GE 1.5T MRI低溫冷卻系統的工作原理及日常維護

溫州市中西醫結合醫院 設備科，浙江 溫州 325000

GE 1.5T MRI低溫冷卻系統的工作原理及日常維護

曹明干

溫州市中西醫結合醫院 設備科，浙江 溫州 325000

本文著重介紹GE1.5TMRI低溫冷卻系統的組成及原理、該系統各個部件的日常維護及注意事項，以達到減少液氦蒸發的目的。

低溫冷卻系統；超導磁共振；磁體監視器

0 前言

醫用磁共振成像（MRI）設備主要由磁體系統、梯度系統、射頻系統、計算機和圖像處理器系統及附屬設備等組成。這些系統之間通過控制線、數據線及接口電路連接成一個完整的成像系統。根據磁體分類方法，GE1.5T MRI屬于超導型磁體。所謂超導，是指某些金屬導體（線圈）在溫度接近絕對零度（-273℃）時，阻值接近0[1]。為了維持線圈的超低溫環境，利用低溫致冷劑液氦降溫，這是因為液氦的溫度是4.2 K，液氦的沸點是77 K，而超導線圈材料采用鈮鈦合金的多芯復合超導線，在8 K的溫度下，其阻值接近或等于0，可使線圈成為超導體，其電阻消失，電流無損耗，從而產生最大磁場。

為保持超導環境，磁體采用多層真空絕熱結構，但由于結構支撐等多種因素，漏熱不可避免，所以，液氦總會吸熱蒸發。為減少液氦蒸發，MRI一般都配有低溫冷卻系統提供冷量，從而有效控制液氦的損耗。

1 MRI低溫冷卻系統的原理

MRI低溫冷卻系統由磁體中的液氦冷屏、冷頭、氦壓縮機、水冷機和連接管線等組成。MRI低溫冷卻系統原理，見圖1。

圖1 MRI低溫冷卻系統原理圖

為有效減少致冷劑液氦揮發，超導磁體的低溫真空容器中分別設有20 K和77 K兩極冷屏。冷頭既是二級膨脹機又是制冷部件，工作時，壓縮的高壓氦氣在這里膨脹帶走周圍的熱量，并通過兩極缸套端面的墊圈將低溫高壓氦氣傳到超導磁體的兩極冷屏上，使兩極冷屏冷卻溫度不同，保持了液氦中超導線圈的環境溫度，以隔絕結構導熱，降低液氦消耗。氦壓縮機主要為冷頭提供低溫高壓氦氣。氦壓縮機中充以高純度的氦氣，并通過軟管與冷頭相連。工作時，由冷頭在制冷過程中產生的熱氦氣循環至氦壓縮機，以及氦壓縮機機械運動產生的熱量，經過氦壓縮機壓縮提升壓力，靠水冷機組提供的冷卻水來降溫，再經過濾油過程，將高壓氦氣輸送回冷頭，建立氦氣循環過程。水冷機為氦壓縮機提供一定溫度的冷卻水，使高壓氦氣得以冷卻，而熱量被水冷機的循環水帶走。通過水冷機組、氦壓縮機和冷頭不間斷的工作，源源不斷地為磁體提供冷源，使磁體得到預期的冷卻，以達到減少液氦蒸發的目的[2-3]。

2 MRI低溫冷卻系統的日常維護

冷頭、氦壓縮機與水冷機是MRI低溫冷卻系統的主要組成部分，任一環節出現故障，都會導致整個磁體低溫冷卻系統的癱瘓，從而使液氦的揮發量成倍增長。因此平常我們不僅要關注磁體內的液氦百分比及壓力，還要關注冷頭、氦壓縮機、水冷機是否正常運行。現對該系統各部件的日常維護做以下簡述[4]。

2.1 冷頭

冷頭壽命一般是2～3年。從聲音和監視器壓力來判斷冷頭是否正常運行。冷頭的聲音應有規律和節奏，發出“咔嚓，咔嚓……”剛安裝的冷頭可能發出雜音，主要是冷頭內部磨合不好，需要繼續觀察磁體壓力和冷頭在工作時發出的聲音。磁體壓力正常，冷頭壽命快到期時，冷頭發出聲音不正常，這時，應密切注意磁體壓力；冷頭在工作時沒有聲音，可能是冷頭壞了。若冷頭聲音正常，磁體壓力＞4.1磅/平方英寸（PSI），應首先檢查其他部件是否正常，若其他部件都正常，應是冷頭壽命到期。一旦冷頭壞了或壽命到期，應及時通知專業人員更換冷頭。

2.2 氦壓縮機

氦壓縮機前接冷頭，后接水冷機。冷頭是氦壓縮機的負載，氦壓縮機來控制冷頭電源，所以關閉氦壓縮機就是關閉冷頭。在停電前先關閉氦壓縮機和冷頭，并在停電后再打開氦壓縮機和冷頭，可減輕停電帶給冷頭的損傷。氦壓縮機不工作時，壓力一般為1.7～1.8 MPa，工作時，壓力是2.1～2.3 MPa，發出的聲音像小鳥的叫聲。若壓力以不易察覺的速度緩慢下降，應警覺氦氣泄漏。檢查冷頭與送氣管之間是否有漏氣點。若漏氣太嚴重，氦壓縮機的工作壓力達不到2.1 MPa，就要給氦壓縮機充氣。在充氣時，先關閉氦壓縮機，充氣至1.7 MPa，再打開氦壓縮機。氦壓縮機有一個時間計數器，時間計數器主要記錄氦壓縮機的工作時間。根據時間計數器，在磁體壓力正常且其他部件無故障的情況下，可以計算出氦壓縮機是否停機過。若磁體壓力正常但氦壓縮機突然停機，應檢查氦壓縮機與水冷機之間的水流表壓力是否正常，若不正常，說明水冷機有故障，應啟動應急方案來減輕液氦的揮發。氦壓縮機工作20000 h后，應更換濾油泵，以保證氦壓縮機正常運行。一般情況下，氦壓縮機的故障率非常低，主要是其他低溫冷卻系統的部件故障引起氦壓縮機停機或其他故障。

2.3 水冷機及連接管

水冷機采用水循環冷卻系統帶走氦壓縮機的熱量，從而達到對氦壓縮機的冷卻作用。水冷機出現故障引起氦壓縮機停機等故障，會導致液氦的揮發。水冷機是否出現故障主要通過水冷機的參數如溫度、流量、水質及壓力判斷[5-6]。

通過查看水冷機液面的水柱來判斷水流失情況。若發現液面的水柱下降，說明循環水流失，需要補充循環水。通過水冷機水溫監視器來判斷循環水的溫度。一般情況下，其溫度＜22℃屬于正常范圍。若＞22℃，可能是水冷機出現故障導致停機；若水溫監視器顯示溫度在正常范圍內，說明溫度探測器不能正常探測其溫度。若出現“E”報警，說明水冷機出現故障。水冷機與氦壓縮機的連接管出現漏液，循環水流量下降，使氦壓縮機不能完全冷卻，甚至停機，導致液氦不能完全冷卻，增加其揮發。一旦出現水冷機及連接管故障，關閉水冷機與氦壓縮機之間的連接管，啟動自來水作冷卻循環水，在一定范圍內盡量減少液氦的揮發。

2.4 磁體監視器

磁體監視器主要用來監視磁體液氦的液面與壓力，核磁共振操作人員每天必須記錄磁體參數，并根據注意事項能夠迅速判斷低溫冷卻系統是否正常運行。

2.4.1 磁體參數的正常范圍

磁體壓力范圍：3.9～4.1 PSI；磁體液氦的液面范圍：60%～100 %。

2.4.2 磁體壓力

正常情況下，磁體壓力降到3.9 PSI時，磁體開始給液氦加熱。當磁體監視器內軟硬件出現問題時，磁體壓力還未降至3.9 PSI，加熱就開始了，發現這種情況應盡快通知GE公司維修工程師。

磁體壓力突然＞4.1 PSI，甚至達到6 PSI時，記錄人員要通知維修人員，檢查磁體液氦的液面是否迅速下降及氦壓縮機、水冷機等是否有問題。問題解決后，記錄人員要經常查看磁體監視器并記錄其參數變化。若磁體壓力緩慢下降到正常范圍內，磁體液氦的液面前后應正常下降1%～2%，若沒有，說明還有其他問題需要解決。

2.4.3 磁體液氦的液面

每天液面下降速度＞1%，說明低溫冷卻系統可能有問題，需要工程師對低溫冷卻系統記錄數據，并對低溫冷卻系統各個部件進行全面檢查，看是否有漏液等現象。若磁體液氦的液面＜50%，將會使磁體處于緊急狀態，有可能導致失去超導性，則需要及時補充液氦，排除故障。

2.4.4 磁體監視器

磁體監視器出現故障，導致不能查看磁體壓力、磁體液氦的液面等數據，使得不知這些數據變化是否正常、低溫冷卻系統是否正常運行，需要對磁體監視器進行故障排除。若磁體監視器不能及時維修，通過磁體上面的壓力表來判斷磁體壓力是否正常。磁體壓力正常范圍內，液氦的揮發性不大，不斷觀察，直到磁體監視器修復。

3 結論

一個良好、穩定的低溫冷卻系統，不僅可保證超導環境的存在，而且能降低液氦的揮發、減輕磁共振運行成本。因此，定期對磁共振檢查和保養，同時必須堅持做好每日運行記錄，才能保證低溫冷卻系統發生故障后能及時發現和處理，使其正常運行，從而達到減少液氦蒸發的目的，保證磁體不失去超導性。

[1] 侯剛．1．5T超導磁共振制冷系統的工作原理及日常維護[J]．醫療裝備,2012,(2):56-57．

[2] 李曉強．超導磁共振低溫制冷系統的原理及維修[J]．中國醫學裝備,2009,(4):49-50．

[3] 黃詠文,孫聚葆．1．5T超導磁共振制冷系統的工作原理及日常維護[J]．中國醫學裝備,2007,7(4):65-66．

[4] 王曉華,岳鳳斌．GE1．5T核磁共振冷卻系統維護[J]．醫療設備信息,2006,21(7):98．

[5] 盧珠鈐．冷水機的工作原理及維護保養[J]．中國醫學裝備, 2010,(8):32-35．

[6] 王輝林,黃昌永,馬彪,等．超導核磁共振水冷系統的工作原理及維護保養[J]．中國醫療設備,2012,27(1):97-98．

Principle and Daily Maintenance of Cryogenic Cooling System of GE 1.5T MRI

CAO Ming-gan
Department of Equipment, Wenzhou Hospital of Traditional Chinese and Western Medicine, Wenzhou Zhejiang 325000, China

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.046

1674-1633(2013)05-0126-02

2012-08-09

作者郵箱：cmg_0577@sohu．com