Квенч в мрт что это
Почему следует избегать этого явления и что делать, если переход магнита из сверхпроводящего состояния в несверхпроводящее произошел
Об МРТ традиционно рассуждают, как о наиболее безопасном методе диагностирования. Тем не менее, пациентов всегда волнует вопрос, а может ли аппарат причинить вред? Теоретически можно утонуть даже в стакане воды, если не соблюдать правила приема напитков, а магнитно-резонансный томограф – сложное, но безопасное устройство, если соблюдать все правила его эксплуатации. На сегодня известен только один прецедент травмирования пациента. Относится он к 2001 году. Случилось это потому, что из-за неисправности аппарата магнитное поле притянуло баллон. При его резком движении пациент получил травму головы. За прошедшие с тех пор почти два десятилетия все резко изменилось в сфере магнитно-резонансного диагностирования. Аппараты последних поколений имеют множество степеней защиты, и они действительно безопасны, но уделять внимание их техническому состоянию необходимо всегда.
| Воздействие самих магнитных полей при применении данной методики безвредно, если нет персональных противопоказаний, например, кардиостимулятор. Все учитывается при назначении обследования. | В остальном сотрудники или пациенты могут пострадать лишь в том случае, если правилами содержания и обслуживания магнитно-резонансного томографа пренебрегают, сервис не заказывают. |
Одна из серьезных проблем, которая может возникнуть при эксплуатации аппарата МРТ – квенч. Специалисты компании «Медстрой» занимаются заправкой жидким гелием приборов и оборудования, применяемых в самых разных сферах, и знают все особенности, тонкости и сложности, связанные с использованием томографов.
Мы c 2015 года производим жидкий гелий на собственных мощностях, являемся официальным партнером ПАО «Газпром». Готовы делиться своим опытом и знаниями со всеми, кто предлагает пациентам обследования с помощью магнитно-резонансного томографа.
Что такое квенч и причины перехода магнита МРТ в несверхпроводящее состояние
Магнитно-резонансная томография – пока единственный метод лучевой диагностики, способный предоставить специалистам-медикам самые точные данные о состоянии пациента, процессах, происходящих в организме. Точность связана с использованием явления ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).
Подается радиочастотный импульс в электромагнитном поле.
Он отражается органами и тканями послойно.
Сигнал транслируется на компьютер и расшифровывается.
Это, конечно, упрощенно. Сам прибор и процессы сложны. Магнит должен всегда находиться в сверхпроводящем состоянии, а для этого требуется охлаждать его до температуры -269°С. Добиваться этого позволяет применение жидкого гелия. Этот элемент в сжиженном состоянии имеет самую низкую на планете температуру. С помощью жидкого гелия вокруг магнита образуется криоконтур.
Большинство моделей МРТ требует дозаправки в процессе эксплуатации, поскольку жидкий гелий имеет свойство испаряться. Последние поколения томографов не заправляются, но стоят дорого, поэтому редкое учреждение может себе позволить закупить новинку при наличии исправного аппарата предыдущих поколений.
Испаряющийся газообразный гелий улавливается, возвращается обратно в криостат, но полностью его уловить не удается. Утечка неизбежна, поэтому необходимо следить за уровнем жидкого гелия, своевременно вызывать специалистов для проведения дозаправки.
В некоторых моделях аппаратов происходит автоматическое отключение, если уровень жидкого гелия достигает критического, но даже при наличии такой блокировки не стоит доводить до подобной ситуации.
Если уровень хладагента опускается ниже критического возникает квенч (quench) – магнит из сверхпроводящего состояния переходит в несверхпроводящее. Связано это с тем, что он больше не охлаждается до нужной температуры, магнитного поля нет.
Энергия магнита переходит в тепловую.
Начинается интенсивное испарение жидкого гелия.
Резко растет давление в криостате, рвется предохранительная мембрана (в некоторых моделях установлен сбросный клапан, что предотвращает разрыв).
Очевидно, что при квенче необходима срочная эвакуация всех, кто находится в кабинете МРТ.
Гелий – газ инертный и нетоксичный, однако при резком его выбросе есть опасность обморожения людей.
Еще одна опасность заключается в том, что газ во время квенча вытекает интенсивно, мгновенно закипает, расширяется, начинает занимать весь объем помещения, вытесняя кислород.
Если дверь при квенче закрыта, то она блокируется из-за огромного объема газообразного гелия. Для людей, оставшихся в кабинете, существует угроза асфиксии.
Для снятия таких рисков в кабинетах, где проводится сканирование с помощью МРТ, обязательно делают технические отверстия, которые открываются наружу и служат для разгерметизации пространства.
Помимо халатного отношения к обязательной дозаправке аппарата и допуска снижения гелия ниже критического уровня, существуют и другие причины квенча. Среди них:
нажатие кнопки остановки магнита при возникновении аварийных ситуаций, например, притягивание каталки или других крупных предметов;
попадание посторонних, даже совсем мелких предметов на обмотку магнита (достаточно вывести из строя малый участок сверхпроводника);
отсутствие своевременного обслуживания или ошибки при обслуживании, которые приводят к возникновению неисправностей;
перекрытие сервисной горловины и пр.
Как не дойти до квенча и что делать после него
Для предотвращения квенча, а это процесс лавинообразный и необратимый, все кабинеты с аппаратами МРТ содержатся в идеальном состоянии. Допуски туда имеют только подготовленные сотрудники и особый технический персонал.
Если модель относится к категории дозаправляемых, а такие сегодня установлены в большинстве клинических и поликлинических учреждений, необходимо вызывать дозаправщиков своевременно.
Нельзя допускать понижения уровня жидкого гелия ниже 50%. Оптимально проводить дозаправку при снижении уровня хладагента на 20-30%
Сервисное обслуживание криогенной системы – обязательное условие эксплуатации аппаратов. Специалист криосервиса:
периодически меняет адсорбер в компрессоре, криоголовку или дисплейсер;
обслуживает внешнюю криосистему;
следит за состоянием масла в компрессоре, дозаправляет его;
промывает линии жидкого гелия или меняет их и так далее.
Если были допущены ошибки в работе диагностов и технического персонала или вообще отсутствовали обязательные проверки томографа, квенч практически неизбежен. При его возникновении необходимо:
эвакуировать людей из кабинета и окружающих помещений;
дождаться окончания процесса, не предпринимая никаких попыток его остановить (он необратим);
отогреть клапаны сброса гелия, стабилизировать давление в криостате;
установить новую предохранительную мембрану или две мембраны (в зависимости от модели), которые всегда должны быть в наличии, если в учреждении есть МРТ;
провести полную диагностику аппарата, устранить возможные неисправности, заправить гелием.
Стоимость услуг в компании «Медстрой» невысока. Мы оказываем круглосуточный сервис по заправке МРТ. Наши цены одни из самых низких на профильном рынке столичного региона. Условия обслуживания постоянных заказчиков еще более лояльные. Обсуждаем договоры персонально, предоставим скидки. Звоните или пишите нам, заказывайте дозаправку аппаратов и не допускайте квенча!
Внезапная потеря сверхпроводимости, квенч (англ. quench) — явление, возникающее в сверхпроводящих электромагнитах, сопровождающееся спонтанным переходом витков электромагнита в обычное, несверхпроводящее состояние.
Описание явления[править | править код]
Сверхпроводящие магниты применяются, например, в магнитно-резонансной томографии, или в качестве магнитов удержания плазмы в термоядерных реакторах синтеза. Охлажденный проводник электромагнита находится в состоянии сверхпроводимости. Например, для ниобий-титановых или ниобий-оловянных сплавов температура перехода в сверхпроводящее состояние составляет 9.4 K или минус 264 °С. Это очень низкая температура. Единственный теплоноситель, способный оставаться в жидком виде при этой температуре, — гелий. Температура кипения гелия 4,2 K (минус 268,9 °C), поэтому запас устойчивости такой системы невелик.
Сто́ит в результате каких-либо причин локальному участку проводника нагреться всего на 5-6 градусов, гелий, обволакивающий этот участок, переходит из жидкой фазы в пар. Образуется паровой пузырь, объем которого примерно в 700 раз превышает локальную зону перегрева. Пузырь вытесняет теплоноситель. Остальные витки проводника оказываются без охлаждения. Они тоже нагреваются и теряют состояние сверхпроводимости. Процесс развивается лавинообразно. Катушка скачком приобретает омическое сопротивление.
Ток, циркулирующий в проводнике, начинает выделять джоулево тепло. Проводник нагревается до высоких температур, сравнимых с температурой плавления материала. Гелий, перейдя в газообразное состояние, увеличивает давление в полости теплоносителя в сотни раз. Это может привести к взрыву или выбросу гелия в окружающую среду.
Все эти факторы могут вывести из строя дорогостоящее оборудование, стать причиной травм или смерти находящихся рядом людей.
Например, 19 сентября 2008 года на Большом адронном коллайдере (всего через две недели после официального запуска) произошел квенч с выбросом нескольких тонн гелия в туннель коллайдера. Коллайдер вышел из строя.
Защита[править | править код]
Для защиты от квенча конструкторы применяют защитную автоматику:
- Во-первых, полость с жидким гелием оборудуется предохранительными клапанами, срабатывающими от высокого давления. На некоторых образцах оборудования вместо клапана используется аварийная разрывная мембрана.
- Во-вторых, кроме предохранительных клапанов или разрывных мембран предусматриваются резервуары значительного объема, куда поступает гелий из полости охлаждения. Ёмкость буферного резервуара рассчитывается так, чтобы давление гелия не превысило предела прочности корпуса магнита.
- В-третьих, применяются высокоскоростные коммутаторы, подключающие витки катушки электромагнита (при штатной работе замкнутые сами на себя) к гасящим резисторам защиты. Резисторы должны быстро, в течение нескольких секунд, рассеять энергию, запасенную в циркулирующем токе.
См. также[править | править код]
- Сверхпроводимость
- Теория Гинзбурга — Ландау
- Международный экспериментальный термоядерный реактор
- Большой адронный коллайдер
Ссылки[править | править код]
- Грушина А. Волчки, катушки и магнитный резонанс (рус.) // Наука и жизнь. — 2016. — № 11. — С. 46—51.
- Гинзбург В. Л. Сверхтекучесть и сверхпроводимость во Вселенной (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1969. — Т. 97.
- Левин А. Без всякого сопротивления // Популярная механика. — 2011. — № 8.
- Что делать после квенча
- Викисловарь — Семантические, морфологические свойства слова quench.
О магнитно-резонансной томографии обычно отзываются как о безопасном методе визуализации, ведь она не предполагает воздействия ионизирующего излучения на пациента и персонал. И это действительно так – МРТ безопасна (точнее сказать, за все годы существования методики не появилось убедительных доказательств вреда от воздействия используемых в ней магнитных полей), но только если соблюдены правила безопасности и учтены противопоказания. Однако каждый год появляются новые отчеты о случаях, когда пациенту или работникам был нанесен серьезный ущерб – иногда в результате стечения обстоятельств, но чаще всего – из-за пренебрежения этими самыми правилами. Чтобы избежать этого, нужно знать, что в магнитно-резонансном томографе представляет опасность.
Автор: Зоя Купфер
Редакция: Максим Белов
Оформление: Cornu Ammonis
Данная статья была опубликована на сайте «Medach», 31.08.18.
Контрастные вещества
В МРТ используются парамагнитные и ферромагнитные вещества, чаще — на основе гадолиния. Введение КВ может вызвать аллергические реакции, хотя они случаются гораздо реже в сравнении с используемыми в компьютерной томографии КВ. Введение КВ пациентам с тяжелым нарушением функции почек может стать причиной развития нефрогенного системного фиброза. Введение КВ противопоказано при беременности. Если пациентка кормит ребенка грудью, введение КВ возможно, но грудное вскармливание прерывают на сутки.
Постоянное магнитное поле
Может ли МРТ убить? На сегодняшний день известен как минимум один такой случай. Это произошло в июле 2001 года – кислородный баллон был притянут магнитным полем в отверстие магнита, в то время когда там находился 6-летний ребенок. Пациент скончался в результате тяжелой травмы головы. Большинство магнитов с индукцией магнитного поля 1,5 Тесла и выше (а такие «сильные» магниты уже прочно вошли в повседневную врачебную практику, хотя большая часть используемых аппаратов все же слабее) вполне способны притягивать тяжелые предметы вроде баллонов и каталок и могут вырвать из рук человека, зашедшего в помещение с магнитом, металлический предмет, как, например, ножницы. Вспомнит ли вызванный посреди ночи к пациенту с аллергической реакцией на контрастное вещество анестезиолог о том, что стоит проверить карманы прежде чем подходить к пострадавшему? Полагаться на это не стоит, и потому кроме очевидного «никаких посторонних предметов из ферромагнитного материала в комнате с томографом» существует еще одно правило: вначале пациента удаляют из помещения с магнитом, а уже затем оказывают помощь.
Также постоянное магнитное поле индукцией более 1 Тл может оказывать магнитогидродинамический эффект – возникновение электрического поля при движении электропроводной жидкости (кровь, пот) в магнитном поле. В данном случае имеется в виду жидкость, находящаяся на коже пациента. Пропитанная потом ткань может нагреться и обжечь пациента, потому обычной практикой стало переодеть его в одноразовую одежду.
Рисунок 1
Переменные магнитные поля
Низкочастотное градиентное и высокочастотное радиочастотное магнитные поля появляются в результате работы градиентных катушек, необходимых для визуализации.
Их эффекты:
- воздействие на имплантированные изделия;
- создание кольцевого тока и нагрев ткани;
- магнитнофосфены, кардиостимуляция, мышечная стимуляция.
Имплантированные в тело пациента изделия как медицинского, так и немедицинского (металлическая стружка) характера могут смещаться и нагреваться, а активные импланты (кардиостимуляторы, инфузионные помпы) могут некорректно работать в сильном магнитном поле. Примеров таких имплантов множество.
Большинство металлических протезов тазобедренных суставов и фиксирующих устройств для позвоночника безопасны для МРТ (однако иногда они создают выраженные локальные артефакты, но это проблема диагностики, а не безопасности).
Большинство используемых в настоящее время внутриматочных противозачаточных спиралей не смещается под действием магнитного поля и не нагревается от импульсных последовательностей.
Металлическая стружка в глазном яблоке (обычно результат ремонтных работ) является абсолютным противопоказанием.
Кардиостимуляторы в присутствии сильного магнитного поля могут прекратить работу, сбросить настройки или перейти в асинхронный режим. Недавно на рынке появились МР-совместимые кардиостимуляторы.
Нейростимуляторы (например, стимулятор блуждающего нерва) чаще всего МР-совместимы.
Проведение МРТ (даже на системах с полем 1,5 или 3 Тесла) безопасно для большинства пациентов с другими металлическими объектами в организме. В первую очередь это относится к больным с инородными немагнитными телами (например, дробью) или немагнитными (титановыми) медицинскими имплантатами. Металлические зубы, стальные скобки или проволока, используемые для сшивания грудины после кардиохирургических операций, обычно безопасны для МР исследований. То же самое относится к коронарным стентам и клапанам сердца.
Внешние металлические предметы – магнитные сфинктеры, калоприемники для искусственных стом, зубные протезы следует удалить перед исследованием, если это возможно.
Общее правило для пациентов с наличием любого медицинского импланта – проверка его МР-совместимости. Для этого есть специальные публикации, руководства и веб сайты (самый известный – www.mrisafety.com), к которым необходимо обратиться в случае малейших сомнений. В них указывается, можно выполнять МРТ пациентам с данным видом металлического объекта в теле или нет.
Бывают случаи, когда у МР-безопасных имплантов есть МР-несовместимые вспомогательные устройства. Например, устройство управления, зарядное устройство, внешний нейростимулятор, программатор. Поэтому проверяться должны все составляющие импланта.
Тепловой эффект магнитного поля возникает в результате поглощения радиочастотного излучения. Оценить тепловые эффекты РЧ-излучения помогает удельная скорость поглощения (SAR – specific absorbtion rate), отображаемая на экране дисплея прибора.
Для уменьшения этого эффекта рентгенологи используют множество уловок – от увеличение времени повторения (TR) между двумя радиочастотными импульсами до использования квадратной области сканирования. Каждый из этих методов может создавать определенные ограничения диагностической ценности метода. Однако потребность в них возникает только при проведении некоторых специфических последовательностей. При стандартных последовательностях тепловой эффект не слишком выражен. Общее правило – внутренняя температура не должна повышаться более чем на 1 С.
Электрический ток в присутствии сильного магнита может появиться в любом замкнутом контуре. Поэтому лаборант может потребовать снять кольца или другие украшения из немагнитных материалов и запретить пациенту скрещивать руки и ноги во время исследования.
Стоит отметить, что не допускается также заходить в магнитное поле с часами, магнитными картами (например,банковскими) и любыми устройствами, использующие магнитные носители – эти устройства не причинят вреда, но скорее всего перестанут работать.
Рисунок 2. Зашедший во время перерыва в сканировании к пациентке врач заметил запах горения. В магнитном поле перегрелась магнитная проволока, помещенная в одеяло (завод-производитель одеял сменил технологию производства). Пациентка не могла сигнализировать об опасности, так как была проведена седация. К счастью, она не успела пострадать.
Зашедший во время перерыва в сканировании к пациентке врач заметил запах горения. В магнитном поле перегрелась магнитная проволока, помещенная в одеяло (завод-производитель одеял сменил технологию производства). Пациентка не могла сигнализировать об опасности, так как была проведена седация. К счастью, она не успела пострадать.
Акустические шумы
Во время работы радиочастотные катушки могут сильно вибрировать, создавая шум до 110-120 дБ. Противодействовать этому эффекту помогают беруши и наушники.
Жидкий гелий
Используется для охлаждения в системах со сверхпроводящим магнитом. Выброс гелия из магнита (квенч) возможен в двух случаях: количество гелия уменьшается до значения, в котором магнит перестал охлаждаться до нужной температуры, потерял свойство сверхпроводимости и начал нагреваться; в аварийной ситуации была нажата кнопка остановки магнита (например, если пациент был прижат притянувшейся к магниту каталкой, что создало опасность для его жизни и здоровья).
Гелий – нетоксичный инертный газ, однако в случае его вытекания наружу есть опасность обморожения. Если дверь помещения была закрыта во время квенча, а гелий непрерывно вытекает, мгновенно закипая при комнатной температуре и расширяясь, это может привести к блокировке двери (если она открывается в комнату – возросшее давление просто не даст открыть дверь) и понижению концентрации кислорода во вдыхаемой смеси, так что находящемуся в комнате грозит асфиксия. Потому в сканоровочных комнатах существуют «окошки», открывающиеся наружу либо другие инженерные приспособления, позволяющие разгерметизировать помещение. В случае квенча пациенты и персонал должны быть эвакуированы из помещения.
Рисунок 3. Квенч — сброс магнитом сверхпроводимости и выброс жидкого гелия.
Источник: Dempsey M. F., Condon B., Hadley D. M. MRI safety review //Seminars in Ultrasound, CT and MRI. – WB Saunders, 2002. – Т. 23. – №. 5. – С. 392-401.