Philips AURA螺旋CT的工作原理與常見故障分析

聊城市東昌府區婦幼保健院 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生進行診斷，作為大型影像設備的CT是現代化醫院中不可缺少的重要醫療器械，其配置、維修與維護在醫院中備受重視[1]。而且，大型影像設備占用醫院資金較多，一般配置數量有限，應盡量使其長期處于正常運行狀態，避免其故障的發生。盡管CT一般性能較為穩定，故障發生率較低，但是突發故障不僅會給醫院造成經濟損失，還會延誤患者診斷時間，給患者造成不便[2]。因此，當CT發生故障時，需要臨床工程師及時找出故障原因并盡快進行故障修復，在最短的時間內使設備恢復正常運行狀態。我院于2005年采購Philips AURA螺旋CT一臺，長年累月的使用導致其故障頻發。本文總結了幾例常見的故障現象，并對故障的發生原理和解決方法進行了深度分析，希望可以給相關維修人員提供參考。

1 設備原理

螺旋CT的主要組成部分為各大計算機系統，主要分為四大部分：數據采集系統、數據處理系統、圖像重建系統、圖像顯示系統[3-4]。其中，數據采集系統由探測器、模數（A/D）轉換器、X線管、準直器以及濾過板五部分構成。CT將X線發生器的主機與掃描部件、轉換組件、電子計算機、重建軟件、存儲及顯示設備相結合，能準確地檢測出一定切層厚度中各類組織對X線吸收的微小差異，較精準地分辨出不同軟組織間的密度差。X線發生器發射的X射線為均勻線束，這些均勻線束穿過被檢部位時，如果遇到厚度或者質量不均的現象，被檢部分對X線束的吸收具有不一致的特性。此時，探測器將接收到經被檢部位衰減的X線信號并將信號進行放大，放大的信號經過A/D轉換器轉化為大量數據，數據處理系統可以接著對這些數據進行處理，比如進行減除空氣值和零點漂移值、線性化、X線的線束硬化、正?；取＿@些經過數據處理系統處理后的數據會被圖像重建系統采集，通過直接反投影法、迭代法、解析法等進行圖像重建，然后由圖像顯示系統將最終清晰的圖像顯示出來[5-6]。

Philips AURA螺旋CT屬于360°旋轉式—低壓滑環掃描，配有704個固定的探測器，探測通道數目約為700個。整體機架大小為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，掃描時間可以分別設置為1、2、3、4 s[7]。該類型CT由五大計算機系統組成，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。此臺計算機使用的是EIDE硬盤和DOS系統，其作用是用來發送并讀取來自Disc CPU的脈沖信號，同時監視并控制床、機架等部位的運動情況，監視數據的接收和重建，監視和決定系統的參數的穩定性，比如kV、S、mA等相關參數[9]。

（2）Datebase Computer。此臺計算機使用是EIDE硬盤和Window NT系統，用于醫用模式和維修模式之間的切換，處理并操作后臺BE，Timing計算和重建柜之間的數據流向以及FE前臺Datebase的信號。

（3）Disc Computer。此臺計算機采用的是SCSI硬盤和DOS系統，它的組成部分較為復雜，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、監視Disc的傳輸、DAS數到Down Link通道口的進程。數據交換傳輸到Timing CPU，控制高壓發生器并實時計算球管的溫度。

2 Disc Computer故障一例

2.1 故障現象

掃描定位像時一切正常，開始軸掃時，最初幾層可以出圖像，但是圖像呈一定程度的傾斜，且傾斜方向無規律，有時向左，有時向右，傾斜角度在20°～40°之間，無特殊規律呈現。到最后幾層（比如掃描10層，到第6層時，無特殊規律呈現）時會報錯，彈出對話框“SYSTEM ERROR”。點擊“RESET”無法繼續掃描。此時觀察機架三臺計算機的狀態，分別為：Timing Computer: IDLE；Disc Computer: DISCONNECT；Dbase Computer: IDLE。

報錯信息分別為：① SOUTH TICK ERROR（有時報其他方位的）；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

根據報錯數據進行分析，該設備的故障主要集中在通訊方面。猜測可能的原因有以下幾個方面：① E/W/S/N TICK上面有污物；② 機架各部分-Disc Compute-射頻接收-Timing Compute這一通訊路線發生故障；③ Disc Computer發生故障；④ 旋轉和固定部分的射頻接收及發射部分發生故障。

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及機架位置凹槽，重新開機進行掃描，發現雖然圖像傾斜的角度有所變化，但是圖像傾斜的現象并未消失。檢查TIMING-RF-LINK ASSEMBLY-DISC MEDIA INTERFACE-DISC-TUBE等線路連接，未發現損壞，排除因線路斷裂造成故障的可能性。在機器異常的情況下，進行SERVICE測試通訊，測試結果如表1所示。

表1 Service通訊測試結果

從表1中的測試結果可以看出，TIMING經UPLINK到DISC的通訊失敗。另外，通過將TIMING外接顯示器顯示，UPLINK/DLINK0/DLINK1傳輸監視到的數據一直持續變化，說明TIMING是一直發出數據的，結合測試通訊的結果進行分析，故障部位最大的可能性在UPLINK上，而故障發生的原因可能是TIMING發出數據信號后，DISC接收不到信號。

多次重啟機器進行試驗，每次開機時UPLINK均處于正常狀態，但是機架在旋轉幾周之后UPLINK就會失去信號。由此可以判斷，故障應該發生在旋轉部分，很有可能是接觸不良所致。再次重啟開機，在機器正常的情況下，按下“ESTOP”，然后手動轉動機架，查看“UPLINK/DLINK0/DLINK1”的各項數值，一切正常，說明機架在低速旋轉的情況下并不會出現通訊問題，只有在高速旋轉時才會出現。這一現象增加了接觸不良導致機器故障的可能性。

根據以上分析結果結合機器旋轉部分各零部件的特點，推測最有可能出現接觸不良的部位是DISC COMPUTER的CPU板，因其內存是插在主板上的，當機架旋轉時會有很大的離心力。通過加固CPU板，特別是內存和IDE硬盤接口等，再次重啟機器，故障未再發生。

2.4 小結

Philips AURA螺旋CT的五大計算機系統的作用分別是掃描控制、圖像處理、機架狀態監視、原始數據處理、旋轉及高壓控制[10]，相互配合，各部的通訊比較復雜，計算機本身或者連接線出現接觸不好都會導致機器無法正常工作。

隨著機器工作年份的增長，DISC CPU板的有些接口在長期旋轉的狀態下老化松動，要根除掃描圖像傾斜故障最好的方法就是更換DISC CPU板；但是如果從節約成本的角度考慮，也可以將DISC CPU板進一步加固，短時間內使機器正常工作。然而，這樣做的的缺點是設備將一直存在這一故障隱患，再次發生同樣故障的機率較大。

3 高壓模塊故障一例

3.1 故障現象

開機自檢，到第三個點時，機器報系統錯誤，無法正常開機。機架左側“BASE POWER ASSEMBLY”紅色指示燈“OVER CURRENT FAULT”點亮。進入SERVICE模式，主要報錯信息，見表2。

表2 主要報錯信息

3.2 故障分析

從報錯信息中分析，引起此次故障的原因可能有三個：① 球管故障，因為報錯中有陽極和陰極打火、燈絲故障等的報錯；② 電源故障，主要包括BASE POWER ASSEMBLY、滑環、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，此球管的一個特點就是燈絲的大小焦點是短路的，經過測量發現，所有燈絲及陽極線圈的電阻均正常，且重新開機后旋陽模塊正常旋轉，排除球管故障的可能性[11]。

根據電路圖，檢查POWER。因為BASE POWER ASSEMBLY的過流保護功能，所以在出現“OVER CURRENT”指示燈點亮之后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象，檢查的結果是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，HVPS的“Anode Generator”三個指示燈都不亮，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，檢查模塊內零部件，發現有一個IGBT被擊穿。通常情況下，導致IGBT擊穿的主要原因過流，而負載增大是導致過流的因素[12]。由于陰陽極平均為球管提供1/2的高壓，所以造成這一現象的主要原因就是陰極模塊的功率達不到管電壓的1/2，導致陽極負載增大從而擊穿IGBT。更換陰陽極模塊，故障排除，機器正常工作。

3.4 小結

AURA的管電壓是由陰陽極模塊分別提供，例如當需要130 kV的高壓時，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陰陽極不平衡的現象就會導致其中的一個過流而擊穿IGBT，有時候還會導致其他電路的損壞，所以在更換陰陽極模塊時一般都是成套的更換，以避免因功率不匹配而引發故障。

4 總結

本文主要介紹了Philips AURA螺旋CT的工作原理，并根據實際實際維修經驗，總結了該型號CT常見的兩例故障，分別為Disc Computer故障與高壓模塊故障，這兩例故障均與設備使用年限較長，配件老化有關[13]。在以后的工作中，臨床工程師應該加強設備巡檢以及增加預防性維護的頻率，減緩設備配件老化的速度，延長設備的使用壽命，為醫院節約開支。這也求工程師們除了做好平時的基本維護維修工作以外，還應該做好醫務人員培訓，使醫療設備的操作者做到規范操作，減少對設備的損傷，為醫院和患者做好服務[14-15]。