GE Signa HDxt 1.5T 核磁共振梯度系统故障排除

宁夏医科大学肿瘤医院 放射科，宁夏 银川 750004

引言

核磁共振中的梯度系统用于进行空间定位，由X、Y、Z三个梯度线圈分别产生三个轴向的梯度磁场叠加在主磁场上，由此使成像区域内各处的磁场强度各不相同，决定层面位置，实现磁场的空间位置编码，并且在扫描过程中可以快速改变磁场的方向与强度，迅速完成三维编码[1]。梯度线圈的线性是衡量梯度场平稳性的指标。线性越好，表明梯度场越精确，图像的质量就越好，如果梯度场的线性不佳，图像的边沿上可能产生空间和强度的畸变[2]。

梯度放大器负责给梯度线圈供电，使得梯度线圈在成像空间产生一个线性变化的梯度磁场，故梯度放大器单元是核磁共振设备的核心部件之一[3]。为获得高质量的图像，要求梯度放大器能对电感负载（梯度线圈）提供精度高、变化快的电流脉冲，其典型输出波形为梯形[4]。梯度放大器的控制系统通过调节开关器件（IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistor）的占空比，来改变输出电压[5]。

1 GE Signa HDxt 1.5T MR梯度系统的工作原理

如图1所示，GE公司的Signa HDxt核磁共振的梯度系统主要包含：梯度数据的产生和数据的传输部分（SRF/TRF板和STIF板）；梯度系统处理器（GIP/GAP/GP）；X、Y和Z轴三个梯度放大器（Amp）和一个梯度电源（Power Supply）；滤波器（Filter）；梯度线圈（Gradient coils）[6]。

图1 GE Signa HDxt 1.5T MR梯度系统的工作原理

1.1 梯度系统正常的状态灯

GE signa HDxt 1.5T MR的梯度系统，在梯度电源控制板和梯度放大器控制板上提供了很多状态指示灯，可以非常明确地指示梯度电源和梯度放大器的故障状态，根据厂家提供的维修手册，可以很明确地知道每个状态灯所指示的含义。正常状态下，梯度电源控制板会亮“FREQ”“GD”“LEFT FF”“RIGHT FF”和“ENABLE”五个灯，梯度放大器控制板只有“GATDR”一个灯亮，如出现其他状态灯点亮的情况，则表明可能有故障发生[7]。

1.2 状态灯指示的含义

1.2.1 梯度放大器状态灯

梯度放大器常见的故障，一般会导致三个指示灯点亮（桔黄色）[8]。

（1）“UV”表示梯度放大器供电电压过低，也就是梯度放大器输出电压低于正常值或者没有输出；

（2）“OV”表示梯度放大器供电电压过高，也就是梯度放大器输出电压高于正常值；

（3）“CUV”表示梯度放大器的门控驱动板控制电压低。

1.2.2 梯度电源状态灯（X，Y，Z分别代表三个梯度轴向的输出）[9]。

梯度电源常见的故障，一般会导致相应的指示灯点亮，如表1所示。

表1 梯度电源故障灯

2 梯度系统常见故障两例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

系统无法扫描，提示梯度系统没有准备好，错误日志中提示“The GP report SGA Power Supply Internal Wiring Faults or Control Under voltages”，意为：梯度处理器报告梯度电源内部线路故障或者控制电压低[10]。

2.1.2 故障分析

根据错误日志提示的内容，观察梯度电源控制板和梯度放大器控制板的状态指示灯，发现Z轴放大器控制板上“CUV”灯亮，对应手册中的解释，表明梯度放大器门控驱动板的控制电压低，同时X轴，Y轴和Z轴梯度放大器控制板上“UV”灯都亮，表明梯度电源的供电电压低于正常值或没有供电输出。

梯度电源控制板上“ISECZ”灯亮，对应手册中的解释“They will light up when the Gradient Amplifier for that axis pulls current from the power supply”，表明梯度电源检测到Z轴梯度放大器拉低了电源的输出电压，可能Z轴梯度放大器存在过流的情况。

2.1.3 故障解决

查Z轴梯度放大器门控驱动板，发现一个贴片钽电容（型号35V 22UF）和一个贴片二极管（型号ED 2C）击穿，更换同型号元件，开机测试，“CUV”故障灯灭，故障消除。

查Z轴梯度放大器内部线路，拆除上面的电容板，使用万用表二极管档检测，如图2所示，②脚对①脚和①脚对③脚有短路的情况，更换同型号IGBT，“UV”故障灯灭，故障消除。

图2 FF300R12KS4型IGBT内部电路

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

系统扫描功能正常，系统扫描无报错，但扫描时三平面图像和DWI ( Diffusion Weighted image ) 图像有重影[11]，如图3，其他T1，T2等序列图像正常。

图3 重影故障图像

2.2.2 故障分析

首先分别测试体模式，头模式和多通道线圈扫描，该重影都存在，说明故障不是由线圈自身引起。

考虑该伪影出现在三平面和弥散序列，而这两个序列都属于梯度序列，梯度系统可能存在异常[12]。做系统梯度测试，测试结果报错“Gradient Driver Test-Static Test Failed on the Z Axis”，意为Z轴梯度静态测试失败，说明Z轴梯度放大器可能存在问题[13]。

交换Z和Y轴梯度放大器上的控制板，再做测试，系统报错变为Y轴，说明问题出现在Z轴梯度放大器的控制板上[14]。取下控制板，仔细观察发现该电路板上的一个35 V 1000 uf的电解电容顶部微鼓，用万用表电容档测量后确认其损坏。

2.2.3 故障解决

更换同型号的电容后，做梯度测试正常，扫描图像三平面和DWI图像重影消失。

3 总结分析

根据日常工作经验，总结得出以下维修方法。

3.1 三个轴梯度放大器只亮“GATDR”灯和“UV”灯

该现象表示X，Y和Z轴梯度放大器同时检测到梯度电源无电压供给，梯度电源停止了对X，Y，Z三个梯度放大器的电压输出，通常三个梯度放大器控制板会同时亮“UV”灯。这时，需要同时观察梯度电源的控制板是否有“ISEC”或者“ISOC”灯点亮[15]。

如没有“ISEC”或者“ISOC”灯点亮，说明梯度放大器没有过流的情况发生，故障点在梯度电源，通常是梯度电源的整流桥堆短路。梯度电源分别有X，Y和Z三路一模一样的电源输出，每一路电源输出有四个桥堆，型号是IXYS DSEI 2X61-12B[16]。

如有“ISEC”或者“ISOC”灯点亮，说明对应的X，Y或者Z轴的梯度放大器肯定有短路，通常是IGBT短路（已在本文2.1中叙述）或者母线排上的方形电容短路，梯度放大器作为梯度电源的负载，如果出现短路故障，很可能会烧毁梯度电源，所以存在梯度放大器和梯度电源同时故障的情况，要同时检测梯度放大器的IGBT或电容和梯度电源的整流桥堆是否有短路[17]。

3.2 梯度放大器只亮“GATDR”灯和“OV”

该现象表示梯度放大器检测到梯度电源输出电压过高，因为母线排下方的375 V，3900 UF的电解电容泄露电解液，导致输入端分压电路的电阻值发生改变，从而分压比发生改变，导致OV[18]。

3.3 梯度放大器只亮“GATDR”灯和“CUV”

“CUV”表示梯度放大器门控驱动板的控制电压低，原因有两个：① 门控驱动板的控制回路短路（钽电容或二极管短路，已在本文2.1节中叙述）；② IGBT的控制端短路，导致控制电压低（IGBT控制端正常是开路状态，阻抗无限大）。门控驱动板原装钽电容型号是CN22-35L，可以使用226V 125K2代替[19]，二极管型号是ED 2C，可以使用4148代替[20]。