CT球管故障伪影常见原因分析及处理

袁保锋，李郑，何玲，张正东

扬州大学附属医院 影像科，江苏 扬州 225001

引言

CT 球管故障伪影是指在CT 成像过程中由于球管运行不稳定或某一元器件损坏产生的与被扫描组织结构无关的异常影像[1-3]。这些异常影像降低了图像质量，甚至会影响对病变的诊断。以我院西门子CT Definition AS 为例，在日常工作中常常遇到一些球管故障伪影。在工作中只需要识别各种CT 球管故障伪影，判断其类型，分析其成因，确定伪影来源及故障点，采取有效矫正措施或更换相关器件，就可以抑制或消除球管故障伪影。同时伪影的出现为机器的维修提供了一定的线索。

1 设备原理

1.1 设备故障伪影及其来源

机器故障伪影是由设备运行不稳定或元器件损坏造成的[4-7]。如探测器之间的响应不一致，可造成环状伪影；投影数据测量转换误差，可导致直线状伪影；采样频率较低，可产生直线状伪影；球管故障，则可产生点或片状伪影。依照CT 的构成，机器故障伪影大致来自以下几个方面：① 扫描系统：包括高压、X线管、滤线装置等；② X数据采集及传输系统，包括探测器、通道放大板、A/D 转换板、控制和传输系统等；③ 数据重建系统：重建服务器及其软件；④ 其它故障，例如显示系统。

1.2 球管故障伪影表现

广义CT 球管包括X 射线管、焦点系统、冷却系统、高压控制电路、灯丝电流控制电路等[8-9]。因此以上任何部件出现故障，均可导致成像性能下降、图像出现伪影，甚至不能成像。CT 球管故障导致的伪影种类较多，形状不规则，有不规则低密度影、图像边缘模糊、直线型条纹伪影、晃动状亮点伪影、圆弧影等，不像探测系统伪影形状比较单一，容易判断，球管故障产生伪影较复杂，且有些伪影比较隐蔽（比如低密度不规则阴影），医师技师均不容易发现，有时与一些疾病病灶影像混淆，难以进行鉴别确认，完全有可能导致误诊。

2 故障研究

2.1 球管输出不稳定伪影

2.1.1 故障现象

头颅CT 检查连续几个患者图像均发现不规则低密度影，且位置相对固定，仅连续2～3 层出现。如图1a 所示，开始不认为是伪影，但出现频率偏高，引起警惕，用水模扫描，亦有伪影，基本可以确定图像中低密度区为伪影。检查上午头颅图像发现是偶发故障，不是所有图像均出现该伪影。检查其它部位扫描图像，亦有部分图像有相关伪影，但不影响诊断，没有引起重视。检查前一天图像，没有出现该伪影，确定伪影为当天上午新出现。

图1 CT球管故障伪影

2.1.2 分析及解决方案

故障分析：该伪影特点：① 不规则低密度阴影伪影；② 偶发，一段时间内在类似的区域出现；③ 占据图像一两层，不是常见的多层可见的圆柱体伪影；④ 查看Log 文件没有明显报错提示。根据伪影形状及特征基本可以排除重建系统及采集系统故障。查看上次空气校准时间，早上六点做过空气校准，距离上次校准仅仅三四个小时，非长时间不做空气校准所致。再次空气校准，排除CT 机房环境变化所致，校准后扫描水模，很快伪影再次出现。综上所述，怀疑该故障是由CT 扫描系统故障导致。

解决方案：因图像伪影不是高压部分故障导致的条形或栅格形伪影，判断故障来源于X 线球管。首先改变扫描条件管电压及管电流，发现伪影的密度发生变化，但无本质改变。做X线球管校准，观察发现刚开始伪影没有再出现，过了一个多小时伪影再次出现，且伪影有所改变。判断该伪影为X线输出不稳定或是不能均匀排布引起数据紊乱导致的。进入维修Service 界面，利用Test Tools 菜单里Rot/Static 工具里的Rotation Mode 工具进行X 线球管的输出稳定性检测，发现各个档kV 及mAs 的预设值及测量值均有偏移，扫描时间基本没有偏离，mAs 及kVp 输出稳定性均超出国家规定的标准5%，查看球管曝光秒次，已到达60 多万秒次，基本可以判断因球管老化所致X 线输出不稳定，从而导致伪影的产生。联系厂家订购新的球管，更换球管后，伪影没有再出现，设备恢复正常。

排除故障后进行了总结，CT 球管故障产生的形状不规则低密度影伪影有时比较隐蔽，在工作中对于连续出现或高频率出现的低密度影要提高警惕性。特别是在头颅检查时，设备故障伪影有时与一些疾病病灶影像混淆，需结合病史综合考虑，必要时短期内复查，同时排除机器故障所致伪影可能。比如此次事件，若没有引起高度注意，或发现较迟，都会引起诸多麻烦，甚至造成不良医疗事件的发生。

2.2 旋转阳极抖动伪影

2.2.1 伪影现象

图像中间产生不规则的亮点晃动状的伪影，如图1b 所示，中心部分最明显。此伪影不易引起误诊，但影响临床诊断。CT 机器可以正常扫描，查看Log 日志，没有明显报错，也没发现其它明显异常。从伪影形态上基本可以排除采集系统伪影，判断故障来自扫描系统或重建系统。

2.2.2 伪影分析与处理

将标准水模原始数据及空校数据导入硬盘，重建水模图像无明显异常，探测器通道检测亦正常，排除了重建系统及采集系统。测量高压柜及扫描架的电源均正常，改变焦点尺寸，伪影随之改变，基本可以考虑故障在球管系统，关机后对球管阴阳两端进行仔细清洁、紧固，开机后扫描伪影无明显改变。更换球管后，伪影消失。

在实际工作中，若出现这种伪影可以直接考虑球管，当然应结合曝光次数等其它因素。上述球管是由于阳极轴承的磨损，阳极转子不再能维持同样的稳定性和准确性，在高速旋转过程中产生了摇摆。所辐射的线束位置偏离了图像重建设计时假定的理想位置，产生不规则的亮点晃动状伪影。

其它CT 球管故障伪影的处理方法同上述两案例相似，比如图1c 所示的管内单次放电导致的亮度不一、疏密不同的线状伪影，图1d 所示管内循环油异物时，产生半圆弧形、高密度伪影。可以根据伪影的形态及相关测试判断其来源于CT 球管的哪个部分，然后进行相关处理。

3 讨论

CT 球管故障伪影产生的主要原因如下：① X 射线管输出不稳定：常常表现为不规则低密度伪影，多为球管老化或灯丝原因造成的输出不稳定所致，可用静态扫描的方法（无X线输出）进行排除，改变扫描条件或进行校准，伪影亦会有改变，上述图1a 中的伪影即是此原因所致，该伪影不容易发现，且又容易引起误诊，需引起警惕；② 旋转阳极抖动：阳极转子在高速旋转过程中产生摇摆，所辐射的线束位置偏离了重建算法设计时假定的理想位置，会产生不规则的亮点晃动形状的伪影（图1b），重建系统故障时有时也产生该形状伪影，但容易鉴别，按照上述流程就可判断出伪影来源，并且旋转阳极抖动时，机器一般会有异响；③ 管内放电：单次瞬时放电只涉及一个角度上的投影，将出现直线形、亮度不一、疏密不同的条纹伪影（图1c），管内放电在短时间内重复出现，系统一般将取消扫描过程，查看service 界面下Event Log菜单里的Log 文件一般会有报错信息；④ 管内循环油内异物：循环油内有气泡或杂质等异物时，可产生形状各异、密度高低不同的伪影，比较难判断，图1d 所示为高密度圆弧伪影；⑤ 旋转阳极靶面表面不平：阳极靶面长期被电子撞击，会引起靶面的凹凸不平，引起的伪影是模糊的环形伪影；⑥ 电子偏离焦点：电子撞击的位置不一定在焦点上，焦点周围的焦晕上撞击电子密度低，但也会发出射线，在进入探测器后形成半影，引起图像边缘的模糊，产生阴影伪影或条纹伪影，在球管辐射窗外加装准直器或滤过窗可以改善该伪影，准直器或滤过窗故障时，也会出现该伪影，怀疑该伪影时，西门子设备可以进入service 界面下focus alignment 及focus alig.check 工具进行相关测试，大致可以判断是否是该问题；⑦ 高压故障：一般为直线形或栅格形伪影，是CT 伪影中最难判断的，故障可能来自X射线管、高压电缆、电缆接头、高压发生器、高压控制电路、以及电源电压等，只能一个一个地排查；⑧ 灯丝电路故障时：导致球管不出射线、图像模糊或大理石面伪影等[10-14]。

CT 球管故障产生伪影时，不影响正常扫描，查看Log文件有时看不到明显的错误信息，排查比较困难，通常采用排除法，首先排除图像重建系统、图像采集系统或图像显示系统故障，将故障范围缩小。当确定伪影来源为球管时，可以进行相关的空气校准、球管校准及测试、改变扫描条件观察伪影变化等操作，判断故障来自球管哪个部分。目前球管故障时，可处理范围不大，需要先根据故障情况进行一些简单的处理[15]，比如怀疑高压部分问题可以关机后清洁、紧固球管两端电极，怀疑射线量不足，可以进行训管等，如无改善，则需更换球管。