Как одним нажатием спустить до $1 000 000. Почему отключение аппарата МРТ обходится так дорого

8 фото
источник

Если разместить в комнате большую красную кнопку, закрыть её колпаком и написать крупными буквами: «НЕ ТРОГАТЬ, УБЬЕТ НАФИГ!», Вселенная немедленно воспримет это как личный вызов. Рано или поздно в этой комнате обязательно окажется человек, у которого в межушном ганглии возникнет непреодолимый зуд с желанием выяснить: «А чо будет-то?»

Такое, хоть и редко, но регулярно происходит по всему миру в больницах с аппаратами МРТ. И хотя производители томографов десятилетиями соревнуются в искусстве «защиты от дурака», человеческая изобретательность и закон Мерфи неизменно одерживают победу. Кто-то да нажимает на кнопку экстренного отключения томографа.


Почему это ни в коем случае нельзя делать, за исключением случаев смертельной опасности

В фильмах аварийная кнопка просто обесточивает лабораторию, и всё гаснет. Многие уверены, что магнит в МРТ работает от обычной трехфазной сети, типа кабель перерубил - и железки перестали прилипать. А вот и нет.

В реальности клинический магнитно-резонансный томограф невозможно взять и просто «выключить из розетки». Дело в том, что его главное магнитное поле силой в 1,5 или 3 Тесла (примерно в 30 000–60 000 раз мощнее магнитного поля Земли) не питается от электросети в процессе работы.

Магнит в МРТ сверхпроводящий. Его катушка из ниобий-титанового сплава погружена в криостат - гигантский термос с, как правило, около 2000 литров жидкого гелия при температуре около 4,2 Кельвина. Это –269 °C, почти абсолютный ноль.

В этом состоянии электрическое сопротивление сплава уменьшается до нуля. Ток силой в сотни ампер запускают в обмотку один раз при установке томографа. После контур замыкают, и электроны бесконечно летят по кругу годами без малейших потерь и без подключения к городской подстанции.

Даже если больницу полностью отключить от электросети, томограф останется смертельно опасным гигантским магнитом - магнитное поле там активно ВСЕГДА! Но отключить его все таки можно - той самой кнопкой. В профессиональной среде её нажатие называют контролируемым квенчем или аварийным срывом сверхпроводимости.

Кнопка аварийного срыва сверхпроводимости предназначена исключительно для самых экстремальных ситуаций, например, когда в тоннель томографа со свистом затянуло зазевавшегося растяпу вместе со стальным кислородным баллоном и этот баллон вот-вот его расплющит.

Что происходит сразу после нажатия?

Нажатие кнопки активирует крошечный нагревательный элемент, вмонтированный прямо в сверхпроводящую цепь. Задача нагревателя поднять температуру микроскопического участка катушки всего на несколько градусов, выше критической отметки в 9,2 Кельвина.

Как только этот микроучасток нагревается сверхпроводимость прекращается и возникает электрическое сопротивление. Бешеный ток натыкается на сопротивление, мгновенно выделяется огромное количество тепла. Проволока разогревает соседние витки и они тоже теряют сверхпроводимость, начинается лавинообразная цепная реакция.

Вся накопленная в магнитном поле энергия — а это порядка нескольких мегаджоулей (примерно столько выделится при столкновении груженого самосвала со стеной на скорости 80 км/ч) за миллисекунды превращается в тепло.

Жидкий гелий мгновенно вскипает, превращаясь в газ. А коэффициент объемного расширения гелия при переходе из жидкого состояния в газ составляет примерно 1 к 750. Около двух тысяч литров сжиженного гелия за считаные секунды превращаются в полтора миллиона литров ледяного газа.

Если система спроектирована грамотно, то срывает аварийную мембрану, и газ под страшный рев улетает через специальную эвакуационную квенч-трубу, выведенную наружу здания, пугая голубей и прохожих.

А если же труба забита льдом из-за конденсата (такое случается при плохом техобслуживании), ее погнуло или стыки делали криворукие инженеры, то этои полтора миллиона литров газа бьют прямо в процедурную. И дальше начинается сценарий из фильмов ужасов.

Давление в помещении подскакивет так, что барабанные перепонки лопаются внутрь черепа. При этом гелий мгновенно вытесняет кислород. Человек делает несколько вдохов и падает в глубокую гипоксическую кому — просто чик, и отключился. А двери в экранированную МРТ-комнату, как назло, почти всегда открываются внутрь. Из-за избыточного давления открыть дверь физически невозможно — нужно давление в несколько сотен килограммов.

Выйти наружу нельзя, внутри непроглядный морозный туман с температурой под сотню градусов ниже нуля, живые организмы там за пару минут превращаются в ледышки.

Но допустим, квенч-труба сработала идеально. Почему главврач при после нажатой кнопки квенча хватается за сердце?

Финансовые последствия квенча чудовищны

Ну, во-первых, безвозвратно улетучился сам жидкий гелий. Это не азот, который можно сжижать из воздуха на заднем дворе. Гелий на нашей планете - невозобновляемый ресурс, который добывают попутно из природного газа, его мировые запасы весьма ограничены. Рынок гелия лихорадит годами: логистические кризисы, санкции и дефицит сырья взвичивают цены.

Полная заправка стандартного томографа криогеном высокой чистоты (около 1500–2000 литров) вместе со спецдоставкой в сосудах Дьюара обойдется в десятки тысяч вечнозеленых американских президентов. Если его вообще продадут, потому что квоты на поставку медицинского гелия расписаны на месяцы вперед.

Пунктик второй: работа сервисных инженеров. Нельзя просто взять ведро гелия и залить его через воронку. Тут нужно восстановление криогенного вакуума, откачка воздуха турбомолекулярными насосами, предварительное захолаживание жидким азотом, заправка гелием через криогенные дьюары и ввод в поле специализированным оборудованием.

После этого наступает этап пассивного и активного шиммирования: с помощью крошечных железных пластинок и дополнительных корректирующих катушек инженеры ювелирно выравнивают геометрию поля, добиваясь однородности до долей миллионной доли. Это долгая и сложная работа.

Ну и при квенче происходит механический шок для магнита - аппарат может выйти из строя насовсем. При внезапном срыве сверхпроводимости катушка испытывает чудовищные температурные перепады и деформации. Есть немалая вероятность того, что витки обмотки деформируются, потрескается эпоксидная изоляция или повредится криостат.

Если магнит получил внутренние повреждения, то томограф за полтора-два миллиона долларов официально становится самым тяжелым и бесполезным хламом во всей больнице - замена магнитного блока обойдется уже в сумму от $300 000 до миллиона долларов.

Приплюсуйте сюда простой оборудования. Пока томограф две-три недели шипит, вакуумируется и настраивается, больница теряет огромные суммы недополученной прибыли от отмененных сканирований.

Поэтому кнопка аварийного сброса защищена крышками, замками, а иногда опломбирована. Инструкция запрещает прикасаться к ней, даже если к томографу намертво примагнитило забытую поломоечную машину или стойку от капельницы. В таких случаях магнит разряжают медленно и штатно сервисной командой.

Если человека под предметом нет и никому не грозит смерть от сдавливания, квенч нажимать категорически запрещено. Но бывают случаи, когда юный лаборант видит, как новенький томограф за два миллиона евро пожирает швабру, металл скрежещет, вокруг летят искры, то у него отключается кора головного мозга. В панике рука тянется к красной кнопке. Итог: швабру отлепило, но больница потеряла на гелии и простоях астрономическую сумму.

Так что, если вы стоите в кабинете МРТ и ваши шаловливые ручки тянутся к красной кнопке под колпачком - засуньте эти ручки глубоко в карманы и сделайте шаг назад. :)