磁共振梯度放大器的分析与检修

2011-10-09孔德炎

中国医疗设备 2011年2期

关键词：梯度磁共振电容

孔德炎

杭州师范大学附属医院设备维修中心，浙江杭州 310015

磁共振梯度放大器的分析与检修

孔德炎

杭州师范大学附属医院设备维修中心，浙江杭州 310015

本文介绍了GE 0.35T磁共振梯度放大器的构成、原理和一例故障维修实例。

磁共振系统；梯度放大器；故障维修

0 前言

梯度系统是MRI系统的核心部件，它负责给梯度线圈供电，使梯度线圈在成像空间产生一个X、Y、Z正交的三维空间线性变化的梯度磁场，由此使成像区域内各处的磁场不同，实现成像体素的选层和空间编码的功能。这三个梯度分别由三个正交的梯度直流线圈来产生，每一组线圈要求有一个独立的电流驱动放大器供电。放大器要求开关时间短，切换率高，输出电流精确。由于放大器长期工作在高压大电流状态下，相对故障率比较高。本文将遇到的一例梯度放大器故障分析与检修过程总结如下，供同行参考。

1 故障现象

GE Excite 0.35T MRI扫描时报错“Gradient Auxiliary Power Fault”，不能继续扫描。查看错误记录发现在前几天也偶有报错出现，询问技术人员说出错后仍能继续扫描，因此未重视该报错。

2 原理分析

该机型的梯度系统采用的是ANALOGIC公司生产的AN8295。该梯度系统做成一个单独的模块，与主系统相连的只有交流输入电源、梯度的负载（梯度线圈）、梯度数据接口。它接收从主机过来的数字化梯度信号，在内部转换成模拟信号，通过3个轴放大器放大后输出到梯度线圈上，产生所需要的梯度场。其内部包括电源供应单元（PSU）、3个梯度轴放大器、梯度控制器（GC）、输出过滤和冷却风扇等。主电源单元提供梯度轴放大器所需要的受梯度控制器（GC）控制开通和关断的高压，同时PSU也产生辅助的+8V直流电源供GC和+48V供冷却风扇。±15V、+5V供PSU控制用。

3 故障检修

图1 PSU单元工作原理图

首先观察梯度组件，在前面板上可见到Fault、Standby、Ready 3个指示灯，重启系统后观察到梯度Standby灯亮，定位后选好扫描序列保存后Ready灯亮，扫描开始时听到放大器起振声后发现Ready灯灭，Fault灯亮，然后梯度系统进入自恢复状态，恢复完成后Fault灯灭、Ready灯亮。但放大器一开始工作，Ready灯就灭，Fault灯亮，几个周期后梯度系统进入Standby，主机报梯度未准备好。从以上信息推断：梯度接受和处理梯度信号正常，故障是在梯度轴放大器工作时才出现。根据错误信息，首先用万用表测量各辅助电源的输出，发现与手册标称值一致，测量GC板上各供电的三端电源控制芯片电压也都正常。测量PSU高压输出，在Ready状态时输出为300V，Fault时电压快速下降。由此考虑是否是由于梯度轴放大器工作后供电电流过大引起电源保护。为明确电源保护的原因，我们把PSU单元从组件里拆下，对应实物画了一个框图，如图1所示。

从图中分析，主电源由相移谐振控制芯片UC3879控制全桥逆变电路构成，主要相关控制信号为误差放大器输入端（EA）：根据反馈信号来控制输出电压的大小；电流传感端（CS）：通过对主回路的电流取样保护主回路不过流；芯片初级供电端（Vin）：芯片内部逻辑和模拟部分供电端，通过对供电的控制来控制主电源的通断。明确了几个测量点后上机测试，发现EA和CS都没有达到引起保护的条件，停机信号还是由PSU上的CPU发出的，这样就排除了由于过流引起的保护。在打开后背板冷却风扇的门测量过程中发现机器突然又能正常扫描了。于是反复试验发现，当后背板合上时机器出故障，打开后过几分钟机器又正常。这两者之间唯一不同的就是机柜内的温度不同，从而分析是由于某元器件性能不良引起，并且是当温度升高时改善了该元件的电气特性从而使机器恢复正常。纵观各电气元件的温度特性，除了电解电容的容量会随着温度的增加而增加，其他元件的电气特性一般都随着温度的增加而性能下降。从而我们重点怀疑是内部某个电容性能不良引发的故障。

从前面的检修过程中分析，主电源能稳定地输出300V，热机时机器又能正常扫描，停机信号是由CPU发出，说明主电源和梯度轴放大器应该没有问题，重点检查小信号处理部分的电路。结合机器报错信息，重点检查辅助电源。再次测量小信号处理部分辅助电源，分为三组输出：±21V和8.1V，其中±21V输出分别接三端稳压集成电路输出±15V。8.1V一路接5V稳压电路供PSU使用，一路送到GC板。用示波器监测8.1V输出电压，发现在故障发生时瞬间有大约1V的下降，而机器正常时该电压稳定在8.1V，这就证明故障确实在辅助电源上，分析是由于轴放大器工作时，辅助电源要提供更多的功率输出给轴放大器小信号处理部分电路，从而导致辅助电源输出功率增加。而由于辅助电源故障带负载能力下降，不能输出足够的功率而导致输出电压下降。根据实物画出辅助电源草图，如图2所示。

图2 电源电路简图

该电路由单片电源控制芯片TOP227Y组成，绕组7、8组成反馈电压绕组，反馈电压通过整流后加在稳压管和控制极之间，通过改变控制极的电流改变脉宽，达到稳压作用，控制极外接的电阻R、电容C是控制回路的补偿元件。从图中分析引起电源带负载能力下降的最可能原因是接在控制极上的电容,该电容除了提供内部驱动功率管的驱动电流外又是控制电路的定时电容，决定自恢复时间。当该电容容量下降，使得当电源输出功率增加时，电流驱动能力不够，控制回路补偿不足引起开关电源短时间停振，出现输出电压的下降，表现为带负载能力下降。于是更换同规格电容后试机，机器恢复正常。