GE Signa Excite 1.5 T磁共振成像系統(tǒng)故障維修三例

員偉康，楊芳，張雷廷，尹科，蔣新岳

新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，新疆 烏魯木齊 830000

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）憑借其諸多優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)診斷手段的主要技術(shù)[1]，但因其掃描時(shí)間較長(zhǎng)、患者數(shù)量較多，設(shè)備常常是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其故障率相對(duì)較高。且其價(jià)格昂貴、構(gòu)造復(fù)雜、維護(hù)難度大，給正常的診療工作帶來諸多不便[2]。我院為腫瘤?？漆t(yī)院，患者數(shù)量多，掃描部位范圍大，當(dāng)MRI因故障宕機(jī)時(shí)，對(duì)醫(yī)院的診療活動(dòng)造成較大影響，同時(shí)也會(huì)激化醫(yī)患矛盾。我們臨床工程師在MRI發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)排除，日常做好維護(hù)保障MRI正常運(yùn)行，對(duì)于醫(yī)院的運(yùn)行也是十分重要的[3-4]。

本文維修分析對(duì)象是GE Signa Excite 1.5 T MRI系統(tǒng)。本文就偽影及收發(fā)和處理子系統(tǒng)（Transceiver and Processing Subsystem，TPS）不響應(yīng)故障的3個(gè)案例進(jìn)行維修分析。偽影和TPS不響應(yīng)是該設(shè)備常見問題，若不及時(shí)處理會(huì)影響診斷。核磁常見故障主要有梯度系統(tǒng)故障、射頻系統(tǒng)故障、掃描床故障、配電設(shè)備故障、計(jì)算機(jī)故障等[5-6]。MRI本身成像過程復(fù)雜，軟硬件不完善都會(huì)產(chǎn)生各種各樣的偽影。有些偽影因參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成，有些偽影因設(shè)備故障引起，其維修難度相對(duì)較大[7-8]。關(guān)于MRI偽影維修的文獻(xiàn)也相對(duì)較少；軟件報(bào)錯(cuò)故障涉及面很廣，也不易維修。

1 MRI基本信息及工作原理

MRI主要是運(yùn)用人體中的氫原子核跟磁場(chǎng)發(fā)生相互作用形成信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將信號(hào)定位并收集，然后經(jīng)圖像處理將信號(hào)轉(zhuǎn)化，最終獲得磁共振圖像。一臺(tái)MRI設(shè)備主要由磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、信號(hào)采集和圖像重建系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)及圖像顯示系統(tǒng)組成，見圖1。

圖1 MRI設(shè)備組成示意圖

2 MRI圖像GHOST偽影

MRI使用過程中GHOST偽影是最常見的偽影之一，具體的表現(xiàn)是在圖像的相位編碼方向軸上出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)重疊的掃描目標(biāo)圖像[9-10]。最常見的GHOST偽影是由于患者身體運(yùn)動(dòng)造成的，另外設(shè)備硬件出現(xiàn)故障也會(huì)導(dǎo)致GHOST偽影出現(xiàn)[11]。

2.1 故障現(xiàn)象

正常掃描后的圖像頻繁出現(xiàn)GHOST偽影，反復(fù)檢測(cè)排除應(yīng)用方面及線圈的可能性。具體GHOST偽影圖像如圖2所示。

圖2 GHOST偽影圖

2.2 故障分析與排除

設(shè)備故障后，工程師根據(jù)ERROR LOG報(bào)錯(cuò)提示可獲得大量設(shè)備信息，可有效幫助維修工作，但出現(xiàn)GHOST偽影時(shí)往往缺少相關(guān)故障提示，也增加了維修難度。與GHOST偽影可能出現(xiàn)的原因和排除過程可按照?qǐng)D3所示進(jìn)行。

圖3 GHOST偽影可能原因和排除過程指導(dǎo)圖

首先進(jìn)行MCR測(cè)試，測(cè)試通過；進(jìn)而進(jìn)行EPT和lvshim測(cè)試，也測(cè)試通過；而后交換相位和頻率方向，發(fā)現(xiàn)GHOST偽影方向隨之改變；進(jìn)行梯度診斷，診斷結(jié)果失敗（圖4），判斷故障點(diǎn)在梯度系統(tǒng)。

圖4 梯度診斷結(jié)果

通過查看診斷后的ERROR LOG發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)提示Y軸出現(xiàn)問題。利用替換法，將Y軸和Z軸的梯度控制板進(jìn)行交換，再做梯度診斷，系統(tǒng)提示Z軸出現(xiàn)問題，Y軸正常。故障轉(zhuǎn)移，因此判斷Y軸的梯度控制板存在問題。仔細(xì)檢查故障梯度控制板，發(fā)現(xiàn)一個(gè)35V 1000 uF的電解電容存在問題，出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象（圖5）。

圖5 故障梯度控制板

訂購一個(gè)梯度控制板，更換后掃描測(cè)試，GHOST偽影消失，故障解決。

2.3 故障小結(jié)

本例中GHOST偽影是因一個(gè)梯度軸梯度控制板故障導(dǎo)致梯度磁場(chǎng)不穩(wěn)定，進(jìn)而影響接收的射頻信號(hào)的相位和頻率的穩(wěn)定性所致。

GHOST偽影維修難度大，涉及組件范圍廣。工程師要善于運(yùn)用排除法，將可能出現(xiàn)的故障排除，縮小范圍；利用替換法快速確定故障點(diǎn)；合理利用ERROR LOG，GHOST偽影的報(bào)錯(cuò)相對(duì)少，但通過相關(guān)測(cè)試，逐步排查，通過測(cè)試結(jié)果及測(cè)試后的ERROR LOG分析故障原因。

3 MRI圖像白噪聲偽影

白噪聲是評(píng)價(jià)MRI圖像質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[12]。白噪聲是一種噪聲信號(hào)，是梯度工作時(shí)，梯度磁場(chǎng)快速切換引起的。白噪聲會(huì)使圖像的信噪比降低，產(chǎn)生偽影，影響圖像質(zhì)量。MRI原理復(fù)雜，產(chǎn)生白噪聲因素很多，所以在檢修故障時(shí)要逐步排查，找出故障點(diǎn)[13-14]。

3.1 故障現(xiàn)象

白噪聲測(cè)試圖像中有豎線，見圖6。

圖6 白噪聲測(cè)試圖像

3.2 故障分析與排除

從圖6上可以明顯觀察到兩條線型偽影，初步懷疑是氦管造成的，關(guān)閉氦壓縮機(jī)，并斷開其電源，重新掃描，故障現(xiàn)象沒有改變。用銅棉花在氦管的傳導(dǎo)板上進(jìn)行填充后掃描，噪聲還是存在。繼續(xù)排查，將磁體間燈、風(fēng)機(jī)、冷頭都關(guān)閉；將DD線全部拔下；關(guān)掉filter電源，分別掃描測(cè)試，噪聲都會(huì)出現(xiàn)。將整個(gè)配電箱電源關(guān)掉，包括空調(diào)、室外機(jī)、照明、插座、filter的電源，測(cè)試后噪聲消失，說明噪聲的出現(xiàn)與供電有關(guān)。逐個(gè)開啟配電箱電源，發(fā)現(xiàn)當(dāng)打開操作間電源插座時(shí)，噪聲就出現(xiàn)。將其關(guān)掉，打開其他的電源，噪聲消失，于是初步判定噪聲與操作間插座有關(guān)。鎖定目標(biāo)后，所有插座都不連接，掃描時(shí)噪聲消失。考慮到操作間有個(gè)磁體監(jiān)控器（Magnet Monitor 3，MM3）當(dāng)時(shí)和電腦供電，需排查是否是由插座打火影響到磁體從而導(dǎo)致噪聲出現(xiàn)。插上MM3電源，掃描后噪聲出現(xiàn)，還是懷疑插座有問題，更換插座后掃描，問題依舊。將MM3斷電，其他插座也連接設(shè)備，掃描后沒有噪聲出現(xiàn)，確定是MM3故障導(dǎo)致偽影出現(xiàn)。將MM3線全部拔下，然后通電掃描，噪聲消失，逐根線接上測(cè)試，發(fā)現(xiàn)接上檢測(cè)壓力的線J8后出現(xiàn)噪聲；把其他線接上，只取下J8，噪聲消失，因此判定是J8產(chǎn)生的噪聲。重新連接傳導(dǎo)板及磁體上的線，測(cè)試后噪聲依舊。查看手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)磁體壓力檢測(cè)線與檢查冷頭溫度的線由兩根線合并到一根線輸出，將二者之間的轉(zhuǎn)接頭FJ2重新安裝，掃描測(cè)試，噪聲明顯減小，用銅棉花將接頭裹好并用膠帶包好，掃描測(cè)試，噪聲消失。

3.3 故障小結(jié)

經(jīng)過一系列故障排查，F(xiàn)J2接頭出現(xiàn)問題導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。MRI的圖像會(huì)受到很多因素的影響，類似本例，往往一個(gè)小的問題，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。臨床工程師要熟練掌握設(shè)備原理，維修時(shí)利用各種維修方法，仔細(xì)排查，不放過任何細(xì)節(jié)，直至故障解決。

4 TPS NOT RESPONDING故障

TPS相關(guān)故障是EXCITE系統(tǒng)常見的較復(fù)雜的故障，分析排除過程涉及系統(tǒng)信號(hào)控制和處理相關(guān)的工控機(jī)軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而TPS NOT RESPONDING是其中較常見的一類故障。相較其他TPS相關(guān)故障，TPS NOT RESPONDING故障往往因?yàn)闆]有別的錯(cuò)誤信息提示，所以排除過程相對(duì)復(fù)雜。

4.1 故障現(xiàn)象

掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)掃描失敗，信息窗提示“TPS NOT RESPONDING”。做TPS RESET后失敗，信息窗提示“do you want to do a cold restart”，重新做整機(jī)冷啟動(dòng)。但重啟動(dòng)后進(jìn)入應(yīng)用界面信息窗依舊提示“TPS NOT RESPONDING”。

4.2 故障分析與排除

EXCITE系統(tǒng)故障后的系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)提示對(duì)維修有很大的幫助，打開ERROR LOG發(fā)現(xiàn)除了提示TPS NOT RESPONDING外，沒有其他相關(guān)故障提示。

關(guān)于TPS故障系統(tǒng)有兩個(gè)基本的相關(guān)檢測(cè)：① 多代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Multi-Generational Data acquisition，MGD）和遠(yuǎn)程射頻系統(tǒng)（Remote Radio Frequency，RRF）電路板系統(tǒng)測(cè)試；② 通過mgd_term命令觀察TPS RESET時(shí)詳細(xì)的MGD板級(jí)檢測(cè)信息。

首先在SERVICE菜單下運(yùn)行MGD board level test，沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息；運(yùn)行MGD data path test，也沒有異常，說明MGD模塊沒有問題。在SERVICE菜單下運(yùn)行RRF board level test，沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息；運(yùn)行RRF data path test，也沒有異常，說明RRF模塊沒有問題。

接下來打開command窗口運(yùn)行mgd_term命令，同時(shí)進(jìn)行TPS RESET，觀察相關(guān)報(bào)錯(cuò)信息，發(fā)現(xiàn)AGP啟動(dòng)通過，但SCP和APS啟動(dòng)失敗，同時(shí)APS窗口提示“IRF_INITIALIZED was not detected”。系統(tǒng)提供BYPASS功能，通過系統(tǒng)提供的文本命令如gedit打開mgd_stage文件，屏蔽接口和遠(yuǎn)程功能（Interface and Remote Functions，IRF）板后運(yùn)行TPS RESET，TPS成功運(yùn)行，沒有報(bào)錯(cuò)。由此可以判斷故障與IRF板相關(guān)。仔細(xì)檢查IRF板的輸入輸出接線，并未發(fā)現(xiàn)問題，且更換IRF板后故障依舊。通過系統(tǒng)程序原理分析，故障也可能是IRF板相關(guān)初始化信息不能通過IRF-IRF/IO-RRF/DIF通路到達(dá)RRF所致，更換RRF/DIF板后，故障消失。

4.3 故障小結(jié)

該故障的排除相對(duì)復(fù)雜，通過多次測(cè)試，才查找到故障電路板，最終更換相關(guān)電路板解決故障。通過以上故障排除過程可以推斷是RRF/DIF板故障引起信號(hào)通路失效所致。EXCITE磁共振系統(tǒng)原理復(fù)雜，MGD和RRF模塊涉及許多計(jì)算機(jī)板，一旦相關(guān)的計(jì)算機(jī)板出現(xiàn)故障，即提示TPS系統(tǒng)故障，系統(tǒng)不能掃描。而對(duì)MGD和RRF模塊原理的深入理解對(duì)故障排除有很大幫助。

5 討論與總結(jié)

MRI系統(tǒng)是醫(yī)院價(jià)值高、技術(shù)復(fù)雜的大型影像設(shè)備，也是臨床診斷不可或缺的設(shè)備，MRI成像過程復(fù)雜，軟硬件不完善都會(huì)產(chǎn)生各種各樣的偽影。出現(xiàn)偽影等故障后，需要根據(jù)故障的現(xiàn)象、有關(guān)報(bào)錯(cuò)信息，利用替換法、排除法等方法進(jìn)行故障排查。平時(shí)需要對(duì)MRI有關(guān)故障進(jìn)行總結(jié)、分類，可以更好地幫助工程師快速解決故障[15-16]。本文所提及故障維修案例，合理運(yùn)用維修方法，縮小范圍，確定故障點(diǎn)。通過2個(gè)偽影維修案例以及1個(gè)軟件報(bào)錯(cuò)維修案例的分享，與廣大工程師相互學(xué)習(xí)，提升設(shè)備保障能力。

MRI設(shè)備本身技術(shù)集成度較高，維修比較困難，注重日常巡查及定期維護(hù)利于降低故障發(fā)生率，同時(shí)也能降低患者檢查排隊(duì)壓力和提高設(shè)備使用率。工程師在設(shè)備維護(hù)方面十分重要，醫(yī)院可以加大培訓(xùn)力度，培養(yǎng)技術(shù)過硬的工程師團(tuán)隊(duì)，這樣對(duì)于降低醫(yī)院運(yùn)行成本，提高設(shè)備開機(jī)率有著十分重要的意義。