SIEMENS ESSENZA MRI冷頭故障淺析

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的服務(wù)要求也就越來(lái)越高，MRI也隨之普及起來(lái)，現(xiàn)在已成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)檢查治療患者的重要依據(jù)。而MRI的原理告訴我們，場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)SNR（信噪比）越高，圖像越清晰，當(dāng)前超導(dǎo)MRI中心磁場(chǎng)強(qiáng)度從1.5～3.0T（1T=10000Gs）甚至更高，圖像質(zhì)量也更為清晰，因此超導(dǎo)MRI在縣級(jí)裝機(jī)呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，由于超導(dǎo)MRI所裝備的高場(chǎng)強(qiáng)磁體為液氦制冷的超低溫超導(dǎo)磁體，進(jìn)而對(duì)液氦的需求增加。我國(guó)是氦資源貧瘠國(guó)，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，所以對(duì)液氦的保護(hù)也就顯得愈發(fā)重要。本文中，主要介紹當(dāng)冷頭停止工作時(shí)，作為醫(yī)院的設(shè)備維護(hù)者，采取必要應(yīng)急措施，減少液氦揮發(fā)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：冷頭系統(tǒng)；故障；方法；處理

1 液氦和冷頭的作用

1908年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林-昂內(nèi)斯教授成功的氦氣的液化，獲得了氦的沸點(diǎn)溫度是4.2k。1911年，他發(fā)現(xiàn)汞在4.15k電阻徒降為零，這儀發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著人類對(duì)超導(dǎo)電導(dǎo)的研究。通過(guò)多年研究，這一發(fā)現(xiàn)被應(yīng)用在了磁體上，從而成功的實(shí)現(xiàn)了高場(chǎng)的人工獲得。現(xiàn)在MRI應(yīng)用這一技術(shù)，研制成超導(dǎo)MRI。

我們把鈮鈦合金線圈浸泡在液氦中，液氦的溫度可以使線圈產(chǎn)生超導(dǎo)效應(yīng)，灌入電流，就可以得到磁場(chǎng)。液氦的超低沸點(diǎn)致使其不能長(zhǎng)久保存在常溫環(huán)境下，所以必要的要隊(duì)液氦進(jìn)行保護(hù)，首先要加入真空曾保證最小的熱交換，內(nèi)層加入錫箔，最大程度的減少熱輻射，單單這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足液氦的要求，所以一個(gè)重要的部件是必須的-冷頭。冷頭帶走磁體內(nèi)部多余的熱量，來(lái)保證液氦的最小揮發(fā)。大多數(shù)廠家采用4k冷頭，正常情況下能保證液氦的零揮發(fā)。

2 冷頭系統(tǒng)的工作原理

冷頭本質(zhì)上是一套系統(tǒng)，有冷頭本身，氦壓縮機(jī)，以及室外水冷（或風(fēng)冷）機(jī)組成。冷頭安裝在磁體頂部，24h不間斷工作，冷頭自帶一個(gè)兩級(jí)壓縮機(jī)，靠制冷劑（高純氦氣）膨脹產(chǎn)生冷量，傳導(dǎo)入磁體，冷凝已蒸發(fā)的氦氣，保證磁體液氦的零消耗。而冷頭產(chǎn)生的熱量由氦氣帶入氦壓縮機(jī)，氦壓縮機(jī)類似一組熱交換機(jī)，把冷頭傳送過(guò)來(lái)的熱氦氣降溫，最后把冷氦氣送入冷頭，至此一次氦氣循環(huán)已經(jīng)完成[1-2]。過(guò)程就是熱交換機(jī)已經(jīng)把熱氦氣的熱量傳給了水循環(huán)系統(tǒng)，就是前面提到的室外水冷機(jī)。過(guò)程類似于氦氣循環(huán)的過(guò)程，壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱水由水循環(huán)系統(tǒng)，傳入到室外機(jī)，由室外機(jī)的風(fēng)機(jī)活水機(jī)冷卻，最終把冷水傳入到氦氣壓縮機(jī)。至此，一個(gè)水循環(huán)結(jié)束。所以說(shuō)，要想保證冷頭的正常工作，必須保證氦氣壓縮機(jī)，室外水冷機(jī)的正常工作。

3 冷頭系統(tǒng)工作的電氣機(jī)理

冷頭工作需要電能提供能量。整個(gè)MR系統(tǒng)上電之后，主電電路直接供電至壓縮機(jī)，電壓為AC380v，壓縮機(jī)工作，壓縮機(jī)自身工作之外還要內(nèi)置變壓器，變壓至180vAC，然后由傳輸線路傳至冷頭，冷頭工作。冷頭內(nèi)置溫度傳感器，磁體內(nèi)部?jī)?nèi)置溫度傳感器，壓力傳感器，這些傳感器檢測(cè)到的各種信號(hào)傳至磁體監(jiān)控系統(tǒng)模塊，由程序判斷狀態(tài)是否正常，中控整個(gè)冷頭系統(tǒng)。氦壓縮機(jī)內(nèi)置溫度傳感器，檢測(cè)氦氣溫度、水溫度，溫度一旦過(guò)高，壓縮機(jī)停止工作，最終冷頭停止工作。所以壓縮機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)至關(guān)重要。

4 冷頭失效時(shí)的后果

一旦冷頭失效，熱交換達(dá)不到平衡，會(huì)造成磁體內(nèi)部液氦揮發(fā)，磁體壓力上升，最后頂開(kāi)安全閥門，液氦最終揮發(fā)成氦氣排放到室外，換句話說(shuō)，也就是液氦損失。由于液氦資源稀缺且價(jià)格昂貴，所以，作為醫(yī)院設(shè)備的維護(hù)者，要盡量避免這一過(guò)程發(fā)生。如果液氦損失，長(zhǎng)期得不到關(guān)注，當(dāng)液氦面持續(xù)降低，一旦達(dá)到臨界值，失超就會(huì)發(fā)生。造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 冷頭停機(jī)的判斷方法

5.1如何直觀的判斷冷頭停機(jī) 冷頭究其原理，就是一個(gè)精密的壓縮機(jī)，由于工作原理特殊，在其工作過(guò)程中，會(huì)伴有類似鳥(niǎo)鳴的聲音。當(dāng)鳥(niǎo)鳴聲沒(méi)有時(shí)，可基本斷定冷頭已經(jīng)停止工作。

5.2如果環(huán)境嘈雜，無(wú)法用聲音辨認(rèn)冷頭停機(jī)時(shí)，我們可以去設(shè)備間，打開(kāi)裝有壓縮機(jī)的機(jī)柜，觀察壓縮機(jī)狀態(tài)。壓縮機(jī)一般來(lái)說(shuō)總會(huì)有一個(gè)指示壓力的壓力表，當(dāng)冷頭正常工作時(shí)，壓力表會(huì)在20～21bar間擺動(dòng)，如果不出現(xiàn)擺動(dòng)，也可以判斷冷頭停機(jī)。

6 冷頭停機(jī)的緊急處理方法

冷頭停機(jī)基本上可分為水路故障和電路故障兩類。

6.1水路故障 冷頭會(huì)把磁體內(nèi)部的熱量帶到壓縮機(jī)，再由壓縮機(jī)和室外水冷機(jī)交換熱量，當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，熱交換不能正常進(jìn)行，最終的結(jié)果就是冷頭停機(jī)，處理類似的故障，可以用手感覺(jué)用于降溫的水管溫度是否發(fā)燙，如果有燙手的感覺(jué)，可以斷定熱交換環(huán)路中出了問(wèn)題。出現(xiàn)這種問(wèn)題，大多數(shù)為室外水冷機(jī)停機(jī)，此時(shí)必須檢查室外水冷機(jī)回路。如果在夏天室外溫度過(guò)高造成降溫水管回路溫度無(wú)法下降時(shí)，給室外風(fēng)機(jī)降溫，可以有效。如果室外機(jī)有問(wèn)題，很難使期短時(shí)間恢復(fù)，可在壓縮機(jī)入水口接入自來(lái)水，出水口接上水管連到地下排水系統(tǒng)，臨時(shí)為其降溫，為我們爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間，防止液氦損失。

6.2電路故障 以西門子ESSENZAMRI為例，我們先直觀的認(rèn)識(shí)一下大體的結(jié)構(gòu)。首先，我門需要檢查主配電柜輸出電壓是否正常，如果經(jīng)測(cè)量，電壓為三相380V，可確定為正常，如果缺相或電壓過(guò)低，會(huì)造成冷頭停機(jī)。其次，我們檢查F102空氣開(kāi)關(guān)是否跳閘，保險(xiǎn)是否正常，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做相應(yīng)的處理，機(jī)器可恢復(fù)正常。最后，我們檢查壓縮機(jī)輸入電壓，是否為三相380V，如果沒(méi)有，可打開(kāi)控制盒蓋子，檢查其電源來(lái)源和其開(kāi)關(guān)保險(xiǎn)是否正常，如果不正常，可更換處理，如果正常，我們必須做以下檢查。

MSUP，西門子設(shè)備磁體監(jiān)控單元的簡(jiǎn)稱，負(fù)責(zé)監(jiān)控磁體壓力，溫度，等各種參數(shù)，磁體內(nèi)部壓力是一個(gè)動(dòng)平衡，如果壓力小，磁體內(nèi)部加熱單元工作，使磁體內(nèi)部壓力增大，如果壓力高，停止加熱，靠冷頭使其恢復(fù)到平衡。如果壓力過(guò)小，停止冷頭，用于保護(hù)磁體壓力。簡(jiǎn)單的理解，MSUP是冷頭的控制端，如果工作不正常，冷頭會(huì)停機(jī)。打開(kāi)機(jī)器外罩，可以看到MSUP，觀察指示燈是否正常，如果正常，可以忽略它，去檢查上述部分，如果都正常，可考慮更換冷頭。如果MSUP不正常，檢查供電，36V是否存在，同時(shí)檢查24V是否存在。去F3，F(xiàn)4處檢測(cè)，如果沒(méi)有，按照此圖，從上端開(kāi)始，依次檢查F1，UPS，F(xiàn)2，AC/DC轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，如查出問(wèn)題，可相應(yīng)更換維修。值得注意的是，UPS（不間斷電源，必須保持在開(kāi)機(jī)狀態(tài)），由于UPS停機(jī)，220V無(wú)法到達(dá)變壓器，以后的故障必然會(huì)使冷頭停機(jī)。

以西門子公司的ESSENZA為例，分析了冷頭停機(jī)的故障原因和處理方法，其他機(jī)型和其他廠家的設(shè)備可參照此方法，相信可以節(jié)約時(shí)間和成本，減少不必要的損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊正漢.磁共振成像技術(shù)指南[M].人民軍醫(yī)出版社，2007，6：1-7.

[2]王秋良.高磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體科學(xué)[M].科學(xué)出版社，2008，1：302-369.

編輯/金昊天