西門子Trio A TIM 3T MRI射頻系統故障維修2例

張 暉，汪 纓，孫小磊，肖吳進

（南京醫科大學第一附屬醫院臨床醫學工程處，南京 210029）

0 引言

20世紀70年代，MRI技術的出現為生物醫學成像開辟了一個極富生命力的領域[1]。MRI成像原理有別于其他影像檢查設備，其不是利用探測射線或機械波成像，而是通過外加射頻能量激勵受檢體自身的核磁矩，再通過接收核磁矩進動和弛豫產生的射頻信號進行成像[2]。MRI是臨床常用的影像學檢查方法之一，具有軟組織分辨力高、顯影清晰等優點[3]，所以作為一種重要的醫學影像設備被廣泛用于臨床。全景成像矩陣（total imaging matrix，TIM）技術是西門子公司創造的先進射頻技術[4]。2005年5月西門子推出了Trio A TIM 3T Magnetom系統，這是第一款具有3 T場強并使用TIM技術的MRI設備，在這款設備的基礎上又發展出了Verio型MRI，之后西門子的Prisma、Skyra等多款MRI產品也或多或少有Trio A TIM的身影，所以Trio A TIM的組成結構和故障現象非常具有代表性。本文系統地闡述Trio A TIM這款MRI設備2種典型的射頻系統故障排除過程，對工程技術人員排除該款MRI設備的射頻系統故障有一定的幫助。

1 Trio A TIM MRI射頻系統組成及作業流程

Trio A TIM MRI設備由主磁體、梯度系統、射頻系統、計算機系統和其他輔助設備5個部分組成[5]。

1.1 射頻系統組成

西門子的Trio A TIM型MRI射頻系統由射頻發射系統、射頻接收系統、射頻線圈3個部分組成。

教師對學生上課使用手機的態度和行為 統計結果見表7。五成以上的教師對學生上課使用手機持反對意見，也有四成以上的教師無所謂。在對上課使用手機的行為上，五成以上的教師會提出警告，四成以上的教師放任不管。

1.2 射頻系統作業流程

射頻小信號單元產生射頻激勵小信號，經射頻功率放大產生大功率的射頻激勵信號，射頻激勵信號通過發射線圈選擇單元后，其中一路經體線圈控制單元轉換成正交圓極化信號加載到體線圈上發射，另一路由表面線圈發射。受檢體受激后，核磁矩發出的微弱MRI信號被表面線圈接收，并進行初級放大，信號經表面線圈選擇控制系統的接收矩陣到達射頻接收通道板，其將模擬信號解調成數字信號送至重建計算機重建圖像。該系統的作業流程圖如圖1所示。

圖1 西門子Trio A TIM型MRI射頻系統作業流程圖

2 故障一

2.1 故障現象

牡丹皮以重慶墊江產（習稱“川丹”）、安徽銅陵和鳳陽產（習稱“鳳丹”）的質量較優[4]，但因其基源植物牡丹集觀賞性和藥用于一體，在近年大力發展觀光農業、大面積種植觀賞牡丹的情況下，市售牡丹皮藥材的產地及來源極其復雜、質量良莠不齊，其藥用效果和臨床用藥安全也受到極大影響。2015年版《中國藥典》（一部）牡丹皮的質量控制指標項下也僅有丹皮酚含量測定，顯然難以全面反映該藥材真實的內在質量。

針對此故障，應重新布設一根光纖，但該款MRI設備的射頻接收系統中光纖接口板和射頻接收控制單元之間預設了2根備用光纖，用其中1根代替損壞的光纖即可排除此故障。

圖2 掃描停止提示對話框

2.2 故障分析與排除

由于該款MRI設備有18個接收通道，每塊射頻接收通道板包含8個接收通道，共有3塊硬件完全相同的射頻接收通道板。將其中2塊互換后，用乳腺線圈測試，未發生故障（相當于將乳腺線圈運用在其他懷疑的接收通道板上）。排除了射頻接收通道板故障，問題集中在射頻接收控制單元上。該射頻接收控制單元配有4塊失諧/諧振電源，將其中兩兩互換，再用乳腺線圈測試，故障未發生。經過上述測試應能排除射頻接收系統中硬件模塊的故障。

MRI射頻接收系統各個模塊之間傳輸有數據信號流和控制信號流，一般故障分析順序是從數據信號回路到控制信號回路。由于數據信號回路的測試工具較多，可以方便進行分段獨立測試，而控制回路大部分無法分段測試，所以更多的是依靠對控制信號輸入、輸出流的分析。本例故障就是立足于對控制信號的控制功能分析的基礎上排除的。

圖3 MRI床面

頭線圈一般插在X3和X6接口，用腹部柔軟線圈插在X6接口上，發現測試結果和頭線圈一樣，有時通過、有時不能通過。再次詢問臨床技師，交流后發現該類故障其實并不只發生在頭線圈，用其他線圈掃描也會出現，只是頭線圈發生的概率更高。只有乳腺線圈插在X6接口上從未發生過該類故障。將腹部柔軟線圈插在床面的其他可識別接口上進行測試，發現測試結果也是時好時壞。將測試結果和臨床反映結合，發現在這款機型上乳腺線圈和其他線圈的區別在于，使用乳腺線圈必須拔出床面上的其他所有線圈。結合射頻接收系統功能圖懷疑故障發生在表面線圈選擇控制系統、射頻接收控制單元、射頻接收通道板3個部分。表面線圈選擇控制系統可以用測試軟件單獨測試，通過接收矩陣測試，初步排除表面線圈選擇控制系統的接收矩陣故障。

故障經常發生在頭線圈掃描，初步懷疑頭線圈自身問題。單獨做頭線圈信噪比測試，多次測試發現有時通過、有時不能通過，無法排除頭線圈自身問題。為判斷線圈是否正常，將該頭線圈移至本院另一臺西門子的Verio型MRI上做同樣的頭線圈信噪比測試，多次測試的結果均正常，初步排除頭線圈自身的問題。接著懷疑頭線圈在檢查床上的接口是否存在接觸不良而造成故障。該型MRI床面如圖3所示，有10個線圈插座（其中X5插座為空插座）。

掃描開始后頻發掃描脈沖序列很快停止掃描，彈出提示對話框（如圖2所示），重啟設備或重新拔插頭線圈后有時可以正常檢查。

設備自帶的射頻測試工具一般都是測試接收數據信號通路，無法測試控制信號流。由圖4可知采集控制計算機發出的信號傳輸至射頻接收控制單元，其輸出2路信號，一路信號控制表面線圈選擇控制系統接收矩陣的選擇，另一路信號控制多通道線圈接收單元的開關。圖4中W1421是采集控制計算機發出的控制信號光纖組，包含6根光纖。W5401是射頻接收控制單元控制表面線圈選擇控制系統的光纖組，包含2根光纖。對這8根光纖分別進行測量，發現W1421光纖組中有1根光纖透光率降低，其他光纖透光均正常。射頻接收控制單元的U7～U10接口4路光纖接收采集控制計算機發出的控制信號，組成16種線圈接收信號選擇的組合模式，其中透光率低的是U8接口的光纖，其一端連接采集控制計算機光纖接口板的U17接口，另一端連接射頻接收控制單元的U8接口。由于該光纖狀態不穩定，接收線圈控制信號紊亂，導致線圈中的接收單元狀態異常。而乳腺線圈由于是西門子應用的第三方線圈，只能采用固定的邏輯關系，所以乳腺線圈掃描一直正常，其他線圈要根據床面上使用線圈的邏輯關系選擇工作模式，所以有的模式可用，有的模式不能正常工作。重新拔插線圈或重啟設備都是使系統重新選擇接收模式，所以在不同接收線圈和不同檢查部位上會偶發故障，且日志文件無報錯記錄。

圖4 射頻系統控制框圖

以《2010年中國2型糖尿病健康教育指南》[12]《世界衛生組織關于身體活動有益健康的全球建議》[13]及《亞洲骨質疏松診斷、預防和治療指南》[14]為健康教育內容主要來源,對病人進行為期4周的健康知識講座每周1次，每次60 min；為病人設定短期目標，要求病人遵循循序漸進原則實施康復行為，幫助病人感受康復效果，從而增強病人健康行為依從性；鼓勵病人分組討論，加強病友間經驗分享及信息交流；在健康知識講解過程中注意舉例和示范，增加病人健康知識接受度；給予病人心理疏導和情感支持，提高病人自我效能。講座結束后進行為期6個月，每2周1次的電話隨訪，解答病人生活中遇到的健康疑惑，不斷強化病人健康知識。

2.3 小結

三組被試的自尊水平差異不顯著，是本研究采用的整群隨機分組方式造成的。 本研究的被試同為醫學影像專業，在入學時他們被隨機分到10個班級中，在確定被試接受何種實驗處理時，研究者以班級為單位，隨機將這10個班級分配到三個實驗處理小組，這種整群隨機分組的方式確保了被試相關特性在三個小組中的均勻分布。

3 故障二

3.1 故障現象

問題發生在頸線圈且故障偶發，與臨床技師交流后，發現重新定位檢查區域或將受檢者的掃描視野擴大，往往就不再出現干擾。通過分析故障現象，發現做頸椎掃描時小掃描視野一般系統只使用頸線圈，由于該款MRI設備的頭線圈和頸線圈有部分物理重疊，擴大視野后掃描區域達到了頭線圈的位置，系統會自動打開部分頭線圈用于掃描，這可能是噪聲偶發的原因。由于故障集中在頸線圈上，首先用設備自帶的adjustment工具分析頸線圈的各個接收通道的信號幅度（adjustment是臨床檢查過程中手工調節參數的工具，該工具無需密碼即可運行），發現頸線圈的NE2～CH1接收通道的信號幅度只有111，且無法確定射頻中心頻率[如圖6（a）所示]。而正常的接收通道信號幅度如圖6（b）所示，應達到10萬左右。初步判斷頸線圈的1個接收通道存在故障。為確定故障部位，可用設備維護工具對頸線圈進行測試，測試結果如圖7所示。

圖5 頸線圈信噪比異常/正常圖像

3.2 故障分析與排除

頸線圈掃描中會偶發圖像信噪比變差的現象，系統無報錯，有時重新定位又可以消除噪聲（如圖5所示）。

圖6 頸線圈接收通道信號測量結果比較

圖7 頸線圈通道測試結果

結合測試圖像推測頸線圈的第2通道存在故障，每個通道包括直流和射頻2個回路。D1管是主動失諧二極管，直流失諧電源由P1接口提供，P2接口用以接收線圈射頻信號，P3是交直流復合回路，其既有MRI射頻信號輸出，又提供初級放大器的直流電源（如圖8所示）。

圖8 線圈初級放大器模塊

用射頻矢量分析儀、50 Ω假負載和萬用表分別對故障通道的直流通路和射頻信號通路進行測試，結果顯示通道的直流回路都正常，射頻信號通道在中心頻率的阻抗匹配也正常，由此判斷噪聲可能發生在初級放大器模塊。由于阻抗匹配測試正常，所以故障應發生在有源部件。初級放大器模塊的有源部件包括1個低噪聲砷化鎵放大管Q1、1個限幅二極管D2。按發生故障的概率首先更換了低噪聲砷化鎵放大管Q1，故障并未排除。接著更換限幅二極管D2，更換后圖像不再出現噪聲，故障排除。

3.3 小結

本例故障是一起典型的MRI接收線圈硬件故障，對接收線圈硬件維修應熟練掌握高頻電路的相關知識，能合理運用各種高頻測試儀器。本例故障維修過程中所用的高頻器件全部是低噪聲器件，其和常規的場效應放大管、二極管在性能上特別是高頻噪聲水平上有很大的差異。在本次維修中采用代用放大管BFQ74，其噪聲系數在2 GHz時可在0.5 dB左右，限幅二極管MMBD7000也是低噪聲、超快速開關管。

興趣是最好的老師。在數學課堂教學中，數學因其本身的特殊性，讓不少學生覺得它抽象難懂。要使學生產生學習動力，僅僅講大道理是遠遠不夠的，關鍵是要想方設法使學生對數學學習產生興趣。大多數學生的數學成績不好，是由于對數學缺乏興趣所致。教師在教學中可根據教學內容，通過運用一些生動形象、直觀有趣的教學手段，為學生創造運用數學的環境；引導學生動手參與，鼓勵學生積極探討。讓課堂學習的每個環節都能感受到層層推進的踏實，體會漸入佳境的喜悅，樹立學習的信心。

4 結語

MRI設備的射頻系統是整個設備中最復雜的系統，而射頻故障如噪聲、干擾等由于缺乏直觀的測試手段且故障的發生可能牽涉的模塊較多，所以很難直接根據報錯日志準確判斷故障原因。射頻部分都是高頻電路，其在直流和高頻時的工作狀態（如阻抗、中心頻率、噪聲特性等）有很大的不同，萬用表等常用的檢測工具往往不能進行測量。所以在維修過程中應加強與臨床人員的溝通，盡可能全面地了解故障現象。此外，MRI設備的日常質控與巡檢也很重要，大型影像設備應盡可能以“預防性維護”替代“宕機維修”[6]。如第二例故障，如果定期進行線圈質控，早期就可以發現頸線圈故障。在日常工作中，工程技術人員應能熟練掌握MRI設備的結構，特別是射頻系統，由于其信號在不同的工作狀態會處于不同的通路中，所以掌握MRI組成結構和功能流程對排除故障有很大的幫助。