一種核磁共振機房監測系統的設計與實現

臺州骨傷醫院 設備科，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點，廣泛應用于臨床疾病的診斷[1]。由于MRI檢查的需求量很大，故障停機會嚴重影響到醫院工作[2]，同時MRI又是非常昂貴的設備，必須重視其使用與管理。目前在設備管理上主要以廠家設備監控子系統監測磁體運行，以及工作人員巡視記錄機房溫濕度，水冷溫度等狀態的方式進行[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現并處理故障；② 當磁體溫度壓力過高時設備不能運行，除了已產生的液氦損失，還需要較長的冷卻時間；③ 在機房斷電時無法發送故障信息；④ 部分醫院未向原廠購買保修，無法遠程報送故障信息；⑤ 雖然精密空調、水冷機等外圍設備故障率較高，但大多數設備監控子系統不對其進行監測[4-10]。

因此，為保障核磁共振能可靠運行，提升設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監控探測器（以下簡稱監控探測器）設計一套自動監測系統。依托此監測系統，設備管理人員可通過網頁登錄或手機APP查詢機房當前狀態，監測系統也能在故障時以短信和APP方式及時推送報警信息，并同步現場聲光報警。

1 機房監測系統的原理及設計

系統主要包括：監控探測器主機、斷電監測部分、機房溫濕度監測部分、水冷機溫度監測部分、漏水監測部分、氦壓縮機停機監測部分、現場警示器、云平臺及手機APP監測部分。系統原理如圖1所示，各機房狀態信號經監控探測器處理后現場顯示，同時通過手機GPRS方式向云平臺傳送數據，設備管理人員可網頁登錄或APP登錄云平臺在線查詢當前機房狀態。正常時監控探測器僅傳輸機房狀態數據，當機房狀態超出設定值時，設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，同時現場警示器報警，采用多方式報警能提醒設備管理人員及時處理故障。

圖1 機房監測系統原理圖

1.1 斷電監測

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

1.2 溫濕度監測

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

1.3 水冷機監測

核磁共振工作時能監測到水冷機故障引起的水溫過高，但夜間關機后無法監測，這或將導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熱硅脂，有利于靈敏地監測到水冷機出水溫度的變化。

1.4 氦壓縮機監測

在核磁共振的制冷系統中，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定，故障停機時電流下降到近零水平，因此監測氦壓縮機工作電流能判斷其工作狀態[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控探測器的開關量輸入點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，進一步輸出觸點信號到監控探測器。

1.5 漏水監測

磁共振機房漏水一般因冷卻水管損壞和空調冷凝水管路堵塞引起。可用膠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接入監控探測器的漏水檢測點S1、S2。漏水繩是由兩條輕質的高密度聚乙烯導線圍繞螺旋絕緣中軸絞制而成，具有較強的抗干擾能力，當漏水繩的兩根導線接觸水時，兩根感應線上的電阻將發生明顯變化，監控探測器可檢測到此電阻變化而判斷機房存在漏水現象。

1.6 輸出及報警

監測系統在監測到機房狀態異常時，能以四種方式向相關人員發出警報：① 現場報警，監控探測器采樣的通道數據超限時繼電器動作，現場報警器發光發聲；② 監控探測器將監控通道數據傳到云平臺上，網頁登錄云平臺可以實時看到運行數據和報警信息，也可以由云平臺向用戶報警和向預設手機發送短信；③ 設備管理人員登錄手機APP可以看到實時運行數據，云平臺也會及時推送報警信息；④ 監控探測器內置短信模塊，能直接向預設的多個手機發送報警短信。采用遠程數據傳輸和多方式報警，能有效向用戶傳送機房狀態信息和故障報警[12]。

2 監測系統的設置

2.1 監測系統硬件參數設置

完成監控探測器和外圍模塊的硬件安裝后，可進一步設置監控探測器的參數，此處以通道1參數配置頁為例，設置界面如圖2所示。通道1是機房溫濕度監測。機房精密空調工作溫度設置為21℃，因此將監控探測器的溫度上限設為24℃，下限設為18℃，溫度上下限都關聯繼電器2，當溫度超限時觸發現場報警輸出。精密空調的工作濕度設置為60%，但浙江省常年濕度較高，如病人進出磁體室時間過長濕度會明顯上升，因此將監控探測器的濕度上限設為73%。

通道2為水冷機溫度監測，需注意不同廠家的設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置為22℃，因此可在監控探測器上將水冷機溫度上限設23℃，下限設19℃。通道3是機房斷電監測，通道4是機房漏水監測，通道5是氦壓縮機工作監測，接在YX1點位上，當YX1與COM閉合時，會觸發報警。

2.2 監測系統的軟件設置

完成系統硬件參數設置后可在監控探測器上查看實時數據，監控探測器通過移動GPRS網絡向云端發送數據，系統支持網頁和手機APP兩種模式瀏覽云平臺的實時監測數據，云平臺配置的在線監控界面如圖3所示，當異常情況發生時，監控界面的監控項以紅色醒目警示，同時APP向設備管理人員推送報警信息，以便及時發現處理。云平臺上除瀏覽實時數據，還能查看任意通道的歷史曲線和報警記錄。

2.3 監測系統聯調

設置好監控探測器和云平臺參數后進行系統聯調，測試數據是否正確顯示并同步更新，報警是否可靠觸發和結束，報警信息是否及時推送。注意溫濕度數據與精密空調顯示值是否相符，否則調整探頭最佳安放位置。

圖2 通道參數配置

圖3 在線監控界面

漏水調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]。

調試氦壓縮機監測部分時可關掉氦壓縮機的電源開關，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。在此調試過程中注意到氦壓縮機關閉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。

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

3 監測系統的應用效果

3.1 解決了巡視空檔期問題

本監測系統安裝在安科核磁共振機房，此機房遠離影像科主樓，晚上和節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，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險。安裝監測系統后通過手機實時查詢和接收報警方式有效掌握機房狀態，較好地解決了巡視空檔問題。安裝數月以來機房出現了數次報警，經實際查看并分析所有報警均準確，沒有誤報，統計分析如表1所示。

表1 報警分析表

3.2 特殊情況下在線巡視

監測系統安裝后遭遇過超強臺風，在臺風登陸期間醫院出現過數次停電，但由于臺風太強，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。本監測系統在此特殊時期發揮了很大作用，受到了使用科室的一致好評。

3.3 促進管理改進

監測系統安裝初期在出現過2次機房濕度超限到76%并報警，經值班人員檢查發現原因為工作人員下班后未關好磁體室的門，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，之后數月未再出現此問題。可見本監測系統的使用能對科室管理有明顯促進，不但減少了空調的額外消耗，同時也降低了設備故障的可能性。

4 總結與展望

本文所設計的核磁共振機房監測系統具有斷電監測、機房溫濕度監測、水冷機溫度監測、漏水檢測、氦壓縮機停機監測、現場警示、云平臺及手機終端APP監測的功能，不但能即時查詢機房運行狀態和查詢歷史狀態信息，還能在機房設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作用，達到并超出了設計預期的目標[14-15]，受到醫院各方的好評。

本監測系統在設計時依托了目前業已成熟的器件與技術，整體原理清晰、構造簡單、調試方便、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用前景廣泛。我們后續將進一步優化系統容災能力,克服因外部環境引起網絡中斷等導致監測系統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。