CT故障的分析與預(yù)防措施

【作 者】蔣友好

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬普陀醫(yī)院，上海，200062

以我院所使用的GE Light-speed CT在2008-2010年度使用過程中發(fā)生情況為例，對(duì)其經(jīng)常發(fā)生的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分類，其主要故障發(fā)生在球管部件、掃描部件、滑環(huán)部件、高壓部件、數(shù)據(jù)采集部件及準(zhǔn)直器部件部位。如圖1所示：

圖1 GE Light-speed CT故障率分布圖Fig.1 GE Light-speed CT Failure distribution

1 CT 發(fā)生故障的分類

1.1 機(jī)械故障

主要發(fā)生在轉(zhuǎn)動(dòng)部件失靈、卡住，以及由于長期使用后磨損造成機(jī)械精度改變、彎曲、斷裂、零件松動(dòng)或脫出[1]。以掃描床、準(zhǔn)直器機(jī)械故障居多。

1.2 電氣故障

由于GE采用低壓滑環(huán)技術(shù)，高壓油箱位于旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，為了保證機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的需要，結(jié)構(gòu)做得比較緊湊， 由于工作在大電流高電壓條件下，產(chǎn)生故障率較高。與以前的CT高壓發(fā)生器和高壓滑環(huán)相比，高壓油箱的損壞率高。 此外，電源部分發(fā)生故障的機(jī)率也高。

1.3 軟件故障

主要是軟件被破壞，致使CT機(jī)不能正常工作或停機(jī)，以及部分軟件參數(shù)改變，出現(xiàn)異常圖像，只要對(duì)軟件中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行校正。

2 CT 故障發(fā)生的原因[1]

2.1 自身損耗

如CT機(jī)的球管，在長期工作中，因陽極不斷蒸發(fā)的金屬附著在管壁上，或陰極燈絲逐漸因點(diǎn)燃而變細(xì)，內(nèi)阻增大，使其發(fā)射電子的能力減低，造成球管衰老，故CT機(jī)的球管受曝光次數(shù)的限制，是易耗品。

2.2 人為損壞

對(duì)CT設(shè)備操作不熟練，不按常規(guī)使用。如在不預(yù)熱球管的情況下，就接通高壓進(jìn)行掃描，這樣會(huì)降低球管的使用壽命。由于使其突然高溫而造成球管陽極靶面燒傷，輕則使CT圖像質(zhì)量欠佳，重則造成球管報(bào)廢。

2.3 突然斷電

CT正在掃描中，突然停電或跳閘，就有可能劃壞硬盤破壞軟件，也會(huì)造成設(shè)備的高壓系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的損壞，給修復(fù)帶來極大困難。

2.4 維護(hù)不到位

機(jī)械部分的潤滑欠佳。計(jì)算機(jī)柜內(nèi)的空氣過濾網(wǎng)堵塞，會(huì)造成通風(fēng)不暢，導(dǎo)致內(nèi)部過熱而損壞電路板。

3 CT 故障的常用解決方法

GE Light-speed CT 采用了先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，靠LAN網(wǎng)絡(luò)連接，可以單獨(dú)地控制任何一部分，系統(tǒng)通訊出現(xiàn)問題，可以用Ping的指令判斷出來，只要計(jì)算機(jī)在工作，出現(xiàn)故障時(shí)一般會(huì)有較為明確的錯(cuò)誤提示。

3.1 程序測(cè)試法

利用診斷程序?qū)T可能產(chǎn)生故障的部位進(jìn)行判斷是最有效的。另外，不少故障是由于參數(shù)漂移引起，只須進(jìn)行重新校正或者調(diào)整即可查明或排除。

3.2 觀察法

注意觀察系統(tǒng)上電時(shí)的正常工作狀態(tài)，特別是電源部分和各電路板上的指示燈，不同的指示燈，代表著不同運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)也要注意CT正常工作時(shí)的聲音，通過故障時(shí)產(chǎn)生的特殊聲音來幫助查找故障。例如旋轉(zhuǎn)陽極的異常噪音，可能就是球管損壞的前期標(biāo)志。機(jī)械運(yùn)行的磨擦聲音，平時(shí)是均勻的，出現(xiàn)故障時(shí)可能伴有異?；虿痪鶆虻哪ゲ谅暋?/p>

3.3 測(cè)試法

主要工具是萬用表、示波器。通常在電路圖和硬件框圖的幫助下進(jìn)行。通過測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)的電壓或波形，進(jìn)行故障分離?？s小到一個(gè)部件后，再進(jìn)一步檢測(cè)，確認(rèn)故障。

4 主要故障分析

從圖1可知，故障主要發(fā)生在球管部件、掃描部件、滑環(huán)部件、高壓部件等部位。下面就這些部位的常見故障進(jìn)行分析。

4.1 CT球管故障分析與預(yù)防措施

4.1.1 CT 球管工作原理

球管是一個(gè)大的高真空的陰極射線二極管，是產(chǎn)生X射線的系統(tǒng)。其工作流程為：陰極燈絲加熱，并產(chǎn)生自由電子云集，這時(shí)向陰陽兩極加120-140 kV 高壓時(shí)，電勢(shì)差陡增，在高壓強(qiáng)電場驅(qū)動(dòng)下，處于活躍狀態(tài)的自由電子束，由陰極高速撞擊陽極鉬基鎢靶，并發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，約l%的電能形成X線，由窗口發(fā)射；99%的電能則轉(zhuǎn)換為熱能，由散熱系統(tǒng)散發(fā)。X線是一種有很強(qiáng)穿透力的短電磁波，且電壓愈高穿透力愈強(qiáng)。X線在穿透物質(zhì)過程中會(huì)被部分的吸收即衰減，利用這一原理使人體的組織產(chǎn)生不同衰減的射線投影[2]。GE Light-speed CT采用6.3MHU、8000轉(zhuǎn)/秒的金屬陶瓷球管，平均掃描次數(shù)達(dá)到50萬秒。

4.1.2 故障現(xiàn)象

不能完成球管預(yù)熱（WARM UP）

4.1.3 故障分析

關(guān)機(jī)后，重新開機(jī)，故障仍然存在。斷定故障發(fā)生在高壓部分，查看高壓部分各部件，其中包括逆變器、高壓變壓器箱、高壓電纜及X線管球均沒發(fā)現(xiàn)異常。拔下陰極高壓電纜頭進(jìn)行空載試驗(yàn)，故障信息未變，又拔下陽極端高壓電纜頭，通常會(huì)報(bào)陰、陽極同時(shí)過流，此次沒有此信息。電纜沒有發(fā)現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，用萬用表測(cè)試阻抗也正常。做陽極油箱隔離實(shí)驗(yàn)，沒有陽極過流錯(cuò)誤發(fā)生。將陽極逆變器與陰極逆變器交換位置，也沒有陽極過流錯(cuò)誤發(fā)生。判斷 CT 球管損壞，更換球管后故障排除。

4.1.4 預(yù)防措施

(1) 每天早晨或停止掃描5小時(shí)以上時(shí)，應(yīng)對(duì)球管進(jìn)行預(yù)熱后再掃描，這樣可以延長球管的壽命。

(2) 盡量避免采用長時(shí)間連續(xù)掃描的模式，盡可能的在兩次掃描之間間隔一定的時(shí)間，讓球管冷卻下來再進(jìn)行下一次掃描[3]。

(3) 球管老化后，應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整掃描參數(shù)，重建參數(shù)表。

(4) 經(jīng)常檢查球管冷卻系統(tǒng)的工作狀況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)排除。

4.2 掃描旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)故障分析與預(yù)防措施

4.2.1 工作原理

軸伺服驅(qū)動(dòng)包括STC、軸馬達(dá)控制板、Bradley伺服控制器、軸馬達(dá)、動(dòng)態(tài)制動(dòng)部件、軸編碼器、軸驅(qū)動(dòng)皮帶、軸初始位置標(biāo)記組成。Bradley 伺服控制器由 STC、軸馬達(dá)控制板提供的方向信息，控制軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)、速度和制動(dòng)。

4.2.2 故障現(xiàn)象

掃描過程中，掃描經(jīng)常中斷，主軸電機(jī)經(jīng)常停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.2.3 故障分析

經(jīng)分析問題出在軸主馬達(dá)，如圖2所示。松開碳刷帽，取出馬達(dá)里的碳刷，有2個(gè)碳刷磨損不到 1/4英寸。用吸塵器吸除碳刷安裝孔內(nèi)的灰塵，檢測(cè)碳刷的彈簧的張力相同，全部更換后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

圖2 主伺服馬達(dá)更換碳刷視圖Fig2 The replacement of carbon brush for main servo motor

4.2.4 預(yù)防措施

(1) 對(duì)于采用皮帶驅(qū)動(dòng)方式的CT，應(yīng)每隔半年檢查1次皮帶的松緊、皮帶是否有裂紋、軸承是否有異響、馬達(dá)碳刷的磨損和積碳情況等。

(2) 對(duì)于采用環(huán)形馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式的CT，應(yīng)每隔半年給軸承加少許潤滑油。

4.3 滑環(huán)系統(tǒng)故障分析與預(yù)防措施

4.3.1 滑環(huán)系統(tǒng)工作原理

GE CT采用低壓滑環(huán)結(jié)構(gòu)的掃描架。掃描架的旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分之間的 550vdc電源、低壓電源、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過滑環(huán)和碳刷來傳遞的?；h(huán)安裝在掃描架的旋轉(zhuǎn)部分，隨掃描架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，碳刷安裝在掃描架的靜止部分。當(dāng)掃描架旋轉(zhuǎn)時(shí)，碳刷在滑環(huán)上滑動(dòng)，始終保持電接觸。

4.3.2 故障現(xiàn)象

掃描過程中，聽到“啪”的一聲響，顯示器提示Scanning hardware has stopped。按RESUME鍵，仍然不能掃描。

4.3.3 故障分析

檢查電源刷，擦拭滑環(huán)，調(diào)試炭刷壓力，由于電源刷長期工作，兩邊的兩根磨損較嚴(yán)重，已到更換刻度。銀鉻合金粉末越積累越多，使兩個(gè)電源環(huán)短路打火，造成輸入端三個(gè)保險(xiǎn)斷路。

4.3.4 預(yù)防措施

(1) 每隔半年，清潔1次滑環(huán)。先用吸塵器清除吸附在滑環(huán)附近的碳粉，然后用蘸上無水酒精的紗布沿著滑環(huán)逐條擦除銅環(huán)上的碳粉[4]。

(2) 每隔半年，檢查1次各碳刷的長度。如果碳刷伸出碳刷槽的部分短于0.5厘米就必須更換了。

(3) 注意保持掃描架內(nèi)的空氣濕度不能超過70%，否則當(dāng)碳粉堆積到一定程度時(shí)，會(huì)引起滑環(huán)之間的相互干擾或短路。

4.4 高壓系統(tǒng)故障分析與預(yù)防措施

4.4.1 高壓系統(tǒng)工作原理

GE CT 采用數(shù)字控制高頻變換高壓發(fā)生器把正弦電壓轉(zhuǎn)換直流，即用數(shù)字震蕩電路將直流電壓斬波成高頻、再把高頻輸入到高壓變壓器，最后整流濾波加到 CT球管。

4.4.2 故障現(xiàn)象

掃描時(shí)旋轉(zhuǎn)陽極聲音異常增大，曝光頻繁中斷,屏幕信息提示：Scanner hardware stop scan. 將機(jī)器重新啟動(dòng)，做Warm up， 曝光到第三次時(shí)中斷。查看信息記錄欄，有錯(cuò)誤信息： kV fault detected: Anode overcurrent.

4.4.3 故障分析

將陽極端高壓電纜拔出后，放在安全位置，在高壓電纜插座內(nèi)注入1/3深的高壓絕緣油，將負(fù)載CT球管隔離開。進(jìn)行空載高壓試驗(yàn)與測(cè)試，陽極仍然打火，與CT球管無關(guān)。以同樣的辦法對(duì)X線陰極進(jìn)行空載試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)問題，這時(shí)可初步斷定故障可能發(fā)生在陽極側(cè)高壓發(fā)生器或逆變器，把故障縮小到這兩個(gè)部件上。繼續(xù)隔離Tank 和 Inverter，還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。逆變器的陰、陽兩極是同型號(hào)的，將陰陽兩個(gè)逆變器進(jìn)行調(diào)換，再進(jìn)行空載試驗(yàn)還是陰極正常，陽極報(bào)錯(cuò)。由此說明陽極油箱Tank壞。更換陽極油箱Tank后，系統(tǒng)恢復(fù)正常[6]。

4.4.4 預(yù)防措施

(1) 每隔1年，對(duì)整流電路和逆變電路進(jìn)行1次除塵保養(yǎng)。因?yàn)檫@兩部分電路常年工作在高溫、高壓狀態(tài)，元器件表面很容易吸附灰塵，影響元器件的散熱，遇到潮濕天氣還會(huì)引起短路。

(2) 每隔l年，檢查1次高壓電纜插頭，接觸是否良好，是否有燒黑的現(xiàn)象。高壓電纜接觸不良或老化引起絕緣程度下降，均有可能導(dǎo)致高壓發(fā)生器過載而燒毀元件。

(3) 經(jīng)常檢查X射線管的工作狀況，如有打火或旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動(dòng)故障，應(yīng)及時(shí)排除，以免引起高壓發(fā)生器過載[5]。

本文雖然只是對(duì)特定型號(hào)的CT設(shè)備經(jīng)常發(fā)生的故障進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，并按故障所處的系統(tǒng)部件進(jìn)行分類，然后對(duì)主要故障闡述其工作原理，分析其故障的特點(diǎn)和規(guī)律，并就排除這些故障提出了具體的預(yù)防方法和措施，對(duì)其它型號(hào)的CT設(shè)備也具有一定的指導(dǎo)意義和借鑒作用。

[1] 杜麗春. CT機(jī)故障產(chǎn)生的原因及檢修方法[J]. 實(shí)用醫(yī)學(xué)影像雜志, 2007, 8(1): 57-59.

[2] 余曉愕, 王志遠(yuǎn), 林木炎. 等. CT原理與設(shè)備[M]. 廣州, 第一軍醫(yī)大學(xué)出版社, 2000

[3] 殷敬喜, 齊向東, 劉靜等. 延長 CT 球管曝光時(shí)間的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備, 2008, 23(10): 86-87.

[4] 鄭家志, 郝光遠(yuǎn), 周長青. GE Hi-speed DX/I螺旋CT滑環(huán)故障分析及預(yù)防維修[J]. 醫(yī)療設(shè)備信息, 2005, 20(11): 53.

[5] 夏元福, 薛 蕾, 汪兆來, 等. CT機(jī)X線管常見故障的分析與安裝調(diào)試[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2005, 26(4): 76-77.

[6] 王俊才. GE CT 高壓發(fā)生器典型故障分析[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010, 31(2):132.