醫(yī)用磁共振系統(tǒng)成像原理與故障分析

王迪聲

（解放軍總院醫(yī)療保障中心醫(yī)學(xué)工程科，北京 100036）

0 引言

醫(yī)用磁共振系統(tǒng)主要由磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計算機及圖像處理系統(tǒng)組成，其中，梯度系統(tǒng)是磁共振系統(tǒng)最重要的組成部分，主要由梯度線圈、梯度放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、梯度控制器以及梯度冷卻裝置等組成[1-2]。磁共振系統(tǒng)是大型精密醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，與X 射線成像設(shè)備有著本質(zhì)的區(qū)別，在各級醫(yī)院得到了廣泛應(yīng)用。磁共振成像系統(tǒng)具有無輻射、分辨率高，且多方位、多參數(shù)、多序列成像的優(yōu)點，為臨床診斷提供豐富的醫(yī)學(xué)診斷數(shù)據(jù)，從而進行分析判斷疾病的分子水平，為臨床提供更多優(yōu)質(zhì)的影像信息[3-4]。

為提升了臨床工程師的維修技能，本文概述磁共振成像系統(tǒng)成像原理的基本要點，分別就GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統(tǒng)數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 故障和GE Signa HDxt 1.5T 雙梯度磁共振系統(tǒng)出現(xiàn)的Coil ID 錯誤提示進行故障分析與排查。

1 磁共振成像原理

MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）是一種核物理現(xiàn)象，通過利用原子核并對其在磁場共振時發(fā)出的信號、經(jīng)計算機空間編碼進行重建后形成圖像的一種處理技術(shù)，即利用磁場與射頻脈沖使人體組織內(nèi)自旋運動的氫核（H+）發(fā)生振動產(chǎn)生射頻信號，經(jīng)計算機處理而成像，其在疾病的診斷、治療和療效評估等方面發(fā)揮著不可替代的優(yōu)勢[5-6]。磁共振系統(tǒng)在成像方面具有無輻射、無損傷、多參數(shù)成像、無骨偽影干擾、對人體無傷害的優(yōu)點，可以提供形態(tài)學(xué)的結(jié)構(gòu)信息，能夠反應(yīng)活體組織結(jié)構(gòu)、功能和代謝改變，使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對磁共振檢查的依賴性越來越突出[7]。磁共振成像很少出現(xiàn)對比劑反應(yīng)現(xiàn)象，相對螺旋CT 成像，磁共振成像對骨組織和鈣化顯示不明顯，且在檢查環(huán)境和禁忌癥方面處于劣勢[8]。

磁共振系統(tǒng)屬于大型高、精、尖類醫(yī)學(xué)設(shè)備，集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、低溫超導(dǎo)技術(shù)和電磁技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)為一體。磁共振系統(tǒng)由主磁體、梯度線圈、射頻線圈、計算機及其軟件系統(tǒng)等組成，磁共振系統(tǒng)成像原理如圖1 所示[9-10]，其中，磁共振系統(tǒng)的磁場強度越高，圖像信噪比越高，形成的圖像質(zhì)量就越好；磁共振系統(tǒng)的磁場均勻度直接影響到磁共振波譜和成像質(zhì)量，是評價磁共振成像質(zhì)量的重要指標；梯度線圈的梯度場強越大，掃描層越薄，圖像空間分辨率越高；采用梯度線圈真坑隔絕、靜音掃描等多種技術(shù)來降低梯度線圈的噪聲；射頻線圈應(yīng)根據(jù)臨床需求進行選擇，不同廠家相控陣線圈的單元數(shù)并不相同；計算機及其軟件系統(tǒng)提供多種并行處理能力，其CPU 主存、主內(nèi)存、存儲硬盤均要求最高性能，因此需要配置最高檔計算機[11]。

圖1 磁共振系統(tǒng)成像原理

2 故障分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現(xiàn)象

GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統(tǒng)無法掃描，出現(xiàn)“Reference Scan has stopped.NO MrMail available”錯誤代碼提示。

2.1.2 故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，進入系統(tǒng)查看故障信息記錄，顯示:“Dummy packet was sent to TPS by Scan because Scan couldn't get Start Recon reply processing”故障信息。經(jīng)分析，造成該故障的原因可能是數(shù)據(jù)容積重建引擎（Volumefrecon Engine，VRE）出現(xiàn)異常。進一步分析，該機的VRE 用于數(shù)據(jù)重建，主要由接口控制通知（Image Compute Node，ICN）sun 服務(wù)器和兩塊容積數(shù)據(jù)接收濾波器（Volume Date Receiving Filter，VRF）的接口卡組成，都安裝在電源和射頻系統(tǒng)的機柜內(nèi)；容積數(shù)據(jù)接收濾波器VRF 又安裝在接口控制通知ICN sun 服務(wù)器的后端，ICN 與VRF 通過光纖和信號接收裝置連接，作用是轉(zhuǎn)換光信號[12]。

另外，該機序列控制系統(tǒng)由接口和遠程控制（Interface and Remote Functions，IRF）、應(yīng)用網(wǎng)管處理器AGP、觸發(fā)及旋轉(zhuǎn)功能TRF 電路板組成。其中，接口和遠程控制IRF 電路板是放射裝置、接收裝置和梯度系統(tǒng)之間的通信接口；應(yīng)用網(wǎng)管處理器AGP 則通過以太網(wǎng)和主機進行通信，通過PCI 總線和觸發(fā)及旋轉(zhuǎn)功能TRF 電路板相連，應(yīng)用網(wǎng)管處理器AGP 通過接收主機的指令信號并將信號傳輸?shù)接|發(fā)及旋轉(zhuǎn)功能TRF 電路板，從而產(chǎn)生相應(yīng)的射頻和梯度波形。

根據(jù)故障現(xiàn)象，分析序列控制系統(tǒng)的基本框架后，再分析數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 的基本情況。查閱相關(guān)技術(shù)資料，數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 由ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 組成。為了確認故障，進入服務(wù)界面，檢測數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 與主機、數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 與ICN 之間的通信是否正常，在SERVICE 界面依次選擇DIAGNOSTICS,選擇SYSTEM FUNCTION，選擇RECON，選擇VRE COMMUNICATION DIAGNOSTICS,然后進行測試，測試經(jīng)過失敗。利于系統(tǒng)工具檢測ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 的測試情況，經(jīng)過ICN1、ICN3 和ICN4 測試通過，但ICN2 測試失敗，多次反復(fù)測試，結(jié)果如此，判斷ICN2 故障，更換相同型號的ICN2 后，數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE正常，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障現(xiàn)象

GE Signa HDxt 1.5T 雙梯度磁共振系統(tǒng)開機后不能進行掃描，錯誤代碼提示Coil ID。

2.2.2 故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，錯誤代碼為Coil ID，即掃描線圈不能識別，故障發(fā)生后，觀察紅綠指示燈，發(fā)現(xiàn)紅燈常亮，綠燈不亮。經(jīng)分析，該機具有線圈連接識別檢測系統(tǒng)，每個線圈里都有Coil ID chip，即線圈身份識別號，當掃描病人使用的線圈插入線圈座后，紅色指示燈先電量，系統(tǒng)識別線圈被后，綠色指示燈點亮，紅色指示燈不亮[13]。本故障為掃描線圈不能識別，重新排放水模后，排除病人體位和定位操作無誤，重點考慮硬件故障。經(jīng)分析，掃描間接口板（SRI3）與16 通道開關(guān)板（16 channel switch）相連，然后16 通道開關(guān)板與多通道線圈檢測盒 (MR coil with coil ID box)相連，多通道線圈檢測盒與線圈插座連接。

掃描線圈與接口A（Port A）連接，16 通道開關(guān)板（16 channel switch）由24 V 電源供電，并作為控制信息傳輸?shù)闹匾M件。掃描線圈無法識別，首先排查數(shù)據(jù)傳輸是否通常，于是將掃描床推到最前端，打開掃描床后面的外殼，重新插拔與線圈相連接的接口A（Port A）和16 通道開關(guān)板（16 channel switch），檢查中發(fā)現(xiàn)接口A（Port A）有松動的痕跡，處理后重新插拔，將掃描床的外殼裝上，開機，磁共振恢復(fù)正常，故障排除。

3 討論

磁共振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修困難、配件昂貴、維修時間長，且對維修工作有很高的專業(yè)技術(shù)和維修標準。因此，當磁共振系統(tǒng)發(fā)生故障時，臨床工程師一定要保持清晰的維修思路，根據(jù)磁共振系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)合故障代碼按照順藤摸瓜的方式逐步排除[14]。如故障1 中GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統(tǒng)數(shù)據(jù)容積重建引擎VRE 故障的維修分析思路，故障2 則屬于常規(guī)的檢修思路和流程。特別要強調(diào)系統(tǒng)掌握磁共振系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理將對維修分析和結(jié)果排除起到事半功倍的作用，這點要引起足夠重視。因此，為保障磁共振系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，發(fā)生故障后，臨床工程師應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象查閱故障代碼，結(jié)合磁共振系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和成像原理，在第一時間將故障排除，必要時與廠家工程師聯(lián)系，將有利于減少故障的排查時間[15-16]。

4 結(jié)語

磁共振成像是目前臨床不可或缺的醫(yī)學(xué)影像檢查方法，在系統(tǒng)疾病的診斷中起著非常重要的作用。磁共振系統(tǒng)是精密的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，其組成結(jié)構(gòu)和成像原理非常復(fù)雜，在運行過程中對電源、溫度、濕度和信號屏蔽有很高的要求，且容易產(chǎn)生各種故障和不安全風(fēng)險[17]。在日常工作中，臨床工程師要做好磁共振系統(tǒng)的質(zhì)量保障和質(zhì)量控制，嚴格按照規(guī)范化操作，做好磁共振的預(yù)防性維護工作，保障磁共振系統(tǒng)的正常運行，做到設(shè)備的精細化管理，提高磁共振圖像質(zhì)量及檢測準確性，提升患者滿意度，降低風(fēng)險事件發(fā)生率。