支洪生 王建軍

[摘要] 超導磁共振機是由計算機、射頻系統(tǒng)、梯度電源系統(tǒng)、自動控制部分、超導磁體以及冷卻系統(tǒng)組成。其中冷卻系統(tǒng)是超導磁共振機正常運行的重要保障，而冷頭是磁共振冷卻系統(tǒng)的重要組件。本文著重介紹冷頭的工作原理和維修。

[關(guān)鍵詞] 磁共振；超導；冷頭；壓縮機

[中圖分類號] R445.2[文獻標識碼] B[文章編號] 1673-9701（2012）32-0089-02

目前超導技術(shù)主要應用于醫(yī)學上的核磁共振成像方面，低溫制冷技術(shù)作為超導技術(shù)的重要組成部分之一，在整個超導系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，目前無論低溫超導材料還是所謂高溫超導材料仍需要在低溫下才能達到超導臨界點，一旦溫度超過臨界點材料會產(chǎn)生電阻，失去超導性，因此低溫制冷機的運行在整個超導裝置中起著至關(guān)重要的作用[1]。本文主要對超導磁共振冷頭的原理和維修進行闡述如下：

1冷頭的種類

醫(yī)用MRI設備的核心部件是一個高磁場強度的低溫超導磁體，超導線圈浸泡在4K（-269℃）左右的液氦之中，以實現(xiàn)超導。MRI用低溫制冷機從溫區(qū)上分為4K制冷機與10K制冷機兩種，其中4K制冷機因為可以將磁體蒸發(fā)出來的氦氣全部液化，從而實現(xiàn)磁體液氦的零消耗，正在成為MRI使用的主流低溫制冷機。

2 冷頭的構(gòu)造和原理

GM型低溫制冷機是由W.E.Gifford與H.O.McMahon于1959年發(fā)明，目前世界上95%以上的MRI均配備了GM型低溫制冷機。GM低溫制冷機系統(tǒng)由膨脹機（冷頭）、氣體發(fā)生器（氦氣壓縮機組）、連接管道組成，關(guān)鍵部件是膨脹機，其由閥組配氣系統(tǒng)、汽缸、高效低溫蓄冷器、排出器、冷端換熱器、熱端換熱器組成。其產(chǎn)生冷量的基本過程是高壓氣體在汽缸中換熱、膨脹制冷、與蓄冷器換熱儲存冷量、輸出冷量。目前世界上采用的蓄冷材料主要是一系列磁性蓄冷材料[2]。

我院核磁為西門子avanto1.5T MRI，配置了日本住友生產(chǎn)的低溫制冷機RDK408L2，該機為GM型兩級4.2K冷頭，最低制冷溫度達到3.1K，在4.2K溫度下可以輸出1瓦的冷量。磁體蒸發(fā)出的氦氣被引入再冷凝器重新液化，實現(xiàn)了MRI磁體液氦的零消耗。圖1為該制冷機的外觀。MRI低溫系統(tǒng)由冷水機、氦壓縮機組（型號：CSW-71）、冷頭及聯(lián)接管路組成。在設備運行中應密切關(guān)注各個組件的運行狀態(tài)，并做好日常記錄，出現(xiàn)故障應及時維修，否則會導致磁體溫度壓力上升，液氦大量揮發(fā)，成像出現(xiàn)偽影，甚至不能成像，最嚴重的情況是磁體失超給醫(yī)院造成巨大的經(jīng)濟損失。

3 故障及維修實例

3.1 故障原因

我院核磁室報修冷頭故障顯示，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)冷頭停止運行，氦壓縮機液晶屏顯示故障：Helium temp.err復位后冷頭可以正常運行，但運行半小時左右冷頭再次停機，報相同故障。反復幾次均是同樣現(xiàn)象，用手摸壓縮機組外殼發(fā)現(xiàn)外殼溫度很高，接近60℃。冷水機水溫11℃，正常。打開壓縮機組機殼發(fā)現(xiàn)機殼底部有大量油跡，仔細檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機底部一直徑6mm銅管接頭處松動滴油，用扳手擰緊后不再漏油。觀察壓縮機油鏡無法看到油面，判斷造成壓縮機排氣溫度過高的原因是由于氦壓縮機潤滑油泄漏造成的，因此必須加注潤滑油[3]。

3.2 故障維修過程

①潤滑油型號的選擇由于氦氣的絕熱指數(shù)遠高于氟利昂，導致氦壓縮機運行時的溫度接近120℃，普通的制冷壓縮機油在這種工況下長期運行會失去必要的粘度甚至分解失效，經(jīng)與潤滑油廠家討論我們選擇了一種合成機油，該潤滑油在200℃的高溫下具有良好的穩(wěn)定性，在150℃條件下可長期使用。

②解決潤滑油中易揮發(fā)雜質(zhì)的問題由于冷頭的工作溫度為-269℃，任何除了氦以外的物質(zhì)都會在冷頭的蓄冷器中固化，堵塞微小換熱通道造成冷頭制冷效率的大幅下降。因此氦壓縮機提供給冷頭的氦氣純度需要達到99.999%以上，而潤滑油由于生產(chǎn)與儲運過程中必然會存在一些雜質(zhì)，如何去除這些雜質(zhì)是保證氦壓縮機正常運行的關(guān)鍵因素。我們將潤滑油裝在一個密閉金屬容器中，利用沸水浴的方法將潤滑油加熱到100攝氏度并保持此溫度3 h，同時利用真空泵抽走易揮發(fā)的雜質(zhì)，基本保證得到“純凈”的潤滑油而不會對系統(tǒng)造成污染[4]。

③將處理好的潤滑油加入壓縮機 由于氦壓縮機充有16bar的高純氦氣，為不使冷頭受到污染，我們將處理好的金屬容器中充入了18bar的高純氦氣，利用壓力差將容器中的潤滑油壓入氦壓縮機，充注的同時密切觀察壓縮機油鏡，當油面剛剛超過油鏡時立刻關(guān)閉閥門，停止加油，以防止注油過多影響壓縮機效率[5]。

4 冷頭的維護和保養(yǎng)中的注意事項

通過上述維修過程，我們開機試運行，冷頭一切正常，磁體壓力5 h后恢復正常，目前該冷頭已正常使用，未再出現(xiàn)過故障。我們認為對冷頭的維護和保養(yǎng)應注意：值班人員應每天記錄液氦面值，如發(fā)現(xiàn)有上升趨勢及時采取措施。注意監(jiān)聽冷頭工作鳴音，密切觀察氦壓機的壓力值以及冷水機的工作狀態(tài)，做好冷水機組室外機的清潔工作?；钊╠isplacer）是制冷的關(guān)鍵部件，活塞長年以2Hz的頻率在缸筒內(nèi)往復運動造成氣密不嚴、制冷效率下降。更換冷頭活塞需要將冷頭停機，更換活塞后應對冷頭內(nèi)部進行純化，使系統(tǒng)內(nèi)充滿相應壓力的高純度氦氣。另外，吸附器應定期更換，有利于延長冷頭的使用壽命。吸附器的主要成分是活性炭，一定時間后會飽和，失去吸附作用會跟隨氦氣污染管道，進入冷頭中凍結(jié)，造成活塞急劇磨損[6]。

綜上，預防冷頭故障的發(fā)生需要廣大工作人員精心的維護與保養(yǎng)，詳細記錄故障的現(xiàn)象，通過分析判斷故障發(fā)生的原因進行排除等，同時要掌握其作用的基本理論及基礎(chǔ)知識，熟悉冷頭的結(jié)構(gòu)、性能及常用的技術(shù)指標，才能提高設備運轉(zhuǎn)的效率，減少故障的發(fā)生。因此，要求我們應定期進行檢查和保養(yǎng)，而絕不能在發(fā)生故障后再進行檢修。本文中，我們通過本院的技術(shù)迅速而及時地解決了MRI冷頭出現(xiàn)的故障，為醫(yī)院節(jié)省了大量的費用。

[參考文獻]

[1]陳國邦. 最新低溫制冷技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)部出版社，1994：29-30.

[2]劉毅，陳懷亮. 超導磁共振機維護與保養(yǎng)的體會[J]. 醫(yī)療裝備，2003，7：37-38.

[3]唐慶順. 超導核磁的冷頭壓縮機故障維修[J]. 醫(yī)療設備信息，2002，17（12）：55.

[4]張方林，黃曉明，郭正奎. GE SIGNA 0.5T MR冷頭系統(tǒng)故障分析[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2004，25（1）：71-72.

[5]賀長安，楊軍，賈琳，等. E1.5T磁共振機冷頭的相關(guān)故障[J]. 實用放射學雜志，2005，21（5）：553-554.

[6]馬毅，劉騰，史磊. 超導型磁共振冷頭的工作原理及維護保養(yǎng)[J]. 醫(yī)療設備信息，2006，21（6）：96-97.

（收稿日期：2012-05-02）