MRI暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及注意事項

劉少慶

上海市衛(wèi)生建筑設(shè)計研究院有限公司

0 引言

MRI（磁共振成像，簡稱磁共振）是利用原子核在磁場內(nèi)發(fā)生共振產(chǎn)生的信號來成像，以顯示人體層面解剖和某些病理、生理變化的成像技術(shù)。MRI檢查既無電離輻射，無放射線對人體的損害，也無創(chuàng)傷，檢查時沒有任何痛苦，對人體安全，因此為越來越多的醫(yī)師和患者所認(rèn)可。近年來，MRI檢查技術(shù)在醫(yī)院影像科應(yīng)用日益廣泛，MRI已成為大中型醫(yī)院建設(shè)影像科中的必備科室。作為一名專業(yè)從事醫(yī)院暖通空調(diào)的設(shè)計人員，必須對MRI有充分的了解，致力于為MRI的運行提供合理的環(huán)境條件，滿足MRI良好運行的需要，延長設(shè)備的使用壽命，并降低設(shè)備的運行成本。本文通過對近年來醫(yī)院MRI區(qū)域暖通空調(diào)設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，希望能對從事醫(yī)院暖通空調(diào)設(shè)計的同行有所啟發(fā)及幫助。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

MRI根據(jù)磁體的形成可分為永磁型（天然磁石構(gòu)成）、常導(dǎo)型及超導(dǎo)型三種，機身磁場的容量從0.2～3T（Tesla，1T=10000高斯）[1]。常導(dǎo)型因其耗電量大目前已基本不再使用；永磁型因其重量較大，很難達(dá)到1T場強，實際應(yīng)用也較少；超導(dǎo)型磁體在超導(dǎo)狀態(tài)下，電流流過導(dǎo)體時沒有電阻損耗，磁場極為穩(wěn)定，目前應(yīng)用最為廣泛，尤其以磁場容量1.5T、3.0T超導(dǎo)型MRI應(yīng)用最多[2]。筆者近年來參與設(shè)計的基本均為這兩種磁場容量的超導(dǎo)型MRI。本文也是基于超導(dǎo)型MRI所需的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行闡述。

1.1 空調(diào)系統(tǒng)

1.1.1 房間溫濕度

整套MRI系統(tǒng)需包括磁體間（掃描間）、操作間（控制室）和設(shè)備間。參照規(guī)范及設(shè)備廠商資料，建議房間溫濕度如表1：

表1 房間溫濕度建議值

1.1.2 設(shè)備散熱量

就房間設(shè)備的散熱量而言，各個廠家的設(shè)備發(fā)熱量有較大差異，而且，隨著磁場容量的增大發(fā)熱量也越大。磁體間設(shè)備散熱量在2～4.5 kW之間，操作間設(shè)備散熱量在1～3.5 kW之間，設(shè)備間設(shè)備散熱量在12.5～22.5 kW之間。在前期與醫(yī)院建設(shè)方溝通時最好能得到院方提供的設(shè)備資料，如不能確定，建議按照散熱量較大值計算，待提供資料后調(diào)整。另外，磁體間每年有兩次檢修，此時設(shè)備散熱量也在4 kW以上，這些在空調(diào)設(shè)計時都應(yīng)予以考慮。

1.1.3 空調(diào)冷熱源

隨著MRI診斷技術(shù)在醫(yī)療中的廣泛應(yīng)用，加上MRI診斷時間較長，其工作時間較正常門診時間可能提前或延遲[2]。MRI一般多與CT、X光等放射影像科設(shè)置在一個區(qū)域，且MRI多為內(nèi)區(qū)房間，設(shè)備發(fā)熱量較大，故空調(diào)負(fù)荷變化與醫(yī)院大系統(tǒng)的負(fù)荷特性不一致。為了滿足醫(yī)護(hù)人員及病人的舒適性和醫(yī)療設(shè)備的正常運行的需要，一般需設(shè)置獨立的冷熱源。

圖1 風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)安裝示意圖

磁體間和設(shè)備間可設(shè)計合用一套或分別設(shè)計一套直接蒸發(fā)式風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，但無論合用一套系統(tǒng)還是兩個房間各自設(shè)計，為增加設(shè)備運行的穩(wěn)定性，都需考慮備用（采用雙壓縮機的空調(diào)機組或機組一用一備）。目前，磁體間和設(shè)備間的空調(diào)基本都是由MRI設(shè)備廠家一起設(shè)計施工，采用一套雙壓縮機組的風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)機組，空調(diào)機組放置在設(shè)備間內(nèi)（如圖1所示）。我們在設(shè)計時需預(yù)留該機組的用電量，約40 kW。操作間可與MRI區(qū)域所屬的等候、更衣間等區(qū)域一并采用變制冷劑流量的分體多聯(lián)空調(diào)（熱泵）系統(tǒng)。

在進(jìn)行空調(diào)設(shè)計時還需注意，設(shè)備散熱量均為顯熱量，而現(xiàn)在機組標(biāo)注的冷量均為全冷量（包括顯冷和潛冷），所以在選擇機組時需考慮一定的富余量，選擇顯冷比較大的機組，使顯冷滿足散熱量的需求。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

1.2.1 房間的新風(fēng)、排風(fēng)

MRI所屬房間的新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)按換氣次數(shù)不小于2次/h設(shè)計。如磁體間與設(shè)備間設(shè)計合用一套空調(diào)系統(tǒng)，磁體間的新風(fēng)也可送至設(shè)備間，與空調(diào)機組的回風(fēng)混合后再送至磁體間。

1.2.2 磁體間的事故通風(fēng)

超導(dǎo)型MRI為維持超導(dǎo)狀態(tài)，必須將超導(dǎo)線圈放在杜瓦罐中浸入液氦，液氦的溫度為4.7K。為減少液氦的蒸發(fā)消耗，在其外面的圓筒中還要設(shè)置液氮（77.4 K）緩沖層。為了防止氦氣及氮氣泄露到房間影響病人的安全，MRI磁體間需安裝事故通風(fēng)系統(tǒng)。事故通風(fēng)的排風(fēng)量按換氣次數(shù)不小于12次/h計算，并與2050 m3/h（設(shè)備廠商要求的排風(fēng)量）比較，取大者。事故通風(fēng)的排風(fēng)口應(yīng)裝在失超管附近的吊頂最高處。事故通風(fēng)的開關(guān)需兩路，一路安裝在磁體間內(nèi)屏蔽門旁，一路安裝在操作間操作臺旁，兩路開關(guān)均可控制事故通風(fēng)機的啟停。

永磁型MRI不需要液氦冷卻，故不需要設(shè)計事故通風(fēng)及下面的失超管。

1.2.3 磁體間的氣體滅火后通風(fēng)

磁共振設(shè)備屬于精密醫(yī)療影像診斷設(shè)備，設(shè)備價值巨大，普通噴淋滅火系統(tǒng)會對設(shè)備造成巨大損壞，故MRI磁體間需采用氣體滅火系統(tǒng)（非磁性），所以還需設(shè)計氣體滅后通風(fēng)系統(tǒng)。氣體滅火后通風(fēng)按換氣次數(shù)不小于5次/h計算，可與事故通風(fēng)合用一套系統(tǒng)。氣體滅火采用的氣體一般均較空氣重，故氣體滅火后通風(fēng)風(fēng)口需設(shè)置在房間下部,風(fēng)口下緣至地面距離不應(yīng)大于0.3 m，通過風(fēng)管上安裝的電動閥與事故通風(fēng)調(diào)節(jié)切換（如圖2所示）。因采用氣體滅火系統(tǒng)，故進(jìn)入磁體間的風(fēng)口均需加裝電動閥，確保氣體滅火時房間處于密閉狀態(tài)。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)安裝示意圖

1.2.4 失超管設(shè)計

為了確保磁體在失超時能將大量的氦氣排到室外，磁體間還需要安裝失超管。失超管的管徑應(yīng)不小于250 cm[3]，并要盡可能直的通向安全的室外。從磁體接口到室外出口的總壓降要小于117 kPa，轉(zhuǎn)彎半徑至少是直徑的1.5倍。失超管在失超的情況下最大有可能達(dá)到250 kPa的壓力，故對失超管的管材料厚度有嚴(yán)格要求，如使用鋁管，其管壁厚度不應(yīng)小于3 mm；如使用不銹鋼管，其管壁厚度不應(yīng)小于0.7 mm。另外因為失超管內(nèi)的氣體溫度最低可達(dá)到-268℃，所以失超管必須保溫，保溫層厚度不應(yīng)小于75 mm，且失超管需保持一定的坡度（內(nèi)高外低），以避免因內(nèi)外溫差可能產(chǎn)生的冷凝水順著管道流入磁體的內(nèi)部，對磁體帶來嚴(yán)重?fù)p害。失超管的室外出口因要防止雨、雪、老鼠等異物進(jìn)入，需安裝防雨百葉及防鼠網(wǎng)等，故失超管的出口面積宜為管截面的兩倍。側(cè)墻出口處的失超管出口需高出地面3.66 m，屋頂出口處的失超管出口需高出屋面0.9 m。失超管的出口距離新風(fēng)機房的新風(fēng)口至少3 m。

1.3 設(shè)計注意事項

MRI磁體間存在強大的磁場，金屬鐵離子可能影響圖像質(zhì)量，甚至影響正常的診斷，故進(jìn)入磁體間的所有通風(fēng)管道及其他配管都必須采用非磁性材料，如不銹鋼、玻璃鋼、鋁合金、聚乙烯等，而不用能一般鋼材[4]。

MRI磁體間還需要進(jìn)行射頻屏蔽，以阻止外界射頻源的干擾[5]。進(jìn)入磁體間的所有通風(fēng)管道均需安裝無磁鋁制波導(dǎo)通風(fēng)窗，保證空氣流通的同時阻止電磁波的穿越。

2 與其他各專業(yè)間的銜接配合

目前，很多設(shè)計人員認(rèn)為MRI空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計可全部交給MRI設(shè)備供應(yīng)商，事實上這種觀點是不對的。因前期一般并未確定設(shè)備廠商，所以很多專業(yè)間的配合問題還是需要暖通專業(yè)設(shè)計人員予以充分考慮：

1）與建筑專業(yè)的配合：需與建筑專業(yè)確定風(fēng)冷恒溫恒濕機組外機位置是否影響交通及整體布局。另需確定失超管外氣口位置，失超管外氣口出口周圍3 m及噴出口前方6 m范圍內(nèi)均為限制區(qū)，應(yīng)限制人員進(jìn)入該區(qū)域，如條件有限，可考慮扭轉(zhuǎn)外氣噴出口方向。

2）與電氣專業(yè)的配合：除本身設(shè)計的空調(diào)新、排風(fēng)設(shè)備、事故通風(fēng)及操作間空調(diào)等外，還需注意廠商提供的風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)機組的用電量。該機組用電量約為40 kW。

3）與給排水專業(yè)的配合：因恒溫恒濕空調(diào)機組放置在設(shè)備間，需預(yù)留一個DN20的給水管至設(shè)備間，以便提供恒溫恒濕機組加濕用水；另外還需在設(shè)備間預(yù)留一個空調(diào)地漏，供空調(diào)機組冷凝水排水使用。

只有前期考慮好這些問題，才能為MRI廠商設(shè)計施工提供更便利的條件。

3 結(jié)論

綜上，MRI暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計主要有以下工作重點：

1）MRI空調(diào)系統(tǒng)宜采用獨立冷熱源，磁體間及設(shè)備間空調(diào)采用恒溫恒濕空調(diào)機組，且需考慮設(shè)置備用機組（或采用雙壓縮機機組）。

2）MRI磁體間通風(fēng)需考慮平時排風(fēng)、事故通風(fēng)、氣體滅火后通風(fēng)及失超管設(shè)計。

3）MRI磁體間需考慮磁屏蔽及射頻屏蔽。

4）MRI區(qū)域空調(diào)設(shè)計部分仍需暖通專業(yè)設(shè)計人員配合，不宜全盤交由MRI供應(yīng)商設(shè)計施工。