磁共振成像系统尖峰噪声伪影解决方案

张法轮（通信作者），施展

1 江苏卫生健康职业学院 （江苏南京 211800）；2 西门子医疗系统有限公司 （江苏南京 210009）

伪影是指医学图像上出现的某些结构或信号强度，但被成像物体中并无与之对应的解剖学结构。伪影是由成像技术产生的，主要表现为图像变形、模糊、叠加或缺失[1]。磁共振成像过程中，伪影问题时有发生。如卷褶伪影、交叉伪影、截断伪影和容积效应伪影是由不合适的序列或参数造成的，化学位移伪影是磁共振成像固有的，运动伪影和金属异物伪影与患者有关[2]。多数伪影可通过优化序列参数或规范操作进行改善。但尖峰噪声（Spike）伪影通常与硬件故障有关，引发因素多、偶发性强、排查难度大。本研究以西门子 MAGNETOM Trio 3.0 T磁共振成像系统为研究对象，对使用过程中遇到的Spike 伪影展开分析，依次从外部环境、射频系统和梯度系统3 个方面由浅入深地展开排查，探讨Spike 伪影的解决方案及具体步骤。

1 Spike 伪影产生的机理

磁共振成像扫描过程中，受硬件故障、静电、机械振动等因素的影响，电流在不同介质接触面出现“打火”（电火花）现象并产生高频射频脉冲。部分高频射频脉冲频率与磁共振的共振频率较为接近，在成像过程中被线圈采集，该信号在原始数据（K 空间）中产生幅值很大的点，也称为Spike 点，即Spike 伪影[3]。Spike 伪影的典型特点是伪影呈现波浪形或网格状，如图1 所示。在K空间中可以明显发现若干高亮信号，此高亮信号即Spike 伪影，如图2 所示。临床诊断过程中，Spike 伪影轻则影响图像质量，干扰影像医师的诊断；重则导致图像病灶部位被覆盖，造成医师无法诊断。

图1 典型Spike 伪影

图2 K 空间高亮信号

2 与外部环境相关的Spike 伪影

2.1 故障现象

磁共振成像扫描过程中，偶发出现Spike 伪影，且该伪影在各检查部位均有出现。

2.2 故障分析

由于Spike 伪影的偶发性和多发性特点，判断并排除干扰源的难度极大。各检查部位均出现过Spike 伪影，则伪影源头可能来自外部环境，也可能由设备自身硬件故障导致。本着先易后难、由外及内的维修原则，首先应排除外部环境原因。

2.3 故障排除

首先，排查磁体间各类辅助设备。常见磁共振辅助设备包括无磁高压注射器、脑功能激励装置等各类科研设备，可通过排除法锁定Spike 伪影的来源：依次将各辅助设备移出磁体间，打开Spike 测试程序（ 测试路径：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”），摆放好测试水模后，运行测试程序5～8 次，查看测试报告是否为“OK”。需要注意的是，Spike 伪影通常与“打火”（电火花）有关，开展Spike 测试时，需将各辅助设备通电并保持工作状态。

其次，依次检查天花板金属零件是否松动，磁体间屏蔽门铜片是否脱落，是否有金属被吸入磁体内或磁体下，磁体外壳是否松动。由于磁共振成像扫描过程存在较强的震动，外围部件松动引起的接触不良均可能导致Spike 伪影。

最后，检查磁体间灯光照明系统。现代磁共振成像系统采用有源屏蔽技术，磁体间强磁场被限制在一定区域内，但磁体间灯光照明系统依然受磁场影响，因此灯光照明系统的使用寿命通常低于设计寿命。部分故障灯泡虽然已不亮，但灯丝尖端仍可能“打火”。全面检查磁体间所有照明灯是否是直流灯，并及时更换故障灯泡[4]。关闭磁体间照明系统直流电，并将照明系统电源滤波器与屏蔽层连接，确保电源滤波器接地。先运行测试程序3～5 次，再打开照明系统电源后再运行测试程序3～5 次，对比前后测试报告可判断Spike 伪影是否与照明系统有关。

通过以上排查，最终确定此次Spike 伪影故障与灯泡有关。故障灯泡使用过程中偶发“爆闪”，其产生的高频射频脉冲恰好被线圈采集引起Spike 伪影。更换故障灯泡后故障解决。

3 与射频系统相关的Spike 伪影

3.1 故障现象

磁共振成像扫描过程中偶发Spike 伪影，头部弥散图像受影响最大，其他部位扫描未见类似伪影。

3.2 故障分析

相比其他序列，弥散序列扫描过程中震动较强，头部线圈内部接触不良可能导致Spike 伪影。因此，主要排查方向为成像序列和线圈。

3.3 故障排除

首先，排查Spike 伪影和头部弥散序列是否有关。由于磁共振成像扫描时间较长，个别技师可能会调整序列参数以提高扫描速度。但磁共振成像的图像质量和扫描速度不可兼得，序列参数调整是一项系统性工程，不恰当的参数调整不仅会导致图像质量下降，更有可能引发各类伪影。弥散序列的排查需调用系统出厂弥散序列库（调用路径：“Exam Explorer”→“SIEMENS”→“head” →“clinical libraries”），在库中找出标准头部弥散序列，使用标准序列扫描水模3～5 次。测试结果显示头部弥散扫描依然偶发Spike 伪影，说明Spike 伪影与序列参数无关。

其次，检查线圈插座是否正常。线圈插座上的毛发或异物可能导致线圈与插座接触不良并引发伪影。磁共振增强扫描使用的造影剂或患者的呕吐物均可能接触线圈插槽处，若此处长期未被清理，可能发生霉变，最终导致Spike 伪影或扫描中断。若发现线圈插座表面存在生锈或腐蚀迹象，需拆下线圈插座并使用精密仪器清洁剂清洁，彻底晾干后再装回[5]。

再次，排查线圈质量是否合格。由于系统维护模式需要厂家提供服务密码，可利用系统提供线圈自检工具快速检测（路径：“Option”→“Service”→“Customer QA”）。打开线圈自检工具后，选择“Head Matrix Coil”，按照系统提示要求摆放水模并开展测试。由于“Customer QA”权限较低，测试结果仅有“OK”或“NOT OK”。如需查阅详细测试数据，可进入系统维护模式（调用路径：“Option”→“Service”→“Local Service”→“输入维护密码”），打开“Report”即可。线圈自检工具仅可测试信噪比（signal to noise ratio，SNR）是否合格，SNR 是线圈质量指标之一，但与Spike 伪影并无直接关联[6]。因此，需要进入专家模式（调用路径：“Option”→“Service”→“Local Service”→“输入维护密码”→“Quality Assurance”→“Quality Assurance Expert”→“Spike test”），使用头线圈进一步测试。进入磁体间，将头线圈插入线圈插座，摆放水模并完成激光定位，在“Spike test”下拉选框中，选择“Head Matrix Coil plug”选项，运行测试程序3～5 次。专家模式可使用指定线圈开展Spike 测试，其他线圈的Spike 测试结果均正常，而头线圈Spike 测试结果显示K 空间存在多个高亮信号，说明该Spike 伪影与头线圈有关。

最后，检查线圈内部电路。由于弥散序列扫描过程中系统震动较为强烈，若线圈内部接触不良可能会引发Spike 伪影。将头线圈从检查床上取下，拿稳线圈并轻摇，听到线圈内部有异响。拆开线圈外壳的螺钉，打开线圈，发现一颗铜螺钉已明显松动。将该铜螺钉重新固定后，加固其他螺钉，检查各焊点有无虚焊，最后通过全面检查后复原头线圈。此时再进入专家模式，再次选择“Head Matrix Coil plug”测试，发现Spike 伪影消失，故障解决。

4 与梯度系统相关的Spike 伪影

4.1 故障现象

磁共振成像扫描偶发Spike 伪影，与检查部位无关。排除外部环境和射频系统因素后，Spike 伪影无有效改善。

4.2 故障分析

排除外部环境和射频系统因素后，Spike 伪影通常与梯度系统有关。在服务模式下使用系统通用工具（调用路径：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”）反复测试3～5 次。测试报告显示，梯度系统X、Y、Z 轴均存在“打火”点，如图3 所示。K 空间上下竖线状干扰，上下两侧多，向中间逐渐减少。其中，Z 轴“打火”点尤其明显，Spike 伪影可能与Z 轴有关。

图3 伪影K 空间图像

4.3 故障排除

梯度系统包含梯度线圈（gradient coil，GC）和梯度功率放大器（gradient power amplifier，GPA）两大部件，且两大部件通过梯度电缆连接。由于磁体间有射频屏蔽需求，梯度电缆需在滤波板两侧转接。梯度系统结构复杂，并涉及高压电。如未严格按照排查步骤开展故障排查，一方面，存在安全隐患，易导致人员或设备在检查过程中受损；另一方面，可能导致遗漏潜在故障点或故障点进一步扩大，造成图像质量恶化。通过以下7 个步骤，可安全、系统化地排查出故障点。

步骤一：拆下磁体后侧的漏斗后盖。在Spike 测试过程中检查床会前后移动，拆下漏斗后盖可避免测量过程中线圈与后盖发生碰撞。

步骤二：检查磁体后方电缆固定装置。磁体后方是GC 和射频体线圈（body coil，BC）的线缆主要通道，使用无磁扳手检查所有的螺钉、电缆的铜盘和螺栓有无松动，若发现固定装置松动，需重新紧固。

步骤三：梳理射频系统电缆走线，避免电缆接触GC 支架的锋利边缘。若接触到锋利的边缘，扫描过程中GC 的震动会导致射频电缆保护层擦伤或屏蔽效果变差，从而导致Spike 伪影。

步骤四：检查梯度电缆的螺栓与磁体外真空室间隔。若两者过于接近也可能导致Spike 伪影，需要重新调节磁体与梯度连接板的距离。

步骤五：检查并分离梯度电缆的走线。将梯度电缆从其他线缆中分离出来，并使用减震泡沫垫将其和其他电缆进行物理隔离。

步骤六：检查梯度电缆和滤波板接线线头，确保电缆接线线头无任何类型的腐蚀或接触不良。若有腐蚀迹象，断电后拆下腐蚀接头，使用WD-40 除锈剂处理后再重新固定。

步骤七：检查磁体末端梯度电缆之间的洛帝牢防松垫片（Nord-lock）是否缺失，使用洛帝牢防松垫片可有效避免梯度系统震动引发线缆接头松动[7]，进而引发梯度线缆间“打火”。洛帝牢防松垫片如图4 所示。检查GC 与梯度电缆螺栓有无松动，将无磁力矩扳手矩调整至35 Nm，再次加固磁体端梯度电缆。检查滤波板两侧梯度电缆是否固定好，将无磁力矩扳手调整至22.5 Nm，再次加固滤波板两侧梯度固定螺钉。

图4 洛帝牢防松垫片

完成以上步骤后，进入设备间并打开梯度机柜，找到梯度小信号单元（gradient small signal unit，GSSU）的D70 电路板。D70 电路板是梯度柜I/O（信号输入输出）电路板，通过调整电路板上的S3、S4 开关可进入梯度系统“Service”模式。为准确判断Spike 伪影来源，避免X、Y、Z 3 个梯度系统之间的干扰，上推D70 电路板S4 右侧开关，D40 电路板的V127 LED 灯亮起，说明梯度系统进入“Service”模式。然后，分别启用X、Y、Z 3 个梯度系统开展Spike 测试。首先，上推D70 电路板S3 左侧开关，此时只启用X 轴GC，运行Spike 测试5～10 次；其次，下推S3 左侧开关，上推右侧开关，此时只启用Y 轴GC，运行Spike 测试5～10 次；最后，下推S3 两个开关，上推S4 左侧开关，此时只启用Z 轴GC，运行Spike 测试5～10 次。通过单独启用梯度系统方式，最终判断Spike 伪影来自Z 轴，且与X、Y 轴无关。通过交换法发现Spike 伪影根源与Z 轴梯度末级电缆有关，更换梯度末级电缆后，故障解决。

5 小结

目前，磁共振成像系统已成为医院临床诊断必不可少的常规设备之一。磁共振成像系统作为一种大型精密仪器，对设备运行环境、人员操作的要求均较高[8]。一旦出现伪影，将影响临床诊断和治疗方案的制定。多数伪影可通过优化序列参数和规范操作解决，但Spike 伪影通常与硬件故障有关，对临床诊断影响极大[9]。本研究详细阐述了Spike 伪影的产生机理和图像特点，分别从外部环境、射频系统和梯度系统3 个方面展开分析。Spike 伪影的引发因素多，偶发性强，排查难度大，医学工程人员需要认真梳理故障现象，耐心分析检查结果，从外入内细致排查，追本溯源，以期彻底解决Spike 伪影问题[10]。