磁共振射頻系統(tǒng)、發(fā)射通道常見故障分析

          核心提示：射頻系統(tǒng)是磁共振設(shè)備中基本的部分,包括發(fā)射和接收二部分,由于該部分電路部件多,大功率觸點(diǎn)多,而且切換頻繁,觸點(diǎn)易損壞,出現(xiàn)故障的幾率相對大一些。 射頻系統(tǒng)是磁共振設(shè)備中基本的部分,包括發(fā)射和接收二部分,由于該部分電路部件多,大功率觸點(diǎn)多,而且切換頻繁,觸點(diǎn)易損壞,出現(xiàn)故障的幾率相對大一些。當(dāng)射頻系統(tǒng)中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時,都會使整個設(shè)備完全癱瘓,連基本、簡單的任務(wù)也不能完成。因此對排除這方面的故障進(jìn)行分析總結(jié),有利于提高我院和其他兄弟醫(yī)院排除故障的能力,有較大的現(xiàn)實(shí)意義。 
          1射頻系統(tǒng)的原理和組成
          磁共振射頻系統(tǒng)主要任務(wù)是產(chǎn)生射頻脈沖用于激發(fā)自旋,同時接收激發(fā)的自旋的射頻信號即MR信號,對其放大后再進(jìn)行數(shù)字化及進(jìn)一步處理。下面以我院的Elscint/GEPrestige
          2T磁共振為例,說明射頻系統(tǒng)的組成。MRI設(shè)備的射頻系統(tǒng)由電子控制柜中的發(fā)射接收單元、射頻放大機(jī)、射頻線圈和射頻開關(guān)盒等組成。 發(fā)射接收單元包含發(fā)射接收接口板SBIF、合成板Syn2thesizer、發(fā)射板XMTR和四塊接收板RCVR,SBIF板不僅作為主機(jī)和發(fā)射接收單元的接口,還產(chǎn)生2.5MHz的發(fā)射器調(diào)幅信號;合成板Synthesizer提供發(fā)射接收單元所需各種頻率和時鐘信號;發(fā)射板SMTR根據(jù)所要完成的掃描任務(wù)和成像人體的具體情況產(chǎn)生射頻信號,作為射頻放大機(jī)的輸入信號;接收板RCVR將所得到的高頻磁共振信號轉(zhuǎn)化為低頻信號,再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號。 射頻放大機(jī)將發(fā)射單元提供的小射頻信號進(jìn)行放大,產(chǎn)生強(qiáng)大的射頻脈沖經(jīng)頭線圈、體線圈和膝關(guān)節(jié)線圈對成像組織進(jìn)行激勵。我院磁共振的射頻放大機(jī)采用美國ETO公司20kW全自動射頻放大機(jī),在中心頻率81.27MHz處能產(chǎn)生73dB的增益,它通過一個三級固態(tài)驅(qū)動器驅(qū)動一個兩級的柵級接地的真空管放大器。 射頻線圈有發(fā)射和接收兩個基本功能,除了頭線圈、體線圈和膝關(guān)節(jié)三個主動線圈外,還配備了頭頸聯(lián)合線圈、腰椎線圈、盆腔線圈、相控陣線圈等被動線圈,被動線圈都是由體線圈激勵。 射頻開關(guān)盒是射頻系統(tǒng)的一個重要部分,不僅根據(jù)要求選擇相應(yīng)的線圈,還控制并切換射頻的發(fā)射和接收通道。它包括射頻發(fā)射開關(guān)Transmit Switch、接收開關(guān)ReceiveSwitch、正交混合器Quadrature Hybrid、接收通道矩陣ReceiveChannelMatrix、繼電器Relay K1、K2、K3等。射頻發(fā)射開關(guān)的功能是在發(fā)射狀態(tài)導(dǎo)通,而在接收狀態(tài)下截止。正交混合器在發(fā)射狀態(tài)將射頻能量分為0度和90度兩路,用于激勵正交極化線圈;在接收狀態(tài)下將線圈接收到的兩路正交信號融合為一路射頻信號輸出。接收開關(guān)是接收通道的級,與射頻線圈的接收天線相連,在接收狀態(tài)二極管導(dǎo)通使天線和線圈內(nèi)的低噪聲前置放大LNA接通,在發(fā)射狀態(tài)二極管截止,使LNA與很高的射頻隔離。接收通道矩陣是十二通道開關(guān)矩陣電路,決定了各線圈與接收電路的連接方式,同時還對接收的射頻信號進(jìn)行約11dB增益的放大。 
          2常見射頻通道故障的分析排除 
          射頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障,一般表現(xiàn)在每個新病人作的射頻校正失敗,常提示沒有射頻信號。有時當(dāng)系統(tǒng)沒有損壞時,常表現(xiàn)為射頻校正值較大改變,也就意味著射頻功率增加,同時射頻放大機(jī)常出現(xiàn)過熱保護(hù)等。 
          2.1發(fā)射線圈故障
          我院ElscintPrestigeMR曾出現(xiàn)體線圈及所有被動線圈先是射頻校正值逐漸增大,到后無法掃描的故障,換上頭線圈可以正常工作,因此排除了公用通道如射頻發(fā)射開關(guān)、射頻放大機(jī)的問題,經(jīng)用頻譜儀對體線圈進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)體線圈有一路中心頻率明顯變化,而且根本調(diào)整不過來,因此判斷有元器件損壞,把體線圈抬出來檢查發(fā)現(xiàn),有一路通道的電容脫焊,大功率射頻由于接觸不良在此打火,同時不斷增大的功率將該路的大功率二極管燒壞,無法掃描。將電容焊好,更換二極管后故障排除。 在對磁共振射頻系統(tǒng)進(jìn)行故障維修時,首先要利用設(shè)備的維修診斷軟件和一些測試序列,用不同線圈對水模進(jìn)行一些基本掃描,初步判斷是線圈本身問題還是發(fā)射接收問題,例如頭線圈掃描出現(xiàn)故障,應(yīng)馬上用體線圈作一掃描,若體線圈正常,則可以排除公用通道如射頻發(fā)射開關(guān)、射頻放大機(jī)的問題,重點(diǎn)檢查頭線圈本身和相關(guān)通道;若體線圈也不正常,就要考慮公用通道發(fā)射開關(guān)、射頻放大機(jī)以及接收通道問題。 
          2.2 正交混合器QH故障
          我院磁共振曾發(fā)生體線圈及所有被動線圈先是射頻校正值逐漸增大,到后無法掃描的故障,換上頭線圈可以正常工作,用頻譜儀對體線圈進(jìn)行檢測未發(fā)現(xiàn)問題。用示波器檢測射頻放大機(jī)后各路信號,發(fā)現(xiàn)反射回來的功率RE REF很大,幾乎和發(fā)射功率的采樣RF FORWARD差不多,說明發(fā)射通路存在故障,導(dǎo)致射頻能量無法發(fā)射出去,因而反射回來。但頭線圈正常又排除了射頻發(fā)射開關(guān)的可能,因此懷疑體部的正交混合器QH存在故障,更換QH后故障排除。 根據(jù)磁共振射頻系統(tǒng)工作原理及射頻系統(tǒng)三個基本組成部分的相互關(guān)系,對各測試點(diǎn)進(jìn)行測試以快速區(qū)分故障的大體部分?？梢赃x定某線圈的任一常規(guī)序列進(jìn)行掃描,用示波器檢測發(fā)射板XMTR產(chǎn)生的射頻信號,也就是射頻放大機(jī)的輸入信號,體線圈當(dāng)射頻校正值為14dB時T1橫斷掃描的90度脈沖的峰值一般為90mV,若看不到該波形則說明發(fā)射接收單元故障。若正?？梢栽倏瓷漕l放大機(jī)后的射頻輸出,在RFFORWARD處測應(yīng)有80mV,而反射回來的功率RFFEF應(yīng)該很小;如果射頻輸出信號很小,反射也很小,則可能射頻放大機(jī)本身有故障,或者老化,達(dá)不到所需增益。如果射頻輸出信號很小,反射卻很大,可能是發(fā)射通路不能正常工作,導(dǎo)致射頻能量無法發(fā)射出去,因而反射回來。 
          2.3 射頻發(fā)射開關(guān)故障 
          我院磁共振曾發(fā)生所有線圈先是射頻校正值逐漸增大,到后無法掃描,射頻放大機(jī)保護(hù)。由于頭體兩路同時出故障的可能性極小,因此先檢查公共通道,也就是射頻放大機(jī)、射頻發(fā)射開關(guān)、繼電器K1。首先用萬用表測量射頻發(fā)射開關(guān)二極管正反向特性,正常應(yīng)為0.9V左右,而我們測量結(jié)果卻為零,說明二極管短路。將射頻發(fā)射開關(guān)從開關(guān)盒中取出后打開檢查,看到二極管已被燒壞,電路板也嚴(yán)重毀壞。更換射頻發(fā)射開關(guān)后故障排除。 射頻系統(tǒng)里許多部件都存在二極管正反向特性,通過控制信號使得在發(fā)射時發(fā)射部件導(dǎo)通,接收部件截止,在接收時發(fā)射部件截止,接收部件導(dǎo)通。我院磁共振射頻系統(tǒng)的故障通常發(fā)生在射頻開關(guān)盒,特別是發(fā)射通道工作在大功率狀態(tài),而且頻繁切換,因此故障率較高,多數(shù)是射頻發(fā)射開關(guān)內(nèi)的大功率二極管損壞。用萬用表測量二極管正反向特性可以很快判斷是否故障。 
          3總結(jié)
          值得一提的是頻譜儀在磁共振的維修中發(fā)揮著非常重要的作用,它不僅可以檢查各線圈的中心頻率是否正確,中心頻率處的增益大小,以及兩路信號的正交性,還可以檢查通道的衰減和放大電路的增益,從而迅速地找到故障。離開了頻譜儀,磁共振的維修工作尤其是射頻系統(tǒng)的檢修就會陷入盲目,或者說是碰運(yùn)氣,因此要想更好更主動,好配備一臺頻譜儀。 射頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以首先用頻譜儀檢查線圈是否調(diào)諧Tuning,中心頻率是否偏離,中心頻率處的增益如何。線圈經(jīng)過一段時間的使用后,經(jīng)常的搬動或內(nèi)部電容電感的值改變,都會造成中心頻率的改變。當(dāng)改變過允許的范圍,會導(dǎo)致發(fā)射接收效率降低,信噪比降低,影響圖像質(zhì)量。 再用頻譜儀順著發(fā)射通道,檢查各部件的衰減情況,從射頻信號輸入經(jīng)射頻發(fā)射開關(guān)、繼電器K1、正交混合器QH輸出,信號衰減一般在0.5dB,如果大很多,那么要檢查各個接頭是否連接緊密,如果不通,那么應(yīng)認(rèn)定發(fā)射通道斷路,應(yīng)一個一個分步檢測,找到故障點(diǎn)。后檢查接收通道是否達(dá)到所要求的增益,前置放大LNA一般有22dB,接收通道矩陣RCM有11dB的增益。 通過以上測量,一般能比較準(zhǔn)確的找到故障部位。只要思路清晰,射頻系統(tǒng)的故障并不可怕,一般可以較快修復(fù)。