醫(yī)療螺旋CT機(jī)盤式導(dǎo)電滑環(huán)結(jié)構(gòu)與維修方法
摘要：本文主要根據(jù)CT基本原理和結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)說(shuō)明螺旋CT機(jī)盤式導(dǎo)電滑環(huán)類型、結(jié)構(gòu)及滑環(huán)工作原理，介紹經(jīng)過(guò)實(shí)際使用的螺旋CT機(jī)滑環(huán)性能與應(yīng)用效果，說(shuō)明優(yōu)點(diǎn)和不足之處，在CT電滑環(huán)維修方面，從實(shí)際工作出發(fā)，說(shuō)明維修方法、步驟及注意事項(xiàng)，為今后設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維修提供有用的幫助。
CT從1971年Hounsfielld發(fā)明頭顱CT，到20世紀(jì)80年代，CT技術(shù)的發(fā)展從單一頭部檢查發(fā)展到體部檢查；90年代，掃描速度的變化和單次掃描發(fā)展到亞秒速度掃描以及連續(xù)掃描[1]；2000年由單排發(fā)展到多排的螺旋掃描[2]；由于計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展與應(yīng)用使CT的運(yùn)算速度不斷加快，圖像處理功能日趨方便快捷，尤其是將CT應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，更顯示其巨大作用[3]。
1CT基本原理
CT設(shè)備主要由以下4個(gè)部分組成：掃描、計(jì)算機(jī)、電源和附屬設(shè)備。
CT是斷層圖像，人體某一層面，可看成由若干體素組成，每一體素對(duì)應(yīng)CT圖像一像素。X射線束通過(guò)準(zhǔn)直器對(duì)人體部位一定厚度層面進(jìn)行橫斷掃描，每個(gè)探測(cè)器接收X射線透過(guò)組織一串體素的衰減信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（即原始數(shù)據(jù)），并存入存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)在進(jìn)行圖像重建時(shí)，將原始數(shù)據(jù)反演成每個(gè)像素的CT值，顯示器依照CT值決定圖像矩陣每個(gè)像素灰度，即構(gòu)成CT圖像。
2CT導(dǎo)電滑環(huán)結(jié)構(gòu)
基于CT工作原理，要獲取原始數(shù)據(jù)，球管和探測(cè)器必須在人體相對(duì)兩側(cè)，而且要圍繞人體旋轉(zhuǎn)。球管和探測(cè)器是運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件之間須有導(dǎo)線進(jìn)行連接，以傳遞電源、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。導(dǎo)線長(zhǎng)度有限，因此運(yùn)動(dòng)部件，只能正、反交替旋轉(zhuǎn)。這樣CT工作速度慢。為提高工作速度，采用電機(jī)盤式滑環(huán)工作方式，由電滑環(huán)傳遞電源、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)部件單一方向旋轉(zhuǎn)[4]，CT工作速度極大提高。
CT滑環(huán)安裝在掃描架旋轉(zhuǎn)部分的后面，根據(jù)傳遞產(chǎn)生X射線的電壓不同，可分為低壓滑環(huán)和高壓滑環(huán)，低壓電滑環(huán)傳遞數(shù)百伏電壓，高壓電滑環(huán)傳遞上萬(wàn)伏電壓[5]。采用低壓滑環(huán)的機(jī)型要比高壓滑環(huán)的機(jī)型多。CT滑環(huán)部分均選用高強(qiáng)度絕緣材料為基質(zhì)，根據(jù)掃描孔徑的大小設(shè)計(jì)滑環(huán)的直徑，電滑環(huán)形狀分為圓筒狀和圓盤片狀。如GEProspeedⅡCT采用低壓圓盤片狀滑環(huán)結(jié)構(gòu)，滑環(huán)的每道槽內(nèi)鑲嵌有無(wú)縫的多種金屬合成的磷銅環(huán)，每道槽與槽之間設(shè)有絕緣隔離條；圓盤片狀電滑環(huán)是在盤面上設(shè)置軌道槽，外側(cè)環(huán)為信號(hào)環(huán)，內(nèi)側(cè)環(huán)為電源環(huán)（圖1）。PHILIPSBrilliance16CT機(jī)采用低壓圓筒狀滑環(huán)結(jié)構(gòu)，在滑環(huán)外側(cè)壁設(shè)置軌道槽，滑環(huán)外側(cè)是信號(hào)環(huán)，內(nèi)側(cè)是電源環(huán)，根據(jù)電流大小設(shè)置電源環(huán)寬度，根據(jù)信號(hào)傳遞設(shè)置信號(hào)環(huán)和數(shù)量，信號(hào)環(huán)比電源環(huán)窄，滑環(huán)整體結(jié)構(gòu)要求精度很高，其誤差越小越好，以減少電滑環(huán)磨損。
圖1CT盤式導(dǎo)電滑環(huán)局部正面圖
電刷是CT滑環(huán)的重要組成部分，由刷架和電刷兩部分組成。電刷導(dǎo)體目前有用銀制碳刷、磷銅合金絲等材料制成；電刷架一般用高強(qiáng)度絕緣材料制成，分為整體和分體結(jié)構(gòu)。SIEMENSPlusCT采用了高低壓電滑環(huán)結(jié)構(gòu)，由電源刷、信號(hào)刷和HF信號(hào)刷組成[5]。其中5V、12V用于信號(hào)電路供電，380V和120kV為電源刷和球管高壓[6]。GEProspeedⅡ與SIEMENSSOMATOMARTCT均采用了低壓電滑環(huán)結(jié)構(gòu)，其電刷部分，是由電源刷和數(shù)據(jù)刷組成。上述電刷導(dǎo)體均采用銀制碳刷材料制成，銀制碳刷材質(zhì)成分和軟硬度均與普通碳刷不一樣的，而且不能替代。
HITACHIW2000ADCT，電刷導(dǎo)體采用磷銅合金等材料制成，每束磷銅合金絲一般用十幾根直徑約0.22mm磷銅合金絲并排連接在一起。電源刷每束21根磷銅合金絲組成，每通道三束；信號(hào)刷和HF信號(hào)刷每束11根磷銅合金絲組成，每通道一束[5]；在每束磷銅合金絲上端有圓圈套在上面，防止散開，并固定焊接在電刷架上[7]。PHILIPSBrilliance16CT，電刷部分是由電源刷、信號(hào)刷組成，電刷導(dǎo)體采用磷銅合金絲材料制成，分3組安裝在筒狀電滑環(huán)上部。采用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。它包括靜止部分和在該靜止部分中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描的旋轉(zhuǎn)部分，采用非接觸式的光信號(hào)傳輸方法，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撔D(zhuǎn)部分之外，再經(jīng)過(guò)光/電轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳送到圖像系統(tǒng)進(jìn)行重建處理。
3CT滑環(huán)應(yīng)用
在低壓滑環(huán)盤片式碳刷結(jié)構(gòu)中，有將電源刷與數(shù)據(jù)刷制成分體刷架，并將電源刷架安裝在掃描架左下角通風(fēng)處，具有方便維修的鎖止機(jī)構(gòu)，將數(shù)據(jù)刷架安裝在掃描架后部的左右中間位置。此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是①這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)便于維修，故障率低；②電源刷架安排在左下角通風(fēng)處很有必要；③將數(shù)據(jù)刷與電源刷分開比較好。不足之處：采用碳刷容易污染，必須定期維護(hù)。在低壓電滑環(huán)盤片式碳刷結(jié)構(gòu)中，還有將電源刷和數(shù)據(jù)刷制成整體刷架，刷架外環(huán)部分是信號(hào)刷和數(shù)據(jù)刷，內(nèi)環(huán)部分是電源刷；將碳刷架安裝在掃描架后面左側(cè)中下部；并在電滑環(huán)的外面裝有用金屬或非金屬材料制成的防護(hù)蓋，表面看不到電滑環(huán)，整體結(jié)構(gòu)緊湊。此種滑環(huán)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是①整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊；②防塵效果好；③機(jī)器性能穩(wěn)定、耐用。不足之處：①電源刷與信號(hào)刷和數(shù)據(jù)刷還是分開比較好，或安裝在不同位置；②電刷架下部分相鄰處，最好不采用金屬材料做防護(hù)蓋。因?yàn)樘妓⑴c電滑環(huán)之間摩擦后，會(huì)有許多碳粉掉下或飛濺到金屬防護(hù)蓋上，如機(jī)房溫濕度控制的不好，或不能按時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，以及電源電壓瞬間過(guò)高等因素；當(dāng)碳粉沉積太多或通風(fēng)不好時(shí)，容易造成刷架周圍絕緣阻值變小，對(duì)地放電，就會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，會(huì)燒壞電刷架和導(dǎo)電滑環(huán)，還會(huì)把金屬防護(hù)蓋燒壞（圖2），同時(shí)電源分配器中125A保險(xiǎn)熔斷，在我們實(shí)際維修中曾遇到過(guò)此種現(xiàn)象。
圖2電刷下側(cè)被電弧燒壞的防護(hù)鐵片
在采用低壓滑環(huán)圓筒狀結(jié)構(gòu)中，電刷導(dǎo)體有采用磷銅合金絲材料制成，以電滑環(huán)圓周切線形式靠在滑環(huán)上[4]，分3個(gè)部分安裝在筒狀滑環(huán)上方，此種結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單；②采用磷銅合金絲材料為電刷導(dǎo)體比較干凈。不足之處：①維修時(shí)必須注意旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)方向，原因是電刷結(jié)構(gòu)所決定；②如不按時(shí)檢查，磨斷的刷子可能會(huì)造成掉到機(jī)器里面，造成短路故障；③要求維修人員有一定維修經(jīng)驗(yàn)和水平。
在采用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃T滑環(huán)系統(tǒng)中，克服了由于接觸電阻的不穩(wěn)定而導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)可靠性降低，以及非接觸式無(wú)線電容耦合傳輸數(shù)據(jù)時(shí)容易受到外界電磁干擾等問(wèn)題，有效提高了抗干擾能力，滿足了對(duì)CT系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高、誤碼率低的要求。但是，靠近通風(fēng)或風(fēng)扇處的光纖輸入、輸出口容易被灰塵遮擋。
4CT導(dǎo)電滑環(huán)維修
CT滑環(huán)必須定期維護(hù)和保養(yǎng)。注意控制好機(jī)房的溫濕度變化，設(shè)置有效通風(fēng)裝置，有潔凈條件的機(jī)房更好，這樣可以保證CT滑環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，降低故障率。根據(jù)醫(yī)院工作量，至少每半年對(duì)電滑環(huán)和電刷維護(hù)保養(yǎng)一次，是預(yù)防性維護(hù)工作的重要內(nèi)容之一[8－12]。
采用碳刷結(jié)構(gòu)的滑環(huán)系統(tǒng)維修保養(yǎng)方法：首先打開機(jī)架和防護(hù)罩，拆下碳刷及碳刷架，檢查金屬碳刷和滑環(huán)磨損情況；可用600號(hào)砂紙輕磨、整平碳刷及滑環(huán)[10]；碳刷達(dá)到磨損標(biāo)記時(shí)，須更換新品；然后用無(wú)水酒精或四氯化碳將紗布蘸濕，擦試滑環(huán)和碳刷，至少擦兩遍，使接觸電阻達(dá)到0.6歐姆以下。
采用磷銅合金絲材料的滑環(huán)系統(tǒng)維修保養(yǎng)方法：首先，打開機(jī)架，注意旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)方向；拆下每個(gè)電刷架，仔細(xì)檢查每個(gè)刷子磨損程度，彎曲度是否均勻一致，發(fā)現(xiàn)將要磨斷的磷銅合金絲，應(yīng)將其剪掉，防止磨斷后掉到機(jī)器里面；其次，用無(wú)水酒精或四氯化碳將紗布蘸濕，擦拭每道滑環(huán)；同時(shí)注意檢查滑環(huán)磨損情況及有無(wú)異物，擦拭整理每束電刷；最后，安裝時(shí)必須確保安裝位置準(zhǔn)確，注意每束刷子安裝到位，防止短路。當(dāng)每次維護(hù)保養(yǎng)滑環(huán)和刷子之后，計(jì)算機(jī)可能會(huì)報(bào)出錯(cuò)誤信息，這是擦試后的電刷與電滑環(huán)表面氧化層造成，在測(cè)試中旋轉(zhuǎn)幾圈錯(cuò)誤即可消失。
采用光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕h(huán)系統(tǒng)維修保養(yǎng)方法：根據(jù)機(jī)房潔凈度及工作量，也必須定期維護(hù)保養(yǎng)，檢查每根光纖的光束工作情況，檢查每根光纖固定和彎曲度，檢查靠近通風(fēng)及風(fēng)扇處光纖輸入、輸出口，擦拭每路光纖輸入、輸出口。
對(duì)燒壞滑環(huán)和電刷架的維修，輕微損傷經(jīng)修整后可以繼續(xù)使用，嚴(yán)重?fù)p傷須更換新品。
5結(jié)論
導(dǎo)電滑環(huán)技術(shù)的應(yīng)用，是CT技術(shù)發(fā)展的一大飛躍，多層螺旋CT也是在滑環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，而滑環(huán)與電刷之間的接觸阻值是關(guān)鍵，它決定著機(jī)器性能的穩(wěn)定和可靠；還與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料選擇有著直接關(guān)系；光纖技術(shù)的應(yīng)用以及新型材料的發(fā)現(xiàn)，定會(huì)使滑環(huán)技術(shù)得到鞏固和發(fā)展，也給維修保養(yǎng)工作提出了更高的要求。
