醫用磁共振系統成像原理與故障分析

王迪聲

（解放軍總院醫療保障中心醫學工程科，北京 100036）

0 引言

醫用磁共振系統主要由磁體系統、梯度系統、射頻系統、計算機及圖像處理系統組成，其中，梯度系統是磁共振系統最重要的組成部分，主要由梯度線圈、梯度放大器、數模轉換器、梯度控制器以及梯度冷卻裝置等組成[1-2]。磁共振系統是大型精密醫學影像設備，與X 射線成像設備有著本質的區別，在各級醫院得到了廣泛應用。磁共振成像系統具有無輻射、分辨率高，且多方位、多參數、多序列成像的優點，為臨床診斷提供豐富的醫學診斷數據，從而進行分析判斷疾病的分子水平，為臨床提供更多優質的影像信息[3-4]。

為提升了臨床工程師的維修技能，本文概述磁共振成像系統成像原理的基本要點，分別就GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統數據容積重建引擎VRE 故障和GE Signa HDxt 1.5T 雙梯度磁共振系統出現的Coil ID 錯誤提示進行故障分析與排查。

1 磁共振成像原理

MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）是一種核物理現象，通過利用原子核并對其在磁場共振時發出的信號、經計算機空間編碼進行重建后形成圖像的一種處理技術，即利用磁場與射頻脈沖使人體組織內自旋運動的氫核（H+）發生振動產生射頻信號，經計算機處理而成像，其在疾病的診斷、治療和療效評估等方面發揮著不可替代的優勢[5-6]。磁共振系統在成像方面具有無輻射、無損傷、多參數成像、無骨偽影干擾、對人體無傷害的優點，可以提供形態學的結構信息，能夠反應活體組織結構、功能和代謝改變，使現代醫學對磁共振檢查的依賴性越來越突出[7]。磁共振成像很少出現對比劑反應現象，相對螺旋CT 成像，磁共振成像對骨組織和鈣化顯示不明顯，且在檢查環境和禁忌癥方面處于劣勢[8]。

磁共振系統屬于大型高、精、尖類醫學設備，集計算機技術、電子技術、低溫超導技術和電磁技術等多學科領域技術為一體。磁共振系統由主磁體、梯度線圈、射頻線圈、計算機及其軟件系統等組成，磁共振系統成像原理如圖1 所示[9-10]，其中，磁共振系統的磁場強度越高，圖像信噪比越高，形成的圖像質量就越好；磁共振系統的磁場均勻度直接影響到磁共振波譜和成像質量，是評價磁共振成像質量的重要指標；梯度線圈的梯度場強越大，掃描層越薄，圖像空間分辨率越高；采用梯度線圈真坑隔絕、靜音掃描等多種技術來降低梯度線圈的噪聲；射頻線圈應根據臨床需求進行選擇，不同廠家相控陣線圈的單元數并不相同；計算機及其軟件系統提供多種并行處理能力，其CPU 主存、主內存、存儲硬盤均要求最高性能，因此需要配置最高檔計算機[11]。

圖1 磁共振系統成像原理

2 故障分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現象

GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統無法掃描，出現“Reference Scan has stopped.NO MrMail available”錯誤代碼提示。

2.1.2 故障分析

根據故障現象，進入系統查看故障信息記錄，顯示:“Dummy packet was sent to TPS by Scan because Scan couldn't get Start Recon reply processing”故障信息。經分析，造成該故障的原因可能是數據容積重建引擎（Volumefrecon Engine，VRE）出現異常。進一步分析，該機的VRE 用于數據重建，主要由接口控制通知（Image Compute Node，ICN）sun 服務器和兩塊容積數據接收濾波器（Volume Date Receiving Filter，VRF）的接口卡組成，都安裝在電源和射頻系統的機柜內；容積數據接收濾波器VRF 又安裝在接口控制通知ICN sun 服務器的后端，ICN 與VRF 通過光纖和信號接收裝置連接，作用是轉換光信號[12]。

另外，該機序列控制系統由接口和遠程控制（Interface and Remote Functions，IRF）、應用網管處理器AGP、觸發及旋轉功能TRF 電路板組成。其中，接口和遠程控制IRF 電路板是放射裝置、接收裝置和梯度系統之間的通信接口；應用網管處理器AGP 則通過以太網和主機進行通信，通過PCI 總線和觸發及旋轉功能TRF 電路板相連，應用網管處理器AGP 通過接收主機的指令信號并將信號傳輸到觸發及旋轉功能TRF 電路板，從而產生相應的射頻和梯度波形。

根據故障現象，分析序列控制系統的基本框架后，再分析數據容積重建引擎VRE 的基本情況。查閱相關技術資料，數據容積重建引擎VRE 由ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 組成。為了確認故障，進入服務界面，檢測數據容積重建引擎VRE 與主機、數據容積重建引擎VRE 與ICN 之間的通信是否正常，在SERVICE 界面依次選擇DIAGNOSTICS,選擇SYSTEM FUNCTION，選擇RECON，選擇VRE COMMUNICATION DIAGNOSTICS,然后進行測試，測試經過失敗。利于系統工具檢測ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 的測試情況，經過ICN1、ICN3 和ICN4 測試通過，但ICN2 測試失敗，多次反復測試，結果如此，判斷ICN2 故障，更換相同型號的ICN2 后，數據容積重建引擎VRE正常，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障現象

GE Signa HDxt 1.5T 雙梯度磁共振系統開機后不能進行掃描，錯誤代碼提示Coil ID。

2.2.2 故障分析

根據故障現象，錯誤代碼為Coil ID，即掃描線圈不能識別，故障發生后，觀察紅綠指示燈，發現紅燈常亮，綠燈不亮。經分析，該機具有線圈連接識別檢測系統，每個線圈里都有Coil ID chip，即線圈身份識別號，當掃描病人使用的線圈插入線圈座后，紅色指示燈先電量，系統識別線圈被后，綠色指示燈點亮，紅色指示燈不亮[13]。本故障為掃描線圈不能識別，重新排放水模后，排除病人體位和定位操作無誤，重點考慮硬件故障。經分析，掃描間接口板（SRI3）與16 通道開關板（16 channel switch）相連，然后16 通道開關板與多通道線圈檢測盒 (MR coil with coil ID box)相連，多通道線圈檢測盒與線圈插座連接。

掃描線圈與接口A（Port A）連接，16 通道開關板（16 channel switch）由24 V 電源供電，并作為控制信息傳輸的重要組件。掃描線圈無法識別，首先排查數據傳輸是否通常，于是將掃描床推到最前端，打開掃描床后面的外殼，重新插拔與線圈相連接的接口A（Port A）和16 通道開關板（16 channel switch），檢查中發現接口A（Port A）有松動的痕跡，處理后重新插拔，將掃描床的外殼裝上，開機，磁共振恢復正常，故障排除。

3 討論

磁共振系統結構復雜、成本高、維修困難、配件昂貴、維修時間長，且對維修工作有很高的專業技術和維修標準。因此，當磁共振系統發生故障時，臨床工程師一定要保持清晰的維修思路，根據磁共振系統的組成結構和工作原理，結合故障代碼按照順藤摸瓜的方式逐步排除[14]。如故障1 中GE Signa HDxt 3.0T 雙梯度磁共振系統數據容積重建引擎VRE 故障的維修分析思路，故障2 則屬于常規的檢修思路和流程。特別要強調系統掌握磁共振系統的組成結構和工作原理將對維修分析和結果排除起到事半功倍的作用，這點要引起足夠重視。因此，為保障磁共振系統運行的安全性和穩定性，發生故障后，臨床工程師應根據故障現象查閱故障代碼，結合磁共振系統的組成結構和成像原理，在第一時間將故障排除，必要時與廠家工程師聯系，將有利于減少故障的排查時間[15-16]。

4 結語

磁共振成像是目前臨床不可或缺的醫學影像檢查方法，在系統疾病的診斷中起著非常重要的作用。磁共振系統是精密的醫學影像設備，其組成結構和成像原理非常復雜，在運行過程中對電源、溫度、濕度和信號屏蔽有很高的要求，且容易產生各種故障和不安全風險[17]。在日常工作中，臨床工程師要做好磁共振系統的質量保障和質量控制，嚴格按照規范化操作，做好磁共振的預防性維護工作，保障磁共振系統的正常運行，做到設備的精細化管理，提高磁共振圖像質量及檢測準確性，提升患者滿意度，降低風險事件發生率。