【毕业设计】dr50b常见故障分析及处理

学号4109005044泰山医学院毕业设计（论文）题目DR50B常见故障分析及处理院（部）系放射学院所学专业生物医学工程年级、班级2009级1班完成人姓名王洋指导教师姓名专业技术职称程运福讲师2013年06月01日论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业生物医学工程班级2009级1班签名2013年06月01日摘要DR研究始于20世纪70年代末，是利用A/D转换器将模拟视频信号数字化，进行计算机图像分析和处理。随着微电子、光电子和计算机技术的发展，X线摄影平板探测器技术得到了快速的发展。现在市场上根据探测器的不同，可以将DR分为非晶硒平板探测器型、非晶硅平板探测器型和CCD探测器型三种。DR的成像原理是利用平板探测器或荧光屏CCD摄像机直接把X线光子转换成数字信号。与CR相比，DR使X线光子信号的损失程度降到了最低限度，同时减少了转换环节，减少了噪声的产生，提高了图像质量。在DR的维护中，图像环节的故障是DR日常维护中最重要的环节。设计基于DR的影像链对常见图像故障的原因进行了详细的分析，并提出相应的解决方法，以达到能更好的维护和使用DR；同时，对DR系统的设计也提出了相应的的见解和方案，以提高成像的质量和工作效率。关键词DR；故障；维修；图像ABSTRACTDRRESEARCHBEGANINTHELATE1970SITUSESADCTOCONVERTANALOGVIDEOSIGNALTODIGITALSIGNALTOGETACOMPUTERBASEDIMAGEFORTHEPURPOSEOFMEDICALANALYSISANDTREATMENTWITHTHEDEVELOPMENTOFMICROELECTRONICS,OPTOELECTRONICSANDCOMPUTERTECHNOLOGY,XRAYPHOTOGRAPHICPLATEDETECTORTECHNOLOGYOBTAINEDFASTDEVELOPMENTNOWINTHEMARKETTHEDRCANBEDIVIDEDINTOAMORPHOUSSELENIUMFLATPANELDETECTOR,THEAMORPHOUSSILICONFLATPANELDETECTORANDCCDDETECTORBASEDONTHEDIFFERENTIALDETECTORSDRIMAGINGPRINCIPLEISUSINGFLATPANELDETECTORSORCCDCAMERACONVERTEDTHEXRAYPHOTONSINTODIGITALSIGNALSDIRECTLYCOMPAREDWITHCR,DRMAKEXRAYPHOTONSIGNALLOSSRATEDROPPEDTOAMINIMUMATTHESAMETIMEITREDUCEDTHESIGNALCONVERSIONCHAIN,THEINCIDENCEOFNOISE,ANDTHENIMPROVEDTHEIMAGEQUALITYINDRMAINTENANCE,THEIMAGECHAINFAULTISTHEMOSTIMPORTANTTHINGINDRDAILYMAINTENANCEDRIMAGEOFTHECHAINANDTHECOMMONIMAGEWILLBEADETAILEDANALYSISOFTHECAUSEOFFAULT,ANDPUTSFORWARDCORRESPONDINGSOLUTIONS,SOASTOACHIEVEBETTERMAINTENANCEANDUSEOFDR,ANDPUTFORWARDHISOPINIONOFDRSYSTEMDESIGNANDSOLUTIONS,IMPROVETHEQUALITYOFIMAGINGANDATTHESAMETIMETOENHANCETHEEFFICIENCYOFTHEWORKKEYWORDSDR；FAULT；MAINTAINANCEIMAGE目录第一章绪论11概述12EAGLEDR50B数字X线摄影系统的组成13课题的提出3第二章影像链41X射线球管42探测器521CCD探测器522平板探测器63工作站8第三章DR50B图像故障探讨及案例分析91检修图像故障产生的原因92检修图像故障的基本方法93常见图像故障举例及分析10第四章总结12参考文献13致谢14第一章绪论1概述X线摄影装置的发展大致经历了如下二个阶段。1模拟X线摄影装置模拟影像的形成是以增感屏胶片系统为基础的。自X线问世以来，一直到数字影像系统的普及为止，模拟X线摄影系统一直是主要的X线成像系统。在传统的屏片X线摄影系统中，胶片作为成像介质具有影像采集、显示、存储和传递等多项功能1。2数字X线摄影装置计算机X线摄影CRCOMPUTEDRADIOGRAPHY,CR系统是在1982年开发应用的，并且逐渐应用于临床。早期CR系统空间分辨率远低于传统的平片系统，随着科技的发展，新的CR系统可以提供与平片系统相当的分辨力，其有以下优点（1）实现常规X线摄影信息数字化；2提高图像的密度分辨力；3多信息显示，通过后处理技术，可以分别显示不同层次的影像信息；4辐射剂量降低；5实现X线摄影信息的数字化储存、调阅及传输。但是CR存在着时间分辨率较差，不能满足动态器官的结构显示，CR只适用于摄影不能用于透视等不足9。数字X线摄影DIGITALRADIOGRAPHY,DR研究始于20世纪70年代末，它是利用A/D转换器将模拟视频信号数字化，进行计算机图像分析和处理。随着微电子、光电子和计算机技术的发展，X线摄影平板探测器快速发展，1997年11月在RSNA上推出了早期的机型。现在市场上根据探测器的不同，可以将DR分为非晶硒平板探测器型、非晶硅平板探测器型和CCD探测器型三种。DR成像原理与CR相比，同为数字化摄影，但成像方式不同。DR接收X线的既不是普通胶片，也不是需要经激光扫描读取信息的成像板，而是各种类型的平板探测器，它们可以把X线直接转化成电信号或先转换成可见光，然后通过光电转换，把电信号传输到中央处理系统进行数字成像。由于不再需要显定影处理，也不需要把成像板送到读取系统进行处理，而是直接在荧光屏上显示图像，检查速度大大提高2。在TCL医疗实习期间，主要是对DR设备进行了研究和分析，学到了很多关于DR组成原理，产品实现以及临床使用等个方面的知识。根据实习的情况，写了这篇论文。由于本人水平有限，论文中缺点、错误在所难免，希望读者批评指正，以便改进。2EAGLEDR50B数字X线摄影系统的组成EAGLEDR50B数字X射线摄影系统是TCL医疗为适应市场需求而研制、开发的新型通用型微机控制摄影系统。可进行快速和简易的操作。该系统由控制柜、X射线源组件、高压发生器、UC臂多功能摄影架、摄影床、探测器、采集工作站等组成。DR50B的系统框图如图11所示。图11DR50B的系统描述（1）X线探测器是DR的关键部件。DR50B的探测器阵列形式为面阵，单片CCD结构，有效成像面积430MM430MM，有效像素矩阵3K3K，空间分辨率311PMM。它是将X线信息转换为电信号的器件，探测器把X线模拟信号转换为数字信号，送到计算机处理。（2）图像处理系统，在计算机控制下完成图像的采集和处理的全自动化过程，包括图像选择、校正、噪声处理、动态范围、灰阶处理、图像重建和图像输出等过程。具备标准的DICOM30接口，可以连接激光胶片打印机、PACS、RIS等系统，可以方便地将图像传送、打印和刻录。（3）X线发生器控制台触摸式屏幕菜单，储存所有曝光参数，并可设置新的参数和修改原参数，预置AEC检测区位置、参数。曝光前注意识别屏幕协议、侧向性与解剖体位。（4）UC臂多功能摄影架机械运动范围摄影系统UC臂多功能摄影架机械运动范围符合下列要求A焦屏距（SID）调节范围1000MM1800MM，偏差5，指示值与实际值的偏差在指示值的5范围内；BUC臂轴向旋转范围30120，偏差2，指示值与实际值的偏差2；CUC臂垂直运动范围470MM1620MM，偏差5，指示值与实际值的偏差在指示值的5范围内；D探测器旋转范围3030，偏差2，指示值与实际值的偏差23课题的提出影像设备的首要目标是获取可靠真实的高质量的图像。DR机器的一切设计都是围绕着这一目标进行的。图像质量的衡量指标包括图像分辨率，逼真度，像素等，其中，图像的分辨率是用户最关心的指标之一。如何提高图像的分辨力，也就是如何给医生提供一个可靠的对DR图像的细节进行辨别高质量的源图像。DR的成像原理是利用平板探测器或荧光屏CCD摄像机直接把X线光子转换成数字信号。与CR相比，DR使X线光子信号的损失程度降到了最低限度，同时减少了转换环节，减少了噪声的产生，提高了图像质量。在DR的维护中，图像环节的故障是DR日常维护中最重要的环节。本论文将对DR的影像链和常见图像故障的原因进行详细的分析，并提出相应的解决方法，从而达到能更好的维护和使用DR，并对DR系统设计提出自己的见解和方案，提高成像的质量，同时提高工作效率的目的。第二章影像链1X射线球管X线管是X线机的核心部件，其作用是将电能转化为X线。自1895年伦琴发现X线以来，X线管逐渐向功率大、焦点小和专用化方向发展，其结构不断改进，先后出现了固定阳极、旋转阳极以及各种特殊X线管。DR50B数字X线摄影系统采用的是旋转阳极X线管，相比较于固定阳极X线管，其最大优点是顺势负载功率大、焦点小，能较好的解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。它由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成。它与固定阳极相比，主要是阳极结构不同，其结构如图21所示。图21旋转阳极X射线管结构示意图阳极部分有靶面转子、转轴、轴承和定子等组成。旋转阳极转子是连接由无氧铜构成的旋转阳极靶，相当于异步电动机笼型转子。阳极的作用是产生X射线，散热、吸收二次电子和散射。阴极由灯丝、集射罩等组成，主要作用是发射电子和聚焦，使打在靶面上的电子束具有一定的形状和大小，形成X射线的焦点，灯丝绕制成螺旋管状，发射电子。旋转阳极X射线管从偏离管子中心轴线的阴极发射出来的电子，轰击在转动的旋转阳极靶面上而形成X射线。由于热被均匀地分布在一个转动着的圆环面上，使单位上的热量大大减少，从而提高了X射线管的功率。X线管产生X线的过程阴极灯丝提前加热至预定温度后，在X线管的两端加上阳极为正、阴极为负的高压，阴极灯丝产生的电子束在高王电场的作用下便高速地冲向阳极，轰击靶面，进行能量转换，产生X线。由此可见，产生X线必备三个条件阴极灯丝加热产生的电子惊由管电压所决定的高速电子流碰撞物质靶面。X线的产生经历了电能、动能、X线的转换过程，管内的真空度保证了阴极电子到达阳极的能量和数量，提高了转换效率。工作中为了延长灯丝的寿命，常设计为灯丝先加低压处于低温预热状态，曝光时瞬间增温到预定温度后产生X线，曝光完毕后盯丝又回到低温预热状态，以此来保护X线管。DR50X线球管的基本参数如表21所示。表21DR50X线球管的基本参数型号管电压旋转阳极高速大焦点高速小焦点H1076X200KHU125KVP2800R/MIN15MM/475KW06MM/18KW2探测器X线探测器是DR的关键部件。根据探测器的不同DR可以分为非晶硒平板探测器型、非晶硅平板探测器型、多丝正比室扫描型和CCD摄影型四种。DR50采用的是CCD的探测器。下面分别介绍各种探测器的结构和工作原理。21CCD探测器CCD型DR主要由荧光屏、反光板、CCD摄像机、计算机控制及处理系统等组成，其结构如下图22。图22CCD摄像机型DR结构图工作原理X线透过人体被检部位后，经滤线栅滤除散射线到达荧光屏，由荧光屏将X线图像转换为荧光图像，荧光经过一组透镜反射，进入CCD摄像机光敏区，由CCD摄像机将荧光图像转换成数字图像信号，送图像处理器进行图像后处理、存储，由显示器显示或者激光相机打印2。DR50B数字X线摄影系统的像素可达到900万像素，空间分辨力可达到31LPMM，DR50B的造价低，成像质量佳，消耗材料少，易于安装维护，但同时它也存在着缺点，第一其成像过程中光学转换系统的使用，使图像存在几何失真，只能靠光学元件和后期软件处理来修复；第二，CCDDR摄片时X线剂量明显高于平板DR；第三，由于荧光屏存在老化问题，长时间应用会造成图像质量下降，因此需要定期更换荧光板。DR50BX线摄影系统探测器的基本参数如下表22所示。表22DR50BX线摄影系统探测器的基本参数类型标称成像区域分辨率感光屏类型像素单元数据位宽CCD430MM430MM31LP/MM碘化铯3K3K14位22平板探测器DR平板探测器可以分为两种非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。其结构如图23所示，它主要由基板、集电矩阵、硒层、电介质、顶层电极和保护层等组成。非晶态硒层涂敷在集电矩阵上，其上是电介质、顶层电极。非晶硒探测器的工作原理入射X线光子在晒层中产生电子空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下，电子和空穴向相反方向移动，形成信号电流，被相应单元的接收电极所收集，存储在储能电容中电荷量与入射X线强度成正比，所以每个集电矩阵就成为一个采集图像的最小单元，即像素。每个像素区域内还形成一个场效应管，它起开关作用。在读取控制信号的作用下，开关依次导通，把像素存储的电荷按顺序传送到外电路，经读取放大器放大后被同步转换成数字信号。入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。图23非晶硒FPD结构示意图非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。图24为非晶硅平板探测器的结构示意图。图24非晶硅平板探测器结构示意图位于探测器顶层的碘化铯闪烁晶体将入射的X线转换为可见光，可见光激发非晶硅光电二极管阵列，使光电二极管产生电流，实现从可见光到电信号的转换，在光电二极管自身的电容上形成储存电荷。每一像素电荷量的大小与入射X线的强弱成正比，同时该阵列还将空间上连续的X线图像转换为一定数量的行和列构成的总阵式图像。点阵的密度决定了图像的空间分辨率。在中央时序控制器的统一控制下，行驱动电路与读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列并量化为数字信号。获取的数字信号经通信接口电路传至图像处理器，从而形成X线数字图像5，如下图25X射线光子可见光电荷数据读出电路数字信号图25非晶硅平板探测器工作原理示意图3工作站影像工作站的作用是进行图像采集与处理。DR50采用OLYMPX软件，具有图像对比度、亮度、边缘增强、降噪处理、直方图、GAMMA调节、多种LUT调节等功能，使图像达到最好的质量。同时在图像输出方面，其具备标准的DICOM30接口，可以连接激光胶片打印机、PACS、RIS等系统，可以方便地将图像传送、打印和刻录。下表23为DR50影像工作站的基本参数。表23DR50影像工作站的基本参数硬件要求CPU双核,28G内存2G；硬盘500G软件要求软件要求OLYMPX显示器要求液晶，分辨率1M闪烁体碘化铯（CSI）非晶硅光电二极管和薄膜晶体管阵列第三章DR50B图像故障探讨及案例分析DR的故障探讨，是以X线机的结构和设计数据为依据，通过分析推理，采用恰当的检修方法，排除故障，使机器重新运转的复杂过程。掌握检修原则，常用的方法和注意事项，是做好检修工作的重要保证。当然，图像故障的探讨及解决办法也是如此6。1检修图像故障产生的原因在使用DR时，由于种种原因而使机器产生图像方面的故障，是DR的性能降低甚至不能正常使用。产生图像故障的原因很多，其故障特征也各不相同，现将发生故障的原因简述如下。（1）老化性因素DR的机械和电器元件都具有一定的使用寿命，在长期使用中，有的元件逐渐老化，其性能降低，造成工作不稳定，性能下降，甚至不能正常工作。例如X线管在长期工作使用后，可能由于阳极过热而蒸发的金属附着在管内壁上，从而影响设备的使用。从外表上看，可见管子亮度显著降低。从成像质量上来看，图像质量明显下降，逼真度显著降低，分辨率也显著降低，图像变得模糊不清。（2）使用不恰当正确使用DR，对延长DR的寿命有着重要意义。在使用机器前，必须掌握机器的结构、性能、规格、特点等；使用过程中，要遵守规程，按规格使用，否则，会造成某些元件过早损坏，参数改变等，使机器性能降低，从而不能正常开展工作。（3）保养和维修不及时DR发生故障的另外一个重要原因是没有对机器做日常的保养和定期检修。（4）性能调整不当在安装或检修机器时，必须按照机器规格和要求进行多方面的调整和校准，才能发挥机器的性能。如果未经正确调整，或者调整不当，就投入使用，则机器不仅不能发挥应有的作用，而且有损坏机件或电器元件的可能。（5）电源不稳的影响DR对电源的要求非常严格，DR50要求电源电压为380V，相数为三相五线制，电源功率应该大于35KW。电源稳定，可以使系统内的各个电气环节免受电气冲击，性能稳定，提高产品的可靠性。电源波动冲击不仅会影响元器件的性能，也会缩短元器件的寿命，最终电源的较大波动会影响机器的使用4。2检修图像故障的基本方法在DR检修故障中，会遇到现象不同的图像故障，检修时首先确定机器发生故障的部位，以及引起故障的原因，然后使用合理的方法，结合电路图分析做好修理计划，先易后难，少走弯路，以起到事半功倍的效果。常用的检查方法有以下几种（1）直观感触法利用人的感官，通过看、听、闻及触摸等手段确定故障位置，这种方法只适用于表面故障的检查，在图像故障中，我们可以通过这种方法去观察是否产生了X线。（2）短路法当怀疑某个回路未接通时，可以利用短路法以判断故障之所在。（3）对比替代法当怀疑元件存在问题时，可以利用相同型号或数值相近的元器件替代。这种方法适用于对电路中某一元件的质量有怀疑，但又无其他条件鉴别其好坏的情况。（4）追寻法此法是根据故障的表现为源头，一步步排除或查找障碍如摄影时无X线发生。首先听听旋转球管有无声音高压接触器有无吸合限时电路是否工作灯丝是否加热保护电路等。这样一路一路查即可找到故障所在。（5）模块思维法根据故障现象，分析故障原因，判断故障部位，通过故障分析可以将故障范围缩小，在图像方面，我们只要去分析影像链X线球管探测器工作站，一步一步排除即可。（6）测量法利用仪器仪表、万用表、示波器等进行故障检测，是维修中的重要手段，仪器测量法可以根据机器的数据对故障进行定量判断、分析。这种方法是DR检修中最重要的、最普遍的方法。运用不同的仪表，检测不同的故障既迅速又准确，由于仪表直接指示数据或波形，更适用于那些因电路或元件参数改变而发生故障的检查。上述六种方法，不是孤立的，在DR的检修，六种方法几乎都要用到，当然在处理图像故障时，这六种方法也是经常要用到的。所以，实际工作中要结合机器所发生故障现象，从实际出发，以准而快为原则灵活运用7。3常见图像故障举例及分析（1）机器曝光采集的图像有杂乱的伪影,如图31所示。故障分析当客户反应采集图像有伪影或者模糊时，首先工程师用线对卡来进行比较，通过比较可以确定X线球管产生X线的量是否为该故障的原因。通过对比可以说明球管产生X线的量正常。采集的图像有杂乱的伪影，说明机器能够曝光，即X球管能够产生X线，排除球管出现故障。同时能够获得图像，说明连接电脑的接口和采集卡连接并未出现松动，根据信号流的传递，只能是影像链中探测器出现了某些问题。解决方案将探测器重新进行校准后，伪影消失。出现此类故障可能的原因是客户没有按照正确的剂量值来使用仪器，另一方面工程师在装机时并没有正确的进行探测器的校准。总之，为了能够减少此类故障的发生，供应商应该给客户一份正确的剂量使用表，工程师也应该对操作医生进行详细地培训。图31采集的图像有杂乱的伪影（2）机器曝光后无法采集图像故障分析机器曝光后无法采集图像，首先应该检查是否有X线的产生，通过暗盒检查有X线的产生，说明球管正常；之后检查电脑后边和探测器方面的线缆，都正常，工作站开机自检正常，登陆到OLYMPX软件，软件启动正常，能够切换到相应的采集页面，说明只能是采集卡出现问题。解决方案多次卸载采集卡驱动，重新安装采集卡的驱动，插拔采集卡几次后，还是不能采集图像，更换采集卡后，能够采集图像，正常。（3）机器曝光后采集的图像为黑图故障分析机器曝光后采集的图像为黑图，说明有X线的产生，通过暗盒实验可以获得该结论正确；之后检查电脑后边和探测器方面的线缆，都正常；登陆工作站，工作站进行自检，RAID自动校验正常，登陆OLYMPX软件，软件能够切换到相应的采集页面，说明可能是采集卡的问题。解决方案多次插拔采集卡，卸载采集卡的驱动，重新安装采集卡驱动，还是不能解决故障，更换采集卡，采集图像正常。通过对上述三个故障的分析以及给出的解决方案，我们可以发现，该机型图像的故障解决起来并不困难。对于图像的故障解决，我们首先要对DR影像链，也就是信号的流向进行深入了解，这一点在第二章已经涉及。通过对影像链的了解，根据第三章解决图像故障常用的方法，一步一步的排除即可。对于DR的维修，工程师首先应该对客户可能忽略的现象进行询问，完整准确了解故障现象以后，再进行分析，有必要要对可能出现故障元器件的电路进行研究。在维修过程中，一定要保持头脑的清醒，细心地查看可能的故障点，对把握不准的地方要想办法分析。第四章总结本文首先回顾了DR的发展史，然后以TCLDR50B的介绍了DR设备的主要结构部件及功能原理。介绍了DR的日常保养、定期的维护和维修的方法，最后以几个典型图像案例对维修思路和分析方法进行了探讨。这里总结一下维修的思路，在进行检修前对设备一定要有个整体的把握，一定要清楚地知道设备的“一个整体”、“二个原理”、“三个流向”。“一个整体”指对设备整体的把握，知道该设备各部分之间的相互联系，知道哪部分是主控制单元和辅助控制单元。“二原理”指设备的机械运动原理和成像原理。要能做做到了解机械运动的控制、驱动、检测和制动原理，了解图像是通过哪种方法重建而来以及每个重建步骤所起到的作用。“三个流向”指电源流向、数据流向和指令流向。对于电源流向来讲就是明确的知道设备各部分的供电时间和顺序，以及各部分通断电的时间。对于数据流向就是把握从X线管到显示器的图像这条主线，知道数据在各个部件间的传递通路以及传递数据的类型。对于指令流向就是清楚地知道指令的传递路线，以及各反馈和指示电路。当医院打电话说机器有故障时，问清故障的现象，医生不是专业的维修人员，对他可能忽略的现象进行询问，完整准确了解故障现象以后，对其进行分析，有必要要对可能出现故障元器件的电路进行研究，然后初步的判断故障的原因，准备可能用到的元器件，达医院后亲自观察设备的故障表现，并仔细向医生询问故障产生的时间、频率及