西門子3.0T磁共振成像儀T r i o故障分析

孟炯

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 MR科，河南 鄭州 450052

3.0 T磁共振成像儀Trio的梯度與射頻單元負(fù)責(zé)其梯度和射頻信號(hào)發(fā)射，由于是高電壓（10 kV）、大電流（700 A）、大功率（35 kW）輸出，是最易出故障的地方[1]。型號(hào)不同的磁共振成像儀，其射頻或梯度單元原理基本相同，具有共性。下面是對(duì)我院3.0T磁共振成像儀Trio的兩例故障進(jìn)行分析與處理，以供同行參考。

1 故障一

1.1 故障現(xiàn)象

西門子3.0T磁共振成像儀Trio掃描病人腹部時(shí)，掃描器停止掃描，系統(tǒng)提示：

Gradient Power Amplifier error（梯度放大錯(cuò)誤）

Under Voltage of Power Stage X, check（X軸電壓偏低）

Check Sequence Parameter retry（檢查序列參數(shù)）

1.2 故障檢修

利用維護(hù)軟件檢查掃描器系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)單元報(bào)錯(cuò)：

CAN Unit × GPA K2259 Gradient Power Amplifier error:Under Voltage of Power Stage X（GPA K2259梯度放大錯(cuò)誤：X軸電壓偏低）

DSP Unit × STIMO ：on line stiualation Monitor error：Gradient Power Amplifier was Switched off. because Gradients Stimulation limits have been exceeded（在線監(jiān)控發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤：梯度放大單元關(guān)閉，梯度發(fā)射超出安全范圍）

PALI: RF Power Absorption limiter error（射頻劑量限制器報(bào)錯(cuò)）

RF limit for 5th average stage exceeded（射頻限制超出第5級(jí)平均水平）

關(guān)閉梯度，停20 min等其電容放電后再開(kāi)啟，故障同上；將Trio關(guān)機(jī)等20 min再開(kāi)機(jī)，故障同上。但射頻單元顯示正常，由此推斷射頻報(bào)錯(cuò)是梯度故障所累。查看梯度柜，發(fā)現(xiàn)梯度柜的小信號(hào)單元K2259 E5 SSU狀態(tài)顯示異常，其中D20（調(diào)節(jié)器）、D40（調(diào)制器）、D70（I/O板）顯示異常。

梯度正常工作時(shí)，D20 V136和V137的4個(gè)LED均亮，其中V136左邊間歇閃爍黃燈，代表“Current FLOW（電流低）”，其余3個(gè)燈一直亮綠燈，代表“REG-ON-X，REGON-Y, REG-ON-Z”；D40板 的 V120與 V121亮 4個(gè) 綠燈，表示“Modulators on”“Power on”“+5V OK”“+1～15V OK”，V122亮兩個(gè)黃燈，表示“SR1”“SR2”工作正常。梯度有2000 V(1200V3cyl)的電壓輸出，若熄滅則只有500 V輸出，D40板其他LED均不亮燈；D70的V68亮綠燈，表示線電壓正常（Line Volt ok）；K2259 E5 SSU其余的電路板D10(DAC)、D60(CAN&Sew)均不亮燈。

目前K2259 E5 SSU的D20的V136和V137熄燈，D70的V68也熄燈，D40的V120、V121和V122也熄燈，相反V124、V125、V126的6個(gè)LED卻按以下的順序紅燈依次閃爍，其中V124代表“SEL_MSB”和”SEL_LSB”；V125代表“NUM_8，NUM_4”；V126代表“NUM_2，NUM_1”，見(jiàn)圖1。

圖1 6個(gè)LED閃爍狀態(tài)

LED的4個(gè)提示:① No power stop (Mod off because power is off,PST overvoltage)，電源不能關(guān)閉（PST過(guò)壓，電源關(guān)閉導(dǎo)致調(diào)制器關(guān)閉）；② Power supply defective PST low viltage；X-Axis error (PST損壞，使電源欠壓X軸出錯(cuò))；③ Y-Axis error(Y軸出錯(cuò))；④ Z-Axis error(Z軸出錯(cuò))。綜合上述信息可推斷出梯度單元的X軸首先出現(xiàn)故障，累及Y軸和Z軸，導(dǎo)致梯度單元無(wú)梯度信號(hào)輸出，進(jìn)而影響射頻，最終導(dǎo)致掃描不能進(jìn)行。

進(jìn)一步檢查梯度放大單元（Amlifier）的E6-X、E6-Y、E6-Z，發(fā)現(xiàn)Power Stage下面PCBs中X軸的整流板D100沒(méi)電。正常情況下應(yīng)該有5個(gè)LED燈亮，即V1017～V1021亮黃燈，表示整流板D100Cyl1～Cyl5這5個(gè)400 V直流電供應(yīng)正常（X軸梯度放大器的工作電壓），燈不亮則提示X軸整流板無(wú)直流電供給X軸梯度放大器，X軸梯度放大器無(wú)工作電源則不工作，進(jìn)而導(dǎo)致Y軸和Z軸異常。

將Trio關(guān)機(jī)，等待20 min，拆開(kāi)梯度柜下方的整流板所在單元，發(fā)現(xiàn)X軸的整流板顯示正常，但給其供電的空氣開(kāi)關(guān)K11～K15跳閘，將K11～K15合閘，再開(kāi)機(jī)，故障同前，懷疑整流板故障，更換后，故障同前，梯度末級(jí)Amlifier E6-X容易出故障，更換了E6-X，調(diào)整并校正梯度以及相關(guān)的單元后,故障消除。懷疑X軸的舊整流板沒(méi)壞，將X軸的整流板舊板調(diào)換過(guò)去，發(fā)現(xiàn)梯度正常，說(shuō)明故障與整流板無(wú)關(guān)，是X軸的梯度末級(jí)放大燒壞導(dǎo)致梯度無(wú)信號(hào)輸出，繼而導(dǎo)致射頻無(wú)輸出，致使MR不能掃描。

1.3 故障小結(jié)

梯度單元負(fù)責(zé)完成梯度定位信號(hào)的發(fā)射。梯度序列掃描時(shí)，要求梯度單元也發(fā)射梯度序列的射頻信號(hào)，激勵(lì)人體產(chǎn)生磁共振。三維梯度結(jié)構(gòu)相同，從梯度小信號(hào)單元SSU（Small Signal Unit）分流三組結(jié)構(gòu)和功能相同的梯度（X，Y，Z）小信號(hào)，到達(dá)對(duì)應(yīng)的梯度放大器[2-3]，梯度放大器（由整流板提供400 V直流電壓工作電源）放大后輸送至梯度線圈從而建立線性變化的梯度磁場(chǎng)。梯度信號(hào)特點(diǎn)是低電壓、大電流（最高達(dá)700 A）。梯度系統(tǒng)小信號(hào)單元較少出故障，梯度放大器與其電源板容易出故障，有時(shí)會(huì)合并電源整流板燒壞，只要有一個(gè)軸出現(xiàn)故障，梯度和射頻單元保護(hù)性自動(dòng)關(guān)閉。

2 故障二

3.0 T的Siemens MR Trio射頻管有壽命限制，工作約8000 h，RFPA電源柜因?yàn)樘峁└唠妷狠敵觯菀讚p壞。射頻單元的問(wèn)題大多在上述兩個(gè)地方，有時(shí)例外。

2.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，操作系統(tǒng)能夠自舉并進(jìn)入應(yīng)用程序NUMARIS-4，掃描器不能啟動(dòng)，系統(tǒng)提示射頻故障。關(guān)機(jī)后，關(guān)閉射頻放大柜QB1、QB2，斷電10 min后再開(kāi)啟QB1、QB2，RFPA面板LED“Fault”燈亮，RFPA處于“Standby state”（旁路狀態(tài)），自檢屏幕顯示“MODE HIGH FAULT=61 PA BIAS CURRENT”，查看系統(tǒng)自檢程序，系統(tǒng)顯示：MRI-RES/RF Safety watchdog error: Hardware error: the Power Absorption limiter Selftest failed. Retry reboot syngo MR（射頻安檢報(bào)錯(cuò)：硬件錯(cuò)誤：射頻吸收限制器自檢失敗，需要重新啟動(dòng)MR）。

MRI-SUP RF Power Amplifier error: No Communication with Unit RFPA. Retry reboot scanner（射頻放大錯(cuò)誤：與RFPA單元無(wú)通訊聯(lián)系，需重啟掃描器）。

2.2 故障分析

查看System Manger/MR Scanner發(fā)現(xiàn)DSP Units狀態(tài)不對(duì)，提示：X STIMO online stimulation Monitor error， Gradient power was switched off（在線監(jiān)控報(bào)錯(cuò)：梯度關(guān)閉）。

X PALI RF Power Absorption limiter error，RF limiter error, RF limit for 5th averaging stage exceeded（射頻劑量限制器報(bào)錯(cuò)，射頻限制超出第5級(jí)平均水平）。

檢查RFPA電源，檢查電源保險(xiǎn)絲，正常。由于射頻管超8000 h，其輸出功率會(huì)逐漸下降，訂購(gòu)RFPA，更換后，有射頻信號(hào)輸出，用水模進(jìn)行射頻調(diào)諧，發(fā)現(xiàn)射頻曲線線性度差。在低壓放大區(qū)曲線下降（射頻放大曲線應(yīng)為直線），說(shuō)明低壓放大區(qū)放大功率不夠，導(dǎo)致信噪比低，掃描常規(guī)序列可以執(zhí)行，圖像質(zhì)量下降，黑水像與彌散圖像信噪比低，偽影嚴(yán)重，圖像顆粒粗糙，不能滿足臨床要求。

射頻信號(hào)反射測(cè)試不過(guò)關(guān)，交換射頻的接收通道D1與D4，故障存在，說(shuō)明不是射頻接收通道接觸不良的問(wèn)題。次日再次測(cè)試RFPA前后級(jí)，大部分指標(biāo)過(guò)關(guān)，只有個(gè)別不達(dá)標(biāo)，做射頻曲線通過(guò)測(cè)試，曲線的線性良好，未見(jiàn)低壓區(qū)功率不夠，圖像質(zhì)量改善，黑水像與彌散圖像信噪比提高，能夠滿足臨床要求，故障排除。

Trio檢查4 d后故障再現(xiàn)，系統(tǒng)自檢不過(guò)關(guān)，掃描器不啟動(dòng)，故障現(xiàn)象同前，射頻曲線線性度差，系統(tǒng)提示“PALI”有問(wèn)題，再次更換RFPA，故障存在，系統(tǒng)仍提示“PALI”有問(wèn)題，說(shuō)明與射頻放大無(wú)關(guān)，由于射頻32接收通道板狀態(tài)顯示異常，更換了射頻接收通道的調(diào)制器、syn及SSB receiver板，接受通道狀態(tài)顯示正常。用水模測(cè)試射頻單元，發(fā)現(xiàn)射頻反射過(guò)大，導(dǎo)致輸出功率不夠，用假負(fù)載Dummy做射頻發(fā)射測(cè)試，射頻反射也過(guò)大，反射掉1/2信號(hào)，超出正常水平（200 V）。系統(tǒng)提示：

RF Power Absorption limiter error（射頻能量吸收限制報(bào)錯(cuò)）；

RF limit for 5th averaging stage exceeded（超出第5級(jí)水平）；

Retry reboot scanner, switch off/on scanner（需重啟掃描器，先關(guān)閉再啟動(dòng)）；

Check TAS (Switch setting dumnny load)（檢查射頻發(fā)射天線系統(tǒng)）；

Check cable connect RFPA-TAS（檢查射頻放大與射頻天線之間的電纜）；

If the deviationforward nominal-actual is out of tolerance,Measure the RF Characteristic. In Case the Maximum power is not reached during the RF Characteristic（如果射頻發(fā)射偏離正常范圍，必須檢查射頻特性曲線以防不能達(dá)到射頻最大輸出）；

Check Signal level of the modulator output（檢查射頻調(diào)制器輸出的射頻信號(hào)）；

3-phase AC-supply of the RFPA（射頻放大的三相交流輸入）；

Signal output PF of the RF to the receiver（到達(dá)射頻接受器的射頻發(fā)射信號(hào)）；

Gain of RFPA replace RFPA in case the RFPA is switched off during the first step of the RF Characteristic（更換射頻放大，避免做射頻曲線第一步因放大增益不足從而導(dǎo)致射頻關(guān)閉）；

Measure RF transmit path: RFPA-TAS-TAS-TALESBODY COIL（測(cè)量射頻發(fā)射通道：RFPA-TAS-TASTALES-BODY COIL）；

Check 3-phase AC-supply of the RFPA（檢查射頻放大的3相交流輸入）；

Check cable connection RFPA-TAS-BCCS-TALES-BTBBODY COIL（檢查以下單元之間的電纜 RFPA-TAS-BCCSTALES-BTB-BODY COIL）；

Check decoupling of the Bodycoil(BC Turing)（檢查體線圈之間的干擾）。

根據(jù)提示，做以下測(cè)試：將射頻信號(hào)輸出電纜斷開(kāi)，將假負(fù)載直接接在射頻放大器的輸出端，做射頻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)射頻反射過(guò)大，但曲線線性度良好，呈直線，說(shuō)明射頻放大器正常；將假負(fù)載接在射頻濾波板的TAS上，測(cè)試反射過(guò)大，＞270 V，曲線線性度差，更換TAS后，故障同前，說(shuō)明與TAS無(wú)關(guān)；將TAS斷開(kāi)，將射頻信號(hào)輸出電纜直接接在假負(fù)載上，測(cè)試射頻，發(fā)現(xiàn)射頻曲線反射大，線性度差，斷開(kāi)輸出電纜兩端，測(cè)試不通，拆開(kāi)兩端接頭，發(fā)現(xiàn)與RFPA連接的一端，接頭內(nèi)部有燒糊熔化現(xiàn)象，故障原因至此查明，即射頻信號(hào)輸出電纜內(nèi)部存在一處斷路，導(dǎo)致射頻信號(hào)反射過(guò)大，從而到達(dá)RF線圈的射頻信號(hào)輸出功率不夠，進(jìn)而引起圖像信噪比下降，圖像質(zhì)量變差。

更換射頻電纜后，測(cè)試射頻單元各級(jí)電路，所有測(cè)試指標(biāo)過(guò)關(guān)，射頻曲線線性度好，射頻信號(hào)反射值控制在50 V左右，遠(yuǎn)低于閾值200 V，圖像信噪比恢復(fù)正常，黑水像與彌散圖像質(zhì)量恢復(fù)正常，故障徹底排除。

2.3 故障小結(jié)

本次故障持續(xù)半月余。圖像信噪比低，使我們注意力集中RF接受通道和RFPA單元，MR能掃描病人，圖像信噪比低，但可以重建圖像，忽視了射頻電纜問(wèn)題。Trio是3T高場(chǎng)強(qiáng)，射頻信號(hào)頻率高達(dá)126 MHz，峰值功率達(dá)到35 kW，射頻放大信號(hào)沿射頻電纜傳輸，在電纜燒斷處可通過(guò)空氣傳播，所以能重建出圖像，只是射頻信號(hào)的反射大，射頻信號(hào)衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致圖像信噪比下降嚴(yán)重，圖像質(zhì)量變差。不過(guò)射頻輸出電纜損壞非常罕見(jiàn)，一旦出現(xiàn)會(huì)影響射頻后級(jí)正常工作，并連累RFPA，所以排除故障一定要將各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面細(xì)致分析，不可漏掉任何一環(huán)，否則會(huì)事倍功半，耽誤時(shí)間[4-6]。

[1]孟炯.西門子磁共振成像儀IMPACT故障檢修二則[J].臨床放射學(xué)雜志,2009,(11):1475.

[2]張里仁.醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)[M].1版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2000:14.

[3]徐躍,梁碧玲.醫(yī)學(xué)影像設(shè)備[M].2版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2010:136-164.

[4]徐昌璞,程學(xué)強(qiáng),徐昌菊.高場(chǎng)強(qiáng)磁共振成像儀設(shè)備的安全管理[J].中國(guó)醫(yī)院,2010,14(11):68-69.

[5]錢建國(guó),李維嘉,李斌.區(qū)域性大型醫(yī)療設(shè)備預(yù)防性維護(hù)規(guī)范探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010,31(8):5-6,12.

[6]廖孟揚(yáng).核磁共振成像技術(shù)[M].1版.武漢:武漢大學(xué)出版社,1994:200-264.