CT机的性能及运行状态监测

陶亚飞，马 彪

0 引言

CT检查是现代先进医学扫描检查的一种，具有密度分辨率高等特点，且检查方便、易于被患者接受[1]，因此，其在临床诊断中扮演着越来越重要的角色。CT检查量的提高，对CT机的稳定性及准确性提出了更高层次的要求。在日常工作中，使用者应通过监测CT机在各方面的表现，对其工作状态及性能做出预判，并及时采取相应措施，确保设备稳定及高效地运行。

1 CT机的性能及运行状态监测

CT机的组成部分主要包括X线发生系统、信号接收系统、计算机处理系统及相关辅助设备[2]。各部件的稳定程度决定了CT机的运行质量，使用者应对各部件的运行状态进行实时监测。本文对CT机的核心部件提出新的监测与维护方法，以提升CT机的稳定性。

1.1 X线发生系统

1.1.1 球管的老化状态监测

球管作为X线源，在CT机中起着关键的作用。设备使用人员应根据平时的使用条件、工作方式，监测球管各项参数的变化，判断老化程度，及时采取措施延长球管的使用寿命。

CT球管热容量大、散热率高，和普通X线管特性基本相同。CT球管老化主要由灯丝蒸发、阳极靶面表面损耗和管内真空度下降、轴承磨损等原因引起，其结果就是X线质和量的改变。直接或间接地测量这些变化，就能判断其老化程度。在日常工作中，灯丝调整法和轴扫噪声比较法简单易行、准确度高，可以为判断球管老化程度提供可靠的依据。

（1）灯丝调整法。球管是一种真空二极管，除具有单向导电特性外，还有阳极特性：当管电压大于一定值时，管电流主要受控于灯丝电流，故灯丝状态决定着球管的性能。新球管灯丝电子发射能力强，在相同管电流下要求的灯丝电流较低，而随着球管的老化，灯丝蒸发变细，电子发射能力下降，此时要获得同等的管电流就要有较高的灯丝电流。CT管电流一般固定，灯丝电流就需要适时调整。运行灯丝调整软件，球管的实际电流与目标电流会实时显示，并加以比较。在调整过程中，同一条件下2个电流值越接近，表明灯丝的状态越好。在用软件调整的过程中，软件对球管设定的曝光条件为120 kV、10 mA，曝光时间为0．5 s，而在实际曝光后检测到的电流值与设定值完全一致，这就直接证明在此条件下灯丝状态优秀，如图1所示。

如果检测电流与目标电流值差距不大，则设备通过微调灯丝电流来弥补差距。如图2所示，小条件曝光下检测电流与目标电流值相差为2 mA，只占目标值的6%左右，这个差距完全可以通过适当调整灯丝电流来补偿，则可判定此灯丝状态良好。

图1 灯丝状态优秀

图2 灯丝状态良好

如图3所示，X线管灯丝调整后示值与目标值完全一致，达到了预期调整目标，此管状态优良。可将调整数据建立坐标，横坐标X轴为调整过程中的曝光毫秒数，纵坐标Y轴为对应的探测毫安值，如图4所示生成灯丝毫安信号曲线，可更为直观地反映灯丝的状态，曲线上升越平滑，灯丝状态越优秀。

图3 状态优良X线管的灯丝示值

图4 灯丝信号曲线图

球管老化到一定程度，电流比较值相差较大，为保证相对恒定的管电流，须升高相应幅度的灯丝电流，然而这就加速了灯丝蒸发和球管老化，灯丝电流又不能满足管电流的要求，继而又升高电流，如此恶性循环导致了球管灯丝的迅速老化。若检测电流差值持续增大，则更需注意执行预热等维护程序，并减少不必要的曝光以尽量延长灯丝的使用寿命。大部分曝光条件下的差值超过目标值的30%，就表明灯丝状态已不能满足正常工作，建议更换新管。

（2）轴扫噪声比较法。CT设备经过一段时间的使用，有效射线量下降，图像噪声增加[3]。对同一只球管不同时期的轴向扫描图像进行噪声测量、记录和比较，也可比较直观地判断其老化程度。

在设备处于常规工作状态时，将球管热容量OLP预热至30%～40%，采用相同常规体部扫描条件扫描中场水模，在图像中心与四周边缘处均匀选5个10 mm×10 mm的感兴趣区（ROI），测量其 CT标准偏差SD值的平均值[4]。常规7 500 kHU球管每曝光3万次做一次此检测，长期用此方法监测图像质量，加以记录总结比较，可以较为系统地得到球管的老化情况，了解球管的性能状态。如发现标准偏差值有加速增大现象，则需要使用者引起注意，可适当缩短检测间隔至1万次，提高检测频率。据此检测数据制作坐标系，更为直观。球管性能相对稳定，则绘制出各点的连线接近于水平。因此种监测方法不需特殊软件，利用设备自带基本测量功能即可，易于使用者所掌握，现已成为常规监测方法。

1.1.2 球管真空度下降的监测

球管真空度下降主要是由球管过热和管芯材料的蒸发、冷却油耐压降低及球管漏油进气等引起的。

使用者及一般维修人员无法准确量化其真空度，但在日常工作中，可以从设备的一些特殊表现中发现问题。如果球管真空度下降，必然会在X线的发生过程中产生放电现象，在图像扫描的实时重建显示中偶尔出现某一帧图像突然抖动，并伴有条纹状伪影，此为轻微放电所致。严重的放电现象会使设备在扫描过程中突然中断工作，并清晰提示发生放电（Arc）。放电现象具有从轻到重渐进的特点，可通过维护软件中的老化训练（X-ray tube aging）功能来尝试解决。老化训练通过，球管即可继续使用一段时间，否则就必须在短期内更换新球管。

1.1.3 球管油循环冷却系统的状态监测

大部分CT球管的冷却系统采用风冷却—油冷却球管的循环方式，冷却系统的正常运行对于延长球管寿命来说极为重要。

定期清洁油箱滤网和散热器的尘土，使散热风扇始终保持最佳状态，可以提高油循环的冷却效率。此外，应仔细观察油箱接口处有无漏油及开裂情况。油管与油箱以焊接方式连接，在维护与维修中用力向油箱方向扯动油管易使焊接口破裂，造成漏油、进气情况的发生。此外，油循环的流速也非常重要，流速是否在正常范围内，在设备的日志中可以体现。流速出现问题，球管热量堆积至一定程度，CT机会开启热保护停止工作，直至故障排除。7 500 kHU球管在CT热容量升至50%后，油箱散热风扇高速运转，油箱流入端外表温度一般不超过60℃，流出端维持在35℃左右，若温度高出此正常值40%以上，表明油循环出现问题，需要立即停机检修，避免设备故障面积扩大化。

1.2 探测器（detector）性能状态的监测

探测器是穿过受检体携带重要信息的X线的接收装置，在CT中同样有着举足轻重的地位[5]。作为CT成像的主要部件，其性能（如探测器的暗电流偏置、增益、探测器单元响应非线性、响应均匀性等）对成像质量有着重要的影响[6]。以重建中心为圆心的伪影多由探测器单元性能不一致以及数据采集系统故障所引起。设备长时间运行后，由于探测器之间存在参数和余辉时间的差异，加之球管输出的变化，在下次扫描时各通道的输出便会有所不同，各通道的探测器以及积分放大器性能就会出现差异。这种差异在扫描时被带入原始数据中，经360°扫描，在图像上就形成了工作中最常见到的环状伪影。在日常工作中，使用者应实时关注图像质量，如果发现有明显的同心圆伪影，可以首先选择做空气校正（air calibration）来消除，从而保证采样数据的准确性。此项工作也应该作为一项长期的维护工作进行下去（建议2～3个月校正1次），这对于保持相对高的图像质量大有裨益。

如在图像中只有一个或几个较亮的环状伪影，同时做空气校正不能消除，可以尝试扫描水模来重新做基础数据的校正，即模型校准（phantom calibration）。如扫描水模无效，则一般为相应通道或积分板发生故障，此时需要使用相应的设备诊断软件来判断故障所在。如判断出某一通道异常，可用软件关闭该故障通道；如某一积分板损坏，可将其与最边缘的积分板相调换，保证参与成像工作的探测器通道及积分板性能良好，排除故障硬件对成像的干扰。

探测器分为固体探测器与气体探测器。固体探测器是利用射线能使某些物质闪烁发光的特性来探测射线的装置。由于此类探测器具有探测效率高、分辨时间短等优点，其在CT机中得到了广泛的应用。目前各设备厂家大多采用固体探测器。但固体探测器的输出信号强度与温度的关系极大，CT机的探测器及DAS电路的工作温度需要保持恒定，因此，采用此探测器的系统均配备温度自动调节装置。如果温度不稳，探测器以及DAS电路输出的信号会随温度产生漂移，图像就会产生伪影，甚至导致探测器自我保护，终止工作。探测器外周均配有LED温度显示器实时显示温度，使用者应密切关注显示温度的变化及探测器散热风扇的运转情况，及时清理风扇积尘，风扇出现问题时及时更换，保证散热效率。

1.3 计算机处理系统的状态监测

计算机处理系统包括硬件（服务器）及软件（CT扫描程序、图像处理）等。相关领域的技术发展已经相当成熟，计算机硬件即为小型服务器，软件为各厂商针对自身机器特点进行设计和优化，并会在后续过程中进行相关升级。操作者应定期做服务器的清洁除尘工作，经常查看系统日志信息，从中得到一些系统软硬件的运转状态，如风扇转速、硬盘健康、网络服务等相关信息，这对于提前做好预案也是大有帮助的。

1.4 相关辅助设备（医用照相机）的状态监测

医用照相机（medical imager）作为图像显示介质化的一个重要媒介，它的性能直接影响到打印的胶片质量。随着现代信息技术的高速发展，数字医学诊断系统不断地被更新与完善，激光照相机作为CT、DR、MR、DSA等先进医疗设备的输出设备，已基本取代了多幅相机，成为大多数医院的最佳选择[7]。激光相机一般由激光打印系统、胶片传送系统、信息传递与存储系统和控制系统4个部分组成。

1.4.1 激光打印系统

此系统主要包括激光发射器、调节器等。激光发射器（俗称激光头）是相机的光源。由于某些机型设计上的缺陷造成曝光仓密闭性较差或使用环境恶劣，灰尘易覆盖于激光头表面，致使检测出的激光强度未能达到系统要求，使相机不能正常工作，遇此故障清理激光头即可。此外，相机使用时间过长激光头老化也可能导致激光强度的下降，适当提高激光头的供电电压也是一种排除此类故障行之有效的方法。

1.4.2 胶片传送系统

此系统包括片盒、吸盘、辊轴、电动机及动力传动部件等。其功能是将胶片从片盒中取出，经过传动装置送至激光扫描位置，胶片曝光、显定影完毕将其传送至输片口，完成胶片的传动与输送。此部分为电子机械装置，随着相机使用时间的增加会逐渐老化，注重平时的检查与清理对此部分有着重要的意义。发现损坏的部件应及时维修更换。

1.4.3 信息传递与存储系统

此系统包括电子接口、硬盘、电缆或光缆以及A/D转换器、计算机等。其主要功能是将CT成像装置显示的图像信息通过电缆及电子接口、A/D转换器输入到存储器，再进行激光打印。一台激光相机可以连接多个成像装置。为保证多机输入同时进行，激光相机装有硬盘，以缓冲进入的图像进行队列打印，确保连续图像输入和打印的进行。

1.4.4 控制系统

此系统包括键盘、控制板、显示屏以及各种控制键或者按钮，用来控制激光打印程序、幅式选择、图像质量控制调节等。

2 结语

CT机作为一种高度集成化、科技化的大型医疗设备，各部组件既相对独立又紧密联系，任一单元发生故障，都可能导致整套设备的功能丧失。在日常工作中，采用上述方法，做好各部分的性能和运行状态的监测，对相关问题提前做好预案，才能为医院掌握CT机的实时状况提供有力的依据，保障设备更加准确稳定地运行。

[1] 孙卫红.CT成像技术的发展及技术特点[J].医疗装备，2007，20（6）：19-20.

[2] 王忠杰.CT机检测对机器性能的评定[J].计测技术，2008，28（6）：57-58.

[3] 张卫东，阮兴云，徐志荣.CT成像的质量保证测试方法[J].中国医学影像技术，2004，20（2）：164-166.

[4] 王晓峰，吴毅.X射线计算机断层摄影成像物理指标检测与评价的研究[J].医疗设备信息，2001，16（9）：11-14.

[5] 刘景鑫，梅海山.CT机影像质量保证检测标准的研究与制定[J].中华放射学杂志，2000，34（1）：17-20.

[6] 邵军明，徐晓东，孔军.CT成像质量影响因素综述[J].CT理论与应用研究，2006，15（3）：61-67.

[7] 魏长国，吕鹏涛.医用干式激光相机的维护[J].中国医药指南，2011，9（5）：173-174.