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盘式导电滑环在医疗螺旋CT机的应用

本文主要根据医疗CT机基本原理和结构,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。

1.CT机导电滑环结构
基于CT机工作原理,要获取数据,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,采用盘式导电滑环工作方式,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,CT工作速度极大提高。

CT机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。

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。

2.CT机滑环应用
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。


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。