王輝林，范恒全，酒曉林

（聯(lián)勤保障部隊第980 醫(yī)院放射診斷科，石家莊 050082）

0 引言

MR 檢查具有無輻射、信息豐富等多種優(yōu)勢，尤其是在神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉、軟組織、腫瘤等方面成像優(yōu)勢明顯，在臨床診療工作中發(fā)揮著十分重要的作用[1]。臨床常用的MR 檢查設(shè)備均為超導(dǎo)MR 設(shè)備，主磁場線圈需要在超導(dǎo)狀態(tài)下通電產(chǎn)生并維持主磁場。目前無論低溫超導(dǎo)材料還是所謂高溫超導(dǎo)材料仍需要在零下269 ℃才能達到超導(dǎo)臨界點，因此主磁場線圈需要冷卻系統(tǒng)保持低溫以維持線圈的超導(dǎo)狀態(tài)。冷頭系統(tǒng)作為超導(dǎo)MR 設(shè)備重要的組成部分，是維持主磁場線圈超導(dǎo)狀態(tài)的關(guān)鍵部件，其通過控制氦氣的氣-液轉(zhuǎn)換保證主磁場線圈的低溫環(huán)境，維持超導(dǎo)狀態(tài)，進而保障MR 設(shè)備正常運行[2]。

我院于2017 年12 月引進GE HDi 1.5T MR 設(shè)備，目前處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，其故障以長時間連續(xù)運行的冷頭系統(tǒng)為主。本文詳細介紹MR 設(shè)備冷頭系統(tǒng)的組成及工作原理，并選取GE HDi 1.5T MR 在運行過程中遇到的4 例冷頭系統(tǒng)故障，分析故障原因，給出具體排除過程，以供同業(yè)人員參考。

1 MR 冷頭系統(tǒng)的組成及工作原理

超導(dǎo)MR 設(shè)備的冷頭系統(tǒng)包括冷頭、液氦壓縮機、水冷機及其連接管路4 個部分，工作原理及實物圖如圖1 所示。冷頭系統(tǒng)的核心部件為冷頭，標(biāo)準(zhǔn)名稱為低溫制冷機，其制冷溫度普遍可達120 K 以下。在超導(dǎo)MR 設(shè)備中主要使用以液氦為冷媒的低溫制冷機。常用低溫制冷機主要包括斯特林制冷機、GM制冷機、脈管制冷機等類型，其中GM 制冷機技術(shù)成熟，成為國際上唯一大批量生產(chǎn)的低溫制冷機。1995 年，日本住友公司首次將商業(yè)4K 冷頭投放市場，推動超導(dǎo)MR 設(shè)備進入液氦零揮發(fā)（zero-boiloff）時代。目前，住友4K 冷頭是全世界所有主流超導(dǎo)MR 設(shè)備廠家的標(biāo)配，例如GE 的MR 設(shè)備采用408A/412A 制冷機，西門子和部分佳能的MR 設(shè)備采用408L/412L 制冷機，聯(lián)影、日立的MR 設(shè)備采用408D/412D 制冷機。我院GE HDi 1.5T MR 冷頭系統(tǒng)采用的是RDK-408A3 制冷機。

圖1 冷頭系統(tǒng)工作原理及實物圖

冷頭既是二級膨脹機又是制冷部件，高壓氦氣在此吸熱、膨脹帶走熱量，低溫氦氣則通過兩級缸套端面的鋼墊圈將冷量傳導(dǎo)至超導(dǎo)磁體的兩級冷屏上，從而維持液氦中超導(dǎo)線圈的環(huán)境溫度。液氦壓縮機主要通過軟管與冷頭相連，回收從冷頭返回的高溫氦氣并為冷頭提供低溫氦氣，同時將冷頭制冷過程中吸收的熱量通過氦氣壓縮傳導(dǎo)至水冷機，水冷機則冷卻高溫氦氣，最終將熱量經(jīng)過水循環(huán)發(fā)散至室外。冷頭系統(tǒng)通過水冷機組、液氦壓縮機和冷頭協(xié)同工作維持主磁體的超導(dǎo)狀態(tài)，有效減少了液氦的揮發(fā)[3]。

2 維修案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后發(fā)現(xiàn)是阿爾西水冷機（型號：10.0 P6 R407C）故障，故障信息為“compressor alarm?。?！”。

2.1.2 故障分析及排除

根據(jù)故障現(xiàn)象和故障代碼的提示，初步判斷為阿爾西水冷機的壓縮機相關(guān)電路故障。具體操作如下：

（1）重啟水冷機。因故障發(fā)生在夏季，室外溫度過高，壓縮機可能因長時間工作觸發(fā)過熱保護[4]。因此將壓縮機徹底斷電停機10 min 后重新開機，約5 min后故障再次出現(xiàn)。

（2）檢查壓縮機。壓縮機重啟后無異響。測量壓縮機繞組三相電壓、電流分別為401 V/6.7 A、398 V/6.8 A 和390 V/7.2 A，電壓、電流示數(shù)均正常，可暫時排除壓縮機自身故障[5-6]。

（3）從壓縮機電源端依次排查過流保護器、相序保護器[6]、熱繼電器、交流接觸器等電路元件。通過外觀檢查及插拔測試排除明顯故障元器件后，采用逐個更換元器件的方式定位故障元件。具體操作步驟：先更換過流保護器，重啟測試發(fā)現(xiàn)故障依舊；隨后更換相序保護器并再次重啟測試，故障未排除；最后更換與原件同規(guī)格的施耐德品牌的熱繼電器和交流接觸器（兩者為一體化元件，如圖2 所示），重啟開機，故障排除，機組恢復(fù)正常運行。

圖2 熱繼電器和交流接觸器更換前后對比圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

磁體監(jiān)測器示數(shù)為1.25 psi（1 psi=6.895 kPa），壓力值偏高（正常壓力范圍為0.9～1.1 psi）。

2.2.2 故障分析及排除

磁體壓力偏高通常由冷頭系統(tǒng)故障導(dǎo)致，因此對冷頭系統(tǒng)部件逐個進行排查：

（1）冷頭。工作狀態(tài)下冷頭無異常雜音[7]，且由于該冷頭為保修期內(nèi)更換的原廠配件，使用時間較短，出現(xiàn)故障的概率較低。

（2）冷頭水冷機。水冷機操作面板溫度顯示為“InletTemp.22.7℃/OutletTemp.19.2℃”，溫度在正常范圍內(nèi)，水冷機工作正常。

（3）液氦壓縮機。經(jīng)觀察，發(fā)現(xiàn)液氦壓縮機工作指示燈顯示正常，但SUPPLY PRESSURE（供氣壓力）偏低（示數(shù)為1.95 MPa，正常值范圍為2.2～2.3 MPa），RETURN PRESSURE（回氣壓力）正常（示數(shù)為0.5～0.6 MPa）[8]?？紤]是液氦壓縮機欠壓，導(dǎo)致冷頭制冷效率減低，進而導(dǎo)致磁體壓力升高。因此請專業(yè)人員灌注氦氣使氦壓恢復(fù)至2.3 MPa，24 h 后磁體壓力降到1.005 psi，磁體壓力恢復(fù)正常，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后確認(rèn)阿爾西水冷機故障，水冷機操作面板顯示“InletTemp.30.7℃/Outlet－Temp.28.2℃”，表明水冷機溫度過高，正常應(yīng)為“InletTemp.22℃/OutletTemp.19℃”。

2.3.2 故障分析及排除

根據(jù)故障現(xiàn)象和報錯代碼“Low Pressure”（欠壓），初步判斷為阿爾西水冷機管路壓力不足，提示R407C 制冷劑不足，采用以下步驟進行故障排除：

（1）排查整個制冷劑回路。經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)制冷系統(tǒng)管路的壓力為0。為排查漏點，使用1.5 MPa 氮氣對管路進行分段加壓，具體分段為冷凝器及高壓區(qū)、蒸發(fā)板區(qū)、R407C 制冷劑壓縮機及低壓區(qū)。加壓檢測后發(fā)現(xiàn)冷凝器高壓管路有3 處漏點、高壓電磁閥有漏點，更換冷凝器部分高壓管路及電磁閥后，制冷系統(tǒng)管路壓力恢復(fù)正常（高壓為14 MPa，低壓為4 MPa），故障排除。

（2）清理雜質(zhì)。制冷系統(tǒng)內(nèi)可能存在氧化物以及其他雜質(zhì)，因此使用化學(xué)藥物對整個管路進行清洗，并更換系統(tǒng)干燥過濾器。

（3）排出管路內(nèi)空氣確保其呈負(fù)壓真空狀態(tài)后，加注杜邦R407C 制冷劑，重啟機器，故障信息消失，系統(tǒng)正常運行。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

冷頭監(jiān)測系統(tǒng)報警，檢查后確認(rèn)阿爾西水冷機故障，故障信息為“water high”。

2.4.2 故障分析及排除

根據(jù)報錯信息提示，初步判斷為水冷機水路故障。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)丙二醇液位不足。排查整個丙二醇回路，發(fā)現(xiàn)水泵連接處壓力表內(nèi)有黃色丙二醇溢出[9]，因此考慮壓力表故障。更換全新的壓力表，定量加注丙二醇防凍液后[10]，故障排除。

3 冷頭系統(tǒng)的日常維護

3.1 外觀檢查

定期檢查冷頭、液氦壓縮機、水冷機的各個循環(huán)管路及相連設(shè)備的外觀，觀察是否存在破損、泄漏；每天觀察并記錄磁體的壓力、液氦壓縮機、冷頭和水冷機的運行參數(shù)等[11-12]。

3.2 通風(fēng)檢查

定期沖洗水冷機組室外機的散熱器，尤其是在春天楊絮漫天飛的季節(jié)，很容易造成水冷機高壓報警[13]。

3.3 部件使用時間登記

冷頭和壓縮機等運行時間長、負(fù)荷重，使用達到設(shè)計壽命后應(yīng)及時更換配件[14]。冷頭各核心部件的使用壽命如下：旋轉(zhuǎn)閥為3 a，摩擦密封為1～3 a，液氦壓縮機為5 a，吸附筒為1 a。

4 小結(jié)

冷頭系統(tǒng)是MR 設(shè)備重要的組成部分，一旦出現(xiàn)故障會造成設(shè)備直接停機，直接影響醫(yī)院正常的診療工作[15]。冷頭系統(tǒng)的檢測與維修價格昂貴，通常單次檢測服務(wù)費就高達3 萬元，且在未購買全保的情況下，受限于各單位的大型設(shè)備維修流程及財務(wù)規(guī)章制度，維修周期偏長。而冷頭長期故障會導(dǎo)致液氦大量揮發(fā)，甚至導(dǎo)致MR 設(shè)備失超，造成更大的經(jīng)濟損失及安全隱患[16]。因此，臨床維修工程師應(yīng)具備過硬的維修能力，熟練掌握所修設(shè)備的工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的詳細運行狀態(tài)，以對關(guān)鍵部件故障進行初步的分析及處理，保證人員及設(shè)備的安全。同時應(yīng)做好設(shè)備日常管理及維護工作，儲備簡易的易損零配件及常用耗材，對設(shè)備故障具備一定的處理能力，最大程度地保障設(shè)備正常運行，支持臨床工作，降低維保成本。