GE Discovery MR 750 3.0 T型磁共振掃描儀故障分析與處理

薛曉琦，田金，許鋒

北京大學第三醫院 醫學工程處，北京 100191

GE Discovery MR 750 3.0 T型磁共振掃描儀故障分析與處理

薛曉琦，田金，許鋒

北京大學第三醫院 醫學工程處，北京 100191

本文介紹了GE Discovery MR 750 3.0 T磁共振掃描儀開機后無法掃描，以及設備運行中出現磁體氦壓力過高，圖像射頻偽影等故障。分析了導致此類故障的原因，并對故障的處理措施進行了描述。

磁共振成像；無法掃描；氦壓力；射頻偽影

Discovery MR 750 3.0 T 是通用電氣醫療集團（GE 公司）在 2011 年推出的新一代磁共振成像設備。它采用內冷式梯度，由光纖傳輸射頻信號，最大可擴展至 128 個接收通道，能夠較好地滿足醫院科研與臨床應用的需求[1]。該設備于 2012 年 1 月在我院完成裝機并投入使用，目前運行狀態較為平穩。本文將該設備出現的一些故障現象進行了總結，希望能夠為從事工程技術維修的工作人員提供參考。

1 故障一

1.1 故障現象

設備開機后無法掃描，位于磁體上方的顯示器未啟動，或只顯示 GE 圖標，運行測試程序 ：TPS_reset無法解決故障。查看系統故障信息后發現有如下兩條故障記錄：① “The Receiver Gain Calibration on the VRE experienced a timeout on R1step13. The VRE waited too long for the ADC to get calibration data from the VRF”；② “AGP forced TPS_reset to fail because AGP could not successfully calibrate the Exciters, Receivers, and Rf_Hub”。

1.2 故障分析與處理

為了進一步分析故障原因，首先查閱相關技術資料，了解故障記錄中所提及的部件及相關單元。現對各部件功能總結如下：

（1） VRE 與 VRF。VRE（容積重建引擎）它是位于系統 PGR（電源、梯度及射頻系統）機柜內部，其作用是進行圖像重建。它由 1 臺被稱為 ICN（接口控制通知）的Sun 服務器以及 2 塊 VRF（容積數據接收濾波器）的接口卡組成。VRF 位于 ICN 的后部，通過光纖與 Receiver（信號接收裝置）連接，其作用是轉換來自于 Receiver的光信號。

（2）AGP、SRF&TRF 與 IRF。AGP（應用網關處理器）與 SRF（序列相關功能）&TRF（觸發及旋轉功能）共 3塊電路板共同組成“序列控制子系統。AGP一方面通過以太網連接與磁共振主控計算機進行通訊，另一方面通過PCI（外設部件互聯標準）總線與 SRF&TRF 板進行連接。AGP的作用是接收來自主控計算機的序列指令并將這些指令發送給 SRF&TRF，而 SRF&TRF 則會依據指令產生射頻及梯度波形。而 IRF（接口及遠程功能）板的作用則是為序列控制子系統與 Exciter（信號發射裝置）、Receiver及梯度子系統之間提供通訊接口。例如：當技師選定好掃描序列及條件后，主控計算機會將序列信息傳輸給 AGP，而 AGP 會將信息轉發給 SRF&TRF，由 SRF&TRF 產生的控制信號將會通過 IRF 發送給 Exciter、Receiver 等部件從而使掃描序列得到執行。

（3）Rf_Hub。Rf_Hub（ 射 頻 信 號 集 線 器 ） 內 部 包 含RFCB（射頻信號控制板）以及 RFSB（射頻信號切換板）等單元。當進行R1增益校準時，控制信號從 AGP發送至IRF，后者隨即向 Exciter發出指令使其向 RFCB 發送信息，RFCB 會向 RFSB 的每個通道傳輸信號，RFSB 則將接收到的數據進一步發送至 Receiver，VRE 接收來自 Receiver 的校準數據并發送至 IRF，AGP 最終通過 IRF 獲得校準信息并判斷各部件是否工作正常。上述部件的系統連接，見圖 1。

圖1 系統連接圖

MR750 系統在每次掃描之前，首先會進行預掃描，以便設置最佳的 R1增益值[2]，因此在開機過程中系統會使用不同的 R1值來進行接收增益校準以確保設備正常掃描。由于第一條故障記錄顯示當 R1增益為第 13 級時，VRE 內的VRF無法及時的獲得校準數據，而當 VRE無法獲取數據時則必然導致 AGP無法完成接收增益校準，因此第二條故障記錄只是系統故障所導致的結果。為了判斷故障原因必須檢測數據通路上各部件自身以及各級通訊是否正常。因此，首先進入系統 Service 界面，選擇 Diagnostics ＞＞ System Function ＞＞ Acquisition/Pulse Generation ＞＞ Data Acquisition并在界面中勾選 IRF 進行測試，得到正常的結果。由于該測試是由 AGP 發起進而對 IRF 內部的數據通道進行檢測，因此可同時判斷兩者的工作正常且通訊暢通。隨后選擇Diagnostics ＞＞ System Function ＞＞ RF ＞＞ Transmitter Diagnostics并在界面中勾選 DTX Board Level Diagnostics 進行測試，該測試可同時檢測 IRF 與 Exciter 之間的光纖連接以及 Exciter的內部功能，依然得到正常結果。繼續進入 Diagnostics ＞＞System Function ＞＞ RF ＞＞ Transmitter Diagnostics 界 面， 只勾 選 DTX to RRX DP 并 開 始 測 試， 該 測 試 可 檢 測 Exciter至 Receiver的數據通路，因此該測試包含了對 Rf_Hub 的檢測，結果顯示 Receiver 與 Rf Hub 運行正常。至此可知AGP、IRF、Exciter、RF_Hub、Receiver 均運行正常且連接通暢，因此故障原因可能出在 VRF 本身或 VRF 與 Receiver之間的數據通訊上。選擇 Diagnostics → System Function →Recon → VRF Hardware Diagnostics 進行對 VRF 的測試，結果為“失敗”，依此判斷 VRF 的運行不正常。由主控計算機關閉整個磁共振系統，將電源關閉并等待 5 min 后復位，再次開啟磁共振系統，操作軟件啟動完畢后再次檢測 VRF發現測試成功，系統可正常掃描。設備使用以來該故障共發生兩次，目前正在對設備進行持續觀察中，如故障頻繁發生，將對相應部件進行更換。

2 故障二

2.1 故障現象

在對設備進行巡檢的過程中，多次發現磁體監視器（Magnet Monitor）上的 Alarm 指示燈長亮，查看故障信息后發現報錯均為磁體氦壓力過高，數值最高可達 5.85psi。經過兩周的觀察后發現，當設備開機使用時，氦壓力值會隨著使用時間的增長而不斷升高，而經過周末停機后氦壓力值又可恢復正常。

2.2 故障分析與處理

Magnet Monitor 是一個帶有液晶顯示屏的監測與控制單元，它不但具有監控磁體液氦水平、氦壓力、冷頭溫度的功能，還可以通過控制磁體內部的加熱器（Heater）來保持磁體的壓力不低于正常值。Magnet Monitor示意圖，見圖 2。

圖2 Magnet Monitor示意圖

雖然磁共振設備在進行掃描時會使液氦揮發加快，進而引起氦壓力升高，但如果冷頭工作正常，就應當能夠及時的為磁體提供足夠的冷量而使氦壓力值保持穩定，MR750 磁共振設備采用 LCC300 型磁體，該磁體的正常狀態值，見表1。

表1 磁體狀態正常值

冷頭正常的工作狀態依賴于冷頭壓縮機以及水冷機系統的穩定運行[3]。我院在每日巡檢過程中對水冷機的運行狀態、冷卻水的溫度和流量、氦壓縮機的工作時間、氦輸入 /輸出壓力、以及 Magnet Monitor的監測信息進行了詳細記錄。通過查看巡檢記錄可確認壓縮機以及水冷機始終工作正常，兩級冷頭的溫度同樣處在表1所述正常值范圍內，且磁體液氦水平自設備運行以來基本保持穩定。

雖然已確認水冷機、氦壓縮機及冷頭等部件工作正常，但 Magnet Monitor 仍反復出現氦高壓報警。Magnet Monitor與磁體的連接原理，見圖3。

圖3 Magnet Monitor與磁體連接原理圖

磁體內部揮發出的氦氣（GHe）會通過管道到達磁體上的機械壓力表（Pressure Gauge）及壓力傳輸器（Pressure Transducer），而 Magnet Monitor則從壓力傳輸器獲取磁體的氦壓力值，因此機械壓力表與 Magnet Monitor的檢測值應當一致。為了排除 Magnet Monitor 自身故障導致誤報的可能，對機械壓力表進行查看，結果發現機械壓力表顯示氦壓力低于 1psi。由于磁體液氦水平處在 92% 以上，判斷機械壓力表本身存在故障。在向 GE公司報修后，GE工程師到場進行了確認，并更換了機械壓力表。

壓力表更換后，發現其示值與 Magnet Monitor上顯示的氦壓力值完全一致，由此判斷 Magnet Monitor 本身并無誤報，磁體氦壓力確實存在問題。Magnet Monitor與磁體內部的 Heater相連并對其進行控制，當磁體壓力低于正常值（3.9psi）時，Magnet Monitor會控制加熱器對磁體進行加熱以穩定壓力，因此存在 Magnet Monitor 自身故障導致錯誤加熱的可能。由于我院還安裝有 GE 公司的 HDxt 3.0T 磁共振，而該設備配有與 MR750 同樣型號的 Magnet Monitor，為進行故障判斷，將兩臺磁共振的 Magnet Monitor進行互換，結果發現 MR750 仍舊存在氦壓力過高的現象，而 HDxt 3.0T依然工作正常。在咨詢GE工程師后得知，除我院以外的其他 MR750 磁共振場地也存在同樣的問題，導致故障的原因可能是設備掃描時會干擾 Heater而使其對磁體進行不必要的加熱。

由于 LCC300 型磁體設置有多個溢氣閥門，當磁體氦壓力超過 5.25psi時，氦氣將通過第一級溢氣閥向外泄露以保持磁體壓力。因此當氦壓力持續過高時，將會加快液氦的損失。

目前為了使磁體氦壓力保持在 5.25psi以下，采取了切斷 Magnet Monitor 對 Heater 的控制的方法，使磁體的壓力在設備停機時能夠持續下降到比較低的狀態，從而使設備運行時磁體氦壓力不至于超過 5.25psi，以減少液氦的損失。

3 故障三

3.1 故障現象

掃描圖像出現射頻偽影，在觀察中發現當 MR750 與相鄰的另一臺磁共振設備 HDxt 3.0T 同時進行掃描時，兩臺設備獲取的圖像均會產生偽影，見圖4。而當任意一臺設備停止掃描時，另一臺設備即可正常獲取圖像。

圖4 偽影圖像

3.2 故障分析與處理

在MR成像過程中，任何與射頻相關的因素都可能產生射頻偽影[4]。由于故障現象顯示偽影的產生與兩臺磁共振設備是否同時運行有直接關系，因此判斷是設備相互干擾而導致偽影產生。我院兩臺磁共振設備的安裝布局，見圖5。

圖5 磁共振布局圖

在兩臺設備啟用之前，曾對掃描間的屏蔽性能進行了檢測，結果均為正常。因此首先對兩設備波導板上的連線進行檢查，以排除射頻泄露的可能。結果發現安裝在 HDxt 3.0 T 波導板上，用于連接高壓注射器線纜的濾波盒只通過地線與屏蔽層進行了連接，且連接在該濾波盒上的信號線已經穿過波導板進到了設備機房內。在咨詢廠家工程師后得知，該型號高壓注射器的濾波盒在其他醫院的場地同樣采用了此種連接方法。但考慮到我院兩臺磁共振設備共用一個設備機房，且波導板的位置距離相對較近，這種特殊的場地情況很可能是導致故障發生的重要因素。通過與高壓注射器廠家工程師進行溝通，決定對濾波盒的安裝方式進行改進。方法是通過在波導板附近的屏蔽層上重新開孔，將濾波盒與屏蔽層緊密連接，以使濾波盒更好的接地。改造完成后，偽影現象隨即消失，至今未再出現相同故障。改造前與改造后的連接狀態，見圖 6～7。

圖6 修復前濾波盒接線圖

圖7 修復后濾波盒接線圖

4 小結

由于 MR750 目前仍是比較新型的磁共振設備，在遇到故障時，很難從已發表的文獻中獲取相關信息，因此就要求醫院工程師充分利用現有的維修手冊及相關資料[5]，理清設備的信號流程，深入了解各主要部件的結構和工作原理[6]。在對設備進行巡檢時，應詳細記錄水冷機、氦壓縮機的運行狀態，以及磁體液氦水平、壓力、冷頭各級溫度等參數，以便在故障發生時進行查閱從而進行故障分析。在故障發生時，應對系統的故障信息進行詳細記錄。同時，應當與廠家工程師進行及時的溝通，從而更高效的解決故障。

[1] 磁共振成像編輯部.GE醫療推出新品力作Discovery MR750 3.0T[J].磁共振成像,2011,2(3):239.

[2] 趙華東.3例GE3.0T磁共振掃描儀的維修及故障分析[J].中國醫療設備,2011,26(9):144-145.

[3] 賀長安,楊軍,賈琳,等.GE 1.5T磁共振機冷頭的相關故障[J].實用放射學雜志,2005,21(5):553.

[4] 楊剛,李林.MRI 射頻磁場性偽影產生機理及解決措施[J].醫療設備信息,2007,22(8):95-96.

[5] 王子軍,葛和全,陳森彬.GE Ultra 16 螺旋CT故障維修體會[J].醫療衛生裝備,2009,25(4):127-128.

[6] 張雙俊,張秋軍.GE Signa 磁共振設備發射系統外圍控制回路故障一例[J].中國醫療器械信息,2010,16(7):59,63.

Failure Analysis and Troubleshooting for GE Discovery MR 750 3.0 T MRI Scanner

XUE Xiao-qi, TIAN Jin, XU Feng
Biomedical Engineering Department, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.044

1674-1633(2012)07-0128-04

2012-04-25

2012-06-15

作者郵箱：bysy_xxq@126.com