Philips AURA螺旋CT的工作原理与常见故障分析

聊城市东昌府区妇幼保健院 超声科，山东 聊城 252000

引言

鉴于可以提供较为直观的图像来辅助医生进行诊断，作为大型影像设备的CT是现代化医院中不可缺少的重要医疗器械，其配置、维修与维护在医院中备受重视[1]。而且，大型影像设备占用医院资金较多，一般配置数量有限，应尽量使其长期处于正常运行状态，避免其故障的发生。尽管CT一般性能较为稳定，故障发生率较低，但是突发故障不仅会给医院造成经济损失，还会延误患者诊断时间，给患者造成不便[2]。因此，当CT发生故障时，需要临床工程师及时找出故障原因并尽快进行故障修复，在最短的时间内使设备恢复正常运行状态。我院于2005年采购Philips AURA螺旋CT一台，长年累月的使用导致其故障频发。本文总结了几例常见的故障现象，并对故障的发生原理和解决方法进行了深度分析，希望可以给相关维修人员提供参考。

1 设备原理

螺旋CT的主要组成部分为各大计算机系统，主要分为四大部分：数据采集系统、数据处理系统、图像重建系统、图像显示系统[3-4]。其中，数据采集系统由探测器、模数（A/D）转换器、X线管、准直器以及滤过板五部分构成。CT将X线发生器的主机与扫描部件、转换组件、电子计算机、重建软件、存储及显示设备相结合，能准确地检测出一定切层厚度中各类组织对X线吸收的微小差异，较精准地分辨出不同软组织间的密度差。X线发生器发射的X射线为均匀线束，这些均匀线束穿过被检部位时，如果遇到厚度或者质量不均的现象，被检部分对X线束的吸收具有不一致的特性。此时，探测器将接收到经被检部位衰减的X线信号并将信号进行放大，放大的信号经过A/D转换器转化为大量数据，数据处理系统可以接着对这些数据进行处理，比如进行减除空气值和零点漂移值、线性化、X线的线束硬化、正常化等。这些经过数据处理系统处理后的数据会被图像重建系统采集，通过直接反投影法、迭代法、解析法等进行图像重建，然后由图像显示系统将最终清晰的图像显示出来[5-6]。

Philips AURA螺旋CT属于360°旋转式—低压滑环扫描，配有704个固定的探测器，探测通道数目约为700个。整体机架大小为186 cm×210 cm×86 cm，配有激光扫描定位器，扫描层厚可以分为1、2、3、5、7、10 mm，扫描时间可以分别设置为1、2、3、4 s[7]。该类型CT由五大计算机系统组成，分别为Timing Computer、Datebase Computer、Disc Computer、图像处理工作站和扫描工作站，其中Timing Computer与Datebase Computer一起被合称为Base Computer。各组成部分均有其具体分工[8]，分别解析如下。

（1）Timing Computer。此台计算机使用的是EIDE硬盘和DOS系统，其作用是用来发送并读取来自Disc CPU的脉冲信号，同时监视并控制床、机架等部位的运动情况，监视数据的接收和重建，监视和决定系统的参数的稳定性，比如kV、S、mA等相关参数[9]。

（2）Datebase Computer。此台计算机使用是EIDE硬盘和Window NT系统，用于医用模式和维修模式之间的切换，处理并操作后台BE，Timing计算和重建柜之间的数据流向以及FE前台Datebase的信号。

（3）Disc Computer。此台计算机采用的是SCSI硬盘和DOS系统，它的组成部分较为复杂，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、监视Disc的传输、DAS数到Down Link通道口的进程。数据交换传输到Timing CPU，控制高压发生器并实时计算球管的温度。

2 Disc Computer故障一例

2.1 故障现象

扫描定位像时一切正常，开始轴扫时，最初几层可以出图像，但是图像呈一定程度的倾斜，且倾斜方向无规律，有时向左，有时向右，倾斜角度在20°～40°之间，无特殊规律呈现。到最后几层（比如扫描10层，到第6层时，无特殊规律呈现）时会报错，弹出对话框“SYSTEM ERROR”。点击“RESET”无法继续扫描。此时观察机架三台计算机的状态，分别为：Timing Computer: IDLE；Disc Computer: DISCONNECT；Dbase Computer: IDLE。

报错信息分别为：① SOUTH TICK ERROR（有时报其他方位的）；② ANODE COMMUNICATION ERROR；③ RECONSTRUCTION RAW DATA ERROR；④ BAD UPLINK。图1为用扫描头颅的条件扫描半瓶水所出的图像，可以从图1上看到图像水平倾斜的角度。

2.2 故障分析

根据报错数据进行分析，该设备的故障主要集中在通讯方面。猜测可能的原因有以下几个方面：① E/W/S/N TICK上面有污物；② 机架各部分-Disc Compute-射频接收-Timing Compute这一通讯路线发生故障；③ Disc Computer发生故障；④ 旋转和固定部分的射频接收及发射部分发生故障。

图1 轴扫水瓶的图像

2.3 故障处理

首先，小心清洁E/W/S/N TICK及机架位置凹槽，重新开机进行扫描，发现虽然图像倾斜的角度有所变化，但是图像倾斜的现象并未消失。检查TIMING-RF-LINK ASSEMBLY-DISC MEDIA INTERFACE-DISC-TUBE等线路连接，未发现损坏，排除因线路断裂造成故障的可能性。在机器异常的情况下，进行SERVICE测试通讯，测试结果如表1所示。

表1 Service通讯测试结果

从表1中的测试结果可以看出，TIMING经UPLINK到DISC的通讯失败。另外，通过将TIMING外接显示器显示，UPLINK/DLINK0/DLINK1传输监视到的数据一直持续变化，说明TIMING是一直发出数据的，结合测试通讯的结果进行分析，故障部位最大的可能性在UPLINK上，而故障发生的原因可能是TIMING发出数据信号后，DISC接收不到信号。

多次重启机器进行试验，每次开机时UPLINK均处于正常状态，但是机架在旋转几周之后UPLINK就会失去信号。由此可以判断，故障应该发生在旋转部分，很有可能是接触不良所致。再次重启开机，在机器正常的情况下，按下“ESTOP”，然后手动转动机架，查看“UPLINK/DLINK0/DLINK1”的各项数值，一切正常，说明机架在低速旋转的情况下并不会出现通讯问题，只有在高速旋转时才会出现。这一现象增加了接触不良导致机器故障的可能性。

根据以上分析结果结合机器旋转部分各零部件的特点，推测最有可能出现接触不良的部位是DISC COMPUTER的CPU板，因其内存是插在主板上的，当机架旋转时会有很大的离心力。通过加固CPU板，特别是内存和IDE硬盘接口等，再次重启机器，故障未再发生。

2.4 小结

Philips AURA螺旋CT的五大计算机系统的作用分别是扫描控制、图像处理、机架状态监视、原始数据处理、旋转及高压控制[10]，相互配合，各部的通讯比较复杂，计算机本身或者连接线出现接触不好都会导致机器无法正常工作。

随着机器工作年份的增长，DISC CPU板的有些接口在长期旋转的状态下老化松动，要根除扫描图像倾斜故障最好的方法就是更换DISC CPU板；但是如果从节约成本的角度考虑，也可以将DISC CPU板进一步加固，短时间内使机器正常工作。然而，这样做的的缺点是设备将一直存在这一故障隐患，再次发生同样故障的机率较大。

3 高压模块故障一例

3.1 故障现象

开机自检，到第三个点时，机器报系统错误，无法正常开机。机架左侧“BASE POWER ASSEMBLY”红色指示灯“OVER CURRENT FAULT”点亮。进入SERVICE模式，主要报错信息，见表2。

表2 主要报错信息

3.2 故障分析

从报错信息中分析，引起此次故障的原因可能有三个：① 球管故障，因为报错中有阳极和阴极打火、灯丝故障等的报错；② 电源故障，主要包括BASE POWER ASSEMBLY、滑环、DISC POWER ASSEMBLY等；③ 高压及高压控制部分故障，主要包括阳极和阴极模块，DISC COMPUTER等。

3.3 故障处理

首先，测量灯丝及阳极线圈的电阻。AURA使用的是MRC 162球管，此球管的一个特点就是灯丝的大小焦点是短路的，经过测量发现，所有灯丝及阳极线圈的电阻均正常，且重新开机后旋阳模块正常旋转，排除球管故障的可能性[11]。

根据电路图，检查POWER。因为BASE POWER ASSEMBLY的过流保护功能，所以在出现“OVER CURRENT”指示灯点亮之后BASE的就没有了输出，检查POWER的主要意义就在于检查从BASE POWER ASSEMBLY-SLIP RING-DISC STORAGE ASSEMBLYHVPS这一回路过程中有没有断路现象，检查的结果是DSA（DISC STORAGE ASSEMBLY）中的 R3（75 Ω，50 W）断路，需要更换电阻。

更换电阻后重新开机，HVPS的“Anode Generator”三个指示灯都不亮，检查模块的输入±160 VDC均正常，说明改模块存在问题。将模块拆下，检查模块内零部件，发现有一个IGBT被击穿。通常情况下，导致IGBT击穿的主要原因过流，而负载增大是导致过流的因素[12]。由于阴阳极平均为球管提供1/2的高压，所以造成这一现象的主要原因就是阴极模块的功率达不到管电压的1/2，导致阳极负载增大从而击穿IGBT。更换阴阳极模块，故障排除，机器正常工作。

3.4 小结

AURA的管电压是由阴阳极模块分别提供，例如当需要130 kV的高压时，阴极和阳极分别提供75 kV的电压输入到球管的阴阳极，在此过程中如果出现阴阳极不平衡的现象就会导致其中的一个过流而击穿IGBT，有时候还会导致其他电路的损坏，所以在更换阴阳极模块时一般都是成套的更换，以避免因功率不匹配而引发故障。

4 总结

本文主要介绍了Philips AURA螺旋CT的工作原理，并根据实际实际维修经验，总结了该型号CT常见的两例故障，分别为Disc Computer故障与高压模块故障，这两例故障均与设备使用年限较长，配件老化有关[13]。在以后的工作中，临床工程师应该加强设备巡检以及增加预防性维护的频率，减缓设备配件老化的速度，延长设备的使用寿命，为医院节约开支。这也求工程师们除了做好平时的基本维护维修工作以外，还应该做好医务人员培训，使医疗设备的操作者做到规范操作，减少对设备的损伤，为医院和患者做好服务[14-15]。