超導型磁共振制冷系統的原理及預防性維護

王輝林，馬 彪，徐衛峰(白求恩國際和平醫院 放射科，河北石家莊050082)

在醫療磁共振領域，超導型核磁共振相比常導型磁共振具有掃描時間短、成像速度快、覆蓋范圍廣、功能更齊全、圖像更清晰、診斷更準確、效率更強大等諸多優點。因此得到廣泛的應用。本文就超導磁場的形成，制冷系統的原理及預防性維護作一簡要概述。

1 超導磁場的形成

超導是指某些物質在一定溫度條件下(一般為接近絕對零度即－273℃)電阻降為零的性質。人們把處于超導狀態的導體稱之為“超導體”。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻，電流流經超導體時就不發生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導線中形成強大的電流，從而產生超強磁場。超導型核磁共振使用液氦作為制冷劑，用鈮，鈦與銅的多絲復合線作為超導體。具體來說就是超導磁體的鈮鈦線圈在液氦制造的超低溫環境下，通一幾百安培的強大電流，然后將激勵磁體線圈的電流對接在超導體線圈，使之在超導體中不停流動，此時為零電阻效應，電流無任何消耗，進而形成穩定的超導磁場。

2 制冷系統的原理

超導型磁共振的制冷系統包括冷頭、氦壓縮機、水冷機組三部分。三者關系見圖1。

冷頭是制冷部件，為超導磁體提供20K、70K兩級低溫，進而為磁體中的液氦降溫，保證液氦中超導線圈所需要的溫度，以隔絕結構導熱，降低液氦的消耗。在冷頭的作用下，磁體中液氦有一個正常的壓力值，這個壓力值可以間接反映出冷頭的工作狀態。冷頭還是一個膨脹機，經過氦壓縮機壓縮的低溫高壓氦氣在這里膨脹帶走周圍的熱量。冷頭的材料主要是絲綢膠木，一、二級分別以銅網和鉛網為蓄冷材料。氦氣經過冷頭后膨脹壓力變低，變成低壓氦氣，氦壓縮機將返回的低壓氦氣，經過壓縮提升壓力，并與水冷機組提供的冷卻水換熱、經油水分離器濾油以及吸附器的進一步過濾，將低溫高壓氦氣輸送回冷頭，建立起氦氣循環過程。水冷機組中，在換熱器1，由氟利昂制冷系統帶走冷卻水的熱量，達到對水循環體統的冷卻。氟利昂系統帶走的熱量由冷凝器散發到室外。

圖1

3 制冷系統的預防性維護

醫療設備的預防性維護(Preventive Maintenance PM)是指在故障發生前就對醫療設備的性能、安全性等進行檢查維護，保證醫療設備備高效運行，防止故障發生的一種預見性維修方式。將更多的事后被動維修變成事前主動，既提高了工程技術人員主動服務于臨床的能力以及工作的計劃性和主動性，也提升了相關工程部門的管理水平和對醫療設備的保障能力，使多方受益。PM的內容主要包括:外檢查、清潔保養、更換維修、功能檢查、測試校準、安全檢查等。制冷系統作為超導型核磁共振的核心部件之一，應嚴格按照PM的標準來執行。這樣既能及時了解和掌握制冷系統的的性能狀況，確保制冷系統處于安全、最佳的工作狀態，又能減少故障次數，減少維修工作量，延長其使用壽命，降低維修成本。

3.1 外檢查。外檢查包括氦循環，水循環，氟利昂循環三個封閉循環的管路及其相連的設備的外觀情況，看三個封閉循環有無泄漏的情況發生等。它還包括觀察磁體的壓力，氦壓縮機和冷頭的工作狀態。我院兩臺磁共振分別為 GE HDXt3.0T和PHILIPS Intera 1.5T.GE HDXt3.0T制冷系統工作狀態:磁體液氦壓力為3.8－4.2psi。氦壓縮機的輸出壓力為2.0－2.2MPa.輸入壓力為0.4－0.6MPa。水冷機的溫度設定為17－20℃。PHILIPS Intera 1.5T制冷系統工作狀態:磁體液氦壓力為70－80mbar.氦壓縮機壓力為1900－2200kPa.水冷機的溫度為11－13℃。當觀察到各個系統的數值超出正常值時，說明系統存在故障。

3.2 清潔保養。定期沖洗水冷機組的室外機組散熱器，尤其是在春天楊柳絮漫天飛的時節，或者是風沙天氣時，很容易造成室外機無法散熱造成水冷機報警停機。

3.3 更換維修。冷頭和壓縮機每天不停的運行，冷頭的額定壽命一般為兩到三年，氦壓縮機中的吸附器也就一萬小時左右的壽命。冷頭中的活塞、旋轉閥都是運動部件，伴著時間不斷磨損，進而造成氣密性不嚴，制冷效率下將。如果超期使用會使填料松漏，嚴重的話會將活塞卡死在缸套中造成報廢，甚至引起失超。所以定期(2年左右)對冷頭活塞進行更換。吸附器是過濾氦氣中油污的關鍵部件，它的好壞與否關系到冷頭的正常使用壽命，因為氦氣經過壓縮機壓縮后，氦氣里的油污經過油濾過器過濾大部分，剩下的完全依靠吸附器來吸收。吸附器主要由活性炭組成，活性炭經過一定時間就會飽和而失去吸附作用，這樣油就會順著管道進入冷頭，造成活塞磨損加劇，縮短冷頭的使用壽命，因此吸附器必須定期更換。

3.4 校準記錄。磁共振的操作人員每天注意聆聽冷頭發出的聲音是否正常，如果有異常聲音或是沒有了響聲應及時報告相應的維修人員。磁共振操作人員應每天開、關機的時候記錄液氦的液位，以此來計算一段時間內液氦的揮發率。一旦出現異常快速下降的征兆，應及時通報醫學工程人員查明原因并采取應急措施。一般情況下液位降到60%左右應該加注液氦。

3.5 安全檢查。定期檢查穩壓電源柜的工作情況。由于我科磁共振未安裝UPS電源，如果發生意外停電情況，來電后應以及恢復電力并開啟水冷機組和氦壓縮機。為了防止夜間停電的情況發生，安裝停電報警裝置。

［1］馬毅.劉磊.超導型磁共振冷頭的工作原理及維護保養［J］.醫療設備信息，2006(21).

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［3］李曉強.超導磁共振低溫制冷系統的原理及維護［J］.中國醫學裝備，2009，6(4);49.

［4］黃詠文.孫聚保.1.5T超導型磁共振制冷系統的工作原理及日常維護［J］.中國醫學裝備，2007，4(7);2.