超导型磁共振制冷系统的原理及预防性维护

王辉林，马 彪，徐卫峰(白求恩国际和平医院 放射科，河北石家庄050082)

在医疗磁共振领域，超导型核磁共振相比常导型磁共振具有扫描时间短、成像速度快、覆盖范围广、功能更齐全、图像更清晰、诊断更准确、效率更强大等诸多优点。因此得到广泛的应用。本文就超导磁场的形成，制冷系统的原理及预防性维护作一简要概述。

1 超导磁场的形成

超导是指某些物质在一定温度条件下(一般为接近绝对零度即－273℃)电阻降为零的性质。人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导型核磁共振使用液氦作为制冷剂，用铌，钛与铜的多丝复合线作为超导体。具体来说就是超导磁体的铌钛线圈在液氦制造的超低温环境下，通一几百安培的强大电流，然后将激励磁体线圈的电流对接在超导体线圈，使之在超导体中不停流动，此时为零电阻效应，电流无任何消耗，进而形成稳定的超导磁场。

2 制冷系统的原理

超导型磁共振的制冷系统包括冷头、氦压缩机、水冷机组三部分。三者关系见图1。

冷头是制冷部件，为超导磁体提供20K、70K两级低温，进而为磁体中的液氦降温，保证液氦中超导线圈所需要的温度，以隔绝结构导热，降低液氦的消耗。在冷头的作用下，磁体中液氦有一个正常的压力值，这个压力值可以间接反映出冷头的工作状态。冷头还是一个膨胀机，经过氦压缩机压缩的低温高压氦气在这里膨胀带走周围的热量。冷头的材料主要是丝绸胶木，一、二级分别以铜网和铅网为蓄冷材料。氦气经过冷头后膨胀压力变低，变成低压氦气，氦压缩机将返回的低压氦气，经过压缩提升压力，并与水冷机组提供的冷却水换热、经油水分离器滤油以及吸附器的进一步过滤，将低温高压氦气输送回冷头，建立起氦气循环过程。水冷机组中，在换热器1，由氟利昂制冷系统带走冷却水的热量，达到对水循环体统的冷却。氟利昂系统带走的热量由冷凝器散发到室外。

图1

3 制冷系统的预防性维护

医疗设备的预防性维护(Preventive Maintenance PM)是指在故障发生前就对医疗设备的性能、安全性等进行检查维护，保证医疗设备备高效运行，防止故障发生的一种预见性维修方式。将更多的事后被动维修变成事前主动，既提高了工程技术人员主动服务于临床的能力以及工作的计划性和主动性，也提升了相关工程部门的管理水平和对医疗设备的保障能力，使多方受益。PM的内容主要包括:外检查、清洁保养、更换维修、功能检查、测试校准、安全检查等。制冷系统作为超导型核磁共振的核心部件之一，应严格按照PM的标准来执行。这样既能及时了解和掌握制冷系统的的性能状况，确保制冷系统处于安全、最佳的工作状态，又能减少故障次数，减少维修工作量，延长其使用寿命，降低维修成本。

3.1 外检查。外检查包括氦循环，水循环，氟利昂循环三个封闭循环的管路及其相连的设备的外观情况，看三个封闭循环有无泄漏的情况发生等。它还包括观察磁体的压力，氦压缩机和冷头的工作状态。我院两台磁共振分别为 GE HDXt3.0T和PHILIPS Intera 1.5T.GE HDXt3.0T制冷系统工作状态:磁体液氦压力为3.8－4.2psi。氦压缩机的输出压力为2.0－2.2MPa.输入压力为0.4－0.6MPa。水冷机的温度设定为17－20℃。PHILIPS Intera 1.5T制冷系统工作状态:磁体液氦压力为70－80mbar.氦压缩机压力为1900－2200kPa.水冷机的温度为11－13℃。当观察到各个系统的数值超出正常值时，说明系统存在故障。

3.2 清洁保养。定期冲洗水冷机组的室外机组散热器，尤其是在春天杨柳絮漫天飞的时节，或者是风沙天气时，很容易造成室外机无法散热造成水冷机报警停机。

3.3 更换维修。冷头和压缩机每天不停的运行，冷头的额定寿命一般为两到三年，氦压缩机中的吸附器也就一万小时左右的寿命。冷头中的活塞、旋转阀都是运动部件，伴着时间不断磨损，进而造成气密性不严，制冷效率下将。如果超期使用会使填料松漏，严重的话会将活塞卡死在缸套中造成报废，甚至引起失超。所以定期(2年左右)对冷头活塞进行更换。吸附器是过滤氦气中油污的关键部件，它的好坏与否关系到冷头的正常使用寿命，因为氦气经过压缩机压缩后，氦气里的油污经过油滤过器过滤大部分，剩下的完全依靠吸附器来吸收。吸附器主要由活性炭组成，活性炭经过一定时间就会饱和而失去吸附作用，这样油就会顺着管道进入冷头，造成活塞磨损加剧，缩短冷头的使用寿命，因此吸附器必须定期更换。

3.4 校准记录。磁共振的操作人员每天注意聆听冷头发出的声音是否正常，如果有异常声音或是没有了响声应及时报告相应的维修人员。磁共振操作人员应每天开、关机的时候记录液氦的液位，以此来计算一段时间内液氦的挥发率。一旦出现异常快速下降的征兆，应及时通报医学工程人员查明原因并采取应急措施。一般情况下液位降到60%左右应该加注液氦。

3.5 安全检查。定期检查稳压电源柜的工作情况。由于我科磁共振未安装UPS电源，如果发生意外停电情况，来电后应以及恢复电力并开启水冷机组和氦压缩机。为了防止夜间停电的情况发生，安装停电报警装置。

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