Philips AURA螺旋CT的工作原理與常見故障分析

聊城市東昌府區(qū)婦幼保健院 超聲科，山東 聊城 252000

引言

鑒于可以提供較為直觀的圖像來輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷，作為大型影像設(shè)備的CT是現(xiàn)代化醫(yī)院中不可缺少的重要醫(yī)療器械，其配置、維修與維護(hù)在醫(yī)院中備受重視[1]。而且，大型影像設(shè)備占用醫(yī)院資金較多，一般配置數(shù)量有限，應(yīng)盡量使其長(zhǎng)期處于正常運(yùn)行狀態(tài)，避免其故障的發(fā)生。盡管CT一般性能較為穩(wěn)定，故障發(fā)生率較低，但是突發(fā)故障不僅會(huì)給醫(yī)院造成經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)延誤患者診斷時(shí)間，給患者造成不便[2]。因此，當(dāng)CT發(fā)生故障時(shí)，需要臨床工程師及時(shí)找出故障原因并盡快進(jìn)行故障修復(fù)，在最短的時(shí)間內(nèi)使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。我院于2005年采購Philips AURA螺旋CT一臺(tái)，長(zhǎng)年累月的使用導(dǎo)致其故障頻發(fā)。本文總結(jié)了幾例常見的故障現(xiàn)象，并對(duì)故障的發(fā)生原理和解決方法進(jìn)行了深度分析，希望可以給相關(guān)維修人員提供參考。

1 設(shè)備原理

螺旋CT的主要組成部分為各大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要分為四大部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、圖像重建系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)[3-4]。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由探測(cè)器、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器、X線管、準(zhǔn)直器以及濾過板五部分構(gòu)成。CT將X線發(fā)生器的主機(jī)與掃描部件、轉(zhuǎn)換組件、電子計(jì)算機(jī)、重建軟件、存儲(chǔ)及顯示設(shè)備相結(jié)合，能準(zhǔn)確地檢測(cè)出一定切層厚度中各類組織對(duì)X線吸收的微小差異，較精準(zhǔn)地分辨出不同軟組織間的密度差。X線發(fā)生器發(fā)射的X射線為均勻線束，這些均勻線束穿過被檢部位時(shí)，如果遇到厚度或者質(zhì)量不均的現(xiàn)象，被檢部分對(duì)X線束的吸收具有不一致的特性。此時(shí)，探測(cè)器將接收到經(jīng)被檢部位衰減的X線信號(hào)并將信號(hào)進(jìn)行放大，放大的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以接著對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如進(jìn)行減除空氣值和零點(diǎn)漂移值、線性化、X線的線束硬化、正?；?。這些經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)會(huì)被圖像重建系統(tǒng)采集，通過直接反投影法、迭代法、解析法等進(jìn)行圖像重建，然后由圖像顯示系統(tǒng)將最終清晰的圖像顯示出來[5-6]。

Philips AURA螺旋CT屬于360°旋轉(zhuǎn)式—低壓滑環(huán)掃描，配有704個(gè)固定的探測(cè)器，探測(cè)通道數(shù)目約為700個(gè)。整體機(jī)架大小為186 cm×210 cm×86 cm，配有激光掃描定位器，掃描層厚可以分為1、2、3、5、7、10 mm，掃描時(shí)間可以分別設(shè)置為1、2、3、4 s[7]。該類型CT由五大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，分別為Timing Computer、Datebase Computer、Disc Computer、圖像處理工作站和掃描工作站，其中Timing Computer與Datebase Computer一起被合稱為Base Computer。各組成部分均有其具體分工[8]，分別解析如下。

（1）Timing Computer。此臺(tái)計(jì)算機(jī)使用的是EIDE硬盤和DOS系統(tǒng)，其作用是用來發(fā)送并讀取來自Disc CPU的脈沖信號(hào)，同時(shí)監(jiān)視并控制床、機(jī)架等部位的運(yùn)動(dòng)情況，監(jiān)視數(shù)據(jù)的接收和重建，監(jiān)視和決定系統(tǒng)的參數(shù)的穩(wěn)定性，比如kV、S、mA等相關(guān)參數(shù)[9]。

（2）Datebase Computer。此臺(tái)計(jì)算機(jī)使用是EIDE硬盤和Window NT系統(tǒng)，用于醫(yī)用模式和維修模式之間的切換，處理并操作后臺(tái)BE，Timing計(jì)算和重建柜之間的數(shù)據(jù)流向以及FE前臺(tái)Datebase的信號(hào)。

（3）Disc Computer。此臺(tái)計(jì)算機(jī)采用的是SCSI硬盤和DOS系統(tǒng)，它的組成部分較為復(fù)雜，主要包括7大板子：① Disc Communication Controller PWB；② Disc CPU PWB；③ DAS I/O PWB；④ HVPS Interface PWB；⑤ 2.5”Solid State Drive；⑥ Floppy Disk Drive；⑦ Disc Computer Backplane。它的主要作用是Disc CPU控制、監(jiān)視Disc的傳輸、DAS數(shù)到Down Link通道口的進(jìn)程。數(shù)據(jù)交換傳輸?shù)絋iming CPU，控制高壓發(fā)生器并實(shí)時(shí)計(jì)算球管的溫度。

2 Disc Computer故障一例

2.1 故障現(xiàn)象

掃描定位像時(shí)一切正常，開始軸掃時(shí)，最初幾層可以出圖像，但是圖像呈一定程度的傾斜，且傾斜方向無規(guī)律，有時(shí)向左，有時(shí)向右，傾斜角度在20°～40°之間，無特殊規(guī)律呈現(xiàn)。到最后幾層（比如掃描10層，到第6層時(shí)，無特殊規(guī)律呈現(xiàn)）時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，彈出對(duì)話框“SYSTEM ERROR”。點(diǎn)擊“RESET”無法繼續(xù)掃描。此時(shí)觀察機(jī)架三臺(tái)計(jì)算機(jī)的狀態(tài)，分別為：Timing Computer: IDLE；Disc Computer: DISCONNECT；Dbase Computer: IDLE。

報(bào)錯(cuò)信息分別為：① SOUTH TICK ERROR（有時(shí)報(bào)其他方位的）；② ANODE COMMUNICATION ERROR；③ RECONSTRUCTION RAW DATA ERROR；④ BAD UPLINK。圖1為用掃描頭顱的條件掃描半瓶水所出的圖像，可以從圖1上看到圖像水平傾斜的角度。

2.2 故障分析

根據(jù)報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該設(shè)備的故障主要集中在通訊方面。猜測(cè)可能的原因有以下幾個(gè)方面：① E/W/S/N TICK上面有污物；② 機(jī)架各部分-Disc Compute-射頻接收-Timing Compute這一通訊路線發(fā)生故障；③ Disc Computer發(fā)生故障；④ 旋轉(zhuǎn)和固定部分的射頻接收及發(fā)射部分發(fā)生故障。

圖1 軸掃水瓶的圖像

2.3 故障處理

首先，小心清潔E/W/S/N TICK及機(jī)架位置凹槽，重新開機(jī)進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)雖然圖像傾斜的角度有所變化，但是圖像傾斜的現(xiàn)象并未消失。檢查TIMING-RF-LINK ASSEMBLY-DISC MEDIA INTERFACE-DISC-TUBE等線路連接，未發(fā)現(xiàn)損壞，排除因線路斷裂造成故障的可能性。在機(jī)器異常的情況下，進(jìn)行SERVICE測(cè)試通訊，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 Service通訊測(cè)試結(jié)果

從表1中的測(cè)試結(jié)果可以看出，TIMING經(jīng)UPLINK到DISC的通訊失敗。另外，通過將TIMING外接顯示器顯示，UPLINK/DLINK0/DLINK1傳輸監(jiān)視到的數(shù)據(jù)一直持續(xù)變化，說明TIMING是一直發(fā)出數(shù)據(jù)的，結(jié)合測(cè)試通訊的結(jié)果進(jìn)行分析，故障部位最大的可能性在UPLINK上，而故障發(fā)生的原因可能是TIMING發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)后，DISC接收不到信號(hào)。

多次重啟機(jī)器進(jìn)行試驗(yàn)，每次開機(jī)時(shí)UPLINK均處于正常狀態(tài)，但是機(jī)架在旋轉(zhuǎn)幾周之后UPLINK就會(huì)失去信號(hào)。由此可以判斷，故障應(yīng)該發(fā)生在旋轉(zhuǎn)部分，很有可能是接觸不良所致。再次重啟開機(jī)，在機(jī)器正常的情況下，按下“ESTOP”，然后手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架，查看“UPLINK/DLINK0/DLINK1”的各項(xiàng)數(shù)值，一切正常，說明機(jī)架在低速旋轉(zhuǎn)的情況下并不會(huì)出現(xiàn)通訊問題，只有在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。這一現(xiàn)象增加了接觸不良導(dǎo)致機(jī)器故障的可能性。

根據(jù)以上分析結(jié)果結(jié)合機(jī)器旋轉(zhuǎn)部分各零部件的特點(diǎn)，推測(cè)最有可能出現(xiàn)接觸不良的部位是DISC COMPUTER的CPU板，因其內(nèi)存是插在主板上的，當(dāng)機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有很大的離心力。通過加固CPU板，特別是內(nèi)存和IDE硬盤接口等，再次重啟機(jī)器，故障未再發(fā)生。

2.4 小結(jié)

Philips AURA螺旋CT的五大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用分別是掃描控制、圖像處理、機(jī)架狀態(tài)監(jiān)視、原始數(shù)據(jù)處理、旋轉(zhuǎn)及高壓控制[10]，相互配合，各部的通訊比較復(fù)雜，計(jì)算機(jī)本身或者連接線出現(xiàn)接觸不好都會(huì)導(dǎo)致機(jī)器無法正常工作。

隨著機(jī)器工作年份的增長(zhǎng)，DISC CPU板的有些接口在長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下老化松動(dòng)，要根除掃描圖像傾斜故障最好的方法就是更換DISC CPU板；但是如果從節(jié)約成本的角度考慮，也可以將DISC CPU板進(jìn)一步加固，短時(shí)間內(nèi)使機(jī)器正常工作。然而，這樣做的的缺點(diǎn)是設(shè)備將一直存在這一故障隱患，再次發(fā)生同樣故障的機(jī)率較大。

3 高壓模塊故障一例

3.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)自檢，到第三個(gè)點(diǎn)時(shí)，機(jī)器報(bào)系統(tǒng)錯(cuò)誤，無法正常開機(jī)。機(jī)架左側(cè)“BASE POWER ASSEMBLY”紅色指示燈“OVER CURRENT FAULT”點(diǎn)亮。進(jìn)入SERVICE模式，主要報(bào)錯(cuò)信息，見表2。

表2 主要報(bào)錯(cuò)信息

3.2 故障分析

從報(bào)錯(cuò)信息中分析，引起此次故障的原因可能有三個(gè)：① 球管故障，因?yàn)閳?bào)錯(cuò)中有陽極和陰極打火、燈絲故障等的報(bào)錯(cuò)；② 電源故障，主要包括BASE POWER ASSEMBLY、滑環(huán)、DISC POWER ASSEMBLY等；③ 高壓及高壓控制部分故障，主要包括陽極和陰極模塊，DISC COMPUTER等。

3.3 故障處理

首先，測(cè)量燈絲及陽極線圈的電阻。AURA使用的是MRC 162球管，此球管的一個(gè)特點(diǎn)就是燈絲的大小焦點(diǎn)是短路的，經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，所有燈絲及陽極線圈的電阻均正常，且重新開機(jī)后旋陽模塊正常旋轉(zhuǎn)，排除球管故障的可能性[11]。

根據(jù)電路圖，檢查POWER。因?yàn)锽ASE POWER ASSEMBLY的過流保護(hù)功能，所以在出現(xiàn)“OVER CURRENT”指示燈點(diǎn)亮之后BASE的就沒有了輸出，檢查POWER的主要意義就在于檢查從BASE POWER ASSEMBLY-SLIP RING-DISC STORAGE ASSEMBLYHVPS這一回路過程中有沒有斷路現(xiàn)象，檢查的結(jié)果是DSA（DISC STORAGE ASSEMBLY）中的 R3（75 Ω，50 W）斷路，需要更換電阻。

更換電阻后重新開機(jī)，HVPS的“Anode Generator”三個(gè)指示燈都不亮，檢查模塊的輸入±160 VDC均正常，說明改模塊存在問題。將模塊拆下，檢查模塊內(nèi)零部件，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)IGBT被擊穿。通常情況下，導(dǎo)致IGBT擊穿的主要原因過流，而負(fù)載增大是導(dǎo)致過流的因素[12]。由于陰陽極平均為球管提供1/2的高壓，所以造成這一現(xiàn)象的主要原因就是陰極模塊的功率達(dá)不到管電壓的1/2，導(dǎo)致陽極負(fù)載增大從而擊穿IGBT。更換陰陽極模塊，故障排除，機(jī)器正常工作。

3.4 小結(jié)

AURA的管電壓是由陰陽極模塊分別提供，例如當(dāng)需要130 kV的高壓時(shí)，陰極和陽極分別提供75 kV的電壓輸入到球管的陰陽極，在此過程中如果出現(xiàn)陰陽極不平衡的現(xiàn)象就會(huì)導(dǎo)致其中的一個(gè)過流而擊穿IGBT，有時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致其他電路的損壞，所以在更換陰陽極模塊時(shí)一般都是成套的更換，以避免因功率不匹配而引發(fā)故障。

4 總結(jié)

本文主要介紹了Philips AURA螺旋CT的工作原理，并根據(jù)實(shí)際實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了該型號(hào)CT常見的兩例故障，分別為Disc Computer故障與高壓模塊故障，這兩例故障均與設(shè)備使用年限較長(zhǎng)，配件老化有關(guān)[13]。在以后的工作中，臨床工程師應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備巡檢以及增加預(yù)防性維護(hù)的頻率，減緩設(shè)備配件老化的速度，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，為醫(yī)院節(jié)約開支。這也求工程師們除了做好平時(shí)的基本維護(hù)維修工作以外，還應(yīng)該做好醫(yī)務(wù)人員培訓(xùn)，使醫(yī)療設(shè)備的操作者做到規(guī)范操作，減少對(duì)設(shè)備的損傷，為醫(yī)院和患者做好服務(wù)[14-15]。