西门子3.0T磁共振成像仪T r i o故障分析

孟炯

郑州大学第一附属医院 MR科，河南 郑州 450052

3.0 T磁共振成像仪Trio的梯度与射频单元负责其梯度和射频信号发射，由于是高电压（10 kV）、大电流（700 A）、大功率（35 kW）输出，是最易出故障的地方[1]。型号不同的磁共振成像仪，其射频或梯度单元原理基本相同，具有共性。下面是对我院3.0T磁共振成像仪Trio的两例故障进行分析与处理，以供同行参考。

1 故障一

1.1 故障现象

西门子3.0T磁共振成像仪Trio扫描病人腹部时，扫描器停止扫描，系统提示：

Gradient Power Amplifier error（梯度放大错误）

Under Voltage of Power Stage X, check（X轴电压偏低）

Check Sequence Parameter retry（检查序列参数）

1.2 故障检修

利用维护软件检查扫描器系统，发现有两个单元报错：

CAN Unit × GPA K2259 Gradient Power Amplifier error:Under Voltage of Power Stage X（GPA K2259梯度放大错误：X轴电压偏低）

DSP Unit × STIMO ：on line stiualation Monitor error：Gradient Power Amplifier was Switched off. because Gradients Stimulation limits have been exceeded（在线监控发现错误：梯度放大单元关闭，梯度发射超出安全范围）

PALI: RF Power Absorption limiter error（射频剂量限制器报错）

RF limit for 5th average stage exceeded（射频限制超出第5级平均水平）

关闭梯度，停20 min等其电容放电后再开启，故障同上；将Trio关机等20 min再开机，故障同上。但射频单元显示正常，由此推断射频报错是梯度故障所累。查看梯度柜，发现梯度柜的小信号单元K2259 E5 SSU状态显示异常，其中D20（调节器）、D40（调制器）、D70（I/O板）显示异常。

梯度正常工作时，D20 V136和V137的4个LED均亮，其中V136左边间歇闪烁黄灯，代表“Current FLOW（电流低）”，其余3个灯一直亮绿灯，代表“REG-ON-X，REGON-Y, REG-ON-Z”；D40板 的 V120与 V121亮 4个 绿灯，表示“Modulators on”“Power on”“+5V OK”“+1～15V OK”，V122亮两个黄灯，表示“SR1”“SR2”工作正常。梯度有2000 V(1200V3cyl)的电压输出，若熄灭则只有500 V输出，D40板其他LED均不亮灯；D70的V68亮绿灯，表示线电压正常（Line Volt ok）；K2259 E5 SSU其余的电路板D10(DAC)、D60(CAN&Sew)均不亮灯。

目前K2259 E5 SSU的D20的V136和V137熄灯，D70的V68也熄灯，D40的V120、V121和V122也熄灯，相反V124、V125、V126的6个LED却按以下的顺序红灯依次闪烁，其中V124代表“SEL_MSB”和”SEL_LSB”；V125代表“NUM_8，NUM_4”；V126代表“NUM_2，NUM_1”，见图1。

图1 6个LED闪烁状态

LED的4个提示:① No power stop (Mod off because power is off,PST overvoltage)，电源不能关闭（PST过压，电源关闭导致调制器关闭）；② Power supply defective PST low viltage；X-Axis error (PST损坏，使电源欠压X轴出错)；③ Y-Axis error(Y轴出错)；④ Z-Axis error(Z轴出错)。综合上述信息可推断出梯度单元的X轴首先出现故障，累及Y轴和Z轴，导致梯度单元无梯度信号输出，进而影响射频，最终导致扫描不能进行。

进一步检查梯度放大单元（Amlifier）的E6-X、E6-Y、E6-Z，发现Power Stage下面PCBs中X轴的整流板D100没电。正常情况下应该有5个LED灯亮，即V1017～V1021亮黄灯，表示整流板D100Cyl1～Cyl5这5个400 V直流电供应正常（X轴梯度放大器的工作电压），灯不亮则提示X轴整流板无直流电供给X轴梯度放大器，X轴梯度放大器无工作电源则不工作，进而导致Y轴和Z轴异常。

将Trio关机，等待20 min，拆开梯度柜下方的整流板所在单元，发现X轴的整流板显示正常，但给其供电的空气开关K11～K15跳闸，将K11～K15合闸，再开机，故障同前，怀疑整流板故障，更换后，故障同前，梯度末级Amlifier E6-X容易出故障，更换了E6-X，调整并校正梯度以及相关的单元后,故障消除。怀疑X轴的旧整流板没坏，将X轴的整流板旧板调换过去，发现梯度正常，说明故障与整流板无关，是X轴的梯度末级放大烧坏导致梯度无信号输出，继而导致射频无输出，致使MR不能扫描。

1.3 故障小结

梯度单元负责完成梯度定位信号的发射。梯度序列扫描时，要求梯度单元也发射梯度序列的射频信号，激励人体产生磁共振。三维梯度结构相同，从梯度小信号单元SSU（Small Signal Unit）分流三组结构和功能相同的梯度（X，Y，Z）小信号，到达对应的梯度放大器[2-3]，梯度放大器（由整流板提供400 V直流电压工作电源）放大后输送至梯度线圈从而建立线性变化的梯度磁场。梯度信号特点是低电压、大电流（最高达700 A）。梯度系统小信号单元较少出故障，梯度放大器与其电源板容易出故障，有时会合并电源整流板烧坏，只要有一个轴出现故障，梯度和射频单元保护性自动关闭。

2 故障二

3.0 T的Siemens MR Trio射频管有寿命限制，工作约8000 h，RFPA电源柜因为提供高电压输出，容易损坏。射频单元的问题大多在上述两个地方，有时例外。

2.1 故障现象

开机后，操作系统能够自举并进入应用程序NUMARIS-4，扫描器不能启动，系统提示射频故障。关机后，关闭射频放大柜QB1、QB2，断电10 min后再开启QB1、QB2，RFPA面板LED“Fault”灯亮，RFPA处于“Standby state”（旁路状态），自检屏幕显示“MODE HIGH FAULT=61 PA BIAS CURRENT”，查看系统自检程序，系统显示：MRI-RES/RF Safety watchdog error: Hardware error: the Power Absorption limiter Selftest failed. Retry reboot syngo MR（射频安检报错：硬件错误：射频吸收限制器自检失败，需要重新启动MR）。

MRI-SUP RF Power Amplifier error: No Communication with Unit RFPA. Retry reboot scanner（射频放大错误：与RFPA单元无通讯联系，需重启扫描器）。

2.2 故障分析

查看System Manger/MR Scanner发现DSP Units状态不对，提示：X STIMO online stimulation Monitor error， Gradient power was switched off（在线监控报错：梯度关闭）。

X PALI RF Power Absorption limiter error，RF limiter error, RF limit for 5th averaging stage exceeded（射频剂量限制器报错，射频限制超出第5级平均水平）。

检查RFPA电源，检查电源保险丝，正常。由于射频管超8000 h，其输出功率会逐渐下降，订购RFPA，更换后，有射频信号输出，用水模进行射频调谐，发现射频曲线线性度差。在低压放大区曲线下降（射频放大曲线应为直线），说明低压放大区放大功率不够，导致信噪比低，扫描常规序列可以执行，图像质量下降，黑水像与弥散图像信噪比低，伪影严重，图像颗粒粗糙，不能满足临床要求。

射频信号反射测试不过关，交换射频的接收通道D1与D4，故障存在，说明不是射频接收通道接触不良的问题。次日再次测试RFPA前后级，大部分指标过关，只有个别不达标，做射频曲线通过测试，曲线的线性良好，未见低压区功率不够，图像质量改善，黑水像与弥散图像信噪比提高，能够满足临床要求，故障排除。

Trio检查4 d后故障再现，系统自检不过关，扫描器不启动，故障现象同前，射频曲线线性度差，系统提示“PALI”有问题，再次更换RFPA，故障存在，系统仍提示“PALI”有问题，说明与射频放大无关，由于射频32接收通道板状态显示异常，更换了射频接收通道的调制器、syn及SSB receiver板，接受通道状态显示正常。用水模测试射频单元，发现射频反射过大，导致输出功率不够，用假负载Dummy做射频发射测试，射频反射也过大，反射掉1/2信号，超出正常水平（200 V）。系统提示：

RF Power Absorption limiter error（射频能量吸收限制报错）；

RF limit for 5th averaging stage exceeded（超出第5级水平）；

Retry reboot scanner, switch off/on scanner（需重启扫描器，先关闭再启动）；

Check TAS (Switch setting dumnny load)（检查射频发射天线系统）；

Check cable connect RFPA-TAS（检查射频放大与射频天线之间的电缆）；

If the deviationforward nominal-actual is out of tolerance,Measure the RF Characteristic. In Case the Maximum power is not reached during the RF Characteristic（如果射频发射偏离正常范围，必须检查射频特性曲线以防不能达到射频最大输出）；

Check Signal level of the modulator output（检查射频调制器输出的射频信号）；

3-phase AC-supply of the RFPA（射频放大的三相交流输入）；

Signal output PF of the RF to the receiver（到达射频接受器的射频发射信号）；

Gain of RFPA replace RFPA in case the RFPA is switched off during the first step of the RF Characteristic（更换射频放大，避免做射频曲线第一步因放大增益不足从而导致射频关闭）；

Measure RF transmit path: RFPA-TAS-TAS-TALESBODY COIL（测量射频发射通道：RFPA-TAS-TASTALES-BODY COIL）；

Check 3-phase AC-supply of the RFPA（检查射频放大的3相交流输入）；

Check cable connection RFPA-TAS-BCCS-TALES-BTBBODY COIL（检查以下单元之间的电缆 RFPA-TAS-BCCSTALES-BTB-BODY COIL）；

Check decoupling of the Bodycoil(BC Turing)（检查体线圈之间的干扰）。

根据提示，做以下测试：将射频信号输出电缆断开，将假负载直接接在射频放大器的输出端，做射频测试，发现射频反射过大，但曲线线性度良好，呈直线，说明射频放大器正常；将假负载接在射频滤波板的TAS上，测试反射过大，＞270 V，曲线线性度差，更换TAS后，故障同前，说明与TAS无关；将TAS断开，将射频信号输出电缆直接接在假负载上，测试射频，发现射频曲线反射大，线性度差，断开输出电缆两端，测试不通，拆开两端接头，发现与RFPA连接的一端，接头内部有烧糊熔化现象，故障原因至此查明，即射频信号输出电缆内部存在一处断路，导致射频信号反射过大，从而到达RF线圈的射频信号输出功率不够，进而引起图像信噪比下降，图像质量变差。

更换射频电缆后，测试射频单元各级电路，所有测试指标过关，射频曲线线性度好，射频信号反射值控制在50 V左右，远低于阈值200 V，图像信噪比恢复正常，黑水像与弥散图像质量恢复正常，故障彻底排除。

2.3 故障小结

本次故障持续半月余。图像信噪比低，使我们注意力集中RF接受通道和RFPA单元，MR能扫描病人，图像信噪比低，但可以重建图像，忽视了射频电缆问题。Trio是3T高场强，射频信号频率高达126 MHz，峰值功率达到35 kW，射频放大信号沿射频电缆传输，在电缆烧断处可通过空气传播，所以能重建出图像，只是射频信号的反射大，射频信号衰减严重，导致图像信噪比下降严重，图像质量变差。不过射频输出电缆损坏非常罕见，一旦出现会影响射频后级正常工作，并连累RFPA，所以排除故障一定要将各个环节进行全面细致分析，不可漏掉任何一环，否则会事倍功半，耽误时间[4-6]。

[1]孟炯.西门子磁共振成像仪IMPACT故障检修二则[J].临床放射学杂志,2009,(11):1475.

[2]张里仁.医学影像设备学[M].1版.北京:人民卫生出版社,2000:14.

[3]徐跃,梁碧玲.医学影像设备[M].2版.北京:人民卫生出版社,2010:136-164.

[4]徐昌璞,程学强,徐昌菊.高场强磁共振成像仪设备的安全管理[J].中国医院,2010,14(11):68-69.

[5]钱建国,李维嘉,李斌.区域性大型医疗设备预防性维护规范探讨[J].医疗卫生装备,2010,31(8):5-6,12.

[6]廖孟扬.核磁共振成像技术[M].1版.武汉:武汉大学出版社,1994:200-264.