寧夏醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院 放射科，寧夏 銀川 750004

引言

核磁共振中的梯度系統(tǒng)用于進(jìn)行空間定位，由X、Y、Z三個(gè)梯度線圈分別產(chǎn)生三個(gè)軸向的梯度磁場(chǎng)疊加在主磁場(chǎng)上，由此使成像區(qū)域內(nèi)各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度各不相同，決定層面位置，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的空間位置編碼，并且在掃描過(guò)程中可以快速改變磁場(chǎng)的方向與強(qiáng)度，迅速完成三維編碼[1]。梯度線圈的線性是衡量梯度場(chǎng)平穩(wěn)性的指標(biāo)。線性越好，表明梯度場(chǎng)越精確，圖像的質(zhì)量就越好，如果梯度場(chǎng)的線性不佳，圖像的邊沿上可能產(chǎn)生空間和強(qiáng)度的畸變[2]。

梯度放大器負(fù)責(zé)給梯度線圈供電，使得梯度線圈在成像空間產(chǎn)生一個(gè)線性變化的梯度磁場(chǎng)，故梯度放大器單元是核磁共振設(shè)備的核心部件之一[3]。為獲得高質(zhì)量的圖像，要求梯度放大器能對(duì)電感負(fù)載（梯度線圈）提供精度高、變化快的電流脈沖，其典型輸出波形為梯形[4]。梯度放大器的控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)器件（IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistor）的占空比，來(lái)改變輸出電壓[5]。

1 GE Signa HDxt 1.5T MR梯度系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示，GE公司的Signa HDxt核磁共振的梯度系統(tǒng)主要包含：梯度數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的傳輸部分（SRF/TRF板和STIF板）；梯度系統(tǒng)處理器（GIP/GAP/GP）；X、Y和Z軸三個(gè)梯度放大器（Amp）和一個(gè)梯度電源（Power Supply）；濾波器（Filter）；梯度線圈（Gradient coils）[6]。

圖1 GE Signa HDxt 1.5T MR梯度系統(tǒng)的工作原理

1.1 梯度系統(tǒng)正常的狀態(tài)燈

GE signa HDxt 1.5T MR的梯度系統(tǒng)，在梯度電源控制板和梯度放大器控制板上提供了很多狀態(tài)指示燈，可以非常明確地指示梯度電源和梯度放大器的故障狀態(tài)，根據(jù)廠家提供的維修手冊(cè)，可以很明確地知道每個(gè)狀態(tài)燈所指示的含義。正常狀態(tài)下，梯度電源控制板會(huì)亮“FREQ”“GD”“LEFT FF”“RIGHT FF”和“ENABLE”五個(gè)燈，梯度放大器控制板只有“GATDR”一個(gè)燈亮，如出現(xiàn)其他狀態(tài)燈點(diǎn)亮的情況，則表明可能有故障發(fā)生[7]。

1.2 狀態(tài)燈指示的含義

1.2.1 梯度放大器狀態(tài)燈

梯度放大器常見的故障，一般會(huì)導(dǎo)致三個(gè)指示燈點(diǎn)亮（桔黃色）[8]。

（1）“UV”表示梯度放大器供電電壓過(guò)低，也就是梯度放大器輸出電壓低于正常值或者沒(méi)有輸出；

（2）“OV”表示梯度放大器供電電壓過(guò)高，也就是梯度放大器輸出電壓高于正常值；

（3）“CUV”表示梯度放大器的門控驅(qū)動(dòng)板控制電壓低。

1.2.2 梯度電源狀態(tài)燈（X，Y，Z分別代表三個(gè)梯度軸向的輸出）[9]。

梯度電源常見的故障，一般會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，如表1所示。

表1 梯度電源故障燈

2 梯度系統(tǒng)常見故障兩例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

系統(tǒng)無(wú)法掃描，提示梯度系統(tǒng)沒(méi)有準(zhǔn)備好，錯(cuò)誤日志中提示“The GP report SGA Power Supply Internal Wiring Faults or Control Under voltages”，意為：梯度處理器報(bào)告梯度電源內(nèi)部線路故障或者控制電壓低[10]。

2.1.2 故障分析

根據(jù)錯(cuò)誤日志提示的內(nèi)容，觀察梯度電源控制板和梯度放大器控制板的狀態(tài)指示燈，發(fā)現(xiàn)Z軸放大器控制板上“CUV”燈亮，對(duì)應(yīng)手冊(cè)中的解釋，表明梯度放大器門控驅(qū)動(dòng)板的控制電壓低，同時(shí)X軸，Y軸和Z軸梯度放大器控制板上“UV”燈都亮，表明梯度電源的供電電壓低于正常值或沒(méi)有供電輸出。

梯度電源控制板上“ISECZ”燈亮，對(duì)應(yīng)手冊(cè)中的解釋“They will light up when the Gradient Amplifier for that axis pulls current from the power supply”，表明梯度電源檢測(cè)到Z軸梯度放大器拉低了電源的輸出電壓，可能Z軸梯度放大器存在過(guò)流的情況。

2.1.3 故障解決

查Z軸梯度放大器門控驅(qū)動(dòng)板，發(fā)現(xiàn)一個(gè)貼片鉭電容（型號(hào)35V 22UF）和一個(gè)貼片二極管（型號(hào)ED 2C）擊穿，更換同型號(hào)元件，開機(jī)測(cè)試，“CUV”故障燈滅，故障消除。

查Z軸梯度放大器內(nèi)部線路，拆除上面的電容板，使用萬(wàn)用表二極管檔檢測(cè)，如圖2所示，②腳對(duì)①腳和①腳對(duì)③腳有短路的情況，更換同型號(hào)IGBT，“UV”故障燈滅，故障消除。

圖2 FF300R12KS4型IGBT內(nèi)部電路

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

系統(tǒng)掃描功能正常，系統(tǒng)掃描無(wú)報(bào)錯(cuò)，但掃描時(shí)三平面圖像和DWI ( Diffusion Weighted image ) 圖像有重影[11]，如圖3，其他T1，T2等序列圖像正常。

圖3 重影故障圖像

2.2.2 故障分析

首先分別測(cè)試體模式，頭模式和多通道線圈掃描，該重影都存在，說(shuō)明故障不是由線圈自身引起。

考慮該偽影出現(xiàn)在三平面和彌散序列，而這兩個(gè)序列都屬于梯度序列，梯度系統(tǒng)可能存在異常[12]。做系統(tǒng)梯度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果報(bào)錯(cuò)“Gradient Driver Test-Static Test Failed on the Z Axis”，意為Z軸梯度靜態(tài)測(cè)試失敗，說(shuō)明Z軸梯度放大器可能存在問(wèn)題[13]。

交換Z和Y軸梯度放大器上的控制板，再做測(cè)試，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)變?yōu)閅軸，說(shuō)明問(wèn)題出現(xiàn)在Z軸梯度放大器的控制板上[14]。取下控制板，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)該電路板上的一個(gè)35 V 1000 uf的電解電容頂部微鼓，用萬(wàn)用表電容檔測(cè)量后確認(rèn)其損壞。

2.2.3 故障解決

更換同型號(hào)的電容后，做梯度測(cè)試正常，掃描圖像三平面和DWI圖像重影消失。

3 總結(jié)分析

根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)得出以下維修方法。

3.1 三個(gè)軸梯度放大器只亮“GATDR”燈和“UV”燈

該現(xiàn)象表示X，Y和Z軸梯度放大器同時(shí)檢測(cè)到梯度電源無(wú)電壓供給，梯度電源停止了對(duì)X，Y，Z三個(gè)梯度放大器的電壓輸出，通常三個(gè)梯度放大器控制板會(huì)同時(shí)亮“UV”燈。這時(shí)，需要同時(shí)觀察梯度電源的控制板是否有“ISEC”或者“ISOC”燈點(diǎn)亮[15]。

如沒(méi)有“ISEC”或者“ISOC”燈點(diǎn)亮，說(shuō)明梯度放大器沒(méi)有過(guò)流的情況發(fā)生，故障點(diǎn)在梯度電源，通常是梯度電源的整流橋堆短路。梯度電源分別有X，Y和Z三路一模一樣的電源輸出，每一路電源輸出有四個(gè)橋堆，型號(hào)是IXYS DSEI 2X61-12B[16]。

如有“ISEC”或者“ISOC”燈點(diǎn)亮，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的X，Y或者Z軸的梯度放大器肯定有短路，通常是IGBT短路（已在本文2.1中敘述）或者母線排上的方形電容短路，梯度放大器作為梯度電源的負(fù)載，如果出現(xiàn)短路故障，很可能會(huì)燒毀梯度電源，所以存在梯度放大器和梯度電源同時(shí)故障的情況，要同時(shí)檢測(cè)梯度放大器的IGBT或電容和梯度電源的整流橋堆是否有短路[17]。

3.2 梯度放大器只亮“GATDR”燈和“OV”

該現(xiàn)象表示梯度放大器檢測(cè)到梯度電源輸出電壓過(guò)高，因?yàn)槟妇€排下方的375 V，3900 UF的電解電容泄露電解液，導(dǎo)致輸入端分壓電路的電阻值發(fā)生改變，從而分壓比發(fā)生改變，導(dǎo)致OV[18]。

3.3 梯度放大器只亮“GATDR”燈和“CUV”

“CUV”表示梯度放大器門控驅(qū)動(dòng)板的控制電壓低，原因有兩個(gè)：① 門控驅(qū)動(dòng)板的控制回路短路（鉭電容或二極管短路，已在本文2.1節(jié)中敘述）；② IGBT的控制端短路，導(dǎo)致控制電壓低（IGBT控制端正常是開路狀態(tài)，阻抗無(wú)限大）。門控驅(qū)動(dòng)板原裝鉭電容型號(hào)是CN22-35L，可以使用226V 125K2代替[19]，二極管型號(hào)是ED 2C，可以使用4148代替[20]。