OUTLOOK 0.23 T磁共振梯度子系統(tǒng)典型故障分析與維修2例

［摘 要］ 本文針對飛利浦公司的低場強常導(dǎo)開放式磁共振梯度子系統(tǒng)的典型故障，做了比較詳細的故障分析和故障判斷思路以及維修檢查方法，并對維修中的經(jīng)驗教訓(xùn)進行了討論。

　　［關(guān)鍵詞］ 磁共振；梯度；故障；維修


　　OUTLOOK 0.23 T是飛利浦公司的低場強常導(dǎo)開放式磁共振，它的梯度子系統(tǒng)(gradient subsystem或gradients)是MRI系統(tǒng)的重點部位,由于它長期工作在高電壓大電流條件下,受電流、電壓波動及環(huán)境溫度、濕度變化的影響較大,所以它是整臺設(shè)備的“高危地帶”，極易發(fā)生故障，因此，研究如何分析排除這方面的故障，有著很大的現(xiàn)實意義。為此，本文對OUTLOOK 0.23 T磁共振梯度子系統(tǒng)典型故障的分析和檢修作一個簡要的介紹，供參考。


　　1 故障檢修1


　　1.1 故障現(xiàn)象 磁共振系統(tǒng)在掃描過程中梯度放大柜突然一聲爆響并散發(fā)一股較濃的焦臭味，計算機屏幕提示Gradient/mps—Amplifier Fault: active，同時梯度柜97 VAC電源空氣開關(guān)跳閘。通過檢查發(fā)現(xiàn)梯度柜X組5塊功率放大(Gradient Power Amplifier簡稱AMP）電路板全部燒壞。在檢查了梯度柜內(nèi)與之相關(guān)的電路無問題后，更換了X組5塊AMP板和一塊梯度信號控制（APS）板，開機運行幾分鐘后又發(fā)生同樣故障，Y組AMP板全部燒壞。


　　1.2 故障分析 梯度放大器主要是把來自于梯度控制器送來的電壓控制信號進行電流放大后送入梯度線圈，產(chǎn)生梯度磁場。MRI要得到一副完整的重建圖像，必須要3個相互正交的梯度磁場（X、Y、Z），作為定位依據(jù)。所以梯度子系統(tǒng)共有3組功率放大器（X、Y、Z），為了滿足梯度磁場的要求，增大梯度放大器的輸出功率，每一組放大器都用了5塊相同的AMP板并聯(lián)使用。為了給梯度放大器提供足夠大的電源能量，梯度子系統(tǒng)的電源供應(yīng)單元（DCU）也非常重要，DCU除了輸出足夠大的電流以外，還要求穩(wěn)定性能好。梯度放大器AMP的400 V直流工作電壓是通過380 V/297 V隔離變壓器將電網(wǎng)380 V交流電壓降壓后經(jīng)過三相整流、濾波后得到的。從此故障的現(xiàn)象分析來看，故障原因可能有3點：AMP本身；APS；電源供應(yīng)單元（DCU）。AMP板本身的故障可能性比較小，因為每次燒壞的AMP板都不只1塊，一般是一組（5塊），而且每次都不確定在哪一組，次是在X組，第二次是在Y組。APS板故障也不太可能，在更換AMP板的同時APS板也更換過，那么大可能就是電源部分DCU了。


　　1.3 故障檢查 為了縮小故障檢查范圍，將DCU的400 V整流之前分為一段，即交流電部分，400 V整流、濾波、穩(wěn)壓部分為另一段，即直流電部分。首先檢查交流部分，用電壓表測量297 V交流電壓，發(fā)現(xiàn)有瞬間跳變現(xiàn)象，改用指針式萬用表觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)指針有明顯擺動現(xiàn)象，后用電力分析儀動態(tài)觀察，進一步確認380 V/297 V隔離變壓器工作異常，輸出的297 VAC電源存在干擾和跳變現(xiàn)象。


　　1.4 故障維修 考慮到如果更換一臺原裝變壓器不僅費用較高而且定貨周期長，筆者找當?shù)刈儔浩鲝S加工了一個相同參數(shù)的變壓器，換上后輸出電壓穩(wěn)定，故障排除，此后再也沒有發(fā)生類似故障。


　　1.5 經(jīng)驗討論 一開始把故障范圍局限在那些容易出現(xiàn)問題的部件上了，如梯度功率放大器AMP板和梯度信號控制器APS板，而忽視了那些不容易出現(xiàn)問題地方，如變壓器等部件。結(jié)果造成了維修思路上的“誤診”。此次故障可能是由于變壓器本身絕緣性能不好，產(chǎn)生一些雜波干擾或者跳火現(xiàn)象，使電源隔離效果變差，輸出的297 V交流電壓有跳變脈沖干擾，導(dǎo)至DCU工作異常，而使400 V直流電壓輸出不穩(wěn)定，引起梯度功率放大器上的電子元件擊穿打火，而燒壞AMP板。由于AMP板工作在高電壓大電流條件下，加之梯度柜空間較小，而且每塊AMP板都相隔很近，只要其中有一塊擊穿打火就會殃及相鄰電路板，將使全組（5塊）電路板燒壞，所以兩次故障就燒壞了兩組（10塊）AMP板，造成了較大的經(jīng)濟損失。

2 故障檢修2


　　2.1 故障現(xiàn)象 磁共振在掃描過程中屏幕提示Gradient/mps—AmplifierFault: active，掃描終止，梯度柜中Z組梯度放大器故障指示燈亮。


　　2.2 故障分析 根據(jù)屏幕提示信息來看，此故障為梯度信號控制電路APS板和梯度功率放大器AMP板有問題，從梯度柜故障指示燈來看問題出在Z組。由于X、Y、Z組中的APS板和AMP板都是相同的，只要將Z組中的APS板和AMP板與Y組或X組互相交換就可以判斷哪一塊電路板有問題了。


　　2.3 故障檢查 首先判斷是APS板還是AMP板的問題。將Z組的APS板與X組的APS板互換故障依舊，說明問題在AMP板。雖然用同樣的互換法也可以找出有問題的AMP板，但是這種方法比較費時，并且在試驗過程中要頻繁開關(guān)機，對電子元件沖擊較大，容易損壞電路部件。筆者用萬用表測試法可以很快的找出故障AMP板。即用萬用表電阻檔測量該組功率放大器的輸出端A點或B點對400 VRET之間的電阻值（正常值約為25 KΩ左右，故障時則為2 Ω左右），然后逐一拔出AMP板并同時觀察萬用表上的阻值變化情況，若拔出哪一塊電路板后阻值變?yōu)檎Ｖ嫡f明是該塊電路板有問題，這是筆者經(jīng)過多次維修此類故障得出的經(jīng)驗。


　　2.4 故障維修 在確定某塊故障電路板后，進行元件的檢測，一般情況下問題都發(fā)生在IGBT管上，用數(shù)字萬用表二板管測量檔測量其柵漏和柵源之間的電壓值就可判斷其好壞，若正常即為0.6 V左右，若擊穿則為0 V。判斷準確后更換IGBT管，IGBT管的型號是IRG4PC 50 UD，若找不到同型號的管子，也可用SGH80 N60 UFD代換，好是配對更換，一般情況下只要換上好管就可解決問題。


　　3 討論


　　梯度子系統(tǒng)容易發(fā)生故障的部位是梯度功率放大器中的AMP板，而AMP板容易出現(xiàn)問題的是IGBT管和DC/DC逆變器。如果更換IGBT 管后依然擊穿，那就是IGBT輸入級的工作電壓有問題。OUTLOOK 0.23 T代機器用的是自舉升壓電路，第二代機器采用的是DC/DC逆變器，相對代來說第二代要穩(wěn)定得多，但還是經(jīng)常發(fā)生DC/DC逆變器工作不良的情況，筆者也經(jīng)歷過多次此類情況，在更換IGBT管不能解決問題時，將DC/DC逆變器換掉后問題就可解決。為了解決此類問題，廠方又作了進一步的改進，將DC/DC逆變器改為一單獨15 V穩(wěn)壓電源了。


　　參考文獻：


　?。?］ 趙喜平.磁共振成像系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用［S］.科學(xué)出版社.