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医疗螺旋CT机盘式导电滑环结构与维修方法

日期：2018-09-07  点击：12008  属于：滑环结构原理
摘要：本文主要根据CT基本原理和结构，重点说明螺旋CT机盘式导电滑环类型、结构及滑环工作原理，介绍经过实际使用的螺旋CT机滑环性能与应用效果，说明优点和不足之处，在CT电滑环维修方面，从实际工作出发，说明维修方法、步骤及注意事项，为今后设计、生产、使用和维修提供有用的帮助。
CT从1971年Hounsfielld发明头颅CT，到20世纪80年代，CT技术的发展从单一头部检查发展到体部检查；90年代，扫描速度的变化和单次扫描发展到亚秒速度扫描以及连续扫描[1]；2000年由单排发展到多排的螺旋扫描[2]；由于计算机的高速发展与应用使CT的运算速度不断加快，图像处理功能日趋方便快捷，尤其是将CT应用于临床医学领域，更显示其巨大作用[3]。
1CT基本原理
CT设备主要由以下4个部分组成：扫描、计算机、电源和附属设备。
CT是断层图像，人体某一层面，可看成由若干体素组成，每一体素对应CT图像一像素。X射线束通过准直器对人体部位一定厚度层面进行横断扫描，每个探测器接收X射线透过组织一串体素的衰减信号，并转换为电信号，再经模数转换为数字信号（即原始数据），并存入存储器。计算机在进行图像重建时，将原始数据反演成每个像素的CT值，显示器依照CT值决定图像矩阵每个像素灰度，即构成CT图像。
2CT导电滑环结构
基于CT工作原理，要获取原始数据，球管和探测器必须在人体相对两侧，而且要围绕人体旋转。球管和探测器是运动部件，运动部件与静止部件之间须有导线进行连接，以传递电源、控制信号和数据。导线长度有限，因此运动部件，只能正、反交替旋转。这样CT工作速度慢。为提高工作速度，采用电机盘式滑环工作方式，由电滑环传递电源、控制信号和数据。运动部件单一方向旋转[4]，CT工作速度极大提高。
CT滑环安装在扫描架旋转部分的后面，根据传递产生X射线的电压不同，可分为低压滑环和高压滑环，低压电滑环传递数百伏电压，高压电滑环传递上万伏电压[5]。采用低压滑环的机型要比高压滑环的机型多。CT滑环部分均选用高强度绝缘材料为基质，根据扫描孔径的大小设计滑环的直径，电滑环形状分为圆筒状和圆盘片状。如GEProspeedⅡCT采用低压圆盘片状滑环结构，滑环的每道槽内镶嵌有无缝的多种金属合成的磷铜环，每道槽与槽之间设有绝缘隔离条；圆盘片状电滑环是在盘面上设置轨道槽，外侧环为信号环，内侧环为电源环（图1）。PHILIPSBrilliance16CT机采用低压圆筒状滑环结构，在滑环外侧壁设置轨道槽，滑环外侧是信号环，内侧是电源环，根据电流大小设置电源环宽度，根据信号传递设置信号环和数量，信号环比电源环窄，滑环整体结构要求精度很高，其误差越小越好，以减少电滑环磨损。

图1CT盘式导电滑环局部正面图
电刷是CT滑环的重要组成部分，由刷架和电刷两部分组成。电刷导体目前有用银制碳刷、磷铜合金丝等材料制成；电刷架一般用高强度绝缘材料制成，分为整体和分体结构。SIEMENSPlusCT采用了高低压电滑环结构，由电源刷、信号刷和HF信号刷组成[5]。其中5V、12V用于信号电路供电，380V和120kV为电源刷和球管高压[6]。GEProspeedⅡ与SIEMENSSOMATOMARTCT均采用了低压电滑环结构，其电刷部分，是由电源刷和数据刷组成。上述电刷导体均采用银制碳刷材料制成，银制碳刷材质成分和软硬度均与普通碳刷不一样的，而且不能替代。
HITACHIW2000ADCT，电刷导体采用磷铜合金等材料制成，每束磷铜合金丝一般用十几根直径约0.22mm磷铜合金丝并排连接在一起。电源刷每束21根磷铜合金丝组成，每通道三束；信号刷和HF信号刷每束11根磷铜合金丝组成，每通道一束[5]；在每束磷铜合金丝上端有圆圈套在上面，防止散开，并固定焊接在电刷架上[7]。PHILIPSBrilliance16CT，电刷部分是由电源刷、信号刷组成，电刷导体采用磷铜合金丝材料制成，分3组安装在筒状电滑环上部。采用光纤技术实现数据传输。它包括静止部分和在该静止部分中进行旋转扫描的旋转部分，采用非接触式的光信号传输方法，将数据采集系统采集的数据传输到该旋转部分之外，再经过光/电转换，将信号传送到图像系统进行重建处理。
3CT滑环应用
在低压滑环盘片式碳刷结构中，有将电源刷与数据刷制成分体刷架，并将电源刷架安装在扫描架左下角通风处，具有方便维修的锁止机构，将数据刷架安装在扫描架后部的左右中间位置。此种设计结构经过实际运行优点是①这样的设计结构便于维修，故障率低；②电源刷架安排在左下角通风处很有必要；③将数据刷与电源刷分开比较好。不足之处：采用碳刷容易污染，必须定期维护。在低压电滑环盘片式碳刷结构中，还有将电源刷和数据刷制成整体刷架，刷架外环部分是信号刷和数据刷，内环部分是电源刷；将碳刷架安装在扫描架后面左侧中下部；并在电滑环的外面装有用金属或非金属材料制成的防护盖，表面看不到电滑环，整体结构紧凑。此种滑环结构经过实际运行优点是①整体设计结构紧凑；②防尘效果好；③机器性能稳定、耐用。不足之处：①电源刷与信号刷和数据刷还是分开比较好，或安装在不同位置；②电刷架下部分相邻处，最好不采用金属材料做防护盖。因为碳刷与电滑环之间摩擦后，会有许多碳粉掉下或飞溅到金属防护盖上，如机房温湿度控制的不好，或不能按时维护保养，以及电源电压瞬间过高等因素；当碳粉沉积太多或通风不好时，容易造成刷架周围绝缘阻值变小，对地放电，就会产生拉弧现象，会烧坏电刷架和导电滑环，还会把金属防护盖烧坏（图2），同时电源分配器中125A保险熔断，在我们实际维修中曾遇到过此种现象。

图2电刷下侧被电弧烧坏的防护铁片
在采用低压滑环圆筒状结构中，电刷导体有采用磷铜合金丝材料制成，以电滑环圆周切线形式靠在滑环上[4]，分3个部分安装在筒状滑环上方，此种结构经过实际运行优点是①结构设计合理、简单；②采用磷铜合金丝材料为电刷导体比较干净。不足之处：①维修时必须注意旋转部分旋转方向，原因是电刷结构所决定；②如不按时检查，磨断的刷子可能会造成掉到机器里面，造成短路故障；③要求维修人员有一定维修经验和水平。
在采用光纤技术实现数据传输的CT滑环系统中，克服了由于接触电阻的不稳定而导致数据信号可靠性降低，以及非接触式无线电容耦合传输数据时容易受到外界电磁干扰等问题，有效提高了抗干扰能力，满足了对CT系统数据传输速率高、误码率低的要求。但是，靠近通风或风扇处的光纤输入、输出口容易被灰尘遮挡。
4CT导电滑环维修
CT滑环必须定期维护和保养。注意控制好机房的温湿度变化，设置有效通风装置，有洁净条件的机房更好，这样可以保证CT滑环系统运行稳定，降低故障率。根据医院工作量，至少每半年对电滑环和电刷维护保养一次，是预防性维护工作的重要内容之一[8－12]。
采用碳刷结构的滑环系统维修保养方法：首先打开机架和防护罩，拆下碳刷及碳刷架，检查金属碳刷和滑环磨损情况；可用600号砂纸轻磨、整平碳刷及滑环[10]；碳刷达到磨损标记时，须更换新品；然后用无水酒精或四氯化碳将纱布蘸湿，擦试滑环和碳刷，至少擦两遍，使接触电阻达到0.6欧姆以下。
采用磷铜合金丝材料的滑环系统维修保养方法：首先，打开机架，注意旋转部分的旋转方向；拆下每个电刷架，仔细检查每个刷子磨损程度，弯曲度是否均匀一致，发现将要磨断的磷铜合金丝，应将其剪掉，防止磨断后掉到机器里面；其次，用无水酒精或四氯化碳将纱布蘸湿，擦拭每道滑环；同时注意检查滑环磨损情况及有无异物，擦拭整理每束电刷；最后，安装时必须确保安装位置准确，注意每束刷子安装到位，防止短路。当每次维护保养滑环和刷子之后，计算机可能会报出错误信息，这是擦试后的电刷与电滑环表面氧化层造成，在测试中旋转几圈错误即可消失。
采用光纤数据传输的滑环系统维修保养方法：根据机房洁净度及工作量，也必须定期维护保养，检查每根光纤的光束工作情况，检查每根光纤固定和弯曲度，检查靠近通风及风扇处光纤输入、输出口，擦拭每路光纤输入、输出口。
对烧坏滑环和电刷架的维修，轻微损伤经修整后可以继续使用，严重损伤须更换新品。
5结论
导电滑环技术的应用，是CT技术发展的一大飞跃，多层螺旋CT也是在滑环基础上发展起来的，而滑环与电刷之间的接触阻值是关键，它决定着机器性能的稳定和可靠；还与设计结构、材料选择有着直接关系；光纤技术的应用以及新型材料的发现，定会使滑环技术得到巩固和发展，也给维修保养工作提出了更高的要求。

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