超导型磁共振冷头的工作原理及维护保养

磁共振设备的维护保养及故障维修探究摘要：核磁共振仪器是一种精密的医学仪器，它包括磁体、梯度、射频以及计算机和图像处理系统和低温保障系统。

随着医学技术的发展，MRI设备的配备不断增加，极大地推动了医院的临床和治疗工作。

设备的预防性保养，是指在设备出现故障之前，对设备的性能和安全性进行检验和保养，以确保设备的有效运转，预防设备的失效。

当设备发生故障时，要及时发现故障原因，尽快使设备正常运转。

本文主要阐述了医院核磁共振仪器的维护与检修，以及对故障诊断的分析与处理。

关键词：磁共振；设备保养；故障维修引言核磁共振是一种比较昂贵的仪器，它的使用频率高，功能复杂，因此，对核磁共振仪器的维护和故障检修是保证核磁共振仪器的正常工作的一种重要手段。

1.磁共振设备的维护保养工作1.1温度监测核磁共振仪器的温度监测是核磁共振仪器维修的一个重要环节。

核磁共振的温度监控，主要是监控磁体的外部环境和磁体自身的温度，从而及时发现故障做好维护，确保核磁共振设备的正常运转。

磁体的外部温度维持在20-26摄氏度，这是核磁共振仪器的正常工作温度。

所以，在设备启动之前，必须对设备的温度进行监控，以防止外界温度太高，从而影响设备的工作状态。

在核磁共振仪器的启动和运行期间，还要对磁体温度进行监控，并用数字管来监控磁体的温度，保证磁体温度是否正常，这既是核磁共振仪器的维修和故障诊断的一种重要方法，也能保证核磁共振仪器的稳定运行。

1.2冷却系统日常养护在核磁共振装置中，制冷系统包括冷头、氦压机和内部循环水冷器。

每日记录液氦压力、液氦比、氦压机压力、水冷机出口温度等，以保证及时发现异常。

定期对冷凝器、风机进行清洁，并定期检查冷却液的液位，并对其进行三个月清洁一次。

在有柳絮存在的季节，要增加清洗时间，以确保冷却系统的制冷效果，确保核磁共振设备的安全、稳定工作。

1.3磁体外部的保养与维修磁体的外层是结构的保护层，在核磁共振装置的运转中，磁体的外层会受到一定的损伤，所以要做好磁体的外部维修和维修，这是核磁共振仪器的正常使用。

核磁超低温探头安全操作及保养规程核磁共振技术是现代化学、物理等领域中使用非常广泛的一种分析方法，而超低温技术则是核磁共振实验中不可或缺的一项技术。

核磁超低温探头作为核磁共振实验中的核心部件之一，主要用于提供样品的稳定温度环境以便于实现准确的测量和分析。

核磁超低温探头的正确操作和有效的保养，不仅可以确保实验获取可靠的结果，同时也能够确保操作人员的安全。

本文档旨在介绍核磁超低温探头的安全操作和保养规程。

一、安全操作规程1.1 使用前的准备在使用核磁超低温探头前，需要进行必要的准备工作，确保设备和环境的安全。

1.核磁超低温探头必须放置在操作室内的合适位置，要求空气流通，温度恒定，尽量避免尘土和震动。

2.在操作前必须保证设备的通电方向、信号缆线、电缆等连接正常，严禁私自调整或改动设备线路。

3.操作人员必须确认样品的容器是否规范，超低温探头是否有效联通以及核磁共振探头的放置位置是否合适。

1.2 操作时的注意事项在操作核磁超低温探头时，需要遵守一些安全事项，确保实验过程中的安全。

1.遵循操作规程，了解所有控制面板的使用方法及其相关参数。

2.使用设备时，阅读如何使用各种仪器和附件的指南，包括超低温探头、压缩机等。

3.处理样品时，必须严格遵守实验室安全管理要求，以确保带有安全隐患的样品不会引发安全事故。

4.在核磁超低温探头和空气流通的区域不能使用化学品或有害物质。

5.当超低温探头遇到任何问题或故障时，必须采取相应的紧急措施，避免造成损害。

1.3 操作完毕时的处理操作人员必须在操作完毕后执行以下步骤：1.断开仪器的供电，关闭所有控制面板和显示器；2.清理所有的操作面板和操作台面；3.把全部的附件归还到指定的位置上；4.检查和清理仪器、试剂及周围环境，保持卫生整洁。

5.将超低温探头卸掉，保证其质量并保存到指定的封存位置。

二、保养规程2.1 清洗和消毒超低温探头是实验中非常重要的设备，需要进行定期清洗和消毒以确保其有效性。

维修工程ZHONGGUO YIXUEZHUANGBEI163于同萧①[文章编号] 1672-8270(2019)04-0163-03 [中图分类号] R197.39 [文献标识码] B超导核磁共振水冷系统的原理与故障维护DOI: 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2019.04.045[关键词] 磁共振；水冷系统；维护保养①北京中医药大学第三附属医院后勤保障处 北京 100029作者简介：于同萧，男，(1974- )，硕士，工程师，从事医疗设备的管理和维护工作。

中国医学装备2019年4月第16卷第4期 China Medical Equipment 2019 April V ol.16 No.4超导核磁共振是临床医学影像检查设备之一，其结构复杂，价格高昂，对使用环境要求较高[1]。

目前，医疗使用超导核磁共振的超导磁体均由液氦作为制冷剂，液氦作为一种战略物资，其价格不菲，资源贫乏，且主要依赖于进口，使用中的液氦损耗和稳定程度主要取决于到达液氦容器的热量，因此通过一套稳定可靠的冷却系统24 h不停运转，来维持超导核磁共振设备的超导能力，从而尽可能减少液氦的挥发[2]。

此外，超导核磁共振的梯度线圈系统和射频系统在工作时会产生大量热能，同样需要冷却系统将热量及时导出[3]。

以北京中医药大学第三附属医院使用的Achieva 1.5T型超导核磁共振系统(荷兰飞利浦公司)为基础，结合水冷系统的故障案例，对其原理、故障维修和维护进行研究与探讨，供同行参考。

1 冷却系统构成及水冷系统分析1.1 冷却系统构成医用超导核磁共振均采用三级联冷设计，即冷头、氦冷和水冷。

冷头直接连接超导磁体的冷屏，通过冷屏将超导磁体线圈降至一个超低温，目前主流的4 K冷头能将磁体降温至-269.15 ℃，从而实现超导。

冷头的工作原理即热力学第二定律，使经过冷头的液氦膨胀不断带走热量；氦冷主要利用氦压机使氦气实现循环，将冷头导出的热量交换给水冷系统；水冷系统工作流程与家用空调类似，只多出一套水循环，此循环同时给超导核磁共振的梯度线圈系统和射频系统降温，以保证其高效、稳定工作；最后所有热量通过图1 核磁共振冷却系统工作流程图水冷系统的氟利昂循环导入至室外大自然中，核磁共振冷却系统工作流程如图1所示。

超导磁共振设备的安全维护与保养摘要：目前我国社会经济正处于迅速发展阶段，全面迎来新时代发展时期，在新时代发展时期下我国的医学与科学技术处于不断发展提升的过程中，超导磁共振设备已经成为医疗机构中比较常见的高科技诊断设备之一，再加上其本身具有的扫描速度快、耗能少等优点，为临床医疗的诊治过程带来了许多便利，因此早已被广泛运用，但由于超导磁设备长期会处于强烈的磁场之中，会隐藏许多不稳定、不安全的因素，因此，需要安排专门的人员定时对其进行保养与安全维护。

本文便以此对超导磁共振设备的安全维护与保养展开研究，从超导磁的相关概念着手，并简单阐述了对其进行保养与维护的主要内容。

关键词：超导磁共振设备；安全；维护；保养；措施超导磁共振是一种科学化的影像诊断设备，其原理就是利用核磁效应，将影像进行清楚地呈现。

其内部的主要构成部分是：磁体、计算机系统以及相关的冷却系等等，结构复杂，并且精密度高，因此往往价格也比较昂贵。

由于设备的使用情况较多，使用的环境也比较特殊，常处于一种磁场之中，因此，对超导磁共振设备进行基本的保养与维护是必不可少的工作。

笔者通过翻阅相关超导磁资料，再结合自身工作经验，简单阐述其保养与维护要点。

1、超导环境与磁共振简述1.1 超导环境关于超导磁共振设备，其中，最主要的制冷剂就是一种价格较高的物体，也就是“液氮”，它能够维持超导磁共振设备具有性能良好的制冷系统，进而能够保证设备的正常使用。

制冷系统不仅仅是维持超导环境的重要因素，还能够降低设备的使用成本。

简单地从理论上分析，如果超导环境一旦建立，设备内部相关的部件就需要一直保持在一个低温的环境当中，进而保障磁场能够稳定的存在。

而创建超导环境时，首先，需要让绝热层保持一个真空的状态，然后对磁体进行预冷，也就是将液氮充分地放置在磁体容易之中，最后，整体就会随着时间变化，慢慢进入到超导线圈中，从而就实现了超导环境的基本建立，满足了设备运作的基本条件[1]。

1.2磁共振简述磁共振成像是一种比较先进的技术，其原理也就是利用原子的核磁效应，用一种，没有损伤的方式进行核磁共振，将人体的任意断面进行成像，在操作的方式上比较多样，且具有一定的复杂性，整体主要是由射频线圈、磁体本身、以及计算机等多项内容组成，根据磁体类型所具有的差异，又可以将其分为三种不同的类型：如超导型、永磁型以及常导型[2]。

超导核磁共振水冷系统的原理与故障维护超导核磁共振（Superconducting Magnetic Resonance, 简称NMR）技术在医学、化学、材料科学等领域有着广泛的应用。

而超导核磁共振水冷系统是保证超导状态下NMR仪器运行必不可少的核心组成部分。

本文将介绍超导核磁共振水冷系统的原理、工作过程以及常见故障维护方法。

一、超导核磁共振水冷系统的原理超导核磁共振水冷系统是通过低温制冷技术来降低超导线圈的温度，使其处于超导状态。

其原理可以简述如下：1. 制冷剂超导核磁共振水冷系统一般采用液氦（Liquid Helium, 简称LHe）作为制冷剂。

液氦的沸点非常低，约为4.2K（几乎接近绝对零度），能够提供非常低的温度。

2. 热交换超导线圈在运行过程中会产生大量热量，需要通过热交换来降温。

热交换器是超导核磁共振水冷系统中的重要元件，通过与制冷剂接触实现热量的传递和降温。

3. 闭路循环超导核磁共振水冷系统采用闭路循环制冷方式，即制冷剂在系统内不断循环流动。

制冷剂从低温热交换器吸收热量，然后进入压缩机进行压缩，再经过冷凝器释放热量重新液化，最后再通过膨胀阀降温后回到低温热交换器。

二、超导核磁共振水冷系统的工作过程超导核磁共振水冷系统的工作过程可以整体分为几个步骤：1. 初冷阶段当超导线圈需要使用时，液氦会首先注入低温热交换器，使其与超导线圈接触，实现初步的冷却。

此时，通过通入低温氦气，将超导线圈的温度逐渐降低至约4.2K以下，使其进入超导状态。

2. 恒温运行阶段当超导线圈降温到规定的超导温度后，超导核磁共振水冷系统将进入恒温运行状态。

此时，系统会自动调整制冷剂的流量和温度，使超导线圈保持在超导状态下的恒温状态。

3. 停机阶段当超导核磁共振仪器不再需要使用时，超导核磁共振水冷系统将进行停机。

停机时，系统会逐渐降低制冷剂的流量，使超导线圈温度逐渐回升至室温，等待下次使用。

三、超导核磁共振水冷系统的故障维护1. 制冷剂泄漏超导核磁共振水冷系统使用液氦作为制冷剂，但液氦的密度非常小，因此制冷系统存在制冷剂泄漏的风险。

DEVICE MAINTENANCE引言磁共振设备是目前各大医院的必需设备之一，在临床医学影像诊断中发挥着非常重要的作用[1]。

磁共振利用人体内占多数的氢核在强大磁场中的磁共振特性进行成像，与CT、DR等影像设备相比较，磁共振的成像更加清晰，诊断更加明确，尤其对于软组织的成像对比度更高，而且可以不用对比剂就能清晰地显示心脏和血管结构[2]。

磁共振设备在临床中主要应用于脏器、头颈部、中枢神经系统等病变的检查[3]，尤其对肿瘤、脑梗塞等病变的诊断有显著效果[4]。

我院于2011年购进一台西门子1.5T超导型磁共振设备，该设备主要由磁体、射频单元、梯度单元、图像处理单元、计算机系统以及制冷系统等组成[5]，每个单元或系统都非常复杂且精细，因此其对于周围环境的要求很高，日常维护保养极其重要。

该磁共振设备在我院已使用将近9年，最近两年来故障频发，主要的故障有两大类，一是线圈故障，表现为扫描图像有伪影或者不识别线圈。

总结原因有2个：线圈本身使用年限超长，内部电路有折损，造成扫描图像有伪影；线圈插头或插座的插针歪斜，造成插上线圈时报错，显示10 V ERROR，提示插针歪斜导致内部电路短路。

这类线圈故障只能更换线圈或者找专业维修工程师维修线圈，在维修期间相关部位的扫描只能暂停使用。

第二类故障是磁共振外围设备故障，主要是水冷系统的问题导致磁共振设备内部温度过高，进而停机。

超导型磁共振必须要使磁体线圈在超导环境下，才能保证磁共振设备的正常运行。

我院磁共振设备只有一台，该设备长时间不间断地运转，为了减少患者使用过程中出现故障，导致停机，医疗设备维修工程师必须要了解其工作原理，以便能够及时准确地判断故障进行维修。

1 水冷系统的工作原理在超导型磁共振设备安装时，工程师逐渐给超导线圈施加电流，从而建立预设的磁场，即充磁，一旦充磁完毕，西门子1.5T磁共振水冷系统的工作原理及故障维修郎晓华，李玉生青岛市中医医院医学装备科，山东青岛 266033[摘 要] 目的 通过分析超导型磁共振水冷系统的工作原理以及实际工作中的维修案例，探讨维修方法，为水冷系统的维修提供参考意义。

1. 5T 超导磁共振的制冷系统工作原理及日常维护1. 5T 超导磁共振制冷系统的工作原理及日常维护1.医用磁共振技术是现代医学影像诊断技术的一个里程碑医用磁共振设备主要由磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统等硬件组成。

这些硬件的不断改进和变革是各种成像技术得以发展的物质基础。

其中磁体的发展是从低场到高场，从永磁型磁体到超导型磁体。

可以说超导型高场磁共振机是现今医学影像诊断中的主力，它是现代电子计算机技术、光学传导技术、低温制冷技术、精密仪器制造技术、医学物理和化学技术共同作用的结晶。

超导是指某些金属导体在温度降到接近绝对零度(-273℃)时，阻值接近于零。

电子流在这种金属导体(即线圈)内高速运动从而产生高磁场。

超导磁共振必须使用液氦作为制冷介质，氦是已知所有物质中沸点最低的，沸点是4.2K，而且只有氦在非常接近绝对零度时不会凝成固体，利用液氦可获得接近绝对零度的低温为超导线圈建立和保持超导环境(4.2K，-269℃)。

磁体采用多层真空绝热结构，但由于结构支撑等多种因素，不可能完全阻止热传导，所以液氦会以蒸发的形式带出导入的热量，以维持4.2K 的低温。

为减少液氦的蒸发，超导磁共振上一般都配有制冷系统，提供冷量减少液氦蒸发。

我们可以称低温致冷剂(液氦)的挥发为“自冷”而为磁体提供冷量的制冷系统可称为“制冷”，正是自冷和制冷两种机制的共同作用，才有效地维持着磁体的低温环境，并反过来减少致冷剂的损耗，制冷系统直接关系到MR 致冷剂(液氦)的损耗，只有保证制冷系统的正常工作才可以使医院获得更高的效益，因此制冷系统的维护保养是医院设备工程师的重要工作之一。

2.磁共振制冷系统的组成及关系2.1组成:磁共振制冷系统由水冷机组、氦制冷机、冷头三部分组成。

2.2关系图1如图1所示，实际上氦制冷机可看作水冷机组的部分负载(水冷机组还为CCA控制柜、GPA梯度放大器等提供冷量)而冷头又是氦制冷机的负载，由此可见，整个磁体正冷系统是由三级联冷来实现的，即水冷机提供一定温度的冷水(10℃左右)使氦制冷机的高压氦气得以冷却;氦制冷机又作为冷源，通过冷头活塞膨胀氦气使冷头温度骤降;冷头的低温在两个冷屏上的传播最后使磁体得到预期的冷却。