GE Signa EXCITE HD 1.5T磁共振成像系统的冷头故障维修一例

王毅

新疆医科大学附属肿瘤医院医学工程部 (新疆乌鲁木齐 830002)

磁共振成像于1973年开始应用于临床检查，可提供十分可靠的图像资料，已成为当今主要的医学诊断手段。目前，我院配置的磁共振成像设备为美国GE公司生产的Signa EXCITE TwinSpeed 1.5T双梯度磁共振成像设备，采用了超导磁体，具有导电性、抗磁性等基本性质。磁共振成像设备的基本结构主要有以下几种：磁体系统、梯度系统、射频系统、射频系统、信号采集、图像重建系统、主控计算机和图像显示系统及制冷系统。本研究就制冷系统中最为重要的组件——冷头的工作原理、维修方法进行分析。

1 磁共振成像设备制冷系统的原理

磁共振成像设备的工作原理：在主磁体系统中(其作用为提供使原子核定向所必需的静磁场)，由射频线圈发射出的RF脉冲，对被检质子进行激励，并检测出被检体的磁共振信号，用于发射射频建立磁场的射频线圈叫做发射线圈，用于检测磁共振信号的射频线圈叫接收线圈。梯度磁场确定其信号位置和空间编码，然后再由计算机处理系统将所测量的磁共振信号及其位置信息重建成磁共振成像。

制冷系统包括冷头、压缩机、水冷机。冷头是制冷部件，为超导磁体提供20、70 K两极低温。冷头是一个膨胀机，经过压缩的高纯度氦气在此处膨胀带走周围的热量，通过两级缸套端面的垫圈将冷量传输到磁共振的两级屏蔽上，以隔绝结构导热。

2 故障案例

2.1 故障现象

磁共振成像系统在故障检测过程中，要求维修人员能够熟练掌握磁共振成像系统的组成，并且对该系统的运作原理有充分的了解[1]，为确保冷头和氦压机的正常运行，每天要对磁体的液氦量、磁体压力值进行检查。

检查发现，近1周磁体压力逐渐升高至4.9 Psi左右(正常范围为3.9～4.1 Psi)，该数值已经大大超出了正常的磁体压力值范围，且观察到冷头运行过程中发出的声音也是异于平常 “蜂鸣声”的一种“咔、咔”的响声。

2.2 解决方案

维修人员应在详细了解各系统组成部件及仪器工作原理的基础上，通过适当的检测方法对设备的工作进行检测，明确磁共振成像设备的故障，为维修奠定基础[2]。通过观察到磁体压力上升，说明由于时间的累积，活塞不停地在做往复运动导致磨损严重，从而使冷头制冷率降低，部分液氦从液态转化为气态，体积膨胀导致压力上升。当压力上升到泄压阀的水平(5.25 Psi)，减压阀为了防止气体压力过高引发安全隐患，从而自动打开使液氦挥发，带来不必要的经济损失。因此，维修人员应在压力上升到减压阀工作之前完成冷头更换。

在更换的过程中，应注意更换时间不宜超过3 h，以免液氦的大量流失，具体的规划步骤如下。首先，关闭机器，在系统中选择“shutdown”，机器关机后，在设备间关闭总电源。第二，关闭氦压机，关闭后开始连接真空泵到冷头的破真空接口，提供更换冷头的条件，打破当前的真空环境与外界打通，接着从磁体内的Shim Leader中引出一根氦气管通到冷头腔体，避免外界热空气过多的进入腔体造成不可逆的损失。第三，安装冷头架，拆卸冷头，将加热灯插到冷头腔体内，使腔体内的温度达到理想(250 K左右)，再安装冷头，安装完毕后，应该对冷头内部的环境进行纯化，其目的是使系统内充满相应压力高纯度的氦气，因为如果系统内混有空气，空气中的一些成分，如水蒸气、二氧化碳会在冷头的超低温环境下形成结晶冻住活动部件，使冷头在很短的时间内损坏，利用真空泵抽走腔体内的空气，达到真空的环境，为冷头工作提供合适的环境。最后，打开氦压机，听氦压机运行的声音是否为正常状态的“蜂鸣声”。如果是，则运转正常，如果仍有很大的卡顿声，则说明操作有误，则需要检查及重新安装。

2.3 定期维护保养

要求使用科室人员每日开机进行检查前和关机下班时，对设备间的所有设备——梯度柜、射频发射器、空调、UPS、水冷系统进行巡视检查，如果发现有设备报警或出现不正常的工作现象，立即向医学工程中心汇报[3]。

3 小结

磁共振成像系统在实际运行中可能会受到诸多外界因素的干扰，导致该系统出现故障，影响其稳定运行，进而导致诊断可靠性较差[4]。应注意每天记录该系统的液氦量，检查氦压机的工作压力，并密切注意冷头运行是否正常，每天保证使用完毕后正常关机。由于磁共振成像设备自带的很多系统在长时间使用后，会产生各种垃圾文件，应及时进行重要文件的备份，并将上述垃圾清理掉，才能更好地保证磁共振成像设备的良好运行[5-6]。