孟炯
郑州大学第一附属医院 MR科,河南 郑州 450052
3.0 T磁共振成像仪Trio的梯度与射频单元负责其梯度和射频信号发射,由于是高电压(10 kV)、大电流(700 A)、大功率(35 kW)输出,是最易出故障的地方[1]。型号不同的磁共振成像仪,其射频或梯度单元原理基本相同,具有共性。下面是对我院3.0T磁共振成像仪Trio的两例故障进行分析与处理,以供同行参考。
西门子3.0T磁共振成像仪Trio扫描病人腹部时,扫描器停止扫描,系统提示:
Gradient Power Amplifier error(梯度放大错误)
Under Voltage of Power Stage X, check(X轴电压偏低)
Check Sequence Parameter retry(检查序列参数)
利用维护软件检查扫描器系统,发现有两个单元报错:
CAN Unit × GPA K2259 Gradient Power Amplifier error:Under Voltage of Power Stage X(GPA K2259梯度放大错误:X轴电压偏低)
DSP Unit × STIMO :on line stiualation Monitor error:Gradient Power Amplifier was Switched off. because Gradients Stimulation limits have been exceeded(在线监控发现错误:梯度放大单元关闭,梯度发射超出安全范围)
PALI: RF Power Absorption limiter error(射频剂量限制器报错)
RF limit for 5th average stage exceeded(射频限制超出第5级平均水平)
关闭梯度,停20 min等其电容放电后再开启,故障同上;将Trio关机等20 min再开机,故障同上。但射频单元显示正常,由此推断射频报错是梯度故障所累。查看梯度柜,发现梯度柜的小信号单元K2259 E5 SSU状态显示异常,其中D20(调节器)、D40(调制器)、D70(I/O板)显示异常。
梯度正常工作时,D20 V136和V137的4个LED均亮,其中V136左边间歇闪烁黄灯,代表“Current FLOW(电流低)”,其余3个灯一直亮绿灯,代表“REG-ON-X,REGON-Y, REG-ON-Z”;D40板 的 V120与 V121亮 4个 绿灯,表示“Modulators on”“Power on”“+5V OK”“+1~15V OK”,V122亮两个黄灯,表示“SR1”“SR2”工作正常。梯度有2000 V(1200V3cyl)的电压输出,若熄灭则只有500 V输出,D40板其他LED均不亮灯;D70的V68亮绿灯,表示线电压正常(Line Volt ok);K2259 E5 SSU其余的电路板D10(DAC)、D60(CAN&Sew)均不亮灯。
目前K2259 E5 SSU的D20的V136和V137熄灯,D70的V68也熄灯,D40的V120、V121和V122也熄灯,相反V124、V125、V126的6个LED却按以下的顺序红灯依次闪烁,其中V124代表“SEL_MSB”和”SEL_LSB”;V125代表“NUM_8,NUM_4”;V126代表“NUM_2,NUM_1”,见图1。
图1 6个LED闪烁状态
LED的4个提示:① No power stop (Mod off because power is off,PST overvoltage),电源不能关闭(PST过压,电源关闭导致调制器关闭);② Power supply defective PST low viltage;X-Axis error (PST损坏,使电源欠压X轴出错);③ Y-Axis error(Y轴出错);④ Z-Axis error(Z轴出错)。综合上述信息可推断出梯度单元的X轴首先出现故障,累及Y轴和Z轴,导致梯度单元无梯度信号输出,进而影响射频,最终导致扫描不能进行。
进一步检查梯度放大单元(Amlifier)的E6-X、E6-Y、E6-Z,发现Power Stage下面PCBs中X轴的整流板D100没电。正常情况下应该有5个LED灯亮,即V1017~V1021亮黄灯,表示整流板D100Cyl1~Cyl5这5个400 V直流电供应正常(X轴梯度放大器的工作电压),灯不亮则提示X轴整流板无直流电供给X轴梯度放大器,X轴梯度放大器无工作电源则不工作,进而导致Y轴和Z轴异常。
将Trio关机,等待20 min,拆开梯度柜下方的整流板所在单元,发现X轴的整流板显示正常,但给其供电的空气开关K11~K15跳闸,将K11~K15合闸,再开机,故障同前,怀疑整流板故障,更换后,故障同前,梯度末级Amlifier E6-X容易出故障,更换了E6-X,调整并校正梯度以及相关的单元后,故障消除。怀疑X轴的旧整流板没坏,将X轴的整流板旧板调换过去,发现梯度正常,说明故障与整流板无关,是X轴的梯度末级放大烧坏导致梯度无信号输出,继而导致射频无输出,致使MR不能扫描。
梯度单元负责完成梯度定位信号的发射。梯度序列扫描时,要求梯度单元也发射梯度序列的射频信号,激励人体产生磁共振。三维梯度结构相同,从梯度小信号单元SSU(Small Signal Unit)分流三组结构和功能相同的梯度(X,Y,Z)小信号,到达对应的梯度放大器[2-3],梯度放大器(由整流板提供400 V直流电压工作电源)放大后输送至梯度线圈从而建立线性变化的梯度磁场。梯度信号特点是低电压、大电流(最高达700 A)。梯度系统小信号单元较少出故障,梯度放大器与其电源板容易出故障,有时会合并电源整流板烧坏,只要有一个轴出现故障,梯度和射频单元保护性自动关闭。
3.0 T的Siemens MR Trio射频管有寿命限制,工作约8000 h,RFPA电源柜因为提供高电压输出,容易损坏。射频单元的问题大多在上述两个地方,有时例外。
开机后,操作系统能够自举并进入应用程序NUMARIS-4,扫描器不能启动,系统提示射频故障。关机后,关闭射频放大柜QB1、QB2,断电10 min后再开启QB1、QB2,RFPA面板LED“Fault”灯亮,RFPA处于“Standby state”(旁路状态),自检屏幕显示“MODE HIGH FAULT=61 PA BIAS CURRENT”,查看系统自检程序,系统显示:MRI-RES/RF Safety watchdog error: Hardware error: the Power Absorption limiter Selftest failed. Retry reboot syngo MR(射频安检报错:硬件错误:射频吸收限制器自检失败,需要重新启动MR)。
MRI-SUP RF Power Amplifier error: No Communication with Unit RFPA. Retry reboot scanner(射频放大错误:与RFPA单元无通讯联系,需重启扫描器)。
查看System Manger/MR Scanner发现DSP Units状态不对,提示:X STIMO online stimulation Monitor error, Gradient power was switched off(在线监控报错:梯度关闭)。
X PALI RF Power Absorption limiter error,RF limiter error, RF limit for 5th averaging stage exceeded(射频剂量限制器报错,射频限制超出第5级平均水平)。
检查RFPA电源,检查电源保险丝,正常。由于射频管超8000 h,其输出功率会逐渐下降,订购RFPA,更换后,有射频信号输出,用水模进行射频调谐,发现射频曲线线性度差。在低压放大区曲线下降(射频放大曲线应为直线),说明低压放大区放大功率不够,导致信噪比低,扫描常规序列可以执行,图像质量下降,黑水像与弥散图像信噪比低,伪影严重,图像颗粒粗糙,不能满足临床要求。
射频信号反射测试不过关,交换射频的接收通道D1与D4,故障存在,说明不是射频接收通道接触不良的问题。次日再次测试RFPA前后级,大部分指标过关,只有个别不达标,做射频曲线通过测试,曲线的线性良好,未见低压区功率不够,图像质量改善,黑水像与弥散图像信噪比提高,能够满足临床要求,故障排除。
Trio检查4 d后故障再现,系统自检不过关,扫描器不启动,故障现象同前,射频曲线线性度差,系统提示“PALI”有问题,再次更换RFPA,故障存在,系统仍提示“PALI”有问题,说明与射频放大无关,由于射频32接收通道板状态显示异常,更换了射频接收通道的调制器、syn及SSB receiver板,接受通道状态显示正常。用水模测试射频单元,发现射频反射过大,导致输出功率不够,用假负载Dummy做射频发射测试,射频反射也过大,反射掉1/2信号,超出正常水平(200 V)。系统提示:
RF Power Absorption limiter error(射频能量吸收限制报错);
RF limit for 5th averaging stage exceeded(超出第5级水平);
Retry reboot scanner, switch off/on scanner(需重启扫描器,先关闭再启动);
Check TAS (Switch setting dumnny load)(检查射频发射天线系统);
Check cable connect RFPA-TAS(检查射频放大与射频天线之间的电缆);
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(如果射频发射偏离正常范围,必须检查射频特性曲线以防不能达到射频最大输出);
Check Signal level of the modulator output(检查射频调制器输出的射频信号);
3-phase AC-supply of the RFPA(射频放大的三相交流输入);
Signal output PF of the RF to the receiver(到达射频接受器的射频发射信号);
Gain of RFPA replace RFPA in case the RFPA is switched off during the first step of the RF Characteristic(更换射频放大,避免做射频曲线第一步因放大增益不足从而导致射频关闭);
Measure RF transmit path: RFPA-TAS-TAS-TALESBODY COIL(测量射频发射通道:RFPA-TAS-TASTALES-BODY COIL);
Check 3-phase AC-supply of the RFPA(检查射频放大的3相交流输入);
Check cable connection RFPA-TAS-BCCS-TALES-BTBBODY COIL(检查以下单元之间的电缆 RFPA-TAS-BCCSTALES-BTB-BODY COIL);
Check decoupling of the Bodycoil(BC Turing)(检查体线圈之间的干扰)。
根据提示,做以下测试:将射频信号输出电缆断开,将假负载直接接在射频放大器的输出端,做射频测试,发现射频反射过大,但曲线线性度良好,呈直线,说明射频放大器正常;将假负载接在射频滤波板的TAS上,测试反射过大,>270 V,曲线线性度差,更换TAS后,故障同前,说明与TAS无关;将TAS断开,将射频信号输出电缆直接接在假负载上,测试射频,发现射频曲线反射大,线性度差,断开输出电缆两端,测试不通,拆开两端接头,发现与RFPA连接的一端,接头内部有烧糊熔化现象,故障原因至此查明,即射频信号输出电缆内部存在一处断路,导致射频信号反射过大,从而到达RF线圈的射频信号输出功率不够,进而引起图像信噪比下降,图像质量变差。
更换射频电缆后,测试射频单元各级电路,所有测试指标过关,射频曲线线性度好,射频信号反射值控制在50 V左右,远低于阈值200 V,图像信噪比恢复正常,黑水像与弥散图像质量恢复正常,故障彻底排除。
本次故障持续半月余。图像信噪比低,使我们注意力集中RF接受通道和RFPA单元,MR能扫描病人,图像信噪比低,但可以重建图像,忽视了射频电缆问题。Trio是3T高场强,射频信号频率高达126 MHz,峰值功率达到35 kW,射频放大信号沿射频电缆传输,在电缆烧断处可通过空气传播,所以能重建出图像,只是射频信号的反射大,射频信号衰减严重,导致图像信噪比下降严重,图像质量变差。不过射频输出电缆损坏非常罕见,一旦出现会影响射频后级正常工作,并连累RFPA,所以排除故障一定要将各个环节进行全面细致分析,不可漏掉任何一环,否则会事倍功半,耽误时间[4-6]。
[1]孟炯.西门子磁共振成像仪IMPACT故障检修二则[J].临床放射学杂志,2009,(11):1475.
[2]张里仁.医学影像设备学[M].1版.北京:人民卫生出版社,2000:14.
[3]徐跃,梁碧玲.医学影像设备[M].2版.北京:人民卫生出版社,2010:136-164.
[4]徐昌璞,程学强,徐昌菊.高场强磁共振成像仪设备的安全管理[J].中国医院,2010,14(11):68-69.
[5]钱建国,李维嘉,李斌.区域性大型医疗设备预防性维护规范探讨[J].医疗卫生装备,2010,31(8):5-6,12.
[6]廖孟扬.核磁共振成像技术[M].1版.武汉:武汉大学出版社,1994:200-264.