一种核磁共振机房监测系统的设计与实现

台州骨伤医院 设备科，浙江 温岭 317500

引言

核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）检查具有对软组织分辨力高，对人体无电离辐射等优点，广泛应用于临床疾病的诊断[1]。由于MRI检查的需求量很大，故障停机会严重影响到医院工作[2]，同时MRI又是非常昂贵的设备，必须重视其使用与管理。目前在设备管理上主要以厂家设备监控子系统监测磁体运行，以及工作人员巡视记录机房温湿度，水冷温度等状态的方式进行[3]。但此管理方式明显存在不足之处：① 人工定期巡视有很多不确定性，并且在巡视的间隔期无法发现并处理故障；② 当磁体温度压力过高时设备不能运行，除了已产生的液氦损失，还需要较长的冷却时间；③ 在机房断电时无法发送故障信息；④ 部分医院未向原厂购买保修，无法远程报送故障信息；⑤ 虽然精密空调、水冷机等外围设备故障率较高，但大多数设备监控子系统不对其进行监测[4-10]。

因此，为保障核磁共振能可靠运行，提升设备管理的有效性和及时性，降低故障率，本文基于RS-XZJ-100-Y-G监控探测器（以下简称监控探测器）设计一套自动监测系统。依托此监测系统，设备管理人员可通过网页登录或手机APP查询机房当前状态，监测系统也能在故障时以短信和APP方式及时推送报警信息，并同步现场声光报警。

1 机房监测系统的原理及设计

系统主要包括：监控探测器主机、断电监测部分、机房温湿度监测部分、水冷机温度监测部分、漏水监测部分、氦压缩机停机监测部分、现场警示器、云平台及手机APP监测部分。系统原理如图1所示，各机房状态信号经监控探测器处理后现场显示，同时通过手机GPRS方式向云平台传送数据，设备管理人员可网页登录或APP登录云平台在线查询当前机房状态。正常时监控探测器仅传输机房状态数据，当机房状态超出设定值时，设备管理人员的手机能收到报警短信，APP接收云平台推送的报警信息，同时现场警示器报警，采用多方式报警能提醒设备管理人员及时处理故障。

图1 机房监测系统原理图

1.1 断电监测

核磁共振的机房供电分主设备回路（磁体、梯度、谱仪等）和辅助设备回路（精密空调、水冷机等），在辅助设备回路引一AC 220 V电源，串接主设备回路电压继电器KA的触点，再接至监控探测器的电源监测端子ACL和ACN，当任一回路断电时均能使ACL和CAN间失压而触发报警。

1.2 温湿度监测

核磁共振机房安装精密空调以保持恒温恒湿，将一RS485接口温湿度传感器安装在精密空调回风口上，再将此传感器接至监控探测器的CN-M接口。由于精密空调回风口的风速高、对流量大，传感器安在此处能及时反映磁体室和机房内温湿度的变化。

1.3 水冷机监测

核磁共振工作时能监测到水冷机故障引起的水温过高，但夜间关机后无法监测，这或将导致冷头因水温过高而停机。因此可用485温度传感器固定在水冷机到氦压缩机的出水管金属表面，在此选用接触面较大的传感器和涂导热硅脂，有利于灵敏地监测到水冷机出水温度的变化。

1.4 氦压缩机监测

在核磁共振的制冷系统中，氦压缩机是冷头与水冷机热量交换的中介。氦压缩机正常工作电流稳定，故障停机时电流下降到近零水平，因此监测氦压缩机工作电流能判断其工作状态[11]。如图1所示，将电流互感器的初级串在氦压缩机的主回路上，次级取得的电流信号接至欠电流继电器GRI8-02电流端，欠电流继电器的常开接点接到监控探测器的开关量输入点YX1和COM上。以F50氦压缩机为例，正常工作时电流实测为10 A，互感器二次电流值约为2.5 A，将继电器动作电流值整定为2 A，氦压缩机停机时欠电流继电器将检测到电流过低，进一步输出触点信号到监控探测器。

1.5 漏水监测

磁共振机房漏水一般因冷却水管损坏和空调冷凝水管路堵塞引起。可用胶带将漏水绳平整固定到所需检测点，多处漏水检测点可并联接入监控探测器的漏水检测点S1、S2。漏水绳是由两条轻质的高密度聚乙烯导线围绕螺旋绝缘中轴绞制而成，具有较强的抗干扰能力，当漏水绳的两根导线接触水时，两根感应线上的电阻将发生明显变化，监控探测器可检测到此电阻变化而判断机房存在漏水现象。

1.6 输出及报警

监测系统在监测到机房状态异常时，能以四种方式向相关人员发出警报：① 现场报警，监控探测器采样的通道数据超限时继电器动作，现场报警器发光发声；② 监控探测器将监控通道数据传到云平台上，网页登录云平台可以实时看到运行数据和报警信息，也可以由云平台向用户报警和向预设手机发送短信；③ 设备管理人员登录手机APP可以看到实时运行数据，云平台也会及时推送报警信息；④ 监控探测器内置短信模块，能直接向预设的多个手机发送报警短信。采用远程数据传输和多方式报警，能有效向用户传送机房状态信息和故障报警[12]。

2 监测系统的设置

2.1 监测系统硬件参数设置

完成监控探测器和外围模块的硬件安装后，可进一步设置监控探测器的参数，此处以通道1参数配置页为例，设置界面如图2所示。通道1是机房温湿度监测。机房精密空调工作温度设置为21℃，因此将监控探测器的温度上限设为24℃，下限设为18℃，温度上下限都关联继电器2，当温度超限时触发现场报警输出。精密空调的工作湿度设置为60%，但浙江省常年湿度较高，如病人进出磁体室时间过长湿度会明显上升，因此将监控探测器的湿度上限设为73%。

通道2为水冷机温度监测，需注意不同厂家的设备水冷要求温度相差很大，不同采样点的温度也相差很大，安科水冷机的出水温度设置为22℃，因此可在监控探测器上将水冷机温度上限设23℃，下限设19℃。通道3是机房断电监测，通道4是机房漏水监测，通道5是氦压缩机工作监测，接在YX1点位上，当YX1与COM闭合时，会触发报警。

2.2 监测系统的软件设置

完成系统硬件参数设置后可在监控探测器上查看实时数据，监控探测器通过移动GPRS网络向云端发送数据，系统支持网页和手机APP两种模式浏览云平台的实时监测数据，云平台配置的在线监控界面如图3所示，当异常情况发生时，监控界面的监控项以红色醒目警示，同时APP向设备管理人员推送报警信息，以便及时发现处理。云平台上除浏览实时数据，还能查看任意通道的历史曲线和报警记录。

2.3 监测系统联调

设置好监控探测器和云平台参数后进行系统联调，测试数据是否正确显示并同步更新，报警是否可靠触发和结束，报警信息是否及时推送。注意温湿度数据与精密空调显示值是否相符，否则调整探头最佳安放位置。

图2 通道参数配置

图3 在线监控界面

漏水调试时可以在漏水绳上适量倒水至浸湿一小段，观察报警器是否立即报警，手机APP是否显示机房浸水。再用纸巾吸干地面上的水，观察报警是否及时停止[13]。

调试氦压缩机监测部分时可关掉氦压缩机的电源开关，观察欠电流继电器是否动作，报警器是否鸣响，不然需检查线路接线是否正确，电流值和延时值是否正确。在此调试过程中注意到氦压缩机关闭3 min以上，磁体压力便快速上升，15 min后从2000 Pa左右上升到5500 Pa。

断电报警调试时关掉主辅电源回路开关，观察报警器是否鸣响，APP是否报警推送。由于机房断电后监控探测器也会无法工作，在此需配UPS给监控探测器和欠电流继电器供电。

3 监测系统的应用效果

3.1 解决了巡视空档期问题

本监测系统安装在安科核磁共振机房，此机房远离影像科主楼，晚上和节假日一般不安排病人检查，操作人员每日班前记录机房状态，这样有至少24 h的巡视间隔期，存在无人巡视和无法及时掌握机房故障的风险。安装监测系统后通过手机实时查询和接收报警方式有效掌握机房状态，较好地解决了巡视空档问题。安装数月以来机房出现了数次报警，经实际查看并分析所有报警均准确，没有误报，统计分析如表1所示。

表1 报警分析表

3.2 特殊情况下在线巡视

监测系统安装后遭遇过超强台风，在台风登陆期间医院出现过数次停电，但由于台风太强，工作人员无法实地巡视此机房，完全凭在线巡视及时掌握机房状态。本监测系统在此特殊时期发挥了很大作用，受到了使用科室的一致好评。

3.3 促进管理改进

监测系统安装初期在出现过2次机房湿度超限到76%并报警，经值班人员检查发现原因为工作人员下班后未关好磁体室的门，夜间门自动打开而造成机房湿度过高。科室为此加强了班后管理，之后数月未再出现此问题。可见本监测系统的使用能对科室管理有明显促进，不但减少了空调的额外消耗，同时也降低了设备故障的可能性。

4 总结与展望

本文所设计的核磁共振机房监测系统具有断电监测、机房温湿度监测、水冷机温度监测、漏水检测、氦压缩机停机监测、现场警示、云平台及手机终端APP监测的功能，不但能即时查询机房运行状态和查询历史状态信息，还能在机房设备异常时以多种方式快速向工作人员报警，为科室的管理带来了帮助和促进作用，达到并超出了设计预期的目标[14-15]，受到医院各方的好评。

本监测系统在设计时依托了目前业已成熟的器件与技术，整体原理清晰、构造简单、调试方便、界面友好、成本相对较低，具有较高的实用价值和推广价值，在我国核磁共振保有量快速增加的背景下应用前景广泛。我们后续将进一步优化系统容灾能力,克服因外部环境引起网络中断等导致监测系统无法正常工作的情况[16]，为核磁共振的管理提供更有效的保障。