超導型磁共振冷頭的工作原理及維護保養
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1引言醫用磁共振技術是現代醫學影像診斷技術的乙個里程碑。醫用磁共振裝置主要由磁體、梯度系統、射頻系統、計算機系統等硬體組成。這些硬體的不斷改進和變革是各種成像技術得以發展的物質基礎。
其中磁體的發展是從低場到高場，從永磁型磁體到超導型磁體。可以說超導型高場磁共振機是現今醫學影像診斷中的主力，它是現代電子計算機技術、光學傳導技術、低溫製冷技術、精密儀器製造技術、醫學物理和化學技術共同作用的結晶。
超導是指某些金屬導體在溫度降到接近絕對零度(一273℃)時，阻值接近於零。電子流在這種金屬導體(即線圈)內高速運動從而產生高磁場。超導核磁共振必須使用液氦作為製冷介質，氦是已知所有物質中沸點最低的，沸點是4．2k，而且只有氦在非常接近絕對零度時不會凝成固體，利用液氦可獲得接近絕對零度的低溫為超導線圈建立和保持超導環境(4．2k，一269℃)。
磁體採用多層真空絕熱結構，但由於結構支撐等多種因素，不可能完全阻止熱傳導，所以液氦會以蒸發的形式帶出匯入的熱量，以維持4．2k的低溫。為減少液氦的蒸發，超導磁共振上一般都配有製冷系統，提供冷量減少液氦蒸發。製冷系統包括冷頭、氦壓縮機，水冷機組三個部分，下面將著重介紹我院使用的西門子symphony1．5t磁共振上由leybold公司生產的5／100系列冷頭。
2冷頭的工作原理及執行方式
如圖所示：冷頭與氦壓機組成乙個閉路氦氣迴圈，二者通過絕熱柔性壓力管相連，充滿高純度氦氣。本機磁體為減少輻射傳熱，設有2個冷屏。
冷頭是乙個二級膨脹機，經過壓縮的高純氦氣在這裡膨脹帶走周圍的熱量，通過兩極缸套端麵的銦墊圈將冷量傳輸到磁共振的這2個冷屏上，為其提供20k＼77k兩級低溫。冷頭由驅動電機、旋轉閥、配氣盤、活塞和氣缸組成。其執行方式是驅動電機控制旋轉閥在配氣盤上旋轉，控制活塞壓縮和膨脹氣體，形成高壓氣體腔和低壓氣體腔的交替迴圈，完成吸入高壓低溫氦氣(20bar，8℃)排出低壓高溫氦氣(8bar，30℃)的過程，同時將冷頭中的熱量帶到氦壓機中。
氦壓機將返回的低壓氦氣，經過壓縮提公升壓力，並與水冷機組提供的冷卻水換熱、濾油，將高壓氦氣輸送回冷頭，建立氦氣迴圈過程。通過冷頭和壓縮機24小時不停的工作，就可以源源不斷地為磁共振磁體冷屏提供冷量，以減少液氦的揮發。3冷頭的維護和保養
冷頭和壓縮機一刻不停的執行，額定工作壽命一般在(1．5～2)年。冷頭的的工作狀態直接影響液氦的揮發，同時冷頭**比較昂貴。對冷頭的維護和保養應做到以下
幾點：3．1值班人員做好日常監測工作
值班人員應每天記錄液氦面值，用以計算一段時期的液氦揮發率。如發現有上公升趨勢應及時採取相應措施。工作人員注意監聽冷頭工作鳴音是否正常。
如發生意外停電，由於我科穩壓電源不能自動恢復，來電後應及時人工恢復電力並開啟氦壓縮機。長時間停電，冷頭兩級要恢復正常溫度需要(1～2)天時間，因此要盡量避免夜間無人值班，防止遇瞬間停電時不能及時恢復電力。技術人員注意觀察氦壓機的壓力值以及冷水機的工作狀態，做好冷水機組室外機的清潔工作。
3．2定期更換冷頭活塞
為延長冷頭正常使用壽命，改善冷頭的工作狀態，應定期(2年左右)對冷頭中的活塞進行更換。活塞(displacer)是冷頭製冷的關鍵部件，材料是絲綢膠木(防磁不磨損缸筒)，以鉛丸為填料(蓄冷增重)。活塞長年以2hz的頻率在缸筒內往復運動，隨時間不斷磨損，造成氣密不嚴、製冷效率下降。
另外超期使用會使填料松漏，嚴重的會將活塞卡死在缸套中造成徹底報廢，也可引起磁體失超。更換冷頭活塞需要將冷頭停機，由於冷頭並不與液氦層相連而是與冷屏相連，更換時間不會超過三個小時，因此不會造成液氦的大量損失。另外，更換活塞後應對冷頭內部進行純化。
純化的目的是使系統內充滿相應壓力的高純度氦氣，而不能含有空氣，否則空氣中的一些成分(水蒸氣、二氧化碳)在冷頭的超低溫環境下形成結晶凍住活動部件，導致冷頭在很短時間內損壞。因此應採取先抽真空，再充人純度為99．999％的氦氣，然後放掉氦氣重新抽真空的方法，反覆(4～5)次達到效果。
3．3定期更換氦壓機中的吸附器
吸附器是過濾氦氣中油霧的重要部件，它的好壞與否關係到冷頭的使用壽命，這是因為氦氣經壓縮機壓縮後，氣裡面帶有油霧(壓縮需油潤滑)經過油濾器過濾掉大部分，剩下的完全依靠吸附器吸附掉，而吸附器的主要成分是活性炭，一定時間後就會飽
和，失去吸附作用這樣油就會跟隨氦氣汙染管道，進入冷頭中凍結，造成活塞急劇磨損。因此吸附器應定期更換，有利於延長冷頭的使用壽命。4小結
我院磁共振於2023年3月先後更換冷頭活塞和吸附器。更換活塞前兩個計時段液氦消耗從94％～74％分別經歷112天和114天，更換活塞後乙個計時段液氦消耗從94％-74％經歷了161天。可以得出結論：
更換冷頭活塞和吸附器對提高冷頭工作效率有顯著效果。我國的超導磁共振有五百臺左右，每年還以10％～15％的速度遞增，對冷頭的有力保障可以預防這些機器故障的發生並減少液氦揮發量提高醫院效益。
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