医疗设备信息网----为医疗行业从业者服务的商务互动平台
磁共振中的失超
发布者: 官方
发布时间: 2021年04月19日
点击量: 704
推荐
推荐


以下文章来源于老王讲技术 ,作者DerekW

老王讲技术老王讲技术

核磁共振(MR)基础理论,设备组成,技术原理


本文4335个字,8幅图片,两篇相关文章,建议阅读时间30分钟。


其实失超并不复杂,大家也不用害怕,各位操作老师需要做的是尽可能加强MRI使用的管理,避免误操作或者老鼠咬装修等可控的失超发生,也加强管理防止金属物体进入磁体间,同时按照场地要求规范的标准避免大质量的汽车接近磁体安全区域。


目前医生临床使用的磁共振成像设备大部分为超导型磁共振,而对于这种磁共振,最麻烦的事就是失超Quench)。很多人认为失超就是磁共振事故了。本期给大家分享关于磁共振失超的一些相关知识。作者是老王Derek Wang,曾任飞利浦磁共振场地安装工程师,场地安装经理,目前职位为飞利浦服务顾问。
磁共振中失超本来也是一个磁共振安全需要培训的重要课题。
前文链接:
MR Safety 磁共振安全注意事项讲课视频
磁共振场地相关注意事项及安全

一.基本概念——失超

失超Quench),名词解释是失去超导,这个现象一般指的是超导MRI系统主动、被动瞬间失去超导状态的一个过程。

回顾之前老王讲过的磁体的相关知识,每一台MRI设备内部的核心就是一个超导电磁铁。为了保持磁铁中心的磁场强度均匀,因此磁铁一般做成空心状,超导线圈在中空支架上缠绕。同时为了保证线圈处于超导状态,磁体内部温度需要足够低,目前主流磁体的内部使用液氦作为冷却液,液氦的温度为4.215K, 约等于-269℃

老王在励磁一节中介绍了为了使主磁场加电流所需要的大致步骤,为了给电磁线圈充电使用了复杂的励磁回路并且使用了专用工具。那么如果对于本身已经有磁场的磁体因为某种原因要去掉磁场怎么办呢?超导MRI磁体有两种方式可以去掉磁场:

 1. 退场,指的是同样通过励磁回路,可控的将电流通过加速器(Accelerator,一个很小的电阻,但是叠加了强大的散热系统)缓慢的消耗掉的过程。一般来说超导磁体励磁的时候需要将电击棒插入磁体中,将励磁回路引入主磁场,而励磁结束后将电击棒拔出。如果要退场,也需要重新将电击棒插入磁体。




退场过程的优点:

a.过程可控

b.液氦消耗比较小

c.对主线圈没有损害


退场过程的缺点:

a.时间较为漫长,1.5T磁体大约需要1.5小时,3.0T磁体大约需要3小时

b.需要准备专用工具

c.一般需要重新将电击棒插入磁体


2. 失超,失超的原理是主线圈中的一段或几段发热导致此处线圈温度上升从而失去超导状态产生电阻,而线圈中流过的大量电流通过这一段电阻后又产生大量的热量加热附近的线圈,从而引发连锁反应最终导致全部主线圈失去超导状态并将电流转换为热量加热液氦。

失超不需要独立工具,依靠磁体自身就可以发生的物理现象,结果是电磁线圈中的电流瞬间消失,同时液氦大量挥发,挥发产生的氦气通过失超管排向室外。失超后需要重新进行励磁才能恢复主磁场强度。

我们知道液氦挥发变成氦气体积膨胀大约700倍,失超后磁体中将近2000L液氦全部挥发变成氦气全部通过失超管排出,大家可以简单计算一下气体排出的流量,因此失超发生后失超管会发生猛烈的低温氦气排放,这也是老王在前面场地准备知识里面不厌其烦的描述失超管以及围栏的重要性的原因。




二.失超的优缺点


失超过程的优点:

a. 过程瞬间完成

b.不需要专用工具


失超过程的缺点:

a.过程不可逆,一旦开始只能任其发生

b.失超过程消耗大量液氦。一般情况会消耗掉磁体内全部的液氦

c.失超后需要更换爆破膜(后面专门介绍磁体的章节会详细介绍原理)

d.一般需要经过培训的高级工程师对磁体内部进行除冰操作,此过程需要消耗大量高纯度氦气,并且费时费力(后面章节后面专门介绍磁体的章节会详细介绍原理)。

e.有可能会损坏磁体。


三.失超的分类


失超分为主动失超和被动失超两种:

1.主动失超,这里指的是按下矢超开关(Emergency Rump Down Unit, ERDU)后发生的失超。前面讲过退场需要长时间的过程,同时还需要专用工具,在紧急情况时(如果不马上退场会导致威胁人生命的情况发生),退场过程所需要的时间显然是不能够接受的,必须要迅速的采取行动,这个时候就需要使用到失超开关。失超开关按下之后会加热磁体中的一个特殊的加热器(Quench heater),这个加热器可以主动的加热一小段主线圈,从而引起连锁反应最终导致失超现象的发生。

 



2.被动失超。前面也讲了,实际上主线圈中任何一段的发热如果产生了电阻,那么就会导致连锁反应最终发生失超。那么在实际使用过程中,其实有很多因素都可能被动的发生失超,并且发生被动失超的时候一般工程师都不在现场,爆破膜往往不会第一时间恢复, 这样会导致磁体内部较多的结冰,重新恢复的过程费时费力。被动失超可能是因为磁体内部的原因,也可能是误操作下面大致进行描述:
a.主磁场线圈不够紧固,运行过程中相互间产生了摩擦

b.磁体内结冰,某些因素导致冷头停止工作后冰融化掉落在主磁场线圈上引发热量变化

c. 金属物体吸入磁体引发失超

d. 磁体安全区域内有大质量的金属物体运动引发失超

e. 失超开关实际上就是一个接触开关,两根导线接触就会引发失超。

目前发生过的事故主要有下面两种:

(1).墙面装修打孔不小心直接打到失超线,引发了失超

(2). 老鼠咬失超线引发了失超

请各位老师一定要注意保护好失超开关以及失超线,尤其注意装修和老鼠!!

f. 操作人员或者病人对矢超开关不理解导致误触发

还有一类失超比较特殊,它发生在新装机的励磁过程中。这种失超虽然不是可控的和完全可以预计的,但是由于励磁操作过程工程师全程在场,可以第一时间更换爆破膜,多数情况只需要重新添加液氦就可以重新励磁。而且由于磁体生产和运输的特殊原因,这种失超的发生对磁体日后的稳定运行可能还是有利的,因此老王将其归为第三类,我们将在下一节详细进行描述。


四.失超的处理


1. 失超后需要更换爆破膜

爆破膜顾名思义是一个薄膜,它的作用是在发生失超的时候第一时间破损把氦气排放出去。

超导MR系统中的液氦如果变成气态体积膨胀大约700倍,封闭空间内气体迅速膨胀这个过程我们在日常生活中也能见到,就是炸弹爆炸,因此需要有失超管将氦气排放出去避免造成更大的损害。

但是失超管只能起到导气作用,平时没有发生失超的时候我们并不希望磁体内部与外界接通,这样肯定会损失大量液氦,那么怎么做呢?

很简单的方法就是在磁体和失超管之间加入一个可以破损的薄膜,正常情况下薄膜能够起到密封作用,一旦磁体内部压力急剧增大的时候氦气冲破薄膜,磁体内部的高压气体通过破损的爆破膜顺着失超管排出磁体。下图描述了一个爆破膜的大致安装位置。




每一个爆破膜都有一个可以极限压力,在此压力以下的时候保持密封状态,一旦超过极限压力爆破膜破损,比如某型超导MR磁体的爆破膜极限压力为10PSI,意思是磁体内外压力差超导10PSI的时候爆破膜破损。

爆破膜种类很多,一般有金属爆破膜,石墨爆破膜这类一次性爆破膜,还有可以多次使用的弹簧结构。下图就是一个石墨爆破膜原装和失后的样子。




发生失超后当现场情况稳定后越早更换爆破膜,后续需要专业处理的工序也就越少,因此还是提醒大家如果遇到失超的发生,第一时间通知维修工程师到场处理。

2.  失超后一般需要经过培训的高级工程师对磁体内部进行除冰操作,此过程需要消耗大量高纯度氦气,并且费时费力。
后为什么要除冰呢?首先失超后爆破膜破损,磁体内大量氦气排出,磁体内压力急剧下降,如果长时间不作处理甚至会变成负压。很容易想到如果磁体内部变成负压,空气就会涌入磁体内部,此时虽然磁体内部大量液氦挥发排出,但是内部温度远远低于室温。
实际上磁体失超后内部温度还是基本保持在-269℃附近(只有失超后长时间不处理磁体才会升温,一旦磁体升温,后续再降温就会非常繁琐,因此发生失超后尽可能第一时间更换爆破膜),空气一旦进入磁体会很快结“冰”,请注意我这里的冰打了双引号,原因是这不是我们平常意义上的固体水,更多的是固态氮和固态氧,磁体失去密封的时间越长,结冰也就越多。
如果要重新励磁,需要把这些冰除去,原理是用常温的高压氦气加热这些冰,重新将固态氮和氧重新变成气态,并通过管道将混合气体排出磁体。
听上去很简单,但是一般需要经过专业训练的高级售后工程师使用专门的工具一点一点的将冰吹掉,结冰越多所需要的操作时间也就越长。













吹冰结束之后重新励磁,超导MR系统就可以重新正常使用了。

五.特殊的失超——励磁失超

为什么说励磁过程发生的失超不可怕,尤其是新装机的超导磁共振,这种失超的发生对磁体日后的稳定运行可能还是有利的。

首先回顾爆破膜和吹冰的操作,老王不厌其烦的重复说一件事,就是失后尽快更换爆破膜,越早更换爆破膜,后续需要的操作也就越少,励磁时候专业工程师在场,因此可以第一时间更换爆破膜,很多时候可能不需要除冰操作。

这里给大家介绍一个平时很少听说过的名词—失超训练Quench training)。既然失超并不是我们想看到的,那为什么还要训练呢?

首先失超训练是工厂生产超导MR磁体的一个步骤,老王介绍磁体的时候讲过,磁体内部是超导线圈浸泡在液氦中,工厂生产的时候是将超导线以一定顺序缠绕在固定件上制作而成的。老王在介绍失超产生的原因时候提到过主磁场线圈不够紧固,运行过程中相互间产生了摩擦可能会引发失超,对于新生产出来的磁体,线圈一般来说都不会特别的紧固,如果要使它变得更加紧固需要通过给线圈上电的方法,通过电磁场的相互吸引使其自然紧固。




第一次上电过程中,电流可能并没有加到100%就已经发生了失超,但是在这个过程中线圈已经比刚制作出来的时候紧固了许多,下一次线圈能够承受的电流就会增加。通过重复励磁—失超—再励磁的过程,最终主线圈能够承受的电流强度就可以达到标准要求。
但是生产出来的磁体需要经过海陆空各种运输途径最终到达安装的场地,在这个过程中由于震动碰撞等各种因素,非常小的概率下主线圈的紧固程度会降低,能够承受的电流强度可能无法达到100%,此时进行励磁可能会发生失超。
然而就像之前所说的,这样的失超实际上效果是让主线圈更加紧固,我们可以认为是工厂的失超训练顺延到安装过程中了。因此如果通过专门的检测确认磁体没有问题,那么这类失超对磁体本身并没有多大影响,甚至可能会使其线圈更加紧固,更加稳定。
也请大家注意,本文绝不是说安装过程中的失超对磁体是有好处的,因为本身安装励磁过程中失超发生的概率就极低,而且任何失超的发生都有一定的概率对磁体内部电路产生影响,因此失超本身一定是要尽最大可能避免的。

关注懋式百科全书,更多的精彩原创内容。

Welcome to subscribe my WeChat Official Account (personal blog).

Добро пожаловать в мой блог WeChat.

客服投诉热线:0551-68993016 违法和不良信息举报电话:0551-68993055 客服邮箱:278912304@qq.com 举报邮箱:790405988@qq.com

Copyright © 2017.Medcmz All rights reserved.

医疗设备信息网http://www.medcmz.com/医疗从业者免费注册发布的行业网站。若有疑问,联系站长QQ790405988;医疗从业者交流QQ:8157432开启中,申请请告司+职务+姓名+手机号。

皖ICP备2021004875号-3 公安备案号:34019102000920