醫(yī)療螺旋CT機盤式導電滑環(huán)結構與維修方法
摘要：本文主要根據CT基本原理和結構，重點說明螺旋CT機盤式導電滑環(huán)類型、結構及滑環(huán)工作原理，介紹經過實際使用的螺旋CT機滑環(huán)性能與應用效果，說明優(yōu)點和不足之處，在CT電滑環(huán)維修方面，從實際工作出發(fā)，說明維修方法、步驟及注意事項，為今后設計、生產、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80年代，CT技術的發(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]；由于計算機的高速發(fā)展與應用使CT的運算速度不斷加快，圖像處理功能日趨方便快捷，尤其是將CT應用于臨床醫(yī)學領域，更顯示其巨大作用[3]。
1CT基本原理
CT設備主要由以下4個部分組成：掃描、計算機、電源和附屬設備。
CT是斷層圖像，人體某一層面，可看成由若干體素組成，每一體素對應CT圖像一像素。X射線束通過準直器對人體部位一定厚度層面進行橫斷掃描，每個探測器接收X射線透過組織一串體素的衰減信號，并轉換為電信號，再經模數轉換為數字信號（即原始數據），并存入存儲器。計算機在進行圖像重建時，將原始數據反演成每個像素的CT值，顯示器依照CT值決定圖像矩陣每個像素灰度，即構成CT圖像。
2CT導電滑環(huán)結構
基于CT工作原理，要獲取原始數據，球管和探測器必須在人體相對兩側，而且要圍繞人體旋轉。球管和探測器是運動部件，運動部件與靜止部件之間須有導線進行連接，以傳遞電源、控制信號和數據。導線長度有限，因此運動部件，只能正、反交替旋轉。這樣CT工作速度慢。為提高工作速度，采用電機盤式滑環(huán)工作方式，由電滑環(huán)傳遞電源、控制信號和數據。運動部件單一方向旋轉[4]，CT工作速度極大提高。
CT滑環(huán)安裝在掃描架旋轉部分的后面，根據傳遞產生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)傳遞數百伏電壓，高壓電滑環(huán)傳遞上萬伏電壓[5]。采用低壓滑環(huán)的機型要比高壓滑環(huán)的機型多。CT滑環(huán)部分均選用高強度絕緣材料為基質，根據掃描孔徑的大小設計滑環(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)結構，滑環(huán)的每道槽內鑲嵌有無縫的多種金屬合成的磷銅環(huán)，每道槽與槽之間設有絕緣隔離條；圓盤片狀電滑環(huán)是在盤面上設置軌道槽，外側環(huán)為信號環(huán)，內側環(huán)為電源環(huán)（圖1）。PHILIPSBrilliance16CT機采用低壓圓筒狀滑環(huán)結構，在滑環(huán)外側壁設置軌道槽，滑環(huán)外側是信號環(huán)，內側是電源環(huán)，根據電流大小設置電源環(huán)寬度，根據信號傳遞設置信號環(huán)和數量，信號環(huán)比電源環(huán)窄，滑環(huán)整體結構要求精度很高，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；電刷架一般用高強度絕緣材料制成，分為整體和分體結構。SIEMENSPlusCT采用了高低壓電滑環(huán)結構，由電源刷、信號刷和HF信號刷組成[5]。其中5V、12V用于信號電路供電，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)結構，其電刷部分，是由電源刷和數據刷組成。上述電刷導體均采用銀制碳刷材料制成，銀制碳刷材質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；信號刷和HF信號刷每束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、信號刷組成，電刷導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。采用光纖技術實現(xiàn)數據傳輸。它包括靜止部分和在該靜止部分中進行旋轉掃描的旋轉部分，采用非接觸式的光信號傳輸方法，將數據采集系統(tǒng)采集的數據傳輸到該旋轉部分之外，再經過光/電轉換，將信號傳送到圖像系統(tǒng)進行重建處理。
3CT滑環(huán)應用
在低壓滑環(huán)盤片式碳刷結構中，有將電源刷與數據刷制成分體刷架，并將電源刷架安裝在掃描架左下角通風處，具有方便維修的鎖止機構，將數據刷架安裝在掃描架后部的左右中間位置。此種設計結構經過實際運行優(yōu)點是①這樣的設計結構便于維修，故障率低；②電源刷架安排在左下角通風處很有必要；③將數據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。在低壓電滑環(huán)盤片式碳刷結構中，還有將電源刷和數據刷制成整體刷架，刷架外環(huán)部分是信號刷和數據刷，內環(huán)部分是電源刷；將碳刷架安裝在掃描架后面左側中下部；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蓋，表面看不到電滑環(huán)，整體結構緊湊。此種滑環(huán)結構經過實際運行優(yōu)點是①整體設計結構緊湊；②防塵效果好；③機器性能穩(wěn)定、耐用。不足之處：①電源刷與信號刷和數據刷還是分開比較好，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蓋。因為碳刷與電滑環(huán)之間摩擦后，會有許多碳粉掉下或飛濺到金屬防護蓋上，如機房溫濕度控制的不好，或不能按時維護保養(yǎng)，以及電源電壓瞬間過高等因素；當碳粉沉積太多或通風不好時，容易造成刷架周圍絕緣阻值變小，對地放電，就會產生拉弧現(xiàn)象，會燒壞電刷架和導電滑環(huán)，還會把金屬防護蓋燒壞（圖2），同時電源分配器中125A保險熔斷，在我們實際維修中曾遇到過此種現(xiàn)象。
圖2電刷下側被電弧燒壞的防護鐵片
在采用低壓滑環(huán)圓筒狀結構中，電刷導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個部分安裝在筒狀滑環(huán)上方，此種結構經過實際運行優(yōu)點是①結構設計合理、簡單；②采用磷銅合金絲材料為電刷導體比較干凈。不足之處：①維修時必須注意旋轉部分旋轉方向，原因是電刷結構所決定；②如不按時檢查，磨斷的刷子可能會造成掉到機器里面，造成短路故障；③要求維修人員有一定維修經驗和水平。
在采用光纖技術實現(xiàn)數據傳輸的CT滑環(huán)系統(tǒng)中，克服了由于接觸電阻的不穩(wěn)定而導致數據信號可靠性降低，以及非接觸式無線電容耦合傳輸數據時容易受到外界電磁干擾等問題，有效提高了抗干擾能力，滿足了對CT系統(tǒng)數據傳輸速率高、誤碼率低的要求。但是，靠近通風或風扇處的光纖輸入、輸出口容易被灰塵遮擋。
4CT導電滑環(huán)維修
CT滑環(huán)必須定期維護和保養(yǎng)。注意控制好機房的溫濕度變化，設置有效通風裝置，有潔凈條件的機房更好，這樣可以保證CT滑環(huán)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，降低故障率。根據醫(yī)院工作量，至少每半年對電滑環(huán)和電刷維護保養(yǎng)一次，是預防性維護工作的重要內容之一[8－12]。
采用碳刷結構的滑環(huán)系統(tǒng)維修保養(yǎng)方法：首先打開機架和防護罩，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號砂紙輕磨、整平碳刷及滑環(huán)[10]；碳刷達到磨損標記時，須更換新品；然后用無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，打開機架，注意旋轉部分的旋轉方向；拆下每個電刷架，仔細檢查每個刷子磨損程度，彎曲度是否均勻一致，發(fā)現(xiàn)將要磨斷的磷銅合金絲，應將其剪掉，防止磨斷后掉到機器里面；其次，用無水酒精或四氯化碳將紗布蘸濕，擦拭每道滑環(huán)；同時注意檢查滑環(huán)磨損情況及有無異物，擦拭整理每束電刷；最后，安裝時必須確保安裝位置準確，注意每束刷子安裝到位，防止短路。當每次維護保養(yǎng)滑環(huán)和刷子之后，計算機可能會報出錯誤信息，這是擦試后的電刷與電滑環(huán)表面氧化層造成，在測試中旋轉幾圈錯誤即可消失。
采用光纖數據傳輸的滑環(huán)系統(tǒng)維修保養(yǎng)方法：根據機房潔凈度及工作量，也必須定期維護保養(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，檢查靠近通風及風扇處光纖輸入、輸出口，擦拭每路光纖輸入、輸出口。
對燒壞滑環(huán)和電刷架的維修，輕微損傷經修整后可以繼續(xù)使用，嚴重損傷須更換新品。
5結論
導電滑環(huán)技術的應用，是CT技術發(fā)展的一大飛躍，多層螺旋CT也是在滑環(huán)基礎上發(fā)展起來的，而滑環(huán)與電刷之間的接觸阻值是關鍵，它決定著機器性能的穩(wěn)定和可靠；還與設計結構、材料選擇有著直接關系；光纖技術的應用以及新型材料的發(fā)現(xiàn)，定會使滑環(huán)技術得到鞏固和發(fā)展，也給維修保養(yǎng)工作提出了更高的要求。
