【作 者】 張驥，杜桂民，王萌萌

齊河縣人民醫(yī)院 醫(yī)學裝備科，德州市，251100

0 引言

磁共振成像設備通過人體內(nèi)含氫質(zhì)子在靜磁場內(nèi)因受到多種頻率射頻激勵而發(fā)生磁共振現(xiàn)象，計算機系統(tǒng)接受磁共振信號后通過空間編碼技術(shù)（梯度場）生成核磁圖像，是一種用于人體內(nèi)部多種疾病診斷的現(xiàn)代化影像設備[1]。磁共振設備由主磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及相關(guān)輔助設施（如精密空調(diào)、照明系統(tǒng)）等組成[2-3]。

我院現(xiàn)有的1臺GE公司的1.5 T Brivo MR355型磁共振設備，該設備購置于2012年8月，MR年均掃描患者部位達三萬余次，設備經(jīng)常處于滿負荷工作狀態(tài)，軟硬件出現(xiàn)故障也越來越多，尤其是近1年來因梯度系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)發(fā)生故障導致停機運行，對我院醫(yī)療服務造成一定影響。近5年來寧夏醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院的王愛軍[4]和濰坊醫(yī)學院附屬醫(yī)院的熊剛等[5]對梯度系統(tǒng)的故障維修做過詳細介紹，蘭州市第一人民醫(yī)院的田弘洲[6]對冷卻系統(tǒng)的故障維修做過了詳細的分析總結(jié)，但對于GE公司生產(chǎn)的1.5 T Brivo系列磁共振 MR355和MR360兩種型號的梯度系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的故障維修分析和探討還沒有相關(guān)研究文獻。下面分析總結(jié)近一年來我院磁共振設備發(fā)生的梯度系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)兩例故障的具體處理步驟和方法，與大家分享大型設備維修方面的方法和經(jīng)驗。

1 梯度系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)工作原理

1.1 梯度系統(tǒng)工作原理

磁共振梯度系統(tǒng)作為設備的核心部件，其主要功能是給梯度線圈供電，使得X、Y、Z三個方向的梯度線圈在成像空間中產(chǎn)生線性變化的正交磁場，實現(xiàn)磁場的空間位置編碼和成像體素的選層，用于空間定位[4]。三個正交的梯度直流線圈的供電分別有一個獨立的梯度放大器供電，使得梯度線圈輸出線性穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換速度快、開關(guān)時間短、脈沖電流精準[7-8]。GE Brivo MR355梯度系統(tǒng)工作原理，如圖1所示，主要組成為：梯度數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分（SRF/TRF板）、梯度數(shù)據(jù)傳輸部分（STIF板）、梯度處理器（GIP/GAP/GP）、三個梯度放大器（Amp）、梯度電源（Power Supply）、濾波器（Pen Panel Filter）和梯度線圈（Gradient Coils）。

圖1 GE Brivo MR355梯度系統(tǒng)工作原理Fig.1 Schematic diagram of GE Brivo MR355 Gradient system

1.2 冷卻系統(tǒng)工作原理

GE Brivo MR355磁共振磁體線圈的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，如圖2所示，其結(jié)構(gòu)由水循環(huán)、氦壓機、冷頭等三級聯(lián)冷部分組成[9]。其中水循環(huán)制冷系統(tǒng)由初級水冷和次級水冷兩部分組成，初級水冷由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、自來水管路等組成，各部件均位于室外；次級水冷主要功能是與氦壓機進行熱交換，導出氦壓機運行產(chǎn)生的熱量；氦壓機制冷系統(tǒng)主要功能是由GWS-70氦壓機通過連接管路與磁體上的冷頭進行熱交換，導出冷頭循環(huán)工作產(chǎn)生的熱量；冷頭為日本住友4 K級別的RDK408A3型，主要功能是在4.2 K溫度下輸出1 W的冷量，將磁體內(nèi)液氦因吸收磁體線圈內(nèi)的熱量蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體氦氣全部液化，達到給磁體線圈降溫的目的，實現(xiàn)磁體液氦的零消耗。

圖2 GE Brivo MR355磁共振磁體線圈冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理Fig.2 GE Brivo MR355 Magnetic resonance magnet coil cooling system schematic

2 梯度系統(tǒng)故障

2.1 故障現(xiàn)象

設備正常使用中，系統(tǒng)在掃描患者最后一個彌散序列時突然無法掃描，提示梯度系統(tǒng)沒有準備好，查看錯誤日志中的報錯信息可以看到：The GP is reporting a SGA Power Supply Over Current Fault（梯度處理器報告梯度放大器電源低壓錯誤），報錯代碼為2244860。按系統(tǒng)提示，對系統(tǒng)進行TPS Reset重置，結(jié)果系統(tǒng)仍然無法掃描。

2.2 故障分析

首先調(diào)取全部的錯誤日志信息，如圖3所示?？梢钥吹教荻忍幚砥魇紫葯z測到梯度放大器電源電壓過載（圖3a），緊接著梯度處理器檢測梯度放大器電源輸出電壓低（圖3b），4 s后梯度處理器檢測到多個X軸梯度放大器內(nèi)部錯誤或控制電壓低（圖3c）。

圖3 磁共振梯度系統(tǒng)報錯信息截圖Fig.3 Screenshot of error message reported by Mr Gradient system

根據(jù)圖1中的梯度系統(tǒng)工作原理，X、Y、Z軸的三個梯度放大器使用共同的一個梯度電源，且最后一個梯度系統(tǒng)的報錯指向了X軸梯度放大器，因此故障原因可能來自X軸梯度放大器內(nèi)部。

進入設備間查看梯度放大器后發(fā)現(xiàn)X、Y、Z軸三個梯度放大器指示燈中僅X軸的“UV”橘黃色指示燈亮起，而其余指示燈指示均一樣，根據(jù)磁共振理論可知X、Y、Z軸三個梯度放大器結(jié)構(gòu)完全一樣[10]，故交換X軸和Y軸兩個梯度放大器電源線和控制線，用同樣序列及參數(shù)進行掃描，系統(tǒng)報錯信息變?yōu)椋篢he GP reported multiple Gradient Amplifier Y Axis Internal Wiring Fault or Control Undervoltages（梯度處理器檢測到多個Y軸梯度放大器內(nèi)部線路問題或控制部分低壓），此時設備依然無法進行掃描，經(jīng)分析確定故障原因來自X軸梯度放大器故障。梯度放大器包括供電電源和放大器控制板，為縮小故障范圍恢復原來接線，拆下X、Y軸的梯度放大器后把X和Y軸兩個梯度放大器控制板對調(diào)，再進行系統(tǒng)TPS Reset，設備再次報同樣的Y軸故障。進一步判斷出故障原因來自X軸梯度放大器內(nèi)的控制板。

2.3 故障處理與小結(jié)

設備關(guān)機后將X、Y軸梯度放大器取出，卸下兩個放大器的控制板，經(jīng)仔細觀察對比兩個電路板后，發(fā)現(xiàn)X軸的梯度放大器控制板上有一個電容外殼有形狀不規(guī)則鼓起的現(xiàn)象，且外殼顏色為深灰色，外皮似乎因過熱而變色和僵硬，而Y軸梯度放大器控制板上同樣位置的電容的顏色為淡黃色、外皮光滑，因此判斷X軸梯度放大器控制板上的貼片電容可能損壞。拆下該電容，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)該電容已被擊穿，更換同樣型號的16 V，2 200 μF，85 ℃貼片鉭電容后重新開機，X軸梯度放大器上“UV”不再常亮，進入設備校準界面，對X軸梯度放大器輸出電壓進行直流校準（DC Offset Calibration）后，進行水膜掃描測試，設備工作正常，故障消失。

磁共振設備屬大型精密設備，尤其是梯度放大器需要對電感負載提供切換速度快、電流大小精準的脈沖電流[11]，線圈在進行普通序列的掃描時，梯度放大器輸出電壓穩(wěn)定在200 V；而進行梯度切換最快的彌散序列掃描時，輸出電壓會在195 V和205 V之間跳動。梯度放大器上的貼片鉭電容的過壓和高溫，特別是長時間的過壓和高溫，會嚴重縮短鉭電容內(nèi)部單體電容的壽命。因此對于醫(yī)院的臨床工程師來說，只有熟練掌握設備各部件的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，在維修過程中認真推理、仔細觀察，每步的操作都有理有據(jù)、有的放矢，才能真正做好保障設備安全運行。

3 冷卻系統(tǒng)故障

3.1 故障現(xiàn)象

設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)檢測到設備近14 d內(nèi)磁體氦壓從4.035 psi（注：1 psi=6.89 kPa）持續(xù)上升至4.956 psi（正常值為0.9～1.1 psi），期間壓力值曲線一直呈現(xiàn)上升趨勢，經(jīng)醫(yī)學裝備科現(xiàn)場查看，壓力有超過臨界值（5.25 psi）趨勢，遂與廠家工程師聯(lián)系，為設備安全運行，經(jīng)溝通后決定暫停使用磁共振設備。

3.2 故障分析

根據(jù)圖2中的磁共振冷卻系統(tǒng)工作原理，磁體液氦壓力升高原因出現(xiàn)在水循環(huán)、氦壓機、冷頭等三方面，需逐個排查。首先進入現(xiàn)場查看Magnet Monitor顯示屏顯示的水冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)，其中水循環(huán)制冷系統(tǒng)溫度（Water_Temp: 18.1 ℃）和流量（Water_Flow: 8.49 LPM）均在維修手冊中正常范圍內(nèi)。繼續(xù)查看氦壓機，氦壓機工作狀態(tài)下進氣管路的動態(tài)壓力在2.1～2.3 psi之間跳動，回氣管路動態(tài)壓力在0.65～0.75 psi之間跳動，工作界面制冷指示燈綠燈常亮，根據(jù)氦壓機維修手冊得知壓力正常；為排除氦壓機故障的可能，在氦壓機工作過程中為氦壓機添加純氦氣至進氣動態(tài)壓穩(wěn)定在2.3～2.5 psi之間，磁體線圈在未進行掃描狀態(tài)下繼續(xù)觀察設備運行4 h以上，磁體液氦壓力上升至5.10 psi且依然呈現(xiàn)上升趨勢。由此排除水冷機和氦壓機故障的可能。根據(jù)磁共振工作原理，最后的可能指向磁體冷頭[12]。

查看Magnet Monitor顯示屏顯示的冷頭傳感器數(shù)據(jù)：Coldhead_Ru0：5.24 K（冷頭溫度）；Shield_Si410：53.36 K（屏蔽層溫度）；Recon_Si410：3.94 K（一級冷頭溫度）；Recon_Ru0：4.46 K（冷凝器溫度）。結(jié)合維修手冊得知冷頭傳感器數(shù)值略高，但因我院該設備已使用10年，上次冷頭更換為5年前，而住友冷頭的常規(guī)壽命在3～6年，繼續(xù)查看Magnet Monitor顯示屏中Heater Duty Cycle數(shù)據(jù)僅為6%（數(shù)值越高說明冷頭的工作效率越高），由此推斷磁體液氦壓力持續(xù)升高的主要原因為冷頭使用壽命已接近極限，導致冷頭和磁體線圈之間熱交換效率變差。

3.3 故障處理與小結(jié)

首先用管路連接真空泵與冷頭腔體，用真空泵把腔體內(nèi)抽真空，使腔體內(nèi)達到真空狀態(tài)，保持腔體與磁體內(nèi)外氣壓平衡，然后利用專用工具拆卸已損壞的冷頭。拆出冷頭后待腔體溫度自然上升，在設備軟件中監(jiān)控腔體溫度Recon Si410達到270 K左右時方可安裝新冷頭。在新裝日本住友4 K級別的RDK408A3型冷頭軸端與腔體的接觸面上均勻粘貼銦絲，利用銦的可塑性強和延展性等特點來保證接觸面的密封性。最后在冷頭軸端用鋁膠帶固定干燥劑，以吸收空氣中的水蒸氣，保持干燥。新冷頭處理完后對各接觸面進行檢查，無問題后將新冷頭裝進冷頭腔內(nèi)。新冷頭安裝完畢之后，用真空泵抽真空后，開啟氦壓機進行工作。進入設備軟件繼續(xù)觀察冷頭內(nèi)各溫度傳感器檢測的溫度變化和磁體線圈內(nèi)液氦壓力的變化。重新開機，進入設備校準界面，對冷頭參數(shù)進行校準后，繼續(xù)觀察液氦壓力4 h后得到壓力值降至4.1 psi，第二天早上液氦壓力下降至0.985 psi（正常值為0.9～1.1 psi），設備恢復正常。

冷卻系統(tǒng)作為磁共振設備主要組成部分之一，實現(xiàn)超導線圈長期浸泡在溫度為4 K左右的液氦中，其各部件工作狀態(tài)尤為重要。設備運行中可能會受到各種因素的影響而出現(xiàn)故障，在設備運行中需密切關(guān)注各組件的運行參數(shù)，并做好日常記錄，出現(xiàn)故障時應及時維修，否則導致磁體線圈溫度、液氦壓力上升，達到極限后液氦會出現(xiàn)泄漏，造成圖像偽影甚至無法掃描，最嚴重的會導致磁體失超，給醫(yī)院帶來巨大損失和不良影響[13-14]。

4 討論與總結(jié)

GE 1.5 T磁共振 Brivo MR355作為現(xiàn)代化的大型影像設備，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和成像原理復雜，軟硬件的各種原因都會引起設備故障[15-16]，且維修難度大。作為臨床工程師應熟悉設備的基本結(jié)構(gòu)和運行原理，在出現(xiàn)設備故障后需要首先查看報錯信息，結(jié)合故障現(xiàn)象和維修手冊，理清思路后仔細分析可能引起故障的原因，采用逐步排除法、原理分析法和同原理交換試驗法等，將多種方法靈活運用，快速解決設備使用過程中出現(xiàn)的故障[17-18]。筆者提及的梯度系統(tǒng)故障和冷卻系統(tǒng)故障案例，在相關(guān)文獻中有過對其他品牌型號的類似故障處理闡述[4-6]，但因設備品牌和型號不同，結(jié)構(gòu)組成和運行原理有所不同，所述的處理方式方法和筆者也有明顯不同，且針對于GE Brivo系列1.5 T的磁共振梯度系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)未有專門的研究文獻。筆者提及的故障中通過科學運用維修方法，有理有據(jù)地快速定位故障點，并對相應配件進行更換后設備恢復正常工作狀態(tài)。通過兩種案例的分享，希望與各臨床工程師和廠家維保工程師相互學習，提升臨床工程師的設備保障能力。

磁共振系統(tǒng)復雜、精密，作為臨床工程師應對大型設備定期做好設備巡查和預防性維護保養(yǎng)工作，有利于降低設備故障率，同時也可提高設備開機率和降低醫(yī)院的大型設備維保費用[19-20]。專業(yè)性強的臨床工程師在保障設備安全運行過程中發(fā)揮著極其重要的作用，尤其是在疫情防控期間外地工程師無法上門處理時。因此醫(yī)院應加大對院內(nèi)臨床工程師的培訓力度，打造一支本領(lǐng)過硬的技術(shù)團隊，這對于醫(yī)院降低醫(yī)院運行成本，減小設備故障對給予患者提供良好的診療服務有著十分重要的意義。