德國(guó)西門(mén)子MAGNETOM Sola1.5T磁共振成像系統(tǒng)水冷系統(tǒng)的工作原理及故障維修

孔令箭 徐曉林 莊河市中心醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備科 （遼寧 莊河 116400）

內(nèi)容提要： 磁共振成像主要原理是將人體放置在特殊磁場(chǎng)中，并利用無(wú)線電射頻脈沖對(duì)人體內(nèi)部氫原子核進(jìn)行激發(fā)，使氫原子核共振吸收能量。在結(jié)束脈沖后，氫原子核能夠按照相應(yīng)頻率發(fā)出信號(hào)，使人體內(nèi)部形態(tài)被磁共振設(shè)備接受，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理隨后獲得圖像。西門(mén)子1.5T磁共振屬于醫(yī)院內(nèi)部最為重要的醫(yī)療設(shè)備，可以對(duì)患者全身每個(gè)部位進(jìn)行深度掃描，從而發(fā)現(xiàn)病灶。作為高端MRI產(chǎn)品，西門(mén)子1.5T磁共振圖像更為清晰，且成像速度較快，掃描范圍較大同時(shí)掃描聲音較低，降低對(duì)患者診療過(guò)程中的影響，可以進(jìn)一步縮短診斷時(shí)間，為患者后續(xù)治療奠定基礎(chǔ)。西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)作為該設(shè)備重要組成部分，直接影響到西門(mén)子1.5T磁共振的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。本次研究針對(duì)西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)的工作原理及故障維修展開(kāi)分析。

隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前醫(yī)療設(shè)備得到了升級(jí)和完善，對(duì)患者的診斷及治療起到了非常重要的輔助作用，磁共振設(shè)備發(fā)揮著非常重要的作用。核磁共振相比于其他醫(yī)療成像設(shè)備對(duì)于體內(nèi)軟組織的清晰度更高，還能夠減少使用對(duì)比劑，降低對(duì)患者的傷害。而一些只能通過(guò)對(duì)比劑提升成像清晰性的設(shè)備對(duì)于心臟及血管結(jié)構(gòu)的展示雖然較好，但是由于對(duì)人體存在一定損害也讓大部分患者減少了對(duì)其的選擇。磁共振設(shè)備在臨床中的使用主要以各個(gè)臟器、頭部及頸部為主，而針對(duì)一些中樞神經(jīng)和其他周?chē)到y(tǒng)病變的檢查也有奇效。目前，磁共振對(duì)于腫瘤和腦梗死病變的診斷效果更為顯著。

1.西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)的工作原理

西門(mén)子1.5T磁共振其水冷系統(tǒng)主要基于液氮為制冷物質(zhì)，通過(guò)液氮為超導(dǎo)線圈建立較為舒適的超導(dǎo)環(huán)境，從而維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行[1,2]。其中超導(dǎo)環(huán)境需要維持在4.2K，-269°C，所以磁共振可以借助真空將熱度隔絕，但是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)可以支撐多種因素，無(wú)法將熱度徹底隔絕，因此在這種情況下液氮會(huì)借助蒸發(fā)的形式將熱量導(dǎo)出，最后保持設(shè)備內(nèi)部仍維持在4.2K，-269°C的程度[3,4]。為了進(jìn)一步降低液氮的蒸發(fā)速度，需要在磁共振內(nèi)部設(shè)置制冷系統(tǒng)，從而加速降溫，減少液氮蒸發(fā)。本次研究以西門(mén)子1.5T磁共振為研究對(duì)象，西門(mén)子1.5T磁共振水冷機(jī)組的產(chǎn)地為意大利，而壓縮機(jī)的產(chǎn)地則為德國(guó)[5,6]。作為制冷部分，冷頭作為主要制冷環(huán)節(jié)，可以為西門(mén)子1.5T磁共振提供低溫環(huán)境，屬于膨脹機(jī)。能夠?yàn)榇殴舱裉峁?0K或77K的低溫，這對(duì)于西門(mén)子1.5T磁共振的運(yùn)行至關(guān)重要。冷頭可以通過(guò)壓縮高純度氦氣來(lái)膨脹，從而將周?chē)鸁岫葞ё?，?jīng)過(guò)壓縮之后的高純度氦氣能夠帶走大部分的熱量，借助兩級(jí)缸套斷面的線圈可以將低溫傳輸至西門(mén)子1.5T磁共振周?chē)膬杉?jí)屏蔽端，以此為主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)熱[7,8]。而冷頭的主要材料為絲綢膠木，在兩級(jí)缸套周?chē)你~丸鉛丸可以作為蓄冷填料。西門(mén)子1.5T磁共振內(nèi)部壓縮機(jī)主要通過(guò)為冷頭提供高壓氦氣為主，因?yàn)閺睦漕^所返回的氦氣會(huì)受到提升壓力，因此這時(shí)可以與水冷機(jī)組內(nèi)部的冷卻水相結(jié)合，產(chǎn)生熱交換，在這種情況下濾油過(guò)后即可將高壓氦氣輸送去冷頭，建立新型氦氣循環(huán)過(guò)程。西門(mén)子1.5T磁共振內(nèi)部的水冷機(jī)組與空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，都是借助熱交換器為壓縮機(jī)提供低溫冷水，借助冷水機(jī)組，壓縮機(jī)和冷頭在不停作業(yè)的過(guò)程中可以為磁共振持續(xù)提供能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低液氮蒸發(fā)速度的效果。

2.西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)的維護(hù)原理及院內(nèi)設(shè)備概述

2.1 西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)的維護(hù)原理

磁共振在運(yùn)行的過(guò)程中，其水冷機(jī)組、壓縮機(jī)和冷頭在持續(xù)運(yùn)行，對(duì)于這些部分的消耗較大。其中冷頭的使用壽命為1～2年，壓縮機(jī)內(nèi)部吸附器的使用壽命為1000h左右，冷頭內(nèi)部包括活塞、旋轉(zhuǎn)閥等零部件會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而磨損，需及時(shí)更換[9,10]。因此在磁共振設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，需要檢修人員觀察零部件的損耗，若零部件損耗過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)一系列故障，產(chǎn)生氣密性較差、冷卻效果下降，制冷機(jī)無(wú)法制冷等情況，嚴(yán)重影響工作效率。此外，為了避免填料松漏還應(yīng)該避免超使用期限使用，情況嚴(yán)重的話還會(huì)使活塞卡死在缸套內(nèi)部，使其徹底報(bào)廢。作為過(guò)濾氦氣的主要部分，吸附器的質(zhì)量好壞與冷頭的使用壽命有著直接聯(lián)系，其主要原因是由于壓縮機(jī)在壓縮氦氣之后其中存在一定的油霧，在油濾器過(guò)濾掉大部分之后，剩下的主要借助吸附器將其吸附出去。但吸附器飽和程度有限，無(wú)法持續(xù)吸附，一段時(shí)間后，吸附器失去作用，就會(huì)導(dǎo)致油霧跟隨氦氣進(jìn)入管道內(nèi)部，從而污染管道，進(jìn)入冷頭內(nèi)部增加活塞磨損。水冷機(jī)組循環(huán)水管也會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)使用被腐蝕，導(dǎo)致水流不暢，影響制冷效果。

2.2 本院磁共振設(shè)備概述

本院所購(gòu)入的德國(guó)西門(mén)子MAGNETOM Sola1.5T 磁共振成像系統(tǒng)（型號(hào)：MAGNETOM Sola；國(guó)械注準(zhǔn)：20203060801；注冊(cè)地址：深圳市南山區(qū)高新區(qū)高新中二道西門(mén)子磁共振園；生產(chǎn)地址：深圳市寶安區(qū)石巖街道塘頭社區(qū)駿業(yè)路江峽物流園A2棟1樓、2樓，B8棟1樓）主要包括磁體、射頻單元、梯度單元、圖像處理、計(jì)算機(jī)和制冷系統(tǒng)。不同的部分都有著其重要作用，作為非常精細(xì)的設(shè)備構(gòu)成，西門(mén)子1.5T磁共振對(duì)所處環(huán)境的要求較高，不但需要周?chē)h(huán)境濕度保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而且還需對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常精密的維護(hù)，以盡可能延長(zhǎng)西門(mén)子1.5T磁共振的使用壽命。該設(shè)備在使用9年后出現(xiàn)了一系列故障，主要包括線圈故障及磁共振外圍設(shè)備故障。其中線圈故障主要是因?yàn)樵O(shè)備的使用年限較長(zhǎng)，難免出現(xiàn)一系列小故障，內(nèi)部線路損耗較高，存在掃描成像不清晰的情況。線圈故障需要尋找專(zhuān)業(yè)維修團(tuán)隊(duì)前來(lái)維修，因此在維修作業(yè)的過(guò)程中不但會(huì)影響醫(yī)院內(nèi)部的診斷效率，也會(huì)延誤患者診斷時(shí)機(jī)。而西門(mén)子1.5T磁共振外部故障主要集中在水冷。比如室外水冷系統(tǒng)會(huì)因?yàn)閮?nèi)部主板問(wèn)題導(dǎo)致溫度升高而短路，影響磁共振運(yùn)行，甚至出現(xiàn)停機(jī)的狀況。不但延誤了患者就醫(yī)進(jìn)程，還會(huì)增加醫(yī)患矛盾，存在消極影響。因而為了更好地降低患者使用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，需要維修人員進(jìn)一步分析問(wèn)題根源才能有效維修。

3.西門(mén)子1.5T磁共振故障案例分析

3.1 水冷系統(tǒng)故障1

磁共振無(wú)法掃描患者設(shè)備報(bào)錯(cuò)“RF Power Amplifier error.Temperature of the RFPA too high.”警告顯示“Primary water temperature out of limits.”

該故障主要是因?yàn)樗疁剡^(guò)高，存在水冷故障。操作人員在對(duì)室外水冷系統(tǒng)進(jìn)行檢查后，可以看到室外水冷機(jī)上方的屏幕存在報(bào)錯(cuò)，見(jiàn)圖1。不間斷重按報(bào)警鍵就會(huì)讓小屏幕顯示相應(yīng)報(bào)錯(cuò)代碼，本次報(bào)錯(cuò)代碼為A006，隨后操作應(yīng)按照書(shū)本鍵、下翻頁(yè)、回車(chē)鍵，觀察到進(jìn)水溫度EUIN為40°C，產(chǎn)生了高溫告警。這時(shí)，操作人員應(yīng)持續(xù)不松動(dòng)按報(bào)警鍵超過(guò)5s，若報(bào)警能夠自動(dòng)消除那么則等到水溫自動(dòng)降低后可以自行啟動(dòng)，保持室外水冷機(jī)的運(yùn)行。若在持續(xù)不松動(dòng)按報(bào)警鍵5s以上無(wú)法將報(bào)警消除，那么這時(shí)需要尋找兩個(gè)壓縮機(jī)中間位置的另一個(gè)按鈕，在按下這個(gè)紅色按鈕后將按鈕復(fù)位，從而重啟壓縮機(jī)。但是重啟后幾秒壓縮機(jī)斷電，小屏幕仍顯示A006報(bào)錯(cuò)，因此這時(shí)需深入查找故障問(wèn)題。兩個(gè)壓縮機(jī)中間的按鈕在是復(fù)位按鈕，壓縮機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候，操作人員發(fā)現(xiàn)四個(gè)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)都無(wú)問(wèn)題，并使用測(cè)電筆對(duì)空氣開(kāi)關(guān)輸出進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示電壓正常，繼電器輸出電壓正常，表示壓縮機(jī)供電無(wú)故障。因此目前可知有可能是室外水冷機(jī)周?chē)嬖诖罅炕覊m導(dǎo)致無(wú)法有效接觸進(jìn)而斷電。隨后操作人員將水冷機(jī)周?chē)覊m清除，啟動(dòng)室外水冷機(jī)，水溫不斷降低，故障修復(fù)。

圖1 .室外水冷機(jī)屏幕

3.2 水冷系統(tǒng)故障2

磁共振設(shè)備無(wú)法掃描患者，顯示警告：Primary water temperature out of limits.Total flow too low.針對(duì)這個(gè)故障警告顯示內(nèi)容可知，目前水流量較低，因此操作人員需對(duì)磁共振設(shè)備內(nèi)部的流量情況進(jìn)行檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)流量計(jì)中的浮子上端保持在60，較低，與標(biāo)準(zhǔn)浮子（80～100）有一定差距。這時(shí)可以通過(guò)快速補(bǔ)水將水冷機(jī)及室內(nèi)水箱內(nèi)加滿(mǎn)水。操作人員需首先將水箱蓋子打開(kāi)，隨后打開(kāi)閥門(mén)1-2號(hào)，關(guān)閉4號(hào)閥門(mén)，打開(kāi)5號(hào)閥門(mén)，將自來(lái)水管道接通，在空氣完全從水箱內(nèi)排出后，水就會(huì)逐漸上涌，若出現(xiàn)冒泡則表示水已經(jīng)加夠，即可關(guān)閉進(jìn)水管，關(guān)閉五號(hào)閥門(mén)，將水箱蓋子蓋好，見(jiàn)圖2。

圖2 .水循環(huán)管道

這時(shí)可以觀察水冷系統(tǒng)室外水冷機(jī)的報(bào)錯(cuò)信息，信息顯示報(bào)錯(cuò)代碼為A051和A003。其中第一個(gè)報(bào)錯(cuò)代碼表示需要保養(yǎng)，這一報(bào)錯(cuò)代碼不會(huì)使設(shè)備停機(jī)無(wú)法運(yùn)行，而二號(hào)代碼則表示水流量較低。在將水流量改善為標(biāo)準(zhǔn)范圍后，需按住該按鈕保持5s以上，該報(bào)警仍沒(méi)有解除，因此需尋找其他問(wèn)題。在檢查多個(gè)部分之后，操作人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在較多灰塵，因此將其周?chē)覊m清除。而后觀察到水冷機(jī)管道斷裂，因此可以得知由于管道斷裂導(dǎo)致水冷系統(tǒng)無(wú)法降溫，出現(xiàn)了此次故障。在發(fā)現(xiàn)故障后，操作人員首先將室外水冷機(jī)關(guān)閉，使用自來(lái)水進(jìn)行循環(huán)降溫。將閥門(mén)1-2號(hào)關(guān)閉，隨后打開(kāi)4-5號(hào)，將出水管路進(jìn)行更換。將室外機(jī)開(kāi)啟，仍存在報(bào)錯(cuò)，報(bào)錯(cuò)代碼為A051和A003，判斷為主板故障。主板更換需將主板郵寄過(guò)來(lái)，時(shí)間較長(zhǎng)，為了避免磁共振設(shè)備正常運(yùn)行，需要使室外水冷機(jī)運(yùn)行。操作人員需將P1-P2使用一根導(dǎo)線短路，從而將告警屏蔽，維持室外水冷機(jī)的正常運(yùn)行，見(jiàn)圖3。

圖3 .室外水冷機(jī)內(nèi)部接線器

操作結(jié)束，室外水冷機(jī)運(yùn)行，水溫逐漸降低，西門(mén)子1.5T磁共振正常運(yùn)行。在此期間，期間，每天都需要對(duì)壓力表指數(shù)仔細(xì)記錄，假如壓力表指針不斷擺動(dòng)且指針數(shù)為0，那么則說(shuō)明室外水冷機(jī)內(nèi)部存在故障，若持續(xù)運(yùn)行則會(huì)導(dǎo)致零部件受損。接收到主板后應(yīng)及時(shí)更換，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在操作期間需要注意的問(wèn)題是，在操作P1、P2短路的時(shí)候，應(yīng)保證操作人員經(jīng)驗(yàn)豐富，避免出現(xiàn)誤差。雖然利用短路將室外水冷機(jī)運(yùn)行起來(lái)，但是仍存在一定的隱患，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，會(huì)因?yàn)闊o(wú)法監(jiān)測(cè)到報(bào)錯(cuò)導(dǎo)致溫度持續(xù)升高，這時(shí)就會(huì)存在主板燒壞的風(fēng)險(xiǎn)，造成水冷系統(tǒng)停機(jī)。

3.3 故障總結(jié)

西門(mén)子1.5T磁共振屬于各個(gè)醫(yī)院的首要診斷設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但對(duì)于患者的診斷治療有著積極影響，而且還直接關(guān)系著醫(yī)院的發(fā)展，因此該設(shè)備需定期保養(yǎng)維修，避免在正常工作中產(chǎn)生故障影響患者就醫(yī)。西門(mén)子1.5T磁共振設(shè)備的正常運(yùn)行與否對(duì)診斷病情的精確程度也有著一定影響，若西門(mén)子1.5T磁共振出現(xiàn)問(wèn)題，那么會(huì)影響患者正常就診，且故障維修至少停機(jī)一天，對(duì)于醫(yī)療效率也有著不小的降低。而且在醫(yī)療設(shè)備故障維修期間，會(huì)造成患者流失，還會(huì)出現(xiàn)醫(yī)患糾紛。

作為西門(mén)子1.5T磁共振設(shè)備的主要外部設(shè)備，室外水冷機(jī)的工作情況與磁共振的運(yùn)行有著直接聯(lián)系。文章針對(duì)兩個(gè)水冷系統(tǒng)故障展開(kāi)了介紹，并分析了兩個(gè)故障的解決方法，希望能對(duì)于相關(guān)人員起到輔助作用。高溫和低流量作為水冷系統(tǒng)的主要故障，在處理這兩個(gè)報(bào)警的時(shí)候，需要借助手動(dòng)復(fù)位報(bào)警及流量調(diào)節(jié)的方法進(jìn)行維修。上述的兩個(gè)水冷系統(tǒng)故障，為了避免因?yàn)橹靼鍝p壞延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，需要專(zhuān)業(yè)修理人員利用自身維修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行短路，從而保證室外水冷機(jī)的暫時(shí)運(yùn)行。

4.小結(jié)

綜上所述，本次研究主要針對(duì)西門(mén)子1.5T磁共振水冷系統(tǒng)工作中存在的故障展開(kāi)了分析，通過(guò)兩個(gè)不同的維修案例體現(xiàn)出為了更好地保證西門(mén)子1.5T磁共振正常運(yùn)行需要重點(diǎn)關(guān)注水冷部分，日常操作人員需注意對(duì)室外水冷機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，并重點(diǎn)檢查。其中重點(diǎn)檢查內(nèi)容分為記錄壓力、水流量、液氮量等。操作人員需關(guān)注冷頭聲音是否正常，使冷頭始終處于正常工作中。操作人員需對(duì)室外水冷機(jī)定期檢查，觀察室外水冷機(jī)周?chē)崞骷盎覊m，按時(shí)清除。觀察小屏幕狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)報(bào)警，則需及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，避免故障修理延誤造成主板損壞。觀察報(bào)警燈、進(jìn)出水溫、高低壓。對(duì)室內(nèi)氦上方過(guò)濾網(wǎng)定時(shí)清理，避免流量數(shù)值低于或超出正常范圍。