医用磁共振系统成像原理与故障分析

王迪声

（解放军总院医疗保障中心医学工程科，北京 100036）

0 引言

医用磁共振系统主要由磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机及图像处理系统组成，其中，梯度系统是磁共振系统最重要的组成部分，主要由梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器以及梯度冷却装置等组成[1-2]。磁共振系统是大型精密医学影像设备，与X 射线成像设备有着本质的区别，在各级医院得到了广泛应用。磁共振成像系统具有无辐射、分辨率高，且多方位、多参数、多序列成像的优点，为临床诊断提供丰富的医学诊断数据，从而进行分析判断疾病的分子水平，为临床提供更多优质的影像信息[3-4]。

为提升了临床工程师的维修技能，本文概述磁共振成像系统成像原理的基本要点，分别就GE Signa HDxt 3.0T 双梯度磁共振系统数据容积重建引擎VRE 故障和GE Signa HDxt 1.5T 双梯度磁共振系统出现的Coil ID 错误提示进行故障分析与排查。

1 磁共振成像原理

MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）是一种核物理现象，通过利用原子核并对其在磁场共振时发出的信号、经计算机空间编码进行重建后形成图像的一种处理技术，即利用磁场与射频脉冲使人体组织内自旋运动的氢核（H+）发生振动产生射频信号，经计算机处理而成像，其在疾病的诊断、治疗和疗效评估等方面发挥着不可替代的优势[5-6]。磁共振系统在成像方面具有无辐射、无损伤、多参数成像、无骨伪影干扰、对人体无伤害的优点，可以提供形态学的结构信息，能够反应活体组织结构、功能和代谢改变，使现代医学对磁共振检查的依赖性越来越突出[7]。磁共振成像很少出现对比剂反应现象，相对螺旋CT 成像，磁共振成像对骨组织和钙化显示不明显，且在检查环境和禁忌症方面处于劣势[8]。

磁共振系统属于大型高、精、尖类医学设备，集计算机技术、电子技术、低温超导技术和电磁技术等多学科领域技术为一体。磁共振系统由主磁体、梯度线圈、射频线圈、计算机及其软件系统等组成，磁共振系统成像原理如图1 所示[9-10]，其中，磁共振系统的磁场强度越高，图像信噪比越高，形成的图像质量就越好；磁共振系统的磁场均匀度直接影响到磁共振波谱和成像质量，是评价磁共振成像质量的重要指标；梯度线圈的梯度场强越大，扫描层越薄，图像空间分辨率越高；采用梯度线圈真坑隔绝、静音扫描等多种技术来降低梯度线圈的噪声；射频线圈应根据临床需求进行选择，不同厂家相控阵线圈的单元数并不相同；计算机及其软件系统提供多种并行处理能力，其CPU 主存、主内存、存储硬盘均要求最高性能，因此需要配置最高档计算机[11]。

图1 磁共振系统成像原理

2 故障分析

2.1 故障1

2.1.1 故障现象

GE Signa HDxt 3.0T 双梯度磁共振系统无法扫描，出现“Reference Scan has stopped.NO MrMail available”错误代码提示。

2.1.2 故障分析

根据故障现象，进入系统查看故障信息记录，显示:“Dummy packet was sent to TPS by Scan because Scan couldn't get Start Recon reply processing”故障信息。经分析，造成该故障的原因可能是数据容积重建引擎（Volumefrecon Engine，VRE）出现异常。进一步分析，该机的VRE 用于数据重建，主要由接口控制通知（Image Compute Node，ICN）sun 服务器和两块容积数据接收滤波器（Volume Date Receiving Filter，VRF）的接口卡组成，都安装在电源和射频系统的机柜内；容积数据接收滤波器VRF 又安装在接口控制通知ICN sun 服务器的后端，ICN 与VRF 通过光纤和信号接收装置连接，作用是转换光信号[12]。

另外，该机序列控制系统由接口和远程控制（Interface and Remote Functions，IRF）、应用网管处理器AGP、触发及旋转功能TRF 电路板组成。其中，接口和远程控制IRF 电路板是放射装置、接收装置和梯度系统之间的通信接口；应用网管处理器AGP 则通过以太网和主机进行通信，通过PCI 总线和触发及旋转功能TRF 电路板相连，应用网管处理器AGP 通过接收主机的指令信号并将信号传输到触发及旋转功能TRF 电路板，从而产生相应的射频和梯度波形。

根据故障现象，分析序列控制系统的基本框架后，再分析数据容积重建引擎VRE 的基本情况。查阅相关技术资料，数据容积重建引擎VRE 由ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 组成。为了确认故障，进入服务界面，检测数据容积重建引擎VRE 与主机、数据容积重建引擎VRE 与ICN 之间的通信是否正常，在SERVICE 界面依次选择DIAGNOSTICS,选择SYSTEM FUNCTION，选择RECON，选择VRE COMMUNICATION DIAGNOSTICS,然后进行测试，测试经过失败。利于系统工具检测ICN1、ICN2、ICN3 和ICN4 的测试情况，经过ICN1、ICN3 和ICN4 测试通过，但ICN2 测试失败，多次反复测试，结果如此，判断ICN2 故障，更换相同型号的ICN2 后，数据容积重建引擎VRE正常，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障现象

GE Signa HDxt 1.5T 双梯度磁共振系统开机后不能进行扫描，错误代码提示Coil ID。

2.2.2 故障分析

根据故障现象，错误代码为Coil ID，即扫描线圈不能识别，故障发生后，观察红绿指示灯，发现红灯常亮，绿灯不亮。经分析，该机具有线圈连接识别检测系统，每个线圈里都有Coil ID chip，即线圈身份识别号，当扫描病人使用的线圈插入线圈座后，红色指示灯先电量，系统识别线圈被后，绿色指示灯点亮，红色指示灯不亮[13]。本故障为扫描线圈不能识别，重新排放水模后，排除病人体位和定位操作无误，重点考虑硬件故障。经分析，扫描间接口板（SRI3）与16 通道开关板（16 channel switch）相连，然后16 通道开关板与多通道线圈检测盒 (MR coil with coil ID box)相连，多通道线圈检测盒与线圈插座连接。

扫描线圈与接口A（Port A）连接，16 通道开关板（16 channel switch）由24 V 电源供电，并作为控制信息传输的重要组件。扫描线圈无法识别，首先排查数据传输是否通常，于是将扫描床推到最前端，打开扫描床后面的外壳，重新插拔与线圈相连接的接口A（Port A）和16 通道开关板（16 channel switch），检查中发现接口A（Port A）有松动的痕迹，处理后重新插拔，将扫描床的外壳装上，开机，磁共振恢复正常，故障排除。

3 讨论

磁共振系统结构复杂、成本高、维修困难、配件昂贵、维修时间长，且对维修工作有很高的专业技术和维修标准。因此，当磁共振系统发生故障时，临床工程师一定要保持清晰的维修思路，根据磁共振系统的组成结构和工作原理，结合故障代码按照顺藤摸瓜的方式逐步排除[14]。如故障1 中GE Signa HDxt 3.0T 双梯度磁共振系统数据容积重建引擎VRE 故障的维修分析思路，故障2 则属于常规的检修思路和流程。特别要强调系统掌握磁共振系统的组成结构和工作原理将对维修分析和结果排除起到事半功倍的作用，这点要引起足够重视。因此，为保障磁共振系统运行的安全性和稳定性，发生故障后，临床工程师应根据故障现象查阅故障代码，结合磁共振系统的组成结构和成像原理，在第一时间将故障排除，必要时与厂家工程师联系，将有利于减少故障的排查时间[15-16]。

4 结语

磁共振成像是目前临床不可或缺的医学影像检查方法，在系统疾病的诊断中起着非常重要的作用。磁共振系统是精密的医学影像设备，其组成结构和成像原理非常复杂，在运行过程中对电源、温度、湿度和信号屏蔽有很高的要求，且容易产生各种故障和不安全风险[17]。在日常工作中，临床工程师要做好磁共振系统的质量保障和质量控制，严格按照规范化操作，做好磁共振的预防性维护工作，保障磁共振系统的正常运行，做到设备的精细化管理，提高磁共振图像质量及检测准确性，提升患者满意度，降低风险事件发生率。