Siemens 64排CT機疑似球管的高壓故障維修兩例

1.中國中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院 設(shè)備處，北京 100102；2.北京市順義區(qū)醫(yī)院 器械科，北京 101300

引言

目前，計算斷層掃描診斷系統(tǒng)（Computed Tomography，CT）是醫(yī)院里的一種常見檢查設(shè)備，可用于多種疾病的診斷，應(yīng)用十分普遍，尤其是對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷結(jié)果更加高效[1-2]。除此之外，CT檢查還可用于頭頸部疾病的診斷、胸部疾病的診斷、心臟及大血管的檢查，尤其是對大血管的檢查具有重要的意義[3]。因此，由于其特殊的診斷價值，CT診斷已廣泛應(yīng)用于臨床。隨著計算機水平的發(fā)展，CT機在工藝上得到了極大的改進(jìn)，多排螺旋CT被逐步研制出來[4]。Siemens Definition 64排CT工藝相對較為成熟，為目前應(yīng)用較為廣泛的一種CT機，診斷功能較為全面，符合大部分醫(yī)院的基本要求[5]。CT機的購置成本較高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，雖然大部分操作人員在使用過程中已經(jīng)格外注意，但隨著使用年限的增加，其故障的發(fā)生仍然是難以避免的，特別是一些內(nèi)部精密元件，一旦發(fā)生故障，維修過程往往較為復(fù)雜，CT的球管即為一種精密的內(nèi)部元件，屬于高真空元器件，具有一定的壽命，但更換價格非常昂貴。工程師在發(fā)現(xiàn)CT機出現(xiàn)疑似球管故障時產(chǎn)生的現(xiàn)象，往往先考慮球管問題居多，但如果根本原因不是球管的問題，貿(mào)然更換球管不僅會給醫(yī)院帶來不必要的經(jīng)濟損失，還會對CT機造成損傷。本文就疑似球管問題給出兩個非球管損壞的維修案例，總結(jié)分析出現(xiàn)故障的原因、提出解決問題的辦法。

1 高壓發(fā)生器的工作原理與球管的基本構(gòu)成

1.1 高壓發(fā)生器的工作原理

高壓發(fā)生器是CT的一個重要的組成部件，可以為其提供電源和球管的接口。高壓發(fā)生器主要用來產(chǎn)生穩(wěn)定的具有足夠功率的直流高壓供給CT球管，同時提供旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動電壓為球管燈絲供電壓產(chǎn)生穩(wěn)定的管電流，其基本的工作原理簡述如下。

在高壓曝光之前，CT主控電腦會向高壓發(fā)生器發(fā)出指令，提供要求曝光的參數(shù)條件，主要包括kV值和mA值。高壓發(fā)生器接到指令后先對自身狀態(tài)進(jìn)行檢測，確認(rèn)一切正常后，發(fā)出“GEN OK”信號給主計算機。CT主機接到反饋信息以后，下達(dá)曝光命令，高壓發(fā)射器啟動旋轉(zhuǎn)陽極，激勵燈絲電流，調(diào)整高壓變壓器初級電壓達(dá)到CT要求參數(shù)值后，開始產(chǎn)生高壓供給球管曝光。在整個曝光期間，不斷根據(jù)管電流的變化，及時調(diào)整高壓初級電壓以保證整個曝光過程產(chǎn)生平穩(wěn)的脈沖高壓和較為恒定的管電流，一旦檢測到高壓參數(shù)異常，立即切斷曝光并報出錯誤代碼[6-7]。

1.2 球管的基本組成

CT的球管主要由管芯、管套、散熱器、絕緣油以及一些附屬配件等組成。其中管芯是球管的核心部件，它是由陽極和陰極組成。球管的實物圖，見圖1。

圖1 球管實物圖

球管的管芯由玻璃芯棒的陽極端與陰極端組成。玻璃芯棒是一種玻璃外殼，可以使球管內(nèi)保持真空狀態(tài)，并對陰極和陽極起到支撐作用，因為其與X射線接觸的特殊性，本機型的芯棒采用的是以硅為主要成分的硼酸硬質(zhì)玻璃，這也是大部分CT機所采用的材質(zhì)，該玻璃材質(zhì)具有耐高溫、絕緣強度高、膨脹系數(shù)小的特點[8]。陰極端的作用是將電子發(fā)射出去，使電子進(jìn)行聚焦，進(jìn)而轟擊陽極產(chǎn)生X射線；而陽極端的靶具有接受電子轟擊輻射出的X射線的作用，也能夠散發(fā)熱量，陽極靶的燈絲一般采用鎢作為制作材料，其具有原子序數(shù)高、熔點高、高溫時蒸汽壓力低等優(yōu)點，熔點可達(dá)到3370℃，熔點極高，高溫下不會蒸發(fā)，在高溫下有一定的發(fā)射能力[9]。同時，鎢材料具有較好的延展性和抗張性，能拉成細(xì)絲而制成一定形狀，容易加工，在強電場吸引下不易發(fā)生形變。陽極靶為球管的散熱部分[10]。絕緣油則存在于一段緩沖管中，當(dāng)球管持續(xù)工作并產(chǎn)生熱量時，絕緣油的體積增大，起到緩沖作用。

球管內(nèi)部陽極部位還含有一個定子，陽極呈圓盤狀，非常厚重，它需要牢固的安裝在軸承中旋轉(zhuǎn)的軸上，在同一軸上還裝有一個感應(yīng)電子流動的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子以銅為原料做成圓柱形，電動機的定子套在X射線管玻殼的外面，流經(jīng)定子繞組的電流建立起一個旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，也就帶動了陽極旋轉(zhuǎn)，管子的陰極裝有卷成螺旋管狀的鎢燈絲，其位置偏離管子中心軸線[11]。

球管的外殼部分有機臂、球管窗口、耳軸區(qū)域等。機壁包含有連接給X射線發(fā)生裝置供電的高壓電纜的插座；球管窗口為X射線的出口，同時X射線的瞄準(zhǔn)儀也是安裝在這里；耳軸區(qū)域分布在球管的四周，為夾緊機架特意提供了一個耳軸環(huán)，這環(huán)能使球管機架安全放心地固定在球管安放處。

2 故障實例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

之前因為球管故障更換straton球管，使用一年后，在大劑量掃描條件下，掃描時而中斷，如果把掃描劑量降低一些，掃描可正常進(jìn)行。

2.1.2 故障分析

當(dāng)這種情況發(fā)生以后，維修工程師一般最先的懷疑對象為球管，可能是球管的管芯耐壓性降低，造成球管打火，從而導(dǎo)致掃描中斷。

2.1.3 故障檢修

Siemens的CT中，高壓部件主要包括球管、高壓油箱（HV tank)、高壓逆變箱（Electronic Box）、高壓控制板（D400）、高壓電纜。球管的電壓是由UDC直流電壓經(jīng)Invert轉(zhuǎn)換成高頻交流電壓，再由高壓油箱（HV tank）整流升壓得到。燈絲的驅(qū)動是由UDC直流電壓經(jīng)Invert（D470）轉(zhuǎn)換成交流電壓，再經(jīng)隔離變壓器，高壓電纜連接到球管。旋轉(zhuǎn)陽極的驅(qū)動是由UDC直流電壓經(jīng)Invert（E550）轉(zhuǎn)換成交流電壓提供（圖2）。

圖2 CT高壓部分轉(zhuǎn)換圖

根據(jù)現(xiàn)有CT曝光時的現(xiàn)象分析，該CT在低劑量條件下能正常掃描、曝光，而在高劑量掃描條件下，曝光時掃描就會中斷，可以初步排除高壓主控板（D400）和高壓電纜的問題，那么問題有可能存在于球管、高壓油箱、高壓逆變箱這三個部件。我們可以通過使用假負(fù)載（dummy plug）來分析該故障是否與球管有關(guān)，首先，斷開球管正負(fù)極電纜，接上假負(fù)載代替球管，運行HV01測試，130 kV測試通過，這說明高壓油箱正常，按照以往的經(jīng)驗應(yīng)該判斷為管球壞了。但是，從西門子后臺錯誤日志中顯示并未有打火報錯，僅僅在管球曝光歷史記錄里，顯示實際曝光的電壓總比正常的電壓要低10 kV左右。從球管處測量燈絲電壓，顯示正常，測量線圈電阻也正常。因為HV01測試通過，HV tank故障排除在外，考慮到球管為最新更換的，并未達(dá)到其使用壽命的極限，除球管外，可能存在故障的部件就剩下高壓逆變器了。故障排除主要涉及項目，見圖3。

圖3 球管故障排除涉及的主要項目

通過圖3中的線路原理圖分析可知，IGBT模塊沒問題，因為IGBT有問題設(shè)備都無法啟動，低劑量曝光也不能完成掃描，因此，懷疑逆變中的lC諧振電路出現(xiàn)問題。打開逆變器后檢查，發(fā)現(xiàn)電容已經(jīng)開裂損壞，通過分析發(fā)現(xiàn)，諧振電容的容量降低，變壓器的初級電流變小，無法滿足高劑量掃描條件下的電流輸出，所以才導(dǎo)致故障頻繁出現(xiàn)，更換電容后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

在一個病人正常完成檢查以后，第二個病人加載條件后無法曝光。后臺報錯信息為“CT_XRS 3040 control error XRS”。報錯界面，見圖4。

圖4 故障報錯界面

2.2.2 故障分析

該報錯信息直接指向高壓部分，提示可能的錯誤包含高壓主控板（D400）、FIL/RAC、球管、MCB通信板等。盡管將整個機架斷電重啟一下就可以繼續(xù)掃描，但是這種情況從幾天一次，發(fā)展到了一天幾次。

2.2.3 故障檢修

從故障現(xiàn)象到后臺錯誤提示，一般情況下都可以懷疑是球管旋轉(zhuǎn)陽極軸承的問題，特別該球管已經(jīng)掃描了70萬次了，已經(jīng)接近使用壽命。但唯獨不能解釋的就是斷電重啟后可以正常掃描，而且掃描并沒有聽見旋轉(zhuǎn)陽極軸承異響。隨后，我們進(jìn)行了一系列測試，進(jìn)入西門子維修模式做旋陽測試，所有測試項目全部通過；在CT機可以正常掃描的情況下做MCBfireware程序刷新，順利通過；為了排除控制信號或反饋信號異常的現(xiàn)象，我們更換了D400板，重新啟動機器，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象仍然存在；檢查FIL/RAC板，更換電路板上的部分電容，故障仍然存在，排除電子元件老化帶來此次異常的可能性。此時，重新審視故障的關(guān)鍵點，每次都是關(guān)機重啟后就可以掃描一段時間，考慮可能是電路板元器件的熱效應(yīng)不好，工作一段時間后器件發(fā)熱造成此次故障。電路板電路圖，見圖5。

圖5 電路板電路圖

我們再次把問題鎖定旋陽驅(qū)動板（D115）。拆下旋陽驅(qū)動板仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)該板的旋陽驅(qū)動模塊連接著一個很大的散熱片，在散熱片的后面有藏著一個溫控開關(guān)，該溫控開關(guān)并未在圖紙上表明。實際測量發(fā)現(xiàn)，溫控開關(guān)控制進(jìn)入RAC DRIVE模塊的18 V供電。拆下旋陽驅(qū)動模塊，發(fā)現(xiàn)和散熱片之間的導(dǎo)熱硅脂基本沒有，而且附著有一層油樣的物質(zhì)，IGBT模塊發(fā)熱量很大，由于接觸不好造成熱量散不掉觸動溫控開關(guān)而停止給IGBT供電，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動板不工作。

接著的處理辦法比較簡單，清理IGBT及散熱片，重新涂抹導(dǎo)熱硅脂，安裝好溫控開關(guān)，恢復(fù)設(shè)備，開機再進(jìn)行掃描，設(shè)備一直工作正常，連續(xù)工作幾周再未出現(xiàn)錯誤，由此判定該故障徹底解決。

3 總結(jié)與討論

通過以上兩個維修案例我們可以得出一些經(jīng)驗，CT高壓發(fā)生器的一些故障，雖然表面上指向都是球管，但是最終都不是球管本身的問題。在遇見這樣問題時一定先排除球管以外的一切可能，不要輕易下結(jié)論更換球管，因為畢竟球管是高值備件動輒幾十萬上百萬，一旦判斷錯誤醫(yī)院損失巨大。我們應(yīng)該仔細(xì)分析問題的產(chǎn)生的原因，探尋真相，解決問題。該維修思路同樣適合于CT機其他疑似高值備件發(fā)生故障時，也適合于除CT機以外的其他大型醫(yī)療設(shè)備。高值的備件應(yīng)該充分發(fā)揮其醫(yī)療價值，不應(yīng)輕易進(jìn)行更換。

除此之外，CT機屬于常用的價值較高的醫(yī)療設(shè)備，我們不僅要做到“壞了會修”，更要做到“防患未然”，所有操作人員均應(yīng)該經(jīng)過嚴(yán)格的上崗培訓(xùn)，防止因操作失誤對CT機造成不必要的損傷[12-14]。同時，應(yīng)該做好平時質(zhì)量控制與預(yù)防性維護(hù)工作，將CT機等大型醫(yī)療設(shè)備列入醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量控制的重點工作，減少其故障發(fā)生率，避免故障現(xiàn)象的發(fā)生[15-16]。