GE 1.5T MRI低温冷却系统的工作原理及日常维护

2013-07-24

中国医疗设备 2013年5期

关键词：冷机监视器磁体

温州市中西医结合医院设备科，浙江温州 325000

曹明干

温州市中西医结合医院设备科，浙江温州 325000

本文着重介绍GE1.5TMRI低温冷却系统的组成及原理、该系统各个部件的日常维护及注意事项，以达到减少液氦蒸发的目的。

低温冷却系统；超导磁共振；磁体监视器

0 前言

医用磁共振成像（MRI）设备主要由磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机和图像处理器系统及附属设备等组成。这些系统之间通过控制线、数据线及接口电路连接成一个完整的成像系统。根据磁体分类方法，GE1.5T MRI属于超导型磁体。所谓超导，是指某些金属导体（线圈）在温度接近绝对零度（-273℃）时，阻值接近0[1]。为了维持线圈的超低温环境，利用低温致冷剂液氦降温，这是因为液氦的温度是4.2 K，液氦的沸点是77 K，而超导线圈材料采用铌钛合金的多芯复合超导线，在8 K的温度下，其阻值接近或等于0，可使线圈成为超导体，其电阻消失，电流无损耗，从而产生最大磁场。

为保持超导环境，磁体采用多层真空绝热结构，但由于结构支撑等多种因素，漏热不可避免，所以，液氦总会吸热蒸发。为减少液氦蒸发，MRI一般都配有低温冷却系统提供冷量，从而有效控制液氦的损耗。

1 MRI低温冷却系统的原理

MRI低温冷却系统由磁体中的液氦冷屏、冷头、氦压缩机、水冷机和连接管线等组成。MRI低温冷却系统原理，见图1。

图1 MRI低温冷却系统原理图

为有效减少致冷剂液氦挥发，超导磁体的低温真空容器中分别设有20 K和77 K两极冷屏。冷头既是二级膨胀机又是制冷部件，工作时，压缩的高压氦气在这里膨胀带走周围的热量，并通过两极缸套端面的垫圈将低温高压氦气传到超导磁体的两极冷屏上，使两极冷屏冷却温度不同，保持了液氦中超导线圈的环境温度，以隔绝结构导热，降低液氦消耗。氦压缩机主要为冷头提供低温高压氦气。氦压缩机中充以高纯度的氦气，并通过软管与冷头相连。工作时，由冷头在制冷过程中产生的热氦气循环至氦压缩机，以及氦压缩机机械运动产生的热量，经过氦压缩机压缩提升压力，靠水冷机组提供的冷却水来降温，再经过滤油过程，将高压氦气输送回冷头，建立氦气循环过程。水冷机为氦压缩机提供一定温度的冷却水，使高压氦气得以冷却，而热量被水冷机的循环水带走。通过水冷机组、氦压缩机和冷头不间断的工作，源源不断地为磁体提供冷源，使磁体得到预期的冷却，以达到减少液氦蒸发的目的[2-3]。

2 MRI低温冷却系统的日常维护

冷头、氦压缩机与水冷机是MRI低温冷却系统的主要组成部分，任一环节出现故障，都会导致整个磁体低温冷却系统的瘫痪，从而使液氦的挥发量成倍增长。因此平常我们不仅要关注磁体内的液氦百分比及压力，还要关注冷头、氦压缩机、水冷机是否正常运行。现对该系统各部件的日常维护做以下简述[4]。

2.1 冷头

冷头寿命一般是2～3年。从声音和监视器压力来判断冷头是否正常运行。冷头的声音应有规律和节奏，发出“咔嚓，咔嚓……”刚安装的冷头可能发出杂音，主要是冷头内部磨合不好，需要继续观察磁体压力和冷头在工作时发出的声音。磁体压力正常，冷头寿命快到期时，冷头发出声音不正常，这时，应密切注意磁体压力；冷头在工作时没有声音，可能是冷头坏了。若冷头声音正常，磁体压力＞4.1磅/平方英寸（PSI），应首先检查其他部件是否正常，若其他部件都正常，应是冷头寿命到期。一旦冷头坏了或寿命到期，应及时通知专业人员更换冷头。

2.2 氦压缩机

氦压缩机前接冷头，后接水冷机。冷头是氦压缩机的负载，氦压缩机来控制冷头电源，所以关闭氦压缩机就是关闭冷头。在停电前先关闭氦压缩机和冷头，并在停电后再打开氦压缩机和冷头，可减轻停电带给冷头的损伤。氦压缩机不工作时，压力一般为1.7～1.8 MPa，工作时，压力是2.1～2.3 MPa，发出的声音像小鸟的叫声。若压力以不易察觉的速度缓慢下降，应警觉氦气泄漏。检查冷头与送气管之间是否有漏气点。若漏气太严重，氦压缩机的工作压力达不到2.1 MPa，就要给氦压缩机充气。在充气时，先关闭氦压缩机，充气至1.7 MPa，再打开氦压缩机。氦压缩机有一个时间计数器，时间计数器主要记录氦压缩机的工作时间。根据时间计数器，在磁体压力正常且其他部件无故障的情况下，可以计算出氦压缩机是否停机过。若磁体压力正常但氦压缩机突然停机，应检查氦压缩机与水冷机之间的水流表压力是否正常，若不正常，说明水冷机有故障，应启动应急方案来减轻液氦的挥发。氦压缩机工作20000 h后，应更换滤油泵，以保证氦压缩机正常运行。一般情况下，氦压缩机的故障率非常低，主要是其他低温冷却系统的部件故障引起氦压缩机停机或其他故障。

2.3 水冷机及连接管

水冷机采用水循环冷却系统带走氦压缩机的热量，从而达到对氦压缩机的冷却作用。水冷机出现故障引起氦压缩机停机等故障，会导致液氦的挥发。水冷机是否出现故障主要通过水冷机的参数如温度、流量、水质及压力判断[5-6]。

通过查看水冷机液面的水柱来判断水流失情况。若发现液面的水柱下降，说明循环水流失，需要补充循环水。通过水冷机水温监视器来判断循环水的温度。一般情况下，其温度＜22℃属于正常范围。若＞22℃，可能是水冷机出现故障导致停机；若水温监视器显示温度在正常范围内，说明温度探测器不能正常探测其温度。若出现“E”报警，说明水冷机出现故障。水冷机与氦压缩机的连接管出现漏液，循环水流量下降，使氦压缩机不能完全冷却，甚至停机，导致液氦不能完全冷却，增加其挥发。一旦出现水冷机及连接管故障，关闭水冷机与氦压缩机之间的连接管，启动自来水作冷却循环水，在一定范围内尽量减少液氦的挥发。

2.4 磁体监视器

磁体监视器主要用来监视磁体液氦的液面与压力，核磁共振操作人员每天必须记录磁体参数，并根据注意事项能够迅速判断低温冷却系统是否正常运行。

2.4.1 磁体参数的正常范围

磁体压力范围：3.9～4.1 PSI；磁体液氦的液面范围：60%～100 %。

2.4.2 磁体压力

正常情况下，磁体压力降到3.9 PSI时，磁体开始给液氦加热。当磁体监视器内软硬件出现问题时，磁体压力还未降至3.9 PSI，加热就开始了，发现这种情况应尽快通知GE公司维修工程师。

磁体压力突然＞4.1 PSI，甚至达到6 PSI时，记录人员要通知维修人员，检查磁体液氦的液面是否迅速下降及氦压缩机、水冷机等是否有问题。问题解决后，记录人员要经常查看磁体监视器并记录其参数变化。若磁体压力缓慢下降到正常范围内，磁体液氦的液面前后应正常下降1%～2%，若没有，说明还有其他问题需要解决。

2.4.3 磁体液氦的液面

每天液面下降速度＞1%，说明低温冷却系统可能有问题，需要工程师对低温冷却系统记录数据，并对低温冷却系统各个部件进行全面检查，看是否有漏液等现象。若磁体液氦的液面＜50%，将会使磁体处于紧急状态，有可能导致失去超导性，则需要及时补充液氦，排除故障。

2.4.4 磁体监视器

磁体监视器出现故障，导致不能查看磁体压力、磁体液氦的液面等数据，使得不知这些数据变化是否正常、低温冷却系统是否正常运行，需要对磁体监视器进行故障排除。若磁体监视器不能及时维修，通过磁体上面的压力表来判断磁体压力是否正常。磁体压力正常范围内，液氦的挥发性不大，不断观察，直到磁体监视器修复。