？紤]是液氦壓縮機欠壓，導致冷頭制冷效率減低，進而導致磁體壓力升高。因此請專業(yè)人員灌注氦氣使氦壓恢復至2.3 MPa，24 h 后磁體壓力降到1.005 psi，磁體壓力恢復正常，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后確認阿爾西水冷機故障，水冷機操作面板顯示“InletTemp.30.7℃/Outlet－Temp.28.2℃”，表明水冷機溫度過高，正常應為“InletTemp.22℃/OutletTemp.19℃”。

2.3.2 故障分析及排除

根據故障現象和報錯代碼“Low Pressure”（欠壓），初步判斷為阿爾西水冷機管路壓力不足，提示R407C 制冷劑不足，采用以下步驟進行故障排除：

（1）排查整個制冷劑回路。經檢測，發(fā)現制冷系統(tǒng)管路的壓力為0。為排查漏點，使用1.5 MPa 氮氣對管路進行分段加壓，具體分段為冷凝器及高壓區(qū)、蒸發(fā)板區(qū)、R407C 制冷劑壓縮機及低壓區(qū)。加壓檢測后發(fā)現冷凝器高壓管路有3 處漏點、高壓電磁閥有漏點，更換冷凝器部分高壓管路及電磁閥后，制冷系統(tǒng)管路壓力恢復正常（高壓為14 MPa，低壓為4 MPa），故障排除。

（2）清理雜質。制冷系統(tǒng)內可能存在氧化物以及其他雜質，因此使用化學藥物對整個管路進行清洗，并更換系統(tǒng)干燥過濾器。

（3）排出管路內空氣確保其呈負壓真空狀態(tài)后，加注杜邦R407C 制冷劑，重啟機器，故障信息消失，系統(tǒng)正常運行。

2.4 故障四

2.4.1 故障現象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后確認阿爾西水冷機故障，故障信息為“water high”。

2.4.2 故障分析及排除

根據報錯信息提示，初步判斷為水冷機水路故障。經檢查，發(fā)現丙二醇液位不足。排查整個丙二醇回路，發(fā)現水泵連接處壓力表內有黃色丙二醇溢出[9]，因此考慮壓力表故障。更換全新的壓力表，定量加注丙二醇防凍液后[10]，故障排除。

3 冷頭系統(tǒng)的日常維護

3.1 外觀檢查

定期檢查冷頭、液氦壓縮機、水冷機的各個循環(huán)管路及相連設備的外觀，觀察是否存在破損、泄漏；每天觀察并記錄磁體的壓力、液氦壓縮機、冷頭和水冷機的運行參數等[11-12]。

3.2 通風檢查

定期沖洗水冷機組室外機的散熱器，尤其是在春天楊絮漫天飛的季節(jié)，很容易造成水冷機高壓報警[13]。

3.3 部件使用時間登記

冷頭和壓縮機等運行時間長、負荷重，使用達到設計壽命后應及時更換配件[14]。冷頭各核心部件的使用壽命如下：旋轉閥為3 a，摩擦密封為1～3 a，液氦壓縮機為5 a，吸附筒為1 a。

4 小結

冷頭系統(tǒng)是MR 設備重要的組成部分，一旦出現故障會造成設備直接停機，直接影響醫(yī)院正常的診療工作[15]。冷頭系統(tǒng)的檢測與維修價格昂貴，通常單次檢測服務費就高達3 萬元，且在未購買全保的情況下，受限于各單位的大型設備維修流程及財務規(guī)章制度，維修周期偏長。而冷頭長期故障會導致液氦大量揮發(fā)，甚至導致MR 設備失超，造成更大的經濟損失及安全隱患[16]。因此，臨床維修工程師應具備過硬的維修能力，熟練掌握所修設備的工作原理、組成結構以及設備的詳細運行狀態(tài)，以對關鍵部件故障進行初步的分析及處理，保證人員及設備的安全。同時應做好設備日常管理及維護工作，儲備簡易的易損零配件及常用耗材，對設備故障具備一定的處理能力，最大程度地保障設備正常運行，支持臨床工作，降低維保成本。