CT球管故障偽影常見原因分析及處理

袁保鋒，李鄭，何玲，張正東

揚州大學附屬醫院 影像科，江蘇 揚州 225001

引言

CT 球管故障偽影是指在CT 成像過程中由于球管運行不穩定或某一元器件損壞產生的與被掃描組織結構無關的異常影像[1-3]。這些異常影像降低了圖像質量，甚至會影響對病變的診斷。以我院西門子CT Definition AS 為例，在日常工作中常常遇到一些球管故障偽影。在工作中只需要識別各種CT 球管故障偽影，判斷其類型，分析其成因，確定偽影來源及故障點，采取有效矯正措施或更換相關器件，就可以抑制或消除球管故障偽影。同時偽影的出現為機器的維修提供了一定的線索。

1 設備原理

1.1 設備故障偽影及其來源

機器故障偽影是由設備運行不穩定或元器件損壞造成的[4-7]。如探測器之間的響應不一致，可造成環狀偽影；投影數據測量轉換誤差，可導致直線狀偽影；采樣頻率較低，可產生直線狀偽影；球管故障，則可產生點或片狀偽影。依照CT 的構成，機器故障偽影大致來自以下幾個方面：① 掃描系統：包括高壓、X線管、濾線裝置等；② X數據采集及傳輸系統，包括探測器、通道放大板、A/D 轉換板、控制和傳輸系統等；③ 數據重建系統：重建服務器及其軟件；④ 其它故障，例如顯示系統。

1.2 球管故障偽影表現

廣義CT 球管包括X 射線管、焦點系統、冷卻系統、高壓控制電路、燈絲電流控制電路等[8-9]。因此以上任何部件出現故障，均可導致成像性能下降、圖像出現偽影，甚至不能成像。CT 球管故障導致的偽影種類較多，形狀不規則，有不規則低密度影、圖像邊緣模糊、直線型條紋偽影、晃動狀亮點偽影、圓弧影等，不像探測系統偽影形狀比較單一，容易判斷，球管故障產生偽影較復雜，且有些偽影比較隱蔽（比如低密度不規則陰影），醫師技師均不容易發現，有時與一些疾病病灶影像混淆，難以進行鑒別確認，完全有可能導致誤診。

2 故障研究

2.1 球管輸出不穩定偽影

2.1.1 故障現象

頭顱CT 檢查連續幾個患者圖像均發現不規則低密度影，且位置相對固定，僅連續2～3 層出現。如圖1a 所示，開始不認為是偽影，但出現頻率偏高，引起警惕，用水模掃描，亦有偽影，基本可以確定圖像中低密度區為偽影。檢查上午頭顱圖像發現是偶發故障，不是所有圖像均出現該偽影。檢查其它部位掃描圖像，亦有部分圖像有相關偽影，但不影響診斷，沒有引起重視。檢查前一天圖像，沒有出現該偽影，確定偽影為當天上午新出現。

圖1 CT球管故障偽影

2.1.2 分析及解決方案

故障分析：該偽影特點：① 不規則低密度陰影偽影；② 偶發，一段時間內在類似的區域出現；③ 占據圖像一兩層，不是常見的多層可見的圓柱體偽影；④ 查看Log 文件沒有明顯報錯提示。根據偽影形狀及特征基本可以排除重建系統及采集系統故障。查看上次空氣校準時間，早上六點做過空氣校準，距離上次校準僅僅三四個小時，非長時間不做空氣校準所致。再次空氣校準，排除CT 機房環境變化所致，校準后掃描水模，很快偽影再次出現。綜上所述，懷疑該故障是由CT 掃描系統故障導致。

解決方案：因圖像偽影不是高壓部分故障導致的條形或柵格形偽影，判斷故障來源于X 線球管。首先改變掃描條件管電壓及管電流，發現偽影的密度發生變化，但無本質改變。做X線球管校準，觀察發現剛開始偽影沒有再出現，過了一個多小時偽影再次出現，且偽影有所改變。判斷該偽影為X線輸出不穩定或是不能均勻排布引起數據紊亂導致的。進入維修Service 界面，利用Test Tools 菜單里Rot/Static 工具里的Rotation Mode 工具進行X 線球管的輸出穩定性檢測，發現各個檔kV 及mAs 的預設值及測量值均有偏移，掃描時間基本沒有偏離，mAs 及kVp 輸出穩定性均超出國家規定的標準5%，查看球管曝光秒次，已到達60 多萬秒次，基本可以判斷因球管老化所致X 線輸出不穩定，從而導致偽影的產生。聯系廠家訂購新的球管，更換球管后，偽影沒有再出現，設備恢復正常。

排除故障后進行了總結，CT 球管故障產生的形狀不規則低密度影偽影有時比較隱蔽，在工作中對于連續出現或高頻率出現的低密度影要提高警惕性。特別是在頭顱檢查時，設備故障偽影有時與一些疾病病灶影像混淆，需結合病史綜合考慮，必要時短期內復查，同時排除機器故障所致偽影可能。比如此次事件，若沒有引起高度注意，或發現較遲，都會引起諸多麻煩，甚至造成不良醫療事件的發生。

2.2 旋轉陽極抖動偽影

2.2.1 偽影現象

圖像中間產生不規則的亮點晃動狀的偽影，如圖1b 所示，中心部分最明顯。此偽影不易引起誤診，但影響臨床診斷。CT 機器可以正常掃描，查看Log 日志，沒有明顯報錯，也沒發現其它明顯異常。從偽影形態上基本可以排除采集系統偽影，判斷故障來自掃描系統或重建系統。

2.2.2 偽影分析與處理

將標準水模原始數據及空校數據導入硬盤，重建水模圖像無明顯異常，探測器通道檢測亦正常，排除了重建系統及采集系統。測量高壓柜及掃描架的電源均正常，改變焦點尺寸，偽影隨之改變，基本可以考慮故障在球管系統，關機后對球管陰陽兩端進行仔細清潔、緊固，開機后掃描偽影無明顯改變。更換球管后，偽影消失。

在實際工作中，若出現這種偽影可以直接考慮球管，當然應結合曝光次數等其它因素。上述球管是由于陽極軸承的磨損，陽極轉子不再能維持同樣的穩定性和準確性，在高速旋轉過程中產生了搖擺。所輻射的線束位置偏離了圖像重建設計時假定的理想位置，產生不規則的亮點晃動狀偽影。

其它CT 球管故障偽影的處理方法同上述兩案例相似，比如圖1c 所示的管內單次放電導致的亮度不一、疏密不同的線狀偽影，圖1d 所示管內循環油異物時，產生半圓弧形、高密度偽影。可以根據偽影的形態及相關測試判斷其來源于CT 球管的哪個部分，然后進行相關處理。

3 討論

CT 球管故障偽影產生的主要原因如下：① X 射線管輸出不穩定：常常表現為不規則低密度偽影，多為球管老化或燈絲原因造成的輸出不穩定所致，可用靜態掃描的方法（無X線輸出）進行排除，改變掃描條件或進行校準，偽影亦會有改變，上述圖1a 中的偽影即是此原因所致，該偽影不容易發現，且又容易引起誤診，需引起警惕；② 旋轉陽極抖動：陽極轉子在高速旋轉過程中產生搖擺，所輻射的線束位置偏離了重建算法設計時假定的理想位置，會產生不規則的亮點晃動形狀的偽影（圖1b），重建系統故障時有時也產生該形狀偽影，但容易鑒別，按照上述流程就可判斷出偽影來源，并且旋轉陽極抖動時，機器一般會有異響；③ 管內放電：單次瞬時放電只涉及一個角度上的投影，將出現直線形、亮度不一、疏密不同的條紋偽影（圖1c），管內放電在短時間內重復出現，系統一般將取消掃描過程，查看service 界面下Event Log菜單里的Log 文件一般會有報錯信息；④ 管內循環油內異物：循環油內有氣泡或雜質等異物時，可產生形狀各異、密度高低不同的偽影，比較難判斷，圖1d 所示為高密度圓弧偽影；⑤ 旋轉陽極靶面表面不平：陽極靶面長期被電子撞擊，會引起靶面的凹凸不平，引起的偽影是模糊的環形偽影；⑥ 電子偏離焦點：電子撞擊的位置不一定在焦點上，焦點周圍的焦暈上撞擊電子密度低，但也會發出射線，在進入探測器后形成半影，引起圖像邊緣的模糊，產生陰影偽影或條紋偽影，在球管輻射窗外加裝準直器或濾過窗可以改善該偽影，準直器或濾過窗故障時，也會出現該偽影，懷疑該偽影時，西門子設備可以進入service 界面下focus alignment 及focus alig.check 工具進行相關測試，大致可以判斷是否是該問題；⑦ 高壓故障：一般為直線形或柵格形偽影，是CT 偽影中最難判斷的，故障可能來自X射線管、高壓電纜、電纜接頭、高壓發生器、高壓控制電路、以及電源電壓等，只能一個一個地排查；⑧ 燈絲電路故障時：導致球管不出射線、圖像模糊或大理石面偽影等[10-14]。

CT 球管故障產生偽影時，不影響正常掃描，查看Log文件有時看不到明顯的錯誤信息，排查比較困難，通常采用排除法，首先排除圖像重建系統、圖像采集系統或圖像顯示系統故障，將故障范圍縮小。當確定偽影來源為球管時，可以進行相關的空氣校準、球管校準及測試、改變掃描條件觀察偽影變化等操作，判斷故障來自球管哪個部分。目前球管故障時，可處理范圍不大，需要先根據故障情況進行一些簡單的處理[15]，比如懷疑高壓部分問題可以關機后清潔、緊固球管兩端電極，懷疑射線量不足，可以進行訓管等，如無改善，則需更換球管。