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与CT机相比MRI对骨组织不敏感,定性诊断困难,有禁忌症。
5、CT机对出血诊断敏感,图像清晰,扫描和成像速度快。
三、CT机的发展
性能结构的改进
1、头颅/全身CT
2、扫描速度和成像质量提高(扇形扫描)
3、螺旋CT
4、多层:
4、8、16层CT(锥型扫描),最近GE公司将推出64层CT
5、大口径:
Open
6、结构更加紧凑:
经济型,小型移动式,降低成本扩大应用面。
操作和图像的改进
通过硬件的改进和软件水平的提高达到:
1、加快扫描速度
2、提高图像质量
3、简化操作
4、提高效率
临床应用领域扩展
1、计算机图像管理
2、血管造影(减影)
3、三维图像重建
4、介入操作引导
5、放疗模拟定位(X刀)
6、远程诊断(医学图像通讯标准DICOM),
四、X射线常识
特性
X射线是一种不可见光,波长介于紫外线和γ射线之间,和紫外线与γ射线一样,能够使物质电离,属于电离辐射。
1、X射线具有穿透作用:
可以透过物体,X射线的能量越大穿透能力越强。
2、X射线具有电离作用:
物质受X射线照射时原子核的外层电子可以脱离原轨道,成为自由电子,这种作用称为电离作用。
3、X射线具有荧光作用:
有些物质接受X射线照射可以辐射出可见或紫外光,比如磷、硫化锌、硫化镉等。
成像
当一束X射线通过人体时会因吸收和散射而产生衰减,其被衰减的程度除了自身的光谱能量以外取决于穿透时所路径物质的密度、原子组成。
因此一幅穿透人体的X射线就包含了其穿透人体所路径的所有信息,将其投射在一个具有荧光作用或感光效应的平面上,就可以实现X射线成像。
普通X射线摄影和X射线透视,就是利用了上述原理,将透过人体载有人体信息的X射线中的潜影还原成为医学图像显示在荧光屏上或显示在X射线胶片上。
产生
电子束在高电压的作用下撞击到金属物质,就可以激发出X射线。
在医学的实用技术方面正是利用了这一原理。
在一个高真空的环境里,经加热的灯丝作为阴极发射电子,在阳极端施加数万伏的高电压吸引并且加速电子,当电子束撞击到用金属钨作成的阳极时,激发出X射线,X射线的强度(能量)取决于阳极材料外还取决于阳极-阴极端所施加的电压(X射线管电压),医学诊断时X射线管电压通常从40kV~150kV。
X射线量的多少,通常取决于X射线管电流,管电流大小与X射线成线形关系,因此通常情况下以普通荧光透视管电流为1~5mA,X射线摄影时管电流为10~1000mA。
在进行X射线摄影时X射线胶片的感光程度还与X射线的曝光时间长短有关,常规X`射线摄影所用时间,通常为0.1~10s之间。
进行一次X射线摄影所需要的X射线管电压、管电流和曝光时间通常称为加载因素组合。
加载因素组合取决于X射线设备的结构、不同的部位和临床检查所需要的条件。
如电流时间积(mAs)相同的条件下,动态摄影应选取大电流、短时间。
五、结构和原理
主要部件
X射线管:
X射线管由装于真空玻璃壳内的阴极和阳极组成,X射线管装在充满绝缘油的X射线管套内。
阴极和阳极之间施加高电压,阴极加热后发射电子,阳极由耐高温的金属材料制成受到电子撞击激发X射线。
X射线管根据阳极的热容量分为不同的规格,满足不同的应用。
X射线管在应用中不断得到改进。
双焦点、旋转阳极,高电压、大容量等。
高压发生器:
高压发生器利用变压器的原理,将数百伏的一次电压升高到数万伏,通过高压整流形成供X射线机需要的直流高压(40~150kV)。
高频变压器和整流器置于充满绝缘油的箱体内。
高压发生器已经由工频改进为高频,缩小体积,提高效率。
控制器:
X射线机的控制部分,对产生X射线的加载因素进行组合和控制,此外还有一系列的状态显示,简化操作,容量保护,故障诊断等功能。
CT机基本组成
1.扫描架
固定支架
馈电部分(电源、控制信号、采集信号)
传统的馈电方式:
电缆
滑环:
滑环的组成:
环体,(碳刷或银合金刷)组成刷组
旋转部分的驱动
旋转部分
高压发生装置(逆变、高频高压发生器、冷却系统)
X射线源组件(X射线管组件、准直器)
探测器组件(信号采集、信号转换、传输)
固体、气体
2.患者床台
通过计算机和传感器电动控制,可精确实现床台板步进(伸缩、升降)
床台板材料:
碳素纤维(高强度、低吸收)
3.计算机及控制系统
系统运行控制(系统运行控制软件)
系统运行故障诊断分析
图像处理(图像处理软件)(并行机、阵列机、通用机)
数据储存、图像重建、图像管理
图像显示器
图像打印(多幅照相机:
CRT型、激光型)
4.电源系统
电源转换
保护
CT机的成像原理
CT机的图像是如何形成的?
CT机不同于X射线机直接将载有人体信息的X射线投影在胶片或荧光屏上形成图像。
而是利用不同方向的X射线穿透人体并将所携带的信息进行采集,将采集到的信息数字化输入计算机经处理形成图像。
CT机的图像是由计算机根据得到的信息“重建”的。
首先要有X射线源和排列成一组的接受器(探测器)。
X射线辐射经准直器“准直”后形成扇形束,扇形线束透过物体(切面)由排成一列的接受器接受形成一组信号,这一组信号经A/D转换(模数转换)后可以组成一个数学矩阵,当X射线源与接受器组同步围绕着被照射物体旋转时,X射线完成了沿切面的断层扫描。
此时可以形成许多幅信号矩阵所组成的图像矩阵,该矩阵中包含有被扫描的物体断层的几何形状的图像信息。
使用计算机在图像重建软件的支持下对图像矩阵进行处理,就可以得到CT图像(ComputerTomography)。
处理的过程称做“图像重建”。
图像重建软件可以采用不同的数学方法,常见的算法有累接变换法、矩阵逆转法、(滤波)反投影法、傅立叶变换重建法、迭代法等。
不同的方法在重建速度、准确性上有所差异,学术领域对不同的方法进行了评价和比较,但是如同那种数学方法最好没有一致性看法一样,一个系统在某种环境下的优越性可能会在另一种环境下消失。
当采集得到的数据不完全时通过插值,迭代法是比较理想的,有利于处理对称性较差的物体,速度较慢。
而卷积投影法和傅立叶变换法重建法则适用于对具有良好圆对称性的物体。
由于图像重建软件是可以选择的,计算机软件是可以升级的,CT机在实用中往往可以根据对临床图像的需求选择不同的重建,也可以对图像重建软件和再处理软件比如边缘增强、减影等进行升级。
CT机问世时计算机技术还很不发达,因此曾使用专用的阵列计算机来解图像矩阵,在计算机速度较低时也有使用多机并联解图像矩阵缩短图像重建时间。
重建时间是CT机的重要指标。
随着计算机技术的飞速发展,目前已经可以使用通用机(奔腾CPU)作为CT机的图像处理器,利用通用产品的成熟技术降低成本,减少故障。
CT机的结构特点
CT机属于典型的机电一体化结构和综合技术应用的结合,有电机驱动的机械运动和X射线发生、控制所需要的高电压和计算机技术,有电离辐射(X射线)控制、探测和防护,目前已经将高频脉冲技术,激光技术,电源逆变技术应用于CT机。
可以说,CT机是近年来所有新技术、新材料、新元件在X射线医疗诊断领域中集中引用的表现。
CT机是高科技产品,目前只有美国、德国、荷兰、日本等少数发达国家具有产业化生产CT机的技术,我国自1990年前后开始研究CT机,到1997年前后才逐步形成了CT机的产业化生产能力。
目前是国际上少数能自主CT机的国家之一。
我国CT机生产能力和技术水平虽然与发达国家高端产品之间商有差距,但正是因为有了国产CT,使得国际上CT生产企业在华产品的价格得到抑制,产品档次得到提高。
CT机属于医疗卫生单位使用的大型医用设备。
其结构复杂,价格高昂。
并且由于技术成熟,临床应用广泛,其价值往往占全医院医疗设备总价值的重要部分。
医疗卫生部门从来都将CT机视为重要的大型医疗设备,在管理上予以高度重视。
电气安全分类
CT机在电气安全标准中的分类:
a)防电击分类:
I类;
b)防电击程度:
B型;
c)对有害液的防护程度:
普通设备
d)不属于AG型或APG型;
e)工作制:
间歇加载连续运行方式;
f)固定式设备。
六、CT机的主要技术指标
CT机的技术指标可以分为电气、机械、安全、图像等几个方面。
电气和机械主要为CT机工作运行的基本条件和状态,比如对电源的适应能力,最高X射线管电压、管电流,设备结构所限定的运行状态,比如说扫描架的结构、孔径,患者床台的位置、高度,台板的运作情况等与临床配合时的便利与否。
安全性能主要是应满足有关安全标准的要求。
CT机的图像指标是CT机临床应用的重要保证。
主要的图像指标有高对比度分辨力、低对比度分辨力、扫描速度、图像重建时间、断层厚度等。
这些技术指标的高低直接影响CT机的临床应用。
CT机应满足相关的标准的要求。
通常情况下应满足其注册产品标准,每一台CT机在进行注册时都有该产品的注册标准,在注册产品标准中对其主要的技术指标作出明确要求,机械结构和图像指标是根据各生产商所达到的技术指标而制定。
典型产品技术参数示例:
高对比度分辨力:
15.5lp/cm
抵对比度分辨力:
3mm(3HU)
断层厚度:
1、2、3、5、8、10mm
旋转时间:
0.8s/1.0s/1.5s
扫描时间:
80s
扫描长度:
153cm
重建时间:
≤1s
探测矩阵:
512×
512
HU范围:
-1024~+3071
CT机的技术参数应符合YY0310-1998《X射线计算机体层摄影设备通用技术条件》的要求,其中电气安全指标依据了下述标准:
GB9706.1医用电气设备第一部分:
安全通用要求
GB9706.11医用电气设备第二部分:
医用诊断X射线源组件和X射线管组件安全专用要求
GB9706.12医用电气设备第一部分:
安全通用要求三.并列标准诊断X射线设备辐射防护通用要求
GB9706.14医用电气设备第2部分:
X射线设备附属设备安全专用要求
GB9706.15医用电气设备第一部分:
安全通用要求1.并列标准:
医用电气系统安全要求
GB9706.18医用电气部分第2部分:
X射线计算机体层摄影设备安全专用要求
七、临床应用和不良事件
主要临床应用
常用于对人体脑颅、躯体等内部器官的检查。
对不宜进行手术探察的脑内、躯体内部病变,更是具有独到的临床诊断意义。
CT机是目前诊断颅脑内部肿瘤的主要手段之一,可确定肿瘤的有无、位置及内脑颅部结构,判断肿瘤的良恶性质。
CT机具有敏感度高、定位准确的优点。
可以直接显示肿瘤的形态、大小、数目等。
此外CT机还可以用于颅脑肿瘤X刀治疗的立体定位。
CT机是高血压动脉硬化并发的脑出血(脑溢血或出血性脑卒中)的首选检查方法,可以明确脑出血的部位、程度、大小形态等。
急性期血肿边缘清楚,高密度,有明显占为效应,周围有低密度水肿及占位征象。
吸收期表现为高密度灶向心性缩小,边缘模糊,周围水肿及占位征象逐步减轻。
临床治疗中,可在CT图像的指导下对出血病灶进行微创手术。
CT机检查脑梗死(血栓性更塞)虽然不能直接显示栓塞的血管及栓子,但是可以确定梗死的部位、范围等,是否出现合并出血及病灶周围的组织情况,对脑梗死的诊断、判断预后有重要的意义。
CT机及还何以对颅内血管瘤、脑血管畸形,对颅脑外伤、颅内感染性病变、先天发育畸形等进行临床诊断。
CT机还常用于胸部、腹部、脊柱等检查,用于五官科的眼部、耳部、鼻咽部的检查。
还可以利用CT的引导下进行介入性活检和治疗。
CT机使用中的安全风险
电气安全:
对电击危险的防护(电介质强度、电位均衡、泄漏电流)
机械安全:
机械强度、运动部件、稳定性
电离辐射:
X射线辐射、半价层、散射线、防护区
CT机产品的注册管理
通过在产品注册时的全面评价来实现对产品使用风险的控制。
产品的主要技术参数和安全要求的全面评价(产品型式试验报告)
临床应用评价(临床报告)。
CT机使用中不良事件控制
尽管在产品注册时对产品进行了全面的评价,但是由于产品的复杂性和临床使用条件的不同,产品设计中的一些缺陷可能会在临床使用中暴露。
造成医疗器械使用中的不良事件。
下面以CT机为例,介绍一则典型的医疗器械使用中的不良事件(CT机滑环短路)。
基本情况
时间:
2001年11月6日
地点:
杭州市余杭区第二人民医院
型号:
SOMATOMEmotion螺旋CT机
事件经过
●西门子公司生产,系列编号40280S04,2001年9月1日投入使用,11月6日开机预热过程中,发出大的响声,稳压柜空气开关停在中间位置,触点粘合在一起,医院总电源跳闸(600A),打开扫描架外罩检查,滑环半圈都烧黑了。
●11月17日西门子工程师更换了滑环、电路板及空气开关。
●11月18日扫描了四、五个病人。
●11月19日为第二个病人头部扫描了平片,在做机架角度倾斜过程中,再次烧毁滑环,稳压柜空气开关触点熔合,但未烧毁电路板。
医院总电源跳闸(600A)。
●11月29日西门子工程师再次更换了新滑环。
并投入使用。
●12月31日停机。
2002年1月21日更换了一台新的整机,安装调试后交付使用。
现场查看:
查看了CT机使用条件,室内温度:
19℃,相对湿度:
33%。
查看了稳压柜:
上海三梯稳压设备制造有限公司生产,3T(SANTI)、SBW-100、三相补偿式电力稳压器。
据介绍,两次故障发生时其160A空气开关接点均烧熔连在了一起。
查看了电源柜,故障发生时柜内原有的400A空气开关,现已更换为50A熔断器(3NP407、50A、NH00-9L-gG、~500V/120kA、MadeinGermany)。
查看了CT机内烧毁后的K2接触器(在机架内部)、碳刷支座(碳刷安装孔内有放电后积碳的痕迹)以及DC565V的整流滤波电路板(三个整流硅桥有烧毁的痕迹)。
随后在库房查看了第一次烧毁的滑环,烧毁的环在外侧第一、第二圈,为转子中的高压电路提供565V直流电压的环。
滑环表面已经过打磨等表面处理,但仍可以清楚地看出短路烧毁之处。
短路点烧毁痕迹长约45mm,处于两环相向对称月牙状位置,烧毁宽度约占环宽的四分之一。
从外数第二圈滑环,沿顺时针方向,距短路点600mm处后有350mm长的打火烧蚀痕迹,痕迹在环宽的中心。
滑环间电气间隙6mm(因环基材料中间有凹沟,爬电距离应大于6mm)。
滑环外径1630mm。
查看了更换下来的400A空气开关,此开关原安装在CT室的电源柜中,两次事故发生时均未动作,苏州电器一厂生产,型号DZ20Y-400。
查看了医院总电源控制室,事故发生时600A空气开关跳闸。
随后又到另一库房查看了烧毁后被查封的CT机(编号:
40286S04),打开扫描架的外罩,在机架的下面、碳刷架等处有磨损的碳粉堆积,且在滑环的内侧有星星点点的碳粉堆积。
查阅了CT机电气图纸、安装手册、项目执行手册和该CT机维修记录等资料。
1、1月30日,与西门子进行了技术会谈,听取西门子公司对该系列机质量保障和运行情况的介绍:
1)希望听取西门子专家关于电气间隙、爬电距离的设计依据。
2)提供对碳刷磨损和磨损脱落的碳粉的维护措施等要求。
2、1月31日,考察了浙江建工医院同类型CT机的使用情况。
CT机运行环境条件。
室内温度:
20℃,相对湿度:
20%,去年3月份投入运行,使用频次600人次/月,型号:
SOMATOMEmotion,系统编号(SN):
40215S04。
扫描架下面中间部分有少量碳粉堆积,半个月前曾清理过。
电源柜内闸刀开关未更换,熔断器半个月前由160A改为50A(国产),未出现过熔断现象。
查看了稳压柜,同余杭二院完全一样为上海三梯公司生产。
此外事后还考察了青岛、上海、玉环等有关医院的同类型CT机。
3、2002年2月8日,与德国西门子公司Forchheim工厂工程技术人员进行了技术座谈,听取了德方对运往西门子公司的短路烧毁的滑环经试验和技术分析的意见,查阅了德方提供的试验记录等技术资料。
情况分析
通过上述现场查看和对相关资料的查阅,对事故的发生提出以下几点意见:
CT机为高科技产品,设备运行采用计算机控制,对非正常操作采取了程序控制连锁保护,操作错误或设备内部出现故障采用计算机自动诊断和故障提示。
现场使用人员介绍无不当操作,因此,排除操作失误导致事故的可能性。
滑环短路点顺时针600mm处有滑环与碳刷间烧蚀的痕迹,从滑环旋转方向(面向滑环逆时针)判断,短路发生时,短路点已旋转离开了碳刷,处于机架下方右侧,相当与时钟5点位置(烧毁的防尘罩也能辩明短路的位置)。
并且是由于短路引起了碳刷和滑环间大电流,导致滑环轨道中心烧蚀,碳刷烧毁。
因此可以排除碳刷接触不良引起的闪络和短路。
同时也可以排除滑环后部电路故障引起的短路。
从西门子公司技术人员维修资料记载,故障维修时打开机架外罩,没有发现缺少垫片,铆钉和螺丝。
机架上部的紧固螺钉没有发现缺少和松动。
应排除金属紧固件松动脱落引起短路的可能性。
查验时发现机架内,碳刷架上和滑环的侧面有不同程度的碳刷磨损脱落的碳粉堆积,根据西门子公司提供的设备保养文件中对碳刷的更换和碳粉的清洁要求,以及同类型设备维护记录,根据大量同类型设备正常运行的记录,排除碳粉引起滑环间发生闪络的可能性。
从滑环短路点烧毁的形状为相向对称的两个月牙状来看,应该是第一滑环和第二滑环间发生短路。
环间有6mm电气间隙,绝缘材料上有为增大爬电距离而设计的凹槽,电气间隙和爬电距离均符合有关安全标准的要求,滑环基础材料为高分子绝缘材料,现场查验未发现有绝缘材料击穿迹象和烧毁痕迹,擦除污垢后环基材料表面平整,排除电气间隙不足,爬电距离不够引起闪络或材料击穿引起的短路。
从两次短路事故发生时CT机房稳压柜内的160A空气开关接点烧熔连在了一起,电器柜内的400A空气开关未动作分析,机房内的电气安全保护措施不当,未进行有效保护。
查阅了西门子公司该型号CT机随机文件中的安装手册(英文版),手册中要求CT机电源应进线处应安装50A的熔断器。
显然,机房的电器柜内的安全保护不符合西门子公司对该型号CT安装的要求。
现场由医院提供的中文本“项目执行手册”中,未如实翻译安装手册全部内容,也未强调CT机电源进线处应有50A熔断器的要求,导致CT机的安装调试人员和CT机的使用单位均忽视了对该熔断器的要求。
结论意见
由于未目击第一现场,引起击穿的物质也无法查清,因此只能对各种可能性进行排除,依据经验进行分析。
根据上述分析,导致事故的主要因素有三点:
1、电源安全保护措施不当,产品设计电源无熔断装置;
现场安装未按图纸中熔断器(50A)要求;
(隐患)
2、导电异物引起环间闪络,诱发环间短路时造成滑环烧毁;
(诱因)
3、滑环电路中有大容量的整流滤波器储能元件。
(条件)
对事件的处理
1.对国内已安装运行的P10系列CT机(SOMATOMEmotion,SOMATOMBalance,SOMATOMEsprit)进行一次普查,重点是电源的安全保障情况。
2.由对国内P10系列CT机电源进线处,西门子公司提供并更换符合要求的熔断器。
3.对国内CT机运行环境进行检查,提出改善意见。
4.严格规范CT机安装调试,特别是对电源和环境的要求,注意安装调试过程中和结束时对机架内部的清洁和保护,防止异物侵入。
生产厂对已经售出产品采取的免费补救措施
Ø
安装的同类型CT机进行一次普查和免费保养;
电源部分免费加装过电流、过电压保护装置;
CT机馈电滑环前,整流滤波电路后免费加装快速熔断器;
调换滑环中500V电压环的位置;
对扫描架中的紧固件采用胶合固定措施;
对扫描架中的金属编制线加上护套。
目的
减少诱发瞬间短路
一旦发生跳火现象立即进行保护(跳闸或熔断)
效果
采取上述措施后,该类型产品没有再发生严重的滑环烧毁事故。
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