基于冷却系统所致的磁共振故障分析及维修策略

基于冷却系统所致的磁共振故障分析及维修策略

刘昊旻

红河州第一人民医院(云南省滇南中心医院)661100

摘要：核磁共振（MRI）系统是一种在大中型医院中被广泛使用的大型医学诊断设备。MRI系统分为两个部分，一个是硬件，一个是软件，无论哪一部分产生故障，整个系统均无法运行。对于核磁共振设备来说，为了保证设备的超导线圈超导体和梯度线圈都能正常工作，就需要将其保持在超低温的环境下，比如最近使用最多的4 K冷头，可以将超导线圈的温度降到-269.15'℃，但在降温的过程中也会产生一定的热量，需要通过某些有效的途径进行散热，因此，冷却系统是保证整个设备正常工作和使用的关键。冷却系统的问题在核磁共振仪中很常见，这种问题会让核磁共振仪无法正常工作。在这一背景下，本文对由冷却器引起的核磁共振的几种常见故障进行了分析，并给出了它们的维护途径。

关键词：冷却系统；核磁共振；故障分析；维修策略

磁共振设备属于高精尖类医疗设备，设备构成由磁体、梯度磁场、射频线圈，计算机图像处理系统和低温保障冷却等几个系统构成，它是目前在临床诊断中应用较为广泛的一种具有先进性和科学性的医用数字化成像装置，在使用过程中可通过磁场射频脉冲的作用，在病人身体内进行分氢核振动分布，并显示射频信号为疾病诊断提供线索和资料，冷却系统在磁共振中处于关键地位，当该系统出现问题时，磁共振就不能继续扫描，所以为了保证磁共振设备能够正常工作，冷却系统必须保证其正常工作[1]。

1.磁共振冷却系统的构成与工作原理

1.1系统构成

通常情况下，磁共振冷却系统采用的是水冷、氦冷和冷头三级联冷。冷头的作用是利用氦压机来输送液氦，根据热力学第二定律的原理，将包裹着磁体线圈的冷屏保持在一个比较低的温度，从而让磁体线圈保持一个超导特性。水冷却系统主要作用为：对氦气冷却系统进行冷却，并将冷却后产生的热量导出；对所述梯度绕组进行降温，并对所述梯度绕组的工作产生的热量进行计算。

1.2冷却系统的工作原理

(1)冷头冷却以三个闭环循环为主，并由热交换器连接，冷头、氦压机24小时持续工作，以将磁体线圈冷却时产出的热量取出。而冷水循环系统，主要是通过从氦气循环系统中提取的热量，来冷却氦气，减少液氦的挥发。氟利昂循环通过热交换，将从冷水循环中得到的热量通过冷凝器将其排出，从而达到对水冷系统进行制冷的效果。(2)实现梯度盘管的冷却也需要3个闭环，并与换热器相连，以获得梯度盘管工作输出的热量；通过热交换器，凉水循环系统将纯水循环系统的热量输出，从而对纯水系统进行冷却。通过热交换器，氟利昂循环系统将冷水循环系统的热量通过冷凝器排放到外面[2]。

2磁共振冷却系统的常见故障分析

2.1循环水不充足

核磁结束装机后水循环管道中保存着未经排空处理的气泡，造成其连续运转一定时间后循环水不 足的问题，该问题将使分布在管道中的水压不断下降以诱发水循环系统中水泵停转。

2.2灰尘杂物很多

水冷机室外机组表面有积存了很多灰尘杂物，而没有安排维护人员有效地清除这些杂物灰尘，给水冷机制冷效果造成了影响，甚至使冷头停转。另外短暂性断电也会使冷头起动不成功而不能正常工作。

2.3室内温度和湿度不合适造成电路故障

短时间内室内温度若发生较大波动将使磁体或机柜内电路板凝结冷凝水导致故障。另外，还必须严格控制室内湿度，一般保持35%~80%就可以了，若室内湿度长期保持在高位，它会使系统部件锈蚀较快，室内湿度若长期过低，易引起静电的累积，累积到一定程度时，并达到宜放电的环境和条件，电路则易受静电高压浪涌或击穿而造成大的故障。

2.4氦气缺乏

冷头与氦气机主要采用在密闭状态下循环管道内分布的高纯度氦气来实现热交换，若冷头和氦气机循环中氦气的压力不够，不能支持这种工作状态会使冷头制冷效率下降、磁体液氦损耗量上升，所以需要对氦气压力值进行细致观测和记录，压力值达到16~17bar后应立即补加高纯度氦气[3]。

3.冷却系统导致的常见磁共振故障维修路径分析

3.1案例1

设备型号:佳能atlas-x1.5T磁共振。

故障特征分析：通过对磁体的工作状况的观察，我们发现，在两块磁体之间，出现了一种不规则的2 Hz “噗嗤”声，有这种声音说明冷头工作正常，如果没有这种声音，则说明冷头工作出现了异常，这可能会导致以下不利的现象：磁体内部的液氦压力不断升高，并且开始慢慢地消耗制冷机的液氦，严重的话还会导致失超。

故障原因和排除方法：根据这一故障特点，对造成故障的原因进行了分析，有可能是因为冷水机出现了故障，也有可能是因为氦气压缩机出现了故障，也有可能是因为冷头本身出现了故障。要想判断出冷头本身是否有问题，维修人员可以将压缩机上方安装的主电源开关打开，之后将开关关闭，开始驱动。如果开关是通过冷头打开来驱动的，那么就说明冷头的工作状况是正常的，那么就应该将冷头本身的故障因素排除掉。对氦气压缩机进行检查，包括温度传感器，保险丝，三相电源380V输入等，如无异常情况，应进一步排除氦压缩机故障，观察压缩机的工作状况，经测试Supply的压力表 是2.1Mpa,Return是0.5MPa，经过一段时间的运转，Over temperature的指标灯也亮了，摸压缩机进水管时发现温度很高，确认水温传感器没有误报，说明故障有可能是冷水机引起，因此对冷水机进行了全面排查，结果发现冷水机压缩机装置高压报警，经细致检查发现该冷水机冷凝器翅片比较脏，因而造成散热不畅，于是对冷凝器进行了全面清洗。系统重启正常，表明冷头已恢复正常工作状态。

3.2案例2

设备型号:GE HDxt 1.5T磁共振。

故障特征分析：水冷机报警后，经过细心观察，发现管路压力呈现下降的情况，说明氟利昂含量不够。

故障原因及排除方法：详细翻阅设备维修保养手册，制冷系统的排查是一个月前的事了，在排查时没有发现异常。用肥皂水顺着管路认真涂擦，检查发现有细小砂眼，立即与厂家售后联系，经双方联合证实，有漏点一处，于是选择排放一定制冷剂并双面点焊，必须保证点焊密闭性，在排除空气后补充制冷剂10~15g、调节高低压力、试着启动机器、再一次确认点焊是否密闭、如果风机、压缩机和启停声音均回复到正常状态，说明故障已消除。

4.结束语

冷却系统对于磁共振设备的正常工作至关重要，设备工作期间，工作人员必须对核磁水循环系统进、出压力值、液氦含量、氦压机压力值和磁体温湿度等关键数据进行详细的记录，以及出现各种故障及报警时的详细情况，同时对故障前后征象等拍照及录像等，为维修人员排除故障提供较为丰富的信息依据，从而及时发现故障并予以排除，保证设备的正常工作和使用。

参考文献：

[1]张常青.GE Signa HDxt 1.5T磁共振成像仪冷却系统故障维修[J].医疗装备,2023,36(16):112-113.

[2]张骥,杜桂民,王萌萌.GE Brivo MR3551.5 T磁共振梯度系统与冷却系统故障分析与处理方法[J].中国医疗器械杂志,2022,46(06):701-705.

[3]Ji Z,Guimin D,Mengmeng W. [Fault Analysis and Treatment of GE Brivo MR355 1.5 T Magnetic Resonance Gradient System and Cooling System].[J]. Zhongguo yi liao qi xie za zhi = Chinese journal of medical instrumentation,2022,46(6).