单光子发射计算机断层成像设备简介及维修思路刘锋,刘欣,李淑秀,宋洁妮 青岛市海慈医疗集团 医学装备科,山东 青岛 266033 [摘 要]单光子发射计算机断层成像作为一种功能性成像的特殊影像设备,在临床上的应用日益广泛。为了给这一学科的从业人员提供一些该类设备维修思路,本文以核医学设备Symbia S/T系列为例,从设备构成、故障分类、故障排查及维护保养几方面做了介绍。 [关键词]核医学;运动故障;固有均匀性校正;单光子发射计算机断层成像
引言自1960年代第一台商用闪烁照相机问世以来,伴随着材料科学、计算机技术、药剂学和临床医学的不断发展和革新,核医学设备作为功能成像的特殊影像设备,逐步普及到各大医院、高校实验室及药物研究所,对新药研制、疾病诊断起到了重要作用,其社会效益和经济效益显著[1-3]。 目前核医学科的功能成像检查,用到的核素主要为99Tc和131I,开展的诊疗项目包括:全身骨扫描(99Tc或131I),甲状腺显像(动/静态),唾液腺显像,脑灌注显像(Tc标ECD),关节炎症显像,肾脏灌注功能显像,心血室显像,心肌灌注功能显像,肺灌注显像,前哨淋巴结显像(Tc标硫胶体),肺灌注等等[4-5]。这些检查项目给临床诊断,提供了一个全新的功能学成像的视角,对于诊断和治疗都提供了重要依据。尤其是近年来推出的核医学设备,具有了定量分析功能。这一新功能将核医学的诊断从之前的半定量分析提高到了全新的定量分析的新层面[6],使其感性区的摄取值,具有了较高的临床诊断价值。 1 基本原理单光子发射计算机断层成像(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)作为一种功能性成像的特殊影像设备,是借助于单光子核素标记药物来实现体内功能和代谢显像的仪器[7]。设备本身并不产生射线,而是以注射了放射性同位素的患者为放射源,通过探头对其进行伽马射线的采集,经由准直器的定位、CT的衰减校正和融合、算法的计算等分析手段,从而为临床医生提供诊断数据和图形。 2 维修思路笔者以德国西门子核医学设备Symbia S/T系列的机型为例,对设备构成及维修做以下简介。 2.1 系统构成系统组成框图,见图1。主要包括以下主要部件:运动控制系统;数据采集电脑系统提供运动和探头数据和控制;探测器用于伽马射线的采集计数,提供能量信息和位置信息,采集系统的核心部件;运动控制器(Hand Held Controller);用户界面切换:设备的各种位置传感器的统称;平板显示器(Flat Panel Display Assembly,FPDA)触屏显示,用于探头的变角度,具有部分控制功能;可以显示设备各运动部件的位置信息;DVD可用于播放多媒体文件进行演示和培训,或舒缓病人的情绪;ECG提供心电门控功能;设备供电200~480 V;CT计算机断层扫描系统,可以为核医学成像提供衰减校正和解剖学信息;图像管理系统,包括核医学和CT部分的图像重建和处理。 图1 系统框图 2.2 运动故障维修思路2.2.1 永久性错误 在“永久性错误”状态下,设备无法正常运行,无法做进一步的故障排查。若系统报“永久性错误”,则比较容易排查,根据报错信息,找到对应的运动方向,一般问题就出在相应方向上运动电机的“backup nut”上或“tilt switch”,更换或重置就能解决。 2.2.2 手动模式 步骤为reset>S2>S1。在此型号的设备上,手动模式是一种常用的维修手段。它可以屏蔽系统的stop回路报错和CAN通讯报错,来逐个运动方向对设备的运动进行排查(因为一些运动控制板出问题后[8-9],会引发stop回路或CAN通讯的错误,在常规模式下设备的运动被禁止,无法排查故障)。 2.2.3 电路控制最小化系统设置 如果无法进入手动模式,则需要对电路控制(Power Control,PCON)进行最小化系统设置,步骤如下:关闭运动部分;移除PCON上的接线口J2,J3,J4,J5和J6(这是4路运动控制系统的供电);移除J34,J35上的网线接口,插上CAN通讯跳线(这是其中2路运动的CAN通讯);移除J36,J37上的网线接口,插上CAN Loopback(这是剩余2路运动的CAN通讯);恢复PCON供电并尝试进入手动模式;若此时成功进入手动模式,则说明J2-J6中,至少有一路有问题,可以进一步缩小范围排查;若仍然不能进入手动模式,则问题应该在PCON的前端或其自身,比如:检查低压供电(12、24、27 V),高压供电(+125、-125 V),手控盒功能是否正常,急停开关是否正常。电路控制跳线位置,见图2。 2.2.4 其他 如果GCON可以进入手动模式,但还是有某些运动无法完成。这说明PCON和GCON及其供电正常,问题出在运动系统的某一路或几路上。需要用其它方法,逐个旁路掉CAN1,CAN3A,CAN3B,CAN3C等来缩小故障范围。 图2 电路控制跳线位置 3 故障实例一3.1 故障现象偶发做全身骨扫描(非断层)时,系统报“Controller 2”电机温度高,扫描停止或开机后直接报旋转电机温度高,机器无法运动。 3.2 故障分析首先,判断这不是个永久性错误(永久性错误系统都有提示);其次,我们用2.2.2节的方法,进入手动模式。成功进入该模式后,我们各个运动方向都试了一遍,运动都正常,这说明运动电机及电机驱动板都是基本正常的;第三步,Controller 2指向旋转电机。这可能是电机温度传感器的反馈异常或电机过热造成的。结合之前发生故障的现象,系统在没有进行旋转的时候就报出了这个错误,这说明传感器反馈和反馈接收板异常的可能性很大(后者可以通过电路板的互换来排除,该款设备在旋转、前后床及长短轴向运动的电路板是一样的)[10-11]。 3.3 解决方案旋转电机与HVA接线框图,见图3。结合图3,我们可以看到,温度传感器是直接连到HVA的J61上的。在排除了HVA板本身J61接口问题后(通过与其他位置的HVA板互换排除)。然后,我们检查了这个温度传感器的电缆。发现它有很明显的折痕,从而造成了虚断,造成反馈给HVA板的信号异常。我们把它重新焊接后,故障排除。 图3 旋转电机与HVA接线框图 4 故障实例二4.1 故障现象探头1和2,月质控200 M采集均匀度超标(图4),有效视野的积分值分别为5.01%和5.77%,超出厂家的出厂标准3.74%。 图4 均匀度质控200 M 4.2 故障分析(1)需要对探头晶体进行偏峰测试,该测试的目的是首先确定,晶体的物理和化学特性没有发生改变(如开裂,水解等)。 (2)对于月质控的有效视野积分值超标但小于6%的,可以尝试用部分校正的方法,重新采集新的ZMAP能谱,对原数值进行修正从而起到改善均匀度的作用。 (3)在部分校正法无法有效降低指标时,才考虑用全面校正的办法来处理。全面校正法需要有相应的模具(包括LC Dot模具和MASK模具),重新采集新的ZMAP能谱,LC Dot数据(线性校正数据),Gradient Acquisition(梯度采集,主要针对于5/8”和1”晶体)。 4.3 故障解决方案在对探头晶体进行检测时,发现了探头晶体的水解(图5)。如图5所示的白色斑点,即为晶体(NaI)水解后,对伽马射线的荧光效应发生改变,进而在偏峰测试中被检测出来。对于已经发生了水解的探头,必须尽快更换晶体。因为水解是个不可逆的过程,一旦发生,说明晶体已经受损,均匀度只会越来越差,任何形式的校正都没有意义。 图5 Off-peak (偏峰)检测 5 维修心得核医学设备的维修,基本可分为两类:一类为运动控制部分的故障;一类为图像质量的问题。对于前者,可以通过前文的维修步骤,进行逐步排查,缩小故障范围;而对于后者,则要参考具体的维修案例,先行判断探头晶体的好坏,再选择维修方案。即:若晶体出现开裂或者水解,则应立即更换探头;若晶体本身没有损伤,则应选择探头晶体的校正程序来对原校正数据进行更新,进而提高图像质量。 6 设备的日常维护保养核医学设备作为一种较为复杂的大型诊断设备,在日常维护保养中需遵循以下几点: (1)扫描间的建议温度为22℃~24℃,每小时变化不超过4℃;建议湿度为40%~60%,无冷凝水。温湿度的控制,对于核医学设备尤其重要,温度变化太大,容易造成晶体的开裂,而湿度过高,会影响电子元件的寿命,尤其是容易造成晶体的水解。 (2)核医学设备的探头部分(晶体)要保持24 h供电,以保证其恒温和干燥[12-16]。这就需要供电不稳的使用部门给设备加配UPS电源。 (3)设备的质控非常重要,这直接影响到诊断的准确度。除了对CT部分的日常check up自检以外,对核医学部分要定期做均匀性校正(图4)。做到对设备的状态心中有数。 [参考文献] [1] Madsen MT.Recent advances in SPECT imaging[J].J Nucl Med,2007,48(4):661-673. [2] Lang TF,Hasegawa BH,Liew SC,et al.Description of a prototype emission-transmission computed tomography imaging system[J].J Nucl Med Off Publ Soci Nucl Med,1992,33(10):1881-1887. [3] Bybel B,Brunken RC,Difilippo FP,et al.SPECT/CT imaging:clinical utility of an emerging technology[J].Radiographics,2008,28(4):1097-1113. [4] Patton JA,Turkington TG.SPECT/CT physical principles and attenuation correction[J].J Nucl Med Tech,2008,36(1):1. [5] Buck AK,Nekolla S,Ziegler S,et al.SPECT/CT[J].J Nucl Med,2008,49(8):1305-1319. [6] 崔时珍,李明浩,玄日,等.核医学显像的技术准备和质量控制[J].医疗装备,2017,(2):28-29. [7] 陈建功,孙黎明.单光子发射计算机断层成像装置(SPECT)的断层成像分析与检测[A].华东华南计量学术交流研讨会论文集[C].2012 [8] 刘亚杰,叶淑华,郑艳珠,等.西门子多角度双探头SPECT工作原理及探头维修一例[J].中国医学装备,2008,5(9):50-52. [9] 李天然,陈自谦.功能影像设备PET-CT[J].医疗卫生装备,2005,26(12):27-30. [10] 王荣福.PET/CT新技术应用[J].CT理论与应用研究,2009,18(4):9-14. [11] 孙涛,韩善清,汪家旺.PET/CT成像原理、优势及临床应用[J].中国医学物理学杂志,2010,5(1):1581-1582. [12] 郭晋纲,赵周社,马兴荣,等.SPECT/CT的研究进展[J].中国医疗器械杂志,2014,38(6):454-457. [13] 殷雷,王荣福,闫平.基于多模态分子影像技术的SPECT/CT在临床中的应用进展[J].中国医学装备,2013,10(1):63-65. [14] 张蕊.单光子发射计算机断层成像术脑静态显像分析[J].中国城乡企业卫生,2016,(8):43-44. [15] 姚树林,陈英茂,耿建华,等.SPECT质量控制检测系统的设计与实现[J].中国医学装备,2016,13(9):6-10. [16] 吴建民.单光子发射计算机断层技术脑静态显像的临床应用[J].中国现代药物应用,2016,(6):47-48.
Introduction and Maintenance Ideas of Single Photon Emission Computed Tomography Imaging Equipment LIU Feng, LIU Xin, LI Shuxiu, SONG Jieni Abstract:As a special functional imaging system, SPECT is now widely used in clinical medicine. This paper involved the Symbia S/T nuclear medicine system to provide some troubleshooting ways of this kind of equipment by introducing the equipment composition, fault classi fi cation, troubleshooting and maintenance. Keywords:nuclear medicine; motion error; intrinsic calibration; single-photon emission computed tomography [文章编号]1674-1633(2018)10-0103-04 doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2018.10.027 [文献标识码]B [中图分类号]R812 通讯作者邮箱:yxzbk7129@163.com 通讯作者:李淑秀,副主任护师,主要研究方向为放射护理。 修回日期:2018-02-28 收稿日期:2018-01-08 本文编辑 袁隽玲 |