蔣秉梁 王曉堂

1 磁共振成像概述

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是一種物理現(xiàn)象，又稱為核磁共振(MR)。MR是生物磁自旋成像技術(shù)，它是利用原子核自旋運(yùn)動的特點(diǎn)，在外加磁場內(nèi)，經(jīng)射頻脈沖激發(fā)后產(chǎn)生信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸入計算機(jī)，最后經(jīng)過圖像處理轉(zhuǎn)換方能在屏幕上看到圖像。MRI所提供的信息量大于目前醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他成像技術(shù)，且其成像方式不同于已有的成像技術(shù)，因此，MR檢查對疾病的診斷具有極大的優(yōu)越性。MRI圖像可以直接作出患者的橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會產(chǎn)生例如CT檢測中的偽影；不需注射造影劑；無電離輻射，對人體沒有不良影響。

2 MRI的磁體按照硬件分類

MRI的磁體分為永磁型磁體、常導(dǎo)型磁體和超導(dǎo)型磁體3種，不同的磁體直接關(guān)系到磁場強(qiáng)度、均勻度和穩(wěn)定性，并影響MRI的圖像質(zhì)量。通常是用磁體類型來說明MRI設(shè)備的類型，比如永磁MR、常導(dǎo)MR、超導(dǎo)MR。

(1)永磁型主磁體由多個永磁材料制成的磁塊按照設(shè)計的空間分布拼接而成，目前絕大多數(shù)永磁型MRI為低場強(qiáng)開放式，永磁型主磁體通常采用U形臂或C形臂或雙立柱來支撐，一般由上下2組磁體構(gòu)成，2組磁體之間的空間距離成為患者的檢查空間。

(2)常導(dǎo)型磁體的線圈導(dǎo)線采用普通導(dǎo)電性材料(通常是銅線)，由于耗能大，對電源穩(wěn)定性要求較高，目前已經(jīng)被永磁性磁體和超導(dǎo)型磁體取代。

(3)超導(dǎo)磁體，其線圈采用超導(dǎo)材料制成，將其置于接近絕對0度的超低溫環(huán)境中，因此，導(dǎo)線內(nèi)的電阻抗幾乎為0。線圈一旦通電后在無需繼續(xù)供電的情況下導(dǎo)線內(nèi)的電流一直存在，并產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，目前超導(dǎo)磁體幾乎為中高場強(qiáng)的MRI。在磁介質(zhì)不變的前提下，其磁場強(qiáng)度主要取決于線圈的匝數(shù)和電流，超導(dǎo)磁體多采用螺線管線圈，在磁體的兩端增加線圈匝數(shù)來增減磁場強(qiáng)度。最常見的磁體為圓筒型磁體，圓筒型磁體產(chǎn)生的磁場通常為水平磁場，磁力線與人體長軸平行。按照場強(qiáng)大小，MRI可分為4類，0.5 T以下的MRI儀稱為低場機(jī)；0.5～1.0 T的稱為中場機(jī)；1.0～2.0 T的稱為高場機(jī)(1.5 T為代表)；＞2.0 T的稱為超高場機(jī)(3.0 T為代表)。MRI設(shè)備基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MRI設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意圖

3 MRI設(shè)備的主要系統(tǒng)

3.1 MRI的梯度系統(tǒng)

梯度系統(tǒng)作為核磁共振的一個非常重要的硬件，是由梯度線圈、梯度放大器、梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、梯度冷卻系統(tǒng)組成。梯度系統(tǒng)是產(chǎn)生線性變化的梯度磁場，梯度磁場的作用主要有施加擴(kuò)散敏感梯度場，用于水分子擴(kuò)散加權(quán)成像；進(jìn)行MRI信號的空間定位編碼；進(jìn)行流動補(bǔ)償；產(chǎn)生MRI回波，磁共振回波信號是由梯度場切換產(chǎn)生的；進(jìn)行流動液體的流速相位編碼等。

GE signa 1.5 T磁共振在使用過程中曾出現(xiàn)梯度線圈磁場報錯等掃描無法進(jìn)行的故障。檢索錯誤信息日志，提示的錯誤信息是X軸，檢查梯度電源柜，X軸電源柜有紅燈報警，懷疑為軟故障，大關(guān)機(jī)后重新啟動系統(tǒng)，自檢程序提示X軸報錯，無法進(jìn)入掃描程序。打開X軸電源柜后，檢查發(fā)現(xiàn)是X軸的電源控制部分故障，拆下電路控制板后經(jīng)過維修、更換了元器件，梯度工作和掃描均正常。類似同樣故障在Y軸和Z軸上也出現(xiàn)過。采用同樣的方法均得以解決。在Philips gyroscan 1.5 T的使用過程中也出現(xiàn)過梯度報錯，掃描無法進(jìn)行的故障。該設(shè)備采用雙梯度技術(shù)，有一套梯度線圈(X、Y、Z軸上各有一個線圈)，而梯度放大器確有2套。檢查梯度電源柜，發(fā)現(xiàn)X軸的一個梯度電源柜error燈亮，采用替換法，將Z軸的2號梯度柜置換到X軸報錯的梯度柜，選定好撥碼開關(guān)的位置開機(jī)，定位相能掃描。T1能掃描而T2無法掃描，無法達(dá)到臨床的使用要求。拆卸X軸梯度電源柜檢查發(fā)現(xiàn)，并非控制部分故障而是電源部分故障，將懷疑損壞的元器件更換后，電源柜正常工作，掃描正常。

3.2 MRI的射頻系統(tǒng)

MRI的射頻系統(tǒng)是由射頻發(fā)生器、射頻放大器和射頻線圈等構(gòu)成，射頻發(fā)射器與MR信號接收器為射頻系統(tǒng)，射頻發(fā)射器是為了產(chǎn)生臨床檢查目的不同的脈沖序列，以激發(fā)人體內(nèi)氫原子核產(chǎn)生MR信號。脈沖序列發(fā)射完全在計算機(jī)控制之下。在所有的射頻線圈中只有一個線圈即安裝在主磁體內(nèi)的體線圈(body coil)，其他的線圈需要操作者擺放于不同的檢查部位，理論上所有的線圈均可以作為發(fā)射線圈和接收線圈，但是絕大多數(shù)表面線圈發(fā)射的磁場很不均勻，通常不用作發(fā)射線圈，只作為接收線圈，發(fā)射線圈的工作是由安裝于主磁體內(nèi)的體線圈來承擔(dān)。體線圈和頭顱正交線圈發(fā)射的射頻場及接收的穿透力在整個線圈容積內(nèi)非常均勻，因此既可作為發(fā)射線圈又可同時作為接收線圈。

MRI在使用過程中出現(xiàn)的射頻線圈故障，多數(shù)是由于線圈的插頭和主線長時間的頻繁使用，插針?biāo)蓜踊蛘咧骶€斷的故障，經(jīng)過測量則可查出故障所在并可解決其問題。射頻電源柜的故障是出現(xiàn)在Philips gyroscan 1.5 T這臺機(jī)器上的，掃描定位相出現(xiàn)提示射頻放大器故障錯誤。檢查error log后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)一共報了以下故障；Fault 97 AVerage Power Trip；Fault 26 IPA Bias Low。大關(guān)機(jī)后重啟系統(tǒng)。排除軟故障后，確定是射頻電源柜的問題，經(jīng)過仔細(xì)的檢查發(fā)現(xiàn)射頻電源柜內(nèi)部的升壓電容出現(xiàn)故障，更換配件后，恢復(fù)正常。

3.3 MRI的計算機(jī)系統(tǒng)

計算機(jī)系統(tǒng)屬于MRI儀的大腦，控制著MRI儀的射頻脈沖激發(fā)、信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算和圖像顯示等功能。其中主要系統(tǒng)順序分別為：①掃描控制系統(tǒng)(scan control processor，SCP)，產(chǎn)生序列脈沖的全部硬件開關(guān)信號，控制全部硬件(射頻、梯度、采樣、重建)的開始及結(jié)束時間點(diǎn)；②定位引起的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，對應(yīng)梯度的控制，以及對序列相關(guān)調(diào)試系統(tǒng)(sequence related function，SRF)的觸發(fā)控制。③SRF負(fù)責(zé)序列中梯度系統(tǒng)渦流校正補(bǔ)償及對梯度的觸發(fā)控制；④發(fā)射射頻控制器(interface related function，IRF)負(fù)責(zé)主時鐘的同步，控制發(fā)射射頻系統(tǒng)中心頻率、起始中止時間、相位調(diào)制以及信號強(qiáng)度；⑤數(shù)字濾波器(digital receiver filter，DRF)，對由IRF發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行頻率解調(diào)，去除掉載波頻率，同時還進(jìn)行一定的降噪處理；⑥采樣處理子系統(tǒng)(acquisition processing subsystem，APS)，根據(jù)主機(jī)序列所對應(yīng)的掃描參數(shù)，負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)按空間順序、層面關(guān)系及平均次數(shù)排列組合，并把排好的空間發(fā)給重建處理器；⑦Reflex AP重建處理器。專門負(fù)責(zé)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換。

3.4 MRI的主控計算機(jī)系統(tǒng)

主控計算機(jī)系統(tǒng)的故障率一般很低，只要注意平時的保養(yǎng)和除塵即可。GE signa 1.5 T主控計算機(jī)出現(xiàn)過主機(jī)開機(jī)后報警，一長兩短的報警聲音，判斷是顯卡不啟動的故障，更換了同型號的顯卡后，工作正常。Philips gyroscan 1.5 T曾經(jīng)在掃描過程中出現(xiàn)軟件故障，系統(tǒng)提示內(nèi)部錯誤，重新安裝軟件后恢復(fù)正常。注意在恢復(fù)軟件的安裝過程中，首先要做好患者資料的備份，并確保主機(jī)的光驅(qū)和MO均屬正常。根據(jù)提示，在主控計算機(jī)內(nèi)部有2個硬盤，數(shù)據(jù)盤和系統(tǒng)盤，選擇好系統(tǒng)盤安裝即可。Philips gyroscan 1.5 T還出現(xiàn)過一次傳輸患者信息至PACS時穿一半就報錯，經(jīng)查是數(shù)據(jù)盤有壞道，更換數(shù)據(jù)盤，進(jìn)入軟件做reinstall，等待750 s后進(jìn)入系統(tǒng)，一切正常。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)重建圖像不完全報錯的時候，重新格式化數(shù)據(jù)盤是一種比較有效的方法。

除了本文前面介紹的4大系統(tǒng)外，MRI儀還需要一些輔助設(shè)施方能構(gòu)成一個完全的系統(tǒng)，MRI儀輔助設(shè)施主要包括：①檢查床及定位系統(tǒng)，用于檢查時承載患者，并進(jìn)行患者的精確定位；②液氦及水冷系統(tǒng)，超導(dǎo)磁體需要浸泡在超低溫的液氦密封罐中，本院的2臺MRI均為1～2年更換1次液氦。梯度系統(tǒng)等則需要水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫；③圖像傳輸、存儲及膠片處理系統(tǒng)，MRI主設(shè)備能夠存儲的圖像是有限的，因此患者的圖像資料需要存儲到其他設(shè)備上，圖像的存儲可以在主機(jī)上進(jìn)行光盤的刻錄或者傳輸?shù)絇ACS等其他存儲設(shè)備上。圖像需要用相機(jī)打印出來膠片，以便于臨床診斷的需要。

4 結(jié)語

醫(yī)院的維修工程師應(yīng)掌握MRI系統(tǒng)的日常維護(hù)與發(fā)生故障的相關(guān)性。MR系統(tǒng)的任何部分出現(xiàn)故障都能導(dǎo)致不掃描，造成停機(jī)后無法掃描患者。目前做的最多的保養(yǎng)大多數(shù)是系統(tǒng)的外圍部分，如制冷機(jī)組、系統(tǒng)電源是巡視和維護(hù)的重點(diǎn)。對于MR系統(tǒng)任何部分所出現(xiàn)的不正常現(xiàn)象，查看系統(tǒng)的ERROR LOG,認(rèn)真分析錯誤代碼所提示的內(nèi)容，防止釀成大的故障和損壞。做好認(rèn)真全面的日常保養(yǎng)對減少故障性停機(jī)是一種非常有效的方法。

[1]倪萍.磁共振安全運(yùn)轉(zhuǎn)的幾個要素[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2003,24(10):345-346．

[2]徐兵,郭必納.GE1.5T磁共振軟件保養(yǎng)與故障分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006.27(7):89-90．

[3]潘偉聰.核磁共振成像的使用管理與維護(hù)維修[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2007,4(4):30-32．

[4]黃詠文,孫聚葆.1.5超導(dǎo)磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理及日常維護(hù)[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2007,4(7):65-66．

[5]Ernst R,Bodenhausen G,W okaun A.一維和二維核磁共振原理[M].北京:科學(xué)出版社,1997:6-12.

[6]Lerner L,Horita DA,Teaching high-resolution nuclear magnetic resonance to graduate students in biophysics[J].Biophys,1993,65(6):2692-2697.