SIEMENS ESSENZA MRI冷頭故障淺析

摘要：隨著社會經濟的飛速發展，人民生活水平的不斷提高對醫療機構的服務要求也就越來越高，MRI也隨之普及起來，現在已成為醫療機構檢查治療患者的重要依據。而MRI的原理告訴我們，場強越強SNR（信噪比）越高，圖像越清晰，當前超導MRI中心磁場強度從1.5～3.0T（1T=10000Gs）甚至更高，圖像質量也更為清晰，因此超導MRI在縣級裝機呈現井噴式增長，由于超導MRI所裝備的高場強磁體為液氦制冷的超低溫超導磁體，進而對液氦的需求增加。我國是氦資源貧瘠國，嚴重依賴進口，所以對液氦的保護也就顯得愈發重要。本文中，主要介紹當冷頭停止工作時，作為醫院的設備維護者，采取必要應急措施，減少液氦揮發所造成的經濟損失。

關鍵詞：冷頭系統；故障；方法；處理

1 液氦和冷頭的作用

1908年，荷蘭萊頓大學的卡末林-昂內斯教授成功的氦氣的液化，獲得了氦的沸點溫度是4.2k。1911年，他發現汞在4.15k電阻徒降為零，這儀發現標志著人類對超導電導的研究。通過多年研究，這一發現被應用在了磁體上，從而成功的實現了高場的人工獲得。現在MRI應用這一技術，研制成超導MRI。

我們把鈮鈦合金線圈浸泡在液氦中，液氦的溫度可以使線圈產生超導效應，灌入電流，就可以得到磁場。液氦的超低沸點致使其不能長久保存在常溫環境下，所以必要的要隊液氦進行保護，首先要加入真空曾保證最小的熱交換，內層加入錫箔，最大程度的減少熱輻射，單單這些遠遠不能滿足液氦的要求，所以一個重要的部件是必須的-冷頭。冷頭帶走磁體內部多余的熱量，來保證液氦的最小揮發。大多數廠家采用4k冷頭，正常情況下能保證液氦的零揮發。

2 冷頭系統的工作原理

冷頭本質上是一套系統，有冷頭本身，氦壓縮機，以及室外水冷（或風冷）機組成。冷頭安裝在磁體頂部，24h不間斷工作，冷頭自帶一個兩級壓縮機，靠制冷劑（高純氦氣）膨脹產生冷量，傳導入磁體，冷凝已蒸發的氦氣，保證磁體液氦的零消耗。而冷頭產生的熱量由氦氣帶入氦壓縮機，氦壓縮機類似一組熱交換機，把冷頭傳送過來的熱氦氣降溫，最后把冷氦氣送入冷頭，至此一次氦氣循環已經完成[1-2]。過程就是熱交換機已經把熱氦氣的熱量傳給了水循環系統，就是前面提到的室外水冷機。過程類似于氦氣循環的過程，壓縮機產生的熱水由水循環系統，傳入到室外機，由室外機的風機活水機冷卻，最終把冷水傳入到氦氣壓縮機。至此，一個水循環結束。所以說，要想保證冷頭的正常工作，必須保證氦氣壓縮機，室外水冷機的正常工作。

3 冷頭系統工作的電氣機理

冷頭工作需要電能提供能量。整個MR系統上電之后，主電電路直接供電至壓縮機，電壓為AC380v，壓縮機工作，壓縮機自身工作之外還要內置變壓器，變壓至180vAC，然后由傳輸線路傳至冷頭，冷頭工作。冷頭內置溫度傳感器，磁體內部內置溫度傳感器，壓力傳感器，這些傳感器檢測到的各種信號傳至磁體監控系統模塊，由程序判斷狀態是否正常，中控整個冷頭系統。氦壓縮機內置溫度傳感器，檢測氦氣溫度、水溫度，溫度一旦過高，壓縮機停止工作，最終冷頭停止工作。所以壓縮機的日常維護保養至關重要。

4 冷頭失效時的后果

一旦冷頭失效，熱交換達不到平衡，會造成磁體內部液氦揮發，磁體壓力上升，最后頂開安全閥門，液氦最終揮發成氦氣排放到室外，換句話說，也就是液氦損失。由于液氦資源稀缺且價格昂貴，所以，作為醫院設備的維護者，要盡量避免這一過程發生。如果液氦損失，長期得不到關注，當液氦面持續降低，一旦達到臨界值，失超就會發生。造成更大的經濟損失。

5 冷頭停機的判斷方法

5.1如何直觀的判斷冷頭停機 冷頭究其原理，就是一個精密的壓縮機，由于工作原理特殊，在其工作過程中，會伴有類似鳥鳴的聲音。當鳥鳴聲沒有時，可基本斷定冷頭已經停止工作。

5.2如果環境嘈雜，無法用聲音辨認冷頭停機時，我們可以去設備間，打開裝有壓縮機的機柜，觀察壓縮機狀態。壓縮機一般來說總會有一個指示壓力的壓力表，當冷頭正常工作時，壓力表會在20～21bar間擺動，如果不出現擺動，也可以判斷冷頭停機。

6 冷頭停機的緊急處理方法

冷頭停機基本上可分為水路故障和電路故障兩類。

6.1水路故障 冷頭會把磁體內部的熱量帶到壓縮機，再由壓縮機和室外水冷機交換熱量，當某個環節出了問題，熱交換不能正常進行，最終的結果就是冷頭停機，處理類似的故障，可以用手感覺用于降溫的水管溫度是否發燙，如果有燙手的感覺，可以斷定熱交換環路中出了問題。出現這種問題，大多數為室外水冷機停機，此時必須檢查室外水冷機回路。如果在夏天室外溫度過高造成降溫水管回路溫度無法下降時，給室外風機降溫，可以有效。如果室外機有問題，很難使期短時間恢復，可在壓縮機入水口接入自來水，出水口接上水管連到地下排水系統，臨時為其降溫，為我們爭取寶貴的時間，防止液氦損失。

6.2電路故障 以西門子ESSENZAMRI為例，我們先直觀的認識一下大體的結構。首先，我門需要檢查主配電柜輸出電壓是否正常，如果經測量，電壓為三相380V，可確定為正常，如果缺相或電壓過低，會造成冷頭停機。其次，我們檢查F102空氣開關是否跳閘，保險是否正常，如果發現問題，做相應的處理，機器可恢復正常。最后，我們檢查壓縮機輸入電壓，是否為三相380V，如果沒有，可打開控制盒蓋子，檢查其電源來源和其開關保險是否正常，如果不正常，可更換處理，如果正常，我們必須做以下檢查。

MSUP，西門子設備磁體監控單元的簡稱，負責監控磁體壓力，溫度，等各種參數，磁體內部壓力是一個動平衡，如果壓力小，磁體內部加熱單元工作，使磁體內部壓力增大，如果壓力高，停止加熱，靠冷頭使其恢復到平衡。如果壓力過小，停止冷頭，用于保護磁體壓力。簡單的理解，MSUP是冷頭的控制端，如果工作不正常，冷頭會停機。打開機器外罩，可以看到MSUP，觀察指示燈是否正常，如果正常，可以忽略它，去檢查上述部分，如果都正常，可考慮更換冷頭。如果MSUP不正常，檢查供電，36V是否存在，同時檢查24V是否存在。去F3，F4處檢測，如果沒有，按照此圖，從上端開始，依次檢查F1，UPS，F2，AC/DC轉換開關，如查出問題，可相應更換維修。值得注意的是，UPS（不間斷電源，必須保持在開機狀態），由于UPS停機，220V無法到達變壓器，以后的故障必然會使冷頭停機。

以西門子公司的ESSENZA為例，分析了冷頭停機的故障原因和處理方法，其他機型和其他廠家的設備可參照此方法，相信可以節約時間和成本，減少不必要的損失。

參考文獻：

[1]楊正漢.磁共振成像技術指南[M].人民軍醫出版社，2007，6：1-7.

[2]王秋良.高磁場超導磁體科學[M].科學出版社，2008，1：302-369.

編輯/金昊天