磁共振成像系統軟硬件故障維修兩例

哈爾濱醫科大學附屬第四醫院 醫學工程科，黑龍江 哈爾濱 150000

引言

醫用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系統作為先進的大型醫療診斷設備，已廣泛應用于大、中型醫院[1]。而且，MRI系統廣泛應用于醫學診斷，例如肌肉骨骼肌疾病[2]、腎臟疾病[3]等。MRI系統的組成主要由兩部分組成——硬件和軟件，任何一個組成部分出現故障，均會對整體系統構成嚴重威脅，造成設備宕機[4]。本文分別列舉了MRI硬件和軟件的典型故障，并提出故障維修方法。

1 MRI冷卻系統工作原理

MRI與DR和CT不同，它的最大優點是患者不必暴露于電離輻射中，MRI是通過使用非常強的磁場和無線電波，這些磁場和無線電波與組織中的質子相互作用，產生一個信號，然后經過處理，形成人體圖像[5]。在這一過程中強大的磁場是由超導型磁體在超導環境中為超導線圈通電流產生的[6]。在理想狀態下，磁場一旦建立，只要維持超導線圈的超低溫環境，強磁場就長期存在了。因此，超低溫環境的營造至關重要，維持超導磁體超導狀態所用的制冷劑是液氦[7]。在MRI系統中，一個良好的、穩定的冷卻系統，不僅是超導環境存在的重要保證，也可以大大降低液氦的揮發，降低設備的運行成本[8]。

MRI冷卻系統主要由水冷機組、氦氣壓縮機和磁體冷頭組成，水冷機組可以產生冷水，幫助氦氣壓縮機冷卻磁體冷頭。水冷機組的工作原理圖，見圖1。

圖1 水冷機組工作原理圖

由圖1可知，水冷機組即為一個制冷循環。30℃的水流入水冷機組，經過降溫，8℃的水進入氦氣壓縮機，幫助壓縮機進行磁體冷頭的冷卻，通過熱交換以后，水的溫度達到30℃以上，將再次流入水冷機組進行冷卻[9-10]。

此MRI系統采用F-70型號氦氣壓縮機（美國住友低溫技術有限公司），氦氣壓縮機的運行原理，見圖2。

壓縮機不斷地從氦氣return回路中吸取低壓氦氣，對氦氣進行壓縮、制冷、清潔，然后將氦氣輸送系統supply回路中供給冷頭。當氦氣離開壓縮艙時，必須將氣體所含有熱量和壓縮機潤滑油去掉。因此，熱氣體及其夾帶的潤滑油從壓縮艙流出后，要先通過散裝油分離器，再流經三回路中的一個回路——水冷機組，并再此處進行冷卻。最終，氣體通過油分離器和吸附器來去除油和水分。油從氣體中分離有三個階段：第一階段通過重力，此階段進行水，油，氣的初分；第二階段通過油分離器，油分離器可以有效的將氣體中的油霧分離并收集起來；第三階段即吸附器吸附，此階段可以將氣體中殘留的油霧徹底清除。至此，從冷頭返回的低壓、高溫、污染的氦氣已轉化為高壓、低溫、純凈的氦氣。

圖2 氦氣壓縮機工作原理圖

高壓氦氣從吸附器通過氣體管道流到冷頭，通過系統氣體回流管，低壓氣體從冷頭上流入壓縮機。一條包含內部安全閥的氣體管線將高壓管線連接到低壓管線。當系統氣體管路沒有連接到壓縮機時，安全閥將打開，以防止電機過載。

油分離器收集到的油通過毛細管和孔流回壓縮倉。整個系統的氣體壓差是一個移動的力，限制的大小限制了氣體通過的數量。吸附器中收集到的少量油仍然存在，只有通過更換吸附器才能去除。在返回到壓縮艙之前，在散油分離器中分離出的油通過熱交換器進行冷卻。然后將其注入到壓縮艙的低壓側，以吸附熱量并潤滑壓縮艙。

2 故障實例

2.1 硬件故障

2.1.1 故障現象

連續幾天，開機時壓縮機停止工作，并報錯“water flow err”和“Helium temp err”，重新開啟壓縮機后，報錯消失，設備可以正常工作，第二天故障依舊。

2.1.2 故障分析與解決

當故障發生后，首先考慮是制冷不夠，檢查水冷機，發現水冷機正在工作，循環水流未中斷。考慮到如果水冷機內各個水路水流流量過小，也可能造成水流不能有效降溫，溫度長時間處于較高狀態，于是對各路水流進行檢測，發現水路流量及壓力均在正常范圍內，符合廠家標準（冷水柜內有明確標準范圍提示），排除水路水流問題引起此故障發生的可能性。

故障現象表現為壓縮機停止工作，這一現象的發生必然會導致磁體溫度與壓力升高，查看設備工作日志，發現從23:31開始設備磁體的溫度逐漸升高，基本可以確定設備故障的發生是在此刻開始的。第二天發現壓縮機已經停止工作，水冷機也處于斷電狀態，經檢測發現，水冷機的三項電壓均為418 V，說明設備供電系統正常。嘗試重新開啟水冷機，相序保護繼電器指示燈閃爍一下，啟動失敗，相序保護器實物圖，見圖3。

為了避免磁共振系統長時間停機，將水冷機的分水盤換成自來水循環，并且對壓縮機進行了重啟，設備恢復正常。根據操作人員的反饋，每天開機后，重啟水冷機是正常工作的，持續觀察水冷機是否會自動重啟，幾小時后，水冷機自動供電，并恢復正常工作。將自來水循環切換成內部循環，重新啟動設備，設備恢復正常工作。

由以上分析可知，磁共振壓縮機停機的原因是水冷機自動停止工作造成的。使用時開啟水冷機，由于壓縮機的自動保護機制，在水流恢復后，壓縮機不會自動開啟，導致了每天故障現象的發生。而造成水冷機自動停機的可能性很多，根據以往經驗可知，最大的可能性是相序保護器發生故障造成的。更換新的相序保護器，當晚水冷機并未停機，早晨設備開機后未出現報警，觀察幾天后，未再次發生壓縮機停機現象，故障解決。

經過逐步分析發現，夜間水冷機自動停止又自動開啟是造成次日壓縮機停機的原因，而水冷機本身白天是正常的，設備白天的工作電壓是403 V，晚上大部分設備停機后供電電壓達到417 V，晚上電壓比白天稍高，晚上水冷機停機極大可能是因為舊的相序保護器在電壓稍高時不能正常工作[11]，所以在更換新的相序保護器后故障不會再發生。

2.2 軟件故障

2.2.1 故障現象

系統無法Ready，并且報“RM download failed”錯誤。

2.2.2 故障分析與解決

當故障發生以后，對系統進行檢測，發現系統Ping mr00通訊失敗，Rm board和HUB的物理連接正常（HUB正常），同時，MRI系統主機和PCVAP、engine通訊均正常。同時磁共振系統反應速度明顯不對，非常卡頓，不排除有系統中毒的可能性。

考慮到近期PACS系統維護升級，并且在連接PACS系統后核磁主機和核磁室報告工作站相繼出現藍屏問題，經咨詢PACS系統工程師，告知PACS服務器可能存在病毒，正在處理病毒。初步判斷是系統中毒，務必首先斷開核磁主機和醫院通訊的網線，由于該系統版本過低，無法安裝相關補丁。

只能通過修改注冊表，封堵445端口，已經封堵完成的截圖，見圖4。445端口封堵以后，重新啟動MRI系統，故障現象依舊，主機卡頓和RM仍通訊異常。進入root用戶，安裝殺毒軟件進行病毒查殺，殺毒軟件沒有查殺出任何病毒，同時在服務器上也沒有查殺出任何病毒，因此猜測這是一個隱藏很深的病毒。

圖3 相序保護器實物圖

圖4 445端口已封堵

由于封堵445端口、病毒查殺均無效，并且根據故障現象推測是windows系統存在問題，windows系統如果存在異常，則初始化安裝時無法奏效的。因此，只能嘗試使用Acronis軟件來進行系統盤的還原，鑒于在核磁主機的D盤有一份Acronis的備份，所以將使用該備份進行系統還原。

首先將PAS進行了備份，接著按照軟件手冊的方法對系統參數、license進行備份，根據以往經驗可知，系統參數的備份不包含核磁主機對外通訊的網口的IP信息，最好在還原系統前將該IP拍照留存，這樣便于節約向信息科索要相關IP信息的時間。

使用U盤去引導Acronis，進入BIOS，修改啟動項，首先選擇“BOOT”選項卡，接著選擇“Boot Device priority”進入啟動項列表，選中自己的U盤，按“shift和+”去修改啟動順序，將U盤更改為第一啟動項。使用Acronis成功還原系統，見圖5。

圖5 系統還原過程圖

重新啟動MRI系統，進入root，按照軟件手冊的方法還原系統參數和License。再次重啟系統，由于核磁主機Study number與enginePC不相同，重啟過程中系統提示Study number的錯誤，并且會提示系統發生錯誤建議關機，選擇Cancel。系統啟動后先打開“csh.exe”窗口，運行“pdbhedit”命令去同步Study number，待pdbhedit執行完成后再輸入“pdbck”，系統會自動檢查Database中的錯誤。以上兩個命令輸入完成后，系統正常Ready。還原完成后，主機和RM的通訊恢復正常。

按照之前留存的IP地址信息，手動恢復設備對外的IP地址信息。封堵445端口，再次使用Acronis備份系統，在設備D盤留存一份。經PACS系統工程師確認病毒也已經清除，恢復核磁主機的對外連接，確認主機和相機、PACS通訊正常。

3 總結

在MRI系統中，氦氣壓縮機與冷頭一起配合工作為磁體降溫，是保證液氦液位保持穩定的先決條件[12]，熟悉了解壓縮機的工作原理及故障報錯誤信息十分必要。磁共振設備內部任何微小元器件的損壞都有可能導致設備的宕機[13]，設備使用者和醫院工程師應該隨時觀察設備的運行情況，注意各配件的使用壽命。

MRI設備的維護不同于一般小型醫療設備，它嚴格要求定期檢查和保養，同時必須堅持做好每日運行記錄，才能保證制冷系統與數據傳輸系統發生故障后能及時發現和處理[14-15]。在平時的日常維護中，應做好總結工作。

大部分的工程師對設備的維修集中在硬件維修中，但隨著醫院信息化進程的不斷推進，由于軟件問題引發的故障也越來越多，一般當設備發生軟件故障時，工程師需及時聯系信息科等相關部門配合解決，不要延誤整個維修進程。醫院臨床工程師也應該與時俱進，加強學習，對設備軟件故障熟悉并準確定位，不僅做到自己會解決，還應該做到用更優的方式解決。在對大型醫療設備的硬件進行定期維護的同時，注意軟件的及時更新，降低大型醫療設備故障發生率，延長其使用壽命，為醫院節約成本，為患者提供優質服務。