德国西门子MAGNETOM Sola1.5T磁共振成像系统水冷系统的工作原理及故障维修

孔令箭 徐晓林 庄河市中心医院医学装备科 （辽宁 庄河 116400）

内容提要： 磁共振成像主要原理是将人体放置在特殊磁场中，并利用无线电射频脉冲对人体内部氢原子核进行激发，使氢原子核共振吸收能量。在结束脉冲后，氢原子核能够按照相应频率发出信号，使人体内部形态被磁共振设备接受，经计算机处理随后获得图像。西门子1.5T磁共振属于医院内部最为重要的医疗设备，可以对患者全身每个部位进行深度扫描，从而发现病灶。作为高端MRI产品，西门子1.5T磁共振图像更为清晰，且成像速度较快，扫描范围较大同时扫描声音较低，降低对患者诊疗过程中的影响，可以进一步缩短诊断时间，为患者后续治疗奠定基础。西门子1.5T磁共振水冷系统作为该设备重要组成部分，直接影响到西门子1.5T磁共振的实际运行状态。本次研究针对西门子1.5T磁共振水冷系统的工作原理及故障维修展开分析。

随着医疗技术的发展和进步，当前医疗设备得到了升级和完善，对患者的诊断及治疗起到了非常重要的辅助作用，磁共振设备发挥着非常重要的作用。核磁共振相比于其他医疗成像设备对于体内软组织的清晰度更高，还能够减少使用对比剂，降低对患者的伤害。而一些只能通过对比剂提升成像清晰性的设备对于心脏及血管结构的展示虽然较好，但是由于对人体存在一定损害也让大部分患者减少了对其的选择。磁共振设备在临床中的使用主要以各个脏器、头部及颈部为主，而针对一些中枢神经和其他周围系统病变的检查也有奇效。目前，磁共振对于肿瘤和脑梗死病变的诊断效果更为显著。

1.西门子1.5T磁共振水冷系统的工作原理

西门子1.5T磁共振其水冷系统主要基于液氮为制冷物质，通过液氮为超导线圈建立较为舒适的超导环境，从而维护设备正常运行[1,2]。其中超导环境需要维持在4.2K，-269°C，所以磁共振可以借助真空将热度隔绝，但是因为其结构可以支撑多种因素，无法将热度彻底隔绝，因此在这种情况下液氮会借助蒸发的形式将热量导出，最后保持设备内部仍维持在4.2K，-269°C的程度[3,4]。为了进一步降低液氮的蒸发速度，需要在磁共振内部设置制冷系统，从而加速降温，减少液氮蒸发。本次研究以西门子1.5T磁共振为研究对象，西门子1.5T磁共振水冷机组的产地为意大利，而压缩机的产地则为德国[5,6]。作为制冷部分，冷头作为主要制冷环节，可以为西门子1.5T磁共振提供低温环境，属于膨胀机。能够为磁共振提供20K或77K的低温，这对于西门子1.5T磁共振的运行至关重要。冷头可以通过压缩高纯度氦气来膨胀，从而将周围热度带走，经过压缩之后的高纯度氦气能够带走大部分的热量，借助两级缸套断面的线圈可以将低温传输至西门子1.5T磁共振周围的两级屏蔽端，以此为主要结构进行导热[7,8]。而冷头的主要材料为丝绸胶木，在两级缸套周围的铜丸铅丸可以作为蓄冷填料。西门子1.5T磁共振内部压缩机主要通过为冷头提供高压氦气为主，因为从冷头所返回的氦气会受到提升压力，因此这时可以与水冷机组内部的冷却水相结合，产生热交换，在这种情况下滤油过后即可将高压氦气输送去冷头，建立新型氦气循环过程。西门子1.5T磁共振内部的水冷机组与空调内部结构相类似，都是借助热交换器为压缩机提供低温冷水，借助冷水机组，压缩机和冷头在不停作业的过程中可以为磁共振持续提供能量，进而实现降低液氮蒸发速度的效果。

2.西门子1.5T磁共振水冷系统的维护原理及院内设备概述

2.1 西门子1.5T磁共振水冷系统的维护原理

磁共振在运行的过程中，其水冷机组、压缩机和冷头在持续运行，对于这些部分的消耗较大。其中冷头的使用寿命为1～2年，压缩机内部吸附器的使用寿命为1000h左右，冷头内部包括活塞、旋转阀等零部件会随着时间的延长而磨损，需及时更换[9,10]。因此在磁共振设备运行的过程中，需要检修人员观察零部件的损耗，若零部件损耗过大，则会出现一系列故障，产生气密性较差、冷却效果下降，制冷机无法制冷等情况，严重影响工作效率。此外，为了避免填料松漏还应该避免超使用期限使用，情况严重的话还会使活塞卡死在缸套内部，使其彻底报废。作为过滤氦气的主要部分，吸附器的质量好坏与冷头的使用寿命有着直接联系，其主要原因是由于压缩机在压缩氦气之后其中存在一定的油雾，在油滤器过滤掉大部分之后，剩下的主要借助吸附器将其吸附出去。但吸附器饱和程度有限，无法持续吸附，一段时间后，吸附器失去作用，就会导致油雾跟随氦气进入管道内部，从而污染管道，进入冷头内部增加活塞磨损。水冷机组循环水管也会因为持续使用被腐蚀，导致水流不畅，影响制冷效果。

2.2 本院磁共振设备概述

本院所购入的德国西门子MAGNETOM Sola1.5T 磁共振成像系统（型号：MAGNETOM Sola；国械注准：20203060801；注册地址：深圳市南山区高新区高新中二道西门子磁共振园；生产地址：深圳市宝安区石岩街道塘头社区骏业路江峡物流园A2栋1楼、2楼，B8栋1楼）主要包括磁体、射频单元、梯度单元、图像处理、计算机和制冷系统。不同的部分都有着其重要作用，作为非常精细的设备构成，西门子1.5T磁共振对所处环境的要求较高，不但需要周围环境湿度保持在标准范围内，而且还需对设备进行日常精密的维护，以尽可能延长西门子1.5T磁共振的使用寿命。该设备在使用9年后出现了一系列故障，主要包括线圈故障及磁共振外围设备故障。其中线圈故障主要是因为设备的使用年限较长，难免出现一系列小故障，内部线路损耗较高，存在扫描成像不清晰的情况。线圈故障需要寻找专业维修团队前来维修，因此在维修作业的过程中不但会影响医院内部的诊断效率，也会延误患者诊断时机。而西门子1.5T磁共振外部故障主要集中在水冷。比如室外水冷系统会因为内部主板问题导致温度升高而短路，影响磁共振运行，甚至出现停机的状况。不但延误了患者就医进程，还会增加医患矛盾，存在消极影响。因而为了更好地降低患者使用过程中产生的问题，需要维修人员进一步分析问题根源才能有效维修。

3.西门子1.5T磁共振故障案例分析

3.1 水冷系统故障1

磁共振无法扫描患者设备报错“RF Power Amplifier error.Temperature of the RFPA too high.”警告显示“Primary water temperature out of limits.”

该故障主要是因为水温过高，存在水冷故障。操作人员在对室外水冷系统进行检查后，可以看到室外水冷机上方的屏幕存在报错，见图1。不间断重按报警键就会让小屏幕显示相应报错代码，本次报错代码为A006，随后操作应按照书本键、下翻页、回车键，观察到进水温度EUIN为40°C，产生了高温告警。这时，操作人员应持续不松动按报警键超过5s，若报警能够自动消除那么则等到水温自动降低后可以自行启动，保持室外水冷机的运行。若在持续不松动按报警键5s以上无法将报警消除，那么这时需要寻找两个压缩机中间位置的另一个按钮，在按下这个红色按钮后将按钮复位，从而重启压缩机。但是重启后几秒压缩机断电，小屏幕仍显示A006报错，因此这时需深入查找故障问题。两个压缩机中间的按钮在是复位按钮，压缩机在启动的时候，操作人员发现四个风扇运转都无问题，并使用测电笔对空气开关输出进行测试，结果显示电压正常，继电器输出电压正常，表示压缩机供电无故障。因此目前可知有可能是室外水冷机周围存在大量灰尘导致无法有效接触进而断电。随后操作人员将水冷机周围灰尘清除，启动室外水冷机，水温不断降低，故障修复。

图1 .室外水冷机屏幕

3.2 水冷系统故障2

磁共振设备无法扫描患者，显示警告：Primary water temperature out of limits.Total flow too low.针对这个故障警告显示内容可知，目前水流量较低，因此操作人员需对磁共振设备内部的流量情况进行检查，检查后发现流量计中的浮子上端保持在60，较低，与标准浮子（80～100）有一定差距。这时可以通过快速补水将水冷机及室内水箱内加满水。操作人员需首先将水箱盖子打开，随后打开阀门1-2号，关闭4号阀门，打开5号阀门，将自来水管道接通，在空气完全从水箱内排出后，水就会逐渐上涌，若出现冒泡则表示水已经加够，即可关闭进水管，关闭五号阀门，将水箱盖子盖好，见图2。

图2 .水循环管道

这时可以观察水冷系统室外水冷机的报错信息，信息显示报错代码为A051和A003。其中第一个报错代码表示需要保养，这一报错代码不会使设备停机无法运行，而二号代码则表示水流量较低。在将水流量改善为标准范围后，需按住该按钮保持5s以上，该报警仍没有解除，因此需寻找其他问题。在检查多个部分之后，操作人员发现风机运行过程中存在较多灰尘，因此将其周围灰尘清除。而后观察到水冷机管道断裂，因此可以得知由于管道断裂导致水冷系统无法降温，出现了此次故障。在发现故障后，操作人员首先将室外水冷机关闭，使用自来水进行循环降温。将阀门1-2号关闭，随后打开4-5号，将出水管路进行更换。将室外机开启，仍存在报错，报错代码为A051和A003，判断为主板故障。主板更换需将主板邮寄过来，时间较长，为了避免磁共振设备正常运行，需要使室外水冷机运行。操作人员需将P1-P2使用一根导线短路，从而将告警屏蔽，维持室外水冷机的正常运行，见图3。

图3 .室外水冷机内部接线器

操作结束，室外水冷机运行，水温逐渐降低，西门子1.5T磁共振正常运行。在此期间，期间，每天都需要对压力表指数仔细记录，假如压力表指针不断摆动且指针数为0，那么则说明室外水冷机内部存在故障，若持续运行则会导致零部件受损。接收到主板后应及时更换，保证设备稳定运行。在操作期间需要注意的问题是，在操作P1、P2短路的时候，应保证操作人员经验丰富，避免出现误差。虽然利用短路将室外水冷机运行起来，但是仍存在一定的隐患，随着运行时间的增加，会因为无法监测到报错导致温度持续升高，这时就会存在主板烧坏的风险，造成水冷系统停机。

3.3 故障总结

西门子1.5T磁共振属于各个医院的首要诊断设备，设备结构复杂，不但对于患者的诊断治疗有着积极影响，而且还直接关系着医院的发展，因此该设备需定期保养维修，避免在正常工作中产生故障影响患者就医。西门子1.5T磁共振设备的正常运行与否对诊断病情的精确程度也有着一定影响，若西门子1.5T磁共振出现问题，那么会影响患者正常就诊，且故障维修至少停机一天，对于医疗效率也有着不小的降低。而且在医疗设备故障维修期间，会造成患者流失，还会出现医患纠纷。

作为西门子1.5T磁共振设备的主要外部设备，室外水冷机的工作情况与磁共振的运行有着直接联系。文章针对两个水冷系统故障展开了介绍，并分析了两个故障的解决方法，希望能对于相关人员起到辅助作用。高温和低流量作为水冷系统的主要故障，在处理这两个报警的时候，需要借助手动复位报警及流量调节的方法进行维修。上述的两个水冷系统故障，为了避免因为主板损坏延长停机时间，需要专业修理人员利用自身维修经验进行短路，从而保证室外水冷机的暂时运行。

4.小结

综上所述，本次研究主要针对西门子1.5T磁共振水冷系统工作中存在的故障展开了分析，通过两个不同的维修案例体现出为了更好地保证西门子1.5T磁共振正常运行需要重点关注水冷部分，日常操作人员需注意对室外水冷机进行保养，并重点检查。其中重点检查内容分为记录压力、水流量、液氮量等。操作人员需关注冷头声音是否正常，使冷头始终处于正常工作中。操作人员需对室外水冷机定期检查，观察室外水冷机周围散热器及灰尘，按时清除。观察小屏幕状态，一旦发现报警，则需及时对故障进行处理，避免故障修理延误造成主板损坏。观察报警灯、进出水温、高低压。对室内氦上方过滤网定时清理，避免流量数值低于或超出正常范围。