西門子64排螺旋CT工作原理及其維修案例分析

1.鄭州大學第三附屬醫(yī)院醫(yī)學裝備部(河南 鄭州 450000)

2.鄭州大學第三附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科(河南 鄭州 450000)

李海洋1,* 程美英2 高凌浩1

隨著計算機技術的不斷進步，其在醫(yī)學影像學領域的運用不斷朝縱深方向發(fā)展，其在臨床診療過程中也充當著越來越重要的角色[1]。計算機斷層掃描技術(computed tomography，CT)是計算機運用于臨床診斷領域最為先進的影像學技術之一，多年來對人體各類器官疾病的診斷起到了不可替代的重要作用，傳統(tǒng)的單排、雙排CT掃描速度慢，誤差大，分辨率低，其臨床應用具有較大的局限性[2]。西門子64排螺旋CT采用先進的新型輸出球管，配備64排探測器，螺旋掃描速度更快，可小于0.35秒/轉，時間分辨率更高，可小于50ms，功能強大，在器官掃描的應用方面，器官亞毫米層級的掃描時間小于9s，且能獲得優(yōu)良的CT圖像，對各類疾病的診斷具有重要的臨床應用價值[3-5]。然而，由于西門子64排螺旋CT工作原理較為精進、復雜，在實際運用過程中難免碰到故障，影響設備的正常使用[6]。在上述背景下，本文總結分析了我院西門子64排螺旋CT[德國 Siemens AG，國食藥監(jiān)械(進)字2013第3302341號]的工作原理及維修案例，現(xiàn)報道如下。

1 西門子64排螺旋CT機簡況

1.1 射線特性與傳統(tǒng)CT機類似，西門子64排螺旋CT機是利用X射線束來對所照射的目標物進行成像的，X射線是一種不可見光，波長介于紫外線和γ射線之間，和紫外線、γ射線一樣，能夠使物質(zhì)電離，屬于電離輻射的一種[7]。X射線所具有的特性如下[8-9]：(1)穿透作用：可以透過物體，X射線的能量越大，穿透能力越強；(2)電離作用：物質(zhì)受X射線照射時原子核達到外層電子可以脫離原軌道，成為自由電子，這種作用成為電離作用；(3)熒光作用：某些物質(zhì)接受X射線照射可輻射出可見光或紫外光，如磷、硫化鋅、硫化鎘等。

1.2 成像基礎當一束X射線通過人體時會因吸收和散射而產(chǎn)生衰減，其被衰減的程度除自身光譜能力以外取決于穿透時路徑物質(zhì)的密度及原子組成。多束穿透人體的X射線可反映其人體穿透路徑的詳細物質(zhì)信息，將其投射于具有熒光作用或感光效應的平面便可實現(xiàn)CT成像[10-11](見圖1、圖2)。

圖1 西門子64排螺旋CT機成像效果圖。圖2 西門子64排螺旋CT機實物圖。

1.3 射線產(chǎn)生基礎原理：電子束在高電壓的作用下撞擊金屬物質(zhì)即可激發(fā)X射線。在一高真空環(huán)境內(nèi)，經(jīng)加熱的燈絲作為陰極發(fā)射電子，在陽極段施加數(shù)萬伏特的高壓電吸引并加速電子運動，當電子束撞擊用金屬鎢材料制作的陽極便可激發(fā)X射線。X射線的強度取決于陽極材料與X射線管電壓，X射線的能量取決于X射線管電流[12-13]。

1.4 核心結構部件2個X射線球管：由裝于真空玻璃殼內(nèi)的陰極和陽極組成，兩X射線球管均裝于充滿絕緣油的X射線管套內(nèi)，成90°角，采用飛焦點技術，在陽極與陰極之間施加高點壓，陰極加熱后釋放電子，由耐高溫金屬材料制作而成的陽極接收電子撞擊發(fā)出X射線束。

高壓發(fā)生器：高壓發(fā)生器利用高頻電壓器的原理，將數(shù)百伏特的電壓一次性升高到數(shù)萬伏特，通過高壓整流形成供X射線機需要的直流高壓。高壓變頻器與高壓整流器置于充滿絕緣油的箱體內(nèi)。

控制器：X射線機的控制部件主要對產(chǎn)生X射線的加載因素進行組合和控制，X射線的加載因素通常包括X射線管電壓、管電流、曝光時間等。

探測器：由大小不等的40個單元探測器有機排列，中央層厚為0.6mm，兩側層厚為1.2mm，Z軸總寬度為28.8mm，采用飛焦點技術進行Z軸雙倍采樣。

1.5 工作原理與優(yōu)勢基本原理：將激發(fā)產(chǎn)生的X射線束經(jīng)準直器準直后形成扇形束，透過物體切面后，由接收器接收后形成一組信號，該信號經(jīng)數(shù)模轉換后形成一數(shù)學矩陣，當X射線源于接收器同步圍繞者被照射物體旋轉時便完成了目標切面的斷層掃描，可形成由多組數(shù)學矩陣組成的圖像矩陣，再利用計算機圖像重建軟件對圖像矩陣進行處理，即可得到CT圖像[14-15]。

優(yōu)勢：西門子64排螺旋CT薄層厚可達0.3mm，處于世界領先水平，從而能大大提高圖像分辨率，輻射劑量較小，可將病變部位的組織、血管精確、立體地顯示出來[16-17]。其掃描速度更快，檢查時間較短，心臟只需5s，頭頸部血管只需4s，全身僅需10s；安全性較高，屬于無創(chuàng)檢查，且發(fā)生中毒造影劑過敏的概率僅為十萬分之一；操作簡單便捷，患者事前無需特殊準備，可正常飲食、作息，無需住院；準確性高，是臨床診斷冠心病的首選方法，且可用于評價治療方法的臨床療效；適應癥廣，可用于冠心病、瓣膜病、腫瘤、動脈瘤、血栓栓塞、心肌病、先心病、風心病等多種疾病的初步診斷，還可用于鑒別腫瘤的良性與惡性，并在早期肺栓塞的診斷上具有一定特異性[18-19]。

2 西門子64排螺旋CT機維修案例

2.1 故障一故障現(xiàn)象：CT圖像不能由主機傳至工作站，打開工作站圖像處理軟件，無法看到患者之前的CT圖像列表。

故障分析：由于涉及圖像傳輸問題，首先檢查網(wǎng)絡連接狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)連接正常，然后考慮軟件故障問題，但憑借既往經(jīng)驗，軟件故障往往無法打開軟件，且軟件圖標消失，本次故障軟件可正常打開，且圖標未消失，故排除軟件故障問題。

故障診斷：初步考慮為工作站系統(tǒng)故障。

故障維修：重做工作站系統(tǒng)后，故障排除。

2.2 故障二故障現(xiàn)象：CT機架控制組件UMAS2無法啟動，無法進行相關參數(shù)設置，提示錯誤代碼80040158。

故障分析：UMAS2組件無法啟動，首先考慮是否電路板故障，但電路板故障往往同時會影響其他組件的啟動和數(shù)據(jù)重建，檢查發(fā)現(xiàn)其他組件啟動正常，經(jīng)拷貝數(shù)據(jù)后進行圖像重建，發(fā)現(xiàn)圖像重建正常，故排除電路板故障。

故障診斷：初步考慮為UMAS2組件故障。

故障維修：更換UMAS2組件后，故障排除。

2.3 故障三故障現(xiàn)象：CT圖像傳輸至工作站后的圖像失真，打開工作站圖像處理軟件，無法正常顯示圖像，有大量偽影。

故障分析：由于涉及圖像傳輸問題，首先檢查網(wǎng)絡連接狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)連接正常，其次考慮軟件故障問題，但憑借既往經(jīng)驗，軟件故障往往無法打開軟件，且軟件圖標消失，本次故障軟件可正常打開，且圖標未消失，故排除軟件故障問題。然后考慮工作站是否故障，然將備份圖像數(shù)據(jù)直接拷貝至工作站時可正常顯像。根據(jù)既往經(jīng)驗，圖像失真和大量偽影多與數(shù)據(jù)庫異常有關。

故障診斷：初步考慮為數(shù)據(jù)庫故障。

故障維修：重建數(shù)據(jù)庫后，故障排除。

2.4 故障四故障現(xiàn)象：CT圖像傳至工作站后，打開工作站圖像處理軟件過程中等待時間較長，打開后進行圖像處理的速度較以往緩慢。

故障分析：由于圖像傳輸正常，排除圖像傳輸問題，能夠打開并使用圖像處理軟件，排除圖像處理軟件故障，圖像傳輸、軟件使用與圖像處理正常，排除工作站故障。

故障診斷：初步考慮為工作站系統(tǒng)未升級，硬盤老舊。

故障維修：升級工作站系統(tǒng)，更換硬盤后，故障排除。

2.5 故障五故障現(xiàn)象：CT圖像無法進行遠程傳輸。

故障分析：檢查傳輸線路，未發(fā)現(xiàn)損壞；檢查工作站，發(fā)現(xiàn)工作站能夠正常使用；檢查電路板，未發(fā)現(xiàn)電路板故障。

故障診斷：初步考慮為連接異常。

故障維修：重啟設備，重新連接后，故障排除。

2.6 故障六故障現(xiàn)象：CT設備在掃描過程中突然中斷，隨后無法開機，持續(xù)黑屏。

故障分析：由于整個CT設備無法開機使用，考慮可能存在計算機主機、顯卡、硬盤、內(nèi)存條、顯示器等一個或多個零件故障，但經(jīng)逐一排查，均正常。

故障診斷：初步考慮為UPS電源故障。

故障維修：更換UPS電池后，故障排除。

2.7 故障七故障現(xiàn)象：進行計算機影像重建時，提示“space is not enough”，右下角重建標志變?yōu)榛疑瑹o法圖像重建。

故障分析：由于提示空間不足，首先考慮計算機影像重建系統(tǒng)(Computer image reconstruction system，IRS)硬盤和內(nèi)存問題，經(jīng)更換IRS硬盤、內(nèi)存條后故障仍然存在，重新拔插IRS硬盤后故障也仍然存在。

故障診斷：初步考慮為IRS內(nèi)存條松動，接觸不良。

故障維修：重新拔插IRS內(nèi)存條后，故障排除。

3 結 論

了解西門子64排螺旋CT的工作原理，總結其運行過程中的故障原因和排除方法，對該醫(yī)療設備的高效使用，保證臨床診療工作的正常運轉具有重要作用。