蔡林意

懷化市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科， 湖南懷化 418000

GE1.5T核磁共振系統(tǒng)水冷機(jī)組自動旁路的改造

蔡林意

懷化市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科， 湖南懷化 418000

水冷機(jī)組是核磁共振制冷系統(tǒng)的組成之一，若其發(fā)生故障而不能及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行相應(yīng)處理，會導(dǎo)致磁體壓力上升，繼而損失液氦。本文介紹如何用一些常用的簡單元件組成一個自動旁路裝置，對水冷機(jī)的水路進(jìn)行相應(yīng)改造，通過改造達(dá)到盡可能減少因水冷機(jī)故障而導(dǎo)致的氦壓機(jī)停機(jī)時間。

核磁共振系統(tǒng)；水冷機(jī)；氦壓機(jī)；自動旁路

磁共振系統(tǒng)的制冷部分由水冷機(jī)、氦壓機(jī)、冷頭等組成，通過它們的共同工作，把磁體內(nèi)溫度控制在-269℃以維持超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)狀態(tài)。若水冷機(jī)發(fā)生故障，整個制冷系統(tǒng)會停止工作。為了維持磁體內(nèi)部-269℃的溫度，通過液氦的汽化帶走超導(dǎo)線圈的熱量，故而會導(dǎo)致磁體內(nèi)部壓力升高、液氦損失。當(dāng)液面低于60%時，磁體就存在很大的失超風(fēng)險。

我院水冷機(jī)組自2005年使用以來，故障頻繁，時常導(dǎo)致氦壓機(jī)停機(jī)而損失大量的液氦，給醫(yī)院帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了減少損失，我們對水冷機(jī)組進(jìn)行了自動旁路系統(tǒng)的改造。

1 改造的預(yù)期目標(biāo)

⑴ 水冷機(jī)故障時自動切換到旁路工作；

⑵ 水冷機(jī)故障自行恢復(fù)后能自行切回正常工作；

⑶ 停電時自動切換成旁路，來電后恢復(fù)正常；

⑷ 在對水冷機(jī)進(jìn)行維護(hù)時可手動切換到旁路；

⑸ 在裝置自身發(fā)生故障，且需要使用旁路時，可以人工切換到旁路；

⑹ 實時顯示水冷機(jī)中冷凍液的溫度；

⑺ 在旁路工作狀態(tài)時有燈光報警指示。

2 設(shè)計原理

無論水冷機(jī)組因哪種故障而停機(jī)，最終表現(xiàn)均為冷凍液溫度的上升。該裝置通過使用溫度傳感器檢測冷凍液的溫度，并予以實時顯示。在此裝置中設(shè)定一自動旁路工作閾值，當(dāng)冷凍液溫度高于此閾值時，該裝置通過控制電磁閥的動作，自動切換到旁路工作，并發(fā)出燈光報警指示。圖1為原理框圖。

圖 1 原理框圖

3 具體設(shè)計

3.1 溫度檢測及實時顯示

采用溫度傳感器AD590和ICL芯片ICL7106/7107以及LED/LCD顯示器來完成溫度的檢測及實時顯示。

如圖2所示，把AD590和ICL7106/7107連接，再加上LED/LCD和幾個電阻就能實現(xiàn)溫度的檢測及實現(xiàn)實時顯示。UREF（參考電壓）對攝氏溫標(biāo)取500mV。

圖 2 實時溫度檢測及顯示電路

3.2 旁路工作閾值的確定及自動旁路和旁路工作指示

3.2.1 旁路工作閾值的確定。通過實際工作中的觀察可知，正常情況下，冷凍液溫度在18~24℃之間波動。若水冷機(jī)組發(fā)生故障，當(dāng)冷凍液溫度上升到40℃左右時會報錯超溫并停機(jī)，停機(jī)后溫度會繼續(xù)上升，但不會超過70℃。而正常工作中溫度不會超過30℃。故可把自動旁路的工作閾值設(shè)定為30℃。

3.2.2 自動旁路控制。八段數(shù)碼/液晶顯示在顯示0～6時，其中c段和g段在顯示0~2時其中的一個是高電平；在顯示3~6時，兩個全是高電平。如圖2-1所示，在ICL芯片的十位輸出端的c、g兩腳引出信號，送進(jìn)一個與門，再把與門的輸出端與開關(guān)三極管的基極相連。當(dāng)溫度顯示的十位為0~2時，與門輸出低電平（即無電流輸出），開關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。故當(dāng)溫度顯示為0~29℃時，開關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)溫度顯示為30~69℃時，開關(guān)三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

圖 2-1 自動旁路控制電路

3.2.3 旁路及旁路工作指示。如圖2-2所示，四個電磁閥中，兩個為常開電磁閥，兩個為常閉電磁閥。當(dāng)溫度顯示為0~29℃時，開關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，固態(tài)繼電器不工作，電磁閥不工作保持原狀態(tài)，發(fā)光二極管沒有電流通過不發(fā)光；當(dāng)溫度顯示為30~69℃時，開關(guān)三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，固態(tài)繼電器工作，交流220V電源加到電磁閥上，電磁閥工作實現(xiàn)旁路工作，同時發(fā)光二極管有電流通過，開始發(fā)光，實現(xiàn)旁路工作燈光指示亮燈。

圖 2-2 旁路及旁路工作指示電路

3.3 停電自動旁路及手動旁路

3.3.1 停電自動旁路。

如圖3所示，從ICL芯片個位顯示輸出端的b、c腳引出信號送入一個或門，再把或門的輸出信號通過一個由市電控制的繼電器常閉繼電器后與開關(guān)三極管的基極相連。無論個位溫度顯示為何數(shù)時，或門輸出均為高電平。當(dāng)市電停電時，常閉繼電器恢復(fù)到閉合狀態(tài)，開關(guān)三極管基極加上高電平，開關(guān)三極管導(dǎo)通，旁路工作開始；來電后或門輸出通過常閉繼電器加到開關(guān)三極管基極的高電平消失。只要此時溫度顯示低于29℃，裝置會自動切換回正?；芈贰?.3.2 手動旁路。如圖3所示，將一個開關(guān)跨接在或門輸出端和開關(guān)三極管基極之間。若需手動旁路時，閉合開關(guān)S；斷開開關(guān)S，若此時溫度顯示低于29℃則回到正常回路。

圖 3 停電自動旁路及手動旁路電路

4 整合

本裝置設(shè)計的最終目的是盡可能減少氦壓機(jī)的停機(jī)時間。故將溫度檢測及實時顯示部分使用雙路設(shè)置，使用連動開關(guān)來控制使用A路或B路的溫度顯示作為取樣線路。各個部件盡可能使用插件以方便維護(hù)及維修更換。組裝好后，把溫度傳感器置于30℃的水中進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以確保在30℃附近有最大精確度（AD590的最高精度型號的精確度為0.1℃）。

停電自動旁路的繼電器使用市電控制。ICL芯片供電和開關(guān)三極管所控制的點由12V開關(guān)電源提供，此12V開關(guān)電源和電磁閥的工作電源由220V的UPS提供。

5 結(jié)語

此裝置在實際使用中實現(xiàn)了預(yù)期的目的，減少了氦壓機(jī)的停機(jī)時間。但裝置在旁路工作時溫度顯示會變暗，此問題可以通過添加有源功率放大器來解決。還可通過對水冷機(jī)水路的改造來方便電磁閥的維修與維護(hù)。

[1] 楊素行.模擬電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,1998.

[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3] 余學(xué)飛.醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2005.

[4] 劉篤仁,韓保君.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2009.

[5] 鄒德春,等.核磁水冷系統(tǒng)自動監(jiān)控報警系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2009(6):94-95.

Automatic Bypass Reform of GE1.5T MRI Water-cooled Unit

CAI Lin-yi
Equipment Department,Huaihua First People's Hospital,Huaihua Hunan 418000,China

TH774；TB657

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.08.037

1674-1633(2010)08-0095-02

2009-12-03

2010-06-12

作者郵箱：monwjg@yahoo.com.cn

Abstract: Water-cooled unit is a part of the MR refrigeration system, if its failure can not be found in time and not be solved properly, it will increase the magnetic pressure, then the liquid helium will lose.We used some common components, and made a simple auto-bypass device, and rebuilt the water cooled machine transformation, so we can minimize the time that helium compressor doesn't work.

Key words: MRI system;water-cooled system;helium compressor;automatic bypass