磁共振成像系统软硬件故障维修两例
引言
医用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统作为先进的大型医疗诊断设备，已广泛应用于大、中型医院[1]。而且，MRI系统广泛应用于医学诊断，例如肌肉骨骼肌疾病[2]、肾脏疾病[3]等。MRI系统的组成主要由两部分组成——硬件和软件，任何一个组成部分出现故障，均会对整体系统构成严重威胁，造成设备宕机[4]。本文分别列举了MRI硬件和软件的典型故障，并提出故障维修方法。
1 MRI冷却系统工作原理
MRI与DR和CT不同，它的最大优点是患者不必暴露于电离辐射中，MRI是通过使用非常强的磁场和无线电波，这些磁场和无线电波与组织中的质子相互作用，产生一个信号，然后经过处理，形成人体图像[5]。在这一过程中强大的磁场是由超导型磁体在超导环境中为超导线圈通电流产生的[6]。在理想状态下，磁场一旦建立，只要维持超导线圈的超低温环境，强磁场就长期存在了。因此，超低温环境的营造至关重要，维持超导磁体超导状态所用的制冷剂是液氦[7]。在MRI系统中，一个良好的、稳定的冷却系统，不仅是超导环境存在的重要保证，也可以大大降低液氦的挥发，降低设备的运行成本[8]。
MRI冷却系统主要由水冷机组、氦气压缩机和磁体冷头组成，水冷机组可以产生冷水，帮助氦气压缩机冷却磁体冷头。水冷机组的工作原理图，见图1。
图1 水冷机组工作原理图
由图1可知，水冷机组即为一个制冷循环。30℃的水流入水冷机组，经过降温，8℃的水进入氦气压缩机，帮助压缩机进行磁体冷头的冷却，通过热交换以后，水的温度达到30℃以上，将再次流入水冷机组进行冷却[9-10]。
此MRI系统采用F-70型号氦气压缩机（美国住友低温技术有限公司），氦气压缩机的运行原理，见图2。
压缩机不断地从氦气return回路中吸取低压氦气，对氦气进行压缩、制冷、清洁，然后将氦气输送系统supply回路中供给冷头。当氦气离开压缩舱时，必须将气体所含有热量和压缩机润滑油去掉。因此，热气体及其夹带的润滑油从压缩舱流出后，要先通过散装油分离器，再流经三回路中的一个回路——水冷机组，并再此处进行冷却。最终，气体通过油分离器和吸附器来去除油和水分。油从气体中分离有三个阶段：第一阶段通过重力，此阶段进行水，油，气的初分；第二阶段通过油分离器，油分离器可以有效的将气体中的油雾分离并收集起来；第三阶段即吸附器吸附，此阶段可以将气体中残留的油雾彻底清除。至此，从冷头返回的低压、高温、污染的氦气已转化为高压、低温、纯净的氦气。
图2 氦气压缩机工作原理图
高压氦气从吸附器通过气体管道流到冷头，通过系统气体回流管，低压气体从冷头上流入压缩机。一条包含内部安全阀的气体管线将高压管线连接到低压管线。当系统气体管路没有连接到压缩机时，安全阀将打开，以防止电机过载。
油分离器收集到的油通过毛细管和孔流回压缩仓。整个系统的气体压差是一个移动的力，限制的大小限制了气体通过的数量。吸附器中收集到的少量油仍然存在，只有通过更换吸附器才能去除。在返回到压缩舱之前，在散油分离器中分离出的油通过热交换器进行冷却。然后将其注入到压缩舱的低压侧，以吸附热量并润滑压缩舱。
2 故障实例
2.1 硬件故障
2.1.1 故障现象
连续几天，开机时压缩机停止工作，并报错“water flow err”和“Helium temp err”，重新开启压缩机后，报错消失，设备可以正常工作，第二天故障依旧。
2.1.2 故障分析与解决
当故障发生后，首先考虑是制冷不够，检查水冷机，发现水冷机正在工作，循环水流未中断。考虑到如果水冷机内各个水路水流流量过小，也可能造成水流不能有效降温，温度长时间处于较高状态，于是对各路水流进行检测，发现水路流量及压力均在正常范围内，符合厂家标准（冷水柜内有明确标准范围提示），排除水路水流问题引起此故障发生的可能性。
故障现象表现为压缩机停止工作，这一现象的发生必然会导致磁体温度与压力升高，查看设备工作日志，发现从23:31开始设备磁体的温度逐渐升高，基本可以确定设备故障的发生是在此刻开始的。第二天发现压缩机已经停止工作，水冷机也处于断电状态，经检测发现，水冷机的三项电压均为418 V，说明设备供电系统正常。尝试重新开启水冷机，相序保护继电器指示灯闪烁一下，启动失败，相序保护器实物图，见图3。
为了避免磁共振系统长时间停机，将水冷机的分水盘换成自来水循环，并且对压缩机进行了重启，设备恢复正常。根据操作人员的反馈，每天开机后，重启水冷机是正常工作的，持续观察水冷机是否会自动重启，几小时后，水冷机自动供电，并恢复正常工作。将自来水循环切换成内部循环，重新启动设备，设备恢复正常工作。
由以上分析可知，磁共振压缩机停机的原因是水冷机自动停止工作造成的。使用时开启水冷机，由于压缩机的自动保护机制，在水流恢复后，压缩机不会自动开启，导致了每天故障现象的发生。而造成水冷机自动停机的可能性很多，根据以往经验可知，最大的可能性是相序保护器发生故障造成的。更换新的相序保护器，当晚水冷机并未停机，早晨设备开机后未出现报警，观察几天后，未再次发生压缩机停机现象，故障解决。
经过逐步分析发现，夜间水冷机自动停止又自动开启是造成次日压缩机停机的原因，而水冷机本身白天是正常的，设备白天的工作电压是403 V，晚上大部分设备停机后供电电压达到417 V，晚上电压比白天稍高，晚上水冷机停机极大可能是因为旧的相序保护器在电压稍高时不能正常工作[11]，所以在更换新的相序保护器后故障不会再发生。
2.2 软件故障
2.2.1 故障现象
系统无法Ready，并且报“RM download failed”错误。
2.2.2 故障分析与解决
当故障发生以后，对系统进行检测，发现系统Ping mr00通讯失败，Rm board和HUB的物理连接正常（HUB正常），同时，MRI系统主机和PCVAP、engine通讯均正常。同时磁共振系统反应速度明显不对，非常卡顿，不排除有系统中毒的可能性。
考虑到近期PACS系统维护升级，并且在连接PACS系统后核磁主机和核磁室报告工作站相继出现蓝屏问题，经咨询PACS系统工程师，告知PACS服务器可能存在病毒，正在处理病毒。初步判断是系统中毒，务必首先断开核磁主机和医院通讯的网线，由于该系统版本过低，无法安装相关补丁。
只能通过修改注册表，封堵445端口，已经封堵完成的截图，见图4。445端口封堵以后，重新启动MRI系统，故障现象依旧，主机卡顿和RM仍通讯异常。进入root用户，安装杀毒软件进行病毒查杀，杀毒软件没有查杀出任何病毒，同时在服务器上也没有查杀出任何病毒，因此猜测这是一个隐藏很深的病毒。
图3 相序保护器实物图
图4 445端口已封堵
由于封堵445端口、病毒查杀均无效，并且根据故障现象推测是windows系统存在问题，windows系统如果存在异常，则初始化安装时无法奏效的。因此，只能尝试使用Acronis软件来进行系统盘的还原，鉴于在核磁主机的D盘有一份Acronis的备份，所以将使用该备份进行系统还原。
首先将PAS进行了备份，接着按照软件手册的方法对系统参数、license进行备份，根据以往经验可知，系统参数的备份不包含核磁主机对外通讯的网口的IP信息，最好在还原系统前将该IP拍照留存，这样便于节约向信息科索要相关IP信息的时间。
使用U盘去引导Acronis，进入BIOS，修改启动项，首先选择“BOOT”选项卡，接着选择“Boot Device priority”进入启动项列表，选中自己的U盘，按“shift和+”去修改启动顺序，将U盘更改为第一启动项。使用Acronis成功还原系统，见图5。
图5 系统还原过程图
重新启动MRI系统，进入root，按照软件手册的方法还原系统参数和License。再次重启系统，由于核磁主机Study number与enginePC不相同，重启过程中系统提示Study number的错误，并且会提示系统发生错误建议关机，选择Cancel。系统启动后先打开“csh.exe”窗口，运行“pdbhedit”命令去同步Study number，待pdbhedit执行完成后再输入“pdbck”，系统会自动检查Database中的错误。以上两个命令输入完成后，系统正常Ready。还原完成后，主机和RM的通讯恢复正常。
按照之前留存的IP地址信息，手动恢复设备对外的IP地址信息。封堵445端口，再次使用Acronis备份系统，在设备D盘留存一份。经PACS系统工程师确认病毒也已经清除，恢复核磁主机的对外连接，确认主机和相机、PACS通讯正常。
3 总结
在MRI系统中，氦气压缩机与冷头一起配合工作为磁体降温，是保证液氦液位保持稳定的先决条件[12]，熟悉了解压缩机的工作原理及故障报错误信息十分必要。磁共振设备内部任何微小元器件的损坏都有可能导致设备的宕机[13]，设备使用者和医院工程师应该随时观察设备的运行情况，注意各配件的使用寿命。
MRI设备的维护不同于一般小型医疗设备，它严格要求定期检查和保养，同时必须坚持做好每日运行记录，才能保证制冷系统与数据传输系统发生故障后能及时发现和处理[14-15]。在平时的日常维护中，应做好总结工作。
大部分的工程师对设备的维修集中在硬件维修中，但随着医院信息化进程的不断推进，由于软件问题引发的故障也越来越多，一般当设备发生软件故障时，工程师需及时联系信息科等相关部门配合解决，不要延误整个维修进程。医院临床工程师也应该与时俱进，加强学习，对设备软件故障熟悉并准确定位，不仅做到自己会解决，还应该做到用更优的方式解决。在对大型医疗设备的硬件进行定期维护的同时，注意软件的及时更新，降低大型医疗设备故障发生率，延长其使用寿命，为医院节约成本，为患者提供优质服务。
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Working Principle of Magnetic Resonance Imaging System and Examples of Hardware and Software Fault Maintenance