西门子Definition AS CT故障维修案例分析

王存勇，吴晓亮，张明臣

聊城市人民医院 设备科，聊城 山东 252000

引言

西门子Definition AS 64排CT是高端螺旋CT之一，在临床影像诊断中发挥了巨大的作用，广泛应用于各大医院的放射科和体检中心，市场占有率较高[1]，目前是我院CT检查的主力机型之一。随着检查量的日益增多、使用年限增长，该设备的故障率随之增加，尤其是硬件故障时常发生，例如，球管的灯丝老化、高压部件打火故障、滑环故障、探测器模块损坏或老化等故障较为常见，以上故障会导致图像伪影问题[2]。在维修过程中，临床工程技术人员对一些简单、常见故障的解决方法相对成熟，但对一些原因较为复杂的故障，往往缺乏思路，对相关报错代码的解读不准确，故障原因排查不到位[3]，从而导致故障解决的不及时、不彻底，甚至将故障扩大化等。基于此，本文以检查床、前滑环及重建计算机故障为例，详细介绍了西门子CT复杂故障的解决思路和方法，以供同行参考。

1 设备基本信息及工作原理

我院西门子Definition AS 64排CT是一款风冷型机型，主要由机架、检查床、主控计算机、重建计算机及配电柜组成[4]，机架内部又分为动态旋转部分和静态部分，其中动态旋转部分主要部件包括高压发生器、球管、准直器、探测器系统及动态控制单元等，其工作流程如下：配电柜输出电压经过经高压发生器处理，为球管提供直流高压电，球管发出X射线经过人体组织结构，由探测器检测、接收并将透过人体的不可见的X射线转换成模拟电信号，在计算机的控制下进行模数转换，形成原始的数字信号并传送至重建计算机进行数据的重建，最终在显示器上显示出图像以供临床诊断。其成像过程可简化为：球管→X射线→准直器→人/物—数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）→天线（Front Slip）→光纤→重建计算机→主控计算机。所有部件（包括检查床）采用控制器局域网总线（Controller Area Network，CAN）通讯，串联在一条线路上，各部件启动后的状态信号统一反发送至静态部分主控单元（亦为CAN通讯总控制单元）并做出反馈（图1）。该机型具有扫描速度快（0.33 s/圈）、图像质量高（Z轴分辨率为0.33 mm）、辐射剂量低、检查范围广（头、胸、腹、下肢等部位）等优点[5]。目前使用率较高，故障率也随之增高，作为临床工程技术人员，应当熟练掌握机器的基本组成结构、工作原理，从而更好地保障设备的稳定运行。

图1 系统结构图

2 故障一

2.1 故障现象

机架无法正常开启，需多次启动才能正常开启。

2.2 故障分析及解决方案

根据故障现象进行排查：① 应急处理：将机器彻底断电关机，等待5 min后再次开机，故障现象依旧；② 进入Localservice（本地维修模式）查看报错：报“CT_PHS_140、CT_GSV 216”错（图2），初步判断为检查床通讯故障引起；③ 测量CAN通讯总控制单元及连接线：因检查床通讯异常故检查总控制单元，其状态也异常，通过屏蔽将检查床旁路后再检查总控制单元，其状态恢复正常。进一步检查并测量检查床至总控制单元的CAN通讯线，无明显断裂损坏，测量通断正常，测量阻值（为120 Ω）正常，且对地不短路，因此排除总控制单元及通讯线故障[6]；④ 刷新Firmware：因此怀疑可能是检查床控制板上的固件程序（Firmware）丢失导致检查床状态异常，于是进入Localservice手动刷新床控制板的Firmware可成功，报错消失，但多次测试后，故障依旧，故排除Firmware丢失故障；⑤ 检查床控制板及其供电：打开床围帘检查床控制板，板上状态指示灯（亮绿色）正常，无报错指示。查看电路图（图3）并测量其供电单元G701（一输入为230 V AC，多路直流输出检查的开关电源，其中输出为24 V DC，为床控制板、检查床升降电机等供电），实测其输入电压为230.2 V，输出电压为23.9 V，略低于正常电压值。检查床上共有2个此类开关电源，另一个为G702（为检查床水平运动电机供电），对比测量其输入电压为230.2 V，输出电压为24.1 V，于是将二者互换，经多次测试后报错消失，故判断该故障可能是床控制板的24 V供电不足引起的；⑥ 故障排除：为彻底解决故障，将G701换回，调节变阻器VR501（图4）改变其输出电压，多次测试后发现当G701输出电压≥24 V时，报错不再出现。但为防止电压过高或过低导致其他部件故障，因此将G701输出电压调节为24.5 V，设备使用后未发现类似故障。

图2 报错代码

图3 床控制板供电电路

图4 输出端CN2旁调节电压的变阻器VR501

2.3 故障小结

检查床故障是该款CT常发故障，报错代码多为“CT_PHS”相关报错，但多为通讯故障，上述故障较为少见[7]。掌握检查床的结构组成及工作原理后可通过自行维修解决，厂家的床控制板与电源模块报价较为昂贵，通过自行维修可节省大量经费，极大地提高维修效率，保障设备的稳定运行。

3 故障二

3.1 故障现象

扫描时会偶发机架掉电，扫描突然中断。

3.2 故障分析及解决方案

根据故障现象进行排查：① 分析故障现象：绝大多数部位的扫描可以进行，部分扫描不可进行，并发现机架掉电时的扫描模式机架转速均较快。② 分析报错：查看日志，报错为“CT_MAS_128、CT_MAR_179”，指向Fastlink相关故障。在西门子CT机中，FastLink是各部件控制信号（Control Data）发送、传输、接收、反馈的链路，一旦Fastlink故障，机架扫描时会掉电，导致扫描突然中断。③ 故障模拟：进入Localservice的Test Tools中，分别打开Fastlink Test、Rot/Static测试程序，在旋转模式（Rotation Mode）下加载0.33 s或0.3 s（机架旋转速度）转速、不同位置的扫描模式，进行二者同步测试[8]（图5），测试过程中发现在所有不同位置机架都会掉电，且Fastlink测试失败。再次尝试在Static Mode（静止模式）采取在不同位置扫描的方式，当机架在某个位置扫描时也掉电，且Fastlink 测试失败，初步判断故障为Fastlink链路上相关部件故障导致。④ 缩小故障范围：查看电路图，将此台CT的Fastlink链路简化为图6可知，Fastlink可分为3部分：机架静态部分之间的连接、机架旋转部分之间和机架静态部分与旋转部分之间的连接，根据故障现象及故障代码“CT_MAR_179”可知，故障可进一步缩小范围至机架静态部分与旋转部分之间的连接。⑤ 路径分析：由示意图可知静态部分与旋转部分的控制信号由静态部分主控制单元UMAS上多端口快速连接信号主控制（Multiport Fast-link Master Module，MFM）模块经静态部分发射模块发射信号，通过天线被旋转部分接收模块接收，传输至旋转部分主控制单元UMR上MFM模块，此外UMR上MFM模块发送给和接收其他旋转部件控制信号，最终汇总反馈信号回传UMAS上MFM模块。回传路径为：UMR上MFM模块经旋转部分发射模块发射信号，通过天线被静态部分接收模块接收，回传至UMAS上MFM模块从而进行相关指令的操作。因此逐一排查UMAS、各发射接收模块、天线、UMR及之间的光纤、接口等。⑥ 排除UMAS、UMR故障：采用组合排除法，将UMAS、UMR 2个新配件分别换上及同时换上后故障依旧，因此排除UMAS、UMR故障。⑦ 排除接口故障：检查链路上各部件的接口，无明显异物、损坏、氧化或虚焊，同时用无水乙醇清洁光纤接口及光纤头，接回后故障依旧，因此排除接口故障。⑧ 确定天线故障：检查天线（前滑环系统），此台CT的滑环系统分为2个部分：后滑环系统（Slipring System Rear）和前滑环系统（Slipring System Front），后滑环系统在机架后面，碳刷与其连接，分为高压、低压和通讯滑环3部分[9]。作用是静态与旋转部分CAN通讯的中间转接点，将480 V、2 kV分别送至旋装部件供电单元和高压油箱，不在此次故障排查范围[10]。前滑环系统分为控制信号和图像数据信号天线2个部分，分别用于控制信号及图像数据的传送，此处故障排查控制信号天线部分。因此，查看并测量控制信号天线及阻值，其终端有4个结点（图7），实质是4个按一定顺序连接的电阻（图8），电阻1、2、3、4对地阻值应为（39±0.5）Ω。对地实测阻值为39.0、39.1、38.9、42.0 Ω，电阻4对地阻值偏大，检查发现对应的天线上有造影剂滴落，用无水乙醇将其擦拭干净后对地实测阻值为38.8 Ω，恢复正常。为防止天线其他位置有类似情况，因此排查天线及其周围，发现在正对机架约8点钟方向有大片造影剂痕迹，疑似在机架旋转过程中流至天线上。因此一并清除干净装回，反复进行测试，结果发现在Static Mode的不同位置多次扫描不报错，故障消失。但在Rotation Mode下加载0.33 s或0.3 s转速测试，故障依旧，因此设备仍存在其他故障。⑨ 故障排除：检测静态和旋转部分的发射、接收模块的固定、光纤接口、输入电压等，光纤接口和电压[电压实测值分别为24.2、23.9、24、23.8 V（正常值为24.0±0.5 V）]皆正常[11]，发现静态部分接收模块存在松动迹象，位置疑似偏差。对比检测其他3个模块的固定，确定此模块松动且位置有偏差。因模块固定在天线上，根据无线传输原理，位置的偏差可能会导致信号传送效果变差、响应不及时甚至中断（此处的位置指模块与天线表面的距离），因此位置需校正。校正需通过专用工具（黑色平板，平板的厚度即模块与天线表面的最佳距离）进行，先将模块拆除，校正工具固定在调整口，将模块放在其上，固定距离与工具厚度一致后抽离工具即可。调整完毕后反复进行FastlinkTest和旋转测试皆成功，故障解决，机器使用至今未发生类似故障[12]。

图5 同步测试

图6 Fastlink链路示意图

图7 天线实物图

图8 天线简化图

3.3 故障小结

滑环通常指后滑环，系统故障高发部位在后滑环上，例如，滑环打火、碳刷磨损严重、碳粉累积在滑环上导致的通讯异常等[13]。主流CT的滑环系统分为前、后2个部分，前滑环系统即天线部分的分析与研究往往容易被忽略，而上述故障就发生在天线上，较为罕见，故障判断较为复杂，一般厂家可能会选择更换整套系统，成本以百万计，且耗时长。此故障中，模块位置的偏差导致信号发射与接收出现错误，尤其是在机架高速旋转过程中尤为明显，维修难度巨大，故障原因不易找到，通过详细的分析与排查并最终解决故障，节省经费近百万元。

4 故障三

4.1 故障现象

扫描过程中，重建的图像出现倒置，床板在上，扫描部位在下（图9～10）。

图9 胸部平扫图像倒置

图10 局部放大图

4.2 故障分析及解决方案

根据故障现象进行排查： ① 应急处理：单独重启重建计算机，试扫水模故障依旧。②进入Localservice查看报错：无有效报错信息。根据图像产生基本过程，逐一排查图像数据链路上各部件：球管、准直器、DAS、天线、光纤、重建计算机、主控计算机等，其中DAS包括探测器、探测器背板及供电单元。③ 排除硬件故障：进入Localsrvice的各个界面分别检查系统相关硬件，进入Report（使用报告）界面检查球管及其高压部件的实时使用报告（Tube Report），无打火（Arcing）记录，高压实时动作、灯丝电流、管电压、射线剂量皆在正常范围内，且机器能够正常曝光，故排除球管及高压故障。在COC-Test（准直器系统测试）界面中反复多次进行Collimator Test（准直器运动自检），结果正常无报错。打开机架前盖，检查探测器及背板上的信号及供电，输入输出电压皆正常，且信号指示灯无异常，并在Channel Test（通道测试）界面，检测46块模块共736个通道（此探测器为等宽探测器，每个模块有16个通道），检测其接收的信号值，皆在正常范围内，排除DAS故障[14]。进入Test Tools界面检查计算机上的各个硬件，测试正常，排除计算机故障。最后，检查数据传输的所有光纤及其接头，无明显断裂或折损，并用无水乙醇清洁各个接口。依照故障二中提到的原理及方法，测试天线终端4个结点的阻值，皆在正常值范围内，排除天线故障。待硬件排查结束后，采用同样的扫描模式和条件扫描水模，发现故障依旧，因此排除硬件故障。故将故障初步判断为软件故障或通讯故障[15]。④ 通讯故障排除：进入维修模式的Test Tools界面反复进行CAN通讯及Fast link测试，无报错，故排除通讯故障。⑤ 查看图像重建过程：调取之前的原始数据进行重建，分别选取不同的重建算法（主要是滤波反投影算法）及重建条件（分别选取0.5、1.0、5.0 mm等重建层厚），发现重建过程相较于之前速度异常缓慢，因此进入管理员模式清理重建原始数据库，再次试扫水模后故障依旧。⑥ 重建计算机软件故障：利用重建计算机自带硬件检测程序LHWTEST.EXE，再次排除重建计算机硬件（硬盘、光纤接收板、滤波反投影板、主板）故障，因此将故障范围缩小至软件方面的问题。软件故障可能为计算机系统或参数表故障。⑦ 故障排除：鉴于系统安装较为费时，因此首先尝试将重建计算机的参数表重新导回，具体步骤为：在主控计算机上进入Local Service→选择Backup &Restore→点击Restore→选择之前备份的[-S-]盘（或之前备份的光盘、U盘等）→选择最新备份的参数“CT_Scanner”，点击go，等到左下角出现Ready提示后重启恢复，反复试扫水模后故障排除[16]。

4.3 故障小结

图像重建过程中发生的故障现象多为重建速度缓慢、无法重建等，故障原因多为计算机硬件故障，如接收原始数据的光纤接收板损坏，或是加速图像重建速度的滤波反投影板损坏，此类重建出的图像倒置故障极为罕见，此类故障无明显报错信息，需要逐一排查，产生图像易引起医疗纠纷，因此需找到故障原因并彻底解决，根据重建采用的算法（滤波反投影法）及涉及的部件分析，最终确定故障原因为重建计算机的参数表问题导致（参数表中包含各类软硬件校准参数、重建参数、数据库结构等原始备份），以供同行在遇到此类故障进行参考，同时建议在日常维修过程中要经常备份这类关键参数，以备不时之需[17]。

5 讨论与总结

目前西门子Definition AS CT在各大医院普遍都有装机，绝大多数医院对一些常见的故障，如球管损坏、高压打火、探测器模块损坏、计算机故障等，往往通过整体更换的方式解决，很少尝试自主维修，且未借助各类维修工具与方法对故障进行系统分析排查，从而导致故障排查不彻底，甚至将故障扩大化[18]。对类似于本文中的复杂故障，又往往缺少成熟的维修经验与维修思路，未利用现有的工具以最小成本解决问题，从而导致设备的维护成本增加。本文针对上述检查床、前滑环系统及重建计算机软件故障等此类复杂故障进行了系统的分析与排查，提出了详细的维修方法，借助西门子CT维修模式下的功能，筛选出每个关键报错并进行有效判断，结合设备结构及工作原理，将结构进行简化和类比（如将床控制板复杂的电路进行简化、将天线简化类比为电阻等），从而快速找到故障原因，提出解决方案，通过自主维修以最小的成本解决故障，可节省大量维修经费，减少设备的停机时间[19]。作为临床工程技术人员，在日常维修过程中需要熟悉设备的基本结构、物理连接以及各部件的工作原理，掌握一些关键报错代码及分析方法，尝试不同的维修方法，进行诊断和维修，从而快速解决故障、恢复机器的运行、减少停机时间，提高工作效率[20]。