錫鑫CS-2012A-3型體外沖擊波碎石機的原理及故障分析

周 偉

尿路結石是泌尿系統的常見病之一，在體外沖擊碎石(extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL)術誕生之前，尿路結石唯一有效的治療方法是手術取石。

1980年第一臺體外沖擊波碎石機應用于臨床。體外沖擊碎石機治療尿路結石具有創傷小、費用低、治療效果好等優點被廣泛應用于臨床。

1 體外碎石機原理

體外碎石機主要由組成：①體外沖擊波發生源；②沖擊波觸發系統；③沖擊波與人體的耦合；④結石定位系統；⑤治療床。

1.1 體外沖擊波碎石機的心臟部分

沖擊波的發生源是體外沖擊波碎石機的心臟部分。沖擊波是在某一介質中(水、空氣等)由于能量的突然釋放而產生的高能量壓力波。目前沖擊波的發生源可分為：①液電沖擊波發生源；②電磁沖擊波發生源；③壓電晶體沖擊波發生源。

1.1.1 液電式沖擊波波源

用水下電極的尖端通過瞬間高壓放電產生沖擊波，毫微秒級的強脈沖放電產生的液電效應，沖擊波經半橢圓球反射體聚焦后，通過水的傳播進人人體，其能量作用于第二焦點，結石在沖擊波的拉應力和壓應力的多次聯合作用下粉碎。液電式沖擊波源是一個半橢圓形金屬反射體內安置電極，反射體內充滿水，當高壓電在水中放電時，在電極極尖處產生高溫高壓，因液電效應而形成沖擊波，沖擊波向四周傳播，碰到反射體非常光滑的內表面而反射，電極極尖處于橢球的第一焦點處，故在第一焦點(f1)發出的沖擊波經反射后就會在第二焦點(f2)聚集，形成壓力強大的沖擊波焦區，當人體結石處于第二焦點時，就會被粉碎。

1.1.2 壓電式沖擊波波源

壓電式是由許多安裝在約50 cm球冠上的陶瓷晶體元件，在電脈沖作用下產生壓電效應，使晶體快速變形產生機械振動，從而使水介質產生超聲沖擊波，沖擊波在圓球的球心f處聚焦，當結石處于焦點處時，就會被強大的沖擊波粉碎。

1.1.3 電磁式沖擊波波源

電磁式碎石機是通過高壓電容器對一個線圈放電，放電產生的脈沖電流形成一很強的脈沖磁場，引起機械振動并在介質中形成沖擊波，經透鏡聚焦得到增強而粉碎結石。電磁式沖擊波波源可分為平板式和圓筒式兩種。

(1)平板式電磁波源是一個中空圓柱體，圓柱體一端有組高頻線圈，當高頻高壓脈沖電流通過時，線圈產生脈振磁場，根據電磁場感應定律可知，靠近線圈前端的平板金屬膜就會發生振動，從而使水介質產生沖擊波，平行直線傳播的沖擊波穿過雙面凹的聲透鏡后在透鏡的焦點(f)處聚焦，強大的沖擊波可把處于焦點處的結石粉碎。

(2)圓筒式電磁波波源是一個圓筒形絕緣體，外壁安裝若干組高頻線圈，線圈外是一個圓筒形金屬振膜，整個裝置安放在一個旋轉拋物線形成反射體底部，當有高頻高壓電流通過線圈時，線圈周圍產生脈振磁場，根據電磁感應原理，圓筒形金屬振膜就會產生震動，從而使水介質產生沖擊波，沖擊波平行向四周傳播，碰到反射體非常光滑的內表面而反射，然后在拋物面的焦點f處聚焦，當結石處于焦點處時，就會被強大的沖擊波粉碎

1.2 觸發系統

無論何種波源都要求有一套充放電路作為觸發系統。交流電經調壓器調壓后經升壓變壓器升壓，整流后向電容器充電儲能。當高壓開關導通，電容上的電荷向沖擊波波源裝置瞬間放電觸發產生沖擊波。放電時間＜1 μs、電容容量在0.3～1 μF之間、電壓在幾kV至十多kV。產生沖擊波的能量決定于電容儲存的能量，根據能量公式E=1/2 CU2，一般情況下碎石機的電容容量是固定的，只要調節電壓就能調節沖擊波能量的大小。

1.3 定位系統

體外沖擊波碎石機的定位，就是要求結石能準確地移動并固定在沖擊波焦區范圍內，達到有效碎石的目的。目前碎石機均采用醫用X射線或者B超進行定位。

1.3.1 X射線定位系統

X射線定位分單束X射線定位和雙束X射線定位兩種形式。

(1)旋轉式C形臂單束X射線交叉定位。C形臂兩端分別固定一個X射線球管和影像增強器，C形臂可作以沖擊波焦點為圓心的平面轉動或球面運動，X射線投影中心經過焦點，把C形臂任意轉動兩個角度，就可以進行定位。此種定位系統定位清晰、準確、快捷，同時當C形臂處于正投影位置時，可以得到與X線片相同的圖像，便于尋找結石，它還可以從多個角度觀察結石在碎石過程中的形態變化。

(2)雙束X射線交叉定位。雙束X射線定位是把兩套X射線裝置互成一定角度，固定在機器上，雙束X射線中心分別經過焦點f，且相交于f點，通過調整結石至f點定位。此種定位因X射線束固定而難以避開有骨骼組織的阻擋使圖像質量差，同時其操作步驟繁瑣，碎石機造價又高。

1.3.2 B超定位系統

B超定位系統包括B超探頭、B超機和探頭支架，探頭支架除極少數使用機械手外，大部分都是安裝在沖擊波源旁邊，盡管各廠家生產的B超定位方式有差異，但總的原理是一致的。就是使B超探頭的中心延長線經過焦點f，并使探頭沿著這一軸線伸縮運動，根據已知的探頭至焦點距離和利用B超的測距功能，就能把結石準確地定位在焦點f上。

1.3.3 X射線與B超雙定位系統

X射線B超雙定位是把X射線定位系統和B超定位裝置安裝在同一臺機器上，充分發揮X射線定位和B超定位的優點，可以實現全尿路各種結石的治療，但操作者要同時掌握兩種定位技巧，要求更高，而且機器造價也高。

1.4 沖擊波與人體的耦合

沖擊波與人體的耦合為水槽式耦合和水囊式耦合。現體外沖擊波碎石機大多采用水囊式耦合。

1.5 CS-2012A-3型體外沖擊波碎石機

CS-2012A-3型體外沖擊波碎石機是一種電磁式沖擊波波源的體外沖擊波碎石機，它是對平板式電磁波源進行了改進，將電磁線圈和靠近線圈前端的平板金屬膜改成一球面，當高頻高壓脈沖電流通過時，線圈產生脈振磁場，金屬膜發生振動，使水介質產生沖擊波，沖擊波在圓球的球心f處聚焦，強大的沖擊波可把處于焦點處的結石粉碎，省去了聲透鏡，減少了能量的損失，采用水囊耦合、旋轉式C形臂單束X射線交叉定位。

2 故障分析和維修

2.1 故障現象一

X射線圖像無顯示，按下(透視)曝光鍵，透視計時器有計時也有“滴滴”的提示聲音。mA、kv有數字指示，按升降mA、kv鍵均有變化。

2.1.1 故障分析：拆開影像增強器頂端的電視系統攝像機后，使攝像機的鏡頭朝向可見的物體，踩腳閘或按控制臺上的透視按鈕，觀察監視器中是否有可見的物體影像，若無則為電視系統有故障。同時觀察影像增強器的后輸出屏上是否有綠色的可見光線，若無則為X射線發生系統部分的故障。

(1)X射線發生系統部分故障的檢修方法：在保證束光器完全打開的方式條件下，在束光器上方放置一個拍片用的暗盒(X線膠片)，并在暗盒上放置一個金屬物。調整X射線的mA和kv數值使mA顯示為3 mA，kv顯示為70 kV，按一下(透視)曝光鍵后，將暗盒中的X線片進行沖洗。若膠片被曝光并能看到金屬物，則為影像增強器的問題。可以檢查它的+24 V開關電源供電是否正常，若正常即為影像增強器的問題，更換即可。若膠片沒有被曝光，不能看到金屬物則為X射線產生部件的故障。X射線產生的兩大部件為球管和高壓發生器，取下束光器后，通過球管正上方的可視玻璃窗可以看到球管的燈絲是否發亮。如不亮則可以用萬用表測量高壓發生器上接線柱F0和F1上是否有，＜90 V左右的交流電壓，若無則檢查保險絲F3=2 A、磁飽和穩壓器、R3、R4及其連線是否正常；若有則檢查高壓發生器陰極高壓線及球管是否有問題。用萬用表測量P1、P2接線柱上是否有120～300 V的電壓，有則檢查高壓發生器及陽極高壓電纜、球管是否有問題，無則檢查F1、F6、K1、K3及其連線是否正常。

(2)X射線電視系統部分：電視系統分為CCD攝影像機部分和圖像處理部分。圖像處理部分是安裝在控制臺上方的中控器部分，攝像機的供電為中控器內的開關電源，檢測開關電源是否有電壓輸出，有則可以檢測一下攝像機上的視頻輸出線是否接觸良好。圖像處理部分的檢測則可以把攝像機上的視頻輸出線信號直接接在監視器的視頻輸入端，觀察是否能看到圖像，有則為圖像儲存板的問題，更換即可。

2.1.2 故障維修：本例故障為球管負極高壓電纜線插頭松動且卡口螺紋損壞，無負極高壓輸進球管導致無射線輸出，更換此高壓電纜線，故障排除。

2.2 故障現象二

碎石效果不好。

2.2.1 故障分析：電磁線圈和靠近線圈前端的金屬膜需要緊密的貼合。首先檢查真空泵工作是否正常，按下面板上的真空泵按鈕開關，如不工作則檢查220 V電源和真空泵按鈕開關；如工作則檢查密封情況。密封情況良好則檢查電磁線圈是否有擊穿現象，如無則檢查定位系統是否有尖對尖偏移現象。方法是用隨機配置的定位棒插入X線機的定位孔、用隨機配置的定位器裝到碎石機頭上移動到正常工作位置，如有偏移須調整機頭的定位螺栓。如果是密封情況不好，拆掉電磁閥到線圈的那根管子，堵上接頭試壓，如正常則是金屬膜破裂，不正常則為電磁閥漏氣，更換即可。

2.2.2 故障維修：本例故障為電磁線圈擊穿，臨床報修不及時導致金屬膜破裂。更換電磁線圈和金屬膜，故障排除。

2.3 故障現象三

高壓升至9 kV(或5.0 kV)，在“手動”“自動”方式下不放炮，計數器有計數指示。

2.3.1 故障分析：高壓電源箱200號線(+310 V)有無電壓，如無則更換電源A板的保險絲F2=1 A即可。充電電阻R2、R3=20 KΩ/50 W是否完好。拆去高壓開關(2)號腳，用尖嘴鉗夾住導線接近高壓開關(3)號腳，觀察是否有放電火花，有則說明觸發回路正常，高壓開關損壞。

2.3.2 故障維修：本例故障為高壓開關損壞，更換高壓開關，故障排除。

2.4 故障現象四

高壓升至9 kV(或5.0 kV)，在“手動”“自動”方式下不放炮，計數器無計數指示。

2.4.1 故障分析：觸發板C板上的發光二級管是否有閃爍的指示。有指示：檢查觸發板C板上的集成電路IC1(NE556)、IC2(4N25)和三極管BG3(D401 A)是否完好；無指示：檢查電源B板上的保險絲F3、F4、F5=1 A是否完好。

2.4.2 故障維修：本例故障為查觸發板C板上三極管BG3(D401 A)損壞。

2.5 故障現象五

X線機手/自動不能正常工作。

2.5.1 故障分析：手/自動按鍵接觸不好，J4繼電器不得電，集成塊CD4013是否損壞。

2.5.2 故障維修：本例故障為J4繼電器不能得電，導致手/自動不能切換，原因為集成塊CD4013損壞，更換后手/自動切換正常，故障排除。

2.6 故障現象六

X線機無圖像輸出。

2.6.1 故障分析：高頻控制部分是否有保護，有無燈絲電壓(F0、F1之間電壓)，影像增強器有無電源，攝像機有無電源，束光器的關閉情況，所有與X線機部分相連接的導線(含高壓電纜線)，圖像處理器即中控器工作情況。

2.6.2 故障維修：本例故障為圖像處理器即中控器內部±12 V、+5 V開關電源損壞。

2.7 故障現象七

開機按“高壓”、“升壓”鍵，高壓顯示器無指示。

2.7.1 故障分析：在“高壓”、“升壓”方式下，觀察調壓聯軸器是否轉動，轉動：則檢查繼電器板上的保險絲RDGY=4 A是否完好；不轉動：則檢查繼電器板上的保險絲RD2=4 A是否完好。

2.7.2 故障維修：本例故障為繼電器板上的保險絲

RD2=4 A損壞，更換后正常，故障排除。

2.8 故障現象八

按住“高壓”按鍵指示燈亮，同時可以進行升壓、降壓，手松開“高壓”按鍵指示燈即熄滅，同時也不能進行升壓、降壓。

2.8.1 故障分析：集成塊CD4013是否損壞，三極管BG1(9012)是否損壞。

2.8.2 故障維修：本例故障為更換操作盒鍵盤印板上的三極管BG1(9012)即可，故障排除。

2.9 故障現象九

按住“進水”或“排水”鍵可以工作，手松開指示燈即刻熄滅，不能自鎖。

2.9.1 故障分析：檢查操作盒上的按鍵開關是否接觸不良。檢查操作盒中的集成電路IC2(CD4013)或IC3(CD4013)是否完好。

2.9.2 故障維修：本例故障為操作盒上的按鍵開關接觸不良。

2.10 故障現象十

“計數器”“高壓顯示器”“溫度顯示器”無顯示。

2.1 0.1 故障分析：檢查輸入電源是否正常，檢查電源開關是否打開，檢查繼電器板上的保險絲RD1=10 A是否正常，檢查電源板B板上的保險絲F1、F2、F3、F4=1 A是否正常。

2.1 0.2 故障維修：本例故障為繼電器板上的保險絲RD1=10 A損壞，更換后正常，故障排除。

2.11 故障現象十一

在治療過程中，水囊中的水會自動慢慢減少。

2.1 1.1 故障分析：電磁閥是否有問題，管子是否有破損。

2.1 1.2 故障維修：本例故障為電磁閥問題，拆開排水電磁閥線圈后，清洗閥芯與閥體孔隙之間的雜質，將閥芯中的彈簧拉伸一下或更換，處理后故障排除。

2.12 故障現象十二

按下C形臂控制按鍵，C形臂只能作垂直方向的旋轉運動。

2.1 2.1 故障分析：檢查鍵盤按鍵是否損壞，損壞則更換。檢查限位開關及其連線是否損壞，損壞則更換。檢查X線機部分保險絲F2(2 A)是否損壞，損壞則更換。

2.1 2.2 故障維修：本例故障為限位開關損壞，更換后正常， 故障排除。

3 結語

錫鑫CS-2012A-3型體外沖擊波碎石機在我院使用多年，臨床反映良好。

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