醫(yī)用磁共振的電源故障檢修

何獻(xiàn)忠，彭體洪，丘瑤瑤

（1.國(guó)家癌癥中心/中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院 設(shè)備部，廣東 深圳 518116；2.深圳市明喆物業(yè)管理有限公司，廣東 深圳 518116）

.醫(yī)工園地.

醫(yī)用磁共振的電源故障檢修

何獻(xiàn)忠1，彭體洪2，丘瑤瑤1

（1.國(guó)家癌癥中心/中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院 設(shè)備部，廣東 深圳 518116；2.深圳市明喆物業(yè)管理有限公司，廣東 深圳 518116）

目的 本文通過對(duì)醫(yī)用磁共振成像（MRI）設(shè)備濾波電源的故障分析，提出有效的解決方案，提升維修保養(yǎng)人員對(duì)核磁共振電源的保障技能。方法 描述我院西門子核磁共振在使用過程中遇到的電源故障的現(xiàn)象，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)有源濾波器的線路上互感器安裝方向錯(cuò)誤，導(dǎo)致MRI電源故障。結(jié)果 調(diào)整有源濾波器互感器安裝方向后，MRI恢復(fù)運(yùn)行正常。結(jié)論 濾波器安裝后，在負(fù)載設(shè)備使用前需要進(jìn)行調(diào)試。穩(wěn)定可靠的濾波器，是MRI電源的重要保障。

核磁共振；濾波器；故障檢修

核磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）系統(tǒng)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中最先進(jìn)、最昂貴的診斷設(shè)備之一[1]。MRI的系統(tǒng)控制柜各電路正常工作有賴于穩(wěn)定可靠的電源，電源故障將直接導(dǎo)致成像系統(tǒng)停機(jī)事故[2]。

德國(guó)西門子MAGNETOM Avanto 1.5T核磁共振是超導(dǎo)靜音型高場(chǎng)強(qiáng)MRI，它的全景成像矩陣（total imaging matrix, TIM）技術(shù)開創(chuàng)了磁共振全身成像的新紀(jì)元。我院為這臺(tái)MRI提供了專用電源,三相五線制380 V電壓，頻率為（50±1）Hz，瞬間峰值電力消耗≤15.5kW，具備抗外界電磁干擾的屏蔽。全院共用的連接地網(wǎng)，其接地電阻值0.65 Ω。一用一備兩套配電柜，三號(hào)配電柜和四號(hào)配電柜。配電柜配置Sinexcel 150型有源電力濾波器各一臺(tái)，可動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)電流諧波，平衡電網(wǎng)電壓；其額定電壓466 V，額定電流158 A，防護(hù)等級(jí)為IP20。備用不間斷電源（uninterruptible power system, UPS）， 輸 出 電 壓 230 VAC， 僅 36 kg，主要供工作站保證數(shù)據(jù)安全，非整套設(shè)備的后備電 源。

1 故障現(xiàn)象

自2016年9月‐2017年1月，我院西門子MAGNETOM Avanto1.5T MRI配套電源的配電柜進(jìn)線斷路器閉合線圈燒毀，引起線路跳閘斷電的故障發(fā)生5次，每次導(dǎo)致MRI主線路斷電。故障主要表現(xiàn)為：接地保護(hù)、長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)裝置引起進(jìn)線開關(guān)線圈燒毀，總斷路器跳閘斷電，MRI停機(jī)。隨即后備電源啟動(dòng)，同時(shí)緊急更換被毀線圈，故障暫時(shí)排除。多次斷電造成系統(tǒng)關(guān)機(jī)然后重啟備用電源恢復(fù)運(yùn)行，對(duì)MRI設(shè)備不利。

2 分析與檢修

MRI屬于一級(jí)負(fù)荷[3]，我院從主變電站的配電間單獨(dú)拉專用電源線連接到MRI主機(jī)，兩套專用配電箱，并配備獨(dú)立穩(wěn)壓電源、有源電力濾波器，不再連接其他負(fù)載以避免一些頻繁啟動(dòng)的高壓設(shè)備如電梯、電動(dòng)機(jī)等對(duì)磁共振主機(jī)的電源干擾[4]。MRI主機(jī)有一用一備兩路專用電源線，各100 kW，其配電箱如圖1所示。

圖1 MRI配電箱

燒毀閉合線圈、斷路器跳閘發(fā)生在4號(hào)配電箱，導(dǎo)致MRI斷電。2016年10月西門子工程師現(xiàn)場(chǎng)排查確認(rèn)：①各個(gè)硬件連接及通風(fēng)接口可靠；②磁體有電；③各電源插口連接正常；④相對(duì)應(yīng)方位下的地下車庫的停車位是空?qǐng)霾o干擾源；⑤質(zhì)量保證（quality assurance, QA）測(cè)試正常。

燒繼電器、跳閘的問題隨后三個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)3次，后續(xù)排查確認(rèn)：①接地正確；②過載保護(hù)正常；③門控正常。進(jìn)一步檢查配電箱：①關(guān)閉MRI主機(jī)，配電柜電源數(shù)據(jù)正常；②查看磁共振檢查室的溫濕度，磁體的腔體溫度、液氦水平、內(nèi)水冷系統(tǒng)和外水冷系統(tǒng)、機(jī)器運(yùn)動(dòng)裝置，數(shù)據(jù)正常；③啟動(dòng)MRI，4號(hào)配電柜進(jìn)線斷路器的電流瞬間反復(fù)放大，電流超出正常數(shù)值，甚至高達(dá)560 A；正常情況下，電流為（80±5）A，電壓為（220±9）V?，F(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為：接觸器本身故障或是其控制電路故障。MRI運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生巨大磁場(chǎng)，線路產(chǎn)生較大的波動(dòng)，影響進(jìn)線開關(guān)線圈電流。初步判斷是配電柜電源問題。

MRI這種精密設(shè)備對(duì)供電要求極高，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)極短時(shí)間失欠電壓、過電壓、缺相、三相不平衡以及相序錯(cuò)亂等問題時(shí)，設(shè)備自動(dòng)切斷供電。MRI停機(jī)后須及時(shí)（一般為兩小時(shí)內(nèi)）恢復(fù)供電。如不及時(shí)處理，將會(huì)使液氦大量丟失，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成失超，失超后重新勵(lì)磁需要巨額費(fèi)用，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失[5]。

2017年1月11日我院組織西門子廠家、設(shè)計(jì)單位及低壓配電、濾波器等第三方配套設(shè)備的供貨廠家現(xiàn)場(chǎng)排查：①配電房所有柜體為同一廠家供應(yīng)，其他柜體未發(fā)生類似事故，排除柜體原因；②多次在核磁共振的運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)下對(duì)有源濾波器進(jìn)行啟動(dòng)、停止的查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有源濾波器安裝的兩組互感器中的其中一組由于安裝的方向不一致，導(dǎo)致補(bǔ)償不協(xié)調(diào)，引起電流反復(fù)大幅提升；③關(guān)閉濾波器，此現(xiàn)象消失；④將其中一組濾波器互感器的安裝方向進(jìn)行調(diào)整，對(duì)核磁共振設(shè)備再次進(jìn)行運(yùn)行、待機(jī)多次調(diào)試，驗(yàn)證確認(rèn)濾波器故障是MRI斷電關(guān)機(jī)的原因。

反復(fù)排查確認(rèn)：濾波器兩組電流互感器安裝方向不一致，使補(bǔ)償不協(xié)調(diào)，電流瞬間過高，燒毀斷路器閉合線圈，導(dǎo)致MRI斷電關(guān)機(jī)。修復(fù)后，MRI運(yùn)行正常。

Sinexcel 150型有源電力濾波器安裝完畢，線路接入負(fù)載，理應(yīng)先進(jìn)行濾波調(diào)試，才能啟用MRI。經(jīng)查，我院3號(hào)、4號(hào)配電柜的Sinexcel 150型有源電力濾波器預(yù)先安裝半年后，核磁共振主機(jī)才安裝好。MRI投入使用時(shí)，未經(jīng)濾波器廠家進(jìn)行濾波器調(diào)試，留下隱患。

電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對(duì)電磁干擾的衰減就越有效[6]。通帶內(nèi)信號(hào)的衰減要小，阻帶內(nèi)信號(hào)的衰減要大，由通帶過渡到阻帶的衰減特性陡直上升。正常情況下，有源濾波器通過外部電流互感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流，并通過內(nèi)部數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processor, DSP）計(jì)算，提取出負(fù)載電流中的諧波部分，然后輸出脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation, PWM）信號(hào)給內(nèi)部絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor, IGBT），控制逆變器產(chǎn)生一個(gè)和負(fù)載諧波電流大小相等、相位相反的電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波目的。

3 結(jié)論

MRI等醫(yī)療設(shè)備，要重視公共地線以及公共電源導(dǎo)致的共阻抗干擾等傳導(dǎo)干擾，以及電磁兼容性，現(xiàn)階段合理和可行的措施就是加裝電源濾波器于相應(yīng)的電源線上[7]。濾波器須安裝在設(shè)備電源線輸入端，且接地點(diǎn)和設(shè)備機(jī)殼接地點(diǎn)具有一致性，以確保濾波器使用過程的安全性和可靠性[8]。根據(jù)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)狀況，建議MRI電源應(yīng)配置：①應(yīng)用專線、專用變壓器，避免與電源電壓變化大的負(fù)載共用；②為防范突然停電和電網(wǎng)波動(dòng)給設(shè)備帶來損害，應(yīng)配備UPS，配備整機(jī)UPS或穩(wěn)壓電源，容量≥140 kW[9]；③絕緣良好的專用獨(dú)立地線，接地電阻不大于2 Ω，地線連接至磁共振專用配電箱[4]；④專用的配電在線管理及故障報(bào)警系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無線報(bào)警、設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和故障短信報(bào)警功能[5]，能更快地清查并排除故障。

第三方配套提供的有源電力濾波器互感器線路安裝方向錯(cuò)誤，導(dǎo)致MRI電源故障。調(diào)整安裝方向后，MRI恢復(fù)運(yùn)行正常。濾波器安裝后，在負(fù)載設(shè)備使用前需進(jìn)行調(diào)試。由于MRI運(yùn)行時(shí)瞬間電流較大，應(yīng)避免與電源電壓變化大的負(fù)載共用，以防止線路過載引起停電給機(jī)器造成損壞[10]。MRI等高精設(shè)備對(duì)電力的要求相對(duì)嚴(yán)格，外電源的故障將直接影響磁共振的開機(jī)率及科室效益[11]。電源是保證MRI穩(wěn)定運(yùn)行的首要條件，而穩(wěn)定可靠的濾波器，是MRI電源的重要保障。

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（李異凡 編輯）

Troubleshooting in power fault of magnetic resonance imaging

HE Xianzhong1, PENG Tihong2, QIU Yaoyao1
(1. Equipment Department, National Cancer Center/Cancer Hospital & Shenzhen Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Shenzhen, Guangdong 518116, China; 2. Shenzhen Mingzhe Property Management Co., Ltd., Shenzhen, 518116, China)

【Objective】To promote maintenance personnel's troubleshooting skills by means of the troubleshooting analysis in fi lter fault of magnetic resonance imaging (MRI) power.【Methods】The power failure of our SIEMENS MRI was described in this paper. Through on-site investigation, it was found that the wrong installation direction of transformer on active power fi lter circuit caused the MRI power failure.【Results】After adjusting the installation direction of the transformer on the power line, MRI started working normally.【Conclusion】It's necessary to debug the fi lter before the fi lter and MRI were set to work. Stable and reliable fi lter is an important guarantee for MRI power supply.

magnetic resonance imaging; fi lter; troubleshooting

R445.2；R197.39

B

10.19338/j.issn.1672-2019.2017.08.017

2017-04-05