聯影16排CT高壓故障解析

陳衛東，李仁陽，張博

上海聯影醫療科技有限公司 客戶服務部，上海 201800

1 聯影16排CT簡介

1.1 產品功能

16排CT產品可以掃描全身部位，可以用于增強掃描，包括心臟的掃查，是現在醫療機構常用的一款CT掃描設備[1-3]。以上海聯影16排uCT 510為例，外觀如圖1所示。

圖1 聯影16排uCT 510外觀圖

1.2 產品特點

聯影的16排CT，對“圖像質量”“輻射劑量”“掃描速度”這些需求進行了系統的優化，掃描速度快，流程簡潔，是聯影CT的重要特點。

聯影CT圖像后處理功能具備二維、三維臨床應用功能：“多平面重建（MPR）”“最大密度投影（MIP）”“最小密度投影（MinIP）”“曲面重建（CPR）”“容積三維重建（VR）”“區域生長容積分析”等，這對于臨床診斷有很大幫助[4-5]。

1.3 設備維修背景

聯影CT設備投入市場已經4年時間，隨著安裝設備量的增加，聯影的服務也顯得重要起來。對于系統報錯，有一個簡易辦法：一般可以通過下電重啟來解決一些軟件問題，但對于硬件有問題，就需要定位故障點。

由于球管是CT產品的消耗品，每一家CT用戶都會面臨球管失效的情況，現在把聯影的高壓和球管工作原理以及維修知識進行分析，以期提高廣大工程師對于聯影高壓、球管設備的維修技能[6-7]。

2 高壓球管基本信息

2.1 球管

uCT 510采用了美國當力公司CTR2150球管。球管是X射線發生器，原理是由陰極燈絲發射出自由電子，經過高壓電場加速，高速打到陽極靶面，運動受阻，發生X射線。對于初學者，容易混淆燈絲電流和管電流，如圖2所示，燈絲電流是流過陰極燈絲的交流電強度，一般2～6 A之間；管電流是球管陰陽極之間的電流強度，一般在10～800 mA之間[8]。

球管相關參數[9]，焦點尺寸：0.5×1.0，1.0×1.0 （mm），單燈絲（鎢）；最大放線功率：小焦點36 kW，120 kV×300 mA，140 kV×260 mA；大焦點50 kW；120 kV×420 mA，140 kV×360 mA；柵極電壓：0～3000 DV（相對陰極）；兩個柵極板：GV1，GV2，柵極板在燈絲兩側；飛焦點：由GV1、GV2控制，在X方向上，變成2個焦點，交替作用；燈絲電壓：0～15 V AC；燈絲電流：Standby：2.2 A；最大工作電流：5.2 A。

2.2 高壓

圖2 管電流及燈絲電流產生示意圖

2.2.1 高壓的作用

高壓的主要功效為以下幾點[10]：① 加熱球管燈絲，產生足夠多的自由電子；② 提供陰陽極電壓，為電子提供足夠大的加速電場，高速電子打到球管陽極靶從而產生所需要的X 射線；③ 驅動球管陽極高速旋轉；④ 通過控制球管柵極電壓，實現大小焦點；并且控制焦點可移動，即飛焦點；⑤ 高壓還提供接口，接收系統命令并反饋各部件狀態信息和各部件參數；⑥ 高壓對各部件監測，設定安全范圍，提供報錯功能。高壓系統流程圖，見圖3。

圖3 高壓系統流程圖

2.2.2 高壓工作原理

三相輸入電壓400 V AC，經過濾波器，高壓系統控制板給出REALY_ON信號，K2首先吸合，經過預充電電路，母線電壓緩慢升高（預充電線路是大功率整流電路必須使用的一種保護電路），2 s后，高壓系統板給出CONTRACTOR_ON信號，K1吸合，三相電通過橋式整流電路，將400 V交流電轉變為直流電，大約560 V DC，此電壓稱為母線電壓[11]。

母線電壓經過電感線圈濾波，由高壓系統板發出脈寬調制信號控制IGBT模塊，控制IGBT模塊的導通和關閉，母線電壓經過IGBT，電流方向發生逆變，變成交流電，再經過升壓變壓器，變成XFMR電壓，輸出給高壓倍增器，高壓倍增器的電容是串聯的，當每一個電容充滿電，倍增電路就一級一級倍壓，最后陰陽極分別獲得±70 kV高壓。

高壓系統板給出的脈寬調制信號，控制IGBT的導通和關閉時間，來控制XFMR電壓，從而控制倍增后的KV電壓。

其中逆變器還有一路輔助電源230 V AC，供給24 V開關電源，輸出的24 V電壓給K1、K2繼電器線圈供電；再經過JB1給高壓系統版提供+24 V，±15 V電壓。

3 高壓故障解析

3.1 故障一

3.1.1 故障現象

設備使用過程中報：C070212，隨后設備報錯C070218，設備宕機[12]。經過查看手冊，C070212是陰極過流，C070218是柵極控制錯誤。

3.1.2 故障分析

C070212陰極過流，是一種陰極電流過大的報錯，故障說明：陰極電流大于陽極電流超過466 mA。600減90大于466 mA，屬于這種情況報錯，如圖4所示。根據經驗分析報錯原因：球管燈絲老化、球管陰極部分老化、高壓倍增器里面燈絲變壓器次級故障、高壓線纜接觸不良等。

圖4 陰極過流報錯示意圖

C070218是柵極控制出錯。球管柵極技術即在燈絲位置左右兩側多了GV1、GV2兩塊柵極板，電極板電壓范圍：相對陰極-3000～0 V，通過變化GV1和GV2柵極電壓，可以控制電子流向的偏離和聚束能力，從而控制大小焦點和飛焦點的實現，如圖5所示。C070218柵極控制出錯，說明柵極電壓沒有有效的控制，設定和反饋不一致導致。

圖5 球管柵極技術示意圖

3.1.3 故障維修

3.1.3.1 故障檢查

首先查看錯誤日志，發現一直報錯C070218柵極控制出錯，而C070212在報一次后，不在重復出現報錯。

關機下電，等一分鐘左右開機，啟動完畢CT機報錯：C070218柵極控制出錯，高壓已經不能正常準備好，往下的掃描放線操作就不能執行，首先考慮更換（控制高壓柵極）高壓倍增器[13]。

3.1.3.2 更換備件

高壓倍增器更換完畢，開機聯機正常，沒有報錯，開始低kV、低mA放線掃描，放線不足1 s，設備報錯C070212陰極過流，2 min后，設備報錯C070218柵極控制出錯，和剛剛開始的故障現象一致[14]。

現在的故障C070218說明高壓倍增器再一次失效，還是需要更換高壓倍增器，如果更換，還是會發生一樣的故障，高壓倍增器一樣會失效，維修陷入僵局。

3.1.3.3 數據測量

考慮問題復雜，需要測量一些數據：

測量母線電壓是否正常，母線電壓在560 V DC左右。先下電，拔掉母線電壓的輸出插頭后，上電，測量紅白之間直流電壓560 V DC，如圖6所示。

圖6 直流電壓測試圖

確定母線電壓正常，說明高壓整流部分正常，需要測量陰極燈絲情況：下電，等待15 min（待高壓緩慢降到安全范圍），拔出陰極電纜頭[15-17]，如圖7所示。

圖7 陰極高壓電纜頭

因為拔出的是高壓端電纜頭，高壓電纜線和球管連接在一起，所以測量結果是球管內部情況，經測量，燈絲為0.1 Ω，正常；柵極對地測量都為無窮大，正常；其中一個柵極對陰極測量為20 MΩ，這里是有問題的，不正常。根據原理圖，柵極是兩個懸空的電極板，對地對陰極都相互不能導通，如果有電阻值，在高壓環境下，就是短路，見圖8。

圖8 球管柵極原理圖

得到這樣的測量結果，我們的維修一下豁然開朗：高壓柵極對陰極短路，在僅僅開機上電的情況下，陰極和柵極都沒有電壓，這時設備顯示正常，一旦放線，陰極和柵極同時上了高壓電，會短路燒壞高壓倍增器里的柵極控制短路，從而高壓失效[18-19]。失效后的高壓會一直報C070218柵極控制出錯。測量新發來的球管，發現柵極、陰極和球管外殼相互電阻都是無窮大[20]。

3.1.3.4 分析結果

本次故障是由于球管損壞，里面柵極對陰極短路，當球管上高壓時，會把高壓柵極控制電路燒壞，就是說：球管高壓需要同時更換，只換高壓，一定會再次燒壞。將設備下電，同時更換高壓和球管，再次上電測試，低kV，低mA放線，正常。然后按照更換球管的指導書訓管、校正等，最后一切正常，維修結束。

3.2 故障二

3.2.1 故障現象

設備使用過程中報C070200，球管過溫故障。

3.2.2 故障分析

情況一：球管溫度過高，報過溫。這是球管溫度超出閾值（80℃），溫控開關打開，系統報錯，這種情況下，等待球管降溫（68℃以下，溫度開關閉合），然后可以在服務界面下清除過溫標記，系統即可恢復正常。

情況二：球管溫度不高，報過溫。清除過溫標記后，還是沒有用的話，可以判斷是連接或硬件問題，需要深入檢查故障點[21]。

3.2.3 故障檢修

3.2.3.1 軟件清除過溫標記

等待球管降溫，注意不能關閉機架電源，大約20 min，可以嘗試用手觸摸球管外殼溫度，不燙手即可，此時清除過溫標記，實際結果是故障依舊，系統仍然報錯C070200。

3.2.3.2 測量球管的溫控開關

該步驟主要查的是HV3這根連接線，這是從球管溫控開關出來的到DCB（數據采集板）的球管溫度開關的線纜，中間有一個連接插頭HV3，它的位置在球管左側，線纜有標記，如圖9所示。

圖9 HV3線纜

下電，拔開HV3連接頭，測量連接球管的部分。萬用表撥到歐姆檔，測量這個插頭兩條線之間的電阻（此時溫度已經很低，接近室溫）。如果是電阻很大或者說是開路，說明是溫度檢測開關出現故障，那就可以判斷是球管問題。為此，我們需要更換球管，實際測出電阻為0，說明溫控開關正常，球管沒有問題。

3.2.3.3 測量球管到DCB的線纜

這部分的線纜其實還是原來的那根HV3線，不過我們這次測試的是連接DCB的那段。檢測這部分需要拔出DCB-J19腳，如圖10所示。

圖10 DCB-J19板路圖

根據手冊線纜標號，見表1，檢測對應的線與引腳是否是導通的。若不導通，則判斷線纜有問題，需更換線纜。實際測量電阻為0，線纜正常[22]。

表1 HV3線纜標號表

3.2.3.4 測量DCB板

此時是帶電測量，需要佩戴靜電手環，防止靜電，同時也需注意安全。如果排除了球管和線纜，那基本可以判斷是DCB問題。為了確認，需要測量DCB板。檢查時要將萬用表撥到直流電壓檔位，表筆放于DCB板的電阻R336一端。使用萬用表測量電阻R336一端對地電壓，測量得到電壓為4.9 V，判斷DCB板供電正常，如圖11所示。

圖11 DCB板電路圖

若電源正常，則需要再次進行測量。測量U86-5處的電壓（低電平有效），測量該電壓為4.6 V，說明芯片U86故障[23]。根據圖11的原理圖，可以準確判斷出U86芯片故障，需要更換DCB板。全部下電后，拆下DCB板，更換新的DCB板，上電，聯機，清除球管過溫標記（此步驟仍需佩戴靜電手環）。測試掃描，系統正常，維修完畢。

4 總結

故障一的維修，過程較為復雜，期間燒壞了一個正常的高壓設備，增加了維修成本，可以說是一次慘重的教訓。在遇到高壓球管維修時，一定注意一些特殊情況，比如多個故障報錯的，我們一定小心謹慎的處理故障，多測量，多分析，不要輕易下結論[24]；故障二的維修，故障點隱藏較深，需要一層一層排查，到最后方找到故障點。這需要我們對系統、對流程有深刻的認識，從簡到難，一步一步，不能著急。同時帶電測量需要小心謹慎，防止觸電。

通過這兩例故障維修說明基礎理論非常重要，維修都是建立在對基礎原理掌握充分后的分析，如果一知半解，就無法準確快速的定位故障點。同樣現場經驗也更加重要，每一次維修都總結一下維修過程，以及需要測量的結果，同時也會對基礎理論的理解更上一個層次。