说一说C形臂的图像质量衰减

这几年，经常有医生朋友问我为什么某品牌C形臂的图像质量会衰减？他们问这个问题的原因都是使用国内某厂的机器，发现图像质量会在一两年后变差，厂家解释是正常衰减，然后工程师调一下就好了。

每次遇到这种问题，我都没法回答。因为我的认知里面C形臂的图像是不会衰减的，曾经在GE医疗C形臂研发部工作20年，公司的各种C形臂装机数量超过6万台，从来没有听说过C形臂的图像会衰减，大量装机10多年的设备都还在正常使用，图像质量，剂量都没有变化。

为什么我敢说没有衰减呢？因为在曾经的Ｃ形臂开发中都会对球管做可靠性寿命测试，在寿命周期内的剂量变化不会超过5%，这么一点衰减完全可以被ABS补偿回来。

那么为什么有的厂家的Ｃ臂图像会衰减呢？

最近坐下来分析了一下原因，图像质量衰减的原因无非来自两个：探测器和球管。

探测器无论是平板探测器还是影像增强器，都是大厂提供的，在小C上应用时，整个10年生命周期内的累计剂量是远远低于探测器生命周期所允许的最高剂量的，因此探测器基本上不会出现灵敏度衰减导致的图像质量下降问题。

剩下一个可能衰减的就是球管。球管的衰减可能的来源就是kV不足了，或者管电流（mA）变小了，又或者是kV mA都不变，剂量变小了。下面具体分析一下。

1、kV 变低

国家标准规定了kV的精度范围是10%，也就是说，一个标称输出高压为110kV的C形臂，按国家标准，实际测量到110-110*0.1=99kV就算合格。以前在GE医疗工作的时候，由于要往全球各个国家卖，记得有一个地区要求是7%，扣除表的误差，出厂的机器普遍精度都在1~3%。精度这么高的原因是电路设计上加上了如图1所示的kV闭环反馈，有了闭环反馈加上出厂前的校准，就可以保证C形臂在医院工作的时候kV都能在出厂精度范围内。

图1 kV 反馈控制简图

但是，有的厂家由于一体化球管的高压设计问题以及注油工艺问题，如果使用足额的kV可能会导致球管容易放电，因此人为把kV值调节在下限。也就是说，显示kV是110，实际kV 只有99。

据拆过某厂球管的同事说，该厂的球管kV没有闭环反馈。一旦有轻微的变化，kV值甚至都达不到99kV，因此遇到体型稍微偏厚的病人就会出现穿不透，导致图像差，也就会出现医生朋友说的图像衰减。

2、mA变低

mA也就是是我们常说的管电流，mA的控制是通过控制X射线管内的灯丝电流来实现的。由于灯丝电流和mA的关系是严重的非线性，见图2。横轴是灯丝电流，纵轴是管电流mA。从红线可以看出，灯丝电流从3.36A变到3.52A，变化率为4.7%，而mA已经从10mA变到了20mA，变化了100%。也就是灯丝电流和mA的变化关系高达20倍。

图2 灯丝电流和mA的关系

mA轻微变化或不准确都会导致图像质量的变化。而国家标准规定的mA精度是20%，这是基于80年代的技术水平制定的标准，大部分厂家都会做到10%甚至到4%。

mA的闭环控制参见图3，这是双闭环控制电路。首先灯丝电流需要一级PID控制器，把灯丝电流稳定在目标值，要求非常稳定，因此相关的控制环路的器件都必须选择高精度的。其次还需要mA闭环控制，这样双闭环才能将mA精准的控制在4%。

由于mA的响应时间完全取决于灯丝电流的加热效益，而灯丝电流的加热热效益比较慢，为了提高mA的准确度和响应时间，还需要对mA和灯丝电流的控制关系做非常复杂的自动校准，这样才能精准快速的把mA控制好。

图3 mA控制的双闭环电路

某厂的 mA调节如果借鉴kV的调到下限的做法，那么一台标称5kW的C形臂，输出指示50mA，符合国家标准的下限是50-50*0.2=40mA。最大kV*mA=输出最大功率--> 99kVx40mA=3.96kW。也就是说，

一台标称5kW的C形臂，实际只有3.96kW也是合规

的。

当然了，像GPS这种大厂是不会这样干的。

如果某厂的mA缺少闭环控制，也就是开环控制，由于mA和灯丝电流的非线性关系，即使一点点的把mA调节准确了，随着温度变化和时间变化，mA也会越来越不准。前面说了，灯丝电流变化1%，mA就会变化20%。而灯丝控制电路位于C形臂的机箱内，机箱内温度在冷机时25度，热机时就可能达到50度。如果灯丝控制电路的温漂做到100ppm，计算一下，灯丝电流变化有100X25/1000000=0.25%，此时mA可能就已经变化了5%。

而灯丝取样电阻如果功率系数余量选择不当，会造成电阻长期工作在高温度下，容易造成该电阻的损坏，也就是容易烧灯丝板；高温也会造成电阻阻值的逐渐变大，对应的是灯丝电流逐渐变小，设置相同的mA，但是实际mA会越来越小。对应探测器端的剂量也会变小，出现所谓的图像质量衰减问题。

另外，如果厂家对灯丝的控制不精确，灯丝可能会长期处于较高的温度，或者每次曝光都会有一个大电流冲击，灯丝的钨元素会慢慢蒸发，造成灯丝电子发射能力不足，出现mA下降的情况。

3、kV mA 不变，剂量变低

如果厂家设计一体化球管时，使用的kV/mA超过了阳极靶能承受的功率，会造成阳极靶面逐渐发毛，时间长了形成小坑，导致射线不能完全发出，最终导致kV mA没有变化，但是剂量会大幅度降低。

如图4所示，这种情况在旋转阳极球管上容易出现。当然了，如果阳极热容量和散热计算精准，也不会出现这种情况。像我拆过的一个GE的9800 的球管，用来15年了，阳极靶盘都还很光亮。

图4 阳极靶被打出了无数小坑

4、总结

一台设计得合理的C形臂在生命周期内是不会出现图像质量衰减的。如果出现图像质量衰减，工程师提高一下kV，或者提高mA就好了，那么大概率是缺少闭环控制造成的漂移；或者是设计不合理导致的电阻阻值变化或者灯丝蒸发；旋转阳极球管也可能是热管理不合理造成了靶面损坏。

如果灯丝板容易损坏，那可以100%确定是设计不合理造成的。

如果您是C形臂的设计工程师，看到了这篇文章后检查一下自己的设计是不是存在上述问题。也希望看到这篇文章的医生和设备科的朋友们以后擦亮眼睛，买到称心如意的C形臂，让骨科医生们更好的为病人服务。

由于没有实地调查某厂C形臂的图像质量衰减情况，原因分析完全是靠猜的。

以上内容纯属推测，如有雷同，纯属巧合！

END

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