超导核磁共振冷却系统的故障分析及维护保养

苏根元

超导核磁共振冷却系统的故障分析及维护保养

苏根元①

磁共振；冷却系统；维护保养

超导型核磁共振已成为各大医院必不可少的影像检查设备，要维持设备超导线圈的超导性与梯度线圈的正常工作需制造一个超低温的冷却环境，如目前主流的4 K冷头能把超导线圈降低至-269.15 ℃。在降温的过程中会产生大量的热量，必须通过适合的方式将热量导出，因此冷却系统是保证设备正常运行的关键[1]。

1 磁共振冷却系统

1.1 冷却系统的构成

目前超导磁共振一般采用三级联冷设计，即水冷、氦冷以及冷头。冷头的作用是利用氦压机输送的液氦，根据热力学第二定律原理，把包裹磁体线圈的冷屏降到很低的温度，从而使磁体线圈呈现超导特性。水冷系统的两个作用为：①氦冷系统降温，即把给磁体线圈降温产生的热量导出；②梯度线圈降温，即把梯度线圈工作时产生的热量导出[2]。

1.2 冷却系统的工作流程

(1)冷头的冷却需通过3个闭环循环完成，并通过热交换器连接。冷头、氦压机24 h不间断工作，导出给磁体线圈冷却所产生的热量。冷水循环系统通过热交换器2将氦循环系统的热量导出，从而实现对氦压机的冷却，最大限度减少液氦的挥发。氟利昂循环系统通过热交换器1，将冷水循环系统的热量导出，并通过冷凝器将热量导出至室外，从而实现对水冷系统的冷却(如图1所示)。

图1 冷却系统工作流程图

(2)梯度线圈的冷却需要通过3个闭环循环完成，并通过热交换器连接(如图1所示)。梯度线圈工作时产生的热量由纯水循环系统导出。冷水循环系统通过热交换器3将纯水循环系统的热量导出，从而实现对纯水系统的冷却。氟利昂循环系统通过热交换器1，将冷水循环系统的热量导出，并通过冷凝器将热量导出至室外[3]。

2 冷却系统常见故障与维修

在日常使用中有以下5种常见冷却系统问题所导致设备报警：①水冷机室外机组灰尘杂物较多，尤其在北方地区每年3-4月，因杨絮和柳絮较多，经常导致水冷机制冷效果降低，最终冷头停止工作；②循环水不足，由于核磁在装机前在水循环管道内存在未排空的气泡和使用后期的跑冒滴漏等问题，因此运行一段时间后，会出现循环水不足的问题，进而造成管道内水压下降而引起水循环系统水泵的停机；③机房温度、湿度不合适，导致出现电路故障。如温度在短时间出现较大范围的波动，可能会造成磁体、机柜等内部电路板上凝露，进而出现严重故障。而湿度也需要控制在合理范围内(35%～80%)，长期湿度过高可能使部分部件锈蚀，而湿度过低易带来静电积累，一旦静电积累到一定程度且有适合放电的条件，可能就会对部分电路造成静电高压击穿或浪涌，进而产生较严重的故障；④氦气不足。氦压机和冷头之间是靠密闭的循环管道内的高纯度氦气进行热交换，一旦氦压机和冷头的循环氦气压力不足时，会造成冷头制冷效率下降，同时增大磁体液氦损耗，所以需要记录观察和预警氦气压力值，一旦压力值＜16～17 bar左右则需补充高纯度氦气；⑤短暂停电，冷头未能启动成功。

2.1 故障案例一

(1)故障现象。GE HDxt 1.5TMR，报警显示水温过高，冷头0.5 h后停止工作。

(2)故障分析与处理。发现冷水机仪表板上显示温度高达35℃～45 ℃，为保证冷头能启动且正常工作，先将冷水机的循环管道切换至自来水散热模式(使用循环水管上的阀门手动切换，此时使用自来水流经核磁机柜热交换器，将热量导出排放到生活废水下水口的方式，使核磁部分部件散热)，再关闭核磁机柜的循环水泵和氦压机，等待2～3 min后，先启动核磁机柜内循环水泵的电源开关，手摸水循环铜管2～3 min等待水泵启动后，再打开氦压机的电源开关，冷头启动正常工作[4]。

此时观察冷水机仪表板，显示压缩机停机报警状态，按照厂商清除报警和启动压缩机的方式不能清除报警状态，后查看室外机组过流保护开关处于保护状态，手动清除过流保护状态，再按键组合清除报警且重新启动后，水温快速从45 ℃下降到设定范围10～13 ℃。为进一步找到室外机组过流保护的原因，发现室外机组安装位置的散热鳍片较脏，使用压缩空气清理吸附在散热鳍片上的灰尘和杨絮，并将自来水散热模式切换到冷水机散热模式，核磁开机10 min后，冷水机依照水温高低启动和停止功能一切正常，未再出现水温过高报警，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障现象。GE HDxt 1.5TMR，水冷机报警显示管路压力过低，缺氟利昂。

(2)故障分析与处理。查阅维保手册，一个月前检查氟利昂一切正常。发现一周前进行过卫生大清扫，设备间更换过一块窗玻璃。将肥皂水顺管路涂一遍，发现靠近窗户的管道折弯处有一处微小的砂眼。联系水冷机厂商售后，通过查漏确认只有1个漏点，泄放制冷剂，点焊，确认点焊效果，抽真空，补充制冷剂约10～15 kg，调整和确认高压和低压压力，开机观察再次确认点焊效果，水冷机室外机组的压缩机、风机、启停声音和周期恢复正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障现象。西门子Essenza 1.5TMR，冷头不工作。

(2)故障分析与处理。检查液氦、水冷机及线路等一切正常。医护人员提醒有过短暂停电现象，怀疑问题所在。当遇到停电后再通电，由于核磁机柜内的循环水泵在通电后有延时3 min启动的特征，通电后就开始工作的氦压机由于没有冷却水散热1 min以内就因过热保护而停机。即使3 min后循环水泵开始工作使水温下降，氦压机也不会自动解除过热保护，因此形成了一个“死结”，关闭氦压机的电源开关1 min后再开机，故障排除。

2.4 故障案例四

(1)故障现象。西门子Avanto 1.5TMR，水循环系统缺水导致水泵停机。

(2)故障分析与处理。设备报警并显示循环水不足，检查发现可能因水质较差，三级过滤中第一个滤芯已全部呈现黑褐色，第二级滤芯同样有一半变成了褐色，判断为堵塞。关机并排水，换滤芯再上水，重新启动时显示循环水不足，需打开排气阀直到有水流出。关机继续上水再重启，故障排除。

3 日常维护保养要点

每日记录设备运行关键数据，包含液氦剩余量、设备间磁体间温湿度、氦压机压力值以及核磁水循环系统进出压力值等。详细记录每次报警或故障处置信息。当出现报警或故障后，需详细记录故障发生前后的征兆、特征以及处理过程等信息，通过图像形式记录更好，对日后故障分析和排查带来极大益处[5]。水冷机精密空调室外机组需定期巡视和清理。按照一周查看一次室外机组的散热鳍片是否有较严重的堵塞。定期巡视一旦发现室外机组的散热鳍片出现＞20%左右的明显堵塞时，需采用水流或压缩空气及时清理，否则会造成水冷机室外机组散热不良而停机，从而引起核磁高温报警甚至造成冷头停机。

[1]詹剑辉，核磁共振水冷系统改造探讨[J].医疗装备，2014，28(6)：87-88.

[2]陶冶，核磁共振设备日常维修与维护的方法探讨[J].临床医学工程，2014，21(2)：133-135.

[3]王辉林，黄昌永，马彪，等.超导磁共振水冷系统的工作原理及维护保养[J].中国医疗设备，2012，27(1)：97-98.

[4]王晓华，岳凤斌.GE⒈5T核磁共振冷却系统维护[J].医疗设备信息，2006，21(7)：98.

[5]黄咏文，孙聚葆.1.5T超导磁共振制冷系统的工作原理及日常维护[J].中国医学装备，2007，4(7)：65-66.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.12.048

1672-8270(2016)12-0166-02

R197.39

B

2016-06-20

①中国中医科学院西苑医院供应处 北京 100091

苏根元，男，(1963- )，本科学历，副主任技师。中国中医科学院西苑医院供应处，从事大型医疗设备维护工作。