医用核磁共振成像系统的风险故障分析及维护保养

邓雪琰

[摘要]目前，医用核磁共振成像系统与临床诊断密切相关，在疾病诊断中发挥了非常重要的作用。核磁共振成像设备制动化程度高，结构精密，所以在运行中存在潜在的风险，且易出现故障。因此，本文通过从核磁共振成像系统原理和运行程序方面分析存在的潜在风险，从电气系统、运行方面及图像方面分析常见故障，进而总结核磁共振成像设备的维护和保养方法，使操作人员熟知医用核磁共振成像系统的常见风险故障，为操作人员提供排除故障和日常维护作参考，提高临床诊断效率。

[关键词]MRI原理；风险分析；故障分析；维护保养

[中图分类号]THl7

[文献标识码]B

[文章编号]2095-0616（2016）03-199-05

核磁共振成像（MRI）设备是目前最先进的医用数字信息化成像设备之一，它利用磁场射频脉冲使人体内氢核放声震动产生频射信号，经计算机处理而显示成像，其多参数成像、高对比成像、无辐射等诸多优点使MRI在医学诊断中发挥重要作用。医用核磁共振成像属于先进仪器，涉及到多方面技术，运用了电磁场与电磁波理论、射频场理论、核物理等多种物理原理，其系统主要由主磁场、梯度磁场、射频磁场、以及中心控制计算机组成。MRI设备广泛的优越性使MRI市场快速增长，安全有效的应用医用核磁共振成像设备，是提高诊疗质量的基础，但是由于MRI设备占用场地及空间比较大及其复杂的运行原理和模块构成，相对于人身安全因素增多，所以目前医用核磁共振的临床运用仍存在一定的风险。本文从医用核磁共振系统的成像原理、实际临床运行等角度出发，分析存在的潜在风险和易出现的故障，并总结MRI设备的维护保养，减少临床故障率，提升设备的完好性，使工作更顺利进行。

1.医用核磁共振成像系统风险分析

1.1主磁场风险分析

静电磁场是主磁场的主要组成部分，随着技术的发展和进步，为了达到足够高的信噪比，则有向高场跨越的趋向，目前3T磁场轻度的系统完全成熟。与此同时，高场强会对铁磁性物体产生强大的吸力，因此带来投射物效应、扭曲、图像伪影、设备故障等风险要素。投射效应指在高强度磁场下，铁磁物体会以一定的速度和作用路径投向磁体的现象，并且随着磁场强度的增加，投射效应增强，可以根据物体的磁导率、质量、相隔距离和方位及所处磁场强度等预测投射效应。投射效应不仅破坏磁场磁体本身，磁体运动同样可能会产生严重损害；如果病灶周围一定范围内有磁体存在，磁体由于磁场的吸引，会发生偏移或者移位，导致再次损伤，严重者可能损坏磁体系统或者造成受检人员伤亡。实际工作中，虽然加装了主磁屏蔽系统，但是磁体lm以内磁力很高，只要临近磁体，磁性随即猛增，有医院已经出现类似情况，在摄像机靠近1.5T磁体时，由于磁力突然增大，摄像机直径飞向磁体。另外，磁场5Gs线范围内，磁卡、手机等电子产品会受到磁场的损害。

扭曲指具有磁性物体在磁强场下会向平行于BO的方向发生偏转。当人体含有金属等多种植入物时，如血管夹、起搏器携带者、心脏除颤器携带者都会受磁场作用的影响，切割血管或者其他组织间接产生严重的影响，甚至导致生命危险。磁共振伪影是指由于体内器官运动、金属部件遮盖、共振磁场不均匀等导致，这对于诊断的准确度带来一定的影响。因此明确伪影产生的原因、正确鉴别和认识伪影，是临床诊断经常面临的问题。伪影常以黑边界伪影、化学位移伪影、卷折伪影、吉布斯（截断）伪影、拉链状伪影等形式，其中吉布斯（截断）伪影是一种非常强烈、平行排列、黑白相间的一种条状伪影，最为难以辨别。

1.2射频磁场风险分析

射频磁场是指无线电波的频率或磁场频率在100kHz以上的频率。产生一定的电感效应，当受磁场作用感应电压较高时，磁场内一些导电物质附件，如心电图电极等能够接触到皮肤的器具，会产生明显的电击反应，如有发生，不仅影响诊断质量，还会对患者造成心理上的恐惧。同时，人体会吸收一部分射频能量，从而转化为热量，我们称之为射频沉积效应（SAR），射频沉积效应的产生对体温上升敏感的体质影响甚大，受检者很容易就会吸收过量的SAR辐射，从而导致体温上升，对被检患者存在潜在风险。所以规定了SAR的限定值，头部平均限制量为10min内3W/kg，体部15min最大限量为4W/kg，头部10min最大限量为3W/kg，四肢的平均限制量为12W/kg。

1.3梯度磁场风险分析

梯度磁场是在主磁场的基础上外加的一个比主磁场弱很多的磁场，改变主磁场强度，使沿梯度方向具有不同的场强，因此产生不同类型的共振频率，用于空间定位。人体内不同组织的核磁共振有微小差别，而此时梯度磁场可以对信号空间定位，减少整体误差。梯度磁场的快速转换，虽然可以提高扫描速度，但是自旋回波序列和平面回波序列运行带来了典型的噪声，损害听觉，梯度切换速度越快，噪声越大，轻则使人感觉烦躁，严重则导致永久失聪。另外梯度场不仅产生噪音，还会在人体内产生电流，刺激神经，如在髂骨，股骨关节等解剖结构交界，使患者感觉异常，严重者甚至休克。

1.4综合磁场风险分析

根据关于核磁共振成像系统操作人员的恒定磁场暴露水平调查显示，医用MRI设备中，1.9T和2.OT的设备恒定磁场强度最高，并且持续时间长；而机组中磁场强度最高的是MRI的控制面板，微机操作位置的恒定磁场强度略高于本底部；体位水平高度相比，腹部水平高度的测量值最高，胸部次之，头部最低。对于门诊量较大的医院来讲，操作人员在机房暴露时间相对较长，故操作人员恒定磁场暴露水平较高。

所以对核磁共振设备运行中，保证人员安全最为重要。操作人员应熟知MRI设备原理，熟记MRI的潜在风险，加强磁场安全，强电辐射安全方面的相关教育。与此同时，受检者也应该做好防范工作，受检者提前询问是否做过人工心瓣膜术等；受检前植入物的检查，如磁场对受检者体内起搏器、心脏除颤器、耳蜗植入物、止血夹等。

2.医用核磁共振成像系统的故障分析

2.1电气系统故障

核磁共振成像设备需要持续不断且稳定的的供电系统，所以单独使用供电系统并配备监控系统，随时查看电力系统运行状态。当额定电流与保险丝不匹配时，易导致短路或者出现电流不稳定等，严重影响系统的正常运行。设备机房普遍所用地线，所以对地线电阻进行定期检查，保证电阻在正常范围内。遇到经常“跳闸”，冷头不能启动，导致液氮挥发问题，应当手动开启冷头，防止液氮继续挥发，然后再检查电柜，仔细观察是否因为松动、缺失、破损等情况导致漏电跳闸。如果没有出现，则查看空气开关漏电保护值是否处于正常范围之内。

有时候磁体上部分管道结满冰霜，其主要原因是制冷系统RW5的效率太低，液氮大量发挥带走热量，如果水冷管发生渗漏进入制冷系统形成冰栓，导致系统无法正常工作，在此情况下，更换压缩机和冷头部分，在更换压缩机前对高低压管路真空泵处理，防止残留杂质。

设备机房也要合理控制温度，而温度控制一直是MRI设备中易忽略的问题。在机房的空调系统中，很多小细节极容易被忽略，其中温度高于合适范围是常见的问题，而温度变化是不常被发现的问题，温度过低，导致核磁共振仪里的半导体反应迟钝。温度的变化同样导致非超导体的中心频率产生漂移。射频和梯度线圈由于发热后绝缘材料性能降低后瞬时放电也容易引起的故障。

机房工作环境的温度、湿度、光源的变化等极容易使硬件变性，导致设备故障，如压缩机和冷机组故障：压缩机高压开关易出现故障，油路、水路易堵塞，容易忽略积水的满溢。由于季节交替，水温也会随之变化，导致氟利昂低压变化，影响水循环过滤器的正常运行。另外，机房的通风系统，扫描床的微震动等都可导致图像不准确。

2.2运行故障

安装人员没有按规定进行系统安装和附件使用，没有注意设备之间不兼容，或者机械在安装过程中的摩擦损伤等带来之后的运行故障。移动床不能进出；全身其他组织可以扫描，但是不能扫描头部，则是床移动控制故障，查看床位的运动转运带损坏，查看床位正下方升降位置的光耦传感器是否损坏。

启动或者重启核磁共振系统的时候，扫描面出现故障没有反应。这种故障极有可能是因为计算机非正常关闭导致，先检查计算机和谱仪连接是否正常，射频发射和谱仪是否正常运行；然后重新连接计算机和谱仪，用备份软件覆盖原文件并修复软件系统，重新启动。同样也会遇到正常运行扫面过程中，部分区域成像突然消失，无法重建图像，并自行关机等故障，其可能是磁盘损坏。

射频系统和梯度系统易在运行过程中出现故障，主要是由于射频系统结合空间中的梯度场进行相位编码成像。如果是在扫描过程中出现报错提示，则有可能是射频放大器的发射管MOS管被击穿；如果扫描过程第一序列正常，而第二序列无法扫描到图像，则可采取将sc扫描柜的三块板替换到同类型其他机器上验证是否损坏；在大多数情况下是因为射频线圈的故障，插头和主线由于长时间的频繁使用，使主线裂断、插针松动、或者也有可能是线圈里的电容损坏，更换同型号电容即可。大多数情况下梯度系统电源更容易出现故障，使图像在同一个方向变形，可以利用三个电源完全相同的原理互换排除故障。

2.3图像故障

信号采集包括图像采集、重建、后处理等过程；信号采集系统的模拟电路包括放大器、连线、滤波板和数字处理电路ADC等系统，在图像采集的时候都会都会出现不确定的故障。当数据储存时，软件数据库满载后，无法再自动处理并储存新数据的时候，就会自动删除原来存档数据，释放空间，用于新的数据存档，从而导致数据丢失故障。

每台核磁共振设备整个运行过程就只有按键的鼠标动作，所以故障排除分析的主要思路就是缩小范围，逐一排除。特别在扫描过程极容易出现图像故障。如图像出现一半清楚，一半模糊，则可以进行PF测试项目，然后进行Mars测试，则可以比较系统的排除故障。当图像出现斜条伪影的时候，可以重新启动机器，如果还是存在同样的情况，则更换不同的线圈，查看线圈接口是否接触不良而导致伪影的出现；另外可以查看辅助设备的静态压，磁体问的温度、湿度是否在正常范围内；设备房间是否存在有其他干扰磁体的物体。当接收到的检测信号低，导致不能正常检测，则有可能频率信号强度不正常，或者是患者体位不正确等。同样在监视器里出现部分成像消失，则怀疑磁盘运行或者电源电压是否出现异常；图像的一方向不能进行扫描或者图像在一个方向变形，则是梯度系统出现故障。

人为的不适当或者过度复杂操作用户界面，混淆控制系统，对设备设置，测量，运行状态等其他信息模棱两可，使设备处理数据系统故障或者死机等；由于缺乏保养等导致老化、接触不良，也会使数据传输出现错误等故障。而在中间过程，比如自动调谐、增益调整、梯度电流波形调整，尤其是磁共振信号采集和处理的整个过程都是在后台进行，并不提供测试或显示窗口，所以应该定期查看，防止故障的产生。

3.机房的维护和保养

3.1保持恒定的运行环境

核磁共振设备室周围的环境与MRI设备显示的图像质量密切相关，在磁体15m范围内任何改变都会影响到磁场的均匀度，降低图像质量，因此避免在核磁设备机房周围增设大型含有铁磁性强的物体，如高频率的变压器、输电线等。没有关好屏蔽门，也容易受外界射频干扰磁体空间。另外，机房的通风系统，扫描床的微震动等都可导致图像不准确。

核磁共振设备室温度监控包括扫描室的温度和磁体温度。扫描室的温度维持20%和26%之间。过高过低都会影响磁体的温度进而影响设备中心频率的均匀性，当温度高于28℃，磁体温度系统将可能失去控制；而磁体的温度的稳定直接与设备的中心频率的相关，当温度发生一定变化时，磁体温度也会出现故障，所以工作人员严格每天例行监测扫描室的温度，查看空调工作状态是否正常。使用恒温恒湿机的设备室，要定期更换过滤网，防止长时间的工作会使过滤网积满灰尘造成堵塞，导致工作效率下降。

3.2冷却系统

冷却系统是核磁共振设备重要组成部分，为了不影响磁体罐的真空度，在日常维护中尽量不要碰真空阀，使用冷头及辅助冷却设备来抑制传热，及时另补充液氮液氦，保持磁体线圈超导状态。水冷机组内最好注入蒸馏水，防止结垢，导致机内铜管结垢，水流速度下降导致散热不好从而损坏压缩机。在过滤氦气中油雾的时候，吸附器里的主要成分是活性炭，吸取氦气中的油雾，使用一段时间后就会失去吸附作用，油雾就会进入冷头污染管道，并在冷头中造成冻结，还会使活塞磨损，一般两年更换一次吸附器，延长冷头的使用时间。冷机冷却温度低于19℃或者高于21℃，则需要定期更换过滤装置和水箱内的水位，检查水冷压缩机的工作状态。所以日常生活中需要注意对水冷机的工作状态进行检查，记录冷却温度，检查管路系统的水压，保持良好、稳定的状态，保证超导环境，大大降低液氦的挥发，从而降低核磁共振成像系统的运行成本。

3.3磁场系统

接收线圈的维护：线圈是磁共振信号的重要通路，勿随意堆放折叠，摆放线圈的时候应该轻拿轻放，严禁挤压、拉扯、踩踏线圈电缆和插头，或者与其他物体相碰，如果其接触不良或者电缆损害，则会导致协调失败、信噪比下降、信号减弱等后果。应小心操作线圈的水平拔插，防止侧面受力影响接触。另外，有些接收线圈采用的是分体式，应将线圈的上下两部分都通过西安圈口连接起来，其接触直接影响线圈的运作，同样会导致协调失败、信噪比下降、信号减弱等后果。可对线圈接口用纱布蘸酒精清洗线圈口铜质插头不的表面，除去产生的锈及灰尘，以保证最佳效果。防尘净化是保证机器散热效果的关键，经常查看散热风扇的运行，要定期清洁静电感应带来的灰尘，在主机系统、梯度系统和射频系统的进气都有空气进化系统，由许多金属网架海绵过滤网构成，由于梯度系统和射频系统功率较大，散热量较大，从而吸附很多灰尘，所以需要对过滤网进行灰尘清洗，拆下过滤网刷洗晾干后即可用。

本文分析了核磁共振成像系统的主磁场、射频磁场等存在的风险因素和存在的电气故障、运行故障及图像故障等原因，并介绍了从机房运行环境的稳定、冷却系统、主机系统等方面进行维护和保养，使操作人员熟悉并能预知，避免潜在风险的发生，能快速针对性的找出原因，排除故障。此外，操作人员应熟知医用核磁共振成像系统的风险故障，加强MRI系统的维护和保养，做好日常重点检查和预防性保护，将临床应用故障率降到最低，使核磁共振成像系统具有最高运行效率；做好MRI系统的维护保养，关注设备的运行状态，充分了解其性能，才能防患于未然，保持最佳的运行状态。

在临床应用中，MRI系统是否能正常运行，一方面是根据操作人员的责任心，另一主要方面是由于操作人员的技术水平的高低而决定。当操作水平低，没有预防事故和排除事故的能力的时候，出现故障，却不知道是什么原因造成的，也不知所措。所以操作人员应该知道其运行原理，熟练掌握操作技能，维护方法和维修技巧，具有应急修理的能力。在设备维修的过程中，双方也应该加强交流，操作人员应该主动描述操作过程，使维修人员尽快找出问题所在；在维修人员维修的过程中，操作人员应该主动询问是哪里出了问题，什么原因，怎么处理，怎么维护等，逐渐成为“一专多能”的人才。另外，核磁共振成像设备维修的价格都相对比较贵，对大部分医院来说都是很大一笔开支，如果有经验丰富的操作人员，可以自主检查维修，能够自己更换部件的可以自行更换相同型号的部件，但是无法保证解决故障时，应及时通知厂家进行维修。但随着应用系统的升级，新的领域及新的机型相继出现，操作人员应熟知改进的地方，分析风险的存在及故障的发生原因，积累故障排除的方法，整理其常见故障原因，使该方法更全面实用，更科学完善。近年来随着医用核磁共振成像系统在各医院的大量普及，要准确估算故障比较困难，并且至今也没有一套完整的分析方法。所以只有操作人员加强学习，熟知常见故障，及时排除，才能保障运行效率，为临床诊断作出有力的技术保障。