陳衛(wèi)東，李仁陽，張博

上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司 客戶服務(wù)部，上海 201800

1 聯(lián)影16排CT簡介

1.1 產(chǎn)品功能

16排CT產(chǎn)品可以掃描全身部位，可以用于增強(qiáng)掃描，包括心臟的掃查，是現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)常用的一款CT掃描設(shè)備[1-3]。以上海聯(lián)影16排uCT 510為例，外觀如圖1所示。

圖1 聯(lián)影16排uCT 510外觀圖

1.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

聯(lián)影的16排CT，對(duì)“圖像質(zhì)量”“輻射劑量”“掃描速度”這些需求進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化，掃描速度快，流程簡潔，是聯(lián)影CT的重要特點(diǎn)。

聯(lián)影CT圖像后處理功能具備二維、三維臨床應(yīng)用功能：“多平面重建（MPR）”“最大密度投影（MIP）”“最小密度投影（MinIP）”“曲面重建（CPR）”“容積三維重建（VR）”“區(qū)域生長容積分析”等，這對(duì)于臨床診斷有很大幫助[4-5]。

1.3 設(shè)備維修背景

聯(lián)影CT設(shè)備投入市場已經(jīng)4年時(shí)間，隨著安裝設(shè)備量的增加，聯(lián)影的服務(wù)也顯得重要起來。對(duì)于系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，有一個(gè)簡易辦法：一般可以通過下電重啟來解決一些軟件問題，但對(duì)于硬件有問題，就需要定位故障點(diǎn)。

由于球管是CT產(chǎn)品的消耗品，每一家CT用戶都會(huì)面臨球管失效的情況，現(xiàn)在把聯(lián)影的高壓和球管工作原理以及維修知識(shí)進(jìn)行分析，以期提高廣大工程師對(duì)于聯(lián)影高壓、球管設(shè)備的維修技能[6-7]。

2 高壓球管基本信息

2.1 球管

uCT 510采用了美國當(dāng)力公司CTR2150球管。球管是X射線發(fā)生器，原理是由陰極燈絲發(fā)射出自由電子，經(jīng)過高壓電場加速，高速打到陽極靶面，運(yùn)動(dòng)受阻，發(fā)生X射線。對(duì)于初學(xué)者，容易混淆燈絲電流和管電流，如圖2所示，燈絲電流是流過陰極燈絲的交流電強(qiáng)度，一般2～6 A之間；管電流是球管陰陽極之間的電流強(qiáng)度，一般在10～800 mA之間[8]。

球管相關(guān)參數(shù)[9]，焦點(diǎn)尺寸：0.5×1.0，1.0×1.0 （mm），單燈絲（鎢）；最大放線功率：小焦點(diǎn)36 kW，120 kV×300 mA，140 kV×260 mA；大焦點(diǎn)50 kW；120 kV×420 mA，140 kV×360 mA；柵極電壓：0～3000 DV（相對(duì)陰極）；兩個(gè)柵極板：GV1，GV2，柵極板在燈絲兩側(cè)；飛焦點(diǎn)：由GV1、GV2控制，在X方向上，變成2個(gè)焦點(diǎn)，交替作用；燈絲電壓：0～15 V AC；燈絲電流：Standby：2.2 A；最大工作電流：5.2 A。

2.2 高壓

圖2 管電流及燈絲電流產(chǎn)生示意圖

2.2.1 高壓的作用

高壓的主要功效為以下幾點(diǎn)[10]：① 加熱球管燈絲，產(chǎn)生足夠多的自由電子；② 提供陰陽極電壓，為電子提供足夠大的加速電場，高速電子打到球管陽極靶從而產(chǎn)生所需要的X 射線；③ 驅(qū)動(dòng)球管陽極高速旋轉(zhuǎn)；④ 通過控制球管柵極電壓，實(shí)現(xiàn)大小焦點(diǎn)；并且控制焦點(diǎn)可移動(dòng)，即飛焦點(diǎn)；⑤ 高壓還提供接口，接收系統(tǒng)命令并反饋各部件狀態(tài)信息和各部件參數(shù)；⑥ 高壓對(duì)各部件監(jiān)測，設(shè)定安全范圍，提供報(bào)錯(cuò)功能。高壓系統(tǒng)流程圖，見圖3。

圖3 高壓系統(tǒng)流程圖

2.2.2 高壓工作原理

三相輸入電壓400 V AC，經(jīng)過濾波器，高壓系統(tǒng)控制板給出REALY_ON信號(hào)，K2首先吸合，經(jīng)過預(yù)充電電路，母線電壓緩慢升高（預(yù)充電線路是大功率整流電路必須使用的一種保護(hù)電路），2 s后，高壓系統(tǒng)板給出CONTRACTOR_ON信號(hào)，K1吸合，三相電通過橋式整流電路，將400 V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，大約560 V DC，此電壓稱為母線電壓[11]。

母線電壓經(jīng)過電感線圈濾波，由高壓系統(tǒng)板發(fā)出脈寬調(diào)制信號(hào)控制IGBT模塊，控制IGBT模塊的導(dǎo)通和關(guān)閉，母線電壓經(jīng)過IGBT，電流方向發(fā)生逆變，變成交流電，再經(jīng)過升壓變壓器，變成XFMR電壓，輸出給高壓倍增器，高壓倍增器的電容是串聯(lián)的，當(dāng)每一個(gè)電容充滿電，倍增電路就一級(jí)一級(jí)倍壓，最后陰陽極分別獲得±70 kV高壓。

高壓系統(tǒng)板給出的脈寬調(diào)制信號(hào)，控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間，來控制XFMR電壓，從而控制倍增后的KV電壓。

其中逆變器還有一路輔助電源230 V AC，供給24 V開關(guān)電源，輸出的24 V電壓給K1、K2繼電器線圈供電；再經(jīng)過JB1給高壓系統(tǒng)版提供+24 V，±15 V電壓。

3 高壓故障解析

3.1 故障一

3.1.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備使用過程中報(bào)：C070212，隨后設(shè)備報(bào)錯(cuò)C070218，設(shè)備宕機(jī)[12]。經(jīng)過查看手冊，C070212是陰極過流，C070218是柵極控制錯(cuò)誤。

3.1.2 故障分析

C070212陰極過流，是一種陰極電流過大的報(bào)錯(cuò)，故障說明：陰極電流大于陽極電流超過466 mA。600減90大于466 mA，屬于這種情況報(bào)錯(cuò)，如圖4所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析報(bào)錯(cuò)原因：球管燈絲老化、球管陰極部分老化、高壓倍增器里面燈絲變壓器次級(jí)故障、高壓線纜接觸不良等。

圖4 陰極過流報(bào)錯(cuò)示意圖

C070218是柵極控制出錯(cuò)。球管柵極技術(shù)即在燈絲位置左右兩側(cè)多了GV1、GV2兩塊柵極板，電極板電壓范圍：相對(duì)陰極-3000～0 V，通過變化GV1和GV2柵極電壓，可以控制電子流向的偏離和聚束能力，從而控制大小焦點(diǎn)和飛焦點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。C070218柵極控制出錯(cuò)，說明柵極電壓沒有有效的控制，設(shè)定和反饋不一致導(dǎo)致。

圖5 球管柵極技術(shù)示意圖

3.1.3 故障維修

3.1.3.1 故障檢查

首先查看錯(cuò)誤日志，發(fā)現(xiàn)一直報(bào)錯(cuò)C070218柵極控制出錯(cuò)，而C070212在報(bào)一次后，不在重復(fù)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。

關(guān)機(jī)下電，等一分鐘左右開機(jī)，啟動(dòng)完畢CT機(jī)報(bào)錯(cuò)：C070218柵極控制出錯(cuò)，高壓已經(jīng)不能正常準(zhǔn)備好，往下的掃描放線操作就不能執(zhí)行，首先考慮更換（控制高壓柵極）高壓倍增器[13]。

3.1.3.2 更換備件

高壓倍增器更換完畢，開機(jī)聯(lián)機(jī)正常，沒有報(bào)錯(cuò)，開始低kV、低mA放線掃描，放線不足1 s，設(shè)備報(bào)錯(cuò)C070212陰極過流，2 min后，設(shè)備報(bào)錯(cuò)C070218柵極控制出錯(cuò)，和剛剛開始的故障現(xiàn)象一致[14]。

現(xiàn)在的故障C070218說明高壓倍增器再一次失效，還是需要更換高壓倍增器，如果更換，還是會(huì)發(fā)生一樣的故障，高壓倍增器一樣會(huì)失效，維修陷入僵局。

3.1.3.3 數(shù)據(jù)測量

考慮問題復(fù)雜，需要測量一些數(shù)據(jù)：

測量母線電壓是否正常，母線電壓在560 V DC左右。先下電，拔掉母線電壓的輸出插頭后，上電，測量紅白之間直流電壓560 V DC，如圖6所示。

圖6 直流電壓測試圖

確定母線電壓正常，說明高壓整流部分正常，需要測量陰極燈絲情況：下電，等待15 min（待高壓緩慢降到安全范圍），拔出陰極電纜頭[15-17]，如圖7所示。

圖7 陰極高壓電纜頭

因?yàn)榘纬龅氖歉邏憾穗娎|頭，高壓電纜線和球管連接在一起，所以測量結(jié)果是球管內(nèi)部情況，經(jīng)測量，燈絲為0.1 Ω，正常；柵極對(duì)地測量都為無窮大，正常；其中一個(gè)柵極對(duì)陰極測量為20 MΩ，這里是有問題的，不正常。根據(jù)原理圖，柵極是兩個(gè)懸空的電極板，對(duì)地對(duì)陰極都相互不能導(dǎo)通，如果有電阻值，在高壓環(huán)境下，就是短路，見圖8。

圖8 球管柵極原理圖

得到這樣的測量結(jié)果，我們的維修一下豁然開朗：高壓柵極對(duì)陰極短路，在僅僅開機(jī)上電的情況下，陰極和柵極都沒有電壓，這時(shí)設(shè)備顯示正常，一旦放線，陰極和柵極同時(shí)上了高壓電，會(huì)短路燒壞高壓倍增器里的柵極控制短路，從而高壓失效[18-19]。失效后的高壓會(huì)一直報(bào)C070218柵極控制出錯(cuò)。測量新發(fā)來的球管，發(fā)現(xiàn)柵極、陰極和球管外殼相互電阻都是無窮大[20]。

3.1.3.4 分析結(jié)果

本次故障是由于球管損壞，里面柵極對(duì)陰極短路，當(dāng)球管上高壓時(shí)，會(huì)把高壓柵極控制電路燒壞，就是說：球管高壓需要同時(shí)更換，只換高壓，一定會(huì)再次燒壞。將設(shè)備下電，同時(shí)更換高壓和球管，再次上電測試，低kV，低mA放線，正常。然后按照更換球管的指導(dǎo)書訓(xùn)管、校正等，最后一切正常，維修結(jié)束。

3.2 故障二

3.2.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備使用過程中報(bào)C070200，球管過溫故障。

3.2.2 故障分析

情況一：球管溫度過高，報(bào)過溫。這是球管溫度超出閾值（80℃），溫控開關(guān)打開，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，這種情況下，等待球管降溫（68℃以下，溫度開關(guān)閉合），然后可以在服務(wù)界面下清除過溫標(biāo)記，系統(tǒng)即可恢復(fù)正常。

情況二：球管溫度不高，報(bào)過溫。清除過溫標(biāo)記后，還是沒有用的話，可以判斷是連接或硬件問題，需要深入檢查故障點(diǎn)[21]。

3.2.3 故障檢修

3.2.3.1 軟件清除過溫標(biāo)記

等待球管降溫，注意不能關(guān)閉機(jī)架電源，大約20 min，可以嘗試用手觸摸球管外殼溫度，不燙手即可，此時(shí)清除過溫標(biāo)記，實(shí)際結(jié)果是故障依舊，系統(tǒng)仍然報(bào)錯(cuò)C070200。

3.2.3.2 測量球管的溫控開關(guān)

該步驟主要查的是HV3這根連接線，這是從球管溫控開關(guān)出來的到DCB（數(shù)據(jù)采集板）的球管溫度開關(guān)的線纜，中間有一個(gè)連接插頭HV3，它的位置在球管左側(cè)，線纜有標(biāo)記，如圖9所示。

圖9 HV3線纜

下電，拔開HV3連接頭，測量連接球管的部分。萬用表撥到歐姆檔，測量這個(gè)插頭兩條線之間的電阻（此時(shí)溫度已經(jīng)很低，接近室溫）。如果是電阻很大或者說是開路，說明是溫度檢測開關(guān)出現(xiàn)故障，那就可以判斷是球管問題。為此，我們需要更換球管，實(shí)際測出電阻為0，說明溫控開關(guān)正常，球管沒有問題。

3.2.3.3 測量球管到DCB的線纜

這部分的線纜其實(shí)還是原來的那根HV3線，不過我們這次測試的是連接DCB的那段。檢測這部分需要拔出DCB-J19腳，如圖10所示。

圖10 DCB-J19板路圖

根據(jù)手冊線纜標(biāo)號(hào)，見表1，檢測對(duì)應(yīng)的線與引腳是否是導(dǎo)通的。若不導(dǎo)通，則判斷線纜有問題，需更換線纜。實(shí)際測量電阻為0，線纜正常[22]。

表1 HV3線纜標(biāo)號(hào)表

3.2.3.4 測量DCB板

此時(shí)是帶電測量，需要佩戴靜電手環(huán)，防止靜電，同時(shí)也需注意安全。如果排除了球管和線纜，那基本可以判斷是DCB問題。為了確認(rèn)，需要測量DCB板。檢查時(shí)要將萬用表撥到直流電壓檔位，表筆放于DCB板的電阻R336一端。使用萬用表測量電阻R336一端對(duì)地電壓，測量得到電壓為4.9 V，判斷DCB板供電正常，如圖11所示。

圖11 DCB板電路圖

若電源正常，則需要再次進(jìn)行測量。測量U86-5處的電壓（低電平有效），測量該電壓為4.6 V，說明芯片U86故障[23]。根據(jù)圖11的原理圖，可以準(zhǔn)確判斷出U86芯片故障，需要更換DCB板。全部下電后，拆下DCB板，更換新的DCB板，上電，聯(lián)機(jī)，清除球管過溫標(biāo)記（此步驟仍需佩戴靜電手環(huán)）。測試掃描，系統(tǒng)正常，維修完畢。

4 總結(jié)

故障一的維修，過程較為復(fù)雜，期間燒壞了一個(gè)正常的高壓設(shè)備，增加了維修成本，可以說是一次慘重的教訓(xùn)。在遇到高壓球管維修時(shí)，一定注意一些特殊情況，比如多個(gè)故障報(bào)錯(cuò)的，我們一定小心謹(jǐn)慎的處理故障，多測量，多分析，不要輕易下結(jié)論[24]；故障二的維修，故障點(diǎn)隱藏較深，需要一層一層排查，到最后方找到故障點(diǎn)。這需要我們對(duì)系統(tǒng)、對(duì)流程有深刻的認(rèn)識(shí)，從簡到難，一步一步，不能著急。同時(shí)帶電測量需要小心謹(jǐn)慎，防止觸電。

通過這兩例故障維修說明基礎(chǔ)理論非常重要，維修都是建立在對(duì)基礎(chǔ)原理掌握充分后的分析，如果一知半解，就無法準(zhǔn)確快速的定位故障點(diǎn)。同樣現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)也更加重要，每一次維修都總結(jié)一下維修過程，以及需要測量的結(jié)果，同時(shí)也會(huì)對(duì)基礎(chǔ)理論的理解更上一個(gè)層次。