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MRI设备维护 -- TXBOX射频故障分析

MR技术博大精深,老王上一篇文章给大家介绍了射频发射通路集成化的一个典型的案例,西门子TXBOX发射模块。还记得老王在文章最后说的话么,集成化也不一定完全都是优点,单一部件的可靠性都有自己的标准,可是集合到一起的话整体部件的可靠性就会直线下降。

  TXBOX内部发生渗水,导致整体发生故障,如果不及时处理可能会导致部件损坏。从图可以看出,板子的固定螺丝已经生锈腐蚀。

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      我们先从水的来源进行分析。首先拿出TXBOX的系统框图。TXBOX里面集成了射频放大器整个功率模块,因此需要引入水冷管路进行制冷,下图框出来的部分。

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      按常理来说目前的水冷管路经过长时间的发展接插件模块已经很成熟了,单纯漏水的概率还是很低的。那么这里漏的水也就只能是冷凝水了。

首先我们先来看看冷凝水是怎么产生的。

冷凝:高温气体由于温度降低而凝结成非气体状态的过程。

冷凝水:水蒸气经过冷凝的过程形成的液态水。冷凝水的流量一般与空气的温度,湿度有关。通俗来说,有较高的空气湿度,并且有明显的温度降就会产生冷凝水,比如空调的冷凝水。

水冷回路的作用是低温水(蓝色)流入TXBOX,带走内部产生的热量由流出的高温水(红色)带出,这样水冷系统本身就会产生温差,也就有了冷凝水产生的其中一个先决条件。

那么湿度呢?MR设备都有严格的温湿度要求,比如典型的MR运行温湿度要求:

温度:18℃-22℃

湿度:40%-60%

温度这里先不做说明,湿度保持的原因是:

当湿度过高时,主要影响以下三个方面:

1.    绝缘强度的影响。温度偏高会影响电气设备的绝缘性,空气中的水分附着在绝缘材料表面,使电气设备的绝缘电阻降低,导致设备漏电流增大,引起绝缘击穿,从而产生故障。

2.    霉菌生长的影响。潮湿的空气有利于霉菌孢子发芽生长,如果空气不对流(TXBOX内部是封闭的),将使得霉菌迅速生长。霉菌在代谢过程中会分泌酸性物质,导致接触电阻增大。长期处于这样的环境中会腐蚀电路,造成故障。

3.    金属腐蚀的影响。电气设备中的导电金属、导磁硅钢片受到腐蚀后,将严重降低设备的性能和使用寿命。当相对湿度达到一定临界数值后,金属的腐蚀会突然加快。例如铁的临界湿度为63%,铜的临界湿度为60%。腐蚀会导致金属失去应有的性能。

既然湿度高了不行,那么湿度低了可以么?当然也不行。大家见过冬天湿度低的时候穿毛衣会发生什么,静电导致的噼里啪啦的响,响声和火光实际上就是放电产生的。

这个现象在MR系统里面也就是Spike,其它厂家可能也叫作白噪声,它的特点是产生了全频段瞬间放电,既然是全频段,那么当然MR射频接收线圈也能接收到这个信号,从而产生了spike伪影。所以说湿度过低也不行,这也是在北方地区有的时候设备湿度过低的时候还会往设备间泼水的原因。

 

介绍完了冷凝水的产生,那么有办法避免么?当然可以,经常接触水冷机的人应该都有经验,水冷回路的管路一般都带有冷凝水,解决的办法有两点:

1. 第一使用保温棉包裹水管。但是如果仔细观察会发现总有不可避免的有没有包裹保温棉的地方产生少量的冷凝水,尤其当接插件使用金属的地方。

2. 大型的水冷机柜在设备间里面有充分的通风,因此可以一定程度避免冷凝水的产生,但是为了射频屏蔽,TXBOX内部应该是金属密封的,因此是不通风的。同时即使水管做好了保温,放大器板子也无法保温,因此实际上冷凝现象几乎必然发生。

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      从照片可以看出,西门子应该是知道这个问题的,所以他在射频放大器部分周围设计了一圈海绵试图阻隔冷凝现象扩散。

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      但是这种设计只能延缓冷凝水的侵蚀,但是不能完全避免冷凝水的产生。因此由此造成的故障也就是必然发生的了。

这里老王有一个观点,设备优化体现在以下3个方面:

1.    性能优化。简单说就是设备性能的提升。

2.    系统集成性优化,简单说设备小型化集成化,占地面积更小更简洁。

3.    人机环境优化,比如更好的操作界面,优秀的售后维修友善程度。

一个好的系统优化是3方面共同协调出来的结果,不止要求系统性能更加优化,体积更小,也在于维修安装的方便程度。以飞利浦设备为例:

1. 传统的Achieva 1.5T系统匀场可能需要进行2-3天,而设备进化到Ingenia 1.5T之后,老王曾经3小时完成了全部励磁匀场操作,同时新系统的Log信息更加全面,售后工程师查找问题的途径更加友善,甚至很多故障可以提前通过远程诊断系统在发生前就先行预警这就是人机环境的优化;

2. Ingenia 1.5T的磁体均匀度指标也是高于Achieva 1.5T磁体的,数字传输带来信噪比提高,这就是系统性能的优化;

3. Ingneia系统构架第一次出现了全数字化信号传输,设备间机柜进一步精简,这就是设备集成度优化。

这些一起就构成了系统性能,系统集成化和人机环境共同优化的一个例子,可能单一来看系统进步的并不是那么明显,但是全局来看就体现了设计的功力。

老王之前也讲了,TXBOX的功能设计老王非常认同,能够将整个射频发射通路集成到一个模块里面,这肯定是射频系统发展的一个趋势。但是也许是为了更快的推出这种新技术,所以后续的可靠性测试做的还不太够,就像很多软件一样,先推出试用版,后续再不停的推出补丁解决各种BUG。

       MR技术博大精深,本期内容从西门子TXBOX射频发射模块的设计出发,分析了TXBOX渗水故障的出现的可能原因,进而分析了环境因素对MRI系统运行的重要性。同时老王也介绍了系统优化的三个方面:性能优化,集成性优化,人机环境优化,三者的每一个优化都是进步,但是系统的发展也要遵循规律,需要充分的做好每一步的设计,优化,检查,并尽可能听取一线售后工程师以及使用者的意见和建议。

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文章名称:《MRI设备维护 -- TXBOX射频故障分析》
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