西门子1.5T磁共振水冷系统的工作原理及故障维修

青岛市中医医院 医学装备科，山东 青岛 266033

引言

磁共振设备是目前各大医院的必需设备之一，在临床医学影像诊断中发挥着非常重要的作用[1]。磁共振利用人体内占多数的氢核在强大磁场中的磁共振特性进行成像，与CT、DR等影像设备相比较，磁共振的成像更加清晰，诊断更加明确，尤其对于软组织的成像对比度更高，而且可以不用对比剂就能清晰地显示心脏和血管结构[2]。磁共振设备在临床中主要应用于脏器、头颈部、中枢神经系统等病变的检查[3]，尤其对肿瘤、脑梗塞等病变的诊断有显著效果[4]。

我院于2011年购进一台西门子1.5T超导型磁共振设备，该设备主要由磁体、射频单元、梯度单元、图像处理单元、计算机系统以及制冷系统等组成[5]，每个单元或系统都非常复杂且精细，因此其对于周围环境的要求很高，日常维护保养极其重要。该磁共振设备在我院已使用将近9年，最近两年来故障频发，主要的故障有两大类，一是线圈故障，表现为扫描图像有伪影或者不识别线圈。总结原因有2个：线圈本身使用年限超长，内部电路有折损，造成扫描图像有伪影；线圈插头或插座的插针歪斜，造成插上线圈时报错，显示10 V ERROR，提示插针歪斜导致内部电路短路。这类线圈故障只能更换线圈或者找专业维修工程师维修线圈，在维修期间相关部位的扫描只能暂停使用。第二类故障是磁共振外围设备故障，主要是水冷系统的问题导致磁共振设备内部温度过高，进而停机。超导型磁共振必须要使磁体线圈在超导环境下，才能保证磁共振设备的正常运行。我院磁共振设备只有一台，该设备长时间不间断地运转，为了减少患者使用过程中出现故障，导致停机，医疗设备维修工程师必须要了解其工作原理，以便能够及时准确地判断故障进行维修。

1 水冷系统的工作原理

在超导型磁共振设备安装时，工程师逐渐给超导线圈施加电流，从而建立预设的磁场，即充磁，一旦充磁完毕，超导线圈在超导环境下将不再消耗能量，持续提供强大且稳定均匀的磁场[6]。超导环境由液氦提供，氦的沸点是4.2 K，是已知物质中沸点最低的物质，利用液氦（4.2 K，-269 ℃）能够为超导线圈提供接近绝对零度的超低温，从而创造超导环境[7]。如果不能维持液氦的低温，冷头将停止工作，液氦会挥发，严重时会使超导线圈失去超导性，整个磁共振设备将会发生失超，带来不可逆的后果[8]。因此创造液氦的4.2 K的超低温环境极其重要。

水冷系统是磁共振设备的重要组成部分之一，其运行状态直接关系到磁共振设备能否正常工作。水冷系统在磁共振设备中除了对梯度线圈进行冷却，更重要的是对液氦循环进行冷却，这就对水冷系统的稳定性提出了更高的要求[9]。

磁共振设备的水冷系统由一级水冷系统和二级水冷系统组成[10]，其工作原理如图1所示。一级水冷系统，类似空调制冷系统，利用环保制冷剂R410A对水循环进行降温，与二级水冷系统交换热量，提供低温环境，关键的外围设备是室外水冷机。二级水冷系统，主要为液氦提供超低温环境，带走液氦的热量，氦压缩机将氦由膨胀的气体变为低温液体，使液氦在密闭容器中继续循环制冷。

图1 水冷系统工作原理图

2 故障维修案例与分析

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

磁共振设备无法扫描病人，报错显示：RF Power Amplifier error. Temperature of the RFPA too high.警告显示：Primary water temperature out of limits.

2.1.2 故障分析

警告提示一级水温超出范围，首先查看一级水冷系统，即室外水冷机，以下简称室外机。室外机左上角有一小屏幕，见图2。每按一次报警键，小屏幕上都会显示一个报错代码，查看报错代码为A006，继续按书本键-下翻页-回车键-下翻页-回车键-进水温度EUIN显示为40℃，高温报警。首先，长按报警键5 s，如果能够消掉报警，待到水温降下来后压缩机会自动启动，室外机开始运行。如果不能消掉报警，2个压缩机中间位置有一个红色按钮，按一下该按钮复位，压缩机启动，但是几秒钟之后自动断电，仍然报错A006，继续查找故障产生的原因。按下红色复位按钮，在压缩机启动的瞬间，观察4个风机正常转动，测得空气开关1QM1和1QM2的输出电压正常，继电器2KM1和2KM2的输出电压正常，说明给2个压缩机供电没有问题如图3所示。清理水冷机四周的灰尘和杂物，室外机启动，水温逐渐降低，报警键不再闪烁。

图3 室外水冷机部分电路图

图2 室外水冷机小屏幕

半个月之后，该室外机又报错，按照之前查看报错的步骤，本次报错代码为A006和A211，分别为高温报警和高压报警。按下报警键，2个报错均无法取消，重启室外机，观察4个风机的转动情况，其中有3个风机正常转动，另一个风机后转，且转速明显比其他3个风机慢。此时测得调速板的保险丝F1断开，更换保险丝，开启室外机后保险丝又断，判断风机故障导致保险丝断开，需要更换风机。查看风机参数为电压230 V，电流1.35 A，转速920 r/min，就近购买同参数的风机，更换之后开启室外机，保险丝没断，但会自动关机，判断调速板坏，需要更换，手头没有现成的调速板，需要从厂家发货过来，大概两天左右，同时不能影响影像科磁共振设备的正常使用，解决办法如下：暂时把调速板从电路中空出来。找到4个风机的电源线，每两个风机共用一根，因此风机的电源线一共是2根黑线，2根蓝线，把4个风机直接接220V电压，火线一定要接在空气开关下面，这时可以让风机以相同的转速运转，不受水温高低的影响，此时室外机可以正常运行，磁共振设备也可以正常扫描病人。值得注意的是，这种临时性的解决办法如果长期使用，可能导致风机烧坏，因此调速板一到货立即更换，恢复室外机的正常工作状态。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

磁共振设备无法扫描病人，警告显示：Primary water temperature out of limits. Total flow too low.

2.2.2 故障分析

警告显示水流量过低，首先观察磁共振设备间的流量计，发现流量计里的浮子上端在60左右，偏低，正常情况下浮子上端应该在80～100之间，使用快速补水法将水冷机和室内圆筒水箱加满水如图4所示。圆筒水箱上盖打开，阀门1号和2号打开，4号关闭，5号阀门打开[11]，接通自来水进水管路，等待水箱内空气被完全排出，有水往上冒的时候，说明水已加满，立即将5号阀门关闭，水箱上盖拧紧。1 min后查看流量计的数值，依旧在60左右，此时其他阀门不动，仅把3号阀门顺时针转动10～20°，流量计的数值逐渐增加，直到80左右。

图4 水循环管路

同时查看一级水冷系统的室外水冷机的报错代码，显示为A051和A003。A051提示需要保养，该报错不会造成设备停机；A003报错为水流量低。长按报警复位按钮，不能消除该报警，继续查找其他原因。观察4个风机均运转正常，清理四周灰尘和杂物，发现室外机后面的出水管路断裂，该出水管路流经的是经过制冷剂R410A降温之后的冷水，目的是给二级水冷系统降温。因为该室外机设在院里的一个角落里，没有完全封闭，可能人为不小心踩断出水管路，使得二级水冷系统无法降温。关闭室外机，先用自来水循环降温[12]，即图4中的阀门1号和2号关闭，4号和5号打开，同时更换出水管路。开启室外机，仍然报错为A051和A003，经咨询厂家工程师判断为主板故障，需要更换主板，厂家发货过来需要2天左右，为不影响磁共振设备正常扫描病人，需要暂时让室外机运转起来，解决办法如下：如图5所示，把室外机接线器中的P1、P2用一根导线短路，让主板监测到的流量反馈信号为最大流量，从而主板会自动屏蔽A003（水流量低）的报警，这时水冷机开始正常运转，随着水温的逐渐降低，磁共振设备也可以正常扫描病人了。同时在这期间，需要每天早晚观察压力表指数，如果指针来回摆动或者指针数为0，必须立即关闭室外机，保护室外机的其他部件不受损坏。待到主板到货后，更换主板，室外机工作正常，不再报错，磁共振设备也可以正常扫描病人。需要注意的是把P1、P2短路的方法需要有经验的工程师操作，其前提就是要确保水冷系统的流量已经达到要求，如果在低流量情况下把P1、P2短路，虽然室外机能够运转起来，但时间一长，因为监测不到任何流量的报错，可能使得温度越来越高，导致风机、调速板或主板烧坏，以致二级水冷系统也随之停机。但是作为医疗设备维修工程师，保证磁共振设备以最大能力运行，还是需要积极积累相关的维修经验。

图5 室外水冷机接线器

3 讨论与总结

磁共振设备是各大医院用于重大疾病诊断的重要医疗设备，该设备的好坏直接影响到医院的经济运行情况，更重要的是影响到对病人疾病诊断的精确程度。我院仅这一台磁共振设备，病人的磁共振项目采取预约形式，一般预约在5 d左右，5 d意味着预约的病人达200个，一旦设备出现故障，停机至少一天，将会影响到这200左右个病人的磁共振项目，护士需要给每个病人打电话告知该项目暂时无法进行，工作量极大，不仅造成病人的流失，也易引起矛盾和纠纷。

水冷系统是磁共振设备重要的外围设备之一，其工作状态影响着整个磁共振系统的运行[13]，本文主要介绍了水冷系统的工作原理以及在日常维修工作中的2个典型案例。高温和低流量是水冷系统常见的2个报警，处理这2个报警最基本的维修方法就是通过手动复位报警或调节流量，当问题仍得不到解决的时候就要考虑硬件的更换。本文的2个维修案例中，在等待新的调速板和主板到货之前，作为医疗设备维修工程师，可以利用日常维修经验，找到对应的电路点进行专业处理，让室外机暂时运转起来，使磁共振设备不再停机。在查阅到的文献中[14-15]，这2种维修方法是在本文第一次提到，希望能为医工人员在水冷系统方面的维修提供参考。

本文通过对水冷系统的工作原理及2个维修案例的分析，提示要保证磁共振设备的正常安全平稳地运行[16-17]，日常就要注重对水冷系统的维护保养。日常检查要点如下：要求技师每日操作之前查看并记录压力、水流量、液氦量等常规参数，关注冷头声音是否正常，确保冷头时刻处于工作状态[18]；设备科工程师定期对室外水冷机巡检，查看两侧散热器以及四周环境和杂物，及时处理；查看室外水冷机小窗口的状态：报警灯、进水温度、出水温度、高压和低压，一旦发现有报警，立即处理故障；定期查看流量计的数值，且清理室内氦压缩机上方的过滤网，保证流量处于正常范围；定期查看磁共振设备自身的警告信息，及时作出判断。