由移動式C臂機三例典型圖像故障探討設備的維修流程與方法

陳基煒，黃圣雁

1.昆山市中醫醫院 醫學工程處，江蘇 昆山 215300；2.蘇州大學 醫學部公共衛生學院，江蘇 蘇州 215123

引言

移動式C臂機（單C臂）是一種通過對照射部位顯影來輔助臨床診斷和治療的一種醫療設備，可以直接用于術中定位、檢查術中復位的效果以及配合各種微創手術等醫療活動[1]。在X線透視引導下的手術具有操作簡單、時間短、出血量少、恢復快、精確定位等優點，使手術更加透明簡便，進而縮短了手術時間，減少了傳統術中出血性的損傷，提高了手術的安全性[2]。由于C臂機具備連續與脈沖透視、攝影、減影和血管造影等功能，故廣泛應用于臨床骨科手術[3-5]，泌尿外科術中定位[6-7]，腫瘤治療穿刺[8-9]等醫學治療。

移動式C臂機的結構基本上由C臂推車系統，顯示器推車兩部分組成（圖1）。C臂推車系統主要由C臂主體、球管/高壓模塊（集成了單焦點球管、高壓發生器和準直器系統）、成像系統（包括影像增強器、攝像機、成像電路）、控制和顯示面板、水平支撐臂和可升降支架組成；顯示器推車由主車體、射線指示燈、實時顯示器（顯示器A）、參照顯示器（顯示器B）、電纜/信號連接線（放置于顯示器推車背面）、圖像后處理模塊等共同組成。不同型號C臂機結構可能會有所差異，但大體結構基本一致。電纜/視頻連接線的一端固定在顯示器推車上，另一端為可拆卸端連接至C臂機推車系統，實現為C臂機提供電源，傳輸信號的作用。目前除臨床應用外，對于C臂機的研究資料多集中在C臂機操作過程中的放射防護[10-13]和設備內部電路維修[14-19]兩方面，尤其對于C臂機術中圖像出現故障的報道極少，且現有資料也未對圖像故障方面維修流程進行歸納分析，本文正是基于C臂機三類典型的圖像故障進行分析，歸納總結出發生C臂機圖像故障時通用維修判斷思路。

1 三例C臂機圖像方面的典型故障和維修

1.1 典型故障一

1.1.1 故障現象

島津WHA-200型C臂機，曝光時射線指示燈正常，有曝光指示聲音，顯示器A無圖像，無行場消隱信號，顯示器B有患者圖像。

圖1 C臂推車系統和顯示器推車的結構

1.1.2 故障分析與查找

C臂機曝光指示燈與提示聲音均正常，且顯示器B有患者圖像，說明有X射線，隨即排除球管/高壓模塊。顯示器A無圖像，對調顯示器A與顯示器B的視頻連接線，對調后顯示器A有圖像、顯示器B無圖像且無行場消隱信號，說明通向顯示器A的視頻連接線A無信號源,故排除顯示器A故障；追溯視頻連接線A至圖像后處理模塊monitor I/F板的LCD接口，使用萬用表通檔測量視頻連接線A兩端為通路，排除視頻連接線A故障。再次追溯視頻連接線A的信號源LCD接口，發現monitor I/F板的輸入信號僅為J121視頻線，輸入端為MEM1接口，輸出端為LCD接口。由于monitor I/F板的存在，不確定到底是J121無信號還是monitor I/F板故障，故再次使用替換方法，將顯示器B的視頻線J122連接至LCD接口，顯示器A出現圖像，說明monitor I/F板正常，視頻線J121無信號。J121直接通過電纜/信號連接線一直通到C臂機推車系統攝像機系統輸出的memory out1接口，而使用萬用表通檔測量J121接口A與memory out1接口的通斷，發現其斷路，初步判斷故障原因為memory out1接口至信號源接口A之間視頻線斷路，再進一步排除C臂機機架內memory out1接口至電纜/信號連接線接口線路非斷路狀態后，使用萬用表通檔測量電纜/信號連接線兩端信號源A的輸入與輸出針腳，發現斷路，故判定電纜/信號連接線中的視頻線斷路，導致顯示器A無圖像且無行場消隱源的結論，視頻傳輸線路，見圖2。

1.1.3 故障處理

由于電纜/信號連接線為顯示器推車的一部分，承擔提供電源和傳輸信號的功能，屬于易損耗配件，廠家訂配件周期較長，會進一步影響臨床使用，故先行使用長度超過5 m的視頻線外接以恢復C臂機功能，將5 m的視頻線一端連接至C臂機推車系統攝像機系統輸出的memory out1接口，另一端直接連接至顯示器A，開機后顯示器A恢復行場消隱信號，曝光時顯示器A有患者實時圖像，機器恢復正常使用。

圖2 島津WHA-200移動式C臂機視頻傳輸線路

1.1.4 經驗與教訓

王雅麗等[20]指出在維修C臂機時經常遇到C臂推車系統和顯示器推車之間的電纜/信號連接線出現問題,其中電纜/視頻連接線更容易發生斷線現象。因該連接線本身設有屏蔽層,線徑較粗或硬度較大,在操作C臂機架時易因轉動或牽扯動作而引起斷線。尤其是在連接插頭和插座的焊接處,在拉動和插拔時會產生較大的扭矩,對于線徑較粗、硬度較大的導線極易引起虛焊和脫焊。且C臂推車和顯示器推車連接的電纜/信號連接線經常插拔容易磨損，久而久之插頭及插座之間會發生接觸不良現象引發其他故障。應引起維修人員和操作人員的注意。

完成維修后分析導致故障的原因，電纜/信號連接線為多芯線且外包裹較厚的橡膠保護層。視頻線也在多芯線中被橡膠保護層保護，僅有傳輸信號的作用，通過的電流不會太大，不大可能發生故障；故其斷路的原因懷疑為外力導致電纜/信號線發生多次形變，以至視頻連接線纖芯金屬疲勞性加大發生斷裂。而追溯外力的來源，發現手術室在使用C臂機時將C臂推車系統推至手術床部位曝光，而顯示器推車移至手術間外，由于醫護人員擔心X射線的有害影響，曝光時關閉手術室門，但忽略了手術室門對視頻/電纜連接線的撞擊作用，多次撞擊導致電纜/視頻連接線中視頻線斷裂。將導致故障的原因與手術室醫護人員進行溝通，建議使用時將C臂推車系統和顯示器推車均放置在手術室內，延長曝光腳閘控制線，避免電纜/視頻連接線受到手術間外門的外力撞擊。

1.2 典型故障二

1.2.1 故障現象

島津WHA-200型C臂機使用時，患者體位拍攝圖像邊緣模糊，待維修人員趕到時查看測試圖像邊緣清晰，再次建議醫護人員使用，使用中依舊出現圖像邊緣模糊的現象，維修人員第一時間趕到現場進行查看，確認圖像質量較差影響臨床使用進行撤機。

1.2.2 故障分析與查找

根據該故障現象，首先詳細詢問使用的醫護人員，排除醫護人員不會操作C臂機、曝光條件設置不正確的情況。后仔細分析醫護人員與維修人員兩次不同的曝光條件與C臂機擺位的位置，發現臨床使用C臂機時多用球管在下，增強器緊貼手術部位的擺放位置；而維修人員多習慣使用球管在上，增強器在下的測試位置。結合C臂機有圖像和不同C臂的擺放位置導致的故障，排除球管/高壓模塊故障，初步判定為成像系統故障。而成像系統存在3個懷疑點：影像增強器，攝像機與成像電路，需拆開成像系統外殼進行進一步的判斷。拆開成像系統外殼后開機通電，成像電路電源指示燈顯示正常，結合有圖像的現象，再次排除成像電路損壞的可能性。繼續將攝像頭拆下，使用萬用表測量為攝像頭提供電源的+24 V DC正常，攝像頭連接的視頻信號線接口并無松動，考慮會不會因攝像頭自身光圈不能放大或者縮小而導致圖像模糊，關機重啟設備，查看攝像頭光圈復位過程，發現光圈由初始狀態調整為最大，再變換為最小，故也排除了攝像頭光圈導致故障的可能性，攝像頭光圈，見圖3。最后懷疑影像增強器故障，使用萬用表測量影像增強器供電電壓+24 V DC正常，放置物品進行測試曝光，影像增強器輸出端有放置物品縮小版的綠色熒光影像，依照此現象，判斷影像增強器也屬正常？導致維修一度陷入僵局。

圖3 攝像頭光圈

后結合故障現象仔細進行分析，認為故障現象與C臂機擺放位置存在重大關聯，理應改變C臂機的擺放位置進行測試。將測試物品用膠布綁在影像增強器輸入端，使用影像增強器在上、球管在下的操作擺位進行曝光，影像增強器輸出端顯示出了異常，不僅放置物品縮小版的綠色熒光影像模糊不清，且影像增強器輸出端頻繁閃爍綠色熒光，見圖4。故判斷影像增強器故障，懷疑增強器中間級某一柵極短路，導致到達陽極的加速電子不足，綠色熒光影像模糊不清。

圖4 影像增強器故障時輸出端頻繁閃爍綠色熒光

1.2.3 故障處理

更換一套新的成像系統，包括影像增強器，攝像系統等，更換成像系統后故障消失，C臂機恢復正常使用。

1.2.4 經驗與教訓

C臂機修復后分析產生故障的原因，根本原因為達到增強器陽極的電子數目不夠，圖像模糊；而直接原因則為增強器中間級某一柵極短路，造成中間柵極未對增強器內全部電子進行有效加速，導致圖像模糊。而增強器內柵極為固定，一般不易脫落短路，故懷疑影像增強器受到了外力沖擊，導致某一柵極脫落。后查看成像系統外殼，確認外殼有多次碰撞的痕跡。在C臂機完成修復后，維修人員隨即與手術室醫護人員進行了溝通，闡述了故障發生的原因，要求今后在使用或移動C臂機的過程中，使用人員需慎之再慎，防止C臂機遭受外力碰撞。

回顧整個維修過程，認為有兩點值得吸取的教訓，一是維修人員在接到報修后現場查看時，應嚴格按照發生故障時C臂機的曝光條件和C臂擺放位置進行勘察，必要時在接到故障報修時應第一時間趕赴現場進行故障查看與排除；二是在維修過程中，除了解C臂機的工作原理、查看技術資料，按照邏輯進行分析外，也需考慮使用中的曝光條件、擺放位置、環境等一系列因素。

1.3 典型故障三

1.3.1 故障現象

島津WHA-200型C臂機使用時，自動模式條件下曝光，曝光燈亮曝光提示音有，但顯示器A與B僅有行場消隱信號，但均無患者圖像，設備也無任何報錯，手動改變曝光條件后雙顯示器仍無患者圖像。

1.3.2 故障分析與查找

雙顯示器行場消隱信號均存在，說明從C臂機推車系統攝像機輸出的memoery out1接口到顯示器A與B的輸入端視頻通路不存在斷路情況，僅為成像系統探測不到圖像。曝光燈亮曝光提示音有，認為球管/高壓模塊產生了X射線。故懷疑故障的原因主要集中在成像系統上，拆開成像系統外殼，開機測量攝像頭與影像增強器的直流供電+24 V電壓存在，且攝像頭開機狀態下光圈復位正常；通過在攝像頭前部放置一紙文檔進行采樣排除了攝像頭故障。故認為影像增強器故障，按照使用條件進行曝光，發現影像增強器輸出端無綠色熒光輸出，見圖5。

圖5 影像增強器輸出端無任何信號

影像增強器結構一般由輸入端、感光層、光電陰極、電極（柵極G1，柵極G2，輔助陽極，陽極）、熒光輸出窗、管殼組成，結構見圖6。其工作原理為X射線進入輸入端，使碘化銫光電陰極受激發產生光電子，光電子經光電陰極和陽極之間的高壓加速以及柵極聚焦電位的聚焦下，光電子轟擊在輸出屏上經電子—熒光轉換，輸出窗上獲得縮小了幾十分之一的熒光圖像。影像增強器輸出屏無熒光原因有3種：一是沒有X射線經過增強器輸入端，沒有光電子的轉換；二是增強器輸入電源+24 V缺失，導致增強器內部沒有高壓電場，光電子無法到達陽極；三是影像增強器變壓器電路故障，內部未形成有效高壓電場。綜合故障現象，認為首先應確定X射線是否有。將X射線個人劑量報警儀放置在增強器上，設置報警閾值為0.25 μSv/h進行C臂機曝光，個人劑量報警儀未報警。故判斷雖曝光燈亮、有曝光音存在但設備無X射線產生。卸下球管/高壓模塊外殼，通過查看束光器收縮或擴張情況，見圖7。進一步確認為球管/高壓模塊未產生X射線，增強器輸出窗不產生綠色熒光圖像，顯示器A與B沒有患者圖像。

圖6 影像增強器結構

圖7 束光器收縮與擴張情況

1.3.3 故障處理

球管/高壓模塊為一體化模塊，制作較為精密，且更換時只能模塊化更換，更換一部新的球管/高壓模塊后，故障消失，顯示器A與B有患者圖像，C臂機可正常使用

1.3.4 經驗與教訓

回顧故障的維修過程，C臂機曝光指示燈亮，曝光提示音有，且無任何報錯，容易誤導性認為C臂機可產生X射線，致使整個維修流程走了不少的彎路。后查閱技術資料與廠家工程師進行溝通，一致認為移動式C臂機由于其便攜性、體積小、高度集成化與模塊化等特點，生產設計時人為取消了相關設備狀態檢測的模塊或電路，故在曝光指示燈和提示音均有的情況下，且無任何報錯，也無X射線的輸出。故應吸取教訓，在今后C臂機的維修過程中，個人劑量報警儀為維修必備工具，以檢測是否有X射線的輸出。

2 C臂機維修流程與故障判斷探討

醫療設備故障按照所發生的原因，大體可分為人為因素致故障和設備自身故障。人為因素因醫院內部管理的制約而產生，多數醫院手術室的C臂機是由醫護人員操作，部分醫護人員對C臂機的基本原理和操作程序了解程度不夠，導致操作失誤、設備損壞等C臂機發生故障或不良事件，其中人為因素影響有兩方面原因：一是醫務人員操作技能不熟練，設置曝光條件、擺位不正確，或使用C臂機的人員流動性較大，致使C臂機常常出現故障，增加了維修成本[1]；二是操作人員進行擺位、移動設備等操作時，細致度不夠、責任心不強、未考慮全面等多種因素，導致設備遭受碰撞、擠壓致損壞。而設備自身故障[21]則是在較長的使用年限中，由于設備內部電子元件或配件老化硬化等一系列因素引起C臂機使用功能缺失或圖像存在缺陷。故對于C臂機的日常使用中應盡量避免人為因素導致故障，在C臂機維修中，應去偽存真，仔細分析，排除人為使用操作技能不熟練導致的故障。

2.1 維修時所使用的工具與場地要求

結合上述維修C臂機的經驗和產生X射線的特殊性，認為C臂機維修需要場地、配套防護設施和特殊維修工具三項條件。首先，考慮到放射防護，場地要求為最好有單獨的防護屏蔽間，屏蔽間內有插座或可外接拖線板，且在維修期間屏蔽室內內無任何醫療活動，閑雜人員禁止隨意出入走動；如無此條件，至少應當在人員流動較少區域進行作業，同時配備移動式鉛屏風以防止X射線對維修人員的傷害。其次，在維修C臂機時，不可避免的需要進行曝光測試，維修人員應提高個人防范意識，穿戴鉛衣鉛圍裙、佩戴鉛圍脖以減少X射線對于甲狀腺、性腺的傷害[22]。最后，維修需要工具和檢測設備，包括大小號螺絲刀（+，-）型，尖嘴鉗，老虎鉗，套筒（包含內六角，星型內六角扳手），萬用表，個人劑量報警儀，電烙鐵，X射線線對卡（選配）等維修工具。

2.2 移動式C臂機維修流程

在接到報修趕赴現場后，應首先進行實際情況的仔細查看，除仍需C臂機進行手術等必要情況外，應當進行撤機處置，避免故障機器再次對醫護人員和患者的手術開展造成影響。同時應詳細詢問操作C臂機人員，發生故障時機器的使用情況，例如患者手術部位，C臂操作方法，機器開機后狀態，曝光管電壓管電流，曝光使用的模式等，不要放過任何一細節。如遇C臂機出現反復性的軟故障（機器時好時壞），則維修人員有必要親自跟隨手術，盡量親眼看到故障現象。

根據C臂機成像中易出現的故障現象，可將故障現象主要分為3種：一是有圖像，但圖像質量差的情況；二是完全沒圖像的情況；三是圖像時有時無的情況。但無論出現哪種故障，維修人員除詳細詢問外，自身也應學習移動式C臂機的成像原理，結合詢問信息和故障現象，仔細分析X射線的成像通路，使用排除法、替代法等維修方法進行判斷，找出導致故障的根本原因。由2.3故障現象的經驗認為，不應以C臂機的曝光指示燈和曝光提示音為標準來判斷是否產生X射線，而應結合顯示器推車是否有圖像綜合判斷分析。本文所總結維修移動式C臂機的思維流程，見圖8。

圖8 維修移動式C臂機的思維流程

3 總結

隨著醫療器械制造技術與成像技術的發展，移動式C臂機的設計也朝著智能化，精簡式，集成化等方向進行改進，但無論如何進行改進，其成像方式萬變不離其宗，維修人員平時需夯實理論知識，維修過程中需結合故障時使用情況綜合考慮，保障移動式C臂機的正常使用。