GE Signa EXCITE HD 1.5T磁共振成像系統(tǒng)的冷頭故障維修一例

王毅

新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 (新疆烏魯木齊 830002)

磁共振成像于1973年開始應(yīng)用于臨床檢查，可提供十分可靠的圖像資料，已成為當(dāng)今主要的醫(yī)學(xué)診斷手段。目前，我院配置的磁共振成像設(shè)備為美國GE公司生產(chǎn)的Signa EXCITE TwinSpeed 1.5T雙梯度磁共振成像設(shè)備，采用了超導(dǎo)磁體，具有導(dǎo)電性、抗磁性等基本性質(zhì)。磁共振成像設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、信號(hào)采集、圖像重建系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)和圖像顯示系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)。本研究就制冷系統(tǒng)中最為重要的組件——冷頭的工作原理、維修方法進(jìn)行分析。

1 磁共振成像設(shè)備制冷系統(tǒng)的原理

磁共振成像設(shè)備的工作原理：在主磁體系統(tǒng)中(其作用為提供使原子核定向所必需的靜磁場)，由射頻線圈發(fā)射出的RF脈沖，對(duì)被檢質(zhì)子進(jìn)行激勵(lì)，并檢測出被檢體的磁共振信號(hào)，用于發(fā)射射頻建立磁場的射頻線圈叫做發(fā)射線圈，用于檢測磁共振信號(hào)的射頻線圈叫接收線圈。梯度磁場確定其信號(hào)位置和空間編碼，然后再由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)將所測量的磁共振信號(hào)及其位置信息重建成磁共振成像。

制冷系統(tǒng)包括冷頭、壓縮機(jī)、水冷機(jī)。冷頭是制冷部件，為超導(dǎo)磁體提供20、70 K兩極低溫。冷頭是一個(gè)膨脹機(jī)，經(jīng)過壓縮的高純度氦氣在此處膨脹帶走周圍的熱量，通過兩級(jí)缸套端面的墊圈將冷量傳輸?shù)酱殴舱竦膬杉?jí)屏蔽上，以隔絕結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱。

2 故障案例

2.1 故障現(xiàn)象

磁共振成像系統(tǒng)在故障檢測過程中，要求維修人員能夠熟練掌握磁共振成像系統(tǒng)的組成，并且對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)作原理有充分的了解[1]，為確保冷頭和氦壓機(jī)的正常運(yùn)行，每天要對(duì)磁體的液氦量、磁體壓力值進(jìn)行檢查。

檢查發(fā)現(xiàn)，近1周磁體壓力逐漸升高至4.9 Psi左右(正常范圍為3.9～4.1 Psi)，該數(shù)值已經(jīng)大大超出了正常的磁體壓力值范圍，且觀察到冷頭運(yùn)行過程中發(fā)出的聲音也是異于平常 “蜂鳴聲”的一種“咔、咔”的響聲。

2.2 解決方案

維修人員應(yīng)在詳細(xì)了解各系統(tǒng)組成部件及儀器工作原理的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)?shù)臋z測方法對(duì)設(shè)備的工作進(jìn)行檢測，明確磁共振成像設(shè)備的故障，為維修奠定基礎(chǔ)[2]。通過觀察到磁體壓力上升，說明由于時(shí)間的累積，活塞不停地在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，從而使冷頭制冷率降低，部分液氦從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，體積膨脹導(dǎo)致壓力上升。當(dāng)壓力上升到泄壓閥的水平(5.25 Psi)，減壓閥為了防止氣體壓力過高引發(fā)安全隱患，從而自動(dòng)打開使液氦揮發(fā)，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，維修人員應(yīng)在壓力上升到減壓閥工作之前完成冷頭更換。

在更換的過程中，應(yīng)注意更換時(shí)間不宜超過3 h，以免液氦的大量流失，具體的規(guī)劃步驟如下。首先，關(guān)閉機(jī)器，在系統(tǒng)中選擇“shutdown”，機(jī)器關(guān)機(jī)后，在設(shè)備間關(guān)閉總電源。第二，關(guān)閉氦壓機(jī)，關(guān)閉后開始連接真空泵到冷頭的破真空接口，提供更換冷頭的條件，打破當(dāng)前的真空環(huán)境與外界打通，接著從磁體內(nèi)的Shim Leader中引出一根氦氣管通到冷頭腔體，避免外界熱空氣過多的進(jìn)入腔體造成不可逆的損失。第三，安裝冷頭架，拆卸冷頭，將加熱燈插到冷頭腔體內(nèi)，使腔體內(nèi)的溫度達(dá)到理想(250 K左右)，再安裝冷頭，安裝完畢后，應(yīng)該對(duì)冷頭內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行純化，其目的是使系統(tǒng)內(nèi)充滿相應(yīng)壓力高純度的氦氣，因?yàn)槿绻到y(tǒng)內(nèi)混有空氣，空氣中的一些成分，如水蒸氣、二氧化碳會(huì)在冷頭的超低溫環(huán)境下形成結(jié)晶凍住活動(dòng)部件，使冷頭在很短的時(shí)間內(nèi)損壞，利用真空泵抽走腔體內(nèi)的空氣，達(dá)到真空的環(huán)境，為冷頭工作提供合適的環(huán)境。最后，打開氦壓機(jī)，聽氦壓機(jī)運(yùn)行的聲音是否為正常狀態(tài)的“蜂鳴聲”。如果是，則運(yùn)轉(zhuǎn)正常，如果仍有很大的卡頓聲，則說明操作有誤，則需要檢查及重新安裝。

2.3 定期維護(hù)保養(yǎng)

要求使用科室人員每日開機(jī)進(jìn)行檢查前和關(guān)機(jī)下班時(shí)，對(duì)設(shè)備間的所有設(shè)備——梯度柜、射頻發(fā)射器、空調(diào)、UPS、水冷系統(tǒng)進(jìn)行巡視檢查，如果發(fā)現(xiàn)有設(shè)備報(bào)警或出現(xiàn)不正常的工作現(xiàn)象，立即向醫(yī)學(xué)工程中心匯報(bào)[3]。

3 小結(jié)

磁共振成像系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)受到諸多外界因素的干擾，導(dǎo)致該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響其穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致診斷可靠性較差[4]。應(yīng)注意每天記錄該系統(tǒng)的液氦量，檢查氦壓機(jī)的工作壓力，并密切注意冷頭運(yùn)行是否正常，每天保證使用完畢后正常關(guān)機(jī)。由于磁共振成像設(shè)備自帶的很多系統(tǒng)在長時(shí)間使用后，會(huì)產(chǎn)生各種垃圾文件，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行重要文件的備份，并將上述垃圾清理掉，才能更好地保證磁共振成像設(shè)備的良好運(yùn)行[5-6]。