磁共振成像系統尖峰噪聲偽影解決方案

張法輪（通信作者），施展

1 江蘇衛生健康職業學院 （江蘇南京 211800）；2 西門子醫療系統有限公司 （江蘇南京 210009）

偽影是指醫學圖像上出現的某些結構或信號強度，但被成像物體中并無與之對應的解剖學結構。偽影是由成像技術產生的，主要表現為圖像變形、模糊、疊加或缺失[1]。磁共振成像過程中，偽影問題時有發生。如卷褶偽影、交叉偽影、截斷偽影和容積效應偽影是由不合適的序列或參數造成的，化學位移偽影是磁共振成像固有的，運動偽影和金屬異物偽影與患者有關[2]。多數偽影可通過優化序列參數或規范操作進行改善。但尖峰噪聲（Spike）偽影通常與硬件故障有關，引發因素多、偶發性強、排查難度大。本研究以西門子 MAGNETOM Trio 3.0 T磁共振成像系統為研究對象，對使用過程中遇到的Spike 偽影展開分析，依次從外部環境、射頻系統和梯度系統3 個方面由淺入深地展開排查，探討Spike 偽影的解決方案及具體步驟。

1 Spike 偽影產生的機理

磁共振成像掃描過程中，受硬件故障、靜電、機械振動等因素的影響，電流在不同介質接觸面出現“打火”（電火花）現象并產生高頻射頻脈沖。部分高頻射頻脈沖頻率與磁共振的共振頻率較為接近，在成像過程中被線圈采集，該信號在原始數據（K 空間）中產生幅值很大的點，也稱為Spike 點，即Spike 偽影[3]。Spike 偽影的典型特點是偽影呈現波浪形或網格狀，如圖1 所示。在K空間中可以明顯發現若干高亮信號，此高亮信號即Spike 偽影，如圖2 所示。臨床診斷過程中，Spike 偽影輕則影響圖像質量，干擾影像醫師的診斷；重則導致圖像病灶部位被覆蓋，造成醫師無法診斷。

圖1 典型Spike 偽影

圖2 K 空間高亮信號

2 與外部環境相關的Spike 偽影

2.1 故障現象

磁共振成像掃描過程中，偶發出現Spike 偽影，且該偽影在各檢查部位均有出現。

2.2 故障分析

由于Spike 偽影的偶發性和多發性特點，判斷并排除干擾源的難度極大。各檢查部位均出現過Spike 偽影，則偽影源頭可能來自外部環境，也可能由設備自身硬件故障導致。本著先易后難、由外及內的維修原則，首先應排除外部環境原因。

2.3 故障排除

首先，排查磁體間各類輔助設備。常見磁共振輔助設備包括無磁高壓注射器、腦功能激勵裝置等各類科研設備，可通過排除法鎖定Spike 偽影的來源：依次將各輔助設備移出磁體間，打開Spike 測試程序（ 測試路徑：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”），擺放好測試水模后，運行測試程序5～8 次，查看測試報告是否為“OK”。需要注意的是，Spike 偽影通常與“打火”（電火花）有關，開展Spike 測試時，需將各輔助設備通電并保持工作狀態。

其次，依次檢查天花板金屬零件是否松動，磁體間屏蔽門銅片是否脫落，是否有金屬被吸入磁體內或磁體下，磁體外殼是否松動。由于磁共振成像掃描過程存在較強的震動，外圍部件松動引起的接觸不良均可能導致Spike 偽影。

最后，檢查磁體間燈光照明系統?，F代磁共振成像系統采用有源屏蔽技術，磁體間強磁場被限制在一定區域內，但磁體間燈光照明系統依然受磁場影響，因此燈光照明系統的使用壽命通常低于設計壽命。部分故障燈泡雖然已不亮，但燈絲尖端仍可能“打火”。全面檢查磁體間所有照明燈是否是直流燈，并及時更換故障燈泡[4]。關閉磁體間照明系統直流電，并將照明系統電源濾波器與屏蔽層連接，確保電源濾波器接地。先運行測試程序3～5 次，再打開照明系統電源后再運行測試程序3～5 次，對比前后測試報告可判斷Spike 偽影是否與照明系統有關。

通過以上排查，最終確定此次Spike 偽影故障與燈泡有關。故障燈泡使用過程中偶發“爆閃”，其產生的高頻射頻脈沖恰好被線圈采集引起Spike 偽影。更換故障燈泡后故障解決。

3 與射頻系統相關的Spike 偽影

3.1 故障現象

磁共振成像掃描過程中偶發Spike 偽影，頭部彌散圖像受影響最大，其他部位掃描未見類似偽影。

3.2 故障分析

相比其他序列，彌散序列掃描過程中震動較強，頭部線圈內部接觸不良可能導致Spike 偽影。因此，主要排查方向為成像序列和線圈。

3.3 故障排除

首先，排查Spike 偽影和頭部彌散序列是否有關。由于磁共振成像掃描時間較長，個別技師可能會調整序列參數以提高掃描速度。但磁共振成像的圖像質量和掃描速度不可兼得，序列參數調整是一項系統性工程，不恰當的參數調整不僅會導致圖像質量下降，更有可能引發各類偽影。彌散序列的排查需調用系統出廠彌散序列庫（調用路徑：“Exam Explorer”→“SIEMENS”→“head” →“clinical libraries”），在庫中找出標準頭部彌散序列，使用標準序列掃描水模3～5 次。測試結果顯示頭部彌散掃描依然偶發Spike 偽影，說明Spike 偽影與序列參數無關。

其次，檢查線圈插座是否正常。線圈插座上的毛發或異物可能導致線圈與插座接觸不良并引發偽影。磁共振增強掃描使用的造影劑或患者的嘔吐物均可能接觸線圈插槽處，若此處長期未被清理，可能發生霉變，最終導致Spike 偽影或掃描中斷。若發現線圈插座表面存在生銹或腐蝕跡象，需拆下線圈插座并使用精密儀器清潔劑清潔，徹底晾干后再裝回[5]。

再次，排查線圈質量是否合格。由于系統維護模式需要廠家提供服務密碼，可利用系統提供線圈自檢工具快速檢測（路徑：“Option”→“Service”→“Customer QA”）。打開線圈自檢工具后，選擇“Head Matrix Coil”，按照系統提示要求擺放水模并開展測試。由于“Customer QA”權限較低，測試結果僅有“OK”或“NOT OK”。如需查閱詳細測試數據，可進入系統維護模式（調用路徑：“Option”→“Service”→“Local Service”→“輸入維護密碼”），打開“Report”即可。線圈自檢工具僅可測試信噪比（signal to noise ratio，SNR）是否合格，SNR 是線圈質量指標之一，但與Spike 偽影并無直接關聯[6]。因此，需要進入專家模式（調用路徑：“Option”→“Service”→“Local Service”→“輸入維護密碼”→“Quality Assurance”→“Quality Assurance Expert”→“Spike test”），使用頭線圈進一步測試。進入磁體間，將頭線圈插入線圈插座，擺放水模并完成激光定位，在“Spike test”下拉選框中，選擇“Head Matrix Coil plug”選項，運行測試程序3～5 次。專家模式可使用指定線圈開展Spike 測試，其他線圈的Spike 測試結果均正常，而頭線圈Spike 測試結果顯示K 空間存在多個高亮信號，說明該Spike 偽影與頭線圈有關。

最后，檢查線圈內部電路。由于彌散序列掃描過程中系統震動較為強烈，若線圈內部接觸不良可能會引發Spike 偽影。將頭線圈從檢查床上取下，拿穩線圈并輕搖，聽到線圈內部有異響。拆開線圈外殼的螺釘，打開線圈，發現一顆銅螺釘已明顯松動。將該銅螺釘重新固定后，加固其他螺釘，檢查各焊點有無虛焊，最后通過全面檢查后復原頭線圈。此時再進入專家模式，再次選擇“Head Matrix Coil plug”測試，發現Spike 偽影消失，故障解決。

4 與梯度系統相關的Spike 偽影

4.1 故障現象

磁共振成像掃描偶發Spike 偽影，與檢查部位無關。排除外部環境和射頻系統因素后，Spike 偽影無有效改善。

4.2 故障分析

排除外部環境和射頻系統因素后，Spike 偽影通常與梯度系統有關。在服務模式下使用系統通用工具（調用路徑：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”）反復測試3～5 次。測試報告顯示，梯度系統X、Y、Z 軸均存在“打火”點，如圖3 所示。K 空間上下豎線狀干擾，上下兩側多，向中間逐漸減少。其中，Z 軸“打火”點尤其明顯，Spike 偽影可能與Z 軸有關。

圖3 偽影K 空間圖像

4.3 故障排除

梯度系統包含梯度線圈（gradient coil，GC）和梯度功率放大器（gradient power amplifier，GPA）兩大部件，且兩大部件通過梯度電纜連接。由于磁體間有射頻屏蔽需求，梯度電纜需在濾波板兩側轉接。梯度系統結構復雜，并涉及高壓電。如未嚴格按照排查步驟開展故障排查，一方面，存在安全隱患，易導致人員或設備在檢查過程中受損；另一方面，可能導致遺漏潛在故障點或故障點進一步擴大，造成圖像質量惡化。通過以下7 個步驟，可安全、系統化地排查出故障點。

步驟一：拆下磁體后側的漏斗后蓋。在Spike 測試過程中檢查床會前后移動，拆下漏斗后蓋可避免測量過程中線圈與后蓋發生碰撞。

步驟二：檢查磁體后方電纜固定裝置。磁體后方是GC 和射頻體線圈（body coil，BC）的線纜主要通道，使用無磁扳手檢查所有的螺釘、電纜的銅盤和螺栓有無松動，若發現固定裝置松動，需重新緊固。

步驟三：梳理射頻系統電纜走線，避免電纜接觸GC 支架的鋒利邊緣。若接觸到鋒利的邊緣，掃描過程中GC 的震動會導致射頻電纜保護層擦傷或屏蔽效果變差，從而導致Spike 偽影。

步驟四：檢查梯度電纜的螺栓與磁體外真空室間隔。若兩者過于接近也可能導致Spike 偽影，需要重新調節磁體與梯度連接板的距離。

步驟五：檢查并分離梯度電纜的走線。將梯度電纜從其他線纜中分離出來，并使用減震泡沫墊將其和其他電纜進行物理隔離。

步驟六：檢查梯度電纜和濾波板接線線頭，確保電纜接線線頭無任何類型的腐蝕或接觸不良。若有腐蝕跡象，斷電后拆下腐蝕接頭，使用WD-40 除銹劑處理后再重新固定。

步驟七：檢查磁體末端梯度電纜之間的洛帝牢防松墊片（Nord-lock）是否缺失，使用洛帝牢防松墊片可有效避免梯度系統震動引發線纜接頭松動[7]，進而引發梯度線纜間“打火”。洛帝牢防松墊片如圖4 所示。檢查GC 與梯度電纜螺栓有無松動，將無磁力矩扳手矩調整至35 Nm，再次加固磁體端梯度電纜。檢查濾波板兩側梯度電纜是否固定好，將無磁力矩扳手調整至22.5 Nm，再次加固濾波板兩側梯度固定螺釘。

圖4 洛帝牢防松墊片

完成以上步驟后，進入設備間并打開梯度機柜，找到梯度小信號單元（gradient small signal unit，GSSU）的D70 電路板。D70 電路板是梯度柜I/O（信號輸入輸出）電路板，通過調整電路板上的S3、S4 開關可進入梯度系統“Service”模式。為準確判斷Spike 偽影來源，避免X、Y、Z 3 個梯度系統之間的干擾，上推D70 電路板S4 右側開關，D40 電路板的V127 LED 燈亮起，說明梯度系統進入“Service”模式。然后，分別啟用X、Y、Z 3 個梯度系統開展Spike 測試。首先，上推D70 電路板S3 左側開關，此時只啟用X 軸GC，運行Spike 測試5～10 次；其次，下推S3 左側開關，上推右側開關，此時只啟用Y 軸GC，運行Spike 測試5～10 次；最后，下推S3 兩個開關，上推S4 左側開關，此時只啟用Z 軸GC，運行Spike 測試5～10 次。通過單獨啟用梯度系統方式，最終判斷Spike 偽影來自Z 軸，且與X、Y 軸無關。通過交換法發現Spike 偽影根源與Z 軸梯度末級電纜有關，更換梯度末級電纜后，故障解決。

5 小結

目前，磁共振成像系統已成為醫院臨床診斷必不可少的常規設備之一。磁共振成像系統作為一種大型精密儀器，對設備運行環境、人員操作的要求均較高[8]。一旦出現偽影，將影響臨床診斷和治療方案的制定。多數偽影可通過優化序列參數和規范操作解決，但Spike 偽影通常與硬件故障有關，對臨床診斷影響極大[9]。本研究詳細闡述了Spike 偽影的產生機理和圖像特點，分別從外部環境、射頻系統和梯度系統3 個方面展開分析。Spike 偽影的引發因素多，偶發性強，排查難度大，醫學工程人員需要認真梳理故障現象，耐心分析檢查結果，從外入內細致排查，追本溯源，以期徹底解決Spike 偽影問題[10]。