西门子Trio A TIM 3T MRI射频系统故障维修2例

张 晖，汪 缨，孙小磊，肖吴进

（南京医科大学第一附属医院临床医学工程处，南京 210029）

0 引言

20世纪70年代，MRI技术的出现为生物医学成像开辟了一个极富生命力的领域[1]。MRI成像原理有别于其他影像检查设备，其不是利用探测射线或机械波成像，而是通过外加射频能量激励受检体自身的核磁矩，再通过接收核磁矩进动和弛豫产生的射频信号进行成像[2]。MRI是临床常用的影像学检查方法之一，具有软组织分辨力高、显影清晰等优点[3]，所以作为一种重要的医学影像设备被广泛用于临床。全景成像矩阵（total imaging matrix，TIM）技术是西门子公司创造的先进射频技术[4]。2005年5月西门子推出了Trio A TIM 3T Magnetom系统，这是第一款具有3 T场强并使用TIM技术的MRI设备，在这款设备的基础上又发展出了Verio型MRI，之后西门子的Prisma、Skyra等多款MRI产品也或多或少有Trio A TIM的身影，所以Trio A TIM的组成结构和故障现象非常具有代表性。本文系统地阐述Trio A TIM这款MRI设备2种典型的射频系统故障排除过程，对工程技术人员排除该款MRI设备的射频系统故障有一定的帮助。

1 Trio A TIM MRI射频系统组成及作业流程

Trio A TIM MRI设备由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统和其他辅助设备5个部分组成[5]。

1.1 射频系统组成

西门子的Trio A TIM型MRI射频系统由射频发射系统、射频接收系统、射频线圈3个部分组成。

教师对学生上课使用手机的态度和行为 统计结果见表7。五成以上的教师对学生上课使用手机持反对意见，也有四成以上的教师无所谓。在对上课使用手机的行为上，五成以上的教师会提出警告，四成以上的教师放任不管。

1.2 射频系统作业流程

射频小信号单元产生射频激励小信号，经射频功率放大产生大功率的射频激励信号，射频激励信号通过发射线圈选择单元后，其中一路经体线圈控制单元转换成正交圆极化信号加载到体线圈上发射，另一路由表面线圈发射。受检体受激后，核磁矩发出的微弱MRI信号被表面线圈接收，并进行初级放大，信号经表面线圈选择控制系统的接收矩阵到达射频接收通道板，其将模拟信号解调成数字信号送至重建计算机重建图像。该系统的作业流程图如图1所示。

图1 西门子Trio A TIM型MRI射频系统作业流程图

2 故障一

2.1 故障现象

牡丹皮以重庆垫江产（习称“川丹”）、安徽铜陵和凤阳产（习称“凤丹”）的质量较优[4]，但因其基源植物牡丹集观赏性和药用于一体，在近年大力发展观光农业、大面积种植观赏牡丹的情况下，市售牡丹皮药材的产地及来源极其复杂、质量良莠不齐，其药用效果和临床用药安全也受到极大影响。2015年版《中国药典》（一部）牡丹皮的质量控制指标项下也仅有丹皮酚含量测定，显然难以全面反映该药材真实的内在质量。

针对此故障，应重新布设一根光纤，但该款MRI设备的射频接收系统中光纤接口板和射频接收控制单元之间预设了2根备用光纤，用其中1根代替损坏的光纤即可排除此故障。

图2 扫描停止提示对话框

2.2 故障分析与排除

由于该款MRI设备有18个接收通道，每块射频接收通道板包含8个接收通道，共有3块硬件完全相同的射频接收通道板。将其中2块互换后，用乳腺线圈测试，未发生故障（相当于将乳腺线圈运用在其他怀疑的接收通道板上）。排除了射频接收通道板故障，问题集中在射频接收控制单元上。该射频接收控制单元配有4块失谐/谐振电源，将其中两两互换，再用乳腺线圈测试，故障未发生。经过上述测试应能排除射频接收系统中硬件模块的故障。

MRI射频接收系统各个模块之间传输有数据信号流和控制信号流，一般故障分析顺序是从数据信号回路到控制信号回路。由于数据信号回路的测试工具较多，可以方便进行分段独立测试，而控制回路大部分无法分段测试，所以更多的是依靠对控制信号输入、输出流的分析。本例故障就是立足于对控制信号的控制功能分析的基础上排除的。

图3 MRI床面

头线圈一般插在X3和X6接口，用腹部柔软线圈插在X6接口上，发现测试结果和头线圈一样，有时通过、有时不能通过。再次询问临床技师，交流后发现该类故障其实并不只发生在头线圈，用其他线圈扫描也会出现，只是头线圈发生的概率更高。只有乳腺线圈插在X6接口上从未发生过该类故障。将腹部柔软线圈插在床面的其他可识别接口上进行测试，发现测试结果也是时好时坏。将测试结果和临床反映结合，发现在这款机型上乳腺线圈和其他线圈的区别在于，使用乳腺线圈必须拔出床面上的其他所有线圈。结合射频接收系统功能图怀疑故障发生在表面线圈选择控制系统、射频接收控制单元、射频接收通道板3个部分。表面线圈选择控制系统可以用测试软件单独测试，通过接收矩阵测试，初步排除表面线圈选择控制系统的接收矩阵故障。

故障经常发生在头线圈扫描，初步怀疑头线圈自身问题。单独做头线圈信噪比测试，多次测试发现有时通过、有时不能通过，无法排除头线圈自身问题。为判断线圈是否正常，将该头线圈移至本院另一台西门子的Verio型MRI上做同样的头线圈信噪比测试，多次测试的结果均正常，初步排除头线圈自身的问题。接着怀疑头线圈在检查床上的接口是否存在接触不良而造成故障。该型MRI床面如图3所示，有10个线圈插座（其中X5插座为空插座）。

扫描开始后频发扫描脉冲序列很快停止扫描，弹出提示对话框（如图2所示），重启设备或重新拔插头线圈后有时可以正常检查。

设备自带的射频测试工具一般都是测试接收数据信号通路，无法测试控制信号流。由图4可知采集控制计算机发出的信号传输至射频接收控制单元，其输出2路信号，一路信号控制表面线圈选择控制系统接收矩阵的选择，另一路信号控制多通道线圈接收单元的开关。图4中W1421是采集控制计算机发出的控制信号光纤组，包含6根光纤。W5401是射频接收控制单元控制表面线圈选择控制系统的光纤组，包含2根光纤。对这8根光纤分别进行测量，发现W1421光纤组中有1根光纤透光率降低，其他光纤透光均正常。射频接收控制单元的U7～U10接口4路光纤接收采集控制计算机发出的控制信号，组成16种线圈接收信号选择的组合模式，其中透光率低的是U8接口的光纤，其一端连接采集控制计算机光纤接口板的U17接口，另一端连接射频接收控制单元的U8接口。由于该光纤状态不稳定，接收线圈控制信号紊乱，导致线圈中的接收单元状态异常。而乳腺线圈由于是西门子应用的第三方线圈，只能采用固定的逻辑关系，所以乳腺线圈扫描一直正常，其他线圈要根据床面上使用线圈的逻辑关系选择工作模式，所以有的模式可用，有的模式不能正常工作。重新拔插线圈或重启设备都是使系统重新选择接收模式，所以在不同接收线圈和不同检查部位上会偶发故障，且日志文件无报错记录。

图4 射频系统控制框图

以《2010年中国2型糖尿病健康教育指南》[12]《世界卫生组织关于身体活动有益健康的全球建议》[13]及《亚洲骨质疏松诊断、预防和治疗指南》[14]为健康教育内容主要来源,对病人进行为期4周的健康知识讲座每周1次，每次60 min；为病人设定短期目标，要求病人遵循循序渐进原则实施康复行为，帮助病人感受康复效果，从而增强病人健康行为依从性；鼓励病人分组讨论，加强病友间经验分享及信息交流；在健康知识讲解过程中注意举例和示范，增加病人健康知识接受度；给予病人心理疏导和情感支持，提高病人自我效能。讲座结束后进行为期6个月，每2周1次的电话随访，解答病人生活中遇到的健康疑惑，不断强化病人健康知识。

2.3 小结

三组被试的自尊水平差异不显著，是本研究采用的整群随机分组方式造成的。 本研究的被试同为医学影像专业，在入学时他们被随机分到10个班级中，在确定被试接受何种实验处理时，研究者以班级为单位，随机将这10个班级分配到三个实验处理小组，这种整群随机分组的方式确保了被试相关特性在三个小组中的均匀分布。

3 故障二

3.1 故障现象

问题发生在颈线圈且故障偶发，与临床技师交流后，发现重新定位检查区域或将受检者的扫描视野扩大，往往就不再出现干扰。通过分析故障现象，发现做颈椎扫描时小扫描视野一般系统只使用颈线圈，由于该款MRI设备的头线圈和颈线圈有部分物理重叠，扩大视野后扫描区域达到了头线圈的位置，系统会自动打开部分头线圈用于扫描，这可能是噪声偶发的原因。由于故障集中在颈线圈上，首先用设备自带的adjustment工具分析颈线圈的各个接收通道的信号幅度（adjustment是临床检查过程中手工调节参数的工具，该工具无需密码即可运行），发现颈线圈的NE2～CH1接收通道的信号幅度只有111，且无法确定射频中心频率[如图6（a）所示]。而正常的接收通道信号幅度如图6（b）所示，应达到10万左右。初步判断颈线圈的1个接收通道存在故障。为确定故障部位，可用设备维护工具对颈线圈进行测试，测试结果如图7所示。

图5 颈线圈信噪比异常/正常图像

3.2 故障分析与排除

颈线圈扫描中会偶发图像信噪比变差的现象，系统无报错，有时重新定位又可以消除噪声（如图5所示）。

图6 颈线圈接收通道信号测量结果比较

图7 颈线圈通道测试结果

结合测试图像推测颈线圈的第2通道存在故障，每个通道包括直流和射频2个回路。D1管是主动失谐二极管，直流失谐电源由P1接口提供，P2接口用以接收线圈射频信号，P3是交直流复合回路，其既有MRI射频信号输出，又提供初级放大器的直流电源（如图8所示）。

图8 线圈初级放大器模块

用射频矢量分析仪、50 Ω假负载和万用表分别对故障通道的直流通路和射频信号通路进行测试，结果显示通道的直流回路都正常，射频信号通道在中心频率的阻抗匹配也正常，由此判断噪声可能发生在初级放大器模块。由于阻抗匹配测试正常，所以故障应发生在有源部件。初级放大器模块的有源部件包括1个低噪声砷化镓放大管Q1、1个限幅二极管D2。按发生故障的概率首先更换了低噪声砷化镓放大管Q1，故障并未排除。接着更换限幅二极管D2，更换后图像不再出现噪声，故障排除。

3.3 小结

本例故障是一起典型的MRI接收线圈硬件故障，对接收线圈硬件维修应熟练掌握高频电路的相关知识，能合理运用各种高频测试仪器。本例故障维修过程中所用的高频器件全部是低噪声器件，其和常规的场效应放大管、二极管在性能上特别是高频噪声水平上有很大的差异。在本次维修中采用代用放大管BFQ74，其噪声系数在2 GHz时可在0.5 dB左右，限幅二极管MMBD7000也是低噪声、超快速开关管。

兴趣是最好的老师。在数学课堂教学中，数学因其本身的特殊性，让不少学生觉得它抽象难懂。要使学生产生学习动力，仅仅讲大道理是远远不够的，关键是要想方设法使学生对数学学习产生兴趣。大多数学生的数学成绩不好，是由于对数学缺乏兴趣所致。教师在教学中可根据教学内容，通过运用一些生动形象、直观有趣的教学手段，为学生创造运用数学的环境；引导学生动手参与，鼓励学生积极探讨。让课堂学习的每个环节都能感受到层层推进的踏实，体会渐入佳境的喜悦，树立学习的信心。

4 结语

MRI设备的射频系统是整个设备中最复杂的系统，而射频故障如噪声、干扰等由于缺乏直观的测试手段且故障的发生可能牵涉的模块较多，所以很难直接根据报错日志准确判断故障原因。射频部分都是高频电路，其在直流和高频时的工作状态（如阻抗、中心频率、噪声特性等）有很大的不同，万用表等常用的检测工具往往不能进行测量。所以在维修过程中应加强与临床人员的沟通，尽可能全面地了解故障现象。此外，MRI设备的日常质控与巡检也很重要，大型影像设备应尽可能以“预防性维护”替代“宕机维修”[6]。如第二例故障，如果定期进行线圈质控，早期就可以发现颈线圈故障。在日常工作中，工程技术人员应能熟练掌握MRI设备的结构，特别是射频系统，由于其信号在不同的工作状态会处于不同的通路中，所以掌握MRI组成结构和功能流程对排除故障有很大的帮助。