張法輪（通信作者），施展

1 江蘇衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院 （江蘇南京 211800）；2 西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司 （江蘇南京 210009）

偽影是指醫(yī)學(xué)圖像上出現(xiàn)的某些結(jié)構(gòu)或信號(hào)強(qiáng)度，但被成像物體中并無與之對應(yīng)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。偽影是由成像技術(shù)產(chǎn)生的，主要表現(xiàn)為圖像變形、模糊、疊加或缺失[1]。磁共振成像過程中，偽影問題時(shí)有發(fā)生。如卷褶偽影、交叉?zhèn)斡?、截?cái)鄠斡昂腿莘e效應(yīng)偽影是由不合適的序列或參數(shù)造成的，化學(xué)位移偽影是磁共振成像固有的，運(yùn)動(dòng)偽影和金屬異物偽影與患者有關(guān)[2]。多數(shù)偽影可通過優(yōu)化序列參數(shù)或規(guī)范操作進(jìn)行改善。但尖峰噪聲（Spike）偽影通常與硬件故障有關(guān)，引發(fā)因素多、偶發(fā)性強(qiáng)、排查難度大。本研究以西門子 MAGNETOM Trio 3.0 T磁共振成像系統(tǒng)為研究對象，對使用過程中遇到的Spike 偽影展開分析，依次從外部環(huán)境、射頻系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)3 個(gè)方面由淺入深地展開排查，探討Spike 偽影的解決方案及具體步驟。

1 Spike 偽影產(chǎn)生的機(jī)理

磁共振成像掃描過程中，受硬件故障、靜電、機(jī)械振動(dòng)等因素的影響，電流在不同介質(zhì)接觸面出現(xiàn)“打火”（電火花）現(xiàn)象并產(chǎn)生高頻射頻脈沖。部分高頻射頻脈沖頻率與磁共振的共振頻率較為接近，在成像過程中被線圈采集，該信號(hào)在原始數(shù)據(jù)（K 空間）中產(chǎn)生幅值很大的點(diǎn)，也稱為Spike 點(diǎn)，即Spike 偽影[3]。Spike 偽影的典型特點(diǎn)是偽影呈現(xiàn)波浪形或網(wǎng)格狀，如圖1 所示。在K空間中可以明顯發(fā)現(xiàn)若干高亮信號(hào)，此高亮信號(hào)即Spike 偽影，如圖2 所示。臨床診斷過程中，Spike 偽影輕則影響圖像質(zhì)量，干擾影像醫(yī)師的診斷；重則導(dǎo)致圖像病灶部位被覆蓋，造成醫(yī)師無法診斷。

圖1 典型Spike 偽影

圖2 K 空間高亮信號(hào)

2 與外部環(huán)境相關(guān)的Spike 偽影

2.1 故障現(xiàn)象

磁共振成像掃描過程中，偶發(fā)出現(xiàn)Spike 偽影，且該偽影在各檢查部位均有出現(xiàn)。

2.2 故障分析

由于Spike 偽影的偶發(fā)性和多發(fā)性特點(diǎn)，判斷并排除干擾源的難度極大。各檢查部位均出現(xiàn)過Spike 偽影，則偽影源頭可能來自外部環(huán)境，也可能由設(shè)備自身硬件故障導(dǎo)致。本著先易后難、由外及內(nèi)的維修原則，首先應(yīng)排除外部環(huán)境原因。

2.3 故障排除

首先，排查磁體間各類輔助設(shè)備。常見磁共振輔助設(shè)備包括無磁高壓注射器、腦功能激勵(lì)裝置等各類科研設(shè)備，可通過排除法鎖定Spike 偽影的來源：依次將各輔助設(shè)備移出磁體間，打開Spike 測試程序（ 測試路徑：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”），擺放好測試水模后，運(yùn)行測試程序5～8 次，查看測試報(bào)告是否為“OK”。需要注意的是，Spike 偽影通常與“打火”（電火花）有關(guān)，開展Spike 測試時(shí)，需將各輔助設(shè)備通電并保持工作狀態(tài)。

其次，依次檢查天花板金屬零件是否松動(dòng)，磁體間屏蔽門銅片是否脫落，是否有金屬被吸入磁體內(nèi)或磁體下，磁體外殼是否松動(dòng)。由于磁共振成像掃描過程存在較強(qiáng)的震動(dòng)，外圍部件松動(dòng)引起的接觸不良均可能導(dǎo)致Spike 偽影。

最后，檢查磁體間燈光照明系統(tǒng)?，F(xiàn)代磁共振成像系統(tǒng)采用有源屏蔽技術(shù)，磁體間強(qiáng)磁場被限制在一定區(qū)域內(nèi)，但磁體間燈光照明系統(tǒng)依然受磁場影響，因此燈光照明系統(tǒng)的使用壽命通常低于設(shè)計(jì)壽命。部分故障燈泡雖然已不亮，但燈絲尖端仍可能“打火”。全面檢查磁體間所有照明燈是否是直流燈，并及時(shí)更換故障燈泡[4]。關(guān)閉磁體間照明系統(tǒng)直流電，并將照明系統(tǒng)電源濾波器與屏蔽層連接，確保電源濾波器接地。先運(yùn)行測試程序3～5 次，再打開照明系統(tǒng)電源后再運(yùn)行測試程序3～5 次，對比前后測試報(bào)告可判斷Spike 偽影是否與照明系統(tǒng)有關(guān)。

通過以上排查，最終確定此次Spike 偽影故障與燈泡有關(guān)。故障燈泡使用過程中偶發(fā)“爆閃”，其產(chǎn)生的高頻射頻脈沖恰好被線圈采集引起Spike 偽影。更換故障燈泡后故障解決。

3 與射頻系統(tǒng)相關(guān)的Spike 偽影

3.1 故障現(xiàn)象

磁共振成像掃描過程中偶發(fā)Spike 偽影，頭部彌散圖像受影響最大，其他部位掃描未見類似偽影。

3.2 故障分析

相比其他序列，彌散序列掃描過程中震動(dòng)較強(qiáng)，頭部線圈內(nèi)部接觸不良可能導(dǎo)致Spike 偽影。因此，主要排查方向?yàn)槌上裥蛄泻途€圈。

3.3 故障排除

首先，排查Spike 偽影和頭部彌散序列是否有關(guān)。由于磁共振成像掃描時(shí)間較長，個(gè)別技師可能會(huì)調(diào)整序列參數(shù)以提高掃描速度。但磁共振成像的圖像質(zhì)量和掃描速度不可兼得，序列參數(shù)調(diào)整是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，不恰當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整不僅會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，更有可能引發(fā)各類偽影。彌散序列的排查需調(diào)用系統(tǒng)出廠彌散序列庫（調(diào)用路徑：“Exam Explorer”→“SIEMENS”→“head” →“clinical libraries”），在庫中找出標(biāo)準(zhǔn)頭部彌散序列，使用標(biāo)準(zhǔn)序列掃描水模3～5 次。測試結(jié)果顯示頭部彌散掃描依然偶發(fā)Spike 偽影，說明Spike 偽影與序列參數(shù)無關(guān)。

其次，檢查線圈插座是否正常。線圈插座上的毛發(fā)或異物可能導(dǎo)致線圈與插座接觸不良并引發(fā)偽影。磁共振增強(qiáng)掃描使用的造影劑或患者的嘔吐物均可能接觸線圈插槽處，若此處長期未被清理，可能發(fā)生霉變，最終導(dǎo)致Spike 偽影或掃描中斷。若發(fā)現(xiàn)線圈插座表面存在生銹或腐蝕跡象，需拆下線圈插座并使用精密儀器清潔劑清潔，徹底晾干后再裝回[5]。

再次，排查線圈質(zhì)量是否合格。由于系統(tǒng)維護(hù)模式需要廠家提供服務(wù)密碼，可利用系統(tǒng)提供線圈自檢工具快速檢測（路徑：“Option”→“Service”→“Customer QA”）。打開線圈自檢工具后，選擇“Head Matrix Coil”，按照系統(tǒng)提示要求擺放水模并開展測試。由于“Customer QA”權(quán)限較低，測試結(jié)果僅有“OK”或“NOT OK”。如需查閱詳細(xì)測試數(shù)據(jù)，可進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)模式（調(diào)用路徑：“Option”→“Service”→“Local Service”→“輸入維護(hù)密碼”），打開“Report”即可。線圈自檢工具僅可測試信噪比（signal to noise ratio，SNR）是否合格，SNR 是線圈質(zhì)量指標(biāo)之一，但與Spike 偽影并無直接關(guān)聯(lián)[6]。因此，需要進(jìn)入專家模式（調(diào)用路徑：“Option”→“Service”→“Local Service”→“輸入維護(hù)密碼”→“Quality Assurance”→“Quality Assurance Expert”→“Spike test”），使用頭線圈進(jìn)一步測試。進(jìn)入磁體間，將頭線圈插入線圈插座，擺放水模并完成激光定位，在“Spike test”下拉選框中，選擇“Head Matrix Coil plug”選項(xiàng)，運(yùn)行測試程序3～5 次。專家模式可使用指定線圈開展Spike 測試，其他線圈的Spike 測試結(jié)果均正常，而頭線圈Spike 測試結(jié)果顯示K 空間存在多個(gè)高亮信號(hào)，說明該Spike 偽影與頭線圈有關(guān)。

最后，檢查線圈內(nèi)部電路。由于彌散序列掃描過程中系統(tǒng)震動(dòng)較為強(qiáng)烈，若線圈內(nèi)部接觸不良可能會(huì)引發(fā)Spike 偽影。將頭線圈從檢查床上取下，拿穩(wěn)線圈并輕搖，聽到線圈內(nèi)部有異響。拆開線圈外殼的螺釘，打開線圈，發(fā)現(xiàn)一顆銅螺釘已明顯松動(dòng)。將該銅螺釘重新固定后，加固其他螺釘，檢查各焊點(diǎn)有無虛焊，最后通過全面檢查后復(fù)原頭線圈。此時(shí)再進(jìn)入專家模式，再次選擇“Head Matrix Coil plug”測試，發(fā)現(xiàn)Spike 偽影消失，故障解決。

4 與梯度系統(tǒng)相關(guān)的Spike 偽影

4.1 故障現(xiàn)象

磁共振成像掃描偶發(fā)Spike 偽影，與檢查部位無關(guān)。排除外部環(huán)境和射頻系統(tǒng)因素后，Spike 偽影無有效改善。

4.2 故障分析

排除外部環(huán)境和射頻系統(tǒng)因素后，Spike 偽影通常與梯度系統(tǒng)有關(guān)。在服務(wù)模式下使用系統(tǒng)通用工具（調(diào)用路徑：“Quality Assurance”→“General QA”→“Spike”）反復(fù)測試3～5 次。測試報(bào)告顯示，梯度系統(tǒng)X、Y、Z 軸均存在“打火”點(diǎn)，如圖3 所示。K 空間上下豎線狀干擾，上下兩側(cè)多，向中間逐漸減少。其中，Z 軸“打火”點(diǎn)尤其明顯，Spike 偽影可能與Z 軸有關(guān)。

圖3 偽影K 空間圖像

4.3 故障排除

梯度系統(tǒng)包含梯度線圈（gradient coil，GC）和梯度功率放大器（gradient power amplifier，GPA）兩大部件，且兩大部件通過梯度電纜連接。由于磁體間有射頻屏蔽需求，梯度電纜需在濾波板兩側(cè)轉(zhuǎn)接。梯度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并涉及高壓電。如未嚴(yán)格按照排查步驟開展故障排查，一方面，存在安全隱患，易導(dǎo)致人員或設(shè)備在檢查過程中受損；另一方面，可能導(dǎo)致遺漏潛在故障點(diǎn)或故障點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大，造成圖像質(zhì)量惡化。通過以下7 個(gè)步驟，可安全、系統(tǒng)化地排查出故障點(diǎn)。

步驟一：拆下磁體后側(cè)的漏斗后蓋。在Spike 測試過程中檢查床會(huì)前后移動(dòng)，拆下漏斗后蓋可避免測量過程中線圈與后蓋發(fā)生碰撞。

步驟二：檢查磁體后方電纜固定裝置。磁體后方是GC 和射頻體線圈（body coil，BC）的線纜主要通道，使用無磁扳手檢查所有的螺釘、電纜的銅盤和螺栓有無松動(dòng)，若發(fā)現(xiàn)固定裝置松動(dòng)，需重新緊固。

步驟三：梳理射頻系統(tǒng)電纜走線，避免電纜接觸GC 支架的鋒利邊緣。若接觸到鋒利的邊緣，掃描過程中GC 的震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致射頻電纜保護(hù)層擦傷或屏蔽效果變差，從而導(dǎo)致Spike 偽影。

步驟四：檢查梯度電纜的螺栓與磁體外真空室間隔。若兩者過于接近也可能導(dǎo)致Spike 偽影，需要重新調(diào)節(jié)磁體與梯度連接板的距離。

步驟五：檢查并分離梯度電纜的走線。將梯度電纜從其他線纜中分離出來，并使用減震泡沫墊將其和其他電纜進(jìn)行物理隔離。

步驟六：檢查梯度電纜和濾波板接線線頭，確保電纜接線線頭無任何類型的腐蝕或接觸不良。若有腐蝕跡象，斷電后拆下腐蝕接頭，使用WD-40 除銹劑處理后再重新固定。

步驟七：檢查磁體末端梯度電纜之間的洛帝牢防松墊片（Nord-lock）是否缺失，使用洛帝牢防松墊片可有效避免梯度系統(tǒng)震動(dòng)引發(fā)線纜接頭松動(dòng)[7]，進(jìn)而引發(fā)梯度線纜間“打火”。洛帝牢防松墊片如圖4 所示。檢查GC 與梯度電纜螺栓有無松動(dòng)，將無磁力矩扳手矩調(diào)整至35 Nm，再次加固磁體端梯度電纜。檢查濾波板兩側(cè)梯度電纜是否固定好，將無磁力矩扳手調(diào)整至22.5 Nm，再次加固濾波板兩側(cè)梯度固定螺釘。

圖4 洛帝牢防松墊片

完成以上步驟后，進(jìn)入設(shè)備間并打開梯度機(jī)柜，找到梯度小信號(hào)單元（gradient small signal unit，GSSU）的D70 電路板。D70 電路板是梯度柜I/O（信號(hào)輸入輸出）電路板，通過調(diào)整電路板上的S3、S4 開關(guān)可進(jìn)入梯度系統(tǒng)“Service”模式。為準(zhǔn)確判斷Spike 偽影來源，避免X、Y、Z 3 個(gè)梯度系統(tǒng)之間的干擾，上推D70 電路板S4 右側(cè)開關(guān)，D40 電路板的V127 LED 燈亮起，說明梯度系統(tǒng)進(jìn)入“Service”模式。然后，分別啟用X、Y、Z 3 個(gè)梯度系統(tǒng)開展Spike 測試。首先，上推D70 電路板S3 左側(cè)開關(guān)，此時(shí)只啟用X 軸GC，運(yùn)行Spike 測試5～10 次；其次，下推S3 左側(cè)開關(guān)，上推右側(cè)開關(guān)，此時(shí)只啟用Y 軸GC，運(yùn)行Spike 測試5～10 次；最后，下推S3 兩個(gè)開關(guān)，上推S4 左側(cè)開關(guān)，此時(shí)只啟用Z 軸GC，運(yùn)行Spike 測試5～10 次。通過單獨(dú)啟用梯度系統(tǒng)方式，最終判斷Spike 偽影來自Z 軸，且與X、Y 軸無關(guān)。通過交換法發(fā)現(xiàn)Spike 偽影根源與Z 軸梯度末級(jí)電纜有關(guān)，更換梯度末級(jí)電纜后，故障解決。

5 小結(jié)

目前，磁共振成像系統(tǒng)已成為醫(yī)院臨床診斷必不可少的常規(guī)設(shè)備之一。磁共振成像系統(tǒng)作為一種大型精密儀器，對設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、人員操作的要求均較高[8]。一旦出現(xiàn)偽影，將影響臨床診斷和治療方案的制定。多數(shù)偽影可通過優(yōu)化序列參數(shù)和規(guī)范操作解決，但Spike 偽影通常與硬件故障有關(guān)，對臨床診斷影響極大[9]。本研究詳細(xì)闡述了Spike 偽影的產(chǎn)生機(jī)理和圖像特點(diǎn)，分別從外部環(huán)境、射頻系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)3 個(gè)方面展開分析。Spike 偽影的引發(fā)因素多，偶發(fā)性強(qiáng)，排查難度大，醫(yī)學(xué)工程人員需要認(rèn)真梳理故障現(xiàn)象，耐心分析檢查結(jié)果，從外入內(nèi)細(xì)致排查，追本溯源，以期徹底解決Spike 偽影問題[10]。