CT機的性能及運行狀態(tài)監(jiān)測

陶亞飛，馬 彪

0 引言

CT檢查是現(xiàn)代先進醫(yī)學(xué)掃描檢查的一種，具有密度分辨率高等特點，且檢查方便、易于被患者接受[1]，因此，其在臨床診斷中扮演著越來越重要的角色。CT檢查量的提高，對CT機的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性提出了更高層次的要求。在日常工作中，使用者應(yīng)通過監(jiān)測CT機在各方面的表現(xiàn)，對其工作狀態(tài)及性能做出預(yù)判，并及時采取相應(yīng)措施，確保設(shè)備穩(wěn)定及高效地運行。

1 CT機的性能及運行狀態(tài)監(jiān)測

CT機的組成部分主要包括X線發(fā)生系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)備[2]。各部件的穩(wěn)定程度決定了CT機的運行質(zhì)量，使用者應(yīng)對各部件的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。本文對CT機的核心部件提出新的監(jiān)測與維護方法，以提升CT機的穩(wěn)定性。

1.1 X線發(fā)生系統(tǒng)

1.1.1 球管的老化狀態(tài)監(jiān)測

球管作為X線源，在CT機中起著關(guān)鍵的作用。設(shè)備使用人員應(yīng)根據(jù)平時的使用條件、工作方式，監(jiān)測球管各項參數(shù)的變化，判斷老化程度，及時采取措施延長球管的使用壽命。

CT球管熱容量大、散熱率高，和普通X線管特性基本相同。CT球管老化主要由燈絲蒸發(fā)、陽極靶面表面損耗和管內(nèi)真空度下降、軸承磨損等原因引起，其結(jié)果就是X線質(zhì)和量的改變。直接或間接地測量這些變化，就能判斷其老化程度。在日常工作中，燈絲調(diào)整法和軸掃噪聲比較法簡單易行、準(zhǔn)確度高，可以為判斷球管老化程度提供可靠的依據(jù)。

（1）燈絲調(diào)整法。球管是一種真空二極管，除具有單向?qū)щ娞匦酝?，還有陽極特性：當(dāng)管電壓大于一定值時，管電流主要受控于燈絲電流，故燈絲狀態(tài)決定著球管的性能。新球管燈絲電子發(fā)射能力強，在相同管電流下要求的燈絲電流較低，而隨著球管的老化，燈絲蒸發(fā)變細，電子發(fā)射能力下降，此時要獲得同等的管電流就要有較高的燈絲電流。CT管電流一般固定，燈絲電流就需要適時調(diào)整。運行燈絲調(diào)整軟件，球管的實際電流與目標(biāo)電流會實時顯示，并加以比較。在調(diào)整過程中，同一條件下2個電流值越接近，表明燈絲的狀態(tài)越好。在用軟件調(diào)整的過程中，軟件對球管設(shè)定的曝光條件為120 kV、10 mA，曝光時間為0．5 s，而在實際曝光后檢測到的電流值與設(shè)定值完全一致，這就直接證明在此條件下燈絲狀態(tài)優(yōu)秀，如圖1所示。

如果檢測電流與目標(biāo)電流值差距不大，則設(shè)備通過微調(diào)燈絲電流來彌補差距。如圖2所示，小條件曝光下檢測電流與目標(biāo)電流值相差為2 mA，只占目標(biāo)值的6%左右，這個差距完全可以通過適當(dāng)調(diào)整燈絲電流來補償，則可判定此燈絲狀態(tài)良好。

圖1 燈絲狀態(tài)優(yōu)秀

圖2 燈絲狀態(tài)良好

如圖3所示，X線管燈絲調(diào)整后示值與目標(biāo)值完全一致，達到了預(yù)期調(diào)整目標(biāo)，此管狀態(tài)優(yōu)良。可將調(diào)整數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)，橫坐標(biāo)X軸為調(diào)整過程中的曝光毫秒數(shù)，縱坐標(biāo)Y軸為對應(yīng)的探測毫安值，如圖4所示生成燈絲毫安信號曲線，可更為直觀地反映燈絲的狀態(tài)，曲線上升越平滑，燈絲狀態(tài)越優(yōu)秀。

圖3 狀態(tài)優(yōu)良X線管的燈絲示值

圖4 燈絲信號曲線圖

球管老化到一定程度，電流比較值相差較大，為保證相對恒定的管電流，須升高相應(yīng)幅度的燈絲電流，然而這就加速了燈絲蒸發(fā)和球管老化，燈絲電流又不能滿足管電流的要求，繼而又升高電流，如此惡性循環(huán)導(dǎo)致了球管燈絲的迅速老化。若檢測電流差值持續(xù)增大，則更需注意執(zhí)行預(yù)熱等維護程序，并減少不必要的曝光以盡量延長燈絲的使用壽命。大部分曝光條件下的差值超過目標(biāo)值的30%，就表明燈絲狀態(tài)已不能滿足正常工作，建議更換新管。

（2）軸掃噪聲比較法。CT設(shè)備經(jīng)過一段時間的使用，有效射線量下降，圖像噪聲增加[3]。對同一只球管不同時期的軸向掃描圖像進行噪聲測量、記錄和比較，也可比較直觀地判斷其老化程度。

在設(shè)備處于常規(guī)工作狀態(tài)時，將球管熱容量OLP預(yù)熱至30%～40%，采用相同常規(guī)體部掃描條件掃描中場水模，在圖像中心與四周邊緣處均勻選5個10 mm×10 mm的感興趣區(qū)（ROI），測量其 CT標(biāo)準(zhǔn)偏差SD值的平均值[4]。常規(guī)7 500 kHU球管每曝光3萬次做一次此檢測，長期用此方法監(jiān)測圖像質(zhì)量，加以記錄總結(jié)比較，可以較為系統(tǒng)地得到球管的老化情況，了解球管的性能狀態(tài)。如發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差值有加速增大現(xiàn)象，則需要使用者引起注意，可適當(dāng)縮短檢測間隔至1萬次，提高檢測頻率。據(jù)此檢測數(shù)據(jù)制作坐標(biāo)系，更為直觀。球管性能相對穩(wěn)定，則繪制出各點的連線接近于水平。因此種監(jiān)測方法不需特殊軟件，利用設(shè)備自帶基本測量功能即可，易于使用者所掌握，現(xiàn)已成為常規(guī)監(jiān)測方法。

1.1.2 球管真空度下降的監(jiān)測

球管真空度下降主要是由球管過熱和管芯材料的蒸發(fā)、冷卻油耐壓降低及球管漏油進氣等引起的。

使用者及一般維修人員無法準(zhǔn)確量化其真空度，但在日常工作中，可以從設(shè)備的一些特殊表現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)問題。如果球管真空度下降，必然會在X線的發(fā)生過程中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，在圖像掃描的實時重建顯示中偶爾出現(xiàn)某一幀圖像突然抖動，并伴有條紋狀偽影，此為輕微放電所致。嚴重的放電現(xiàn)象會使設(shè)備在掃描過程中突然中斷工作，并清晰提示發(fā)生放電（Arc）。放電現(xiàn)象具有從輕到重漸進的特點，可通過維護軟件中的老化訓(xùn)練（X-ray tube aging）功能來嘗試解決。老化訓(xùn)練通過，球管即可繼續(xù)使用一段時間，否則就必須在短期內(nèi)更換新球管。

1.1.3 球管油循環(huán)冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測

大部分CT球管的冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷卻—油冷卻球管的循環(huán)方式，冷卻系統(tǒng)的正常運行對于延長球管壽命來說極為重要。

定期清潔油箱濾網(wǎng)和散熱器的塵土，使散熱風(fēng)扇始終保持最佳狀態(tài)，可以提高油循環(huán)的冷卻效率。此外，應(yīng)仔細觀察油箱接口處有無漏油及開裂情況。油管與油箱以焊接方式連接，在維護與維修中用力向油箱方向扯動油管易使焊接口破裂，造成漏油、進氣情況的發(fā)生。此外，油循環(huán)的流速也非常重要，流速是否在正常范圍內(nèi)，在設(shè)備的日志中可以體現(xiàn)。流速出現(xiàn)問題，球管熱量堆積至一定程度，CT機會開啟熱保護停止工作，直至故障排除。7 500 kHU球管在CT熱容量升至50%后，油箱散熱風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)，油箱流入端外表溫度一般不超過60℃，流出端維持在35℃左右，若溫度高出此正常值40%以上，表明油循環(huán)出現(xiàn)問題，需要立即停機檢修，避免設(shè)備故障面積擴大化。

1.2 探測器（detector）性能狀態(tài)的監(jiān)測

探測器是穿過受檢體攜帶重要信息的X線的接收裝置，在CT中同樣有著舉足輕重的地位[5]。作為CT成像的主要部件，其性能（如探測器的暗電流偏置、增益、探測器單元響應(yīng)非線性、響應(yīng)均勻性等）對成像質(zhì)量有著重要的影響[6]。以重建中心為圓心的偽影多由探測器單元性能不一致以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障所引起。設(shè)備長時間運行后，由于探測器之間存在參數(shù)和余輝時間的差異，加之球管輸出的變化，在下次掃描時各通道的輸出便會有所不同，各通道的探測器以及積分放大器性能就會出現(xiàn)差異。這種差異在掃描時被帶入原始數(shù)據(jù)中，經(jīng)360°掃描，在圖像上就形成了工作中最常見到的環(huán)狀偽影。在日常工作中，使用者應(yīng)實時關(guān)注圖像質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)有明顯的同心圓偽影，可以首先選擇做空氣校正（air calibration）來消除，從而保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此項工作也應(yīng)該作為一項長期的維護工作進行下去（建議2～3個月校正1次），這對于保持相對高的圖像質(zhì)量大有裨益。

如在圖像中只有一個或幾個較亮的環(huán)狀偽影，同時做空氣校正不能消除，可以嘗試掃描水模來重新做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的校正，即模型校準(zhǔn)（phantom calibration）。如掃描水模無效，則一般為相應(yīng)通道或積分板發(fā)生故障，此時需要使用相應(yīng)的設(shè)備診斷軟件來判斷故障所在。如判斷出某一通道異常，可用軟件關(guān)閉該故障通道；如某一積分板損壞，可將其與最邊緣的積分板相調(diào)換，保證參與成像工作的探測器通道及積分板性能良好，排除故障硬件對成像的干擾。

探測器分為固體探測器與氣體探測器。固體探測器是利用射線能使某些物質(zhì)閃爍發(fā)光的特性來探測射線的裝置。由于此類探測器具有探測效率高、分辨時間短等優(yōu)點，其在CT機中得到了廣泛的應(yīng)用。目前各設(shè)備廠家大多采用固體探測器。但固體探測器的輸出信號強度與溫度的關(guān)系極大，CT機的探測器及DAS電路的工作溫度需要保持恒定，因此，采用此探測器的系統(tǒng)均配備溫度自動調(diào)節(jié)裝置。如果溫度不穩(wěn)，探測器以及DAS電路輸出的信號會隨溫度產(chǎn)生漂移，圖像就會產(chǎn)生偽影，甚至導(dǎo)致探測器自我保護，終止工作。探測器外周均配有LED溫度顯示器實時顯示溫度，使用者應(yīng)密切關(guān)注顯示溫度的變化及探測器散熱風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)情況，及時清理風(fēng)扇積塵，風(fēng)扇出現(xiàn)問題時及時更換，保證散熱效率。

1.3 計算機處理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測

計算機處理系統(tǒng)包括硬件（服務(wù)器）及軟件（CT掃描程序、圖像處理）等。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，計算機硬件即為小型服務(wù)器，軟件為各廠商針對自身機器特點進行設(shè)計和優(yōu)化，并會在后續(xù)過程中進行相關(guān)升級。操作者應(yīng)定期做服務(wù)器的清潔除塵工作，經(jīng)常查看系統(tǒng)日志信息，從中得到一些系統(tǒng)軟硬件的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、硬盤健康、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等相關(guān)信息，這對于提前做好預(yù)案也是大有幫助的。

1.4 相關(guān)輔助設(shè)備（醫(yī)用照相機）的狀態(tài)監(jiān)測

醫(yī)用照相機（medical imager）作為圖像顯示介質(zhì)化的一個重要媒介，它的性能直接影響到打印的膠片質(zhì)量。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)不斷地被更新與完善，激光照相機作為CT、DR、MR、DSA等先進醫(yī)療設(shè)備的輸出設(shè)備，已基本取代了多幅相機，成為大多數(shù)醫(yī)院的最佳選擇[7]。激光相機一般由激光打印系統(tǒng)、膠片傳送系統(tǒng)、信息傳遞與存儲系統(tǒng)和控制系統(tǒng)4個部分組成。

1.4.1 激光打印系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要包括激光發(fā)射器、調(diào)節(jié)器等。激光發(fā)射器（俗稱激光頭）是相機的光源。由于某些機型設(shè)計上的缺陷造成曝光倉密閉性較差或使用環(huán)境惡劣，灰塵易覆蓋于激光頭表面，致使檢測出的激光強度未能達到系統(tǒng)要求，使相機不能正常工作，遇此故障清理激光頭即可。此外，相機使用時間過長激光頭老化也可能導(dǎo)致激光強度的下降，適當(dāng)提高激光頭的供電電壓也是一種排除此類故障行之有效的方法。

1.4.2 膠片傳送系統(tǒng)

此系統(tǒng)包括片盒、吸盤、輥軸、電動機及動力傳動部件等。其功能是將膠片從片盒中取出，經(jīng)過傳動裝置送至激光掃描位置，膠片曝光、顯定影完畢將其傳送至輸片口，完成膠片的傳動與輸送。此部分為電子機械裝置，隨著相機使用時間的增加會逐漸老化，注重平時的檢查與清理對此部分有著重要的意義。發(fā)現(xiàn)損壞的部件應(yīng)及時維修更換。

1.4.3 信息傳遞與存儲系統(tǒng)

此系統(tǒng)包括電子接口、硬盤、電纜或光纜以及A/D轉(zhuǎn)換器、計算機等。其主要功能是將CT成像裝置顯示的圖像信息通過電纜及電子接口、A/D轉(zhuǎn)換器輸入到存儲器，再進行激光打印。一臺激光相機可以連接多個成像裝置。為保證多機輸入同時進行，激光相機裝有硬盤，以緩沖進入的圖像進行隊列打印，確保連續(xù)圖像輸入和打印的進行。

1.4.4 控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)包括鍵盤、控制板、顯示屏以及各種控制鍵或者按鈕，用來控制激光打印程序、幅式選擇、圖像質(zhì)量控制調(diào)節(jié)等。

2 結(jié)語

CT機作為一種高度集成化、科技化的大型醫(yī)療設(shè)備，各部組件既相對獨立又緊密聯(lián)系，任一單元發(fā)生故障，都可能導(dǎo)致整套設(shè)備的功能喪失。在日常工作中，采用上述方法，做好各部分的性能和運行狀態(tài)的監(jiān)測，對相關(guān)問題提前做好預(yù)案，才能為醫(yī)院掌握CT機的實時狀況提供有力的依據(jù)，保障設(shè)備更加準(zhǔn)確穩(wěn)定地運行。

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[6] 邵軍明，徐曉東，孔軍.CT成像質(zhì)量影響因素綜述[J].CT理論與應(yīng)用研究，2006，15（3）：61-67.

[7] 魏長國，呂鵬濤.醫(yī)用干式激光相機的維護[J].中國醫(yī)藥指南，2011，9（5）：173-174.