溫州市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 溫州 325000

GE 1.5T MRI低溫冷卻系統(tǒng)的工作原理及日常維護

曹明干

溫州市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 溫州 325000

本文著重介紹GE1.5TMRI低溫冷卻系統(tǒng)的組成及原理、該系統(tǒng)各個部件的日常維護及注意事項，以達到減少液氦蒸發(fā)的目的。

低溫冷卻系統(tǒng)；超導(dǎo)磁共振；磁體監(jiān)視器

0 前言

醫(yī)用磁共振成像（MRI）設(shè)備主要由磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計算機和圖像處理器系統(tǒng)及附屬設(shè)備等組成。這些系統(tǒng)之間通過控制線、數(shù)據(jù)線及接口電路連接成一個完整的成像系統(tǒng)。根據(jù)磁體分類方法，GE1.5T MRI屬于超導(dǎo)型磁體。所謂超導(dǎo)，是指某些金屬導(dǎo)體（線圈）在溫度接近絕對零度（-273℃）時，阻值接近0[1]。為了維持線圈的超低溫環(huán)境，利用低溫致冷劑液氦降溫，這是因為液氦的溫度是4.2 K，液氦的沸點是77 K，而超導(dǎo)線圈材料采用鈮鈦合金的多芯復(fù)合超導(dǎo)線，在8 K的溫度下，其阻值接近或等于0，可使線圈成為超導(dǎo)體，其電阻消失，電流無損耗，從而產(chǎn)生最大磁場。

為保持超導(dǎo)環(huán)境，磁體采用多層真空絕熱結(jié)構(gòu)，但由于結(jié)構(gòu)支撐等多種因素，漏熱不可避免，所以，液氦總會吸熱蒸發(fā)。為減少液氦蒸發(fā)，MRI一般都配有低溫冷卻系統(tǒng)提供冷量，從而有效控制液氦的損耗。

1 MRI低溫冷卻系統(tǒng)的原理

MRI低溫冷卻系統(tǒng)由磁體中的液氦冷屏、冷頭、氦壓縮機、水冷機和連接管線等組成。MRI低溫冷卻系統(tǒng)原理，見圖1。

圖1 MRI低溫冷卻系統(tǒng)原理圖

為有效減少致冷劑液氦揮發(fā)，超導(dǎo)磁體的低溫真空容器中分別設(shè)有20 K和77 K兩極冷屏。冷頭既是二級膨脹機又是制冷部件，工作時，壓縮的高壓氦氣在這里膨脹帶走周圍的熱量，并通過兩極缸套端面的墊圈將低溫高壓氦氣傳到超導(dǎo)磁體的兩極冷屏上，使兩極冷屏冷卻溫度不同，保持了液氦中超導(dǎo)線圈的環(huán)境溫度，以隔絕結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱，降低液氦消耗。氦壓縮機主要為冷頭提供低溫高壓氦氣。氦壓縮機中充以高純度的氦氣，并通過軟管與冷頭相連。工作時，由冷頭在制冷過程中產(chǎn)生的熱氦氣循環(huán)至氦壓縮機，以及氦壓縮機機械運動產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過氦壓縮機壓縮提升壓力，靠水冷機組提供的冷卻水來降溫，再經(jīng)過濾油過程，將高壓氦氣輸送回冷頭，建立氦氣循環(huán)過程。水冷機為氦壓縮機提供一定溫度的冷卻水，使高壓氦氣得以冷卻，而熱量被水冷機的循環(huán)水帶走。通過水冷機組、氦壓縮機和冷頭不間斷的工作，源源不斷地為磁體提供冷源，使磁體得到預(yù)期的冷卻，以達到減少液氦蒸發(fā)的目的[2-3]。

2 MRI低溫冷卻系統(tǒng)的日常維護

冷頭、氦壓縮機與水冷機是MRI低溫冷卻系統(tǒng)的主要組成部分，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會導(dǎo)致整個磁體低溫冷卻系統(tǒng)的癱瘓，從而使液氦的揮發(fā)量成倍增長。因此平常我們不僅要關(guān)注磁體內(nèi)的液氦百分比及壓力，還要關(guān)注冷頭、氦壓縮機、水冷機是否正常運行?，F(xiàn)對該系統(tǒng)各部件的日常維護做以下簡述[4]。

2.1 冷頭

冷頭壽命一般是2～3年。從聲音和監(jiān)視器壓力來判斷冷頭是否正常運行。冷頭的聲音應(yīng)有規(guī)律和節(jié)奏，發(fā)出“咔嚓，咔嚓……”剛安裝的冷頭可能發(fā)出雜音，主要是冷頭內(nèi)部磨合不好，需要繼續(xù)觀察磁體壓力和冷頭在工作時發(fā)出的聲音。磁體壓力正常，冷頭壽命快到期時，冷頭發(fā)出聲音不正常，這時，應(yīng)密切注意磁體壓力；冷頭在工作時沒有聲音，可能是冷頭壞了。若冷頭聲音正常，磁體壓力＞4.1磅/平方英寸（PSI），應(yīng)首先檢查其他部件是否正常，若其他部件都正常，應(yīng)是冷頭壽命到期。一旦冷頭壞了或壽命到期，應(yīng)及時通知專業(yè)人員更換冷頭。

2.2 氦壓縮機

氦壓縮機前接冷頭，后接水冷機。冷頭是氦壓縮機的負載，氦壓縮機來控制冷頭電源，所以關(guān)閉氦壓縮機就是關(guān)閉冷頭。在停電前先關(guān)閉氦壓縮機和冷頭，并在停電后再打開氦壓縮機和冷頭，可減輕停電帶給冷頭的損傷。氦壓縮機不工作時，壓力一般為1.7～1.8 MPa，工作時，壓力是2.1～2.3 MPa，發(fā)出的聲音像小鳥的叫聲。若壓力以不易察覺的速度緩慢下降，應(yīng)警覺氦氣泄漏。檢查冷頭與送氣管之間是否有漏氣點。若漏氣太嚴(yán)重，氦壓縮機的工作壓力達不到2.1 MPa，就要給氦壓縮機充氣。在充氣時，先關(guān)閉氦壓縮機，充氣至1.7 MPa，再打開氦壓縮機。氦壓縮機有一個時間計數(shù)器，時間計數(shù)器主要記錄氦壓縮機的工作時間。根據(jù)時間計數(shù)器，在磁體壓力正常且其他部件無故障的情況下，可以計算出氦壓縮機是否停機過。若磁體壓力正常但氦壓縮機突然停機，應(yīng)檢查氦壓縮機與水冷機之間的水流表壓力是否正常，若不正常，說明水冷機有故障，應(yīng)啟動應(yīng)急方案來減輕液氦的揮發(fā)。氦壓縮機工作20000 h后，應(yīng)更換濾油泵，以保證氦壓縮機正常運行。一般情況下，氦壓縮機的故障率非常低，主要是其他低溫冷卻系統(tǒng)的部件故障引起氦壓縮機停機或其他故障。

2.3 水冷機及連接管

水冷機采用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)帶走氦壓縮機的熱量，從而達到對氦壓縮機的冷卻作用。水冷機出現(xiàn)故障引起氦壓縮機停機等故障，會導(dǎo)致液氦的揮發(fā)。水冷機是否出現(xiàn)故障主要通過水冷機的參數(shù)如溫度、流量、水質(zhì)及壓力判斷[5-6]。

通過查看水冷機液面的水柱來判斷水流失情況。若發(fā)現(xiàn)液面的水柱下降，說明循環(huán)水流失，需要補充循環(huán)水。通過水冷機水溫監(jiān)視器來判斷循環(huán)水的溫度。一般情況下，其溫度＜22℃屬于正常范圍。若＞22℃，可能是水冷機出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機；若水溫監(jiān)視器顯示溫度在正常范圍內(nèi)，說明溫度探測器不能正常探測其溫度。若出現(xiàn)“E”報警，說明水冷機出現(xiàn)故障。水冷機與氦壓縮機的連接管出現(xiàn)漏液，循環(huán)水流量下降，使氦壓縮機不能完全冷卻，甚至停機，導(dǎo)致液氦不能完全冷卻，增加其揮發(fā)。一旦出現(xiàn)水冷機及連接管故障，關(guān)閉水冷機與氦壓縮機之間的連接管，啟動自來水作冷卻循環(huán)水，在一定范圍內(nèi)盡量減少液氦的揮發(fā)。

2.4 磁體監(jiān)視器

磁體監(jiān)視器主要用來監(jiān)視磁體液氦的液面與壓力，核磁共振操作人員每天必須記錄磁體參數(shù)，并根據(jù)注意事項能夠迅速判斷低溫冷卻系統(tǒng)是否正常運行。

2.4.1 磁體參數(shù)的正常范圍

磁體壓力范圍：3.9～4.1 PSI；磁體液氦的液面范圍：60%～100 %。

2.4.2 磁體壓力

正常情況下，磁體壓力降到3.9 PSI時，磁體開始給液氦加熱。當(dāng)磁體監(jiān)視器內(nèi)軟硬件出現(xiàn)問題時，磁體壓力還未降至3.9 PSI，加熱就開始了，發(fā)現(xiàn)這種情況應(yīng)盡快通知GE公司維修工程師。

磁體壓力突然＞4.1 PSI，甚至達到6 PSI時，記錄人員要通知維修人員，檢查磁體液氦的液面是否迅速下降及氦壓縮機、水冷機等是否有問題。問題解決后，記錄人員要經(jīng)常查看磁體監(jiān)視器并記錄其參數(shù)變化。若磁體壓力緩慢下降到正常范圍內(nèi)，磁體液氦的液面前后應(yīng)正常下降1%～2%，若沒有，說明還有其他問題需要解決。

2.4.3 磁體液氦的液面

每天液面下降速度＞1%，說明低溫冷卻系統(tǒng)可能有問題，需要工程師對低溫冷卻系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，并對低溫冷卻系統(tǒng)各個部件進行全面檢查，看是否有漏液等現(xiàn)象。若磁體液氦的液面＜50%，將會使磁體處于緊急狀態(tài)，有可能導(dǎo)致失去超導(dǎo)性，則需要及時補充液氦，排除故障。

2.4.4 磁體監(jiān)視器

磁體監(jiān)視器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致不能查看磁體壓力、磁體液氦的液面等數(shù)據(jù)，使得不知這些數(shù)據(jù)變化是否正常、低溫冷卻系統(tǒng)是否正常運行，需要對磁體監(jiān)視器進行故障排除。若磁體監(jiān)視器不能及時維修，通過磁體上面的壓力表來判斷磁體壓力是否正常。磁體壓力正常范圍內(nèi)，液氦的揮發(fā)性不大，不斷觀察，直到磁體監(jiān)視器修復(fù)。

3 結(jié)論

一個良好、穩(wěn)定的低溫冷卻系統(tǒng)，不僅可保證超導(dǎo)環(huán)境的存在，而且能降低液氦的揮發(fā)、減輕磁共振運行成本。因此，定期對磁共振檢查和保養(yǎng)，同時必須堅持做好每日運行記錄，才能保證低溫冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障后能及時發(fā)現(xiàn)和處理，使其正常運行，從而達到減少液氦蒸發(fā)的目的，保證磁體不失去超導(dǎo)性。

[1] 侯剛．1．5T超導(dǎo)磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理及日常維護[J]．醫(yī)療裝備,2012,(2):56-57．

[2] 李曉強．超導(dǎo)磁共振低溫制冷系統(tǒng)的原理及維修[J]．中國醫(yī)學(xué)裝備,2009,(4):49-50．

[3] 黃詠文,孫聚葆．1．5T超導(dǎo)磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理及日常維護[J]．中國醫(yī)學(xué)裝備,2007,7(4):65-66．

[4] 王曉華,岳鳳斌．GE1．5T核磁共振冷卻系統(tǒng)維護[J]．醫(yī)療設(shè)備信息,2006,21(7):98．

[5] 盧珠鈐．冷水機的工作原理及維護保養(yǎng)[J]．中國醫(yī)學(xué)裝備, 2010,(8):32-35．

[6] 王輝林,黃昌永,馬彪,等．超導(dǎo)核磁共振水冷系統(tǒng)的工作原理及維護保養(yǎng)[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(1):97-98．

Principle and Daily Maintenance of Cryogenic Cooling System of GE 1.5T MRI

CAO Ming-gan
Department of Equipment, Wenzhou Hospital of Traditional Chinese and Western Medicine, Wenzhou Zhejiang 325000, China

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.046

1674-1633(2013)05-0126-02

2012-08-09

作者郵箱：cmg_0577@sohu．com