西門子Biograph Truepoint 64 PET/CT探測器故障與維修三例

馮洪波，鄭佳

大連醫科大學附屬第一醫院 核醫學科，遼寧 大連 116011

引言

正電子發射型計算機斷層顯像/計算機斷層掃描成像（Positron Emission Tomography/Computed Tomography，PET/CT）是目前國內增長最快的高端分子設備，在腫瘤、神經系統和心血管系統疾病的診斷和療效評價中發揮了極其重要的作用[1-4]。PET顯像需向受檢者體內注入放射性核素標記的藥物，保證設備的穩定運行對于節約藥物成本、避免患者受到不必要的輻射有著重要的意義。為保證圖像質量和確認設備工作狀態，需每日完成CT預熱，并使用68Ge固體放射源進行PET的有源質量檢查（Quality Check，QC）[5]。本文總結了該設備在使用過程中遇到的三起典型的探測器相關故障引起的QC失敗，為同類故障的排除與維修和故障狀態下設備的應急使用提供參考。

1 PET基本原理與組成

PET成像采用符合探測的方式探測由18F、11C、13N、15O等正電子核素釋放的正電子與人體內電子發生湮滅輻射產生的運動方向相反的γ光子對（圖1）。為提高探測系統的幾何效率，PET通常采用環形探測器的設計方式，可以同時探測任意方向響應線的投影數據。探測器環由探測模塊單元構成，每個探測單元則是由晶體、光導、光電倍增管、控制電路組成。我院使用的西門子Biograph Truepoint 64 PET/CT，其將硅酸镥（Lu2SiO5:Ce, LSO）晶體切割為矩陣為13×13，尺寸為4.0 mm×4.0 mm，并與4個光電倍增管共同組成一個探測器模塊，每個探測器電子組件（Detector Electronic Assembly，DEA）負責控制12個由探測器模塊組成的探測單元。12塊DEA模塊在機架內沿順時針從0至11排列，通過網線與探測單元通信。DEA將記錄的電子對事件通過數據緩沖器傳輸至計算機，任何一個環節的故障都可能會影響圖像質量甚至停機[6]。

圖1 符合探測示意圖

2 故障案例及維修

2.1 案例一

2.1.1 故障現象

PET有 源QC未通過，提示“SYSTEM QULITY RESULTS FAILED”。使用正弦圖查看器檢查原始數據，發現DEA 9對應的12組探測模塊中有6組信號缺失，見圖2a。

圖2 PET每日質量檢查結果

2.1.2 故障分析

DEA模塊與探測器模塊通過網線相連，首先需排查線路故障。采用對調網線和更換網線的方式進行線路連接測試并初步故障原因。經測試，故障現象與此前無變化，排除線纜故障。由于無信號的模塊交替出現，有明顯的規律性，且交換網線后，測試結果同前，基本排除探測器模塊故障，初步判定為DEA模塊故障。

2.1.3 排除與維修

訂購并更換DEA模塊（圖3），執行PET設置后，再次使用68Ge校正源進行質量檢查測試，未通過。檢查原始數據發現DEA 9對應的晶體模塊工作正常，但DEA 3對應的部分晶體模塊信號較弱（圖2b）。考慮到維修前DEA 3對應的模塊信號也偏弱的情況，考慮再次更換DEA模塊。

圖3 探測器電子組件

為測試此種情況下對圖像質量的影響，繼續完成包括時間對準（Time Alignment）等不含在更換DEA模塊要求內的測試，并使用常規掃描條件進行68Ge校正源成像掃描，檢查重建圖像質量，無明顯異常，檢查原始數據，DEA 3對應的晶體模塊信號正常。再次進行質量檢查測試，提示“SYSTEM QULITY RESULTS PASSED”。

PET采用符合探測的方式來區分湮滅輻射事件，只有在符合時間窗內分別到達響應線兩端的伽馬光子才能判定為一次湮滅輻射事件，時間對準錯誤會導致符合事件判定錯誤，嚴重影響圖像質量，產生偽影。西門子Biograph Truepoint 64 PET符合時間窗是4.5 ns，系統需要每日進行均勻性測試外，每季度需進行一次時間對準。隨著飛行時間等技術的應用，符合時間窗變小，對時間精度要求更高[7]。故障案例一，在更換DEA模塊后，由于未做時間對準導致質控測試未通過。DEA模塊負責符合時間窗的判定，更換后使用了原有的時間對準表做系統測試，DEA 3與DEA 9處于環形探測環對側的位置關系和質控測試的機制，影響了質控測試的結果[8-9]。

2.2 案例二

2.2.1 故障現象

PET有源質量檢查未通過，使用正弦圖查看器檢查原始數據發現，DEA 6對應的12組探測器模塊中的Block 4信號缺失。

2.2.2 故障分析

對系統進行完整設置和時間對準，質量檢查未通過。將Block 0與Block 4網線對調，測試線路連接情況，并對故障原因進行排查。交換后，測試結果顯示Block 4（對應系統內Block 0）信號正常，Block 0（對應系統內Block 4）無信號。更換Block 4與DEA 6間的網線，Block 4仍無信號，據此判斷為Block 4晶體模塊故障。單體探測器模塊如圖4所示，更換時需要整組更換。

圖4 探測器模塊

2.2.3 排除與維修

訂購并更換整組探測器模塊，經校準后設備質量控制測試正常。晶體模塊故障多與環境溫度、濕度變化過大有關，為排查引起故障的原因，調取了機房內溫度、濕度記錄表，未發現環境異常波動，且機房內配置的精密空調無工作異常警報。調閱近一個月內的歷史系統日志，在警告級別的信息里面發現多次出現PET機架內溫度異常的信息，多次出現錯誤提示“PET_GIM_WARN_TEMP_IMBALANCE_POSSIBLE_GANTRY_FAN_FAIL”。經檢查機架內部，發現PET機架內兩組散熱風扇不工作，導致機架內部的散熱不佳。

西門子Biograph Truepoint 64 PET/CT采用的是硅酸镥晶體，其在晶體密度、余輝時間、相對光輸出量等性能參數上相比于鍺酸鉍（Bi4Ge3O12）、硅酸釓（Gd2SiO5:Ce）、碘化鈉（NaI）等晶體材料具有顯著的優勢[10]，物理性能也有大幅度的提升，但仍易受到環境溫度和濕度的影響，不僅影響成像質量，甚至可能發生潮解或開裂。晶體模塊后端是光電倍增管，負責將微弱的光信號轉換為電流脈沖。光電倍增管的放大因子隨各級電壓而變化，1%的電壓改變會造成輸出脈沖幅度10%以上的變化，因此對電源的長期穩定性和溫度等環境因素的穩定性的要求極高[11]。因此考慮是由于風扇故障導致了機架內溫度不穩定并致使晶體模塊損壞。

2.3 案例三

2.3.1 故障現象

PET有源質量檢查測試過程中，彈出對話框提示PET數據采集失敗，無法完成質量檢查。使用PET采集監視器查看數據記錄情況，發現代表真符合計數曲線不連續，而代表隨機符合的計數的曲線是連續的。重啟系統后，故障未解除。

2.3.2 故障分析

檢查系統日志，故障代碼“PET_EXB_51”提示未知原因導致數據采集失敗，建議檢查PET采集工作站（Acquisition Computer System，ACS）與控制臺和機架之間連接；故障代碼“PET_EXB_56”提示ACS負責接受探測器數據的PETLINKTM數據緩沖器（PETLINKTM Steam Buffer，PSB）數據丟失，建議檢查PSB與機架相連的光纖，見圖5。

圖5 PSB在數據采集中的作用示意圖（a）與PSB 外觀圖（b）

2.3.3 排除與維修

清理和插拔故障代碼中涉及的所有網線和光纖，重啟交換機，重新建立各系統與機架之間通信，PET有源質量檢查測試通過。完成當天檢查結束后，查看系統日志，仍發現“PET_EXB_56”錯誤。執行ACS Checkup，提示PSB的一路數據通道故障，更換PSB后，故障排除。

網絡系統是設備數據傳輸和存儲的橋梁，灰塵的累積和交換機等網絡設備的老化會引起通訊異常，在日常的保養和維護過程中不應忽略對其進行清理和測試。PSB通過光纖通道以最高13 M/s的速度從PET機架接收探測器對事件數據包，并將事件數據包緩沖到固態硬盤陣列上，以確保輸入數據不會丟失，最終通過PCIe接口傳輸至計算機，完成對PET成像原始探測器對數據包的實時處理和存儲，是探測器數據從記錄到存儲的橋梁[12]。PSB為高速、大數據量傳輸而設計，為保證數據的穩定性和傳輸速度，有兩個數據通道，非表模式（List-Mode）采集條件下，數據量不大，故障難于發現。在有條件的情況下應定期查看系統日志，特別是在設備維修后，了解設備運行狀態及時發現潛在的故障。

3 討論與總結

作為一種多模態分子影像設備，PET/CT結構復雜，精密度高，極易受到各種內在和外在因素影響。PET采用環形探測器上探測到湮滅輻射產生的γ光子對，某個晶體模塊信號缺失或減弱，其他晶體與其之間的湮滅輻射事件不會被記錄，而系統的校準文件是其信號正常的情況下生成的，進而導致在重建圖像異常，影響標準攝取值的測定。出現故障的晶體模塊數量越多對圖像影響越嚴重，特別是對小病灶的影響更顯著（圖6）[13-14]。本文中故障案例一、二情況下均出現了質控測試信號缺失的情況，衡量故障模塊數量對圖像質量的影響。案例一情況下，完全停機；案例二情況下，根據患者病情進行綜合考慮，完成了部分患者的檢查。而在案例三情況下，雖然PSB故障還未影響圖像質量，也應該及時進行維修，避免進行動態采集等特殊操作，以免造成進一步的影響[15]。

圖6 在不同數量晶體模塊故障情況下，NEMA/IEC 體模內不同直徑熱區測量值變化率

隨著設備使用時間的增加，PET設備的晶體、電子電路等部件都會出現性能下降或發生故障[16-17]。PET探測器發生故障情況下，可以采集圖像，但對圖像的影響較難覺察。每日質控通過對光電倍增管進行調整，消除其隨時間變化產生的信號漂移，保證圖像質量，還可以及時發現故障[18]。如未按要求實施質控測試，特別是故障案例一情況下，會嚴重影響圖像質量，造成誤診等嚴重醫療事故。對于日常質控和性能測試[19-20]，應嚴格制定詳細計劃并按要求執行。對于系統日志也應該定期查看排除，及時發現潛在隱患，確保設備穩定運行。

本文有針對性地總結了設備使用過程中遇到的三例與探測器相關的故障，故障現象均為質量控制測試不通過，但出現故障的部件、原因和解決方式各有不同，涉及探測器電子組件故障、探測器單元故障以及網絡和數據緩沖器故障，并結合PET設備原理與結構，深入分析了故障發生的原因及對圖像質量的影響。對于同類設備的維修與維護以及微小故障狀態下的運行具有重要的參考價值。