0 引 言

      磁共振設(shè)備是醫(yī)院影像檢查的重要設(shè)備,雖然成本很高,但因其圖像質(zhì)量好,對(duì)人體無(wú)傷害而在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中被廣泛使用.不僅三級(jí)醫(yī)院完全普及磁共振,而且許多二級(jí)醫(yī)院都有配置.目前,磁共振設(shè)備及應(yīng)用已成為醫(yī)院設(shè)備技術(shù)水平和診斷水平的一種衡量指標(biāo).由于磁共振設(shè)備易發(fā)生的故障是制冷系統(tǒng)故障,所以了解磁共振制冷系統(tǒng)的維護(hù)對(duì)設(shè)備的正常工作和降低使用成本有積極的意義.

      1 磁共振設(shè)備制冷系統(tǒng)常見(jiàn)故障及維護(hù)

      1.1 磁共振原理

      醫(yī)學(xué)磁共振分為常溫永磁性和超導(dǎo)磁共振2種.為了獲得高質(zhì)量的圖像,磁共振必須具有一定高的場(chǎng)強(qiáng),由于超導(dǎo)磁體具有場(chǎng)強(qiáng)高、磁場(chǎng)穩(wěn)定均勻不受外界溫度影響及在緊急情況下可通過(guò)人為失超的辦法將磁場(chǎng)關(guān)閉的優(yōu)點(diǎn),因此超導(dǎo)磁體在磁共振中占據(jù)了主導(dǎo)地位[1].超導(dǎo)磁共振機(jī)裝置(MagneticResonance Imaging,MRI)由電子計(jì)算機(jī)、射頻系統(tǒng)、梯度電源系統(tǒng)、自動(dòng)控制部分、超導(dǎo)磁體及冷卻系統(tǒng)等組成,是現(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[2].超導(dǎo)磁體是磁共振的主要構(gòu)成部分,為了使磁體線圈處于恒定的超導(dǎo)狀態(tài),磁共振多使用低溫超導(dǎo)磁體技術(shù).超導(dǎo)磁共振機(jī)使用液氦為制冷劑,因?yàn)橐汉な且阎悬c(diǎn)最低的物質(zhì),其沸點(diǎn)為4.2 K,接近絕對(duì)零度的低溫態(tài)液氦能使金屬線圈維持超導(dǎo),電阻值接近于零,這樣就可以產(chǎn)生足夠大的電流強(qiáng)度而形成電磁場(chǎng).

      1.2 磁共振制冷系統(tǒng)常見(jiàn)故障

      磁共振維持超導(dǎo)和制冷的裝置主要是由冷頭、氦壓縮機(jī)、水冷機(jī)及相互連接的絕熱軟管線組成,均要求24 h不間斷地工作.冷頭的主要任務(wù)是制造冷量,并把冷量傳遞到保溫層,而保溫層內(nèi)部的液氦層則可以利用保溫層和外界環(huán)境隔絕,降低液氦的熱揮發(fā).冷頭一般有2個(gè)冷屏,通過(guò)兩極缸套端面的銦墊圈將冷量傳輸?shù)竭@2個(gè)冷屏上,并提供4KP42K兩級(jí)低溫,而冷頭在制冷過(guò)程中產(chǎn)生的熱能則通過(guò)和氦壓縮機(jī)相連的連接管傳給氦壓縮機(jī),而壓縮機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量和冷頭帶回的熱量都靠水冷機(jī)來(lái)降溫.冷頭由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)閥、配電盤(pán)、活塞和氣缸組成,通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)閥在配氣盤(pán)上旋轉(zhuǎn)來(lái)控制活塞壓縮和氣體膨脹,從而形成高壓氣體腔和低壓氣體腔的交替循環(huán).旋轉(zhuǎn)閥在配氣盤(pán)上旋轉(zhuǎn)的聲音,也是常說(shuō)的冷頭聲音.通過(guò)聲音的改變也能初步判斷冷頭的工作狀態(tài),如較正常聲音低,則說(shuō)明冷頭功率可能降低,需要及時(shí)更換冷頭;如正常聲音中夾雜了其他聲音,則有可能冷頭壓力過(guò)高,出現(xiàn)溢壓保護(hù);如沒(méi)有出現(xiàn)冷頭聲,則表示冷頭停止工作,液氦會(huì)迅速損失,則必須馬上查明原因,恢復(fù)冷頭工作狀態(tài).雖然磁體采用多層真空絕熱結(jié)構(gòu),但由于結(jié)構(gòu)支撐和空間分布等原因,不能阻止熱傳遞和熱輻射,液氦會(huì)因吸收熱量而蒸發(fā).正常情況下,冷頭和氦壓縮機(jī)共同組成二級(jí)膨脹機(jī)系統(tǒng)來(lái)維持磁體的低溫,抑制液氦的熱揮發(fā).

      通常,磁共振制冷系統(tǒng)的故障主要出現(xiàn)在冷頭的運(yùn)轉(zhuǎn)上.在冷頭處氦氣迅速膨脹帶來(lái)的低溫是冷量的根本來(lái)源.當(dāng)冷頭停止工作時(shí),磁體的溫度會(huì)迅速上升,液氦揮發(fā)量增加,液態(tài)與體態(tài)的體積比為699,因此當(dāng)磁體空間容量不足時(shí),氦氣就會(huì)損失,更嚴(yán)重的是發(fā)生失超現(xiàn)象,導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失.冷頭停止工作是由于壓縮機(jī)停電造成的,此時(shí)不能聽(tīng)見(jiàn)冷頭工作的節(jié)律聲.冷頭的溫度上升,2個(gè)冷屏的溫度也分別上升,其上升幅度略超過(guò)冷頭.在冷頭停止工作后,液氦隨著受熱蒸發(fā),壓力增高.當(dāng)液氦壓力達(dá)5.5 PSI時(shí),2個(gè)冷屏溫度分別上升141 K和115K,冷頭的溫度也從正常值4 K上升到103 K,此時(shí)的輻射漏熱會(huì)導(dǎo)致液氦的迅速揮發(fā),所以需要及時(shí)恢復(fù)供電以解決這類問(wèn)題.在正常恢復(fù)供電后,還需密切關(guān)注設(shè)備運(yùn)行情況.剛恢復(fù)供電時(shí)冷頭壓縮機(jī)的壓力常高于正常值0.01 mPa,冷頭和冷屏的溫度都高于正常值,在這種情況下建議暫不進(jìn)行工作,因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行后,隨著梯度放大線圈的運(yùn)作,磁體會(huì)進(jìn)一步升溫,液氦蒸發(fā)量會(huì)增加,極有可能導(dǎo)致失超.所謂失超就是超導(dǎo)體因某種原因突然失去超導(dǎo)特性而進(jìn)入正常態(tài)的過(guò)程.超導(dǎo)體是在極高的電流密度下工作的,又處于超低溫環(huán)境,因此,同一般系統(tǒng)的穩(wěn)定性和機(jī)械應(yīng)力一樣,失超永遠(yuǎn)是超導(dǎo)磁體的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題[3].在冷頭壓縮機(jī)重新工作1.5 h后,此時(shí)冷頭的溫度降到正常值4 K,冷屏的溫度也降到正常值,冷頭壓縮機(jī)的壓力恢復(fù)正常,盡管此時(shí)液氦的壓力還比較高,但做檢查還是比較安全的.當(dāng)然,要液氦壓力完全恢復(fù)到正常值(3.9~4.0 PSI),依賴?yán)漕^的工作效率和液氦的蒸發(fā)量,有時(shí)可能需要幾天的時(shí)間,而在液氦壓力超過(guò)5 PSI時(shí),設(shè)備中的溢氣閥就會(huì)放氣,將導(dǎo)致液氦的損失.

      冷頭壓縮機(jī)停機(jī)主要是醫(yī)院電源故障和水冷機(jī)故障造成的.水冷機(jī)是頻繁起停的大功率部件,但易受外界的干擾,如打雷或其他大功率設(shè)備的使用都易造成水冷機(jī)工作異常.由于水冷機(jī)負(fù)責(zé)氦壓縮機(jī)制冷,其故障會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)因熱保護(hù)而停機(jī),并影響冷頭工作,所以日常的設(shè)備檢查和記錄是必需的.氦壓縮機(jī)的正常運(yùn)作是保障系統(tǒng)制冷的關(guān)鍵.氦壓縮機(jī)通過(guò)2根絕熱管和冷頭相連,一根接受冷頭產(chǎn)生的低壓高溫氦氣,一根為冷頭輸入高壓壓縮氦氣,通過(guò)不間斷的氦氣循環(huán),為磁共振磁體冷屏提供冷量,以減少液氦的揮發(fā)[4].氦氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑、密封和冷卻都會(huì)使用油.當(dāng)壓縮機(jī)將氦氣由低壓壓縮到高壓時(shí),這樣的氦氣溫度非常高,因此氦氣會(huì)被輸往壓縮機(jī),進(jìn)行熱交換使氦氣溫度降低,同時(shí)氦氣壓縮機(jī)帶出來(lái)的油霧也會(huì)隨著溫度降低而變成小油滴,氦氣經(jīng)過(guò)熱交換后再連續(xù)通過(guò)2個(gè)油套,從而更多的油分離出,然后氦氣再通過(guò)毛細(xì)管道輸回到壓縮機(jī)中.經(jīng)過(guò)2個(gè)油套后的氦氣中仍會(huì)含有少量的油氣,當(dāng)這些雜質(zhì)進(jìn)入冷頭后就會(huì)凝固,導(dǎo)致活塞急劇磨損,所以在油套后安裝了油濾吸附器.吸附器主要成份為活性碳,一般油濾吸附器吸附量比較大,但為了防止油濾吸附量飽和,保證液氦氣的純度,一般2年左右需更換一次油濾,油濾更換后冷頭制冷效率明顯提高了.冷頭由于需要24 h不間斷地工作,活塞和氣缸的長(zhǎng)期摩擦?xí)?dǎo)致氣密性減低,功效減弱,制冷量下降,從而冷頭不能有效地控制液氦的蒸發(fā).若液氦消耗增加,說(shuō)明在磁體冷卻系統(tǒng)中有氦氣泄漏[5].管網(wǎng)系統(tǒng)的故障則比較隱蔽.如氦壓縮機(jī)和冷頭相連的絕熱管子,分為高壓和低壓管,外面有金屬層包裹,管子內(nèi)預(yù)充一定壓力的液氦.管子長(zhǎng)期使用后,由于金屬的銹蝕和自身的硬化,可能會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象.在冷頭壓縮機(jī)的壓力表上,可觀察到mPa值低于正常值0.05以上,導(dǎo)致氦壓縮機(jī)功率不足,影響冷頭的制冷量,制冷效率降低.而液氦熱揮發(fā)使氣體壓力增大,當(dāng)液氦壓力超過(guò)5 PSI時(shí),氦氣突破磁體的溢出閥保護(hù)后釋放到空氣中,避免了磁體因液氦沸騰而失超,但也造成液氦的損失.

      1.3 磁共振制冷系統(tǒng)的維護(hù)

      為了維持磁共振制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需要定期更換冷頭、冷頭壓縮機(jī)的油濾這類功能性部件,同時(shí),要密切觀察冷頭的運(yùn)行狀態(tài),日常記錄液氦水平及磁體的液氦壓力值.一旦發(fā)現(xiàn)異常必須及時(shí)處置,從而減少或避免液氦的損失,降低使用成本,提高設(shè)備的維護(hù)水平.

      2 結(jié) 語(yǔ)

      只有磁共振制冷系統(tǒng)正常工作,才能保證梯度線圈處于超導(dǎo)狀態(tài),所以磁共振制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)決定磁共振機(jī)能否正常使用.工作人員需要掌握并了解磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理和工作流程,特別是在制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)正確的處理方法,才能在制冷系統(tǒng)失效時(shí)能迅速有效地解決問(wèn)題,讓設(shè)備恢復(fù)正常工作,這不僅能減少因溫度變化造成的液氦損失,而且能保證醫(yī)院設(shè)備的開(kāi)機(jī)率,不影響病人的檢查.因此,磁共振制冷系統(tǒng)的維護(hù)好壞,與醫(yī)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益密切相關(guān).醫(yī)務(wù)人員在工作中要注意其細(xì)節(jié)變化,早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,早處置問(wèn)題,盡量保證磁共振設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn).

      參考文獻(xiàn):

      [1]萬(wàn)華軍,黃政權(quán).Siemens Symphony MRI維護(hù)及故障排除[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2008,29(2):116.

      [2]李曉強(qiáng).超導(dǎo)磁共振低溫制冷系統(tǒng)的原理及維護(hù)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2009,6(4):49-50.

      [3]趙喜平,鄭崇勛,趙海濤.超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)中的低溫技術(shù)[EBPOL].[2012-01-01].http:PPmd.tech-ex.comPht-mlP2012Particle 0101P1750b.html.

      [4]唐慶順.超導(dǎo)型核磁共振關(guān)鍵設(shè)備--冷水機(jī)組與BCC氦氣壓縮機(jī)的工作原理與維修[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù),1994,14(6):378-380.

      [5]梁力,張鎖旺,孫少杰.MRI氦氣泄漏的檢測(cè)[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2001,12(1):54.

      作者簡(jiǎn)介:歐陽(yáng)宇(1968--),男,工程師,從事醫(yī)用設(shè)備維護(hù)工作.